(57)【要約】【課題】反りによる問題を解消する。【解決手段】金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返して得られる光造形物として形成された金型１，２である。対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面もしくはその背後には、型締め時の圧力で変形する変形部が光造形時に形成されている。型締め時の圧力による変形部の変形で反りが吸収される。【選択図】図１
2005154831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返して得られる光造形物として形成された金型であり、対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面もしくはその背後には、型締め時の圧力で変形する変形部が光造形時に形成されていることを特徴とする光造形物としての金型。
【請求項２】
密度が高い高密度部と、この高密度部よりも密度が低い低密度部とが選択的に形成されているとともに、上記変形部は型締め時の圧力で塑性変形する低密度部で形成されていることを特徴とする光造形物としての金型。
【請求項３】
密度が高い高密度部と、この高密度部よりも密度が低い低密度部とが選択的に形成されているとともに、上記変形部は高密度部が型締め方向において隙間もしくは低密度部を介して対向して型締め時の圧力で弾性変形する部分として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光造形物としての金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形物として形成された金型、殊に雄型と雌型とで構成される金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光造形法として知られている粉末焼結部品の製造方法がある。特許第２６２０３５３号公報（特許文献１）などに示された該製造方法は、金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するものであり、得ようとする部品の設計データ（ＣＡＤデータ）であるモデルを所望の層厚みにスライスして生成する各層の断面形状データをもとに光ビームを照射することから、いわゆる任意形状の粉末焼結部品を容易に得ることができるとともに、切削加工などによる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得ることができる。
【０００３】
しかし光造形法で作成した造形物には、反りが生じやすく、これを金型に用いた場合、雄型と雌型とが型締め圧力が加わる方向において接触する面、いわゆるパーティング面に隙間が生じてしまう。
【特許文献１】特許第２６２０３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、反りによる問題を解消することができる光造形物としての金型を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明に係る光造形物としての金型は、金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返して得られる光造形物として形成された金型であり、対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面もしくはその背後には、型締め時の圧力で変形する変形部が光造形時に形成されていることに特徴を有している。型締め時の圧力による変形部の変形で反りが吸収されてしまうようにしたものである。
【０００６】
密度が高い高密度部と、この高密度部よりも密度が低い低密度部とが選択的に形成されている場合、上記変形部は型締め時の圧力で塑性変形する低密度部で形成されている部分であっても、あるいは高密度部が型締め方向において隙間もしくは低密度部を介して対向して型締め時の圧力で弾性変形する部分として形成された部分であってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光造形物につきまとう反りの問題を、光造形であるが故に可能な造形物の密度操作や中空構造化によって解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２及び図３は光造形法による粉末焼結部品の製造装置の一例を示すもので、昇降テーブル２７を備えた粉末タンク２６に収めた金属粉末材料をスキージング用ブレード２１によって造形タンク２５側に供給するとともに表面をならすことで、造形用のステージ上、つまり造形タンク２５で外周が囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル２０上に、所定厚みの粉末層１０を形成する粉末層形成手段Ｆと、レーザー発振器３０から出力されたレーザーをガルバノミラー３１等のスキャン光学系を介して上記粉末層１０に照射することで粉末を焼結して焼結層１１を形成する焼結層形成手段Ｓとを備えるとともに、上記粉末層形成手段Ｆのベース部にＸＹ駆動機構４０を介してミーリングヘッド４１を設けた切削除去手段４を備えている。
【０００９】
このものにおける粉末焼結部品の製造は、昇降テーブル２０上面の造形用ベース３表面に粉末材料を供給してブレード２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結させてベース３と一体化した焼結層１１を形成する。
【００１０】
この後、昇降テーブル２０を少し下げて再度粉末材料を供給してブレード２１でならすことで第２層目の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）Ｌを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層１１と一体化した焼結層１１を形成するものであり、昇降テーブル２０を下降させて新たな粉末層１０を形成し、光ビームを照射して所要箇所を焼結層１１とすることをを繰り返すことで、目的とする粉末焼結部品を製造する。
【００１１】
光ビームの照射経路は、得ようとする粉末焼結部品の三次元ＣＡＤモデルのデータから予め作成しておく。すなわち、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（たとえば０．０５ｍｍ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。光ビームの照射に際しては、そのエネルギー強度や操作速度等の調整によって密度を粉末焼結部品の密度をコントロールすることができるが、粉末焼結部品の少なくとも最表面は高密度（気孔率５％以下）となるように焼結させることができる光ビーム照射を行うのが好ましい。
【００１２】
そして、上記粉末層１０を形成しては光ビームを照射して焼結層１１を形成するということを繰り返していくのであるが、焼結層１１の積層厚みがたとえば切削除去手段４におけるミーリングヘッド４１の切削工具長などから求めた所要の値になれば（ｍ層の積層が終われば）、いったん切削除去手段４を作動させてそれまでに造形した粉末焼結部品の表面部（側面を含む）を切削する。なお、このような切削除去手段を有しておらず、積層途中での切削加工を行わないものであってもよい。
【００１３】
図１は上記の製造装置による光造形法で作成された対の金型１，２を示しており、合成樹脂成形品の成形用であるこれら金型１，２は、その光造形時に光ビームのエネルギー強度や走査速度等を調整することにより、高密度部Ｈと低密度部Ｌとが選択的に形成されているとともに、前述のように表面は高密度部Ｈで形成されていることを基本としているが、図１に示す金型１，２においては、両者における型締め圧力が加わる方向において接触する面に夫々低密度部Ｌを形成している。
【００１４】
いわゆるパーティング面Ｐに位置している上記低密度部Ｌは、対の金型１，２の少なくとも一方に反りがあったならば、型締め圧力を加えた時にこの圧力で塑性変形することで反りを吸収し、金型１，２のパーティング面Ｐ同士を密着させる。なお、パーティング面Ｐの全面を低密度部Ｌで形成するのではなく、最内周部だけ高密度部Ｈで形成しているのは、樹脂成形時の樹脂漏れを防ぐためである。両金型１，２で形成されるキャビティの幅をｅとする時、パーティング面Ｐにおける最内周部の高密度部Ｈの幅ｆは、ｅ＋１ｍｍ程度が好適であるが、金型１，２のサイズや構造によっては更に大きくしてもよい。
【００１５】
塑性変形する低密度部Ｌは、図４に示すように、対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面の背後に配置してもよい。パーティング面Ｐ自体は高密度部Ｈで形成されているものの、型締め圧力が加われば、その背後に位置する低密度部Ｌが潰れることで反りを吸収するために、金型１，２のパーティング面Ｐにおける高密度部Ｈからなる表面同士は密着する。なお、この場合の低密度部Ｌは、外周ほど厚みが大きくなる楔形状とすると、低密度部Ｌを形成することが金型１，２に生じる反りが大きくなる原因になってしまう場合の反り量を抑制することができる。
【００１６】
また図４に示すものにおいては、パーティング面Ｐだけでなく、いわゆるタッチ面Ｔについても背後に塑性変形する低密度部Ｌを設けることで、反りの影響を受けることなく他方の金型２，１に対して密着状態が得られるようにしている。このタッチ面Ｔに対応する低密度部Ｌは、どちらか一方の金型１，２のみに設けることが好ましい。
【００１７】
ところで、型締め圧力で塑性変形する部分は、低密度部Ｌのほか、図５に示すように、柱状部Ｑや空洞部Ａを光造形時に形成することによっても得ることができる。また、これら柱状部Ｑや空洞部Ａが占める割合を適宜調整することにより、柱状部Ｑや空洞部Ａが存在する領域を次に述べる弾性変形部として利用することもできる。なお、図５において、金型１の中央部に設けた低密度部Ｌと中密度部Ｍは、金型１の光造形による製造時間の短縮及び軽量化のために設けたものである。
【００１８】
図６に他例を示す。これは型締め圧力が加わる方向において、高密度部Ｈが隙間を介して対向する部分が存在するように光造形を行うことで、型締め圧力が加わった時、対をなす他方の金型２，１と接触する高密度部Ｈが弾性変形するようにしたものである。隙間を設けることが金型１に生じる反りの量の増大につながる場合は、上下に対向する部分間を繋ぐとともに樹脂成形時の圧力がかかる時には圧壊するサポートを設けておくとよい。サポートによって反りを抑制し、樹脂成形時にはサポートが圧壊して金型１の弾性変形を妨げることがないようにするのである。この場合においても、金型１，２における反りが吸収されて両者のパーティング面Ｐが密着する状態を得ることができる。
【００１９】
弾性変形部は、図７に示すように、型締め圧力が加わる方向において、高密度部Ｈが低密度部Ｌを介して対向する部分が存在するように光造形を行うことによっても得ることができ、また、上述のように空洞部Ａや柱状部Ｑの形成で弾性変形部を得ることもできる。
【００２０】
パーティング面Ｐにおいて反りを吸収する部分は、対の金型１，２の両方に設けるのではなく、いずれか一方の金型のみに設けてもよい。また、対となる金型１，２で異なる構成を採用したものとしてもよい。つまり、一方の金型は弾性変形部で、他方の金型は塑性変形部で夫々の反りの吸収を行うようにしてもよいものである。
【００２１】
このほか、塑性変形部もしくは弾性変形部を設けるにあたり、上記の各例で示した２以上の構成を組み合わせたものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の一例の断面図である。
【図２】同上の光造形装置の概略斜視図である。
【図３】同上の光造形装置の概略断面図である。
【図４】他例の断面図である。
【図５】更に他例の断面図である。
【図６】他の実施の形態の一例を示しており、(a)(b)は共に断面図である。
【図７】他例の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  金型
２  金型
Ｈ  高密度部
Ｍ  中密度部
Ｌ  低密度部
Ｐ  パーティング面
【図１】
2005154831.tif 000003
【図２】
2005154831.tif 000004
【図３】
2005154831.tif 000005
【図４】
2005154831.tif 000006
【図５】
2005154831.tif 000007
【図６】
2005154831.tif 000008
【図７】
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