JP2019030891A - 金属成形用鋳型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳込んだ溶湯金属の熱により破損や型崩れが起きない鋳造キャビティを有する金属成形用の鋳型の提供。
【解決手段】両方の型基体１２、２２の焼成層１５（１５ａ、１５ｂ）、２５（２５ａ、２５ｂ）は、上下の二層構造になっている。下側の焼成層１５ａ、２５ａは、低火度の釉薬を型基体１２の表面に塗布後、パネルヒータの温度８００℃で焼成した層である。上側の焼成層１５ｂ、２５ｂは、下側の焼成層の表面に高火度の釉薬を塗り、ガスバーナーの火炎温度１３００℃で焼成した層である。型基体１２、２２に焼成層１５（１５ａ、１５ｂ）、２５（２５ａ、２５ｂ）を形成してなる雄型１２と雌型２２は、凸部１４と凹部２３を嵌合させて組み立てられ、両方の焼成層１５（１５ａ、１５ｂ）、２５（２５ａ、２５ｂ）で囲まれた鋳造キャビティ２７が形成される金属成形用の鋳型。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属溶湯を流し込んで鋳物を製造するための金属成形用鋳型に関するものであり、特に、３Ｄプリンタを用いて、無機質粉体に粉体凝固液を塗布して成形した立体状の粉体凝固品（以下、「無機質粉体製の型基体」という。）を有する金属成形用鋳型に関するものである。

３Ｄプリンタの出力に使用される無機質粉体として、ケイ砂ないしアルミナや石膏が用いられており、粉体凝固液としてはケイ砂等に対しては水ガラスが用いられ、石膏に対しては水を主成分とする液体が用いられている。３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体を、射出成形用簡易型、ブロー成形用簡易型、板金プレス用簡易型ないし鋳型用砂中子として使用する技術が知られている。この技術では、上記無機質粉体製の型基体の機械的強度を高めるために、出力後の型基体を乾燥後、真空下で熱硬化性樹脂を含浸させ、その後、粉体原料の熱変質温度以下に加熱して熱硬化性樹脂を硬化させ、型基体の内部において含浸した熱硬化性樹脂の化学結合により補強することで、機械的強度を高めている（特許文献１）。

含浸させる熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化性樹脂を主成分とし、これに脂肪族アミンや芳香族アミン、桟無水物、第３級アミンのような硬化剤を加えたものである。
硬化した熱硬化性樹脂の溶融温度は、エポキシ樹脂で１０５〜２００℃、フェノール樹脂で１５０℃、不飽和ポリエステル樹脂で１３０〜１５０℃であり、これらの温度以下では、硬化した熱硬化性樹脂が補強材としての機能を発揮して機械的強度が高められ、溶融温度が２００℃程度のプラスチックの射出成形用の型として使用することができる。

しかし、上記２００℃を超える溶融温度で高圧射出するプラスチックに対しては、耐熱性や機械的強度が不足しており、射出成型用の型として使用することができない。更に、鋳物として使用される金属、例えば、汎用性の高い黄銅の融点は約９００℃、マグネシウム合金の融点は約５９５℃、アルミニウム合金の融点は約５８０℃（以下、「高融点合金」という。）であり、亜鉛合金の融点は約３８５℃、錫合金の融点は約２９６℃、鉛合金の融点は約２７２℃（以下、「低融点合金」という。）である。３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体にこれらの金属溶湯を鋳込んだ場合に、補強している熱硬化性樹脂が軟化して、鋳造キャビティが変形ないし型崩れを起こして、所望形状の鋳物を得ることができない。

一方、型基体を構成する無機質粉体としてケイ砂ないしアルミナを用い、粉体凝固液として水ガラス（軟化点５５０〜６７０℃）を用いたものをそのまま金属成形用の鋳型として用いた場合、水ガラスの軟化点を超えると型崩れを起こしてしまうという問題がある。したがって、上記の黄銅やマグネシウム、アルミニウム等の高融点合金の金属成形用鋳型として使用できない。

型基体を構成する無機質粉体として石膏を用い、粉体凝固液として水を主成分とする型基体をそのまま金属成形用の鋳型として用いた場合、二水石膏が１４０℃を超えると半水石膏になり形状を保持することができない。石膏の熱変質温度（１３０〜１４０℃）を超えると型崩れを起こしてしまうという問題がある。したがって、高融点合金はもちろんのこと、低融点合金の金属成形用鋳型としても使用することができない。

特許３２１２５８１公報

本発明の第１の目的は、以上のような従来の欠点に鑑み、無機質粉体製の型基体を、低融点合金及び高融点合金の鋳込みに使用することができるようにすることである。

本発明の第２の目的は、３Ｄモデリングソフトウエアにより作成した３Ｄデータを用いて、３Ｄプリンタで出力した無機質粉体製の型基体を、低融点合金及び高融点合金の鋳込みに使用することができる金属成形用鋳型の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の金属成形用鋳型は、無機質粉体製の型基体の表面に、釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とするものである。無機質粉体としては、ケイ砂ないしアルミナや石膏が好ましい。型基体の製法としては、木型を用いた従来の方法のほかに、３Ｄプリンタを用いて出力することにより製造することができる。無機質粉体製の型基体としては石膏製の型基体とケイ砂製の型基体などが考えられる。型基体の無機質粉体層と釉薬の焼成層とは相性がよく剥離しにくい。型基体は熱硬化性樹脂等により補強されていた方がよい。型基体の表面に形成された釉薬の焼成層が、鋳込まれた金属溶湯の熱や圧力から型基体を保護して、鋳造キャビティの変形や型崩れを防止する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の金属成形用鋳型において、３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体の表面に、釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とするものである。３Ｄモデリングソフトウエアを用いて金属成形品の３Ｄデータを作成し、当該金属成形品をディスプレイに表示させて顧客と相談しながら修正を加えて、金属成形品の３Ｄデータを決定することができる。また、金属成形品の３Ｄデータから作られた型基体の３Ｄデータを３Ｄプリンタで出力することができ、決定した金属成形品が反転した形状の現実の型基体を迅速に製造することができ、顧客満足度を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項２記載の金属成形用鋳型において、３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体の表面に、陶磁器用釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とするものである。釉薬には陶磁器用の釉薬とホーロー用の釉薬があり、陶磁器用釉薬には、楽焼用ないし低火度釉薬及び高火度釉薬がある。これらの釉薬は鋳込む金属溶湯の温度により使い分けることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか記載の金属成形用鋳型において、無機質粉体製の型基体が石膏製の型基体であることを特徴とするものである。３Ｄプリンタの出力材料として石膏（半水石膏）を用いることにより、型基体を安価に製造することができる。また、出力された型基体にシアノアクリエートやエポキシ樹脂を含浸させることにより、出力後の型基体に機械的強度を付与することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか記載の金属成形用鋳型において、石膏製又はケイ砂製の型基体の表面に塗布された釉薬に向けて火炎や輻射熱などの表面加熱手段により焼成したものである。火炎ないし輻射熱は、型基体の内部への加熱を極力抑えながら、表面の釉薬のみを焼成することができる。特に、バーナーの火炎による焼成は、型基体の表面に設けられた凸凹形状の垂直面（バーナ―の噴射方向と直角方向の壁面）の焼成に有効である。

請求項６記載の発明は、請求項３〜５のいずれか記載の金属成形用鋳型において、前記陶磁器用釉薬が楽焼用ないし低火度の釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射温度が800℃〜1000℃であることを特徴とするものである。楽焼用ないし低火度の釉薬を800〜1000℃の温度で焼成したものは、亜鉛合金、錫合金、鉛合金、アルミニウム、マグネシウム等の溶湯の鋳込みに使用することができる。

請求項７記載の発明は、請求項３〜５のいずれか記載の金属成形用鋳型において、前記陶磁器用釉薬が高火度釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの温度が1000℃を超え1300℃以下であることを特徴とするものである。高火度釉薬を1000℃を超え1300℃以下で焼成したものは、銅合金、チタン ブロンズ等の溶湯の鋳込みに使用することができる。

請求項８記載の発明は、請求項６又は７のいずれか記載の金属成形用鋳型において、前記釉薬の焼成層が、楽焼用ないし低火度の釉薬の焼成層で形成された下層焼成層と、その上に形成された高火度釉薬の焼成層で形成された上側焼成層の複数層で形成されていることを特徴とするものである。上層焼成層となる高火度釉薬を焼成するときに、バーナー火炎／及びヒーターの輻射熱に対して下層焼成層が断熱効果を発揮して熱が型基体の内部に伝達されるのを防止し、型基体の型崩れを防止することができる。下層の釉薬層は、塗布・乾燥した状態のままでもよいが、上層の釉薬層の焼成に先立って焼成されていてもよい。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか記載の金属成形用鋳型において、前記型基体が互いに連結可能な２以上の単位型基体からなり、各単位型基体に一体的に設けられた連結部で相互に連結することにより型基体を一体的に組み立て、当該型基体の表面に釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とするものである。３Ｄプリンタが出力できる範囲（大きさ）に限界があるが、単位型基体を連結して大型の型基体を構成することができ、単位型基体の連結部に存在する継ぎ目を焼成層で覆うことにより、つなぎ目のない大型の型基体が形成できるので、大型の金属成形品用鋳型の製造が可能となる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか記載の金属成形用鋳型を用いて製造してなる金属成形品であり、当該金属成形品が表札等の鋳物製標識プレートであること特徴とするものである。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜９のいずれか記載の金属成形用鋳型を用いて製造してなる金属成形品であり、当該金属成形品が大型壁掛け用の外枠や自動車用のドアフレームやシートフレームその他の薄物大型の鋳物製金属部品であることを特徴とするものである。

請求項１２の発明は、無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に釉薬を塗布したあと、塗布された釉薬を焼成して、釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする金属成形用鋳型の製造法である。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の製造方法において、３Ｄモデリングソフトウエアを用いて金属成形品の３Ｄデータを作成し、当該金属成形品の３Ｄデータを用いて無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に釉薬を塗布したあと、塗布された釉薬を焼成して、釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とするものである。

請求項１４の発明は、請求項１３の製造方法において、３Ｄモデリングソフトウエアを用いて金属成形品の３Ｄデータを作成し、当該金属成形品の３Ｄデータを用いて無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に陶磁器用釉薬を塗布したあと、塗布された釉薬を焼成して、釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とするものである。

請求項１５の発明は、請求項１２〜１４のいずれか記載の製造方法において、無機質粉体製の型基体を石膏製の型基体としたことを特徴とするものである。

請求項１６記載の発明は、請求項１２〜１５のいずれか記載の製造方法において、前記釉薬の焼成層が、型基体の表面に塗布された釉薬を火炎や輻射熱などの表面加熱手段により焼成されたものであることを特徴とするものである。

請求項１７記載の発明は、請求項１４〜１６のいずれか記載の製造方法において、前記陶磁器用釉薬が楽焼用ないし低火度の釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱の温度が800℃〜1000℃であることを特徴とするものである。

請求項１８記載の発明は、請求項１４〜１６のいずれか記載の製造方法において、前記陶磁器用釉薬が高火度釉薬であり、バーナーの火炎ないしヒーターの温度が1000℃を超え1300℃以下であることを特徴とするものである。

請求項１９記載の発明は、請求項１７又は１８記載の製造方法において、前記陶磁器用釉薬の焼成層が、前記型基体の表面に楽焼用なし低火度の釉薬を塗布したあと、そのままで、又は当該釉薬の表面をバーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱により焼成して、下側の塗布層のままで、又は下側の焼成層を形成し、当該塗布層又は焼成層の表面に高火度釉薬を塗布し、当該釉薬の表面をバーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱により焼成して、複数の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とするものである。

請求項２０記載の発明は、請求項１２〜１９のいずれか記載の製造方法において、前記型基体を互いに連結可能な２以上の単位型基体に分割形成し、各単位型基体に一体的に設けられた連結部で相互に連結して型基体を一体的に組み立て、当該型基体の表面に釉薬の焼成層を形成することを特徴とする製造方法である。

以上の説明から明らかなように、本発明にあたっては次に列挙する効果が得られる。請求項１の発明は、無機質粉体製の型基体の表面に、釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有するので、鋳込んだ溶湯金属の熱により破損や型崩れが起きない鋳造キャビティを有する金属成形用の鋳型を提供することができる。

請求項２の発明は、型基体を３Ｄプリンタにより出力して製造するので、ディスプレイを操作して顧客と打ち合わせながら、金属成形品の３Ｄデータを作成することができ、作成された３Ｄデータに基づき３Ｄプリンタで出力して型基体を作成するものであるから、現物の金属成型品に顧客の要望を十分に反映することができる。

請求項３の発明は、陶磁器用の釉薬を用いたので、型基体を形成する無機質粉体と接着性がよく、剥離を起こし難い焼成層を備えた鋳型キャビティを有する金属成形用鋳型を提供することができる。

請求項４の発明によれば、無機質粉体として石膏粉体を用いたので、型基体を安価に製造することができると共に、表面が平滑で寸法精度の高い金属成形用鋳型を提供することができる。

請求項５の発明は、型基体の焼成層を、火炎や輻射熱などの表面加熱手段により、型基体に塗布された表層の釉薬のみを加熱し、型基体内部に熱が伝わらないようにしたので、焼成時に型基体が熱で崩れるのを防止することができる。

請求項６の発明は、釉薬として楽焼用ないし低火度の釉薬を用いたので、800℃〜1000℃で焼成することができ、亜鉛合金、錫合金、鉛合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の低金属合金用の鋳型を安価に提供することができる。

請求項７の発明によれば、釉薬として高火度の釉薬を用いたので、1000℃〜1300℃で焼成することができ、銅合金、チタン合金、ブロンズ等の高融点合金用の鋳型を提供することができる。

請求項８の発明によれば、型基体の焼成層を、下層焼成層として楽焼用ないし低火度用の釉薬からなる焼成層も設け、上層焼成層として高火度用の釉薬の焼成層を設けたので、下層焼成層が上層焼成層を補完して、高融点合金を鋳込む際の型崩れをより有効に防止することができる。なお、下層焼成層は、焼成しない状態で上層の釉薬を塗布し、下層の塗布層を上層の塗布層の焼成と同時に焼成することができる。

請求項９の発明によれば、大型の金属成形品を鋳造する際に、金属成形品用の型基体をいくつかの単位型基体に分割成形し、これらの単位型基体をその連結対で連結し、連結された型基体の表面に釉薬を塗布し、これを加熱して一体の焼成層を形成したので、継ぎ目のない大型の鋳造キャビティを形成することができるので、大型の金属成形品用の鋳型を提供することができる。

請求項１０の発明によれば、鋳型を安価に製造することができるから、一品製作性の性格が強い表札や看板を安価に製造することができる金属成形用の鋳型を提供することができる。

請求項１１の発明によれば、薄物の大型壁掛け用テレビの外枠を量産するに先立って製作される試作品の製造に好適な金属成形用の鋳型を安価に提供することができる。

請求項１２の発明によれば、無機質粉体製の型基体の表面に釉薬を塗布した後、塗布した釉薬を焼成するものであるから、型基体内部を加熱せずに、釉薬のみを焼成することができるので、金属溶湯の鋳込み時に型崩れや変形しない鋳造キャビティを備えた金属成形用鋳型の製造方法を提供することができる。

請求項１３の発明によれば、３Ｄソフトウエアを用いて金属成形品をディスプレイに表示させ、ディスプレイを操作しながら簡単な操作で変形することができるので、顧客の要望を満たした金属成形本の３Ｄデータを作製することができ、顧客の満足する鋳型を製造することができる。

請求項１４の発明により、釉薬として陶磁器用のものを使用したので、鋳込む金属の合わせて好適な釉薬を安価に入手することができる。

請求項１５の発明により、無機質粉体として石膏を使用したので、現実の型基体を安価に製造することができると共に、表面が繊細で変化に富んだ形状の鋳物を製造することができる。

請求項１６の発明により、釉薬を火炎や輻射熱などの表面加熱手段により焼成したものであるから、型基体の内部が加熱されるのを避けながら、表面の釉薬のみを焼成することができる。

請求項１７の発明により、楽焼釉や低火度の釉薬で焼成層を形成したので、低融点合金を鋳込むことができる鋳型を提供することができる。

請求項１８の発明により、高火度の釉薬で焼成層を形成したので、高融点合金を鋳込むことができる鋳型を提供することができる。

請求項１９の発明により、下層に低火度の釉薬の焼成層を形成し、上層に高火度の釉薬の焼成層を形成したので、より耐熱性が高く型崩れを起こさない鋳造キャビティを有する金属成形用の鋳型を提供することができる。

請求項２０の発明により、互いに連結可能な２以上の単位型基体に分割形成し、相互に連結して型基体を一体的に組み立てた型基体の表面に釉薬の焼成層を形成したから、つなぎ目のない大型の鋳造キャビテイを得ることができる。

ディスプレイに表示された仮想の銅製看板の斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 銅製看板を鋳造するための現実の鋳型の拡大断面図である。 ディスプレイに表示された仮想のアルミニウム製の表札の斜視図である。 図４に表示された表札を鋳造するための現実の鋳型の斜視図である。 図５のＢ部断面図である。 ディスプレイに表示された仮想の液晶大型テレビの外枠の斜視図である。 図７の丸印における現実の鋳型の一部を示す斜視図である。

本発明の金属成形用鋳型を構成する無機質粉体製の型基体は、木型を用いた従来の方法のほかに、３Ｄプリンタにより出力することにより所望の立体形状に製造することができる。無機質粉体製の型基体の３Ｄデータを作成するときには、３Ｄモデリングソフトウエア、例えば、ソリッドワークスやスペースクレーム、オートディスクのような会社の３Ｄ―ＣＡＤ用ソフトウエアを使用することができる。例えば、１２３Ｄデザイン（拡張子.123d）やＤＳメカニカル（拡張子.rsdoc）のようなフリーのモデリングソフトウエアを使用することができる。フュージョン３６０等の有料のモデリングソフトウエアでもよい。作成された３Ｄデータは、３Ｄプリンタ用の３Ｄデータ（拡張子.stl）に変換してエクスポートする。

例えば、直方体ないし短円柱体の３Ｄデータから金属成形品の３Ｄデータを引き算（CombineコマンドのSubtract）することにより、直方体等の表面ないし内部に金属成形品の形状に相当する凹所ないし空所が形成された鋳型用の３Ｄデータを作成することができる。表面に凹所（型本体の凹所）を形成したときには別途蓋板を配置して、鋳造キャビティを形成する。直方体等の内部に空所を形成した場合は、直方体等の３Ｄデータをいくつかの単位型基体の３Ｄデータに分割（型割）する。例えば、雄型と雌型、必要により中子型を分割形成し、互いに位置決めして鋳造キャビティを形成する。また、大型液晶パネル外枠用の鋳型を形成するときには、雄型の単位型基体と雌型の単位基体及び雄型同士と雌型同士を互いに連結して、大型の鋳造キャビティを形成する。なお、足し算や引き算という用語は、使用するソフトウエアによっては、ブーリアン（集合演算）と呼ばれることもある。

型基体の３Ｄデータは、半球曲面を有する金属成形品を成形するための３次元的な鋳込キャビティを形成することも可能である。３Ｄモデリングソフトウエアにより作成した型基体の３Ｄデータを３Ｄプリンタにより出力することにより製造すること（ＤＤＭ）ができ、多面体や球体も成形できる。型基体の材料としては石膏が好ましい。

石膏製の型基体を用いる場合であって、溶融温度が低い金属溶湯を使用するときは、楽焼釉ないし低火度釉の焼成層を形成する。溶融温度が高い金属溶湯を用いるときは、型基体の表面に直接に高火度釉の焼成層を形成するか、または型基体の表面に予め低火度の釉薬を塗布して乾燥したもの（そのまま）または低火度の釉薬の塗布層を焼成したもの（焼成層があるもの）に、高火度の釉薬の焼成層を形成する。看板や表札の標識プレートの金属成形品の仕上げ方法としては、着色、バフ仕上げ、ヘアーライン仕上げ、ランダム仕上げなどの研摩加工を行うことができる。

本実施例の金属成形用鋳型は、３Ｄプリンタにより粉体凝固液を無機質粉体に塗布して成形した粉体造形物（型基体）の表面に、釉薬の焼成層を設けた鋳造キャビティを備えたものである。以下の実施例１及び２では、無機質粉体として石膏（半水石膏）を用い、硬化剤として水を主成分とする溶液を用い、３Ｄプリンタ出力後の型基体の補強材としてシアノアクリレートを用いた例を示す。また、焼成層を形成する釉薬としては、楽焼用ないし低火度の釉薬や高火度の釉薬を用い、これらの釉薬の焼成にはパネルヒータの輻射熱及び／又はガスバーナーの火炎を用いた。

図１はディスプレイに表示された仮想の銅製看板を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は看板を鋳造するための現実の鋳型の断面図である。図１及び図２の看板１は、３Ｄモデリングソフトウエアにより作成された３Ｄデータをディプレイ上に表示したものであり、断面が楕円形のベース板２と、ベース板２の表面中央で縦方向に突出形成されたイルカのレリーフ模様３、ベース板の上下方向中央に位置して、レリーフ模様３を横断するように突設（文字Ｓ，Ａ）ないし凹設（文字Ｅ）された文字列（ＳＥＡ）４を有している。ベース板の外周縁から裏側に向かって高さの低い周囲壁５が垂下されている。ベース体２、周囲壁５、レリーフ模様３及び文字列４は一体的に設けられている。６はベース板の裏面側に互いに離れた位置に設けられた短円柱体であり、その軸中心にボルト取付用のネジ孔７が設けられている。

次に、型基体の具体的な作成方法を述べる。雄型基体１２及び雌型基体２２の３Ｄデータは、３次元モデリングソフトを使って作成された看板１の３Ｄデータを、３Ｄデータの断面楕円型の柱状体に埋没させた後、引き算をすることにより柱状体の中に表札の形状に相当する空間をつくり、雄型基体のもっとも低い位置（雌型基体の外周表面が当接する位置）の３Ｄデータ値を基準値としてパーティングラインを設定し、柱状体の３Ｄデータを雄型基体１２と雌型基体２２の３Ｄデータに２分割（型割）する。この段階で、雄型基体及び雌型基体の３Ｄデータに凸部１３及び凹部２３を設けて両方の型基体１２、２２の３Ｄデータの作成が完了する。

型基体の３Ｄデータに基づき３Ｄプリンタによって石膏製の型基体を出力する。次に型基体にシアンアクリレートを浸透・硬化させて型基体を補強する。最後に、型基体の表面に焼成層を形成する。図中、１１は銅製の表札１を成形するための鋳型であり、１２は雄型基体、１３は雄型基体１２の周辺隅部１４に設けられた位置決め凸部、１５は雄型基体１２及び凸部１４の表面に形成された釉薬の焼成層、１６は雄型基体及び焼成層の中央位置に設けられた湯道、１７は湯道に連なる湯口である。型基体１２、凸部１３、焼成層１５、湯道１６及び湯口１７により雄型１８が形成されている。

第３図中、２２は雌型基体、２３は雌型基体の周辺端部２４に設けられた位置決め凹部、２５は雌型基体２２及び凹部２３の表面に形成された釉薬の焼成層であり、型基体２２、凹部２３、焼成層２４により雌型２６が形成されている。凹部２３のくぼみの内径寸法は、雄型基体の凸部１４に形成された焼成層１５と雌型基体の凹部２３に形成される焼成層２５とを合わせた厚みを加算した寸法、即ち、凸部の外径寸法より２つの焼成層１５、２５の厚さ分だけ径大になっている。

次に、両方の型基体１２、２２の表面、凸部１４と凹部２３の表面及び周囲壁５、２５の表面に低火度の釉薬を塗布したあと乾燥する。乾燥後の塗布面にパネルヒータの輻射熱をあてて低火度の釉薬を焼成して下側の焼成層１５ａ、２５ａを形成する。下側の焼成層の上に高火度の釉薬を塗布したあと乾燥する。乾燥後の塗布面にガスバーナーの火炎をあてて高火度の釉薬を焼成して上側の焼成層１５ｂ、２５ｂを形成する。銅を鋳込むときには、型基体１２、２２の表面に下側の低火化度の釉薬と上側の高火度の釉薬からなる二層の焼成層１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂを形成しておくのがよい。

上述のように、両方の型基体１２、２２の焼成層１５、２５は、上下の二層構造になっている。下側の焼成層１５ａ２５ａは、低火度の釉薬を型基体１２の表面に塗布後、パネルヒータの温度８００℃で焼成した層である。上側の焼成層１５ｂ、２５ｂは、下側の焼成層の表面に高火度の釉薬を塗り、ガスバーナーの火炎温度１３００℃で焼成した層である。ところで、両方の型基体１５、２５の表面等に高火度の釉薬を直接塗り、ガスバーナーで焼成することも可能であるが、下層の焼成層と上層の焼成層とからなる複数の焼成層を形成して、石膏製の型基体１２、２２が熱により型崩れをするのを防止した方がよい。

このように型基体に焼成層を形成してなる雄型１２と雌型２２は、凸部１４と凹部２３を嵌合させて組み立てられ、両方の焼成層１５（１５ａ、１５ｂ）、２５（２５ａ、２５ｂ）で囲まれた鋳造キャビティ２７が形成される。組み立てた鋳型の鋳造キャビティ２７に湯口１７から銅の溶湯を鋳込んで冷却後脱型すれば、現実の銅製看板を製造することができる。

図４はディスプレイに表示された仮想の表札の斜視図であり、図５は図４の表札を鋳造するための現実の鋳型の斜視図、図６は図５のＢ部断面図である。ディスプレイに表示された仮想の表札３１の地模様体３２は、幅５mmで厚さ３mmの長円形外枠体３３の内側に、傾き４５度及び逆傾き４５度で一定間隔を隔てて配置した複数本の棒材３４、３５を有している。各棒材は幅３mmで、厚さ３mmであり、それぞれの棒材が直角に交差して正面側から見て正方形の多数の透孔３６・・・を形成している。外枠体３３の周縁内側にある透孔３６ａは、外枠体と棒材とで形成された不定形な断面形状を有するものとなっている。即ち、地模様体３２は、各棒材３４、３５と、各棒材の外側先端部３７・・・を連結する外枠体３３とにより構成され、各棒材及び外枠体により表側から裏側に貫通する断面正方形の透孔３６と不定形の透孔３６ａを有している。

地模様体３２の左右対称位置に、「Ａ」と「Ｂ」の立体的な文字３９、４０が配置されている。各文字は、幅４mm厚さ６mmであって、正方形の透孔３６・・・より大きく形成されている。各文字は複数の透孔３６・・・（図面上は５個ないし６個の透孔）にかかるように配置され、各棒材３４、３５と一体なった状態で支持されている。文字３９、４０はひとつの透孔３６よりも大きく、棒材からはみ出した部分３８（棒材と重ならない部分）の背面は地模様体３２の背面と面一なるまで延びている。表札の文字３９、４０は、肉厚３mmの地模様体の表面側上方に３mm上方に突出していることになる。つまり、文字３９、４０は、棒材３４、３５からはみ出した部分３８の裏面が地模様体の裏面と面一となり、文字の表面は地模様体の表面から３mm突出していることになる。

型基体４２の３Ｄデータは、３次元モデリングソフトを使って作成された仮想の表札３１の３Ｄデータを、３Ｄデータの直方体に埋没させた後、引き算をすることにより直方体の表面に表札３１の形状に相当する凹所を形成したものである。現実の型基体４２は、前記型基体４２の３Ｄデータを、石膏用３Ｄプリンタで出力したあと、シアノアクリレートを含浸させて補強したものである。型基体４２の凹所のうちで、表札の棒材を形成する凹溝４４及び４５に囲まれた突出部（鋳型表面側から見て直方体形の部分）４３は、表札３１の断面正方形の透孔３６を形成する部分であり、その頂面が型基体の外周表面４６と面一になっている。また、文字を成形する凹溝４７、４８は、棒材の凹溝４４、４５よりさらに深く窪んでいる。外枠体３３を形成する凹溝４９は棒材の凹溝４４、４５と同じ深さである。両方の棒材及び外枠体を成形する凹溝４４、４５、４９及び文字を成形する凹溝４７、４８により鋳造キャビティとなる凹所が形成される。

更に、図５及び図６において、５１は型基体４２の凹所を閉鎖する蓋板であり、市販の石膏ボードを型基体の成形側表面と同じ大きさに切断したものである。蓋板５１の中央には板厚方向に設けられた２つの湯道５２、５２およびこれらにつながる湯口５３が設けられている。各湯道は、鋳型が組み立てられたときに、型基体４２に設けられた文字の凹溝４７、４８に開口する位置に設けられている。

次に、型基体４２及び蓋板５１で構成されたアルミニウム成形用鋳型の製法について述べる。３Ｄプリンタで出力した型基体４２の表面に楽焼用の釉薬を塗布して、塗布層をガスバーナーの火炎で８００℃に加熱し、火炎の熱により釉薬を焼成して焼成層４６を形成し、鋳込用凹所を有する鋳型本体５６を製造する。同じく、板材５１の表面に楽焼用の釉薬を塗布して、ガスバーナーの火炎で８００℃に加熱し、火炎の熱により釉薬を焼成して焼成層５４を有する蓋体５７を製造する。板材５１に小径孔と大径孔を連続して設け、それらに楽焼用の釉薬を塗布したあと、焼成して湯道５２及び湯口５３を形成する。型基体４２に焼成層４６を形成してなる鋳型本体５６に、焼成層５４を形成してなる蓋体５７を当接させて鋳型５８組み立てることにより鋳造キャビティ５５が形成される。なお、蓋板として鋼鈑や銅板を用いるときには、釉薬の焼成層は不要である。

この鋳造キャビティ５５にアルミニウム溶湯を鋳込むことにより、現実の表札を鋳造することができる。鋳造キャビティ５５の成形面（焼成面）に傾き２度程度の抜き勾配を設けると共に、離型剤を塗布しておくことにより成形後の脱型作業が容易となり、鋳型を２〜５回程度繰り返して使用することができる。また、文字や棒材、外枠体の凹溝４４、４５、４７、４８、４９の表面は鋳物製表札の表面を成形する面となるから、表札３１を設計するときに、模様をつけ、シボをつけ、平滑面とすれば、変化に富んだ現実の表札を得ることができる。鋳型５８取り出した表札には、顧客要望に応じて、着色、バフ仕上げや本緑青仕上げ等の後処理を施すことができる。

図７はディスプレイに表示された大型液晶パネル用の仮想の外枠の斜視図、図８は図７の丸印で囲った部分を成形するための現実の型基体である。本実施例３では、無機質粉体としてケイ砂を用い、硬化剤として水ガラスを用い、３Ｄプリンタ出力後の型基体の補強材としてエポキシ樹脂を用いた例を示す。図７に示すように、３Ｄデータからなる仮想の外枠６１は断面逆Ｌ形で、縦８００ｍｍ、横１２００ｍｍの矩形をしている。３Ｄモデリングソフトを用いて、図示しない直方体の３Ｄデータから前記外枠６１の３Ｄデータを引き算して型基体６２の３Ｄデータを作る。３Ｄプリンタで出力できる大きさが限られているから、型基体６２の３Ｄデータを３Ｄプリンタで出力できる大きさに分割して、単位型基体の３Ｄデータとする。例えば、型基体のコーナー部を縦横１００ｍｍ×３００ｍｍの単位型基体６４に分割形成し、コーナー部をつなぐ直線部６３を１００ｍｍ×３００ｍｍの単位型基体６５に分割形成する。各単位型基体６４、６５の連結面（３Ｄデータの面）に裁頭円錐型の凸部と凹部の連結対（図示せず）を形成しておく。

次に、単位型基体６４、６５の３Ｄデータに基づき、ケイ砂製の３Ｄプリンタを用いて出力して現実の単位型基体７０、７１を出力する。出力されたコーナー部の単位型基体７０には、断面逆Ｌ形の凹溝７２が９０℃で屈折した状態で設けられており、この凹溝が単位型基体７０の隣接する端面７３ａ、７３ｂに開口している。直線部の型基体７１には、断面逆Ｌ型の凹溝７４が対向する端面７５ａ、７５ｂ（図示せず）に開口している。コーナー部の型基体７０と直線部の型基体７１を、それぞれの端面７３ａ、７５ａに設けられた凸部７５ｘと凹部７３ｙで嵌合して接合し、断面逆Ｌ型の凹溝７２，７４が連続した組立後の型基体を得る。組み立て後の現実の型基体にはその接合部に筋が残るが、この筋にパテを塗っておくのがよい。

断面逆Ｌ形の凹溝７２、７４の表面を含めた組立後の型基体の表面に、高火度の釉薬を塗布し、乾燥した後にバーナーの火炎で焼成して焼成層７６を形成して鋳型本体８０を製造する。パテは、型基体に塗布された高火度の釉薬が連結部に浸み込むのを防止して、焼成したときに焼成層７６の表面が面一になるようにする。石膏ボード製の板材７８を使用するのであれば高火化度の釉薬の焼成層を形成して蓋体８１を製造する。蓋板としてステンレスを使用するのであればそのまま使用することができる。蓋体８１を鋳型本体８０に当接させて固定して鋳型８２を組み立てて、形成された鋳造キャビティ７９にステンレス溶湯を鋳込むことにより、図７に相当する現実の外枠を成形することができる。

このような技術の利用分野は、例えば、表札等の一品製作的な標識プレートの製造又は大型金属部品の試作ないし製造に関する分野である。標識プレートとしては、看板、表札、銘板 定礎板、印鑑などがある。大型金属部品としては、薄型液晶テレビの外枠、大型壁掛け用の外枠、自動車用のドアフレームやシートフレームなどがある。

１２、２２、４２、７０、７１ 型基体
１５、２５、４６、７６ 釉薬の焼成層
２７、５５、７９ 鋳造キャビティ
１１、４１、８２ 鋳型

Claims (20)

1. 無機質粉体製の型基体の表面に、釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とする、金属成形用鋳型。
2. ３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体の表面に、釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とする、請求項１記載の金属成形用鋳型。
3. ３Ｄプリンタにより出力された無機質粉体製の型基体の表面に、陶磁器用釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とする、請求項２記載の金属成形用鋳型。
4. 無機質粉体製の型基体が石膏製の型基体であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか記載の金属成形用鋳型。
5. 前記釉薬の焼成層は、型基体の表面に塗布された釉薬を火炎や輻射熱などの表面加熱手段により焼成したものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか記載の金属成形用鋳型。
6. 前記陶磁器用釉薬が楽焼用ないし低火度の釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱の温度が800℃〜1000℃であることを特徴とする、請求項３〜５記載のいずれか記載の金属成形用鋳型。
7. 前記陶磁器用釉薬が高火度の釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱の温度が1000℃を超え1300℃以下であることを特徴とする、請求項３〜５の記載の金属成形用鋳型。
8. 前記陶磁器用釉薬の焼成層が、楽焼用ないし低火度の釉薬を含む下側焼成層と、その上に形成された高火度の釉薬を含む上側焼成層の複数の焼成層で形成されていることを特徴とする、請求項６又は７記載の金属成形用鋳型。
9. 前記型基体が互いに連結可能に形成された２以上の単位型基体からなり、各単位型基体に設けられた連結部で相互に連結されて一体となっており、その表面に釉薬の焼成層を形成してなる鋳造キャビティを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか記載の金属成形用鋳型。
10. 請求項１〜９のいずれか記載の金属成形用鋳型を用いて鋳造してなる成形品が、表札や看板等の標識プレートであること特徴とする、金属成形品。
11. 請求項１〜９のいずれか記載の金属成形用鋳型を用いて製造してなる成形品が、大型壁掛け用テレビの外枠や自動車用のドアフレームないしシートフレームその他の薄物大型金属部品であることを特徴とする、金属成形品。
12. 無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に釉薬を塗布したあと、塗布された釉薬を焼成して、釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする、金属成形用鋳型の製造方法。
13. ３Ｄモデリングソフトウエアを用いて金属成形品の３Ｄデータを作成し、当該金属成形品の３Ｄデータを用いて無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に釉薬を塗布したあと、塗布された釉薬を焼成して、釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする、請求項１２記載の金属成形用鋳型の製造方法。
14. ３Ｄモデリングソフトウエアを用いて金属成形品の３Ｄデータを作成し、当該金属成形品の３Ｄデータを用いて無機質粉体製の型基体を成形し、当該型基体の表面に陶磁器用釉薬を塗布したあと、塗布された陶磁器用釉薬を焼成して、当該釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする、請求項１３記載の金属成形用鋳型の製造方法。
15. 無機質粉体製の型基体が石膏製の型基体であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか記載の金属成形用鋳型の製造方法。
16. 前記釉薬の焼成層は、型基体の表面に塗布された釉薬を火炎や輻射熱などの表面加熱手段により焼成したものであることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか記載の金属成形用鋳型の製造方法。
17. 前記陶磁器用釉薬が楽焼用ないし低火度の釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱の温度が800℃〜1000℃であることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか記載の金属成形用鋳型の製造方法。
18. 前記陶磁器用釉薬が高火度釉薬であり、バーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱の温度が1000℃を超え1300℃以下であることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか記載の金属成形用鋳型の製造方法。
19. 前記陶磁器用釉薬の焼成層が、前記型基体の表面に楽焼用なし低火度の釉薬を塗布したあと、そのままで、又は当該釉薬の表面をバーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱により焼成して、下側の塗布層のままで、又は下側の焼成層を形成し、当該塗布層又は焼成層の表面に高火度釉薬を塗布し、当該釉薬の表面をバーナーの火炎及び／又はヒーターの輻射熱により焼成して、複数の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする、請求項１７又は１８記載の金属成形用鋳型の製造方法。
20. 前記型基体を互いに連結可能な２以上の単位型基体に分割形成し、各単位型基体に一体的に設けられた連結部で相互に連結して型基体を一体的に組み立て、当該型基体の表面に釉薬の焼成層を有する鋳造キャビティを形成することを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれか記載の製造方法。
    

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