JPH09308942A - 鋳型積層形成用マスクの製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクにおけるサポートの配置を自動的に行
う。 【解決手段】 粗材３次元形状データが入力装置２０を
介し処理部２２に入力される。処理部２２は、粗材３次
元形状データを２次元断面形状にスライスし、各層のマ
スク形状を得る。ここで、サポート作成部２２ｃは、周
囲から島部については、斜め４５゜方向のサポートを自
動発生し、これを付加する。また、内部の単なる空間に
付加されたサポートは、同一輪郭を接続するものとして
認識し排除する。このような手法によって、サポートを
自動的に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層して形成され
る鋳造用鋳型の各層を形成する際に利用する鋳型積層形
成用マスクを製作する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳物は、溶融した金属を鋳型に流し込ん
で作るため、一般に鋳物を作るときには、まずその反転
型である鋳型を作ることから始める。この鋳型として
は、その材質から主に金型と砂鋳型（以下砂型という）
に分けられる。金型は、耐久性があるが、高価であり、
同一製品を多数製造する（量産する）場合に多く用いら
れる。一方、砂型は、試作品（プロトタイプ）など比較
的少量の生産や、複雑な形状や内部形状がある場合など
に用いられる。すなわち、砂型は安価であり、また鋳造
の後、砂型を壊して、製品を取り出すため、砂型から鋳
物がそのまま抜ける必要がなく、複雑な形状の鋳物も作
成できる。また、砂中子とよばれる内部形状作成用の型
を併用することによって、内部形状を持つ鋳物も作成で
きる。

【０００３】従来、砂型を作成する場合には、まずその
反転型（主に、木、樹脂、金属）をＮＣ（数値制御）加
工等により作成し、これに砂を流し込み、固化させるこ
とによって砂型を造形していた。しかし、この砂型の造
形方法では、砂型の反転型の設計の際に、抜き勾配を考
慮しなければならない。特に、砂型の反転型は、通常２
分割する必要があるため、その分割面（見切り面）をど
こにするかという見切りの設計や、２分割のそれぞれの
抜き方向に応じた抜き勾配の設計を行わなければならな
い。従って、型の構想、型の設計に多くの時間が必要と
なっていた。

【０００４】また、型の形状を基にＮＣカッターパスを
作成し、型を削り出すため、このカッターパスの計算も
３次元形状の計算になり、その計算が膨大なものになっ
てしまうという問題があった。さらに、型分割、勾配形
状計算など設計者の判断にゆだねるもの多くあり、３次
元形状モデルの一元化ができないため、設計変更の反映
が難しいという問題点もあった。

【０００５】ここで、プロトタイプの作成に際し、多大
の時間をかけるのは、得策ではない。そこで、３次元の
ＣＡＤ（コンピュータ支援デザイン）データからプロト
タイプを直接造形するラピッドプロトタイピング方法が
提案されている。このラピッドプロトタイピングは、３
次元の物体を０．２ｍｍ程度の微細な板厚を持つ２次元
断面形状が積層されたものと考え、この断面形状を造形
し、これを積層していくことで、２次元物体を造形する
ものである。

【０００６】例えば、ＵＳＰ４，２４７，５０８には、
ラピッドプロトタイピングの一手法であって、レーザ光
線を利用するものが示されている。すなわち、熱溶融す
るプラスチック粒子などを薄い層とし、この層の固めた
い部分にレーザビームを走査し、ビーム照射部分を溶融
凝固させ２次元構造を形成する。そして、この操作を繰
り返して３次元物体を造形する。この手法によれば、プ
ロトタイプを直接形成することができる。

【０００７】また、この従来例には、反転型を直接作成
すること、プラスチックコート砂を利用して砂の造形物
を得ること等が記載されている。また、レーザビームの
走査の際にマスクを利用することを示唆する記載もあ
る。

【０００８】この手法によれば、直接造形物が得られる
ため、上述の見切り、抜き勾配などは考える必要がな
い。そこで、造形物のＣＡＤデータから比較的容易に各
種形状の砂型を形成できる。

【０００９】上記従来例は、基本的にプロトタイプを形
成するためのものであり、量産することについては、何
等考慮されていない。すなわち、一枚の２次元構造物を
作成する際に、レーザビームを固めたい部分全部に走査
させるため、かなりの時間を必要とする。従って、この
従来技術を用いて、量産用の砂型を多数製造しようとす
るのは、現実的でない。

【００１０】一方、ラピッドプロトタイピングで、砂型
を形成すると、砂型作成時に見切り、抜き勾配などを考
えなくてよい。このため、砂型に無駄な部分がなくな
り、作成された鋳物における不要な鋳バリをなくすこと
ができる。従って、鋳物についての後処理も効率化で
き、砂型が効率的に作成できれば、これを利用して、効
率的な鋳物の量産を図ることができると考えられる。

【００１１】「関連技術」そこで、本出願人は、特願平
７−２９０９３２号において、マスクを用いて、２次元
断面形状を高速に固化させることができる量産に適した
砂鋳型の積層造形方法を提案した。この方法によれば、
１枚のマスクを利用しているため、１つの断面形状の所
定範囲を高速に固化できる。そして、鋳物に対応する１
組の２次元断面形状についてのマスクを製作しておき、
このマスクを繰り返して利用することによって、砂型を
繰り返し製作でき、鋳物の量産用砂型を効率的に作成す
ることができる。なお、固化の手法は、レーザ照射に限
らず、液状バインダの風車なども適用できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記関連技術
において、マスクを製作する際に、そのマスクに砂中子
に対応する周囲から離隔した島部が必要になる。そし
て、この場合、島部をマスクに保持するためにサポート
が必要になる。このサポートは、鋳物の断面形状のスラ
イスによる２次元断面形状の計算などによっては得るこ
とができず、別途設計しなければならない。そこで、従
来は設計者が、島部の存在を判定し、サポートを設計し
ていた。

【００１３】本発明は、このサポートも自動的に設定で
きるようにすることができるマスクの製作方法を提供す
ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、積層して形成
される鋳造用鋳型の各層を形成する際に利用する鋳型積
層形成用マスクを製作する方法であって、鋳物形状の２
次元断面形状に基づいて、マスク形状を作成するマスク
形状作成工程と、作成されたマスク形状の中から空間部
に取り囲まれた島部を検出する島部検出工程と、所定間
隔の平行線に基づき検出された島部を取り囲む空間部に
サポートを所定間隔で配置するサポート配置工程と、サ
ポート配置後のマスク形状に基づきマスクを作成する工
程と、を有し、マスク形状にサポートを自動配置してマ
スクを製作することを特徴とする。

【００１５】このように、本発明においては、所定間隔
の平行線で、サポートを配置する。そこで、このサポー
ト配置を容易に自動化することができる。なお、この平
行線のサポートの間隔は、島部を十分サポートできる間
隔に設定するとよい。また、島部の輪郭と平行なサポー
トを設けると両者が接したときに一体になってしまう。
一方、通常の島部は、ＸＹ座標系で表されており、Ｘ
軸、Ｙ軸に平行なものが多い。そこで、このＸＹ座標に
おいて、４５゜方向を基本とする斜め方向のものが好ま
しい。

【００１６】また、本発明は、積層形成される鋳造用鋳
型の各層を形成する際に利用する鋳型積層形成用マスク
を製作する方法であって、鋳物形状の２次元断面形状に
基づいて、マスク形状を作成するマスク形状作成工程
と、作成されたマスク形状の中から空間部に取り囲まれ
た島部を検出する島部検出工程と、所定間隔の格子に基
づき検出された島部を取り囲む空間部にサポートを配置
するサポート配置工程と、サポート配置後のマスク形状
に基づきマスクを作成する工程と、を有し、マスク形状
にサポートを自動配置してマスクを製作することを特徴
とする。

【００１７】このように、サポートを格子状とすること
によって、これを容易に自動的に配置することができ
る。そして、所定間隔の配置で、サポートの強度を十分
なものにできる。

【００１８】また、本発明は、積層形成される鋳造用鋳
型の各層を形成する際に利用する鋳型積層形成用マスク
を製作する方法であって、鋳物形状の２次元断面形状に
基づいて、マスク形状を作成するマスク形状作成工程
と、作成されたマスク形状の中から空間部に取り囲まれ
た島部を検出する島部検出工程と、所定のルールに従っ
て、島部を支持するためのサポートの配置位置を自動的
に決定するサポート位置自動設定工程と、自動設定され
たサポートを島部とサポートとの接続状態に応じて変更
する位置変更工程と、を有することを特徴とする。

【００１９】このように、サポートを自動的に配置した
後、サポートの位置をその接続状態に応じて変更する。
例えば、枠型の形状の内部に単に配置される不要なサポ
ートを除去したり、所定間隔のサポートでは支持されな
い島部に対するサポートを付加したり、島部の端部のみ
支持するサポートの位置を変更したりする処理を自動的
に行う。これによって、マスク形状におけるサポートの
最適化配置が自動配置で達成できる。

【００２０】また、他の発明は、上記自動設定工程にお
いて、サポートの配置位置を隣接する層に用いるマスク
間で異ならせることを特徴とする。

【００２１】隣接する層におけるサポート位置が同一で
あると、サポートによって生じる鋳型の空間部が連続
し、ここに鋳物の一部が形成されてしまう。隣接する層
間で、サポートの位置を異ならせることによって、サポ
ートに起因する鋳型の空間を所定のものにでき、ここに
湯（溶融金属）が侵入することを防止でき、鋳物の形状
が異なるものになることを防止できる。

【００２２】また、他の発明は、上記自動設定工程にお
いて、サポートの配置位置を少なくとも隣接する３層に
用いるマスク間で異ならせることを特徴とする。

【００２３】例えば、格子状のサポートを利用した場
合、２層間でサポートのパターンを異ならせただけであ
ると、共通部分が生じ、ここが鋳物用の空間になってし
まう。３層間で異ならせることによって、２層の共通部
分が３層目までは続かず、上述のような問題を回避でき
る。

【００２４】また、他の発明は、上記自動設定工程にお
いて、閉じた輪郭により、島部を判定すると共に、同一
の輪郭間を接続するサポートは、不要として排除するこ
とを特徴とする。

【００２５】これによって、ドーナツ状の島部の内部を
単に接続する不要なサポートを排除することができる。

【００２６】また、他の発明は、上記最適変更工程にお
いて、島部の中心部位置とサポートの島部に対する接続
位置から島部の安定度を判断し、この安定度に応じて、
サポートの接続状態を変更することを特徴とする。

【００２７】島部の端部のみがサポートで支持されてい
る場合、島部が不安定になる。そこで、サポートを島部
の中心部に変更して、マスクを安定なものにできる。

【００２８】また、他の発明は、さらに、サポートが設
定されたマスク形状に基づき、板金にレーザ加工を施
し、マスクを製作する工程を備えることを特徴とする。

【００２９】鉄板等の板金をレーザ加工して、マスクを
形成することで、所定のマスク形状を容易に実現でき
る。

【００３０】そして、このようにして、作成されたマス
クを利用して、各層の砂の所定範囲を固化し、これを繰
り返して、砂型を作成することができる。さらに、作成
された砂型を使用して鋳物を鋳造することによって、３
次元の粗材形状データに基づく鋳物の製造が容易に行え
る。

【００３１】特に、この製造方法によれば、粗材３次元
データから鋳物の形成までデータを一元化して持つこと
ができ、設計変更などにも容易に対処できる。また、砂
型を積層形成するため、この砂型形成のために扱うデー
タは、基本的に２次元形状データであり、データ処理が
容易になる。さらに、砂型形成の際に抜き勾配、見切り
などを考慮する必要がなく、その製造が容易になるとい
う効果も得られる。

【００３２】このように、本発明により、効率的なマス
ク形成、砂型形成、鋳物の製造を行うことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００３４】「全体処理」処理の全体的手順を図１に基
づいて説明する。まず、鋳造で製作するもの（粗材）の
３次元形状に鋳物になるときに発生する収縮代を補正す
るための鋳物尺をいれ、粗材３次元形状を補正する。す
なわち、鋳物の製作は高温で行われるため、常温での粗
材３次元形状を高温製作時に得たい形状に補正する。こ
の補正処理は、従来の３次元ソリッドモデリングシステ
ムの鋳物尺機能により、自動で行われる。なお、この際
にソリの補正も考慮する。

【００３５】次に、この補正された粗材３次元形状を基
に、これを鋳造するのに必要な砂外側形状を３次元シス
テムにより設計する。この設計は、粗材形状から一定以
上の肉厚を確保すればよく、容易に設計する（砂型形状
をモデリングする）ことができる。なお、この際、砂型
の砂つき代を考慮する。

【００３６】次に、設計された砂外側形状に、補正済の
粗材形状を配置する。ここで、粗材形状の反転形状が砂
型形状、砂型形状の反転がマスク形状になる。このた
め、マスク形状＝粗材形状になり、粗材形状をそのまま
配置するだけで処理が可能になる。

【００３７】このようにして、マスク形状が形成される
ため、形成されたマスク形状を０．１〜０．３ｍｍの砂
積層ピッチに合わせてスライスし、複数の２次元データ
（２次元断面データ）を得る。

【００３８】このようにして、できあがった２次元デー
タを用いて、マスクを作成するが、ここで得られたマス
ク形状に砂中子に対応する島部形状が生じる場合があ
る。この島部形状は、その周囲が空間になっており、そ
のままでは落ちてしまう。そこで、島部形状を支えるサ
ポートが必要である。本実施形態においては、このサポ
ートを自動作成するが、これについては、後述する。

【００３９】このような処理により、マスク形状が決定
され、このマスク形状の外側縁の形状データが自動で抽
出され、さらに自動でこの形状データをＮＣコードへ変
換する。そして、このＮＣコードに基づき鉄板のレーザ
加工が行われ、マスクが作成される。

【００４０】なお、このようにして得られたマスクを用
いて、砂型が製作され、その砂型を用いて製品の鋳造が
行われる。

【００４１】従来の鋳造型（砂型）の製作は、製品の３
次元形状が既にあるとしても、これの外型及び空洞形状
を形成するための中子型を作成する際に抜き勾配や型分
割に伴う見切り等の設計が必要であった。そこで、大変
複雑な３次元モデリングを必要とした。また、３次元形
状を一元的に持つことができず、設計を修正する際に
は、もう一度設計をやり直さなければならなかった。

【００４２】本実施形態によれば、中層砂型を作成する
ための型は、レーザ照射光を必要部分だけに限定する２
次元断面形状の鉄板マスクになる。そこで、中子形状、
勾配形状、見切りなどを必要としない。従って、砂型を
固めるためのマスク形状は、作成しようとする粗材形状
に鋳物尺をかけただけの形状になり、大変簡単な処理で
作成できる。また、粗材形状と、マスク形状がリンクし
ているため、３次元形状を容易に一元化することがで
き、設計変更にも容易に対処できる。

【００４３】「サポート形状自動作成アルゴリズム」サ
ポートの形状は、適当に配置すると鋳造時におけるガス
抜き形状になり、存在することが好ましいものになる。
ところが、その配置が不適当であると、鋳造しようとす
る粗材形状を損なうことになる。また、サポート形状が
多すぎると、マスク加工の際に、切断する輪郭が多くな
り、レーザ加工・切断に時間がかかりすぎ、マスク作成
のコストが高くなる。

【００４４】このため、サポート作成は、次のようなこ
とが、条件になる。

【００４５】（ｉ）粗材形状を損なわないこと （ｉｉ）マスク強度が十分であること （ｉｉｉ）必要最小限の数に抑えること （ｉｖ）ガス抜き穴として、有効に機能すること。

【００４６】そこで、本実施形態においては、図２に示
すように、次のようなステップで、サポート形状を作成
する。

【００４７】まず、所定のアルゴリズムで、マスク形状
の中から島部形状を抽出し、この島部形状を取り囲む空
間部に予め定められたルールで発生させたサポートを自
動配置する。

【００４８】この自動発生したサポートは、一定の条件
で発生されたものであり、必ずしも最適配置されていな
いため、自動最適化処理によって、所定の条件のサポー
トについて、再配置等の自動最適化処理を行う。

【００４９】このようにして、サポートの自動最適化が
行われるが、最後に設計者によるマニュアルの確認修正
を行えるようにしてある。これは、特殊な条件などによ
り、サポートを助処したり、付加したりしたい場合もあ
り、これをマニュアルで可能とするものである。

【００５０】このようにして、サポートを効率的に付加
して、マスク形状を生成することができる。特に、この
マスク形状の生成は、基本的に自動的に行えるため、設
計者の負担が大きく軽減される。また、一元化して持つ
粗材３次元形状から得た２次元断面形状からサポートを
自動発生できるため、設計変更に伴なう修正も容易に行
うことができる。

【００５１】「サポート形状自動作成処理」ここで、サ
ポートが粗材形状に接すると、その形状を損なう。すな
わち、サポートが粗材形状と接すると、その部分で両者
が一体になってしまい、その部分の粗材形状が損なわれ
る。一方、通常の粗材は、ｘ，ｙ方向の輪郭が多くなっ
ている。そこで、サポートのパターンは、粗材形状の設
計座標系で、常に４５゜の方向になる斜め平行線とす
る。このようにすることによって、サポートが、粗材の
端部に接し、サポートの幅だけ粗材が大きくなってしま
うことを防止できる。なお、サポートの断面は、それ単
独であれば、ここに湯が進入せず、ガス抜き穴として機
能するが、粗材形状に対する悪影響はない。

【００５２】例えば、粗材形状における島部形状が、長
方形であれば、図３に示すように、サポートが、４５゜
方向に自動発生され、空間部分のみが、サポートとして
抽出される。

【００５３】なお、４５゜という方向は、粗材によって
は、好ましくない場合もあり、この値をパラメータと
し、任意の値を入力できるようにしてある。さらに、サ
ポートの間隔（ピッチ）も変更可能にする。

【００５４】ここで、各層のマスクにおいて、同一のサ
ポート配置にすると、サポートが連続して、ここの形状
がそのまま鋳物になってしまう。そこで、各層のサポー
ト形状を異ならせる（ずらす）必要がある。

【００５５】例えば、図４に示すような一方向のパター
ンの場合には、パターン設定を各層で、ずらすことで、
同一パターンが続くことを防止できる。図において、実
線で示したパターンが当該層のパターンであり、点線で
示したパターンが隣接する層のパターンである。この手
法によれば、２つのパターンを交互に利用すればよく、
パターンの発生は、非常に簡単になる。ところが、この
手法であると、島部、空間部が大きいときに、マスク全
体の強度が不足する場合がある。

【００５６】そこで、島部、空間部などの形状が大きい
ときには、パターンを格子状にするのが好ましい。そし
て、格子状のパターンを２パターン用意して交互に使用
すると、図５に示すように、共通部分が生じ、ここが鋳
物になってしまう。そこで、図６に示すように、異なる
パターンを３パターン（この場合ａ，ｂ，ｃの３パター
ン）用意し、これをａ→ｂ→ｃ→ａ→ ・・・というよ
うに順番に使用すればよい。これによって共通部分の発
生を防止できる。なお、図６において、パターンａは実
線、パターンｂは点線、パターンｃは一点鎖線で示して
ある。

【００５７】＜パターンの決定＞このようなサポートの
配置方法は、鋳造しようとする部品の形状などにより異
なる。そこで、各層でのサポートの配置パターンは、様
々に変更できるようにすることが好ましい。本実施形態
では、以下に記述するようなパラメータの指示で、サポ
ートの配置を決定できるようにしている。

【００５８】（ｉ）サポートパターン 設定枚数 Ｎ このパラメータＮにより、何種類のサポートパターンを
利用するかを決定する。上記例では、２または３が選択
される。

【００５９】（ｉｉ）マスク繰り返し設定 Ｍ このパラメータＭにより、同一パターンを何回繰り返し
て使用するかを設定する。これによって、同一位置のサ
ポートが何枚続くかを設定でき、ガス抜き穴の大きさを
制御できる。

【００６０】パラメータＮ，Ｍについて、図７に示す。
このように、Ｍ枚が第１形状、次のＭ枚が第２の形状
で、Ｎ形状まで使用されることになる。

【００６１】（ｉｉｉ）傾き Ｇ このＧには、デフォルトで、４５゜がセットされている
が、任意の値に変更できる。

【００６２】（ＩＶ）ピッチ 図８に示すように、ｐｉｃｈ１（ピッチ１）は−４５゜
方向のサポートのピッチを示し、ｐｉｃｈ２（ピッチ
２）は４５゜方向のサポートのピッチを示す。なお、ｐ
ｉｃｈ１，２の値を０にすることによって、その方向の
サポートは配置されないことになる。また、上述の傾き
Ｇによって、傾きが変更されるが、２つの方向のサポー
トは、必ず直交するため、Ｇ＝６０とし、ｐｉｃｈ１が
−６０゜であれば、ｐｉｃｈ２は３０゜になる。

【００６３】（Ｖ）サポート幅 Ｗ このサポート幅Ｗによって、サポートの幅が、決定され
る。

【００６４】このようにして、パラメータを決定するこ
とによって、第１のサポートパターンは、図９に示すよ
うに、−方向のサポートについては、左下端の点からｐ
ｉｃｈ１で、順にサポートを配置する。また、＋方向の
サポートについては、右下の点からｐｉｃｈ２で順にサ
ポートを配置する。そして、第２パターンでは、サポー
トをｐｉｃｈ１／Ｎまたはｐｉｃｈ２／Ｎだけ左下端、
右下端の点に近付ける。そこで、Ｎ番目のパターンで
は、図１０に示すように、−方向のサポートが左下端の
点からｐｉｃｈ１／Ｎ、＋方向のサポートが右下端の点
からｐｉｃｈ２／Ｎの位置に配置されることになる。

【００６５】「サポート配置最適化処理」上述のような
パラメータを設けてサポートを配置するだけでは、有効
な配置ができない。そこで、不要な部分を削除し、また
必要な部分を追加作成する処理が必要になる。そこで、
本実施形態では、自動的な最適化処理を用意している。
また、通常の場合、このような処理によって、有効な配
置ができるが、特殊な条件などがある場合、これを変更
すべき場合もある。そこで、設計者が内容を確認、修正
できるようにしている。

【００６６】＜自動最適化処理＞ （ｉ）不要部分の自動削除 上述の自動的にサポートを配置すると、内側に空間部分
があると、必ずサポートが配置されてしまう。そこで、
不要なサポートを削除する必要がある。図１１に示すよ
うなマスク形状の場合において、４５゜の方向のサポー
トを配置すると、同一の形状を接続する不要部分が生じ
る。図における白抜き部分が不要部、黒い部分が必要部
である。

【００６７】そこで、図１２に示すように、まず斜めの
直線状のサポート形状部分から、元々の断面（マスク）
形状部分を差し引いて、分割領域に分割する。そして、
各分割領域の必要不要を区別するため、分割領域の区分
がどのループ（各断面形状の輪郭をループとして認識す
る）との間でできたかのフラグを付ける。なお、ループ
には、各断面形状の輪郭に左外側から順次番号を付け
る。また、形状の外側輪郭は左回りのループ、内側の輪
郭は右回りのループにする。

【００６８】これによって、図１１の左上のサポート
は、交点が４つともループ２との間でできており、不要
である。また、ループ４、ループ７のみとの間でできた
サポートも不要である。このように、４交点とも同一の
ループとの間でできておれば、このサポートは不要であ
ると判断できる。そこで、フラグの値をチェックして、
サポートの要不要を判定する。

【００６９】また、１つのサポートに対し、交点が５個
以上の時は、図１３に示すように、形状の縁を通るサポ
ートになる。このようなサポートは好ましくないため、
不要とみなす。

【００７０】（ｉｉ）サポートの自動追加 サポートの配置は、設定ピッチ毎に画一的に行われてい
る。そこで、サポートのぶつからなかった島部は、サポ
ートのないままである。そこで、このような島部に対
し、サポートを配置する必要がある。

【００７１】そこで、まず、左右ループのペアを順にチ
ェックし、サポートとの交点が存在しないペアを抽出す
る。ここで、穴の開いていない形状では、対応する右ル
ープは存在しない。また、１つの形状の中に離れた穴が
複数あれば、１つの左ループに複数の右ループが存在す
ることになる。このようなループも上述のペアに含め
る。

【００７２】このような処理によって、図１４の左側部
分の形状内の島部が抽出され、これら島部において、破
線で示すサポートが必要であることが分かる。

【００７３】このチェックによって、抽出されたペアに
ついて、ｍｉｎ−ｍａｘボックスを作成する。すなわ
ち、図１５に示すように、その島部の取り囲む四角形を
作成する。そして、この四角形の中心を通る４５゜サポ
ート形状を作成する。

【００７４】また、このようにして得たサポート形状か
ら断面形状を差演算して領域を分割し、同時に交点にど
のループとぶつかったかのフラグを付ける。

【００７５】次に、抽出したペアの左回りループのフラ
グを持つもののみを取り出し、これを必要なサポート形
状とし、得られたサポートを和演算して、図１６に示す
ように、必要なサポート形状を得る。

【００７６】なお、左回りループのフラグのみを抽出し
た段階で、図１７に示すようなコ字型の島部の内部のサ
ポートも選択されてしまう。そこで、交点が全て左回り
のループの場合には、これを採用しないようにする。

【００７７】（ｉｖ）不安定部の検出・サポートの補強 サポートが接続されている島部でも、サポートの接続位
置によっては、不安定な島部がある。例えば、図１８に
示すように、細長い島部の一端部にのみサポートが接続
されていると、この島部の支持が不安定である。

【００７８】この場合のサポートについて、図１９に示
す。このように、まずｍｉｎ−ｍａｘボックスを作成す
る。また、作成されたｍｉｎ−ｍａｘボックス内に、若
干小さなそれぞれ小さなボックスを形成し、その２つの
ボックスで形成される４辺をそれぞれ１〜４のゾーンと
する。

【００７９】そして、サポートとの交点がどのゾーンに
属するかを判定し、全てが同一のゾーンに属する場合
に、その島部に対する支持が不安定であると判定する。
なお、各ゾーンの重複分は、いずれか一方の重複部分と
すればよい。

【００８０】このようにして、不安定島部と判定された
場合には、その島部に対し、上述と同様に、ｍｉｎ−ｍ
ａｘボックスの中心を通るサポートを自動付加する。な
お、コ字上の島部に対する処理も同様である。

【００８１】（ｖ）サポート付加・補強時の隣接パター
ンとのダブリチェック 上述のようにして、サポートを付加・補強した場合に
は、当初のサポートパターンと異なるサポートができあ
がる。そこで、このサポートが、隣接する層のサポート
と重ならないようにする必要がある。

【００８２】そこで、図２０に示すように、ＸＹ座標を
４５゜回転したＸ’Ｙ’座標系において、サポート中心
線の位置を過去２枚分記憶しておく。

【００８３】そして、新しくサポートを追加する際に
は、それが記憶されている隣接サポートと重ならないか
をチェックする。

【００８４】例えば、図２１に示すように、サポート幅
以内に記憶されているサポートがあるか否かを判定し、
あった場合には、そのサポートの位置をサポート幅＋α
（例えば１〜２ｍｍ）だけ＋または−方向にずらす処理
を重複がなくなるまで繰り返す。これによって、隣接す
るサポートと位置が重複するサポートの位置をずらすこ
とができる。

【００８５】＜サポート形状の確認・マニュアル修正機
能＞上述のような自動最適化処理をした結果、ほとんど
最適なサポート形状ができ上がる。しかし、これを確認
し、必要であれば、マニュアルで修正できることが好適
である。このために、本実施形態では、確認・マニュア
ル修正機能を有している。

【００８６】（ｉ）マスク形状確認機能 （順めくり機能）まず、マスクの形状を１枚ずつ表示す
ることができる。そして、図２２に示すように、これを
後送り、前送りによって、順次表示する。これによっ
て、設計者がマスクを順に確認することができる。な
お、表示の際に表示中のマスクが何枚目であるかの表示
（現在の枚数／全部の枚数）を表示する。

【００８７】（枚数指定表示機能）また、枚数を指定し
て、該当するマスクの表示も行う。これによって、確認
の際に、修正が必要な形状を探し、見つかった場合に、
後でその形状を順次指定し、修正することができる。

【００８８】（修正マスク形状確認機能）後述するマス
ク形状修正機能により修正作業を終了した段階で、その
修正を実行した場合には、もう一度マスク形状を計算し
直して、完了後その表示を行う。そこで、修正後のマス
ク形状を確認することができる。

【００８９】（ｉｉ）サポート形状の修正機能 （サポート形状の除去機能）任意のサポートを除去する
ために、ロケート点でサポートを囲う。すなわち、図２
３に示すように、ロケート点によって、所定の範囲を囲
み、その内部に位置するサポートを除去する。この場
合、１〜７の７つのロケート点により、ほぼ円形の範囲
を規定している。

【００９０】この処理は、任意のマスク形状を上述のよ
うにして、表示しているときに、ロケート点を順次入力
することによって行う。そして、所定の範囲が指定され
た後、除去を指示することによって、指定されたサポー
トが除去される。なお、サポートを１つずつ指定して、
指定されたサポートを除去できるようにしてもよい。こ
れらの指示は、マウスによるクリックなどによって行う
ことが好ましい。

【００９１】（サポート形状の付加機能）任意の空間部
にサポートを付加する機能である。例えば、図２４に示
すように、１〜４のロケート点を指定することによっ
て、これらで囲まれる範囲をサポートに設定する。この
場合、マスク形状部分との差演算は、自動的に行われ
る。なお、２点の指定によって、設定幅のサポートを付
加するようにしてもよい。

【００９２】「システム全体構成」ここで、鋳物製品を
製造するシステムの全体構成を図２５に示す。このよう
に、システムは、コンピュータ１０と、レーザ加工機１
２、砂型製造装置１４と、鋳造機１６からなっている。

【００９３】コンピュータ１０は、粗材３次元形状から
この粗材形状を得るために必要な枚数分のマスク形状を
得る。レーザ加工機１２は、得られたマスク形状に基づ
き、鉄板を加工して、対応するマスクを得る。砂型製造
装置１４は、得られたマスクを利用して、プラスチック
コート砂の所定部分にレーザ光を照射し、１層分の砂型
形状を得、これを順次積層して繰り返し、砂型を得る。
得られた砂型は、鋳造機１６に供給され、ここで溶融さ
れた金属（湯）が砂型に注入される。そして、冷却固化
後、砂型が除去され、鋳物製品が得られる。

【００９４】「マスク形状の作成」上記コンピュータ１
０は、マスク形状を生成するものであり、図２６の機能
ブロックに示すように、入力装置２０、処理部２２、出
力装置２４からなっている。また、処理部２２は、鋳物
尺・ソリ補正部２２ａ、２次元断面形成部２２ｂ、サポ
ート作成部２２ｃを有している。

【００９５】入力装置２０は、粗材３次元形状データを
受け入れると共に、上述したパラメータやマニュアル操
作の指示の入力を受け付ける。また、出力装置２４は、
得られたマスク形状をデータとして出力する。なお、出
力装置２４には、表示、プリント出力などを含んでもよ
い。

【００９６】そして、処理部２２は、上述したような、
鋳物尺、ソリ補正処理、２次元断面データの形成、サポ
ートの作成などの処理を行う。

【００９７】「マスクの加工」図２７に示すように、レ
ーザ加工装置１２は、まずマスク形状のデータを取り込
み、取り込んだデータに基づき、マスクを１枚ずつ加工
する。すなわち、鉄板のマスク形状の輪郭部分にレーザ
を照射し、鉄板を切断する。そして、各マスクについて
のデータを順次取り込み、順次加工を行い、１セット
（１つの砂型分）のマスクを作成する。

【００９８】「砂型・鋳物の製造」砂型製造装置１４
は、砂を１層分ずつ積層する砂積層装置と、ここにマス
クを順次設置するマスク設置機構と、各層の砂にレーザ
を照射するレーザ照射装置からなっている。

【００９９】そして、図２８に示すように、まず砂積層
装置に一層分の砂を載置する（Ｓ１１）。この砂は、熱
硬化性等のプラスチックが周囲にコーティングされた所
定径のプラスチックコート砂である。次に、その砂の上
方にマスクをセットする（Ｓ１２）。マスクがセットで
きた場合には、マスクの上方からレーザを照射する（Ｓ
１３）。これによって、マスクの開口部の下方にある砂
にレーザ光が照射され、この部分の砂が固化（一体化）
する。

【０１００】次に、マスクが終了か（次のマスクがある
か）を判定し（Ｓ１４）、次のマスクがあれば、Ｓ１１
に戻り、次の砂層の処理に移る。そして、Ｓ１４におい
て終了であれば、処理を終了する。このようにして、砂
型が製造される。

【０１０１】最後に、このようにして、製造された砂型
を用いて鋳物を製造する（Ｓ１５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 マスク製作の手順を示す説明図である。

【図２】 サポート形状作成の手順を示すフローチャー
トである。

【図３】 斜めのサポート形状の構成を示す図である。

【図４】 ２種類の斜めのサポートパターンを用いる場
合の構成を示す図である。

【図５】 ２種類の格子状のサポートパターンを用いる
場合の構成を示す図である。

【図６】 ３種類の格子状のサポートパターンを用いる
場合の構成を示す図である。

【図７】 マスク繰り返し設定回数Ｍ、サポートパター
ンＮを説明する図である。

【図８】 サポートのピッチ、幅を説明する図である。

【図９】 第１パターンにおけるサポートの配置を示す
図である。

【図１０】 第Ｎパターンのサポートの配置を示す図で
ある。

【図１１】 サポート不要部分を説明する図である。

【図１２】 サポートの分割を説明する図である。

【図１３】 不要なサポートの例を示す図である。

【図１４】 サポートの付加が必要な場所を示す図であ
る。

【図１５】 サポートの付加の状況（部分）を示す図で
ある。

【図１６】 サポートの付加の状況（全体）を示す図で
ある。

【図１７】 コ字状の島部についてのサポートについて
の説明図である。

【図１８】 不安定な島部の説明図である。

【図１９】 不安定な島部の判定の説明図である。

【図２０】 サポート位置の記憶についての説明図であ
る。

【図２１】 サポートの隣接パターンとのダブリチェッ
クの手順を示すフローチャートである。

【図２２】 マスク形状の表示の順めくり機能を説明す
る図である。

【図２３】 サポート形状の除去機能を説明する図であ
る。

【図２４】 サポート形状の付加機能を説明する図であ
る。

【図２５】 システムの全体構成を示す図である。

【図２６】 コンピュータの機能を説明する図である。

【図２７】 レーザ加工の処理を示す図である。

【図２８】 砂型製造から鋳造までの工程を説明する図
である。

【符号の説明】

１０ コンピュータ、１２ レーザ加工機、１４ 砂型
製造装置、１６ 鋳造機、２０ 入力装置、２２ 処理
部、２４ 出力装置。

フロントページの続き (72)発明者 小倉 克 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層して形成される鋳造用鋳型の各層を
   形成する際に利用する鋳型積層形成用マスクを製作する
   方法であって、 鋳物形状の２次元断面形状に基づいて、マスク形状を作
   成するマスク形状作成工程と、 作成されたマスク形状の中から空間部に取り囲まれた島
   部を検出する島部検出工程と、 所定間隔の平行線に基づき検出された島部を取り囲む空
   間部にサポートを所定間隔で配置するサポート配置工程
   と、 サポート配置後のマスク形状に基づきマスクを作成する
   工程と、 を有し、 マスク形状にサポートを自動配置してマスクを製作する
   ことを特徴とする鋳型形成用マスクの製作方法。
2. 【請求項２】 積層形成される鋳造用鋳型の各層を形成
   する際に利用する鋳型積層形成用マスクを製作する方法
   であって、 鋳物形状の２次元断面形状に基づいて、マスク形状を作
   成するマスク形状作成工程と、 作成されたマスク形状の中から空間部に取り囲まれた島
   部を検出する島部検出工程と、 所定間隔の格子に基づき検出された島部を取り囲む空間
   部にサポートを配置するサポート配置工程と、 サポート配置後のマスク形状に基づきマスクを作成する
   工程と、 を有し、 マスク形状にサポートを自動配置してマスクを製作する
   ことを特徴とする鋳型形成用マスクの製作方法。
3. 【請求項３】 積層形成される鋳造用鋳型の各層を形成
   する際に利用する鋳型積層形成用マスクを製作する方法
   であって、 鋳物形状の２次元断面形状に基づいて、マスク形状を作
   成するマスク形状作成工程と、 作成されたマスク形状の中から空間部に取り囲まれた島
   部を検出する島部検出工程と、 所定のルールに従って、島部を支持するためのサポート
   の配置位置を自動的に決定するサポート位置自動設定工
   程と、 自動設定されたサポートを島部とサポートとの接続状態
   に応じて変更する位置変更工程と、 を有することを特徴とする鋳型積層形成用マスクの製作
   方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方
   法において、 上記自動設定工程において、サポートの配置位置を隣接
   する層に用いるのマスク間で異ならせることを特徴とす
   る鋳型積層形成用マスクの製作方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方
   法において、 上記自動設定工程において、サポートの配置位置を少な
   くとも隣接する３層に用いるマスク間で異ならせること
   を特徴とする鋳型積層形成用マスクの製作方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つに記載の方
   法において、 上記自動設定工程において、閉じた輪郭により、島部を
   判定すると共に、同一の輪郭間を接続するサポートは不
   要として排除することを特徴とする鋳型積層形成用マス
   クの製作方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１つに記載の方
   法において、 上記最適変更工程において、島部の中心部位置とサポー
   トの島部に対する接続位置から島部の安定度を判断し、
   この安定度に応じて、サポートの接続状態を変更するこ
   とを特徴とする鋳型積層形成用マスクの製作方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１つに記載の方
   法において、 さらに、サポートが設定されたマスク形状に基づき、板
   金にレーザ加工を施し、マスクを製作する工程を備える
   ことを特徴とするマスク製作方法。