JPH09168840A - 積層法による砂鋳型の造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬化した砂層の反りを発生を防止する。 【解決手段】 まず、台座を形成し（Ｓ１１，１２）、
この上に熱硬化性レジン被覆砂の砂層を形成する（Ｓ１
３）。そして、この砂層の所定部分を加熱し、レジンを
硬化させ、断面形状を形成する（Ｓ１４）。そして、各
層について、散布硬化を繰り返し、３次元の砂型を造形
する。このように、台座を利用することによって、その
上に形成される断面形状の反りの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄い砂層を形成す
ると共に、これを１層ずつ所定形状に硬化させることを
繰り返し、砂の３次元造形物である砂鋳型を造形するも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳物は、溶融した金属を鋳型に流し込ん
で作るので、一般に鋳物を作るには、まずその反転型で
ある鋳型を作ることから始める。この鋳型としては、そ
の材質から主に金型と砂型（砂鋳型）に分けられる。金
型は、耐久性があるが、高価であり、同一製品を多数製
造する場合に多く用いられる。一方、砂型は、試作品
（プロトタイプ）など比較的少量の生産や、複雑な形状
や内部形状がある場合などに用いられる。すなわち、砂
型は安価であり、また鋳造の後、砂型を壊して、製品を
取り出すため、砂型から鋳物がそのまま抜ける必要がな
く、複雑な形状の鋳物も作成できる。また、砂中子とよ
ばれる内部形状作成用の型を併用することによって、内
部形状を持つ鋳物も作成できる。

【０００３】従来、砂型を作成する場合には、まずその
反転型（主に、木、樹脂、金属）をＮＣ（数値制御）加
工等により作成し、これに砂を流し込み、固化させるこ
とによって砂型を造形していた。しかし、この砂型の造
形方法では、砂型の反転型の設計の際に、抜き勾配を考
慮しなければならない。特に、砂型の反転型は、通常２
分割する必要があるため、その分割面（見切り面）をど
こにするかという見切りの設計や、２分割のそれぞれの
抜き方向に応じた抜き勾配の設計を行わなければならな
い。従って、型の構想、型の設計に多くの時間が必要と
なっていた。

【０００４】ここで、プロトタイプの作成に際し、多大
の時間をかけるのは、得策ではない。そこで、３次元の
ＣＡＤ（コンピュータ支援デザイン）データからプロト
タイプを直接造形するラピッドプロトタイピング方法が
提案されている。このラピッドプロトタイピングは、３
次元の物体を０．２ｍｍ程度の微細な板厚を持つ２次元
断面形状が積層されたものと考え、この断面形状を造形
し、これを積層していくことで、３次元物体を造形する
ものである。

【０００５】例えば、ＵＳＰ４，２４７，５０８には、
ラピッドプロトタイピングの一手法であって、レーザ光
線を利用するものが示されている。すなわち、熱溶融す
るプラスチック粒子などを薄い層とし、この層の固めた
い部分にレーザビームを走査し、ビーム照射部分を溶融
硬化させ２次元構造を形成する。そして、この操作を繰
り返して３次元物体を造形する。この手法によれば、プ
ロトタイプを直接形成することができる。

【０００６】この手法を砂型の形成に利用する場合に
は、熱硬化性レジンを被覆した砂（シェル砂）等を用い
て、一層毎に固めたい部分にレーザを照射して、必要な
断面形状を硬化させる。そして、これを繰り返して、３
次元の砂型を造形することになる。

【０００７】この手法によれば、直接造形物が得られる
ため、上述の見切り、抜き勾配などは考える必要がな
い。そこで、造形物のＣＡＤデータから比較的容易に各
種形状の砂型を形成できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例により、レーザビームを照射して、シェル砂を硬化
させると、硬化した砂の層が反ってしまうという問題が
あった。すなわち、断面形状を形成するための砂層は、
通常０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度と非常に薄いため、砂
粒子間のレジンの収縮によって、硬化した断面形状が図
１２に示すように反ってしまう場合が多い。

【０００９】このような反りが発生すると、次の砂の層
を積層することができなくなったり、次の層の断面形状
がずれてしまったり、歪んだりする。従って、砂型の造
形精度が悪化してしまうという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、断面形状形成の際の反り
の発生を防止できる積層法による砂鋳型の造形方法を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、砂を散布し薄
い砂層を形成する砂層形成工程と、この薄く積層された
砂層の所定の部分を硬化させる硬化工程と、を含み、こ
れによって砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工程
を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造形
物である砂鋳型を造形する方法であって、上記砂層形成
工程における第１層目は、予め形成された台座上に積層
密着させて形成されることを特徴とする。

【００１２】レジン被覆砂を硬化させる場合、その硬化
に伴って、レジンが収縮する場合が多い。そして、この
収縮に伴い硬化した砂層が反ってしまう。従って、造形
された砂型の精度が悪くなってしまう。

【００１３】本発明によれば、台座上に第１層目の砂層
を形成する。従って、第１層目は、台座に根付いて形成
される。台座の強度によって、砂層のソリを防止でき
る。また、第１層が反らないため、その上に形成される
各層の反りも防止できる。従って、歪みのない高精度の
砂型を造形することができる。

【００１４】また、他の発明は、砂を散布し薄い砂層を
形成する砂層形成工程と、この薄く積層された砂層の所
定の部分を硬化させる硬化工程と、を含み、これによっ
て砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工程を順次繰
り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造形物である
砂鋳型を造形する方法であって、上記砂層形成工程にお
いて用いる砂は、その粒径分布において、少なくとも２
つのピークを有し、粒径の異なる砂を利用して、砂型を
造形することを特徴とする。

【００１５】このように、粒径の異なる砂を利用する
と、大きな粒径の砂の間隙に小さな粒径の砂が入り込
み、砂の充填密度が上昇する。充填密度が上昇すると、
レジンの収縮による反りの発生が抑制され、歪みのない
高精度の砂型を造形できる。

【００１６】また、さらに他の発明は、上記砂層形成工
程においては、まず比較的粒径の大きい砂を散布した
後、比較的粒径の小さい砂を散布して１層分の砂の積層
を行うことを特徴とする。

【００１７】異なる粒径の砂を一緒に散布すると、粒径
の小さな砂が下側に固まってしまい、充填密度を上昇で
きない（特に上部）。大きな粒径の砂を散布した後に、
小さな粒径の砂を散布することで、小さな粒径の砂が大
きな粒径の砂の間隙に入り込み、効果的に充填密度を上
昇することができる。

【００１８】また、さらに他の発明は、砂を散布し、薄
い砂層を形成する砂層形成工程と、この薄く積層された
砂層の予め定められた部分を硬化させる硬化工程と、を
含み、これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、こ
れら工程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３
次元造形物である砂鋳型を造形する方法であって、上記
砂層形成工程において、振動子により砂を振動させなが
ら、砂を圧縮して、砂の積層を行うことを特徴とする。

【００１９】このように、砂層に対し振動を付与するこ
とで、砂の充填密度を効果的に上昇することができる。

【００２０】また、さらに他の発明は、砂を散布して、
薄い砂層を形成する砂層形成工程と、この薄く積層され
た砂層の予め定められた部分を硬化させる硬化工程と、
を含み、これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、
これら工程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の
３次元造形物である砂鋳型を造形する方法であって、上
記砂層形成工程において、一旦必要な砂の層厚より１〜
１０％程度厚く積層しておき、その後平板により上方か
ら圧縮することを特徴とする。

【００２１】このように、平板による圧縮によって、砂
の充填密度を効果的に上昇することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（実施形態）について、図面に基づいて説明する。

【００２３】［第１実施形態］本実施形態では、台座を
用いることによって、断面形状における反り発生を防止
する。

【００２４】図１に示すように、まず台座を形成する
（Ｓ１１）。この台座は、従来の砂型形成と同様に、熱
した金型に樹脂をコーティングした砂（レジン被覆砂）
を流し込み、硬化させることによって形成する。この台
座の厚さは、砂型の大きさに応じて、砂型を十分指示で
きるものにする。たとえば、砂型の大きさに応じて、１
ｃｍ〜５ｃｍ程度とする。また、台座の面積は、砂型の
造形面積よりやや大きめとする。台座１は、例えば、図
２（Ａ）に示すように、長方形の板状にする。

【００２５】次に、この台座１を砂層昇降機の底板上に
載置する（Ｓ１２）。この砂層昇降機は、後述するよう
に、底板が昇降可能で、底板を順次下降させて、その上
に薄い砂（熱硬化性レジン被覆砂）層を形成する。

【００２６】そこで、台座を載置した後、底板を１層分
下降させて、ここに砂を散布し、第１の砂層を形成する
（Ｓ１３）。例えば、図２（Ｂ）に示すように、台座１
上に砂層２を形成する。

【００２７】そして、この砂層２の砂型の断面形状に対
応する部分にレーザ光を照射して、その部分を硬化させ
る（Ｓ１４）。これで、１層分の断面形状が形成された
ため、終了かを判定し（Ｓ１５）、ＮＯであればＳ１３
に戻り順次各層の形成を行い、３次元の砂型を造形す
る。

【００２８】このように、本実施形態によれば、台座を
利用する。この台座は、金型などを用いて、十分な厚さ
で、所望の形状に形成される。従って、本実施形態の台
座は、高精度の表面を有している。

【００２９】そして、Ｓ１３において、第１層目の砂
は、この台座上に必要な層厚０．１〜０．５ｍｍ程度で
積層され、これにレーザが照射される。台座と砂層は、
同様の材質から構成されており、１層目は台座に根付い
て硬化する。そして、台座は十分な強度があるため、１
層目が反ることはなく、歪みの発生を防止できる。さら
に、その後の各層においても、反っていない下の層に根
付いて形成されるため、反ることはなく、歪みのない砂
型を形成することができる。

【００３０】なお、製品を直接造形する場合には、台座
を後で除去しなければならない。しかし、本実施形態で
形成するのは、砂鋳型である。そこで、台座は、ついた
ままで問題なく、かえって砂鋳型の強度の補強になる。
さらに、台座を用いない方法によると、第１層目はレー
ザ等の熱の当たった裏側が余りきれいには造形できず、
平坦度が低くなる。しかし、台座を用いることで台座の
高い平坦度を利用して、１層目から高い平坦で造形が行
える。

【００３１】「装置構成」図３に第１実施形態の全体構
成図を示す。レーザ発振器１２は、熱源としてのレーザ
光を発生するものであり、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ（イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、エキ
シマレーザなど各種のレーザ発振器が採用できる。この
レーザ発振器１２からのレーザ光は、可撓性の光ファイ
バー１４を介し、散光レーザ照射源１６に供給される。
この散光レーザ照射源１６は、内部に所定のレンズを収
容しており、供給されるレーザを所定の広域照射型の散
光レーザに拡散し、放射する。

【００３２】散光レーザ照射源１６は、ＸＹプロッタ１
８に保持されている。ＸＹプロッタ１８は、固定のＸ軸
レール１８ａ（一対）と、このＸ軸レール１８ａ上を走
行するＹ軸レール１８ｂを有し、散光レーザ照射源１６
がＹ軸レール１８ｂ上を移動することによって、ＸＹ平
面内で自由に移動できるようになっている。

【００３３】ＸＹプロッタ１８の下方には、砂層昇降機
２０が設けられている。この砂層昇降機２０は、上面が
解放されていると共に底板が昇降自在で、その底板の上
部に砂型作成用のレジン被覆砂を受け入れる収容部が形
成されている。本実施形態では、最初に台座を底板上に
載置し、その後砂を積層していく。砂層昇降機２０の上
方には、一対のレール２２が配置されており、このレー
ル２２上には、砂散布機２４、砂ならしローラ２６が移
動可能に載置されている。

【００３４】砂散布機２４は、ホッパ状の容器で底部に
開口が設けられており、内部に収容したレジン被覆砂を
下方の砂層昇降機２０の収容部に向けて散布する。ま
た、砂ならしローラ２６は円筒状で、移動しながら回転
することによって、砂層昇降機２０の収容部に収容され
た砂の表面を平坦化する。

【００３５】砂散布機２４と砂ならしローラ２６は、連
結材２８によって連結されており、移動シリンダ３０に
よって、レール２２上を一体的に移動可能になってい
る。なお、この例では、レール２２がＹ軸方向に伸びて
おり、砂散布機２４及び砂ならしローラ２６は、移動シ
リンダ３０の進退により、Ｙ軸方向に往復移動する。さ
らに、連結材２８の手前側には、レール２２上を移動可
能なマスク保持材３２が着脱自在に接続されている。

【００３６】また、レール２２は、ＸＹプロッタ１８の
図における手前側のＹ軸レール１８ｂの下側を越えて伸
長されており、この伸長部分の右側には、マスク保持台
３４、左側にはマスク回収台３６が設けられている。そ
して、これらマスク保持台３４、マスク回収台３６の上
方には、マスク３８をマスク保持台３４からマスク回収
台３６まで移動するためのマスク移動装置４０が、配置
されている。このマスク移動装置４０は、マスク３８を
把持するマスク把持部４０ａと、このマスク把持部４０
ａを昇降させる昇降部４０ｂと、この昇降部４０ｂをＸ
軸方向に移動させるための移動部４０ｃからなってい
る。そして、このマスク移動装置４０によって、マスク
保持台３４上に積層保持されているマスク３８をレール
２２上のマスク保持材３２に載置し、その後マスク３８
をこのマスク保持材３２からマスク回収台３６上に積層
回収できる。なお、マスク保持材３２は、マスク３８を
周囲から保持する形状であり、マスクを一定位置に保持
すると共に、マスク３８の穴の部分を通過したレーザ光
を下方に通過させる。また、マスク把持部４０ａは吸
盤、電磁石などで形成されている。

【００３７】すなわち、昇降部４０ｂにより、マスク把
持部４０ａをマスク保持台３４の上方から、保持されて
いるマスク３８上に下降させ、ここでマスク３８を保持
する。マスク把持部４０ａを上昇させた後、移動部４０
ｃによって、マスク３８をレール２２の伸長部のマスク
保持材３２上に位置させる。ここで、昇降部４０ｂによ
りマスク３８を下降させ、マスク保持材３２上でマスク
把持部４０ａがマスク３８を離し、マスク３８をマスク
保持材３２に保持させる。また、同様の動作によって、
マスク保持材３２に保持されているレール２２上のマス
ク３８をマスク回収台３６上に載置することができる。

【００３８】さらに、レール２２上において、砂散布機
２４、砂ならしローラ２６を連結している連結材２８の
前端部には、マスク保持材３２を把持する機構が設けら
れている。このため、連結材２８が手前側に移動したと
きにマスク保持材３２を把持し、後方に移動する際にマ
スクを一緒に引っ張り、また手前に移動した時にマスク
保持材３２を離すことによって、マスク３８をレール２
２上でＹ軸方向に移動させることができる。

【００３９】また、コントローラ４２は、レーザ発振器
１２、ＸＹプロッタ１８、砂層昇降機２０、移動シリン
ダ３０、マスク移動装置４０の動作等を制御する。

【００４０】「動作」この装置の動作について、説明す
る。このような装置により、砂型を製作する場合には、
まず砂型のＣＡＤデータから、多数の断面形状を得て、
これに対応する複数枚のマスク３８を作成する。また、
砂散布機２４には、まず台座を載置し、その上にレーザ
の照射によって硬化する樹脂のコーティングされたレジ
ン被覆砂を収容する。そして、マスク移動装置４０によ
り、マスク３８をレール２２の伸長部上のマスク保持材
３２に載置した後、移動シリンダ３０により砂散布機２
４、砂ならしローラ２６を手前移動し、マスク３８を収
容しているマスク保持材３２を把持する。次に、移動シ
リンダ３０により砂散布機２４、砂ならしローラ２６及
びマスク３８を奥側に向けて後退させる。この際に、砂
散布機２４より、砂を散布し、砂層昇降機２０の収容部
に砂を収容する。なお、砂層昇降機２０の上部には一層
分の砂が収容できるように、底板の位置が設定されてい
る。

【００４１】そして、砂散布機２４、砂ならしローラ２
６の後退が完了した時には、マスク３８が砂が供給され
た砂層昇降機２０の上方に位置している。なお、マスク
３８と砂上面との距離は、数ｍｍ程度に設定してある。

【００４２】初回におけるこのような動作が行われた後
は、図４に示されているような動作を繰り返す。すなわ
ち、一層分の砂が砂層昇降機２０に収容され、その上方
にマスク３８がセットされた状態で、ＸＹプロッタ１８
により、散光レーザ照射源１６をマスク３８の上方に位
置させ、レーザを照射する。

【００４３】これによって、露光された部分の砂に被覆
されたレジンが熱硬化し、この部分が固化する。なお、
この例では、レーザの照射の際、散光レーザ照射源１６
は、マスク３８上を数回移動して、全体に均一に、レー
ザを照射する。

【００４４】このようにして、レーザ照射が終わった場
合には、移動シリンダ３０により、砂散布機２４、砂な
らしローラ２６と共に、マスク３８を手前に移動させ
る。次に、砂層昇降機２０の底板を１層分下降させると
同時に、マスク移動装置４０によりマスク保持材３２上
のマスク３８をマスク回収台３６に運んだ後、マスク保
持台３４のマスク３８をマスク保持材３２上に運ぶマス
ク交換作業を行う。

【００４５】そして、上述の１回目と同様に砂の散布、
マスクの砂上へのセット、レーザ照射という１層毎の造
形を繰り返し、３次元構造の砂型が作成される。さら
に、このようにして作成された砂型を利用して、鋳造が
行われる。

【００４６】「マスク」次に、マスク３８は、固化させ
たい部分に穴の開いたレーザを遮光でき、耐久性がある
板材で構成される。例えば、炭酸ガスレーザや、ＹＡＧ
レーザが用いられる場合には、銅板や鉄板等の金属板を
切り抜いたものが使用される。このようなマスク３８の
加工は、ＮＣレーザ切断機などで容易に行うことができ
る。また、照射するレーザは、熱硬化性のレジン被覆砂
を１層（０．２ｍｍ）硬化させるだけの比較的低いエネ
ルギ密度であり、金属薄板で、十分耐久性がある。

【００４７】ここで、このマスク３８は、形状によって
は、切り抜かれ形状が周囲から離れて抜けてしまう場合
がある。例えば、図５（Ａ）に示すような升のような砂
型を作成する場合、底部のマスク３８は図５（Ｂ）のよ
うな枠状の周辺部３８ａのみとなる。この場合は問題は
ないが、それより上方は中央部に四角形の島３８ｂを必
要とする。この場合、この島３８ｂをサポート３８ｃに
よって、周辺部３８ａに連結する必要がある。

【００４８】本実施形態では、図５（Ｃ），（Ｄ）に示
すように、隣接する断面のマスク３８同士のサポート３
８ｃの位置を異ならせる。これによって、サポート３８
ｃの下方の硬化しない部分は、縦方向に連続しないこと
になる。この未硬化層は、薄くて幅も狭い（例えば、
０．２ｍｍ×５ｍｍ程度）。このため、砂型にこの未硬
化層に対応する空間が生じても、鋳造時に金属溶湯はこ
の空間に進入することがない。さらに、この空間は鋳造
の際に、発生ガス抜き孔として作用するという利点も得
られる。

【００４９】「砂」また、本実施形態において使用する
砂には、従来使用されていたものをそのまま使用するこ
とはできない。鋳鉄やアルミニウムの鋳物を作るときに
用いられているいわゆるシェルモールド用レジン被覆砂
は、通常加熱した金型内に吹き込まれ焼成して固化され
る。このような用途では、鋳造時の発生ガスを排出する
ために、比較的粗い（例えば１５〜３０ｎｍ）ものが採
用される。しかし、本発明では、０．２ｍｍ程度の薄い
層を形成しなければならず、５〜１０ｎｍ程度の微細
で、粒子形状の丸いものが採用される。なお、本実施形
態においては、上述のようにして、ガス抜き穴が形成さ
れる。

【００５０】さらに、レジンが被覆される砂としては、
通常硅砂が用いられるが、その熱膨張係数は、６０〜１
００程度である。このような砂を本実施形態において採
用すると、レーザ照射時に膨張して、熱変形や割れを引
き起こす。そこで、本実施形態では、セラビーズ砂、ジ
ルコニア砂、ムライト砂（いずれも熱膨張率３０〜５０
程度）のような低膨張砂が適している。なお、用途によ
っては、金属粉、セラミック微粒子などでも使用可能で
ある。

【００５１】また、被覆用のレジンには、鋳造プロセス
に応じて各種のレジンが用いられるが、熱による収縮の
小さいフェノール樹脂などの熱硬化性レジンが特に好適
である。

【００５２】「砂散布機」図６に砂散布機２４などの砂
供給の構成を示す。砂散布機２４は、ホッパ状の容器２
４ａと、その底部開口に配置された回転羽根２４ｂから
なっている。そして、回転羽根２４ｂを回転させること
により、容器２４ａ内に収容されている砂が下方に落下
散布される。従って、回転羽根２４ｂの回転制御によっ
て、散布のオンオフ及び散布量の制御が行える。この砂
散布機２４の進行方向の後ろ側（図３における手前側）
には、スクレーパ５０が設けられている。このスクレー
パ５０は、砂散布機２４と砂ならしローラ２６の間にあ
って、連結材２８に取り付けられている。そして、砂散
布機２４が、図６における右側（図３における奥側）に
移動しながら散布した砂の表面を平滑化する。さらに、
このスクレーパ５０の後ろ側に設けられた砂ならしロー
ラ２６は、スクレーパ５０で平滑化された砂の表面を押
し、砂を圧縮して、１層分（０．２ｍｍ）の砂を砂層昇
降機２０の表面部に形成する。

【００５３】このように、本実施形態では、砂の散布な
らしを１回の移動で効率的に行え、高速の砂層形成が行
える。さらに、上述のように、この砂層形成のための移
動の際に、マスク３８の砂層上へのセットも行えるた
め、１層分の処理のために必要な時間が非常に短くてよ
い。

【００５４】「その他の構成」上述の例では、散光レー
ザおよびマスクを用い、砂層の所定の領域を加熱した
が、マスクを省略すると共に、レーザビームを所定の領
域に走査してもよい。また、加熱源としては、ヒータ等
を用いてもよい。

【００５５】［第２実施形態］砂粒子間の樹脂の収縮を
抑えるには、砂の充填密度を上げることも重要である。
すなわち、充填密度が高ければ、硬化の際に樹脂が収縮
しても、それに引かれて砂が変形することを防止するこ
とができる。

【００５６】本実施形態では、図７に示すように、用い
る砂の粒径分布を標準的な正規分布ではなく、２つのピ
ークを持つような粒径分布に設定する。すなわち、主体
となる粒子のピークに対して、より小さい方に、もう１
つのピークを持つようにする。

【００５７】これによって、大きな（主体となる）粒子
の間に小さな粒子が入り込んで、充填密度を上昇するこ
とができる。

【００５８】小さい方の砂のピーク粒子径は、主体とな
る粒子のピーク粒子径に対し、１／２〜１／１０程度に
することが好ましい。例えば、主体となる粒子のピーク
粒子径を５０μｍとし、小さな粒子のピーク粒子径を１
０μｍとすることで、充填密度を大きく向上することが
できる。

【００５９】このように、砂の充填密度を上昇すること
で、樹脂収縮の際の反りの発生を抑制することができ、
歪みのない砂鋳型を形成することができる。また、第１
実施形態の台座上に、この２種類の粒径の砂による砂層
を形成することも好適である。

【００６０】なお、充填密度を上昇させた場合、砂型の
通気度が低下する。そこで、断面の造形時に、砂型にな
る部分に微細な溝を形成するとよい。例えば、上述のマ
スクの離れ小島を支えるブリッジなどは、これに好都合
なものである。

【００６１】「砂のまき方」本実施形態によれば、２種
類の砂により、砂層を形成する。しかし、粒子径の異な
る２種類の砂を一緒にまいてローラやスクレーパで薄い
層にならすと、粒径の小さい粒子は下に、大きい粒子は
上に積層されやすい。このため、層の上方で、充填密度
が低くなる傾向にある。

【００６２】そこで、本実施形態では、図８（Ａ），
（Ｂ）に示すように、比較的粒子径の大きな砂をまいた
後、その上に比較的粒子径の小さな砂をまく。これによ
って、最初にまいた大きめの粒子の間に、小さい粒子が
入り充填密度が向上する。

【００６３】また、小さい粒子の砂の散布量は、隙間を
埋めるだけであり、先にまく大きい粒子径の砂の量の１
／５〜１／２０程度の量でよく、少ない量で効果的に充
填率を上昇することができる。

【００６４】さらに、図９に示すように、大きな粒子の
砂を散布する砂散布機２４と小さな粒子の砂を散布する
砂散布機２４を設け、これらを一緒に移動させながら砂
散布を行えば、１度に２度まきを行うことができ、砂散
布のための時間を短縮することができる。なお、ローラ
２６は、それぞれの砂散布後の表面をならすためのもの
である。

【００６５】［第３実施形態］砂の充填密度を上昇する
ためには、振動や圧力を加えることが好適である。そこ
で、本実施形態では、振動または圧力を付与する。

【００６６】図１０には、振動を付与する例を示す。こ
のように、砂ならしローラ２６の手前に、振動子７０を
配置し、砂ならしローラ２６でならす砂に振動を付与す
る。そして、砂ならしローラ２６と振動子７０を一緒に
移動させることで、砂の充填密度を高くし、砂の充填密
度を上昇する。振動子７０は、モータの回転によって、
数１０Ｈｚで振動するものや、高周波の振動が得られる
超音波振動子を利用してもよい。

【００６７】さらに、図１１には、圧縮により砂層の充
填率を上げる例を示す。このように平板８０を砂層２に
対し、押しつけ、これによって、砂層２の砂充填率が上
昇する。この平板８０は、モータ駆動や油圧駆動によっ
て、上下動させるとよい。そして、圧縮圧力が所定値に
なったところで、下降を停止すればよい。

【００６８】振動を付与して、砂層を形成した後、され
に圧縮処理を行うことも好適である。さらに、上記第
１、第２実施形態と組み合わせてもよい。

【００６９】このように、本実施形態によれば、確実に
砂の充填密度を向上できる。従って、砂の硬化の際のソ
リの発生を抑制して、歪みの少ない砂鋳型を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の処理動作を示すフローチャー
トである。

【図２】 台座の形態およびその上に形成される砂層を
示す図である。

【図３】 第１実施形態の装置の全体構成を示す図であ
る。

【図４】 同実施形態の動作タイミングを示す図であ
る。

【図５】 遮光マスクの構成例を示す図である。

【図６】 砂散布機の構成を示す図である。

【図７】 砂の粒径分布を示す図である。

【図８】 ２種類の砂の散布状態を示す図である。

【図９】 ２種類の砂の散布機構を示す図である。

【図１０】 振動子による振動を付加する例を示す図で
ある。

【図１１】 平板で圧縮する例を示す図である。

【図１２】 砂層の反りを示す図である。

【符号の説明】

１ 台座、２ 砂層、１２ レーザ発振器、１６ 散光
レーザ照射源、２０砂層昇降機、２４ 砂散布機、３８
遮光マスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 益雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 千田 善純 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 高木 宗谷 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レジン被覆砂を散布し薄い砂層を形成す
   る砂層形成工程と、 この薄く積層された砂層の所定の部分を硬化させる硬化
   工程と、 を含み、 これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工
   程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造
   形物である砂鋳型を造形する方法であって、 上記砂層形成工程における第１層目は、予め形成された
   台座上に積層密着させて形成されることを特徴とする積
   層法による砂鋳型の造形方法。
2. 【請求項２】 レジン被覆砂を散布し薄い砂層を形成す
   る砂層形成工程と、 この薄く積層された砂層の所定の部分を硬化させる硬化
   工程と、 を含み、 これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工
   程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造
   形物である砂鋳型を造形する方法であって、 上記砂層形成工程において用いる砂は、その粒径分布に
   おいて、少なくとも２つのピークを有し、 粒径の異なる砂を利用して、砂型を造形することを特徴
   とする積層法による砂鋳型の造形方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、 上記砂層形成工程においては、まず比較的粒径の大きい
   砂を散布した後、比較的粒径の小さい砂を散布して１層
   分の砂の積層を行うことを特徴とする積層法による砂鋳
   型の造形方法。
4. 【請求項４】 レジン被覆砂を散布し、薄い砂層を形成
   する砂層形成工程と、 この薄く積層された砂層の予め定められた部分を硬化さ
   せる硬化工程と、 を含み、 これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工
   程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造
   形物である砂鋳型を造形する方法であって、 上記砂層形成工程において、振動子により砂を振動させ
   ながら、砂を圧縮して、砂の積層を行うことを特徴とす
   る積層法による砂鋳型の造形方法。
5. 【請求項５】 レジン被覆砂を散布して、薄い砂層を形
   成する砂層形成工程と、 この薄く積層された砂層の予め定められた部分を硬化さ
   せる硬化工程と、 を含み、 これによって砂鋳型の１層を形成すると共に、これら工
   程を順次繰り返して、断面形状を積層し、砂の３次元造
   形物である砂鋳型を造形する方法であって、 上記砂層形成工程において、一旦必要な砂の層厚より１
   〜１０％程度厚く積層しておき、その後平板により上方
   から圧縮することを特徴とする積層法による砂鋳型の造
   形方法。