JP2001235375A

JP2001235375A - 面歪み測定用歪みゲージと歪み測定装置

Info

Publication number: JP2001235375A
Application number: JP2000049117A
Authority: JP
Inventors: Akio Ota; 昭男太田; Daigo Sugiyama; 大吾杉山
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】面歪みを簡便に測定できる歪みゲージおよび
その歪みゲージを用いた歪み測定装置の提供。【解決手段】磁性材または歪みがかかった時に応力が
誘起されてマルテンサイト変態を生じる金属材料からな
る一定厚の金属板２１と、金属板２１を対象物９０の表
面に貼付するのに用いる貼付手段２２と、からなる面歪
み測定用歪みゲージ２０。歪みゲージ２０と、歪みゲー
ジ２０の表面に沿って歪みゲージ表面に非接触で移動さ
れて歪みゲージ２０に生じている磁束密度を検出する磁
気センサ１０と、磁気センサ１０の出力に基づいて歪み
ゲージ１０の磁束密度の等磁線図を作成する等磁線図作
成手段をインストールされたコンピュータ７０と、から
なる歪み測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性材料または加
工によって磁性を帯びる材料からなる面歪み測定用歪み
ゲージとその歪みゲージを用いた歪み測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】対象物に負荷が加わることによって生じ
る歪みを検出する非破壊検査技術として、対象物の表面
に貼着した歪みゲージの歪み量を測定することによって
対象物の応力や荷重等の物理量を測定する方法が知られ
ている。代表的な歪みゲージとして抵抗線歪みゲージが
ある。抵抗線歪みゲージは、一般に、１方向または直交
２方向に抵抗線を有し、非測定物にゲージを貼付し、非
測定物に荷重がかかって変形、歪みが生じた時の抵抗線
の歪みを電気抵抗の変化として検出して、非測定物の歪
み、応力等を測定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の抵抗線歪みゲー
ジでは、貼り付けるためのベースが大きく、ｍｍ単位以
下の歪み分布を測定することは困難であるとともに、抵
抗線の大きさがｍｍ単位と小さいため広範囲の測定も困
難である。また、抵抗線歪みゲージは、ゲージ自身がセ
ンサとなっているため、測定のためには微電流を流さね
ばならず入出力配線他の維持設備を必要とする。当然、
抵抗線歪みゲージには歪みデータを記憶しておく機能は
ないので、取り外して別の所で歪み測定をすることはで
きない。加えて、材質面でも耐久性、耐候性が劣り、長
期的に維持を行うことは困難である。また、抵抗線歪み
ゲージは、抵抗線の延びる方向の歪みを測定するので、
歪みの測定方向に制限を受け、面歪み、歪み分布を測定
するには不向きである。本発明の目的は、長期観測にも
適用可能であり、かつまた広面積でも適用可能な、面
（面が平面の場合は二次元または面が曲面の場合は三次
元）歪み分布を簡便に測定できる歪みゲージとその歪み
ゲージを用いた歪み測定装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）磁性材料または加工によって磁性を帯びる材料
からなる一定厚の板と、前記板を対象物の表面に貼付す
るのに用いる貼付手段と、からなる面歪み測定用歪みゲ
ージ。（２）前記加工によって磁性を帯びる材料が、加工に
よって応力誘起マルテンサイト変態を生じる金属材料よ
りなる（１）記載の面歪み測定用歪みゲージ。（３）対象物を破壊することなく取り外し、対象物と
は別の所で対象物の歪み、変形を測定可能な（１）記載
の面歪み測定用歪みゲージ（４）磁性材料または加工によって磁性を生じる材料
からなる一定厚の板と、前記板を対象物の表面に貼付す
るのに用いる貼付手段と、からなる面歪み測定用歪みゲ
ージと、前記歪みゲージの表面に沿って歪みゲージ表面
に非接触で移動されて前記歪みゲージに生じている磁束
密度を検出する、電流磁気電界効果または電磁誘導作用
を利用して磁界を検出する、磁気センサと、前記磁気セ
ンサの出力に基づいて前記歪みゲージの磁束密度の等磁
線図を作成する等磁線図作成手段をインストールされた
コンピュータと、からなる歪み測定装置。（５）前記磁気センサが、半導体磁気センサよりなる
（４）記載の歪み測定装置。（６）前記半導体磁気センサが、ホール効果素子であ
る、（４）記載の歪み測定装置

【０００５】磁性材料には鋼などがなる。また、加工に
よって磁性を帯びる材料として、応力誘起マルテンサイ
ト変態を生じる金属材料があり、代表的な金属材料とし
てオーステナイト系ステンレス鋼がある。前記の磁性材
料は、微小磁区の磁束密度は小さく、欠陥が無い状態で
はその向きは不規則でサメーションすると磁束密度は０
となるが、亀裂など塑性歪を伴なう欠陥では欠陥の周囲
の微小磁区の磁束密度の向きに方向性が生じて局部的に
磁束密度が大きくなる。また、加工によって磁性を帯び
る材料に関しては、磁性を持たない組織（例えば、オー
ステナイト）が、疲労、加工等の外的応力により、磁性
を持った組織（例えば、マルテンサイト）に変態するこ
とにより、当該部分が磁性を帯びる現象がある。これら
の現象を利用して、対象物（歪みを測定すべき対象物）
に貼付されて対象物の変形、歪みに伴い塑性変形が生じ
た歪みゲージに生じている磁束密度を検出することによ
り、対象物の塑性変形の度合、歪みや応力の分布、亀裂
等を診断することができる。この場合、対象物は磁性材
または非磁性材であってもよく、または、非磁性材の場
合は金属であっても、非金属（たとえば、強化プラスチ
ック、木材等）であってもよい。

【０００６】本発明になる歪みゲージは対象物の歪みに
対応する磁性変化を自身に記録しており、磁気センサと
も分離しているので、磁気センサによる歪みゲージの磁
束密度の測定は、歪みゲージが対象物に貼付されたまま
行われてもよいし、または、歪みゲージが対象物から取
り外されて行われてもよい。

【０００７】上記（１）の面歪み測定用歪みゲージで
は、歪みゲージが磁性材料または加工によって磁性を帯
びる材料からなる一定厚の板（膜である場合を含む）か
らなるので、歪みゲージを対象物の表面に貼付して、対
象物表面の変形、歪みに応じて歪みゲージに塑性歪みを
生じさせ、歪みゲージの磁束密度を測定することによ
り、対象物の表面の変形、歪みを測定することができ
る。この場合、歪みゲージが板状のため、対象物表面に
生じている二次元または三次元の歪みを測定でき、かつ
その歪み分布も測定できる。上記（２）の面歪み測定用
歪みゲージでは、歪みゲージが加工によって応力誘起マ
ルテンサイト変態を生じる金属材料よりなる一定厚の板
（箔である場合を含む）からなるので、歪みゲージを対
象物の表面に貼付して、対象物表面の変形、歪みに応じ
て歪みゲージに塑性歪みを生じさせ、歪みを受けた部分
及びその周囲が応力誘起マルテンサイト変態を生じたた
めに発生した磁束密度を測定することにより、対象物の
表面の変形、歪みを測定することができる。この場合、
歪みゲージが板状のため、対象物表面に生じている二次
元または三次元の歪みを測定でき、かつその歪み分布も
測定できる。上記（３）の面歪み測定用歪みゲージで
は、歪みゲージが磁性材料または加工によって磁性を帯
びる材料からなる一定厚の板（膜である場合を含む）か
らなるので、歪みゲージを対象物の表面に取り外し可能
に貼付して、対象物表面の変形、歪みに応じて歪みゲー
ジに塑性歪みを生じさせた後、取り外し、別の所で歪み
ゲージの塑性歪みによって発生した磁束密度を測定する
ことにより、対象物の表面の変形、歪みを測定すること
ができる。この場合、歪みゲージが板状のため、対象物
表面に生じている二次元または三次元の歪みを測定で
き、かつその歪み分布も測定できる。

【０００８】上記（４）の歪み測定装置では、上記
（１）の面歪み測定用歪みゲージの表面に沿って、かつ
歪みゲージ表面に非接触に、磁束密度が微小であっても
感度よく検出できる電流磁気電界効果または電磁誘導作
用を利用して磁界を検出する磁気センサを移動し、歪み
ゲージに生じている磁束密度を検出するので、歪みゲー
ジの歪みを、簡便かつ高精度に測定することができる。
また、磁気センサの出力に基づいて歪みゲージの磁性密
度の等磁線図が作成されるので、それを画像に写し出し
たりプリントアウトすることにより、歪みゲージに生じ
ている面歪みの大きさとその分布を視覚でとらえること
ができる。上記（５）の歪み測定装置では、磁気センサ
が磁束密度が微小であっても充分に感度良く検出でき、
かつ微小な範囲を検出できる半導体磁気センサであるの
で、上記（１）の面歪み測定用歪みゲージの表面に沿っ
て、かつ歪みゲージ表面に非接触に、半導体磁気センサ
を移動し、歪みゲージに生じている磁束密度を検出する
ため、歪みゲージの歪みを、簡便かつ高精度に測定する
ことができる。また、磁気センサの出力に基づいて歪み
ゲージの磁性密度の等磁線図が作成されるので、それを
画像に写し出したりプリントアウトすることにより、歪
みゲージに生じている面歪みの大きさとその分布を視覚
でとらえることができる。上記（６）の歪み測定装置で
は、磁気センサが磁束密度が極めて微小であっても非常
に感度良く検出でき、かつ微小な範囲を検出できるホー
ル効果素子であるので、上記（１）の面歪み測定用歪み
ゲージの表面に沿って、かつ歪みゲージ表面に非接触
に、ホール効果素子の磁気センサを移動し、歪みゲージ
に生じている磁束密度を検出するので、歪みゲージの歪
みを、簡便かつ高精度に測定することができる。また、
磁気センサの出力に基づいて歪みゲージの磁性密度の等
磁線図が作成されるので、それを画像に写し出したりプ
リントアウトすることにより、歪みゲージに生じている
面歪みの大きさとその分布を視覚でとらえることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、面歪み測定ゲー
ジの磁界の大きさは１０^-1〜１０²Ｇ程度であるので、
その大きさの磁界を検出できる磁気センサとして、「電
流磁気電界効果」を利用して磁界を検出する磁気センサ
と、「電磁誘導作用」を利用して磁界を検出する磁気セ
ンサとがある。「電流磁気電界効果」を利用して磁界を
検出する磁気センサには、ホール効果素子と、磁気抵抗
効果素子（ＭＲＥ素子）とがある。ホール効果素子の素
子材料は化合物半導体（たとえば、ＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ等）である。ＭＲＥ素子には、
素子の材料として化合物半導体（たとえば、ＩｎＳｂ、
ＧａＡｓ等）を使用したものと、強磁性体金属（たとえ
ば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ等）を使用したものとがあ
る。このうち、ホール効果素子と化合物半導体を使用し
たＭＲＥ素子は、半導体磁気センサである。「電磁誘導
作用」を利用して磁界を検出する磁気センサには、「磁
気−インピーダンス効果」を利用して磁界を検出する磁
気−インピーダンス効果センサ（ＭＩセンサ）と、「磁
気−インダクタンス効果」を利用して磁界を検出するフ
ラックスゲートセンサとがある。ＭＩセンサの素子材料
は、アモルファス磁性体（ＦｅＣｏＳｉＢ、ＦｅＣｏ
Ｂ、ＣｏＳｉＢ等）である。

【００１０】上記の磁気センサのうち、ホール効果素
子、ＭＲＥセンサ、ＭＩセンサは、微小な磁区の大きさ
に検出上対応可能なため、本発明において、とくに使用
に適する。ホール効果素子の磁界検出は、詳細は後述す
るが、素子に電流が流れている時素子に外部磁界が作用
すると電子がローレンツ力で電流の流れと直交する方向
に移動して素子端部に溜り、その電荷を電圧として検出
することによって行う。通電用に２端子、電圧検出用に
２端子の合計４端子を必要とする。ＭＲＥセンサの磁界
検出は、磁界により磁化ベクトルの傾斜角（電流の流れ
る方向）が変化するのを、抵抗値の変化として捉え電圧
測定することにより行う。電圧検出用に２端子を必要と
する。ＭＩセンサの磁界検出は、軟磁性体に高周波電流
を直接通電すると表皮効果が表れ、抵抗Ｒ、インダクタ
ンスＬ、インピーダンスＺが外部磁界Ｈによって変化す
るので、それを出力である共振回路の電圧変化か周波数
変化として捉えることにより行う。以下では、磁気セン
サとして、半導体磁気センサ、とくにホール効果素子を
例にとって説明する。ただし、本発明で使用する磁気セ
ンサはホール効果素子に限るものではなく、ＭＲＥセン
サ、ＭＩセンサであってもよい。

【００１１】つぎに、本発明で使用する半導体磁気セン
サによる歪みゲージの磁束密度検出の原理について、ホ
ール効果素子を例にとって、図３、図４を参照して説明
する。半導体磁気センサとしてのホール効果素子は、概
ね図３の外観（ただし、拡大図）を持った、例えばＩｎ
・Ｇａ・Ａｓからなる化合物半導体であり、ホール効果
を利用して外部磁場を高精度に検出するセンサである。
その感磁面積は、約５０μｍ×５０μｍと極めて小さ
く、磁性材、または磁性材料または加工によって磁性を
帯びる金属材料（たとえば、ステンレス）、の磁区の大
きさとほぼ一致するため、各磁区の磁束密度を直接観察
することができ、誤差が少なく非常に高精度の診断が可
能である。診断対象の磁場は０．０００１Ｔ以下と微小
であるが、ホール効果素子の感度は、３３．９ｍＶ／Ｔ
（３００Ｋ）と優れ、高精度のデジタルボルトメータを
介することによりナノボルト単位まで検出が可能であ
る。

【００１２】図４のような薄肉平板状の導体（幅ａ、厚
みｔ）を磁束密度Ｂの一様な磁界の中に垂直に置き、ｘ
方向（ａと直交方向）に電流Ｉを流す。電流を担う電荷
が例えば電子（Ｎ型）の場合、ｙ方向からの電子の出入
りはないものと仮定すれば、電子は−ｘ方向に運動す
る。速度ｖで運動する電子に対しては、磁束密度Ｂによ
るローレンツ力Ｆ＝（−ｅｖ）×Ｂが−ｙ方向（ｙ方向
はａ方向）に働き、−ｙ方向の導体端には電子が、ｙ方
向の導体端には正の電荷がたまり、導体端部間にｙ方向
に電界Ｅ_y＝Ｅ_H（＜０）が発生する。定常状態では電
子は−ｘ方向のみに移動し、電界Ｅ_Hによる磁束密度Ｂ
による力は釣り合うから、Ｅ_H＝ｖＢ。一方、電流密度ｉと電子の速度ｖとの間にはｉ＝−ｎｅ
ｖの関係があるため、Ｉ＝ｉＳ＝−ｎｅｖＳ。導体板の断面積Ｓ＝ａｔであるから、Ｅ_H＝−（ＩＢ）／（ｎｅＳ）＜０。したがって、ホール効果による発生電位（ホール電圧）
Ｖ_Hは、Ｖ_H＝−Ｅ_Hａ＝（ＩＢ）／（ｎｅｔ）＞０。この電位をセンサで検出する。

【００１３】つぎに、本発明実施例の歪みゲージ２０
を、図１、図２を参照して説明する。歪みゲージ２０
は、歪み、変形を測定したい対象物９０に貼付され、対
象物９０への固定点において対象物９０と同じ変位を生
じさせられるので、対象物９０の歪み、変形に応じた歪
み、変形を生じさせられている。歪みゲージ２０は、一
定厚の板２１と、板２１を対象物９０の表面に貼付する
のに用いる貼付手段２２を有している。板２１は膜、箔
を含み、対象物の表面の歪み、変形と同じかほぼ同じの
歪みを生じさせるために、対象物９０に比べて非常に薄
い板厚とされている。なお、歪みゲージ２０は耐久性を
持たせるためなどの理由で非磁性材料の塗膜で覆われて
いてもよい。歪みゲージ２０の板２１は、磁性材料、ま
たは加工によって磁性を帯びる材料であり、より具体的
には応力誘起マルテンサイト変態を生じることにより磁
性を帯びる金属材料（たとえば、オーステナイト系ステ
ンレス鋼）からなる。貼付手段２２は、たとえば、ね
じ、両面粘着テープ、接着剤等からなる。図１は、貼付
手段２２がねじの場合を示しており、板２１はねじによ
り対象物９０に複数箇所でねじ止めされている。

【００１４】対象物９０は、磁性材料であっても非磁性
材料であってもよく、非磁性材料の場合は金属（たとえ
ば、アルミ）であっても、非金属（たとえば、樹脂、木
材）であってもよい。歪みゲージ２０が貼付される対象
物９０の面は、平面であっても、曲面であってもよい。
歪みゲージ２０が板状のため、歪みゲージ２０の貼付後
に対象物９０の表面に生じる多次元（面が平面の場合は
二次元または面が曲面の場合は三次元）歪みを測定する
ことができる。歪みゲージ２０に生じた塑性歪みにより
歪みゲージ２０に生じた磁束密度を測定するのに磁気セ
ンサ１０を用いる。磁束密度の測定時には、歪みゲージ
２０は対象物９０から取り外されていてもよいし、ある
いは、対象物９０に取り付けたままでもよい。

【００１５】つぎに、本発明実施例の歪み測定装置１
を、図２を参照して説明する。歪み測定装置１は、磁性
材料または加工によって磁性を帯びる材料からなる一定
厚の板２１と、板２１を対象物９０の表面に貼付するの
に用いる貼付手段２２とからなる歪みゲージ２０と、歪
みゲージ２０の表面に沿ってゲージ表面に非接触に移動
され歪みゲージ２０に生じている磁束密度を測定する磁
気センサ１０と、磁気センサ１０の出力に基づいて歪み
ゲージ２０の磁束密度の等磁線図を作成する等磁線図作
成手段がインストールされたコンピュータ７０と、から
なる。

【００１６】磁気センサ１０は、電流磁気電界効果また
は電磁誘導作用を利用して磁界を検出するセンサ（たと
えば、半導体磁気センサ）であり、より具体的には、た
とえば図３に示すホール効果素子である。磁気センサ１
０を歪みゲージ２０の表面に沿って移動させる駆動装置
（たとえば、サーボモータ３０ａ、３０ｂ）が設けられ
る。駆動装置は、磁気センサ１０を三次元に移動させる
ために、歪みゲージ表面と直交する方向に磁気センサ１
０を移動させるモータを有していてもよい。モータ３０
ａ、３０ｂにはモータに直流電流を供給するＤＣ電源８
０が接続されている。磁気センサ１０はデジタルボルト
メータ６０と接続されている。ゲージ表面を磁気センサ
１０で走査することによって検出された歪みゲージ２０
の磁束密度は、電位差（ホール電圧）として出力され、
デジタルボルトメータ６０により測定される。走査によ
り得たセンサ出力は、コンピュータ７０に入力される。

【００１７】コンピュータ７０には等磁線図作成手段が
格納されており、等磁線図作成手段は磁気センサ１０に
より検出された歪みゲージ２０の磁束密度の、二次元ま
たは三次元の濃淡または多色の等磁気図からなる、等磁
線図を作成する等磁線図作成プログラムを含む。コンピ
ュータ７０に入力されたセンサ出力に基づいて、等磁線
図作成プログラムにより等磁線図が作成される。コンピ
ュータ７０には予め作成してある基準等磁線図が保存さ
れており、等磁線図作成プログラムによって作成した等
磁線図を、基準等磁線図とを比較して、歪みゲージ２０
の塑性歪みを判定する判定プログラムがさらにインスト
ールされていてもよい。

【００１８】つぎに、本発明実施例の歪み測定装置１を
用いて実施される歪み測定方法（歪み測定装置の作用）
の一例を説明する。対象物９０に貼付された歪みゲージ
２０の磁束密度を検出するために、磁気センサ１０（た
とえば、半導体ホールセンサを例にとる）を、歪みゲー
ジ２０の表面に沿ってゲージ表面に非接触で駆動装置３
０ａ、３０ｂにより自動的に移動させて走査し、各測定
点（走査線上にたとえば約５０μｍ間隔をもって位置す
る多数の点）で、その位置での歪みゲージ２０の磁束密
度を、磁気センサ１０により検出し、電位差（ホール電
圧）として出力する。それをデジタルボルトメータ６０
で計測し、コンピュータ７０に入力し、予め検量しコン
ピュータ７０に格納してあるホール効果素子のＶ−Ｂ
（電圧−磁束密度）校正曲線から磁束密度に変換する。
同時に、駆動装置３０ａ、３０ｂのモータに設けられて
いるエンコーダの出力を、測定位置の座標−磁束密度
（Ｘ、Ｙ、Ｂ）としてコンピュータに入力する。ここま
での処理はコンピュータ７０で行なう。上述の測定位置
の座標−磁束密度のデータは、予めコンピュータ７０に
入力されている画像解析ソフトウエアによって、マトリ
ックス（図８参照）に展開されるとともに、歪みゲージ
２０の磁束密度の二次元または三次元の濃淡または多色
の等磁気線からなる等磁線図が作成される（図７参
照）。

【００１９】歪みゲージ２０の磁束密度検出は、具体的
には図２に示すように、磁気センサ１０をモータ３０
ａ、３０ｂにより、歪みゲージ２０を予め設定されたピ
ッチ（たとえば、約５０μｍ）で、走査することにより
行う。対象物９０の面が平面の場合、歪みゲージ２０は
平面となるので、たとえば図５および図６に示すよう
に、磁気センサ１０を、垂直、水平方向の始点から、ま
ず水平方向に水平移動モータ３０ａにより移動させ、ピ
ッチ分離れた各測定点で磁束密度を検出することを、水
平方向の端部（終点）に到達するまで繰返し、水平方向
の端部（終点）に到達すれば他方の端部（始点）へ戻
し、この時１ピッチ分垂直方向に垂直移動モータ３０ｂ
により移動させる。この動作を歪みゲージ２０の診断範
囲の垂直方向終点まで繰返してゲージ表面を走査させ
る。走査により得たセンサ出力はコンピュータ７０に入
力され、等磁線図が作成される。

【００２０】歪みゲージ２０の一部分に、対象物９０の
歪み、変形に応じた塑性歪みが発生すると、その部分及
び周囲の磁気異方性が乱れて、等磁線が他の部位に比べ
密になったり、等磁線間隔が密に（勾配が大に）なるの
で、歪み部位を等磁線図上で容易に把握できる。コンピ
ュータ７０には、予め作成された基準等磁線図が保存さ
れており、このようにして得られた等磁線図を、基準等
磁線図と目視またはコンピュータ上で比較することによ
って、対象物９０の歪み、変形を定量的に測定すること
ができる。基準等磁線図は、基準歪みゲージを用意し、
無負荷の状態および試験機で段階的に負荷を与えた状
態、すなわち、破断に至るまでの亀裂進展プロセスにつ
いて、初期の微視的組織変化（微小すべり）、微小
亀裂の発生、亀裂進展、最終破断、の各段階の等磁
線図を収集し、負荷応力、負荷サイクル数をパラメータ
として作成する。

【００２１】実験結果について以下に述べる。実験に用
いた歪みゲージ２０の形状は図９に示すとおりである。
歪みケージ２０の厚みは対象物９０の歪み、変形に追随
するよう対象物９０の厚みに比べ非常に薄い。歪みゲー
ジ２０は板状の金属板２１とねじ２２とからなり、対象
物９０に４箇所でねじ止めされた。金属板２１の材料は
オーステナイト系ステンレス鋼であった。実験の測定
は、歪みゲージに負荷をかけない状態と、歪みゲージ２
０に、シェンク式平面曲げ疲労試験機により、応力２８
ｋｇ／ｍｍ²、応力比−１（完全両振り）、速度２９．
２Ｈｚの負荷を与えて５７．５万回平面曲げを加え、微
小な亀裂を発生させた状態とについて行なった。

【００２２】測定では歪みゲージ２０を対象物９０から
取り外して図２の歪み測定装置１に取付け、常温（室
温）で応力が集中する歪みゲージ２０のくびれ部（図１
０の斜線部）の長さ方向約２５ｍｍに対して０．２ｍｍ
間隔で磁気センサ１０を走査して測定を行った。同一形
状、同一材料成分の歪みゲージ２０を対象とした測定結
果の等磁線図を図１１、図１２に示す。図１１は、無負
荷（亀裂なし）の状態の等磁線図であり、図１２は、負
荷付与後の微小亀裂が発生した状態の等磁線図である。
図１１の等磁線図は、歪みゲージ２０の加工時の応力を
除けば一様であるのに対し、図１２では、縦軸目盛２０
の近辺に不連続に等磁線の変化した部分が見受けられ、
この部分に応力誘起マルテンサイト変態が発生している
ことを示している。実際に歪みゲージ２０の対応する箇
所に微小な亀裂が発生していることが確認された。

【００２３】実験の結果から、歪みゲージ２０の劣化損
傷により生じた塑性歪みを測定することで、対象物９０
の歪み、変形を推定した。本発明の歪み測定装置１で
は、歪みゲージ２０の表面を、電流磁気電解効果または
電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁気センサ（た
とえば、半導体ホールセンサ）１０で走査することによ
って、対象物９０の歪み、変形に対応して発生している
歪みゲージ２０の塑性歪みを検出し、そのデータを等磁
線図として画像に写し出したりプリントアウトすること
により、歪みゲージ２０に生じている面歪みとその分布
を視覚でとらえることができる。

【００２４】本発明実施例の歪み測定装置１を用いた測
定方法では、歪みゲージ２０を、面が平面の対象物９０
の表面に貼付して対象物の表面に生じている二次元歪み
を測定する場合について説明したが、対象物９０は平面
形状に限られるものではなく、曲面形状の対象物９０に
も適用できる。歪みゲージ２０が板状のため、磁気セン
サ１０を三次元に移動させることによって対象物９０の
表面に生じている三次元歪みを測定できる。また、歪み
ゲージ２０を対象物９０に取り付けたままで歪みゲージ
２０の磁束密度の測定することも、また歪みゲージ２０
を対象物９０から取り外して歪み測定装置１に取り付け
て磁束密度の測定を行うこともできる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の面歪み測定用歪みゲージによ
れば、歪みゲージが磁性材料または加工によって磁性を
帯びる材料からなる一定厚の板（膜である場合を含む）
からなるので、歪みゲージを対象物の表面に貼付して、
対象物表面の変形、歪みに応じて歪みゲージに塑性歪み
を生じさせ、歪みゲージの磁束密度を測定することによ
り、対象物の表面の変形、歪みを測定することができ
る。この場合、歪みゲージが板状のため、対象物表面に
生じている二次元または三次元の歪みを測定でき、かつ
その歪み分布も測定できる。請求項２の面歪み測定用歪
みゲージによれば、歪みゲージが加工によって応力誘起
マルテンサイト変態を生じる金属材料よりなる一定厚の
板（箔である場合を含む）からなるので、歪みゲージを
対象物の表面に貼付して、対象物表面の変形、歪みに応
じて歪みゲージに塑性歪みを生じさせ、歪みを受けた部
分及びその周囲が応力誘起マルテンサイト変態を生じた
ために発生した磁束密度を測定することにより、対象物
の表面の変形、歪みを測定することができる。この場
合、歪みゲージが板状のため、対象物表面に生じている
二次元または三次元の歪みを測定でき、かつその歪み分
布も測定できる。請求項３の面歪み測定用歪みゲージに
よれば、歪みゲージが磁性材料または加工によって磁性
を帯びる材料からなる一定厚の板（膜である場合を含
む）からなるので、歪みゲージを対象物の表面に取り外
し可能に貼付して、対象物表面の変形、歪みに応じて歪
みゲージに塑性歪みを生じさせた後、取り外し、別の所
で歪みゲージの塑性歪みによって発生した磁束密度を測
定することにより、対象物の表面の変形、歪みを測定す
ることができる。この場合、歪みゲージが板状のため、
対象物表面に生じている二次元または三次元の歪みを測
定でき、かつその歪み分布も測定できる。請求項４の歪
み測定装置によれば、請求項１の面歪み測定用歪みゲー
ジの表面に沿って、かつ歪みゲージ表面に非接触に、磁
束密度が微小であっても感度よく検出できる電流磁気電
界効果または電磁誘導作用を利用して磁界を検出する磁
気センサを移動し、歪みゲージに生じている磁束密度を
検出するので、歪みゲージの歪みを、簡便かつ高精度に
測定することができる。また、磁気センサの出力に基づ
いて歪みゲージの磁性密度の等磁線図が作成されるの
で、それを画像に写し出したりプリントアウトすること
により、歪みゲージに生じている面歪みの大きさとその
分布を視覚でとらえることができる。請求項５の歪み測
定装置によれば、磁気センサが磁束密度が微小であって
も充分に感度良く検出でき、かつ微小な範囲を検出でき
る半導体磁気センサであるので、請求項１の面歪み測定
用歪みゲージの表面に沿って、かつ歪みゲージ表面に非
接触に、半導体磁気センサを移動し、歪みゲージに生じ
ている磁束密度を検出するため、歪みゲージの歪みを、
簡便かつ高精度に測定することができる。また、磁気セ
ンサの出力に基づいて歪みゲージの磁性密度の等磁線図
が作成されるので、それを画像に写し出したりプリント
アウトすることにより、歪みゲージに生じている面歪み
の大きさとその分布を視覚でとらえることができる。請
求項６の歪み測定装置によれば、磁気センサが磁束密度
が極めて微小であっても非常に感度良く検出でき、かつ
微小な範囲を検出できるホール効果素子であるので、上
記請求項１の面歪み測定用歪みゲージの表面に沿って、
かつ歪みゲージ表面に非接触に、ホール効果素子の磁気
センサを移動し、歪みゲージに生じている磁束密度を検
出するので、歪みゲージの歪みを、簡便かつ高精度に測
定することができる。また、磁気センサの出力に基づい
て歪みゲージの磁性密度の等磁線図が作成されるので、
それを画像に写し出したりプリントアウトすることによ
り、歪みゲージに生じている面歪みの大きさとその分布
を視覚でとらえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の歪みゲージの、対象物に貼付さ
れた状態の断面図である。

【図２】本発明実施例の歪み測定装置を示す系統図であ
る。

【図３】ホール効果素子の概略斜視図である。

【図４】ホール効果を示すホール効果素子の斜視図であ
る。

【図５】計測時におけるホール効果素子と歪みゲージと
の位置関係を示す側面図である。

【図６】計測時におけるホール効果素子の動きを示すホ
ール効果素子の斜視図である。

【図７】計測から等磁線図作成までの概略フローチャー
トである。

【図８】コンピュータにおける磁束密度と計測位置の記
録状態の模式図である。

【図９】実施例の測定に用いた歪みゲージを示す平面図
である。

【図１０】実施例に用いた歪みゲージの測定部位を示す
歪みゲージの平面図である。

【図１１】実施例の測定結果（負荷付与前）を示す等磁
線図である。

【図１２】実施例の測定結果（負荷付与後）を示す等磁
線図である。

【符号の説明】

１歪み測定装置１０磁気センサ２０歪みゲージ２１金属板２２貼付手段３０ａ水平移動モータ３０ｂ垂直移動モータ６０デジタルボルトメータ７０コンピュータ８０ＤＣ電源９０対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 3/06 Ｇ０１Ｎ 3/06 Ｆターム(参考） 2F063 AA25 DA01 DA02 DA05 EC04 GA52 2G053 AA20 AB01 AB11 AB21 BA15 BB20 CA02 CA04 CB29 DB20 2G061 AA07 AB05 BA03 CB01 EA02 EA04 EB06 EC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性材料または加工によって磁性を帯び
る材料からなる一定厚の板と、前記板を対象物の表面に貼付するのに用いる貼付手段
と、からなる面歪み測定用歪みゲージ。
【請求項２】前記加工によって磁性を帯びる材料が、
加工によって誘起マルテンサイト変態を生じる金属材料
よりなる請求項１記載の面歪み測定用歪みゲージ。
【請求項３】対象物を破壊することなく取り外し、対
象物とは別の所で対象物の歪み、変形を測定可能な請求
項１記載の面歪み測定用歪みゲージ
【請求項４】磁性材または歪みがかかった時に応力が
誘起されてマルテンサイト変態を生じる金属材料からな
る一定厚の金属板と、前記金属板を対象物の表面に貼付
するのに用いる貼付手段と、からなる面歪み測定用歪み
ゲージと、前記歪みゲージの表面に沿って歪みゲージ表面に非接触
で移動されて前記歪みゲージに生じている磁束密度を検
出する、電流磁気電界効果または電磁誘導作用を利用し
て磁界を検出する、磁気センサと、前記磁気センサの出力に基づいて前記歪みゲージの磁束
密度の等磁線図を作成する等磁線図作成手段をインスト
ールされたコンピュータと、からなる歪み測定装置。
【請求項５】前記磁気センサが、半導体磁気センサよ
りなる請求項４記載の歪み測定装置。
【請求項６】前記半導体磁気センサが、ホール効果素
子である、請求項４記載の歪み測定装置