WO2017098640A1 - 造形物および電子機器ならびに造形方法 - Google Patents

Abstract

　熱可塑性樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化（焼結）して薄層を形成し、上記薄層を積層して形成した積層構造体２１であり、表面に吐出口２２と吸入口２５ｂとが形成された本体部２１ａと、吐出口２２および吸入口２５ｂに連通し、本体部２１ａの内部に形成された中空部２１ｂと、を有している。さらに、中空部２１ｂ内に、中空部２１ｂの延在方向に交差する方向の断面の大きさが上記延在方向において変化する部分（ノズル２３）を設けた構造である。

Description

造形物および電子機器ならびに造形方法

　本発明は、積層構造体からなる造形物、造形物を有する電子機器および造形方法に関する。

　複数の層を積層させた積層構造体で管状構造を形成し、この環状構造で流体の流路を構成した例が知られている。例えば、各種流体の供給や混合、さらに反応、排出等を行う配管およびその製造方法において、熱可塑性樹脂の平板を貼り合わせて管路を構成することが、特開２００８－３９１００号公報（特許文献１）に開示されている。さらに、特許文献１には、「内部流路２が、下部基板の表面に形成された凹条流路溝と、凹条流路溝の周壁の上端側に形成された傾斜部で下部基板に熱融着されて下部基板と一体化された閉塞部材とで形成されている（要約参照）」が開示されている。

　また、上下層を貼り合せて形成した流路において、断面積が周期的に増減している部分を有する微小流路構造体が、特開２００５－６６４００号公報に開示されている。さらに、特許文献２には、「２以上の流体を導入するための導入口及びこれに連通する導入流路と、前記導入流路より導入された流体が合流する合流部と、前記合流部より流体を排出させるための排出口に至るまでの処理流路と、を有した構造体であって、前記処理流路には流路断面積が周期的に増減している部分を有する微小流路構造体を用いる（要約参照）」が開示されている。

特開２００８－３９１００号公報 特開２００５－６６４００号公報

　しかし、特許文献１では、平板流路は、下部基板の表面に形成された凹条流路溝と、下部基板に熱融着されて下部基板と一体化された閉塞部材と、で形成されていることにより、熱可塑性樹脂の貼り合わせ体を構成している。そのため、上下基板間の位置合わせの精度が必要であり、貼り合せ作業に高い精度が必要となる課題がある。

　また、特許文献２に記載された微小流路構造体においても、上下の層を貼り合せているため、特許文献１と同様の課題がある。また、特許文献２では、流路の断面積が周期的に増減している部分を有しているが、流速変動を抑制する目的のみが開示されている。

　さらに、特許文献１および２は、予め上下別々に形成された基板を貼り合せて流路を形成しているため、流路の配置や形状を自由に設計変更することが困難である。

　本発明の目的は、流路の配置や形状を自由度高く容易に設計変更することができ、さらに積層体の薄肉化を図ることができる技術を提供することにある。

　本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

　本発明の造形物は、樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化して薄層を形成し、上記薄層を積層して形成したものであり、表面に複数の開口部が形成された本体部と、上記複数の開口部に連通し、上記本体部の内部に形成された中空部と、を有している。さらに、上記中空部内に、第一の中空部と第二の中空部とを有し、上記開口部と上記第一の中空部との間にある上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部の断面積と上記開口部の断面積とは異なる大きさである。

　また、本発明の電子機器は、造形物を有するものであり、基板と、上記基板上に搭載され、樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化して薄層を形成しかつ上記薄層を積層して形成した上記造形物と、上記基板上に搭載された電子部品と、を有している。さらに、上記造形物は、表面に複数の開口部が形成された本体部と、上記複数の開口部に連通し、上記本体部の内部に形成された中空部と、を有している。さらに、上記中空部内に、第一の中空部と第二の中空部とを有し、上記開口部と上記第一の中空部との間にある上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部の断面積と上記開口部の断面積とは異なる大きさである。上記基板上において、上記造形物に形成された上記複数の開口部のうちの少なくとも１つが、上記電子部品と対向して配置されている。

　また、本発明の造形方法は、（ａ）樹脂の粉末を数値データに基づいて位置制御されたレーザ光で溶融硬化して薄層を形成し、上記薄層を積層することにより、内部に引き抜き体を有する本体部を形成する工程と、（ｂ）上記引き抜き体を上記本体部から引き抜くことにより、表面の複数の開口部に連通する中空部を内部に備えた造形物を形成する工程と、を有している。さらに、上記（ａ）工程において、上記薄層の積層により、複数の開口を有する溝を造形し、上記溝内で上記溝の内壁から離れた位置に上記引き抜き体を造形する。さらに、上記溝上の上記引き抜き体から離れた位置に上記溝を覆う上記薄層を積層することで、上記引き抜き体が上記中空部内に配置された上記本体部を造形する。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

　各層間の貼り合せ作業を無くすことが可能である。流路の配置や形状を自由にかつ容易に設計変更することができる。また、造形物の薄肉化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る造形物（中空部品）を用いた情報処理装置の斜視図である。 図１に示す造形物の使用形態を説明する斜視図である。 図２に示す造形物をＡ－Ａ’線に沿って切断した構造の断面図である。 図２の造形物のノズルの造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物のノズルの造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物のノズルの造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の整流板の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の整流板の造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の整流板の造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の管路内壁の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の管路内壁の造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の管路内壁の造形状態の一例と他の引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の曲管路の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。 図２の造形物の分岐管路の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る造形物（三分岐中空部品）を用いた情報処理基板（電子機器）の斜視図である。 図１５の造形物（三分岐中空部品）を用いた情報処理基板（電子機器）の詳細な斜視図である。 図１６の造形物をＡ－Ａ’線に沿って切断した構造の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る造形物（上下二段中空部品）の使用形態を説明する斜視図である。 図１８の造形物をＢ－Ｂ’線に沿って切断した構造の断面図である。

　以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

　さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

　また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

　また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

　また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る造形物（中空部品）を用いた情報処理装置を模式的に示し、図２は、図１に示す造形物の使用形態を説明する斜視図であり、図３は、図２に示す造形物をＡ－Ａ’線に沿って切断した構造の断面図である。以下、中空部品１０の構造および使用形態、造形物である積層構造体２１の造形方法の順に説明する。

　図１に示す情報処理装置１は、サーバーやストレージないしは、それらの複合体、交換機等のデジタル情報を処理する装置であり、機能別の情報処理ユニット２の集合体で構成されることが多い。情報処理ユニット２は、単一もしくは複数の情報処理基板３で構成され、その基板上には、情報を処理するＣＰＵ（Central Processing Unit）や基板間や情報処理ユニット間を通信する光モジュール等の複数の発熱部品である電子部品４が搭載されている。すなわち、情報処理ユニット２は、サーバーまたはストレージ等の電子機器でもある。そして、情報処理ユニット（電子機器）２における複数の電子部品４を空冷するために、電子部品４の近傍に中空部品１０を配設しており、情報処理装置１の内部もしくは外部から冷却用の空気をチューブ５を介して、中空部品１０に圧送している。これにより、図２に示すように、中空部品１０の端面に設けられた吐出口（開口部）２２から吐出空気１１を、電子部品４に吹付けて冷却する構成である。

　中空部品１０の主要部である積層構造体２１は、３次元積層造形（一般的には３次元プリンタと称されることも多い造形技術）により形成された造形物であり、３次元積層造形として粉末床溶融結合方式を採用している。ここで、粉末床溶融結合方式とは、例えば、薄く敷き詰められた熱可塑性の１００μｍ以下程度の粒径の粉末樹脂に対し、造形する形状に選択的にレーザ等を照射して、樹脂を溶融し硬化すること（焼結）を繰り返して一層（薄層、厚さ１００μｍ程度）の造形物を形成し、それを順次積層して立体的な造形物を構成する方法である。つまり、本実施の形態１の造形物は、熱可塑性樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化（焼結）して薄層を形成し、この薄層を積層して形成するものである。

　上記粉末床溶融結合方式は、造形時に構造物の下面を樹脂粉末が支えるため、構造物を支えるサポート材が不要であるという特徴があり、横穴構造の造形も可能である。しかし、横穴構造の内部には、樹脂粉末が残るため、これまで開口幅および開口高さが５ｍｍ程度以下で奥行きが細長い微細な横穴の造形は、穴内に残留した粉末の除去のことを考えると容易ではなかった。

　以下、本実施の形態１では、上記粉末床溶融結合方式を採用して形成した造形物と、その造形物の穴（中空部）内の残留粉末の除去方法を含む造形方法とについて説明する。

　まず、造形物である積層構造体２１の断面構造とその冷却機能を説明する。図２の積層構造体２１は、ＸＹ面内に積層厚Ｈが０．１ｍｍ程度の熱可塑性樹脂の粉末層を敷き、それにＣＡＤデータに基づいた場所にレーザ光を照射して溶融固化した薄層を順次Ｚ軸の＋方向に積層して造形した構成である。また、空気を吐出させる吐出口２２を横切るＡ-Ａ’断面を図３に示す。

　図３に示すように、積層構造体２１の背面部（Ｙ軸＋側）には、チューブ接続部２５が設けられている。つまり、積層構造体２１は、表面に複数の開口部が形成された本体部２１ａと、上記複数の開口部に連通し、さらに本体部２１ａの内部に形成された中空部２１ｂと、からなる。

　これにより、積層構造体２１の本体部２１ａの中空部２１ｂと、チューブ接続部２５の中空部２５ａとが連通している。したがって、積層構造体２１では、一方の開口部である吐出口２２と、反対側の他方の開口部である吸入口２５ｂと、が中空部２１ｂおよび中空部２５ａを介して連通している。

　そして、積層構造体２１のチューブ接続部２５にチューブ５が接続されており、これにより、チューブ５の中空部５ａと、積層構造体２１の中空部２１ｂおよび中空部２５ａと、が連通している。

　さらに、積層構造体２１は、その中空部２１ｂ内に、断面の大きさが変化しない部分（第一の中空部）と、中空部２１ｂの延在方向（図３のＹ方向）に交差する方向（図３のＸ方向）の断面の大きさが、上記延在方向において変化する部分（第二の中空部）と、を備えたものである。

　具体的には、本実施の形態１の積層構造体２１の管内壁（内壁）２４は、その中空部２１ｂの先端側（吐出口（開口部）２２側）の面積が吸入口２５ｂ側より小さくなるように形成されている。つまり、吐出口２２が吸入口２５ｂより小さくなるように、先端部（Ｙ軸－側）の開口部の広さを狭く造形した形状となっている。詳細には、積層構造体２１の吐出口２２側の先端にノズル２３が形成されている。言い換えると、上記第二の中空部は、上記開口部（吐出口２２）と上記第一の中空部との間に位置しており、上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部の断面積と上記開口部（吐出口２２）の断面積とは異なる大きさである。さらに、上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部から上記開口部（吐出口２２）に向かって小さくなるように構成されている。

　つまり、積層構造体２１では、その本体部２１ａの中空部２１ｂにおいて、その断面形状が円形である第１の領域２５ｃと、第１の領域２５ｃに繋がる第２の領域であるノズル２３と、が形成されている。

　そして、ノズル（第２の領域）２３における中空部２１ｂの直径は、第１の領域２５ｃの中空部２１ｂの直径より小さい。詳細には、上記第二の中空部は、その断面形状が円形（長方形でもよい）である第１の領域と、上記第１の領域に繋がる第２の領域と、に連通しており、上記第２の領域の中空部の直径は、上記第１の領域の中空部の直径（幅、高さ、断面積等でもよい）より小さく構成されている。なお、積層構造体２１における中空部２１ｂおよび中空部２５ａは、空気（エアー）等の流体の流路である。

　したがって、本実施の形態１の積層構造体２１では、図２および図３に示すように、チューブ５から圧縮空気を供給し、中空部２５ａおよび中空部２１ｂに通すことで圧縮空気を管内壁２４に沿って通過させる。

　そして、圧縮空気はノズル２３によって絞られ、吐出口２２から吐出空気１１として噴出し、発熱部品である電子部品４に吹き付けられる。

　つまり、中空部２１ｂの端部にノズル２３を形成することにより、電子部品４にスポット的にエアーを吹き付けることができ、電子部品４を効率良く冷却することができる。

　これにより、図１に示すサーバーやストレージ等の電子機器に搭載された情報処理基板３において、図２に示すように、積層構造体２１をその開口部である吐出口２２が電子部品４と対向して配置されるように搭載しておくことにより、上記電子機器に搭載された電子部品４をスポット的に冷却することができる。

　以上により、上記電子機器に搭載された電子部品４を冷却することができ、図１に示す情報処理装置１における冷却機能を果たすことができる。

　次に、積層構造体２１の管内壁２４（中空部２１ｂおよび中空部２５ａ）の造形方法を図４から図６を用いて説明する。上述したように、粉末床溶融結合方式は、造形時に構造物の下面を樹脂粉末で支える方式であり、横穴の管内部（中空部）の造形時には、中空部２１ｂおよび中空部２５ａに未溶融の樹脂粉末６が残る。

　ここで、中空の造形中に管内壁２４に沿って管内壁２４より１ｍｍ程度小さく、つまり管内壁２４から１ｍｍ程度の隙間に樹脂粉末６が残るように、未溶融の樹脂粉末６をレーザ光で溶融硬化（焼結）する。

　これにより、中空部２１ｂおよび中空部２５ａにおいて、管内壁２４から１ｍｍ程度離れた内部に薄層を造形し、順次薄層を積層して引き抜き体２６を造形する。

　その際、薄層の積層により、まず複数の開口を有する溝を造形し、上記溝内で上記溝の内壁から離れた位置に引き抜き体２６を造形し、さらに上記溝上の引き抜き体２６から１ｍｍ程度離れた位置に上記溝を覆う上記薄層を積層することで、引き抜き体２６が中空部２１ｂおよび中空部２５ａ内に配置された積層構造体２１を造形できる。

　つまり、引き抜き体２６の周囲と、中空部２１ｂおよび中空部２５ａの管内壁２４と、が１ｍｍ程度離れた状態となるように中空部内に引き抜き体２６を形成する。これにより、引き抜き体２６と管内壁２４とが離れ易いため、引き抜き体２６を容易に引き抜くことができる。

　また、引き抜き体２６は、チューブ接続部２５よりも外側に一部が突出するように造形される。すなわち、図４～図６に示すように、引き抜き体２６の一部が積層構造体２１の開口部から突出するように引き抜き体２６を形成する。

　そして、積層構造体２１および引き抜き体２６を造形した後、この引き抜き体２６の外側部（一部、突出部）を把持し、図４に示す引き抜き方向２７に引き抜くことにより、中空部２１ｂおよび中空部２５ａの内部から引き抜き体２６を除去し、その後、引き抜き体２６を廃棄する。

　そして、管内部（中空部２１ｂおよび中空部２５ａ）に細い棒等を挿入し、管内壁２４付近に付着した樹脂粉末６を除去する。

　なお、引き抜き体２６を中空部２１ｂおよび中空部２５ａから引き抜く際には、管内壁２４に擦りながら引き抜くことが好ましい。すなわち、引き抜き体２６を引き抜く際には、管内壁２４に数回程度擦りながら引き抜くことにより、管内壁２４に張り付いた粉末を剥がすことができる、もしくは剥がれ易くすることができる。

　そして、引き抜き体２６を引き抜いた後、中空部２１ｂおよび中空部２５ａにエアーを吹き付ける、または、中空部２１ｂおよび中空部２５ａから粉末を掻き出す等して中空部内に残存する粉末を排出する。

　これにより、管内壁２４にへばり付いた粉末や剥がれ落ちた粉末を中空部内から除去することができる。なお、引き抜き体２６を引き抜いた後のエアーの吹き付けや、粉末の掻き出しについては、必ずしも行う必要はなく、中空部内の粉末の残存状況に応じて行うものとする。

　以上により、横穴構造の内部に残った樹脂粉末６を除去することができるため、５ｍｍ程度以下で細長い微細な横穴の造形も可能となる。

　上記のように引き抜き体２６等は、管内壁２４との空間を１ｍｍ程度と説明したが、実施できる下限値としては、粉末床溶融結合方式の場合、一般には一層あたりの厚さが０．１ｍｍ程度で、レーザ光による溶融が影響しないためには、積層構造体２１の積層方向には上下数層ずつ溶融硬化しない層（未焼結の層）、つまり０．５ｍｍ程度を最低厚さとして設けるとよい。また、レーザ光の走査方向（積層構造体２１の各層の平面方向、延在方向とも呼ぶ）には、樹脂粉末６の粒子より大きく、かつレーザの走査解像度の最小値以上の幅の溶融硬化しない領域（未焼結の領域）であるとともにレーザ光の熱の影響を受けない範囲として、０．５ｍｍ程度の空間を有しているとよい。

　この構成によれば、焼結していない樹脂粉末６の量を少なくすることで、管内壁２６内に残存する除去すべき樹脂粉末６の量を減らすことが可能となる。

　なお、図４では、引き抜き体２６を管内壁２４に沿った１つの造形体として形成したが、図５では、中空部２１ｂの直径が大きい部分に沿って形成された引き抜き体３０と、ノズル２３である中空部２１ｂの直径が小さい部分に沿って形成された引き抜き体３１とが形成されている。すなわち、引き抜き体３０と、引き抜き体３１とで、中空部２１ｂの延在方向（Ｙ軸方向）に対して引き抜き体を二分割して造形している。そして、それぞれの引き抜き体３０，３１を引き抜き方向３５と、引き抜き方向３６とに分けて引き抜くことにより、管内壁２４との引き抜き抵抗力を小さくすることができる。また、管内壁２４との引き抜き抵抗力を小さくすることができるため、引き抜き時の引き抜き体の破断等も少なくすることができる。

　また、図６では、中空部２１ｂの直径方向（Ｘ軸方向）に対して、引き抜き体を引き抜き体３２、引き抜き体３３、引き抜き体３４として三分割しており、これにより、引き抜き体を引き抜き易くすることができる。その際、まず、引き抜き体３３を引き抜き方向３５もしくは引き抜き方向３６に沿って引き抜き、次に引き抜き体３２および引き抜き体３４を順次引き抜く。これにより、３つの引き抜き体を引き抜くことができる。なお、各引き抜き体の幅をノズル２３の幅より小さくして造形しておくことにより、引き抜き方向３６だけに対しての引き抜きでも引き抜くことが可能になる。

　上記により、圧縮空気をノズル２３で絞って、図２に示す電子部品４に集中的に吹付けることができる積層構造体２１の造形が可能になる。

　次に、積層構造体によって空気を均一に吹付ける方法として、整流板を付加した場合について、図７から図９を用いて説明する。図７～図９は、それぞれ図２の造形物の整流板の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。図７に示す構造は、積層構造体４１の開口部である吐出口４２の直前の中空部４１ａ内に複数の整流板４３を配置するものであり、中空部４１ａの中央付近と、中空部４１ａの周辺（外周）付近との流速を均一化する、もしくは流速の制御を可能にするものである。なお、図７～図９に示す積層構造体４１では、中空部４１ａの断面の大きさが変化しない部分は第一の中空部であり、中空部４１ａの断面の大きさが変化する部分は、整流板の配置部分が該当する第二の中空部である。そして、上記開口部（吐出口４２）と上記第一の中空部との間の位置に第二の中空部を有しており、上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部の断面積と上記開口部（吐出口４２）の断面積とは異なる大きさである。さらに、上記第二の中空部の断面積は、上記第一の中空部から上記開口部（吐出口４２）に向かって小さくなるように構成されている。また、上記第二の中空部は、その断面形状が長方形（円形でもよい）である第１の領域と、上記第１の領域に繋がる第２の領域と、に連通しており、上記第２の領域の中空部の幅は、上記第１の領域の中空部の幅（高さ、断面積、直径等でもよい）より小さく構成されている。　　　

　図７に示す積層構造体４１では、管内壁４４に沿った形に、引き抜き体４６を造形し、引き抜き方向４７に沿って引き抜くことにより、中空部内から引き抜き体４６を引き抜くことができる。そして、中空部内に細い棒等を挿入し、整流板４３付近に付着した樹脂粉末を除去する。以上により、横穴構造の内部および整流板４３付近に残った樹脂粉末を除去することができるため、微細な整流板４３の造形も可能となる。

　図７では、引き抜き体を管内壁４４に沿った形状の１つの造形体として形成したが、図８では、管内壁４４に沿った形状の引き抜き体５０と、整流板４３に沿って配置された引き抜き体を中空部の延在方向（Ｙ軸方向）に沿って分割してなる複数の引き抜き体５１と、を造形する。そして、それぞれの引き抜き体を引き抜き方向５５と、引き抜き方向５６と、に引き抜くことにより、管内壁４４との引き抜き抵抗力を小さくすることができる。また、引き抜き時の引き抜き体の破断等も少なくすることができる。

　また、図９では、中空部４１ａの直径方向（Ｘ軸方向）に対して、引き抜き体を引き抜き体６０、引き抜き体６１、引き抜き体６２、引き抜き体６３に四分割し、引き抜き体を引き抜きしやすくすることができる。

　上記により、圧縮空気を整流板４３で均一な流速にして流すことができる。そして、図２に示す電子部品４に対して均一に圧縮空気を吹付けることができる積層構造体４１を造形することが可能になる。

　なお、図７～図９に示す整流板４３は、その幅が均一かつ平行な形状をしているが、中空部から開口部に向かって、整流板４３の幅を徐々に広げてテーパ状にすれば、流路の変化を滑らかな変化とすることができる。その結果、整流板４３への突入部付近における流体の乱流や渦の発生を抑えることができ、整流効果をさらに高めることができる。したがって、整流板４３の幅を開口部に向かって徐々に広げたテーパ状にすることがより望ましい。

　次に、積層構造体の管内壁をより滑らかに仕上げる方法について、図１０から図１２を用いて説明する。図１０～図１２は、それぞれ図２の造形物の管内壁の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。図１０に示す積層構造体７１は、管内壁７２の内壁幅Ｗに対し、引き抜き体７３の一部である拡大部７４（他の箇所に比べて直径を大きくした部分）の幅（直径）Ｓを拡大して、内壁幅Ｗに近づけた構造である。すなわち、引き抜き体７３の一部に拡大部７４を設け、拡大部７４において管内壁２４との隙間が他の箇所と比べて小さくなるようにしたものである。つまり、拡大部７４において引き抜き体７３と、管内壁７２との距離が近づいて両者の隙間が他の箇所に比べて小さくなるように引き抜き体７３を形成したものである。

　これにより、引き抜き体７３を引き抜き方向７５に沿って引き抜く際に、管内壁７２に対し、引き抜き体７３の拡大部７４が接近して接触しやすいため、管内壁７２に付着した樹脂粉末６を擦り落とすことが可能になる。この時、引き抜き体７３の一部にだけ拡大部７４が形成されているため、小さい抵抗で引き抜き体７３を引き抜くことが可能である。

　その結果、中空部７１ａ内の樹脂粉末６をより多く排出させることができ、管内壁７２をさらに滑らかに仕上げることができる。なお、本構造体を使用する際に管内壁７２からの樹脂粉末６の微少な脱落が問題となる場合には、低粘度の硬化樹脂を含浸する方法により、樹脂粉末６の脱落を防止することができるとともに、内壁表面をさらに滑らかに仕上げることも可能である。また、図１０に示す積層構造体７１においても、中空部７１ａの断面の大きさが変化する部分は設けられていないが、図１０は、あくまで引き抜き体の形状とその引き抜き方法を例示するものである。

　次に、図１１に示す積層構造体８１は、図１０と同様に管内壁８２の内壁幅Ｗに対し、引き抜き体８４の一部である拡大部８５の幅（直径）を他の箇所に比較して拡大部幅Ｓに拡大して、引き抜き体８４の一部を内壁幅Ｗに近づけた構造のものである。さらに、拡大部８５に対応した管内壁拡大部８３の内壁幅を拡大することで、引き抜き体８４と管内壁８２との隙間が略一定になるようにして樹脂粉末６の未硬化部分が均一に残るようにしている。

　これにより、図１０に示す構造と比べて、管内壁拡大部８３に対し、引き抜き体８４の拡大部８５に対する距離が遠くなるため、引き抜き始めの抵抗力を小さくすることができる。さらに、拡大部８５を積層構造体８１の中央部ではなく、端部に設けたため、引き抜き体８４を引き抜いた後に、中空部８１ａ内に細い棒等を挿入し、管内壁８２および管内壁拡大部８３に付着した樹脂粉末６を掻き出し易くすることができる。あるいは、管内壁拡大部８３に付着した樹脂粉末６をエアー等の吹き付けにより排出させてもよい。以上により、横穴構造の内壁に残った樹脂粉末６をより取り出し易くすることができる。なお、引き抜き体８４の引き抜きは、引き抜き方向８６とは反対側の方向に引き抜くことも可能である。

　次に、図１２に示す積層構造体８１は、図１１の引き抜き体８４における中空部８１ａの延在方向（流路長方向）の片側（Ｙ軸－方向）部分だけを、引き抜き体９１、引き抜き体９２、引き抜き体９３に三分割した構造である。そして、引き抜き体の引き抜きの際には、管内壁９８近くの引き抜き体９１、引き抜き体９２をそれぞれ引き抜き方向９５、引き抜き方向９６に先に引き抜き、最後に、引き抜き体９３を引き抜き方向９７に引き抜くことにより、引抜き抵抗力を図１１の構造に比べてさらに小さくすることができる。なお、引き抜き体９３の引き抜きは、引き抜き方向９７とは反対側の方向に引き抜くことも可能である。

　次に、中空部が途中で曲がっている場合、および分岐する構造の場合の積層構造体の造形方法について、図１３と図１４を用いて説明する。図１３は図２の造形物の曲管路（中空部）の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図、図１４は図２の造形物の分岐管路（中空部）の造形状態の一例と引き抜き体の構造を示す断面図である。

　図１３に示す積層構造体１０１は、管路である中空部１０１ａが途中で略直角に曲がっている場合であり、引き抜き体を直角方向（９０°向きを変えた方向）に引き抜き体１０３と引き抜き体１０４とに分割して配置したものである。それぞれの引き抜き体１０３，１０４を引き抜き方向１０５、引き抜き方向１０６に引き抜くことにより、中空部１０１ａが途中で曲がっていても微細な中空部１０１ａを有する積層構造体１０１の造形を可能にすることができる。

　また、図１４に示す積層構造体１１１は、管路である中空部１１１ａが途中で略直角に分岐する場合であり、引き抜き体を直角方向（９０°を成す２つの方向）に沿って引き抜き体１１３と引き抜き体１１４とに分割して配置したものである。それぞれの引き抜き体を引き抜き方向１１５、引き抜き方向１１６に引き抜くことにより、途中で中空部１１１ａが略直角な方向に分岐している構造であっても微細な中空部１１１ａを有する積層構造体１１１の造形を可能にすることができる。

　なお、図１３に示す積層構造体１０１および図１４に示す積層構造体１１１においても、中空部１０１ａ，１１１ａの断面の大きさが変化する部分は設けられていないが、図１３および図１４は、あくまで引き抜き体の形状とその引き抜き方法を例示するものである。

　（実施の形態２）
　図１５は本発明の実施の形態２に係る造形物（三分岐中空部品）を用いた情報処理基板（電子機器）の斜視図、図１６は図１５の造形物（三分岐中空部品）を用いた情報処理基板（電子機器）の詳細な斜視図、図１７は図１６の造形物をＡ－Ａ’線に沿って切断した構造の断面図である。

　以下、本実施の形態２の三分岐中空部品２０１の構造および使用形態、さらに三分岐積層構造体（造形物）２１１の造形方法について説明する。

　図１５に示すように情報処理基板３上には、情報を処理するＣＰＵや基板間や情報処理ユニット間を通信する光モジュール等の発熱部品である複数の電子部品４が搭載されている。これらの電子部品４を空冷するために、図１６に示すように電子部品４の近傍に、三分岐中空部品２０１を配設し、冷却用の圧縮空気２１４をチューブ５を介して圧送する。三分岐中空部品２０１における三分岐積層構造体（造形物）２１１の内部で管路である中空部２１１ａは三分岐され、その端面に設けられたノズル２１５から吐出空気２１６を吐出する。その際、三分岐積層構造体２１１は、例えば、１インチ以下程度のピッチＰで配置された３つの電子部品４にそれぞれ同時に吐出空気２１６を吹付ける構成である。

　上記実施の形態１（図１２～図１４）の造形方法と同様に、図１７に示すように、管路である中空部２１１ａに沿って複数に分割された引き抜き体を樹脂粉末６の中に埋設して造形する。そして、造形後、チューブ接続部２１３が取り付けられた方向（Ｘ軸＋方向）に対しては、引き抜き体２２１を引き抜き方向２２６に沿って引き抜く。一方、ノズル２１５の方向（Ｙ軸－方向）に対しては、ノズル２１５の先端が細くなっているため、ノズル幅Ｎより細い幅に引き抜き体の幅Ｒを細く造形しておくことで、まず中央の引き抜き体２２３を引き抜き方向２２５に沿って引き抜く。次に引き抜き体２２２および引き抜き体２２４を引き抜き方向２２５に沿って引き抜いて造形を行う。

　以上のように、引き抜き体の分割方向および分割幅を工夫することにより、発熱する電子部品４の配置が異なる場合であっても、多様な微細中空部を容易に造形することができる。つまり、情報処理基板３では、各基板ごとに冷却したい箇所が異なる場合が多いが、冷却したい電子部品４の位置に応じた積層構造体を容易に形成することができ、少量多品種な基板に対応させることができる。言い換えると、発熱箇所に合わせた自由度の高い設計変更を容易に行うことが可能である。

　（実施の形態３）
　図１８は本発明の実施の形態３に係る造形物（上下二段中空部品）の使用形態を説明する斜視図、図１９は図１８の造形物をＢ－Ｂ’線に沿って切断した構造の断面図である。

　図１８に示す上下二段中空部品３０１における上下二段積層構造体３１１は、１つの層の厚さがＴの複数の薄層を積層して形成した造形物であり、内部に、上段側の管路である上段中空部３１１ａが形成され、さらに上段中空部３１１ａの下部に下段側の管路である下段中空部３１１ｂが形成されている。すなわち、図１９に示すように、上下二段に亘って空気吐出用と空気吸引用の中空部が形成されている。

　上下二段中空部品３０１では、実施の形態２と同様に、情報処理基板３（図１５参照）上に配置された電子部品４に対して、冷却用の圧縮空気をチューブ３２２を介して圧送する。さらに、上下二段中空部品３０１における上下二段積層構造体３１１の下段中空部３１１ｂを通して、その端面に設けられた開口部付近が狭小化する、すなわち断面の大きさが上下方向（Ｚ軸方向）ないしは水平方向（Ｘ軸方向）に変化する吐出口（開口部）３１２から吐出空気３１４を、図１８の電子部品４の下部に向けて吹付ける。

　一方、電子部品４に対して吹付けられたことで暖まって上昇する空気を、上下二段積層構造体３１１の上の吸引口（開口部）３１３から空気吸引３１５として吸引し、上段中空部３１１ａおよびチューブ３２３を介して回収する構成となっている。上記実施の形態１と同様に、上下それぞれの管路（上段中空部３１１ａ、下段中空部３１１ｂ）は、粉末積層造形時に中空部内に引き抜き体を造形しておき、後から引き抜くことにより造形可能である。以上のように、Ｚ方向つまり上下方向に、微細な溝（穴）を備えた薄層を多段に配置したことにより、空気の吐出口３１２に加え、吸引口３１３も形成することができる。

　また、本実施の形態３の上下二段積層構造体３１１は、吸引口（開口部）３１３から空気吸引３１５を行って熱を排気することにより、電子部品４の冷却効果をさらに向上させることができる。また、上下二段積層構造体３１１を実施の形態１で説明した粉末床溶融結合方式で形成することにより、複数の中空部を有した積層構造体であっても、基板（薄層）の貼り合わせ技術を用いることなく容易に形成することができる。さらに、中空部がどのような形状の積層構造体であっても粉末床溶融結合方式を用いて容易に形成することができる。また、上記粉末床溶融結合方式では、１つの層（薄層）を薄く形成できる（図１８および図１９に示すＴであり、例えばＴ＝０．１ｍｍ）ため、薄層を多段に積層して形成した上下二段積層構造体３１１等であっても全体の厚さを薄く形成することができる。

　以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

　また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。

１　情報処理装置 
２　情報処理ユニット
３　情報処理基板
４　電子部品
６　樹脂粉末
２１、４１、７１、８１、１０１、１１１　積層構造体（造形物）
５ａ、２１ｂ、２５ａ、４１ａ、７１ａ、８１ａ　中空部
２２、４２　吐出口（開口部）
２３、２１５　ノズル（第２の領域）
２４、４４、７２、８２、９８　管内壁（内壁）
２５ｂ　吸入口（開口部）
２５ｃ　第１の領域
２６、３０、３１、３２、３３、３４、４６、７３　引き抜き体
４３　整流板
２１１　三分岐積層構造体（造形物）
３１１　上下二段積層構造体（造形物）

Claims (15)

1. 　樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化して薄層を形成し、前記薄層を積層して形成した造形物であって、
   　表面に複数の開口部が形成された本体部と、
   　前記複数の開口部に連通し、前記本体部の内部に形成された中空部と、
   　を有し、
   　前記中空部は、第一の中空部と、第二の中空部と、を有し、
   　前記開口部と前記第一の中空部との間に、前記第二の中空部を有しており、
   　前記第二の中空部の断面積は、前記第一の中空部の断面積と前記開口部の断面積とは異なる大きさである、造形物。
2. 請求項１に記載の造形物において、
   　前記第二の中空部の断面積は、前記第一の中空部から前記開口部に向かって小さくなるよう構成された、造形物。
3. 請求項１に記載の造形物において、
   　前記第二の中空部は、流体の流路である、造形物。
4. 　請求項１に記載の造形物において、
   　前記第二の中空部は、その断面形状が長方形ないしは円形である第１の領域と、前記第１の領域に繋がる第２の領域と、に連通し、
   　前記第２の領域の直径は、前記第１の領域の前記中空部の幅、高さ、直径または断面積より小さく構成された、造形物。
5. 　請求項１に記載の造形物において、
   　前記第二の中空部内に整流板が設けられている、造形物。
6. 　造形物を有する電子機器であって、
   　基板と、
   　前記基板上に搭載され、樹脂の粉末をレーザ光で溶融硬化して薄層を形成しかつ前記薄層を積層して形成した前記造形物と、
   　前記基板上に搭載された電子部品と、
   　を有し、
   　前記造形物は、表面に複数の開口部が形成された造形物本体と、前記複数の開口部に連通し、前記造形物本体の内部に形成された中空部と、を有し、
   　さらに、前記中空部は、第一の中空部と、第二の中空部と、を有し、前記開口部と前記第一の中空部との間にある前記第二の中空部の断面積は、前記第一の中空部の断面積と前記開口部の断面積とは異なる大きさであり、
   　前記基板上において、前記造形物に形成された前記複数の開口部のうちの少なくとも１つが、前記電子部品と対向して配置されている、電子機器。
7. 　請求項６に記載の電子機器造において、
   　前記中空部は、その断面形状が円形である第１の領域と、前記第１の領域に繋がる第２の領域と、を有し、前記中空部における前記第２の領域の幅や高さないし直径は、前記第１の領域の幅や高さないし直径より小さい、電子機器。
8. 　請求項６に記載の電子機器において、
   　前記造形物の前記中空部内に整流板が設けられている、電子機器。
9. 　請求項６，７または８に記載の電子機器において、
   　前記電子機器は、サーバーもしくはストレージないしは、それらの複合体である、電子機器。
10. 　（ａ）樹脂の粉末を数値データに基づいて位置制御されたレーザ光で溶融硬化して薄層を形成し、前記薄層を積層することにより、内部に引き抜き体を有する本体部を形成する工程、
    　（ｂ）前記引き抜き体を前記本体部から引き抜くことにより、表面の複数の開口部に連通する中空部を内部に備えた造形物を形成する工程、
    　を有し、
    　前記（ａ）工程において、
    　前記薄層の積層により、複数の開口を有する溝を造形し、前記溝内で前記溝の内壁から離れた位置に前記引き抜き体を造形し、さらに前記溝上の前記引き抜き体から離れた位置に前記溝を覆う前記薄層を積層することで、前記引き抜き体が前記中空部内に配置された前記本体部を造形する、造形方法。
11. 　請求項１０に記載の造形方法において、
    　前記（ａ）工程で形成された前記本体部は、前記本体部の開口部から前記引き抜き体の一部が突出している、造形方法。
12. 　請求項１０に記載の造形方法において、
    　前記（ａ）工程で形成された前記引き抜き体は、前記中空部の幅や高さないしは直径方向もしくは延在方向に沿って分割して配置されている、造形方法。
13. 　請求項１０に記載の造形方法において、
    　前記（ｂ）工程で、前記引き抜き体を前記本体部の前記中空部の内壁に擦りながら引き抜く、造形方法。
14. 　請求項１０に記載の造形方法において、
    　前記（ｂ）工程で、前記引き抜き体を前記本体部から引き抜いた後、前記中空部にエアーを吹き付ける、もしくは前記中空部から前記粉末を掻き出すことにより、前記中空部に残存する前記粉末を除去する、造形方法。
15. 　請求項１０に記載の造形方法において、
    　前記（ａ）工程で、前記引き抜き体の周囲と、前記中空部の前記内壁と、が離れた状態となるように前記中空部内に前記引き抜き体を形成する、造形方法。

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