(57)【要約】      （修正有）【課題】設備コストを抑え、インラインにて容易に金型の割れを検出することのできる割れ検出装置を提供する。【解決手段】割れ検出装置１は、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面に固着され、クラッドの表面に複数の切欠き３６を有し、ダイス２８の下側押さえ部３３に割れが生じたとき、切欠き３６からコアまで達する亀裂が生じる光ファイバ２と、光ファイバ２の一端へ光を導入する光源３と、光ファイバ２の他端に伝播した光を検出する受光素子４と、受光素子４にて検出した光量に基づいて、ダイス２８の下側押さえ部３３の割れを検出する検出部５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
打抜き加工用の金型の割れを検出する割れ検出装置であって、
前記金型の表面に固着され、クラッドの表面に複数の切欠きを有し、前記金型に割れが生じたとき、前記切欠きからコアまで達する亀裂が生じる光ファイバと、
該光ファイバの一端へ光を導入する光源と、
前記光ファイバの他端へ伝播した光を検出する受光素子と、
該受光素子にて検出した光量に基づいて、前記金型の割れを検出する検出部と、
を備えることを特徴とする割れ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打抜き加工用の金型に生じる割れを検出するための割れ検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車は環境問題等から低燃費化が強く望まれており、これを達成すべくその変速機には燃費向上に有利なベルト式の無段変速機、いわゆるＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）が多用されている。ＣＶＴは、一対のプーリと、これらに架け渡された金属ベルトとから構成される。金属ベルトは、薄い板厚であるリング状のベルトにＣＶＴエレメントと呼ばれる摩擦部材（図３参照）を多数装着することによって構成される。
【０００３】
ところで、上述した金属ベルトの製造工程において、ＣＶＴエレメントの打抜き工程に要するコストの割合が非常に大きく、そのコストのうち金型（ダイス）費が大半を占めている。そして、金型費を削減するために、金型を寿命限界まで使用することが望まれており、インラインにて金型の割れを検出する必要があった。
【０００４】
そこで、光ファイバを金型の表面に固着して、光ファイバの光伝播距離に対応した歪を高い分解能にて計測できる分布計測装置（特許文献１参照）を採用して、金型の応力分布を検出することにより、金型の状態を監視することは可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発明に係る分布型歪計測装置の採用は、設備コストが非常に高く、製品のコスト増に繋がるため、望ましくない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、設備コストを抑え、インラインにて容易に金型の割れを検出することのできる割れ検出装置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】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の割れ検出装置に係る発明は、打抜き加工用の金型の割れを検出する割れ検出装置であって、前記金型の表面に固着され、クラッドの表面に複数の切欠きを有し、前記金型に割れが生じたとき、前記切欠きからコアまで達する亀裂が生じる光ファイバと、該光ファイバの一端へ光を導入する光源と、前記光ファイバの他端へ伝播した光を検出する受光素子と、該受光素子にて検出した光量に基づいて、前記金型の割れを検出する検出部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、請求項１に記載した割れ検出装置にて、割れを検出する金型は、具体的には、ＣＶＴエレメントを打抜き加工するためのダイスである。このダイスには、ＣＶＴエレメントの輪郭形状に対応する打抜き孔が形成されており、打抜き孔周りの壁部の側面に光ファイバを周方向全域に亘って固着して、この打抜き孔周りの壁部の割れを検出することが可能となる。
【００１０】
また、請求項１の発明では割れ検出装置を提案したが割れ検出方法を提案することもできる。すなわち、金型の表面に、クラッドの表面に複数の切欠きを有し、金型に割れが生じたとき、切欠きからコアまで達する亀裂が生じる光ファイバを固着する固着ステップと、前記光ファイバの一端から光を導入すると共に、前記光ファイバの他端へ伝播した光を検出する光検出ステップと、該光検出ステップで検出した光量に基づいて、金型の割れを検出する割れ検出ステップと、を含む、割れ検出方法を提案することもできる。
この割れ検出方法を採用することにより、割れ箇所を予測して目視する等、作業者の経験則に依存することなく、インラインにて容易に金型の割れを検出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係る割れ検出装置では、光ファイバのクラッドの表面に複数の切欠きを設けることにより、光ファイバを、金型に割れが生じたとき、金型に付与される荷重（金型に生じる歪）により、切欠きからコアまで達する亀裂が生じる程度の強度を有するように構成する。そして、この光ファイバを金型の表面に固着して、光源によって光ファイバの一端から光を導入すると共に、受光素子によって光ファイバの他端に伝播した光を検出して、検出部によって受光素子にて検出した光量に基づいて、金型の割れを検出することができる。つまり、光ファイバにコアまで達する亀裂が生じると、光伝播効率が著しく低下するので、検出部によって、受光素子にて検出した光量を監視することにより、金型の割れを容易に検出することができる。このようにシンプルな構成を採用することができるので、設備コストを抑制することができ、しかもインラインにて金型の割れを容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る割れ検出装置の模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の割れ検出装置に採用される光ファイバの平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図３】図３は、本割れ検出装置が採用される金型によって打抜き加工されるＣＶＴエレメントの斜視図である。
【図４】図４は、本割れ検出装置が採用される金型で上金型の構成であるパンチの斜視図である。
【図５】図５は、本割れ検出装置が採用される金型で下金型の構成であるダイスの斜視図である。
【図６】図６は、ＣＶＴエレメントを板状素材から打ち抜く手順を段階的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る割れ検出装置１は、図１及び図２に示すように、板状素材５０（図６参照）からＣＶＴエレメント１０（図３参照）を打抜き加工する際に使用する金型２０で、特に、壁厚が薄く割れの発生が懸念されるダイス２８の下側押さえ部３３（打抜き孔２９周りの壁部３３ａ）の縦方向に延びる割れを検出するためのものである。
【００１４】
すなわち、本割れ検出装置１は、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面に固着され、クラッド３５の表面に複数の切欠き３６を有し、ダイス２８の下側押さえ部３３の打抜き孔２９周りの壁部３３ａに割れが生じたとき、切欠き３６からコア３４まで達する亀裂が生じる光ファイバ２と、該光ファイバ２の一端へ光を導入する光源３と、光ファイバ２の他端に伝播した光を検出する受光素子４と、該受光素子４にて検出した光量に基づいて、下側押さえ部３３の壁部３３ａの割れを検出する検出部５と、を備えている。
【００１５】
ＣＶＴエレメント１０は、図３に示すように、略三角形状の頭部１１と、略台形状の胴部１２と、頭部１１の底辺の中央部分と胴部１２の上辺の中央部分とを繋ぐ首部１３とを有する板状部材である。頭部１１には突出部１４が形成される。また、頭部１１と胴部１２との間に凹部１５、１５がそれぞれ形成され、該各凹部１５、１５にリング状のベルト（図示略）がそれぞれ挿入されて組付けられる。
【００１６】
図６に示すように、金型２０は打抜き加工用であって、上金型２１と下金型２２とを備えている。上金型２１は、板押さえ２５内にパンチ２６が組み込まれて構成される。下金型２２は、ダイス２８の打抜き孔２９内にエジェクタ３０が組み込まれて構成される。
パンチ２６は、上金型２１の板押さえ２５内からダイス２８の打抜き孔２９内に至る範囲で進退自在に構成される。図３及び図４も参照して、パンチ２６は、ＣＶＴエレメント１０の輪郭形状に対応する外形形状を有し、その輪郭部分の角にパンチ刃２６ａが形成されている。なお、パンチ２６には、ＣＶＴエレメント１０の突出部１４を形成するピン（図示省略）を挿入するためのピン孔２６ｂが形成されている。
また、図６に示すように、上金型２１の板押さえ２５の、下金型２２と対向する面でパンチ２６の周辺部には、下金型２２に向かって突出される上側押さえ部３２が設けられる。上側押さえ部３２は、その平面視形状が略五角形に形成される。
【００１７】
図５及び図６に示すように、下金型２２のダイス２８の打抜き孔２９は、パンチ２６が進退移動すべくそのパンチ２６の輪郭形状に対応する形状（ＣＶＴエレメント１０の輪郭形状に対応する形状）に形成される。ダイス２８の、上金型２１と対向する面で該上側押さえ部３２と対応する位置（打抜き孔２９の周りの位置）に、上金型２１に向かって突出される下側押さえ部３３が設けられる。下側押さえ部３３は、その平面視外形形状が、上側押さえ部３２の外形形状と同一形状で略五角形に形成される。
【００１８】
図１及び図５に示すように、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面でその周方向全域に、１本の光ファイバ２が接着剤により固着されている。光ファイバ２は、下側押さえ部３３の側面に、その突出方向略中間位置に固着される。なお、打抜き加工時には、ダイス２８の下側押さえ部３３の打抜き孔２９の内壁面で、その壁部３３ａの厚みが薄い箇所に応力集中することが成形シミュレーションによる応力解析等で解っており、その箇所に縦方向に延びる割れが発生する可能性が大きい。そのために、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面で、予測される割れの方向（縦方向）と交差するように、光ファイバ２を周方向全域に固着している。また、光ファイバ２を固着するために使用する接着剤は、一般的な歪ゲージを被測定物に固着する接着剤と略同等のものである。
【００１９】
本実施形態では、１本の光ファイバ２を、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面に固着しているが、光ファイバ２を、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面でその突出方向に沿って間隔を置いて複数固着してもよい。図２に示すように、光ファイバ２は、石英ガラスで形成され、その径方向中央部に位置するコア３４と、該コア３４を覆うように配置されるクラッド３５とからなる２重構造で構成される。コア３４は、クラッド３５と比較して屈折率が高く設計されており、コア３４に導入された光は、屈折率の異なるコア３４とクラッド３５との境界での全反射によりコア３４内に閉じ込められた状態でコア３４内を伝播する。
【００２０】
本実施形態では、光ファイバ２の外径は０．１２５ｍｍに設定される。該光ファイバ２は、マルチモードファイバやシングルモードファイバ等が採用される。図２に示すように、光ファイバ２の表面、詳しくはクラッド３５の表面に切欠き３６が全周に亘って形成される。該切欠き３６はクラック（裂け目）相当である。該切欠き３６は軸方向に沿って間隔を置いて複数形成される。本実施形態では、各切欠き３６は軸方向に沿って略１ｍｍピッチで形成される。各切欠き３６はクラッド３５の範囲内（コア３４には未到達）となる深さで形成される。切欠き３６は、例えば、刃物（図示略）を光ファイバ２の表面に所定深さで切り込み、光ファイバ２を一回転させることで形成することができ、この手順で光ファイバ２の軸方向に沿って所定のピッチで複数の切欠き３６が形成される。なお、刃物を所定のピッチで複数並べて配置して、光ファイバ２をその表面に各刃物が所定深さ切り込むように配置して、光ファイバ２を一回転させることで、各切欠き３６を形成してもよい。
【００２１】
そして、切欠き３６の数量、各切欠き３６の軸方向のピッチ及び各切欠き３６の深さを適宜決定して、光ファイバ２の引張強度を適宜設定する。該引張強度は、次のように設定される。すなわち、打抜き加工時には、ダイス２８の下側押さえ部３３の打抜き孔２９の内壁面で壁部３３ａの厚みが薄い箇所に、例えば１．０ＧＰａの大きさで応力集中する（成形シミュレーションによる応力解析等により取得）ことが解っている。そして、打抜き加工時、ダイス２８の下側押さえ部３３の壁部３３ａに割れが生じたとき、割れ箇所を通じて直接光ファイバ２に付与される荷重（例えば１．０ＧＰａで応力集中）、言い換えれば下側押さえ部３３の、割れ箇所を介して対向する壁部が互いに離間する方向へ変位することによって、光ファイバ２に切欠き３６からコア３４まで達する亀裂が生じるように、光ファイバ２の引張強度を設定しておく。例えば、ダイス２８の下側押さえ部３３の応力集中箇所の応力の大きさが１．０ＧＰａであれば、光ファイバ２の引張荷重を、例えば０．７〜１．０ＧＰａの範囲で設定する。
【００２２】
要するに、成形シミュレーションによる応力解析等を使用して、金型２０、特にダイス２８の下側押さえ部２８の、応力集中する箇所の応力値を予め取得して、該応力値より若干低い引張強度を有する光ファイバ２を形成するようにする。
【００２３】
図１に示すように、光ファイバ２の一端には、光源３が接続される。該光源３は白色光や単波長レーザ等を供給するものである。光ファイバ２の他端には、光ファイバ２のコア３４内を伝播した光を受け、その光を検出する受光素子４が接続される。該受光素子４はフォトダイオード等で構成される。該受光素子４には、検出部５が電気的に接続される。該検出部５は、受光素子４で検出された光量を常時モニタして、該光量が閾値（一定値）よりも低下した場合に、ダイス２８の下側押さえ部３３の壁部３３ａに割れが発生したと判断して、アラームを発したり、設備停止信号を発信するものである。
【００２４】
次に、上述した金型２０を用いて、ＣＶＴエレメント１０を板状素材５０から打ち抜く手順を簡単に説明する。
図６（ａ）に示すように、上金型２１と下金型２２との間に間隔を設けて、下金型２２のダイス２８の下側押さえ部３３上に板状素材５０をセットする。この時、光ファイバ２は、ダイス２８の下側押さえ部３３の側面に固着されているので、板状素材５０が光ファイバ２と干渉することはない。次に、図６（ｂ）に示すように、上金型２１を下側へ移動させて、上金型２１の板押さえ２５の上側押さえ部３２と、下金型２２のダイス２８の下側押さえ部３３とによって、板状素材５０を挟持する。続いて、図６（ｃ）に示すように、上金型２１のパンチ２６を下金型２２のダイス２８の打抜き孔２９内へ移動させて、板状素材５０を打抜き、ＣＶＴエレメント１０を製造する。
【００２５】
次に、本発明の実施形態に係る割れ検出装置１を使用して、ダイス２８の下側押さえ部３３の割れを検出する方法を説明する。ダイス２８の下側押さえ部３３（壁部３３ａ）の割れの検出は、打抜き加工時連続して行われている。
打抜き加工時、常時、光源３により光ファイバ２の一端から光を導入すると共に、受光素子４により光ファイバ２の他端へ伝播した光を検出している。そして、下側押さえ部３３の壁部３３ａに縦方向に延びる割れが生じると、割れ箇所に付与される荷重が、該割れ箇所を通じて直接光ファイバ２に作用して、その切欠き３６からコア３４まで亀裂が入る。その結果、光ファイバ２のコア３４内の光が亀裂から外部に漏れて、受光素子４により検出される光量が著しく低下する。そして、検出部５において、この光量が閾値（一定値）よりも低下したことを検出すると、下側押さえ部３３の壁部３３ａに割れが生じた、と判断して、アラームを発したり、設備停止信号が発信される。その後、打抜き加工を停止して、割れが生じた原因を調査すると共にダイス２８を交換する。
【００２６】
以上説明した本発明の実施形態に係る割れ検出装置１では、光ファイバ２をダイス２８の下側押さえ部３３の側面の周方向全域に固着して、光源３により光ファイバ２の一端から光を導入すると共に、受光素子４により光ファイバ２の他端へ伝播した光を検出して、検出部５によって、受光素子４にて検出した光量に基づき、ダイス２８の下側押さえ部３３（壁部３３ａ）の割れを検出することができる。
このように、本発明の実施形態に係る割れ検出装置１では、光ファイバ２の切欠き３６からコア３４への亀裂による光量変化を検出することで、ダイス２８の下側押さえ部３３の割れを検出する、というシンプルな原理を採用し、しかも、検出部５における閾値（光量値）の設定も容易であるので、設備コストを抑制することができ、そのうえで、ダイス２８の下側押さえ部３３の割れをインラインで容易に検出することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の実施形態に係る割れ検出装置１では、光ファイバ２（クラッド３５）の表面に複数の切欠き３６を設けることで、光ファイバ２の引張強度を適宜値に設定できるので、割れ検出感度を向上させることができ、金型２０に発生するような微小な割れを検出することが可能になる。また、本発明の実施形態に係る割れ検出装置１では、下側押さえ部３３の側面の周方向全域に、光ファイバ２が固着されているので、下側押さえ部３３の周方向のいずれかの位置に割れが生じたとしても、その割れを検出することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  割れ検出装置，２  光ファイバ，３  光源，４  受光素子，５  検出部，２０  金型，２２  下金型，２８  ダイス，３３  下側押さえ部，３３ａ  壁部，３４  コア，３５  クラッド，３６  切欠き
【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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