JPS644597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属溶射の改良方法である特公昭47
−248592号に開示された方法、即ち２本の金属線
に通電し、電弧熱により溶融した金属を、別に設
けた高速空気噴射流により溶融部の前方に低圧圏
を生じさせ、該溶融金属を吸い出すと共に、これ
を高速気流に乗せて前方へ高速で吹き飛ばし、溶
融金属は飛翔中冷却して、室温程度となるが、金
属の塑性変形、粒子の形状から金属皮膜層が形成
されるという新しい溶射手段（以下常温金属溶射
という）を利用した精度、及び精密性が高いのみ
ならず、殊に耐久性に優れた金型の製造方法に関
するもので、従来の金属溶射を利用した金型の製
法、例えば、先づ石膏等で目的とする製品のモデ
ルを作り、その表面に金属溶射を行なつた後、該
モデルを離型して金属溶射皮膜より成るシエルを
形成し、これをバツクアツプして金型とするもの
に於ては、耐久性に劣るのみならず、製作過程に
於て歪みが生じ、正確な形状寸度の金型を得るこ
とは困難で、出来上つた金型を手直ししなければ
ならないので、硬度の高い金属は使用できず、従
つてせいぜい試作品製造用の弱い金型しか得られ
なかつたが、本発明による金型は金属ブロツクを
削り出して得る普通の金型と殆んど変らない強度
と精度を有し耐久性に於て優れたものである。

前記した常温金属溶射の手段を用いて金型を作
る方法は、複雑な形状のものも簡易、短時間で製
作でき、従つてコストも安いとう大きな利点にも
かゝわらず、反面前記のような欠点を有するが、
その理由は、超高速度で飛翔する金属粒子が累積
して層を形成する過程で貯熱作用があり、また高
速度で粒子が次々と衝突するため、これがブラス
ト作用をなし、全体として歪みを生じることはま
ぬがれないこと、またかくして生じた歪みを除去
することも困難で、所望の精度が得難いこと及
び、こゝに得られる金属層自体強度がさほど高い
ものではないので、これを補強する必要がある
が、歪み等を生じないで補強効果をあげる手段が
開発されていない等の理由によることは多数の試
験研究の結果明らかにされている。

本発明金型の製造方法は、これらの欠点を除
き、優れた点を活かした画期的な優秀な金型を製
造する方法に関するものである。

本発明実施の一例を図面について説明すると、
先づ加工容易な素材、例えば木材、石膏、プラス
チツク等により目的とする製品のモデル１を作る
（以下これを第１モデルという）（第１図）。この
第１モデルを鋼製フレーム２をもつて囲み、その
表面並びに周囲を低温で溶融する金属、例えば亜
鉛、アルミニウム等或はそれらの合金をもつて、
常温金属溶射し、金属層３を形成する（第２図）。
この場合全体を台盤４の上にのせて行のうのが好
都合である。

次に、かくして形成した溶射金属層３から第１
モデル１を離型することにより、モデル１の反転
型５（溶射シエル）を得る。この反転型の凹部空
間６内に、錫、ビスマス、インジウム等３元〜４
元合金の低融点合金の溶融液７を流し込み（第３
図）、該低融点金属７が冷却した後上方部に盛り
上つた余分の部分７′を削除して上面を平面化し
た後、さらに溶射金属層３と低融点金属部分７と
を離型し、第１モデルと全く同形の低融点金属に
よる精密鋳造体を得る（この精密鋳造体を第２モ
デル７ａという）。この第２モデルは上記低融点
金属が、収縮が無く、冷却後0.6／1000m/m程度
の微量膨張するもの故に、きわめて精度高く形成
できる。

次にこの第２モデル７ａの表面に対して普通
1.5〜2.0m/mの厚さのニツケル電鋳８を施こし、
電鋳マスターを得る。尚、このニツケル電鋳を施
こすに先立ち、必要により、第２モデル７ａの表
面を研磨して後２〜３ミクロンの厚まの光沢ニツ
ケル電鋳を施こし、さらに必要に応じ、表面研磨
し、これに前記ニツケル電鋳を施こしても良い。
又ニツケル電鋳は1.5〜2.0m/mの厚さにしたが、
場合によつてはさらに厚くすることもある。

かくして得られた電鋳マスターのニツケル電鋳
８の表面に高融点金属、例えばニツケル、ステン
レス・スチール等を、高附着力のボンデイング溶
射し、必要な厚さの溶射層９、いわゆる肉盛を形
成する（第４図）。

さらにこの第４図に示した構成物全体を低融点
金属より成る第２モデル７ａ部分が溶融するに充
分な温度（200℃）下、例えば炉中で、加熱処理
することにより、該第２モデル７ａ部分を溶融除
去し、こゝにニツケル電鋳を表面に持つ高融点金
属溶射層９で形成された硬金属シエルを得る。

次いで、該硬金属層９より成るシエルをモール
ドベース１０に固定し、その裏側空間に亜鉛、ア
ルミニウム又はこれらの合金等適宜の金属を常温
溶射するか、或は、溶融金属を流し込むか、場合
によつてはセメントを流し込む等の手段でバツク
アツプ１１する。バツクアツプ部１１内には冷却
水用パイプ１２を埋設することは好ましい。最後
に高融点金属溶射層９より成るシエルの凹面を研
磨等適宜の仕上げ加工を施こし、こゝに金型が完
成するのである。

なお、上記説明に於てモールドベース１０を用
いるとしているが、これは、金型の製造過程に於
ける中間品の取扱いの便や作業上の便宜で用いる
ことが好ましいもので、これを使用すること自体
は本発明金型の製法に不可欠のものではない。金
型完成後これを改めてモールドベースに取付ける
ことは、一般の金型の場合と同様である。

本発明金型の製造方法は上に述べた過程即ち工
程の連続を内容とするものであるが、かくして得
られた金型は、精度が高く、精密な形態をあらわ
すことが可能で、耐久性に富み、スピーデイに製
造され、従つて安価である等幾多の利点を有する
が、この点についてさらに説明を加えると、先
づ、上述したように加工容易な素材で作る第１モ
デルは、それが、いかに精密であり、又は複雑な
形態のものであつても、短時間に且つ容易に作る
ことができることは理解に難くない所である。次
に本発明の殆んどの工程は常温溶射による反転型
の製造或はそれのバツクアツプという単純な作業
より成り、僅かに第２モデルの鋳造工程がこれに
加えられるだけであるから、精巧な機械装置も熟
練を要する操作、テクニツクも必要としない。こ
のような訳で短時間に且つ安価に金型が出来上る
ことは理解されよう。

なお、常温溶射による溶射金属層は、モデル表
面の極めて細密な形状をも忠実に写し取ることの
できるものであることはよく知られる所であり、
第１モデルからの反転型５は極めて忠実に第１モ
デルの細部を写し、また、この反転型から得られ
る第２モデルも特殊低融点合金による精密鋳造型
であるため、第１モデルの忠実な再現であり、最
後の硬金属シエルもニツケル電鋳と常温溶射によ
るものであるため、第２モデルを忠実に写し取つ
ているから、完成した金型自体非常に精密なもの
である。

さて、この種溶射金属層を利用した金型の最大
の欠点とされた、全体的な歪み、ひずみについて
みるに、本発明はこの点の解決法として、硬金属
シエル９をニツケル電鋳面に高融点金属を溶射し
て得るようにした点に特徴がある。

つまり、ニツケル電鋳面８に高融点金属を溶射
すると、溶射金属は微粒子で高速度で被着面へ噴
射され、衝突して各微粒子が機械的に結合すると
されているが、本発明の場合は微粒子の有する熱
と衝突による発熱等で高融点金属粒子が既にある
金属皮膜面、つまりニツケル電鋳面８の粒子内に
溶け込み、溶接的結合力を有する。これは熱伝導
性の悪い金属、例えば鉄（熱伝導性0.14CGS／
cal）などの場合に見られる現象である。

従つてかくして得た溶射金属シエル、つまり高
融点金属溶射層より成るシエルは最強20Kg/mm²と
いう強い強度が得られ、それ自身の全体の形態を
正しく保持するものであり、加えてかゝるシエル
にバツクアツプを施こすことにより少しの歪みも
生じない金属溶射金型を得ることに成功したもの
で、本発明製法による金型は実に精度の高い優れ
たもので、金属削り出し金型に匹敵する。

本発明に於ける前記第２モデル７ａは低融点金
属溶射層より成るシエル５から複数個作ることが
できるもので、同形の金形を複数個製造すること
は極めて容易であり、この場合はさらに時間的経
済的に有利となる。また金型の構造から判るよう
に高融点金属溶射層９より成るシエル９は、前述
したように、ニツケル電鋳面に高融点金属層が溶
接的に結合され、シエルの全体強度が非常に高く
なり、又シエル９内面は高硬度金属であり、バツ
クアツプがしつかりしているため、耐久性に富む
金型として完成されるものである。本発明の金属
溶射手段は常法により行なはれるもので、予じめ
サンドブラスト等の前処理工程を伴ない、離型剤
等を利用することは常法に従うものである。

本発明は上述のように、極めて簡易な手段を繰
返すことにより、精度、精密度、耐久性に優れた
金型を短時間に安価に製造し得る方法であつて、
金型製法として画期的なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１モデルの正面図、第２図は第１モ
デル表面に金属溶射した状態を示す説明図、第３
図は第２図の金属溶射により得たシエル内に低融
点金属の溶融液を流し込んだ状態を示す説明図、
第４図は第２モデルの表面に硬金属を溶射した状
態を示す説明図、第５図は硬金属シエルの裏側空
間をバツクアツプした状態を示す説明図である。 符号説明 １……第１モデル、２……鋼製フレ
ーム、３……溶射金属層、４……台盤、５……反
転型、６……凹空間（５の）、７……低融点金属、
８……ニツケル電鋳、９……高融点金属溶射層、
１０……モールドベース、１１……バツクアツ
プ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加工容易な素材をもつて作つたモデル１を鋼
   製フレーム中に置き、その表面に低融点金属を常
   温溶射した後、該モデルを離型して金属溶射層よ
   り成る反転型を作り、この反転型凹部内に低融点
   金属の３元〜４元合金より成る金属の溶融液を流
   し込み、冷却固化後これを反転型から離型して第
   ２モデル７ａを作り、次にこの第２モデル表面に
   必要な厚さのニツケル電鋳を施こし、しかる後こ
   のニツケル電鋳面に任意の高融点金属をボンデイ
   ング溶射して、第２モデルの表面及びその周辺に
   必要な厚さの金属溶射層を形成し、かくして得た
   ものを第２モデルが溶融するに充分な温度下で加
   熱することにより、第２モデルを溶解除去し、か
   くして得られる高融点金属溶射層より成るシエル
   をモールドベースで囲つた後、該シエルの裏側空
   間を、金属の溶融液、又は金属溶射皮膜等でバツ
   クアツプし、必要によりこのバツクアツプ層内に
   冷却水用パイプを埋設し、最後に必要により該シ
   エル内面を研磨仕上げすることを特徴とする金属
   溶射と電鋳とによる金型の製造方法。