(57)【要約】【課題】  被計測部材の被計測部に加えられた圧力または摩擦応力を測定する計測装置において、その測定感度を向上するための技術を提供する。【解決手段】  計測装置２は、被計測部８ａの裏面から伸びる４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと、それらを連結し、被計測部８ａに加えられた圧力に対して連結板１４で生じる歪量を極大とする厚みで形成された連結板１４と、連結板１４の下面に設けられた４つの歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂを備えている。第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂは第１対の梁部４ａ，４ｂが並ぶ方向で連結板１４に生じる歪量を測定し、第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂは第２対の梁部６ａ，６ｂが並ぶ方向で連結板１４に生じる歪量を測定する。計測装置２は、上記の歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂで測定された歪量から、被計測部８ａに加えられた圧力または摩擦応力を計算する。【選択図】図１
2009036672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測部材の被計測部に加えられた圧力を計測する計測装置であって、
前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部と、
前記一対の梁部の間に伸びている連結部と、
前記連結部に生じる歪量を測定する歪測定手段を備え、
前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つが、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成されていることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みが、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記歪測定手段は、少なくとも、前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１歪センサと、前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第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量の和を計算する圧力歪計算装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記第１歪センサ及び第２歪センサは、前記連結部の梁部への接続部を含む部分で歪量を測定することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記連結部は、前記一対の梁部の先端部の間に伸びていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
被計測部材の被計測部に加えられた圧力を計測する計測方法であって、
前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部及び前記一対の梁部の間に伸びている連結部を形成する形成工程と、
前記連結部に生じる歪量を測定する測定工程を備え、
前記形成工程では、形成工程前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つを、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成することを特徴とする計測方法。
【請求項７】
被計測部材の被計測部に加えられた摩擦応力を計測する計測装置であって、
前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部と、
前記一対の梁部の間に伸びている連結部と、
前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１歪センサと、
前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第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量の差分を計算する摩擦歪計算装置を備え、
前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つが、前記被計測部に加えられた摩擦応力に対して前記連結部に生じる歪量を、前記摩擦応力に相当する圧力を前記被計測部に加えた時に前記連結部に生じる歪量よりも、大きくする寸法で形成されていることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
被計測部材の被計測部に加えられた摩擦応力を計測する計測方法であって、
前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部及び前記一対の梁部の間に伸びている連結部を形成する形成工程と、
前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１測定工程と、
前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第２測定工程と、
第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪量の差分を計算する摩擦歪計算工程を備え、
前記形成工程では、前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つを、前記被計測部に加えられた摩擦応力に対して前記連結部に生じる歪量が、前記摩擦応力に相当する圧力を前記被計測部に加えた時に前記連結部に生じる歪量よりも、大きくなる寸法で形成することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具や成形型の表面に加えられた圧力や摩擦応力を計測する装置に関する。
【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。
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、薄板に生じる歪量を測定する歪センサを配設する。それにより、被計測面に加えられた圧力や摩擦応力は、薄板に生じた歪量によって測定することができる。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の技術については、その具体的な設計寸法等に関して、圧力や摩擦応力の測定感度を向上するための技術が必要とされている。
本発明は、特許文献１の技術を利用する計測装置において、その測定感度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、被計測部材の被計測部に加えられた圧力を計測する計測装置に具現化される。この計測装置は、前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部と、前記一対の梁部の間に伸びている連結部と、前記連結部に生じる歪量を測定する歪測定手段を備え、前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つが、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成されていることを特徴とする。
ここでいう歪量を極大とする寸法とは、歪量が極大値となる寸法のみに限られず、歪量がその極大値と実質的に等しくなる寸法範囲を意味している。
【０００６】
上記した構造を有する計測装置では、被計測部への圧力に対して連結部に生じる歪量が、梁部と連結部の寸法に応じて変化する。本発明者は、この点について研究を重ね、梁部と連結部の厚みと長さと幅については、連結部に生じる歪量が極大となる寸法が存在することを見出した。上記した計測装置は、この知見に基づいて具現化されたものであり、被計測部に加えられた圧力に対して、連結部に大きな歪が生じるようになっている。
この計測装置によれば、被計測部に加えられた圧力に対して連結部が比較的に大きく変形するので、被計測部に加えられた圧力を高い感度で測定することができる。
【０００７】
上記した計測装置では、前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みが、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成されていることが好ましい。
被計測部への圧力に対して連結部に生じる歪量は、梁部と連結部の厚みによって顕著に変化する。そのことから、梁部と連結部の少なくとも一方の厚みを、連結部に生じる歪量が極大となる寸法で形成すると、計測装置の測定感度を顕著に向上させることができる。
【０００８】
上記した計測装置において、前記歪測定手段は、少なくとも、前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１歪センサと、前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第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量の和を計算する圧力歪計算装置を備えることが好ましい。
上記した計測装置では、被計測部に加えられた圧力のみならず、被計測部に加えられた摩擦応力によっても連結部に歪が生じる。そのことから、連結部に生じた歪量を単純に測定しても、被計測部に加えられた圧力を正確に計測できない場合がある。
連結部の一方の梁部側部分と連結部の他方の梁部側部分は、被計測部へ加えられた圧力に応じて互いに同一方向へ変形するとともに、被計測部へ加えられた摩擦応力に応じて互いに反対方向へ変形する。そのことから、連結部の一方の梁部側部分と連結部の他方の梁部側部分の歪量をそれぞれ測定し、両者の和を計算することによって、摩擦応力に起因する歪量を排除し、被計測部に加えられた圧力を正確に計測することが可能となる。
【０００９】
上記した第１歪センサ及び第２歪センサは、前記連結部の梁部への接続部を含む部分で歪量を測定することが好ましい。
それにより、被計測部への圧力に対して連結部に生じた歪量を、適切に測定することが可能となる。
【００１０】
上記した計測装置において、前記連結部は、前記一対の梁部の先端部の間に伸びていることが好ましい。
この構造によると、被計測部に加えられた圧力に対して、連結部に生じる歪量をより大きくすることができる。
【００１１】
本発明の技術は、被計測部材の被計測部に加えられた圧力を計測する計測方法にも具現化することができる。この計測方法は、前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部及び前記一対の梁部の間に伸びている連結部を形成する形成工程と、前記連結部に生じる歪量を測定する測定工程を備えている。そして、前記形成工程では、形成工程前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つを、前記被計測部に加えられた圧力に対して前記連結部に生じる歪量を極大とする寸法で形成することを特徴とする。
この計測方法によれば、被計測部に加えられた圧力に対して連結部が比較的に大きく変形するので、被計測部に加えられた圧力を高い感度で測定することができる。
【００１２】
本発明はまた、被計測部材の被計測部に加えられた摩擦応力を計測する計測装置にも具現化することができる。この計測装置は、前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部と、前記一対の梁部の間に伸びている連結部と、前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１歪センサと、前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第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量の差分を計算する摩擦歪計算装置を備えている。そして、前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つが、前記被計測部に加えられた摩擦応力に対して前記連結部に生じる歪量を、前記摩擦応力に相当する圧力を前記被計測部に加えた時に前記連結部に生じる歪量よりも、大きくする寸法で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
先の説明から明らかなように、上記した構造を有する計測装置では、連結部の一方の梁部側部分と連結部の他方の梁部側部分が、被計測部へ加えられた摩擦応力に応じて互いに反対方向へ変形する。そのことから、連結部の一方の梁部側部分と連結部の他方の梁部側部分の歪量をそれぞれ測定し、両者の差分を計算すると、被計測部に加えられた摩擦応力を正確に計測することができる。
被計測部へ加えられた摩擦応力に対して連結部に生じる歪量（正確には前記した歪量の差分）は、梁部と連結部の寸法に応じて変化する。本発明者は、この点について研究を重ね、梁部と連結部の厚みと長さと幅については、被計測部に加えられた摩擦応力に対して連結部に生じる歪量が、その摩擦応力に相当する圧力を被計測部に加えた時に連結部に生じる歪量よりも、大きくなる寸法が存在することを見出した。摩擦応力は、上記した圧力に摩擦係数を乗じて計算できる。摩擦応力に相当する圧力とは、すなわち、摩擦応力の大きさと同じ大きさの圧力を意味する。
上記した計測装置は、この知見に基づいて具現化されたものであり、被計測部への摩擦応力に応じて連結部が比較的に大きく変形する一方、被計測部への圧力に対しては連結部の変形が比較的に小さく制限される。
この計測装置によれば、被計測部に加えられた圧力に起因する測定誤差を抑制して、被計測部に加えられた摩擦応力を高い感度で測定することができる。
【００１４】
本発明によれば、新規で有用な摩擦応力の計測方法を提供することができる。この計測方法は、被計測部材の被計測部に加えられた摩擦応力を計測する計測方法であって、前記被計測部の裏面から伸びているとともに互いに対向している一対の梁部及び前記一対の梁部の間に伸びている連結部を形成する形成工程と、前記連結部の一方の梁部側部分で歪量を測定する第１測定工程と、前記連結部の他方の梁部側部分で歪量を測定する第２測定工程と、第１歪センサと第２歪センサによって測定された歪量の差分を計算する摩擦歪計算工程を備えている。そして、前記形成工程では、前記梁部と前記連結部の少なくとも一方の厚みと長さと幅の少なくとも一つを、前記被計測部に加えられた摩擦応力に対して前記連結部に生じる歪量が、前記摩擦応力に相当する圧力を前記被計測部に加えた時に前記連結部に生じる歪量よりも、大きくなる寸法で形成することを特徴とする。
この計測方法によれば、被計測部に加えられた圧力に起因する測定誤差を抑制して、被計測部に加えられた摩擦応力を高い感度で測定することができる。
【実施例】
【００１５】
（第１実施例）
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計測装置２の構成を示す斜視図である。図２は、計測装置２の平面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。計測装置２は、工具や成形型等の被計測部材８の被計測部８ａに加えられた圧力及び摩擦応力を計測する装置である。ここでいう摩擦応力とは、被計測部８ａに加えられた摩擦力を被計測部８ａの面積で除した単位面積あたりの摩擦力を意味する。被計測部８ａは、被計測部材８の表面、すなわち、被計測面の一部に設けられている。被計測部材８では、被計測部８ａの部分が、その周囲の部分８ｂに対して薄肉に形成されている。被計測部８ａは、圧力及び摩擦力が加えられる被計測面と、計測装置２が設けられる裏面を有している。
【００１６】
計測装置２は、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂを連結している連結板１４を備えている。
４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、被計測部８ａの裏面に設けられており、被計測部８ａの裏面から互いに略平行に伸びている。４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、互いに同一形状を有している。４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂのうち、梁部４ａと梁部４ｂは互いに対向しており、第１対の梁部４ａ，４ｂを構成している。また、梁部６ａと梁部６ｂは互いに対向しており、第２対の梁部６ａ，６ｂを構成している。４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、それぞれを個別に作製した上で、被計測部材８に固着されている。なお、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、被計測部材８と一体に形成することもできる。
連結板１４は、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの間に伸びており、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの先端部に接続されている。連結板１４は、十字形状の板形状を有している。
４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと連結板１４は、被計測部材８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、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと連結板１４を、被計測部材８と同じ材料で形成している。４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂや連結板１４を被計測部材８と同じ材料で形成しておくと、被計測部８ａに加えられた圧力や摩擦応力をより正確に計測することができる。
【００１７】
連結板１４の下面（図３中の下方表面）には、４つの歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂが設けられている。４つの歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂは、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂが連結板１４に接続している４箇所の接続部付近にそれぞれ設けられている。４つの歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂのうち、歪センサ１０ａ，１０ｂは、第１対の梁部４ａ、４ｂが対向している方向に並んでおり、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂを構成している。また、歪センサ１２ａ，１２ｂは、第２対の梁部６ａ、６ｂが対向している方向に並んでおり、第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂを構成している。第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂは、連結板１４に生じた歪量のうち、第１対の梁部４ａ，４ｂが対向している方向に生じた歪量を測定する。第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂは、連結板１４に生じた歪量のうち、第２対の梁部６ａ，６ｂが対向している方向に生じた歪量を測定する。
【００１８】
図２に示すように、第１対の梁部４ａ，４ｂが対向する方向（図中のｘ軸方向）と、第２対の梁部６ａ，６ｂが対向する方向（図中のｙ軸方向）は、略直交している。そして、第１対の梁部４ａ，４ｂの中間点であって第２対の梁部６ａ，６ｂの中間点でもある中心点（図中のｘ軸とｙ軸の交点）から見て、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは互いに同一距離に位置している。また、４つの歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂも、前記した中心点から互いに同一距離に位置している。
【００１９】
図４は、計測装置２の電気的な構成を示すブロック図である。図４に示すように、計測装置２は、第１対の歪センサ１０ａ，１０ｂに接続された第１計算装置１６と、第２対の歪センサ１２ａ，１２ｂに接続された第２計算装置２２と、第１計算装置１６及び第２計算装置２２に接続された摩擦応力／摩擦方向計算装置２８を備えている。第１計算装置１６は、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂによる測定値に基づいて、被計測部８ａに加えられた圧力及びｘ軸方向の摩擦応力を計算する。第２計算装置２２は、第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂによる測定値に基づいて、被計測部８ａに加えられた圧力及びｙ軸方向の摩擦応力を計算する。第１計算装置１６と第２計算装置２２の計算処理は、実質的に同一である。従って、以下では第１計算装置１６の計算処理について詳細に説明し、第２計算装置２２については重複する説明を避けるように努める。
【００２０】
第１計算装置１６は、第１圧力歪計算装置１８と、第１摩擦歪計算装置２０を備えている。第１圧力歪計算装置１８は、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂのそれぞれが測定した歪量の和を計算し、計算した歪量の和に基づいて被計測部８ａに加えられた圧力を算出する。一方、第１摩擦歪計算装置２０は、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂのそれぞれが測定した歪量の差分を計算し、計算した差分に基づいて被計測部８ａに加えられたｘ軸方向の摩擦応力を算出する。以下に説明するように、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂが測定する歪量の和は、被計測部８ａに加えられた圧力に応じて変化する。また、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂが測定する歪量の差分は、被計測部８ａに加えられたｘ軸方向の摩擦応力に応じて変化する。
【００２１】
被計測部８ａに圧力が加えられると、被計測部８ａは下方に向かってたわむ。このとき、第１対の梁部４ａ，４ｂは、その先端部が互いに離反するように互いに反対方向に傾倒しようとする。その結果、連結板１４は、ｘ軸方向に関して、第１対の梁部４ａ，４ｂ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、被計測部８ａに対して負圧が加えられると、被計測部８ａは上方に向かってたわむ。このとき、第１対の梁部４ａ，４ｂは、その先端部が互いに接近するように変位する。この場合でも、連結板１４は、ｘ軸方向に関して、第１対の梁部４ａ，４ｂ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、被計測部８ａに加えられた圧力に対して、連結板１４は鏡面対称的（偶関数的）に変形する。従って、被計測部８ａに加えられた圧力に対し、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂのそれぞれは略同一の歪量を出力する。
【００２２】
一方、被計測部８ａにｘ軸方向の摩擦応力が加えられると、摩擦応力が加えられた方向の上手側では被計測部８ａが下方に向かってたわみ、下手側では被計測部８ａが上方に向かってたわむ。このとき、第１対の梁部４ａ，４ｂは、ｘ軸方向に沿って同じ向きに傾倒しようとする。その結果、連結板１４は、ｘ軸方向に関して、第１対の梁部４ａ，４ｂ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、被計測部８ａに加えられたｘ軸方向の摩擦応力に対し、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂ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組の歪センサ１０ａ，１０ｂが測定した歪量の和（あるいは平均値）は、摩擦応力に起因する歪量が相殺されて、被計測部８ａに加えられた圧力を正しく示すこととなる。また、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂが測定した歪量の差分は、圧力に起因する歪量が相殺されて、被計測部８ａに加えられたｘ軸方向の摩擦応力を正しく示すこととなる。
【００２３】
第２計算装置２２は、第２圧力歪計算装置２４と、第２摩擦歪計算装置２６を備えている。第２圧力歪計算装置２４は、第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂのそれぞれが測定した歪量の和を計算し、計算した歪量の和に基づいて被計測部８ａに加えられた圧力を算出する。第２摩擦歪計算装置２６は、第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂのそれぞれが測定した歪量の差分を計算し、計算した差分に基づいて被計測部８ａに加えられたｙ軸方向の摩擦応力を算出する。第２計算装置２２が実行する計算処理は、第１計算装置１６と実質的に同じである。
なお、被計測部８ａに加えられた圧力分布が均一であれば、第１圧力歪計算装置１８と第２圧力歪計算装置２４は、同一の圧力値を算出することになる。換言すれば、被計測部８ａに加えられた圧力分布に偏りがあれば、第１圧力歪計算装置１８と第２圧力歪計算装置２４は互いに異なる圧力値を算出する。そのことから、第１圧力歪計算装置１８と第２圧力歪計算装置２４が算出した圧力値の平均を計算すれば、被計測部８ａに加えられた圧力を平均化して得ることができる。
【００２４】
摩擦応力／摩擦方向計算装置２８は、第１摩擦歪計算装置２０で計算されたｘ軸方向の摩擦応力と第２摩擦歪計算装置２６で計算されたｙ軸方向の摩擦応力を入力し、被計測部８ａに加えられた摩擦応力の大きさと向きを計算する。図５に示すように、被計測部８ａに加えられた摩擦応力によって生じる歪の大きさεｓは、ｘ軸方向の摩擦応力によって生じる歪ε１とｙ軸方向の摩擦応力によって生じる歪ε２を用いて、下記式から計算することができる。
【００２５】
【数１】
2009036672.tif 000003
【００２６】
また、被計測部８ａに加えられた摩擦応力の向き（ｘ軸と成す角度）θは、ｘ軸方向の摩擦応力によって生じる歪ε１とｙ軸方向の摩擦応力によって生じる歪ε２によって、下記式から計算することができる。
【数２】
2009036672.tif 000004
【００２７】
被計測部８ａに加えられた圧力に対して連結板１４に生じる歪量は、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと連結板１４の寸法に応じて変化する。本発明者は、この点について研究を重ね、連結板１４の厚みＴ２については、連結板１４に生じる歪量が極大となる寸法が存在することを見出した。図３に示すように、連結板１４の厚みＴ２とは、連結板１４のｚ軸方向（ｘｙ平面に垂直な方向）の寸法である。図６に、連結板１４の厚みＴ２と連結板１４に生じる歪量の関係を表わす図を示す。図６に示す関係は、例えば、以下の式から導出することができる。
【００２８】
【数３】
2009036672.tif 000005
【００２９】
上記の式において、εｐは連結板１４に生じる歪量、すなわち、１組の歪センサ１０あるいは１２で測定される歪量であり、ｌ１は梁部４，６の長さであり、ｌ２は連結板１４の長さであり、Ｉ１は梁部４，６の断面２次モーメントであり、Ｉ２は連結板１４の断面２次モーメントであり、Ａは連結板１４の断面積である。
本実施例の連結板１４は、上記の歪量εｐが極大となる厚み寸法で形成されている。そのことから、被計測部８ａに加えられた圧力に対して、連結板１４は比較的に大きく変形する。被計測部８ａに加えられた圧力に応じて、歪センサ１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂの測定値が大きく変化するので、被計測部８ａに加えられる圧力を高い感度で正確に測定することができる。なお、図６に示した関係は、上記した式に基づいて、例えばＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）等による演算処理によって得ることができる。
ここでいう極大となる厚み寸法とは、歪量が極大値εｐｍａｘとなる厚み寸法のみでなく、歪量がその極大値と実質的に等しくなる寸法範囲を意味しており、特に歪量が極大値εｐｍａｘから５パーセント程度の低下に抑えられる厚み寸法の範囲を意味している（図６参照）。
【００３０】
本発明者はさらに研究を重ね、梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１、長さＬ１、幅Ｗ１や連結板１４の長さＬ２、幅Ｗ２についても、被計測部８ａに加えられた圧力に対して連結板１４に生じる歪量を極大とする寸法が存在することを見出した。ここで、梁部４ａ，４ｂの厚みＴ１とは、ｘ軸方向の寸法である。梁部６ａ，６ｂの厚みＴ１とは、ｙ軸方向の寸法である。梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの長さＬ１とは、ｚ軸方向（ｘｙ平面に垂直な方向）の寸法である。梁部４ａ，４ｂの幅Ｗ１とは、ｙ軸方向の寸法である。梁部６ａ，６ｂの幅Ｗ１とは、ｘ軸方向の寸法である。また、連結板１４の長さＬ２とは、ｘ軸方向またはｙ軸方向の寸法である。連結板１４の幅Ｗ２とは、ｙ軸方向の寸法またはｘ軸方向の寸法である（図２と図３を参照）。これらの各寸法Ｔ１，Ｌ１，Ｗ１，Ｌ２，Ｗ２を、連結板１４に生じる歪量を極大とする寸法に設定することによっても、被計測部８ａに加えられる圧力を高い感度で正確に測定することができる。なお、梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１及び連結板１４の厚みＴ２は、他の寸法Ｌ１，Ｗ１，Ｌ２，Ｗ２に比して、連結板１４に生じる歪量に大きく影響を与える。そのことから、少なくとも梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１又は連結板１４の厚みＴ２を連結板１４に生じる歪量が極大となる寸法に設定すると、計測装置２の測定感度を効果的に向上することができる。図７に、梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１と連結板１４に生じる歪量の関係を例示する。
【００３１】
（第２実施例）
次に、計測装置２の第２実施例について説明する。上記した実施例と共通する点については説明を省略する。
本実施例の計測装置２は、図１に示した計測装置２と同様の構成を備えている。本実施例の計測装置２もまた、工具や成形型等の被計測部材８の被計測部８ａに加えられた圧力及び摩擦応力を測定する装置である。
先に説明したように、第１実施例の計測装置２は、圧力に対する感度の方が、摩擦応力に対する感度よりも高くなるように設計されている。この場合、例えば被計測部８ａに圧力が偏って加えられると、摩擦応力を正確に測定することができないことがある。
【００３２】
本発明者は、被計測部８ａに同一の大きさの圧力と摩擦応力がそれぞれ加えられた場合について、連結板１４で生じる歪量と、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと連結板１４の寸法の関係について調査したところ、次のような結果を得た。図８に、被計測部８ａに同一の大きさの圧力と摩擦応力がそれぞれ加えられた場合の、連結板１４で生じる歪量と各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みの関係を例示する。（ａ）は被計測部８ａに摩擦応力が加えられた場合の、各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みと連結板１４で生じる歪量との関係を表わしており、（ｂ）は被計測部８ａに上記の摩擦応力に相当する圧力が加えられた場合の、各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みと連結板１４で生じる歪量との関係を表わしている。なお、（ａ）と（ｂ）で示される値は、連結板１４で生じる歪量の絶対値である。
【００３３】
図８の（ａ）に示した関係は、例えば、以下の式を処理することで計算できる。
【００３４】
【数４】
2009036672.tif 000006
【００３５】
上記の式において、εｓは所定の摩擦応力を被計測部８ａに対して加えた場合に連結板１４に生じる歪量、すなわち、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂあるいは第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂで測定される歪量であり、ｔ２は連結板１４の厚みであり、ｌ１は４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの長さであり、ｌ２は連結板１４の長さであり、Ｉ１は４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの断面２次モーメントであり、Ｉ２は連結板１４の断面２次モーメントであり、θｓは被計測部８ａとの接続部位における、摩擦応力による各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの傾きである。上記の式において、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みを変化させると、図８（ａ）に示すように、それら梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１の増加と測定される歪量εｓの増加が正比例的な関係にあることが理解される。
【００３６】
これに対し、図８の（ｂ）に示した関係は、例えば、以下の式を処理することで計算できる。
【００３７】
【数５】
2009036672.tif 000007
【００３８】
上記の式において、εｐは所定の摩擦応力に相当する圧力を被計測部８ａに対して加えた場合に連結板１４に生じる歪量、すなわち、第１組の歪センサ１０ａ，１０ｂあるいは第２組の歪センサ１２ａ，１２ｂで測定される歪量であり、ｔ２は連結板１４の厚みであり、ｌ１は４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの長さであり、ｌ２は連結板１４の長さであり、Ｉ１は４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの断面２次モーメントであり、Ｉ２は連結板１４の断面２次モーメントであり、Ａは連結板１４の断面積であり、θｐは被計測部８ａとの接続部位における、圧力による４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの傾きである。図８（ｂ）に示すように、連結板１４で生じる歪量が極大となる４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みの寸法が存在していることが理解される。
【００３９】
本発明者は、上記の調査の結果、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みを変化させていくと、図８に示すように、被計測部８ａに加えられた摩擦応力に対して連結板１４で生じる歪量が、その摩擦応力に相当する圧力を被計測部８ａに加えた時に連結板１４で生じる歪量よりも大きくなる寸法の範囲が存在することを見出した。
この知見に基づいて、本実施例の計測装置２の４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは、上記の歪量εｐ＜εｓとなる寸法で形成されている。被計測部８ａに加えられる圧力に対する感度よりも、摩擦応力に対する感度がよい厚み寸法で各梁部が形成されている。このことにより、計測装置２は、被計測部８ａに加えられる摩擦応力について、圧力の不均一による影響を排除して、正確に測定することができる。
【００４０】
４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂは被計測部８ａに加えられた摩擦応力に対して連結板１４で生じる歪量がその摩擦応力の大きさと同じ大きさの圧力を被計測部８ａに加えた時に連結板１４で生じる歪量よりも大きくなる寸法で形成されていればよい。例えば、図８に示した歪量εｐ＜εｓとなる範囲において、その他の設計上の制約に基づいて、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの寸法を選択すればよい。被計測部８ａに加えられた摩擦応力を高い感度で測定することができる。
【００４１】
本実施例では、４本の梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１の寸法を用いて被計測部８ａに加えられた摩擦応力に対する感度を最適化する場合について説明している。しかしながら、例えば、図２に示す各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの幅Ｗ１と、連結板１４の幅Ｗ２と、図３に示す各梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの長さＬ１と、連結板１４の厚みＴ２と、長さＬ２等の、梁部４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの厚みＴ１以外の尺度を用いて、被計測部８ａに加えられた摩擦応力に対する感度の最適化を行ってもよい。
さらに、上記の尺度から２つ以上を選択し、それぞれの寸法を用いて摩擦応力に対する感度を最適化してもよい。被計測部８ａに加えられた摩擦応力を、より高い感度で測定することができる。
【００４２】
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】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例に係る計測装置の構成を表わす図
【図２】図１の計測装置の平面図
【図３】図２の計測装置のIII−III断面図
【図４】連結板の歪量から圧力と摩擦応力を計算する処理系統を表わすブロック図
【図５】被計測部に加えられた摩擦応力を表わす図
【図６】連結板の厚みと連結板に生じる歪量の関係を表わす図
【図７】梁部の厚みと連結板に生じる歪量の関係を表わす図
【図８】被計測部に同一の大きさの圧力と摩擦応力がそれぞれ加えられた場合の、連結板で生じる歪量と梁部の厚みの関係を表わす図
【符号の説明】
【００４４】
２：計測装置
４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ：梁部
８：被計測部材
８ａ：被計測部
１０ａ，１０ｂ，１２ａ，１２ｂ：歪センサ
１４：連結板
１６：第１計算装置
１８：第１圧力歪計算装置
２０：第１摩擦歪計算装置
２２：第２計算装置
２４：第２圧力歪計算装置
２６：第２摩擦歪計算装置
２８：摩擦応力／摩擦方向計算装置
【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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