JP3499390B2 - 鋳型の製造方法 - Google Patents
鋳型の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ポンプの
羽根等の比較的複雑な形状の鋳造品を鋳造する場合に使
用して最適な鋳型の製造方法に関する。
羽根等の比較的複雑な形状の鋳造品を鋳造する場合に使
用して最適な鋳型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転機械の羽根車のような複雑な形状を
有する物品を鋳造する場合は、中子と主型を複雑に組み
合わせることが必要となる。このような鋳型の製造方法
としては、（１）造形すべき形状に形成した木型から主
型、中子を作成する、という従来の方法に加え、（２）
発泡性ポリウレタン等を製品形状に併せて成形し、これ
を鋳物砂中に埋め込んで、直接ポリウレタン上に注湯す
る（ロストフォーム法）、（３）消失性模型を作成し
て、これの周囲にシェルを付け、その後模型を消失させ
て鋳型とする方法が開発されている。
有する物品を鋳造する場合は、中子と主型を複雑に組み
合わせることが必要となる。このような鋳型の製造方法
としては、（１）造形すべき形状に形成した木型から主
型、中子を作成する、という従来の方法に加え、（２）
発泡性ポリウレタン等を製品形状に併せて成形し、これ
を鋳物砂中に埋め込んで、直接ポリウレタン上に注湯す
る（ロストフォーム法）、（３）消失性模型を作成し
て、これの周囲にシェルを付け、その後模型を消失させ
て鋳型とする方法が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、 （１）木型を作成する手間がかかる （２）模型消失時の鋳型割れを考慮する必要があり、鋳
造方案の作成及び消失そのものに手間がかかる （３）シェル作成時の砂付け作業及び砂付け後の乾燥に
手間がかかり、相当の時間を要するといった問題があっ
た。
来例にあっては、 （１）木型を作成する手間がかかる （２）模型消失時の鋳型割れを考慮する必要があり、鋳
造方案の作成及び消失そのものに手間がかかる （３）シェル作成時の砂付け作業及び砂付け後の乾燥に
手間がかかり、相当の時間を要するといった問題があっ
た。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、造形すべき形状に沿ったキャビティを有する従来の
鋳型を使用することなく、寸法精度の高い鋳造品を得る
ことができる鋳型の製造方法を提供することを目的とす
る。
で、造形すべき形状に沿ったキャビティを有する従来の
鋳型を使用することなく、寸法精度の高い鋳造品を得る
ことができる鋳型の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、コアの表面に熱可塑性樹脂の被覆層を有する原料粒
子を用意する工程と、該原料粒子を層状にし、これに所
定のパターンで光を照射して少なくとも一部の原料粒子
の被覆層どうしを部分的に融着させて鋳型薄片を形成す
る工程と、上記鋳型薄片を積層した積層鋳型を構成する
工程とを有することを特徴とする鋳型の製造方法であ
る。
決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、コアの表面に熱可塑性樹脂の被覆層を有する原料粒
子を用意する工程と、該原料粒子を層状にし、これに所
定のパターンで光を照射して少なくとも一部の原料粒子
の被覆層どうしを部分的に融着させて鋳型薄片を形成す
る工程と、上記鋳型薄片を積層した積層鋳型を構成する
工程とを有することを特徴とする鋳型の製造方法であ
る。
【０００６】これにより、まず二次元的な鋳型薄片（鋳
型要素）を作成し、これを積層することで、粉末状の原
料から直接的に三次元的な鋳型が作成される。光の照射
は、光の走査（スキャンニング）により任意のパターン
で、例えば、コンピュータによる制御で行なうことがで
きるので、複雑なパターンを有する鋳型を手間をかけず
に製造することができる。その際のデータの入力も、Ｃ
ＡＤ（computer aideddesign）やＣＡＭ（computer aid
ed manufacturing）のデータをそのまま用いることがで
きる。
型要素）を作成し、これを積層することで、粉末状の原
料から直接的に三次元的な鋳型が作成される。光の照射
は、光の走査（スキャンニング）により任意のパターン
で、例えば、コンピュータによる制御で行なうことがで
きるので、複雑なパターンを有する鋳型を手間をかけず
に製造することができる。その際のデータの入力も、Ｃ
ＡＤ（computer aideddesign）やＣＡＭ（computer aid
ed manufacturing）のデータをそのまま用いることがで
きる。
【０００７】この発明では、鋳型の構成材料に樹脂がバ
インダーとして含まれており、これは鋳造の際の熱によ
って分解するが、鋳型表面が鋳造金属の表面のシェル層
ができるまで維持されればよく、それは原料の素材の選
択や密度の調整で可能である。逆に、このような反応に
よる鋳型の剥離性の良さを有効に利用することもでき
る。光としては、指向性の強いレーザ光が好適である。
インダーとして含まれており、これは鋳造の際の熱によ
って分解するが、鋳型表面が鋳造金属の表面のシェル層
ができるまで維持されればよく、それは原料の素材の選
択や密度の調整で可能である。逆に、このような反応に
よる鋳型の剥離性の良さを有効に利用することもでき
る。光としては、指向性の強いレーザ光が好適である。
【０００８】請求項２に記載の発明は、下層の上記鋳型
薄片の上に原料粒子層を供給し、光を照射して上層の鋳
型薄片を形成し、この工程を順次繰り返して上記積層鋳
型を形成することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の
製造方法である。これは、例えば、従来用いられている
光造形装置によって行なうことができる。鋳型薄片作成
工程と積層工程とは別に行ってもよいが、このようにす
ることにより、工程が簡単になり、手間を大幅に省くこ
とができる。
薄片の上に原料粒子層を供給し、光を照射して上層の鋳
型薄片を形成し、この工程を順次繰り返して上記積層鋳
型を形成することを特徴とする請求項１に記載の鋳型の
製造方法である。これは、例えば、従来用いられている
光造形装置によって行なうことができる。鋳型薄片作成
工程と積層工程とは別に行ってもよいが、このようにす
ることにより、工程が簡単になり、手間を大幅に省くこ
とができる。
【０００９】請求項３に記載の発明は、さらに、上記積
層鋳型を補強する補強工程を行なうことを特徴とする請
求項１に記載の鋳型の製造方法である。これにより、大
型物品の鋳造が可能となり、また、安全性が高められ
る。逆に、積層鋳型自体には強度を負担させる必要がな
いので、この部分の厚さを小さくして光照射工程の簡単
化をはかることもできる。補強方法としては、積層鋳型
の外側に補強層や補強枠を設ける、積層鋳型に補強剤を
含浸させる方法等がある。
層鋳型を補強する補強工程を行なうことを特徴とする請
求項１に記載の鋳型の製造方法である。これにより、大
型物品の鋳造が可能となり、また、安全性が高められ
る。逆に、積層鋳型自体には強度を負担させる必要がな
いので、この部分の厚さを小さくして光照射工程の簡単
化をはかることもできる。補強方法としては、積層鋳型
の外側に補強層や補強枠を設ける、積層鋳型に補強剤を
含浸させる方法等がある。
【００１０】請求項４に記載の発明は、中子と主型とを
同一の工程で形成することを特徴とする請求項１に記載
の鋳型の製造方法である。中子も照射工程で鋳型薄片に
直接パターニングして形成することができる。中子を支
持する支持部をやはり光照射によるパターニングで形成
してもよい。
同一の工程で形成することを特徴とする請求項１に記載
の鋳型の製造方法である。中子も照射工程で鋳型薄片に
直接パターニングして形成することができる。中子を支
持する支持部をやはり光照射によるパターニングで形成
してもよい。
【００１１】請求項５に記載の発明は、コアの表面に熱
可塑性樹脂の被覆層を有する原料粒子を素材とし、互い
に隣接する原料粒子の上記被覆層どうしを部分的に融着
させて形状を維持するように構成されていることを特徴
とする鋳型である。
可塑性樹脂の被覆層を有する原料粒子を素材とし、互い
に隣接する原料粒子の上記被覆層どうしを部分的に融着
させて形状を維持するように構成されていることを特徴
とする鋳型である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。先ず、図２（ａ）に示す
ように、鋳物砂１をコアとなし、この周囲に、例えば１
００〜１５０℃で互いに融着する熱可塑性樹脂からなる
被覆層２を被覆した原料粒子３を用意する。鋳物砂１の
素材としては、シリカ、ジルコンサンド、クロマイト等
が用いられ、平均粒子径は３０〜４０μｍ程度、被覆層
２の素材としては、ポリカーボネート、ナイロン、ポリ
ウレタン等が用いられ、被覆厚さは１〜１０μｍ程度が
好適である。
て、図面を参照して説明する。先ず、図２（ａ）に示す
ように、鋳物砂１をコアとなし、この周囲に、例えば１
００〜１５０℃で互いに融着する熱可塑性樹脂からなる
被覆層２を被覆した原料粒子３を用意する。鋳物砂１の
素材としては、シリカ、ジルコンサンド、クロマイト等
が用いられ、平均粒子径は３０〜４０μｍ程度、被覆層
２の素材としては、ポリカーボネート、ナイロン、ポリ
ウレタン等が用いられ、被覆厚さは１〜１０μｍ程度が
好適である。
【００１３】このように用意した原料を、図１（ａ）に
示すように、光造形装置４のチャンバ５内に所定の厚
さ、例えば０．１ｍｍの厚さで均一に充填して、原料粒
子層６を形成する。この光造型装置４は、チャンバ５の
上方に配置したレーザ照射装置７と、図示していない制
御装置を備えており、制御装置の記憶部には、あらかじ
め製造すべき鋳型の形状が例えば数値データとして記憶
されている。
示すように、光造形装置４のチャンバ５内に所定の厚
さ、例えば０．１ｍｍの厚さで均一に充填して、原料粒
子層６を形成する。この光造型装置４は、チャンバ５の
上方に配置したレーザ照射装置７と、図示していない制
御装置を備えており、制御装置の記憶部には、あらかじ
め製造すべき鋳型の形状が例えば数値データとして記憶
されている。
【００１４】制御装置は、上記原料粒子層６の厚さと対
応する厚さに輪切りした形状を算出し、この形状を平面
視したパターンに沿ってレーザ光スキャンを行なうよう
に、レーザ照射装置７に対して制御信号を送る。レーザ
照射装置７は、例えば、炭酸ガスレーザ発生装置等のレ
ーザ光源７ａからレーザ光をミラー７ｂを介して原料粒
子層６に照射する。レーザ照射を受けた箇所の原料粒子
層６の被覆層２は昇温して熱可塑性樹脂が部分的に溶融
し、融着部８を形成し、鋳型薄片９が形成される。
応する厚さに輪切りした形状を算出し、この形状を平面
視したパターンに沿ってレーザ光スキャンを行なうよう
に、レーザ照射装置７に対して制御信号を送る。レーザ
照射装置７は、例えば、炭酸ガスレーザ発生装置等のレ
ーザ光源７ａからレーザ光をミラー７ｂを介して原料粒
子層６に照射する。レーザ照射を受けた箇所の原料粒子
層６の被覆層２は昇温して熱可塑性樹脂が部分的に溶融
し、融着部８を形成し、鋳型薄片９が形成される。
【００１５】次に、この鋳型薄片９の上に原料を供給し
て同じ厚さの原料粒子層６を形成し、これに上記鋳型薄
片９に続く部分の形状になるようにレーザ照射を行う。
必要に応じてレーザ照射装置７と原料粒子層６の距離を
調整してレーザ光の焦点を調整する。この工程を順次繰
り返すことにより、同図（ｂ）に示すような積層鋳型１
０が作成される。
て同じ厚さの原料粒子層６を形成し、これに上記鋳型薄
片９に続く部分の形状になるようにレーザ照射を行う。
必要に応じてレーザ照射装置７と原料粒子層６の距離を
調整してレーザ光の焦点を調整する。この工程を順次繰
り返すことにより、同図（ｂ）に示すような積層鋳型１
０が作成される。
【００１６】このようにして製造された積層鋳型１０を
そのまま用いて鋳造を行なうことができる。すなわち、
図３に示すように、その湯口１１から溶融金属を注入し
て凝固させ、鋳型１０を剥離して、同図（ｂ）に示すよ
うな鋳造品１２を製造する。
そのまま用いて鋳造を行なうことができる。すなわち、
図３に示すように、その湯口１１から溶融金属を注入し
て凝固させ、鋳型１０を剥離して、同図（ｂ）に示すよ
うな鋳造品１２を製造する。
【００１７】積層鋳型１０は、前述のように、レーザ光
の当たった部位に位置する熱可塑性樹脂の融着部８を介
して原料粒子３どうしを結合して構成されているため、
図２（ｂ）に示すように、互いに隣接する原料粒子３，
３間には空隙Ｓが存在し、即ち多孔質であり、かつ鋳物
砂１は、被覆層２を介して互いに離間している。しかし
ながら、被覆層２を充分薄く形成することにより、鋳造
の瞬間にはその形状を維持して金属の表面の固化層（シ
ェル）を形成するのに充分な強度を持つような密度とす
ることができる。
の当たった部位に位置する熱可塑性樹脂の融着部８を介
して原料粒子３どうしを結合して構成されているため、
図２（ｂ）に示すように、互いに隣接する原料粒子３，
３間には空隙Ｓが存在し、即ち多孔質であり、かつ鋳物
砂１は、被覆層２を介して互いに離間している。しかし
ながら、被覆層２を充分薄く形成することにより、鋳造
の瞬間にはその形状を維持して金属の表面の固化層（シ
ェル）を形成するのに充分な強度を持つような密度とす
ることができる。
【００１８】逆に、鋳造の後に、鋳型を結合していた被
覆層２が燃焼又は分解して消失し、形状を維持できなく
なる程度に密度を調整して、鋳造品と鋳型の剥離を容易
にしたり、中子の除去を容易にすることができる。ま
た、このような鋳型の機械的特性や剥離性を調整するた
めに、適当な物質を含浸させるようにしてもよい。ま
た、積層鋳型１０の補強のために、周囲に枠や適当な素
材の「たが」を嵌めるようにしてもよい。
覆層２が燃焼又は分解して消失し、形状を維持できなく
なる程度に密度を調整して、鋳造品と鋳型の剥離を容易
にしたり、中子の除去を容易にすることができる。ま
た、このような鋳型の機械的特性や剥離性を調整するた
めに、適当な物質を含浸させるようにしてもよい。ま
た、積層鋳型１０の補強のために、周囲に枠や適当な素
材の「たが」を嵌めるようにしてもよい。
【００１９】図４は、この発明の方法の他の実施の形態
を示すもので、光造形装置４によって製造される積層鋳
型１０をキャビティを取り囲む表層のみとし、その周囲
にバックアップ層１３を形成して補強するようにしたも
のである。この実施の形態では、バックアップ層１３
は、容器１４の内面と積層鋳型１０の間の空間を砂や耐
火性のキャスタブル等で充填して形成されているが、素
材や形成方法は任意である。
を示すもので、光造形装置４によって製造される積層鋳
型１０をキャビティを取り囲む表層のみとし、その周囲
にバックアップ層１３を形成して補強するようにしたも
のである。この実施の形態では、バックアップ層１３
は、容器１４の内面と積層鋳型１０の間の空間を砂や耐
火性のキャスタブル等で充填して形成されているが、素
材や形成方法は任意である。
【００２０】この方法においては、鋳型強度の向上によ
る安全性の向上のほかに、積層鋳型１０を形成する際の
レーザ照射の工程の手間の軽減、鋳型の均質性の向上等
の効果を得ることができる。積層鋳型１０の厚さはシェ
ル形状を維持できる程度に薄くすることができる。
る安全性の向上のほかに、積層鋳型１０を形成する際の
レーザ照射の工程の手間の軽減、鋳型の均質性の向上等
の効果を得ることができる。積層鋳型１０の厚さはシェ
ル形状を維持できる程度に薄くすることができる。
【００２１】図５は、この発明のさらに他の実施例を示
すもので、内部に中子１５が、図１に示す方法で、すな
わち、鋳型薄片９に中子部とこれを支持する支持部１６
を形成することによって配置されている。また、積層鋳
型１０には、下注のための湯道１７が形成されている。
このように、本発明の方法では、複雑な形状の鋳型を容
易に形成することができるだけでなく、中子や湯道のよ
うな部分の形成も鋳型の形成と同じ工程で形成できる。
すもので、内部に中子１５が、図１に示す方法で、すな
わち、鋳型薄片９に中子部とこれを支持する支持部１６
を形成することによって配置されている。また、積層鋳
型１０には、下注のための湯道１７が形成されている。
このように、本発明の方法では、複雑な形状の鋳型を容
易に形成することができるだけでなく、中子や湯道のよ
うな部分の形成も鋳型の形成と同じ工程で形成できる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
造形すべき形状の模型を使用することなく、複雑な形状
の鋳型を精度良く、しかも容易に製造することができ、
これによって、加工工数の低減と形状の設計自由度を増
すことができ、精密物品の鋳造や、多品種少量生産の場
合にその品質の向上と製造コストの低下などの優れた効
果を奏する。
造形すべき形状の模型を使用することなく、複雑な形状
の鋳型を精度良く、しかも容易に製造することができ、
これによって、加工工数の低減と形状の設計自由度を増
すことができ、精密物品の鋳造や、多品種少量生産の場
合にその品質の向上と製造コストの低下などの優れた効
果を奏する。
【図１】この発明の１つの実施の工程を示す模式図であ
る。
る。
【図２】原料粒子の構造と、その結合工程を示す断面図
である。
である。
【図３】積層鋳型の構造と鋳造製品を示す図である。
【図４】他の実施の形態の鋳型を示す断面図である。
【図５】さらに他の実施の形態の鋳型を示す断面図であ
る。
る。
１ 鋳物砂（コア）
２ 被覆層
３ 原料粒子
４ 光造形装置
６ 原料粒子層
７ レーザ照射装置
８ 融着部
９ 鋳型薄片
１０ 積層鋳型
１３ バックアップ層
１５ 中子
１６ 支持部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22C 1/00 - 9/30
Claims (5)
- 【請求項１】 コアの表面に熱可塑性樹脂の被覆層を有
する原料粒子を用意する工程と、 該原料粒子を層状にし、これに所定のパターンで光を照
射して少なくとも一部の原料粒子の被覆層どうしを部分
的に融着させて鋳型薄片を形成する工程と、 上記鋳型薄片を積層した積層鋳型を構成する工程とを有
することを特徴とする鋳型の製造方法。 - 【請求項２】 下層の上記鋳型薄片の上に原料粒子層を
供給し、光を照射して上層の鋳型薄片を形成し、この工
程を順次繰り返して上記積層鋳型を形成することを特徴
とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。 - 【請求項３】 さらに、上記積層鋳型を補強する補強工
程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製
造方法。 - 【請求項４】 中子と主型とを同一の工程で形成するこ
とを特徴とする請求項１に記載の鋳型の製造方法。 - 【請求項５】 コアの表面に熱可塑性樹脂の被覆層を有
する原料粒子を素材とし、互いに隣接する原料粒子の上
記被覆層どうしを部分的に融着させて形状を維持するよ
うに構成されていることを特徴とする鋳型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35824196A JP3499390B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 鋳型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35824196A JP3499390B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 鋳型の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10193036A JPH10193036A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3499390B2 true JP3499390B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=18458270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35824196A Expired - Fee Related JP3499390B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 鋳型の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499390B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2027000A (en) * | 1998-11-20 | 2000-09-21 | Allison Engine Company, Inc. | Method and apparatus for production of a cast component |
| US6397922B1 (en) * | 2000-05-24 | 2002-06-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Molds for casting with customized internal structure to collapse upon cooling and to facilitate control of heat transfer |
| JP2009050917A (ja) * | 2008-11-04 | 2009-03-12 | Komatsu Igata Seisakusho:Kk | 石膏鋳型 |
| GB2485848B (en) * | 2010-11-29 | 2018-07-11 | Halliburton Energy Services Inc | Improvements in heat flow control for molding downhole equipment |
| GB2515773A (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-07 | Kevin Smith | An improved casting system |
| US9718127B2 (en) | 2014-05-09 | 2017-08-01 | United Technologies Corporation | Method for forming components using additive manufacturing and re-melt |
| US9435211B2 (en) | 2014-05-09 | 2016-09-06 | United Technologies Corporation | Method for forming components using additive manufacturing and re-melt |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35824196A patent/JP3499390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10193036A (ja) | 1998-07-28 |
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