(57)【要約】  被加工物（１）の表面（２）を露出させるための位置に被加工物を配置し、被加工物（１）の露出面（２）に電気化学機械加工を行うことにより、被加工物を所望の形状に加工することができる。特に、被加工物（１）の表面（２）から材料が電子的に除去されるように、電解液の存在下で陰極（７）を陽極の被加工物（１）の方に近づけ、電解液を介して陰極（７）と被加工物（１）との間に電流を流す。陰極（７）に振動動作を加えることができ、それによって電流も変化させることができる。その結果、被加工物（１）の表面（２）は所望の形状に加工される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物（workpiece）を所望の形状に加工する（form）方法であって、
前記被加工物の形状加工する面を露出させるための位置に前記被加工物を配置する工程（step）と、前記所望の形状を作り出すために前記被加工物の前記露出面に電気化学的機械加工（electrochemical machining）を行う工程とを含む方法。
【請求項２】
前記被加工物が成形パンチ（moulding punch）である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成形パンチが、衝撃で表面を加工するために、形状が加工されており露出した衝撃端（impact end）を備えた支持体（supporting body）を有する種類の衝撃成形パンチである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記成形パンチの前記支持体が、形状が加工されており露出した衝撃端を有するロッド（rod）で形成されている請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ロッドの非衝撃端がプレス機構により確実に保持されるようになっている請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記衝撃成形パンチが焼入れされた（hardened）金属で形成されている請求項３および請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記金属が、ロッドの形状に加工された後で、しかも前記衝撃端の形状が電気化学的機械加工によって加工される前に焼入れされたものである請求項３ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記成形パンチが鋼である請求項３ないし７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
前記衝撃端の形状が、前記衝撃端の中心が前記成形パンチの前記支持体を形成する前記ロッドの中心線上にあるように加工される請求項３ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
材料（material）の表面から電子的に材料が除去されるように、電解液の存在下で陰極を陽極の被加工物の方に近づけ、前記電解液を介して前記陰極と前記被加工物との間に電流を流す前記電気化学的機械加工において、前記陰極と前記被加工物との間の間隙が変化するように、前記陰極に振動動作を加え、前記電流も変化させることを特徴とする前記のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１１】
研磨粒子（abrasive particle）を含有する電解液を使用する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記陰極がマスタタブレットテンプレート（master tablet template）またはホブ（hob）として形成されている請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記陰極の端部がマスタタブレットまたはホブとして形成されている請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記衝撃パンチの前記衝撃端が電気化学的機械加工によって再機械加工される請求項３ないし１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記被加工物が金型（mould）の一部分である請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記金型がプラスティック射出成形用型である請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金型内に複数の深いリブ（rib）が形成されている請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金型内に複数のサブゲート（subgate）が形成されている請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
前記被加工物がタービン翼（turbine blade）またはエアフォイル（airfoil）である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ブレードまたはエアフォイルに複数の冷却用ホール（cooling hole）が形成されている請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記エアフォイルまたはブレード上にモミの木形のルート（fir tree root）が形成されている請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記被加工物がノズルである請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ノズルが燃料射出ノズルである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記被加工物が刃物（cutlery）製品である請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記被加工物がコインまたはメダルである請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記被加工物が装身具（jewellery）である請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記被加工物が時計機構用のケースである請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記被加工物がエンボス加工用スタンプ（embossing stamp）である請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記被加工物が押出ダイ（extrusion die）である請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記被加工物が医療用人工補装具（medical prosthesis）である請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記人工補装具が、骨を移植するための多くの合釘（peg、post）で形成されている請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記被加工物が、対応する孔または錠前に嵌合する釘または鍵である請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記被加工物がポンプ機器に用いるインペラ（impeller）である請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記金型がドリルヘッド（drilling head）を形成するための金型である請求項１５に記載の方法。
【請求項３５】
前記金型が菓子類の製造に用いるのに適したプラスティック製型を形成するための金型である請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として衝撃成形パンチ（impact moulding punch）の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、数多くの品物（item）が高圧衝撃成形（high pressure impact moulding）によって加工される。特に、そのような加工法によって製造される品物の例としてはタブレット（tablet）があり、その他の例としては菓子類や棒状石鹸などがある。
【０００３】
タブレットの製造を一例として見てみると、通常は、単体のプレス（press）を用いて同時に多くのタブレットを加工する。これは、多くの個別の衝撃成形パンチを用いて、プレスの基板（base plate）の対応する領域に対して衝撃を与えて行う。典型的には、基板のこのような衝撃領域はキャビティまたは空洞（cavity）になっている。
【０００４】
基板の各キャビティには、タブレットの各種成分（ingredient）が混合された粉が十分に詰められており、衝撃圧によってタブレット状に加工される。タブレットの形状は、基板のキャビティの形状および成形パンチの衝撃端（impact end）の形状に対応している。
【０００５】
一般的には、各衝撃成形パンチは、円形の断面を有する細長いロッド（rod）で、一端は何らかの方法によりプレス機構によって保持されるようになっている。プレスによって保持されないパンチのもう一端を用いて、タブレットに衝撃を与える。衝撃端は、成形が完了したタブレットの一面と反対の形状をしており、タブレットの一面に特定の製造者の名前やその他の識別マークが浮き出す（emboss）あるいは沈み込む（sunken）ように加工できる複雑な特徴を備えていてもよい。
【０００６】
定期的に使用する場合（regular basis）に、衝撃成形パンチが受ける大きな力は、パンチの本体と、比較的短期においては特に衝撃端に損傷を与える。したがって、個々の成形パンチは定期的に交換する必要がある。しかしながら、衝撃成形パンチの標準的な製造プロセスには無駄が多く、改善する余地がある。
【０００７】
製造上の問題は、精確な形状でしかも高品質な仕上がりをもたらす衝撃端を作ることにある。従来の放電加工（spark erosion）では、膨大な研磨を行うことなくして、必要とされる精度の高い仕上がりを達成することはできない。したがって、衝撃成形パンチを製造するには異なる方法を用いることになる。
【０００８】
現在、衝撃成形パンチを製造する最初の工程（stage）では、柔鋼（mild steel）から平らなまたは無地（blank）の衝撃端を作る。次に、焼入れ鋼で作られたタブレットテンプレート（ホブ）上で無地の衝撃端に衝撃を与える。衝撃力は、パンチの衝撃端の形状をホブの形状と対応するように加工するのに十分なものである。また、衝撃力がパンチに損傷を与えることがあり、しばしば損傷は修復不能な場合がある。このような製造プロセスでの損失は、製造プロセスの費用をかなり増大させている。
【０００９】
修復可能な衝撃成形パンチについては、再度機械加工し使用可能なものにする。最初の製造工程では、パンチがまっすぐでない場合は矯正する（straighten）。この作業が完了すると、構成要素を調べて、必要ならば再度機械加工して、衝撃端の形状が形成された領域の中心がパンチの中心線上にあることを確認する。まっすぐで（straight）バランスが取られた成形パンチは、そうでないパンチと比べると、衝撃に対する耐久性が良い。この確認および再機械加工は複雑で、時間を要する。したがって、製造プロセスの費用をかなり増大させている。
【００１０】
製造プロセスの最終工程では、必要な再機械加工がすべて完了したら、実用寿命（working lifetime）を長くするために、パンチの鋼を焼入れする。この工程は、製造プロセスの時間と費用をさらに増大させている。
【００１１】
衝撃成形パンチ１台につき、概してこのような製造プロセスは約２４時間を要し、生産時間コストは高い。このことは、製造者がある種類または形式から別の種類または形式のタブレットの製造に迅速に切り換えるのに制約を与えている。重大な生産損失と、繰り返し使用により損傷したホブの交換コストも費用をさらに増大させている。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、衝撃成形パンチの、より速く、より効率的で、より低コストの製造プロセスを提供することにある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
［発明の概要］
本発明によれば、被加工物（workpiece）を所望の形状に加工する方法を提供できる。被加工物の形状を加工する面を露出させるための位置に被加工物を配置する工程（step）と、所望の形状を作り出すために被加工物の露出面に電気化学的機械加工（electrochemical machining）を行う工程とで構成される。
【００１４】
好ましくは、本発明の方法を用いて、衝撃により面を加工するために、形状が加工されており露出した衝撃端を備えた支持体を有する種類の衝撃成形パンチを製造する。この場合、衝撃端の形状は電気化学機械加工により加工されている。
【００１５】
このプロセスにより、製造中に、成形パンチが非常に大きな力にさらされるのを防ぐことができ、その結果、生産損失は削減される。さらに、損傷した成形パンチの修復および再機械加工も回避することができ、製造プロセスはより迅速により安価になる。
【００１６】
好ましくは、成形パンチの支持体は、形状が加工されており露出した衝撃端を有するロッドで形成されている。より好ましくは、ロッドの非衝撃端は、プレス機構により確実に保持されるようになっている。
【００１７】
好ましくは、衝撃成形パンチの実用寿命を長くするために、衝撃成形パンチは焼入れされた（hardened）金属で形成されている。より好ましくは、金属がロッドの形状に加工された後で、しかも衝撃端の形状が電気化学的機械加工によって加工される前に焼入れされた金属である。衝撃成形パンチを形成するための好ましい金属は鋼である。
【００１８】
成形パンチを形成するのに、他の各種の材料を使用することができる。特に、チタン（titanium）、チタン合金（titanium alloy）、炭化タングステン（tungsten carbide）、およびステンレス鋼（stainless steel）を使用できる。
【００１９】
好ましくは、衝撃端の形状は、衝撃端の中心が成形パンチの支持体を形成するロッドの中心線上にあるように加工される。
【００２０】
好ましくは、本発明の出願人の係属中の特許出願WO ０１／３０５２６に記載された方法により電気化学機械加工を行う。この方法においては、材料（material）の表面から電子的に材料が除去されるように、電解液の存在下で陰極を陽極の被加工物の方に近づけ、電解液を介して陰極と被加工物との間に電流を流す。この電気化学機械加工は、陰極と被加工物との間の間隙が変化するように陰極に振動動作を加え、電流も変化させることを特徴としている。
【００２１】
好ましくは、各種の電解液を使用できる。選択する電解液は、機械加工の対象である材料により異なる。より好ましくは、必要ならば、研磨粒子（abrasive particle）を含有する電解液を用いて機械加工を行ってもよい。
【００２２】
好ましくは、陰極または少なくとも陰極の端部がマスタタブレットテンプレート（master tablet template）またはホブ（hob）として形成されている。衝撃成形パンチの衝撃端が加工されている間、ホブと衝撃成形パンチの衝撃端の間には直接的な物理的接触はないので、製造プロセスでホブが損傷を受けることはない。したがって、定期的に交換する必要がないことが利点である。
【００２３】
ある程度の期間パンチを使用すると、衝撃端の表面にはしばしば穴ができたり、穴以外にも表面の状態が悪くなったりする。電気機械成形（electromechanical moulding）を用いて材料（material）の薄層を制御しながら精確に取り除くことができる。したがって、電気機械成形によれば、材料の薄層を取り除き、くっきりと加工された滑らかな表面にすることによって、パンチの衝撃端の作業面を再機械加工することができる。より好ましくは、成形パンチは、このような方法によって定期的に再機械加工するのがよい。これによって、交換用パンチを製造する必要がなくなる。
【００２４】
タブレットの製造者にとって、衝撃端がまだ加工されていない成形パンチを大量に保管しておき、必要が生じた場合に応じて、電気化学機械加工によって衝撃端を加工できるようになることは利点である。電気化学機械加工によれば、衝撃端の加工はわずか5分から１０分でできるので、製造工程では、ある種類の形状のタブレットから別の種類の形状に迅速に切り換えることができる。
【００２５】
成形パンチの製造にほかに、本発明の方法は以下に述べるその他の物品の製造にも簡単に応用できる。
【００２６】
本発明の方法は、通常は放電加工（spark erosion）により製造される複数のプラスティック射出成形用金型（plastic injection mould）内に複数の深いリブ（rib）を作るために用いることができる。さらに、本発明の方法は、プラスティック射出成形業界においてサブゲート（sub gate）として知られる部位の製造にも用いることができる。この部位はラナー（runner）とキャビティの間に作られる孔で、この孔を通って溶融プラスティックが流れる。本発明の方法によれば、従来の丸型や「ｄ」型以外の形状にゲートを形成することができ、その他の形状の金型（mould）を製造できる。本発明の方法によれば、特に、菓子類製造用のプラスティック製の型や、石油の探鉱（oil exploration）で使用するドリルヘッドの歯（teeth）を製造するための金型やダイ（die）を製造できる。現在のところ、この種のドリルヘッドは、超硬合金製のダイ（carbide die）を用いて製造されている。しかし、本発明の方法によれば、高速に作ることができるので、ドリルヘッドの交換回数は増えるものの、ドリルヘッドを硬鋼（hard steel）で製造することができるようになる。
【００２７】
本発明の方法は、タービン翼の冷却用ホール（cooling hole）の加工に用いることができる。現在のところ、これらの冷却用ホールを丸型（round）または円形（rounded）以外の形状に繰り返し機械加工することは難しい。しかし、本発明の方法を用いれば、所望の輪郭（profile）のホールを形成することができる。成形可能な形状としては、一般にモミの木の根の形として知られている、エアフォイル（air foil）やエアブレード上のルートなどがある。
【００２８】
金型や鍛造型を使用するのではなく、本発明の方法により、刃物（cutlery）の柄（handle）、羽根、タイム（time）を直接製造することができる。品物とは反対の形状を有する適切な陰極を使用する。
【００２９】
本発明の方法では、ステロリソグラフィ（sterolithography）により製造され、導電性の材料でエレクトロコーティングまたは電着した電極を使用して、どのようなキャビティでも作ることができる。さらに、このようなプロセスにより、金型を使用せずに、メダル、コイン、装身具、時計などを製造することができる。
【００３０】
本発明の方法は、エンボス紙用のスタンプロール（rolls of stamps）の製造にも応用できる。現在のところ、エンボス紙用のスタンプロールは、エッチングまたは型彫り（engraved）により製造されている。あるいは、引込み部（lead in）を含めて押出ダイ（extrusion die）の加工にも応用できる。医療用人工補装具（medical prosthesis）の機械加工や、細部補填用の整形外科用人工補装具、一般的に関節部分の強度を補強するために骨の移植に使用する合釘またはペグとポスト（peg、post）の機械加工にも本発明の方法を用いることができる。
【００３１】
また、本発明の方法は、ワンオフ設計（one off design）の合釘またはペグが対応するホールに嵌合して鍵として機能するような特殊な安全装置（security device）の加工や、材料を押出成形するときに使用する、内面が高度に研磨された複雑な形状のノズル、特に燃料噴射ノズルの機械加工、ポンプ機器のインペラの機械加工などにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
以下では、図面を参照しつつ、実施例を示し、本発明について詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の方法によって製造される代表的な衝撃成形パンチの主要な特徴を示す。
【００３４】
図２は、電気化学機械加工によって成形パンチの一方の端においてどのように衝撃端の形状加工を行うかを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１を参照すると、金属製ロッド１から典型的な衝撃成形パンチが形成される。ロッド１の一端２は、使用時に材料に衝撃を加えて、力によって衝撃端２の形状に対応する形状に材料を加工する。図１では、衝撃端２の形状は単純な縁どられたキャビティであるが、必要に応じて、衝撃端をより複雑な形状に機械加工することもできる。衝撃端の全体的な形状は、必要に応じて平均して凹型よりも凸型にすることもできる。
【００３６】
パンチの使用時は、ロッド１のもう一端（図示しない）はプレス機構により把持される。これを行うには、ロッド１の端部を適切な形状にする。たとえば、ロッド１の表面周辺部に溝を形成するとよい。
【００３７】
図１に示したのと同様の衝撃成形パンチを製造する工程は次のとおりである。円形状の断面を有するロッド１を旋盤（lathe）上でまたはその他の適切な技法により軟鋼を使用して形成する。ロッドの一方の端部は、たとえばその表面周辺に溝を形成することによってプレスで保持されるようにすることができる。ロッド１のもう一方の端部は衝撃端２である。製造のこの段階では、衝撃端はロッド1の軸に垂直な平面である。
【００３８】
次に、ロッド１を形成する鋼を焼入れする。こうすることにより、軟鋼製のロッドと比べると、ロッド１はより大きな瞬時の衝撃力とより多くの衝撃に耐えることができるようになる。その結果、パンチの実用寿命（working lifespan）は長くなる。
【００３９】
焼入れ工程が完了したら、次は電気化学機械加工（ECM）によりロッド１の衝撃端２の形状加工を行う。
【００４０】
図２によれば、ロッド１はECM装置に確実に取り付けられる。形状加工を行う衝撃端２は最上部に位置づけられる。電源６はロッド１およびECM装置に電気的に接続される。電源６は、ECM装置の一部としてある陰極４に対して、ロッド１を正電位に保持する。
【００４１】
衝撃端２の形状加工を行うために、電解液５の流れの下で陰極４を陽極のロッド１の衝撃端２に近づけ、陰極４とロッド１との間に電解液５を介して電流を流して、ロッド１の衝撃端２から電気分解作用により（electrolytically）材料を取り除く。この作用により、陰極４の端部７の形状に対応する形状に衝撃端２を加工することができる。図１に示したパンチの場合、衝撃端２は単純なキャビティ３を囲む形状に加工されている。性能を高めるために、陰極４とロッド１との間の間隙が変化するように、振動動作を陰極４に加える。陰極４の振動またはその他の方法に応じて、ロッド１と陰極４との間を流れる電流も変化する。衝撃端２の形状を必要な精度で加工したら、電流を遮断し、電気分解を停止する。この操作を行うのに特に適しているECM装置は、本発明出願人による係属中の別の出願であるＷＯ０１／３０５２６に記載されている。
【００４２】
衝撃端２の形状を精確に加工して、タブレットの衝撃成形を確実に行うために、陰極４の端部をタブレットのテンプレートまたはホブとしている。衝撃端２を機械加工する前に、陰極の端部７の中心がロッド１の中心と一直線上になるように注意する必要がある。こうすることによって、可能な限り、衝撃端において、タブレット製造での使用中に受ける衝撃力のバランスが取られる。
【００４３】
ECMを用いて衝撃端２の形状を加工することにより、製造工程の衝撃成形時における曲げやひび割れによる、一部加工されたパンチの損傷を少なくすることができる。また、ロッド１の衝撃端２を矯正したり、中心位置を合わせ直したり（re-center）するのに要する時間と費用を解消することができる。
【００４４】
この工程のさらなる利点は、衝撃端２の形状加工時に陰極の端部７（ホブ）が物理的圧力を直接的に受けないことである。その結果、ホブの磨耗は無視できるほどに少なくなる。したがって、１つのホブを用いて、品質を劣化させることなく、多数の衝撃端の形状を加工することができる。つまり、多くの交換用ホブを製造する費用を回避できるということである。
【００４５】
当然ながら、このECMプロセスにより、軟鋼以外の材料、たとえば、チタン、チタン合金、炭化タングステン、ステンレス鋼などの材料から成形パンチを形成することができる。通常は、ECMプロセスに用いる電解液は、機械加工の対象として選ぶ材料により異なる。必要ならば、ECMプロセスで研磨粒子を含む電解液を用いることもできる。
【００４６】
ECMを用いて、あらかじめ焼入れしたロッド１の衝撃端２の形状を加工して、衝撃成形パンチを加工することにより、衝撃端の形状を形成した直後にタブレットの製造にそのパンチを使用することができる。伝統的な技法により製造するパンチの場合、衝撃端の形状を加工した後、タブレットの製造に使用するには、さらに２４時間の機械加工と焼入れ作業を必要とする。
【００４７】
つまり、タブレットの製造者はECM装置をタブレットの生産ラインの近くに便利なように設置し、交換が必要な場合に応じて、衝撃成形パンチの衝撃端２の形状を加工することができる。これにより、多数のあらかじめ形状が加工された成形パンチを注文し、保管しておく費用を節約できる。また、新しい種類またはデザインのタブレットを製造する必要が生じた場合、製造者は、わずかな予告期間で新しいパンチセットの機械加工に柔軟に対応できる。
【００４８】
ECMと同じように迅速で精確なプロセスの別の利点としては、使用するパンチの衝撃端２は、再機械加工により再利用できるようにしたものでもよいことである。使用する成形パンチの衝撃端２には、表面上に多数の小さな穴やその他の重大ではない傷がしばしば作られる。たいていは、これらの穴や傷はそれほど深くなく、衝撃端の表面から材料の薄層を制御しながら取り除くことで、成形パンチは未使用のまたはほとんど未使用の状態に戻る。
【００４９】
表面から薄層を精確に取り除くことができるので、ECMはこのような操作に理想的である。パンチの衝撃端を定期的に再機械加工することは、個々のパンチの実用寿命を長くする。したがって、交換用パンチの費用を節約するための標準的な手法として採用することができることは想像にかたくない。
【００５０】
当然ながら、本発明は、上記で実施例により説明したプロセスの詳細に限定されないと理解されたい。たとえば、ここでは、成形パンチはタブレットの製造と関連づけて説明したが、本発明の方法は、菓子類や棒状石鹸の製造、または紙製品やレザー製品のエンボス加工などを含めて、それに限定されないその他の分野においても応用できる。
【図１】
2005523172.tif 000003
【図２】
2005523172.tif 000004
【国際調査報告】
2005523172.tif 000005
2005523172.tif 000006