JP6265358B1 - 一対の鋳型、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯の冷却コントロールを適切に行うことを可能としつつ、さらに、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率も良好なものとすることができる技術の提供。【解決手段】型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型１００ａ，１００ｂであって、それぞれ、ａ）金属により形成され、製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面１１を有する金型１ａ，１ｂと、ｂ）砂により形成され、製品形状を模った薄肉状であり、金型キャビティ面１１に、少なくとも一部において間隔３を設けつつ、被せられるレイヤー材２ａ，２ｂと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、型合わせされることにより間に注湯空間を形成する一対の鋳型を用いて製品を鋳造する技術に関する。

鋳造方法として、一対の鋳型を見切り面において型合わせして、これらの間に形成される注湯空間（製品形状を有する空間）に液体状の金属（溶湯）を注入（注湯）し、その状態で注湯空間内の溶湯が自然冷却されて固化するのを待ち、溶湯が固化した後に、両鋳型を分離して造形された製品を取り出す、というものがよく知られている。この鋳造方法に用いられる鋳型としては、金属製のもの（いわゆる「金型」）や、砂（鋳物砂）製のもの（いわゆる「砂型」）が一般的である。

上記の鋳造方法では、溶湯が固化する際の温度プロファイルが、出来上がった製品の状態に影響を与える。例えば、鋳鉄の場合、注湯直度に溶湯が急激に冷却されてしまうと、得られる製品が硬くて脆いものとなってしまう。溶湯の急激な冷却を抑えるためには、鋳型の熱伝導率が低いことが好ましく、この点においては、砂型が金型よりも優位である。

一方で、溶湯が完全に冷却されるまでに要する時間（すなわち、鋳造に要する時間）を短く抑えるためには、鋳型の熱伝導率が高いことが好ましく、この点においては、金型が砂型よりも優位である。

例えば特許文献１には、金属製の母体の製品キャビティ面に、砂の被覆層（砂層）を形成した鋳型が記載されている。この鋳型を用いれば、溶湯が、金属製の母体ではなく、これよりも熱伝導率が小さい砂層に接触することになるので、鋳型の全体を金属で形成する通常の金型と比べて、注湯直後の溶湯の急激な冷却を抑制することができる。一方で、鋳型の主要部は金属で形成されるので、鋳型の全体を砂で形成する通常の砂型と比べて、鋳造に要する時間を短く抑えることができる。

特開平７−１１６７７５号公報

特許文献１の技術では、金属製の母体と製品模型を、隙間を設けて配置して、該隙間に、表面が熱硬化性樹脂でコ−ティングされた鋳物砂（いわゆる、レジンコ−テッドサンド）を吹き込み、これを硬化させてから製品模型を離型することによって、砂の被覆層が形成された金型を得ている。そして、こうして得られた金型を用いて製品の鋳造を行っている。

しかしながら、この態様では、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率が非常に悪い。すなわち、鋳造直後の母体は非常に高温であるところ、高温の母体と製品模型の間の隙間にレジンコ−テッドサンドを吹き込もうとすると、レジンコ−テッドサンドが高温の母体側にくっついてしまい、該隙間にレジンコ−テッドサンドを適切に充填することが難しい。このため、母体が十分に冷却されるのを待ってからでなければ、新たな被覆層を形成することができず、次の鋳造に速やかに進むことができない。

本発明が解決しようとする課題は、溶湯の冷却コントロールを適切に行うことを可能としつつ、さらに、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率も良好なものとすることができる技術を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、
型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型であって、それぞれ、
ａ）金属により形成され、製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有する金型と、
ｂ）砂により形成され、前記製品形状を模った薄肉状であり、前記金型キャビティ面との間の少なくとも一部において間隔を設けつつ、該金型キャビティ面に被せられるレイヤー材と、
を備える。

ここで、「製品形状と基本的に同一の形状」には、製品形状と完全に同一の形状と、製品形状とほぼ同一の形状が含まれる。製品形状とほぼ同一の形状は、具体的には例えば、製品形状よりも一回り大きい相似形状、製品形状を単純化した形状（例えば、製品形状の細部を省略した形状）、これらの形状に突起や凹み等が付加された形状、等である。
また、「金型キャビティ面に被せる」とは、金型とは別体に形成されているレイヤー材（具体的には、その一方の面（外側面））を、金型キャビティ面と近接あるいは当接した状態で対向配置することを意味する。

上記の構成においては、一対の鋳型が型合わせされることにより形成される注湯空間は、レイヤー材とこれと少なくとも一部において間隔を設けて配置された金型で順に囲まれた空間となる。レイヤー材は、熱伝導率が比較的小さい材料である砂により形成されているので、注湯直後の溶湯の冷却速度を緩やかなものとすることができる。一方で、注湯からある程度の時間が経過すると、レイヤー材の後ろに存在している金型（すなわち、熱伝導率が比較的大きい材料である金属により形成された金型）により溶湯の熱が効率的に奪われるため、鋳造に要する時間を短く抑えることができる。このように、この一対の鋳型は、砂型と金型の両方の利点を併せ持っているため、溶湯の冷却コントロールを適切に行うことが可能となる。また、注湯空間と金型の間にレイヤー材が存在していることにより、金型が、注湯空間に注入された溶湯の熱によってダメージを受けることが抑制される。
さらに、レイヤー材は金型に被せられるものであり、はじめから金型と一体的に形成されるものではない。したがって、例えば、レイヤー材を予め複数個準備しておけば、鋳造が終了した後、これに用いられた金型に新たなレイヤー材を被せるだけで、次の鋳造に進むことができる。したがって、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率を良好なものとすることができる。

上記の構成においては、レイヤー材と金型キャビティ面の間の少なくとも一部に間隔が設けられている。間隔が設けられている部分には、別の材料（例えば、後述する粘着材）が充填されていてもよいし、何も充填されない単なる隙間とされていてもよい。
後者の場合、金型とレイヤー材の間の少なくとも一部に、砂よりもさらに熱伝導率が大きい空気を介在させることができる。この空気の層が断熱層として機能するため、レイヤー材の厚みが薄くても、注湯直後の溶湯の冷却速度を十分に緩やかなものとすることができるとともに、金型が受ける熱ダメージを十分に低減することができる。
前者の場合、溶湯の冷却速度は充填される材料の熱伝導率に応じたものとなる。すなわち、該材料として適宜のものを選択することによって、溶湯の冷却コントロールを任意のものとすることができる。

また、上記の構成において、一対の鋳型を構成する両鋳型の形状は同一でなくてもよい。すなわち、両鋳型の金型キャビティ面、レイヤー材の形状は対称である必要はない。

また、上記の構成において、レイヤー材と金型キャビティ面の間に間隔が設けられる領域は、金型キャビティ面の全体に亘っていてもよいし、金型キャビティ面の一部分であってもよい（すなわち、金型キャビティ面とレイヤー材が当接した部分があってもよい）。

また、上記の構成において、レイヤー材の厚さ、及び、これと金型キャビティ面の間に設けられる間隔の各寸法は、例えば溶湯が冷却される際の適切な温度プロファイルに基づいて、それぞれ任意に決定することができる。溶湯が鋳鉄の場合、レイヤー材の厚さの寸法は１mm〜１０mm程度であることが好ましく、間隔の寸法は０．１mm〜３mm程度であることが好ましい。また、レイヤー材の厚さと間隔の寸法の和が、１mm〜１０mm程度となっていることも好ましい。

好ましくは、前記一対の鋳型において、
各鋳型が、
前記金型キャビティ面と、これと対向配置される前記レイヤー材の外側面のうちの少なくとも一方に設けられた突起部、
をさらに備える。

この構成によると、レイヤー材が金型に被せられた状態において、レイヤー材の外側面と金型キャビティ面の間に、突起部の高さと等しい寸法の間隔が安定的に設けられる。

好ましくは、前記一対の鋳型において、
各鋳型が、
前記金型キャビティ面と、これと対向配置される前記レイヤー材の外側面の間に設けられた粘着材層、
をさらに備える。

この構成によると、レイヤー材が金型に被せられた状態において、両者が相互に位置ずれを起こすことが防止される。また、レイヤー材が金型に被せられた状態において、レイヤー材の外側面と金型キャビティ面の間に、粘着材層の厚さと等しい寸法の間隔が安定的に設けられる。

上記の構成において、粘着材層が設けられる領域は、金型キャビティ面の全体に亘っていてもよいし、キャビティ面の一部分であってもよい。

好ましくは、前記一対の鋳型の各鋳型において、
前記レイヤー材が、
前記製品形状を模った部分の周囲に設けられた平板状の庇部分、
を備える。

この構成によると、レイヤー材が金型に被せられた状態において、庇部分が金型の見切り面に被せられた状態となる。したがって、一対の鋳型が型合わせされた状態において、金型の見切り面同士が直接に当接し合うのではなく、これらの間でレイヤー材の庇部分同士が互いに当接し合った状態となる。金型の見切り面同士を直接に当接させることで注湯空間を封鎖する場合は、金型を大きな力で押しつけ合わせなければならないが、ここでは金型よりも柔らかい砂製のレイヤー材（具体的にはその庇部分）同士を密着させることで注湯空間を封鎖するので、そのような大きな力を必要としない。したがって、そのような大きな力が何度も加えられることによって金型に歪みが生じる、という事態が回避される。また、金型の見切り面に高温の溶湯が回り込むことも十分に回避されるため、見切り面に溶湯が触れたために金型が熱変形する、という事態も回避できる。

別の態様に係る本発明は、
型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型の製造方法であって、
ａ）金属により形成され、製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有する金型を一対準備する工程と、
ｂ）砂により形成され、前記製品形状を模った薄肉状のレイヤー材を、前記一対の金型のそれぞれについて準備する工程と、
ｃ）前記各レイヤー材を、対応する金型の前記金型キャビティ面に、少なくとも一部において間隔を設けつつ被せる工程と、
を備える。

この構成によると、レイヤー材は金型とは別に準備されるものであり、はじめから金型と一体的に形成されるものではない。したがって、例えば、レイヤー材を予め複数個準備しておけば、鋳造が終了した後、これに用いられた金型に新たなレイヤー材を被せるだけで、次の鋳造に進むことができる。したがって、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率を良好なものとすることができる。

好ましくは、前記一対の鋳型の製造方法において、
前記レイヤー材を準備する工程は、
前記製品形状を模った模型と、前記製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有するレイヤー材製造用金型を、間に隙間を設けつつ配置する工程と、
前記隙間に砂を充填する工程と、
前記隙間に充填された砂を焼成してレイヤー材を形成する工程と、
前記模型と前記レイヤー材製造用金型を離間させて前記レイヤー材を取り出す工程と、
を備える。

この構成によると、鋳造に用いる金型とは別のレイヤー材製造用金型を用いて、レイヤー材を製造する。したがって、レイヤー材製造用金型の肉厚、形状、形成材料、等を、レイヤー材の製造に最適なものとすることができる。

好ましくは、前記一対の鋳型の製造方法において、
前記レイヤー材を準備する工程は、
３次元造型装置を用いて前記レイヤー材を造型する工程、
を備える。

この構成によると、複雑な形状のレイヤー材であっても、簡易かつ低コストで造型することができる。

本発明によると、金型キャビティ面に、砂により形成された薄肉状のレイヤー材が、少なくとも一部において間隔を設けつつ被せられるので、溶湯の冷却コントロールを適切に行うことが可能となる。また、金型が、注湯空間に注入された溶湯の熱によってダメージを受けることを抑制することもできる。さらに、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率を良好なものとすることができる。

実施形態に係る一対の鋳型を模式的に示す図。 レイヤー材の製造方法を説明するための図。 一対の鋳型を用いて製品を鋳造する方法を説明するための図。 第１変形例に係る一対の鋳型を模式的に示す図。 第２変形例に係る一対の鋳型を模式的に示す図。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜１．鋳型の構成＞
実施形態に係る一対の鋳型の構成について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、一対の鋳型１００ａ，１００ｂが備える各要素を模式的に示す側断面図であり、図１（ｂ）は、一対の鋳型１００ａ，１００ｂの構成を模式的に示す側断面図である。

一対の鋳型１００ａ，１００ｂは、対向配置されて型合わせされることにより、間に注湯空間Ｖ（図３（ａ））を形成するものであり、一対の鋳型１００ａ，１００ｂの各々は、金型１ａ，１ｂと、これに被せられるレイヤー材２ａ，２ｂを備える。金型１ａ，１ｂとレイヤー材２ａ，２ｂの間には、少なくとも一部において間隔が設けられる。このような間隔が設けられている部分には、別の材料が充填されていてもよいが、この実施形態では、何も充填されることなく単なる隙間３とされている。

一方の鋳型１００ａと他方の鋳型１００ｂは、その基本的な構成は互いに同じであるが、その形状は互いに異なるものであってもよい。すなわち、図の例のように、各鋳型１００ａ，１００ｂが備える金型１ａ，１ｂの形状（例えば、金型キャビティ面１１の形状）は互いに異なるものであってよい。この場合、図の例のように、各鋳型１００ａ，１００ｂが備えるレイヤー材２ａ，２ｂの形状も互いに異なるものとなる。

＜金型１ａ，１ｂ＞
各金型１ａ，１ｂは、金属（具体的には例えば鋳鉄）により形成される。各金型１ａ，１ｂの一方の面（内側面）１０には、製品（鋳造目的製品）の形状と基本的に同一の形状（具体的には、製品形状よりも一回り大きい相似形状）のキャビティ面（金型キャビティ面）１１と、その周囲を囲む平坦な見切り面１２とが設けられる。見切り面１２の一部には溝１２１が形成されている。

また、各金型１ａ，１ｂの内側面１０には、複数の突起１３が満遍なく設けられる。各突起１３の高さは互いに等しいものとされている。

＜レイヤー材２ａ，２ｂ＞
各レイヤー材２ａ，２ｂは、製品形状を模った薄肉状の部材であり、砂（すなわち鋳物砂であり、ここでは例えばレジンコーテッドサンド）により形成される。各レイヤー材２ａ，２ｂは、一対の金型１ａ，１ｂのいずれか一方に対応するものであり、該対応する金型１ａ，１ｂの金型キャビティ面１１に、少なくとも一部において間隔（ここでは単なる隙間３）を設けつつ、被せられる。

各レイヤー材２ａ，２ｂは、製品形状を模った本体部分２１と、その周囲に張り出した平板状の庇部分２２を備える。庇部分２２の一部であって、金型１ａ，１ｂにおける溝１２１が形成される位置と対応する位置には、半割筒状の部分２２１が形成されている。

レイヤー材２ａ，２ｂの厚さは、後述する隙間８ａ，８ｂの寸法を調整することにより、任意のものとすることができる。該厚さの具体的な寸法は、鋳造時に溶湯９０が冷却される際の適切な温度プロファイル等を加味して決定することが好ましい。例えば、溶湯が鋳鉄の場合、該寸法は１mm〜１０mm程度であることが好ましい。なお、本体部分２１と庇部分２２の厚みは互いに等しくてもよいし、互いに異なるものであってもよい。

また、各レイヤー材２ａ，２ｂの一方の面（金型１ａ，１ｂに被せられる側の外側面）２０には、金型１ａ，１ｂの内側面１０における突起１３の形成位置と対応する位置に、凹部２３が設けられることが好ましい。この凹部２３は、突起１３の先端を収容して突起１３を位置決めするための要素であり、例えば、突起１３の先端を位置決めするのに必要最小限の深さとされている。

＜隙間３＞
各レイヤー材２ａ，２ｂは、対応する金型１ａ，１ｂに対して適切に位置合わせされた状態（すなわち、両部材の対応する部分（金型キャビティ面１１と本体部分２１、見切り面１２と庇部分２２、溝１２１と半割筒状の部分２２１）同士が、重なるように配置された状態）で、これに被せられる。この状態において、各突起１３の先端が各凹部２３内に収容された状態となり、両部材の間には突起１３の高さとほぼ等しい寸法の間隔（ここでは単なる隙間３）が安定的に設けられた状態となる。

隙間３は、金型キャビティ面１１の全体に亘っていてもよいし、金型キャビティ面１１の一部分であってもよい（すなわち、図のように、金型キャビティ面１１とレイヤー材２ａ，２ｂが当接した部分があってもよい）。また、隙間３の寸法は、突起１３の高さ及び凹部２３の深さを調整することにより、任意のものとすることができる。隙間３の具体的な寸法は、鋳造時に溶湯９０が冷却される際の適切な温度プロファイル等を加味して決定することが好ましい。例えば、溶湯が鋳鉄の場合、隙間３の寸法は０．１mm〜３mm程度であることが好ましい。また、レイヤー材２ａ，２ｂの厚さと隙間３の寸法の和が、１mm〜１０mm程度となっていることも好ましい。

＜２．レイヤー材２ａ，２ｂの製造方法＞
レイヤー材２ａ，２ｂを製造する方法の一例について、図２を参照しながら説明する。図２は、当該方法を説明するための図である。

準備工程：まず、一対のレイヤー材製造用金型６ａ，６ｂと、製品（鋳造目的製品）の模型７を準備する（図２（ａ））。
ここで、レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂは、その一方の面（内側面）に、製品形状と基本的に同一の形状（具体的には、製品形状よりも一回り大きい相似形状）のキャビティ面６１と、その周囲を囲む平坦な見切り面６２とが形成されたものである。見切り面６２の一部には溝６２１が形成されている。また、キャビティ面６１及び見切り面６２には、所定の位置（レイヤー材２ａ，２ｂにおける凹部２３を形成するべき各位置）に突起（図示省略）が設けられている。
また、模型７は、薄板状の平板部分７１と、その両主面に形成された、製品形状を精確に模った形状部分（製品形状部分）７２ａ，７２ｂを備える。また、平板部分７１には、溝６２１と対応する位置に、半円筒部分７１１が形成されている。模型７には、ヒータが内蔵されていることが好ましい。

配置工程：続いて、一対のレイヤー材製造用金型６ａ，６ｂの間に、模型７を、隙間８ａ，８ｂを設けつつ配置する（図２（ｂ））。すなわち、一方のレイヤー材製造用金型６ａと模型７の一方側との間に隙間８ａが設けられるとともに、他方のレイヤー材製造用金型６ｂと模型７他方側との間に隙間８ｂが設けられた状態とする。このようにして形成される各隙間８ａ，８ｂは、レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂのキャビティ面６１と模型７の製品形状部分７２ａ，７２ｂとの間の部分（第１隙間部分）８１と、レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂの見切り面６２と模型７の平板部分７１との間の部分（第２隙間部分）８２とが連なったものとなる。

各隙間８ａ，８ｂの寸法（レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂと模型７の離間距離）は、形成するべきレイヤー材２ａ，２ｂの厚みに応じて規定する。ここで、レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂと模型７の間に、均一な寸法の隙間８ａ，８ｂを安定的に形成するべく、見切り面６２に突起（好ましくは複数個の突起）６３を設けておくことも好ましい。またこの場合、平板部分７１における対応する位置に、該突起６３の先端を収容してこれを適切な位置に配置するための凹部（図示省略）が形成されることも好ましい。なお、突起と凹部は、逆の部材に設けられてもよい。すなわち、見切り面６２に凹部を設け、平板部分７１に突起を設けてもよい。

また、模型７には、平板部分７１の側面の全体（ただし、上側の側面の一部分と下側の側面の一部分を除く全体）に、外側に張り出したフランジ部７３が形成されている。模型７が、一対のレイヤー材製造用金型６ａ，６ｂとの間に隙間８ａ，８ｂを設けつつ配置された状態において、このフランジ部７３がレイヤー材製造用金型６ａ，６ｂの外周面に当接することによって、隙間８ａ，８ｂが、上下に開口部を形成しつつ閉鎖された空間となる。

砂充填工程：続いて、各隙間８ａ，８ｂに砂２００を充填する（図２（ｃ））。ここで用いられる砂２００は、鋳物砂であり、具体的には、骨材（例えば、硅砂、山砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、人工砂、中空の粒子（具体的には例えば、中空のセラミックス粒子）、等）を、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂等でコーティングしたものであり、いわゆる「レジンコーテッドサンド（ＲＣＳ）」である。ここにおいて、例えば骨材として中空の粒子を用いることによって、レイヤー材２ａ，２ｂを、高い断熱効果を有する断熱層として機能させることができる。

各隙間８ａ，８ｂに砂２００を充填するにあたっては、隙間８ａ，８ｂの上側の開口部に砂供給カップ２０１をセットすると共に、下側の開口部に吸引装置２０２をセットする。そして、砂供給カップ２０１から上側の開口部を介して各隙間８ａ，８ｂに向けて砂２００を供給しつつ、下側の開口部に吸引装置２０２で吸引圧を形成する。これによって、各隙間８ａ，８ｂに砂２００が充填されていく。もっとも、各隙間８ａ，８ｂに砂２００を充填する方法はこれに限られるものではなく、例えばブロー方式（吹き込み方式）で行ってもよい。

加熱工程：各隙間８ａ，８ｂの全体に砂２００が充填されると、続いて、模型７に内蔵されたヒータ（あるいは外部ヒータ）等を用いて、各隙間８ａ，８ｂに充填された砂２００を加熱する（図２（ｄ））。すると、各隙間８ａ，８ｂに充填された砂２００が、熱硬化反応により焼成されて一体化し、レイヤー材２ａ，２ｂとなる。

上記の通り、各隙間８ａ，８ｂは、キャビティ面６１と製品形状部分７２ａ，７２ｂの間の第１隙間部分８１と、見切り面６２と平板部分７１の間の第２隙間部分８２が連なったものであり、第１隙間部分８１に充填された砂２００により本体部分２１が、第２隙間部分８２により庇部分２２が、それぞれ形成されて、これらが一体となって１個のレイヤー材２ａ，２ｂが形成されることになる。

離型工程：次に、各レイヤー材製造用金型６ａ，６ｂを模型７から離間させて、各レイヤー材２ａ，２ｂを取り出す（図２（ｅ））。

以上によって、一対のレイヤー材２ａ，２ｂが得られる。なお、上記の説明においては、一対のレイヤー材２ａ，２ｂが同時に形成される（すなわち、一方の隙間８ａにおいて一方のレイヤー材２ａが、他方の隙間８ｂにおいて他方のレイヤー材２ｂが、それぞれ形成される）ものとしたが、一対のレイヤー材２ａ，２ｂは必ずしも同時に形成されるものでなくともよく、各レイヤー材２ａ，２ｂが順番に形成されてもよい。

＜３．一対の鋳型１００ａ，１００ｂの製造方法＞
次に、一対の鋳型１００ａ，１００ｂを製造する方法について、再び図１を参照しながら説明する。

準備工程：まず、一対の金型１ａ，１ｂを準備する。また、それぞれが一対の金型１ａ，１ｂのそれぞれと対応する、一対のレイヤー材２ａ，２ｂを準備する（図１（ａ））。このレイヤー材２ａ，２ｂは、例えば上記の方法で製造したものである。

レイヤー材設置工程：続いて、一方のレイヤー材２ａをこれと対応する金型１ａの内側面１０に被せる（図１（ｂ））。上述したとおり、各金型１ａ，１ｂの内側面１０には複数の突起１３が、各レイヤー材２ａ，２ｂの外側面２０には複数の凹部２３が、それぞれ設けられており、各凹部２３内に、対応する突起１３の先端が収容されるようにすることで、レイヤー材２ａを、金型１ａに対して適切に位置合わせされた状態（すなわち、本体部分２１が金型キャビティ面１１に、庇部分２２が見切り面１２に、半割筒状の部分２２１が溝１２１に、それぞれ重なるように配置された状態）で、これに被せることができる。この状態において、レイヤー材２ａと金型１ａの間には、突起１３の高さとほぼ等しい寸法の間隔（ここでは、単なる隙間３）が安定的に設けられることになる。
同様にして、他方のレイヤー材２ｂをこれと対応する金型１ｂの内側面１０に被せる（図１（ｂ））。これにより、一対の鋳型１００ａ，１００ｂが得られる。

＜４．鋳造方法＞
一対の鋳型１００ａ，１００ｂを用いて製品を鋳造する方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、該方法を説明するための図である。

型合わせ工程：まず、例えば上記の方法で製造された一対の鋳型１００ａ，１００ｂ（図１）を型合わせする（図３（ａ））。一対の鋳型１００ａ，１００ｂが型合わせされた状態において、各レイヤー材２ａ，２ｂの庇部分２２同士が互いに当接した状態となっており、対向配置された本体部分２１で囲まれた空間が注湯空間Ｖを形成している。また、対向配置された半割筒状の部分２２１により、注湯空間Ｖ内に溶湯を注ぎ入れるための湯口が形成されている。また、各レイヤー材２ａ，２ｂの外側には、少なくとも一部に隙間３を設けつつ、金型１ａ，１ｂが配置された状態となっている。すなわち、互いに当接し合う庇部分２２の外側には、少なくとも一部に隙間３を設けつつ見切り面１２が配置され、対向配置された本体部分２１の外側には、少なくとも一部に隙間３を設けつつ金型キャビティ面１１が配置された状態となっている。

注湯工程：続いて、湯口を介して注湯空間Ｖに溶湯（例えば、鋳鉄の溶湯、あるいは、銅の溶湯）９０を注入する（図３（ｂ））。このとき、一対の鋳型１００ａ，１００ｂが互いに近接する方向に押圧されることにより、各レイヤー材２ａ，２ｂの庇部分２２同士が十分に密着されており、溶湯９０が注湯空間Ｖから漏れ出ないようになっている。レイヤー材２ａ，２ｂは、金型１ａ，１ｂよりも柔らかい砂により形成されているため、比較的弱い押圧力であっても、庇部分２２同士を十分に密着させることができる。したがって、大きな押圧力が何度も加えられることによって金型１ａ，１ｂに歪みが生じる、という事態が回避される。また、金型１ａ，１ｂの見切り面１２に高温の溶湯９０が回り込むことも十分に回避されるため、見切り面１２に溶湯９０が触れたために金型１ａ，１ｂが熱変形する、という事態も回避できる。

冷却工程：注湯後、所定時間放置しておく。これにより、注湯空間Ｖ内の溶湯９０が自然冷却によって所定温度まで冷却されて固化する。

ここでは、注湯空間Ｖは、レイヤー材２ａ，２ｂとこれと少なくとも一部において隙間３を介して設けられた金型１ａ，１ｂで順に囲まれた空間となっている。これにより、注湯空間Ｖに注入された溶湯９０の冷却コントロールを適切に行うことが可能となる。
すなわち、レイヤー材２ａ，２ｂは金属よりも熱伝導率が小さい材料である砂により形成されているので、注湯直後の溶湯９０の冷却速度が緩やかなものとなる。特にここでは、レイヤー材２ａ，２ｂの外側の少なくとも一部に隙間３が存在している。すなわち、各金型１ａ，１ｂと各レイヤー材２ａ，２ｂの間の少なくとも一部に、砂よりもさらに熱伝導率が大きい空気が介在している。この空気の層が断熱層として機能するため、レイヤー材２ａ，２ｂの厚みが薄くても、注湯直後の溶湯９０の冷却速度を十分に緩やかなものとすることができる。
一方で、注湯からある程度の時間が経過すると、レイヤー材２ａ，２ｂの後ろに存在している金型（すなわち、砂よりも熱伝導率が大きい材料である金属により形成された金型）１ａ，１ｂにより溶湯９０の熱が効率的に奪われるため、鋳造に要する時間を短く抑えることができる。

また、注湯空間Ｖと各金型１ａ，１ｂの間にレイヤー材２ａ，２ｂが存在していることにより、金型１ａ，１ｂが、注湯空間Ｖに注入された溶湯９０の熱によってダメージを受けることが抑制される。特に、レイヤー材２ａ，２ｂの外側の少なくとも一部に隙間３が存在していることにより、各金型１ａ，１ｂが受ける熱ダメージを十分に低減することができる。

離型工程：溶湯９０が固化すると、一対の鋳型１００ａ，１００ｂを互いに離間させて、固化した溶湯９０（すなわち、製品９）を脱型する。多くの場合、この脱型のときに、各レイヤー材２ａ，２ｂは崩壊して製品９から剥離する。

以上によって１個の製品９の鋳造が完了する。今回の鋳造に使用された金型１ａ，１ｂは、清掃された後、次回の鋳造に用いられる。上述したとおり、該鋳造に用いられる一対の鋳型１００ａ，１００ｂが備えるレイヤー材２ａ，２ｂは、金型１ａ，１ｂとは別に形成されるものであり、はじめから金型１ａ，１ｂと一体的に形成されるものではない。したがって、例えば、製品の鋳造に先立って（あるいは、製品の鋳造と並行して）、一対のレイヤー材２ａ，２ｂを複数組製造しておけば、１回の鋳造が終了した後、これに用いられた金型１ａ，１ｂに新たなレイヤー材２ａ，２ｂを被せるだけで、次回の鋳造に進むことができる。したがって、製品の鋳造を繰り返して連続的に行う場合の作業効率を良好なものとすることができる。

＜５．変形例＞
＜第１変形例＞
上記の実施形態においては、金型１ａ，１ｂの内側面１０に複数の突起１３が設けられるものとしたが、これらの突起はレイヤー材２ａ，２ｂの側に設けられていてもよい。すなわち、図４に示されるように、各レイヤー材２ａ，２ｂの外側面２０に、複数の突起２４が満遍なく設けられてもよい。この場合、金型１ａ，１ｂの内側面１０であって、突起２４の形成位置と対応する各位置に、凹部１４が設けられることが好ましい。
この場合も、各レイヤー材２ａ，２ｂが、対応する金型１ａ，１ｂに対して適切に位置合わせされて、該対応する金型１ａ，１ｂに被せられた状態において、各突起２４の先端が各凹部１４内に収容された状態となり、両部材の間には突起２４の高さとほぼ等しい寸法の間隔（ここに何も充填されない場合は、単なる隙間３）が安定的に設けられた状態となる。

＜第２変形例＞
金型１ａ，１ｂの内側面１０（あるいは、レイヤー材２ａ，２ｂの外側面２０）に突起１３（あるいは、突起２４）を設けるのに代えて、図５に示されるように、これら両面１０，２０の間に粘着材層５を設けてもよい。具体的には例えば、金型１ａ，１ｂの内側面１０（あるいは、レイヤー材２ａ，２ｂの外側面２０）における複数の位置の各々に、所定の厚みの粘着材層５を設けておいてもよい（図５の上段図）。
この場合、粘着材層５が介在することにより、各レイヤー材２ａ，２ｂとこれが被せられる金型１ａ，１ｂの間の少なくとも一部において間隔が設けられることになる（図５の左下図、あるいは、右下図）。またこの場合、粘着材層５の粘着力によって、両部材が相互に位置ずれを起こすことが防止される。

例えば、上記の構成において、粘着材層５の形成材料として粘度が比較的高いものを選定し、隣り合う粘着材層５の間隔を十分に大きなものとしておけば、各レイヤー材２ａ，２ｂが各金型１ａ，１ｂに被せられた状態において（また、鋳造時に一対の鋳型１００ａ，１００ｂが型合わせされた状態において）、金型１ａ，１ｂとレイヤー材２ａ，２ｂの間に設けられる間隔における、隣り合う粘着材層５の間の部分に、隙間３が形成された状態とすることができる（図５の左下図）。
この場合、各金型１ａ，１ｂと各レイヤー材２ａ，２ｂの間の一部に、砂よりもさらに熱伝導率が大きい空気を介在させることができるので、注湯直後の溶湯９０の冷却速度を十分に緩やかなものとすることができるとともに、各金型１ａ，１ｂが受ける熱ダメージを十分に低減することができる。

一方で、上記の構成において、粘着材層５の形成材料として粘度が比較的低いものを選定し、隣り合う粘着材層５の間隔を十分に狭いものとしておけば、各レイヤー材２ａ，２ｂが各金型１ａ，１ｂに被せられた状態において（あるいは、鋳造時に一対の鋳型１００ａ，１００ｂが型合わせされて互いに近接する方向に押圧された状態において）、該粘着材層５が、各レイヤー材２ａ，２ｂの外側面２０と金型１ａ，１ｂの内側面１０の間に全体的に充填された状態とすることができる（図５の右下図）。すなわち、各面１０，２０の間における間隔が設けられている部分の全体に粘着材が充填された状態（隙間のない粘着材層（中間層）５０）を形成することができる。
このように、各金型１ａ，１ｂと各レイヤー材２ａ，２ｂの間に、隙間のない中間層５０が形成される構成においては、鋳造時における溶湯９０の冷却速度はこの中間層５０の形成材料（すなわち、粘着材層５の形成材料）の熱伝導率に応じたものとなる。すなわち、該形成材料として適宜のものを選択することによって、溶湯９０の冷却コントロールを任意のものとすることができる。

＜第３変形例＞
上記実施形態に係るレイヤー材２ａ，２ｂは、３次元データに基づいて材料（例えば、流動性の材料）を固化させる３次元造型装置（いわゆる、３Ｄプリンタ）を用いて造型してもよい。この構成によると、複雑な形状のレイヤー材２ａ，２ｂであっても、簡易かつ低コストで造型することができる。

＜第４変形例＞
上記実施形態では、金型キャビティ面１１は、製品形状よりも一回り大きい相似形状であるとしたが、金型キャビティ面１１は、例えば、製品形状と完全に同一の形状であってもよいし、製品形状を単純化した形状（例えば、製品形状の細部を省略した形状）であってもよい。また、これらの形状に突起等が付加された形状であってもよい。

１００ａ，１００ｂ…鋳型（一対の鋳型）
１ａ，１ｂ…金型（一対の金型）
１０…内側面
１１…金型キャビティ面
１２…見切り面
１２１…溝
１３…突起
１４…凹部
２ａ，２ｂ…レイヤー材（一対のレイヤー材）
２０…外側面
２１…本体部分
２２…庇部分
２２１…半割筒状の部分
２３…凹部
２４…突起
２００…砂
３…隙間
５…粘着材層
５０…隙間のない粘着材層（中間層）
６ａ，６ｂ…レイヤー材製造用金型
７…模型
８ａ，８ｂ…隙間
８１…第１隙間部分
８２…第２隙間部分
９…製品
９０…溶湯
Ｖ…注湯空間

Claims (7)

1. 型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型であって、それぞれ、
   ａ）金属により形成され、製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有する金型と、
   ｂ）砂により形成され、前記製品形状を模った薄肉状であり、前記金型キャビティ面との間の少なくとも一部において間隔を設けつつ、該金型キャビティ面に被せられるレイヤー材と、
   を備える、一対の鋳型。
2. 請求項１に記載の一対の鋳型であって、
   各鋳型が、
   前記金型キャビティ面と、これと対向配置される前記レイヤー材の外側面のうちの少なくとも一方に設けられた突起部、
   をさらに備える、一対の鋳型。
3. 請求項１に記載の一対の鋳型であって、
   各鋳型が、
   前記金型キャビティ面と、これと対向配置される前記レイヤー材の外側面の間に設けられた粘着材層、
   をさらに備える、一対の鋳型。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の一対の鋳型であって、
   各鋳型において、
   前記レイヤー材が、
   前記製品形状を模った部分の周囲に設けられた平板状の庇部分、
   を備える、一対の鋳型。
5. 型合わせされることにより、間に注湯空間を形成する一対の鋳型の製造方法であって、
   ａ）金属により形成され、製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有する金型を一対準備する工程と、
   ｂ）砂により形成され、前記製品形状を模った薄肉状のレイヤー材を、前記一対の金型のそれぞれについて準備する工程と、
   ｃ）前記各レイヤー材を、対応する金型の前記金型キャビティ面に、少なくとも一部において間隔を設けつつ被せる工程と、
   を備える、一対の鋳型の製造方法。
6. 請求項５に記載の一対の鋳型の製造方法において、
   前記レイヤー材を準備する工程は、
   前記製品形状を模った模型と、前記製品形状と基本的に同一の形状の金型キャビティ面を有するレイヤー材製造用金型を、間に隙間を設けつつ配置する工程と、
   前記隙間に砂を充填する工程と、
   前記隙間に充填された砂を焼成してレイヤー材を形成する工程と、
   前記模型と前記レイヤー材製造用金型を離間させて前記レイヤー材を取り出す工程と、
   を備える、一対の鋳型の製造方法。
7. 請求項５に記載の一対の鋳型の製造方法において、
   前記レイヤー材を準備する工程は、
   ３次元造型装置を用いて前記レイヤー材を造型する工程、
   を備える、一対の鋳型の製造方法。

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