JP2005199336A - 金型及び同金型に使用する歪みセンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの折曲げ角度及びワークの歪みを検出することのできる金型及びその歪みセンサユニットを提供する。
【解決手段】 ワークＷの成形加工時に歪みを生じる歪み発生領域内であって、金型本体３がワークを支持するワーク支持面３Ｕに垂直な平面内で、前記ワークＷの加工位置に近接した位置と離れた位置との２ヶ所以上において、前記金型本体３に歪みセンサ９が埋設してある。複数の歪みセンサ９は、前記金型本体３の上面３Ｕと曲げ溝５を形成した溝形成面５Ｆとの間に斜め配置に配置してある。そして、歪みセンサユニットは、絶縁部材よりなる基部材１３の複数箇所に、歪みを検出するためのセンサ９を備え、前記基部材１３は、前記センサ９を備えたセンサ取付面２１Ａ，２１Ｂと、当該基部材１３を取付穴の内面に一体的に接合する接合面とを備えた構成であって、前記基部材を前記取付穴に取付けたとき、前記センサ取付面と前記取付穴の内面との間に間隙が形成される構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークに、例えば折曲げ加工など適宜な成形加工を行うための金型及び同金型に使用する歪みセンサユニットに係り、さらに詳細には、ワークの成形加工時に金型における変形（歪み）を検出することのできる金型及びその歪みセンサユニットに関する。

従来、例えばプレスブレーキによって板状のワークの折曲げ加工を行う場合、ワークの折曲げ角度を時々刻々検出するために、プレスブレーキに折曲げ角度検出器が設けられるようになってきた。前記折曲げ角度検出器としては、例えば距離検出センサをダイの複数箇所に埋設し、上記各距離検出センサからワークまでの距離寸法を検出してワークの折曲げ角度を演算することが行われている。

また、ダイに歪みゲージ等のセンサを備えてワークの折曲げ加工時に水平分力と鉛直分力とを検出してワークの折曲げ角度を演算することも提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−２９３４１号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、ワークの折曲げ加工時に、ダイの肩部付近に設けたセンサによって水平方向の分力を検出すると共に鉛直方向の分力とを検出してワークの折曲げ角度を演算する構成であるから、ワークの折曲げ加工が進行するにしたがって、ワークとダイとの接触位置がダイの肩部の上部から次第に下側へ移動すると、前記センサとワークとの位置関係が変化すると共に肩部付近の歪み方向、大きさが変化して、水平方向の分力と鉛直方向の分力とを正確に検出することが難しくなることがあるなどの問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークの成形加工を行うための金型であって、前記ワークの成形加工時に歪みを生じる歪み発生領域内であって、金型本体がワークを支持するワーク支持面に垂直な平面内で、前記ワークの加工位置に近接した位置と離れた位置との２ヶ所以上において、前記金型本体に歪みセンサが埋設してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記金型において、当該金型はワークにＶ字形状の折曲げ加工を行うための曲げ溝を金型本体に備え、複数の歪みセンサは、前記金型本体の上面に対して垂直な平面内であって前記曲げ溝を形成した溝形成面と前記上面との間に斜め配置に配置してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記金型において、当該金型はワークにＶ字形状の折曲げ加工を行うための曲げ溝を金型本体に備え、複数の歪みセンサは、前記金型本体の上面に対して垂直な平面内であって前記前記曲げ溝に近接した位置と曲げ溝から離れた位置とに同一高さに配置してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、絶縁部材よりなる基部材の複数箇所に、歪みを検出するためのセンサを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記歪みセンサユニットにおいて、前記基部材は、前記センサを備えたセンサ取付面と、当該基部材を被測定部の取付穴又はケースの取付穴の内面に一体的に接合する接合面とを備えた構成であって、前記基部材を前記取付穴に取付けたとき、前記センサ取付面と前記取付穴の内面との間に間隙が形成される構成であることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記歪みセンサユニットにおいて、センサを備えたセンサ取付面を前記基部材の反対側にそれぞれ備え、上記各センサ取付面の対称的な位置にそれぞれセンサを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、断面形状が非円形状の挿入孔を備えた筒体の上記挿入孔内に、歪みを検出するための複数のセンサを備えた基部材を回転不能な状態に一体的に嵌入して備え、前記センサを備えたセンサ取付面と前記挿入口の内周面との間に樹脂を充填した構成であることを特徴とするものである。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係る金型１は、板状のワークＷの成形加工の一例としての折曲げ加工を行う金型であって、当該金型１における金型本体３には、ワークＷにＶ字形状の折曲げ加工を行うためのＶ字形状の曲げ溝５が備えられている。そして、前記ワークＷの折曲げ加工（成形加工）時に歪みを生じ易い歪み発生領域、すなわち金型本体３における前記曲げ溝５の肩部７に近接した位置の複数箇所には、歪みを検出するための歪みセンサ９が埋設されている。

前記複数の歪みセンサ９は、歪みセンサユニット１１に備えられている。上記歪みセンサ９は、前記金型本体３の上面３Ｕ及び曲げ溝５の長手方向に対して垂直な平面内であって前記曲げ溝５を形成した溝形成面５Ｆと前記上面３Ｕとの間に斜めに配置してある。すなわち、前記歪みセンサユニット１１は、一端部は前記上面３Ｕ側を指向し、他端部は前記溝形成面５Ｆを指向し、かつ前記一端部より他端部が低くなるように、前記金型本体３内に斜めに埋設してある。

前記歪みセンサユニット１１は、図２に示すように、シリコン等の絶縁部材よりなる基板としての基部材１３の長手方向の複数箇所に前記歪みセンサ９を等間隔に備えている。上記各歪みセンサ９は、Ｘ方向、Ｙ方向の複数の抵抗１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄによってホイーストンブリッジに組み立ててある。

上記基部材１３は、被測定部に形成した取付穴に直接嵌入固定することも可能であるが、本実施形態においては、歪みセンサ９の保護を図るために、セラミックケース等のケース１７に形成した挿入孔としての取付穴１９内に嵌入固定して一体化してある。前記ケース１７の外周面は円形状であって、前記取付穴（挿入孔）１９は、断面形状が例えば多角形状などのごとき非円形状に形成してある。そして、前記基部材１３は、前記取付穴１９内に回転しないように一体的に嵌入固定してある。

すなわち、前記取付穴１９の断面形状は、本実施形態においては長方形状に形成してある。そして、前記基部材１３の断面形状は四角形状であって、前記取付穴１９の内面に一体的に接合した接合面を互いに反対側に備え、上記接合面の間に、前記歪みセンサ９を備えたセンサ取付面２１Ａ，２１Ｂを互いに反対側に備えた構成である。上記両センサ取付面２１Ａ，２１Ｂには前記各センサ９が対称的に配置してある。

上記一方のセンサ取付面２１Ａに備えた複数の各センサ９は、金型本体３のＸ軸方向の歪みを検出するためのものであり、他方のセンサ取付面２１Ｂに備えた複数のセンサ９は、金型本体３のＹ軸方向の歪みを検出するためのものである。この両センサ取付面２１Ａ，２１Ｂと前記取付穴１９の内面との間の間隙には樹脂が充填してあって、前記基部材１３は前記ケース１７に一体的に固定してある。なお、前記センサ９は、適宜一方のセンサ取付面に備えた構成でも良いものである。すなわち、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の歪みのみを検出する構成でも良いものである。

前記構成のごとき歪みセンサユニット１１を、前記金型本体３に設けた取付穴内に嵌入固定して一体化すると、前記歪みセンサユニット１１に備えた複数の歪みセンサ９は、前記金型本体３の上面３Ｕに対して垂直な平面内であって、前記曲げ溝５に近接した位置と前記曲げ溝５から離れた位置の複数箇所に歪みセンサ９が配置される態様となるものである。

上記構成により、ワークＷの折曲げ加工時に、金型３に作用する歪みを歪みセンサ９によって検出することができるものである。

ところで、前記金型本体３における肩部７付近に配置した複数の歪みセンサ９の各位置Ｓ₁（Ｘ₁，Ｙ₁），Ｓ₂（Ｘ₂，Ｙ₂），Ｓ₃（Ｘ₃，Ｙ₃），Ｓ₄（Ｘ₄，Ｙ₄）をＳ_i（Ｘ_i，Ｙ_i）とし、曲げられたワークＷが金型本体３の肩部７に作用する力Ｆの位置をＦ（Ｘ，Ｙ）とし、かつ肩部７の半径をＲ、金型本体３の上面とワークＷとのなす角度をθとし、さらに、位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）を通る垂直線と上記位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）から各歪みセンサ９の各位置Ｓ₁〜Ｓ₄とを結ぶ線とのなす角度θ₁〜θ₄をθ_iとすると、距離による力とひずみ分布の関係方程式は次式で与えられる。

σ＝−（２Ｆ・Ｃｏｓ２θ_i）／（πｒ） （１）
ここで、ｒは力と要素を離れた距離である。力Ｆの作用点は、肩部７の円弧上にあるので、次式で与えられる。

（Ｘ−Ｘ₀）²＋（Ｙ−Ｙ₀）²＝Ｒ₀ ² （２）
接触点と各センサ−９との角度関係方程式は、次式で与えられる。

θ₁＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ₀）／（Ｙ−Ｙ₀）〕 （３）
θ_i＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ_i）／（Ｙ−Ｙ_i）〕 （４）
センサーから得たひずみ値（Ｅ_X，Ｅ_Y）と出力電圧の関係方程式は次式で与えられる。

Ｖ＝Ｃ・（Ｅ_X−Ｅ_Y） （５）
ここに、Ｖは出力電圧、Ｃはゲージ係数である。

以上の方程式を連立して解けば、力Ｆの作用点Ｆ（Ｘ，Ｙ）の情報を知ることができる。ただし、摩擦力の影響を考慮する場合は二つ以上のセンサーが必要となる。すなわち、センサーが二つ以上あれば、力Ｆと金型本体３の上面とワークとの間の角度θを求めることが可能であり、ワークＷの折曲げ角度を求めることができるものである。

前記構成より明らかなように、Ｖ字形状の曲げ溝５を備えた金型本体３における肩部７付近の複数個所に歪みセンサ９が埋設してあることにより、ワークＷの加工時における肩部７付近の歪みの大きさは勿論のこと、歪み分布をも検出することができ、ワークＷの折曲げ加工の進行に伴う歪み分布の変化をも時々刻々検出することができるものである。そして、ワークＷの折曲げ角度と歪み分布の変化との関係を、例えば実験的に把握することができ、歪み分布を検出することによりワークの折曲げ角度を正確に検出することができるものである。また、金型の歪みを検出することができることにより、前記金型を用いてコイニング加工を行うときに、金型が破断寸前の状態にあることを検知可能であり、金型が破断することを未然に防止できるものである。

図４は第２の実施形態を示すもので、この実施形態においては、金型本体３の上面３Ｕ及び金型本体３の長手方向（図４において紙面に垂直な方向）に対して直交する方向の垂直平面内で、かつ前記上面３Ｕに平行な状態に歪みセンサユニット１１を対称的に埋設した構成を示すものである。

この構成においても前述と同様の効果を奏し得るものである。

なお、前記説明においては、ワークの折曲げ加工を行うダイに歪みセンサユニットを埋設した場合について説明したが、上記歪みセンサユニットは種々の金型に対して埋設することが可能なものである。

本発明の第１の実施形態に係る金型の断面説明図である。 歪みセンサユニットの断面説明図である。 複数の歪みセンサと力とワークの角度との関係を示す説明図である。 第２の実施形態に係る金型の断面説明図である。

符号の説明

１…金型
３…金型本体
３Ｕ…上面
５…曲げ溝
５Ｆ…溝形成面
７…肩部
９…歪みセンサ
１１…歪みセンサユニット
１３…基部材
１７…ケース
１９…取付穴
２１Ａ，Ｂ…センサ取付面

Claims (7)

1. ワークの成形加工を行うための金型であって、前記ワークの成形加工時に歪みを生じる歪み発生領域内であって、金型本体がワークを支持するワーク支持面に垂直な平面内で、前記ワークの加工位置に近接した位置と離れた位置との２ヶ所以上において、前記金型本体に歪みセンサが埋設してあることを特徴とする金型。
2. 請求項１に記載の金型において、当該金型はワークにＶ字形状の折曲げ加工を行うための曲げ溝を金型本体に備え、複数の歪みセンサは、前記金型本体の上面に対して垂直な平面内であって前記曲げ溝を形成した溝形成面と前記上面との間に斜め配置に配置してあることを特徴とする金型。
3. 請求項１に記載の金型において、当該金型はワークにＶ字形状の折曲げ加工を行うための曲げ溝を金型本体に備え、複数の歪みセンサは、前記金型本体の上面に対して垂直な平面内であって前記前記曲げ溝に近接した位置と曲げ溝から離れた位置とに同一高さに配置してあることを特徴とする金型。
4. 絶縁部材よりなる基部材の複数箇所に、歪みを検出するためのセンサを備えていることを特徴とする歪みセンサユニット。
5. 請求項４に記載の歪みセンサユニットにおいて、前記基部材は、前記センサを備えたセンサ取付面と、当該基部材を被測定部の取付穴又はケースの取付穴の内面に一体的に接合する接合面とを備えた構成であって、前記基部材を前記取付穴に取付けたとき、前記センサ取付面と前記取付穴の内面との間に間隙が形成される構成であることを特徴とする歪みセンサユニット。
6. 請求項４又は５に記載の歪みセンサユニットにおいて、センサを備えたセンサ取付面を前記基部材の反対側にそれぞれ備え、上記各センサ取付面の対称的な位置にそれぞれセンサを備えていることを特徴とする歪みセンサユニット。
7. 断面形状が非円形状の挿入孔を備えた筒体の上記挿入孔内に、歪みを検出するための複数のセンサを備えた基部材を回転不能な状態に一体的に嵌入して備え、前記センサを備えたセンサ取付面と前記挿入口の内周面との間に樹脂を充填した構成であることを特徴とする歪みセンサユニット。
   
   

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