JP4900344B2 - プレス加工用金型アセンブリとプレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型と、金型を固定する金型ホルダを備えるプレス加工用金型アセンブリと、その金型アセンブリを有するプレス装置に関する。

プレス加工では、キャビティを有する金型に板状のワークを載置し、プレスパンチによってワークをキャビティ内へ押し込むことによって、ワークをキャビティ内壁の形状に加工する。プレスパンチがワークを適切にキャビティ内へ押し込むことができないと、いわゆる型かじり（金型の角がワークに食い込む現象）やワークの破損が発生し易くなる。例えば、プレスパンチとキャビティ（即ち金型）の軸線が正確に一致していないと、型かじりが発生し易いことが知られている。そこで、特許文献１に、プレスパンチと金型の軸線のずれを計測する技術が開示されている。特許文献１の技術は、例えばレーザ変位計によってプレスパンチと金型の相対的なずれを計測する。

特開２０００−３０１３９８号公報

型かじりやワーク破損の要因は、プレスパンチと金型の軸線のずれだけではない。キャビティの形状によっては、プレスパンチを押し込むための荷重（プレスパンチの押圧力）に起因して、金型に偏った荷重が発生する場合がある。或いは、プレスパンチと金型の軸線が一致していなくとも、プレスパンチがキャビティ内へ進行するとプレスパンチ（或いは金型）が変形し、プレスパンチと金型の軸線は一致してしまうが、この場合も金型に偏った荷重が発生する。型かじりやワーク破損は、プレスパンチが移動する方向に交差する方向、いわゆる水平方向に生じる荷重が主要因となって生じる。プレスパンチと金型の軸線のずれを計測するだけでは、そのような偏った荷重を計測することができず、型かじりやワーク破損の発生を十分に低減することができない。また、金型に直接に歪みゲージを貼着しても、荷重による金型の変形は計測できるが、変形と荷重の関係を予め特定しておく必要がある。
本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものであり、型かじりやワークの破損の発生を抑制するために、プレスパンチがワークをキャビティへ押し込む際に発生する水平方向の荷重を正確に計測することのできる技術を提供する。

本発明は、金型と、金型の側面に対向する面を有しており金型を固定する金型ホルダを備えるプレス加工用金型アセンブリに具現化することができる。この金型アセンブリは、金型の側面と金型ホルダの間に、プレスパンチがワークをキャビティ内へ押し込む際に生じる金型水平方向の荷重を計測する複数の荷重センサが金型の側面に沿って２次元的に配置されていることを特徴とする。この金型アセンブリは、金型に歪みゲージを貼着する代わりに、金型と金型ホルダの間に荷重センサを配置する。プレスパンチがワークをキャビティへ押し込む際、プレスパンチの押圧力に起因してキャビティ側面に水平方向荷重が加わる。上記の荷重センサは、その水平方向の荷重を直接に計測することができる。なお、本明細書にいう「水平方向」は、プレスパンチが上下する方向と交差する方向を意味する。特に本発明の金型アセンブリは、プレスパンチがキャビティ内へ進行している間（即ち、ワークの加工開始から終了までの間）に金型の側面に加わる水平方向の荷重分布の経時的な変化を、キャビティの深さ方向に沿って計測することができる。前述したように、金型に加わる荷重はキャビティの形状に依存して変化する。本発明の金型アセンブリは、金型の深さ方向（プレスパンチのスライド方向）に沿って荷重分布を検出することができるため、キャビティの形状に依存した荷重分布の変化を計測することができる。計測した荷重分布に基づいて金型を修正することによって、或いは、金型とプレスパンチのアラインメントを調整することによって、型かじりやワーク破損の発生を抑制することができる。

夫々の荷重センサは、両端が金型の側面と金型ホルダの間に挟まれるピンと、ピンの側面に貼着された歪みゲージを備えていることが好ましい。水平方向の荷重によってピンがその長手方向に歪むので、ピンの歪みは水平方向の荷重を直接に表す。ピンと歪みゲージの単純な組み合わせで、金型に加わる水平方向の荷重を計測することができる。また、ピンをその長手方向が金型の側面と交差するように配置することによって、複数の荷重センサを高密度に配置することができる。

本発明の金型アセンブリはさらに、ピンの金型側の端面が丸みを帯びていることが好ましい。ピンの端面が丸みを帯びていることによって、金型側面の計測点を高精度に特定することができる。この荷重センサは、先端が丸みを帯びているピンを高密度に配置できるので、金型に加わる荷重の分布を高解像度で計測することができる。

本発明による金型アセンブリは、２次元的に分布する複数の孔が形成されたベースプレートをさらに備えており、複数の荷重センサのピンがそれぞれ前記孔に挿入されて、荷重センサの２次元配置が保持されることが好ましい。ベースプレートが複数の荷重センサを保持するので、金型と金型ホルダの間に複数の荷重センサを取り付け易くなる。

本発明は、プレス加工装置に具現化することも好適である。そのプレス加工装置は、上記したプレス加工用金型アセンブリを備える。プレス加工装置が上記の金型アセンブリを備えることによって、プレス品を量産している最中に金型に加わる荷重分布の変化を計測することができる。従って、プレス品を量産しながら、荷重分布の計測結果に基づいてプレスパンチと金型のアラインメントを調整することができる。

本発明によれば、プレスパンチがワークをキャビティ内へ押し込む際に生じる金型水平方向の荷重分布を計測することのできるプレス加工用金型アセンブリとプレス加工装置を実現することができる。

図面を参照して本発明に係るプレス加工用金型アセンブリとプレス加工装置を説明する。図１は、プレス加工装置１０の模式図である。図１（Ａ）は、プレス加工装置１０にワークＷを載置した状態を示す。図１（Ｂ）は、プレスパンチ２６が途中まで降下し、ワークＷが塑性変形している状態を示す。なお、図１では、理解を助けるために金型アセンブリ１８とワークＷの断面が描いてある。

プレス加工装置１０は、台座２４の上に配置された金型アセンブリ１８と、金型アセンブリ１８の上方に位置するプレスパンチ２６を備えている。金型アセンブリ１８は、キャビティ面１２ａが形成されている金型１２と、金型１２の側面１２ｂを囲んで金型１２を固定する金型ホルダ１６と、金型１２の側面１２ｂと金型ホルダ１６の間に配置されている荷重センサシート１４から構成されている。荷重センサシート１４は後に詳述する。

プレスパンチ２６は、その上側で支持プレート４０に固定されている。支持プレート４０は、リング型ロードセル３８を介してスライドプレート３６に固定されている。スライドプレート３６は、油圧装置３４に固定されている。プレスパンチ２６は、油圧装置３４によって上下にスライドする。リング型ロードセル３８は、プレスパンチ２６に加わる上下方向の荷重を計測する。

図１における符号Ｗはプレス加工対象物であるワークを示す。符号３０は、加工後のワークＷを装置から排出するエジェクタを示しており、ばね３２に支持されている。プレス加工後にプレスパンチ２６が上昇すると、加工されたワークＷはエジェクタ３０によって自動的に上方へ押し出される。
符号４４は、ワークＷを金型１２の上面に押し当てて固定する押え部材である。押さえ部材４４は、ばね４２によって、ワークＷを押え付ける。

荷重センサシート１４について説明する。図２は、荷重センサシート１４の部分拡大図である。荷重センサシート１４は、可撓性を有するベースシート２２と、ベースシート２２に２次元的に配置された多数の荷重センサ２０から構成されている。ベースシート２２は、例えばポリウレタンなどの柔らかい材質で作られている。ベースシート２２には、格子状に孔２２ａが形成されている。各孔２２ａに、荷重センサ２０のピン２１が圧入されている。ピン２１の直径は１０ｍｍ程度である。
荷重センサ２０は、円柱状のピン２１と、ピン２１の側面に貼着された歪みゲージ２３から構成されている。ピン２１の一端は、丸みを帯びている。図１に示すように、ピン２１の丸みを帯びている端部は、金型１２の側面１２ｂに当接しており、ピン２１の他端は、金型ホルダ１６の内周面に当接している。即ち、ピン２１は、その両端が金型１２の側面１２ｂと金型ホルダ１６の内周面の間に挟まれており、側面１２ｂに当接している端部が丸みを帯びている。即ち、側面１２ｂと端部は点接触する。

荷重センサシート１４は、金型１２の側面１２ｂをその周方向に囲っている。即ち、金型１２の側面１２ｂと金型ホルダ１６の間の隙間全体に、多数の荷重センサ２０が２次元的に分布している。荷重センサシート１４は、可撓性があるので、金型１２の側面に沿って柔軟に湾曲することができる。荷重センサシート１４は、その可撓性によって、金型１２の側面１２ｂが湾曲していても多数の荷重センサ２０を側面１２ｂに沿って保持することができる。

荷重センサシート１４は、円柱形状の多数の荷重センサ２０をその長手方向が側面１２ｂに直交するように保持するので、多数の荷重センサ２０を高密度に配置することができる。また、丸みを帯びた端部が側面１２ｂと点接触しているので、側面１２ｂにおけるそれぞれの荷重センサ２０の荷重検知ポイントを精密に特定できる。

荷重センサシート１４の機能を説明する。図１（Ｂ）に示すように、プレスパンチ２６が降下すると、ワークＷはプレスパンチ２６とキャビティ面１２ａの間に挟まれて塑性変形する。このとき、キャビティ面１２ａに水平方向外側へ荷重が加わる。図１（Ｂ）の符号Ｆが示す太い矢印が、水平方向の荷重を模式的に表している。「水平方向」とは、プレスパンチ２６がスライドする方向に交差する方向を意味する。キャビティ面１２ａに加わる荷重Ｆは、金型１２を水平方向に押し広げる。その結果、金型１２の側面１２ｂが外側に歪み、側面１２ｂと金型ホルダ１６の間に挟まれている荷重センサ２０が荷重を検知する。図１（Ｂ）の太い矢印Ｆが示すように、プレスパンチ２６がキャビティＣへ進行するにつれて、金型１２のキャビティ面１２ａには荷重が分布する。プレスパンチ２６が降下するにつれて、荷重の分布形状は変化する。側面１２ｂに２次元的に配置された多数の荷重センサ２０が、荷重分布を高解像度で計測する。

プレス加工装置１０は、多数の荷重センサ２０が側面１２ｂに２次元的に分布しているので、プレスパンチ２６を降下させている間の水平方向の荷重分布の経時的変化を高精度に計測することができる。水平方向の荷重が偏っていると、ワークＷが型かじりしたり、破損したりする。そこで、水平方向の荷重分布が偏っていることが計測結果によって判明した場合、プレスパンチ２６と金型１２のアラインメントを調整する、或いは、キャビティ面１２ａを削ってキャビティＣを広くするなどして、型かじりやワーク破損の発生を抑制することができる。

このプレス加工装置１０は、上記に説明した技術的特徴のほか、下記の技術的特徴を備える。
（１）多数の荷重センサ２０がベースシート２２に保持されているので、金型１２や金型ホルダ１６から荷重センサ２０を容易に分離できる。
（２）多数の独立した荷重センサ２０を有しているので、一つひとつの荷重センサの校正が容易である。
（３）多数の荷重センサ２０が可撓性のベースシート２２に保持されているので、金型１２の側面１２ｂに沿って湾曲することができる。可撓性のベースシート２２が柔軟に多数の荷重センサ２０を保持しているので、ベースシート２２が側面１２ｂに沿って湾曲しても、荷重センサ２０に余計なオフセット荷重が加わり難い。プレス加工中の荷重を正確に計測することができる。
また、多数の荷重センサ２０を保持するベースシート２２が可撓性を有しているので、金型１２の側面１２ｂの外形形状に沿った荷重センサシート１４を用意することが簡単である。例えば、図３に示すように、上面が湾曲している金型１１２に対して、その上面の湾曲に合わせた荷重センサシート１１４を用意することが簡単である。
（４）荷重センサシート１４は、ピン２１と歪みゲージ２３のみからシンプルに構成されているので、薄くすることができる。薄い荷重センサシート１４は、金型１２と金型ホルダ１６の間にわずかの隙間（例えば、１５〜２０ｍｍ程度）に配置することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

図１は、プレス加工装置の模式図を示す。 図２は、荷重センサシートの模式的拡大図を示す。 図３は、他の形状の荷重センサシートの例を示す。

符号の説明

１０：プレス加工装置
１２：金型
１４：荷重センサシート
１６：金型ホルダ
１８：金型アセンブリ
２０：荷重センサ
２１：ピン
２２：ベースシート
２３：歪みゲージ
２６：プレスパンチ
３４：油圧装置
Ｃ：キャビティ
Ｗ：ワーク

Claims (3)

1. 金型と、金型の側面に対向する面を有しており金型を固定する金型ホルダを備えるプレス加工用金型アセンブリであり、
   金型の側面と金型ホルダの間に、プレスパンチがワークをキャビティ内へ押し込む際に生じる金型水平方向の荷重を計測する複数の荷重センサが金型の側面に２次元的に配置されており、
   夫々の荷重センサは、両端が金型の側面と金型ホルダの間に挟まれるピンと、ピンの側面に貼着された歪みゲージを備えており、
   複数の荷重センサは、２次元的に分布する複数の孔が形成されたベースプレートの当該孔にそれぞれのピンが挿入されて、２次元配置が保持されることを特徴とするプレス加工用金型アセンブリ。
2. 前記ピンの金型側の端面が丸みを帯びていることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工用金型アセンブリ。
3. 請求項１または２に記載のプレス加工用金型アセンブリを備えていることを特徴とするプレス装置。

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