JP2014231164A - 石膏原型（雌型）作成のためのハイブリッド原型（雄型）、このハイブリッド原型を利用して製造される石膏原型、およびこの原型を利用して製造される陶磁器等の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から取り外すのが容易ではないという問題があり、基本形状部分を再利用することが容易でなかった。また、凹凸模様の製造については切断装置を用いた切り込み方法によるため、一重の凹凸模様しか造れず、かつ、四角断面形状の凹凸模様しか造れなかったため、凹凸模様の演出力は低いものにならざるを得なかった。そこで、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型（雄型）を提供することを目的とする。【解決手段】 基本形状部分を金属製とするとともに、後に貼り付ける凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を有機材料とした。また、凹凸模様・紋様をもつ付加形状部分の製造には３Ｄプリンタを使用した。【選択図】図３

Description

本発明は、立体印刷機能を利用した陶磁器等の製造方法に関するものである。

一般に鋳込み陶磁器等を製造する場合、まず原型（雄型）を作成した後、その原型を用いて石膏原型（雌型）が作られ、その石膏原型（雌型）を用いて陶磁器等を製造する、という製造工程からなる。

原型（雄型）とは、陶磁器等の製品とほぼ同形である最初に用意される型のことを意味し、原型（雄型）とも呼ばれる。

石膏原型（雌型）とは、鋳型（土を鋳込む）、単純に型などとも呼ばれる。この石膏原型（雌型）は、原型（雄型）を用いて作られ、陶磁器等の造形物とは凹凸が逆になる。

従来より、原型（雄型）の作成に多大な労力や時間が必要であったことから、（原型）雄型作成を、ＣＡＤなどを用いたコンピュータ制御により行う研究がされてきた。

そのような研究としては、特許文献１がある。

特表２００２−５３９９８３公報

特許文献１の発明は、基本形状部分を、ガラス繊維での直接作成、又は、立体リソグラフィー法、積層物品製造方法若しくは選択的レーザ焼結法によって製造し、この基本形状部分にプラスティック系材料からなるスキンによってできた凹凸模様を付加することで、雄型全体を作成するというものである。

そして、凹凸模様のスキンは、その凹凸模様に対応するデザインがＣＡＤ等のシステムで制作され、このデザインがコンピュータ制御によりシート材料から切り出される方法で作られるというものである。

しかしながら、特許文献１の発明では、凹凸模様・紋様などと基本形状部分を取り外すのが容易ではないという問題があり、基本形状部分を再利用することが容易でなかった。また、特許文献１の発明では、凹凸模様の製造については切断装置を用いた切り込み方法によるため、一重の凹凸模様しか造れず、かつ、四角断面形状の凹凸模様しか造れなかったため、凹凸模様の演出力は低いものにならざるを得なかった。

そこで、本発明は、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型（雄型）を提供することを目的とする。

本発明は、特許文献１の発明の問題点を解決するために、基本形状部分を金属製とするとともに、後に貼り付ける凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を有機材料とした。また、凹凸模様・紋様をもつ付加形状部分の製造には３Ｄプリンタを使用した。

このような構成をとることで、付加形状部分について、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもたせることができ、かつ、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって基本形状部分から容易に取り外すことが可能となった。
これにより、雄型付加形状部分及び造成物の凹凸模様・紋様などの演出力を高くし、かつ、基本形状部分を再利用することが容易になる。

基本形状部分を示す図 付加形状部分を示す図 ハイブリッド原型（雄型）全体を示す図 ハイブリッド原型（雄型）の製造方法を示す図 石膏原型（雌型）の製造方法を示す図 造形物の製造方法を示す図 付加形状部分の線模様・線紋様などの形状を示す図 ハイブリッド原型（雄型）の基本形状部分の再利用方法を示す図

以下、本発明の実施の形態を説明する。実施例１は請求項１ないし５及び８に、実施例２は請求項６及び９に、実施例３は請求項７、１０、１２ないし１５に、実施例４は請求項１１に、それぞれ対応する。

（ハイブリッド原型（雄型）の構成）
本発明の対象である「ハイブリッド原型（雄型）」とは、基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様・紋様など等からなる付加形状部分とからなる、造形物の製造に用いる石膏原型（雌型）製造のための原型（雄型）を意味する。

基本形状部分は、細かい凹凸模様・紋様などを殆どもたないものである。具体的には、全体面積の５０％以上が平面、一定曲率の曲面、直線、所定角度の角の１つ又は２つ以上によって構成されるものである。基本形状部分の材質としては、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって形状が変わらず、かつ、使用後に再利用可能なものであることが望ましい。具体的には、金属製であることが望ましい。この基本形状部分を示すのが図１の０１０１である。

他方、付加形状部分は、凹凸模様・紋様などをもつ。付加形状部分の材質については、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって容易に除去可能なものであることが望ましい。具体的には有機材料であることが望ましく、さらには、プラスティック製であることが望ましい。この凹凸模様・紋様などは、完成品である造形物の表面の凹凸模様・紋様などと一致するものである。この付加形状部分を示すのが図２の０２０１である。

そして、作成された付加形状部分を基本形状部分に貼り付けることによって、
原型（雄型）全体が完成する。完成した原型（雄型）全体を示すのが図３の０３０１である。

（ハイブリッド原型（雄型）の製造方法）
図４は、ハイブリッド原型（雄型）の製造方法を示した図である。ハイブリッド雄型の製造方法は、コンピュータにて前記基本形状部分および付加形状部分の３Dデータを生成する３Dデータ生成ステップ（０４０１）と、前記基本形状部分の３Dデータを用いてNC加工によって金属製の基本形状部分を製造する基本形状部分製造ステップ（０４０２）と、前記付加形状部分の３Dデータを用いて３Dプリンタによって有機材料製の付加形状部分を製造する付加形状部分製造ステップ（０４０３）と、前記製造された基本形状部分と付加形状部分とを接着するステップ（０４０４）と、からなる。

基本形状部分は、ＮＣ加工を用いて製造する。ＮＣ加工とは、数値制御による機械の加工方法を意味する。ＮＣ加工の具体例を挙げると、例えば、ドリルなどに代表される切削用工具の刃先の動作を座標値によって定義することで、工作機械に内蔵されたサーボモータが定義された情報をもとに動くことによって、工具や被加工物が動作し、加工が行われるという具合である。

手作業では多大な時間を要する作業であっても、このＮＣ加工によって、作業時間を短縮することができる。

本発明において、基本形状部分は、複雑な凹凸模様・紋様などを精緻に作成する必要はないが、3Dプリンタとの結合（ハイブリッド）のためにも、精密・3D対応のＮＣ加工をする必要がある。
そのため、基本形状部分の製造は、ＮＣ加工で行うことが望ましい。

他方、付加形状部分は、その凹凸模様・紋様などをＣＡＤシステムによって３Ｄデータを生成・設計した上で、ＮＣ加工ではなく、３Ｄプリンタを用いて製造する。

本発明の付加形状部分は、造形物の凹凸模様・紋様などを左右するものであるから、複雑な凹凸模様・紋様などをもたせることが必要である。ＮＣ加工の場合、このような複雑な凹凸模様・紋様などをもたせるためには、切削ヘッドの動きが多くなるため、多大な時間を要する。そのため、付加形状部分の製造をＮＣ加工で行うことは望ましくない。

凹凸模様・紋様などを立体的に製造する方法としては、３Ｄプリンタによる方法が望ましい。３Ｄプリンタとは、コンピュータ上で作った３Ｄデータを設計図として、断面形状を積層していくことで立体物を作成する機械を意味する。３Ｄプリンタであれば、その具体的な仕組みについては限定されず、例えば、液状の樹脂に紫外線などを照射し少しずつ硬化させていく方法によるもの、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく方法によるもの、粉末の樹脂に接着剤を吹きつけていく方法によるものがあるが、そのいずれであっても良い。

３Ｄプリンタを利用することにより、付加形状部分の線模様・線紋様などの形状は、四角断面形状のみではなく、複数の形状を精緻に製造することが可能になる。図７は、その形状の一例を示す図である。四角断面形状（０７０１）のみに限られるわけではなく、その他の形状（０７０２、０７０３）についても精緻に製造することができる。

付加形状部分の凹凸模様・紋様などの設計においては、出来上がった付加形状部分が基本形状部分と接着しやすいように、基本形状部分の曲面と同じ曲率を有するものを設計することが望ましい。基本形状部分の曲面と同じ曲率を有するものの設計は、切断装置を用いた切り込み方法では困難であり、NC加工と３Ｄプリンタを用いることで可能となる。

以上のような製造方法により、基本形状部分と付加形状部分が完成する。そして、付加形状部分を基本形状部分に貼り付けて接着することによって、原型（雄型）全体が完成する。接着方法については、特に限定されるものではなく、例えば、水溶性又は非水溶性の接着剤を用いて接着させる方法でも良いし、あるいは、いずれか一方に設けた凸部と他方に設けた凹部とを嵌め合わせる方法でも良い。

（石膏からなる原型（雌型）の製造方法）
図５は、石膏からなる原型（雌型）の製造方法を示した図である。
石膏からなる雌型の製造方法は、ハイブリッド原型（雄型）の製造方法にて製造されたハイブリッド原型（雄型）準備ステップ（０５０１）と、
準備されたハイブリッド原型（雄型）を用いて
石膏からなる原型（雌型）を製造する石膏からなる原型（雌型）製造ステップ（０５０２）と、
からなる。

ハイブリッド原型（雄型）準備ステップ（０５０１）は、前記のとおりである。
石膏からなる原型（雌型）を製造する石膏からなる雌型製造ステップ（０５０２）とは、まず外枠を囲んだ箱の中に原型（雄型）を入れた後、その箱の中に水で溶いた石膏を流し込んで１時間から２時間ほど放置することにより石膏を硬化させ、原型（雄型）を取り除いた後、石膏内の水分を完全に除去する。

このようにして、造形物を製造するための石膏からなる原型（雌型）が造られる。

（造形物の製造方法）
図６は、造形物の製造方法を示した図である。
造形物の製造方法は、石膏からなる原型（雌型）を準備する石膏からなる原型（雌型）準備ステップ（０６０１）と、準備された石膏からなる原型（雌型）を用いて造形物を製造する造形物製造ステップ（０６０２）と、からなる。

石膏からなる原型（雌型）を準備する石膏からなる雌型準備ステップ（０６０１）は、前記のとおりである。

造形物製造ステップ（０６０２）は、石膏からなる原型（雌型）に造形物の原料を流し込み、石膏からなる雌型の上下で挟み込んだ状態で維持して、その間に原料を硬化させる工程を意味する。

この工程により、原料が石膏からなる原型（雌型）の内側で硬化することで、石膏からなる雌型の内側の凹凸と逆の凹凸模様・紋様などを有する造形物が製造される。この造形物は、原型（雄型）全体と同じ形状をもつものとなる。

（造形物の具体例）
製造される造形物としては、陶磁器が代表例であり、陶磁器、特に陶器、磁器の表面に立体的に描かれる微細な模様・紋様を表現するのに適している。したがって石膏からなる雌型に流し込まれるのは陶磁器の原材料となる。陶器であれば原材料としてはカオリナイト（カオリン）やモンモリロナイトを多く含んだ粘土を原料とし、磁器であれば、粘土物質や石英、長石などからなる陶土を原料とする。

（ハイブリッド原型（雄型）の基本形状部分の再利用方法）
図８は、ハイブリッド原型（雄型）の基本形状部分の再利用方法を示す図である。
「使用済ハイブリッド原型（雄型）準備ステップ」（０８０１）とは、ハイブリッド原型（雄型）の製造方法にて製造されたハイブリッド原型（雄型）であって使用済みのハイブリッド原型（雄型）を準備する段階を意味する。
「除去済基本形状部分準備ステップ」（０８０２）とは、使用済ハイブリッド原型（雄型）から付加形状部分を除去して除去済基本形状部分を準備する段階を意味する。
「新付加形状部分準備ステップ」（０８０３）とは、除去済基本形状部分に接着用の新たな付加形状部分である新付加形状部分を準備する段階を意味する。
「新接着ステップ」（０８０４）とは、準備された新付加形状部分を除去済基本形状部分に接着する段階を意味する。

除去済基本形状部分準備ステップ（０８０２）においては、本発明では、付加形状部分には有機材料を用いているので、水・有機溶剤を用いた溶解の方法によると良い。また、基本形状部分の材質は加熱しても形状が変化しにくい金属製であるので、加熱処理により有機材料を固化・灰化させることによる方法でも良い。

さらには、これらの有機溶剤での溶解と加熱による燃焼の除去方法とを両方とも実施することで付加形状部分を除去する方法によると良い。

有機溶剤とは、他の物質を溶解する用途に用いられる、常温で液体の有機化合物を意味する。有機溶剤としては、例えば、ハロゲン化物、アルコール類、エステル類、エーテル、アセトン、ベンゼン、トルエンなどが挙げられる。

溶解とは、気体、液体、固体が溶媒に溶けて均一な混合物である溶液となる現象を意味する。溶解の相性は極性によって決まり、極性が高い物質は水に溶け、極性の低い物質は有機溶剤に溶ける。そして、多くの有機材料は、極性が低いので、有機溶剤に溶ける。

このように、有機溶剤を用いることで、有機材料からなる付加形状部分が溶解するので、付加形状部分を基本形状部分から容易に除去することができる。

以上のように、容易に付加形状部分が除去された後の基本形状部分は、その形状や材質について、除去作業によって何ら影響を受けないので、再利用が可能となる。再利用の具体的な内容としては、前記のとおり、別に製造した凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を接着することにより、ハイブリッド原型（雄型）全体を製造するという具合である。

なお、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

０１０１・・・基本形状部分
０２０１・・・付加形状部分
０３０１・・・ハイブリッド原型（雌型）

Claims (16)

1. 基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様・紋様など等からなる付加形状部分とからなる造形物の製造に用いる石膏からなる原型（雌型）製造のためのハイブリッド原型（雄型）であって、
   前記基本形状部分は金属製であり、
   前記付加形状部分は有機材料製であり、前記基本形状部分に接着されたものであるハイブリッド原型（雄型）。
2. 前記基本形状部分はNC加工されたものであり、前記付加形状部分は３Dプリンタによって印刷されたものである請求項１に記載のハイブリッド原型（雄型）。
3. 前記付加形状部分は基本形状部分の曲面に接着される部分を有し、前記曲面に接着される付加形状部分は接着すべき曲面と同等の曲率を有するものである請求項１又は２に記載のハイブリッド原型（雄型）。
4. 前記接着は水溶性又は非水溶性の接着剤を用いた接着である請求項１から３に記載のハイブリッド原型（雄型）。
5. 前記接着は基本形状部分と付加形状部分とをいずれか一方に設けた凸部と他方に設けた凹部とを嵌め合わせることによってされる請求項１から４に記載のハイブリッド原型（雄型）。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載のハイブリッド原型（雄型）を用いて製造される石膏からなる原型（雌型）。
7. 請求項６に記載の石膏からなる原型（雌型）を用いて製造される造形物。
8. 基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様・紋様など等からなる付加形状部分とからなる造形物の製造に用いる石膏からなる原型（雌型）製造のためのハイブリッド原型（雄型）の製造方法であって、
   コンピュータにて前記基本形状部分および付加形状部分の3Dデータを生成する3Dデータ生成ステップと、
   前記基本形状部分の3Dデータを用いてNC加工によって金属製の基本形状部分を製造する基本形状部分製造ステップと、
   前記付加形状部分の3Dデータを用いて3Dプリンタによって有機材料製の付加形状部分を製造する付加形状部分製造ステップと、
   前記製造された基本形状部分と付加形状部分とを接着する接着ステップと、
   からなるハイブリッド原型（雄型）の製造方法。
9. 請求項８のハイブリッド原型（雄型）の製造方法にて製造されたハイブリッド原型（雄型）を準備するステップと、
   準備されたハイブリッド原型（雄型）を用いて石膏からなる原型（雌型）を製造する石膏からなる原型（雌型）製造ステップと
   からなる原型（雌型）の製造方法。
10. 請求項９の石膏からなる原型（雌型）の製造方法にて製造された石膏からなる原型（雌型）を準備するステップと、
    準備された石膏からなる原型（雌型）を用いて造形物を製造する造形物製造ステップと、を有する造形物の製造方法。
11. 請求項８に記載のハイブリッド原型（雄型）の製造方法にて製造されたハイブリッド原型（雄型）であって使用済みのハイブリッド原型（雄型）である使用済ハイブリッド原型（雄型）準備ステップと、
    使用済ハイブリッド原型（雄型）から付加形状部分を除去して除去済基本形状部分を準備する除去済基本形状部分準備ステップと、
    除去済基本形状部分に接着用の新たな付加形状部分である新付加形状部分を準備する新付加形状部分準備ステップと、
    準備された新付加形状部分を除去済基本形状部分に接着する新接着ステップと、
    からなるハイブリッド原型（雄型）のリサイクル方法。
12. 前記造形物は陶磁器である請求項１から５のいずれか一に記載のハイブリッド原型（雄型）。
13. 前記造形物は陶磁器である請求項８に記載のハイブリッド原型（雄型）の製造方法。
14. 前記造形物は陶磁器である請求項９に記載の原型（雌型）の製造方法。
15. 前記造形物は陶磁器である請求項１０に記載の造形物の製造方法。
16. 前記造形物は陶磁器である請求項１１に記載のハイブリッド原型（雌型）のリサイクル方法。

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