JP4874133B2 - 金型およびその製造方法 - Google Patents
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Description
内装用樹脂材の天面には、粗い第1凹凸部22が形成され、その粗い第1凹凸部22の表面に第1凹凸部22よりも細かい第2凹凸部23が形成されている。更に、その凹凸部23の表面に第2凹凸部23よりも細かい第3凹凸部24が形成されている。
本発明の請求項4記載の金型は、成型品を加飾する加飾部を表面に有する金型であって、金型本体の表面に部分的に、高さと表面粗さが前記金型本体の表面とは異なる焼結体が形成され、加飾部としての前記焼結体の表面の焼結密度が、前記金型表面の材料密度以下であることを特徴とする。
本発明の請求項6記載の金型は、請求項4において、前記加飾部表面の空隙の大きさが0.001〜1.0mmであることを特徴とする。
(実施の形態1)
図1は金型本体を光造形で形成する基本工程の模式図を示し、図2は金型本体に加飾部を形成する工程を示している。
図1(a)に示すように昇降テーブル1の上に成形材料としての金属粉末2をスキージー3で所定の厚みに被覆する。昇降テーブル1は基準テーブル4の側面に沿って昇降するものであり、スキージー3は基準テーブル4の上面と同じレベルで水平方向に往復運動するようにしてある。従って、昇降テーブル1の上面と基準テーブル4の上面との間のΔtの段差に相当する厚みで金属粉末2の層を昇降テーブル1の上に形成できる。金属粉末2は、一例としては、鉄系のクロムモリブデン鋼とニッケルの2種類の粒子からなっている。
各レーザ照射条件では、焼結体18がその下の焼結体18あるいは金型本体13の表面と十分な強度で接合されていることが必要である。焼結状態はレーザ照射条件により変化させることができ、その因子には、レーザ光パルスの照射エネルギーとスポット径から決まるエネルギー密度、パルス幅、そして走査位置の送り量あるいは走査速度と発振周波数から決まるレーザ・スポットのオーバーラッピング率がある。ビームスポット径0.5mm、パルス幅3.0ms、走査速度18mm/s、発振周波数90Hzとし、加工点のエネルギー密度が9J/mm2で焼結密度99%、2J/mm2で焼結密度96%、0.9J/mm2で焼結密度92%がそれぞれ得られた。エネルギー密度を更に小さくすれば焼結密度も小さくなり、加工点のエネルギー密度が0.5J/mm2で焼結密度85.0%が得られたが、あまりエネルギー密度が小さいと焼結個所の結合強度が小さくなり、成形条件によっても異なるが金型として使用に耐えなくなる。また、エネルギー密度9J/mm2で走査速度を15mm/sにすると焼結密度は99.5%が得られた。
図5(a)は通常の鋼材から製作した金型本体13に加飾用の焼結体を形成した場合の界面状態を示す断面の模式図である。図5(b)は金属光造形で製作した金型本体13に加飾用の焼結体を形成した場合の界面状態を示す断面の模式図である。
図6は金型本体13の表面上に形成された文字の模式図で、図6(a)と図6(b)はそれぞれ上面図と側面図である。ここではスポット径0.5mm、エネルギー密度9J/mm2のレーザ光を一筆書きで走査して「N」という焼結体文字31を形成した。焼結体文字31の表面に空隙が形成されにくいように、レーザ強度を高くし焼結密度が高くなる条件を選択した。また、焼結体文字31の金型中央側では、スポット径に対応した半円部31aが残る。焼結部の幅が大きい場合は、文字の角にスポット径に対応した円弧の一部が残る。円弧の一部を残したくなければ、除去するための代となる部分を形成し、後から機械加工で形状を仕上げれば良い。金型上で凸の文字、すなわち成形品側が凹の文字になるような加工をする場合、焼結体18を積み上げる工法であれば少ない加工量で済むが、従来のように削り込む工法であれば加工量はかなり多くなり費用や時間を要する。
図7は本発明の実施の形態2を示す。
図7(a)と図7(b)は加飾部としてのしぼ加工部が形成された金型本体13の上面図と側面図で、金型本体13の表面に塗布した金属粉末2の所定の位置に、スポット径0.5mm、エネルギー密度9J/mm2のレーザ光を照射した。その結果、径が同じ円形焼結体32を任意の位置や分布で形成できる。加工用のレーザ光は波長や光学系の構成を選定することで、工業的にはスポット径を最小径0.03mm程度まで絞ることができ、最大径は1mm程度までの焼結体32の形成が可能である。円形以外や更に大きな形状が必要なら面状にレーザ走査をし、高さを高くしたければ金属粉末2の塗布とレーザ焼結を繰り返せば良い。
図8は本発明の実施の形態3を示す。
図8(a)と図8(b)は加飾部としてのしぼ加工部が形成された金型本体13の上面図と側面図で、この実施の形態では、各照射位置に応じてレーザ発振器の出力を電気的に不規則に変更させ、これによってレーザ光15のエネルギー密度は照射位置に応じて変化する。
図9は本発明の実施の形態4を示す。
ここでは、面状の前記焼結体33にパルス・レーザ光をパルス幅0.1ms、エネルギー密度10J/mm2で再照射している。
2 金属粉末(成形材料)
3 スキージー
4 基準テーブル
4a,4b 基準テーブル4の開口
5 集光レンズ
8 レーザ光
6a,6b 焼結体
7 ボルト
11a,11b 昇降機構
12 昇降テーブル
13 金型本体
14 パルスYAGレーザ発振器
15 レーザ光
16 コリメータ
17 ガルバノ走査装置
18 焼結体
19 クロムモリブデン鋼粒子
20 ニッケル粒子
30 焼結体
31 焼結体文字
31a 半円部
32 円形焼結体
33 面状の焼結体
34 空隙
35 半球状の凹部
40 鋼材
41,42,43 焼結体
Claims (6)
- 成型品を加飾する加飾部を表面に有する金型を製造するに際し、
金型本体の表面の成形材料の層にレーザ光を照射して前記成形材料を焼結させた焼結体を金型本体の表面に形成して高さと表面粗さが前記金型本体の表面とは異なる加飾部を形成するとともに、前記焼結体の金型界面部の焼結密度よりも表面側の焼結密度を小さくすることを特徴とする
金型の製造方法。 - 前記焼結体の平面上の端部の形状を、前記レーザ光のスポット径に対応した円弧の一部を形状とすることを特徴とする
請求項1記載の金型の製造方法。 - 前記焼結体を形成後にレーザ加工でその表面に凹凸を形成することを特徴とする
請求項1記載の金型の製造方法。 - 成型品を加飾する加飾部を表面に有する金型であって、
金型本体の表面に部分的に、高さと表面粗さが前記金型本体の表面とは異なる焼結体が形成され、加飾部としての前記焼結体の表面の焼結密度が、前記金型表面の材料密度以下であることを特徴とする
金型。 - 前記焼結体の焼結密度が85.0〜99.5%であることを特徴とする
請求項4記載の金型。 - 前記加飾部表面の空隙の大きさが0.001〜1.0mmであることを特徴とする
請求項4記載の金型。
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