JP7765964B2 - ストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法に関する。

例えば、航空機のフレームやパラボラアンテナの反射面等を製造する際、金属等の板状のワークが曲面状に成形される。
このように、板状のワークを曲面状に成形する装置としてストレッチ成形装置が知られている。

例えば特許文献１に記載されたストレッチ成形装置では、ワークを、その面方向に直交する方向から挟み込みつつ、ワークの先端を引っ張る。
そして、引っ張られているワークの部分に湾曲した金型を押し当てるなどし、その状態でワークを引っ張っていくことで板状のワークが曲面状に成形される。

特開平４－３０００３３号公報

ところで、従来のストレッチ成形装置では、上記のように、湾曲した金型を押し当てるなどすることでワークを曲げられた状態（曲面状）に成形するが、金型の延在方向と直交する方向、すなわちワークを引っ張る方向にも曲げられた状態に成形することができる。これは、ワークを挟み込む位置と金型を押し当てる位置との間隔を変えたりそれらの相対的な高さを変えたりすることで実現される。
しかしながら、従来のストレッチ成形装置では、ワークを曲面状に精度良く成形することができない場合があった。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、ワークを曲面状に精度良く成形することが可能なストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係るストレッチ成形装置は、
ワークの一の部分を挟み込む第１フレーム及び第２フレームと、前記第１フレーム及び前記第２フレームの少なくとも一方を挟み込み方向へ移動させる移動機構と、前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させることを可能とする拘束力可変機構と、を含み、前記ワークを前記第１フレームと前記第２フレームとの間で摺動させる挟み込み機構と、
前記挟み込み機構により前記ワークが挟まれた状態で、前記ワークの他の部分を引っ張る引っ張り機構と、
前記挟み込み機構と前記引っ張り機構との間で前記ワークを成形する成形部と、
を備える。

また、本発明に係るストレッチ成形方法は、
上記のストレッチ成形装置を用いたストレッチ成形方法において、
前記挟み込み機構の前記第１フレームと前記第２フレームとで前記ワークを挟み込みつつ、前記引っ張り機構で前記ワークを引っ張りながら、前記成形部で前記ワークを成形する際に、前記挟み込み機構の前記拘束力可変機構により前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させながら前記ワークを成形する。

本発明によれば、ワークを曲面状に精度良く成形することが可能となる。

（ａ）本実施形態に係るストレッチ成形装置を説明するためのイメージ図であり、（ｂ）側方から見たイメージ図である。 ワークへの圧下量を説明する図である。 （ａ）ワークに成形された複合曲面の一例を表す斜視図であり、（ｂ）側面図である。 本実施形態に係るストレッチ成形装置の構成を表す概略側面図である。 本実施形態に係る挟み込み機構の構成を表す図であり、（ａ）第１フレームを第３フレームに接近させた状態、（ｂ）第１フレームを第３フレームから離した状態を表す図である。 （ａ）圧下量Ｇと張力Ｔとの関係を表すグラフであり、（ｂ）圧下量Ｇと拘束力Ｆとの関係を表すグラフである。 本実施形態に係る引っ張り機構の構成を表す図である。 （ａ）パラボラアンテナの反射面におけるパラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒと曲率半径Ｒとの関係を表すグラフであり、（ｂ）（ａ）の形状を成形する際のワークの引っ張りストロークＳｘと圧下量Ｇとの関係を表すグラフである。 従来のストレッチ成形装置の引っ張り機構の構成例を表す図である。 （ａ）ワークの引っ張りストロークの時間的変化を表すグラフであり、（ｂ）引っ張り機構のサーボモータに流れる電流の絶対値の時間的変化等を表すグラフである。 （ａ）ワークの引っ張りストロークの時間的変化を表すグラフであり、（ｂ）引っ張り機構のサーボモータに流れる電流の絶対値の時間的変化等を表すグラフであり、（ｃ）挟み込み機構における圧下量の時間的変化を表すグラフである。

以下、本発明に係るストレッチ成形装置及びストレッチ成形方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、ストレッチ成形装置を後述する図１等に示すＸ方向をワークＷの引っ張り方向又は単に引っ張り方向という場合があり、また、Ｚ方向を上下方向やワークＷの挟み込み方向という場合がある。また、以下では、ワークが略三角形状の板材である場合について説明するが、ワークは矩形状等であってもよく、ワークの形状は略三角形状の場合に限定されない。

図１（ａ）は、本実施形態に係るストレッチ成形装置を説明するためのイメージ図であり、図１（ｂ）は側方から見たイメージ図である。
なお、以下では、図１（ａ）、（ｂ）において矢印Ｘで表される方向がワークを引っ張る方向であり、以下、Ｘ方向又は引っ張り方向という。また、図中矢印Ｙで表される方向が引っ張り方向に直交する方向であり、以下、Ｙ方向という。さらに、図中矢印Ｚで表される方向が板状のワークに直交する方向であり、以下、Ｚ方向という。

ストレッチ成形装置１は、ワークＷを挟み込む第１フレーム２１及び第２フレーム２２を含む挟み込み機構２と、ワークＷをＸ方向に引っ張る引っ張り機構４と、挟み込み機構２と引っ張り機構４との間でワークＷを成形する成形部３とを備えている。
挟み込み機構２と成形部３と引っ張り機構４の具体的構成等については後で説明する。

挟み込み機構２の構成は、ワークＷを、第１フレーム２１及び第２フレーム２２で板状のワークＷに直交する方向すなわちＺ方向から挟み込むことができるものであればよく、特定の構成に限定されない。
本実施形態では、Ｙ方向に延在する第１フレーム２１の上金型２１ａの下面は、Ｘ方向の中央部分が下方に突出されており、Ｙ方向に延在する凸状部分が形成されている。また、第１フレーム２１に対応してＹ方向に延在する第２フレーム２２の下金型２２ａの上面は、Ｘ方向の中央部分が下方に陥没されており、上金型２１ａの凸状部分に対応する、Ｙ方向に延在する凹状部分が形成されている。

挟み込み機構２の第１フレーム２１の上金型２１ａの凸状部分の下方への突出距離、正確には図２に示すように上金型２１ａと下金型２２ａとが接近した状態でワークＷが圧下される凹部の深さを、以下、圧下量Ｇという。
なお、このように第１フレーム２１の上金型２１ａに形成される凸状部分や第２フレーム２２の下金型２２ａに形成される凹状部分はそれぞれ１条でなくてもよく、例えば複数条設けることも可能である。

成形部３は、本実施形態では、下端部分に下に凸に湾曲した金型３１ａを備えるＹ方向に延在する第２ステージ３１を備えており、第２ステージ３１は、ワークＷに金型３１ａを上方から押し付けるように配置される。
また、成形部３は、挟み込み機構２側から見た場合、第２ステージ３１の奥側に、上端部分に下に凸に湾曲した金型３２ａを備えるＹ方向に延在する第３ステージ３２を備えており、第３ステージ３２は、第２ステージ３１により押し下げられたワークＷを金型３２ａで下方から押し上げるように配置される。

そして、ワークＷは、挟み込み機構２側から見た場合に、成形部３の奥側に配置された引っ張り機構４のクランプ部４１でその端部が把持された状態で、引っ張り機構４によりＸ方向に引っ張られるようになっている。
引っ張り機構４のクランプ部４１は、ワークＷの端部を把持した状態でＸ方向、すなわち挟み込み機構２から離れる方向に移動しながらワークＷを引っ張る。

ストレッチ成形装置１では、以上のようにして、ワークＷが、挟み込み機構２で挟み込まれ、その状態で引っ張り機構４によりＸ方向に引っ張られる。そして、ワークＷは、第１フレーム２１と第２フレーム２２との間で摺動しながら、Ｘ方向にテンションがかかった状態で、成形部３で上下から金型３１ａ、３２ａを押し付けられる。
本実施形態に係るストレッチ成形装置１では、このようにして、成形部３により挟み込み機構２と引っ張り機構４との間でワークＷを成形するようになっている。そして、このように成形されることで、例えば図３（ａ）に示すように、ワークＷがＹ方向に湾曲した状態に成形される。

また、ワークＷを引っ張る間に、挟み込み機構２と第２ステージ３１との距離Ｌ１と、第２ステージ３１と第３ステージ３２との距離Ｌ２を変えたり、第２ステージ３１と第３ステージ３２を上下方向に移動させて第２ステージ３１によるワークＷの下方への押し下げ量と第３ステージ３２によるワークＷの上方への押し上げ量を変えたりすることで、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ワークＷがＸ方向にも湾曲した状態に成形される。
このように、本実施形態に係るストレッチ成形装置１では、ワークＷのＸＹ方向に３次元的な曲率を有する複合曲面を成形することができるようになっている。なお、この点については、後で改めて説明する。

図４は、本実施形態に係るストレッチ成形装置の構成を表す概略側面図である。
ワークＷは、図中左側から挟み込み機構２の第１フレーム２１と第２フレーム２２との間に挿入され、成形部３の第２ステージ３１の金型３１ａの下側を通され、第３ステージ３２の金型３２ａの上側を通される。
そして、ワークＷは、挟み込み機構２の第１フレーム２１と第２フレーム２２とで挟み込まれ、第２ステージ３１の金型３１ａで押し下げられ、第３ステージ３２の金型３２ａで押し上げられた状態で、その端部が、図中Ａで示される位置で引っ張り機構４のクランプ部４１で把持される。
この状態が、ワークＷの成形開始直前の状態に相当する。なお、以下、図４中Ａで示される位置を、引っ張り機構４による引っ張り開始位置Ａという。

図４に示すように、挟み込み機構２には、ワークＷの上面と下面に潤滑油を付与するためのオイルプレート２３が設けられている。
また、挟み込み機構２は、台座部５に対してＸ方向すなわちワークＷの引っ張り方向に移動可能とされており、ストレッチ成形装置１には、挟み込み機構２をＸ方向に移動させるためのモータ２４ａ等を備える移動装置２４が設けられている。本実施形態では、挟み込み機構２が台座部５に対してＸ方向に移動することで、挟み込み機構２と第２ステージ３１との距離Ｌ１を変えることができるようになっている。

図５（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施形態に係る挟み込み機構の構成について詳しく説明する。
挟み込み機構２は、前述したように、下端部分に上金型２１ａを有する第１フレーム２１と、上端に下金型２２ａを有する第２フレーム２２とを備えており、第１フレーム２１及び第２フレーム２２でワークの一の部分を挟み込むようになっている。

また、本実施形態では、第１フレーム２１の上方、すなわち第１フレーム２１を挟んで第２フレーム２２の反対側には第３フレーム２５が配置されている。
そして、第１フレーム２１と第３フレーム２５は、後述する移動機構６のリンク機構６３により第１フレーム２１と第３フレーム２５とが相対的にＺ方向に移動可能な状態で連結されている。

また、第１フレーム２１と第３フレーム２５の側方には、第２フレーム２２が固定された下部フレーム２６から立設された昇降ガイドフレーム２７が配置されており、第１フレーム２１と第３フレーム２５はリンク機構６３により連結された状態で全体として昇降ガイドフレーム２７に沿ってＺ方向に移動する、すなわち昇降することができるようになっている。
昇降ガイドフレーム２７には、第１フレーム２１のＺ方向の位置を検出するためのリニアエンコーダ等を備えた位置センサ２８が設けられている。

そして、挟み込み機構２は、第１フレーム２１及び第２フレーム２２の少なくとも一方を挟み込み方向すなわちＺ方向に移動させる移動機構６を備えている。
なお、図５（ａ）、（ｂ）ではワークＷの図示が省略されている。また、以下では、第１フレーム２１をＺ方向に移動させる場合について説明するが、このように構成する代わりに、第２フレーム２２をＺ方向に移動させるように構成することも可能であり、また、第１フレーム２１と第２フレーム２２の両方をＺ方向に移動させるように構成することも可能である。

本実施形態では、移動機構６は、第１フレーム２１を第３フレーム２５に対して相対的に移動させることで、第１フレーム２１のＺ方向すなわちワークＷに対する挟み込み方向の位置を移動させるように構成されている。
移動機構６は、昇降用アクチュエータ６１とリンク機構６３とを備えている。昇降用アクチュエータ６１は第３フレーム２５の上面部分に取り付けられている。

なお、図５（ａ）、（ｂ）では昇降用アクチュエータ６１が流体シリンダで構成されている場合を示したが、この他にも、例えば、直線的に動作するボールネジ駆動の電動アクチュエータ等を用いることも可能である。
そして、昇降用アクチュエータ６１により接続ロッド６２を伸縮させることでリンク機構６３の各部材を回動させるなどして第１フレーム２１を第３フレーム２５に対してＺ方向に移動させるようになっている。

すなわち、図５（ａ）に示すように、昇降用アクチュエータ６１が接続ロッド６２を収縮させると、その動きがリンク機構６３を介して第１フレーム２１に伝達され、第１フレーム２１は第３フレーム２５に接近する方向すなわち上方に移動する。
本実施形態では、移動機構６は、このようにして接続ロッド６２を収縮させて第１フレーム２１を第３フレーム２５に接近させることで、第１フレーム２１のＺ方向の位置を移動させて上昇させる。

また、図５（ｂ）に示すように、昇降用アクチュエータ６１が接続ロッド６２を伸長させると、その動きがリンク機構６３を介して第１フレーム２１に伝達され、第１フレーム２１は第３フレーム２５から離れる方向すなわち下方に移動する。
本実施形態では、移動機構６は、このようにして接続ロッド６２を伸長させて第１フレーム２１を第３フレーム２５に離間させることで、第１フレーム２１のＺ方向の位置を移動させて下降させる。そのため、図１（ｂ）に示したように第１フレーム２１と第２フレーム２２とでワークＷを挟み込む状態になる。

なお、本実施形態では、第１フレーム２１が落下することを防止するために、落下防止装置７が設けられている。
図５（ｂ）に示すように、落下防止装置７は、第３フレーム２５の上面部分に配置されており、Ｘ方向に出没可能な係合部７１を有している。

そして、第３フレーム２５に対して第１フレーム２１がＺ方向に移動する際に落下防止装置７のＸ方向側で揺動するリンク機構６３の部分に孔が設けられており、図５（ａ）に示すように、第１フレーム２１が相対的に第３フレーム２５に最も接近した位置にある状態で、落下防止装置７から突出させた係合部７１がリンク機構６３に設けられた孔と係合するようになっている。

このようにして、本実施形態では、第１フレーム２１が第３フレーム２５に最も接近した状態で落下防止装置７により第１フレーム２１の落下が防止されるようになっている。
そして、例えば、第１フレーム２１下部の上金型２１ａを交換するときなど、第１フレーム２１を上昇させた位置に移動させて作業を行う際には、安全のために事前に落下防止装置７により第１フレーム２１の落下が防止された状態で作業が行われる。

一方、挟み込み機構２は、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させることを可能とする拘束力可変機構８を備えている。
ここで、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆについて説明する。

前述した第１フレーム２１の上金型２１ａの凸状部分や第２フレーム２２の下金型２２ａの構造や、ワークＷの材質等にもよるが、第１フレーム２１の上金型２１ａと第２フレーム２２の下金型２２ａとでワークＷを挟み込んだ状態でワークＷを引っ張り機構４で引っ張り方向すなわちＸ方向に引っ張った場合に、ワークＷが第１フレーム２１と第２フレーム２２に対して摺動を開始した際にワークＷに加わっている張力ＴとワークＷへの圧下量Ｇとの関係を実験的に求めると、例えば図６（ａ）に示すように圧下量Ｇに対して張力Ｔが単調増加する関係になる。

そして、その場合の張力Ｔと、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆとの間には、μ’を動摩擦係数とすると、
Ｔ＝μ’Ｆ …（１）
の関係があるため、拘束力Ｆも図６（ｂ）に示すように圧下量Ｇに対して単調増加する関係になる。

そのため、本実施形態では、拘束力可変機構８は、図６（ｂ）の関係に基づいて、ワークＷへの圧下量Ｇを変化させることで、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させるようになっている。
そして、本実施形態では、ワークＷへの圧下量Ｇは、位置センサ２８で検出される第１フレーム２１のＺ方向の位置から算出される。すなわち、拘束力可変機構８は、第１フレーム２１の上金型２１ａがワークＷに当接した位置から第１フレーム２１がＺ方向に移動した距離すなわち第１フレーム２１がワークＷを挟み込んだ距離をワークＷへの圧下量Ｇとして算出するようになっている。

本実施形態では、拘束力可変機構８は、昇降ガイドフレーム２７の上端部分に架け渡された上部フレーム２９に配置されており、ウォームジャッキ８１とサーボモータ８２とを備えている。なお、図５（ａ）、（ｂ）では、ウォームジャッキ８１が２台配置されている場合が示されているが、１台でもよく、あるいは３台以上配置されていてもよい。
ウォームジャッキ８１は、上部フレーム２９を貫通するように立設されており、その下端が第３フレーム２５の上端部分に取り付けられている。

また、上部フレーム２９のＹ方向の一方側の端部部分にサーボモータ８２は配置されており、サーボモータ８２の出力軸がカップリング８３を介してウォームジャッキ８１に接続されている。
そして、ウォームジャッキ８１は、上部フレーム２９のＹ方向の一方側の端部部分に配置されたサーボモータ８２の回転駆動によりＺ方向に移動すなわち昇降するようになっている。

そして、拘束力可変機構８は、図５（ｂ）に示したように移動機構６の駆動により第１フレーム２１が第３フレーム２５に対して最も離間した状態、すなわち第３フレーム２５に対して第１フレーム２１がＺ方向に最も下降して図１（ｂ）に示したように第１フレーム２１と第２フレーム２２とでワークＷを挟み込んだ状態で、サーボモータ８２を駆動させ、ウォームジャッキ８１をＺ方向に移動させることで、第３フレーム２５をＺ方向に移動させて第１フレーム２１をＺ方向に移動させるようになっている。

その際、第１フレーム２１を下方に移動させると、第１フレーム２１と第２フレーム２２との間隔が狭まるため、前述したワークＷへの圧下量Ｇが大きくなり、第１フレーム２１と第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆが強くなる。
また、第１フレーム２１を上方に移動させると、第１フレーム２１と第２フレーム２２との間隔が開くため、ワークＷへの圧下量Ｇが小さくなり、第１フレーム２１と第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆが弱くなる。

本実施形態では、このように、まず、移動機構６を駆動させて、図５（ｂ）に示したように第１フレーム２１を第３フレーム２５に対して最も離間した状態に移動させて、第１フレーム２１と第２フレーム２２とでワークＷを挟み込む。
そして、その後、拘束力可変機構８が、サーボモータ８２を駆動させてウォームジャッキ８１を上下方向に伸縮させて第３フレーム２５をＺ方向すなわちワークＷに対する挟み込み方向に移動させて第１フレーム２１をＺ方向に移動させ、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷへの圧下量Ｇを変化させることで、ワークＷに対する拘束力Ｆを変化させて微調整することができるようになっている。

なお、挟み込み機構２の拘束力可変機構８で、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させることの効果や活用のしかた等については、後で説明する。

また、上記のようにサーボモータ８２を駆動させてウォームジャッキ８１でワークＷへの圧下量Ｇを微調整する場合、図５（ｂ）に示したように移動機構６のリンク機構６３が垂直に立った状態で微調整を行うと、上金型２１ａにかかる力が垂直に立った状態のリンク機構６３に沿って伝達するため、上金型２１ａに強い力がかかってもリンク機構６３は回転しない。
そのため、移動機構６の昇降用アクチュエータ６１にかかる負荷を小さくすることが可能となる。また、昇降用アクチュエータ６１が、上金型２１ａに強い力がかかった際にリンク機構６３の回転を防止する性能を有する必要がないため、アクチュエータサイズを小さくすることが可能となる。

次に、ストレッチ成形装置１の成形部３について説明する。
図４に示すように、成形部３の第２ステージ３１はＺ方向にのみ移動することができるようになっている。
本実施形態では、第２ステージ３１は、挟み込み機構２の第１フレーム２１における構成と同様の構成でＺ方向に移動するようになっている。

すなわち、第２ステージ３１の上方には第４フレーム３３が配置されている。そして、第２ステージ３１と第４フレーム３３は、リンク機構を有する移動装置３４により第２ステージ３１と第４フレーム３３とが相対的にＺ方向に移動可能に連結されている。
また、第４フレーム３３の上方に、リンク機構で連結された第２ステージ３１及び第４フレーム３３を昇降させるためのサーボモータとウォームジャッキ等を備えた昇降装置３５が配置されている。

そして、第２ステージ３１は、移動装置３４と昇降装置３５の駆動により第４フレーム３３とともにＺ方向に移動されるようになっている。
そして、移動装置３４と昇降装置３５の駆動により第２ステージ３１をＺ方向に移動させることで、前述した第２ステージ３１によるワークＷの下方への押し下げ量の調整を行うことができるようになっている。

一方、成形部３の第３ステージ３２はＺ方向だけでなくＸ方向にも移動することができるようになっている。
すなわち、第３ステージ３２の下方には支持台３６が配置されており、第３ステージ３２は昇降装置３７の駆動により支持台３６に対してＺ方向に移動する、すなわち昇降することができるようになっている。
また、支持台３６はストレッチ成形装置１の台座部５によりＸ方向に移動可能に支持されており、サーボモータ等を備える移動装置３８の駆動により台座部５に対してＸ方向すなわちワークＷの引っ張り方向に移動されるようになっている。

そして、移動装置３８の駆動により支持台３６をＸ方向に移動させて第３ステージ３２をＸ方向に移動させることで、図１に示した第２ステージ３１と第３ステージ３２との距離Ｌ２を変えることができるようになっている。
また、昇降装置３７の駆動により第３ステージ３２をＺ方向に移動させることで、前述した第３ステージ３２によるワークＷの上方への押し上げ量の調整を行うことができるようになっている。

次に、ストレッチ成形装置１の引っ張り機構４について説明する。
引っ張り機構４は、床面等に固定されたストレッチ成形装置１の台座部５によりＸ方向に移動可能に支持されたキャリッジ４２を備えており、キャリッジ４２の先端すなわち挟み込み機構２側の端部に前述したクランプ部４１が取り付けられている。
また、台座部５にはサーボモータ４３が配置されており、サーボモータ４３の回転駆動によりキャリッジ４２とクランプ部４１をＸ方向に移動させることで、ワークＷをＸ方向すなわち引っ張り方向に引っ張るようになっている。

図７に示すように、本実施形態では、引っ張り機構４は、クランプ部４１が取り付けられたキャリッジ４２の下側には、Ｘ方向に延在する２本の走行フレーム４４が固定されている。
走行フレーム４４のＹ方向の側面には複数の車輪４５が回転自在に取り付けられており、各車輪４５はＸ方向に延在するレール４６上を走行するようになっている。また、走行フレーム４４の下面部分には、図４に示すようにラック４７が取り付けられている。

また、図７に示すように、サーボモータ４３の回転出力は減速機４８で減速されるようになっており、減速機４８の出力軸４８ａには、図４に示すようにピニオン４９が取り付けられている。
そして、サーボモータ４３の回転駆動がラック４７とピニオン４９で構成されるラックアンドピニオン機構を介して走行フレーム４４に伝達され、走行フレーム４４がＸ方向に移動することでキャリッジ４２がＸ方向に移動してクランプ部４１がワークＷをＸ方向すなわち引っ張り方向に引っ張るようになっている。

図４に示したように、ワークＷの成形開始前に引っ張り開始位置ＡでワークＷの端部がクランプ部４１で把持される。そして、サーボモータ４３を駆動させてクランプ部４１をＸ方向に移動させることで、クランプ部４１でワークＷを引っ張り方向に引っ張りながらワークＷの成形が行われる。
なお、サーボモータ４３に流れる電流を検出する電流センサ５０については後で説明する。

次に、本実施形態に係るストレッチ成形装置１の作用について説明する。また、本実施形態に係るストレッチ成形方法についてもあわせて説明する。

本実施形態に係るストレッチ成形装置１を用いたストレッチ成形方法では、上記のように、挟み込み機構２の第１フレーム２１と第２フレーム２２とでワークＷを挟み込み方向すなわちＺ方向から挟み込みつつ、引っ張り機構４でワークＷをＸ方向に引っ張りながら、成形部３でワークＷを成形する。
そして、その際に、挟み込み機構２の拘束力可変機構８により第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させながらワークＷを成形するようになっている。

例えば、ワークＷを成形してパラボラアンテナの反射面を成形する場合、パラボラアンテナの中心から外側に向かう半径断面での曲率半径Ｒは、例えば図８（ａ）に示すように、パラボラアンテナの外側に向かうほど、すなわちパラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒが遠くなるほど大きくなるように成形される。

そして、従来のストレッチ成形装置では、引っ張り機構４でワークＷを引っ張りながら、挟み込み機構２と第２ステージ３１との距離Ｌ１と、第２ステージ３１と第３ステージ３２との距離Ｌ２を変えたり、第２ステージ３１と第３ステージ３２を上下方向に移動させて第２ステージ３１によるワークＷの下方への押し下げ量と第３ステージ３２によるワークＷの上方への押し上げ量を変えたりすることでこのような成形を行っていた。
しかし、このような成形方法では、ワークを曲面状に精度良く成形することができない場合があった。

本実施形態に係るストレッチ成形装置１でも、ワークＷの成形において、上記と同様に、引っ張り機構４でワークＷを引っ張りながら、距離Ｌ１と距離Ｌ２を変えたり第２ステージ３１によるワークＷの押し下げ量と第３ステージ３２によるワークＷの押し上げ量を変えたりする。
そして、それと同時に、上記のように挟み込み機構２の拘束力可変機構８により第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させながらワークＷを成形する。

その際、本実施形態では、上記のように、拘束力可変機構８は、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷへの圧下量Ｇを変化させてワークＷに対する拘束力Ｆを変化させる。
そして、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力ＦすなわちワークＷへの圧下量Ｇを大きくするほど張力Ｔが大きくなり、成形後のスプリングバックが小さくなることから、ワークＷに成形される曲面の曲率が大きくなり、曲率半径Ｒが小さくなる。

例えば、図８（ａ）に示したようなパラボラアンテナの反射面を成形する場合、引っ張り機構４によるワークＷの引っ張りが開始直後、すなわち引っ張り機構４によるワークＷの引っ張り開始位置ＡからのＸ方向への引っ張りストロークＳｘが短い時点では、図８（ａ）におけるパラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒが遠い部分の成形が行われる。
その際、パラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒが遠い部分では曲率半径Ｒが大きくワークＷに成形される曲面の曲率が小さくてよいため、図８（ｂ）に示すように、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆすなわち圧下量Ｇは小さくてよい。

そして、引っ張り機構４によるワークＷの引っ張りストロークＳｘが大きくなるほど成形されるパラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒが短くなっていき、曲率半径Ｒが徐々に小さくなっていく。
すなわちワークＷに成形される曲面の曲率が徐々に大きくなり、カーブがきつくなっていく。

そこで、図８（ｂ）に示すように、引っ張り機構４によるワークＷの引っ張りストロークＳｘが大きくなるほど第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆすなわち圧下量Ｇを大きくしていくことで、ワークＷに成形される曲面の曲率が徐々に大きくすることができる。
そのため、図８（ａ）に示したように、パラボラアンテナの中心から径方向への距離ｒが短くなるほど曲率半径Ｒが小さくなるような曲面がワークＷに成形される。

また、本実施形態では、上記のように第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力ＦすなわちワークＷへの圧下量Ｇを適切に変化させることができるため、Ｘ方向に直交する方向すなわちＹ方向の曲面成形の精度も良くなる。
そのため、本実施形態では、ワークＷを曲面状に精度良く成形することができる。

以上のように、本実施形態に係るストレッチ成形装置１及びストレッチ成形方法によれば、ワークＷの成形時に、引っ張り機構４でワークＷを引っ張りながら、上記の距離Ｌ１と距離Ｌ２を変えたり第２ステージ３１によるワークＷの押し下げ量と第３ステージ３２によるワークＷの押し上げ量を変えたりすると同時に、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷへの圧下量Ｇを変化させるなどしてワークＷに対する拘束力Ｆを変化させることが可能となる。
そのため、ワークＷのＸ方向すなわち引っ張り方向の曲面成形を精度良く行うことが可能となるとともに、Ｘ方向に直交する方向すなわちＹ方向の曲面成形の精度も良くなる。そのため、本実施形態に係るストレッチ成形装置１及びストレッチ成形方法によれば、ワークＷを曲面状に精度良く成形することが可能となる。

また、本実施形態に係るストレッチ成形装置１及びストレッチ成形方法を用いると、以下のような有益な作用効果も得られる。
従来のストレッチ成形装置では、挟み込み機構の構成としては種々の構成があるが、例えば図９に示すように、本実施形態と同様に、挟み込み機構１００が、第２フレーム１０２の上方に配置された第１フレーム１０１と、その上方に設けられた第３フレーム１０３とがリンク機構１０４で連結されており、移動機構１０５を駆動させることで第１フレーム１０１をＺ方向に移動させるように構成されている場合がある。

このような場合、移動機構１０５を駆動させて第３フレーム１０３に対して第１フレーム１０１を最も離した状態すなわち第１フレーム１０１を最も下降させた状態で、第１フレーム１０１と第２フレーム１０２との間で図示しないワークＷが挟み込まれる。
しかし、上記の構成では第１フレーム１０１と第３フレーム１０３を全体として昇降させる機構がないため、第１フレーム１０１と第２フレーム１０２によるワークＷへの圧下量Ｇを変えることができない。

そのため、従来のストレッチ成形装置では、一旦ワークＷへの圧下量Ｇが決まると、ワークＷを引っ張っている最中に圧下量Ｇを変化させて第１フレーム１０１と第２フレーム１０２によるワークＷの拘束力Ｆを変化させることができない。
そのため、本実施形態に係るストレッチ成形装置１とは異なり、ワークＷの曲面成形を精度良く行うことが容易でなかった。

また、ワークＷの厚さが種々異なる場合でも第１フレームと第２フレームによるワークＷの拘束力Ｆを一定に保つために、従来のストレッチ成形装置では、図９に示すように、第１フレーム１０１と、第２フレーム２２が固定される下部フレーム１０６との間にスペーサ１０７を噛ませ、スペーサ１０７の厚さを変えることで拘束力Ｆを一定にしていた。
しかし、このような構成では、ワークＷの厚さが変わるごとにスペーサ１０７を交換しなければならず、拘束力Ｆの調整や段取替えに時間がかかっていた。

それに対し、本実施形態に係るストレッチ成形装置１では、拘束力可変機構８を有しているため、拘束力可変機構８を作動させるだけで第１フレーム２１と第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させることができるため、ワークＷの厚さが変わっても拘束力可変機構８を作動させることで拘束力Ｆの調整や段取替えを容易かつ迅速に行うことが可能となる。
また、ワークＷを引っ張っている最中でも、拘束力可変機構８を作動させて圧下量Ｇを変化させて第１フレーム２１と第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを変化させることができるため、ワークＷの曲面成形を精度良く行うことが可能となることは前述したとおりである。

ところで、従来のストレッチ成形装置においても同様であるが、本実施形態に係るストレッチ成形装置１において、挟み込み機構２の第１フレーム２１及び第２フレーム２２で挟み込まれ、成形部３の第２ステージ３１で押し下げられ第３テージ３２で押し上げられたワークＷを引っ張り機構４で引っ張ると、ワークＷが破断してしまう場合がある。
ワークＷの破断は、第３ステージ３２と引っ張り機構４のクランプ部４１との間で生じる場合が多い。

そして、ワークＷが破断する場合、通常、ワークＷに加わっている張力Ｔが異常に強くなっている場合が多い。
そして、ワークＷに加わる張力Ｔが増加すると、引っ張り機構４のサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが上昇する。サーボモータ４３に流れる電流は図４に示した電流センサ５０によって検出される。

例えば、図１０（ａ）に示すように、ある時刻ｔａにワークＷの引っ張りが開始されて、引っ張り機構４によるワークＷの引っ張り開始位置ＡからのＸ方向への引っ張りストロークＳｘが増加し始めると、引っ張り開始と同時にワークＷに加わる張力Ｔが増加する。
そして、電流センサ５０で検出される引っ張り機構４のサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが上昇する。

そして、通常の場合、すなわちワークＷが破断せずに成形される場合は、図１０（ｂ）に実線で示すように、サーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉは、一旦上昇した後、ワークＷを引っ張っている間、徐々に低下する。
そして、ワークＷが所定の引っ張りストロークＳｘだけ引っ張られてワークＷの引っ張りを終了する際、サーボモータ４３への電流の供給が停止され、サーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが０に戻る。

それに対し、ワークＷの破断が生じる場合は、図１０（ｂ）に破線で示すように、ワークＷの引っ張りが開始されると、上記の場合と同様に、サーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが上昇するが、張力Ｔが大きくなり過ぎて電流の絶対値Ｉが所定値Ｉａに達してワークＷが破断すると、その時点でサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが急激に低下して０に戻る。

そこで、従来のストレッチ成形装置においても同様であるが、本実施形態に係るストレッチ成形装置１において、例えば、図１０（ｂ）に示すように、サーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉに閾値Ｉthを設定しておく。
この場合、閾値Ｉthは、ワークＷが破断せずにワークＷの引っ張りが続く場合にサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉの最大値Ｉmaxよりも大きいが、ワークＷが破断してしまう際の上記の電流の絶対値Ｉの所定値Ｉａよりも小さい値に設定される。

そして、引っ張り機構４は、図１０（ｂ）に二点鎖線で示すように、ワークＷの引っ張りを開始した後、サーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが閾値Ｉthまで上昇した時点で、サーボモータ４３の回転駆動を停止させてワークＷに対する引っ張りを停止するように構成することが可能である。
このように構成すれば、ワークＷが破断する前にワークＷに対する引っ張りを停止することが可能となり、ワークＷの破断を回避することが可能となる。

一方、本実施形態のようにストレッチ成形装置１の挟み込み機構２が拘束力可変機構８を備えている場合、拘束力可変機構８は、引っ張り機構４によるワークＷの引っ張りが開始された後、引っ張り機構４のサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが閾値Ｉthまで上昇した時点で、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを低下させるように構成することができる。
拘束力Ｆを低下させることで、ワークＷに加わる張力Ｔを低下させることができる。また、本実施形態では、上記のように、ワークＷへの圧下量Ｇを小さくすることで、第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを低下させることができる。

具体的に説明すると、図１１（ａ）に示すようにワークＷの引っ張りが開始されてワークＷの引っ張りストロークＳｘが増加し始めた後、図１１（ｂ）に二点鎖線で示すようにサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが閾値Ｉthまで上昇した時点で、すなわち図中の時刻ｔｂで、図１１（ｃ）に二点鎖線で示すように挟み込み機構２でのワークＷへの圧下量Ｇを小さくする。
このように制御すると、ワークＷに対する張力Ｔが低下し、図１１（ｂ）に示すようにサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが、通常の場合すなわちワークＷが破断せずに成形される場合の値に戻る。

そして、ワークＷに対する張力Ｔが低下するため、ワークＷの破断が回避される。
そのため、上記のようにサーボモータ４３に流れる電流の絶対値Ｉが閾値Ｉthまで上昇した時点で第１フレーム２１及び第２フレーム２２によるワークＷに対する拘束力Ｆを低下させるように構成することで、ワークＷの破断を回避することが可能となる。

なお、本発明が上記の実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
例えば、挟み付け機構２と成形部３と引っ張り機構４の全体を制御する制御部を設けるように構成することも可能である。

１ ストレッチ成形装置
２ 挟み込み機構
３ 成形部
４ 引っ張り機構
６ 移動機構
７ 落下防止装置
８ 拘束力可変機構
２１ 第１フレーム
２２ 第２フレーム
２５ 第３フレーム
２８ 位置センサ
４３ サーボモータ
８１ ウォームジャッキ
８２ サーボモータ
Ｆ 拘束力
Ｇ 圧下量
Ｉ サーボモータに流れる電流の絶対値
Ｉth 閾値
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. ワークの一の部分を挟み込む第１フレーム及び第２フレームと、前記第１フレーム及び前記第２フレームの少なくとも一方を挟み込み方向に移動させる移動機構と、前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させることを可能とする拘束力可変機構と、を含み、前記ワークを前記第１フレームと前記第２フレームとの間で摺動させる挟み込み機構と、
   前記挟み込み機構により前記ワークが挟まれた状態で、前記ワークの他の部分を引っ張る引っ張り機構と、
   前記挟み込み機構と前記引っ張り機構との間で前記ワークを成形する成形部と、
   を備える、
   ストレッチ成形装置。
2. 前記拘束力可変機構は、前記ワークへの圧下量を変化させることで、前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させることを特徴とする請求項１に記載のストレッチ成形装置。
3. 前記第１フレームの前記挟み込み方向の位置を検出するための位置センサを備え、
   前記拘束力可変機構は、前記第１フレームが前記ワークに当接した位置から前記挟み込み方向に移動した距離を前記ワークへの圧下量とすることを特徴とする請求項２に記載のストレッチ成形装置。
4. 前記挟み込み機構は、前記第１フレームを挟んで前記第２フレームの反対側に第３フレームを有しており、
   前記移動機構は、前記第１フレームを前記第３フレームに対して相対的に移動させることで、前記第１フレームの前記挟み込み方向の位置を移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置。
5. 前記挟み込み機構は、前記第１フレームを挟んで前記第２フレームの反対側に第３フレームを有しており、
   前記拘束力可変機構は、前記第３フレームを前記挟み込み方向に移動させて前記第１フレームを前記挟み込み方向に移動させることで、前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置。
6. 前記拘束力可変機構は、ウォームジャッキとサーボモータとを備えており、前記サーボモータを駆動させ、前記ウォームジャッキを前記挟み込み方向に移動させて、前記第３フレームを前記挟み込み方向に移動させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のストレッチ成形装置。
7. 前記第１フレームの落下を防止するための落下防止装置が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置。
8. 前記引っ張り機構は、サーボモータの回転駆動により前記ワークを引っ張るように構成されており、
   前記拘束力可変機構は、前記ワークの引っ張りが開始された後、前記引っ張り機構の前記サーボモータに流れる電流の絶対値が閾値まで上昇した時点で、前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を低下させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置。
9. 前記引っ張り機構は、サーボモータの回転駆動により前記ワークを引っ張るように構成されており、前記ワークの引っ張りを開始した後、前記引っ張り機構の前記サーボモータに流れる電流の絶対値が閾値まで上昇した時点で、前記サーボモータの回転駆動を停止させて前記ワークに対する引っ張りを停止することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のストレッチ成形装置を用いたストレッチ成形方法において、
    前記挟み込み機構の前記第１フレームと前記第２フレームとで前記ワークを挟み込みつつ、前記引っ張り機構で前記ワークを引っ張りながら、前記成形部で前記ワークを成形する際に、前記挟み込み機構の前記拘束力可変機構により前記第１フレーム及び前記第２フレームによる前記ワークに対する拘束力を変化させながら前記ワークを成形する、
    ストレッチ成形方法。