(57)【要約】【課題】製品の形状変更に柔軟に対応できるとともに、高い造形精度を実現できる、ゴム製品の造形方法を提供すること。【解決手段】造形テーブル上にて複数の薄片を貼り合わせてゴム製品を造形する方法であって、未架橋ゴム粉末に該粉末相互の付着防止処理を施す、付着防止処理工程と、付着防止済の原料ゴム粉末を、造形テーブルの表面上に供給する、第１の原料ゴム粉末供給工程と、電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第１の架橋工程と、架橋部分の表面と造形テーブルの表面とを一致させる、後処理工程と、架橋部分の表面を含む前記造形テーブルの表面上に、原料ゴム粉末を供給する、第２の原料ゴム粉末供給工程と、電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第２の架橋工程と、を有し、後処理工程、第２の原料ゴム粉末供給工程及び第２の架橋工程を順次繰り返して前記複数の薄片を貼り合わせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形テーブル上にて複数の薄片を貼り合わせてゴム製品を造形する方法であって、
該ゴム製品の材料となる未架橋ゴム粉末に該粉末相互の付着防止処理を施す、付着防止処理工程と、
前記付着防止済の原料ゴム粉末を、前記造形テーブルの表面上に、前記薄片に対応する厚みの層に均して供給する、第１の原料ゴム粉末供給工程と、
前記原料ゴム粉末層において、前記薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第１の架橋工程と、
前記原料ゴム粉末層における架橋部分の表面と、前記造形テーブルの表面との相対位置を調整して前記架橋部分の表面と前記造形テーブルの表面とを一致させる、後処理工程と、
前記架橋部分の表面を含む前記造形テーブルの表面上に、前記原料ゴム粉末を、前記薄片に積上げる次の薄片に対応する厚みの層に均して供給する、第２の原料ゴム粉末供給工程と、
前記原料ゴム粉末層において、前記次の薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第２の架橋工程と、を有し、
前記後処理工程、前記第２の原料ゴム粉末供給工程及び前記第２の架橋工程を順次繰り返して前記複数の薄片を貼り合わせる、ゴム製品の造形方法。
【請求項２】
前記架橋工程は、ゴムの融点よりも低い温度環境下で行われる、請求項１に記載のゴム製品の造形方法。
【請求項３】
前記未架橋ゴム粉末は、酸化カルシウムを含む、請求項１又は２に記載のゴム製品の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゴム製品の造形方法に関し、特に、製品の形状変更に柔軟に対応できる、ゴム製品の造形に好適な方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム製品の造形においては、未加硫ゴムを製品の形状に合わせた金型に入れて、熱及び圧力を加えて加硫することによって製品を造形する方法（特許文献１）や、未加硫ゴムを製品よりも大きい金型に入れて、熱及び圧力を加えて加硫した後に、切削等の機械加工を経て製品の形状とする方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０７５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、製品の形状に合わせた金型を用いる方法では、製品の仕様変更等によって製品の形状に変更が生じた場合に、金型の修正や金型を新たに作り直すことが必要とされ、加工の手間や製造コストが課題とされていた。また、製品よりも大きな金型を用いる方法では、ゴムの物性によって、機械加工による寸法精度等の造形精度に改善の余地がある場合があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、製品の形状変更に柔軟に対応できるとともに、高い造形精度を実現できる、ゴム製品の造形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らが、前記課題を解決する手段について鋭意究明したところ、所望の製品の形状を、予め定められた軸に直交する多数の面で切断したときに生じる薄片の積層体として捉え、薄片を積み重ね、貼り合わせて造形することによって、金型を用いることなく、所望の製品形状を得ることができることに想到した。発明者らは、上記積層造形についてさらに究明したところ、ゴム製品においては、材料となる未架橋ゴムの粉末に適切な処理を施し、さらに、未架橋ゴムの粉末を架橋させることによって、積層造形を適用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明のゴム製品の造形方法は、
造形テーブル上にて複数の薄片を貼り合わせてゴム製品を造形する方法であって、
該ゴム製品の材料となる未架橋ゴム粉末に該粉末相互の付着防止処理を施す、付着防止処理工程と、
前記付着防止済の原料ゴム粉末を、前記造形テーブルの表面上に、前記薄片に対応する厚みの層に均して供給する、第１の原料ゴム粉末供給工程と、
前記原料ゴム粉末層において、前記薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第１の架橋工程と、
前記第１の架橋工程において架橋させた架橋部分の表面と、前記造形テーブルの表面との相対位置を調整して前記架橋部分の表面と前記造形テーブルの表面とを一致させる、後処理工程と、
前記架橋部分の表面を含む前記造形テーブルの表面上に、前記原料ゴム粉末を、前記薄片に積上げる次の薄片に対応する厚みの層に均して供給する、第２の原料ゴム粉末供給工程と、
前記原料ゴム粉末層において、前記次の薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる、第２の架橋工程と、を有し、
前記後処理工程、前記第２の原料ゴム粉末供給工程及び前記第２の架橋工程を順次繰り返して前記複数の薄片を貼り合わせる。
本発明の造形方法によれば、製品の形状変更に柔軟に対応できるとともに、高い造形精度を実現できる。
【０００８】
本発明のゴム製品の造形方法において、前記架橋工程は、ゴムの融点よりも低い温度環境下で行われることが好ましい。
この構成によれば、熱によってゴムに発生する虞のある気泡を抑制し、気泡部分から割れや裂けが生じるのを防止することができる。
【０００９】
本発明のゴム製品の造形方法において、前記未架橋ゴム粉末は、酸化カルシウムを含むことが好ましい。
この構成によれば、熱によってゴムに発生する虞のある気泡を抑制し、気泡部分から割れや裂けが生じるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、金型を用いることなく、製品の形状変更に柔軟に対応できるとともに、高い造形精度を実現できる、ゴム製品の造形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法の概要を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法によって造形されるゴム製品の一例を示す図である。
【図３】薄片について説明するための図である。
【図４Ａ】積層造形装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４Ｂ】積層造形装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】第１の原料ゴム粉末供給工程について説明するための模式的斜視図である。
【図５Ｂ】第１の原料ゴム粉末供給工程について説明するための模式的断面図である。
【図６Ａ】第１の架橋工程について説明するための模式的斜視図である。
【図６Ｂ】第１の架橋工程について説明するための模式的断面図である。
【図７Ａ】後処理工程について説明するための模式的斜視図である。
【図７Ｂ】後処理工程について説明するための模式的断面図である。
【図８Ａ】第２の原料ゴム粉末供給工程について説明するための模式的断面図である。
【図８Ｂ】第２の架橋工程について説明するための模式的断面図である。
【図８Ｃ】後処理工程について説明するための模式的断面図である。
【図８Ｄ】複数の原料ゴム粉末層が積層された状態について説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法によって造形されるゴム製品の他の例を示す透視斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法によって造形されるゴム製品の別の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るゴム製品の造形方法の概要を示すフローチャートである。
【００１３】
図１に示すように、本発明に係るゴム製品の造形方法は、造形テーブル上にて複数の薄片を貼り合わせてゴム製品を造形する方法であり、図１に示すように、ゴム製品の材料となる未架橋ゴム粉末に該粉末相互の付着防止処理を施し（付着防止処理工程Ｓ１）、ゴム製品の複数の薄片のデータを取得し（薄片データ取得工程Ｓ２）、造形テーブルを造形開始できる状態に設定し（準備工程Ｓ３）、付着防止済の原料ゴム粉末を、造形テーブルの表面上に、薄片に対応する厚みの層に均して供給し（第１の原料ゴム粉末供給工程Ｓ４）、原料ゴム粉末層において、薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させ（第１の架橋工程Ｓ５）、原料ゴム粉末層における架橋部分の表面と、造形テーブルの表面との相対位置を調整して架橋部分の表面と造形テーブルの表面とを一致させ（後処理工程Ｓ６）、架橋部分の表面に、原料ゴム粉末を、薄片に積上げる次の薄片に対応する厚みの層に均して供給し（第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７）、原料ゴム粉末層において、次の薄片に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させ（第２の架橋工程Ｓ８）、上記後処理工程Ｓ６、第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７及び第２の架橋工程Ｓ８を順次繰り返して前記複数の薄片の貼り合わせを行うことによって、ゴム製品を造形する。
【００１４】
図２は、本実施形態に係るゴム製品の造形方法で造形されるゴム製品の一例である、ゴム製品１０を示している。図２に示すように、ゴム製品１０は、例えば円筒状とすることができる。
【００１５】
ここで、薄片とは、造形されるゴム製品の積層方向に沿う軸と直交する多数の面で切断して区画される層を意味している。
【００１６】
ゴム製品１０の例では、Ｚ軸方向を積層方向（高さ）とするとき、円筒状の三次元形状を、Ｚ軸方向と直交する多数の面で切断すると、複数のスライスされた層が形成される。図３に示される、複数のスライスされた層の各層が、ゴム製品１０の薄片である。なお、図２及び図３では、ゴム製品１０の積層造形の積層方向は、Ｚ軸方向を指すが、造形されるゴム製品の形状や大きさ等に応じて、好適な向きを積層方向とすることができる。
【００１７】
また、図３では、ゴム製品１０のＺ軸方向における最初の層から３層目までの薄片Ｌ１〜Ｌ３を示しているが、実際には、ゴム製品１０は、ゴム製品１０の造形に必要な層数の薄片Ｌ１〜ＬＮ（Ｎは自然数）のデータに変換される。
【００１８】
このように、ゴム製品１０の形状を、複数の薄片のデータに変換した上で、このデータに基づいて薄片を積層し、貼り合わせることによって、ゴム製品１０を造形する。
以下、各工程について具体的に説明する。
【００１９】
［付着防止処理工程］
付着防止処理工程Ｓ１においては、ゴム製品１０の材料となる未架橋ゴム粉末に該粉末相互の付着防止処理を施す。
【００２０】
本発明における未架橋ゴム粉末を構成する材料は、ゴム製品に適した材料を用いることができる。ゴム粉末としては、天然ゴム（ＮＲ）の他、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等の合成ゴムの粉末を使用することができ、なかでも天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）の粉末が好ましい。これらゴム粉末は、１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００２１】
また、未架橋ゴム粉末は、天然ゴム及び合成ゴム以外の他の材料を含んでいてもよい。他の材料として、カーボンブラックやシリカ等の充填剤、軟化剤、老化防止剤、亜鉛華、架橋促進剤、等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択することができる。なお、他の材料は、予め未架橋ゴム粉末に含まれている場合だけでなく、未架橋ゴム粉末の付着防止処理後に配合してもよい。
【００２２】
さらに、他の材料の例として、酸化カルシウムを配合してもよい。未架橋ゴム粉末に酸化カルシウムを配合することによって、ゴムの架橋時に、ゴムが融点以上の温度に加熱された場合であっても、熱によってゴムに発生する虞のある気泡を抑制し、気泡部分から割れや裂けが生じるのを防止することができる。
【００２３】
未架橋ゴム粉末に対する粉末相互の付着防止処理とは、各粉末が相互に付着することを防止する処理を施すことを指し、未架橋ゴム粉末の表面を、付着防止剤によって被覆することが好適である。付着防止剤として、例えば、合成樹脂、タルク、シリカ、炭酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、カーボンブラック等のいずれか又は複数の付着防止剤を組み合わせて用いることができる。
【００２４】
未架橋ゴム粉末の表面を、付着防止剤によって被覆する手段は特に限定されないが、例えば、未架橋ゴム粉末よりも小さい径を有する粉末状の付着防止剤を、未架橋ゴム粉末と撹拌混合して、未架橋ゴム粉末の表面を被覆することができる。また、付着防止剤の溶解液又は水分散液を未架橋ゴム粉末の表面に塗布して、未架橋ゴム粉末の表面を被覆してもよい。付着防止剤の溶解液又は水分散液を用いる手段によれば、未架橋ゴム粉末の表面に均一な厚みの被覆層を形成しやすいが、塗布後に未架橋ゴム粉末の乾燥工程が必要となる。製造工程の増加を防止する観点からは、粉末状の付着防止剤を用いる手段が好ましい。
なお、上記付着防止処理工程は、ゴム製品１０の材料となる未架橋ゴム粉末の準備に含まれる工程としてもよく、未架橋ゴム粉末の準備の後に別工程として行ってもよい。
【００２５】
上記付着防止処理工程によれば、未架橋ゴム粉末同士の付着を防ぐことができる。即ち、未架橋ゴム粉末同士が付着することによる塊が形成されることがなく、未架橋ゴム粉末のハンドリングが容易になる。特に、未架橋ゴム粉末を保存、又は後述する積層造形装置１００に適用した際に、ゴム製品の造形精度を高めるとともに、未架橋ゴム粉末の保存及び供給を容易に行うことができる。
【００２６】
なお、付着防止処理が施された未架橋ゴム粉末（以下、原料ゴム粉末という）の平均径は、１〜５００μｍとすることが好ましい。１μｍ以上とすることによって、保存時等における浮遊を抑制できるとともに、原料ゴム粉末同士の粉末の付着をより効果的に抑制することができ、５００μｍ以下とすることによって、ゴム製品の造形精度をより高めることができる。
【００２７】
以下に示す、準備工程以降では、原料ゴム粉末を用いて、ゴム製品１０の造形を行う。本発明に係るゴム製品の造形方法を実現できれば、造形装置は特に限定されないが、例えば、以下の態様の積層造形装置１００を用いることができる。
【００２８】
図４Ａは、積層造形装置１００の構成を模式的に示す斜視図であり、図４Ｂは、積層造形装置１００の構成を模式的に示す断面図である。なお、図４Ｂは、図４ＡのＩＩ―ＩＩ線に沿う断面を模式的に示している。
【００２９】
積層造形装置１００は、図４Ａ及び図４Ｂに示すとおり、造形テーブル１０１、リコータ１４０及び電子線照射手段１５０を備え、造形テーブル１０１は、造形部１１０、供給板１２０、及び原料供給部１３０を備えている。
【００３０】
造形部１１０は、造形台１１１及び昇降機構１１２を含み、造形台１１１は、ゴム製品を造形するための表面１１１ａを備えている。造形台１１１は、図示例では円柱形状であるが、多角形柱状等としてもよい。また、造形台１１１は、昇降機構１１２によって、上下方向（Ｚ軸方向）に昇降させることができる。なお、昇降機構１１２は、例えば、油圧や空圧を用いたピストン部材、又は、ボールねじを備えることができる。
【００３１】
供給板１２０は、造形部１１０の周囲に配置され、板状部１２１及び支持部１２２（図示せず）を含む。板状部１２１は、原料ゴム粉末を供給できる表面１２１ａを備えている。板状部１２１は、図示例では、板状部材の一部が、円柱形状の造形台１１１の外周形状に従って孔状に空いた形状を有しているが、形状は特に限定されない。なお、支持部１２２は、板状部１２１を支持する、柱状や板状の任意の形状とすることができる。なお、支持部１２２は、昇降機構を備えていてもよいが、造形部１１０の昇降機構１１２による昇降動作とは連動していない。
【００３２】
原料供給部１３０は、供給板１２０の表面１２１ａに開口し、供給板１２０の厚み方向（Ｚ軸方向）に延在する、タンク状又は箱状の原料収容部１３１と、昇降機構１３２とを有している。原料収容部１３１には、原料ゴム粉末を収容することができる。また、原料収容部１３１の底部１３１ｂは、昇降機構１３２によってＺ軸方向に昇降させることができ、底部１３１ｂの昇降動作によって、原料収容部１３１に収容された原料ゴム粉末を表面１２１ａ上に押し出すことができる。なお、昇降機構１３２は、例えば、油圧や空圧を用いたピストン、又は、ボールねじを備える機構とすることができる。
【００３３】
なお、原料供給部の配置及び構成は、原料供給部１３０の例に限定されず、原料収容部及びノズルを備え、原料供給部を表面１２１ａに対してＺ軸方向に離隔した位置（上側）に配置して、表面１２１ａ上に原料ゴム粉末を吐出する構成としてもよい。
【００３４】
リコータ１４０は、ローラ形状を有し、表面１２１ａ上に配置されている。リコータ１４０は、リコータ１４０の軸方向両端が駆動機構（図示せず）に接続され、Ｘ軸方向に転動しながら移動させることができる。リコータ１４０は、表面１２１ａに対してＺ軸方向における一定距離を隔てることができ、この距離は、表面１２１ａ上に供給したい層の厚みに応じて、調整することができる。なお、リコータ１４０の軸方向長さは、図４Ａに示すとおり、原料供給部１３０の、表面１２１ａにおける開口の長手方向長さよりも大きい。なお、リコータ１４０は、ローラ形状を有する部材や回転部材に限られず、例えば板状部材（ブレード）としてもよい。
【００３５】
積層造形装置１００には、表面１１１ａに対してＺ軸方向に離隔して、電子線照射手段１５０が配置されている。電子線照射手段１５０は任意のものを使用することができるが、少なくとも１つの電子線源１５１及び電子線調整手段１５２を備えることが好適である。
【００３６】
電子線源１５１は、熱電子放出型の電子銃とすることができる。より具体的には、例えば、タングステン、ＬａＢ6、ＣｅＢ6等で構成される陰極の加熱によって熱電子を発生させ、熱電子を加速させることによって電子線を生成する。
【００３７】
また、電子線調整手段１５２は、例えば、磁場発生部１５２ａ及びフォーカス制御部１５２ｂを備えることができる。磁場発生部１５２ａは、電子線源１５１によって生成された電子線に対して、永久磁石、電磁石等の磁力によって、収束、偏向等の調整を行うことができる。また、フォーカス制御部１５２ｂは、光学レンズ、電磁性のレンズ等によって、電子線の照射対象における焦点を調整することができる。なお、図示例では、１つの電子線源１５１が記載されているが、電子線源１５１は、複数としてもよく、各々が異なる照射条件によって制御されるものとしてもよい。
【００３８】
また、積層造形装置１００は、チャンバ（図示せず）等に収容されることによって、電子線照射手段１５０の動作中、高真空環境で用いることができる。
【００３９】
さらに、積層造形装置１００は、制御装置２００にネットワーク接続されることができる。制御装置２００は、中央処理装置等のハードウェアプロセッサを含み、薄片データ取得部２０１及び造形制御部２０２を有している。
【００４０】
薄片データ取得部２０１は、ゴム製品１０を造形するのに必要な薄片のデータを取得することができる。
【００４１】
造形制御部２０２は、薄片のデータに基づいて、ネットワークを介して、積層造形装置１００の各構成部に指示及び情報提供を行い、積層造形を制御することができる。即ち、造形制御部２０２は、積層造形装置１００を構成する、造形テーブル１０１、リコータ１４０、電子線照射手段１５０等の各動作を制御することができる。
【００４２】
本実施形態に係るゴム製品の造形方法における、薄片データ取得工程Ｓ２以降の各工程について、積層造形装置１００を用いた例によって、以下に詳述する。
【００４３】
[薄片データ取得工程]
薄片データ取得工程Ｓ２においては、ゴム製品１０を造形するために必要な、ゴム製品１０の薄片データを、制御装置２００の薄片データ取得部２０１によって取得する。
【００４４】
薄片データは、例えば、ゴム製品１０の三次元造形データを変換することによって、取得することができる。より具体的には、薄片データ取得部２０１は、制御装置２００に接続され、又は制御装置２００に情報送信が可能な他のコンピュータ等の装置から、三次元造形データを取得する。ここで、ゴム製品１０を造形するための三次元造形データとは、例えば、三次元ＣＡＤで設計された三次元造形データ、又は、三次元スキャナやデジタイザ等で取り込んだ三次元造形データ等である。三次元造形データは、三次元のゴム製品１０の表面が三角形の集合体として表現されたＳＴＬフォーマット（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）に変換されていてもよい。このゴム製品１０の三次元造形データを、薄片データ取得部２０１が取得し、薄片Ｌ１〜ＬＮ（Ｎは自然数）のデータに変換する。
【００４５】
また、制御装置２００に接続され、又は制御装置２００に情報送信が可能な他のコンピュータ等の装置によって、三次元造形データから薄片データに変換された後に、その薄片データを薄片データ取得部２０１が取得するものとしてもよい。
【００４６】
[準備工程]
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、準備工程Ｓ３について説明する。
準備工程Ｓ３では、薄片データに基づく造形を開始するため、造形テーブル１０１を、ゴム製品の造形が開始できる状態に設定する。即ち、造形部１１０の表面１１１ａと、供給板１２０の表面１２１ａとの相対位置を調整して、表面１１１ａと表面１２１ａとを一致させている。即ち、表面１１１ａと表面１２１ａとを、同じ位置に延在するように位置合わせして、実質的に面一となるように配置する。なお、同じ位置に延在するとは、Ｚ軸方向における同じ位置にあり、Ｘ軸方向に延在していることを指す。
【００４７】
また、第１の原料ゴム粉末供給工程Ｓ４の前に、リコータ１４０を、供給板１２０の表面１２１ａのＸ軸方向における両端部のうち、原料供給部１３０側の端部に位置するように配置することが好ましい。
【００４８】
なお、全ての工程が終了して、全薄片の貼り合わせが完了した後、ゴム製品１０を造形ベッド１１０の表面１１１ａから容易に取り外しできるように、造形ベッド１１０の表面１１１ａ上に、ゴム製品１０から除去可能な材質からなる基材（図示せず）を予め配置してもよい。
【００４９】
［第１の原料ゴム粉末供給工程］
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第１の原料ゴム粉末供給工程Ｓ４について説明する。なお、図５Ａ及び図５Ｂ以降の図においては、制御装置２００については省略している。
【００５０】
第１の原料ゴム粉末供給工程Ｓ４では、原料ゴム粉末を、造形テーブル１０１の表面上に、薄片Ｌ１に対応する厚みの層に均して供給する。
【００５１】
積層造形装置１００を用いた例では、まず、原料ゴム粉末を、原料供給部１３０の原料収容部１３１に収容し、昇降機構１３２によって底部１３１ｂをＺ軸方向における表面１２１ａに近づく向きに上昇させて、薄片Ｌ１に対応する厚みの層を形成できる量の原料ゴム粉末を、造形テーブル１２０の表面１２１ａ上に配置する。表面１２１ａ上に原料ゴム粉末を配置した後、リコータ１４０を、造形テーブル１０１の表面、即ち、造形部１１０の表面１１１ａ及び供給板１２０の表面１２１ａ上を通過するように転動させて、原料ゴム粉末を、造形部１１０の表面１１１ａ及び供給板１２０の表面１２１ａ上に、薄片Ｌ１に対応する厚みの層に均して供給し、原料ゴム粉末層ｍ１を形成する。このとき、リコータ１４０は、造形部１１０の表面１１１ａ及び供給板１２０の表面１２１ａとの間に、薄片Ｌ１に対応する厚み分の距離を維持しながら転動させることが肝要である。
【００５２】
薄片Ｌ１に対応する厚みは、薄片データに基づき、制御装置２００によって制御することができる。薄片Ｌ１に対応する厚み、即ち、原料ゴム粉末層ｍ１の厚みｔ１は、後述する電子線の照射条件や、原料ゴム粉末の平均粒径等に応じて適宜調整することができるが、厚み方向に亘って均一に架橋させるため、５００μｍ以下とすることが好適である。
【００５３】
[第１の架橋工程]
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、第１の架橋工程Ｓ５について説明する。
第１の架橋工程Ｓ５では、第１の原料ゴム粉末供給工程Ｓ４によって形成された原料ゴム粉末層ｍ１において、薄片Ｌ１に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる。
【００５４】
電子線の照射手段は特に限定されないが、例えば、電子線照射手段１５０を用いることができる。電子線照射手段１５０の電子線源１５１によって生成された電子線は、磁場発生部１５２ａによって、収束及び偏向され、薄片データに基づいて照射位置が移動して、原料ゴム粉末層ｍ１上を走査する。さらに、フォーカス制御部１５２ｂによって、電子線がジャストフォーカスとなる位置、即ち焦点を調整することができる。
【００５５】
電子線を原料ゴム粉末層ｍ１に照射すると、各原料ゴム粉末のゴム分子に、高速電子によるエネルギーが与えられる。高速電子によって、分子結合が開裂してラジカルが生成され、分子鎖間でラジカルが反応して三次元構造が形成されることによって、架橋反応が生じる。
【００５６】
電子線による架橋手段によれば、電子線を照射する位置を制御することによって、架橋させたい箇所を変えられるため、金型の準備等の手間が不要であり、製品の形状変更にも柔軟に対応することができる。さらに、高い造形精度を実現することができる。また、金型から抜けにくい形状や、金型では造形できない、複雑な形状のゴム製品も造形することができる。
【００５７】
電子線の照射条件は、造形しようとするゴム製品１０の薄片データに基づき、制御装置２００によって制御することができる。電子線の具体的な照射条件は、原料ゴム粉末層の厚みや、原料ゴム粉末の平均径等によって適宜調整することができる。
【００５８】
例えば、電子線のフォーカシングは、ゴムの架橋反応を十分に発生させるため、原料ゴム粉末層の表面にジャストフォーカスとなるように設定することが好適である。
【００５９】
なお、電子線の照射時の温度は特に限定されないが、第１の架橋工程Ｓ５は、ゴムの融点よりも低い温度環境下で行われることが好適である。上記構成によれば、加熱を伴うゴムの加硫手段に比べて、低い温度で架橋反応を生じさせることができるため、加熱によってゴムに発生する虞のある気泡を抑制し、気泡部分から割れや裂けが生じるのを防止することができる。
【００６０】
さらに、電子線の照射は、酸素によるラジカルの失活を防ぐため、高真空環境において行われることが好ましい。例えば、積層造形装置１００がチャンバ等に収容されている場合、チャンバ内を高真空とする。
【００６１】
上記の第１の架橋工程Ｓ５によって、図６Ａ及び図６Ｂに示すとおり、原料ゴム粉末層ｍ１に架橋部分Ｍ１を形成することができる。図示例では、ゴム製品１０の薄片Ｌ１に対応する、円環状の架橋部分Ｍ１が形成されている。
【００６２】
[後処理工程]
第１の架橋工程Ｓ５の後の、後処理工程Ｓ６について、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。後処理工程Ｓ６では、第１の架橋工程Ｓ５の後、原料ゴム粉末層ｍ１における架橋部分Ｍ１の表面と、造形テーブル１０１の表面との相対位置を調整して、架橋部分Ｍ１の表面と造形テーブル１０１の表面とを一致させる。即ち、図示例では、架橋部分Ｍ１の表面と、供給板１２０の表面１２１ａとのＺ軸方向における相対位置を調整して、架橋部分Ｍ１の表面と供給板１２０の表面１２１ａとを一致させる。相対位置の調整は、例えば、造形部１１０を、昇降機構１１２を用いて、Ｚ軸方向における表面１２１ａから離隔する向きに、原料ゴム粉末層ｍ１の架橋部分Ｍ１の厚み分だけ降下させることによって、架橋部分Ｍ１の表面と、供給板１２０の表面１２１ａとを一致させることができる。
なお、架橋部分Ｍ１の表面と、供給板１２０の表面１２１ａとの相対位置の調整については、造形部１１０に対して、供給板１２０を昇降させることによって調整してもよい。
【００６３】
なお、上記後処理工程Ｓ６の前又は後に、造形テーブル１２０の表面１２１ａ上に残存している、未架橋の原料ゴム粉末を除去する工程を設けても良い。未架橋の原料ゴム粉末を除去する手段は特に限定されないが、例えば、吸引手段によって除去しても良い。或いは、供給板１２０において、造形部１１０の外周側に、表面１２１ａに開口する回収穴（図示せず）を設け、未架橋の原料ゴム粉末を、回収穴までハケやブラシで掃き出したり、空気を吹き付けることによって、除去してもよい。なお、回収穴から、原料収容部１３１に連通する経路を形成して、未架橋の原料ゴム粉末を次の工程以降で再利用することもできる。
【００６４】
[第２の原料ゴム粉末供給工程]
第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７について、図８Ａを参照して説明する。なお、図８Ａは、第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７について説明するための模式的断面図であり、造形テーブル１０１、リコータ１４０及び原料ゴム粉末層ｍ１を模式的に示している。
【００６５】
第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７では、架橋部分Ｍ１の表面を含む造形テーブル１０１の表面上、即ち、架橋部分Ｍ１の表面、原料ゴム粉末層ｍ１の表面、及び供給板１２０の表面１２１ａの上に、原料ゴム粉末を、薄片Ｌ１に積上げる次の薄片Ｌ２に対応する厚みの層に均して供給する。
【００６６】
第１の原料ゴム粉末供給工程と同様に、まず、昇降機構１３２によって、原料収容部１３１の底部１３１ｂをＺ軸方向における表面１２１ａに近づく向きに上昇させて、薄片Ｌ２に対応する厚みの層を形成できる量の原料ゴム粉末を、供給板１２０の表面１２１ａに配置する。表面１２１ａ上に原料ゴム粉末を配置した後、リコータ１４０を、供給板１２０の表面１２１ａ及び架橋部分Ｍ１の表面上を通過するように転動させて、原料ゴム粉末を、架橋部分Ｍ１の表面に、原料ゴム粉末層ｍ２として供給する。このとき、リコータ１４０は、供給板１２０の表面１２１ａ及び架橋部分Ｍ１の表面との間に、薄片Ｌ２に対応する厚み分の距離を維持しながら転動させることが肝要である。なお、図示例では、原料ゴム粉末層ｍ２は、架橋部分Ｍ１と、架橋部分Ｍ１が含まれる原料ゴム粉末層ｍ１と、供給板１２０の表面１２０の表面に供給されている。
【００６７】
薄片Ｌ２に対応する厚みの層は、薄片データに基づき、制御装置２００によって制御することができる。
【００６８】
[第２の架橋工程]
次いで、図８Ｂを参照して、第２の架橋工程Ｓ８について説明する。第２の架橋工程Ｓ８では、第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７によって形成された原料ゴム粉末層ｍ２において、次の薄片Ｌ２に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させる。
【００６９】
電子線の照射は、例えば、電子線照射手段１５０を用いることができる。電子線照射手段１５０の電子線源１５１によって生成された電子線は、磁場発生部１５２ａによって、収束及び偏向され、薄片データに基づいて照射位置が移動して、原料ゴム粉末層上を走査する。さらに、フォーカス制御部１５２ｂによって、電子線がジャストフォーカスとなる位置、即ち焦点を調整することができる。
【００７０】
電子線の照射条件は、第１の架橋工程Ｓ５における照射条件と同様であっても良く、異ならせることもできる。
【００７１】
例えば、第１の架橋工程Ｓ５においては、電子線のフォーカシングは、原料ゴム粉末層の表面にジャストフォーカスとなるように制御し、第２の照射工程においては、複数の電子線供給源によって、原料ゴム粉末層の表面と、原料ゴム粉末層の直下に隣接した原料ゴム粉末層との境界のそれぞれに、電子線がジャストフォーカスとなるように制御してもよい。上記構成によれば、原料ゴム粉末層を十分に架橋させるとともに、隣接する原料ゴム粉末層ｍ１及びｍ２の架橋部分Ｍ１及びＭ２同士を貼り合わせることができる。
なお、電子線のフォーカシングは、常に同じフォーカシングとなるように制御することもでき、フォーカシングを変更することもできる。
【００７２】
また、第２の架橋工程Ｓ８において、電子線の照射時の温度は特に限定されないが、第１の架橋工程Ｓ５と同様に、ゴムの融点よりも低い温度環境下で行われることが好適である。上記構成によれば、造形精度をさらに高められるとともに、ゴム製品の加熱による劣化を防止することができる。
【００７３】
上記の第２の架橋工程Ｓ８によって、次の薄片に対応する、原料ゴム粉末層における架橋部分を形成することができる。図８Ｂでは、ゴム製品１０のＺ軸方向底部側から２番目の層の薄片Ｌ２に対応する、円環状の層である架橋部分Ｍ２が、積層され、架橋部分Ｍ１に接着される。
【００７４】
第２の架橋工程Ｓ８を行った後、後処理工程Ｓ６、第２の粉末供給工程Ｓ７及び第２の架橋工程Ｓ８を順次繰り返して、複数の薄片の貼り合わせを行う。
【００７５】
即ち、第２の架橋工程Ｓ８の後、図８Ｃに示すように、原料ゴム粉末層ｍ２における架橋部分Ｍ２の表面と、造形テーブル１０１の表面との相対位置を調整して、架橋部分Ｍ２の表面と造形テーブル１０１の表面とを一致させる。即ち、図示例では、架橋部分Ｍ２の表面と、供給板１２０の表面１２１ａとのＺ軸方向における相対位置を調整して、架橋部分Ｍ２の表面と供給板１２０の表面１２１ａとを一致させる。
【００７６】
架橋部分Ｍ２の表面と供給板１２０の表面１２１ａとを一致させた後、供給板１２０の表面１２１ａとＺ軸方向における同じ位置にある原料粉末層Ｍ２の表面に、原料ゴム粉末を、次の薄片Ｌ３に対応する厚みの層に均して供給した後に、次の薄片Ｌ３に対応する形状に従って電子線を照射し、該照射部分を架橋させて、原料ゴム粉末層を十分に架橋させるとともに、隣接する原料ゴム粉末層の架橋部分同士を貼り合わせることができる。図８Ｄでは、原料ゴム粉末層ｍ１〜ｍ８が積層され、原料ゴム粉末層ｍ８に電子線が照射されることによって架橋部分Ｍ８が形成された後に、位置合わせされた状態を示している。このように、後処理工程Ｓ６、第２の原料ゴム粉末供給工程Ｓ７及び第２の架橋工程Ｓ８を繰り返すことによって、複数の薄片Ｌ１〜ＬＮを貼り合わせたゴム製品１０が造形される。
【００７７】
上記の各工程Ｓ１〜Ｓ８を含むゴム製品の造形方法によって、製品の形状変更に柔軟に対応可能できるとともに、高い造形精度を実現できる。
【００７８】
なお、Ｚ軸方向における最後の層を架橋した後に、ゴム製品１０を造形ベッド１１０の表面１１１ａから取り外し、ゴム製品１０の外周及び内周に残留した未架橋の原料ゴム粉末を除去する工程をさらに含むことが好適である。
【００７９】
未架橋の原料ゴム粉末の除去手段については特に限定されないが、例えば、水や空気をゴム製品１０に吹き付けることによって除去することができる。
【００８０】
なお、ゴム製品の他の例として、図９に示すように、円柱の内部に、円柱形状の中空１１ａが形成され、中空１１ａから円柱の外周まで貫通する孔１１ｂを有する形状のゴム製品１１とすることもできる。工程Ｓ１〜Ｓ８によってゴム製品１１の形状に架橋された後、中空１１ａに残留した未架橋の原料ゴム粉末を、孔１１ｂから排出することができる。このとき、未架橋の原料ゴム粉末を孔１１ｂから排出した後に、別材の架橋済ゴムによって、孔１１ｂを塞いでもよい。このように、容易に中空のゴム製品を造形することができる。
【００８１】
ゴム製品の別の例として、図１０に示すように、外周全体が曲線からなり、内部に中空が形成され、中空から外周まで貫通する孔１２ｂを有する形状のゴム製品１２とすることもできる。工程Ｓ１〜Ｓ８によってゴム製品１２の形状に架橋された後、内部に残留した未架橋の原料ゴム粉末を、孔１２ｂから排出することができる。このとき、未架橋の原料ゴム粉末を孔１２ｂから排出した後に、別材の架橋済ゴムによって、孔１２ｂを塞いでもよい。このように、容易に中空のゴム製品を造形することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明のゴム製品の造形方法は、防振ゴム、免震ゴム、タイヤ及びタイヤ用トレッド等のゴム製品の造形に適用されると、好適なものである。
【符号の説明】
【００８３】
１０、１１、１２：ゴム製品、  １００：積層造形装置、  １０１：造形テーブル、  １１０：造形部、  １１１：造形台、  １１１ａ：表面、  １１２：昇降機構、  １２０：供給板、  １２１：板状部、  １２１ａ：表面、  １３０：原料供給部、  １３１：原料収容部、  １３１ｂ：底部、  １３２：昇降機構、  １４０：リコータ、  １５０：電子線照射手段、  １５１：電子線源、  １５２：電子線調整手段、  １５２ａ：磁場発生部、  １５２ｂ：フォーカス制御部、  ２００：制御装置、  ２０１：薄片データ取得部、  ２０２：造形制御部、  Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：薄片、  ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ５、ｍ６、ｍ７、ｍ８：原料ゴム粉末層、  Ｍ１、Ｍ２、Ｍ８：架橋部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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