特許 7500176 ひずみセンサ、及びひずみ測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】ひずみセンサ、及びひずみ測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/22 20060101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

G01L1/22 L

G01L1/22 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019189700

(22)【出願日】2019-10-16

(65)【公開番号】P2021063764

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-10-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099793

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 喜十郎

(74)【代理人】

【識別番号】100154586

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 正広

(74)【代理人】

【識別番号】100179280

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 育郎

(72)【発明者】

【氏名】石塚 寛之

(72)【発明者】

【氏名】倉島 清高

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１５９５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４５２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３２１５７２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許第０４５８９２９１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２８４３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３３１３３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８

Ｇ０１Ｌ ２５／００

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験体の内部に設置されるひずみセンサであって、
平板状の起歪板と
前記起歪板に貼り付けられたひずみゲージと、
前記起歪板の面内方向に沿って前記起歪板から両側に突出する一対の突出部であって、前記被験体からの荷重が付加される一対の突出部と、
内周面を有する筒状カバーであって、前記一対の突出部の頂部を前記内周面に当接させた状態で前記起歪板及び前記一対の突出部を収容する筒状カバーとを備え、
前記起歪板の、前記一対の突出部に挟まれた領域に前記ひずみゲージが貼り付けられており、
前記筒状カバーは前記一対の突出部に押されることによって該筒状カバーの外径が大きくなるように構成されているひずみセンサ。

【請求項2】

前記一対の突出部と前記筒状カバーとが前記筒状カバーの軸方向に相対移動することにより前記筒状カバーの外径が大きくなる請求項１に記載のひずみセンサ。

【請求項3】

前記筒状カバーに、前記筒状カバーの軸方向に延びるスリットが形成されている請求項１又は２に記載のひずみセンサ。

【請求項4】

前記一対の突出部が前記筒状カバーの軸に関して対称に形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項5】

前記一対の突出部の頂部が、前記筒状カバーの軸方向に対してテーパ状に傾斜している請求項１～４のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項6】

前記筒状カバーの内周面が、前記筒状カバーの軸方向に対してテーパ状に傾斜している請求項１～５のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項7】

前記起歪板と前記筒状カバーとを、前記筒状カバーの軸方向に相対移動可能に接続する接続部を更に備える請求項１～６のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項8】

前記被験体の内部での前記起歪板の方位調整を補助する方位調整補助部を更に備え、
前記方位調整補助部は、前記起歪板の方位を示し且つ作業者が前記起歪板の方位を調整する際に前記作業者によって視認されるＤカット部、凸部又はマーキングである請求項１～７のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項9】

前記ひずみゲージは、前記起歪板から前記一対の突出部が突出する第１方向に生じるひずみを測定するための２つの第１方向ひずみ受感素子と、前記起歪板の面内において第１方向に直交する第２方向に生じるひずみを測定するための２つの第２方向ひずみ受感素子とを備え、
前記２つの第１方向ひずみ受感素子と前記２つの第２方向ひずみ受感素子とがホイートストンブリッジ回路を構成している請求項１～８のいずれか一項に記載のひずみセンサ。

【請求項10】

被験体の測定方向に生じるひずみを測定する方法であって、
前記被験体に、前記測定方向に直交する方向に延びる孔を形成することと、
前記孔の内部に請求項１～７のいずれか一項に記載のひずみセンサを挿入することと、
前記筒状カバーの外径を大きくして前記筒状カバーの外周面を前記孔の内周面に当接させることを含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ひずみセンサ、及びひずみ測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械、例えばプレス加工機等の構造体にひずみセンサを配置して、加工力の測定を行うことが知られている。

【0003】

特許文献１は、ボルトと、当該ボルトに貼り付けられたひずみゲージとにより構成されたロードセルを開示している。特許文献１はまた、当該ロードセルをプレス機械のプレートに規則的に配置し、パンチからの荷重によりプレートに生じる応力の分布を求めることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６３７０００５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、被験体に生じるひずみを高い精度で測定することのできるひずみセンサ、及びひずみ測定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】

本発明の第１の態様に従えば、
被験体の内部に設置されるひずみセンサであって、
平板状の起歪板と
前記起歪板に貼り付けられたひずみゲージと、
前記起歪板の面内方向に沿って前記起歪板から両側に突出する一対の突出部とを備え、
前記起歪板の、前記一対の突出部に挟まれた領域に前記ひずみゲージが貼り付けられているひずみセンサが提供される。

【0007】

第１の態様のひずみセンサは、内周面を有する筒状カバーであって、前記一対の突出部の頂部を前記内周面に当接させた状態で前記起歪板及び前記一対の突出部を収容する筒状カバーを更に備えてもよく、前記筒状カバーは前記一対の突出部に押されることによって該筒状カバーの外径が大きくなるように構成されていてもよい。

【0008】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記一対の突出部と前記筒状カバーとが前記筒状カバーの軸方向に相対移動することにより前記筒状カバーの外径が大きくなってもよい。

【0009】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記筒状カバーに、前記筒状カバーの軸方向に延びるスリットが形成されていてもよい。

【0010】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記一対の突出部が前記筒状カバーの軸に関して対称に形成されていてもよい。

【0011】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記一対の突出部の頂部が、前記筒状カバーの軸方向に対してテーパ状に傾斜していてもよい。

【0012】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記筒状カバーの内周面が、前記筒状カバーの軸方向に対してテーパ状に傾斜していてもよい。

【0013】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記起歪板と前記筒状カバーとを、前記筒状カバーの軸方向に相対移動可能に接続する接続部を更に備えてもよい。

【0014】

第１の態様のひずみセンサは、前記被験体の内部での前記起歪板の方位調整を補助する方位調整補助部を更に備えてもよい。

【0015】

第１の態様のひずみセンサにおいて、前記ひずみゲージは、前記起歪板から前記一対の突出部が突出する第１方向に生じるひずみを測定するための２つの第１方向ひずみ受感素子と、前記起歪板の面内において第１方向に直交する第２方向に生じるひずみを測定するための２つの第２方向ひずみ受感素子とを備えてもよく、前記２つの第１方向ひずみ受感素子と前記２つの第２方向ひずみ受感素子とがホイートストンブリッジ回路を構成していてもよい。

【0016】

本発明の第２の態様に従えば、
被験体の測定方向に生じるひずみを測定する方法であって、
前記被験体に、前記測定方向に直交する方向に延びる孔を形成することと、
前記孔の内部に第１の態様のひずみセンサを挿入することと、
前記筒状カバーの外径を大きくして前記筒状カバーの外周面を前記孔の内周面に当接させることを含む方法が提供される。

【発明の効果】

【0017】

本発明のひずみセンサ、及びひずみ測定方法によれば、被験体に生じるひずみを高い精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るひずみセンサの分解斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るひずみセンサの斜視図である。

【図3】図３は、板部の平面図である。

【図4】図４（ａ）はひずみゲージの一例を示す平面図であり、図４（ｂ）はひずみゲージの他の一例を示す平面図である。

【図5】図５（ａ）、図５（ｂ）は本発明の実施形態に係るひずみセンサの、中心軸に沿った断面図である。図５（ａ）は通常の状態を示し、図５（ｂ）は筒状カバーが拡げられて筒状カバーの直径が大きくなった状態を示す。

【図6】図６は、ひずみセンサが設置されるプレス加工機の概略図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係るひずみ測定方法の手順を示すフローチャートである。

【図8】図８（ａ）～図８（ｃ）は、ひずみ測定方法の手順を説明するための説明図である。図８（ａ）はダイプレートに測定孔を形成した状態を示し、図８（ｂ）は測定孔にひずみセンサを挿入した状態を示し、図８（ｃ）はひずみセンサの外周面を測定孔の内周面に密接させた設置完了状態を示す。

【図9】図９（ａ）、図９（ｂ）は、板部が有する突出部の意義を説明するための説明図である。図９（ａ）は突出部を有さない比較態様の板部に荷重Ｘが加えられる様子を示し、図９（ｂ）は突出部を有する板部に荷重Ｘが加えられる様子を示す。

【図10】図１０（ａ）～図１０（ｃ）はそれぞれ、板部が備える突出部の変形例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜実施形態＞
本発明の実施形態のひずみセンサ１００について、ひずみセンサ１００（図１、図２）をプレス加工機５００（図６）のダイプレートＤＰに埋め込んで使用する場合を例として説明する。

【0020】

図１、図２に示す通り、実施形態のひずみセンサ１００は、本体部１０とカバー部２０とを主に有する。カバー部２０は、円筒状の筒状カバー２１を有し、本体部１０の大部分は筒状カバー２１の内部に収容されている。

【0021】

以下の説明では、筒状カバー２１の中心軸をひずみセンサ１００の中心軸ＡＸとし、中心軸ＡＸの延びる方向を軸方向と呼ぶ。筒状カバー２１から本体部１０の一部（後述する小径円筒部１２２）が突出している側を軸方向後側、その反対側を軸方向前側と呼ぶ。また。筒状カバー２１の径方向、周方向をひずみセンサ１００の径方向、周方向と呼ぶ。

【0022】

本体部１０は、ひずみ検出部１１と、ひずみ検出部１１の軸方向後側に連結された本体側接続部１２とを主に有する。

【0023】

ひずみ検出部１１は、板部１１１と、板部１１１に貼り付けられたひずみゲージ１１２とを有する。

【0024】

板部１１１は、一例としてステンレス等の金属で形成された、略十字形の平板である。板部１１１の厚さは、一例として０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度とし得るが、これには限られず任意である。図３に示す通り、板部１１１は、ひずみ測定時に外部からの荷重を受けてひずみが生じる起歪部Ｆと、ひずみ測定時に外部からの荷重を起歪部Ｆに伝える一対の突出部Ｐ１、Ｐ２とを含む。

【0025】

起歪部Ｆは矩形であり、長手方向がひずみセンサ１００の軸方向に一致し、短手方向がひずみセンサ１００の径方向に一致している。また、中心軸ＡＸは、起歪部Ｆの短手方向及び厚さ方向の中央部を通る。

【0026】

起歪部Ｆの長手方向の一端には、開口Ａが形成されている。開口Ａは、起歪部Ｆの短辺を介して板部１１１の周囲の空間に連通している。

【0027】

突出部Ｐ１は、起歪部Ｆの一方の長辺から、起歪部Ｆの短辺方向（即ち、起歪部Ｆの面内方向）に、台形状に突出している。突出部Ｐ２は、起歪部Ｆの他方の長辺から、起歪部Ｆの短辺方向に、台形状に突出している。突出部Ｐ１と突出部Ｐ２とは互いに同一の形状を有し、中心軸ＡＸに関して線対称に配置されている。

【0028】

突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔはそれぞれ、ひずみセンサ１００の軸方向の前側に進むに従って起歪部Ｆからの距離が大きくなるように、中心軸ＡＸに対して所定の傾斜角を有して軸方向に延びている。これにより、突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔが、中心軸ＡＸに関して対称なテーパを形成している。

【0029】

起歪部Ｆの径方向を向く各面の、突出部Ｐ１と突出部Ｐ２とによって挟まれた領域には、ひずみ集中領域（応力集中領域）ＳＣが画成される。ひずみ集中領域ＳＣは、外部からの荷重が板部１１１に加えられた時に、起歪部Ｆの中でも特に大きなひずみ（及び応力）が生じる領域である（詳細後述）。

【0030】

図４（ａ）に示す通り、ひずみゲージ１１２は、矩形の可撓性基材Ｂと、可撓性基材Ｂの上に形成された２つの第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１及び２つの第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２とを主に有する。第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１は所定の第１方向（ここでは可撓性基材Ｂの長手方向）に生じたひずみを検知できるように構成されており、第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２は第１方向に直交する第２方向（ここでは可撓性基材Ｂの短手方向）に生じたひずみを検知できるように構成されている。

【0031】

２つの第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１と２つの第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２とは、ホイートストンブリッジ回路ＷＳＢを構成するように、プリント配線ＰＷにより接続されている。

【0032】

ひずみゲージ１１２は、板部１１１の起歪部Ｆの一面側のひずみ集中領域ＳＣに、第１方向が起歪部Ｆの短手方向（ひずみセンサ１００の径方向）に一致し、第２方向が起歪部Ｆの長手方向（ひずみセンサ１００の軸方向）に一致するように貼り付けられている。

【0033】

本体側接続部１２は、カバー部２０のカバー側接続部２２（後述）と協働して、本体部１０とカバー部２０とを、軸方向に相対移動可能に接続する。

【0034】

本体側接続部１２は、一例としてステンレス等の金属で形成されており、大径円筒部１２１と、大径円筒部１２１の軸方向後側に、大径円筒部１２１と同軸状に連結された小径円筒部１２２とを含む。小径円筒部１２２の外径は、大径円筒部１２１の外径よりも小さい。大径円筒部１２１及び小径円筒部１２２の中心軸は、ひずみセンサ１００の中心軸ＡＸに一致している。

【0035】

図５（ａ）に示す通り、大径円筒部１２１の内孔１２１ｈと、小径円筒部１２２の内孔１２２ｈとは同一の径を有し、互いに連通して内孔１２ｈを形成している。

【0036】

小径円筒部１２２の外周面１２２ｃの全域には、雄ねじＭＳが形成されている。また、小径円筒部１２２の後端部にはＤカット部ＤＣが形成されており、Ｄカット面ＤＣｓが中心軸ＡＸに平行な面内に延びている。小径円筒部１１２の後端部に、径方向においてＤカット部ＤＣに対向するＤカット部をもう一つ形成し、Ｄカット面ＤＣｓに平行なＤカット面を形成してもよい。

【0037】

ひずみ検出部１１と本体側接続部１２とは、ひずみ検出部１０の板部１１１の後縁が、本体側接続部１２の大径円筒部１２１の前面に固定された状態で互いに一体に連結されている。板部１１１は、大径円筒部１２１の中心軸を通るように、大径円筒部１２１に接続されている。この状態において、板部１１１の起歪部Ｆの開口Ａと、本体側接続部１２の内孔１２ｈとが連通する。

【0038】

また、ひずみ検出部１１と本体側接続部１２とは、板状の起歪部Ｆの径方向を向く表面とＤカット面ＤＣｓとが互いに同一の方向を向くように、即ち互いに平行となるように連結されている。

【0039】

ひずみ検出部１１の板部１１１と、本体側接続部１２とは、例えばステンレス等の金属の丸棒から、削り出しにより一体成形したものであってもよい。

【0040】

カバー部２０は、円筒状の筒状カバー２１と、筒状カバー２１の後端２１ｒ近傍に回動可能に内挿されたカバー側接続部２２とを主に有する。

【0041】

図２及び図５（ａ）に示す通り、筒状カバー２１は、本体部１０の径方向外側に配置され、ひずみ検出部１１の全体と、本体側接続部１２の大部分を覆っている。換言すれば、本体部１０のひずみ検出部１１の全体と、本体側接続部１２の大部分とは、筒状カバー２１の内部に収容されている。

【0042】

筒状カバー２１は、一例としてステンレス等の金属により形成されている。筒状カバーの外径は、一例として５ｍｍ～３０ｍｍ程度とし得る。

【0043】

図５（ａ）に示す通り、筒状カバー２１は、後端２１ｒから前端２１ｆに向かって、第１領域ＡＲ１、第２領域ＡＲ２、第３領域ＡＲ３の三つの領域に区画され、各領域において内径が異なる。

【0044】

第１領域ＡＲ１、及び第２領域ＡＲ２の各領域内においては、内径は一定であり、第１領域ＡＲ１における内径は、第２領域ＡＲ２における内径よりも大きい。第３領域ＡＲ３における内径は、軸方向後側から前側に進むに従って次第に大きくなっている。即ち、第３領域においては、筒状カバー２１の内周面２１ｉは中心軸ＡＸに関して対称なテーパを形成している。

【0045】

筒状カバー２１の周方向の３か所に、等間隔で、前端２１ｆから後方に延びるスリットＳＬが形成されている。スリットＳＬの各々は、第３領域ＡＲ３の全域と、第２領域ＡＲ２の略前側半分の領域にわたって延びている。

【0046】

カバー側接続部２２は、本体部１０の本体側接続部１２と協働して、本体部１０とカバー部２０とを、軸方向に相対移動可能に接続する。

【0047】

カバー側接続部２２は、一例としてステンレス等の金属で形成されている。カバー側接続部２２は、小径円筒部２２１と、小径円筒部２２１の軸方向後側に小径円筒部２２１と同軸状に連結された大径円筒部２２２と、大径円筒部２２２の軸方向後側に大径円筒部２２２と同軸状に連結された係合筒部２２３とを含む。小径円筒部２２１、大径円筒部２２２、及び係合筒部２２３の中心軸は、ひずみセンサ１００の中心軸ＡＸに一致している。

【0048】

小径円筒部２２１の外径は大径円筒部２２２の外径よりも小さい。

【0049】

係合筒部２２３は、外周面２２３ｃの一部を中心軸に平行な面で切り落として平面部２２３ｃｆを形成した略円筒状である。係合筒部２２３の後端２２３ｒには、平面部２２３ｃｆから径方向に突出する長方体の係合凸部ＥＰが設けられている。また、係合筒部２２３の後端２２３ｒの近傍には、一対のＤカット部が形成されており、Ｄカット面ＤＣ１ｓ、ＤＣ２ｓが、互いに平行に、且つ平面部２２３ｃｆに直交して中心軸ＡＸに平行な面内に延びている。

【0050】

図５（ａ）に示す通り、小径円筒部２２１の内孔２２１ｈと、大径円筒部２２２の内孔２２２ｈと、係合筒部２２３の内孔２２３ｈとは互いに同一の径を有し、互いに連通して内孔２２ｈを形成している。内孔２２ｈを画定する内周面には、雌ねじＦＳが形成されている。

【0051】

カバー側接続部２２は、筒状カバー２１の後端２１ｒの近傍に、筒状カバー２１と同軸状に挿入されて、切り欠きリングＲにより、脱落が防止されている。カバー側接続部２２が筒状カバー２１に挿入された状態においては、小径円筒部２２１の全体、大径円筒部２２２の全体、及び係合筒部２２３の前端近傍が筒状カバー２１の内部に収容され、係合筒部２２３の後端２２３ｒ側が筒状カバー２１の後側に突出する。

【0052】

具体的には、図５（ａ）に示すように、小径円筒部２２１は筒状カバー２１の第２領域ＡＲ２に、小径円筒部２２１の外周面が筒状カバー２１の内周面２１ｉに当接した状態で配置される。大径円筒部２２２は筒状カバー２１の第１領域ＡＲ１に、大径円筒部２２２の外周面が筒状カバー２１の内周面２１ｉに当接した状態で配置される。切り欠きリングＲは筒状カバー２１の後端２１ｒ近傍の第１領域ＡＲ１に配置され、筒状カバー２１に固定されている。これにより、カバー側接続部２２は、軸方向の移動が規制されて回転移動のみが可能な状態で、筒状カバー２１内に保持される。

【0053】

本体部１０とカバー部２０とは、本体部１０の本体側接続部１２の小径円筒部１２２を、カバー部２０のカバー側接続部２２の内孔２２ｈに挿入し、雄ねじＭＳと雌ねじＦＳとを螺合することにより、同軸状に、且つねじの作用により軸方向に相対移動可能に接続される。このように、本体側接続部１２とカバー側接続部２２とにより本体部１０と筒状カバー２１とを軸方向に相対移動可能に接続する接続部（接続機構）が構成される。

【0054】

本体部１０とカバー部２０とが接続され、板部１１１が筒状カバー２１の内部に収容された状態においては、図５（ａ）に示す通り、突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔがそれぞれ、筒状カバ－２１の第３領域ＡＲ３において、筒状カバー２１の内周面２１ｉに当接している。

【0055】

この状態で、カバー側接続部２２を回転させると、本体部１０は軸方向に移動する。本体部１０を軸方向後側に移動させると、突出部Ｐ１、Ｐ２が筒状カバー２１を径方向外側に押し広げ、筒状カバー２１の外径が大きくなる（図５（ｂ））。

【0056】

板部１１１の起歪部Ｆに貼り付けられたひずみゲージ１１２から延びる配線Ｗ（図８（ｂ）、(図８（ｃ））は、開口Ａ、内孔１２ｈを通って、ひずみセンサ１００の後方に引き出されている。なお、配線Ｗは図８（ｂ）、図８（ｃ）以外の図では図示を省略している。

【0057】

次に、実施形態のひずみセンサ１００を用いて、プレス加工機５００のダイプレートＤＰに生じたひずみを測定する方法を説明する。

【0058】

プレス加工機５００は、図６に示す通り、ダイプレートＤＰ、ダイプレートＤＰを保持するダイプレートホルダＤＨ、パンチＰＮ、パンチＰＮを保持するパンチホルダＰＨ、及びパンチホルダＰＨをダイプレートホルダＤＨに対して上下移動可能に支持する複数のガイドポストＧＰを有する。プレス加工機５００を用いたプレス加工を行う際には、被加工物の塑性加工や切断のため、ダイプレートＤＰ上の被加工物にパンチＰＮによる圧力が加えられる。

【0059】

本実施形態のひずみ測定方法は、図７に示す通り、ダイプレートＤＰにひずみセンサ１００が内部に設置される測定孔Ｈを形成する測定孔形成工程Ｓ１と、測定孔Ｈの内部にひずみセンサ１００を固定的に設置するセンサ設置工程Ｓ２と、測定孔Ｈの内部のひずみセンサ１００を用いてダイプレートＤＰに生じたひずみを測定する測定工程Ｓ３とを含む。

【0060】

測定孔形成工程Ｓ１においては、ダイプレートＤＰに、電動ドリル等を用いて測定孔Ｈを形成する。本実施形態においては筒状カバー２１が円筒であるため、測定孔Ｈはひずみセンサ１００の外径よりもわずかに大きな内径を有する円孔とすることが望ましい。

【0061】

図８（ａ）に示すように、測定孔Ｈは、測定対象のひずみが生じる方向（測定方向ＭＤ）に直交して延びるように形成する。本実施形態では、ダイプレートＤＰに生じる、パンチＰＮの移動方向（即ち垂直方向）のひずみを測定対象とし、ダイプレートＤＰには水平方向に延びる測定孔Ｈを形成するものとする。

【0062】

測定孔Ｈを形成する位置、及び測定孔Ｈの数は、測定目的に応じて任意に設定し得る。一般に、測定対象のひずみがより大きく生じる位置に測定孔Ｈを形成することで、測定対象のひずみがより大きく生じる位置にひずみセンサ１００を配置することが可能となり、ひずみ測定の精度を高めることができる。ひずみが最も大きく生じる位置は、プレス加工機５００のダイプレートＤＰにおいては、通常は、パンチＰＮがダイプレートＤＰを押圧する位置の直下である。

【0063】

センサ設置工程Ｓ２においては、まず、測定孔Ｈの入口近傍にひずみセンサ１００を前側から挿入し、測定方向ＭＤを考慮して板部１１１の方位を調整する。

【0064】

板部１１１の方位の調整は、具体的には、起歪部Ｆの径方向を向く面、即ちひずみゲージ１１２が貼り付けられた面が測定方向ＭＤと平行となるように行う。板部１１１をこのように配置することにより、測定方向ＭＤにおいて起歪部Ｆの両側に突出部Ｐ１、Ｐ２が配置され、測定方向ＭＤに生じたひずみを、起歪部Ｆのひずみ集中領域ＳＣに貼り付けられたひずみゲージ１１２を用いて、より高い精度で検出することができる（詳細後述）。なお、起歪部Ｆのひずみゲージ１１２が貼り付けられた面が測定方向ＭＤに対して１０°程度傾斜していても、十分な精度でひずみ検出を行うことが可能である。

【0065】

板部１１１の方位の調整は、本体側接続部１２の小径円筒部１２２の後端に形成されたＤカット面ＤＣｓを用いて容易に行うことができる。上述の通り、ひずみ検出部１１と本体側接続部１２とは、起歪部Ｆの径方向を向く面とＤカット面ＤＣｓとが互いに平行となるように連結されている。そのため、Ｄカット面ＤＣｓを測定方向ＭＤに平行とすることで、起歪部Ｆの径方向を向く面を測定方向ＭＤに平行とすることができる。即ち、Ｄカット部ＤＣは、板部１１１及び起歪部Ｆの方位調整を補助する方位調整補助部として機能する。

【0066】

板部１１１の方位を調整した後、ひずみセンサ１００を、測定孔Ｈ内の設置予定位置まで押し込む。押し込みには、二重円筒状の挿入具５０（図８（ｂ））を用いる。

【0067】

挿入具５０は、先端部がひずみセンサ１００のカバー側接続部２２の係合凸部ＥＰに係合可能に形成された外側円筒５１と、先端部がひずみセンサ１００の本体側接続部１２のＤカット部ＤＣに係合可能に形成された内側円筒５２とを含む。

【0068】

挿入具５０を用いてひずみセンサ１００を押し込む際には、まず、ひずみゲージ１１２から延びる配線Ｗを内側円筒５２の内孔（或いは、内側円筒５２と外側円筒５１との間）に通す。次いで、内側円筒５２の先端部をＤカット部ＤＣに、外側円筒５１の先端部を係合凸部ＥＰにそれぞれ係合させた状態で挿入具５０を測定孔Ｈ内に挿入し、ひずみセンサ１００を測定孔Ｈに押し込む。

【0069】

ひずみセンサ１００を設置予定位置まで押し込んだのち、内側円筒５２を固定した状態で、外側円筒５１のみを回転させる。これにより、本体部１０の回転が規制された状態でカバー側接続部２２が回転され、本体部１０が筒状カバー２１に対して後方に移動される。この時、ひずみ検出部１１の板部１１１の突出部Ｐ１、Ｐ２が筒状カバー２１の内周面２１ｉを径方向外側に押圧することにより筒状カバー２１の外径が大きくなり（図５（ｂ））、筒状カバー２１の外周面２１ｃが測定孔Ｈを画成する内周面Ｈｉに密接される（図８（ｃ））。本体部１０の回転が規制されているため、調整済である板部１１１の方位は維持されている。

【0070】

筒状カバー２１の外周面２１ｃが測定孔Ｈを画成する内周面Ｈｉに密接することにより、ひずみセンサ１００が、測定孔Ｈの内部に、固定的に設置される。また、この状態においては、板部１１１の突出部Ｐ１、Ｐ２の頂面Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔが筒状カバー２１の内周面２１ｉに密接し、筒状カバー２１の外周面２１ｃが測定孔Ｈを画成する内周面Ｈｉに密接しているため、ダイプレートＤＰに生じたひずみは良好に起歪部Ｆに伝わる。そのため、ひずみ検出の精度は向上する。

【0071】

ひずみセンサ１００を測定孔Ｈ内に固定的に設置した後、挿入具５０を取り除き、配線Ｗを制御装置ＣＯＮＴ（図８（ｃ））に接続する。

【0072】

ひずみセンサ１００を複数配置する場合は、測定孔形成工程Ｓ１とセンサ設置工程Ｓ２を同様に繰り返す。

【0073】

測定工程Ｓ３においては、ダイプレートＤＰの測定方向ＭＤに生じたひずみの測定値を、本体部１０のひずみ検出部１１と、制御装置ＣＯＮＴとを主に用いて行う。具体的には次の手順による。

【0074】

ダイプレートＤＰに測定方向ＭＤのひずみが生じると、設置孔Ｈの径が小さくなり、筒状ケース２１を介して突出部Ｐ１、Ｐ２が起歪部Ｆに向けて押圧される。これにより起歪部Ｆが測定方向ＭＤに圧縮されて起歪部Ｆにひずみが生じる。起歪部Ｆに生じるひずみは、具体的には、測定方向ＭＤ（ひずみセンサ１００の径方向）に生じる圧縮ひずみと、測定方向ＭＤに直交する方向（ひずみセンサ１００の軸方向）に生じる伸びひずみである。

【0075】

起歪部Ｆのひずみ集中領域ＳＣに貼り付けられたひずみゲージ１１２は、２つの第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１と、２つの第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２とを用いて、ひずみ集中領域ＳＣに生じたひずみを検出する。具体的には、２つの第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１の抵抗値が測定方向ＭＤに生じる圧縮ひずみにより変化し、２つの第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２の抵抗値が測定方向ＭＤに直交する方向に生じる伸びひずみにより変化する。

【0076】

これらの抵抗値の変化により、ホイートストンブリッジＷＳＢが出力する出力電圧の値が変化する。制御装置ＣＯＮＴは、配線Ｗを介して受け取った出力電圧の値の変化に基づいて、所定の演算式を用いて、ダイプレートＤＰに生じたひずみの測定値を求める。

【0077】

ここで、本実施形態のひずみセンサ１００において、ひずみ検出部１１の板部１１１が、起歪部Ｆから突出する突出部Ｐ１、Ｐ２を備えるのは次の理由による。

【0078】

まず、図９（ａ）に示すように、矩形板である起歪部Ｆ_０の長辺側の側面が、測定孔Ｈを画成する内周面Ｈｉに、接触面積Ａ_０[ｍｍ^２]を有して当接している態様を考える。この態様においては、ダイプレートＤＰに測定方向ＭＤのひずみが生じて荷重Ｘ[Ｎ]が起歪部Ｆ_０に与えられた場合、起歪部Ｆ_０に生じる圧縮応力の大きさは、σ_０＝Ｘ／Ａ_０[Ｎ／ｍｍ^２]となる。

【0079】

次に、図９（ｂ）にように、矩形の起歪部Ｆ_１の長辺から突出する一対の突出部Ｐ_１の頂面が、測定孔Ｈを画成する内周面Ｈｉに、接触面積Ａ_１[ｍｍ^２]を有して当接している態様を考える。この態様においては、ダイプレートＤＰに測定方向ＭＤのひずみが生じて荷重Ｘ[Ｎ] が起歪部Ｆ_１に与えられた場合、一対の突出部Ｐ_１に挟まれた起歪部Ｆ_１の領域ＳＣ_１に生じる圧縮応力の大きさは、σ_１＝Ｘ／Ａ_１[Ｎ／ｍｍ^２]となる。

【0080】

ここで接触面積の大きさを比較するとＡ_１＜Ａ_０であるため、圧縮応力の大きさはσ_１＞σ_０である。そして、矩形板である起歪部Ｆ_０に生じる圧縮ひずみをε_０、起歪部Ｆ_１の領域ＳＣ_１に生じる圧縮ひずみをε_１とすると、フックの法則により部材に生じる圧縮ひずみの大きさは部材に生じる圧縮応力の大きさに比例するため、ひずみの大きさはε_１＞ε_０である。

【0081】

このように、本実施形態の板部１１１のように、突出部Ｐ１、Ｐ２を設けて測定孔Ｈの内周面Ｈｉとの接触面積を小さくすることで、突出部Ｐ１、Ｐ２の間に比較的大きなひずみが生じる部分（ひずみ集中部、応力集中部）が生じる。このようなひずみ集中部にひずみゲージを貼り付けることで、ダイプレートＤＰ（被験体）に生じたひずみを増幅して高い感度で検出することができるため、より正確にひずみの検出及び測定を行うことができる。

【0082】

本実施形態のひずみセンサ１００、及びひずみ測定方法の効果を以下にまとめる。

【0083】

本実施形態のひずみセンサ１００は、板部１１１の起歪部Ｆの径方向両側に突出部Ｐ１、Ｐ２を設け、起歪部Ｆの突出部Ｐ１、Ｐ２に挟まれたひずみ集中領域ＳＣにひずみゲージ１１２を貼り付けている。したがって、ダイプレートＤＰ等の被験体に生じたひずみを、当該ひずみに起因するひずみ集中部ＳＣの比較的大きなひずみ（増幅されたひずみ）を介して高い感度で検出できるため、ひずみ検出、及びひずみ測定を高い精度で行うことができる。

【0084】

本実施形態のひずみセンサ１００は、ダイプレートＤＰ等の被験体に形成された測定孔Ｈの内部の、比較的大きなひずみが生じる位置に設置することができる。このように、測定孔Ｈを形成して、比較的大きなひずみが生じる位置、即ち高い感度でひずみ検出が行える位置にひずみセンサ１００を設置することで、ひずみ検出、及びひずみ測定の精度をより高めることができる。

【0085】

本実施形態のひずみセンサ１００は、外径を大きくすることのできる筒状カバー２１を備えている。そのため、板部１１１の突出部Ｐ１、Ｐ２で筒状カバー２１を押圧して外径を大きくすることで、板部１１１の突出部Ｐ１、Ｐ２、筒状カバー２１、及び測定孔Ｈの内周面Ｈｉが互いに密接した状態を容易に実現することができる。ひずみセンサ１００をこのような状態で設置することにより、ダイプレートＤＰ等の被験体に生じたひずみが良好に起歪部Ｆに伝わるため、ひずみ検出及びひずみ測定の精度をより高めることができる。

【0086】

特に本実施形態では、突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔがテーパを形成しており、筒状カバー２１の内周面２１ｉもテーパを形成しているため、突出部Ｐ１、Ｐ２と筒状カバー２１の内周面２１ｉは良好に密接する。

【0087】

本実施形態のひずみセンサ１００は、板部１１１が起歪部Ｆを備えており、起歪部Ｆが板状である。そのため、起歪部Ｆに４つのひずみ受感素子を設けて、２つのひずみ受感素子で測定方向ＭＤに生じる圧縮ひずみを検出し、残る２つのひずみ受感素子で測定方向ＭＤに直交する方向に生じる伸びひずみを検出する態様を用いることができる。このような態様を採用して、当該４つのひずみ受感素子によりホイートストンブリッジを構成することで、ひずみ検出、及びひずみ測定の精度をより高めることができる。

【0088】

＜変形例＞
上記実施形態のひずみセンサ１００において、次の変形態様を用いることもできる。

【0089】

上記実施形態のひずみセンサ１００においては、突出部Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ平面視台形であり、頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔによりテーパを形成していたがこれには限られない。突出部の形状は任意であり、例えば、図１０（ａ）に示す板部１１１ａのように起歪部Ｆａの両側に平面視矩形の突出部Ｐ１ａ、Ｐ２ａを備えてもよく、図１０（ｂ）に示す板部１１１ｂのように起歪部Ｆｂの両側に平面三角形の突出部Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂを備えてもよく、図１０（ｃ）に示す板部１１１ｃのように起歪部Ｆｃの両側に略正方形の突出部Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃを備えてもよい。

【0090】

また、突出部Ｐ１、Ｐ２は、必ずしも起歪部Ｆと一体の板部として形成される必要はなく、板状の起歪部Ｆに取り付けられて起歪部Ｆから突出する、円柱形状、角柱形状、球状等の突出部でもよい。

【0091】

このように突出部Ｐ１、Ｐ２は、起歪部Ｆが筒状カバー２１の内周面２１ｉに直接接触する場合よりも小さい接触面積で内周面２１ｉに当接するように構成された任意の突出部（即ち、径方向を向く頂部の面積が、径方向を向く起歪板の側面の面積よりも大きい任意の突出部）であってよい。また、起歪部Ｆの両側の一対の突出部は、必ずしも互いに同一の形状である必要はなく、中心軸ＡＸを中心として対称でなくてもよい。

【0092】

上記実施形態のひずみセンサ１００においては、２つの第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１と２つの第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２とを備えるひずみゲージ１１２を起歪部Ｆの片面に張っているが、これには限られない。図４（ｂ）に示すような、単一の第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１と単一の第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２とを備えるひずみゲージ１１２’を、第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１、第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２がそれぞれ径方向、軸方向のひずみを検出するように起歪部Ｆの両面に１つずつ張って、２つのひずみゲージ１１２’を繋いでホイートストンブリッジを形成してもよい。

【0093】

また、起歪部Ｆに設けられたひずみ受感素子のみでホイートストンブリッジを構成する必要はなく、単一の第１方向ひずみ受感素子ＳＥ１又は単一の第２方向ひずみ受感素子ＳＥ２のみを備える単ゲージのひずみゲージ等、任意のひずみゲージを、起歪部Ｆの片面、又は両面に貼り付けることができる。

【0094】

上記実施形態のひずみセンサ１００においては、筒状カバー２１は円筒状であったがこれには限られない。筒状カバー２１は、軸に直交する断面形状が四角形の筒や多角形の筒等、任意の筒状部材とし得る。

【0095】

上記実施形態のひずみセンサ１００においては、筒状カバー２１に複数のスリットＳＬを設けて筒状カバー２１の外径を可変としている。しかしながらこれには限られず、単一のスリットＳＬを設けるのみでもよい。

【0096】

また、スリットＳＬを設けることなく筒状カバー２１の外径を可変とすることもできる。具体的には例えば、筒状カバーの厚さを十分に薄くすることによって、本体部１０から加えられる内圧に応じて外径が大きくなる筒状カバーを構成することができる。

【0097】

上記実施形態のひずみセンサ１００は、本体部１０の突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔ、及びカバー部２０の筒状カバー２１の内周面２１ｉをそれぞれ、軸方向前側に向かうにしたがって広がるテーパ状とし、本体部１０を筒状カバー２１に相対して後方に移動させることにより筒状カバー２１の外径を大きくするように構成されている。しかしながらこれには限られず、本体部１０の突出部Ｐ１、Ｐ２の頂部Ｐ１ｔ、Ｐ２ｔ、及びカバー部２０の筒状カバー２１の内周面２１ｉをそれぞれ、軸方向後ろ側に向かうにしたがって広がるテーパ状としてもよい。この構成によれば、本体部１０を筒状カバー２１に相対して前方に移動させることにより、筒状カバー２１の外径が大きくなる。

【0098】

上記実施形態のひずみセンサ１００は、本体部１０が有する本体側接続部１２とカバー部２０が有するカバー側接続部２２とによって、ひずみ検出部１１と筒状カバー２１とが、互いに相対移動可能に一体接続されているが、これには限られない。

【0099】

本体側接続部１２及びカバー側接続部２２を省略して、筒状カバー２１の中に、ひずみ検出部１１が、筒状カバー２１から分離可能な状態で収容されたひずみセンサとすることもできる。このようなひずみセンサを測定孔Ｈ内に設置する際には、例えば、ひずみセンサを測定孔Ｈ内に押し込んだのち、所定の挿入具を用いて、筒状カバー２１の移動を規制しつつひずみ検出部１１を手前に引く。これにより、ひずみ検出部１１が筒状カバー２１に相対して軸方向に移動し、筒状カバー２１の外径が拡げられる。

【0100】

上記実施形態のひずみセンサ１００においては、本体部１０の本体側接続部１２に形成されたＤカット部ＤＣが方位調整補助部として機能していたが、これには限られない。板部１１１及び起歪部Ｆの方位調整を補助するための構造は任意であり、例えば本体側接続部１２の小径円筒部１２２の後端に設けられた凸部やマーキング等の目印であってよい。

【0101】

上記実施形態のひずみセンサ１００は、必ずしも筒状カバー２１を備える必要はなく、例えば、本体部１０のひずみ検出部１１のみによりひずみセンサを構成することもできる。

【0102】

このようなひずみセンサを測定孔Ｈの内部に配置する場合は、例えば測定孔Ｈを奥に進むに従って径が小さくなるテーパ状に形成して、当該テーパ孔にひずみセンサを押し込む。

【0103】

以上、実施形態及び変形態様のひずみセンサ及びひずみ測定方法を、プレス加工機５００への適用を例として説明したがこれには限られない。実施形態及び変形態様のひずみセンサ及びひずみ測定方法は、プレス加工機とは異なる任意の工作機械に対して用いることができ、工作機械とは異なる任意の被験体に対して用いることができる。被験体は、金属には限られず、コンクリートや樹脂など、任意の材料であってよい。

【0104】

具体的には例えば、実施形態又は変形態様のひずみセンサをコンクリートや樹脂の内部に予め埋め込んでおき、必要な時点で筒状カバーの外径を拡げてその際のプレロード値（反力）を測定すれば、当該測定値に基づいてコンクリートや樹脂の硬度を測定することができる。このような硬度測定は、コンクリートや樹脂への適用に限られず、例えばパン生地などの食品に対して用いることもできる。また、実施形態又は変形態様のひずみセンサを予め建築物等に埋め込んでおき、定期的にこのような硬度測定をすることで、当該建築物等の経年劣化を監視することができる。

【0105】

実施形態又は変形態様のひずみセンサを水中に配置して、水圧の測定を行うこともできる。この場合は、本体部が備えるひずみ検知部を筒状カバーにより密封する構成とすることが望ましい。

【0106】

被験体に振動が生じれば、被験体内部のわずかな変位がひずみセンサの出力に影響を及ぼし得るため、実施形態又は変形態様のひずみセンサにより、被験体に生じた振動を測定することもできる。

【0107】

実施形態又は変形態様のひずみセンサを用いて嵌め合いの確認を行うこともできる。具体的には例えば、所定の外径を有する筒状カバーを備えたひずみセンサを穴の中に挿入し、その際に測定されるひずみの値が適切であるか否かに基づいて、穴の寸法が適切であるか否かを判定することができる。

【0108】

実施形態又は変形態様のひずみセンサを用いて糸やケーブルの張力等を測定することもできる。具体的には例えば、糸やケーブルを架設する際に、実施形態又は変形態様のひずみセンサに巻き付いた部分を設けておき、ひずみセンサの測定値に基づいて糸やケーブルの張力を算出する。

【0109】

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0110】

１０ 本体部、１１ ひずみ検出部、１１１ 板部、１１２ ひずみゲージ、１２ 本体側接続部、２０ カバー部、２１ 筒状カバー、２２ カバー側接続部、５００ プレス加工機、ＤＰ ダイプレート、Ｆ 起歪部、Ｐ１，Ｐ２ 突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】