［研究報告］

デジタルシボ技術による南部鉄器の鋳肌作製*
小林正信**、蒔田伸昭***

量産向け南部鉄器の製造にはマッチプレートが用いられる。デジタルシボ技術を活用し、マッチプレートへの鋳肌模様の切削加工を試みた。その結果、従来よりも高精度なマッチプレートを半分の期間で製造できることがわかった。加工したマッチプレートを用いて高品質の鋳造品を製品化した。
キーワード：デジタルシボ、マッチプレート、南部鉄器

Fabrications of casting surfaces of NANBU Ironware using
digital embossing
Masanobu Kobayashi, Nobuaki Makita
To produce a NANBU Ironware in large quantities, match plates are used in a castingprocess. For that, the numerical control machining of casting surface patterns has been madeto a match plate by a digital embossing in an attempt. As a result, it has been confirmed that ahighly accurate match plate is able to manufacture in a half of the traditional manufacturing
period. Using a match plate processed by this method, a high quality NANBU Ironware
having a highly accurate casting surface has been commercialized.
Keywords: digital embossing, match plate, NANBU Ironware
1 緒 言
南部鉄器は溶鉄を鋳型に注ぐ「鋳造」と呼ばれる方法で製造される。鋳型の製法は二通りに大別され、一つは焼型（やきがた）と呼ばれる伝統的工芸品である南部鉄器の製法である。焼型は手制作のため、鋳型づくりに手間が掛かるが、緻密な形状や鋳肌模様が表現できる。
もう一つは生型（なまがた）と呼ばれる製法で、主に量産向けの工芸品や工業部品の製造に用いられる。焼型と比較すると、緻密な形状や鋳肌模様は表現しづらいが、短時間で鋳型づくりができるため、量産品には不可欠な製法である。
生型では、鋳型の原料である鋳物砂を成形するために、マッチプレートと呼ばれるアルミ金型が用いられる。従来のマッチプレートの製造は、図 1 に示すように、まず鋳造品の設計図面から石膏原型を製作する。さらに石膏原型からアルミ原型（アルミ鋳造品）を作り、マッチプレートに加工する。鋳造品の鋳肌模様は石膏原型に手作業で付けるため、デザイン変更等により石膏原型を修整する場合や、同じマッチプレートを複数製造する際に、同一の鋳肌模様の再現が極めて難しい。また、その作業の手間も非常に負担が大きいことが課題となっている。
本研究開発事業に取り組んだ有限会社ベルモデルでは、マッチプレートの設計製造を受注している。本研究* 平成 28 年度 研究開発型人材育成支援事業** デザイン部*** 有限会社ベルモデル

では、従来法の課題を解決するため、製品の 3 次元 CAD
データに鋳肌模様を付け、NC 工作機で直彫り加工するマッチプレート製造を試みた。また、そのマッチプレートによる製品化を行い、従来法と比較検討した。

図 1 生型製法による鋳物製造の流れ

2 研究方法
本研究では、製品設計からマッチプレート加工までの工程にデジタルシボ技術を活用した。本報告でのデジタルシボ技術とは、株式会社ケイズデザインラボの開発した D3 テクスチャー技術を指す。
ソフトウェア上でシボデータを作成し、切削加工や 3D プリンタによる造形を行う

岩手県工業技術センター研究報告第 20 号（2017）

技術である。
デジタルシボ技術導入のため、当センターでは研究員を株式会社ケイズデザインラボに派遣して技術習得させた。また、デジタルシボ技術の関連設備として、CAD データに 3 次元テクスチャーを付与するためのツールとして Giomagic Freeform（3D Systems 社製）を導入し、CADデータへの鋳肌模様の付与に使用した。
2-1 鋳肌作製
本研究では、有限会社ベルモデルが株式会社岩鋳から受注した急須を事例として、急須底部の「ゆず肌」と呼ばれる鋳肌模様のデジタルシボ作製を試みた（図 2）。
急須底部の 3 次元 CAD データは、有限会社ベルモデル所有の CAD で設計し、Freeform でエンボス処理をした。
Freeform のエンボス処理とは、図 3 に示すように、CADデータ面上に投影されたグレースケール画像の階調情報から凹凸を生成する処理である。凹凸の深さは任意に設定できる。エンボス処理に用いた画像を図 4 に、エンボス処理条件を表 1 に示す。

図 4 使用した画像
表 1 エンボス処理に用いた条件
項目
画像サイズ
深さ値（mm）
100×100、200×200、300×300
0.1、 0.2、 0.3

2-2 マッチプレート加工
Freeform で作成したデジタルシボデータをSTL 形式で出力し、有限会社ベルモデルでマッチプレートデータを完成させ、金型加工用のツールパスを生成した。樹脂ブロック材で切削状況の確認を行ったうえで、アルミブロック材を NC 加工機で切削加工した。
2-3 鋳造と仕上げ完成したマッチプレートを用いて株式会社岩鋳で鋳造し、塗装工程等を経て完成品とした。

図 2 事例とした急須

3 結果と考察3-1 鋳肌作製
表 2 は生成した鋳肌模様のデジタルシボである。画像サイズでは、100×100 が元画像イメージに近い凹凸密度となった。また、深さ 0.1 では画像サイズを変化させても処理結果の差があまり見られなかった。いずれの場合も元画像の画質の影響も大きいと考える。事前に画像処理ソフトウェアなどでコントラスト調整を行うなど、画像の準備が重要であることがわかった。なお、本結果はあくまで今回使用した画像に適したものであり、他の画像を使う場合にはその都度調整が必要である。
表 2 生成した鋳肌模様

図3

Freeform のエンボス処理

デジタルシボ技術による南部鉄器の鋳肌作製

最終的に図 5 に示す急須底部（画像サイズ 100×100、深さ 0.3）のデジタルシボデータを用いてマッチプレート切削加工をすることにした。

手作業のため、工程毎に生じるズレや歪みが後工程に影響し、初期デザイン原型から寸法等が乖離する。本方法のマッチプレートは寸法公差約±0.03mm であり、従来法によるマッチプレートより寸法誤差が少ないと言える。

図 7 切削加工したマッチプレート

図 5 完成した急須底部

3-2 マッチプレート加工
図 6 は樹脂ブロック材を NC 加工機で切削加工したモックアップである。底形状は IH 調理器に最適化され CADデータとは異なる。デジタルシボによる加工では製品モックアップの作製が容易で、マッチプレート加工前に切削データの確認やデザイン検討ができる点も利点であることがわかった。鋳肌模様などを変更が生じた場合は、Freeform で再度デジタルシボを生成すれば良く、従来の石膏原型の修整に比べると非常に容易である。
図 8 切削加工したマッチプレート

3-3 鋳造と仕上げ
図 9 は完成したマッチプレートを使用した鋳造品であ

図 6 樹脂ブロック材を切削加工したモックアップ

最終的に切削加工したマッチプレートを図 7、図 8 に示す。デザイン決定後のマッチプレート製造期間を比較す
ると、従来法では約 1 ヶ月を要するが、本方法では約 12日間であり、1/2 以下となった。また、従来法では全て

図 9 完成したマッチプレートを使用した鋳造品

岩手県工業技術センター研究報告第 20 号（2017）

図 10 完成した商品（7 型アラレ急須 IH 対応型、株式会社岩鋳）図 13 完成した商品る。
鋳肌模様も Freeform で生成したイメージどおりであった。また、切削加工によりマッチプレートの精度が向上したことから、形のズレや歪みの少ない鋳造品が得られた。最終的に仕上げられた急須は、株式会社岩鋳から発売されている（図 10～図 13）。

図 11 完成した商品

図 12 完成した商品

4 結 言
本研究では、南部鉄器の製造にデジタルシボ技術の活用を試みた。その結果、デジタルシボ技術を活用することで、マッチプレートの製造期間が大幅に削減できた。
また、マッチプレートの精度が向上したことで、非常に品質の良い商品が得られた。
一方で、デジタルシボ技術は画像加工及び CAD 操作技能や切削加工設備が必要であるため、商品デザインや鋳肌模様に合わせて、最適なマッチプレート加工方法を検討する必要がある。
有限会社ベルモデルでは、鋳肌模様（種類と深さ）の規格化を行い、工期短縮や品質安定化、ユーザーニーズに即応できる環境構築などを検討し、これまでの製造工程では生み出せない新たな商品展開へアプローチする予定である。
当センターでは、広範囲の本県産業分野を対象に、デジタルシボ技術の応用を検討したいと考えている。
謝 辞本研究開発にご協力いただいた、株式会社岩鋳 飯岡工場 八幡詳永工場長様に感謝を申し上げます。