JP2009244151A - Sensor and method for detecting pressure and friction force - Google Patents
Sensor and method for detecting pressure and friction force Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009244151A JP2009244151A JP2008092090A JP2008092090A JP2009244151A JP 2009244151 A JP2009244151 A JP 2009244151A JP 2008092090 A JP2008092090 A JP 2008092090A JP 2008092090 A JP2008092090 A JP 2008092090A JP 2009244151 A JP2009244151 A JP 2009244151A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- sensor
- friction force
- base portion
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Control Of Presses (AREA)
Abstract
Description
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。 The present invention is suitable for detecting pressure / friction force acting on the surface of a tool such as a mold during plastic processing such as forging, extrusion and rolling, and molding processing such as injection molding and press molding. The present invention relates to a friction force sensor and a pressure / friction force detection method.
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。
Conventionally, when casting a relatively high pressure such as aluminum die casting, for example, the pressure (melt pressure) generated in the mold is measured by a configuration equipped with a strain gauge for the purpose of managing casting conditions and the like. (For example, refer to Patent Document 1).
In addition, in plastic working such as forging and extrusion, in addition to the pressure generated in the mold as described above, it is desired to measure the friction force acting on the surface of the mold as the material to be processed is deformed. Therefore, there is a technique disclosed in
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。
The sensor disclosed in
Specifically, when pressure or frictional force acts on the thin portion, deformation such as deflection occurs in the thin portion. The deformation of the thin portion is transmitted to the thin plate connecting the two beams together with the deformation of the two beams. This deformation of the thin plate is detected by a strain gauge. That is, the deformation of the thin portion due to the action of pressure or frictional force is detected by the strain gauge as the strain amount (stretching amount) of the thin plate via the two beams. Then, based on the strain amount of the thin plate, the pressure / friction force acting on the surface of the tool is measured.
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。
However, the configuration disclosed in Patent Document 2 (hereinafter referred to as “conventional configuration”) has the following problems.
That is, in the conventional configuration, a thin portion that is a portion to be deformed by the action of pressure and frictional force to be measured is formed integrally with the tool (directly on the tool). Therefore, the two beams provided continuously in the thin portion and the thin plate connecting these two beams are also an integral part of the tool. That is, in the conventional configuration, the sensor is provided directly on the tool. For this reason, in order to form the shape of each part constituting the sensor (hereinafter referred to as “sensor shape”), the tool needs to be directly processed.
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。 For direct machining of such tools, electrical discharge machining, which is a machining method that utilizes the consumption of electrodes when discharging in a liquid, is preferably used. As described above, a sensor is provided directly on the tool. In the configuration to be obtained, complicated machining is required with respect to the movement path of the electrode and the like for electric discharge machining, which is machining for forming the sensor shape. Specifically, when the sensor shape in the conventional configuration is formed, the movement path of the electrode is in addition to the direction in which the electrode is inserted into the hole formed in the tool (longitudinal direction of the beam). Movement in a plurality of directions such as the vertical direction (the direction along the plate surface of the thin plate) is required, which is a complicated process.
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。
For this reason, in the conventional configuration, the processing lead time is long and the processing cost is high for processing for providing a sensor on the tool.
Moreover, in the conventional structure, about the process for providing a sensor in a tool, the process will be given inside a tool. For this reason, it becomes difficult to measure and confirm the dimensional accuracy (processing accuracy) after processing and to paste the strain gauge after processing.
In addition, in the conventional configuration, since the movement path of the electrode is complicated, the electrode is in contact with a part other than the processing part during processing, so that a part that does not need to be processed is processed, and the defect rate is about 10%. There was a defective product.
Furthermore, in the sensor of the conventional configuration, since the machining is performed directly on the tool, the position where the sensor is provided is greatly restricted and the degree of freedom is low.
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。
In the sensor disclosed in
In this regard, in the conventional configuration, the output (strain amount) of the frictional force strain is smaller than the pressure strain due to the sensor shape and the like. It is expected that the increase in output with respect to the frictional force strain is achieved by reducing the thickness of the thin plate to which the strain gauge is attached. However, a reduction in the thickness of the thin plate is accompanied by a decrease in strength of the thin plate portion. For this reason, in the conventional configuration, regarding the relationship between the output of the frictional force strain and the strength of the thin plate portion, the thickness of the thin plate portion is set based on the compromise between the output and the strength. .
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。 Further, it is expected that the increase in the output with respect to the frictional force strain is also achieved from the shape aspect of the sensor shape. However, in the conventional configuration, as described above, the processing for providing the sensor is performed inside the tool, so that the degree of freedom of the shape that can be processed is low. The low degree of freedom of the shape that can be processed with respect to the sensor shape is a factor that hinders an increase in the output with respect to the frictional force strain from the shape surface with respect to the sensor shape.
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。
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved is to configure a sensor when detecting pressure and frictional force acting on the surface of a tool such as a mold. Pressure / friction force sensor and pressure / friction which can solve problems when complex machining is required, such as long machining lead time and high machining cost. It is to provide a force detection method.
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。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.
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。
In other words, in
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。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressure / friction force sensor for detecting at least one of a pressure and a friction force acting on a surface of a predetermined member, which is a plate-like portion, and is formed on one plate surface side. A base portion that receives the action of the detection target via a receiving surface, and a beam portion that protrudes from the other plate surface side of the base portion and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base portion And the receiving surface is provided so as to form a part of the surface with respect to the predetermined member.
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。 According to a third aspect of the present invention, in the pressure / friction force sensor according to the first or second aspect, the pair of beam elements are opposed to the base portion of the beam element at a base portion of the beam portion with respect to the base portion. It has a rigidity reduction part for reducing the bending rigidity in the direction.
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the pressure / friction force sensor according to the third aspect, the rigidity reduction portion is a concave surface portion having an R shape.
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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the pressure / friction force sensor according to any one of the first to fourth aspects, the pair of beam elements are substantially parallel to each other in a protruding direction from the base portion.
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。 According to a sixth aspect of the present invention, in the pressure / friction force sensor according to the fifth aspect, the beam portion has a shape along a cylindrical surface shape in which a protruding direction from the base portion is a cylinder axis direction.
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。 8. The pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on the surface of a predetermined member, which is a plate-like portion and formed on one plate surface side. A base that receives the action of the detection target via a receiving surface, and a beam that protrudes from the other plate surface side of the base and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base One or a plurality of plate portions, a plate-like portion substantially parallel to the base portion, and a thin plate portion that connects the tip portions of the pair of beam elements, and at least a portion thereof is located in the thin plate portion A sensor including a strain gauge, and a hole for attaching the sensor is provided in the predetermined member, and the sensor is formed in the hole, and the receiving surface forms a part of the surface. Provided in the receiver According to the detection target to act on the surface, the deformation of the thin portion through said beam portion, by detecting by the strain gauge unit, and detects the detection target which acts on said surface.
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。 9. The pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on the surface of a predetermined member, which is a plate-like portion and formed on one plate surface side. A base that receives the action of the detection target via a receiving surface, and a beam that protrudes from the other plate surface side of the base and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base A hole for attaching the sensor is provided in the predetermined member, the sensor is provided in the hole, and the receiving surface forms a part of the surface. The detection target that acts on the surface is detected on the basis of the inclination angle of the beam element by the detection target acting on the receiving surface.
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。
9. The pressure / friction force detection method according to
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。 According to a tenth aspect of the present invention, in the pressure / friction force detection method according to the ninth aspect, the rigidity reduction portion is a concave surface portion having an R shape.
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。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the pressure / friction force detection method according to any one of the seventh to tenth aspects, the pair of beam elements are substantially parallel to each other in a protruding direction from the base portion.
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。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the pressure / friction force detection method according to the eleventh aspect, the beam portion has a shape along a cylindrical surface shape in which a protruding direction from the base portion is a cylinder axis direction. is there.
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。
As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
That is, according to the present invention, when detecting the pressure / friction force acting on the surface of a tool such as a mold, processing for configuring the sensor is facilitated, processing lead time is increased, and processing cost is increased. This makes it possible to eliminate problems that occur when complicated machining is required.
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。
The pressure / friction force sensor (hereinafter simply referred to as “sensor”) according to the present invention is a predetermined member such as a mold during plastic processing such as forging, extrusion, or rolling, or molding processing such as injection molding or press molding. The detection target is at least one of pressure and frictional force acting on the surface. The sensor according to the present invention is configured as a separate body from the predetermined member, and is provided to form a part of the surface of the predetermined member. The sensor in a state in which a part of the surface of the predetermined member is formed receives pressure and frictional force acting on the surface of the predetermined member together with this surface, so that the pressure and frictional force acting on the surface of the predetermined member are obtained. Is detected.
Hereinafter, embodiments of the sensor according to the present invention will be described. In the following description, the predetermined member provided with the sensor is a mold used for forging or the like.
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。
A first embodiment of a sensor according to the present invention will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
The
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。
The
In the present embodiment, the
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。
In addition, in this embodiment, although the
In the following description, the side where the receiving
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。
The
In the present embodiment, the
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。
In the present embodiment, the pair of
That is, as described above, the pair of
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。
In the present embodiment, the pair of
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。
The
As described above, the
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。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
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。
The
The
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。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the two
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。
As the
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。
In addition, although the
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。
In the
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。
As the material constituting the sensor body, for example, the same material as that constituting the mold on which the
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。
The
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。
A configuration for mounting the
FIG. 4A is a diagram illustrating a disassembled state of the
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。
As shown in FIG. 4A, when the
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。
That is, when the
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。
Further, a portion of the
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。
Thus, the
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。
The
Specifically, the
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。
In the present embodiment, the attachment method (fixing method) of the
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。
Thus, the detection principle of the pressure and frictional force in the
FIG. 5A is an explanatory diagram of the pressure detection principle, and FIG. 5B is an explanatory diagram of the friction force detection principle. FIG. 5 shows a cross section of the sensor body. FIG. 6A shows an example of a graph showing the relationship between the plate length (mm) and the pressure strain (με), and FIG. 6B shows the plate length (mm) and the frictional force strain. It is a figure which shows an example of the graph showing the relationship with ((micro | micron | mu)).
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。
Here, with respect to the graph shown in FIG. 6, the “flat plate length” is the direction in which the
In FIG. 5, for convenience of explanation, regarding the two
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。
As shown in FIG. 5 (a), for the
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。
Accordingly, the
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。
Thus, an example of the relationship between the flat plate length and the strain amount (strain amount of pressure strain) when pressure acts on the receiving
The graph shown in FIG. 6A is based on a calculation result by CAE (Computer Aided Engineering) when a pressure of 1000 MPa is applied to the receiving
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。
As can be seen from FIG. 6A, the graph of the strain amount when pressure is applied to the receiving
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。
Specifically, in this example, which is a case where pressure is applied to the receiving
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。
As described above, it is known from the calculation result using the CAE that the same amount of output can be obtained from the two
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。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the
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。
Along with this, the
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。
Thus, an example of the relationship between the plate length and the amount of strain (strain amount of frictional force strain) when the frictional force is applied to the receiving
The graph shown in FIG. 6B shows the plate length and strain based on the calculation results by CAE when a frictional force of 300 MPa is applied to the receiving
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。
As can be seen from FIG. 6B, the graph of the strain amount when the frictional force is applied to the receiving
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。
Specifically, in this example, which is a case where a frictional force is applied to the receiving
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。
As described above, with respect to the strain amount of the frictional force strain, it is calculated using CAE that outputs of the same magnitude can be obtained from both
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。
Based on the relationship between the strain amount and the flat plate length for each of these pressures and frictional forces, the pressures and frictional forces are detected from the outputs of the two
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。
That is, when detecting the pressure, the sum of the outputs of the two
Further, when detecting the frictional force, the difference between the outputs of the two
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。
Thus, the pressure and friction force detected by the
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。
As described above, in the present embodiment, as a pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on the
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。
According to the
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。
That is, according to the
Specifically, in the
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。
Moreover, since the
Further, according to the
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。
In addition, since the
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。
Specifically, for example, as shown in FIG. 7, the
Thus, the
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。
A second embodiment of the sensor according to the present invention will be described. In addition, below, about the part which overlaps with 1st embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.
The
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。
Therefore, as shown in FIG. 6 (a), with respect to pressure strain, the width of the value that the strain takes when pressure is applied to the receiving
Similarly, as shown in FIG. 6 (b), with respect to the frictional force strain, the width of the value taken by the amount of strain due to the frictional force acting on the receiving
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。
As for the output from the
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。
Therefore, as shown in FIG. 8, the
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。
In this embodiment, the
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。
Here, the direction in which the pair of
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。
Thus, the
That is, since the
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。
The
When the processing for forming the sensor shape is performed directly on the
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。
Moreover, it is preferable that the
That is, like the
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。
Thus, when the
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。
The effect obtained by providing the rigidity reduction portion 22 (groove portion 23) as a concave surface portion having an R shape will be described with reference to FIG. 9 by comparison with a configuration without the
In FIG. 9, for convenience of explanation, the portion on the left side of the center line C1 shows the case where the sensor has the rigidity reduction portion 22 (corresponding to the
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。
In the base portion of the
That is, as shown in FIG. 9A, when the
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。
As described above, when the maximum stress portion moves to the receiving
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。
On the other hand, by providing the
That is, as shown in FIG. 9B, it is assumed that a certain amount of frictional force (see arrow E1) acts on the receiving
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。
As described above, the
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。
As described above, by providing the rigidity-decreasing
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。
In addition, the position, shape, etc. in which the
For example, as shown in FIG. 10, the position where the
Further, the shape of the
Further, as the
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。
A third embodiment of the sensor according to the present invention will be described.
In the
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。
That is, as shown in FIG. 11, in the
Thus, in the
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。
In the present embodiment, the two
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。
Thus, when the
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。
A fourth embodiment of the sensor according to the present invention will be described.
The
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。
That is, as shown in FIG. 12, the
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。
The detection principle of the pressure and frictional force in the
FIG. 13A is an explanatory diagram of the pressure detection principle, and FIG. 13B is an explanatory diagram of the friction force detection principle. Further, in FIG. 13, for convenience of explanation, regarding the two
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。
As shown in FIG. 13 (a), the
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。
On the other hand, as shown in FIG. 13 (b), the
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。
Based on the deformation of the
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。
That is, when the pressure and frictional force as described above are applied to the receiving
Therefore, when the pressure is detected, the sum of the inclination angles of the two
Further, when detecting the frictional force, a difference in inclination angle between the two
In measuring the tilt angle of the
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。
As described above, in the present embodiment, as a pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on the
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。
In addition, it is preferable that the
Also in the
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。
Examples of the present invention will be described below.
This example relates to a sensor (hereinafter referred to as “sensor with additional machining”) having a rigidity-reducing
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。 In this example, a pressure of 1000 MPa was applied to each of the sensor with additional work and the sensor without additional work in the direction as shown in FIG. 5A (see arrow A1). As for the frictional force, a frictional force of 300 MPa was applied in the direction shown in FIG. 5B (see arrow A2). In this embodiment, each sensor has a flat plate length of 11 mm.
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。
The graph shown in FIG. 14 shows the plate length and strain amount (friction force strain) based on the calculation result by CAE when a frictional force of 300 MPa is applied to the sensor with additional processing and the sensor without additional processing. This shows the relationship.
In FIG. 14, a graph G1 indicated by using diamond-shaped points is for a sensor without additional machining, and a graph G2 indicated by using white square-shaped points is for a sensor with additional machining. It is.
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。
As can be seen from the graph shown in FIG. 14, the width of the value taken by the strain amount (hereinafter referred to as “strain width”) in the entire range (0 to 11 mm) of the flat plate length for the sensor with additional processing is referred to as additional processing. It is larger than the strain width of the sensor without.
Specifically, the strain width of the sensor without additional machining is about 440 με (see the arrow range H1), whereas the strain width of the sensor with additional machining is increased to about 530 με (see the arrow range H2). ). In other words, in this example, the rigidity reduction portion 22 (groove portion 23) is provided in the sensor, so that the strain width with respect to the frictional force strain is increased by about 90 με. This shows that the output from the
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。
In addition, the following calculation results were obtained by CAE analysis of the portion where the
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。
That is, when the pressure of 1000 MPa was applied, the strength of the maximum stress portion was 1500 MPa in the sensor without additional machining, and 1480 MPa in the sensor with additional machining.
Further, the strength of the maximum stress portion when a frictional force of 300 MPa was applied was 1600 MPa in the sensor without additional machining, and 1590 MPa in the sensor with additional machining.
From these results, it is understood that the strength of the maximum stress portion is hardly lowered even when the rigidity reduction portion 22 (groove portion 23) is provided in the sensor.
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。
As described above, according to the present embodiment, the sensor is provided with the
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
1, 2, 31, 41
7a Outer
Claims (12)
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。 A pressure / friction force sensor for detecting at least one of pressure and friction force acting on a surface of a predetermined member,
A base part that is a plate-like part and receives the action of the detection target via a receiving surface formed on one plate surface side;
A beam portion that protrudes from the other plate surface side of the base portion and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base portion;
A thin plate portion that is a plate-like portion substantially parallel to the base portion and connects the tip portions of the pair of beam elements;
One or a plurality of strain gauges provided so that at least a part is located in the thin plate portion,
The pressure / friction force sensor, wherein the receiving surface is provided so as to form a part of the surface with respect to the predetermined member.
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。 A pressure / friction force sensor for detecting at least one of pressure and friction force acting on a surface of a predetermined member,
A base part that is a plate-like part and receives the action of the detection target via a receiving surface formed on one plate surface side;
A beam portion protruding from the other plate surface side of the base portion and having at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base portion,
The pressure / friction force sensor, wherein the receiving surface is provided so as to form a part of the surface with respect to the predetermined member.
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。 A pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on a surface of a predetermined member,
A base part that is a plate-like part and receives the action of the detection target via a receiving surface formed on one plate surface side;
A beam portion that protrudes from the other plate surface side of the base portion and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base portion;
A thin plate portion that is a plate-like portion substantially parallel to the base portion and connects the tip portions of the pair of beam elements;
Using one or a plurality of strain gauges provided so that at least a part thereof is located in the thin plate portion,
A hole for attaching the sensor is provided in the predetermined member,
In the hole, the sensor is provided so that the receiving surface forms a part of the surface,
The detection target acting on the surface is detected by detecting the deformation of the thin plate portion via the beam portion due to the detection target acting on the receiving surface by the strain gauge portion. To detect pressure and friction force.
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。 A pressure / friction force detection method for detecting at least one of pressure and friction force acting on a surface of a predetermined member,
A base part that is a plate-like part and receives the action of the detection target via a receiving surface formed on one plate surface side;
Using a sensor comprising: a beam part that protrudes from the other plate surface side of the base part and has at least a pair of beam elements provided substantially symmetrically with respect to the center position of the base part,
A hole for attaching the sensor is provided in the predetermined member,
In the hole, the sensor is provided so that the receiving surface forms a part of the surface,
A pressure / friction force detection method, wherein the detection target acting on the surface is detected based on an inclination angle of the beam element caused by the detection target acting on the receiving surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008092090A JP2009244151A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Sensor and method for detecting pressure and friction force |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008092090A JP2009244151A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Sensor and method for detecting pressure and friction force |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009244151A true JP2009244151A (en) | 2009-10-22 |
Family
ID=41306202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008092090A Pending JP2009244151A (en) | 2008-03-31 | 2008-03-31 | Sensor and method for detecting pressure and friction force |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009244151A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013242148A (en) * | 2012-04-27 | 2013-12-05 | Showa Denko Kk | Load detector |
CN107322972A (en) * | 2017-06-30 | 2017-11-07 | 上海东富龙科技股份有限公司 | A kind of pressure column pinch roller axle construction of built in pressure sensor |
JPWO2021192685A1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-09-30 | ||
CN114360754A (en) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 华能核能技术研究院有限公司 | Method for measuring friction force of pressure container supporting and adjusting base plate |
-
2008
- 2008-03-31 JP JP2008092090A patent/JP2009244151A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013242148A (en) * | 2012-04-27 | 2013-12-05 | Showa Denko Kk | Load detector |
CN107322972A (en) * | 2017-06-30 | 2017-11-07 | 上海东富龙科技股份有限公司 | A kind of pressure column pinch roller axle construction of built in pressure sensor |
JPWO2021192685A1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-09-30 | ||
WO2021192685A1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-09-30 | 本田技研工業株式会社 | Measuring device |
CN114360754A (en) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 华能核能技术研究院有限公司 | Method for measuring friction force of pressure container supporting and adjusting base plate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4585900B2 (en) | 6-axis force sensor | |
US10557766B2 (en) | Torque sensor for detecting occurrence of metal fatigue in an elastic body | |
US20190353537A1 (en) | Force sensor | |
US10175132B2 (en) | Pressure sensor, differential pressure sensor, and mass flow rate control device using same | |
CN102498371B (en) | Strain sensor | |
JP2009244151A (en) | Sensor and method for detecting pressure and friction force | |
EP3267169A1 (en) | Pressure sensor | |
JP2017096445A (en) | Rolling bearing with sensor | |
JP2006308577A (en) | Bearing for automobile wheel, and load measurement method | |
JP2007187596A (en) | Three-axis force sensor | |
EP3267170A1 (en) | Pressure sensor | |
TWI796428B (en) | torque sensor | |
JP5184052B2 (en) | Combustion pressure sensor | |
JP5338453B2 (en) | Rolling machine using strain sensor | |
CN108463704B (en) | Pressure sensor | |
CN101858802A (en) | Snap ring-type force sensor | |
JP2004077140A (en) | Sensor, frictional force measuring method, pressure measuring method, and frictional force/pressure simultaneous measuring method | |
JP4583767B2 (en) | Mold and strain sensor unit used for the mold | |
CN100450724C (en) | Torque wrench with sensor | |
JP5934571B2 (en) | Load detector | |
JP2003075278A (en) | Multi-component force detector | |
JP6364637B2 (en) | Load transducer | |
JP3584136B2 (en) | Dynamic sensor and detection mechanism using the same | |
JP3852291B2 (en) | Load cell | |
CN216050201U (en) | High-precision sheet weighing sensor |