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技術 石膏原型(雌型)作成のためのハイブリッド原型(雄型)、このハイブリッド原型を利用して製造される石膏原型、およびこの原型を利用して製造される陶磁器等の製造方法

出願人 株式会社金山精機製作所
発明者 金山隆
出願日 2013年5月28日 (7年1ヶ月経過) 出願番号 2013-112384
公開日 2014年12月11日 (5年7ヶ月経過) 公開番号 2014-231164
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等のその他の成形、複合成形(変更なし) 材料からの成形品の製造
主要キーワード 四角断面形状 付加形状 接着ステップ 一定曲率 選択的レーザ焼結 積層物品 粘土物質 切削ヘッド
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年12月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

凹凸模様紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から取り外すのが容易ではないという問題があり、基本形状部分を再利用することが容易でなかった。また、凹凸模様の製造については切断装置を用いた切り込み方法によるため、一重の凹凸模様しか造れず、かつ、四角断面形状の凹凸模様しか造れなかったため、凹凸模様の演出力は低いものにならざるを得なかった。そこで、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型雄型)を提供することを目的とする。

解決手段

基本形状部分を金属製とするとともに、後に貼り付ける凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を有機材料とした。また、凹凸模様・紋様をもつ付加形状部分の製造には3Dプリンタを使用した。

概要

背景

一般に鋳込陶磁器等を製造する場合、まず原型雄型)を作成した後、その原型を用いて石膏原型雌型)が作られ、その石膏原型(雌型)を用いて陶磁器等を製造する、という製造工程からなる。

原型(雄型)とは、陶磁器等の製品とほぼ同形である最初に用意される型のことを意味し、原型(雄型)とも呼ばれる。

石膏原型(雌型)とは、鋳型(土を鋳込む)、単純に型などとも呼ばれる。この石膏原型(雌型)は、原型(雄型)を用いて作られ、陶磁器等の造形物とは凹凸が逆になる。

従来より、原型(雄型)の作成に多大な労力や時間が必要であったことから、(原型)雄型作成を、CADなどを用いたコンピュータ制御により行う研究がされてきた。

そのような研究としては、特許文献1がある。

概要

凹凸模様紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から取り外すのが容易ではないという問題があり、基本形状部分を再利用することが容易でなかった。また、凹凸模様の製造については切断装置を用いた切り込み方法によるため、一重の凹凸模様しか造れず、かつ、四角断面形状の凹凸模様しか造れなかったため、凹凸模様の演出力は低いものにならざるを得なかった。そこで、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型(雄型)を提供することを目的とする。 基本形状部分を金属製とするとともに、後に貼り付ける凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を有機材料とした。また、凹凸模様・紋様をもつ付加形状部分の製造には3Dプリンタを使用した。

目的

本発明は、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型(雄型)を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様紋様など等からなる付加形状部分とからなる造形物の製造に用いる石膏からなる原型雌型)製造のためのハイブリッド原型(雄型)であって、前記基本形状部分は金属製であり、前記付加形状部分は有機材料製であり、前記基本形状部分に接着されたものであるハイブリッド原型(雄型)。

請求項2

前記基本形状部分はNC加工されたものであり、前記付加形状部分は3Dプリンタによって印刷されたものである請求項1に記載のハイブリッド原型(雄型)。

請求項3

前記付加形状部分は基本形状部分の曲面に接着される部分を有し、前記曲面に接着される付加形状部分は接着すべき曲面と同等の曲率を有するものである請求項1又は2に記載のハイブリッド原型(雄型)。

請求項4

前記接着は水溶性又は非水溶性接着剤を用いた接着である請求項1から3に記載のハイブリッド原型(雄型)。

請求項5

前記接着は基本形状部分と付加形状部分とをいずれか一方に設けた凸部と他方に設けた凹部とを嵌め合わせることによってされる請求項1から4に記載のハイブリッド原型(雄型)。

請求項6

請求項1から5のいずれか一に記載のハイブリッド原型(雄型)を用いて製造される石膏からなる原型(雌型)。

請求項7

請求項6に記載の石膏からなる原型(雌型)を用いて製造される造形物。

請求項8

基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様・紋様など等からなる付加形状部分とからなる造形物の製造に用いる石膏からなる原型(雌型)製造のためのハイブリッド原型(雄型)の製造方法であって、コンピュータにて前記基本形状部分および付加形状部分の3Dデータを生成する3Dデータ生成ステップと、前記基本形状部分の3Dデータを用いてNC加工によって金属製の基本形状部分を製造する基本形状部分製造ステップと、前記付加形状部分の3Dデータを用いて3Dプリンタによって有機材料製の付加形状部分を製造する付加形状部分製造ステップと、前記製造された基本形状部分と付加形状部分とを接着する接着ステップと、からなるハイブリッド原型(雄型)の製造方法。

請求項9

請求項8のハイブリッド原型(雄型)の製造方法にて製造されたハイブリッド原型(雄型)を準備するステップと、準備されたハイブリッド原型(雄型)を用いて石膏からなる原型(雌型)を製造する石膏からなる原型(雌型)製造ステップとからなる原型(雌型)の製造方法。

請求項10

請求項9の石膏からなる原型(雌型)の製造方法にて製造された石膏からなる原型(雌型)を準備するステップと、準備された石膏からなる原型(雌型)を用いて造形物を製造する造形物製造ステップと、を有する造形物の製造方法。

請求項11

請求項8に記載のハイブリッド原型(雄型)の製造方法にて製造されたハイブリッド原型(雄型)であって使用済みのハイブリッド原型(雄型)である使用済ハイブリッド原型(雄型)準備ステップと、使用済ハイブリッド原型(雄型)から付加形状部分を除去して除去済基本形状部分を準備する除去済基本形状部分準備ステップと、除去済基本形状部分に接着用の新たな付加形状部分である新付加形状部分を準備する新付加形状部分準備ステップと、準備された新付加形状部分を除去済基本形状部分に接着する新接着ステップと、からなるハイブリッド原型(雄型)のリサイクル方法

請求項12

前記造形物は陶磁器である請求項1から5のいずれか一に記載のハイブリッド原型(雄型)。

請求項13

前記造形物は陶磁器である請求項8に記載のハイブリッド原型(雄型)の製造方法。

請求項14

前記造形物は陶磁器である請求項9に記載の原型(雌型)の製造方法。

請求項15

前記造形物は陶磁器である請求項10に記載の造形物の製造方法。

請求項16

前記造形物は陶磁器である請求項11に記載のハイブリッド原型(雌型)のリサイクル方法。

技術分野

0001

本発明は、立体印刷機能を利用した陶磁器等の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

一般に鋳込み陶磁器等を製造する場合、まず原型雄型)を作成した後、その原型を用いて石膏原型雌型)が作られ、その石膏原型(雌型)を用いて陶磁器等を製造する、という製造工程からなる。

0003

原型(雄型)とは、陶磁器等の製品とほぼ同形である最初に用意される型のことを意味し、原型(雄型)とも呼ばれる。

0004

石膏原型(雌型)とは、鋳型(土を鋳込む)、単純に型などとも呼ばれる。この石膏原型(雌型)は、原型(雄型)を用いて作られ、陶磁器等の造形物とは凹凸が逆になる。

0005

従来より、原型(雄型)の作成に多大な労力や時間が必要であったことから、(原型)雄型作成を、CADなどを用いたコンピュータ制御により行う研究がされてきた。

0006

そのような研究としては、特許文献1がある。

先行技術

0007

特表2002−539983公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1の発明は、基本形状部分を、ガラス繊維での直接作成、又は、立体リソグラフィー法積層物品製造方法若しくは選択的レーザ焼結法によって製造し、この基本形状部分にプラスティック系材料からなるスキンによってできた凹凸模様を付加することで、雄型全体を作成するというものである。

0009

そして、凹凸模様のスキンは、その凹凸模様に対応するデザインがCAD等のシステム制作され、このデザインがコンピュータ制御によりシート材料から切り出される方法で作られるというものである。

0010

しかしながら、特許文献1の発明では、凹凸模様・紋様などと基本形状部分を取り外すのが容易ではないという問題があり、基本形状部分を再利用することが容易でなかった。また、特許文献1の発明では、凹凸模様の製造については切断装置を用いた切り込み方法によるため、一重の凹凸模様しか造れず、かつ、四角断面形状の凹凸模様しか造れなかったため、凹凸模様の演出力は低いものにならざるを得なかった。

0011

そこで、本発明は、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を基本形状部分から容易に取り外すことが可能であるハイブリッド原型(雄型)を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明は、特許文献1の発明の問題点を解決するために、基本形状部分を金属製とするとともに、後に貼り付ける凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を有機材料とした。また、凹凸模様・紋様をもつ付加形状部分の製造には3Dプリンタを使用した。

発明の効果

0013

このような構成をとることで、付加形状部分について、演出力の高い凹凸模様・紋様などをもたせることができ、かつ、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって基本形状部分から容易に取り外すことが可能となった。
これにより、雄型付加形状部分及び造成物の凹凸模様・紋様などの演出力を高くし、かつ、基本形状部分を再利用することが容易になる。

図面の簡単な説明

0014

基本形状部分を示す図
付加形状部分を示す図
ハイブリッド原型(雄型)全体を示す図
ハイブリッド原型(雄型)の製造方法を示す図
石膏原型(雌型)の製造方法を示す図
造形物の製造方法を示す図
付加形状部分の線模様線紋様などの形状を示す図
ハイブリッド原型(雄型)の基本形状部分の再利用方法を示す図

0015

以下、本発明の実施の形態を説明する。実施例1は請求項1ないし5及び8に、実施例2は請求項6及び9に、実施例3は請求項7、10、12ないし15に、実施例4は請求項11に、それぞれ対応する。

0016

(ハイブリッド原型(雄型)の構成)
本発明の対象である「ハイブリッド原型(雄型)」とは、基本形状部分と基本形状部分に付加される凹凸模様・紋様など等からなる付加形状部分とからなる、造形物の製造に用いる石膏原型(雌型)製造のための原型(雄型)を意味する。

0017

基本形状部分は、細かい凹凸模様・紋様などを殆どもたないものである。具体的には、全体面積の50%以上が平面、一定曲率曲面、直線、所定角度の角の1つ又は2つ以上によって構成されるものである。基本形状部分の材質としては、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって形状が変わらず、かつ、使用後に再利用可能なものであることが望ましい。具体的には、金属製であることが望ましい。この基本形状部分を示すのが図1の0101である。

0018

他方、付加形状部分は、凹凸模様・紋様などをもつ。付加形状部分の材質については、水・有機溶剤での溶解又は加熱による燃焼によって容易に除去可能なものであることが望ましい。具体的には有機材料であることが望ましく、さらには、プラスティック製であることが望ましい。この凹凸模様・紋様などは、完成品である造形物の表面の凹凸模様・紋様などと一致するものである。この付加形状部分を示すのが図2の0201である。

0019

そして、作成された付加形状部分を基本形状部分に貼り付けることによって、
原型(雄型)全体が完成する。完成した原型(雄型)全体を示すのが図3の0301である。

0020

(ハイブリッド原型(雄型)の製造方法)
図4は、ハイブリッド原型(雄型)の製造方法を示した図である。ハイブリッド雄型の製造方法は、コンピュータにて前記基本形状部分および付加形状部分の3Dデータを生成する3Dデータ生成ステップ(0401)と、前記基本形状部分の3Dデータを用いてNC加工によって金属製の基本形状部分を製造する基本形状部分製造ステップ(0402)と、前記付加形状部分の3Dデータを用いて3Dプリンタによって有機材料製の付加形状部分を製造する付加形状部分製造ステップ(0403)と、前記製造された基本形状部分と付加形状部分とを接着するステップ(0404)と、からなる。

0021

基本形状部分は、NC加工を用いて製造する。NC加工とは、数値制御による機械加工方法を意味する。NC加工の具体例を挙げると、例えば、ドリルなどに代表される切削用工具刃先の動作を座標値によって定義することで、工作機械に内蔵されたサーボモータが定義された情報をもとに動くことによって、工具被加工物が動作し、加工が行われるという具合である。

0022

手作業では多大な時間を要する作業であっても、このNC加工によって、作業時間を短縮することができる。

0023

本発明において、基本形状部分は、複雑な凹凸模様・紋様などを精緻に作成する必要はないが、3Dプリンタとの結合(ハイブリッド)のためにも、精密・3D対応のNC加工をする必要がある。
そのため、基本形状部分の製造は、NC加工で行うことが望ましい。

0024

他方、付加形状部分は、その凹凸模様・紋様などをCADシステムによって3Dデータを生成・設計した上で、NC加工ではなく、3Dプリンタを用いて製造する。

0025

本発明の付加形状部分は、造形物の凹凸模様・紋様などを左右するものであるから、複雑な凹凸模様・紋様などをもたせることが必要である。NC加工の場合、このような複雑な凹凸模様・紋様などをもたせるためには、切削ヘッド動きが多くなるため、多大な時間を要する。そのため、付加形状部分の製造をNC加工で行うことは望ましくない。

0026

凹凸模様・紋様などを立体的に製造する方法としては、3Dプリンタによる方法が望ましい。3Dプリンタとは、コンピュータ上で作った3Dデータを設計図として、断面形状を積層していくことで立体物を作成する機械を意味する。3Dプリンタであれば、その具体的な仕組みについては限定されず、例えば、液状の樹脂紫外線などを照射し少しずつ硬化させていく方法によるもの、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく方法によるもの、粉末の樹脂に接着剤を吹きつけていく方法によるものがあるが、そのいずれであっても良い。

0027

3Dプリンタを利用することにより、付加形状部分の線模様・線紋様などの形状は、四角断面形状のみではなく、複数の形状を精緻に製造することが可能になる。図7は、その形状の一例を示す図である。四角断面形状(0701)のみに限られるわけではなく、その他の形状(0702、0703)についても精緻に製造することができる。

0028

付加形状部分の凹凸模様・紋様などの設計においては、出来上がった付加形状部分が基本形状部分と接着しやすいように、基本形状部分の曲面と同じ曲率を有するものを設計することが望ましい。基本形状部分の曲面と同じ曲率を有するものの設計は、切断装置を用いた切り込み方法では困難であり、NC加工と3Dプリンタを用いることで可能となる。

0029

以上のような製造方法により、基本形状部分と付加形状部分が完成する。そして、付加形状部分を基本形状部分に貼り付けて接着することによって、原型(雄型)全体が完成する。接着方法については、特に限定されるものではなく、例えば、水溶性又は非水溶性の接着剤を用いて接着させる方法でも良いし、あるいは、いずれか一方に設けた凸部と他方に設けた凹部とを嵌め合わせる方法でも良い。

0030

石膏からなる原型(雌型)の製造方法)
図5は、石膏からなる原型(雌型)の製造方法を示した図である。
石膏からなる雌型の製造方法は、ハイブリッド原型(雄型)の製造方法にて製造されたハイブリッド原型(雄型)準備ステップ(0501)と、
準備されたハイブリッド原型(雄型)を用いて
石膏からなる原型(雌型)を製造する石膏からなる原型(雌型)製造ステップ(0502)と、
からなる。

0031

ハイブリッド原型(雄型)準備ステップ(0501)は、前記のとおりである。
石膏からなる原型(雌型)を製造する石膏からなる雌型製造ステップ(0502)とは、まず外枠を囲んだ箱の中に原型(雄型)を入れた後、その箱の中に水で溶いた石膏を流し込んで1時間から2時間ほど放置することにより石膏を硬化させ、原型(雄型)を取り除いた後、石膏内の水分を完全に除去する。

0032

このようにして、造形物を製造するための石膏からなる原型(雌型)が造られる。

0033

(造形物の製造方法)
図6は、造形物の製造方法を示した図である。
造形物の製造方法は、石膏からなる原型(雌型)を準備する石膏からなる原型(雌型)準備ステップ(0601)と、準備された石膏からなる原型(雌型)を用いて造形物を製造する造形物製造ステップ(0602)と、からなる。

0034

石膏からなる原型(雌型)を準備する石膏からなる雌型準備ステップ(0601)は、前記のとおりである。

0035

造形物製造ステップ(0602)は、石膏からなる原型(雌型)に造形物の原料を流し込み、石膏からなる雌型の上下で挟み込んだ状態で維持して、その間に原料を硬化させる工程を意味する。

0036

この工程により、原料が石膏からなる原型(雌型)の内側で硬化することで、石膏からなる雌型の内側の凹凸と逆の凹凸模様・紋様などを有する造形物が製造される。この造形物は、原型(雄型)全体と同じ形状をもつものとなる。

0037

(造形物の具体例)
製造される造形物としては、陶磁器が代表例であり、陶磁器、特に陶器磁器の表面に立体的に描かれる微細模様・紋様を表現するのに適している。したがって石膏からなる雌型に流し込まれるのは陶磁器の原材料となる。陶器であれば原材料としてはカオリナイトカオリン)やモンモリロナイトを多く含んだ粘土を原料とし、磁器であれば、粘土物質石英長石などからなる陶土を原料とする。

0038

(ハイブリッド原型(雄型)の基本形状部分の再利用方法)
図8は、ハイブリッド原型(雄型)の基本形状部分の再利用方法を示す図である。
使用済ハイブリッド原型(雄型)準備ステップ」(0801)とは、ハイブリッド原型(雄型)の製造方法にて製造されたハイブリッド原型(雄型)であって使用済みのハイブリッド原型(雄型)を準備する段階を意味する。
「除去済基本形状部分準備ステップ」(0802)とは、使用済ハイブリッド原型(雄型)から付加形状部分を除去して除去済基本形状部分を準備する段階を意味する。
「新付加形状部分準備ステップ」(0803)とは、除去済基本形状部分に接着用の新たな付加形状部分である新付加形状部分を準備する段階を意味する。
「新接着ステップ」(0804)とは、準備された新付加形状部分を除去済基本形状部分に接着する段階を意味する。

0039

除去済基本形状部分準備ステップ(0802)においては、本発明では、付加形状部分には有機材料を用いているので、水・有機溶剤を用いた溶解の方法によると良い。また、基本形状部分の材質は加熱しても形状が変化しにくい金属製であるので、加熱処理により有機材料を固化灰化させることによる方法でも良い。

0040

さらには、これらの有機溶剤での溶解と加熱による燃焼の除去方法とを両方とも実施することで付加形状部分を除去する方法によると良い。

0041

有機溶剤とは、他の物質を溶解する用途に用いられる、常温液体有機化合物を意味する。有機溶剤としては、例えば、ハロゲン化物アルコール類エステル類エーテルアセトンベンゼントルエンなどが挙げられる。

0042

溶解とは、気体、液体、固体溶媒溶けて均一な混合物である溶液となる現象を意味する。溶解の相性極性によって決まり、極性が高い物質は水に溶け、極性の低い物質は有機溶剤に溶ける。そして、多くの有機材料は、極性が低いので、有機溶剤に溶ける。

0043

このように、有機溶剤を用いることで、有機材料からなる付加形状部分が溶解するので、付加形状部分を基本形状部分から容易に除去することができる。

0044

以上のように、容易に付加形状部分が除去された後の基本形状部分は、その形状や材質について、除去作業によって何ら影響を受けないので、再利用が可能となる。再利用の具体的な内容としては、前記のとおり、別に製造した凹凸模様・紋様などをもつ付加形状部分を接着することにより、ハイブリッド原型(雄型)全体を製造するという具合である。

実施例

0045

なお、本発明は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

0046

0101・・・基本形状部分
0201・・・付加形状部分
0301・・・ハイブリッド原型(雌型)

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