(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工ツールの表面を研磨または研削するに際しては、
前記塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）を計測し、
前記計測された表面粗さ（Ri）と前記塑性加工ツールの目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求め、
前記求められた粗さ比（dR）が１／１０以下となる（dR≦1/10）場合には、前記計測された表面粗さ（Ri）の１／１０の粒径を有する砥粒を備えた加工具を選択し、
前記求められた粗さ比（dR）が１／１０より大きくなる（dR＞1/10）場合には、前記目標粗さ（Rn）の粒径を有する砥粒を備えた加工具を選択し、
前記選択した加工具に関する加工条件を設定し、
前記選択した加工具と設定した加工条件を用いて、前記塑性加工ツールの表面を研磨または研削することを特徴とする塑性加工ツールの研磨研削方法。
【請求項２】
複数の加工ステップを経て塑性加工ツールの表面を研磨または研削するに際しては、
前加工ステップにて研磨または研削された塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）を計測し、
前記計測された塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）と目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求め、
前記求められた粗さ比（dR）に基づいて、後加工ステップで用いる加工具を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の塑性加工ツールの研磨研削方法。
【請求項３】
前記塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）及び目標粗さ（Rn）は、算術平均粗さ（Ra）であることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工ツールの研磨研削方法。
【請求項４】
前記塑性加工ツールが金型または圧延ロールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塑性加工ツールの研磨研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨、研削等により塑性加工ツールの表面を効率的に平滑化する研磨研削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、製品を製作する際には、塑性加工ツール（塑性加工工具）がよく用いられている。塑性加工ツールは、鋼材などの元材を所定の板厚になるまで圧延する圧延ロールや、元材を押出しながら所定の形状に成形する押出金型や、外部から元材に圧力を加えて変形させながら所定の形状に成形する鍛造金型や、樹脂・アルミなどの元材を内部に充填して所定の形状に成形する射出成形金型などが挙げられる。
【０００３】
このような金型などの塑性加工ツールは、鉄鋼、アルミ、銅などの金属材料やセラミックスなどの非金属材料から形成され、その表面に凹凸形状や曲面が形成されている。
表面に凹凸形状や曲面が形成された塑性加工ツール、例えば、金型に対しては、その表面粗度を設計上の値まで高めるために、砥粒を用いた研磨や研削が行われている。
例えば、特許文献１には、粒径の異なる研磨粒子を含むスラリーを用いて複数段の研磨を効率的に行う研磨方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６４０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、実際の金型の製作においては、製作上の予期しない理由で所定の表面粗さが得られないことがある。また、金型を繰り返し使用した際には、金型の表面に肌荒れが起こり、金型の表面粗さが粗くなることもある。このような場合には、金型を研磨及び研削を行う工作機械（研磨機など）に投入して表面の研磨及び研削を行うことが必要となる。
このような金型の研磨及び研削においては、従来、作業員が研磨及び研削を必要とする金型の表面の粗さを計測し、計測された粗さの結果や表面の感触などから作業者が自らの知識や経験などに基づいて最適と考えられる砥石の粗さ（砥粒径）を選択し、選択した粗さの砥粒を用いて研磨及び研削を実施していた。
【０００６】
ところが、研磨及び研削を行う作業者が熟練していない場合、このような作業者には砥石の粗さを選択できるような知識や経験が不足しているため、金型の表面粗さに対して最適な砥粒を選び出すことができず、研磨及び研削が困難になったり誤った加工条件で研磨及び研削が行われたりといった問題が発生しやすくなる。
また、このような状況に対応すべく特許文献１の技術を用いたとしても、特許文献１の技術は、多段研磨の方法を開示するものであって、最適な砥石を選んで加工条件を設定する方法ではない。そのため、金型の表面粗さに対して最適な砥粒を選んで加工条件を設定する場合には、特許文献１の技術は十分に対応することができないものとなっていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、研磨及び研削が必要とされる塑性加工ツールに対して、最適な砥粒を選び出し、その砥粒を基に加工条件を設定して、その加工条件に基づいて塑性加工ツールの研磨及び研削を行うことができる塑性加工ツールの研磨研削方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の塑性加工ツールの研磨研削方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の塑性加工ツールの研磨研削方法は、塑性加工ツールの表面を研磨または研削するに際しては、前記塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）を計測し、前記計測された表面粗さ（Ri）と前記塑性加工ツールの目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求め、前記求められた粗さ比（dR）が１／１０以下となる（dR≦1/10）場合には、前記計測された表面粗さ（Ri）の１／１０の粒径を有する砥粒を備えた加工具を選択し、前記求められた粗さ比（dR）が１／１０より大きくなる（dR＞1/10）場合には、前記目標粗さ（Rn）の粒径を有する砥粒を備えた加工具を選択し、前記選択した加工具に関する加工条件を設定し、前記選択した加工具と設定した加工条件を用いて、前記塑性加工ツールの表面を研磨または研削することを特徴とする。
【０００９】
なお、好ましくは、複数の加工ステップを経て塑性加工ツールの表面を研磨または研削するに際しては、前加工ステップにて研磨または研削された塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）を計測し、前記計測された塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）と目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求め、前記求められた粗さ比（dR）に基づいて、後加工ステップで用いる加工具を選択するとよい。
【００１０】
なお、好ましくは、前記塑性加工ツールの表面粗さ（Ri）及び目標粗さ（Rn）は、算術平均粗さ（Ra）であるとよい。
なお、好ましくは、前記塑性加工ツールが金型または圧延ロールであるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の塑性加工ツールの研磨研削方法によれば、研磨及び研削が必要とされる塑性加工ツールに対して、最適な砥粒を選び出し、その砥粒を基に加工条件を設定して、その加工条件に基づいて塑性加工ツールの研磨及び研削を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の塑性加工ツールの研磨研削システムを示した図である。
【図２】本発明の研磨研削方法における砥粒の選び方を示した図である。
【図３】砥粒の粒径と表面粗さとの関係を示した図である。
【図４】研磨研削システムでのＣＡＭデータの作成手順を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る塑性加工ツール３の研磨研削方法の第１実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法で選び出された加工具２を用いて、塑性加工ツール３の表面４を研磨または研削する方法を模式的に示した図である。また、図２は、本発明の研磨研削方法における砥粒の選び方を示した図である。
【００１４】
本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法は、研磨または研削が必要とされる塑性加工ツール３（例えば、鍛造金型、射出成形金型、押出ダイス、圧延ロールなど）の表面４に対して、適切に研磨または研削が可能な砥粒を有する加工具２（以降、砥石２と呼ぶ。）を選び出し、その砥石２を用いて塑性加工ツール３の表面４を研磨または研削する方法である。
【００１５】
なお、本実施形態の塑性加工ツール３の研磨研削方法においては、入荷した金型３（鍛造金型や成型金型など）の表面４に対して砥石２を用いて研磨する工程を例に挙げて説明する。また説明において、「研磨」と表記した場合、「研磨または研削」を意味することとする。
塑性加工ツール３の研磨研削方法は、金型３の表面４を研磨するに際しては、金型３の
表面粗さ（Ri）を計測し、計測された表面粗さ（Ri）と金型３の目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求めて、その求められた粗さ比（dR）が１／１０以下となる（dR≦1/10）場合には、計測された表面粗さ（Ri）の１／１０に対応した粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択する。逆に求められた粗さ比（dR）が１／１０より大きくなる（dR＞1/10）場合には、目標粗さ（Rn）に対応した粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択する。砥石２を選択した後は、その選択した砥石２に関する加工条件を設定し、選択した砥石２と設定した加工条件を用いて、金型３の表面４を研磨する方法である。なお、最適な砥粒を選び出す判断基準（粗さ比の基準）を１／１０とすることは、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、知見したものである。とはいえ、判断基準は厳格に１／１０である必要はなく、１／９や１／１１であってもよい。
【００１６】
本方法で用いられる粗さ比（dR）は、現状の表面粗さ（Ri）が目標粗さ（Rn）に対してどのような状態であるか否か（粗い状態か略平滑状態）を示す指標である。求められた粗さ比（dR）が１／１０以下となる（dR≦1/10）場合は、金型３の表面粗さ（Ri）が目標粗さ（Rn）に対してまだ粗い状態であることを示し、求められた粗さ比（dR）が１／１０より大きくなる（dR＞1/10）場合は、金型３の表面粗さ（Ri）が目標粗さ（Rn）に近づきつつある（表面４が平滑状態になりつつある）ことを示す。つまり、計測された表面粗さ（Ri）と金型３の目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）は、最終的に１に近づくこととなる。ここで、金型３の表面粗さ（Ri）及び目標粗さ（Rn）は、算術平均粗さ（Ra）とする。
【００１７】
さて、以上述べた方法を基に、複数の加工ステップを経て金型３の表面４を研磨するに際しては、まず、研磨が必要とされる金型３（入荷した金型３）の表面粗さ（R0）を計測する。次に、その計測された表面粗さ（R0）と金型３の目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR0=Rn/R0）を求める。そして、求められた粗さ比（dR0）に基づいて、第１研磨ステップで用いる砥石２を選択する。具体的には、図２に示すように、求められた粗さ比（dR0）が１／１０以下（dR0≦1/10）となる場合には、計測された表面粗さ（R0）の１／１０程度の砥粒を備えた砥石２を選択する。一方、求められた粗さ比（dR0）が１／１０より大きくなる（dR0＞1/10）場合には、目標粗さ（Rn）程度の粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択する。
【００１８】
その後、選択した砥石２を移動させるための位置データや、砥石２の回転数及び送り速度などの加工条件を設定する。選択された砥石２と設定された加工条件に基づいて、金型３の表面４に対して研磨を行ってゆく。
次に、第１研磨ステップ（前加工ステップ）にて研磨された金型３の表面粗さ（R1）を計測する。その計測された塑性加工ツール３の表面粗さ（R1）と目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR1=Rn/R1）を求める。そして、求められた粗さ比（dR1）に基づいて、第２研磨ステップ（後加工ステップ）で用いる砥石２を選択する。すなわち、図２に示すように、求められた粗さ比（dR1）が１／１０以下（dR1≦1/10）となる場合には、計測された表面粗さ（R1）の１／１０程度（相当）の砥粒を備えた砥石２を選択する。一方、求められた粗さ比（dR1）が１／１０より大きくなる（dR1＞1/10）場合には、目標粗さ（Rn）程度（相当）の粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択する。
【００１９】
続いて、選択した砥石２を移動させるための位置データや、砥石２の回転数及び送り速度などの加工条件を設定する。選択した砥石２と設定した加工条件に基づいて、金型３の表面４に対して研磨を再度行ってゆく。
第２研磨ステップにて研磨された金型３の表面粗さ（R2）を計測する。計測された塑性加工ツール３の表面粗さ（R2）と目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR2＝Rn/R2）を求める。そして、求められた粗さ比（dR2）を基に第１研磨ステップと同様な手法により、第３研磨ステップで用いる砥石２を選択する。続いて、選択した砥石２を移動させるための位置データや、砥石２の回転数及び送り速度などの加工条件を設定する。選択した砥石２と設定した加工条件に基づいて、金型３の表面４に対して研磨を再度行ってゆく。
【００２０】
そして、金型３の表面４が目標粗さ（Rn）になるまで、上記した加工ステップを繰り返しながら金型３の表面４に対して研磨を行う。
このように、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法を用いることで、さまざまな表面粗さを備えた金型３（塑性加工ツール３）に対しても最適な砥粒を選び出して研磨及び研削を行うことができる。
［第２実施形態］
第１実施形態で述べた塑性加工ツール３の研磨研削方法は、作業員が自らの手で（手動で）金型３の研磨を行う際に用いることができる方法であるが、最も好適に用いられるものとしては、塑性加工ツール３を自動で研磨するシステムが考えられる。
【００２１】
そこで、第２実施形態として、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法を、研磨研削の自動システムに適用した例を述べることとする。
図４は、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削システム１でのＣＡＭデータの作成手順を示した図である。
図４に示すように、本発明の研磨研削システム１は、第１実施形態で述べた塑性加工ツール３の研磨研削方法を自動的に行えるようにしたものである。
【００２２】
研磨研削システム１は、金型３の表面形状及び表面粗さを計測する３次元形状計測器と、その計測データが反映可能とされた、金型３の３次元モデル（ＣＡＤデータ）を作成するＣＡＤ(Computer Aided Design)と、その３次元モデルを用いて金型３の表面４に対して研磨及び研削を行う際の加工条件（例えば、砥石２の種類、回転数、配備位置）を設定する加工条件最適化システムと、その設定された加工条件から金型３の表面４に対して研磨及び研削を行うためのＣＡＭデータを作成するＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)と、そのＣＡＭデータを基に研磨及び研削を行う工作機械（マシニングセンタ）と、からなるものである。
【００２３】
上記した研磨研削システム１を用いて、金型３等の表面４の研磨を行うに際しては、図４に示すように、まず、３次元形状計測器で金型３（塑性加工ツール３）の表面形状及び表面粗さ（Ri）の計測を行い、計測された表面形状及び表面粗さ（Ri）の結果を、金型３の３次元モデル（ＣＡＤデータ)に反映させる。
その後、計測値が反映された３次元モデル上で、計測された表面粗さ（Ri）と目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR=Rn/Ri）を求め、求められた粗さ比（dR）が１／１０以下（dR≦1/10）となる場合には、表面粗さ（Ri）の１／１０に対応した粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択すると共に、求められた粗さ比（dR）が１／１０より大きく（dR＞1/10）なる場合には、目標粗さ（Rn）に対応した粒径を有する砥粒を備えた砥石２を選択する。ここで、砥石２の選定手法は、第１実施形態で述べたものと略同じである。
【００２４】
その上で、選択された砥石２を用いた加工条件を３次元モデルを利用して求める。加工条件を求めるに際しては、例えば、図３に示すデータ（グラフ）などを利用する。この図３は、砥粒の粒径と、当該砥石２を用いて所定の押しつけ力で研磨したときの表面粗さとの関係を示したものである。このようなデータを用いることで、研磨後の金型３の表面粗さを推定することができ、砥石２を用いた加工条件を求める際の有益な情報とすることができる。
【００２５】
その後、求めた加工条件を基に工作機械に対するＣＡＭデータをＣＡＭにて作成し、作成したＣＡＭデータを工作機械に適用して、金型３の表面４を研磨または研削する。
以上述べた、研磨研削システム１での研磨の手順を詳しく述べれば、まず、図２及び図４に示すように、研磨研削システム１において、３次元形状計測器を用いて、曲面など複雑な形状を有する金型３の表面形状を計測し、その金型３の表面粗さ（R0）を計測する。その計測された表面形状及び表面粗さ（R0）の結果を、金型３の３次元モデルへ反映する。
【００２６】
そして、計測値が反映された３次元モデル上で、計測された表面粗さ（R0）と金型３の目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR0＝Rn/R0）を求める。求められた粗さ比（dR0）に基づいて、第１研磨ステップで用いる砥石２を選択する。続いて、選択した砥石２と、その砥石２を移動させる位置データと、砥石２の回転数及び送り速度とからなる加工条件を、図３のようなデータや３次元モデルを利用して加工条件最適化システムにて設定する。
【００２７】
設定した加工条件を基に工作機械に対するＣＡＭデータをＣＡＭにて作成する。作成したＣＡＭデータを工作機械に適用して、金型３の表面４を研磨する。
第１研磨ステップ（前加工ステップ）にて、実際に研磨された金型３の表面形状及び表面粗さ（R1）を３次元形状計測器で計測する。その計測された表面形状及び表面粗さ（R1）の結果を再び金型３の３次元モデルへ反映する。
【００２８】
そして、作成された３次元モデル上で、計測された表面粗さ（R1）と金型３の目標粗さ（Rn）との比である粗さ比（dR1＝Rn/R1）を求める。求められた粗さ比（dR1）に基づいて、第２研磨ステップで用いる砥石２を、第１実施形態の考え方に則り選択する。続いて、選択した砥石２と、その砥石２を移動させる位置データと、砥石２の回転数及び送り速度と、からなる加工条件を３次元モデルを利用して加工条件最適化システムにて設定する。
【００２９】
設定した加工条件を基に工作機械に対するＣＡＭデータをＣＡＭにて作成する。作成したＣＡＭデータを工作機械に適用して、金型３の表面４を研磨する。
以降、同様に加工ステップを繰り返しながら、金型３の表面４が目標粗さ（Rn）になるまで、上記した金型３の表面４に対して研磨を行う。
以上まとめれば、本発明の研磨研削システム１は、前加工ステップにて研磨された金型３の表面形状及び表面粗さ（Ri）を計測し、計測した表面粗さ（Ri）と目標粗さ（Rn）との乖離、すなわち表面粗さ（Ri）と目標粗さ（Rn）との比より、後加工ステップに用いる最適な砥石２を自動的に選択すると共に、その砥石２に関する加工条件を自動的に設定し、その加工条件を基に金型３の研磨をすることができる。
【００３０】
このように、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法及び研磨研削システム１を用いることで、金型３の表面４を研磨または研削するに際して、作業者の知識や経験に依らずに最適な粒径を有する砥粒を備えた砥石２などの加工具２を選び出し、選び出された砥粒を基にその加工具２の回転数、送り速度、位置データなどの加工条件を設定し、その加工条件に基づいて金型３の研磨または研削することで、目標の表面粗さ（Rn）を得ることができる。
【００３１】
加えて、金型３の研磨または研削する際に用いられる加工具２の寿命を長くすることができると共に、研磨・研削コストの抑制、研磨・研削時間の短縮が可能になる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
本実施形態の塑性加工ツール３に関して、鍛造や成型に用いられる金型３を例に挙げて説明したが、例えば、押出ダイス、圧延ロールなど塑性加工に用いられる工具であれば、どのようなものであってもよい。また、塑性加工ツール３の表面粗さ（Ri）及び目標粗さ（Rn）を算術平均粗さ（Ra）で説明したが、最大高さ（Ry）や、十点平均粗さ（Rz）であってもよい。
【００３２】
本実施形態の研磨研削システム１は、金型３の形状を計測する３次元形状計測器と、３次元モデルを作成するＣＡＤと、研磨・研削の加工条件を設定する加工条件最適化システムと、研磨・研削に用いるＣＡＭデータを作成するＣＡＭと、工作機械（マシニングセンタ）、からなるものとして説明したが、本発明の塑性加工ツール３の研磨研削方法が適用可能であればどのようなシステムを採用してもよい。
【００３３】
ところで、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００３４】
１  研磨研削システム
２  加工具（砥石）
３  塑性加工ツール（金型）
４  表面
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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