JP3858222B2

JP3858222B2 - 表面平滑化法及び該方法によって平滑化した表面を有する樹脂模型を用いたロストワックス精密鋳造法

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Publication number: JP3858222B2
Application number: JP2002288288A
Authority: JP
Inventors: 太郎北; 和樹鎌田; 実松村; 昭雄斎藤; 正人菊地原
Original assignee: 湘南デザイン株式会社
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004122160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉末焼結積層造型工法によって製造されるポーラスな凹凸表面を有する粉末積層樹脂模型（Ａ）の表面を平滑化する方法に関するものである。より詳しくは、樹脂微粉末をコンピユータ制御された炭酸ガスレーザーを照射し焼結積層することによって得られる模型の表面を平滑化し、ロウ模型の代替え模型としてロストワックス精密鋳造に適応させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、まずロストワックス精密鋳造法を説明する。次いで、ロストワックス精密鋳造用模型として使用される模型について説明し、本発明に使用する粉末焼結積層樹脂模型について説明する。その上で、ポーラスな凹凸を有する粉末積層樹脂模型表面に樹脂層を設けて固体表面を平滑化する従来技術について説明する。
【０００３】
まず、ロストワックス精密鋳造法を説明する。ロストワックス精密鋳造法とは金型に溶融したロウ成分を射出し冷却後脱型することによって、鋳造物製品と同じ形状のロウ模型を製作し、ロウ模型の表面を耐火物で塗り固め、加熱してロウ模型を溶融流出させ、高温焼成によって完全に燃やし切り、空洞化した鋳型を製作するものである。そして、その鋳型に溶融した合金を注湯し、冷却固化させた後、鋳型を砕いて鋳造物を取り出すと言った製造工程を経るものである。
【０００４】
次ぎに、ロストワックス精密鋳造法に用いられる模型について説明する。ロストワックス精密鋳造法に用いられる模型材料は、上記の通りロウ模型が一般的である。模型材料については各種各様な研究開発が成されている。現在模型として使用されるロウ模型のロウ成分としては、パラフィン、ロジン、カルナバワックス、テレフタル酸の配合物が一般的である。ロウ成分については、鋳造便覧（日本鋳物協会編集）に詳細が記載されている。また最近では、特許文献１で、ロウ成分にメラミン粉体を配合したロウ成分の有効性が報告されている。ロウ成分が高温溶融し脱ロウし易い特性を保持する限り、ロウ模型の機械的強度物性を向上させるには限界があると考えられる。そのため、模型として、合成樹脂とロウ模型を積層合体させる方式が報告されて来た。特許文献２は、ワックス表面に合成樹脂膜を形成させた模型ある。特許文献３は、歯用綴模型を加熱溶融樹脂で製作し、模型としたものである。特許文献４は、光硬化性樹脂シートにロストワックス台を積層した模型である。特許文献５は、綿糸や合成材料からなる刺繍模型にワックス・プラスチック材料を塗布した模型である。特許文献６は、光硬化性樹脂模型や熱溶解樹脂積層模型を金型に挿入し、ロストワックスを射出成形した模型である。特許文献７は、紫外線硬化樹脂模型にロストワックス台を積層した模型である。このように、模型の一部または全体に合成樹脂が用いられるように成って来たが、これは主にロウ模型の形状保持性向上、簡便な模型製作を狙ったものである。また近年、造形工法のデジタル化が発達し、それに伴って光硬化樹脂を用いた光造型工法や紙を用いた紙積層造型工法、熱可塑性樹脂粉末などを用いた粉末焼結積層造型工法等、コンピュータ制御積層造型工法が発達して来た。
【０００５】
光造型工法とは、光硬化性樹脂液にコンピュータ制御された紫外線を照射し、ドーナツ板状に硬化積層させて、立体的造型物を得るものである。一方、粉末焼結積層造型工法とは、樹脂の微粉末にコンピュータ制御された炭酸ガスレーザー光を照射し、樹脂粉末の表面を溶融融着させ積層造型するものである。このような積層造型工法において製造される模型がロストワックス精密鋳造用ロウ模型代替えとして検討された結果、高温溶融流失性能を有するポリスチレン粉末焼結積層模型が有望であるとして、ＥＯＳ社製レーザー焼結型ＲＰ装置ＩＮＴ／樹脂粉末Ｐが上市されている。ＥＯＳ社のロストワックス用精密粉末樹脂焼結模型にはポリスチレン粉末（粒径６０〜８５ミクロン）が使用されている。
【０００６】
一方、最もポピユラーな固体表面平滑化方法は固体表面へ塗料を塗ることである。塗装の目的は、下地保護と、美観付与と、意識高揚付与の３つである。表面特性の付与には、表面の平滑化が存在する。塗膜の厚さは、通常ではせいぜい１０〜３０ミクロン、厚膜塗料では１００〜２００ミクロンで、こう言った膜厚領域で表面平滑化がなされる。
【０００７】
しかしながら、下地がこう言った領域よりも大きな凹凸を有する場合には、パテ付けで下地の凹凸や不整を調整することが必要となる。パテ付けの主目的を表面平滑化とする場合には、乾燥硬化パテ表面をサンドペーパー掛けした後に塗装するのが一般的である。また、固体表面へフラットな紙・フイルム等を貼り付けることも表面平滑化効果をもたらすものである。壁紙の貼り付け・化粧フイルムの貼り付け等は、塗装と同様に、保護・意匠性を狙うのがそもそもの目的である。
【０００８】
一方、固体表面から固体内部のポーラス部位へ樹脂液を含浸させ、強度向上・耐久性向上・特殊表面特性付与と同時に、表面平滑性が付与される場合も数多く存在する。例えば、コンクリート表面から内部へＭＭＡモノマーを含浸させ、その後ラジカル重合させたポリマー含有コンクリートがある。これは、強度・耐久性が向上するから海洋土木に使用されている。コンクリートの表面は凹凸が必ず存在するものであるが、ポリマー含浸コンクリートの場合には、付随的にコンクリート表面の凹凸が平滑化されることになる。木材の表面から内部へ重合性モノマーを含浸させるやり方もほぼ同様なことが言える。
【０００９】
このように、特定の固体表面に特定の樹脂層を設けることにより特定の効果を生み出すものについての広義の工法は公知であるが、目的と効果にそれぞれ特異性を持っているものである。
【００１０】
粉末焼結積層模型のポーラスな凹凸を有する表面を平滑化する方法の従来例としては、ＥＯＳ社がロウ成分を模型表面に塗布する形態を提示しているが、その他の方法については、未だ公に報告されたものは無い。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−３８５４９号公報
【特許文献２】
特開平５−２３７９１号公報
【特許文献３】
特開平５−３２９１７４号公報
【特許文献４】
特開平７−９０８４号公報
【特許文献５】
特開平７−２９９５４２号公報
【特許文献６】
特開平７−４７４４３号公報
【特許文献７】
特開２０００−２６３１８６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
粉末焼結積層造型工法において製造されるロストワックス精密鋳造用模型は、コンピュータ制御された炭酸ガスレーザーを樹脂粉末に照射することにより、粒径が６０〜８５ミクロンの粒子が表面溶融によって部分融合した状態にあり、また積層ピッチが０．０５〜０．２ｍｍであるため、その表面は目視で表面の凹凸が確認でき、指で触れると明らかに粒子が連続した凹凸表面であることが確認できる。この粉末焼結積層模型をロストワックス精密鋳造に供すると模型表面が鋳型内面に転写され、更に鋳造品表面に結構精度良く転写されるために、極めの細かい鋳肌・シャープエッジ・滑らかな曲面が出にくく、見た目に優れた鋳造品としてはほど遠いものである。
【００１３】
このように、粉末焼結積層造型工法の最大の欠点は、積層ピッチが模型表面にそのまま出現し、階段状に積層されるために曲面部位に段落が発生、微粉末を溶融、融着させるために、造型物表面の粒径跡が残留するため、平滑面・滑らかな曲面・シャープエッジが出にくいということである。
【００１４】
したがって、焼結積層造型工法において製作された粉末樹脂からなる粉末焼結積層樹脂模型をロストワックス精密鋳造に適応させると、鋳造品の仕上がり表面が粗く商品価値が大きく減衰することになる。このため、粉末焼結積層樹脂模型の表面凹凸を平滑に改善する必要が生じる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明に係るポーラスな凹凸表面を有する粉末焼結積層樹脂模型の表面平滑化法は、前記粉末焼結積層樹脂模型（Ａ）を、可使時間１〜５分、粘度７〜３０Ｐａｓの２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）に浸漬して減圧し、前記樹脂模型（Ａ）の表面に２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）を含浸させる樹脂含浸工程と、前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が含浸した前記粉末焼結積層樹脂模型（Ａ）を前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）から引き上げて硬化させる樹脂硬化工程とによって構成されることにある。
【００１６】
また、前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が多官能ポリイソシアネート成分（ａ）と多官能ポリオール成分（ｂ）からなり、多官能ポリイソシアネート成分（ａ）の平均官能基数が２．０〜４．０、多官能ポリオール成分（ｂ）の平均官能基数が３．０〜５．０、ＮＣＯ／ＯＨ比が０．７〜１．０であることが望ましい。
【００１７】
さらに、前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が常温で液状の可塑剤（ｃ）を１０−３０％含有し、下記化学構造式にて示されるポリエーテル鎖を５−３５重量％含有することが望ましい。
【００１８】
【化２】

【００１９】
さらにまた、前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が急速硬化する段階で、可塑剤（ｃ）を相分離ミクロ分散せしめることが望ましい。
【００２０】
また、ロストワックス精密鋳造法において、本発明に係る方法によって平滑化された表面を有する粉末焼結積層模型を用いることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜６は本発明の実施の形態に係わる焼結積層樹脂模型（以下、樹脂模型）の表面平滑化を行う工程を表したものである。図に従って、本発明の形態を説明する。
【００２２】
図１は、焼結積層樹脂模型の一例として自動車ハンドル用の樹脂模型Ａを示す。これは、ポリスチレン粉末を焼結積層した樹脂模型であり、この自動車ハンドルの樹脂模型Ａの外周部位の一部を拡大したのが図２であり、さらにその拡大図が図３である。この図２及び図３において示されるように、融着された微粉末ポリスチレン粒子Ｃは積層ピッチＨで階段状に積層されている。
【００２３】
図４は、可使時間１〜５分、粘度３０ｍＰａｓ以下の２液反応硬化型ウレタン樹脂液Ｂを入れた槽Ｄに図１の樹脂模型Ａを浸漬し、減圧弁Ｅを開いて、真空ポンプＧで減圧状態を示したものである。樹脂模型Ａの表面から気泡Ｆが発生し、外気と連通している模型内部の空隙部位Ｉ（図３）の空気が排出され、この空隙部位Ｉに２液反応硬化型ウレタン樹脂液Ｂが浸透する。以上が樹脂含浸工程である。尚、Ｊは、圧力計を示す。
【００２４】
図５は、２液反応硬化型ウレタン樹脂液Ｂの槽Ｄより引き上げ、余剰付着した２液反応硬化型ウレタン樹脂液Ｂが雫Ｋとなって落下している状態を示したものである。この状態で可使時間が経過すると模型に含浸した２液反応硬化型ウレタン樹脂液Ｂは硬化しはじめ、約１５〜３０分後にはタックフリーとなり硬化する。以上が樹脂硬化工程である。尚、Ｌは蓋部を示す。
【００２５】
図６は、樹脂硬化工程後の樹脂模型Ａの外周部位を拡大したものである。階段状に積層されたポリスチレン粒子Ｃの層の表面に樹脂液Ｂが付着硬化し、結果的に階段状表面Ｍが円周状表面Ｎに接近していることを示している。つまり、図２の凹凸表面状態が平滑化されていることを示すものである。
【００２６】
以下、本発明に使用される２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）について説明する。
【００２７】
前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）はポリイソシアネート成分（ａ）とポリオール成分（ｂ）の２成分からなるものである。ポリイソシアネート成分（ａ）とは、１分子中に２個以上のイソシアネート基を含有する化合物であり、ポリオール成分（ｂ）とは１分子中に２個以上の水酸基を含有するものである。イソシアネート基は非常に反応性に富んだ官能基であり、活性水素を持つ水酸基、アミノ基又はチオール基と反応する。アミノ基又はチオール基とは瞬間的に反応するために反応性に乏しいイソシアネート成分と反応性に乏しい芳香族アミンなどに限定適応されるが、あまりにも早く反応するためにその組み合わせは多用されていない。
【００２８】
ポリイソシアネート成分（ａ）としては、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートがある。芳香族ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネートとジフエニルメタンジイソシアネートが代表的である。トリレンジイソシアネートは、製造時の化学反応上、各種異性体の混合物として得られ、工業的には２，４−体と２，６−体の混合比によりＴＤＩ―１００（２，４−ＴＤＩ１００％）、ＴＤＩ―８０（２，４−ＴＤＩ８０％２，６−ＴＤＩ２０１％）、ＴＤＩ―６５（２，４−ＴＤＩ６５％２，６−ＴＤＩ３５％）、が市販されている。ジフエニルメタンジイソシアネートとしては、これも製造時の化学反応上、各種異性体の混合物として得られ、工業的には純ＭＤＩとポリメリックＭＤＩがある。純ＭＤＩとは２核体であり、ポリメリックＭＤＩとは多核体であり、純ＭＤＩは蒸留にて単離され、釜残としてポリメリックＭＤＩが残る。ポリメリックＭＤＩは、製造条件によって多核体数が異なるために、各種のポリメリックＭＤＩが核メーカーより市販されている。また、ナフタリン核にイソシアネート基を持たせたナフタレンジイソシアネートやトリジンジイソシアネートが挙げられる。脂肪族ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートキシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートが挙げられる。脂環族ポリイソシアネートとしては、キシリレンジイソシアネートを水添した水添キシリレンジイソシアネートやＭＤＩを水添した水添ＭＤＩが挙げられる。
【００２９】
通常、ポリイソシアネートは反応性に富むため、また揮発性のあるポリイソシアネートは毒性が強いため、色々な変成を施して使用されている。ウレタン変性、二量化、三量化、ポリカルビジイミド化、ウレア変性、プレポリマー化、ブロック化などがある。これらはイソシアネート基の高反応性を利用して自己縮合させたり、活性成分を介してジョイントさせ、末端にイソシアネート基を残したものである。
【００３０】
ポリオール成分（ｂ）としては、低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、アミンポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ブタジエンポリオールがある。低分子ポリオールとしては、エチレングリコール・プロピレングリコール・１−４ブタンジオール・グリセリン・トリメチロールプロパン・ペンタエリスリトールなどが挙げられる。ポリエーテルポリオールとしては、上記低分子ポリオールにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加した各種分子量のポリエーテルポリオールが市販されている。エチレンオキサイド単独付加、プロピレンオキサイド単独付加、混合付加、順次付加など色々な付加方式によって、末端水酸基は１級・２級となる。これによって末端水酸基の反応性が異なり、付加鎖がエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドで、親水性が各種各様となるポリエーテルポリオールが市販されている。
【００３１】
アミンポリオールとは、アンモニア・エチレンジアミン等の低分子アミンにエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドを付加せしめたものである。よって分子内に３級窒素を含有することになり、イソシアネートの反応性を促進させる効果を保有したポリオールである。急速硬化を行う本発明には欠かせない成分である。
【００３２】
ポリエステルポリオールとしては、二塩基酸と低分子ジオールをエステル化にて分子末端を水酸基としたものである。二塩基酸と低分子ジオールの種類を選択調整、分子量の調整、多官能低分子ポリオールの少量使用などにて多種多様なポリエステルポリオールとなる。また、ε−カプロラクタムの開環重合にて得られるラクトンポリエステルポリオールもある。これらにアルキレンオキサイドを付加することによって、ポリエステル鎖とポリエーテル鎖を持ったものがあり、非常に多様性があるものである。
【００３３】
アクリルポリオールとしては、メチルアクリレートやメチルメタアクリレートに末端水酸基を含有するアクリルモノマーを重合させたものであり、アクリル鎖の中に複数の水酸基を持ったアクリルオリゴマーである。アクリルモノマーの種類を選択し、分子量を調整することによって形成された各種のアクリルポリオールが市販されている。造膜するレベルまで重合度を上げ、高分子化して有機溶剤に溶解させた樹脂液は、脂肪族ポリイソシアネートによってわずかな架橋を行うことで耐候性に優れた塗料となる。ブタジエンポリオールとしては、末端に水酸基を含有するブタジエンと二重結合を有する化合物との共重合物である。比較的疎水性の強いポリオールである。
【００３４】
ポリオール成分とポリイソシアネート成分のウレタン化反応を促進する触媒としては、金属触媒及びアミン触媒がある。金属触媒としては、オクチル酸亜鉛・オクチル酸鉛やジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジアセテート等が挙げられる。アミン触媒としては、トリエチレンジアミン、ＮＮ−ジメチルピペラジン、Ｎ−メチルモルホリン等が挙げられる。これらの触媒は通常ポリオール成分中に添加される。
【００３５】
ポリイソシアネート成分（ａ）とポリオール成分（ｂ）との配合量は、ＮＣＯ基数とＯＨ基数を計算し、通常ＮＣＯ基数とＯＨ基数の比率（ＮＣＯ／ＯＨ）が１．０近辺に成るように設計される。尚、（ＮＣＯ／ＯＨ）＝１．０とは、イソシアネート基と水酸基の数が同数であり、きちっと反応が終了する設計であり、つまり最高の強度を発現する領域である。本発明ではポリイソシアネート成分（ａ）の平均官能基数を２．０以上（好ましくは、２．０〜４．０）、ポリオール成分（ｂ）の平均官能基数を３．０以上（好ましくは、３．０〜５．０）と多官能とすることで、（ＮＣＯ／ＯＨ）は０．７〜１．０に設定されている。好ましくは０．７〜０．９である。より好ましくは０．７５〜０．８５である。これにて、ポリイソシアネート成分（ａ）の単位当たりの使用量を減じることができるので、消失模型とした場合、恒温時、軟化・溶融・分解・燃焼が起こりやすい特徴が発現する。
【００３６】
この反応硬化性樹脂（Ｂ）は下記化学構造式にて示されるポリエーテル鎖を含有するものである。
【００３７】
【化３】

【００３８】
このポリエーテル鎖はソフトな成分であり、加温高温時、軟化・分解・燃焼し易い化学構造であり、反応硬化性樹脂（Ｂ）中のポリエーテル鎖は５％以上３５％以下で含有されるものである。ポリエーテル鎖はソフト成分であるから、３５％より高く含有させると硬化物の硬度がショアー硬度６５より小さくなり、ゴム弾性が強く発現するためポリスチレン粉末焼結積層樹脂模型との硬度バランスが取れなくなるからである。
【００３９】
以下、本発明に使用される可塑剤（ｃ）について説明する。
【００４０】
本発明に使用する可塑剤（ｃ）とは、化学反応を起こす官能基を持たない不活性な揮発性が無視できる化合物で室温において液状のものが好ましい。可塑剤（ｃ）としては、エステル系可塑剤、エーテル系可塑剤、エステル・エーテル系可塑剤が挙げられる。具体的に、エステル系可塑剤としては、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）が代表的である。その他、酢酸ベンジル、安息香酸ブチル、安息香酸オクチル、安息香酸イソペンチル、エチレングリコール安息香酸ジエステル、ポリエチレングリコール安息香酸ジエステル、プロピレングリコール安息香酸ジエステル、ポリプロピレングリコール安息香酸ジエステル、エチレングリコールジオリエート、ポリエチレングリコールジオリエート、プロピレングリコールジオリエート、ポリプロピレングリコールジオリエート等が挙げられる。エーテル系可塑剤としては、エチレングリコールブチルエーテル、エチレングリコールジフエニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トロエチレングリコールジブチルエーテル，テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル等が挙げられる。エーテルエステル系としては、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチテングリコーリモノフエニルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００４１】
また、可塑剤（ｃ）は下記化学構造式によって示されるポリエーテル鎖を含有するものが好ましい。
【００４２】
【化４】

【００４３】
このポリエーテル鎖はソフトな成分であり、加温高温時、軟化・分解・燃焼し易い化学構造であり、可塑剤（ｃ）中のポリエール鎖は０−８０％含有するものである。
【００４４】
常温で液状の可塑剤（ｃ）を高含有させると、可塑剤（ｃ）が樹脂模型の表面へブリードし、ベタツキ・タックが発生する。そこで、できるだけ可塑剤を高含有させるには、可使時間５分以内で急速硬化せしめ、可塑剤（ｃ）が硬化樹脂から相分離し、硬化樹脂の３次元網目構造内にミクロ分散状態にて閉じこめられる状態とすることが有効であることを、本出願人は見い出した。この様な相分離ミクロ分散構造は言葉で表現するならば、蜂の巣状の硬化樹脂の中に幼虫となる可塑剤（ｃ）が存在していると表現できる。蜂の巣状の硬化樹脂は強度物性に優れた構造であり、可塑剤（ｃ）を蜂の巣内にて大切に保存し、外部へ放出しない構造である。よって、可塑剤（ｃ）は硬化物表面ににじみ出し、タック発生を引き起こすことはない。相分離ミクロ分散構造を取らない時は、可塑剤は硬化樹脂中に溶解することになり、飽和状態以上になると可塑剤は硬化物表面ににじみ出し、タックが出、にじみ出しが多いとベタツキが発生し易くなる。このような相分離ミクロ分散構造は電子顕微鏡によって確認することができる。相分離ミクロ分散構造を助成するには可使時間５分以内で急速硬化せしめることが必要である。好ましくは３分以内である。可使時間が５分より長くなると、相分離ミクロ分散が完結しにくくなり、また模型製作時脱型に１日以上必要となり模型製作上迅速性が失われる。
【００４５】
反応硬化樹脂液（Ｂ）として存在する時点では、可塑剤（ｃ）は均一溶解状態が必要であり、反応硬化する段階で硬化樹脂から相分離ミクロ分散が助成され、反応硬化完結時点ではミクロ分散した可塑剤を包含し表面へのブリードを妨げるものである。こう言った微妙なバランスの上に組成が構成されるものである。つまり、可塑剤（ｃ）と反応硬化性樹脂の親水性・疎水性のバランスをうまく調整された領域に設計されるものである。親水性セグメントとしては、アルキレンオキサイド鎖が有効であり、疎水性セグメントとしては炭化水素鎖が有効である。これらの親水性セグメント・疎水性セグメントは、使用する原料モノマーの選択によって決定される。これらの親水性と疎水性のバランスはある程度乖離させた設計が必要である。反応硬化性樹脂液（Ｂ）にエチレンオキサイド鎖を多用すると親水性が強くなるし、プロピレンオキサイド鎖にするとエチレンオキサイド鎖よりは親水性が弱まる。エチレンオキサイド鎖やプロピレンオキサイド鎖を少なくすると疎水性が強い反応硬化性樹脂液（Ｂ）となり、親水性と疎水性を有る範囲内で調整することができる。同様に可塑剤（ｃ）に含有されるエチレンオキサイド鎖やプロピレンオキサイド鎖の含有量を調整することにより、可塑剤（ｃ）の親水性と疎水性を有る範囲内で調整することができる。また可塑剤（ｃ）のアルキレンオキサイド鎖以外の末端化学構造を変えることにより、疎水性の強さを変化させることができる。例えば、末端をアルキルエーテルとする場合、メチルエーテル・エチルエーテル・ブチルエーテル・フェニルエーテルと変化するに従って疎水性が大きくなる。このように、可塑剤（ｃ）の化学構造と使用量、反応硬化性樹脂液（Ｂ）の化学構造と使用量を変えて相分離ミクロ分散する領域範囲を設定するものである。これらの親水性セグメント・疎水性セグメントは、モノマーの二重結合の光熱ラジカル重合・カチオン重合やエポキシ／アミンの付加重合・ポリオール／ポリイソシアネートの付加重合等の化学反応において３次元網目構造を取るように連結されるものである。
【００４６】
こう言ったバランスの下に設定される反応硬化性樹脂（Ｂ）中の常温液状の可塑剤（ｃ）の含有量は１０〜３０重量％である。３０重量％より多くなるなると、相分離ミクロ分散適量以上となり硬化物表面にブリード・タックが発生する。１０重量％より少なくなると、脱ロウ・焼成工程にて樹脂模型の加熱分解流失が悪くなり、鋳型にヘヤークラック・亀裂発生を起こす原因となる。
【００４７】
一方、樹脂模型が脱ロウ工程・焼成工程の高温時、軟化・熱分解・流失・燃焼し易くするためには、下記化学構造式において示されるアルキレンオキサイド鎖を樹脂骨格や可塑剤分子内に埋め込むことが有効であることを見い出した。
【００４８】
【化５】

【００４９】
このアルキレンオキサイド鎖はソフトな成分であり、加温高温時、軟化・分解・溶融・燃焼し易いセグメントである。このセグメントが硬化樹脂の中にちりばめられているために、溶融・分解・流失・燃焼が程良く完結されるものである。このアルキレンオキサイド鎖は反応硬化性樹脂本体及び可塑剤に埋め込まれるものであり、反応硬化性樹脂本体と可塑剤から基本的に構成される反応性硬化樹脂液（Ｂ）中に５−３０重量％含有するものである。好ましくは、１０−２５重量％である。３０重量％より多くなると非常に柔らかい樹脂となり、模型としての形状保持が難しい硬さとなる。５重量％より少なくなると、加温高温時の軟化・分解・溶融・燃焼が悪くなり焼失模型としての焼失性が損なわれることになる。
【００５０】
このように、２液反応硬化性樹脂液（Ｂ）の樹脂組成の設定には、樹脂と可塑剤の親水性疎水性のバランス・樹脂の量と可塑剤量のバランス・硬化の速さと硬化物の硬さのバランス・などが相互に関与するものであり、それらのバランスが取れた適応範囲が本発明にて限定する請求範囲である。
【００５１】
２液反応硬化性樹脂液（Ｂ）の実施例を挙げると次の通りである。
【００５２】
３つ口コルベンにクルードＭＤＩ（ＮＣＯ＝３２％）３４重量部、可塑剤として、ジ２エチルヘキシルアジぺートを１４重量部仕込み均一溶解後、ポリプロピレングリコール（ＭＷ＝４００）２重量部を仕込み、均一攪拌溶解後、徐々に昇温し、８０℃で５時間攪拌し、ウレタン化して末端ＮＣＯのウレタンプレポリマーとした。次いで消泡剤０．０１重量部を仕込み均一混合溶解させた。これをポリイソシアネート成分（ａ）とした。
【００５３】
次いで、４つ口コルベンにエチレンジアミン・プロピレンオキサイド付加物（ＭＷ３００）５．０重量部及びトリメチロールプロパン・プロピレンオキサイド付加物（ＭＷ＝４４００）２８重量部、可塑剤としてジ２エチルヘキシルアジぺート１７重量部を仕込みキャピラリーより窒素ガスを吸引させながら、真空で１００℃１時間脱水した。５０℃以下に徐冷し、消泡剤０．０１重量部、ヒンダードフエノール系酸化防止剤０．５重量部を仕込み、７０℃で１時間均一攪拌混合した。これにオクチル酸亜鉛１％キシレン溶液を添加し、可使時３分に調整した。これをポリオール成分（ｂ）とした。ポリオール成分（ｂ）とポリイソシアネート分（ａ）の配合比は１：１（重量比）である。
【００５４】
尚、本発明の平滑化に使用されるポリスチレン粉末焼結積層造型体と表面平滑化に使用する２液反応硬化性樹脂の接着性を評価した結果は下記の通り良好であった。
【００５５】
（密着性試験）
接着評価試験体を作成する。この接着評価試験体として、ポリスチレン粉末焼結積層板をサンドペーパー掛けし、フラットな面を作成した。実施例において記載した２液反応硬化性樹脂液に、前記焼結積層板を浸漬し、減圧して含浸させて引き上げ、３０分日乾燥硬化させた試験体、１日乾燥硬化させた試験体を作成した。そして、試験体のフラット面に幅１ｍｍにてクロスカットし、１００個の碁盤目を形成し、この１００個の碁盤目クロスカット上に粘着テープを貼り付け勢いよく引き剥がし、２液反応硬化性樹脂液硬化層の剥離を肉眼判定した。
【００５６】
（試験結果）
その結果、３０分日乾燥硬化させた試験体及び１日乾燥硬化させた試験体のどちらも剥離は無く１００／１００であった。
【００５７】
（表面平滑化試験）
試験体を作成する。ポリスチレン粉末焼結積層板を無処理試験体とし、本発明に係る方法において表面処理されたポリスチレン粉末焼結積層板を評価試験体とした。前記試験体の表面を軽く指でさすって、表面の平滑性を感触評価した。
【００５８】
（試験結果）
その結果として、ポリスチレン粉末焼結積層板無処理試験体が表面凹凸を強く感じたのに対して、２液反応硬化性樹脂液に含浸させて硬化させたポリスチレン粉末焼結積層板は表面凹凸が非常に少なくなった感じがした。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポーラスな粉末焼結積層模型の表面から２液反応硬化型ウレタン樹脂液を含浸させることにより、
（１）２液反応硬化型ウレタン樹脂液が超低粘度であるため、２液混合が素早く完結し、ポーラスな粉末焼結積層模型を浸漬して減圧させることで、外部連通内部空間の空気と簡単に置換され、含浸する効果が発現する。
（２）２液反応硬化型ウレタン樹脂液が超低粘度であるため、含浸・引き上げ時、過剰付着成分がすぐに垂れ落ちるため、均一被覆効果が発現する。
（３）含浸工程終了後、２液反応硬化型ウレタン樹脂液の可使時間経過時、白化するので硬化の進行を肉眼判定出来る。
（４）含浸工程終了後、２液反応硬化型ウレタン樹脂液の可使時間経過後３０〜６０分後にはタックフリーとなり、持ち運びが可能となる。
（５）２液反応硬化型ウレタン樹脂液は反応硬化タイプであり、固体表面への接着性が良好である。また、部分含浸状態においてポーラスな凹凸面を被覆することになりアンカー効果も発現されて接着性は良好である。
（６）ポーラスな粉末焼結積層模型の表面からポリスチレン微粒子の脱落を防止し、模型全体の強度を向上させる効果が発現する。
（７）特に、模型の薄肉エッジ部位の曲げ強度をアップさせることができ、ちょっとした応力による破損を防止する効果が発現する。
（８）ポーラスな粉末焼結積層模型の中空部位の表面を平滑化する効果が発現する。特に流体が流れる中空管部位を保有する模型には最適である。これは通常の刷毛塗り工法やスプレー塗布工法では対処出来ない。
（９）２液反応硬化型ウレタン樹脂液の硬化層は脱ロウ工程において液状可塑剤や熱分解低分子化合物が流出するので、脱ロウ効果を有する。
（１０）２液反応硬化型ウレタン樹脂液の硬化物は、熱軟化・分解し易い組成にて構成されており、ロストワックス精密鋳造模型として使用された時、焼成工程にて燃焼し残留配分は非常に少ない。
（１１）ロストワックス精密鋳造模型として使用され、精密鋳造品の鋳肌は非常に滑らかになり、鋳造品の仕上がり状態に見映えの向上が認められる。
（１２）特に内部に気体や流体が流れるマニホールドのような中空精密鋳造品では、その内面が平滑であることが好ましく、本発明による製造方法に大きな優位性がある。
等の効果が発現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂模型の一例を示した平面図である。
【図２】図１で示した樹脂模型の一部を拡大した一部拡大断面図である。
【図３】図２の一部をさらに拡大した拡大断面図である。
【図４】樹脂含浸工程を示した説明図である。
【図５】樹脂硬化工程を示した説明図である。
【図６】樹脂硬化工程後の樹脂模型の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
Ａ粉末焼結積層樹脂模型（樹脂模型）
Ｂ２液反応硬化型ウレタン樹脂液
Ｃ微粉末ポリスチレン粒子
Ｄ槽
Ｅ減圧弁
Ｆ気泡
Ｇ真空ポンプ
Ｈ積層ピッチ
Ｉ空隙部位
Ｊ圧力計
Ｋ雫
Ｌ蓋部
Ｍ階段状表面
Ｎ円周状表面

Claims

ポーラスな凹凸表面を有する粉末焼結積層樹脂模型（Ａ）を、可使時間１〜５分、粘度７〜３０Ｐａｓの２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）に浸漬して減圧し、前記樹脂模型（Ａ）の表面に２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）を含浸させる樹脂含浸工程と、前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が含浸した前記粉末焼結積層樹脂模型（Ａ）を前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）から引き上げて硬化させる樹脂硬化工程とによって構成される表面平滑化法において、
前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が常温で液状の可塑剤（ｃ）を１０−３０％含有し、下記する化学構造式で示されるポリエーテル鎖を５−３５重量％含有することを特徴とする表面平滑化法。
前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が多官能ポリイソシアネート成分（ａ）と多官能ポリオール成分（ｂ）から成り、多官能ポリイソシアネート成分（ａ）の平均官能基数が２．０〜４．０、多官能ポリオール成分（ｂ）の平均官能基数が３．０〜５．０、ＮＣＯ／ＯＨ比が０．７〜１．０であることを特徴とする請求項１に記載の表面平滑化法。
前記２液反応硬化型ウレタン樹脂液（Ｂ）が急速硬化する段階で、可塑剤（ｃ）を相分離ミクロ分散せしめることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面平滑化法。
請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法によって平滑化された表面を有する粉末焼結積層模型を用いたロストワックス精密鋳造法。