JPWO2007080983A1 - ひずみ量測定手段を有したプレス成形装置及びプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

ポンチ（２）と、ポンチ（２）に対して相対移動するダイ（７）と、ポンチ（２）及びダイ（７）のうち少なくともいずれか一つを被制御部材としたときに、前記被制御部材の内部に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記該被制御部材のひずみ量を測定するひずみ量測定手段（８）と、前記被制御部材に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記被制御部材のひずみ量を制御するひずみ量制御手段（９）とを有する。ひずみ量制御手段（９）は、ひずみ量測定手段（８）によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、前記被制御部材の駆動量を制御する。これにより、プレス成形品の面ひずみ低減又は形状凍結性改善等を達成することができる。

Description

本発明は、例えば薄板のプレス成形装置及びプレス成形方法に係わり、特にプレス加工時に発生する金型のひずみを測定するプレス成形装置及びプレス成形方法に関する。

プレス加工時、金型にはプレス機による加圧力もしくは被加工材変形抵抗の反力等が作用し、金型は弾性変形を起こす。この弾性変形を金型のひずみと呼ぶ。

図２５にポンチ２、ダイ７、しわ押さえ金型４から構成されるプレス機において、プレス成形時に生じる金型ひずみの概念図を示す。実線はプレス成形前の金型外形、点線はプレス成形時に弾性変形したときの金型外形を表す。図２５では変位を強調して図示しているが、実成形の荷重範囲における弾性変形量は数μｍ前後のオーダーである。

図２５にはポンチ２、ダイ７、しわ押さえ金型４の変形のみ図示されているが、厳密にはプレス機スライダー、ガイドピン等他のプレス機構成要素にも弾性変形は生じていると考えられる。しかし、プレス成形現象において支配的な弾性変形はポンチ、ダイ、しわ押さえ金型の変形であると考え、以下ではポンチ、ダイ、しわ押さえ金型の３つに関する弾性変形を金型のひずみとして議論する。

金型ひずみ発生により、成形品の寸法精度が低下する。また、金型ひずみによる成形品の変形量及び変形分布は、プレス機による加圧力、及び、被加工材変形抵抗による反力等に応じて変化するため、プレス機、金型形状、被加工材材質、被加工材形状、潤滑、加圧力等の諸条件の変化により金型ひずみも変化し、この金型ひずみの変化は成形品品質のバラツキの要因となっている。また有限要素法等による成形予測では、計算能力等の都合で金型ひずみを考慮することが出来ず、よって金型ひずみは成形の有限要素法による予測を困難にしている。

金型ひずみを制御する装置としては、特許文献１に、上ビームに取り付けたパンチ及び下ビームに取り付けたダイを接離動作させることにより前記パンチ及びダイ間でワークを折り曲げ加工するプレスブレーキにおいて、前記上ビームの長手方向に添って設けられ、前記上ビームのひずみを検出する複数の上ビーム用歪みセンサと、前記下ビームの長手方向に添って設けられ、前記下ビームのひずみを検出する複数の下ビーム用歪みセンサと、前記下ビームと下金型の間もしくは前記上ビームと上金型の間に折り曲げ加工線の方向に添って分散配置され、前記下金型もしくは上金型に上下方向の加圧力を加える複数のアクチュエータと、加圧開始後加圧完了までの途中で前記上ビームの下降を停止させ、この停止状態のときに前記上ビーム用歪みセンサおよび前記下ビーム用歪みセンサの検出出力を取り込み、これらの各検出出力に基づき上ビーム及び下ビームのひずみ量を演算し、該演算値に基づき上ビーム及び下ビームのひずみ量が適正値になるよう前記複数のアクチュエータの駆動制御を行い、この後加圧制御を再開させる制御を行う制御手段と、を具えるプレスブレーキの中開き補正装置が開示されている。これにより全長に亘って均一な曲げ角度を有する成形品を得ようとしている。

また、特許文献２には、金型プレス成形において、荷重検出手段と、ストローク検出手段と、プレス回数の検出手段と、金型温度の検出手段と、金型の磨耗モデル、金型の熱変形モデル、金型の荷重変形モデル、被加工在の熱変形モデル、被加工材のスプリングバックモデルの単数または複数のモデルから構成される変形予測モデルと、多変数制御信号発生装置と、成形凹部の内壁を変形させる駆動装置とからなることを特徴とするプレス金型が開示されている。これにより、高精度の寸法・形状を有する製品を得ようとしている。

また、特許文献３には、金型ひずみの制御は行わないが、ポンチ、ダイス、及びしわ押さえ金型と、前記ダイス及び前記しわ押さえ金型の間に取り付けられる摩擦力測定手段と、しわ押さえ荷重調節手段を有することを特徴とする薄板のプレス成形装置が開示されている。これにより、金型と被加工物の間の潤滑性や表面性状等の変動要因によらず、適正な摩擦力を付与することができ、素材特性のばらつきや環境変化によらず、常に良好な成形品を提供しようとしている。

特許文献１に、金型ひずみ測定機能を有する装置に関する発明が開示されているが、ビーム用歪みセンサはプレスブレーキ用ビームの長手方向に沿って設けられること以外、発明の開示がない。そのため、プレスブレーキ用ビームよりも複雑形状を有する金型を使用するプレス成形で高精度の品質管理を行うには、複数形状を有する金型で発生する金型ひずみを十分に測定することが出来ず、特許文献１の発明では不十分である。

また、特許文献１に、金型ひずみを制御する装置に関する発明は開示されているが、プレスブレーキ上下ビームのひずみ検出に用いるひずみ検出部は上下ビームに設置されているのに対し、上下ビームのひずみ制御に用いるアクチュエータは下ビームと下金型の間、もしくは、上ビームと上金型の間、に設置されており、ひずみ検出位置とひずみ制御位置が異なる。

従って、特許文献１の発明を、絞り成形用金型のようなプレスブレーキ用金型よりも複雑形状を有する金型に適用した場合、アクチュエータによるひずみ制御によって、制御を所望するひずみ量検出位置でのひずみ量だけでなく、制御を所望しないひずみ量検出位置でのひずみ量にまで影響を及ぼしてしまうため、制御としてのＳ／Ｎ比が低くなる。また、複雑形状を有する金型での成形では、金型に作用する面圧分布も一様ではなく、金型に生じるひずみ量分布は複雑である。従って、所望するひずみ制御量もひずみ量検出位置により異なる。そのため、特許文献１の発明の構成では、ひずみ制御量を所望量にコントロールするためのアクチュエータ制御は困難である。

また、特許文献１の発明では、成形途中に一旦成形を中断し、この停止状態のときに上下ビームのひずみ量を検出し、上下ビームのひずみ量が適正値となるようアクチュエータによる制御を行い、この後成形を再開させる。しかしながら、プレスブレーキのような曲げ主体の成形とは異なり、絞り成形においては、途中で成形を中断した場合、被加工材と工具間の摩擦力は成形中の摩擦力とは大きく異なる。そのため、特許文献１の発明を絞り成形に適用した場合、測定される金型ひずみ量は成形中の金型ひずみ量とは異なり、制御の精度も悪化する。

また、特許文献１の発明では、成形途中に一旦加工を中断しなければならず、特許文献１の発明による制御の実施で成形のサイクリングタイムは悪化する。

また、特許文献２に、金型ひずみを制御する装置に関する発明は開示されているが、ストローク検出手段により検出された圧下量、荷重検出手段により検出された荷重、金型温度の検出手段により検出された温度をもとに、金型および被加工材の変形状態を予測する変形予測モデルを用い、この予測結果から、所定の寸法・形状の製品を得るために必要な成形凹部形状の修正量を推定し、制御を行うものである。金型の変形状態は、モデルを用いた予測であり、直接測定するものではない。

また、特許文献３に、その摩擦力を直接測定する原理として、以下のような発明が開示されている。すなわち、歪み測定素子を挟み込むようにして平板としわ押さえ金型とがボルト等で締結されており、この状態で、被加工物をダイスと前記平板で挟み、摺動させると、前記歪み測定素子にせん断ひずみが発生し、摩擦力を測定することが可能となるものである。これは、しわ押さえ金型、または、ダイスに何らかの構造物を設置して摩擦力を計測しようとするものであり、しわ押さえ金型、ダイスの金型ひずみを直接測定するものではない。

高精度の品質管理を行うには、ポンチ、ダイ、しわ押さえ金型の金型ひずみを直接測定することが不可欠であり、そのためには特許文献１〜３の発明では不十分である。

そこで、本発明は、プレス加工中の金型ひずみを制御することができる、高精度かつ応用性の高いプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することを目的とする。特にプレス加工時に発生する金型のひずみを測定するプレス成形装置及びプレス成形方法に関する。

特開平５−３３７５５４号公報 特開平９−２９３５８号公報 特開２００４−２４９３６５号公報

本発明の手段は以下のとおりである。
（１）ポンチと、前記ポンチに対して相対移動するダイと、前記ポンチ及び前記ダイのうち少なくともいずれか一つを被制御部材としたときに、前記被制御部材の内部に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記該被制御部材のひずみ量を測定するひずみ量測定手段とを有することを特徴とするプレス成形装置、
（２）ポンチと、前記ポンチに対して相対移動するダイと、被加工材に対してしわ押さえ荷重を付与するしわ押さえ金型と、前記ポンチ、前記ダイ及び前記しわ押さえ金型のうち少なくともいずれか一つを被制御部材としたときに、前記被制御部材の内部に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記被制御部材のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を有することを特徴とするプレス成形装置、
（３）前記被制御部材に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記被制御部材のひずみ量を制御するひずみ量制御手段を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載のプレス成形装置、
（４）前記ひずみ量制御手段は、前記ひずみ量測定手段によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、前記被制御部材の駆動量を制御することを特徴とする（３）に記載のプレス成形装置、
（５）前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量に基づいて、前記被制御部材と前記被加工材の摺動時に生じる摩擦力を計算する摩擦力演算手段を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載のプレス成形装置、
（６）前記摩擦力演算手段より算出した摩擦力に基づいて、成形品形状のスプリングバック量を計算する第一のスプリングバック量演算手段を有することを特徴とする（５）に記載のプレス成形装置、
（７）前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量に基づいて、成形品形状のスプリングバック量を計算する第二のスプリングバック量演算手段を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載のプレス成形装置、
（８）前記ひずみ量測定手段が、圧電素子センサであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプレス成形装置、
（９）前記ひずみ量制御手段が、圧電素子アクチュエータであることを特徴とする（３）又は（４）に記載のプレス成形装置、
（１０）（３）に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であって、前記ひずみ量測定手段によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、前記ひずみ量制御手段による前記被制御部材の駆動量を制御することを特徴とするプレス成形方法。
上記のように構成した本発明によれば、プレス加工時の金型ひずみを制御することが可能な、高精度かつ応用性の高いプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することができる。

図１は、ひずみ量測定手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図２Ａは、ひずみ量測定手段の設置状況の詳細図である。 図２Ｂは、ダイの断面図である。 図２Ｃは、ひずみ量測定手段とプラグの側面図である。 図３は、複数個のひずみ量測定手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図４は、図３におけるひずみ量測定手段の設置状況の詳細図である。 図５は、ダイ・ポンチの２つが被制御体であり、それらの被制御体にひずみ量測定手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図６は、ダイ・ポンチ・しわ押さえ金型の３つが被制御体であり、それらの被制御体にひずみ量測定手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図７は、ひずみ量測定手段とひずみ量制御手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図８は、図７におけるひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置状況の詳細図である。 図９は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段、摩擦力演算手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図１０は、図９におけるひずみ量測定手段の配置例を示す図である。 図１１は、摩擦力演算手段による演算処理の一例を説明するための図である。 図１２は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段、摩擦力演算手段、第一のスプリングバック量演算手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図１３は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段、第二のスプリングバック量演算手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図１４は、ひずみ量を制御する本発明のプレス成形装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。 図１５は、角筒部材の成形における成形品の概観図である。 図１６は、角筒部材の成形における別の成形品の概観図である。 図１７は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方法を示す図である。 図１８は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方向を示す図である。 図１９は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方法を示す図である。 図２０は、ポンチに対する、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方法を示す図である。 図２１は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方法を示す図である。 図２２は、ひずみ量測定手段、ひずみ量制御手段の設置方向を示す図である。 図２３は、ひずみ量測定素子、ひずみ量制御手段、摩擦力演算手段を有するプレス成形装置の概略図である。 図２４は、ひずみ量測定素子の取り付け位置付近の拡大図である。 図２５は、金型ひずみの概念図である。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態のプレス成形装置例の概略図を示す。プレス機ボルスター１にポンチ２が、成形荷重・速度調整手段５によって駆動される上部スライド６にダイ７が、それぞれ取り付けられている。なお、図中の符号１０は、被加工材である薄板である。

図１では、被制御部材としてダイ７が選定されており、その内部にひずみ量測定手段８が設置されている。

図２に、図１のひずみ量測定手段８の設置場所付近を拡大したものを示す。ひずみ量測定手段８の設置方法の一例としては、図２Ｂの模式図に示すようにダイ７に貫通しないきり穴をあけて雌ネジを切り、きり穴の底に図２Ｃに示すひずみ量測定手段８を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する。図２Ａのように斜めに設置する場合等は、必要に応じ表面を均一にするように空隙を充填する方法がある。

ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定位置が金型表面からｄｓ［ｍｍ］となるように被制御部材の内部に設置される。ｄｓ［ｍｍ］は１〜５００［ｍｍ］の範囲であることが望ましい。

また、ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定方向が、ひずみ量測定位置を原点とする任意の直交座標系において、成分が（ｘｓ,ｙｓ,ｚｓ）となるベクトルで表されるように被制御部材の内部に設置される。ここで、ｘｓ,ｙｓ,ｚｓはそれぞれ−１〜１の範囲であり、また、下記式（１）であらわされる。

図１には、ひずみ量測定手段８が被制御部材に１つ設置されている場合が示されているが、ひずみ量測定手段８は被制御部材に複数設置されていてもよい。図３にひずみ量測定手段８を複数設置した例を示す。図３は、ひずみ量測定手段８が被制御部材に２つ設置されていること以外は図２と同様である。

図４に、図３のひずみ量測定手段８の設置場所付近を拡大したものを示す。複数のひずみ量測定手段８のひずみ量測定位置、ひずみ量測定方向は、それぞれ独立に決定することができる。

図１では被制御部材としてダイ７が選定されているが、被制御部材にはダイ７、ポンチ２の少なくとも何れか１つが選定されていればよい。図５に、被制御部材としてダイ７、ポンチ２の両方が被制御部材として選定されている場合を示す。

（第２の実施形態）
図６に、第２の実施形態のプレス成形装置例の概略図を示す。プレス機ボルスター１にポンチ２が、しわ押さえ荷重調整手段３にしわ押さえ金型４が、成形荷重・速度調整手段５によって駆動される上部スライド６にダイ７が、それぞれ取り付けられている。

図６では、被制御部材としてダイ７、ポンチ２、しわ押さえ金型４の３つが選定されており、それぞれの内部にひずみ量測定手段８が設置されている。なお、被制御部材にはダイ７、ポンチ２、しわ押さえ金型４の少なくともいずれか１つが選定されていればよい。

（第３の実施形態）
図７に、第３の実施形態のプレス成形装置例の概略図を示す。図６と同様に、プレス機ボルスター１にポンチ２が、しわ押さえ荷重調整手段３にしわ押さえ金型４が、成形荷重・速度調整手段５によって駆動される上部スライド６にダイ７が、それぞれ取り付けられている。

図７では、被制御部材としてダイ７、ポンチ２、しわ押さえ金型４の３つが選定されており、それぞれの内部にひずみ量測定手段８とひずみ量制御手段９が設置されている。

図８に、図７におけるひずみ量測定手段８とひずみ量制御手段９の設置状況詳細を示す。ひずみ量測定手段８の設置方法は、図２Ａ〜２Ｃで説明したのと同様である。ひずみ量制御手段９の設置方法についても、一例として、図２Ａ〜２Ｃで説明したのと同様に貫通しないきり穴をあけてプラグで圧入する方法がある。

ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御位置が金型表面からｄａ［ｍｍ］となるように被制御部材の内部に設置される。ｄａ［ｍｍ］は１〜５００［ｍｍ］の範囲であることが望ましい。

また、ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御方向が、ひずみ量制御位置を原点とする任意の直交座標系において、成分が（ｘａ,ｙａ,ｚａ）となるベクトルで表されるように被制御部材の内部に設置される。ここで、ｘａ,ｙａ,ｚａはそれぞれ−１〜１の範囲であり、また、下記式（２）であらわされる。

ひずみ量測定手段８によって測定されるひずみ量を、ひずみ量制御手段９により制御したいとき、制御を所望するひずみ量測定位置と、ひずみ量制御手段９のひずみ量制御位置の距離がＬ［ｍｍ］となるようひずみ量制御手段９は設置される。Ｌ［ｍｍ］は、１〜１０００［ｍｍ］の範囲であることが望ましい。

制御方法の例として、ひずみ量測定手段８によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、ひずみ量制御手段９による被制御部材の駆動量を制御する方法がある。具体例の１つとして、成形中にひずみ量測定手段８によって計測される圧縮ひずみ量が１１０μεを越えた場合、ひずみ量制御手段９によって圧縮ひずみ量を打ち消す方向のひずみを発生させ、ひずみ量測定手段８によって計測される圧縮ひずみ量が１１０με以下となるよう制御を行う。

（第４の実施形態）
図９に、第４の実施形態のプレス成形装置の概略図を示す。ここでは、図７に示したプレス成形装置と同様に設置されているひずみ量測定手段８の出力が、摩擦力演算手段１１に入力される構成となっている。摩擦力演算手段１１は、ひずみ量測定手段８で測定したひずみ量に基づいて、被制御部材と被加工材の摺動時に生じる摩擦力を演算する。

摩擦力演算手段１１について、図１０、図１１を用いて更に詳細に説明する。図１０では、ひずみ量測定手段８は、ホルダー面からの距離Ｄｓ_ｘ＝１０ｍｍ、ダイ縦壁からの距離Ｄｓ_ｙ＝１５ｍｍとなるようダイ７の内部に設置されている。

また、そのひずみ量測定方向は、ひずみ量測定位置を原点とし、成形品高さ方向をＸ、成形品幅方向をＹ、成形品長手方向をＺとする図中のような直交座標系において、成分が（ｘｓ,ｙｓ,ｚｓ）＝（０,１,０）となるベクトルで表されるようにダイ７の内部に設置されている。すなわち、ひずみ量測定手段８は図中Ｙ方向の圧縮、引張ひずみの検出が可能である。

この状態で被加工材１０の成形を行うと、成形の進展にともない被加工材１０はダイ７の肩Ｒ部に巻き付き、ダイ７の肩Ｒ部に圧縮ひずみを発生させる。このダイ７の肩部の圧縮ひずみはひずみ量測定手段８により測定され、摩擦力演算手段１１に伝送される。

摩擦力演算手段１１の機能について図１１を用いて説明する。図１１に示すように、ひずみ量測定手段８からの出力は成形ストロークにより値が変化するので、ストローク位置Ｓ１でのひずみ量をＳｔｒａｉｎ１、ストローク位置Ｓ２でのひずみ量をＳｔｒａｉｎ２、…として抽出し、それらの値を換算式に代入することで、ダイ７と被加工材１０との摺動時に発生する摩擦力を算出する。換算式はＦＥＭ解析を使用し、ＦＥＭ解析での摩擦係数設定値と、解析の結果金型に発生するひずみ量との相関を多項式近似して得る方法が好ましい。具体例の１つとして、次式で概算を行う。
Ｆ_ｆｒｉｃ＝（３×１０^−３）×Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）×ＢＨＦ
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力[Ｎ]
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔでのひずみ量
（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）
ＢＨＦ：しわ押さえ荷重[Ｎ]

（第５の実施形態）
図１２に、第５の実施形態のプレス成形装置の概略図を示す。ここでは、図７に示したプレス成形装置と同様に設置されているひずみ量測定手段８の出力が、摩擦力演算手段１１に入力され、摩擦力演算手段１１の出力である摩擦力が第一のスプリングバック量演算手段１２に伝送される構成となっている。摩擦力演算手段１１は、ひずみ量測定手段８で測定したひずみ量に基づいて、被制御部材と被加工材の摺動時に生じる摩擦力を演算するもので、第４の実施形態と同様である。

第一のスプリングバック量演算手段１２の機能についてであるが、摩擦力演算手段１１の出力である摩擦力を換算式に代入することで、プレス成形品のスプリングバック量を算出する。換算式は、プレス成形を複数回行い、摩擦力演算手段１１の出力と成形品形状との相関を調査し、多項式等を用いて近似することで得る方法が好ましい。具体例の１つとして、次式で換算を行う。
Δθ_p＝０．１３Ｆ_ｆｒｉｃ−４．５
Δθ_p：成形品ポンチ肩角度スプリングバック量［ｄｅｇ］
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力［Ｎ］

（第６の実施形態）
図１３に、第６の実施形態のプレス成形装置の概略図を示す。ここでは、図７に示したプレス成形装置と同様に設置されているひずみ量測定手段８の出力が、第二のスプリングバック量演算手段１３に伝送される構成となっている。第二のスプリングバック量演算手段１３は、ひずみ量測定手段８で測定したひずみ量を換算式に代入することで、プレス成形品のスプリングバック量を算出する。換算式は、プレス成形を複数回行い、ひずみ量測定手段８の出力と成形品形状との相関を調査し、多項式等を用いて近似することで得る方法が好ましい。具体例の１つとして、次式で換算を行う。
Δθ_P＝０．１５Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）−４．５
Δθ_P：成形品ポンチ肩角度スプリングバック量［ｄｅｇ］
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔでのひずみ量
（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）

ひずみ量測定手段８としては、圧電素子センサ、または、歪みゲージを用いれば、ひずみ量を容易に測定することが可能である。また、ひずみ量制御手段９としては、圧電素子アクチュエータを用いれば、ひずみ量を容易に制御することが可能である。

（第９の実施形態）
第９の実施形態として、ひずみ量測定手段８によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、ひずみ量制御手段９による被制御部材の駆動量を制御する方法について、図１４に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１においてプレス機に被加工材をセットし、成形を開始する。このときｉ＝１である。次に、ステップＳ１０２において、プレス機ストロークＳ_ｉ−１［ｍｍ］をδＳ_ｉ［ｍｍ］だけ進め、Ｓ_ｉ［ｍｍ］とする。例えばｉ＝１のとき、Ｓ_１＝Ｓ_０＋δＳ_１となり、Ｓ_０＝０であることから、Ｓ_１＝δＳ_１となる。δＳ_ｉ［ｍｍ］は加工前に決定しておく。

そして、ステップＳ１０３において、ストロークＳ_ｉ［ｍｍ］での金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］を、ひずみ量測定手段８により測定する。ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で測定した金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］と、金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ［ｍｍ］を比較する。δｕｔ_ｉ［ｍｍ］は加工前に決定しておく。

δｕ_ｉ＝δｕｔ_ｉであれば、ステップＳ１０５に進み制御を行わずに、ステップＳ１０７へ進む。もし、δｕ_ｉ≠δｕｔ_ｉであれば、ステップＳ１０６に進み、ひずみ量制御手段９を用いて、金型ひずみ量と金型ひずみ量目標値の差δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉに応じて、金型ひずみ制御量δｕｃ_ｉ＋１［ｍｍ］を増減する。

ステップＳ１０７において、ストロークＳ_ｉ［ｍｍ］と成形完了ストロークＳ_ｅｎｄ［ｍｍ］を比較する。もしＳ_ｉ＝Ｓ_ｅｎｄであれば成形完了である。ステップＳ１０７において、もしＳ_ｉ≠Ｓ_ｅｎｄであれば、ステップＳ１０８に進みｉを１つ増やして、ステップＳ１０２に戻る。

本プレス成形方法の実施により、各種成形条件が変化した場合でも金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］が常に金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ［ｍｍ］と一致するように制御することができるので、金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］が成形毎に異なることに起因する成形品品質バラツキを低減させることが出来る。

（実施例１）
本発明の実施例１として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。表１に用いた鋼板の特性を示す。板厚１．０ｍｍ、ヤング率２７０ＭＰａクラスの普通鋼を使用した。

成形部材１を図１５、成形部材２を図１６に示す。成形部材１は、図１５に示すように、ポンチ底面が曲率半径１５００ｍｍ（１５００Ｒ）を有し、ポンチ肩はＲ５ｍｍであり、６００ｍｍ×６００ｍｍ×成形高さ３０ｍｍの角筒部材である。

成形部材２は、図１６に示すように、ポンチ底面が曲率半径１５００ｍｍ（１５００Ｒ）、ポンチ底面に曲率半径２０ｍｍ（２０Ｒ）の凹形状を有し、ポンチ肩Ｒ５ｍｍ、６００ｍｍ×６００ｍｍ×成形高さ３０ｍｍの角筒部材である。

本成形では、被制御部材としてしわ押さえ金型４を選定した。図１７に、本成形に用いたしわ押さえ金型４を示す。図１７に示すように、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９ともに８つずつ設置した。ひずみ量測定手段８は、図２Ａ〜２Ｃにあるような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ネジを切り、きり穴の底にひずみ量測定手段８を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いて、そのひずみ量測定位置が金型表面からｄｓ＝３０ｍｍとなるように金型内部に設置した。

また、ひずみ量制御手段９も、図２Ａ〜２Ｃにあるような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ネジを切り、きり穴の底にひずみ量制御手段９を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いて、そのひずみ量制御位置が金型表面からｄａ＝３０ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、ひずみ量測定位置とひずみ量制御位置の距離がＬ＝３０ｍｍとなるように設置した。

図１８に、ひずみ量測定手段８とひずみ量制御手段９の設置方向について示す。まず、設置方向を定義するために、図に示すようなＸＹＺ直交座標系を定義した。ここで、Ｘは成形品長手方向、Ｙは成形品幅方向、Ｚは成形品高さ方向である。

８つのひずみ量測定手段８は全て、そのひずみ量測定方向が、ひずみ量測定位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,１）となるベクトルで表されるように設置した。本成形では、ひずみ量測定手段８として、ひずみ量測定方向の圧縮及び引張ひずみを検出可能な圧電素子センサを使用した。これにより、ひずみ量測定手段８は、Ｚ軸方向の圧縮及び引張ひずみの検出が可能である。

８つのひずみ量制御手段９は全て、そのひずみ量制御方向が、ひずみ量制御位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,１）となるベクトルで表されるように設置した。

本成形では、ひずみ量制御手段９として、ひずみ量制御方向の圧縮及び引張ひずみを制御可能な圧電素子アクチュエータを使用した。これにより、ひずみ量制御手段９は、Ｚ軸方向の圧縮及び引張ひずみの制御が可能である。

本成形では、すべてのｉに対して、δＳ_ｉ＝１[ｍｍ]とした。すなわち計測・制御ループはストローク１ｍｍごとに繰返し実行した。本成形では、すべてのｉに対して、金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ＝０[ｍｍ]とした。また、図９に示すフローチャートのステップＳ１０６の式は、
δｕｃ_ｉ＋１＝δｕｃ_ｉ＋ｆ（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）＝δｕｃ_ｉ−（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）とした。
したがって、金型たわみ制御量δｕｃ_ｉ＋１［ｍｍ］は、δｕｃ_ｉ＋１＝δｕｃ_ｉ−（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）＝δｕｃ_ｉ−δｕ_ｉにより決定した。

すなわち、本成形では、ひずみ量測定手段８によって検出された金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］を０に近づけるように、ひずみ量制御手段９が制御を行った。

また、比較例１として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例１のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例１と同一条件とした。

表２に本発明の実施例１と比較例１における面精度・形状凍結性の比較を示す。まず、成形部材１と成形部材２、２つの成形品の底面を３次元形状測定器で計測し、図１５または図１６の弧１、弧２に沿って成形曲率（ｋ＝１／Ｒ）を算出した。ここでＲは曲率半径である。

次に、測定した成形曲率ｋと、金型の成形曲率ｋ_{ｄｅｓｉｇｎ}との差の最大値Δｋを計算した。もし成形品が金型と同じ成形曲率分布を有していれば（ｋ＝ｋ_{ｄｅｓｉｇｎ}）、Δｋ＝０となる。このΔｋを面精度・形状凍結性の指標とした。

表２に示されるとおり、面精度・形状凍結性について、成形部材１、成形部材２ともに本発明の実施例１の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の面ひずみ低減・形状凍結性改善が達成されたものと考えられる。

（実施例２）
本発明の実施例２として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。本発明による成形限界向上効果について検討するため、実施例１における、成形部材１、及び、成形部材２の成形高さ３０ｍｍを変化させて成形を行った。成形高さ以外の条件は実施例１と同一とした。

また、比較例２として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例２のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例２と同一条件とした。

表３に本発明の実施例２と比較例２における成形限界の比較を示す。ｎ数３０で成形を行い、９割以上が破断無く成形できた場合を〇、５割以上９割未満が破断無く成形できた場合を△、５割未満しか破断なく成形できなかった場合を×とした。

表３に示されるとおり、成形限界について、成形部材１、成形部材２ともに本発明の実施例２の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の成形限界向上が達成されたものと考えられる。

（実施例３）
本発明の実施例３として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。本発明による成形品品質バラツキ低減効果について検討するため、実施例１における、成形部材１、及び、成形部材２を量産した。生産量は角筒部材、ハット断面部材それぞれ１日１００枚×３０日で通算３０００枚である。制作期間は６ヶ月間であった。各種成形条件は実施例１と同一とした。

また、比較例３として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例３のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例３と同一条件とした。

表４に本発明の実施例３と比較例３における成形品品質バラツキの比較を示す。成形部材の成形品品質バラツキの評価指標として、以下の２つを用いた。
（１）割れ・しわ発生率＝割れ・しわ発生個数／通算生産枚数
（２）Δｋバラツキ＝Δｋの標準偏差／Δｋ平均値
Δｋバラツキの算出は、割れしわ無く成形できた部材を対象に行った。

表４に示されるように、成形部材１、成形部材２ともに、本発明の実施例３の方が良好な結果が得られた。本発明の実施例３では、各種成形条件が変化した場合でも金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］が常に金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ［ｍｍ］と一致するように制御を行ったため、成形品品質バラツキが低減したものと考えられる。

（実施例４）
本発明の実施例４として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。使用した鋼板の特性は表１と同一である。また、成形部材は、図１５に示す成形部材１と、図１６に示す成形部材２の２つである。

本成形では、被制御部材として、ポンチ２、しわ押さえ金型４、ダイ７を選定した。図１９に、本成形に用いたポンチ２としわ押さえ金型４を示す。図に示すように、しわ押さえ金型４には、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９ともに８つずつ設置した。また、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法は、図２Ａ〜図２Ｃと同様、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ネジを切り、きり穴の底にひずみ量測定手段８を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。

ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定位置がしわ押さえ金型４の表面からｄｓ＝３０ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御位置がしわ押さえ金型４の表面からｄａ＝３０ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、ひずみ量測定位置とひずみ量制御位置の距離がＬ＝３０ｍｍとなるように設置した。

また、ポンチ２には、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９ともに１つずつ設置した。ポンチ２への、ひずみ量測定手段８とひずみ量制御手段９の設置方法について、図２０に示す。

ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定位置がポンチ２の表面からｄｓ＝１５ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御位置がポンチ２の表面からｄａ＝１５ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、ひずみ量測定位置とひずみ量制御位置の距離がＬ＝１５ｍｍとなるように設置した。

図２１に、本成形に用いたダイ７を示す。図に示すように、ダイ７には、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９ともに８つずつ設置した。また、ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法は、図２と同様、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ネジを切り、きり穴の底にひずみ量測定手段８を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。

ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定位置がダイ７の表面からｄｓ＝３０ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御位置がダイ７の表面からｄａ＝３０ｍｍとなるように設置した。また、ひずみ量制御手段９は、ひずみ量測定位置とひずみ量制御位置の距離がＬ＝３０ｍｍとなるように設置した。

図２２に、ひずみ量測定手段８とひずみ量制御手段９の設置方向について示す。まず、設置方向を定義するために、図に示すようなＸＹＺ直交座標系を定義した。ここで、Ｘは成形品長手方向、Ｙは成形品幅方向、Ｚは成形品高さ方向である。

しわ押さえ金型４、ダイ７においては、８つのひずみ量測定手段８は全て、そのひずみ量測定方向が、ひずみ量測定位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,１）となるベクトルで表されるように設置した。本成形では、ひずみ量測定手段８として、ひずみ量測定方向の圧縮及び引張ひずみを検出可能な圧電素子センサを使用した。これにより、ひずみ量測定手段８は、Ｚ軸方向の圧縮及び引張ひずみの検出が可能である。

しわ押さえ金型４、ダイ７においては、８つのひずみ量制御手段９は全て、そのひずみ量制御方向が、ひずみ量制御位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,１）となるベクトルで表されるように設置した。本成形では、ひずみ量制御手段９として、ひずみ量制御方向の圧縮及び引張ひずみを制御可能な圧電素子アクチュエータを使用した。これにより、ひずみ量制御手段９は、Ｚ軸方向の圧縮及び引張ひずみの制御が可能である。

ポンチ２においては、ひずみ量測定手段８は、そのひずみ量測定方向が、ひずみ量測定位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,０,１）となるベクトルで表されるように設置した。本成形では、ひずみ量測定手段８として、ひずみ量測定方向の圧縮及び引張ひずみを検出可能な圧電素子センサを使用した。

ポンチ２においては、ひずみ量制御手段９は、そのひずみ量制御方向が、ひずみ量制御位置を原点とする上述の直交座標系において、成分が（Ｘ,Ｙ,Ｚ）＝（０,１／√２,１／√２）となるベクトルで表されるように設置した。本成形では、ひずみ量制御手段９として、ひずみ量制御方向の圧縮及び引張ひずみを制御可能な圧電素子アクチュエータを使用した。

本成形では、すべてのｉに対して、δＳ_ｉ＝１［ｍｍ］とした。すなわち計測・制御ループはストローク１ｍｍごとに繰返し実行した。本成形では、すべてのｉに対して、金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ＝０［ｍｍ］とした。また、図８に示すフローチャートのステップＳ１０６の式は、
δｕｃ_ｉ＋１＝δｕｃ_ｉ＋ｆ（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）＝δｕｃ_ｉ−（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）とした。
したがって、金型たわみ制御量δｕｃ_ｉ＋１［ｍｍ］は、δｕｃ_ｉ＋１＝δｕｃ_ｉ−（δｕ_ｉ−δｕｔ_ｉ）＝δｕｃ_ｉ−δｕ_ｉにより決定した。

すなわち、本成形では、ひずみ量測定手段８によって検出された金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］を０に近づけるように、ひずみ量制御手段９が制御を行った。

また、比較例４として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例４のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例４と同一条件とした。

表５に本発明の実施例４と比較例４における面精度・形状凍結性の比較を示す。まず、成形部材１と成形部材２、２つの成形品の底面を３次元形状測定器で計測し、図１５または図１６の弧１、弧２に沿って成形曲率（ｋ＝１／Ｒ）を算出した。ここでＲは曲率半径である。

次に、測定した成形曲率ｋと、金型の成形曲率ｋ_{ｄｅｓｉｇｎ}との差の最大値Δｋを計算した。もし成形品が金型と同じ成形曲率分布を有していれば（ｋ＝ｋ_{ｄｅｓｉｇｎ}）、Δｋ＝０となる。このΔｋを面精度・形状凍結性の指標とした。

表５に示されるとおり、面精度・形状凍結性について、成形部材１、成形部材２ともに本発明の実施例４の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の面ひずみ低減・形状凍結性改善が達成されたものと考えられる。

（実施例５）
本発明の実施例５として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。本発明による成形限界向上効果について検討するため、実施例４における、成形部材１、及び、成形部材２の成形高さ３０ｍｍを変化させて成形を行った。成形高さ以外の条件は実施例４と同一とした。

また、比較例５として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例５のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例５と同一条件とした。

表６に本発明の実施例５と比較例５における成形限界の比較を示す。ｎ数３０で成形を行い、９割以上が破断無く成形できた場合を〇、５割以上９割未満が破断無く成形できた場合を△、５割未満しか破断なく成形できなかった場合を×とした。

表６に示されるとおり、成形限界について、成形部材１、成形部材２ともに本発明の実施例５
の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の成形限界向上が達成されたものと考えられる。

（実施例６）
本発明の実施例６として図７に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。本発明による成形品品質バラツキ低減効果について検討するため、実施例４における、成形部材１、及び、成形部材２を量産した。生産量は角筒部材、ハット断面部材それぞれ１日１００枚×３０日で通算３０００枚である。制作期間は６ヶ月間であった。各種成形条件は実施例４と同一とした。

また、比較例６として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例６のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例６と同一条件とした。

表７に本発明の実施例６と比較例６における成形品品質バラツキの比較を示す。成形部材の成形品品質バラツキの評価指標として、以下の２つを用いた。
（１）割れ・しわ発生率＝割れ・しわ発生個数／通算生産枚数
（２）Δｋバラツキ＝Δｋの標準偏差／Δｋ平均値
Δｋバラツキの算出は、割れしわ無く成形できた部材を対象に行った。

表７に示すように、成形部材１、成形部材２ともに、本発明の実施例６の方が良好な結果が得られた。本発明の実施例６では、各種成形条件が変化した場合でも金型ひずみ量δｕ_ｉ［ｍｍ］が常に金型ひずみ量目標値δｕｔ_ｉ［ｍｍ］と一致するように制御を行ったため、成形品品質バラツキが低減したものと考えられる。

（実施例７）
本発明の実施例７として図９に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。使用した鋼板の特性は表１に示すとおりである。また、成形品は図１５に示す成形部材１を成形した。ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法については実施例１と同一である。

摩擦力演算手段１１は、以下の演算式に基づいて摩擦力を算出した。
Ｆ_ｆｒｉｃ＝（３×１０^−３）×Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）×ＢＨＦ
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力[Ｎ]
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔにおいて、８つのひずみ量測定手段から出力されるひずみ量の平均値（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）
ＢＨＦ：しわ押さえ荷重[Ｎ]

本発明の実施例７では、摩擦力演算手段１１の出力が１００ｋＮ以下のときは、ひずみ量制御手段９により５０μεのひずみを発生させ、摩擦力演算手段１１の出力が１００ｋＮ以上のときは、ひずみ量制御手段９により２０μεのひずみを発生させる制御を行った。

また、比較例７として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例７のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例７と同一条件とした。

表８に本発明の実施例７と比較例７における面精度・形状凍結性の比較を示す。成形品の評価方法は実施例１と同一である。

表８に示されるとおり、面精度・形状凍結性について、本発明の実施例７の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の面ひずみ低減・形状凍結性改善が達成されたものと考えられる。

（実施例８）
本発明の実施例８として図１２に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。使用した鋼板の特性は表１に示すとおりである。また、成形品は図１５に示す成形部材１を成形した。ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法については実施例１と同一である。

摩擦力演算手段１１は、以下の演算式に基づいて摩擦力を算出した。
Ｆ_ｆｒｉｃ＝（３×１０^−３）×Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）×ＢＨＦ
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力[Ｎ]
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔにおいて、８つのひずみ量測定手段から出力されるひずみ量の平均値（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）
ＢＨＦ：しわ押さえ荷重[Ｎ]

また、第一のスプリングバック量演算手段１２は、以下の演算式に基づいてスプリングバック量を算出した。
Δθ_P＝０．１３Ｆ_ｆｒｉｃ−４．５
Δθ_P：成形品ポンチ肩角度スプリングバック量［ｄｅｇ］
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力［Ｎ]

本発明の実施例８では、第一のスプリングバック量演算手段１２の出力が８．５度以下のときは、ひずみ量制御手段９により５０μεのひずみを発生させ、第一のスプリングバック量演算手段１２の出力が８．５度以上のときは、ひずみ量制御手段９により２０μεのひずみを発生させる制御を行った。

また、比較例８として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例８のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例８と同一条件とした。

表９に本発明の実施例８と比較例８における面精度・形状凍結性の比較を示す。成形品の評価方法は実施例１と同一である。

表９に示されるとおり、面精度・形状凍結性について、本発明の実施例８の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の面ひずみ低減・形状凍結性改善が達成されたものと考えられる。

（実施例９）
本発明の実施例９として図１３に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。使用した鋼板の特性は表１に示すとおりである。また、成形品は図１５に示す成形部材１を成形した。ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法については実施例１と同一である。

第二のスプリングバック量演算手段１３は、以下の演算式に基づいてスプリングバック量を算出した。
Δθ_P＝０．１５Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）−４．５
Δθ_P：成形品ポンチ肩角度スプリングバック量[deg]
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔでのひずみ量（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）

本発明の実施例９では、第二のスプリングバック量演算手段１３の出力が８．５度以下のときは、ひずみ量制御手段９により５０μεのひずみを発生させ、第二のスプリングバック量演算手段１３の出力が８．５度以上のときは、ひずみ量制御手段９により２０μεのひずみを発生させる制御を行った。

また、比較例９として、本発明のプレス成形装置を使用しない成形も行った。比較例９のために使用したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８及びひずみ量制御手段９を利用しないこと以外は実施例９と同一条件とした。

表１０に本発明の実施例９と比較例９における面精度・形状凍結性の比較を示す。成形品の評価方法は実施例１と同一である。

表１０に示されるとおり、面精度・形状凍結性について、本発明の実施例９の方が良好な結果が得られた。本発明の実施により、プレス成形品の面ひずみ低減・形状凍結性改善が達成されたものと考えられる。

（実施例１０）
本発明の実施例１０として図９に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。使用した鋼板の特性は表１に示すとおりである。また、成形品は図１５に示す成形部材１を成形した。ひずみ量測定手段８、ひずみ量制御手段９の設置方法については実施例１と同一である。摩擦力演算手段１１による摩擦力算出方法は、実施例７で用いた方法と同一である。また、本発明の実施例１０では、ひずみ量制御手段９を用いた被制御部材のひずみ量制御は実施しなかった。

また、比較例１０として、図２３に示すようなプレス成形装置も試作した。図２３では、ひずみ量測定手段８の代替として、ひずみ量測定素子２０を挟み込むようにして平板２１としわ押さえ金型４、または平板２１とダイ７、または平板２１とポンチ２とを締結ボルト２２により締結した。この状態でプレス成形を行い、鋼板と前記平板の摺動によるひずみ量測定素子２０のせん断ひずみを測定することで、摩擦力を算出した。図２３における、ひずみ量測定素子２０の取り付け位置付近の拡大図を図２４に示す。

比較例１０における摩擦力算出には、以下の演算式を用いた。
Ｆ_ｆｒｉｃ＝（９×１０^−３）×Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）×ＢＨＦ
Ｆ_ｆｒｉｃ：摺動時に発生する摩擦力[Ｎ]
Ｓｔｒａｉｎ（ｓ）：ストローク位置Ｓ＝ｄｒ＋ｄｐ＋ｔにおいて、８つのひずみ量測定素子から出力されるひずみ量の平均値（ｄｒ：ダイ肩Ｒ、ｄｐ：ポンチ肩Ｒ、ｔ：被加工材板厚）
ＢＨＦ：しわ押さえ荷重[Ｎ]

比較例１０のために使用した図２３に示したプレス成形装置における成形条件は、本発明のひずみ量測定手段８の代替として前述したような構成が設置されていること以外は、実施例１０と同一条件とした。

プレス成形の際には、プレス油として、高粘度油（２００
ｃＳｔ）、一般的プレス油（２０ ｃＳｔ）、低粘度油（５ ｃＳｔ）の３種類を用いて、意図的に摺動時の摩擦係数を変化させた。

表１１に本発明の実施例１０と比較例１０における、摩擦係数演算結果の比較を示す。

表１１の結果より、低粘度油と一般的プレス油を用いた場合、本発明の実施例１０と比較例１０とでは大きな差は見られなかった。この場合、本発明の実施例１０と比較例１０のどちらも潤滑油の違いによる摩擦係数変化を測定可能であることがわかる。

しかし、高粘度油を用いた場合に本発明の実施例１０と比較例１０とでは大きな差がみられた。

本発明の実施例１０では高粘度油と一般的プレス油の潤滑油の差異による摩擦係数変化を測定することが可能であるのに対して、比較例１０では摩擦係数変化を測定することができなかった。

比較例１０では、ひずみ量測定手段８の代替として、ひずみ量測定素子２０を挟み込むようにして平板２１としわ押さえ金型４、または平板２１とダイ７、または平板２１とポンチ２とを締結ボルト２２により締結した。しかし、締結ボルト２２にはせん断方向にガタがある。ひずみ量測定素子２０のせん断ひずみ測定によって微小な荷重域の摩擦力を測定する場合、この締結ボルト２２のせん断方向ガタの影響が深刻であり、測定は困難である。

比較例１０のような、しわ押さえ金型４やダイ７の外部に何らかの構造物を設置して摩擦力を測定する方法は、しわ押さえ金型４やダイ７の金型ひずみを直接測定するものではない。また、比較例１０のように、締結ボルト２２のガタなどの影響によってしわ押さえ金型４やダイ７の金型ひずみと同等な測定結果を得られない場合もある。

対して、本発明の実施例１０では、ひずみ量測定手段８設置の際に、軸力をかけて圧入してあることにより、比較例１０のようにガタが問題となることはなく、しわ押さえ金型４やダイ７の金型ひずみを直接測定することが可能である。つまり、比較例１０のように、締結ボルト２２のガタなどの影響によってしわ押さえ金型４やダイ７の金型ひずみと同等な測定結果を得られない、といった状況は発生しない。

以上より、本発明の実施によって、高精度な摩擦係数の測定が可能であると考えられる。

以上のように本発明によれば、プレス加工時の金型ひずみを制御することが可能な、高精度かつ応用性の高いプレス成形装置及びプレス成形方法を提供することができる。

Claims (10)

1. ポンチと、前記ポンチに対して相対移動するダイと、前記ポンチ及び前記ダイのうち少なくともいずれか一つを被制御部材としたときに、前記被制御部材の内部に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記該被制御部材のひずみ量を測定するひずみ量測定手段とを有することを特徴とするプレス成形装置。
2. ポンチと、前記ポンチに対して相対移動するダイと、被加工材に対してしわ押さえ荷重を付与するしわ押さえ金型と、前記ポンチ、前記ダイ及び前記しわ押さえ金型のうち少なくともいずれか一つを被制御部材としたときに、前記被制御部材の内部に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記被制御部材のひずみ量を測定するひずみ量測定手段を有することを特徴とするプレス成形装置。
3. 前記被制御部材に設けられ、プレス成形に応じて生じる前記被制御部材のひずみ量を制御するひずみ量制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形装置。
4. 前記ひずみ量制御手段は、前記ひずみ量測定手段によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、前記被制御部材の駆動量を制御することを特徴とする請求項３に記載のプレス成形装置。
5. 前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量に基づいて、前記被制御部材と前記被加工材の摺動時に生じる摩擦力を計算する摩擦力演算手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
6. 前記摩擦力演算手段より算出した摩擦力に基づいて、成形品形状のスプリングバック量を計算する第一のスプリングバック量演算手段を有することを特徴とする請求項５に記載のプレス成形装置。
7. 前記ひずみ量測定手段で測定したひずみ量に基づいて、成形品形状のスプリングバック量を計算する第二のスプリングバック量演算手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
8. 前記ひずみ量測定手段が、圧電素子センサであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
9. 前記ひずみ量制御手段が、圧電素子アクチュエータであることを特徴とする請求項３又は４に記載のプレス成形装置。
10. 請求項３に記載のプレス成形装置を用いたプレス成形方法であって、
    前記ひずみ量測定手段によって計測されたひずみ量が成形中において所定範囲となるように、前記ひずみ量制御手段による前記被制御部材の駆動量を制御することを特徴とするプレス成形方法。

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