JP2000176968A

JP2000176968A - 簡易型及びその製作方法

Info

Publication number: JP2000176968A
Application number: JP10354939A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsuoka; 賢二松岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】熱によって破壊されることのない簡易型を迅
速に製作する。【解決手段】強化粒子を分散させた光硬化性樹脂に対
し、ＣＡＤシステムによって定義された形状情報に基づ
いた光を照射することにより所望の成形面を有した光造
形型モデルを製作する工程と、光造形型モデルの全部ま
たは一部を枠体によって囲み、少なくとも光造形型モデ
ルに離型剤を塗布する工程と、枠体内に溶融金属または
金属を含有し熱または化学反応によって硬化可能な流動
性物質を充填して硬化する工程と、硬化後の物質を枠体
から取り出してＣＡＤシステムによる形状情報に基づい
て所望の切削仕上げ加工を施す工程と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出成形に用いる簡
易型及びその製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】株式会社工業調査会発行（１９９６年１
１月１５日初版第１刷発行）の「積層造形システム」１
１８頁６．３．３項には、「型の直接造形」が記載され
ている。図１１および図１２はこの「型の直接造形」を
説明するものである。

【０００３】この造形では、図１１（Ａ）の型モデル２
３から得られる同図（Ｂ）の断面データ群２４に基づい
て、図１１（Ａ）〜（Ｃ）の順序で光造形簡易型２５の
製作が進行する。図１１（Ａ）の型モデル２３は、同図
（Ｃ）に示す射出成形型４０の断面形状であるコア４１
とキャビティ４２のうち、コア４１側を示すものであ
る。

【０００４】図１１（Ａ）において、３次元ＣＡＤ（Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）で定義さ
れた型モデル２３は大径の円柱部２３ａと小径の円柱部
２３ｂとから構成されている。この型モデル２３を図１
１（Ｂ）に示すように、上下方向に間隔ｄ１で順次スラ
イスして断面データ群２４とする。この断面データ群２
４には、後述する「型の直接造形」の作業手順に従い、
最下部の最初の断面データＰ１から最終断面データＰｎ
までの符号を与える。

【０００５】図１２（Ａ）は初めの断面データＰ１の形
状を造形するもので、Ｌ字状の成形台２６の底面部２６
ａは、液状の光硬化性樹脂２８内に液面２９を基準とし
て型モデル２３をスライスした間隔ｄ１と同一の深さに
沈められている。光硬化性樹脂２８内には補強材として
のガラス繊維２７が混入されている。このガラス繊維２
７が混入された液状の光硬化性樹脂２８を硬化させるた
め、液面２９の上方から液面２９に向かってレーザー光
３０が照射される。

【０００６】次に、「型の直接造形」の方法を説明す
る。まず、上述した図１２（Ａ）の状態で断面データＰ
１の範囲に基づいてレーザー光３０をＸ方向すなわち左
右方向に走査する。その結果、ガラス繊維２７が混入さ
れた液状の光硬化性樹脂２８は断面データＰ１と等しい
範囲で且つ間隔ｄ１と等しい厚みに硬化し、硬化物Ｍ１
となる。さらに、図１２（Ｂ）に示すように、成形台２
６の底面部２６ａを間隔ｄ１だけ光硬化性樹脂２８の内
部に沈降させ、断面データＰ２の範囲に基づいてレーザ
ー光３０をＸ方向に走査する。これによりガラス織維２
７が混入された液状の光硬化性樹脂２８は断面データＰ
２と等しい範囲で且つ間隔ｄ１と等しい厚みに硬化物Ｍ
１上で硬化し、硬化物Ｍ２となる。このような動作を断
面データ群２４の最終断面データＰｎまで繰り返すこと
により、図１２（ｃ）に示すような最終硬化物Ｍｎが形
成され、その結果、ガラス繊維２７が混入された液状の
光硬化樹脂２８内部に、型モデル２３と形状の一致した
光造形簡易型２５が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法で作製された光造形簡易型２５の耐熱温度
は１５０℃〜２００℃と低く、しかも熱伝導率が０．５
〜０．７ｋｃａｌ／ｍｈ℃と熱交換効率が悪い。このよ
うな物性の型を組み合わせてコア４１およびキャビティ
４２とし、２５０℃〜３００℃に加熱された樹脂を注入
するような通常の射出成形に用いた場合には、耐熱温度
の低さに加えて、熱伝導率が悪いため、熱交換がほとん
ど進行することなく、直ちに自己の耐熱温度まで上昇す
る。このため、射出成形を５０ショット前後繰り返すだ
けで型が壊れ、耐久性に劣る問題を有している。

【０００８】また、従来の光造形簡易型の製造原理であ
る光造形法の寸法精度は±０．１ｍｍ程度である。一般
的に、射出成形に用いる型はキャビティとコアの一対で
使用されるが、このような光造形法だけで製作された型
では、寸法精度が低いため、正確な組み付けが期待でき
ないものとなる。また、無理に組み合わせても、低い寸
法精度の型によって成形される成形品が寸法規格を満た
すものにはなり得ない問題も有している。

【０００９】さらに、光造形法は上述したように、積層
を原理として用いるが、この積層の間隔が０．０５〜
０．２ｍｍとなっている。このような細かい積層間隔
を、最低でも５０ｍｍ以上の厚みを有した型に適用した
場合、その製作に非常に長時間を要している。加えて、
この工法をキャビティ、コアのそれぞれに適用して製作
する場合には、製作時間がさらに長期化する。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、第１の目的は熱の影響による型の破
壊を解消することができる簡易型を提供することにあ
る。第２の目的はこの第１の目的に加えて、型のそれぞ
れの正確な組み付けが可能であり、これにより寸法規格
を満たした成形品を成形することが可能な簡易型を製作
する方法を目的とする。第３の目的は、第２の目的に加
えて、製作時間をさらに短縮することができる簡易型の
製作方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するため、請求
項１の発明の簡易型は、ＣＡＤシステムによって定義さ
れた形状情報に基づき、強化粒子を分散配合した光硬化
性樹脂に光を照射することにより製作された光造形型モ
デルと、この光造形型モデルの成形面の形状を金属また
は金属を含有し熱または化学反応によって硬化する流動
性物質により転写成形した後、前記ＣＡＤシステムによ
る形状情報に基づいて所望の切削仕上げ加工を施した転
写型モデルと、からなることを特徴とする。

【００１２】この発明では、ＣＡＤシステムによって製
作された光造形モデルと、光造形モデルの成形面の形状
を転写した転写型モデルとからなるとともに、転写型モ
デルが金属や金属を含有した流動性物質によって形成さ
れているため、熱交換率が向上する。このため、射出成
形時の熱を速やかに放出することができ、熱によって破
壊されることのない簡易型とすることができる。

【００１３】請求項２の発明の製作方法は、強化粒子を
分散させた光硬化性樹脂に対し、ＣＡＤシステムによっ
て定義された形状情報に基づいた光を照射することによ
り所望の成形面を有した光造形型モデルを製作する工程
と、この光造形型モデルの全部または一部を枠体によっ
て囲み、少なくとも光造形型モデルに離型剤を塗布する
工程と、前記枠体内に溶融金属または金属を含有し熱ま
たは化学反応によって硬化可能な流動性物質を充填して
硬化する工程と、硬化後の物質を前記枠体から取り出し
て前記ＣＡＤシステムによる形状情報に基づいて所望の
切削仕上げ加工を施す工程と、を有することを特徴とす
る。

【００１４】この発明では、ＣＡＤシステムによって製
作された光造形モデルを枠体で囲み、枠体内に溶融金属
や金属を含有した流動性物質を充填し硬化させ、その
後、切削仕上げ加工を行うため、熱交換率の良好な転写
型モデルを迅速に製作することができる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２記載の発明で
あって、前記枠体内に溶融金属または金属を含有し熱ま
たは化学反応によって硬化可能な流動性物質を充填する
工程に先だって、温度制御用部品を配置する工程を設け
たことを特徴とする。

【００１６】この発明では、溶融金属または金属を含有
し熱または化学反応によって硬化可能な流動性物質を充
填する工程に先だって温度制御用部品を配置するため、
硬化後には、この部品を一体的に有した転写型モデルを
形成でき、後工程で温度制御用部品を挿入する作業が不
要となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一
の要素は同一の符号を付して対応させてある。また、本
発明の構成、作用、効果は以下の実施の形態に例示する
形状に限定されるものではない。

【００１８】（実施の形態１）図１〜図６は本発明の実
施の形態１を示し、図１はＣＡＤシステムにより定義さ
れた簡易型の形状情報（以降ＣＡＤデータと称す）であ
る。簡易型は、全体としては円柱形状であり、その各対
向面に凹凸が形成されたコア１およびキャビティ２から
なり、その断面情報は図１に示すようになっている。な
お、図１では円柱形状となっているが、直方体や他の形
状であっても良い。

【００１９】図２はコア１のＣＡＤデータに基づき、強
度を補強する強化粒子が混入されている光硬化性樹脂を
硬化する従来と同様な光造形法によって製作された光造
形型モデル３であり、後述するように簡易型のコアとな
る。

【００２０】次に、コアに対応したキャビティである転
写型モデル１２の製作を図３〜図５によって説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、光造形型モデル３の周
囲を枠体４で囲む。この状態で図中の一点鎖線に示す光
造形型モデル３の成形面５に離型剤６を塗布する。この
とき、枠体４の内周面に対しても離型剤６を塗布する。
離型剤６は光造形型モデル３と後述する転写型モデル１
２とを分離する際の離型抵抗を軽減させるものであるか
ら、この作用を有するものであれば、適宜のものを使用
することができる。この実施の形態において、商品名
「エムラロン３３０」（日本アチソン（株）製）を用い
ることにより好適な結果を得た。

【００２１】次いで、図３（Ｂ）に示す用に、光造形型
モデル３上に溶融金属または、金属を含有し熱または化
学反応によって硬化可能な流動性物質７（以下、流動性
物質７と記載する）を流し込み充填する。流動性物質７
としては、溶融金属の場合にはＪＩＳＺ３２８２規
定のＨ６３Ａ（一般名称：半田）が好適である。金属を
含有し熱または化学反応によって硬化可能な流動性物質
としては、例えば、商品名「クインネートＭＥＺシリー
ズ」（日本ゼオン（株）製）を使用することができる。
また、これに限らず、熱硬化性樹脂にアルミニウム、鉄
などの粉末を概ね６０ｖｏｌ％以上含有させたものを使
用することも可能である。

【００２２】充填した流動性物質７が半田の場合、充填
後の放熱すなわち温度低下によって硬化する。一方、流
動性物質７が金属を含有した硬化可能な物質では、放
熱、加熱或いは化学反応などの適宜の処理によって硬化
することができる。

【００２３】図４（Ａ）は硬化した流動性物質７を光造
形型モデル３および枠体４から取り外した第１の転写型
モデル８であり、その表面には、光造形型モデル３の成
形面５が転写されている。このとき、転写型モデル８に
は図４（Ｂ）のクロスハッチングで示す製品形状相当部
（即ち、成形品として樹脂が充填される部分）９が存在
する。

【００２４】この製品形状相当部９に対しては、図５で
示すように、上述したＣＡＤシステムにより定義された
簡易型の形状情報の内、キャビティ２の形状情報１０に
基づき、ＮＣ工作機械１１の加工工具１１ａを用いて切
削仕上げ加工を行う。この切削仕上げ加工によって製品
形状相当部９が削り落とされて第２の転写型モデル１２
とする。尚、キャビティ２の形状情報によりＮＣ工作機
械を動作させる数値制御プログラムとしては、ＣＡＤ／
ＣＡＭシステムなどを用いれることにより、完全自動に
よって作製することができる。

【００２５】図６は以上によりＣＡＤシステムにより定
義された形状情報に基づく簡易型５０を示す。この簡易
型５０では、コア１は光造形型モデル３として、キャビ
ティ２は流動性物質７を母材とした第２の転写型モデル
１２として形成される。

【００２６】以上説明したように、簡易型５０では、そ
の一対の片方である第２の転写型モデル１２が流動性物
質７を母材として形成されている。この第２の転写型モ
デル１２では、金属そのものまたは金属を含有している
ため、その熱伝導率は１．５ｋｃａｌ／ｍｈ℃〜１００
ｋｃａ１／ｍｈ℃であり、従来のそれと比較しても、
２ないしは３〜１００倍の大きな熱交換効率を備えてい
る。このため、射出成形により発生する熱を速やかに放
射することができ、熱による簡易型の破壊を解消するこ
とができる。

【００２７】また第２の転写型モデル１２は、第１の転
写型モデル８に対し極僅かな製品形状相当部９のみの切
削仕上げ加工をすることにより作製することができる。
従って、何度も工具交換を行いながら、大きなブロック
から粗加工、中加工、仕上げ加工を経て作製する一般的
な金型に比較して格段に簡単に、しかも短期間で作製す
ることができる。

【００２８】（実施の形態２）図７及び図８は実施の形
態２であり、図７はその簡易型の構成を示している。こ
の実施の形態では、硬化した流動性物質７に中空状のパ
イプ１３が貫通するように保持されており、このパイプ
１３の保持状態で転写型モデル１４が構成されている。
このパイプ１３には公知の温度調節装置１５の配管を接
続することができ、経路１６に示すように転写型モデル
１４内部に型温度を一定に保つ為のクーラント液を循環
させることが可能となる。なお、温度調節装置やクーラ
ント液を用いないときは、冷却効果を有する中空のパイ
プ１３以外のヒートパイプを用いても良い。また、温度
制御を向上させて製品々質を高める場合であれば、熱伝
導性の良好な中実パイプと加熱装置とを接続するように
しても良い。

【００２９】この実施の形態における簡易型の製作は、
実施の形態１で説明した離型剤６の塗布（図３（Ａ））
の後、図８で示すように、キャビティ２を形成すべき空
間５１の任意の位置に中空パイプ１３を配置する。この
後、実施の形態１と同様に、流動性物質の空間５１内へ
の充填およびその硬化を行い、枠体４および光造形モデ
ル３からの取り外しを行い、さらに図５で示すような製
品形状相当部９の削り落としの切削仕上げ加工を行うこ
とにより、貫通状のパイプ１３を保持した転写型モデル
１４を作製することができる。

【００３０】このような実施の形態では、キャビティ２
が内部に中空状のパイプ１３を備えた転写型モデル１４
として形成されている。このような構成とすることで、
型が完成した後に、機械加工等の後加工を一切行うこと
なく公知の温度調節装置１５を接続することができる。
このため、経路１６に示すように、簡易型内部に型温度
を一定に保つためのクーラント液を循環させることが可
能となり、熱交換効率をさらに向上させることができ
る。

【００３１】（実施の形態３）図９及び図１０は実施の
形態３の簡易型であり、図９に示すように、実施の形態
１の光造形法によって製作された光造形型モデル２０
と、光造形型モデル２０に対し実施の形態１と同様の手
順によって製作された転写型モデル２１とを有してい
る。この場合、光造形型モデル２０には複数のボス１９
が突出しており、このボス１９が転写型モデル２１に隙
間なく噛み合っている。なお、ボス１９の形状や数量、
配置の位置は特に限定されるものではなく、任意に設定
できるものである。

【００３２】この簡易型では、図１０に示すように、Ｃ
ＡＤシステムにより定義された簡易型の形状情報、すな
わちＣＡＤデータとして、一般的な型におけるコア１７
とキャビティ１８を定義する。ＣＡＤデータのコア１７
にボス部１９ａが形状として付加されている以外は、実
施の形態１と同様である。このようなＣＡＤデータを用
いて、実施の形態１と同様の手順を施す。すなわちまず
図１０に示すボス部１９ａが付加されたコア１７のＣＡ
Ｄデータを基に、ボス１９を有する光造形型モデル２０
を作製する。そして、この光造形型モデル２０の周囲を
枠体４（図示省略）で囲み、流動性物質７を流し込んで
硬化した後、硬化した流動性物質７に対しキャビティ１
８の形状情報に基づきＮＣ工作機械１１によって、図９
の空白部、すなわち製品形状相当部２２へ切削仕上げ加
工を施す。これにより、光造形型モデル２０のボス１９
の形状が精密に転写された転写型モデル２１が作製され
る。

【００３３】このような実施の形態では、光造形型モデ
ル２０に付加したボス１９の形状が転写型モデル２１へ
精密に転写される。このため、光造形型モデル２０と転
写型モデル２１の組み付け時に、ボス１９が案内とな
り、これらを精密に組み付けることができる。

【００３４】以上の説明から本発明は、以下の発明を包
含するものである。

【００３５】（１）ＣＡＤシステムによって定義され
た形状情報に基づき、強化粒子を分散配合した光硬化性
樹脂に光を照射することにより製作された光造形型モデ
ルと、この光造形型モデルの成形面の形状を金属または
金属を含有し熱または化学反応によって硬化する流動性
物質により転写成形した後、前記ＣＡＤシステムによる
形状情報に基づいて所望の切削仕上げ加工を施した転写
型モデルと、この転写型モデルに設けられた温度制御用
部品と、からなることを特徴とする簡易型。

【００３６】この発明では、転写型モデルが温度制御用
部品を備えるため、転写型モデルの熱交換率が向上し、
熱による破壊を防止することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、光造形モデルと対となる転写型モデルが金属や
金属を含有した流動性物質によって形成されているた
め、熱交換率が向上し、熱によって破壊されることのな
い簡易型とすることができる。

【００３８】請求項２の発明によれば、光造形モデルを
囲んだ枠体内に溶融金属や金属を含有した流動性物質を
充填して硬化させた後、切削仕上げ加工を行うため、熱
交換率の良好な転写型モデルを迅速に製作することがで
きる。

【００３９】請求項３の発明によれば、完成後の機械加
工をなしく、熱交換率をより向上させた簡易型を製作で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のＣＡＤシステムにより
定義された簡易型の形状情報の正面図である。

【図２】実施の形態１の光造形モデルの断面図である。

【図３】（Ａ）は実施の形態１における離型剤の塗布工
程の断面図、（Ｂ）は流動性物質の充填工程の断面図で
ある。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は実施の形態１で作製され
た第１の転写型モデルの断面図である。

【図５】第１の転写型モデルに研削仕上げ加工を施す断
面図である。

【図６】実施の形態１の簡易型の断面図である。

【図７】実施の形態２の簡易型の断面図である。

【図８】実施の形態２の簡易型を製作する工程の断面図
である。

【図９】実施の形態３の簡易型の断面図である。

【図１０】実施の形態３の簡易型の形状情報を示す正面
図である。

【図１１】（Ａ）は従来方法に用いる型モデルの斜視
図、（Ｂ）は型モデルの断面データ図、（Ｃ）は簡易型
の断面図である。

【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は光造形簡易型を製作する従
来の工程を示す断面図である。

【符号の説明】

３光造形型モデル４枠体６離型剤７流動性物質８第１の転写型モデル１２第２の転写型モデル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＡＤシステムによって定義された形状
情報に基づき、強化粒子を分散配合した光硬化性樹脂に
光を照射することにより製作された光造形型モデルと、この光造形型モデルの成形面の形状を金属または金属を
含有し熱または化学反応によって硬化する流動性物質に
より転写成形した後、前記ＣＡＤシステムによる形状情
報に基づいて所望の切削仕上げ加工を施した転写型モデ
ルと、からなることを特徴とする簡易型。
【請求項２】強化粒子を分散させた光硬化性樹脂に対
し、ＣＡＤシステムによって定義された形状情報に基づ
いた光を照射することにより所望の成形面を有した光造
形型モデルを製作する工程と、この光造形型モデルの全部または一部を枠体によって囲
み、少なくとも光造形型モデルに離型剤を塗布する工程
と、前記枠体内に溶融金属または金属を含有し熱または化学
反応によって硬化可能な流動性物質を充填して硬化する
工程と、硬化後の物質を前記枠体から取り出して前記ＣＡＤシス
テムによる形状情報に基づいて所望の切削仕上げ加工を
施す工程と、を有することを特徴とする簡易型の製作方
法。
【請求項３】前記枠体内に溶融金属または金属を含有
し熱または化学反応によって硬化可能な流動性物質を充
填する工程に先だって、温度制御用部品を配置する工程
を設けたことを特徴とする請求項２記載の簡易型の製作
方法。