(57)【要約】【課題】作業性の改善された砂型の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る砂型の製造方法は、第１平面領域に第１砂３１を散布して第１パターン４１を形成することと、前記第１平面領域を縁取っている第２平面領域にセラミックス粉体３２を散布して第２パターン４２を形成することと、前記第２平面領域を間に挟んで前記第１平面領域と隣り合った第３平面領域に第２砂３３を散布して第３パターン４３を形成することと、前記第１パターン４１に第１バインダ５１を吹き付けることと、前記第２パターン４２に第２バインダ５２を吹き付けることとを含んだサイクルを繰り返して、多層構造を形成する工程と、前記多層構造から前記第２砂３３を除去する工程とを含む。【選択図】  図６
2016073997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面領域に第１砂を散布して第１パターンを形成することと、前記第１平面領域を縁取っている第２平面領域にセラミックス粉体を散布して第２パターンを形成することと、前記第２平面領域を間に挟んで前記第１平面領域と隣り合った第３平面領域に第２砂を散布して第３パターンを形成することと、前記第１パターンに第１バインダを吹き付けることと、前記第２パターンに第２バインダを吹き付けることとを含んだサイクルを繰り返して、多層構造を形成する工程と、
前記多層構造から前記第２砂を除去する工程と
を含んだ砂型の製造方法。
【請求項２】
前記第１バインダおよび前記第２バインダの吹き付けは、前記第１パターン、前記第２パターン、および前記第３パターンの形成と並行して行う請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１バインダおよび前記第２バインダの吹き付けは、前記第１パターン、前記第２パターン、および前記第３パターンの形成の後に行う請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記第２バインダの吹き付けは、前記第１及び第２パターンの境界に対して行い、その後、前記第２パターンのうち前記境界から離れた領域に対して行う請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第２バインダは、前記第２パターンのうち、前記第３パターンと隣接した領域に吹き付けることなしに、前記第１パターンと隣接した領域に吹き付ける請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、砂型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳型を短時間で製造する方法として、砂型積層造形法やＳＬＳ法等のラピッドプロトタイピング法（ＲＰ法）が用いられている。ＲＰ法で製造した砂型は、試作品を鋳造するための鋳型や、中空構造の立体を鋳造する場合に用いる中子として好適に利用されている。特に、中空構造の立体の鋳造において、容易に砕いて取り除くことのできる中子を用いることにより、鋳物の内部空間の形状について設計の自由度を高くできる。そのため、容易に砕くことができるという点でも、砂型は中子として好適である。
【０００３】
アルミ鋳物等の低融点金属の鋳造においては、砂型を鋳型や中子として使用することに伴う技術が、ほぼ確立されている。しかし、鋳鉄等の高融点金属の鋳造においては、砂型と溶湯とが接触した際に焼着が発生するという問題がある。焼着が発生すると、砂型の表面の一部が鋳物に残り、その結果、鋳物の表面が粗くなるため好ましくない。このように、砂型を用いた場合、高融点金属からなる鋳物の良品を得ることが難しく、また、焼着による残留物を除去する作業などが必要になる。
【０００４】
砂型への溶湯の焼着の多くは、砂型を構成する鋳物砂の隙間に溶湯が侵入し、この溶湯の熱により砂型と溶湯とが反応することによって発生する。そのため、焼着の対策として、砂型への溶湯の侵入を防ぐ手段および砂型の耐熱性を向上させる手段が用いられている。
【０００５】
砂型への溶湯の侵入を防ぐと同時に砂型の耐熱性を向上させる方法として、特定の塗型を砂型の表面に塗布する方法がある。このような塗型の骨材としてセラミックス系の材料からなる粉体を用いた場合、この粉体が砂型に浸透するため砂型の表面が緻密になるので、砂型への溶湯の侵入を防ぐことができる。また、耐熱性が良好なセラミックス系の材料からなり、砂型の表面に形成されるセラミックス層は、砂型の耐熱性を向上させる。
【０００６】
しかし、塗型を用いてセラミックス層を設ける方法は、砂型積層造形法により砂型を製造した後に、塗型を塗布する別の工程を必要とする。この塗型の塗布工程が砂型製造の作業性向上を妨げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１４１３８６
【特許文献２】特開２００２−１４３９８２
【特許文献３】特開平３−２９１１２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、作業性の改善された砂型の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係る砂型の製造方法は、第１平面領域に第１砂を散布して第１パターンを形成することと、前記第１平面領域を縁取っている第２平面領域にセラミックス粉体を散布して第２パターンを形成することと、前記第２平面領域を間に挟んで前記第１平面領域と隣り合った第３平面領域に第２砂を散布して第３パターンを形成することと、前記第１パターンに第１バインダを吹き付けることと、前記第２パターンに第２バインダを吹き付けることとを含んだサイクルを繰り返して、多層構造を形成する工程と、前記多層構造から前記第２砂を除去する工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】中空構造を有する立体である鋳物。
【図２】実施形態の方法で製造する砂型の一例。
【図３】実施形態の方法で製造する砂型の一例の断面図。
【図４】実施形態の方法における散布層の断面図。
【図５】実施形態の方法における薄層の断面図。
【図６】実施形態の方法における積層された散布層および薄層の断面図。
【図７】実施形態の方法における積層された薄層の断面図。
【図８】実施形態の方法で製造された砂型の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態に係る方法によって製造する砂型は、例えば、図１に示す鋳物１の製造において中子として使用する。鋳物１は、中空構造を有している立体であり、その内部空間と外部空間とを連絡する開口部を有している。
【００１２】
図２および図３に示す砂型２は、図１に示す鋳物１の製造に利用可能な中子である。この砂型２は、図３に示すように、砂型本体２１とセラミックス層２２とを有している。セラミックス層２２は、砂型本体２１の表面のうち、鋳物１の開口部に対応した領域を除く部分を被覆している。セラミックス層２２は、砂型本体２１の表面全体を被覆していてもよい。
【００１３】
砂型２の製造方法では、砂型積層造形法を用いる。
【００１４】
砂型積層造形法では、製造する砂型２の造形データを準備する。この造形データを砂型積層造形装置のコントローラに入力し、砂型積層造形装置に砂型２を製造させる。造形データは、砂型２の立体形状を表す、砂型積層造形装置に入力可能なデータである。造形データは、例えば、ＣＡＤ（computer-aided design）プログラムを用いて作成する。
【００１５】
砂型積層造形装置は、自動運転で作動し、入力された造形データに基づいて砂型２を製造する。典型的な砂型積層造形装置は、例えば、台座、砂型２の材料を台座に向けて散布するためのヘッド、砂型２の材料の供給源、材料をヘッドへ供給する供給機構、ヘッドを台座に対して相対的に移動させる駆動機構、ならびに、造形データに基づいて、駆動機構および供給機構などの動作を制御するコントローラを具備する。砂型積層造形装置は、砂型２の材料を平坦化させるためのローラーおよび／またはスクレーパーをさらに具備していてもよい。この場合、駆動機構はヘッドを移動させるとともに、ローラー及び／またはスクレーパーを作動させる。
【００１６】
砂型積層造形装置は、砂型２の材料として、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３を散布して図４に示す散布層３を得、硬化性のバインダを吹き付けることにより散布層３を部分的に硬化して、図５に示す薄層３’を形成する。さらに、砂型積層造形装置は、薄層３’を形成するサイクルを繰り返し、この薄層３’を積層して多層構造を形成することによって砂型２を製造する。
【００１７】
具体的には、コントローラは、各サイクルで行う薄層３’の形成に関する情報を、造形データをもとに算出する。例えば、コントローラは、造形データに基づいて、互いに平行な複数の平面で砂型２を分断して得られる複数の断面の形状を算出プログラムにより算出し、これらを薄層３’のパターンデータとする。コントローラは、各サイクルについて、薄層３’のパターンデータに基づいて、第１平面領域、第２平面領域、および第３平面領域を定める。コントローラは、各サイクルにおいて、このサイクルに対応したパターンデータに従って、駆動機構や供給機構などを作動させる。
【００１８】
駆動機構は、コントローラによる制御のもと、例えば、ヘッドを台座の上面に対して平行に移動させる。そして、供給機構は、コントローラによる制御のもと、ヘッドに、第１平面領域上では第１砂３１を吐出させ、第２平面領域上ではセラミックス粉体３２を吐出させ、第３平面領域上では第２砂３３を吐出させる。このように駆動機構および供給機構を作動させて、第１平面領域、第２平面領域および第３平面領域に、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３を散布し、散布層３の第１パターン４１、第２パターン４２および第３パターン４３を形成する。
【００１９】
第１平面領域に散布する第１砂３１は、砂型積層造形法による鋳型の製造用の鋳物砂であって、例えば、珪砂である。また、砂の再生効率や環境への影響を考慮して、第１砂３１として人工砂を用いることもできる。人工砂としては、例えば、ムライト系セラミックサンドやアルミナ系セラミックサンドを用いることができる。第１砂３１の粒径は特に限定されない。また、第１砂３１の粒径は均一でなくともよい。第１砂３１の好ましい粒径は、砂型２を用いて鋳造する鋳造品の大きさや形状によって異なり、公的なものを適宜選択できる。例えば、ある好ましい第１砂３１の粒径は、５３〜６００μｍであり、特に好ましい粒径は３００〜４２５μｍである。このような第１砂３１は、砂型２を用いて鋳造する鋳造品が５０００〜６００００ｋｇ程度の重量を有する大物鋳物の場合に好適に使用できる。
【００２０】
第１砂３１の粒径は、例えば、ＪＡＣＴ試験法Ｓ−１を用いて測定できる粒度により求めることができる。即ち、上述の好ましい粒径の第１砂３１の粒度係数（Ｓｎ）が３１〜３５５であり、特に好ましい粒径の第１砂３１の粒度係数（Ｓｎ）が４４〜６３である。
【００２１】
第２平面領域に散布するセラミックス粉体３２としては、例えば、従来の鋳型または中子に塗布する塗型の骨材を用いることができる。セラミックス粉体３２は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＭｇＯを主成分とする。また、セラミックス粉体３２として、２種類以上の骨材の混合物を用いてもよい。セラミックス粉体３２の粒径は、第１砂３１の粒径よりも小さい。例えば、セラミックス粉体３２の平均粒子径が、０．１〜５０μｍであることが好ましく、５〜３５μｍであることが特に好ましい。さらに、セラミックス粉体３２の平均粒径Ｄ２と第１砂３１の平均粒径Ｄ１との比Ｄ２／Ｄ１は０．０１〜０．１であることが好ましい。
【００２２】
平均粒子径は、例えば次のように求めることができる。一例として、セラミックス粉体３２について平均粒径の測定方法を説明する。
【００２３】
分散媒としてのヘキサメタリン酸ナトリウムの０．１％水溶液にセラミックス粉体３２を添加し、この分散媒を超音波により３分間撹拌してセラミックス粉体３２を分散させる。ここで、セラミックス粉体３２の濃度は２ｍｇ／１００ｃｃとする。このようにして得られたセラミックス粉体３２の分散液を、レーザー回析式粒度分布測定装置を用いてフロー法により測定する。このように測定したセラミックス粉体３２の５０％体積累積の粒子径を、セラミックス粉体３２の平均粒子径とする。
【００２４】
また、セラミックス粉体３２は、硬化剤などと混練されていないドライな状態で散布することが好ましい。
【００２５】
第３平面領域に散布する第２砂３３は、第１砂３１と同一の砂でもよく、または異なる砂でもよい。第２砂３３の粒径は、セラミックス粉体３２の粒径よりも大きい。また、第２砂３３は、硬化剤などと混練していないドライサンドであることが好ましい。
【００２６】
第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３は、これらに対応して複数のヘッドを用いて散布してもよい。或いは、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３のすべてを吐出可能な単一のヘッドを用いてもよい。
【００２７】
第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３に対応して複数のヘッドを用いる場合、各々のヘッドとして１つの材種を吐出できるヘッドを使用できる。駆動機構は、コントローラによる制御のもと、これらヘッドに、台座の上をまたは直前のサイクルで形成した薄層３’の上を走査させる。供給機構は、コントローラによる制御のもと、これらヘッドに、台座に向けて第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第３砂３３を吐出させる。具体的には、第１砂３１に対応するヘッドに、第１平面領域上で第１砂３１を吐出させ、セラミックス粉体３２に対応するヘッドに、第２平面領域上でセラミックス粉体３２を吐出させ、第２砂３３に対応するヘッドに、第３平面領域上で第２砂３３を吐出させる。ただし、第３砂３３が第１砂３１と同一の場合は、第３砂３３に対応するヘッドを省略し、第１砂３１に対応するヘッドに、第１平面領域上で第１砂３１を吐出させるのに加え、第３平面領域上で第１砂３１を吐出させてもよい。
【００２８】
複数のヘッドは、例えば、順番に作動させる。複数のヘッドを順番に作動させる場合、一つのヘッドを作動させ終えてから他のヘッドを作動させてもよい。例えば、先ず、第１砂３１に対応するヘッドに第１砂３１を第１平面領域へ散布させ、次にこのヘッドを作動させ終えてから、セラミックス粉体３２に対応するヘッドにセラミックス粉体３２を第２平面領域へ散布させ、さらにその後このヘッドを作動させ終えてから第２砂３３に対応するヘッドに第２砂３３を第３平面領域へ散布させる。または、一つのヘッドを作動させ終える前に他のヘッドを作動させ始めてもよい。例えば、第１砂３１に対応するヘッドに第１砂３１を第１平面領域へ散布させ終える前に、セラミックス粉体３２に対応するヘッドにセラミックス粉体３２を第２平面領域へ散布させ始める。さらに、セラミックス粉体３２に対応するヘッドにセラミックス粉体３２を第２平面領域へ散布させ終える前に、第２砂３３に対応するヘッドに第２砂３３を第３平面領域へ散布させ始める。また、第１砂に対応するヘッドを作動させ終える前に、第２砂３３に対応するヘッドを作動させ始めてもよい。第１砂３１、セラミックス粒子３２、および第２砂３３は、異なる順番で散布してもよい。
【００２９】
複数のヘッドは、同時に作動させてもよい。例えば、第１砂３１に対応するヘッドに第１砂３１を第１平面領域へ散布させると同時に、セラミックス粉体３２に対応するヘッドにセラミックス粉体３２を第２平面領域へ散布させ、さらに同時に第２砂３３に対応するヘッドに第２砂３３を第３平面領域へ散布させる。また、一部のヘッドを同時に作動させ、その前後に他のヘッドを順番に作動させてもよい。
【００３０】
単一のヘッドを用いる場合、複数の材種を吐出可能なヘッドを使用する。コントローラによる制御のもと、駆動機構はヘッドを動作させ、供給機構はヘッドに上記複数の材種を供給して、ヘッドに、例えば、第１砂３１の散布と、セラミックス粉体３２の散布と、第２砂３３の散布とを並行して行わせしめる。具体的には、駆動機構は、このヘッドに、台座の上をまたは直前のサイクルで形成した薄層３’の上を走査させる。同時に、供給機構は、このヘッドに、第１平面領域上で第１砂３１を吐出させ、第２平面領域上でセラミックス粉体３２を吐出させ、第３平面領域で第２砂３３を吐出させる。このようにして、このヘッドを用いて、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３の散布を並行して行う。このように、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３のすべてを同時に散布することにより、各々のサイクルの時間を短縮することができる。従って、砂型２の製造に必要な時間を短縮することができる。
【００３１】
ヘッドを作動させて、第１平面領域、第２平面領域、および第３平面領域に、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３をそれぞれ散布することにより、図４に示すように、第１砂３１からなる第１パターン４１と、セラミックス粉体３２からなる第２パターン４２と、第２砂３３からなる第３パターン４３とを得る。なお、第１パターン４１と第２パターン４２と第３パターン４３とからなる層を、散布層３と呼ぶ。
【００３２】
砂型積層造形装置がローラーおよび／またはスクレーパーを具備する場合、第１パターン４１、第２パターン４２および第３パターン４３を平坦化してもよい。即ち、駆動機構は、コントローラによる制御のもと、ローラーおよび／またはスクレーパーを作動させて、散布層３を構成する第１パターン４１、第２パターン４２および第３パターン４３を平坦化する。
【００３３】
第１パターン４１は、二つ以上の第１サブパターンを含んでもよい。二つ以上の第１サブパターンの各々は、第１平面領域に含まれる二つ以上の第１サブ領域の各々に種類の異なる第１砂３１を散布することにより得られる。また、二つ以上の第１サブパターンに用いる第１砂３１はすべて種類が異なっていてもよい。或いは、第１サブパターンのうちの一つに用いる第１砂３１と、それとは別の第１サブパターンに用いる第１砂３１とが異なっていて、それらの第１サブパターンの一方に用いる第１砂３１と残りの第１サブパターンに用いる第１砂３１とが同じ種類のものでもよい。
【００３４】
典型的な散布層３において、第２パターン４２は第１パターン４１を縁取る平面形状を有する。この場合、第２パターン４２の幅は略一定であり、例えば、０．１ｍｍ以上である。また、第２パターン４２の幅は数ｍｍであってもよい。第２パターン４２の幅は、典型的には、砂型２のセラミックス層２２の厚さよりも大きい値を有する。
【００３５】
図４に示すように、第２パターン４２は、その一部が第１パターン４１と重なっていてもよい。ここで、第１平面領域と第２平面領域とを部分的に重ねることにより、第１パターン４１と第２パターン４２とを部分的に重ねてもよい。第１パターン４１と第２パターン４２とが部分的に重なっている場合、第１パターン４１と第２パターン４２とが重なっている領域と第２パターン４２のうち第１パターン４２と重なっていない領域との境界線からの幅を第２パターン４２の幅とする。なお、ローラー等による平坦化を行う場合には、第１砂３１およびセラミックス粉体３２の少なくとも一方が移動して、第１パターン４１と第２パターン４２とが部分的に重なり得る。
【００３６】
また、第２パターン４２は、二つ以上の第２サブパターンを含んでもよい。二つ以上の第２サブパターンの各々は、第２平面領域に含まれる二つ以上の第２サブ領域の各々に種類の異なるセラミックス粉体３２を散布することにより得られる。第２パターン４２に含まれている第２サブパターンのうち一つが第１パターン４１を縁取る。この第２サブパターンを、その他の第２サブパターンが順次縁取る。また、二つ以上の第２サブパターンに用いるセラミックス粉体３２はすべて種類が異なっていてもよい。或いは、第２サブパターンのうちの一つに用いるセラミックス粉体３２と、それとは別の第２サブパターンに用いるセラミックス粉体３２とが異なっていて、それらの第２サブパターンの一方に用いるセラミックス粉体３２と残りの第２サブパターンに用いるセラミックス粉体３２とが同じ種類のものでもよい。
【００３７】
第３パターン４３は、第２パターン４２を間に挟んで第１パターン４１と隣り合っている。第３パターン４３は、最終的には、砂型２から除去する。例えば、オーバーハングのある形状の砂型を製造する場合、或るサイクルにおいて形成した第３パターン４３は、次のサイクルにおいて形成する第２パターン４２などを支持する支持体として機能する。また、ローラー等による平坦化を行う場合は、第３パターン４３は、第１パターン４１とともに、平坦化作業中に第２パターン４２を構成するセラミックス粉体３２が主に第２平面領域内に留まるよう支持する支持体としても機能する。
【００３８】
第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３の散布と同様に、駆動機構は、コントローラの制御のもと、ヘッドを散布層３の上面に対して平行に移動させる。そして、供給機構は、コントローラによる制御のもと、ヘッドに、第１パターン４１上では第１バインダ５１を吐出させ、第２パターン４２上では第２バインダ５２を吐出させる。このように、駆動機構および供給機構を作動させて、第１パターンおよび第２パターンに、それぞれ、第１バインダ５１および第２バインダ５２を吹き付けて、薄層３’を形成する。
【００３９】
第１バインダ５１は、鋳物砂用のバインダであって、例えば、２液混合により硬化するバインダの主剤、熱により硬化するバインダ、光照射により硬化するバインダである。
【００４０】
第１バインダ５１としての２液混合タイプのバインダの主剤は、例えば、硬化剤との混合により硬化するフラン樹脂である。また、主剤が二種以上の主剤の混合液であってもよく、硬化剤が二種以上の硬化剤の混合液であってもよい。
【００４１】
２液混合タイプのバインダを用いる場合、第１砂３１として予め硬化剤と混練してあるウェットサンドを用いる。２液混合タイプのバインダを用いる場合、ウェットサンドに主剤を吹き付けるだけで主剤と硬化剤との化学反応によりバインダが硬化する。そのため、バインダを硬化させる別の工程が必要ないため、各々のサイクルの時間を短縮することができる。
【００４２】
第２バインダ５２は、セラミックス粉体用のバインダであって、従来の塗型に含まれている粘結剤である。第２バインダ５２は、例えば、ビンゾール、フェノールデキストリン、またはヒドロキシメチルセルロースを含む。第２バインダ５２は、必要に応じて水などで希釈できる。
【００４３】
第１バインダ５１および第２バインダ５２は、積層造形装置が具備するヘッドから吐出して、それぞれ、第１パターン４１および第２パターン４２に吹き付ける。第１砂３１、セラミックス粉体３２および第２砂３３の散布と同様に、第１バインダ５１および第２バインダ５２に対応して、複数のヘッドを用いてもよい。或いは、第１バインダ５１および第２バインダ５２の両方を吐出可能な単一のヘッドを用いてもよい。
【００４４】
第１バインダ５１および第２バインダ５２のそれぞれに対応するヘッドを用いる場合、各々のヘッドとして１つの材種を吐出できるヘッドを使用できる。供給機構は、コントローラによる制御のもと、これらヘッドに、散布層３に向けて第１バインダ５１および第２バインダ５２を吐出させる。具体的には、第１バインダ５１に対応するヘッドに第１パターン４１上で第１バインダ５１を吐出させ、第２バインダ５２に対応するヘッドに第２パターン４２上で第２バインダ５２を吐出させる。典型的には、第２バインダ５２に対応するヘッドに、第２パターン４２上に加えて、第２パターン４２と第１パターン４１との境界線上でも第２バインダ５２を吐出させる。また、典型的には、第２バインダ５２に対応するヘッドに、第２パターン４２上の全域ではなく、第２パターン４２上の一部でのみ第２バインダ５２を吐出させる。
【００４５】
第１バインダ５１に対応するヘッドと第２バインダ５２に対応するヘッドは、典型的には、順番に作動させる。例えば、第１バインダ５１を第１パターン４１に吹き付け、次いで第２バインダ５２を第２パターン４２に吹き付ける。ここで、第１バインダ５１を第１パターン４１の全域に吹き付け終わってから、第２バインダ５２を第２パターン４２に吹き付けてもよい。或いは、第１バインダ５１を第１パターン４１に吹き付け終わる前に、第２バインダ５２を第２パターン４２に吹き付けはじめてもよい。また、第１バインダ５１に対応するヘッドと第２バインダ５２に対応するヘッドを作動させる順番を変更してもよい。例えば、第２バインダ５２を第２パターン４２に吹き付け、次いで第１バインダ５１を第１パターン４１に吹き付ける。ここで、第２バインダ５２を第２パターン４２の全域に吹き付け終わってから、第１バインダ５１を第１パターン４１に吹き付けてもよい。或いは、第２バインダ５２を第２パターン４２に吹き付け終わる前に、第１バインダ５１を第１パターン４１に吹き付けはじめてもよい。
【００４６】
第１バインダ５１および第２バインダ５２の両方に対応する単一のヘッドを用いる場合、複数の材種を吐出可能なヘッドを使用する。コントローラによる制御のもと、駆動機構はヘッドを動作させ、供給機構はヘッドにバインダを供給して、ヘッドに、第１バインダ５１の吹き付けと、第２バインダ５２の吹き付けとを並行して行わせしめる。具体的には、駆動機構は、ヘッドに、散布層３上を走査させる。同時に供給機構は、このヘッドに、第１パターン４１上で第１バインダ５１を吐出させ、第２パターン４２上で第２バインダ５２を吐出させる。このようにして、このヘッドを用いて第１バインダ５１および第２バインダ５２の吹き付けを並行して行う。このように、第１バインダ５１および第２バインダ５２を同時に散布することにより、砂型２の製造に必要な時間を短縮することができる。
【００４７】
さらに、第１バインダ５１および／または第２バインダ５２に対応するヘッドと、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および／または第２砂３３に対応するヘッドとを単一のヘッドとすることもできる。このようなヘッドを使用した場合、第１砂３１、セラミックス粉体３２、および第２砂３３の散布と、第１バインダ５１および第２バインダ５２の吹き付けとのすべてを並行して行うことができる。このようにして、砂型２の製造時間を短縮できる。
【００４８】
第２バインダ５２の吹き付けにおいて、第２バインダ５２を最初に第１パターン４１および第２パターン４２の境界に吹き付けることによって、砂型２のセラミックス層２２の剥離を抑制することができる。具体的には、例えば、駆動機構は、コントローラによる制御のもと、少なくとも第２バインダ５２に対応するヘッドに、第１パターン４１と第２パターン４２との境界線の上をなぞるように走査させる。同時に、供給機構は、このヘッドに第２バインダ５２を吐出させる。その後、駆動機構が、コントローラによる制御のもと、ヘッドに、第２パターンのうち境界線から離れた領域の上を走査させる。供給機構は、引き続きヘッドに第２バインダ５２を吐出させる。このようにして、先ず、第２バインダ５２を第１パターン４１および第２パターン４２の境界に吹き付けて、その後、第２パターン４２のうち境界から離れた領域に第２バインダ５２を吹き付ける。
【００４９】
また、境界より後に第２バインダ５２を吹き付ける、境界から離れた領域の幅を調節することにより、セラミックス層２２の厚さを調整することができる。上述のとおり、第２パターン４２の幅は、典型的には、セラミックス層２２の厚さよりも大きい値を有する。即ち、第２バインダ５２を吹き付ける領域の幅を、第２パターン４２の幅未満の範囲で調節することができる。また、第２バインダ５２を吹き付ける領域の幅を第２パターン４２の幅未満にすることで、第３パターン４３にバインダが吹き付けられることを防げる。
【００５０】
なお、第１パターン４１と第２パターン４２とが部分的に重なり合う場合、典型的には、第１バインダ５１を吹き付ける領域と第２バインダ５２を吹き付ける領域とを部分的に重ね合わせる。
【００５１】
セラミックス粉体３２の粒径が第１砂３１と比べて極端に小さい場合、第１砂３１と比べてセラミックス粉体３２が密に敷き詰められる可能性がある。このような場合、第１パターン４１および第３パターン４３の厚さと同程度の厚さの第２パターン４２に第２バインダ５２を吹き付けても、第２バインダ５２は第２パターン４２の厚さ方向について均一に分布しないおそれがある。
【００５２】
セラミックス粉体３２の粒径が第１砂３１の粒径と比べて極端に小さい場合は、第２パターン４２を第１パターン４１や第３パターン４３と比べて薄く形成する工程と、これに第２バインダ５２を吹き付ける工程とを交互に行う。このように、複数の段階に分けて第２パターン４２を形成することにより、極端に粒径の小さいセラミックス粉体３２を用いた場合でも、第２バインダ５２を第２パターン４２の厚さ方向に対して均一に分布させることができる。
【００５３】
第１パターン４１を構成する第１砂３１は、吹き付けられた第１バインダ５１が硬化することにより互いに接合する。第２パターン４２を構成するセラミックス粉体３２は、吹き付けられた第２バインダ５２が硬化することにより互いに接合する。
【００５４】
また、セラミックス粉体３２間の隙間に第２バインダ５２が入り込むことにより、セラミックス層２２が密になるとともに、硬化した第２バインダ５２によりセラミックス粉体３２が固定されるため、鋳造時において溶湯の侵入が抑制される。さらに、バインダが溶湯の熱を吸収するため、溶湯の流動性が低下することによっても溶湯の侵入が抑制される。
【００５５】
各サイクルにおいて、第１パターン４１および第２パターン４２のそれぞれが第１バインダ５１および第２バインダ５２の硬化により接合して薄層３’が完成する。積層造形装置は、このサイクルを繰り返して、薄層３’を積層することにより、砂型２を製造する。具体的には、図６に示すように前サイクルの薄層３’の上に、第１砂３１、セラミックス粉体３２および第２砂３３を散布し、第１パターン４１、第２パターン４２および第３パターン４３からなる散布層３を得る。この散布層３の第１パターン４１および第２パターン４２を第１バインダ５１および第２バインダ５２により接合して、図７に示す様に新たな薄層３’を直前のサイクルで形成した薄層３’の上に積層する。サイクルが繰り返されることにより、薄層３’が積層して、多層構造が形成される。
【００５６】
薄層３’において、第２パターン４２のセラミックス粉体３２および第２バインダ５２の一部は第１パターン４１に侵入している。第１パターン４１に侵入しているセラミックス粉体３２および第２バインダ５２は、砂型２においてセラミックス層２２を砂型本体２１につなぎとめるアンカーとして機能する。このセラミックスのアンカーにより、砂型本体２１からのセラミックス層２２の剥離が抑制される。
【００５７】
第２バインダ５２の吹き付けについて、最初に第１パターン４１と第２パターン４２との境界線に第２バインダ５２を吹き付けることによって、セラミックスのアンカーの形成をより確実にする。また、第１パターン４１と第２パターン４２の一部が重なる場合は、より強固なセラミックス層２２のアンカリング効果を得る。
【００５８】
次に、積層された薄層３’からなる多層構造から第２砂３３および余剰なセラミックス粉体３２、即ち第２バインダ５２を吹き付けていないセラミックス粉体３２を除去する。これらの除去には、例えば、ブラシ又は吸気器を利用する。これにより、図８に示す砂型２を得る。
【００５９】
第２砂３３および余剰なセラミックス粉体３２の除去は、第２砂３３およびセラミックス粉体３２が硬化剤と混練されたウェットサンドおよびウェットなセラミックス粉体３２の場合は、多大な時間と手間を必要とする。そして、第２砂３３および余剰なセラミックス粉体３２が残留した場合、砂カミ欠陥の原因となるため、第２砂３３および余剰なセラミックス粉体３２は完全に除去する必要がある。従って、第２砂３３がドライサンドであることおよびセラミックス粉体３２がドライであることが好ましい。ドライサンドである第２砂３３とドライなセラミックス粉体３２は砂型２から容易に取り除くことができるため、除去作業の作業性が改善する。
【００６０】
第２砂３３および余剰なセラミックス粉体３２が除去された砂型２は、第１砂３１からなる砂型本体２１と、セラミックス粉体３２からなるセラミックス層２２とを有している。
【００６１】
第１パターン４１が二つ以上の第１サブパターンを含んでいる場合は、砂型本体２１が異なる第１砂３１からなる二つ以上のサブセクションを含む。砂型本体２１内のサブセクションの配置は特に限定されないが、例えば、砂型２を用いての鋳造品の鋳造において焼着が生じやすい部位に対応するサブセクションに、より耐熱性の高い第１砂３１を用いることができる。
【００６２】
第２パターン４２が二つ以上の第２サブパターンを含んでいる場合は、セラミックス層２２が二つ以上の積層されたサブセラミックス層を含む。
【００６３】
こうして得られた砂型２がセラミックス層２２を有しているため、塗型を別途塗布する必要がない。そのため、塗型を塗布する工程を必要とする製造方法と比べて、砂型製造の作業性が向上している。また、塗型の塗布工程を必要としないことにより、砂型製造の自動化にも寄与する。
【００６４】
さらに、砂型２が複雑な形状を有していると、塗型を均一に塗布することが難しく、場合によっては塗型を塗布することのできない面が存在する。上述の製造方法では、砂型２の形状が複雑でも砂型２の表面全体に適切な厚さのセラミックス層２２を設けることができる。そのため、この製造方法は、砂型２の形状をより自由にし、鋳物１の中空構造の自由度を高くする。
【符号の説明】
【００６５】
２…砂型、２１…砂型本体、２２…セラミックス層、３…散布層、３’…薄層、３１…第１砂、３２…セラミックス粉体、３３…第２砂、４１…第１パターン、４２…第２パターン、４３…第３パターン、５１…第１バインダ、５２…第２バインダ。
【図１】
2016073997.tif 000003
【図２】
2016073997.tif 000004
【図３】
2016073997.tif 000005
【図４】
2016073997.tif 000006
【図５】
2016073997.tif 000007
【図６】
2016073997.tif 000008
【図７】
2016073997.tif 000009
【図８】
2016073997.tif 000010