溝部を有する金型の製法及びハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法。

【課題】精度良く、短時間に成形金型を作製する。
【解決手段】ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法であって、
所定の形状に加工された成形金型基体１０の一方の面１０ｂから所定の孔径の成形材料導入孔１１を形成し、次にレーザ加工により成形金型基体１０の他方の面１０ａから成形材料導入孔１１の軸芯を通る所定の概形成形溝部１３を形成し、次に概形成形溝部１３を放電加工により成形材料導入孔１１の径より小さい溝幅Ｍを有し一部が成形材料導入孔１１と連通する所望の整形成形溝部１６に形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溝部を有する金型の製法及びハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法に関するもので、特に六角形の成形溝部を有する成形金型の製法に好適である。
【背景技術】
【０００２】
例えば六角形の成形溝部を有するハニカム構造体成形用金型を加工する場合、成形溝部がその全長に亘って一直線状態でなく途中で屈曲しているため、円盤状砥石では成形溝部の全長をハニカム状に加工することができない。
【０００３】
そのため成形溝部を下記特許文献１に記載されているようにレーザ加工あるいは放電加工を用いて形成している。
【０００４】
しかしながら、一方のレーザ加工は加工時間が短いという利点があるものの、レーザ光線がパルス的に放射されるため加工表面の精度が上げられない（面粗度が粗い）と言う難点がある。また、レーザ加工はエネルギーを加工部位に集中させるためにレーザ光線をレンズで集光させており、レーザ光線の先端は尖った光線束を放射しているため加工部位の底部はＶ字状となり外力が加わると応力集中が発生する。取り分けハニカム構造体成形用金型においては成形材料に大きな押出し力を与えて成形溝部内を通すため、成形溝部の加工面には精度よく且つ平滑面が要求され、また、成形溝部の底部では応力集中により作用すると大きな応力が発生するためハニカム構造体成形用金型の寿命が短くなるという難点がある。
【０００５】
他方の放電加工は溝部の加工精度が高く且つ加工面が平滑に加工できるものの、加工時間がかかるという難点がある。
【特許文献１】特開２００２−３０１５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、金型の溝部の加工段階をそれぞれの利点を持つレーザ加工と放電加工で分担することにより、溝部を精度良く且つ短時間で加工することができる溝部を有する金型の製法及び成形溝部を精度良く且つ短時間で加工することができるハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明では、溝部を有する金型の製法であって、
所定の形状に加工された金型基体にレーザ加工により所定の概形溝部を形成し、次に前記概形溝部を放電加工により所望の整形溝部に形成する。
【０００８】
上記構成によれば、平坦な金型基体から加工部分の多い概形溝部を加工時間の速いレーザ加工で行い、平滑な加工精度が要求される完成状態の整形溝部を加工精度の良い放電加工で行っているから、溝部を精度良く且つ短時間に加工して金型を作製することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記レーザ加工による概形溝部を前記整形溝部の形成状態に対して少なくとも７０％以上の加工を施している。
【００１０】
上記構成によれば、加工時間が速いレーザ加工で溝部の大部分の加工を行っているから、溝部の加工精度を維持して短時間に金型を作製できる。
【００１１】
請求項３に係る発明では、前記レーザ加工による概形溝部を前記整形溝部の形成状態に対して９０％以上の加工を施している。
【００１２】
上記構成によれば、加工時間が速いレーザ加工で溝部のほとんどの部分の加工を行っているから、溝部の加工精度を維持して大幅に金型の作製時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明では、ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法であって、
所定の形状に加工された成形金型基体の一方の面部から所定の孔径の成形材料導入孔を形成し、次にレーザ加工により前記成形金型基体の他方の面部から前記成形材料導入孔の軸心を通る所定の概形成形溝部を形成し、次に前記概形成形溝部を放電加工により所望の整形成形溝部に形成する。
【００１４】
上記構成によれば、平坦な成形金型基体から加工部分の多い概形溝部をレーザ加工で行い、平滑な加工精度が要求される完成状態の整形溝部を放電加工で行っているから、成形溝部を精度良く且つ短時間に成形金型を作製することができる。また、成形材料導入孔の形成をレーザ加工による前記成形材料導入孔の形成の前に行っているから、前記成形材料導入孔の加工を前記概形成形溝部の加工の後に行う場合は芯ズレで加工ドリルの先端が曲がって正規な加工できないが、レーザ加工時の前記成形材料導入孔との芯ズレが発生せず、従って成形材料導入孔と概形成形溝部との芯位置関係を正規な状態に加工をすることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明では、前記レーザ加工による概形成形溝部は前記整形成形溝部の形成状態に対して少なくとも７０％以上の加工が施されている。
【００１６】
上記構成によれば、加工時間が速いレーザ加工で成形溝部の大部分の加工を行っているから、成形溝部の加工精度を維持して極めて短時間に成形金型を作製できる。
【００１７】
請求項６に係る発明では、前記レーザ加工による概形成形溝部を前記整形成形溝部の形成状態に対して９０％以上の加工を施している。
【００１８】
上記構成によれば、加工時間が速いレーザ加工で成形溝部のほとんどの部分の加工を行っているから、成形溝部の加工精度を維持して大幅に金型の作製時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明を図に基づき詳述する。まず図１〜図６により溝部を有する金型の製法を説明する。
【００２０】
まず、図１に示すように型鋼材から所定の機械加工により金型基体１を作製する。
【００２１】
次に図２に示すようにレーザ光線２によるレーザ加工を行い、概形溝部３を形成する。レーザ光線２は集光レンズ４により集光され光線エネルギーが集積されて金型基体１の面部１ａから徐々に溝部が形成され、所定の深さ、開口幅ｗの概形溝部３が形成される。なお、概形溝部３とは本発明の説明においては、後述する完成状態の整形溝部６の下加工（荒加工）のための溝部を意味する。
【００２２】
レーザ光線２は集光レンズ４により集光されるため、レーザ光線２は細長い円錐状になり、その先端のエネルギー集中部分で金型基体１を溶かし概形溝部３が形成される。
【００２３】
レーザ加工においては、レーザ光線２の外周にウォータジェットが施され、レーサ光線２の飛散防止、加工屑、金型基体１の冷却を行っている。また、レーザ光線２を加工すべき概形溝部３の長さ方向（図面と直交方向）と深さ方向に何回も移動（送り操作）させて図３に示すような所定形状の概形溝部３を形成する。また、レーザ加工においては、概形溝部３の形成度合いは、後述する完成溝部である整形溝部６の形成状態（整形溝部６の容積）に対して少なくとも７０％以上の加工を施こすことにより加工時間の短縮を行うことができる。そして望ましくは９０％以上の加工を施こせば、より一層の大幅な加工時間の短縮を行うことができる。
【００２４】
また、レーザ加工はレーザ光線２がパルス状に放射されるため、加工表面の面粗度は粗く充分な面粗度は得られないが、加工時間が速く金型の全加工時間の短縮に大きく寄与する。従って、上述したように加工すべき概形溝部３の部分の割合が金型の加工に大きく占めるように設定することが望ましい。
【００２５】
次に図４に示すように、概形溝部３の開口幅ｗより幅ｔの小さい所定形状に形成された放電電極５を概形溝部３の開口３ａ付近に設置して放電加工を行い、図５に示すように所望の溝深さｈ、溝幅ｍを有する整形溝部６を形成し、その後研磨材で金型基体１の面部１ａ等のバリ取りを行って図６に示すように金型Ａを完成させる。ここで整形溝部６とは完成状態の溝部を意味する。
【００２６】
放電加工においては、放電電極５の幅ｔを概形溝部３の開口幅ｗより小さく設定して放電開始時の放電ギャップを与えて放電加工を始める。放電加工が進行するに連れ概形溝部３の内肉部が除去され放電ギャップも大きくなり、所定の概形溝部３（金型基体１）の肉部が放電除去されて所望の所望の溝深さｈ、溝幅ｍを有する整形溝部６が形成される。
【００２７】
また、放電加工においては、所定形状に形成された放電電極５を加工すべき整形溝部６の深さ方向（ｈ方向）に何回も移動（送り操作）させて図６に示すような所望形状の整形溝部６を形成する。整形溝部６の全体形成にあたっては、整形溝部６の一部を上記加工操作で行って形成し、次に放電電極５あるいは金型基体１を移動させ上記加工操作を行い、これらの操作を繰り返し整形溝部６の全体を形成する。
【００２８】
この場合、整形溝部６の溝幅ｍが概形溝部３の開口幅ｗより大きく加工されるように放電ギャップ等の放電加工の加工条件を設定することが肝要である。整形溝部６の溝幅ｍが概形溝部３の開口幅ｗより大きく加工されれば概形溝部３の面粗度の粗い表面が完全に除去されるため、整形溝部６の表面は放電加工による良好な面粗度を有し、面粗度の良好な表面の溝部（整形溝部６）を有する金型Ａを作製することができる。
【００２９】
放電加工は上述のレーザ加工に比べて加工時間を要するものの、加工精度においてレーザ加工より優れており、溝部の仕上を精度良く行うことができる。
【００３０】
以上本発明溝部を有する金型の製法においては、金型基体から加工部分の多い概形溝部を加工時間の速いレーザ加工で行い、平滑な加工精度が要求される完成状態の整形溝部を加工精度の良い放電加工で行っているから、溝部を精度良く且つ短時間に金型を作製することができる。なお、溝部を有する金型において、溝部とは上述した溝幅と溝長さを有する整形溝部６に限定されず、円筒状の孔でもよい。
【００３１】
次に図７〜図１４に基づき本発明になるハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法について説明する。本発明製法における成形金型は六角形のハニカム形状であり、加工すべき各部の寸法は完成状態を示す図１３、１４にように、整形成形溝部１６の溝幅Ｌは９０μｍ、溝深さＨは２．５ｍｍ、溝長さＫは６．９ｍｍ、成形材料導入孔１１の径Ｄは０．８ｍｍである。なお、図７〜図１２は図１３、１４において六角形ハニカムの一角の成形材料導入孔１１部位の加工順序を示す。
【００３２】
まず、図７に示すようにＳＫＤ等の型鋼材から所定の機械加工により成形金型基体１０を作製する。成形金型基体１０を作製するにあたって、その上面部１０ａと下面部１０ｂは平行面になるように加工されている。
【００３３】
次に図８に示すように、ドリル機械加工により成形金型基体１０の下面部（一方の面部）１０ｂから垂直に所望の数の成形材料導入孔１１を形成する。孔径Ｄは０．８ｍｍで先端はテーパ状に形成されている。
【００３４】
次の図９に示すように、成形金型基体１０の上面部（他方の面部）１０ａから垂直に成形材料導入孔１１の軸芯と一致させ且つ軸芯を通る概形成形溝部１３をレーザ光線１２によるレーザ加工により形成する。なお、概形成形溝部１３とは本発明の説明においては、後述する完成状態の整形成形溝部１６の下加工（荒加工）のための成形溝部を意味する。
【００３５】
レーザ光線１２は集光レンズにより集光された光線エネルギーが集積され、レーザ光線１２を所定のパターン（例えばハニカム六角形状の連続する二辺に沿ってジグザグ状の経路）に従って図面と直交する方向（図１３においては図面に沿う方向で一点鎖線矢印Ｙで示す）と深さ方向に繰り返し移動させて徐々に成形溝部を加工し、所定の深さ、開口幅Ｗの概形成形溝部１３が形成される。なお、レーザ光線１２の移動方向については、一点鎖線矢印Ｙで示す方向は一例であって、これに制限されるものではなく、種々の経路が選択される。
【００３６】
レーザ光線１２は集光レンズ１４により集光されるため、レーザ光線１２は細長い円錐状になりその先端のエネルギー集中部分で成形金型基体１０を溶かし概形成形溝部１３が形成される。
【００３７】
レーザ加工においては、レーザ光線１２の外周にウォータジェットが施され、レーサ光線１２の飛散防止、加工屑、成形金型基体１０の冷却を行っている。また、レーザ光線１２を加工すべき概形成形溝部１３の長さ方向（図面と直交方向）と深さ方向に何回も移動（送り操作）させて図１０に示すような所定形状の概形溝部１３を形成する。また、レーザ加工においては、概形溝部１３の形成度合いは、後述する完成溝部である整形成形溝部１６の形成状態（整形成形溝部１６の容積）に対して少なくとも７０％以上の加工を施こすことにより加工時間の短縮を行うことができる。そして望ましくは９０％以上の加工を施こせば、より一層の大幅な加工時間の短縮を行うことができる。
【００３８】
また、レーザ加工はレーザ光線１２がパルス状に放射されるため、加工表面の面粗度は粗く充分な面粗度は得られないが、加工時間が速く金型の全加工時間の短縮に大きく寄与する。従って、上述したように加工すべき概形成形溝部１３の部分の割合が成形金型の加工に大きく占めるように設定することが望ましい。
【００３９】
なお、上記のレーザ加工は、出力は９００〜２０００Ｗ、パルス時間は０．０８〜０．２０ｍｓｅｃ（ミリセカンド）、周波数は１５０〜１０００Ｈｚ、送り速度は１〜１５ｍｍ／ｓｅｃ、ウォータジェット水圧は１００〜３００ｂａｒの条件で行った。この加工条件は一例であり、必要に応じて条件範囲を設定してもよい。
【００４０】
次に図１１に示すように、概形成形溝部１３の開口幅Ｗより幅ｔの小さい所定形状に形成された放電電極１５を概形成形溝部１３の開口１３ａ付近に設置して放電加工を行い、図１２に示すように所望の溝深Ｈ、溝幅Ｍ、溝長さＫを有する六角形状の整形成形溝部１６を形成し、その後研磨材で成形金型基体１０の上面部１ａ、下面部１ｂ等のバリ取りを行って図１３、１４に示すように成形金型Ｂを完成させる。なお、整形成形溝部１６とは完成した成形溝部を意味する。
【００４１】
放電加工においては、放電電極１５の幅ｔを概形成形溝部１３の開口幅Ｗより小さく設定して放電開始時の放電ギャップを与えて放電加工を始める。放電加工が進行するに連れ概形成形溝部１３の内肉部が除去され放電ギャップも大きくなり、所定の概形成形溝部１３（成形金型基体１０）の肉部が放電除去されて所望の所望の溝深さＨ、溝幅Ｍ、溝長さＫを有する整形成形溝部１６の一部が形成される。そして放電電極１５を横に移動させ上記放電加工を繰り返し行い、六角形の整形成形溝部１６を形成する。
【００４２】
また、放電加工においては、図１３に示すように所定形状（例えば複数の六角形を組み合わせた形状）に形成された放電電極１５を加工すべき整形成形溝部１６の深さ方向に何回も移動（送り操作）させて所定深さＨの整形成形溝部１６の一部を形成する。整形成形溝部１６の全体形成にあたっては、上述したように整形成形溝部１６の一部を上記加工操作で行って形成し、次に放電電極１５あるいは成形金型基体１０を移動させ上記加工操作を行い、これらの操作を繰り返し整形成形溝部１６の全体を形成する。
【００４３】
この場合、整形成形溝部１６の溝幅Ｍが概形成形溝部１３の開口幅Ｗより大きく加工されるように放電ギャップ等の放電加工の加工条件を設定することが肝要である。整形成形溝部１６の溝幅Ｍが概形成形溝部１３の開口幅Ｗより大きく加工されれば概形成形溝部１３の面粗度の粗い表面が完全に除去されるため、整形成形溝部１６の表面は放電加工による良好な面粗度を有し、面粗度の良好な表面の溝部（整形成形溝部１６）を有する成形金型Ｂを作製することができる。
【００４４】
放電加工は上述のレーザ加工に比べて加工時間を要するものの、加工精度においてレーザ加工より優れており、整形成形溝部の仕上加工に適しており整形成形溝部の表面の面粗度を精度よく仕上ることができる。
【００４５】
また、本発明成形金型製法では、成形材料導入孔１１の形成をレーザ加工による概形成形溝部１３の形成の前に行っているから、成形材料導入孔１１の加工を概形成形溝部１３の加工の後に行う場合は芯ズレで加工ドリルの先端が曲がって正規な加工できないが、レーザ加工時の成形材料導入孔１１との芯ズレが発生せず、従って成形材料導入孔１１と概形成形溝部１３との芯位置関係を正規な状態に加工することができる。また、本発明成形金型製法では、成形材料導入孔１１の形成を最初に行っているから、レーザ加工におけるレーザ光線１２の尖状先端により形成されるＶ字状部分を成形材料導入孔１１の先端の空洞部分１１ａで生じないようにしているから、従って応力集中による大きな応力が発生するＶ字状部分が存在せず成形金型の寿命を延ばすこともできる。また、上記Ｖ字状部分は放電加工による整形成形溝部１６の形成によっても確実に除去される。
【００４６】
なお、上記の放電加工は、電極は銅材、電極の幅ｔは約６５μｍ、出力は１〜９Ａ、８０〜２８０Ｖ、電圧ＮＯ−ＯＦＦ（１：１）時間は２〜１００μｓｅｃ、放電ギャップは片側で０．０１〜０．１５ｍｍ、送り速度（放電時）は０．０１ｍｍ／ｍｉｎ、加工液使用の条件で行った。この加工条件は一例であり、必要に応じて条件範囲を設定してもよい。
【００４７】
以上本発明ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法においては、成形金型基体から加工部分の多い概形溝部を加工時間の速いレーザ加工で行い、平滑な加工精度が要求される完成状態の整形成形溝部を加工精度の良い放電加工で行っているから、整形成形溝部を精度良く且つ短時間に成形金型を作製することができる。また、成形材料導入孔の形成をレーザ加工による成形材料導入孔の形成の前に行っているから、成形材料導入孔の加工を概形成形溝部の加工の後に行う場合は芯ズレで加工ドリルの先端が曲がって正規な加工できないが、レーザ加工時の成形材料導入孔との芯ズレが発生せず、従って成形材料導入孔と概形成形溝部との芯位置関係を正規な状態に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明溝部を有する金型の製法の説明に供するのもで、金型基体１の断面図である。
【図２】金型基体１にレーザ加工を施している状態を示す断面図である。
【図３】金型基体１にレーザ加工により概形溝部３を形成した状態を示す断面図である。
【図４】金型基体１に形成した概形溝部３に放電加工を施している状態を示す断面図である。
【図５】放電加工が完了した状態を示す断面図である。
【図６】放電加工により整形溝部６が形成され完成した金型Ａの断面図である。
【図７】本発明ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法の説明に供するのもで、成形金型基体１０の断面図である。
【図８】成形金型基体１０に成形材料導入孔１１を形成した状態を示す断面図である。
【図９】成形材料導入孔１１が形成された成形金型基体１０にレーザ加工を施している状態を示す断面図である。
【図１０】成形金型基体１０にレーザ加工により概形成形溝部１３を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】成形金型基体１０に形成した概形成形溝部１３に放電加工を施している状態を示す断面図である。
【図１２】放電加工により整形成形溝部１６が形成された状態を示す断面図である。
【図１３】ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型Ｂの平面図である。
【図１４】図１３のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１金型基体
２レーザ光線
３概形溝部
４集光レンズ
５放電電極
６整形溝部
Ａ金型
ｍ溝部（整形溝部）の溝幅
ｈ溝部（整形溝部）の溝深さ
ｗ概形溝部の開口幅
１０整形金型基体
１０ａ他方の面部（上面部）
１０ｂ一方の面部（下面部）
１１成形材料導入孔
１２レーザ光線
１３概形成形溝部
１４集光レンズ
１５放電電極
１６整形成形溝部
Ｂ整形金型
Ｍ成形溝部（整形成形溝部）の溝幅
Ｈ成形溝部（整形成形溝部）の溝深さ
Ｗ概形成形溝部の開口幅
ｔ放電電極５、１５の幅

【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部を有する金型の製法であって、
所定の形状に加工された金型基体にレーザ加工により所定の概形溝部を形成し、
次に前記概形溝部を放電加工により所望の整形溝部に形成することを特徴とする溝部を有する金型の製法。
【請求項２】
前記レーザ加工による概形溝部は前記整形溝部の形成状態に対して少なくとも７０％以上の加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の溝部を有する金型の製法。
【請求項３】
前記レーザ加工による概形溝部は前記整形溝部の形成状態に対して９０％以上の加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の溝部を有する金型の製法。
【請求項４】
ハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法であって、
所定の形状に加工された成形金型基体の一方の面部から所定の孔径の成形材料導入孔を形成し、
次にレーザ加工により前記成形金型基体の他方の面部から前記成形材料導入孔の軸芯を通る所定の概形成形溝部を形成し、
次に前記概形成形溝部を放電加工により前記成形材料導入孔の径より小さい溝幅を有し一部が前記成形材料導入孔と連通する所望の整形成形溝部に形成することを特徴とするハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法。
【請求項５】
前記レーザ加工による概形成形溝部は前記整形成形溝部の形成状態に対して少なくとも７０％以上の加工が施されていることを特徴とする請求項４記載のハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法。
【請求項６】
前記レーザ加工による概形成形溝部は前記整形成形溝部の形成状態に対して９０％以上の加工が施されていることを特徴とする請求項４記載のハニカム構造体成形用の成形溝部を有する成形金型の製法。

【図１】