特許 6896814 金属配管、金属配管構造及び金属配管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6896814

(24)【登録日】2021年6月11日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】金属配管、金属配管構造及び金属配管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16L 9/02 20060101AFI20210621BHJP

   F16L 9/06 20060101ALI20210621BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20210621BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20210621BHJP

   B22F 5/12 20060101ALI20210621BHJP

   B22F 3/24 20060101ALN20210621BHJP

   C22C 19/05 20060101ALN20210621BHJP

【ＦＩ】

   F16L9/02

   F16L9/06

   B22F3/105

   B22F3/16

   B22F5/12

   !B22F3/24 C

   !C22C19/05 Z

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-158383(P2019-158383)

(22)【出願日】2019年8月30日

(65)【公開番号】特開2021-38754(P2021-38754A)

(43)【公開日】2021年3月11日

【審査請求日】2019年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】391001169

【氏名又は名称】櫻護謨株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千葉 健二

(72)【発明者】

【氏名】松田 知之

【審査官】 黒田 正法

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−１９４０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４９−１３０１７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０２−１１４００１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−１９７７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１３００２０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１９／０１１３１６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０２８３７９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｌ ９／０２

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ ５／１２

Ｆ１６Ｌ ９／０６

Ｂ２２Ｆ ３／２４

Ｃ２２Ｃ １９／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する金属である、第１部分と第２部分とを含む複数の部分を有し、
前記複数の部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なり、
前記第１部分と前記第２部分の金属表面の色合いが互いに異なり、
前記第１部分のロックウェル硬さは、前記第２部分のロックウェル硬さよりも小さく、
前記第１部分は管軸に沿う断面において内面および外面の少なくとも１つが曲率を有し、前記第２部分は前記断面において内面および外面が直線状である、
金属配管。

【請求項2】

一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する金属である、第１部分と第２部分とを含む複数の部分を有し、
前記複数の部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なり、
前記第１部分と前記第２部分の金属表面の色合いが互いに異なり、
前記第１部分のロックウェル硬さは、前記第２部分のロックウェル硬さよりも小さく、
前記第１部分は管軸が曲線状であり、前記第２部分は管軸が直線状である、
金属配管。

【請求項3】

前記第１部分の前記管軸の曲率半径は、前記第１部分の外径の２倍よりも小さい、
請求項２に記載の金属配管。

【請求項4】

前記第２部分の前記管軸に沿う長さは、前記第１部分の外径よりも小さい、
請求項２または３に記載の金属配管。

【請求項5】

前記管軸に沿う断面において、前記第１部分と前記第２部分の壁部が一定の厚みを有する、
請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の金属配管。

【請求項6】

第１伸縮管と、
管軸が曲線状の第１部分と、前記第１伸縮管と前記第１部分の間に位置し、管軸が直線状の第２部分とを含む第１金属配管と、
を備え、
前記第１部分および前記第２部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する金属であり、
前記第１部分および前記第２部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なり、
前記第１金属配管の前記第１部分と前記第２部分の金属表面の色合いが互いに異なり、
前記第１部分のロックウェル硬さは、前記第２部分のロックウェル硬さよりも小さい、
金属配管構造。

【請求項7】

管軸が曲線状の第１部分と、当該第１部分に接続された第２部分とを含む第２金属配管をさらに備え、
前記第２金属配管の前記第１部分および前記第２部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する金属であり、
前記第２金属配管の前記第１部分および前記第２部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なり、
前記第２金属配管の前記第１部分と前記第２部分の金属表面の色合いが互いに異なり、
前記第２金属配管の前記第１部分と前記第２部分のロックウェル硬さが互いに異なり、
前記第１金属配管の前記第２部分と前記第２金属配管の前記第２部分の間に前記第１伸縮管が位置する、
請求項６に記載の金属配管構造。

【請求項8】

第２伸縮管をさらに備え、
前記第１金属配管は、前記第２伸縮管と前記第１部分の間に位置する第３部分をさらに含み、
前記第１部分および前記第３部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する金属であり、
前記第１部分および前記第３部分において、機械的性質および物理的性質のうち少なくとも１つが異なる、
請求項６に記載の金属配管構造。

【請求項9】

作業領域に１層分の金属粉末を供給し、供給された金属粉末の所定領域をレーザ光で走査することにより金属粉末を溶融および結合させる動作を繰り返すことで金属配管を得る製造方法であって、
前記金属配管の造形に際して全体的に同じ前記金属粉末を用い、かつ前記レーザ光の強度および前記レーザ光の走査速度の少なくとも一方を変えることより、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有するとともに機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる、第１部分と、第２部分とを含む複数の部分を前記金属配管に形成し、
前記第１部分と前記第２部分の金属表面の色合いが互いに異なり、
前記第１部分と前記第２部分のロックウェル硬さが互いに異なる、
製造方法。

【請求項10】

前記金属配管に熱処理を施すことを含む、
請求項９に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属配管、金属配管構造及び金属配管の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、金属配管（直管、曲管、分岐管等）は用途や形状に応じて、様々な手法にて製造されている。一方、近年普及しつつある３Ｄプリンタを用いた３次元造形においても、樹脂成形品のみならず、金属成形品の製作が可能になっている。そこで得られる金属成形品は、一様な機械的性質および物理的性質を有していることが一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６２５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

装置内に使用される金属配管構造において、直管（パイプ等）のならず、曲管がさまざまな場所で使用されている。例えば曲管が必要な場合、規格品のみならず、直管を曲げ加工で製作することがある。しかし、曲げ加工には熟練した技術を要するばかりでなく、加工条件に種々の制約があるため、必要な寸法の曲管が得られない場合がある。

【0005】

また、装置内における金属配管構造の設置環境に応じて、配管の一部に伸縮管等を組み込むことで振動対策を行う場合もあるが、そればかりでなく金属配管の一部に異なる性質が求められることもある。

【0006】

そこで本発明は、寸法精度に優れるとともに用途に適した機能を発揮し得る金属配管と、その金属配管を用いた金属配管構造および金属配管の製造方法を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様における金属配管は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有する複数の部分を含み、前記複数の部分において機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。

【0008】

前記複数の部分は、管軸に沿う断面において内面および外面の少なくとも１つが曲率を有する第１部分と、前記断面において内面および外面が直線状である第２部分とを含んでもよい。

【0009】

前記複数の部分は、管軸が曲線状の第１部分と、管軸が直線状の第２部分とを含んでもよい。

【0010】

前記第１部分の硬さは、前記第２部分の硬さよりも小さくてもよい。

【0011】

前記第１部分と前記第２部分の表面の色合いが互いに異なってもよい。

【0012】

管軸に沿う断面において、前記第１部分と前記第２部分の壁部が一定の厚みを有してもよい。

【0013】

本発明の一態様における金属配管構造は、第１伸縮管と、管軸が曲線状の第１部分と、前記第１伸縮管と前記第１部分の間に位置する第２部分とを含む第１金属配管と、を備えている。前記第１部分および前記第２部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有し、前記第１部分および前記第２部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。

【0014】

金属配管構造は、管軸が曲線状の第１部分と、当該第１部分に接続された第２部分とを含む第２金属配管をさらに備えてもよい。この場合、前記第２金属配管の前記第１部分および前記第２部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有し、前記第２金属配管の前記第１部分および前記第２部分において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なり、前記第１金属配管の前記第２部分と前記第２金属配管の前記第２部分の間に前記第１伸縮管が位置してもよい。

【0015】

金属配管構造は、第２伸縮管をさらに備えてもよい。この場合、前記第１金属配管は、前記第２伸縮管と前記第１部分の間に位置する第３部分をさらに含み、前記第１部分および前記第３部分は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有し、前記第１部分および前記第３部分において、機械的性質および物理的性質のうち少なくとも１つが異なってもよい。

【0016】

本発明の一態様における製造方法は、作業領域に１層分の金属粉末を供給し、供給された金属粉末の所定領域をレーザ光で走査することにより金属粉末を溶融および結合させる動作を繰り返すことで金属配管を得る製造方法であって、前記金属配管の造形に際して全体的に同じ前記金属粉末を用い、かつ前記レーザ光の強度および前記レーザ光の走査速度の少なくとも一方を変えることより、同じ化学組成を有するとともに機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる複数の部分を前記金属配管に形成する。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、寸法精度に優れるとともに用途に適した機能を発揮し得る金属配管と、その金属配管を用いた金属配管構造および金属配管の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、第１実施形態に係る金属配管構造の概略的な構成を示す平面図である。

【図2】図２は、図１で示した金属配管構造の管軸ＡＸに沿う部分断面図である。

【図3】図３は、３Ｄプリンタにより第１金属配管を造形する様子を概略的に示す斜視図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る金属配管構造の概略的な構成を示す平面図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る第３金属配管の管軸に沿う概略的な断面図である。

【図6】図６は、第４実施形態に係る第４金属配管の管軸に沿う概略的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明のいくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
各実施形態にて開示する金属配管は一例にすぎない。各実施形態にて開示する金属配管の構成および製造方法は、その他の種々の金属配管にも適用し得る。また、各実施形態においては、金属配管との用語を金属材料により形作られた配管との意味で用いる。配管は、部材、物品、造形物、３次元造形物、製品などと言い換えることもできる。

【0020】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る金属配管構造Ｓ１の概略的な構成を示す平面図である。

【0021】

金属配管構造Ｓ１は、例えば航空機・宇宙機に設置される配管類の一部である。金属配管構造Ｓ１は、その他の装置・設備等に使用される配管類であってもよい。

【0022】

金属配管構造Ｓ１は、第１金属配管１と、第２金属配管２と、第１伸縮管１００ａを備えている。第１伸縮管１００ａは、第１金属配管１と第２金属配管２の間に位置している。第１伸縮管１００ａは、例えばベローズなどの伸縮継手である。第１伸縮管１００ａは、蛇腹状に形成された波形部と、配管と接続するための接続部とを備えている。例えば、第１伸縮管１００ａは、チタン合金やステンレス鋼によって製作される。

【0023】

第１金属配管１および第２金属配管２と第１伸縮管１００ａは、例えば溶接によって一体的に連結されている。図示した例にはないが、第１金属配管１と第１伸縮管１００ａの間に他の配管（直管等）を配置し連結することで、金属配管構造を構成してもよい。また、第２金属配管２と第１伸縮管１００ａの間においても、同様に他の配管を配置してもよい。

【0024】

第１金属配管１は、第１部分１１と、第２部分１２と、第３部分１３を有している。第２金属配管２は、第１部分２１と、第２部分２２と、第３部分２３を有している。各第１部分１１，２１は、管軸ＡＸが曲線状の部分である。各第２部分１２，２２と第３部分１３，２３は、管軸ＡＸが直線状の部分である。

【0025】

第１部分１１では、管軸ＡＸに沿う断面において第１金属配管１の内面および外面の少なくとも１つが曲率を有している。第２部分１２および第３部分１３では、管軸ＡＸに沿う断面において第１金属配管１の内面および外面が直線状である。同様に、第１部分２１では、管軸ＡＸに沿う断面において第２金属配管２の内面および外面の少なくとも１つが曲率を有している。第２部分２２および第３部分２３では、管軸ＡＸに沿う断面において第２金属配管２の内面および外面が直線状である。

【0026】

第１金属配管１の第２部分１２は、第１伸縮管１００ａと第１金属配管１の第１部分１１の間に位置している。第２金属配管２の第２部分２２は、第１伸縮管１００ａと第２金属配管２の第１部分２１の間に位置している。第１金属配管１の第１部分１１は、第２部分１２と第３部分１３の間に位置している。第２金属配管２の第１部分２１は、第２部分２２と第３部分２３の間に位置している。

【0027】

図示した例では、各第１部分１１，２１は９０°に湾曲した形状であるが、それ以外の角度であってもよい。各第１部分１１，２１は、装置内における配管レイアウトに応じて、所定の角度に曲げることができる。第１金属配管１および第２金属配管２は、管軸ＡＸが直線状である第２部分１２，２２と第３部分１３，２３をそれぞれ有しているが、第１部分１１，２１のみで構成されてもよい。

【0028】

本実施形態においては、第１金属配管１および第２金属配管２が、同一構造および同一の性質を有する場合を想定する。しかし、第１金属配管１と第２金属配管２は、構造および性質が両方とも異なってもよいし、構造および性質のどちらか一方のみが異なってもよい。

【0029】

ここで第１金属配管１を例に金属配管について説明する。

【0030】

第１金属配管１の第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有している。ここで、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３が「一体的に形成」されているとは、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３が溶接、接着、または他の部材を介した接続等の方法により互いに連結されているのではなく、１つの継ぎ目のない物として形成されていることを意味する。また、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３が「同じ化学組成を有する」とは、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３を構成する元素の種類および比率が完全に同じである場合だけでなく、当該比率が誤差程度に異なる場合も含む。例えば、後述する３Ｄプリンタを用いた造形において同じ金属粉末を用いて第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３を形成した場合、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３の結晶組織や析出の状態が異なったとしても、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３は同じ化学組成を有するとみなすことができる。

【0031】

第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３において、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。機械的性質としては、例えば硬さ、強度（引張り強さ、圧縮強さ、せん断強さ）、靱性、疲労特性、クリープ特性、耐摩耗性などが挙げられる。また、物理的性質としては、例えば密度、熱伝導率、線膨張率、電気抵抗率、結晶構造、光学的特性などが挙げられる。

【0032】

また、第１金属配管１は、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３と機械的性質および物理的性質が異なる他の部分をさらに含んでもよい。また、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３内において、機械的性質および物理的性質の性質を段階的に変化させてもよい。同様に、第２金属配管２は、第１部分２１、第２部分２２、および第３部分２３と機械的性質および物理的性質が異なる他の部分をさらに含んでもよい。また、第１部分２１、第２部分２２、および第３部分２３内において、機械的性質および物理的性質の性質を段階的に変化させてもよい。

【0033】

本実施形態において一例として、第１部分１１，２１の硬さが第２部分１２，２２と第３部分１３，２３の硬さよりも小さい場合を想定する。この場合、第１部分１１，２１は、第２部分１２，２２と第３部分１３，２３に比べて軟らかい。したがって、金属配管構造Ｓ１に加わる振動や応力を第１伸縮管１００ａのみならず、各第１部分１１，２１にて緩和することができる。そのため、金属配管構造Ｓ１に過度な負荷が加わった場合に、第１伸縮管１００ａのみを設置した場合と比較して、金属配管構造Ｓ１の破損等をより抑制することができる。また、第２部分１２，２２と第３部分１３，２３の硬さは、同じであってもよいし、異なってもよい。

【0034】

特に航空・宇宙分野では、激しい振動が長時間継続するような過酷な環境で製品が使用される。そのため、使用する部品に対して高い信頼性が要求される。曲管を有する金属配管構造が振動した際には、その曲管部に振動による応力が発生する。応力が集中する曲管部に他の部分と比較して硬さが小さい部分を予め設けておくことで、配管にかかる応力を緩和することができ、金属配管構造の破損を防止することができる。

【0035】

さらに、本実施形態においては、一様な光を照射して第１金属配管１および第２金属配管２を観察したときに、第１部分１１，２１よりも第２部分１２，２２と第３部分１３，２３の方が暗い色合いを有する場合を想定する。なお、ここでの色合いは、第１部分１１，２１、第２部分１２，２２、第３部分１３，２３を構成する金属材料の表面の光学的特性であって、金属材料の表面に塗布され得る塗料等の色を意味するものではない。

【0036】

このように、第１部分１１，２１、第２部分１２，２２、および第３部分１３，２３で機械的性質を異ならせることで、用途に応じた特性を第１部分１１，２１、第２部分１２，２２、および第３部分１３，２３に与えることができる。また、第１部分１１，２１、第２部分１２，２２、および第３部分１３，２３の色合いを異ならせることで、第１部分１１，２１、第２部分１２，２２、および第３部分１３，２３の特性や境界を視覚的に把握できる。これは、使用環境下で作業者が金属配管構造の特性を把握する際の負担軽減につながり、メンテナンス時の時間短縮にも貢献できる。

【0037】

図２は、図１で示した金属配管構造Ｓ１の管軸ＡＸに沿う部分断面図である。ここでは第１金属配管１の断面形状を主に示しているが、第２金属配管２の断面形状も第１金属配管１と同様である。第１金属配管１の壁部は、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３にわたり、一定の厚さＴ１を有している。ただし、第１部分１１の壁部を第２部分１２と第３部分１３の壁部よりも厚くすることも可能であるし、また第２部分１２と第３部分１３から第１部分１１にかけて壁部を漸次厚くすることも可能である。例えば、規格品と同一寸法の曲管であったとしても、壁部の厚さＴ１を規格品よりも薄くすることで壁部の薄い曲管を得ることができ、第１金属配管１の質量を軽減し、第１金属配管構造全体の質量を軽減することも可能である。また、強度を強くしたい部分の壁部の厚さを意図的に厚くすることも可能である。

【0038】

ここで、第１金属配管１を直管から曲げ加工にて製作する場合を想定する。直管を曲げる際に、パイプベンダーと呼ばれる装置を用いて曲げ加工を行う場合がある。この場合、直管をパイプベンダーに装着し、曲げ加工を行う。直管の曲げ半径Ｒ１は、使用するパイプベンダーや使用する直管の外径Ｄ１によって決まる。そのため、使用する直管の外径Ｄ１に対して曲げ半径Ｒ１が小さい曲管が必要であったとしても、曲げ加工での製作が不可能な場合がある。例えば、曲げ半径Ｒ１が、外径Ｄ１の２倍より小さい場合（Ｒ１＜２×Ｄ１）には、曲げ加工は困難である。言い換えると、曲げ加工を行うためには、曲げ半径Ｒ１は、外径Ｄ１の２倍より大きい（Ｒ１＞２×Ｄ１）必要があるといえる。

【0039】

また、直管の端部をパイプベンダーに固定しながら曲げ加工を行うため、直管は一定以上の長さが必要である。曲げ加工にて製作される曲管は、管軸が曲線状である曲管部分と曲管部分の両端に管軸が直線状である直管部分を含むことになる。言い換えると、直管部分のない曲管を曲げ加工で製作することはできない。例えば、直管部分の長さＬ１が、外径Ｄ１より短い場合（Ｌ１＜Ｄ１）には、曲げ加工が困難である。言い換えると、直管部分の長さＬ１は、外径Ｄ１よりも長く（Ｌ１＞Ｄ１）必要であるといえる。

【0040】

まとめると、曲げ加工において曲管の寸法は、曲げ半径と直管部分の長さの制約を受ける。仮に直管部分の長さが短い場合、曲げ加工を行うと直管部分の端部の開口部が、扁平な形状に変形してしまう。このような曲管と他の配管を溶接等で接合する場合、溶接前に変形を修正しなければならない。また、この修正作業にはかなりの作業工数が必要となる。

【0041】

他にも曲げ加工により配管の壁部の厚さに偏りが生じたり、壁部にシワが発生することもある。曲げ加工には、熟練した技術を要するため、作業者が限定されるといった問題もある。

【0042】

後述する３Ｄプリンタを用いた成形であれば、曲管が曲げ半径や直管部分の長さによる制約を受けることがないため、必要な形状の曲管を得ることができる。配管の内径および外径が一定である、安定した配管を製造することが可能となる。３Ｄプリンタによる成形品であれば変形もないため、変形を修正するための作業工数分を短縮することができ、コスト削減にも貢献する。また、３Ｄプリンタによる成形であれば、曲管に限定されず、必要な形状の配管を得ることができる。

【0043】

一例として、第２部分１２および第３部分１３の管軸ＡＸに沿う長さ（Ｌ１）は、第１金属配管１の外径（Ｄ１）より小さくてもよい（Ｌ１＜Ｄ１）。また、第１部分１１の曲げ半径（Ｒ１：管軸ＡＸの曲率半径）は、外径（Ｄ１）の２倍より小さくてもよい（Ｒ１＜２×Ｄ１）。第２金属配管２についても同様の条件を適用し得る。

【0044】

続いて、第１金属配管１および第２金属配管２の製造方法について説明する。第１金属配管１および第２金属配管２は、３Ｄプリンタを用いて製造することができる。金属製の造形物を製造する３Ｄプリンタには種々の方式が存在するが、ここでは一例としてレーザを用いたパウダーベッド方式の３Ｄプリンタを用いて、第１金属配管１を製作する工程を想定する。

【0045】

図３は、３Ｄプリンタ２００により第１金属配管１を造形する様子を概略的に示す斜視図である。３Ｄプリンタ２００は、ステージ２１０と、壁部２２０と、コータ２３０と、レーザ２４０とを備えている。

【0046】

ステージ２１０は、昇降機構により駆動されて上下方向に昇降する。壁部２２０は、ステージ２１０の周囲を囲っている。コータ２３０は、供給源から供給される金属粉末Ｍをステージ２１０の上に均等な厚さで敷き詰める。金属粉末Ｍとしては、例えばニッケル基合金を用いることができるが、この例に限られない。

【0047】

レーザ２４０は、コータ２３０により敷き詰められた金属粉末Ｍにレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌとしては、例えばイッテルビウム（ＹＢ）ファイバレーザを用いることができるが、この例に限られない。

【0048】

造形にあたっては、先ず第１金属配管１およびそのサポート材ＳＭの３Ｄデータが３Ｄプリンタ２００に入力される。当初はステージ２１０が壁部２２０の上端よりやや下方に位置している。この状態において、コータ２３０により１層分の金属粉末Ｍがステージ２１０の上に供給され、パウダーベッドＰＢが形成される。レーザ２４０は、３Ｄデータに基づいて当該１層分の第１金属配管１またはサポート材ＳＭの断面に対応するパウダーベッドＰＢ上の領域にレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌが照射された部分においては、金属粉末Ｍが溶融および結合する。

【0049】

１層分の造形が終わると、ステージ２１０が所定距離だけ降下する。さらに、コータ２３０によって次の１層分のパウダーベッドＰＢが形成され、当該１層分の第１金属配管１またはサポート材ＳＭの断面に対応するパウダーベッドＰＢ上の領域にレーザ光Ｌが照射される。このような動作を繰り返すことで、金属粉末Ｍの焼結体である第１金属配管１およびサポート材ＳＭが形成される。

【0050】

各層の造形において、レーザ２４０は、第１走査方向ＳＤ１にレーザ光Ｌを走査する動作を第２走査方向ＳＤ２に向けて繰り返し実行する。例えば、第１走査方向ＳＤ１はの管軸ＡＸに沿う平面と垂直な方向と一致し、第２走査方向ＳＤ２は管軸ＡＸに沿う平面と平行な方向と一致する。レーザ光Ｌは、第１走査方向ＳＤ１への１回の走査ごとに所定角度だけ回転されてもよい。

【0051】

第１走査方向ＳＤ１におけるレーザ光Ｌの走査速度や、レーザ光Ｌの出力を変更することにより、機械的性質または物理的性質が異なる複数の部分を第１金属配管１に設けることができる。例えば、第２部分１２のような硬い部分については、他の部分よりもレーザ光Ｌの出力を高めてもよいし、第１走査方向ＳＤ１への走査速度を遅くしてもよい。

【0052】

全ての層の造形が終わると、第１金属配管１がサポート材ＳＭから切り離される。このように、全体的に同じ金属粉末Ｍを用いて第１金属配管１を造形すれば、第１部分１１および第２部分１２の化学組成が実質的に同じになる。造形の後、第１金属配管１に対して熱処理が施されてもよい。

【0053】

［実施例］
ここで、第１金属配管１の実施例について説明する。
本実施例においては、以下の化学組成（質量％）を有するニッケル基合金の金属粉末Ｍを用いて図３に示した方法により第１金属配管１を造形した。

【0054】

ニッケル（Ｎｉ） ５３．２９％
クロム（Ｃｒ） １７．７１％
ニオブ（Ｎｂ）＋タンタル（Ｔａ） ５．２７％
モリブデン（Ｍｏ） ２．９６％
チタン（Ｔｉ） ０．９６％
アルミニウム（Ａｌ） ０．４８％
コバルト（Ｃｏ） ０．４４％
マンガン（Ｍｎ） ０．０５％
銅（Ｃｕ） ０．０２％
炭素（Ｃ） ０．０２６％
ケイ素（Ｓｉ） ０．０５％
ホウ素（Ｂ） ０．００２６％
鉄（Ｆｅ） 極少量
第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３の造形におけるレーザ光Ｌの出力（Ｗ）と第１走査方向ＳＤ１への走査速度（ｍｍ／ｓ）は以下の通りである。
（１）第１部分１１ １００Ｗ，９００ｍｍ／ｓ
（２）第２部分１２および第３部分１３ ２８５Ｗ，９６０ｍｍ／ｓ
なお、サポート材ＳＭの造形にも上記（１）の条件を用いた。さらに、造形後の第１金属配管１に対して７５０℃の熱処理を２４時間にわたり施した。

【0055】

このようにして得られた第１金属配管１において、第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３のロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を測定した。その結果、第１部分１１においては６．２９、第２部分１２および第３部分１３においては１８．４８という結果が得られた。すなわち、本実施例においては、第１部分１１の硬さが第２部分１２および第３部分１３の硬さよりも小さい第１金属配管１を製造することができた。

【0056】

他の観点から言うと、第１金属配管１においては、第１部分１１よりも第２部分１２および第３部分１３の方が大きい密度を有している。これにより、第１金属配管１を全体的に第２部分１２および第３部分１３と同じ密度で形成する場合に比べ、第１金属配管１を軽量化できる。また、第１部分１１と第２部分１２および第３部分１３とは、それぞれ異なる色合いとなった。これらは、造形時の条件により各部分の金属組織が異なること等に起因する。

【0057】

上記のような化学組成の金属材料の機械的強度、特に高温特性は、熱処理において析出するＮｉ３ＡｌおよびＮｉ３Ｎｂに依存する。したがって、Ｎｉ３ＡｌおよびＮｉ３Ｎｂの析出を熱処理において好適に制御することが重要である。この点に関し、本実施例の熱処理を行った場合には、第１金属配管１が良好な高温特性を有することが分かった。

【0058】

なお、金属粉末Ｍの化学組成は上述のものに限られず、例えば下記の範囲で適宜に定めてもよい。また、金属粉末Ｍは、硫黄（Ｓ）やリン（Ｐ）を含んでもよい。
ニッケル（Ｎｉ） ５０．００−５５．００％
クロム（Ｃｒ） １７．００−２１．００％
ニオブ（Ｎｂ）＋タンタル（Ｔａ） ４．７５−５．５０％
モリブデン（Ｍｏ） ２．８０−３．３０％
チタン（Ｔｉ） ０．６５−１．１５％
アルミニウム（Ａｌ） ０．２０−０．８０％
コバルト（Ｃｏ） １．００％以下
マンガン（Ｍｎ） ０．３５％以下
銅（Ｃｕ） ０．３０％以下
炭素（Ｃ） ０．０８％以下
ケイ素（Ｓｉ） ０．３５％以下
ホウ素（Ｂ） ０．００６％以下
鉄（Ｆｅ） 極少量
さらに、熱処理の温度は７５０℃に限らず、７３０℃以上かつ８５０℃以下の範囲の他の温度で行ってもよい。また、熱処理の時間も２４時間に限られず、例えば１８時間以上かつ３０時間以下の範囲の他の時間にわたって熱処理を行ってもよい。このような化学組成や熱処理を採用した場合であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、第２金属配管２も本実施例と同様の材料および方法で造形することができる。

【0059】

以上の製造方法によれば、一体的に形成されかつ同じ化学組成を有する複数の部分を含み、これら複数の部分において機械的生成および物理的性質の少なくとも１つが異なる金属配管を得ることができる。このような金属配管と他の継手等を組み合わすことで、さまざまな機能を付加した金属配管構造を得ることができる。

【0060】

上記実施例にて開示したニッケル基合金は、広い温度範囲において優れた機械的特性や耐食性を発揮する。このようなニッケル基合金で製造された金属成形品は、例えば航空機・宇宙機への使用に適している。

【0061】

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る金属配管構造Ｓ２の概略的な構成を示す平面図である。金属配管構造Ｓ２は、第１金属配管１と、第１伸縮管１００ａと、第２伸縮管１００ｂを備えている。第１金属配管１の両端に第１伸縮管１００ａと第２伸縮管１００ｂがそれぞれ位置している。第１金属配管１と第１伸縮管１００ａ、および、第１金属配管１と第２伸縮管１００ｂは、それぞれ例えば溶接によって一体的に連結されている。

【0062】

第１金属配管１は、第１部分１１と、第２部分１２と、第３部分１３を有している。第１部分１１は、管軸ＡＸが曲線状の部分である。第２部分１２と第３部分１３は、管軸ＡＸが直線状の部分である。第２部分１２は、第１伸縮管１００ａと第１部分１１の間に位置している。第３部分１３は、第２伸縮管１００ｂと第１部分１１の間に位置している。

【0063】

第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有している。第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３においては、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。

【0064】

本実施形態において一例として、第１部分１１の硬さが第２部分１２と第３部分１３の硬さよりも小さい場合を想定する。この場合、第１部分１１は、第２部分１２と第３部分１３に比べて軟らかい。第２部分１２と第３部分１３の硬さは、同じであってもよいし、異なってもよい。

【0065】

さらに、本実施形態においては、一様な光を照射して第１金属配管１を観察したときに、第１部分１１よりも第２部分１２と第３部分１３の方が暗い色合いを有する場合を想定する。

【0066】

このような第１金属配管１は、第１実施形態と同様に３Ｄプリンタによる造形と熱処理を含む製造方法にて製造することができる。

【0067】

第１部分１１、第２部分１２、および第３部分１３の強度は、例えばレーザ光の出力と走査速度を変更することで調整できる。例えば、強度が高い第２部分１２と第３部分１３においてはレーザ光の出力を高め、強度が低い第１部分１１においてはレーザ光の出力を第２部分１２と第３部分１３より低くしてもよい。

【0068】

本実施形態に係る金属配管構造Ｓ２においては、第１伸縮管１００ａと第２伸縮管１００ｂの間に第１金属配管１の第１部分１１が位置することで、両端部の各伸縮管からの振動や応力を緩和することができる。そのため、長時間の繰り返し振動に対する金属配管構造Ｓ２の耐久性が向上する。

【0069】

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態に係る第３金属配管３の管軸に沿う概略的な断面図である。第３金属配管３は、管軸ＡＸに沿う１つの開口と、管軸ＡＹに沿う２つの開口とを有している。図５の例においては、管軸ＡＸ，ＡＹが直交している。ただし、管軸ＡＸ，ＡＹは、他の角度で交わってもよい。

【0070】

第３金属配管３は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３と、第４部分３４を有している。第１部分３１は、３つの開口部を有している。各開口部は、それぞれ第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４に接続されている。第１部分３１は、管軸に沿う断面において曲率を有する部分を有している。第２部分３２は、直線状の管軸ＡＸに対して平行な直管である。第３部分３３と第４部分３４は、直線状の管軸ＡＹに対して平行な直管である。

【0071】

第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有している。第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４においては、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。

【0072】

本実施形態において一例として、第１部分３１の硬さが第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４の硬さよりも小さい場合を想定する。この場合、第１部分３１は、第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４に比べて軟らかい。

【0073】

さらに、本実施形態においては、一様な光を照射して第３金属配管３を観察したときに、第１部分３１よりも第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４の方が暗い色合いを有する場合を想定する。

【0074】

このような第３金属配管３は、第１実施形態と同様に３Ｄプリンタによる造形と熱処理を含む製造方法にて製造することができる。

【0075】

第１部分３１、第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４の強度は、例えばレーザ光の出力と走査速度を変更することで調整できる。例えば、強度が高い第２部分３２、第３部分３３および第４部分３４においてはレーザ光の出力を高め、強度が低い第１部分３１においてはレーザ光の出力を第２部分３２、第３部分３３および第４部分３４より低くしてもよい。

【0076】

第２部分３２、第３部分３３、および第４部分３４には、それぞれ他の配管を例えば溶接により接続することができる。この場合において、他の配管には上述した第１伸縮管１００ａと同様の伸縮管が含まれてもよい。

【0077】

第３金属配管３を含む金属配管構造においても、上述の各実施形態と同様に、第１部分３１によって振動および応力を吸収することができる。

【0078】

［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。図６は、第４実施形態に係る第４金属配管４の管軸に沿う概略的な断面図である。第４金属配管４は、第１部分４１と、第２部分４２と、第３部分４３を有している。第１部分４１、第２部分４２、および第３部分４３は、管軸ＡＸに対して直線状に並んでいる。第１部分４１は、管軸ＡＸに沿う断面において壁部が曲率を有する部分を有している。第１部分４１は、第２部分４２と第３部分４３の間に位置している。また、図６の例においては、第２部分４２の外径が第３部分４３の外径よりも小さい。

【0079】

第１部分４１、第２部分４２、および第３部分４３は、一体的に形成され、かつ同じ化学組成を有している。第１部分４１、第２部分４２、および第３部分４３においては、機械的性質および物理的性質の少なくとも１つが異なる。

【0080】

本実施形態において一例として、第１部分４１の硬さが第２部分４２と第３部分４３の硬さよりも小さい場合を想定する。この場合、第１部分４１は、第２部分４２と第３部分４３に比べて軟らかい。

【0081】

さらに、本実施形態においては、一様な光を照射して第４金属配管４を観察したときに、第１部分４１よりも第２部分４２と第３部分４３の方が暗い色合いを有する場合を想定する。

【0082】

このような第４金属配管４は、第１実施形態と同様に３Ｄプリンタによる造形と熱処理を含む製造方法にて製造することができる。

【0083】

第１部分４１、第２部分４２、および第３部分４３の強度は、例えばレーザ光の出力と走査速度を変更することで調整できる。例えば、強度が高い第２部分４２と第３部分４３においてはレーザ光の出力を高め、強度が低い第１部分４１においてはレーザ光の出力を第２部分４２と第３部分４３より低くしてもよい。

【0084】

第２部分４２と第３部分４３には、それぞれ他の配管を例えば溶接により接続することができる。この場合において、他の配管には上述した第１伸縮管１００ａと同様の伸縮管が含まれてもよい。

【0085】

第４金属配管４を含む金属配管構造においても、上述の各実施形態と同様に、第１部分４１によって振動および応力を吸収することができる。 以上の第１ないし第４実施形態は、本発明の範囲を各実施形態にて開示した構成に限定するものではない。その他にも、用途に応じた種々の構造を金属配管および金属配管構造に適用できる。

【0086】

例えば、第１実施形態においては第１部分１１ならびに第２部分１２、および第３部分１３において硬さや色合い等の性質が変化する場合を例示した。しかしながら、造形時のレーザ光の出力や走査速度を調整することにより、性質が連続的に変化する金属成形品を得ることもできる。第２実施形態ないし第４実施形態においても同様である。

【符号の説明】

【0087】

１…第１金属配管、１１…第１部分、１２…第２部分、１３…第３部分、２…第２金属配管、２１…第１部分、２２…第２部分、２３…第３部分、３…第３金属配管、３１…第１部分、３２…第２部分、３３…第３部分、３４…第４部分、４…第４金属配管、４１…第１部分、４２…第２部分、４３…第３部分、１００ａ，１００ｂ…伸縮管、２００…３Ｄプリンタ、ＡＸ，ＡＹ…軸、Ｄ１…外径、Ｌ１…直管部長さ、Ｒ１…曲げ半径、Ｓ１，Ｓ２…金属配管構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】