特許 7451200 ストランド

(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】

(24)【登録日】2024-03-08

(45)【発行日】2024-03-18

(54)【発明の名称】ストランド

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/118 20170101AFI20240311BHJP

   B33Y 70/10 20200101ALI20240311BHJP

【ＦＩ】

B29C64/118

B33Y70/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020018263

(22)【出願日】2020-02-05

(65)【公開番号】P2021123026

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100159581

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 勝誠

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】竹中 真

【審査官】今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１２９６１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１８２６７５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

Ｂ３３Ｙ ７０／００

Ｂ３３Ｙ ８０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３Ｄプリンタの造形原料として用いられるストランドであって、
熱可塑性樹脂を主成分とする基材と、
この基材中に含浸され、軸方向に延在する１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備え、
上記軸方向に沿って撚りが付与され、
上記繊維又は上記繊維束が炭素繊維を含むストランド。

【請求項2】

上記軸方向の長さ１ｍ当たりの上記撚りの回数が１０回／ｍ以上２００回／ｍ以下である請求項１に記載のストランド。

【請求項3】

上記軸方向に対する上記撚りの角度が３°以上５０°以下である請求項１又は請求項２に記載のストランド。

【請求項4】

上記繊維の平均太さが５００ｔｅｘ以上１０００００ｔｅｘ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のストランド。

【請求項5】

上記繊維の平均長さが２ｍｍ以上１０００ｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のストランド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ストランド及び造形物に関する。

【背景技術】

【0002】

立体的な形状を有する物体を成形する装置として、熱で可塑化状態にある樹脂を１層ずつ積み重ねていく熱融解積層方式を採用した３Ｄ（三次元）プリンタが知られている。この３Ｄプリンタは、金型、治具等を必要とすることなく三次元形状を成形することができる。加えて、従来の射出成形技術では形成が困難な三次元形状の物体を造形することもできる。

【0003】

このような３Ｄプリンタによる造形技術として、例えば樹脂を含む第１連続材料と炭素繊維等の繊維を含む第２連続材料とを別々に用い、これらをヘッドから供給することで、繊維により強化された成形物（造形物）を形成する技術が提案されている（国際公開第２０１５／１８２６７５号）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１５／１８２６７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１の技術は、２種の連続材料を供給する必要があるため、造形が簡便であるとはいい難い。

【0006】

一方、３Ｄプリンタの用途が広範に拡大するにつれ、立体構造物（造形物）に更なる機械的強度が求められる可能性がある。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで造形することを可能とするストランド、及び衝撃強度に優れた造形物を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意研究したところ、以下の知見を得た。
すなわち、本発明者らは、３Ｄプリンタに適した造形原料として、特許文献１の第１連続材料及び第２連続材料に代えて、炭素繊維等の無機材料によって形成された連続繊維を融解状態にある熱可塑性樹脂に含浸させることを考えた。しかし、この含浸で得られた含浸物は、剛直であり、容易に座屈し易いため、巻き取り時に折れ曲がり易く、巻き取り難い等、取り扱い性に優れるとはいい難いことが判明した。
上記知見に基づいて本発明者らがさらに鋭意研究したところ、融解状態の熱可塑性樹脂に繊維を含浸させ又は含浸させながら撚ることで、得られたストランドが、座屈し難くなり、取り扱い性に優れることを見出した。しかも、特に複数本の繊維、及び繊維束を用いる場合、得られたストランドでは、含浸後に撚ることで熱可塑性樹脂成分がストランドの中心側よりも表面側により多く分布すること、繊維の破断折れが抑制されること、及び繊維間の摩擦が増大することを見出した。そして、このストランドを用いて熱融解積層方式の３Ｄプリンタで造形を行うと、上記熱可塑性樹脂成分の分布、繊維破断折れの抑制、繊維間の摩擦の増大等の寄与により、造形物が衝撃強度に優れることを見出して、本発明を完成させるに至った。

【0009】

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、３Ｄプリンタの造形原料として用いられるストランドであって、熱可塑性樹脂を主成分とする基材と、この基材中に含浸され、軸方向に延在する１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備え、上記軸方向に沿って撚りが付与されているストランドである。

【0010】

当該ストランドは、上記繊維又は繊維束が上記基材に含浸され、撚られていることで、座屈し難くなり、取り扱い性に優れる。加えて、上記撚られていることにより、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に優れる。従って、当該ストランドは、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで形成することを可能とする。

【0011】

上記軸方向の長さ１ｍ当たりの上記撚りの回数としては、１０回／ｍ以上２００回／ｍ以下が好ましい。

【0012】

このように、上記撚りの回数が上記範囲内であることで、当該ストランドがより確実に座屈し難くなり、より取り扱い性に優れる。加えて、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物がより確実に衝撃強度に優れる。

【0013】

上記軸方向に対する上記撚りの角度としては、３°以上５０°以下が好ましい。

【0014】

このように、上記撚りの角度が上記範囲内であることで、当該ストランドがより確実に座屈し難くなり、より取り扱い性に優れる。加えて、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物がより確実に衝撃強度に優れる。

【0015】

上記繊維又は繊維束としては、炭素繊維又は炭素束が好ましい。

【0016】

このように、上記繊維又は繊維束が炭素繊維又は炭素繊維束であることで、繊維材料の中でも比較的剛直な種類である炭素繊維又は炭素繊維束を用いた当該ストランドが座屈し難くなり、取り扱い性に優れるため、当該ストランドの優位性がより高まる。加えて、繊維又は繊維束の中でも比較的強度が高い炭素繊維又は炭素繊維束を用いることで、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が、より衝撃強度に優れる。

【0017】

上記課題を解決するためになされた別の発明は、３Ｄプリンタによる造形物であって、熱可塑性樹脂を主成分とする基体と、この基体中に含有され、軸方向に沿って撚りが付与されている１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備える造形物である。

【0018】

当該造形物は、上記繊維又は繊維束が上記基体中に含有され、撚られていることで、衝撃強度に優れる。

【0019】

ここで、「主成分」とは、最も含有量の多い成分を意味し、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、本発明のストランドによれば、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで造形することができる。本発明の造形物は、衝撃強度に優れる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の一実施形態のストランドの横断面を模式的に示す概略断面図である。

【図2】図２は、本実施形態のストランドの製造装置を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明のストランド及び造形物の実施形態について詳説する。なお、本明細書では、任意の事項について記載された複数の上限値のうちの１つと複数の下限値のうちの１つとを適宜組み合わせることができる。このように組み合わせることで、組み合わされた上限値と下限値との間の数値範囲が上記任意の事項の好適な数値範囲として本明細書中に記載されているものとする。ここで、上記した上限値と下限値との間の数値範囲は上限値から下限値までの数値範囲、及び下限値から上限値までの数値範囲を含む。

【0023】

［第１実施形態］
まず、本実施形態のストランドについて説明する。

【0024】

＜ストランド＞
当該ストランドは、３Ｄプリンタの造形原料として用いられるストランドであって、熱可塑性樹脂を主成分とする基材と、この基材中に含浸され、軸方向に延在する１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備え、上記軸方向に沿って撚りが付与されている。以下、繊維又は繊維束を、まとめて「繊維材料」ともいう。基材中に１本又は複数本の繊維又は繊維束が含浸されたものを、「複合体」ともいう。

【0025】

例えば図１に示す態様では、ストランド１は、熱可塑性樹脂を主成分とする基材３と、この基材３中に含浸され、軸方向として一方向（図１の紙面と垂直な方向）に延在する複数本（図１では３本）の繊維材料５を備え、上記軸方向に沿って撚りが付与されている。このように、ストランド１が複数本の繊維材料５を備える態様の他、ストランド１が１本の繊維材料５を備える態様を採用してもよい。

【0026】

（３Ｄプリンタ）
上記３Ｄプリンタは、熱可塑性樹脂成分を熱で融解した当該ストランドを少しずつ積み重ねていくことで三次元形状の造形物を形成する、すなわち、熱融解積層方式を採用するものである。この熱融解積層方式では、一層ずつ、先に形成した層と次の層とを半固形（軟化）状態で接着させながら造形を行う。この３Ｄプリンタは、熱で可塑化状態にある樹脂を少しずつ積み重ねていくことで造形物を形成することができるものであれば、特に限定されない。例えば３Ｄプリンタとしては、上下、左右及び前後方向に自在に移動可能な支持板と、当該ストランドの熱可塑性樹脂成分を可塑化しながら上記支持板に供給する供給部とを備えるものが挙げられる。

【0027】

（基材）
上記基材は、熱可塑性樹脂を主成分とする。上記基材は、融解状態で上記繊維又は繊維束を含浸させ得るものである。上記熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリエチレンイミド（ＰＥＩ）等のポリイミド系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド等が挙げられる。

【0028】

当該ストランド（１００質量％）中における上記基材の含有量（含浸量）の下限としては、２質量％が好ましく、５質量％がより好ましい。上記含有量が上記下限に満たないと、当該ストランドの衝撃強度が低下するおそれがある。一方、上記含有量の上限としては、９８質量％が好ましく、９５重量％がより好ましい。上記含有量が上記上限を超えると、ストランドの取り扱い性が低下するおそれがある。

【0029】

（繊維又は繊維束）
当該ストランドは、１又は複数本の繊維又は繊維束を備える。すなわち、当該ストランドは、１本の繊維、複数本の繊維、１本の繊維束、又は複数本の繊維束を備える。

【0030】

上記繊維は、長繊維、すなわち連続繊維である。上記繊維の平均長さは、２ｍｍ以上であれば特に限定されない。上記繊維の平均長さの下限としては、２ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。一方、上記繊維の平均長さの上限は、特に限定されない。この上限としては、例えば、１０００ｍ、５００ｍといった長さに適宜設定することができる。

【0031】

上記繊維束は、複数本の繊維が束ねられて連続した線状に形成されたものである。上記繊維束の平均長さは、２ｍｍ以上であれば特に限定されない。上記繊維束の平均長さの下限としては、２ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。一方、上記繊維の平均長さの上限は、特に限定されない。この上限としては、例えば、１０００ｍ、５００ｍといった長さに適宜設定することができる。

【0032】

上記繊維の平均直径の下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。上記太さが上記下限に満たないと、ストランド及び造形物の衝撃強度を十分に大きくし難いおそれがある。一方、上記平均直径の上限としては、３０ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。上記平均直径が上記上限を超えると、ストランドを屈曲させることが困難になり、また、造形物を造形し難くなるおそれがある。

【0033】

上記繊維束の平均太さの下限としては、５００ｔｅｘが好ましく、１０００ｔｅｘがより好ましく、５０００ｔｅｘがさらに好ましい。上記平均太さが上記下限に満たないと、ストランド及び造形物の衝撃強度を十分に大きくし難いおそれがある。一方、上記平均太さの上限としては、１０００００ｔｅｘが好ましく、６００００ｔｅｘがより好ましく、４００００ｔｅｘがさらに好ましい。上記平均太さが上記上限を超えると、ストランドを屈曲させることが困難になり、また、造形物を造形し難くなるおそれがある。

【0034】

上記繊維としては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド等の有機合成樹脂、鋼線などの金属繊維等が挙げられる。上記繊維としては、炭素繊維が好ましい。上記繊維束としては、例えば炭素繊維束、ガラス繊維束等が挙げられる。上記繊維束としては、炭素繊維束が好ましい。ここで、炭素繊維は、繊維材料の中でも比較的強度が高い。よって、上記繊維が炭素繊維であることで、また、上記繊維束が炭素繊維束であることで、当該ストランドが座屈し難くなり、取り扱い性に優れる。従って、当該ストランドの優位性がより高まる。加えて、繊維の中でも比較的強度が高い炭素繊維又は炭素繊維束を用いることで、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が、より衝撃強度に優れる。

【0035】

（撚り）
当該ストランドにおいては、上記基材に上記繊維材料が含浸された複合体が、上記軸方向に撚られている。上記軸方向の長さ１ｍ当たりの上記撚りの回数の下限としては、１０回／ｍが好ましく、２０回／ｍがより好ましく、５０回／ｍがさらに好ましく、７０回／ｍが特に好ましい。上記撚りの回数が上記下限に満たないと、当該ストランドが座屈し易くなり、取り扱い性に劣るおそれがある。加えて、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで形成した造形物が衝撃強度に劣るおそれがある。一方、上記撚りの回数の上限としては、２００回／ｍが好ましく、１５０回／ｍがより好ましく、１００回／ｍがさらに好ましい。上記撚りの回数が上記上限を超えると、当該ストランドの製造時に樹脂材料の量に比して繊維材料の量が相対的に小さくなり、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に劣るおそれがある。

【0036】

上記軸方向に対する撚りの角度は、繊維材料の平均太さ及び平均直径と、撚りの回数とによって決定される。この撚りの角度の下限としては、例えば３°が好ましく、１０°がより好ましく、１５°がさらに好ましい。上記撚りの角度が上記下限に満たないと、当該ストランドが座屈し易くなり、取り扱い性に劣るおそれがある。加えて、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に劣るおそれがある。一方、上記撚りの角度の上限としては、５０°が好ましく、３５°がより好ましく、２５°がさらに好ましい。上記撚りの角度が上記上限を超えると、樹脂材料の量に比して繊維材料の量が相対的に小さくなり、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に劣るおそれがある。

【0037】

特に、当該ストランドが複数本の繊維、又は１本若しくは複数本の繊維束を備える場合、上記のように撚りを付与することで、当該ストランド中の熱可塑性樹脂成分を当該ストランドの中心側よりも外表面側に多く分布させることができるため、造形物の衝撃強度をより高めることができる。

【0038】

（ストランドの製造方法）
本実施形態のストランドの製造方法は、融解状態の上記基材に上記繊維又は繊維束を含浸させる工程（含浸工程）と、含浸させた上記繊維又は繊維束を撚られている状態にする工程（撚り工程）とを備える。当該製造方法は、例えば図２に示す製造装置１を用いて行うことができる。

【0039】

（製造装置）
図２に示すように、製造装置１は、コイル状に巻かれた繊維材料５を所定速度で送り出す複数（図２では３つ）の繊維材料供給部１１と、基材３を混練溶融させる混練押出機２５と、繊維材料供給部１１から送り出された繊維材料５に混練押出機２５で可塑化された基材３を含浸させる樹脂浴部２７とを備える。

【0040】

この製造装置１０は、樹脂浴部２７の下流側に配設されて樹脂浴部２７から送り出された含浸後の繊維材料５を冷却する冷却部３１と、この冷却部３１の下流側に配設されて、主として冷却前の繊維材料５に軸中心周りの撚りを付与させる撚り部４１とを備える。

【0041】

混練押出機２５は、内部が空洞とされたチャンバ２６内に混練翼を有するスクリュシャフト（不図示）を回転自在に備えており、ホッパ２３から投入された基材３を融解して可塑化する。

【0042】

樹脂浴部２７は、筒軸方向を上下に向けた円筒状に形成されており、その筒内部には混練押出機２５で可塑化された基材３が供給され貯留される。樹脂浴部２７の上端部は開口しており、この上端開口から樹脂浴部２７内に貯留された基材３に対して繊維材料５を引き入れることができるようになっている。

【0043】

図示は省略するが、この樹脂浴部２７の内部には、軸心を水平方向へ向けて回転自在に保持された複数本（例えば４本）の含浸ロールが、互いに平行で、且つ上下方向に所定か距離を空けて設けられる。樹脂浴部２７の上端開口から導入された繊維材料５は、これらの含浸ロールを上から下へ向けて蛇行するように順番に架け渡される。少なくともこれら複数の含浸ロールのうち最下方の含浸ロールよりも下流側において、繊維材料５に撚りが付与される。

【0044】

樹脂浴部２７の下端部には、含浸後の繊維材料５を外部に引き出すための出口部２８が設けられる。この出口部２８には、繊維材料５を被覆状態にしている基材３を整形して、断面形状を形作るためのダイス２９が設けられる。

【0045】

冷却部３１は、樹脂浴部２７から含浸後の繊維材料５が引き出される方向に沿って長い水槽とされており、槽内に冷却水３２を貯留するようになっている。樹脂浴部２７の出口部２８（ダイス２９）に最も近接して対向する槽壁に、含浸後の繊維材料５を導入するための入口部が設けられ、この入口部から最も離れた槽壁に含浸後の繊維材料５を排出するための出口部が設けられる。従って、この冷却部３１では、繊維材料５に含浸及び被覆状態となっている基材３を冷却水３２中で冷却し、硬化させることができる。

【0046】

冷却部３１の下流側に配設される撚り部４１としては、様々な機構等を採用可能である。例えば撚り部４１として、図示を省略するが、ストランド１を巻き取るボビンをストランド１の軸心周りに回転させる機構を採用してもよい。一方、図２に示すように、例えば撚り部４１として、互いの外周面を接触させた上下一対の引取ロール４３及び引取ロール４５を有する構成を採用してもよい。これら引取ロール４３及び引取ロール４５は、冷却部３１から送り出された含浸後の繊維材料５を対向状に挟んで、さらに下流側に送り出せるように、互いに異なる回転方向に回転可能である。

【0047】

すなわち、この撚り部４１が備える上下一対の引取ロール４３及び引取ロール４５は、繊維材料供給部１１から樹脂浴部２７へと繊維材料５を引き込み、さらに樹脂浴部２７から冷却部３１及び撚り部４１へと含浸後の繊維材料５を引き出す機能を兼ね備えており、製造装置１のなかでは、繊維材料５及びストランド１に対する引取部を構成するものとなっている。なお、撚り部４１の下流側に、別途、巻取部（不図示）を設けて、得られたストランド１をボビンなどに巻き取るようにすればよい。

【0048】

上記上下一対の引取ロール４３及び引取ロール４５は、いずれも、含浸後の繊維材料５の引き取り方向に対して傾斜した方向を向くように配設されており、両引取ロール４３及び引取ロール４５同士が互いに等しい角度で且つ異なる方向を向くようになっている。すなわち、上側の引取ロール４５の回転軸心と下側の引取ロール４３の回転軸心とが、含浸後の繊維材料５の引き取り軸線を中心とする上面視対称形のＸ形に交差している。

【0049】

次に、製造装置１を用いた当該ストランド１の製造方法の一例について説明する。

【0050】

（含浸工程）
含浸工程は、製造装置１の樹脂浴部２７によって行う。具体的には、ホッパ２３から供給された基材３を混錬押出機２５で混練し、融解状態の基材３を樹脂浴部２７に貯留する。この樹脂浴部２７に繊維材料供給部１１から繊維材料５を供給する。樹脂浴部２７内で、融解状態の基材３に繊維材料５を含浸させ、出口部２８に配置されたダイス２９を通過させて含浸量を調整する。この含浸により、各繊維材料５内の隙間、各繊維材料５の周囲、及び各繊維材料５同士の間に基材３が存在している状態となる。このようにして得られた基材３と繊維材料５との複合体（含浸後の繊維材料）を冷却部３１で冷却する。

【0051】

（撚り工程）

【0052】

撚り工程では、樹脂浴部２７で基材３が含浸された状態の繊維材料５に、撚り部４１によって撚りを付与する。具体的には、冷却部３１を通過した含浸後の繊維材料５を、撚り部４１の引取ロール４３及び引取ロール４５を回転させながらこれらのニップを通過させる。これにより、上述したように、少なくとも樹脂浴部２７内の最下方の含浸ロール（不図示）よりも下流側にて上記含浸後の（すなわち含浸状態にある）繊維材料５に撚りを付与する。上記引取ロール４３及び引取ロール４５の引き取り方向に対する傾斜角度を調整することで、撚り回数及び撚り角度を調整することができる。このように撚りを付与することにより、特に繊維材料５として複数本の繊維、又は１本若しくは複数本の繊維束を用いる場合、ストランド１中の熱可塑性樹脂成分をストランド１の中心側よりも外表面側に多く分布させることができる。

【0053】

このようにして、熱可塑性樹脂を含む基材に繊維材料が含浸され、軸方向に撚りが付されているストランドを製造することができる。

【0054】

＜利点＞
当該ストランドは、上記繊維又は繊維束が上記基材に含浸され、撚られていることで、座屈し難くなり、取り扱い性に優れる。加えて、上記撚られていることにより、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に優れる。従って、当該ストランドは、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで造形することを可能とする。

【0055】

［第２実施形態］
次いで、本実施形態の造形物について説明する。

【0056】

本実施形態の造形物は、３Ｄプリンタによる造形物であって、熱可塑性樹脂を主成分とする基体と、この基体中に含有され、軸方向に沿って撚りが付与されている１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備える。

【0057】

（３Ｄプリンタ）
本実施形態の造形物における３Ｄプリンタとしては、上述した第１実施形態のストランドにおける３Ｄプリンタと同様の３Ｄプリンタと同様のものが挙げられる。

【0058】

（繊維又は繊維束）
本実施形態の造形物における１本又は複数本の繊維又は繊維束としては、上述した第１実施形態のストランドにおける１本又は複数本の繊維又は繊維束と同様のものが挙げられる。また、上述したように、繊維又は繊維束を、まとめて「繊維材料」ともいう。

【0059】

（基体）
上記基体は、熱可塑性樹脂を主成分とする。上記基体は、この基体内に上記繊維又は繊維束を含有させ得るものである。上記熱可塑性樹脂としては、上述した第１実施形態の熱可塑性樹脂と同様のものが挙げられる。

【0060】

（造形物の製造方法）
本実施形態の造形物の製造方法としては、例えば上述した本実施形態のストランドを造形材料として用いて３Ｄプリンタによって造形する工程を備える。具体的には、上述した本実施形態のストランドを用い、３Ｄプリンタによって、熱で可塑化状態にある当該ストランドを１層ずつ積み重ねていく熱融解積層法方式で造形物を造形する工程を備える。この造形物では、上記基材が融解した後、冷却されて再び固化することで、基体が形成される。この基体内に、上記のように撚られている繊維材料が存在している。

【0061】

＜利点＞
当該造形物は、上記繊維又は繊維束が熱可塑性樹脂を主成分とする基体中に含有され、撚られていることで、上述したように、衝撃強度に優れる。

【0062】

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態のストランドでは、上記した一対の引取ロールを有する撚り部によって、融解した熱可塑性樹脂に含浸させた複合体に撚りを付与した。しかし、その他、撚りの付与として、含浸後、上述したように、冷却した複合体を巻き取りながら撚るように構成された巻取部（ボビン）を採用することもできる。この場合、例えば巻取部が、上記複合体を巻き取るロールと、このロールを支持する支持部材とを有し、上記ロールが上記複合体を巻き取るよう上記複合体の引き取り方向と垂直な第１軸心周りに上記支持部材に対して回転しながら、上記支持部材が上記引き取り方向の第２軸心周りに上記ロールと共に回転するように構成された態様を採用することができる。

【0063】

上記実施形態の図１では、基材に複数本の繊維が含浸されている態様を示したが、その他、基材に１本の繊維が含浸される態様、基材に１本の繊維束が含浸される態様、及び基材に複数本の繊維束が含浸される態様を採用することもできる。

【実施例】

【0064】

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0065】

繊維材料の撚り回数がストランドの屈曲性、及び造形物の衝撃強度に及ぼす影響を検討するため、以下に示す実施例１～実施例４、及び比較例１を用意した。

【0066】

（実施例１）
繊維材料として、１本の１２０００ｔｅｘの炭素繊維束を用いた。基体である熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを用いた。図２に示すような製造装置を用い、融解状態の熱可塑性樹脂に繊維材料を含浸させ、複合体を撚り部の一対の引取ロールの引き取り方向に対する傾斜角度を調整して撚ることで、上記複合体に対して、表１に示すように撚り角度が５°、１ｍ当たりの撚り回数が２２回／ｍとなるように撚りを付与した。これにより、実施例１のストランドを形成した。得られたストランドの平均直径（外径）は１．５ｍｍであった。

【0067】

（実施例２～４、比較例１）
表１に示す撚り角度及び撚り回数となるよう上記一対の引取ロールの引き取り方向に対する傾斜角度を変更したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２～４及び比較例１のストランドを形成した。実施例２～４及び比較例１のストランドの平均直径（外径）は、いずれも１．５ｍｍであった。

【0068】

（円筒への巻き付け性（屈曲性）の評価）
得られた実施例１～４及び比較例１のストランドを、直径の異なる円筒に巻き付けたとき、座屈せずに巻き付けることができる最大の直径を測定した。結果を表１に示す。表１においては、巻き付ける際、ストランドが屈曲せずに巻ける場合、良好であるとして「Ｇ」と表した。巻き付ける際、屈曲が発生した場合、「屈曲」と表した。また、円筒への巻き付けが可能であった場合、「可」と表し、紙管に巻き付けることができなかった場合、「不可」と表した。

【0069】

（耐衝撃特性の評価）
得られた実施例２～４及び比較例１のストランドをそれぞれ長さ１００ｍｍに切断し、測定試料とした。実施例２～４及び比較例１のそれぞれについて、内側の長さが１００ｍｍ、幅が１００ｍｍ、厚さが２ｍｍの金枠内に複数本の測定試料を敷き詰め、１８０℃にて加熱プレスを行うことによって造形物を得た。これは、３Ｄプリントの多層を模したものである。得られた造形物の繊維含有率は５０質量％であった。この造形物を１０ｍｍ幅となるよう切断し、シャルビー衝撃試験を測定した。結果を表１に示す。

【0070】

【表1】

【0071】

表１に示すように、熱可塑性樹脂を主成分とする基材に繊維材料を含浸させ、撚りを付与することで、座屈せず、衝撃強度に優れる造形物を造形し得るストランドが得られることが、示された。なお、比較例１を用いる場合、上記のようにストランドを切断して使用すれば層を重ねて造形物を造形することができるものの、このストランドが屈曲性に劣るため、連続して層を重ねて造形物を造形することは困難であることが示された。

【産業上の利用可能性】

【0072】

以上説明したように、当該ストランドは、熱可塑性樹脂を主成分とする基材と、この基材中に含浸され、軸方向に延在する１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備え、上記軸方向に沿って撚りが付与されていることで、座屈し難くなり、取り扱い性に優れる。加えて、上記撚られていることにより、当該ストランドを用いて３Ｄプリンタで造形した造形物が衝撃強度に優れる。従って、当該ストランドは、衝撃強度に優れた造形物を簡便に３Ｄプリンタで造形することを可能とする。当該造形物は、熱可塑性樹脂を主成分とする基体と、この基体中に含有され、軸方向に沿って撚りが付与されている１本又は複数本の繊維又は繊維束とを備えることで、衝撃強度に優れる。従って、当該ストランドを用いて造形物を造形することで、３Ｄプリンタによる複雑かつ繊細で、衝撃強度に優れる造形物を造形するという今後ますます要望されることが予想される造形を実行することが可能となる。

【符号の説明】

【0073】

１ ストランド
３ 基材
５ 繊維材料（繊維又は繊維束）
１０ 製造装置
１１ 繊維材料供給部
２３ ホッパ
２５ 押出混練機
２６ チャンバ
２７ 樹脂浴部
２８ 出口部
２９ ダイス
３１ 冷却部
３２ 冷却水
４１ 撚り部
４３、４５ 引取ロール

【図1】

【図2】