JP2019155689A - 接合部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合部品の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の高い曲げ強度を確保しつつ、接合部材の外観の劣化を防止する。【解決手段】複数の樹脂板が接合されて形成された板状の接合部品であって、前記複数の樹脂板の互いに隣り合う端面は接着剤で接合され、前記複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部は、前記樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から前記接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状の補強部材で補強され、前記樹脂板の端面の接合に用いる接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤である。【選択図】図１
Description
本発明は、接合部品及びその製造方法に関するものである。
従来、複数の樹脂板が接合されて形成される板状の接合部品が知られている。
特許文献１には、平板状の二つの樹脂板をその端面にて突合せ、その接合部材の突合せ部（接合部）を被覆するように当て板（補強部材）を接着剤で接着して設けた構造物（接合部品）が開示されている。この構造物（接合部品）では、上記接合部材の突合せ部（接合部）の端面間に１２ｍｍ以上５００ｍｍ以下の間隙を設けている。この間隙を設けることにより、構造物の突合せ部（接合部）を補強する当て板（補強部材）への応力集中を緩和し、突合せ部（接合部）の強度を改善できるとされている。
しかしながら、特許文献１の構造物（接合部品）では、上記端面間に設けた間隙により、構造物（接合部品）が突合せ部（接合部）で折れ曲がりやすくなり、構造物（接合部品）の曲げ強度を確保できなくなるおそれがある。この構造物（接合部品）の曲げ強度を確保するために当て板（補強部材）を厚くすると、当て板の端縁での段差が大きくなって構造物（接合部品）の外観性が劣化してしまう、という課題がある。
上述した課題を解決するために、本発明は、複数の樹脂板が接合されて形成された板状の接合部品であって、前記複数の樹脂板の互いに隣り合う端面は接着剤で互いに接合され、前記複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部は、前記樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から前記接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状の補強部材で補強されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、接合部材の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の曲げ強度を確保しつつ接合部材の外観性の劣化を防止することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、接合対象の樹脂板の数が２つの場合について説明するが、接合対象の樹脂板の数は３以上であってもよい。
図１（ａ）は、本実施形態に係る接合部品１０の一例を示す側面図である。また、図１（ｂ）は、接合部品１０の接着剤で接合する前の２つの樹脂板１１及びプラスチックフィルム１２の分解斜視図である。図１において、接合部品１０は、２つの樹脂板１１の端面１１ａを接着剤で互いに接合（接着）し、その接合部のおもて面側を覆うようにシート形状の補強部材としてのプラスチックフィルム１２を接着剤で貼り付けた構成となっている。以下、図１に示す接合部品の構造を、「突き当て補強構造」ともいう。
図１に示す接合部品１０は、例えば、次のような製造方法で製造することができる。
接合部品１０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板１１の端面１１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板１１の端面１１ａを互いに突き当てる。これにより、２つの樹脂板１１が速硬化型接着剤により仮固定される。
接合部品１０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板１１の端面１１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板１１の端面１１ａを互いに突き当てる。これにより、２つの樹脂板１１が速硬化型接着剤により仮固定される。
次に、仮固定された２つの樹脂板１１の接合部の隙間に反応型接着剤１３を流し込むとともに、その仮固定された２つの樹脂板１１の接合部のおもて面側を覆うようにプラスチックフィルム１２を反応型接着剤１４で貼り付ける。その後、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤１３が硬化すると、２つの樹脂板１１の接合部が本接着される。また、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤１４が硬化すると、プラスチックフィルム１２が接合部を覆うように２つの樹脂板１１に接着する。これにより、接合部の接合強度を増加させるとともに、接合部への応力集中を緩和させて曲げ強度を増加させる。
なお、プラスチックフィルム１２は、接合部のおもて面側に限らず、裏面側に貼り付けてもよく、両面側に貼り付けてもよい。プラスチックフィルム１２は薄いので、貼り付けたときの段差を低く抑えることができ、接合部品１０の外観を損なうことがなく外観性の劣化を防止できる。
また、上記接合部品１０の製造方法では、２つの樹脂板１１の端面１１ａを仮固定した後に反応型接着剤１３で本接着しているが、仮固定せずに２つの樹脂板１１の端面１１ａを反応型接着剤１３で接着してもよい。
上記２つの樹脂板１１は、３次元造形工法によって造形された熱可塑性樹脂板であってもよい。
昨今の日本のものづくり現場では、市場の個々のニーズに合わせるため、多品種小ロットの高付加価値製品へのシフトがますます加速している。そのような中、ものづくりの各工程において、３次元造形工法が活躍する領域がますます拡がってきていることから、製造業での３次元造形装置の活用が急速にすすみ、ものづくりを支える重要な役割を担っている。
３次元造形工法とは、３次元ＣＡＤの設計データをもとにして、スライスされた２次元の層を１枚ずつ積み重ねていくことによって立体モデルを製作する造形工法である。３次元造形工法としては、熱で溶かした樹脂を積み重ねる材料押出堆積法（ＦＤＭ方式）や、粉末状の素材にレーザーを照射して焼結させる粉末焼結積層法（ＳＬＳ／ＳＬＭ方式）などがある。
３次元造形工法では、３次元造形物の大型化が期待されているが、造形物の寸法は造形装置の仕様により制限されてしまう。３次元造形工法で大型の造形物を作製するためには、分割して造形した部品パーツを接着剤で接合する方法がある。しかし、部品パーツの端面同士を突き合せて接合した場合、板厚によっては接着面積が小さいことや、造形時に発生した造形物の歪みにより接合部に十分な接着強度が得られない場合がある。
本実施形態の接合部品１０は、その接合部にプラスチックフィルム１２を貼り付けて補強するので、十分な接着強度が得られる。
３次元造形工法としては、上述した材料押出堆積法（ＦＤＭ方式）や粉末焼結積層法（ＳＬＳ／ＳＬＭ方式）に限らず、熱可塑性樹脂を用いて溶解することにより造形する方法や、粉末状の素材を焼結させて造形する方法などであれば、何れの方法であってもよい。この３次元造形工法については後述する。熱可塑性樹脂の種類は問わないが、ナイロン６（登録商標）、ナイロン１１（登録商標）、ナイロン１２（登録商標）、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ樹脂（ポリ乳酸）等が一般的に用いられる。
樹脂板１１の厚さの限界と精度については、３次元造形工法により異なるが、反りのない平坦な造形を得るためには、厚さが０．８［ｍｍ］以上が好ましい。さらに好ましくは厚さが２［ｍｍ］以上である。
プラスチックフィルム１２は、その種類を問わないが、貼り付けたときに外観性を損なわないように、薄膜で高強度な材料が好ましい。
速硬化型接着剤は、２つの樹脂板１１の端面１１ａを互いに突き当てて仮固定させるため、塗布しやすく、空気中の水分で反応し、室温で速硬化（仮硬化）可能な接着剤である。例えば、速硬化型接着剤として、シアノアクリレート系接着剤などの主成分がエチルα−シアノアクリレートの接着剤を用いることができる。この速硬化型接着剤の硬化後の厚さは、０．０１［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下が好ましい。
反応型接着剤１３，１４は、２つの樹脂板１１の端面１１ａを速硬化型接着剤で仮固定した後、２つの樹脂板１１の接合部の隙間とおもて面のプラスチックフィルム１２が貼り付けられる領域に塗布され、接合部及びプラスチックフィルム１２を本接着する。この反応型接着剤１３，１４の硬化後の厚さは、０．０１［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下が好ましい。
ここで、本発明者らが鋭意検討した結果、反応型接着剤１３，１４は硬化後のガラス転移温度が高いほど接合部品１０の大きな曲げ強度を得ることができ、特に、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤がより効果的であることがわかった。
硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤１３，１４としては、例えば、熱硬化エポキシ、紫外線硬化エポキシ、可視光硬化エポキシ、紫外線硬化アクリレート、熱硬化アクリレート、シアノアクリレート、熱硬化ウレタン系から選択される。一方、９０［℃］未満のガラス転移温度を有する接着剤では、接合部品に曲げ応力を加えたときに、接合部、特に断面部分に応力が集中するため、接合部が容易に剥離してしまう。
図２は、図１の構成の接合部品１０について３点曲げ試験を行って得られた最大応力と、接着に用いた反応型接着剤１４の硬化後のガラス転移温度との関係を示すグラフである。図２の試験では、２つの樹脂板１１の接合部を仮固定する速硬化型接着剤として、シアノアクリレート系接着剤を使用した。また、２つの樹脂板１１の接合部を本接着する反応型接着剤１３及びその接合部のおもて面側を覆うようにプラスチックフィルム１２を貼り付けて接着するための反応型接着剤１４として、硬化後のガラス転移温度が互いに異なる７種類の接着剤を使用して試験を行った。なお、３点曲げ試験の試験方法については後述する。
図２のグラフから、プラスチックフィルム１２の接着に用いた反応型接着剤の硬化後のガラス転移温度が上昇するとともに、３点曲げ試験の最大応力（最大曲げ応力）も上昇することがわかる。特に、ガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤を使用した場合、いずれの場合も最大応力が４０ＭＰａを達成している。
上記補強部材としてのプラスチックフィルム１２は、繊維強化プラスチックフィルムであってもよい。本発明者らは、補強部材として、薄いフィルム材料を中心に各種の補強部材について検討した。薄いフィルム材料であれば、２つの樹脂板１１の接合部を覆うように貼り付けたときに、フィルム材料を貼り付けた部分と貼り付けていない部分とで厚みの差がほとんど無く、設計上の制約が少ないとともに、外観性を損なわない。そして、本発明者らが鋭意検討した結果、補強部材として、繊維が配合された繊維強化プラスチックフィルムを貼り付けたときに、高い曲げ強度が得られることがわかった。
特に、繊維の長手方向が一方向に配向した繊維強化プラスチックフィルムを、接合部の幅方向と直交方向に設置して接着することにより、薄膜でも大きな曲げ強度が得られる。この場合、補強部材としての繊維強化プラスチックフィルムの厚さは、０．０１［ｍｍ］〜０．１［ｍｍ］程度で充分な強度が得られる。すなわち、この厚さの繊維強化プラスチックフィルムであれば、成形母材である樹脂板１１と同程度の曲げ強度、もしくは、それ以上の曲げ強度が得られる。
繊維強化プラスチックフィルムは、２つの樹脂板１１の接合部を覆うようにおもて面側又は裏面側のいずれか片面側に貼り付ければ強度的には十分である。しかし、繊維強化プラスチックフィルムを両面側に貼り付ければ、対称構造となり、歪みが少なくなり、高信頼性が要求される用途では好適である。
図３（ａ）は、本実施形態に係る他の接合部品２０の一例を示す側面図である。また、図３（ｂ）は、接合部品２０の接着剤で接合する前の２つの樹脂板２１とプラスチックフィルム２２との分解斜視図である。図３において、接合部品２０は、２つの樹脂板２１の端面２１ａがそれぞれ互いに嵌め合う段差形状を有している。そして、２つの樹脂板２１の端面２１ａを突き当てた嵌め合い補強構造の接合部のおもて面側を覆うようにプラスチックフィルム２２を貼り付けた構成となっている。以下、図３に示す接合部品の構造を、「嵌め合い補強構造」ともいう。
図３に示す接合部品２０は、例えば、次のような製造方法で製造することができる。
接合部品２０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板２１の端面２１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板２１の端面２１ａを互いに突き当てて嵌め合わせる。これにより、２つの樹脂板２１が速硬化型接着剤により仮固定される。
接合部品２０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板２１の端面２１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板２１の端面２１ａを互いに突き当てて嵌め合わせる。これにより、２つの樹脂板２１が速硬化型接着剤により仮固定される。
次に、仮固定された２つの樹脂板２１の嵌め合わされた接合部の隙間に反応型接着剤１３を流し込むとともに、その仮固定された２つの樹脂板２１の嵌め合わされた接合部のおもて面側を覆うようにプラスチックフィルム２２を反応型接着剤２４で貼り付ける。その後、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤２３が硬化すると２つの樹脂板２１の嵌め合わされた接合部が本接着される。また、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤２４が硬化するとプラスチックフィルム２２が、互いに嵌め合わされた接合部を覆うように２つの樹脂板２１に接着する。これにより、接合部の接合強度を増加させるとともに、接合部への応力集中を緩和させて曲げ強度を増加させる。
なお、上記接合部品２０の製造方法では、２つの樹脂板２１の端面２１ａを仮固定した後に反応型接着剤２３で本接着しているが、仮固定せずに２つの樹脂板２１の端面２１ａを反応型接着剤２３で接着してもよい。
図３に示す接合部品２０では、２つの樹脂板２１の端面２１ａがそれぞれ互いに嵌め合う段差形状であるため、互いに接着される端面２１ａの接着面積を広くとることができ、接着強度を向上させることができる。この結果、接合部品２０の接合部では更に大きな曲げ強度を得ることができる。
樹脂板の接着強度は接合部の接着面積に依存するため、接着面積が広いほど高い接着強度が得られる。高い接着強度を得るためには、樹脂板の端面の接着面積（平坦部面積）を多くとることが有効であるが、設計上接着面積を広くとれない場合がある。このような場合であっても、図３に示す構造であれば接着面積を広くとることができ、高い接着強度を得ることができる。例えば、図１に示す構造で樹脂板１１の板厚が薄くて端面１１ａの接着面積が狭く接着強度が弱い場合、図３に示すように樹脂板２１の端面２１ａを段差形状とすることで接着面積を広くして接着強度を向上させることができる。
図４（ａ）は、本実施形態に係る更に他の接合部品３０の一例を示す側面図である。また、図４（ｂ）は、接合部品３０の接着剤で接合する前の２つの樹脂板３１とプラスチックフィルム３２との分解斜視図である。図４において、接合部品３０は、２つの樹脂板３１の端面に段差部３１ｂが形成されており、２つの樹脂板３１の端面３１ａを突き当てた接合部の段差部３１ｂを覆うようにプラスチックフィルム３２を埋め込んだ埋め込み構造となっている。
図４（ｂ）において、プラスチックフィルム３２は厚みｔ、長さＬ、幅Ｗの形状を有している。また、２つの樹脂板３１の端面にはそれぞれ、深さＤ、奥行き長さＳ、幅Ｗの段差部３１ｂが形成される。例えば、段差部３１ｂの深さＤ＝プラスチックフィルム３２の厚みｔ、段差部３１ｂの奥行き長さＳ＝（プラスチックフィルム３２の長さＬ）×０．９８／２、段差部３１ｂの幅Ｗ＝プラスチックフィルム３２の幅Ｗの関係を有していてもよい。これにより、２つの樹脂板３１を突き当てた接合部でプラスチックフィルム３２が段差部３１ｂに埋め込まれ、隙間や段差が生じることなく優れた外観性を得ることができる。
以下、図４に示す接合部品の構造を、「補強部材埋め込み構造」ともいう。この補強部材埋め込み構造では、補強部材としてのプラスチックフィルム３２は段差部３１ｂに埋め込まれて接合部の表面と面一になるので、補強部材は薄板形状であってもよい。
図４に示す接合部品３０は、例えば、次のような製造方法で製造することができる。
接合部品１０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板３１の端面３１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板３１の端面３１ａを互いに突き当てる。これにより、２つの樹脂板３１が速硬化型接着剤により仮固定される。
接合部品１０の製造方法の一例において、まず、２つの樹脂板３１の端面３１ａの少なくとも一方の複数箇所に速硬化型接着剤を点状に塗布し、その速硬化型接着剤が硬化する前に速やかに２つの樹脂板３１の端面３１ａを互いに突き当てる。これにより、２つの樹脂板３１が速硬化型接着剤により仮固定される。
次に、仮固定された２つの樹脂板３１の接合部の隙間に反応型接着剤３３を流し込むとともに、その仮固定された２つの樹脂板３１の接合部の段差部３１ｂのおもて面側を覆うようにプラスチックフィルム３２を埋め込んで反応型接着剤３４で貼り付ける。その後、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤３３が硬化すると、２つの樹脂板３１の接合部が本接着される。また、所定の硬化時間が経過して反応型接着剤３４が硬化すると、プラスチックフィルム３２が接合部の段差部３１ｂを覆うように２つの樹脂板３１に接着する。これにより、接合部の接合強度を増加させるとともに、接合部への応力集中を緩和させて曲げ強度を増加させる。
なお、上記接合部品３０の製造方法では、２つの樹脂板３１の端面３１ａ及び段差部３１ｂを仮固定した後に反応型接着剤３３で本接着しているが、仮固定せずに２つの樹脂板３１の端面３１ａ及び段差部３１ｂを反応型接着剤３３で接着してもよい。
図４に示す接合部品３０では、２つの樹脂板２１の段差部３１ｂにプラスチックフィルム３２が埋め込まれて貼り付けられるため、プラスチックフィルム３２の段差が生じない。これにより、より優れた外観を得ることができる。また、プラスチックフィルム３２の段差による設計上の制限を緩和することができる。さらに、接合部品３０の接合部ではより大きな曲げ強度を得ることができる。
樹脂板の接合では、補強部材が大きいほど樹脂板との接着面積が広がるため、高い接着強度が得られる。このように、高い接着強度を得るためには、補強部材を大きくすることが有効であるが、接続部で樹脂板の表面に補強部材による段差が広く生じしまうため、設計上の制約を受ける場合がある。
図４に示す構造では、プラスチックフィルム３２が樹脂板３１の段差部３１ｂに埋め込まれ、樹脂板３１の表面にプラスチックフィルム３２の段差が生じないので、大きなプラスチックフィルム３２を用いることができる。特に、プラスチックフィルム３２の長さＬを長くすることができる。
以下、本実施形態に係る接合部品の実施例について説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
まず、各実施例で用いる熱可塑性樹脂板を３次元造形により造形するための３次元造形装置について説明する。３次元造形装置は、薄い層を積み上げる積層方式を基本としながら、その造形方式には数種類の方式があり、方式ごとに使える材料や造形物の特性は異なる。例えば、熱で溶かした樹脂を積み重ねる材料押出堆積法（ＦＥＭ方式）は、ＡＢＳやＰＬＡ、ポリカーボネートなどの造形が可能であり、高い耐久性や耐熱性を得やすいので、試作品や治具、簡易型の造形などに適している。また、粉末状の素材にレーザーを照射して焼結させる粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ／ＳＬＭ方式）は、ナイロン（登録商標）やポリプロピレンなどの樹脂だけでなく金属の造形も可能であり、最終製品や鋳型の製造にも用いられている。最近では、造形方法やマテリアルの多様化により用途に広がりを見せている。
本実施例では、材料押出堆積法（ＦＤＭ方式）の３次元造形装置と、粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ方式）の３次元造形装置を用いたので、これらの３次元造形装置について説明する。
［ＦＤＭ方式の３次元造形装置］
図５は、ＦＤＭ方式の３次元造形装置１の概略構成を示すブロック図である。また、図６は、ＦＤＭ方式の３次元造形装置１の詳細を模式的に示す説明図である。
図５は、ＦＤＭ方式の３次元造形装置１の概略構成を示すブロック図である。また、図６は、ＦＤＭ方式の３次元造形装置１の詳細を模式的に示す説明図である。
［全体説明］
ＦＤＭ方式の３次元造形装置１は、主に、材料供給部１００、３次元造形部２００、駆動部３００、制御部４００から構成される。３次元造形装置１においては、制御部４００の制御の下、駆動部３００により各部を駆動し、材料供給部１００から供給される材料を用いて３次元造形部２００で３次元造形物を造形する。
ＦＤＭ方式の３次元造形装置１は、主に、材料供給部１００、３次元造形部２００、駆動部３００、制御部４００から構成される。３次元造形装置１においては、制御部４００の制御の下、駆動部３００により各部を駆動し、材料供給部１００から供給される材料を用いて３次元造形部２００で３次元造形物を造形する。
［材料供給部］
材料供給部１００は、少なくとも、材料排出部材としての造形ヘッド１１０と、造形ヘッド１１０に造形材料であるフィラメントを供給するフィラメント供給部１２０とを備えている。フィラメントは、細長いワイヤー形状の固体であり、巻き回された状態で３次元造形装置１にセットされており、フィラメント供給部１２０により造形ヘッド１１０上のノズル１１１へ供給される。フィラメント供給部１２０により供給されたフィラメントは、造形ヘッド１１０で加熱溶融され、固体状態のフィラメントが後方より挿入されることにより溶融状態のフィラメントがノズル１１１から押し出される。
材料供給部１００は、少なくとも、材料排出部材としての造形ヘッド１１０と、造形ヘッド１１０に造形材料であるフィラメントを供給するフィラメント供給部１２０とを備えている。フィラメントは、細長いワイヤー形状の固体であり、巻き回された状態で３次元造形装置１にセットされており、フィラメント供給部１２０により造形ヘッド１１０上のノズル１１１へ供給される。フィラメント供給部１２０により供給されたフィラメントは、造形ヘッド１１０で加熱溶融され、固体状態のフィラメントが後方より挿入されることにより溶融状態のフィラメントがノズル１１１から押し出される。
なお、造形ヘッド１１０上のノズル１１１から押し出される材料には、３次元造形物を構成する造形材料ではなく、３次元造形物を構成しないサポート材も含まれる。このサポート材は、通常、３次元造形物を構成する造形材料（フィラメント）とは異なる材料で形成され、最終的にはフィラメントで形成された３次元造形物から除去される。このサポート材も、造形ヘッド１１０で加熱溶融され、固体状態のサポート材のフィラメントが後方より挿入されることにより溶融状態のサポート材がノズル１１１から押し出される。
［３次元造形部］
３次元造形部２００は、少なくとも、載置部２１０、チャンバー２２０、加熱部２３０から構成される。３次元造形部２００におけるチャンバー２２０の内部は、３次元造形物を造形するための処理空間となっている。材料供給部１００における造形ヘッド１１０から押し出される溶融状態のフィラメントは、加熱部２３０によって加熱されたチャンバー２２０の内部で、載置部２１０のステージ上に供給され、層状に順次積層される。
３次元造形部２００は、少なくとも、載置部２１０、チャンバー２２０、加熱部２３０から構成される。３次元造形部２００におけるチャンバー２２０の内部は、３次元造形物を造形するための処理空間となっている。材料供給部１００における造形ヘッド１１０から押し出される溶融状態のフィラメントは、加熱部２３０によって加熱されたチャンバー２２０の内部で、載置部２１０のステージ上に供給され、層状に順次積層される。
［駆動部］
駆動部３００は、少なくとも、Ｘ軸駆動機構３１０、Ｙ軸駆動機構３２０、Ｚ軸駆動機構３３０から構成される。駆動部３００は、これらの駆動機構３１０，３２０，３３０により、材料供給部１００の造形ヘッド１１０と、３次元造形部２００における載置部２１０のステージとを相対的に移動させる。これにより、材料供給部１００の造形ヘッド１１０から押し出されるフィラメントをステージ上の目標位置へ供給する。
駆動部３００は、少なくとも、Ｘ軸駆動機構３１０、Ｙ軸駆動機構３２０、Ｚ軸駆動機構３３０から構成される。駆動部３００は、これらの駆動機構３１０，３２０，３３０により、材料供給部１００の造形ヘッド１１０と、３次元造形部２００における載置部２１０のステージとを相対的に移動させる。これにより、材料供給部１００の造形ヘッド１１０から押し出されるフィラメントをステージ上の目標位置へ供給する。
［ＳＬＳ方式の３次元造形装置］
図７は、ＳＬＳ方式の３次元造形装置５の概略構成を示すブロック図である。また、図８は、ＳＬＳ方式の３次元造形装置５の詳細を模式的に示す説明図である。
図７は、ＳＬＳ方式の３次元造形装置５の概略構成を示すブロック図である。また、図８は、ＳＬＳ方式の３次元造形装置５の詳細を模式的に示す説明図である。
［全体説明］
ＳＬＳ方式の３次元造形装置５は、主に、材料供給部５００、レーザー照射部６００、３次元造形部７００、駆動部８００、制御部９００から構成される。３次元造形装置５においては、制御部９００の制御の下、レーザー照射部６００でレーザーを照射しながら、駆動部８００により各ピストン等を駆動し、材料供給部５００から供給される材料を用いて３次元造形部７００で３次元造形物を造形する。
ＳＬＳ方式の３次元造形装置５は、主に、材料供給部５００、レーザー照射部６００、３次元造形部７００、駆動部８００、制御部９００から構成される。３次元造形装置５においては、制御部９００の制御の下、レーザー照射部６００でレーザーを照射しながら、駆動部８００により各ピストン等を駆動し、材料供給部５００から供給される材料を用いて３次元造形部７００で３次元造形物を造形する。
［材料供給部］
材料供給部５００は、少なくとも、材料供給用ピストン５１０と、粉末の材料を３次元造形部７００へ均一に敷き詰めるためのリコーター５２０と、材料を加熱する加熱部５３０とを備えている。材料供給用ピストン５１０を上昇させて３次元造形部７００に材料を供給しつつ、リコーター５２０を作動させて、材料を３次元造形部７００へ均一に敷き詰める。材料としては、例えば、ナイロン（登録商標）の粉末などの樹脂材料や金属の粉末などの金属材料を用いることができる。なお、樹脂材料の場合、ＦＤＭ方式とは異なりサポート材が不要である。
材料供給部５００は、少なくとも、材料供給用ピストン５１０と、粉末の材料を３次元造形部７００へ均一に敷き詰めるためのリコーター５２０と、材料を加熱する加熱部５３０とを備えている。材料供給用ピストン５１０を上昇させて３次元造形部７００に材料を供給しつつ、リコーター５２０を作動させて、材料を３次元造形部７００へ均一に敷き詰める。材料としては、例えば、ナイロン（登録商標）の粉末などの樹脂材料や金属の粉末などの金属材料を用いることができる。なお、樹脂材料の場合、ＦＤＭ方式とは異なりサポート材が不要である。
［レーザー照射部］
レーザー照射部６００は、少なくとも、ＣＯ２レーザー６１０と、デジタルガルバノメーターミラー６２０とを備えている。ＣＯ２レーザー６１０から発せられたＣＯ２レーザー光を、デジタルガルバノメーターミラー６２０で走査して、３次元造形部７００の材料に照射する。
レーザー照射部６００は、少なくとも、ＣＯ２レーザー６１０と、デジタルガルバノメーターミラー６２０とを備えている。ＣＯ２レーザー６１０から発せられたＣＯ２レーザー光を、デジタルガルバノメーターミラー６２０で走査して、３次元造形部７００の材料に照射する。
［３次元造形部］
３次元造形部７００は、少なくとも、造形用ピストン７１０と、加熱部７２０とを備えている。３次元造形部７００の材料は、レーザー照射部６００から照射されるＣＯ２レーザー光により造形され、造形用ピストン７１０が下降することにより、層状に順次積層される。
３次元造形部７００は、少なくとも、造形用ピストン７１０と、加熱部７２０とを備えている。３次元造形部７００の材料は、レーザー照射部６００から照射されるＣＯ２レーザー光により造形され、造形用ピストン７１０が下降することにより、層状に順次積層される。
なお、上記材料供給部５００、デジタルガルバノメーターミラー６２０及び３次元造形部７００は、窒素ガス雰囲気のチャンバー内に配設されている。
［駆動部］
駆動部８００は、少なくとも、材料供給用ピストン駆動機構８１０と、造形用ピストン駆動機構８２０とを備えている。駆動部８００は、これらの駆動機構８１０，８２０により、材料供給部５００の材料供給用ピストン５１０と、３次元造形部７００の造形用ピストン７１０とを移動させる。３次元造形部７００で層状に順次積層されて３次元造形物が造形される動作に応じて造形用ピストン７１０が下降し、材料供給用ピストン５１０が上昇して必要な量の材料を３次元造形部７００に供給する。
駆動部８００は、少なくとも、材料供給用ピストン駆動機構８１０と、造形用ピストン駆動機構８２０とを備えている。駆動部８００は、これらの駆動機構８１０，８２０により、材料供給部５００の材料供給用ピストン５１０と、３次元造形部７００の造形用ピストン７１０とを移動させる。３次元造形部７００で層状に順次積層されて３次元造形物が造形される動作に応じて造形用ピストン７１０が下降し、材料供給用ピストン５１０が上昇して必要な量の材料を３次元造形部７００に供給する。
次に、各実施例で用いた接合形状及び接合方法について詳細に説明する。
［実施例で用いた接合形状］
樹脂板は、同形状、同寸法の２つの熱可塑性造形物を接着接合した際に長さが８０［ｍｍ］となるように設定し、幅は１０［ｍｍ］、厚みは４［ｍｍ］とした。各構造の詳細な寸法は以下の通りである。
［実施例で用いた接合形状］
樹脂板は、同形状、同寸法の２つの熱可塑性造形物を接着接合した際に長さが８０［ｍｍ］となるように設定し、幅は１０［ｍｍ］、厚みは４［ｍｍ］とした。各構造の詳細な寸法は以下の通りである。
図１で示す突き当て補強構造の接合部品１０では、熱可塑性樹脂の樹脂板の寸法は長さ４０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み４［ｍｍ］とした。また、シート形状の補強部材の寸法は長さ２０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み５０［μｍ］とした。
図３で示す嵌め合い補強構造の接合部品２０では、熱可塑性樹脂の樹脂板の寸法は、長さ５０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み４［ｍｍ］とし、段差部分は長さ２０［ｍｍ］、厚み２［ｍｍ］とした。また、シート形状の補強部材の寸法は長さ２０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み５０［μｍ］とした。
図４で示す補強部材埋め込み構造の接合部品３０では、熱可塑性樹脂の樹脂板の寸法は長さ４０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み４［ｍｍ］とし、段差部分は長さ１０［ｍｍ］、深さ１［ｍｍ］とした。また、シート形状の補強部材の寸法は長さ１９．６［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み１［ｍｍ］とした。
［接合方法］
図１、３、４で示す補強構造の接合方法について説明する。
表１は、下記の各実施例で得られた、接着接合された３次元造形物の構成と、これらについての３点曲げ試験及び外観の評価結果とを示す。
図１、３、４で示す補強構造の接合方法について説明する。
表１は、下記の各実施例で得られた、接着接合された３次元造形物の構成と、これらについての３点曲げ試験及び外観の評価結果とを示す。
まず、表１に示した３次元造形工法により、熱可塑性樹脂の樹脂板を得た。次に、２つの同形状の熱可塑性樹脂の樹脂板の接合面に速硬化型接着剤としてシアノアクリレート系接着剤を塗布し、図１、図３及び図４に示した構造となるよう突き当て仮固定した。次に、仮固定した接合面の隙間に硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上である反応型接着剤を流し込み本接着した。次に、シート形状の補強部材を接合部を覆うように片面または両面に本接着用接着剤で固定した。
〔実施例１〕
ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。ＦＲＰフィルムの固定には仮固定と同様にシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ、ガラス転移温度１４０［℃］）を使用し、本実施例１の３次元造形接合部品を作製した。
ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。ＦＲＰフィルムの固定には仮固定と同様にシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ、ガラス転移温度１４０［℃］）を使用し、本実施例１の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例２〕
ＰＡ１２（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ１２）材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド製、２２０４、ガラス転移温度１０９［℃］）を使用し、本実施例２の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＡ１２（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ１２）材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド製、２２０４、ガラス転移温度１０９［℃］）を使用し、本実施例２の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例３〕
ＰＥＩ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｉｍｉｄｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＬＣＰフィルム（千代田インテグレ社製、ぺリキュールＬＣＰ、厚み０．０２５［ｍｍ］）を樹脂の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＬＣＰフィルムの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８２Ｅ、ガラス転移温度９３［℃］）を使用し、本実施例３の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＥＩ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｉｍｉｄｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＬＣＰフィルム（千代田インテグレ社製、ぺリキュールＬＣＰ、厚み０．０２５［ｍｍ］）を樹脂の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＬＣＰフィルムの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８２Ｅ、ガラス転移温度９３［℃］）を使用し、本実施例３の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例４〕
ＰＥＩ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２２０４、ガラス転移温度１０９［℃］）を使用し、本実施例４の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＥＩ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２２０４、ガラス転移温度１０９［℃］）を使用し、本実施例４の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例５〕
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合段差部にはシート形状の補強部材としてＵＶ硬化ＦＲＰフィルム（サンコーテクノ社製、ｅシートクイック、厚み１［ｍｍ］）を埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＵＶ硬化ＦＲＰフィルムの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８２Ｅ、ガラス転移温度９３［℃］）を使用し、本実施例５の３次元造形接合部品を作製した。
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合段差部にはシート形状の補強部材としてＵＶ硬化ＦＲＰフィルム（サンコーテクノ社製、ｅシートクイック、厚み１［ｍｍ］）を埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＵＶ硬化ＦＲＰフィルムの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８２Ｅ、ガラス転移温度９３［℃］）を使用し、本実施例５の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例６〕
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合段差部には被着体（３次元造形部品）と同様に造形したシート形状の補強部材としてＰＡ１２シートを埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＰＡ１２シートの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（協立化学産業社製、ＸＳ−ＥＨＬ１０５、ガラス転移温度１６０［℃］）を使用し、本実施例６の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合段差部には被着体（３次元造形部品）と同様に造形したシート形状の補強部材としてＰＡ１２シートを埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＰＡ１２シートの固定にはＵＶ硬化エポキシ接着剤（協立化学産業社製、ＸＳ−ＥＨＬ１０５、ガラス転移温度１６０［℃］）を使用し、本実施例６の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例７〕
ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の仮固定は行わず、接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。ＦＲＰフィルムの固定にはシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ、ガラス転移温度１４０［℃］）を使用し、本実施例７の３次元造形接合部品を作製した。
ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の仮固定は行わず、接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。ＦＲＰフィルムの固定にはシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ、ガラス転移温度１４０［℃］）を使用し、本実施例７の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例８〕
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定にはシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、８０２、ガラス転移温度８０［℃］）を使用し、本実施例８の３次元造形接合部品を作製した。
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定にはシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、８０２、ガラス転移温度８０［℃］）を使用し、本実施例８の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例９〕
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＬＣＰフィルム（千代田インテグレ社製、ぺリキュールＬＣＰ、厚み０．０２５［ｍｍ］）を樹脂の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＬＣＰフィルムの固定には２液速硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８６Ｍ、ガラス転移温度４５［℃］）を使用し、本実施例９の３次元造形接合部品を作製した。
ＡＢＳ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図１に示した突き当て補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＬＣＰフィルム（千代田インテグレ社製、ぺリキュールＬＣＰ、厚み０．０２５［ｍｍ］）を樹脂の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＬＣＰフィルムの固定には２液速硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８６Ｍ、ガラス転移温度４５［℃］）を使用し、本実施例９の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例１０〕
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には可視光硬化エポキシ接着剤（オーテックス社製、ＥＸＴＧ−２０１０−Ａ、ガラス転移温度８５［℃］）を使用し、本実施例１０の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図３に示した嵌め合い補強構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合部の片側面にはシート形状の補強部材としてＦＲＰフィルム（倉敷紡績社製、クラパワーシート、厚み０．０７［ｍｍ］）を繊維の配向方向を接合部幅方向と直交になるように設置した。突き当て部端面の本接着及びＦＲＰフィルムの固定には可視光硬化エポキシ接着剤（オーテックス社製、ＥＸＴＧ−２０１０−Ａ、ガラス転移温度８５［℃］）を使用し、本実施例１０の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例１１〕
ＰＥＩ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合段差部にはシート形状の補強部材としてＵＶ硬化ＦＲＰフィルム（サンコーテクノ社製、ｅシートクイック、厚み１［ｍｍ］）を埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＵＶ硬化ＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８７、ガラス転移温度７２［℃］）を使用し、本実施例１１の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＥＩ材料を、ＦＤＭ法（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製、Ｆｏｒｔｕｓ ９００ｍｃ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（スリーボンド社製、１７８３）で仮固定した。接合段差部にはシート形状の補強部材としてＵＶ硬化ＦＲＰフィルム（サンコーテクノ社製、ｅシートクイック、厚み１［ｍｍ］）を埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＵＶ硬化ＦＲＰフィルムの固定には熱硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８７、ガラス転移温度７２［℃］）を使用し、本実施例１１の３次元造形接合部品を作製した。
〔実施例１２〕
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合段差部には被着体（３次元造形部品）と同様に造形したシート形状の補強部材としてＰＡ１２シートを埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＰＡ１２シートの固定には２液速硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８６Ｍ、ガラス転移温度４５［℃］）を使用し、本実施例１２の３次元造形接合部品を作製した。
ＰＡ１２材料を、ＳＬＳ法（ＲＩＣＯＨ社製、ＡＭ Ｓ５５００Ｐ）を用いて、図４に示した補強部材埋め込み構造用の３次元造形部品を得た。突き当て部の端面はシアノアクリレート系接着剤（東亞合成社製、アロン４０３ＴＮ）で仮固定した。接合段差部には被着体（３次元造形部品）と同様に造形したシート形状の補強部材としてＰＡ１２シートを埋め込んだ。突き当て部端面の本接着及びＰＡ１２シートの固定には２液速硬化エポキシ接着剤（スリーボンド社製、２０８６Ｍ、ガラス転移温度４５［℃］）を使用し、本実施例１２の３次元造形接合部品を作製した。
上記各実施例で得られた接着接合された３次元造形物について、下記の各特性について評価を行った。
［３点曲げ試験］
３点曲げ試験には万能試験機（島津製作所社製、ＡＧ−Ｘ）を用いた。接着接合された３次元造形物を支持する支点間距離は６４［ｍｍ］とし、試験速度は１０［ｍｍ／ｍｉｎ］とした。圧子の半径は５［ｍｍ］を使用した。プラスチックフィルムの補強部材（補強シート）を片面のみに張り付けた場合は、補強シート面を下向きにセットし、上方向から中央部を圧子で押し込んだ。試験では、たわみ−荷重曲線が得られ、最大荷重より最大応力を求めた。この判定方法は、接着接合した３次元造形部品において、３点曲げ試験の最大応力が４０［ＭＰａ］以上であるものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
３点曲げ試験には万能試験機（島津製作所社製、ＡＧ−Ｘ）を用いた。接着接合された３次元造形物を支持する支点間距離は６４［ｍｍ］とし、試験速度は１０［ｍｍ／ｍｉｎ］とした。圧子の半径は５［ｍｍ］を使用した。プラスチックフィルムの補強部材（補強シート）を片面のみに張り付けた場合は、補強シート面を下向きにセットし、上方向から中央部を圧子で押し込んだ。試験では、たわみ−荷重曲線が得られ、最大荷重より最大応力を求めた。この判定方法は、接着接合した３次元造形部品において、３点曲げ試験の最大応力が４０［ＭＰａ］以上であるものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
［表面性評価］
表面性としての外観性の測定には表面粗さ測定機（ＡＣＣＲＥＴＥＣ社製、１４００Ｄ）を用いた。突き当て接合部やシート形状の補強部材（補強シート、補強フィルム）により生じた段差部分に架かるように針を走査させ、段差の高さを測定した。この判定方法は、接着接合した３次元造形部品において、接合部の段差が０．５［ｍｍ］以下であるものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
表面性としての外観性の測定には表面粗さ測定機（ＡＣＣＲＥＴＥＣ社製、１４００Ｄ）を用いた。突き当て接合部やシート形状の補強部材（補強シート、補強フィルム）により生じた段差部分に架かるように針を走査させ、段差の高さを測定した。この判定方法は、接着接合した３次元造形部品において、接合部の段差が０．５［ｍｍ］以下であるものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
［作業性評価］
作業性として、２つの樹脂板を付き合わせて補強部材を接着剤で貼り付けて補強する際の作業性のよいものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
作業性として、２つの樹脂板を付き合わせて補強部材を接着剤で貼り付けて補強する際の作業性のよいものを「○」とし、それ以外を「×」とした。
表１に示すように、曲げ応力については、実施例１〜７の接着接合した３次元造形部品は最大曲げ応力が４０［ＭＰａ］以上の判定基準を満たすが、実施例８〜１２の接着接合した３次元造形部品は満たしていない。また、外観については、実施例１〜１２の接着接合した３次元造形部品は、接合部の段差が０．５［ｍｍ］以下の判定基準を満たしている。また、作業性については、実施例１〜６、８〜１２の３次元造形部品は判定基準を満たしているが、実施例７の仮固定しない３次元造形部品は判定基準を満たしていない。
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
複数の樹脂板１１、２１、３１などの樹脂板が接合されて形成された板状の接合部品１０、２０、３０であって、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面１１ａ、２１ａ、３１ａは接着剤で互いに接合され、複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部は、樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から接合部を覆うようにプラスチックフィルム１２、２２、３２などのシート形状又は薄板形状の補強部材で補強されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面を接着剤で接合するとともに、その接合部を補強部材で補強することにより、樹脂板の端面間が接着剤で接合されずに端面間に間隙（空隙）がある場合に比して、接合部品が曲げられるときの接合部への応力集中が発生しにくくなり、高い曲げ強度を確保することができる。
更に、接合部における接着剤の部分とその周囲の樹脂板との間の弾性特性の差が小さくなり、樹脂板の端面間が接着剤で接合されずに端面間に間隙（空隙）がある場合に比して、接合部品が曲げられるときに接合部品の全体がより均一に曲がるようになり、接合部での折れ曲がりが発生しにくくなるので、接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制することができる。
しかも、上記接合部を補強する補強部材はシート形状又は薄板形状の薄い補強部材であるため、補強部材の縁端部での段差を低く抑えることができるので、補強部材を貼り付けることによる接合部の外観性の劣化を防止できる。
以上のように、接合部品の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の高い曲げ強度を確保しつつ、接合部材の外観性の劣化を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、樹脂板の端面の接合に用いた接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤１４、２４、３４である。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜７について説明したように、上記所定の硬化後のガラス転移温度を有する接着剤で樹脂板の端面を接合することにより、最大曲げ応力が４０［ＭＰａ］以上の高い曲げ強度を確保することができる。また、上記所定の硬化後のガラス転移温度を有する接着剤で補強部材を貼り付けることにより、接合部での折れ曲がりが更に発生しにくくなる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、樹脂板の接合部は、反応型接着剤１３、２３、３３などの接着剤による接合の前にシアノアクリレート系接着剤などの速硬化型接着剤で仮固定されている。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜６、８〜１２について説明したように、補強部材を貼り付ける接着時の作業性の向上が図れる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至態様Ｃのいずれかにおいて、補強部材はプラスチックフィルム１２、２２、３２などの樹脂フィルムである。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜１２について説明したように、接合部の段差を更に抑えることができるので、外観性の劣化をより確実に防止することができる。また、接合部の段差を抑えられるので、設計上の自由度を向上させることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｃにおいて、樹脂フィルムは繊維強化プラスチックフィルムである。
これによれば、上記実施形態の実施例１、２、４、５、７、８、１０、１１について説明したように、接合部を補強する機能を高めつつ補強部材を更に薄くすることができるため、高い曲げ強度を確保しつつ、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌め合い可能な複数の端面２１ａからなる嵌合部が形成されている。
これによれば、上記実施形態の実施例３、４、１０について説明したように、接合部における接合面積が大きくなり、より高い曲げ強度が得られる。また、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｇ）
上記態様Ａ乃至Ｆのいずれかにおいて、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、補強部材をはめ込み可能な複数の端面３１ａからなる段差部が形成されている。
これによれば、上記実施形態の実施例５、６、１１、１２について説明したように、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に形成された段差部に補強部材がはめ込まれることにより、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｈ）
複数の樹脂板１１、２１、３１などの樹脂板が接合されて形成される板状の接合部品１０、２０、３０の製造方法であって、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面を接着剤で接合するステップと、複数の樹脂板の接合部に、樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状のプラスチックフィルム１２、２２、３２などの補強部材で補強するステップと、を含む。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜１２について説明したように、接合部品の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の高い曲げ強度を確保しつつ、接合部材の外観性の劣化を防止することができる。
（態様Ｉ）
上記態様Ｈにおいて、樹脂板の接合に用いる接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤１４、２４、３４である。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜７について説明したように、接合部品が曲げられるときの接合部への応力集中が更に発生しにくくなるとともに、接合部での折れ曲がりが更に発生しにくくなる。
（態様Ｊ）
上記態様Ｈ又は態様Ｉにおいて、樹脂板の接合部を、接着剤による接合の前に速硬化型接着剤で仮固定するステップ、樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌合可能な複数の端面２１ａからなる嵌合部を形成するステップ、及び、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、補強部材をはめ込み可能な複数の端面３１ａからなる段差部を形成するステップの少なくとも一つのステップを更に含む。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜６、８〜１２について説明したように、樹脂板の接合部を接合前に速硬化型接着剤で仮固定することにより、補強部材を貼り付ける接着時の作業性の向上が図れる。また、上記実施形態の実施例３、４、１０について説明したように、樹脂板の互いに接合される端面に嵌合部を形成することにより、接合部における接合面積が大きくなり、より高い曲げ強度が得られる。また、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。また、上記実施形態の実施例５、６、１１、１２について説明したように、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に形成された段差部に補強部材がはめ込まれることにより、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ａ）
複数の樹脂板１１、２１、３１などの樹脂板が接合されて形成された板状の接合部品１０、２０、３０であって、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面１１ａ、２１ａ、３１ａは接着剤で互いに接合され、複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部は、樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から接合部を覆うようにプラスチックフィルム１２、２２、３２などのシート形状又は薄板形状の補強部材で補強されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面を接着剤で接合するとともに、その接合部を補強部材で補強することにより、樹脂板の端面間が接着剤で接合されずに端面間に間隙（空隙）がある場合に比して、接合部品が曲げられるときの接合部への応力集中が発生しにくくなり、高い曲げ強度を確保することができる。
更に、接合部における接着剤の部分とその周囲の樹脂板との間の弾性特性の差が小さくなり、樹脂板の端面間が接着剤で接合されずに端面間に間隙（空隙）がある場合に比して、接合部品が曲げられるときに接合部品の全体がより均一に曲がるようになり、接合部での折れ曲がりが発生しにくくなるので、接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制することができる。
しかも、上記接合部を補強する補強部材はシート形状又は薄板形状の薄い補強部材であるため、補強部材の縁端部での段差を低く抑えることができるので、補強部材を貼り付けることによる接合部の外観性の劣化を防止できる。
以上のように、接合部品の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の高い曲げ強度を確保しつつ、接合部材の外観性の劣化を防止することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、樹脂板の端面の接合に用いた接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤１４、２４、３４である。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜７について説明したように、上記所定の硬化後のガラス転移温度を有する接着剤で樹脂板の端面を接合することにより、最大曲げ応力が４０［ＭＰａ］以上の高い曲げ強度を確保することができる。また、上記所定の硬化後のガラス転移温度を有する接着剤で補強部材を貼り付けることにより、接合部での折れ曲がりが更に発生しにくくなる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、樹脂板の接合部は、反応型接着剤１３、２３、３３などの接着剤による接合の前にシアノアクリレート系接着剤などの速硬化型接着剤で仮固定されている。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜６、８〜１２について説明したように、補強部材を貼り付ける接着時の作業性の向上が図れる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至態様Ｃのいずれかにおいて、補強部材はプラスチックフィルム１２、２２、３２などの樹脂フィルムである。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜１２について説明したように、接合部の段差を更に抑えることができるので、外観性の劣化をより確実に防止することができる。また、接合部の段差を抑えられるので、設計上の自由度を向上させることができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｃにおいて、樹脂フィルムは繊維強化プラスチックフィルムである。
これによれば、上記実施形態の実施例１、２、４、５、７、８、１０、１１について説明したように、接合部を補強する機能を高めつつ補強部材を更に薄くすることができるため、高い曲げ強度を確保しつつ、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌め合い可能な複数の端面２１ａからなる嵌合部が形成されている。
これによれば、上記実施形態の実施例３、４、１０について説明したように、接合部における接合面積が大きくなり、より高い曲げ強度が得られる。また、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｇ）
上記態様Ａ乃至Ｆのいずれかにおいて、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、補強部材をはめ込み可能な複数の端面３１ａからなる段差部が形成されている。
これによれば、上記実施形態の実施例５、６、１１、１２について説明したように、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に形成された段差部に補強部材がはめ込まれることにより、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
（態様Ｈ）
複数の樹脂板１１、２１、３１などの樹脂板が接合されて形成される板状の接合部品１０、２０、３０の製造方法であって、複数の樹脂板の互いに隣り合う端面を接着剤で接合するステップと、複数の樹脂板の接合部に、樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状のプラスチックフィルム１２、２２、３２などの補強部材で補強するステップと、を含む。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜１２について説明したように、接合部品の接合部を補強する補強部材への応力集中を抑制するとともに、接合部品の高い曲げ強度を確保しつつ、接合部材の外観性の劣化を防止することができる。
（態様Ｉ）
上記態様Ｈにおいて、樹脂板の接合に用いる接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤１４、２４、３４である。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜７について説明したように、接合部品が曲げられるときの接合部への応力集中が更に発生しにくくなるとともに、接合部での折れ曲がりが更に発生しにくくなる。
（態様Ｊ）
上記態様Ｈ又は態様Ｉにおいて、樹脂板の接合部を、接着剤による接合の前に速硬化型接着剤で仮固定するステップ、樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌合可能な複数の端面２１ａからなる嵌合部を形成するステップ、及び、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、補強部材をはめ込み可能な複数の端面３１ａからなる段差部を形成するステップの少なくとも一つのステップを更に含む。
これによれば、上記実施形態の実施例１〜６、８〜１２について説明したように、樹脂板の接合部を接合前に速硬化型接着剤で仮固定することにより、補強部材を貼り付ける接着時の作業性の向上が図れる。また、上記実施形態の実施例３、４、１０について説明したように、樹脂板の互いに接合される端面に嵌合部を形成することにより、接合部における接合面積が大きくなり、より高い曲げ強度が得られる。また、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。また、上記実施形態の実施例５、６、１１、１２について説明したように、樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に形成された段差部に補強部材がはめ込まれることにより、接合部に段差が発生しにくくなるので、外観性の劣化をより確実に防止できる。
１ 材料押出堆積法（ＦＤＭ方式）の３次元造形装置
５ 粉末焼結積層法（ＳＬＳ方式）の３次元造形装置
１０、２０、３０ 接合部品
１１、２１、３１ 樹脂板
１１ａ 端面
２１ａ 嵌合部（端面）
３１ａ 端面
３１ｂ 段差部
１２、２２、３２ プラスチックフィルム
１３、２３、３３ 反応型接着剤（又は、反応型接着剤及び速硬化型接着剤）
１４、２４、３４ 反応型接着剤
５ 粉末焼結積層法（ＳＬＳ方式）の３次元造形装置
１０、２０、３０ 接合部品
１１、２１、３１ 樹脂板
１１ａ 端面
２１ａ 嵌合部（端面）
３１ａ 端面
３１ｂ 段差部
１２、２２、３２ プラスチックフィルム
１３、２３、３３ 反応型接着剤（又は、反応型接着剤及び速硬化型接着剤）
１４、２４、３４ 反応型接着剤
Claims (10)
- 複数の樹脂板が接合されて形成された板状の接合部品であって、
前記複数の樹脂板の互いに隣り合う端面は接着剤で互いに接合され、
前記複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部は、前記樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から前記接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状の補強部材で補強されていることを特徴とする接合部品。 - 請求項１の接合部品において、
前記樹脂板の端面の接合に用いた接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤であることを特徴とする接合部品。 - 請求項１又は２の接合部品において、
前記樹脂板の接合部は、前記接着剤による接合の前に速硬化型接着剤で仮固定されていることを特徴とする接合部品。 - 請求項１乃至３のいずれかの接合部品において、
前記補強部材は樹脂フィルムであることを特徴とする接合部品。 - 請求項４の接合部品において、
前記樹脂フィルムは繊維強化プラスチックフィルムであることを特徴とする接合部品。 - 請求項１乃至５のいずれかの接合部品において、
前記樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌め合い可能な嵌合部が形成されていることを特徴とする接合部品。 - 請求項１乃至６のいずれかの接合部品において、
前記樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、前記補強部材をはめ込み可能な段差部が形成されていることを特徴とする接合部品。 - 複数の樹脂板が接合されて形成される板状の接合部品の製造方法であって、
前記複数の樹脂板の互いに隣り合う端面を接着剤で接合するステップと、
前記複数の樹脂板の端面が互いに接合された接合部に、前記樹脂板のおもて面側及び裏面側の少なくとも一方側から前記接合部を覆うようにシート形状又は薄板形状の補強部材で補強するステップと、を含むことを特徴とする接合部品の製造方法。 - 請求項８の接合部品の製造方法において、
前記樹脂板の接合に用いる接着剤は、硬化後のガラス転移温度が９０［℃］以上の反応型接着剤であることを特徴とする接合部品の製造方法。 - 請求項８又は９の接合部品の製造方法において、
前記樹脂板の接合部を、前記接着剤による接合の前に速硬化型接着剤で仮固定するステップ、前記樹脂板の互いに接合される端面に、互いに嵌合可能な嵌合部を形成するステップ、及び、前記樹脂板の互いに接合される接合部側の端部に、前記補強部材をはめ込み可能な段差部を形成するステップの少なくとも一つのステップを更に含むことを特徴とする接合部品の製造方法。
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-
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