JP2017133055A

JP2017133055A - 機能素子構造体の三次元製造方法及び機能素子構造体

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Publication number: JP2017133055A
Application number: JP2016012611A
Authority: JP
Inventors: 石田　方哉; Masaya Ishida; 方哉石田; 知之鎌倉; Tomoyuki Kamakura; 岡本　英司; Eiji Okamoto; 英司岡本; 宮下　武; Takeshi Miyashita; 武宮下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-08-03
Also published as: CN106994511B; US20170209931A1; CN106994511A; US10773309B2; EP3199266A1

Abstract

【課題】機能素子部と絶縁性部材の接触部位に生じる継ぎ目をなくして機能素子構造体の特性を安定させる。
【解決手段】本発明の機能素子構造体の三次元製造方法は、端子３を有する電気的な機能素子部５と、少なくとも端子３を外部に露呈する状態で機能素子部５の周囲に設けられている絶縁性部材７とを備える機能素子構造体１の三次元製造方法であって、機能素子部５用の第１粒子２１を含む第１流動性組成物３１を第１供給部５１から供給し、絶縁性部材７用の第２粒子２３を含む第２流動性組成物３３を第２供給部５３から供給して層形成領域７１に一つの層Ｄを形成する層形成工程Ｐ１と、層形成工程Ｐ１を積層方向Ｚに繰り返して機能素子構造体１を造形する造形工程Ｐ２と、層Ｄ中の第１粒子２１及び第２粒子２３にエネルギーＥを付与して固化する固化工程Ｐ３と、を有することによって構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒーター、抵抗、コンデンサ、歪センサー、トランジスタ等の機能素子構造体の三次元製造方法及び機能素子構造体に関する。

特許文献１には、三次元構造物の製造方法が開示されている。この文献には、第１金属粉末Ｐ１と、当該第１金属粉末Ｐ１とは異なる第２金属粉末Ｐ２とを混合して異種金属混合粉末を得る混合工程と、混合工程で得られた異種金属混合粉末を焼結または溶融・固化させる造形工程と、を備える三次元造形物の製造方法が記載されている。製造する三次元造形物の部位に基づいて、混合工程における第１金属粉末Ｐ１と第２金属粉末Ｐ２との混合割合を変化させることが記載されている。

一方、ヒーター、抵抗、コンデンサ、歪センサー、トランジスタ等の機能素子構造体が広く使用されている。図５に表したように、これらの機能素子構造体１０１は、それぞれの機能を奏する機能素子部１０５と、この機能素子部１０５を被覆するようにその周囲に設けられる絶縁性部材１０７とを備えている。また、絶縁性部材１０７の周囲にはハウジングとなる外観構成部材１１１が通常備えられている。尚、絶縁性部材１０７がそのまま外観構成部材１１１を兼ねている機能素子構造体１０１も存在する。

特開２０１４−２２７５８７号公報

図５に表したように、機能素子構造体１０１は機能素子部１０５と絶縁性部材１０７とを別個に製造してネジや接着剤Ｂを使用して組み付ける構造であるので、互いの接触部位１０９は通常単に面接触しているだけの構造や接着剤Ｂで接合されている構造である。この場合、前記「接触しているだけの構造」では機能素子部１０５の保持状態が不安定になり、前記「接着剤Ｂで接合されている構造」では当該接合部の接着状態が経時的に劣化するという問題があり、機能素子部１０５の特性が不安定になる虞があった。また、接着剤Ｂもその機能素子部１０５専用のものが必要になる場合があり、製造が簡単ではなく、組立て工数が掛かることから機能素子構造体１０１のコストアップにつながるという問題を有していた。
しかし、上記特許文献１には、ヒーター、抵抗、コンデンサ等の機能素子部１０５を備える機能素子構造体１０１を三次元造形法で製造することについては記載も示唆もない。

本発明の目的は、機能素子構造体の特性が不安定になる虞を低減することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る第１の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、端子を有する電気的な機能素子部と、少なくとも前記端子を外部に露呈する状態で前記機能素子部の周囲に設けられている絶縁性部材とを備える機能素子構造体の三次元製造方法であって、前記機能素子部用の材料である第１粒子を含む第１流動性組成物を第１供給部から所定部位に供給し、前記絶縁性部材用の材料である第２粒子を含む第２流動性組成物を第２供給部から所定部位に供給して層形成領域に一つの層を形成する層形成工程と、前記層形成工程を積層方向に繰り返して前記機能素子構造体を造形する造形工程と、前記層中の第１粒子及び第２粒子にエネルギーを付与して固化する固化工程と、を有することを特徴とする。

「機能素子構造体」とは、本明細書においては、ヒーター、抵抗、コンデンサ、歪センサー、トランジスタ等、電気的な機能を発揮する素子部分（機能素子部）が端子を外部に延出させた状態で絶縁性部材で被われていて、端子を電源と接続状態にすることで前記電気的な機能を発揮できる状態になる電気部品を意味する。尚、「絶縁性部材で被われている状態」とは、前記電気的な機能に影響のない範囲で機能素子部の一部が被われていない構造も含む意味で使われている。
ここで「…機能素子部の周囲に設けられている絶縁性部材」とは、絶縁性部材が機能素子部の周囲全体に設けられていない構造も含む意味で使用している。また、絶縁性部材の外側に更に外観構成部材（ハウジング）が設けられている構造であってもよい。

本態様によれば、三次元造形法を用いて、機能素子部用の材料（第１粒子）と絶縁性部材用の材料（第２粒子）が造形過程において互いに接触している状態でエネルギーを付与して固化されているので、機能素子部と絶縁性部材の互いの接触部位が単に面接触しているだけの状態や接着剤で接合されている構造ではなく、機能素子部と絶縁性部材の各材料が組織的に連結されて一体に継ぎ目なく接合される。これにより、機能素子部の保持が不安定になることが低減され、また、従来生じていた当該接合部での接着剤の劣化のような問題がなくなり、機能素子部の特性が不安定になる虞を低減させることができる。また、製造が簡単で、組立て工数も削減できるから機能素子構造体のコストアップも抑制し得る。

本発明に係る第２の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様において、前記第１供給部と第２供給部の少なくとも一方は、前記流動性組成物を液滴状態で吐出することを特徴とする。

本態様によれば、前記流動性組成物を液滴状態で吐出するので、機能素子部と絶縁性部材の互いの接触部位における各材料の存在割合を徐々に変えることができる。例えば、機能素子部用の材料の存在割合を絶縁性部材側に向って徐々に減らし、他方の絶縁性部材用の材料の存在割合を機能素子部側に向かって徐々に減らすように吐出することで、互いの接合部位において各材料を傾斜状態で存在させることができる。
これにより、機能素子部と絶縁性部材の各材料が組織的に連結されて一体に継ぎ目なく接合される構造を実現することができる。

本発明に係る第３の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様又は第２の態様において、前記第１粒子は金属粒子を含み、前記第２粒子はセラミックス粒子を含む、ことを特徴とする。

本態様によれば、このような材料を用いることによって、機能素子部の導電性と絶縁性部材の絶縁性が確保できるので、種々の電気的機能を有する機能素子構造体を製造することができる。

本発明に係る第４の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第３の態様において、前記第２粒子はセラミックス粒子と、該セラミックス粒子と異なるセラミックス粒子を含む、ことを特徴とする。

本態様によれば、第２粒子はセラミックス粒子と、該セラミックス粒子と異なるセラミックス粒子を含むので、該異なるセラミックス粒子の種類を適宜選定することで、絶縁性部材に誘電体としての特性を付与した新たな機能素子構造体を製造することが可能になる。

本発明に係る第５の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記固化工程は、前記層の形成毎に行う、ことを特徴とする。

本態様によれば、前記固化工程は前記層の形成毎に行うので、前記組織的な連結構造を層毎に容易に実現することができる。

本発明に係る第６の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様において、前記第２粒子の融点は前記第１粒子の融点より高い、ことを特徴とする。

本態様によれば、前記第２粒子の融点は前記第１粒子の融点より高いので、周囲の絶縁性部材は焼結させ、内部の機能素子部は溶融させて固化することができる。これにより固化工程でのエネルギーの付与を効果的に行うことができる。

本発明に係る第７の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記機能素子部は機能素子として受動素子を有している、ことを特徴とする。

本態様によれば、ヒーター、抵抗、コンデンサ、コイル等の受動素子を有する機能性構造体を容易に製造することができる。

本発明に係る第８の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記機能素子部は機能素子として能動素子を有している、ことを特徴とする。

本態様によれば、トランジスタ、ダイオード等の能動素子を有する機能素子構造体を容易に製造することができる。

本発明に係る第９の態様の機能素子構造体の三次元製造方法は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記機能素子部は機能素子として受動素子と能動素子を含む複数の機能素子を有している、ことを特徴とする。

本態様によれば、受動素子と能動素子の両方を含む機能素子構造体を容易に製造することができる。

本発明に係る第１０の態様の機能素子構造体は、端子を有する電気的な機能素子部と、少なくとも前記端子を外部に露呈する状態で前記機能素子部の周囲に設けられている絶縁性部材とを備える機能素子構造体であって、前記機能素子部及び絶縁性部材は、互いの接触部位がシームレスに構成されている、ことを特徴とする。
ここで、「シームレスに構成されている」とは、機能素子部と絶縁性部材の互いの接触部位が単に面接触しているだけの状態や接着剤で接合されている構造ではなく、機能素子部と絶縁性部材の各材料が組織的に連結されて一体に継ぎ目なく接合されている構造を意味する。別の言い方では、機能素子部と絶縁性部材は各材料同士で一体に継ぎ目なく接合されている構造を意味する。

本態様によれば、機能素子部と絶縁性部材の互いの接触部位が単に面接触しているだけの状態や接着剤で接合されている構造ではなく、機能素子部と絶縁性部材の各材料が組織的に連結されて一体に継ぎ目なく接合されるシームレスに構成される。これにより、機能素子部の保持が不安定でなくなり、また従来生じていた接合部での接着剤の劣化のような問題がなくなり、機能素子部の特性が不安定になる虞を低減させることができる。
このシームレス構造は、例えば機能素子部と絶縁性部材の各材料を接触させた状態でエネルギーを付与して焼結或いは溶融させることで実現することができる。

本発明に係る第１１の態様の機能素子構造体は、第１０の態様において、ハウジングとなる外部構成部材を備え、前記機能素子部及び絶縁性部材は、前記外部構成部材との接触部位もシームレスに構成されている、ことを特徴とする。

本態様によれば、ハウジングとなる外部構成部材を備える機能素子構造体において、外部構成部材との接触部位に対しても第１０の態様と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る第１２の態様の機能素子構造体は、第１０の態様又は第１１の態様において、前記機能素子部は機能素子として受動素子を有している、ことを特徴とする。
本態様によれば、ヒーター、抵抗、コンデンサ、コイル等の受動素子を有する機能素子構造体の特性を安定化させることができる。

本発明に係る第１３の態様の機能素子構造体は、第１０の態様又は第１１の態様において、機能素子部は機能素子として能動素子を有している、ことを特徴とする。
本態様によれば、トランジスタ、ダイオード等の能動素子を有する機能素子構造体の特性を安定化させることができる。

本発明の実施形態に係る機能素子構造体を表す斜視図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の製造途中の状態を表す断面図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の完成状態を表す断面図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の一部を拡大して表す断面図。従来の機能素子構造体の一部を拡大して表す断面図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法における層形成工程を表す説明図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法における造形工程を表す説明図。本発明の実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法における固化工程を表す説明図。第１粒子と第２粒子の組成態様の一例を表す説明図。第１粒子と第２粒子の組成態様の他の一例を表す説明図。機能素子部に受動素子を適用した機能素子構造体を表す説明図。機能素子部に能動素子を適用した機能素子構造体を表す説明図。機能素子部に受動素子と能動素子を適用した機能素子構造体を表す説明図。

以下に、本発明の実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法及び機能素子構造体について、添付図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下の説明では、最初に本発明の実施形態に係る機能素子構造体の全体構成を説明し、該機能素子構造体と従来の機機能素子構造体の構造の違いに言及する。次に、本発明の実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法に使用する機能素子構造体の三次元製造装置の概略の構成を説明し、続いて該機能素子構造体の三次元製造装置を使用することによって実行される本発明の機能素子構造体の三次元製造方法の内容を具体的に説明する。また、最後に前記実施形態と部分的構成を異にする本発明の機能素子構造体の三次元製造方法及び機能素子構造体の他の実施形態について言及する。

（１）機能素子構造体の全体構成（図１〜図４及び図１１〜図１３参照）
本発明の機能素子構造体１は、端子３を有する電気的な機能素子部５と、少なくとも前記端子３を外部に露呈する状態で前記機能素子部５の周囲に設けられている絶縁性部材７と、を備えることによって基本的に構成されている。
そして、本発明の特徴的構成として機能素子部５及び絶縁性部材７は、互いの接触部位９がシームレスに構成されている。ここで、「シームレスに構成されている」とは、機能素子部５と絶縁性部材７の互いの接触部位９が単に面接触しているだけの状態や接着剤Ｂで接合されている構造ではなく、機能素子部５と絶縁性部材７の各材料が組織的に連結されて一体に継ぎ目Ｊ（図５参照）がなく接合されている構造を意味する。別の言い方では、機能素子部５と絶縁性部材７は各材料同士で一体に継ぎ目Ｊがなく接合されている構造を意味する。

また、本実施形態では、機能素子構造体１は、更にハウジングとなる外部構成部材１１（図２、図３参照）を備えており、前記機能素子部５及び絶縁性部材７は、前記外部構成部材１１との接触部位９に対してもシームレスに構成されている。
機能素子部５は、当該機能素子構造体１に所定の電気的な機能を発揮させる部分であり、当該機能を直接発揮する機能素子１３と、外部電源との電気的接点となる前述した端子３と、前記機能素子１３と端子３とを連絡する連絡部１５と、を備えることによって構成されている。

機能素子１３としては、図１１に表す抵抗やヒーター、コンデンサ、コイル等を含む受動素子１７や、図１２に表すダイオードやトランジスタ等を含む能動素子１９が適用でき、更に図１３に表すように受動素子１７と能動素子１９を含んだ複数の機能素子１３によって構成することが可能である。
また、機能素子部５を形成する材料としては、金属粒子Ｍを含む第１粒子２１が適用でき、図２及び図３に表す実施形態では一例としてニッケル・銅合金の金属粒子Ｍを適用している。尚、第１粒子２１の具体的な適用例については後述する。

絶縁性部材７は、前記機能素子部５を被覆して外部との絶縁性を保持する役割をする部材である。尚、ここで言う「被覆」は、必ずしも機能素子部５の周囲全体を絶縁性部材７で覆っている状態のみを意味するのではなく、機能素子部５の機能に影響のない範囲で機能素子部５の一部が絶縁性部材７で覆われていない状態を含む意味で使用している。
絶縁性部材７を形成する材料としては、絶縁性を有する第２粒子２３が適用でき、図２及び図３に表す実施形態では一例としてセラミックス粒子Ｃを適用している。

外観構成部材１１は、前記機能素子部５と絶縁性部材７を収容するハウジングとなる部材であり、前記機能素子部５と絶縁性部材７を外的要因から守る保護部材として機能する。
外観構成部材１１を形成する材料としては、一例として合成樹脂材料が適用可能である。
また、図２中、符号２５で示す部材はサポート材であり、機能素子構造体１を製造する段階で製造途中の機能素子構造体１を支持する目的で使用し、機能素子構造体１の完成後は図３に表すように取り外される部材である。

このようにして構成される本実施形態に係る機能素子構造体１によれば、図５に表す従来の機能素子構造体１０１のように機能素子部１０５と絶縁性部材１０７の互いの接触部位１０９が単に面接触しているだけの状態や接着剤Ｂで接合されている構造ではなく、図４に表すように機能素子部５と絶縁性部材７の各材料が組織的に連結されて一体に接合される。従って、図５に表す従来の機能素子構造体１０１において生じていた継ぎ目Ｊは本実施形態では発生せず、シームレス構造の機能素子構造体１になっている。
これにより、本実施形態によれば、機能素子部５の特性を不安定にする外的要因による影響を低減させ、機能素子部５の特性を安定して発揮できるようにし、図５に表す従来の機能素子構造体１０１で生じていた接触部位１０９での接着剤Ｂの劣化を抑制することが可能になる。

（２）機能素子構造体の三次元製造装置の概略の構成（図６〜図８参照）
機能素子構造体の三次元製造装置４１としては、一例として複数本のロボットアーム４３、４５、４７、４９を備えた多関節式の産業用ロボットが採用できる。
具体的には、機能素子部５用の材料である第１粒子２１を含む第１流動性組成物３１を吐出する第１吐出ヘッド５１と、絶縁性部材７用の材料である第２粒子２３を含む第２流動性組成物３３を吐出する第２吐出ヘッド５３と、外部構成部材１１用の材料である第３粒子２７を含む第３流動性組成物３５を吐出する第３吐出ヘッド５５と、サポート材２５用の材料である第４粒子２９を含む第４流動性組成物３７を吐出する第４吐出ヘッド５７とを備えている。
そして、これら４種類の吐出ヘッド５１、５３、５５、５７はそれぞれ第１供給部５１、第２供給部５３、第３供給部５５、第４供給部５７の一態様になっている。

また、機能素子構造体の三次元製造装置４１には、これらの吐出ヘッド５１、５３、５５、５７から吐出された各流動性組成物３１、３３、３５、３７中に含まれる各粒子２１、２３、２７、２９にレーザー光Ｅを個別に照射して固化させる複数の照射ヘッド６１、６３、６５、６７と、各流動性組成物３１、３３、３５、３７が吐出され、その上面に層形成領域となる一例として平板状のベースプレート７１を備えたステージ７３と、ロボットアーム４３、４５、４７、４９の駆動及びステージ７３の積層方向Ｚの昇降動作を実行する図示しない駆動部と、これらの駆動部の駆動と吐出ヘッド５１、５３、５５、５７から吐出される各流動性組成物３１、３３、３５、３７の吐出制御と、照射ヘッド６１、６３、６５、６７から照射されるレーザー光Ｅの照射制御を行う図示しない制御部とが備えられている。
機能素子構造体の三次元製造装置４１は、一例としてこれらの部材を備えることによって構成されている。

（３）機能素子構造体の三次元製造方法の内容（図２〜図４及び図６〜図１３参照）
本実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法は、端子３を有する電気的な機能素子部５と、少なくとも端子３を外部に露呈する状態で機能素子部５の周囲に設けられている絶縁性部材７とを備える機能素子構造体１の三次元製造方法であって、層形成工程Ｐ１と、造形工程Ｐ２と、固化工程Ｐ３とを備えることによって基本的に構成されている。
以下、層形成工程Ｐ１と造形工程Ｐ２と固化工程Ｐ３の内容を具体的に説明する。

（Ａ）層形成工程（図６及び図９、図１０参照）
図６に表したように、層形成工程Ｐ１は、機能素子部５用の材料である第１粒子２１を含む第１流動性組成物３１を第１供給部となる第１吐出ヘッド５１（図７、図８参照）から所定部位に供給し、絶縁性部材７用の材料である第２粒子２３を含む第２流動性組成物３３を第２供給部となる第２吐出ヘッド５３（図７、図８参照）から所定部位に供給して層形成領域となるベースプレート７１上に一つの層Ｄを形成する工程である。
更に、本実施形態では、図６に表したように外部構成部材１１用の材料である第３粒子２７を含む第３流動性組成物３５を第３供給部となる第３吐出ヘッド５５から所定部位に供給し、サポート材２５用の材料である第４粒子２９を含む第４流動性組成物３７を第４供給部となる第４吐出ヘッド５７から所定部位に供給して前記一つの層Ｄを形成している。

また、本実施形態では、前記４種類の供給部のすべてをそれぞれ吐出ヘッド５１、５３、５５、５７によって構成し、前記４種類の流動性組成物３１、３３、３５、３７のすべてを液滴状態で吐出するように構成されている。
また、前記４種類の供給部５１、５３、５５、５７は、必ずしも吐出ヘッドによって構成しなくてもよく、第１供給部５１と第２供給部５３の一方のみを吐出ヘッドによって構成し、他方の供給部を構造の違う他の供給手段（例えば塗工ローラーなど）によって構成することも可能である。

また、第１粒子２１は金属粒子Ｍを含み、第２粒子２３はセラミックス粒子Ｃを含むように構成されている。
また、第２粒子２３は、図１０に表すようにセラミックス粒子Ｃの他に前記第２粒子２３に含まれていたセラミックス粒子Ｃと異なるセラミックス粒子Ｎを含むように構成することも可能である。
因みに図９、図１０の層Ｄを図のように構成し、機能素子部５と絶縁性部材７とを積層方向と交差する方向に複数並べ、積層した場合には、セラミックス粒子Ｃ、セラミックス粒子Ｃと異なるセラミックス粒子Ｎの種類を適宜選定することで、絶縁性部材７を誘電体としての特性を付与した新たな機能素子構造体１を製造することが可能になる。

第１粒子は機能素子１３の求められる機能に応じてその材料が決まるが、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、銅、マグネシウム、各種合金等が挙げられる。また、第２粒子は、絶縁性部材用の材料として求められる性能に応じてその材料が決まるが、シリカ、アルミナ、窒化アルミ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素、炭酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、及び酸化ナトリウム等が挙げられ、少なくともいずれか１つの成分を含む粒子等が挙げられる。

また、前記各流動性組成物３１、３３、３５、３７には、前述した４種類の粒子２１、２３、２７、２９の他に溶媒又は分散媒とバインダーとが一般に含まれている。
溶媒又は分散媒としては、例えば、蒸留水、純水、ＲＯ水等の各種水の他、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）等のエーテル類（セロソルブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン等の長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類等が挙げられる。

バインダーとしては、前述した溶媒又は分散媒に可溶であれば、限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂、合成樹脂等を用いることができる。また、例えば、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
また、可溶状態でなく、上述したアクリル樹脂などの樹脂の微小な粒子の状態で、前述した溶媒又は分散媒中に分散させるようにしてもよい。

（Ｂ）造形工程（図２、図４及び図７参照）
造形工程Ｐ２は、前記層形成工程Ｐ１を積層方向Ｚに繰り返して機能素子構造体１を造形する工程である。
そして、本実施形態では、前述した４種類の流動性組成物３１、３３、３５、３７をすべて液滴状態で層形成領域７１に吐出しているので、機能素子部５と絶縁性部材７の互いの接触部位９における各材料の存在割合を層Ｄ毎に変えることができる。
従って、図４に表したように機能素子部５用の第１粒子２１の存在割合を絶縁性部材７側に向かって徐々に減らし、他方の絶縁性部材７用の第２粒子２３の存在割合を機能素子部５側に向かって徐々に減らすように吐出して各層Ｄを形成した場合には、互いの接触部位９において第１粒子２１と第２粒子２３を傾斜状態で存在させることができる。

（Ｃ）固化工程（図３、図８及び図１１〜図１３参照）
固化工程Ｐ３は、層Ｄ中の第１粒子２１及び第２粒子２３にエネルギーＥを付与して固化する工程である。そして、本実施形態では、当該エネルギーＥの付与手段として前述した４種類の照射ヘッド６１、６３、６５、６７が設けられており、これらの照射ヘッド６１、６３、６５、６７から照射されるレーザー光Ｅにより層Ｄの形成毎に固化工程Ｐ３を実行できるように構成されている。

また、絶縁性部材７用の材料となる第２粒子２３の融点を機能素子部５用の材料となる第１粒子２１の融点より高くなるように設定することが可能である。
因みにこのように設定した場合には、本工程Ｐ３において、周囲の絶縁性部材７は焼結させ、内部の機能素子部５は溶融させて固化することができ、これにより固化工程Ｐ３でのエネルギーＥの付与を材料の種類に応じて効果的に行うことが可能になる。

また、サポート材２５については、機能素子構造体１の完成後は不要になるから図３に表したように取り除くことになる。従って、第４照射ヘッド６７から照射されるレーザー光Ｅの出力を小さくしたり、レーザー光Ｅの照射を停止するように構成することも可能である。
そして、このようにして製造された機能素子構造体１における機能素子部５は、機能素子１３として図１１に表したように受動素子１７（図示の実施形態では抵抗）を有していてもよく、図１２に表したように能動素子１９（図示の実施形態ではダイオード）を有していてもよい。また、当該機能素子部５は機能素子１３として図１３に表したように受動素子１７と能動素子１９（図示の実施形態では抵抗とダイオード）を含む複数の機能素子１３を有するように構成することも可能である。

そして、このようにして構成される本実施形態に係る機能素子構造体の三次元製造方法によれば、機能素子構造体１の外部構成部材１１内に収容される機能素子部５と絶縁性部材７の各材料を構成する第１粒子２１と第２粒子２３が組織的に連結されて一体に継ぎ目Ｊがなく接合される。
これにより、機能素子部５が確実に安定して保持されるようになり、当該接合部では接着剤Ｂが不要になるから接着剤Ｂの経年劣化は生じない。また、機能素子部５の特性が安定して発揮されるようになり、製造が簡単で、組立て工数も削減できるから機能素子構造体１のコストアップも抑制し得る。

［他の実施形態］
本発明に係る機能素子構造体の三次元製造方法及び機能素子構造体１は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。
例えば、機能素子部５用の材料となる第１粒子２１を種類の違う複数の金属粒子Ｍによって構成し、これら複数の金属粒子Ｍを含む複数の流動性組成物３１をそれぞれ別個の吐出ヘッド５１から吐出することで、複数の金属粒子Ｍが一体に連結されたシームレス構造の機能素子部５を形成することが可能である。

また、本発明の機能素子構造体１の製造に使用される機能素子構造体の三次元製造装置４１は、前述した構成の多関節式の産業用ロボットに限らず、幅方向Ｘと奥行き方向Ｙと積層方向Ｚとにスライドするテーブルを備えたスライドテーブル式のものや円筒座標系の産業用ロボット等、構造の違う種々の製造装置が適用可能である。
また、前述した固化工程Ｐ３は、各層Ｄの形成を行う他、すべての層Ｄが形成された後、形成された固化前の機能素子構造体１を例えば焼結炉に入れてまとめて固化を実行することも可能である。

１機能素子構造体、３端子、５機能素子部、７絶縁性部材、９接触部位、
１１外部構成部材、１３機能素子、１５連結部、１７受動素子、１９能動素子、
２１第１粒子、２３第２粒子、２５サポート材、２７第３粒子、２９第４粒子、
３１第１流動性組成物、３３第２流動性組成物、３５第３流動性組成物、
３７第４流動性組成物、４１機能素子構造体の三次元製造装置、
４３ロボットアーム、４５ロボットアーム、４７ロボットアーム、
４９ロボットアーム、５１第１吐出ヘッド（第１供給部）、
５３第２吐出ヘッド（第２供給部）、５５第３吐出ヘッド（第３供給部）、
５７第４吐出ヘッド（第４供給部）、６１第１照射ヘッド、６３第２照射ヘッド、
６５第３照射ヘッド、６７第４照射ヘッド、７１ベースプレート（層形成領域）、
７３ステージ、Ｂ接着剤、Ｊ継ぎ目、Ｐ１層形成工程、Ｐ２造形工程、
Ｐ３固化工程、Ｅレーザー光（エネルギー）、Ｄ層、Ｍ金属粒子、
Ｎ金属粒子、Ｃセラミックス粒子、Ｓステンレス粒子、Ｘ幅方向、
Ｙ奥行き方向、Ｚ積層方向

Claims

端子を有する電気的な機能素子部と、少なくとも前記端子を外部に露呈する状態で前記機能素子部の周囲に設けられている絶縁性部材とを備える機能素子構造体の三次元製造方法であって、
前記機能素子部用の材料である第１粒子を含む第１流動性組成物を第１供給部から所定部位に供給し、前記絶縁性部材用の材料である第２粒子を含む第２流動性組成物を第２供給部から所定部位に供給して層形成領域に一つの層を形成する層形成工程と、
前記層形成工程を積層方向に繰り返して前記機能素子構造体を造形する造形工程と、
前記層中の第１粒子及び第２粒子にエネルギーを付与して固化する固化工程と、を有する、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記第１供給部と第２供給部の少なくとも一方は、前記流動性組成物を液滴状態で吐出する、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１又は２に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記第１粒子は金属粒子を含み、前記第２粒子はセラミックス粒子を含む、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項３に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記第２粒子はセラミックス粒子と、該セラミックス粒子と異なるセラミックス粒子を含む、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記固化工程は、前記層の形成毎に行う、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記第２粒子の融点は前記第１粒子の融点より高い、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記機能素子部は機能素子として受動素子を有している、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記機能素子部は機能素子として能動素子を有している、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載された機能素子構造体の三次元製造方法において、
前記機能素子部は機能素子として受動素子と能動素子を含む複数の機能素子を有している、ことを特徴とする機能素子構造体の三次元製造方法。
端子を有する電気的な機能素子部と、少なくとも前記端子を外部に露呈する状態で前記機能素子部の周囲に設けられている絶縁性部材とを備える機能素子構造体であって、
前記機能素子部及び絶縁性部材は、互いの接触部位がシームレスに構成されている、ことを特徴とする機能素子構造体。
請求項１０に記載された機能素子構造体において、
ハウジングとなる外部構成部材を備え、
前記機能素子部及び絶縁性部材は、前記外部構成部材との接触部位もシームレスに構成されている、ことを特徴とする機能素子構造体。
請求項１０又は１１に記載された機能素子構造体において、
前記機能素子部は機能素子として受動素子を有している、ことを特徴とする機能素子構造体。
請求項１０又は１１に記載された機能素子構造体において、
前記機能素子部は機能素子として能動素子を有している、ことを特徴とする機能素子構造体。