(57)【要約】  本発明は、３次元積層造形鋳型の製造において、粒状材料の種類にかかわらず良好にリコーティングでき、非印刷部分の耐火性骨材も何ら再生処理することなく使用することができる粒状材料である。本粒状材料は、３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有された粒状材料。
【請求項２】
前記材料は硫酸マグネシウムを含む、請求項１に記載の粒状材料。
【請求項３】
前記硫酸マグネシウムは粒子径が３００μm以下である、請求項２に記載の粒状材料。
【請求項４】
前記硫酸マグネシウムは、前記粒状材料１００質量部に対して０.０５から１質量部である、請求項２または３に記載の粒状材料。
【請求項５】
前記硫酸マグネシウムは無水硫酸マグネシウムである、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項６】
前記硫酸マグネシウムは、前記酸を混合またはコーティングした粒状材料に対して混合される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項７】
前記酸は、硫酸、燐酸、スルホン酸類、および、カルボン酸類の少なくとも１つを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項８】
前記スルホン酸類は、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、および、メタンスルホン酸の少なくとも１つを含み、前記カルボン酸類は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、および、安息香酸の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の粒状材料。
【請求項９】
前記酸は、溶媒に溶解させた前記酸の溶液を加温した前記粒状材料に添加し、加温された前記粒状材料が持つ熱および前記酸の溶液の撹拌により前記溶媒を揮発させることで、前記粒状材料にコーティングされる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項１０】
前記粒状材料は、平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状材料である、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項１１】
前記粒状材料は、珪砂を含む天然砂および人工砂の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の粒状材料。
【請求項１２】
前記人工砂は、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる人工砂である、請求項１１に記載の粒状材料。
【請求項１３】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程においては、あらかじめ前記粒状の原材料を約１２０℃程度に加温しておき、加温した前記粒状の原材料に対して、前記酸を溶媒に溶解させた酸溶液を添加し、加温された前記粒状の原材料が持つ熱および撹拌により、前記酸溶液の溶媒を揮発させることにより、前記コーティング材料を作製する、請求項１３に記載の粒状材料の製造方法。
【請求項１５】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１６】
層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、酸をコーティングしたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有された粒状材料を使用し、
前記粒状材料を選択的に結合するためのバインダとして、有機バインダを使用する、
３次元積層造形鋳型の製造装置。
【請求項１７】
前記有機バインダは、
フルフリルアルコール単独、または、
2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる１種または２種以上と、フルフリルアルコールとの混合物のいずれかである、請求項１６に記載の３次元積層造形鋳型の製造装置。
【請求項１８】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物のいずれかである、請求項１６に記載の３次元積層造形鋳型の製造装置。
【請求項１９】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである、請求項１６に記載の３次元積層造形鋳型の製造装置。
【請求項２０】
前記有機バインダは、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである請求項１６に記載の３次元積層造形鋳型の製造装置。
【請求項２１】
粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含み、
前記粒状材料は、前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有されている、３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２２】
前記硬化させる工程において、１層分の前記粒状材料の１００質量部に対して、前記有機バインダの塗布量が０.４〜１０質量部となるよう制御する、請求項２１に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元積層造形鋳型の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物を製造するには鋳型が必要である。鋳型には、熱硬化鋳型、自硬性鋳型、または、ガス硬化性鋳型などがある。例えば、自硬性鋳型は、木型や樹脂型（以下、これらを総称して「模型」という）に、耐火性の粒状材料、硬化剤、およびバインダを含む混練砂を充填し、バインダを硬化させる方法で製造されるのが一般的である。しかし、複雑な形状の鋳型を製造するには、必然的に模型を増やす必要があり、工程の煩雑化を招いていた。また、模型の数を増やすことができても、鋳型から模型を外すことができなければ、鋳型を製造することができない。【０００３】
こうした問題を解決するために、近年、模型を用いなくても直接、鋳型を製造することが可能な、３次元積層造形による鋳型の製造技術が提案されている。３次元積層造形とはＣＡＤ（Computer Aided Design）システム上で入力された３次元形状を、直接、立体モデル（３次元モデル）として鋳型を製造する方法である。【０００４】
３次元積層造形による鋳型の製造技術としては、耐火性の粒状材料と液状の硬化剤とを混合させた混練砂を積層（リコーティング）し、その上にＣＡＤデータに基づいてバインダを印刷する操作を繰り返し、バインダが硬化した後に、非印刷部分の混練砂を取り除く方法（２液式自硬性鋳型）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第5249447号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、２液自硬性鋳型の３次元積層造形により鋳型を製造する場合、非印刷部分の混練砂には液状の硬化剤が混合されているため、混練砂の流動性が悪く、乾態仕様のリコータには使用できない。また、混練砂は湿態性があり、再使用するためには、焙焼により再生処理を施した後、再使用砂としているため手間がかかる。【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る粒状材料は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有されている。【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する。【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する。【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形鋳型の製造装置は、
層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、酸をコーティングしたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有された粒状材料を使用し、
前記粒状材料を選択的に結合するためのバインダとして、有機バインダを使用する。【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形鋳型の製造方法は、
粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含み、
前記粒状材料は、前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、触媒効果を発生する材料が含有されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、３次元積層造形鋳型の製造において、粒状材料の種類にかかわらず良好にリコーティングでき、非印刷部分の耐火性骨材も何ら再生処理することなく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の酸をコーティングして、硫酸マグネシウムを混合した粒状材料の鋳型強度発現速度を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態への記載は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
《３次元積層造形鋳型の製造装置》
３次元積層造形鋳型の製造装置は、主要には、ブレード機構と、印刷ノズルヘッド機構と、造形テーブル機構とを備える。さらに、各構造の動作を造形対象物の３次元データを用いて制御する制御部を備える。
【００１７】
ブレード機構は、リコータを含み、有機バインダで結合済みの造形部の上層に、３次元積層造形鋳型の材料となる酸と硫酸マグネシウムを含有した粒状材料（以下、コーティングサンドとも称す）を所定の厚みで積層する。印刷ノズルヘッド機構は、積層された粒状材料に対して有機バインダによる印刷をして、粒状材料を結合することによって1層毎の造形をする。造形テーブル機構は、１層の造形が終了すると１層分だけ下降して、所定の厚みでの積層造形を実現する。
【００１８】
《３次元積層造形鋳型の製造材料》
以下、本実施形態の３次元積層造形鋳型の製造装置に使用される製造材料として、粒状材料とバインダについて詳細に説明する。
【００１９】
（粒状材料）
本実施形態の粒状材料としては、耐火性の粒状材料（以下、耐火性粒状材料とも称す）である、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂や、人工砂などが挙げられる。また、使用済みの天然砂や人工砂を回収したものや、これらを再生処理したものなども使用できる。
【００２０】
人工砂は、一般的にボーキサイトを原料とし、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる。なお、焼結法、溶融法、火炎溶融法の具体的な条件等は特に限定されず、例えば、特開平５−１６９１８４号公報、特開２００３−２５１４３４号公報、特開２００４−２０２５７７公報等に記載された公知の条件等を用いて人工砂を製造すればよい。
【００２１】
耐火性粒状材料の平均粒子径は、50〜300μmが好ましく、75〜150μmがより好ましい。平均粒子径が300μm以下であれば、面相度に優れた３次元積層造形鋳型が得られる。ここで、面相度とは、３次元積層造形鋳型の積層方向の表面粗さのことである。
【００２２】
耐火性粒状材料は、人工砂が、耐火度、熱により膨張しにくい（低熱膨張性に優れる）。熱膨張性が大きいと、ベーニング欠陥が発生し易い。ここで、ベーニング欠陥とは、鋳型が鋳造時の熱で膨張することで鋳型にクラックが発生し、そのクラック内に溶融金属が流れ込むことで発生するバリ状の欠陥のことである。耐火性粒状材料として人工砂を用いれば、大型の鋳型や、高温の溶融金属を注湯する場合にも耐えられる鋳型を製造できる。すなわち、ベーニング欠陥が起こりにくい。
【００２３】
なお、天然砂は人工砂に比べて安価であるため、製造コストを抑える観点では、天然砂と人工砂とを混合して用いるのが好ましい。
【００２４】
天然砂としては、珪砂が好ましい。その理由は、例えば、ジルコン砂は天然砂の中では価格が比較的高く、クロマイト砂はクロムを含むため廃棄に手間がかかり、オリビン砂は３次元積層造形鋳型の面相度が高くなる傾向にあるためである。珪砂は、これらの問題点を小さくすることができる。
【００２５】
鋳型は鋳物を鋳造するための型であり、鋳造後は鋳物を取り出すために解体される。すなわち、鋳物を最終目的物（最終製品）とすると、鋳型は最終的に壊される前提のものである。したがって、面相度が十分に低く、かつ、より廉価で廃棄が簡単である材料が好適である。
【００２６】
（コーティングサンド）
本実施形態では、コーティングサンドの作製方法に、以下の２通りの方法がある。
【００２７】
第１の方法は、耐火性粒状材料表面に酸をコーティングした後、硫酸マグネシウムを混合して造形物の材料とする。まず、あらかじめ耐火性粒状材料を約120℃程度に加温しておく。次に、その加温した耐火性粒状材料に対して、溶媒（主に水）に溶解させた酸溶液を添加し、加温された耐火性粒状材料が持つ熱および撹拌により、酸溶液の溶媒を揮発させる。こうした一連の工程により、耐火性粒状材料表面に酸をコーティングした後、硫酸マグネシウムを混合させる。
【００２８】
第２の方法は、耐火性粒状材料と酸溶液を混合させる。次に、硫酸マグネシウムを添加混合する。撹拌を続けると、硫酸マグネシウムと酸溶液の溶媒（水）が水和反応して、水分子が固定され、コーティングサンドが作製できる。
【００２９】
コーティングサンドは、上述の方法で作製できるが、コーティングサンド中の水分が少ないほど、バインダの硬化反応が進行しやすい。よって、第１の方法で作製することが好ましい。
【００３０】
酸としては、硫酸、燐酸、スルホン酸類、カルボン酸類が使用される。ここでスルホン酸類としては、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸などが挙げられる。また、カルボン酸類としては、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、安息香酸などが挙げられる。
【００３１】
この中で、硫酸は、バインダを硬化させる触媒能力が高い。そのため、バインダ印刷後の硬化が急速に進行してしまい、積層造形鋳型を作製することが困難となる。よって、硫酸と他の酸との混合溶液を作製して、上記工程にて耐火性粒状材料に酸をコーティングさせる。
【００３２】
また、燐酸は、硫黄分を含まない上、触媒としての能力も硫酸の次であるため、単独使用の他、硫酸、スルホン酸類、カルボン酸類との混合溶液を作製し、上記工程にて耐火性粒状材料に酸をコーティングする。
【００３３】
一方、カルボン酸類は、バインダを硬化させる触媒としての能力が低いため、他の硫酸やスルホン酸類との混合溶液を作製し、上記工程にて耐火性粒状材料に酸をコーティングする。また、スルホン酸類は、バインダを硬化させる触媒としての能力が十分あるため、スルホン酸類単独での使用や、他の硫酸やカルボン酸類との混合溶液を作製し、上記工程にて耐火性粒状材料に酸をコーティングする。
【００３４】
（混合材料）
本実施形態においては、酸をコーティングした耐火性粒状材料に、さらに以下の材料を混合する。この混合材料は、高湿度環境下では、コーティングサンド同士が凝集してリコーティング不可となる状態を改善するための吸湿材として混合されるのが望ましい。かかる吸湿材として作用する材料には、水和反応が可能な金属塩やゼオライトのような結晶が考えられる。水和反応が可能な金属塩として、例えば、硫酸塩があり、硫酸ナトリウムや硫酸マグネシウムなどが含まれる。また、この混合材料は、積層造形時の有機バインダの硬化反応速度を向上するための硬化促進材として混合されるのが望ましい。かかる硬化促進材としては、材料の複分解により触媒となる酸が生成し、強力な触媒効果を発生するものがよい。かかる硬化促進材として作用する材料には、例えば、硫酸塩があり、硫酸アンモニウムや硫酸マグネシウムなどが含まれる。なお、混合材料は、それらの作用を効果的に活かすため、上記材料の単独であってもあるいは組み合わせであってもよい。
【００３５】
本実施形態では、酸をコーティングしたコーティング材料に、さらに、水和反応による吸湿性を有し、複分解により触媒作用のある硫酸が生成して強力な触媒効果を発生すると同時に、有機バインダの硬化反応時に発生する縮合水（水）と硫酸マグネシウムとが水和反応して、有機バインダの硬化反応速度が向上する、硫酸マグネシウムを混合材料として使用する。
【００３６】
硫酸マグネシウムは、無水物の他、1〜12水和物が存在するが、吸湿によるコーティングサンドのリコート性悪化を防止する効果として水和反応が可能な無水硫酸マグネシウムを使用することが好ましい。これは、耐火性粒状材料に酸をコーティングした場合、表面の自由エネルギーが高い状態となっている。この状態は、水分や微粒子を吸着して安定化する性質があり、無水物の硫酸マグネシウムを混合させると吸着により安定化し、また、空気中の水分も硫酸マグネシウムの水和反応により、水分子を固定化する。よって、安定したコーティングサンドとして使用できる。
【００３７】
硫酸マグネシウムの好ましい使用量は、粒状材料100質量部に対して、無水物使用で0.05〜１質量部である。0.05質量部未満であると空気中の水分を水和物として固定化する能力が劣り、１質量部を超えるとバインダの硬化反応速度が高すぎて積層鋳型造形時に層剥離が発生してしまう。
【００３８】
（有機バインダ）
有機バインダは、フルフリルアルコール単独、2,5-ビス（ヒドロキシルメチル）フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる1種または1種以上と、フルフリルアルコールとの混合物であるか、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物であるか、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス（ヒドロキシルメチル）フランとの混合物であるか、尿素とアルデヒド類との縮合物と、フルフリルアルコールの混合物、または、尿素とアルデヒド類との縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス（ヒドロキシルメチル）フランとの混合物である。
【００３９】
フェノール類としては、例えば、フェノール、クレゾール、レゾルシン、ノニルフェノール、カシューナッツ殻液などが挙げられる。ビスフェノール類としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールC、ビスフェノールS、ビスフェノールZなどが挙げられる。アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール、グリオキザール、グルタルジアルデヒド、フタル酸ジアルデヒドなどが挙げられる。
【００４０】
フェノール類およびビスフェノール類と、アルデヒド類との縮合物、または共縮合物としては、フェノール類、ビスフェノール類のいずれか一方を単独で用いてもよいし、フェノール類およびビスフェノール類を混合して用いてもよい。特に、強度の高い３次元積層造形鋳型が得られやすい点で、フェノール類およびビスフェノール類からなる共縮合物とすることが好ましい。
【００４１】
フェノール系化合物におけるアルデヒド類の使用量は、フェノール系化合物の総モル数に対して1.0〜3.5倍モルが好ましく、1.1〜2.5倍モルがより好ましく、1.3〜1.7倍モルが特に好ましい。アルデヒド類の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して1.0倍モル以上であれば、３次元積層造形鋳型の強度が高まる。一方、アルデヒド類の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して3.5倍以下であれば未反応のアルデヒド類の量を減らすことができる。未反応のアルデヒド類が残存していると、積層造形時に有害なアルデヒド類の発生が多くなる傾向がある。
【００４２】
尿素とアルデヒド類との反応におけるアルデヒド類の使用量は、尿素のモル数に対して1.0〜3.0倍モルが好ましく、1.3〜2.5倍モルがより好ましく、1.5〜2.0倍モルが特に好ましい。さらに、バインダには、３次元積層造形鋳型の強度を高める目的で、シランカップリング剤を添加してもよい。
【００４３】
シランカップリング剤としては、例えば、Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-（2-アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００４４】
シランカップリング剤の添加量は、バインダ100質量部に対して0.01〜3.0質量部が好ましく、0.1〜2.0質量部がより好ましい。シランカップリング剤の添加量が0.01質量部以上であれば、３次元積層造形鋳型の強度を向上させる効果が十分得られる。３次元積層造形鋳型の強度向上効果は、シランカップリング剤の添加量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎても効果は頭打ちになるだけである。よって、シランカップリング剤の添加量は3.0質量部以下が好ましい。
【００４５】
《粒状材料の積層処理および有機バインダの印刷処理》
酸をコーティングし、硫酸マグネシウムを含有した耐火性粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する操作を行う工程は、例えば、以下のようにして行われる。
【００４６】
まず、印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社製）を用い、リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層する。ついで、積層した耐火性粒状材料の上に、３次元積層造形鋳型の形状を３ＤＣＡＤ設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッド機構により印刷ノズルヘッドを走査させ、バインダを印刷する。金属ケースの底面は造形テーブルとなっており、造形テーブル機構により上下に可動することができる。バインダを印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層降下させ、先と同様にして耐火性粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する。これらの操作を繰り返す。一層の厚さは、100〜500μmが好ましく、200〜300μmがより好ましい。
【００４７】
バインダを印刷する際の塗布量としては特に限定されないが、一層分の粒状材料の質量100質量部としたときに、0.4〜10質量部となる塗布量が好ましく、0.8〜5質量部となる塗布量がより好ましい。
【００４８】
本実施形態の酸をコーティングし、硫酸マグネシウムを含有した耐火性粒状材料を使用することによって、硫酸マグネシウムの複分解により硫酸が生成し、強力な触媒効果を発生させる。同時に、有機バインダの硬化反応時に発生する縮合水（水）と硫酸マグネシウムとが水和反応して、有機バインダの硬化反応速度が向上する。
【００４９】
（強度発現速度）
図１は、本実施形態の酸をコーティングして、硫酸マグネシウムを混合した粒状材料の鋳型強度発現速度を表わす図である。なお、図１は、手込め法で混合した試験結果である。試験方法は、ＪＡＣＴ試験法  ＨＭ−１（「鋳型および鋳型材料に関する試験方法」、P53-54：中小企業事業団、平成11年5月）に従った。
【００５０】
図１に示すように、１時間後には３.４MPa、２時間後には７.５MPa、３時間後には８.０MPa、２４時間後には１０MPaに強度が高くなった。これは、既存の２液自硬性による強度が、１時間後にはほぼ０MPa、２時間後には０．８MPa、３時間後には３.０MPa、２４時間後には８．９MPaであるのと比較すると、特に、１時間〜３時間後（図中の１００）に強度が急速に高まっていることがわかる。この結果から、上記の「硫酸マグネシウムの複分解により硫酸が生成し、強力な触媒効果を発生させ、同時に、有機バインダの硬化反応時に発生する縮合水（水）と硫酸マグネシウムとが水和反応して、有機バインダの硬化反応速度が向上する」との、本実施形態の粒状材料による積層造形の高速化が明らかである。そして、有機バインダの硬化反応速度の向上は、積層造形物の形状精度を向上させる。すなわち、硬化反応が遅くなることにより微細な形状が鈍って平面状になることを防ぐことができる。
【００５１】
《本実施形態の作用効果》
本実施形態によれば、耐火性粒状材料にバインダを硬化させる触媒としてコーティングされた酸と硫酸マグネシウムとを含むので、従来のように酸のみをコーティングさせたものよりも流動性が優れ、非印刷部分の耐火性粒状材料はそのまま再利用可能である。
【００５２】
ところで、珪砂などの天然砂を耐火性粒状材料として用い、３次元積層造形鋳型として製造した場合、得られる鋳型はベーニング欠陥が発生しやすい。かかる理由は以下のように考えられる。
【００５３】
天然砂は相転移点を有するため、鋳造時の熱で体積膨張する。特に、鋳型の内部（溶融金属と接する部分）は、溶融金属の熱が伝わりやすく膨張しやすいが、鋳型の外側に近づくほど溶融金属の熱が伝わりにくいため膨張しにくい。この内側と外側の膨張の差により、鋳型の内側でクラックが発生すると考えられる。
【００５４】
これに対して、本実施形態の人工砂は相転移を起こしにくいため、鋳造時の熱で膨張しにくい。よって、人工砂を用いて製造される鋳型は、ベーニング欠陥を起こしにくい。
【００５５】
しかし、従来技術の2液式自硬性鋳型により鋳型を製造する場合、人工砂に液状の硬化剤を混合してリコーティングするが、人工砂に液状の硬化剤を配合すると流動性が低下し、リコーティング性が低下しやすかった。
【００５６】
人工砂の流動性を改善するために、人工砂と天然砂との混合物に液状の硬化剤を混合する場合もある。
【００５７】
しかし、この方法により得られる鋳型は、溶融金属の注湯温度が低い場合（例えばアルミニウムを注湯する場合）はその温度に耐えられるが、注湯温度が高くなると（例えば鉄を注湯する場合）その温度に耐えられない。そのため、大型の鋳型を製造することが困難であった。これは、ベーニング欠陥は鋳型が大型になるほど起こりやすいことによるが、その理由は以下のように考える。
【００５８】
鋳型に流し込んだ溶融金属は、中央部分よりも外側（鋳型と接している部分）から冷えて固まっていく。鋳型が小さい場合は、短時間で溶融金属が冷えるので、鋳型にクラックが生じる前に外側の溶融金属が冷えて固まり、その後鋳型にクラックが生じてもクラック内に溶融金属が流れ込むのを防止できると考えられる。一方、鋳型が大きい場合には、溶融金属が冷えるのに時間がかかるため、外側の溶融金属が固まりきる前に鋳型にクラックが発生してしまい、ベーニング欠陥が起こると考えられる。
【００５９】
しかし、本実施形態であれば、耐火性粒状材料に液状硬化剤を混合させるのではなく、コーティングするため、耐火性粒状材料として人工砂を用いる場合に生じる流動性の問題を解決できる。すなわち、本実施形態であれば、人工砂を単独で用いてもリコーティングできるので、大型で、高温の溶融金属を注湯する場合にも耐えられる（すなわちベーニング欠陥が起こりにくい）鋳型を製造できる。
【００６０】
また、本実施形態の酸をコーティングし、硫酸マグネシウムを含有した粒状材料と、有機バインダとを使用する３次元積層造形鋳型の製造装置は、３次元積層造形鋳型の製造を50,000ccより高速、例えば、例えば、100,000ccで行うことも可能となり、かつ、３次元積層造形鋳型の強度を保つことが可能である。
【００６１】
例えば、特許文献１の２液自硬性鋳型の製造速度は、50,000ccが限界である。これは、粒状材料に加える液状硬化剤により流動性が落ちるため、液状硬化剤を少なくして流動性を維持してバインダを多くするなどにより、硬化時間が長くなることによる。さらに、粒状材料の流動性が悪い場合には、リコータを含むブレード機構にバイブレーションを加えることも必要である。
【００６２】
本実施形態の酸をコーティングし硫酸マグネシウムを含有した粒状材料は球体で乾燥しているので、リコート性がよく高速の３次元積層造形鋳型の製造を可能にする。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各例で用いたバインダを以下に示す。また、各例で得られたテストピースの熱膨張率の測定方法を以下に示す。【００６４】
（有機バインダ）
フルフリルアルコール90質量部、ビスフェノールA10質量部の混合溶液100質量部に、N-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルメチルジメトキシシランを0.3質量部添加混合し、バインダとした。【００６５】
（熱膨張率の測定）
テストピースの熱膨張率は、JACT試験法M-2（熱膨張量試験法のうちの急熱膨張率測定試験法）に基づいて、以下のようにして測定した。【００６６】
テストピースを1000℃に加熱した炉中に差し込み、熱膨張計により膨張量を５分間測定し、下記式によって熱膨張率を算出した。
熱膨張率(%)＝{膨張量(mm)／加熱前のテストピースの長さ(mm)}×100【００６７】
（水分量の測定）
コーティングサンドの水分量は、鋳物砂（本実施形態の硫酸塩含有粒状材料）の遊離水分を測定する試験方法である、『JACT試験法S-9鋳物砂の水分試験法（「鋳型および鋳型材料に関する試験方法」、中小企業事業団、平成11年5月）)』に従って、遊離水分として測定した。【００６８】
コーティングサンドをはかりとり、これを乾燥機に入れて105℃〜110℃で乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却したのち質量をはかる。この操作を繰り返して恒量になったときの減量から、つぎの式によって遊離水分を算出する。
遊離水分(%)  =  減量(g)／試料(g)×100【００６９】
（流動性試験）
コーティングサンドの流動性は、スランプ試験におけるスランプの直径（D)とスランプコーンの直径（ｄ）との比（D／ｄ）で表すことができる。すなわち、スランプ試験と呼ばれるコーティングサンドの流動性を測定する試験で、スランプの直径（D)を求める。スランプの直径（D)とは、スランプコーンと呼ばれるカップに、鋳物砂を詰め、底板からスランプコーンを引き上げたときのコーティングサンドの広がりのことを言う。【００７０】
本発明では、開口部の直径が50mm、底面部の直径が40mm、高さが75mmであるスランプコーンを用いた。ここでは、開口部の直径:50mmがスランプコーンの直径:ｄとなる。そして、コーティングサンドの流動性は、スランプコーンを垂直に引き上げたときのスランプフロー、すなわちコーティングサンドの広がりの直径（D)を測定し、そのスランプの直径（D)を用いて、スランプコーンの直径との比（D／ｄ）を求めることにより評価することができる。【００７１】
（吸湿によるリコート性への影響確認）
コーティングサンドの作製直後の水分量、流動性試験を行った後、温度20℃、湿度60%の環境下で48時間、解放状態で放置したコーティングサンドの水分量、流動性試験およびリコート可否の確認を実施した。【００７２】
[実施例１]
耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラッテク株式会社、セラビーズX#1450）を120℃まで加温した。一方、常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。加温した耐火性粒状材料100質量部に、その水溶液を0.3質量部添加した後、５分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。次に、無水硫酸マグネシウムを0.5質量部添加した後、１分間撹拌した。そして、室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.3mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製し、水分量および流動性を測定した。得られたコーティングサンドを温度20℃、湿度65%の環境下で7日間、解放状態で放置した。放置後のコーティングサンドの水分量および流動性を測定した。得られた結果を表１に示す。【００７３】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層した。【００７４】
ついで、積層した耐火性粒状材料の上に、３次元積層造形鋳型の形状を３ＤＣＡＤ設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、積層砂100質量部に対して2.0質量部となる吐出量でバインダを印刷した。バインダを印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層分（280μm）降下させ、先と同様にして耐火性粒状材料を積層し、その上に積層砂100質量部に対して2.0質量部となる吐出量でバインダを印刷した。これら積層と印刷からなる工程を繰り返し、直径ｄが30mm、長さｌが50mmの円柱状の積層物を作製した。【００７５】
なお、積層物は、X軸、Y軸、Z軸の3方向で粒状材料を積層し、その上にバインダを積層し、その上にバインダを印刷する工程を繰り返して、3種類作製した。その際、各方向で積層可能かどうか（積層の可否）を目視にて確認した。得られた結果を表１に示す。【００７６】
印刷後、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料をブラシで除去し、直径が30mm、長さが50mmの円柱状のテストピース（３次元積層造形鋳型）を得た。得られた各テストピースの熱膨張率を測定した。熱膨張率の測定結果を表１に示す。また、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。【００７７】
[実施例２]
耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂（伊藤機工株式会社製、アルサンド#1000、平均粒子径106μm）を使用した。耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂（伊藤機工株式会社、アルサンド#1000、平均粒子径106μm）を120℃まで加温した。一方、常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。加温した耐火性粒状材料100質量部に、その水溶液を0.2質量部添加した後、５分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。次に、無水硫酸マグネシウムを0.5質量部添加した後、１分間撹拌した。そして、室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.3mmの篩を通過させた以外は、実施例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表１に示す。【００７８】
[実施例３]
耐火性粒状材料として、火炎溶融法で得られた人工砂（花王クエーカー株式会社製、ルナモスMS#110、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例2と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表１に示す。【００７９】
また、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。【００８０】
[実施例４]
耐火性粒状材料として珪砂（FS001-EU、販売元：株式会社EXONE、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表１に示す。【００８１】
また、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。【００８２】
【表１】
2017183134.tif 000002
【００８３】
[実施例５]
常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラッテク株式会社、セラビーズX#1450）100質量部に、その水溶液を0.3質量部添加した後、１分間撹拌した。次に、無水硫酸マグネシウム0.5質量部を添加した後、混練砂中の水分を硫酸マグネシウムに水和反応による水分子の固定化と乾態化のため、５分間撹拌した。その後、目開き0.3mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製し、水分量および流動性を測定した。得られたコーティングサンドを温度20℃、湿度65%の環境下で7日間、解放状態で放置した。放置後のコーティングサンドの水分量および流動性を測定した。得られた結果を表２に示す。【００８４】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層した。【００８５】
ついで、積層した耐火性粒状材料の上に、３次元積層造形鋳型の形状を３ＤＣＡＤ設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、積層砂100質量部に対して2.0質量部となる吐出量でバインダを印刷した。バインダを印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層分（280μm）降下させ、先と同様にして耐火性粒状材料を積層し、その上に積層砂100質量部に対して2.0質量部となる吐出量でバインダを印刷した。これら積層と印刷からなる工程を繰り返し、直径ｄが30mm、長さｌが50mmの円柱状の積層物を作製した。【００８６】
なお、積層物は、X軸、Y軸、Z軸の3方向で粒状材料を積層し、その上にバインダを積層し、その上にバインダを印刷する工程を繰り返して、3種類作製した。その際、各方向で積層可能かどうか（積層の可否）を目視にて確認した。得られた結果を表２に示す。【００８７】
印刷後、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料をブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース（３次元積層造形鋳型）を得た。得られた各テストピースの熱膨張率を測定した。熱膨張率の測定結果を表２に示す。また、バインダ非印刷部分の耐火性粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。【００８８】
[実施例６]
耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂（伊藤機工株式会社製、アルサンド#1000、平均粒子径106μm）100質量部に、常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液としたものを0.2質量部添加した後、１分間撹拌した。その後、無水硫酸マグネシウム0.5質量部を添加した後、混練砂中の水分を硫酸マグネシウムに水和反応による水分子の固定化と乾態化のため、５分間撹拌した。その後、目開き0.3mmの篩を通過させた以外は、実施例5と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表２に示す。【００８９】
[実施例７]
耐火性粒状材料として、火炎溶融法で得られた人工砂（花王クエーカー株式会社製、ルナモスMS#110、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例5と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表２に示す。【００９０】
[実施例８]
耐火性粒状材料として珪砂（FS001-EU、販売元：株式会社EXONE、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例5と同様にしてテストピースを作製し、評価した。得られた結果を表２に示す。【００９１】
【表２】
2017183134.tif 000003
【００９２】
[比較例１]
耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラッテク株式会社、セラビーズX#1450）を120℃まで加温した。一方、常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。加温した耐火性粒状材料100質量部に、その水溶液を0.3質量部添加した後、５分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。次に、室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.3mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製し、水分量および流動性を測定した。得られたコーティングサンドを温度20℃、湿度65%の環境下で7日間、解放状態で放置した。放置後のコーティングサンドの水分量および流動性を測定した。得られた結果を表３に示す。【００９３】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層を試みたが、流動性が悪く積層不可であった。得られた結果を表３に示す。【００９４】
[比較例２]
耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂（伊藤機工株式会社製、アルサンド#1000、平均粒子径106μm）を使用した。耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂（伊藤機工株式会社、アルサンド#1000、平均粒子径106μm）を120℃まで加温した。次に、常温（20℃）で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。加温した耐火性粒状材料100質量部に、その水溶液を0.1質量部添加した後、５分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。次に、室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.3mmの篩を通過させた以外は、比較例１と同様に評価した。得られた結果を表３に示す。【００９５】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層を試みたが、流動性が悪く積層不可であった。得られた結果を表３に示す。【００９６】
[比較例３]
耐火性粒状材料として、火炎溶融法で得られた人工砂（花王クエーカー株式会社製、ルナモスMS#110、平均粒子径106μm）を使用した以外は、比較例２と同様に評価した。得られた結果を表３に示す。【００９７】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層を試みたが、流動性が悪く積層不可であった。得られた結果を表３に示す。【００９８】
[比較例４]
耐火性粒状材料として珪砂（FS001-EU、販売元：株式会社EXONE、平均粒子径106μm）を使用した以外は、比較例1と同様に評価した。得られた結果を表４に示す。【００９９】
印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社）を用い、乾態砂用リコータを有するブレード機構により耐火性粒状材料を３次元積層造形装置に設置された金属ケースの底面に積層を試みたが、流動性が悪く積層不可であった。得られた結果を表３に示す。【０１００】
【表３】
2017183134.tif 000004
【０１０１】
《実施例と比較例との評価》
各実施例で用いた耐火性粒状材料は、流動性に優れ、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングでき、吸湿による水分量増加を硫酸マグネシウムが結晶水として水分子を固定化され、乾態状態が維持された。また、非印刷部分の耐火性粒状材料を再生処理することなく再利用できた。特に、耐火性粒状材料として人工砂を用いた実施例１〜３、実施例５〜７は、線熱膨張率が小さかった。線熱膨張率が小さいことは、高温の溶融金属を注湯してもベーニング欠陥が発生しにくいことを意味する。【０１０２】
これに対して、比較例はいずれも、耐火性粒状材料が吸湿したことによる流動性悪化のため、積層できなかった。
【図１】
2017183134.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月6日(2017.9.6)
【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】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料が含有された粒状材料。
【請求項２】
前記材料は硫酸マグネシウムを含む、請求項１に記載の粒状材料。
【請求項３】
前記硫酸マグネシウムは粒子径が３００μm以下である、請求項２に記載の粒状材料。
【請求項４】
前記硫酸マグネシウムは、前記粒状材料１００質量部に対して０.０５から１質量部である、請求項２または３に記載の粒状材料。
【請求項５】
前記硫酸マグネシウムは無水硫酸マグネシウムである、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項６】
前記硫酸マグネシウムは、前記酸を混合またはコーティングした粒状材料に対して混合される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項７】
前記酸は、硫酸、燐酸、スルホン酸類、および、カルボン酸類の少なくとも１つを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項８】
前記スルホン酸類は、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、および、メタンスルホン酸の少なくとも１つを含み、前記カルボン酸類は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、および、安息香酸の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の粒状材料。
【請求項９】
前記粒状材料は、平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状材料である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項１０】
前記粒状材料は、珪砂を含む天然砂、および、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる人工砂の少なくとも１つを含む、請求項９に記載の粒状材料。
【請求項１１】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１２】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料を混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１３】
前記第１工程においては、あらかじめ前記粒状の原材料を加温しておき、加温した前記粒状の原材料に対して、前記酸を溶媒に溶解させた酸溶液を添加し、加温された前記粒状の原材料が持つ熱および撹拌により、前記酸溶液の溶媒を揮発させることにより、前記コーティング材料を作製する、請求項１１または１２に記載の粒状材料の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程においては、あらかじめ前記粒状の原材料を１２０℃に加温する請求項１３に記載の粒状材料の製造方法。
【請求項１５】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１６】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料を添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料と前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１７】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液と、硫酸マグネシウムとを混合して、混合材料を作製する第１工程と、
前記混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含み、
前記硬化させる工程において、１層分の前記粒状材料の１００質量部に対して、前記有機バインダの塗布量が０.４〜１０質量部となるよう制御する３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項１９】
前記有機バインダは、
フルフリルアルコール単独、または、
2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる１種または２種以上と、フルフリルアルコールとの混合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２０】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２１】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２２】
前記有機バインダは、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る粒状材料は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として酸が混合またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料が含有された。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料を混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料を添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により触媒となる酸が生成して触媒効果を発生する材料と前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液と、硫酸マグネシウムとを混合して、混合材料を作製する第１工程と、
前記混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形鋳型の製造方法は、
上記の粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含み、
前記硬化させる工程において、１層分の前記粒状材料の１００質量部に対して、前記有機バインダの塗布量が０.４〜１０質量部となるよう制御する。
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【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】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
耐火性の粒状の原材料に、前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として第１の酸が混合された混合材料またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料が含有された粒状材料。
【請求項２】
前記材料は硫酸マグネシウムを含む、請求項１に記載の粒状材料。
【請求項３】
前記硫酸マグネシウムは粒子径が３００μm以下である、請求項２に記載の粒状材料。
【請求項４】
前記硫酸マグネシウムは、前記粒状材料１００質量部に対して０.０５から１質量部である、請求項２または３に記載の粒状材料。
【請求項５】
前記硫酸マグネシウムは無水硫酸マグネシウムである、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項６】
前記硫酸マグネシウムは、前記第１の酸が混合された混合材料またはコーティングされたコーティング材料に対して混合される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項７】
前記第１の酸は、硫酸、燐酸、スルホン酸類、および、カルボン酸類の少なくとも１つを含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項８】
前記スルホン酸類は、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、および、メタンスルホン酸の少なくとも１つを含み、前記カルボン酸類は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、および、安息香酸の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の粒状材料。
【請求項９】
前記耐火性の粒状の原材料は、平均粒子径が５０μmから３００μmである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粒状材料。
【請求項１０】
前記耐火性の粒状の原材料は、珪砂を含む天然砂、および、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる人工砂の少なくとも１つを含む、請求項９に記載の粒状材料。
【請求項１１】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１２】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての第１の酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料を混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１３】
前記第１工程においては、あらかじめ前記粒状の原材料を加温しておき、加温した前記粒状の原材料に対して、前記第１の酸を溶媒に溶解させた酸溶液を添加し、加温された前記粒状の原材料が持つ熱および撹拌により、前記酸溶液の溶媒を揮発させることにより、前記コーティング材料を作製する、請求項１１または１２に記載の粒状材料の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程においては、あらかじめ前記粒状の原材料を１２０℃に加温する請求項１３に記載の粒状材料の製造方法。
【請求項１５】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１６】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての第１の酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料を添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料と前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１７】
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液と、硫酸マグネシウムとを混合して、混合材料を作製する第１工程と、
前記混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含み、
前記硬化させる工程において、１層分の前記粒状材料の１００質量部に対して、前記有機バインダの塗布量が０.４〜１０質量部となるよう制御する３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項１９】
前記有機バインダは、
フルフリルアルコール単独、または、
2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる１種または２種以上と、フルフリルアルコールとの混合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２０】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２１】
前記有機バインダは、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる１種または２種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである、請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【請求項２２】
前記有機バインダは、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである請求項１８に記載の３次元積層造形鋳型の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る粒状材料は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
耐火性の粒状の原材料に、前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として第１の酸が混合された混合材料またはコーティングされたコーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料が含有された。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に硫酸マグネシウムを混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料の表面に、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての第１の酸をコーティングして、コーティング材料を作製する第１工程と、
前記コーティング材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料を混合して、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する粒状材料の製造方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に硫酸マグネシウムを添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての第１の酸を溶媒に溶解させた酸溶液とを混合して、第１混合材料を作製する第１工程と、
前記第１混合材料に、吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記有機バインダを活性化して硬化させる触媒となる第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料を添加混合して、第２混合材料を作製する第２工程と、
前記第２混合材料を撹拌して、前記吸湿機能を有する水和反応が可能であって、複分解により前記第２の酸が生成して触媒効果を発生する材料と前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第３工程と、
を有する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
３次元積層鋳型造形に使用する粒状材料の製造方法であって、
平均粒子径が５０μmから３００μmの耐火性の粒状の原材料と、粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒としての酸を溶媒に溶解させた酸溶液と、硫酸マグネシウムとを混合して、混合材料を作製する第１工程と、
前記混合材料を撹拌して、前記硫酸マグネシウムと前記酸溶液の溶媒とを水和反応させて水分子を固定し、積層鋳型造形に使用する粒状材料を作製する第２工程と、
を有する。
【国際調査報告】
2017183134.tif 000006
2017183134.tif 000007
2017183134.tif 000008
2017183134.tif 000009