処理中

しばらくお待ちください...

設定

設定

1. WO2020013173 - 3Dプリンタ用いた部材の製造方法

Document

明 細 書

発明の名称 3Dプリンタ用いた部材の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016  

発明の効果

0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071  

産業上の利用可能性

0072  

符号の説明

0073  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 3Dプリンタ用いた部材の製造方法

技術分野

[0001]
本発明は、3Dプリンタで造形された造形物に充填材を充填することにより制作される部材の製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 3次元的な構造物を造形する3次元プリンタ(以後3Dプリンタと呼ぶ)技術が開発された。その基本原理は、材料を積層することにより3次元的な構造を造形することである。種々の造形方法があるが、主なものを例としては、材料押出法(material extrusion)、液槽光重合法(VAT photopolymerization)、材料噴射(material jetting)、結合剤噴射(binder jetting)、粉末床溶融結合(powder bed fusion)、シート積層(sheet lamination)、そして指向性エネルギー堆積(directed energy deposition)などがある。そして、各造形方法において、それぞれの方法に特化した素材が用いられる。
[0003]
 従来の工業技術である鋳造技術や射出成形技術では、原型の制作費用や時間が問題点であったが、3Dプリンタ技術では、原型を必要としないため、個々の目的に応じたオンディマンドな生産が可能である。さらに、特に特許文献1に示すように、3Dプリンタ技術は、容易に中空構造を造形できることが利点である。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2018-31037号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 3Dプリンタによる造形では各造形方法に特化した造形用素材が用いられるため、使用できる造形用素材の種類に制限がある。また、振動吸収性や遮音性など、最終的な造形物の利用において求められる性質が、必ずしも造形用の物性と一致しないことが、3Dプリンタで製造を行う上での問題である。
[0006]
本発明では、部材の振動を抑制する効果が付与されるように、部材を3Dプリンタを用いて製造することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0007]
請求項1の発明は、部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、前記造形工程では、前記基部の内部に前記充填材を充填するために、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれる流路が造形されること、前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であること、前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、さらに、前記高インピーダンス体は、磁性体であり、前記充填工程で、前記高インピーダンス体は磁石による吸着力で所定の位置に留めること、を特徴とする。本明細書において特に指定のない限り、「音響インピーダンス」とは、部材の使用時における振動減衰部材の音響インピーダンスのことである。
[0008]
 このようにすれば、効率的かつ容易に造形物の内部に充填材を充填することが可能になる。加えて、造形物に充填材を充填することにより、振動吸収性や遮音性など、振動抑制機能を造形物に付与することができる。高インピーダンス体と低インピーダンス体の境界における音響インピーダンスの急峻な変化により、振動が反射される。さらに、流路内には無数の音響インピーダンスの境界が存在するので、振動は流路内で乱反射され、お互に打ち消し合うことにより、振動は顕著に減衰される。さらに、充填過程で高インピーダンス体が磁石に保持されるので、高インピーダンス体は、低インピーダンス体に流されることなく、所定の位置に配置することができる。
[0009]
 請求項2の発明は、部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、前記造形工程では、前記充填工程における前記充填材の充填を促すため、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれ、さらに前記基部の外表に開口する補助口に導かれる流路が造形されること、前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であること、前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、さらに、前記高インピーダンス体は、磁性体であり、前記充填工程で、前記高インピーダンス体は磁石による吸着力で所定の位置に留めること、を特徴とする。
[0010]
 このようにすれば、効率的かつ容易に造形物の内部に充填材を充填することが可能になる。加えて、造形物に充填材を充填することにより、振動吸収性や遮音性など、振動抑制機能を造形物に付与することができる。また、注入口から補助口までの流路が形成され、充填材の充填工程で発生する流路の内圧を補助口から抜くことができるため、充填材の充填が効率化される。高インピーダンス体と低インピーダンス体の境界における音響インピーダンスの急峻な変化により、振動が反射される。さらに、流路内には無数の音響インピーダンスの境界が存在するので、振動は流路内で乱反射され、お互に打ち消し合うことにより、振動は顕著に減衰される。さらに、充填過程で高インピーダンス体が磁石に保持されるので、高インピーダンス体は、低インピーダンス体に流されることなく、所定の位置に配置することができる。
[0011]
 請求項3の発明は、部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、前記造形工程では、前記基部の内部に前記充填材を充填するために、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれる流路が造形されること、前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であり、前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、前記高インピーダンス体と前記低インピーダンス体の音響インピーダンスは、少なくとも10倍異なり、前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、を特徴とする。
[0012]
 このようにすれば、効率的かつ容易に造形物の内部に充填材を充填することが可能になる。加えて、造形物に充填材を充填することにより、振動吸収性や遮音性など、振動抑制機能を造形物に付与することができる。高インピーダンス体と低インピーダンス体の境界における音響インピーダンスの急峻な変化により、振動が反射される。さらに、流路内には無数の音響インピーダンスの境界が存在するので、振動は流路内で乱反射され、お互に打ち消し合うことにより、振動は顕著に減衰される。高インピーダンス体と低インピーダンス体の音響インピーダンスが10倍以上異なるようにすることにより、この境界において、振動の透過ではなく、振動の反射が支配的になる。
[0013]
 請求項4の発明は、部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、前記造形工程では、前記充填工程における前記充填材の充填を促すため、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれ、さらに前記基部の外表に開口する補助口に導かれる流路が造形されること、前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であり、前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、前記高インピーダンス体と前記低インピーダンス体の音響インピーダンスは、少なくとも10倍異なること、前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、を特徴とする。
[0014]
 このようにすれば、効率的かつ容易に造形物の内部に充填材を充填することが可能になる。加えて、造形物に充填材を充填することにより、振動吸収性や遮音性など、振動抑制機能を造形物に付与することができる。また、補助口を設けることにより、充填材の充填工程で発生する流路の内圧を補助口から抜くことができるため、充填材の充填が効率化される。高インピーダンス体と低インピーダンス体の境界における音響インピーダンスの急峻な変化により、振動が反射される。さらに、流路内には無数のインピーダンスの境界が存在するので、振動は流路内で乱反射され、お互に打ち消し合うことにより、振動は顕著に減衰される。高インピーダンス体と低インピーダンス体の音響インピーダンスが10倍以上異なるようにすることにより、この境界において、振動の透過ではなく、振動の反射が支配的になる。
[0015]
 請求項5の発明は、前記充填材の構成成分の少なくとも一部は、固化性質を有し、前記充填工程の後、もしくは前記充填工程を行いつつ、前記充填材を凝固させることにより、前記充填物を前記流路内に留める固化工程を備えること、を特徴とする。
[0016]
 このように、充填工程では不定形な充填材を、固化工程で凝固させることにより、流路に留めることができる。

発明の効果

[0017]
 本発明では、内部に流路が形成された基部を3Dプリンタにより造形した後、流路に充填材を充填し部材の製造を行う。これにより、振動を抑制する効果を部材に加えたり、部材の物性を強化したりすることが可能になる。さらに、流路を用いることにより基部への充填材の充填が効率化する。また、本発明では、3Dプリンタが造形する体積を減ずることができるため、造形費用を抑えたり、造形時間を短縮できる。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1] 本発明の造形工程で制作された基部と充填材の注入に関わる部材の関係を示す透視図である。中心軸が重なる部位を有する流路が基部に造形され、雌ネジ構造である注入口接続部と補助口接続部が、それぞれ注入口と補助口に造形されている。
[図2] 図1のA-A´線における断面図である。
[図3] 充填材として高インピーダンス体と低インピーダンス体が充填された基部を示す断面図である。図1のA-A´線断面に相当する位置が示されている。
[図4] 充填工程で、磁性体の高インピーダンス体(図示せず)を流路(図示せず)に留めるための磁石を示す実体図である。
[図5] 補助口を有しない流路が造形された基部と注入具を示す透視図である。

発明を実施するための形態

[0019]
 以下、本発明の実施形態を図面に沿って説明する。
[0020]
 本発明は、3Dプリンタを用いた部材の製造法であり、本発明により製造される部材の大きさや形状に制限はない。本明細書では、便宜上、単純な形状の部材を例に説明する。
[0021]
 本発明では、1)内部に流路が備わった基部を3Dプリンタにより造形する造形工程と2)基部の流路に充填材を充填する充填工程が不可欠な構成要素である。
[0022]
 図1は、3Dプリンタにより造形された基部と充填工程に関わる部品の関係を示した透視斜視図である。図2は、図1のA-A´線における断面図である。
[0023]
 造形工程で、基部1aの外表に開口する注入口1abから基部1aの内部に導かれる流路1aaが造形され、流路1aaはさらに基部1aの外表に開口する補助口1acに導かれるように造形されている。つまり、基部1aの内部に注入口1abから補助口1acに至る流路が形成されるている。さらに、部材に対する流路の占める割合を高めるため、流路1aaは、基部1aの内部で折返され、上から見て中心軸が縦に重なるように造形されている。この構造により、流路は基部の辺よりも延伸することができ、基部に対する流路の占める割合が高められている。この積み重ね構造は、3次元的にどの方向に積み重ねても良い。このような構造にすることで、3Dプリンタが造形する体積を減じることができるので、造形用素材のコストを削減したり、造形時間を短縮することができる。また、流路を延伸することにより基部内の流路の数を少なくできるため、充填材の充填回数を少なくできる利点もある。
[0024]
 流路の形状に制限はないが、充填物が滑らかに充填される構造であることが理想である。流路が長くなると流路全体の配管抵抗が高くなり、滑らかな充填物の充填が困難になる。また、急激な流路の折り曲げも配管抵抗を上昇させる原因であるし、充填材に空気が混入(エアー噛み)する原因にもなる。したがって、流路の折り曲げ部は、曲線的に設計するのが理想である。エアー噛みを避けるために、流路の断面形状も円形や楕円形のように曲線で形成されていることが理想である。しかし、直線、もしくは直線や曲線で構成された流路断面の形状にすることも可能である。流路の途中で流路断面の形状を変えることも可能である。部材の形状に合わせて、自由に流路断面の形状を設計すればよい。充填口から補助口に向かうに従って、流路の断面積が小さくなるように設計すると、充填材に混入された空気を補助口から排出しやすくなる。
[0025]
 3Dプリンタによる造形工程で用いられる造形用素材としては、充填工程において、充填材が流路から漏れないこと、充填工程過程で発生する圧力に耐えれる構造的な強度を備えれば、特に制限がない。製造される部材の使用目的や用いられる3Dプリンタの仕様に応じて、造形用素材を選択すれば良い。
[0026]
 注入口1abには、注入継手11を接続するための雌ネジ構造である注入口接続部1ajが造形されている。つまり、この実施形態では、注入口接続部は雌ネジ構造となっている。注入継手11に設けられたネジ部11aと注入口接続部1ajに設けられた雌ネジ部により、注入継手11は、基部1aに締結される。
[0027]
 充填材を充填するための注入具12は、注入継手11を介して基部1aの注入口接続部1ajに接続されている。注入継手11と注入口接続部1ajの間には、充填材の漏れを防止するために、パッキン31が挿入されている。充填材がもれる恐れがない場合は、パッキン31を用いずに直接、注入継手11をと注入口接続部1ajに取り付けることもできる。この実施の形態では、注入具12は、注入継手11を介して注入口接続部1ajに接続しているが、注入具は、直接、注入口接続部に接続しても良いし、配管などを介して注入口接続部に接続しても良い。
[0028]
 補助口1acには、補助口継手21を接続するための雌ネジ構造である補助口接続部1akが造形されている。つまり、この実施形態では、補助口接続部は雌ネジ構造となっている。補助口継手21に設けらたネジ部21aと補助口接続部1akに設けられた雌ネジ部により、補助口継手21は、基部1aに締結される。
[0029]
 補助口配管22は、補助口継手21を介して補助口接続部1akに接続されている。補助口継手21と補助口接続部1akの間には、充填材の漏れを防止するために、パッキン31aが挿入されている。充填材がもれる恐れのない場合は、パッキン31aを用いずに直接、補助口継手21を補助口接続部1akに取り付けることもできる。この実施の形態では、補助口配管22は、補助口継手21を介して注入口接続部に接続しているが、補助口配管は、補助口接続部に直接接続しても良い。
[0030]
 充填材2は、注入具12を用いて注入口1abより流路1aaに注入される。この時発生する流路内の圧力により充填材の充填が妨げられるが、補助口から内圧を抜くことにより、充填材の充填が促される。そして、流路内に存在する空気や残渣等は、充填材により効率的に押し流され、補助口より排出される。
[0031]
 充填材を基部に充填することにより、振動吸収性、遮音性、強度、靱性、耐熱性、そして断熱性などの物性を製造する部材に付与することができる。充填材の選択は、製造される部材がその使用目的に耐えられるか、造形用素材、造形物、および充填材の物性等を総合的に考慮されなければならない。
[0032]
 製造される部材が目的とする使用用途を満たすのであれば、どのような充填材を用いても良い。充填材は、液体、気体、固体、そしてゲルでも良いし、また、それらの混合物でも構わない。
[0033]
 液体の充填材の一例として、水、油脂、接着剤などがあげられる、これらを流路に充填することより、振動吸収性を部材に付与することができる。その他の液体の充填材の例としては、ゴムやウレタンがあげられる。液状化したゴムやウレタンを流路に充填し、固化させることにより、部材に靱性や振動吸収性を付与することもできる。
[0034]
 気体の充填材の一例として、アルゴンガスがあげられる。アルゴンガスを基部に充填することにより断熱性を部材に付与できる。
[0035]
 固体は粉状や球状などにすることにより、固体を流路に充填しやすくなる。充填する固体の一例としては、金属球を流路に充填することにより、振動吸収性や重さを部材に付与することができる。
[0036]
 ゲルの充填材の一例として、耐熱性ゲル等(商品名:耐熱ジェル(新富士バーナー株式会社))を充填することにより、部材に耐熱性を付与することができる。また、制震機能をもつゲルを充填することにより、部材に制震性を付与することができる。液状化したゲルを流路に充填し、流路内で凝固させることも可能であるし、ゲル粒子を膨潤溶媒等とともに充填することも可能である。
[0037]
 混合物による充填材の一例として、気体と液体の混合物である発泡ウレタンや発泡プラスチックがあげられる。発泡ウレタンを充填し流路内でウレタンフォームを形成させることで、吸音性や断熱性が部材に付与される。また、コンクリート、セメント、モルタルなどのように石灰石、粘土、砂、砂利を原料とする固体材料と水の混合物を流路に充填することにより、強靭性や振動吸収性を部材に付与できる。
[0038]
 振動吸収性を有する充填材を流路に充填することにより、部材の振動を制御することができる。3Dプリンタによる造形は、極めて自由度が高いため、音響機器であるスピーカーのエンクロージャーなどの造形に有効である。しかし、3Dプリンタに用いられる造形用素材は、固有音が顕著に発生するものが多い。例えば、エンクロージャーの造形用素材としてナイロン12を用いた場合、一般的にエンクロージャーの用途に用いられる木材と比べて、高域に独特の癖があり、甲高い固有音を発生する。また、アルミなどの金属素材を用いた場合、高域が比較的長時間持続するような固有音を発生する。振動吸収性を有する充填材を流路に充填することにより、これらの固有音が顕著に低下する。また、この発明は、エンクロージャーに限らず、3Dプリンタで造形されたさまざまな部材に応用することができる。
[0039]
 この目的に用いることができる充填材は、振動吸収性を持ち、さらに充填のための流動性を持てば、種類を限定されないが、例えば、発泡ウレタン、液化ゲル、そして制振金属(例えば、D2052(登録商標))などを充填してもよい。
[0040]
 基部が発生する定在波は、基部が発生する固有音の大きな要因である。定在波が発生する時、音波の振幅が最大となる腹と呼ばれる部位が基部の特定の位置に発生する。これらの部位を流路で繋げることにより、それぞれの腹間の相互作用が増し、効率的に定在波を低下させることができる。
[0041]
 さらに流路の中に音響インピーダンスの急変部を多数、設けることにより、効果的に基部の振動吸収を行うことができる。図3に示すように、流路には、音響インピーダンスの異なる2種類の充填材が充填されている。音響インピーダンスの高い剛体である高インピーダンス体2bが流路1aaに配置され、音響インピーダンスの低い可撓体もしくは弾性体である低インピーダンス体2cは、流路と高インピーダンス体の間の空間を埋めるように充填されている。高インピーダンス体と低インピーダンス体の接触部では急激な音響インピーダンスの変化があるため、振動の反射が生じる。各接触部からの反射が流路で繰り返されることで、振動が打ち消されて、基部の振動が減衰される。
[0042]
 個々の高インピーダンスを接触させても、または積み重ねても本発明の効果は得ることができる。さらに、流路全体に高インピーダンスを高密度に充填することも可能である。これらの場合、単位体積あたりの高インピーダンス体と低インピーダンス体の接触面積が増加するので、インピーダンスの変化による振動減衰が期待できるが、単位空間あたりの高インピーダンス体の体積も増えることから、高インピーダンス体の発する固有音が問題となることもある。したがって、高インピーダンス体と低インピーダンス体の最適な割合を、部材に応じて決定しなければならない。
[0043]
 音響インピーダンスが高く、そして剛体であれば、高インピーダンス体に用いる素材は限定されない。そのような素材の例として、金属球、ジルコニアボールなどがあげられる。高インピーダンス体があまり小さいと、効果は少ない。また、高インピーダンス体を大きくした時、低インピーダンス体との接触面積に対して、高インピーダンス体の体積が大きくなり、高インピーダンス体が発する固有音が問題となってくる。高インピーダンス体の大きさは幅0.5mmから2cmの間が望ましい。高インピーダンス体の形状は特に制限されないが、高インピーダンス体同士や高インピーダンス体と基部の接触が点接点になるような形状が望ましい。
[0044]
 音響インピーダンスが低く、そして流路に充填することが可能であれば、低インピーダンス体に用いる素材は限定されない。そのような素材の例として、発泡ウレタン、液化ゲル、液化ゴムなどがあげられ、それらを充填・固化させ使用する。低インピーダンス体はそれ自体が振動吸収性を持つ素材であると、振動吸収効果がより高まるので望ましい。
[0045]
 異なる物質の境界では、音波が透過する可能性と反射する可能性がある。この割合は、両物質の音響インピーダンスの比により、非線形的に決定される。つまり、音の反射率をRp、媒質1の音響インピーダンスをZ1、そして媒質2の音響インピーダンスをZ2とした時、音の反射率Rpは、Rp=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)と表される。この式は、両音響インピーダンスの差を10倍以上設けることにより、反射が支配的に起こる相に誘導することを示している。本発明は、低インピーダンス体と高インピーダンス体間で発生する音波の反射が音波を打ち消すことを基本原理としている。したがって、反射が支配的に起こる相で機能するために、高インピーダンス体の音響インピーダンスは、低インピーダンスの音響インピーダンスの10倍以上ある必要がある。
[0046]
 充填工程で、高インピーダンス体が流路から流出するのを防ぐために、鉄などの磁性体で作られた高インピーダンス体を磁石で所定の位置に留めることができる。図4は、充填工程において高インピーダンス体2b(図示せず)を流路1aa(図示せず)の所定の位置に留める磁石100を示している。
[0047]
 また、先に述べた、定在波の腹の位置に高インピーダンス体を集めることにより効果的に、振動吸収を行うことができる。
[0048]
 部材自体の振動吸収に本発明を適応しても良いし、本発明によって製造された部材を振動吸収材として他の部材に取り付けて、他の部材の振動を吸収することもできる。
[0049]
 本発明において、部材に振動吸収材や高インピーダンス体と低インピーダンス体の混合物を充填することにより、振動吸収性能が付与されるが、同時に、遮音性も付与される。したがって、本発明で製造された部材を、遮音材として用いることも可能である。
[0050]
 注入具は、充填材の種類や特性に応じて適切なものを選択する。充填材が液体やゲルなどの場合は、シリンジ、電動インジェクタ、電動充填機、液体用ポンプ等を用いることが可能である。充填材が気体の場合は、充填材が蓄積されたボンベ、気体用ポンプ、液体用コンプレッサ、シリンジ等を用いて充填が可能である。充填物が個体の場合、気体や液体の噴出圧力により固体を押し出すことにより充填が可能であり、前述した気体や液体の充填に用いる注入具を使用することができるし、粉体の場合は粉体運搬用コンプレッサ等を用いることができる。混合物を充填する場合は、混合物の種類に応じて、充填を制御しやすい充填材の充填法に従って充填すれば良い。発泡ウレタンが充填されたスプレー缶のように、充填物が充填された容器の内圧を利用して、流路に充填材を充填することも可能である。
[0051]
 注入具12と注入継手11が一体化されたものを用いて、注入継手11を省くことも可能である。そのような注入具の一例としては、ルアーロック付きシリンジなどがあげられる。
[0052]
 補助口配管 22と補助口継手21が一体化されたものを用いて、補助口継手21を省くことも可能である。
[0053]
  充填工程で、補助口1acから充填材2や空気を排出することにより、流路で発生する内圧を抜くことができるので、充填材の充填を円滑に行うことができる。また、流路に残る残渣や充填工程で充填材に混入された空気などは、過剰量の充填材を注入口1abから注入しつつ、補助口1acから排出することにより、容易かつ効果的に除去される。補助口1acの大きさは任意に決定することができるが、流路の断面より小さく設計することも可能である。
[0054]
  充填工程で、充填材2を基部1aに注入する時、ポンプを用いて充填材2を補助口1acから吸引することも可能である。このようなプッシュプルな注入・吸引動作により、流路1aaへの充填材2の充填が容易になる。この場合、充填材2を回収するトラップを,補助口1acとポンプとの間に設けると、ポンプへの充填材の流入が回避できる。
[0055]
 充填された充填材を基部に留めるために、固化工程を行うことができる。充填材の性状に応じて、最適な固化工程を実行する。充填材2が固化性質を有する、もしくは固化性質を有する物質を含む場合、固化工程により充填材2を流路1aa内で固化させ、充填材2を流路1aaに留めることができる。例えば、充填材2にウレタンフォーム、糊、接着剤、コーキング材、ゼラチンなどが含まれる場合、充填後、放置することにより充填材2を固化させることができる。充填材2がコンクリート、セメント、モルタルなどのように石灰石、粘土、砂、砂利を原料とする固体材料と水の混合物である場合についても同様である。また、固化に最適な温度に保温することにより、固化時間を短縮することができる。
[0056]
 充填材2に紫外線硬化性樹脂が含まれる場合、UV透過性を有する基部1aを介してUV照射することにより、充填材2を固化することができる。
[0057]
 充填材2に吸水性樹脂や吸水性ゲルを含ませ、水とともに充填することにより充填材2の流動性を失わせ、充填材を流路に留めることもできる。
[0058]
 充填された充填材を基部に留めるために、封入工程を行うことができる。例えば、基部1aの注入口に止栓を取り付けることが出来る。止栓としては、ドレンプラグ、六角プラグ、そしてスクリュープラグなどを用いることができるが、充填剤を封入することができれば止栓の形状に制限はない。同様に補助口に止栓を取り付けることが出来る。
[0059]
 本発明は、前述した実施形態に制限されるものではなく、次のように変更して実施することも可能である。
[0060]
 (i)流路は、基部の内部を縦、横、高さのどの方向においても自由に3次元的に導くことができる。このようにすることで、基部に対する流路の占める割合が高めることができる。また、基部に対する流路の本数に制限はなく、1つの基部に対して流路を複数本存在する基部を造形することも可能である。さらに、流路が分岐し、1つの注入口に対して複数の補助口を持つ流路を造形することも可能であるし、流路が合流し、複数の注入口に対して1つの補助口を持つ流路を造形することも可能である。
[0061]
 (ii)流路にバイパス状の側路が設けられた基部を造形することも可能である。
[0062]
 (iii)流路の途中に蓄積空間が設けられた基部を造形することも可能である。
[0063]
 (iv)注入口接続部や補助口接続部を基部から折割できるように造形することも可能である。このようにすることで、充填工程の後、基部から不要な注入口接続部や補助口接続部を容易かつ美観を損なわないように分離することが可能になる。
[0064]
 (v)本発明において、補助口を有しない流路を用いても構わない。図5に示すように、補助口を有しない流路1paが基部1pに造形されている。充填材は、注入具12pを用いて、注入口1pbより充填される。この実施形態における充填工程では、注入口1pbを注入具12pで完全に塞がないで、流路内の空気等を注入口1pbより排出しつつ、充填材を充填する。
[0065]
 また、補助口を有しない流路の途中に蓄積空間を設けるように基部を造形することも可能である。このようにすることにより、基部に効率的に充填材を充填することができる。
[0066]
 (vi)基部における注入口や補助口の位置に制限はなく、部材の製造において有利な位置に設計すればよい。また、注入口や補助口は、流路の断面よりも小さく造形することも、大きく造形することも可能である。
[0067]
 (vii)注入口接続部と注入継手、注入口接続部と注入具、もしくは注入具と注入継手の係止手段は、それぞれの係止が確実に行えること、充填工程で発生する内圧に耐えること、そして充填材の液漏れがないことなどの条件を満たせばどのような係止手段でも良い。
[0068]
 (viii)補助口接続部と補助口継手、補助口接続部と補助口配管、もしくは補助口継手と補助口配管の係止手段は、それぞれの係止が確実に行えること、充填工程で発生する内圧に耐えること、充填材の液漏れがないことなどの条件を満たせばどのような係止手段でも良い。
[0069]
 (ix)本発明の製造方法を機械によるオートメーション化することができる。このようにすることにより、部材の大量生産や低コスト化が可能になる。
[0070]
 (x)本発明の有効性は、3Dプリンタが採用する造形方法による制限を受けない。既知の3Dプリンタの造形方法を用いて基部を造形した場合でも、また、将来、現在未知な3Dプリンタの造形方法を用いて基部を造形した場合でも、本発明の原理が適応できれば、本発明の範囲に含まれる。
[0071]
 (xi)上述の実施形態で示した複数の異なる特徴を組み合わせて部材を製造してもよい。本発明の範囲は、本明細書に記載された複数の異なる特徴を組み合わせた部材の製造法にもおよぶ。

産業上の利用可能性

[0072]
本発明により、3Dプリンタで制作された部材に振動を抑制する効果を付与することが可能になるとともに、製造コストの削減や製造時間の短縮が可能になる。

符号の説明

[0073]
1a,1p 基部
1aa,1pa 流路
1ab,1pb 注入口
1ac 補助口
1aj 注入口接続部
1ak 補助口接続部
2 充填材
2b 高インピーダンス体
2c 低インピーダンス体
11 注入継手
11a ネジ部
12,12p 注入具
21 補助口継手
21a ネジ部
22 補助口配管
31,31a パッキン
100 磁石

請求の範囲

[請求項1]
 部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、
 前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、
 前記造形工程では、前記基部の内部に前記充填材を充填するために、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれる流路が造形されること、
 前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、
 前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であること、
 前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、
 前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、
 前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、
 さらに、前記高インピーダンス体は、磁性体であり、
 前記充填工程で、前記高インピーダンス体は磁石による吸着力で所定の位置に留めること、
 を特徴とする、部材の製造方法。
[請求項2]
 部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、
 前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、
 前記造形工程では、前記充填工程における前記充填材の充填を促すため、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれ、さらに前記基部の外表に開口する補助口に導かれる流路が造形されること、
 前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、
 前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であること、
 前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、
 前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、
 前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、
 さらに、前記高インピーダンス体は、磁性体であり、
 前記充填工程で、前記高インピーダンス体は磁石による吸着力で所定の位置に留めること、
 を特徴とする、部材の製造方法。
[請求項3]
 部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、
 前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、
 前記造形工程では、前記基部の内部に前記充填材を充填するために、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれる流路が造形されること、
 前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、
 前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であり、
 前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、
 前記高インピーダンス体と前記低インピーダンス体の音響インピーダンスは、少なくとも10倍異なり、
 前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、
 前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、
 を特徴とする、部材の製造方法。
[請求項4]
 部材に前記部材の振動を抑制する効果が付与されるように、3Dプリンタを用いて前記部材を製造する方法であって、
 前記部材を製造するために中空部を有する基部を3Dプリンタで造形する造形工程と前記基部に充填材を充填する充填工程を備えること、
 前記造形工程では、前記充填工程における前記充填材の充填を促すため、前記基部の外表に開口する注入口から前記基部の内部に導かれ、さらに前記基部の外表に開口する補助口に導かれる流路が造形されること、
 前記充填工程では、前記注入口から前記充填材を注入することにより、前記流路に前記充填材が充填されること、
 前記充填材は、振動を減衰するための振動減衰部材であり、
 前記振動減衰部材は、音響インピーダンスの異なる部材の混合物で、少なくとも高インピーダンス体と低インピーダンス体を含むこと、
 前記高インピーダンス体と前記低インピーダンス体の音響インピーダンスは、少なくとも10倍異なること、
 前記高インピーダンス体は、前記低インピーダンス体に対して高い音響インピーダンスを有する剛体であること、
 前記低インピーダンス体は、前記高インピーダンス体に対して低い音響インピーダンスを有する可撓体もしくは弾性体であり、さらに前記流路と前記高インピーダンス体の間の空間に充填されること、
 を特徴とする、部材の製造方法。
[請求項5]
 前記充填材の構成成分の少なくとも一部は、固化性質を有し、前記充填工程の後、もしくは前記充填工程を行いつつ、前記充填材を凝固させることにより、前記充填物を前記流路内に留める固化工程を備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]