(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液共存状態の金属中にモデルの少なくとも一部を入れ、該金属を凝固させてモデルを取り出すことにより、金型を作製し、
前記モデルには、溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング材を塗布しておくことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の金型の製造方法において、
上面に開口部をもつ容器に溶融金属を充填する工程と、
冷却部材を前記溶融金属中に浸漬し、前記冷却部材で前記溶融金属を撹拌しながら固液共存状態になるまで冷却する工程と、
固液共存状態になった前記溶融金属にモデルの少なくとも一部を入れる工程とを有することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項３】
製造される金型が上型及び下型を有する場合において、
固液共存状態の溶融金属中にモデルの一部を入れて上型を作製する上型作製工程と、
別の固液共存状態の溶融金属中にモデルの前記一部以外の部分を入れて下型を作製する下型作製工程とを含み、
前記モデルには、前記溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング材を塗布しておくことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の金型の製造方法において、
前記金属としてアルミニウム合金を用いることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の金型の製造方法において、
前記容器の上端部に設けられた切り欠き部を介して余分な前記溶融金属及び前記固液共存状態の金属を外部に排出することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金型の製造方法において、
前記モデルは既存金型により鋳造した製品を用いることを特徴とする金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型の製造方法に関し、固液共存状態の金属を用いて簡易に金型を作製する金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金型は使用しているうちに劣化するものであり、いずれは使用できなくなる。
このように金型が寿命になると新規に同じ金型を作製しなければならない。
【０００３】
このとき機械加工、又は放電加工で金型を作製することが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金型を機械加工、又は放電加工で作製すると費用が高くなり、また作製時間も長いという欠点がある。
【０００５】
更に、金型の加工に必要な図面やＮＣデータなども用意しなければならない。
つまり同じ金型があり、その金型で鋳造して作られた製品が存在する場合においても、その製品をモデルとして利用することはできないのである。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、作製費用の安価な金型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る金型の製造方法は、固液共存状態の金属中にモデルの少なくとも一部を入れ、該金属を凝固させてモデルを取り出すことにより、金型を作製することを特徴とする。
【０００８】
モデルを金属中に入れる際、金属が固液共存状態となっているため、容易に入れることが可能である。また、固液共存状態の金属中にモデルを入れた後、該金属を凝固させることで、モデルの一部の形状が凝固された金属に転写されることになり、該モデルを取り外せば、前記モデルの一部と同一の形状の製品を作製するための金型ができあがることになる。
【０００９】
この場合、固液共存状態の金属中にモデルの少なくとも一部を入れて、該金属を凝固させるだけでよいため、金型を製造するための工程が簡単であり、金型を安価に製造することができる。
【００１０】
そして、前記製造方法の具体的な手法としては、上面に開口部をもつ容器に溶融金属を充填する工程と、冷却部材を前記溶融金属中に浸漬し、前記冷却部材で前記溶融金属を撹拌しながら固液共存状態になるまで冷却する工程と、固液共存状態になった前記溶融金属にモデルの少なくとも一部を入れる工程とを有するようにすればよい。
【００１１】
また、製造される金型が上型及び下型を有する場合においては、固液共存状態の溶融金属中にモデルの一部を入れて上型を作製する上型作製工程と、別の固液共存状態の溶融金属中にモデルの前記一部以外の部分を入れて下型を作製する下型作製工程とを含むようにすればよい。
【００１２】
前記金属としてアルミニウム合金を用いれば、アルミニウムの溶解温度が比較的低いので溶解処理が容易である。
【００１３】
前記容器の上端部に設けられた切り欠き部を介して余分な前記溶融金属及び前記固液共存状態の金属を外部に排出することができる。
【００１４】
前記モデルは既存金型により鋳造した製品を用いることもできる。
【００１５】
その場合、前記モデルには、前記溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング剤を塗布しておくと、完成した金型の寸法精度が向上して好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金型の製造方法を鋳造用金型の製造方法に適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図２０を参照しながら説明する。
【００１７】
まず、第１の実施の形態に係る金型の製造方法は、例えば図１〜図３に示すように、溶融金属１０ａを固液共存状態とし、その後、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を適当な深さまで押圧して入れ、該モデル１２を取り出すことによって、該モデル１２の一部と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型１４を作製するものである。
【００１８】
ここで、固液共存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたもの、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたものをいい、金属を加熱し直接的に半融状態にしたものと、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にしたものの両方を指す。
【００１９】
次に、第１の実施の形態に係る金型の製造方法の具体的手法について図４のフローチャートも参照しながら説明する。
【００２０】
まず、図４のステップＳ１において、モデル１２を用意する。作製しようとする金型１４と同様のキャビティ形状の金型により製造した製品がある場合は、該製品をそのまま前記モデル１２として採用することができる。
【００２１】
前記モデル１２の材料は溶融金属１０ａより融点が高いか、又は同じ金属である必要がある。この実施の形態では、例えば鉄やアルミニウムなどを材料として使用している。
【００２２】
次に、ステップＳ２において、コーティング処理工程に入る。この工程では、図５に示すように、前記モデル１２の全面にコーティング材１６を被覆（溶射、結晶形成、塗布等を含む）する。前記コーティング材１６は、主コーティング材１６ａおよびキラコ（雲母の粉末）１６ｂとに区別される。
【００２３】
まず、最初に主コーティング材１６ａを被覆する。通常、主コーティング材１６ａを被覆した状態では面粗度が１００〜２００Ｓ程度であり、やや粗い面になっている。図５においては、模式的に三角の突起で示されている。そこで、次にキラコ１６ｂを被覆する。キラコ１６ｂを被覆すると面粗度が３０Ｓ以下になり、滑らかな面が得られる。ただし、面粗度が要求されない場合はキラコ１６ｂの被覆を省略してもよい。
【００２４】
前記主コーティング材１６ａは、カオリン、滑石、アルミナ、ジルコニアなどの粉末を５％ぐらいの水ガラスによって適当な濃度に溶いて用いる。これに、２％ぐらいのホウ酸を加えるとよい。また、セラミック系コーティング材などを用いてもよい。
【００２５】
モデル１２の構成材料とコーティング材１６との熱膨張率の差が大きい場合は、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を入れた際に、その温度変化によってコーティング材１６が剥離するおそれがある。そこで、コーティング材１６にモデル１２の構成材料からなる粉末を添加することにより、モデル１２の構成材料とコーティング材１６との熱膨張率の差を小さくすることができ、上述のような剥離現象を防止することが可能となる。また、図５に示すように、前記コーティング材１６の厚みｔは固液共存状態の金属１０ｂが凝固したときに収縮する収縮量に相当する厚みにしておくことが望ましい。該収縮量は前記溶融金属１０ａ（又は固液共存状態の金属１０ｂ）の物性とモデル１２の形状から求めておくことができる。この処理により固液共存状態の金属１０ｂが凝固した後に所望寸法の金型１４が得られる。
【００２６】
コーティング材１６は、表面に生ずるきらい（鋳物に発生する欠陥でブローホールの一種）のような欠陥や、冷却速度の調整にも有効である。
【００２７】
ところで、モデル１２として製品を用いない場合、あるいはモデル１２としての製品がない場合は、砂型で新規に前記モデル１２を作製するようにしてもよい。この場合は、予め前記収縮量に相当する厚み分だけ大きい寸法の砂型を作製すれば、上述のようなコーティング材１６の被覆処理を省略することができる。
【００２８】
次に、ステップＳ３において、溶融金属１０ａの充填処理を行う。この処理は、図１に示すように、容器１８に合金を溶解してなる溶融金属１０ａを充填することにより行われる。溶融金属１０ａの温度設定は、後述する固液共存状態温度より高く、かつ、なるべくその温度に近いことが望ましい。本発明に係る第１乃至第３の実施の形態では、アルミニウム合金ＡＣ２Ｂ（JIS H 5202）を溶解させた溶融金属１０ａを用い、温度を６４０℃程度とした。
【００２９】
前記溶融金属１０ａにアルミニウム合金ＡＣ２Ｂを用いるのは、金型を作製する上で、鋳鉄、銅、黄銅などに比べて溶融温度が低いため取り扱い上の利点があるからである。亜鉛などの溶融温度が低すぎる金属では金型として溶損してしまう。
【００３０】
また、アルミニウムは、熱伝導性がよいため鋳造時にキュアータイムが短く、また、鋳造時に短時間で溶融金属が凝固するため、素材の組織が緻密で機械的性質がよいという利点もある。
【００３１】
なお、容器１８は、図６に示すように、底板２０と、４枚の側板２２ａ〜２２ｄにて構成されているが、これら底板２０並びに４枚の側板２２ａ〜２２ｄはそれぞれ分割できるようになっている。
【００３２】
次に、ステップＳ４において、固液共存状態の金属１０ｂの生成工程に入る。
この工程は、容器１８内に充填された溶融金属１０ａを冷却することによって、該溶融金属１０ａを固液共存状態にする。図１は、溶融金属１０ａの冷却過程を示している。
【００３３】
図１に示す冷し金（冷却部材）２４は、前記溶融金属１０ａによって溶けない物質、例えば、銅やステンレス等により構成されている。該冷し金２４の外形は円柱状に設定されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有している。
【００３４】
前記冷し金２４は比較的低速で回転しながら前記溶融金属１０ａ中に浸漬され、溶融金属１０ａを冷却しながら撹拌することができるようになっている。このとき、急激に温度が下がりすぎることがないように、前記容器１８のまわりにヒータ（図示せず）を備えるなどの措置を施すとよい。
【００３５】
そして、前記溶融金属１０ａの温度が固液共存状態の温度まで下がったとき、前記冷し金２４を引き上げる。この固液共存状態の温度は、金型の製作時にモデル１２が溶けることがなく、かつ、モデル１２の形状を転写することができる温度を設定する。つまり、温度が高すぎるとモデル１２が溶けてしまい、低すぎるとモデル１２の転写が悪くなるのでその中間温度を設定する。アルミニウム合金ＡＣ２Ｂの場合では５８５℃程度が望ましい。
【００３６】
次に、ステップＳ５において、モデル１２の挿入工程に入る。図２に示すように前記モデル１２を固液共存状態の金属１０ｂ中に押圧して、該モデルの一部を固液共存状態の金属１０ｂ中に入れる。このとき、モデル１２を前記固液共存状態の金属１０ｂに浸漬させる深さは、金型１４として必要な部分まで浸漬させればよい。
【００３７】
固液共存状態の金属１０ｂは適度な粘性があり、押圧するときに不必要に浸漬しすぎることはなく扱いやすい。
【００３８】
次に、ステップＳ６において、固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理工程に入る。この工程は、固液共存状態となっている金属１０ｂの温度を室温まで冷却し凝固させることにより行われる。なお、固液共存状態の金属１０ｂが完全に凝固していなくても、キャビティ形状が維持できる状態になるまで凝固すれば次のステップに移ってもよい。
【００３９】
そして、ステップＳ７において、金型１４の取出し工程に入る。この工程は、容器１８を底板２０と４枚の側板２２ａ〜２２ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出し、更に、モデル１２を抜き取ることによって行われる。この段階で、モデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された凝固状態の金属１０ｃによる金型１４が得られる。
【００４０】
ところで、製造される金型１４が上型及び下型を有する場合においては、上述の工程を経て例えば上型を作製し、更に、同様の工程を経て下型を作製する。下型の作製においては、固液共存状態とされた金属１０ｂ中に前記モデル１２の前記一部以外の部分を入れることによって作製することができる。
【００４１】
このように、第１の実施の形態に係る金型の製造方法においては、固液共存状態の金属１０ｂ中にモデル１２を適当な深さまで押圧して入れて、該モデル１２の一部と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型１４を作製するようにしたので、特別な器具がなくても固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデルを押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００４２】
ここで、１つの実験例を示す。この実験例は、上述のコーティング処理においてコーティング材１６の効果を見たものである。この実験例で用いた実験用モデルを図７に示す。また、実験例の結果を図８〜図１０に示す。
【００４３】
図７に示すように、実験用モデルは幅がＡ、長さがＢ、そして比較的低い高さである直方体に、長さがＣで比較的低い高さの凸部を有する形状になっている。
この実験用モデルでは、幅Ａは８０．４ｍｍ、長さＢは１３１．０ｍｍ、長さＣは８１．０ｍｍに設定した。この実験用モデルを本発明に適用して金型及び最終製品である素材を製作した。
【００４４】
図８は、幅Ａ部分の寸法の測定値であり、各棒グラフは左から順に、実験用モデルの寸法、コーティング材１６を被覆後の寸法、作製した金型の寸法、鋳造時の金型の寸法、及び最終製品である素材の寸法を示している。同様に、図９は長さＢ部分の寸法の測定値であり、図１０は長さＣ部分の寸法の測定値である。
【００４５】
図８について説明すると、幅Ａ部分においては、実験用モデルに対してコーティング材１６を被覆した後の寸法は１ｍｍ大きくなっている。従って、
８０．４＋１．０＝８１．４［ｍｍ］
になる。
【００４６】
そして、作製した金型は０．６ｍｍだけ収縮する。さらに、その金型を用いて素材を作製する場合、鋳造時は０．２ｍｍだけ伸びて、完成した素材は０．６ｍｍ収縮する。従って、素材の幅Ａ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＡ＝１．０ｍｍだけ収縮しており、
８１．４−ｄＡ＝８０．４［ｍｍ］
である。
【００４７】
また、収縮率は、
ｄＡ／８０．４＝１２．４×１０-3
である。
【００４８】
図９は、長さＢに関する結果であり、棒グラフの意味と並び順は図８と同じである。長さＢに関しては実験用モデルに対して、コーティング材１６を被覆した後の寸法は１．３ｍｍ大きくなっている。従って、
１３１．０＋１．３＝１３２．３［ｍｍ］
である。素材の長さＢ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＢ＝１．２ｍｍだけ収縮しており、
１３２．３−ｄＢ＝１３１．１［ｍｍ］
である。従って収縮率は、
ｄＢ／１３１．１＝９．２×１０-3
である。
【００４９】
図１０は、長さＣに関する結果であり、棒グラフの意味と並び順は図８と同じである。長さＢに関しては実験用モデルに対して、コーティング材１６を被覆した後の寸法は１．２ｍｍ大きくなっている。従って、
８１．０＋１．２＝８２．２［ｍｍ］
である。素材の長さＢ部分の寸法はコーティング材１６を被覆後の寸法から見て微少幅ｄＣ＝１．０ｍｍだけ収縮しており、
８２．２−ｄＣ＝８１．２［ｍｍ］
である。従って収縮率は、
ｄＣ／８１．２＝１２．３×１０-3
である。
【００５０】
以上の結果から、モデル１２の全長により収縮率が異なることが分かる。また、モデル１２の全長が長いほど収縮率が少なく、短いほど収縮率が大きい傾向にある。実際に本発明に適用する場合には上記ｄＡ、ｄＢ、ｄＣなどを参照し、それに適応するコーティング材１６の厚みｔを決定すればよい。
【００５１】
ただし、本実験例は固液共存状態の金属１０ｂの温度及び鋳造時の溶湯温度はそれぞれ実験用の所定温度において行ったものであり、適用上の温度の違いや、モデル１２の熱膨張率なども考慮して値を決定することが望ましい。
【００５２】
なお、モデル１２の両端にコーティング材１６を被覆する場合は、必要とされる縮み代を２等分として両面にそれぞれ被覆するとよい。
【００５３】
次に、第２の実施の形態例に係る金型の製造方法について図１１Ａ〜図１９を参照しながら説明する。
【００５４】
第２の実施の形態に係る金型の製造方法は、基本的には、上述した第１の実施の形態に係る金型の製造方法とほぼ同じであるが、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように上型１４Ａ及び下型１４Ｂを作製する場合であって、特に、下型１４Ｂを作製する際に、図１２に示すように、モデル１２の一部に上型１４Ａを構成する凝固状態の金属１０ｃが固定された状態で行うことを特徴とするものである。
【００５５】
具体的には、図１３に示すように、まず、ステップＳ１０１においてモデル１２を用意し、次のステップＳ１０２においてモデル１２の表面にコーティング材１６を被覆する。これらの処理は、上述したステップＳ１及びステップＳ２とほぼ同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
次に、ステップＳ１０３において、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２を押圧して入れるための治具３０（図１４及び図１５参照）にモデル１２を固定する。この治具３０は、中央に孔３２を有し、下面３４ａが平坦とされた取付け板３４と、モデル１２を取付け板３４に固定するための取付け具３６ａ及び３６ｂと、この治具３０を運搬するために該取付け板３４に固着された取手３８とを有して構成されている。
【００５７】
前記取付け板３４の中央に設けられた孔３２の開口形状は、モデル１２の投影形状（最も投影面積の大きい形状）と同じ形状を有しており、前記モデル１２を孔３２内に挿入し、該取付け板３４の下面３４ａから下方に向かってモデル１２の一部を露出させた状態で取付け板３４に固定した際、該モデル１２は、取付け板３４との間にほとんど隙間のない状態で固定されることとなる。図１４および図１５に示す例では、取付け板３４の下面３４ａが例えばモデル１２を２分する位置にくるように位置決めして固定するようにしている。この場合、モデル１２の一部は、取付け板３４の下面３４ａより下方に向かって抜き勾配状となる。
【００５８】
前記取付け具３６ａ及び３６ｂは、取付け板３４にモデル１２を取り付けるためのものであり、前記取付け板３４の上面３４ｂと前記モデル１２の側面などに接して設けられている。
【００５９】
前記ステップＳ１０３でのモデル１２の取付け工程が終了した段階で、次のステップＳ１０４に進み、溶融金属１０ａの充填処理工程に入る。この工程は、上述したステップＳ３と同様に、図１６に示すように容器４０に前記溶融金属１０ａを充填することにより行われる。
【００６０】
特に、この第２の実施の形態に係る金型の製造方法において使用される容器４０は、図１６に示すように、第１の実施の形態で使用される容器１８とほぼ同様に、底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄとで構成されているが、側板（例えば４４ａ及び４４ｂ）の上端部にそれぞれ複数の切欠き（切り欠き部）４６が形成されている点で異なる。これら切欠き４６の作用については後述する。
【００６１】
次に、ステップＳ１０５において、固液共存状態の金属１０ｂの生成工程に入る。この工程は、上述したステップＳ４とほぼ同じであり、容器４０内に充填された溶融金属１０ａを冷却することによって、該金属１０ａを固液共存状態にする。
【００６２】
次に、ステップＳ１０６において、モデル１２の挿入工程に入る。この工程は、モデル１２が固定された治具３０を取手３８を使用して容器４０の上方まで運搬し、モデル１２の一部を下方に向けた状態で、かつ、治具３０で容器４０の開口を閉塞するようにして、該治具３０を容器４０上に載置する（図１７参照）。
【００６３】
このとき、前記固液共存状態の金属１０ｂのうち余分な容積分は前記容器４０の上端部に配設される前記切欠き４６から溢れ出て排出される。また、金属１０ｂは固液共存状態であり粘性が大きい。従って、金属１０ｂの液面は切欠き４６の下端部まで下がることはなく、治具３０の取付け板３４との間に完全に充満されたままである。これにより、金属１０ｂの上面は波打つことなく平坦な面が得られることとなる。
【００６４】
上述の例では、容器４０の上端部に切欠き４６を設けた例を示したが、前記切欠き４６の代わりに、あるいは切欠き４６と共に、取付け板３４の適当な位置に排出孔（図示せず）を設けてもよい。
【００６５】
また、前記切欠き４６や前記排出孔等がない場合でも、固液共存状態の金属１０ｂが前記容器４０から溢れ出ないように予め溶融金属１０ａの量を算出して容器４０に充填するようにしてもよい。
【００６６】
なお、取付け板３４と容器４０との間に、治具３０を容器４０に搬送案内するための図示しないガイドレールを例えば鉛直方向に沿って設ければ、治具３０を容器４０上に載置する際に、揺れを伴うことなく、かつ、モデル１２の一部を金属１０ｂ中にほぼ垂直方向に向けて押圧することができる。
【００６７】
次に、ステップＳ１０７において、固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理工程に入り、前記金属１０ｂの温度を室温まで冷却し凝固させる。
【００６８】
そして、ステップＳ１０８において、金型（上型１４Ａ）の取出し工程に入る。この工程は、容器４０を底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出す。この段階で、凝固状態の金属１０ｃ中にモデル１２の一部が埋め込まれた状態、即ち、上型１４Ａ（又は下型１４Ｂ）の完成直前の状態となる。
【００６９】
次に、下型１４Ｂをまだ作製していなければステップＳ１０９を介してステップＳ１１０以降の下型作製工程に入る。この下型作製工程では、まず、ステップＳ１１０において金型１４から前記取付け板３４、前記取付け具３６ａ及び３６ｂを取り除く。
【００７０】
そして、ステップＳ１１１において、ボルト穴加工工程に入る。この工程は、図１８に示すように前記上型１４Ａと前記モデル１２とを締結するためにボルト穴５０ａ及び５０ｂを機械加工により削孔する。該ボルト穴５０ａ及び５０ｂは前記モデル１２にまで到達する深さまでとする。
【００７１】
上型１４Ａ及び下型１４Ｂの作製終了後は、該ボルト穴５０ａ及び５０ｂは鋳造時の湯口として兼用することができる。湯口を別に設ける場合で、該ボルト穴５０ａ及び５０ｂが不要であれば金型作製後に溶接などで塞げばよい。
【００７２】
次に、ステップＳ１１２に進み、図１９に示すように前記ボルト穴５０ａ及び５０ｂにタップ加工を施して、ボルト５２ａ及び５２ｂを挿入する。これにより、前記上型１４Ａと前記モデル１２とは堅固に締結される。更に、把持しやすいように前記上型１４Ａを把持具６０で把持しておく。
【００７３】
なお、これらのボルト５２ａ及び５２ｂ並びにボルト穴５０ａ及び５０ｂは２つである必要はなく、モデル１２の形状により１つにしてもよいし３つ以上にしてもよい。
【００７４】
次に、ステップＳ１０４に戻り、今度は図１６の容器４０と同様の構造を有する容器７０（図１２参照）に溶融金属１０ａを充填する。該容器７０の上方開口部の幅及び奥行きは、上型作製工程に用いた前記容器４０の上方開口部の幅及び奥行きより前記容器４０の板厚の２倍以上小さい寸法になっている。もちろん、容器７０として容器４０と同様のサイズを有する容器を使用してもよい。また、該容器７０の上端部には、前記切欠き４６と同形状の複数の切欠き７２が形成されている。
【００７５】
次に、ステップＳ１０５において、溶融金属１０ａを固液共存状態にする。その後、ステップＳ１０６において、図１２に示すように前記上型１４Ａを前記把持具６０を使用して容器７０上に運搬し、モデル１２の一部以外の部分を下方に向けた状態で、かつ、上型１４Ａで容器７０の開口を閉塞するようにして、該上型１４Ａを容器７０上に載置する。
【００７６】
次に、ステップＳ１０７において固液共存状態の金属１０ｂの凝固処理を行い、次のステップＳ１０８において金型１４の取出し処理を行う。これらの処理は上述した処理と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
このようにして、下型１４Ｂ（凝固状態の金属１０ｃによる下型）の作製が終了するため、ステップＳ１０９を介してステップＳ１１３に進み前記上型１４Ａと該下型１４Ｂ並びに前記モデル１２を分離すれば、図１１Ａに示すようにモデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された金属１０ｃによる上型１４Ａと、図１１Ｂに示すようにモデル１２の一部以外の部分の外形形状がキャビティ形状として転写された凝固状態の金属１０ｃによる下型１４Ｂが得られる。
【００７８】
このように、第２の実施の形態に係る金型の製造方法においては、固液共存状態の金属１０ｂ中に治具３０を用いてモデル１２を適当な深さまで押圧して入れて、該モデル１２と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型（上型１４Ａ及び下型１４Ｂ）を作製するようにしたので、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデルを押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００７９】
また、治具３０を用いたことでモデル１２を安定して固液共存状態の金属１０ｂに押圧することにより、上型１４Ａの上端面を平坦な面に仕上げることができる。また、上端面が平坦とされた上型１４Ａの凝固状態の金属１０ｃとモデル１２を固定した状態で下型１４Ｂも作製するようにしたので下型１４Ｂの上端面も平坦な面に仕上げることができる。
【００８０】
更に、前記上型１４Ａには締結のための前記ボルト穴５０ａ及び５０ｂが削孔されているので該ボルト穴５０ａ及び５０ｂを鋳造の注湯工程において湯口として兼用することができる。
【００８１】
次に、第３の実施の形態に係る金型の製造方法について図２０を参照しながら説明する。
【００８２】
第３の実施の形態に係る金型の製造方法は、基本的には上述した第２の実施の形態に係る金型の製造方法とほぼ同じであるが、特に、治具３０を上型作製工程だけでなく下型作製工程においても使用することを特徴とするものである。
【００８３】
具体的には、ステップＳ２０１のモデル１２を用意する工程から始めるが、図２０におけるステップＳ２０１からステップＳ２０７までは前記第２の実施の形態例の前記ステップＳ１０１から前記ステップＳ１０７までと同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００８４】
ステップＳ２０７で前記固液共存状態の金属１０ｂが凝固した段階で、ステップＳ２０８に進み、金型（上型１４Ａ）の取出し工程に入る。この工程は、容器４０を底板４２と４枚の側板４４ａ〜４４ｄを分離して、凝固状態の金属１０ｃを取り出し、更に、モデル１２も凝固状態の金属１０ｃから取り出す。
【００８５】
その後、ステップＳ２０９を介して下型作製工程に入り、まず、ステップＳ２１０においてモデル１２から前記取付け板３４、前記取付け具３６ａ及び３６ｂを取り除く。
【００８６】
ここで、ステップＳ２０３に戻り、治具３０に再度モデル１２を固定する。このとき、モデル１２は上型作製工程において固定した向きと逆向きに固定する。
即ち、ステップＳ２０６で固液共存状態の金属１０ｂに押圧した部分を上方向にし、押圧しなかった他の部分を下にして組み立てる。
【００８７】
前記ステップＳ２０３でのモデル１２の取付けが終了した段階で、再び次のステップＳ２０４に進み、溶融金属１０ａの充填処理工程に入る。
【００８８】
その後のステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の工程は上型作製工程で行った処理と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
ステップＳ２０８の金型（下型１４Ｂ）の取出し工程を終えると、モデル１２の一部の外形形状がキャビティ形状として転写された上型１４Ａと下型１４Ｂが得られる。
【００９０】
このように、第３の実施の形態に係る金型の製造方法においても、固液共存状態の金属１０ｂ中に治具３０を用いてモデル１２を適当な深さまで押圧して入れ、該モデル１２と同一の外形形状を有する製品を製作するための金型（上型１４Ａ及び下型１４Ｂ）を作製するようにしたので、固液共存状態の金属１０ｂにモデル１２としての製品あるいは砂型モデル１２を押圧して入れることで簡易に、かつ、安価に金型を製造することができる。
【００９１】
また、治具３０を用いたことでモデル１２を安定して固液共存金属に押圧することができるとともに、上型１４Ａ及び下型１４Ｂの各上端面を平坦な面に仕上げることができる。
【００９２】
更に、上型作製工程と下型作製工程で同じ治具３０を用いることができるので上型１４Ａにボルト穴を削孔する必要がなく、工程の簡略化を図ることができる。
【００９３】
上述の各実施の形態例では溶融金属１０ａとしてアルミニウム合金を用いたが、アルミニウム合金以外の金属（例えば鉄、銅）などを用いてもよい。
【００９４】
なお、この発明に係る金型の製造方法は、上述の実施の形態例に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る金型の製造方法によれば、固液共存状態の溶融金属中にモデルの一部を入れて、該金属を凝固させて金型を作製している。
このため、機械加工や放電加工を行わないで金型を製造できるという効果が達成される。
【００９６】
また、製造される金型が上型及び下型を有する場合においては、上型作製工程と、別の固液共存状態の溶融金属中にモデルの前記一部以外の部分を入れて下型を作製する下型作製工程とを含むようにしている。このため、上型と下型を個別に製造できるという効果が達成される。
【００９７】
また、下型作製工程では、前記固液共存状態になった前記溶融金属に前記モデルの前記一部以外の部分を入れる際に、前記モデルの一部に前記上型を構成する金属が固定された状態で行うようにしている。このため、前記上型が押圧する器具を兼ねることができるという効果が達成される。
【００９８】
また、本発明に係る金型の製造方法によれば、モデルは既存金型により鋳造した製品を用いることもできるので、専用のモデルを作製する必要がない。
【００９９】
また、製品を用いたモデルを使用する場合には、前記溶融金属が凝固するときの収縮量と同じ厚みにコーティング材を塗布しているので、金型の寸法精度が向上するという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融金属を固液共存状態まで冷却する工程の説明図である。
【図２】溶融金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図３】作製した金型を表す図である。
【図４】第１の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【図５】モデル表面に被覆したコーティング材の説明図である。
【図６】第１の実施の形態で用いる容器の斜視図である。
【図７】実験例で用いた実験用モデルの説明図である。
【図８】実験用モデルの幅Ａ部分に関する実験結果の説明図である。
【図９】実験用モデルの長さＢ部分に関する実験結果の説明図である。
【図１０】実験用モデルの長さＣ部分に関する実験結果の説明図である。
【図１１】作製した上型と下型を表す図である。
【図１２】下型を作製する工程における溶融金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図１３】第２の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【図１４】モデルを押圧するための治具の側面を表す図である。
【図１５】モデルを押圧するための治具の断面を表す図である。
【図１６】第２の実施の形態及び第３の実施の形態で用いる容器の斜視図である。
【図１７】治具を用いて固液共存状態の金属にモデルを入れる工程の説明図である。
【図１８】モデルにボルト穴の加工を施す説明図である。
【図１９】上型を把持具で把持した状態を表す説明図である。
【図２０】第３の実施の形態の金型製造方法におけるフローチャートである。
【符号の説明】
１０ａ…溶融金属                    １０ｂ…固液共存状態の金属
１０ｃ…凝固状態の金属              １２…モデル
１４Ａ…金型（上型）                １４Ｂ…下型
１８…容器（第１の実施の形態）      ２４…冷し金（冷却部材）
３０…治具                          ３４…取付け板
３６ａ、３６ｂ…取付け具            ３８…取手
４０…容器（第２の実施の形態及び第３の実施の形態）
４６…切欠き（切り欠き部）          ５０ａ、５０ｂ…ボルト穴
５２ａ、５２ｂ…ボルト              ６０…把持具
７０…容器（第３の実施の形態における下型作製用）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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