JP3911363B2 - 圧力測定方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力測定フィルムを用いてその測定可能な圧力範囲よりも大きい圧力を測定するための圧力測定方法と、この方法の実施に直接使用する圧力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の加圧面間に圧力測定フィルムを挟んで加圧し、この圧力測定フィルムが圧力の大きさによって発色状態が異なることを利用して加圧力を測定する方法が公知である。このような圧力測定フィルムとしては、例えば富士写真フイルム株式会社より提供される「プレスケール」（商品名）がある。
【０００３】
このプレスケールは支持体にマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを塗布しておき、加圧によってマイクロカプセルを破壊することによって発色剤を顕色剤に吸着させ、化学反応によって所定の色（例えば赤）に発色させるものである。ここに発色剤と顕色剤を１枚の支持体に塗布したもの（モノシートタイプという）と、異なる支持体に塗布して２枚の支持体を重ねて用いるもの（ツーシートタイプ）がある。
【０００４】
この圧力測定フィルムでは発色濃度は圧力増加によって増加することから、この発色濃度を測定することにより加圧力を推定するものである。この種の圧力測定フィルムは測定可能な圧力範囲によって複数種用意され、測定する加圧力に応じて適切な圧力範囲のものを選択して使用する。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】
しかし測定する圧力範囲が圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲よりも大きい場合には、この圧力測定フィルムでは正しく圧力測定することができないという問題があった。例えばレシプロ型エンジン（内燃機関）のシリンダブロックとシリンダヘッドとは、両者の間にガスケットを挟んでシリンダヘッドボルトにより締付けられるが、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の結合圧力を圧力測定フィルムによって測定する場合には、この圧力が最も高い圧力用の圧力測定フィルムの圧力範囲よりも大きくなる。
【０００６】
この場合は、入手可能な高圧用の圧力測定フィルム（プレスケール）の測定可能な圧力範囲は５０〜１３０ＭＰａ（但し１ＭＰａ≒１０．２ｋｇｆ／ｃｍ2）であるのに対して、シリンダブロックとシリンダヘッドとの結合圧力は１．８ｔｏｎ／ｃｍ2（≒１７６．５ＭＰａ）程度である。このため高圧用圧力測定フィルムを用いて加圧し、その濃度が最大濃度で一定となった領域は測定可能な圧力範囲の最大値（１３０ＭＰａ）以上であると判断できるだけであった。従って実際の最大圧力を正しく測定することができず、エンジンおよびガスケットを開発する際の大きな障害となっていた。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、圧力測定フィルムを用いてその測定可能な圧力範囲よりも大きい圧力を測定することを可能にし、シリンダヘッドの締付圧力の測定に適用すればエンジンやガスケットの適切な開発に寄与することができる圧力測定方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する圧力測定装置を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、互いに点接触または線接触する一対の加圧面間に加圧力によって発色状態が変化する圧力測定フィルムを挟んで加圧し、この圧力測定フィルムの発色状態から前記加圧面間に加わる最大圧力を測定する圧力測定方法において、測定可能な加圧範囲が前記加圧面間に加わる最大圧力よりも小さい圧力測定フィルムを用いると共に、点状または線状の接触部を有する一方の加圧面と前記圧力測定フィルムとの間に弾性シートを挟むことにより、前記圧力測定フィルムに加わる圧力をその測定可能な圧力範囲内に入れる一方、この圧力測定フィルムの発色状態から検出した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を測定することを特徴とする圧力測定方法、により達成される。
【０００９】
点状または線状の接触部は厳密な点状や線状という意味ではなく、或る程度の面積を有することは勿論である。例えばエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟むガスケットでは、シリンダの周囲を囲む円に沿う突部が線状の接触部となり、この突部があるガスケットの上面と、この突部が圧接されるシリンダヘッドの下面とが加圧面となる。
【００１０】
ここで用いる圧力測定フィルムとしては、マイクロカプセル化した（マイクロカプセルに入れた）発色剤と、顕色剤とを支持体（フィルム）に塗布しておき、圧力によってマイクロカプセルを破壊して中の発色剤を顕色剤に吸着させ化学反応によって発色させるものが使用できる。このようなものとしては、例えば富士写真フイルム株式会社より発売されている「プレスケール」（商品名）を用いることができる。
【００１１】
圧力測定フィルムの発色濃度（状態）から、点接触または線接触の接触部を横断する線上の圧力分布を検出し、この圧力分布曲線の面積（ＳE）と接触部の接触長（Ｌ）とを用いて加圧面間の最大圧力（ＰH）を求めることができる。ここに圧力分布曲線で囲まれる面積（ＳE）は加圧による仕事量（圧力×圧縮量）（あるいはこの仕事量に、弾性シートによる影響等を補正する補正係数を積算した量）に相当すると考えられる。このためこの面積（ＳE）と接触長（Ｌ）とを用いて加圧面間の最大圧力を求めることができる。例えば接触長×最大圧力＝面積（Ｌ×ＰH＝ＳE）となるように最大圧力（ＰH）を決めることができる。
【００１２】
ここに用いる接触長（Ｌ）は、弾性シートを用いずに同じ圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）を加圧面間に挟んで加圧した時に得られる発色状態（濃度）から求めることができる。接触長（Ｌ）は次のように求めてもよい。すなわち弾性シートの両面と２つの加圧面との間に同じ規格の圧力測定フィルムを挟み、点・線状の接触部を持った加圧面側の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）の発色状態（濃度）から接触長（Ｌ）を求めるものである。
【００１３】
請求項１の圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）と同じ規格の圧力測定フィルムを加圧した時に得られる発色状態（濃度）から第２圧力分布曲線（Ｆ）を求め、請求項１で求めた圧力測定フィルム発色状態（濃度）から求めた圧力分布曲線（第１圧力分布曲線）（Ｅ）とを用いて、第２圧力分布曲線の面積（ＳF）を第１圧力分布曲線の面積（ＳE）と略同一となるように最大値側へ拡大することにより、最大圧力を求めることができる。弾性シートの両側と２つの加圧面との間にそれぞれ圧力測定フィルムを挟んで加圧した時に、点・線状の接触部を持つ加圧面側の圧力測定フィルムを、第２圧力測定フィルムとし、他方を第１圧力測定フィルムとすることができる。この場合は１回の加圧で第１、第２圧力測定フィルムを加圧して必要な圧力分布曲線を求めることができるから、測定精度が向上する。
【００１４】
弾性シートは硬質ゴムシートとすることができるが、圧力が特に大きい場合には硬質ゴムよりも硬いガラスエポキシ樹脂を用いてもよい。
【００１５】
第２の目的は、請求項１〜８の方法に用いる圧力測定装置であって、加圧により発色した圧力測定フィルムの画像を読取るスキャナと、このスキャナで読取った画像を記憶する第１メモリと、この読取った画像から点接触または線接触の接触部を横断する線上の画像を求める画像切出し部と、この画像切出し部で切出した画像から圧力分布を求める変換部と、この変換部で求めた圧力分布を記憶する第２メモリと、この第２メモリに記憶した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を求める演算部と、この演算部で求めた演算結果を出力する出力部とを備えることを特徴とする圧力測定装置、により達成される。
【００１６】
【実施態様】
図１は本発明の方法で、エンジンのシリンダヘッド締付圧力の測定を行う場合の分解斜視図、図２は同じく分解断面図、図３は加圧状態を拡大して示す断面図、図４は圧力測定フィルムに形成された発色パターンを示す図（Ａ）とこの発色パターンから求めた圧力分布曲線と最大圧力の決定方法の一例を示す図（Ｂ）、図５は圧力測定装置の構成例を示すブロック図である。
【００１７】
図１〜３において符号１０はレシプロ型エンジンのシリンダブロック、１２はシリンダヘッドであり、これらはガスケット１４を挟んでシリンダヘッドボルト（図示せず）によって互いに強固に締結固定される。ここにガスケット１４には図２，３に示すように、各シリンダ１０Ａに対応する円形の開口１４Ａが形成される一方、その上面（シリンダヘッド１２側の面）にはこの開口１４Ａの周縁に沿って円形の突部１４Ｂが設けられている。
【００１８】
この突部１４Ｂは本願発明における線状の接触部を形成するものであり、この突部１４Ｂがシリンダヘッド１２の下面に強く押圧されて燃焼室内圧の圧力漏れを防ぐものである。従ってガスケット１４の上面１４Ｃとシリンダヘッド１２の下面１２Ａが本発明における加圧面となる。
【００１９】
この発明では、このガスケット１４の上面１４Ｃに弾性シート１６および圧力測定フィルム１８を載せ、最後にシリンダヘッド１２を載せて全体をシリンダヘッドボルト（図示せず）によって強く締付けて結合する。弾性シート１６は硬質ゴムやガラス繊維で強化したエポキシ樹脂（ガラスエポキシ樹脂）などで作られたシートであり、締付力すなわち加圧面１４Ｃ，１２Ａ間の加圧力の大きさに応じて、適切な弾性と厚さのものが選択される。
【００２０】
圧力測定フィルムとしては、例えばマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを支持体（フィルム）に塗布したものを用いることができる。このようなものとしては富士写真フイルム株式会社より提供されている「プレスケール」（商品名）が適する。このフィルムには、発色剤のマイクロカプセルと顕色剤とを１枚の支持体に重ねて塗布したモノシートタイプのものと、両者を別々に支持体に塗布して使用時に両支持体を重ねて発色剤のマイクロカプセルと顕色剤とを密着させるツーシートタイプとがある。本発明ではどちらのタイプのものであっても使用可能である。
【００２１】
このように弾性シート１６と圧力測定フィルム１８とを挟んでシリンダヘッド１２をシリンダブロック１０に結合すれば、２つの加圧面１４Ｃ，１２Ａ間で弾性シート１６および圧力測定フィルム１８が加圧される。この時ガスケット１４の突部１４Ｂが弾性シート１６を集中的に加圧し、この圧力は図３に点線Ａで示すように拡散されて圧力測定フィルム１８に伝えられる。この圧力測定フィルム１８に加わる圧力は点線Ｂで示すように略山形に分散される。
【００２２】
この結果圧力測定フィルム１８には、図４の（Ａ）に示すようにシリンダ１０Ａの周囲に沿った円形の発色パターンＣが表れる。ここに圧力測定フィルム１８に加わる圧力は、このフィルム１８の測定可能な圧力範囲内に入るように弾性シート１６の硬度や厚さが設定されるものとする。
【００２３】
この発色パターンＣの濃度分布は図５に示すスキャナ２０によって読取られる。この読取った濃度分布は第１メモリ２２に記憶される。この濃度分布から、発色パターンＣを横断する直線Ｄ−Ｄに沿った画像を画像切出し部２４によって切出す。変換部２６はこの切出した画像の濃度変化から直線Ｄ−Ｄに沿った圧力分布Ｅ（図４の（Ｂ））を求め、第２メモリ２８に記憶する。図４の（Ｂ）で横軸Ｄ−Ｄは図４の（Ａ）に示した横断線Ｄ−Ｄの長さ方向の座標を示し、縦軸Ｐは圧力を示す。
【００２４】
演算部３０ではこの圧力分布Ｅを用いて最大圧力を検出する。この時ガスケット１４の突部（線状の接触部）１４Ｂの横断線Ｄ−Ｄ方向の接触長Ｌを用いて演算することができる。すなわち圧力分布Ｅと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積ＳEは加圧による仕事量（圧力×変位）にほぼ対応すると考えられるから、Ｈを高さ（最大加圧力ＰH）として、ＳE＝Ｌ×Ｈによって高さＨを求める。この高さＨは最大圧力ＰHに相当する。
【００２５】
この場合に弾性シート１６の厚さおよび硬さによる影響等を示す補正係数を付加することができる。この結果、圧力測定フィルム１６の測定可能な圧力範囲の最大圧力ＰMよりも大きい最大加圧力ＰHを求めることが可能になる。ここでは接触長Ｌを適宜方法で入力し、Ｌ×Ｈの矩形の面積をＳEと等しくすることにより高さＨを求めている。しかし他の方法で高さＨを求めてもよい。
【００２６】
例えば弾性シート１６の厚さや硬度などの特性によって、突部（線状の接触部）１４Ｂから弾性シート１６に加わる圧力の拡散の様子が変化するから、逆に弾性シート１６の厚さや硬度などの特性が既知であれば検出した圧力分布曲線Ｅから突部１４Ｂの位置の圧力分布曲線Ｆを推定することができる。図４の（Ｂ）にこの推定した圧力分布曲線Ｆを示した。
【００２７】
この時曲線ＥとＦの交点をａとして、この交点ａより下方で曲線ＥとＦで挟まれる斜線の面積Ｓ1が交点ａより上方で曲線ＥとＦで挟まれる斜線の面積Ｓ2と等しくなるようにする。この時適当な補正係数を付加して補正を行ってもよい。このようにして求めた最大加圧力ＰHは出力部３２に表示され、またプリンタにプリント出力される。
【００２８】
【他の実施態様】
前記実施態様では接触長Ｌや弾性シート１６の特性に基づいて最大圧力ＰHを求めているが、圧力測定フィルム１８と同じ規格の他の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）４０を用いて最大圧力ＰHを推定してもよい。この場合圧力測定用フィルム１８は第１圧力測定フィルムとする。
【００２９】
図６はこのように第１および第２の圧力測定フィルム１８，４０を用いて圧力測定を行う方法を示す図である。この図６で（Ａ）は各フィルム１８，４０等の配置を示す図、（Ｂ）は第１圧力測定フィルム１８から検出した圧力分布曲線Ｅを示す図、（Ｃ）は第２圧力測定フィルム４０から検出した圧力分布曲線Ｆを示す図、（Ｄ）は両曲線ＥおよびＦを用いて最大圧力ＰHを求める方法を示す図である。図６の（Ｃ）に明らかなように、第２圧力分布曲線Ｆは、第２圧力測定フィルム４０の測定可能な圧力範囲の最大圧力Ｐ M までの圧力を示す。なお図６の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で横軸Ｄ−Ｄは発色パターンを横断する直線に沿う位置を示し、縦軸は圧力Ｐを示す。
【００３０】
ここに第２圧力測定フィルム４０はガスケット１４と弾性シート１６との間に挟まれ、第１圧力測定フィルム１８と共に加圧されて同時に発色パターンが形成される。そしてこれらの発色パターンは前記図５に示したスキャナ２０で読取られて第１メモリ２２に記憶される。画像切出し部ではこの画像から同一の横断線Ｄ−Ｄに対応する位置の画像を切出し、それぞれの圧力分布が変換部２６で求められ、第２メモリ２８に記憶される。
【００３１】
演算部３０は２つの圧力分布曲線ＥおよびＦを図６の（Ｄ）に示すように重ね、曲線Ｆの形状を上方へ拡大させる。この時拡大した曲線ＦOと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積（ＳFO）が、曲線Ｅと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積（ＳE）に略一致するように曲線ＦOの形状を決める。この曲線ＦOの高さＨがすなわち最大圧力ＰHである。
【００３２】
このように第２圧力測定フィルム４０は第１圧力測定フィルム１８と同時に加圧することにより、両フィルム４０，１８の加圧力を同一にして測定精度を高めることが可能である。しかし両フィルム４０，１８を別々に加圧してそれぞれの発色パターンを別々に求めてもよい。この場合はガスケット１４を交換し、かつ締付力を同一にすることが必要なのは勿論である。この方法はガスケット１４を加圧する場合にはガスケット１４が加圧により変形するばかりでなく、締付力を同一にすることが困難なので適当ではないが、ガスケットなどの変形する材料を用いず、かつ加圧力が常に一定になるプレス装置などで加圧面間の圧力を測定する場合には適当である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、点・線状の接触部を有する加圧面と圧力測定フィルムとの間に弾性シートを挟んで加圧することにより、圧力測定フィルムに加わる圧力をその測定可能な圧力範囲内に入れる一方、この圧力測定フィルムの発色状態から求めた圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を測定するようにしたから、圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲以上の大きな圧力を測定することが可能になる。
【００３４】
ここで用いる圧力測定フィルムは、加圧力の大きさに対して発色状態（例えば色や濃度）が変化するものが適し、例えばマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを１枚あるいは別々の支持体に塗布したものを使用すれば取扱いが容易で便利である（請求項２）。圧力測定フィルムの発色状態から最大圧力を求める方法は種々あり得る。例えばこのフィルムの発色状態から接触部を横断する線上における圧力分布を求め、この圧力分布曲線の面積（ＳE）と、同じ接触部を横断する線上の接触長（Ｌ）とを用いて、最大圧力（ＰH）を次の式：ＳE＝Ｌ×ＰH、により求めることができる（請求項３）。この方法によれば比較的簡単に最大圧力（ＰH）を推定することができる。
【００３５】
ここに接触長（Ｌ）は接触部の形状や材質あるいは加圧力などによりほぼ決まる定数と考えて、予め入力しておくことができる。しかし一定の加圧力での加圧を繰り返すことが可能な場合などには、弾性シートを用いずに加圧面間に第２圧力測定フィルムを挟んで加圧した時に得られる発色状態からこの接触長（Ｌ）を求めてもよく、この場合は測定精度が向上する（請求項４）。この場合に用いる第２圧力測定フィルムは、弾性シートを介して加圧する圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）と同じ規格のものとすれば、測定精度は一層向上する。
【００３６】
弾性シートの両側に同じ規格の圧力測定フィルムを挟んで加圧し、その接触部を有する加圧面側の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）から接触長（Ｌ）を求め、他方の圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）から面積（ＳE）を求めて最大圧力（ＰH）を検出することもできる（請求項５）。この場合は一度の加圧で両フィルムに発色パターンが形成できるので測定精度はさらに向上する。
【００３７】
接触長（Ｌ）を求めて式（ＳE＝Ｌ×ＰH）から最大圧力（ＰH）を求める方法に代えて、第１および第２圧力測定フィルムで検出したそれぞれの圧力分布曲線（Ｅ、Ｆ）を比較して最大圧力（ＰH）を求めることも可能である。例えば第１圧力分布曲線（Ｅ）の面積（ＳE）と略同じ面積（Ｓ FO ）となるように第２圧力分布曲線（Ｆ）を最大圧力側へ拡大し、この拡大した第２圧力分布曲線（ＦO）から最大圧力を推定することができる（請求項６）。この場合には、圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲を越えた圧力分布を第２圧力分布曲線（Ｆ）を基準にしてその高さを拡大することにより求めるから、一層精度が良くなる。
【００３８】
この場合に第２圧力測定フィルムは、弾性シートを用いずに加圧してもよいが（請求項６）、弾性シートの両側に第１および第２圧力測定フィルムを重ねて両フィルムを同時に加圧してもよく、この場合には両フィルムに対する加圧条件が揃うので精度がさらに向上するだけでなく、作業も簡単になる（請求項７）。
【００３９】
弾性シートは硬質ゴムシートが入手し易く便利であるが（請求項８）、測定する圧力範囲によってはガラスエポキシ樹脂シートなどのもっと硬度の高いものも適する。請求項９の発明によれば、この発明の方法の実施に直接使用する圧力測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を用いてエンジンのシリンダヘッド締付圧力測定を行う場合の分解斜視図
【図２】 同じく分解断面図
【図３】 加圧状態を拡大して示す断面図
【図４】 圧力測定フィルムに形成された発色パターンとこの発色パターンから求めた圧力分布曲線と最大圧力決定方法の一例を示す図
【図５】 圧力測定装置の構成例を示すブロック図
【図６】 第１及び第２の圧力測定フィルムを用いて圧力測定を行う方法を示す図
【符号の説明】
１２Ａ 加圧面（シリンダヘッド１２の下面）
１４Ｂ 線状の接触部
１４Ｃ 加圧面（ガスケット１４の上面）
１６ 弾性シート（硬質ゴムシート）
１８ 第１圧力測定フィルム
２０ スキャナ
２２ 第１メモリ
２４ 画像切出し部
２６ 変換部
２８ 第２メモリ
３０ 演算部
３２ 出力部
４０ 第２圧力測定フィルム
Ｃ 発色パターン
Ｄ−Ｄ 接触部を横断する線
Ｅ 第１圧力分布曲線
Ｆ 第２圧力分布曲線
ＦO 拡大した第２圧力分布曲線
ＰH 最大圧力
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力測定フィルムを用いてその測定可能な圧力範囲よりも大きい圧力を測定するための圧力測定方法と、この方法の実施に直接使用する圧力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の加圧面間に圧力測定フィルムを挟んで加圧し、この圧力測定フィルムが圧力の大きさによって発色状態が異なることを利用して加圧力を測定する方法が公知である。このような圧力測定フィルムとしては、例えば富士写真フイルム株式会社より提供される「プレスケール」（商品名）がある。
【０００３】
このプレスケールは支持体にマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを塗布しておき、加圧によってマイクロカプセルを破壊することによって発色剤を顕色剤に吸着させ、化学反応によって所定の色（例えば赤）に発色させるものである。ここに発色剤と顕色剤を１枚の支持体に塗布したもの（モノシートタイプという）と、異なる支持体に塗布して２枚の支持体を重ねて用いるもの（ツーシートタイプ）がある。
【０００４】
この圧力測定フィルムでは発色濃度は圧力増加によって増加することから、この発色濃度を測定することにより加圧力を推定するものである。この種の圧力測定フィルムは測定可能な圧力範囲によって複数種用意され、測定する加圧力に応じて適切な圧力範囲のものを選択して使用する。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】
しかし測定する圧力範囲が圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲よりも大きい場合には、この圧力測定フィルムでは正しく圧力測定することができないという問題があった。例えばレシプロ型エンジン（内燃機関）のシリンダブロックとシリンダヘッドとは、両者の間にガスケットを挟んでシリンダヘッドボルトにより締付けられるが、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間の結合圧力を圧力測定フィルムによって測定する場合には、この圧力が最も高い圧力用の圧力測定フィルムの圧力範囲よりも大きくなる。
【０００６】
この場合は、入手可能な高圧用の圧力測定フィルム（プレスケール）の測定可能な圧力範囲は５０〜１３０ＭＰａ（但し１ＭＰａ≒１０．２ｋｇｆ／ｃｍ2）であるのに対して、シリンダブロックとシリンダヘッドとの結合圧力は１．８ｔｏｎ／ｃｍ2（≒１７６．５ＭＰａ）程度である。このため高圧用圧力測定フィルムを用いて加圧し、その濃度が最大濃度で一定となった領域は測定可能な圧力範囲の最大値（１３０ＭＰａ）以上であると判断できるだけであった。従って実際の最大圧力を正しく測定することができず、エンジンおよびガスケットを開発する際の大きな障害となっていた。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、圧力測定フィルムを用いてその測定可能な圧力範囲よりも大きい圧力を測定することを可能にし、シリンダヘッドの締付圧力の測定に適用すればエンジンやガスケットの適切な開発に寄与することができる圧力測定方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法の実施に直接使用する圧力測定装置を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【発明の構成】
この発明によれば第１の目的は、互いに点接触または線接触する一対の加圧面間に加圧力によって発色状態が変化する圧力測定フィルムを挟んで加圧し、この圧力測定フィルムの発色状態から前記加圧面間に加わる最大圧力を測定する圧力測定方法において、測定可能な加圧範囲が前記加圧面間に加わる最大圧力よりも小さい圧力測定フィルムを用いると共に、点状または線状の接触部を有する一方の加圧面と前記圧力測定フィルムとの間に弾性シートを挟むことにより、前記圧力測定フィルムに加わる圧力をその測定可能な圧力範囲内に入れる一方、この圧力測定フィルムの発色状態から検出した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を測定することを特徴とする圧力測定方法、により達成される。
【０００９】
点状または線状の接触部は厳密な点状や線状という意味ではなく、或る程度の面積を有することは勿論である。例えばエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟むガスケットでは、シリンダの周囲を囲む円に沿う突部が線状の接触部となり、この突部があるガスケットの上面と、この突部が圧接されるシリンダヘッドの下面とが加圧面となる。
【００１０】
ここで用いる圧力測定フィルムとしては、マイクロカプセル化した（マイクロカプセルに入れた）発色剤と、顕色剤とを支持体（フィルム）に塗布しておき、圧力によってマイクロカプセルを破壊して中の発色剤を顕色剤に吸着させ化学反応によって発色させるものが使用できる。このようなものとしては、例えば富士写真フイルム株式会社より発売されている「プレスケール」（商品名）を用いることができる。
【００１１】
圧力測定フィルムの発色濃度（状態）から、点接触または線接触の接触部を横断する線上の圧力分布を検出し、この圧力分布曲線の面積（ＳE）と接触部の接触長（Ｌ）とを用いて加圧面間の最大圧力（ＰH）を求めることができる。ここに圧力分布曲線で囲まれる面積（ＳE）は加圧による仕事量（圧力×圧縮量）（あるいはこの仕事量に、弾性シートによる影響等を補正する補正係数を積算した量）に相当すると考えられる。このためこの面積（ＳE）と接触長（Ｌ）とを用いて加圧面間の最大圧力を求めることができる。例えば接触長×最大圧力＝面積（Ｌ×ＰH＝ＳE）となるように最大圧力（ＰH）を決めることができる。
【００１２】
ここに用いる接触長（Ｌ）は、弾性シートを用いずに同じ圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）を加圧面間に挟んで加圧した時に得られる発色状態（濃度）から求めることができる。接触長（Ｌ）は次のように求めてもよい。すなわち弾性シートの両面と２つの加圧面との間に同じ規格の圧力測定フィルムを挟み、点・線状の接触部を持った加圧面側の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）の発色状態（濃度）から接触長（Ｌ）を求めるものである。
【００１３】
請求項１の圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）と同じ規格の圧力測定フィルムを加圧した時に得られる発色状態（濃度）から第２圧力分布曲線（Ｆ）を求め、請求項１で求めた圧力測定フィルム発色状態（濃度）から求めた圧力分布曲線（第１圧力分布曲線）（Ｅ）とを用いて、第２圧力分布曲線の面積（ＳF）を第１圧力分布曲線の面積（ＳE）と略同一となるように最大値側へ拡大することにより、最大圧力を求めることができる。弾性シートの両側と２つの加圧面との間にそれぞれ圧力測定フィルムを挟んで加圧した時に、点・線状の接触部を持つ加圧面側の圧力測定フィルムを、第２圧力測定フィルムとし、他方を第１圧力測定フィルムとすることができる。この場合は１回の加圧で第１、第２圧力測定フィルムを加圧して必要な圧力分布曲線を求めることができるから、測定精度が向上する。
【００１４】
弾性シートは硬質ゴムシートとすることができるが、圧力が特に大きい場合には硬質ゴムよりも硬いガラスエポキシ樹脂を用いてもよい。
【００１５】
第２の目的は、請求項１〜８の方法に用いる圧力測定装置であって、加圧により発色した圧力測定フィルムの画像を読取るスキャナと、このスキャナで読取った画像を記憶する第１メモリと、この読取った画像から点接触または線接触の接触部を横断する線上の画像を求める画像切出し部と、この画像切出し部で切出した画像から圧力分布を求める変換部と、この変換部で求めた圧力分布を記憶する第２メモリと、この第２メモリに記憶した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を求める演算部と、この演算部で求めた演算結果を出力する出力部とを備えることを特徴とする圧力測定装置、により達成される。
【００１６】
【実施態様】
図１は本発明の方法で、エンジンのシリンダヘッド締付圧力の測定を行う場合の分解斜視図、図２は同じく分解断面図、図３は加圧状態を拡大して示す断面図、図４は圧力測定フィルムに形成された発色パターンを示す図（Ａ）とこの発色パターンから求めた圧力分布曲線と最大圧力の決定方法の一例を示す図（Ｂ）、図５は圧力測定装置の構成例を示すブロック図である。
【００１７】
図１〜３において符号１０はレシプロ型エンジンのシリンダブロック、１２はシリンダヘッドであり、これらはガスケット１４を挟んでシリンダヘッドボルト（図示せず）によって互いに強固に締結固定される。ここにガスケット１４には図２，３に示すように、各シリンダ１０Ａに対応する円形の開口１４Ａが形成される一方、その上面（シリンダヘッド１２側の面）にはこの開口１４Ａの周縁に沿って円形の突部１４Ｂが設けられている。
【００１８】
この突部１４Ｂは本願発明における線状の接触部を形成するものであり、この突部１４Ｂがシリンダヘッド１２の下面に強く押圧されて燃焼室内圧の圧力漏れを防ぐものである。従ってガスケット１４の上面１４Ｃとシリンダヘッド１２の下面１２Ａが本発明における加圧面となる。
【００１９】
この発明では、このガスケット１４の上面１４Ｃに弾性シート１６および圧力測定フィルム１８を載せ、最後にシリンダヘッド１２を載せて全体をシリンダヘッドボルト（図示せず）によって強く締付けて結合する。弾性シート１６は硬質ゴムやガラス繊維で強化したエポキシ樹脂（ガラスエポキシ樹脂）などで作られたシートであり、締付力すなわち加圧面１４Ｃ，１２Ａ間の加圧力の大きさに応じて、適切な弾性と厚さのものが選択される。
【００２０】
圧力測定フィルムとしては、例えばマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを支持体（フィルム）に塗布したものを用いることができる。このようなものとしては富士写真フイルム株式会社より提供されている「プレスケール」（商品名）が適する。このフィルムには、発色剤のマイクロカプセルと顕色剤とを１枚の支持体に重ねて塗布したモノシートタイプのものと、両者を別々に支持体に塗布して使用時に両支持体を重ねて発色剤のマイクロカプセルと顕色剤とを密着させるツーシートタイプとがある。本発明ではどちらのタイプのものであっても使用可能である。
【００２１】
このように弾性シート１６と圧力測定フィルム１８とを挟んでシリンダヘッド１２をシリンダブロック１０に結合すれば、２つの加圧面１４Ｃ，１２Ａ間で弾性シート１６および圧力測定フィルム１８が加圧される。この時ガスケット１４の突部１４Ｂが弾性シート１６を集中的に加圧し、この圧力は図３に点線Ａで示すように拡散されて圧力測定フィルム１８に伝えられる。この圧力測定フィルム１８に加わる圧力は点線Ｂで示すように略山形に分散される。
【００２２】
この結果圧力測定フィルム１８には、図４の（Ａ）に示すようにシリンダ１０Ａの周囲に沿った円形の発色パターンＣが表れる。ここに圧力測定フィルム１８に加わる圧力は、このフィルム１８の測定可能な圧力範囲内に入るように弾性シート１６の硬度や厚さが設定されるものとする。
【００２３】
この発色パターンＣの濃度分布は図５に示すスキャナ２０によって読取られる。この読取った濃度分布は第１メモリ２２に記憶される。この濃度分布から、発色パターンＣを横断する直線Ｄ−Ｄに沿った画像を画像切出し部２４によって切出す。変換部２６はこの切出した画像の濃度変化から直線Ｄ−Ｄに沿った圧力分布Ｅ（図４の（Ｂ））を求め、第２メモリ２８に記憶する。図４の（Ｂ）で横軸Ｄ−Ｄは図４の（Ａ）に示した横断線Ｄ−Ｄの長さ方向の座標を示し、縦軸Ｐは圧力を示す。
【００２４】
演算部３０ではこの圧力分布Ｅを用いて最大圧力を検出する。この時ガスケット１４の突部（線状の接触部）１４Ｂの横断線Ｄ−Ｄ方向の接触長Ｌを用いて演算することができる。すなわち圧力分布Ｅと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積ＳEは加圧による仕事量（圧力×変位）にほぼ対応すると考えられるから、Ｈを高さ（最大加圧力ＰH）として、ＳE＝Ｌ×Ｈによって高さＨを求める。この高さＨは最大圧力ＰHに相当する。
【００２５】
この場合に弾性シート１６の厚さおよび硬さによる影響等を示す補正係数を付加することができる。この結果、圧力測定フィルム１６の測定可能な圧力範囲の最大圧力ＰMよりも大きい最大加圧力ＰHを求めることが可能になる。ここでは接触長Ｌを適宜方法で入力し、Ｌ×Ｈの矩形の面積をＳEと等しくすることにより高さＨを求めている。しかし他の方法で高さＨを求めてもよい。
【００２６】
例えば弾性シート１６の厚さや硬度などの特性によって、突部（線状の接触部）１４Ｂから弾性シート１６に加わる圧力の拡散の様子が変化するから、逆に弾性シート１６の厚さや硬度などの特性が既知であれば検出した圧力分布曲線Ｅから突部１４Ｂの位置の圧力分布曲線Ｆを推定することができる。図４の（Ｂ）にこの推定した圧力分布曲線Ｆを示した。
【００２７】
この時曲線ＥとＦの交点をａとして、この交点ａより下方で曲線ＥとＦで挟まれる斜線の面積Ｓ1が交点ａより上方で曲線ＥとＦで挟まれる斜線の面積Ｓ2と等しくなるようにする。この時適当な補正係数を付加して補正を行ってもよい。このようにして求めた最大加圧力ＰHは出力部３２に表示され、またプリンタにプリント出力される。
【００２８】
【他の実施態様】
前記実施態様では接触長Ｌや弾性シート１６の特性に基づいて最大圧力ＰHを求めているが、圧力測定フィルム１８と同じ規格の他の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）４０を用いて最大圧力ＰHを推定してもよい。この場合圧力測定用フィルム１８は第１圧力測定フィルムとする。
【００２９】
図６はこのように第１および第２の圧力測定フィルム１８，４０を用いて圧力測定を行う方法を示す図である。この図６で（Ａ）は各フィルム１８，４０等の配置を示す図、（Ｂ）は第１圧力測定フィルム１８から検出した圧力分布曲線Ｅを示す図、（Ｃ）は第２圧力測定フィルム４０から検出した圧力分布曲線Ｆを示す図、（Ｄ）は両曲線ＥおよびＦを用いて最大圧力ＰHを求める方法を示す図である。図６の（Ｃ）に明らかなように、第２圧力分布曲線Ｆは、第２圧力測定フィルム４０の測定可能な圧力範囲の最大圧力Ｐ M までの圧力を示す。なお図６の（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で横軸Ｄ−Ｄは発色パターンを横断する直線に沿う位置を示し、縦軸は圧力Ｐを示す。
【００３０】
ここに第２圧力測定フィルム４０はガスケット１４と弾性シート１６との間に挟まれ、第１圧力測定フィルム１８と共に加圧されて同時に発色パターンが形成される。そしてこれらの発色パターンは前記図５に示したスキャナ２０で読取られて第１メモリ２２に記憶される。画像切出し部ではこの画像から同一の横断線Ｄ−Ｄに対応する位置の画像を切出し、それぞれの圧力分布が変換部２６で求められ、第２メモリ２８に記憶される。
【００３１】
演算部３０は２つの圧力分布曲線ＥおよびＦを図６の（Ｄ）に示すように重ね、曲線Ｆの形状を上方へ拡大させる。この時拡大した曲線ＦOと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積（ＳFO）が、曲線Ｅと横軸Ｄ−Ｄで囲まれる面積（ＳE）に略一致するように曲線ＦOの形状を決める。この曲線ＦOの高さＨがすなわち最大圧力ＰHである。
【００３２】
このように第２圧力測定フィルム４０は第１圧力測定フィルム１８と同時に加圧することにより、両フィルム４０，１８の加圧力を同一にして測定精度を高めることが可能である。しかし両フィルム４０，１８を別々に加圧してそれぞれの発色パターンを別々に求めてもよい。この場合はガスケット１４を交換し、かつ締付力を同一にすることが必要なのは勿論である。この方法はガスケット１４を加圧する場合にはガスケット１４が加圧により変形するばかりでなく、締付力を同一にすることが困難なので適当ではないが、ガスケットなどの変形する材料を用いず、かつ加圧力が常に一定になるプレス装置などで加圧面間の圧力を測定する場合には適当である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、点・線状の接触部を有する加圧面と圧力測定フィルムとの間に弾性シートを挟んで加圧することにより、圧力測定フィルムに加わる圧力をその測定可能な圧力範囲内に入れる一方、この圧力測定フィルムの発色状態から求めた圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を測定するようにしたから、圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲以上の大きな圧力を測定することが可能になる。
【００３４】
ここで用いる圧力測定フィルムは、加圧力の大きさに対して発色状態（例えば色や濃度）が変化するものが適し、例えばマイクロカプセル化した発色剤と、顕色剤とを１枚あるいは別々の支持体に塗布したものを使用すれば取扱いが容易で便利である（請求項２）。圧力測定フィルムの発色状態から最大圧力を求める方法は種々あり得る。例えばこのフィルムの発色状態から接触部を横断する線上における圧力分布を求め、この圧力分布曲線の面積（ＳE）と、同じ接触部を横断する線上の接触長（Ｌ）とを用いて、最大圧力（ＰH）を次の式：ＳE＝Ｌ×ＰH、により求めることができる（請求項３）。この方法によれば比較的簡単に最大圧力（ＰH）を推定することができる。
【００３５】
ここに接触長（Ｌ）は接触部の形状や材質あるいは加圧力などによりほぼ決まる定数と考えて、予め入力しておくことができる。しかし一定の加圧力での加圧を繰り返すことが可能な場合などには、弾性シートを用いずに加圧面間に第２圧力測定フィルムを挟んで加圧した時に得られる発色状態からこの接触長（Ｌ）を求めてもよく、この場合は測定精度が向上する（請求項４）。この場合に用いる第２圧力測定フィルムは、弾性シートを介して加圧する圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）と同じ規格のものとすれば、測定精度は一層向上する。
【００３６】
弾性シートの両側に同じ規格の圧力測定フィルムを挟んで加圧し、その接触部を有する加圧面側の圧力測定フィルム（第２圧力測定フィルム）から接触長（Ｌ）を求め、他方の圧力測定フィルム（第１圧力測定フィルム）から面積（ＳE）を求めて最大圧力（ＰH）を検出することもできる（請求項５）。この場合は一度の加圧で両フィルムに発色パターンが形成できるので測定精度はさらに向上する。
【００３７】
接触長（Ｌ）を求めて式（ＳE＝Ｌ×ＰH）から最大圧力（ＰH）を求める方法に代えて、第１および第２圧力測定フィルムで検出したそれぞれの圧力分布曲線（Ｅ、Ｆ）を比較して最大圧力（ＰH）を求めることも可能である。例えば第１圧力分布曲線（Ｅ）の面積（ＳE）と略同じ面積（Ｓ FO ）となるように第２圧力分布曲線（Ｆ）を最大圧力側へ拡大し、この拡大した第２圧力分布曲線（ＦO）から最大圧力を推定することができる（請求項６）。この場合には、圧力測定フィルムの測定可能な圧力範囲を越えた圧力分布を第２圧力分布曲線（Ｆ）を基準にしてその高さを拡大することにより求めるから、一層精度が良くなる。
【００３８】
この場合に第２圧力測定フィルムは、弾性シートを用いずに加圧してもよいが（請求項６）、弾性シートの両側に第１および第２圧力測定フィルムを重ねて両フィルムを同時に加圧してもよく、この場合には両フィルムに対する加圧条件が揃うので精度がさらに向上するだけでなく、作業も簡単になる（請求項７）。
【００３９】
弾性シートは硬質ゴムシートが入手し易く便利であるが（請求項８）、測定する圧力範囲によってはガラスエポキシ樹脂シートなどのもっと硬度の高いものも適する。請求項９の発明によれば、この発明の方法の実施に直接使用する圧力測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を用いてエンジンのシリンダヘッド締付圧力測定を行う場合の分解斜視図
【図２】 同じく分解断面図
【図３】 加圧状態を拡大して示す断面図
【図４】 圧力測定フィルムに形成された発色パターンとこの発色パターンから求めた圧力分布曲線と最大圧力決定方法の一例を示す図
【図５】 圧力測定装置の構成例を示すブロック図
【図６】 第１及び第２の圧力測定フィルムを用いて圧力測定を行う方法を示す図
【符号の説明】
１２Ａ 加圧面（シリンダヘッド１２の下面）
１４Ｂ 線状の接触部
１４Ｃ 加圧面（ガスケット１４の上面）
１６ 弾性シート（硬質ゴムシート）
１８ 第１圧力測定フィルム
２０ スキャナ
２２ 第１メモリ
２４ 画像切出し部
２６ 変換部
２８ 第２メモリ
３０ 演算部
３２ 出力部
４０ 第２圧力測定フィルム
Ｃ 発色パターン
Ｄ−Ｄ 接触部を横断する線
Ｅ 第１圧力分布曲線
Ｆ 第２圧力分布曲線
ＦO 拡大した第２圧力分布曲線
ＰH 最大圧力
Claims (9)
- 互いに点接触または線接触する一対の加圧面間に加圧力によって発色状態が変化する圧力測定フィルムを挟んで加圧し、この圧力測定フィルムの発色状態から前記加圧面間に加わる最大圧力を測定する圧力測定方法において、
測定可能な加圧範囲が前記加圧面間に加わる最大圧力よりも小さい圧力測定フィルムを用いると共に、点状または線状の接触部を有する一方の加圧面と前記圧力測定フィルムとの間に弾性シートを挟むことにより、前記圧力測定フィルムに加わる圧力をその測定可能な圧力範囲内に入れる一方、この圧力測定フィルムの発色状態から検出した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を測定することを特徴とする圧力測定方法。 - 圧力測定フィルムは、マイクロカプセル化した発色剤層と、顕色剤層とを支持体に塗布したフィルムであり、圧力によって破壊されたマイクロカプセルの発色剤が顕色剤に吸着され化学反応により発色すると共に、その発色濃度が圧力増加に対して増加するものである請求項１の圧力測定方法。
- 加圧面間の点接触または面接触の接触部を横断する線上における圧力分布を圧力測定フィルムの発色濃度から検出し、この圧力分布の面積（ＳE）と接触部の接触長（Ｌ）とを用いて加圧面間の最大圧力（ＰH）を式：ＳE＝Ｌ×ＰH、により求める請求項２の圧力測定方法。
- 接触部の接触長は、弾性シートを用いずに加圧面間に第２圧力測定フィルムを挟んで加圧した時に得られる第２圧力測定フィルムの発色濃度から検出する請求項２または３の圧力測定方法。
- 弾性シートの両面と各加圧面との間にそれぞれ同じ第１および第２圧力測定フィルムを挟んで加圧し、点状または線状の接触部を有する加圧面側の第２圧力測定フィルムの発色濃度に基づいて接触部の接触長を求める請求項３の圧力測定方法。
- 請求項１で用いたものと同じ規格の第２圧力測定フィルムを加圧面間に挟んで加圧した時の発色状態から求めた第２圧力分布曲線と、請求項１で求めた圧力測定フィルムの発色状態から求めた第１圧力分布曲線とを用い、前記第２圧力分布曲線をその面積が前記第１圧力分布曲線の面積と略等しくなるように圧力測定範囲の最大値側へ拡大することによって最大圧力を求める請求項１の圧力測定方法。
- 弾性シートの両側と各加圧面との間にそれぞれ同じ圧力測定フィルムを挟んで加圧し、点状または線状の接触部を有する加圧面側の圧力測定フィルムを第２圧力測定フィルムとする請求項６の圧力測定方法。
- 弾性シートは硬質ゴムシートである請求項１〜７のいずれかの圧力測定方法。
- 請求項１〜８の方法に用いる圧力測定装置であって、加圧により発色した圧力測定フィルムの画像を読取るスキャナと、このスキャナで読取った画像を記憶する第１メモリと、この読取った画像から点接触または線接触の接触部を横断する線上の画像を求める画像切出し部と、この画像切出し部で切出した画像から圧力分布を求める変換部と、この変換部で求めた圧力分布を記憶する第２メモリと、この第２メモリに記憶した圧力分布を用いて加圧面間に加わる最大圧力を求める演算部と、この演算部で求めた演算結果を出力する出力部とを備えることを特徴とする圧力測定装置。
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