JP3463751B2 - マイクロ製品鋳造型の製作法およびマイクロ製品の鋳造法。 - Google Patents
マイクロ製品鋳造型の製作法およびマイクロ製品の鋳造法。Info
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- JP3463751B2 JP3463751B2 JP2001069222A JP2001069222A JP3463751B2 JP 3463751 B2 JP3463751 B2 JP 3463751B2 JP 2001069222 A JP2001069222 A JP 2001069222A JP 2001069222 A JP2001069222 A JP 2001069222A JP 3463751 B2 JP3463751 B2 JP 3463751B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ製品鋳造型
の製作法およびマイクロ製品の鋳造法に関する。
の製作法およびマイクロ製品の鋳造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ製品たとえば、マイクロマシン
と称される微細な機械やロボットなどが注目を集めてい
る。こうしたマイクロマシンは、マイクロセンサカテー
テルで代表される医療機械、発電機で代表される家電・
情報機器、配管検査マシンで代表されるプラント関係機
器、マイクロファクトリーで代表される加工機械類、そ
の他環境機械、自動車、航空・宇宙機器、計測機器、ホ
ビー機器などへの利用が見込まれている。
と称される微細な機械やロボットなどが注目を集めてい
る。こうしたマイクロマシンは、マイクロセンサカテー
テルで代表される医療機械、発電機で代表される家電・
情報機器、配管検査マシンで代表されるプラント関係機
器、マイクロファクトリーで代表される加工機械類、そ
の他環境機械、自動車、航空・宇宙機器、計測機器、ホ
ビー機器などへの利用が見込まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】マイクロマシンの全体
または部品は微細な３次元造形物から構成されており、
かかる微細な３次元造形物は、コストや生産性の面か
ら、鋳造によって作られることが都合がよい。しかし、
鋳造方法においては、原料として微細粉末を用いてモデ
ルの形状に倣った鋳型を作ることが必須であるが、微細
粉末はその取り扱いが極めて困難であるため、粉末を圧
縮する方法で固めて鋳型を得る場合は高い圧力を必要と
し，この高い圧力の付加によりモデルが変形してしま
い、形状および寸法の精度のよい微細な３次元造形物の
ための鋳型やこれを用いた精密鋳造が困難となってい
た。
または部品は微細な３次元造形物から構成されており、
かかる微細な３次元造形物は、コストや生産性の面か
ら、鋳造によって作られることが都合がよい。しかし、
鋳造方法においては、原料として微細粉末を用いてモデ
ルの形状に倣った鋳型を作ることが必須であるが、微細
粉末はその取り扱いが極めて困難であるため、粉末を圧
縮する方法で固めて鋳型を得る場合は高い圧力を必要と
し，この高い圧力の付加によりモデルが変形してしま
い、形状および寸法の精度のよい微細な３次元造形物の
ための鋳型やこれを用いた精密鋳造が困難となってい
た。
【０００４】本発明は前記のような問題点を解消するた
めになされたもので、その目的とするところは、微細で
精度の高いマイクロ製品鋳造型を簡単な工程で安価に製
造することができるマイクロ製品鋳造型の製作法を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、ハンドリ
ングが困難な微少サイズのマイクロ鋳造製品を簡単かつ
安価に製造できる方法を提供することにある。
めになされたもので、その目的とするところは、微細で
精度の高いマイクロ製品鋳造型を簡単な工程で安価に製
造することができるマイクロ製品鋳造型の製作法を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、ハンドリ
ングが困難な微少サイズのマイクロ鋳造製品を簡単かつ
安価に製造できる方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のマイクロ製品鋳造型の製作法は、加熱により気
化される物質からなる微細で導電性を有するモデルを使
用し、該導電性を有するモデルの表面に電気泳動法によ
りセラミック粉末を泳着させ、乾燥後加熱して前記モデ
ルを気化消失させることによりモデルと同じ形状のキャ
ビティを有する鋳型を得ることを基本的特徴としてい
る。
本発明のマイクロ製品鋳造型の製作法は、加熱により気
化される物質からなる微細で導電性を有するモデルを使
用し、該導電性を有するモデルの表面に電気泳動法によ
りセラミック粉末を泳着させ、乾燥後加熱して前記モデ
ルを気化消失させることによりモデルと同じ形状のキャ
ビティを有する鋳型を得ることを基本的特徴としてい
る。
【０００６】また、本発明のマイクロ製品の鋳造法は、
加熱により気化される物質からなる導電性を有するモデ
ルを使用し、該導電性を有するモデルの表面に電気泳動
法によりセラミック粉末を泳着させ、乾燥後加熱して前
記モデルを気化させることによりモデルと同じ形状のキ
ャビティを有する鋳型を作り、この鋳型で金属を鋳造
し、鋳造後、前記鋳型を用液に浸漬して自己崩壊させる
ことにより鋳造品を取り出すことを特徴としている。
加熱により気化される物質からなる導電性を有するモデ
ルを使用し、該導電性を有するモデルの表面に電気泳動
法によりセラミック粉末を泳着させ、乾燥後加熱して前
記モデルを気化させることによりモデルと同じ形状のキ
ャビティを有する鋳型を作り、この鋳型で金属を鋳造
し、鋳造後、前記鋳型を用液に浸漬して自己崩壊させる
ことにより鋳造品を取り出すことを特徴としている。
【０００７】前記鋳型は、粒径の異なるセラミック粒子
を用いて順次電気泳動法により電着を行った傾斜組成を
有している場合を含んでいる。また、前記鋳造法は、電
気泳動用の電極として鋳造対象金属からなるものを使用
し，この電極とモデルに電気泳動法によりセラミック粉
末を泳着させて鋳型を作製し、加熱することで電極を溶
融させキャビティ内で鋳造させることを含んでいる。さ
らに、前記モデルとしては、シングルモードのコアを有
する光ファイバーを加熱し，引き延ばすことにより出力
端面のコア径が細径化された光ファイバーを光源とする
光造形装置を使用して作られた光造形モデルである場合
を含んでいる。
を用いて順次電気泳動法により電着を行った傾斜組成を
有している場合を含んでいる。また、前記鋳造法は、電
気泳動用の電極として鋳造対象金属からなるものを使用
し，この電極とモデルに電気泳動法によりセラミック粉
末を泳着させて鋳型を作製し、加熱することで電極を溶
融させキャビティ内で鋳造させることを含んでいる。さ
らに、前記モデルとしては、シングルモードのコアを有
する光ファイバーを加熱し，引き延ばすことにより出力
端面のコア径が細径化された光ファイバーを光源とする
光造形装置を使用して作られた光造形モデルである場合
を含んでいる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を添付図面を
参照して説明する。図１ないし図７は本発明によるマイ
クロ製品鋳造型の製作法およびこれを利用したマイクロ
製品の鋳造法の第１実施例を示している。図１は出発材
料としてのモデルを示しており、１は所望の形状、構
造、寸法のモデルであり、加熱により気化（消失）され
る物質で作られている。その例としては、たとえば合成
樹脂で代表される高分子化合物、ろう、有機物などが挙
げられる。しかも、モデル１は少なくとも表面が導電性
を有している。この例では、モデル本体表面に導電性薄
膜１０が層着されている。この導電性薄膜１０はスパッ
タリングや導電性塗料の塗布などで得ればよい。しかし
これに限らず、モデル自体がポリアセチレンなどで代表
される導電性高分子で作られていてもよい。
参照して説明する。図１ないし図７は本発明によるマイ
クロ製品鋳造型の製作法およびこれを利用したマイクロ
製品の鋳造法の第１実施例を示している。図１は出発材
料としてのモデルを示しており、１は所望の形状、構
造、寸法のモデルであり、加熱により気化（消失）され
る物質で作られている。その例としては、たとえば合成
樹脂で代表される高分子化合物、ろう、有機物などが挙
げられる。しかも、モデル１は少なくとも表面が導電性
を有している。この例では、モデル本体表面に導電性薄
膜１０が層着されている。この導電性薄膜１０はスパッ
タリングや導電性塗料の塗布などで得ればよい。しかし
これに限らず、モデル自体がポリアセチレンなどで代表
される導電性高分子で作られていてもよい。
【０００９】ついで、本発明は、図２のように前記導電
性を有するモデル１に電極２を接続してアッセンブリＡ
を得る。この場合、電極２は導電性金属であるが、この
実施例では、鋳造すべき対象金属で電極２を構成してい
る。この場合には、導電性薄膜１０は電極２と同じ材質
であってもよい。電極２は中実である場合のほか、中空
である場合を含んでいる。
性を有するモデル１に電極２を接続してアッセンブリＡ
を得る。この場合、電極２は導電性金属であるが、この
実施例では、鋳造すべき対象金属で電極２を構成してい
る。この場合には、導電性薄膜１０は電極２と同じ材質
であってもよい。電極２は中実である場合のほか、中空
である場合を含んでいる。
【００１０】本発明は、次にこのアッセンブリＡを使用
して電気泳動法によりセラミック微粉末をモデル１の周
りに所要厚さ層着させる。図３はこの工程を示してお
り、３は容器ないし槽であり、内部にセラミック微粉末
４を分散した溶媒が収容されている。前記モデル１と電
極２を接続したアッセンブリＡを溶媒中に浸漬させ、こ
の電極２を正極とし、対をなす電極５を負極として電源
に接続して電圧を印加する。これにより、セラミック微
粉末４は帯電され、正極側の電極２と導電性を帯びたモ
デル１の表面に泳着し、電圧印加時間の経過とともに厚
く層着される。
して電気泳動法によりセラミック微粉末をモデル１の周
りに所要厚さ層着させる。図３はこの工程を示してお
り、３は容器ないし槽であり、内部にセラミック微粉末
４を分散した溶媒が収容されている。前記モデル１と電
極２を接続したアッセンブリＡを溶媒中に浸漬させ、こ
の電極２を正極とし、対をなす電極５を負極として電源
に接続して電圧を印加する。これにより、セラミック微
粉末４は帯電され、正極側の電極２と導電性を帯びたモ
デル１の表面に泳着し、電圧印加時間の経過とともに厚
く層着される。
【００１１】前記セラミック微粉末４はシリカ、アルミ
ナなど任意であり、粒径は鋳型の表面精度を高くするこ
とと粒子間吸引力により高密度化させて強度を高めるた
めに、出来るだけ細かいもの、たとえば平均粒径が０．
７μm以下、より好適には０．２μm以下のものが用いら
れる。溶媒には限定がなく、水でもよい。電気泳動法に
よる層着であるため、バインダや硬化剤は加えなくても
よい。これは鋳造中にガスの発生するのを回避する点か
ら有利である。
ナなど任意であり、粒径は鋳型の表面精度を高くするこ
とと粒子間吸引力により高密度化させて強度を高めるた
めに、出来るだけ細かいもの、たとえば平均粒径が０．
７μm以下、より好適には０．２μm以下のものが用いら
れる。溶媒には限定がなく、水でもよい。電気泳動法に
よる層着であるため、バインダや硬化剤は加えなくても
よい。これは鋳造中にガスの発生するのを回避する点か
ら有利である。
【００１２】本発明は電気泳動法によりモデル１の周囲
にセラミック微粉末４を電着させるので、セラミック微
粉末の粒径と印加電圧の制御により、モデル１が凹凸が
あったり複雑な形状のものであっても、これに即応した
精度の高いキャビティを、しかも簡単に形成することが
出来る。図４は電気泳動法により作られたグリーン鋳型
Ｂを示しており、モデル１がセラミック微粉末層中に埋
め込まれ、電極２も途中までセラミック微粉末層中に埋
め込まれている。
にセラミック微粉末４を電着させるので、セラミック微
粉末の粒径と印加電圧の制御により、モデル１が凹凸が
あったり複雑な形状のものであっても、これに即応した
精度の高いキャビティを、しかも簡単に形成することが
出来る。図４は電気泳動法により作られたグリーン鋳型
Ｂを示しており、モデル１がセラミック微粉末層中に埋
め込まれ、電極２も途中までセラミック微粉末層中に埋
め込まれている。
【００１３】ついで、グリーン鋳型Ｂを乾燥する。この
乾燥は自然乾燥、真空乾燥など任意である。乾燥された
グリーン鋳型Ｂは次に加熱する。加熱は乾燥と同時工程
であってもよい。図５はこの加熱工程を示しており、こ
の加熱によりモデル１は気化されグリーン鋳型Ｂのポア
を通じて排出される。加熱温度は、電極２の溶融温度以
下であることはもちろん、好ましくはセラミック微粉末
が焼結を起こさない温度を選択する。この工程により、
図５のように、モデル１の消失にともない、内部にモデ
ル１を精密に転写して同じ形状のキャビテイ６が形成さ
れる。以上の工程によりマイクロ製品鋳造型Ｃが完成す
る。
乾燥は自然乾燥、真空乾燥など任意である。乾燥された
グリーン鋳型Ｂは次に加熱する。加熱は乾燥と同時工程
であってもよい。図５はこの加熱工程を示しており、こ
の加熱によりモデル１は気化されグリーン鋳型Ｂのポア
を通じて排出される。加熱温度は、電極２の溶融温度以
下であることはもちろん、好ましくはセラミック微粉末
が焼結を起こさない温度を選択する。この工程により、
図５のように、モデル１の消失にともない、内部にモデ
ル１を精密に転写して同じ形状のキャビテイ６が形成さ
れる。以上の工程によりマイクロ製品鋳造型Ｃが完成す
る。
【００１４】次に、前記マイクロ製品鋳造型Ｃを用いて
鋳造する。この工程は電極２を加熱するかあるいはマイ
クロ製品鋳造型Ｃの全体を加熱して行なえばよく、これ
により、図６のように電極２が溶融してキャビテイ６に
流入し、これを満たすため、キャビテイ６に則した形状
のマイクロ鋳造品Ｄが鋳造される。
鋳造する。この工程は電極２を加熱するかあるいはマイ
クロ製品鋳造型Ｃの全体を加熱して行なえばよく、これ
により、図６のように電極２が溶融してキャビテイ６に
流入し、これを満たすため、キャビテイ６に則した形状
のマイクロ鋳造品Ｄが鋳造される。
【００１５】次いで、マイクロ鋳造品Ｄを取り出す。こ
の工程はマイクロ製品鋳造型Ｃを機械的に破壊すること
でも行える。しかし、前記のように加熱工程をセラミッ
ク微粉末が焼結を起こさない温度で実施した場合には、
非接触式でマイクロ鋳造品Ｄを取り出すことができる。
すなわち、図７（ａ）のように、マイクロ鋳造品Ｄを内
蔵したマイクロ製品鋳造型Ｃを水等の用液７中に没入さ
せ、この状態で超音波振動器８により用液７に振動を付
与する。こうすれば、図７（ｂ）のように、マイクロ製
品鋳造型Ｃは自己崩壊して分散され、マイクロ鋳造品Ｄ
が露出される。したがってハンドリングが困難な微小サ
イズのマイクロ鋳造品Ｄを、鋳型に手を触れることなく
簡単かつ安全に取り出すことができる。
の工程はマイクロ製品鋳造型Ｃを機械的に破壊すること
でも行える。しかし、前記のように加熱工程をセラミッ
ク微粉末が焼結を起こさない温度で実施した場合には、
非接触式でマイクロ鋳造品Ｄを取り出すことができる。
すなわち、図７（ａ）のように、マイクロ鋳造品Ｄを内
蔵したマイクロ製品鋳造型Ｃを水等の用液７中に没入さ
せ、この状態で超音波振動器８により用液７に振動を付
与する。こうすれば、図７（ｂ）のように、マイクロ製
品鋳造型Ｃは自己崩壊して分散され、マイクロ鋳造品Ｄ
が露出される。したがってハンドリングが困難な微小サ
イズのマイクロ鋳造品Ｄを、鋳型に手を触れることなく
簡単かつ安全に取り出すことができる。
【００１６】図８は本発明の第２実施例すなわち、電極
２が鋳造すべき対象金属でない場合を示している。この
場合には、（ａ）のように電極２をグリーン鋳型Ｂから
除去し、（ｂ）のようにグリーン鋳型Ｂを加熱（乾燥工
程の一部であってもよい）してモデル１をガス化し消失
させる。そして鋳造を行なう。この方法は重力鋳造、加
圧鋳造、減圧鋳造など任意であるが、たとえば、図８
（ｃ）のように、マイクロ製品鋳造型Ｃを溶融鋳造金属
１１内に埋没させ、真空装置９に装填して負圧を掛け、
キャビティ６から電極２を抜いた孔を通して空気を排出
し、次いで大気に開放して大気圧にて溶融鋳造金属１１
をキャビティ６に流入させる。マイクロ鋳造品Ｄの取り
出し工程は前記第１実施例と同様である。
２が鋳造すべき対象金属でない場合を示している。この
場合には、（ａ）のように電極２をグリーン鋳型Ｂから
除去し、（ｂ）のようにグリーン鋳型Ｂを加熱（乾燥工
程の一部であってもよい）してモデル１をガス化し消失
させる。そして鋳造を行なう。この方法は重力鋳造、加
圧鋳造、減圧鋳造など任意であるが、たとえば、図８
（ｃ）のように、マイクロ製品鋳造型Ｃを溶融鋳造金属
１１内に埋没させ、真空装置９に装填して負圧を掛け、
キャビティ６から電極２を抜いた孔を通して空気を排出
し、次いで大気に開放して大気圧にて溶融鋳造金属１１
をキャビティ６に流入させる。マイクロ鋳造品Ｄの取り
出し工程は前記第１実施例と同様である。
【００１７】図９は本発明におけるグリーン鋳型Ｂの製
作法の他の例を示している。この例においては、グリー
ン鋳型Ｂが、キャビティ６を画成する微細粒層ｂ１と、
これの外周を囲む中粒層ｂ２と、さらにこれを囲む粗粒
層ｂ３からなる傾斜組成を有している。傾斜組成とした
場合には、鋳型キュビテイの表面精度が高い割に鋳造時
のガスが抜けやすいため、鋳造欠陥の発生を防止するこ
とができる利点が得られる。この例では３層であるが、
２層でもよいし４層以上であってもよい。
作法の他の例を示している。この例においては、グリー
ン鋳型Ｂが、キャビティ６を画成する微細粒層ｂ１と、
これの外周を囲む中粒層ｂ２と、さらにこれを囲む粗粒
層ｂ３からなる傾斜組成を有している。傾斜組成とした
場合には、鋳型キュビテイの表面精度が高い割に鋳造時
のガスが抜けやすいため、鋳造欠陥の発生を防止するこ
とができる利点が得られる。この例では３層であるが、
２層でもよいし４層以上であってもよい。
【００１８】前記傾斜組成を得るには、セラミック微粉
末４を分散した溶媒として粒径の異なる数種のもの、た
とえば、微細粒を使用したもの、中粒を使用したものお
よび粗粒を使用したものを準備し、第１段階として微細
粒を溶媒に分散した容器ないし槽でアッセンブリＡによ
り前記電気泳動を行い、次いで第２段階として中粒を溶
媒に分散した容器ないし槽で電気泳動を行い、第３段階
として粗粒を溶媒に分散した容器ないし槽で電気泳動を
行えばよい。
末４を分散した溶媒として粒径の異なる数種のもの、た
とえば、微細粒を使用したもの、中粒を使用したものお
よび粗粒を使用したものを準備し、第１段階として微細
粒を溶媒に分散した容器ないし槽でアッセンブリＡによ
り前記電気泳動を行い、次いで第２段階として中粒を溶
媒に分散した容器ないし槽で電気泳動を行い、第３段階
として粗粒を溶媒に分散した容器ないし槽で電気泳動を
行えばよい。
【００１９】なお、前記モデル１としては、光硬化性樹
脂に光を照射しする光造形法により製作したものが挙げ
られる。この製作法としては、紫外線レーザを出力する
ガスレーザ発振器，または、可視光領域の光エネルギー
を照射する半導体レーザーを用いる方法があるが、使用
機器が高価であるうえにレンズ等の光学系機器を使用し
ているため装置が複雑で、光学系機器の調整にも時間を
要する欠点がある。また、レーザー光を光学レンズによ
り絞ることにより光のスポットサイズを得るため、スポ
ット径は通常１００ミクロン程度、最も小さくても５０
ミクロン程度のものとなる。このため、微細で高精度な
光造形品が得られにくい。
脂に光を照射しする光造形法により製作したものが挙げ
られる。この製作法としては、紫外線レーザを出力する
ガスレーザ発振器，または、可視光領域の光エネルギー
を照射する半導体レーザーを用いる方法があるが、使用
機器が高価であるうえにレンズ等の光学系機器を使用し
ているため装置が複雑で、光学系機器の調整にも時間を
要する欠点がある。また、レーザー光を光学レンズによ
り絞ることにより光のスポットサイズを得るため、スポ
ット径は通常１００ミクロン程度、最も小さくても５０
ミクロン程度のものとなる。このため、微細で高精度な
光造形品が得られにくい。
【００２０】これを解決するには、図１０と図１１のよ
うな装置と方法すなわち、光源本体１２の前方に光ファ
イバー１３を配し、光ファイバー１３から光硬化性樹脂
１４に光を照射する方法が好適である。１’は光照射に
よって硬化されたモデルを指している。前記光ファイバ
ー１３としては、出力端面のコア径が細径化されたシン
グルモードのコアを有する光ファイバーを使用すること
が好適である。詳述すると、光ファイバーはペンシル状
に漸進的に細径となった先端部１３ａを有しており、該
先端部１３ａは、図１１（ｂ）のように、コア１３０’
およびクラッド層１３１’の両方が、図１１（ａ）に示
す後方の領域のそれらよりも相対的に細径となってい
る。ｄ１は先端部１３ａのコア直径、ｄ２は後方領域の
コア直径である。
うな装置と方法すなわち、光源本体１２の前方に光ファ
イバー１３を配し、光ファイバー１３から光硬化性樹脂
１４に光を照射する方法が好適である。１’は光照射に
よって硬化されたモデルを指している。前記光ファイバ
ー１３としては、出力端面のコア径が細径化されたシン
グルモードのコアを有する光ファイバーを使用すること
が好適である。詳述すると、光ファイバーはペンシル状
に漸進的に細径となった先端部１３ａを有しており、該
先端部１３ａは、図１１（ｂ）のように、コア１３０’
およびクラッド層１３１’の両方が、図１１（ａ）に示
す後方の領域のそれらよりも相対的に細径となってい
る。ｄ１は先端部１３ａのコア直径、ｄ２は後方領域の
コア直径である。
【００２１】前記細径先端部１３ａを得るには、先端部
１３ａとすべき領域の被覆層１３２を除去してクラッド
層１３１を露出させる。被覆層１３２の除去方法は任意
であるが、たとえばジクロロメタンで膨潤させてから剥
ぎ取ったり、塩化メチレン溶媒で溶解させたりすればよ
い。
１３ａとすべき領域の被覆層１３２を除去してクラッド
層１３１を露出させる。被覆層１３２の除去方法は任意
であるが、たとえばジクロロメタンで膨潤させてから剥
ぎ取ったり、塩化メチレン溶媒で溶解させたりすればよ
い。
【００２２】ついで、前記被覆層１３２を除去した領域
を加熱手段たとえばバーナー、抵抗加熱ヒータなどによ
り加熱して軟化ないしは半溶融状態にする。そしてこの
加熱と併行しあるいは加熱直後に、光ファイバー１３を
長手方向に牽引する。これによりコア１３０およびクラ
ッド１３１は相似的に引き延ばされて細径化される。牽
引引き延ばしによって光ファイバー１３は左右に分断さ
れ、細径先端部１３ａ，１３ａが形成されるので、あと
は、細径先端部１３ａ，１３ａの所望のファイバ径の部
分を切断し，端面を研磨することにより光造形装置用微
細光源が完成する。切断する位置によって出力端面のコ
ア１３０’の直径ｄ１を任意に設定することができる。
を加熱手段たとえばバーナー、抵抗加熱ヒータなどによ
り加熱して軟化ないしは半溶融状態にする。そしてこの
加熱と併行しあるいは加熱直後に、光ファイバー１３を
長手方向に牽引する。これによりコア１３０およびクラ
ッド１３１は相似的に引き延ばされて細径化される。牽
引引き延ばしによって光ファイバー１３は左右に分断さ
れ、細径先端部１３ａ，１３ａが形成されるので、あと
は、細径先端部１３ａ，１３ａの所望のファイバ径の部
分を切断し，端面を研磨することにより光造形装置用微
細光源が完成する。切断する位置によって出力端面のコ
ア１３０’の直径ｄ１を任意に設定することができる。
【００２３】このような微細光源を光造形時に利用すれ
ば、非常に細い光ビームを出力することができ、微小光
源が得られることにより，照射される光が小さくなるた
めに光造型物の精度が向上し、あるいは微細な光造形品
の作製が可能となる。しかも、しかも、光ファイバー自
体で細い光ビームに出力できるので、光源本体として安
価な青色発光ダイオードを始めとする安価なものの適用
が可能となる。また、光ファイバーを加熱して引き延ば
すことにより細径化してコア径と同径の光線を得るよう
にしているので、安価に製作することができ、これによ
り高精度で微細な光造形を低コストで作ることができ
る。
ば、非常に細い光ビームを出力することができ、微小光
源が得られることにより，照射される光が小さくなるた
めに光造型物の精度が向上し、あるいは微細な光造形品
の作製が可能となる。しかも、しかも、光ファイバー自
体で細い光ビームに出力できるので、光源本体として安
価な青色発光ダイオードを始めとする安価なものの適用
が可能となる。また、光ファイバーを加熱して引き延ば
すことにより細径化してコア径と同径の光線を得るよう
にしているので、安価に製作することができ、これによ
り高精度で微細な光造形を低コストで作ることができ
る。
【００２４】
【実施例】次に本発明の実施例を示す。
実施例１
モデルとして、エポキシ系の光硬化性樹脂を図１０と図
１１に示す光造形法により作成した歯車を使用した。該
歯車は、直径１００μm、端数２０、歯高さ１５μmの平
歯車である。該モデルの表面に金をスパッタリングで
０．０３μm厚で被覆して導電性処理した。このモデル
にプラス極として鉄の針を接続してアッセンブリとし
た。
１１に示す光造形法により作成した歯車を使用した。該
歯車は、直径１００μm、端数２０、歯高さ１５μmの平
歯車である。該モデルの表面に金をスパッタリングで
０．０３μm厚で被覆して導電性処理した。このモデル
にプラス極として鉄の針を接続してアッセンブリとし
た。
【００２５】水１００グラムに平均粒径０．３μmのシ
リカ微粉を１０グラム添加して撹拌混合し、この容器に
前記アッセンブリを挿入し、一方、マイナス極としてア
ルミニウム電極を配し、直流電圧１２Ｖを１０分間印加
した。その結果、モデルと電極にシリカ微粉末の電着層
が形成されており、その厚さは２．５ｍｍであった。自
然乾燥を行なったが、電着層はクラックが発生しておら
ず、鋳型として良好な形状を保っていた。ついで、プラ
ス極を引抜き、炉中で６００℃で加熱した。その結果モ
デルは完全に消失されており、鋳型を割ってキャビティ
の表面粗さを測定したところ、１μm以下であった。
リカ微粉を１０グラム添加して撹拌混合し、この容器に
前記アッセンブリを挿入し、一方、マイナス極としてア
ルミニウム電極を配し、直流電圧１２Ｖを１０分間印加
した。その結果、モデルと電極にシリカ微粉末の電着層
が形成されており、その厚さは２．５ｍｍであった。自
然乾燥を行なったが、電着層はクラックが発生しておら
ず、鋳型として良好な形状を保っていた。ついで、プラ
ス極を引抜き、炉中で６００℃で加熱した。その結果モ
デルは完全に消失されており、鋳型を割ってキャビティ
の表面粗さを測定したところ、１μm以下であった。
【００２６】前記鋳型を３００℃の溶融錫に埋没させ、
その容器を２００℃に保った真空装置に装填して８００
Ｐａの真空度で１分間減圧し、次いで大気に１分間開放
して鋳造を行なった。鋳型を水を張った容器に装入し、
４２ＫＨｚの超音波を付与した。その結果、１分で鋳型
は崩壊し、モデル形状と同一の鋳造品が非接触で取り出
された。鋳造品の表面粗さは１μm以下と良好であっ
た。
その容器を２００℃に保った真空装置に装填して８００
Ｐａの真空度で１分間減圧し、次いで大気に１分間開放
して鋳造を行なった。鋳型を水を張った容器に装入し、
４２ＫＨｚの超音波を付与した。その結果、１分で鋳型
は崩壊し、モデル形状と同一の鋳造品が非接触で取り出
された。鋳造品の表面粗さは１μm以下と良好であっ
た。
【００２７】実施例２
モデルとして実施例と同じ形状寸法の歯車形状をロスト
ワックス製法で作成したものを使用し、表面に０．０３
μm厚のカーボンをスパッタリングした。この導電処理
モデルにプラス極として直径１ｍｍの針状のアルミニウ
合金線を接続し、アッセンブリとした。このアッセンブ
リを実施例１と同じ条件で電気泳動法によりシリカを電
着した。ついで、自然乾燥し、４００℃で加熱したとこ
ろモデルのろうは気化により消失していた。鋳型を割っ
てキャビティの表面粗さを測定したところ、１μm以下
であった。
ワックス製法で作成したものを使用し、表面に０．０３
μm厚のカーボンをスパッタリングした。この導電処理
モデルにプラス極として直径１ｍｍの針状のアルミニウ
合金線を接続し、アッセンブリとした。このアッセンブ
リを実施例１と同じ条件で電気泳動法によりシリカを電
着した。ついで、自然乾燥し、４００℃で加熱したとこ
ろモデルのろうは気化により消失していた。鋳型を割っ
てキャビティの表面粗さを測定したところ、１μm以下
であった。
【００２８】前記プラス電極付きの鋳型を真空加熱装置
に装填し、６５０℃に加熱した。その結果、電極は溶融
してキャビティに満たされ、モデルと同形状の微細な鋳
造品を包含する鋳型となった。この鋳型を実施例１と同
じ方法で自己崩壊させ、微細鋳造品を無接触で取り出し
た。この微細鋳造品は精密に歯車が転写されており、表
面粗さは１μm以下と良好であった。
に装填し、６５０℃に加熱した。その結果、電極は溶融
してキャビティに満たされ、モデルと同形状の微細な鋳
造品を包含する鋳型となった。この鋳型を実施例１と同
じ方法で自己崩壊させ、微細鋳造品を無接触で取り出し
た。この微細鋳造品は精密に歯車が転写されており、表
面粗さは１μm以下と良好であった。
【００２９】
【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によると
きには、加熱により気化される物質からなる微細で導電
性を有するモデルを使用し、該導電性を有するモデルの
表面に電気泳動法によりセラミック粉末を泳着させ、乾
燥後加熱して前記モデルを気化消失させることによりモ
デルと同じ形状のキャビティを有する鋳型を得るので、
セラミック粉末の粒径の選択と電気泳動法のための印加
電圧・時間の設定により、凹凸があったり形状が複雑な
モデルであっても、これに対応する転写性のよい高精度
な３次元キャビテイを備えた鋳型を簡単、安価に得るこ
とができるというすぐれた効果が得られる。
きには、加熱により気化される物質からなる微細で導電
性を有するモデルを使用し、該導電性を有するモデルの
表面に電気泳動法によりセラミック粉末を泳着させ、乾
燥後加熱して前記モデルを気化消失させることによりモ
デルと同じ形状のキャビティを有する鋳型を得るので、
セラミック粉末の粒径の選択と電気泳動法のための印加
電圧・時間の設定により、凹凸があったり形状が複雑な
モデルであっても、これに対応する転写性のよい高精度
な３次元キャビテイを備えた鋳型を簡単、安価に得るこ
とができるというすぐれた効果が得られる。
【００３０】請求項２によれば、粒径の異なるセラミッ
ク粒子を用いて順次粒径の異なる電着を行い，傾斜組成
を有する鋳型とするので、キャビテイ表面精度が高くし
かも鋳造時のガス抜けが良好となるというすぐれた効果
が得られる。請求項３によれば、請求項１に記載の鋳型
で金属を鋳造し、鋳造後、前記鋳型を用液に浸漬して自
己崩壊させることにより非接触式に製品を取り出すの
で、ハンドリングが困難な微少サイズの鋳造品を損傷し
たりすることなく簡単かつ安全に取り出すことができる
というすぐれた効果が得られる。
ク粒子を用いて順次粒径の異なる電着を行い，傾斜組成
を有する鋳型とするので、キャビテイ表面精度が高くし
かも鋳造時のガス抜けが良好となるというすぐれた効果
が得られる。請求項３によれば、請求項１に記載の鋳型
で金属を鋳造し、鋳造後、前記鋳型を用液に浸漬して自
己崩壊させることにより非接触式に製品を取り出すの
で、ハンドリングが困難な微少サイズの鋳造品を損傷し
たりすることなく簡単かつ安全に取り出すことができる
というすぐれた効果が得られる。
【００３１】請求項４によれば、電気泳動用の電極とし
て鋳造対象金属からなるものを使用し，この電極とモデ
ルに電気泳動法によりセラミック粉末を泳着させて鋳型
を作製し、加熱により電極を溶融させキャビティ内で鋳
造させるので、鋳型の製作と鋳造を簡単に、良好なハン
ドリングで行なうことができるというすぐれた効果が得
られる。
て鋳造対象金属からなるものを使用し，この電極とモデ
ルに電気泳動法によりセラミック粉末を泳着させて鋳型
を作製し、加熱により電極を溶融させキャビティ内で鋳
造させるので、鋳型の製作と鋳造を簡単に、良好なハン
ドリングで行なうことができるというすぐれた効果が得
られる。
【００３２】請求項５によれば、モデルが、シングルモ
ードのコアを有する光ファイバーを加熱し，引き延ばす
ことにより出力端面のコア径が細径化された光ファイバ
ーを光源とする光造形装置を使用して作られた光造形モ
デルであるため、高精度で微細なモデルとなり、請求項
１や３とあいまって、高精度な３次元微細マイクロ鋳造
製品を簡単かつ安価に作ることができるというすぐれた
効果が得られる。
ードのコアを有する光ファイバーを加熱し，引き延ばす
ことにより出力端面のコア径が細径化された光ファイバ
ーを光源とする光造形装置を使用して作られた光造形モ
デルであるため、高精度で微細なモデルとなり、請求項
１や３とあいまって、高精度な３次元微細マイクロ鋳造
製品を簡単かつ安価に作ることができるというすぐれた
効果が得られる。
【図１】（ａ）は本発明におけるモデルの一例を示す部
分切欠正面図、（ｂ）は同じくその部分拡大図である。
分切欠正面図、（ｂ）は同じくその部分拡大図である。
【図２】モデルと電極のアッセンブリ状態を示す正面図
である。
である。
【図３】電気泳動法による鋳型作成状態を模式的に示す
説明図である。
説明図である。
【図４】図３の方法により得られたグリーン体の断面図
である。
である。
【図５】モデル消失工程を示す断面図である。
【図６】図５のマイクロ製品鋳造型により鋳造された状
態を示す断面図である。
態を示す断面図である。
【図７】（ａ）マイクロ製品鋳造型から製品を取り出す
工程を示す説明図、（ｂ）はマイクロ鋳造品を取出した
状態の説明図である。
工程を示す説明図、（ｂ）はマイクロ鋳造品を取出した
状態の説明図である。
【図８】本発発明による鋳造法の別の実施例を示してお
り、（ａ）は電気泳動法により得られたグリーン体の断
面図、（ｂ）はモデルの消失工程を示す断面図、（ｃ）
は鋳造工程の例を示す説明図である。
り、（ａ）は電気泳動法により得られたグリーン体の断
面図、（ｂ）はモデルの消失工程を示す断面図、（ｃ）
は鋳造工程の例を示す説明図である。
【図９】電気泳動による鋳型の別の例を示す断面図であ
る。
る。
【図１０】モデルの製作法の例を示す説明図である。
【図１１】（ａ）は図１０のＸ−Ｘ線に沿う断面図、
（ｂ）は図１０のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
（ｂ）は図１０のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
１ モデル
２ 電極
４ セラミック微粉末
６ キャビテイ
１０ 導電性薄膜
１３ 光ファイバー
１３ａ 細径先端部
１３０’ 出力端面のコア
Ｂ グリーン鋳型
Ｃ マイクロ製品鋳造型
Ｄ マイクロ鋳造品
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ２２Ｃ 9/22 Ｂ２２Ｃ 9/22 Ｚ
Ｂ２２Ｄ 23/06 Ｂ２２Ｄ 23/06
29/04 29/04 Ａ
Ｃ２５Ｄ 13/02 Ｃ２５Ｄ 13/02 Ｚ
13/12 13/12 Ａ
(56)参考文献 特開 平８−78275（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22C 9/04
B22C 7/02
B22C 9/22
B22D 23/06
B22D 29/04
C25D 13/02
C25D 13/12
Claims (5)
- 【請求項１】加熱により気化される物質からなる微細で
導電性を有するモデルを使用し、該導電性を有するモデ
ルの表面に電気泳動法によりセラミック粉末を泳着さ
せ、乾燥後加熱して前記モデルを気化消失させることに
よりモデルと同じ形状のキャビティを有する鋳型を得る
ことを特徴とするマイクロ製品鋳造型の製作法。 - 【請求項２】粒径の異なるセラミック粒子を用いて順次
電気泳動法により電着を行って傾斜組成を有する鋳型を
作製することを含む請求項１に記載のマイクロ製品鋳造
型の製作法。 - 【請求項３】加熱により気化される物質からなる導電性
を有するモデルを使用し、該導電性を有するモデルの表
面に電気泳動法によりセラミック粉末を泳着させ、乾燥
後加熱して前記モデルを気化させることによりモデルと
同じ形状のキャビティを有する鋳型を作り、この鋳型で
金属を鋳造し、鋳造後、前記鋳型を用液に浸漬して自己
崩壊させることにより鋳造品を取り出すことを特徴とす
るマイクロ製品鋳造型を利用したマイクロ製品の鋳造
法。 - 【請求項４】電気泳動用の電極として鋳造対象金属から
なるものを使用し，この電極とモデルに電気泳動法によ
りセラミック粉末を泳着させて鋳型を作製し、加熱する
ことで電極を溶融させキャビティ内で鋳造させることを
特徴とする請求項３に記載のマイクロ製品鋳造型を利用
したマイクロ製品の鋳造法。 - 【請求項５】モデルが、シングルモードのコアを有する
光ファイバーを加熱し，引き延ばすことにより出力端面
のコア径が細径化された光ファイバーを光源とする光造
形装置を使用して作られた光造形モデルを含む請求項１
ないし４に記載のマイクロ製品鋳造型の製作法およびこ
れを利用したマイクロ製品の鋳造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001069222A JP3463751B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | マイクロ製品鋳造型の製作法およびマイクロ製品の鋳造法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001069222A JP3463751B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | マイクロ製品鋳造型の製作法およびマイクロ製品の鋳造法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002263788A JP2002263788A (ja) | 2002-09-17 |
| JP3463751B2 true JP3463751B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=18927286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001069222A Expired - Fee Related JP3463751B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | マイクロ製品鋳造型の製作法およびマイクロ製品の鋳造法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3463751B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4526556B2 (ja) * | 2007-09-18 | 2010-08-18 | 株式会社木村鋳造所 | マイクロ部品の製造方法 |
| RU2443501C1 (ru) * | 2010-12-13 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Суспензия для получения форм точного литья методом электрофореза |
| RU2443500C1 (ru) * | 2010-12-13 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") | Суспензия для получения форм точного литья методом электрофореза |
| RU2488458C2 (ru) * | 2011-10-21 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Суспензия для изготовления форм точного литья методом электрофореза |
| RU2481917C1 (ru) * | 2011-10-21 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Суспензия для изготовления форм точного литья методом электрофореза |
| RU2488459C1 (ru) * | 2011-12-19 | 2013-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") | Способ изготовления выплавляемых моделей для получения оболочковых форм методом электрофореза |
| RU2630081C1 (ru) * | 2016-03-31 | 2017-09-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Способ получения керамических форм методом электрофореза для литья по выплавляемым моделям химически активных сплавов |
| RU2771419C1 (ru) * | 2021-11-29 | 2022-05-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Суспензия для лицевого слоя керамической формы литья по термоудаляемым моделям |
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- 2001-03-12 JP JP2001069222A patent/JP3463751B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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