JP6573510B2 - 多孔質体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、多孔質体の製造方法及び製造装置に関する。

従来、多孔質体としては、ハニカムフィルタなど、排ガスを浄化するために用いられるものが知られている。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ粉末及び金属Ｓｉ粉末などの原料を混合して杯土とし、金型を用いてこの坏土を押出成形して成形体を得て、成形体を焼成することによるハニカムフィルタの製造方法が記載されている。

特開２０１３−１４１６３０号公報

しかし、特許文献１に記載の製造方法では、成形体の形状に応じた金型が必要になるため、金型を作成する手間やコストがかかるという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、押出成型用の金型が不要な多孔質体の製造方法及び製造装置を提供することを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の多孔質体の製造方法は、
前記多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置する造孔材配置工程と、前記多孔質体の原料の一部である骨材粒子を配置する骨材配置工程と、前記多孔質体の原料の一部である結合材を配置する結合材配置工程と、前記結合材の少なくとも一部を加熱溶融させることで前記骨材粒子を結合させる結合工程とを含み、複数回に亘って繰り返し実行される構造体形成工程、を含む、
ものである。

本発明の多孔質体の製造装置は、
前記多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置する造孔材配置部と、
前記多孔質体の原料の一部である骨材粒子を配置する骨材配置部と、
前記多孔質体の原料の一部である結合材を配置する結合材配置部と、
前記結合材の少なくとも一部を加熱溶融させることで前記骨材粒子を結合させる結合部と、
前記造孔材の配置、前記骨材粒子の配置、前記結合材の配置、及び前記骨材粒子の結合を複数回に亘って繰り返し実行させる制御部と、
を備えたものである。

本発明の多孔質体の製造方法及び製造装置では、造孔材の配置，骨材粒子の配置，結合材の配置，及び骨材粒子の結合を、複数回に亘って繰り返し実行することで、多孔質体を製造する。このようにすることで、押出成型用の金型を不要にできる。

ハニカム構造体４１を含むハニカムフィルタ４０の説明図。 三次元造形装置１０の説明図。 三次元造形処理ルーチンの一例を示すフローチャート。 ハニカム構造体４１の隔壁４２の一部である結合体６２を製造する様子を示す説明図。 変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図。 変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図。 変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図。 変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の多孔質体の製造方法で製造されるハニカム構造体４１を含むハニカムフィルタ４０の説明図である。図１の上段は斜視図であり、下段は断面図である。図２は、本発明の多孔質体の製造装置の一実施形態である三次元造形装置１０の説明図である。なお、本実施形態において、上下方向，左右方向及び前後方向は、図２に示した通りとする。

まず、図１のハニカムフィルタ４０について説明する。ハニカムフィルタ４０は、ディーゼルエンジンの排ガス中の粒子状物質（パティキュレート・マター（ＰＭ））をろ過する機能を持つディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）である。このハニカムフィルタ４０は、ハニカム構造体４１と、出口封止材４８と、入口封止材４９と、を備えている。ハニカム構造体４１は、内部に気孔４３（図１下段の拡大図参照）を有する多孔質の隔壁４２を備えている。ハニカム構造体４１は、隔壁４２によって区画された多数のセル４４を備えている。多数のセル４４には、入口４５ａが開放され出口４５ｂが出口封止材４８により封止された入口開放セル４５と、入口４６ａが入口封止材４９により封止され出口４６ｂが開放された出口開放セル４６とがある。これらの入口開放セル４５と出口開放セル４６とは、隣接するように交互に設けられている。本実施形態では、ハニカム構造体４１の外形は円柱状としたが、特にこれに限定されず、四角柱状、楕円柱状、六角柱状などの形状としてもよい。また、セル４４は断面が四角形の四角柱状としたが、特にこれに限定されず、三角柱状、六角柱状、八角柱状などの多角形の形状や、円柱状、楕円柱状などの形状、又はこれらの形状の組み合わせとしてもよい。隔壁４２は、骨材と結合材とを含んでおり、溶融した結合材粒子によって複数の骨材粒子が結合された状態になっている。本実施形態では、骨材として炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられ、結合材として硅素（Ｓｉ）が用いられており、隔壁４２はＳｉ結合ＳｉＣセラミックスとして構成されている。隔壁４２の厚さは、例えば５０μｍ以上６００μｍ未満である。隔壁４２の平均気孔径（平均細孔径）は、例えば２μｍ以上６０μｍ未満である。隔壁４２は、その気孔率が３０体積％以上であることが好ましく、３５体積％以上であることがより好ましい。また、隔壁４２は、その気孔率が８５体積％以下であることが好ましく、６５体積％以下であることがより好ましい。平均気孔径や気孔率は、水銀圧入法により測定した値とする。セル４４のセル密度は、例えば１５セル／ｃｍ²以上６５セル／ｃｍ²未満である。なお、隔壁４２のうちセル４４に面する部分（隔壁面）には捕集層が配設されていてもよい。また、隔壁４２の隔壁面と捕集層との少なくとも一方には、例えば貴金属などの触媒が担持されていてもよい。

このハニカムフィルタ４０は、例えば図示しないディーゼルエンジンの下流側に搭載され、ＰＭを含む排ガスを浄化して大気へ放出するために使用される。図１下段の矢印はこのときの排ガスの流れを示している。ディーゼルエンジンからのＰＭを含む排ガスは、このハニカムフィルタ４０の入口４５ａから入口開放セル４５に流入したあと、隔壁４２を通過して隣接する出口開放セル４６に流入し、出口開放セル４６の出口４６ｂから大気へ放出される。ＰＭを含む排ガスは、入口開放セル４５から隔壁４２を通過して出口開放セル４６に流入するときにＰＭが捕集されるため、出口開放セル４６に流入した排ガスは、ＰＭを含まないクリーンな排ガスになる。

続いて、図２の三次元造形装置１０について説明する。三次元造形装置１０は、積層造形法を用いてハニカム構造体４１を製造する装置である。三次元造形装置１０は、ハニカム構造体４１を複数層に分割したうちの１層分の構造体を造形し、これを繰り返して立体物を上方に積層していくことで、ハニカム構造体４１を造形する。この三次元造形装置１０は、図２に示すように、ヘッド移動部１１と、造形ヘッド１２と、造形物収容部１５と、骨材供給部２１と、結合材供給部２５と、スキージ移動部２８と、スキージ２９と、制御部３１と、記憶部３２と、筐体３５と、を備えている。筐体３５は、ハニカム構造体４１の製造が行われる処理空間を内部に有しており、処理空間を密閉している。筐体３５には、図示しない扉が例えば全面に配設されており、製造されたハニカム構造体４１の取り出しなどが可能になっている。

ヘッド移動部１１は、筐体３５の内部に配設された造形ヘッド１２を前後左右方向（ＸＹ方向）に移動させる機構である。このヘッド移動部１１は、筐体３５の内壁面に配設されたガイドレールに導かれてＹ方向へ移動するＹ軸スライダと、Ｙ軸スライダに配設されたガイドレールに導かれてＸ方向へ移動するＸ軸スライダと、Ｘ軸，Ｙ軸スライダを駆動するモータとを備えている。

造形ヘッド１２は、ハニカム構造体４１を製造する際に、後述する造孔材配置工程及び結合工程を行うヘッドである。造形ヘッド１２は、ヘッド移動部１１によりＸＹ方向へ移動する。造形ヘッド１２は、造孔材ノズル１３と、レーザー放射部１４とを備えている。造孔材ノズル１３は、多孔質体の気孔を形成する造孔材５０を造形物収容部１５に配置するノズルである。造孔材ノズル１３は、内部に図示しないヒータを備えている。造形ヘッド１２は、内部に、線状の造孔材５０が巻かれたリールと、このリールを回転させて造孔材５０を巻き外す図示しないモータとを備えている。造孔材５０としては、熱で溶融し且つ配置後に冷えて硬化する材料を用いることができる。また、造孔材５０としては、加熱により消失する消失材を用いてもよい。このような造孔材５０の具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネート樹脂、又はポリ乳酸（ＰＬＡ）樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。リールから巻き外された造孔材５０を造孔材ノズル１３のヒータが加熱して溶融させることで造孔材ノズル１３の下端から造孔材５０が押し出され、これにより造孔材ノズル１３は造孔材５０を造形物収容部１５に配置する。なお、造孔材ノズル１３は、造形ヘッド１２が有する図示しない昇降機構により上下に昇降可能であってもよい。レーザー放射部１４は、造形物収容部１５に配置された結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させることで造形物収容部１５に配置された骨材粒子５１を結合させる。レーザー放射部１４は、内部にレーザー発振器と、レンズなどの光学系ユニットとを備えており、下端から下方に向けてレーザを放射して結合材粒子５２を加熱溶融させる。レーザー放射部１４が放射するレーザの種類としては、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザーなどの固体レーザー、又はＣＯ₂レーザーなどのガスレーザーが挙げられる。

造形物収容部１５は、三次元造形装置１０によって製造される造形物（ハニカム構造体４１）の配置場所となるものである。造形物収容部１５は、筐体３５の内部に配設され、ヘッド移動部１１や造形ヘッド１２の下方に位置している。造形物収容部１５は、左右に配設された壁体１８，１９を含み前後左右に配設された壁部と、ハニカム構造体４１が載置される台座１６と、台座１６を上下に昇降させる昇降部１７と、を備えている。ハニカム構造体４１は、壁部と台座１６とで囲まれ上方に開口している空間内に造形されていく。

骨材供給部２１は、ハニカム構造体４１の原材料の一部である骨材粒子５１を供給するする機構である。骨材供給部２１は、筐体３５の内部に配設され、造形物収容部１５の左側に位置している。骨材供給部２１は、壁体１８を含み前後左右に配設された壁部と、骨材粒子５１が載置される台座２２と、台座２２を上下に昇降させる昇降部２３と、を備えている。骨材供給部２１のうち、壁部と台座２２とで囲まれ上方に開口している空間内は、骨材粒子５１で満たされている。台座２２が上昇すると、骨材粒子５１が押し上げられて壁体１８の上面よりも上方に供給され、供給された骨材粒子５１はスキージ２９により左右に移動可能な状態になる。

結合材供給部２５は、ハニカム構造体４１の原材料の一部である結合材粒子５２を供給する機構である。結合材供給部２５は、造形物収容部１５の右側に位置している点以外は骨材供給部２１と同様の構成をしている。結合材供給部２５は、筐体３５の内部に配設され、壁体１９を含み前後左右に配設された壁部と、結合材粒子５２が載置される台座２６と、台座２６を上下に昇降させる昇降部２７と、を備えている。結合材供給部２５のうち、壁部と台座２６とで囲まれ上方に開口している空間内は、結合材粒子５２で満たされている。台座２６が上昇すると、結合材粒子５２が押し上げられて壁体１９の上面よりも上方に供給され、供給された結合材粒子５２はスキージ２９により左右に移動可能な状態になる。

スキージ移動部２８は、筐体３５の内部に配設されたスキージ２９を上下左右方向（ＸＺ方向）に移動させる機構である。スキージ移動部２８は、筐体３５の内壁面に配設されたガイドレールに導かれてＸ方向へ移動するＸ軸スライダと、Ｘ軸スライダを駆動するモータと、スキージ２９を上下に昇降させる昇降機構とを備えている。

スキージ２９は、骨材供給部２１から供給される骨材粒子５１及び結合材供給部２５から供給される結合材粒子５２を左右に移動させる部材である。スキージ２９は、左右両側に、上下方向から傾斜し長手方向が前後方向に沿った長方形状の平面を有している。スキージ移動部２８によって、スキージ２９は下端が壁体１８，１９の上面に接触する高さに位置する状態で左右に移動する。これにより、スキージ２９の移動方向側の平面は、壁体１８，１９の上面よりも上方に供給された対象物（骨材粒子５１又は結合材粒子５２）を押して移動させて、対象物を造形物収容部１５の空間内に導く。

制御部３１は、装置全体を制御するものであり、例えば、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されている。制御部３１は、ヘッド移動部１１、造形ヘッド１２、昇降部１７，２３，２７，スキージ移動部２８などへ制御信号を出力し、造孔材５０，骨材粒子５１，及び結合材粒子５２の配置及び骨材粒子５１の結合を複数回に亘って繰り返し実行させる。

記憶部３２は、装置の制御に関するデータやプログラムを記憶している。記憶部３２には、多孔質体データ３３や三次元造形処理プログラムなどが記憶されている。多孔質体データ３３は、ハニカム構造体４１の細孔構造（例えば隔壁４２内の気孔４３の位置，大きさなどに関する構造）及び隔壁構造（例えば隔壁４２の厚さ、セル４４の大きさ、複数のセル４４間の位置関係などに関する構造）などを含むデータである。この多孔質体データ３３は、例えば、ＸＹＺ座標により位置が表される複数のボクセルと、各ボクセルが隔壁４２，気孔４３，セル４４のいずれであるかを表す情報と、を含むボクセルデータとしてもよい。多孔質体データ３３は、実際のハニカム構造体４１に対してＣＴスキャンを行うことで得たデータとしてもよいし、そのデータをさらに加工して得られるデータとしてもよいし、構造解析やシミュレーションなどの実験により経験的に求めたデータとしてもよい。

次に、こうして構成された三次元造形装置１０を用いたハニカム構造体４１の製造方法について説明する。ハニカム構造体４１の製造方法は、ハニカム構造体４１の気孔４３を形成する造孔材５０を配置する造孔材配置工程と、ハニカム構造体４１の原料の一部である骨材粒子５１を配置する骨材配置工程と、ハニカム構造体４１の原料の一部である結合材粒子５２を配置する結合材配置工程と、配置された結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させることで骨材粒子５１を結合させる結合工程とを含み、複数回に亘って繰り返し実行される構造体形成工程、を含む。図３は、三次元造形装置１０の制御部３１によって実行される三次元造形処理ルーチンの一例を表すフローチャートである。図４は、ハニカム構造体４１の隔壁４２の一部である結合体６２を製造する様子を示す説明図である。図３のルーチンのプログラムは、記憶部３２に記憶され、例えば図示しない三次元造形装置１０の操作部を介して作業者からの実行指示を入力したときに実行される。

このルーチンが開始されると、制御部３１は、まず、造形物収容部１５の台座１６を初期位置まで移動（昇降）させる（ステップＳ１００）。台座１６の初期位置は、例えば構造体形成工程のうち最初に行う工程（本実施形態ではステップＳ１２０の造孔材配置工程）が実行可能な高さとして予め定められていてもよい。本実施形態では、造孔材配置工程が実行可能な高さとして、台座１６の上面が造形物収容部１５の壁体１８，１９の上面と一致する位置が初期位置に定められている。続いて、制御部３１は、多孔質体データ３３に基づいて、ハニカム構造体４１のうち次に造形すべき１層分の構造体を含むデータを取得する（ステップＳ１１０）。ここで、本実施形態では、三次元造形装置１０は、隔壁４２の隔壁面（セル４４内に露出する面）に沿った方向，すなわち図１下段の左右方向に沿った方向にハニカム構造体４１を形成していく。換言すると、ハニカム構造体４１は、セル４４の隔壁面に沿った方向が図２の上下方向に一致する向きに形成されていく（図２のハニカム構造体４１の向きも参照）。なお、ステップＳ１１０では、多孔質体データ３３が１層ずつの構造体を表すデータとなっており制御部３１がそれを読み出すことで１層分のデータを取得してもよいし、制御部３１が多孔質体データ３３を加工して１層分のデータを作成することでデータを取得してもよい。ハニカム構造体４１の１層分の構造体の上下方向の厚さ、換言するとハニカム構造体４１を何層に分割して造形するかは、造形に要する時間や造形の精度などに応じて、経験的に定めることができる。

続いて、制御部３１は、造形物収容部１５の台座１６上に造孔材５０を配置する造孔材配置工程を行う（ステップＳ１２０，図４（ａ））。本実施形態では、制御部３１は、溶融物堆積法（Fused Deposition Modeling，ＦＤＭ）を用いて造孔材配置工程を行う。具体的には、制御部３１は、ヘッド移動部１１により造孔材ノズル１３をＸＹ方向に移動させつつ、造孔材ノズル１３から溶融した造孔材５０（熱可塑性樹脂）を押し出させて、台座１６上の所定の位置に造孔材５０を配置する。制御部３１は、造孔材ノズル１３の位置を制御することで、造孔材５０の配置位置を制御する。図４（ａ）に示すように、制御部３１は、ハニカム構造体４１のうち隔壁４２（及び気孔４３）を造形すべき領域Ａに造孔材５０を配置し、セル４４とすべき領域Ｂには造孔材５０を配置しない。なお、図４中の一点鎖線枠は、領域Ａの上面の拡大図である。制御部３１は、ステップＳ１１０で取得した１層分のデータに基づいて、１層分の構造体のうち気孔４３を形成すべき位置に、造孔材５０を配置していく。なお、本実施形態では、ステップＳ１１０で取得した１層分のデータでは造孔材５０を配置すべき位置がベクタ形式で指定されているものとした。そして、図４（ａ）の一点鎖線枠に示すように、制御部３１はベクタ形式のデータに基づいて上面視で複数の直線を組み合わせた形状になるように造孔材ノズル１３を移動させて造孔材５０を配置していくものとした。なお、造孔材５０を配置すべき位置がラスタ形式で指定され、造孔材ノズル１３からの造孔材５０の押し出しの有無を切り替えながらＸＹ方向に造形ヘッド１２を走査させて造孔材５０を配置してもよい。また、配置される造孔材５０の形状は、直線状に限らず曲線状又は点状としてもよいし、これらの２以上の組み合わせとしてもよい。また、制御部３１は、１回の造孔材配置工程の中で、配置された造孔材５０の上にさらに造孔材５０を配置（積層）して、配置された造孔材５０の高さがより高くなるようにしてもよい。

造孔材５０を配置すると、制御部３１は、骨材供給部２１及びスキージ移動部２８を用いて、骨材粒子５１（本実施形態ではＳｉＣ）を配置する骨材配置工程を行う（ステップＳ１３０，図４（ｂ））。骨材配置工程では、制御部３１は、台座２２を上昇させて骨材供給部２１の空間内の骨材粒子５１を上方に押し上げる。また、制御部３１は、スキージ２９の下端が壁体１８の上面に接触する高さに位置するように、スキージ移動部２８によりスキージ２９を昇降させる。そして、制御部３１はスキージ２９を右方向に移動させて、押し上げられた骨材粒子５１を右方向に移動させる。制御部３１は、スキージ２９で骨材粒子５１を移動させる前に、必要に応じて台座１６を所定量だけ下降させ、台座１６上に骨材粒子５１が配置される空間を確保してもよい。骨材配置工程を行うことにより、造形物収容部１５の壁部と台座１６とで囲まれた空間に略均一な厚さで骨材粒子５１が配置される。制御部３１は、スキージ２９を左右に往復させることで、配置された骨材粒子５１の上面をならしてもよい。なお、図４中の二点鎖線枠のうち、左側は領域Ａの断面の拡大図であり、右側は領域Ｂの断面の拡大図である。骨材配置工程が行われると、図４（ｂ）に示すように、領域Ａでは造孔材５０の間に骨材粒子５１が配置された状態になり、領域Ｂでは骨材粒子５１のみが配置された状態になる。なお、造孔材５０の上にも骨材粒子５１が配置されていてもよい。このように、造孔材配置工程を実行してから骨材配置工程を実行することで、領域Ａ内では先に配置された造孔材５０によって骨材粒子５１の位置を調整することができ、所望の細孔構造の多孔質体（隔壁４２）を造形しやすい。なお、骨材粒子５１の粒径は、造形したい隔壁４２の細孔構造などに基づいて経験的に定めることができ、例えば平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下としてもよい。平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置を用い、水を分散媒として測定したメディアン径（Ｄ５０）をいうものとする。

骨材粒子５１を配置すると、制御部３１は、結合材供給部２５及びスキージ移動部２８を用いて、結合材粒子５２（本実施形態ではＳｉ）を配置する結合材配置工程を行う（ステップＳ１４０，図４（ｃ），（ｄ））。結合材配置工程では、制御部３１は、骨材供給部２１に代えて結合材供給部２５を用いる点以外はステップＳ１３０の骨材配置工程と同様の処理を行う。すなわち、制御部３１は、台座２６を上昇させて結合材供給部２５の空間内の結合材粒子５２を上方に押し上げ、スキージ２９を左方向に移動させて、押し上げられた結合材粒子５２を左方向に移動させる（図４（ｃ））。なお、制御部３１は、スキージ２９で結合材粒子５２を移動させる前に、必要に応じて台座１６を所定量だけ下降させ、台座１６上に結合材粒子５２が配置される空間を確保してもよい。結合材配置工程を行うことにより、造形物収容部１５に配置された骨材粒子５１上に略均一に結合材粒子５２が配置され（撒かれ）、骨材粒子５１と結合材粒子５２とが混在した状態になる（図４（ｄ））。骨材粒子５１と結合材粒子５２とが混在した粒子をまとめて混在粒子５３と称する。なお、図４（ｄ）に示すように、領域Ａでは造孔材５０の間に混在粒子５３が配置された状態になり、領域Ｂでは混在粒子５３のみが配置された状態になる。なお、造孔材５０の上にも結合材粒子５２が配置されていてもよい。このように、造孔材配置工程を実行してから結合材配置工程を実行することで、領域Ａ内では先に配置された造孔材５０によって結合材粒子５２の位置を調整することができ、所望の細孔構造の多孔質体（隔壁４２）を造形しやすい。なお、結合材粒子５２の粒径は、本実施形態では骨材粒子５１の粒径よりも小さいものとした。ただしこれに限らず、結合材粒子５２の粒径は、造形したい隔壁４２の細孔構造などに基づいて経験的に定めることができる。例えば、結合材粒子５２の平均粒径は２μｍ以上５０μｍ以下としてもよい。

結合材粒子５２を配置すると、制御部３１は、台座１６上に配置された結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させて骨材粒子５１を結合させる結合工程を行う（ステップＳ１５０，図４（ｅ），（ｆ））。本実施形態では、制御部３１は、選択的レーザー焼結法（Selective Laser Sintering，ＳＬＳ）を用いて結合工程を行う。具体的には、制御部３１は、ヘッド移動部１１によりレーザー放射部１４をＸＹ方向に移動させつつ、レーザー放射部１４から放射されるレーザーのオンオフを制御して、台座１６上に配置された混在粒子５３のうち領域Ａに位置する混在粒子５３にレーザー放射部１４からのレーザーを照射する（図４（ｅ））。レーザーが照射された混在粒子５３は加熱され、結合材粒子５２が溶融して周囲の骨材粒子５１を結合させて結合体６２が形成される。本実施形態では、結合体６２は骨材粒子５１及び結合材粒子５２が焼結した焼成体であり、Ｓｉ結合ＳｉＣである。また、造孔材５０は上述したように加熱により消失する消失材であり、結合工程では、レーザー放射部１４からのレーザーにより造孔材５０は加熱されて消失（本実施形態では焼失）する。そのため、領域Ａのうちレーザーが照射された部分では、造孔材５０が消失して気孔（空間）６３となる。これらにより、結合工程では、気孔６３を有する多孔質体として結合体６２が造形される（図４（ｆ））。本実施形態では、領域Ａの混在粒子５３が全て結合体６２になり、造孔材５０が全て消失するようにレーザーを照射するものとした。ただし、レーザー放射部１４からのレーザーが必ずしも領域Ａの全ての結合材粒子５２及び造孔材５０に直接照射される必要はない。レーザーの照射により加熱された他の骨材粒子５１又は他の結合材粒子５２を介して、結合材粒子５２を間接的に溶融させてもよい。造孔材５０の消失についても同様である。

以上のようにステップＳ１２０〜Ｓ１５０の構造体形成工程を行うことで、領域Ａには、ハニカム構造体４１の気孔４３を有する隔壁４２のうち１層分の構造体に相当する部分として、図４（ｆ）に示す気孔６３を有する結合体６２が造形される。なお、領域Ｂはセル４４に相当する部分であり、構造体形成工程を行った後も混在粒子５３が配置されているのみで、結合体６２は造形されない。

構造体形成工程を行うと、制御部３１は、ハニカム構造体４１のうち次に造形すべき１層分の構造体を含むデータが存在するか否か、すなわちハニカム構造体４１の造形が完了していないか否かを、多孔質体データ３３に基づいて判定する（ステップＳ１６０）。次に造形すべきデータが存在する場合には、制御部３１は、必要に応じて造形物収容部１５の台座１６を下降させ（ステップＳ１７０）、ステップＳ１１０以降の処理を実行する。すなわち、制御部３１は、次に造形すべき１層分の構造体のデータを取得し、取得したデータに基づいて、領域Ａに造形された結合体６２上に造孔材５０，混在粒子５３を配置したり、領域Ｂの混在粒子５３上に混在粒子５３を配置する（図４（ｇ））。そして、レーザー放射部１４からのレーザーにより領域Ａに気孔６３を有する結合体６２を造形すると共に造孔材５０を消失させる（図４（ｈ））。なお、前回の結合工程で造形された結合体６２と今回の結合工程で造形される結合体６２とは、今回の結合材配置工程で配置された結合材粒子５２を介して結合されてもよい。あるいは、前回の結合工程で造形された結合体６２中の結合材（結合材粒子５２が溶融して凝固したもの）が加熱により再度溶融して、この溶融した結合材を介して前回造形された結合体６２と今回造形される結合体６２とが結合されてもよい。このように、制御部３１は、構造体形成工程を繰り返して結合体６２を上方に積層していくことで、隔壁４２を有するハニカム構造体４１を造形していく。そして、ステップＳ１６０で次に造形すべき１層分の構造体を含むデータが存在しない場合、すなわちハニカム構造体４１の造形が完了した場合には、制御部３１は本ルーチンを終了する。

以上の三次元造形処理ルーチンにより、ハニカム構造体４１が造形される。三次元造形処理ルーチンが終了すると、作業者は筐体３５からハニカム構造体４１を取り出す。なお、ハニカム構造体４１のうち領域Ｂすなわちセル４４に相当する空間には混在粒子５３が残っているが、セル４４は開口しているため、ハニカム構造体４１を取り出すときにこれらの混在粒子５３は台座１６上に残り、ハニカム構造体４１内からは除去される。作業者は、三次元造形装置１０とは別の図示しない送風装置などを用いて、ハニカム構造体４１に付着した骨材粒子５１及び結合材粒子５２を除去してもよい。

なお、こうして得られたハニカム構造体４１を用いてハニカムフィルタ４０を製造する場合、例えば以下の工程を行ってもよい。まず、一方が開口し他方が目封止された入口開放セル４５と一方が目封止され他方が開口した出口開放セル４６とが交互に配設されるように各セル４４に目封止部（出口封止材４８，入口封止材４９）を形成する。出口封止材４８及び入口封止材４９は、隔壁４２を形成する原料と同じものを用いるものとしてもよい。この場合、骨材粒子５１と結合材粒子５２とを含む原料スラリーでハニカム構造体４１の各セル４４の開口のうち目封止部を形成する部分を塞いだあとに焼成を行うことで、出口封止材４８及び入口封止材４９を形成してハニカムフィルタ４０を得る。

あるいは、出口封止材４８及び入口封止材４９についても、三次元造形処理ルーチンで隔壁４２と同時に形成して、三次元造形装置１０によりハニカムフィルタ４０を造形してもよい。例えば、制御部３１は、構造体形成工程を繰り返して結合体６２を上方に積層していく際に、領域Ｂの混在粒子５３のうち出口封止材４８及び入口封止材４９の造形が必要な部分には結合工程においてレーザー放射部１４からのレーザーを照射して、出口封止材４８又は入口封止材４９となる結合体６２を造形することができる。なお、出口封止材４８及び入口封止材４９は、多孔質体であってもよいし、多孔質体でなくてもよい。出口封止材４８及び入口封止材４９を多孔質とする場合には、隔壁４２となる結合体６２の造形と同様に、造孔材配置工程において領域Ａだけでなく領域Ｂのうち気孔を形成すべき位置にも造孔材５０を配置して、多孔質の結合体を造形すればよい。出口封止材４８及び入口封止材４９を多孔質体とする場合、これらの気孔率や平均気孔径は隔壁４２と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のヘッド移動部１１，造形ヘッド１２，及び造孔材ノズル１３が本発明の造孔材配置部に相当し、骨材供給部２１，スキージ移動部２８，及びスキージ２９が骨材配置部に相当し、結合材供給部２５，スキージ移動部２８，及びスキージ２９が結合材配置部に相当し、ヘッド移動部１１，造形ヘッド１２，及びレーザー放射部１４が結合部に相当し、制御部３１が制御部に相当する。なお、本実施形態では、三次元造形装置１０の動作を説明することにより本発明の多孔質体の製造方法の一例も明らかにしている。

以上詳述した本実施形態の多孔質体（ハニカム構造体４１）の製造方法によれば、造孔材５０の配置，骨材粒子５１の配置，結合材粒子５２の配置，及び骨材粒子５１の結合を、複数回に亘って繰り返し実行することで、多孔質体であるハニカム構造体４１を製造する。このようにすることで、押出成型用の金型を不要にできる。例えば、原料を混合して杯土とし、金型を用いてこの坏土を押出成形して成形体を得て、成形体を焼成することでハニカム構造体４１を製造する場合、成形体の形状に応じた金型が必要になる。本実施形態の多孔質体の製造方法では、金型を用いずにハニカム構造体４１を製造することができるため、金型を作成する手間やコストを削減することができる。また、隔壁４２は多孔質体でありいわゆるオーバーハング形状（空間の上方に物体が存在するような形状）を有する構造であるが、造孔材配置工程を行って造孔材５０を配置し、結合工程と同時又は結合工程後に造孔材５０を除去することで、オーバーハング形状の隔壁４２を比較的容易に製造することができる。また、造孔材５０の位置を調整することで、多彩な気孔形状を再現できるため、所望の細孔構造の隔壁４２を製造することができる。

従来の押出成形を用いた製造方法では、例えば、原料（坏土）を押出成形装置に供給し、ハニカム構造体用の口金を通すことによりハニカム構造体が製造される。この場合、口金を通す前の混合された坏土は各種材料が均一に混合されているので、材料焼成後のハニカム構造体の気孔率や平均細孔径などの細孔特性や、材料自体の分布は基本的には構造体内で均一になる。これに対して、本実施形態の多孔質体のの製造方法では、例えば、多孔質体データ３３に基づいて、制御部３１が造孔材配置工程における造孔材５０の配置位置や配置量を制御したり、骨材配置工程や結合材配置工程における骨材粒子５１及び結合材粒子５２の配置量や配合割合を制御したりすることができる。これにより、ハニカム構造体内の軸方向（全長方向）や面方向（径方向）に、気孔率や平均細孔径などの細孔特性や材料自体の分布、セル構造やセル形状、断面形状などを任意に変化させることができる。このため、本実施形態の多孔質体の製造方法で製造されたハニカム構造体では、例えば、排ガスの浄化性能の向上や、貴金属を用いた触媒量を低減することができ、コストを削減することなどができる。

また、構造体形成工程では、制御部３１は、構造体形成工程において、造孔材配置工程を実行してから結合材配置工程及び骨材配置工程を実行するため、先に配置された造孔材５０によって骨材粒子５１や結合材粒子５２の位置を調整することができる。そのため、所望の細孔構造の隔壁４２を造形しやすい。

さらに、造孔材５０は、加熱により消失する消失材であり、結合工程では、制御部３１は造孔材５０を消失させて除去する。そのため、結合工程とは別に造孔材５０の除去工程を行う場合と比べて、工程を簡略化できる。また、造孔材５０は樹脂であり、消失材として適している。さらに、骨材粒子５１は炭化硅素であり、結合材粒子５２は硅素である。これらの材料は、本実施形態のハニカム構造体４１の製造方法に適している。

さらにまた、結合工程では、制御部３１は、造孔材５０，骨材粒子５１，及び結合材粒子５２の少なくとも１つにレーザーを照射することで、台座１６上に配置された結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させる。レーザーを用いることにより、台座１６上の領域Ｂ内の混在粒子５３は結合させず領域Ａ内の混在粒子５３を結合させることができるなど、混在粒子５３を選択的に結合させることができる。そのため、隔壁４２とセル４４とを有するハニカム構造体４１など、所望の形状の多孔質体を製造しやすい。

そしてまた、構造体形成工程では、三次元造形装置１０によって造孔材配置工程，骨材配置工程、及び結合材配置工程を行う。金型を用いた従来の製造方法では、例えば原料の混合と押出成型とを別々の装置で行うが、本実施形態では、これに代わる造孔材配置工程，骨材配置工程、及び結合材配置工程を１つの三次元造形装置１０で行うことができる。そのため、複数の装置を１つの三次元造形装置１０で代替できる。また、構造体形成工程では、三次元造形装置１０によって結合工程も行う。そのため、金型を用いた従来の製造方法における焼成に相当する工程についても、三次元造形装置１０で行うことができる。

そしてまた、本実施形態の製造方法で製造される多孔質体は、複数のセル４４を形成する多孔質の隔壁４２を備えたハニカム構造体４１である。このようなハニカム構造体４１を従来の製造方法で製造する際には、ハニカム構造体４１の外形だけでなくセル４４の形状や数に応じて異なる金型が必要になるため、本発明を適用する意義が高い。また、制御部３１は、構造体形成工程を複数回に亘って繰り返し実行することで、隔壁４２の隔壁面に沿った方向にハニカム構造体４１を形成していく。こうすることで、例えば隔壁４２の隔壁面に垂直な方向（図１下段の上下方向など）に沿ってハニカム構造体４１を形成する場合と比較して、オーバーハング形状（空間の上方に物体が存在するような形状）の少ない状態でハニカム構造体４１を形成することができる。特に、出口封止材４８及び入口封止材４９を三次元造形装置１０によって造形しない場合には、隔壁４２中の気孔６３以外にはオーバーハング形状のない状態でハニカム構造体４１を形成することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、制御部３１は骨材配置工程及び結合材配置工程ではスキージ２９を用いて骨材粒子５１及び結合材粒子５２を配置したが、骨材粒子や結合材を配置できればよく、骨材配置工程及び結合材配置工程の少なくとも一方において他の方法を用いてもよい。例えば、三次元造形装置１０が先端から下方に粒子を吐出するノズルを備えており、制御部３１はノズルを前後左右に移動させつつ粒子を吐出させることで粒子を台座１６上に配置してもよい。この場合、上述した実施形態と同様に台座１６上全体に粒子を配置する場合に限らず、造形すべき１層分の構造体のうちセル４４や気孔４３ではなく隔壁４２に相当する位置のみに粒子を配置するなど、制御部３１は台座１６上の一部（結合体６２（隔壁４２）を形成すべき位置）に粒子を配置してもよい。すなわち、制御部３１が粒子の配置位置を制御してもよい。骨材粒子５１や結合材粒子５２の配置位置を制御することで、ハニカム構造体４１内の軸方向（全長方向）や面方向（径方向）に、細孔特性や材料自体の分布、セル構造やセル形状、断面形状などをより任意に変化させることができる。また、前後方向を長手方向とするスリット状の下向きの開口が配設されたリコータを用いて、制御部３１がリコータを前後に移動させつつ開口から下方に粒子を撒きながらならしていくことで粒子を台座１６上に配置してもよい。なお、リコータは、開口の左右に配設された部材（例えば左右に１つずつ配設され長手方向が前後方向である板状部材）を備えており、この部材により開口から台座１６上に撒かれた粒子をならすことができる。また、上述した実施形態では、骨材粒子５１及び結合材粒子５２はそれぞれ１種類の材料としたが、これに限らず、骨材粒子及び結合材の少なくとも一方について、複数種類の材料を用いてもよい。この場合、例えば複数回行われる骨材配置工程において、複数種類の材料のいずれを用いるかを異ならせたり、複数種類の材料の割合を異ならせたりしてもよい。同様に、複数回行われる結合材配置工程においても、複数種類の材料のいずれを用いるかを異ならせたり、複数種類の材料の割合を異ならせたりしてもよい。こうすることで、骨材粒子及び結合材の少なくとも一方について、材料の種類や配合割合を制御することができる。これにより、ハニカム構造体４１内の軸方向（全長方向）や面方向（径方向）に、細孔特性や材料自体の分布、セル構造やセル形状、断面形状などをより任意に変化させることができる。

上述した実施形態では、制御部３１は造孔材配置工程、骨材配置工程、結合材配置工程、結合工程をこの順で行ったが、多孔質体が製造できればよく、他の順序で行ったり各工程のうち２以上を同時に又は並行して行ったりしてもよい。例えば、制御部３１は骨材配置工程の前に結合材配置工程を行ってもよい。また、骨材粒子５１と結合材粒子５２とを予め混合したものを骨材供給部２１の台座２２上と結合材供給部２５の台座２６上との少なくとも一方に用意しておき、制御部３１は混合された粒子をスキージ２９で移動させることで骨材配置工程と結合材配置工程とを同時に行ってもよい。また、複数回の構造体形成工程が全て同じ順序である必要はなく、他とは異なる構造体形成工程が存在してもよい。例えば、上述した実施形態では、制御部３１は複数回のいずれの構造体形成工程においても造孔材配置工程を実行してから結合材配置工程及び骨材配置工程を実行したが、複数回の構造体形成工程の少なくともいずれかにおいて造孔材配置工程を実行してから結合材配置工程及び骨材配置工程を実行してもよい。あるいは、複数回の構造体形成工程の一部において造孔材配置工程を行わない構造体形成工程が存在するなど、造孔材配置工程、骨材配置工程、結合材配置工程、及び結合工程の少なくとも１つが省略される構造体形成工程が存在してもよい。

上述した実施形態では、制御部３１は結合工程において造孔材５０を消失させて除去したが、これに限らず結合工程とは別に造孔材５０を除去する除去工程を行ってもよい。例えば、結合工程の前後の少なくとも一方において、造孔材５０をレーザー放射部１４からのレーザーにより加熱して造孔材５０を除去してもよい。また、造孔材５０の除去工程は構造体形成工程中に行う場合に限られない。例えば、制御部３１がステップＳ１６０で次に造形すべき１層分の構造体を含むデータが存在しない場合に、造形されたハニカム構造体４１中の造孔材５０を加熱によりまとめて除去してもよい。造孔材５０をまとめて除去する場合、例えば三次元造形装置１０が備えるヒーターを用いて制御部３１が筐体３５内を加熱して除去工程を行ってもよいし、作業者が三次元造形装置１０からハニカム構造体４１を取り出して別の加熱装置により除去工程を行ってもよい。また、加熱以外の方法で造孔材を除去してもよい。例えば、作業者が三次元造形装置１０からハニカム構造体４１を取り出した後に、液体で造孔材を溶解させることにより造孔材を除去してもよい。このような造孔材の例としては、水溶性樹脂などが挙げられる。結合工程において造孔材を消失させない場合には、結合工程では消失しない材料を造孔材として用いてもよい。

上述した実施形態では、制御部３１は造孔材配置工程を溶融物堆積法と同様の方法を用いて行ったが、多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置できればよく、他の方法を用いてもよい。例えば、制御部３１はPolyJet法（インクジェット法とも言う）を用いて造孔材を配置してもよい。すなわち、制御部３１は、造孔材配置工程において、造孔材ノズル１３から液状の造孔材（紫外線硬化樹脂）を噴射して台座１６上に配置し、ＵＶライトから紫外線を照射することにより配置後の造孔材を硬化させてもよい。この場合、造形ヘッド１２の下部に紫外線を照射するＵＶライトが配設されていてもよい。紫外線硬化樹脂の具体例としては、エポキシ系樹脂又はアクリル系樹脂などが挙げられる。こうしても、上述した実施形態と同様に造孔材を配置することができる。また、紫外線硬化樹脂は加熱により消失する消失材でもあるため、上述した実施形態と同様に結合工程において除去することができる。

上述した実施形態では、造孔材５０は配置後に硬化する材料としたが、これに限らず、配置後の造孔材は例えばペースト状としてもよいし、粒子状としてもよい。例えば、デンプンを含むペースト又はデンプンの粒子を造孔材としてもよい。なお、デンプンは加熱により消失する消失材でもあるため、上述した実施形態と同様に結合工程において除去することができる。造孔材が粒子である場合、造孔材ノズル１３などのノズルが粒子を配置してもよいし、リコータが粒子を配置してもよい。造孔材がペースト又は粒子である場合、骨材粒子５１や結合材粒子５２の配置はノズルやリコータなどを用いて上方から撒くことで行われることが好ましい。こうすれば、配置された造孔材の位置ずれが生じにくい。また、造孔材は、上述した実施形態のように骨材粒子及び結合材とは異なる材料であってもよいし、骨材粒子５１及び結合材粒子５２の少なくとも一方を含んでいてもよい。例えば、制御部３１は、結合工程において領域Ａの骨材粒子５１と結合材粒子５２との少なくとも一方が結合体６２にならずに粒子のまま一部残るように領域Ａの一部に選択的にレーザーを照射してもよい。骨材粒子５１及び結合材粒子５２のうち結合体６２にならずに残った粒子を後に除去することで、その粒子が存在していた部分が気孔４３（気孔６３）となるため、これらの粒子を造孔材として機能させることができる。残った粒子は、結合工程の後に三次元造形装置１０が備える図示しない送風装置（ブロワー）等を用いて制御部３１が除去してもよいし、三次元造形処理ルーチンの終了後に作業者が別の送風装置などを用いて除去してもよい。骨材粒子５１及び結合材粒子５２の少なくとも一方を造孔材とする場合、制御部３１はステップＳ１２０の造孔材配置工程を省略して、造孔材５０（熱可塑性樹脂）の配置は行わなくてもよい。骨材粒子５１及び結合材粒子５２の少なくとも一方を造孔材とする場合、骨材配置工程と結合材配置工程との少なくとも一方が、造孔材配置工程を兼ねていることになる。

上述した実施形態では、造孔材５０は配置後に硬化する材料としたが、造孔材は、結合工程時の加熱により消失しない非消失粒子と、溶融及び硬化が可能であり加熱により消失する溶融消失材と、を混練したものとしてもよい。非消失粒子としては、例えば砂、セラミック粒子、又は骨材粒子５１と同じ材料の粒子（例えばＳｉＣ）などが挙げられる。溶融消失材としては、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂などが挙げられる。図５は、この場合の変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図である。なお、図５は、領域Ａ（隔壁４２を造形すべき領域）の断面の拡大図を示している。この変形例の構造体形成工程では、制御部３１は、まず、造孔材配置工程において、例えば造孔材ノズル１３を用いて非消失粒子５４と溶融消失材５５とを混練したペースト状の造孔材５０Ａを台座１６上に配置する（図５（ａ））。配置後の造孔材５０Ａは、溶融消失材５５が硬化することでその場に固定される。続いて、制御部３１は、上述した実施形態と同様に骨材配置工程及び結合材配置工程を行って、骨材粒子５１及び結合材粒子５２を配置する（図５（ｂ））。次に、制御部３１は、上述した実施形態と同様に結合工程を行って、レーザー放射部１４からのレーザーにより結合体６２を形成する（図５（ｃ））。このとき、造孔材５０Ａは、レーザー放射部１４からのレーザーにより加熱されて溶融消失材５５が消失するが、非消失粒子５４は消失せずに残る。そして、制御部３１は、次の回の構造体形成工程においても、同様に造孔材配置工程において造孔材５０Ａを配置し（図５（ｄ））、骨材配置工程，結合材配置工程，及び結合工程を行い（図５（ｅ））、構造体形成工程を繰り返す。そして、三次元造形処理ルーチンの終了後に例えば作業者が別の送風装置などを用いて残った非消失粒子５４除去する。これにより、非消失粒子５４が存在していた部分が気孔６３（気孔４３）となる（図５（ｆ））。このように、造孔材５０Ａが溶融消失材５５を含むことで、造孔材５０Ａが硬化して自身の位置調整や骨材粒子５１及び結合材粒子５２の位置調整を適切に行うことができる。また、造孔材５０Ａが非消失粒子５４を含むことで、結合工程後も非消失粒子５４が残るため、次の回の構造体形成工程において非消失粒子５４上にさらに造孔材５０Ａを配置することができる。そのため、上述した実施形態と比べて複数回の構造体形成工程で形成される構造体にまたがるような大きい気孔６３（図５（ｆ）参照）を形成しやすくなる。また、非消失粒子５４が残ることで、次の回の構造体形成工程において骨材粒子５１や結合材粒子５２が既に形成された気孔６３を埋めてしまうことを抑制できる。なお、造孔材５０Ａ中の溶融消失材５５の消失（除去）は結合工程以外の工程で行ってもよい。なお、結合工程以外の工程で溶融消失材５５を消失させる場合には、非消失粒子５４として結合材粒子５２と同じ材料（例えばＳｉ）を用いてもよい。また、非消失粒子５４は、結合材粒子５２とは異なる材料とすることが好ましく、加熱により溶融しない材料としたり、溶融した結合材粒子５２の濡れ性が低い材料としたりすることが好ましい。非消失粒子５４は、溶融した結合材粒子５２の濡れ性が低い材料で被覆されていてもよい。非消失粒子５４は、気孔４３の平均気孔径に対して十分小さい平均粒径（例えば、１０分の１以下）であってもよい。非消失粒子５４の平均粒径は、気孔４３の平均気孔径の１０００分の１以上であってもよい。

上述した実施形態では、制御部３１は、骨材粒子５１及び結合材粒子５２を配置した後でレーザーを照射することで結合材粒子５２を加熱溶融させたが、これに限られない。制御部３１は、造孔材５０，骨材粒子５１，及び結合材粒子５２の少なくとも１つにレーザーを照射することで、台座１６上に配置された結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させればよい。例えば、制御部３１は、レーザークラッディング法（レーザー直接積層法とも言う）を用いて、結合材粒子５２の加熱溶融と同時又は加熱溶融の後に骨材粒子５１を配置することで、骨材配置工程と結合工程とを同時に行ってもよい。図６はこの場合の変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図である。この変形例の構造体形成工程では、制御部３１は、まず、上述した実施形態と同様に造孔材配置工程を行い、次に結合材配置工程を行って、造孔材５０及び結合材粒子５２を配置する（図６（ａ））。続いて、制御部３１は、例えば骨材ノズル７１を用いてレーザーの放射と骨材粒子５１の配置とをほぼ同時に行って、骨材配置工程と結合工程とを同時に行う（図６（ｂ））。なお、骨材ノズル７１は、円筒状であり下方に開口しているノズル本体７２と、レーザー放射部１４と同様の構成でありノズル本体７２の内側に配設されたレーザー放射部７３と、を備えている。この骨材ノズル７１は、レーザー放射部７３が下方にレーザーを放射し、且つノズル本体７２内から骨材粒子５１を下方に吐出する（撒く）ことができる。制御部３１は、この骨材ノズル７１をＸＹ方向に移動させつつ、レーザー放射部７３から放射されるレーザーのオンオフを制御したり、ノズル本体７２からの骨材粒子５１の吐出の有無を制御したりする。なお、図６（ｂ）では骨材ノズル７１が左から右に移動する際の様子を示している。これにより、レーザーで加熱された結合材粒子５２は加熱溶融し、その上に骨材粒子５１が配置されて、結合体６２が形成される（図６（ｃ））。また、造孔材５０は、レーザーの熱により消失して、気孔６３が形成される。制御部３１がこのように構造体形成工程を行う場合でも、上述した実施形態と同様に押出成型用の金型を不要にしつつハニカム構造体４１を製造することができる。また、レーザーを用いることにより、骨材粒子５１や結合材粒子５２を選択的に結合させることができる。

また、制御部３１は、結合工程において結合材粒子５２の少なくとも一部を加熱溶融させることで骨材粒子５１を結合させればよく、レーザー以外の方法で結合材粒子５２を加熱溶融させてもよい。例えば、制御部３１は、アーク放電を用いた溶融物堆積法を用いて、結合材の加熱溶融と同時又は加熱溶融の後に結合材を配置することで、結合材配置工程と結合工程とを同時に行ってもよい。図７はこの場合の変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図である。この変形例の構造体形成工程では、制御部３１は、まず、上述した実施形態と同様に造孔材配置工程及び骨材配置工程を行って、造孔材５０及び骨材粒子５１を配置する（図７（ａ））。続いて、制御部３１は、例えば溶接トーチ８１を用いて結合材５６の加熱溶融と配置とをほぼ同時に行って、結合材配置工程と結合工程とを同時に行う（図７（ｂ））。なお、溶接トーチ８１は、円筒状であり下方に開口しているノズル８２と、下方に送り出し可能な線状又は棒状の導電体である結合材５６（例えばＳｉなどの金属）と、結合材５６が上下方向に挿通され結合材５６と電気的に導通するコンタクトチューブ８３と、を備えている。この溶接トーチ８１は、図示しない電源により台座１６とコンタクトチューブ８３との間に電圧が印加されることで、線状の結合材５６の下端からアーク放電が生じて結合材５６が加熱溶融する。また、ノズル８２内にはシールドガス８４が供給され、シールドガス８４が下方に放出されることでアークを周囲の雰囲気から保護する。制御部３１は、この溶接トーチ８１をＸＹ方向に移動させつつ、台座１６とコンタクトチューブ８３との間の電圧、シールドガス８４の供給量，及び結合材５６の送り出し量を制御することで、加熱溶融した結合材５６を骨材粒子５１上に配置していく。なお、図７（ｂ）では溶接トーチ８１が左から右に移動する際の様子を示している。これにより、骨材粒子５１と加熱溶融した結合材５６とが結合して、結合体６２が形成される（図７（ｃ））。また、造孔材５０は、アーク放電の熱により消失して、気孔６３が形成される。制御部３１がこのように構造体形成工程を行う場合でも、上述した実施形態と同様に押出成型用の金型を不要にしつつハニカム構造体４１を製造することができる。なお、図７のようにアーク放電を用いる場合、台座１６と溶接トーチ８１との間に存在する物体（例えば既に造形された結合体６２）は、導電体であることが好ましい。Ｓｉ結合ＳｉＣは導電体であるため、アーク放電を用いた手法に適している。

上述した実施形態において、２回目以降の少なくともいずれかの構造体形成工程において、結合材配置工程では、先の構造体形成工程における結合工程で加熱された造孔材，骨材粒子，及び結合材の少なくとも１つに接触するように結合材を配置することで、配置された結合材を加熱溶融させてもよい。さらに、骨材配置工程では、結合材配置工程で加熱溶融した結合材に接触するように骨材粒子を配置することで、骨材粒子を結合させてもよい。図８は、この場合の変形例の構造体形成工程の様子を示す説明図である。なお、図８は、領域Ａ（隔壁４２を造形すべき領域）の断面の拡大図を示している。図８（ａ）は、図５（ｃ）と同じ図であり、非消失粒子と溶融消失材とを含む造孔材を用いて、１回目の構造体形成工程を行った状態を示している。この変形例の２回目の構造体形成工程では、制御部３１は、まず、結合材配置工程を行って結合材粒子５２を配置する（図８（ｂ））。このとき、結合材粒子５２が配置される結合体６２（骨材粒子５１と結合材粒子５２との少なくとも一方）や非消失粒子５４が、先の（１回目の）構造体形成工程における結合工程で加熱されて温度が高い状態であれば、配置された結合材粒子５２はこれらと接触することでその場で加熱溶融する（図８（ｃ））。なお、結合材粒子５２が完全には溶融せず、結合材粒子５２がその場に留まりつつ既に配置された物体（結合体６２や非消失粒子５４）に固着する程度に、結合材粒子５２を加熱溶融することが好ましい。例えば、先の結合工程で加熱された物体（結合体６２や非消失粒子５４）の温度が結合材粒子５２を適度に加熱溶融させる温度になったタイミングで結合材配置工程を行うようにしてもよい。この場合、先の（例えば１回目の）構造体形成工程の結合工程から次の（例えば２回目の）構造体形成工程の結合材配置工程までの時間を経験的に定めるなど、予め結合材配置工程を行うタイミングが定められていてもよい。また、三次元造形装置１０が筐体３５内に図示しない赤外線温度計を備えるものとしてもよい。この場合、赤外線温度計を用いて先の結合工程で加熱された物体の温度を制御部３１が検出し、先の結合工程で加熱された物体の温度が適切な温度になったタイミングで次の構造体形成工程の結合材配置工程を行ってもよい。また、台座１６又は筐体３５内を図示しないヒーターで加熱するなどにより、先の結合工程で加熱された物体の温度が適切な温度に維持されるようにしてもよい。結合材配置工程を行うと、制御部３１は、上述した図５（ａ）や図５（ｄ）と同様に、非消失粒子５４と溶融消失材５５とを含む造孔材５０Ａを配置する造孔材配置工程を行う（図８（ｄ））。なお、造孔材配置工程の際に、先の結合工程で加熱された物体と今回の結合材配置工程で配置された結合材との少なくとも一方に接触することで、造孔材の一部が消失してもよい。例えば、図８（ｄ）における溶融消失材５５が加熱により消失してもよい。次に、制御部３１は、骨材配置工程を行って骨材粒子５１を配置する（図８（ｅ））。このとき、結合材配置工程で加熱溶融した結合材粒子５２の温度が骨材粒子５１の結合に適した十分高い温度であれば、配置された骨材粒子５１は加熱溶融した結合材粒子５２と接触することで、結合材粒子５２と骨材粒子５１とが結合されて結合体６２が形成される（図８（ｆ））。この場合、骨材配置工程が結合工程の少なくとも一部を兼ねることになり、両工程がほぼ同時に行われることになる。このように骨材配置工程が結合工程を兼ねる場合、今回の（例えば２回目の）構造体形成工程では、レーザー放射部１４を用いた結合工程の少なくとも一部を省略してもよく、全部を省略してもよい。骨材配置工程が結合工程の少なくとも一部を兼ねる場合、骨材配置工程を行うタイミングは、結合材配置工程において結合材粒子５２を適度に加熱溶融させる場合と同様に、経験的に定めたり検出した結合材粒子５２の温度に基づいて定めたりしてもよい。また、ヒーターで加熱するなどにより、先の結合材配置工程で配置された結合材粒子５２の温度が骨材粒子５１の結合に適切な温度に維持されるようにしてもよい。なお、結合工程後も残る非消失粒子５４（図８（ｆ）参照）を後に除去することで気孔４３が形成される（図８（ｇ））。非消失粒子５４の除去は、例えば図５を用いて説明した場合と同様に三次元造形処理ルーチンの終了後に行ってもよいし、三次元造形処理ルーチンの実行中（例えば、結合工程の後、次の構造体形成工程の前）に行ってもよい。以上のように、先の構造体形成工程における結合工程で加熱された物体に接触するように結合材を配置して加熱溶融させることで、先の結合工程の熱を利用できる。同様に、結合材配置工程で加熱溶融した結合材に接触するように骨材粒子を配置して結合させることで、先の工程の熱を利用できる。また、このように結合材配置工程と骨材配置工程との少なくとも一方で先の工程の熱を利用することで、ハニカム構造体４１の製造時の省エネルギー化を図ることもできる。なお、図８の例において、結合材配置工程では、例えばノズルを用いて制御部３１が結合材粒子５２の配置位置を制御してもよい。この場合、配置された結合材粒子５２が先の工程の熱によりその場で溶融固着するため、配置された結合材粒子５２の位置がずれにくい。従って、結合材粒子５２をより所望の位置（例えば結合体６２（隔壁４２）を形成すべき位置などの結合材粒子５２を配置すべき位置）に配置しやすい。骨材配置工程においても、同様に例えばノズルを用いて制御部３１が骨材粒子５１の配置位置を制御してもよい。この場合も、配置された骨材粒子５１がその場で結合されるため、配置された骨材粒子５１の位置がずれにくくなり、骨材粒子５１をより所望の位置（配置すべき位置）に配置しやすい。図８の例では、非消失粒子５４と溶融消失材５５とを含む造孔材５０Ａを用いた場合について説明したが、特にこれに限られない。先の構造体形成工程における結合工程の熱を少なくとも結合材配置工程で利用しつつ、造孔材は少なくとも一部が先の工程の熱で消失することなく残るようにすればよい。例えば、溶融消失材５５を用いず非消失粒子５４のみを造孔材として用いるなど、非消失粒子を造孔材として用いてもよい。図８の例では、結合材配置工程を行ってから造孔材配置工程を行ったが、これに限られない。例えば、造孔材配置工程を行ってから結合材配置工程を行ってもよい。この場合でも、結合材配置工程を行う際に、先の構造体形成工程における結合工程で加熱された物体の温度が高ければ、その熱を利用して結合材粒子５２を加熱溶融させることはできる。図８の例では、骨材配置工程において、結合材配置工程で加熱溶融した結合材粒子５２に接触するように骨材粒子５１を配置したが、これに限られない。例えば、結合材は先の結合工程の熱を利用して加熱溶融しつつ、その後に結合材が冷えた後で骨材配置工程を行うなど、結合材が加熱溶融していない状態と配置された骨材粒子が結合されない状態との少なくとも一方の状態で骨材配置工程を行ってもよい。こうしても、結合材配置工程では、先の工程の熱を利用して結合材を加熱溶融させることができる。造孔材配置工程についても、結合材が加熱溶融していない状態になった後に行ってもよい。こうすることで、樹脂などの消失材であっても造孔材として用いることができる。すなわち、結合材配置工程の後、結合材の温度が造孔材（消失材）が消失しない温度である状態で、造孔材配置工程を行ってもよい。なお、配置された骨材粒子がその場で結合されない状態で骨材配置工程を行う場合は、骨材配置工程後に改めて結合工程を行えばよい。また、造孔材が消失材である場合には、この結合工程時に造孔材を消失させて除去してもよい。

上述した実施形態では、制御部３１はレーザー放射部１４をヘッド移動部１１により移動させることでレーザーの照射位置を制御したが、これに限らず例えばレーザーを反射するミラーの向きを変更することでレーザーの照射位置を制御してもよい。例えば、制御部３１が周知のガルバノスキャナーを用いてミラーの向きを変更してもよい。

上述した実施形態では、制御部３１はセル４４とすべき領域Ｂには造孔材５０を配置せずに混在粒子５３を配置して、三次元造形処理ルーチン終了後に作業者が混在粒子５３を除去したが、これに限られない。例えば、制御部３１は、領域Ｂには骨材粒子５１及び結合材粒子５２は配置せず造孔材５０を配置してもよい。すなわち、セル４４を形成するためのサポート材として造孔材５０を用いてもよい。この場合、三次元造形処理ルーチン終了後に例えば三次元造形装置１０又は作業者がハニカム構造体４１を加熱することにより造孔材５０を除去してもよい。

上述した実施形態では、制御部３１は、隔壁４２の隔壁面（セル４４内に露出する面）に沿った方向にハニカム構造体４１を形成したが、特にこれに限られない。例えば、隔壁４２の隔壁面に垂直な方向（図１下段の上下方向）に沿った方向にハニカム構造体４１を形成してもよい。

上述した実施形態では、多孔質体の例として図１のハニカム構造体４１を製造する場合について説明したが、これに限らずどのような形状の多孔質体を製造してもよい。骨材や結合材の材料についても、上述した実施形態に限られない。また、上述した実施形態では、１つの三次元造形装置１０を用いてハニカム構造体４１を製造する場合について説明したが、特にこれに限られない。例えば、構造体形成工程の各工程を複数の装置で分担して行ってもよい。

上述した実施形態では、多孔質体の製造装置である三次元造形装置１０、及び多孔質体の製造方法として本発明を説明したが、特にこれに限定されない。例えば、記憶部３２に記憶され三次元造形処理ルーチンを三次元造形装置１０に実行させるプログラムを本発明としてもよい。本発明のプログラムは、前記多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置する造孔材配置部と、前記多孔質体の原料の一部である骨材粒子を配置する骨材配置部と、前記多孔質体の原料の一部である結合材を配置する結合材配置部と、前記結合材の少なくとも一部を加熱溶融させることで前記骨材粒子を結合させる結合部と、を備えた多孔質体の製造装置に、前記造孔材の配置、前記骨材粒子の配置、前記結合材の配置、及び前記骨材粒子の結合を複数回に亘って繰り返し実行させるプログラムとしてもよい。

１０ 三次元造形装置、１１ ヘッド移動部、１２ 造形ヘッド、１３ 造孔材ノズル、１４ レーザー放射部、１５ 造形物収容部、１６ 台座、１７ 昇降部、１８，１９ 壁体、２１ 骨材供給部、２２ 台座、２３ 昇降部、２５ 結合材供給部、２６ 台座、２７ 昇降部、２８ スキージ移動部、２９ スキージ、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 多孔質体データ、３５ 筐体、４０ ハニカムフィルタ、４１ ハニカム構造体、４２ 隔壁、４３ 気孔、４４ セル、４５ 入口開放セル、４５ａ 入口、４５ｂ 出口、４６ 出口開放セル、４６ａ 入口、４６ｂ 出口、４８ 出口封止材、４９ 入口封止材、５０，５０Ａ 造孔材、５１ 骨材粒子、５２ 結合材粒子、５３ 混在粒子、５４ 非消失粒子、５５ 溶融消失材、５６ 結合材、６２ 結合体、６３ 気孔、６４ 空間、７１ 骨材ノズル、７２ ノズル本体、７３ レーザー放射部、８１ 溶接トーチ、８２ ノズル、８３ コンタクトチューブ、８４ シールドガス、Ａ，Ｂ 領域。

Claims (11)

1. 多孔質体の製造方法であって、
   前記多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置する造孔材配置工程と、前記多孔質体の原料の一部である骨材粒子を配置する骨材配置工程と、前記多孔質体の原料の一部である結合材を配置する結合材配置工程と、前記結合材の少なくとも一部を加熱溶融させることで該加熱溶融した結合材の周囲の前記骨材粒子を結合させる結合工程とを含み、１層分の構造体を形成するための構造体形成工程であって、複数回に亘って繰り返し実行されることで１層分の構造体を上方に積層していく構造体形成工程、を含み、
   前記造孔材は、前記骨材粒子及び前記結合材とは異なる材料であり、
   前記造孔材は、加熱により消失する消失材であり、
   前記結合工程では、前記消失材を消失させて除去する、
   多孔質体の製造方法。
2. ２回目以降の少なくともいずれかの前記構造体形成工程において、前記結合材配置工程では、先の構造体形成工程における前記結合工程で加熱された前記造孔材，前記骨材粒子，及び前記結合材の少なくとも１つに接触するように前記結合材を配置することで、該配置された結合材を加熱溶融させる、
   請求項１に記載の多孔質体の製造方法。
3. ２回目以降の少なくともいずれかの前記構造体形成工程において、前記結合材配置工程では、先の構造体形成工程における前記結合工程で加熱された前記造孔材，前記骨材粒子，及び前記結合材の少なくとも１つに接触するように前記結合材を配置することで、該配置された結合材を加熱溶融させ、前記骨材配置工程では、該結合材配置工程で加熱溶融した結合材に接触するように前記骨材粒子を配置することで、該骨材粒子を結合させる、
   請求項１又は２に記載の多孔質体の製造方法。
4. 複数回の前記構造体形成工程の少なくともいずれかでは、前記造孔材配置工程を実行してから前記結合材配置工程及び前記骨材配置工程を実行する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
5. 前記消失材は、樹脂及びデンプンの少なくとも１以上である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
6. 前記骨材粒子は、炭化珪素であり、
   前記結合材は、珪素である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
7. 前記結合工程では、前記造孔材，前記骨材粒子，及び前記結合材の少なくとも１つにレーザーを照射することで前記配置された結合材の少なくとも一部を加熱溶融させる、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
8. 前記構造体形成工程では、三次元造形装置によって前記造孔材配置工程，前記骨材配置工程，及び前記結合材配置工程を行う、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
9. 前記多孔質体は、複数のセルを形成する多孔質の隔壁を備えたハニカム構造体である、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の多孔質体の製造方法。
10. 前記構造体形成工程を複数回に亘って繰り返し実行することで、前記隔壁の隔壁面に沿った方向に前記ハニカム構造体を形成していく、
    請求項９に記載の多孔質体の製造方法。
11. 多孔質体の製造装置であって、
    前記多孔質体の気孔を形成する造孔材を配置する造孔材配置工程を行うための造孔材配置部と、
    前記多孔質体の原料の一部である骨材粒子を配置する骨材配置工程を行うための骨材配置部と、
    前記多孔質体の原料の一部である結合材を配置する結合材配置工程を行うための結合材配置部と、
    前記結合材の少なくとも一部を加熱溶融させることで該加熱溶融した結合材の周囲の前記骨材粒子を結合させる結合工程を行うための結合部と、
    前記造孔材配置工程、前記骨材配置工程、前記結合材配置工程、及び前記結合工程を含み１層分の構造体を形成するための構造体形成工程が実行され、該構造体形成工程が複数回に亘って繰り返し実行されることで１層分の構造体が上方に積層されていくように、前記造孔材配置部、前記骨材配置部、前記結合材配置部、及び前記結合部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記造孔材は、前記骨材粒子及び前記結合材とは異なる材料であり、
    前記造孔材は、加熱により消失する消失材であり、
    前記結合工程では、前記消失材を消失させて除去する、
    多孔質体の製造装置。

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