JP2022039157A - 所定肉厚の文字ないし図形を有する砂型用模型およびこれを元型として鋳造した鋳物 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、彫りが深く、端正で高級感のある砂型用模型を提供すること、更にこの砂型用模型用いて、彫りが深く、端正で高級感のある鋳物を提供することを目的としている。【解決手段】本発明かかる砂型用模型は、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、接合要素を介して基板に固定されているものである。さらに、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、その各構成要素の相対位置を保持した状態で、接着剤を介して基板に固定されているものであり、支持シートに反転状態で出力された文字および／または図形がその反支持シート側に塗布された接着剤を介して、前記各構成要素の相対位置を保持した状態で、基板に固定されているものである。３Ｄプリンタとして熱溶解樹脂積層法のものが好適である。本発明にかかる鋳物は、前記砂型用模型を元型として用いて形成された砂型鋳造キャビティに金属溶湯を流し込むことにより製造された鋳物である。【選択図】 図１

Description

本発明は、基板に接着要素を介して所定肉厚の文字および／または図形を固定した砂型用模型に関し、更にこの砂型用模型を元型として形成した鋳造キャビティに金属溶湯を鋳込んで製造した鋳物に関するものである。

従来から知られている砂型用模型としては、木製の木型およびプラスチック製の樹脂型がある。木材ブロックないしプラスチック製ブロックを削り出したり、所定形状の木材片やプラスチック片を立体的につなぎ合わせたりして、所定の肉厚の文字および／または図形を有する木型ないし樹脂型を作成している。

木型ないし樹脂型では１０度以上の抜き勾配を設けなければならず、このため木材やプラスチックを使用して砂型用模型を製作するには時間がかかり、熟練が必要である。特に、画数の多い漢字や欧文文字のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｒのような接近した２本の線を有する文字に抜き勾配をつけて立体的に形成することは難しく、時間と労力が必要である。同様に、曲線で囲まれた図形に抜き勾配を設けながら立体的に形成することも難しく熟練のいる作業である。

所定肉厚で形成した文字および／または図形（文字等という）の側壁の傾斜角（抜き勾配）は、文字自体や図形自体を大きくすれば、それらを構成する線の間隔は大きくなるので、抜き勾配を大きくすることができ、砂型用模型の傾斜角を緩くする（１０度から２０度）ことができるので、型崩れのない砂型を製作することができる。しかし、このような抜き勾配が大きな砂型用模型を元型として鋳造した鋳物は、文字等のエッジが甘くなり、抜き勾配が小さなものに比べて彫りが浅い感じになり、高級感のあるものとすることができない。文字自体や図形自体の大きさを変えないで、抜き勾配を大きくすると文字等を構成する近傍の線の対向斜面（対峙壁面）が途中高さで交差することになって、初期の突設高さを確保することが難しくなる。例えば、橋札（橋標）のように小型で、漢字の多い鋳物ではこのような欠点が顕著にあらわれる。このため、従来は文字等以外の部分は黒く塗りつぶして彫りの深さにばらつきがあることを隠していた。

特開平2-15846 実開昭52-963091

彫りが深く、端正で高級感のある鋳物を形成する場合、砂型用模型の文字等の肉厚（突設高さ）を高く、かつ抜き勾配を小さくする必要がある。しかし、砂型用模型の文字等の肉厚を高くすると抜けにくくなるので、抜き勾配を大きくする必要があり、逆に、抜き勾配を小さくすると模型を取り外すときに砂型が崩れてしまうという欠点がある。このため、文字等の肉厚が高く、かつ抜け勾配が小さな砂型を作成することは難しく、彫りが深く、端正で高級感のある小型の鋳物製造形物を得ることは困難であった。

次に、漢字（例えば「谷」）や欧文文字列（例えば「CIC」）では、漢字の構成要素（例えば「谷」の「ハ」と「入」、「ロ」）の位置関係や文字（例えば「C」、「I」、「C」）相互の位置関係が文字や語句の美しさを決める重要な要素である。所定肉厚の文字や語句を個別に作成した場合、各構成要素を基板の適正な位置に再配置して固定することは煩わしく、文字等の各構成要素の相対位置を保持しながら砂型用模型を形成することは、困難である。

本発明は、３Ｄプリンタを用いて、抜き勾配が小さくかつ所定肉厚の文字や図形を簡単な操作で作成し、作成された文字等を接合部材で基板に固定することにより、彫りが深く、端正で高級感のある砂型用模型を製造し、更にこの砂型を元型として用いることにより、彫りが深く、端正で高級感のある鋳物を提供することを目的としている。

請求項１の砂型用模型は、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、接合要素を介して基板に固定されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の砂型用模型において、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、その各構成要素の相対位置を保持した状態で、接着剤を介して基板に固定されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２記載の砂型用模型において、支持シートに反転状態で出力された前記文字および／または図形がその反支持シート側に塗布された接着剤を介して、前記各構成要素の相対位置を保持した状態で、基板に固定されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の砂型用模型において、前記３Ｄプリンタが熱溶解樹脂積層法により出力する装置であり、前記反転状態の文字および／または図形がサポート材を介して前記支持シートに出力されていることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１～４のいずれかに記載の砂型用模型を用いて形成された砂型鋳造キャビティに金属溶湯を流し込むことにより製造された鋳物である。

請求項６の発明方法は、熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタを用いて所定の肉厚の文字および／または図形を反転状態で支持シートに出力し、前記文字および／または図形の反支持シート側に接着剤を塗布し、前記支持シートを基板に押し当てることにより、前記文字および／または図形を反転させるとともに前記各構成要素の相対位置を保持した状態で基板に固定させ、前記接着剤が硬化した後に、前記支持シートおよびサポート材を除去することにより、請求項４記載の砂型用模型を製造する方法である。

請求項１記載の砂型用模型は、所定の肉厚で文字および／または図形を種々の出力方式の３Ｄプリンタで出力し、所望に位置に設けられた接合要素を介して基板に固定したものであるから、文字等と基板との素材を別々のものにすることができる。また、複雑な形状で一品制作的なものである文字等を３Ｄプリンタで製造し、単純形状で汎用性の高い基板に多量生産品を用いたから、砂型用模型の製造コストを抑えることができる。

請求項２記載の発明は、３Ｄプリンタで出力された文字および／または図形の各構成要素の相対位置を保持した状態で固定されたものであるから、文字等の美しい配列（相対位置）をそのまま維持することができる。

請求項３記載の発明は、支持シートに反転状態で出力された前記文字および／または図形の反支持シート側に塗布された接着剤を介して、基板に反転固定されたものであるから、３Ｄプリンタの出力時の状態をそのまま保持することができる。

請求項４記載の発明は、熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタにより反転状態で出力された前記文字および／または図形がサポート材を介して支持シートに出力されているから、前記支持シートを基板に押し当てるだけで基板に接着固定することができる。熱溶解樹脂積層法のプリンタで出力された文字等の側壁面は凸凹段差が小さいので、高さ３～５ｍｍの肉厚の文字等であれば抜き勾配を設けなくても砂型崩れを起こさない。

請求項５記載の発明は、上記砂型用模型を用いて形成された鋳物であるから、文字等の彫りが深く、端正で高級感のある文字や模様を有する小型の鋳物を得ることができる。

請求項６記載の発明方法は、熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタを用いて所定の肉厚の文字および／または図形を反転状態で支持シートに出力し、この支持シートを基板に押し当てて文字および／または図形の各構成要素の相対位置を保持した状態で基板に接着剤で固定し、前記支持シートおよびサポート材を除去することにより、請求項４記載の砂型用模型を容易に製造することができる。

犬の肉厚図形が嵌合対で基板に接合される状態を示す斜視図である。 （ａ）は支持シートに出力された反転文字の斜視図であり、（ｂ）は反転文字を基板に反転させて固定した文字を示す斜視図である。

請求項１の砂型用模型は、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚で文字および／または図形が、接合要素を介して基板に固定されたものである。３Ｄプリンタとしては、熱溶解樹脂積層法、インクジェット法、粉末焼結法、粉末固着法、光造形法などの種々の方式のものを用いることができる。接合要素としては、嵌合対や接着剤がある。嵌合対の場合は文字等と基板との相対位置はあらかじめ定められている。接着剤の場合は、３Ｄデータの平面図を別途用意しておき、透明なプラスチック製の基板の裏面に貼り付け、反対側から文字等の各構成要素をその相当する位置に接着剤で固定することができる。このような構成とすることにより、３Ｄプリンタで出力された所定肉厚で文字および／または図形のような複雑な形状で一品制作的なものと、単純な形状で画一的である基部とを異なった装置で異なった素材を用いて製造することができ、砂型用模型を簡単かつ安価に製造することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の砂型用模型において、所定肉厚の文字および／または図形の各構成要素の相対位置を保持した状態で、接着剤を介して基板に固定するものである。各構成要素の相対位置を保持するには、各構成要素をつなぎ材で連結をした状態で文字等を出力して各構成要素の相対位置を保持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の砂型用模型において、支持シートにサポート材を介して反転状態の文字および／または図形を出力し、反支持シート側に塗布された接着剤を介して反転状態の文字等を反転して基板に固着したものである。支持シートおよびサポート材が前記各構成要素の相対位置を保持している。支持シートおよびサポート材は接着材が硬化したら除去される。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の砂型用模型において、熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタを用いて、造形ステージ上に載置された支持シートにサポート材を介して文字および／または図形を反転状態で出力するものであるから、支持シートを基板に押し当てるだけで簡単に固定することができる。また、熱溶解樹脂積層法は積層ピッチが小さく、文字等の側面が滑らかであるから、抜き勾配を０度～５度に設定することができる

請求項５記載の鋳物は、請求項１～４のいずれかに記載の砂型用模型を用いて形成された鋳造キャビティに金属溶湯を流し込むことにより製造されたものである。端正な文字および／または図形を有する砂型用模型を用いたので、彫りが深く美しい鋳物をスピーディに製造することができる。

請求項６記載の発明方法は、請求項４記載の砂型用模型を製造する方法であり、熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタを用いて所定の肉厚の文字および／または図形を反転状態で支持シートに出力し、前記文字および／または図形の反支持シート側に接着剤を塗布し、前記支持シートを基板に押し当てることにより、前記文字および／または図形を反転させるとともに前記各構成要素の相対位置を保持した状態で基板に固定させ、前記接着剤が硬化した後に、前記支持シートおよびサポート材を除去する方法である。支持シートは可撓性があり、湾曲させてサポート材から剥離させるものである。モデル材（フィラメント）にABSを用いるときはサポート材としてPVAを用いるのがよい。

図１は本発明の第１実施例を示したもので、犬の肉厚の図形（立体図形）が嵌合対により基板に接合される前の状態を示す斜視図である。犬の立体図形１は犬を撮影した写真からシルエットを取得し、描画用ソフトウエアを用いてアウトラインを抽出して２次元データ化したあと、３Ｄモデリングソフトウエアに取り込んで立体化し、３Ｄプリンタで出力したものである。犬の立体図形の寸法は縦横５０ｍｍで、肉厚は２ｍｍである。犬の立体図形の足部分には短冊状の嵌合片２、２が設けられている。一方、基板３は上辺が山形状の湾曲した厚さ４ｍｍの木製板材であり、上辺に嵌合片２、２に嵌合する嵌合孔４、４が設けられている。嵌合対を嵌合させることにより、犬の位牌を鋳造するための砂型用模型が完成する。

犬の立体図形１を出力する３Ｄプリンタは石膏積層法によるものであり、０．１ｍｍの石膏粉を順次積層し、バインダを吹き付けて固着して造形する。造形後はシアノアクリレートなどの補強材を含浸させて、取り扱い可能な強度に維持する。犬の立体図形１および基板３の側壁には、７度の抜き勾配が設けられている。なお、石膏製の砂型用模型は、積層間の凸凹が大きく、砂型崩れを防止するために５～８度の抜き勾配が必要である。

この砂型用模型を用いて犬の位牌（鋳物）を得る方法を説明する。前記模型１を図示しない作業台上に載置し、前記模型を囲むように第１の枠体を作業台上に配置したあと、第１の枠体内にフラン自硬性の鋳物砂を投入して第１の砂型を形成する（第１工程）。次に、第１の砂型を天地逆にして模型５の背面を露出させるとともに、第２の枠体（図示せず）を第１の砂型ないし第１の枠体の上に載置する。さらに湯口孔形成用棒材と排気孔形成用棒材の下端面を模型の背面に立設したあと、フラン自硬性の鋳物砂を投入して第２の砂型を形成する（第２工程）。

鋳物砂が固化したら湯口形成棒材と排気口形成棒材を抜去したあと、第１の砂型から第２の砂型を取り外し、第１の砂型から模型１を撤去する。第１の砂型に第２の砂型を載置して鋳造キャビティを形成し、形成された鋳造キャビティに湯口孔からアルミニウム溶湯金属を流し込む。アルミニウム溶湯が冷却したら、第１および第２の砂型を破壊して鋳物であるペット用位牌を取り出す（第３工程）。

以下、本発明の第２実施例を説明する。３Ｄモデリングソフトウエアのテキスト機能から２次元データの文字ａｂｃを作成画面上に呼び出し、グループ解除後に文字ａｂｃを押出し機能によりそれぞれ個別に高さ５ｍｍの３次元データの立体文字にする。このとき、抜き勾配を５度に設定した。次に、移動機能を使って文字ａｂｃを水平軸回りに１８０度回転して反転状態の立体文字の３Ｄデータを作る。この３Ｄデータを用いて熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタで出力する。砂型用模型の文字の上面となる部分が反転して造形ステージ側に位置した状態（反転状態）で出力すれば、造形ステージに載置された支持シートにサポート材を介して、反転状態の文字ａｂｃが支持されることになる。使用した３Ｄプリンタは、メーカー：ストラタシス、機種：FORTUS 360mc-Lであり、対応材種：ABS、ナイロン１２、ポリカーボネートの３種類に対応しているものである。造形方法は、造形ステージを同一平面上でｘｙ軸方向に移動させ、一層を形成したらｚ軸方向に一層分降下させて積層していく方式である。このメーカーの３Ｄプリンタは、造形ステージに透明で可撓性のある支持シートを載せ、透明シート上に樹脂を出力していくものである。

本実施例では、３Ｄプリンタの樹脂の積層ピッチが0.127ｍｍになるように設定している。直径０．３ｍｍのフィラメントを溶かしながら順次積層していくものであるから、積層速度により異なるが、本実施例では外郭線に沿うツールパス（コンター）が０．３ｍｍに設定されており、最小幅が０．６ｍｍの文字等を出力することができる。出力された文字の高さ方向（壁面）は凸凹がなく比較的滑らかであった。

図２の（ａ）に示す１１、１２および１３は、プラスチック製の透明な可撓性の支持シート１４の表面にPVA製のサポート材１５を介して反転状態で出力されたABS製の高さ５ｍｍの文字ａｂｃである。なお文字等の側面は逆テーパ（上方に開いた状態）になっている。図２に（ｂ）に示す砂型用模型１７は、反転状態の文字ａｂｃの頂面（反支持シート側）にシアノアクリレート接着剤を塗り、支持シート１４を基板１６に押し当てて反転状態の文字ａｂｃを反転させて基板１６の所定に位置に接着したものである。このとき、文字等の側面は抜き勾配が５度のテーパ（下方に開いた状態）になっている。接着剤が硬化したら支持シート１４を湾曲させながらサポータ材１５から外す。次に、サポート材１５を基板の文字ａｂｃから取り外す。支持シートを用いれば反転状態の文字を更に反転した状態（正常な形に戻った状態）の文字に戻した砂型用模型１７とすることができる。出力時の反転状態の文字ａｂｃの姿勢や相対位置は支持シート１４およびサポート材１５により保持され、正常な形に戻ったときにその姿勢や相対位置がそのままで基板１６に固定されるから、バランスの取れた、美しい状態の文字を維持することができる。

この砂型用模型を用いて鋳物を得る方法は前記の場合と同様であるが、砂型模型の文字に抜き勾配として５度が確保されているので、脱型時に砂型崩れが起きることがなく、高さ５ｍｍの文字を正確に転写した鋳造キャビティを形成することができ、彫りが深く、端正で高級感のある文字や図形を有する小型の鋳物を得ることができる。熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタで出力された文字や図形において、文字の高さにもよるが、抜き勾配を０度から５度に設定すれば、模型の脱型時に砂型崩れを防止するには十分である。

文字等の彫りが深く、端正で高級館感のある砂型用模型を提供することができる。したがって、この砂型用模型を元型として用いることにより、彫りが深く、端正で高級感のある表札、室名札、橋の銘板（橋札）、位牌その他の立体感のある小型の鋳物を得ることができる。

１ 犬の立体図形
２ 嵌合片
３ 基板
４ 嵌合孔
５ 砂型用模型
１１ 文字a
１２ 文字b
１３ 文字c
１４ 支持シート
１５ サポート材
１６ 基板
１７ 砂型用模型

Claims (6)

1. ３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、接合要素を介して基板に固定されていることを特徴とする、砂型用模型。
2. ３Ｄプリンタで出力された所定肉厚の文字および／または図形が、その各構成要素の相対位置を保持した状態で、接着剤を介して基板に固定されていることを特徴とする、請求項１記載の砂型用模型。
3. 支持シートに反転状態で出力された前記文字および／または図形がその反支持シート側に塗布された接着剤を介して、前記各構成要素の相対位置を保持した状態で、基板に固定されていることを特徴とする、請求項２記載の砂型用模型。
4. 前記３Ｄプリンタが熱溶解樹脂積層法により出力する装置であり、前記反転状態の文字および／または図形がサポート材を介して支持シートに出力されていることを特徴とする、請求項３記載の砂型用模型。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の砂型用模型を用いて形成された砂型鋳造キャビティに金属溶湯を流し込むことにより製造された鋳物。
6. 熱溶解樹脂積層法の３Ｄプリンタを用いて所定の肉厚の文字および／または図形を反転状態でサポート材を介して支持シートに出力し、前記文字および／または図形の反支持シート側に接着剤を塗布し、前記支持シートを基板に押し当てることにより、前記文字および／または図形を反転させるとともに前記各構成要素の相対位置を保持した状態で基板に固定させ、前記接着剤が硬化した後に、前記支持シートおよびサポート材を除去することを特徴とする、請求項４記載の砂型用模型の製造方法。

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