JP7424711B1 - 測定機器および工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象のひずみを精度高く測定する。【解決手段】測定機器（１）は、ひずみゲージ（２）と、第１の側面（３１）にひずみゲージ（２）が取り付けられた本体部（３）と、を備え、工具ホルダ（１００）の孔（１０１）に収容された状態において、第１の側端部（３４）、第２の側端部（３５）および第３の側端部（３６）のそれぞれが内壁面（１０２）と接触する。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象のひずみを測定する測定機器、および前述の測定機器を備えた工具ホルダに関する。

従来から、測定対象のひずみを精度高く測定するための技術が研究開発されている。例えば、特許文献１には、スクリュー状の本体と、本体の一端に設けられた長方形柱体と、長方形柱体の側面に取り付けられたひずみゲージと、を備えた切削力検出器が開示されている。この切削力検出器は、切削加工機の刃物取付け台に形成されたねじ穴に長方形柱体が挿入された後、本体が締め付けられることにより、刃物取付け台に対して固定される。

登録実用新案第３０３９４０７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された切削力検出器は、長方形柱体が刃物取付け台のねじ穴と離間しており、切削力の発生に起因するねじ穴の変形に追従しない。そのため、ねじ穴の変形の影響が長方形柱体を介してひずみゲージに伝わることが無く、結果、ひずみゲージから精度の高い測定結果を得ることが困難であった。

本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象のひずみを精度高く測定することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る測定機器は、ひずみゲージと、平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、前記本体部は、前記ひずみゲージの測定対象に形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記測定対象の内壁面と接触する。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る工具ホルダは、測定機器を備えた、工具を保持する工具ホルダであって、前記測定機器は、前記工具ホルダのひずみを測定するひずみゲージと、平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、前記本体部は、前記工具ホルダに形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記工具ホルダの内壁面と接触する。

本発明の一態様によれば、ひずみゲージが本体部を介して測定対象のひずみを精度高く測定できるだけでなく、ひずみゲージの測定対象に対する向きを容易に調整できる。

本発明の一実施形態に係る測定システムの機能的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る測定機器の主要構成を示す図である。 符号３０１および３０２は、図２に示す測定機器が工具ホルダの孔に収容された状態を示す図である。 符号４０１から４０４は、図２に示す測定機器の変形例を示す上面図である。 符号５０１は、本発明の一実施例に係る試験方法を示す図面代用写真である。符号５０２は、符号５０１に示すアクリル板のＶ－Ｖ線矢視断面図である。 符号６０１および６０２は、本発明の実施例に係る測定機器の測定結果を示すグラフである。

〔１．測定システムの構成〕
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る測定システムＳＴの構成について説明する。測定システムＳＴは、測定対象のひずみを測定するためのシステムである。図１に示すように、測定システムＳＴは、工具ホルダ１００と、無線通信ユニット２００と、情報処理装置３００と、で構成されている。

工具ホルダ１００は、工具を保持するホルダである。切削チップを保持するチップホルダが工具ホルダ１００の例として挙げられるが、工具ホルダ１００は、何らかの工具を保持するものであればどのようなホルダであってもよい。工具ホルダ１００は、測定機器１を備えている。測定機器１は、工具ホルダ１００のひずみを測定するひずみゲージ２を備えた機器である。つまり、本実施形態では、工具ホルダ１００が測定システムＳＴの測定対象となる。

なお、測定システムＳＴの測定対象（具体的には測定機器１の測定対象）は工具ホルダ１００に限定されない。言い換えれば、測定機器１が、工具ホルダ１００以外の測定対象に備わっていてもよい。例えば、塑性加工、鋳造、射出成形、炭素繊維プラスチック成形等に用いられる金型を測定対象としてもよい。また例えば、保圧ピン、ガイドピン等の金型部品を測定対象としてもよいし、スパナ、トルクレンチ、ニッパー等の工具を測定対象としてもよい。

無線通信ユニット２００は、無線チップ、アンテナおよび周辺回路等を実装した小型の基板を内蔵し、かつ、無線通信のためのソフトウェアがインストールされたモジュールである。無線通信の例としては、無線ＬＡＮ（Local Area Network）が挙げられる。また、無線通信ユニット２００は、ホイートストーンブリッジ回路２０１を内蔵している。ホイートストーンブリッジ回路２０１は、ひずみゲージ２とゲージリード２０２で有線接続されており、工具ホルダ１００のひずみに起因するひずみゲージ２の抵抗変化を電圧値に変換する。なお、無線通信ユニット２００は測定システムＳＴに必須の構成要素ではなく、例えば工具ホルダ１００と情報処理装置３００とを有線接続してもよい。

情報処理装置３００は、各種情報を処理する装置であり、例えば据え置き型／ノート型のパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンである。また、情報処理装置３００は、無線通信ユニット２００との間で無線通信を行い、ホイートストーンブリッジ回路２０１から出力された電圧値を無線通信ユニット２００を介して受信する。さらに、情報処理装置３００は、ホイートストーンブリッジ回路２０１から取得した電圧値を用いて工具ホルダ１００のひずみを算出し、算出結果を不図示の出力部（表示部、プリンタ等）に出力する。

〔２．測定機器の構成〕
図２を参照して、本発明の一実施形態に係る測定機器１の構成について説明する。図２に示すように、測定機器１は、ひずみゲージ２と、本体部３と、を備えている。本実施形態では、ひずみゲージ２は、第１のひずみゲージ２１と第２のひずみゲージ２２とで構成される二軸ひずみゲージである。具体的には、ひずみゲージ２は、第１のひずみゲージ２１と第２のひずみゲージ２２とが同一構成であり、且つ、両者が直交する２ゲージ２アクティブ法（直交配置）のひずみゲージである。第１のひずみゲージ２１および第２のひずみゲージ２２は、ともに公知のひずみゲージであり、一般的なひずみゲージの構造となっている。

ひずみゲージ２を前述のような構成とすることで、ひずみゲージ２および工具ホルダ１００のそれぞれが熱膨張／熱収縮することによるひずみゲージ２の測定精度の低下を回避できる。ここで、熱膨張／熱収縮は、工具ホルダ１００に保持された工具を用いて加工する一連の過程で、ひずみゲージ２および工具ホルダ１００のそれぞれが温度上昇／温度低下することに起因して生じる。

なお、ひずみゲージ２の構成等に特段の限定は無く、例えば、第１のひずみゲージ２１と第２のひずみゲージ２２とが並列に配置されていてもよい。また例えば、ひずみゲージ２は、単一のひずみゲージで構成される一軸ひずみゲージであってもよい。また例えば、ひずみゲージ２は、４つのひずみゲージで構成される四軸ひずみゲージであってもよい。あるいは、第１の側面３１に複数のひずみゲージ２が取り付けられていてもよいし、第２の側面３２および第３の側面３３の少なくとも一方にもひずみゲージ２が取り付けられていてもよい。

本体部３は、平面形状の側面を１つ以上有し、平面形状の側面のいずれか１つ以上にひずみゲージ２が取り付けられている。この構成によれば、測定機器１が孔１０１に収容され、かつ、本体部３が接着剤５によって内壁面１０２に接着固定される前の状態において、ユーザが孔１０１を上面視すればひずみゲージ２の工具ホルダ１００に対する向きを確認できる。これにより、ひずみゲージ２の工具ホルダ１００に対する向きの調整を行うか否かの判断が容易になる。接着剤５、孔１０１および内壁面１０２の各詳細については後述する。また、本体部３は、平面形状の側面の長手側の辺を含む側端部を２つ以上有している。

本実施形態では、本体部３は、外形が略三角柱形状であり、平面形状の側面として第１の側面３１、第２の側面３２および第３の側面３３を有している。また、本体部３は、側端部として第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６を有している。さらに、本体部３は、第１の側面３１にひずみゲージ２が取り付けられている。

ここで、「平面形状」の「平面」は、完全な平面を指す概念ではない。例えば、平面の一部に微細な凹凸・曲面領域が含まれていたとしても、なお「平面」の概念の範疇となる。また、本体部３は中実形状または中空形状のいずれでもよいが、本実施形態では本体部３が中実形状であるものとする。さらに、本体部３の形成材料に特段の限定は無い。

以下、本体部３の外形である「略三角柱形状」について具体的に説明する。第１の側面３１、第２の側面３２および第３の側面３３は、それぞれ矩形状である。また、これら３つの側面において、本体部３の高さ方向の辺が長辺（長手側の辺）となっており、本体部３の底面側の辺が短辺（短手側の辺）となっている。さらに、第１の側面３１の短辺が最も長く、第２の側面３２の短辺が第３の側面３３の短辺と長さが同一になっている。ここで、本明細書における「同一」は、完全な同一を指す概念ではない。若干の誤差があったとしても、なお「同一」の概念の範疇となる。

第１の側面３１と第２の側面３２とは、第１の側端部３４を介して接続している。つまり、第１の側端部３４は、第１の側面３１における長辺と、第２の側面３２における長辺と、を含んでいる。また、第２の側面３２と第３の側面３３とは、第２の側端部３５を介して接続している。つまり、第２の側端部３５は、第２の側面３２における長辺と、第３の側面３３における長辺と、を含んでいる。さらに、第３の側面３３と第１の側面３１とは、第３の側端部３６を介して接続している。つまり、第３の側端部３６は、第３の側面３３における長辺と、第１の側面３１における長辺と、を含んでいる。

第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６は、それぞれの表面が、本体部３の高さ方向の全域に亘って当該本体部３の外側に凸となる曲面となっている。また、これら３つの側端部のすべてについて、表面の曲率が本体部３の高さ方向の全域に亘って同一になっている。つまり、これら３つの側端部の各表面がすべてＲ面となっている。これら３つの側端部の各Ｒ面の曲率については、すべて同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。本実施形態では、これら３つの側端部の各Ｒ面の曲率がすべて同一であるものとする。また、これら３つの側端部のそれぞれについて、表面の曲率が本体部３の高さ方向の全域に亘って同一になっている必要はない。例えば、側端部における高さ方向の途中の部分において、曲率が変わったり、形状が平面形状に変わったりしてもよい。

以上の各特徴を別の表現で表せば、本体部３は、中心軸ＣＡと直交する仮想的な平面で本体部３を切断したときの断面（以下、「基準断面」）の外形が、略二等辺三角形となっている。中心軸ＣＡは、基準断面の重心Ｇを通り、本体部３の高さ方向に沿って延伸する軸である。「略二等辺三角形」とは、具体的には、この図形に含まれる３辺のうちで最も長い辺が第１の側面３１の短辺となり、長さが同一となる残り２つの辺が、第２の側面３２および第３の側面３３の各短辺となる。また、２つの辺を接続する曲線が、第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６のそれぞれを平面視したときの外形を成す曲線となる。本実施形態では、中心軸ＣＡと直交する仮想的な平面で本体部３をどの高さから切断したとしても、基準断面は一様に略二等辺三角形となる。ただし、基準断面が一様に略二等辺三角形となる必要は無く、例えば、本体部３における高さ方向の切断箇所によっては基準断面の形状が異なってもよい。

次に、ひずみゲージ２の第１の側面３１への取り付け態様について、具体的に説明する。ひずみゲージ２は、第１の側面３１における短辺側の端部領域３１１に取り付けられている。端部領域３１１は、測定機器１が後述の孔１０１に収容された状態において、孔１０１の底部側に配置される（図３の符号３０１参照）。

より詳細には、ゲージベースにおける短手側の端部が本体部３の底面側に位置するように、第１のひずみゲージ２１が端部領域３１１に取り付けられている。「ゲージベースにおける短手側の端部」とは、厳密には、ゲージベースにおける短手側の両端部のうち、ゲージリード２０２が存在しない方の端部を指す。また、第１のひずみゲージ２１を本体部３の外側から覆うように、かつ、第１のひずみゲージ２１と直交するように（完全に直交しなくてもよい）、第２のひずみゲージ２２が端部領域３１１に取り付けられている。「第１のひずみゲージ２１と直交」とは、具体的には、第２のひずみゲージ２２のゲージベースにおける長手方向に延伸する中心線が、第１のひずみゲージ２１のゲージベースにおける長手方向に延伸する中心線と直交することである。

第１のひずみゲージ２１および第２のひずみゲージ２２のそれぞれの取り付けには、例えば専用の接着剤が用いられる。具体的には、各ひずみゲージのゲージベースの裏面に専用の接着剤を塗布し、端部領域３１１に接着することで、第１のひずみゲージ２１および第２のひずみゲージ２２のそれぞれが端部領域３１１に接着固定される。ゲージベースの裏面は、ゲージベースにおけるグリッド部（ゲージパターン）が積層されている面と反対側の面である。

なお、ひずみゲージ２の第１の側面３１への取り付け態様は本実施形態の例に限定されない。例えば、ひずみゲージ２の取り付け位置に特段の限定は無く、ひずみゲージ２および工具ホルダ１００の各種類、孔１０１の形成箇所、工具ホルダ１００を用いた加工の方法等に応じて取り付け位置を適宜変更することができる。また、ひずみゲージ２の取り付け方法についても、専用の接着剤で接着固定する方法以外の方法を採用することができる。

〔３．測定機器の孔への収容態様〕
図３を参照して、測定機器１の孔１０１への収容態様について説明する。なお、図の簡略化の観点から、図３の符号３０１では工具ホルダ１００の外形を四角柱形状で図示している。また、図３の符号３０１では後述の接着剤５を図示していない。さらに、図３の符号３０２ではゲージリード２０２を図示していない。

図３に示すように、工具ホルダ１００には、円柱形状の孔１０１が形成されている。孔１０１は、工具ホルダ１００の内壁面１０２によって形成されている。そして、測定機器１が孔１０１に収容されることにより、測定機器１が工具ホルダに備わることとなる。ここで、「円柱形状」の「円柱」は、完全な円柱を指す概念ではない。例えば、円柱の側面の外形を成す内壁面１０２において、その一部に微細な凹凸・平面領域が含まれていたとしても、なお「円柱」の概念の範疇となる。

孔１０１は、貫通孔であってもよいし、底部が塞がっていてもよい。本実施形態では、孔１０１の底部が塞がっているものとする。また、孔１０１の形成箇所に特段の限定は無く、基本的には、工具ホルダ１００のどの箇所に形成されていてもよい。ただし、ひずみゲージ２および工具ホルダ１００の各種類、工具ホルダ１００を用いた加工の方法等に応じて、ひずみゲージ２の測定精度が高まる箇所に孔１０１が形成されているのが好ましい。

本体部３は、測定機器１が孔１０１に収容された状態において、２つ以上の側端部が内壁面１０２と接触する。本実施形態では、測定機器１が孔１０１に収容された状態において、第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６のすべてが、本体部３の高さ方向の全域に亘って内壁面１０２と接触する。ここで、これら３つの側端部の各表面における曲率は、内壁面１０２の曲率と同一であってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、図３の符号３０２に示すように、これら３つの側端部の各表面における曲率が、内壁面１０２の曲率よりも大きくなっているものとする。なお、これら３つの側端部のすべてが、本体部３の高さ方向の全域に亘って内壁面１０２と接触する必要は無く、ひずみに起因する内壁面１０２の変形に追従する程度に、これら３つの側端部が内壁面１０２と接触していればよい。

また、本体部３は、接着剤５によって内壁面１０２に接着固定される前の状態において（詳細は後述）、回転軸ＡＲを中心に孔１０１の内部で回転可能となっている。具体的には、回転軸ＡＲを中心に本体部３、つまり測定機器１を回転させた場合、第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６のそれぞれが内壁面１０２上を摺動する。ここで、回転軸ＡＲは、孔１０１の中心軸と一致している。孔１０１の中心軸は、孔１０１の深さ方向に延伸する軸である。

本実施形態では、回転軸ＡＲが第１の側面３１上に位置している。このことを別の表現で表せば、基準断面の外形を成す略二等辺三角形において、最も長い辺（第１の側面３１の短辺）が孔１０１の孔径を示す仮想的な直線上に位置している。つまり、本実施形態では、基準断面の外形が略直角二等辺三角形になっている。ただし、基準断面の外形は略二等辺三角形でなくてもよく、例えば略正三角形でもよい。

なお、本体部３は、当該本体部３の２つの側面が回転軸ＡＲを挟み込むような外形になっているのが好ましい。本実施形態では、本体部３は、回転軸ＡＲが第１の側面３１上に位置するものの、第２の側面３２と第３の側面３３とで回転軸ＡＲを挟み込むような外形になっていると言える。本体部３をこのような外形とすることにより、３つの側端部が内壁面１０２上を確実に摺動することから、本体部３が孔１０１の内部で安定的に回転する。

また、本実施形態では、測定機器１が孔１０１に収容された状態において、本体部３における端部領域３１１側の底面が孔１０１の底部に当接し、かつ、本体部３の他方の底面が工具ホルダ１００の表面と略面一になっている。つまり、孔１０１の深さと本体部３の高さとが略同一になっている。

また、本実施形態では、測定機器１が孔１０１に収容された状態において、第１の側面３１と内壁面１０２との間の空間４に接着剤５が充填されており、ひずみゲージ２が接着剤５に埋まっている。具体的には、空間４の全領域に亘って接着剤５が充填されており、ひずみゲージ２の全部が接着剤５に埋まった状態になっている。これにより、測定機器１が内壁面１０２に接着固定される。

このような接着剤５の充填は、工具ホルダ１００に対するひずみゲージ２の向きが、測定精度の面において好ましい向きに定まった後に行われる。測定精度の面において好ましいひずみゲージ２の向きは、測定機器１を孔１０１に収容した時点で定まる場合も有れば、測定機器１を孔１０１に収容した後、回転軸ＡＲを中心に測定機器１を回転させることで定まる場合も有る。

なお、測定機器１の内壁面１０２に対する固定態様は、本実施形態の例に限定されない。例えば、空間４の一部の領域にだけ接着剤５を充填してもよい。この例の場合、ひずみゲージ２の第１の側面３１に対する取り付け位置によってはひずみゲージ２の一部または全部が接着剤５から露出するが、露出しても問題は無い。また例えば、接着剤５を空間４に充填するのではなく、第１の側端部３４、第２の側端部３５および第３の側端部３６の少なくとも１つの表面に接着剤５を塗布して、内壁面１０２に接着固定させてもよい。あるいは、本体部３に対して、空間４に配置可能であり、かつ、本体部３を内壁面１０２に固定可能な治具を取り付け、測定機器１およびこの治具を孔１０１に収容することで、測定機器１を内壁面１０２に固定してもよい。つまり、測定機器１は、孔１０１に収容された状態において、何らかの方法で内壁面１０２に固定されていればよい。

さらに、本実施形態では、測定機器１が孔１０１に収容された状態において、ひずみゲージ２が内壁面１０２と離間している。ひずみゲージ２の一部が内壁面１０２と接触してもよいが、測定精度の観点からは、ひずみゲージ２の全部が内壁面１０２と離間しているのが好ましい。

〔４．変形例〕
図４を参照して、本発明の一実施形態に係る測定機器１の変形例について説明する。なお、図の簡略化の観点から、図４では、ひずみゲージ２の平面視における外形を矩形状で図示している。

まず、本発明の第１の変形例としては、図４の符号４０１に示すような外形の本体部３－１を備えた測定機器１－１が挙げられる。本体部３－１は、外形が略四角柱形状となっており、４つの側端部すべての表面がＲ面となっている。また、本体部３－１は、基準断面が略正方形状になっているが、例えば略長方形状になっていてもよいし、略台形状になっていてもよい。

次に、本発明の第２の変形例としては、図４の符号４０２に示すような外形の本体部３－２を備えた測定機器１－２が挙げられる。本体部３－２は、外形が三角柱形状となっており、３つの側端部すべてが側稜となっている。具体的には、本体部３－２において、平面形状の側面における長手側の辺と、他の平面形状の側面における長手側の辺と、が重なり合って１つの側稜を構成している。そして、測定機器１－２が孔１０１に収容された状態において、これら３つの側稜が内壁面１０２と接触する。

ここで、本明細書における「側稜」は、完全な側稜を指す概念ではない。本体部３－２の側端部が実際には微小な幅のある細長い長方形状の平面であったとしても、当業者が本体部３－２を把持して視認した場合に側端部が側稜に見えるレベルの細長さであれば、本明細書における「側稜」に該当する。

次に、本発明の第３の変形例としては、図４の符号４０３に示すような外形の本体部３－３を備えた測定機器１－３が挙げられる。本体部３－３は、外形が細長い矩形の薄板形状になっており、２つの側端部の各端面が平面となっている。また、本体部３は、基準断面における本体部３－３の幅方向に延伸する中心線（不図示）が、孔１０１の孔径を示す仮想的な直線上に位置している。そして、測定機器１－３が孔１０１に収容された状態において、平面形状の側面における長手側の両辺と、他の平面形状の側面における長手側の両辺と、が内壁面１０２と接触する。これらの両辺は、２つの側端部の各端面の外形を構成する。

次に、本発明の第４の変形例としては、図４の符号４０４に示すような外形の本体部３－４を備えた測定機器１－４が挙げられる。本体部３－４は、外形が細長い矩形の薄板形状である第１の本体部分３－４－１と、同じく外形が細長い矩形の薄板形状である第２の本体部分３－４－２と、が直交するように、これら２つの本体部分が接続されて構成されている。第１の本体部分３－４－１の幅は、孔１０１の孔径の略１／２の長さになっており、第２の本体部分３－４－２の幅は、孔１０１の孔径と略同一の長さになっている。第１の本体部分３－４－１の高さは、第２の本体部分３－４－２の高さと同一になっている。

本体部３－４は、基準断面がＴ字形状になっており、３つの側端部の各端面が平面となっている。また、本体部３－４は、基準断面中の第１の本体部分３－４－１に対応する断面領域について、第１の本体部分３－４－１の幅方向に延伸する中心線（不図示）が、孔１０１の孔径を示す仮想的な直線上に位置している。さらに、本体部３－４は、基準断面中の第２の本体部分３－４－２に対応する断面領域について、第２の本体部分３－４－２の幅方向に延伸する中心線（不図示）が、孔１０１の孔径を示す仮想的な直線上に位置している。３つの側端部の内壁面１０２への接触態様については、測定機器１－３と同様である。

〔５．まとめ〕
本発明の態様１に係る測定機器は、ひずみゲージと、平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、前記本体部は、前記ひずみゲージの測定対象に形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記測定対象の内壁面と接触する。

前記構成によれば、本体部が円柱形状の孔に収容された状態において、２つ以上の側端部が測定対象の内壁面と接触する。これにより、孔の中心軸を中心に本体部を回転させた場合、２つ以上の側端部が内壁面上を摺動する。よって、ひずみゲージの測定対象に対する向きを容易に調整でき、あるいは、測定方向が予め決まっている場合にひずみゲージの向きを測定方向に容易に合わせることができる。また、測定対象のひずみに起因して内壁面に反り等が生じた場合、本体部もこの反り等に追従して変形する。これにより、ひずみゲージが、本体部を介して測定対象のひずみを精度高く測定できる。

本発明の態様２に係る測定機器は、前記態様１において、前記本体部の外形が略四角柱形状であってもよい。本体部は様々な外形形状を採用することが可能であるが、前記構成のような略四角形状を採用することにより、ひずみゲージの向き調整の容易さと、ひずみゲージの測定精度とのバランスが良好な測定機器を実現できる。

本発明の態様３に係る測定機器は、前記態様１において、前記本体部の外形が略三角柱形状であってもよい。本体部は様々な外形形状を採用することが可能であるが、前記構成のような略三角形状を採用することにより、ひずみゲージの向き調整が容易な測定機器を実現できる。

本発明の態様４に係る測定機器は、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記ひずみゲージは、前記本体部が前記孔に収容された状態において、前記内壁面と離間していてもよい。ひずみゲージが内壁面と接触する場合、測定対象のひずみに起因する内壁面の反り等によってひずみゲージに圧力が加わり、この圧力負荷が測定誤差を招く。その点、前記構成によれば、ひずみゲージが内壁面と離間しているため圧力負荷による測定誤差が生じない。これにより、ひずみゲージが内壁面と接触する場合に比べて、ひずみゲージの測定精度が向上する。

本発明の態様５に係る測定機器は、前記態様１から４のいずれかにおいて、前記本体部は、前記孔に収容された状態において前記内壁面に固定されていてもよい。前記構成によれば、本体部は、内壁面に固定されていない場合に比べて内壁面に生じた反り等に追従し易くなる。これにより、本体部が内壁面に固定されていない場合に比べて、ひずみゲージの測定精度が向上する。

本発明の態様６に係る測定機器は、前記態様１から４において、前記本体部が前記孔に収容された状態において、前記ひずみゲージが取り付けられた前記平面形状の側面と前記内壁面との間の空間に接着剤が充填されており、前記ひずみゲージが前記接着剤に埋まっていてもよい。

前記構成によれば、本体部が円柱形状の孔に収容された状態において、測定機器が測定対象に接着固定される。これにより、測定対象のひずみに起因して内壁面に反り等が生じた場合、本体部および接着剤もこの反り等に追従して変形する。これにより、ひずみゲージが、本体部および接着剤を介して測定対象のひずみを精度高く測定できる。

本発明の態様７に係る工具ホルダは、測定機器を備えた、工具を保持する工具ホルダであって、前記測定機器は、前記工具ホルダのひずみを測定するひずみゲージと、平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、前記本体部は、前記工具ホルダに形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記工具ホルダの内壁面と接触する。前記構成によれば、ひずみゲージの工具ホルダに対する向きを容易に調整できるとともに、ひずみゲージが本体部を介して工具ホルダのひずみを精度高く測定できる。

本発明の態様８に係る工具ホルダは、前記態様７において、前記本体部が前記孔に収容された状態において、前記ひずみゲージが取り付けられた前記平面形状の側面と前記内壁面との間の空間に接着剤が充填されており、前記ひずみゲージが前記接着剤に埋まっていてもよい。前記構成によれば、工具ホルダに備えられた測定機器のひずみゲージが、本体部および接着剤を介して測定対象のひずみを精度高く測定できる。

〔６．付記事項〕
本発明は前述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、前述の実施形態および変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

〔７．実施例〕
図５および図６を参照して、本発明の一実施例について説明する。本発明者らは、図５に示す本発明の第１の実施例に係る測定機器１－５、本発明の第２の実施例に係る測定機器１－６および本発明の比較例に係る測定機器ＣＥのそれぞれを試験対象として以下のような試験を行い、試験結果を分析・評価した。

＜試験対象の構成＞
第１の実施例として、本体部に第１のひずみゲージ２１が１つのみ接着固定された構成の測定機器１－５を用いた。具体的には、測定機器１－５の本体部としてアクリル製かつ中実の三角柱形状のものを用いた。また、測定機器１－５の本体部に対する第１のひずみゲージ２１の配置位置を、本体部３に対する第１のひずみゲージ２１の配置位置と同一にした。次に、第２の実施例として、本体部にひずみゲージ２が１つのみ接着固定された構成の測定機器１－６を用いた。具体的には、測定機器１－６の本体部として、測定機器１－５の本体部と同様にアクリル製かつ中実の三角柱形状のものを用いた。また、測定機器１－６の本体部に対するひずみゲージ２の配置位置を、本体部３に対するひずみゲージ２の配置位置と同一にした。次に、比較例として、市販の一軸ひずみゲージ（株式会社共和電業製の汎用箔ひずみゲージ、型番：ＫＦＧＳ－１－１２０－Ｃ１－１１ Ｌ１５Ｃ３Ｒ）を測定機器ＣＥとした。

測定機器１－５の第１のひずみゲージ２１として、前述の市販の一軸ひずみゲージを用いた。また、測定機器１－６のひずみゲージ２として、株式会社共和電業製の汎用箔ひずみゲージ（２軸重ね配置、型番：ＫＦＧＳ－１－１２０－Ｄ１６－１１ Ｌ３０Ｃ３Ｓ）を用いた。また、測定機器１－５および１－６の各本体部は、高さが６０ｍｍ、基準断面の外形が二等辺三角形（底辺が４ｍｍ、高さが２ｍｍ）であった。

＜試験方法＞
まず、アクリル製の板材を加工して、図５に示すような平面視で矩形のアクリル板４０を作製した。アクリル板４０を作製する際、アクリル板４０の短手側の長さを１００ｍｍとした。

次に、アクリル板４０に、図５の符号５０２に示すような３つの孔４１を長手方向に略等間隔で形成した。具体的には、アクリル板４０における長手側の側面から当該アクリル板４０の内部に向けて、深さが５０ｍｍの孔４１を形成した。また、３つの孔４１の各中心軸が、アクリル板４０を短手側の側方から見た場合に、アクリル板４０における短手方向に延伸する中心軸と略一致するようにした。さらに、アクリル板４０の長手側の両端部のうちの、３つの孔４１が形成されていない側の端部に、アクリル板４０の厚さ方向に貫通する貫通孔４２を形成した。なお、説明の便宜上、図５の符号５０２では測定機器１－５および１－６の各本体部が孔４１の内壁面から離間しているが、実際には内壁面と接触していた。

次に、３つの孔４１に測定機器１－５、１－６およびＣＥ（以下、「３種類の測定機器」と表記）を収容した。具体的には、３つの孔４１に接着剤５を充填した上で、測定機器１－５の第１のひずみゲージ２１、測定機器１－６のひずみゲージ２、および測定機器ＣＥのひずみゲージのそれぞれが上方を向くように、３種類の測定機器を３つの孔４１に収容した。そして、測定機器１－５の本体部における第１のひずみゲージ２１が接着固定されている側面と、孔４１の内壁面と、を接着剤５で固定した。同様に、測定機器１－６の本体部におけるひずみゲージ２が接着固定されている側面と、孔４１の内壁面と、を接着剤５で固定した。測定機器ＣＥについては、ひずみゲージと孔４１の内壁面とを接着剤５で固定した。

このようにして３種類の測定機器を３つの孔４１のそれぞれに接着固定すると、測定機器１－５および１－６の各本体部、ならびに測定機器ＣＥが、アクリル板４０における長手側の側面から１０ｍｍ突出した状態となった。ここで、「アクリル板４０における長手側の側面」とは、具体的には、アクリル板４０における長手側の両側面のうちの、３つの孔４１の開口部が形成されている側の側面を指す。

次に、図５の符号４０１に示す実験台５０に各種の装置・工具等を設置した。具体的には、アクリル板４０における３種類の測定機器が収容されている側の端部を、２つのシャコ万力６０で実験台５０に固定した。また、３種類の測定機器の各ゲージリードをブリッジボックス７０に接続した上で、３つのブリッジボックス７０を実験台５０に載置した。また、３つのブリッジボックス７０のそれぞれを動ひずみアンプ８０に接続した上で、３つの動ひずみアンプ８０を実験台５０に載置した。ブリッジボックス７０として株式会社共和電業製の市販品（型番：ＤＢＴ－Ａ－１）を用い、動ひずみアンプ８０として株式会社エー・アンド・デイ製の市販品（型番：ＡＳ２４０３、ＤＣブリッジ方式 広帯域タイプ）を用いた。

次に、３つの動ひずみアンプ８０を不図示のアナログ信号入力ターミナル（ｃｏｎｔｅｃ社製、型番：ＡＩＯ－１６０８０２ＧＹ－ＵＳＢ）に接続した後、（ｉ）室温下でアクリル板４０の貫通孔４２に不図示の重り（約４９Ｎ）を所定の期間吊るしてアクリル板４０にひずみを発生させた。また、（ｉｉ）市販の金型洗浄剤スプレーを用いてアクリル板４０を冷却した後、所定の期間放置した。そして、（ｉ）および（ｉｉ）の両方の場合において電圧値の変化を測定し、（ｉ）の場合では、アナログ信号入力ターミナルの表示部に３種類の測定機器の各測定結果を表示させて、本実施例の試験結果を分析・評価した。一方、（ｉｉ）の場合では、前述の表示部に測定機器１－６およびＣＥの各測定結果を表示させて、本実施例の試験結果を分析・評価した。アナログ信号入力ターミナル用のソフトウェアとしては、横河計測株式会社製のデータ収録ソフトウェア（製品名：Ｘ－ＶＩＥＷＥＲ（ＤＩＴＥＣＴ））を用いた。

＜試験結果＞
図６の符号６０１に示すように、（ｉ）の場合、時間が０ｍｓから約３０００ｍｓまでの期間では、３種類の測定機器のいずれも電圧値が約０Ｖとなった。同様に、時間が約１３０００ｍｓから約１８０００ｍｓまでの期間においても、３種類の測定機器のいずれも電圧値が約０Ｖとなった。つまり、これらの期間では重りを吊り下げていないため、３種類の測定機器のいずれもひずみを略測定できなかった。

時間が約３０００ｍｓから約１３０００ｍｓまでの期間では、重りを吊り下げた。その結果、測定機器１－５の電圧値が平均で約０．１２Ｖ、測定機器１－６の電圧値が平均で約０．１７５Ｖとなり、これら２種類の測定機器ともにひずみを精度高く測定できた。中でも、測定機器１－６の測定精度が良好であった。測定機器ＣＥについては、電圧値が平均で約－０．０１Ｖとなり、他の期間と比べても測定精度の向上が略見られなかった。

図６の符号６０２に示すように、（ｉｉ）の場合、時間が０ｍｓから約４０００ｍｓまでの期間では測定機器１－６およびＣＥのいずれも電圧値が約０Ｖとなり、ひずみを略測定できなかった。時間が約４０００ｍｓから約５０００ｍｓまでの期間では、測定機器１－６の電圧値は約０Ｖとなり、０ｍｓから約４０００ｍｓまでの期間の電圧値から略変化しなかった。一方、測定機器ＣＥの電圧値は約－０．０３Ｖまで変化した。

時間が約５０００ｍｓから約１８０００ｍｓまでの期間では、測定機器１－６の電圧値は非常に緩やかに変化し、時間が約１８０００ｍｓの時点でも電圧値が約－０．０２Ｖに留まった。一方、測定機器ＣＥの電圧値については、約５０００ｍｓ以降は測定機器１－６と同程度の緩やかさで変化し続け、時間が約１８０００ｍｓの時点で電圧値が約－０．０５Ｖとなった。以上の測定結果から、測定機器１－６の方が、測定機器ＣＥに比べて冷却による熱収縮の影響を受け難く、低温下でも良好な測定精度を維持できることが判明した。

１、１－１、１－２、１－３、１－４、１－５、１－６ 測定機器
２ ひずみゲージ
３、３－１、３－３、３－３、３－４ 本体部
４ 空間
５ 接着剤
３１ 第１の側面（側面）
３２ 第２の側面（側面）
３３ 第３の側面（側面）
３４ 第１の側端部（側端部）
３５ 第２の側端部（側端部）
３６ 第３の側端部（側端部）
１００ 工具ホルダ（測定対象）
１０１ 孔
１０２ 内壁面

Claims (8)

1. ひずみゲージと、
   平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、
   前記本体部は、前記ひずみゲージの測定対象に形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記測定対象の内壁面と接触する、測定機器。
2. 前記本体部の外形が略四角柱形状である、請求項１に記載の測定機器。
3. 前記本体部の外形が略三角柱形状である、請求項１に記載の測定機器。
4. 前記ひずみゲージは、前記本体部が前記孔に収容された状態において、前記内壁面と離間している、請求項１に記載の測定機器。
5. 前記本体部は、前記孔に収容された状態において前記内壁面に固定されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の測定機器。
6. 前記本体部が前記孔に収容された状態において、
   前記ひずみゲージが取り付けられた前記平面形状の側面と前記内壁面との間の空間に接着剤が充填されており、
   前記ひずみゲージが前記接着剤に埋まっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の測定機器。
7. 測定機器を備えた、工具を保持する工具ホルダであって、
   前記測定機器は、
   前記工具ホルダのひずみを測定するひずみゲージと、
   平面形状の側面を１つ以上有し、前記平面形状の側面のいずれか１つ以上に前記ひずみゲージが取り付けられた本体部と、を備え、
   前記本体部は、前記工具ホルダに形成された円柱形状の孔に収容された状態において、前記平面形状の側面の長手側の辺を含む２つ以上の側端部が前記孔を形成する前記工具ホルダの内壁面と接触する、工具ホルダ。
8. 前記本体部が前記孔に収容された状態において、
   前記ひずみゲージが取り付けられた前記平面形状の側面と前記内壁面との間の空間に接着剤が充填されており、
   前記ひずみゲージが前記接着剤に埋まっている、請求項７に記載の工具ホルダ。

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