(57)【要約】【課題】  成形品の良品率を向上するための技術を提供する。【解決手段】  第１判定手段９０は、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで第１計算手段７２で計算された歪の和及び／又は歪の差を入力し、その値が軟化判定範囲にあるか否かを判定する。軟化判定範囲にあると判定されると、軟化判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力される。第２判定手段９４は、成形サイクル中に第２計算手段７８が計算した歪の和を入力し、その値が充填進行判定範囲にあると判定した後に入力された歪の和が、充填完了判定範囲にあるのか否かを判断する。第３判定手段１００は、成形サイクル中に第３計算手段８４が計算した歪の差を入力し、その値が充填進行判定範囲にあると判定した後に入力された歪の和が、充填完了判定範囲にあるのか否かを判断する。充填完了判定範囲にあると判定されると、充填完了判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部に設けられた薄肉の第１薄肉部分と、
前記第１薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第１梁部対と、
前記第１梁部対の間に伸びている第１連結部と、
前記第１連結部に生じる歪を前記第１梁部対の一方側で測定する第１歪センサと、
前記第１連結部に生じる歪を前記第１梁部対の他方側で測定する第２歪センサと、
前記第１歪センサと前記第２歪センサによって測定された歪の和を計算する第１歪和計算手段と、
前記第１歪センサと前記第２歪センサによって測定された歪の差を計算する第１歪差計算手段と、
前記第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は前記第１歪差計算手段が計算した歪の差に関する前記成形型の軟化判定範囲を記憶しており、前記成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで前記第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は前記第１歪差計算手段が計算した歪の差を入力し、入力した歪の和及び／又は歪の差が記憶している軟化判定範囲にあるのか否かを判定する第１判定手段と、
を備えるセンシング装置。
【請求項２】
前記成形面のうちの成形時に前記素材が略垂直に流動する部分に設けられた薄肉の第２薄肉部分と、
前記第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、
前記第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、
前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部対の一方側で測定する第３歪センサと、
前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサと、
前記第３歪センサと前記第４歪センサによって測定された歪の和を計算する第２歪和計算手段と、
前記第２歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲と充填完了判定範囲を記憶しており、前記成形型による成形サイクル中に前記第２歪和計算手段が計算した歪の和を経時的に入力し、入力した歪の和が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定手段をさらに備え、
前記充填進行判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、
前記充填完了判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示す、
ことを特徴とする請求項１に記載のセンシング装置。
【請求項３】
前記成形面のうちの成形時に前記素材が略平行に流動する部分に設けられた薄肉の第３薄肉部分と、
前記第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、
前記第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、
前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、
前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサと、
前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の和を計算する第３歪和計算手段と、
前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の差を計算する第３歪差計算手段と、
前記第３歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填完了判定範囲及び前記第３歪差計算手段が計算した歪の差に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲を記憶しており、前記成形型による成形サイクル中に前記第３歪和計算手段が計算した歪の和及び前記第３歪差計算手段が計算した歪の差を経時的に入力し、入力した歪の差が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が記憶している充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のセンシング装置。
【請求項４】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に前記素材が略垂直に流動する部分に設けられた薄肉の第２薄肉部分と、
前記第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、
前記第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、
前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部対の一方側で測定する第３歪センサと、
前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサと、
前記第３歪センサと前記第４歪センサによって測定された歪の和を計算する第２歪和計算手段と、
前記第２歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲と充填完了判定範囲を記憶しており、前記成形型による成形サイクル中に前記第２歪和計算手段が計算した歪の和を経時的に入力し、入力した歪の和が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定手段を備え、
前記充填進行判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、
前記充填完了判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示す、
ことを特徴とするセンシング装置。
【請求項５】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に前記素材が略平行に流動する部分に設けられた薄肉の第３薄肉部分と、
前記第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、
前記第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、
前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、
前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサと、
前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の和を計算する第３歪和計算手段と、
前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の差を計算する第３歪差計算手段と、
前記第３歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填完了判定範囲及び前記第３歪差計算手段が計算した歪の差に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲を記憶しており、前記成形型による成形サイクル中に前記第３歪和計算手段が計算した歪の和及び前記第３歪差計算手段が計算した歪の差を経時的に入力し、入力した歪の差が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が記憶している充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定手段と、
を備えるセンシング装置。
【請求項６】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部に設けられた薄肉の第１薄肉部分と、前記第１薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第１梁部対と、前記第１梁部対の間に伸びている第１連結部と、前記第１連結部に生じる歪を前記第１梁部対の一方側で測定する第１歪センサと、前記第１連結部に生じる歪を前記第１梁部対の他方側で測定する第２歪センサを備えるセンシング装置を用いて前記成形型の軟化を判定する方法であって、
前記成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで前記第１歪センサと前記第２歪センサによって測定された歪の和を計算する第１歪和計算工程と、
前記成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで前記第１歪センサと前記第２歪センサによって測定された歪の差を計算する第１歪差計算工程と、
前記第１歪和計算工程で計算された歪の和及び／又は前記第１歪差計算工程で計算された歪の差が、予め設定された前記成形型の軟化判定範囲にあるのか否かを判定する第１判定工程と、
を備える成形型の軟化判定方法。
【請求項７】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に前記素材が略垂直に流動する部分に設けられた薄肉の第２薄肉部分と、前記第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、前記第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部の一方側で測定する第３歪センサと、前記第２連結部に生じる歪を前記第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサを備えるセンシング装置を用いて前記成形型への前記素材の材料流動による充填状況を判定する方法であって、
前記成形型による成形サイクル中に、前記第３歪センサと前記第４歪センサによって測定された歪の和を経時的に計算する第２歪和計算工程と、
前記第２歪計算工程で計算された歪の和が、予め設定された素材の材料流動による充填進行判定範囲にあると判定した以降に、予め設定された素材の材料流動による充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定工程を備え、
前記充填進行判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、
前記充填完了判定範囲は、前記第２連結部が前記第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示す、
ことを特徴とする充填状況判定方法。
【請求項８】
素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に前記素材が略平行に流動する部分に設けられた薄肉の第３薄肉部分と、前記第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、前記第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、前記第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサを備えるセンシング装置を用いて前記成形型への前記素材の材料流動による充填状況を判定する方法であって、
前記成形型による成形サイクル中に、前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の和を経時的に計算する第３歪和計算工程と、
前記成形型による成形サイクル中に、前記第５歪センサと前記第６歪センサによって測定された歪の差を経時的に計算する第３歪差計算工程と、
前記第３歪差計算工程で計算された歪の差が予め設定された素材の材料流動による充填進行判定範囲にあると判定した以降に、前記第３歪和計算工程で計算された歪の和が予め設定された素材の材料流動による充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定工程と、
を備える充填状況判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素材を成形する成形型の軟化ならびに成形型への素材の充填状況を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧延、鍛造、押出し、引き抜き等の塑性加工時に、工具や金型の表面に加えられる圧力または摩擦応力を計測する技術が開示されている。ここでいう摩擦応力とは、工具や金型の表面に加えられた摩擦力を表面積で除した単位面積あたりの摩擦力を意味する。
特許文献１の技術では、工具や金型等の被計測面を薄肉状に形成し、被計測面の裏面から伸びる一対の梁を設け、それら一対の梁の先端の間を薄板で接続し、薄板に生じる歪を測定する一対の歪センサを配設する。一対の歪センサは、薄板の一対の梁に接続する部分にそれぞれ設けられている。歪センサを設け、薄板に生じる歪をそれぞれの歪センサによって測定する。特許文献１の技術によると、被計測面に加えられた圧力や摩擦応力を、一対の歪センサによって測定された歪から算出することができる。例えば、一対の歪センサによって測定された歪の和を計算することで、被計測面に加えられた圧力を算出することができる。あるいは、一対の歪センサによって測定された歪の差を計算することで、被計測面に加えられた摩擦応力を算出することができる。特許文献１の技術によれば、被計測面に加えられた圧力と摩擦応力を同時に測定することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７７１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術は、成形装置の成形型の表面に加えられる圧力や摩擦力を計測する手段として良好に利用することができる。
本発明は、特許文献１の技術を利用する成形装置において、成形型の軟化もしくは成形型への素材の充填状況を判定し、良品率を向上するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、センシング装置に具現化することができる。この装置は、素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部に設けられた薄肉の第１薄肉部分と、第１薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第１梁部対と、第１梁部対の間に伸びている第１連結部と、第１連結部に生じる歪を第１梁部対の一方側で測定する第１歪センサと、第１連結部に生じる歪を第１梁部対の他方側で測定する第２歪センサと、第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪の和を計算する第１歪和計算手段と、第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪の差を計算する第１歪差計算手段と、第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は第１歪差計算手段が計算した歪の差に関する成形型の軟化判定範囲を記憶しており、成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は第１歪差計算手段が計算した歪の差を入力し、入力した歪の和及び／又は歪の差が記憶している軟化判定範囲にあるのか否かを判定する第１判定手段を備えている。
第１薄肉部分は、成形面において軟化による影響を受けやすい箇所に形成されることが好ましいが、その設置箇所が特別に限定されるものではない。例えば、成形面上の成形加工時に高温の素材と接触する時間の長い部分に、第１薄肉部分を設けてもよい。
【０００６】
上記した構造を有するセンシング装置では、成形型に充填される素材が成形面に加える力や熱に応じて、第１薄肉部分が歪むとともに、第１薄肉部分に第１梁部対を介して接続されている第１連結部にも歪が生じる。第１連結部に生じた歪は、第１歪センサと第２歪センサによって測定される。第１歪センサは、第１連結部に生じた歪を、第１連結部の第１梁部対の一方に接続する側の部分で測定する。第２歪センサは、第１連結部に生じた歪を、第１連結部の第１梁部対の他方に接続する側の部分で測定する。
第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪は、第１歪和計算手段と第１歪差計算手段に入力され、両センサで測定された歪の和及び歪の差が計算される。計算された歪の和は、第１薄肉部分に加えられた圧力に対応し、計算された歪の差は、第１薄肉部分に加えられた摩擦応力に対応する。
【０００７】
成形型によって素材を成形品に成形する成形サイクルは繰り返し行われ、多数個の成形品が成形されていく。本明細書では、成形型に素材が配置されて成形加工が開始してから次の素材が成形型に配置されるまでの一連の加工プロセスを、成形サイクルという。すなわち、一回の成形サイクルによって一つの成形品が成形され、複数回の成形サイクルが繰り返し実行されることで、複数の成形品が成形される。
【０００８】
上記の成形サイクルを繰り返していくうちに、成形型に軟化が発生することがある。軟化とは、複数回の成形サイクルで成形型に加えられる圧力や熱によって、成形型を形成している材料が焼鈍されることとなり、成形型の硬度が低下する現象をいう。成形型で軟化が発生すると、成形型に残留歪が生じるようになる。成形型に軟化が発生すると、成形サイクルの繰り返しによって、成形型に生じる残留歪も増大していく。
軟化が発生して永久変形（磨耗・変形）してしまった成形型を用いて成形サイクルを実施すると、成形品の不良品率が著しく高くなってしまうという問題が生じる。
【０００９】
成形型に残留歪が生じるようになると、第１歪センサと第２歪センサによって測定される歪量が大きくなる。また、成形型に力が加えられていないときであっても、第１歪センサと第２歪センサによって歪が測定される。そのことから、第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪の和又は歪の差を監視することによって、成形型に軟化が発生しているのか否かを判定することができる。
本発明に係るセンシング装置では、第１判定手段によって成形型の軟化の有無が判定される。第１判定手段は、一成形サイクル又は複数回の成形サイクル毎に、第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は第１歪差計算手段が計算した歪の差を入力する。入力される歪の和及び／又は歪の差は、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで計算されたものである。歪の和及び／又は歪の差を計算するタイミングは、例えば成形サイクルの開始時であってもよいし、成形サイクルの中間時であってもよい。すなわち、素材に対して成形加工を行っていない期間であってもよいし、素材に対して成形加工を行っている期間であってもよい。また、熱間鍛造のように、温度変化が大きい場合、歪センサの温度ドリフト量を差し引くために、センシング装置の温度を計測して、正味の歪が計測できるようにしてもよい。
【００１０】
第１判定手段は、上記した歪の和及び／又は歪の差に関する成形型の軟化判定範囲を記憶している。そして、入力した歪の和及び／又は歪の差がその軟化判定範囲にあるのか否かを判定することによって、成形型で生じる軟化の有無を正確に判定することができる。軟化判定範囲は、例えば実験や数値計算によって予め求められるものであり、成形型の材質や構造に応じて様々に変化する。軟化判定範囲は、例えば上限値のみによって定めることもできる。この場合、上記した歪の和及び／又は歪の差がその上限値を超えたときに、成形型に軟化が発生したと判定することができる。
【００１１】
第１判定手段は、歪の和に関する成形型の軟化判定範囲のみを記憶しておき、計算された歪の和のみを入力し、歪の和のみに基づいて成形型の軟化判定を行うことができる。あるいは、第１判定手段は、歪の差に関する成形型の軟化判定範囲のみを記憶しておき、計算された歪の差のみを入力し、歪の差のみに基づいて成形型の軟化判定を行うこともできる。さらに、第１判定手段は、歪の和と歪の差のそれぞれに関する成形型の軟化判定範囲を記憶しておき、計算された歪の和と歪の差の両方を入力して、歪の和に基づく軟化判定と歪の差に基づく軟化判定をそれぞれ行うこともできる。歪の和と歪の差のどちらを用いて軟化を判定するかについては、成形面上で第１薄肉部分を設ける部位に応じて適宜選択することができる。例えば、素材が平行に流動する箇所に第１薄肉部分を設ける場合であれば、第１薄肉部分にはせん断変形が生じる。すなわち、成形型には、成形型がせん断変形したことによる残留歪が生じることになる。このような場合には、第１判定手段は歪の差を用いて軟化を判定することが好ましい。
本発明に係るセンシング装置によると、成形型に軟化が発生したことを検知することができ、軟化によって変形した成形型を用いて成形サイクルが繰り返されることが防止される。それにより、成形品の良品率を向上させることができる。
【００１２】
先に説明したように、成形型の軟化を判定するための軟化判定範囲は、例えば実験や数値計算によって予め求めておくことができる。しかしながら、実際の成形時には成形型に加えられる圧力や温度条件等が予定された値と異なることがあり、この場合は軟化判定範囲の修正が必要となる場合がある。このため、上記したセンシング装置では、第１判定手段は、入力した歪の和及び／又は歪の差を用いて、記憶している軟化判定範囲を修正してもよい。このことにより、実際の成形時における圧力や温度条件等を加味して、軟化判定範囲を修正することができる。
また、先に説明したように、成形型に軟化が発生すると、成形型の硬度が著しく低下する。このため、軟化が発生した前後において、第１判定手段に入力される歪の和と歪の差は急激に変化する。従って、先に入力した歪の和又は歪の差とその直後に入力した歪の和又は歪の差の間の増分を監視することで、成形型に軟化が発生したと判定することが可能となる。このことから、本発明に係るセンシング装置では、第１判定手段が、歪の和及び／又は歪の差を入力する度に、記憶している軟化判定範囲を更新してもよい。すなわち、今回の成形サイクルで入力した歪の和及び／又は歪の差に基づいて、次回の成形サイクルで用いる軟化判定範囲を設定することができる。それにより、成形サイクル間での歪の和及び／又は歪の差の増分に基づいて、成形型の軟化判定を行うことができる。
【００１３】
上記のセンシング装置において、成形型の成形面のうちの成形時に素材が略垂直に流動する部分に、薄肉の第２薄肉部分が設けられていることが好ましい。この場合、第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の一方側で測定する第３歪センサと、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサと、第３歪センサと第４歪センサによって測定された歪の和を計算する第２歪和計算手段と、第２歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲と充填完了判定範囲を記憶しており、成形型による成形サイクル中に第２歪和計算手段が計算した歪の和を経時的に入力し、入力した歪の和が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定手段をさらに備えることが好ましい。
ここで、上記の充填進行判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、上記の充填完了判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示すことが好ましい。
【００１４】
成形面において、成形時にその成形面に対して素材が垂直に流動する部分は、例えば、成形面の末端に位置する部分であって、素材が最後に充填される部分となる。このような部分に設けられた第２薄肉部分は、素材が成形面の他の部分に加えた熱や圧力によって、素材が実際に接触するよりも以前に変形を開始する。着目すべきは、このときの第２薄肉部分の変形方向が、第２薄肉部分に素材が接触した後の変形方向に対して、逆向きの関係となることである。
第２薄肉部分が上記のように変形することによって、第２薄肉部分に第２梁部対を介して接続されている第２連結部も変形する。詳しくは、素材が第２薄肉部分に接触するまでは、素材が第２薄肉部分へ接近するのに伴って、第２薄肉部分と第２連結部が互いに離間する側に変形する。これは、第２薄肉部が設けられている方向とは逆の方向へ第２連結部が凸形状にたわむとともに、第２連結部が設けられている方向とは逆の方向へ第２薄肉部が凸形状にたわむ、と換言することもできる。素材が第２薄肉部分に接触した後は、素材が第２薄肉部分へ加える圧力に応じて、第２薄肉部分と第２連結部が互いに接近する側に変形する。そのことから、第２連結部が第２薄肉部分と離間する側に変形したことを検出することによって、素材が第２薄肉部分へ接近してきたことを検知することができる。そしてその後に、第２連結部が第２薄肉部分と接近する側に変形する。これは、第２薄肉部が設けられている方向へ第２連結部が凸形状にたわむとともに、第２連結部が設けられている方向へ第２薄肉部が凸形状にたわむ、と換言することもできる。第２連結部がそのような変形をしたことが検出されることによって、素材が第２薄肉部分へ接近してきたことを検知することができる。
【００１５】
上記のセンシング装置では、成形サイクル中に第２薄肉部分に生じる歪が、第３歪センサと第４歪センサによって測定され、両センサによって測定された歪の和が、第２判定手段に入力される。第２判定手段は、入力する歪の和に関して、第２連結部が第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示す充填進行判定範囲と、第２連結部が第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示す充填完了判定範囲を記憶している。そして、第２判定手段は、入力した歪の和が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する。すなわち、素材が第２薄肉部分に接近したことを検知した上で、素材が第２薄肉部分に接触したことを判定する。そのことから、単に素材が第２薄肉部分に加えている圧力を検知する方式に比して、充填完了判定範囲を僅かな圧力に対応する範囲に設定した場合でも、外部からのノイズに起因する誤判定を防止することができる。充填完了判定範囲を僅かな圧力に対応する範囲に設定することができれば、素材の充填完了を的確なタイミングで検知することができ、成形型に過大な成形荷重を無用に加え続けることを防止することができる。
このセンシング装置を用いることで、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【００１６】
上記したセンシング装置において、成形型の成形面のうちの成形時に素材が略平行に流動する部分に、薄肉の第３薄肉部分が設けられていることが好ましい。この場合、第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、第３連結部に生じる歪を前記第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、第３連結部に生じる歪を第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサと、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の和を計算する第３歪和計算手段と、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の差を計算する第３歪差計算手段と、第３歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填完了判定範囲及び第３歪差計算手段が計算した歪の差に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲を記憶しており、成形型による成形サイクル中に第３歪和計算手段が計算した歪の和及び第３歪差計算手段が計算した歪の差を経時的に入力し、入力した歪の差が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が記憶している充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定手段をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
成形面において、成形時にその成形面に対して素材が平行に流動する部分は、例えば、成形面の中間に位置する部分であって、素材の成形中に素材が流動する部分となる。このような部分に設けられた第３薄肉部分は、素材が流動している間は素材から摩擦力を受けて変形し、成形完了後に素材の流動が停止した後は素材から圧力を受けて変形する。
第３薄肉部分が上記のように変形することによって、第３薄肉部分に第３梁部対を介して接続されている第３連結部も変形する。第３連結部に生じる歪は、第５歪センサと第６歪センサによって測定される。素材が流動している間は、第３連結部が素材から主に摩擦力を受けることから、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪に有意な差が生じる。成形完了後に素材の流動が停止した後は、第３連結部が素材から主に圧力を受けることから、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪の和が有意に増大する。そのことから、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪の差を監視することによって、素材が第３薄肉部分を流動していることを検知することができる。そしてその後、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪の和を監視することによって、流動が停止して成形が完了したことを検知することができる。
【００１８】
上記のセンシング装置では、成形サイクル中に、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪の和と、第５歪センサと第６歪センサによって測定される歪の差が、第３判定手段に入力される。第３判定手段は、入力する歪の差に関する充填進行判定範囲と、入力する歪の和に関する充填完了判定範囲を記憶している。そして、第３判定手段は、入力した歪の差が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が記憶している充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する。すなわち、素材が第３薄肉部分を流動していることを検知した上で、素材の流動が停止して成形が完了したことを判定する。そのことから、単に素材が第３薄肉部分に加える圧力を検知する方式に比して、充填完了判定範囲を僅かな圧力に対応する範囲に設定した場合でも、外部からのノイズに起因する誤判定を防止することができる。充填完了判定範囲を僅かな圧力に対応する範囲に設定することができれば、素材の充填完了を的確なタイミングで検知することができ、成形型に過大な成形荷重を無用に加え続けることを防止することができる。成形型に過大な荷重が加えられることを防止することができる。
【００１９】
上記のセンシング装置では、各薄肉部は成形面に個別に設けられていてもよいし、１つの薄肉部によって、第１薄肉部と第２薄肉部と第３薄肉部のいずれかが兼用されていてもよい。例えば、第１薄肉部と、第１梁部対と、第１連結部と、第１歪センサと、第２歪センサが、第２薄肉部と、第２梁部対と、第２連結部と、第３歪センサと、第４歪センサとそれぞれ兼用されていてもよい。また、第１歪和計算手段が、第２歪和計算手段を兼用していてもよい。この場合、第１判定手段は、第１歪和計算手段が計算した歪の和及び／又は第１歪差計算手段が計算した歪の差を入力して成形型の軟化判定を実行し、第２判定手段は、第１歪和計算手段と兼用される第２歪和計算手段が計算した歪の和を入力して、素材の充填状況判定を実行する。
上記のセンシング装置によれば、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【００２０】
本発明によると、下記するセンシング装置を具現化することもできる。このセンシング装置は、素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に素材が略垂直に流動する部分に設けられた薄肉の第２薄肉部分と、第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の一方側で測定する第３歪センサと、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサと、第３歪センサと第４歪センサによって測定された歪の和を計算する第２歪和計算手段と、第２歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲と充填完了判定範囲を記憶しており、成形型による成形サイクル中に第２歪和計算手段が計算した歪の和を経時的に入力し、入力した歪の和が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定手段を備えている。ここで、上記した充填進行判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、充填進行判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示している。
このセンシング装置によれば、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【００２１】
本発明によると、さらに別のセンシング装置を具現化することもできる。このセンシング装置は、素材に接して素材を成形する成形型のの成形面の一部であって、成形時に素材が略平行に流動する部分に設けられた薄肉の第３薄肉部分と、第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、第３連結部に生じる歪を第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、第３連結部に生じる歪を第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサと、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の和を計算する第３歪和計算手段と、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の差を計算する第３歪差計算手段と、第３歪和計算手段が計算した歪の和に関する素材の材料流動による充填完了判定範囲及び第３歪差計算手段が計算した歪の差に関する素材の材料流動による充填進行判定範囲を記憶しており、成形型による成形サイクル中に第３歪和計算手段が計算した歪の和及び第３歪差計算手段が計算した歪の差を経時的に入力し、入力した歪の差が記憶している充填進行判定範囲にあると判定した以降に、入力した歪の和が記憶している充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定手段を備えている。
このセンシング装置によれば、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【００２２】
本発明によれば、新規で有用な成形型の軟化の判定方法を提供することができる。この方法は、素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部に設けられた薄肉の第１薄肉部分と、第１薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第１梁部対と、第１梁部対の間に伸びている第１連結部と、第１連結部に生じる歪を第１梁部対の一方側で測定する第１歪センサと、第１連結部に生じる歪を第１梁部対の他方側で測定する第２歪センサを備えるセンシング装置を用いて、成形型の軟化を判定する。この方法は、成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪の和を計算する第１歪和計算工程と、成形型による一又は複数回の成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪の差を計算する第１歪差計算工程と、第１歪和計算工程で計算された歪の和及び／又は第１歪差計算工程で計算された歪の差が、予め設定された軟化判定範囲にあるのか否かを判定する第１判定工程を備える。
この方法によると、成形型に軟化が発生したことを検知することができ、軟化によって変形した成形型を用いて成形サイクルが繰り返されることが防止される。それにより、成形品の良品率を向上させることができる。
【００２３】
本発明によれば、素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に素材が略垂直に流動する部分に設けられた薄肉の第２薄肉部分と、第２薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第２梁部対と、第２梁部対の間に伸びている第２連結部と、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の一方側で測定する第３歪センサと、第２連結部に生じる歪を第２梁部対の他方側で測定する第４歪センサを備えるセンシング装置を用いて、成形型への素材の材料流動による充填状況を判定する方法を具現化することができる。この方法は、成形型による成形サイクル中に、第３歪センサと第４歪センサによって測定された歪の和を経時的に計算する第２歪和計算工程と、第２歪計算工程で計算された歪の和が、予め設定された素材の材料流動による充填進行判定範囲にあると判定した以降に、予め設定された素材の材料流動による充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第２判定工程を備えている。ここで、充填進行判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分と離間する側に撓むときの範囲を示し、充填完了判定範囲は、第２連結部が第２薄肉部分に接近する側に撓むときの範囲を示すことを特徴とする。
この方法によれば、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【００２４】
本発明によると、素材に接して素材を成形する成形型の成形面の一部であって、成形時に素材が略平行に流動する部分に設けられた薄肉の第３薄肉部分と、第３薄肉部分の反成形面から互いに平行に伸びている第３梁部対と、第３梁部対の間に伸びている第３連結部と、第３連結部に生じる歪を第３梁部対の一方側で測定する第５歪センサと、第３連結部に生じる歪を第３梁部対の他方側で測定する第６歪センサを備えるセンシング装置を用いて、成形型への素材の充填状況を判定する他の方法を具現化することもできる。この方法は、成形型による成形サイクル中に、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の和を経時的に計算する第３歪和計算工程と、成形型による成形サイクル中に、第５歪センサと第６歪センサによって測定された歪の差を経時的に計算する第３歪差計算工程と、第３歪差計算工程で計算された歪の差が予め設定された素材の材料流動による充填進行判定範囲にあると判定した以降に、第３歪和計算工程で計算された歪の和が予め設定された素材の材料流動による充填完了判定範囲にあるのか否かを判定する第３判定工程を備えている。
この方法によれば、成形品に欠肉が生じることを良好に防ぐことができる。さらに、成形型による成形荷重を必要最小限の荷重に留めることができる。成形型への負担を低減するとともに、成形品の良品率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、成形型の軟化又は成形型への素材の充填状況を正確に判定することが可能となり、それらを原因とする成形品の不良発生を効率よく防ぐことができる。それにより、成形品の良品率を向上させることができる。
【実施例】
【００２６】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施例に係る成形装置２の概略構成を示す図である。成形装置２は、上成形型１０と、下成形型１２を備えている。下成形型１２は、凹部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備えており、下支持台１４に固定されている。下支持台１４の各端には、シャフト４とシャフト１６がそれぞれ固定されている。上成形型１０は、凹部１０ａを備えており、上支持台８に固定されている。上支持台８の各端には、シリンダ６とシリンダ１８がそれぞれ設けられている。シリンダ６，１８は、それぞれシャフト４，１６に沿ってスライド可能であり、上成形型１０を上下方向に移動することができる。成形装置２は、上成形型１０と下成形型１２の間に素材（不図示）を配置して上成形型１０を下方向へ移動させ、素材を上下の成形型１０，１２の間の空間１０ａ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃに充填させることによって、成形品を成形するものである。
【００２７】
成形装置２は、さらに、制御装置２０を備えている。制御装置２０は、モニタ２２と、入力手段２４を備えている。制御装置２０は、成形装置２の成形加工処理を制御する。モニタ２２は、成形加工処理の進行状況並びに軟化の発生等の異常の有無、素材の充填状況等を表示する。入力手段２４は、キーボードやボタン等の入力部を備えている。制御装置２０の成形加工の処理系統については、後で詳しく説明する。
下成形型１２はまた、計測装置２６，４３，５７を備えている。計測装置２６は、下成形型１２の成形面１２ｄの反成形面側に設けられている。計測装置４３は、凹部１２ｃの底面１２ｅの反成形面側に設けられている。計測装置５７は、凹部１２ｃの側面１２ｆの反成形面側に設けられている。計測装置２６，４３，５７は、下成形型１２の所定の位置に、圧入あるいは焼き嵌め等の手法によって設けることができる。計測装置２６，４３，５７は、下成形型１２と一体成形してもよい。
本実施例では、下成形型１２の軟化の有無を計測装置２６で測定される歪によって判定する。また、下成形型１２への素材の充填状況を、測定装置４３で測定される歪と、測定装置５７で測定される歪によって判定する。測定される歪は、測定装置データ出力用の開孔部１１１を通じて、有線もしくは無線でデータを出力する。
【００２８】
図２は、成形面１２ｄにおける成形装置２の部分断面図である。計測装置２６は、下成形型１２の成形面１２ｄに加えられる力を測定する装置である。成形面１２ｄの一部には、第１薄肉部分２９が形成されている。すなわち、下成形型１２では、第１薄肉部分２９の部分が、その周囲の部分に対して薄肉に形成されている。第１薄肉部分２９の裏面２８側（反成形面側）には空洞３２が形成されており、その中に計測装置２６が設けられている。
計測装置２６は、第１梁部対３４，４２と、第１連結板３８と、第１歪センサ３６と、第２歪センサ４０を備えている。第１梁部対３４，４２は、第１薄肉部分２９の裏面２８側から互いに平行に伸びている。第１梁部３４と第１梁部４２は、互いに同一の板形状を有している。第１梁部対３４，４２は、それぞれを個別に作製した上で、第１薄肉部分２９に固着されている。なお、第１梁部対３４，４２は、第１薄肉部分２９と一体に形成することもできる。
第１連結板３８は、第１梁部対３４，４２の間に伸びており、第１梁部対３４，４２の先端部に接続されている。第１連結板３８は、板形状を有している。
【００２９】
第１連結板３８の下面（図２中の下方表面）には、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０が設けられている。第１歪センサ３６は、第１梁部３４が第１連結板３８に接続している接続部に設けられている。第２歪センサ４０は、第１梁部４２が第１連結板３８に接続している接続部に設けられている。第１歪センサ３６と第２歪センサ４０は、第１梁部対３４，４２が対向している方向に並んでおり、上記の方向において第１連結板３８に生じた歪を測定する。
【００３０】
図３は、凹部１２ｃにおける成形装置２の部分断面図である。計測装置４３は、下成形型１２の凹部１２ｃの底面１２ｅに加えられる力を測定する装置である。底面１２ｅの一部には、第２薄肉部分４４が形成されている。すなわち、下成形型１２では、第２薄肉部分４４の部分が、その周囲の部分に対して薄肉に形成されている。第２薄肉部分４４の裏面４５側（反成形面側）には空洞４６が形成されており、その中に計測装置４３が設けられている。
計測装置４３は、第２梁部対４８，５６と、第２連結板５２と、第３歪センサ５０と、第４歪センサ５４を備えている。第２梁部対４８，５６は、第２薄肉部分４４の裏面４５側から互いに平行に伸びている。第２梁部４８と第２梁部５６は、互いに同一の板形状を有している。第２梁部対４８，５６は、それぞれを個別に作製した上で、第２薄肉部分４４に固着されている。なお、第２梁部対４８，５６は、第２薄肉部分４４と一体に形成することもできる。
第２連結板５２は、第２梁部対４８，５６の間に伸びており、第２梁部対４８，５６の先端部に接続されている。第２連結板５２は、板形状を有している。
【００３１】
第２連結板５２の下面（図３中の下方表面）には、第３歪センサ５０と第４歪センサ５４が設けられている。第３歪センサ５０は、第２梁部４８が第２連結板５２に接続している接続部に設けられている。第４歪センサ５４は、第２梁部５６が第２連結板５２に接続している接続部に設けられている。第３歪センサ５０と第４歪センサ５４は、第２梁部対４８，５６が対向している方向に並んでおり、上記の方向において第２連結板５２に生じた歪を測定する。
【００３２】
計測装置５７は、下成形型１２の凹部１２ｃの側面１２ｆに加えられる力を測定する装置である。側面１２ｆの一部には、第３薄肉部分５８が形成されている。すなわち、下成形型１２では、第３薄肉部分５８の部分が、その周囲の部分に対して薄肉に形成されている。第３薄肉部分５８の裏面５９側（反成形面側）には空洞６０が形成されており、その中に測定装置５７が設けられている。
測定装置５７は、第３梁部対６２，７０と、第３連結板６６と、第５歪センサ６４と、第６歪センサ６８を備えている。第３梁部対６２，７０は、第３薄肉部分５８の裏面５９側から互いに平行に伸びている。第３梁部６２と第３梁部７０は、互いに同一の板形状を有している。第３梁部対６２，７０は、それぞれを個別に作製した上で、第３薄肉部分５８に固着されている。なお、第３梁部対６２，７０は、第３薄肉部分５８と一体に形成することもできる。
第３連結板６６は、第３梁部対６２，７０の間に伸びており、第３梁部対６２，７０の先端部に接続されている。第３連結板６６は、板形状を有している。
【００３３】
第３連結板６６の下面（図２中の右方表面）には、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８が設けられている。第５歪センサ６４は、第３梁部６２が第３連結板６６に接続している接続部に設けられている。第６歪センサ６８は、第３梁部７０が第３連結板６６に接続している接続部に設けられている。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８は、第３梁部対６２，７０が対向している方向に並んでおり、上記の方向において第３連結板６６に生じた歪量を測定する。
【００３４】
上記の成形装置２において、第１梁部対３４，４２と、第２梁部対４８，５６と、第３梁部対６２，７０と、第１連結板３８と、第２連結板５２と、第３連結板６６は、下成形型１２と同じ材料で形成することもできるし、異なる材料で形成することもできる。本実施例では、第１梁部対３４，４２と、第２梁部対４８，５６と、第３梁部対６２，７０と、第１連結板３８と、第２連結板５２と、第３連結板６６は、下成形型１２と同じ材料で形成されている。各梁部対や各連結板を下成形型１２と同じ材料で形成しておくと、第１薄肉部分２９と、第２薄肉部分４４と、第３薄肉部分５８に加えられた力や熱による影響をより正確に計測することができる。
【００３５】
図４は、成形装置２の電気的な処理系統の構成を示すブロック図である。図４に示すように、成形装置２は、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０に接続された第１計算手段７２と、第３歪センサ５０と第４歪センサ５４に接続された第２計算手段７８と、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８に接続された第３計算手段８４と、第１計算手段７２に接続された第1判定手段９０と、第２計算手段７８に接続された第２判定手段９４と、第３計算手段８４に接続された第３判定手段１００と、第１判定手段９０と第２判定手段９４と第３判定手段１００に接続された成形サイクル制御手段１０６と、入力手段２４と、モニタ２２を備えている。
【００３６】
成形型１０，１２による成形加工処理は、成形サイクル制御手段１０６によって制御されている。成形型１０，１２による成形加工処理は、素材を成形型１０，１２の間の空間１０ａ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃに配置する処理と、上成形型１０を押し下げることで、下成形型１２上に配置した素材を加圧する処理と、素材を加圧状態で固化させる処理と、固化後の成形品を成形型１０，１２から取り出す工程等を備えている。本実施例では、上記の一連の成形加工処理を、成形サイクルという。成形装置２では、上記の成形サイクルを繰り返すことで、成形品を成形する。
モニタ２２には、成形サイクル制御手段１０６の制御によって実行される成形サイクルの進捗状況が表示される。成形サイクルの開始および停止等の、操作者からの指示は、入力手段２４によって入力され、成形処理制御装置１０６は、入力された指示に従って成形サイクルを実行していく。
【００３７】
第１計算手段７２と第２計算手段７８と第３計算手段８４の計算処理は、実質的に同一である。従って、以下では第１計算手段７２の計算処理について詳細に説明し、第２計算手段７８と第３計算手段８４については重複する説明を避けるように努める。
【００３８】
第１計算手段７２は、第１歪和計算手段７４と、第１歪差計算手段７６を備えている。第１歪和計算手段７４は、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０のそれぞれが測定した歪の和を算出する。一方、第１歪差計算手段７６は、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０のそれぞれが測定した歪の差を算出する。以下に説明するように、歪の和は、第１薄肉部分２９における成形面１２ｄに垂直に加えられた力と熱に応じて変化する。また、歪の差は、第１薄肉部分２９における成形面１２ｄに平行に加えられた力と熱に応じて変化する。
【００３９】
第１薄肉部分２９に垂直方向から圧力が加えられると、第１薄肉部分２９は下方に向かって撓む。このとき、第１梁部対３４，４２は、その先端部が互いに離反するようにして、互いに反対方向に傾倒しようとする。その結果、第１連結板３８は、第１梁部対３４，４２の中間位置を基準に鏡面対称的（偶関数的）に変形する。また、第１薄肉部分２９に対して負圧が加えられたときや、垂直方向から熱が加えられたときには、第１薄肉部分２９は上方に向かって撓む。このとき、第１梁部対３４，４２は、その先端部が互いに接近するようにして、互いに反対方向に傾倒しようとする。この場合でも、第１連結板３８は、第１梁部対３４，４２の中間位置を基準に鏡面対称的（偶関数的）に変形する。このように、第１薄肉部分２９に加えられた力及び熱に対して、第１連結板３８は鏡面対称的（偶関数的）に変形する。従って、第１薄肉部分２９に加えられた圧力に対し、第１梁部対３４，４２のそれぞれは略同一の歪量を出力する。
【００４０】
一方、第１薄肉部分２９に平行方向からの力や熱が加えられたときには、力又は熱が加えられた方向の上手側では第１薄肉部分２９が下方に向かって撓み、下手側では第１薄肉部分２９が上方に向かって撓む。このとき、第１梁部対３４，４２は、同じ向きに傾倒しようとする。その結果、第１連結板３８は、第１梁部対３４，４２の中間位置を基準に点対称的（奇関数的）に変形する。従って、第１薄肉部分２９に対して平行に加えられた力や熱に対し、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０のそれぞれは大きさが等しく符号（正負）が逆の歪量を出力する。
以上のことから、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０が測定した歪の和（あるいは平均値）は、第１薄肉部分２９に対して平行方向に加えられた力に起因する歪が相殺されて、第１薄肉部分２９に対して垂直方向に加えられた力に起因する歪を正しく示すこととなる。また、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０が測定した歪の差は、第１薄肉部に対して垂直方向に加えられた力に起因する歪が相殺されて、第１薄肉部分２９に対して平行方向に加えられた力に起因する歪を正しく示すこととなる。
【００４１】
第２計算手段７８は、第２歪和計算手段８０と、第２歪差計算手段８２を備えている。第２歪和計算手段８０は、第３歪センサ５０と第４歪センサ５４のそれぞれが測定した歪量の和を算出する。一方、第２歪差計算手段７６は、第３歪センサ５０と第４歪センサ５４のそれぞれが測定した歪量の差分を算出する。第３歪センサ５０と第４歪センサ５４が測定する歪の和は、第２薄肉部分４４に垂直に加えられた力と熱に応じて変化する。また、第３歪センサ５０と第４歪センサ５４が測定する歪の差は、第２薄肉部分４４に平行に加えられた力と熱に応じて変化する。第２計算手段７８が実行する計算処理は、第１計算手段７２と実質的に同じである。
【００４２】
第３計算手段８４は、第３歪和計算手段８６と、第３歪差計算手段８８を備えている。第３歪和計算手段８６は、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８のそれぞれが測定した歪の和を算出する。一方、第３歪差計算手段７６は、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８のそれぞれが測定した歪の差分を算出する。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８が測定する歪の和は、第３薄肉部分５８に垂直に加えられた力と熱に応じて変化する。また、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８が測定する歪の差は、第３薄肉部分５８に平行に加えられた力と熱に応じて変化する。第３計算手段８４が実行する計算処理は、第１計算手段７２と実質的に同じである。
【００４３】
第１判定手段９０は、第１歪和計算手段７４が計算した歪の和に関する軟化判定範囲を記憶している軟化判定範囲記憶手段９２を備えている。第１判定手段９０は、一成形サイクル毎に、各成形サイクルにおいて同一のタイミングで第１計算手段７２で計算された歪の和が、軟化判定範囲記憶手段９２に記憶している軟化判定範囲にあるのか否かを判定する。図５に、第１歪和計算手段７４で計算される歪の和の経時的変化を表わす図を示す。本実施例では、各成形サイクルの終了時に第１歪センサ３６と第２歪センサ４０で測定した歪の和を用いて軟化を判定している。一般的に、使用を開始する前の下成形型１２には軟化等の不具合は発生していないため、残留歪も発生していない（すなわち、第１歪センサ３６と第２歪センサ４０では、「０」という歪量がそれぞれ測定される）。しかしながら、成形サイクルを繰り返していくと、下成形型１２に加えられる熱履歴等によって、下成形型１２には残留歪が発生する。例えば、第１回目の成形サイクルが終了する時ｔ１には、計算された歪の和から、Δｄt1の残留歪が生じていることが計算される。残留歪の量は、成形サイクルを重ねる毎に、Δｄt2，…，Δｄtiといったように、大きくなっていく。
【００４４】
本実施例では、上記した歪の和から計算される下成形型１２の軟化割合を用いて、下成形型１２の軟化の有無を判定している。図６に、軟化判定範囲と歪の和の関係を表わす図を示す。下成形型１２の軟化割合は、例えば、下成形型１２の使用開始時に検出された歪の和から各成形サイクルが終了するタイミングにおいて検出された歪の和を引いた値を、下成形型１２の使用開始時に検出された歪の和で除して計算することができる。
軟化判定範囲記憶手段９２には軟化が発生したと判定される軟化割合の閾値（基準値）が記憶されており、第１判定手段９０は、一成形サイクル毎に入力される歪の和と閾値とを比較する。例えば、図６の場合であれば、閾値（基準値）は４０％であり、入力される歪の和の軟化割合が４０％以上となったときに軟化判定範囲にあると判定される。入力された歪の和が軟化判定範囲にあると判定されると、軟化判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力される。
【００４５】
軟化判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力されると、下成形型１２の軟化が発生した旨のメッセージがモニタ２２に表示される。あるいは、制御装置２０がアラーム等の報知手段を備えている場合には、報知手段によって成形型の軟化発生を報知してもよい。また、軟化判定信号が成形サイクル制御手段１０６に入力されると、成形サイクル制御手段１０６は成形サイクルを停止してもよい。
成形装置２の操作者は、下成形型１２の軟化発生が知らされたタイミングにおいて、下成形型１２を取り替える等のメンテナンスを行うことができる。このため、軟化が発生して変形してしまった下成形型１２を用いて成形サイクルを実行することがない。前記の下成形型１２の変形に起因する不具合が成形品に生じることを防ぐことができる。成形品の良品率を向上させることができる。
【００４６】
第２判定手段９４は、充填進行判定範囲記憶手段９６と充填完了判定範囲記憶手段９８を備えている。充填進行判定範囲記憶手段９６は、第２歪和計算手段８０が計算した歪の和に関する充填進行判定範囲を記憶しており、充填完了判定範囲記憶手段９８は、第２歪和計算手段８０が計算した歪の和に関する充填完了判定範囲を記憶している。充填進行判定範囲は、第２連結板５４と第２梁部対４８，５６に生じる伸張歪の基準値によって決定される範囲である。充填完了判定範囲は、第２連結板５４と第２梁部対４８，５６に生じる圧縮歪の基準値によって決定される範囲である。第２判定手段９０は、成形型１０，１２による成形サイクル中に第２歪和計算手段８０が計算した歪の和を入力し、その歪の和が充填進行判定範囲にあるか否かを判定する。そして、入力された歪の和が充填進行判定範囲にあると判定した後に入力された歪の和が、充填完了判定範囲にあるのか否かを判断する。歪の和が充填完了判定範囲にあると判定されると、充填完了判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力される。
充填完了判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力されると、成形サイクル制御手段１０６は加圧処理を終了し、素材の固化処理へと移行する。充填が完了したと判定されるときには、素材は下成形型１２の底面１２ｄまで流動している。成形品に欠肉が発生することを防止するとともに、下成形型１２に加えられる荷重を最少限に留めることができる。
【００４７】
第３判定手段１００は、充填進行判定範囲記憶手段１０２と充填完了判定範囲記憶手段１０４を備えている。充填進行判定範囲記憶手段１０２は、第３歪差計算手段８８が計算した歪の差に関する充填進行判定範囲を記憶しており、充填完了判定範囲記憶手段１０４は、第３歪和計算手段８６が計算した歪の和に関する充填完了判定範囲を記憶している。充填進行判定範囲は、第３連結板６６と第３梁部対６２，７０に生じるせん断歪の基準値によって決定される範囲である。充填完了判定範囲は、第３連結板６６と第３梁部対６２，７０に生じる圧縮歪の基準値によって決定される範囲である。第３判定手段１００は、成形型１０，１２による成形サイクル中に第３計算手段８４が計算した歪の和と歪の差を入力し、歪の差が充填進行判定範囲にあるか否かを判定する。そして、入力された歪の差が充填進行判定範囲にあると判定した後に入力された歪の和が、充填完了判定範囲にあるのか否かを判断する。歪の和が充填完了判定範囲にあると判定されると、充填完了判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力される。
充填完了判定信号が入力されると、成形サイクル制御手段１０６は、加圧処理を終了し、素材の固化処理へと移行する。充填が完了したと判定されるときには、素材は下成形型１２の底面１２ｄまで流動している。成形品に欠肉が発生することを防止するとともに、下成形型１２に加えられる荷重を最少限に留めることができる。
【００４８】
本実施例では、下成形型１２の底面１２ｄに計測装置２６を設けるとともに、側面１２ｆに計測装置５７を設けているが、いずれか１つの計測装置のみを設けることによっても、下成形型１２への素材の充填状況を良好に判定することができる。
【００４９】
次に、計測装置２６を用いて素材の充填状況を判定する処理について説明する。図７は下成形型１２への素材１１０の充填状況の経時的変化を表わす図であり、図８は第２歪和計算手段８０が計算した歪の和と素材の充填状況の経時的変化の様子を表わす図である。成形サイクルが開始されると、第２歪センサ５０と第３歪センサ５４によって、歪がそれぞれ測定される。第２歪センサ５０と第３歪センサ５４でそれぞれ測定された歪は第２計算手段７８に入力され、第２歪和計算手段８０では、それらの歪の和が計算される。計算された歪の和は、第２判定手段９４に逐次入力される。
図７（ａ）に示すように、成形サイクル開始時には、下成形型１２には未だ素材１１０が充填されていない。このとき第２歪センサ５０と第３歪センサ５４で測定される歪はともに「０」であり、第２歪和計算手段８０で計算される歪の和もまた「０」である（図８の（ａ）の時点を参照）。また、図７（ｂ）に示すように、下成形型１２に素材１１０が配置され、下成形型１２の凹部１２ｃに素材１１０が流動し始めた初期段階においても、素材１１０からの熱や力は第２薄肉部分４４に影響していない。図８に示すように、（ｂ）の時点では、第２歪センサ５０と第３歪センサ５４で測定される歪および第２歪和計算手段８０で計算される歪の和にも変化はない。
【００５０】
成形サイクルが進行し、図７（ｃ）に示すように、素材１１０が凹部１２ｃに流入し、第２薄肉部分４４（すなわち、下成形型１２の底面１２ｄ）に接近すると、第２薄肉部分４４には、素材１１０からの熱が矢印で示した方向から加えられる。高温の熱が伝わることにより、第２薄肉部分４４は膨張し、上方に向かって撓み、偶関数的に変形する。これに伴って、第２梁部対４８，５６は夫々の先端部が互いに離反する方向へ変形し、第２連結板５２は、第２薄肉部分４４と離間する側に撓み、偶関数的に変形する。すなわち、計測装置４３は、第２薄肉部分４４と第２連結板５２の撓みによって第２梁部対４８，５６が引っ張られる方向へと変形する。第２歪センサ５０と第３歪センサ５４は第２連結板５２の撓みとともにそれぞれ同じ方向に変位し、このことによって生じる伸張歪が測定される。第２歪センサ５０で測定された歪と第３歪センサ５４で測定された歪は、ともに正符号の歪量である。第２歪和計算手段８０では、これらの歪の和を計算して、第２連結板５２で生じる伸張歪の和を得ることができる。図８の（ｃ）の時点付近に示すように、伸張歪の和は、素材１１０が第２薄肉部分４４に近づくにつれて大きくなっていく。
第２判定手段９４では、上記した歪の和と充填進行判定範囲記憶手段９６に記憶している充填進行判定範囲の基準値αとを比較して、入力された歪の和が基準値α以上になったか否か（すなわち、入力された歪の和が充填進行判定範囲にあるか否か）を判定する。
【００５１】
図７（ｄ）に示すように、成形サイクルがさらに進行し、流動していた素材１１０が第２薄肉部分４４の表面（すなわち、下成形型１２の底面１２ｅ）に接すると、素材１１０によって加えられる圧力により、それまで上方に撓んでいた第２薄肉部分４４は下方へと押し戻される。第２薄肉部分４４は素材が第２薄肉部に接した直後からそれまでとは反対方向に急激に変形する。これに伴って、第２梁部対４８，５６はそれぞれの先端部が互いに接近する方向へ変形し、第２連結板５２は、第２薄肉部分４４に接近する側に撓むように変形する。すなわち、計測装置４３は、第２薄肉部分４４と第２連結板５２の撓みによって第２梁部対４８，５６が圧縮される方向へと変形する。第２歪センサ５０と第３歪センサ５４では、上記した第２連結板５２の撓みの変化によって生じる歪が測定される。
【００５２】
素材１１０が第２薄肉部分４４に接するまでは、ともに正符号の歪を測定していた第２歪センサ５０と第３歪センサ５４では、ともに負符号の歪を測定するようになる。すなわち、第２歪和計算手段８０では、負符号の方向に大きさを持つ圧縮歪の和が計算される。図８の（ｄ）の時点付近で示すように、圧縮歪は、素材１１０が第２薄肉部分４４に接した後に急激に負符合の方向へと大きくなっていく。
第２判定手段９４では、上記した歪の和と充填完了判定範囲記憶手段９８に記憶している充填完了判定範囲の基準値βとを比較して、入力された歪の和が基準値β以上になったか否か（すなわち、入力された歪の和が充填完了判定範囲にあるか否か）を判定する。
入力された歪の和が基準値β以上（すなわち、入力された歪の和が充填完了判定範囲にある）と判定されると、充填完了判定信号が成形サイクル処理手段１０６に入力され、充填が完了したことがモニタ２２に表示される。成形サイクル制御手段１０６は加圧処理を終了して、次の成形処理工程へと移行する。
【００５３】
次に、計測装置５７を用いて素材の充填状況を判定する処理について説明する。図９は下成形型１２への素材１１０の充填状況の経時的変化を表わす図であり、図１０は第３計算手段８４が計算した歪の和および歪の差と素材の充填状況の経時的変化の様子を表わす図である。成形サイクルが開始されると、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８では、歪がそれぞれ計測される。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８で測定された歪は第３計算手段８４に入力される。第３計算手段８４では、第３歪和計算手段８６によってそれらの歪の和が計算され、第３歪差計算手段８８によってそれらの歪の差が計算される。計算された歪の和及び歪の差は、第３判定手段１００に逐次入力される。
【００５４】
図９（ａ）に示すように、成形サイクル開始時には、下成形型１２には未だ素材１１０が充填されていない。このとき第５歪センサ６４と第６歪センサ６８で測定される歪はともに「０」であり、第３計算手段８４で計算される歪の和及び歪の差もまた「０」である（図１０の（ａ）を参照）。
次いで、図９（ｂ）に示すように、下成形型１２上に素材１１０が配置され、下成形型１２の凹部１２ｃに素材１１０が流動し始めた初期段階では、第３薄肉部分５８には、素材１１０からの熱が矢印で示した方向から加えられる。高温の熱が伝わることにより、第３薄肉部分５８の上側部分は膨張する。第３薄肉部分５８の上側部分と下側部分は、互いに反対方向へと撓み、第３薄肉部分５８は奇関数的に変形する。これに伴って、第３梁部対６２，７０は互いに同じ方向へと傾き、第３連結板６６の上側部分と下側部分は、第３薄肉部分５８の上側部分と下側部分と同一方向に撓み、奇関数的に変形する。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８は第３連結板６６の下側部分と上側部分に生じる撓みとともに互いに反対方向に変位する。第５歪センサ６４では負符号の歪が測定され、第６歪センサ６８では正符号の歪が測定される。図１０（ｂ）に示すように、第３歪差計算手段８８では、これらの歪の差を計算して、第３連結板６６で生じるせん断歪を得ることができる。なお、この段階では、第３歪和計算手段８６ではほぼ０に近似する歪の和が計算される。
【００５５】
成形サイクルが進行し、図９（ｃ）に示すように、素材１１０が凹部１２ｃにさらに流入し、第３薄肉部分５８の上側部分に接すると、第３薄肉部分５８の上側部分には、素材１１０からの熱と、矢印で示した方向からの摩擦力が加えられる。第３薄肉部分５８の上側部分に高温の熱と第３薄肉部分５８に対して平行方向からの力が加えられることにより、第３薄肉部分５８の上側部分と下側部分は、互いに反対方向へと撓み、奇関数的に変形する。これに伴って、第３梁部対６２，７０は互いに同じ方向へと傾き、第３連結板６６の上側部分と下側部分もまた、第３薄肉部分５８の上側部分と下側部分と同一方向に撓み、奇関数的に変形する。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８は第３連結板６６の下側部分と上側部分に生じる撓みとともに互いに反対方向に変位する。第５歪センサ６４では正符号の歪が測定され、第６歪センサ６８では負符号の歪が測定される。図１０（ｃ）に示すように、第３歪差計算手段８８では、これらの歪の差を計算して、第３連結板６６で生じるせん断歪を得ることができる。（ｃ）の時点では、先の（ｂ）の時点において熱によって第３連結板６６に生じたせん断歪よりも、さらに大きいせん断歪が計算される。なお、この段階においても、第３歪和計算手段８６ではほぼ０に近似する歪の和が計算される。
【００５６】
第３判定手段１００では、図１０に示すように、先ず、上記した歪の差と充填進行判定範囲記憶手段１０２に記憶している充填進行判定範囲の基準値αとを比較して、入力された歪の差が基準値α以上になったか否か（すなわち、入力された歪の差が充填進行判定範囲にあるか否か）を判定する。入力された歪の差が基準値α以上であると判断されると、次いで入力された歪の差が、今度は基準値α´以上になったか否かが判断される。図１０に示すように、計算されるせん断歪の正負に応じて基準値αと基準値α´を設定しておき、熱によって生じたせん断歪が基準値αを超えた後に、熱と摩擦力によって生じたせん断歪が基準値α´を超えたと判定することができる。あるいは、第３判定手段１００に入力される歪の差の絶対値に対して１つの基準値を設定して、入力された歪の差が充填進行判定範囲にあるか否かを判定してもよい。
【００５７】
図９（ｄ）に示すように、成形サイクルがさらに進行し、流動していた素材１１０が下成形型１２の底面１２ｅに接すると、第３薄肉部分５８に加えられていた摩擦力が小さくなる。これとともに、第３薄肉部分５８は、素材１１０から垂直に加えられる圧力によって、第３連結板６６側へ撓むように変形する。すなわち、第３薄肉部分５８は素材が底面１２ｅに接した直後から、第３連結板６６側へ圧縮される方向に変形する。これに伴って、第３梁部対６２，７０はそれぞれの先端部が互いに接近する方向へ変形し、第３連結板６６は、第３薄肉部分５８側に撓むように変形する。すなわち、計測装置４５７は、第３薄肉部分５８と第３連結板６６の撓みによって第３梁部対６２，７０が圧縮される方向へと変形する。第５歪センサ６４と第６歪センサ６８では、上記した第３連結板６６の撓みの変化によって生じる圧縮歪が測定される。すなわち、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８では、ともに負符号の歪を測定するようになる。
第３歪和計算手段８６では、負符号の方向に大きさを持つ圧縮歪の和が計算される。このとき、第３歪差計算手段８８では、ほぼ０に近似する歪の差が計算される。図１０の（ｄ）の時点付近に示すように、圧縮歪は、素材１１０が底面１２ｅに接した後に急激に負符合の方向へと大きくなっていく。
【００５８】
第３判定手段１００では、図１０に示すように、上記した歪の和と充填完了判定範囲記憶手段１０４に記憶している充填完了判定範囲の基準値βとを比較して、入力された歪の和が基準値β以上になったか否か（すなわち、入力された歪の和が充填完了判定範囲にあるか否か）を判定する。
入力された歪の和が基準値β以上（すなわち、入力された歪の和が充填完了判定範囲にある）と判定されると、充填完了判定信号が成形サイクル制御手段１０６へ入力され、充填が完了したことがモニタ２２に表示される。成形サイクル制御手段１０６は加圧処理を終了して、次の成形処理工程へと移行する。
【００５９】
先に説明したように、計測装置４３を用いた場合に、成形サイクルを開始してから所定期間の間に第２判定手段９４に入力される歪の和は「０」である。しかしながら、第２歪センサ５０と第３歪センサ５４の感度や、成形装置２に加えられる振動等によって、第２判定手段９４に入力される歪の和に、図８に示すようなノイズが生じることがある。
また、計測装置５７を用いた場合においても、成形サイクルを開始してから所定期間の間に第３判定手段１００に入力される歪の和及び歪の差は「０」である。しかしながら、第５歪センサ６４と第６歪センサ６８の感度や、成形装置２に加えられる振動等によって、第３判定手段１００に入力される歪の和及び歪の差に、図１０に示すようなノイズが生じることがある。
【００６０】
仮に、第２判定手段９４（あるいは第３判定手段１００）に入力される歪の和が所定の基準値βを超えるか否かによってのみ、素材１１０の下成形型１２への充填状況を判定するような場合には、ノイズによって生じた歪の和の値が基準値βよりも大きくなったときに、充填が完了したと誤判定してしまうおそれがある。本実施例の手法によると、連続して入力されていく歪の和（第３判定手段１００の場合であれば、歪の差）が、先に充填進行判定範囲にあると判定された後に、さらに連続して入力されていく歪の和が充填完了判定範囲にあるかが判定される。上記したようなノイズ等に起因する誤判定をも、良好に防止することができる。
【００６１】
上記の実施例では、充填進行判定範囲は所定の基準値αおよびα´によって決定され、充填完了判定範囲は所定の基準値βによって決定されているが、これに限定されるものではない。例えば、第２判定手段９４（あるいは第３判定手段１００）に入力される歪の和及び／又は歪の差の経時的な変化率と変化方向に関する基準値によって、充填進行判定範囲と充填完了判定範囲を決定してもよい。
【００６２】
上記の実施例では、下成形型１２の凹部１２ｃに計測装置２６，４３，５７を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、下成形型１２のその他の場所に計測装置を設けてもよい。あるいは、上成形型１０側に計測装置を設けてもよい。
上記の実施例では、素材を熱して成形する熱間鍛造について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷間鍛造の場合であっても、素材の摩擦熱や塑性変形熱を歪センサで測定し、素材の充填状況を判定することができる。
【００６３】
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施例に係る成形装置の構成を表わす図
【図２】図１の成形装置の表面１２ｄにおける部分断面図
【図３】図１の成形装置の凹部１２ｃにおける部分断面図
【図４】成形装置の電気的処理系統を表わすブロック図
【図５】第１歪和計算手段で計算される歪の和の経時的変化を表わす図
【図６】軟化判定範囲と歪の和の関係を表わす図
【図７】成形型への素材の充填状況の経時的変化を表わす図
【図８】第２歪和計算手段が計算した歪の和と素材の充填状況の経時的変化の様子を表わす図
【図９】成形型への素材の充填状況の経時的変化を表わす図
【図１０】第３計算手段が計算した歪の和および歪の差と素材の充填状況の経時的変化の様子を表わす図
【符号の説明】
【００６５】
２：成形装置
４、１６：シャフト
６，１８：シリンダ
８，１４：支持台
１０，１２：成形型
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：凹部
１２ｄ：成形面
１２ｅ：底面
１２ｆ：側面
２０：制御装置
２２：モニタ
２４：入力手段
２６，４３，５７：計測装置
２８，４５，５９：裏面
２９：第１薄肉部分
３２，４６，６０：空洞
３４，４２：第１梁部対
３６：第１歪センサ
３８：第１連結板
４０：第２歪センサ
４４：第２薄肉部分
４８，５６：第２梁部対
５０：第３歪センサ
５２：第２連結板
５４：第４歪センサ
５８：第３薄肉部分
６２，７０：第３梁部対
６４：第５歪センサ
６６：第３連結板
６８：第６歪センサ
７２：第１計算手段
７４：第１歪和計算手段
７６：第１歪差計算手段
７８：第２計算手段
８０：第２歪和計算手段
８２：第２歪差計算手段
８４：第３計算手段
８６：第３歪和計算手段
８８：第３歪差計算手段
９０：第１判定手段
９２：軟化判定範囲記憶手段
９４：第２判定手段
９６，１０２：充填進行判定範囲記憶手段
９８，１０４：充填完了判定範囲記憶手段
１００：第３判定手段
１０６：成形サイクル制御手段
１１１：開孔部
【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９】
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【図１０】
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