JP2008068302A

JP2008068302A - 穴抜き装置

Info

Publication number: JP2008068302A
Application number: JP2006250861A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsuno; 崇松野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】打ち抜き穴加工後の打ち抜き面周方向の品質ばらつきを低減し、穴広げ、疲労強度を向上させることのできる穴抜き装置を提供する。
【解決手段】パンチ、ダイ及びダイを固定するくぼみを有する外枠からなる穴抜き装置であって、前記外枠に、パンチの可動軸に対して直角な方向の少なくとも２箇所にダイを固定するネジまたはピンを設け、穴抜き加工時に前記ネジまたはピンの軸力の変化を計測する計測手段を有することを特徴とする穴抜き装置。
さらに、軸力調整手段、パンチの可動軸調整手段、ダイの傾き調整手段を有する穴抜き装置。
【選択図】図５

Description

本発明は自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いられる鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウムおよびこれらの合金等の金属板からなる構造部材のうち、穴打ち抜き加工によって生じる打ち抜き端面性状の品質バラつきを低減させる穴抜き装置に関するものである。

自動車、家電製品、建築構造物等の金属板には、図１のようにパンチ２とダイ３による打ち抜き加工が施されることが多い。図２に示すように打ち抜き面は、金属板１がパンチ２により全体的に押し込まれて形成されるダレ６、パンチ２とダイ３のクリアランス内（以下特に記載がなく“クリアランス”と表記した場合は、パンチとダイのクリアランスを指すこととする）に金属板が引き込まれ局所的に引き伸ばされて形成される剪断面７、パンチ２とダイ３のクリアランス内に引き込まれた金属板が破断して形成される破断面８、および金属板裏面に生じるバリ９によって構成される。これらが打ち抜き面に占める割合は打ち抜き端面の穴広げ性、疲労強度等に影響を与えるため、適切な条件を設定して打ち抜きを行わなければならない。

打ち抜き条件のうち、パンチ２とダイ３のクリアランスは打ち抜き面の性状に大きな影響を与える。したがって、穴広げ性、疲労強度等に鑑みた適切なクリアランスを見積もることが穴抜き加工を行う際には重要であり、例えば非特許文献１によって調査が試みられている。

しかしながら、ある特定のクリアランス下で打ち抜いた製品において、ほとんどの場合、穴広げ性や疲労強度は大きくばらつくので、最適なクリアランスを見積もることは難しい。これは、ほとんどの場合、主にパンチ２とダイ３の中心軸がずれている、または金型の周方向の寸法精度ばらつきがあるという理由で、実際の穴抜き加工の際には周方向でクリアランスがばらつくためである。よって、適切なクリアランスの見積もりを容易とし、安定した品質の打ち抜き製品を提供するためには、クリアランスの周方向ばらつきを極力なくさなければならない。

また、穴打ち抜き面周方向の品質ばらつきは、応力集中源を発生させることもあり、クリアランスの周方向ばらつきをなくすことは、穴広げ性、疲労強度等の向上のためにも必要なことである。

現在広く行われている金型設置時におけるクリアランスの周方向ばらつきをなくす調整作業は、作業者の経験と感に頼っており、作業者に対してかなりの熟練を要する。

このため、パンチとダイの中心軸のずれ（以下、芯ずれと記述）補正作業を容易とすることを目的とした、クリアランスの周方向ばらつきを減らすための芯ずれ測定手段を有する成型装置がいくつか提案されている。

まず、直接パンチとダイの位置を測定する発明として、あらかじめパンチとダイの中心軸が揃った状態での金型位置（金型の中心軸の位置）を測定しておき、打ち抜き加工中の金型中心軸の相対変位を非接触の変位計等により測定した上で、測定した変位がある基準に収まっているかどうかで金型の中心軸のずれを検出する方法が特許文献１に開示されている。この方法では、打ち抜き中の動的な中心軸のずれを測定することが可能である。パンチ軸芯の変位をプレス加工中に直接測定する発明はこれ以外にも数多く開示されており、例えば特許文献２、３において、軸方向に可動するパンチの偏心量を、２方向離間距離センサーまたは接触式変位計により測定する方法が開示されている。これらの発明に関しては、パンチとダイの相対軸位置が可動であるか固定であるかについては特に限定されていない。

パンチとダイの相対軸位置が可動である場合の芯ずれを検知するための発明は、特許文献４、５に開示されている。特許文献４においては、あらかじめ荷重を装置に加えた状態で可動金型の変位を事前に測定しておくことによって軸あわせを行うことができる装置が開示されている。特許文献５においては、金型の特定部分間の変位量を加工中に随時測定する方法が開示されている。この方法は、金型の芯ずれ測定を直接の目的として開示されているわけではいないが、金型特定部分の加工中のクリアランス変化測定が可能である。

以上の発明のほとんどは、成型用のプレス機、または金型にセンサーを取り付けることが前提となるものである。プレス機、または金型にセンサーを取り付ける発明としては、特許文献６における、ポンチ反力、金型温度、金型の歪み量、被加工材の変形量、被加工材温度のうちの少なくとも一つを測定するプレス成型装置、特許文献７におけるプレス機フレームに取り付けられた歪みゲージによるプレス荷重測定装置、特許文献８における横押し金型の反力を測定することによる高精度横押し成型が可能なプレス成型装置等が開示されている。

特開２０００−３０１３９８号公報特開２０００−１０２８１７号公報実開平５−７６６１１号公報特開２００４−３１４１１０号公報特開２００４−３４７３５４号公報特開２００５−１６１３９９号公報特開平６−１４３０００号公報特開２００６−１０２７９７号公報プレス技術第４４巻第７号 pp.24-pp.29 （２００６年６月号）

以上の特許文献１〜４の開示技術は、いずれも、微小なクリアランスの周方向ばらつきが問題となるような打ち抜き加工において、微小なクリアランスの周方向ばらつき量の測定を打ち抜き加工中に行うには適していない。

特許文献１〜３においてはパンチとダイの芯が揃った基準状態を作り出す必要があり、キャリブレーションの難しさが存在する。また、中心軸のずれのみの検知であり、周方向のクリアランスのばらつきを直接検知するものではない。さらには、軸方向に可動中のパンチ位置の測定では、パンチ表面が完全な直線となることはないために微小な芯ずれを検出することは困難である。

特許文献４においても、直接クリアランスの周方向ばらつきを検知することはできず、また、軸位置可動型の金型であるために、組み付け剛性が固定のものと比べて低く、打ち抜き加工中に芯が徐々にずれていく危惧がある。

特許文献５は、芯ずれを検知することは可能であるが、特許文献１〜３と同様、直接クリアランスの周方向ばらつきを検知する方法ではない。また、非接触式の変位計を用いることが前提であり、微小な芯ずれを測定するためには高分解能の変位計を用いる必要があるためにコストがかかるという問題がある。

特許文献６〜８に開示される方法および装置は、いずれもクリアランスの周方向ばらつきを検知する手段としては用いることはできない。

そこで、本発明は上述した問題点を鑑みて案出されたものであり、微小なクリアランスの周方向ばらつき検出とその調整が可能で、かつ、金型は固定で組み付け剛性も高い穴抜き装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）パンチ、ダイ及びダイを固定するくぼみを有するダイ外枠からなる穴抜き装置であって、前記ダイ外枠に、パンチの可動軸に対して直角な方向の少なくとも２箇所にダイを固定するネジまたはピンを設け、穴抜き加工時に前記ネジまたはピンの軸力の変化を計測するダイ側計測手段を有することを特徴とする穴抜き装置。

（２）更に、前記ネジまたはピンの軸力の変化に応じて、ネジまたはピンの軸力を調整するダイ側軸力調整手段を有し、前記ダイ側軸力調整手段は、パンチの可動軸の位置又は方向、ダイの位置又は傾きの少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする（１）記載の穴抜き装置。

（３）ダイ外枠に、パンチの可動軸に対して、上下２段以上前記ネジまたはピン及び前記ダイ側計測手段を設けることを特徴とする（１）または（２）記載の穴抜き装置。

（４）パンチ、ダイ及びダイを固定するくぼみを有するダイ外枠からなる穴抜き装置であって、パンチの周囲に、順に、しわ押さえ、パンチガイド及びパンチ外枠を有し、前記パンチ外枠に、前記パンチの可動軸に対して直角な方向の少なくとも２箇所に前記パンチガイドを固定するネジまたはピンを設け、穴抜き加工時に前記ネジまたはピンの軸力の変化を計測するパンチ側計測手段を有することを特徴とする穴抜き装置。

（５）更に、前記ネジまたはピンの軸力の変化に応じて、前記ネジまたはピンの軸力を調整するパンチ側軸力調整手段を有し、前記パンチ側軸力調整手段は、パンチの可動軸の位置、方向の少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする（４）記載の穴抜き装置。

（６）ダイ外表面と前記くぼみの隙間が３０μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項に記載の穴抜き装置。

（７）更に、パンチへの荷重伝達手段と、前記パンチ及び前記荷重伝達手段の間に設けられるスペーサを有し、前記スペーサはパンチ可動軸に対して直角な方向に移動自在で、パンチの可動軸の位置、方向の少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の穴抜き装置。

本発明により、打ち抜き端面の周方向品質バラつきを低減できるため、打ち抜き端面の穴広げ性や疲労強度のバラつきを減らすことができ、安定した品質の製品を提供することができる。また、打ち抜き端面の不均一性を低減できるため、応力集中部がなくなり、穴広げ性、疲労強度の向上も期待できる。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明者は、図３に示すように、１０μｍオーダーの組み付け精度を保証した金型で、クリアランスを板厚の５、１０、１５％に設定しても、周方向のクリアランスのバラつきが±４０μｍ程度存在するという知見を得た（同図のそれぞれ◆、■、▲参照）。このクリアランスの測定は、半抜き状態の試験片を切断し、図４のごとく断面を画像解析することにより測定している。

このような微小なクリアランスのバラつきを簡略に測定し、補正する手段を鋭意検討した結果、図５に示す装置を発明した（前記（１）に係る本発明の例）。

図５に示す装置は、ダイ３を窪み１５を有する外枠２２にはめ込んだ上で、ネジ式、またはピン式の荷重センサー１０により、パンチの可動軸（紙面に垂直な方向）に直角な方向で、直行する２軸上双方の計４方向から固定したものである。図中ではダイ３と窪み１５とのクリアランスは分かりやすくするために大きめに記載しているが、実際はこのクリアランスは３０μｍ程度となる。

例えば、図６のようにパンチ２の中心軸１２がダイ３の中心軸１１に対して図中右方向にずれている場合、打ち抜き中にクリアランス内に引き込まれた金属板１がダイ３に及ぼす力１３と１４においては、１４の方が大きくなる。これは、より狭い部分に板が引き込まれた場合は板がダイ穴側面により強い力で押し付けられるためである。

また、図７のようにパンチ２の中心軸１２がダイ３の中心軸１１に対して、紙面右側に傾いている場合は、パンチ２による荷重が、ダイ３を動かす方向（紙面右側方向）にも働くため、１４の方が１３よりも大きくなる。すなわち、

Ｆ₁₃（Ｎ）＝−Ｐ×sin(θ)
Ｆ₁₄（Ｎ）＝−Ｐ×sin(θ)
Ｆ₁₃（Ｎ）：図７におけるダイ３に加わる荷重１３（右方向を正）
Ｆ₁₄（Ｎ）：図７におけるダイ３に加わる荷重１４（右方向を正）
Ｐ：パンチ２の中心軸方向の打ち抜き荷重
θ：パンチ中心軸１２とダイ中心軸１１がなす角

となる。

クリアランスが周方向に均一であり、パンチ２の傾きもない場合は、１３と１４は同じ量になる、すなわち、ダイ３を紙面横方向に変位させる力は働かない。したがって、この荷重値１３と１４の差を荷重センサー１０ａと１０ｂを配置することによって計測し、荷重値１３と１４の差が存在する場合はクリアランス量が図中の右と左でずれている、またはパンチ２が紙面右側へ傾いているかのいずかの状態にあるということを検知できる。

ここで、ダイ３の打ち抜き時の変形が無視できる場合（ダイ３が荷重値１３、１４に対して充分に剛である場合）は、荷重センサー１０ａ，１０ｂのどちらかのセンサーのみの配置でもかまわない。これは、ダイ３を紙面横方向に動かそうとする力が存在しない場合、センサーによって計測される荷重は０（なぜならば、ダイ３の変形に起因する荷重が存在しないため）であるため、センサー１０ａ，１０ｂの計測結果が０以外となった場合にクリアランス量の左右のずれ、またはダイ３に対するパンチ２の傾きを検知できるためである。なお、センサーの配置が上下一段である場合はクリアランス量のずれとパンチ２の傾きを独立して計測することはできない。すなわち、穴抜き加工時のパンチ２とダイ３の芯ずれを検出することはできるが、その芯ずれが水平方向のクリアランス量のずれであるか、あるいはパンチ２の傾きであるかまでは判別することはできない。しかしながら、後述の上下２段のセンサー配置とすることにより、パンチ２とダイ３の中心軸の相対的な傾きを独立に計測することが可能となり、これにより芯ずれが水平方向のクリアランス量のずれであるか、あるいはパンチ２の傾きであるかを判別することができる。

図６，７の例はパンチ２の可動軸に対して直角な１つの軸方向の２箇所にネジ又はピン式の荷重センサーを設置した場合であるが、この荷重センサーを図５のごとく、パンチの可動軸に対して直角な平面（紙面）における直交軸の４方向に配置したうえで、紙面縦方向、水平方向の荷重差を計測することにより、図６，７と同様に紙面縦方向、水平方向それぞれのクリアランス量のずれ、またはパンチ中心軸１２とダイ中心軸１１の相対的なずれが存在するかを検知することができる。すなわち、２次元的な面内のクリアランスの周方向バラつきを検知することが可能である。

以上に示す通り、従来技術に対してのこの装置の特色は、ダイ固定のためのネジ又はピンの荷重計測を利用して、穴抜き加工時のパンチの傾きや微小なクリアランスの周方向バラつきを直接パンチ位置、ダイ位置を計測することなしに動的に検知することができる点となる。
すなわち、重要なのは、パンチ２が金属板を打ち抜いている最中の、パンチ２，ダイ３及び金属板に荷重が加わっている状態での周方向のクリアランスを均一にすることである。従来においてもパンチとダイの相対的な変位を測定はしているが、センサーを用いて直接パンチ位置、ダイ位置を計測する場合、パンチ２が金属板の板厚にあたる僅かな距離を荷重が加わった状態で短時間に移動する瞬間の変位を計測することは現実的に不可能であるか、あるいは計測できたとしても計測精度には限界がある。そこで本発明は、ネジ又はピン式の荷重センサーで周方向の荷重偏差を計測するようにしたことによって、パンチ２が金属板を打ち抜いている最中の周方向のクリアランスを高精度に計測することが可能となったのである。

したがって、本発明による装置は、ある程度精度よく芯を出した金型における微調整を目的とした芯ずれ検知と調整を目的に用いるのが好ましい。

続いて、パンチ２の可動軸の位置又は方向やクリアランスの周方向ばらつきを検知した場合のネジ又はピンの軸力調整手段について述べる（前記（２）に係る本発明）。

本発明においては、ダイ３の固定を兼ねたネジ式又はピン式の荷重センサーの軸力をダイ側軸力調整手段により調整することにより動的なクリアランスのバラつき低減調整が可能である。

ネジ式の荷重センサー１７を用いる場合は、図８のごとく、ダイ側軸力調整手段として例えば回転式のサーボモータ１６によりネジ式荷重センサーを締め付ける、緩めるという操作により軸力調整を行う。この際、ネジを締める、緩めるという作業に伴う荷重センサーの軸方向変位は微小であるため、モータ位置がネジの軸方向に対して可動である必要はない。モータを制御する制御則については、例えば式（１）のごとく同軸上の２つのセンサー出力差（Ｎ）をフィードバックするＰ制御を各軸のそれぞれのセンサーに対して行えばよい。

ピン式の荷重センサー１９を用いる場合は、図９のごとく、ダイ側軸力調整手段として例えば直動式のサーボモータ１８によりピン式荷重センサー１９の押し込み量調整をして軸力調整を行う。モータを制御する制御則については、例えば式（１）のΘをピン押し込み量D（ｍｍ）へ置き換えた制御（２）を各軸のそれぞれのセンサーに対して行えばよい。

なお、ここでセンサー配置を同軸上に２箇所とした理由は、打ち抜き時のダイ３の全体的な弾性歪みまで考慮したうえで精度よくクリアランス量の周方向ばらつきを低減させるためである。金型の変形が大きい場合はセンサーの配置を同軸上の２箇所としなければならない。しかしながら、一般的に金型の変形量は芯ずれによる金型の変位に比べて小さい場合が多く、こういった場合は同軸上に１箇所のセンサー配置による測定・制御とした場合でも本発明の効果は充分に得られる。センサー配置を一箇所とするときは（１）、（２）におけるセンサー出力の一方（Ｙ₁₃またはＹ₁₄）を０（Ｎ）とおけばよい。

また、ダイ３の位置だけでなく傾きも、図１０に示すような上下２段の加重センサー配置とすれば検知、調整することが可能である（（３）に係る本発明）。

打ち抜き加工時において、パンチ２の可動軸とダイ３の中心軸が傾いた状態で打ち抜きを行うと、図１１に示すように、ダイ３には、ダイ３の中心軸と垂直な軸に対してモーメント２６が加わるため、荷重センサー出力（Ｎ）１０ａと１０ｂの出力差２７に対し１０ｃと１０ｄの出力差２８が偏差をもつ。したがって、これらの偏差を測定することによりダイ３がパンチ２に対して傾いていることが検知できる。この傾きを補正するためには、例えば（３）のような回転角又はモータ押し込み量の入力を上記式（１）のモータ回転角、または、式（２）のピン押し込み量に加えればよい。

（３）の入力は２つの軸方向のセンサーそれぞれに加える。

なお、同軸上にセンサーを２箇所としたのは、制御則（１）、（２）の場合と同様の理由である。金型変形量が充分小さな場合はセンサーが１箇所の場合でも本発明の効果は充分得られる。

続いて、（６）に係る発明においてダイ外表面とダイを固定するくぼみの隙間を３０μm以下と限定した理由について述べる。

本発明のダイ位置調整の可動範囲は、ネジの締め付け力、または、ピンの押し込み力を微調整することによりダイ位置を変位させるという機構のため、微小である。そのため、あまり大きく芯がずれてしまうような状況では、クリアランスの周方向バラツキを調整する事は難しくなる。したがって、そのような大きな芯ずれが起こらないようにするべく、ダイ３とダイ３を固定する窪みの隙間は３０μｍ以下であることが好ましい。しかしながら、隙間が小さすぎるとそもそも芯ずれの補正ができなくなり、また、ダイ３を窪みにはめ込むことが難しくなるので作業性を落としてしまう。よって、ダイ３とダイ３を固定する窪みの隙間は１０μｍ以上とすることが好ましい。

さらに、本発明においては、例えば図１２に示すように、荷重伝達装置２０とパンチガイド２５の位置を固定するためのネジ又はピン式の荷重測定センサー２３をパンチ外枠に設けることによって、荷重センサー出力に応じたパンチ２の可動軸の位置又は方向を検知することができる（前記（４）に係る本発明）。

図１８の模式図に示すように、パンチ２の中心軸１２が紙面右方向にずれている場合、被加工材からパンチ２がうける水平方向の荷重は紙面右側の方が大きくパンチガイド２５を保持するためのネジまたはピンにはパンチを左へずらそうとする力３１が働く。図１９のようにパンチ２の中心軸１２がダイの中心軸１１に対して傾いている場合も、被加工材からパンチ２がうける水平方向の荷重は紙面右側の方が大きくパンチガイド２５を保持するためのネジまたはピンにはパンチを左へずらそうとする力３１が働く。よって、パンチガイド２５を固定するネジまたはピンの荷重を測定することによっても、パンチ２とダイ３の中心軸位置のずれ、方向のずれの何れかが存在した場合に検知することができる。

また、ネジ又はピンのパンチ側軸力調整手段を設けることにより、荷重センサー出力に応じたパンチ２の可動軸の位置又は方向を調整することができる（前記（５）に係る本発明）。

この場合は、ダイ３の調整の補助として、前述の荷重３１が０となるまで手動でネジ、またはピンの軸力調整を行う程度でよい。自動化したい場合は、前記発明（２）の場合と同じく例えば、回転式、または直動式のサーボモータ等をアクチュエータとして、

なる制御を加えればよい。パンチ固定ネジまたはピン２３の軸力を直接調整しなくとも、パンチの可動軸の位置については、図６の荷重センサー出力によりダイ３に対してどちらにパンチが偏っているかを測定して手動で調整することもできる。

さらに、パンチ２の接触部を調整するスペーサ２１を設けることによっても、荷重センサー出力に応じたパンチ２の可動軸の位置又は方向を調整することができる（前記（７）に係る本発明）。

パンチの可動軸の方向については、パンチ２と荷重伝達手段（例えばプレス機）２０との接触部の位置を調整できるようなスペーサ２１を設けることによって調整できる。図１２に示すスペーサ２１はパンチ２の上面でパンチ可動軸に対して直角な方向に移動可能であり、パンチ上面における荷重伝達手段２０との接触部より小さな面積の板である。例えば、パンチ可動軸が図１１のようにずれていて、紙面上反時計回りのモーメント２６が発生している場合は、図１２のようにパンチ可動軸に対して右方向に偏るようにジグ２１の位置を調整する。パンチ軸に対して図中右に偏ってスペーサ２１を配置する場合、図２０に示すようにパンチが受ける荷重はパンチ中心軸より右方向が大きくなり、パンチが荷重を受けた際には図中時計回りに回転モーメントが発生する。したがって、両者のモーメントが相殺され、図１１のようなパンチ可動軸のずれを補正して、パンチ可動軸を垂直方向へ修正することができる。

（実施例１）
本発明による効果を実証するため、図１６に示す装置により打ち抜き試験を行った。図１６においてはネジ式のセンサーを図５のごとくパンチの可動軸に対して直角な方向の２軸上にそれぞれ２個、計４箇所に取り付けた。簡便のため、ここでは図１６における荷重センサー１０ａ、１０ｂについて、すなわち一つの軸方向についての芯ずれが検知できるかについて検証する。ダイとダイを固定する窪みとのクリアランスは３０μｍとした。被加工材については、一般に流通している鋼Ｓ４５Ｃを用いた。

本発明例として、予めパンチ２の可動軸の位置を図中右方向へずらした場合の打ち抜きと、可動軸の位置を厳密に合わせた場合の打ち抜きを行い、芯ずれが検知できるかを検証した。なお、この場合のパンチ２可動軸の位置設定については、非接触の３次元形状測定器を用いてパンチ２の位置を計測し、試行錯誤的に設定している。

２通りの打ち抜き試験について、横軸に時間、縦軸に荷重センサー１０ａ，１０ｂの出力結果（Ｎ）を記したグラフを図１３に示す。

この図１３より、可動軸の位置を厳密にあわせた場合には、図中左部のセンサー１０ａの出力と右部のセンサー１０ｂの出力は、ほとんど差が生じていないことが分かる。可動軸を図中右方向へずらした場合は、１０ｂの出力が１０ａの出力よりも４（Ｎ）ほど大きくなっており、本発明による装置により芯ずれが検知できたことを示している。

（実施例２）
続いて、図１７に示す装置を用いて、パンチ２の可動軸とダイ３の中心軸が一致した状態と、図７のようにパンチ２の可動軸に対してダイ３の中心軸を予め傾けた状態の２通りの打ち抜き試験を行った。荷重センサーは、パンチ可動軸に対して上下２段、かつ同軸のそれぞれ２箇所、計４箇所に取り付けた。芯傾き条件の設定方法は実施例１と同様である。この場合も実施例１と同様、簡便のために１つの軸方向での芯ずれ、傾きの検証を行う。２通りの試験に対して、横軸に時間、縦軸にセンサー１０ａと１０ｂの出力差（Ｎ），１０ｃと１０ｄの出力差（Ｎ）双方の履歴を記したグラフを図１４に示す。

図１４より、パンチ２の可動軸とダイ３の中心軸が一致した状態においては、１０ａと１０ｂのセンサー出力差、１０ｃと１０ｄのセンサー出力差はほぼ一定して０（Ｎ）である。しかし、パンチ２の可動軸に対してダイ３の中心軸がずれた打ち抜き試験においては、双方の値のピークにおいて０．０９（Ｎ）ほどのずれがみられ、０（Ｎ）とはならない。

以上の結果により、パンチ２の可動軸とダイ３の中心軸の相対的な傾きも、本装置によって検知できることが示された。

（実施例３）
続いて、打ち抜き中の芯ずれ補正を行うべく、図１２に示す装置により、式（１）、（３）の制御をモータ１６ａ〜１６ｄに与え、パンチ２の可動軸とダイ３の中心軸位置がずれ、かつ、傾いている状態での打ち抜き試験を行った。

各センサー１０ａ〜１０ｄの出力履歴（Ｎ）を図１５に示す。図１５より、打ち抜き試験中に４つのセンサー出力１０ａ〜１０ｄの値が同値となるように収束していくことが分かる。打ち抜き初期の段階で補正が終了しており、本発明による芯ずれ、傾き補正機能が良好に働いていることが分かる。

（実施例４）
続いて、図２１のごとく、パンチガイド固定ネジ２３を設けて、予めパンチ２の可動軸の位置を図中右方向へずらした場合の打ち抜きと、可動軸の位置を厳密に合わせた場合の打ち抜きを行った際のネジ２３の軸力測定を行った。ネジは図２１に示すネジ２３とパンチの可動軸に対して直角でかつネジ２３と直角な方向（紙面に垂直な方向、ネジは図示しない）の合計２箇所に設けた。図２３にネジ２３の軸力（Ｎ）の出力履歴を示す。パンチ可動軸の位置がずれている場合には、打ち抜き中に荷重値が３（Ｎ）まで達し、ずれがない場合にはほとんど０（Ｎ）であることから芯ずれの検知がうまく行えたことを示している。さらに、この結果からネジ２３の軸力が３（Ｎ）増す分だけ手動で締め付けた際のネジ２３の出力履歴（打ち抜き初期の段階で荷重の出力は０にリセットしている）は図２４のごとくなり、芯ずれを改善することができたことを示している。

（実施例５）
続いて、実施例２におけるパンチ２の可動軸に対してダイ３の中心軸を予め傾けた状態の打ち抜きの後、図２２で示されるようにスペーサ２１を設け、その中心の位置をパンチ２の中心軸からパンチ上面の直径の５％ほどずらして配置した。横軸に時間、縦軸にセンサー１０ａと１０ｂの出力差（Ｎ），１０ｃと１０ｄの出力差（Ｎ）双方の履歴を記したグラフは図２５のようになり、図１４（ｂ）と比較して、それぞれの出力同士の差とそれぞれの出力の絶対量が半減し、傾きが改善されたことが分かる。

なお、いずれの実施例においてもかなり剛性が低いダイを用いてしまったため、打ち抜き時の金型変形起因の荷重が芯ずれ起因の荷重に比べて大きくなっているが、より高い剛性のダイを用いれば1つの軸に対してセンサーの配置を１つとすることも可能である。

従来の打ち抜き装置を示す図である。打ち抜き面の形状を説明する図である。打ち抜きにおいて周方向のクリアランスがばらつくことを示す図である図３のデータを測定する、打ち抜きを途中で止めた被加工材の断面写真である。本発明における、パンチ可動軸と垂直なダイス面内でのセンサー配置例である。パンチの可動軸とダイの中心軸の位置がずれていた場合の、打ち抜き工程を示す図である。パンチの可動軸とダイの中心軸が傾いている場合の、打ち抜き工程を模した図である。ネジ式センサーに締め付けトルクを加える機構例を示した図である。ピン式センサーに軸力を加えるための機構例を示した図である。ダイの傾きを検知するための、パンチ可動軸を含む面内のセンサー配置例を示した図である。ダイが傾いている場合のセンサー出力差発生メカニズムを説明するための模式図である。実施例３に用いた装置の模式図である。（ａ）パンチとダイの中心軸が一致した場合と、（ｂ）位置がずれている場合の打ち抜き時のダイ固定ネジにおけるセンサー出力結果を示したグラフである。（ａ）パンチとダイの中心軸が一致した場合と，（ｂ）相対的に軸が傾いている場合の打ち抜き時のダイ固定ネジにおけるセンサー出力結果を示したグラフである。ダイの位置、傾き補正制御を伴って打ち抜きを行った場合のセンサー出力履歴である。実施例１に用いた装置の模式図である。実施例２に用いた装置の模式図である。パンチとダイの中心軸の相対的な位置ずれによりパンチガイドを固定するネジへ荷重が発生するメカニズムを説明するための図である。パンチとダイの中心軸の相対的な傾きによりパンチガイドを固定するネジへ荷重が発生するメカニズムを説明するための図である。スペーサによりパンチ軸の傾きを補正するメカニズムを説明するための図である。実施例４に用いた装置の模式図である。実施例５に用いた装置の模式図である。（ａ）パンチとダイの中心軸が一致した場合と、（ｂ）位置がずれている場合の打ち抜き時のパンチガイド固定ネジにおけるセンサー出力結果を示したグラフである。実施例４において、パンチ固定ネジを手動で調整した後の打ち抜き時のパンチガイド固定ネジにおけるセンサー出力結果を示したグラフである。スペーサによりパンチとダイの中心軸の相対的な傾きを補正した後の打ち抜き時のダイ固定ネジにおけるセンサー出力結果を示したグラフである。

符号の説明

１金属板
２パンチ
３ダイ
６だれ
７剪断面
８破断面
９ばり
１０荷重測定センサー（ダイ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
１０ａ荷重センサー（ダイ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
１０ｂ荷重センサー（ダイ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
１０ｃ荷重センサー（ダイ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
１０ｄ荷重センサー（ダイ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
１１ダイ中心軸
１２パンチ可動軸
１３打ち抜き時にダイ穴側面へ加わる力
１４打ち抜き時にダイ穴側面へ加わる１３とは逆向きの力
１５窪み
１６回転式のサーボモータ（軸力調整手段）
１７ネジ式荷重センサー（計測手段）
１８直動式のサーボモータ（軸力調整手段）
１９ピン式荷重センサー（計測手段）
２０荷重伝達手段（例えばプレス機）
２１スペーサ
２２ダイ外枠
２３ネジ又はピン式荷重センサー（パンチ側計測手段、ネジ又はピンを兼ねる）
２４しわ押さえ（ストリッパー）
２５パンチガイド
２６パンチ可動軸に対してダイが傾いている際に発生する回転モーメント
２７ダイ上部に配置したセンサー１０ａ、１０ｂの出力（荷重）の差
２８ダイ下部に配置したセンサー１０ｃ、１０ｄの出力（荷重）の差
３０パンチ外枠
３１パンチガイド固定ネジまたはピンに加わる荷重

Claims

パンチ、ダイ及びダイを固定するくぼみを有するダイ外枠からなる穴抜き装置であって、前記ダイ外枠に、パンチの可動軸に対して直角な方向の少なくとも２箇所にダイを固定するネジまたはピンを設け、穴抜き加工時に前記ネジまたはピンの軸力の変化を計測するダイ側計測手段を有することを特徴とする穴抜き装置。
更に、前記ネジまたはピンの軸力の変化に応じて、ネジまたはピンの軸力を調整するダイ側軸力調整手段を有し、前記ダイ側軸力調整手段は、パンチの可動軸の位置又は方向、ダイの位置又は傾きの少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする請求項１記載の穴抜き装置。
ダイ外枠に、パンチの可動軸に対して、上下２段以上前記ネジ又はピン及び前記ダイ側計測手段を設けることを特徴とする請求項１または２記載の穴抜き装置。
パンチ、ダイ及びダイを固定するくぼみを有するダイ外枠からなる穴抜き装置であって、パンチの周囲に、順に、しわ押さえ、パンチガイド及びパンチ外枠を有し、前記パンチ外枠に、前記パンチの可動軸に対して直角な方向の少なくとも２箇所に前記パンチガイドを固定するネジまたはピンを設け、穴抜き加工時に前記ネジまたはピンの軸力の変化を計測するパンチ側計測手段を有することを特徴とする穴抜き装置。
更に、前記ネジまたはピンの軸力の変化に応じて、前記ネジまたはピンの軸力を調整するパンチ側軸力調整手段を有し、前記パンチ側軸力調整手段は、パンチの可動軸の位置、方向の少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする請求項４記載の穴抜き装置。
ダイ外表面と前記くぼみの隙間が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の穴抜き装置。
更に、パンチへの荷重伝達手段と、前記パンチ及び前記荷重伝達手段の間に設けられるスペーサを有し、前記スペーサはパンチ可動軸に対して直角な方向に移動自在で、パンチの可動軸の位置、方向の少なくとも何れかを調整する機能を有することを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の穴抜き装置。