JP2021085721A - 金型用荷重分布測定装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト型のロードセルの締結力を一般ネジの締結力と同様に保ちつつ荷重受部材を薄くすることができる金型用荷重分布測定装置と、その製造方法を提供する。【解決手段】金型用荷重分布測定装置１０は、雌ねじ部１２ｃを備えるプレート状の荷重受部材であるプレート１１と、軸部２１ｄに歪ゲージ２２が貼着されて、雄ねじ部２１ｄが雌ねじ部１２ｃと螺合してプレート１１に取り付けられるボルト型のロードセル２０と、を有し、軸部２１ｃの軸径φｄ２は、雄ねじ部２１ｄの谷径φｄ１より大きく、かつ、雌ねじ部１２ｃの山径φＤ１よりも小さく形成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、金型用荷重分布測定装置と、その測定装置の製造方法に関する。

従来から、ロードセルを複数配置して金型の荷重分布を測定する装置が提案されている。例えば、特許文献１では、ボルト型のロードセルが荷重受部材に取り付けられた金型用荷重分布測定装置が開示されている。この金型用荷重分布測定装置は、該ロードセルのボルトの軸部を起歪体としている。該ロードセルを荷重受部材に取り付けると、金型からの荷重を受けていない定常状態において起歪体である軸部が伸長した状態となり、プレス加工時に該軸部の伸縮を測定することで、荷重受部材が受ける荷重、すなわち、工程ごとにおけるプレス加工により発生する荷重を測定して、精度よく工程ごとの荷重分布を測定できるものである。

特許第６３７０００５号公報

このように形成される金型用荷重分布測定装置の荷重受部材は、できるだけ薄く形成することが望まれる。荷重受部材が厚いと、加工機械への金型の取付け寸法（プレス機械でいうところのダイハイト）が小さくなるため、取り付ける金型寸法が制限される場合があるためである。しかしながら、荷重受部材を薄くすると、ボルトの呼び径も小さくすることとなるが、そうするとロードセルを構成するボルトの締結力も低下してしまい、使用中にボルトが緩むことがある。

本発明の目的は、ボルト型のロードセルの締結力を保ちつつ荷重受部材を薄くすることができる金型用荷重分布測定装置と、その製造方法を提供する。

本発明に係る金型用荷重分布測定装置は、雌ねじ部を備えるプレート状の荷重受部材と、軸部に歪ゲージが貼着されて、雄ねじ部が前記雌ねじ部と螺合して前記荷重受部材に取り付けられるボルト型のロードセルと、を有し、前記軸部の軸径は、前記雄ねじ部の谷径より大きく、かつ、前記雌ねじ部の山径よりも小さく形成されることを特徴とする。

本発明に係る金型用荷重分布測定装置の製造方法は、雄ねじ部の谷径よりも大きく山径よりも小さい軸径で形成される軸部に歪ゲージが貼着されたボルト型のロードセルを準備する工程と、プレート状の荷重受部材に、前記雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部を形成するための下穴を前記軸部の軸径よりも大きい径で開ける工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ボルト型のロードセルの締結力を一般ネジの締結力と同様に保ちつつ荷重受部材を薄くすることができる金型用荷重分布測定装置と、その製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る金型用荷重分布測定装置のロードセル取付部及びロードセルを示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態に係る金型用荷重分布測定装置の図１のＰ部拡大模式図である。

次に、本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図１に示す金型用荷重分布測定装置１０は、荷重受部材であるプレート１１に複数のロードセル取付部１２が形成される。ここで、図１では、複数のロードセル取付部１２のうちのある一箇所のロードセル取付部１２を示している。ロードセル取付部１２には、ボルト型のロードセル２０が取り付けられる。

プレート１１は、金型のパンチからの荷重を受けることができる箇所に取り付けられる。例えば、金型のダイセットプレートに取り付けることができる。又は、プレート１１は、金型のダイセットプレートとすることもできる。

ロードセル取付部１２は、プレート１１の図における上面に開けられる座繰り部１２ａと、この座繰り部１２ａと同心に連続して開けられる大径穴部１２ｂと、この大径穴部１２ｂと同心に連続して形成される雌ねじ部１２ｃと、を有する。雌ねじ部１２ｃは、プレート１１の図における下面側に開放される。このようにして、ロードセル取付部１２は、プレート１１の一方面から他方面に亘って貫通穴状に形成される。なお、雌ねじ部１２ｃを止まりねじ穴として、ロードセル取付部１２は貫通しない形態とすることもできる。

ロードセル２０は、ロードセル本体２１と、歪ゲージ２２と、を備える。ロードセル本体２１は、六角穴付きボルトを加工したものが用いられる。ロードセル本体２１の頭部２１ａには、六角穴２１ａ１が形成される。また、頭部２１ａは、配線スペース２１ａ２が形成される。配線スペース２１ａ２は、頭部２１ａの下面側を所定厚み残して、円筒状の頭部２１ａの外周に、頭部２１ａの下面に垂直な平面とされる平坦部２１ａ３と、頭部２１ａの下面と平行な下面部２１ａ４を形成する。平坦部２１ａ３と下面部２１ａ４に亘る領域には、配線穴２１ｂがロードセル本体２１の軸方向に平行に形成される。

ロードセル本体２１は、頭部２１ａと連接して軸部２１ｃが形成される。頭部２１ａと軸部２１ｃとの連接部２１ｃ１は、所定の半径Ｒで形成される。軸部２１ｃは、先端側で雄ねじ部２１ｄが連接して形成される。雄ねじ部２１ｄと雌ねじ部１２ｃは、同じ呼び径で形成されて、両者は螺合可能に形成される。

また、軸部２１ｃには、歪ゲージ２２が対称位置（対面）に２枚貼着される。２枚の歪ゲージ２２を曲げひずみ消去の回路で配線すれば、軸部２１ｃの曲げひずみをキャンセルすることができる。軸部２１ｃは、ロードセル２０における起歪体とされる。ロードセル２０は、歪ゲージ２２を軸部２１ｃに貼着してからロードセル取付部１２にねじ込んで固定する。このとき、頭部２１ａの下面と座繰り部１２ａの底面は当接し、雄ねじ部２１ｄと雌ねじ部１２ｃの螺合により起歪体である軸部２１ｃが伸長する。すると、ロードセル２０の軸部２１ｃは、金型からの荷重を受けていない定常状態において伸長しており、かつ、この定常状態において軸部２１ｃの伸長を歪ゲージ２２により検出した状態となる。

プレート１１には、ロードセル取付部１２が複数形成されて、それぞれにロードセル２０が設けられる。複数のロードセル取付部１２の配置は、格子状や同心円状に配置することもできるし、金型に合わせて非規則的に配置することもできる。

金型用荷重分布測定装置１０による測定は、以下のように行われる。金型用荷重分布測定装置１０が取り付けられた加工機械により金型を用いてプレス加工や射出成形加工が行われると、荷重受部材であるプレート１１は金型から荷重を受ける。プレート１１に設けられる複数のロードセル２０のうち、圧縮荷重を受ける部分におけるロードセル２０の軸部２１ｃは復元して縮む。この復元した歪量を歪ゲージ２２で検出することにより、金型の荷重分布を測定することができる。

ここで、例えばプレート１１が厚く形成されていると、プレート１１は金型を取り付ける加工装置（例えばプレス機械や射出成形装置）の可動側と固定側との間に設けるため、加工装置に取り付けられる金型の大きさに制約が生じる場合がある。従って、荷重受部材であるプレート１１は、できるだけ薄く形成したいとの要望がある。

一方、プレート１１を薄く形成した場合には、ロードセル２０のロードセル本体２１の全長も短くなる。軸部２１ｃを備えるロードセル本体２１をＪＩＳ標準規格に基づいた標準品のボルトから作成する場合、軸部２１ｃを備える標準品のボルトは軸部２１ｃの径が雌ねじ部１２ｃの山径よりも大きい。従って、このような標準品のボルトから作成したロードセル本体２１を備えるロードセル２０をロードセル取付部１２にねじ込んで取り付けようとすると、軸部２１ｃと雄ねじ部２１ｄとの接続部（不完全ねじ部）までしか螺合させることができない（すなわち、頭部２１ａの下面が座繰り部１２ａの底面と当接しない）ことがあるので、ロードセル２０の軸部２１ｃを伸長した状態でロードセル取付部１２に取り付けることができない場合がある。

一方、ロードセル本体２１を全ねじボルトで形成する場合には、軸部２１ｃを旋盤等で切削して形成する。このとき、軸部２１ｃの径は、軸部２１ｃを平滑面とするため、雄ねじ部２１ｄの谷径以下まで削られる。すると、軸部２１ｃの径が細くなるので、軸部２１ｃの締結力を低くする必要があり、使用中に緩む等の不具合が生じることがある。

そこで、図１のＰ部の拡大模式図である図２に示すように、本実施形態に係るロードセル２０では、ロードセル本体２１の軸部２１ｃの軸径φｄ２は、雄ねじ部２１ｄの谷径φｄ１より大きく、かつ、雌ねじ部１２ｃの山径φＤ１よりも小さく形成した。この関係は、次式（１）で表される。
φｄ１＜φｄ２＜φＤ１ ・・・（１）
なお、図２は説明のため、雄ねじ部２１ｄと雌ねじ部１２ｃとの間に隙間を形成して示している。

具体例；メートル並み目ねじの六角穴付きボルト（呼び径Ｍ８）を用いてロードセル本体２１を作成する場合を例とする。
Ｍ８ボルトの雄ねじ部２１ｄは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ０２０５）では、以下の寸法とされている。
雄ねじ部２１ｄの山径（呼び径）φｄ＝８．０００（ｍｍ）
雄ねじ部２１ｄの谷径φｄ１＝６．６４７（ｍｍ）
また、六角穴付きボルトのＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ １１７６）によれば、軸部２１ｃとなる軸の径は、φ８（ｍｍ）とされている。

そこで、軸部２１ｃは、軸径φｄ２＝６．８（ｍｍ）で形成する。ここで、雌ねじ部１２ｃは、雌ねじ部１２ｃの谷径（呼び径）φＤ＝８（ｍｍ）であり、雄ねじ部２１ｄと螺合可能に形成するため雌ねじ部１２ｃの下穴をφ６．９（ｍｍ）で開ければ、雌ねじ部１２ｃの山径φＤ１＝６．９（ｍｍ）で形成される。

従って、ロードセル２０をロードセル取付部１２に取付ける際、軸部２１ｃはロードセル取付部１２の大径穴部１２ｂを越えて、雌ねじ部１２ｃに挿入することができるので、頭部２１ａの下面が座繰り部１２ａの底面と当接するまでロードセル２０をねじ込ませて、ロードセル２０の軸部２１ｃを伸長した状態でロードセル２０をロードセル取付部１２に取り付けることができる。

このようにして、ロードセル２０のロードセル本体２１は、軸部２１ｃを雄ねじ部２１ｄの谷径φｄ１よりも太くすることができる。上記のＭ８ボルトを用いた例では、（１）式は、φｄ１＝６．６４７（ｍｍ）＜φｄ２＝６．８（ｍｍ）＜φＤ１＝６．９（ｍｍ）である。従って、繰り返し荷重を受ける軸部２１ｃの締結力を、全ねじボルトで形成する場合よりも高めることができる。

また、軸部２１ｃと頭部２１ａが連接する連接部２１ｃ１の半径Ｒは、雄ねじ部２１ｄの呼び径φｄから軸部２１ｃの軸径φｄ２を減じて１／２とすると好適である。これは、次式（２）で表される。
半径Ｒ＝（φｄ−φｄ２）／２ ・・・（２）
上記の例でいうと、半径Ｒは、（８−６．８）／２＝０．６（ｍｍ）となる。これにより、連接部２１ｃ１の応力集中を適切に低減することができる。

また、金型用荷重分布測定装置１０は、以下のように形成することができる。
工程１；雄ねじ部２１ｄの谷径φｄ１よりも大きく雌ねじ部１２ｃの山径φＤ１よりも小さい軸径φｄ２で形成される軸部２１ｃに歪ゲージ２２が貼着されたボルト型のロードセル２０を準備する。ロードセル本体２１は、軸部が形成されている標準品の六角穴付きボルトを選定して、該軸部を軸径φｄ２で旋盤等により削る。
工程２；プレート１１に、軸部２１ｃの軸径φｄ２よりも大きい径φＤ１で、雄ねじ部２１ｄと螺合可能な雌ねじ部１２ｃを形成するための下穴を開ける。その他、座繰り部１２ａ等を形成して、ロードセル取付部１２を形成する。
工程３；ロードセル取付部１２にロードセル２０を取り付ける。

以上、本発明は本実施形態によって限定されることは無く、種々変更を加えて実施することができる。

１０ 金型用荷重分布測定装置 １１ プレート
１２ ロードセル取付部 １２ａ 座繰り部
１２ｂ 大径穴部 １２ｃ 雌ねじ部
２０ ロードセル ２１ ロードセル本体
２１ａ 頭部 ２１ａ１ 六角穴
２１ａ２ 配線スペース ２１ａ３ 平坦部
２１ａ４ 下面部 ２１ｂ 配線穴
２１ｃ 軸部 ２１ｃ１ 連接部
２１ｄ 雄ねじ部 ２２ 歪ゲージ

Claims (3)

1. 雌ねじ部を備えるプレート状の荷重受部材と、
   軸部に歪ゲージが貼着されて、雄ねじ部が前記雌ねじ部と螺合して前記荷重受部材に取り付けられるボルト型のロードセルと、
   を有し、
   前記軸部の軸径は、前記雄ねじ部の谷径より大きく、かつ、前記雌ねじ部の山径よりも小さく形成されることを特徴とする金型用荷重分布測定装置。
2. 前記ロードセルにおける前記軸部と頭部が連接する連接部は、前記雄ねじ部の呼び径から前記軸部の軸径を減じて１／２とした半径Ｒで形成されることを特徴とする請求項１に記載の金型用荷重分布測定装置。
3. 雄ねじ部の谷径よりも大きく山径よりも小さい軸径で形成される軸部に歪ゲージが貼着されたボルト型のロードセルを準備する工程と、
   プレート状の荷重受部材に、前記雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部を形成するための下穴を前記軸部の軸径よりも大きい径で開ける工程と、
   を有することを特徴とする金型用荷重分布測定装置の製造方法。

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