(57)【要約】【課題】高い２次元分解能で正確にＭＰａ〜ＧＰａ台の高圧接触部の圧力分布とその時間変化の計測を可能とする圧力測定装置の提供。【解決手段】本発明の圧力計測装置は、図１において、光源部０１からの単色光が接触部０２に入射し、単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層４ｂが圧力で変形することによって波長に対する透過特性が変化することにより、測定部０３で得られる画像に圧力に応じた明暗の分布が生じることを利用して光学的に圧力を検出することを特徴とする圧力分定装置である。本装置はフィルタ特性を選択することで広範囲な圧力への対応、高感度な測定ができ、また、測定部０３を高速度カメラで構成することで高速かつ高２次元分解能での計測が可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長帯の光を発する光源部と、
圧力によって光透過特性が可逆的に変化する単色干渉フィルタに圧力Ｐが加わる接触部と、
接触部を透過し圧力Ｐによって変化した光を計測することによって圧力Ｐを測定する測定部
で構成されていることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項２】
請求項１において、該光源部が光源、特定の波長帯の光を透過させる単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部がカメラのみの構成であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項３】
請求項２において、該接触部の該透明接触体が透明流体であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項４】
請求項１において、該光源部が光源のみで構成され、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部が該単色干渉フィルタと該カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項５】
請求項１において、該光源部が特定の波長帯の光を発する光源のみの構成で、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部がカメラのみの構成であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項６】
請求項１において、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、偏光フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層、不透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、偏光フィルタ、カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項７】
請求項６において、該接触部の該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層の該不透明接触体側に光反射層を付与したことを特徴とする圧力測定装置。
【請求項８】
請求項１において、前記光源部は光源、単色干渉フィルタ、偏光フィルタの順に配置されて構成され、前記接触部は単色干渉フィルタ、該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層、不透明接触体の順に配置されて構成され、前記測定部が偏光フィルタ、カメラの順に配置されて構成され、前記１／２位相板層の不透明接触体側に光反射層が付与され、前記光源部から前記接触部への光の入射角が９０度以下であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項９】
請求項１において、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、不透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１０】
請求項９において、該接触部の該単色干渉フィルタの該不透明接触体側に光反射層を付与したことを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１１】
請求項１において、前記光源部が光源、単色干渉フィルタの順に配置されて構成され、前記接触部が単色干渉フィルタ、不透明接触体の順に配置されて構成され、前記測定部がカメラからなり、前記単色干渉フィルタの不透明接触体側に光反射層が付与され、前記光源部から前記接触部への光の入射角が９０度以下であることを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れかにおいて、該単色干渉フィルタの組合せを、ショートパスフィルタとロングパスフィルタの組合せ、または、単色フィルタとロングパスフィルタの組合せ、または、単色フィルタとショートパスフィルタの組合せ、または、ある波長帯のみをブロックするブロックフィルタとショートパスフィルタの組合せ、または、ブロックフィルタとロングパスフィルタの組合せなど、光の透過領域が重なる組合せとし、あるいは単色光源を使用する場合においては光源の出射光波長と各種フィルタの透過領域が重なる組合せとし、かつ、少なくとも接触部を構成するフィルタを干渉フィルタとするように配置したことを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１３】
請求項１において、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であり、圧力Ｐによって変化した単色干渉フィルタでの反射光を計測することによって圧力Ｐを測定することを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１４】
請求項１において、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が透明体・半透過層・透明層・反射層からなる干渉発生板、透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であり、透明層の厚みが圧力Ｐによって変化し、干渉発生板での干渉状態が変化することによる光量の変化を計測することによって圧力Ｐを測定することを特徴とする圧力測定装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の圧力測定装置において、該測定部に顕微鏡等の拡大光学系を用いることを特徴とした圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力測定装置に関する。よりくわしく言えば、たとえば、転がり軸受や歯車などの機械部品の接触部などに生じる圧力を測定することが可能な圧力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械要素などの接触部の圧力測定に関して、たとえば、
１  接触部表面に形成した感圧素子による測定法（非特許文献１）  
２  接触部に感圧塗料を塗布することや感圧紙を挟み込むことで、その発色から圧力を測定する方法（特許文献１、非特許文献２）
３  接触部に油膜がある場合において、油分子のラマンシフト、赤外線分光特性のシフトなどから圧力を測定する方法（非特許文献３、非特許文献４）
４  半透過膜・透過膜・反射膜の３層による干渉光の波長計測から変形量を求め圧力を測定する方法（非特許文献５）
などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４３９５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｎ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｆｉｌｍ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｉｎ  ＥＨＬ−ｃｏｎｔａｃｔｓ、Ｂ．−Ｒ．Ｈｏｅｈｎ、Ｋ．Ｍｉｃｈａｅｌｉｓ、Ｏ．Ｋｒｅｉｌ、Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｖｏｌｕｍｅ  ３９、Ｉｓｓｕｅ  １２、Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  Ｐａｇｅｓ  １７１９−１７２５（２００６）
【非特許文献２】富士フイルムビジネスサプライ株式会社  圧力測定フィルム（商品名プレスケール）ホームページ  ｈｔｔｐ：／／ｆｕｊｉｆｉｌｍ．ＪＰ／ｂｕｓｉｎｅｓｓ／ｍａｔｅｒｉａｌ／ｐｒｅｓｃａｌｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【非特許文献３】Ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｄｉｍｐｌｅｄ  ｅｌａｓｔｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｓｌｉｄｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔｓ  ｂｙ  Ｒａｍａｎ  ｍｉｃｒｏｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、Ｋ．Ｙａｇｉ、Ｐ．Ｖｅｒｇｎｅ、ｔ．Ｎａｋａｈａｒａ、Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．５、ｐｐ．７２４−７３０（２００９）
【非特許文献４】Ｉｎ−ｃｏｎｔａｃｔ  ＩＲ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ、Ｃａｎｎ、ＰＭ、Ｓｐｉｋｅｓ、ＨＡ、ＴＲＩＢＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．４、ｐｐ．２８９−２９７、２００５
【非特許文献５】Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｉｎ  ＥＨＬ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｄｒｙ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｃｏｎｔａｃｔｓ、Ｐ．Ｍ．Ｃａｎｎ、Ｈ．Ａ．Ｓｐｉｋｅｓ、Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ  Ｔｒａｎｓ、Ｖｏｌ．４８、Ｎｏ．４、ｐｐ．４７４−４８３（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に開示されている感圧素子を用いる方法には、感圧素子により表面に凹凸ができ、その影響で圧力に誤差が生じる、また、感圧素子の大きさにより２次元分解能が制限され細かい分布が計測できない等の問題があった。また、特許文献１、非特許文献２に開示されている従来技術である感圧塗料や感圧紙を用いる方法には、感圧塗料や感圧紙の厚みや変形により正確な圧力が測定できない、時間とともに変動する圧力の測定が困難である、歯車や軸受など機械要素において油膜等が介在する場合の圧力の測定が困難である等の問題があった。非特許文献３、非特許文献４に述べられている油分子のラマンシフト、赤外線分光特性のシフトを利用する方法には、圧力に対する感度が低い、測定がスポットで行われるために分布を得るにはスキャンする必要があり、また、ラマンシフト利用の場合、潤滑油が特殊なものに限定され一般の潤滑油に適用できない等の問題があった。非特許文献５に開示されている半透過膜・透過膜・反射膜の３層による干渉から、透明膜の変形量を求めて圧力を測定する方法には圧力に対する感度が低いという問題があった。
本発明は上記の問題点や制約に鑑みてなされたものであり、本発明により、マイクロメータオーダの高い２次元分解能で正確にＭＰａ〜ＧＰａ台の高圧接触部の圧力分布とその時間変化を計測可能とする測定装置および方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明は、特定の波長帯の光を発する光源部と、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する単色干渉フィルタに圧力Ｐが加わる接触部と、接触部を透過し圧力Ｐによって変化した光を計測することによって圧力Ｐを測定する測定部で構成されていることを特徴とする圧力測定装置を構成する。すなわち、圧力によって単色干渉フィルタの干渉膜が弾性変形し、膜の厚さが変わるために光の波長に対する透過特性が変化し、測定部で得られる光量が変化することから圧力を求めることができる。さらに、光学的に測定できるため、光学系倍率を適切に選択することで測定対象を広い範囲から顕微鏡的な微小な範囲まで変えることができる。
【０００７】
また、第２の発明は、該光源部が光源、特定の波長帯の光を透過させる単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部がカメラのみの構成であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
【０００８】
また、第３の発明は、該接触部の該透明接触体が透明流体であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第４の発明は、該光源部が光源のみで構成され、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部が該単色干渉フィルタと該カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第５の発明は、該光源部が特定の波長帯の光を発する光源のみの構成で、該接触部が透明接触体、圧力によって光透過特性が可逆的に変化する該単色干渉フィルタの順に配置された構成で、該測定部がカメラのみの構成であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
【０００９】
また、第６の発明は、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、偏光フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層、不透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、偏光フィルタ、カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第７の発明は、該接触部の該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層の該不透明接触体側に光反射層を付与したことを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第８の発明は、前記光源部は光源、単色干渉フィルタ、偏光フィルタの順に配置されて構成され、前記接触部は単色干渉フィルタ、該単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層、不透明接触体の順に配置されて構成され、前記測定部が偏光フィルタ、カメラの順に配置されて構成され、前記１／２位相板層の不透明接触体側に光反射層が付与され、前記光源部から前記接触部への光の入射角が９０度以下であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
【００１０】
また、第９の発明は、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、不透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第１０の発明は、該接触部の該単色干渉フィルタの該不透明接触体側に光反射層を付与したことを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第１１の発明は、前記光源部が光源、単色干渉フィルタの順に配置されて構成され、前記接触部が単色干渉フィルタ、不透明接触体の順に配置されて構成され、前記測定部がカメラからなり、前記単色干渉フィルタの不透明接触体側に光反射層が付与され、前記光源部から前記接触部への光の入射角が９０度以下であることを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第１２の発明は、該単色干渉フィルタの組合せを、ショートパスフィルタとロングパスフィルタの組合せ、または、単色フィルタとロングパスフィルタの組合せ、または、単色フィルタとショートパスフィルタの組合せ、または、ある波長帯のみをブロックするブロックフィルタとショートパスフィルタの組合せ、または、ブロックフィルタとロングパスフィルタの組合せなど、光の透過領域が重なる組合せとし、あるいは単色光源を使用する場合においては光源の出射光波長と各種フィルタの透過領域が重なる組合せとし、かつ、少なくとも接触部を構成するフィルタを干渉フィルタとするように配置したことを特徴とする圧力測定装置を構成する。
【００１１】
また、第１３の発明は、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が単色干渉フィルタ、透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であり、圧力Ｐによって変化した単色干渉フィルタでの反射光を計測することによって圧力Ｐを測定することを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第１４の発明は、該光源部が光源、単色干渉フィルタ、ビームスプリッタの順に配置された構成で、該接触部が透明体・半透過層・透明層・反射層からなる干渉発生板、透明接触体の順に配置された構成で、該測定部がビームスプリッタ、カメラの順に配置された構成であり、透明層の厚みが圧力Ｐによって変化し、干渉発生板での干渉状態が変化することによる光量の変化を計測することによって圧力Ｐを測定することを特徴とする圧力測定装置を構成する。
また、第１５の発明は、該測定部に顕微鏡等の拡大光学系を用いることを特徴とした圧力測定装置を構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施により、高い精度で２次元圧力分布の測定が可能となる。
測定に用いる単色干渉フィルタは、表面が平滑であるため、非特許文献１で問題であった感圧素子の厚みにより表面に凹凸ができることに起因する圧力の誤差がなく、光量の分布をカメラでとらえるため、光学系に顕微鏡を使用することでマイクロメータオーダでの精細な２次元圧力分布計測が可能であり、感圧素子の大きさに起因する分解能の問題も解消される。
また、特許文献１、非特許文献２のように感圧塗料や感圧紙を挟む必要がないため、介在物による圧力の誤差などがなく正確な圧力を求めることが可能であり、さらに、画像を取り込むことで測定可能であるため、高速撮影可能なカメラを使用することで圧力分布の高速な時間変化をとらえることができる。また、油膜などが介在する場合の計測も可能である。
本発明の単色干渉フィルタの変形による圧力の検出は、用いる単色干渉フィルタの特性を選択することで、圧力に対する感度や測定範囲も広範囲に設定可能であり、単色干渉フィルタの波長に対する透過率の変化を急峻にすることで、圧力に対する感度を高く選定することができるため、非特許文献３、非特許文献４で問題であった感度不足を解消でき、介在する潤滑油の種類の影響も受けず、あらゆる潤滑油に対して適用できる。また、単色干渉フィルタの波長に対する透過率の変化を急峻にすることで、非特許文献５で問題であった圧力に対する感度不足を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の装置概念を説明する図である。
【図２】圧力によるフィルタの透過特性の変化を説明する図である。
【図３】圧力による画像の変化の実例である。
【図４】圧力と光量の変化の例を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２を説明する図である。
【図７】本発明の実施例３を説明する図である。
【図８】本発明の実施例４を説明する図である。
【図９】本発明の実施例５を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例６を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例７を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例８を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例９を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例１０を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例１１を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例１２を説明する図である。
【図１７】本発明の実施例１３を説明する図である。
【図１８】本発明の実施例１４を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、単色干渉フィルタ膜部に対して圧力が加わることでフィルタの光の波長に対する透過特性である分光特性が変化し、変形のないフィルタの分光特性との差が生じることを利用している。図１に示すように、特定の波長帯の光を発する光源部０１から出た光は、接触部０２を透過し、測定部０３で捉えられる。このとき、単色干渉フィルタ４の波長に対する透過率が接触圧力により、図２に例示するように変化する。すなわち、圧力が加わることにより透過光のスペクトルが短波長側へシフトする。図３は測定例の画像を示しており、圧力の大きい場合の光量が減少していることが分かる。図４は、圧力と光量の関係を例示したものである。すなわち、接触圧力が大きく膜の変形の大きい部分ほど光の透過特性の変化が大きく、測定部に至る光量がより減少するなどの変化をすることになる。
【００１５】
本発明では、光源部から出る光の分光特性とフィルタの分光特性を選択することにより感度や測定圧力範囲を広範囲に設定できる。狭い透過波長幅を持つフィルタを用いれば高感度にでき、広い透過波長幅を持つフィルタは、広範囲な圧力の測定が可能である。また、光源部と接触部のフィルタの分光特性の選択により、圧力が高いと光量が減少する構成、その逆の構成が可能である。
本発明には、図１に示すように単色フィルタとして単色干渉フィルタ４を用いる。単色干渉フィルタは透明体４ａと多層干渉層４ｂで構成されている。多層干渉層に対して圧力が加わることで膜の厚さが弾性変形し、フィルタの分光特性が変化することを利用する。多層干渉層を構成する膜としては、誘電体膜、金属膜などを使うことが可能である。誘電体膜材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２、ＴｉＯ３、ＴｉＯ５）、ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用いることができる。金属膜材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇなどを用いることができる。
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図５は、本発明の第１の実施例である圧力計測装置を説明する図である。図において、光源部は、光源１と単色干渉フィルタＡ２で構成され、接触部は、透明接触体３と単色干渉フィルタＢ４で構成され、測定部は、カメラ５で構成される。
光源１からの光は、単色干渉フィルタＡ２によってある分布特性を持つ単色光となる。光は、透明接触体３に入射し、透明接触体３と単色干渉フィルタＢ４の接触部に至る。単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層４ｂは接触部分の接触圧力により圧縮され変形しているために、単色干渉フィルタＢ４の透過特性は、非接触時に単色干渉フィルタＡ２と同一であった特性から図２に例示するように変化している。このとき、接触している各部分により圧力が異なることによりそれぞれの部分でフィルタの透過特性が異なる。よってカメラ５で得られる画像は各部で明るさが変化し、図３に例示するように圧力の高い部分ほど暗くなる。この明るさの分布に対して、各部の光量と圧力との関係を図４に例示したようにあらかじめ校正しておき、この関係を適用することで測定された光量分布から圧力分布を求めることができた。すなわち、ヘルツの接触圧力（ＧＰａ、ｋｇｆ／ｍｍ２等）は、荷重、２面の形状、弾性係数などから計算で求まるので、たとえば、平面と球面を用いると、静的に荷重をかけた状態での圧力分布を計算により求めることができる。この状態において、発明の構成によって求めた光の強度分布を調べることで、図４のような圧力と光量の校正曲線を作成し、接触状態で計測された画像の各点の光量から圧力値の分布を求めることができた。
【００１７】
本装置は、広い面積の圧力分布計測も可能であるが、カメラ５の光学系として顕微鏡などを用いることで、ミクロンオーダの分解能で圧力測定が可能である。さらに、高速度カメラを使用することで短時間に変化する圧力分布を捉えることが可能である。また、カメラ５のかわりにある面積の光量を検出するセンサを使用することもできる（このことは本実施例以外のすべての実施例においても適用できる）。さらに、本実施例は、透明接触体３と単色干渉フィルタＢ４の間に油膜や表面凹凸がある場合や、透明接触体３と単色干渉フィルタＢ４間に相対運動が存在する場合にも測定が可能である。
図５では、単色干渉フィルタＢ４を平面とし、透明接触体３の接触面を球面としているが、実際の機械要素などの圧力分布測定に適用する場合には、接触部と等価な接触を外部に再現することで実機の圧力分布を模擬した測定が可能である。すなわち、接触する部品の接触部のモデルを透明体で作り、本発明の構成（図１）の３、４のように配置し観察する、あるいは、接触を構成する一方を平面とし、もう一方に両物体表面形状が合成された曲率を持つ等価な曲面を作り、本発明の構成（図１）の３、４のように配置し、観察することで測定を行う。ただし、一方の接触表面に単色干渉フィルタ層を形成することが必要となる。また、片方は透明体でなくとも以下の実施例の中で示すように測定の実施が可能である。接触面それぞれの運動を再現することで、介在する油膜などの影響を受ける場合の圧力分布計測も可能となる。
実際に、たとえば、転がり球軸受の場合は、外輪と転動体である球の接触を再現するには、転動体の転がり方向と回転軸方向の曲率を、外輪と球それぞれについて合成することで片方を平面とすることができる。同様に歯車の場合も可能である。自動車などに使われているＣＶＴにいては、現在主流となっているベルト式ＣＶＴでは、プーリとエレメント（ベルトについているコマ）の接触状態を再現することで本発明による圧力分布測定が可能であり、チェーン式もチェーンのピンとプーリの接触を再現することで同様に可能である。また、トロイダル式ＣＶＴは転がり軸受と同様な接触状態であるので、軸受と同様な方法で可能である。
【実施例２】
【００１８】
図６は、本発明の第２の実施例である圧力計測装置を説明する図である。この例は、実施例１において該光源と該接触部との間にあった該単色干渉フィルタＡを該接触部と該カメラの間に移したものである。実施例１と同様にカメラ５で得られる画像は圧力に応じて明るさが変化し、あらかじめ校正しておいた関係を適用することで圧力分布を求めることができた。
【実施例３】
【００１９】
図７は、本発明の第３の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は該光源部に単色光源６のみを用い、実施例１、２で用いた該単色干渉フィルタＡ２を使用しない構成としたものである。単色光源６としては、レーザー光源、ＬＥＤ光源、放電などを利用した多色光源とフィルタの組合せたものを用いることができる。本実施例においても実施例１と同様に、得られる画像より圧力分布を求めることができた。また、他の実施例においても光源とフィルタの組合せのかわりに単色光源を用いることができる。
【実施例４】
【００２０】
図８は、本発明の第４の実施例である圧力計測装置を説明する図である。光源部は光源１、単色干渉フィルタＡ２、偏光フィルタ７、ビームスプリッタ９で構成され、接触部は単色干渉フィルタＢ４、単色干渉フィルタに付与した１／２位相板層１１、不透明接触体１０で構成され、測定部はビームスプリッタ９、偏光フィルタ８、カメラ５で構成される。本実施例では、ビームスプリッタ９を使用して単色干渉フィルタＢ４側から不透明接触体１０の表面へ光を導くことを特徴としている。
光源１の光は、単色干渉フィルタＡ２、偏光フィルタ７、ビームスプリッタ９、単色干渉フィルタＢ４、１／２位相板層１１を通り、不透明接触体１０で反射する。この反射光は、１／２位相板層１１、単色干渉フィルタＢ４、ビームスプリッタ９、偏光フィルタ８を通り、カメラ５へ取り込まれ、得られた画像から接触圧力を測定することができる。
【実施例５】
【００２１】
図９は、本発明の第５の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例４において、該接触部を構成する該単色干渉フィルタＢ４の下面に反射層１２を付加したものであり、該不透明接触体１０の反射率や表面形状、潤滑油１３などの存在に影響を受けることなく圧力分布を測定可能とするものである。接触体の表面状態に影響されずに測定可能であり、さらに機械要素などにおける潤滑油などの介在物がある場合には、介在物による圧力に対する影響を測定することができる。介在するものとしては潤滑油等のほか、水などの各種流体、あるいは摩耗粉、各種粒子などの異物などもあり得る。また、不透明接触物体１０の表面凹凸による圧力への影響を測定することや、接触部を構成する不透明接触物体１０や単色干渉フィルタＢ４の接触面に平行方向あるいは垂直方向などの運動による表面の圧力分布への影響を測定することもなども可能である。
【実施例６】
【００２２】
図１０は、本発明の第６の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例５において、該光源部側から該接触部への光の入射角を９０度以下とすることで該ビームスプリッタ９を使用しない構成としたものである。
【実施例７】
【００２３】
図１１は、本発明の第７の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例４において、該単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層に関して特定波長帯付近の光の反射が無いものを使用することで、偏光フィルタ７、１／２位相板層１１、偏光フィルタ８を用いない構成としたものである。
【実施例８】
【００２４】
図１２は、本発明の第８の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例５において、該単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層に関して特定波長帯付近の光の反射が無いものを使用することで、偏光フィルタ７、１／２位相板層１１、偏光フィルタ８を用いない構成としたものである。
【実施例９】
【００２５】
図１３は、本発明の第９の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例６において、該単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層に関して特定波長帯付近の光の反射が無いものを使用することで、偏光フィルタ７、１／２位相板層１１、偏光フィルタ８を用いない構成としたものである。
【実施例１０】
【００２６】
図１４は、本発明の第１０の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、接触部が流体（透明接触体３）と単色干渉フィルタＢ４で構成される。
図１４において圧力導入口１７から容器１８に導入された圧力は、単色干渉フィルタＢ４を変形させる。光源１からの光は、単色干渉フィルタＡ２を通過し単色光となり、透明窓１９、単色干渉フィルタＢ４を通過し、カメラ５に入射する。得られた画像より容器内の圧力を計測することが可能である。本実施例でも、カメラ５のかわりに光量を計測できるセンサとする構成も可能である。
【実施例１１】
【００２７】
図１５は、本発明の第１１の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、単色干渉フィルタＢ４の多層干渉層を容器１８の外部に設けたものであり、容器壁の静圧あるいは、流体の衝突などによって発生する圧力Ｐの計測が可能である。
【実施例１２】
【００２８】
図１６は、本発明の第１２の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、実施例１において、該単色干渉フィルタＡ２をロングパスフィルタ１５で、該単色干渉フィルタＢ４をショートパスフィルタ（干渉フィルタ）１６で置き換えた構成としたものである。両フィルタの透過波長領域が重なる組み合わせにしておき、接触圧力によりショートパスフィルタ（干渉フィルタ）１６の光の透過特性が変化するためカメラ５で得られる画像の明るさが変化し、光量と圧力との関係をあらかじめ校正しておくことで圧力を求めることができる。
フィルタの組み合わせは、ショートパスフィルタとロングパスフィルタの組み合わせ、または、単色フィルタとロングパスフィルタの組み合わせ、または、単色フィルタとショートパスフィルタの組み合わせ、または、ある波長帯のみをブロックするブロックフィルタとショートパスフィルタの組み合わせ、または、ブロックフィルタとロングパスフィルタの組み合わせなど、光の透過領域が重なる、または近接した組み合わせとし、かつ、少なくとも接触部を構成するフィルタを干渉フィルタとする。また、ある特定の波長帯の光を発する光源を使用することで光源部のフィルタを用いない構成も可能である。
【実施例１３】
【００２９】
図１７は、本発明の第１３の実施例である圧力計測装置を説明する図である。本実施例は、単色干渉フィルタ４の波長に対する光の反射特性が圧力Ｐによって変化することを利用する。すなわち接触部の圧力による単色干渉フィルタＡ４からの光の反射をカメラ５で測定することで接触圧力を計測する。このとき、単色干渉フィルタＡ４を透過した光は、透明接触体３を透過し、カメラ５には入射しない。同様に、単色干渉フィルタＡ４の透明接触体３側に光を吸収する層を付与することや、透明接触体３のかわりに光を吸収する接触体を使用することも可能である。
【実施例１４】
【００３０】
図１８は、本発明の第１４の実施例である圧力計測装置を説明する図である。図において、光源部は、光源１と単色干渉フィルタＡ２、ビームスプリッタ９で構成され、接触部は、不透明接触体１０と干渉発生板１４で構成され、測定部は、ビームスプリッタ９、カメラ５で構成される。
光源１からの光は、単色干渉フィルタＡ２によってある分布特性を持つ単色光となる。光は、干渉発生板１４の透明体１４ａに入射し、半透過層１４ｂを透過する。このとき、光の一部、たとえば２５％が反射するようにしておく。透過した光は、透明層１４ｃを透過して反射層１４ｄで反射する。この２カ所からの反射光が干渉によって強め合う波長が、単色干渉フィルタＡ２による単色光の波長と同程度になるように透明層１４ｃの厚さを設定しておく。
接触圧力によって透明層１４ｃが圧縮されることによって２つの反射光による干渉状態が変化し、カメラ５で得られる画像の明るさが変化する。これを利用して接触圧力を計測することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
０１  光源部
０２  接触部
０３  測定部
１  光源
２  単色干渉フィルタＡ
２ａ  透明体
２ｂ  多層干渉層
３  透明接触体  
４  単色干渉フィルタＢ
４ａ  透明体
４ｂ  多層干渉層
５  カメラ
６  単色光光源
７  偏光フィルタＡ
８  偏光フィルタＢ
９  ビームスプリッタ
１０  不透明接触体
１１  反射層
１２  １／２位相板層
１３  潤滑油
１４  干渉発生板
１４ａ  透明体
１４ｂ  半透過層
１４ｃ  透明層
１４ｄ  反射層
１５  ロングパスフィルタ
１６  ショートパスフィルタ（干渉フィルタ）
１７  圧力導入口
１８  容器
１９  透明窓
【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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【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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