JP7376971B2 - 造形物 - Google Patents

Description

本発明は、造形物に関する。

熱交換機用のチューブ等においては、アルミニウムチューブと銅管とを組み合わせたものが知られているが、市場ではその用途において、アルミニウムから銅へと連続的に切り替わる構造のチューブが求められている。そして、この用途に特許文献１や特許文献２に記載の造形物を適用することも想定される。

特許文献１の造形物は、第１の層では第１方向を長手方向とする材料を所定間隔で積層させる一方で、その上の第２の層では、第１方向とは交差する第２方向を長手方向とする材料を所定間隔で積層させたいわゆる井桁構造を有する。特許文献２の造形物は、第１の層では材料が直線状に延びるよう配列される一方、その上の第２の層では、材料が、第１の層における材料とは交差する方向で且つ第２の層の輪郭に対応した曲率を有するように配列された井桁構造を有する。

特許第５９０９３０９号公報 国際公開第２０１８／２０７２４２号

しかしながら、上記特許文献１及び２に開示された従来の造形物によりチューブを構成すると、チューブに求められる内圧に対する耐力は等方であるという要求は満たされないという問題が生じる。すなわち、特許文献１の造形物では、第１の層及び第２の層の直交する直線状の材料でチューブを構成するため、角度によっては耐力が異なってしまうことが問題となる。また、特許文献２の造形物では、第１の層及び第２の層の放射状に配置された直線状の材料と周方向に沿って延びる曲線状の材料でチューブを構成するため、層毎に耐力が異なってしまうことが問題となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長さ方向に対して一様な強度の内圧を持たせることができる井桁構造の管状体に成形された造形物を提供することを目的とする。

本発明に係る造形物は、第１材料からなる第１環状体及び第２材料からなる第２環状体を、少なくとも一部が径方向に交互に配置されるように、径方向に同軸的に配置して形成された環状の第１の層と、前記第１材料からなる第３環状体及び前記第２材料からなる第４環状体を、少なくとも一部が径方向に交互に配置されるように、径方向に同軸的に配置して形成された環状の第２の層とを備え、前記第１の層及び前記第２の層は、非円形であり、中心軸から外形までの距離が最も大きい部位の位置を周方向に異ならせて積層され、前記第１環状体と前記第３環状体とが交差する部分、及び前記第２環状体と前記第４環状体とが交差する部分で前記第１材料同士及び前記第２材料同士が結合されていることを特徴とする。

また、本発明に係る造形物は、第１材料からなる第１環状体及び第２材料からなる第２環状体を、少なくとも一部が径方向に交互に配置されるように、径方向に同軸的に配置して形成された環状の第１の層と、前記第１材料からなる第３環状体及び前記第２材料からなる第４環状体を、少なくとも一部が径方向に交互に配置されるように、径方向に同軸的に配置して形成された環状の第２の層とを備え、前記第１の層及び前記第２の層は、中心軸を異ならせて積層され、前記第１環状体と前記第３環状体とが交差する部分、及び前記第２環状体と前記第４環状体とが交差する部分で前記第１材料同士及び前記第２材料同士が結合されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態において、前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、楕円形、多角形又は渦巻形に形成され、前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、楕円形、多角形又は渦巻形に形成されている。

本発明の他の実施形態において、前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、円形、楕円形、多角形又は渦巻形に形成され、前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、円形、楕円形、多角形又は渦巻形に形成されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記第１環状体、前記第２環状体、前記第３環状体及び前記第４環状体の少なくとも一つは、閉じた図形に形成されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記第１の層及び前記第２の層は、螺旋状に連続して配置されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、断面視で波線又は折線により形成されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、断面視で波線又は折線により形成されている。

本発明の更に他の実施形態において、前記第１の層及び前記第２の層を含む複数の環状の層が軸方向に配設され、前記第１材料及び前記第２材料の各層における割合が軸方向及び／又は径方向に順次変化している。

本発明によれば、長さ方向に対して一様な強度の内圧を持たせることができる井桁構造の管状体に成形された造形物を提供することができる。

第１の実施形態に係る造形物を成形可能な三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。 同三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。 同三次元造形装置のＸＹステージの構成を示す斜視図である。 同三次元造形装置のドライバの構造の詳細を説明するためのブロック図である。 同三次元造形装置のコンピュータ（制御装置）の構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態の造形物の構造を示す概略図である。 第１の実施形態の造形物の構造を概略的に示す説明図である。 同造形物の構造を概略的に示す説明図である。 同造形物の各層の接合に関する交差位置を説明するための図である。 同造形物の異種材料の濃度制御による複合材の井桁構造を説明するための図である。 同造形物の異種材料の濃度制御による複合材の井桁構造を説明するための図である。 同造形物の変形例１を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例２を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例３を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例４を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例５を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例６を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例７を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例８を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例９を概略的に示す説明図である。 同造形物の変形例１０を概略的に示す説明図である。 第２の実施形態の造形物の構造を概略的に示す説明図である。 第３の実施形態の造形物の構造を概略的に示す説明図である。 同造形物の構造を概略的に示す説明図である。 第４の実施形態の造形物の構造を概略的に示す説明図である。 第５の実施形態の造形物の構造を概略的に示す説明図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る造形物を詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［第１の実施形態］
（三次元造形装置の全体構成）
まず、第１の実施形態に係る造形物を説明する前に、造形物を成形し得る三次元造形装置の一般的な構造について説明する。図１は、第１の実施形態に係る造形物を成形可能な三次元造形装置として、いわゆる熱溶解積層型（ＦＤＭ）の３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す斜視図であり、図２は３Ｄプリンタ１００の概略構成を示す正面図である。

なお、この３Ｄプリンタ１００は、以下に説明する造形物を造形可能な３Ｄプリンタの一態様であるので、同様の造形物を製造可能な他の方式の３Ｄプリンタを採用可能であることは言うまでもない。また、第１の実施形態の造形物は、３Ｄプリンタにより成形されることには限定されるものではなく、例えば薄板状の金属材料を打ち抜き成形加工した層材を、各層毎に積層すること等によっても成形され得る。

図１に示すように、ＦＤＭ型の３Ｄプリンタ１００は、フレーム１１と、ＸＹステージ１２と、造形ステージ１３と、昇降テーブル１４と、ガイドシャフト１５とを備えている。また、３Ｄプリンタ１００には、３Ｄプリンタ１００を制御する制御装置として、例えばコンピュータ２００が、３Ｄプリンタ１００内の各種機構を駆動するためのドライバ３００を介して接続されている。

（フレーム）
フレーム１１は、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。フレーム１１の４つの角部には、例えば４本のガイドシャフト１５が、矢印Ｚで示す上下方向（Ｚ方向）、すなわち造形ステージ１３の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。

ガイドシャフト１５は、後述するように昇降テーブル１４を上下方向に移動させるための方向を規定する直線状の棒状部材である。なお、ガイドシャフト１５の本数は、図示のように４本には限られず、昇降テーブル１４を安定的に維持し移動させることができる本数であれば、様々な数に設定され得る。

（造形ステージ）
造形ステージ１３は、造形物Ｓが載置される台座であり、後述する造形ヘッド２５から吐出される材料としての熱可塑性樹脂が堆積される台として機能する。

（昇降テーブル）
図１及び図２に示すように、昇降テーブル１４は、自身の４つの角部においてガイドシャフト１５を貫通させており、ガイドシャフト１５の長手方向（Ｚ方向）に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル１４は、ガイドシャフト１５と接触するローラ３４，３５を備えている。ローラ３４，３５は、昇降テーブル１４の２つの角部に形成されたアーム部３３において回動可能に設置されている。各ローラ３４，３５がガイドシャフト１５上を接触しつつ回動することで、昇降テーブル１４はＺ方向にスムーズに移動することが可能となっている。

また、昇降テーブル１４は、モータＭｚの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構（図示せず）により伝達することにより、上下方向に所定間隔（例えば０．１ｍｍピッチ）で移動する。モータＭｚは、例えばサーボモータ、ステッピングモータ等で構成することができる。なお、実際の昇降テーブル１４の上下方向（高さ方向）の位置を連続的又は間欠的にリアルタイムで、位置センサ（図示せず）を用いて測定した上で適宜補正をかけることによって、昇降テーブル１４の位置精度を高めるように構成しても良い。後述する造形ヘッド２５（２５Ａ，２５Ｂ）についても同様である。

（ＸＹステージ）
図３は、３Ｄプリンタ１００のＸＹステージ１２の構成を示す斜視図である。
ＸＹステージ１２は、例えば昇降テーブル１４の上面に載置されている。ＸＹステージ１２は、枠体２１と、Ｘガイドレール２２と、Ｙガイドレール２３と、リール２４Ａ，２４Ｂと、造形ヘッド２５（２５Ａ，２５Ｂ）と、造形ヘッドホルダＨとを備えている。

Ｘガイドレール２２は、その両端がＹガイドレール２３に嵌め込まれて、Ｙ方向に摺動自在に保持されている。リール２４Ａ，２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨに固定されており、造形ヘッドホルダＨによって保持された造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの動きに追従してＸＹ方向を移動する。

造形物Ｓの材料となる熱可塑性樹脂は、例えば径が１．７５ｍｍ～３．０ｍｍ程度の紐状の樹脂（フィラメント３８（３８Ａ，３８Ｂ））であり、通常はリール２４Ａ，２４Ｂに巻かれた状態で保持されている。このフィラメント３８Ａ，３８Ｂは、造形時には後述する造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂに設けられたモータ（エクストルーダ）によって造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる。

なお、リール２４Ａ，２４Ｂは、造形ヘッドホルダＨに固定せずに枠体２１等に固定して、造形ヘッド２５の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント３８Ａ，３８Ｂは露出された状態で造形ヘッド２５内に送り込まれる構成としたが、図示しないガイド（例えばチューブやリングガイド等）を介在させて露出しない状態で造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込むように構成しても良い。

また、例えば単一材料のみで造形物Ｓを造形する場合には、フィラメント３８Ａ，３８Ｂのいずれか一方のみを使用して造形を行ったり、両フィラメント３８Ａ，３８Ｂを同一材料で構成して造形速度や造形効率を速めたりすることもできる。また、一方で、後述するように、異なるフィラメント３８Ａ及び３８Ｂの両方を、一つの造形物において組み合わせて使用するようにして造形を行うこともできる。

すなわち、この場合、フィラメント３８Ａ，３８Ｂはそれぞれ異なる材料により構成される。例えば、一方がＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、及びポリカーボネート（ＰＣ）樹脂のうちのいずれか一つである場合は、他方は、その一方の樹脂以外の樹脂で構成することができる。また、同じ材料の樹脂であっても、その内部に含まれるフィラーの材料の種類や割合が異なるようにして、フィラメント３８Ａ，３８Ｂを異なる材料とすることもできる。このように、フィラメント３８Ａ，３８Ｂは、それぞれ異なる性状を有し、その組み合わせにより造形される造形物の特性（強度等）を向上させることができるように異なる材料で構成され得る。

なお、図１～図３に示すものでは、造形ヘッド２５Ａがフィラメント３８Ａを溶融して吐出するように構成され、造形ヘッド２５Ｂがフィラメント３８Ｂを溶融して吐出するように、造形ヘッド２５が異なるフィラメントのために独立した造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂを有する構成とされているが、３Ｄプリンタ１００はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば単一の造形ヘッドのみを用意し、この単一の造形ヘッドにより複数種類のフィラメント（樹脂材料）を選択的に溶融させて吐出させるように構成することもできる。

このように構成されたフィラメント３８Ａ，３８Ｂは、リール２４Ａ，２４ＢからチューブＴｂを介して造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内に送り込まれる。造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、上述したように造形ヘッドホルダＨにより保持され、リール２４Ａ，２４Ｂと共にＸガイドレール２２及びＹガイドレール２３に沿って移動可能に構成される。また、図示は省略するが、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内には、フィラメント３８Ａ，３８ＢをＺ方向の下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。なお、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂは、ＸＹ平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダＨと共に移動可能とされていれば良いが、ＸＹ平面内において、互いの位置関係が変更可能なように構成されていても良い。

また、造形ヘッド２５Ａ，２５ＢをＸＹステージ１２に対しＸ方向及びＹ方向に移動させるためのモータＭｘ，Ｍｙ（図４Ａ参照）も、このＸＹステージ１２上に設けられている。モータＭｘ，Ｍｙは、モータＭｚと同様にサーボモータ、ステッピングモータ等で構成することができる。

（ドライバ）
次に、ドライバ３００の詳細について説明する。
図４Ａは、３Ｄプリンタ１００のドライバ３００の構造の詳細を説明するためのブロック図である。図４Ａに示すように、ドライバ３００は、例えばＣＰＵ３０１、フィラメント送り装置３０２、ヘッド制御装置３０３、電流スイッチ３０４、及びモータドライバ３０６を含んでいる。

ＣＰＵ３０１は、コンピュータ２００から入出力インタフェース３０７を介して各種信号を受信して、ドライバ３００の全体の制御を行う。フィラメント送り装置３０２は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従って、造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂ内のエクストルーダモータに対して、フィラメント３８Ａ，３８Ｂの造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂに対する送り量（押込量又は退避量）を指令し制御する。

電流スイッチ３０４は、ヒータ２６に流れる電流量を切り換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ３０４のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ２６に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド２５Ａ，２５Ｂの温度が制御される。モータドライバ３０６は、ＣＰＵ３０１からの制御信号に従って、モータＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを制御するための駆動信号を発生させる。

図４Ｂは、３Ｄプリンタ１００のコンピュータ（制御装置）２００の構成を示す機能ブロック図である。図４Ｂに示すように、コンピュータ２００は、空間フィルタ処理部２０１、スライサ２０２、造形スケジューラ２０３、造形指示部２０４、及び造形ベクトル生成部２０５を備えている。これらの構成は、例えばコンピュータ２００の内部において実行されるコンピュータプログラムにより実現することができる。

空間フィルタ処理部２０１は、造形しようとする造形物の三次元形状を示すマスタ３Ｄデータを外部から取得し、このマスタ３Ｄデータに基づいて造形物が形成される造形空間に対し各種データ処理を施す。空間フィルタ処理部２０１は、具体的には、後述するように造形空間を必要に応じて複数の造形ユニット（ｘ，ｙ，ｚ）に分割すると共に、マスタ３Ｄデータに基づいてこれら複数の造形ユニットの各々に、各造形ユニットに与えるべき特性を示すプロパティデータを付与する機能を有する。

造形ユニットへの分割の要否、及び個々の造形ユニットのサイズは、形成される造形物Ｓのサイズ、形状によって決定される。なお、例えば、以下に説明するような造形物Ｓを形成（成形）するような場合には、造形空間の造形ユニットへの分割は不要であると判断される。

造形指示部２０４は、造形の内容に関する指示データを、空間フィルタ処理部２０１及びスライサ２０２に提供する。なお、造形指示部２０４は、キーボードやマウス等の入力デバイスを介して指示データの入力を受け付けるものであっても、造形内容を記憶した記憶装置等から指示データの提供を受けるものであっても良い。

スライサ２０２は、造形ユニットの各々を、複数のスライスデータに変換する機能を有する。スライスデータは、後段の造形スケジューラ２０３に送られる。造形スケジューラ２０３は、上述したプロパティデータに従って、スライスデータにおける造形手順や造形方向等を決定する役割を有する。

造形ベクトル生成部２０５は、造形スケジューラ２０３において決定された造形手順及び造形方向等に応じて造形ベクトルを生成する。生成された造形ベクトルのデータは、ドライバ３００に送信される。そして、ドライバ３００は、受信された造形ベクトルのデータに応じて３Ｄプリンタ１００を制御する。

（造形物の概要）
図５は、第１の実施形態の造形物Ｓ１の構造を示す概略図である。なお、図５及びそれ以降の図面においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や、一部の構成要素が省略されている場合がある。

図５に示すように、例えば３Ｄプリンタ１００により成形される造形物Ｓ１は、非円形の一例としての楕円形である第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２を交互に、複数層Ｌに亘り繰り返し積層して構成され得る。第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、例えばそれぞれ上述したスライスデータに基づいて形成される。この造形物Ｓ１は、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とを繰り返し積層することで管状体（チューブ）に成形されている。

第１の層Ｌ１は、図示は省略するが、例えばフィラメント３８Ａの第１材料Ｒ１からなる第１環状体と、フィラメント３８Ｂの第２材料Ｒ２からなる第２環状体とを径方向に交互に同軸的に配置して形成されている。また、第２の層Ｌ２は、フィラメント３８Ａの第１材料Ｒ１からなる第３環状体と、フィラメント３８Ｂの第２材料Ｒ２からなる第４環状体とを径方向に交互に同軸的に配置して形成されている。

そして、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、中心軸Ｃから外形までの距離が最も大きい部位の位置を周方向に異ならせて積層（配置）されている。これにより、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、第１環状体と前記第３環状体とが交差する部分、及び第２環状体と第４環状体とが交差する部分で第１材料Ｒ１同士及び第２材料Ｒ２同士が結合された状態で積層される。

なお、図示は省略するが、例えば第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２との間に隙間を設けたり、更に別の材料Ｒを配置することも可能である。このように、ある材料が、第１の層Ｌ１とその上の第２の層Ｌ２とでそれぞれ異なる方向に交差するような状態で配置されることによって、積層（上下）方向で接合することが繰り返される構造を、本明細書では「井桁構造」と称する。

そして、第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２の複合材によるこのような井桁構造を有する造形物Ｓ１は、第１材料Ｒ１の第１の層Ｌ１の第１環状体と、第２の層Ｌ２の第３環状体とが交互に接触するように積層されると共に、第２材料Ｒ２の第１の層Ｌ１の第２環状体と、第２の層Ｌ２の第４環状体とが交互に接触するように積層されて、その上下面で接合し、第１材料Ｒ１同士及び第２材料Ｒ２同士が結合するために非常に強固な造形物とすることができる。また、例えば第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２との間に別の材料Ｒを配置する場合には、その別の材料Ｒによる井桁構造も別途作られる。

従って、第１の実施形態の造形物Ｓ１によれば、例えば第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２とが接着（接合）できない組成や性状を有していたり、各層Ｌ１，Ｌ２における第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２とが接合していなくても、それぞれが井桁構造になって入り組んでいるため、造形物Ｓ１は強固に構成され得る。これと共に、例えば第１材料Ｒ１と第２材料Ｒ２の中間的な性質を有する造形物を構成することも可能となる。なお、第１材料Ｒ１及び第２材料Ｒ２は、それぞれの特性や製造工程等を考慮して、適切な材料を選択することが可能である。

なお、造形物Ｓ１は、方向や角度によって加圧に対する物理的強度（耐力）に差が生じてしまうことや、層毎によって加圧に対する耐力に差が生じてしまうことをなくし、「内圧耐力が等方」であることが必要なチューブとして成形される。この造形物Ｓ１は、以下のような構造で構成されることにより、「長さ方向に対して一様な強度の内圧」を持たせることが可能となる。

（造形物の構造）
図６及び図７は、第１の実施形態の造形物Ｓ１の構造を概略的に示す説明図である。なお、図６は各層Ｌ１，Ｌ２の向きを表現するために間に配置された層が傾いて見えるが、実際には傾いているわけではない。
図６及び図７に示すように、図５に示した第１の実施形態の造形物Ｓ１においては、第１の層Ｌ１には、曲線状の第１材料Ｒ１ｒからなる第１環状体４１と、曲線状の第２材料Ｒ２ｒからなる第２環状体４２とが交互に配置されている。また、第２の層Ｌ２には、曲線状の第１材料Ｒ１ｒからなる第３環状体４３と、曲線状の第２材料Ｒ２ｒからなる第４環状体４４とが交互に配置されている。各層Ｌ１，Ｌ２に配置される第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒは、例えば造形物（チューブ）Ｓ１の中心軸Ｃからの距離が周方向に一定ではなく、閉じた図形（閉ループ状）に描かれた楕円形を形成している。

この図６に示す例では、第１材料Ｒ１ｒは、例えば第１の層Ｌ１の中心Ｃから、一の方向（例えばＸ方向）における輪郭（外形）までの距離が一の方向と交差する他の方向（例えばＹ方向）における外形までの距離よりも長い（或いは短い）楕円を構成し、所定ピッチで同心状（年輪状）に複数配置されている。なお、これは一例であり、後述するように、第１材料Ｒ１ｒは例えば非円形を描くように配置されれば良いので、楕円形に配置されるものに限定されない。また、各層Ｌ１，Ｌ２における全ての第１材料Ｒ１ｒが楕円形である必要はなく、主たる部位（例えば、造形物Ｓ１の内周側、外周側又はこれらの中間側の部位等）が楕円形に形成されていればよい。

そして、同じく第２材料Ｒ２ｒも、第１材料Ｒ１ｒと同様に閉ループ状に描かれた楕円形を形成している。その上で、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、例えば中心軸Ｃを積層方向に同じくする同心状に積層される。また、この積層の際に、中心軸Ｃから外形までの距離が最も大きい部位の位置を、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とで周方向に異ならせて配置（この配置のことを、「位相をずらす」と称することもある。）される。これにより、第１環状体４１と第３環状体４３とが交差する部分、及び第２環状体４２と第４環状体４４とが交差する部分で第１材料Ｒ１ｒ同士及び第２材料Ｒ２ｒ同士が結合される。なお、周方向に異ならせるとは、例えば第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とを中心軸Ｃを中心に時計回り又は反時計回りに任意の角度ずつずれるように回転させる態様が含まれる。

このように、第１の実施形態の造形物Ｓ１は、楕円形で少なくとも一部が径方向に交互となるように同軸的に配置された第１材料Ｒ１ｒからなる第１環状体４１及び第２材料Ｒ２ｒからなる第２環状体４２を第１の層Ｌ１に形成すると共に、これと位相をずらした楕円形で少なくとも一部が径方向に交互となるように同軸的に配置された第１材料Ｒ１ｒからなる第３環状体４３及び第２材料Ｒ２ｒからなる第４環状体４４を第２の層Ｌ２に形成して各層Ｌ１，Ｌ２を同心状に積層する。このように積層されることで、第１環状体４１と第３環状体４３とが交差する部分と、第２環状体４２と第４環状体４４とが交差する部分とにおいて、第１材料Ｒ１ｒ同士及び第２材料Ｒ２ｒ同士がそれぞれ上下面で交差し接合される。これにより、造形物Ｓ１は複合材の井桁構造の管状体とすることが可能となる。

なお、例えば断面視で管状体として表すことができる造形物Ｓ１の管状壁の肉厚（外周壁と内周壁間の距離）は、例えば楕円を構成する第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２の内接円と外接円の差により設定することができる。このように、造形物Ｓ１中の場所によらず耐力をほぼ均一とすることができるので、造形物Ｓ１の物理的強度を強くして長さ方向に対して一様な強度の内圧を持たせることが可能となる。

なお、造形物Ｓ１において、例えば第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒは互いに異なる材料からなるので、例えば一方がＡＢＳ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＡ樹脂、及びＰＣ樹脂のうちのいずれか一つである場合は、他方は、その一方の樹脂以外の樹脂とすることも可能である。

また、造形物Ｓ１を３Ｄプリンタ１００以外の方法により、例えば打ち抜き加工や出来合いの既成部品の積層加工及び熱圧着等で形成する場合は、例えば、第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒの一方をアルミニウム（Ａｌ）とし、他方を銅（Ｃｕ）としたりすることもできる。打ち抜き加工では、例えば複数列の楕円に打ち抜いた第１材料Ｒ１ｒと第２材料Ｒ２ｒとの奇数列と偶数列とを抜き出して、それぞれ残ったものを組み合わせて第１の層Ｌ１にすると共に抜き出したものを組み合わせて第２の層Ｌ２にしたりと、任意の積層を行うことができる。また、例えば樹脂の第１材料Ｒ１ｒのみで楕円形の第１環状体４１～第４環状体４４を配置、積層した井桁構造を構成し、この井桁構造にセラミックの第２材料Ｒ２ｒを含浸させて焼成すれば、セラミックからなる井桁構造を有する造形物を取り出すことができる。この造形物に例えば鋳造用の金属材料を第１材料Ｒ１ｒとして充填すれば、金属とセラミックの異種材料Ｒ１ｒ，Ｒ２ｒからなる複合材の井桁構造を有する造形物Ｓ１を形成することができる。このように、単一の材料で井桁構造を構成した後に含浸により他の材料を組み込んで造形物を形成することも可能となる。

なお、第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒは、中心軸Ｃから例えば放射方向の外周側に向かって、例えば一つずつ交互に配列されても良いし、数本ずつ又は任意に設定された比率毎、或いは放射方向（径方向）に沿って材料濃度の変調をきたすように、必要に応じて配列数を変更して配置されても良い。このように異種材料である第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒを配列すれば、例えば第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２のそれぞれにおける第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒの濃度（割合）を自在に制御した複合材の井桁構造の配置を実現する造形物Ｓ１を成形することができる。

以上のように、造形物Ｓ１は、図８Ａに示すように、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とにおける第１環状体４１と第３環状体４３とが交差する部分、及び第２環状体４２と第４環状体４４とが交差する部分（交差位置ＣＲ）において、同一の材料である第１材料Ｒ１ｒ同士及び第２材料Ｒ２ｒ同士が上下方向で接合する複合材の井桁構造を有することができる。

ここで、このような複合材の井桁構造の任意の積層、すなわち濃度制御による積層について説明する。
図８Ｂは、造形物Ｓ１の第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒの濃度制御による複合材の井桁構造を説明するための図であり、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は中心軸Ｃに沿って積層されている。ここで、第１材料Ｒ１ｒをアルミニウムとし、第２材料Ｒ２ｒを銅として、第１環状体４１～第４環状体４４の各層Ｌ１，Ｌ２における配置を制御すれば、図８Ｂに示すように、例えば第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２の径方向の外側領域４５をアルミニウムの第１材料Ｒ１ｒで形成し、内側領域４６を銅の第２材料Ｒ２ｒで形成すると共に、外側領域４５と内側領域４６との間の中間領域４７をアルミニウムの第１材料Ｒ１ｒ及び銅の第２材料Ｒ２ｒの濃度比が徐々に変化する複合領域（例えば、同心状の図形で第１材料Ｒ１ｒと第２材料Ｒ２ｒの径方向の幅を変化させて、第１材料幅と第２材料幅の比率（第１材料幅；第２材料幅）を４：１、３：２、２：３、１：４のように変化させて濃度比を変える方法や、同一線幅の材料の径方向に配置する本数を変化させて濃度比を変える方法で形成される領域）で形成するというような、第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒの濃度（割合）を制御した複合材の井桁構造を実現することができる。このような井桁構造によれば、アルミニウムの第１材料Ｒ１ｒとセラミックの第２材料Ｒ２ｒの複合材による管状体の造形物も実現することができる。また、このような井桁構造による造形物Ｓ１は、物理的強度が高いだけではなく、異種材料である外側領域４５の第１材料Ｒ１ｒと内側領域４６の第２材料Ｒ２ｒとを境界面を設けることなく接着せずに一つの造形物の材料として利用することが可能となる。

また、第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒの濃度（割合）を制御して積層すれば、図８Ｃに示すように、第１材料Ｒ１ｒのみからなる造形物４８と、第２材料Ｒ２ｒのみからなる造形物４９とを、中心軸Ｃに沿って第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒからなる中間領域４７の濃度が徐々に変わるように段階的に変化（グラデーション）させた複合材の井桁構造で接手として接合することもできる。このようにすれば、例えば溶接では繋げられない異種材料同士を繋いで造形物として利用したり、全く異なる性状を有する異種材料同士を繋いで造形物として利用したりすることも可能となる。なお、図８Ｃにおいては、複合領域を軸方向に対して斜めとなるように図示しているが、複合領域の形成態様はこれに限定されるものではない。

以上のような構造により、造形物Ｓ１は、たとえ異種材料である第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒの間の各層Ｌ１，Ｌ２における（横方向の）接合力が無かったり弱かったりしても、上述のような複合材の井桁構造における同一材料間の（積層方向の）接合力を強くすることができるので、造形物Ｓ１の強度を十分に高いものとすることができ、併せて長さ方向に対して一様な強度の内圧を持たせることが可能となる。

［第１の実施形態の変形例１］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例１について説明する。なお、各環状体４１～４４については特に明記しない限り説明を省略する。
上述した造形物Ｓ１は、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２にそれぞれ非円形である楕円形に配列された第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒを配置して形成したが、図９に材料の配置例を示すように、非円形である多角形として、例えば角丸三角形に第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓを配列するようにしても良い。

すなわち、図９に示すように、造形物Ｓ１ａにおいては、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、それぞれ異種材料である第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが角丸三角形を描くように配列され配置されている点が、第１の実施形態の造形物Ｓ１とは相違している。この造形物Ｓ１ａにおいても、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、同心状に積層されると共に互いに位相をずらして積層されるので、同一の材料の第１材料Ｒ１ｓ同士が上下方向で接合すると共に同一の材料の第２材料Ｒ２ｓ同士が上下方向で接合する複合材の井桁構造を構成する。なお、上下方向で接合する交点は、多角形の角部（頂点）の数をｎとした場合、２倍（ｎ×２）の数で増やすことが可能となる。例えば、三角形である場合は、角部が３つであるので交点を６箇所とすることができる。

従って、このように構成しても、十分な接合箇所を確保して造形物Ｓ１ａの強度を高め長さ方向に対して一様な強度の内圧を持たせるという上記作用効果を奏することができる。なお、角丸三角形ではなく角が鋭角な三角形や、その他の多角形に第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓを配列するようにしても良いことは言うまでもない。

［第１の実施形態の変形例２］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例２について説明する。
変形例２の造形物Ｓ１ｂは、例えば第１の層Ｌ１に、異種材料である第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが角丸三角形を描くように配列された上で、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２における管状壁の外周壁Ｓｏｕｔ及び内周壁Ｓｉｎ間の同一層における空隙部分を埋めるべく、例えば図１０（ａ）に示すように、直線状の異種材料Ｒ１ｓｓ，Ｒ２ｓｓを第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓの配列領域の内側及び外側の空隙部分に配列した点、又は図１０（ｂ）に示すように、閉ループ状に幾何学模様で描かれた異種材料Ｒ１ｓｔ，Ｒ２ｓｔを第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓの内側及び外側の空隙部分に配列した点が、変形例１の造形物Ｓ１ａとは相違している。このように構成することで、上記作用効果を奏することができると共に、チューブの外側形状（外形）及び内側形状（内形）の長さ方向に亘るガタつきを抑えた管状体を成形することができる。

［第１の実施形態の変形例３］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例３について説明する。
図１１に示すように、変形例３の造形物Ｓ１ｃは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に楕円形を描くように、波線状の第１材料Ｒ１ｒｗ，第２材料Ｒ２ｒｗを配列させて配置した点が、変形例１の造形物Ｓ１とは相違している。

この変形例３の造形物Ｓ１ｃによれば、変形例１の造形物Ｓ１と比べて、井桁構造を構成する第１材料Ｒ１ｒｗ同士及び第２材料Ｒ２ｒｗ同士が上下方向で接合する交点の数を著しく増やすことができるので、上記作用効果を奏することができると共に、造形物Ｓ１ｃの強度を更に高めることが可能となる。なお、第１材料Ｒ１ｒｗ，第２材料Ｒ２ｒｗは折線状であっても良い。

［第１の実施形態の変形例４］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例４について説明する。
図１２に示すように、変形例４の造形物Ｓ１ｄは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に、例えば中心軸Ｃからの距離が周方向に実質的に一定である円形を描くように、波線状の第１材料Ｒ１ｒｗ，第２材料Ｒ２ｒｗを配列させて配置した点が、変形例３の造形物Ｓ１ｃとは相違している。すなわち、厳密には、波線状の第１材料Ｒ１ｒｗ，第２材料Ｒ２ｒｗは波線で構成されるため中心からの（径方向の）距離が周方向に一定で描くことはできないが、第１材料Ｒ１ｒｗ，第２材料Ｒ２ｒｗの最外側又は最内側の点をそれぞれ曲線で結んだ場合の繋がり具合が実質的に円形を描くように配置されている。

この変形例４の造形物Ｓ１ｄによれば、上記変形例３の造形物Ｓ１ｃと同様に第１材料Ｒ１ｒｗ同士及び第２材料Ｒ２ｒｗ同士が上下方向で接合する交点の数を著しく増やすことができる。従って、上記作用効果を奏することができると共に、造形物Ｓ１ｄの強度を更に高めることが可能となる。

［第１の実施形態の変形例５］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例５について説明する。
図１３に示すように、変形例５の造形物Ｓ１ｅは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に角丸三角形を描くように、波線状の第１材料Ｒ１ｓｗ，第２材料Ｒ２ｓｗを配列させて配置した点が、変形例１の造形物Ｓ１ａとは相違している。

この変形例５の造形物Ｓ１ｅによれば、上記変形例３の造形物Ｓ１ｃと同様に、変形例１の造形物Ｓ１ａと比べて、第１材料Ｒ１ｓｗ同士及び第２材料Ｒ２ｓｗ同士が上下方向で接合する交点の数を著しく増やすことができる。従って、上記作用効果を奏することができると共に、造形物Ｓ１ｅの強度を更に高めることが可能となる。

［第１の実施形態の変形例６］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例６について説明する。
図１４に示すように、変形例６の造形物Ｓ１ｆは、例えば第１の実施形態の造形物Ｓ１の楕円形からなる第１の層Ｌ１と、変形例１の造形物Ｓ１ａの角丸三角形からなる第２の層Ｌ２とを、同心状且つ位相をずらして積層させた点が、第１の実施形態及び変形例１の造形物Ｓ１，Ｓ１ａとは相違している。

この変形例６の造形物Ｓ１ｆによれば、上記作用効果を奏することができると共に、第１の実施形態及び変形例１の造形物Ｓ１，Ｓ１ａの両方の利点（メリット）を併せ持つことが可能となる。なお、造形物Ｓ１ｆは、上述したものとは逆に、第１の層Ｌ１を角丸三角形とし、第２の層Ｌ２を楕円形としたものを、上記のように位相をずらして積層したものであっても良いことは言うまでもない。

［第１の実施形態の変形例７］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例７について説明する。
図１５に示すように、変形例７の造形物Ｓ１ｇは、例えば変形例３の造形物Ｓ１ｃの波線状の楕円形からなる第１の層Ｌ１と、変形例５の造形物Ｓ１ｅの波線状の角丸三角形からなる第２の層Ｌ２とを、同心状且つ位相をずらして積層させた点が、変形例３及び変形例５の造形物Ｓ１ｃ，Ｓ１ｅとは相違している。

この変形例７の造形物Ｓ１ｇによれば、上記作用効果を奏することができると共に、変形例３及び変形例５の造形物Ｓ１ｃ，Ｓ１ｆの両方のメリットを併せ持つことが可能となる。なお、造形物Ｓ１ｇは、上述したものとは逆に、第１の層Ｌ１を角丸三角形とし、第２の層Ｌ２を楕円形としたものを、上記のように位相をずらして積層したものであっても良いことは言うまでもない。

［第１の実施形態の変形例８］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例８について説明する。
まず、変形例８の造形物Ｓ１ｈの比較例として、図１６（ａ）に示すように、上述した変形例１の造形物Ｓ１ａ（図９参照）においては、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において角丸三角形に配列された第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓは、それぞれ角部（頂点）間に直線状に配列された部分を含んで構成されていた。上述したように、外周壁Ｓｏｕｔと内周壁Ｓｉｎとの間の距離ｄは角丸三角形の第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓで構成される各層Ｌ１，Ｌ２の内接円と外接円の差により設定されるので、第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが直線状の部分を含む造形物Ｓ１ａはある程度の肉厚を有するものとなる。

これに対し、図１６（ｂ）に示すように、変形例８の造形物Ｓ１ｈは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において角丸三角形に配列された第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓについて、それぞれ角部間も第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが曲線状に配列されるように構成した。これにより、上記作用効果を奏することができると共に、第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓで構成される各層Ｌ１，Ｌ２の内接円と外接円の差をより小さくすることができるので、外周壁Ｓｏｕｔと内周壁Ｓｉｎとの間の距離ｄを短くする、すなわち変形例１の造形物Ｓ１ａよりも変形例８の造形物Ｓ１ｈの肉厚をより薄くすることが可能となる。

［第１の実施形態の変形例９］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例９について説明する。
図１７に示すように、変形例９の造形物Ｓ１ｉは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において角部（頂点）間も曲線状となるような角丸四角形に第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが配列されるように構成した点が、角丸三角形に配列された変形例８の造形物Ｓ１ｈとは相違している。

この変形例９の造形物Ｓ１ｉによれば、上記作用効果を奏することができると共に、外周壁Ｓｏｕｔと内周壁Ｓｉｎとの間の距離ｄを変形例８の造形物Ｓ１ｈのものよりも短くして肉厚をより薄くすることができる。

［第１の実施形態の変形例１０］
次に、第１の実施形態に係る造形物Ｓ１の変形例１０について説明する。
図１８に示すように、変形例１０の造形物Ｓ１ｊは、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２において角部（頂点）間も曲線状となるような角丸六角形に第１材料Ｒ１ｓ，第２材料Ｒ２ｓが配列されるように構成した点が、角丸四角形に配列された変形例９の造形物Ｓ１ｉとは相違している。

この変形例１０の造形物Ｓ１ｊによれば、上記作用効果を奏することができると共に、外周壁Ｓｏｕｔと内周壁Ｓｉｎとの間の距離ｄを変形例９の造形物Ｓ１ｉのものよりも更に短くして肉厚をより薄くすることができる。このように、多角形の角部（頂点）が多くなればなる程、また直線よりも曲線で構成する程、管状体に成形される造形物の肉厚を薄く構成することが可能である。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る造形物Ｓ２について説明する。なお、第２の実施形態以降の説明においては、第１の実施形態及びその変形例と同一の構成要素に関しては同一の符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

図１９は、第２の実施形態の造形物Ｓ２の構造を概略的に示す説明図である。
図１９に示すように、第２の実施形態に係る造形物Ｓ２は、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に配列される第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒがそれぞれ閉ループ状の楕円形を各列毎に描くように配置される点、及び第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２が積層方向に互いに位相をずらして積層される点は、第１の実施形態の造形物Ｓ１と同様であるが、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２が、中心軸Ｃが積層方向に重ならない、すなわち、第１の層Ｌ１の中心Ｃ１と第２の層Ｌ２の中心Ｃ２が中心軸Ｃと重ならない（積層方向に間隔をおいて配置されたある層においては中心軸Ｃと重なっても良い）非同心状となるように配列されて積層されている点が、第１の実施形態の造形物Ｓ１と相違している。

これにより、造形物Ｓ２は、第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２とにおける第１材料Ｒ１ｒの交差位置及び第２材料Ｒ２ｒの交差位置による上下方向の接合箇所を、それぞれ造形物Ｓ１と比べてより広い範囲において細かく分散させることができるので、上下方向に接合する交点の分布領域が広い複合材の井桁構造を有する。このような構造により、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。なお、造形物Ｓ２は、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２が、それぞれの中心軸Ｃが積層方向に重ならない非同心状に積層されていれば、互いに位相をずらさなくても複合材の井桁構造を実現することができる。また、上述したように、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２を楕円形に配置された波線状又は折線状の第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒで構成するようにしても良い。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る造形物３について説明する。
図２０及び図２１は、第３の実施形態の造形物Ｓ３の構造を概略的に示す説明図である。
図２０及び図２１に示すように、第３の実施形態に係る造形物Ｓ３においては、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に配列される第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒは、それぞれの層Ｌ１，Ｌ２の中心Ｃ１，Ｃ２からの距離が周方向に一定である閉ループ状の円形を各列毎に描くように配置される。また、第２の層Ｌ２は、第１の層Ｌ１とは非同心状となるように、例えば少なくとも第２の層Ｌ２の中心Ｃ２が、造形物Ｓ３の中心軸Ｃとずれる（積層方向に間隔をおいて配置されたある層においては他の層や中心軸Ｃと中心Ｃ２が重なっても良い）ように配置される。なお、図２０に示す例では第１の層Ｌ１の中心Ｃ１も造形物Ｓ３の中心軸Ｃとずれて配置されている。このような状態で第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２を重ね合わせて積層することで、造形物Ｓ３が構成されている。

このように、第３の実施形態の造形物Ｓ３は、円形に配置された第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒを第１の層Ｌ１に形成すると共に、同じく円形に配置された第１材料Ｒ１ｒ，第２材料Ｒ２ｒを第２の層Ｌ２に形成して、各層Ｌ１，Ｌ２の中心Ｃ１，Ｃ２を非同心状となるように、例えば造形物Ｓ３の中心軸Ｃとそれぞれずらした状態で積層する。このように積層された第１材料Ｒ１ｒが上下面で交差し接合されると共に、第２材料Ｒ２ｒが上下面で交差し接合されることにより、造形物Ｓ３は複合材の井桁構造の管状体とすることができ、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態に係る造形物Ｓ４について説明する。
図２２は、第４の実施形態の造形物Ｓ４の構造を概略的に示す説明図である。
図２２に示すように、第４の実施形態に係る造形物Ｓ４においては、第１の層Ｌ１に配列される第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐは、造形物Ｓ４の中心軸Ｃからの距離が周方向に沿って徐々に変化する渦巻形を描くように配置される。また、第２の層Ｌ２に配列される第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐも、同様に渦巻形を描くように配置される。その上で、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２は、各中心Ｃ１，Ｃ２を中心軸Ｃと積層方向に同じくする同心状に積層されると共に、互いに位相をずらして重ね合わせて積層されている。

このように、第４の実施形態の造形物Ｓ４は、渦巻形に配置された第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐを第１の層Ｌ１に形成すると共に、これと位相をずらした状態の渦巻形に配置された第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐを第２の層Ｌ２に形成して各層Ｌ１，Ｌ２を同心状に積層するので、上述した各造形物Ｓ１～Ｓ３と同様に、第１材料Ｒ１ｓｐが上下面で交差し接合されると共に第２材料Ｒ２ｓｐも上下面で交差し接合されることで、複合材の井桁構造の管状体とすることができる。これにより、第１の実施形態～第３の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、上述したように、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２を渦巻形に配置された波線状又は折線状の第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐで構成するようにしても良い。

［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態に係る造形物Ｓ５について説明する。
図２３は、第５の実施形態の造形物Ｓ５の構造を概略的に示す説明図である。
図２３に示すように、第５の実施形態に係る造形物Ｓ５は、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２に配列される第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐが渦巻形を描くように配置される点は、第４の実施形態の造形物Ｓ４と同様であるが、第１の層Ｌ１の中心Ｃ１と第２の層Ｌ２の中心Ｃ２とが、積層方向に重ならない（積層方向に間隔をおいて配置されたある層においては他の層と中心が重なっても良い）非同心状となるように配置されて積層されている点が、第４の実施形態の造形物Ｓ４と相違している。このように構成しても、第１の実施形態～第４の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお、第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２が非同心状に積層される場合、互いに位相をずらさずに積層されても良い。また、第４の実施形態や第５の実施形態の造形物Ｓ４，Ｓ５のように、渦巻形を描くように第１材料Ｒ１ｓｐ，第２材料Ｒ２ｓｐが配置されている構成によれば、造形物Ｓ４，Ｓ５に内圧が掛った場合、その応力を管状壁の渦巻形が解ける方向に逃がす構造を実現することができる。

［その他の実施形態］
その他、図示は省略するが、本発明に係る造形物としては、例えば第１の層Ｌ１を円形を描くようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成し、第２の層Ｌ２を非円形（楕円形、多角形、渦巻形等）を描くように且つ第１の層Ｌ１と同心状となるようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成して、第１の層Ｌ１と位相をずらして配置することによって、各層Ｌ１，Ｌ２の第１材料同士及び第２材料同士が積層方向で接合されるものが挙げられる。

また、本発明に係る造形物としては、例えば第１の層Ｌ１を円形を描くようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成し、第２の層Ｌ２を非円形を描くように且つ第１の層Ｌ１と非同心状となるようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成し積層することによって、各層Ｌ１，Ｌ２の第１材料同士及び第２材料同士が積層方向で接合されるものが挙げられる。

更に、本発明に係る造形物としては、例えば第１の層Ｌ１及び第２の層Ｌ２を、管状体の中心軸Ｃに近い側においてはその中心軸Ｃからの距離が周方向に沿って徐々に変化する渦巻形を描くようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成すると共に、この渦巻形に配列された部分よりも中心軸Ｃから遠い側においてはその中心軸Ｃからの距離が周方向に一定である円形又は中心軸Ｃからの距離が周方向に一定ではない非円形を描くようにそれぞれ配列された第１材料及び第２材料で構成し、且つ互いに位相をずらして配置された構成とすることによって、各層Ｌ１，Ｌ２の第１材料同士及び第２材料同士が積層方向で接合されるものが挙げられる。

なお、上述した実施形態の造形物は、例えば第１の層Ｌ１と第２の層Ｌ２が螺旋状に連続して配置されるような構成であっても良い。このような構成を含む複合材の井桁構造を有する造形物によれば、例えば造形物にかかる内圧の応力を渦巻形が解ける方向に逃がすことができる。そして、例えば中心軸Ｃに近い側を渦巻形とし、これよりも遠い側を波線状又は折線状の円形又は非円形とし、内側に渦巻形の巻きが解ける方向に撓る柔軟性を持たせ、外側に波線又は折線の幅が広がるように撓る柔軟性を持たせて造形物を形成すれば、例えば人体の血管のような動きを再現することができる造形物を成形することも可能である。

その他、本発明に係る造形物としては、例えば第１の層Ｌ１の第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒの配列における任意の列に隙間を空けて第１空隙流路を形成し、第２の層Ｌ２の第１材料Ｒ１ｒ及び第２材料Ｒ２ｒの配列における任意の列に隙間を空けて第２空隙流路を形成した上で、上述したように積層することで各層Ｌ１，Ｌ２の第１材料Ｒ１ｒ同士及び第２材料Ｒ２ｒ同士を積層方向で接合するものが挙げられる。

この構造によれば、造形物の長さ方向に沿って第１空隙流路及び第２空隙流路を、それぞれ例えば螺旋状に形成することや、第１及び第２空隙流路を選択的に合流させたり分流させたりして形成すること等ができる。また、選択的に形成する第１及び第２空隙流路を、一部が少なくとも内側の管状壁（内周壁）に露出するように形成することにより、例えば複数の液体を所定の順序で混合させ得る反応場として造形物を機能させることも可能となる。このような機能は、上述した各実施形態の造形物においても持たせることが可能である。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００・・・セル構造体
２００・・・コンピュータ
３００・・・ドライバ
Ｓ，Ｓ１～Ｓ５・・・造形物
Ｒ１，Ｒ２・・・材料

Claims (9)

1. 第１材料からなる第１環状体及び前記第１環状体の内周又は外周に沿った形状を有する第２材料からなる第２環状体を、同一層に同軸的に配置して形成された環状の第１の層と、
   前記第１材料からなる第３環状体及び前記第３環状体の内周又は外周に沿った形状を有する前記第２材料からなる第４環状体を、同一層に同軸的に配置して形成された環状の第２の層とを備え、
   前記第１の層及び前記第２の層は、非円形であり、中心軸から外形までの距離が最も大きい部位の位置を周方向に異ならせて積層され、前記第１環状体と前記第３環状体とが交差する部分、及び前記第２環状体と前記第４環状体とが交差する部分で前記第１材料同士及び前記第２材料同士が結合されている
   ことを特徴とする造形物。
2. 第１材料からなる第１環状体及び前記第１環状体の内周又は外周に沿った形状を有する第２材料からなる第２環状体を、同一層に同軸的に配置して形成された環状の第１の層と、
   前記第１材料からなる第３環状体及び前記第３環状体の内周又は外周に沿った形状を有する前記第２材料からなる第４環状体を、同一層に同軸的に配置して形成された環状の第２の層とを備え、
   前記第１の層及び前記第２の層は、中心軸を異ならせて積層され、前記第１環状体と前記第３環状体とが交差する部分、及び前記第２環状体と前記第４環状体とが交差する部分で前記第１材料同士及び前記第２材料同士が結合されている
   ことを特徴とする造形物。
3. 前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、楕円形、多角形又は渦巻形に形成され、
   前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、楕円形、多角形又は渦巻形に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の造形物。
4. 前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、円形、楕円形、多角形又は渦巻形に形成され、
   前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、円形、楕円形、多角形又は渦巻形に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の造形物。
5. 前記第１環状体、前記第２環状体、前記第３環状体及び前記第４環状体の少なくとも一つは、閉じた図形に形成されている
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の造形物。
6. 前記第１の層及び前記第２の層は、螺旋状に連続して配置されている
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の造形物。
7. 前記第１の層の前記第１環状体及び前記第２環状体は、断面視で波線又は折線により形成されている
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載の造形物。
8. 前記第２の層の前記第３環状体及び前記第４環状体は、断面視で波線又は折線により形成されている
   ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項記載の造形物。
9. 前記第１の層及び前記第２の層を含む複数の環状の層が軸方向に配設され、前記第１材料及び前記第２材料の各層における割合が軸方向及び／又は径方向に順次変化している
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項記載の造形物。

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