JP7257221B2 - 非熱膨張部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、非熱膨張部材の製造方法に関する。

メタマテリアルと呼ばれる材料に関する研究に注目が集まっている。メタマテリアルとは、従来の材料では実現できなかった性質を有する材料である。メタマテリアルとしては、例えば負の屈折率を有する光学的メタマテリアルがこれまでに実現されてきた。一方で、３Ｄプリンタの実用化に伴って、力学的メタマテリアルと呼ばれる材料も実用化されつつある。力学的メタマテリアルとして、負のポアソン比を有するものや、負又はゼロの熱膨張率を有する非熱膨張部材が特に注目されている。

非熱膨張部材の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された非熱膨張材料は、負の熱膨張を示す金属酸化物からなる八面体配位子又は四面体配位子の隙間に、第三の元素が配置される。これにより、配位子が回転することによる金属酸化物分子間のズレが抑制され、負の熱膨張が抑制される。その結果、全体として熱膨張をゼロにできるとされている。

上述の特許文献１に記載された技術は、化学的に分子構造を操作することによって非熱膨張部材を得るものである。一方で、複数の材料を組み合わせて、ラティス構造を有するユニットセルを互いに組み合わせることで非熱膨張部材を得る手法も提唱されている。この手法では、例えば棒状に成形したそれぞれの材料を組み立ててラティス構造を作成する方法や、３Ｄプリンタによって当該構造を立体化する方法が考えられる。

特開２００２－１７３３５９号公報

しかしながら、上記のように材料を逐一組み立てる方法は正確性や生産性の観点で現実的ではない。また、３Ｄプリンタを用いる方法では、複数種類の材料を扱うことに困難が伴う。特に、３Ｄプリンタを用いる場合、複数の金属材料で非熱膨張部材を形成することに大きな困難がある。例えばパウダーベッドタイプの３Ｄプリンタでは、同一の層内に複数種類の材料を混在させることが難しいためである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、容易かつ正確に非熱膨張部材を製造することが可能な非熱膨張部材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る非熱膨張部材の製造方法は、第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、を含み、前記面内加工工程では、前記貫通加工を施すことで、前記第一板材同士を接続するように前記積層方向及び前記面内方向に対して傾斜して延びる複数の部材が前記第二板材により形成される。

上記方法によれば、非熱膨張部材に熱が加えられた場合、線膨張係数が相対的に大きい第一板材が面内方向に膨張する。一方で、第二板材の線膨張係数は相対的に小さいことから、熱膨張量は小さくなる。その結果、面内方向には熱膨張が生じるものの、面内方向に直交する積層方向における熱膨張は負又はゼロとなるか、第一材料及び第二材料をそれぞれ単独で用いた場合に比べて小さな正の熱膨張を示す。このように、上記の製造方法によれば、積層体に対して貫通加工を施すことのみによって非熱膨張部材を得ることができる。これにより、例えば３Ｄプリンタを用いる方法に比べて、より容易かつ短時間で非熱膨張部材を得ることができる。

上記方法によれば、第一板材と第二板材とが交互に積層された積層体を準備し、第二板材に対して当該第二板材の面内方向の複数方向から直線的に貫通加工を施すことのみによって、第二板材が複数の梁に形成される。これら複数の梁は第一板材同士を接続した状態となる。非熱膨張部材に熱が加えられた場合、線膨張係数が相対的に大きい第一板材が面内方向に膨張する。一方で、第二板材から形成された梁の線膨張係数は相対的に小さいことから、熱膨張量は小さくなる。その結果、面内方向には熱膨張が生じるものの、面内方向に直交する積層方向における熱膨張は負又はゼロとなるか、第一材料及び第二材料をそれぞれ単独で用いた場合に比べて小さな正の熱膨張を示す。このように、上記の製造方法によれば、積層体に対して貫通加工を施すことのみによって非熱膨張部材を得ることができる。さらに、例えば第一板材同士を、予め形成された梁によって順次接続する方法に比べて、より容易かつ正確に非熱膨張部材を得ることができる。

上記非熱膨張部材の製造方法では、前記面内加工工程において、複数の前記部材からなる三次元トラス構造を形成するように前記第二板材が加工されてもよい。
また、本発明の一態様に係る非熱膨張部材の製造方法は、第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、
を含み、前記面内加工工程では、前記貫通加工を施すことで、前記第一板材同士を接続する複数の部材が前記第二板材により形成され、前記面内加工工程において、複数の前記部材からなる三次元トラス構造を形成するように前記第二板材が加工される。

上記方法によれば、複数の梁によって三次元トラス構造が形成される。ここで、三次元トラス構造とは、複数の梁によって形成された四角錐を連続的に組み合わせた構造を指す。三次元トラス構造では、外力が加わった場合、それぞれの梁には自身の延びる方向における圧縮又は引っ張りのみが作用することが知られている。したがって、このように構成された非熱膨張部材では、第一板材に熱膨張が生じた場合に梁に生じる力の方向が梁の軸方向に限定されていることから、梁の線膨張係数を容易に調節することができる。具体的には、第一板材や梁の太さ（延びる方向における断面積）を変えることで、発現する線膨張係数を容易に変更することができる。これにより、非熱膨張部材の特性を高い自由度のもとで決定することができる。さらに、三次元トラス構造を形成する四角錐は、第二板材の面内で直交する二方向から貫通加工を施すことのみによって容易に形成することができる。

上記非熱膨張部材の製造方法では、前記面内加工工程において、前記第二板材に対して前記面内方向に含まれる互いに交差する二方向から貫通加工を施してもよい。

上記方法によれば、第二板材の面内方向に含まれる互いに交差する二方向から貫通加工を施すことのみによって、容易かつ正確に非熱膨張部材を得ることができる。したがって、非熱膨張部材をより低コストで製造することができる。さらに、このような貫通加工を施すことによって、三次元梁構造を形成する四角錐を含め、種々の立体構造を容易に形成することもできる。

本発明の一態様に係る非熱膨張部材の製造方法は、第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、を含み、前記積層体に対して前記積層方向及び前記面内方向に対して傾斜する複数方向から貫通加工を施すことで、前記第一板材を格子板状のベース板に形成しながら前記第二板材を孔空き構造体に形成する斜め加工工程をさらに含む。

上記方法によれば、斜め加工工程を実行することによって、第二板材のみならず、積層方向に隣接する第一板材に対しても貫通加工を施すことができる。第一板材は、格子状のベース板に形成されることで、例えば第二板材のみに加工が施されている場合に比べて、より高い自由度のもとで非熱膨張部材の特性を変えることができる。即ち、上記の製造方法によれば、特性が異なる多様な非熱膨張部材を得ることができる。

上記非熱膨張部材の製造方法では、前記斜め加工工程は、前記積層方向から見て互いに交差する四方向から貫通加工を施してもよい。

上記方法によれば、斜め加工工程において、積層方向から見て互いに交差する四方向から貫通加工を施すことによって、積層方向に直交する面内方向における非熱膨張部材の特性を均一化することができる。即ち、面内方向における熱膨張の方向性に偏りのない非熱膨張部材を、貫通加工を行うことのみによって得ることができる。さらに、面内方向における貫通加工と組み合わせることで、梁をより一層細く形成することができる。これにより、非熱膨張部材の特性をさらに精緻に調整することができる。

上記非熱膨張部材の製造方法では、前記斜め加工工程は、前記格子状をなす第一板材の交差部の角から前記面内方向に突出する突出部を残しながら、かつ、加工方向から見て前記突出部と重なる前記孔空き構造体の一部を残しながら貫通加工を施してもよい。

上記方法によれば、加工方向において突出部と重なる孔空き構造体の一部を残しながら貫通加工を施すことで、当該残された孔空き構造体の一部によって梁を形成することができる。言い換えると、突出部が形成されていることによって、貫通加工で必要とされる貫通形状をより単純化することができる。これにより、低コストかつ容易に非熱膨張部材を製造することができる。

本発明によれば、容易かつ正確に非熱膨張部材を製造することが可能な非熱膨張部材の製造方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の構成を示す全体図である。 図１におけるＡ方向から非熱膨張部材を見た図である。 本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の挙動を示す説明図である。 本発明の第一実施形態に係る非熱膨張部材の製造方法を示す工程図である。 本発明の第一実施形態に係る積層体の構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る面内加工工程の一部を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る面内加工工程の他の一部を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る非熱膨張部材の構成を示す全体図である。 図８におけるＡ方向から非熱膨張部材を見た図である。 図８におけるＢ方向から非熱膨張部材を見た図である。 本発明の第二実施形態に係る非熱膨張部材の製造方法を示す工程図である。 本発明の第二実施形態に係る積層体の構成を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る斜め加工工程に含まれる第一加工工程を示す図である。 第一加工工程後の積層体を図１３のＢ１方向から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る斜め加工工程に含まれる第二加工工程を示す図である。 第二加工工程後の積層体を図１５のＢ２方向から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る斜め加工工程に含まれる第三加工工程を示す図である。 第三加工工程後の積層体を図１７のＢ３方向から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る斜め加工工程に含まれる第四加工工程を示す図である。 第四加工工程後の積層体を図１９のＢ４方向から見た図である。 本発明の第二実施形態に係る面内加工工程の一部を示す図である。 図２１のＡ方向から積層体を見た図である。 本発明の第二実施形態に係る面内加工工程の他の一部を示す図である。 図２３のＡ´方向から非熱膨張部材を見た図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る非熱膨張部材１００は、板状に形成されるとともに、厚さ方向に間隔をあけて配列された複数のベース板１と、これらベース板１同士を互いに接続する三次元梁構造２と、を備えている。ベース板１を形成する材料の線膨張係数は、三次元梁構造２を形成する材料線膨張係数に対して相対的に大きい。複数のベース板１は、延在領域の全体にわたって等間隔をあけて互いに対向している。

三次元梁構造２は、互いに交差する方向に延びる複数の梁２１を有している。それぞれの梁２１は棒状をなしている。この三次元梁構造２では、４つの梁２１が、互いに対向する一対のベース板１のうち、一方側のベース板１の表面に格子状に配列された複数の支持点の一つ（第一支持点３１）と、他方側のベース板１の表面に格子状に配列された４つの支持点（第二支持点３２）とをそれぞれ接続している。

ベース板１に直交する方向から見て、第一支持点３１と第二支持点３２とは、位置が互いに重ならないような位置にそれぞれ配列されるとともに、互いに等間隔をあけて格子状に配列されている。即ち、上記４つの梁２１は、１つの第一支持点３１を頂点とするとともに、４つの第二支持点３２によってベース板１上に形成される四角形を底面とする四角錐を形成している。複数の梁２１は、互いに同一の長さを有している。

上記のような三次元梁構造２が、ベース板１を挟んで当該ベース板１の広がる面に直交する方向に鏡像対称となるように配置されている。言い換えれば、ベース板１の一方側の面における１つの第一支持点３１の反対側（ベース板１の他方側の面上）には、他の第一支持点３１が位置している。図１と図２の例では、これらベース板１、及び三次元梁構造２が、４層にわたって積層されている構成を示している。また、図２に示すように、図１におけるＡ方向から見た場合、即ち、梁２１同士が互いに重なる方向から見た場合、一対の梁２１とベース板１との間には、二等辺三角形を断面形状として当該Ａ方向に貫通する貫通孔４１が形成される。言い換えれば、このＡ方向から見た場合、貫通孔４１は、Ａ方向の全域にわたって同一の断面積と断面形状を有している。なお、上記のＡ方向は、より詳細には以下のように表現される。まず、図１中に示すように、非熱膨張部材１００におけるベース板１の一辺の延びる方向をｘ軸方向とし、当該一辺に直交する他の一辺の延びる方向をｙ軸とし、これらｘ軸、及びｙ軸に直交する方向をｚ軸とする。この際、ｘ軸及びｙ軸については、それぞれの方向に配列し隣接する第一支持点３１同士または第二支持点３２同士の距離の半分を単位長さに、ｚ軸については隣接するベース板の間隔を単位長さにとる。即ち、ベース板１はｘｙ平面内に広がっており、このベース板１と三次元梁構造２とが、ｚ軸方向に積層されている。（なお、以降の説明では、ｘｙ平面を含む面方向を「面内方向」と呼び、ｚ軸方向を「積層方向」と呼ぶことがある。）このとき、上記のＡ方向は、三次元ベクトルとして、（－１，１，０）と表現される。即ち、このＡ方向は、ベース板１の広がる面内において、ｘ軸及びｙ軸の単位長さが等しい場合、非熱膨張部材１００に対して斜め４５°を向く方向に相当する。

次に、上記の非熱膨張部材１００の挙動について、図３を参照して説明する。図３では、一対のベース板１と、これらベース板１同士の間に設けられた１層の三次元梁構造２のみを代表的に示している。非熱膨張部材１００に熱が加えられた場合、ベース板１、及び三次元梁構造２は、以下のような挙動を示す。まず、ベース板１は、自身の延在する面方向（図３中の矢印Ｄａ方向）に膨張する（ベース板１ａ）。したがって、上述の第一支持点３１同士の間隔が広がる。ここで、梁２１の線膨張係数が、ベース板１の線膨張係数よりも小さいことから、ベース板１の熱膨張量に比べて、梁２１の熱膨張量は小さくなっている。これにより、上述の第一支持点３１同士の間隔が広がり（第一支持点３１ａ）、一対の梁２１はベース板１の膨張する方向へ引っ張られる（梁２１ａ）。その結果、一方側のベース板１に対して、他方側のベース板１が近付く方向（図３中の矢印Ｄｂ方向）に変位する。このように、ベース板１の広がる面方向（Ｄａ方向）に膨張が生じる一方で、面方向に直交する厚さ方向（積層方向；Ｄｂ方向）では熱膨張が抑制される（積層方向における線膨張係数が梁２１より小さい値、ゼロ又は負）。また、梁２１の太さを変えることによって、積層方向における収縮をゼロとすることも可能である。

他方で、上記のような非熱膨張部材１００とは異なる、一様な材料で形成された中実の板材に熱を加えた場合、面方向と厚さ方向に材料固有の熱膨張が生じる。即ち、上記の非熱膨張部材１００では、従来発現が難しい特性を実現することができる。

続いて、上記の非熱膨張部材１００の製造方法について、図４から図７を参照して説明する。図４に示すように、この製造方法は、準備工程Ｓ１と、面内加工工程Ｓ２と、を含む。

準備工程Ｓ１では、それぞれ板状をなす第一板材５１、及び第二板材５２が交互に複数積層された積層体５を準備する（図５参照）。第一板材５１を形成する材料（第一材料）の線膨張係数は、第二板材５２を形成する材料（第二材料）の線膨張係数よりも大きく設定されている。第一材料、及び第二材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０）や、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｎｉ基合金（インコネル６００、７１８）、高クロム鋼（９Ｃｒ、１２Ｃｒ）、２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ材等から選択された材料が適宜用いられる。より具体的には、第一材料としてＳＵＳ３０４を用い、第二材料としてこのＳＵＳ３０４よりも線膨張係数が小さいＳＵＳ４１０を用いることが考えられる。また、第一材料としてＳＵＳ３０４を用い、第二材料としてＴｉ６Ａｌ４Ｖを用いることも可能である。この他、アルミ合金、銅、カーボンスチールや非金属材料を第一材料、又は第二材料として用いることも可能である。

また、第一板材５１の厚さ寸法（積層方向における寸法）は、第二板材５２の厚さ寸法よりも通常、小さく設定されている。このような積層体５の具体例としては、クラッド鋼（圧着鋼）や、肉盛溶接による積層材が挙げられる。なお、本実施形態では、第一板材５１は、上述のベース板１を形成している。

準備工程Ｓ１の後に、面内加工工程Ｓ２を実行する。面内加工工程Ｓ２では、まず上述したＡ方向から第二板材５２のみに対して貫通加工を施す（図６）。ここで言う貫通加工とは、切削やレーザ加工、又はウォータージェットによる穴あけ加工（機械加工）を指す。より詳細には、この貫通加工では、直線方向に同一の断面形状、及び断面積で加工対象物に貫通孔４１が形成される。本実施形態では、上述の三次元梁構造２を形成するために、図２で示した二等辺三角形の断面形状を有する貫通孔４１が第二板材５２に対して形成される。

Ａ方向における貫通加工が完了した後で、第二板材５２の面内において当該Ａ方向に交差する（直交する）Ａ´方向に向かって、同様の貫通加工が施される（図７）。このＡ´方向は、上記のようなベクトルで表すと、（１，１，０）となる。即ち、この面内加工工程Ｓ２では、第二板材５２の広がる面（面内方向）に含まれる二方向から貫通加工が施される。これにより、一対のベース板１同士の間に、複数の梁２１からなる三次元梁構造２が形成される。以上により、本実施形態に係る非熱膨張部材１００の製造方法の全工程が完了する。

以上、説明したように、本実施形態に係る非熱膨張部材１００の製造方法によれば、第一板材５１と第二板材５２とが交互に積層された積層体５を準備し、第二板材５２に対して当該第二板材５２の面内方向の複数方向から直線的に貫通加工を施すことのみによって、第二板材５２が複数の梁２１に形成される。これら複数の梁２１は第一板材５１同士を接続した状態となる。非熱膨張部材１００に熱が加えられた場合、線膨張係数が相対的に大きい第一板材５１が面内方向に膨張する。一方で、第二板材５２から形成された梁２１の線膨張係数は相対的に小さいことから、熱膨張量は小さくなる。その結果、面内方向には熱膨張が生じるものの、面内方向に直交する積層方向における熱膨張は抑制される（積層方向における線膨張係数が梁２１より小さい値、ゼロ又は負）。このように、上記の製造方法によれば、積層体５に対して単純な機械加工（貫通加工）を施すことのみによって非熱膨張部材１００を得ることができる。これにより、例えば３Ｄプリンタを用いる方法に比べて、より容易かつ短時間で非熱膨張部材１００を得ることができる。また、３Ｄプリンタでは難しいとされる複数種類の材料を用いた造形を容易に行うことができる。さらに、例えば第一板材５１同士を、予め形成された梁２１によって順次接続する方法に比べて、より容易かつ正確に非熱膨張部材１００を得ることができる。

さらに、上記製造方法によれば、複数の梁２１によって三次元トラス構造２が形成される。ここで、三次元トラス構造２とは、複数の梁２１によって形成された四角錐を連続的に組み合わせた構造を指す。三次元トラス構造２では、外力が加わった場合、それぞれの梁２１には自身の延びる方向における圧縮又は引っ張りのみが作用することが知られている。したがって、このように構成された非熱膨張部材１００では、第一板材５１に熱膨張が生じた場合に梁２１に生じる力の方向が梁２１の軸方向に限定されていることから、発現する線膨張係数をより容易に調節することができる。具体的には、第一板材５１や梁２１の太さ（延びる方向における断面積）を変えることで、非熱膨張部材１００の線膨張係数を容易に変更することができる。これにより、非熱膨張部材１００の特性を高い自由度のもとで決定することができる。さらに、三次元トラス構造２を形成する四角錐は、第二板材５２の面内で直交する二方向から貫通加工を施すことのみによって容易に形成することができる。

加えて、上記製造方法によれば、第二板材５２の面内方向に含まれる互いに交差する二方向から貫通加工を施すことのみによって、容易かつ正確に非熱膨張部材１００を得ることができる。したがって、非熱膨張部材１００をより低コストで製造することができる。さらに、このような貫通加工を施すことによって、三次元梁構造２を形成する四角錐を含め、種々の立体構造を容易に形成することもできる。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、面内加工工程Ｓ２において、互いに直交するＡ方向、及びＡ´方向から貫通加工を施す例について説明した。しかしながら、目的とする非熱膨張部材１００の特性によっては、必ずしも互いに直交する二方向から貫通加工を施す必要はなく、９０°未満の交差角度で二方向から貫通加工を施すことや、２以外の数の方向から貫通加工を施すことも可能である。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成や工程については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る非熱膨張部材２００は、ベース板２０１と、三次元梁構造２０２と、を有し、ベース板２０１の形状が第一実施形態のベース板１とは異なっている。具体的には、ベース板２０１には、上述した複数（４つ）の第一支持点３１を頂点とする四角形の孔（ベース板孔部６）が形成されている。これにより、ベース板２０１は、各第一支持点３１同士を接続する格子状をなしている。

さらに、格子状をなすベース板２０１の交差部の角には、ベース板２０１の面内方向に突出する突起（突出部７）が設けられている。詳しくは後述するが、この突出部７は、貫通加工を施す際に、第二板材５２の一部を加工方向から保護して梁２１を形成するために設けられている。即ち、この突出部７は、最終的に得られる梁２１と同一の幅（面内方向において突出方向に直交する方向の寸法）を有している。

図９は、図８におけるベース板２０１の法線方向に対して当該ベース板２０１の辺を基準として斜め上方の方向（以下、Ｂ方向とする）から非熱膨張部材２００を見た図である。Ｂ方向は、詳しくはベクトルとして、（０，１，－１）と表現され、ｙ軸及びｚ軸の単位長さが等しい場合、斜め４５°の方向に相当する。同図に示すように、Ｂ方向から見た場合、３つの第一支持点３１を頂点とする二等辺三角形をなす貫通孔４２が形成されている。さらに、隣接する貫通孔４２の間には、積層方向を含む面内に位置する一対の第一支持点３１同士を接続する１つの梁２１が位置している。

また、図１０に示すように、図８における上述のＡ方向（ベクトルとして（－１，１，０））から非熱膨張部材２００を見た場合、即ち、梁２１同士が互いに重なる方向から見た場合、一対の梁２１とベース板２０１との間には、二等辺三角形を断面形状として当該Ａ方向に貫通する貫通孔４３が形成されている。言い換えれば、このＡ方向から見た場合、貫通孔４３は、Ａ方向の全域にわたって同一の断面積と断面形状（二等辺三角形）を有している。

次に、本実施形態に係る非熱膨張部材２００の製造方法について、図１１から図２４を参照して説明する。図１１に示すように、この製造方法は、準備工程Ｓ１１と、斜め加工工程Ｓ１２と、面内加工工程Ｓ１３と、を含む。

準備工程Ｓ１１では、上述の第一実施形態と同様に、積層体５を準備する。積層体５は、それぞれ板状をなす第一板材５１、及び第二板材５２が交互に複数積層されることで形成されている（図１２参照）。第一板材５１の線膨張係数は、第二板材５２の線膨張係数よりも大きく設定されている。また、第一板材５１の厚さ寸法（積層方向における寸法）は、第二板材５２の厚さ寸法よりも通常、小さく設定されている。このような積層体５の具体例としては、クラッド鋼（圧着鋼）や、肉盛溶接による積層材が挙げられる。

準備工程Ｓ１１の後で、斜め加工工程Ｓ１２を実行する。斜め加工工程Ｓ１２では、積層体５に対して、積層方向及び面内方向に対して傾斜する複数方向（四方向）から貫通加工が施される。この斜め加工工程Ｓ１２についてさらに詳しく説明する。斜め加工工程Ｓ１２は、第一加工工程Ｓ１２１と、第二加工工程Ｓ１２２と、第三加工工程Ｓ１２３と、第四加工工程Ｓ１２４と、を含む。第一加工工程Ｓ１２１では、図１３に示すように、まずＢ１方向から積層体５に対して貫通加工が施される。Ｂ１方向とは、ベクトル表記で（－１，０，－１）の方向である。この貫通加工では、二等辺三角形を断面形状としてＢ１方向に延びる貫通孔４４が形成されるとともに、後続の工程で梁２１となる部分（梁中間体２１ｐ）が残される（図１４参照）。梁中間体２１ｐは、ｘｚ平面内に広がる板状をなしている。梁中間体２１ｐは、第一板材５１によって形成される部分と、第二板材５２によって形成される部分とを含んでいる。

次いで、第二加工工程Ｓ１２２を実行する。第二加工工程Ｓ１２２では、積層体５の積層方向に対して上記のＢ１方向と軸対称であるＢ２方向から貫通加工が施される（図１５）。Ｂ２方向とは、ベクトル表記で（１，０，－１）の方向である。この第二加工工程Ｓ１２２を経て、Ｂ２方向から見て、積層体５は図１６に示すような形状となる。即ち、二等辺三角形を断面形状としてＢ２方向に延びる貫通孔４５が形成される。

次に、第三加工工程Ｓ１２３を実行する。第三加工工程Ｓ１２３では、積層体５の積層方向に対して上記のＢ１方向を９０°回転した方向であるＢ３方向から貫通加工が施される（図１７）。なお、このＢ３方向は、上述したＢ方向と同一の方向であり、ベクトル表記では（０，１，－１）となる。この第三加工工程Ｓ１２３を経て、積層体５は、Ｂ３方向から見て図１８に示すような形状となる。即ち、二等辺三角形を断面形状としてＢ３方向に延びる貫通孔４２が形成されるとともに、梁中間体２１ｐの一部が除去されて、上述の突出部７が形成される。

さらに、第三加工工程Ｓ１２３の後に、第四加工工程Ｓ１２４を実行する。第四加工工程Ｓ１２４では、積層体５の積層方向に対して上記のＢ３方向と軸対称であるＢ４方向から貫通加工が施される（図１９）。このＢ４方向は、ベクトル表記では（０，－１，－１）となる。この第四加工工程Ｓ１２４を経て、積層体５は、Ｂ４方向から見て図２０に示すような形状となる。即ち、二等辺三角形を断面形状としてＢ４方向に延びる貫通孔４６が形成される（図２０）。以上により、斜め加工工程Ｓ１２が完了する。このように、斜め加工工程Ｓ１２では、積層方向から見て互いに交差する（直交する）四方向から積層体５に対して貫通加工が施される。この斜め加工工程Ｓ１２を経て、積層体５の第一板材５１は、上記のベース板２０１を形成し、第二板材５２は、中間構造物としての孔空き構造体２ｐを形成する。

斜め加工工程Ｓ１２の次に、上記の孔空き構造体２ｐに対して、上記第一実施形態と同様の面内加工が施される（面内加工工程Ｓ１３）。面内加工工程Ｓ１３では、まず上述したＡ方向から孔空き構造体２ｐのみに対して貫通加工を施す（図２１）。これにより、Ａ方向から見た場合の孔空き構造体２ｐは、図２２に示すような形状となる。さらに、Ａ方向における貫通加工が完了した後で、第二板材５２の面内において当該Ａ方向に交差する（直交する）Ａ´方向に、同様の貫通加工が施される（図２３）。これにより、一対のベース板２０１同士の間に、複数の梁２１からなる三次元梁構造２が形成された非熱膨張部材２００が完成する。このとき、Ａ´方向から見ると、非熱膨張部材２００は、図２４に示すような形状となっている。以上により、本実施形態に係る非熱膨張部材２００の製造方法の全工程が完了する。

以上、説明したように、上記の製造方法によれば、斜め加工工程Ｓ１２を実行することによって、第二板材５２のみならず、積層方向に隣接する第一板材５１に対しても貫通加工を施すことができる。第一板材５１は、格子状のベース板１に形成されることで、例えば第二板材５２のみに加工が施されている場合に比べて、より高い自由度のもとで非熱膨張部材１００の特性を変えることができる。即ち、上記の製造方法によれば、特性が異なる多様な非熱膨張部材１００を得ることができる。

上記製造方法によれば、斜め加工工程Ｓ１２において、積層方向から見て互いに交差する四方向から貫通加工を施すことによって、積層方向に直交する面内方向における非熱膨張部材１００の特性を均一化することができる。即ち、面内方向に熱膨張の方向性に偏りのない非熱膨張部材１００を、貫通加工を行うことのみによって得ることができる。さらに、面内方向における貫通加工と組み合わせることで、梁２１をより一層細く形成することも可能となる。これにより、非熱膨張部材１００の特性をさらに精緻に調整することができる。

さらに、上記製造方法によれば、加工方向において突出部７と重なる孔空き構造体２ｐの一部を残しながら貫通加工を施すことで、当該残された孔空き構造体２ｐの一部が工具やレーザ、ウォータージェット等の切削範囲から保護され、これにより梁２１を形成することができる。言い換えると、突出部７が形成されていることによって、貫通加工で必要とされる貫通形状をより単純化することができる。これにより、低コストかつ容易に非熱膨張部材１００を製造することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第二実施形態では、斜め加工工程Ｓ１２において、互いに直交するＢ１方向、Ｂ２方向、Ｂ３方向、及びＢ４方向から貫通加工を施す例について説明した。しかしながら、目的とする非熱膨張部材１００の特性によっては、これらの四方向が必ずしも互いに直交している必要はなく、９０°未満、又は９０°よりも大きい交差角度で四方向から貫通加工を施すことや、４以外の数の方向から貫通加工を施すことも可能である。

１，１ａ，２０１…ベース板
２，２０２…三次元梁構造又は三次元トラス構造
５…積層体
６…ベース板孔部
７…突出部
２１，２１ａ…梁
３１，３１ａ…第一支持点
３２，３２ａ…第二支持点
４１，４２，４３，４４，４５，４６…貫通孔
５１…第一板材
５２…第二板材
１００，２００…非熱膨張部材
２１ｐ…梁中間体
２ｐ…孔空き構造体
Ｓ１，Ｓ１１…準備工程
Ｓ１２…斜め加工工程
Ｓ１２１…第一加工工程
Ｓ１２２…第二加工工程
Ｓ１２３…第三加工工程
Ｓ１２４…第四加工工程
Ｓ２，Ｓ１３…面内加工工程
Ａ，Ａ´，Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｄａ，Ｄｂ…方向

Claims (7)

1. 第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、
   前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、
   前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、
   を含み、
   前記面内加工工程では、前記貫通加工を施すことで、前記第一板材同士を接続するように前記積層方向及び前記面内方向に対して傾斜して延びる複数の部材が前記第二板材により形成される非熱膨張部材の製造方法。
2. 前記面内加工工程において、複数の前記部材からなる三次元トラス構造を形成するように前記第二板材が加工される請求項１に記載の非熱膨張部材の製造方法。
3. 第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、
   前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、
   前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、
   を含み、
   前記面内加工工程では、前記貫通加工を施すことで、前記第一板材同士を接続する複数の部材が前記第二板材により形成され、
   前記面内加工工程において、複数の前記部材からなる三次元トラス構造を形成するように前記第二板材が加工される非熱膨張部材の製造方法。
4. 前記面内加工工程において、
   前記第二板材に対して前記面内方向に含まれる互いに交差する二方向から貫通加工が施される請求項１から３のいずれか一項に記載の非熱膨張部材の製造方法。
5. 第一材料と、前記第一材料よりも線膨張係数が小さい第二材料とを用いて、非熱膨張部材を製造する方法であって、
   前記第一材料からなる第一板材と、前記第二材料からなる第二板材とが、交互に複数積層された積層体を準備する準備工程と、
   前記第一板材と前記第二板材との積層方向に直交する平面を含む面内方向の複数方向から前記第二板材に対して貫通加工を施す面内加工工程と、
   を含み、
   前記積層体に対して前記積層方向及び前記面内方向に対して傾斜する複数方向から貫通加工を施すことで、前記第一板材を格子板状のベース板に形成しつつ、前記第二板材を孔空き構造体に形成する斜め加工工程をさらに含む非熱膨張部材の製造方法。
6. 前記斜め加工工程は、前記積層方向から見て互いに交差する四方向から貫通加工を施す請求項５に記載の非熱膨張部材の製造方法。
7. 前記斜め加工工程は、
   前記格子板状をなす第一板材の交差部の角から前記面内方向に突出する突出部を残しながら、かつ、加工方向から見て前記突出部と重なる前記孔空き構造体の一部を残しながら貫通加工を施す請求項６に記載の非熱膨張部材の製造方法。

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