JP6402300B2 - ３ｄ金属造形機を用いた三次元抜き型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基台に３Ｄ刃が立設されてなる三次元抜き型の製造方法に関する。
具体的には、本発明は、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、基台と刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型の製造方法に関する。
また、具体的には、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて基台上に刃付けが完成していない３Ｄ刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型の製造方法に関する。

従来、立体成形品を打ち抜き加工するための三次元抜き型が知られている（特許文献１参照）。
この種の三次元抜き型は、エンドミル等の３Ｄ金属加工機により、図９（Ａ）に示す金属製厚板９０を切削することにより製造される。図９（Ｂ）に、３Ｄ刃９１が切削加工された三次元抜き型９を示す。ここで、３Ｄ刃９１は、刃９１の高さは、部位によって異なるように形成される。
なお、金属製厚板９０として焼入れが可能なステンレス鋼が用いられる。金属製厚板９０に３Ｄ刃９１を形成される前に、金属製厚板９０の焼入れが行われる。
図９（Ｃ）に３Ｄ刃９１の使用形態を示す。図９（Ｃ）において、平板プレス機７は上定盤７２と下定盤７１とを備えている。下定盤７２に３Ｄ刃９１が取り付けられ、上定盤７３に３Ｄ刃９１を受けるための部材（受け部材９２）が取り付けられている。上定盤７３が下降することで三次元の打ち抜き対象９３の打ち抜きが行われる。

特開２０１０−５２２６５０

ところで、３Ｄ金属加工機では、３Ｄ刃９１の形状によっては、所望の形状に切削加工ができないことがある。すなわち、エンドミル等の３Ｄ金属加工機では、エンドミルの機械的な構成、機構的な限界により所望形状の３Ｄ刃９１を形成できない。
また、図９（Ｃ）に示した受け部材９２を作成することも容易でないという問題もある。

本発明の目的は、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、基台と、刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品（未完成品：Ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ）を造形することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型を提供することである。
また、本発明の他の目的は、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて基台上に刃付けが完成していない３Ｄ刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型を提供することである。

本発明の抜き型用切断刃の製造方法は、（１）から（４）を要旨とする。
（１）
基台に３Ｄ刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
３Ｄ金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台と刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形する工程、および、
３Ｄ金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記中間品を造形する工程と前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程との間に、前記中間品の焼入れを行い、または、前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程の後に、前記３Ｄ刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
本発明において、「３Ｄ金属造形機」は、３Ｄプリンタである。また、「３Ｄ刃」とは、刃の高さ（刃先の基台底面からの高さ）が、刃の部位により異なるように形成した刃である。
本発明において、「３Ｄ金属加工機」は、たとえばルータやエンドミルである。
上記の（１）の発明において、中間品の造形において使用される金属（通常、粉末）は、焼入れ可能な金属である。この金属として、マルテンサイト系ステンレス鋼材料を使用することができる。焼入れ温度は、典型的には１，０００℃前後である。また、焼入れ後の中間品についての冷却では、サブゼロ処理（零下冷却）を行うことができる。
また、中間品の造形に使用される金属として、高周波加熱に対応した磁性体材料を使用することができる。この場合、磁性体材料として、ヒステリシス損が大きい金属（たとえば、マルテンサイト系ステンレス鋼）を使用することができる。

（２）
前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする（１）に記載の三次元抜き型の製造方法。
上記の（２）における焼き戻しにより、刃先の脆弱さが解消される。

（３）
基台に３Ｄ刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
３Ｄ金属加工機を用いて、前記基台を切削加工する工程、
３Ｄ金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台上に刃付けが完成していない３Ｄ刃を造形することで、三次元抜き型の中間品を作成する工程、および、
３Ｄ金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程、
を有し、
前記中間品を作成する工程と前記３Ｄ刃について刃付けを行う工程との間、
または、
前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程の後に、
前記少なくとも前記３Ｄ刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
この製造方法では、基台を別途用意しておき、当該基台に所望の金属を３Ｄ造形することで、抜き型用切断刃全体を３Ｄ造形する場合と比べて、抜き型用切断刃の製造時間を短縮することができる。
上記の（３）の発明において、３Ｄ刃の造形に使用される金属（通常、粉末）は、焼入れ可能な金属である。この金属として、マルテンサイト系ステンレス鋼材料を使用することができる。
また、基台に使用される金属（板材）、または３Ｄ刃の造形に使用される金属として、高周波加熱に対応した磁性体材料を使用することができる。この場合、磁性体材料として、ヒステリシス損が大きい金属（たとえば、マルテンサイト系ステンレス鋼）を使用することができる。
なお、基台に使用される金属として、焼入れに適さない材料（たとえば、オーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼材料）を使用することもできる。

（４）
前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする（３）に記載の三次元抜き型の製造方法。

上記の（１），（２）の発明では、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、基台と刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型が提供される。
また、また、上記の（３），（４）の発明では、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、基台上に刃付けが完成していない３Ｄ刃が造形された三次元抜き型の中間品を作成することで、切削加工するよりも簡単に製造できる三次元抜き型が提供される。

図１は本発明の三次元抜き型の製造方法の第１実施形態を示す説明図である。 図１（Ａ）は、３Ｄ金属造形機を用いて、三次元抜き型の中間品を造形する過程を示す第１の図である。 図１（Ｂ）は、３Ｄ金属造形機を用いて、三次元抜き型の中間品を造形する過程を示す第２の図である。 図１（Ｃ）は、３Ｄ金属造形機を用いて、基台と刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を示す図である。 図２は、刃付けの説明図である。 図２（Ａ）は、刃付け完成前の三次元抜き型を示す図である。 図２（Ｂ）は、刃付け完成後の三次元抜き型を示す図である。 図３は、焼入れの説明図である。 図３（Ａ）は、中間品についての焼入れ（加熱）の説明図である。 図３（Ｂ）に、中間品についてのサブゼロ処理（零下冷却）の説明図である。 図４は、中間品についての焼戻しの説明図である。 図５は、本発明の製造方法により製造された三次元抜き型を示す図である。 図６は、三次元抜き型の使用形態を示す説明図である。 図６（Ａ）は、平盤プレス機の下定盤に三次元抜き型が設けられ、上定盤に受け部材が取り付けられた様子を示す図である。 図６（Ｂ）は、受け部材を示す図である。 図７は本発明の三次元抜き型の製造方法の第２実施形態を示す説明図である。 図７（Ａ）は、金属厚板からなる基台を示している。 図７（Ｂ）は３Ｄ刃の造形途中品を示す図である。 図７（Ｃ）は、基台上に造形した３Ｄ刃を示す図である。 図８は本発明の第２実施形態により製造された三次元抜き型を示す図である。 図９は従来技術の説明図である。 図９（Ａ）は、金属製厚板を示す図である。 図９（Ｂ）は、Ｄ刃が切削加工された三次元抜き型を示す図である。 図９（Ｃ）は３Ｄ刃の使用形態を示す図である。

本発明の三次元抜き型の製造方法の第１実施形態を図１から図７により説明する。
工程Ｓ１１では、３Ｄ金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、図１（Ｃ）に示すような基台１１Ａと刃付けが完成していない３Ｄ刃１２Ａとが一体に造形された、三次元抜き型の中間品１３Ａを作成する。
なお、図１（Ａ），（Ｂ）は、３Ｄ刃１２Ａの造形途中品１３０１，１３０２を示している。

３Ｄ金属造形機は３Ｄプリンタである。３Ｄプリンタでは、金属粉をレーザにより焼結積層することにより、金属製品が造形される。
焼入れ可能な金属は、典型的にはマルテンサイト系のステンレス鋼である。マルテンサイト系のステンレス鋼として、たとえば、ＪＩＳ（日本工業規格：Ｊａｐａｎｅｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）のＳＵＳ４００系のステンレス鋼（たとえば、ｓｕｓ４４０Ｃ・ＳＵＳ４２０Ｊ２）を使用することができる。

工程Ｓ１２では、図２に示すように、３Ｄ金属加工機を用いて、図２（Ａ）に示す中間品１３Ａ（刃付けが完成していない三次元抜き型）の３Ｄ刃１２Ａについて刃付けを行う。これにより、図２（Ｂ）に示す、刃付けが完成した三次元抜き型１３Ｂが作成される。図２では、刃先を符号Ｅで示す。３Ｄ金属加工機は、典型的には、ルータ（エンドミル）である。

工程Ｓ１３では、刃付けが完成した３Ｄ刃１２Ａの焼入れ・焼き戻しを行う。図３に、中間品１３Ｂ（刃付けが完成した三次元抜き型）が焼入れ装置に搬入され、焼入れが行われる様子を示す。
焼入れ温度は、材料により異なるがステンレススチールでは、たとえば図３（Ａ）に示すように、中間品１３Ｂを１，０５０℃に加熱した後に、たとえば５００℃程度まで急速冷却し（図示しない）、中間品１３Ｃを作成する。
図３（Ａ）において、基台は符号１１Ｃで示され、３Ｄ刃は符号１２Ｃで示される。

その後、図３（Ｂ）に示すように、中間品１３Ｃについてサブゼロ処理を行う。サブゼロ処理は、零下温度に冷却することを意味する。
図３（Ｂ）では、中間品１３Ｃを零下７０℃程度まで冷却しているが、冷却温度はこれには限定されない。なお、サブゼロ処理は本発明では必須ではなく、たとえば、冷却ための最終温度は常温であってもよい。このようにして、中間品１３Ｄが作成される。図３（Ｂ）において、基台は符号１１Ｄで示され、３Ｄ刃は符号１２Ｄで示される。

焼き戻しは、中間品１３Ｄを、図４に示すように、たとえば１８０℃程度に加熱した後に常温に冷却することで行われる。中間品１３Ｄから、中間品１３Ｅが作成される。図４において、基台は符号１１Ｅで示され、３Ｄ刃は符号１２Ｅで示される。
工程Ｓ１３では、以上のようにして、中間品１３Ｂは、中間品１３Ｅが作成される。すなわち、刃付けが完成した３Ｄ刃１２Ｂは、焼入れ・焼き戻しがされた３Ｄ刃１２Ｅとなる。
上記した焼入れ・焼き戻しの処理は、中間品１３Ａを造形する工程Ｓ１１と３Ｄ刃１２について刃付けを完成させる工程Ｓ１２との間に行うこともできる。

図示はしないが、さらに焼入れ・焼戻しがされた３Ｄ刃１２Ｅの刃先にコーティングを施すことができる。
以上のようにして、図５に示すような、基台１１と、３Ｄ刃１２とが一体に造形された三次元抜き型１が製造される。

図６は、三次元抜き型１の使用形態を示す説明図である。
図６（Ａ）では、平盤プレス機７は上定盤７１と下定盤７２とからなる。
下定盤７２に三次元抜き型１が設けられ、上定盤７１に受け部材８が取り付けられている。

図６（Ｂ）に示すように、受け部材８は、３Ｄ刃１２の刃先Ｅの三次元形状合致する受け部８１を有している。
受け部８１は、３Ｄ金属造形機（３Ｄプリンタ）を用いて金属により形成することができる。また、受け部８１だけでなく、受け部材８全体を３Ｄ金属造形機（３Ｄプリンタ）を用いて形成することができる。
三次元抜き型１の下には、高周波過熱装置６が設けられている。この高周波過熱装置６により、三次元抜き型１が加熱され、打ち抜き対象Ｍがプレス成形されると同時に、三次元抜き型１により三次元の打ち抜き対象の打ち抜きが行われる。

図７は本発明の三次元抜き型の製造方法の第２実施形態を示す説明図である。
図７（Ａ）は、金属厚板からなる基台２１Ａを示している。
本実施形態では、３Ｄ金属造形機を用いて、基台２１Ａ上に、焼入れ可能な金属により、刃付けが完成していない３Ｄ刃を形成し、三次元抜き型の中間品を造形する（工程Ｓ２１）。

図７（Ｂ）は３Ｄ刃２２Ａの造形途中品２３０１を示し、図７（Ｃ）は、基台２１Ａ上に造形した３Ｄ刃２２Ａを示している。
基台２１Ａとして、磁性体ステンレス鋼を使用することができる。
第１実施形態と同様、３Ｄ金属造形機は３Ｄプリンタである。また、３Ｄ刃２２Ａに使用される、焼入れ可能な金属は、第１実施形態において説明したマルテンサイト系のステンレス鋼を使用することができる。

次に、第１実施形態における工程Ｓ１２からＳ１５と同様の処理工程Ｓ２２からＳ１５を行い、図８に示す、基台２１に３Ｄ刃２２が造形された三次元抜き型２が製造される。
三次元抜き型２の使用形態は、第１実施形態における三次元抜き型１の使用形態と同じであるので説明は省略する。

１，２ 三次元抜き型
６ 高周波過熱装置
７ 平盤プレス機
８ 受け部材
１１，２１ 基台
１２，２２ ３Ｄ刃
１１Ａ，２１Ａ 基台
１２Ａ，２２Ａ 刃付け完成前の３Ｄ刃
１２Ｂ 刃付け完成後の３Ｄ刃
１２Ｃ 焼入れにおける加熱後の３Ｄ刃
１２Ｄ サブゼロ冷却後の３Ｄ刃
１２Ｅ 焼戻し後の３Ｄ刃
１３Ａ 刃付け完成前の三次元抜き型
１３Ｂ 刃付け完成後の三次元抜き型
１３Ｃ 焼入れにおける加熱後の三次元抜き型
１３Ｄ サブゼロ冷却後の三次元抜き型
１３Ｅ 焼戻し後の三次元抜き型
７１ 上定盤
７２ 下定盤
８１ 受け部
１３０１，１３０２，２３０１ 造形途中品
Ｍ 打ち抜き対象

Claims (4)

1. 基台に３Ｄ刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
   ３Ｄ金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台と刃付けが完成していない３Ｄ刃とが一体に造形された三次元抜き型の中間品を造形する工程、および、
   ３Ｄ金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程、
   を有し、
   前記三次元抜き型の中間品を造形する工程と前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程との間に、前記三次元抜き型の中間品の焼入れを行い、または、前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程の後に、前記３Ｄ刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
   ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
2. 前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元抜き型の製造方法。
3. 基台に３Ｄ刃が直立するように構成された三次元抜き型の製造方法において、
   ３Ｄ金属加工機を用いて、前記基台を切削加工する工程、
   ３Ｄ金属造形機を用いて、焼入れ可能な金属により、前記基台上に刃付けが完成していない３Ｄ刃を造形することで、三次元抜き型の中間品を作成する工程、および、
   ３Ｄ金属加工機を用いて、前記刃付けが完成していない３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程、
   を有し、
   前記三次元抜き型の中間品を作成する工程と前記３Ｄ刃について刃付けを行う工程との間、
   または、
   前記３Ｄ刃について刃付けを完成させる工程の後に、
   前記少なくとも前記３Ｄ刃に相当する部分の焼入れを行う工程を有する、
   ことを特徴とする三次元抜き型の製造方法。
4. 前記焼入れを行う工程の後に、焼戻しを行う工程を有することを特徴とする請求項３に記載の三次元抜き型の製造方法。