(57)【要約】プレス成形装置は、ポンチと、ダイの少なくともいずれか一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するためのひずみ量測定手段を有する。ひずみ量測定手段は、測定対象金型が成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に配置される。ひずみ量測定手段は、測定対象金型が表面に有する湾曲形状の曲率半径をＲとしたとき、前記湾曲形状の曲率中心から１０×Ｒ以内の領域内に設置されることが望ましい。
2008140122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイの少なくとも一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、少なくとも１つ以上の湾曲形状を有する成形部品を成形可能であり、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するためのひずみ量測定手段を有し、前記ひずみ量測定手段は、前記測定対象金型が成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置することを特徴とするプレス成形装置。
【請求項２】
前記ひずみ量測定手段は、前記測定対象金型が表面に有する湾曲形状の曲率半径をＲとしたとき、前記湾曲形状の曲率中心から１０×Ｒ以内の領域に位置することを特徴とする請求項１記載のプレス成形装置。
【請求項３】
前記ひずみ量測定手段は、前記測定対象金型の湾曲形状の端部を通り該端部における法線に対して前記湾曲形状から離れる方向に４５°傾斜した面よりも曲率中心側の領域に位置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。
【請求項４】
前記ひずみ量測定手段は、前記測定対象金型の表面から５ｍｍ以上離れて位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
【請求項５】
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をさらに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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプレス成形装置を用いて、前記ひずみ量測定手段により測定したひずみ量が、所定範囲を超えたとき又は所定範囲を下回ったときに成形品の成形異常と判定するプレス成形方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプレス成形装置を用いて、前記ひずみ量測定手段により測定したひずみ量が、所定範囲を超えたとき又は所定範囲を下回ったときに測定対象金型の異常と判定するプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板のプレス成形装置及びプレス成形方法に関し、特には、プレス金型表面の湾曲形状に発生する金型のひずみ又は応力（以下、単にひずみという。）を測定でき、さらには測定したひずみ量に基づいてプレス成形品の成形異常及び金型の異常（割れ、焼付き）を判定できるプレス成形装置及びプレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板のプレス成形において、プレス金型の表面に造型された湾曲凸形状、特に小さな曲率半径を有するビードや突起などを薄板に形状転写する際には、割れやネッキング（薄板のある断面に塑性変形が集中してくびれを生じること）、しわなどの成形異常が問題になる。こういった割れやネッキング、しわは非常に小さいものが多く、製造工程において発見が極めて困難であり問題となっている。
また、薄板のプレス成形と同時に、金型にはプレス機加圧力又は被加工材変形抵抗の反力などが作用するため、金型は弾性変形を起こす。この弾性変形を金型ひずみと呼ぶ。上述したような、プレス金型によって湾曲凸形状を薄板に形状転写する際に発生する割れやネッキング、しわなどの成形異常には、この金型ひずみの発生が大きく影響している。
金型ひずみを測定する装置としては、特開平５−３３７５５４号公報に、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沿って設けられ、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沿って設けられ、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又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、前記下金型又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、特開２００４−２４９３６５号公報に、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など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。
また、本発明者らの一部は、第５７回塑性加工連合講演会論文集ｐｐ．１６５−１６６（２００６）に、直交する方向の圧縮・引張ひずみを測定する圧電素子（金型摩擦センサー）をダイ肩近傍に内蔵したプレス成形装置が開示され、金型摩擦センサーの情報からスプリングバック、ねじれなどの成形品形状の予測が可能であることを開示した。
特開平５−３３７５５４号公報には、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は開示されていない。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において、高精度に金型ひずみを測定するためには、ポンチ、ダイ、しわ押さえ金型などの金型内部にひずみ測定機能を設置し、発生する金型ひずみを直接測定することが不可欠であり、そのためには特開平５−３３７５５４号公報の発明では不十分である。
また、上記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が、プレスブレーキのような曲げ主体の成形とは異なり、プレス成形においては、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。従って、上記発明をプレス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、測定精度は不十分である。
また、特開２００４−２４９３６５号公報には、摩擦力を直接測定する原理として、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をボルト等で締結することが記載されている。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。歪み測定素子を使用する点では本発明と類似しているが、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点で本発明と相違する。
金型ひずみを高精度に測定するためには、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、そのためには特開２００４−２４９３６５号公報の発明では不十分である。第５７回塑性加工連合講演会論文集ｐｐ．１６５−１６６（２００６）に開示された発明は、ダイ肩近傍に摩擦センサーを内蔵しているが、実際の金型の形状は複雑であり、ダイ肩が不明瞭な金型もあるため、実際の金型では、どこにひずみセンサーを配置すればよいのか、試行錯誤によらなければ分からないという問題がある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、プレス金型表面の湾曲凸形状に発生する金型のひずみを測定でき、さらには測定したひずみ量に基づいてプレス成形品の成形異常、又は金型の異常を判定できる高精度かつ応用性の高いプレス成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ポンチと、該ポンチに対して相対移動するダイの少なくとも一つを測定対象金型としたときに、該測定対象金型は、少なくとも１つ以上の湾曲形状を有する成形部品を成形可能であり、該測定対象金型の内部に設置され、プレス成形に応じて生じる該測定対象金型のひずみ量を測定するためのひずみ量測定手段を有し、前記ひずみ量測定手段は、前記測定対象金型が成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置することを特徴とするプレス成形装置を提供する。
好ましくは、ひずみ量測定手段は、測定対象金型が表面に有する湾曲形状の曲率半径をＲとしたとき、前記湾曲形状の曲率中心から１０×Ｒ以内の領域に位置する。
より好ましくは、ひずみ量測定手段は、測定対象金型の湾曲形状の端部を通り該端部における法線に対して前記湾曲形状から離れる方向に４５°傾斜した面よりも曲率中心側の領域に位置する。
さらに好ましくは、ひずみ量測定手段は、測定対象金型の表面から５ｍｍ以上離れて位置する。
プレス成形装置はさらに、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を有することができる。
ひずみ量測定手段の好適な具体例は圧電素子センサである。本発明において測定されるひずみ量は弾性変形によるものであり、線形弾性理論が成り立つ。すなわち等方弾性材料についての構成則（フックの法則）を用いることにより、ひずみ量と応力は等価に変換することが可能である。またひずみ量は、各種変位計により測定された変位を換算して求めてもよい。
また本発明は、上記プレス成形装置を用いて、ひずみ量測定手段により測定したひずみ量が、所定範囲を超えたとき又は所定範囲を下回ったときに成形品の成形異常と判定するプレス成形方法を提供する。
さらに本発明は、上記プレス成形装置を用いて、ひずみ量測定手段により測定したひずみ量が、所定範囲を超えたとき又は所定範囲を下回ったときに測定対象金型の異常と判定するプレス成形方法を提供する。
本発明において、ダイ肩とは、図３、図４に示すように、ダイフェース面２１（被加工材４が最初にダイ２に当接する面）を含むダイの肩部２２を言い、またダイ肩Ｒ止まりとは、ダイ肩２２が有する丸み部分（Ｒ部）の両端部２３及び２４を言う。これらの端部のうち、ダイフェース面２１側に位置するＲ部端部２３を材料流入側のダイ肩Ｒ止まりと言い、一方、よりプレス方向（矢印で図示）側に位置し、すなわち材料から見れば、材料がダイ肩Ｒ上で変形を受けた後に縦壁部への流出を開始する端部２４を、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりと言う。
また、プレス方向とは、図３、図４に矢印で示すように、ダイ２の凹形状に対してポンチ１がダイに接近するように相対移動する方向、又は被加工材４に対してポンチ１が加圧し成形する方向と定義する。
本発明により、プレス金型表面の湾曲形状に発生する金型のひずみを測定でき、さらには測定したひずみ量に基づいてプレス成形品の成形異常を判定できる、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の上述又は他の目的、特徴及び長所は、以下の好適な実施形態を添付図面を参照しつつ説明することによりさらに明らかになるであろう。
図１は、本発明に係るプレス成形装置のうち、プレス機スライダにダイが設置されているプレス成形装置の概略図を示す。
図２は、本発明に係るプレス成形装置のうち、プレス機スライダにポンチが設置されているプレス成形装置の概略図を示す。
図３は、図１に示すプレス成形装置における、金型ひずみ測定手段の設置状況の詳細図を示す。
図４は、図２に示すプレス成形装置における、金型ひずみ測定手段の設置状況の詳細図を示す。
図５は、本発明に係るプレス成形装置における、ポンチにひずみ量測定手段が設置されている場合を示す。
図６は、本発明に係るプレス成形装置における、ダイにひずみ量測定手段が設置されている場合を示す。
図７は、図１に示すプレス成形装置に加えて、しわ押さえ金型が設置されているプレス成形装置の概略図を示す。
図８は、図２に示すプレス成形装置に加えて、しわ押さえ金型が設置されているプレス成形装置の概略図を示す。
図９ｂは、ひずみ測定手段とプラグの側面図を示し、図９ａは、図９ｂの構成を取り付け可能なきり穴を示す。
図１０は、本発明のプレス成形方法に係る、ひずみ量測定結果と成形異常判定の為のひずみ量所定範囲を示す。
図１１は、本発明のプレス成形方法に係る、ひずみ量測定結果と金型異常判定の為のひずみ量所定範囲を示す。
図１２は、本発明に係るプレス成形装置によって成形する成形品の外観図を示す。
図１３は、ひずみ量測定手段の設置位置を示す。
図１４は、本発明に係るプレス成形方法による、製品異常または金型異常の判定方法を示す。
図１５は、ひずみ量測定手段の別の設置位置を示す。
図１６は、本発明に係るプレス成形方法による、製品異常または金型異常の別の判定方法を示す。
図１７は、本発明に係るプレス成形装置によって成形する別の成形品の外観図を示す。
図１８は、ひずみ量測定手段の別の設置位置を示す。
図１９は、本発明に係るプレス成形方法による、製品異常または金型異常の別の判定方法を示す。
図２０は、ひずみ量測定手段の別の設置位置を示す。
図２１は、本発明に係るプレス成形方法による、製品異常または金型異常の別の判定方法を示す。
図２２は、角部頂点に集中力が作用している状態を概略的に示す。
図２３は、曲率半径を有する角部に面圧が作用している状態を概略的に示す。
図２４は、図２２に対応する応力分布の等高線を示す。
図２５は、図２３に対応する応力分布の等高線を示す。
図２６は、ひずみ量測定手段の好適な設置位置を示す。
図２７は、プレス成形において被加工材に作用する力又は応力を概略的に示す。
図２８は、プレス成形においてダイに作用する力又は応力を概略的に示す。
図２９は、ひずみ量測定手段の設置範囲をさらに限定することを説明するグラフを示す。
図３０は、凸形状のダイ部分におけるひずみ量測定手段の好適な設置範囲を示す。
図３１は、被加工材の強度とプレス成形時の弾性変形範囲との関係を概略的に示す。
図３２は、凹形状のダイ部分におけるひずみ量測定手段の好適な設置範囲を示す。
図３３は、曲率半径が大きい部分でのひずみ量測定手段の設置例を示す。
【符号の説明】
【０００５】
１  ポンチ
２  ダイ
３  しわ押さえ金型
４  被加工材
５  ひずみ量測定手段
６  ひずみ量測定手段設置可能領域
７  湾曲中心
８  ひずみセンサ
詳細な説明
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。
まず、本発明の第１の実施形態に係るプレス成形装置の断面図を図１または図２に示す。図１はプレス機スライドにダイ２が設置されている場合、図２はプレス機スライドにポンチ１が設置されている場合であるが、いずれもポンチ１と、ポンチ１に対して相対移動するダイ２を有する。
被加工材４は、ダイ２によってポンチ１に押し付けられ、所定の形状に成形される。このとき、ポンチ１やダイ２の表面に造型された湾曲凸形状の近傍かつ金型内部に、以下に説明するひずみ量測定手段５を設置し、そのひずみ量を監視することで、割れやネッキング、しわなどの成形異常、または、金型かじりなどの金型異常を判定することが可能であることを我々は見出した。
効果的に割れやネッキング、しわなどの成形異常を判定するためには、ひずみ量測定手段５の設置位置が重要である。ひずみ量測定手段５の望ましい設置位置を図３と図４に示す。
図３はプレス機スライドにダイ２が設置されている場合、図４にはプレス機スライドにポンチ１が設置されている場合であるが、いずれの場合においても、ひずみ量測定手段５の設置位置は、ポンチ１及びダイ２を測定対象金型としたときに、測定対象金型、すなわちポンチ１とダイ２が成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置することとする。
この理由は、主としてひずみ量測定手段５の設置に起因する金型の破損や損傷を回避するためである。特にダイ２において、ひずみ量測定手段５が材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置していないと、ひずみ量測定手段５を設置するための穴加工において十分な寸法精度が得られない危険性が高い。一般的に、ひずみ量測定手段５を設置するための穴加工にはドリル加工が用いられるが、このときひずみ量測定手段５を設置するための穴とダイ２表面との間の肉厚が少ないと、ドリルの剛性不足によって肉厚の少ない方向へドリルが曲がってしまい、寸法精度が低くなる問題が発生しやすくなる。この問題が発生すると、実際の加工寸法は指定寸法より肉厚が少なくなる方向、すなわち破損などの危険性が高まる方向になってしまうため、この問題発生を回避するためには、ひずみ量測定手段５は材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置することが望ましい。
またひずみ量測定手段５が材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に位置していない場合は、熱処理において金型の割れが発生する等、穴加工以外でも加工失敗の発生確率が高い。また穴加工や熱処理が成功したとしても、金型を繰り返し使用している最中で強度不足により破損する危険性が高い。
次に、本発明の第２の実施形態に係るプレス成形装置の断面図を図５または図６に示す。第２の実施形態では、第１の実施形態に対して、さらに精度の高いひずみ量の測定を実現することを目的として、ひずみ量測定手段５の設置位置を限定したものである。
図５には、ポンチ１に設置されたひずみ量測定手段５周辺の拡大図を示す。ひずみ量測定手段５は、ひずみ量測定手段設置領域６の内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置される。
ひずみ量測定手段５の好ましい設置領域６は、ポンチ１の表面に有する湾曲凸形状の曲率（湾曲）半径をＲとしたとき、前記湾曲凸形状の曲率中心７から、１０Ｒ（Ｒは当該湾曲形状の曲率半径）以内の領域である。
なお本発明において、曲率半径とは、プレス方向に平行なポンチ、ダイ等の断面において、その湾曲凸形状の一部を一定の曲率半径に近似したときの曲率半径と定義し、この近似された曲率半径に基づき曲率中心７を決定する。
次に、ひずみ量測定手段の設置範囲を湾曲形状の曲率中心７から１０Ｒ以内とした根拠について説明する。
集中力が作用する２次元応力場の理論解は既に求められており（Ｍｅｌａｎ，（１９３２）他）、例えば図２２に示すように頂角αの角部頂点に集中力Ｆ０が作用する場合の２次元応力分布は下記の式（１）から求めることができる。
2008140122.tif 000003
また図２３に示すように、角部が曲率半径ｒｄ、曲率角度φの湾曲形状を有し、その湾曲形状に面圧Ｐが作用している場合であっても、曲率半径ｒｄが小さい場合は式（１）を利用して応力分布を近似できると仮定する（０．３ｍｍ＜ｒｄ＜３０．０ｍｍの範囲で近似可能とする）。この場合の応力分布は下記の式（２）から求められる。
2008140122.tif 000004
式（１）及び（２）に示すように、集中力による２次元応力分布において、ｒ、θで表わされる極座標系におけるｒ方向以外の応力はゼロとなる。またｒ方向の応力σｒは極座標ｒ、θを用いてその分布を表わすことができる。
図２４は、式（１）に対応する応力分布の等高線を示す。
図２５は、式（２）に対応する応力分布の等高線を示す。
式（２）における応力σｒは、図２３の角度α、φを一般的なダイ肩形状に相当する以下のような値に固定し、極座標θ＝０についてのみ考慮すると、下記式（３）のように簡単にできる。
2008140122.tif 000005
ひずみ量測定手段５は、前述の式（２）、（３）中のｒ方向応力σｒに起因して発生する弾性ひずみ量を測定することができるが、他の測定器と同様、ひずみ量測定手段５の測定分解能にも測定限界があり、極めて小さなひずみ量またはひずみ量変化は測定が困難である。
ひずみ量測定手段５が高精度の測定を行うためには、ひずみ量測定手段５の設置個所に発生するひずみ量は、最少測定ひずみ量εｍ以上でなければならないと仮定する。
フックの法則より、最少測定ひずみ量εｍに対応する応力σｍは弾性係数Ｅを用いて以下の式（４）のように表わされる。
σｍ＝Ｅ・εｍ                                （４）
先の仮定より、式（３）のσｒの方が式（４）のσｍより大きい必要があるので、ひずみ量測定手段５の設置位置の極座標ｒについて下記の関係式（５）が成り立つ。
2008140122.tif 000006
式（５）を用いることにより、高精度の測定が可能となるひずみ量測定手段５の設置位置範囲ｒを決定することができる。
しかし、式（５）の面圧Ｐは、鋼板と金型の接触面圧に相当し、この値を正確に求めることは困難である。ひずみ量測定手段５の設置位置範囲は金型の製作開始前に決定しなければならず、実測値を用いることは困難だからである。ＦＥＭ等で概算予測することも可能ではあるが、精度が十分でない等の問題がある。
そこで、正確に求めることが困難な面圧Ｐを考慮することなく、ひずみ量測定手段５の設置位置範囲ｒを決定するために、式（４）におけるσｍは接触面圧Ｐの１０％の値であると仮定した。すると、式（３）から下記のような関係式（６）を得ることができる。
ｒ＜１０ｒｄ                                  （６）
式（６）を用いると、正確に求めることが困難な面圧Ｐを考慮することなく、簡便にひずみ量測定手段５の設置位置範囲ｒを決定することが可能である。よって、本発明ではひずみ量測定手段５の適切な設置位置として、湾曲形状の曲率中心７から１０Ｒ以内とした。
図２６に、式（６）によって定められたひずみ量測定手段５の適切な設置領域を示す。適切な設置領域は、座標（ｒ，θ）＝（５ｒｄ，０）を中心とする半径５ｒｄの円弧内側の領域である。
本発明では、式（６）を用いてひずみ量測定手段５の適切な設置位置範囲を決定したが、ＦＥＭ解析結果、理論解析結果、過去の実測データ知見等より求めた面圧Ｐを用いて式（５）を計算し、式（６）で定めた設置範囲をさらに限定してもよい。しかし式（６）の設置範囲より大きくなることは許されない。
式（６）で定めた設置範囲のさらなる限定方法として、理論解析結果により求めた面圧Ｐを用いて式（５）を計算した場合の一例を以下に示す。
図２７は、プレス成形金型の形状寸法及び成形条件を概略的に示す。ダイ肩Ｒでの絞り込み応力σｄは、被加工材４の降伏応力Ｙ及び板厚ｔ、被加工材４とポンチ１又はダイ２との摩擦係数μ、しわ押さえ荷重Ｈ、ダイ２と被加工材４との接触領域の接触角度φ、ポンチ１の中心線から被加工材４の末端部までの距離ｒ０、並びにポンチ１の中心線から、ダイ２と被加工材４との接触領域の材料流出側端部の板厚中心までの距離ｒ２を用いて、以下の式（７）で表すことができる。
2008140122.tif 000007
また式（７）は、以下の式群（８−１）〜（８−３）のように変形できる。
σｄ＝ａ０Ｙ＋Ｃ                              （８−１）
2008140122.tif 000008
ここで例えばμ＝０．１５、φ＝π／２ｒａｄ、ｒ０＝１００ｍｍ、ｒ２＝９０ｍｍ、ｔ＝１．０ｍｍ、ｒｄ＝１０ｍｍ、Ｈ＝２００Ｎ／ｍｍの場合は、ａ０＝０．１８、Ｃ＝７５．９４ＭＰａとなる。
一方、図２８に示すように、ダイ肩Ｒに作用する面圧Ｐは、ダイ肩Ｒに作用する集中力Ｆ０等を用いて、以下の式（９）で表すことができる。
2008140122.tif 000009
ここでφ＝π／２ｒａｄ、ｔ＝１．０ｍｍという先の仮定を式（９）に代入すると、以下の式（１０）が得られる。
2008140122.tif 000010
式（１０）を式（５）に代入すると、ひずみ量測定手段５の適切な設置位置範囲ｒについて、以下の関係式（１１）が得られる。
2008140122.tif 000011
ここで弾性係数Ｅ＝２０６ＧＰａ、εｍ＝１０μεと仮定し、さらに式（８−１）〜（８−３）を代入して整理すると、式（１１）は以下の式（１２）となる。
ｒ＜０．０８Ｙ＋３３．１９                        （１２）
図２９は、式（６）で定めた設置範囲を、上記で算出した関係式（１２）でさらに限定している例を示す。被加工材４として降伏応力Ｙ＝８４０ＭＰａ（引張強度１５００ＭＰａ相当）を用いる場合は、関係式（６）及び（１２）のいずれを用いても、ひずみ量測定手段５の設置位置範囲は１０Ｒ以下となる。しかし、降伏応力Ｙ＝３４０ＭＰａ（引張強度６００ＭＰａ相当）を用いる場合は、式（１２）を用いた場合はひずみ量測定手段５の設置位置範囲は６Ｒ以下に限定可能となる。
図６は、ダイ２に設置されたひずみ量測定手段５周辺の拡大図を示す。ひずみ量測定手段５は、図５の場合と同様に、ひずみ量測定手段５のハッチングで示す設置領域６の内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置される。
なおひずみ量測定手段は、測定対象金型の湾曲形状の端部を通り金型内側方向に４５°をなす面よりも曲率中心側の領域に位置することが好ましい（後述する図３０及び図３２参照）。鋼板を介して金型が受けるひずみは、一般に湾曲形状部において大きくなるが、ひずみ起点より表面から４５°以上金型内側の領域内部に伝わりやすく、４５°より外側（表面側）の領域には伝わりにくい。そこで、湾曲形状の端部を通り金型内側方向に４５°をなす面よりも曲率中心側の領域にひずみ量測定手段を配置することにより、高感度で湾曲形状部のひずみを測定することができる。
またひずみ量測定手段は、測定対象金型の表面から５ｍｍ以上離れた領域に位置することが好ましい。金型表面から５ｍｍ以内の領域にひずみ量測定手段を配置すると、ひずみ量測定手段近傍の表面部分の強度が不足し、当該部分において金型が破損する可能性があるからである。
次に、本発明の第３の実施形態に係るプレス成形装置の断面図を図７と図８に示す。図７では、図１に記載のプレス成形装置に対して、しわ押さえ金型３が追加された構成となっており、シングルアクションの絞り成形を行うことが可能である。
また、図８では、図２に記載のプレス成形装置に対して、しわ押さえ金型３が追加された構成となっており、ダブルアクションの絞り成形を行うことが可能である。図７及び図８の構成においても、図４及び図５と同様に、所定の設置領域にひずみ量測定手段５を設置することにより、同様の効果を得ることができる。
次に、図９ａ及び９ｂは、上述のひずみ量測定手段５の具体的構成例を示す図である。ひずみ量測定手段５の設置方法の一例としては、図９ａの模式図に示すようにダイ２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９ｂに示すひずみセンサ８を入れ、プラグで軸力をかけて圧入する方法がある。この際、ひずみセンサ８として圧電素子センサを使用すると、周波数応答特性の高い好適な測定が可能となる。
図３０は、ひずみ量測定手段の好ましい設置領域について説明する図である。上述したように、ひずみセンサ等のひずみ量測定手段は材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりもプレス方向側に配置されるが、図３０に示すように、ダイ２のダイ肩２２にひずみ量測定手段としてひずみセンサ８を圧入する場合、ひずみセンサ８の測定点（先端）８１の位置と、ダイフェース面２１との間の矢印で示すプレス方向側の距離Ｄは、ひずみセンサ８のためにダイ２に切られたきり穴２５の半径以上であることが、ダイの強度上の観点から好ましい。従って例えば、ダイ肩Ｒが２ｍｍであってもきり穴の半径が４ｍｍであれば、距離Ｄは４ｍｍ以上とすることが好ましく、５ｍｍ以上がさらに好ましい。
なお図３０に示すように、ひずみセンサ８をプレス方向に垂直な方向に延びるように配置すると、プレス力の影響をあまり受けずに被加工材とダイとの間の摩擦力も検出することができ、有利である。
次に、ひずみ量測定手段の好ましい設置領域について説明する。プレス成形により生じるダイ２の弾性ひずみの分布は、ダイ肩Ｒが大きくなるに従って拡大することがわかっている。例えば強度６００ＭＰａの被加工材をしわ押さえ力３ＭＰａでプレス成形する場合、曲率中心７から概ね４Ｒの範囲が弾性変形領域となる。但し、弾性変形領域は被加工材の強度と概ね線形関係にあり、例えば図３１の実線グラフに示すように、一般的なプレス加工の上限とされる強度１５００ＭＰａの高強度の被加工材の場合、上述の弾性変形領域は概ね１０Ｒとなる。より具体的に言えば弾性変形領域の範囲は、被加工材の強度及びダイ肩Ｒの積に、適当な係数を乗じて得られる値である。
なお弾性変形領域はしわ押さえ荷重によっても変化し、例えばしわ押さえ荷重が２ＭＰａ又は５ＭＰａの場合には、図３１の点線グラフのように変化する。図３１からわかるように、しわ押さえ荷重の影響は被加工材の強度が低い方が大きく、高強度になる程小さくなる傾向がある。例えばしわ押さえ荷重が５ＭＰａの場合、被加工材の強度が６００ＭＰａであれば弾性変形領域は概ね曲率中心から７×Ｒ以内となるが、被加工材の強度が１５００ＭＰａであれば好適な弾性変形領域は殆ど変化しない。以上のことから、ひずみ量測定手段設置領域６の好ましい範囲は曲率中心から最大１０×Ｒ以内であり、被加工材の強度及びしわ押さえ荷重によって変化する。
さらに、図３０に示すように、ダイ２の弾性ひずみをより高感度に測定できる領域はダイ肩Ｒ止まり２３及び２４の各々における法線に対して湾曲部から離れる方向に４５度傾斜した面（図３０では線で図示）２３１及び２４１に挟まれた領域であることが見出されている。従って、図３０の例ではハッチングを付した領域が、最も好ましいひずみセンサの測定点の設置領域となる。
図３０は凸形状のダイ肩Ｒ止まりについて説明したが、図３２に示すように、凹形状のダイ又はポンチの湾曲部分についても同様の考え方が適用可能である。但し、凹形状の場合は曲率中心７′が測定対象物の外側に位置するので、好適なひずみ量測定手段の設置領域６′は、図３０の例と同様に強度６００ＭＰａの被加工材をしわ押さえ力３ＭＰａでプレス成形する場合、曲率中心７′からみて最大４Ｒまでの概ね半球形状で表された範囲となる。図３２の例では、ハッチングを付した領域が最も好ましいひずみセンサの測定点の設置領域となる。
また図３３に示すように、凹又は凸形状の曲率が相当に大きい（例えばＲ＝１００ｍｍ以上）場合は、両Ｒ止まり２３、２４間でのダイ又はポンチの弾性ひずみを１つのひずみセンサで測定することが難しい場合がある。そこでこのような場合は、複数（図示例では２つ）のひずみセンサ８を使用することが有効である。なおひずみセンサの個数は適宜選定可能であるが、図３３に示すように、各ひずみセンサの好適な検出範囲はその先端から±４５度の角度範囲内にあることが多く、例えばこの検出範囲に基づいて個数を決めることができる。
次に、本発明に係る、成形品の成形異常を判定可能なプレス成形方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、ひずみ量測定手段８によるひずみ量測定結果を示したグラフである。横軸は成形ストロークＳであり、被加工材４の成形が開始した時点でのプレス機スライド位置がＳ  ｓｔａｒｔ、成形下死点に達して被加工材４の成形が終了した時点でのプレス機スライド位置が、Ｓ  ｅｎｄである。また、縦軸はひずみ量を表している。ここでひずみ量は圧縮ひずみをプラスの値で表す。
図中の点線Ｇ１とＧ２が、それぞれひずみ量所定範囲の上限と下限を表している。ここでひずみ量所定範囲の上限と下限の決定方法について説明する。複数回のプレス成形を行い、そのうち成形品に異常がないプレス成形時のひずみ量を採取する。異常がないプレス成形時のひずみ量を１０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、成形異常を判定するための平均化ひずみ量とする。
また、前述した複数回のプレス成形において、成形品に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量を上回っているひずみ量を１０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、ひずみ量所定範囲の上限とする。
また、前述した複数回のプレス成形において、成形品に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量を下回っているひずみ量を１０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、ひずみ量所定範囲の下限とする。
図１０には、例として、ひずみ量測定結果（ｉ）、ひずみ量測定結果（ｉｉ）、ひずみ量測定結果（ｉｉｉ）の３つのひずみ量測定結果を図示してあるが、このうち、ひずみ量測定結果（ｉ）はひずみ量所定範囲の範囲内であるため、成形に問題なしと判定される。一方、ひずみ量測定結果（ｉｉ）はひずみ量所定範囲の上限を超過する部分があるため、成形異常と判定される。また、ひずみ量測定結果（ｉｉｉ）はひずみ量所定範囲の下限を下回る部分があるため、成形異常と判定される。以上のようにして、プレス成形品の成形異常を判定する。
特に、成形ストロークＳがＳ  ｅｎｄの５０％以上となる領域、すなわち成形後半において、ひずみ量測定結果がひずみ量所定範囲の下限を下回る部分がある場合（（ｉｉｉ）の場合）、プレス成形品に割れ、またはネッキングが発生していると判定する。
特に、成形ストロークＳがＳ  ｅｎｄの５０％以下となる領域、すなわち成形前半において、ひずみ量測定結果がひずみ量所定範囲の上限を上回る部分がある場合（（ｉｉ）の場合）、プレス成形品にスプリングバック、または流入量異常が発生していると判定する。
特に、成形ストロークＳがＳ  ｅｎｄの５０％以上となる領域、すなわち成形後半において、ひずみ量測定結果がひずみ量所定範囲の上限を上回る部分がある場合、プレス成形品にしわが発生していると判定する。
次に、本発明に係る、金型異常を判定可能なプレス成形方法について、図１１を用いて説明する。図１１は、図１０と同様にひずみ量測定結果を示したグラフである。図中の点線Ｇ３とＧ４が、それぞれひずみ量所定範囲の上限と下限を表している。
ここでひずみ量所定範囲の上限と下限の決定方法について説明する。上述の成形異常を判定可能なプレス成形方法と同様に、複数回のプレス成形を行い、そのうち金型に異常がないプレス成形時のひずみ量を採取する。異常がないプレス成形時のひずみ量を５０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、金型異常を判定するための平均化ひずみ量とする。
また、前述した複数回のプレス成形において、金型に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量を上回っているひずみ量を５０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、ひずみ量所定範囲の上限とする。
また、前述した複数回のプレス成形において、金型に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量を下回っているひずみ量を５０以上集めてそれらを平均化したひずみ量を、ひずみ量所定範囲の下限とする。
図１１には、例として、ひずみ量測定結果（ｉｖ）、ひずみ量測定結果（ｖ）、ひずみ量測定結果（ｖｉ）の３本のひずみ量測定結果が図示してあるが、このうち、ひずみ量測定結果（ｉｖ）はひずみ量所定範囲の範囲内であるため、金型に問題なしと判定される。一方、ひずみ量測定結果（ｖ）はひずみ量所定範囲の上限を超過する部分があるため、金型異常と判定される。また、ひずみ量測定結果（ｖｉ）はひずみ量所定範囲の下限を下回る部分があるため、金型異常と判定される。以上のようにして、プレス金型の異常を判定する。
特に、成形ストロークＳがＳ  ｅｎｄの５０％以下となる領域、すなわち成形前半において、ひずみ量測定結果がひずみ量所定範囲の上限を上回る部分がある場合、プレス金型にかじりが発生していると判定する。
なお図１０に示すように、成形異常によりひずみ量測定結果が上限を超える場合（グラフ（ｉｉ））は、Ｓ  ｓｔａｒｔから２番目以降の極大点において上限を超える傾向があり、一方図１１に示すように、金型異常によりひずみ量測定結果が上限を超える場合（グラフ（ｖ））は、Ｓ  ｓｔａｒｔから最初の極大点において上限を超える傾向がある。従ってこれにより、成形異常と金型異常とを判別することができる。
【実施例１】
【０００６】
上述の発明を基に、本発明例１として図３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に被加工材として用いた鋼板の特性を示す。板厚１．８ｍｍ、引張強度５９０ＭＰａ級の鋼板を使用した。
【表１】
2008140122.tif 000012
試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状を図１２に示す。本部材は図１２断面図Ａ−Ａに示すようなハット状断面を有する部材であり、縦壁部に屈曲部を設けることで縦壁部に張力を付与し、縦壁部の形状不良が低減されるように設計されている。
本成形では、測定対象金型としてポンチとダイの両方を選定し、図１３に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に１つ、ダイ２に１つ、計２つ設置した。
２つのひずみ量測定手段５はいずれも、ポンチ１とダイ２が成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりも、矢印で示すプレス方向側に位置するように設置した。
ただし、ポンチ１がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ５は５ｍｍであり、ひずみ量測定手段５は当該湾曲凸形状の曲率中心７からプレス方向に−６０ｍｍ離れた金型の内部に設置されている。つまり、曲率中心７から１０×Ｒ以内の領域の外側にひずみ量測定手段５は配置されている。
また、ダイ２がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ３は３ｍｍであり、ひずみ量測定手段５は当該湾曲凸形状の曲率中心７からプレス方向に＋４０ｍｍ離れた金型の内部に設置されている。つまり、曲率中心７から１０×Ｒ以内の領域の外側にひずみ量測定手段５は配置されている。
ひずみ量測定手段５は、図９ａに示したような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ねじを切り、きり穴の底に図９ｂに示したようなひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。
ひずみセンサ８としては、圧電素子センサを用いた。また、その圧電素子センサが測定する圧縮・引張ひずみの方向は、プレス方向と同一とした。
上述したように設置したひずみ量測定手段５によって測定されたひずみ量は、図１４に示すグラフにプロットされるようになった。そして、図１４に既に示されている、金型異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ５及び下限Ｇ６に挟まれる範囲）、または、成形異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ７及び下限Ｇ８に挟まれる範囲）に収まっているか否かによって、金型異常や成形異常を判定した。
本成形部材では、被加工材４の成形が開始した時点でのストロークは０ｍｍ、成形が完了下時点でのストロークは１０５ｍｍである。また、図示されている成形異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ９は、まず１００回のプレス成形を行い、成形品に異常がないことを確認した７５回のプレス成形において、ひずみ量測定手段８により得られたひずみ量を平均することで得たものである。
また、前述した１００回のプレス成形において、成形品に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量を上回っているひずみ量のデータが１１得られたので、それらを平均化したひずみ量をひずみ量所定範囲の上限Ｇ７とした。ひずみ量所定範囲の上限は、平均化ひずみ量Ｇ９に対して全ストローク範囲で１００μεを加算したものとほぼ等しい結果となった。
また、前述した１００回のプレス成形において、成形品に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量Ｇ９を下回っているひずみ量のデータが１４得られたので、それらを平均化したひずみ量をひずみ量所定範囲の下限Ｇ８とした。ひずみ量所定範囲の下限Ｇ８は、平均化ひずみ量Ｇ９に対して全ストローク範囲で８０μεを減算したものとほぼ等しい結果となった。
また、同じく図示されている金型異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ１０は、１０００回のプレス成形を行い、金型に異常がないことを確認した８９５回のプレス成形において、ひずみ量測定手段８により得られたひずみ量を平均することで得たものである。
また、前述した１０００回のプレス成形において、金型に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量Ｇ１０を上回っているひずみ量のデータが５２得られたので、それらを平均化したひずみ量をひずみ量所定範囲の上限Ｇ５とした。ひずみ量所定範囲の上限Ｇ５は、平均化ひずみ量Ｇ１０に対して全ストローク範囲で２５０μεを加算したものとほぼ等しい結果となった。
また、前述した１０００回のプレス成形において、金型品に異常があるプレス成形時のひずみ量を採取し、そのうち平均化ひずみ量Ｇ１０を下回っているひずみ量のデータが５３得られたので、それらを平均化したひずみ量をひずみ量所定範囲の下限Ｇ６とした。ひずみ量所定範囲の下限Ｇ６は、平均化ひずみ量Ｇ１０に対して全ストローク範囲で２００μεを減算したものとほぼ等しい結果となった。
表２から表５に、本発明例１として試作したプレス成形装置を用いたプレス成形試験結果を示す。
【表２】
2008140122.tif 000013
表２には、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率６．２３％のうち、異常判定率６．２０％の異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．２６％、異常見逃し率は０．０４％であった。
【表３】
2008140122.tif 000014
表３にも、上述と同様に、割れやしわなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率５．６５％のうち、異常判定率５．５４％の異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．９２％、異常見逃し率は０．１１％であった。
【表４】
2008140122.tif 000015
表４には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率２８．９ｐｐｍのうち、異常判定率２４．３ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は５．３ｐｐｍ、異常見逃し率は４．６ｐｐｍであった。
【表５】
2008140122.tif 000016
表５には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率３２．８ｐｐｍのうち、異常判定率２７．６ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は８．５ｐｐｍ、異常見逃し率は５．３ｐｐｍであった。
以上の結果より、本発明実施によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定が達成されたものと考えられる。
【実施例２】
【０００７】
上述の発明を基に、本発明例２として図４又は図５に示すプレス成形装置を試作し、プレス成形を行った。
被加工材として用いた鋼板の特性は表１に示した通りである。また、試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状は図１２に示した通りである。
本成形では、測定対象金型としてポンチとダイの両方を選定し、図１５に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に１つ、ダイ２に１つ、計２つ設置した。２つのひずみ量測定手段５はいずれも、ポンチとダイが成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりも、矢印で示すプレス方向側に位置するように設置した。
さらに、ひずみ量測定手段５は、ポンチ１がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ５が５ｍｍであるので、湾曲凸形状の曲率中心７から半径５０ｍｍ以内の領域内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置した。また、ダイ２の表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ３が３ｍｍであるので、湾曲凸形状の曲率中心７から半径３０ｍｍ以内の領域内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置した。
ひずみ量測定手段５は、図９ａに示したような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ねじを切り、きり穴の底に図９ｂに示したようなひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。
ひずみセンサ８としては、圧電素子センサを用いた。また、その圧電素子センサが測定する圧縮・引張ひずみの方向は、プレス方向と同一とした。
上述したように設置したひずみ量測定手段５によって測定されたひずみ量は、図１６に示すグラフにプロットされるようになっている。そして、図１６に既に示されている、金型異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ１１及び下限Ｇ１２に挟まれる範囲）、または、成形異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ１３及び下限Ｇ１４に挟まれる範囲）に収まっているか否かによって、金型異常や成形異常を判定した。
図１６に示されている、成形異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ１５とそのひずみ量所定範囲、または、金型異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ１６とそのひずみ量所定範囲の決定方法は、実施例１と同一の方法で行った。
表６から表９に、本発明例２として試作したプレス成形装置を用いたプレス成形試験結果を示す。
【表６】
2008140122.tif 000017
表６には、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率６．２３％のうち、異常判定率６．２３％と、製品異常をすべて判定することができた。また、異常過検知率は０．０３％、異常見逃し率は０．００％であり、本発明例１よりも良好な結果を得られた。
【表７】
2008140122.tif 000018
表７にも、上述と同様に、割れやしわなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率５．６５％のうち、異常判定率５．６５％と、製品異常をすべて判定することができた。また、異常過検知率は０．０４％、異常見逃し率は０．００％であり、本発明例１よりも良好な結果が得られた。
【表８】
2008140122.tif 000019
表８には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率２８．９ｐｐｍのうち、異常判定率２８．９ｐｐｍと、金型異常をすべて判定することができた。また、異常過検知率は０．０ｐｐｍ、異常見逃し率は０．０ｐｐｍであり、本発明例１よりも良好な結果が得られた。
【表９】
2008140122.tif 000020
表９には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率３２．８ｐｐｍのうち、異常判定率３２．８ｐｐｍと、金型異常をすべて判定することができた。また、異常過検知率は０．０ｐｐｍ、異常見逃し率は０．０ｐｐｍであり、発明例１よりも良好な結果が得られた。
以上の結果より、本発明によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定が高精度に達成されたものと考えられる。すなわち、湾曲凸形状の曲率中心７から１０×Ｒ以内の領域にひずみ量測定手段５を配置することにより、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定精度を発明例１よりも向上させることができる。
【実施例３】
【０００８】
上述の発明を基に、本発明例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。表１０に被加工材として用いた鋼板の特性を示す。板厚０．８ｍｍ、引張強度２７０ＭＰａ級の鋼板を使用した。
【表１０】
2008140122.tif 000021
試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状を図１７に示す。本部材は図１７断面図Ａ−Ａに示すような、ダイ縦壁部とポンチ底部にそれぞれＲ３、Ｒ５の特徴形状を有する。
本成形では、測定対象金型としてポンチとダイの両方を選定し、図１８に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に１つ、ダイ２に１つ、計２つ設置した。
２つのひずみ量測定手段５はいずれも、ポンチとダイが成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりも、矢印で示すプレス方向側に位置するように設置した。
ただし、ポンチ１がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ５は５ｍｍであり、ひずみ量測定手段５は当該湾曲凸形状の曲率中心７からプレス方向に−６０ｍｍ離れた金型の内部に設置されている。つまり、曲率中心７から１０×Ｒ以内の領域の外側にひずみ量測定手段５は配置されている。
また、ダイ２がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ３は３ｍｍであり、ひずみ量測定手段５は当該湾曲凸形状の曲率中心７からプレス方向に＋４０ｍｍ離れた金型の内部に設置されている。つまり、曲率中心７からプレス方向に１０×Ｒ以内の領域の外側にひずみ量測定手段５は配置されている。
ひずみ量測定手段５は、図９ａに示したような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ねじを切り、きり穴の底に図９ｂに示したようなひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。
ひずみセンサ８としては、圧電素子センサを用いた。また、その圧電素子センサが測定する圧縮・引張ひずみの方向は、プレス方向と同一とした。
上述したように設置したひずみ量測定手段５によって測定されたひずみ量は、図１９に示すグラフにプロットされるようになっている。そして、図１９に既に示されている、金型異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ１７及び下限Ｇ１８に挟まれる範囲）、または、成形異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ１９及び下限Ｇ２０に挟まれる範囲）に収まっているか否かによって、金型異常や成形異常を判定した。
図１９に示されている、成形異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ２１とそのひずみ量所定範囲、または、金型異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ２２とそのひずみ量所定範囲の決定方法は実施例１と同一の方法で行った。
表１１から表１４に、本発明例３として試作したプレス成形装置を用いたプレス成形試験結果を示す。
【表１１】
2008140122.tif 000022
表１１には、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率５．２３％のうち、異常判定率５．１８％の異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．３９％、異常見逃し率は０．０４％であった。
【表１２】
2008140122.tif 000023
表１２にも、上述と同様に、割れやしわなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率４．７５％のうち、異常判定率４．７１％の異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．４４％、異常見逃し率は０．０４％であった。
【表１３】
2008140122.tif 000024
表１３には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率１６．１ｐｐｍのうち、異常判定率１３．３ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は１０．９ｐｐｍ、異常見逃し率は２．８ｐｐｍであった。
【表１４】
2008140122.tif 000025
表１４には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率３７．９ｐｐｍのうち、異常判定率３２．７ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は１２．３ｐｐｍ、異常見逃し率は５．２ｐｐｍであった。
以上の結果より、本発明実施によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定が達成されたものと考えられる。
【実施例４】
【０００９】
上述の発明を基に、本発明例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。被加工材として用いた鋼板の特性は表１０に示したとおりである。また、試作したプレス成形装置を用いて成形した部材形状は図１７に示したとおりである。
本成形では、測定対象金型としてポンチとダイの両方を選定し、図２０に示すようにひずみ量測定手段５をポンチ１に１つ、ダイ２に１つ、計２つ設置した。２つのひずみ量測定手段５はいずれも、ポンチとダイが成形下死点位置にあるときに、材料流出側のダイ肩Ｒ止まりよりも、矢印で示すプレス方向側に位置するように設置した。
さらに、ひずみ量測定手段５は、ポンチ１がその表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ５が５ｍｍであるので、湾曲凸形状の曲率中心７から半径５０ｍｍ以内の領域内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置した。
また、ダイ２の表面に有する湾曲凸形状の曲率半径Ｒ３が３ｍｍであるので、湾曲凸形状の曲率中心７から半径３０ｍｍ以内の領域内部で、かつ、金型内部である領域に、図示するように設置した。
ひずみ量測定手段５は、図９ａに示したような、金型に貫通しないきり穴をあけて雌ねじを切り、きり穴の底に図９ｂに示したようなひずみセンサ８を入れて、プラグで軸力をかけて圧入する方法を用いた。
ひずみセンサ８としては、圧電素子センサを用いた。また、その圧電素子センサが測定する圧縮・引張ひずみの方向は、プレス方向と同一とした。
上述したように設置したひずみ量測定手段５によって測定されたひずみ量は、図２１に示すグラフにプロットされるようになっている。そして、図２１に既に示されている、金型異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ２３及び下限Ｇ２４に挟まれる範囲）、または、成形異常を判定するためのひずみ量所定範囲（上限Ｇ２５及び下限Ｇ２６に挟まれる範囲）に収まっているか否かによって、金型異常や成形異常を判定した。
図２１に示されている、成形異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ２７とそのひずみ量所定範囲、または、金型異常を判定するための平均化ひずみ量Ｇ２８とそのひずみ量所定範囲の決定方法は実施例１と同一の方法で行った。
表１５から表１８に、本発明例３として試作したプレス成形装置を用いたプレス成形試験結果を示す。
【表１５】
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表１５には、割れやスプリングバックなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率５．２３％のうち、異常判定率５．２３％と、すべての異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．０４％、異常見逃し率は０．００％であり、実施例３よりも良好な結果が得られた。
【表１６】
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表１６にも、上述と同様に、割れやしわなどの製品異常を検出するために行った製品検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率４．７５％のうち、異常判定率４．７５％と、すべての異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．０６％、異常見逃し率は０．００％であり、実施例３よりも良好な結果が得られた。
【表１７】
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表１７には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ダイ２に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率１６．１ｐｐｍのうち、異常判定率１６．１ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．５ｐｐｍ、異常見逃し率は０．０ｐｐｍであり、実施例３よりも良好な結果が得られた。
【表１８】
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表１８には、金型われやカジリなどの金型異常を検出するために行った金型検査結果と、ポンチ１に設置したひずみ量測定手段５により得られたひずみ量による製品異常判定結果を示している。ひずみ量測定手段５によって、異常率３７．９ｐｐｍのうち、異常判定率３７．９ｐｐｍの異常を判定することができた。また、異常過検知率は０．０ｐｐｍ、異常見逃し率は０．０ｐｐｍであり、実施例３よりも良好な結果が得られた。
以上の結果より、本発明実施によって、製品異常の判定、もしくは金型異常の高精度な判定が達成されたものと考えられる。すなわち、湾曲凸形状の曲率中心７から１０×Ｒ以内の領域にひずみ量測定手段５を配置することにより、製品異常の判定、もしくは金型異常の判定精度を実施例３よりも向上させることができる。
説明のために選定された特定の実施形態を参照して本発明が説明されたが、当業者には本発明の基本的概念及び範囲から逸脱することなく多数の変更が可能であることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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