JP2821518B2 - 外皮樹脂原型を用いる鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋳造方法に関するもので
あり、特に「鋳型」の製造までの工程を大幅に短縮化す
ることのできる外皮樹脂原型を用いる鋳造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】少量多品種の鋳物を成形する際に、ロス
トワックス法と称される方法が多用される。このロスト
ワックス法では、（１）成形したい鋳物形状に対応する
空間（キャビティ）を有するワックスモデルの作成型を
製造し、（２）このワックスモデル作成型で鋳物と同一
形状を有するワックスモデルを作成し、（３）このワッ
クスモデルの外側に溶湯の温度に耐えて形状維持可能な
鋳型材を注入ないし、吹きつけ等の手法で充填すること
によりワックスモデルを囲繞する鋳型を製造し、（４）
鋳型ごと加熱してワックスモデルを流出させた後、その
鋳型に溶湯を注入する。溶湯が冷却されて固形化した
後、鋳型は破壊されて鋳物が離型される。この結果、ワ
ックスモデルと同一形状を持った鋳物が成形される。一
回の鋳造が完成すると（２）以後の処理を繰り返して同
一形状の鋳物を作り出す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このロストワックス法
では、多様な形状の鋳物を成形することができる。しか
しながら、この方法ではワックスモデルを作成するため
の型の製造が不可欠である。しかるに、このワックスモ
デルの作成型を製造するためには、多くの手間と費用が
必要とされる。このため、多量に鋳物を成形する場合は
ともかく、少量の鋳物を製造する場合には鋳物１個あた
りの生産コストが高価になってしまう。また、原型に基
づいてワックスモデルの作成型を製造するまでに長期間
を必要とする。そこで、本発明は、「鋳型」製造までの
工程を簡略化し、鋳物成形に要する時間を短くし、生産
コストを低減させ得る新たな鋳造方法を提案するもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記技術課題を解決する
ために、本発明は、溶湯を鋳型中に注入し冷却後離型し
て鋳物を成形する鋳造方法であって、成形する鋳物の外
表面に一致する外表面を凹部内に備えた凹状の外皮樹脂
原型を光硬化造形法に従って作成する工程と、この凹部
に溶湯の温度において形状維持可能な鋳型材を充填する
工程と、外皮樹脂原型を除去後の鋳型材の該外皮樹脂原
型で被覆されていた側に鋳枠を配置して、鋳枠と鋳型材
の外皮樹脂原型で被覆されていた側とで構成した鋳型に
溶湯を注入する工程、とを有することを特徴とする外皮
樹脂原型を用いる鋳造方法を創作した。また、本発明
は、溶湯を鋳型中に注入し、冷却後離型して鋳物を成形
する鋳造方法であって、成形する鋳物の外表面に一致す
る外表面を凹部の外側に備えた凹状の外皮樹脂原型を光
硬化造形法に従って作成する工程と、この凹部に、溶湯
の温度において消失可能な充填材を充填する工程と、前
記凹部の外側の前記外表面側及び前記凹部の充填材上に
溶湯の温度において形状維持可能な鋳型材を充填する工
程と、充填材が充填された前記凹部に溶湯を注入する工
程、とを有することを特徴とする外皮樹脂原型を用いる
鋳造方法を創作した。なお、ここでいう光硬化造形法と
は、光を照射すると硬化する液状の樹脂に対し、３次元
における任意の位置の光を照射して照射領域に対応した
立体形状を有する樹脂硬化物を造形する技術であり、例
えば、特開昭５６−１４４４７８号公報に開示されてい
るものをいう。また、外皮樹脂原型とは、外皮を主体と
して構成された原型をいう。中実の原型ではなく中空な
いし内部にハニカム状の補強構造が施された外皮を主体
とした樹脂造形物をいう。

【０００５】

【作用】本発明によれば、ロストワックス法におけるワ
ックスモデルに相当する樹脂原型が光硬化造形法によっ
て製造されるため、ワックスモデル作成型の製造工程を
不要とすることができる。このため、鋳型製造までの工
程が大幅に単純化され、時間、費用の節約がなされる。
さらに、外皮樹脂原型が外皮を主体として構成されるも
のであるため、焼失部分が少ない。特に、請求項１に記
載の発明によると、成形する鋳物の形状は、鋳枠と鋳型
材の外皮樹脂原型側で形成され、鋳物の形状の全体を外
皮樹脂原型の外表面で規定する必要がない。 また、請求
項２に記載の発明によると、成形する鋳物の形状は、外
皮樹脂原型と充填材とで規定され、鋳物の形状の全体を
外皮樹脂原型で規定する必要がない。また、充填材によ
り、外皮樹脂原型に剛性が付与される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の第１実施例として図４に示す
鋳物１５を成形する場合を例として説明する。本実施例
にかかる鋳造方法は次に述べる各工程を実施する。

【０００７】（１）まず、最初に３次元のＣＡＤシステ
ムを用いて鋳物１５の３次元形状、すなわち、外表面１
５ａの形状を設計をする。この結果、３次元ＣＡＤシス
テムによって鋳物１５の３次元の形状情報が定義され
る。次に図１に示される外皮樹脂原型１の作成が実施さ
れる。これには光硬化造形法が用いられる。光硬化造形
法は、図２に例示されるように液状の光硬化性樹脂２の
表面に強力な紫外線３を照射することにより、照射され
た領域の樹脂２を硬化させ、これを幾層にも積層するこ
とにより３次元の樹脂硬化像を創成するものである。得
られる形状はレーザ光３の軌跡により決定される。

【０００８】すなわち、図２に模式的に示されるよう
に、槽内に満たされた光硬化性樹脂２の表面にレーザ光
３のスポットを当てて、スキャナ５によってレーザ光３
を２次元的に移動することにより表面の一部が固体化さ
れる。その後、固体化したものを一層の厚み分だけステ
ージ４により液面より沈下させ、固定化した部分の上に
一層分の液状の樹脂２を導入する。次にこの液状部が同
様に固化される。この固化像は下層の固化像上に積層さ
れて一体化される。これを繰り返して一層づつ重ねられ
る。この場合、一層の断面の輪郭内部を全域照射すれ
ば、中実の樹脂像が造形され、輪郭のみを照射すれば、
輪郭のみが固化され、内部は未硬化の中空の樹脂像が作
成される。なお、中空の樹脂像が造形されたときは、造
形終了時に、内部空間に未硬化樹脂が充填されている
が、小さい孔を開けることにより排出される。樹脂像が
大きく外皮のみでは形状が維持ができないときは、内部
に補強用硬化部が造形されたハニカムで補強された外皮
像が得られる。本実施例では、３次元ＣＡＤシステムの
データに基づいて輪郭内部に近接する部分のみを照射
し、中空の外皮樹脂原型１を造形する。この外皮樹脂原
型１の外表面７は鋳物表面１５ａに一致したものとされ
る。なお、この外皮樹脂原型１はその外表面７にのみ意
義があるので、外皮６の裏側（内表面）８は補強枠等を
有するハニカム構造であってもよい。図１では、３本の
支柱９で外皮６が補強されている場合を例示している。
このようにして光硬化造形法で外皮樹脂原型１が作成さ
れるので、従来のロストワックス作成用の型の製造工程
が省かれる。

【０００９】（２）次に、図３に示すような鋳型１２の
製造が行われる。まず、外皮樹脂原型１が鋳枠１０内の
所定の位置に設置される。次に、使用する金属溶湯１４
の温度において形状維持可能な鋳型材１１がスラリー状
にされて外皮樹脂原型１の外表面７と鋳枠１０の間に充
填される。鋳型材１１が外表面７と鋳枠１０の間に充填
された後、鋳枠１０ごと所定の温度（約３００°Ｃ）に
加熱され乾燥される。この間、外皮樹脂原型１の形状は
維持される。同時に、鋳型材１１が硬化し、鋳型材１１
の内表面１２ａの形状が固定される。これにより、鋳物
１５と同形の空間１２ｂが内表面１２ａによって規定さ
れた鋳型１２が製造される。

【００１０】鋳型１２を製造する際、上記の温度では外
皮樹脂原型１は焼失しない。しかし、一旦鋳型１２の内
表面１２ａが固定されれば、外皮樹脂原型１の必要はも
はやなくなるので、さらに高温に加熱して外皮樹脂成形
型１を焼失させてもよい。この場合、外皮樹脂原型１が
中実でないため、樹脂の熱膨張によって発生する応力が
小さく、鋳型１２に亀裂を生じない。

【００１１】（３）次に、所定温度の金属溶湯１４が図
３に示す予め設けた鋳口１３から鋳型１２内に注入され
る。鋳型１２内に残存する外皮樹脂原型１はこの溶湯１
４が注入されることにより、その温度で焼失・気化され
る。この結果、金属溶湯１４によって鋳型１２内の空間
１２ｂが隙間なく満たされる。このとき焼失される外皮
樹脂原型１は中実構造でないため、焼失量が少ない。こ
のため、鋳物中にガスが混入して巣を生じさせることも
なく、樹脂の気化ガスによる作業環境の汚染もない。な
お、金属溶湯１４注入以前にあらかじめ外皮樹脂原型１
を焼失した場合にも、同様の効果が得られる。さらに、
金属１４が冷却されて硬化した後、鋳型１２が破壊され
て鋳物１５が取り出される。鋳口等の仕上げ等が行わ
れ、製品とされる。以下、同様の外皮樹脂原型１を作成
し、（２）以降の手順によって同一形状の鋳物が鋳造さ
れる。

【００１２】次に本発明の第２実施例として図７の鋳物
製の金型２２を成形する場合を例として説明する。本例
では本発明が鋳型成型法の一つであるいわゆるフルモー
ルド法に適用されている。フルモールド法とは、通常ス
チロール樹脂を切削または発泡させて形成される中実の
樹脂原型を使用して鋳型を製造する方法である。 （１）まず、第１実施例と同様、最初に３次元のＣＡＤ
システムを用いて金型２２の３次元形状、すなわち、外
表面２２ａ及び成形面２３の設計をする。この結果、３
次元のＣＡＤシステムによって３次元の形状情報が定義
される。次に、この情報に基づいて外皮樹脂原型２１の
作成が実施される。これには光硬化造形法が用いられ
る。光硬化造形法による外皮樹脂原型２１の作成は、第
１実施例で述べたものと同様である。

【００１３】結果として、図５に示す、所定の厚みの外
皮２５によって形成された外皮樹脂原型２１が作成され
る。本例では上部が開口して凹部２６を有する略箱状に
形成される。この外皮樹脂原型２１の外皮２５の外表面
２５ａ、成形面２５ｂ及び上端部２５ｃによって規定さ
れる形状が金型２２の３次元形状、すなわち、外表面２
２ａ及び成形面２３に一致する。

【００１４】（２）次に、図６に示すような鋳型３１の
製造が行われる。まず、この凹部２６の底面から所定の
深さまでスチロール樹脂２の粉末２７が充填される。さ
らに、上端までスチロール樹脂のブロック体２８が組み
合わせて充填される。この結果、スチロール樹脂２７、
２８が充填された外皮樹脂原型２１を鋳型３１に設置し
たときに、鋳型３１内に金型２２と同形状の空間を形成
することができ、しかも外皮樹脂原型２１が鋳型材３０
に囲繞された際に形状維持できる強度が付与される。こ
のように本例では従来のフルモールド法の樹脂原型の成
形面として外皮樹脂原型２１が使用されている。このた
め、従来のフルモールド法の樹脂原型に比較して表面精
度が良い。

【００１５】そして、外皮樹脂原型２１が鋳枠２９内の
所定の位置に設置される。使用する金属溶湯３３の温度
において形状維持可能であって、スラリー状にされた鋳
型材３０が適宜手法により外皮樹脂原型２１の外表面２
５ａ及び成形面２５ｂと鋳枠２９の間に充填される。さ
らに、スチロール樹脂２８の上にも充填される。充填さ
れた鋳型材３０は鋳枠２９ごと所定の温度（約３００°
Ｃ）に加熱され乾燥される。この間、外皮樹脂原型２１
及びスチロール樹脂２７、２８の形状は維持される。鋳
型材３０が硬化して、鋳型材３０の内表面３０ａの形状
が固定される。これにより、金型２２と同一形状の外皮
樹脂原型２１及びスチロール樹脂２７、２８が充填され
た鋳型３１が製造される。

【００１６】（３）この後、所定温度の金属溶湯３３が
図６に示すように予め設けた鋳口３２から鋳型３１内に
注入される。鋳型３１内に残存する外皮樹脂原型２１及
びスチロール樹脂２７、２８は溶湯３３によって焼失・
気化され、金属溶湯３３と置換される。このようにして
鋳型３１内の空洞内が溶湯３３で満たされる。さらに、
金属３３が冷却されて硬化した後、鋳型３１が破壊され
て図７に示す鋳物２２が取り出される。鋳口等の仕上げ
等が行われ、金型とされる。以下、同様の外皮樹脂原型
２１を作成して（２）以降の手順によって同一形状の金
型２２が成形される。

【００１７】なお、金型２２の成形面２３となる面のみ
を外皮樹脂原型２１を用いて成形し、金型２２の側面に
相当する面はすべてスチロール樹脂で成形してもよい。
また、フルモールド法に適用する場合には、外皮樹脂原
型２１内にスチロール樹脂２７、２８が充填されるた
め、型２１の剛性が向上する。したがって、外皮２５を
通常より薄い外皮に形成してもよい。さらに外皮樹脂原
型２１の作成コスト及び作成時間を減らすことができ
る。

【００１８】次に、第３実施例として図１０に示す鋳物
を成形する場合を例として説明する。 （１）まず、第１及び第２実施例と同様、３次元ＣＡＤ
システムにより、製造する鋳物５３の３次元形状すなわ
ち、外表面５３ａの形状を設計する。この結果、３次元
ＣＡＤシステムによって、鋳物５３の３次元の形状情報
が定義される。本例の場合、図８及び図１０に示すよう
に、この外表面５３ａの中でも鋳物として特徴がある外
表面５４を外表面４４とする外皮樹脂原型４１を光硬化
造形法を使用して作成される。この結果図８に示すよう
に、作成された外皮樹脂原型４１は外表面４４を有する
外皮４２を底面として側面４５が周囲に設けられ、上部
が開口して凹部４６が形成された略箱状である。すなわ
ち、本例でいう外表面４４は凹部４６の内側に設けられ
ている。なお、本実施例では外皮樹脂原型４１の凹部４
６側にのみ意義を有している。したがって、外表面４４
の反対側、すなわち、図８中の外側はハニカム等の補強
構造あるいは中実構造であってもよい。

【００１９】（２）次に、この外皮樹脂原型４１の凹部
４６にスラリー状にされて金属溶湯５２の温度で形状維
持可能な鋳型材４７が充填される。外皮模型４１の凹部
４６が鋳型材４７によって満たされた後、鋳型材４７と
外皮樹脂原型４１が所定の温度で加熱・乾燥される。こ
の間、外皮樹脂原型４１は形状を維持し、鋳型材４７は
硬化して、その外表面４４の形状が鋳型材４７の外表面
４８ａに固定される。これにより、外皮樹脂原型４１の
外表面４４を成形面４８ａとして有する鋳型４８が製造
される。本例の場合、さらに高温に加熱して外皮樹脂原
型４１を焼失する。

【００２０】（３）この後、図９に示すように、鋳枠４
９内に前記鋳型４８を反転して、鋳型４８の成形面４８
ａを上方に向けて設置する。この鋳枠４９は鋳型４８を
隙間なく設置できる形状の底面５０及び壁５１を有し、
さらにこの壁５１は鋳型４８の高さよりも高い所定の高
さを有している。このような鋳枠４９の内壁５１と鋳型
４８の成形面４８ａとによって形成された空間５５は鋳
造する鋳物５３の形状に他ならない。そして、この空間
５５に所定の鋳込み温度の金属溶湯５２を注入する。空
間５５に行きわたった金属が冷却されて硬化した後、鋳
型４８を鋳枠４９から取り出し、鋳型４８を破壊して鋳
物５３を取り出して仕上げ等を行い、製品とする。以
下、同様の外皮樹脂原型４１を作成して（２）以降の手
順によって同形状の鋳物が成形される。

【００２１】本例は第１実施例と外皮樹脂原型４１の外
表面４４に沿って鋳型材４７を注入して鋳型４８を成形
するという点では共通するが、鋳型４８の外側の空間に
相当する形状の鋳物５３を得るという点で異なる。どち
らの方法によって鋳物を成形するかは、鋳型の製造性と
鋳物の成形性及び工程での操作性を考慮して選択するこ
とができる。本例では、鋳物５３の部分的な外表面５４
についてのみの外表面４４を有する外皮樹脂原型４１を
作成したが、鋳物５３の外表面５３全体にわたる外表面
４４を有する外皮樹脂原型４１を作成して、鋳物を製造
することも可能である。なお、外皮樹脂原型４１の形状
によっては、原型４１の焼失は金属溶湯５２の注入時で
もよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によると、３次元
ＣＡＤデータから直接に光硬化造形法によって外皮樹脂
原型が作成され、原型に基づくワックスモデル作成型の
製作及び組み立て工程を省略することができる。したが
って、鋳型の製造を短期間に、かつ低コストで行うこと
ができる。さらに、鋳物の形状の全体を外皮樹脂原型で
規定しないので、外皮樹脂原型の製作のコストが低減で
きる。 請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載
の発明の効果に加えて、さらに、外皮樹脂原型の凹部内
に充填材が充填されるので、この充填材が外皮樹脂原型
の形状を補完し、かつ外皮樹脂原型を補強することがで
きるので、さらに、外皮樹脂原型の製作コストが低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における成形された外皮樹脂原型の
断面図である。

【図２】光硬化造形法による外皮模型成形の工程図であ
る。

【図３】鋳型に金属溶湯を注入する工程図である。

【図４】鋳造された鋳物の断面図である。

【図５】第２実施例における成形された外皮樹脂原型の
断面図である。

【図６】鋳型に金属溶湯を注入する工程図である。

【図７】鋳造された金型の断面図である。

【図８】第３実施例の外皮樹脂原型に鋳型材を充填する
工程図である。

【図９】鋳型に金属溶湯を注入する工程図である。

【図１０】鋳造された鋳物の断面図である。

【符号の説明】

１、２１、４１ 外皮樹脂原型 ７、２５ａ、２５ｄ、４４ 外表面 １１、３０、４７ 鋳型材 １２、３１、４８ 鋳型 １４、３３、５２ 金属溶湯 １５、２２、５３ 鋳物 １５ａ、２２ａ、５４ 鋳物の外表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:24 (72)発明者 斉藤 直一郎 神奈川県藤沢市大庭3910 藤沢西部団地 ２−９−952 (56)参考文献 特開 平３−174943（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22C 7/02,9/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶湯を鋳型中に注入し冷却後離型して鋳物
   を成形する鋳造方法であって、成形する鋳物の外表面に一致する外表面を凹部内に備え
   た凹状の外皮樹脂原型を光硬化造形法に従って作成する
   工程と、 この凹部に、溶湯の温度において形状維持可能な鋳型材
   を充填する工程と、 外皮樹脂原型を除去後の鋳型材の該外皮樹脂原型で被覆
   されていた側に鋳枠を配置して、鋳枠と鋳型材の外皮樹
   脂原型で被覆されていた側とで構成した鋳型に溶湯を注
   入する工程、 とを有することを特徴とする外皮樹脂原型を用いる鋳造
   方法。
2. 【請求項２】溶湯を鋳型中に注入し、冷却後離型して鋳
   物を成形する鋳造方法であって、成形する鋳物の外表面に一致する外表面を凹部の外側に
   備えた凹状の外皮樹脂原型を光硬化造形法に従って作成
   する工程と、 この凹部に、溶湯の温度において消失可能な充填材を充
   填する工程と、 前記凹部の外側の前記外表面側と前記凹部の充填材上に
   溶湯の温度において形状維持可能な鋳型材を充填する工
   程と、 充填材が充填された前記凹部に溶湯を注入する工程、 とを有することを特徴とする外皮樹脂原型を用いる鋳造
   方法。