JP3655740B2 - 成形用金型の作成方法及びそれに用いる石膏鋳型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に複雑な凹凸模様のある成型品を製造するための成形用金型を、高精度でかつ安価で作成しうる成形用金型の作成方法及びそれに用いる石膏鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
例えばゴム、プラスチック等の成形品を製造するための成形用金型の多くは、一般に、金属製鋳型内に溶融金属を加圧注入するダイカスト法によって作成されている。
【０００３】
しかしながら、図９に示すように、表面に複雑な凹凸模様ｃのある、例えば軟式野球ボールなどの成形品Ｗを成形するための成型用割金型を、ダイカスト法によって直接作成する場合には、図１０に誇張して示すように、成型用金型ａに転写された凹凸模様ｃのうちの割面ｂ近傍の凸部ｃ１が、金属製鋳型ｄより内側に出張って形成されるため、成型用金型ａを金属製鋳型ｄから取出すことが困難、或いは凸部ｃ１等の凹凸模様ｃの損傷を招くこととなる。
【０００４】
このように、ダイカスト法では、割面ｂ近傍に複雑な凹凸模様ｃを有する成型用金型ａを、成形品Ｗに忠実な模様形状を有して形成することは難しい。従って、従来においては、予め割面ｂ近傍の凹凸模様ｃを、浅く形成するか若しくはなしで形成し、鋳造後の成型用金型ａに、前記凹凸模様ｃを手加工等により追加修正していた。
【０００５】
しかしこのものでは、単に修正個所において模様精度が低下するだけでなく、各修正個所が割面両側で合わされるため、成形品Ｗとしては模様精度の低下がより顕著に現れ、見映え及び製品品質等を著しく損ねることとなる。
【０００６】
なお、精密鋳造法の一つとして、ショウプロセス法、セラミック鋳造法、石膏型鋳造法なども知られているが、前記ショウプロセス法およびセラミック鋳造法は、高価である等の欠点がある。又石膏型鋳造法は、安価ではあるが、製品マスターモデルから石膏鋳型を形成する際の転写精度に劣り、さらには強度の問題、及び溶融金属を注湯するときのガスによる表面不良発生などの問題から、複雑な凹凸模様を有する成型用金型の鋳造には用いられていなかった。
【０００７】
そこで本発明は、製品マスターモデルから、液状ゴムを用いて成型用金型と同形状の金型マスターゴムモデルをいったん形成した後、この金型マスターゴムモデルから石膏鋳型を作成すること、並びに前記石膏鋳型において、ガラス短繊維で補強した発泡石膏からなる本体部の表面に高強度石膏からなる表面層を設けることを基本として、複雑な凹凸模様を有する時にも、製品マスターモデルに忠実な成型用金型を高精度でかつ安価に作成しうる成形用金型の作成方法及びそれに用いる石膏鋳型の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願の第１発明は、成形用金型の作成方法であって、切削加工することにより製品形状と同形状の模写面を有する製品マスター剛性モデルを形成する製品モデル形成工程と、
液状ゴムを用いて前記製品マスター剛性モデルを型取りすることにより成形用金型と同形状の金型マスターゴムモデルを形成する金型モデル成形工程と、
石膏を用いて前記金型マスターゴムモデルを型取りすることにより、金型マスターゴムモデルを反転させた成形用金型鋳造用の石膏鋳型を形成する石膏鋳型形成工程とを含むとともに、
前記石膏鋳型は、表面が金型成形面をなす表面層と、この表面層を保持する本体部とを具え、かつ前記表面層は乾燥後の厚さを２〜３ｍｍとした高強度石膏からなるとともに、前記本体部は、ガラス短繊維を含有しかつ増量率１７０〜２５０％の発泡石膏からなり、 しかも前記本体部は、この本体部底面から前記金型成形面に向かってのびる複数のバキュウム孔を具えることを特徴としている。
【０００９】
又本願の第２発明は、前記第１発明で用いる石膏鋳型であって、請求項１の成形用金型の作成方法で用いる石膏鋳型であって、表面が金型成形面をなす表面層と、この表面層を保持する本体部とを具え、前記表面層は乾燥後の厚さを２〜３ｍｍとした高強度石膏からなるとともに、前記本体部は、ガラス短繊維を含有しかつ増量率１７０〜２５０％の発泡石膏からなり、
しかも前記本体部は、この本体部底面から前記金型成形面に向かってのびる複数のバキュウム孔を具えることを特徴としている。
【００１０】
なお前記石膏鋳型は、本体部が、バキュウム孔を、最大内圧３２Ｈｇ以下での耐圧を付与させつつ金型成形面から３〜５ｍｍの距離を隔てた位置で終端させることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
本願の第１発明は、ゴム、プラスチック等の成形品を製造するための成形用金型の作成方法であって、本例では、前記図９に示すように、表面にディンプル、縫い目等の複雑な凹凸模様ｃを有する軟式野球ボールである成形品Ｗを成形するための成型用金型１を作成する場合を説明する。
【００１２】
なお前記成型用金型１は、図１に示すように、割面２Ｓの突き合わせにより閉じた成形室を構成する上下の割金型２、２であって、例えばアルミ等の非鉄金属材から形成される。各割金型２は、例えば円柱状の金型主部３の一端に、凹凸模様ｃの成形面４で囲む半割状のキャビティ５を凹設している。
【００１３】
又成型用金型１である前記割金型２の作成方法は、製品モデル形成工程Ｙ１と、金型モデル成形工程Ｙ２と、石膏鋳型形成工程Ｙ３とを含んでいる。
【００１４】
前記製品モデル形成工程Ｙ１は、図２に示すように、成形品Ｗと同形状の模写面Ｓ１を有する雄型の製品マスター剛性モデルＭ１を形成する工程である。
【００１５】
詳しくは、金属、木材、合成樹脂、石膏等の切削可能な材料、本例では石膏のブロック材６を、例えば彫刻機等の各種のＮＣ加工機７にて切削加工することにより、基台８上に、前記成形品Ｗの半割部分と同形状の精巧な模写体部９を突設した製品マスター剛性モデルＭ１を形成する。このとき、前記模写体部９は、金型材料（本例ではアルミ）の熱収縮率を考慮した寸法比率で形成される。
【００１６】
なお前記製品マスター剛性モデルＭ１は、前記割金型２の内側部であるキャビティ５を作成するために用いられるものであって、本例では、割金型２の外側部を作成するために、金型外側モデルｍ１を用いる。
【００１７】
この金型外側モデルｍ１は、図３に示すように、前記割金型２の外側部と同形状をなす凹み部１０Ａを、石膏等の剛性ブロック１０内に凹設した雌型であって、以下の金型外側モデル形成工程Ｚ１によって形成される。
【００１８】
該金型外側モデル形成工程Ｚ１は、同図３に示すように、まず石膏等の切削可能材料をＮＣ切削加工することにより、前記割金型２の外側部と同形状の外側剛性モデルｍ０を形成するステップＰ１と、この外側剛性モデルｍ０をいったん同形状のゴムモデルｎ０にコピーするステップＰ２と、該ゴムモデルｎ０を囲んで枠組みした木枠１１内に石膏１２を流し込んで硬化させた後、ゴムモデルｎ０を除去して前記金型外側モデルｍ１を形成するステップＰ３とから構成される。又金型外側モデルｍ１の底壁には、前記ステップＰ３における石膏型取りにおいて（又は型取り後の加工において）、図５に示すように、液状ゴム注入用の注入口１３を設けている。
【００１９】
なお前記ステップＰ２は、図４に示すように、外側剛性モデルｍ０を囲んで枠組みした木枠１４内に、例えばシリコンゴムである液状ゴムを流し込んで雌型１５を作成した後、このゴム製雌型１５の凹部１５Ａ内に、例えば多硫化ゴムである他の液状ゴムを流し込んでゴムモデルｎ０を形成する。このとき、雌型１５を多硫化ゴムで形成しゴムモデルをシリコンゴムで形成しても良い。他の方法として、多硫化ゴムの雌型１５を形成した後、凹部１５Ａ内面にシリコン系離型剤を塗布し、その後この凹部１５Ａ内に多硫化ゴムを流し込んでゴムモデルｎ０を形成することもできる。しかしながら、後者のものは、離型剤塗布の均一性により金型精度がばらつくため、前者の如く異なる種類の液状ゴムを用いて型取りすることが好ましい。
【００２０】
又この金型外側モデル形成工程Ｚ１においては、要求する金型の外側形状に応じて、金型外側モデルｍ１をＮＣ切削加工によって、直接に切削形成することもできる。
【００２１】
次に、前記金型モデル成形工程Ｙ２は、図５に示すように、液状ゴムを用いて前記製品マスター剛性モデルＭ１を型取りすることにより、金型マスターゴムモデルＭ２を形成する工程である。
【００２２】
本例では、前記金型モデル成形工程Ｙ２は、前記製品マスター剛性モデルＭ１と金型外側モデルｍ１とを突き合わせた後、前記模写体部９と凹み部１０Ａとの間の空所１６内に、前記注入口１３から液状ゴムを注入し硬化させることによって、前記割金型２と同形状の金型マスターゴムモデルＭ２を形成する。なお注入時には、前記注入口１３が上向きとなるよう上下反転させる。ここで、前記液状ゴムとしては、前記シリコンゴム、多硫化ゴムなど、流し込み後に固化するものであれば、例えばウレタンゴムなど種々のものが使用できるが、形状転写性の点から多硫化ゴムを用いるのがより好ましい。
【００２３】
又、前記石膏鋳型形成工程Ｙ３は、図６に示すように、石膏を用いて前記金型マスターゴムモデルＭ２を型取りすることにより、石膏鋳型２１を形成する工程である。
【００２４】
前記石膏鋳型形成工程Ｙ３は、本例では、金型マスターゴムモデルＭ２を、木枠２２内に入れた後、前記キャビティ５に相当する金型マスターゴムモデルＭ２の凹部２３内面に、高強度石膏２４を略一定の厚さＴを有して吹付け塗布するとともに、凝固後、ガラス短繊維を含有する発泡石膏２５を増量率１７０〜２５０％となるように撹拌して、さらに流し込むことにより雄型の石膏鋳型２１を形成する。従って、本願の第２発明となる前記石膏鋳型２１は、高強度石膏２４からなりかつ金型成形面２６Ｓをなす表面層２６と、この表面層２６を保持する発泡石膏２５からなる本体部２７とから形成される。
【００２５】
又前記石膏鋳型２１は、前記木枠２２から取外した後、公知の熱風循環排風式電気乾燥炉にて半水石膏の状態になるまで予備乾燥を行う。その後、この石膏鋳型２１の本体部２７に、図８に示すように、この本体部２７の底面２７Ｓから前記金型成形面２６Ｓに向かってのびる複数のバキュウム孔２９を後加工によって等間隔で分散させて形成した後、再度、熱風循環排風式電気乾燥炉を用いて、残存水分率が０〜３％になるまで本乾燥熱を行う。なお残存水分率は、石膏鋳型２１の石膏重量に対する残存水分の重量割合を意味する。
【００２６】
このとき本乾燥熱後の、前記表面層２６の厚さＴは、２．０〜３．０ｍｍの範囲であって、又前記バキュウム孔２９の先端は、前記金型成形面２６Ｓから３〜５ｍｍの範囲の距離Ｌを隔てて終端させる。なお前記距離Ｌは、凹凸をなす金型成形面２６Ｓとの最短距離を意味する。又前記バキュウム孔２９は、３２Ｈｇ以下の略真空内圧に耐えうる強度（耐圧）を有することが好ましく、そのために、本例では、前記ガラス短繊維の含有率を、発泡石膏１００重量部に対して５〜１０重量部とするとともに、バキュウム孔２９の直径を３〜５ｍｍ程度の小孔に形成している。なお前記ガラス短繊維としては、補強効果、型取り性、加工性の点で繊維径１０〜１５μｍのものが好適である。
【００２７】
なお、金型外側形成用の石膏鋳型３１としては、前記金型外側モデルｍ１を用いうるが、図７に示すように、前記金型マスターゴムモデルＭ２を囲む木型３２内に石膏１２を流し込んでなる型取りによって形成しても良い。
【００２８】
そして、前記割金型２は、前記石膏鋳型２１、３１を用いた鋳造工程Ｙ４によって作成する。
【００２９】
この鋳造工程Ｙ４では、前記図８に示すように、鋳造定盤３３上に、前記石膏鋳型２１、３１を突き合わせて載置し、石膏鋳型２１の底面２７Ｓからバキュウム３４で吸引しつつ、注入口３５から内部空所３６に、溶融金属を注湯する。このとき、前記熱風循環排風式電気乾燥炉から石膏鋳型２１を取り出しかつ注湯するまでの所用時間を、１０分以内に行うことが、成形用金型の表面性を高く維持する上で好ましい。
【００３０】
なお前記吸引は、本例では、前記鋳造定盤３３と石膏鋳型２１との間に、例えばグラスウール等の通気性材から成る層３７を略一定の厚さで形成し、前記バキュウム３４との連結部以外の側面をシール剤３９で密閉することにより行う。
【００３１】
このように、前記製品マスター剛性モデルＭ１の素材として、本例では石膏を使用するため、切削加工が容易であり、しかも切削加工時のミスも石膏液の塗布により再度繰り返してて切削加工を行いうるなど取扱を便宜とする。
【００３２】
又前記製品マスター剛性モデルＭ１から、液状ゴムを用いた金型マスターゴムモデルＭ２を介して石膏鋳型２１を作成しているため、割面２Ｓ近傍に複雑かつ深い凹凸模様ｃがアンダーカット状に配される場合にも、脱型時に、金型マスターゴムモデルＭ２が弾性変形し、前記製品マスターモデルＭ１に忠実な精巧な凹凸模様ｃを石膏鋳型２１に精度良く転写できる。
【００３３】
なお石膏鋳型２１は、割金型２鋳造後、破砕されかつ例えば高圧水にてキャビティ５の成形面４に付着するを石膏粉を除去することにより、割金型２を損傷することなく容易に取り出すことができる。
【００３４】
又金型マスターゴムモデルＭ２を介在させるため、この一つの金型マスターゴムモデルＭ２から完全同一形状の石膏鋳型２１を繰り返して複製することができ、複数の成形用金型を使用する成形品Ｗの量産に好適に採用しうる。
【００３５】
他方、石膏鋳型は一般に、乾燥後も石膏中に水分を含んでいるため、溶融金属の注湯による加熱によって、水蒸気ガスとなってその一部が石膏鋳型の表面から流出する。その結果、転写される金型の表面性を著しく阻害する。
【００３６】
これに対して、本願発明１，２の石膏鋳型２１は、金型成形面２６Ｓをなす表面層２６以外を、増量率１７０％以上の発泡石膏２５で形成しているため、全体の水分含有量を低く抑えるとともに、泡状孔が水蒸気ガスの逃げ場所として機能するため、金型成形面２６Ｓからの水蒸気ガスの流出をさらに抑制できる。特に、バキューム孔２９を介しての吸気を併用することによって、前記水蒸気ガスの流出をより効果的にかつ確実に抑制でき、成形用金型１の成形面４をより綺麗に高精度で形成できる。
【００３７】
又水蒸気ガスの発生自体を減じるために、前述の如く、残存水分率が前記０〜３％の範囲まで乾燥させることが好ましい。通常、３％以下まで過乾燥させると、石膏強度が著減して、もろく崩れやすくなるが、本例では、ガラス短繊維により補強しているため、過乾燥状態においても、必要な強度を維持できかつバキューム孔２９における前記耐圧を十分に発揮できる。
【００３８】
なお表面層２６の前記厚さＴが２．０ｍｍ未満の時、及び前記距離Ｌが３．０ｍｍ未満の時、前記バキュウム孔２９先端での耐圧が不充分となる。逆に、厚さＴが３．０ｍｍより大、及び距離Ｌが５．０ｍｍより大の時、吸気による水蒸気ガスの流出抑制効果が低下する。又発泡石膏の増量率が２５０％をこえると、強度の維持が難しく、又ガラス短繊維の含有率が１０重量部をこえると、型取り性、及び加工性が損なわれる。
【００３９】
なお、本願でいう高強度石膏とは、公知のごとく、鋳造用石膏に耐火剤を添加した石膏であり、例えばサンエス製の石膏Ｙ−１５がある。
【００４０】
又発泡石膏とは、公知のごとく石膏に発泡剤を入れ石膏そのものをスポンジ状に発泡させたものであり、例えばノリタケ製の石膏ＧＩＡがある。
【００４１】
又本願の成形用金型の作成方法、及び石膏鋳型は、ボールに限定されることなく種々な形状、模様の成形品Ｗのための成形用金型の作成に対して適用できる。
【００４２】
【発明の効果】
叙上の如く本発明は構成しているため、複雑な凹凸模様を有する時にも、製品マスターモデルに忠実な成型用金型を高精度でかつ安価に作成しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって作成する成形金型の一実施例を示す斜視図である。
【図２】製品モデル形成工程を製品マスター剛性モデルとともに示す説明図である。
【図３】金型外側モデル形成工程を金型外側モデルとともに示す説明図である。
【図４】外側剛性モデルを同形のゴムモデルにコピーするステップを示す説明図である。
【図５】金型モデル成形工程を金型マスターゴムモデルとともに示す説明図である。
【図６】石膏鋳型形成工程を示す説明図である。
【図７】金型外側形成用の石膏鋳型の形成工程を示す説明図である。
【図８】鋳造工程を示す説明図である。
【図９】成形品の一例を示す正面図である。
【図１０】成形金型の鋳造における従来技術を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ 成形用金型
１２ 石膏
２１ 石膏鋳型
２４ 高強度石膏
２５ 発泡石膏
２６ 表面層
２６Ｓ 金型成形面
２７ 本体部
２７Ｓ 本体部底面
２９ バキュウム孔
Ｍ１ 製品マスター剛性モデル
Ｍ２ 金型マスターゴムモデル
Ｓ１ 模写面
Ｔ 表面層の厚さ
Ｙ１ 製品モデル形成工程
Ｙ２ 金型モデル成形工程
Ｙ３ 石膏鋳型形成工程

Claims (4)

1. 切削加工することにより製品形状と同形状の模写面を有する製品マスター剛性モデルを形成する製品モデル形成工程と、
   液状ゴムを用いて前記製品マスター剛性モデルを型取りすることにより成形用金型と同形状の金型マスターゴムモデルを形成する金型モデル成形工程と、
   石膏を用いて前記金型マスターゴムモデルを型取りすることにより、金型マスターゴムモデルを反転させた成形用金型鋳造用の石膏鋳型を形成する石膏鋳型形成工程とを含むとともに、
   前記石膏鋳型は、表面が金型成形面をなす表面層と、この表面層を保持する本体部とを具え、かつ前記表面層は乾燥後の厚さを２〜３ｍｍとした高強度石膏からなるとともに、前記本体部は、ガラス短繊維を含有しかつ増量率１７０〜２５０％の発泡石膏からなり、 しかも前記本体部は、この本体部底面から前記金型成形面に向かってのびる複数のバキュウム孔を具えることを特徴とする成形用金型の作成方法。
2. 請求項１の成形用金型の作成方法で用いる石膏鋳型であって、表面が金型成形面をなす表面層と、この表面層を保持する本体部とを具え、前記表面層は乾燥後の厚さを２〜３ｍｍとした高強度石膏からなるとともに、前記本体部は、ガラス短繊維を含有しかつ増量率１７０〜２５０％の発泡石膏からなり、
   しかも前記本体部は、この本体部底面から前記金型成形面に向かってのびる複数のバキュウム孔を具えることを特徴とする石膏鋳型。
3. 前記本体部は、前記バキュウム孔が、内圧３２Ｈｇ以下での耐圧を有するとともに、前記金型成形面から３〜５ｍｍの距離を隔てた位置で終端することを特徴とする請求項２記載の石膏鋳型。
4. 前記石膏鋳型は、熱風循環排風式電気乾燥炉による、予備乾燥工程と本乾燥工程との２工程に分けて乾燥されるとともに、前記本乾燥工程後の残存水分率は０〜３％であることを特徴とする請求項２又は３記載の石膏鋳型。

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