(57)【要約】【課題】従来の砂型鋳造方法の問題点を解消し、従来出来なかった形状や模様等を造型できる上に、マスター型を繰り返し使用できる鋳造方法を提供する。【解決手段】それぞれ主として砂から構成される下型、上型と、砂以外で構成されるマスター型を使用する鋳造方法において、主としてゴム材から成るマスター型を製作する工程と、下型を造型する工程と、前記下型内で、前記マスター型を砂で埋め込み砂を硬化させる工程と、上型を造型する工程と、前記マスター型を砂の中から抜き取る工程と、前記上型と下型を組み合わせて砂型と成し、該砂型内に注湯する工程と、冷却後、前記砂型を崩し、該崩した砂型内から鋳造品を取り出す工程とを有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ主として砂から構成される下型、上型と、砂以外で構成されるマスター型を使用する鋳造方法において、
主としてゴム材から成るマスター型を製作する工程と、
下型を造型する工程と、
前記下型内で、前記マスター型を砂で埋め込み砂を硬化させる工程と、
上型を造型する工程と、
前記マスター型を砂の中から抜き取る工程と、
前記上型と下型を組み合わせて砂型と成し、該砂型内に注湯する工程と、
冷却後、前記砂型を崩し、該崩した砂型内から鋳造品を取り出す工程とを有することを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
それぞれ主として砂から構成される下型、上型と、砂以外で構成されるマスター型を使用する鋳造方法において、
主としてゴム材から成るマスター型を製作する工程と、
前記マスター型の形状を保持する形状保持部材を製作する工程と、
下型を造型する工程と、
前記下型内で、前記マスター型及び形状保持部材を砂で埋め込み砂を硬化させる工程と、
前記形状保持部材を砂の中から抜き取る工程と、
上型を造型する工程と、
前記上型に湯口穴を作り、砂を硬化させる工程と、
前記マスター型を砂の中から抜き取る工程と、
前記上型と下型の内側に塗型剤を塗布する工程と、
前記上型と下型を組み合わせて砂型と成し、該砂型内に前記湯口穴から注湯する工程と、
冷却後、前記砂型を崩し、該崩した砂型内から鋳造品を取り出す工程とを有することを特徴とする鋳造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鋳造方法において、前記マスター型を製作する工程は、前記ゴム材を用いて３Ｄプリンタによりマスター型を製作するものであることを特徴とする鋳造方法。
【請求項４】
鋳物砂から成る下型と、
鋳物砂から成る上型と、
ゴム材を用いて造型したマスター型と、
前記マスター型の形状を保持する形状保持部材とを有することを特徴とする鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造方法及び装置に関し、特に、マスター（主型）にゴム材を使用して柔軟性を持たせることで、様々な形状のマスター（主型）を砂型から取り出す鋳造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
砂型鋳造は、鋳物砂からなる砂型を用いて行われ、砂型に注入された溶湯が凝固して鋳物になる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる従来の砂型鋳造において、手込め（自硬性）と呼ばれる鋳造法では、木型、樹脂型、金型のマスター（主型）を用いて造型を行っており、砂型からマスター（主型）を取り出す（抜型）際に、抜け勾配、即ち、砂型から取り出し（抜き出し）易くするためにマスター（主型）に任意の角度を付けることが必要であり、マスター（主型）には突起物（引っ掛かり）の無いことが条件となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の砂型鋳造においては、マスター（主型）には突起物（引っ掛かり）の無いことが条件となることから、目的とする鋳造品（鋳物）の形状によっては製作できない型もある。また、突起物（引っ掛かり）が無く、通常の造型の場合は、上型、下型の二段に分けるが、突起物（引っ掛かり）がある場合には三段、四段、・・・と更に段数を増やす必要が生じ、或いは、中子を使い、又は付け物（別パーツ）を使う必要が生じてしまう。一方、形状や模様の制限は残るが、消滅模型（ロストワックス・発泡型）の鋳造方法も無い訳ではないが、コスト面等の問題が多く、いずれの方法も１回のみしか使用できない使い捨ての造型に過ぎない。
【０００６】
このように従来の砂型鋳造方法では、造形の作業工程が増加し、その分鋳造品の製品単価も増加する。更に、マスター（主型）を含めて型そのものを設計・製作するための費用（型費）も増加してしまう。一方、目的とする鋳造品の形状や模様によっては、付け物の取り付け方や上型と下型のズレ等により寸法精度も出し難いという問題があり、上述した抜け勾配をマスター（主型）に設ける必要から製作した鋳造品にも抜け勾配に対応した不必要な部分が残るので、その不必要な部分の切削加工が必要となる。加えて、見切り面の仕上げ作業（バリ、型ズレに伴うグラインダーがけ）に起因して鋳造品の鋳肌面が粗くなるという問題もあり、その鋳造品を多数個製作する場合の歩留まりも悪くなる。以上により、マスター（主型）の設計・製作から鋳造品の製作までに至るコストの増加が不可避であった。
【０００７】
本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、上記の問題点を解消し、従来出来なかった形状や模様等を造型できる上に、マスター（主型）を繰り返し使用して鋳造品を造型することが可能な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】
本発明者は、上記の問題点を解消することができる新たな鋳造方法について鋭意研究を重ねた結果、マスター（主型）をゴム材で造型し、柔軟性を持たせることで、（一定の限度はあるが）様々な形状のマスター（主型）を砂型から取り出せるようにすることで、上記の問題点を解消し得るだけでなく、従来出来なかった形状や模様等を造型できる上に、マスター（主型）を繰り返し使用して鋳造品を造型することが可能となることを見出した。
【０００９】
即ち、上記目的を達成するため、本発明の第１の様相に係る鋳造方法は、
それぞれ主として砂から構成される下型、上型と、砂以外で構成されるマスター型を使用する鋳造方法において、
主としてゴム材から成るマスター型を製作する工程と、
下型を造型する工程と、
前記下型内で、前記マスター型を砂で埋め込み砂を硬化させる工程と、
上型を造型する工程と、
前記マスター型を砂の中から抜き取る工程と、
前記上型と下型を組み合わせて砂型と成し、該砂型内に注湯する工程と、
冷却後、前記砂型を崩し、該崩した砂型内から鋳造品を取り出す工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の様相に係る鋳造方法は、
それぞれ主として砂から構成される下型、上型と、砂以外で構成されるマスター型を使用する鋳造方法において、
主としてゴム材から成るマスター型を製作する工程と、
前記マスター型の形状を保持する形状保持部材を製作する工程と、
下型を造型する工程と、
前記下型内で、前記マスター型及び形状保持部材を砂で埋め込み砂を硬化させる工程と、
前記形状保持部材を砂の中から抜き取る工程と、
上型を造型する工程と、
前記上型に湯口穴を作り、砂を硬化させる工程と、
前記マスター型を砂の中から抜き取る工程と、
前記上型と下型の内側に塗型剤を塗布する工程と、
前記上型と下型を組み合わせて砂型と成し、該砂型内に前記湯口穴から注湯する工程と、
冷却後、前記砂型を崩し、該崩した砂型内から鋳造品を取り出す工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
上述した鋳造方法において、前記マスター型を製作する工程は、前記ゴム材を用いて３Ｄプリンタによりマスター型を製作するものであっても良い。
【００１２】
尚、本発明の第３の様相に係る鋳造装置は、
鋳物砂から成る下型と、
鋳物砂から成る上型と、
ゴム材を用いて造型したマスター型と、
前記マスター型の形状を保持する形状保持部材とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、造形の作業工程を減らせるので、その分鋳造品の製品単価も抑えることができる。更に、マスター（主型）を含めて型そのものを設計・製作するための費用（型費）も低減できる。一方、付け物を用いる必要が無くなるので、寸法精度も出し易くなり、抜け勾配をマスター（主型）に設ける必要も無くなるので、抜け勾配に対応した不必要な部分の切削加工も不要となる。加えて、見切り面の仕上げ作業（バリ、型ズレに伴うグラインダーがけ）も減らせるので、鋳造品の鋳肌面が粗くなるという問題も解消することから、鋳造品を多数個製作する場合の歩留まりも向上する。結果として、マスター（主型）の設計・製作から鋳造品の製作までに至るコストを大幅に低減することができる。
【００１４】
また、従来出来なかった形状や模様等を造型できるので、鋳物で美術品（置物等の鑑賞対象物）を製作する上で造形美の表現がし易くなるという画期的なメリットが得られる。更に、マスター（主型）を繰り返し使用して鋳造品を造型することが可能になるので、鋳物で工業生産物（量産品）を製作する場合に大きなメリットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の鋳造方法の原理を示す図であり、砂型内部の構成を中心に従来法と比較して説明する図である。
【図２】比較例として、従来の鋳造方法の工程を示す第１の図である。
【図３】比較例として、従来の鋳造方法の工程を示す第２の図である。
【図４】本発明の実施形態の鋳造方法の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明の鋳造方法（新方法）の原理を従来方法と比較しつつ説明しておく。図１は、本発明の鋳造方法の原理を示す図であり、砂型内部の構成を中心に従来方法と比較して説明する図である。図１において、縦の行（Ａ）は、従来方法（抜き勾配あり）を示し、縦の行（Ｂ）は、本発明（新）方法（抜き勾配考慮無し）を示している。横の列(a)(b)(c)は、それぞれの方法の概略工程を示している。縦の行（Ａ）に示す従来方法では、手込め（自硬性）砂型において、その横の列(a)に示すように、鋳物砂から成る下型１２に、鉄製・木製等のマスター（主型）１４を入れ込んで、更にその上に鋳物砂から成る上型１６を形成し、砂型（下型１２及び上型１６）が十分な硬度に達したら、その横の列(b)に示すように、マスター（主型）１４を砂型（下型１２及び上型１６）に沿って抜き出し、その横の列(c)に示すように、マスター（主型）１４を砂型（下型１２及び上型１６）から完全に分離する。そして、図示はしないが、マスター（主型）１４を除いた状態で上型１６を下型１２に嵌め込むことでキャビティが形成された砂型（下型１２と上型１６が組み合わさった型）に溶湯を注入し凝固させることで、マスター（主型）１４の形状に対応した鋳造品（鋳物）が出来る。ここで、その横の列(b)に示すように、マスター（主型）１４を砂型（下型１２及び上型１６）に沿って抜き出す際に、抜き出し易いように、抜き勾配１４aを形成しておく必要がある。また、突起物（引っ掛かり）があると抜き出せないので、マスター（主型）１４には突起物（引っ掛かり）が無いような形状にせざるを得ない。
【００１７】
縦の行（Ｂ）に示す本発明方法では、手込め（自硬性）砂型において、その横の列(a)に示すように、鋳物砂から成る下型１２０に、鉄製・木製等のマスター（主型）１４０を入れ込んで、更にその上に鋳物砂から成る上型１６０を形成し、砂型（下型１２０及び上型１６０）が十分な硬度に達したら、その横の列(b)に示すように、マスター（主型）１４０を砂型（下型１２０及び上型１６０）に沿って抜き出し、その横の列(c)に示すように、マスター（主型）１４０を砂型（下型１２０及び上型１６０）から完全に分離する。そして、図示はしないが、マスター（主型）１４０を除いた状態で上型１６０を下型１２０に嵌め込むことでキャビティが形成された砂型（下型１２０と上型１６０が組み合わさった型）に溶湯を注入し凝固させることで、マスター（主型）１４０の形状に対応した鋳造品（鋳物）が出来る。ここで、マスター（主型）１４０はゴム材から成り、柔軟性を有するので、その横の列(b)に示すように、マスター（主型）１４０を砂型（下型１２０及び上型１６０）に沿って抜き出す際に、抜き勾配を考慮しない図示のような形状であっても、容易に抜き出すことが可能である。また、突起物（引っ掛かり）１４０bがあっても、この部分も柔軟性を有するので、下型１２０から比較的容易に抜き出すことが可能である。このように突起物（引っ掛かり）１４０bがあっても砂型から抜き出すことが可能なので、このような突起物（引っ掛かり）がある形状でも手込め砂型による鋳造が可能になることから、形状設計の自由度が著しく向上する。
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る鋳造方法（造型法）について詳細に説明する。即ち、マスター型（主型）に突起物（引っ掛かり）がある場合について、まず、比較例として、従来の鋳造方法（造型法）について説明し、続いて従来方法と比較しつつ、本実施形態の鋳造方法（造型法）を説明することとする。図２及び図３は、比較例として、従来の鋳造方法（造型法）の各工程を示す第１及び第２の図であり、図２及び図３を通じて一連の工程を示している。
従来の鋳造方法（造型法）では、まず、図２(1) に示すマスター型（主型）２１を製作する。ここで、マスター型（主型）２１は、図２(1) に示すように、花瓶等のように底がある中空の置物様の構造物であり、開口部（上側）に向って複数枚に分離して拡径する帯状の部分２１aを有しており、また、装飾模様として僅かに突起した部分２１bを有している。尚、従来の鋳造方法（造型法）では、このようなマスター型（主型）２１は、木型、樹脂型、金型のマスター（主型）を用いて造型を行う。そして、このマスター型（主型）２１は、専用の設計図を作製し、その設計図に基づき、職人的に仕上げて完成させる作業形態であり、このマスター型（主型）２１の製作に、相当な時間と費用を要するのが通常である。
【００１９】
以上のように、マスター型（主型）２１は、突起物（引っ掛かり）がある形状であるため、従来の鋳造方法（造型法）における後続する工程では、上型、下型及び単純な入れ子だけでは足りず、巾木付きの入れ子、中子、込め台等の他の部品（鋳造設備装置としての部品）が必要になる上に、作業工程数も増加せざるを得ない。
【００２０】
即ち、上記のマスター型（主型）２１の製作に続いて、図２(２) に示す巾木２２a付きの入れ子２２を製作する。この巾木２２a付き入れ子２２は、形状保持のためのものである。次に、図２(３) に示す中子取り２３を製作する。次に、図２(４) に示す込め台２４を製作する。この込め台２４は、見切り面で鋳物砂を込める台である。次に、図２(５) に示すように、中子取り２３にて中子２５を造る。次に、図２(６) に示すように、下型２６を造型する。ここで、込め台２４に金枠を置き、マスター型（主型）２１の半分（見切り面まで）を砂で埋め込み砂を硬化させる。次に、図２(７) に示すように、上型２７を造型する。湯口穴２８を作り、砂を硬化させる。次に、図２(８) に示すように、マスター型（主型）２１と巾木付き入れ子２２を砂の中から抜き取る。次に、図３(９) に示すように、鋳造肌を良好にするため、上型２７と下型２６の内側、及び中子２５に塗型剤を塗布する。次に、図３(１０) に示すように、中子２５を巾木22aで位置決めし、セットする。次に、図３(１１) に示すように、上型２７と下型２６を組み合わせて湯口穴２８から注湯する。次に、図３(１２) に示すように、冷却後、砂型を崩し、砂型内から鋳造品２８を取り出す。
【００２１】
以上に述べたように、従来の鋳造方法（造型法）では、マスター型（主型）２１に突起物（引っ掛かり）がある場合には、中子２５を使う必要が生じてしまう。また、造形の作業工程数が増加するので、その分、最終完成品である鋳造品２８の製品単価も増加する。更に、巾木２２a付きの入れ子２２も必要となる等、型を設計・製作するための費用（型費）も増加してしまう。一方、巾木２２a付きの入れ子２２の取り付け方や上型２７と下型２６のズレ等により寸法精度も出し難いという問題がある。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態の鋳造方法の各工程を示す図である。マスター型（主型）に突起物（引っ掛かり）がある場合について、本実施形態の鋳造方法（造型法）においても、まず、図４(1) に示すマスター型（主型）４１を製作する。ここで、マスター型（主型）４１は、図４(1) に示すように、上述した比較例のものと全く同じ形状である。即ち、花瓶等のように底がある中空の置物様の構造物であり、開口部（上側）に向って複数枚に分離して拡径する帯状の部分４１aを有しており、また、装飾模様として僅かに突起した部分４１bを有している。尚、本実施形態の鋳造方法（造型法）では、このようなマスター型（主型）４１を、３Ｄプリンタを用いてゴム材により造型した。ゴム材としては、例えば、３Ｄプリンタ用ＰＬＡフィラメントを用いることができるが、これに限られない。そして、３Ｄプリンタ用の設計データを作製し、その設計データに基づき、３Ｄプリンタの動作により仕上げて完成させる作業形態であり、このマスター型（主型）４１の製作時間は、上述した従来例（比較例）と比べて大幅に短縮され、費用も低減できる。
【００２３】
以上のように、マスター型（主型）４１も、従来例（比較例）と同様に、突起物（引っ掛かり）がある形状であるが、本実施形態の鋳造方法（造型法）では、マスター型（主型）４１をゴム材により造型したため、後続する工程では、上型、下型及び単純な入れ子等を用いて鋳造品を製作することができるので、従来例（比較例）と比べて、巾木付きの入れ子、中子、込め台等の他の部品（鋳造設備装置としての部品）が不要になる上に、作業工程数も減少する。
【００２４】
即ち、本実施形態の鋳造方法（造型法）では、続いて、図４(２) に示す形状保持部材としての入れ子４２を製作する。この入れ子４２は、形状保持のためのものであるが、図４(２) から明らかなように、巾木付きの入れ子ではなく、マスター型（主型）４１の中空の内側に挿入して、主としてその内側形状を保持するためのものである。この内側形状保持部材としての機能は、本発明の本実施形態のひとつのポイントである。次に、図４(３) に示すように、下型４５を造型する。ここで、金枠の中にマスター型（主型）４１と入れ子４２を砂で埋め込み砂を硬化させる。次に、図４(４) に示すように、入れ子４２を砂の中から抜き取る。次に、図４(５) に示すように、上型４６を造型する。ここで、湯口穴４７を作り、砂を硬化させる。次に、図４(６) に示すように、マスター型（主型）４１を砂の中から抜き取る。ここで、本実施形態の鋳造方法（造型法）の大きな特徴として、マスター型（主型）４１をゴム材により造型しているので、マスター型（主型）４１が適度な柔軟性を有していることから、マスター型（主型）４１を下型４５の砂の中から抜き取る際に、帯状の部分４１aが柔軟に変形するので、スムーズに抜き取ることが可能になる。尚、突起した部分４１bも柔軟性を有するので、下型４５の砂に引っ掛かることなく、マスター型（主型）４１を抜き取ることができる。続いて、鋳造肌を良好にするため、上型４６と下型４５の内側に塗型剤を塗布する。次に、図４(７) に示すように、上型４６と下型４５を組み合わせて湯口穴４７から注湯する。次に、図４(８) に示すように、冷却後、砂型を崩し、砂型内から鋳造品４８を取り出す。
【００２５】
以上に述べたように、本実施形態の鋳造方法（造型法）では、マスター型（主型）４１に突起物（引っ掛かり）がある場合でも、中子を使う必要が無い。また、造形の作業工程数も従来方法に比べて減少するので、その分、最終完成品である鋳造品４８の製品単価も低減する。更に、巾木付きの入れ子は不要である（形状保持部材としての入れ子４２は必要）等、型を設計・製作するための費用（型費）も低減する。更に、巾木付きの入れ子の取り付け方や上型と下型のズレ等による寸法精度の低下も生じにくくなる。
【００２６】
以上のように、本発明を工業用部品の鋳造に適用すれば、以下の如き効果が得られる。第１に、抜け勾配を考慮しないで良いことから、鋳物図の製作時間と製作費を削減することができる。また、加工時間を短縮でき、このような加工時間の短縮により切削バイトの摩耗も減少する。更に、加工時間の短縮により仕上げのためのグラインダーがけにおけるグラインダー歯の摩耗も減少する。特に、従来の造型方法に比べ、図面を起こしてからマスター型を製作するまでの工期を大幅に短縮することが可能である。
【００２７】
また、本発明を工業用量産品の鋳造に適用すれば、従来の造型方法に比べ、マスター型を製作するコストを大幅に低減可能である。また、仮にマスター型が壊れた場合でも、３Ｄプリンタ等のマスター型のデータがあれば、同じものを更に迅速且つ安価に製作できる。
更に、本発明を工業用部品の鋳造に適用すれば、見切り面が無いので、バリが出ないことから、仕上げ作業を短縮でき、鋳造品表面の形状が削られないので、マスター型どおりに仕上がるという利点がある。近年では鋳物の見栄えで不良品扱いされるケースも多いが、仕上げ作業をしないので、鋳肌がきれいになり、鋳物の見栄えが良く、不良品の歩留まりが大きく向上する。
一方、中子を使用しなくても穴出しが可能なので、穴の距離が短いものの造型もし易くなる。また、中子取りの製作費が必要なくなる上に、中子取りの作業が不要になるので、造型の作業時間が短縮される。鋳造品としても、中子によるバリが出なくなる結果、鋳肌がきれいになり、後工程の時間も短縮できる。更に、鋳造品に中子によるズレや偏心も無くなる。
尚、マスター型の管理が容易になることから様々な利点も生じる。即ち、従来のマスター型では、アルミ製は重く、樹脂型は欠けやすく、木型は湿気に弱く、変形や腐食が激しいという問題があった。これに対して、本発明のマスター型はゴム材から成るので、軽く、湿気に強く、衝撃に強く、壊れにくいという利点がある。また、本発明のマスター型はゴム材から成るので、軽く、湿気に強く、衝撃に強く、壊れにくいことから、保管管理が容易であり、出し入れや移動（作業時の準備・片付け）が容易であり、移送時の梱包の手間やコストを削減することができる。
【００２８】
また、本発明を装飾美術品の鋳造に適用すれば、従来では造型出来なかった形状の鋳造が可能になる。見切り面が無いことで、見切り面に発生するバリを取る必要が無くなり、装飾的な模様を鋳造品で表現する場合でもバリ取りによる模様の断絶が起こらない。本発明のマスター型は、砂型から分割を必要とせずに抜くことができるので、装飾物の一体鋳造が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上に述べた実施形態では、本発明を花瓶等のように底がある中空の置物様の構造物の鋳造に適用したが、本発明の適用対象となる鋳造品ひいてはマスター型の形状はこれに限られないのは、勿論である。本発明は、例えば、大型の工業製品を鋳造により量産する場合等にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
４１  マスター型（主型）、  ４１a  帯状の部分、４１b  突起した部分
４２  入れ子（形状保持部材）、  ４５  下型、  ４６  上型、  ４７  湯口穴、
４８  鋳造品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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