大ひずみ測定用ひずみゲージ
【課題】コストやサイズの増加を殆ど来たすことなく、小ひずみから２０％を超える大ひずみまでの広範囲にわたるひずみを精度良く測定し得るひずみゲージを提供する。
【解決手段】この大ひずみ測定用ひずみゲージは、ゲージベース１１上にゲージ素子パターン部１２、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂおよび接続パターン部１５ａ、１５ｂからなる金属箔パターン部が添着されている。この金属箔パターン部が添着され、ゲージリード１４ａ、１４ｂの基端部が接続されたゲージベース１１の表面は、ほぼ全体がラミネート膜１７で被覆されており、ラミネート膜１７の先端側は、ゲージベース１１の先端縁１１ａより所定の長さ延長されて、はみ出し部１７ａが形成されている。このはみ出し部１７ａは、ゲージベース１１が被測定対象物１９から剥離するのを防止する機能を有する。
【解決手段】この大ひずみ測定用ひずみゲージは、ゲージベース１１上にゲージ素子パターン部１２、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂおよび接続パターン部１５ａ、１５ｂからなる金属箔パターン部が添着されている。この金属箔パターン部が添着され、ゲージリード１４ａ、１４ｂの基端部が接続されたゲージベース１１の表面は、ほぼ全体がラミネート膜１７で被覆されており、ラミネート膜１７の先端側は、ゲージベース１１の先端縁１１ａより所定の長さ延長されて、はみ出し部１７ａが形成されている。このはみ出し部１７ａは、ゲージベース１１が被測定対象物１９から剥離するのを防止する機能を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージに関し、より詳細には、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベース表面側をラミネートフィルムで覆ってなるひずみゲージであって、大ひずみをも測定可能な大ひずみ測定用ひずみゲージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ひずみゲージは、機械や構造物（以下「被測定対象物」という）の表面の機械的なひずみ量を、抵抗値、電圧などの電気量に変換して検出するもので、被測定対象物の各部の変形（ひずみ）を精度よく計測し、被測定対象物を破損することなく実動状態でひずみ分布を定量的に求めるとき等に用いられる。
このような用途に用いられる従来のひずみゲージは、図４および図５に示すように構成されている。
図４は、従来の箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの構成を模式的に示す平面図であり、図５は、図４に示すひずみゲージを被測定対象物に接着した状態を示す断面図である。
図４、図５において、１は、ゲージベースであり、可撓性を有する絶縁材料で形成されている。２は、導電箔（金属箔）材をフォトエッチング技術により、図４に示すように、所定長さ（ゲージ長）に連続的に折返されて蛇行状にパターンニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース１を介して伝達される被測定対象物９のひずみ量に対応してその抵抗値を変化する。
【０００３】
３ａおよび３ｂは、上記ゲージ素子パターン部２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部で、ゲージリード（リード線）４ａおよび４ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部２の素線の幅に比べてかなり幅広に形成されている。５ａおよび５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部３ａおよび３ｂに一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部２の各端部と連接された接続パターン部である。６ａおよび６ｂは、ゲージリード４ａおよび４ｂをゲージタブパターン部３ａおよび３ｂにそれぞれ電気的に接続する半田付部である。７は、ゲージ素子パターン部２、ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ並びに接続パターン部５ａおよび５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化と外部からの損傷を防止するラミネート膜である。
このように構成されたひずみゲージを用いて大ひずみを測定する場合、諸種の問題がある。
【０００４】
第１に、一般の箔タイプのひずみゲージは、例えば被測定対象物に接着し、引張りによる伸びを与えた場合、図４のＡ部、即ちゲージタブパターン部３ａおよび３ｂは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ）と、Ｂ部（接続パターン部５ａ、５ｂ）との境界部分、即ち、両者の連接部分付近で、応力集中が発生し、ひずみ量約８％程度で断線に至るという難点がある。
このことは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａ、３ｂ）は、Ｂ部（接続パターン５ａ、５ｂ）より箔面積が大きいこと、およびＡ部は、ゲージリード４ａ、４ｂが半田付けされていることから、Ｂ部より伸び難い状態となっているからであると考えられる。
そこで、本出願人は、先に、図４に示すようなひずみゲージを提案した（特許文献１：実用新案登録第３０４０６８４号公報）。
【０００５】
図４に示す特許文献１に係るひずみゲージの特徴的なところは、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂの上記接続パターン部５ａ、５ｂと連接する部分における応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことにある。これをより具体的に説明すると、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂのゲージ素子パターン部２に対峙する側の端部が、ゲージ素子パターン部２側（図４において左側）に凹面を向くような円弧状に形成され、さらに、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂにおける接続パターン部５ａ、５ｂとの連接部に、受感軸方向に沿い且つゲージ素子パターン部２寄りの一端からゲージタブパターン部３ａ、３ｂのほぼ中心付近に達する深さのスリット８ａ、８ｂを形成してある。
このように構成された特許文献１に記載されたひずみゲージにおいては、応力が集中するスリット８ａ，８ｂの最深部８ｃ，８ｄの付近は、幅広で、長さ寸法が大きく、従って面積の広いゲージタブパターン部３ａ，３ｂの中心部付近であるため、応力集中が分散され、応力集中による断線を生じる虞れがなくなる。
従って、被測定対象物のひずみをゲージベース１を介して受けるゲージ素子パターン部２においては、上記ひずみを受け、そのひずみに対応した抵抗変化を示すこととなるが、大ひずみ計測用のひずみゲージのひずみ限界値、即ちひずみの限界は１０％未満であったのに対し、図４に示すひずみゲージでは約１５％を越えるひずみに対しても断線せず、ひずみの測定が可能となったのである。
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３０４０６８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、ひずみゲージに対し、上記の１５％のひずみ限界を超える大ひずみを測定可能なひずみゲージの開発が要望されてきた。
そこで、本発明者らは、この要望に応えるべく各種の課題に取り組んだ。
先ず、接着剤の接着力について特性試験を行ったが現存する市販の接着剤、例えば、本出願人の販売に係る商品である「ＣＣ−３６」においては、２０％以上のひずみに対しても問題はなく、３０％以上の大ひずみにも有効であったが、接着されたひずみゲージ自体のひずみの限界は１５％を超えるものにはならなかった。
また、ゲージ素子パターン等を形成する金属箔のパターンの変更、箔材の変更を試みたが大幅な改善は見られなかった。
また、ゲージベースの被測定対象物との接着力の向上を図るべく、その接着面に研磨処理を種々試みたところ、多少の改善効果が見られたが、根本的な解決策とはなり得なかった。
また、接着性を向上させるために、ゲージベースの接着面積を大きくすることも考慮したが、結果としてひずみゲージ全体が大きくなってしまい、使用できるひずみ測定対象物が限定されてしまう、という別の問題が生じることとなる。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、第１に２０％を超える大ひずみを測定し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第２に、大ひずみが作用してもひずみゲージが被測定対象物より剥離しにくい大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第３に、ひずみゲージ自体は極力小さなサイズを維持可能な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第４に、製造および接着作業が容易で安価な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、上記の第１〜第４の目的を達成するために、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を、前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得る構成としたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおけるラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるものであることを特徴としている。
請求項３に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなることを特徴としている。
請求項４に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したことを特徴としている。
請求項５に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したことを特徴としている。
請求項６に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項７に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことを特徴としている。
請求項８に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおける前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得るように構成したので、被測定対象に添着されたラミネート膜のはみ出し部がゲージ素子パターン部側に対応するゲージベースの先端側の剥離を効果的に抑制し、これまで不可能であった２０％を充分に超える大ひずみをも高精度に測定することができ、しかも、はみ出し部を設けることによるサイズの増大は僅かで問題は生ぜず、製造コストも増大せず、被測定対象物への添着作業も容易な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、前記ラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるので、通常、ラミネートフィルムやゲージベース材と用いられている材料を使用することができるので、製造上のコストアップを来たすことなく、請求項１の発明の特有の効果を奏し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなるので、ゲージベースに対する長さに対し、さほど、寸法の増大を来たすことがなく、特に、はみ出し部の寸法が上記寸法範囲未満であると、剥離防止効果が乏しく、また、上記寸法範囲を超えると、剥離防止効果が頭打ちとなり、むしろサイズの増大を伴い、不利となる。
請求項４に記載の発明によれば、前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したので、応力が集中しやすいゲージタブパターン部と接続パターン部との境界部分を、ゲージ素子パターン部から極力遠ざけることによって、応力の集中の影響をゲージ素子パターン部が受け難くすることができ、延いては、大ひずみを高精度に測定し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したので、ポアソン比による幅方向の変形量が少なくなり、ゲージベースの剥離を極力抑制するのに有利となる大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項６に記載の発明によれば、被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成して、剛性の高い位置合せマークを、剥離の生じ易いゲージベース端縁から遠ざけることにより、ゲージベース端部における伸び特性を均一化することができ、延いては、ゲージベースのゲージ素子パターン部側の端部の剥離を抑制し、大ひずみの測定範囲をさらに拡張し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明によれば、前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したので、応力集中を幅広のゲージパターン部の中間部に生じさせて、応力の集中を分散させ、従来のひずみ限界値を大幅に上回る伸びが加えられても断線を生ずることがなく、上述のはみ出し部の剥離防止効果と相俟って、測定可能なひずみ範囲を大幅に拡大し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項８に記載の発明によれば、前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したので、上記請求項７に記載の発明と同様の効果を奏し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して、本発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージを詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの構成を模式的に示す斜視図、図２は、図１のひずみゲージを被測定対象物に添着した状態を示す断面図である。
図１および図２に示したひずみゲージは、箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例を示すものであり、このうち、１１は、可撓性を有する絶縁材料、例えばポリイミド樹脂で矩形板状に形成されたゲージベースである。
１２は、抵抗材料、例えばＣｕ−Ｎｉ合金よりなる箔材を、フォトエッチング技術により、図１に示すように所定のゲージ長Ｃの長さに連続的に折返されて蛇行状にパターニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース１１を介して伝達される被測定対象物に生じるひずみに対応してその抵抗値を変化する。
１３ａおよび１３ｂは、上記ゲージ素子パターン部１２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部であり、ゲージリード（リード線）１４ａおよび１４ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部１２の幅に比べてかなり幅広に形成されている。
【００１７】
１５ａおよび１５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂに各一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部１２の各端部と連接された接続パターン部である。
１６ａおよび１６ｂは、ゲージリード１４ａおよび１４ｂをゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂに接続してなる半田付部（またはロー付部）である。１７は、ゲージ素子パターン部１２、ゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂ並びに接続パターン部１５ａおよび１５ｂからなる金属箔パターン部の表面を被覆し、さらに、ゲージ素子パターン部１２側のゲージベース１１の端縁（図１および図２において左端縁）より、所定量延長してはみ出し部１７ａを設けてなるラミネート膜である。このラミネート膜１７の材質は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドなどの樹脂材を用いることができ、これらの樹脂をフィルム状に加工する。また、フィルム状のものに限らず、刷毛塗りやスプレーガンなどにより、噴霧するなどして塗膜を形成するようにしてもよい。
但し、製造が最も容易なのは、フィルム状に形成してゲージ素子パターン部１２等が添着されたゲージベース１１を被覆し、且つゲージベース１１の先端縁１１ａより所定長（Ｅ）にわたって延設する方法である。
【００１８】
はみ出し部１７ａの長さ、即ち、図２において、ゲージベース１１の先端縁１１ａからラミネート膜１７のはみ出し部１７ａの先端縁１７ｂまで長さＥは、ひずみゲージのベース長さＤによって異なるが、例えば、０．３ｍｍから１．５ｍｍの範囲におさまればよい。
ところで、本発明者らは、従来の大ひずみゲージのひずみ限界の拡大のために各種の課題に取り組んできたが、鋭意原因の探求をした結果、ひずみゲージが大変位を受けると、被測定対象物からゲージベースが剥がれるという現象があり、特に、従来のひずみゲージにあっては、図６に示すように、ゲージベース１のゲージ素子パターン部２側の先端縁にその剥離１０が著しいことを解明することができた。
本発明者らは、このような知見に基づき、ゲージベース１１の先端側に、本来、ゲージ素子１２ａやゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂ上を複履し、吸湿による劣化および外部からの損傷を防止するために施すラミネート膜１７を、さらに、その先端側を、ゲージベース１１の先端縁１１ａから０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの長さのはみ出し部１７ａを形成し、このはみ出し部１７ａを被測定対象物に添着することで、ゲージベース１１の先端部の剥離を防止し得ることを見出したのである。
このように構成された第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの作用につき説明する。
【００１９】
先ず、図１、図２に示す第１の実施の形態に係るひずみゲージは、ゲージベース１１の表面（図２において、上面）上に、ゲージ素子パターン部１２と、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂと、接続パターン部１５ａ、１５ｂおよび位置合わせマーク１８ａ〜１８ｈ等（以下、これらを総称して「金属箔パターン部」と称する）が、例えば、適宜の接着剤を用いて、接着され且つフォトエッチングによりパターニングされているものとする。
また、このようにして金属箔パターン部が接着等の手段により添着されたゲージベース１１の表面には、ラミネート膜１７が、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂの手前から、ゲージベース１１の先端（左端）に至るまで、例えば適宜の接着剤等の手段により添着されるが、さらに、その先端のはみ出し部１７ａは、接着剤等を塗布せずに工場から出荷される。
尚、図２にて理解されるように、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂに半田付けされたゲージリード１４ａ、１４ｂの半田付部１６ａ、１６ｂの基端部周辺も、ラミネート膜１７によって、被覆されて防湿される。
【００２０】
次に、このようにして組み立てられて工場から出荷された大ひずみ測定用ひずみゲージが、図２に示すように、機械や構造物等の被測定対象物１９に添着され、大ひずみの測定を行う作業につき説明すると、先ず、被測定対象物１９上に罫書かれた罫書線（図示せず）にゲージベース１１上に表示された位置合わせマーク１８ａ〜１８ｈのすべて、あるいは、いくつかを合致させるようにして、接着剤が塗布されたひずみゲージのゲージベース１１の裏面を被測定対象物１９上に接着する。この接着作業に続けて接着剤が塗布されたラミネート膜の先端に形成されたはみ出し部１７ａの裏面を、被測定対象物１９上に強固に接着する。
このようにして、ラミネート膜１７によって金属箔パターン部は、水密に被覆されるため、吸湿による劣化および外部からの損傷が防止されると共に、従来品において生じていたゲージベース１１の先端縁１１ａ付近の被測定対象物１９からの剥離がラミネート膜１７のはみ出し部１７ａによって確実に抑止され、結果的に２０％〜２５％という大ひずみにも応動させることができる。
はみ出し部１７ａの剥離防止結果は、はみ出し部１７の長さＥによって変化するが、Ｅが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に入れば、充分発揮されることを確認した。因に、ゲージベース１１のベース長Ｄが１１ｍｍ、ゲージ長が５ｍｍのものにあって、はみ出し部１７ａの長さＥを、０．５ｍｍに設定したところ、初期の目的を充分達成させられた。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの平面図である。
図３においては、ラミネート膜２７で被覆していない状態のひずみゲージを示し、ラミネート膜２７は仮装線（二点鎖線）をもって示している。
図３に示した大ひずみ測定用ひずみゲージは、上述したと同様に箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例を示すものであり、
このうち、２１は、可撓性を有する絶縁材料、例えばポリイミド樹脂で矩形板状に形成されたゲージベースである。
２２は、抵抗材料、例えばＣｕ−Ｎｉ合金よりなる箔材を、フォトエッチング技術により、所定のゲージ長の長さに連続的に折返されて蛇行状にパターニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース２１を介して伝達される被測定対象物に生じるひずみに対応してその抵抗値を変化する。
２３ａおよび２３ｂは、上記ゲージ素子パターン部２２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部であり、図示しないゲージリード（リード線）を接続し易くするため、ゲージ素子パターン部２２の幅に比べてかなり幅広に形成されている。
【００２２】
２５ａおよび２５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部２３ａおよび２３ｂに各一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部２２の各端部と連接された接続パターン部である。
２７は図１、図２に示した本発明の第１の実施の形態のひずみゲージの場合と同様に、ゲージ素子パターン部２２、ゲージタブパターン部２３ａおよび２３ｂ並びに接続パターン部２５ａおよび２５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化および外部からの損傷を防止すると共に、ゲージベース２１の先端側の剥離を防止するはみ出し部２７ａを有する、例えばポリエステルフィルムからなるラミネート膜である。
このような構成よりなる第２の実施の形態のひずみゲージの特徴的なところは、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂの上記接続パターン部２５ａ，２５ｂと連接する部分における応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことにある。これをより具体的に説明すると、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂのゲージ素子パターン部２２に対峙する側の端部が、ゲージ素子パターン部２２側（図３において左側）に凹面を向くような円弧状に形成され、さらに、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂにおける接続パターン部２５ａ，２５ｂとの連接部に、受感軸方向に沿い且つゲージ素子パターン部２２寄りの一端からゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂのほぼ中心附近に達する深さのスリット３０ａ，３０ｂが形成されている。
【００２３】
このように構成された第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの作用につき説明すると、例えば、ゲージベース２１の裏面側に接着剤を塗布して被測定対象物に接着し、引張りによる伸びを与えた場合、図１に示す第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおいては、応力が集中するのはゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂの接続パターン部１５ａ，１５ｂとの境界部分の附近であったが、この図３に示す大ひずみ測定用ひずみゲージにおいては、スリット３０ａ，３０ｂの最深部３０ｃ，３０ｄの附近となる。
ところが、応力が集中するスリット３０ａ，３０ｂの最深部３０ｃ，３０ｄの附近は、幅広で、長さ寸法が大きく、従って面積の広いゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂの中心部附近であるため、応力集中が分散され、応力集中による断線を生じる虞れがない。
一方、第１の実施の形態において説明したように、この第２の実施の形態においても、測定に際し、被測定対象物上に、ゲージベース２１の裏面およびラミネート膜２７のはみ出し部２７ａの裏面が接着剤によって接着された状態にあっては、ラミネート膜２７によってゲージ素子パターン部２２等の金属箔パターン部は気密に被覆されるため、吸湿による劣化および外部からの損傷が防止されると共に、従来品において生じていたゲージベース２１の先端部２１ａ付近の被測定対象物からの剥離がラミネート膜２７のはみ出し部２７ａによって確実に阻止され、結果的に２０％〜２５％という大ひずみにも応動させることができる。
【００２４】
はみ出し部２７ａの剥離防止結果は、上述した第１の実施の形態のものとほぼ同等である。
但し、第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対し、次のような違いがある。
即ち、第１に、ゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂの接続パターン部２５ａ、２５ｂと連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリット３０ａ、３０ｂを形成したことに特徴がある。このスリット３０ａ、３０ｂは、ゲージ素子パターン部２２の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂのゲージ素子パターン部２２寄りの端部から最深部３０ｃ、３０ｄが中心部付近に至るまでの深さに亘って形成してある。
このスリット３０ａ、３０ｂの作用効果については、既述したところである。
第２に、接続パターン部２５ａ、２５ｂの長さを、一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、ゲージ素子パターン部２２からゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂを遠ざけて構成した点に特徴がある。
【００２５】
このように構成することによって、応力が集中しやすいゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂと接続パターン部２５ａ、２５ｂとの境界部分を、ゲージ素子パターン部２２から極力遠ざけることによって、応力の集中の影響をゲージ素子パターン部２２が受け難くすることができ、延いては、大ひずみを高精度に測定することができる。
第３に、ゲージベース２１の幅方向（図１においては上下方向）の寸法を、一般用ひずみゲージに比べて小さく設定したことに特徴がある。
このように設定することで、ポアソン比による幅方向の変形量を少なくすることができ、ゲージベース２１の被測定対象物からの剥離を防止するために有効となる。
第４に、被測定対象物にひずみゲージを添着する際の指標となる位置合わせマーク２８ａ〜２８ｈのうち、ゲージベース２１の先端部（図３においては左端部）２１ａの近傍に形成されていた位置合わせマーク２８ａを、ゲージベース２１の先端部２１ａから内方（図３においては右方）に向けて遠ざけたことに特徴がある。
このような構成とすることにより、ゲージベース２１の先端部近傍の伸び特性を極力均一化し、ゲージベース２１の先端部における剥離を抑制し、大ひずみの測定範囲をさらに拡大することができる。
【００２６】
尚、本発明は、上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、蛇行状をなすゲージ素子パターン部の折り返し部に、受感軸方向に沿うように応力を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成してもよい。このように構成すれば、折り返し部とゲージ素線との連接部における断線事故をなくし、換言すればひずみ限界値を大幅に上げ得るひずみゲージを提供することができる。
また、図４に従来例として示すひずみゲージは、製造メーカのロゴマークが、ゲージベース１の先端側に付設されていたが、この部分に金属箔からなるロゴマークが存在すると応力分布を不均一にし、剥離に悪影響が生ずるため、図３に示すようにゲージ素子パターン部２２と、ゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂとの中間部分に移動させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す大ひずみ測定用ひずみゲージを被測定対象物に添着した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの構成を示す平面図である。
【図４】従来のひずみゲージの構成を示す平面図である。
【図５】図４に示す従来のひずみゲージの断面構成を模式的に示す断面図である。
【図６】従来のひずみゲージに大ひずみを作用させたとき、生じる剥離の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１、２１ ゲージベース
１２、２２ ゲージ素子パターン部
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ ゲージタブパターン部
１４ａ、１４ｂ ゲージリード
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ 接続パターン部
１６ａ、１６ｂ 半田付部
１７、２７ ラミネート膜
１７ａ、２７ａ ラミネート膜のはみ出し部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ 位置合わせマーク
１９ 被測定対象物
３０ａ、３０ｂ スリット
３０ｃ、３０ｄ スリットの最深部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージに関し、より詳細には、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベース表面側をラミネートフィルムで覆ってなるひずみゲージであって、大ひずみをも測定可能な大ひずみ測定用ひずみゲージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ひずみゲージは、機械や構造物（以下「被測定対象物」という）の表面の機械的なひずみ量を、抵抗値、電圧などの電気量に変換して検出するもので、被測定対象物の各部の変形（ひずみ）を精度よく計測し、被測定対象物を破損することなく実動状態でひずみ分布を定量的に求めるとき等に用いられる。
このような用途に用いられる従来のひずみゲージは、図４および図５に示すように構成されている。
図４は、従来の箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの構成を模式的に示す平面図であり、図５は、図４に示すひずみゲージを被測定対象物に接着した状態を示す断面図である。
図４、図５において、１は、ゲージベースであり、可撓性を有する絶縁材料で形成されている。２は、導電箔（金属箔）材をフォトエッチング技術により、図４に示すように、所定長さ（ゲージ長）に連続的に折返されて蛇行状にパターンニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース１を介して伝達される被測定対象物９のひずみ量に対応してその抵抗値を変化する。
【０００３】
３ａおよび３ｂは、上記ゲージ素子パターン部２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部で、ゲージリード（リード線）４ａおよび４ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部２の素線の幅に比べてかなり幅広に形成されている。５ａおよび５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部３ａおよび３ｂに一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部２の各端部と連接された接続パターン部である。６ａおよび６ｂは、ゲージリード４ａおよび４ｂをゲージタブパターン部３ａおよび３ｂにそれぞれ電気的に接続する半田付部である。７は、ゲージ素子パターン部２、ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ並びに接続パターン部５ａおよび５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化と外部からの損傷を防止するラミネート膜である。
このように構成されたひずみゲージを用いて大ひずみを測定する場合、諸種の問題がある。
【０００４】
第１に、一般の箔タイプのひずみゲージは、例えば被測定対象物に接着し、引張りによる伸びを与えた場合、図４のＡ部、即ちゲージタブパターン部３ａおよび３ｂは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ）と、Ｂ部（接続パターン部５ａ、５ｂ）との境界部分、即ち、両者の連接部分付近で、応力集中が発生し、ひずみ量約８％程度で断線に至るという難点がある。
このことは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａ、３ｂ）は、Ｂ部（接続パターン５ａ、５ｂ）より箔面積が大きいこと、およびＡ部は、ゲージリード４ａ、４ｂが半田付けされていることから、Ｂ部より伸び難い状態となっているからであると考えられる。
そこで、本出願人は、先に、図４に示すようなひずみゲージを提案した（特許文献１：実用新案登録第３０４０６８４号公報）。
【０００５】
図４に示す特許文献１に係るひずみゲージの特徴的なところは、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂの上記接続パターン部５ａ、５ｂと連接する部分における応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことにある。これをより具体的に説明すると、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂのゲージ素子パターン部２に対峙する側の端部が、ゲージ素子パターン部２側（図４において左側）に凹面を向くような円弧状に形成され、さらに、ゲージタブパターン部３ａ、３ｂにおける接続パターン部５ａ、５ｂとの連接部に、受感軸方向に沿い且つゲージ素子パターン部２寄りの一端からゲージタブパターン部３ａ、３ｂのほぼ中心付近に達する深さのスリット８ａ、８ｂを形成してある。
このように構成された特許文献１に記載されたひずみゲージにおいては、応力が集中するスリット８ａ，８ｂの最深部８ｃ，８ｄの付近は、幅広で、長さ寸法が大きく、従って面積の広いゲージタブパターン部３ａ，３ｂの中心部付近であるため、応力集中が分散され、応力集中による断線を生じる虞れがなくなる。
従って、被測定対象物のひずみをゲージベース１を介して受けるゲージ素子パターン部２においては、上記ひずみを受け、そのひずみに対応した抵抗変化を示すこととなるが、大ひずみ計測用のひずみゲージのひずみ限界値、即ちひずみの限界は１０％未満であったのに対し、図４に示すひずみゲージでは約１５％を越えるひずみに対しても断線せず、ひずみの測定が可能となったのである。
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３０４０６８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、ひずみゲージに対し、上記の１５％のひずみ限界を超える大ひずみを測定可能なひずみゲージの開発が要望されてきた。
そこで、本発明者らは、この要望に応えるべく各種の課題に取り組んだ。
先ず、接着剤の接着力について特性試験を行ったが現存する市販の接着剤、例えば、本出願人の販売に係る商品である「ＣＣ−３６」においては、２０％以上のひずみに対しても問題はなく、３０％以上の大ひずみにも有効であったが、接着されたひずみゲージ自体のひずみの限界は１５％を超えるものにはならなかった。
また、ゲージ素子パターン等を形成する金属箔のパターンの変更、箔材の変更を試みたが大幅な改善は見られなかった。
また、ゲージベースの被測定対象物との接着力の向上を図るべく、その接着面に研磨処理を種々試みたところ、多少の改善効果が見られたが、根本的な解決策とはなり得なかった。
また、接着性を向上させるために、ゲージベースの接着面積を大きくすることも考慮したが、結果としてひずみゲージ全体が大きくなってしまい、使用できるひずみ測定対象物が限定されてしまう、という別の問題が生じることとなる。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、第１に２０％を超える大ひずみを測定し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第２に、大ひずみが作用してもひずみゲージが被測定対象物より剥離しにくい大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第３に、ひずみゲージ自体は極力小さなサイズを維持可能な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにあり、第４に、製造および接着作業が容易で安価な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、上記の第１〜第４の目的を達成するために、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を、前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得る構成としたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおけるラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるものであることを特徴としている。
請求項３に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなることを特徴としている。
請求項４に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したことを特徴としている。
請求項５に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したことを特徴としている。
請求項６に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項７に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージは、前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことを特徴としている。
請求項８に記載した発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおける前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得るように構成したので、被測定対象に添着されたラミネート膜のはみ出し部がゲージ素子パターン部側に対応するゲージベースの先端側の剥離を効果的に抑制し、これまで不可能であった２０％を充分に超える大ひずみをも高精度に測定することができ、しかも、はみ出し部を設けることによるサイズの増大は僅かで問題は生ぜず、製造コストも増大せず、被測定対象物への添着作業も容易な大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、前記ラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるので、通常、ラミネートフィルムやゲージベース材と用いられている材料を使用することができるので、製造上のコストアップを来たすことなく、請求項１の発明の特有の効果を奏し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなるので、ゲージベースに対する長さに対し、さほど、寸法の増大を来たすことがなく、特に、はみ出し部の寸法が上記寸法範囲未満であると、剥離防止効果が乏しく、また、上記寸法範囲を超えると、剥離防止効果が頭打ちとなり、むしろサイズの増大を伴い、不利となる。
請求項４に記載の発明によれば、前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したので、応力が集中しやすいゲージタブパターン部と接続パターン部との境界部分を、ゲージ素子パターン部から極力遠ざけることによって、応力の集中の影響をゲージ素子パターン部が受け難くすることができ、延いては、大ひずみを高精度に測定し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したので、ポアソン比による幅方向の変形量が少なくなり、ゲージベースの剥離を極力抑制するのに有利となる大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項６に記載の発明によれば、被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成して、剛性の高い位置合せマークを、剥離の生じ易いゲージベース端縁から遠ざけることにより、ゲージベース端部における伸び特性を均一化することができ、延いては、ゲージベースのゲージ素子パターン部側の端部の剥離を抑制し、大ひずみの測定範囲をさらに拡張し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明によれば、前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したので、応力集中を幅広のゲージパターン部の中間部に生じさせて、応力の集中を分散させ、従来のひずみ限界値を大幅に上回る伸びが加えられても断線を生ずることがなく、上述のはみ出し部の剥離防止効果と相俟って、測定可能なひずみ範囲を大幅に拡大し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
請求項８に記載の発明によれば、前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したので、上記請求項７に記載の発明と同様の効果を奏し得る大ひずみ測定用ひずみゲージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して、本発明に係る大ひずみ測定用ひずみゲージを詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの構成を模式的に示す斜視図、図２は、図１のひずみゲージを被測定対象物に添着した状態を示す断面図である。
図１および図２に示したひずみゲージは、箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例を示すものであり、このうち、１１は、可撓性を有する絶縁材料、例えばポリイミド樹脂で矩形板状に形成されたゲージベースである。
１２は、抵抗材料、例えばＣｕ−Ｎｉ合金よりなる箔材を、フォトエッチング技術により、図１に示すように所定のゲージ長Ｃの長さに連続的に折返されて蛇行状にパターニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース１１を介して伝達される被測定対象物に生じるひずみに対応してその抵抗値を変化する。
１３ａおよび１３ｂは、上記ゲージ素子パターン部１２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部であり、ゲージリード（リード線）１４ａおよび１４ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部１２の幅に比べてかなり幅広に形成されている。
【００１７】
１５ａおよび１５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂに各一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部１２の各端部と連接された接続パターン部である。
１６ａおよび１６ｂは、ゲージリード１４ａおよび１４ｂをゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂに接続してなる半田付部（またはロー付部）である。１７は、ゲージ素子パターン部１２、ゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂ並びに接続パターン部１５ａおよび１５ｂからなる金属箔パターン部の表面を被覆し、さらに、ゲージ素子パターン部１２側のゲージベース１１の端縁（図１および図２において左端縁）より、所定量延長してはみ出し部１７ａを設けてなるラミネート膜である。このラミネート膜１７の材質は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドなどの樹脂材を用いることができ、これらの樹脂をフィルム状に加工する。また、フィルム状のものに限らず、刷毛塗りやスプレーガンなどにより、噴霧するなどして塗膜を形成するようにしてもよい。
但し、製造が最も容易なのは、フィルム状に形成してゲージ素子パターン部１２等が添着されたゲージベース１１を被覆し、且つゲージベース１１の先端縁１１ａより所定長（Ｅ）にわたって延設する方法である。
【００１８】
はみ出し部１７ａの長さ、即ち、図２において、ゲージベース１１の先端縁１１ａからラミネート膜１７のはみ出し部１７ａの先端縁１７ｂまで長さＥは、ひずみゲージのベース長さＤによって異なるが、例えば、０．３ｍｍから１．５ｍｍの範囲におさまればよい。
ところで、本発明者らは、従来の大ひずみゲージのひずみ限界の拡大のために各種の課題に取り組んできたが、鋭意原因の探求をした結果、ひずみゲージが大変位を受けると、被測定対象物からゲージベースが剥がれるという現象があり、特に、従来のひずみゲージにあっては、図６に示すように、ゲージベース１のゲージ素子パターン部２側の先端縁にその剥離１０が著しいことを解明することができた。
本発明者らは、このような知見に基づき、ゲージベース１１の先端側に、本来、ゲージ素子１２ａやゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂ上を複履し、吸湿による劣化および外部からの損傷を防止するために施すラミネート膜１７を、さらに、その先端側を、ゲージベース１１の先端縁１１ａから０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの長さのはみ出し部１７ａを形成し、このはみ出し部１７ａを被測定対象物に添着することで、ゲージベース１１の先端部の剥離を防止し得ることを見出したのである。
このように構成された第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの作用につき説明する。
【００１９】
先ず、図１、図２に示す第１の実施の形態に係るひずみゲージは、ゲージベース１１の表面（図２において、上面）上に、ゲージ素子パターン部１２と、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂと、接続パターン部１５ａ、１５ｂおよび位置合わせマーク１８ａ〜１８ｈ等（以下、これらを総称して「金属箔パターン部」と称する）が、例えば、適宜の接着剤を用いて、接着され且つフォトエッチングによりパターニングされているものとする。
また、このようにして金属箔パターン部が接着等の手段により添着されたゲージベース１１の表面には、ラミネート膜１７が、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂの手前から、ゲージベース１１の先端（左端）に至るまで、例えば適宜の接着剤等の手段により添着されるが、さらに、その先端のはみ出し部１７ａは、接着剤等を塗布せずに工場から出荷される。
尚、図２にて理解されるように、ゲージタブパターン部１３ａ、１３ｂに半田付けされたゲージリード１４ａ、１４ｂの半田付部１６ａ、１６ｂの基端部周辺も、ラミネート膜１７によって、被覆されて防湿される。
【００２０】
次に、このようにして組み立てられて工場から出荷された大ひずみ測定用ひずみゲージが、図２に示すように、機械や構造物等の被測定対象物１９に添着され、大ひずみの測定を行う作業につき説明すると、先ず、被測定対象物１９上に罫書かれた罫書線（図示せず）にゲージベース１１上に表示された位置合わせマーク１８ａ〜１８ｈのすべて、あるいは、いくつかを合致させるようにして、接着剤が塗布されたひずみゲージのゲージベース１１の裏面を被測定対象物１９上に接着する。この接着作業に続けて接着剤が塗布されたラミネート膜の先端に形成されたはみ出し部１７ａの裏面を、被測定対象物１９上に強固に接着する。
このようにして、ラミネート膜１７によって金属箔パターン部は、水密に被覆されるため、吸湿による劣化および外部からの損傷が防止されると共に、従来品において生じていたゲージベース１１の先端縁１１ａ付近の被測定対象物１９からの剥離がラミネート膜１７のはみ出し部１７ａによって確実に抑止され、結果的に２０％〜２５％という大ひずみにも応動させることができる。
はみ出し部１７ａの剥離防止結果は、はみ出し部１７の長さＥによって変化するが、Ｅが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に入れば、充分発揮されることを確認した。因に、ゲージベース１１のベース長Ｄが１１ｍｍ、ゲージ長が５ｍｍのものにあって、はみ出し部１７ａの長さＥを、０．５ｍｍに設定したところ、初期の目的を充分達成させられた。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの平面図である。
図３においては、ラミネート膜２７で被覆していない状態のひずみゲージを示し、ラミネート膜２７は仮装線（二点鎖線）をもって示している。
図３に示した大ひずみ測定用ひずみゲージは、上述したと同様に箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例を示すものであり、
このうち、２１は、可撓性を有する絶縁材料、例えばポリイミド樹脂で矩形板状に形成されたゲージベースである。
２２は、抵抗材料、例えばＣｕ−Ｎｉ合金よりなる箔材を、フォトエッチング技術により、所定のゲージ長の長さに連続的に折返されて蛇行状にパターニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベース２１を介して伝達される被測定対象物に生じるひずみに対応してその抵抗値を変化する。
２３ａおよび２３ｂは、上記ゲージ素子パターン部２２と同一材料で且つ同時に形成される１対のゲージタブパターン部であり、図示しないゲージリード（リード線）を接続し易くするため、ゲージ素子パターン部２２の幅に比べてかなり幅広に形成されている。
【００２２】
２５ａおよび２５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部２３ａおよび２３ｂに各一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部２２の各端部と連接された接続パターン部である。
２７は図１、図２に示した本発明の第１の実施の形態のひずみゲージの場合と同様に、ゲージ素子パターン部２２、ゲージタブパターン部２３ａおよび２３ｂ並びに接続パターン部２５ａおよび２５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化および外部からの損傷を防止すると共に、ゲージベース２１の先端側の剥離を防止するはみ出し部２７ａを有する、例えばポリエステルフィルムからなるラミネート膜である。
このような構成よりなる第２の実施の形態のひずみゲージの特徴的なところは、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂの上記接続パターン部２５ａ，２５ｂと連接する部分における応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことにある。これをより具体的に説明すると、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂのゲージ素子パターン部２２に対峙する側の端部が、ゲージ素子パターン部２２側（図３において左側）に凹面を向くような円弧状に形成され、さらに、ゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂにおける接続パターン部２５ａ，２５ｂとの連接部に、受感軸方向に沿い且つゲージ素子パターン部２２寄りの一端からゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂのほぼ中心附近に達する深さのスリット３０ａ，３０ｂが形成されている。
【００２３】
このように構成された第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの作用につき説明すると、例えば、ゲージベース２１の裏面側に接着剤を塗布して被測定対象物に接着し、引張りによる伸びを与えた場合、図１に示す第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージにおいては、応力が集中するのはゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂの接続パターン部１５ａ，１５ｂとの境界部分の附近であったが、この図３に示す大ひずみ測定用ひずみゲージにおいては、スリット３０ａ，３０ｂの最深部３０ｃ，３０ｄの附近となる。
ところが、応力が集中するスリット３０ａ，３０ｂの最深部３０ｃ，３０ｄの附近は、幅広で、長さ寸法が大きく、従って面積の広いゲージタブパターン部２３ａ，２３ｂの中心部附近であるため、応力集中が分散され、応力集中による断線を生じる虞れがない。
一方、第１の実施の形態において説明したように、この第２の実施の形態においても、測定に際し、被測定対象物上に、ゲージベース２１の裏面およびラミネート膜２７のはみ出し部２７ａの裏面が接着剤によって接着された状態にあっては、ラミネート膜２７によってゲージ素子パターン部２２等の金属箔パターン部は気密に被覆されるため、吸湿による劣化および外部からの損傷が防止されると共に、従来品において生じていたゲージベース２１の先端部２１ａ付近の被測定対象物からの剥離がラミネート膜２７のはみ出し部２７ａによって確実に阻止され、結果的に２０％〜２５％という大ひずみにも応動させることができる。
【００２４】
はみ出し部２７ａの剥離防止結果は、上述した第１の実施の形態のものとほぼ同等である。
但し、第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対し、次のような違いがある。
即ち、第１に、ゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂの接続パターン部２５ａ、２５ｂと連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリット３０ａ、３０ｂを形成したことに特徴がある。このスリット３０ａ、３０ｂは、ゲージ素子パターン部２２の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂのゲージ素子パターン部２２寄りの端部から最深部３０ｃ、３０ｄが中心部付近に至るまでの深さに亘って形成してある。
このスリット３０ａ、３０ｂの作用効果については、既述したところである。
第２に、接続パターン部２５ａ、２５ｂの長さを、一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、ゲージ素子パターン部２２からゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂを遠ざけて構成した点に特徴がある。
【００２５】
このように構成することによって、応力が集中しやすいゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂと接続パターン部２５ａ、２５ｂとの境界部分を、ゲージ素子パターン部２２から極力遠ざけることによって、応力の集中の影響をゲージ素子パターン部２２が受け難くすることができ、延いては、大ひずみを高精度に測定することができる。
第３に、ゲージベース２１の幅方向（図１においては上下方向）の寸法を、一般用ひずみゲージに比べて小さく設定したことに特徴がある。
このように設定することで、ポアソン比による幅方向の変形量を少なくすることができ、ゲージベース２１の被測定対象物からの剥離を防止するために有効となる。
第４に、被測定対象物にひずみゲージを添着する際の指標となる位置合わせマーク２８ａ〜２８ｈのうち、ゲージベース２１の先端部（図３においては左端部）２１ａの近傍に形成されていた位置合わせマーク２８ａを、ゲージベース２１の先端部２１ａから内方（図３においては右方）に向けて遠ざけたことに特徴がある。
このような構成とすることにより、ゲージベース２１の先端部近傍の伸び特性を極力均一化し、ゲージベース２１の先端部における剥離を抑制し、大ひずみの測定範囲をさらに拡大することができる。
【００２６】
尚、本発明は、上述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、蛇行状をなすゲージ素子パターン部の折り返し部に、受感軸方向に沿うように応力を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成してもよい。このように構成すれば、折り返し部とゲージ素線との連接部における断線事故をなくし、換言すればひずみ限界値を大幅に上げ得るひずみゲージを提供することができる。
また、図４に従来例として示すひずみゲージは、製造メーカのロゴマークが、ゲージベース１の先端側に付設されていたが、この部分に金属箔からなるロゴマークが存在すると応力分布を不均一にし、剥離に悪影響が生ずるため、図３に示すようにゲージ素子パターン部２２と、ゲージタブパターン部２３ａ、２３ｂとの中間部分に移動させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す大ひずみ測定用ひずみゲージを被測定対象物に添着した状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る大ひずみ測定用ひずみゲージの構成を示す平面図である。
【図４】従来のひずみゲージの構成を示す平面図である。
【図５】図４に示す従来のひずみゲージの断面構成を模式的に示す断面図である。
【図６】従来のひずみゲージに大ひずみを作用させたとき、生じる剥離の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１、２１ ゲージベース
１２、２２ ゲージ素子パターン部
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ ゲージタブパターン部
１４ａ、１４ｂ ゲージリード
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ 接続パターン部
１６ａ、１６ｂ 半田付部
１７、２７ ラミネート膜
１７ａ、２７ａ ラミネート膜のはみ出し部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ 位置合わせマーク
１９ 被測定対象物
３０ａ、３０ｂ スリット
３０ｃ、３０ｄ スリットの最深部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得る構成としたことを特徴とする大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項２】
前記ラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項３】
前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなることを特徴とする請求項１または２に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項４】
前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項５】
前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項６】
被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項７】
前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項８】
前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したことを特徴とする請求項７に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項１】
抵抗材料からなりひずみを感知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少なくとも１対の接続パターン部からなる金属箔パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されると共に、前記金属箔パターン部が添着された前記ゲージベースの表面側がラミネート膜で覆われてなるひずみゲージにおいて、
前記ラミネート膜を前記ゲージ素子パターン部側のゲージベースの端縁より所定量延長してはみ出し部を形成し、
被測定対象物に添着する際には、前記ゲージベースの裏面側と共に、前記はみ出し部の裏面側を前記被測定対象物に添着し得る構成としたことを特徴とする大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項２】
前記ラミネート膜は、ポリエステル、ポリアミドイミドおよびポリイミドのうちのいずれか１つの樹脂により形成されてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項３】
前記はみ出し部の長さは、前記ゲージベースの端縁より０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定してなることを特徴とする請求項１または２に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項４】
前記接続パターン部の長さを一般用ひずみゲージの場合に比べ長くし、前記ゲージタブパターン部を、前記ゲージ素子パターン部から遠ざけるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項５】
前記ゲージベースの幅方向の寸法を、一般用ひずみゲージに比べ小さく設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項６】
被測定対象物に添着する際の指標となる位置合わせマークを、前記ゲージベースの前記端縁部から離れた位置に形成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項７】
前記ゲージタブパターン部の前記接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成したことを特徴とする請求項１に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【請求項８】
前記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブパターン部の前記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部付近に至るまでの深さに亘って形成したことを特徴とする請求項７に記載の大ひずみ測定用ひずみゲージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２８５９３８（Ｐ２００７−２８５９３８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１５０６５（Ｐ２００６−１１５０６５）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
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