(57)【要約】【課題】構造体を製造する際のリードタイムを短縮すると共に、製造コストを低減できる構造体の製造方法を提供する。【解決手段】構造体の製造方法は、アークを用いて溶加材Ｍを溶融及び凝固させた溶着ビード４３を、ベース４１上に積層し、構造体５１の外殻５５からなる積層壁部Ｗを積層造形する積層造形工程と、外殻５５の内側空間４５に鋳湯２５を流し込んで鋳物部４７を形成する鋳造工程と、を有する。鋳造工程において、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させる温度制御処理を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。
【請求項２】
前記積層壁部は、前記外殻の内側に形成された内殻を備え、
前記積層造形工程は、前記ベース上に、前記外殻及び前記内殻の形状に沿って前記溶着ビードを積層して、前記外殻及び前記内殻を積層造形し、
前記鋳造工程は、前記外殻と前記内殻との間の前記内側空間に前記鋳湯を流し込む請求項１に記載の構造体の製造方法。
【請求項３】
前記温度制御処理は、
前記鋳湯を前記内側空間へ流し込む前に、
前記積層壁部を予熱することで、前記鋳湯が凝固する際の前記鋳湯及び前記積層壁部の温度を前記凝固温度以上とする請求項１または請求項２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記温度制御処理は、
前記内側空間へ流し込む前の前記鋳湯を、前記内側空間へ流し込んだ際に、前記積層壁部を前記凝固温度以上に加熱可能な温度にする請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記温度制御処理は、
前記積層壁部の肉厚を、前記内側空間へ前記鋳湯を流し込んだ際に、前記鋳湯によって前記凝固温度以上に昇温可能な厚さにする請求項１から４のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品の一製造方法である鋳造では、まず、製品の模型となる木型（金属、樹脂の場合もある）を製作し、その木型を基に砂型を造り、この砂型に溶融鋳鉄を流し込むことで、砂型のキャビティ内に鋳物品を形成する。しかし、このような鋳造においては、木型や砂型の製作に多くの工数を要し、完成品を得るまでのリードタイムが長くなる。更に、少量生産の場合には、木型や砂型のコストが製品に付加されて製造コストが嵩む要因となっていた。
【０００３】
一方、新規な生産手段として３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザや電子ビーム、さらにはアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させることで造形物を作製する。
【０００４】
このような溶融金属を積層して造形物を造形する技術として、溶着ビードを用いて金型を製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、金型の形状を表現する形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶加材を供給する溶接トーチの移動経路を作成する工程と、を備える金型の製造方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、金属積層造形法を用いて中空部を有する金属成形体を製造し、この金属成形体を鋳包んで中空部が外部と連通した鋳造品を製造する製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７８４５３９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術は、機械部品を大量に生産するための金型の製造方法に関するものであり、機械部品の製造、特に、少量生産される機械部品の製造方法については記載されていない。特許文献２の技術によると、金属積層造形法によって形成された金属成形体を鋳包んで、中空部を有する鋳物品を製造するため、金属成形体を鋳包むための砂型や砂型を製作するための木型が不可欠であり、リードタイムが長くなる。また、少量生産時には、木型や砂型のコストについての課題が残る。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造体を製造する際のリードタイムを短縮すると共に、製造コストを低減できる構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は下記構成からなる。
（１）  構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構造体を製造する際のリードタイムを短縮すると共に、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の構造体の製造システムを模式的に示す概略構成図である。
【図２】内側空間に鋳湯を流し込んだ際の積層壁部及び鋳湯の温度変化を示すグラフ図である。
【図３】構造体の斜視図である。
【図４Ａ】構造体を積層造形する手順を段階的に示す工程説明図である。
【図４Ｂ】構造体を積層造形する手順を段階的に示す工程説明図である。
【図４Ｃ】構造体を積層造形する手順を段階的に示す工程説明図である。
【図４Ｄ】構造体を積層造形する手順を段階的に示す工程説明図である。
【図５】第１実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間に鋳湯を流し込んだ際の積層壁部及び鋳湯の温度変化を示すグラフ図である。
【図６】第２実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間に鋳湯を流し込んだ際の積層壁部及び鋳湯の温度変化を示すグラフ図である。
【図７】第３実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間に鋳湯を流し込んだ際の積層壁部及び鋳湯の温度変化を示すグラフ図である。
【図８】他の構造体の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の構造体は、外側の外殻を後述する積層造形により形成し、形成した外殻の内側空間に鋳湯を流し込み、外殻の内側に鋳物部を形成することで製造される。
【００１３】
図１は本発明の構造体の製造システムを模式的に示す概略構成図である。
本構成の製造システム１００は、積層造形装置１１と、鋳造装置１３と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１５と、を備える。コントローラ１５は、鋳造装置１３を含めて制御するものであってもよい。
【００１４】
積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７を有する溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２３とを有する。
【００１５】
鋳造装置１３は、不図示の加熱炉によって加熱された鋳湯２５を貯留するるつぼ２７を有し、不図示の注湯機構によって鋳湯２５が所望の位置に供給可能となっている。これら積層造形装置１１と鋳造装置１３は、本構成においては、それぞれ既存の装置が用いられる。
【００１６】
コントローラ１５は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。
溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
【００１７】
トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の被消耗式のいずれであってもよく、作製する積層壁部Ｗに応じて適宜選定される。
【００１８】
例えば、消耗式の場合には、シールドノズルの内部にコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生させる。なお、溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により溶加材供給部２３からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート４１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビード４３が形成される。
【００１９】
ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、作製しようとする構造体の外殻となる積層壁部Ｗの形状データを作成した後、複数の層に分割して各層の形状を表す層形状データを生成する。軌道演算部３３は、生成された層形状データに基づいてトーチ１７の移動軌跡を求める。記憶部３５は、生成された層形状データやトーチ１７の移動軌跡等のデータを記憶する。
【００２０】
制御部３７は、記憶部３５に記憶された層形状データやトーチ１７の移動軌跡に基づく駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９を駆動する。
【００２１】
本構成の構造体の製造システム１００は、積層造形装置１１により、上記した積層壁部Ｗをベースプレート４１上に造形する。即ち、溶加材Ｍを溶融及び凝固させた溶着ビード４３を、ベースプレート４１上の平面視で閉じられた線状の形にする。この溶着ビード４３を順次に積層することで、溶着ビード４３を隙間のない連続した状態で、閉じられた線状の層にして形成し、この線状の層を上下方向に隙間なく積層して、有底筒状の積層壁部Ｗを造形する。なお、ベースプレート４１は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層壁部Ｗの底面（最下層の面）より大きいものが使用される。なお、ベースプレート４１は、板状に限らず、棒状や他の形状のベースであってもよい。
【００２２】
そして、鋳造装置１３は、造形された積層壁部Ｗの内側空間４５に鋳湯２５を流し込む。流し込んだ鋳湯２５が凝固すると、積層壁部Ｗの内側空間４５に鋳物部４７が形成された構造体が得られる。
【００２３】
図２は、内側空間４５に鋳湯２５を流し込んだ際の積層壁部Ｗの温度（図２における実線）及び鋳湯２５の温度（図２における一点鎖線）の変化を示すグラフ図である。
図２に示すように、内側空間４５に鋳湯２５を流し込むと、積層壁部Ｗは、流し込まれた鋳湯２５によって昇温され、鋳湯２５は、積層壁部Ｗへ熱が伝達されることで降温される。降温される鋳湯２５は、凝固温度Ｔ０に達することで、凝固を開始し、その後、積層壁部Ｗとともに降温して硬化する（図２における一点鎖線参照）。これにともない、外殻５５からなる積層壁部Ｗは、内側空間４５に流し込まれた鋳湯２５によって一旦温度上昇した後、鋳湯２５とともに降温する（図２における実線参照）。
【００２４】
ところで、鋳湯２５が凝固を開始する凝固温度Ｔ０となった際（図２におけるｔｇのタイミング）に、この凝固温度Ｔ０に対して積層壁部Ｗの温度Ｔｗが低く、温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）が生じることがある。すると、鋳湯２５と積層壁部Ｗとは、異なる温度履歴で冷却されることとなり、熱収縮量に差が生じ、機械的性質の不均一、鋳物部４７における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れが発生し、品質の低下を招くおそれがある。
【００２５】
このため、本実施形態では、内側空間４５へ鋳湯２５を流し込んで鋳物部４７を形成する鋳造工程において、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させる温度制御処理を行いつつ、構造体５１を製造する。
【００２６】
次に、本構成の製造システム１００により積層壁部Ｗを造形し、更に鋳物部４７を形成して構造体５１を得るまでの具体的な手順について詳述する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
図３は構造体５１の概略斜視図である。
【００２８】
本構成の構造体５１は、積層壁部Ｗと、積層壁部Ｗの内側空間４５に鋳湯２５を流し込んで凝固させた鋳物部４７とを有する。
【００２９】
積層壁部Ｗは、外殻５５を有する。外殻５５は、上方へ向かって次第に窄まる筒状に形成されている。
【００３０】
上記構成の構造体５１は、図１に示すＣＡＤ／ＣＡＭ部３１が、構造体５１の形状データを有し、この形状データに基づいて、互いに平行に分割された各層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）の層形状データを生成する。
【００３１】
次に、軌道演算部３３が、各層形状データに基づいて、各層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）におけるトーチ１７（図１参照）の移動軌跡を生成し、溶接ロボット１９の駆動プログラムを生成する。そして、制御部３７は、生成された駆動プログラムに基づいて溶接ロボット１９を駆動する。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｄは構造体５１を積層造形する手順を段階的に示す工程説明図である。
図４Ａに示すように、ベースプレート４１上に第１層目の移動軌跡に沿ってトーチ１７を移動させ、第１層目の溶着ビード４３を形成する。
この場合、溶加材Ｍとベースプレート４１がアークにより溶融して、溶加材Ｍがベースプレート４１上に隆起して盛り付けられる。ベースプレート４１上の外殻５５となる第１層目は、軌道演算部３３により求めた適宜な順序で形成される。
【００３３】
以降、同様にして、複数の層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）の溶着ビード４３を形成する移動軌跡に沿ってトーチ１７を移動させ、複数の層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）の溶着ビード４３を順次積層し、最終的に、図４Ｂに示すように、第ｎ層目の溶着ビード４３を形成する。このように、上記した外殻造形工程（積層造形工程）によって、積層壁部Ｗが造形される。
【００３４】
そして、図４Ｃに示すように、積層壁部Ｗの外殻５５によって画成される内側空間４５に、鋳湯２５を流し込んで凝固させる鋳造工程を行い、鋳物部４７を形成する。
【００３５】
この鋳造工程において、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させる温度制御処理を行う。
【００３６】
図５は、第１実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間４５に鋳湯２５を流し込んだ際の積層壁部Ｗの温度（図５における実線及び点線）及び鋳湯２５の温度（図５における一点鎖線）の変化を示すグラフ図である。
【００３７】
図５に示すように、鋳湯２５を内側空間４５へ流し込む前に、外殻５５からなる積層壁部Ｗを予熱し、その後、内側空間４５へ鋳湯２５を流し込む。そして、積層壁部Ｗを予熱しておくことで、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固する際の鋳湯２５及び積層壁部Ｗの温度を凝固温度Ｔ０以上とする。このようにすると、積層壁部Ｗは、予熱しない場合（図５における点線参照）に対して、鋳湯２５の流し込み開始時の温度上昇が引き上げられる（図５における実線参照）。これにより、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に達した際に（図５におけるｔｇのタイミング）、積層壁部Ｗの温度Ｔｗがほぼ凝固温度Ｔ０とされ、これらの温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）がほとんどなくされる。
【００３８】
鋳造工程において、上記の温度制御処理を行い、鋳物部４７を形成したら、必要に応じて、図４Ｄに示すように、ワイヤーソーやダイヤモンドカッター等による切断機でベースプレート４１を切断し、所望の形状の構造体５１とする。
【００３９】
以上、説明したように、本実施形態に係る構造体の製造方法によれば、積層壁部Ｗを溶着ビード４３の積層によって成形するので、鋳造のための型作製が不要となり、鋳造工数や型材料のコストを低減できると共に、構造体５１を製造するリードタイムが短縮される。また、比較的高価な積層材料の使用が外殻５５だけで済み、材料費を抑えて製造コストを低減できる。
【００４０】
また、本実施形態に係る製造方法では、鋳造工程において温度制御処理を行う。具体的には、鋳湯２５を内側空間４５へ流し込む前に、外殻５５からなる積層壁部Ｗを予熱することで、鋳湯２５が凝固する際の鋳湯２５及び積層壁部Ｗの温度を凝固温度Ｔ０以上とする。これにより、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させることで、凝固する鋳湯２５と積層壁部Ｗとの熱収縮量の差を極力なくすことができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体５１を製造することができる。
【００４１】
次に、鋳造工程において行う温度制御処理の他の例である第２、第３実施形態について説明する。
【００４２】
＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間４５に鋳湯２５を流し込んだ際の積層壁部Ｗの温度（図６における実線及び点線）及び鋳湯２５の温度（図６における一点鎖線及び二点鎖線）の変化を示すグラフ図である。
【００４３】
図６に示すように、第２実施形態に係る温度制御処理では、内側空間４５へ流し込む前の鋳湯２５を、内側空間４５へ流し込む際に、外殻５５からなる積層壁部Ｗを凝固温度Ｔ０以上に加熱可能な温度に高めておく。このようにすると、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５は、温度を高めない通常温度の場合（図６における二点鎖線参照）に対して、高い温度で変位するように温度履歴が引き上げられる（図６における一点鎖線参照）。したがって、この鋳湯２５を内側空間４５へ流し込むと、外殻５５からなる積層壁部Ｗは、通常温度の鋳湯２５を流し込んだ場合（図６における点線参照）に対して、高い温度で変位するように温度履歴が引き上げられる（図６における実線参照）。これにより、鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に降温する前に積層壁部Ｗが凝固温度Ｔ０以上に昇温される。したがって、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に達した際に（図６におけるｔｇのタイミング）、積層壁部Ｗの温度Ｔｗがほぼ凝固温度Ｔ０とされ、これらの温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）がほとんどなくされる。
【００４４】
このように、第２実施形態によれば、内側空間４５へ流し込む前の鋳湯２５を、内側空間２５へ流し込んだ際に、積層壁部Ｗを凝固温度Ｔ０以上に加熱可能な温度にすることで、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）を極力なくすことができ、高品質な構造体５１を製造することができる。
【００４５】
＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る温度制御処理の実行時における内側空間４５に鋳湯２５を流し込んだ際の積層壁部Ｗの温度（図７における実線及び点線）及び鋳湯２５の温度（図７における一点鎖線）の変化を示すグラフ図である。
【００４６】
第３実施形態に係る温度制御処理では、外殻５５からなる積層壁部Ｗの肉厚を、内側空間４５へ鋳湯２５を流し込んだ際に、鋳湯２５によって凝固温度Ｔ０以上に昇温可能な厚さにする。この状態で、鋳湯２５を内側空間４５へ流し込むと、図７に示すように、外殻５５からなる積層壁部Ｗは、通常の厚みの場合（図７における点線参照）に対して、鋳湯２５の流し込み後の温度上昇が引き上げられる（図７における実線参照）。これにより、積層壁部Ｗは、鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に降温する前に凝固温度Ｔ０以上に昇温される。したがって、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に達した際に（図７におけるｔｇのタイミング）、外殻５５からなる積層壁部Ｗの温度Ｔｗがほぼ凝固温度Ｔ０とされ、これらの温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）がほとんどなくされる。
【００４７】
このように、第３実施形態によれば、積層壁部Ｗの肉厚を、内側空間４５へ鋳湯２５を流し込んだ際に、鋳湯２５によって積層壁部Ｗが凝固温度Ｔ０以上に昇温可能となる厚さにすることで、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部Ｗの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）を極力なくすことができ、高品質な構造体５１を製造することができる。
【００４８】
なお、上記第１〜第３実施形態に係る温度制御処理は、鋳造工程において、全ての温度制御処理を行ってもよく、または、それぞれの温度制御処理を組み合わせて行ってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、構造体５１が、内側空間４５を形成する外殻５５からなる積層壁部Ｗを備えた構造を例示して説明したが、構造体としては、外殻５５のみを備えた構造に限らない。
【００５０】
ここで、他の構造体の例を説明する。なお、この他の構造体を製造する際の鋳造工程において行う温度制御処理としては、第１実施形態に係る温度制御処理を例にとって説明する。
図８は、他の構造体５１Ａの概略斜視図である。
【００５１】
図８に示すように、この構造体５１Ａは、ギヤポンプの外筒として使用される中空のケーシングである。この構造体５１Ａは、積層壁部ＷＡと、積層壁部ＷＡの内側空間４５に鋳湯を流し込んで凝固させた鋳物部４７Ａとを有する。
【００５２】
積層壁部ＷＡは、ギヤポンプの外筒の骨格を形成する断面略楕円形の外殻５５と、外殻５５の内側に形成された内殻５７とを有する。内殻５７は、２つの円筒体が互いの半径距離よりも近くに配置されて一つの内壁部として繋がった形状を有する。一対の部分円筒状の内壁によって画成された中空空間には、それぞれポンプのロータが挿入され、内殻５７の内側面がロータの対向面となる。
【００５３】
上記構成の構造体５１Ａを製造する場合も、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、図８に示すように、互いに平行に分割された各層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）の層形状データを生成する。そして、軌道演算部３３が、各層形状データに基づいて、各層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）におけるトーチ１７（図１参照）の移動軌跡を生成し、溶接ロボット１９の駆動プログラムを生成する。そして、制御部３７は、生成された駆動プログラムに基づいて溶接ロボット１９を駆動し、複数の層Ｐ（１），Ｐ（２），…，Ｐ（ｎ）の溶着ビード４３を順次積層する。これにより、上記した積層方法による外殻造形工程（積層造形工程）及び内殻造形工程（積層造形工程）によって積層壁部ＷＡが得られる。
【００５４】
そして、積層壁部ＷＡである外殻５５及び内殻５７によって画成される内側空間４５に、鋳湯２５を流し込んで凝固させる鋳造工程を行い、鋳物部４７Ａを形成する。
【００５５】
この鋳造工程において、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部ＷＡの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させる温度制御処理を行う。
【００５６】
具体的には、図５に示すように、鋳湯２５を内側空間４５へ流し込む前に、外殻５５及び内殻５７からなる積層壁部ＷＡを予熱し、その後、内側空間４５へ鋳湯２５を流し込む。そして、積層壁部ＷＡを予熱しておくことで、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固する際の鋳湯２５及び積層壁部ＷＡの温度を凝固温度Ｔ０以上とする。このようにすると、積層壁部ＷＡは、予熱しない場合（図５における点線参照）に対して、鋳湯２５の流し込み開始時の温度上昇が引き上げられる（図５における実線参照）。このようにすると、内側空間４５へ流し込んだ鋳湯２５が凝固温度Ｔ０に達した際に（図５におけるｔｇのタイミング）、外殻５５及び内殻５７からなる積層壁部ＷＡの温度Ｔｗがほぼ凝固温度Ｔ０とされ、これらの温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０−Ｔｗ）がほとんどなくされる。
【００５７】
鋳造工程において、上記の温度制御処理を行い、鋳物部４７を形成したら、必要に応じて、ワイヤーソーやダイヤモンドカッター等による切断機でベースプレート４１を切断し、所望の形状の構造体５１Ａとする。
【００５８】
このように、外殻５５及び内殻５７からなる積層壁部ＷＡを有し、外殻５５と内殻５７との間が鋳物部４７Ａとされた構造体５１Ａを製造する場合も、積層壁部ＷＡを溶着ビード４３の積層によって成形するので、鋳造のための型作製が不要となり、鋳造工数や型材料のコストを低減できると共に、構造体５１Ａを製造するリードタイムが短縮される。また、比較的高価な積層材料の使用が外殻５５及び内殻５７だけで済み、材料費を抑えて製造コストを低減できる。
【００５９】
しかも、この構造体５１Ａを製造する場合も、鋳造工程で行う温度制御処理によって、鋳湯２５が凝固する際の積層壁部ＷＡの温度Ｔｗと鋳湯２５の凝固温度Ｔ０との温度差ΔＴを減少させることで、凝固する鋳湯２５と積層壁部Ｗとの熱収縮量の差を極力抑えることができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部４７Ａにおける残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体５１Ａを製造することができる。
【００６０】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  構造体の製造方法であって、
アークを用いて溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを、ベース上に積層し、前記構造体の少なくとも外殻を有する積層壁部を積層造形する積層造形工程と、
前記外殻の内側の内側空間に鋳湯を流し込み、前記外殻の内側に鋳物部を形成する鋳造工程と、
を有し、
前記鋳造工程において、
前記鋳湯が凝固する際の前記積層壁部の温度と前記鋳湯の凝固温度との温度差を減少させる温度制御処理を行う構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、溶着ビードの積層によって積層壁部を成形するので、鋳造のための型作製が不要となり、鋳造工数や型材料のコストを低減できると共に、構造体を製造するリードタイムが短縮される。また、比較的高価な積層材料の使用が積層壁部だけで済み、材料費を抑えて製造コストを低減できる。
また、温度制御処理によって、鋳湯が凝固する際の積層壁部の温度と鋳湯の凝固温度との温度差を減少させることで、凝固する鋳湯と積層壁部との熱収縮量の差を極力抑えることができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体を製造することができる。
（２）  前記積層壁部は、前記外殻の内側に形成された内殻を備え、
前記積層造形工程は、前記ベース上に、前記外殻及び前記内殻の形状に沿って前記溶着ビードを積層して、前記外殻及び前記内殻を積層造形し、
前記鋳造工程は、前記外殻と前記内殻との間の前記内側空間に前記鋳湯を流し込む（１）に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、温度制御処理によって、鋳湯が凝固する際の外殻及び内殻からなる積層壁部の温度と鋳湯の凝固温度との温度差を減少させることで、凝固する鋳湯と積層壁部との熱収縮量の差を極力抑えることができる。これにより、機械的性質の不均一、鋳物部における残留応力、引け巣等の欠陥や亀裂などの割れの発生を抑制でき、高品質な構造体を製造することができる。
（３）  前記温度制御処理は、
前記鋳湯を前記内側空間へ流し込む前に、
前記積層壁部を予熱することで、前記鋳湯が凝固する際の前記鋳湯及び前記積層壁部の温度を前記凝固温度以上とする（１）または（２）に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、鋳湯を内側空間へ流し込む前に、積層壁部を予熱することで、鋳湯が凝固する際の鋳湯及び積層壁部の温度を凝固温度以上とし、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
（４）  前記温度制御処理は、
前記内側空間へ流し込む前の前記鋳湯を、前記内側空間へ流し込んだ際に、前記積層壁部を前記凝固温度以上に加熱可能な温度にする（１）から（３）のいずれか一つに記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、内側空間へ流し込む前の鋳湯を、内側空間へ流し込んだ際に、積層壁部を凝固温度以上に加熱可能な温度にすることで、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
（５）  前記温度制御処理は、
前記積層壁部の肉厚を、前記内側空間へ前記鋳湯を流し込んだ際に、前記鋳湯によって前記凝固温度以上に昇温可能な厚さにする（１）から（４）のいずれか一つに記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、積層壁部の肉厚を、内側空間へ鋳湯を流し込んだ際に、鋳湯によって凝固温度以上に昇温可能な厚さにすることで、鋳湯が凝固する際の積層壁部と鋳湯との温度差を極力なくすことができ、高品質な構造体を製造することができる。
【符号の説明】
【００６１】
２５  鋳湯
４１  ベースプレート（ベース）
４３  溶着ビード
４５  内側空間
４７，４７Ａ  鋳物部
５１，５１Ａ  構造体
５５  外殻
５７  内殻
Ｍ  溶加材
Ｗ，ＷＡ  積層壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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