(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原形品の表面の凹凸形状に対して凹凸が反転した原成形面を有する原型を作成する第一工程と、
前記原型によりプレス成形された原型成形品の表面の凹凸形状を計測する第二工程と、
前記原形品の表面の凹凸形状と前記原型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた比較情報を生成する第三工程と、
前記比較情報に基いて前記原成形面を補正して補正成形面情報を得る第四工程と、
得られた前記補正成形面情報に基いて補正成形面を有する補正型を作成する第五工程と、を備え、
前記第三工程において、それぞれの前記凹凸形状の波長解析を行って、前記凹凸形状の波長に応じた比較を行って相違を反映させた前記比較情報を生成し、
前記第四工程において、前記比較情報に基いて、前記原成形面を、前記凹凸形状の波長に応じて補正して前記補正成形面を得ることを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項２】
前記補正型によりプレス成形された補正型成形品の表面の凹凸形状を計測する第六工程と、
前記原形品の表面の凹凸形状と前記補正型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた第二の比較情報を生成する第七工程と、
前記第二の比較情報に基いて前記原成形面を補正して第二の補正成形面情報を得る第八工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の成形型の製造方法。
【請求項３】
前記原形品の表面の凹凸形状と前記原型成形品の表面の凹凸形状と前記補正型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、波長に応じた補正係数を生成することを特徴とする請求項２記載の成形型の製造方法。
【請求項４】
前記原形品は、窯業系材料又は合成樹脂材料からなることを特徴とする請求項３記載の成形型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形により同形状の物品を量産する際に用いる成形型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窯業系の材料や合成樹脂等の材料により同形状の物品を量産するにあたり、成形型を用いたプレス成形がよく行われている。量産する物品の表面には、凹凸形状を有する模様を付与することが多い。プレス成形により物品を形成する場合、成形材料によっては、成形型の成形面の凹凸形状が精度よく成形品の凹凸形状として転写されにくいことがあった。そこで、様々な対策が施されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示される従来例では、金型に充填された樹脂の表面に発生する固化スキン層により転写性の向上が困難となる、という問題があった。そこで、樹脂の射出充填開始から型締開始まで移動金型を型閉方向へ連続的に停止させることなく移動させて型締を行うことにより、充填樹脂の表面に常に新しい内部の樹脂が露出してくるためにスキン層の形成或いは成長が阻害され、その結果、成形面の微細な凹凸が成形品に精度良く転写されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１４２５６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、プレス成形においては、成形型の凹凸形状の成形品への転写性は、凹凸形状により異なるものであった。すなわち、材料の粘性等の性質に応じて、凹凸形状における凹凸の幅ごとに転写性が異なるものであった。特許文献１に示される従来例では、このような凹凸形状に応じた転写性の違いを反映させることはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、凹凸形状に応じた転写性の違いを反映させることができる成形型の製造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】
【０００７】
本発明の一形態に係る成形型の製造方法は、原形品の表面の凹凸形状に対して凹凸が反転した原成形面を有する原型を作成する第一工程と、前記原型によりプレス成形された原型成形品の表面の凹凸形状を計測する第二工程と、前記原形品の表面の凹凸形状と前記原型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた比較情報を生成する第三工程と、前記比較情報に基いて前記原成形面を補正して補正成形面情報を得る第四工程と、得られた前記補正成形面情報に基いて補正成形面を有する補正型を作成する第五工程と、を備え、前記第三工程において、それぞれの前記凹凸形状の波長解析を行って、前記凹凸形状の波長に応じた比較を行って相違を反映させた前記比較情報を生成し、前記第四工程において、前記比較情報に基いて、前記原成形面を、前記凹凸形状の波長に応じて補正して前記補正成形面を得ることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一形態に係る成形型の製造方法では、前記補正型によりプレス成形された補正型成形品の表面の凹凸形状を計測する第六工程と、前記原形品の表面の凹凸形状と前記補正型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた第二の比較情報を生成する第七工程と、前記第二の比較情報に基いて前記原成形面を補正して第二の補正成形面情報を得る第八工程と、をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の一形態に係る成形型の製造方法では、前記原形品の表面の凹凸形状と前記原型成形品の表面の凹凸形状と前記補正型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、波長に応じた補正係数を生成することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一形態に係る成形型の製造方法では、前記原形品は、窯業系材料又は合成樹脂材料からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の成形型の製造方法では、凹凸形状に応じた転写性の違いを反映させた成形型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】原形品の凹凸形状を表す図である。
【図２】原型成形品の凹凸形状を表す図である。
【図３】原形品の凹凸形状のスペクトルを表す図である。
【図４】原型成形品の凹凸形状のスペクトルを表す図である。
【図５】原形品と原型成形品のスペクトル比を表す図である。
【図６】原形品と補正型のスペクトル比を表す図である。
【図７】補正型の凹凸形状のスペクトルを表す図である。
【図８】補正型の凹凸形状を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、プレス成形により同形状の物品を量産する際に用いる成形型の製造方法である。
【００１４】
量産する物品としては、サイディング材等の外装材や瓦等の屋根材といった建材が好適に挙げられるが、外装材や屋根材以外の建材や、建材以外の部材であってもよく、特に限定されない。なお、量産する物品の個数は限定されない。
【００１５】
また、量産する物品は、窯業系材料により形成されるものが好適に挙げられるが、合成樹脂等の所定のプレス特性を有する材料により形成されるものでもよく、プレス成形により形成可能な材料であれば特に限定されない。窯業系材料としては、無機質硬化体の原料となる水硬性材料に無機充填剤、繊維質材料等を配合し、押出成形や注型成形や抄造成形等により所定の大きさに成形したものが好適に用いられるが、特に限定されない。水硬性材料としては、例えばポルトランドセメント、高炉セメント、高炉スラグ、ケイ酸カルシウム、石膏等のうちの一種あるいは複数種が好適に用いられるが、特に限定されない。また、無機充填剤としては、フライアッシュ、ミクロシリカ、珪砂等が好適に用いられるが、特に限定されない。また、繊維質材料としては、パルプ、合成繊維等の無機繊維や、スチールファイバー等の金属繊維を一種あるいは複数種併せたものが好適に用いられるが、特に限定されない。
【００１６】
量産する物品は、表面に模様を構成する凹凸形状を有するものである。ここで、プレス成形により量産しようとする物品の形状（これを原形とする）を有する物品を、原形品とする。
【００１７】
本発明の成形型の製造方法においては、第一工程から第五工程を順に有するもので、以下に説明する。
【００１８】
第一工程は、原形品の表面の凹凸形状に対して凹凸が反転した原成形面を有する原型を作成する工程である。
【００１９】
原型となる、プレス成形で用いられる型は、主に金型である。金型は、単体金属や合金で形成されるが、非金属を含んでもよい。また、原型は、非金属で形成されてもよく、例えば樹脂型でもよく、金型に限定されない。
【００２０】
原型は、例えば倣い加工等により原形品に基いて原成形面を作成してもよいし、原形品を作成せずに原形のデータに基いて、いわゆる工作機械等により各種加工を行って作成してもよく、作成方法は限定されない。また、原形品を作成する場合も同様に、原形のデータに基いて工作機械等による各種加工を行って作成してもよく、作成方法は限定されない。ここで、いわゆる工作機械としては、数値制御を行う旋盤やフライス盤やマシニングセンタをはじめとする、各種加工を行う様々な公知の機械が適宜利用可能である。また、各種加工とは、除去加工（切削加工、研削加工、放電加工、等）や、変形加工（曲げ加工、絞り加工、等）や、付加加工（溶接、ろう付け、等）や、これらの組み合わせや、その他の加工であってもよく、公知の各種加工が含まれる。原形品は、所定のプレス特性を有する材料（例えば量産する物品の材料と同じ材料）からなることが好ましい。
【００２１】
第二工程は、原型によりプレス成形された原型成形品の表面の凹凸形状を計測する工程である。
【００２２】
原型成形品は、量産する物品の材料と同じ材料により、量産するときと同様の条件（温度、時間、圧力等）でプレス成形して形成する。なお、原型成形品の材料は、量産する物品の材料と必ずしも同じでなくてもよく、また、原型成形品をプレス成形するときの条件が量産するときの条件と必ずしも同じでなくてもよい。
【００２３】
原型成形品の表面の凹凸形状の計測には、例えばいわゆる表面粗さ測定器（特にいわゆる三次元測定機）が好適に用いられるが、特に限定されない。表面粗さ測定器（三次元測定機を含む）は、様々なものが公知で広く利用されており、これらが適宜利用可能であって特に限定されない。第二工程における計測によって得られる凹凸形状は、連続した計測箇所において計測される、連続量（アナログ量）であってもよいが、離散した計測箇所において計測される離散量からなるデータ（デジタルデータ）であってもよく、現実的にはデジタルデータが好適に用いられる。この場合、計測箇所の間隔やデジタルデータのビット数等は適宜設定される。また、凹凸形状がアナログ量として得られる場合であっても、得られたアナログ量を後でデジタル化してデジタルデータを得たり、途中でＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換して直接デジタルデータを得てもよい。すなわち、デジタルデータの方が処理がし易くて好ましいものである。以下においても、データという場合、同様に、アナログ量であってもよいがデジタルデータであることが好ましいものである。
【００２４】
第三工程は、原形品の表面の凹凸形状と原型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた比較情報を生成する工程である。
【００２５】
原形品の表面の凹凸形状は、第二工程における原型成形品の表面の凹凸形状の計測と同様に、原型または原形品の表面の凹凸形状をいわゆる表面粗さ測定器で計測して得てもよい。ただし、原型の表面の凹凸形状を計測する場合には、凹凸を反転させたデータが原形品の表面の凹凸形状のデータとなる。また、原形品によらずに、原形のデータより原形品の表面の凹凸形状を得ても勿論よい。
【００２６】
そして、原形品の表面の凹凸形状と、原型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、比較情報を生成する。比較情報の生成にあたっては、原形品の表面の凹凸形状と原型成形品の表面の凹凸形状のそれぞれの凹凸形状の波長解析を行って、凹凸形状の波長に応じた比較を行い、その相違を反映させた比較情報を生成するものである。
【００２７】
波長解析を行うにあたっては、フーリエ変換が好適に用いられる。フーリエ変換では、いわゆるＦＦＴ（Fast Fourier Transform）が好適に用いられるが、フーリエ変換の方法は特にＦＦＴに限定されない。第三工程については後で実施形態に基いて説明する。
【００２８】
第四工程は、比較情報に基いて原成形面を補正して、補正成形面情報を得る工程である。補正成形面情報は、例えばいわゆる数値制御の工作機械が機械加工等を行うときに利用可能なデータであることが好ましい。補正成形面情報を得るにあたっては、比較情報に基いて、原成形面を、凹凸形状の波長に応じて補正することにより補正成形面情報を得るものである。第四工程については後で実施形態に基いて説明する。
【００２９】
第五工程は、得られた補正成形面情報に基いて、補正成形面を有する補正型を作成する工程である。
【００３０】
補正型の作成は、補正成形面情報に基いて職人が各種加工を行って作成してもよいし、補正成形面情報のデータに基いて、いわゆる工作機械等により各種加工を行って作成してもよく、作成方法は限定されない。
【００３１】
以下に、本発明の一実施形態について図１ないし図８に基いて説明する。
【００３２】
第一工程において原型が作成され、第二工程において、原型によりプレス成形された原型成形品の表面の凹凸形状が計測される。図１に、原形品の一部における凹凸形状（すなわち原型の凹凸形状を反転したもの）を示し、図２に、第二工程において計測された原型成形品の一部における凹凸形状を示す。図２においては、併せて、比較のために図１に示す原形品の凹凸形状を破線により示している。図１および図２において、横軸は、計測対象となる面に沿う方向における位置（数値の単位はｃｍ、計測範囲は全長のうちの１０ｃｍ）を示し、縦軸は、計測対象となる面に直交する方向における位置、すなわち凹凸の高さ・深さ（数値の単位はｃｍ）を示す。
【００３３】
第三工程においては、図１に示す原形品の凹凸形状と図２に示す原型成形品の凹凸形状とを比較した比較情報を生成する。そして、比較情報の生成にあたっては、原形品の凹凸形状と原型成形品の凹凸形状のそれぞれの波長解析を行う。本実施形態では、フーリエ変換（特にＦＦＴ）により解析を行っている。図１に示す原形品の凹凸形状の解析結果を図３に示し、図２に示す原型成形品の凹凸形状の解析結果を図４に示す。図４においては、併せて、比較のために図３に示す原形品の凹凸形状の解析結果を破線により示している。図３および図４において、横軸は、波長をｘ（ｃｍ）とする正弦波の１０（ｃｍ）中における波数（すなわち１０／ｘで、数値の単位は個）を示し、縦軸は、各波数における正弦波の振幅の大きさ（以下、単に各波数における大きさという）を示す。上述したように、波長と波数とは一対一に対応している。
【００３４】
なお、図３および図４において、定数に対応する値（すなわち波数が０）については、凹凸の高さ・深さに無関係であるとともに横軸を対数表示する都合上、省略している。また、解析結果のうちの位相については、本発明が凹凸の高さ・深さについてであるとともに位相による影響が小さいことから、図示を省略している。
【００３５】
本実施形態では、各波数において、原形品の凹凸形状の解析結果の値に対する原型成形品の凹凸形状の解析結果の値の比率を求めて比較情報としており、これを図５に示す。図５において、横軸は図３および図４と同様に波数を示し、縦軸は比率を示す。本実施形態では、図５より、波数が１０から１００までの領域において、各波数における大きさの比率が概ね０．５となっており、それ以外の領域においては各波数における大きさの比率が概ね１となっている。
【００３６】
第四工程においては、第三工程にて生成した比較情報に基いて、まず、各波数における補正係数を求める。本実施形態では、比較情報として求めた図５に示す比率の逆数を補正係数としており、これを図６に示す。図６においては、図５と同様に、横軸は波数を示し、縦軸は比率を示す。
【００３７】
次に、図３に示す原形品の各波数における大きさに、図６に示す補正係数を乗じて、補正型（但し凹凸を反転したもの）の各波数における大きさを求めており、これを図７に示す。図７においては、図３および図４と同様に、横軸は波数を示し、縦軸は、各波数における大きさを示す。図７においては、併せて、比較のために図３に示す原形品の凹凸形状の解析結果を破線により示している。
【００３８】
次に、図７に示す各波数における大きさおよび位相（不図示）を基に、フーリエ逆変換を行って、補正型（但し凹凸を反転したもの）の凹凸形状を求めて補正成形面情報としており、これを図８に示す。図８においては、図１および図２と同様に、横軸は位置を示し、縦軸は凹凸の高さ・深さを示す。図８においては、併せて、比較のために図１に示す原形品の凹凸形状を破線により示している。なお、本実施形態では、フーリエ逆変換を行うにあたり、図３に示す原形品の凹凸形状の解析により得られた位相をそのまま使用しているが、位相を変更してもよい。
【００３９】
この後、第五工程において、得られた補正成形面情報に基いて、補正成形面を有する補正型を作成する。
【００４０】
以上の第一工程ないし第五工程が、本発明の成形型の製造方法の基本をなす工程である。
【００４１】
この後、第五工程により得られた補正型によりプレス成形を行うことで、補正型成形品が得られる。ここで、補正型成形品の凹凸形状がどのように予測されるかについて説明する。
【００４２】
補正型（但し凹凸を反転したもの）の凹凸形状と補正型成形品の凹凸形状の関係は、図３ないし図５に示す上述した原形品の凹凸形状と原型成形品の凹凸形状の関係と同じであると仮定する。この場合、補正型成形品の凹凸形状をフーリエ変換したときの各波数における大きさは、図８に示す補正型の凹凸形状をフーリエ変換したときの各波数における大きさに、図５に示す比率を乗じたものとなる。ここで、図８に示す補正型の凹凸形状をフーリエ変換したときの各波数における大きさは、図８に示す補正型の凹凸形状をフーリエ逆変換により求めたときの逆変換前の図７に示すものであるが、これに図５に示す比率を乗じるのは図６に示す補正係数で除するのに等しく、これは、図６に示す補正係数を乗じて図７に示す各波数における大きさとなる、図３に示す原形品の各波数における大きさに他ならない。従って、予測される補正型成形品の凹凸形状は、原形品の凹凸形状と等しいものである。
【００４３】
なお、本実施形態では、第四工程での各波数における補正係数として、図５に示す原形品の凹凸形状の解析結果の値に対する原型成形品の凹凸形状の解析結果の値の比率の逆数を使用しているが、補正係数は前記比率の逆数に限定されない。例えば、各波数において、１に対する差として、図５に示す比率の１に対する差の正負の反転値を有する値を補正係数としてもよい。具体的には、例えば図５に示す比率の波数１１における値ｘは０．５で、値ｘの１に対する差Δｘは、下式（１）より−０．５である。
Δｘ＝ｘ−１＝０．５−１＝−０．５・・・（１）
１に対する差Δｙが、−０．５の正負を反転させた０．５となる値ｙは、下式（２）より１．５である。
ｙ＝１＋Δｙ＝１＋０．５＝１．５・・・（２）
従って波数１１における補正係数は１．５となり、このようにして全波数について補正係数を算出して求める。
【００４４】
このように、第四工程において求める補正係数は、主に使用される材料に応じて、適宜求められる。
【００４５】
実際には、原形品の凹凸形状と補正型成形品の凹凸形状が一致する可能性は低いが、原型成形品の凹凸形状よりは補正型成形品の凹凸形状の方が原形品の凹凸形状に近いと考えられる。
【００４６】
そこで、補正型について上述した第二工程ないし第五工程と同様の第六工程ないし第九工程をさらに行って、第二の補正型および第二の補正型成形品を得てもよい。すなわち、第六工程は、第二工程において原型を補正型に置き換えて、補正型によりプレス成形された補正型成形品の表面の凹凸形状を計測する工程である。第七工程は、第三工程において原型成形品を補正型成形品に置き換えるとともに比較情報を第二の比較情報に置き換えて、原形品の表面の凹凸形状と補正型成形品の表面の凹凸形状とを比較して、その相違を反映させた第二の比較情報を生成する工程である。第八工程は、第四工程において補正成形面を第二の補正成形面に置き換えて、第二の比較情報に基いて原成形面を補正して第二の補正成形面情報を得る工程である。第九工程は、第五程において補正成形面を第二の補正成形面に置き換えるとともに補正型を第二の補正型に置き換えて、得られた第二の補正成形面情報に基いて第二の補正成形面を有する第二の補正型を作成する工程である。
【００４７】
これにより得られる第二の補正型成形品の凹凸形状は、補正型成形品の凹凸形状よりもさらに原形品の凹凸形状に近いと考えられる。同様にこれを繰り返して、第ｎの補正型および第ｎの補正型成形品（但しｎは３以上の整数）を得てもよく、ｎが大きくなるに従って、第ｎの補正型成形品の凹凸形状は漸近的に原形品の凹凸形状に近づくと考えられる。ｎは有限であるため、できるだけ大きなｎの第ｎの補正型および第ｎの補正型成形品を得て、このときの各波数における究極的な補正係数（請求項３における補正係数）を得ておけば、この後、様々な形状の物品をプレス成形する際に精度のよいプレス成形を行うことができる。すなわち、原形品の凹凸形状に対してこの究極的な補正係数を用いて補正をかけた補正成形面を有する補正型を作成することで、原型や第二の補正型以降の補正型を作成することなく、一度の型（すなわち補正型）の作成のみで、原形品の凹凸形状に近い成形品が得られると考えられる。
【００４８】
なお、このときの究極的な補正係数としては、波数を有限個のブロックに分けて、各ブロック毎に固定値を用いるものでもよいし、波数の関数として算出されるものでもよい。究極的な補正係数が波数の関数として算出されるものの場合には、最小二乗法等により、有限個の波数における値から連続した関数が得られる。
【００４９】
また、上記例では、究極的な補正係数として、できるだけ大きなｎの場合における補正係数を採用しているが、ｎ＝１、２、・・・、Ｎについての補正係数よりｎ→∞の場合の補正係数を推測して究極的な補正係数としてもよい。なお、Ｎはそれ程大きくない整数とする。これにより、多くの補正型を作成することなく、効率よく究極的な補正係数を求めることができる。
【００５０】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更が可能である。
【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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