構造物及びその製造方法
【課題】新たな形状を有する有用な構造物及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本技術に係る構造物は、基材と、コーティング材とを具備する。前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有する。基材は、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。前記コーティング材は、前記基材の表面に形成される。
【解決手段】本技術に係る構造物は、基材と、コーティング材とを具備する。前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有する。基材は、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。前記コーティング材は、前記基材の表面に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、構造物その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の光造形物は、設計物品の３次元モデルとして用いられ、その３次元モデルにおける、設計物品の肉部に相当する部分が、中空に形成され、その中空内部がハニカム構造により形成されている。これにより３次元モデルの部位による強度のバラツキが少なくなる（例えば、特許文献１の明細書段落[００２０]参照）。
【０００３】
特許文献２に記載の造形物も、その内部においてハニカム構造を有している。この造形物では、そのハニカムを形成するリブで区画されるセル間を連通する連通口が形成されている。これにより、ハニカム構造の各セルに残った未硬化液の排出が容易になる（例えば、特許文献１の明細書段落[００１３]参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４７１２５号公報
【特許文献２】特開平６−１１４９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
構造物として、新たな形状の構造物の実現が求められている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、新たな形状を有する有用な構造物及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本技術に係る構造物は、基材と、コーティング材とを具備する。
前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有する。基材は、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。
前記コーティング材は、前記基材の表面に形成される。
【０００８】
本技術では、基材の内部側の空隙率より外部側の空隙率が低く形成されており、しかも、基材に形成されたそれらの空隙の表面にはコーティング材が形成されている。すなわち、本技術は新しい構造物を実現することができる。
【０００９】
また、このような空隙率の配列及びコーティング材の適切な選択によって、有用な機能を持つ構造物を実現することができる。
【００１０】
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有してもよい。これにより、コーティング材の材料が連通口を通って複数の空隙の表面に行きわたるので、コーティング材の形成が容易となる。
【００１１】
前記基材は、複数の連通口を有してもよい。複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である。このようなコーティング材の厚さとすることにより、構造物の強度を十分に確保することができる。
【００１２】
前記コーティング材は、金属層を含んでもよい。あるいは、前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含んでもよい。
【００１３】
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられていてもよい。これにより、基材の強度を一段と高めることができる。
【００１４】
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造であってもよい。
【００１５】
本技術に係る構造物の製造方法は、エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給することを含む。
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、基材が形成される。前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。
前記形成された基材の前記表面にコーティング材が形成される。
【００１６】
前記構造物の製造方法は、ステージと、規制体とを備えた構造物形成装置を用いる。
前記規制体は、第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置される。
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料が供給される。
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料が硬化する。
【００１７】
このように、材料が、直線状の領域（すなわち１次元領域）に規制された状態でエネルギー線の照射を受けることにより、高精度に構造物を形成することができる。
【００１８】
前記基材の形成工程では、前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツが形成されてもよい。その場合、前記基材のパーツが複数形成される。そして、前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツが貼り合わせられる。これにより、容易かつ高精度に基材を形成することができる。
【００１９】
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材が形成されてもよい。その場合、前記シート状基材が複数用意される。そして、前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む。これにより、複数のシート状基材の貼り合わせ位置精度も低くてよく、また、どの位置でもどの方向からの応力に耐え得る強度を持つ構造物を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上、本技術によれば、新たな形状を有する有用な構造物を実現することができ、またその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本技術の第１の実施形態に係る構造物を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１においてＡ−Ａ線を含む面でこの構造物を切ることにより得られる断面図である。
【図３】図３は、図１においてＢ−Ｂ線を含む面でこの構造物を切ることにより得られる断面図である。
【図４】図４は、図２において破線で囲まれる部分の拡大図である。
【図５】図５は、本技術の第２の実施形態に係る構造物を示す一断面図である。
【図６】図６は、本技術の第３の実施形態に係る構造物またはその主要部を示す斜視図である。
【図７】図７は、本技術の第５の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図８】図８は、図７に示す構造物を形成する単位セルを示す斜視図である。
【図９】図９は、図８に示す単位セルが、３次元状に規則的に整列されて形成された構造物を示す斜視図である
【図１０】図１０Ａ及びＢは、コーティング材の厚さを説明するための図である。
【図１１】図１１は、本技術の第６の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す構造物を、２次元モデルで説明するための図である。
【図１３】図１３は、本技術の第７の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１４】小さい開口を含む単位セルで構成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１５】その小さい開口がコーティング材によって塞がれて形成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、開口を有しない単位セルであるクローズドセルと、オープンセル（セミクローズドセル）とを組み合わせて形成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、本技術の一実施形態に係る構造物形成装置を示す側面図である。
【図１８】図１８は、構造物形成装置をＺ軸方向で見た側面図である。
【図１９】図１９は、構造物形成装置を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、規制体を拡大して示す図である。
【図２１】図２１Ａ〜Ｃは、構造物形成装置の動作を順に示す図である。
【図２２】図２２Ａ〜Ｄは、その動作時における規制体及びステージの間の領域を拡大して示す図である。
【図２３】図２３は、複数の基材のパーツを貼り合わせて１つの基材を作製する方法について説明するための図である。
【図２４】図２４は、図１２に示したシート状基材を複数、回転方向にずらして貼り合わせて形成された基材（構造物）を示す平面図である。
【図２５】図２５は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【図２６】図２６は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【図２７】図２７は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２３】
[構造物の第１の実施形態]
【００２４】
図１は、本技術の第１の実施形態に係る構造物を示す斜視図である。図２は、図１においてＡ−Ａ線を含む面でこの構造物５０を切ることにより得られる断面図である。図３は、図１においてＢ−Ｂ線を含む面でこの構造物５０を切ることにより得られる断面図である。
【００２５】
この構造物５０は、基材５２と、この基材５２の表面５２ａに形成されたコーティング材５６（図４参照）とを備えている。
【００２６】
図２及び３に示すように、基材５２は、例えば直方体形状を有し、その内部に複数の空隙５４を有する。これらの空隙５４による空隙率が、基材５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２が形成されている。また、各空隙５４は、規則的に整列するように設けられている。空隙率は、一般的には、単位体積当りの、基材５２の材料に占める空間の割合である。
【００２７】
空隙が規則的に整列する、とは、空隙同士のピッチの増え方（減り方）が一定または所定の規則性があること、それら空隙の相対的な配置角度が一定または所定の規則性があること、あるいは、少なくとも一部の領域でそれらの空隙の配置の対称性が保たれていること、等を意味する。
【００２８】
図４は、図２において破線で囲まれる部分Ｃの拡大図である。任意の２つの空隙５４の間には、これら２つの空隙５４間を連通する連通路（連通口）５８が設けられている。この図４に示した一断面に平行な連通路５８が設けられるだけでなく、任意の方向に沿って設けられる。基材５２における最も外部側の空隙５４のうち少なくとも１つには、外部（構造物５０の周囲の空間）とその空隙５４とを連通する連通路５８１が設けられている。各連通路５８、５８１は、外部と、基材５２の最も内部側の空隙５４とが連通するように、適宜配置される。なお、図２及び３では、これらの連通路５８、５８１の図示を省略している。
【００２９】
図４に示すように、コーティング材５６は、基材５２を形成する表面、すなわち、基材５２の外表面５２ｂ、及び各空隙５４を形成する表面５２ａ上に形成されている。つまり、コーティング材５６は空隙５４の内部にまで形成されている。
【００３０】
コーティング材５６は、例えば湿式、乾式のどちらの方式により形成されてもよい。湿式の場合、液体が連通路５８、５８１を介して空隙５４内に侵入することにより形成される。
【００３１】
また、湿式の場合、例えば電解メッキ、無電解メッキにより、コーティング材５６はメッキ層として形成される。あるいは、単純にメッキ槽の中に構造物５０を浸す、言わばディップ方式によってコーティング材５６が形成されてもよい。
【００３２】
また溶融メッキとして、一旦、基材に無電解メッキ（例えば無電解ニッケルメッキ）を施し、構造物の耐熱性と濡れ性を高めたのち、溶融メッキを施し、肉厚のコーティング材を短時間で得ることもできる。
【００３３】
乾式の場合、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、コーティング材５６が形成される。
【００３４】
コーティング材５６は、金属、樹脂、またはこれらの混合物などでよい。金属としては、例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。樹脂としては、ＡＢＳ、アクリル、あるいはポリエチレン系等が用いられる。あるいは、コーティング材５６は、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）であってもよい。
【００３５】
以上のように、基材５２の内部側の空隙率に比べ外部側の空隙率が低く形成されており、しかも、基材５２に形成されたそれらの空隙５４の表面５２ａにはコーティング材５６が形成されている。すなわち、これにより新たな形状を有する構造物５０を実現でき、また、コーティング材の材料の種類によっては、有用な機能を持つ構造物５０を実現することができる。
【００３６】
以上のような空隙率の配列により、次のような効果が得られる。例えば、構造物５０に曲げ、せん断、引っ張りなど、様々な力が加えられる場合、構造物５０の内部側に比べ、外部側に大きな応力がかかる場合がほとんどである。したがって、構造物５０の内部側よりも外部側の基材の材料の体積を密に形成し、内部側に向かうにしたがってその体積を疎に形成する。その結果、構造物５０全体（平均）の密度をできるだけ小さくしながら、その強度あるいは剛性を高めることができる。すなわち、構造物５０の比強度（比剛性（単位質量当りの剛性））を高めることができる。
【００３７】
本実施形態では、コーティング材５６を設けることにより、コーティング材５６がない構造物５０と比べ、高い強度を持つ構造物５０を実現することができる。
【００３８】
コーティング材５６の材料の種類によっては、高強度を図る目的に限られず、様々な目的で構造物５０を利用することができる。例えば例えば疎水性（例えばフッ素系材料）、親水性（例えば、シリカ系、酸化チタン系の材料）、防汚性（例えばチタン系、カーボン系の材料）、耐熱性（例えばニッケル系、クロム系、チタン系）等、様々な性質を構造物５０に与えることができる。
【００３９】
例えば、例えば、チタン系などの高強度及び耐熱性のコーティング材５６が用いられる場合、構造物５０は、高回転、高圧及び高温にさらされるタービンブレードとして利用可能である。
【００４０】
本実施形態では、連通口が設けられることにより、コーティング材５６の材料が連通口を通って複数の空隙５４の表面５２ａに行きわたるので、コーティング材５６の形成が容易となる。
【００４１】
なお、図２及び３では、空隙５４の形状を四角形としたが、これは、球、楕円体、円柱、トラス形状、不規則な形状、あるいはこれらの組み合わせの形状でもよい。
【００４２】
上記では、空隙５４を規則的に整列されて配置されていたが、内部側から外部側に向かうにしたがって低くなるように設けられていれば、その配置は不規則あるいはランダムであってもよい。
【００４３】
[構造物の第２の実施形態]
【００４４】
図５は、本技術の第２の実施形態に係る構造物を示す断面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る構造物５０が含む部分や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００４５】
この構造物１５０は、複数の空隙５４を有する基材１５２と、この基材１５２の表面に形成された図示しないコーティング材とを有する。コーティング材は、上記第１の実施形態に係る構造物５０と同様に、空隙１５４の内部にまで形成されている。
【００４６】
構造物１５０は、上記第１の実施形態と同様に直方体形状を有する。構造物１５０の、図５に示した一断面においては、各空隙１５４のピッチは実質的に等しい。しかし、その空隙１５４の容積が、内部側から外部側に向かうにしたがい小さくなっている。つまり、空隙１５４による空隙率が、基材１５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材１５２が形成されている。
【００４７】
このような構造物１５０によっても、上記第１の実施形態に係る構造物１５０と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
上記第１及び第２の実施形態では、空隙率が、基材５２、１５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２、１５２が形成された。しかし、空隙率が、基材５２、１５２の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２、１５２が形成されてもよい。
【００４９】
[構造物の第３の実施形態]
【００５０】
図６は、本技術の第３の実施形態に係る構造物またはその主要部を示す斜視図である。
【００５１】
この構造物６０は、複数の空隙６４を有する基材６２と、図示しないコーティング材とを備える。構造物６０は、薄い直方体形状（すなわち板状）、または薄いシート状に形成され、空隙６４は基材６２である板を貫通して形成されている。各空隙６４の配列パターンは、図５に示したパターンと同様である。
【００５２】
このように、板状またはシート状に形成された構造物６０であっても、空隙率が、基材６２の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材６２が形成されることにより、構造物６０の比強度、比剛性を高めることができる。
【００５３】
また、このような板状またはシート状の構造物６０は、フィルターや触媒として利用することができる。
【００５４】
上記第１〜３の実施形態では、構造物５０、１５０、６０の形状を直方体としたが、これに限られず任意の形状でよい。
【００５５】
[構造物の第４の実施形態]
【００５６】
本技術の第４の実施形態に係る構造物として、図示しないが、コーティング材が、金属層上に形成された樹脂層も含む。つまり、この構造物は、上述したような各実施形態に係る基材と、基材の表面に形成された金属層と、この金属層上に形成された樹脂層とを備える。
【００５７】
この構造物の製造方法では、基材の表面に金属層を形成した後、樹脂液に、その金属層が形成された基材が含浸される。例えば繊維強化プラスチックはよく知られているが、本技術のように、金属層が形成された構造物に、さらに樹脂を含浸すると、その構造物は金属繊維強化プラスチックとなる。
【００５８】
[構造物の第５の実施形態]
【００５９】
図７は、本技術の第５の実施形態に係る構造物の主要部（特に構造物の内部構造）を示す斜視図である。図８は、図７に示す構造物７０を形成する単位セルを示す斜視図である。
【００６０】
この単位セル７５は、上記各実施形態と同様に、基材７２（図１０Ｂ参照）と、この基材７２の表面に形成されたコーティング材７６（図１０Ｂ参照）とを有する。
【００６１】
図８に示すように、単位セル７５は、６角形の上壁７５１、中壁７５３及び下壁７５５を有し、また、それらの壁７５１、７５３、７５５の各辺に対応するように６つの側面７５８を有する。上壁７５１、中壁７５３及び下壁７５５には、それぞれ開口（以下、説明の便宜上、平面開口という。）７５２が１つずつ形成されている。この平面開口７５２は、６角形に形成されている。また、１つの側面７５８には、２つの開口７５４が形成され、開口７５４は、隣合う側面７５８の開口７５４とそれぞれ一体的に連続した開口となるように形成されている。このような２つの側面７５８にまたがる一体的な１つの開口を、以下では説明の便宜上、側面開口７５４という。側面開口７５４は、長方形状（または正方形）に形成されている。
【００６２】
１つの側面７５８に設けられる２つの側面開口７５４は、上壁７５１及び下壁７５５に平行な（Ｘ−Ｙ平面に平行な）直線上にはなく、斜めにずれて配置されている。すなわち、上段における３つの側面開口７５４が、６角形の周囲方向に（Ｚ軸周りに）１２０度間隔で配置され、下段における３つの側面開口７５４も同様に、その周囲方向に１２０度間隔で配置されている。上段の３つの側面開口７５４群と、下段の３つの側面開口７５４群は、その周囲方向に互いに６０度ずれて配置されている。
【００６３】
上壁７５１、中壁７５３及び６つの側面７５８で囲まれて形成される内部領域が１つの実質的な空隙の領域となる。また、下壁７５５、中壁７５３及び６つの側面７５８で囲まれて形成される内部領域が１つの実質的な空隙の領域となる。すなわち、この単位セルは、Ｚ軸方向に沿って配列された２つの空隙を有する。
【００６４】
図７に示した構造物７０は、このような単位セル７５が複数集められて、２次元状に規則的に整列されて形成されることにより構成される。あるいは図９に示すように、この単位セル７５が、３次元状に規則的に整列されて形成された構造物１７０も実現可能である。
【００６５】
これらの構造物７０、１７０では、横方向及び縦方向で隣り合う各空隙が、平面開口７５２及び側面開口７５４を介して連通している。したがって、平面開口７５２及び側面開口７５４は、それぞれ連通口として機能する。このような構造を持つ単位セル７５を、以下、オープンセルという。
【００６６】
ここで、平面開口７５２の開口面積、側面開口７５４の開口面積、及び空隙の容積のうち少なくとも１つの値が、複数段階的に用意されることで、複数種類のオープンセルの単位セル７５が用意される。このような複数種類の単位セル７５の配置を適宜調整することにより、基材７２の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって空隙率が低くなるように形成された構造物７０、１７０が実現される。例えば、比較的小さい空隙容積を持つ単位セル７５群が、基材７２の比較的外部側に配置されるように、かつ、比較的大きい空隙容積を持つ単位セル７５群が、基材７２の比較的内部側に配置されるように、構造物７０、１７０が形成されればよい。
【００６７】
あるいは、図８に示した単位セルの形状と実質的に同じ形状を有し、かつ、サイズが異なる単位セルを組み合わせて基材を形成することもできる。すなわち、そのサイズの種類が複数段階で単位セルの組み合わせによって、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材を形成することができる。
【００６８】
本実施形態に係る構造物７０、１７０も、上記各実施形態に係る構造部と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
この構造物７０、１７０では、空隙の各開口面の配置構造がハニカム構造であるので、強度を高めることができる。
【００７０】
本実施形態では、隅々にコーティング材７６が行きわたるので、コーティング材７６の材料によっては、高強度及び高耐熱性の両方を実現することができる。
【００７１】
図１０Ａ及びＢに示すように、この構造物７０、１７０のうち、複数の空隙、平面開口７５２及び側面開口７５４を介して、基材７２の表面５２ａを１周する最短距離ｄ１（図１０Ａで破線で示す矢印の長さ）は、コーティング材の厚さｄ２の１００〜１００００倍である。図１０Ａで示す単位セル７５における、上記複数の空隙とは、この単位セル７５の上段の空隙を基準空隙として、この基準空隙に、Ｙ軸（またはＸ軸）方向に沿って並んだ空隙、及び、Ｚ軸方向に沿って並んだ空隙の、少なくとも３つの空隙を意味する。例えば厚さｄ２が１μmである場合、最短距離ｄ１が１００００倍とするとそれは１０mmである。
【００７２】
厚さｄ２がその１００倍より小さい場合、基材７２自体の厚さが薄すぎる、または細すぎるので、その分、基材７２の強度が低下する。厚さｄ２がその１００００倍より大きいと、基材７２とコーティング材７６との実質平面の接触面積が大きくなりすぎ、コーティング材７６が剥がれやすくなるという懸念がある。コーティング材７６が形成される実質平面が大きいと、基材７２とコーティング材７６との間にほこりや気泡が混入する可能性が高くなるので、コーティング材７６が剥がれやすくなるおそれがある。
【００７３】
[構造物の第６の実施形態]
【００７４】
図１１は、本技術の第６の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【００７５】
この構造物２７０の単位セルは、図８に示したオープンセルの単位セル７５と実質的に同一である。この構造物２７０の中央には、単位セル７５が持つ空隙より大きな空隙２７４が設けられている。図９に示した構造物２７０から、中央の７つの単位セル７５が抜けることにより、このような空隙２７４が形成される。これにより、すべての空隙（単位セル７５内の空隙及び空隙２７４）による空隙率が、構造物の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された構造物２７０を実現することができる。
【００７６】
また、この構造物２７０の７つの単位セル７５が抜けて形成された空隙２７４の形状は、実質的に６角柱状であり、すなわちこの構造物２７０は自己相似形（フラクタル的な形状）を有する。
【００７７】
ここで、図１２に示すように、２次元モデルで構造物２７０を説明する。図１２に示すように、最小の６角形の空隙３２がハニカム構造のように規則的に整列されている。そして、実質的に６角形で、これら最小の６角形の空隙３２より大きな空隙３１が形成される。空隙３１は、複数の空隙３２の集まりにより形成される。図１１に示した構造物２７０を２次元的に見ると、図１２に示したシート状の構造物のうち、１つの空隙３１及びそれを構成するその周囲の複数の空隙３２で形成される部分の形状のようになる。
【００７８】
本実施形態によれば、自己相似形を有するハニカム構造によって、比強度または比剛性の高い構造物２７０を実現することができる。
【００７９】
[構造物の第７の実施形態]
【００８０】
図１３は、本技術の第７の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【００８１】
この構造物８０は、上述の単位セル７５より単純な形状（立方体）を有する単位セル８５により形成される。単位セル８５は、立方体フレーム状でなり、上下左右の８方向に向く開口（連通口）８６を有するオープンセルである。このような単位セル８５を用いることにより、上述のように自己相似形の構造物を実現できる。つまり、図１３に示した構造物８０の中央部分の１つまたは複数の単位セル８５が抜けることにより、基材の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された構造物を実現することができる。
【００８２】
図１４に示すように、立方体の単位セル８５が有する８方向の開口８６、８７のうち１つの開口８７の大きさが、他の開口８６の大きさより小さくなるように基材が形成されてもよい。この基材の表面に、図示しないコーティング材を形成することにより、そのコーティング材の厚さによって、図１５に示すように小さい開口８７が塞がれて、壁８８が形成される。コーティング材の厚さ及び基材のサイズ（開口８７のサイズ）等が適宜設定されることにより、このような構造物２８０を実現可能である。
【００８３】
図１５に示したように、隣り合う空隙のうちの一部の空隙との開口が塞がれるように形成された構造物２８０を構成する単位セルを、以下、セミクローズドセルという。
【００８４】
例えば、セミクローズドセルにより形成され構造物２８０、あるいは、上記したオープンセルとセミクローズドセルとを組み合わせて形成された構造物を、微細な流路を持つ流路デバイスとして利用することができる。流路デバイスとして構造物２８０が用いられる場合、その構造物２８０の外面位置（少なくとも底部など）にはカバーが設けられる。
【００８５】
図１６は、開口を有しない単位セル３８５であるクローズドセルと、オープンセル（セミクローズドセル）とを組み合わせて形成された構造物の主要部を示す。このような構造物３８０では、オープンセル及びセミクローズドセルにコーティング材が形成され、クローズドセルの内部の空隙を形成する表面にはコーティング材が形成されない。
【００８６】
この構造物３８０では、オープンセル（またはセミクローズドセル）が、クローズドセルを支持する機能を有する。クローズドセルの内部に外界から遮断された空隙が設けられることにより、この構造物３８０を、例えば高い断熱性が必要な構造物として使用することができる。
【００８７】
以上説明した、オープンセル、セミクローズドセル及びクローズドセルをすべて組み合わせて構造物を形成することももちろん可能である。
【００８８】
[構造物の製造方法]
【００８９】
図１〜１６に示した構造物を、例えば造形装置の方式により形成することができる。
【００９０】
造形装置は、供給された材料の全領域のうち、対象となる構造物の３次元設計データに基づいて、選択された領域にエネルギー線を照射し、供給された材料を部分的に硬化させる。これにより、任意の形状の構造物を形成することができる。
【００９１】
エネルギー線としては、典型的には光であり、特に紫外線が用いられる。その場合、材料は紫外線硬化性樹脂が用いられる。エネルギー線は、紫外線に限られず、赤外線、可視光、電子線、または超音波等が挙げられる。赤外線や超音波等は、比較的造形精度が低い造形物を形成する場合に用いられればよい。光照射には、典型的にはレーザ照射が用いられる。
【００９２】
しかし、１次元規制方式による造形装置（構造物形成装置）を用いることにより、実用的な速度及びコストで、高精度な構造物を形成することができる。１次元規制方式を採用した構造物形成装置は、例えば特開２０１１−９８４８４号公報に記載されている。あるいは、以下に説明する装置が用いられてもよい。
【００９３】
（構造物形成装置）
以下、構造物形成装置について説明する。この構造物形成装置は、基本的に造形装置の原理を用いる。構造物形成装置により形成された構造物は、模型としてだけでなく、実際の製品としても利用され得る。
【００９４】
（構造物形成装置の構成）
図１７は、本技術の一実施形態に係る構造物形成装置を示す側面図である。図１８は、この構造物形成装置をＺ軸方向で見た側面図である。図１９は、構造物形成装置を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。図中、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、互いに直交する３軸である。
【００９５】
構造物形成装置１００は、ベース１１と、ベース１１に鉛直方向に立設されたＹ軸移動機構１３と、Ｙ軸移動機構１３に接続されたＺ軸移動機構１５と、Ｚ軸移動機構１５に接続されたステージ１４とを備える。また、構造物形成装置１００は、エネルギー線として例えば紫外線等のレーザ光をステージ１４に向けて照射する照射ユニット１７を備える。また、構造物形成装置１００は、ステージ１４に対面して配置された規制体１２と、レーザ光により硬化する光硬化性樹脂等の材料を、ステージ１４と規制体１２との間に供給する供給ノズル１６とを備える。
【００９６】
Ｙ軸移動機構１３は、Ｙ軸移動モータ１３１（図１９参照）と、ベース１１に立設された支持柱１３４と、支持柱１３４にＹ軸方向（第２の方向）に沿って敷設されたガイドレール１３２と、ガイドレール１３２に接続され、Ｙ軸移動モータ１３１によりガイドレール１３２に沿って移動可能な移動ベース１３３とを有する。
【００９７】
Ｚ軸移動機構１５は、Ｚ軸移動モータ１５１（図１９参照）を有し、ステージ１４をＺ軸方向に移動させることが可能に構成されている。ステージ１４は、図１８に示すように例えば円形状に形成されているが、四角でも、その他の形状でも構わない。Ｙ軸移動機構１３及びＺ軸移動機構１５によって、ステージ１４はＹ及びＺ軸方向に沿って移動可能とされる。Ｚ軸移動機構１５により、ステージ１４の表面１４ａと、規制体１２の表面１２ａのうち最もステージ１４に近い領域（後述する直線状の領域Ａ１）との距離が制御される。Ｙ軸移動機構１３及びＺ軸移動機構１５は、移動機構として機能する。
【００９８】
規制体１２は、供給ノズル１６からステージ１４の表面１４ａに供給された材料のＺ軸方向に沿う厚さを規制する。図２０は、規制体１２を拡大して示す図である。規制体１２は、シリンドリカル形状の一部の形状を有する（シリンドリカルレンズ形状）。すなわち、ステージ１４側に対面する、規制体１２の表面１２ａは曲面であり、その曲面がシリンドリカル面として形成されている。
【００９９】
図１８に示すように、規制体１２は一方向（Ｘ軸方向）に沿って長く形成されている。規制体１２は、取り付け具２１によって支持柱１９に取り付けられている。取り付け具２１には、Ｘ軸方向（第１の方向）に沿ってスリット２１ａが形成されており、このスリット２１ａを介して照射ユニット１７からのレーザ光が規制体１２に入射される。
【０１００】
規制体１２は、ガラス、アクリル、その他の透明材料により形成されている。規制体１２は、エネルギー線を所定の透過率で透過させる材料であれば何でもよい。規制体１２の表面１２ａには、材料の接触角を高める、すなわち疏水性の膜（例えばフッ素等）がコーティングされていてもよい。
【０１０１】
図２０に示すように、ステージ１４は、ステージ１４側と規制体１２の表面１２ａとの間に、スリット領域Ｓを形成するように、Ｚ軸移動機構１５により配置可能となっている。ステージ１４の表面１４ａと、規制体１２の表面１２ａのうち最もステージ１４に近い部分である、Ｘ軸方向に沿った直線状の領域Ａ１とが対面することにより、スリット領域Ｓが形成される。この直線状の領域Ａ１は、規制体１２の表面１２ａの一部である。
【０１０２】
この直線状の領域Ａ１の、Ｙ軸方向の幅は0.1〜1mmである。また、後述する照射ユニット１７から照射されるレーザ光のスポット径は、1〜100μmである。しかし、直線状の領域Ａ１の幅及びスポット径は、規制体１２の大きさ、造形物（構造物）の大きさ、造形精度などによって適宜変更可能であり、それらの範囲以外の値も取り得る。
【０１０３】
供給ノズル１６は、Ｘ軸に沿って長い形状を有している。供給ノズル１６は、規制体１２より上部に配置され、例えば図示しない部材により支持部材を介して支持柱１９に取り付けられている。供給ノズル１６として、その長手方向に沿って、光硬化性材料Ｒ（図２０参照）を吐出するための図示を省略した複数の穴を有するタイプのノズルが用いられる。あるいは、供給ノズル１６として、その長手方向に沿って設けられたスリットを有するスリットコートタイプのノズルが用いられてもよい。
【０１０４】
なお、供給ノズル１６には、例えばこの供給ノズル１６に光硬化性材料Ｒを導入するための図示しないポンプ、配管、開閉バルブ等が接続されている。
【０１０５】
図１７に示すように、照射ユニット１７は、レーザ光源１７１と、レーザ光源１７１から出射されたレーザ光のビームスポットを絞る対物レンズ１７２とを備える。これらレーザ光源１７１及び対物レンズ１７２は、図示しないホルダにより一体的に保持されている。対物レンズ１７２は、規制体１２を介してスリット領域Ｓ、または、スリット領域Ｓを含むその近傍の領域にある光硬化性材料に焦点を合わせる。すなわち、対物レンズ１７２はレーザ光の焦点が少なくともスリット領域Ｓにある光硬化性材料Ｒに合致するような光軸上の位置に配置される。
【０１０６】
照射ユニット１７により発生するレーザ光が紫外線である場合、光硬化性材料Ｒとして、紫外線硬化樹脂が用いられる。
【０１０７】
また、上記移動機構は、照射ユニット１７を一体的にＸ軸方向に沿って移動させる、Ｘ軸移動モータ１８１（図１９参照）を搭載したＸ軸移動機構（スキャン機構）１８を有する。Ｘ軸移動機構１８により、照射ユニット１７は、レーザ光源１８から出射されたレーザ光をＸ軸方向に沿ってスキャンすることができる。
【０１０８】
なお、Ｘ軸移動機構として、ポリゴンスキャナあるいはガルバノスキャナを用いてもよい。
【０１０９】
上記取り付け具２１のスリット２１ａはＸ軸方向に沿って長く形成されている。したがって、Ｘ軸移動機構１８は、レーザ光をスキャンしている時、そのスリット２１ａを介して規制体１２にレーザ光を入射させることができる。
【０１１０】
Ｚ軸移動機構１５、Ｙ軸移動機構１３及びＸ軸移動機構１８は、例えばボールネジ駆動機構、ラックアンドピニオン駆動機構、またはベルト駆動機構などにより実現することができる。
【０１１１】
ベース１１上であって、ステージ１４の下方には廃液タンク５が設けられている。廃液タンク５には、供給ノズル１６から吐出され、ステージ１４を伝って流れ落ちる余剰の光硬化性材料等が溜められるようになっている。
【０１１２】
なお、支持柱１３４及び支持柱１９はそれぞれ２つずつ設けられたが（図１８参照）、これらは、ベース１１のＸ軸方向においてほぼ中央位置に１つずつ設けられていてもよい。
【０１１３】
図１９に示すように、構造物形成装置１００は、Ｚ軸移動モータ１５１の駆動を制御するＺ軸移動モータコントローラ２８、Ｙ軸移動モータ１３１の駆動を制御するＹ軸移動モータコントローラ２７、Ｘ軸移動モータ１８１の駆動を制御するＸ軸移動モータコントローラ２５を備える。また、構造物形成装置１００は、レーザ光源１７１から出射されるレーザ光のパワーを制御するレーザパワーコントローラ２６を備える。これらの各コントローラ２５〜２８の動作は、ホストコンピュータ５０により統括的に制御される。図示されていないが、構造物形成装置１００は、供給ノズル１６に接続されたポンプや開閉バルブを駆動するためのコントローラも備えている。
【０１１４】
上記ホストコンピュータ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えている。ＣＰＵの代わりに、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のＰＬＤ（Programmable Logic Device）が用いられてもよい。各コントローラ２５〜２８は、これらのようなハードウェアを備えるか、またはソフトウェアによりそれぞれ構成される。
【０１１５】
典型的には、ホストコンピュータ５０及び各コントローラ２５〜２８は互いに有線により接続されるが、これらコントローラのうち少なくとも１つは無線により構造物形成装置１００内の制御システムに接続されてもよい。
【０１１６】
（構造物形成装置の動作）
次に、以上のように構成された構造物形成装置１００の動作を説明する。図２１Ａ〜Ｃは、その動作を順に示す図である。図２２Ａ〜Ｄは、その動作時における規制体１２及びステージ１４の間の領域を拡大して示す図である。
【０１１７】
図２１Ａは、構造物形成装置１００の静止状態を示し、移動ベース１３３が初期位置にある状態を示している。実際に造形を実行する前に、光硬化性材料Ｒである硬化層の１層分の厚さがホストコンピュータ５０を介して設定される。そして、例えばＺ軸移動モータコントローラ２８の制御に応じたＺ軸移動機構１５の駆動により、ステージ１４が、規制体１２の最もステージ１４に近い部分である直線状の領域Ａ１に接触した時（図２１Ａ参照）のステージ１４の高さ位置が、Ｚ軸方向での原点として設定される。
【０１１８】
なお、この原点の設定時における、ステージ１４のＹ軸方向での位置は、適宜設定可能である。
【０１１９】
原点が設定されると、予め設定された、光硬化性材料Ｒの１層の厚さ分、ステージ１４が規制体１２から離れる。
【０１２０】
ステージ１４が規制体１２から離れた後、ステージ１４はＹ軸移動機構１３により図２１Ｂに示すような所定の位置である造形開始位置に移動する。この造形開始位置とは、ステージ１４と規制体１２の直線状の領域Ａ１との間のスリット領域Ｓが形成することができるようなステージ１４のＹ軸に沿った方向での位置である。この造形開始位置は、スリット領域Ｓが形成できるようなステージ１４の位置であれば、形成される構造物のＹ軸方向での大きさにより適宜設定が変更され得る。
【０１２１】
ステージ１４が造形開始位置に位置すると、供給ノズル１６から光硬化性材料Ｒが吐出され、規制体１２とステージ１４との間に、自重により流れ落ちる。これにより、少なくともスリット領域Ｓに光硬化性材料Ｒが満たされる。光硬化性材料Ｒは表面張力によって、規制体１２とステージ１４との間に保持される。すなわち、規制体１２は、直線状の領域Ａ１によって、Ｘ軸方向に沿う１次元的な領域で光硬化性材料Ｒの液面を規制する。この時のスリット領域Ｓ及びその周辺の状態を図２０に拡大して示す。このような状態から、レーザ光の光硬化性材料Ｒへの照射、つまり露光が開始される。
【０１２２】
照射ユニット１７がレーザ光を照射する。レーザ光源１７１から発生したレーザ光が対物レンズ１７２及び規制体１２を通り、スリット領域Ｓの光硬化性材料Ｒに入射する。照射ユニット１７は、Ｘ軸移動モータコントローラ２５の制御によりＸ軸に沿った方向で移動しながら、造形対象物の１層分の中のＸ軸方向の１列分のデータに基づき、レーザパワーコントローラ２６の制御に応じて、光硬化性材料Ｒに対して選択的に露光していく（図２２Ａ参照）。
【０１２３】
具体的には、レーザパワーコントローラ２６は、構造物の上記１列分のデータに応じてレーザパワーの変調信号を生成し、これをレーザ光源１７１に送ることで、１層分中のＸ軸方向の１列分の光硬化性材料Ｒが選択的に露光され、硬化される。少なくともスリット領域Ｓにある光硬化性材料Ｒが露光される。レーザ光の照射による露光中は、ステージ１４は停止している。
【０１２４】
構造物の１層分の厚さは、1〜100μmであるが、この範囲に限られず適宜設定可能である。
【０１２５】
以上のようにして、図２２Ａに示すように、１列分の硬化層Ｒ０が形成される。
【０１２６】
光硬化性材料ＲのＸ軸方向に沿った１列分の露光が終了すると、レーザ光の照射動作が停止し、Ｙ軸移動機構１３による移動ベース１３３の移動によって、ステージ１４がＹ軸に沿った方向で後方側（図２１Ｂにおける上側）へ所定のピッチ移動する。この時、図２２Ｂ及びＣに示すように、ステージ１４とともに硬化物Ｒ０が移動することにより、規制体１２及びその硬化物Ｒ０の間にせん断力が発生し、規制体１２と硬化物Ｒ０とが剥離される。上記のように規制体１２の表面に疎水性の膜が形成されていることにより、この剥離はさらに容易に行われる。
【０１２７】
そして、１層目内における次の１列分（最初の１列に隣接する１列）の選択的な露光が上記と同様に行われる（図２２Ｄ参照）。これにより、その列の硬化物Ｒ１が形成される。
【０１２８】
構造物形成装置１００は、以上のようなレーザ光のＸ軸方向に沿ったスキャン照射、及び、ステージ１４のＹ軸方向に沿ったステップ送りを繰り返すことにより、図２１Ｃに示すように、１層分の光硬化性材料Ｒの選択的な硬化層、つまり１層分の硬化層Ｒ’を形成する。このように、いわゆるラスタースキャンの要領で１層分の露光処理が行われる。
【０１２９】
ステージ１４のこのようなＹ軸に沿った方向における間欠的な移動のピッチは、レーザビームのスポット径にもより、つまり、構造物を形成するときの分解能にもよるが、この移動のピッチは適宜設定可能である。
【０１３０】
１層分の光硬化性材料Ｒへの露光が終了すると、ステージ１４が、Ｚ軸方向へ規制体１２からさらに離れるように移動する。そして、これまで説明した動作を繰り返すことにより、硬化層Ｒ’が積層されていき、任意の形状の構造物が形成されていく。
【０１３１】
以上のように、規制体１２の直線状の領域Ａ１がステージ１４に最も近くなるように規制体１２の表面１２ａがシリンドリカル面に形成されているので、ステージ１４がＹ軸方向に沿って移動することで、規制体１２の直線状の領域Ａ１はＺ軸方向に沿ってステージ１４から相対的に離れていくように移動する。これにより、上述のようにせん断力が発生し、規制体１２から材料の硬化物（図２２Ｂ、Ｄに示したＲ０やＲ１など）をきれいに剥がすことができる。
【０１３２】
従来の規制液面法では、フィルムやガラス面の歪みにより構造物の平面度が悪化していたことも問題の１つであった。これに対し本実施形態では、規制体１２の表面の形状はシリンドリカル面であり、直線状の領域Ａ１で光硬化性材料の液面が規制される。したがって、光硬化性材料Ｒが硬化するときの収縮力が規制体１２に加えられても、規制体１２に変形や歪みが発生しにくく、また、露光前における光硬化性材料Ｒの粘性による規制体１２の変形も防止できる。これにより、硬化層の平面度を高め、また、その厚さを高精度に制御することができる。その結果、図１〜１６に示したような構造物を、小さいサイズで形成することができる。
【０１３３】
従来の規制液面法では、フィルムやガラス面から構造物を引き剥がす工程に時間を要していた。しかし、本実施形態では、露光処理時においてステージ１４のＹ軸に沿った方向でのステップ送りごとに規制体１２から構造物が引き剥がされていく。つまり１層分の露光処理と引き剥がし処理の時間帯が重複しているので、構造物の形成にかかる時間を短縮することができる。
【０１３４】
本実施形態では、直線状の領域Ａ１で光硬化性材料の液面が規制されるので、粘度の高い樹脂材料を用いても、正確な層厚で構造物を形成することができ、用いる材料の選択の幅が広がる。
【０１３５】
本実施形態では、規制体１２の直線状の領域Ａ１において、規制体１２の、ステージ１４側からの引き剥がしが、微小量ずつ断続的に（Ｙ軸方向に沿ったステップ送りごとに）起こる。したがって、引き剥がし力が弱く、硬化物に損傷が加えられることを防止できる。つまり、硬化物が規制体１２から剥がれやすい。また、そのように引き剥がし力が弱いので、硬化物がステージ１４から剥がれてしまうようなことも起こらない。
【０１３６】
以上のように、本実施形態に係る構造物形成装置１００によれば、図１〜１６に示した構造物を、実用的な速度及びコストで、高精度に形成することができる。特に、構造物形成装置１００は、微小で複雑な形状を有する構造物であっても、実用的な速度で高精度に構造物を形成することができる。
【０１３７】
[複数の基材のパーツの貼り合わせによる構造物の形成]
【０１３８】
図２３は、複数の基材のパーツを貼り合わせて１つの基材を作製する方法について説明するための図である。
【０１３９】
図２３Ａに示すように、上記構造物形成装置１００により、例えば凹部９１ａを有する基材パーツ９１が形成される。基材パーツ９１は、ステージ１４に近い側である第１の側９１ｂから、ステージ１４に遠い側である第２の側９１ｃに向かうにしたがって空隙率が高くなるように、形成される。
【０１４０】
このような基材パーツ９１が複数、ここでは２つ形成される。そして、図２３Ｂに示すように、各基材パーツ９１の第２の側９１ｃ同士が接続されるように、これら基材パーツ９１が貼り合わせられる。
【０１４１】
その結果、図２３Ｃに示すように、空隙９４を有する基材９０が形成される。空隙９４による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材９０が形成される。
【０１４２】
このように基材をパーツに分けて作製することにより、次のようなメリットがある。仮に、ステージ１４に近い側として第２の側９１ｃから、基材パーツ９１が形成されていくとする。この場合、第２の側９１ｃの体積がごく小さく、第１の側９１ｂの体積が大きく重い場合、ステージ１４上での基材パーツの安定性が低下する。したがって、図２３Ａに示したように、材料の体積の大きい方がステージ側に近い位置に配置されるようにすることにより、そのような安定性の問題を解消することができる。
【０１４３】
なお、上記では、説明を分かりやすくするため、本実施形態に係る基材９０の形状を単純な形状にしたが、公知の造形装置または構造物形成装置１００によれば、もちろん複雑な形状の基材も形成可能である。
【０１４４】
[複数のシート状基材の貼り合わせによる構造物の形成]
【０１４５】
図２４は、例えば図１２に示したシート状基材を複数貼り合わせて形成された基材を示す平面図である。この例では２枚のシート状基材を貼り合わせている。具体的には、シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材が貼り合わせられる。
【０１４６】
図２５、２６及び２７は、図２４に示すように回転方向へシート状基材をずらしたものではなく、直線的にずらして貼り合わせて形成された基材をそれぞれ例示している。図２５〜２７に示した例では、各シート状基材同士が重なる部分が、方向性をもって周期的に変わる。このような構造は、例えば強度的に好ましくないことがある。また、大きな基材の場合、局所的な伸び縮みになどにより、全体を同じ位置関係で貼り合わせることも難しい。
【０１４７】
図２４に示した基材１１０の製造方法によれば、２枚のシート状基材の貼り合わせ位置精度も低くてよく、また、どの位置でもどの方向からの応力に耐え得る強度を持つ構造物を実現することができる。
【０１４８】
またこの基材１１０を遠くから見ると、全体的に大きな６角形を描いている部分を確認することができる。すなわち、この構造物１１０は、２枚のシート状基材の貼り合わせによっても、自己相似的な周期構造を保っている。この周期構造は、２枚のシート状基材の貼り合わせの回転角度に依存する。
【０１４９】
以上のようなシート状基材の貼り合わせによる構造物の技術は、ハニカム構造を有するシート状基材に適用される場合に限られない。シート状基材またはこれにより構成される構造物の空隙率が、そのシート状基材の内部側から外部側へ向かうにしたがって低くなっていれば、どのようなシート状基材及び構造物であってもよい。
【０１５０】
[その他の実施形態]
【０１５１】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【０１５２】
上記実施形態に係る構造物形成装置の規制体は、シリンドリカル形状の一部であったが、シリンドリカル形状の全部の形状を有していてもよい。その場合、その規制体はエネルギー線に対して透明な材料のソリッドタイプでもよいし、あるいは、中空タイプでもよい。
【０１５３】
その規制体の表面の形状は、シリンドリカル面でなくもよく、楕円面、双曲面等の曲面であってもよい。あるいはその表面は、曲面でなくても、Ｙ軸方向で狭い幅（レーザスポット径の2〜5倍程度）を持つ平面であってもよい。
【０１５４】
上記実施形態では、造形時にＺ軸方向において、規制体１２が静止し、ステージ１４が移動した。このような方式に限られず、Ｚ軸方向において、規制体が移動し、ステージ１４が静止していてもよいし、あるいは、それら両方が移動してもよい。
【０１５５】
上記実施形態では、構造物の１層分の硬化層を形成するために、ステージ１４が鉛直方向に移動した。しかし、構造物の１層分の硬化層を形成するために、規制体及びステージが水平方向に相対的に移動してもよいし、鉛直方向の成分を含み、鉛直方向とは異なる方向、すなわち斜め方向に相対的に移動してもよい。
【０１５６】
上記実施形態では、構造物の１層分の硬化層を形成するために、規制体１２及びステージ１４が相対的に移動する方向として、規制体１２の直線状の領域Ａ１が延びる方向（第１の方向）に直交する方向であった。しかし、第２の方向は、第１の方向とは異なっていればよく、第１の方向に対して斜め方向でもよい。あるいは、規制体１２の長手方向が、平面で見て（Ｚ軸方向で見て）予め斜め方向に傾いて設置されていてもよい。
【０１５７】
上記実施形態では、Ｘ軸方向におして、規制体１２及びステージ１４は静止し、照射ユニット１７がＸ軸方向に沿って移動したが、照射ユニットが静止し、規制体及びステージが一体的にＸ軸移動してもよい。
【０１５８】
図２２、２３に示した構造物以外の、上記したすべての構造物は、上記のような造形装置（構造物形成装置）により形成される場合に限られず、射出成形、または他の方法により形成されてもよい。
【０１５９】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１６０】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材と、
前記基材の前記表面に形成されたコーティング材と
を具備する構造物。
（２）（１）に記載の構造物であって、
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有する
構造物。
（３）（２）に記載の構造物であって、
前記基材は、複数の連通口を有し、
複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である
構造物。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の構造物であって、
前記コーティング材は、金属層を含む
構造物。
（５）（４）に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含む
構造物。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の構造物であって、
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられている
構造物。
（７）（６）に記載の構造物であって、
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造である
構造物。
（８）エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給し、
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように前記基材を形成し、
前記形成された基材の前記表面にコーティング材を形成する
構造物の製造方法。
（９）（８）に記載の構造物の製造方法であって、
ステージと、
第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体とを備えた構造物形成装置を用いて、
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料を供給し、
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料を硬化させる
構造物の製造方法。
（１０）（９）に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程では、
前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツを形成し、
前記基材のパーツを複数形成し、
前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツを貼り合わせる
構造物の製造方法。
（１１）（８）に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材を形成し、
前記シート状基材を複数用意し、
前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む
構造物の製造方法。
【０１６１】
[本技術の範囲外の形態]
【０１６２】
本技術の範囲からは外れるが、図８に示したような例えば１種類の単位セル７５が集まって形成された構造物が実現されてもよい。すなわち、単位セル７５ごとの各開口の大きさをそれぞれ一定としてもよい。あるいは、単位セル７５を任意の位置に配置することにより、自由な形状の構造物を形成することができ、方向によっては曲げ剛性が異なる構造物を作製することができる。
【０１６３】
本技術の範囲からは外れるが、図１２に示したシート状基材の空隙率、あるいは図２４に示したシート状基材を貼り合わせて形成された基材の空隙率が、一定、ランダムでもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１２…規制体
１２ａ…表面
１３…Ｙ軸移動機構
１４…ステージ
１５…Ｚ軸移動機構
１６…供給ノズル
１７…照射ユニット
１８…Ｘ軸移動機構
３１、３２、５４、９４、１５４、２７４…空隙
５０、６０、７０、８０、１１０、１５０、１７０、２７０、２８０、３８０…構造物
５２、６２、７２、９０、１５２…基材
５２ａ…表面
５６、７６…コーティング材
５８、８６、８７、５８１…連通路（連通口）
９１…基材パーツ
１００…構造物形成装置
７５２…平面開口
７５４…側面開口
【技術分野】
【０００１】
本技術は、構造物その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の光造形物は、設計物品の３次元モデルとして用いられ、その３次元モデルにおける、設計物品の肉部に相当する部分が、中空に形成され、その中空内部がハニカム構造により形成されている。これにより３次元モデルの部位による強度のバラツキが少なくなる（例えば、特許文献１の明細書段落[００２０]参照）。
【０００３】
特許文献２に記載の造形物も、その内部においてハニカム構造を有している。この造形物では、そのハニカムを形成するリブで区画されるセル間を連通する連通口が形成されている。これにより、ハニカム構造の各セルに残った未硬化液の排出が容易になる（例えば、特許文献１の明細書段落[００１３]参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４７１２５号公報
【特許文献２】特開平６−１１４９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
構造物として、新たな形状の構造物の実現が求められている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、新たな形状を有する有用な構造物及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本技術に係る構造物は、基材と、コーティング材とを具備する。
前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有する。基材は、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。
前記コーティング材は、前記基材の表面に形成される。
【０００８】
本技術では、基材の内部側の空隙率より外部側の空隙率が低く形成されており、しかも、基材に形成されたそれらの空隙の表面にはコーティング材が形成されている。すなわち、本技術は新しい構造物を実現することができる。
【０００９】
また、このような空隙率の配列及びコーティング材の適切な選択によって、有用な機能を持つ構造物を実現することができる。
【００１０】
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有してもよい。これにより、コーティング材の材料が連通口を通って複数の空隙の表面に行きわたるので、コーティング材の形成が容易となる。
【００１１】
前記基材は、複数の連通口を有してもよい。複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である。このようなコーティング材の厚さとすることにより、構造物の強度を十分に確保することができる。
【００１２】
前記コーティング材は、金属層を含んでもよい。あるいは、前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含んでもよい。
【００１３】
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられていてもよい。これにより、基材の強度を一段と高めることができる。
【００１４】
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造であってもよい。
【００１５】
本技術に係る構造物の製造方法は、エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給することを含む。
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、基材が形成される。前記基材は、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成される。
前記形成された基材の前記表面にコーティング材が形成される。
【００１６】
前記構造物の製造方法は、ステージと、規制体とを備えた構造物形成装置を用いる。
前記規制体は、第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置される。
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料が供給される。
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料が硬化する。
【００１７】
このように、材料が、直線状の領域（すなわち１次元領域）に規制された状態でエネルギー線の照射を受けることにより、高精度に構造物を形成することができる。
【００１８】
前記基材の形成工程では、前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツが形成されてもよい。その場合、前記基材のパーツが複数形成される。そして、前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツが貼り合わせられる。これにより、容易かつ高精度に基材を形成することができる。
【００１９】
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材が形成されてもよい。その場合、前記シート状基材が複数用意される。そして、前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む。これにより、複数のシート状基材の貼り合わせ位置精度も低くてよく、また、どの位置でもどの方向からの応力に耐え得る強度を持つ構造物を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上、本技術によれば、新たな形状を有する有用な構造物を実現することができ、またその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本技術の第１の実施形態に係る構造物を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１においてＡ−Ａ線を含む面でこの構造物を切ることにより得られる断面図である。
【図３】図３は、図１においてＢ−Ｂ線を含む面でこの構造物を切ることにより得られる断面図である。
【図４】図４は、図２において破線で囲まれる部分の拡大図である。
【図５】図５は、本技術の第２の実施形態に係る構造物を示す一断面図である。
【図６】図６は、本技術の第３の実施形態に係る構造物またはその主要部を示す斜視図である。
【図７】図７は、本技術の第５の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図８】図８は、図７に示す構造物を形成する単位セルを示す斜視図である。
【図９】図９は、図８に示す単位セルが、３次元状に規則的に整列されて形成された構造物を示す斜視図である
【図１０】図１０Ａ及びＢは、コーティング材の厚さを説明するための図である。
【図１１】図１１は、本技術の第６の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す構造物を、２次元モデルで説明するための図である。
【図１３】図１３は、本技術の第７の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１４】小さい開口を含む単位セルで構成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１５】その小さい開口がコーティング材によって塞がれて形成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、開口を有しない単位セルであるクローズドセルと、オープンセル（セミクローズドセル）とを組み合わせて形成された構造物の主要部を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、本技術の一実施形態に係る構造物形成装置を示す側面図である。
【図１８】図１８は、構造物形成装置をＺ軸方向で見た側面図である。
【図１９】図１９は、構造物形成装置を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、規制体を拡大して示す図である。
【図２１】図２１Ａ〜Ｃは、構造物形成装置の動作を順に示す図である。
【図２２】図２２Ａ〜Ｄは、その動作時における規制体及びステージの間の領域を拡大して示す図である。
【図２３】図２３は、複数の基材のパーツを貼り合わせて１つの基材を作製する方法について説明するための図である。
【図２４】図２４は、図１２に示したシート状基材を複数、回転方向にずらして貼り合わせて形成された基材（構造物）を示す平面図である。
【図２５】図２５は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【図２６】図２６は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【図２７】図２７は、図１２に示したシート状基材を直線的にずらして貼り合わせて形成された構造物をそれぞれ例示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２３】
[構造物の第１の実施形態]
【００２４】
図１は、本技術の第１の実施形態に係る構造物を示す斜視図である。図２は、図１においてＡ−Ａ線を含む面でこの構造物５０を切ることにより得られる断面図である。図３は、図１においてＢ−Ｂ線を含む面でこの構造物５０を切ることにより得られる断面図である。
【００２５】
この構造物５０は、基材５２と、この基材５２の表面５２ａに形成されたコーティング材５６（図４参照）とを備えている。
【００２６】
図２及び３に示すように、基材５２は、例えば直方体形状を有し、その内部に複数の空隙５４を有する。これらの空隙５４による空隙率が、基材５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２が形成されている。また、各空隙５４は、規則的に整列するように設けられている。空隙率は、一般的には、単位体積当りの、基材５２の材料に占める空間の割合である。
【００２７】
空隙が規則的に整列する、とは、空隙同士のピッチの増え方（減り方）が一定または所定の規則性があること、それら空隙の相対的な配置角度が一定または所定の規則性があること、あるいは、少なくとも一部の領域でそれらの空隙の配置の対称性が保たれていること、等を意味する。
【００２８】
図４は、図２において破線で囲まれる部分Ｃの拡大図である。任意の２つの空隙５４の間には、これら２つの空隙５４間を連通する連通路（連通口）５８が設けられている。この図４に示した一断面に平行な連通路５８が設けられるだけでなく、任意の方向に沿って設けられる。基材５２における最も外部側の空隙５４のうち少なくとも１つには、外部（構造物５０の周囲の空間）とその空隙５４とを連通する連通路５８１が設けられている。各連通路５８、５８１は、外部と、基材５２の最も内部側の空隙５４とが連通するように、適宜配置される。なお、図２及び３では、これらの連通路５８、５８１の図示を省略している。
【００２９】
図４に示すように、コーティング材５６は、基材５２を形成する表面、すなわち、基材５２の外表面５２ｂ、及び各空隙５４を形成する表面５２ａ上に形成されている。つまり、コーティング材５６は空隙５４の内部にまで形成されている。
【００３０】
コーティング材５６は、例えば湿式、乾式のどちらの方式により形成されてもよい。湿式の場合、液体が連通路５８、５８１を介して空隙５４内に侵入することにより形成される。
【００３１】
また、湿式の場合、例えば電解メッキ、無電解メッキにより、コーティング材５６はメッキ層として形成される。あるいは、単純にメッキ槽の中に構造物５０を浸す、言わばディップ方式によってコーティング材５６が形成されてもよい。
【００３２】
また溶融メッキとして、一旦、基材に無電解メッキ（例えば無電解ニッケルメッキ）を施し、構造物の耐熱性と濡れ性を高めたのち、溶融メッキを施し、肉厚のコーティング材を短時間で得ることもできる。
【００３３】
乾式の場合、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、コーティング材５６が形成される。
【００３４】
コーティング材５６は、金属、樹脂、またはこれらの混合物などでよい。金属としては、例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。樹脂としては、ＡＢＳ、アクリル、あるいはポリエチレン系等が用いられる。あるいは、コーティング材５６は、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）であってもよい。
【００３５】
以上のように、基材５２の内部側の空隙率に比べ外部側の空隙率が低く形成されており、しかも、基材５２に形成されたそれらの空隙５４の表面５２ａにはコーティング材５６が形成されている。すなわち、これにより新たな形状を有する構造物５０を実現でき、また、コーティング材の材料の種類によっては、有用な機能を持つ構造物５０を実現することができる。
【００３６】
以上のような空隙率の配列により、次のような効果が得られる。例えば、構造物５０に曲げ、せん断、引っ張りなど、様々な力が加えられる場合、構造物５０の内部側に比べ、外部側に大きな応力がかかる場合がほとんどである。したがって、構造物５０の内部側よりも外部側の基材の材料の体積を密に形成し、内部側に向かうにしたがってその体積を疎に形成する。その結果、構造物５０全体（平均）の密度をできるだけ小さくしながら、その強度あるいは剛性を高めることができる。すなわち、構造物５０の比強度（比剛性（単位質量当りの剛性））を高めることができる。
【００３７】
本実施形態では、コーティング材５６を設けることにより、コーティング材５６がない構造物５０と比べ、高い強度を持つ構造物５０を実現することができる。
【００３８】
コーティング材５６の材料の種類によっては、高強度を図る目的に限られず、様々な目的で構造物５０を利用することができる。例えば例えば疎水性（例えばフッ素系材料）、親水性（例えば、シリカ系、酸化チタン系の材料）、防汚性（例えばチタン系、カーボン系の材料）、耐熱性（例えばニッケル系、クロム系、チタン系）等、様々な性質を構造物５０に与えることができる。
【００３９】
例えば、例えば、チタン系などの高強度及び耐熱性のコーティング材５６が用いられる場合、構造物５０は、高回転、高圧及び高温にさらされるタービンブレードとして利用可能である。
【００４０】
本実施形態では、連通口が設けられることにより、コーティング材５６の材料が連通口を通って複数の空隙５４の表面５２ａに行きわたるので、コーティング材５６の形成が容易となる。
【００４１】
なお、図２及び３では、空隙５４の形状を四角形としたが、これは、球、楕円体、円柱、トラス形状、不規則な形状、あるいはこれらの組み合わせの形状でもよい。
【００４２】
上記では、空隙５４を規則的に整列されて配置されていたが、内部側から外部側に向かうにしたがって低くなるように設けられていれば、その配置は不規則あるいはランダムであってもよい。
【００４３】
[構造物の第２の実施形態]
【００４４】
図５は、本技術の第２の実施形態に係る構造物を示す断面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る構造物５０が含む部分や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００４５】
この構造物１５０は、複数の空隙５４を有する基材１５２と、この基材１５２の表面に形成された図示しないコーティング材とを有する。コーティング材は、上記第１の実施形態に係る構造物５０と同様に、空隙１５４の内部にまで形成されている。
【００４６】
構造物１５０は、上記第１の実施形態と同様に直方体形状を有する。構造物１５０の、図５に示した一断面においては、各空隙１５４のピッチは実質的に等しい。しかし、その空隙１５４の容積が、内部側から外部側に向かうにしたがい小さくなっている。つまり、空隙１５４による空隙率が、基材１５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材１５２が形成されている。
【００４７】
このような構造物１５０によっても、上記第１の実施形態に係る構造物１５０と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
上記第１及び第２の実施形態では、空隙率が、基材５２、１５２の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２、１５２が形成された。しかし、空隙率が、基材５２、１５２の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材５２、１５２が形成されてもよい。
【００４９】
[構造物の第３の実施形態]
【００５０】
図６は、本技術の第３の実施形態に係る構造物またはその主要部を示す斜視図である。
【００５１】
この構造物６０は、複数の空隙６４を有する基材６２と、図示しないコーティング材とを備える。構造物６０は、薄い直方体形状（すなわち板状）、または薄いシート状に形成され、空隙６４は基材６２である板を貫通して形成されている。各空隙６４の配列パターンは、図５に示したパターンと同様である。
【００５２】
このように、板状またはシート状に形成された構造物６０であっても、空隙率が、基材６２の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材６２が形成されることにより、構造物６０の比強度、比剛性を高めることができる。
【００５３】
また、このような板状またはシート状の構造物６０は、フィルターや触媒として利用することができる。
【００５４】
上記第１〜３の実施形態では、構造物５０、１５０、６０の形状を直方体としたが、これに限られず任意の形状でよい。
【００５５】
[構造物の第４の実施形態]
【００５６】
本技術の第４の実施形態に係る構造物として、図示しないが、コーティング材が、金属層上に形成された樹脂層も含む。つまり、この構造物は、上述したような各実施形態に係る基材と、基材の表面に形成された金属層と、この金属層上に形成された樹脂層とを備える。
【００５７】
この構造物の製造方法では、基材の表面に金属層を形成した後、樹脂液に、その金属層が形成された基材が含浸される。例えば繊維強化プラスチックはよく知られているが、本技術のように、金属層が形成された構造物に、さらに樹脂を含浸すると、その構造物は金属繊維強化プラスチックとなる。
【００５８】
[構造物の第５の実施形態]
【００５９】
図７は、本技術の第５の実施形態に係る構造物の主要部（特に構造物の内部構造）を示す斜視図である。図８は、図７に示す構造物７０を形成する単位セルを示す斜視図である。
【００６０】
この単位セル７５は、上記各実施形態と同様に、基材７２（図１０Ｂ参照）と、この基材７２の表面に形成されたコーティング材７６（図１０Ｂ参照）とを有する。
【００６１】
図８に示すように、単位セル７５は、６角形の上壁７５１、中壁７５３及び下壁７５５を有し、また、それらの壁７５１、７５３、７５５の各辺に対応するように６つの側面７５８を有する。上壁７５１、中壁７５３及び下壁７５５には、それぞれ開口（以下、説明の便宜上、平面開口という。）７５２が１つずつ形成されている。この平面開口７５２は、６角形に形成されている。また、１つの側面７５８には、２つの開口７５４が形成され、開口７５４は、隣合う側面７５８の開口７５４とそれぞれ一体的に連続した開口となるように形成されている。このような２つの側面７５８にまたがる一体的な１つの開口を、以下では説明の便宜上、側面開口７５４という。側面開口７５４は、長方形状（または正方形）に形成されている。
【００６２】
１つの側面７５８に設けられる２つの側面開口７５４は、上壁７５１及び下壁７５５に平行な（Ｘ−Ｙ平面に平行な）直線上にはなく、斜めにずれて配置されている。すなわち、上段における３つの側面開口７５４が、６角形の周囲方向に（Ｚ軸周りに）１２０度間隔で配置され、下段における３つの側面開口７５４も同様に、その周囲方向に１２０度間隔で配置されている。上段の３つの側面開口７５４群と、下段の３つの側面開口７５４群は、その周囲方向に互いに６０度ずれて配置されている。
【００６３】
上壁７５１、中壁７５３及び６つの側面７５８で囲まれて形成される内部領域が１つの実質的な空隙の領域となる。また、下壁７５５、中壁７５３及び６つの側面７５８で囲まれて形成される内部領域が１つの実質的な空隙の領域となる。すなわち、この単位セルは、Ｚ軸方向に沿って配列された２つの空隙を有する。
【００６４】
図７に示した構造物７０は、このような単位セル７５が複数集められて、２次元状に規則的に整列されて形成されることにより構成される。あるいは図９に示すように、この単位セル７５が、３次元状に規則的に整列されて形成された構造物１７０も実現可能である。
【００６５】
これらの構造物７０、１７０では、横方向及び縦方向で隣り合う各空隙が、平面開口７５２及び側面開口７５４を介して連通している。したがって、平面開口７５２及び側面開口７５４は、それぞれ連通口として機能する。このような構造を持つ単位セル７５を、以下、オープンセルという。
【００６６】
ここで、平面開口７５２の開口面積、側面開口７５４の開口面積、及び空隙の容積のうち少なくとも１つの値が、複数段階的に用意されることで、複数種類のオープンセルの単位セル７５が用意される。このような複数種類の単位セル７５の配置を適宜調整することにより、基材７２の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって空隙率が低くなるように形成された構造物７０、１７０が実現される。例えば、比較的小さい空隙容積を持つ単位セル７５群が、基材７２の比較的外部側に配置されるように、かつ、比較的大きい空隙容積を持つ単位セル７５群が、基材７２の比較的内部側に配置されるように、構造物７０、１７０が形成されればよい。
【００６７】
あるいは、図８に示した単位セルの形状と実質的に同じ形状を有し、かつ、サイズが異なる単位セルを組み合わせて基材を形成することもできる。すなわち、そのサイズの種類が複数段階で単位セルの組み合わせによって、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材を形成することができる。
【００６８】
本実施形態に係る構造物７０、１７０も、上記各実施形態に係る構造部と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
この構造物７０、１７０では、空隙の各開口面の配置構造がハニカム構造であるので、強度を高めることができる。
【００７０】
本実施形態では、隅々にコーティング材７６が行きわたるので、コーティング材７６の材料によっては、高強度及び高耐熱性の両方を実現することができる。
【００７１】
図１０Ａ及びＢに示すように、この構造物７０、１７０のうち、複数の空隙、平面開口７５２及び側面開口７５４を介して、基材７２の表面５２ａを１周する最短距離ｄ１（図１０Ａで破線で示す矢印の長さ）は、コーティング材の厚さｄ２の１００〜１００００倍である。図１０Ａで示す単位セル７５における、上記複数の空隙とは、この単位セル７５の上段の空隙を基準空隙として、この基準空隙に、Ｙ軸（またはＸ軸）方向に沿って並んだ空隙、及び、Ｚ軸方向に沿って並んだ空隙の、少なくとも３つの空隙を意味する。例えば厚さｄ２が１μmである場合、最短距離ｄ１が１００００倍とするとそれは１０mmである。
【００７２】
厚さｄ２がその１００倍より小さい場合、基材７２自体の厚さが薄すぎる、または細すぎるので、その分、基材７２の強度が低下する。厚さｄ２がその１００００倍より大きいと、基材７２とコーティング材７６との実質平面の接触面積が大きくなりすぎ、コーティング材７６が剥がれやすくなるという懸念がある。コーティング材７６が形成される実質平面が大きいと、基材７２とコーティング材７６との間にほこりや気泡が混入する可能性が高くなるので、コーティング材７６が剥がれやすくなるおそれがある。
【００７３】
[構造物の第６の実施形態]
【００７４】
図１１は、本技術の第６の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【００７５】
この構造物２７０の単位セルは、図８に示したオープンセルの単位セル７５と実質的に同一である。この構造物２７０の中央には、単位セル７５が持つ空隙より大きな空隙２７４が設けられている。図９に示した構造物２７０から、中央の７つの単位セル７５が抜けることにより、このような空隙２７４が形成される。これにより、すべての空隙（単位セル７５内の空隙及び空隙２７４）による空隙率が、構造物の内部側から３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された構造物２７０を実現することができる。
【００７６】
また、この構造物２７０の７つの単位セル７５が抜けて形成された空隙２７４の形状は、実質的に６角柱状であり、すなわちこの構造物２７０は自己相似形（フラクタル的な形状）を有する。
【００７７】
ここで、図１２に示すように、２次元モデルで構造物２７０を説明する。図１２に示すように、最小の６角形の空隙３２がハニカム構造のように規則的に整列されている。そして、実質的に６角形で、これら最小の６角形の空隙３２より大きな空隙３１が形成される。空隙３１は、複数の空隙３２の集まりにより形成される。図１１に示した構造物２７０を２次元的に見ると、図１２に示したシート状の構造物のうち、１つの空隙３１及びそれを構成するその周囲の複数の空隙３２で形成される部分の形状のようになる。
【００７８】
本実施形態によれば、自己相似形を有するハニカム構造によって、比強度または比剛性の高い構造物２７０を実現することができる。
【００７９】
[構造物の第７の実施形態]
【００８０】
図１３は、本技術の第７の実施形態に係る構造物の主要部を示す斜視図である。
【００８１】
この構造物８０は、上述の単位セル７５より単純な形状（立方体）を有する単位セル８５により形成される。単位セル８５は、立方体フレーム状でなり、上下左右の８方向に向く開口（連通口）８６を有するオープンセルである。このような単位セル８５を用いることにより、上述のように自己相似形の構造物を実現できる。つまり、図１３に示した構造物８０の中央部分の１つまたは複数の単位セル８５が抜けることにより、基材の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された構造物を実現することができる。
【００８２】
図１４に示すように、立方体の単位セル８５が有する８方向の開口８６、８７のうち１つの開口８７の大きさが、他の開口８６の大きさより小さくなるように基材が形成されてもよい。この基材の表面に、図示しないコーティング材を形成することにより、そのコーティング材の厚さによって、図１５に示すように小さい開口８７が塞がれて、壁８８が形成される。コーティング材の厚さ及び基材のサイズ（開口８７のサイズ）等が適宜設定されることにより、このような構造物２８０を実現可能である。
【００８３】
図１５に示したように、隣り合う空隙のうちの一部の空隙との開口が塞がれるように形成された構造物２８０を構成する単位セルを、以下、セミクローズドセルという。
【００８４】
例えば、セミクローズドセルにより形成され構造物２８０、あるいは、上記したオープンセルとセミクローズドセルとを組み合わせて形成された構造物を、微細な流路を持つ流路デバイスとして利用することができる。流路デバイスとして構造物２８０が用いられる場合、その構造物２８０の外面位置（少なくとも底部など）にはカバーが設けられる。
【００８５】
図１６は、開口を有しない単位セル３８５であるクローズドセルと、オープンセル（セミクローズドセル）とを組み合わせて形成された構造物の主要部を示す。このような構造物３８０では、オープンセル及びセミクローズドセルにコーティング材が形成され、クローズドセルの内部の空隙を形成する表面にはコーティング材が形成されない。
【００８６】
この構造物３８０では、オープンセル（またはセミクローズドセル）が、クローズドセルを支持する機能を有する。クローズドセルの内部に外界から遮断された空隙が設けられることにより、この構造物３８０を、例えば高い断熱性が必要な構造物として使用することができる。
【００８７】
以上説明した、オープンセル、セミクローズドセル及びクローズドセルをすべて組み合わせて構造物を形成することももちろん可能である。
【００８８】
[構造物の製造方法]
【００８９】
図１〜１６に示した構造物を、例えば造形装置の方式により形成することができる。
【００９０】
造形装置は、供給された材料の全領域のうち、対象となる構造物の３次元設計データに基づいて、選択された領域にエネルギー線を照射し、供給された材料を部分的に硬化させる。これにより、任意の形状の構造物を形成することができる。
【００９１】
エネルギー線としては、典型的には光であり、特に紫外線が用いられる。その場合、材料は紫外線硬化性樹脂が用いられる。エネルギー線は、紫外線に限られず、赤外線、可視光、電子線、または超音波等が挙げられる。赤外線や超音波等は、比較的造形精度が低い造形物を形成する場合に用いられればよい。光照射には、典型的にはレーザ照射が用いられる。
【００９２】
しかし、１次元規制方式による造形装置（構造物形成装置）を用いることにより、実用的な速度及びコストで、高精度な構造物を形成することができる。１次元規制方式を採用した構造物形成装置は、例えば特開２０１１−９８４８４号公報に記載されている。あるいは、以下に説明する装置が用いられてもよい。
【００９３】
（構造物形成装置）
以下、構造物形成装置について説明する。この構造物形成装置は、基本的に造形装置の原理を用いる。構造物形成装置により形成された構造物は、模型としてだけでなく、実際の製品としても利用され得る。
【００９４】
（構造物形成装置の構成）
図１７は、本技術の一実施形態に係る構造物形成装置を示す側面図である。図１８は、この構造物形成装置をＺ軸方向で見た側面図である。図１９は、構造物形成装置を示す模式的な側面図及びその制御システムの構成を示すブロック図である。図中、Ｘ、Ｙ及びＺ軸は、互いに直交する３軸である。
【００９５】
構造物形成装置１００は、ベース１１と、ベース１１に鉛直方向に立設されたＹ軸移動機構１３と、Ｙ軸移動機構１３に接続されたＺ軸移動機構１５と、Ｚ軸移動機構１５に接続されたステージ１４とを備える。また、構造物形成装置１００は、エネルギー線として例えば紫外線等のレーザ光をステージ１４に向けて照射する照射ユニット１７を備える。また、構造物形成装置１００は、ステージ１４に対面して配置された規制体１２と、レーザ光により硬化する光硬化性樹脂等の材料を、ステージ１４と規制体１２との間に供給する供給ノズル１６とを備える。
【００９６】
Ｙ軸移動機構１３は、Ｙ軸移動モータ１３１（図１９参照）と、ベース１１に立設された支持柱１３４と、支持柱１３４にＹ軸方向（第２の方向）に沿って敷設されたガイドレール１３２と、ガイドレール１３２に接続され、Ｙ軸移動モータ１３１によりガイドレール１３２に沿って移動可能な移動ベース１３３とを有する。
【００９７】
Ｚ軸移動機構１５は、Ｚ軸移動モータ１５１（図１９参照）を有し、ステージ１４をＺ軸方向に移動させることが可能に構成されている。ステージ１４は、図１８に示すように例えば円形状に形成されているが、四角でも、その他の形状でも構わない。Ｙ軸移動機構１３及びＺ軸移動機構１５によって、ステージ１４はＹ及びＺ軸方向に沿って移動可能とされる。Ｚ軸移動機構１５により、ステージ１４の表面１４ａと、規制体１２の表面１２ａのうち最もステージ１４に近い領域（後述する直線状の領域Ａ１）との距離が制御される。Ｙ軸移動機構１３及びＺ軸移動機構１５は、移動機構として機能する。
【００９８】
規制体１２は、供給ノズル１６からステージ１４の表面１４ａに供給された材料のＺ軸方向に沿う厚さを規制する。図２０は、規制体１２を拡大して示す図である。規制体１２は、シリンドリカル形状の一部の形状を有する（シリンドリカルレンズ形状）。すなわち、ステージ１４側に対面する、規制体１２の表面１２ａは曲面であり、その曲面がシリンドリカル面として形成されている。
【００９９】
図１８に示すように、規制体１２は一方向（Ｘ軸方向）に沿って長く形成されている。規制体１２は、取り付け具２１によって支持柱１９に取り付けられている。取り付け具２１には、Ｘ軸方向（第１の方向）に沿ってスリット２１ａが形成されており、このスリット２１ａを介して照射ユニット１７からのレーザ光が規制体１２に入射される。
【０１００】
規制体１２は、ガラス、アクリル、その他の透明材料により形成されている。規制体１２は、エネルギー線を所定の透過率で透過させる材料であれば何でもよい。規制体１２の表面１２ａには、材料の接触角を高める、すなわち疏水性の膜（例えばフッ素等）がコーティングされていてもよい。
【０１０１】
図２０に示すように、ステージ１４は、ステージ１４側と規制体１２の表面１２ａとの間に、スリット領域Ｓを形成するように、Ｚ軸移動機構１５により配置可能となっている。ステージ１４の表面１４ａと、規制体１２の表面１２ａのうち最もステージ１４に近い部分である、Ｘ軸方向に沿った直線状の領域Ａ１とが対面することにより、スリット領域Ｓが形成される。この直線状の領域Ａ１は、規制体１２の表面１２ａの一部である。
【０１０２】
この直線状の領域Ａ１の、Ｙ軸方向の幅は0.1〜1mmである。また、後述する照射ユニット１７から照射されるレーザ光のスポット径は、1〜100μmである。しかし、直線状の領域Ａ１の幅及びスポット径は、規制体１２の大きさ、造形物（構造物）の大きさ、造形精度などによって適宜変更可能であり、それらの範囲以外の値も取り得る。
【０１０３】
供給ノズル１６は、Ｘ軸に沿って長い形状を有している。供給ノズル１６は、規制体１２より上部に配置され、例えば図示しない部材により支持部材を介して支持柱１９に取り付けられている。供給ノズル１６として、その長手方向に沿って、光硬化性材料Ｒ（図２０参照）を吐出するための図示を省略した複数の穴を有するタイプのノズルが用いられる。あるいは、供給ノズル１６として、その長手方向に沿って設けられたスリットを有するスリットコートタイプのノズルが用いられてもよい。
【０１０４】
なお、供給ノズル１６には、例えばこの供給ノズル１６に光硬化性材料Ｒを導入するための図示しないポンプ、配管、開閉バルブ等が接続されている。
【０１０５】
図１７に示すように、照射ユニット１７は、レーザ光源１７１と、レーザ光源１７１から出射されたレーザ光のビームスポットを絞る対物レンズ１７２とを備える。これらレーザ光源１７１及び対物レンズ１７２は、図示しないホルダにより一体的に保持されている。対物レンズ１７２は、規制体１２を介してスリット領域Ｓ、または、スリット領域Ｓを含むその近傍の領域にある光硬化性材料に焦点を合わせる。すなわち、対物レンズ１７２はレーザ光の焦点が少なくともスリット領域Ｓにある光硬化性材料Ｒに合致するような光軸上の位置に配置される。
【０１０６】
照射ユニット１７により発生するレーザ光が紫外線である場合、光硬化性材料Ｒとして、紫外線硬化樹脂が用いられる。
【０１０７】
また、上記移動機構は、照射ユニット１７を一体的にＸ軸方向に沿って移動させる、Ｘ軸移動モータ１８１（図１９参照）を搭載したＸ軸移動機構（スキャン機構）１８を有する。Ｘ軸移動機構１８により、照射ユニット１７は、レーザ光源１８から出射されたレーザ光をＸ軸方向に沿ってスキャンすることができる。
【０１０８】
なお、Ｘ軸移動機構として、ポリゴンスキャナあるいはガルバノスキャナを用いてもよい。
【０１０９】
上記取り付け具２１のスリット２１ａはＸ軸方向に沿って長く形成されている。したがって、Ｘ軸移動機構１８は、レーザ光をスキャンしている時、そのスリット２１ａを介して規制体１２にレーザ光を入射させることができる。
【０１１０】
Ｚ軸移動機構１５、Ｙ軸移動機構１３及びＸ軸移動機構１８は、例えばボールネジ駆動機構、ラックアンドピニオン駆動機構、またはベルト駆動機構などにより実現することができる。
【０１１１】
ベース１１上であって、ステージ１４の下方には廃液タンク５が設けられている。廃液タンク５には、供給ノズル１６から吐出され、ステージ１４を伝って流れ落ちる余剰の光硬化性材料等が溜められるようになっている。
【０１１２】
なお、支持柱１３４及び支持柱１９はそれぞれ２つずつ設けられたが（図１８参照）、これらは、ベース１１のＸ軸方向においてほぼ中央位置に１つずつ設けられていてもよい。
【０１１３】
図１９に示すように、構造物形成装置１００は、Ｚ軸移動モータ１５１の駆動を制御するＺ軸移動モータコントローラ２８、Ｙ軸移動モータ１３１の駆動を制御するＹ軸移動モータコントローラ２７、Ｘ軸移動モータ１８１の駆動を制御するＸ軸移動モータコントローラ２５を備える。また、構造物形成装置１００は、レーザ光源１７１から出射されるレーザ光のパワーを制御するレーザパワーコントローラ２６を備える。これらの各コントローラ２５〜２８の動作は、ホストコンピュータ５０により統括的に制御される。図示されていないが、構造物形成装置１００は、供給ノズル１６に接続されたポンプや開閉バルブを駆動するためのコントローラも備えている。
【０１１４】
上記ホストコンピュータ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えている。ＣＰＵの代わりに、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のＰＬＤ（Programmable Logic Device）が用いられてもよい。各コントローラ２５〜２８は、これらのようなハードウェアを備えるか、またはソフトウェアによりそれぞれ構成される。
【０１１５】
典型的には、ホストコンピュータ５０及び各コントローラ２５〜２８は互いに有線により接続されるが、これらコントローラのうち少なくとも１つは無線により構造物形成装置１００内の制御システムに接続されてもよい。
【０１１６】
（構造物形成装置の動作）
次に、以上のように構成された構造物形成装置１００の動作を説明する。図２１Ａ〜Ｃは、その動作を順に示す図である。図２２Ａ〜Ｄは、その動作時における規制体１２及びステージ１４の間の領域を拡大して示す図である。
【０１１７】
図２１Ａは、構造物形成装置１００の静止状態を示し、移動ベース１３３が初期位置にある状態を示している。実際に造形を実行する前に、光硬化性材料Ｒである硬化層の１層分の厚さがホストコンピュータ５０を介して設定される。そして、例えばＺ軸移動モータコントローラ２８の制御に応じたＺ軸移動機構１５の駆動により、ステージ１４が、規制体１２の最もステージ１４に近い部分である直線状の領域Ａ１に接触した時（図２１Ａ参照）のステージ１４の高さ位置が、Ｚ軸方向での原点として設定される。
【０１１８】
なお、この原点の設定時における、ステージ１４のＹ軸方向での位置は、適宜設定可能である。
【０１１９】
原点が設定されると、予め設定された、光硬化性材料Ｒの１層の厚さ分、ステージ１４が規制体１２から離れる。
【０１２０】
ステージ１４が規制体１２から離れた後、ステージ１４はＹ軸移動機構１３により図２１Ｂに示すような所定の位置である造形開始位置に移動する。この造形開始位置とは、ステージ１４と規制体１２の直線状の領域Ａ１との間のスリット領域Ｓが形成することができるようなステージ１４のＹ軸に沿った方向での位置である。この造形開始位置は、スリット領域Ｓが形成できるようなステージ１４の位置であれば、形成される構造物のＹ軸方向での大きさにより適宜設定が変更され得る。
【０１２１】
ステージ１４が造形開始位置に位置すると、供給ノズル１６から光硬化性材料Ｒが吐出され、規制体１２とステージ１４との間に、自重により流れ落ちる。これにより、少なくともスリット領域Ｓに光硬化性材料Ｒが満たされる。光硬化性材料Ｒは表面張力によって、規制体１２とステージ１４との間に保持される。すなわち、規制体１２は、直線状の領域Ａ１によって、Ｘ軸方向に沿う１次元的な領域で光硬化性材料Ｒの液面を規制する。この時のスリット領域Ｓ及びその周辺の状態を図２０に拡大して示す。このような状態から、レーザ光の光硬化性材料Ｒへの照射、つまり露光が開始される。
【０１２２】
照射ユニット１７がレーザ光を照射する。レーザ光源１７１から発生したレーザ光が対物レンズ１７２及び規制体１２を通り、スリット領域Ｓの光硬化性材料Ｒに入射する。照射ユニット１７は、Ｘ軸移動モータコントローラ２５の制御によりＸ軸に沿った方向で移動しながら、造形対象物の１層分の中のＸ軸方向の１列分のデータに基づき、レーザパワーコントローラ２６の制御に応じて、光硬化性材料Ｒに対して選択的に露光していく（図２２Ａ参照）。
【０１２３】
具体的には、レーザパワーコントローラ２６は、構造物の上記１列分のデータに応じてレーザパワーの変調信号を生成し、これをレーザ光源１７１に送ることで、１層分中のＸ軸方向の１列分の光硬化性材料Ｒが選択的に露光され、硬化される。少なくともスリット領域Ｓにある光硬化性材料Ｒが露光される。レーザ光の照射による露光中は、ステージ１４は停止している。
【０１２４】
構造物の１層分の厚さは、1〜100μmであるが、この範囲に限られず適宜設定可能である。
【０１２５】
以上のようにして、図２２Ａに示すように、１列分の硬化層Ｒ０が形成される。
【０１２６】
光硬化性材料ＲのＸ軸方向に沿った１列分の露光が終了すると、レーザ光の照射動作が停止し、Ｙ軸移動機構１３による移動ベース１３３の移動によって、ステージ１４がＹ軸に沿った方向で後方側（図２１Ｂにおける上側）へ所定のピッチ移動する。この時、図２２Ｂ及びＣに示すように、ステージ１４とともに硬化物Ｒ０が移動することにより、規制体１２及びその硬化物Ｒ０の間にせん断力が発生し、規制体１２と硬化物Ｒ０とが剥離される。上記のように規制体１２の表面に疎水性の膜が形成されていることにより、この剥離はさらに容易に行われる。
【０１２７】
そして、１層目内における次の１列分（最初の１列に隣接する１列）の選択的な露光が上記と同様に行われる（図２２Ｄ参照）。これにより、その列の硬化物Ｒ１が形成される。
【０１２８】
構造物形成装置１００は、以上のようなレーザ光のＸ軸方向に沿ったスキャン照射、及び、ステージ１４のＹ軸方向に沿ったステップ送りを繰り返すことにより、図２１Ｃに示すように、１層分の光硬化性材料Ｒの選択的な硬化層、つまり１層分の硬化層Ｒ’を形成する。このように、いわゆるラスタースキャンの要領で１層分の露光処理が行われる。
【０１２９】
ステージ１４のこのようなＹ軸に沿った方向における間欠的な移動のピッチは、レーザビームのスポット径にもより、つまり、構造物を形成するときの分解能にもよるが、この移動のピッチは適宜設定可能である。
【０１３０】
１層分の光硬化性材料Ｒへの露光が終了すると、ステージ１４が、Ｚ軸方向へ規制体１２からさらに離れるように移動する。そして、これまで説明した動作を繰り返すことにより、硬化層Ｒ’が積層されていき、任意の形状の構造物が形成されていく。
【０１３１】
以上のように、規制体１２の直線状の領域Ａ１がステージ１４に最も近くなるように規制体１２の表面１２ａがシリンドリカル面に形成されているので、ステージ１４がＹ軸方向に沿って移動することで、規制体１２の直線状の領域Ａ１はＺ軸方向に沿ってステージ１４から相対的に離れていくように移動する。これにより、上述のようにせん断力が発生し、規制体１２から材料の硬化物（図２２Ｂ、Ｄに示したＲ０やＲ１など）をきれいに剥がすことができる。
【０１３２】
従来の規制液面法では、フィルムやガラス面の歪みにより構造物の平面度が悪化していたことも問題の１つであった。これに対し本実施形態では、規制体１２の表面の形状はシリンドリカル面であり、直線状の領域Ａ１で光硬化性材料の液面が規制される。したがって、光硬化性材料Ｒが硬化するときの収縮力が規制体１２に加えられても、規制体１２に変形や歪みが発生しにくく、また、露光前における光硬化性材料Ｒの粘性による規制体１２の変形も防止できる。これにより、硬化層の平面度を高め、また、その厚さを高精度に制御することができる。その結果、図１〜１６に示したような構造物を、小さいサイズで形成することができる。
【０１３３】
従来の規制液面法では、フィルムやガラス面から構造物を引き剥がす工程に時間を要していた。しかし、本実施形態では、露光処理時においてステージ１４のＹ軸に沿った方向でのステップ送りごとに規制体１２から構造物が引き剥がされていく。つまり１層分の露光処理と引き剥がし処理の時間帯が重複しているので、構造物の形成にかかる時間を短縮することができる。
【０１３４】
本実施形態では、直線状の領域Ａ１で光硬化性材料の液面が規制されるので、粘度の高い樹脂材料を用いても、正確な層厚で構造物を形成することができ、用いる材料の選択の幅が広がる。
【０１３５】
本実施形態では、規制体１２の直線状の領域Ａ１において、規制体１２の、ステージ１４側からの引き剥がしが、微小量ずつ断続的に（Ｙ軸方向に沿ったステップ送りごとに）起こる。したがって、引き剥がし力が弱く、硬化物に損傷が加えられることを防止できる。つまり、硬化物が規制体１２から剥がれやすい。また、そのように引き剥がし力が弱いので、硬化物がステージ１４から剥がれてしまうようなことも起こらない。
【０１３６】
以上のように、本実施形態に係る構造物形成装置１００によれば、図１〜１６に示した構造物を、実用的な速度及びコストで、高精度に形成することができる。特に、構造物形成装置１００は、微小で複雑な形状を有する構造物であっても、実用的な速度で高精度に構造物を形成することができる。
【０１３７】
[複数の基材のパーツの貼り合わせによる構造物の形成]
【０１３８】
図２３は、複数の基材のパーツを貼り合わせて１つの基材を作製する方法について説明するための図である。
【０１３９】
図２３Ａに示すように、上記構造物形成装置１００により、例えば凹部９１ａを有する基材パーツ９１が形成される。基材パーツ９１は、ステージ１４に近い側である第１の側９１ｂから、ステージ１４に遠い側である第２の側９１ｃに向かうにしたがって空隙率が高くなるように、形成される。
【０１４０】
このような基材パーツ９１が複数、ここでは２つ形成される。そして、図２３Ｂに示すように、各基材パーツ９１の第２の側９１ｃ同士が接続されるように、これら基材パーツ９１が貼り合わせられる。
【０１４１】
その結果、図２３Ｃに示すように、空隙９４を有する基材９０が形成される。空隙９４による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、基材９０が形成される。
【０１４２】
このように基材をパーツに分けて作製することにより、次のようなメリットがある。仮に、ステージ１４に近い側として第２の側９１ｃから、基材パーツ９１が形成されていくとする。この場合、第２の側９１ｃの体積がごく小さく、第１の側９１ｂの体積が大きく重い場合、ステージ１４上での基材パーツの安定性が低下する。したがって、図２３Ａに示したように、材料の体積の大きい方がステージ側に近い位置に配置されるようにすることにより、そのような安定性の問題を解消することができる。
【０１４３】
なお、上記では、説明を分かりやすくするため、本実施形態に係る基材９０の形状を単純な形状にしたが、公知の造形装置または構造物形成装置１００によれば、もちろん複雑な形状の基材も形成可能である。
【０１４４】
[複数のシート状基材の貼り合わせによる構造物の形成]
【０１４５】
図２４は、例えば図１２に示したシート状基材を複数貼り合わせて形成された基材を示す平面図である。この例では２枚のシート状基材を貼り合わせている。具体的には、シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材が貼り合わせられる。
【０１４６】
図２５、２６及び２７は、図２４に示すように回転方向へシート状基材をずらしたものではなく、直線的にずらして貼り合わせて形成された基材をそれぞれ例示している。図２５〜２７に示した例では、各シート状基材同士が重なる部分が、方向性をもって周期的に変わる。このような構造は、例えば強度的に好ましくないことがある。また、大きな基材の場合、局所的な伸び縮みになどにより、全体を同じ位置関係で貼り合わせることも難しい。
【０１４７】
図２４に示した基材１１０の製造方法によれば、２枚のシート状基材の貼り合わせ位置精度も低くてよく、また、どの位置でもどの方向からの応力に耐え得る強度を持つ構造物を実現することができる。
【０１４８】
またこの基材１１０を遠くから見ると、全体的に大きな６角形を描いている部分を確認することができる。すなわち、この構造物１１０は、２枚のシート状基材の貼り合わせによっても、自己相似的な周期構造を保っている。この周期構造は、２枚のシート状基材の貼り合わせの回転角度に依存する。
【０１４９】
以上のようなシート状基材の貼り合わせによる構造物の技術は、ハニカム構造を有するシート状基材に適用される場合に限られない。シート状基材またはこれにより構成される構造物の空隙率が、そのシート状基材の内部側から外部側へ向かうにしたがって低くなっていれば、どのようなシート状基材及び構造物であってもよい。
【０１５０】
[その他の実施形態]
【０１５１】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【０１５２】
上記実施形態に係る構造物形成装置の規制体は、シリンドリカル形状の一部であったが、シリンドリカル形状の全部の形状を有していてもよい。その場合、その規制体はエネルギー線に対して透明な材料のソリッドタイプでもよいし、あるいは、中空タイプでもよい。
【０１５３】
その規制体の表面の形状は、シリンドリカル面でなくもよく、楕円面、双曲面等の曲面であってもよい。あるいはその表面は、曲面でなくても、Ｙ軸方向で狭い幅（レーザスポット径の2〜5倍程度）を持つ平面であってもよい。
【０１５４】
上記実施形態では、造形時にＺ軸方向において、規制体１２が静止し、ステージ１４が移動した。このような方式に限られず、Ｚ軸方向において、規制体が移動し、ステージ１４が静止していてもよいし、あるいは、それら両方が移動してもよい。
【０１５５】
上記実施形態では、構造物の１層分の硬化層を形成するために、ステージ１４が鉛直方向に移動した。しかし、構造物の１層分の硬化層を形成するために、規制体及びステージが水平方向に相対的に移動してもよいし、鉛直方向の成分を含み、鉛直方向とは異なる方向、すなわち斜め方向に相対的に移動してもよい。
【０１５６】
上記実施形態では、構造物の１層分の硬化層を形成するために、規制体１２及びステージ１４が相対的に移動する方向として、規制体１２の直線状の領域Ａ１が延びる方向（第１の方向）に直交する方向であった。しかし、第２の方向は、第１の方向とは異なっていればよく、第１の方向に対して斜め方向でもよい。あるいは、規制体１２の長手方向が、平面で見て（Ｚ軸方向で見て）予め斜め方向に傾いて設置されていてもよい。
【０１５７】
上記実施形態では、Ｘ軸方向におして、規制体１２及びステージ１４は静止し、照射ユニット１７がＸ軸方向に沿って移動したが、照射ユニットが静止し、規制体及びステージが一体的にＸ軸移動してもよい。
【０１５８】
図２２、２３に示した構造物以外の、上記したすべての構造物は、上記のような造形装置（構造物形成装置）により形成される場合に限られず、射出成形、または他の方法により形成されてもよい。
【０１５９】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【０１６０】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材と、
前記基材の前記表面に形成されたコーティング材と
を具備する構造物。
（２）（１）に記載の構造物であって、
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有する
構造物。
（３）（２）に記載の構造物であって、
前記基材は、複数の連通口を有し、
複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である
構造物。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の構造物であって、
前記コーティング材は、金属層を含む
構造物。
（５）（４）に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含む
構造物。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の構造物であって、
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられている
構造物。
（７）（６）に記載の構造物であって、
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造である
構造物。
（８）エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給し、
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように前記基材を形成し、
前記形成された基材の前記表面にコーティング材を形成する
構造物の製造方法。
（９）（８）に記載の構造物の製造方法であって、
ステージと、
第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体とを備えた構造物形成装置を用いて、
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料を供給し、
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料を硬化させる
構造物の製造方法。
（１０）（９）に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程では、
前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツを形成し、
前記基材のパーツを複数形成し、
前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツを貼り合わせる
構造物の製造方法。
（１１）（８）に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材を形成し、
前記シート状基材を複数用意し、
前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む
構造物の製造方法。
【０１６１】
[本技術の範囲外の形態]
【０１６２】
本技術の範囲からは外れるが、図８に示したような例えば１種類の単位セル７５が集まって形成された構造物が実現されてもよい。すなわち、単位セル７５ごとの各開口の大きさをそれぞれ一定としてもよい。あるいは、単位セル７５を任意の位置に配置することにより、自由な形状の構造物を形成することができ、方向によっては曲げ剛性が異なる構造物を作製することができる。
【０１６３】
本技術の範囲からは外れるが、図１２に示したシート状基材の空隙率、あるいは図２４に示したシート状基材を貼り合わせて形成された基材の空隙率が、一定、ランダムでもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１２…規制体
１２ａ…表面
１３…Ｙ軸移動機構
１４…ステージ
１５…Ｚ軸移動機構
１６…供給ノズル
１７…照射ユニット
１８…Ｘ軸移動機構
３１、３２、５４、９４、１５４、２７４…空隙
５０、６０、７０、８０、１１０、１５０、１７０、２７０、２８０、３８０…構造物
５２、６２、７２、９０、１５２…基材
５２ａ…表面
５６、７６…コーティング材
５８、８６、８７、５８１…連通路（連通口）
９１…基材パーツ
１００…構造物形成装置
７５２…平面開口
７５４…側面開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材と、
前記基材の前記表面に形成されたコーティング材と
を具備する構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物であって、
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有する
構造物。
【請求項３】
請求項２に記載の構造物であって、
前記基材は、複数の連通口を有し、
複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である
構造物。
【請求項４】
請求項１に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、金属層を含む
構造物。
【請求項５】
請求項４に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含む
構造物。
【請求項６】
請求項１に記載の構造物であって、
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられている
構造物。
【請求項７】
請求項６に記載の構造物であって、
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造である
構造物。
【請求項８】
エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給し、
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように前記基材を形成し、
前記形成された基材の前記表面にコーティング材を形成する
構造物の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の構造物の製造方法であって、
ステージと、
第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体とを備えた構造物形成装置を用いて、
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料を供給し、
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料を硬化させる
構造物の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程では、
前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツを形成し、
前記基材のパーツを複数形成し、
前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツを貼り合わせる
構造物の製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材を形成し、
前記シート状基材を複数用意し、
前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む
構造物の製造方法。
【請求項１】
複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように形成された基材と、
前記基材の前記表面に形成されたコーティング材と
を具備する構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物であって、
前記基材は、前記複数の空隙を連通する連通口をさらに有する
構造物。
【請求項３】
請求項２に記載の構造物であって、
前記基材は、複数の連通口を有し、
複数の空隙及び複数の連通口を介して、前記基材の前記表面を１周する最短距離は、前記コーティング材の厚さの１００〜１００００倍である
構造物。
【請求項４】
請求項１に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、金属層を含む
構造物。
【請求項５】
請求項４に記載の構造物であって、
前記コーティング材は、前記金属層の上に形成された樹脂層をさらに含む
構造物。
【請求項６】
請求項１に記載の構造物であって、
前記複数の空隙は、規則的に整列するように前記基材に設けられている
構造物。
【請求項７】
請求項６に記載の構造物であって、
前記複数の空隙の各開口面の配置構造は、ハニカム構造である
構造物。
【請求項８】
エネルギー線のエネルギーで硬化する基材の材料を供給領域に供給し、
前記供給領域に供給された前記材料の全領域のうち、選択された領域に前記エネルギー線を照射することで、複数の空隙と、少なくとも前記複数の空隙を形成する表面とを有し、前記複数の空隙による空隙率が、前記基材の内部側から２次元状または３次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように前記基材を形成し、
前記形成された基材の前記表面にコーティング材を形成する
構造物の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の構造物の製造方法であって、
ステージと、
第１の方向に沿う直線状の領域を含む表面を有し、前記表面のうち前記直線状の領域が前記ステージに最も近くなるように、前記ステージに対面して配置された規制体とを備えた構造物形成装置を用いて、
前記材料の供給工程では、前記ステージが配置される側の領域と前記直線状の領域との間の領域であるスリット領域に、前記材料を供給し、
前記基材の形成工程では、前記第１の方向とは異なる第２の方向に沿って、前記規制体及び前記ステージを相対的に移動させることにより、少なくとも１層分の前記材料を硬化させる
構造物の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程では、
前記基材のパーツの、前記ステージに近い側である第１の側から、前記ステージに遠い側である第２の側に向かうにしたがって前記空隙率が高くなるように、前記基材のパーツを形成し、
前記基材のパーツを複数形成し、
前記複数の基材のパーツの前記第２の側同士を接続するように、前記複数の基材のパーツを貼り合わせる
構造物の製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の構造物の製造方法であって、
前記基材の形成工程において、前記空隙率が、シート状基材の内部側から２次元状に外部側に向かうにしたがって低くなるように、かつ、前記複数の空隙が規則的に整列するようにシート状基材を形成し、
前記シート状基材を複数用意し、
前記構造物の製造方法は、前記シート状基材同士の貼り合わせ面に垂直な軸を中心とした回転方向に、前記各シート状基材がずれるように、該各シート状基材を貼り合わせる工程をさらに含む
構造物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１２】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−１８１４６（Ｐ２０１３−１８１４６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１５９６（Ｐ２０１１−１５１５９６）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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