JP2003097906A

JP2003097906A - ひずみゲージ及びひずみ測定方法

Info

Publication number: JP2003097906A
Application number: JP2001296594A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sato; 芳弘佐藤
Original assignee: Tokyo Sokki Kenkyujo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sokki Kenkyujo Co Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】物体のひずみ分布を好適に計測することができ
ると共に製造のし易さや歩留まりの向上を図ることがで
きるひずみゲージを提供する。【解決手段】ひずみゲージ１は連続して延在する振動波
形状のゲージグリッド３と、複数のタブ４とをゲージベ
ース２上に備えている。タブ４は、ゲージグリッド３の
上側と下側とにゲージグリッド３の延在方向に等間隔で
配列されている。上側のタブ４は所定間隔Ｄ置きにゲー
ジグリッド３の上端部に存する折返し部５ａにそれぞれ
導通して設けられ、下側のタブ４は所定間隔Ｄ置きゲー
ジグリッド３の下端部に存する折返し部５ｂにそれぞれ
導通して設けられている。折返し部５ａ，５ｂは、ゲー
ジグリッド３の延在方向にＤ／２の間隔だけ位置がずれ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ひずみゲージ及び
ひずみ測定方法に関し、特に、ひずみ分布を計測する上
で好適なひずみゲージ及びひずみ測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の所望の領域に発生したひずみの分
布を計測するために用いるひずみゲージ（以下、ここで
は分布計測ゲージという）としては、例えば図５に示す
ものが従来知られている。尚、物体に生じるひずみと応
力とは周知の如く比例関係にあるので、本明細書では特
にことわらない限り、「ひずみ」は本来の意味でのひず
みの他、応力も含むものとし、本来の意味でのひずみに
は、原則として参照符号ε（添え字付きを含む）を付す
る。

【０００３】図５の分布計測ゲージ５０は、樹脂材等か
らなる薄膜状のゲージベース５１上に、複数の単軸計測
用のひずみゲージ５２を互いに近接させて一列に等間隔
で配置したものである。各ひずみゲージ５２は、線状の
抵抗部材（例えば銅、クロム、ニッケル、あるいはそれ
らの合金等）を略矩形波状の振動波形状に形成して成る
ゲージグリッド５３と、このゲージグリッド５３を形成
する線状の抵抗体の両端に導通する一対の薄板状のタブ
５４とから構成されている。ここで、ゲージグリッド５
３は、ひずみゲージ５２の受感部であり、前記ゲージベ
ース５１を物体に貼着した状態で、該ゲージグリッド５
３の貼着箇所における物体のひずみεに応じた抵抗値変
化を生じる。また、タブ５４は、ゲージグリッド５３を
測定器等に接続するための信号線をはんだ付け等により
取着するためのものである。

【０００４】尚、分布計測ゲージ５０を構成する各ひず
みゲージ５２は、その特性（ゲージ率や無ひずみ状態で
の抵抗値（公称抵抗値））や形状が同一のものである。
また、この種の分布計測ゲージ５０は、通常、ゲージベ
ース５１上に固着した箔状の抵抗部材に、ひずみゲージ
の配列パターン（ゲージグリッド及びタブのパターン）
のマスキングを施し、マスキングを施していない部分の
抵抗部材をエッチング処理等により除去することで製造
される。

【０００５】このような分布計測ゲージ５０を物体に貼
着したとき、各ひずみゲージ５２の抵抗値は、そのひず
みゲージ５２の箇所で物体に生じたひずみεに応じて変
化する。そして、その抵抗値変化をブリッジ回路（詳し
くはホイートストンブリッジ回路）等の検出回路により
電圧信号に変換して検出することで、各ひずみゲージ５
２の箇所における物体のひずみが計測されることとな
る。そして、この場合、ひずみゲージ５２は互いに近接
しているため、該ひずみゲージ５２の並列方向における
物体のひずみ分布が計測されることとなる。

【０００６】ところで、このような分布計測ゲージ５０
では、それを構成する各ひずみゲージ５２が比較的近接
しているものの、互いに隣合うひずみゲージ５２，５２
同士は若干離間しているため、その離間した箇所におけ
る物体のひずみを計測することはできない。このため、
その離間した箇所で局所的に該物体に比較的大きな応力
が発生して、比較的大きなひずみεが生じていてもそれ
を適正に把握することができない場合がある。

【０００７】このような不都合を回避するためには、分
布計測ゲージ５０を構成するひずみゲージ５２をできる
だけ近接させて密集させることが考えられる。しかしな
がら、図５のようにタブ５４を含めて同一形状のひずみ
ゲージ５２を配列させる分布計測ゲージ５０では、タブ
５４にはんだ付け等により取着する信号線（リード線）
同士の短絡を避けると共に、そのはんだ付け等を支障な
く行い得るようにタブ５４のサイズや相互の間隔を確保
する必要があることから、ひずみゲージ５２をさらに密
集させることが困難である。また、一般に、タブ５４を
含めた各ひずみゲージ５２の抵抗値を揃えるために、ゲ
ージグリッド５３を部分的に削る等して各ひずみゲージ
５２の抵抗値を調整する必要が生じる場合が多々ある。
そして、このような場合には、ひずみゲージ５２をさら
に密集させると、その抵抗値の調整作業を行うことが困
難となる。

【０００８】また、図６に示すように、ゲージベース５
５上で、複数のひずみゲージ５６のゲージグリッド５７
（受感部）のみを密集させ、各ひずみゲージ５６のタブ
５８を、比較的大きな面積で形成した分布計測ゲージ５
９も知られている。尚、この図６の分布計測ゲージ５９
では、各ひずみゲージ５６のゲージグリッド５７の一端
に導通するタブ５８ａを全てのひずみゲージ５６につい
て共通化し、タブ５８の個数を図５のものよりも減らし
ている。

【０００９】しかしながら、この図６の分布計測ゲージ
５９では、隣合うひずみゲージ５６，５６のゲージグリ
ッド５７，５７の間の間隔は図５のものよりも小さくで
きるものの、依然としてゲージグリッド５７同士は離間
しているため、その離間した箇所における物体のひずみ
を適正に把握するとはできない。さらに、図６の分布計
測ゲージ５９では、個々のタブ５８の形状が異なるた
め、そのタブ５８を含めた各ひずみゲージ５６の抵抗値
を所望の抵抗値に揃えることが極めて困難となる。

【００１０】また、前記図５、図６のいずれの分布計測
ゲージ５０，５９においても、その製造工程でいずれか
一つのひずみゲージ５２，５６に断線等の不良が生じる
と、そのひずみゲージ５２，５６を含む分布計測ゲージ
５０，５９の全体が不良品となる。このため、分布計測
ゲージ５０，５９の製造時の歩留まりが低下しやすい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑みてなされたものであり、物体のひずみ分布を好適に
計測することができると共に製造のし易さや歩留まりの
向上を図ることができるひずみゲージを提供することを
目的とする。さらに、このひずみゲージを用いた物体の
ひずみ測定を精度よく適正に行うことができるひずみ測
定方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のひずみゲージは
かかる目的を達成するために、ひずみに応じた抵抗値変
化を生じる連続した線状の抵抗部材を振動波形状に形成
してなり、その振幅方向の両端にそれぞれ複数の折返し
部を有して延在するゲージグリッドと、該ゲージグリッ
ドの複数の折返し部のうちの少なくとも３個以上の折り
返し部にそれぞれ導通して互いに離間して設けられた複
数の信号線接続用のタブとを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１３】かかる本発明のひずみゲージでは、連続し
た線状の抵抗体を振動波形状（例えば矩形波形状）に形
成してなるゲージグリッドには、その３個以上の折返し
部（振動波形の頂部）に信号線接続用のタブが導通して
おり、その複数のタブのうちの任意の２個のタブ（例え
ばゲージグリッドの延在方向で隣合う２個のタブ）の間
に存するゲージグリッドの部分がそれぞれ単一のひずみ
ゲージ（以下、部分ひずみゲージという）としての機能
を有するものとなる。そして、これらの部分ひずみゲー
ジはその受感部であるゲージグリッドが相互に連続して
いるため、本発明のひずみゲージをひずみの分布を測定
しようとする物体に貼着したとき、その貼着箇所（より
詳しくはゲージグリッドの貼着箇所）における物体の各
部のひずみは前記部分ひずみゲージのいずれか一つには
必ず作用し、そのひずみに応じて該部分ひずみゲージの
抵抗値変化が生じることとなる。また、この抵抗値変化
は、該部分ひずみゲージに対応する２個のタブをブリッ
ジ回路等の検出回路（抵抗値変化を電気信号に変換する
回路）に信号線を介して接続することで、該検出回路の
出力により検出することができる。

【００１４】このように本発明のひずみゲージによれ
ば、該ひずみゲージを物体に貼着したとき、その貼着箇
所における各部分ひずみゲージの受感部が互いに離間す
ることなく連続したものとなると共に、その連続した各
受感部の箇所における物体のひずみを各部分ひずみゲー
ジに対応する２個のタブを介して検出することができ
る。この結果、物体の局所的なひずみの検出漏れ等を生
じることなく、本発明のひずみゲージの物体への貼着箇
所におけるひずみ分布を好適に計測することが可能とな
る。

【００１５】また、本発明のひずみゲージでは、前記部
分ひずみゲージのうち、前記ゲージグリッドの延在方向
で互いに隣合う二つの部分ひずみゲージはその一つのタ
ブが両者の部分ひずみゲージで共通のものとなるため、
前記図５に示した従来の分布計測ゲージに比してタブの
個数が少なくて済む。このため、本発明のひずみゲージ
におけるタブの大きさ（面積）を信号線のはんだ付け等
が可能な程度の大きさに確保しつつ、該信号線の相互の
短絡を回避可能なように該タブを相互に離間させること
が可能となる。この結果、各タブに信号線をはんだ付け
等により取着する作業も容易になる。

【００１６】かかる本発明のひずみゲージでは、前記複
数の信号線接続用のタブは、前記ゲージグリッドの延在
方向で所定間隔置きに存する複数の折返し部にそれぞれ
導通して設けられていると共に互いに同一形状に形成さ
れていることが特に好適である。

【００１７】すなわち、本発明のひずみゲージでは、ゲ
ージグリッドが連続していることから、多数の部分ひず
みゲージを含む長尺なひずみゲージを製造することがで
きる。そして、この場合、前記複数のタブが前記ゲージ
グリッドの延在方向で所定間隔置きに存する複数の折返
し部にそれぞれ導通して設けられていると共に互いに同
一形状に形成されているときには、上記のような長尺な
ひずみゲージを製造しておくことで、必要個数の部分ひ
ずみゲージを含むような長さのひずみゲージを長尺なひ
ずみゲージの切断によって容易に得ることができる。ま
た、長尺なひずみゲージのゲージグリッドの一部に断線
等の不良が生じた場合には、その部分を切断して除去
し、残りの部分から必要個数の部分ひずみゲージを含む
ような長さのひずみゲージを得ることができる。従っ
て、本発明のひずみゲージの製造の容易さを向上できる
と共に、該ひずみゲージの製造上の歩留まりを高めるこ
とができる。

【００１８】また、本発明のひずみゲージでは、前記複
数の信号線接続用のタブは、前記ゲージグリッドの振幅
方向の一端側で該ゲージグリッドの延在方向に所定間隔
置きに並列する複数の折返し部と、前記ゲージグリッド
の他端側で該ゲージグリッドの延在方向に前記所定間隔
置きに並列すると共に前記一端側の複数の折返し部に対
して前記所定間隔の略半分の間隔だけ該ゲージグリッド
の延在方向に位置をずらして並列する複数の折返し部と
にそれぞれ導通して設けられていることが好ましい。

【００１９】これによれば、ゲージグリッドの延在方向
で前記所定間隔の略半分の長さを有する前記部分ひずみ
ゲージが該ゲージグリッドの延在方向に連続的に並ぶと
共に、その各部分ひずみゲージに対応する２個のタブ
は、ゲージグリッドの振幅方向の一端側及び他端側に存
することとなる。このため、ゲージグリッドの振幅方向
の一端側及び他端側のいずれか一方側にのみタブを設け
た場合に比して、該一端側及び他端側の各側における互
いに隣合う二つのタブを導通させるゲージグリッドの二
つの折返し部の間隔が広げることができる。このため、
各タブの大きさ（面積）を信号線のはんだ付け等が容易
な大きさに確保しつつ、該信号線の相互の短絡を確実に
回避可能なように該タブを相互に離間させることが可能
となる。この結果、各タブに信号線をはんだ付け等によ
り取着する作業も容易になる。

【００２０】尚、本発明のひずみゲージでは、ゲージグ
リッドは、例えば直線状に延在させることが一般的に好
ましいが、例えば円弧状に延在させるようにしてもよ
い。

【００２１】ところで、一般にひずみゲージを用いたひ
ずみ測定で用いる測定器では、これに接続して適正にひ
ずみ測定を行うことが可能なひずみゲージの抵抗値（無
ひずみ状態での抵抗値）やゲージ率があらかじめ特定の
値に定められており、その特定の抵抗値やゲージ率と相
違する抵抗値やゲージ率を有するひずみゲージを用いる
と、適正なひずみ測定を行うことができない。このた
め、例えばこのような測定器に前述した本発明のひずみ
ゲージを適用し、該ひずみゲージの前記部分ひずみゲー
ジ毎のひずみ測定を行うような場合には、該部分ひずみ
ゲージの抵抗値やゲージ率を精度よく特定の値に合わせ
ておく必要がある。この場合、本発明のひずみゲージの
製造際に、ゲージグリッドを削る等して、部分ひずみゲ
ージの抵抗値を特定の値に調整するようにすることも可
能であるが、その調整作業は一般には比較的手間を要す
るものとなる。

【００２２】一方、本願出願人は、ひずみゲージの抵抗
値（無ひずみ状態での抵抗値）やゲージ率の値があらか
じめ決められた値でなくとも精度よくひずみ測定を行う
ことができるひずみ測定手法を、例えば特許第２９７２
７５４号にて先に提案している。そして、この手法を本
発明のひずみゲージに適用すれば、各部分ひずみゲージ
の抵抗値やゲージ率によらずに各部分ひずみゲージ毎の
ひずみ測定、ひいてはひずみ分布の測定を精度よく行う
ことが可能である。そして、各部分ひずみゲージの抵抗
値やゲージ率によらずに各部分ひずみゲージ毎のひずみ
測定を精度よく行うことができることから、前述の本発
明のひずみゲージの各部分ひずみゲージの抵抗値を特定
の値に精度よく合わせるような調整作業が不要となる。

【００２３】そこで、本発明のひずみ測定方法は、前述
した本発明のひずみゲージを物体に貼着し、該ひずみゲ
ージの前記ゲージグリッドのうち、前記複数のタブから
任意に選択された二つのタブ間に存する部分を部分ひず
みゲージとして該部分ひずみゲージの貼着箇所における
前記物体のひずみを測定する方法であって、該部分ひず
みゲージの貼着箇所における前記物体のひずみを、本願
出願人が前記特許第２９７２７５４号にて開示した手法
を用いて測定することを特徴とするものである。

【００２４】すなわち、より具体的には、本発明のひず
み測定方法の基本的態様は、前記部分ひずみゲージを一
辺に有し、且つ残りの三辺にそれぞれ前記物体のひずみ
と無関係な所定抵抗値の抵抗体を具備してなるブリッジ
回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）を構成
し、あらかじめ前記ひずみゲージの無ひずみ状態におい
て、前記ブリッジ回路の所定の一対の対角点に設けられ
た一対の電源入力部に電源電圧を付与し、該ブリッジ回
路の残りの一対の対角点に設けられた一対の出力部に発
生する出力電圧を該ブリッジ回路の初期不平衡出力電圧
ｅ₀として検出する工程と、前記物体のひずみ測定時に
前記ブリッジ回路に前記電源電圧を付与して該ブリッジ
回路の出力電圧ｅを検出する工程とを備え、前記初期不
平衡出力電圧ｅ₀と、ひずみ測定時の出力電圧ｅとから
次式（２）の演算により求められる値ε_aに基づき前記
部分ひずみゲージの貼着箇所における前記物体のひずみ
を測定することを特徴とするものである。

【００２５】

【数２】

【００２６】ここで、式（２）において、Ｖは前記ブリ
ッジ回路の電源電圧、Ｋは前記部分ひずみゲージのゲー
ジ率、Ｒ₃は前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記部分
ひずみゲージを具備する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗
値、Ｒ₄は前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみ
ゲージを具備する辺に前記一対の電源入力部の一方を介
して隣接する辺に存する抵抗体の抵抗値である。

【００２７】上記式（２）の技術的意味は、前記特許第
２９７２７５４号に詳細に説明されているので、ここで
は詳細な説明を省略するが、該式（２）は前記ブリッジ
回路い組み込む個々のひずみゲージ（本発明では前記部
分ひずみゲージ）の貼着箇所における物体のひずみを前
記初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響を排除して精度よく測
定するための基本的な演算式である。

【００２８】かかる本発明のひずみ測定方法では、前記
式（２）の演算により求められる値ε_aに基づき前記部
分ひずみゲージの貼着箇所における前記物体のひずみを
測定するため、前記本発明のひずみゲージの各部分ひず
みゲージの抵抗値（無ひずみ状態での抵抗値）やゲージ
率が特定の値に合わせずとも、各部分ひずみゲージの貼
着箇所における物体のひずみを精度よく測定できる。ひ
いては、本発明のひずみゲージの貼着箇所における物体
のひずみ分布を精度よく測定できる。この場合、例え
ば、式（２）で用いるゲージ率Ｋの値は、各部分ひずみ
ゲージ毎に実測した値等を用いればよい。この結果、前
述した本発明のひずみゲージの各部分ひずみゲージの抵
抗値を精度よく特定の値に合わせるための調整作業等が
不要となり、本発明のひずみゲージの製造をより容易に
行うことが可能となる。

【００２９】尚、各部分ひずみゲージの２個のタブと前
記ブリッジ回路の抵抗体とを接続するための信号線の抵
抗値が該部分ひずみゲージの抵抗値（無ひずみ状態での
抵抗値）に比して比較的大きい場合には、前記感度低下
を防止するために、特許第２９７２７５４号にて説明さ
れているように、前記式（２）の演算結果にさらに、
（Ｒ₀＋ｒ）／Ｒ₀を乗算した値（＝ε_a・（Ｒ₀＋ｒ）／
Ｒ₀）に基づきひずみ測定を行うことが好適である。こ
こで、Ｒ₀は前記部分ひずみゲージの無ひずみ状態での
抵抗値であり、ｒは前記ブリッジ回路において部分ひず
みゲージと同一の辺に存する信号線の総抵抗値である。
また、式（２）の右辺中の（Ｒ₃／（Ｒ₃＋Ｒ₄））・Ｖ
は、前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記部分ひずみゲ
ージを具備する辺の対辺（抵抗値Ｒ₃の抵抗体を有する
辺）の電圧であるので、その電圧の実測値を用いてもよ
い。同様に、式（２）の右辺中の（Ｒ₄／（Ｒ₃＋
Ｒ₄））・Ｖは、前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記
部分ひずみゲージを具備する辺に前記一対の電源入力部
の一方を介して隣接する辺（抵抗値Ｒ₄の抵抗体を有す
る辺）の電圧であるので、その電圧の実測値を用いても
よい。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１〜図３
を参照して説明する。図１は本実施形態のひずみゲージ
を示す平面図、図２は図１の要部の拡大図、図３は図１
のひずみゲージを用いたひずみ測定装置の概要構成を示
す説明図である。

【００３１】図１を参照して、本実施形態のひずみゲー
ジ１は、樹脂材からなるゲージベース２上に、銅、クロ
ム、ニッケルあるいはそれらの合金等の抵抗部材からな
るゲージグリッド３と該複数の信号線接続用のタブ４と
を備えている。

【００３２】ゲージグリッド３は、連続した線状の抵抗
部材を略矩形波状の振動波形状に形成してなり、その振
動波形の振幅方向の両端（図１ではゲージグリッド３の
上下端）にそれぞれ多数の折返し部５を有している。そ
して、このゲージグリッド３の全体は、振幅方向と直交
する方向（図１では左右方向）に直線的に延在してい
る。この場合、本実施形態では、ゲージグリッド３の振
動波形の振幅及び波長は一定とされている。また、図２
に示すようにゲージグリッド３の各折返し部５の両側で
振幅方向に延在する部分６は互いに平行である。尚、こ
のような構成のゲージグリッド３は、その振幅方向のひ
ずみεに対して感度を有し、その各部分６の抵抗値が振
幅方向のひずみεに応じて変化する。

【００３３】前記複数のタブ４は、いずれも同一形状の
薄板状に形成されており、ゲージグリッド３の振幅方向
の上端側と下端側とにそれぞれゲージグリッド３の全体
の延在方向（左右方向）に所定間隔Ｄ（ゲージグリッド
３の波長の整数倍の間隔）置きに並んで配設されてい
る。そして、ゲージグリッド３の上端側の複数のタブ４
は、該ゲージグリッド３の上端部の折返し部５のうち、
該ゲージグリッド３の延在方向で上記所定間隔Ｄ置きに
存する各折返し部５ａに、それぞれ該タブ４に形成され
た細首部７（図２参照）を介して一体的に連接され、該
折返し部５ａに導通されている。同様に、ゲージグリッ
ド３の下端側の複数のタブ４は、該ゲージグリッド３の
下端部の折返し部５のうち、該ゲージグリッド３の延在
方向に所定間隔Ｄ置きに存する各折返し部５ｂに、それ
ぞれ該タブ４の細首部７（図２参照）を介して一体的に
連接され、該折返し部５ａに導通されている。但し、下
端側の各タブ４が導通する折返し部５ｂは、上端側の各
タブ４が導通する折返し部５ａに対して、前記所定間隔
Ｄの半分の間隔Ｄ／２だけ、ゲージグリッド３の全体の
延在方向に位置をずらしている。このため、ゲージグリ
ッド３の上端側のタブ４と下端側のタブ４とは図１に示
すように千鳥格子状に配列されている。

【００３４】かかるひずみゲージ１は、例えば次のよう
に製造される。すなわち、ゲージベース２上にあらかじ
め固着した箔状の抵抗部材に、ゲージグリッド３及びタ
ブ４のパターンのマスキングを施し、マスキングを施し
ていない部分の抵抗部材をエッチング処理等により除去
することで製造される。この場合、ゲージベース２及び
ゲージグリッド３が比較的長尺なものになるように製造
しておき、それを切断することにより、所望の長さ（ゲ
ージグリッド３の延在方向の長さ）のゲージグリッド３
を有するひずみゲージ１が得られる。また、図１及び図
２では図示を省略するが、ひずみゲージ１の各タブ４に
は、これを測定器等に接続するための信号線（リード
線）がはんだ付け等により取着される。さらに、ひずみ
ゲージ１の表面部には、ゲージグリッド３と信号線を取
着した各タブ４を被覆する樹脂材からなる保護カバーが
固着される。

【００３５】このようなひずみゲージ１を用いた物体
（図示しない）のひずみ分布の測定手法の具体的な一例
（本発明のひずみ測定方法の一例）を次に説明する。
尚、以下の説明では、図１の上下のタブ４に、図の左側
から順番に参照符号４₁，４₂，…を付する。また、ゲー
ジグリッド３の延在方向で間隔Ｄ／２を有する２個のタ
ブ４_i，４_i+1（ｉ＝１，２，……）の間に存するゲージ
グリッド３の部分（図２の折返し部５ａと５ｂとの間の
部分）を部分ひずみゲージ３iと称する。

【００３６】図３を参照して、本実施形態におけるひず
みゲージ１を用いた物体のひずみ分布の測定では、前記
各部分ひずみゲージ３i（ｉ＝１，２，……）が、それ
に対応する２個のタブ４i，４_i+1に取着されている信号
線（リード線）８，８を介して順次、選択的に接続され
る測定器９が用いられる。ここで、図３では、便宜上、
部分ひずみゲージ３iのうちの一つを代表的に模式化し
て記載している。尚、各部分ひずみゲージ３iの測定器
９への選択的な接続（電気的な接続）は、手作業で行う
ようにしてもよいことはもちろんであるが、スイッチ回
路を内蔵した所謂スイッチボックスを介して自動的に行
うようにしてもよい。

【００３７】前記測定器９は、これに接続される各部分
ひずみゲージ３iと合わせてブリッジ回路１０（ホイー
トストンブリッジ回路）を構成する３個の固定抵抗値の
抵抗体１１〜１３を有する抵抗回路を備えており、この
抵抗回路と各部分ひずみゲージ３iとの接続により、該
部分ひずみゲージ３i（詳しくは、該部分ひずみゲージ
３i及び信号線８，８）を一辺に有し、且つ残りの三辺
にそれぞれ抵抗体１１，１２，１３を有するブリッジ回
路１０を構成するようにしている。尚、本実施形態では
抵抗体１１〜１３のそれぞれの抵抗値Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ
₄は、例えば互いに同一の抵抗値でよいことはもちろん
であるが、必ずしも同一の抵抗値でなくてもよい。

【００３８】測定器９は、さらに、ブリッジ回路１０の
一対の対角点である電源入力部１４，１４に電源電圧を
付与する電源回路１５と、ブリッジ回路１０の残りの一
対の対角点である出力部１６，１６に発生する出力電圧
信号を処理してひずみ測定値を得る出力処理回路１７と
を備えている。該出力処理回路１７は、詳細な図示は省
略するが、ブリッジ回路１０の出力電圧信号を増幅して
Ａ／Ｄ変換する回路や、そのＡ／Ｄ変換後のデータを処
理するマイコン等により構成されたものである。

【００３９】尚、本発明のひずみ測定方法の構成に対応
させると、抵抗体１１〜１３のうち、抵抗体１２の抵抗
値Ｒ₃は、ブリッジ回路１０の部分ひずみゲージ３iを具
備する辺の対辺の抵抗値である。また、抵抗体１３の抵
抗値Ｒ₄は、ブリッジ回路１０の部分ひずみゲージ３iを
具備する辺に、電源入力部１４，１４の一方を介して隣
接する辺の抵抗値である。

【００４０】かかる測定器９を用いて物体のひずみ測定
が次のように行われる。まず、ひずみゲージ１のゲージ
ベース２を接着剤等により物体に貼着した後、物体のひ
ずみを生じていない状態（ひずみゲージ１の貼着直後の
状態）において、各部分ひずみゲージ３iが順次、測定
器９に接続され、その接続の都度、ブリッジ回路１０に
電源回路１５から電源電圧が付与されると共に、該ブリ
ッジ回路１０の出力電圧が初期不平衡出力電圧ｅ₀とし
て出力処理回路１７により検出される。そして、このよ
うに検出された各部分ひずみゲージ３i毎の初期不平衡
出力電圧ｅ₀は、各部分ひずみゲージ３iと対応づけて図
示しないメモリに記憶保持される。

【００４１】次いで、該物体のひずみ測定を行おうとす
る適当なタイミングにおいて、再び、各部分ひずみゲー
ジ３iが順次、測定器９に接続され、その接続の都度、
ブリッジ回路１０に電源回路１５から電源電圧が付与さ
れると共に、該ブリッジ回路１０の出力電圧ｅが出力処
理回路１７により検出される。そして、この検出された
出力電圧ｅは、前記初期不平衡出力電圧ｅ₀と同様、各
部分ひずみゲージ３iと対応づけて図示しないメモリに
記憶保持される。

【００４２】次いで、測定器９の出力処理回路１７は、
各部分ひずみゲージ３iの箇所における物体のひずみε_a
を、該部分ひずみゲージ３iに対応する初期不平衡出力
電圧ｅ0と出力電圧ｅとを用いて、前記式（２）により
求める。この場合、式（２）の演算で必要な各部分ひず
みゲージ３iのゲージ率Ｋは、ひずみゲージ１の製造時
等にあらかじめ実測された値が、測定前に測定器９に入
力されて図示しないメモリに記憶保持されている。ま
た、式（２）の演算で必要なブリッジ回路１０の電源電
圧Ｖ、ブリッジ回路１０の抵抗体１２，１３のそれぞれ
の抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄は、測定器９の製造工場等においてあ
らかじめ実測されて測定器９の図示しないメモリに記憶
保持されている。

【００４３】尚、前記特許２９７２７５４号に開示され
ているように、抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄をそのまま用いる代わり
に、ブリッジ回路１０の抵抗体１２の辺の電圧（＝Ｖ・
Ｒ₃／（Ｒ₃＋Ｒ₄））の実測値や、抵抗体１３の辺の電
圧（＝Ｖ・Ｒ₄／（Ｒ₃＋Ｒ₄））の実測値を用いるよう
にしてもよい。この場合、抵抗体１２の辺及び抵抗体１
３の辺のいずれか一方の辺の電圧の実測値が得られてお
れば、他方の辺の電圧はブリッジ回路１０の電源電圧Ｖ
から一方の辺の電圧の実測値を差し引いた値となる。

【００４４】このようにして出力処理回路１７に求めら
れた各部分ひずみゲージ３iの箇所における物体のひず
みε_aは、例えば図示しないディスプレイ等に表示され
る。これにより、各部分ひずみゲージ３iの箇所におけ
る物体のひずみε_aが測定され、ひいては、前記ゲージ
グリッド３の貼着箇所で該ゲージグリッド３の延在方向
における物体のひずみε_aのひずみ分布が測定されるこ
ととなる。尚、各部分ひずみゲージ３iの箇所における
物体の応力はその箇所のひずみε_aに比例するため、ゲ
ージグリッド３の貼着箇所でのひずみ分布が判れば応力
分布も判ることとなる。

【００４５】この場合、部分ひずみゲージ３iを構成す
るゲージグリッド３は、連続的に延在しているため、該
ゲージグリッド３の箇所における各部の局所的なひずみ
εは、確実に部分ひずみゲージ３iのいずれか一つの抵
抗値変化を生ぜしめる。従って、例えばゲージグリッド
３の箇所のひずみ分布が局所的にひずみεのピークが生
じるような場合であっても、そのようなピークのひずみ
εを見逃すことなく検出することができる。

【００４６】また、本実施形態のひずみゲージ１は、ゲ
ージグリッド３の上下のタブ４を合わせて、該タブ４が
ゲージグリッド３の延在方向に所定間隔Ｄ／２で配列さ
れ、しかも、各タブ４の形状は同一であるので、ひずみ
ゲージ１の製造工程において、前述のようにゲージベー
ス２及びゲージグリッド３が長尺となるように製造して
おくことで、例えばゲージグリッド３の一部の断線等を
生じていてもその部分のみを切り離して、必要な長さ
（ゲージグリッド３の延在方向の長さ）のひずみゲージ
１を得ることができる。従って、ひずみゲージ１を歩留
まりよく製造することができる。

【００４７】また、本実施形態では、各部分ひずみゲー
ジ３iの箇所における物体のひずみ測定に際しては、前
記特許２９７２７５４号に本願出願人が開示した手法を
用いることにより、ブリッジ回路１０の初期不平衡出力
電圧ｅ₀（これはブリッジ回路１０の各辺の抵抗値が互
いに同一でないこと等に起因して生じる）の影響によら
ずに精度よくひずみ測定を行うことができる。このた
め、各部分ひずみゲージ３iの無ひずみ状態での抵抗値
は必ずしも同一の値に揃っている必要はない。従って、
本実施形態のひずみゲージ１の製造時に、ゲージグリッ
ド３を適宜削る等して、各部分ひずみゲージ３iの抵抗
値を精度よく揃えたりする必要がなく、ひずみゲージ１
の製造を容易に行うことができる。

【００４８】尚、前記実施形態のひずみゲージ１では、
タブ４をゲージグリッド３の振幅方向の両側（上側及び
下側）に配列させるようにしたが、いずれか一方側に配
列させるようにしてもよい。但し、前記実施形態のひず
みゲージ１のようにゲージグリッド３の振幅方向の両側
でタブ４を千鳥格子状に配列することで、ゲージグリッ
ド３の上側で隣合うタブ４，４の間隔Ｄと下側で隣合う
タブ４，４の間隔Ｄとを、ゲージグリッド３の上側及び
下側のいずれか一方のみに配列する場合に比して広げる
ことができる。すなわち、タブ４をゲージグリッド３の
上側及び下側のいずれか一方側にのみ配列した場合に
は、前記実施形態の部分ひずみゲージ３iと同等の部分
ひずみゲージを使用できるようにするためには、タブ４
をゲージグリッド３の延在方向に「Ｄ／２」の間隔で配
列する必要がある。これに対して、前記実施形態では、
ゲージグリッド３の上側及び下側のそれぞれのタブ４の
間隔は、「Ｄ」の間隔でよく、その間隔を広く採ること
ができる。このため、前記実施形態のひずみゲージ１で
は、各タブ４の大きさ（面積）を比較的広いものとする
ことができ、各タブ４への信号線のはんだ付け等の作業
を、それらの信号線同士の短絡を避けつつ容易に行うこ
とができる。

【００４９】また、前記ひずみゲージ１を用いたひずみ
測定に関し、前記実施形態では、前記各部分ひずみゲー
ジ３i毎に、所謂１ゲージ２線法によるものを示した
が、所謂１ゲージ３線法による測定を行うようにしても
よいことはもちろである。この場合には、ひずみゲージ
１の各タブ４に２本づつ信号線をはんだ付け等により取
着しておくようにすればよい。

【００５０】また、前記実施形態のひずみ測定では、ゲ
ージグリッド３の延在方向に「Ｄ／２」の間隔を存する
２個のタブ４_i，４_i+1の間の部分ひずみゲージ３iのみ
を用いてひずみ測定を行うものを示したが、前記ひずみ
ゲージ１は、その任意の２個のタブ４，４の間のゲージ
グリッド３の部分が部分ひずみゲージとしての機能を有
する。従って、例えば、ゲージグリッド３の上側もしく
は下側で互いに隣合うタブ４，４（例えばタブ４₁，
４₃、タブ４₂，４₄等）の間のゲージグリッド３の部分
を部分ひずみゲージとして用い、その部分ひずみゲージ
の箇所における物体の平均的なひずみを測定するように
することも可能である。さらには、このような部分ひず
みゲージによるひずみ測定の結果と、前記実施形態にお
ける各部分ひずみゲージ３iによるひずみ測定の結果と
を合わせてひずみ分布のより詳しい解析を行うようにす
ることも可能である。

【００５１】また、前記実施形態のひずみ測定では、部
分ひずみゲージ３iと共にブリッジ回路１０に組み込ま
れる信号線８，８の抵抗値の影響については考慮してい
ないが、該信号線８，８の抵抗値が各部分ひずみゲージ
３iの無ひずみ状態での抵抗値（以下、ここでは参照符
号Ｒ₀を付する）に比して比較的大きいような場合に
は、前記特許２９７２７５４号に本願出願人が開示した
ように、前記式（２）の演算結果（＝ε_a）にさらに、
（Ｒ₀＋ｒ）／Ｒ₀（但し「ｒ」は、部分ひずみゲージ３
iと同じ辺でブリッジ回路１０に組み込まれる信号線
８，８の総抵抗値）を乗算することで、信号線８，８の
抵抗値によるひずみ測定の感度低下の影響を補償して、
精度のよいひずみ測定を行うことができる。

【００５２】また、前記実施形態のひずみ測定では、前
記特許２９７２７５４号に本願出願人が開示した手法を
用いるものを示したが、通常的なひずみ測定器を用いて
各部分ひずみゲージ３iの箇所における物体のひずみ測
定を行うようにすることも可能である。但し、この場
合、適正なひずみ測定を行うためには、一般に、各部分
ひずみゲージ３iの抵抗値を所定の値に精度よく揃えて
おく必要があるので、ひずみゲージ１の製造時に、ゲー
ジグリッド３を部分的に適宜削る等して、各部分ひずみ
ゲージ３iの抵抗値を調整しておくことが望ましい。

【００５３】また、前記実施形態では、ゲージグリッド
３を全体的に直線的に延在させたひずみゲージ１を示し
たが、本発明のひずみゲージのゲージグリッドは必ずし
も直線的に延在している必要はなく、他の形態で延在し
ていてもよい。その一例を他の実施形態として、図４を
参照して次に説明する。図４は当該他の実施形態のひず
みゲージを示す平面図である。

【００５４】図４に示すように、本実施形態のひずみゲ
ージ２１では、ゲージベース２２上に設けられた振動波
形状のゲージグリッド２３は、その全体が仮想線で示す
円弧線Ｃに沿って円弧状に延在しており、該ゲージグリ
ッド２３の振幅方向は、円弧線Ｃの径方向となってい
る。該ゲージグリッド２３の振幅は一定である。

【００５５】そして、ゲージベース２２上にゲージグリ
ッド２３と共に配列された複数のタブ２４は、ゲージグ
リッド２３の外周側で周方向に間隔を存して配設され、
ゲージグリッド２３の折返し部２５のうち、該外周側で
周方向に所定間隔Ｄ’置きに存する折返し部２５ａにそ
れぞれ細首部２６を介して一体的に連接されて導通され
ている。これらのタブ２４は、いずれも同一形状であ
る。

【００５６】尚、ゲージベース２２、ゲージグリッド２
３、及びタブ２４の材質はそれぞれ前記図１の実施形態
のものと同一である。また、ゲージグリッド２３は、真
円状に連続しているわけではなく、該ゲージグリッド２
３の延在方向における両端部は切り離されている。

【００５７】かかる本実施形態のひずみゲージ２１で
は、例えば互いに隣合うタブ２４，２４の間のゲージグ
リッド２３の部分２３i（ｉ＝１，２，…）を部分ひず
みゲージ２３iとして用いて、前記図１のひずみゲージ
１と同様に、物体のひずみ分布を測定することができ
る。この場合、ゲージグリッド２３の延在方向である前
記円弧線Ｃに沿ったひずみ分布を好適に測定することが
できる。このような本実施形態のひずみゲージ２１は、
例えば、物体に穿設された穴の周囲のひずみ分布を測定
するような場合に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のひずみゲージの平面図。

【図２】図１のひずみゲージの要部の拡大図。

【図３】図１のひずみゲージを用いたひずみ測定装置の
概要構成を示す説明図。

【図４】本発明のひずみゲージの他の実施形態のひずみ
ゲージの平面図。

【図５】従来のひずみゲージの一例の平面図。

【図６】従来のひずみゲージの他の例の平面図。

【符号の説明】

１，２１…ひずみゲージ、３，２３…ゲージグリッド、
４，２４…タブ、５，２５…折り返し部、１０…ブリッ
ジ回路、１１〜１３…抵抗体、１４…電源入力部、１６
…出力部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ひずみに応じた抵抗値変化を生じる連続し
た線状の抵抗部材を振動波形状に形成してなり、その振
幅方向の両端にそれぞれ複数の折返し部を有して延在す
るゲージグリッドと、該ゲージグリッドの複数の折返し
部のうちの少なくとも３個以上の折り返し部にそれぞれ
導通して互いに離間して設けられた複数の信号線接続用
のタブとを備えたことを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】前記複数の信号線接続用のタブは、前記ゲ
ージグリッドの延在方向で所定間隔置きに存する複数の
折返し部にそれぞれ導通して設けられていると共に互い
に同一形状に形成されていることを特徴とする請求項１
記載のひずみゲージ。
【請求項３】前記複数の信号線接続用のタブは、前記ゲ
ージグリッドの振幅方向の一端側で該ゲージグリッドの
延在方向に所定間隔置きに並列する複数の折返し部と、
前記ゲージグリッドの他端側で該ゲージグリッドの延在
方向に前記所定間隔置きに並列すると共に前記一端側の
複数の折返し部に対して前記所定間隔の略半分の間隔だ
け該ゲージグリッドの延在方向に位置をずらして並列す
る複数の折返し部とにそれぞれ導通して設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のひずみゲージ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のひず
みゲージを物体に貼着し、該ひずみゲージの前記ゲージ
グリッドのうち、前記複数のタブから任意に選択された
二つのタブ間に存する部分を部分ひずみゲージとして該
部分ひずみゲージの貼着箇所における前記物体のひずみ
を測定する方法であって、前記部分ひずみゲージを一辺に有し、且つ残りの三辺に
それぞれ前記物体のひずみと無関係な所定抵抗値の抵抗
体を具備してなるブリッジ回路を構成し、あらかじめ前記ひずみゲージの無ひずみ状態において、
前記ブリッジ回路の所定の一対の対角点に設けられた一
対の電源入力部に電源電圧を付与し、該ブリッジ回路の
残りの一対の対角点に設けられた一対の出力部に発生す
る出力電圧を該ブリッジ回路の初期不平衡出力電圧ｅ₀
として検出する工程と、前記物体のひずみ測定時に前記ブリッジ回路に前記電源
電圧を付与して該ブリッジ回路の出力電圧ｅを検出する
工程とを備え、前記初期不平衡出力電圧ｅ₀と、ひずみ測定時の出力電
圧ｅとから次式（１）の演算により求められる値ε_aに
基づき前記部分ひずみゲージの貼着箇所における前記物
体のひずみを測定することを特徴とするひずみ測定方
法。【数１】但し、上記式（１）において、Ｖ：前記ブリッジ回路の
電源電圧、Ｋ：前記部分ひずみゲージのゲージ率、
Ｒ₃：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記部分ひずみ
ゲージを具備する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗値、Ｒ
₄：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージ
を具備する辺に前記一対の電源入力部の一方を介して隣
接する辺に存する抵抗体の抵抗値。