(57)【要約】【課題】金型等の工具の表面に作用する圧力・摩擦力の検出に際し、センサを構成するための加工が容易となり、加工リードタイムが長くなることや加工コストが高くなること等の、複雑な加工が必要とされる場合の不具合を解消することができる圧力・摩擦力センサを提供すること。【解決手段】所定の部材の表面（金型表面１０）に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力センサ１であって、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面６を介して前記検出対象の作用を受ける基部２と、基部２の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対のビーム７を有する梁部３と、一対のビーム７の先端部同士を連結する薄板部４と、少なくとも一部が薄板部４に位置するように設けられる一または複数のひずみゲージ５とを備え、前記所定の部材に対して、受け面６が、金型表面１０の一部を形成するように設けられる構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力センサであって、
板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、
前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、
前記基部と略平行の板状の部分であり、前記一対の梁要素の先端部同士を連結する薄板部と、
少なくとも一部が前記薄板部に位置するように設けられる一または複数のひずみゲージと、を備え、
前記所定の部材に対して、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設けられることを特徴とする圧力・摩擦力センサ。
【請求項２】
所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力センサであって、
板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、
前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、を備え、
前記所定の部材に対して、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設けられることを特徴とする圧力・摩擦力センサ。
【請求項３】
前記梁部の前記基部に対する付け根部分に、前記梁要素の前記基部に対する、前記一対の梁要素の対向する方向についての曲げ剛性を低下させるための剛性低下部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力・摩擦力センサ。
【請求項４】
前記剛性低下部は、Ｒ形状を有する凹面部であることを特徴とする請求項３に記載の圧力・摩擦力センサ。
【請求項５】
前記一対の梁要素は、前記基部からの突出方向が互いに略平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力・摩擦力センサ。
【請求項６】
前記梁部は、前記基部からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有することを特徴とする請求項５に記載の圧力・摩擦力センサ。
【請求項７】
所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法であって、
板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、
前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、
前記基部と略平行の板状の部分であり、前記一対の梁要素の先端部同士を連結する薄板部と、
少なくとも一部が前記薄板部に位置するように設けられる一または複数のひずみゲージと、を備えるセンサを用い、
前記所定の部材に、前記センサを取り付けるための穴部を設け、
前記穴部に、前記センサを、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設け、
前記受け面に前記検出対象が作用することによる、前記梁部を介する前記薄板部の変形を、前記ひずみゲージ部によって検出することにより、前記表面に作用する前記検出対象を検出することを特徴とする圧力・摩擦力検出方法。
【請求項８】
所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法であって、
板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、
前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、を備えるセンサを用い、
前記所定の部材に、前記センサを取り付けるための穴部を設け、
前記穴部に、前記センサを、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設け、
前記受け面に前記検出対象が作用することによる、前記梁要素の傾斜角度に基づいて、前記表面に作用する前記検出対象を検出することを特徴とする圧力・摩擦力検出方法。
【請求項９】
前記梁部の前記基部に対する付け根部分に、前記梁要素の前記基部に対する、前記一対の梁要素の対向する方向についての曲げ剛性を低下させるための剛性低下部を設けることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の圧力・摩擦力検出方法。
【請求項１０】
前記剛性低下部を、Ｒ形状を有する凹面部とすることを特徴とする請求項９に記載の圧力・摩擦力検出方法。
【請求項１１】
前記一対の梁要素を、前記基部からの突出方向が互いに略平行とすることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の圧力・摩擦力検出方法。
【請求項１２】
前記梁部を、前記基部からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有するものとすることを特徴とする請求項１１に記載の圧力・摩擦力検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造や押出しや圧延等の塑性加工や、射出成形やプレス成形等の成形加工等の際に、金型等の工具の表面に作用する圧力・摩擦力の検出用として好適な圧力・摩擦力センサ、および圧力・摩擦力検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばアルミダイカスト等の比較的高圧である鋳造に際しては、鋳造条件の管理等を目的として、ひずみゲージを備える構成等により、金型内で生じる圧力（溶湯圧力）の計測が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
また、鍛造や押出し等の塑性加工等においては、前記のような金型内で生じる圧力に加え、加工される材料の変形にともなって金型の表面に作用する摩擦力の計測が望まれる。そこで、金型内で生じる圧力および摩擦力を計測するために用いられる技術として、特許文献２に開示されているものがある。特許文献２には、例えば金型等の工具である所定の部材（以下「工具」という。）の表面に作用する力について、圧力に加えて摩擦力を計測することができるセンサが開示されている。
【０００３】
特許文献２に開示のセンサは、工具の表面に形成された薄肉部分に連続して設けられる２本のビームと、これら２本のビームの下端部を連結する薄板と、この薄板に貼り付けられて設けられるひずみゲージとを備える。かかる構成により、部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方が計測される。
具体的には、前記薄肉部分に対して圧力や摩擦力が作用することにより、その薄肉部分においてたわみ等の変形が生じる。薄肉部分の変形は、２本のビームの変形をともない、これら２本のビームを連結する薄板に伝達される。この薄板の変形が、ひずみゲージによって検出される。つまり、圧力や摩擦力の作用による薄肉部分の変形が、２本のビームを介して薄板のひずみ量（伸縮量）として、ひずみゲージによって検出される。そして、この薄板のひずみ量に基づいて、工具の表面に作用する圧力・摩擦力が計測される。
【０００４】
しかし、特許文献２に開示されている構成（以下「従来構成」という。）においては、次のような不具合がある。
すなわち、従来構成においては、計測対象である圧力・摩擦力が作用することで変形させる部分である薄肉部分が、工具と一体に（工具に直接）形成されている。したがって、薄肉部分に連続して設けられる２本のビーム、およびこれら２本のビームを連結する薄板も、工具と一体の部分となる。つまり、従来構成においては、センサが工具に対して直接設けられている。このため、センサを構成する各部の形状（以下「センサ形状」という。）を形成するためには、工具に対して直接加工が施される必要がある。
【０００５】
こうした工具に対する直接的な加工に際しては、液体中で放電する際に電極が消耗することを利用した加工法である放電加工が好適に用いられるが、前述のようにセンサが工具に対して直接設けられる構成においては、そのセンサ形状を形成するための加工である放電加工について、電極の移動経路等に関し複雑な加工が必要となる。具体的には、従来構成におけるセンサ形状が形成されるに際しては、電極の移動経路について、電極が工具に形成される穴部に対して差し入れられる方向（ビームの長手方向）に加え、その方向に対する垂直方向（薄板の板面に沿う方向）等の複数の方向の移動が必要となり、複雑な加工となる。
【０００６】
このため、従来構成においては、工具にセンサを設けるための加工について、加工リードタイムが長く、加工コストが高くなってしまう。
また、従来構成においては、工具にセンサを設けるための加工について、その加工が工具の内部に施されることとなる。このため、加工後の寸法精度（加工精度）の計測・確認や、加工後のひずみゲージの貼付けが困難となる。
また、従来構成においては、電極の移動経路が複雑となることから、加工に際して電極が加工部位以外の部位に接触することで、加工が不要な部分まで加工が施され、不良率１０％程度で不良品が生じていた。
さらに、従来構成のセンサでは、工具に対して直接加工が施されることから、センサが設けられる位置について制約が大きく自由度が低い。
【０００７】
また、特許文献２に開示されているセンサにおいては、その計測原理として、ひずみゲージによって、薄肉部分に圧力・摩擦力が作用することによる薄板のひずみ（圧力ひずみ・摩擦力ひずみ）が計測されることで、圧力・摩擦力が得られる手法が用いられている。
この点、従来構成においては、そのセンサ形状等から、圧力ひずみに対して摩擦力ひずみについての出力（ひずみ量）が小さい。摩擦力ひずみについての出力の増加は、ひずみゲージが貼り付けられる薄板についての板厚が薄くなることで達成されると見込まれる。しかし、薄板の板厚が薄くなることは、その薄板部分の強度の低下をともなう。このため、従来構成においては、摩擦力ひずみについての出力と薄板部分の強度との関係について、その出力と強度との妥協点に基づいて薄板部分の板厚が設定されているのが現状である。
【０００８】
また、摩擦力ひずみについての出力の増加は、センサ形状についての形状面からも達成されると見込まれる。しかし、従来構成においては、前述したようにセンサを設けるための加工が工具の内部に施されることとなるため、加工可能な形状の自由度が低い。センサ形状について加工可能な形状の自由度が低いことは、センサ形状についての形状面から摩擦力ひずみについての出力の増加を妨げる要因となる。
【０００９】
このように、従来構成においては、ひずみゲージが貼り付けられる薄板部分についての十分な強度の確保と、摩擦力ひずみについての出力の増加との両立が望まれている。
【特許文献１】特開平８−７５５７９号公報
【特許文献２】特許第３６３２０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、金型等の工具の表面に作用する圧力・摩擦力の検出に際し、センサを構成するための加工が容易となり、加工リードタイムが長くなることや加工コストが高くなること等の、複雑な加工が必要とされる場合の不具合を解消することができる圧力・摩擦力センサ、および圧力・摩擦力検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１２】
すなわち、請求項１においては、所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力センサであって、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、前記基部と略平行の板状の部分であり、前記一対の梁要素の先端部同士を連結する薄板部と、少なくとも一部が前記薄板部に位置するように設けられる一または複数のひずみゲージと、を備え、前記所定の部材に対して、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設けられるものである。
【００１３】
請求項２においては、所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力センサであって、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、を備え、前記所定の部材に対して、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設けられるものである。
【００１４】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の圧力・摩擦力センサにおいて、前記梁部の前記基部に対する付け根部分に、前記梁要素の前記基部に対する、前記一対の梁要素の対向する方向についての曲げ剛性を低下させるための剛性低下部を有するものである。
【００１５】
請求項４においては、請求項３に記載の圧力・摩擦力センサにおいて、前記剛性低下部は、Ｒ形状を有する凹面部であるものである。
【００１６】
請求項５においては、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力・摩擦力センサにおいて、前記一対の梁要素は、前記基部からの突出方向が互いに略平行であるものである。
【００１７】
請求項６においては、請求項５に記載の圧力・摩擦力センサにおいて、前記梁部は、前記基部からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有するものである。
【００１８】
請求項７においては、所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法であって、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、前記基部と略平行の板状の部分であり、前記一対の梁要素の先端部同士を連結する薄板部と、少なくとも一部が前記薄板部に位置するように設けられる一または複数のひずみゲージと、を備えるセンサを用い、前記所定の部材に、前記センサを取り付けるための穴部を設け、前記穴部に、前記センサを、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設け、前記受け面に前記検出対象が作用することによる、前記梁部を介する前記薄板部の変形を、前記ひずみゲージ部によって検出することにより、前記表面に作用する前記検出対象を検出するものである。
【００１９】
請求項８においては、所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法であって、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面を介して前記検出対象の作用を受ける基部と、前記基部における他方の板面側から突出され、前記基部の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素を有する梁部と、を備えるセンサを用い、前記所定の部材に、前記センサを取り付けるための穴部を設け、前記穴部に、前記センサを、前記受け面が、前記表面の一部を形成するように設け、前記受け面に前記検出対象が作用することによる、前記梁要素の傾斜角度に基づいて、前記表面に作用する前記検出対象を検出するものである。
【００２０】
請求項９においては、請求項７または請求項８に記載の圧力・摩擦力検出方法において、前記梁部の前記基部に対する付け根部分に、前記梁要素の前記基部に対する、前記一対の梁要素の対向する方向についての曲げ剛性を低下させるための剛性低下部を設けるものである。
【００２１】
請求項１０においては、請求項９に記載の圧力・摩擦力検出方法において、前記剛性低下部を、Ｒ形状を有する凹面部とするものである。
【００２２】
請求項１１においては、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の圧力・摩擦力検出方法において、前記一対の梁要素を、前記基部からの突出方向が互いに略平行とするものである。
【００２３】
請求項１２においては、請求項１１に記載の圧力・摩擦力検出方法において、前記梁部を、前記基部からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有するものとするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、金型等の工具の表面に作用する圧力・摩擦力の検出に際し、センサを構成するための加工が容易となり、加工リードタイムが長くなることや加工コストが高くなること等の、複雑な加工が必要とされる場合の不具合を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る圧力・摩擦力センサ（以下単に「センサ」という。）は、鍛造や押出しや圧延等の塑性加工や、射出成形やプレス成形等の成形加工等に際し、金型等の所定の部材の表面に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とするものである。本発明に係るセンサは、前記所定の部材とは別体として構成されるとともに、この所定の部材に対して、その表面の一部を形成するように設けられる。そして、所定の部材の表面の一部を形成した状態のセンサが、所定の部材の表面に作用する圧力や摩擦力をこの表面とともに受けることにより、所定の部材の表面に作用する圧力や摩擦力が検出される。
以下、本発明に係るセンサについての実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、センサが設けられる前記所定の部材を、鍛造等に用いられる金型とする。
【００２６】
本発明に係るセンサの第一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るセンサ１は、金型の表面（以下「金型表面」という。）１０に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする。すなわち、センサ１は、金型表面１０に作用する圧力および摩擦力のいずれかを検出することができることに加え、圧力および摩擦力の両者を同時に検出することができるものである。
センサ１は、基部２と、梁部３と、薄板部４と、ひずみゲージ５とを備える。
【００２７】
基部２は、板状の部分であり、一方の板面側に形成される受け面６を介して前記検出対象の作用を受ける。
本実施形態では、基部２は、円板状の部分として形成される。つまり、基部２は、互いに略平行な円形状の平面部を有し、その一側の平面部が、受け面６となる。
【００２８】
なお、本実施形態では、基部２は、円板状の部分であるが、これに限定されるものではない。基部２は、一側の板面が受け面６となる板状の部分であればよい。したがって、基部２は、例えば矩形板状の部分等、他の板状の部分であってもよい。
以下の説明では、基部２において受け面６が設けられる側（図２において上側）を、センサ１における上側とし、その反対側（図２において下側）を下側とする。
【００２９】
梁部３は、基部２における他方の板面側（下側）から突出され、基部２の中心位置に対して略対称に設けられる少なくとも一対の梁要素であるビーム７を有する。
本実施形態では、梁部３は、一対のビーム７を有する。図２および図３に示すように、各ビーム７は、それぞれ基部２における受け面６と反対側の面である裏側面８から下方に向けて突出形成される矩形板状の部分である。一対のビーム７は、円形状の裏側面８の略中央部において、裏側面８の中心位置に対して略対称（図示では略左右対称）に設けられる。
【００３０】
また、本実施形態では、梁部３を構成する一対のビーム７は、基部２からの突出方向が互いに略平行である。
すなわち、前記のとおりそれぞれ板状の部分である一対のビーム７は、互いの板面同士を略平行に対向させた状態で設けられる。したがって、各ビーム７は、基部２の板面（裏側面８）から略垂直方向に突出する部分となる。
【００３１】
なお、本実施形態では、梁部３を構成する一対のビーム７は、互いに略平行に設けられる板状の部分として形成されているが、これに限定されるものではない。一対のビーム７は、基部２の中心位置に対して略対称に設けられる梁要素であればよい。したがって、ビーム７は、例えば棒状等、他の形状を有する梁要素であってもよい。
【００３２】
薄板部４は、基部２と略平行の板状の部分であり、一対のビーム７の先端部同士を連結する。
薄板部４は、前記のとおり互いに略平行に設けられる板状の部分である一対のビーム７の先端部（下端部）同士の間において、基部２に対して略平行に架設された状態となる板状の部分として形成される。したがって、薄板部４は、基部２（の裏側面８）および一対のビーム７とともに、上下方向を長手方向とする長方形状の窓部（貫通孔部）を形成する。言い換えると、基部２の裏側面８と、両ビーム７の対向する内側面と、薄板部４の上側面とにより、長方形状の貫通空間が形成される。
【００３３】
また、本実施形態では、薄板部４は、図３に示すように、一対のビーム７に対して、矩形板状であるビーム７の短手方向（図３における上下方向）略中央部同士を連結するように設けられる。したがって、図３に示すように、センサ１の底面視においては、薄板部４と一対のビーム７とにより略Ｈ形状が形成される。以下では、センサ１において、その底面、つまり薄板部４と一対のビーム７とにより形成される略Ｈ形状となる端面を、先端面９とする。
【００３４】
ひずみゲージ５は、その少なくとも一部が薄板部４に位置するように設けられる。
本実施形態のセンサ１は、二つのひずみゲージ５を有する。各ひずみゲージ５は、梁部３を構成する各ビーム７と薄板部４との連結部分近傍に設けられる。これらのひずみゲージ５は、先端面９に対して、接着剤等が用いられて貼り付けられることにより設けられる。また、二つのひずみゲージ５は、センサ１において、薄板部４の長手方向、つまり一対のビーム７が対向する方向（図２および図３における左右方向）について、中心位置に対して略対称に設けられる。
【００３５】
したがって、本実施形態では、図２および図３に示すように、二つのひずみゲージ５は、先端面９における薄板部４と各ビーム７との連結部分近傍として、先端面９における薄板部４の部分と各ビーム７の部分とにまたがるような位置に貼設される。
【００３６】
ひずみゲージ５としては、電気抵抗型のものや圧電素子を利用したもの等が用いられる。各ひずみゲージ５は、ケーブル（リード線）を介して、アンプや出力部等を備えた周知の測定装置（図示略）に接続される。
【００３７】
なお、本実施形態のセンサ１は、二つのひずみゲージ５を備え、これらが先端面９に貼り付けられる構成を備えるが、これに限定されるものではない。ひずみゲージ５は、基部２の受け面６に圧力や摩擦力が作用することによる、梁部３を介する薄板部４の変形（力学的ひずみ）を検出することができるように設けられればよい。したがって、ひずみゲージ５は、前記のような薄板部４の変形を検出することができる構成であれば、設けられる枚数や接続方法などは特に限定されず周知のひずみゲージ構成を用いることができる。また、ひずみゲージ５は、薄板部４の上側面（先端面９と反対側の面）に設けられてもよい。
【００３８】
これらの構成を備えるセンサ１においては、基部２と梁部３と薄板部４とが一体の構造物として構成される。つまり、センサ１を構成する基部２、梁部３、および薄板部４の各部については、一体の部材に対してワイヤーカット等の放電加工や切削加工等が用いられることにより、前記各部の形状（以下「センサ形状」という。）が形成され、一体構造物としてのセンサ１の本体（以下「センサ本体」という。）が構成される。そして、このセンサ本体に対して、先端面９にひずみゲージ５が貼り付けられることにより、センサ１が構成される。
【００３９】
センサ本体を構成する材料としては、例えば、センサ１が設けられる金型を構成する材料と同じ材料が用いられる。ただし、センサ本体を構成する材料は、ワークの成形に際して金型表面１０に作用する圧力や摩擦力に耐え得るものであり、金型を構成する材料との熱膨張率の差が比較的小さく、センサ形状を形成するための加工が可能なものであれば、特に限定されるものではない。
【００４０】
以上の構成を備えるセンサ１が、金型に対して、受け面６が、金型表面１０の一部を形成するように設けられる。
【００４１】
センサ１の金型に対する取付け構成について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、センサ１の金型１１に対する分解状態を示す図、同図（ｂ）は、センサ１の金型１１に対する装着状態を示す図である。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、センサ１の金型１１に対する取付けに際しては、金型１１に、センサ１が取り付けられるための穴部１２が設けられる。本実施形態では、センサ１は、金型１１の穴部１２に対して、圧入されることにより取り付けられる。
【００４３】
すなわち、センサ１の穴部１２に対する圧入に際しては、基部２の部分が穴部１２に対する圧入部分となる。したがって、穴部１２は、その開口側端部（金型表面１０側端部）に、基部２の形状に沿う圧入面部１２ａを有する。かかる構成において、センサ１が、穴部１２対して梁部３の先端側から挿入されるとともに、基部２の部分が、圧入面部１２ａに対して圧入されることで、基部２が圧入面部１２ａに対して係合した状態となる。これにより、センサ１が、金型１１に対して固定された状態で取り付けられる。
【００４４】
また、穴部１２における圧入面部１２ａ以外の部分（以下「穴部分」という。）は、少なくとも次のような大きさ・形状を有する。すなわち、穴部１２における穴部分には、センサ本体の梁部３および薄板部４、ならびにひずみゲージ５が位置した状態となる。センサ本体の各部においては、受け面６が圧力や摩擦力の作用を受けることにより、たわみ等の変形が生じる。かかるセンサ本体の各部の変形が、ひずみゲージ５によって検出されることにより、金型表面１０に作用する圧力・摩擦力が検出される。したがって、穴部１２の穴部分は、受け面６に圧力等が作用することによる梁部３や薄板部４等の変形が妨げられない程度の空間が確保されるような大きさ・形状を有する。
【００４５】
このように、センサ１が基部２を介して金型１１の穴部１２に対して圧入されることにより、図４（ｂ）に示すように、センサ１が金型１１に対して取り付けられた状態となる。かかる状態においては、基部２の上面となる受け面６が、金型表面１０の一部を形成する状態となる。言い換えると、センサ１が金型１１に対して圧入された状態においては、受け面６が、金型表面１０における平面部分に対して面一状態となる。
【００４６】
穴部１２に対して圧入されることで金型１１に対して固定されるセンサ１は、金型１１に対して着脱可能となる。
具体的には、金型１１に設けられる穴部１２は、貫通穴として形成される。つまり、穴部１２は、金型表面１０側と反対側にも開口するように形成される。そして、金型１１に圧入された状態のセンサ１は、次のようにして金型１１から取り外される。すなわち、金型１１に圧入された状態のセンサ１が、穴部１２における金型表面１０側と反対側の開口部から、例えば基部２の裏側面８を介して押圧される。これにより、センサ１が穴部１２の金型表面１０側に押し出され、センサ１の圧入部分となる基部２の圧入面部１２ａに対する係合が解除され、センサ１が金型１１から取り外される。このように、本実施形態のセンサ１は、金型１１に対して着脱可能に構成される。
【００４７】
なお、本実施形態では、センサ１の金型１１に対する取付け方法（固定方法）は、センサ１の金型１１に対する圧入であるが、これに限定されるものではない。センサ１の金型１１に対する取付け方法（固定方法）としては、圧入のほか、例えば、溶接やボルト等による締結等が考えられる。
【００４８】
このようにして金型１１に設けられるセンサ１における圧力および摩擦力の検出原理について、図５および図６を用いて説明する。
図５（ａ）は、圧力の検出原理についての説明図、同図（ｂ）は、摩擦力の検出原理についての説明図である。なお、図５では、センサ本体については断面を示している。また、図６（ａ）は、平板長さ（ｍｍ）と圧力ひずみ（με）との関係を表すグラフの一例を示す図、同図（ｂ）は、平板長さ（ｍｍ）と摩擦力ひずみ（με）との関係を表すグラフの一例を示す図である。
【００４９】
ここで、図６に示すグラフについて「平板長さ」とは、ひずみゲージ５が設けられる先端面９における、ビーム７間にて薄板部４が架設される方向（以下「平板長さ方向」という。）の位置を示すものである。つまり、ここでの「平板長さ」とは、図３に示すように、先端面９における平板長さ方向（図３における左右方向）についての一側（図３では左側）の端部（基準線Ｏ１参照）を基準（０ｍｍ）とする他側（図３では右側）の端部（基準線Ｏ２参照）にかけての長さである。この平板長さにより、先端面９における平板長さ方向の位置が特定される。したがって、図６に示される各グラフは、先端面９における平板長さ方向の位置と、その位置におけるひずみの大きさ（ひずみ量）との関係を示すものとなる。本例では、センサ１における平板長さは、全長１１ｍｍである。
また、図５においては、説明の便宜上、本実施形態のセンサ１が備える二つのひずみゲージ５について、左側に示す一方のひずみゲージ５を「ひずみゲージ５ａ」とし、右側に示す他方のひずみゲージ５を「ひずみゲージ５ｂ」とする。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、金型１１に対して設けられた状態のセンサ１について、その基部２の受け面６に対して略垂直方向に（上方から）ある大きさの圧力（矢印Ａ１参照）が作用したとする。この場合、基部２は、下側に向けて凸となるようにたわみ変形する。この基部２の変形を受けて、両ビーム７が、それぞれ外側に向けて凸となるように、同程度の割合でたわみ変形する。
【００５１】
これにともない、両ビーム７を連結する部分である薄板部４は、この両ビーム７のひずみ変形による影響を、平板長さ方向について中心位置に対して略対称に受ける。結果として、先端面９において平板長さ方向について中心位置に対して略対称（以下単に「略左右対称」という。）に設けられる両ひずみゲージ５ａ、５ｂから、ひずみ量についての同程度の出力が得られる。
【００５２】
このように、センサ１の受け面６に対して圧力が作用した場合における、平板長さとひずみ量（圧力ひずみのひずみ量）との関係の一例が、図６（ａ）に示すグラフである。
図６（ａ）に示すグラフは、受け面６に対して、図５（ａ）における矢印Ａ１の方向に１０００ＭＰａの圧力が負荷された場合における、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による計算結果に基づく、平板長さとひずみ量との関係を示すものである。
【００５３】
図６（ａ）からわかるように、センサ１の受け面６に対して圧力が作用した場合におけるひずみ量についてのグラフは、先端面９における平板長さ方向についての中心位置（本例では平板長さが５．５ｍｍの位置）に対して略対称となっている。つまり、圧力ひずみについては、先端面９における平板長さ方向について中心位置に対して略対称な位置では、ひずみ量が略同じ値となる。
【００５４】
具体的には、受け面６に対して圧力が負荷された場合である本例においては、先端面９における平板長さ方向についての両端部（０ｍｍの位置、および１１ｍｍの位置）から２ｍｍ程度内側の位置（約２ｍｍの位置、および約９ｍｍの位置）までは、ひずみ量が、約１００μεから、負の値のひずみ量（縮み量）として徐々に大きくなって−２０００με程度となっている。そして、その間の中間部分（約２〜９ｍｍの範囲）については、ひずみ量が、−２０００με程度で略一定の値となっている。
【００５５】
このように、圧力ひずみのひずみ量については、略左右対称に設けられる両ひずみゲージ５ａ、５ｂから同程度の出力が得られることが、ＣＡＥを用いた計算結果によってもわかっている。
【００５６】
一方、図５（ｂ）に示すように、金型１１に対して設けられた状態のセンサ１について、その基部２の受け面６に対して平板長さ方向と略平行に（左側から右側に向けて）ある大きさの摩擦力（矢印Ａ２参照）が作用したとする。この場合、基部２は、摩擦力の上流側（左側）の部分では下側に倒れ込み、下流側（右側）の部分では上側に反るように変形する。この基部２の変形に応じて、摩擦力の上流側および下流側にそれぞれ位置する両ビーム７が、同方向に傾くように変形する。
【００５７】
これにともない、両ビーム７を連結する部分である薄板部４は、たわみ変形し、そのひずみ量が、左側のひずみゲージ５ａによって正の値のひずみ量（伸び量）として出力され、右側のひずみゲージ５ｂによって負の値のひずみ量（縮み量）として出力される。これら各ひずみゲージ５ａ、５ｂから得られるひずみ量についての出力は、両ひずみゲージ５ａ、５ｂが略左右対称に設けられることから、同程度の大きさ（絶対値）となる。
【００５８】
このように、センサ１の受け面６に対して摩擦力が作用した場合における、平板長さとひずみ量（摩擦力ひずみのひずみ量）との関係の一例が、図６（ｂ）に示すグラフである。
図６（ｂ）に示すグラフは、受け面６に対して、図５（ｂ）における矢印Ａ２の方向に３００ＭＰａの摩擦力が負荷された場合における、ＣＡＥによる計算結果に基づく、平板長さとひずみ量との関係を示すものである。
【００５９】
図６（ｂ）からわかるように、センサ１の受け面６に対して摩擦力が作用した場合におけるひずみ量についてのグラフは、先端面９における平板長さ方向についての中心位置（本例では平板長さが５．５ｍｍの位置）であってひずみ量が０μεの位置に対して略点対称となっている。つまり、摩擦力ひずみについては、先端面９における平板長さ方向について中心位置に対して略対称な位置では、ひずみ量が正負が逆であって略同じ大きさの値となる。
【００６０】
具体的には、受け面６に対して摩擦力が負荷された場合である本例においては、先端面９における平板長さ方向についての左端部（０ｍｍの位置）から２ｍｍ程度の位置（約２ｍｍの位置）までは、ひずみ量が、約０μεから、正の値のひずみ量（伸び量）として徐々に大きくなって約２２０μεとなっている。また、先端面９における平板長さ方向についての右端部（１１ｍｍの位置）から２ｍｍ程度の位置（約９ｍｍの位置）までは、ひずみ量が、約０μεから、負の値のひずみ量（縮み量）として徐々に大きくなって約−２２０μεとなっている。そして、その間の中間部分（約２〜９ｍｍの範囲）については、摩擦力ひずみの値が、平板長さに対して略比例関係となっており、平板長さが長くなるにつれて、約２２０με程度から約−２２０μεまで小さくなっている。したがって、本例の場合における摩擦力ひずみの値については、２ｍｍ近傍において極大となり、９ｍｍ近傍において極小となっている。
【００６１】
このように、摩擦力ひずみのひずみ量については、略左右対称に設けられる両ひずみゲージ５ａ、５ｂから正負が逆であって同程度の大きさの出力が得られることが、ＣＡＥを用いた計算結果によってもわかっている。
【００６２】
これらの圧力および摩擦力それぞれについてのひずみ量と平板長さとの関係に基づき、略左右対称に設けられる両ひずみゲージ５ａ、５ｂの出力から、次のようにして圧力および摩擦力が検出される。
【００６３】
すなわち、圧力の検出に際しては、二つのひずみゲージ５ａ、５ｂの出力の和が取られる。つまり、両ひずみゲージ５ａ、５ｂの出力の和が取られることにより、前記のとおり正負が逆であって同程度の大きさの出力となる摩擦力についてのひずみ量が相殺され、圧力についてのひずみ量が検出される。
また、摩擦力の検出に際しては、二つのひずみゲージ５ａ、５ｂの出力の差が取られる。つまり、両ひずみゲージ５ａ、５ｂの出力の差が取られることにより、前記のとおり同程度の出力となる圧力についてのひずみ量が相殺され、摩擦力についてのひずみ量が検出される。
【００６４】
このように、金型１１に設けられた状態のセンサ１によって検出される圧力および摩擦力が、金型表面１０に作用する圧力および摩擦力として検出される。つまり、センサ１によれば、金型表面１０に作用する圧力および摩擦力が同時に検出され得る。
【００６５】
以上のように、本実施形態においては、金型表面１０に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法として、受け面６を介して圧力・摩擦力の作用を受ける基部２と、一対のビーム７を有する梁部３と、一対のビーム７同士を連結する薄板部４と、二つのひずみゲージ５とを備えるセンサ１が用いられる。そして、金型１１に、センサ１が取り付けられるための穴部１２が設けられ、この穴部１２に、センサ１が、受け面６が金型表面１０の一部を形成するように設けられる。これにより、受け面６に圧力・摩擦力が作用することによる、梁部３を介する薄板部４の変形が、ひずみゲージ５によって検出され、金型表面１０に作用する圧力・摩擦力が検出される。
【００６６】
本実施形態のセンサ１によれば、金型表面１０に作用する圧力・摩擦力の検出に際し、センサ１を構成するための加工が容易となり、加工リードタイムが長くなることや加工コストが高くなること等の、複雑な加工が必要とされる場合の不具合を解消することができる。
【００６７】
すなわち、本実施形態のセンサ１によれば、金型１１に対してセンサを設けるに際して、センサ形状を形成するために、金型１１に対して直接加工を施す必要がなくなり、センサ１を構成するための加工が容易となる。
具体的には、本実施形態のセンサ１においては、例えば、センサ形状について基部２と梁部３と薄板部４とにより形成される窓部（貫通孔部）を設けるに際しては、ワイヤーカットを用いることによる加工が可能となる。このため、従来のような複雑な放電加工が不要となり、加工リードタイムを短縮することができる。また、簡単な加工方法による加工が可能となったため、加工コストを低くすることができる。
【００６８】
また、本実施形態のセンサ１は、金型１１とは別体として構成されるため、センサ形状についての加工後の寸法精度（加工精度）の計測・確認が容易となる。これにより、センサ形状についての精度を向上することができる。また、同じくセンサ１が金型１１とは別体として構成されることから、センサ本体についてのセンサ形状の加工後における、センサ本体に対するひずみゲージ５の貼付けが容易となる。
また、本実施形態のセンサ１によれば、センサ形状を形成するために金型１１に対して直接加工を施す必要がなくなることから、金型１１に対する不要な加工が施されることによる不良品の発生が防止できる。
【００６９】
また、本実施形態のセンサ１は、金型１１に対して金型表面１０側から取り付けられるので、金型１１において、前述した穴部１２を加工により設けることができる部位であれば、センサ１を設けることができる。このため、センサ１が設けられる位置について制約が小さく、センサ１の取付け部位について高い自由度が得られる。
【００７０】
具体的には、例えば、図７に示すようにして、センサ１が金型１１に対して設けられる。図７においては、金型１１として、板状部１５ａとこの板状部１５ａの一側から突出する凸部１５ｂとを有するワーク１５の成形に用いられるものが示されている。したがって、金型１１は、ワーク１５に対する成形面となる金型表面１０として、板状部１５ａの成形に用いられる平面部１０Ａと、凸部１５ｂの成形に用いられる斜面部１０Ｂおよび底面部１０Ｃとを有する。そして、この金型表面１０における平面部１０Ａ、斜面部１０Ｂ、および底面部１０Ｃのそれぞれに対して、センサ１が設けられている。つまり、金型表面１０を形成する前記各部それぞれに穴部１２が設けられ、各穴部１２に対してセンサ１が設けられている。
このように、本実施形態のセンサ１は、金型１１に対して、その金型表面１０側から、穴部１２の加工とともに高い自由度をもって取り付けることができる。
【００７１】
本発明に係るセンサの第二実施形態について説明する。なお、以下では、第一実施形態と重複する部分については、同一の符号を用いる等してその説明を省略する。
本実施形態のセンサ２１は、第一実施形態のセンサ１に対して、圧力ひずみおよび摩擦力ひずみについて、ひずみゲージ５からの出力が向上するための形状部分を有している。ここで、圧力ひずみおよび摩擦力ひずみについて、ひずみゲージ５からの出力が大きくなることは、図６に示すグラフについての例を用いて説明すると、先端面９における平板長さの全範囲（０〜１１ｍｍ）においてひずみ量がとる値の幅が大きくなることに対応する。
【００７２】
したがって、図６（ａ）に示すように、圧力ひずみについては、受け面６に圧力が作用することによりひずみ量がとる値の幅は、圧力ひずみの値について最小の値（−２０００με程度）と最大の値（約１００με）との間における値の幅となる（矢印範囲Ｂ１参照）。つまり、図６（ａ）において矢印範囲Ｂ１で示す値の幅が大きいほど、圧力ひずみについてのひずみゲージ５からの出力が大きいということになる。
同様に、図６（ｂ）に示すように、摩擦力ひずみについては、受け面６に摩擦力が作用することによりひずみ量がとる値の幅は、摩擦力ひずみの値について最小の値（約９ｍｍの位置における約−２２０με）と最大の値（約２ｍｍの位置における約２２０με）との間における値の幅となる（矢印範囲Ｂ２参照）。つまり、図６（ｂ）において矢印範囲Ｂ２で示す値の幅が大きいほど、摩擦力ひずみについてのひずみゲージ５からの出力が大きいということになる。
【００７３】
そして、ひずみゲージ５からの出力については、圧力ひずみに対して摩擦力ひずみについての出力が小さいため、摩擦力ひずみについての出力の向上が望まれる。
【００７４】
そこで、図８に示すように、本実施形態に係るセンサ２１は、梁部３の基部２に対する付け根部分に、ビーム７の基部２に対する、一対のビーム７の対向する方向についての曲げ剛性を低下させるための剛性低下部２２を有する。
【００７５】
本実施形態では、剛性低下部２２は、各ビーム７の基部２に対する付け根部分であって、両ビーム７の内側（対向する側）に、矩形板状の部分であるビーム７の幅方向（図８における奥行き方向）の溝部２３が形成されることにより設けられている。つまり、溝部２３による剛性低下部２２が設けられることにより、各ビーム７の基部２に対する付け根部分において、基部２およびビーム７が部分的に板厚方向に肉薄とされることで、ビーム７の基部２に対する曲げ剛性であって、一対のビーム７の対向する方向についての曲げ剛性が低下させられる。
【００７６】
ここで、ビーム７の基部２に対する曲げ剛性が低下する方向である、一対のビーム７の対向する方向（以下「ビーム対向方向」という。）とは、図８における左右方向であり、前述した平板長さ方向に対応する方向である。つまり、このビーム対向方向は、受け面６が圧力や摩擦力の作用を受けることによって、薄板部４においてひずみを生じさせるために、ビーム７がたわんだり傾いたりすることとなる方向である。
【００７７】
このように、梁部３の付け根部分に剛性低下部２２が設けられることにより、摩擦力ひずみについての出力を増加させることができる。
すなわち、剛性低下部２２が設けられることで、ビーム７の基部２に対する、ビーム対向方向についての曲げ剛性が低下するので、受け面６に摩擦力が作用することによってビーム７が傾く量が大きくなる。これにともない、薄板部４の変形量も大きくなり、ひずみゲージ５の出力が増加する。
【００７８】
本実施形態のセンサ２１が有する剛性低下部２２は、第一実施形態のセンサ１に対して、放電加工やドリル等による穿孔加工等の追加工が施されることにより設けられる。
こうした梁部３の付け根部分に対する加工は、従来のようにセンサ形状を形成するための加工が金型１１に対して直接行われる場合においては、刃具や電極等の加工具が金型１１内に入らないことから、加工具を加工部位に対して作用させることができずに困難となる。この点、本構成においては、センサ２１が金型１１に対して別体であるため、梁部３の付け根部分に対する加工が容易となり、剛性低下部２２が容易に設けられる。
【００７９】
また、剛性低下部２２は、Ｒ形状を有する凹面部であることが好ましい。
すなわち、図８に示す本実施形態のセンサ２１のように、剛性低下部２２である溝部２３は、丸孔状の部分となることが好ましい。言い換えると、剛性低下部２２である溝部２３は、図８に示す方向の断面視で、円弧状となる凹状部分として形成されることが好ましい。
【００８０】
このように、剛性低下部２２が、Ｒ形状を有する凹面部として形成されることにより、摩擦力ひずみについての出力を増加させるためにビーム７のビーム対向方向についての曲げ剛性を低下させるに際し、梁部３の付け根部分における強度の低下をともなうことがない。
【００８１】
Ｒ形状を有する凹面部としての剛性低下部２２（溝部２３）が設けられることによる効果について、剛性低下部２２を有しない構成との比較により、図９を用いて説明する。
図９においては、説明の便宜上、中心線Ｃ１より左側の部分は、センサが剛性低下部２２を有する場合（本実施形態のセンサ２１に対応）を示しており、中心線Ｃ１より右側の部分は、センサが剛性低下部を有しない場合（第一実施形態のセンサ１に対応）を示している。また、図９（ａ）は、受け面６に力が作用していない状態を示しており、同図（ｂ）は、受け面６に摩擦力が作用した状態を示している。
【００８２】
梁部３の付け根部分において、受け面６に摩擦力が作用することによる応力が最大となる部位（以下「応力最大部位」という。）は、剛性低下部２２が設けられることにより、受け面６側へと移ることとなる。
すなわち、図９（ａ）に示すように、上下方向における応力最大部位の位置について、剛性低下部２２が設けられない場合においては、応力最大部位の位置は、基部２の裏側面８の位置（一点鎖線Ｄ１参照）となる。一方、剛性低下部２２が設けられる場合においては、応力最大部位の位置は、溝部２３の上端位置（一点鎖線Ｄ２参照）となる。つまり、溝部２３による剛性低下部２２が設けられることにより、その溝部２３が形成された分だけ（矢印Ｄ３参照）、応力最大部位が、受け面６側に移ることとなる。
【００８３】
このように、応力最大部位が受け面６側に移ることにより、板厚減少にともなって梁部３の付け根部分における強度低下がもたらされる。この点、剛性低下部２２が、Ｒ形状を有する凹面部である溝部２３として設けられることにより、梁部３の付け根部分において、摩擦力が作用することによる応力集中等が防止され、強度低下分が補われる状態となり、梁部３と基部２との間における相対的な強度低下が起きないこととなる。
【００８４】
一方で、梁部３の付け根部分に剛性低下部２２が設けられることにより、各ビーム７のビーム対向方向についての曲げ剛性が低下し、受け面６に摩擦力が作用することによってビーム７が傾きやすく（たわみやすく）なる。
すなわち、図９（ｂ）に示すように、受け面６に対して平板長さ方向と略平行に（右側から左側に向けて）ある大きさの摩擦力（矢印Ｅ１参照）が作用したとする。この場合、ビーム７の、受け面６に摩擦力が作用していない状態からの傾き（たわみ）は、剛性低下部２２が設けられない場合における大きさ（角度θ１参照）に比べて、剛性低下部２２が設けられる場合における大きさ（角度θ２参照）の方が大きくなる。つまり、剛性低下部２２が設けられることにより、ビーム７の基部２に対するビーム対向方向についての曲げ剛性が低下した分、受け面６に摩擦力が作用することによるビーム７の傾きが大きくなる。
【００８５】
このように、剛性低下部２２が設けられ、受け面６に摩擦力が作用することによるビーム７の傾き（たわみ）が大きくなることにより、摩擦力ひずみについての出力が増加することとなる。
【００８６】
以上のように、Ｒ形状を有する凹面部としての剛性低下部２２が設けられることにより、梁部３の付け根部分における強度の低下をともなうことなく（強度を維持しつつ）、ビーム７のビーム対向方向についての曲げ剛性を低下させることができ、摩擦力ひずみについての出力を増加させることが可能となる。
【００８７】
なお、剛性低下部２２の設けられる位置や形状等は、本実施形態に限定されるものではない。
剛性低下部２２が設けられる位置としては、例えば、図１０に示すように、各ビーム７の基部２に対する付け根部分であって、両ビーム７の外側に、溝部２３が形成されることにより設けられてもよい。
また、剛性低下部２２の形状としては、本実施形態の溝部２３のように、Ｒ形状を有するものに限定されず、例えば図８に示す方向の断面視において略矩形状となるような他の形状であってもよい。
さらに、剛性低下部２２としては、梁部３を構成する一対のビーム７について、いずれか一方のみのビーム７に対して設けられてもよい。
【００８８】
本発明に係るセンサの第三実施形態について説明する。
本実施形態のセンサ３１においては、梁部３が、基部２からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有する。
【００８９】
すなわち、図１１に示すように、本実施形態のセンサ３１においては、梁部３を構成する各ビーム７が、その外側面として円弧状の外周面７ｓを有する。そして、これら両ビーム７の外周面７ｓが、共通の円筒面形状に沿うように形成される。言い換えると、梁部３の外周面となる両ビーム７の外周面７ｓが、共通の円筒面形状の一部形状となる。したがって、図１１に示すように、センサ３１の底面視において、両ビーム７の外周面７ｓは、仮想円Ｓ１に沿う形状を有することとなる。
このようにして、本実施形態のセンサ３１においては、梁部３が、基部２からの突出方向（図１１における奥行き方向）を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有することとなる。
【００９０】
本実施形態では、二つのビーム７は、円板状の基部２に対して、円形状の裏側面８の略中央部において、裏側面８の中心位置に対して略対称に設けられることから、梁部３が有する円筒面形状について仮想される筒軸は、円板状の基部２に対して略垂直方向の軸（中心軸）となる。
【００９１】
このように、梁部３が円筒面形状に沿う形状を有することにより、旋盤加工等の回転工具を用いた加工が可能となり、より速い加工が可能となる。これにより、センサ３１を構成するための加工に際し、加工リードタイムのさらなる短縮を図ることができる。
【００９２】
本発明に係るセンサの第四実施形態について説明する。
本実施形態のセンサ４１は、第一実施形態のセンサ１に対して、一対のビーム７同士を連結する薄板部４、およびひずみゲージ５を備えない構成となっている。
【００９３】
すなわち、図１２に示すように、本実施形態のセンサ４１は、基部２と、一対のビーム７から構成される梁部３とを備える。
【００９４】
本実施形態のセンサ４１における圧力および摩擦力の検出原理について、図１３を用いて説明する。
図１３（ａ）は、圧力の検出原理についての説明図、同図（ｂ）は、摩擦力の検出原理についての説明図である。また、図１３においては、説明の便宜上、本実施形態のセンサ４１が備える二つのビーム７について、左側に示す一方のビーム７を「ビーム７ａ」とし、右側に示す他方のビーム７を「ビーム７ｂ」とする。
【００９５】
図１３（ａ）に示すように、金型１１に対して設けられた状態のセンサ４１について、その基部２の受け面６に対して略垂直方向に（上方から）ある大きさの圧力（矢印Ｆ１参照）が作用したとする。この場合、基部２は、下側に向けて凸となるようにたわみ変形する。この基部２の変形を受けて、両ビーム７ａ、７ｂが、それぞれ外側に向けて、同程度の割合で傾斜するように変形する。つまりこの場合、両ビーム７ａ、７ｂは、互いに異なる方向（反対方向）に傾斜することとなる。ここでの各ビーム７ａ、７ｂの傾斜角度をαとする。
【００９６】
一方、図１３（ｂ）に示すように、金型１１に対して設けられた状態のセンサ４１について、その基部２の受け面６に対して平板長さ方向と略平行に（左側から右側に向けて）ある大きさの摩擦力（矢印Ｆ２参照）が作用したとする。この場合、基部２は、摩擦力の上流側（左側）の部分では下側に倒れ込み、下流側（右側）の部分では上側に反るように変形する。この基部２の変形に応じて、摩擦力の上流側および下流側にそれぞれ位置する両ビーム７ａ、７ｂが、同方向に同程度の割合で傾斜するように変形する。ここでの各ビーム７ａ、７ｂの傾斜角度をβとする。
【００９７】
これらの圧力および摩擦力それぞれについてのビーム７ａ、７ｂの変形に基づき、次のようにして圧力および摩擦力が検出される。
【００９８】
すなわち、受け面６に対して、前述のような圧力と摩擦力とが同時に作用した場合においては、左側のビーム７ａは、傾斜角度α＋βで傾斜するように変形し、右側のビーム７ｂは、傾斜角度α−βで傾斜するように変形することとなる。
したがって、圧力の検出に際しては、二つのビーム７ａ、７ｂの傾斜角度の和が取られる。つまり、両ビーム７の傾斜角度の和が取られることにより、摩擦力についての傾斜角度が相殺され、圧力についての傾斜角度について２αなる値が得られる。この傾斜角度の値に基づいて圧力が検出される。
また、摩擦力の検出に際しては、二つのビーム７ａ、７ｂの傾斜角度の差が取られる。つまり、両ビーム７の傾斜角度の差が取られることにより、圧力についての傾斜角度が相殺され、摩擦力についての傾斜角度について２βなる値が得られる。この傾斜角度の値に基づいて摩擦力が検出される。
なお、このようなビーム７の傾斜角度の計測に際しては、例えばレーザー変位計等が用いられる。
【００９９】
以上のように、本実施形態においては、金型表面１０に作用する圧力および摩擦力の少なくとも一方を検出対象とする圧力・摩擦力検出方法として、受け面６を介して圧力・摩擦力の作用を受ける基部２と、一対のビーム７を有する梁部３とを備えるセンサ４１が用いられる。そして、金型１１に、センサ４１が取り付けられるための穴部１２（図４参照）が設けられ、この穴部１２に、センサ４１が、受け面６が金型表面１０の一部を形成するように設けられる。これにより、受け面６に圧力・摩擦力が作用することによる、ビーム７ａ、７ｂの傾斜角度に基づいて、金型表面１０に作用する圧力・摩擦力が検出される。
【０１００】
なお、第三実施形態のセンサ３１、および第四実施形態のセンサ４１においても、第二実施形態のセンサ２１と同様に、剛性低下部２２を有することが好ましい。
また、第四実施形態のセンサ４１においても、第三実施形態のセンサ３１と同様に、梁部３が、基部２からの突出方向を筒軸方向とする円筒面形状に沿う形状を有することで、加工リードタイムのさらなる短縮が図れる。
【０１０１】
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、前述した第二実施形態のセンサ２１のようにＲ形状を有する凹面部（溝部２３）としての剛性低下部２２を有するセンサ（以下「追加工ありのセンサ」という。）についての、第一実施形態のセンサ１のように剛性低下部２２を有しないセンサ（以下「追加工なしのセンサ」という。）に対する効果を示すものである。
【０１０２】
本実施例では、追加工ありのセンサおよび追加工なしのセンサそれぞれについて、圧力については、図５（ａ）に示すような方向（矢印Ａ１参照）で、１０００ＭＰａの圧力を作用させた。また、摩擦力については、図５（ｂ）に示すような方向（矢印Ａ２参照）で、３００ＭＰａの摩擦力を作用させた。また、本実施例では、各センサとして、平板長さが全長１１ｍｍのものを用いた。
【０１０３】
図１４に示すグラフは、追加工ありのセンサおよび追加工なしのセンサそれぞれについての、３００ＭＰａの摩擦力を作用した場合における、ＣＡＥによる計算結果に基づく、平板長さとひずみ量（摩擦力ひずみ）との関係を示すものである。
図１４においては、菱形形状の点を用いて示すグラフＧ１が、追加工なしのセンサについてのものであり、白抜き四角形状の点を用いて示すグラフＧ２が、追加工ありのセンサについてのものである。
【０１０４】
図１４に示すグラフからわかるように、追加工ありのセンサについての、平板長さの全範囲（０〜１１ｍｍ）においてひずみ量がとる値の幅（以下「ひずみ幅」という。）は、追加工なしのセンサのひずみ幅に対して大きくなっている。
具体的には、追加工なしのセンサのひずみ幅が、約４４０μεであるのに対し（矢印範囲Ｈ１参照）、追加工ありのセンサのひずみ幅は、約５３０μεまで大きくなった（矢印範囲Ｈ２参照）。つまり、本実施例では、センサにおいて剛性低下部２２（溝部２３）が設けられることにより、摩擦力ひずみについてのひずみ幅が約９０με大きくなった。これは、摩擦力ひずみについてのひずみ幅が大きくなった分、摩擦力ひずみについてのひずみゲージ５からの出力が大きくなったことを示している。
【０１０５】
また、センサにおいて剛性低下部２２が設けられる部分、つまり前述した応力最大部位の強度（曲げ強度、単位ＭＰａ）について、ＣＡＥによる解析により、次のような計算結果が得られた。
【０１０６】
すなわち、１０００ＭＰａの圧力を作用させた場合における応力最大部位の強度については、追加工なしのセンサにおいては１５００ＭＰａであったのに対し、追加工ありのセンサにおいては１４８０ＭＰａであった。
また、３００ＭＰａの摩擦力を作用させた場合における応力最大部位の強度については、追加工なしのセンサにおいては１６００ＭＰａであったのに対し、追加工ありのセンサにおいては１５９０ＭＰａであった。
これらの結果から、センサにおいて剛性低下部２２（溝部２３）が設けられることによっても、応力最大部位の強度は、ほとんど低下していないことがわかる。
【０１０７】
以上のように、本実施例によって、センサにおいて、Ｒ形状を有する凹面部（溝部２３）としての剛性低下部２２が設けられることにより、梁部３の付け根部分（応力最大部位）における強度の低下をともなうことなく、摩擦力ひずみについての出力が増加するという結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第一実施形態に係るセンサの構成を示す斜視図。
【図２】同じく正面図。
【図３】同じく底面図。
【図４】センサの金型に対する取付け構成についての説明図。
【図５】圧力および摩擦力の検出原理についての説明図。
【図６】圧力ひずみおよび摩擦力ひずみそれぞれについての平板長さとの関係を表すグラフの一例を示す図。
【図７】センサの使用例を示す図。
【図８】本発明の第二実施形態に係るセンサの構成を示す正面一部断面図。
【図９】剛性低下部による効果についての説明図。
【図１０】剛性低下部の他の例を示す図。
【図１１】本発明の第三実施形態に係るセンサの構成を示す底面図。
【図１２】本発明の第四実施形態に係るセンサの構成を示す正面図。
【図１３】圧力および摩擦力の検出原理についての説明図。
【図１４】本発明の実施例についての平板長さと摩擦力ひずみとの関係を表すグラフを示す図。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２１、３１、４１    センサ
２    基部
３    梁部
４    薄板部
５    ひずみゲージ
６    受け面
７    ビーム（梁要素）
７ａ  外周面
１０  金型表面
１１  金型
１２  穴部
２２  剛性低下部
２３  溝部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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