JPH03174943A - 光硬化性樹脂原型を用いた鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は消失模型を用いた鋳造法に関する。

〔従来の技術〕

複雑な形状の製品を鋳造する方法として、従来よりフル
モールド法等の消失模型を用いた方法が用いられている
。この方法は発泡ポリスチレン、ポリウレタン等の材料
で製品原型く消失模型）を製作し、この模型を鋳物砂中
に埋没したまま、湯口を通じて溶融金属を注入すること
により模型を燃焼気化させ、模型と溶融金属とを置換す
る方法である。また、この模型を用いて、鋳物砂に模型
を埋没する代わりに、粘結剤を混入したシリカ（Ｓ１０
２）、アルミナ（Ａｊ２２０．）、ジルコン砂（ＺｒＬ
）等のセラミック材料を模型に塗布し、これを高温で焼
成することにより内部の模型を燃焼、消失させてセラミ
ックシェル鋳型を作り、この鋳型を用いて鋳造を行なう
方法も採られている。これらの方法は、型抜きが必要な
いため複雑な形状の模型を使用するのに適している。一
般にこれらの方法に用いる消失模型は、ポリスチレン、
ポリウレタン等を金型内において加熱発泡させて成形し
ており、中実構造となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の消失模型を用いた鋳造法は以下に述べる問題があ
る。

すなわち、使用する消失模型は中実構造であるため、前
述のように鋳物砂に埋没して溶融金属と置換する際に爆
発的に燃焼、気化して大量の燃焼ガスを発生する。この
ため、 １）湯口からの溶融金属の吹き上げ等を生じ作業に危険
を伴なう。

２）発生ガスにより製品にピンホール、ブローホール等
の欠陥が発生しやすい。

３）模型の燃焼残滓が溶融金属に巻き込まれ、鋳造品の
品質が悪化する。

４）ステンレス鋼等の低炭素鋳造品に用いた場合、模型
燃焼によってＣＯガスが発生し、製品が浸炭されてしま
う。

等の問題が生じていた。

また、予め高温焼成する際に模型を焼失させてセラミッ
クシェル鋳型を得る鋳造法を採る場合には上記問題は生
じないが、焼成時に模型が大きく熱膨張するため、鋳型
と模型との熱膨張率の差によってセラミックシェル鋳型
が破損しやすいという問題が生じる。製品寸法が大きい
場合は模型の膨張量も大きく、特に破損が生じやすいた
め、大型製品にこの方法を適用することは極めて困難で
あった。

また、上記２つの方法に共通する問題としては、従来の
消失模型は製作の際に、高価で納期の長い金型を必要と
するため、コスト及び納期面で少数生産には適さず、個
別生産の鋳造品には使用が制限される問題がある。

本発明は上記問題を解決し、低コ々トで高品質の鋳造品
を得ることのできる、鋳造法を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

本出願人等は、光硬化性樹脂を用いて、従来困難であっ
た中空の複雑形状立体モデルを製作する方法を別途提案
している。（特願平１−１７８４３９号）前述のように
消失模型を用いた鋳造法の問題点の多くは中実模型を使
用することから生じている。

従来、消失模型は形状が複雑であることと、鋳型生成時
に変形を生じないだけの強度が必要であること等から中
空形状に形式することは困難であり、中空形状の消失模
型は使用されていない。

本発明は、上述の本出願人等の提案に係る方法を用いて
製作した中空形状の消失模型を使用して鋳造を行なうこ
とを特徴としている。

すなわち、本発明によれば、光硬化性樹脂液に光照射を
行ない該光照射個所を移動させて光硬化性樹脂の固化物
から成る中空形状の製品模型を製作し、次いで該製品模
型を鋳型材料で被覆し、その複核製品模型を焼失させる
ことにより前記鋳型材料中に型空間を生成し、この型空
間に注湯することにより製品を鋳造することを特徴とす
る光硬化性樹脂原型を用いた鋳造法が提供される。

また、本発明によれば、光硬化性樹脂液に光照射を行な
い、該光照射個所を移動させて光硬化樹脂の固化物から
成る中空形状の製品模型を製作し、次いで該製品模型を
鋳型材料中に埋没し、その複核製品原型に注湯すること
により製品模型の焼失と製品鋳造とを同時に行なうこと
を特徴とする光硬化性樹脂原型を用いた鋳造法が提供さ
れる。

〔作　用〕

中空形状の消失模型を使用して鋳造を行なうため、鋳物
砂に埋没して溶融金属と置換する場合、中実模型に較べ
て燃焼ガス発生量が大幅に低減される。又模型の中空部
分を通して燃焼ガスを外部に逃がすことが可能となる。

更に、セラミックシェル鋳型を製作する場合においても
、模型中空部が熱膨張を吸収するため、模型と鋳型との
熱膨張率の差による鋳型焼成時の割れや破損が生じない
。

〔実施例〕

第１図に本発明の鋳造法に用いる中空消失模型の製造法
を示す。この方法は本出願人等により別途提案（特願平
１−１７８４３９号）されたもので、光硬化性樹脂を用
いて中空模型を製造する際に変形が生じる可能性がある
部分に薄板状の補強支持部を同時に形成することにより
、硬化時の変形を防止して寸法精度の高い中空模型を製
造することを特徴としている。また、完成した模型は内
部に補強支持部を備えているため、薄肉、軽量でありな
がら極めて高い剛性を有している。

第１図において１０は未硬ｌヒの液状光硬化性樹脂であ
り、図示しない容器に収容されている。又、２はベース
プレートで、光硬化性樹脂ｌＯに浸漬されて支持棒１に
より上下方向に移動される。４は集光器であり、前記容
器上方の光源から発せられた光を樹脂液１０の液面近傍
で点状に収束させている。前記光源及び集光器４は液面
に対し、水平方向に移動して照射個所を移動させること
ができる。

前記光硬化性樹脂１０には、ラジカル重合可能な不飽和
基を含有する樹脂（例えばウレタンアクリレート、エポ
キシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリイ
ミド樹脂、アリルエーテル樹脂、ホリエン・ホリチオー
ル樹脂など〉とラジカル系光重合開始剤からなるラジカ
ル系光硬化性樹脂、及びカチオン重合性樹脂（例えば脂
肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、芳香族エポキ
シ樹脂、環状エーテル、ビニルエーテルなど）とカチオ
ン系光重合開始剤からなるカチオン系光硬化性樹脂が用
いられる。

第１図は中空の球状模型を製造する工程を段階的に示し
ており、第１図（Ａ）では、まず、光硬化性樹脂液１０
を容器内に収容し、ベースプレート２を、上方からの光
照射により樹脂液１０上面からベースプレート２上面に
及ぶ連続した硬化部分が得られる深さとなるように樹脂
液１０中に沈め、位置決めする。そののち、樹脂の硬化
に必要なエネルギレベルの光を光源から発し、集光器４
でもって該光を点状に収束させつつベースプレート（２
）の上に帯状硬化部分く３′）を得る。

硬化部分（３′）が得られたのち、次いで、第１図（Ｂ
）に示すように樹脂液ｌＯ上面から該硬化部分上面まで
の深さが、これら両面間に及ぶ連続した硬化部分が光照
射により得られる深さ、即ち前記硬化部分を形成したと
同じ深さとなるようベースプレート２を沈降させ、前述
と同様の集光器４を介する集中光照射を選択的に行うこ
とにより、前記硬化部分上に新たにこれに連続する硬化
部分を得る。この所定パターンの帯状硬化部分を形成し
て積層する操作を繰り返して得られる支持部３は、その
肉厚が、例えば約０．１　ｍ＋ｎ〜０．３　ｍｍと極め
て薄い複数の板状体として構成されており、等間隔をお
いて垂直に延びている。更に、これらベースプレート２
の沈降と、光照射による硬化部分の形成とを繰り返し行
い（第２図参照）、薄板状支持部３と共に球状模型５を
形成する（第１図（Ｃ）参照）。

このように、支持部３が模型５とベースプレート２との
間に介在するように固体形成を行うため、丸い底面を有
する硬化部分がベースプレート２から剥離したり、該ベ
ースプレート２に対し傾斜したりすることがなく、球状
模型５の形成を円滑且つ確実に行うことができる。また
、中空部５ａを有する球状模型５は、全体的な球形状の
歪や部分的な凹凸の発生等、造形時における樹脂の収縮
、膨潤、層間剥離による歪を生じ易い。本方法では、そ
の造形にあたり、中空部５ａ内を貫いて球状模型５の外
側へ垂直方向に延びる複数の補強用の薄板状支持部３を
同時に形成するため、光照射による硬化部分形成時の変
形発生を防止することができる。

模型５の形成後、支持部３の下端部を破断してベースプ
レート２から模型５を分離する（第１図（Ｄ）参照）。

支持部３は、上述の如き薄い板状体により構成されてい
るため、機械的強度が弱く、容易に該ベースプレート２
上で破断することができ、またベースプレート２に対す
る接触面積が小さいため、該ベースプレート２との接触
面から容易に剥がすこともできる。

つぎに、ベースプレート２から分離した支持部３を、必
要に応じて、第１図（Ｅ）に示すように、模型５から適
当な手段で除去する。これにより、破損、変形等を伴う
ことなく所望の中空球状模型５を得ることができる。

上述の説明から明らかなように、完成した模型５の内部
５ａには補強用支持部３が残されているため、中空構造
であるにもかかわらず模型５は変形に対して極めて強い
剛性を示す。更に、補強用支持部３を設けたことにより
、模型５の肉厚を薄くすることが可能となっており、補
強用支持部３の構造を変えることにより（例えばハニカ
ム状とする）、肉厚を１　ｍｍ以下としても消失模型と
して必要な剛性を確保することができる。更に本方法に
よれば中空部５ａ内の補強用支持部３に貫通孔を形成し
、中空部５ａ内の支持部３に仕切られた空間を互いに連
通させることも可能である。また、第１図においては簡
単のために、中空球状模型を製造する場合を示したが、
本方法を用いてこれ以外にも極めて複雑な形状の模型を
製造することができる。

次に、第３図に、上記方法により製造した中空消失模型
を用いて鋳造用のセラミックシェル鋳型を製作する方法
を示す。図において１１は中空消失模型であり、中空部
１１ａ内には複数の薄板状補強用支持部１２が形成され
ている。また、支持部１２を形成する際、それぞれの支
持部１２には貫通孔１２ａが形成されているため、中空
部１１ａ内の空間は相互に連通している。

本方法では第３図に示すように中空消失模型外側に、前
述のセラミック鋳型材料１３を数回にわたって、吹付け
、又は塗着して模型１１を被覆内蔵するが、このときに
燃焼ガス放出用のガス抜き孔１４を設け、模型中空部１
１ａと鋳型材料１３外面とを連通させておく。１５は湯
口である。

次に、この鋳型を約１０００℃で焼成し、セラミック１
３を焼結させる。このとき、鋳型１３内の模型１１は燃
焼、気化して貫通孔１２ａを介してガス抜き孔１４から
放出されるが、模型１１内を中空としたため、燃焼用の
空気供給と燃焼ガスとの排出が効率良く行なわれ、燃焼
残滓の発生が少ない。また、加熱の際模型１１と鋳型１
３との間の熱膨張率の差により生じる熱応力は中空部１
１ａの支持部１２により吸収されるため、鋳型１３には
大きな熱応力が加わらず、従来問題になっていた鋳型の
破損が生じることはない。このため、本方法を用いて大
形鋳造品用のセラミックシェル鋳型が製造可能である。

鋳型１３の焼成が完了すると内部の中空模型は気化、消
失しており、鋳型１３内には模型１１の外形と同一の空
間１６が形成され（第４図）、鋳造用の型として使用さ
れる。この場合、鋳型１３を予め割型として製造し、製
品鋳造機分割して製品を取り出すようにして鋳型１３を
繰り返し使用しても良いし、１個の製品を鋳造後、鋳型
１３を割って製品を取り出すようにしても良い。

また、上記のようにセラミックシェル鋳型を用いずき鋳
物砂に中空模型を埋没して、湯口から溶融金１属を注い
で、模型を燃焼、気化させて溶融金属と置換するように
しても良い。この場合も第３図と同様、中空模型にはガ
ス抜き孔と支持部の貫通孔とが設けられる。模型は中空
となっているため、燃焼部体積が少なく、燃焼ガスの発
生は中実模型に較べて大幅に減少し、しかも燃焼ガスは
支持部の貫通孔とガス抜き孔とを通って速やかに大気に
放出される。このため、燃焼ガスにより溶融金属の吹き
上げが生じる危険がなく、また燃焼ガスや残滓により、
材質劣化や鋳造欠陥、或いは鋳はだの荒れ等の問題が生
じない。更に、中空模型を使用すれば、注湯に先立って
、鋳物砂内の模型に着火して燃焼させることも可能とな
る。この場合も模型の中空部分を通して酸素が供給され
るため、模型を容易に燃焼、消失させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は光硬化性樹脂を用いて製造した中空消失模型を
使用することにより、鋳型の割れや破損の問題を生じる
ことなく大型のセラミックシェル鋳型を製造することが
できるため、従来適用が困難であった大型鋳造品につい
てもセラミックシェル鋳型を用いた鋳造法を使用するこ
とが可能となる。

又、直接溶融金属と模型とを置換する場合においても、
燃焼ガスや残滓による鋳造欠陥や材質の劣化、或いは作
業の危険等を伴うことなく高品質の鋳造製品を得ること
ができる。

更に、本方法に用いる中空消失模型は、製造に際し、従
来の中実消失模型のように金型を必要こせず、簡易に製
造可能であるため、少数生産品に使用した場合でもコス
ト増や納期が長くなる問題を生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）から（Ｅ）及び第２図は、本発明に使用す
る中空模型の製造法を示す略示図、第３図及び第４図は
本発明による鋳造法の一実施例を示す図である。 １・・・支持棒、　　　　　　２・・・ベースプレート
、３・・・補強用支持部、　　４・・・集光器、５・・
・模型、　　　　　　５ａ・・・中空部、１０・・・光
硬化性樹脂、　　１１・・・中空消失模型、１１ａ・・
・中空部、　　　　１２・・・支持部、１２ａ・・・貫
通孔、 １３・・・セラミック鋳型材料、 １４・・・ガス抜き孔、　　　１５・・・湯口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光硬化性樹脂液に光照射を行ない該光照射個所を移
   動させて光硬化性樹脂の固化物から成る中空形状の製品
   原型を製作し、次いで該製品原型を鋳型材料で被覆し、
   その後該製品原型を焼失させることにより前記鋳型材料
   中に型空間を生成し、この型空間に注湯することにより
   製品を鋳造することを特徴とする光硬化性樹脂原型を用
   いた鋳造法。 ２、光硬化性樹脂液に光照射を行ない、該光照射個所を
   移動させて光硬化樹脂の固化物から成る中空形状の製品
   原型を製作し、次いで該製品原型を鋳型材料中に埋没し
   、その後該製品原型に注湯することにより製品原型の焼
   失と製品鋳造とを同時に行なうことを特徴とする光硬化
   性樹脂原型を用いた鋳造法。