(57)【要約】      （修正有）【課題】体積の低減と、剛性の低下の抑制との両立を図ることができる三次元構造部品の提供。【解決手段】基部２，４と、前記基部と一体に設けられ、立体的な格子構造を有するラティス構造部３とを備えている三次元構造部品１。ラティス構造部３は、第１の仮想的な面に設けられた第１の要素と、前記第１の仮想的な面に前記第１の要素と一体に設けられ、前記第１の要素と交差する第２の要素とを有する。【選択図】図１
2015093461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部と一体に設けられ、立体的な格子構造を有するラティス構造部と、
を備えた三次元構造部品。
【請求項２】
前記ラティス構造部は、
第１の仮想的な面に設けられた第１の要素と、
前記第１の仮想的な面に前記第１の要素と一体に設けられ、前記第１の要素と交差する第２の要素と、
を有する請求項１記載の三次元構造部品。
【請求項３】
前記ラティス構造部は、
前記第１の仮想的な面と交差する第２の仮想的な面に設けられた第３の要素と、
前記第２の仮想的な面に前記第３の要素と一体に設けられ、前記第３の要素と交差する第４の要素と、
を有する請求項２記載の三次元構造部品。
【請求項４】
前記ラティス構造部は、
前記第１の仮想的な面と平行、かつ、前記第２の仮想的な面と交差する第３の仮想的な面に設けられた第５の要素と、
前記第３の仮想的な面に前記第５の要素と一体に設けられ、前記第５の要素と交差する第６の要素と、
を有する請求項３記載の三次元構造部品。
【請求項５】
前記ラティス構造部は、
前記第２の仮想的な面と平行、かつ、前記第１の仮想的な面および前記第３の仮想的な面と交差する第４の仮想的な面に設けられた第７の要素と、
前記第４の仮想的な面に前記第７の要素と一体に設けられ、前記第７の要素と交差する第８の要素と、
を有する請求項４記載の三次元構造部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、三次元構造部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置に設けられる部品や、製造工程において用いられる治具などの三次元構造部品は、切削加工法などの機械加工法を用いて製造されている。  
ここで、三次元構造部品には軽量化が望まれている。  
また、三次元構造部品が、加熱工程や冷却工程などの熱工程で用いられる治具などの場合には、熱容量を小さくして昇温時間または降温時間を短くすることが望まれている。  
そこで、切削加工法などを用いて、いわゆる「肉盗み」（肉抜きなどとも称される）と称される凹部の形成を行うようにしている。  
しかしながら、「肉盗み」により体積の低減を図るのには限界がある。また、「肉盗み」により体積の低減を図ると、必要な剛性が得られなくなるおそれがある。  
そのため、体積の低減と、剛性の低下の抑制を図ることができる三次元構造部品の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５３６７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、体積の低減と、剛性の低下の抑制を図ることができる三次元構造部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る三次元構造部品は、基部と、前記基部と一体に設けられ、立体的な格子構造を有するラティス構造部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係る三次元構造部品１を例示するための模式斜視図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係る三次元構造部品１を例示するための模式斜視図である。  
図２は、図１におけるＡ部の拡大図である。
【０００８】
図１に示すように、三次元構造部品１は、第１の基部２、ラティス（Lattice）構造部３、および第２の基部４を有している。  
第１の基部２、ラティス構造部３、および第２の基部４を別々に形成し、これらを接合して三次元構造部品１を形成することもできる。  
そのため、本実施の形態に係る三次元構造部品１は、第１の基部２、ラティス構造部３、および第２の基部４を一体に形成したものとされている。
【０００９】
第１の基部２、ラティス構造部３、および第２の基部４の材料、すなわち、三次元構造部品１の材料には特に限定がなく、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。
例えば、三次元構造部品１が所定の剛性を必要とする機械部品である場合には、三次元構造部品１の材料は金属などとすることができる。  
この場合、三次元構造部品１が加熱工程や冷却工程などの熱工程で用いられる治具などの場合には、三次元構造部品１の材料は、耐熱性を有し、熱伝導率の高い材料とすることが好ましい。三次元構造部品１が熱工程で用いられる治具などの場合には、例えば、三次元構造部品１の材料は金属とすることができる。
【００１０】
第１の基部２および第２の基部４は、板状を呈したものとすることができる。  
図１においては、帯板状の第１の基部２および第２の基部４を例示したが、第１の基部２および第２の基部４の形態はこれに限定されるわけではない。  
第１の基部２および第２の基部４の形態は、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。  
例えば、平面視における第１の基部２および第２の基部４の形態を環状としたり、第１の基部２および第２の基部４の形態を曲面を有するものとしたり、第１の基部２および第２の基部４の形態を凹凸部や孔などを有するものとしたりすることもできる。  
また、第１の基部２の形態と第２の基部４の形態が同じであってもよいし、第１の基部２の形態と第２の基部４の形態が異なっていてもよい。  
例えば、平面視における第１の基部２の形態が多角形や円形となっており、平面視における第２の基部４の形態が第１の基部２の周縁に沿った環状となっていてもよい。
【００１１】
ラティス構造部３は、第１の基部２と第２の基部４の間に設けられている。  
図１および図２に示すように、ラティス構造部３は、立体的な格子構造を有する。  
ラティス構造部３は、第１の仮想的な面１００ａに要素３ａ１（第１の要素の一例に相当する）および要素３ｂ１（第２の要素の一例に相当する）を有している。  
要素３ａ１および要素３ｂ１は、円柱状などの柱状を呈し、互いに交わるように傾斜させて設けられている。  
また、要素３ａ１および要素３ｂ１の形態は、断面積が一定の柱状であってもよいし、断面積が変化する柱状であってもよい。  
なお、要素３ａ１および要素３ｂ１の形態は、柱状に限定されるわけではなく、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。  
また、要素３ａ１および要素３ｂ１は、互いに交わる位置が一体となるように設けられている。
【００１２】
要素３ａ１および要素３ｂ１の断面寸法、長さ、角度θａ、および角度θｂは、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。  
例えば、三次元構造部品１が所定の剛性を必要とする機械部品である場合には、所定の剛性が得られるように要素３ａ１および要素３ｂ１の断面寸法や長さなどを適宜設定することができる。  
この場合、三次元構造部品１が加熱工程や冷却工程などの熱工程で用いられる治具などの場合には、熱応力や熱歪みなどをも考慮して、要素３ａ１および要素３ｂ１の断面寸法や長さなどを適宜設定することができる。
【００１３】
また、ラティス構造部３は、第２の仮想的な面１１０ａにも要素３ａ２（第３の要素の一例に相当する）および要素３ｂ２（第４の要素の一例に相当する）を有している。  
例えば、第２の仮想的な面１１０ａは、第１の仮想的な面１００ａと直交する面とすることができる。  
そして、第２の仮想的な面１１０ａに設けられた要素３ａ２の一方の端部と、第１の仮想的な面１００ａに設けられた要素３ｂ１の一方の端部とが交わっている。  
また、第２の仮想的な面１１０ａに設けられた要素３ａ２の一方の端部と、後述する第３の仮想的な面１００ｂに設けられた要素３ｂ３の一方の端部とが交わっれている。  
また、第２の仮想的な面１１０ａに設けられた要素３ｂ２の一方の端部と、第１の仮想的な面１００ａに設けられた要素３ａ１の一方の端部とが交わっている。  
また、第２の仮想的な面１１０ａに設けられた要素３ｂ２の一方の端部と、後述する第３の仮想的な面１００ｂに設けられた要素３ａ３の一方の端部とが交わっている。  
なお、図１および図２に例示をした要素３ａ２および要素３ｂ２は、前述した要素３ａ１および要素３ｂ１と同じ形態を有している。
【００１４】
また、ラティス構造部３は、第３の仮想的な面１００ｂにも要素３ａ３（第５の要素の一例に相当する）および要素３ｂ３（第６の要素の一例に相当する）を有している。  
例えば、第３の仮想的な面１００ｂは、第１の仮想的な面１００ａと平行、かつ、第２の仮想的な面１１０ａと直交する面とすることができる。  
そして、第３の仮想的な面１００ｂに設けられた要素３ａ３の一方の端部と、後述する第４の仮想的な面１１０ｂに設けられた要素３ｂ４（第８の要素の一例に相当する）の一方の端部とが交わっている。  
また、第３の仮想的な面１００ｂに設けられた要素３ｂ３の一方の端部と、後述する第４の仮想的な面１１０ｂに設けられた要素３ａ４（第７の要素の一例に相当する）の一方の端部とが交わっている。  
なお、図１および図２に例示をした要素３ａ３および要素３ｂ３は、前述した要素３ａ１および要素３ｂ１と同じ形態を有している。
【００１５】
また、ラティス構造部３は、第４の仮想的な面１１０ｂにも要素３ａ４および要素３ｂ４を有している。  
例えば、第４の仮想的な面１１０ｂは、第２の仮想的な面１１０ａと平行、かつ、第１の仮想的な面１００ａおよび第３の仮想的な面１００ｂと直交する面とすることができる。
そして、第４の仮想的な面１１０ｂに設けられた要素３ａ４の一方の端部と、第１の仮想的な面１００ａに設けられた要素３ｂ１の一方の端部とが交わっている。  
また、第４の仮想的な面１１０ｂに設けられた要素３ｂ４の一方の端部と、第１の仮想的な面１００ａに設けられた要素３ａ１の一方の端部とが交わっている。  
なお、図１および図２に例示をした要素３ａ４および要素３ｂ４は、前述した要素３ａ１および要素３ｂ１と同じ形態を有している。
【００１６】
なお、ラティス構造部３の形態は、例示をしたものに限定されるわけではない。  
例えば、仮想的な面と、他の仮想的な面とが直交する場合を例示したが、仮想的な面と、他の仮想的な面とがなす角度は９０°でなくてもよい。すなわち、仮想的な面と、他の仮想的な面とが交差するものであればよい。
【００１７】
また、ラティス構造部３は、１つの仮想的な面に設けられた要素と、この仮想的な面に平行または交差する少なくとも１つの仮想的な面に設けられた要素とが設けられたものであればよい。  
この場合、１つの仮想的な面に設けられた要素と、他の仮想的な面に設けられた要素とが直接交わっていてもよいし、一定の間隔が設けられていてもよい。  
また、各仮想的な面に設けられる各要素の形態が異なるものとなっていてもよい。
【００１８】
また、ラティス構造部３は、図２に示すように１つの要素に対して１つの他の要素が交差するように設けられたものであってもよいし、図１に示すように１つの要素に対して複数の他の要素が交差するように設けられたものであってもよい。この場合、１つの要素と交差する他の要素の数は、図１に例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００１９】
以上に説明したラティス構造部３の形態は、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。  
例えば、三次元構造部品１に要求される重量、剛性、熱応力、熱歪みなどを考慮して適宜変更することができる。
【００２０】
また、図１においては、第１の基部２、ラティス構造部３、および第２の基部４が設けられた三次元構造部品１を例示したが、これに限定されるわけではない。  
例えば、三次元構造部品１は、第１の基部２および第２の基部４の少なくともいずれかと、ラティス構造部３とが設けられたものとすることができる。
【００２１】
また、図１においては、ラティス構造部３が第１の基部２と第２の基部４との間に設けられた場合、すなわち、ラティス構造部３が一層に設けられた場合を例示したが、これに限定されるわけではない。  
例えば、第２の基部４の上方にさらにラティス構造部３を設けたり、第１の基部２の下方にさらにラティス構造部３を設けたりすることもできる。  
すなわち、ラティス構造部３は、積層するようにして多層に設けることもできる。  
この場合、同じ階層において１つの位置にラティス構造部３を設けることもできるし、同じ階層において複数の位置にラティス構造部３を設けることもできる。
【００２２】
また、図１においては、一方向に延びるラティス構造部３を例示したが、屈曲したラティス構造部３としたり、湾曲したラティス構造部３としたりすることもできる。  
例えば、第１の基部２の形態が平板状、第２の基部４の形態が環状の場合に、環状の第２の基部４の周縁に沿って設けられたラティス構造部３とすることもできる。
【００２３】
以上に説明したように、ラティス構造部３の配設位置や形態などは、三次元構造部品１の用途などに応じて適宜変更することができる。  
すなわち、三次元構造部品１は、その構造の一部として、適正な配設位置と適正な形態を有するラティス構造部３を有していればよい。
【００２４】
次に、三次元構造部品１の製造方法について例示をする。  
前述したように、三次元構造部品１は、ラティス構造部３を含む構造を一体に形成したものである。  
ここで、三次元構造部品１には、立体的な格子構造を有するラティス構造部３が設けられている。  
そのため、切削加工法などの機械加工法や鋳造法などを用いて三次元構造部品１を製造するのは困難である。  
三次元構造部品１は、例えば、積層造形法を用いて製造することができる。  
例えば、金属からなる三次元構造部品１を製造する場合には、選択的レーザ焼結法(SLS；Selective Laser Sintering)を用いることができる。
【００２５】
選択的レーザ焼結法には、金属粉末に高出力のレーザを照射して金属を直接溶融凝固させて積層造形を行う直接法と、樹脂と金属を含む粉末に低出力のレーザを照射して樹脂のみを溶融凝固させて積層造形を行う間接法とがある。  
なお、間接法を用いる場合には、後工程において樹脂成分の熱分解、焼結および比較的融点の低い金属の溶浸などを行う。
【００２６】
選択的レーザ焼結法は、既知の３Ｄプリンタを用いて実施することができる。  
例えば、三次元構造部品１の設計データ（ＣＡＤデータなど）に基づいて、３Ｄプリンタの動作を制御することで、三次元構造部品１を製造することができる。  
なお、３Ｄプリンタによる三次元構造部品１の製造には、既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
本実施の形態に係る三次元構造部品１は、その構造の一部として、ラティス構造部３を有しているので、体積の低減と、剛性の低下の抑制を図ることができる。  
そのため、三次元構造部品１は、軽量かつ高剛性のものとすることが可能となる。  
また、三次元構造部品１は、熱容量が小さく、且つ表面積が大きなものとなる。  
そのため、三次元構造部品１が、加熱工程や冷却工程などの熱工程で用いられる治具などの場合には、昇温時間または降温時間を短くすることができる。  
また、三次元構造部品１は、表面積が大きなものとなるので、伝熱性を向上させることができる。  
また、三次元構造部品１が、加熱工程や冷却工程などの熱工程で用いられる治具などの場合には、ラティス構造部３により、発生した熱応力や熱歪みを緩和することができる。  そのため、三次元構造部品１の変形や寸法変化などを抑制することができる。  
その結果、製品の歩留まり、生産性、製品の品質などを向上させることができる。
【００２８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  三次元構造部品、２  第１の基部、３  ラティス構造部、３ａ１〜３ａ４  要素、３ｂ１〜３ｂ４  要素、４  第２の基部、１００ａ  第１の仮想的な面、１００ｂ  第３の仮想的な面、１１０ａ  第２の仮想的な面、１１０ｂ  第４の仮想的な面
【図１】
2015093461.tif 000003
【図２】
2015093461.tif 000004