JP6474015B2 - 三次元抜き型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、３Ｄ刃要素が直立した２つ以上のブロック刃が取り付けられ、前記各ブロック刃の３Ｄ刃要素が、全体で１つのループ状の３Ｄ刃を構成す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、刃付けが完成されていないブロック刃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。

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８（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８（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の高さが、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８（Ｃ）に３Ｄ刃９１の使用形態を示す。図８（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８（Ｂ）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。
さらに、三次元抜き型が大型化すると、３Ｄ刃の焼入れが均一にできず、部位により刃の品質が異なってしまうという問題もあるし、三次元抜き型が焼入れ装置に搬入できないという問題もある。
加えて、刃の高低差が高い三次元抜き型を作成する場合には、刃の高低差に対応した厚みの金属製板９０を用意しなくてはならず、３Ｄ金属加工機による切削量が膨大となるという問題がある。

本発明の目的は、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、刃付けが完成されていないブロック刃の中間品（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の製造方法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刃要素が直立した２つ以上のブロック刃が取り付けられ、前記各ブロック刃の３Ｄ刃要素が、全体で１つのループ状の３Ｄ刃を構成する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前記基台を造形する工程、または３Ｄ金属加工機を用いて金属厚板から前記基台を切削加工する工程、
３Ｄ金属造形機を用いて、刃付けが完成されていない前記各ブロック刃の中間品（未完成品：Ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ）を造形する工程、または３Ｄ金属加工機を用いて、刃付けが完成されていない前記各ブロック刃の中間品を切削加工する工程、
３Ｄ金属加工機を用いて前記中間品について刃付けを完成させる工程、および、
刃付けが完成した前記各ブロック刃を前記基台に取り付ける工程、
を有し、
前記各ブロック刃の中間品を造形する工程と前記各ブロック刃の中間品について刃付けを完成させる工程との間に、前記各中間品の少なくとも前記刃に相当する部分の焼入れを行う工程、または、
前記中間品について刃付けを完成させる工程の後に、前記各ブロック刃の前記３Ｄ刃要素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、前記各ブロック刃の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。
基盤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。また、前記各ブロック刃の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。これらの場合、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。

本発明では、３Ｄ金属造形機による造形は、各ブロック刃ごとに行われる。また、本発明では、３Ｄ金属加工機による切削加工は、ブロック刃の中間品ごとに行われる。さらに、本発明では、焼入れ装置による焼入れは、刃付けが行われたブロック刃ごと（または、切削加工はブロック刃の中間品ごと）に行われる。
したがって、本発明により容易に大型の三次元抜き型を作成することができる。

（２）
前記基台を造形する工程では複数の基台要素を順次造形し、この後に、各基台要素を組み合わせることにより前記基台を完成させ、
前記基台を切削加工する工程では、複数の金属厚板から基台要素を順次切削加工し、この後に、各基台要素を組み合わせることにより前記基台を完成させる、
ことを特徴とする（１）に記載の三次元抜き型の製造方法。
３Ｄ金属造形機を用いて基台を造形する場合において、基台のサイズが大きいために基台を３Ｄ金属造形機にセットできない場合には、基台を複数の基台要素から構成し、３Ｄ金属造形機により各構成要素の造形を行うことができる。
また、３Ｄ金属加工機を用いて金属厚板から基台を切削加工する場合において、基台のサイズが大きいため３Ｄ金属加工機にセットできない場合には、基台を複数の基台要素から構成し、３Ｄ金属加工機により各構成要素の切削加工を行うことができる。

（３）
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（５）における焼き戻し（たとえば、２００℃〜−２０℃の温度）により、刃先の脆弱さが解消される。

（４）
前記基台に、前記ブロック刃が取り付けられるループ状の溝が形成されてい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。

（５）
前記溝の底面に少なくとも１つの位置合わせ用のピンまたは穴が形成され、前記各前記ブロック刃の下面には、前記位置合わせ用のピンまたは穴に嵌合する穴またはピンが形成されていることを特徴とする（４）に記載の三次元抜き型の製造方法。

本発明によれば、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、３Ｄ造形機（３Ｄプリンタ）を用いて、刃付けが完成されていないブロック刃の中間品（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が提供される。

本発明によれば、３Ｄ刃の形状に限定されずに、所望の形状に切削加工ができ、また受け部材も容易に作成することができる。
本発明によれば、三次元抜き型が大型であっても、３Ｄ刃の焼入れを均一にできるし、三次元抜き型が焼入れ装置に搬入できないという問題も生じない。
本発明によれば、大型化した三次元抜き型であっても、焼入れを均一にでき、刃の部位によらず均一な刃の品質が確保できる。
本発明によれば、刃の高低差が高い三次元抜き型であっても本発明を使用することで、簡単に三次元抜き型を製造することができる。

図１は、本発明の製造方法により製造される三次元抜き型を示す図である。 図２は基台１を示す図である。 図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、刃付けが完成されていない４つのブロック刃の中間品を示す図である。 図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、刃付けが完成された４つのブロック刃の中間品を示す図である。 図５は、焼入れ装置により、３Ｄ刃要素の焼入れを行様子を示す図である。 図６は、刃付けが完成した各ブロック刃を基台に取り付ける様子を示す図である。 図７は、三次元抜き型の使用形態を示す説明図である。 図７（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７（Ｂ）は、受け部材を示す図である。 図８は従来技術の説明図である。 図８（Ａ）は、金属製厚板を示す図である。 図８（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８（Ｃ）は３Ｄ刃の使用形態を示す図である。

図１は、本発明の製造方法により製造される三次元抜き型１を示す図である。
三次元抜き型１は、基台１１とブロック刃２１，２２，２３，２４とから構成される。
三次元抜き型１では、ブロック刃２１，２２，２３，２４は、基台１１に取り付けられる。
ブロック刃２１，２２，２３，２４には、３Ｄ刃要素３１，３２，３３，３４が直立して設けられている。３Ｄ刃要素３１，３２，３３，３４は、全体が１つのループ状の３Ｄ刃３を構成している。

以下、図２から図６により三次元抜き型１の製造方法を説明する。
工程Ｓ１１では、３Ｄ金属造形機を用いて、図２に示す基台１１を造形する。３Ｄ金属造形機は３Ｄプリンタである。
基台１１は、３Ｄ金属加工機（典型的には、ワイヤーカッター，レーザ、エンドミル（ルータ）等）を用いて金属厚板から切削加工して作成することもできる。

基台１１には、ブロック刃２１，２２，２３，２４を取り付けるためのループ状の溝４が形成されている。
溝４の底面には位置合わせ用のピン（図２ではブロック刃の１つについて２つ）４１１ａ，４１１ｂ，４１２ａ，４１２ｂ，４１３ａ，４１３ｂ，４１４ａ，４１４ｂが形成されている。
これらのピンは、後述するように、ブロック刃２１，２２，２３，２４の下面に形成した位置合わせ用の穴（図示しない）に嵌合される。これにより、基台１１に対するブロック刃２１，２２，２３，２４の位置合わせが行われる。

工程Ｓ１２では、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すような、刃付けが完成されていないブロック刃の中間品２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを３Ｄ金属造形機（３Ｄプリンタ）を用いて造形する。刃付けが完成されていない３Ｄ刃要素を、未完成３Ｄ刃要素３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａとして示す。
３Ｄ金属造形機による中間品２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａの造形に際しては、上述したように、下面に位置合わせ用の穴が形成される。
中間品２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａは、３Ｄ金属加工機（典型的には、ワイヤーカッター，レーザ、エンドミル（ルータ）等）を用いて金属厚板から切削加工して作成することもできる。

この後、図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、３Ｄ金属加工機を用いて未完成３Ｄ刃要素３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａを切削加工して、刃付けを完成させる（工程Ｓ１３）。
これにより、未完成３Ｄ刃要素３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａは、３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂとなる。３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂは、刃付けが完成されているが、まだ、焼入れが行われていない。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）では、この３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂを備えたブロック刃は、ブロック刃２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂとして示す。

この後、図５に示すように、焼入れ装置５により、３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂの焼入れを行う（工程Ｓ１４）。焼入れは、焼入れがされていないブロック刃２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂを、焼入れ装置に搬入することにより行われる。なお、焼入れ温度（加熱温度）は、１，０００〜１，０５０℃程度である。通常、加熱の後に５００℃程度に急冷し、サブゼロ冷却（たとえば、零下７０℃程度で冷却すること）が行われる。

次に、焼入れがされた３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂの焼戻しを行う（Ｓ１５）。焼き戻しは、焼入れがされたブロック刃２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂを、たとえば１８０℃の雰囲気に数時置くことで行われる。
このようにして、刃付けが完成され、かつ焼入れ・焼き戻しがされた３Ｄ刃要素３Ｄ刃要素３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂについて、研磨、コーティングが行われ、図１に示した３Ｄ刃要素３１，３２，３３，３４が完成する。

そして、図６に示すように、刃付けが完成した各ブロック刃を基台に取り付ける（工程Ｓ１５）。これにより、図１に示した三次元抜き型１００が完成する。
なお、焼入れは、ブロック刃の中間品を造形する工程Ｓ１２と各ブロック刃の中間品について刃付けを完成させる工程Ｓ１３との間で行うこともできる。
上記の実施形態では、一部材からなる基台１１を使用したが、たとえば、基台１１を複数に分割し、複数の基台要素を順次造形し、この後に、各基台要素を組み合わせることにより基台１を完成させることができる。、

図７（Ａ），（Ｂ）は、三次元抜き型１００の使用形態を示す説明図である。
図７（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１００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７（Ｂ）に示すように、受け部材８は、３Ｄ刃３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８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。

１ 三次元抜き型
１１ 基台
３ ３Ｄ刃
４ 基台に形成された溝
７ 平盤プレス機
８ 受け部材
２１，２２，２３，２４ ブロック刃
２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ ブロック刃の中間品
２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ 刃付けは行われているが焼入れが行われていないブロック刃
３１，３２，３３，３４ ３Ｄ刃要素
３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ 未完成３Ｄ刃要素
３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ 刃付けは行われているが焼入れが行われていない３Ｄ刃要素
７１ 上定盤
７２ 下定盤
８１ 受け部
４１１ａ，４１１ｂ，４１２ａ，４１２ｂ，４１３ａ，４１３ｂ，４１４ａ，４１４ｂ 位置合わせ用のピン

Claims (6)

1. 基台に、３Ｄ刃要素が直立した２つ以上のブロック刃が取り付けられ、前記各ブロック刃の３Ｄ刃要素が、全体で１つのループ状の３Ｄ刃を構成する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前記基台を造形する工程、
   ３Ｄ金属造形機を用いて、刃付けが完成されていない前記各ブロック刃の中間品を造形する工程、
   ３Ｄ金属加工機を用いて前記中間品について刃付けを完成させる工程、および、
   刃付けが完成した前記各ブロック刃を前記基台に取り付ける工程、
   を有し、
   前記各ブロック刃の中間品を造形する工程と前記各ブロック刃の中間品について刃付けを完成させる工程との間に、前記各中間品の少なくとも前記刃に相当する部分の焼入れを行う工程、または、
   前記中間品について刃付けを完成させる工程の後に、前記各ブロック刃の前記３Ｄ刃要素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. 前記基台を造形する工程では複数の基台要素を順次造形し、この後に、各基台要素を組み合わせることにより前記基台を完成させ、
   前記基台を切削加工する工程では、複数の金属厚板から基台要素を順次切削加工し、この後に、各基台要素を組み合わせることにより前記基台を完成させる、
   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. 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。
4. 前記基台に、前記ブロック刃が取り付けられるループ状の溝が形成されてい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。
5. 前記溝の底面に少なくとも１つの位置合わせ用のピンまたは穴が形成され、前記各前記ブロック刃の下面には、前記位置合わせ用のピンまたは穴に嵌合する穴またはピンが形成されていることを特徴とする請求項４に記載の三次元抜き型の製造方法。
6. 基台に、３Ｄ刃要素が直立した２つ以上のブロック刃が取り付けられ、前記各ブロック刃の３Ｄ刃要素が、全体で１つのループ状の３Ｄ刃を構成する三次元抜き型の製造方法であって、
   ３Ｄ金属加工機を用いて前記基台を造形する工程、
   ３Ｄ金属造形機を用いて、刃付けが完成されていない前記各ブロック刃の中間品を造形する工程、
   ３Ｄ金属加工機を用いて前記中間品について刃付けを完成させる工程、および、
   刃付けが完成した前記各ブロック刃を前記基台に取り付ける工程、
   を有し、
   前記各ブロック刃の中間品を造形する工程と前記各ブロック刃の中間品について刃付けを完成させる工程との間に、前記各中間品の少なくとも前記刃に相当する部分の焼入れを行う工程、または、
   前記中間品について刃付けを完成させる工程の後に、前記各ブロック刃の前記３Ｄ刃要素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。