JPS5950926A - 金属溶射による耐久性の優れた金型の製造法 - 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】 本発明は、金１萬溶射方法を利用した特殊構造の金型及
びその製造法に関するもので、さらに詳しく述べると、
従来製品モデルを用意し、金ｍ　溶射装置に用い又、モ
デルの夕ｉ周に金属層を形成しだ降モデルを取外し、金
型を製造するノブ法は知られているが、未だ満足すべ外
金型を得るに至っていない。　その理由（・１、金属溶
剤による金属皮膜ｄ、強度が低く、目一つ製造過程に於
て金型全体が熱のために盃みを生じ、一定精度のものを
得ることができなかったからである。

本発明は補強ピンを用いることにより、溶射金属層より
成る金型要部を補強（７、件だ金型製造の過程で常に歪
の発生を予防す２石手段を採用する等独創的技術により
、精度と耐久性にｑれた金型を得ることを可能にしだ金
属溶剤による金型及びその９ｉ１Ｊ法である７、 一般に用途の如何を間Ｖ［ず、また製法の如何を聞けず
金型の製作は困帷でを・す、時間をＷ　シ、コストの高
いものである。　従って少后生産品用、又は試作品用の
金型に門しては、特に安価で短時間に製作でへる金型の
製法は大いに待望されている。　この要望に応える金型
製法の提案は幾つかある。　例えばＺＡＳ鋳造法による
もので、これは耐久性に劣りショツト数も少なく、精度
に於て劣る欠点はあるが、製作容易な点が喜ばれている
。　また金属溶射による前記金型製法は、複雑な形状の
ものを簡易に製作できる利点があるので、注目すべきも
のである。

こ−にその代表的な製法を述べると、木、樹脂、石膏等
でモデルを作っておき、その表面に＃型剤を塗布し、そ
の上表面に普通亜鉛或は亜鉛合金等溶射に適した金属を
溶剤し、金属層を形成し、さらに必要に応じ低融点金属
の溶射又は樹脂をもって該亜鉛層の裏打ち補強、及び金
型枠体との７体化及び冷却水用パイプの埋設等の附加加
工を施した後、モデル自体を取り外し、かくして得られ
る金型面を研磨仕上げして完成するのである。　　しか
し金属溶射に上る金属層、即ち金型の表面は強度が低く
、プラスチックの射出成型用金型として使用した場合で
も、金型面には３００Ｋｙ／ｃｄ〜／！ｒＯＯＫｆ廁程
度の圧力が及ぶため、金型の形状精度が保持されないと
か、クラックが発生するとか、特にパーティングライン
が欠損して多数のショットに耐えるととができないとい
う欠点は」けｔけられない。　そこで改良方法としてご
く薄い（約／ｍ／ｎｔ）ニッケル合金の溶射層を金型表
面に形成し、その背後に亜鉛合金溶射層を数ｎｔ／ｍ４
４ｙ層する方法も試みられた。　この方法は金型表面の
硬Ｉ（１が上昇するため、金型としての性能の向上が見
られたが、それとてもＺＡＳ鋳造金型やｆＭ製の金型と
比較すると、その耐久性はかなり劣るのみならず、熱の
ため金型全体に歪を生じ精度の点で満足が得られないも
のである。

最近は多品種少量生産の傾向がまずます強まり、安価で
短時間につくれる々らば、耐久性については成程度犠性
にすることも止むを得ないとされるケースもある。　そ
れでも金属溶射方式で製作した上記金型では、実用性に
欠けるものとして採用されない。　メーカーの現状は小
量生産の場合でも、止むなく不必要なまでに永持ちする
鋼製金型を用いているというのが実態で、高価な金型の
コストを充分に消却できない場合もある。　本願発明者
は上記二・ソケル溶携十式金型に於て、溶射ニッケル層
を数十ｍ／ｍの厚さにまで厚くすることも試みだが、思
はしい成果をあげることはできなかった、　その理由は
ニッケル合金の融点は１７０℃〜７２００℃と高いため
、モデル自体の材質を耐熱性のものとする必要が生ずる
こと、及び一般の溶射装置（高温金属粒子を吹付−辣式
）では金属層力１数十・／・の厚さにいたるまでに、金
鵬粒子が累積収縮現象を起こし、金型自体が大きく歪み
を生じ、設計通りの金型を得ることが困難であり、まだ
常濡溶射装Ｍ（米国特許第８，９０１，４４１号）を用
いても、金属粒子が累積して層を形成する過程で貯熱作
用があり、オた高速度で粒子が次々と衝突するだめ、こ
れ７５父゛プラスト作用を表し、全体として歪みを生じ
ることはまぬがれない。

また歪を除去することも困幡で、所望の精度が得雌いこ
とを経験している９　このように、金属溶射による金型
製造は、短時間で簡易に複雑な形状のものを製作できる
利点があるにもか＼わらず、１＃久性と精度に於て、満
足すべきものが得られないという障害のあることしよ遺
感ながらこれを認めざるを得ないものであった。

木ｌａ発明者Ｃよ、永年この金属溶射式金型の欠点を解
決すべく研究ケ続シ〕た結上、以下に述−（る手段によ
り、上述の欠点を解消することに成のである。

本発明金型の製造の４．ｖ本的技雨思惣を要約して述べ
ると次のようになる。

（Ｄ　木、樹脂、石膏等加工の容易な材料で先づモデル
をつくる。

■　このモデルを基に、シリコンコ゛ムを用いてモデル
の反転型をつくる・ 〔■　次にこの反転型を是に、乙Ｏ℃〜、２４１０℃で
融解する低融点金属で凝同後ＩＩＩ　１１ｔ％が極めて
少ない合金（例えば賜、アンチ−ｅニー、ビスマス等）
を用い、精密鋳造法によりモデルと同形の鋳造物（第２
モデル・という）をつくる。

第２モデル体内に冷却水用パイプを組込むことが好オし
い。

■　この第２モデルの表面に硬金属（例えばニッケル合
金）より成るピンを適宜の手段で多数植設固定する。（
適宜ケ所にドリルで穴を穿ち硬金属ビンを挿入し接清剤
で固定する等の手段）。　ビンの直径は普通／ｍ／ｍ〜
３ｍ１ｍのもの音用いる。このビンを植設置−７だ有刺
第２モデルにブラストをかけ、又はポンディング加工を
施こｌ−だ後、ピンと同−又は同種の硬金属を第２モデ
ル士に溶射する。この間＠２モデルｔｊ冷却される。　
かくて第２モデル上に溶射金属層を１１ぞ成した後、さ
らＫその上に珪砂と硅酸ソーダの混合物を投与し、これ
にＣＯｐ＋のガヌを圧入するととにより該珪砂を固化し
、溶射金属層の補強部を形成する。

■　以上の工程により得られたものを、炉の中に入れ低
融点金属の融解する湿度まで加熱し、該第２モデルを溶
解除去する。

Ｃ次に竿ｐモデルが除去された件１間に珪砂と硅酸ソー
ダ混合物を詰め、Ｃ０１ガスを圧入してこれを固化し、
硬金属層の補強部を形成する。（この段階では硬金属溶
射層は、そのキャビティ部も背面部も珪砂の同化補強性
でリーンドイツチ状に挾持され、保形され２．　）。

Ｏ次に、溶射金属層の背後の７１１砂補強部を崩壊除去
し、予じめ用意した鋳造金属を、該硅６Φ補強部が占め
ていた部分に済し込み、溶射層たへ層と一体化する。　
この場合適当なフワックス等を用いて両者の結合を良好
にし、寸だ補強部内に冷却水用パイプを埋設する。

鋳造金−の自然冷却後、今度や、１、キャビティ部分の
固化珪砂を崩壊除去し、さらに硬金属層から突出ｌ〜で
いＡピンの突出部分を切除する。

かくして牛」“るキャビテイ面を研磨［７、と＼に金型
の完成を貼るのである（第７図）。

雄型の場合も上述の手順と同様に製作することができる
。

本発明は金型製作過程も困難で時間を必要い形状のもの
が容易に得られ、製作時間は従来製法の何十分の−に短
縮されるという特徴と共に、耐久性についてはピンによ
る硬金属層の補強効果により飛躍的な向上が達成され、
また金型製作過程に於て、珪砂層を利用することで歪の
発生を予防し、極めて優れた金型を得ることを可能にし
たものである。

本発明の変形方法として、耐熱性材質（例えば石膏）で
つくった最初のモデルにピンの直径の３倍程度の大きさ
の穴を穿っておき、ピンを挿入した後、低融点金属の溶
融液を該層に流し込んでピンを止着し、かくして得だも
のを有刺第２モデルとし、これにピンと同−又は同種の
硬金属を溶剤し、以後上述したと同様の手順で金型をつ
くる方法がある。

本発明の最も一般的な製法を図面について説明する。

ｔａｔ　　先づ加工容易な材質である木、わ、１脂（例
えばエポキシ樹脂）、石膏などによるモデル＋１１を用
意しく第１図）、このモデルを基にして耐熱性樹脂、例
えばシリコーンゴムにより精密な反転型（３）を作る。

　この場合第２図に示すように、基盤（４）上にモデル
（１）を買き、枠体（２）により該モデルを囲み、シリ
コーンゴムを枠体内に流し込むのである。

（ｂｌ　　次に、この反転型（３）を用い、そのキャビ
ティ（ｌａ）及び枠（２ａ）内へ融点が乙θ℃〜２１Ｉ
Ｏ℃の１民間点金属で鴎固後膨張が０−’／１０００以
内の３冗乃至グ元合金、例えば錫合金、アンチモニー、
ビスマス等の中から選択したものを精密鋳造の方法でモ
デル＋１１と同形の鋳造型を作る。　この鋳造型を第２
モデ／Ｉ／（間とする。

第２モデルの内部に冷却水用パイプ（６）を埋設する。

（０）　　低融点金属より成る第２モデ／ｌ／へっは、
充分その精度を上げるため、研磨等の加工を施こした後
、基盤（７）上にスペーサーブロック（８）により固定
し、その表面に高融点の硬金属、例えばニッケル合金（
融点ざ００℃〜７２００℃）より成るワイヤーの短片（
以下ピンという）（１０）を多数植設する（第４図）、
ピンの植設は第２モデル（財）の適宜の位置にドリルで
穴を穿ち、この巾にピン（１０）を挿入し、第２モデル
表面から適宜の長さくｔｏａ）が突出し、下半身（］、
Ｏｂ）は穴の中に於て接着剤等で固着するのである。　
このピン（１０）は金型の大小、用途により直径／〜３
　ｎｓ／ｍ程度のものが用いられ、また植設する本数は
金型の性格により経験的に決定されるが、普通は、１ｃ
４当り０２．２本〜／木でよい。　またピンの材質は次
に述べる高硬度、溶射金属と同材質のものか同種のもの
が好ましいが、異質の金属でもよい。

（（１）　　かくして得られるピンを植設した有刺第２
モデル全体に対してブワストを施こし、まだは適宜のポ
ンディング加工を施した後ビン（１（支）と同−又は同
種の硬金属、例えばニッケル合金（Ｎ＋３０％、Ｚｎ４
’％、Ｃｕ６６％）を金属溶射し、硬金属層（川を形成
する（第５図）。　この間第２モデルは冷却水で冷却さ
れることが好ましい。　この硬金属層（１１）の形成に
続いて、枠（２ｂ）を設け、該硬金属層のＬにさらに珪
砂と硅酸ソーダの混合物を投与し２、これにＣＯ２ガス
を圧入して珪砂を７体的に固化すると共に、硬金属層と
も一体化Ｉ７、該層の補強部（１→を形成する。

（ｐｊ　　次に、かくしで得だ構成物１全体を炉中に於
て、低融点金属の融解するｌ黒度１で加熱することによ
り、前記第２モチ゛ル（へ１）を融解除去するのである
。　低融点金属とじて４０七〜２／ｌＯ℃で融解する範
囲のものを選ぶのけ、この範囲の温度でｔよ、他の１１
〜成物に悪影響、損傷を何ら与えないからである。　第
２モデルが除去された後のキャビティには硬金属層中に
はソ半身を埋められた前記ピン（Ｈｌ）の（１ｒｌｔ＋
）部分が突出しているのが認と′）られ、また該キャビ
ティ内面、即ち硬金属層の而（９ａ）には、溶けた低融
点金属が薄膜状に付着し、且つ金属層の表層部僅かの深
さではあるが、溶射金属層特有の微細空隙（スポンジ状
空隙ン内に浸入して、メッキ効果を有することが認めら
れる。

（ｆ）　　かくして第λモデルが除去さＪまたキャビテ
ィ内に、珪砂及び珪酸ソーダの混合物を詰めこれにＣＯ
！のガスを圧入して珪砂を固化することにより、該キャ
ビティを珪砂補強体（１２ａ）によって充填する（第６
図）。　この段階で、硬金属溶射Ｍ　（ＩＩ）　ｌ’、
ｔ、その両面からサンドイッチ状に両補強部θ２）　、
　（１，２ａ）により挟圧された状態となるのである。

（ｇ）　　最後に該溶射硬金属層（１１）の背後に形成
されていた珪砂補強部０→を崩壊除去し、この除去され
た珪砂塊に代え、予め用意した鋳造金属溶顯液を流し込
み、硬金属層（１１）及び枠（２ｂ）を７体的に結合す
る裏打ち補強体−を形成する。

このとき該補強体内に金型としての冷却水用パイプ（１
４）を埋設する（第７図）。

次に硬金属層のキャビティ内に形成された珪砂補強部（
１２ａ）を崩壊除去し、除去した後に硬金属層に半身（
ＩＱＲ）を埋没した情態で突出しているピン（１０）の
突出部分（１（ｌｂ）を切除すると共に、キャビディ面
を研磨仕上げすることにより、ｌｉらかな金型面を有す
る金型が完成するのである。

かくして完成された本発明金型ｔよ、その主要部である
金型面を形成する硬金属層（１１）は植設された硬金属
ピンで補強された溶射高金属層より成り、また第２モデ
ル融解除去時に、核硬金属層の而には（民間点金属によ
る薄膜が形成され、一部は該層の阪細な空隙に侵入しメ
ッキ全施したように々るから、こ）１．を研磨仕上げす
ると境面を得ることができるもので、耐久性と精度に優
れた金型である。

本発明金型製法は、結局上述した肖り、モデルの反転操
作を繰り返すもので、切削、電鋳等の作業が不要のため
、完成凍での時間ｋま周知の金型製法に比べ、何十分の
−で済み、印つモデルの形状を忠実に写し取るもので、
いわゆる金属溶射方式の金型製法の利点をその寸＼具備
することは言うまでもなく、その上に前記の耐久性と歪
を有しない特徴を加えたものである。

今迄述べたのけ雌型であるが、出発モデルＫＩＩ＃型を
用意することＫより上記と全く同じ手１１ｊ￥で雄型を
得ることができるのである。

次に本発明金型製法の手順を多少簡略化した変形実施例
について述べる。　これは出発モ、デル（１１を不燃性
材料、例えば石膏で作り、先づこの石膏モチ／Ｌ／に高
融点硬金属ピン（］０）の直径の約３倍稈度の大へさの
穴（１６）をドリル等を用いて所定数穿設する（第８図
）。　この穴の中に該ピンを挿入した後、前記低融点金
属の溶融液を穴に流し込んでピン（ｉｏ）を止着し、が
くして得た有刺モデル（Ｎ）を第２モデルとして使−州
し、次にこの第２モデル全面、特にピンにプラストを施
こし、必要によシ離型剤を塗る等の前処理′？ｒ−施し
た後、ピンと同−又は同種の硬金属を溶射して溶射金属
ＩＦ（ＩＩ！を形成する。　その後に手順は上に述べた
紗木技術の場合と全く同じ工程を経て金型を完成する。

　この方法（，１，筒中々製品、例えば板状物品をつく
る場合等に目、大いに利用できるものである。

ｋお本発明に於て使用する低融点金属は、融解除去時こ
れを２ｇ物で受け、再使用することができるもので、珪
砂についでも同様であるから経済的にも優れたものであ
る。

４　図面の商学なｈ（１１明 第１図はモデル、第２図）ｙｌモデルを置いた枠内にシ
リコン樹脂を注入した図、第３図はシＩＪコン枠ｌ脂反
転型に精密的？ｈ法により低１淘点金属を注入した図、
第４図は第、２−Ｔ：デルにピンを植設した図、第５図
は有個第２モデル［二面に硬金属溶射層を形成し、Ａら
に珪砂補強部を形成した図、第６図は、砲金１層の−１
−丁両面に珪砂補強部を形成した図、第７図は完成１．
　？、＜金型の説明ＩＭ、＄８図はモア″′μＮを示す
図である。

符号説明 ｆｌｌ　、（ｌ　ａ）　−−モチ）ｖ、（２１、ｌｂ）
　、　（２ａ）　　−−−−・・枠、＋３１・・・・・
・反転型（シリコーンゴム）　、＋４１・・・・・・基
盤、（５）・・・・・・基台部、（６）・・・・・・冷
却水用パイプ、（７）・・・・・・甚ｆｆ１ｋ、＋８１
・・・・・・ヌベーサーブロック、（９）・・・・・・
表面、（１０）・・・・・・ピン、（＋１）・・・・・
・（溶射）砂金Ｒ層、（１２）　、　（１２ａ）・・・
・・−補強部、０埠・・・・・・事打ち補強体、（１４
）・・・・・・冷却水用パイプ、（１６）・・・・・・
穴、０６）・・・・・・止着金属、色ａ・・・・・・第
２モデル、（Ｎ）・・・・・・（変形）第２モ　デ　ル
　。

出願人　　株式会社バンアートクヲフト代表取締役　浜
　村　益　三 代理人　　弁理士　　水　口　孝　− 第１　図 第２目 第３図 第４図 第１３図 第６図 ９ｎ 第７図 畢δ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌ　　モデルを糸にこれに硬度の高い金属を溶射して
   得られる金属層より成る金型原体に、前記硬金属と同−
   又は同種の金属より成る細線の短片又はビンを多数植設
   して得られる金型要部と、この金型要部の背部に適宜の
   鋳造金属を充填して形成される金型補強部とより成る金
   型本体がとれを収納する鋼製枠体と一体的に構成されて
   いることを特徴とする金属溶射による耐久性の優れた金
   型。 ムをもって該モデルの反転型をつくす、この反転型を基
   にして低融点で凝固後膨張の極めて少ない金属例えばア
   ンチモニー、錫、ビヌマス等を精密鋳造の手段によって
   前記モデルと同形の第２モデルをつくり、この第２モデ
   ル表面に高帛点の硬金属より成るビンを適宜長さモデル
   表面より突出しノζ状態で多数植設し、次にこの有刺第
   ２モデルに対し、前記ビンと同−又は同種の金朔を溶射
   して所定の厚さの砲金１・べ層を形成し、且っ該溶射金
   属層の背面に硅砂を適宜手段で固塊化した補強部を形成
   し、かくして得た全体を加熱して紙片（点金属より成る
   第２モデルを融解除去し、さらに第２モデルを除去して
   生じた空間に硅砂等を詰め且つとハを固化して補強部を
   形成し、次に硬金属層背後の硅砂塊を崩壊除去し７、こ
   の部分に＃造金属を充填して硬金属層上一体化し、才だ
   該硬金属層の内面の硅砂塊を崩壊除去し、核部に露出し
   だビンの突出部分を切除し、仕上加工を施こすことを特
   徴とする金属溶射による耐久性の優れた金型製造法。 （３）　　モデル自体が耐熱性材質例えば面前より成り
   、これに硬金属より成るビンの直径の２〜３倍の大きさ
   の孔を多数穿ちこの孔Ｋ　［６硬金属ピンを挿入し、所
   定の長さだけモデル表面から突出し７た状態で該六に１
   氏融点、金属溶融金属溶射による耐久性の優れた金！製
   造法。 （４）　　切削、鋳造等の通常手段により製作された金
   型を全体の一部として有する特許請求の範囲第グン項第
   （的項紀祇の金属溶射による耐久性の優れた金型製造法
   。 （５）既融点全屈による第２モデル形成時、第２モデル
   内に冷却水用パイプを埋設する特許請求の範囲第Ｕ）項
   乃至第（勇項記戦の金属溶剤による耐久性の優れた金型
   製造法。 （６）　　硬金属層の背面に椿迫金属による補強部を形
   成する過程に於て、補強部内に冷却水用パイプを埋設す
   る特Ｙｌ′請求の範、間第（力項乃芋第（３）項記載の
   金属溶射による耐久性の優れた金型製造法。