歩 行 パ ター ンか らの健 脚 状 態 の特 徴 抽 出* 長 谷 川 卓 也** 白 石 昌 武***
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(2) 長谷川 ・白石:歩 行パ ターンからの健脚状態の特徴 抽出. 者 で は 健 常者 と全 く異 な っ た結 果 を示 す.デ ー タ を見 や す く す る た め,30代 と50代 の結 果 は 示 して な いが,前 者 に つ い て は20代 に 近 く(各 歩 行 距 離 に対 す る面 積 の 値 が20代 を越 え る こ とは な い 〉,ま た 後 者 の 場 合 は40代 に近 い面 積 変 化 パ ター ン が 得 られ た(50代 の場 合,歩 行 距 離 が0か ら0.4付 近 で41代 に非 常 に近 接 してい る). これ に 対 し図4(b)の か か とに っ い て は,っ ま先 の 場 合 の よ. (a) 20's healthy subject (walking cycle: 0.53 s). うに 年 代別 に よる 健 常者 間 のみ な らず,健 常者 と腰 痛 あ りお よ び障 害者 との 明 確 なパ ター ン の相 違 も把握 し難 い.デ ー タ と して 示 して い な い が,他 の くるぶ し,膝,付 け根 の 場 合 に つ い て も同様 で あ っ た. さて本 提 案 の 面積 評 価 法 に よ り,っ ま先 の 場 合 に つ い て 年 代 に ほ とん ど依 存 しな い健 常者 の 歩行 の特 徴 が得 られ た.歩 行 の際 に はっ ま先 離 床 か らか か と着 床 ま で,歩 行 の加 速 期, 遊 脚 中期,減 速 期 を通 じて 下 肢 筋 群 が 活 動 し,関 節 の 複 雑 な 運 動 が行 われ る.つ ま 先 は これ らの 安 定 な 運 動 を 与 え る"出. (b) 60's healthy subject (walking cycle: 0.63 s). (c) 60's healthy subject with lumbago (walking cycle: 0.67 s). 発 点"で あ り,そ の 踏 み 出 しの 状 態 が 以 後 の 歩 行 状 態 を左 右 す る こ とを考 え る と,図4(a)で 得 られ た 健 常 者 に つ い て の結 果 は こ の安 定 な歩 行 の指 針 で あ る と思 われ る,す な わ ち 面積 の 大 小 は年 代 に よ る一 種 の 活 力 を表 し,面 積 変 化 全 体 の パ タ ー ン は,年 代 に よ らな い 健 常 者 の 安 定 な 歩 行 の 指 標 で あ る と 考 え る.. (d) 70's disability with right paresis (walking cycle: 0.90 s). (a) loc. Fig.2. Wirc-framc. model. (b) calx. (a) Right-angled triangle approximation. Fig.4. Feature 4.. (b) An example of area obtained at one walking cycle Fig.3. Area method. 態 が 得 られ た か らで あ る.横 軸 は1歩 行 距 離 を1と して正 規 化 して あ る.ま ず 図4(a)の っ ま先 の 場 合 を見 る と,健 常 者 に っ いて は 各 歩 行 距離 に対 す る 面積 の値 は異 な っ て いて も,面 積 変 化 全 体 の様 子 は 年 代 に 依 存 す る こ と な く,ほ ぼ 同 じよ う な パ ター ン が得 られ て い る.こ れ に 対 し腰 痛 あ りお よ び 障 害. 1046. 精密 工 学会誌 Vol. 64,. No.. 7, 1998. 結. extraction. results. 言. 人 の 自然 の 歩 行 に 注 目 し,そ の 右 脚 の 歩 行 パ ター ン を もと に 面積 法 に よ る評 価 法 を提 案 した.そ の 結 果 っ ま先 に っ い て, 年 代 に依 存 しな い 健 常者 の特 徴 抽 出 が 可能 とな った.今 後, 得 られ た デ ー タ を も と に 細 か な 歩 行 解 析 に 役 立 て た い と 考 え る.. 参 考 文 献 1). 舟 久保. 康,初. 山 泰 弘:福. 2). M.Shiraishi and H.Watanabe: Pneumatic Assist Device for Gait Restoration, Trans. ASME, J. Dyn. Syst. Meas. Control, 118, 1 (1996) 9.. 祉 工 学,産. 業 図 書 ,(1995)..
(3) 寄 書. 3次 元 単 結 晶 ダ イ ヤ モ ン ドバ イ トの 刃 先 温 度 測 定* 佐. 藤. 昌. Key words : single crystal diamond,. 彦**. ultra precision. 竹. 田. 陽. 一***. 上. turning, cutting temperature,. 田. temperature. 隆. 司†. measurement,. two color pyrometer. てい る.切 削 抵抗 は圧電 型動 力計 に よって 工具 に作 用 す る力 1.. 緒. 言. を測 定 して い る.送 りは切削 条 痕が 重 な らな い よ うに大 きく. ダイヤモ ン ド工 具 は,高 い 精度 が 要求 され る精密 部 品の仕. して い るが,回 転速 度 に比 べ て送 り速 度 は十分 小 さ く,作 用. 上 げ加 工 に対 して 主 に使 用 され てい る。 この よ うな製 品の 加 工 にお いて,切 削熱 に よる被削 材 お よび工 具 の温 度上 昇 は,仕. す る切 削抵抗 と して 主分力 と背 分力 の2分 力 を扱 えば十分 であ る.. 上 げ面 精度 の低 下 や工 具摩 耗 の原 因 とな るため,切 削 に よる. 温 度計 の基 本構成 を図2に 示 す.温 度 測定 対 象が 温度 計 の測. 温 度 上 昇 を予 測 し抑 制 す る こ と は 極 め て 重 要 で あ る.と こ ろ が,ダ. イ ヤ モ ン ドは 電 気 絶 縁 体 で か つ Table. 高 硬 度 で あ り,し か も切 込 み が 微 小 で あ る こ と か ら,工. I. Experimental. conditions. 具 刃 先 温 度 の 測 定 は 極 め て 困 難 で あ る.. 筆 者 ら は 既 報bに お い て,実. 験 と理 論 の 両 面 か. ら 工 具 刃 先 温 度 に つ い て 検 討 し て きた.す. なわ. ち,赤 外 線 に 対 す る ダ イ ヤ モ ン ドの 透 光 性 を 利 用 し,切 削 中 に 工 具 一切 り くず 接 触 面 か ら輻 射 さ れ て工 具 内 を透 過 して きた 赤 外 線 を 工 具 裏 面 か ら検 出 す る こ と に よ っ て,す く い 面 温 度 を測 定 して い る.ま た,す. くい 面 の 温 度 分 布 を 有 限 要 素 法 を 用. い て 計 算 し,実 験 結 果 と解 析 結 果 か らす くい 面 上 の 最 高 温 度 を 求 め て い る.そ の 際,有. 限要 素法 を. 適 用 す る た め に,モ デ ル 化 の 容 易 な 加 工 状 態 を 作 りだ す 必 要 か ら2次 元 切 削 を 行 っ て い る.ダ. Fig. I Tip geometry. イヤ. モ ン ドバ イ トも試 作 して お り,直 方 体 の 単 結 晶 ダ イヤ モ ン ドを シ ャ ン ク に 固 定 す る 方 法 を と っ て い る た め,逃 げ 角 を 設 定 す る た め に は す くい 角 が 負 と な り,実 作 業 で 用 い られ て い る ダ イ ヤ モ ン ドバ イ ト とは 条 件 が 少 し異 な っ て い る. そ こで 本 報 で は,既 報 に お い て 十 分 な 精 度 で 測 定 可 能 と 分 か っ た 温 度 測 定 法 を,3次. 元切 削状 態. に あ る ダ イ ヤ モ ン ドバ イ トの す くい 面 温 度 の測 定. Fig.2. Fundamental. structure. of two color pyrometer. に 適 用 して み る と と も に,既 報 の2次 元 切 削 で 得 ら れ た 結 果 と も比 較 し て み た. 2. 表1に. 実. 験. 方. 実 験 条 件 を,図1に. 法. ダ イ ヤ モ ン ドチ ッ プ. の 工 具 形 状 を 示 す.前 報 の2次 元 切 削 で は す くい 角 を 一50と し た が,本 研 究 で は 実 作 業 で 用 い ら れ る ダ イ ヤ モ ン ドバ イ ト を用 い て お り,す く い 角 が ooと な っ て い る.刃 先 は 天 然 単 結 晶 ダ イ ヤ モ ン ド で,チ. ッ プ に ろ う付 け され て い る.ノ. 0.8mmで,2次. ー ズ半 径 は. 元 切 削 の 直 線 切 れ 刃 と 大 き く異. な っ て い る.被 削 材 に は 純 ア ル ミニ ウ ム と無 酸 素 銅 を 用 い て お り,切 込 み 量 と切 削 速 度 を 変 化 させ. * **. ***. 原 稿 受付 正 会 員. 平 成10年4月30日 富 山県立 大学工 学部(富. 山 県射水 郡小杉 町黒 河51801. 三 協 ア ル ミニ ウ ム 工 業(株)(高 岡 市 早 川70番 地) † 正 会 員 金 沢 大 学 工 学 部(金 沢 市 小 立 野2‑41‑211. 1088. 精密 工学 会誌 Vol. 64,. No.. 7, 1998. Fig.3. Illustration. of cutting. Fig.4 Measurement area of pyrometer (Depth of cut : 30tim).
(4) 佐藤 ・竹田 ・上 田:3次 元単結 晶ダ イヤモン ドバ イトの刃先温度測定. Fig.5. Calibration. curve. of InSb/MCT. Fig.7. pyrometer. Variation of rake face temperature cutting speed Depth of cut : 301.1m. (a) Output of dynamometer. Workpiece. : Cu, Cutting. speed. 対 象 面 か ら輻 射 され た 赤 外 線 は 光 フ ァ イ バ に よ っ て 受 光,伝 光 レ ンズを介 して赤外 線検 出素 子 に導 かれ て電 気. 図3に 切 削 状 態 を示 す.光 フ ァ イ バ を セ ッ トす る た め,チ ッ 削 中 に工 具 す くい 面 と接. 触 状 態 に あ る 切 り くず か ら輻 射 さ れ た 赤 外 線 は,ダ ド内 を 透 過 した 後,光 る.図4に. Variation of rake face temperature depth of cut Cutting speed : 710m/min. (c) Temperature. フ ァ イ バ で 受 光 され,温. 刃 先 温 度 測 定 状 態 を 示 す.光. イヤ モ ン. 度計 に導 かれ. フ ァイバの 受光 面 は ダ. イ ヤ モ ン ド裏 面 に 密 着 した 状 態 に あ る.こ い 面 に お け る 温 度 計 の 測 定 領 域 は,ダ. の と き,工. 具す く. イ ヤ モ ン ドの 屈 折 率. with. history. wave Depth. of cut : 301.1m, Feed. :3.16mm/rev. 230℃ と な っ て い る こ とが 分 か る. 図7に,AlとCuの を示 す.同 し,Cuの. 度 測 定 系 は 既 報 と 同 様 で あ る.. プ 端 部 を わ ず か に 除 去 して い る.切. Output. : 510 m/min,. 定 領 域 よ り も小 さ い こ と か ら,2色 温 度 計 を 用 い て い る.測 定. 信 号 に 変 換 さ れ る.温. Fig.8. (b) Output of pyrometer Fig.6. 送 さ れ,集. with. た,図8よ. 場 合 に お け る 切 削 速 度 と測 定 温 度 の 関 係. 図 よ り,切 削 速 度 の 増 加 と と も に 刃 先 温 度 は増 加 場 合,920m/minで. は お よ そ300℃. に達 して い る.ま. り,切 込 み が 増 加 す る に つ れ て 刃 先 温 度 は増 加 して. い る.こ れ らの 結 果 を既 報 の2次 元 切 削 の 結 果 と 比 較 す る と, 切 削 速 度710m/min,切 220℃,Alで ℃,155℃. 込 み10μmに. 約200℃ と,20〜45℃. 角 が 大 き い こ と,切. お い て,既 報 で はCuで. 約. で あ る の に 対 し,本 報 で は そ れ ぞ れ200 程 度 低 く な っ て い る.本 報 で は す くい れ 刃 コ ー ナ 部 で の 切 削 で あ る た め に切 削. 幅 が 小 さ く熱 が 拡 散 しや す い こ と,切. 取 り厚 さが 刃 先 中 心 に. (n=2.42)を 考 慮 す る と図 の よ う に な り,切 り くず 接 触 領 域 よ り. 比 べ て 端 部 で は 小 さい こ と な どが 主 た る 原 因 と 考 え ら れ る.. 大 き く な る.し か し,既 報 で 確 認 し た よ う に,す くい 面 上 の 温. しか し,両 者 の 差 は 小 さ く,既 報 の 取 扱 い が 十 分 で あ る と い. 度 勾 配 は 小 さ く,ま た.,温 度 分 布 の 影 響 を 大 き く受 け な い2色. え る.. 温 度 計 の 特 性 よ り,測 定 温 度 と最 高 温 度 と の 差 は わ ず か2%程 度 で あ る.温. 4.. 度 分 布 を求 め る こ と に よ り こ の 差 を な くす る こ. と も可 能 で あ る が,こ. こで は測 定値 をその まま用 い る こ とに. 結. 言. 赤 外 線 に 対 す る ダ イ ヤ モ ン ドの 透 光 性 を 利 用 して す くい 面 温 度 を 測 定 す る 方 法 を,実 作 業 に使 わ れ て い る ダ イ ヤ モ ン ド. す る. 図5に. バ イ トに適 用 し た.そ. 温 度 計 の 校 正 曲線 を 示 す.. の 結 果,切. 削 速度 や 切 込み 量 の増 加 と. と も に 刃 先 温 度 は増 加 し,切 削 速 度710mlmin,切 3.. 実. 銅 を,切 削 速 度510m/min,切. 験. 結. め,温. お い て,Cuで. 込 み30μmで. 定 波 形 を 図6(a)〜(c)に 示 す.図6(a)は 6(b)はlnSb,MCTか. 果. 度 に換 算 し た も の で あ る.図. 約150℃. 込 み10μmに. と な っ た.. 切 削 した際 の測. 参. 切 削 抵 抗 の2分 力 で,図. ら の 出 力,図6(c)は. 約200℃,Alで. 図6(b)の 出 力 比 を求. よ り,工 具 刃 先 温 度 は 約. 考. 文. 献. 1) 佐 藤 昌 彦,上 田 隆 司,西 田 昌 弘:単 結 晶 ダ イ ヤ モ ン ド2次 元 切 削 に お け る 工 具 す くい 面 温 度 の 測 定,精 密 工 学 会 誌,64,6(1998) 892.. 精密工学会誌 Vol. 64, No. 7, 1998. 1089.
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