(57)【要約】【課題】その作製時、保管時または三次元造形物の製造時にその状態を安定的に維持し難いフィラメントにより三次元造形物を造形可能とする。【解決手段】三次元造形用多層フィラメントは、三次元造形物の製造に用いる三次元造形用多層フィラメントであって、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、前記芯層部の側面を覆う鞘層部と、を含み、前記熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡で確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、ならびに水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解することの少なくともいずれかに該当する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物の製造に用いる三次元造形用多層フィラメントであって、
熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、
前記芯層部の側面を覆う鞘層部と、を含み、
前記熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡で確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、ならびに水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解することの少なくともいずれかに該当する、三次元造形用多層フィラメント。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、吸水率が１．０質量％以上であること、の少なくともいずれかの条件を満たす、請求項１に記載の三次元造形用多層フィラメント。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂Ａは、液晶性ポリエステル、熱可塑性エラストマー、合成ゴムおよびポリビニルアルコール、ナイロン６、ナイロン６６、ならびに酢酸セルロースからなる群より選ばれる１種以上の樹脂である、請求項１または２に記載の三次元造形用多層フィラメント。
【請求項４】
前記三次元造形用多層フィラメントは、外周の真円度が±０．１ｍｍ以内である、請求項１〜３のいずれかに記載の三次元造形用多層フィラメント。
【請求項５】
前記三次元造形用多層フィラメントは、前記芯層部の質量ｗと前記鞘層部の質量Ｗとの質量比ｗ／Ｗが０．０１〜１００である、請求項１〜４のいずれかに記載の三次元造形用多層フィラメント。
【請求項６】
前記三次元造形用多層フィラメントは、熱溶解積層方式による前記三次元造形物の製造に用いられる、請求項１〜５のいずれかに記載の三次元造形用多層フィラメント。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の三次元造形用多層フィラメントを用いた三次元造形物の製造方法であって、
三次元造形装置の押出部において前記三次元造形用多層フィラメントの前記芯層部と前記鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る工程と、
前記混合樹脂の溶融物を前記押出部から押出す工程とを含む、三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の三次元造形用多層フィラメントを用いて三次元造形物を製造する三次元造形装置であって、
前記三次元造形装置は、押出部を有し、
前記押出部は、前記三次元造形用多層フィラメントの前記芯層部と前記鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る機構と、
前記混合樹脂の溶融物を前記押出部から押出す機構とを含む、三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形用多層フィラメント、これを用いた三次元造形物の製造方法および三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、プリンティング法を用いた三次元造形物の製造に関する技術が提案されている。たとえば、特公平８−００２５９８号公報（特許文献１）には、フィラメント化した熱可塑性樹脂（造形材料）をノズル内で溶融し、溶融した該造形材料をノズルから射出してプリントする所謂熱溶解積層方式（ＦＤＭ方式）の３Ｄプリンティング技術が開示されている。米国特許出願公開第２０１２／０２３１２２５号明細書（特許文献２）には、三次元造形物を２種の熱可塑性樹脂により製造することに関し、これらの熱可塑性樹脂を芯鞘構造を持つ１本のフィラメントとする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平８−００２５９８号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０２３１２２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱可塑性樹脂は、溶融時の粘度、硬度、弾性率、成形性、親水性などそれ自身が備える物性により、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、がそれぞれ異なる。これらの難易度が高い熱可塑性樹脂は一般的に、上述した３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが困難とされる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされ、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、の少なくともいずれかが高い熱可塑性樹脂を、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることを可能とする三次元造形用多層フィラメント、これを用いた三次元造形物の製造方法および三次元造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、三次元造形物の製造に用いる三次元造形用多層フィラメントであって、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、上記芯層部の側面を覆う鞘層部と、を含み、上記熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡で確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、ならびに水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解することの少なくともいずれかに該当する。
【０００７】
上記熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、吸水率が１．０質量％以上であること、の少なくともいずれかの条件を満たすことが好ましい。
【０００８】
上記熱可塑性樹脂Ａは、液晶性ポリエステル、熱可塑性エラストマー、合成ゴムおよびポリビニルアルコール、ナイロン６、ナイロン６６、ならびに酢酸セルロースからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であることが好ましい。
【０００９】
上記三次元造形用多層フィラメントは、外周の真円度が±０．１ｍｍ以内であることが好ましい。
【００１０】
上記三次元造形用多層フィラメントは、上記芯層部の質量ｗと上記鞘層部の質量Ｗとの質量比ｗ／Ｗが０．０１〜１００であることが好ましい。
【００１１】
上記三次元造形用多層フィラメントは、熱溶解積層方式による上記三次元造形物の製造に用いられることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る三次元造形物の製造方法は、上記三次元造形用多層フィラメントを用いた三次元造形物の製造方法であって、三次元造形装置の押出部において上記三次元造形用多層フィラメントの上記芯層部と上記鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る工程と、上記混合樹脂の溶融物を上記押出部から押出す工程とを含む。
【００１３】
本発明に係る三次元造形装置は、上記三次元造形用多層フィラメントを用いて三次元造形物を製造する三次元造形装置であって、上記三次元造形装置は、押出部を有し、上記押出部は、上記三次元造形用多層フィラメントの上記芯層部と上記鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る機構と、上記混合樹脂の溶融物を上記押出部から押出す機構とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、の少なくともいずれかが高い熱可塑性樹脂を、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることを可能とする三次元造形用多層フィラメント、これを用いた三次元造形物の製造方法および三次元造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る三次元造形用多層フィラメントの一例を示す部分破断斜視図である。
【図２】本発明に係る三次元造形物の製造方法を実施可能な三次元造形装置の一例を示す説明図である。
【図３】図２中の押出部を拡大し、かつ該押出部の断面としてミキシング構造部を示した部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。ここで、本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じであることに留意すべきである。
【００１７】
≪三次元造形用多層フィラメント≫
本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、三次元造形物の製造に用いる三次元造形用多層フィラメントである。三次元造形用多層フィラメントは、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、この芯層部の側面を覆う鞘層部とを含む。熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡で確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、ならびに水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解することの少なくともいずれかに該当する。
【００１８】
すなわち三次元造形用多層フィラメントは、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、が高い熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部の側面を、鞘層部で覆って芯層部を鞘層部で支持する多層構造を有する。これにより、熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることを可能とする。
【００１９】
たとえば、液晶性ポリエステルなどの樹脂は、剛直性が強いためにフィラメントを作製すると、その表面が裂けてささくれた状態となり、あるいは起毛（フィブリル）が発生する傾向がある。このため、液晶性ポリエステルなどの樹脂からなるフィラメントは、ボビンへの巻取りおよびボビンからの送出しの安定性に欠ける恐れがある。これに対し、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントでは、液晶性ポリエステルなどの樹脂を含む芯層部の側面を鞘層部で覆って、芯層部を鞘層部で支持することにより、フィラメント表面の平滑化および均一化を果たし、上記恐れを解消することができる。
【００２０】
さらに、オレフィン系熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマーなどの熱可塑性エラストマーのうち、ショア硬度（Ａ）が９０未満の材料は非常に柔らかいため材料が伸縮しやすい。ショア硬度（Ａ）が９０未満の熱可塑性エラストマーからなるフィラメントは、そのフィラメント製造時および３Ｄプリンターでの成形の際のボビンからの送出し時に伸縮、たわみ、脈動などが発生し、これらの工程に支障をきたす恐れがある。これに対し、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントでは、ショア硬度（Ａ）が９０未満の熱可塑性エラストマーなどの樹脂を含む芯層部の側面を鞘層部で覆って、芯層部を鞘層部で補強することにより、硬さを制御することができる。これにより、上記の恐れを解消することができる。
【００２１】
ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマー、ナイロン６、酢酸セルロースなどの吸湿性の高い樹脂は、水分に接触すると容易に膨潤し、発泡し、または一部溶解する傾向がある。そのため、水溶性ポリマーからフィラメントを製造する場合、その製造時に水分との接触が厳禁となる。さらにフィラメントとした後の保管時には、ナイロン６、酢酸セルロースなどのポリマーも、吸湿し、膨潤し、または発泡する恐れがある。これに対し、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントでは、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマー、ナイロン６、酢酸セルロースなどの吸湿性の高い樹脂を含む芯層部の側面を鞘層部で覆って、芯層部を鞘層部で被覆することにより、防水および防湿を図ることができる。これにより、芯層部の膨潤、発泡および溶解などの成形不具合を防ぐことができる。
【００２２】
さらに、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、それぞれ単独ではフィラメント化が困難となる芯層部および鞘層部の材料を、芯層部の側面を鞘層部で覆って多層化することにより、これらの材料のフィラメント化を可能とすることができる。もって、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、熱溶解積層方式による上記三次元造形物の製造に用いられることが好適となる。
【００２３】
三次元造形用多層フィラメント１の形状は、たとえば図１（説明のためＸで示した領域において鞘層部３の一部を取り除いている）に示すように、芯層部２と鞘層部３とからなる芯鞘構造（２層または多層構造）であることを除き、従来公知の三次元造形用フィラメントと同じ形状を採用することができる。三次元造形用多層フィラメント１は、その外郭形状が特に限定されるべきではない。三次元造形用多層フィラメント１は、たとえば円柱形状であるとき、通常、外径が１．７５ｍｍまたは３．００ｍｍであり、平均断面積が２．４〜７．０７ｍｍ2であるが、これらのみに限定されるべきではない。三次元造形用多層フィラメント１は、１層の芯層部と１層の鞘層部との２層構造からなることに限定されるべきではなく、２層以上の多層であってもよい。さらに、芯層部２と鞘層部３の層数および位置関係は、特に限定されるべきではない。
【００２４】
芯層部２の側面２ａを覆う鞘層部３は、該鞘層部３が芯層部２の側面２ａの全面を覆っていてもよいし、その側面２ａの一部分を覆うことにより芯層部２がその側面２ａにおいて一部表面に露出していてもよい。ただし、芯層部２が熱可塑性樹脂Ａを含むことを考慮すると、該鞘層部３は芯層部２の側面２ａの全面（あるいは一部分を覆う場合であってもある程度の大面積部）を覆うことが好ましい。
【００２５】
芯層部２の側面２ａとは、長さ（高さ）方向の外表面を意味し、よって端面２１（あるいは上下面）を含まない。したがって、上記鞘層部３は、原則として芯層部２の端面２１（あるいは上下面）を覆っていない。たとえば、三次元造形用多層フィラメント１が略円柱状の形状を有する場合、同じく略円柱状の形状を有することになる芯層部２の周面がこの側面２ａに該当することになる。
【００２６】
三次元造形用多層フィラメントは、外周の真円度が±０．１ｍｍ以内であることが好ましい。さらに好ましくは、外周の真円度が±０．０５ｍｍ以内であり、最も好ましくは±０．０１ｍｍ以内であり、理想的には±０ｍｍである。このとき、フィラメントの外周の真円度に影響しない限り、芯層部の真円度は、上述した範囲に収まる必要はない。三次元造形用多層フィラメントの外周の真円度は、鞘層部の外周の真円度と同義である。
【００２７】
三次元造形用多層フィラメントの外周の真円度が±０．１ｍｍの範囲を超えると、３Ｄプリンターにおけるガイドなどに引っ掛かりやすくなり、フィラメントのボビンからの送出しが不安定となる傾向がある。さらに、三次元造形用多層フィラメントの外周の真円度が±０．１ｍｍの範囲を超えると、フィラメントにおける鞘層部の比率が小さい場合に意図しない被覆漏れが発生する恐れがあり、フィラメントのボビンからの送出しの不安定化、ならびにフィラメントの強度低下をきたす恐れがある。
【００２８】
ここで真円度の表記は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６２１（１９８４）「幾何偏差の定義及び表示」に準じる。真円度の測定は、ＪＩＳ  Ｂ  ７４５１（１９９７）「真円度測定機」に準拠した方法により行なうことができる。さらに三次元造形用多層フィラメントの断面形状は、光学顕微鏡で観察することにより特定することができる。芯層部と鞘層部との境界（界面）の特定も光学顕微鏡で観察することにより可能となる。三次元造形用多層フィラメントの外周の真円度は、１本の三次元造形用多層フィラメントから５つの断面形状を観察し、それら真円度の値を上記方法に準じてそれぞれ求め、これらの平均値により算出することができる。
【００２９】
三次元造形用多層フィラメントは、芯層部の質量ｗと鞘層部の質量Ｗとの質量比ｗ／Ｗが０．０１〜１００であることが好ましい。より好ましくは、質量比ｗ／Ｗは０．１〜１０である。芯層部と鞘層部との質量比をこのような範囲に設定することにより、芯層部の側面を鞘層部によって所望の通りに被覆することができる。これにより、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの少なくともいずれかの難易度、が高い熱可塑性樹脂を３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いても、三次元造形物を効率よくかつ高精度で製造することができる。
【００３０】
芯層部の質量ｗと鞘層部の質量Ｗとの質量比ｗ／Ｗが０．０１未満となると、鞘層部の質量が大き過ぎ、熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いたこととならない傾向がある。質量比ｗ／Ｗが１００を超えると、芯層部の質量が大き過ぎて芯層部の側面を鞘層部で覆いきれず、意図しない被覆漏れが発生する恐れがある。
【００３１】
三次元造形用多層フィラメントは、上記熱可塑性樹脂Ａ以外の他の成分として、たとえば、後述する熱可塑性樹脂Ｂに加え、この種のフィラメントの構成成分として知られる従来公知の成分をいずれも使用することができる。たとえば他の成分として、熱可塑性樹脂以外の樹脂、顔料または染料などの着色剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、難燃化剤、抗菌剤、帯電防止剤、銅害防止剤、金属不活性化剤、粘着付与剤、スリップ剤、内部離型剤、防曇剤、付香剤、界面活性剤、湿潤剤、防腐剤、防かび剤、充填剤、補強剤、安定剤、保温剤、発泡剤、防震剤、耐衝撃性向上剤、表面処理剤、分散剤、架橋剤などを挙げることができる。これらの成分は、芯層部に含まれていてもよいし、鞘層部に含まれていてもよい。
【００３２】
＜芯層部＞
本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部を含む。すなわち芯層部は、熱可塑性樹脂Ａを含む。熱可塑性樹脂Ａは、上述したようにそれ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が電子顕微鏡で確認されること、ショア硬度（Ａ）が９０未満であること、ならびに水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解すること、の少なくともいずれかに該当する。
【００３３】
具体的には、熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上確認される樹脂であることが好ましい。このような熱可塑性樹脂Ａは、３Ｄプリンティング技術に用いる造形材料として剛直性が強すぎるため、当該造形材料として用いることが困難となる。フィラメントの剛直性が強すぎると、フィラメントのボビンへの巻取りおよびボビンからの送出しの安定性に欠ける恐れがあるからである。フィラメント表面の裂けまたは起毛の数は、５００ｍｍ2当たり１個以上であればよく、その上限を規定することは現実的ではない。
【００３４】
それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上確認される熱可塑性樹脂として、液晶性ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、などを挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において芯層部に含まれる熱可塑性樹脂Ａとなり得る。
【００３５】
熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、ショア硬度（Ａ）が９０未満である樹脂であることが好ましい。このような熱可塑性樹脂Ａは、３Ｄプリンティング技術に用いる造形材料として柔らかすぎるため、当該造形材料として用いることが困難である。フィラメントが柔らかすぎると、フィラメントの製造時およびボビンからの送出し時に伸縮、たわみ、脈動などが起こり、これらの工程に支障をきたす恐れがあるからである。熱可塑性樹脂Ａのショア硬度（Ａ）の下限を規定することは現実的ではなく、値が０であっても構わない。
【００３６】
それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、ショア硬度（Ａ）が９０未満である熱可塑性樹脂として、オレフィン系熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、などを挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において芯層部に含まれる熱可塑性樹脂Ａとなり得る。
【００３７】
熱可塑性樹脂Ａは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、吸水率が１．０質量％以上である樹脂であることが好ましい。このような熱可塑性樹脂Ａは、水分に接触すると容易に膨潤し、発泡し、または溶解するため、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが困難である。フィラメントが水分に接触して膨潤し、発泡し、または溶解すると、フィラメントの保存、三次元造形物の外観および強度に支障をきたす恐れがあるからである。熱可塑性樹脂Ａの吸水率は１．０質量％以上であればよく、その上限を規定することは現実的ではない。
【００３８】
それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、吸水率が１．０質量％以上である熱可塑性樹脂として、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ナイロン６、ナイロン６６、酢酸セルロース、などを挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において芯層部に含まれる熱可塑性樹脂Ａとなり得る。
【００３９】
さらに熱可塑性樹脂Ａは、この熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部を鞘層部で覆って多層化することにより、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる樹脂であってもよい。その例示としてＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体）、ＧＰＰＳ樹脂（一般ポリスチレン樹脂）、ＭＳ樹脂（メタクリル−スチレン樹脂）、ＰＭＭＡ樹脂（メタクリル樹脂）、クマロン・インデン樹脂、クマロン樹脂・ナフテン系油・フェノール樹脂・ロジンの混合物などのクマロン樹脂系；ｐ−ｔ−ブチルフェノール・アセチレン樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、テンペンフェノール樹脂、ポリテルペン樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂などのフェノール・テルペン系樹脂、合成ポリテルペン樹脂、芳香族炭化水素樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂肪族環状炭化水素樹脂、石油樹脂、不飽和炭化水素重合体、水素添加炭化水素樹脂、炭化水素系粘着化樹脂、数平均分子量が１５００以下のワックス、などを挙げることができる。
【００４０】
特に、熱可塑性樹脂Ａは、液晶性ポリエステル、熱可塑性エラストマー、合成ゴムおよびポリビニルアルコール、ナイロン６、ナイロン６６、ならびに酢酸セルロースからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であることが好ましい。上記群より選ばれる熱可塑性樹脂を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることは、３Ｄプリンティングにおいて新たな作用または機能を有する造形物を製造可能とするため、造形物の用途の拡大に寄与することができる。
【００４１】
芯層部に含まれる熱可塑性樹脂の特定は、ＦＴ−ＩＲまたはＤＳＣを用いることにより行なうことができる。具体的には、ＦＴ−ＩＲなどを用いて熱可塑性樹脂の成分量を特定することにより熱可塑性樹脂の組成を特定することができる。続けて、その特定した熱可塑性樹脂を対象とし、それを単独でフィラメント化し、２３℃においてその表面に裂けまたは起毛が存在するかどうか（幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上存在するかどうか）を光学顕微鏡（たとえば、デジタルマイクロスコープ）で確認することができる。さらに、熱可塑性樹脂のショア硬度（Ａ）は、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３−３：２０１２（加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方−第３部：デュロメータ硬さ）、またはＪＩＳ  Ｋ  ７２１５：１９８６（プラスチックのデュロメータ硬さ−試験方法）に準じて測定することにより、その数値を確認することができる。熱可塑性樹脂の吸水率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２０９：２０００（プラスチック−吸水率の求め方）のＡ法に準拠した試験によって求めることができる。
【００４２】
ここで芯層部は、熱可塑性樹脂Ａ以外の成分を含んでいてもよい。すなわち芯層部は、熱可塑性樹脂Ａを１００質量％含む樹脂からなることに限定されず、熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる効果を得ることができる限り、熱可塑性樹脂Ａ以外の成分を含むことができる。
【００４３】
たとえば芯層部を、熱可塑性樹脂Ａと他の芯層部用樹脂とを含む混合樹脂から形成することができる。芯層部は、たとえば他の芯層部用樹脂を含むことにより、フィラメント化後のカッティング時の切粉の発生を抑制する作用を備えることができる。さらに、他の芯層部用樹脂として、たとえばポリフッ化ビニリデン系樹脂を用い、これと熱可塑性樹脂Ａとの混合樹脂から芯層部を形成し、この混合樹脂を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いると、巻癖（糸癖）がつき難いという効果を得ることができる。これらの場合において、芯層部に占める他の芯層部用樹脂の割合は、１００質量部の熱可塑性樹脂Ａに対し、１〜１００００質量部とすることができる。このため、芯層部に占める他の芯層部用樹脂の割合は、１００質量部の熱可塑性樹脂Ａに対して１００質量部以上である場合も含まれる。
【００４４】
熱可塑性樹脂Ａとの混合樹脂として芯層部を形成することができる他の芯層部用樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ乳酸、などが例示される。
【００４５】
芯層部を、熱可塑性樹脂Ａと熱可塑性樹脂以外の材料または無機材料とから形成することも可能である。たとえば、炭酸カルシウムを熱可塑性樹脂Ａに添加して芯層部を形成した場合、この芯層部を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いると、樹脂製でありながら、外部応力によって自由に塑性変形し、応力除去後もその形態を保持する効果を得ることができる。
【００４６】
熱可塑性樹脂Ａとともに使用して芯層部を形成するのに用いることができる材料または無機材料として、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、ガラスカットファイバー、ガラスミルドファイバー、ガラスフレーク、ガラス粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石膏、石膏ウィスカー、焼成カオリン、カーボンブラック、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、金属繊維、金属ウィスカー、金属粉、セラミックウィスカー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、炭素繊維、などが例示される。
【００４７】
一方で芯層部は、その製造時に含まれる不可避成分、製造上不可欠な添加剤、および着色剤、酸化防止剤、加硫剤、などを含む微量の添加剤を除き、実質的に熱可塑性樹脂Ａのみから形成することも可能である。
【００４８】
＜鞘層部＞
本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、芯層部の側面を覆う鞘層部を含む。すなわち、熱可塑性樹脂Ａの側面を鞘層部で覆うことにより、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、の少なくともいずれかが高い熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることができる。さらに、鞘層部が単独でフィラメント化することが困難となる材料である場合にも、芯層部の側面を鞘層部で覆って多層化することにより、鞘層部の材料のフィラメント化を実現し、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることができる可能性がある。
【００４９】
鞘層部は、熱可塑性樹脂Ｂを含むことが好ましい。鞘層部に含まれる熱可塑性樹脂Ｂには、熱可塑性樹脂Ａの側面を覆って、熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることを目的とするため、熱可塑性樹脂Ａが備える物性に対応した物性を備えるものが選択されることが好ましい。したがって、熱可塑性樹脂Ｂは、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡で確認されないこと、ショア硬度（Ａ）が９０以上であること、ならびに水分との接触により膨潤せず、発泡せず、または溶解しない、などの物性を備えることが好ましい。
【００５０】
具体的には熱可塑性樹脂Ａが、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００ｍｍ2当たり１個以上確認される剛直性の強い樹脂である場合、熱可塑性樹脂Ｂには、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、その表面に裂けまたは起毛が光学顕微鏡（たとえば、デジタルマイクロスコープ）で確認されない熱可塑性樹脂が選択される。このような熱可塑性樹脂として、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラートなどのポリエステル樹脂の他、ポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネートなど一般的な熱可塑性樹脂を挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において鞘層部に含まれる熱可塑性樹脂Ｂとなり得る。これにより三次元造形用多層フィラメントは、ボビンへの巻取りおよびボビンからの送出しの安定性を確保することができる。
【００５１】
さらに熱可塑性樹脂Ａが、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、ショア硬度（Ａ）が９０未満であって柔らかすぎる樹脂である場合、熱可塑性樹脂Ｂには、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、ショア硬度（Ａ）が９０以上である熱可塑性樹脂が選択される。このような熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、などを挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において鞘層部に含まれる熱可塑性樹脂Ｂとなり得る。これにより三次元造形用多層フィラメントは、その製造時およびボビンからの送出し時に伸縮、たわみ、脈動などが起こることを阻止することができ、これらの工程を効率的に進めることができる。
【００５２】
熱可塑性樹脂Ａが、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、吸水率が１．０質量％以上であって水分との接触により膨潤し、発泡し、または溶解する樹脂である場合、熱可塑性樹脂Ｂには、それ単独でフィラメント化した場合に２３℃において、吸水率が１．０質量％以下である熱可塑性樹脂が選択される。このような熱可塑性樹脂として、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、などを挙げることができる。したがって、これらの熱可塑性樹脂は、本発明において鞘層部に含まれる熱可塑性樹脂Ｂとなり得る。これにより三次元造形用多層フィラメントは、水分に接触しても容易に膨潤せず、発泡せず、および溶解もしなくなるので、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる。
【００５３】
さらに熱可塑性樹脂Ｂは鞘層部として、芯層部とともに多層化することにより、３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる樹脂であってもよい。その例示としてポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル、などを挙げることができる。
【００５４】
特に、鞘層部が熱可塑性樹脂Ｂを含む場合、この熱可塑性樹脂Ｂは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル、からなる群より選ばれる１種以上の樹脂であることが好ましい。上記群より選ばれる熱可塑性樹脂を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いれば、３Ｄプリンティングにおいて新たな作用または機能を有する造形物を製造可能とするため、造形物の用途の拡大に寄与することができる。
【００５５】
鞘層部に含まれる熱可塑性樹脂Ｂの特定は、芯層部の熱可塑性樹脂Ａの特定と同じ方法により行なうことができる。
【００５６】
ここで鞘層部についても、熱可塑性樹脂Ｂ以外の成分を含んでいてもよい。すなわち鞘層部は、熱可塑性樹脂Ｂを１００質量％含む樹脂からなることに限定されず、熱可塑性樹脂Ａが３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる効果を得ることができる限り、熱可塑性樹脂Ｂ以外の成分を含むことができる。
【００５７】
たとえば鞘層部を、熱可塑性樹脂Ｂと他の鞘層部用樹脂とを含む混合樹脂から形成することができる。鞘層部は、たとえば他の鞘層部用樹脂を含むことにより、フィラメント表面に発生するクラック（亀裂）を低減する作用を備えることができる。たとえば、他の鞘層部用樹脂としてエポキシ樹脂を用い、これと熱可塑性樹脂Ｂとの混合樹脂から鞘層部を形成し、この混合樹脂を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いると、フィラメント表面に発生するクラック（亀裂）を低減する効果を得ることができる。これらの場合において、鞘層部に占める他の鞘層部用樹脂の割合は、１００質量部の熱可塑性樹脂Ｂに対し、０．１〜１００００質量部とすることができる。このため、鞘層部に占める他の鞘層部用樹脂の割合は、１００質量部の熱可塑性樹脂Ｂに対して１００質量部以上である場合も含まれる。
【００５８】
熱可塑性樹脂Ｂとの混合樹脂として鞘層部を形成する他の鞘層部用樹脂として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの他、上述のポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリオキシベンゾイルエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂を含むポリエステル樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルニトリル、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミノビスマレイミド、ポリケトン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル、などが例示され、これらから選ばれる２種以上の組み合わせも可能である。
【００５９】
鞘層部を、熱可塑性樹脂Ｂと熱可塑性樹脂以外の材料または無機材料とから形成することも可能である。たとえば、炭酸カルシウムを熱可塑性樹脂Ｂに添加して鞘層部を形成した場合、この鞘層部を含む三次元造形用多層フィラメントを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いると、樹脂製でありながら、外部応力によって自由に塑性変形し、応力除去後もその形態を保持する効果を得ることができる。
【００６０】
熱可塑性樹脂Ｂとで鞘層部を形成するのに用いることができる材料または無機材料として、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、ガラスカットファイバー、ガラスミルドファイバー、ガラスフレーク、ガラス粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石膏、石膏ウィスカー、焼成カオリン、カーボンブラック、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、金属繊維、金属ウィスカー、金属粉、セラミックウィスカー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、炭素繊維、などが例示される。
【００６１】
一方で鞘層部は、その製造時に含まれる不可避成分、製造上不可欠な添加剤、および着色剤、酸化防止剤などを含む微量の添加剤を除き、実質的に熱可塑性樹脂Ｂのみから形成することも可能である。
【００６２】
熱可塑性樹脂Ａと熱可塑性樹脂Ｂとの組み合わせは、たとえば以下のとおりであることが好ましい。液晶性ポリエステルである熱可塑性樹脂Ａとポリエチレンテレフタラートである熱可塑性樹脂Ｂとの組み合わせ、オレフィン系熱可塑性エラストマーである熱可塑性樹脂Ａとポリプロピレンである熱可塑性樹脂Ｂとの組み合わせ、ポリビニルアルコールである熱可塑性樹脂Ａとエチレン・ビニルアルコール共重合体である熱可塑性樹脂Ｂとの組み合わせ、などが例示される。
【００６３】
このような熱可塑性樹脂Ａおよび熱可塑性樹脂Ｂの組み合わせにより、本発明では、熱可塑性樹脂Ａのフィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、を極めて低減することが可能となる。これにより熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となり、３Ｄプリンティングにおいて新たな作用または機能を有する造形物を製造することができる。
【００６４】
＜作用＞
以上より、本発明に係る三次元造形用多層フィラメントは、フィラメントを作製する難易度あるいはフィラメントとした後の保管の難易度、またはフィラメントから三次元造形物を製造することの難易度、の少なくともいずれかが高い熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部の側面を、鞘層部により覆うことにより、熱可塑性樹脂Ａを３Ｄプリンティング技術の造形材料として用いることが可能となる。これにより、３Ｄプリンティングにおいて新たな作用または機能を有する造形物を製造可能とするため、造形物の用途を拡大することができる。
【００６５】
≪三次元造形物の製造方法≫
本発明は、上記三次元造形用多層フィラメントを用いた三次元造形物の製造方法であって、三次元造形装置の押出部において三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る工程と、混合樹脂の溶融物を上記押出部から押出す工程とを含む。さらに、本発明に係る三次元造形装置は、押出部を有する。押出部は、三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る機構と、混合樹脂の溶融物を押出部から押出す機構とを含む。
【００６６】
三次元造形物の製造方法に用いる三次元造形用多層フィラメントは、芯鞘構造の多層フィラメントの製造方法として知られる従来公知のいかなる方法によっても製造することができる。三次元造形用多層フィラメントの製造方法は、限定されるべきではない。
【００６７】
本発明に係る三次元造形物の製造方法は、三次元造形装置の押出部において三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る工程を含む。三次元造形装置の押出部とは、たとえば図２に示すように、この種（たとえば、熱溶融積層方式）の三次元造形装置１１（所謂３Ｄプリンタ）に備わる構成であって、ノズル１２ａを先端に有し、このノズル１２ａからフィラメントを吐出可能な状態に調整する部位をいう。
【００６８】
本工程において、三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る方法は、芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得ることができる機構であればよく、特定の機構に限定されるべきではない。たとえば上記混合樹脂を得る方法は、次のとおりとすればよい。すなわち、図３に示すように、三次元造形装置１１の押出部１２の内部には、ミキシング構造部１３が形成されている。このミキシング構造部１３において、三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とが混合されることにより、混合樹脂が得られる。具体的には、三次元造形装置１１の押出部１２は、三次元造形用多層フィラメントがミキシング構造部１３へ至るまでの経路に、ヒーター１４を備えている。このため、三次元造形用多層フィラメントは、このヒーター１４によって加熱されることにより、芯層部および鞘層部がそれぞれ溶融物となってミキシング構造部１３に至ることとなる。これにより、芯層部および鞘層部の溶融物は、ミキシング構造部１３に到着すると、その場で混合されることとなり、溶融状態の混合樹脂が得られる。三次元造形装置１１の押出部１２は、図３に示すように、ミキシング構造部１３にもヒーター１４を備えている。このヒーター１４によって芯層部および鞘層部の溶融物は、その溶融状態が維持される。
【００６９】
さらに、本発明に係る三次元造形物の製造方法は、混合樹脂の溶融物を上記押出部から押出す工程を含む。混合樹脂の溶融物を押出部から押出す方法は、従来公知の押出し方法を用いることができる。たとえば、図３に示すように、ミキシング構造部１３で混合された溶融状態の混合樹脂に圧力を加えることにより、この混合樹脂の溶融物をノズル１２ａから吐出することができる。
【００７０】
なお、本発明に係る三次元造形装置において、各層が２層以上となる多層構造を有する三次元造形用多層フィラメントを製造する場合、その多層構造は、上記押出部に含まれる機構を適宜調整することにより得ることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７２】
ここで以下の実施例および比較例において、熱可塑性樹脂Ａおよび熱可塑性樹脂Ｂの２３℃におけるショア硬度（Ａ）は、上述した測定方法を適用し、ロックウェル硬度計（商品名：「ＤＲＨ−Ｍ」、松沢精機株式会社製）により測定した。熱可塑性樹脂Ａおよび熱可塑性樹脂Ｂの２３℃における吸水率は、上述した測定方法を適用し、まず熱可塑性樹脂Ａおよび熱可塑性樹脂Ｂをプレス成形することにより、１辺が５０±１ｍｍ、厚さが３±０．２ｍｍの正方形の試験片を得た。この試験片に対し、５０±２℃に保持した恒温槽で２４時間乾燥する状態調節を行なった後、試験片の質量Ｍ１を測定した。その後、試験片を、２３±２℃に保持した水を入れた容器に入れ、２４時間後、試験片を水から取り出し、試験片の質量Ｍ２を測定した。その結果から、下記式にしたがって算出した値を吸水率とすることにより確認した。
吸水率（質量％）＝｛（Ｍ２／Ｍ１）−１｝×１００。
【００７３】
三次元造形用多層フィラメントの外周の真円度および芯層部と鞘層部との境界（界面）の特定、ならびに三次元造形用多層フィラメントの表面の観察は、デジタルマイクロスコープ（商品名：「ＶＨＸ−５０００」、株式会社キーエンス製）を用いて３００倍の倍率で観察することにより行なった。芯層部の質量ｗと鞘層部の質量Ｗとの比率は、後述する押出機にこれらの材料を供給するフィーダー装置の吐出量を制御することにより決定した。
【００７４】
≪実施例１≫
＜三次元造形用多層フィラメントの製造＞
芯層部材用に熱可塑性樹脂Ａとして、液晶性ポリエステル（商品名：スミカスーパーＳＺ６７０９Ｌ、住友化学株式会社製）を、芯用二軸押出機（外径３０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝５２．５）に供給した。
【００７５】
さらに鞘層部材用に熱可塑性樹脂Ｂとして、ポリエチレンテレフタラート（商品名：Ｊ１２５、三井化学株式会社製）を、鞘用単軸押出機（外径４０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝４０）に供給した。
【００７６】
それぞれの押出機から供給される材料の質量比が、芯層部材／鞘層部材＝９５／５となるように、重量フィーダーからの吐出量を制御した。
【００７７】
次いで、上記の各押出機から温度３３０〜３７０℃で上記各材料を芯鞘型ダイ（口金４個）に供給することにより、そのダイの口金から３本の芯鞘型に多層化（二層化）されたフィラメントを押出した。引き続き、その押出された３本のフィラメントを水槽に通して冷却した後、ボビンに巻き取るとともに所定の長さにカッティングすることにより、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、該芯層部の側面を覆い、かつ熱可塑性樹脂Ｂを含む鞘層部とからなる本実施例の三次元造形用多層フィラメントを製造した。
【００７８】
この三次元造形用多層フィラメントは、上述した方法により外観および外寸などを確認したところ、外径が３ｍｍ、長さが１０ｍの略円柱状の形状を有していた。外周の真円度は＋０．０１ｍｍであった。さらにフィラメント表面には、裂け、ささくれた形状およびフィブリルなどが確認されなかった。
【００７９】
＜三次元造形物の製造＞
上記三次元造形用多層フィラメントを用い、三次元造形装置の押出部において三次元造形用多層フィラメントの芯層部と鞘層部とを混合することにより混合樹脂を得る工程と、混合樹脂の溶融物を上記押出部から押出す工程とを行なった。具体的には、図３に示す押出部を備えた図２に示す三次元造形装置で三次元造形物を造形した。
【００８０】
その結果、本実施例の三次元造形用多層フィラメントは、引っ掛かりおよび脈動が無く３Ｄプリンターに供給することができ、かつ成形停止などなく安定して三次元造形物を連続成形することができた。また、得られた三次元造形物も、成形ムラ、反りおよび浮きなどの不具合がなく、目的とする外観、物性を有していた。
【００８１】
≪実施例２≫
＜三次元造形用多層フィラメントの製造＞
芯層部材用に熱可塑性樹脂Ａとして、オレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂（商品名：アドフレックスＱ１００Ｆ、サンアロマー株式会社製）を、芯用二軸押出機（外径３０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝５２．５）に供給した。
【００８２】
さらに鞘層部材用に熱可塑性樹脂Ｂとして、ランダムポリプロピレン（商品名：ノーブレン  Ｗ５３１Ｄ、住友化学株式会社製）を、鞘用単軸押出機（外径４０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝４０）に供給した。
【００８３】
それぞれの押出機から供給される材料の質量比が、芯層部材／鞘層部材＝８５／１５となるように、重量フィーダーからの吐出量を制御した。
【００８４】
次いで、上記の各押出機から温度１８０〜２３０℃で上記各材料を芯鞘型ダイ（口金４個）に供給することにより、そのダイの口金から３本の芯鞘型に多層化（二層化）されたフィラメントを押出した。引き続き、その押出された３本のフィラメントを水槽に通して冷却した後、ボビンに巻き取るとともに所定の長さにカッティングすることにより、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、該芯層部の側面を覆い、かつ熱可塑性樹脂Ｂを含む鞘層部とからなる本実施例の三次元造形用多層フィラメントを製造した。本実施例の三次元造形用多層フィラメントは、その製造時においてフィラメントの伸縮、脈動および引っ掛かりなどがなく、安定して引き取ることができた。
【００８５】
この三次元造形用多層フィラメントは、上述した方法により外観および外寸などを確認したところ、外径が３ｍｍ、長さが１０ｍの略円柱状の形状を有していた。外周の真円度は＋０．０１ｍｍであった。さらにフィラメント表面には、裂け、ささくれた形状およびフィブリルなどが確認されなかった。
【００８６】
＜三次元造形物の製造＞
引き続き、この三次元造形用多層フィラメントを用いて実施例１と同じ方法により三次元造形物を造形した。その結果、本実施例の三次元造形用多層フィラメントは、伸縮、引っ掛かりおよび脈動が無く３Ｄプリンターに供給することができ、かつ成形停止などなく安定して三次元造形物を連続成形することができた。また、得られた三次元造形物も、成形ムラ、反りおよび浮きなどの不具合がなく、目的とする外観、物性を有していた。
【００８７】
≪実施例３≫
＜三次元造形用多層フィラメントの製造＞
芯層部材用に熱可塑性樹脂Ａとして、ポリビニルアルコール（商品名：ポバール  ＰＶＡ２１７、株式会社クラレ製）を、芯用二軸押出機（外径３０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝５２．５）に供給した。
【００８８】
さらに鞘層部材用に熱可塑性樹脂Ｂとして、エチレン・ビニルアルコール共重合体（商品名：ソアライトＭ、日本合成化学工業株式会社製）を、鞘用単軸押出機（外径４０φｍｍ、Ｌ／Ｄ（長さ／外径）＝４０）に供給した。
【００８９】
それぞれの押出機から供給される材料の質量比が、芯層部材／鞘層部材＝９０／１０となるように、重量フィーダーからの吐出量を制御した。
【００９０】
次いで、上記の各押出機から温度２００〜２５０℃で上記各材料を芯鞘型ダイ（口金４個）に供給することにより、そのダイの口金から３本の芯鞘型に多層化（二層化）されたフィラメントを押出した。引き続き、その押出された３本のフィラメントを水槽に通して冷却した後、ボビンに巻き取るとともに所定の長さにカッティングすることにより、熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部と、該芯層部の側面を覆い、かつ熱可塑性樹脂Ｂを含む鞘層部とからなる本実施例の三次元造形用多層フィラメントを製造した。本実施例の三次元造形用多層フィラメントでも、その製造時において伸縮、脈動および引っ掛かりなどがなく、安定して引き取ることができた。
【００９１】
この三次元造形用多層フィラメントは、上述した方法により外観および外寸などを確認したところ、外径が３ｍｍ、長さが１０ｍの略円柱状の形状を有していた。外周の真円度は＋０．０１ｍｍであった。さらにフィラメント表面には、裂け、ささくれた形状およびフィブリルなどが確認されなかった。
【００９２】
＜三次元造形物の製造＞
引き続き、この三次元造形用多層フィラメントを用いて実施例１と同じ方法により三次元造形物を造形した。その結果、本実施例の三次元造形用多層フィラメントは、伸縮、引っ掛かりおよび脈動が無く３Ｄプリンターに供給することができ、かつ成形停止などなく安定して三次元造形物を連続成形することができた。また、得られた三次元造形物も、成形ムラ、反りおよび浮きなどの不具合がなく、目的とする外観、物性を有していた。さらに本実施例の三次元造形用多層フィラメントを、２３℃、５０％ＲＨの環境下において１カ月および３カ月放置した後に３Ｄプリンターに供給したところ、それぞれ膨潤、発泡することなく三次元造形物を連続成形することができた。得られた三次元造形物も目的とする外観、物性を有していた。
【００９３】
≪比較例１≫
実施例１の芯層部材用のみを用い、これを供給した上記二軸押出機から押出してフィラメントを構成した。しかしながら、本比較例のフィラメント（熱可塑性樹脂Ａ：液晶性ポリエステル）は、その表面に幅３μｍ以上の裂けまたは起毛が５００μｍ2当たり１０個以上確認され、フィラメント表面が粗くなっていた。フィラメントの外周の真円度も悪化しており、±０．５ｍｍであった。これにより本比較例のフィラメントは、３Ｄプリンターに安定して供給することができず、成形途中で引っ掛かって３Ｄプリンターの停止が頻発し、三次元造形物を連続成形することができなかった。
【００９４】
≪比較例２≫
実施例２の芯層部材用のみを用い、これを供給した上記二軸押出機から押出してフィラメントを構成した。しかしながら、本比較例のフィラメント（熱可塑性樹脂Ａ：オレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂）は、フィラメント自体が非常に柔らかいため、押出機から押出された後の水槽冷却、およびボビンへの巻取りまでの工程においてフィラメントの延伸と収縮とが発生し、その影響で脈動が繰り返された。このため、安定してフィラメントを引き取ることができなかった。さらに、フィラメントの外周の真円度も悪化しており、±０．４ｍｍであり、フィラメントの形状も不揃いであった。３Ｄプリンターでの成形時には、フィラメントを供給する際に延伸および収縮が繰り返し発生することにより、その供給が安定せず、成形途中で引っ掛かって３Ｄプリンターの停止が頻発した。このため、安定して三次元造形物を連続成形することができなかった。
【００９５】
≪比較例３≫
実施例３の芯層部材用のみを用い、これを供給した上記二軸押出機から押出してフィラメントを構成した。しかしながら、本比較例のフィラメント（熱可塑性樹脂Ａ：ポリビニルアルコール樹脂）は、水溶性のため、フィラメントの水槽冷却時にその表面が溶解し、ガイドロールおよびボビンに接着することにより、安定してフィラメントを引き取ることができなかった。さらに、一部回収できたフィラメントの外周の真円度も悪化しており、±１ｍｍであった。３Ｄプリンターでの成形時には、フィラメントの供給が安定せず、成形途中で引っ掛かって３Ｄプリンターの停止が頻発した。このため、安定して三次元造形物を連続成形することができなかった。本比較例のフィラメントを、２３℃、５０％ＲＨの環境下において１カ月放置した後に３Ｄプリンターに供給したところ、吸湿によってフィラメントが＋１．３ｍｍ膨潤していた。このため、フィラメントのボビンから３Ｄプリンターへの供給性が更に悪化し、安定して三次元造形物を連続成形することができなかった。
【００９６】
≪評価≫
上記実施例および比較例において、フィラメントの表面平滑性およびフィラメントの送出し性を評価した。フィラメントの表面平滑性については、上述したデジタルマイクロスコープを用いてその表面を観察し、以下のように区分した。
Ａ：裂けおよびフィブリルがない
Ｂ：裂けおよびフィブリルが僅かにある（５００μｍ2当たり１〜２５個）
Ｃ：亀裂および凹凸が全面にある。
【００９７】
フィラメントの送出し性については、ボビンに巻取った実施例および比較例のフィラメントに対し、これらが三次元造形装置の押出部へ向けて送り出される様子を目視にて観察することの他、引っ掛かりによる成形停止回数により評価した。具体的には、実施例および比較例のフィラメントが三次元造形装置の押出部へ安定的に送られるか否かを以下のように区分した。
Ｘ：安定している（成形中の停止が１回以下）
Ｙ：不安定である（成形中の停止が１回超過）。
【００９８】
上記実施例および比較例に用いた熱可塑性樹脂およびその評価（フィラメントの表面平滑性、フィラメントの送出し性）の一覧を表１に示す。
【００９９】
【表１】
2018167405.tif 000003
【０１００】
表１から理解されるように、本発明は、実施例１〜３のように熱可塑性樹脂Ａを含む芯層部の側面を、熱可塑性樹脂Ｂを含む鞘層部で覆って芯層部を鞘層部で支持することにより、熱可塑性樹脂Ａのフィラメント化を可能とすることができる。さらに本発明により、フィラメント化の難易度が高い熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂Ａ）を、３Ｄプリンティング技術の造形材料として三次元造形物を製造するのに用いることができる。
【０１０１】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１０２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１  三次元造形用多層フィラメント、２  芯層部、２ａ  側面、２１  端面、３  鞘層部、１１  三次元造形装置、  １２  押出部、１２ａ  ノズル、１３  ミキシング構造部、１４  ヒーター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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