(57)【要約】  必要な剛性を備えている軽量金型を実現する。消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、消失性の材料で形成されている複数個の連結部材を用意する。各々の連結部材は球形状であり、一つの連結部材に複数本の棒状部材の端部を固定することができる。連結部材に対する棒状部材の固定角度が任意に調整可能となっていることから、種々の形状の３次元の網目構造を形成することができる。複数本の棒状部材と複数個の連結部材を組み合わせることで３次元の網目構造を備えた消失模型が製造できる。それを用いてフルモールド鋳造法を実施することで、３次元の網目構造を備えた金型を製造することができる。３次元の網目構造の形状を調整することで金型に必要な剛性を得ることができ、金型を軽量化することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フルモールド鋳造法に用いる消失模型であり、
消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、消失性の材料で形成されている複数個の連結部材で組み立てられており、
各々の連結部材は球形状であり、
一つの連結部材に複数本の棒状部材の端部が固定されて３次元の網目構造を形成していることを特徴とする消失模型。
【請求項２】
フルモールド鋳造法に用いる消失模型を製造するための部品セットであり、
消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、
消失性の材料で形成されている複数個の連結部材を備えており、
各々の連結部材は球形状であり、
一つの連結部材に複数本の棒状部材の端部を固定することができるとともに、連結部材に対する棒状部材の固定角度が任意に調整可能な部品セット。
【請求項３】
各々の棒状部材の端部に連結部材に食い込む突起が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の部品セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルモールド鋳造法に用いる消失模型と、その消失模型を製造する部品セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製品を製造する一つの方法に、フルモールド鋳造法が知られている。フルモールド鋳造法では、製造する金属製品と同一形状を備えている模型を用意する。その模型は、溶融金属に接すると消失する材料で形成しておく。その消失模型を砂型内に埋め込んでおいて砂型内に溶融金属を注ぎ込むと、模型が消失して溶融金属に置き換わる。溶融金属の冷却後に砂型を破壊すると、模型と同一形状の鋳造品が得られる。【０００３】
フルモールド鋳造法は、複雑な形状を持つ金属製品を製造する優れた方法であるが、消失模型の周囲に砂型を形成する粉末材料を充填する作業が困難であるという問題を抱えている。通常の金型は複雑な形状を備えており、複雑な形状に形成されている消失模型を砂型内に埋め込む作業をすると、消失模型の周囲に空洞（砂型を形成する粉末材料が充填されない空間）が形成されやすい。良好な砂型を形成するには、やりづらい作業を長時間に亘って継続する必要がある。【０００４】
通常の金型は金属塊を切削加工して製造されており、ワークに接する成形面や、相手側の金型と接触して相手側の金型との位置関係を調整する位置調整面等を備えている。成形面や位置調整面の裏面に存在している金属塊は、成形面を提供し、位置調整面を提供し、成形面と位置調整面の相対的位置関係を固定する役割を果たしている。ここで、成形面と位置調整面の相対的位置関係を固定する部分は金属塊でなくてもよい。【０００５】
特許文献１に、板状の下型の下面を下フレームで補強し、板状の上型の上面を上フレームで補強したプレス型が開示されている。ここで用いる下フレームと上フレームは、複数本の棒状部材を備えているとともに棒状部材の端部同士を連結している連結点が３次元空間内で分布している３次元の網目構造を備えているといえる。金属塊に代えて、３次元の網目構造を利用することで、金型として利用可能な製品を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２３４００号公報
【０００７】
金属塊の一部を３次元の網目構造に置換した金型であれば、消失模型の周囲に粉末材料を充填して砂型を形成する作業が簡単化される。一部を３次元の網目構造に置換した金型であれば、フルモールド鋳造法で製造しやすい。また一部を３次元の網目構造に置換した金型は、軽量であり、必要な剛性に調整しやすく、必要な放熱特性に調整しやすいという長所も備えている。本発明者らは、通常なら金属塊である部分を３次元の網目構造に置換した金型の持つ長所と、その金型とフルモールド鋳造法との相性の良さを見出し、フルモールド鋳造法によって一部を３次元の網目構造に置換した金型を製造する技術を研究している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
その研究の結果、消失模型の製造プロセスを簡単化する技術が必要であることが判明した。３次元の網目構造には、単位となる構造を規則的に繰り返すことで形成されるものばかりでなく、複数本の棒状部がなす角度を場所によって変えることで実現される網目構造も存在する。その種の網目構造を実現するためには、棒状部材と棒状部材がなす角度を任意の角度に調整しながら、棒状部材と棒状部材を連結していく作業が必要とされる。【０００９】
棒状部材の端部同士を連結することで３次元の網目構造を実現する部品セットが知られている。例えば、複数本の棒状部材と複数個の連結部材で構成されている積み木セットが知られている。図１０に例示するように、連結部材４０ｂが正六面体の場合には、６面の各々に棒状部材４０ａ１〜４０ａ６の端部を受け入れる孔が形成されている。この積み木セットと用いれば、１２本の棒状部材と４個の連結部材を用いることで、１２本の棒状部材を立方体を構成する１２本の稜線の位置に固定することができる。この積み木セットを用いれば、立方体を単位とし、単位となる立方体の複数個を組み合わせて形成される３次元の網目構造を形成することができる。図９は、棒状部材と連結部材の別例を例示しており、筒状の棒状部材を用いて３次元の網目構造を形成することができる。その他に、六方晶系等の結晶構造、有機分子の立体構造、あるいはＤＮＡの螺旋構造を組みたてるための部品セットも知られている。【００１０】
しかしながら、既知の部品セットは、棒状部材と棒状部材がなす角度が予め定められている角度に制約されており、棒状部材と棒状部材がなす角度を任意の角度に調整することができない。図１０に示すように、連結部材が立方体の場合には、棒状部材と棒状部材がなす角度が９０°または１８０°に限定されており、その他の角度にすることができない。図９の場合、連結部材の中央から放射状に張り出している受け入れ部の伸びている方向を調整することによって、棒状部材と棒状部材がなす角度を定めることができるが、受け入れ部の伸びている方向によって棒状部材と棒状部材がなす角度が定められてしまい、それ以外の角度に調整することはできない。【００１１】
本発明では、フルモールド鋳造法に用いる消失模型を製造するための部品セットであり、棒状部材と棒状部材がなす角度を任意の角度に調整しておいて固定できる部品セットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、消失性の材料で形成されている複数個の連結部材を備えている部品セットを提供する。各々の連結部材は球形状である。そのために、一つの連結部材に複数本の棒状部材の端部を固定することができる。連結部材によって複数本の棒状部材の端部同士を連結することができ、３次元の網目構造を実現することができる。しかも、連結部材に対する棒状部材の固定角度を任意の角度に調整することができる。棒状部材と棒状部材がなす角度を任意の角度に調整しておいて固定することができる。棒状部材と棒状部材がなす角度が場所によって変化する網目構造を実現することができる。各種形状の網目構造を実現できる部品セットが得られる。【００１３】
各々の棒状部材の端部に連結部材に食い込む突起が形成されていることが好ましい。棒状部材の端部に形成されている突起を連結部材に食い込ませることで、連結部材に対する棒状部材の固定角度、ないしは、棒状部材と棒状部材がなす角度を、調整した際の角度に維持することができる。連結部材と棒状部材を接着剤等で固定する際に、調整した角度からずれることを防止することができる。【００１４】
上記の部品セットを用いると、消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と消失性の材料で形成されている複数個の連結部材で組み立てられている消失模型であって、各々の連結部材が球形状であり、一つの連結部材に複数本の棒状部材の端部が固定されて３次元の網目構造を形成している消失模型を簡単に製造することができる。消失模型の全体が上記の部品セットで形成されている場合もあるが、それに部材を付加することで消失模型の全体が完成する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フルモールド鋳造法に用いる消失模型の一部の分解斜視図を示す。
【図２】一部を３次元の網目構造とした金型をプレス機にセットした状態を示す。
【図３】球形状の連結部材に複数本の棒状部材の端部を固定する様子を示す。
【図４】球形状の連結部材と棒状部材の端部形状の第１例を示す。
【図５】球形状の連結部材と棒状部材の端部形状の第２例を示す。
【図６】球形状の連結部材と棒状部材の端部形状の第３例を示す。
【図７Ａ】第４例の球形状の連結部材と棒状部材を固定する前の状態を示す。
【図７Ｂ】第４例の球形状の連結部材と棒状部材を固定した後の状態を示す。
【図８Ａ】第５例の球形状の連結部材と棒状部材を固定する前の状態を示す。
【図８Ｂ】第５例の球形状の連結部材と棒状部材を固定した後の状態を示す。
【図９】従来の連結部材と棒状部材の第１例を示す。
【図１０】従来の連結部材と棒状部材の第２例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、一部が３次元の網目構造６で形成されている消失模型２の一部分の分解斜視図を示している。図１では、３次元の網目構造６からブロック４ａ、４ｂが離脱した様子を示しているが、実際には、ブロック４ａ、４ｂは３次元の網目構造６に固定されており、ブロック４ａとブロック４ｂの相対的位置関係は、３次元の網目構造６によって、一定の位置関係に固定されている。また３次元の網目構造６に、図示しないブロック４ｃ，４ｄ等が固定されている場合もある。
【００１７】
３次元の網目構造６は、複数本の棒状部材６ａと複数個の連結部材６ｂを組み立てることで形成されている。棒状部材６ａの各々は、溶融金属に接すると消失する材料、例えば発泡スチロールあるいは紙等で製造されている。棒状部材６ａの各々は、中空（すなわち筒）であってもよく、中実であってもよい。筒の両端が消失性のキャップで閉じられているものであってもよい。連結部材６ｂの各々は、溶融金属に接すると消失する材料、例えば発泡スチロールあるいは紙等で製造されている。連結部材６ｂの各々は、中空であってもよいし、中実であってもよい。図１に示すように、一つの連結部材６ｂに複数本の棒状部材６ａの端部が固定されている。隣接する棒状部材同士は、連結部材を介して固定されている。連結部材に対する棒状部材の固定角度によって、棒状部材と棒状部材がなす角度が規定される。
【００１８】
ブロック４ａ，４ｂは、発泡スチロールの塊を切削して製造されている。本実施例の場合、ブロック４ｂに加工面１０が形成されており、ブロック４ａにガイドピン８が形成されており、図示しないブロック４ｃにガイドピン８を受け入れる位置決め孔が形成されている。ブロック４ａ，４ｂ（と図示しないブロック４ｃ）は、接着剤によって３次元の網目構造６に接着されている。図１の場合、ブロック４ａ，４ｂ等は、連結部材６ｂに接着されているが、棒状部材６ａに接着してもよい。
【００１９】
実際の網目構造６は、図１に示すように、一部の棒状部材が除去されていたり、一部の棒状部材が余分に付加されていたりすることがある。３次元の網目構造６は、トラス構造またはラーメン構造をとる。あるいはトラスとラーメンが混在した構造であってもよい。連結部材６ｂの配置位置は、必ずしも均一に分布しておらず、蜜に配置されている部分もあれば、疎に配置されている部分もある。すなわち、棒状部材と棒状部材のなす角度は、場所によって異なっている。なお、棒状部材は必ずしも直線状でなくてもよく、曲線状の棒状部材を用いることもある。
【００２０】
消失模型２を用いてフルモールド鋳造法を実施すると消失模型２と同一形状の鋳造品が得られる。本実施例では、その鋳造品をプレス型３に用いる。本実施例では、棒状部と棒状部材を区別する。棒状部は、大きな物体の一部であって棒の形状をしている部分をいう。棒状部材とは、棒の形状をしている独立した部材をいう。連結部と連結部材、ブロック部とブロック部材、筒部と筒部材等も同様である。消失模型を形成する部品である棒状部材と連結部材は、独立した部品であることから部材である。消失模型から製造した鋳造品では、棒状部と連結部が一体の鋳造金属で形成されており、部材でなくなっている。
【００２１】
図２は、フルモールド鋳造法で鋳造したプレス型３をプレス機７８のボルスタ７０に固定し、同じくフルモールド鋳造法で鋳造したプレス型５３をプレス機７８のスライダ７２に固定した様子を示している。なお、図示の７４はプレス機７８の支柱であり、７６はプレス機７８のアクチュエータである。アクチュエータ７６が作動すると、支柱７４に沿ってスライダ７２が下降する。その際に、プレス型３のガイドピン８がプレス型５３の位置決め穴８ａに挿入され、プレス型５３のガイドピン５８がプレス型３の位置決め穴５８ａに挿入され、プレス型３とプレス型５３の相対的位置関係が所定の位置関係に位置決めされる。図１のブロック部４ａ、ガイドピン８、ブロック部４ｂ、加工面１０等は、消失模型２の一部であり、発泡スチロールで形成されている。それに対して、図３のブロック部４ａ、ガイドピン８、ブロック部４ｂ、加工面１０等は、プレス型３の一部であり、鋳造金属で形成されている。便宜的に同一記号を用いているけれども、本来は異なる部材である。形状が同一であることを示すために、便宜的に同一記号を用いる。
【００２２】
プレス金型３では、ブロック部４ａ，４ｃに対してブロック部４ｂが網目構造６によって固定されている。同様に、プレス金型５３では、ブロック部５４ａ，５４ｃに対してブロック部５４ｂが網目構造５６によって固定されている。ブロック部４ａとブロック部５４ａが所定の位置関係に位置決めされ、ブロック部４ｃとブロック部５４ｃが所定の位置関係に位置決めされれば、ブロック部４ｂとブロック部５４ｂも所定の位置関係に位置決めされる。この結果、プレス金型３の加工面１０とプレス金型５３の加工面６０も所定の位置関係に位置決めされる。スライダ７２が下降すると、ワークＷはプレス金型３の加工面１０とプレス金型５３の加工面６０の間に挟まれ、所定の形状にプレス加工される。
【００２３】
プレス金型３では、位置決めのためのブロック部４ａ，４ｃと、加工のためのブロック部４ｂが３次元の網目構造６で固定された構造を備えている。ブロック同士の位置関係を固定する部分が金属塊でなく３次元の網目構造６で実現されているために、プレス金型３は軽量である。また、ブロック同士の位置関係は３次元の網目構造６で規定されているために、ブロック同士を適度な剛性で接続することができる。例えばブロック間の剛性を、ブロック部４ａとブロック部５４ａが所定の位置関係に位置決めされ、ブロック部４ｃとブロック部５４ｃが所定の位置関係に位置決めされれば、ブロック部４ｂとブロック部５４ｂも所定の位置関係に位置決めされる程度に硬くするとともに、ブロック部４ｂとブロック部５４ｂが微妙に傾いているためにブロック部４ｂの加工面１０とブロック部５４ｂの加工面６０の局所的範囲がワークを強く押すような場合には、ブロック部４ｂの加工面１０とブロック部５４ｂの加工面６０がワークを均一に押圧するようにブロック部４ｂとブロック部５４ｂが相対的に回転する程度に柔軟な剛性にすることができる。
【００２４】
また、ブロック部４ａ，４ｂ，４ｃと、網目構造６で構成されている消失模型２は、砂型に埋設しやすく、周囲に空間が残りにくい。フルモールド鋳造法と相性がよい。比較的容易に実施できる短時間作業で消失模型２の周囲に砂を込める作業をおえることができ、消失模型２の周囲に均一な密度で隙間なく粉末を充填した良質な砂型を得ることができる。複数のブロック部と３次元の網目構造で構成されている消失模型を用いて実施するフルモールド鋳造法の詳細と利点は、特願２０１０−１１２５３３号の明細書と図面に記載されており、重複記載は省略する。
【００２５】
図３は、連結部材６ｂに連結する複数本の棒状部材６ａ１〜６ａ４の端部近傍を拡大して示している。連結部材６ｂは、複数本の棒状部材の端面が固定できる大きさを備えている。また、連結部材６ｂは、球形状に形成されており、棒状部材を任意の角度に固定することができる。したがって、たとえば棒状部材６ａ１と６ａ２がなす角度を任意の角度にすることができ、その角度で固定することがきる。
【００２６】
図４は、連結部材６ｂに連結する棒状部材６ａの端部形状の一例を示している。棒状部材６ａは、ストレートな棒形状と、連結部材６ｂに倣う先端面を備えていてよい。
図５は、棒状部材６ａが、ストレートな中間部１４と、連結部材６ｂに向けて拡径する末端部１６で形成されている例を示している。連結部材６ｂに向けて拡径する末端部１６を備えていると、棒状部材６ａと連結部材６ｂの接着強度が高められ、応力集中が緩和される。
図６は、末端部２０の先端面と球形状の連結部材６ｂの間に空間が確保される例を示している。その空間は接着剤が固化する空間に用いることができる。棒状部材６ａの先端面を、棒状部材６ａと連結部材６ｂが直接に接して固定される形にすると、棒状部材６ａと連結部材６ｂを接着した後の位置関係が安定し、高精度の消失模型を製造することができる。
図７は、図５の末端部１６の先端に突起２２，２４を形成した例を示す。突起２２，２４と連結部材６ｂは、図７Bに示すように、棒状部材６ａの先端を連結部材６ｂに押付けると突起２２，２４が連結部材６ｂに食い込む材質と形状に形成されている。連結部材６ｂに対する棒状部材６ａの固定角度、ないしは、棒状部材と棒状部材がなす角度を所望の角度に調整した状態で突起２２，２４を連結部材６ｂに食い込ませると、連結部材と棒状部材を接着する接着剤が固化する間に、調整した角度からずれることを防止できる。
図８は、末端部１６の外周が部分的球形状に形成されている例を示している。この場合完全な球形状とすることができないが、球に類似する形状とすることができる。末端部１６の外周が擬似的球形状をしていると、その外側に他の棒状部材を固定することができる。末端部を利用して棒状部材と連結部材の接着強度を高めながら、棒状部材と棒状部材のなす角度が小さな関係を得ることができる。
【００２７】
本実施例では、連結部材６ｂを中実の発泡スチロールで形成している。棒状部材６ａも中実の発布スチロールで形成することができる。あるいは、棒状部材６ａを紙パイプで形成してもよい。本実施例では、紙パイプの両端を発泡スチロールのキャップで閉じたものを用いている。紙パイプを用いて製造した消失模型を用いてフルモールド鋳造法を実施すると、溶融金属の熱によって紙パイプは炭化し、砂型から鋳造品を取出す際に、炭化した紙パイプは除去される。消失する紙パイプに代えて、消失しない筒部材を用いてもよい。例えば、プレス金型用の鋼で作られている筒部材を用いてもよい。この場合、フルモールド鋳造法を実施した後も筒部材が残存し、その内部に鋳造金属が充填されて凝固した複合鋳造品が得られる。部位によって材質を代えた複合鋳造品を得ることもできる。消失しない筒部材を用いて模型を形成した部位では模型の消失時にガスが発生せず、筒部材の内部を溶融金属が容易に通過する。消失しない筒部材に置換すると、鋳造品質の低下を防止できる。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２９】
２：消失模型
４：ブロック部
６：３次元の網目構造
６ａ：棒状部材
６ｂ：連結部材
８：ガイドピン
１０：加工面
【図１】
2012101828.tif 000003
【図２】
2012101828.tif 000004
【図３】
2012101828.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2012101828.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
2012101828.tif 000013
【図１０】
2012101828.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月20日(2013.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フルモールド鋳造法に用いる消失模型であり、
消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、消失性の材料で形成されている複数個の連結部材で組み立てられており、
各々の連結部材は球形状であり、
一つの連結部材の球形外周面に複数本の棒状部材の端面が固定されて３次元の網目構造を形成していることを特徴とする消失模型。
【請求項２】
フルモールド鋳造法に用いる消失模型を製造するための部品セットであり、
消失性の材料で形成されている複数本の棒状部材と、
消失性の材料で形成されている複数個の連結部材を備えており、
各々の連結部材は球形状であり、
各々の棒状部材の端面は、連結部材の球形外周面に倣う形状であり、
一つの連結部材に複数本の棒状部材の端面を固定することができるとともに、連結部材の球形外周面の任意の位置に棒状部材の端面を固定可能であり、連結部材に対する棒状部材の固定角度が任意に調整可能な部品セット。
【請求項３】
各々の棒状部材の端面に連結部材に食い込む突起が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の部品セット。
【国際調査報告】
2012101828.tif 000015
2012101828.tif 000016