(57)【要約】【課題】短時間で製造することのできる型の製造方法の提供。【解決手段】樹脂（Ｐ，Ｒ）又は金属粉末（Ｐ）をベース（１１，２１）上に積層させて、積層部（１０，２０）をベース（１１，２１）上に形成する型の製造方法である。樹脂（Ｐ，Ｒ）又は金属粉末（Ｐ）の積層方向に略垂直な方向を貫通方向とする。造形工程（Ｓ１）では、貫通方向に貫通する貫通孔（１４，２４）を有する突起部（１５，２５）を複数備えるベース（１１，２１）上に、積層部（１０，２０）の外周を貫通孔（１４，２４）と連なることによって連通孔（１８，２８）を有するように、積層部（１０，２０）を三次元形状物の造形方法を用いて造形する。固定工程（Ｓ２）では、拘束棒（１０，２９）を貫通孔（１４，２４）及び連通孔（１８，２８）に挿入する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂又は金属粉末をベース上に積層させて、積層部を前記ベース上に形成する型の製造方法であって、
前記樹脂又は前記金属粉末の積層方向に略垂直な方向を貫通方向とすると、
前記貫通方向に貫通する貫通孔を有する突起部を複数備える前記ベース上に、
前記積層部の外周を前記貫通孔と連なることによって貫通する連通孔を有するように、前記積層部を三次元形状物の造形方法を用いて造形する工程と、
拘束棒を前記貫通孔及び前記連通孔に挿入する工程と、
を含む型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は型の製造方法に関し、特に三次元形状物の造形方法を利用した型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを粉末層に照射して、焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、さらに、その固化層の上に、同様に光ビームの照射により新たな固化層を形成し、これを繰り返して三次元形状物を製造する三次元形状物の造形方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される三次元形状物の造形方法では、上記した固化層の形成を造形テーブルに設けたピン上において行うことにより、三次元形状造形物を製造する。ピン上で行うことで、三次元形状造形物の底面が造形プレートの表面形状に影響を受けるなどの問題を解決できるとの旨と述べられている。さらに、このような製造方法を用いて得られた型は、例えば、型として利用することができるとの旨が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１００８８４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、型を短時間で製造することが要求されている。特許文献１で開示される三次元形状物の造形方法では、製造時間の短縮の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、短時間で製造することのできる型の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる型の製造方法は、
樹脂又は金属粉末をベース上に積層させて、積層部（例えば、積層型）を前記ベース上に形成する型の製造方法であって、
前記樹脂又は前記金属粉末の積層方向に略垂直な方向を略垂直方向とすると、
前記略垂直方向に貫通する貫通孔を有する突起部を複数備える前記ベース上に、
前記積層部の外周を前記貫通孔と連なることによって貫通する連通孔を有するように、前記積層部を三次元形状物の造形方法を用いて造形する工程と、
拘束棒を前記貫通孔及び前記連通孔に挿入する工程と、
を含む。
【０００８】
このような構成によれば、型を短時間で製作することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、短時間で型を製造することのできる型の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】型の部分断面図である。
【図２】型の要部の側面図である。
【図３】プレス型の側面図である。
【図４】製造装置の一例の模式図である。
【図５】実施の形態１にかかる製造方法の一工程を示す模式図である。
【図６】製造方法に対する製造時間を示すグラフである。
【図７】製造装置の一例の模式図である。
【図８】製造装置の一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１及び図２を参照して実施の形態１にかかる型について説明する。図１は、型の部分断面図である。図２は、型の要部の側面図である。図３は、プレス型の側面図である。
【００１２】
図１に示すように、樹脂型１０は、樹脂からなるベース１１と、ベース１１の積層面１２上に積層された積層型１６とを含む。
【００１３】
図２に示すように、ベース１１は、その積層面１２上に突起する複数の突起部１５と、突起部１５と同じ方向に突起する複数の棒支持部１３とを有する。
【００１４】
突起部１５は、例えば、高さ１０ｍｍ、幅及び奥行５ｍｍの四角柱状体である。突起部１５は、ベース１１の積層面１２上に少なくとも１列に並んで設けられており、突起部１５同士の間隔は、例えば、１０ｍｍである。突起部１５は、例えば、ＪＩＳ規格に定められるＳ４５Ｃ又はその相当材などの炭素鋼からなる。突起部１５は、貫通孔１４を有し、貫通孔１４は、突起部１５の中心又はその近傍を通過する。貫通孔１４は、例えば、直径２ｍｍである。貫通孔１４は、ベース１１の積層面１２に沿う方向に貫通する。つまり、貫通孔１４は、積層型１６が積層される積層方向に略垂直な方向に貫通する。ここで、略垂直とは、例えば、７０〜１１０°である。
【００１５】
棒支持部１３は、突起部１５の列の両端から間隔を空けて、ベース１１に設けられる棒状体である。棒支持部１３は、例えば、直径１００ｍｍであって、ＪＩＳ規格に定められるＳ４５Ｃ又はその相当材などの炭素鋼からなる。棒支持部１３は、ベース１１の積層面１２に沿う方向に貫通する支持孔（不図示）を有し、支持孔は棒支持部１３の中心又はその近傍を通過する。支持孔は、例えば、直径２ｍｍである。
【００１６】
図２に併せて図１を再び参照すると、積層型１６は、ワークを成形するための成形面１７を上面に有する。積層型１６は連通孔１８を有し、連通孔１８は積層型１６の外周を貫通する。詳細には、連通孔１８と貫通孔１４とが連なって、１つの連続した孔が形成される。この孔が積層型１６の外周を貫通する。つまり、連通孔１８と貫通孔１４とよりも小さな径を有する棒状体は、この１つの連続した孔を通過することができる。積層型１６は、例えば、紫外線硬化樹脂などの光硬化性樹脂からなる。
【００１７】
拘束棒１９は、連通孔１８と貫通孔１４とに挿入され、さらに、その両端を棒支持部１３の支持孔に挿入されることで、棒支持部１３に支持されている。拘束棒１９は、例えば、ＪＩＳ規格に定められるＳ４５Ｃ又はその相当材などの炭素鋼からなる。また、拘束棒１９は、例えば、直径２ｍｍである。
【００１８】
図３に示すように、樹脂型１０は、金属ベース保持部１に取り付けられて、プレス型の下型として用いられる。さらに、樹脂型１０に対応する樹脂型２０を準備する。樹脂型２０は、樹脂型１０の成形面１７に対応する成形面２７を有するところを除いて、樹脂型１０と同じ構成を有する。樹脂型２０は、金属ベース保持部２に取り付けられて、プレス型の上型として用いられる。樹脂型１０と金属ベース保持部１と樹脂型２０と金属ベース保持部２とをプレス機（不図示）にそれぞれ取り付けると、樹脂型１０及び／又は樹脂型２０を互いに接触可能に移動させて、プレス加工を行うことができる。例えば、ワークＷを樹脂型１０、２０との間に載置して、ワークＷを成形面１７、２７に対応した形状にプレス加工することができる。
【００１９】
製造方法．
次に、図４及び図５を参照して実施の形態１にかかる製造方法について説明する。図４は、製造装置の一例の模式図である。図５は、実施の形態１にかかる製造方法の一工程を示す模式図である。
【００２０】
まず、本製造方法の積層型造形工程では、光造形装置を用いた。なお、光造形装置は、三次元形状物の造形方法の一例である光造形方法を行うための装置である。図３に示すように、光造形装置１００は、槽１０１と、ベース支持部１０２と、ガルバノメータミラー１０３と、レーザー発振器１０４とを含む。
【００２１】
槽１０１は、例えば、光硬化樹脂Ｒを保持する槽である。光硬化樹脂Ｒは、例えば、エポキシ系樹脂などの紫外線硬化樹脂である。
【００２２】
ベース支持部１０２は、槽１０１近傍に固定される本体１２１と、本体１２１により上下に駆動される駆動部１２２と、駆動部１２２に組み付けられたアーム１２３とを含む。アーム１２３がベース１１を支持したまま、駆動部１２２が上下に駆動する。これにより、ベース支持部１０２は、ベース１１を上下に移動させて、槽１０１に出し入れすることができる。
【００２３】
ガルバノメータミラー１０３は、槽１０１の上方において回転可能に設置される。レーザー発振器１０４は、光硬化樹脂Ｒを硬化させるレーザーを発振する。また、レーザー発振器１０４は、ガルバノメータミラー１０３に照射するように設置されている。ここで、ガルバノメータミラー１０３は、レーザー発振器１０４からのレ−ザーを受けたまま、回転する。すると、ガルバノメータミラー１０３は、レーザーを反射して、ベース１１上又は上方に入射させる。ベース１１上又は上方に液面における光硬化樹脂Ｒは、レーザーにより固化する。積層型１６の形状に基づいて、ガルバノメータミラー１０３の角度やレーザー発振器１０４のレーザー照射の開始及び停止等を制御する。
【００２４】
まず、光造形装置１００を用いて、積層型１６をベース１１の積層面１２上に形成する（積層型造形工程Ｓ１）。典型的には、図５に示すように、突起部１５及び連通孔１８に相当する部分については積層することなく、連通孔１８を除く積層型１６に相当する部分だけ積層して、積層型１６を積層面１２上に形成する。
【００２５】
次いで、ベース１１と積層型１６とを槽１０１から取り出した後で、拘束棒１９を連通孔１８と貫通孔１４とに挿入する（拘束棒固定工程Ｓ２）。さらに、拘束棒１９を棒支持部１３の支持孔に挿入して、支持する。
【００２６】
以上の工程を経ると、樹脂型１０が得られる。上記した実施の形態１にかかる製造方法によれば、積層型造形工程Ｓ１において突起部１５、棒支持部１３、拘束棒１９に相当する部分について、積層する必要がないため、短い時間で型を製造することができる。なお、上記した実施の形態１にかかる製造方法によれば、樹脂型１０と同様に、樹脂型２０を製造することができる。
【００２７】
また、積層型１６は拘束棒１９と棒支持部１３とにより、拘束されて、ベース１１から離れ難く、ベース１１と強固に固定し得る。また、突起部１５が積層面１２から突起するために、積層型１６がベース１１から積層面１２に沿う方向に離れ難く、ベース１１に強固に固定し得る。
【００２８】
ところで、ベース１１の代わりに、突起部１５、棒支持部１３及び拘束棒１９を省略したベースを用いたところを除いて、上記した実施の形態１にかかる製造方法と同じ製造方法がある。この製造方法を、従来の製造方法と呼ぶ。
【００２９】
ここで、従来の製造方法を用いて、ベース１１と積層型とを有する型を従来例として製造した。この積層型の製造では、積層型１６の突起部１５、連通孔１８に相当する部分についても、積層した。また、上記した実施の形態１にかかる製造方法を用いて樹脂型１０を実施例として製造した。従来例及び実施例でも、型方案設計からＮＣ加工・仕上げまでにかかる時間を計測し、その結果を図６に示した。
【００３０】
図６に示すように、従来例では、型方案設計、ＮＣ（Numerical Control）データ作成、及び、ＮＣ加工・仕上げ等は、いずれも１〜２日要した。つまり、リードタイムは、３〜６日である。一方、実施例では、型方案設計は、従来の製造方法と同程度に１〜２日要した一方で、ＮＣデータ作成は０．１〜０．５日、ＮＣ加工・仕上げ等は０．５〜１．５日といずれも従来例と比較して短い。リードタイムは、１．６〜４日である。実施例では、従来例と比較して、突起部１５、棒支持部１３、拘束棒１９に相当する部分についても、積層する必要がないために、ＮＣデータ作成、ＮＣ加工・仕上げ等の時間が短くなる。つまり、実施例の製造時間は、従来例の製造時間と比較して、短い。
【００３１】
なお、実施の形態１にかかる製造方法では、積層型１６を形成するために光造形装置１００を用いたが、図７に示す粉末造形装置２００や、図８に示す熱溶解積層造形装置３００を用いてもよい。図７及び図８は、製造装置の一例の模式図である。
【００３２】
図７に示すように、粉末造形装置２００は、三次元形状物の造形方法の一例である粉末造形方法を行うための装置である。粉末造形装置２００は、粉末供給部２１０と、造形部２２０と、ローラ２１３と、炭酸ガスレーザ発振器２２３とを含む。
【００３３】
粉末供給部２１０は、筒状の粉末保持槽２１１と、粉末押出部２１２とを含む。粉末保持槽２１１は、粉末Ｐをその内側に保持する。粉末押出部２１２は、粉末保持槽２１１の内側に摺動可能に配置される。粉末Ｐは、樹脂や金属粉末を利用することができる。樹脂として、例えば、ナイロン系樹脂が挙げられる。金属粉末として、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの純金属、これらの合金、又は、ステンレス鋼からなる粉末が挙げられる。
【００３４】
造形部２２０は、筒状の造形槽２２１と、ベース支持部２２２とを含む。造形槽２２１は、粉末保持槽２１１に隣接するように設置される。ベース支持部２２２は造形槽２２１の内側に摺動可能に配置されており、ベース１１を上下移動可能に支持する。
【００３５】
ローラ２１３は、粉末保持槽２１１及び造形槽２２１の上側端面を転動し、粉末供給部２１０から造形部２２０までを往復することができる。炭酸ガスレーザ発振器２２３は、造形槽２２１の内側に向かって炭酸ガスレーザを照射することができる。
【００３６】
ここで、粉末造形装置２００を用いて、ベース１１の積層面１２上に積層型１６を製造する方法について説明する。まず、粉末押出部２１２が上方に移動し、粉末Ｐの上面が粉末保持槽２１１の上端に到達する、又は、上端から食み出る。ローラ２１３が、粉末保持槽２１１の上側端面に転動し、粉末保持槽２１１の粉末Ｐをその周面に付着させる。さらに、ローラ２１３が引き続き造形槽２２１に向かって転動し、ベース１１の積層面１２に粉末Ｐを付着させる。ローラ２１３が造形槽２２１から通過した後に、炭酸ガスレーザ発振器２２３がレーザーを積層面１２上の粉末Ｐに照射して、粉末Ｐを固化する。固化した粉末Ｐの上に別の粉末Ｐを供給し、さらに、粉末Ｐに、同様にレーザーを照射して、固化する。これを繰り返して、積層型２１６を形成する。ここでは、積層型２１６の形状に基づいて、ベース支持部２２２の位置と炭酸ガスレーザ発振器２２３の動き等を制御する。なお、積層型２１６は、粉末Ｐを用いて形成されるため、樹脂や金属からなる。樹脂として、例えば、ナイロン系樹脂が挙げられる。金属として、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの純金属、これらの合金、ステンレス鋼が挙げられる。
【００３７】
図８に示すように、装置３００は、三次元形状物の造形方法の一例である熱溶解積層造形方法を行うための装置である。熱溶解積層造形装置３００は、ベース１１を固定するベース固定部３０１と、ベース固定部３０１の上方に設けられるモデル材ヘッド３０２とを含む。
【００３８】
モデル材ヘッド３０２は、少なくともベース１１の上側領域を移動できるように設置されている。また、モデル材ヘッド３０２はその先端に射出ノズル３０３を有し、射出ノズル３０３は、モデル材として樹脂を射出する。樹脂として、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer）樹脂が挙げられる。モデル材として射出された樹脂がベース１１の積層面１２上に固化し、さらにその上に樹脂をモデル材として射出する。これを繰り返して、積層型３１６が形成される。積層型３１６の形状に応じて、射出時において、モデル材ヘッド３０２の移動と、射出ノズル３０３による射出とを制御する。モデル材ヘッド３０２は、積層型３１６の形状に応じて、その射出量及び位置を制御される。
【００３９】
なお、熱溶解積層造形装置３００は、サポート材ヘッド３０４をさらに含んでもよい。サポート材ヘッド３０４は、モデル材ヘッド３０２と同様に、少なくともベース１１の上側領域を移動できるように設置されている。サポート材ヘッド３０４はその先端に射出ノズル３０５を有し、射出ノズル３０５はサポート材を射出する。サポート材は、例えば、水溶性の材料からなる。サポート材を積層面１２上に射出すると、サポート部ＳＰ１が形成される。サポート部ＳＰ１の形成後に、上記したようにモデル材を射出して、積層型３１６を形成する。さらに、積層型３１６の固化した後で、サポート部ＳＰ１を水に溶かして除去する。特に、積層型３１６において上方に向かって面積が拡大する部分は、サポート部ＳＰ１を形成した後で、形成すると積層型の形状を安定して製造できて、好ましい。サポート材ヘッド３０４は、サポート部ＳＰ１の形状に応じて、その射出量及び位置を制御される。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記した実施の形態では、光造形装置１００、粉末造形装置２００、熱溶解積層造形装置３００を用いたが、これら以外の三次元形状物を製造する装置又はその方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０、２０  樹脂型
１１、２１  ベース                        １２、２２  積層面
１３、２３  棒支持部                      １４、２４  貫通孔
１５、２５  突起部                        １６、２１６、３１６  積層型
１７、２７  成形面                        １８、２８  連通孔
１９、２９  拘束棒
１００  光造形装置                        ２００  粉末造形装置
３００  熱溶解積層造形装置
Ｐ  粉末                                  Ｒ  光硬化樹脂
Ｓ１  積層型造形工程                      Ｓ２  拘束棒固定工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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