日本の製造業は、高い加工技術と先進的な設備によって支えられており、その中でも金型は量産加工における”ものつくり”の根幹を担う存在です。
金型が果たす役割は、”大量生産”、つまり”量産加工”においてその有用性を発揮するため、単に加工できれば良いというものではなく、製品の均一性や生産性を保証するうえでも重要です。
高品質な金型製作技術は、世界市場における日本の存在感にも影響を与えています。以下では、具体的な例を挙げて業界別の需要について詳述します。
日本における金型生産額は、長年にわたり堅調に推移しており、特に精密加工や高耐久性が求められる分野においては、その生産額の拡大が顕著です。
国内の金型市場は、部品の高精度化、技術革新、さらには自動化・IoT技術の導入により、効率的な生産体制を実現しています。金型製作に投資する企業は、初期投資の高さを克服し、長期的な視点でコスト削減や製品品質向上を図っており、その結果として日本全体の金型生産額は年々増加傾向にあります。
また、グローバル市場における競争力を保持するため、最新の加工技術や素材の研究開発も積極的に進められています。
金型の需要は、各業界の生産形態や製品特性に応じて多様化しており、用途ごとに特化した技術が求められます。生産額という観点から見ると、特に自動車産業や医療機器、家電製品などの分野での需要が顕著です。
各分野での金型製作は、製品の品質と生産性を左右する重要なファクターとして位置づけられています。
自動車産業は、金型製作の最大の需要先とされています。自動車部品は、エンジン部品、ミッション部品、車体パネル、内装部品など多岐にわたる部品が必要であり、生産数量も非常に多いため、高精度かつ耐久性に優れた金型が不可欠です。
医療機器や医療用部品の分野でも、金型製作の需要は拡大しています。医療機器は、人体に直接接触するものも多く、極めて高い精度と安全性が求められます。
医療技術の進歩に伴い、従来の金型製作技術に加え、新たな素材や加工技術の導入が進められており、信頼性と効率性を兼ね備えた金型が求められています。
金型製作は、「製品を求められた仕様、品質で大量に生産する」という最大の目的を果たすため、企画段階から完成品の検証まで、一連の厳格なプロセスを経て行われます。
各工程で高い技術と精密な管理が求められ、最終的にはそれらが製品の品質と生産効率に大きな影響を与えます。ここでは、金型制作の主要な流れについて、各ステップごとに詳しく解説します。
金型製作はクライアントから出図された図面をもとにまずは試作を行い、仕様などの詳細な打ち合わせ、見積もり作成といった流れで進んで行きます。ここでは量産を想定した対応が非常に重要となります。
荷重や寸法といった製品の仕様、使用する材料、加工方法、数量、納期、そして予算などを正確にヒアリングし、プロジェクト全体のスケジュールとコストを明確にします。
量産時の製造過程におけるリスク管理や品質保証の体制についても協議が行われ、双方の認識を一致させておくことも重要です。正確な見積もりとスムーズな打ち合わせは、後続の工程の円滑な進行に直結し、製品の品質にも大きく関わってきます。
打ち合わせの段階で得られた情報をもとに、次に行われるのが金型設計です。
金型は目的とする製品によってその種類は様々ですが、現代ではCADやCAMなどのシステムを使って、金型を構成する各部品の形状、寸法、加工の順序、さらには加工プロセスまでシミュレーションして設計が進められます。
設計段階で製品の大量生産を見据えた耐用性やメンテナンス性なども考慮され、最適な仕様や加工方法を検討していきます。
設計精度は、最終的な金型の品質や耐久性に直結するため、熟練したエンジニアによる厳密なチェックが不可欠です。
設計を終えたら製作に入り、まずは大まかな形状の形成から始め、徐々に仕上げ工程へと移行していきます。
ここでは実際の手順で金型がどのように製作されていくのか解説します。
金型は複数のパーツで構成されています。利用できる場合は規格部品を購入して利用することもありますが、はじめから部品を製作する必要がある場合は、フライス、旋盤、部品、NC制御の工作機械など各部品の加工に合った工作機械で加工を行います。
工作機械については次項で詳しく説明します。
このように各加工に適した工作機械を選択し、素材を大まかに削り出す”荒加工”を行い、仕上げに向けた大まかな寸法や形状を出していきます。
荒加工された部品に対しては耐久性や硬度を向上させるために、熱処理（焼入れ）が施されることが一般的です。熱処理によって素材に変化を加えることで、摩耗や変形を防ぐ効果があります。金型の耐久性の向上や高精度な加工のため重要な工程となります。
金型部品の製作にはマシニングセンタ、ワイヤーカット放電加工機、放電加工機（EDM）といった非常に精度の高いNC（Numerical Control）制御の工作機械が重要な役割を持ちます。このような工作機械は量産加工を主目的とするプレスマシンのような機械に対して”設備や機械そのものを生み出す機械”という意味で「マザーマシン」と呼ばれることがあり、金型製作の主役と言える設備です。
代表的な機械には「マシニングセンタ」があり、機械にCAMデータなどを入力することで高精細な切削、細断、穴あけといった加工を自動で行うことが可能です。加工中に工具を自動で持ち変えて連続して加工することもできます。
「放電加工機（EDM）」は、機械に電極をセットして、電圧をかけることでワークとの間に熱を飛ばして溶解することで加工する機械です。熱処理をして硬度が高まった材料に対しても加工することができます。細い電極を用いて細穴加工も可能です。
「ワイヤーカット放電加工機」は、一般的に0.05mm～0.3mmの非常に細いワイヤ電極線を上下に走らせ、そのワイヤ電極線に電圧をかけ、ワーク（加工対象）を非接触で溶解することで加工をしていきます。非常に高い精度で加工ができる為、精密な加工に適しています。
それぞれの工作機械はその用途や目的に応じて使用し、分業で各部品を製作していきます。
これらの工程では、金型の最終的な性能や仕上がりに大きく影響するため、エンジニアの技術と経験も非常に重要です.
また、工作機械は非常に高い加工精度が求められるため設置状態も考慮されなければなりません。加工中に発生する微小な誤差を最小限に抑えるため、測定や定期的な検査を行うなど徹底した管理が求められます。
最終仕上げと動作確認
各部品を目的の形状に加工した後は、みがき、面取り、バリ取り、はめあいの調整といった仕上げを行った後に金型の組み上げを行います。
組み上げを終えたら実際の機械に金型を取り付けて動作確認に入ります。
試し加工という意味で”トライ”とも呼ばれます。
使用するプレス機械などに実際に金型や材料を取付け、段取りを行い製品を加工していきます。ここでの動作確認は量産時と同じ環境下で行うことが非常に重要です。
加工された製品サンプルの寸法、バリ、キズといった状態の確認や金型自体の耐久性など、連続して量産加工する上で金型としての性能に問題がないかを検証し、問題がないことを確認できれば完成となります
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金型は大きくは塊の材料を加工する目的の”ダイ”グループ、溶かした材料や粉末材料を加工することを目的とした”モールド”グループに分けられます。それぞれの用途に応じて、プレス型、鋳造型、プラスチック射出成型などいくつかの種類があります。
プレス用の金型は、ダイグループの金型の代表格です。プレス加工では、１回の加工で成形が終わることは稀で、多くの場合は複数回の加工が必要です。そのため1型１工程の単発型より、製品を金型の中で順に送ることで複数工程の連続加工を可能にする「順送プレス用金型」が重宝されています。
順送プレス用金型は工程箇所（ステージ）が金型の内部に複数設けてあり、前のステージで加工済みの材料を次のステージに順々に送り、最後のステージでの加工を終えると構造上、それ以降は１回のプレスで複数の加工を完了できる仕組みになっているプレス用金型です。
複数の工程箇所を一つの金型に内含しているため大型になり、その分製作にかかる費用は単発の金型と比較すると高額になります。
順送プレス金型は板材を加工して製作する様々な製品に利用されており、特に寸法精度が必要な自動車の重要保安部品などを高精度、高効率で製造する上ではなくてはならない金型です。
プレス用の金型と同様にダイグループに分類され、マルチフォーミングマシンに取付けて使用されます。
マルチフォーミングマシンはスタンピング（プレス）装置、材料のフィード（送り）装置、フォーミング装置のなどの複数の装置が連なって構成されており、材料送りを制御しつつ、ワーク（材料、加工対象）に対して抜き加工や上下左右からの曲げ加工といった加工をシームレスに行うことができます。
フォーミング金型はプレス型が上型、下型、ガイドといった要素からまとまって１つの金型として形作られているのに対して、フォーミングマシンの各装置（ユニット）にスタンピング型やベンディングスライド、芯がねといったそれぞれのパーツで構成されており、一式を合わせてフォーミング金型と呼びます。
取り付け箇所が複数あるため、段取り（金型取付から加工開始までの準備）にも時間と手間が必要になりますが、順送プレス金型などと比較すると質量は小さく、費用も抑えられる傾向にあります。
あらゆる金属製品の加工に用いられますが、板だけでなく線材にも使用でき、曲げ加工の自由度の高さ、カーリング加工の強みを活かして、ブラシバネやリング、剥離加工を含めたモーター用セグメントコイルなど形状も多種多様な製品の製作に用いられています。
モールドグループの金型にはプラスチック射出成形用や圧縮成形用などがあり、溶かした材料や粉末状の材料を金型の中に押し込むことで、一度に立体的な製品の成形を可能にします。これらはプラスチック製品などの製造に不可欠な金型であり、ダイグループの金型とはまた異なる技術や経験が求められます。
金型製作は、極めて専門的かつ高度な技術や経験が要求される分野です. そのため、金型の設計・製作に関しては、信頼性の高い実績と技術力を持つ業者への依頼が不可欠です。
昭和24年創業の東邦発条は数十年に渡る金型設計・製作の確かな経験を持ちます。主要設備にオーステンパー用、通常テンパー用などの熱処理炉も保有しており、表面処理を含んだ加工にも強みを持ちます。
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金型製作は日本のものづくりにおいて不可欠な役割を果たしており、各産業の発展とともにその需要はますます拡大しています。
自動車産業における大量生産の基盤、医療分野における精密な部品製作、さらには多岐にわたるその他の業界での応用により、金型技術は日々進化し続けています. 企業が競争優位性を確立するためには、初期段階の打ち合わせから最終的な動作確認まで、一連の厳格なプロセスを経て高品質な金型を製作することが必要です。
金型製作の各工程は、最新のCAD/CAM技術を駆使した設計から始まり、ワイヤー放電加工機、EDM、マシニング加工といった工作機械を用いた加工から組み上げまで多岐に渡ります。これは微細な部分を高精度に仕上げる技術者の熟練した技術と最新設備の融合により実現されています。
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