JPH09262841A - 中空樹脂成形品の製造法およびそれに用いる低融点金属製品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な中空形状の合成樹脂成形品の中子およ
び母型を、簡単かつ迅速に製造する方法を提供する。 【解決手段】 最終の中空製品の三次元コンピュータ設
計データを作成し（Ｓ１）、その設計データに基づい
て、中子用の合成樹脂製の型を光造形法により作成し
（Ｓ２）、その中子用の型に低融点金属を注入して低融
点金属製の中子を鋳造し（Ｓ４）、前記中子とは別に、
上記設計データに基づいて、合成樹脂製の母型を光造形
法を用いて作成し（Ｓ３）、前記母型と中子とを組み合
わせ（Ｓ５）、母型と中子の隙間に合成樹脂を流入さ
せ、中子と共に樹脂成形品を母型より取り外した後、中
子を溶融除去して中空樹脂成形品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空樹脂成形品の製
造法およびそれに用いる低融点金属製品の製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】中空の合成樹成形品を製造する方法とし
て、フュージブル・アロイ・コア法、あるいはフュージ
ブル・メタル法、ロスト・コア法と呼ばれる製造法が知
られている。これはスズ・ビスマス系の活字合金など、
低融点合金を中子に用い、母型のキャビティー内に中子
をセットし、樹脂の注入成形後、中子と一体の製品を取
り出し、その後に中子を溶出するものである。なお中子
の低融点金属は注入する合成樹脂よりも融点は低いが、
比熱の相違や、中子と樹脂との間の熱伝導率の差が生ず
るため、ガスが流出する隙間ができ、また表面張力によ
り収縮して点接触するなどのため、中子金属は溶けるこ
とはない。

【０００３】従来、このような成型法に用いる低融点金
属製の中子の鋳造用の金型や、樹脂成型用の母型は、ま
ず石膏などで製品や中子のマスターモデルを製造し、そ
のマスターモデルに倣って金属を切削し、その内面に表
面処理などを施して平滑にし、研磨する等により製造し
ている。そのとき、マスターモデルを三次元的に測定
し、それに基づいてＮＣデータを作成し、ＮＣ工作機械
で立体的に切削するか、放電加工を行うことにより、金
属製の金型を製造するので、多大な工程が必要である。
しかも通常は、金型に溶融樹脂を注入して試作品を成形
した後、試作品の仕上がりを検査して金型を修正し、再
度樹脂成形することを繰り返すため、一層手間がかか
る。

【０００４】他方、型が不要な合成樹脂製品の製造法と
して、光造形法が知られている。この光造形法は、三次
元コンピュータ設計データを作成し、これに基づき、三
次元のＺ軸方向に0.05〜0.3mm の厚さにスライスしたＸ
−Ｙ平面の断面図形を求め、光硬化性樹脂の液体表面に
レーザを照射して断面図形の部分を硬化させ、さらに順
次Ｚ方向にずらせながら順次スライスごとに硬化させな
がら立体形状を造形し、その後、二次硬化させるもので
ある（たとえば「光造形法」日刊工業新聞社刊、１９９
０年発行参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のフュ
ージブル・アロイ・コア法における中子などの低融点金
属製品を、マスターモデルを用いることなく、簡単かつ
安価に製造しうる製造法を提供することを技術課題とし
ている。さらに本発明は、中子用の型および母型の製造
を容易にすることにより、中空樹脂成形品の製造の手
間、とくに試作品から量産型の製造までの手間を低減す
ることを技術課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の低融点金属製品
の製造法は、低融点金属製品の三次元コンピュータ設計
データを作成し、そのデータに基づいて合成樹脂製の型
を光造形法により作成し、その型に溶融状態の低融点金
属を注入し、注入した金属が硬化した後、合成樹脂製の
型から取り出すことを特徴としている。このような低融
点金属製品の製造法では、低融点金属製品のデータに対
してパーティングライン面を設定し、中実部と中空部の
反転作業を行い、鋳込み口のデータを追加して前記低融
点金属製品用の型の三次元コンピュータ設計データを作
成し、そのデータに基づいて光造形法により合成樹脂製
の型を作成することができる。

【０００７】本発明の中空樹脂成形品の製造法は、前述
の低融点金属製品の製造法により低融点金属製の中子を
作成し、その中子を、別個に形成した母型の内部にセッ
トし、母型と中子の隙間に合成樹脂を流入させ、硬化し
た後に母型より取り外し、ついで中子を溶融除去するこ
とを特徴としている。そのような中空樹脂成型品の製造
法においては、前記母型を、最終製品と中子の三次元コ
ンピュータ設計データのアッセンブルデータを作成し、
そのアッセンブルデータにパーティングライン面を設定
し、中実部と中空部の反転作業を行い、鋳込み口のデー
タを追加して前記母型の三次元コンピュータ設計データ
を作成し、そのデータに基づいて光造形法により製造す
ることができる。

【０００８】前記母型と中子の隙間に合成樹脂を流入さ
せる方法は、真空注型法であってもよく、また射出成形
法であってもよい。

【０００９】

【作用】本発明の低融点金属製品の製造法は、金属製品
の三次元コンピュータ設計データ、すなわち三次元ＣＡ
Ｄデータに基づいて、光造形法により合成樹脂製の型を
作成する。このように本発明では、従来金型が不要な成
形法として知られている光造形法を、金属製品の型の製
造に用いることに特徴がある。それにより光造形法のマ
スターモデルが不要である利点と、それを型として用い
ることに依る量産性の利点を共に達成することができ
る。しかも型を合成樹脂で製造するので、金属製の型に
比して製造や修正がきわめて簡単である。また金属と樹
脂の熱膨張率の差（樹脂が大）と、熱電導率の差（金属
が大）とが互いに打ち消し合って、比較的正確な成形が
可能であり、しかも型自体に弾力性を利用できるので、
型から低融点金属製品を容易に取り出すことができる。

【００１０】上記の低融点金属製品の製造法は、中空樹
脂成型品を成形するための中子の製造に適用することが
でき、その場合も上記の利点が充分に発揮される。さら
に最終の中空製品の三次元ＣＡＤデータを中子のデータ
および中子用の型を光造形するときの基礎となるデータ
に転用しうるので、一層効率的である。すなわち型の製
造に必要な、鋳込み口や幅木の取付位置、形状、パーテ
ィングライン面の位置なども、三次元ＣＡＤの画像を見
ながら検討することができる。また型から中子を取り出
す状態移動軌跡なども三次元ＣＡＤの画像で決定するこ
とができる。さらに中子の形状が決定すれば、それをデ
ータ上で反転させるだけで中子用の型のデータを作成す
ることができる。したがってマスターモデルをまったく
用いることなく、中子用の型の製造、修正を容易に行う
ことができる。

【００１１】また中空樹脂成型品の母型を製造する場合
においても、上記のＣＡＤデータを利用して抜き勾配や
ゲート口、ランナーなどを容易に追加することができ、
製品と中子のアッセンブルデータを反転させるだけで容
易に母型のデータを作成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに図面を参照しながら本発明
の中空樹脂成形品の製造法および低融点金属製品の製造
法を説明する。図１は本発明の製造法の前半部のアウト
ラインを示すフローチャートである。この製造法では、
まず成形しようとする製品の三次元ＣＡＤデータを作成
する（モデリング工程Ｓ１）。すなわち三次元ＣＡＤで
製品の設計を行い、同時に型から製品を抜き出すときの
干渉をチェックする。つぎにその三次元ＣＡＤデータに
基づいて、中子用の型および母型を作成する（中子用型
作成工程Ｓ２および母型作成工程Ｓ３）。そして中子用
型に低融点金属を注入して金属中子を作成し（中子注型
工程Ｓ４）、得られた中子を母型内にセットする（型セ
ット工程Ｓ５）。

【００１３】図１の右側に示す中子用型作成工程Ｓ２で
は、まず製品の三次元ＣＡＤデータに対し、幅木などの
鋳造ノウハウを加え、中子データを作成する（ステップ
Ｓ１１）。さらにそのデータに対し、パーティングライ
ン面を設定し、中子のデータを反転した後、鋳込み口、
必要に応じて置き駒などのデータを追加して中子用型の
データを作成する（ステップＳ１２）。ついでその三次
元ＣＡＤデータをＳＴＬフォーマットなど、光造形に必
要な断面の積層データに変換し、場合により断面データ
を修正し、光造形装置を用いて中子用の型を作成する
（ステップ１３）。さらに中子用の型の内面を磨いた
り、塗型や他の表面処理剤などをコーティングしたり、
加熱するなどの前処理を行ない（ステップＳ１４）、低
融点金属を注入する前述の中子注型工程Ｓ４を行う。こ
れにより低融点金属製品である金属中子が作成される。

【００１４】図１の左側のラインに示す母型作成工程Ｓ
３では、まず製品の三次元ＣＡＤデータに対し、抜き勾
配など、樹脂成形のノウハウをデータに追加して、製品
と中子のアッセンブルデータを作成する（ステップＳ１
６）。ついでパーティングライン面を設定し、データの
反転作業を行った後、ゲート口、ランナーなどのデータ
を追加して、母型データを作成する（ステップＳ１
７）。このとき、必要に応じて、スライド駒、置き駒も
検討することができる。

【００１５】ついで中子用の型の場合と同様に、その三
次元ＣＡＤデータをＳＴＬフォーマットなど、光造形に
必要な断面の積層データに変換し、場合により断面デー
タを修正し、光造形装置を用いて母型を作成する（ステ
ップＳ１８）。さらに母型の内面を磨いたり、塗型や他
の表面処理剤などをコーティングしたり、加熱するな
ど、前処理を行っておく（ステップ１９）。これにより
母型が作成される。そして上記のごとく得られた金属中
子と母型とを組み合わせる型セット工程Ｓ５を行い、製
品用の型を得ることができる。

【００１６】図２はそのようにして得られた型を用い
て、さらに最終製品を製造する後半部の工程を示してい
る。すなわち上記の型の空洞部に熱硬化性樹脂を真空注
型し（ステップ６）、あるいは母型を射出成型機に取り
付けて所定の溶融樹脂で射出成形を行い、得られた中子
と製品とが一体化したものをオイル槽で加熱し、中子を
溶出し（ステップ７）、溶出した低融点金属をつぎの中
子の成形で使用するために回収する。これにより中空の
合成樹脂製品が得られる。

【００１７】つぎに図３〜７を参照して、上記の製造法
の具体的な例を示す。図３は上記の製造法で製造する中
空樹脂成形品の一例を示すものであり、ここでは自動車
のエンジンのインテーク・マニホールド１を示してい
る。このマニフォールド１は、上部２が１本で、下部３
が２本のパイプ状のものであり、それぞれ上端および下
端に取り付け部４を備えている。下部３は図４ａ、４ｂ
および図４ｃに示すように、前方に湾曲しながら左右に
拡がり、さらに下方に垂直に下降するという３次元的に
湾曲した形態を呈する。またその空洞部５も、３次元的
に湾曲し、途中で分岐するという複雑な形態を呈してい
る。

【００１８】このような形態を合成樹脂で成形する場
合、空洞部５から中子を抜くことができないので、フュ
ージブル・メタル法でなければ一体成形は困難である。
またフュージブル・メタル法による場合でも、従来はこ
のマスターモデルを製造し、それに基づいて型を起こす
必要がある。しかもこの場合は中子に相当するマスター
モデルと製品に相当するマスターモデルの両方を必要と
し、経済的でなく、手間もかかる。本発明の製造法で
は、まずこれを３次元ＣＡＤで設計し、前述のように、
その空洞部５のデータに基づいて、図５に示す中子６の
データを作成する。この中子６のデータでは、鋳込み口
のデータはまだ追加されていない。このデータに図６に
示す鋳込み口７のデータを追加して、反転させることに
より、中子用の型９、１０のデータを作成する。なお図
６の型９、１０のパーティングライン面１１は、ＣＡＤ
データにおいて決定し、この段階で不具合があれば、製
品１の設計変更も容易である。

【００１９】ついでこれらの型９、１０のＣＡＤデータ
により、断面形状を積層した光造形法のデータを作成す
る。図７ａおよび図７ｂはそのデータの一例を概念的に
示すものである。図７は造形の対象となる中子用の型９
を高さ方向に0.05〜0.3mm ピッチで薄くスライスしたも
のを正面から見た状態で示している。図７ｂは図７ａの
VII-VII 線の端面形状を示している。

【００２０】つぎに上記のように得られた中子用の型
９、１０の３次元ＣＡＤデータに基づき、公知の光造形
装置を用いて、光硬化性樹脂から中子用の型９、１０を
造成する。光造形装置は、「ＳＯＬＩＦＯＲＭ（帝人製
機（株）の登録商標）」などが採用される。このものは
たとえば光硬化性樹脂を入れたタンク内で昇降するエレ
ベータと、光硬化性樹脂を作成中の製品の上端面にコー
ティングするためのコータとを備えたコータシステム
と、上部に配置されるスキャナシステムと、それらを制
御する制御システムとからなる。スキャナシステムはレ
ーザ本体と、レーザビームをスキャニングする光学系と
からなる。

【００２１】上記の光造形用の樹脂としては、特開平３
−１０４６２６号に開示されているオルガノゾンを含有
する光硬化性樹脂の液状樹脂組成物が好ましく用いられ
る。市販品として入手されるものとしては、米国のデュ
ポン社製の「ＳＯＭＯＳ2100（ＳＯＭＯＳはデュポン社
の登録商標）」があり、これは光造形、加熱処理後、耐
熱性および柔軟性を有する特徴がある。

【００２２】他方、特開平７−２６０６０号公報に開示
されている技術、すなわち平均粒径３〜７０ミクロンメ
ータの有機高分子固体微粒子および（または）平均粒径
５〜７０ミクロンメータの無機固体微粒子をそれぞれ５
〜７０容量パーセント配合した光学的立体造形用樹脂組
成物もまた有用に本発明に用い得る。この種の市販の光
造形用の樹脂は、ＴＳＲ７５２（ＴＳＲは帝人製機
（株）の商標）として帝人製機（株）より入手すること
ができる。

【００２３】上記のようにして中子用の型９、１０が得
られると、それらの型を合わせて中空部に加熱溶融した
低融点金属を注入し、冷却して硬化させ、型を分離して
図５の形態の金属製の中子６を得る。金属の注型には、
大阪技研（株）製の中子鋳造溶出装置などを用いること
ができる。

【００２４】本発明者らの実験によれば、SOMOS2100 で
光造形により作成した図６に示す中子型（中子の容積1
4.5cc）を用い、138 ℃の融点を有するスズ４３％、ビ
スマス５７％合金を鋳造したところ、５０個の鋳造後で
も中子型にはなんらの損傷も認められず、さらに多くの
鋳造品を得ることができることが明らかになった。

【００２５】母型を作成する場合も前述とほぼ同じであ
る。すなわち図８に示すように、中子６と製品１とが一
体化したアッセンブルデータをＣＡＤで作成し、それに
基づいて図９に示す母型１４、１５の３次元ＣＡＤデー
タを作成し、前述の光造形装置を用いて光硬化性樹脂か
ら造形する。

【００２６】得られた母型１４、１５内に前述の低融点
金属製の中子６をセットして、製品の素材となる合成樹
脂をキャビティー内に注入し、合成樹脂製品と中子とが
一体化した半製品を製造する。ついで鋳造溶出装置を用
いて中子を溶出すると、図３に示す形態の中空の合成樹
製品１が得られる。

【００２７】本発明の製造法、特に真空注型により中空
樹脂成形品を得るに当たり、透明性がよい合成樹脂、た
とえばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂を用いれば、透
明な中空樹脂成型品を得ることができ、たとえば流体の
流れを外部から観察することができる透明な管路モデル
なども容易に製造することができる。また単品ないし少
量生産しかしないモデルでも、低コストで製造しうる。

【００２８】上記のように本発明の製造法を用いれば、
マスターモデルを製造する必要がなく、ほとんど３次元
ＣＡＤのデータで処理を行い、母型および中子用の型を
光造形法により直接作成することができる。そのため、
とくに修正や製造日程の短縮が要求される試作品の製造
に有利である。ただし試作型だけでなくある程度の量産
も可能である。その場合は前述のように、耐熱性・強靭
性を有する光硬化性樹脂、たとえば前述のTSR752を用い
て造形するのが好ましく、射出成形による量産を行うこ
ともできる。

【００２９】なお前述の実施形態では、数千個以上の大
量生産のために射出成形をする場合は、上記の合成樹脂
型のＣＡＤデータに基づいて、ＮＣ工作機械で金属製の
型を製造すればよい。その場合も、あらかじめ必要なデ
ータがそろっているので、初めから金属製の型を作成す
る場合に比してリスクが少なく、短期間に作成し、大量
生産に入ることができる。

【００３０】また本発明の製造法では、複雑な形状の中
子でも３次元ＣＡＤで正確に設計できるので、空洞部の
形状が複雑な合成樹脂製品でも、型の製造が容易であ
る。図１０は、本発明の製造法に適用できる中空樹脂成
型品の例として、複雑な中空部形状を備えたチューブ２
０を示している。このものは外筒部２１と、その内壁に
一体に設けられる複数枚のリブ２２とを有する。リブ２
２は螺旋状に設けられ、そのため内部空洞はきわめて複
雑であるが、このような形状のものも本発明の製造法で
製造することができる。

【００３１】なおこのものは螺旋状のリブ２２により、
可撓性をそれほど損なわずに強度の向上をはかることが
できる。また管路として使用する場合は、内部に通すガ
スの流れを整流することができ、冷媒や温水の配管用の
カバーとして使用する場合は、内部に挿通するパイプと
の接触面積を減少して断熱効果を高めるという、高い機
能を付与することができる。

【００３２】このチューブ２０は、リブ２２が直線状の
場合は、押し出し成形などでも成形が可能である。しか
し螺旋状の場合は製品を抜き出すときに回転させる必要
があり、実際には製造がきわめて困難である。とくにあ
る程度の剛性を有するもので、立体的に湾曲している場
合は、実際には一体で製造できず、長手方向に分割した
２個、あるいは３個以上の部品を接合するしか方法はな
い。本発明の製造法では、型を３次元ＣＡＤと光造形法
で作成し、低融点金属製の中子を溶出させるので、さら
に弾力性のある型を使用するため、このような複雑な形
状の製品も一体成形することができる。さらに３次元的
に湾曲したハニカム構造のパネルなど、従来は一体成形
が困難であった中空樹脂製品も、本発明の中空樹脂製品
の製造法で製造することができる。

【００３３】本発明の低融点金属の製造法は、中空樹脂
成形品を製造するための中子のほか、各種の形態を有す
る温度ヒューズ、たとえば電熱器具、防火安全装置用の
温度ヒューズなどの製造に適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の低融点金属製品の製造法に依れ
ば、複雑なマスターモデルを製造することなく、迅速か
つ容易に低融点金属製品を製造することができる。本発
明の中空樹脂成形品の製造法に依れば、中子や母型を容
易に製造することができるので、容易に中空の樹脂成形
品を製作することができる。さらに従来では不可能であ
った複雑な形状の空洞部を有する中空樹脂製品も、本発
明の製造法により製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の型の製造法の一実施形態における前
半部の工程を示すフローチャートである。

【図２】 図１の工程で得られた型を用いて中空樹脂製
品を製造する後半部の工程を示すフローチャートであ
る。

【図３】 本発明の製造法が対象とする中空樹脂製品の
一例を示す斜視図である。形することができる。

【図４】 図４ａおよび図４ｂはそれぞれ図３の製品の
平面図および正面図であり、図４ｃは図４ｂのIV-IV 線
断面図である。

【図５】 図３の製品を製造するための中子を示す斜視
図である。

【図６】 その中子を作成するための中子用の型を示す
斜視図である。

【図７】 図７ａは図６の中子用の型をスライスした状
態を示す概念正面図であり、図７ｂは図７ａのVII-VII
線端面図である。

【図８】 図３の製品と中子の一体化したものを示す斜
視図である。

【図９】 図３の製品を製造するための母型を示す斜視
図である。

【図１０】 本発明の製造法が対象とする中空樹脂製品
の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｓ１ モデリング工程 Ｓ２ 中子型作成工程 Ｓ３ 母型作成工程 Ｓ４ 中子注型工程 Ｓ５ 型セット工程 Ｓ６ 真空注型工程 Ｓ７ 中子溶出工程 １ 中空樹脂製品 ６ 中子 ９ 中子用の型 １０ 中子用の型 １２ 製品と中子のアッセンブル １４ 母型 １５ 母型 ２０ チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 智生 奈良県大和郡山市小泉町1885−82 (72)発明者 大出 竜三 大阪府堺市北庄町１−７−１ ファミール 堺東803 (72)発明者 香西 正 奈良県北葛城郡上牧町816−１−105−24

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低融点金属製品の三次元コンピュータ設
   計データを作成し、そのデータに基づいて合成樹脂製の
   型を光造形法により作成し、その型に溶融状態の低融点
   金属を注入し、注入した金属が硬化した後、合成樹脂型
   から取り出す、低融点金属製品の製造法。
2. 【請求項２】 前記低融点金属製品のデータに対してパ
   ーティングライン面を設定し、中実部と中空部の反転作
   業を行い、鋳込み口のデータを追加して前記低融点金属
   製品用の型の三次元コンピュータ設計データを作成し、
   そのデータに基づいて光造形法により合成樹脂製の型を
   作成する、請求項１記載の低融点金属製品の製造法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の製造法により、
   低融点金属製の中子を作成し、その中子を、別個に形成
   した母型の内部にセットし、母型と中子の隙間に合成樹
   脂を流入させ、硬化した後に母型より取り外し、ついで
   中子を溶融除去する、中空樹脂成形品の製造法。
4. 【請求項４】 前記母型が、最終製品と中子の三次元コ
   ンピュータ設計データのアッセンブルデータを作成し、
   そのアッセンブルデータにパーティングライン面を設定
   し、中実部と中空部の反転作業を行い、鋳込み口のデー
   タを追加して三次元コンピュータ設計データを作成し、
   そのデータに基づいて光造形法により製造した合成樹脂
   製の母型である、請求項３記載の中空樹脂成形品の製造
   法。
5. 【請求項５】 前記母型と中子の隙間に合成樹脂を流入
   させる方法が、真空注型法である請求項３記載の中空樹
   脂成形品の製造法。
6. 【請求項６】 前記母型と中子の隙間に合成樹脂を流入
   させる方法が、射出成形法である請求項３記載の中空樹
   脂成形品の製造法。