(57)【要約】【課題】高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置等を提供する。【解決手段】打ち抜き装置１１は、平板状の被加工物３をパンチ１によって打ち抜く打ち抜き装置である。打ち抜き装置１１は、被加工物３を打ち抜く際に生じる力のうち、パンチ１による打ち抜き方向Ｄ１に沿うＺａ軸と直交する平面ＸＹ内の直交２軸（Ｘａ軸、Ｙａ軸）のそれぞれの方向に生じる並進力ｘ、ｙを求めるための測定器５を備える。【選択図】図２
2020138210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の被加工物をパンチによって打ち抜く打ち抜き装置であって、
前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える、
打ち抜き装置。
【請求項２】
前記測定器は、さらに、前記打ち抜き方向に沿う軸の軸回りのモーメントを求めるために用いられる、
請求項１に記載の打ち抜き装置。
【請求項３】
前記測定器を少なくとも３つ備え、
前記測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置される、
請求項２に記載の打ち抜き装置。
【請求項４】
前記測定器は、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに１つ以上配置される、
請求項３に記載の打ち抜き装置。
【請求項５】
さらに、
前記パンチに対応する形状を有するダイと、
前記ダイまたは前記パンチの前記直交２軸のそれぞれの方向の移動距離を算出する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、前記並進力に基づいて、前記移動距離を算出する、
請求項２〜４のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
【請求項６】
前記演算装置は、さらに、前記軸回りのモーメントに基づいて、前記ダイまたは前記パンチの前記軸回りの回転角度を算出する、
請求項５に記載の打ち抜き装置。
【請求項７】
前記測定器は、前記被加工物を打ち抜く際に生じる並進力を求めるための第１加工抵抗測定器であり、
さらに、前記打ち抜き方向に沿う軸の軸回りのモーメントを求めるための第２加工抵抗測定器を備える、
請求項１に記載の打ち抜き装置。
【請求項８】
前記第１加工抵抗測定器を少なくとも３つ備え、
前記第１加工抵抗測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置される、
請求項７に記載の打ち抜き装置。
【請求項９】
前記第１加工抵抗測定器は、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに１つ以上配置される、
請求項８に記載の打ち抜き装置。
【請求項１０】
さらに、
前記パンチに対応する形状を有するダイと、
前記ダイまたは前記パンチの前記直交２軸の方向の移動距離を算出する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、第１加工抵抗測定器によって求めた前記並進力に基づいて、前記移動距離を算出する、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
【請求項１１】
前記演算装置は、さらに、第２加工抵抗測定器によって求めた前記軸回りのモーメントに基づいて、前記ダイまたは前記パンチの前記軸回りの回転角度を算出する、
請求項１０に記載の打ち抜き装置。
【請求項１２】
平板状の被加工物をせん断工具によってせん断するせん断加工装置であって、
前記被加工物をせん断する際に生じる力のうち、せん断力がはたらく方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える、
せん断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属やプラスチック、複合材料等の被加工物を打ち抜く打ち抜き装置、および、せん断加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の打ち抜き装置として、被加工物を打ち抜く際に生じる加工抵抗を計測できる装置がある（例えば、特許文献１参照。）。図９は、特許文献１に記載された従来の打ち抜き装置を示す図である。
【０００３】
図９の（ａ）に示す打ち抜き装置では、ボルスタープレート１０２とプレススライド１０３が、フレーム１０１により支持されている。フレーム１０１には、ストレインゲージ１０５が貼付されている。打ち抜き用の金型は、通常、ボルスタープレート１０２の上に設置される。打ち抜き用のプレススライド１０３を上下に動作させて打ち抜き加工すると、フレーム１０１には加工抵抗により歪が生じる。この打ち抜き装置では、打ち抜き加工によって生じた歪をストレインゲージ１０５により検出し、歪−電気変換器１１１により電気量として増幅し、記録装置１１２により記録する仕組みとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−４０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９の（ｂ）には、打ち抜き加工によって生じた歪の値が、同図中の歪量Ａとして示されている。本例における歪量Ａは、打ち抜き方向となるプレススライド１０３の動作方向、すなわち上下方向の加工抵抗に対応した歪を検出し、定量化したものである。更に具体的に述べると、被加工物の材質、厚み等の条件、打ち抜き速度等の加工条件や金型の打ち抜き工具の摩耗状態により異なる加工抵抗を、打ち抜き装置のフレームの歪量として定量的に表したものである。この歪量Ａは、フレーム１０１の弾性変形の結果生じたものであり、打ち抜き方向の加工抵抗と比例するとみなすことができる。よって、打ち抜き工具となるパンチやダイが摩耗した場合、加工抵抗が高くなって工具寿命の検出が容易になるなどの良い点がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された打ち抜き装置では、打ち抜き方向の加工抵抗しか検出できない。そのため、例えば加工抵抗が高くなって異常な値を示した場合、打ち抜き工具となるパンチやダイが摩耗して加工抵抗が高くなったのか、あるいは打ち抜き金型の同軸度、すなわち打ち抜き工具となるパンチとダイの軸ズレ等の組み立てに伴う異常によって加工抵抗が高くなったのか、を識別できない。また、加工抵抗が所定の値となって工具を交換する際、パンチやダイの寿命が従来と比較して変化したとしても、何が原因で工具寿命が変化したのかを識別できない。従って、従来のように打ち抜き方向の加工抵抗を検出しただけでは、高品質な打ち抜き加工を実現することができないという問題がある。
【０００７】
本開示は、上記従来の課題を解決するもので、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示の打ち抜き装置は、平板状の被加工物をパンチによって打ち抜く打ち抜き装置であって、前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える。
【０００９】
上記目的を達成するために、本開示のせん断加工装置は、平板状の被加工物をせん断工具によってせん断するせん断加工装置であって、前記被加工物をせん断する際に生じる力のうち、せん断力がはたらく方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の打ち抜き装置によれば、高品質な打ち抜き加工を実現できる。また、本開示のせん断加工装置によれば、高品質なせん断加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１における打ち抜き装置の基本構成を示す図。
【図２】実施の形態１における打ち抜き装置にて検出される荷重およびパンチとダイのずれの修正を示す図。
【図３】実施の形態２における打ち抜き装置の基本構成を示す図。
【図４】実施の形態２における打ち抜き装置の測定器の配置の一例を示す図。
【図５】実施の形態３における打ち抜き装置の駆動ユニットを示す図。
【図６】実施の形態３における打ち抜き装置を用いた打ち抜き加工方法を示すフローチャート。
【図７】実施の形態３における打ち抜き装置の全体構成を示す図。
【図８】実施の形態３における打ち抜き装置にて検出される荷重およびパンチとダイのずれの修正を示す図。
【図９】従来の打ち抜き装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の打ち抜き装置は、平板状の被加工物をパンチによって打ち抜く打ち抜き装置であって、前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える。
【００１３】
このように、打ち抜き装置が、打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内に生じる並進力を求めるための測定器を備えることで、例えば、測定器にて求めた並進力に基づいて打ち抜き装置の打ち抜き金型を調整することができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００１４】
また、前記測定器は、さらに、前記打ち抜き方向に沿う軸の軸回りのモーメントを求めるために用いられてもよい。
【００１５】
このように、打ち抜き装置が、軸回りのモーメントを求めるための測定器を備えることで、例えば、軸回りのモーメントに基づいて打ち抜き装置の打ち抜き金型を調整することができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００１６】
また、前記測定器を少なくとも３つ備え、前記測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置されてもよい。
【００１７】
このように、測定器が同一平面に配置されていることで、上記並進力を精度よく求めることができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００１８】
また、前記測定器は、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに１つ以上配置されてもよい。
【００１９】
このように、測定器が上記平面内の３つの領域のそれぞれに配置されることで、測定器同士が互いに離れて配置されるので、上記並進力を精度よく求めることができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００２０】
また、打ち抜き装置は、さらに、前記パンチに対応する形状を有するダイと、前記ダイまたは前記パンチの前記直交２軸のそれぞれの方向の移動距離を算出する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記並進力に基づいて、前記移動距離を算出してもよい。
【００２１】
このように、演算装置が、上記並進力に基づいて移動距離を算出することで、打ち抜き金型の軸ずれを自動で調整することができる。これにより、省力化に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００２２】
また、前記演算装置は、さらに、前記軸回りのモーメントに基づいて、前記ダイまたは前記パンチの前記軸回りの回転角度を算出してもよい。
【００２３】
このように、演算装置が、上記軸回りのモーメントに基づいて、回転角度を算出することで、打ち抜き金型の回転ずれを自動で調整することができる。これにより、省力化に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００２４】
また、前記測定器は、前記被加工物を打ち抜く際に生じる並進力を求めるための第１加工抵抗測定器であり、さらに、前記打ち抜き方向に沿う軸の軸回りのモーメントを求めるための第２加工抵抗測定器を備えてもよい。
【００２５】
このように、打ち抜き装置が、上記第１加工抵抗測定器および上記第２加工抵抗測定器を備えることで、例えば、並進力および軸回りのモーメントに基づいて打ち抜き装置の打ち抜き金型を調整することができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００２６】
また、打ち抜き装置は、前記第１加工抵抗測定器を少なくとも３つ備え、前記第１加工抵抗測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置されてもよい。
【００２７】
このように、第１加工抵抗測定器が同一平面に配置されていることで、上記並進力を精度よく求めることができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００２８】
また、前記第１加工抵抗測定器は、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに１つ以上配置されてもよい。
【００２９】
このように、第１加工抵抗測定器が上記平面内の３つの領域のそれぞれに配置されることで、第１加工抵抗測定器同士が互いに離れて配置されるので、上記並進力を精度よく求めることができる。これにより、高品質な打ち抜き加工に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００３０】
また、打ち抜き装置は、さらに、前記パンチに対応する形状を有するダイと、前記ダイまたは前記パンチの前記直交２軸の方向の移動距離を算出する演算装置と、を備え、前記演算装置は、第１加工抵抗測定器によって求めた前記並進力に基づいて、前記移動距離を算出してもよい。
【００３１】
このように、演算装置が、上記並進力に基づいて移動距離を算出することで、打ち抜き金型の軸ずれを自動で調整することができる。これにより、省力化に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００３２】
また、前記演算装置は、さらに、第２加工抵抗測定器によって求めた前記軸回りのモーメントに基づいて、前記ダイまたは前記パンチの前記軸回りの回転角度を算出してもよい。
【００３３】
このように、演算装置が、上記軸回りのモーメントに基づいて、回転角度を算出することで、打ち抜き金型の回転ずれを自動で調整することができる。これにより、省力化に寄与する打ち抜き装置を提供することができる。
【００３４】
本開示のせん断加工装置は、平板状の被加工物をせん断工具によってせん断するせん断加工装置であって、前記被加工物をせん断する際に生じる力のうち、せん断力がはたらく方向に沿う軸と直交する平面内の直交２軸のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器を備える。
【００３５】
このように、せん断加工装置が、せん断力がはたらく方向に沿う軸と直交する平面内に生じる並進力を求めるための測定器を備えることで、例えば、並進力に基づいてせん断加工装置の金型を調整することができる。これにより、高品質なせん断加工に寄与するせん断加工装置を提供することができる。
【００３６】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３７】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
【００３８】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１における打ち抜き装置ついて、図１および図２を参照して説明する。
【００３９】
図１は、実施の形態１における打ち抜き装置１１の基本構成を示す図である。打ち抜き装置１１は、平板状の被加工物３を打ち抜くための装置である。被加工物３としては、例えば、金属板、樹脂基板、樹脂シートおよび複合材料基板などが挙げられる。打ち抜き装置１１は、架台、可動プレート、上プレートおよび駆動源であるサーボモータ等を備えているが、図１ではこれらの図示が省略され、打ち抜き金型が主に示されている。
【００４０】
打ち抜き装置１１の打ち抜き金型は、断面が円形状の打ち抜き工具であるパンチ１と、パンチ１に対応する形状を有するダイ２とによって構成されている。打ち抜き加工が行われる前において、パンチ１とダイ２との間には、被加工物３が配置される。
【００４１】
被加工物３を打ち抜く際には、打ち抜き方向Ｄ１に生じる力、および、打ち抜き方向Ｄ１に沿うＺａ軸と直交する平面ＸＹ内の直交２軸（Ｘａ軸、Ｙａ軸）のそれぞれの方向に生じる並進力が発生する。本実施の形態の打ち抜き装置１１は、ダイ２の下側に、この並進力を求めるための測定器５が設置されている。測定器５は、例えば圧電式荷重センサなどのロードセルである。
【００４２】
図１の（ａ）には、パンチ１とダイ２との軸のずれである偏芯（偏心）を解りやすく示すために、被加工物３が除いて描かれている。打ち抜き金型を用いて打ち抜き加工する場合、このような偏芯があることは望ましくないが、実際は少なからず偏芯が生じる。但しこの偏芯の値は、数マイクロメートルから十数マイクロメートル程度の値であり、目視で偏芯量を判別するのは難しい。
【００４３】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面を示す図である。図１の（ｂ）には、パンチ１が鉛直方向に下降し、被加工物３が打ち抜かれた直後の状態が示されている。
【００４４】
例えば、パンチ１とダイ２に偏芯が生じていると、平面ＸＹ内の１８０°対向した位置に、パンチ１とダイ２のクリアランスが最も狭い側と最も広い側ができる。図１の（ｃ）には、上記クリアランスの差異に起因して平面ＸＹ内に発生する力がＦａおよびＦｂとして示されている。Ｆａ、Ｆｂの矢印の長さは力の大きさを示している。図１の（ａ）および（ｂ）に示す打ち抜き金型は、パンチ１とダイ２が偏芯していることにより、２つの力Ｆａ、Ｆｂは、つり合いが取れていない状態にある。この２つの力Ｆａ、Ｆｂの方向は１８０°異なっているので、最終的に測定器５に検出される力は、Ｆａ＋Ｆｂとなる。一方、打ち抜き金型のパンチ１とダイ２に偏芯が生じていない場合、平面ＸＹ内の１８０°対向した位置の上記クリアランスは均等であり、平面ＸＹ内に発生する力Ｆａ、Ｆｂは相殺し合うので、測定器５には力が検出されない。
【００４５】
図２は、実施の形態１における打ち抜き装置１１にて検出される荷重ｘ、ｙおよびパンチ１とダイ２のずれの修正を示す図である。図２には、図１と同様の打ち抜き金型を搭載した打ち抜き装置１１の例が示されている。図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４６】
図２の（ａ）には、パンチ１およびダイ２が偏芯した状態で組み立てられて、打ち抜き加工されている状態が表されている。ダイ２の下側には測定器５が設置されている。この状態で測定器５の出力を見ると、図２の（ａ）の上段に示すような波形が得られる。図２の（ａ）における縦軸は荷重であり、横軸はパンチ１の初期位置をゼロとしたときのパンチ１の位置である。なお、横軸は、打ち抜き加工開始時をゼロとしたときの時間としても良い。
【００４７】
パンチ１とダイ２とに偏芯が生じていると、前述したように平面ＸＹ内に荷重ｘ、荷重ｙが生じる。ここで平面ＸＹ内に生じる荷重ｘ、荷重ｙは、それぞれ、Ｘａ軸方向の並進力ｘ、Ｙａ軸方向の並進力ｙと呼ばれる。前述したように測定器５によって計測される力は、パンチ１とダイ２との偏芯に起因する力なので、図２の（ａ）の下段に示すパンチ１とダイ２の偏芯量および偏芯方向は、Ｘａ軸方向の並進力ｘとＹａ軸方向の並進力ｙとの合力ベクトルから容易に検出される。
【００４８】
この偏芯量および偏芯方向をもとに、パンチ１およびダイ２のそれぞれの軸を一致するように調芯することができる。具体的な調芯作業は、打ち抜き金型のパンチ１とダイ２との相対位置を調整することである。例えば、打ち抜き金型を削ったり、ハンマーで叩いて調整するなどしても良い。そして再度、打ち抜き金型を組み立て、打ち抜き加工したときに、図２の（ｂ）の下段に示すようにパンチ１とダイ２の位置が修正されると、図２の（ｂ）の上段に示すように平面ＸＹ内の荷重ｘ、荷重ｙ、すなわち並進力ｘ、並進力ｙが小さくなる。並進力ｘ、並進力ｙが小さいということは、打ち抜き金型のパンチ１とダイ２の軸が一致したことを意味する。
【００４９】
平面ＸＹ内の荷重ｘ、荷重ｙがどの程度小さくなれば良いかは、特に規定するものでは無く、金型のサイズや要求精度によって異なる。平面ＸＹ内の荷重ｘ、荷重ｙが小さくなればなるほど、図２の（ａ）の下段に示す偏芯量ΔＸおよびΔＹは小さくなる。平面ＸＹ内の荷重ｘ、荷重ｙ、すなわち偏芯量ΔＸおよびΔＹを小さくすることで、被加工物３のせん断面の品質を一様に安定させることができる。
【００５０】
図２に示すように、被加工物３を円形状に打ち抜く打ち抜き金型では、金型調整時はもとより、連続的に打ち抜き作業を継続している途中においても、平面ＸＹ内の荷重ｘ、荷重ｙの変化をモニターすることで、品質の安定性を確認できる。またモニターした結果得られた品質の安定性が悪い場合、調芯作業を行うことで、打ち抜き加工の品質を向上することができる。
【００５１】
従来の打ち抜き装置では、パンチおよびダイが偏芯することで、被加工物のせん断面に部分的なバリが生じたり、金型寿命が安定しないという問題があった。それに対し、本実施の形態の打ち抜き装置１１では、打ち抜き加工時において、被加工物３にかかる荷重ｘ、荷重ｙが一様となり、部分的なバリの発生が少なくなる。また、金型寿命が安定するという優れた点がある。
【００５２】
なお、本実施の形態では、測定器５として、Ｘａ軸方向およびＹａ軸方向の荷重を検出する２軸荷重センサを使用する例を示したが、Ｘａ軸方向およびＹａ軸方向に加えＺａ軸方向の荷重も検出可能な３軸荷重センサを使用しても良い。また、測定器５として、圧電式荷重センサを用いたが、歪ゲージ式荷重センサを用いても良い。
【００５３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の打ち抜き装置１１について、図３および図４を参照して説明する。実施の形態１では、１つの測定器５で平面ＸＹに生じる力を求める例を示したが、実施の形態２では、複数の測定器５ａ〜５ｄで平面ＸＹに生じる力およびモーメントを求める例について説明する。
【００５４】
図３は、実施の形態２における打ち抜き装置１１の基本構成を示す図である。図３において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５５】
図３に示す打ち抜き金型おいて、実施の形態１の打ち抜き金型と大きく異なる点は、パンチ１とダイ２の穴が矩形状である点である。実施の形態１におけるパンチ１は、円形状であり、Ｚａ軸の軸回りに回転が生じたとしても、パンチ１とダイ２とのクリアランス変化が生じることが無かったのに対し、実施の形態２のようにパンチ１の形状が矩形状である場合、Ｚａ軸の軸回りに回転が生じ、パンチ１とダイ２とのクリアランス変化が生じる。実施の形態２では、複数の測定器５ａ〜５ｄを以下に示すように配置とすることで、パンチ１とダイ２との平面ＸＹ上の軸ずれの検出と合わせて、軸回りの回転ずれも検出できる。なお、実施の形態２では、測定器５ａ〜５ｄとして、Ｚａ軸方向の力も検出可能な３軸荷重センサを使用した。
【００５６】
図３の（ａ）には、被加工物３をパンチ１で打ち抜いた直後の状態が断面図で示されている。パンチ１は、ダイ２に対して軸ずれが生じており、かつ相対的に軸回りの回転ずれが生じているものとする。但し、これらの軸ずれおよび回転ずれは、打ち抜き金型のパンチ１とダイ２のクリアランスが十数マイクロメートル以下のオーダなので、目視で確認することは難しい。
【００５７】
図３の（ｂ）は、４つの測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの配置を示す下面図である。なお、図３の（ｂ）では被加工物の図示が省略されている。
【００５８】
実施の形態２の打ち抜き装置１１では、全ての測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが同一の平面ＸＹ上に配置されている。また、同図に示すように、ダイ２の中心から等距離Ｌ離れた位置のＹａ軸上に測定器５ａ、５ｃが配置されている。また、ダイ２の中心から等距離Ｌ離れた位置のＸａ軸上に測定器５ｂ、５ｄが配置されている。ここで、打ち抜き装置１１を用いて被加工物３を打ち抜くと、４つの測定器５ａ〜５ｄのそれぞれには、３軸方向の荷重ｘ１〜ｘ４、荷重ｙ１〜ｙ４、荷重ｚ１〜ｚ４が検出される。これにより、Ｘａ軸方向の並進力ｘ、Ｙａ軸方向の並進力ｙ、および、Ｚａ軸方向に生じる力ｚは、以下の（式１）で表される。なお、各荷重ｘ、ｙ、ｚの添え字１、２、３、４は、各測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに対応する数字である。
【００５９】
【数１】
2020138210.tif 000003
【００６０】
（式１）における並進力ｘ、並進力ｙの値は、前述したクリアランスが均等な場合、ゼロとなる。（式１）におけるｚの値は、打ち抜き加工時に生じたＺａ軸方向の加工抵抗力である。
【００６１】
パンチ１とダイ２との相対的な回転に伴うＺａ軸回りのモーメントＭγは、以下の（式２）のように表される。
【００６２】
【数２】
2020138210.tif 000004
【００６３】
（式２）から、４つの測定器５ａ〜５ｄの位置（Ｚａ軸からの距離Ｌ）が長い方が、検出感度が高くなることがわかる。また、パンチ１とダイ２との相対的な軸回りの回転ずれが生じていない場合、ｘ１＝ｘ３、ｙ２＝ｙ４となり、モーメントＭγがゼロとなることがわかる。
【００６４】
次に、測定器５ａ〜５ｄの配置について、図４を参照してさらに検討する。
【００６５】
図４は、実施の形態２における打ち抜き装置１１の測定器５ａ〜５ｄの配置の一例を示す図である。この図の測定器５ａ〜５ｄは、Ｘａ軸、Ｙａ軸またはＺａ軸からの距離が互いに異なるように配置されている。図４に示すように、各測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３、第４の領域Ａ４のそれぞれに対応して配置されている場合、（式３）に示すように並進力ｘ、並進力ｙ、加工抵抗力ｚの値を算出することが可能である。なお、上記の第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３、第４の領域Ａ４は、平面ＸＹを打ち抜き方向Ｄ１から見た場合に、平面ＸＹの直交２軸（Ｘａ軸、Ｙａ軸）によって分割されることで形成される４つの領域である。また、各回転角θの添え字１、２、３、４は、各測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに対応する数字である。
【００６６】
【数３】
2020138210.tif 000005
【００６７】
また、Ｚａ軸回りのモーメントＭγは、（式４）のように表される。なお、各距離Ｌの添え字１、２、３、４は、各測定器５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに対応する数字である。
【００６８】
【数４】
2020138210.tif 000006
【００６９】
図４における測定器５ａ〜５ｄの配置は一例であり、実際の金型設計時において、測定器５ａ〜５ｄを、第１の領域Ａ１〜第４の領域Ａ４のそれぞれに配されるように配置させれば、並進力ｘ、並進力ｙ、加工抵抗力ｚおよびモーメントＭγは、同様に計算可能である。
【００７０】
実施の形態２は、実施の形態１と比較しても、以下の点で優れる。例えば、金型の打ち抜き形状としては、円形以外にも適用でき、打ち抜き加工の応用範囲を広げることができる。
【００７１】
なお、打ち抜き金型のパンチ１とダイ２の組み立て精度が悪かった場合、また打ち抜き加工中にパンチ１あるいはダイ２に相対的な位置ずれが生じた場合、打ち抜き加工時にＸａ軸方向およびＹａ軸方向の並進力や、Ｚａ軸回りのモーメントＭγが生じることとなる。その場合、金型内のパンチ１とダイ２の組み立てについて、調芯して合わせる必要があるが、実施の形態２でも実施の形態１と同様に調芯することで、不要な品質トラブルや金型寿命の低下を抑制することができる。
【００７２】
なお、測定器５ａ〜５ｄとしては、Ｘａ軸方向およびＹａ軸方向の並進力が検出可能な２軸センサを用いることもできるが、この実施の形態２では、打ち抜き方向Ｄ１の加工抵抗も合わせて検出した方が打ち抜き精度を確認する上で好都合であるので、測定器５ａ〜５ｄとして３軸センサを使用した。
【００７３】
また、実施の形態２では測定器を４つ使用したが、測定器は３個以上であれば、同様のことが可能である。測定器を３個使用する場合は、測定器を領域Ａ１〜Ａ４のうち３つの領域のそれぞれに配されるように配置すれば良い。測定器の個数は、少ない方が安価になるので、３個乃至４個が望ましい。
【００７４】
また、測定器自体の構成を工夫することで、実施の形態１と同様に打ち抜き方向Ｄ１の直下に、Ｘ１−Ｙ１−Ｚ１−Ｍγの４軸センサ、あるいは、Ｚａ軸を除いた３軸センサを配置してもよい。このような測定器を用いることで、パンチ１とダイ２がどのような形状であったとしても、打ち抜き加工の高品質化に寄与することができる。
【００７５】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３の打ち抜き装置１１について、図５を参照して説明する。実施の形態１、２では、パンチ１とダイ２の相対的なずれを求め、組立調整によってずれを調芯する例を示したが、実施の形態３では、自動的にずれを調芯する例について説明する。
【００７６】
図５は、実施の形態３における打ち抜き装置１１の駆動ユニット６を示す図である。図５には、駆動ユニット６の主要な構成に加え、駆動ユニット６の外に位置する制御機器群の構成が示されている。
【００７７】
図５に示すように、駆動ユニット６の上には、３軸方向の荷重が検出可能な測定器５ａ〜５ｄが配置されている。これらの測定器５ａ〜５ｄは、ダイ２と駆動ユニット６との間に配置されている。
【００７８】
はじめに、この駆動ユニット６について詳述する。駆動ユニット６は、フレーム部６ａと、可動部６ｂと、複数のピエゾアクチュエータで構成されている。可動部６ｂは、測定器５ａの下側に配置され、平面ＸＹ内でＸａ軸方向およびＹａ軸方向に移動可能であり、かつ、Ｚａ軸回りに回転可能である。フレーム部６ａは、枠状の形状を有しており、可動部６ｂの外側に配置され、後述するベースプレート２５に固定されている。複数のピエゾアクチュエータは、８個のピエゾアクチュエータＰＺＴ１ｘ、ＰＺＴ１ｙ、ＰＺＴ２ｘ、ＰＺＴ２ｙ、ＰＺＴ３ｘ、ＰＺＴ３ｙ、ＰＺＴ４ｘ、ＰＺＴ４ｙで構成され、可動部６ｂとフレーム部６ａとの間に配置されている。複数のピエゾアクチュエータを駆動することで、可動部６ｂと、可動部６ｂ上に配置された測定器５ａ〜５ｄおよびダイ２とを、移動および回転させることができる。
【００７９】
このように打ち抜き金型としては、下型となるダイ２が駆動ユニット６の可動部６ｂ上に設置されている。パンチ１は、上型２１（図７参照）に固定されており、打ち抜き時に上型とともにＺａ軸に沿って可動するが、それ以外の方向に動作しない構造となっている。一般的に金型のパンチ１とダイ２のクリアランスは十数マイクロメートル程度であり、軸回りの回転においてもそのクリアランス内でわずかに回転すれば良く、本案の課題解決のためには、上記構成でも十分機能する。
【００８０】
８つのピエゾアクチュエータのそれぞれは、外部に設けられたＰＺＴドライバ３５と接続されている。更には、ＰＺＴドライバ３５は演算装置３１に接続されている。演算装置３１は、打ち抜き加工時に生じた加工抵抗を測定器５ａ〜５ｄから検出し、平面ＸＹ内の分力からパンチ１とダイ２の相対的な偏芯を演算する。この演算の結果、パンチ１とダイ２に偏芯が生じている場合に、ＰＺＴドライバ３５を使って各ピエゾアクチュエータを駆動する。
【００８１】
ここで、打ち抜き装置１１を用いた打ち抜き加工方法について図６を参照して説明する。
【００８２】
図６は、打ち抜き装置１１を用いた打ち抜き加工方法を示すフローチャートである。
【００８３】
まず、打ち抜き加工を実施し（ステップＳ１０）、測定器５ａ〜５ｄを用いて打ち抜き時の荷重ｘ１〜ｘ４、ｙ１〜ｙ４、ｚ１〜ｚ４を検出する（ステップＳ２０）。
【００８４】
次に、検出した荷重ｘ１〜ｘ４、ｙ１〜ｙ４、ｚ１〜ｚ４から、演算装置３１を用いて、平面ＸＹ内の並進力ｘ、ｙおよびモーメントＭγを求める（ステップＳ３０）。また、これにより、偏芯および回転ずれの有無を確認する。
【００８５】
偏芯が生じている場合、８つのピエゾアクチュエータを駆動制御することによって（ステップＳ４０）、駆動ユニット６の可動部６ｂを平面ＸＹ内で平行移動させる。可動部６ｂ、すなわちダイ２を移動させる際の移動距離および移動方向は、並進力ｘ、ｙの分力に基づいて算出される。
【００８６】
回転ずれが生じている場合、８つのピエゾアクチュエータを駆動制御することによって（ステップＳ４０）、駆動ユニット６の可動部６ｂをＺａ軸回りに回転移動させる。可動部６ｂ、すなわちダイ２を回転させる際の回転角度および回転方向は、Ｚａ軸回りのモーメントＭγに基づいて算出される。
【００８７】
このステップＳ１０〜Ｓ４０に示す一連の動作に要する時間は、通常であれば１００ｍｓｅｃも要しないので、一回の打ち抜き加工毎にこのシーケンスを動作させるのが良い。この一連のシーケンスよりも、打ち抜きのサイクルの方が早い場合、数回の打ち抜きサイクルの後、駆動ユニット６を動作させても良い。また、一連の動作を行っても測定誤差が大きく動作が収束しないような場合、統計的な処理を加えた後に、駆動ユニット６を動作させても良い。それらの統計処理については、偏芯および回転ずれを演算する演算装置３１において処理可能である。
【００８８】
またここで、打ち抜き装置１１の全体構成について、図７を参照して説明する。
【００８９】
図７は、実施の形態３における打ち抜き装置１１の全体構成を示す図である。
【００９０】
打ち抜き装置１１としては、制御性が良いサーボスクリュープレス装置が採用される。打ち抜き装置１１は、コントローラ１８の指令に基づいて、サーボモータ１２に連結されたボールねじ１７を回転させ、可動プレート１４を上下（Ｚａ軸方向）に駆動する。パンチ１が組み込まれた上型２１は、被加工物３を打ち抜き時に抑えるストリッパ２３および圧縮ばね２４等が組み付けられた状態で可動プレート１４に取り付けられて、Ｚａ軸に沿って上下に打ち抜き動作する。一方、ダイ２が組み込まれた下型２２は、測定器５ａ〜５ｄを介して駆動ユニット６の可動部６ｂに取り付けられている。駆動ユニット６のフレーム部６ａは、ベースプレート２５に取り付けられ、打ち抜き装置１１と一体になっている。被加工物３は、上型２１と下型２２の間に配置され、図示されない駆動機構によって打ち抜き装置１１の打ち抜き動作に合わせて、Ｘａ軸方向またはＹａ軸方向に搬送される仕組みとなっている。
【００９１】
打ち抜き装置１１の本体の外側には、測定器５ａ〜５ｄの荷重検出装置（アンプ部）３４、複数のピエゾアクチュエータＰＺＴ１ｘ〜ＰＺＴ４ｙを制御するためのＰＺＴドライバ３５、可動プレート１４の位置を高精度に検出するためのギャップセンサ３２およびギャップセンサアンプ（コントロールアンプ）３３が配置されている。これらの荷重検出装置３４、ＰＺＴドライバ３５、ギャップセンサ３２およびギャップセンサアンプ３３は、演算装置３１である制御装置（パーソナルコンピュータ）とつながっている。演算装置３１は、打ち抜き装置１１のコントローラ１８とつながっている。
【００９２】
さらに、打ち抜き装置１１の動作の詳細な例について、図８を参照して説明する。
【００９３】
図８は、実施の形態３における打ち抜き装置１１にて検出される荷重ｘ、ｙおよびパンチ１とダイ２のずれの修正を示す図である。なお、図８には、荷重ｘ、ｙだけでなく、Ｚａ軸方向に発生する加工抵抗力ｚも示されている。
【００９４】
初めに打ち抜き金型が打ち抜き装置１１に組み付けられた状態で、コントローラ１８の指令に基づいて１回目の打ち抜き動作が実施される。
【００９５】
１回目の打ち抜き動作の結果、例えば、図８の（ａ）の上段に示すように、Ｘａ軸方向およびＹａ軸方向のそれぞれに荷重ｘ、ｙが生じたとする。図８の（ａ）の下段に示すように、パンチ１およびダイ２には、偏芯が生じており、このとき平面ＸＹに生じる荷重をｆ１とすると、荷重ｆ１は（式５）のように表される。
【００９６】
ｆ１＝ｋ・Δｄ    ・・・（式５）
（ｋ：この系のばね定数、Δｄ：偏芯量）
【００９７】
次に、２回目の打ち抜き動作をするにあたって、任意の移動距離だけダイ２を、駆動ユニット６を使って動かす。具体的には、ピエゾアクチュエータＰＺＴ１ｘ〜ＰＺＴ４ｙの電圧と変位量の関係を用いて駆動ユニット６を動かす。この移動距離は、ここでは例えば２マイクロメートルとする。動かす方向は、１回目の打ち抜き動作時に生じた平面ＸＹ上の荷重ベクトルの反対方向に動かすのが良い。その理由は、１回目の打ち抜き動作において、パンチ１とダイ２との相対位置が、どのような状態であるか不明であるため、反対方向に２マイクロメートル動かすことで、平面ＸＹ上の荷重ベクトルがより小さくなるか、更に符号が反転するか、のいずれかとなるからである。
【００９８】
駆動ユニット６により、ダイ２をパンチ１に対して動かした後、被加工物３を横に搬送し、２回目の打ち抜き動作を実施する。この２回目の打ち抜き動作により生じた平面ＸＹ上の荷重をｆ２とすると、荷重ｆ２は（式６）のように表される。
【００９９】
ｆ２＝ｋ（Δｄ−２）    ・・・（式６）
【０１００】
ここで、（式５）−（式６）を演算することで、（式７）のように、この系のばね定数ｋを求めることができる。
【０１０１】
ｋ＝（ｆ１−ｆ２）／２    ・・・（式７）
【０１０２】
式（７）によって算出したばね定数ｋ、および、荷重ｆ１を式（５）に代入することで、偏芯量Δｄを算出できる。よって３回目の打ち抜き動作にあたっては、１回目の打ち抜き動作時のパンチ１とダイ２の偏芯量がゼロとなる位置に、駆動ユニット６を使ってダイ２の位置を動かせば良い。このように駆動ユニット６を用いてダイ２を移動、回転させることで、パンチ１およびダイ２の軸ずれおよび回転ずれを調整することができる。また、この例によれば、打ち抜き装置１１の系のばね定数ｋを考慮した調芯を行うことができる。
【０１０３】
なお、３回目の打ち抜き動作の結果、平面ＸＹ上に生じた荷重が例えばゼロでなかった場合は、上記の動作を順次１回ずつ実行しながら自動調芯して、打ち抜き加工すれば良い。また、平面ＸＹ上の並進力（荷重ｘ、ｙ）がゼロで、Ｚａ軸回りのモーメントＭγのみが生じた場合も同様にして、回転角度の調整を行うことができる。
【０１０４】
図８の（ｂ）には、上記のような動作結果、平面ＸＹ上の荷重ｘ、ｙ、及びモーメントＭγがゼロになり、パンチ１とダイ２のクリアランスが均一になった様子が示されている。
【０１０５】
この様にクリアランスが均一な状態を容易に作り出すことが可能になれば、パンチ１やダイ２が、打ち抜き動作によって衝突して壊れたり、欠けたりすることが無く、あるいは打ち抜き加工に伴う過大な負荷の発生による工具寿命の低下を招くことがない。よって安定した打ち抜き加工が可能となり、工具を交換した時も交換前と同様のセッティング位置となり、工具の寿命についても個々の工具によるバラつきが少なくなることが期待できる。
【０１０６】
上記の動作において、２回目の打ち抜き時に、ダイ２を２マイクロメートル動かしたが、この値はパンチ１とダイ２のクリアランスによって変わるので、使用する金型に合わせて適宜変更すれば良い。また、駆動ユニット６は、ピエゾアクチュエータを用いて駆動したが、モータ等で駆動しても良い。また、本実施の形態では、軸ずれおよび回転ずれを調整するために、ダイ２を移動または回転させているが、ダイ２の代わりにパンチ１を移動または回転させてもよい。
【０１０７】
（その他の形態）
以上、打ち抜き装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【０１０８】
例えば、打ち抜き装置１１の測定器５ａ〜５ｄのうち、３つの測定器５ａ〜５ｃは、被加工物３を打ち抜く際の並進力ｘ、ｙを求めるための第１加工抵抗測定器であり、１つの測定器５ｄは、打ち抜き方向Ｄ１に沿うＺａ軸の軸回りのモーメントＭγを求めるための第２加工抵抗測定器であってもよい。この場合、第１加工抵抗測定器のそれぞれは、打ち抜き方向Ｄ１に沿うＺａ軸と直交する同一の平面ＸＹ上に配置される。また、第１加工抵抗測定器は、平面ＸＹを打ち抜き方向Ｄ１から見た場合に、平面ＸＹの直交２軸（Ｘａ軸、Ｙａ軸）によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに１つ以上配置されていてもよい。また、演算装置３１は、第１加工抵抗測定器によって求められた並進力ｘ、ｙに基づいて、パンチ１またはダイ２の移動距離を算出してもよいし、第２加工抵抗測定器によって求められた軸回りのモーメントＭγに基づいて、パンチ１またはダイ２の軸回りの回転角度を算出してもよい。
【０１０９】
また、本開示の打ち抜き装置は、金型の長寿命化と高精度な打ち抜き加工を実現する打ち抜き装置が実現できる。従って、工具のクリアランスを適宜変更することが可能であるから、切断工具においても使用できる。例えば、非常に薄い、例えば数マイクロメートルの厚みを有するフィルムを切断する場合、非常に高精度なクリアランス調整が必要となるが、本開示を切断装置等に適用できる。すなわち本開示を、平板状の被加工物をせん断工具によってせん断するせん断加工装置に適用できる。その場合、せん断加工装置は、打ち抜き装置１１と同様に、被加工物３をせん断する際に生じる力のうち、せん断力がはたらく方向に沿うＺａ軸と直交する平面ＸＹ内の直交２軸（Ｘａ軸、Ｙａ軸）のそれぞれの方向に生じる並進力を求めるための測定器５を備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本開示の打ち抜き装置等は、金属やプラスチック、複合材料等の被加工物を打ち抜く装置として広く適用できる。
【符号の説明】
【０１１１】
１    パンチ
２    ダイ
３    被加工物
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  測定器
６    駆動ユニット
６ａ  フレーム部
６ｂ  可動部
１１  打ち抜き装置
１２  サーボモータ
１３  上プレート
１４  可動プレート
１５  架台
１６  シャフト
１７  ボールねじ
１８  コントローラ
２１  上型
２２  下型
２３  ストリッパ
２４  圧縮ばね
２５  ベースプレート
３１  演算装置
３２  ギャップセンサ
３３  ギャップセンサアンプ
３４  荷重検出装置
３５  ＰＺＴドライバ
１０１  フレーム
１０２  ボルスタープレート
１０３  プレススライド
１０５  ストレインゲージ
１１１  歪−電気変換器
１１２  記録装置
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４  領域
Ｄ１    打ち抜き方向
Ｍγ    軸回りのモーメント
ＰＺＴ１ｘ、ＰＺＴ１ｙ、ＰＺＴ２ｘ、ＰＺＴ２ｙ、ＰＺＴ３ｘ、ＰＺＴ３ｙ、ＰＺＴ４ｘ、ＰＺＴ４ｙ  ピエゾアクチュエータ
ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４、ｚ１、ｚ２、ｚ３、ｚ４  荷重
ｘ、ｙ  並進力（荷重）
ｚ      加工抵抗力
Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ  軸
ＸＹ    平面
【図１】
2020138210.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020138210.tif 000011
【図６】
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【図７】
2020138210.tif 000013
【図８】
2020138210.tif 000014
【図９】
2020138210.tif 000015