JPH09309153A - 成形型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層造形法による繊維質材料の成形（例えば
パルプモールド）用の成形型及びその製造方法の特長を
生かしながら、成形型の耐久性、寿命及び成形時の生産
性を向上させること。 【解決手段】 積層造形法によって得られたパルプモー
ルディング時の繊維質材料成形用の成形型であって、フ
リーネス値が 400〜600ml でありかつ繊維長が 0.3〜３
mm程度である繊維質材料の成形用として、３mm以下の空
孔径を有している成形型21。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維質材料の成形
に用いられる成形型及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】繊維質材料の成形方法としては、例え
ば、パルプモールディングと称される、パルプ繊維を使
った方法が知られている。これは、例えば、古紙等を使
用することによって、リサイクルや省資源化に貢献しか
つ環境を汚染することのない梱包材等の製造に利用され
ている。

【０００３】このパルプモールディングにおいては、水
中に攪拌懸濁されたパルプ繊維に、必要に応じて熱硬化
性樹脂の初期縮合物等を添加して懸濁、付着させた後、
所定形状の成形型（金型）を通して減圧吸引を行い、予
備成形を行った後、乾燥工程等を経て圧縮成形又は加熱
硬化を行うことによって、最終的にパルプ成形品を得て
いる。

【０００４】パルプモールディングの成形型としては、
抄型と称されるものが主に用いられ、図16にその例が示
されている。この成形型50は、鋳物により凸形ブロック
状に形成されていてその本体58には上方に開口した凹部
51が形成されており、その開口52が蓋体53によって閉塞
されると共に、凹部51内が吸引管55を介して真空吸引装
置54によって減圧されるようになっている。

【０００５】そして、成形型50には、凹部52と外部とを
連通する多数の吸引孔56が形成されている。

【０００６】成形型50には、その本体表面を覆うための
金網57が取り付けられる。このため、成形型50は、形状
が複雑な場合には、型分割して複数の型本体部分58Ａ、
58Ｂ、58Ｃ・・・から構成される。なお、金網57の孔径
（通常１mm以下）は吸引孔56の孔径に比して十分に小さ
くされている。

【０００７】図17は、図16の成形型50を用いた、パルプ
モールディングによる成形方法を概略的に示すものであ
る。

【０００８】液槽59内には、個々の長さが数mm程度のパ
ルプ繊維を含む溶液60が満たされており、金網57に覆わ
れた成形型50を溶液60中に浸した後、成形型50の凹部51
内を真空吸引すると、成形型50の表面、つまり金網57に
パルプ繊維を吸着させ、予備成形を行う。この予備成形
の後に、乾燥等の所定の工程を経て、成形型50の形状に
対応した形状を有するパルプ成形品が製造される。

【０００９】しかしながら、このパルプモールディング
に用いられる成形型50においては、その表面を金網57に
よって覆う作業（金網張り作業）が必要であり、作業性
の効率化や短時間化を図るのが難しいという問題があ
る。

【００１０】即ち、成形型50の形状が複雑であり、表面
側の凹凸の度合いが大きい場合には、その表面を金網57
で覆うことは、成形型の表面からの金網57の浮き上がり
等によって容易な作業ではない。また、成形型50の本体
58を幾つかの部分58Ａ、58Ｂ、58Ｃ・・・に分割すると
きには、金網57を別々に取り付けることをはじめ、成形
型50の或る場所では金網57を延伸したり、更には余分な
金網57を切断するといった複雑な手作業を要し、そし
て、これらの作業には作業者に高い熟練度が要求され
る。

【００１１】しかも、設計変更等に伴って上記の金網張
り作業をやり直す場合は、上記の作業プロセスを再び繰
り返す必要があり、作業時間やコスト面で問題がある。

【００１２】

【発明に至る経過】そこで、本出願人は、いわゆる積層
造形法により、パルプ繊維の如き繊維質材料の型成形
（例えば、パルプモールド）に用いられる成形型とし
て、最適な構造を持つ金型を短時間かつ自動的に一体成
形することが可能となる発明を、特願平７−５３７２３
号（平成７年２月２０日出願）として既に提案した。こ
れを以下、先願発明と称する。

【００１３】この先願発明によれば、例えば光硬化樹脂
法を用いた積層造形法により得られる成形型において、
積層される材料に所定の処理を施すことにより立体形状
を形成する積層造形法を用いて、積層された各層におけ
る材料の欠落部分として多数の吸引孔を成形型に形成し
ている。

【００１４】また、先願発明の積層造形法により成形型
を製造する方法として、積層材料の各層に材料の欠落部
分を形成し、その各層を順次積層していくことによっ
て、多数の吸引孔を成形型に形成する。

【００１５】従って、この先願発明では、成形型に多数
の吸引孔を各層の積層時に形成することによって、既述
した従来の抄型に形成される吸引孔と金網との両機能を
兼ね備えた代替手段として、多数の吸引孔を成形型に容
易に形成することができる。

【００１６】このため、成形型が複雑な場合でも、成形
型を幾つかの部分に分割する必要がなくなる。また、既
述した従来の抄型のように金網を用いる必要がないの
で、成形型に金網を取り付ける作業等が全く不要とな
り、作業者に高い熟練度が要求されることなく、成形型
を効率的かつ短時間で作製することができる。しかも、
設計変更や型の追加製造等に対しても迅速に対応でき
る。

【００１７】このように先願発明は顕著に優れた利点を
有しているが、本発明者が検討を加えた結果、改善すべ
き点がなお存在していることが判明した。

【００１８】即ち、繊維質材料の成形型の空孔への目詰
まりや成形型内への繊維質材料の過剰な透過が生じるこ
とがあり、成形型の耐久性、寿命及び成形時の生産性の
面でなお改善すべき問題があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、積層造形法による繊維質材料成形（例えば、パルプ
モールド）用の成形型及びその製造方法において、先願
発明の上記した特長を生かしながら、成形時の繊維質材
料による成形型の目詰まりや、成形型内への繊維質材料
の過剰な透過を回避し、成形型の耐久性、寿命及び成形
時の生産性を向上させることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、積層造
形法によって得られた繊維質材料成形用の成形型であっ
て、フリーネス値が 400〜600ml でありかつ繊維長が
0.3〜３mm程度である繊維質材料の成形用として、３mm
以下の空孔径を有する成形型に係るものである。

【００２１】本発明はまた、フリーネス値が 400〜600m
l でありかつ繊維長が 0.3〜３mm程度である繊維質材料
の成形用として、３mm以下の空孔径を有している成形型
を製造するに際し、積層造形法により積層材料を層状に
順次積層する、成形型の製造方法も提供するものであ
る。

【００２２】本発明の成形型及びその製造方法によれ
ば、積層造形法を適用しているから、上記した先願発明
と同様に、成形型に多数の吸引孔（空孔：以下、同様）
を各層の積層時に形成することによって、既述した従来
の抄型に形成される吸引孔と金網との両機能を兼ね備え
た代替手段として、多数の吸引孔を成形型に容易に形成
することができる。

【００２３】このため、成形型が複雑な場合でも、成形
型を幾つかの部分に分割する必要がなくなる。また、既
述した従来の抄型のように金網を用いる必要がないの
で、成形型に金網を取り付ける作業等が全く不要とな
り、作業者に高い熟練度が要求されることなく、成形型
を効率的かつ短時間で作製することができる。しかも、
設計変更や型の追加製造等に対しても迅速に対応でき
る。

【００２４】そして、先願発明と同様の利点に加えて、
本発明では更に、積層造形法によって作製された成形型
の空孔径（吸引孔径）を繊維質材料（通常、フリーネス
値：400 〜600ml 、繊維長 0.3〜３mm程度）に対して３
mm以下と特定しているので、成形時の繊維質材料による
成形型の目詰まりや、成形型内への繊維質材料の過剰な
透過を回避し、成形型の耐久性、寿命及び成形時の生産
性を向上させることができる。

【００２５】こうした空孔（従来型の吸引孔及び金網の
双方の機能を兼用）を有する成形型は、積層造形時に製
造パラメータにより決定して、一体的かつ自動的に成形
型を作成することができる。例えば、あらかじめＣＡＤ
(Computer Aided Design）等の外部入力データ上で作成
しておいてもよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明における積層造形法は、具
体的には、２次元断面を積層して３次元物体を形成する
ものであり、また、紫外線又は可視光硬化タイプの光硬
化樹脂法、粉末溶着法、溶融紡糸堆積法又は薄板積層法
が適用される。

【００２７】そして、この積層造形法では、多数の吸引
孔が、積層された各層における材料の欠落部分として形
成される。或いは、積層材料の各層に材料の欠落部分を
形成しつつ前記層を順次積層することによって、前記欠
落部分として多数の吸引孔を成形型に形成する。

【００２８】本発明においては、フリーネス値が 400〜
600ml でありかつ繊維長が 0.3〜３mm程度である繊維質
材料の成形用として、３mm以下の空孔径を有している成
形型（例えばパルプモールディング用）としているが、
繊維質材料は、パルプ繊維が好適であるが、その他にも
紙や植物、金属繊維等であってもよい。ここで、「フリ
ーネス値」とは、濾水度（繊維の水切れの程度を示す数
値）であって、その測定法はＪＩＳ Ｐ８１２１，ＴＡ
Ｐ・ＰＩ Ｔ２２７，ＩＳＯ ５２６７／１〜２，ＳＣ
ＡＮ Ｍ３，４等に示されている（以下、同様）。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３０】本実施例では、積層造形法を利用すること
によって、多数の吸引孔を有する成形型を得るものであ
り、この成形型を用いて繊維質材料から種々の成形品を
得ることができるようにしたものである。

【００３１】ここで、「積層造形法」とは、積層される
材料に加圧や加熱硬化等の所定の処理を施すことによっ
て所望の形状を形成する方法のことであり、後述する光
硬化樹脂法（紫外線又は可視光硬化樹脂法等）、粉末溶
着法、溶融紡糸堆積法、薄板積層法等の各種の方法を挙
げることができ、２次元断面形状を所定の方向に沿って
積層することによって３次元物体を形成する方法が全て
含まれる。

【００３２】図１は、積層造形法として、光硬化性樹脂
（光によって硬化の度合いが変化する性質をもった樹脂
であり、例えば、ウレタンアクリレートの如き紫外線硬
化樹脂等が含まれる。）を用いた光硬化樹脂法を適用し
た場合の光学的造形装置１を概略的に示すものである。

【００３３】３次元ＣＡＤ(Computer Aided Design）シ
ステムによって作成された形状モデルに関するデータ
（以下、「形状データ」と称する。）は、まず、計算機
２に取り込まれる。

【００３４】計算機２は、造形装置１における操作卓と
しての役割を有しており、製造における各種パラメータ
の設定等、データ加工の指令中枢となるものである。

【００３５】計算機２は、上記形状データから断面形状
に係るデータへの変換処理や編集作業を行うのに必要と
される。即ち、形状データに基づいて所定の積層軸に沿
って切断することによって、断面形状に係るデータ（例
えば、積層軸を鉛直方向に選んだ場合には、等高断面で
のデータであり、以下、これを「等高断面データ」と称
する。）を得て、このデータに対してプログラム処理に
よるデータ加工を施すことができる。

【００３６】製造対象である成形型の製造に際しては、
フリーネス値等の成形される繊維質材料のデータや、成
形型に形成される多数の吸引孔の径や形成ピッチ等に係
るパラメータを含む各種のパラメータ（以下、これを
「製造パラメータ」と称する。）が必要であり、この製
造パラメータに基づいて計算機２は、成形型の構造に係
るデータを自動的に作成する。

【００３７】そして、計算機２は、上記等高断面データ
や製造パラメータに応じた制御情報を後段の制御部３に
送出する。

【００３８】制御部３は、計算機２からの制御情報に基
づいて光走査部４や移動機構５等の制御を行うものであ
る。

【００３９】光走査部４は、光源６からの光を自在に走
査して、樹脂液槽７内の光硬化性樹脂８の液面８ａ上の
所望の位置に光Ｌを照射するために設けられる。

【００４０】例えば、図２に示すように、光源６として
レーザーを用いて、レーザー光Ｌを走査する場合には、
レーザー９、音響光学変調器（以下、「ＡＯＭ」と略記
する。）10ａ及びその駆動制御に係るＡＯＭドライバー
10ｂ、フォーカス制御部11、スキャニング部12や、これ
らを統括して制御するレーザースキャン制御部13等が設
けられる。

【００４１】即ち、レーザー光Ｌは、レーザー９からミ
ラーＭを介し、ＡＯＭ10ａを通った後、フォーカス制御
部11、スキャニング部12を介して光硬化性樹脂８の液面
８ａ上を走査される。この際、レーザースキャン制御部
13は制御部３からの指令を受けて、ＡＯＭドライバー11
を介してＡＯＭ10ａの変調制御を行ったり、フォーカス
制御部11の制御やスキャニング部12でのガルバノミラー
ＧＭの回動制御等を行っている。

【００４２】移動機構５は、光硬化性樹脂８の積層段階
に応じて光硬化性樹脂液槽７内に配置されたステージ14
を移動させるものであり、例えば、ステージ14を鉛直方
向に移動させるエレベータ機構として、ボールネジを用
いた機構を挙げることができる。図示するように、ステ
ッピングモーター15によって回転される送りネジ16ａが
鉛直方向に延びており、これにナット16ｂが螺合され、
かつ、ナット16ｂの移動に伴ってステージ14が上下方向
に移動される機構を用いることができる。

【００４３】なお、ナット16ｂの位置等の情報は、位置
検出部16ｃから制御部３に送出され、制御部３からステ
ッピングモーター15に送られる制御信号によってステー
ジ14の位置制御が行われるようになっている。また、移
動機構５としては、ステージ14上で上記の光走査によっ
て硬化した樹脂槽を所定の方向に沿って積層させるため
に、ステージ14を積層方向に沿って段階的に移動させる
ことができれば、如何なる構成でも構わない。

【００４４】図２では、レーザー９を光源としたため、
光源６と光走査部４とを別個に構成した例を示したが、
これに限らず、例えば、図３に示す面照射による露光方
式では、陰極線管（以下、「ＣＲＴ」と略記する。）17
を用いることによって、光源６と光走査部４とを一部品
で構成することができる。

【００４５】即ち、ＣＲＴ17のパネル面17ａを光硬化性
樹脂８の液面８ａの上方に配管し、ＣＲＴ17内の電子ビ
ーム17ｂを偏向コイル等によって走査すると共に、電子
ビーム17ｂのエネルギーを螢光面で光エネルギーに変化
して、光を直接又は光学素子を介して光硬化性樹脂８の
液面８ａに照射するようにすればよい。

【００４６】そして、図１〜図３において、光硬化性樹
脂８の光照射による硬化と、移動機構５によるステージ
14の送りとを繰り返すことによって、液槽７中にて樹脂
８を液面８ａ側から硬化させていき、硬化樹脂からなる
所定形状の積層成形物18を形成することができる。図１
及び図２では、ステージ14を下降させた状態（成形物18
の完成）を示し、図３では、実線位置から仮想線位置へ
とステージ14を下降させる状況を示している。

【００４７】こうして得られる積層成形物18としての成
形型は、例えば、繊維質材料の成形時の吸引の均一化を
考慮して、図16と同様に、その内部に中空部を有し、こ
の中空部と外部とを連通するために多数の吸引孔を有す
る構造とされる。但し、中空部が必要でない場合もあ
り、この場合には、成形型のある面に真空吸引装置の吸
引部を密着させて吸引を行えばよい。

【００４８】次に、成形型の構造に係るデータの作成手
順について図４〜図８に従って説明する。なお、理解容
易のために、成形型の基本形状が凸形ブロック状をなし
ているものとする。

【００４９】（１）基本形状の設定 まず、図４に示すように、凸形ブロック状をした成形型
の基本形状19を設計データとして用意する。基本形状19
に対する直交座標系の設定において、凸部19ａが突設さ
れた方向をＺ軸方向とし、これに直交するＸ軸、Ｙ軸に
ついては、基本形状19の凸部19ａのベース部19ｂの長手
方向をＸ軸方向に選んでいる。

【００５０】（２）等高断面データの作成 次に、図５に示すように、Ｚ軸方向に対して直交する面
（Ｘ−Ｙ面）で基本形状19を切断することによって、Ｚ
方向に所定のピッチ（例えば 0.1mm又は 0.2mm）でスラ
イシング処理を行う。即ち、Ｚ軸方向に対して直交しか
つＺ軸方向に沿って所定のピッチで配置される多数の平
面20、20、・・・で基本形状19を切断することによっ
て、各平面についての等高断面データを作成する。

【００５１】（３）型構造データの作成 図６は、基本形状19に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方
向に延びる多数の吸引孔21ａ、21ａ、・・・を形成する
ことによって得られる成形型21を示している。これらの
吸引孔21ａ、21ａ、・・・は、繊維質材料を吸着させる
ために必要とされるものである。

【００５２】図７及び図８は、図６に示す円形のＡ部に
おける吸引孔21ａ、21ａ、・・・の形成の要領を示すも
のであり、図７がＸ−Ｙ平面に対して平行な平面におい
て孔を形成する例を示し、図８がＺ−Ｘ平面又はＺ−Ｙ
平面に対して平行な平面において孔を形成する例を示し
ている。

【００５３】図７（ａ）は、Ｚ軸方向から見て縦横に延
びる例えば直線によって構成される網目状の格子22を示
しており、「Ｎ」は孔径を表し、「ｎ」は格子幅を表し
ている。即ち、幅ｎの格子部分22ａ、22ａ、・・・は光
硬化性樹脂８のうち光走査により硬化した部分であり、
この例では、一辺Ｎの正方形状の孔がＸ軸やＹ軸方向に
沿って配列されて、隣接する孔同士が幅ｎの壁によって
仕切られている。

【００５４】図７（ｂ）は、図７（ａ）において示す長
円のＢ部について格子を形成するときの状況を概念的に
示すものである。

【００５５】即ち、小円23はレーザースポットを表して
おり、その直径「Ｄ」がスポット径を示しており、格子
幅ｎは、横並びに配列された複数の小円23、23、・・・
の数とこれらの重なり具合によって決まる。

【００５６】例えば、レーザースポットのスキャン間隔
を「Ｌ」とし、隣接し合う小円の中心間距離が一律にＬ
に等しい場合には、格子幅ｎはＬの整数倍にＤを加えた
長さとなる。特に、図示するように、小円23、23、・・
・が一列に連接されている場合には、Ｌ＝Ｄであるの
で、格子幅ｎを得るのに必要なビームスポットの数、つ
まり、Ｘ軸方向に沿う単位格子当たりの走査数はｎ／Ｄ
となる。

【００５７】図７（ｂ）中の「ＳＫ」はスキップ幅を示
しており、この区間においては孔の形成のためにＸ軸方
向に沿ったレーザー光の走査を一時的に中断する必要が
ある。従って、スキップ幅ＳＫは孔径Ｎに等しい。

【００５８】また、「ＳＤ」はスキップ間隔を示してお
り、孔径Ｎに格子幅ｎを加えた長さに等しい。即ち、ス
キップ間隔ＳＤは、格子幅ｎの区間について光走査を開
始してからスキップ幅ＳＫを置いて次の区間について光
走査を開始するまでの間隔である。

【００５９】例えば、パルプモールディングにおいて、
パルプ繊維がフリーネス値 400〜 600ml、長さが 0.3〜
３mm（例えば２〜３mm程度）である場合には、吸引孔21
ａの孔径ＮはＸ−Ｙ平面においてそれ以下の値である３
mm以下（好ましくは 0.3〜 1.2mm、例えば0.5mm)とし、
スキップ間隔ＳＤも３mm以下（例えば１mm程度）に設定
すればよい。吸引孔21ａのＺ方向のサイズＮ’は、孔径
Ｎの１〜２倍がよく、例えば0.8mm としてよい。なお、
レーザースポット径Ｄは 0.1mm、格子幅ｎは 1.0mmとし
てよい。

【００６０】また、使用するレーザーとしては、アルゴ
ンレーザー（波長 360nm）、ヘリウムカドミウムレーザ
ー（波長 325nm）、その他に半導体レーザー、ＣＯ₂ レ
ーザー、ＹＡＧレーザー等が挙げられ、ビーム径１mm以
下、エネルギー１ワット/cm²以上で照射を行うことがで
きる。

【００６１】このようにＸ−Ｙ平面に対して平行な面に
おける孔の形成に際しては、孔径Ｎ、Ｎ’、格子幅ｎ、
レーザースポット径Ｄに基づいて各種のパラメータ値を
決定することができ、格子22を積層していくことによっ
てＺ軸方向に延びる、例えば角孔を形成することができ
る。

【００６２】図８は、Ｘ軸又はＹ軸に対して直交する平
面における孔の形成について示すものであり、「ｒ
（１）〜ｒ（ｃ）」はＸ軸方向の光走査によって形成さ
れる筋状の樹脂部を示し、「ｒ（ｃ＋１）〜ｒ（２
ｃ）」は、Ｙ軸方向の光走査によってｒ（ｃ）上に順次
積層される筋状の樹脂部を示し、また「ｒ（２ｃ＋１）
〜ｒ（３ｃ）」は、Ｘ軸方向の光走査によってｒ（２
ｃ）上に順次積層される筋状の樹脂部を示している。つ
まり、括弧内の添え字は、Ｚ軸の正方向（図８の上方）
に沿って増大するように選ばれており、添え字が大きい
ものが添え字の小さいものの上に次々と積層されてい
く。

【００６３】ｒ（１）〜ｒ（３ｃ）のＺ軸方向における
各厚み「Ｚｐ」は、積層ピッチを示しており、またＺ軸
方向の孔径「Ｍ」は、積層ピッチＺｐが一定値の場合に
その整数倍の長さとなる。例えば、ｒ（１）〜ｒ（ｃ）
に係る孔径「Ｍ」は、積層ピッチＺｐにｒ（１）〜ｒ
（ｃ）の積層数（つまり、ｃ）を掛けたものに等しい。

【００６４】このことは、ｒ（ｃ）〜ｒ（２ｃ）やｒ
（２ｃ＋１）〜ｒ（３ｃ）に係る孔径についても同様で
ある。なお、Ｚ軸方向における孔の形成間隔（つまりｒ
（ｃ）とｒ（２ｃ＋１）との間の間隔）は、Ｙ軸方向に
延びるｒ（ｃ＋１）〜ｒ（２ｃ）の積層数によって決ま
る。

【００６５】このように、Ｚ−Ｙ平面やＺ−Ｘ平面に平
行な平面における孔の径Ｍは、積層ピッチＺｐや積層数
ｃに基づいて決定することができ、これによってＸ軸又
はＹ軸方向に延びる角孔を形成することができる。

【００６６】図９は、上記した手順（３）を含む成形型
の作成の流れを示すフローチャート図である。

【００６７】ステップＳ１では、図７において説明した
ように、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面における孔の形成に必
要なデータの入力が行われ、ステップＳ２では、図８に
おいて説明したように、Ｚ−Ｘ平面、Ｚ−Ｙ平面に平行
な平面における孔の形成に必要なデータの入力が行われ
る。

【００６８】そして、ステップＳ１に続くステップＳ３
では、Ｘ−Ｙ平面における光走査のためのパラメータを
ステップＳ１での入力データから自動的に設定する。即
ち、このパラメータは光走査部４によるレーザー光の走
査についての基礎情報となる。

【００６９】また、ステップＳ２に続くステップＳ４で
は、積層方向の制御に必要なパラメータをステップＳ２
での入力データから自動的に設定する。即ち、このパラ
メータは移動機構５によるステージ14の制御についての
基礎情報となる。

【００７０】ステップＳ３、Ｓ４で得られるパラメータ
は、ステップＳ５において製造パラメータの一部として
組み込まれる。製造パラメータには成形型21の作成に必
要な全情報が含まれており、この製造パラメータの情報
を計算機２においてデータベース化することによって、
データの蓄積が可能である。即ち、蓄積された各種のデ
ータを適宜に選択することによって、既存のデータを選
択することができることは勿論、蓄積データの編集やＣ
ＡＥ（Computer Aided Engineering）を活用した成形型
の最適設計のための基礎データとして利用することがで
きる。

【００７１】製造パラメータに対応する制御情報は、ス
テップＳ６において制御部３にデータ転送され、制御部
３の指示に従って光走査部４や移動機構５が制御され
る。

【００７２】そして、ステップＳ７において、移動機構
５によりステージ14が１段階ずつ下降する度にレーザー
光の走査により断面体（積層体）の形成が行われ、幾層
もの薄い断面体が積層された結果として、成形型21が次
第に形成されていく。

【００７３】ステージ14が光硬化性樹脂液槽７から引き
上げられた後に、成形品に対して所定の処理（例えば、
紫外線硬化処理等）が施されると、成形型21が完成す
る。

【００７４】以上のように、積層造形法によれば、図６
（更には図10）に示すように、成形型21に形成される多
数の吸引孔21ａ、21ａ、・・・を、積層された各層にお
ける材料の欠落部分として形成することによって、多孔
質の構造を有する成形型21を作成することができる。

【００７５】なお、上記の例では、レーザー光の走査に
よって筋状の樹脂を積層していく方法について説明した
が、図３に示したような面照射方式の場合には、図７の
ような格子縞に対応する画像情報をＣＲＴ17に送ってそ
の照射面に格子縞のパターンを表示させればよい。

【００７６】また、上記の例では、成形型21の基本形状
19に対して直交座標系を設定して、各軸に沿う方向に孔
を形成するようにしたが、成形型の基本形状に対して斜
交座標系を設定して、孔の形成方向が斜め方向になるよ
うにしたり、或いは、孔の中心点を所定の曲線に沿って
移動させることによって孔の形成方向をより自由に設定
する等の方法を採ることができる。そして、孔の形状に
ついても上記の角孔に限られるものではなく、積層造形
法上、支障を来さない範囲において、各種の形状（円
孔、六角孔等）を選択することができることは勿論であ
る。

【００７７】更に、上記の例では、装置１内において製
造パラメータを作成し、これを制御部３に転送する構成
となっていたが、製造パラメータを外部の計算機上で作
成することができる場合には、その過程を省略して、製
造パラメータに係るデータをそのままの形で利用するこ
とができる。

【００７８】即ち、この場合には、図１において計算機
２による処理を予め別の計算手段によって行っておき、
製造パラメーターに係るデータをオフライン又はオンラ
イン経由で光学的造形装置１に転送してこれを制御部３
での制御情報として利用すればよい。

【００７９】なお、成形型21の作成にあたっては、光硬
化性樹脂（例えば、ウレタンアクリレート、エポキシア
クリレート、ビニルエーテル樹脂、エポキシ樹脂）を使
った方法に限らず、電子ビームや放射線等の所定の波動
に反応する積層材料を用いる方法や、上述したように各
種の積層造形法を用いることができるが、光硬化性樹脂
法を用いることの利点として、材料費が安いことや作成
時間が短いことを挙げることができる。

【００８０】また、上記の例では、一個の成形型を作成
するものとして説明したが、積層造形法を用いる利点と
して、複数個又は複数種の成形型を同時に作成すること
ができる点が挙げられる。つまり、断層面での形状が一
の部材に係る形状に限られることがないので、複数の個
体についての断層面の形状を設定すれば、同じ積層工程
で複数の個体を作成することができ、生産効率を上げる
ことができる。

【００８１】また、本発明に基づく本実施例の成形型21
では、吸引孔（空孔）21ａの径Ｎを３mm以下としたこと
によって、従来の成形型と比べて約30％も生産性が向上
（抄紙時間の短縮等）が実現可能である。

【００８２】即ち、成形型の空孔径を繊維質材料（通常
フリーネス値：400 〜600ml 、繊維長 0.3〜３mm程度）
に対して３mm以下とし、繊維質材料の成形型への目詰ま
りや、成形型内への繊維質材料の過剰な透過を回避する
ことにより、下記効果を奏することができる。

【００８３】（ａ）繊維質材料の成形型への目詰まりに
よる成形型の劣化及び寿命の短縮が防止され、成形型の
耐久性が向上する。

【００８４】（ｂ）繊維質材料の成形型への目詰まりに
よる繊維質材料の成形型への吸着むらの発生が回避さ
れ、繊維質材料の成形型への均一な吸着を可能とし、成
形品の品質が向上する。

【００８５】（ｃ）繊維質材料の成形型への目詰まりに
よる成形型の補修作業に伴う生産ラインからの型おろし
工程が不要となり、連続稼働を可能としたことにより、
生産性が向上する。

【００８６】（ｄ）繊維質材料の成形型への過剰な透過
を回避することにより、成形時の繊維質材料の使用量が
軽減され、生産性が向上する。

【００８７】（ｅ）各種繊維質材料の特性（例えばフリ
ーネス値）に適した成形型の空孔径を製造パラメータに
より設定したり、データを蓄積することが可能なため、
熟練者でなくても最適な成形型の作成が可能である。

【００８８】なお、この空孔径は３mm以下とするのがよ
いが、あまり小さいと、コーティング材や繊維質材料に
よる目詰まりが生じ易いので、その下限は 0.1mmとする
のがよい。また、繊維質材料の繊維長は 0.3mm未満であ
ると空孔を通過し易くなり、３mmを超えると、目詰まり
を生じ、成形性が悪くなり易いので、 0.3〜３mmとする
のがよい。

【００８９】なお、上記の例では、積層造形法として光
硬化樹脂法を用いたが、これに代えて粉末溶着法、溶融
紡糸堆積法又は薄板積層法を用いて、同様の成形型を作
成することもできる。

【００９０】粉末溶着法（例えばＤＴＭ社のＳinter Ｓ
tationを使用）によれば、例えば図11に示すように、処
理槽87の両側に配した容器80、81に粉末成形材料（例え
ば、熱可塑性の粉末樹脂）88を収容し、一方の容器80の
表面域にある材料88を矢印83方向のローラー82の転動に
よって処理槽87内のステージ84上に搬入して分布させ、
ローラー82を他方の容器81まで移動させた後に逆方向84
に再び転動させて容器81内の材料88をステージ84上に搬
入して分布させる。

【００９１】このようにしてステージ84上に分布させた
粉末成形材料88に対し、レーザー光Ｌ’（例えばＣＯ₂
レーザー光）を選択的に照射して材料88の照射部分を所
定パターンに焼き固め、これを上述したと同様の制御情
報に基づいて順次行い、これに応じてステージ84を下降
させることによって、図６に示した如き成形型を作成す
る（なお、非照射部分の材料88は適当な方法で除去す
る）。

【００９２】この粉末溶着法では、材料88を短時間に成
形型に仕上げることができると共に、種々の材料を選
べ、樹脂以外にも金属も使用可能であって樹脂製の成形
型のみならず、金属製の金型も作成可能である。

【００９３】溶融紡糸堆積法（例えば株式会社丸紅ハイ
テック・コーポレーション販売の３Ｄ ＭＯＤＥＬＥＲ
を使用）によれば、図12に示すように、巻回した線状の
成形材料（例えば、熱可塑性の樹脂ワイヤ）98をＸ−Ｙ
平面で移動可能なノズル97へ供給し、ノズル97を所定温
度に加熱して材料98を溶かし、この溶融材料98Ａを支持
台90上に吐出させて固化させる。この操作を上述したと
同様の制御情報に基づいて行うことにより、図６に示し
た如き成形型を作成する。

【００９４】薄板積層法（例えば、株式会社吉良鉄工所
製のＫＩＲＡ Ｓolid Ｃenter を使用）は、図13に示
すように、上述した制御情報に基づいて予めスライシン
グし、孔を加工した紙又は金属板108 を順次ホットプレ
スで積層していく方法であり、これも図６に示した如き
成形型の作成を可能とする。

【００９５】以上のように、多数の吸引孔21ａを有する
多孔質構造の成形型21を積層造形法を用いて作成するこ
とができるから、従来のように型分割の必要がなく、金
網を用いる必要がなくなる。即ち、金網の孔及び成形型
の吸引孔に等価な小孔を最初から成形型に形成すること
ができるので、成形型の形状が複雑な場合でも、型分割
の必要がなくなり、成形型の表面に金網を取り付けると
いう熟練度を要する作業や、成形型の設計変更に伴う面
倒な金網張りの作業から解放され、成形型の作成時間を
短縮して低コスト化を図ることができる。

【００９６】例えば、電気製品等の梱包用部材につい
て、その成形型の作成に要する時間を、従来の方法を用
いた場合と、本発明に基づく方法を用いた場合とで比較
すると、前者では数週間の日数を要するのに対して、後
者によれば十数時間程度で済み、作成時間を大幅に短縮
することができる。

【００９７】また、従来の抄型を用いる場合には、上記
吸引孔21ａに比して大径の吸引孔56（図16参照）を通し
て繊維が吸着されるため、吸引孔56の位置を適切に選ば
ないと、吸引孔56に近い場所と吸引孔56から遠いところ
で繊維の成長の度合いに差が生じ、均一な成長を得るの
が難しい場合あるが、上記の成形型21によれば、小径の
多数の吸引孔21ａによって、型の表面における繊維の成
長を均一化させることが可能となり、更には、吸引孔21
ａの分布や孔径を成形型の形状及び吸引圧力に応じて自
由に設計することができる。

【００９８】そして、型の成形に積層造形法を用いるこ
とによって、型の設計変更や追加追加製造等に対して迅
速かつ柔軟に対応することができる。

【００９９】次に、上記した積層造形法によって成形さ
れた成形型21を用いた繊維質材料の成形（例えば、パル
プモールディング）について、図14及び図15で説明す
る。

【０１００】成形型21には上記の積層成形によって多数
の吸引孔21ａ、21ａ、・・・が形成されており、これら
が図17に示した従来法における金網57と吸引孔56との双
方の機能を兼ね備えている。

【０１０１】即ち、図14に示すように、凸形ブロック状
をした成形型21（ここでは中空状の型）を上下逆にし
て、液槽59内のパルプ繊維の溶液60中に沈め、成形型21
の上方を向いた開口72を蓋体53によって閉塞して、成形
型21の凹部73内を吸引管55を介して真空吸引装置54によ
って減圧する。この結果、液槽59内のパルプ繊維の溶液
60が成形型21の吸引孔21ａ、21ａ、・・・に侵入すると
共に、成形型21の表面にパルプ繊維が吸着されて堆積
し、予備成形生成物が成長する。

【０１０２】この予備成形による生成物は、これに対応
する雌型によって整形され、乾燥等の所定の工程を経
て、成形型21から取り出される。こうして、図15に示す
ように、成形型21の形状に対応した形状を有する梱包材
等のパルプ成形品74が製造される。

【０１０３】次に、本実施例による積層造形法（例えば
光硬化樹脂法）で得られた成形型21について、図16に示
した従来法による成形型50と比較しながら行った具体例
を説明する。

【０１０４】上述した方法によって、カセットレコーダ
用梱包材をパルプモールディングするのに用いる成形型
21を作成したところ、本実施例の方法では、下記の結果
が得られた。

【０１０５】本実施例の積層造形法によるパルプモール
ディング用成形型本体の製造例 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 作業内容 時間 ───────────────────── パラメーター設定 0.1 型構造データ作成 0.1 型作成（光造形） 8.1 後処理（後硬化等） 8.1 ───────────────────── 合計 16.2 時間 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

【０１０６】このように、本発明に基づく本実施例の方
法では、短時間に成形型を作成することができた（これ
は成形型材料としてウレタン系、エポキシ系のいずれで
も同様）。これに反し、従来法による場合、成形型の作
成に約３〜４週間も要した。

【０１０７】こうして作成された成形型を用いて、図14
に示した如くにパルプモールドの成形（抄紙）を行った
ところ、従来の成形型と比べて約30％も生産性が向上
（抄紙時間の短縮等）が実現可能であった。これは、本
発明に基づく本実施例の成形型21では、吸引孔（空孔）
21ａの径Ｎを３mm以下としたことによるものと考えられ
る。

【０１０８】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。

【０１０９】例えば、成形型材料、更には成形される繊
維質材料の材質をはじめ、そのサイズ、形状等は様々に
変更してよく、成形型の積層造形時の製造条件も上述し
たものに限定されることはない。

【０１１０】また、成形型の吸引孔（空孔）の形状、サ
イズ、分布状態等や、成形型の形状も様々であってよ
い。

【０１１１】

【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、積層造形
法によって得られた繊維質材料成形用の成形型であるの
で、成形型に多数の吸引孔を各層の積層時に形成するこ
とによって、従来の抄型に形成される吸引孔と金網との
両機能を兼ね備えた代替手段として多数の吸引孔を成形
型に容易に形成することができる。

【０１１２】このため、成形型が複雑な場合でも、成形
型を幾つかの部分に分割する必要がなくなる。また、既
述した従来の抄型のように金網を用いる必要がないの
で、成形型に金網を取り付ける作業等が全く不要とな
り、作業者に高い熟練度が要求されることなく、成形型
を効率的かつ短時間で作製することができる。しかも、
設計変更や型の追加製造等に対しても迅速に対応でき
る。

【０１１３】そして、成形型の空孔径（吸引孔径）を繊
維質材料（通常、フリーネス値：400 〜600ml 、繊維長
0.3〜３mm程度）に対して３mm以下と特定しているの
で、成形時の繊維質材料による成形型の目詰まりや、成
形型内への繊維質材料の過剰な透過を回避し、成形型の
耐久性、寿命及び成形時の生産性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光硬化樹脂法を用いた積
層造形装置を示す概略図である。

【図２】同積層造形装置の光走査部と移動機構を示す概
略図である。

【図３】同積層造形を面照射方式で行うときの状況を説
明するための概略図である。

【図４】成形型に係る構造のデータの作成における成形
型の基本形状の一例を示す斜視図である。

【図５】同基本形状に対して等高断面で切断したときの
様子を示す斜視図である。

【図６】多数の吸引孔が形成された成形型本体を示す斜
視図である。

【図７】同基本形状に設定されるＸ−Ｙ−Ｚ座標系にお
いて、Ｚ軸に対して直交する平面での孔の形成について
説明するための図であり、（ａ）は図６のＡ部における
格子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部を形成する光
走査について説明するための概略図である。

【図８】同基本形状に設定されるＸ−Ｙ−Ｚ座標系にお
いて、Ｘ軸又はＹ軸に対して直交する平面での孔の形成
について説明するための斜視図である。

【図９】本発明の実施例による成形型の作成の手順を説
明するためのフローチャート図である。

【図１０】（ａ）はＺ軸に対して直交する平面での格子
を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施例による粉末溶着法を用い
た積層造形装置を示す概略断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例による溶融紡糸堆積法を
用いた積層造形装置を示す概略断面図である。

【図１３】本発明の更に他の実施例による薄板積層法を
用いた積層造形装置を示す概略断面図である。

【図１４】本発明の実施例による成形型を用いたパルプ
モールディングについて説明するための概略断面図であ
る。

【図１５】同パルプモールディングで得られたパルプ成
形品の断面図である。

【図１６】従来の抄型の概略断面図である。

【図１７】同パルプモールディングについて説明するた
めの概略断面図である。

【符号の説明】

４…光走査部、５…移動機構、８…光硬化性樹脂、14…
ステージ、18…積層成形物、19…基本形状、20…平面、
21…成形型、21ａ、56…吸引孔、22…格子、22ａ…格子
部分、23…スポット、53…蓋体、54…真空吸引装置、55
…吸引管、57…金網、60…パルプ繊維溶液、74…パルプ
成形品、ｎ…格子幅、Ｎ…孔径、ＳＫ…スキップ幅、Ｓ
Ｄ…スキップ間隔、ｒ（１）〜ｒ（３ｃ）…樹脂部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層造形法によって得られた繊維質材料
   成形用の成形型であって、フリーネス値が 400〜600ml
   でありかつ繊維長が 0.3〜３mm程度である繊維質材料の
   成形用として、３mm以下の空孔径を有している成形型。
2. 【請求項２】 積層造形法が、２次元断面を積層して３
   次元物体を形成するものである、請求項１に記載した成
   形型。
3. 【請求項３】 積層造形法として、光硬化樹脂法、粉末
   溶着法、溶融紡糸堆積法又は薄板積層法が適用されてい
   る、請求項１に記載した成形型。
4. 【請求項４】 多数の吸引孔が、積層された各層におけ
   る材料の欠落部分として形成されている、請求項１に記
   載した成形型。
5. 【請求項５】 パルプモールディングに用いられる、請
   求項１に記載した成形型。
6. 【請求項６】 フリーネス値が 400〜600ml でありかつ
   繊維長が 0.3〜３mm程度である繊維質材料の成形用とし
   て、３mm以下の空孔径を有している成形型を製造するに
   際し、積層造形法により積層材料を層状に順次積層す
   る、成形型の製造方法。
7. 【請求項７】 積層造形法によって、２次元断面を積層
   して３次元物体を形成する、請求項６に記載した製造方
   法。
8. 【請求項８】 積層造形法として、光硬化樹脂法、粉末
   溶着法、溶融紡糸堆積法又は薄板積層法を適用する、請
   求項６に記載した製造方法。
9. 【請求項９】 積層材料の各層に材料の欠落部分を形成
   しつつ前記層を順次積層することによって、前記欠落部
   分として多数の吸引孔を成形型に形成する、請求項６に
   記載した製造方法。
10. 【請求項１０】 パルプモールディングに用いられる成
    形型を製造する、請求項６に記載した製造方法。