特開 2024-7828 中空構造体、軸受部材及び中空構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024007828

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】中空構造体、軸受部材及び中空構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B28B 1/30 20060101AFI20240112BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240112BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240112BHJP

   C04B 35/587 20060101ALI20240112BHJP

   C04B 35/569 20060101ALI20240112BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240112BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20240112BHJP

   F16C 33/32 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

B28B1/30

B33Y80/00

B33Y10/00

C04B35/587

C04B35/569

F16C19/06

F16C19/16

F16C33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109177

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】300068834

【氏名又は名称】新東ブイセラックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】浅野 憲啓

(72)【発明者】

【氏名】藤原 徳仁

【テーマコード（参考）】

3J701

4G052

【Ｆターム（参考）】

3J701AA03

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA54

3J701AA62

3J701BA03

3J701BA10

3J701EA43

3J701EA44

3J701FA51

3J701GA24

3J701GA28

4G052DA02

4G052DB12

4G052DC06

(57)【要約】

【課題】強度を確保しながら軽量化を図ることができる中空構造体、軸受部材及び中空構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】中空構造体（１）は、セラミックスから形成されている。中空構造体（１）は、本体部（１０）と、補強部（２０）と、を備えている。本体部（１０）は、球状の外周面（１１）を有し、内側に中空が形成されている。補強部（２０）は、本体部（１０）の内周面（１２）に本体部（１０）と一体に成形され、本体部（１０）を補強する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックスから形成された中空構造体であって、
球状の外周面を有し、内側に中空が形成された本体部と、
前記本体部の内周面に当該本体部と一体に成形され、前記本体部を補強する補強部と、
を備えていることを特徴とする中空構造体。

【請求項2】

前記補強部は、ラティス構造、ハニカム構造、及びリブ構造のいずれかの構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の中空構造体。

【請求項3】

前記本体部の重心と、前記補強部の重心とが略一致していることを特徴とする請求項１に記載の中空構造体。

【請求項4】

前記補強部は、前記本体部の重心を通る少なくとも１つの切断面に対して、面対称の構造となっていることを特徴とする請求項１に記載の中空構造体。

【請求項5】

前記セラミックスは、窒化珪素又は炭化珪素を含むことを特徴とする請求項１に記載の中空構造体。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の中空構造体を備えた軸受部材であって、
前記中空構造体は、前記軸受部材の転動体であることを特徴とする軸受部材。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか１項に記載の中空構造体の製造方法であって、
３Ｄプリンタによって、前記本体部及び前記補強部を一体に成形することにより、前記中空構造体を製造することを特徴とする中空構造体の製造方法。

【請求項8】

前記３Ｄプリンタは、熱溶解積層法を用いたものであることを特徴とする請求項７に記載の中空構造体の製造方法。

【請求項9】

前記３Ｄプリンタを用いて、樹脂にセラミックスを混ぜた材料を積層することにより、前記本体部及び前記補強部を一体に成形する成形工程と、
前記成形工程にて成形された前記本体部及び前記補強部から、前記樹脂を取り除く脱脂工程と、
前記脱脂工程の後、前記本体部及び前記補強部を焼成する焼成工程と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の中空構造体の製造方法。

【請求項10】

セラミックスから形成された中空構造体の製造方法であって、
前記中空構造体は、内側に中空が形成された本体部と、前記本体部の内周面に当該本体部と一体に成形され、前記本体部を補強する補強部と、を有し、
３Ｄプリンタによって、前記本体部及び前記補強部を一体に成形することにより、前記中空構造体を製造することを特徴とする中空構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、セラミックスから形成された中空構造体、軸受部材及び中空構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、内部に中空部を有し、セラミックスから形成されたベアリングボールが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２９８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のベアリングボールでは、内部を中空とすることで、軽量化が図られている。しかしながら、内部が中空となっていることから、ベアリングボールの強度が弱いという課題がある。

【0005】

本開示の一態様は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、強度を確保しながら軽量化を図ることができる中空構造体、軸受部材及び中空構造体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するためになされた本開示の一態様に係る中空構造体は、セラミックスから形成された中空構造体であって、球状の外周面を有し、内側に中空が形成された本体部と、前記本体部の内周面に当該本体部と一体に成形され、前記本体部を補強する補強部と、を備えている。

【0007】

上記した構成によれば、本体部の内側が中空となっていると共に、本体部の内周面に一体に成形された補強部によって本体部が補強されているので、中空構造体の強度を確保しながら軽量化を図ることができる。

【0008】

本開示の一態様に係る中空構造体の製造方法は、セラミックスから形成された中空構造体の製造方法である。前記中空構造体は、内側に中空が形成された本体部と、前記本体部の内周面に当該本体部と一体に成形され、前記本体部を補強する補強部と、を有している。前記中空構造体の製造方法は、３Ｄプリンタによって、前記本体部及び前記補強部を一体に成形することにより、前記中空構造体を製造する。

【0009】

上記した中空構造体の製造方法によれば、３Ｄプリンタによって、中空構造体の本体部及び補強部を容易に一体成形することができる。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一態様の中空構造体によれば、強度を確保しながら軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態１に係る中空構造体の外観図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ切断面線から見た中空構造体の内部構造を示す断面図である。

【図3】実施形態１に係る中空構造体を製造する３Ｄプリンタの構成の一例を示す図である。

【図4】実施形態１に係る３Ｄプリンタによる中空構造体の製造方法の流れを示すフローチャートである。

【図5】実施形態２に係る中空構造体の内部構造を示す図２相当図である。

【図6】実施形態３に係る中空構造体の内部構造を示す図２相当図である。

【図7】実施形態１に係る中空構造体を軸受部材に適用した例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔実施形態１〕
以下、本開示の実施形態１について、図１～図４を参照して説明する。

【0013】

［中空構造体の構成］
図１は、実施形態１に係る中空構造体１の外観図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ切断面線から見た中空構造体１の内部構造を示す断面図である。図１及び図２に示すように、中空構造体１は、球状の中空部材であり、本体部１０と、補強部２０とを備えている。

【0014】

図１に示すように、本体部１０は、球状の外周面１１を有し、内側に中空Ｈが形成されている。図２に示すように、本体部１０の内周面１２には、補強部２０が本体部１０と一体に成形されている。補強部２０は、本体部１０を補強するための部材である。

【0015】

本体部１０及び補強部２０は、セラミックスから形成されている。当該セラミックスは、例えば、窒化珪素を主成分としている。窒化珪素を主成分とするセラミックスは、高い耐圧性及び高い強度を有する。なお、本体部１０及び補強部２０を形成するセラミックスは、窒化珪素の代わりに、炭化珪素を主成分としてもよい。但し、当該セラミックスは、窒化珪素及び炭化珪素を必ずしも含む必要はない。

【0016】

図２に示すように、補強部２０は、ラティス構造を有している。ラティス構造は、複数の格子状のセル２１が３次元的且つ周期的に積み上げられた構造である。補強部２０は、複数のセル２１によって本体部１０の内周面１２を支持することで、本体部１０を補強する。

【0017】

セル２１は、２本の支柱２１１及び節２１２から構成される。２本の支柱２１１と節２１２とは、図２の紙面手前から見て十字状に連結されている。セル２１の数が多くなれば多くなるほど、補強部２０の補強強度は高くなる。

【0018】

また、セル２１の支柱２１１の太さや長さ等を調節することにより、補強部２０全体の重量を調整することが可能である。補強部２０全体の重量を調整することにより、中空構造体１全体の重量を調整することができる。セル２１の形状や数は、中空構造体１の用途に応じて、適宜変更可能である。

【0019】

補強部２０の重心Ｇ２の位置は、本体部１０の重心Ｇ１の位置と略一致している。ここで、略一致とは、本体部１０の重心Ｇ１と、補強部２０の重心Ｇ２との位置のずれが、中空構造体１の回転性能に悪影響を与えない程度の許容範囲内であることをいう。

【0020】

また、補強部２０は、中空構造体１の回転性能を良くするために、本体部１０の重心Ｇ１を通る切断面Ｃ１に対して面対称の構造とすることが好ましい。なお、補強部２０は、重心Ｇを通る別の切断面、例えば切断面Ｃ１に垂直に交差する切断面に対して、面対称の構造であってもよく、重心Ｇを通る少なくとも１つの切断面に対して面対称の構造であればよい。また、補強部２０は、切断面に対して面対称の構造でなくてもよい。

【0021】

［３Ｄプリンタの構成］
図３は、中空構造体１を造形する３Ｄプリンタ１００の構成の一例を示す図である。３Ｄプリンタ１００は、３次元形状の中空構造体１を造形する３次元積層造形装置である。３Ｄプリンタ１００は、熱溶解積層（Fused Deposition Modeling：ＦＤＭ（商標登録））法を用いて、中空構造体１を造形する。

【0022】

３Ｄプリンタ１００は、プラットフォーム１０１と、駆動軸１０２と、ノズル１０３と、吐出ヘッド１０４と、ガイド部材１０５と、材料Ｍを供給するための材料供給部１０６と、供給管１０７とを備えている。

【0023】

プラットフォーム１０１は、材料Ｍにより形成される構造物を載置するための台である。駆動軸１０２は、図示しない制御装置により制御されることにより、プラットフォーム１０１をＺ軸方向に移動させる。ノズル１０３は、吐出ヘッド１０４のＺ軸の負方向側に配置され、溶解した材料Ｍをプラットフォーム１０１へ向けて吐出する。

【0024】

吐出ヘッド１０４は、制御装置により制御されることにより、ガイド部材１０５に沿って、ノズル１０３をＸ軸方向に移動させる。ガイド部材１０５は、制御装置により制御されることにより、Ｙ軸方向に延びた一対のレール（図示省略）に沿って、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。なお、プラットフォーム１０１を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成してもよい。

【0025】

材料供給部１０６は、供給管１０７を介して、吐出ヘッド１０４へ細長い線状の材料Ｍを供給する。制御装置は、吐出ヘッド１０４に設けられたノズル１０３から、フィラメント状の材料Ｍを吐出させながら、ノズル１０３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を制御することにより、プラットフォーム１０１上に所望の形状の構造物を成形する。

【0026】

［中空構造体の製造方法］
次に、中空構造体１の製造方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４は、３Ｄプリンタ１００による中空構造体１の製造方法の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、中空構造体１の製造方法では、準備工程（Ｓ１）と、成形工程（Ｓ２）と、脱脂工程（Ｓ３）と、焼成工程（Ｓ４）と、加工工程（Ｓ５）とが順に行われる。以下、各工程について詳しく説明する。

【0027】

＜準備工程＞
準備工程Ｓ１では、まず、中空構造体１の製造者は、図示しないＰＣ等の情報処理装置により、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）等を用いることで、中空構造体１を成形するために必要な３Ｄデータを作成する。続いて、製造者は、情報処理装置により専用のソフトウェアを用いて、作成した３Ｄデータを３Ｄプリンタ１００用のファイル形式であるＳＴＬ（Stereo Lithography）形式のＳＴＬデータに変換する。

【0028】

そして、製造者は、情報処理装置により専用のソフトウェアを用いることで、ＳＴＬデータをスライスデータに変換する。スライスデータは、３Ｄデータを水平方向に複数の層にスライスした断面データである。情報処理装置は、変換したスライスデータ群を３Ｄプリンタ１００に出力する。

【0029】

なお、３Ｄデータは、焼成工程Ｓ４における材料Ｍの収縮量や変位量等を考慮して設計されているものとする。また、図１及び図２に示される中空構造体１の外径Ｄ１、本体部１０の肉厚ｔ１、及び補強部２０のセル２１の数や外径ｄ１等は、中空構造体１の用途や使用条件等に応じて、適宜設定可能であるとする。

【0030】

次に、製造者は、中空構造体１の製造に用いられる材料Ｍを準備する。材料Ｍは、樹脂に所定の割合でセラミックスを混ぜたものである。樹脂は、例えば熱可塑性樹脂から構成される。熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリ乳酸（ＰＬＡ：Polylactic Acid）樹脂等を用いることができる。なお、材料Ｍに、ワックスや可塑剤等を添加してもよい。

【0031】

＜成形工程＞
次に、成形工程Ｓ２において、図３に示すように、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００では、所定温度で加熱されて溶解したフィラメント状の材料Ｍを、ノズル１０３からプラットフォーム１０１に吐出する。３Ｄプリンタ１００は、材料Ｍをノズル１０３から吐出しつつ、入力されたスライスデータに基づいてノズル１０３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を制御することにより、中空構造体１の１層分の成形を行う。

【0032】

ここで、１層分の成形とは、中空構造体１の３Ｄデータを、水平方向に複数層にスライスした１つのスライスデータに相当する部分の成形をいう。スライスデータには、対応する層を構成する本体部１０及び／又は補強部２０の断面データが含まれている。

【0033】

そして、３Ｄプリンタ１００は、１層分の成形が完了すると、駆動軸１０２を制御することにより、プラットフォーム１０１を矢印Ａに示されるＺ軸の負方向に１層分移動させて、次の層の成形を行う。

【0034】

このように、３Ｄプリンタ１００は、１層分ずつ各層を構成する本体部１０及び／又は補強部２０の成形を繰り返し、各層を積層していく。そうすることにより、３Ｄプリンタ１００は、本体部１０と補強部２０とが一体に成形された中空構造体１を完成させる。

【0035】

なお、３Ｄプリンタ１００による球状の中空構造体１の成形時においては、図３に示すように、支持部材２００によって中空構造体１が支持された状態で、ノズル１０３から材料Ｍを吐出することが好ましい。この場合、３Ｄプリンタ１００により中空構造体１の成形を行う前に、ノズル１０３からサポート材Ｓを吐出することにより、プラットフォーム１０１の所定位置に、支持部材２００を予め形成しておくものとする。

【0036】

サポート材Ｓとしては、材料Ｍと同一の材料を用いることが好ましいが、材料Ｍと異なる材料を用いてもよい。例えば、サポート材Ｓとして、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Polyvinyl Alcohol）等の水溶性の材料を使用することで、中空構造体１に力を与えることなく、支持部材２００を除去することが可能である。また、支持部材２００を、後で剥し易い形状に成形してもよい。例えば、支持部材２００における材料Ｍとの当接面に、複数の凸部又は凹部を設けるようにしてもよい。

【0037】

なお、３Ｄプリンタ１００によって、中空構造体１及び支持部材２００の成形を同時に行ってもよい。この場合、３Ｄプリンタ１００に、材料Ｍを吐出するノズル１０３とは別に、サポート材Ｓを吐出するノズルを設けることが好ましい。また、サポート材Ｓを吐出するノズルにより支持部材２００の成形を行った後、ノズル１０３により中空構造体１の成形を行ってもよい。

【0038】

＜脱脂工程＞
図４に戻り、成形工程Ｓ２の後、脱脂工程Ｓ３において、中空構造体１をプラットフォーム１０１から取り外して、図示しない脱脂炉により５００～６００℃程度で中空構造体１を加熱することで、材料Ｍに含まれる樹脂を蒸散させる。これにより、中空構造体１を形成する材料Ｍから樹脂だけを取り除くことができる。

【0039】

なお、材料Ｍから樹脂が取り除かれると、材料Ｍの中には、取り除かれた樹脂が存在した箇所に空隙が生じる。この空隙を、以下の焼成工程Ｓ４にて除去する。

【0040】

＜焼成工程＞
焼成工程Ｓ４では、例えば窒化珪素を主成分とするセラミックスから形成された中空構造体１を製造する場合、図示しない焼成炉で、１７００～１８００℃程度で中空構造体１を焼成することによって、上述した本体部１０及び補強部２０を構成する材料Ｍの中にある空隙を除去する。焼成工程Ｓ４の後、本体部１０及び補強部２０を構成する材料Ｍの中から空隙がなくなることにより、中空構造体１は収縮して硬度が高くなる。

【0041】

＜加工工程＞
焼成工程Ｓ４の後、加工工程Ｓ５において、切削加工等によって中空構造体１から支持部材２００を除去する。そして、支持部材２００を除去した中空構造体１の表面を研磨する等の後処理を施す。以上により、中空構造体１が完成する。

【0042】

以上説明した中空構造体１によれば、内部に中空Ｈが形成された本体部１０の内周面に、補強部２０が一体に成形されているので、強度を確保しながら軽量化を図ることができる。特に、補強部２０は、格子形状の複数のセル２１が規則的に配列されたラティス構造を有しているので、中空構造体１の本体部１０の強度を確実に向上させることができる。

【0043】

また、中空構造体１は、セラミックスから形成されているので、中空構造体１を錆び難くできると共に、中空構造体１の耐熱性及び耐久性を向上させることができる。

【0044】

また、本体部１０の重心Ｇ１の位置と、補強部２０の重心Ｇ２の位置とが略一致しているので、中空構造体１が偏心することがない。これにより、中空構造体１の回転性能を高めることができる。

【0045】

また、補強部２０は、本体部１０の重心Ｇ１を通る切断面Ｃ１に対して面対称の構造となっているので、本体部１０の強度が周方向の位置に応じてばらつくことを抑えることができる。

【0046】

また、補強部２０は、セル２１の数が多い程、当該補強部２０による本体部１０の補強強度が高くなるように構成されているので、セル２１の数を調節することにより、中空構造体１の強度を容易に変更することができる。例えば、セル２１のサイズを小さくし、セル２１の数を多くすることによって、補強部２０による本体部１０の補強強度を向上させることができる。

【0047】

また、中空構造体１を形成するセラミックスは、窒化珪素を主成分とするので、中空構造体１の耐摩耗性を高め、剛性を高くすることができる。更に、窒化珪素は、非磁性の絶縁体であるため、電食防止に高い効果を発揮できる。これにより、中空構造体１の耐久性及び耐荷重性を向上できる。また、窒化珪素の密度は、鋼の密度の半分以下であるので、中空構造体１の高速回転性能を向上させることが可能である。

【0048】

実施形態１の中空構造体１の製造方法によれば、熱溶解積層（ＦＤＭ）法を用いた３Ｄプリンタ１００によって、成形工程（Ｓ２）にて、本体部１０及び補強部２０を一体成形することで、中空構造体１を容易に造形することができる。

【0049】

特に、プレス加工等の従来の製造方法では、ラティス構造等の複雑な形状を有するセラミック製品の造形は困難であったが、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００を用いることによって、ラティス構造を有する補強部２０を本体部１０と一体成形して、中空構造体１を容易に造形することを可能とした。

【0050】

また、３Ｄプリンタ１００による中空構造体１の成形時においては、本体部１０と同時に補強部２０の成形が進められるので、成形途中の本体部１０の内周面１２を、成形途中の補強部２０により支持することができる。このため、成形途中の本体部１０の形状を、変形したり崩れたりすることなく、所望の形状に維持することができる。

【0051】

また、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００を用いた中空構造体１の製造方法によれば、成形工程（Ｓ２）の後、脱脂工程（Ｓ３）にて、所定の温度で中空構造体１を加熱することにより、樹脂にセラミックスを混ぜた材料Ｍにより成形された本体部１０及び補強部２０から、樹脂だけを容易に取り除くことができる。

【0052】

一方、光造形法を用いた３Ｄプリンタでは、球状の中空構造体１を成形した後、中空構造体１の内部から造形材料を取り除くことが難しく、造形材料を取り除くには中空構造体１に孔を開ける必要がある。これに対して、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００では、中空構造体１に孔を開けることなく、脱脂を行うことが可能である。

【0053】

更に、焼成工程（Ｓ４）にて、本体部１０及び補強部２０を焼成することで、中空構造体１を収縮させることによって、脱脂工程Ｓ３にて生じた材料Ｍの中の空隙を、材料Ｍの中から良好に除去することができる。これにより、高密度のセラミックスからなる品質の高い中空構造体１を製造することができる。

【0054】

〔実施形態２〕
次に、本開示の実施形態２の中空構造体１Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、実施形態２に係る中空構造体１Ａの内部構造を示す図２相当図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0055】

図５に示すように、実施形態２の中空構造体１Ａは、本体部１０Ａと、補強部２０Ａとを備えている。補強部２０Ａは、ハニカム構造を有している。このハニカム構造は、複数の六角柱状のセル２１Ａが規則的に配列された構造となっている。

【0056】

補強部２０Ａの重心Ｇ２Ａの位置は、本体部１０Ａの重心Ｇ１Ａの位置と略一致している。また、補強部２０Ａは、本体部１０Ａの重心Ｇ１Ａを通る切断面Ｃ２に対して、面対称の構造となっていることが好ましい。

【0057】

実施形態２においても、実施形態１の中空構造体１の製造方法と同様に、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００を用いて、中空構造体１Ａを造形する。なお、中空構造体１Ａの外径Ｄ２、本体部１０Ａの肉厚ｔ２、及び補強部２０Ａのセル２１Ａの数や外径ｄ２等は、中空構造体１Ａの用途に応じて適宜変更可能である。

【0058】

以上説明した中空構造体１Ａによっても、実施形態１の中空構造体１と同様の効果を得ることができる。すなわち、補強部２０Ａによって、中空構造体１Ａの本体部１０Ａの強度を向上させることができると共に、補強部２０Ａがハニカム構造となっているので、中空構造体１Ａの軽量化を図ることができる。

【0059】

特に、実施形態２の中空構造体１Ａでは、補強部２０Ａは、複数の六角柱状のセル２１Ａが規則的に配列されたハニカム構造からなるので、各セル２１Ａにおける隙間の体積が多くなり、補強部２０Ａ全体の重量を軽量にできる。このため、実施形態１の中空構造体１よりも、中空構造体１Ａ全体の重量を軽量化できる。

【0060】

また、補強部２０Ａは、複数の六角柱状のセル２１Ａが敷き詰められたハニカム構造であることから、外部からの衝撃を分散させ易くできるため、中空構造体１Ａの衝撃吸収性を向上させることができる。

【0061】

〔実施形態３〕
次に、本開示の実施形態３の中空構造体１Ｂについて、図６を参照して説明する。図６は、実施形態３に係る中空構造体１Ｂの内部構造を示す図２相当図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0062】

図６に示すように、実施形態３の中空構造体１Ｂは、本体部１０Ｂと、補強部２０Ｂとを備えている。補強部２０Ｂは、複数の三角柱状のセル２１Ｂが規則的に配列されたハニカム構造を有している。

【0063】

補強部２０Ｂの重心Ｇ２Ｂの位置は、本体部１０Ｂの重心Ｇ１Ｂの位置と略一致している。また、補強部２０Ｂは、本体部１０Ｂの重心Ｇ１Ｂを通る切断面Ｃ３に対して面対称の構造となっていることが好ましい。

【0064】

実施形態３においても、実施形態１の中空構造体１の製造方法と同様に、ＦＤＭ法を用いた３Ｄプリンタ１００を用いて、中空構造体１Ｂを造形する。なお、中空構造体１Ｂの外径Ｄ３、本体部１０Ｂの肉厚ｔ３、及び補強部２０Ｂのセル２１Ｂの数や外径ｄ３等は、中空構造体１Ｂの用途に応じて適宜変更可能である。

【0065】

以上説明した中空構造体１Ｂによっても、実施形態１の中空構造体１と同様の効果を得ることができる。すなわち、補強部２０Ｂによって、中空構造体１Ｂの本体部１０Ｂの強度を向上できると共に、補強部２０Ｂがハニカム構造となっているので、中空構造体１Ｂの軽量化を図ることができる。

【0066】

特に、実施形態３の中空構造体１Ｂでは、補強部２０Ｂは、複数の三角柱状のセル２１Ｂが規則的に配列されたハニカム構造からなるので、実施形態１の補強部２０のように複雑なラティス構造を形成する必要がない。このため、実施形態３では、実施形態１の中空構造体１のように、３Ｄプリンタ１００によりノズル１０３の位置を複雑に制御しなくてもよく、中空構造体１Ｂを容易に成形できる。

【0067】

また、実施形態３の補強部２０Ｂは、複数の三角柱状のセル２１Ｂが敷き詰められたハニカム構造であることから、複数の六角柱状のセル２１Ａが敷き詰められたハニカム構造からなる実施形態２の補強部２０Ａよりも、中空構造体１Ｂの強度を向上させることが可能である。

【0068】

〔その他の実施形態〕
上記した実施形態１～３の補強部２０、２０Ａ、２０Ｂは、ラティス構造又はハニカム構造を有しているものとしたが、これに限定されない。例えば、補強部は、リブ構造を有しているものであってもよい。この場合、中空構造体１の本体部１０の内周面１２に、複数のリブを突設することで、本体部１０を補強する構成とすればよい。

【0069】

また、実施形態２，３の補強部２０Ａ、２０Ｂは、六角柱状のセル２１又は三角柱状のセル２１Ｂを複数配列したハニカム構造であるとしたが、これに限定されない。例えば、補強部は、四角柱状や八角柱状のセルが複数配列されたハニカム構造を有していてもよい。

【0070】

また、上記した実施形態１～３では、３Ｄプリンタ１００は、制御装置により駆動軸１０２、吐出ヘッド１０４及びガイド部材１０５を制御することにより、ノズル１０３の位置を移動させるものとしたが、これに限定されない。例えば、多関節ロボットからなるマニピュレータによって、ノズル１０３の位置を移動させるようにしてもよい。

【0071】

また、上記した実施形態１～３では、３Ｄプリンタ１００によって、球状の中空構造体１、１Ａ、１Ｂを造形するものとしたが、これに限らず、例えば、セラミックスから形成された矩形箱状の中空構造体を造形してもよい。

【0072】

〔中空構造体の適用例〕
次に、上記した中空構造体１の適用例について、図７を参照して説明する。図７は、実施形態１に係る中空構造体１を軸受部材に適用した例を示す断面図である。図７に示すように、中空構造体１は、軸受部材であるベアリング５０の転動体、即ちベアリングボールとして用いることができる。ベアリング５０は、例えば、風力発電機用の軸受部材に適用される。

【0073】

ベアリング５０は、回転する軸６０を支持するための部材である。ベアリング５０は、深溝玉軸受、及びアンギュラ玉軸受等の転がり軸受である。ベアリング５０は、外輪５１と、内輪５２と、球である中空構造体１と、図示しない保持器とを備えて構成されている。

【0074】

複数の中空構造体１は、外輪５１の軌道面５１１と、内輪５２の軌道面５２１との間に配置されている。保持器は、複数の中空構造体１を、周方向に間隔をあけて保持している。

【0075】

以上説明した中空構造体１を備えたベアリング５０によれば、中空構造体１の強度を確保しながら軽量化を図ることができるので、ベアリングボールである中空構造体１の耐久性を向上させながら、中空構造体１の高速回転性能を向上させることができる。

【0076】

また、中空構造体１の本体部１０の重心Ｇ１の位置と、補強部２０の重心Ｇ２の位置とが略一致しているので、中空構造体１が偏心することがない。これにより、ベアリングボールの回転性能をより高めることができる。

【0077】

なお、上記した適用例では、実施形態１の中空構造体１をベアリング５０の転動体に適用した場合について説明したが、実施形態２の中空構造体１Ａ、及び、実施形態３の中空構造体１Ｂをベアリング５０の転動体に適用してもよい。

【0078】

また、上記した適用例では、中空構造体１を備えたベアリング５０を、風力発電機用の軸受部材に適用するものとしたが、これに限定されない。他にも、例えば、航空機部品や電気自動車部品に用いられる部材に、中空構造体１を適用してもよい。

【0079】

本開示は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0080】

１、１Ａ、１Ｂ 中空構造体
１０、１０Ａ、１０Ｂ 本体部
２０、２０Ａ、２０Ｂ 補強部
１１ 外周面
１２ 内周面
２１、２１Ａ、２１Ｂ セル
５０ ベアリング
１００ ３Ｄプリンタ
Ｇ１、Ｇ１Ａ、Ｇ１Ｂ、Ｇ２、Ｇ２Ａ、Ｇ２Ｂ 重心
Ｈ 中空
Ｓ２ 成形工程
Ｓ３ 脱脂工程
Ｓ４ 焼成工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】