(57)【要約】【課題】脆性材料積層時の粒子破壊を抑制した造形粒子を提供する。【解決手段】脆性材料と脂肪酸金属化合物とを含有する造形粒子であって、造形粒子１１の体積基準の平均粒径Ａと脂肪酸金属化合物１２の大きさＢとの比Ｂ／Ａが０．１０以下であり、造形粒子１１表面における脂肪酸金属化合物１２の被覆率が２０．０％以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料と脂肪酸金属化合物とを含有する造形粒子であって、前記造形粒子の体積基準の平均粒径Ａと前記脂肪酸金属化合物の大きさＢとの比Ｂ／Ａが０．１０以下であり、前記造形粒子表面における前記脂肪酸金属化合物の被覆率が２０．０％以下であることを特徴とする造形粒子。
【請求項２】
前記脂肪酸金属化合物は脂肪酸金属塩であることを特徴とする請求項１に記載の造形粒子。
【請求項３】
前記脂肪酸金属化合物の含有量は０．１質量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の造形粒子。
【請求項４】
前記Ｂ／Ａが０．０３以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の造形粒子。
【請求項５】
前記脂肪酸金属化合物の被覆率が１．０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の造形粒子。
【請求項６】
前記脆性材料が水溶性の炭水化物であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の造形粒子。
【請求項７】
前記脂肪酸金属化合物が粒子として存在していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の造形粒子。
【請求項８】
比重が１．０ｇ／ｃｍ3より大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の造形粒子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の造形粒子を含有することを特徴とする紛体。
【請求項１０】
構造材粒子とサポート材粒子とを配置して粒子層を形成する工程と、
前記粒子層を積層して造形物を形成する工程と、
前記造形物の前記サポート材粒子からなる部分を、水を含む溶媒に接触させて除去する工程と、を有し、
前記サポート材粒子として、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の造形粒子を用いることを特徴とすることを特徴とする立体物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形粒子、造形粒子を含む粉体及び造形粒子を用いた立体物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、造形目的物である立体物（造形対象物）の断面データに基づいて、造形材料を積層する積層造形法が着目されている。特許文献１には、電子写真方式を用いて、造形材料である粒子（造形粒子）を造形対象物の断面データに応じて配置した後に、造形粒子を熱によって互いに融着させて積層する方法が開示されている。特許文献２には、造形粒子からなる層を基部の上に形成し、造形対象物の断面データに応じてバインダー液体を噴霧あるいはレーザビームを照射し、造形材粒子を部分的に溶解させて互いに融着して積層する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５３８４９号公報
【特許文献２】特表２００５−５３３８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、積層造形法で使用される材料の種類の拡大に伴って、脆性材料を積層する要望が生じている。
しかしながら、特許文献１および２に記載された方法で脆性材料を積層する際には、造形する際の粉体の撹拌などによって粒子に負荷がかかるため、特にサイズが大きい造形物を作成する際に、粒子への負荷が蓄積し、粒子が壊れる恐れがある。壊れた粒子は部材汚染を引き起こす原因や、積層時の層厚不均一の原因となる。
潤滑剤を粒子表面に付着させることで粒子間の負荷を減らすことができるが、付着量が多いと、層間を積層することができなくなり、積層不良の一因となる恐れがある。
本発明は、上記課題を解決するため、脆性材料の積層時に粒子の破壊を抑制できる造形粒子及び紛体の提供と、これらを用いた立体物の製造方法の提供とを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる造形粒子は、脆性材料と脂肪酸金属化合物とを含有する造形粒子であって、前記造形粒子の体積基準の平均粒径Ａと前記脂肪酸金属化合物の大きさＢとの比Ｂ／Ａが０．１０以下であり、前記造形粒子表面における前記脂肪酸金属化合物の被覆率が２０．０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、脆性材料積層時に粒子破壊を抑制し、部材汚染、積層不良を起こすことなく立体物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の造形粒子を説明する図である。
【図２】粒子層を積層する工程の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。各図面において、同一部材あるいは対応する部材を示す箇所には、同一の符号を付与している。特に図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術または公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
【０００９】
≪造形粒子≫
本明細書において「造形粒子」とは、立体物を製造する際に用いる粒子状の造形材料を言う。造形材料は、目的とする立体物を構成する構造材料と、構造材料の積層を支持するサポート材料とに分類される。サポート材料で構成されているサポート部は、構造材料の存在しない領域の上に積層される構造材料を支える部分であり、最終的には除去される部分である。すなわち「造形粒子」は、粒子状の構造材料である「構造材粒子」と、粒子状のサポート材料である「サポート材粒子」と、に分類される。なお、本明細書において「粉体」とは、粒子の集合体を意味する。以下、「構造材粒子」の集合体を「構造材粉体」、「サポート材粒子」の集合体を「サポート材粉体」、とそれぞれ呼ぶこともある。
【００１０】
構造材料に非水溶性材料を使用した場合、サポート部を構成するサポート材料として水によって除去可能な材料を用いれば、積層後の造形物からサポート部を水によって選択的に除去することが可能となる。水を用いてサポート部を除去することができれば、水は入手が容易であるためサポート部の除去にかかるコストを低く抑えることができる。さらに、水は安全性が高く作業者や環境への負荷が低いため、サポート部の除去に水を用いることは非常に好ましい。ここで、「非水溶性」とは、水に対する溶解度が０．１未満の性質を言い、「水溶性」とは、水に対する溶解度が０．１以上の性質を言う。また、「水に対する溶解度」とは、１気圧において、水温２０℃の純水１００ｇに溶ける質量をグラム単位で表した数値とする。
【００１１】
図１は本発明の造形粒子の一例を示す模式的断面図である。本発明の造形粒子は、脆性材料と脂肪酸金属化合物とを含有し、図１に示すように、造形粒子１１の表面に、脂肪族金属化合物１２を有する。そして、造形粒子１１の体積基準の平均粒径Ａと脂肪酸金属化合物１２の大きさＢとの比Ｂ／Ａが０．１０以下であり、造形粒子表面における脂肪酸金属化合物１２の被覆率が２０．０％以下であることが大きな特徴である。
【００１２】
本発明者らは鋭意検討の結果、上記の特徴を有する造形粒子を用いると、脆性材料の造形の際に、粒子破壊を引き起こすことなく、積層ができることを見出した。具体的なメカニズムは明確になっていないが、以下のように推定する。
【００１３】
本発明で使用される造形粒子の表面には脂肪酸金属化合物が極微量存在し、その被覆率は２０．０％以下であり、好ましくは１．０％以下である。造形粒子表面に脂肪酸金属化合物が存在することで粒子に加わる負荷を低減する。造形粒子表面の脂肪酸金属化合物の被覆率が２０．０％以下では、積層時に粒子間の接着を抑制しない傾向にあるため好ましい。また、被覆率が２０．０％よりも大きいと積層時の粒子間の融着を阻害する傾向がある。
【００１４】
脂肪酸金属化合物の被覆率の測定は元素マッピングを用いる手法を用いるとよい。具体的には、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）等を使用することで、脂肪酸金属化合物を可視化することができる。可視化した脂肪酸金属化合物が造形粒子表面上で占める面積の比率から被覆率を計算する。被覆率を少なくとも３０個以上の粒子で計算し、平均化した値を脂肪酸金属化合物の被覆率とする。
【００１５】
また、造形粒子の体積基準の平均粒径（以下、単に「平均粒径」と称する場合がある）Ａと脂肪酸金属化合物の大きさＢとの比Ｂ／Ａが０．１０以下、好ましくは０．０３以下である。このことで、極微量の脂肪酸金属化合物でありながらも、粒子表面に微小サイズで存在するため、粒子表面に脂肪酸金属化合物が分散しやすく、脂肪酸金属化合物の滑剤としての効果を最大限得ることができる。
【００１６】
造形粒子の平均粒径Ａは、市販の粒度分布測定装置を用いて求めることができる。例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置  ＬＡ−９５０（ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いた場合は、以下のように測定することができる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフトを用いる。
【００１７】
まず、測定溶媒が入ったバッチ式セルを測定装置にセットし光軸の調整、バックグラウンドの調整をおこなう。このとき使用する溶媒は、粒子の溶解度が極めて小さいものを選択する必要がある。また、測定する粒子の分散性向上のために、必要に応じて適宜分散剤を溶媒中に添加してもよい。測定対象の粒子からなる粉体を、タングステンランプから射出される光の透過率が９０％〜９５％になるまでバッチ式セルに添加し、粒度分布の測定を行う。得られた測定結果から体積基準の平均粒径Ａを算出することができる。
【００１８】
脂肪酸金属化合物の大きさＢは下記のようにして求めることができる。
【００１９】
本発明では、粒子の表面において複数の脂肪酸金属化合物が占める領域それぞれについて内接する最大楕円で近似し、これら複数の楕円の短径の平均値を、ここでの脂肪酸金属化合物の大きさＢと定義する。具体的には、例えば、造形粒子の表面に焦点を合わせて脂肪酸金属化合物を含む視野で撮影した電子顕微鏡写真を用い、脂肪酸金属化合物が占める領域それぞれを、内接する最大楕円で近似し、複数の楕円について得られた短径を平均した値を求める。少なくとも脂肪酸金属化合物が占める領域３０箇所以上の楕円について計測し、その平均値から脂肪酸金属化合物の大きさＢを算出する。なお、一粒子中において楕円が３０個以上得られない場合は、複数の粒子から計測してもよい。
【００２０】
脂肪酸金属化合物が占める領域は例えば元素マッピングを用いる手法を用いて可視化することができる。具体的には、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）等を使用することができる。
【００２１】
脂肪酸金属化合物は固体滑剤としての効果がある。脂肪酸金属化合物が本発明で好適に使用される理由として、滑材の中でも融点が高く、粒子に過酷な負荷がかかる中であっても、材料が溶融しない点が挙げられる。
【００２２】
脂肪酸金属化合物としては、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、リチウムから選ばれる金属の塩、すなわち脂肪酸金属塩が好ましい。好適に用いられる脂肪酸金属化合物としては、脂肪酸亜鉛が特に好ましく、これらを用いた場合には本発明の効果がより顕著となる。
【００２３】
また、脂肪族金属化合物の脂肪酸としては、炭素数１２以上２２以下の高級脂肪酸が好ましい。炭素数１２以上の脂肪酸を用いると遊離脂肪酸の発生を抑えやすい。遊離脂肪酸量としては、０．２０質量％以下が好ましい。脂肪酸の炭素数が２２以下であれば、脂肪酸金属化合物の融点が高くなりすぎず、良好な定着性が得られやすい。脂肪酸としては、ステアリル酸が特に好ましい。
【００２４】
脂肪酸金属塩の一例としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸リチウム等のステアリン酸金属塩、およびラウリン酸亜鉛が例示される。
【００２５】
本発明の脂肪酸金属化合物は粒子形状をしていることが好ましい。粒子として存在することで、造形粒子との接触点に脂肪酸金属化合物が存在しやすく本発明の効果を得やすくなる傾向にある。
【００２６】
脂肪酸金属化合物の含有量は０．１質量％以下であることが好ましい。０．１質量％より大きいと造形した造形物の特性を下げることがある。
【００２７】
本発明における脆性材料とは、引張応力の場で降服点を超えると、変形が追い付かなくて破断またはすべりが起きる材料のことを指す。具体的には、炭水化物、セラミックス、ガラス、コンクリート、鋳鉄などが例示される。脆性材料は造形粒子の主成分であることが好ましく、含有量が５０質量％以上であることがより好ましい。
【００２８】
特に水溶性材料の造形粒子は、粒子が破壊された後に、気中の水分により付着性を有することで汚染が顕著に表れる傾向があるため、本発明の構成による汚染改善効果が顕著に表れる傾向にある。また、水溶性材料を用いる場合、脂肪酸金属化合物は、粒子自体の材料表面への水分吸着も抑制する効果があるため、より好適に使用できる。
【００２９】
水溶性材料は、水溶性を有していれば特に限定されないが、水に対する溶解度が１より大きい材料が好ましく、５より大きい材料がより好ましく、１０以上であればさらに好ましい。水溶性材料には、単体や化合物、これらの複合体などを用いることができる。具体的には、水溶性の無機材料、水溶性食物繊維、糖質などの水溶性の炭水化物、ポリアルキレンオキシド、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が好適である。水溶性食物繊維の具体例としては、ポリデキストロース、イヌリンが挙げられ、糖質の具体例としてはスクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、メレジトース、スタキオース、マルトテトラオース、ラクチトールが挙げられる。また、ポリアルキレンオキシドの具体例としてはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が挙げられる。
【００３０】
また、加熱加圧時の粘弾性を高めるための調整材として、粘性流動時の水溶性材料の動きを妨げる為に繊維状態の材料を含有してもよい。繊維状態の材料としては、ナノサイズの直径または長さを有する非水溶性の繊維（以下、ナノファイバーと称する）が挙げられる。これは、水溶性材料の中にナノファイバーを含有させる事で、水溶性材料内部にナノファイバーからなるマトリクスを形成させることができ、水溶性材料の粘弾性を高めるのが容易になるからである。
【００３１】
本発明の造形粒子は、水溶性材料を最も多く含有するコアと、水に対する溶解度がコアに含まれる水溶性材料の水に対する溶解度より小さい材料を最も多く含むシェルを有してもよい。シェルに最も多く含まれる材料は、水に対する溶解度がコアに含まれる水溶性材料の水に対する溶解度より小さければ限定はされないが、水に対する溶解度が１０より小さい材料が好ましく、５より小さい材料がより好ましく、１以下であればさらに好ましい。
【００３２】
シェルに最も多く含まれる材料の例として、有機化合物および高分子化合物に代表される有機物、金属、セラミックスなどに代表される無機物、及び有機物と無機物とを含む有機・無機複合材料などが挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００３３】
具体的には、有機物であれば、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂物質、グリセリン脂肪酸エステル類、ショ糖脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類などのエステル化合物、エチルセルロースなどのセルロース誘導体の一部を好適に用いることができる。
【００３４】
また無機物であれば、酸化ケイ素、酸化チタン、及びアルミナなどの無機酸化物を好適に使用することができる。また、これらの無機酸化物に対して、フッ素が直接結合した構造を有するものも、好ましく用いられる。
【００３５】
有機・無機複合材料としては、シロキサン結合を主骨格とし、有機基からなる側鎖を少なくとも一つ以上有する化合物が好ましく用いられる。ここでいう有機基とは、シェルに疎水性を付与する効果のあるものが望ましく、例えばアルキル基、フルオロアルキル基などが挙げられる。このような有機・無機複合材料として、前記有機基がメチル基であるシリコーンは、入手容易性の点から好ましい。
【００３６】
造形粒子は、造形時には粉体で用いられる。
【００３７】
本発明にかかる粉体は、本発明の粒子を含んでいれば、本発明以外の粒子を含んでいてもかまわない。ただし、本発明の効果を充分に得るためには、粉体に含まれる本発明以外の粒子が５％以下であることが好ましい。
【００３８】
この造形に用いる粉体を構成する造形粒子の、体積基準の平均粒径は１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以上８０μｍ以下である。粒子の平均粒径が１μｍ以上あれば、１回の積層膜厚を厚くすることができるため、少ない積層回数で所望の高さの造形物を得ることが可能となる。また、粒子の平均粒径を１００μｍ以下とすることにより、高い精度の造形物を実現しやすくなる。
【００３９】
また、造形粒子の平均円形度は０．８５以上が好ましく、０．９０以上であることがより好ましい。粒子の平均円形度が０．８５以上であれば、粒子同士が点接触するようになるため、粒子が流動し易く、粒子層において最密充填の配置が得られ易く、積層時の空隙が形成しにくい傾向がある。
【００４０】
平均円形度は次のようにして求めることができる。まず、粒子の円形度は、以下のように定義される。
円形度＝（粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
【００４１】
「粒子投影面積」とは二値化された粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該粒子像の輪郭線の長さと定義する。円形度は粒子の投影面における凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に１．０を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
【００４２】
粒子の円形度は、電子顕微鏡などの観察画像の画像処理および、フロー式粒子像測定装置を用いて測定することができる。さらに、任意の造形粒子１０個以上について測定して得られた円形度の平均値をとることにより、平均円形度を求めることができる。
【００４３】
造形粒子の比重が大きい粒子に対して本発明の効果がより顕著に表れ、具体的には１．０ｇ／ｃｍ3より大きく、更に１．２ｇ／ｃｍ3より大きい場合に、顕著に現れる。前述した比重の造形粒子は比重が大きい脆性材料であるため、造形時に粒子に加わる物理負荷が大きくなる傾向にあり、より容易に破壊されやすいが、本発明の構成にすることで破壊を抑制できる傾向にある。
【００４４】
造形粒子は、公知の方法で作製することができる。例えば、機械粉砕法、溶液状態もしくは溶融状態で気体（液体）媒体中に分散させ冷却することで粒子を得るスプレードライ法および溶融分散冷却法、媒体中で重合粒子を作製する懸濁重合法などの化学重合法などを用いることができる。中でも、粒子の形状、粉体の粒度分布を比較的自由に制御できる点で、媒体を用いた作製方法が好ましく、特にスプレードライ法および高分子粒子であれば重合法が好適である。
【００４５】
コア−シェル構造を有する場合、コアとシェルとを同時に形成する方法を用いてもよく、また、予め作製したコアにシェルを形成する方法を用いてもよい。コアとシェルとを同時に形成する場合は、懸濁重合法、乳化重合法などを用いることができる。予め作製したコアにシェルを形成する場合は、相分離法、液中乾燥法、融液分散冷却法、スプレードライ法、パンコーティング法、界面重合法、液中硬化被膜法、気中懸濁被覆法、メカノフュージョン法、メカノケミカル法などを用いることができる。
【００４６】
得られた粉体は、必要に応じて分級される。分級はメッシュ（篩）による分級や、エルボージェットなどの風力分級を適宜選択することができる。所望の平均粒径や粒度分布を得るために、複数の分級機を組み合わせて使用してもよく、また、複数回に分けて分級しても良い。
【００４７】
また、造形粒子における脂肪酸金属化合物の被覆率を制御するために、必要に応じて粒子の表面に脂肪酸金属化合物を付着させてもよい。具体的には、粒子と脂肪酸金属化合物の粒子とを乾式混合することで付着させることができる。
【００４８】
≪立体物の製造方法≫
次に、積層造形法にて、本発明にかかる造形粒子をサポート材粒子として用いて造形後に水によって除去可能なサポート体を造形しながら、非水溶性の立体物を製造する例について説明する。積層造形法において造形粒子に求められる特性についても説明する。
【００４９】
本実施形態の立体物の製造方法は、造形粒子として、非水溶性の構造材粒子と、サポート材粒子としての本発明の造形粒子を用い、次の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の工程を含んでいる。
（Ｉ）構造材粒子とサポート材粒子とを配置して、粒子層を形成する工程
（ＩＩ）粒子層を積層して造形物を形成する工程
（ＩＩＩ）造形物に含まれるサポート体を、水を含む溶媒に接触させて除去する工程
【００５０】
（Ｉ）と（ＩＩ）の工程を繰り返し、必要数の粒子層を積層して得られる造形物に対して（ＩＩＩ）の工程を行えば、サポート体を選択的に除去することができ、造形対象物である立体物を得ることができる。
【００５１】
以下、それぞれの工程について詳しく説明する。
【００５２】
（Ｉ）構造材粒子とサポート材粒子とを配置して、粒子層を形成する工程
本工程では、造形対象物の三次元データに基づいて、構造材粒子およびサポート材粒子を配置して粒子層を形成する。具体的には、造形対象物の三次元データに、造形過程で必要となるサポート体を加えた三次元データを生成し、サポート体を加えた三次元データを所定間隔でスライスしたスライスデータを作成する。得られたスライスデータに応じて、構造材粒子とサポート材粒子を配置し、粒子層が形成される。
【００５３】
あとで説明するように、（ＩＩ）の工程で粒子層を積層する際に、熱エネルギーを与えて粒子間を融着させる場合、造形粒子は熱可塑性材料を含有していることが好ましい。熱可塑性材料とは、常温では変化しにくいが、材料に応じた温度で加熱により塑性を示して自由な変形が可能となり、また冷却すると再び固くなる特性を持つ材料のことを指す。構造材粒子に含まれる熱可塑性物質としては、上記の特性を有する公知のいかなる物質を使用してもよいが、例えば、熱可塑性樹脂である、ＡＢＳ、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ（ナイロン／ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）が挙げられ、他にも、金属、無機物質が挙げられる。これら物質は単独もしくは混合して用いても良い。
【００５４】
構造材粒子を構成する材料は、造形対象物に求められる機能に合わせて選択すればよく、顔料などの機能性物質を含んでいても良い。
【００５５】
構造材粒子を構成する材料の軟化温度、溶融温度は、後の（ＩＩ）の積層工程で粒子層を融着させる温度によって適宜選択することができるが、好ましくは４０℃以上３００℃以下である。４０℃以上であることにより、造形物が変形しにくくなり、３００℃以下であることにより、（ＩＩ）の工程で行われる溶融プロセスの制御が容易となる。
【００５６】
粒子層の形成方法は特に限定されないが、造形速度の観点から線単位または面単位で配置する方法が好ましい。造形粒子を線単位または面単位で配置する粒子層の形成には、帯電による静電的作用を利用した方法などの公知の方法を用いることができる。
【００５７】
本実施例のように、複数種類の造形用粒子を含む粒子層を形成する場合には、電子写真方式を用いる方法が特に好ましい。この方法によれば、造形に用いる粒子の種類に対応する数の感光体を用いて各粒子をスライスデータ通りの位置に配置することができ、正確な粒子層を形成することができる。
【００５８】
（ＩＩ）粒子層を積層して造形物を形成する工程
（Ｉ）の工程で得られた粒子層を繰り返し積層し、造形物を得る工程である。粒子層の積層は、別体として形成した粒子層を、先に形成した粒子層の表面に積層しても良いし、先に形成した粒子層の表面上に、直接新たな粒子層を形成しながら積層しても良い。別体として形成した粒子層を先に形成した粒子層の表面に積層する際は、一旦基材の上に粒子層を形成した後に、先に形成した粒子層の表面に転写しても良い。この際に用いる基材を、転写体と呼ぶ。粒子層を転写体に形成する際には、静電力を利用した静電転写など、公知の転写方法が使用可能である。
【００５９】
粒子層を構成する粒子間の融着は、積層の前、積層と同時、積層後のいずれで行っても良いし、それらのうちの複数のタイミングで行っても良い。例えば、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかの方法を適用することができる。
【００６０】
（ｉ）複数の粒子層を積層した後に造形用粒子間を融着する方法
図２（ａ）の（１）、（２）に示すように、造形粒子１００からなる粒子層１０１を、先に形成した粒子層からなる粒子層積層体１０２に積層し、粒子層積層体１０３を得る。次に、粒子層積層体１０３に熱エネルギーを与えると、造形粒子１００が溶融または軟化して互いに融着し、図２（ａ）の（３）に示すように、造形物１０４が得られる。
【００６１】
（ｉｉ）粒子層を一層積層する毎に造形用粒子間を融着する方法
図２（ｂ）の（１）、（２）に示すように、造形粒子１００からなる粒子層１０１を、先に作成した粒子層からなる造形物２０２に積層すると同時に、粒子層１０１および造形物２０２の積層面に熱エネルギーを与える。すると、造形粒子１００が溶融または軟化して互いに融着すると同時に、造形物２０２とも融着し、図２（ｂ）の（３）に示すように、粒子層１０１および造形物２０２からなる新たな造形物１０４が得られる。本方法では、一度に溶融させる粒子層中の造形粒子の数が（ｉ）よりも少ないため、造形物２０２の内部に空隙が生成され難くなるため、好ましい。
【００６２】
（ｉｉｉ）積層する前に粒子層中の造形粒子同士を融着する方法
図２（ｃ）の（１）、（２）に示すように、粒子層１０１を形成する毎にコアの軟化温度以上となるように熱エネルギーを与え、造形粒子１００を互いに融着させてシート化させる。シート化した粒子層３０１を造形物２０２に積層すると同時に、シート化した粒子層３０１および造形物２０２の積層面に熱エネルギーを与える。
【００６３】
すると、シート化した粒子層３０１が造形物２０２と融着し、図２（ｃ）の（３）に示すように、シート化した粒子層３０１および造形物２０２からなる新たな造形物１０４が得られる。この方法も（ｉｉ）と同様に、造形物２０２の内部に空隙が生成され難くなるため、好ましい。
【００６４】
前述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）では、造形粒子間の融着に熱エネルギーを用いる場合を説明したが、薬品を用いて化学的に融着させる方法を用いることもできる。ただし、熱エネルギーを与えて造形粒子を融着させる方法の方が、粒子層全域にエネルギーを付与し、粒子溶融を全域で進行させることで、空隙の減少効果が大きいため好ましい。
【００６５】
（ＩＩＩ）造形物に含まれるサポート体を、水を含む溶媒に接触させて除去する工程
（Ｉ）と（ＩＩ）の工程を必要な回数だけ繰り返して作製した造形物を、水を含む溶媒に接触させる。造形物全体を溶媒に浸漬したり、溶媒をシャワー状に噴出させて造形物に浴びせたりして、水を含む溶媒に造形物を接触させる。
【００６６】
造形物が水を含む溶媒に接触すると、サポート体に含まれる水溶性材料が溶け出す。構造体は非水溶性材料で構成されているため、水を含む溶媒に溶解する心配はなく、サポート体の除去によって形状が変化する恐れもない。
【００６７】
造形物全体を溶媒に浸漬してサポート体を除去する場合は、溶媒に水流を加えたり超音波振動を加えたりすると、サポート体の溶解あるいは崩壊が促進されるため好ましい。
【実施例】
【００６８】
本発明にかかる脂肪酸金属化合物を含有する造形粒子を含む粉体１乃至３，５，６、脂肪酸金属化合物を含有する造形粒子を含まない粉体４を作製し、造形に用いる材料として好適かどうかの評価を行った実施例について説明する。
【００６９】
まず、粉体１乃至３，５，６を構成する造形粒子のいずれかに用いる母粒子１の製造方法について説明した後、各粉体の製造方法について説明する。
【００７０】
＜母粒子１の調製＞
マルトテトラオースの粉体（日食フジオリゴ＃４５０  日本食品化工株式会社製）８９ｇとラクチトール（ラクチトールＬＣ−０  物産フードサイエンス株式会社製）３８ｇを水１６８ｇに溶解させセルロース（セリッシュＦＤ２００Ｌ  ダイセルファインケム株式会社）１１３ｇを分散させた後に、スプレードライ装置にて粒子化した。得られた粉体を分級し平均粒径２５μｍの母粒子１を得た。なお、粒子中の水溶性物質体積比は８５％であり、水に対する溶解度は５０以上であり、軟化温度は１２０℃であり、比重は１．４５ｇ／ｃｍ3である。
【００７１】
＜脂肪酸金属化合物１の調製＞
微細ステアリン酸亜鉛（ＳＰＺ１００ｆ  堺化学工業株式会社製）を脂肪酸金属化合物１とする。脂肪酸金属化合物１は平均粒径０．４５μｍである。
【００７２】
＜脂肪酸金属化合物２の調製＞
ステアリン酸亜鉛（ＳＺＰ  堺化学工業株式会社製）を脂肪酸金属化合物２とする。脂肪酸金属化合物２は平均粒径８．９μｍである。
【００７３】
＜粉体１の調製＞
スチレンアクリル樹脂（ＭＰ−５０００、綜研化学株式会社製）１３．４ｇと、母粒子１からなる粉体３３５ｇを、乾式粒子複合化装置（ノビルタ  ＮＯＢ−１３０、ホソカワミクロン社製）に投入し、ロータ負荷２ｋＷで３０分間攪拌処理を行った。次いで、脂肪酸金属化合物１を０．０４ｇ投入し、ロータ負荷０．３ｋＷで６分間攪拌処理を行い、粉体１を得た。得られた粉体１は、母粒子１をコア、スチレンアクリル樹脂をシェルとし、表面に脂肪酸金属化合物１を有する粒子からなる。粒子の平均粒径Ａ、脂肪族金属化合物の大きさＢ、脂肪族金属化合物の被覆率を測定したところ、表１に示すとおりであった。
【００７４】
＜粉体２の調製＞
脂肪酸金属化合物１を０．１７ｇ用いた以外は、紛体１と同様にして粉体２を得た。詳細を表１に記す。
【００７５】
＜粉体３の調製＞
脂肪酸金属化合物１を３．３５ｇ用いた以外は、紛体１と同様にして粉体３を得た。詳細を表１に記す。
【００７６】
＜粉体４の調製＞
母粒子１からなる粉体を粉体４とした。詳細を表１に記す。
【００７７】
＜粉体５の調製＞
脂肪酸金属化合物２を３．３５ｇ用いた以外は、紛体１と同様にして粉体５を得た。詳細を表１に記す。
【００７８】
＜粉体６の調製＞
脂肪酸金属化合物１を１６．７５ｇ用いた以外は、紛体１と同様にして粉体６を得た。詳細を表１に記す。
【００７９】
【表１】
2018176504.tif 000003
【００８０】
＜実施例１乃至３および比較例１乃至３＞
実施例として、得られた粉体１乃至３それぞれについて下記の評価を行った。また、同様の評価を、比較例として粉体４乃至６に対して行った。
【００８１】
（粉体の積層性評価）
作製した粉体を、基部の上に載り量１．５〜２．５ｍｇ／ｃｍ2となるように配置し、粒子層を作製する。次いで、粒子の軟化温度以上で加熱することでシートを形成した。得られたシートを重ねるごとに、粒子の軟化温度以上で０．０１ｋｇｆ／ｃｍ2以上の圧力を加え加熱圧着する工程を繰り返し、厚さが約５ｍｍの造形物を作製した。得られた造形物に関して下記の基準に従って評価を実施した。評価結果を表２に記す。
ランクＡ：加熱加圧による積層ができる
ランクＢ：加熱加圧による積層ができず、層が剥離する
【００８２】
【表２】
2018176504.tif 000004
【００８３】
ランクＡと判断された粉体を用いて造形した場合は、実使用において大きな問題が発生せず、造形物を製造することができる。
【００８４】
また、実施例１乃至３で得られた積層物に水流をあてたところ、実施例１または２では弱い水流で形状が崩壊するが、実施例３に関して形状を崩壊するためには強い水流をあてる必要があり、水溶性に対する特性変化が確認された。
【００８５】
＜実施例４乃至６および比較例４乃至５＞
実施例として、得られた粉体１乃至３それぞれについて下記の評価を行った。また、同様の評価を、比較例として粉体４乃至５に対して行った。
【００８６】
（粉体による部材汚染評価）
ＨＰ社製レーザービームプリンタＣＰ４０２５のトナーカートリッジを用い、現像剤に粉体５０ｇを充填した。そして、回転数２７０ｒｐｍで６６０分間（積層数１９８００層相当）、空回転を実施した後にトナー現像ローラを取り外し、エアブローした後に現像ローラ表面を光学顕微鏡にて観察した。評価結果を表３に記す。
ランクＡ：付着物による汚染が確認されない
ランクＢ：付着物による汚染が確認される
【００８７】
【表３】
2018176504.tif 000005
【００８８】
なお、赤外分光法を用いて付着物の分析をしたところ、付着物は粉体粒子由来のものであった。また、付着物形状が粒子形状をしていない為、負荷によって破壊されたものと推定される。
【００８９】
ランクＡと判断された粉体は造形物を作製する際に発生する負荷による粒子の部材汚染が発生しにくいため、造形用粒子として、より好適に使用できる。
【００９０】
また、空回転時間１７０分時（積層数５１００層相当）でのトナー現像ローラの帯電量の初期からの変化を確認したところ、粉体１、２では帯電量低下が４０％未満であった。一方、粉体４、５では６０％以上低下しており、現像ローラが汚染されたものと考える。
【００９１】
上記実施例、比較例から、粉体１乃至３は、粉体４乃至６と比較して積層不良を起こすことなく、耐久性に対して効果があり、三次元造形方式において好適に使用することができることが分かる。
【符号の説明】
【００９２】
１１：造形粒子、１２：脂肪酸金属化合物、１００：造形粒子、１０１：粒子層、１０２，１０３：粒子層積層体、１０４：造形物
【図１】
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【図２】
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