WO2017126094A1 - 積層造形物およびそれを有する機器ならびに造形方法 - Google Patents

Abstract

　積層造形物を有する金属部品埋込み造形物２０であり、複数の樹脂層が積層され、溝部が形成された第１樹脂部２１と、第１樹脂部２１と同じ材質からなり、積層構造を有していない第２樹脂部２３と、第１樹脂部２１と異なる材質からなる金属ナット２７と、を有している。さらに、第１樹脂部２１の上記溝部において、第１樹脂部２１と第２樹脂部２３とが密着し、金属ナット２７は、第２樹脂部２３と密着している。

Description

積層造形物およびそれを有する機器ならびに造形方法

　本発明は、積層造形物および積層造形物を有する機器ならびに造形方法に関する。

　樹脂の射出成形では、金型の内部に金属製の部品を予め設置しておき、その後、金型内に樹脂を流し込んで樹脂と金属製の部品とを一体成形するインサート成形が知られており、このインサート成形と同様な異種部材の一体構造を樹脂積層方式で実現する例も知られている。

　例えば、樹脂粉末にレーザを選択的に照射し、硬化させて積層する方式では、部品製造プロセス中に、硬化させていない一部の粉末材料を除去し、その除去した部分に、別工程で製造した埋設用部材を埋設し、その後さらに粉末材料に光ビームを照射して硬化層を積み重ねることが、特開２０００－１９００８６号公報（特許文献１）に開示されている。

　また、液状の光硬化性の樹脂にレーザを選択的に照射し、樹脂を積層する光造形積層方式では、型構成部品の挿入箇所まで積層造形し、挿入箇所に型構成部品を挿入し、成形型の最終形状になるまで積層造形することが、特開２０００－１２７２５２号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２０００－１９００８６号公報 特開２０００－１２７２５２号公報

　特許文献１に開示されている３次元積層方式は、単一の粉体の体積とレーザ光の照射による硬化を繰返し、一層あたり厚さ０．１ｍｍ程度の厚さの層を積層する方式のため、局所的に積層厚みを厚くしたり薄くしたりすることは困難である。

　つまり、できあがる積層造形物の積層部分は、積層方向に均一な層状構造にしかできず、積層方向に部分的に任意な層厚や積層の変化による構造を形成することはできないという課題がある。

　このため、硬化させていない粉末材料を除去した部分を中空にしたり、粉末材料を除去した部分に別工程で製造した埋設用部材を埋設し、さらに粉末材料を積み重ねることで、埋設部材を固定している。

　この場合、埋設部材を埋設後に、埋設部材の上面に粉末材料を積み重ねるプロセスが必要となり、一部を表面に露出させた方が使い勝手が良い埋設部材を積層造形物の最表面に設置することが困難である。

　また、除去部分と埋設部材の間に、側面の粗さによる凹凸と埋設部材挿入のためにさらに接着剤等の接合材を塗る必要があり、０．１～１ｍｍ程度の隙間が発生しやすく、除去部分に対する埋設部材の挿入位置がばらつく可能性が大きい。

　さらに特許文献１では、硬化させていない粉末材料を除去した部分と埋設部材の間に接着剤やシール剤を注入して固定する場合や、埋設部材の周囲にハンダ層を予め形成しておき、積層造形物全体を加熱することによって、ハンダを溶融させて固定する場合が開示されている。この場合、接着剤やシール剤を注入するプロセスや、ハンダを形成するプロセスが余分に必要となる課題がある。

　また、ハンダを溶融する温度まで硬化された積層造形物全体を高温に晒すことになるため、積層造形物全体が劣化することについて考慮されていない。さらに、ハンダと硬化された樹脂の組み合わせによっては、接合できない場合や、ハンダが溶融することによって埋設部材の位置が埋設された際と加熱後で変化する点についても考慮されていない。また、積層造形物の樹脂部分に溶融したハンダが接触すると、樹脂の熱による劣化も考慮されていない。

　また、特許文献２に記載された光造形積層方式は、液状の光硬化性の樹脂を用いる積層造形方式であり、粉末積層方式に比べ、使用する材料の強度や耐熱温度が低く、完成品の使用範囲が限定される。また、液状中に部品を埋没させる造形方式のため、液を付着させたくない箇所にも、液の付着が避けられない場合について考慮していない。

　本発明の目的は、埋設部材の位置決めを容易にし、接着剤やシール剤の注入、および埋設部材へのハンダ層の形成を不要にす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。

　本発明の積層造形物は、複数の樹脂層が積層された第１樹脂部と、上記第１樹脂部と同じ材質からなり、積層構造を有していない第２樹脂部と、を有しており、上記第２樹脂部は、上記第１樹脂部内に配置され、上記第１樹脂部と上前記第２樹脂部と、が密着している。

　また、本発明の機器は、複数の樹脂層が積層された第１樹脂部と、上記第１樹脂部と同じ材質からなり、積層構造を有していない第２樹脂部と、上記第１樹脂部と異なる材質からなり、上記第２樹脂部と密着する密着部材と、を有している。さらに、上記第１樹脂部内において、上記第１樹脂部と上記第２樹脂部と、が密着している。

　また、本発明の造形方法は、（ａ）樹脂の粉末を位置制御されたレーザで溶融硬化して複数の薄層を形成し、上記複数の薄層を積層することにより、凹部を有する第１樹脂部を造形し、かつ上記凹部内に、上記第１樹脂部と同じ材質からなる引き抜き体を造形する工程、を有する。さらに、（ｂ）上記（ａ）工程の後、上記第１樹脂部から上記引き抜き体を引き抜く工程、（ｃ）上記（ｂ）工程の後、上記凹部内に、上記第１樹脂部と同じ材質からなる第２樹脂部を介して、上記第１樹脂部と異なる材質からなる密着部材を配置する工程、を有する。さらに、（ｄ）上記（ｃ）工程の後、上記第２樹脂部を溶融硬化して上記密着部材を上記第２樹脂部によって固定する工程、を有している。

　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。

　本発明によれば、３次元積層造形物の品質を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る積層造形物の外観構造と樹脂内部に造形した第２樹脂部の構造の一例を示す斜視図である。 図１に示す積層造形物の第１樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図である。 図１に示す積層造形物の第２樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図である。 図１に示す積層造形物の第２樹脂部を覆う第１樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る金属部品埋込み造形物の構造の一例を示す斜視図である。 図５に示す金属部品埋込み造形物の第１樹脂部と引き抜き体の造形方法をＢ－Ｂ線に沿って示す断面図である。 図５に示す金属部品埋込み造形物の引き抜き体を金属部品に置き換える状態をＢ－Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。 図５に示す金属部品埋込み造形物の第２樹脂部の造形方法をＢ－Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係るリード線埋込み造形物の構造の一例を示す斜視図である。 図９のリード線埋込み造形物の造形方法の手順の一例を示す斜視図である。 図９のリード線埋込み造形物の完成状態の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る２層リード線埋込み造形物の造形方法の手順の一例を示す断面図である。 図１２に示す２層リード線埋込み造形物の完成状態の一例を示す断面図である。 図１２に示す２層リード線埋込み造形物の上下リード線を導体部材で接続した構造を示す断面図である。 図１２に示す２層リード線埋込み造形物の上下リード線を導体部材で接続した他の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュールの造形方法の手順の一例を示す斜視図である。 図１６に示すセンサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュールをＤ－Ｄ線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係る、光コネクタの造形方法の手順を示す斜視図である。 図１８に示す光コネクタの造形方法の手順を示す断面図である。

　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に係る積層造形物の外観構造と樹脂内部に造形した第２樹脂部の構造の一例を示す斜視図、図２は図１に示す積層造形物の第１樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図である。また、図３は図１に示す積層造形物の第２樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図、図４は図１に示す積層造形物の第２樹脂部を覆う第１樹脂部の造形方法をＡ－Ａ線に沿って切断して示す断面図である。

　以下、積層造形物１０の構造およびその造形方法を説明する。

　３次元積層構造体である積層造形物１０は、３次元積層造形（一般には３次元プリンタと称されることも多い）により形成され、粉末床溶融結合方式を採用している。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０．１ｍｍ以下程度の粒径の粉末樹脂、例えばＰＡ１２（Polyamid12、ナイロン系樹脂）に対し、造形する形状に選択的にレーザ等を照射して、樹脂を溶融し硬化して一層の厚さが０．１ｍｍ程度の造形物を形成し、それを順次繰り返して積層し、立体的な造形物を構成する方法である。

　本粉末床溶融結合方式は、造形時に構造物の下面を未硬化の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り、未硬化な樹脂の上に次の樹脂を積層造形することが可能である。

　ここで、本粉末床溶融結合方式による樹脂造形の場合、レーザを照射して溶融硬化する部分と、その周囲の未硬化の粉末樹脂が残存する部分との温度差が大きいと、造形物が熱変形し積層造形を継続できなくなる。これを防止するため、一般の装置では、粉末樹脂全体を樹脂粉末の融点直下（融点より１０～２０℃程度低い温度）まで予熱し、レーザでの溶融硬化部分との温度差を小さくして積層造形を可能としている。この予熱のため、一度積層造形を行うと、レーザの未照射部分、つまり未硬化部分も融点近い温度にさらされ、粉末樹脂は未硬化ではあるが、粉同士が軽く引っ付いて形状を保つ状態となる。本願発明は、この粉同士が引っ付いて形状を保つ状態を活用するものである。

　まず、図１に示す３次元積層構造体である積層造形物１０の構造とその造形方法を説明する。積層造形物１０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１（図２参照）を照射して溶融固化した層を順次Ｚ軸の＋方向に積層して第１樹脂部１１を造形した構造である。

　そして、この第１樹脂部１１の積層途中、すなわち第１樹脂部１１の内部に、例えば星型の第２樹脂部１３を造形し、その上に、第１樹脂部１１の造形方法と同様の方法で、図４に示すような蓋となる樹脂層１５を積層造形した構造となっている。

　詳細には、第１樹脂部１１は、図２に示すように、３次元積層によって薄層の樹脂層１１ａが複数積層造形されたものであり、その上面側に開口する溝部１１ｂを有している。溝部１１ｂは、穴、窪み、凹み等であってもよく、中空部または空洞部を備えていればよい。図１に示す例では、溝部１１ｂは、平面視で星型に形成されている。

　一方、第２樹脂部１３は、第１樹脂部１１と同じ材質からなるが、第１樹脂部１１とは異なって積層構造を有していない。言い換えれば、第２樹脂部１３は、単一構造である。そして、第２樹脂部１３は、第１樹脂部１１の溝部１１ｂ内に配置されており、溝部１１ｂ内において、第１樹脂部１１と第２樹脂部１３とが密着している。

　本願明細書において、密着とは、２つの部材が接触して隣り合った状態を指す。２つの部材のうち隣り合う部分の全てが接触している必要はなく、一部でも接触していれば密着するの概念に含まれる。ここでは、第１樹脂部１１の空隙に配置された第２樹脂部１３の側面部と底面部は第１樹脂部１１に接触している部分を有しているということである。

　第２樹脂部１３は、レーザ１が照射されない領域に残存した樹脂粉末であり、レーザ１の周辺への照射時の予熱によって半硬化状態となった樹脂を、図３に示すようなランプヒータ３で局所的に加熱溶融して硬化させたものである。

　さらに、図４に示すように、溝部１１ｂ内に配置された第２樹脂部１３の上に、３次元積層造形で形成された第１樹脂部１１の樹脂層１５が配置されている。この樹脂層１５は、第２樹脂部１３を覆っており、蓋の機能を有している。

　つまり、第２樹脂部１３は、第１樹脂部１１の略密閉された溝部１１ｂに配置されている。

　次に、第２樹脂部１３を横切るＡ-Ａ断面を示す図２から図４を用いて、積層造形物１０の造形手順を説明する。

　まず、熱可塑性の粉末樹脂（図示せず）を平面に敷設する。上記熱可塑性の粉末樹脂は、一例として、ＰＡ１２（Polyamid12、ナイロン系樹脂）等のポリアミド系樹脂である。

　その後、図２に示すように、薄く敷き詰められた熱可塑性の０．１ｍｍ以下程度の粒径の粉末樹脂に対し、造形する形状に走査ミラー２を用いて、数値データで位置制御されたレーザ１を選択的に照射し、樹脂を溶融し硬化することを繰り返して第１樹脂部１１を形成する。

　すなわち、レーザ１で焼結した薄層を複数積層して第１樹脂部１１を形成する。その際、中央部付近に溝部１１ｂを有する第１樹脂部１１を造形する。この時、レーザ１が照射されなかった領域は、粉末樹脂が溶融されずに残る。

　すなわち、レーザ１を照射して第１樹脂部１１を造形する際に、レーザ１が照射されない星型の部分が第１樹脂部１１内に残るように第１樹脂部１１を造形する。

　言い換えると、レーザ１を照射しないことで星型の未硬化粉末（半硬化状態の粉末）１２を残す。つまり、星型の溝部１１ｂ内に、第１樹脂部１１と同じ材質からなる半硬化状態の粉末（未硬化粉末１２）を残存させた状態を形成する。この未硬化粉末１２は、前述のように、予熱により粉同士が引っ付いた半硬化状態のものである。

　第１樹脂部１１形成後、図３に示すように、この未硬化粉末１２を、レーザ以外のハロゲン等のランプヒータ３の熱線照射により溶融硬化し、第１樹脂部１１の溝部１１ｂ内に第２樹脂部１３を造形する。

　ここで、第１樹脂部１１は、積層造形のため、断面は地層状となるが、この第２樹脂部１３は、０．１ｍｍ程の積層厚（積層部）Ｈに対し、複数の積層部（樹脂層１１ａ）にまたがり、一括で溶融硬化しているため、積層構造を有しておらず、一様に溶融した断面（単一構造）となる。

　つまり、第１樹脂部１１と第２樹脂部１３は、同じ粉末樹脂が溶融硬化したものであるが、それぞれ地層状と、地層状とは異なる単一構造とになり、同一の断面構造とはならないことが特徴である。

　第２樹脂部１３を造形した後、図４に示すように、第１樹脂部１１と第２樹脂部１３の上面に、第１樹脂部１１の積層造形方法と同様に、走査ミラー２を用いて、選択的にレーザ１を照射し、粉末樹脂を溶融し硬化して、樹脂層１５を造形する。つまり、第２樹脂部１３を樹脂層１５によって覆う。

　以上により、第１樹脂部１１に星型の第２樹脂部１３を内包した（ほぼ密閉された）構造が造形される。なお、上記例では、第２樹脂部１３を星型のマークとしたが、文字記号や形状パターン等を造形することも可能であり、個体識別機能を３次元積層造形物の内部に造形することも可能になる。

　これを、造形物が薄い場合には透過光で読み取り、透過しにくい場合にはＯＣＴ（Optical Coherence Tomography、光干渉断層法）で樹脂内部の形状を読み取る。

　３次元積層造形の技術により、３次元積層造形物の複写が容易となった。そこで、本実施の形態１の積層造形物１０およびその造形方法により、造形物の表面に加え、内部にも個体識別機能を付加し、造形物の真贋性やトレーサビリティを付与することが可能である。

　そして、図４に示すように、第２樹脂部１３を樹脂層１５で覆うことにより、第１樹脂部１１に第２樹脂部１３を内包して、第２樹脂部１３が表面に露出しないようにすることができる。

　これにより、第２樹脂部１３が有する情報を改ざんや複写できないようにすることが可能になる。

　したがって、本実施の形態１を実施することによって、積層造形物の品質を向上させることができる。

　（実施の形態２）
　図５は本発明の実施の形態２に係る金属部品埋込み造形物の構造の一例を示す斜視図、図６は図５に示す金属部品埋込み造形物の第１樹脂部と引き抜き体の造形方法をＢ－Ｂ線に沿って示す断面図である。

　また、図７は図５に示す金属部品埋込み造形物の引き抜き体を金属部品に置き換える状態をＢ－Ｂ線に沿って切断して示す断面図、図８は図５に示す金属部品埋込み造形物の第２樹脂部の造形方法をＢ－Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。

　以下、金属部品埋込み造形物２０の構造および造形方法の順に説明する。

  図５に示す金属部品埋込み造形物（機器）２０は、図１同様に、熱可塑性樹脂を、その積層厚さＨを０．１ｍｍ程度として順次Ｚ軸の＋方向に積層して第１樹脂部２１を造形した構造である。

　中央部に大きな凹部２９があり、機械部品や電子部品を保護する筐体等への使用を想定し、蓋をネジ止めするための埋設部材である金属ナット（密着部材）２７が、第１樹脂部２１の四隅に設けられた空洞である図８に示す溝部２１ｂに配置されている。

　この第１樹脂部２１の積層途中に、金属ナット２７を溝部２１ｂ内の第２樹脂部２３で固定している。第２樹脂部２３は、第１樹脂部２１と同じ材質からなるが、積層構造は有していない。金属ナット２７は、金属製であり、第１樹脂部２１と異なる材質からなる。

　そして、第１樹脂部２１の四隅の溝部２１ｂにおいて、第１樹脂部２１と第２樹脂部２３とが密着しており、さらに金属ナット２７は、第２樹脂部２３と密着している。

　なお、金属ナット２７は、その一部が露出した状態で第２樹脂部２３と密着している。すなわち、金属ナット２７に対して外部からネジ止めを行うため、例えば各金属ナット２７のねじ穴を含む上面が露出している。

　次に、図６～図８に示す金属ナット２７を横切るＢ－Ｂ断面を用いて、金属部品埋込み造形物２０の造形手順を説明する。

　図６では、図２と同様に、造形する形状に走査ミラー２を用いて、数値データで位置制御されたレーザ１を選択的に照射し、樹脂を溶融し硬化することを繰り返して第１樹脂部２１を形成する。

　その四隅の溝部２１ｂには、レーザ１を照射していない未硬化粉末（半硬化状態の粉末）２２を残し、その上に、第１樹脂部２１と同じ材質からなるとともに金属ナット２７と同等の形状で、さらに同等の大きさの引き抜き体２４を、第１樹脂部２１と同様に造形する。

　つまり、レーザ１を照射することで第１樹脂部２１を造形し、第１樹脂部２１の造形とともに第１樹脂部２１内に引き抜き体２４を造形する。すなわち、引き抜き体２４も第１樹脂部２１と同様に積層構造である。

　この時、引き抜き体２４の上面の中央部に凹部２４ａや凸部（図示せず）を設けてもよい。なお、この未硬化粉末２２は、前述のように、予熱により粉同士が軽く引っ付いた状態である。

　なお、引き抜き体２４は、第１樹脂部２１の溝部２１ｂに未硬化粉末２２を介して形成されている。つまり、引き抜き体２４は、溝部２１ｂにおいてその底面および内壁面から離れた位置に第１樹脂部２１と同様の積層構造で造形され、この底面および内壁面と、引き抜き体２４との間の隙間に未硬化粉末２２が残存する。

　第１樹脂部２１および引き抜き体２４を形成した後、図７に示すように、引き抜き体２４を第１樹脂部２１から分離する。すなわち、第１樹脂部２１から引き抜き体２４を引き抜く（引き抜き動作２５）。

　このとき、未硬化粉末２２を溝部２１ｂ内に残したまま、引き抜き体２４の凹部２４ａや上記凸部（図示せず）等を把持して引き抜き体２４を除去し、さらに引き抜き体２４の除去によって形成された空洞部２６に金属ナット２７を挿入する（挿入動作２８）。

　つまり、引き抜き体２４を引き抜いて形成された第１樹脂部２１と同じ材質からなる未硬化粉末（第２樹脂部）２２の空洞部２６に、第１樹脂部２１と異なる材質からなる金属ナット（密着部材）２７を配置する（埋め込む）。

　言い換えると、第１樹脂部２１の溝部２１ｂ内に、第１樹脂部２１と同じ材質からなる未硬化粉末（第２樹脂部）２２を介して、金属ナット（密着部材）２７を配置する（埋め込む）。

　金属ナット配置後、図８に示すように、第１樹脂部２１と金属ナット２７との間の隙間に配置された未硬化粉末（第２樹脂部）２２をランプヒータ３の熱線照射により、加熱溶融する。

　すなわち、未硬化粉末２２を溶融硬化し、第２樹脂部２３を造形する。つまり、第２樹脂部２３を溶融硬化して金属ナット２７を第２樹脂部２３によって固定する。ここでは、第２樹脂部２３が金属ナット２７を固定する接着剤の代わりとなる。

　また、金属ナット２７の側面部の表面状態が粗い場合には、未硬化粉末（第２樹脂部）２２が金属ナット２７の側面部の表面の凹部に入り込むことによってアンカー効果が生じ、さらに接着性が向上する。

  そのため、金属ナット２７の側面部の表面には、水平方向に凹部が設けられているとさらに接着性が向上する。

　また、金属ナット２７の底面部の表面に凹部がある場合には、未硬化粉末２２が金属ナット２７の底面部に面しているため、凹部に入り込むこととで接着性が向上する。

　なお、金属ナット２７を配置して埋め込んだ際にその底面部は未硬化粉末２２で構成されなくても実施可能である。つまり、金属ナット２７の底面部の樹脂が硬化状態であっても、金属ナット２７の側面部が接着されていれば実施できる。この場合は、第２樹脂部２３は、底面部と側面部が接続されていないため、複数の部材で構成、または、側面部同士が接続される形状で構成される。

　なお、金属ナット２７の下面の未硬化粉末２２が溶融しにくい場合には、金属ナット２７そのものを伝熱ヒータ等で加熱し、金属ナット２７の温度上昇により、金属ナット２７の全体を溶融硬化することも可能である。

　未硬化粉末２２が金属ナット２７の側面部の表面に入り込まない場合であっても、加熱溶融された際に第２樹脂部２３の側面部の一部が金属ナット２７の側面部の表面の凹部に入り込むことによって接着性が向上する。また、金属ナット２７の底面部の表面部の凹部も同様に接着性が向上する。

　ここで、第１樹脂部２１は、積層造形のため、断面は地層状となるが、この第２樹脂部２３は、複数の積層厚（樹脂層２１ａ）にまたがり、かつＵ字状に一様に溶融硬化した断面（単一構造）となる。

　すなわち、第２樹脂部２３の側面部は、第１樹脂部２１とは異なる方向に層構造を有する部分と、底面部は第１樹脂部２１と同様の方向の層構造を有する。また、これらは、方向の異なる部分において、溶融硬化されることによって接続されるため、ひとつの構造体を形成する。

　つまり、第１樹脂部２１と第２樹脂部２３は、同じ粉末樹脂が溶融硬化したものであるが、地層状と単一構造にそれぞれなり、同一の断面構造とはならないことが特徴である。地層状とは、水平方向（Ｘ方向）に同質の層が構成されており、積層方向（Ｚ方向）に積層された状態をいう。

　また、第１樹脂部２１はレーザによる溶融が行われることから、層ごとに層方向に凸形状である。つまり、第１樹脂部２１ａの中央付近は、第２樹脂部２３側に凸形状であって、一の第１樹脂部２１ａと接触する他の第１樹脂部２１ａとの間は凹形状を構成する。

　そのため、第２樹脂部２３のＺ方向の深さが、第１樹脂部２１ａの１層あたりの厚みよりも大きいため、第１樹脂部２１ａが構成する凹凸に対して、第２樹脂部２３の側面部が入り込む構造となる。これにより、アンカー効果が生じ、接着性が向上する。

　少なくとも、第２樹脂部２３のＺ方向の深さが、第１樹脂部２１ａの１層の厚みよりも大きければ、実施可能である。この場合は、第１樹脂部２１ａ同士の凹部が少なくとも一つは構成されるため、この凹部によってアンカー効果を生じさせ、接着強度を高めることができる。

　また、第１樹脂部２１のＺ方向の断面は積層毎の凹凸があり、この積層の凹凸に複数層にまたがって、第２樹脂部２３が溶融硬化しているため、凹凸面へのアンカー効果により、第１樹脂部２１に対し、第２樹脂部２３は強固に固定される。

　以上により、第１樹脂部２１の上面に金属ナット２７を第２樹脂部２３を介して強固に固定した構造を造形することができる。また、上記で説明した例は、金属ナット２７と同等の形状および大きさの引き抜き体２４を造形し、除去する方法であるため、除去部分と埋設部材の隙間を小さくすることができ、第１樹脂部２１に対する金属ナット２７の埋設位置のばらつきを抑えることができる。さらに、第１樹脂部２１と、金属ナット２７との間の隙間に接着剤やシール剤を注入して固定する手間を省略することができる。

　つまり、本実施の形態２の金属部品埋込み造形物（機器）２０およびその製造方法によれば、埋設部材である金属ナット２７の位置決めを容易にし、接着剤やシール剤の注入を不要にすることができる。

　これにより、金属ナット２７周辺で他の部材を用いる必要がないため、積層構造体全体を同一の材料で構成することができ、積層構造体全体の特性が安定する。また、第１樹脂部材２１と第２樹脂部材２３は同一の部材で構成されるため、接着性が高い。

　したがって、本実施の形態２を実施することによって、積層造形物の品質を向上させることができる。

　（実施の形態３）
　図９は本発明の実施の形態３に係るリード線埋込み造形物の構造の一例を示す斜視図、図１０は図９のリード線埋込み造形物の造形方法の手順の一例を示す斜視図、図１１は図９のリード線埋込み造形物の完成状態の一例を示す斜視図である。

　本実施の形態３では、積層造形物を有する機器が、電気コネクタ等のリード線埋込み造形物３０の場合を説明する。

　以下、リード線埋込み造形物（機器）３０の構造および造形方法について説明する。なお、図１１に示す本実施の形態３のリード線埋込み造形物３０は、第１樹脂部３１と異なる材質からなる密着部材（埋設部材）がリード線（導体線）３７の場合である。

　図１１に示すリード線埋込み造形物３０の構造では、第１樹脂部３１の溝部３１ｂに複数のリード線３７が埋め込まれ、これら複数のリード線３７は、第２樹脂部３３によって接着されるとともに、第１樹脂部３１と同じ材質からなる引き抜き体３４によって上方から固定されている。

　次に、リード線埋込み造形物３０の製造方法について説明する。

　図９では、図６と同様に、第１樹脂部３１を形成し、その中央部には、レーザ１が未照射の領域である未硬化粉末３２を残し、その上に引き抜き体３４を、第１樹脂部３１と同様に造形する。なお、この未硬化粉末３２は、上述のように、予熱により粉同士が軽く引っ付いた状態である。

　第１樹脂部３１および引き抜き体３４形成後、図１０に示すように、この未硬化粉末３２を残したまま、引き抜き体３４を引き抜いて除去し、空いた溝部３１ｂに、リード線固定部３８によって一体化された複数のリード線３７を挿入し、その上を引き抜き体３４で埋め戻す。

　すなわち、引き抜いた引き抜き体３４を、複数のリード線３７の上に配置して、引き抜き体３４によって複数のリード線３７を固定する。

　図１１では、引き抜き体３４をＺ軸の－方向（下方）に加圧しながら、表面から見えている未硬化粉末３２を上述の図８に示すランプヒータ３で加熱する。

　また、表面から見えない未硬化粉末３２については、図１０に示すリード線固定部３８で一体化された複数のリード線３７を伝熱ヒータ等で加熱し、これにより、リード線３７の周囲の未硬化粉末３２を溶融硬化する。

　その結果、未硬化粉末３２が溶融硬化して形成された図１１に示す第２樹脂部３３が接着剤の機能を満たし、第２樹脂部３３によって複数のリード線３７および引き抜き体３４が第１樹脂部３１に固定される。

　その後、リード線固定部３８を切断除去して、リード線埋込み造形物３０の造形が完了となる。

　以上により、第１樹脂部３１の上面に複数のリード線３７が、第２樹脂部３３を介して強固に固定された構造を造形することができ、このリード線埋込み造形物３０を電気コネクタ等に活用することが可能となる。

　したがって、本実施の形態３を実施することによって、積層造形物の品質を向上させることができる。

　（実施の形態４）
　図１２は本発明の実施の形態４に係る２層リード線埋込み造形物の造形方法の手順の一例を示す断面図、図１３は図１２に示す２層リード線埋込み造形物の完成状態の一例を示す断面図である。

　また、図１４は図１２に示す２層リード線埋込み造形物の上下リード線を導体部材で接続した構造を示す断面図、図１５は図１２に示す２層リード線埋込み造形物の上下リード線を導体部材で接続した他の構造を示す断面図である。

　本実施の形態４では、積層造形物を有する機器が、多層リード回路基板およびスルーホール基板等の２層リード線埋込み造形物５０の場合を説明する。

　以下、２層リード線埋込み造形物（機器）５０の構造および造形方法について説明する。なお、図１４に示す本実施の形態４の２層リード線埋込み造形物（機器）５０は、第１樹脂部４１や第３樹脂部５１と異なる材質からなる埋設部材である密着部材がリード線（導体線、導体層）４７またはグランド層（導体層）５７の場合である。

　図１４に示す２層リード線埋込み造形物５０の構造を説明すると、図１１に示すリード線埋込み造形物３０と同様の構造の図１２に示すリード線埋込み造形物４０と、第１樹脂部４１と同じ材質からなる第３樹脂部５１とが、第４樹脂部５３によって接着されている。

　リード線埋込み造形物４０は、第１樹脂部４１の溝部４１ｂに第２樹脂部４３を接着剤として、引き抜き体４４と複数のリード線４７とが固定された構造を備えており、図１１に示すリード線埋込み造形物３０と同様の構造および同様の造形方法で造形されるものである。

　そして、図１３に示すように溝部５１ｂが形成された第３樹脂部５１の溝部５１ｂに第４樹脂部５３を介して図１２のリード線埋込み造形物４０およびグランド層５７が固定されている。

　すなわち、第３樹脂部５１の溝部５１ｂにグランド層５７とリード線埋込み造形物４０とが埋め込まれ、グランド層５７およびリード線埋込み造形物４０は、第４樹脂部５３を接着剤として第３樹脂部５１に固定されている。

　すなわち、２層リード線埋込み造形物５０では、図１４に示すように、間に第１樹脂部４１を介して上層側に複数のリード線（導体層）４７が配置され、一方、下層側にグランド層（導体層）５７が配置されており、これら密着部材である複数の導体層（リード線４７、グランド層５７）が、間に第１樹脂部４１を介在してその上下層に配置されている。

　さらに、上記複数の導体層のうち、上層側に配置されたリード線４７と、下層側に配置されたグランド層５７とが、スルーホール（貫通孔）４８に埋め込まれた導体部材４９によって電気的に接続されている。

　次に、２層リード線埋込み造形物５０の製造方法について説明する。

　図１２に示すように、図１１のリード線埋込み造形物３０と同様の構造のリード線埋込み造形物４０を予め造形しておき、第３樹脂部５１の溝部５１ｂ内に空洞部５６が形成されるように溝部５１ｂ中に未硬化粉末５２を残し、その上にグランド層（導体層）５７と、リード線埋込み造形物４０を挿入する。

　その後、図１３に示すように、リード線埋込み造形物４０をＺ軸の－方向（下方）に加圧しながら、表面から見えている未硬化粉末５２を上述の図８に示すランプヒータ３で加熱し、また、表面から見えない未硬化粉末５２はグランド層５７を伝熱ヒータ等で加熱することで、グランド層５７およびリード線埋込み造形物４０の周囲の未硬化粉末５２を溶融硬化する。

　さらに、図１４に示すように、第１樹脂部４１の上層に配置されたリード線（導体層）４７と、第１樹脂部４１の下層に配置されたグランド層（導体層）５７とを、スルーホール４８に埋め込んだ導体部材４９によって電気的に接続する。

　以上のように本実施の形態４によれば、グランド層５７のＺ軸の＋方向（上方）に複数のリード線４７を備えたリード線埋込み造形物４０が配置された２層リード線埋込み造形物５０を構成することができる。これにより、上下の配線層（導体層）を導体部材４９によって電気的に接続した多層リード回路基板やスルーホール基板等への活用を可能にすることができる。

　また、図１４に示す構造では、上述のように上層のリード線４７と下層のグランド層５７とをスルーホール４８で接続し、その中を導電性ペースト等の導体部材４９で充填することにより、上下層の電気的な接続も可能となる。

　また、図１５に示す他の構造では、スルーホール６８ａ，６８ｂの左右に配置された上層のリード線６７ａ、６７ｂと下層のリード線７７ａ、７７ｂとを、それぞれスルーホール（貫通孔）７８ａ、７８ｂ、６８ａ、６８ｂで空間的に接続し、その中に導電性ペースト等の導体部材７９ａ、７９ｂを充填している。これにより、左右個別の上下層であっても電気接続を可能にすることができる。

　したがって、本実施の形態４を実施することによって、積層造形物の品質を向上させることができる。

　なお、スルーホール６８ａ、６８ｂが形成された引き抜き体６４は、第２樹脂部６３によって第１樹脂部６１に固定されている。

　（実施の形態５）
　図１６は本発明の実施の形態５に係る、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュールの造形方法の手順の一例を示す斜視図、図１７は図１６に示すセンサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュールをＤ－Ｄ線に沿って切断して示す断面図である。以下、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュール７０の構造および造形方法について説明する。

　図１６に示す本実施の形態５のセンサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュール（機器）７０は、第１樹脂部６１や第３樹脂部７１と異なる材質からなる埋設部材である密着部材が、アンテナ線８０が形成されたアンテナ用基板（第１基板、密着部材）８４、および図１７に示すリード部（リードフレーム、導体層、密着部材）８１の場合である。

　図１６に示す非接触ＩＣカードモジュール７０の構造を説明すると、図１７に示すように、アンテナ用基板８４とリード部８１とが、図１４に示す第１樹脂部４１と同じ材質からなる第１樹脂部６１を介在して配置されている。

　図１６に示すように第１樹脂部６１の溝部６１ｂには、ＩＣ（Integrated Circuit）８２とセンサ８３とが配置されており、第１樹脂部６１にセンサ８３が内蔵されたセンサモジュール６０となっている。

　そして、第３樹脂部７１の溝部７１ｂには、未硬化粉末７２を介してアンテナ用基板８４が配置され、さらにアンテナ用基板８４上にセンサモジュール６０が配置されている。すなわち、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュール７０は、第３樹脂部７１の溝部７１ｂにアンテナ用基板８４とセンサモジュール６０とが配置された構造である。

　さらに、図１７に示すように、非接触ＩＣカードモジュール７０において、第１樹脂部６１の上層側に配置されたリード部（導体層）８１と、第１樹脂部６１の下層側に配置されたアンテナ用基板８４のアンテナ線８０と、がスルーホール（貫通孔）６８，７８に埋め込まれた導体部材７９によって電気的に接続されている。

　つまり、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュール（機器）７０では、ＩＣ８２がリード部８１に電気的に接続されているため、ＩＣ８２とアンテナ用基板８４のアンテナ線８０とが電気的に接続された構造となっている。

　なお、非接触ＩＣカードモジュール７０の組立てでは、図１６に示すように、センサ８３とＩＣ８２とが搭載されたセンサモジュール６０、およびアンテナ線８０を備えたアンテナ用基板８４を第３樹脂部７１の溝部７１ｂに未硬化粉末７２を介して配置する。

　その後、未硬化粉末７２を溶融硬化させることで図１７に示す第４樹脂部７３を形成する。すなわち、第４樹脂部７３によってアンテナ用基板８４とセンサモジュール６０を第３樹脂部７１に固定する。

　また、アンテナ線８０とＩＣ８２は、スルーホール６８およびスルーホール７８に導体部材７９を充填することで、電気的に接続する。

　これにより、積層構造体内を電気的に接続することができる。また、電気的に接続した部材を同一の樹脂部材によって封止することができる。

　以上により、アンテナ線８０とＩＣ８２とを有した非接触ＩＣカードを実現することができ、温度や歪等のセンサ８３を備えたことにより、センサ内蔵の非接触ＩＣカードモジュール７０を実現することができる。

　したがって、本実施の形態５を実施することによって、積層造形物の品質を向上させることができる。

　（実施の形態６）
　図１８は本発明の実施の形態６に係る、光コネクタの造形方法の手順を示す斜視図、図１９は図１８に示す光コネクタをＥ－Ｅ線に沿って切断してその造形方法の手順を示す断面図である。以下、本実施の形態６の光コネクタ（機器）１１０の構造および造形方法について説明する。

　図１８に示す本実施の形態６の光コネクタ（機器）１１０は、第１樹脂部９１と異なる材質からなる密着部材が、複数の光ファイバケーブル１０４ａを束ねた光ファイバアレイ１０４を保持するＶ溝基板（第２基板）１０１の場合である。

　光コネクタ勘合部１００は、光ファイバアレイ１０４が束ねる複数の光ファイバケーブル１０４ａそれぞれを、接着剤１０５を介して接合されたＶ溝基板１０１と押え板１０２とによって保持する構成となっている。

　そして、光コネクタ１１０は、光コネクタ勘合部１００と、この光コネクタ勘合部１００のハンドリング性を向上させるためのハウジングである第１樹脂部９１とが接合された構造となっている。

　すなわち、光コネクタ勘合部１００のＶ溝基板１０１と、第１樹脂部９１内に充填された第２樹脂部９３とが密着しており、接着剤等を使用することなくＶ溝基板１０１と第１樹脂部９１とが図１９に示す第２樹脂部９３を介して接合されている。

　次に、光コネクタ１１０の製造方法について説明する。

　まず、図１８に示す平面を有する板状の第１樹脂部９１を積層造形する。その際、中央付近に、複数の未硬化粉末９２が残るように造形する。一方、光ファイバアレイ（図１８では光ファイバケーブル１０４ａは４本）１０４は、マイクロメータレベルのピッチ精度を有する、石英やガラス等で形成されたＶ溝基板１０１に、勘合用ピン１０３と共に整列されている。

　そして、押え板１０２を接着剤１０５等で固定して成る光コネクタ勘合部１００を準備する。一般に光コネクタ１１０の勘合には０．１ｍｍ未満の高い位置精度が必要である。

　例えば、勘合用ピン１０３の勘合前の挿入ガイドとなる、コネクタの外装スリーブ（図示せず）の一部である第１樹脂部９１の組立寸法基準点Ｐに対し、勘合用ピン１０３には、高い位置精度が必要である。

　このため、組立寸法基準点Ｐに対し、光コネクタ勘合部１００のＸＹ方向の位置をＸ１、Ｙ１として微調整して位置決めする。

　その後、図１９に示すように、第１樹脂部９１の内部に残された未硬化粉末９２をその下方から、ランプヒータ３で溶融硬化し、Ｖ溝基板１０１と第１樹脂部９１との間を接着剤レスで組み立てる。

　すなわち、硬化した第２樹脂部９３によってＶ溝基板１０１と第１樹脂部９１とが接合される。その際、組立寸法基準点Ｐに対し、高さＺ１＋Ｚ２のそれぞれの加工精度の和だけで接合する。

　つまり、接着剤レスで接合しているため、高さＺ１＋Ｚ２は、Ｖ溝基板１０１と第１樹脂部９１のそれぞれの厚さだけで決まる。

　これにより、光コネクタ勘合部１００を高い精度で第１樹脂部９１に固定することができる。Ｖ溝基板１０１は、石英やガラス等で形成するため、熱伝導性が金属に比べて低く、未硬化粉末９２を局所的に溶融硬化する本構成により、高精度な固定を可能にすることができる。

　上記説明したように、積層造形物の品質を向上させることができる。

　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　レーザ
２　走査ミラー
３　ランプヒータ
１０　積層造形物
１１、２１、３１、４１、６１、９１　第１樹脂部
１１ａ、２１ａ　樹脂層
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ、７１ｂ　溝部
１２、２２、３２、５２、７２、９２　未硬化粉末
１３、２３、３３、４３、６３、９３　第２樹脂部
２０　金属部品埋込み造形物（機器）
２４、３４、４４、６４　引き抜き体
２７　金属ナット（密着部材）
３０　リード線埋込み造形物（機器）
３７、４７、６７ａ、６７ｂ、７７ａ、７７ｂ　リード線（密着部材、導体線、導体層）
４０　リード線埋込み造形物（機器）
５０　２層リード線埋込み造形物（機器）
５７　グランド層（導体層）
４８、６８、６８ａ、６８ｂ、７８、７８ａ、７８ｂ　スルーホール（貫通孔）
７０　非接触ＩＣカードモジュール（機器）
４９、７９、７９ａ、７９ｂ　導体部材
８０　アンテナ線
８１　リード部（導体層、密着部材）
８４　アンテナ用基板（第１基板、密着部材）
１０１　Ｖ溝基板（第２基板、密着部材）
１１０　光コネクタ（機器）

Claims (15)

1. 　複数の樹脂層を備えた積層造形物であって、
   　前記複数の樹脂層が積層された第１樹脂部と、
   　前記第１樹脂部と同じ材質からなり、積層構造を有していない第２樹脂部と、
   　を有し、
   　前記第２樹脂部は、前記第１樹脂部内に配置され、
   　前記第１樹脂部と前記第２樹脂部と、が密着している、積層造形物。
2. 　請求項１に記載の積層造形物において、
   　前記第２樹脂部は、前記第１樹脂部の前記樹脂層によって覆われている、
   積層造形物。 
3. 　複数の樹脂層を備えた積層造形物を有する機器であって、
   　前記複数の樹脂層が積層された第１樹脂部と、
   　前記第１樹脂部と同じ材質からなり、積層構造を有していない第２樹脂部と、
   　前記第１樹脂部と異なる材質からなり、前記第２樹脂部と密着する密着部材と、
   　を有し、
   　前記第１樹脂部内において、前記第１樹脂部と前記第２樹脂部と、が密着している、機器。
4. 　請求項３に記載の機器において、
   　前記密着部材は、金属ナットであり、
   　前記金属ナットは、一部が露出した状態で前記第２樹脂部と密着している、機器。
5. 　請求項３に記載の機器において、
   　前記密着部材は、導体線である、機器。
6. 　請求項５に記載の機器において、
   　前記導体線は、前記第１樹脂部と同じ材質からなる引き抜き体によって固定されている、機器。
7. 　請求項３に記載の機器において、
   　前記密着部材は、前記第１樹脂部を介在して配置された複数の導体層である、機器。
8. 　請求項７に記載の機器において、
   　前記複数の導体層のうち、上層側に配置された前記導体層と、下層側に配置された前記導体層と、が貫通孔に埋め込まれた導体部材によって電気的に接続されている、機器。
9. 　請求項３に記載の機器において、
   　前記密着部材は、アンテナ線が形成された第１基板、および導体層であり、前記第１基板と前記導体層とが前記第１樹脂部を介在して配置されている、機器。
10. 　請求項９に記載の機器において、
    　上層側に配置された前記導体層と、下層側に配置された前記第１基板の前記アンテナ線と、が貫通孔に埋め込まれた導体部材によって電気的に接続されている、機器。
11. 　請求項３に記載の機器において、
    　前記密着部材は、複数の光ファイバケーブルを保持する第２基板である、機器。
12. 　請求項１１に記載の機器において、
    　前記第２基板と前記第２樹脂部と、が密着している、機器。
13. 　（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で焼結して複数の薄層を形成し、前記複数の薄層を積層することにより、凹部を有する第１樹脂部を造形し、かつ前記凹部内に前記第１樹脂部と同じ材質からなる引き抜き体を造形する工程、
    　（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記第１樹脂部から前記引き抜き体を引き抜く工程、
    　（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記凹部内に、前記第１樹脂部と同じ材質からなる第２樹脂部を介して、前記第１樹脂部と異なる材質からなる密着部材を配置する工程、
    　（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第２樹脂部を溶融硬化して前記密着部材を前記第２樹脂部によって固定する工程、
    　を有する、造形方法。
14. 　請求項１３に記載の造形方法において、
    　前記（ｃ）工程で引き抜いた前記引き抜き体を、前記密着部材の上に配置して前記引き抜き体によって前記密着部材を固定する、造形方法。
15. 　請求項１３に記載の造形方法において、
    　前記密着部材は、前記第１樹脂部を介在して配置された複数の導体線であり、
    　前記（ｄ）工程の後、前記複数の導体線のうち、前記第１樹脂部の上層に配置された前記導体線と、前記第１樹脂部の下層に配置された前記導体線と、を貫通孔に埋め込んだ導体部材によって電気的に接続する、造形方法。

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