(57)【要約】【課題】優れた衝撃吸収性を有する衝撃吸収構造体を提供する。【解決手段】衝撃吸収構造体１は、凝固部材２と、焼結部材３とを備える。凝固部材２は、複数の無機粉末粒子が溶解され、凝固して形成される。焼結部材３は、複数の無機粉末粒子が焼結されて形成される。焼結部材３は凝固部材２と結合される。衝撃吸収構造体１は、凝固部材２と焼結部材３との複合構造体であるため、優れた衝撃吸収性を有する。【選択図】図１
2011136083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無機粉末粒子が溶解されて形成される凝固部材と、
複数の前記無機粉末粒子が焼結されて形成され、前記凝固部材と結合される焼結部材とを備える、衝撃吸収構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記焼結部材は、
複数の前記無機粉末粒子の間に形成される複数のネックと、
複数の前記無機粉末粒子の間に形成される隙間とを含む、衝撃吸収構造体。
【請求項３】
請求項２に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記凝固部材は、凝固筐体を備え、
前記焼結部材は、前記凝固筐体に収納され、前記凝固筐体と結合される、衝撃吸収構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記凝固部材はさらに、
前記凝固筐体内に形成される凝固壁と、
前記凝固筐体内に配置され、前記凝固壁により区画される複数の収納室とを備え、
前記衝撃吸収構造体は、
前記収納室に収納され、前記凝固筐体及び／又は前記凝固壁と結合される、複数の前記焼結部材を備える、衝撃吸収構造体。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の衝撃吸収構造体であって、
積層造形法により複数の凝固部を順次積層して、複数の前記無機粉末粒子を収納する前記凝固部材が形成され、
形成された前記凝固部材を前記無機粉末粒子の融点未満の焼結温度で加熱して前記焼結部材が形成される、衝撃吸収構造体。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載の衝撃吸収構造体であって、
積層造形法により複数の衝撃吸収部を順次積層して製造され、
前記各衝撃吸収部は、
複数の前記無機粉末粒子からなる粉末層に第１ビームを照射して、前記粉末層の第１領域を溶解して形成される凝固部と、
前記第１ビームよりも低いフルエンスを有する第２ビームを前記粉末層に照射して前記粉末層の第１領域と異なる第２領域を焼結して形成される焼結部とを含む、衝撃吸収構造体。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記無機粉末粒子は金属からなる、衝撃吸収構造体。
【請求項８】
請求項７に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記凝固部材は、前記焼結部材と同じ組成を有する、衝撃吸収構造体。
【請求項９】
請求項８に記載の衝撃吸収構造体であって、
前記凝固部材及び焼結部材は、チタン合金からなる、衝撃吸収構造体。
【請求項１０】
請求項９に記載の衝撃吸収構造体であってさらに、
１０〜５０ＧＰａのヤング率を有する、衝撃吸収構造体。
【請求項１１】
複数の無機粉末粒子が溶解されて形成される凝固部材と、複数の前記無機粉末粒子が焼結されて形成される焼結部材とを備える衝撃吸収構造体の製造方法であって、
複数の前記無機粉末粒子からなる粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の所定領域にビームを照射して前記無機粉末粒子を溶解し、凝固部を形成する工程と、
前記凝固部が形成された前記粉末層上に前記複数の無機粉末粒子からなる新たな粉末層を積層する積層工程と、
前記新たな粉末層の所定領域にビームを照射して新たな凝固部を形成する形成工程と、
前記積層造形及び前記形成工程を繰り返して、積層された複数の前記凝固部からなり、複数の無機粉末粒子を収納する凝固部材を形成する工程と、
前記凝固部材を前記粉末層から取り出す工程と、
前記無機粉末粒子の融点未満の焼結温度で、取り出された前記凝固部材の加熱し、前記焼結部材を形成する工程とを備える、衝撃吸収構造体の製造方法。
【請求項１２】
複数の無機粉末粒子が溶解されて形成される凝固部材と、複数の前記無機粉末粒子が焼結されて形成される焼結部材とを備える衝撃吸収構造体の製造方法であって、
複数の無機粉末粒子からなる粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の第１領域に第１ビームを照射して複数の前記無機粉末粒子を溶融し、凝固部を形成する工程と、
前記粉末層の前記第１領域と異なる第２領域に前記第１ビームよりも低いフルエンスを有する第２ビームを照射して複数の前記無機粉末粒子を焼結し、焼結部を形成する工程と、
前記凝固部及び焼結部が形成された粉末層上に、新たな粉末層を積層する積層工程と、
前記新たな粉末層で前記凝固部及び前記焼結部を形成する形成工程と、
前記積層工程及び形成工程を繰り返し、積層された複数の凝固部からなる前記凝固部材と、積層された複数の焼結部からなる前記焼結部材とを含む前記衝撃吸収構造体を形成する工程とを備える、衝撃吸収構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収構造体及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、人工関節や骨プレートに代表される医用インプラントや、自動車、航空機及び船舶に代表される移動体等に利用される、衝撃吸収構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−３２９１７９号公報（特許文献１）及び特開平６−９０９７１号公報（特許文献２）は、金属インプラントを開示する。これらの文献に開示される金属インプラントは、チタン合金に代表される金属からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２９１７９号公報
【特許文献２】特開平６−９０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インプラントは、生体内に埋め込まれ、生体内で長期間利用される。そのため、インプラントには、骨と類似の力学特性が要求される。具体的には、インプラントには、衝撃吸収性が求められる。さらに、インプラントには、骨と近似する低ヤング率と軽量性とが求められる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された金属インプラントは、中実（Solid）の金属材からなる。そのため、ヤング率が骨よりも大幅に大きい。たとえば、生体用金属であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の中実材のヤング率は１１０ＧＰａ程度であるのに対して、骨（皮質骨）のヤング率は１０〜３０ＧＰａ程度である。さらに、中実材は降伏応力が高く、塑性変形しにくい。仮に塑性変形しても、中実材は加工硬化する。そのため、中実材の衝撃吸収性は低い。
【０００６】
一方、特許文献２に開示される金属インプラントは、内部に中空を有する。そのため、中実の金属インプラントと比較して、ヤング率を低くすることができる。しかしながら、中空部を有する金属インプラントであっても、衝撃吸収性は低い。
【０００７】
したがって、従前のインプラントよりも優れた衝撃吸収性を有する新たなインプラントが要求されている。
【０００８】
優れた衝撃吸収性に対する要求は、インプラントに限られない。たとえば、自動車や、航空機、船舶、鉄道等に代表される移動体に利用される構造体に対しても、優れた衝撃吸収性が要求される。
【０００９】
本発明の目的は、優れた衝撃吸収性を有する衝撃吸収構造体を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、優れた衝撃吸収性と、低ヤング率と、軽量性とを有する衝撃吸収構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
本発明による衝撃吸収構造体は、凝固部材と、焼結部材とを備える。凝固部材は、複数の無機粉末粒子が溶解されて形成される。焼結部材は、複数の無機粉末粒子が焼結されて形成され、凝固部材と結合される。ここで、焼結部材は焼結により凝固部材と結合されてもよいし、燒結部材又は凝固部材の一部が溶解して、燒結部材が凝固部材と結合されてもよい。
【００１２】
本発明による衝撃吸収構造体は、凝固部材及び焼結部材の複合構造体であるため、優れた衝撃吸収性を有する。
【００１３】
好ましくは、焼結部材は、複数のネックと、隙間とを含む。複数のネックは、複数の無機粉末粒子の間に形成される。隙間は、複数の無機粉末粒子の間に形成される。
【００１４】
ネック及び隙間が形成されるため、本発明による衝撃吸収構造体の応力−歪み曲線はプラトー領域を有する。そのため、本発明による衝撃吸収構造体は、優れた衝撃吸収性を有する。さらに、焼結部材は隙間を有し、中実材と比較して密度が低い。そのため、中実材と比較して、軽量性及び低ヤング率を有する。
【００１５】
好ましくは、凝固部材は、凝固筺体を備える。焼結部材は、凝固筐体に収納され、凝固筐体と結合される。
【００１６】
この場合、中実材と比較して、軽量でヤング率が低く、衝撃吸収性が高い。
【００１７】
好ましくは、凝固部材はさらに、凝固壁と、複数の収納室とを含む。凝固壁は、凝固筐体内に形成される。複数の収納室は、凝固筐体内に配置され、凝固壁により区画される。衝撃吸収構造体はさらに、複数の焼結部材を備える。複数の焼結部材は、収納室に収納され、凝固筐体及び／又は凝固壁と結合される。
【００１８】
この場合、衝撃吸収性がより向上する。
【００１９】
好ましくは、積層造形法により複数の凝固部を順次積層して、複数の無機粉末粒子を収納する凝固部材が形成され、形成された凝固部材を炉内で無機粉末粒子の融点未満の焼結温度で加熱して焼結部材が形成される。
【００２０】
本発明による衝撃吸収構造体では、積層造形法を利用して凝固部材が形成される。そのため、凝固部材の形状を自由に設定でき、同じ組成を有する中実材と比較して、軽量性、低いヤング率及び優れた衝撃吸収性が得られる。また、積層造形法により造形された凝固部材内には、複数の無機粉末粒子が収納されるため、焼結処理することにより容易に焼結部材を凝固部材内に形成できる。
【００２１】
好ましくは、本発明による衝撃吸収構造体は、積層造形法により複数の衝撃吸収層を順次積層して製造される。各衝撃吸収層は、複数の無機粉末粒子からなる粉末層に第１電子ビームを照射して、粉末層の第１領域を溶解して形成される凝固部と、第１電子ビームよりも低いフルエンスを有する第２電子ビームを粉末層に照射して、粉末層の第１領域と異なる第２領域を焼結して形成される焼結部とを含む。
【００２２】
この場合、積層造形法により凝固部材を形成しつつ、焼結部材も形成できる。そのため、積層造形法により形成された凝固部材を焼結処理しなくてよい。
【００２３】
好ましくは、粉末粒子は金属からなる。また、好ましくは、凝固部材は、焼結部材と同じ組成を有する。さらに好ましくは、凝固部材及び焼結部材は、チタン合金からなる。さらに好ましくは、衝撃吸収構造体は、１０〜５０ＧＰａのヤング率を有する。
【００２４】
この場合、衝撃吸収構造体は、骨のヤング率に近いヤング率を有することができる。そのため、衝撃吸収構造体は、軽量性、衝撃吸収性及び低ヤング率を有する医用インプラントとして利用できる。
【００２５】
本発明による衝撃吸収構造体の製造方法は、上述の衝撃吸収構造体の製造方法であって、複数の無機粉末粒子からなる粉末層を形成する工程と、粉末層に電子ビームを照射して無機粉末粒子を溶解し、凝固部を形成する工程と、凝固部が形成された粉末層上に複数の無機粉末粒子からなる新たな粉末層を積層する積層工程と、新たな粉末層に電子ビームを照射して新たな凝固部を形成する形成工程と、積層工程及び形成工程を繰り返し、積層された複数の凝固部からなり、複数の無機粉末粒子を収納する筺体状の凝固部材を形成する工程と、凝固部材を粉末層から取り出す工程と、無機粉末粒子の融点未満の焼結温度で、取り出された凝固部材を加熱し、焼結部材を形成する工程とを備える。
【００２６】
本発明による衝撃吸収構造体の製造方法は、凝固部材の形状を自由に設計できる。さらに、凝固部材の設計及び焼結処理条件を調整することにより、所望のヤング率及び衝撃吸収性を有する衝撃吸収構造体を製造できる。
【００２７】
本発明による衝撃吸収構造体の製造方法は、上述の衝撃吸収構造体の製造方法であって、複数の無機粉末粒子からなる粉末層を形成する工程と、粉末層内に第１電子ビームを照射して複数の無機粉末粒子を溶融し、凝固部を形成する工程と、粉末層に第１電子ビームよりも低いフルエンスを有する第２電子ビームを照射して複数の無機粉末粒子を焼結し、焼結部を形成する工程と、凝固部及び焼結部が形成された粉末層上に、新たな粉末層を積層する積層工程と、新たな粉末層で凝固部及び焼結部を形成する形成工程と、積層工程及び形成工程を繰り返し、積層された複数の凝固部からなる凝固部材と、積層された複数の焼結部からなる焼結部材とを含む衝撃吸収構造体を形成する工程とを備える。
【００２８】
本発明による衝撃吸収構造体の製造方法は、凝固部材の設計及び焼結処理条件を調整することにより、所望のヤング率、軽量性及び衝撃吸収性を有する衝撃吸収構造体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施の形態による衝撃吸収構造体の斜視図である。
【図２】図１に示した凝固部材の斜視図である。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】図３中の領域５００の拡大図である。
【図５】図１に示した衝撃吸収構造体を製造する積層造形装置の構成図である。
【図６】図１に示した衝撃吸収構造体の製造方法を示すフロー図である。
【図７】図６中のステップＳ６の工程を説明するための模式図である。
【図８】図６中のステップＳ８の工程を説明するための模式図である。
【図９】図６中のステップＳ１１の工程を説明するための模式図である。
【図１０】図６中で繰り返し実行される２回目以降のステップＳ６の工程を説明するための模式図である。
【図１１】図６中で繰り返し実行される２回目以降のステップＳ８の工程を説明するための模式図である。
【図１２】製造途中の凝固部材の鉛直方向の断面図である。
【図１３】図６中のステップＳ１２の工程を説明するための図である。
【図１４】図６中の造形工程で製造された凝固部材の鉛直方向の断面図である。
【図１５】図６に示す製造方法により製造された衝撃吸収構造体内の焼結部材のＳＥＭ（ScanningElectron Microscopy）画像である。
【図１６】図１５と関連する、焼結部材の他のＳＥＭ画像である。
【図１７】図１５及び図１６と異なる、焼結部材の他のＳＥＭ画像である。
【図１８】図１７と関連する、焼結部材の他のＳＥＭ画像である。
【図１９】本実施の形態による衝撃吸収構造体の応力−歪み曲線を示す図である。
【図２０】図１９と異なる、衝撃吸収構造体の応力−歪み曲線を示す図である。
【図２１】図１９及び図２０と異なる、衝撃吸収構造体の応力−歪み曲線を示す図である。
【図２２】図１と異なる構成の衝撃吸収構造体の斜視図である。
【図２３】図１及び図２２と異なる構成の衝撃吸収構造体の斜視図である。
【図２４】第２の実施の形態による衝撃吸収構造体の斜視図である。
【図２５】図２４中のＸＸＶ−ＸＸＶ線での断面図である。
【図２６】図２４に示す衝撃吸収構造体の製造方法を示すフロー図である。
【図２７】図２４に示す衝撃吸収構造体の応力−歪み曲線を示す図である。
【図２８】図１，図２２〜図２５と異なる構成の衝撃吸収構造体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３１】
［第１の実施の形態］
［衝撃吸収構造体の構成］
図１は本実施の形態による衝撃吸収構造体の斜視図である。図１を参照して、衝撃吸収構造体１は、凝固部材２と複数の焼結部材３とを備える。
【００３２】
凝固部材２は、複数の無機粉末粒子が溶解し、溶解後に凝固することにより形成される。無機粉末粒子は、無機物からなる粉末粒子である。無機粉末粒子はたとえば、金属や金属間化合物、セラミックス等である。金属は、純金属や合金である。好ましくは、無機粉末粒子は、金属である。
【００３３】
図２に凝固部材２の斜視図を示す。凝固部材２は、凝固筐体２０と、複数の凝固壁２１とを含む。凝固筐体２０は、複数の凝固壁２２を有する。つまり、凝固壁２２は、凝固筐体２０の外壁に相当する。複数の凝固壁２１は、凝固筐体２０内に収納される。つまり、凝固壁２１は、凝固筐体２０内を区画する内壁に相当する。凝固筐体２０は、複数の凝固壁２１により区画された複数の収納室２３を有する。
【００３４】
図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。図３を参照して、衝撃吸収構造体１において、複数の焼結部材３の各々は、各収納室２３に収納される。焼結部材３は、複数の無機粉末粒子が焼結されて形成される。焼結部材３は凝固部材２と同じ組成の無機粉末粒子から製造される。要するに、焼結部材３は凝固部材２と実質的に同じ組成を有する。
【００３５】
図４は、図３中の領域５００の拡大図である。図４を参照して、焼結部材３は、複数の無機粉末粒子３１と、複数のネック３２とを含む。複数のネック３２は、複数の無機粉末粒子３１の間に形成される。焼結処理時において、隣り合う無機粉末粒子３１の一部が焼結により結合し、ネック３２が形成される。このようなネック３２の形成工程はネッキングと呼ばれる。
【００３６】
ネック３２はさらに、無機粉末粒子３１と凝固壁２２との間にも形成される。図３及び図４に示すとおり、ネック３２により、焼結部材３は凝固部材２の凝固壁２１及び２２に結合される。ネック３２は、原子拡散により形成される。
【００３７】
図３及び図４では、焼結部材３はネック３２により結合されている。しかしながら、焼結部材３は他の方法により結合されてもよい。たとえば、焼結部材３及び／又は凝固部材２の一部が溶解することにより、焼結部材３が凝固部材２と結合されてもよい。
【００３８】
図３及び図４に示すとおり、焼結部材３には複数の隙間（空隙）３３が形成される。複数の隙間３３は、複数の無機粉末粒子３１の間に形成される。燒結部材３の気孔率はたとえば、３０〜８２％である。
【００３９】
［衝撃吸収構造体の製造方法］
上述の構成を備えた衝撃吸収構造体１は、ラピッドプロトタイピング法、より具体的には、積層造形法を利用して製造される。以下、衝撃吸収構造体１の製造方法の一例を説明する。
【００４０】
［積層造形装置の構成］
図５は、衝撃吸収構造体１を製造するための積層造形装置の構成図である。図５を参照して、積層造形装置５０は、照射装置５１と、調整装置５２と、造形室５３と、制御装置６０とを備える。
【００４１】
照射装置５１は、積層造形装置５０の上部に配置される。照射装置５１は、下方に向かって電子ビーム５１０を照射する。調整装置５２は、照射装置５１の下方に配置される。調整装置５２は、制御装置６０の指示に応じて、電子ビーム５１０を偏向する。これにより、電子ビーム５１０は所定の領域を照射できる。調整装置５２はさらに、電子ビーム５１０の焦点や非点収差を補正する。これにより、電子ビーム５１０のフルエンス（単位面積当たりに与えるエネルギ量）が調整される。
【００４２】
調整装置５２は、非点収差コイル５２１と、焦点コイル５２２と、偏向コイル５２３とを備える。非点収差コイル５２１は、電子ビーム５１０の非点収差を補正する。焦点コイル５２２は、電子ビーム５１０の焦点を補正する。偏向コイル５２３は、電子ビーム５１０を偏向する。つまり、偏向コイル５２３は、電子ビーム５１０の照射方向を変更する。
【００４３】
造形室５３は、調整装置５２の下方に配置される。造形室５３内では、凝固部材２が形成される。造形室５３は、図示しない真空ポンプと接続されている。凝固部材２が製造されるとき、造形室５３内は真空に引かれる。
【００４４】
造形室５３は、一対の粉末供給装置５４と、レーキ５５と、造形テーブル５６と、粉末収納室５７と、ベースプレート５８とを備える。
【００４５】
粉末収納室５７は、造形室５３の下部中央に配置される。粉末収納室５７は、上端に開口を有する筐体状であり、側壁５７１を有する。造形テーブル５６は、粉末収納室５７に収納され、上下方向に昇降可能に支持される。造形テーブル５６は、図示しないモータにより昇降する。造形テーブル５６上には、ベースプレート５８が配置される。凝固部材２は、ベースプレート５８上に形成される。ベースプレート５８により、造形テーブル５６上に凝固部材２が結合するのを防止できる。
【００４６】
一対の粉末供給装置５４は、粉末収納室５７よりも上に配置され、かつ、積層造形装置５０の上方から見たとき、粉末収納室５７を挟んで配置される。粉末供給装置５４は凝固部材２及び焼結部材３の原料となる複数の無機粉末粒子３１を収納し、制御装置６０の指示に応じて複数の無機粉末粒子３１を排出する。
【００４７】
レーキ５５は、粉末収納室５７の上端近傍に配置される。レーキ５５は、図示しないモータにより水平方向に移動し、一対の粉末供給装置５４間を往復する。レーキ５５は、水平方向に移動することにより、粉末供給装置５４から排出された無機粉末粒子３１を粉末収納室５７に供給する。粉末収納室５７に堆積された複数の無機粉末粒子３１により、造形テーブル５６上に粉末層３５が形成される。レーキ５５は、水平方向に移動することにより、粉末層３５の表面を平坦に整える。
【００４８】
制御装置６０は、図示しない中央演算処置装置（ＣＰＵ）と、メモリと、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤという）とを備える。ＨＤＤには、周知のＣＡＤ（Computer Aided Design）アプリケーションとＣＡＭ（Computer
Aided Manufacturing）アプリケーションとが格納される。制御装置６０は、ＣＡＤアプリケーションを利用して、衝撃吸収構造体１の３次元形状データを作成する。
【００４９】
制御装置６０はさらに、ＣＡＭアプリケーションを利用して、３次元データに基づいて、加工条件データを作成する。積層造形法では、電子ビーム５１０により形成される複数の凝固部が積層されて凝固部材２が形成される。加工条件データは、各凝固部が形成されるときの加工条件を含む。つまり、加工条件データは、凝固部ごとに作成される。
【００５０】
制御装置６０は、各加工条件データに基づいて電子ビーム５１０を制御して各凝固部を形成する。
【００５１】
［製造プロセスの詳細］
図６は、衝撃吸収構造体１の製造方法の詳細を示すフロー図である。図６を参照して、初めに、積層造形法により凝固部材２が形成される（Ｓ１００：造形工程）。続いて、焼結処理により焼結部材３が形成される（Ｓ２００：焼結工程）。造形工程及び焼結工程を実施することにより、衝撃吸収構造体１が製造される。以下、製造プロセスの詳細を説明する。
【００５２】
［造形工程（Ｓ１００）］
造形工程（Ｓ１００）において、制御装置６０は初めに、ＣＡＤアプリケーションを用いて衝撃吸収構造体１の３次元データを作成する（Ｓ１）。作成された３次元データは制御装置６０内のメモリに格納される。続いて、制御装置６０はＣＡＭアプリケーションを用いて、３次元データに基づいて加工条件データを作成する（Ｓ２）。
【００５３】
上述のとおり、加工条件データは、凝固部ごとに作成される。初めに、衝撃吸収構造体１を予め設定された積層数ｎｍａｘ（個）でスライスした場合を想定する。このとき、凝固部材２がスライスされて形成される複数の凝固部の各々の形状は、板状であったり、フレーム状であったり、格子状である。第ｎ層（ｎは自然数であり、ｎ＝１〜ｎｍａｘ）の凝固部の加工条件データは次の方法で作成される。ここで、第１層は最下層であり、第ｎｍａｘ層は最上層である。
【００５４】
制御装置６０はまず、３次元データに基づいて、第ｎ層における凝固部材２の断面形状データを作成する。続いて、制御装置６０は、断面形状データに基づいて、加工条件データを作成する。加工条件データは、領域条件とフルエンス条件とを含む。制御装置６０は、断面形状データに基づいて、電子ビームを照射する領域を決定し、領域条件として定義する。続いて、凝固部を形成するために必要なフルエンスに応じて、電子ビーム５１０の電流値、走査速度、走査間隔値、電子フォーカス値を決定し、フルエンス条件として定義する。フルエンスに関する情報は、無機粉末粒子の組成に対応して、制御装置６０内のＨＤＤに予め格納されている。以上の工程により、各層における加工条件データが作成される。作成された複数の加工条件データは、制御装置６０内のメモリに格納される。
【００５５】
続いて、真空ポンプを用いて、造形室５３が真空に引かれる（Ｓ３）。造形室５３内が真空になった後、造形テーブル５６上に配置されたベースプレート５８を予熱する（Ｓ４）。
【００５６】
続いて、制御装置６０は、カウンタｎを「１」に設定し（Ｓ５）、第１層（最下層）の凝固部の作製を開始する（Ｓ６〜Ｓ８）。
【００５７】
制御装置６０はまず、粉末層３５を形成する（Ｓ６）。制御装置６０は、一対の粉末供給装置５４に対して、複数の無機粉末粒子を排出するよう指示する。一対の粉末供給装置５４は、制御装置６０からの指示に応じて、複数の無機粉末粒子を排出する。このとき、レーキ５５が水平方向に移動して、排出された無機粉末粒子を粉末収納室５７に供給する。図７に示すとおり、無機粉末粒子はベースプレート５８及び造形テーブル５６上に堆積し、粉末層３５が形成される。粉末供給装置５４内の粉末粒子には、バインダ樹脂粒子は含まれない。そのため、粉末層３５は実質的に複数の無機粉末粒子３１からなる。レーキ５５はさらに、粉末層３５の表面上を水平に移動して、粉末層３５を平坦に整える。その結果、図７に示すように、粉末層３５の表面は平坦になる。
【００５８】
次に、制御装置６０は、積層造形法における周知の方法で、粉末層３５を予熱する（Ｓ７）。照射装置５１は、低フルエンスを有する電子ビーム５１０を粉末層３５の表面に照射する。このとき、粉末層３５は、焼結を生じない程度の温度に上昇する。
【００５９】
次に、電子ビーム５１０により第１層の凝固部を形成する（Ｓ８）。制御装置６０は、ステップＳ２で作成された複数の加工条件データのうち、第１層の加工条件データをメモリから読み出す。読み出された加工条件データに基づいて、制御装置６０は電子ビーム５１０を制御する。制御装置６０は、加工条件データ内の領域条件に基づいて調整装置５２を制御して、粉末層３５の所定の領域に電子ビーム５１０を照射する。制御装置６０はさらに、加工条件データ内のフルエンス条件に基づいて照射装置５１及び調整装置５２を制御して、電子ビーム５１０のフルエンスを調整する。その結果、電子ビーム５１０が照射された領域内の無機粉末粒子が溶解して凝固し、図８に示すように第１層の凝固部ＳＯ１がベースプレート５８上に形成される。粉末層３５のうち、凝固部ＳＯ１以外の領域に配置された無機粉末粒子３１は、溶解しておらず、焼結していない。
【００６０】
第１層の凝固部ＳＯ１が形成された後、制御装置６０は、カウンタがｎｍａｘか否かを判断する（Ｓ９）。ここでは、カウンタｎ＝１であるため（Ｓ９でＮＯ）、制御装置６０はカウンタｎをインクリメントしてｎ＋１＝２とする（Ｓ１０）。要するに、制御装置６０は、第２層の凝固部ＳＯ２の作製を準備する。
【００６１】
制御装置６０は、造形テーブル５６を積層ピッチΔｈだけ降下する（Ｓ１１）。その結果、図９に示すように、粉末層３５の表面が、図７及び図８と比較して、Δｈだけ低下する。
【００６２】
ステップＳ１１が完了した後、ステップＳ６に戻る。このとき、制御装置６０は、凝固部ＳＯ１が形成された粉末層３５上に、新たな粉末層３５を形成する（Ｓ６：積層工程）。具体的には、制御装置６０の指示に応じて、一対の粉末供給装置５４は、再び無機粉末粒子を排出する。このとき、図１０に示すように、レーキ５５が水平に移動する。その結果、無機粉末粒子が粉末収納室５７に供給され、厚さΔｈを有する新たな粉末層３５が形成される。新たな粉末層３５の表面は、レーキ５５により平坦に整えられる。
【００６３】
続いて、制御装置６０は、粉末層３５を予熱し（Ｓ７）、第２層の凝固部ＳＯ２を形成する（Ｓ８：形成工程）。このとき、制御装置６０は、第ｎ層（ここではｎ＝２）の加工条件データに基づいて、電子ビーム５１０を粉末層３５に照射する。その結果、図１１を参照して、電子ビーム５１０が照射された領域内の無機粉末粒子が溶解して凝固し、凝固部ＳＯ２が形成される。このとき、図１１に示すとおり、凝固部ＳＯ２は凝固部ＳＯ１上に積層される。
【００６４】
続いて、ステップＳ９に進み、ｎ＝ｎｍａｘとなるまで、つまり、最上層の凝固部ＳＯｎｍａｘが形成されるまで、制御装置６０は、ステップＳ６〜ステップＳ１１までの動作を繰り返す。要するに、制御装置６０は、凝固部材２が完成するまで、積層工程（Ｓ６）と形成工程（Ｓ８）とを繰り返す。
【００６５】
図１２は、第ｋ層（ｋは自然数、１＜ｋ＜ｎｍａｘ）の凝固部ＳＯｋが形成された後の、製造途中の凝固部材２の鉛直方向の断面図である。図１２を参照して、製造途中の凝固部材２は、凝固部ＳＯ１〜ＳＯｋが積層されて形成される。各凝固部ＳＯ１〜ＳＯｋは、板状又はフレーム状、格子状である。製造途中の凝固部材２は、凝固筐体２０の底壁に相当する凝固壁２２と、製造途中の複数の凝固壁２１０及び２２０が形成されている。凝固壁２１０は凝固壁２１に対応し、凝固壁２２０は凝固壁２２に対応する。
【００６６】
製造途中の凝固部材２にはさらに、複数の無機粉末粒子３１が収納される。要するに、凝固工程において、未溶解の無機粉末粒子３１は、凝固部材２内に残存する。凝固部材２内に収納された未溶解の無機粉末粒子３１は、焼結部材３の原料となる。
【００６７】
ステップＳ６〜ステップＳ１１を繰り返した結果、カウンタｎ＝ｎｍａｘであるとき、つまり、最上層ｎｍａｘの凝固部ＳＯｎｍａｘが形成されたとき（Ｓ９でＹＥＳ）、図１３に示すように、凝固部材２が完成する。図１４は、図１３中の凝固部材２の鉛直方向の断面図である。図１４を参照して、凝固部材２は、複数の収納室２３を有する。そして、各収納室２３には、複数の無機粉末粒子３１が収納される。これらの無機粉末粒子３１は、電子ビーム５１０による熱の影響をほぼ受けていない。そのため、無機粉末粒子３１のほとんどは、未溶解であり、焼結されてもいない。つまり、粉末供給装置５４から排出される無機粉末粒子３１と実質的に同じ粒子形状を保っている。完成された凝固部材２は、粉末層３５から取り出され（Ｓ１２）、造形工程（Ｓ１００）が完了する。
【００６８】
［焼結工程（Ｓ２００）］
続いて、焼結工程（Ｓ２００）が実行され、焼結部材３が形成される（Ｓ２００）。粉末層３５から取り出された凝固部材２を焼結炉に装入する。そして、無機粉末粒子の融点未満の焼結温度にて、凝固部材２を加熱する。図１４に示すとおり、凝固部材２は、各収納室２３に複数の無機粉末粒子を収納する。そのため、焼結温度で加熱されることにより、同じ収納室２３内の複数の無機粉末粒子は焼結されてネッキングし、複数のネック３２が形成される。以上の工程により、各収納室２３内に焼結部材３が形成される。焼結工程中において、焼結部材３は凝固部材２の各凝固壁２１及び２２に結合する。
【００６９】
ネック３２の数及び成長は、加熱時間及び／又は加熱温度に応じて調整できる。加熱時間が長ければ、ネック３２は多数発生し、各ネック３２は太る。そのため、加熱時間が長いほど、焼結部材３内のネック３２は太り、無機粉末粒子３１とネック３２とが棒状又は板状に一体化する。同様に、加熱温度が高ければ、各ネック３２は太り、無機粉末粒子３１とネック３２とが棒状又は板状に一体化する。この場合であっても、焼結部材３内には複数の隙間３３が形成される。
【００７０】
図１５及び図１６は上述の製造方法により製造された焼結部材３のＳＥＭ画像である。これらのＳＥＭ画像は以下の方法により得られた。無機粉末粒子３１として、ＪＩＳ  Ｔ７４０１−２：２００２に規定されるチタン  ６−アルミニウム  ４−バナジウム合金を使用した。使用された粉末粒子の粒径は４５μｍ〜１００μｍであり、平均粒径は６５μｍであった。上述の造形工程（Ｓ１００）により、図２に示す形状の凝固部材２を形成した。形成された凝固部材２内には、図１４に示すように、複数の無機粉末粒子３１が収納された。
【００７１】
続いて、焼結工程（Ｓ２００）を実施した。具体的には、複数の無機粉末粒子３１が収納された凝固部材２を焼結炉に入れた。そして凝固部材２を９２０℃の焼結温度で１００時間加熱し、衝撃吸収構造体１を製造した。製造された衝撃吸収構造体の断面をＳＥＭ観察し、図１５及び図１６のＳＥＭ画像を得た。
【００７２】
図１５を参照して、焼結部材３は、複数の無機粉末粒子３１と、複数のネック３２とを含んだ。複数のネック３２は、隣り合う無機粉末粒子３１の間に形成された。図１６を参照して、ネック３２はさらに、凝固壁２１と無機粉末粒子３１との間にも形成された。つまり、焼結部材３はネック３２により、凝固部材２と結合された。また、複数の無機粉末粒子３１の間には、複数の隙間３３が形成された。なお、焼結部材３の気孔率は、５９．８％であった。
【００７３】
図１７及び図１８は、焼結炉における加熱時間を１０００時間にして得られた衝撃吸収構造体１のＳＥＭ画像である。図１７及び図１８で得られた衝撃吸収構造体１は、焼結炉における加熱時間以外は図１５及び図１６と同じ条件で製造された。図１７及び図１８を参照して、焼結炉における加熱時間が長くなるほど、複数のネック３２が形成され、かつ、各ネック３２が成長した。
【００７４】
以上の製造方法により製造される衝撃吸収構造体１の特徴について、以下に説明する。
【００７５】
［衝撃吸収構造体１の特徴］
衝撃吸収構造体１は、凝固部材２と焼結部材３との複合構造体であり、優れた衝撃吸収性を有する。さらに、上述の製造方法により、製造される衝撃吸収構造体１のヤング率や降伏応力を制御することができる。
【００７６】
図１９は、種々の構造体の応力−歪み曲線を示す図である。図１９に示す複数の曲線Ｃ１〜Ｃ４は、以下の方法により得られた。
【００７７】
表１に示す４種類の圧縮試験体を準備した。
【表１】
2011136083.tif 000003
【００７８】
表１を参照して、試験体１は、図２に示す凝固部材２と同じ構成であり、各収納室２３内には、無機粉末粒子３１が収納されなかった。試験体２は、図１４に示す凝固部材２と同じ構成であり、各収納室２３内に複数の無機粉末粒子３１が充填された。ただし、複数の無機粉末粒子３１は、溶解も焼結もしていなかった。
【００７９】
試験体３及び試験体４は衝撃吸収構造体１と同じ構成を有し、凝固部材２内に複数の焼結部材３が収納されていた。試験体３及び４はいずれも上述の製造方法により製造された。
【００８０】
各試験体１〜４の凝固部材はいずれも、約１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの立方体であった。各凝固壁２１及び２２の厚さは０．４〜０．６ｍｍであり、隣り合う凝固壁２１及び２２の間の距離Ｗ（図２参照）は、いずれも２．５ｍｍであった。
【００８１】
試験体１〜試験体４の凝固部材２と焼結部材３の原料はいずれも、ＪＩＳ  Ｔ−７４０１−２：２００２に規定されるチタン  ６−アルミニウム  ４−バナジウム合金からなる無機粉末粒子であった。試験体３及び試験体４の焼結温度はともに９２０℃であった。しかしながら、試験体３の加熱時間は１００時間であったのに対して、試験体４の加熱時間は１０００時間であった。
【００８２】
準備された試験体１〜４を用いて、ＪＩＳ  Ｈ７９０２：２００８に基づいて圧縮試験を行った。具体的には、インストロン型圧縮試験機を用いて、常温（２５℃）の大気中において圧縮試験を実行し、図１９に示す応力−歪み曲線を得た。このとき、各試験体１〜４の凝固壁２１の延在方向（図１中の上下方向）を圧縮方向とした。
【００８３】
図１９を参照して、図中の縦軸は応力（ＭＰａ）、横軸は歪み（％）を示す。曲線Ｃ１は試験体１の応力−歪み曲線である。同様に、曲線Ｃ２は試験体２、曲線Ｃ３は試験体３、曲線Ｃ４は試験体４の応力−歪み曲線である。符号Ｃ１〜Ｃ４に記載されたＥ値は、各試験体１〜４のヤング率である。
【００８４】
図１９を参照して、試験体１（曲線Ｃ１）及び試験体２（曲線Ｃ２）は、塑性変形したものの、２０％未満のひずみで破断した。これに対して、試験体３（曲線Ｃ３）及び４（曲線Ｃ４）では８０％以上の歪みが生じても破断しなかった。さらに、曲線Ｃ３及びＣ４では、歪みが増加しても応力がほぼ一定となるプラトー領域Ｐ１００を有した。
【００８５】
プラトー領域Ｐ１００では、応力の上昇が抑制される。つまり、プラトー領域を有する試験体３及び試験体４は、塑性変形途中で急激に応力が上昇することなく衝撃吸収エネルギを吸収することができる。したがって、衝撃吸収構造体１は優れた衝撃吸収性を有する。
【００８６】
このような衝撃吸収性は、以下の理由によるものと推定される。弾性変形時、主として凝固部材２が圧縮応力を受ける。しかしながら、降伏点以降、凝固部材２が塑性変形を開始する。このとき、複数のネック３２及びネック３２周囲の無機粉末粒子３１が、歪みの増大とともに順次塑性変形する。つまり、凝固部材２、ネック３２及びネック３２周囲の無機粉末粒子３１が塑性変形するため、衝撃吸収構造体１は破断することなく、塑性変形し続ける。さらに、凝固部材２とともにネック３２や無機粉末粒子３１が塑性変形すると、隙間３３が徐々に狭められるものの、隙間３３の存在により急速な緻密化は抑制される。そのため、応力が急速に上昇することなく、所定の応力値を保ちながら塑性変形が進行する。塑性変形による焼結部材３の緻密化はゆっくりと進行する。そして、隙間３３が実質的になくなる程度の大きな歪みまで、プラトー領域は保たれる。
【００８７】
以上のメカニズムにより、衝撃吸収構造体１の応力−歪み曲線では、期間の長いプラトー領域が発生し、衝撃吸収構造体１が衝撃吸収性を有するものと推定される。
【００８８】
衝撃吸収構造体１はさらに、焼結温度や焼結時間を調整することにより、衝撃吸収構造体１のヤング率（いわゆる、見かけのヤング率）や降伏応力、衝撃吸収エネルギが調整される。
【００８９】
図１９を参照して、試験体４は試験体３よりも焼結処理における加熱時間が長かった。そのため、試験体４の降伏応力及びヤング率は、試験体３の降伏応力及びヤング率よりも大きかった。さらに、曲線Ｃ３及びＣ４を比較して、試験体４の衝撃吸収エネルギは、試験体３よりも大きかった。加熱時間が長かったため、複数のネック３２が形成され、かつ、各ネック３２が成長したためと推定される。
【００９０】
つまり、焼結処理における加熱時間に基づいて、衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギを調整できる。上述のとおり、加熱時間が長ければ、ネック３２は多数発生し、各ネックは成長して太る。そのため、焼結部材３内の無機粉末粒子３１間の結合が、より強固になる。ネック３２の数及び成長を調整することにより、ヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギが調整される。
【００９１】
図２０は、衝撃吸収構造体１に対する焼結温度の影響を示す応力−歪み曲線である。図２０の応力−歪み曲線のうち、曲線Ｃ５は、以下の方法で得られた。新たに試験体５を準備した。試験体５は試験体３と比較して、焼結温度が高かった。具体的には、焼結温度が１０２０℃であった。その他の製造条件は試験体３と同じであった。
【００９２】
図２０中の曲線Ｃ５及び曲線Ｃ３を比較して、試験体５の降伏応力は、試験体３よりも高かった。また、曲線Ｃ５に基づいて求められた試験体５のヤング率は４５ＧＰａであり、試験体３よりも高かった。さらに、試験体５の衝撃吸収エネルギは、試験体３よりも大きかった。焼結温度が高かったため、ネック３２の形成及び成長が促進されたためと推定される。
【００９３】
以上より、焼結処理における焼結温度及び加熱時間を調整することにより、衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギを調整できる。より具体的には、応力−歪み曲線の形状を変化させることができ、プラトー領域の期間を調整したり、所定の歪み量に対応する衝撃吸収エネルギ量を調整できる。
【００９４】
さらに、互いに対向する凝固壁２１及び２２の間の距離Ｗ、つまり、収納室２３の幅を調整すれば、衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギを調整できる。
【００９５】
図２１は、収納室２３の幅（＝距離Ｗ）の異なる複数の衝撃吸収構造体１の応力−歪み曲線である。図２１中の曲線Ｃ６及び曲線Ｃ７は、以下の方法により得られた。試験体６及び試験体７を準備した。試験体６内の距離Ｗは１０ｍｍであり、試験体４の距離Ｗ（＝２．５ｍｍ）よりも大きかった。一方、試験体７内の距離Ｗは１ｍｍであり、試験体４の距離Ｗよりも小さかった。試験体６及び試験体７のその他の製造条件及び圧縮試験方法は、試験体４と同じであった。得られた曲線Ｃ６及び曲線Ｃ７に基づいて、試験体６及び試験体７のヤング率を求めた。試験体６のヤング率は１５ＧＰａであり、試験体７のヤング率は４０ＧＰａであった。
【００９６】
図２１中の曲線Ｃ４、Ｃ６及びＣ７を参照して、いずれの曲線でもプラトー領域Ｐ１００が存在した。したがって、試験体４、６及び７はいずれも、衝撃吸収性を有した。また、試験体６は、試験体４よりも大きい距離Ｗを有していたため、試験体４よりも小さいヤング率を有し、試験体４よりも小さい衝撃吸収エネルギを有した。一方、試験体７は、試験体４よりも小さい距離Ｗを有したため、試験体４よりも大きいヤング率を有し、試験体４よりも大きい衝撃吸収エネルギを有した。
【００９７】
以上より、焼結温度、加熱時間、凝固壁間の距離Ｗといった条件を調整することにより、衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギを調整することができる。これらの条件は、上述の製造方法により調整することができる。そのため、本実施の形態による製造方法は、製造される衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギを容易に調整できる。
【００９８】
［衝撃吸収構造体の用途］
上述のとおり、衝撃吸収構造体１は、プラトー領域を含む応力−歪み曲線を有する。そして、製造条件を調整することにより、ヤング率や降伏応力、衝撃吸収エネルギを調整できる。そのため、衝撃吸収性が求められる種々の用途に利用できる。
【００９９】
［医用インプラント］
本実施の形態による衝撃吸収構造体はたとえば、医用インプラントとして利用できる。図２２及び図２３は、人工股関節インプラントとして利用される衝撃吸収構造体の斜視図である。図２２及び図２３を参照して、衝撃吸収構造体１００及び１１０はたとえば、大腿骨内に挿入され、使用される。衝撃吸収構造体１００及び１１０は、衝撃吸収構造体１と同様に、凝固部材２と焼結部材３とを備える。凝固部材２は、長手方向を有する筒状の凝固筐体２０（いわゆるステム部に相当）と、凝固筐体２０内部に配置される複数の凝固壁２１とを備える。図２２中の凝固壁２１は、凝固筐体２０の長手方向に延び、凝固筐体２０の幅方向に配列される。各凝固壁２１の端は、他の凝固壁２１又は凝固筐体２０と結合される。図２３中の凝固壁２１は、凝固筐体２０の長手方向に延びる第１の凝固壁２１１と、凝固筐体２０の幅方向（図中の水平方向）に延びる第２の凝固壁２１２とを含む。各凝固壁２１の端は、他の凝固壁２１又は凝固筐体２０と結合される。
【０１００】
図２２及び図２３の凝固筐体２０はさらに、複数の凝固壁２１で区画された複数の収納室２３を有する。各収納室２３には、焼結部材３が収納される。焼結部材３は、複数のネック３２により、各焼結部材３と対向して配置される複数の凝固壁２１と結合される。
【０１０１】
衝撃吸収構造体１００及び１１０は衝撃吸収構造体１と同じく、無機物からなる。好ましくは、凝固部材２及び焼結部材３は、同じ化学組成を有する。好ましくは、無機粉末粒子３１は金属からなる。さらに好ましくは、凝固部材２及び焼結部材３は、チタン又はチタン合金からなる。ここで、チタン合金とは、チタンを５０質量％以上含有する合金である。
【０１０２】
さらに好ましくは、衝撃吸収構造体１００及び１１０を形成する無機粉末粒子３１は、ＪＩＳ  Ｔ７４０１に規定されるチタン又はチタン合金からなる。より具体的には、凝固部材２及び焼結部材３はたとえば、ＪＩＳ  Ｔ７４０１−２：２００２に規定されるチタン  ６−アルミニウム  ４−バナジウム合金、又は、ＪＩＳ  Ｔ７０４１−４：２００９に規定されるチタン  １５−ジルコニウム  ４−ニオブ  ４−タンタル合金からなる。
【０１０３】
衝撃吸収構造体１００及び１１０は、衝撃吸収構造体１と同じ製造方法で製造される。造形工程（Ｓ１００）により凝固部材２を製造するため、凝固部材２は種々の形状に製造できる。より具体的には、凝固筐体２０を所望の３次元形状に製造できるし、凝固筐体２０内の複数の凝固壁２１も所望の形状に製造でき、所望の位置に配置することができる。
【０１０４】
好ましくは、衝撃吸収構造体１００及び１１０は１０ＧＰａ〜５０ＧＰａのヤング率を有する。この場合、衝撃吸収構造体１００及び１１０は、骨のヤング率（１０ＧＰａ〜３０ＧＰａ）と同じまたは骨のヤング率に近いヤング率を有することができる。そのため、衝撃吸収構造体１００は、骨と近似した力学特性を有することができる。上述のとおり、積層造形法を用いれば、造形工程（Ｓ１００）において、凝固壁２１の厚さや隣り合う凝固壁２１間の距離Ｗを調整でき、衝撃吸収構造体１００及び１１０のヤング率を調整できる。さらに、焼結工程（Ｓ２００）における焼結温度及び加熱時間を調整すれば、衝撃吸収構造体１００及び１１０のヤング率を調整できる。したがって、これらの製造条件を調整することにより、衝撃吸収構造体１００及び１１０のヤング率を１０ＧＰａ〜５０ＧＰａにすることができる。好ましくは、衝撃吸収構造体のヤング率は３０〜５０ＧＰａである。
【０１０５】
以上のとおり、本実施の形態による衝撃吸収構造体は、骨と近似したヤング率を有することができる。さらに、図１９〜図２１に示すとおり、衝撃吸収構造体の圧縮応力−圧縮歪み曲線はプラトー領域を有するため、衝撃吸収構造体は衝撃吸収性も有する。そのため、本実施の形態による衝撃吸収構造体は、医用インプラントとしての使用に適する。
【０１０６】
［移動体への利用］
本実施の形態による衝撃吸収構造体はさらに、自動車や航空機、船舶、鉄道等の移動体にも利用できる。上述のとおり、衝撃吸収構造体１のヤング率、降伏応力及び衝撃吸収エネルギは造形工程（Ｓ１００）及び焼結工程（Ｓ２００）の製造条件に基づいて、適宜調整できる。そのため、衝撃吸収構造体は、利用される移動体の種類に応じたヤング率及び降伏応力を有し、かつ、プラトー領域を含む応力−歪み曲線を有することができる。衝撃吸収構造体内の焼結部材は隙間３３を有するため、衝撃吸収構造体は中実材よりも軽い。
【０１０７】
［第２の実施の形態］
衝撃吸収構造体は、図１や図２２、図２３に示す構成に限定されない。図２４は第２の実施の形態による衝撃吸収構造体１５０の斜視図である、図２５は図２４中のＸＸＶ−ＸＸＶ線での断面図である。図２４及び図２５を参照して、衝撃吸収構造体１５０は、衝撃吸収構造体１及び１００と同様に、凝固部材２と焼結部材３とを備える。凝固部材２は棒状であり、中実（Solid）である。焼結部材３は、凝固部材２の軸まわりに配置される。つまり、焼結部材３は、筒体状であって、内部に凝固部材２が挿入される。焼結部材３は、凝固部材２と結合される。
【０１０８】
衝撃吸収構造体１５０の製造方法の一例を以下に説明する。図２６は、衝撃吸収構造体１５０の製造方法の一例を示すフロー図である。図２６の製造方法は、図６の製造方法と比較して、新たにステップＳ２０１とステップＳ８０１とを含む。また、図２６の製造方法は図６中のステップＳ２００の焼結工程を含まない。図２６中のその他のステップは、図６と同じである。
【０１０９】
第１の実施の形態による製造方法は、造形工程（Ｓ１００）と焼結工程（Ｓ２００）とを含む。これに対して、本実施の形態による製造方法は、焼結工程（Ｓ２００）を含まない。つまり、本実施の形態による製造方法は、積層造形装置５０内で凝固部材２と焼結部材３とを製造する。
【０１１０】
具体的には、積層造形装置５０は、複数の凝固部ＳＯ１〜ＳＯｎｍａｘを形成するとともに、複数の焼結部ＳＩ１〜ＳＩｎｍａｘを形成する。焼結部ＳＩｎは凝固部ＳＯｎと同じ粉末層３５で形成される。つまり、積層造形装置５０は、新たな粉末層３５が形成されたとき、新たな粉末層３５に、凝固部ＳＯｎ及び焼結部ＳＩｎを含む衝撃吸収部Ｕｎを形成する。複数の衝撃吸収部Ｕ１〜Ｕｎｍａｘが積層されると、衝撃吸収構造体１５０が完成する。このとき、凝固部材２は、複数の凝固部ＳＯ１〜ＳＯｎｍａｘで構成され、焼結部材３は、複数の焼結部ＳＩ１〜ＳＩｎｍａｘで構成される。以下、本実施の形態による製造方法を詳述する。
【０１１１】
図２６を参照して、初めに、制御装置６０は、衝撃吸収構造体１５０の３次元形状データを作成する（Ｓ１）。作成された３次元形状データは、凝固部材２の形状データと、焼結部材３の形状データとを含む。
【０１１２】
次に、制御装置６０は、３次元形状データに基づいて、凝固部材２を形成する複数の凝固部ＳＯ１〜ＳＯｎｍａｘの加工条件データを作成する（Ｓ２）。制御装置６０はさらに、焼結部材３を形成する複数の焼結部ＳＩ１〜ＳＩｎｍａｘの加工条件データを作成する（Ｓ２０１）。制御装置６０は、３次元データに基づいて、第ｎ層における焼結部材３の断面形状データを作成する。続いて、制御装置６０は、断面形状データに基づいて、加工条件データを作成する。加工条件データの設定方法は、ステップＳ２と同じである。ただし、焼結部ＳＩｎを形成するときの電子ビーム５１０のフルエンスは、凝固部ＳＯｎを形成するときの電子ビーム５１０のフルエンスよりも小さくする。無機粉末粒子３１を溶解させずに焼結させるためである。
【０１１３】
ステップＳ２０１で作製された焼結部ＳＩｎの加工条件データは、制御装置６０内のメモリに格納される。
【０１１４】
続いて、制御装置６０は、ステップＳ３〜ステップＳ５の動作を実行し、さらに、粉末層３５を形成する（ステップＳ６：積層工程）。そして、制御装置６０は、第１層の衝撃吸収部Ｕ１を形成する（Ｓ７、Ｓ８及びＳ８０１：形成工程）。
【０１１５】
制御装置６０はまず、粉末層３５を予熱する（Ｓ７）。続いて、制御装置６０は、凝固部ＳＯ１の加工条件データをメモリから読み出し、凝固部ＳＯ１を形成する（Ｓ８）。続いて、制御装置６０は、焼結部ＳＩ１の加工条件データをメモリから読み出し、焼結部ＳＩ１を形成する（Ｓ８０１）。
【０１１６】
焼結部ＳＩ１は次のとおりに製造される。制御装置６０は、加工条件データに基づいて、電子ビーム５１０を制御する。制御装置６０は、加工条件データ内の領域条件に基づいて調整装置５２を制御して、粉末層３５の所定の領域に電子ビーム５１０を照射する。このとき、制御装置６０は、加工条件データ内のフルエンス条件に基づいて、ステップＳ８で照射される電子ビームよりも低いフルエンスを有する電子ビームを照射する。電子ビーム５１０が照射された領域内の複数の無機粉末粒子は、融点未満の温度に上昇し、焼結される。その結果、焼結部ＳＩ１が形成される。焼結時、焼結部ＳＩ１は、隣接する凝固部ＳＯ１に結合される。
【０１１７】
以上の造形工程により、粉末層３５に衝撃吸収部Ｕ１が形成される。以降、制御装置６０は、第ｎｍａｘ層の衝撃吸収部Ｕｎｍａｘが形成されるまで（Ｓ９）、積層工程（Ｓ６）と形成工程（Ｓ７、Ｓ８及びＳ８０１）とを繰り返す。第ｎｍａｘ層の衝撃吸収部Ｕｎｍａｘが形成されたとき（Ｓ９でＹＥＳ）、衝撃吸収構造体１５０が完成する。完成された衝撃吸収構造体１５０は、粉末層３５から取り出される（Ｓ１２）。
【０１１８】
なお、図２６ではステップＳ８を先に実行し、その後ステップＳ８０１を実行しているが、ステップＳ８０１を先に実行し、ステップＳ８を後に実行してもよい。
【０１１９】
以上の製造方法により製造された衝撃吸収構造体１５０は、衝撃吸収構造体１と同様に、優れた衝撃吸収性を備える。
【０１２０】
図２７は、衝撃吸収構造体１５０の応力−歪み曲線を示す図である。図２７は、以下の方法により得られた。試験体８と試験体９とを準備した。試験体８及び９の形状は、５ｍｍ×５ｍｍ×８ｍｍの直方体であった。試験体８の凝固部材２の形状は、１ｍｍ×１ｍｍ×８ｍｍの直方体であり、試験体８の中心に配置された。
【０１２１】
試験体８は、図２６に示す製造方法により製造された。試験体８は、図２４及び図２５に示す構成を有し、衝撃吸収構造体１５０に対応した。一方、試験体９は、無機粉末粒子を冷間プレスにより押し固めて製造された。試験体８及び試験体９ともに、原料となる無機粉末粒子は、ＪＩＳ  Ｔ７４０１−２：２００２に規定されるチタン  ６−アルミニウム  ４−バナジウム合金であった。
【０１２２】
製造された試験体８及び９に対して、試験体１〜７と同じ方法で圧縮試験を実施し、図２７に示す応力−歪み曲線を得た。
【０１２３】
図２７を参照して、曲線Ｃ８が試験体８の応力−歪み曲線であり、曲線Ｃが試験体９の応力−歪み曲線である。試験体８のヤング率を図２７に示す。試験体９は、無機粉末粒子を押し固めたのみであるため、非常に低い応力で降伏し、衝撃吸収性を示さなかった。一方、試験体８は、試験体９よりもヤング率Ｅ及び降伏応力が高かった。ただし、ヤング率は１０ＧＰａであり、骨のヤング率に近い値を示した。さらに、曲線Ｃ８はプラトー領域Ｐ１００を有した。したがって、ステップＳ８０１を実施して凝固部材３を形成することにより、低ヤング率及び衝撃吸収性が得られた。
【０１２４】
以上の結果から、衝撃吸収構造体１５０は、衝撃吸収構造体１と同様に、衝撃吸収性を有する。また、衝撃吸収構造体１５０は、軽量であり、かつ、低ヤング率を有することができ、医用インプラントに適する。
【０１２５】
上述の第１及び第２の実施の形態による衝撃吸収構造体の形状は、図１、図２２〜図２５に限定されない。図２８に衝撃吸収構造体の他の一例を示す。図２８を参照して、衝撃吸収構造体１６０の凝固部材２は、互いに対向して配置される２枚の凝固壁２５０と、２枚の凝固壁２５０の間に配置される複数の凝固壁２５１とを含む。そして、凝固壁２５０と２５１には、複数の凝固部材３が収納される。以上のような形状の衝撃吸収構造体１６０は、図２６に示す製造方法により製造できる。
【０１２６】
衝撃吸収構造体の凝固部材２の形状はさらに、図２４及び図２５に示す棒状であってもよいし、１枚の板状であってもよい。凝固部材２はさらに、複数の棒が組み合わさったフレーム状であってもよいし、格子状であってもよい。凝固部材２はさらに、球体状であってもよい。要するに、本実施の形態による衝撃吸収構造体は、形状が特に限定されない凝固部材２と、凝固部材２に結合する燒結部材３とを含んでいればよい。これらの衝撃吸収構造体は、図２６に示す製造方法により製造できる。
【０１２７】
なお、衝撃吸収構造体１、１００及び１１０は、図２６に示す製造方法でも製造できる。
【０１２８】
図１や図２２、図２３に示すように、凝固部材２が凝固筐体２０を含む場合、凝固筐体２０の形状は特に限定されない。凝固筐体２０は図１に示すように直方体であってもよいし、図２２や図２３に示すように、曲面を有してもよい。凝固筐体２０は、積層造形法により形成されるため、形状は特に限定されない。
【０１２９】
凝固筐体２０はさらに、完全に密閉されていなくてもよい。たとえば、凝固筐体２０の外壁に相当する凝固壁２２に１又は複数の貫通孔が形成されていてもよい。また、凝固筐体２０の内壁に相当する凝固壁２１に貫通孔が形成されてもよい。各凝固壁２１及び２２は、複数の棒が組み合わさった格子状であってもよい。
【０１３０】
上述の第１及び第２の実施の形態による製造方法では、電子ビーム５１０により無機粉末粒子３１を溶解して凝固部材２を製造する。しかしながら、電子ビーム５１０に代えて、ＣＯ２レーザや、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等のレーザビームにより無機粉末粒子３１を溶解してもよい。要するに、無機粉末粒子３１はビームにより溶解され、凝固部材２が形成される。
【０１３１】
また、上述の第２の実施の形態による製造方法（図２６）では、ステップＳ８よりも前にステップＳ８０１を実施し、ステップＳ８０１の後、ステップＳ８を実施してもよい。つまり、先に焼結部を形成し、その後凝固部を形成してもよい。この場合、焼結部材３は、処決部材３及び／又は凝固部材２の一部が溶解することにより、凝固部材２と結合する。
【０１３２】
第１及び第２の実施の形態で使用される複数の無機粉末粒子３１は、化学組成の異なる複数種類の無機粉末粒子が混合されていてもよいし、互いに同じ化学組成を有してもよい。
【０１３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明による衝撃吸収構造体は、衝撃吸収性が要求される分野に利用可能である。特に、自動車や航空機、船舶、鉄道等の移動体や、医用インプラントに利用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１，１００，１１０，１５０，１６０  衝撃吸収構造体
２  凝固部材
３  焼結部材
２０  凝固筐体
２１，２１０，２１１，２１２，２２０，２５０  凝固壁
２３  収納室
３１  無機粉末粒子
３２  ネック
３３  隙間
３５  粉末層
５０  積層造形装置
ＳＩｎ  焼結部
ＳＯｎ  凝固部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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