JP2003315089A - ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ひずみゲージ内のひずみ受感部からタブに至る
配線パターンが測定値に影響を与えないようにしてひず
みを測定できるひずみゲージを提供する。 【解決手段】ひずみゲージは、ひずみに応じた抵抗変化
を生じる受感部の一端に導通する２個の信号線接続用タ
ブと他端に導通する２個の信号線接続用タブとが設けら
れ、これらの信号線接続用タブのうち、前記受感部の両
端に存する一対の信号線接続用タブが受感部に電流を流
すための電流供給用タブとして使用され、他の一対の信
号線接続用タブが受感部に電流を流した時に該受感部に
生じる電圧を抽出するためのタブとして使用されること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ひずみゲージに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ひずみ測定方法においては、ひずみに応
じて抵抗値が変化するひずみゲージが使用される。ひず
みゲージには、単軸ひずみゲージや３軸ひずみゲージな
どの種類があり、用途に合わせて使用される。例えば、
図１１に示すように、単軸ひずみゲージ１は、細い抵抗
体を屈曲形成してなるひずみ受感部（以下、単に受感部
と称す）２と、その両端に導通する信号線接続用のタブ
（以下、単にタブと称す）３，４とをゲージベース９上
にパターン状に形成して構成される。また、図１２に示
すように、３軸ひずみゲージ１′は、単軸ひずみゲージ
１と同様に、細い抵抗体を屈曲形成してなる３つの受感
部２_１，２_２，２_３と、そのそれぞれの両端に導通する
タブ３〜８とをゲージベース９上にパターン状に形成し
て構成される。尚、各タブ３〜８には、ひずみゲージの
受感部２を測定回路に接続するためのリード線が半田付
けされる。

【０００３】ひずみ測定に際しては、このようなひずみ
ゲージが物体に貼着される。そして、ひずみゲージの抵
抗値変化を検出してひずみ測定を行う測定装置には、ひ
ずみゲージと併せてホイートストンブリッジ回路（ブリ
ッジ回路）を構成する抵抗回路が備えられている。例え
ば、図１３に示す１ゲージ３線法は、温度変化に伴うブ
リッジ回路の不平衡を是正する方法であり、広く用いら
れている。この方法では、ひずみゲージ１のタブ３にリ
ード線ｒ_１が結線されると共に、タブ４にリード線
ｒ_２、ｒ_３が結線されている。そして、ひずみ測定する
際には、ブリッジ回路の電源入力部Ａ，Ｃ間に電源電圧
Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のタブ４と、抵抗
体Ｒ_３、Ｒ_４の接続点Ｄとの間に生じる出力電圧ｅが図
示を省略する増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等を介して検出
される。この方法では、リード線ｒ_１，ｒ_２がブリッジ
回路の隣り合う辺に組み込まれることとなるので、リー
ド線ｒ _１，ｒ_２の抵抗値が環境温度により同じように変
化する限り、ブリッジ回路の平衡が保たれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ひずみ測定
に使用されるひずみゲージでは、前記図１１，図１２に
示したような受感部２とタブ３〜８とは同じ抵抗体で一
体に構成されるため、タブ３〜８や、受感部２からタブ
３〜８までの配線もひずみに応じた抵抗値変化を生じ
る。このため、受感部２からタブ３〜８までの配線（パ
ターン）や、タブ３〜８の配置及び形状には多くの制約
がある。例えば、受感部２からタブ３〜８までの配線を
受感部２に含めないようにするために、該配線の抵抗値
が低くなるように、配線（パターン）を極力太くする必
要があると共に、タブ３〜８を受感部２の近傍に配置せ
ざるを得ない。また、タブ３〜８もその抵抗値を低くす
るために極力大きな面積で形成する必要がある。

【０００５】また、ひずみゲージのゲージ長方向と直交
する方向でのひずみ感度、すなわち、横感度に影響を与
えるため、特にひずみ受感方向と直角方向の配線パター
ンの引き出しには大きな制約がある。そのため、パター
ン設計の自由度が少なく、ひずみゲージの測定精度や品
質の向上には限界があった。

【０００６】また、従来のようにブリッジ回路を用いた
測定手法では、タブとリード線との接合抵抗がゲージ抵
抗値の一部となってひずみ測定の精度に大きな影響を及
ぼすため、接合抵抗が低くて安定な半田付けや溶接など
の方法を用いてタブとリード線とを接合する必要があ
り、そのための特殊な技術が必要であった。

【０００７】本発明はかかる背景に鑑み、ひずみ受感部
以外の配線パターン等の配線抵抗が測定値に影響を与え
ないようにしてひずみを測定できるひずみゲージを提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明を以下に説明す
る。尚、以下の説明では本発明の理解の便宜上、図面を
適宜用いる。

【０００９】前記の目的を達成するために、本発明のひ
ずみゲージの第１の態様は、ひずみに応じた抵抗変化を
生じるひずみ受感部の一端に導通する２個の信号線接続
用タブと他端に導通する２個の信号線接続用タブとが設
けられ、これらの信号線接続用タブのうち、前記ひずみ
受感部の両端に存する一対の信号線接続用タブがひずみ
受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用さ
れ、他の一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流
を流した時に該ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するた
めのタブとして使用されることを特徴とする。

【００１０】かかる本発明の第１の態様によれば、図１
に例示するように、ひずみゲージ１０は、ひずみに応じ
た抵抗変化を生じるひずみ受感部２を備え、そのひずみ
受感部２の一端に導通する２個の信号線接続用のタブ
３，４が設けられ、他端に導通する２個の信号線接続用
のタブ５，６が設けられている。このひずみゲージ１０
を使用する際には信号線接続用のタブ３〜６にそれぞれ
信号線が接合される。そして、ひずみゲージ１０は、そ
の信号線を介して測定回路に接続される。例えば、タブ
４，５が電流供給用タブとして使用され、これらとは異
なるタブ３，６がひずみ受感部２に生じた電圧を抽出す
るための電圧抽出用タブとして使用される。このとき、
オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を
用いることにより、ひずみ受感部２からタブ３，６まで
の配線パターン１１，１４並びにタブ３，６に接合され
る信号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部
２に生じた電圧をタブ３，６を介して抽出できる。つま
り、ひずみ受感部２に生じた電圧を配線パターン１１，
１４等による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出でき
る。

【００１１】そして、ひずみ受感部２に電流を流しつ
つ、そのひずみ受感部２に生じた電圧を抽出したとき、
その抽出した電圧に基づいてひずみ受感部２に生じたひ
ずみを測定することが可能である。例えば、ひずみ受感
部２に流す電流を定電流にすれば、ひずみ受感部２に生
じる電圧はひずみ受感部２の抵抗値に比例するものとな
る。従って、その電圧（抽出した電圧）の変化を観測す
ることで、ひずみ受感部２のひずみを測定できることと
なる。また、具体的な内容は後述するが、本願出願人が
先に出願した特願２００２−９２７４９号にて提案した
方法によって、ひずみ受感部２に生じた電圧（抽出した
電圧）に基づいてひずみ測定を行うこともできる。

【００１２】上記のような本発明の第１の態様のひずみ
ゲージによれば、ひずみ受感部２から信号線接続用タブ
３〜６までの各経路の配線パターン１１〜１４の抵抗や
タブ３〜６の抵抗がそれぞれ異なった値に変化したとし
ても、それがひずみ測定結果に影響を及ぼすことはな
い。また、このため、信号線接続用のタブ３〜６を任意
の位置に配置することができる。例えば、配線パターン
を延長して、ひずみ受感部２から離れた位置にタブ３〜
６を配置することも容易にできる。

【００１３】また、本発明のひずみゲージの第２の態様
は、ひずみに応じた抵抗変化を生じる複数のひずみ受感
部が直列に接続され、その直列接続により構成された直
列接続体におけるひずみ受感部どうしの接合点に各１個
の信号線接続用タブが導通して設けられると共に、該直
列接続体の両端に各２個の信号線接続用タブが設けら
れ、前記信号線接続用タブのうちの２つの信号線接続用
タブが、ひずみ測定に使用する１つまたは複数のひずみ
受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用さ
れ、該電流供給用タブと異なる２つ以上の信号線接続用
タブが前記電流を流した各ひずみ受感部に生じる電圧を
抽出するための電圧抽出用タブとして使用されることを
特徴とする。

【００１４】かかる本発明の第２の態様によれば、図２
に例示するように、ひずみゲージ２０は、ひずみに応じ
た抵抗変化を生じる複数の（図２では３つ）ひずみ受感
部２ _１、２_２、２_３を備え、ひずみ受感部２_１、２_２、
２_３は直列に接続されて、直列接続体を形成している。
ひずみ受感部２_１、２_２の接合点および２_２、２_３の接
合点にはそれぞれ１個の信号線接続用タブ５，６が導通
して設けられている。また、この直列接続体の両端には
それぞれ２個の信号線接続用タブ３，４および７，８が
導通して設けられている。

【００１５】そして、例えば１つのひずみ受感部２_１に
対して、例えばタブ４，５が電流供給用タブとして使用
され、これらとは異なる２つのタブ、例えばタブ３，６
が電圧抽出用タブとして使用される。このとき、オペア
ンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いる
ことにより、ひずみ受感部２_１からタブ３，６までの間
に存する配線パターン１１，１４やひずみ受感部２_１以
外のひずみ受感部２_２並びにタブ３，６に接合される信
号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部２_１
に生じた電圧をタブ３，６を介して抽出できる。つま
り、ひずみ受感部２_１に生じた電圧を配線パターン１
１，１４やひずみ受感部２_１以外のひずみ受感部２_２等
による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。

【００１６】そして、ひずみ受感部２_１に電流を流しつ
つ、そのひずみ受感部２_１に生じた電圧を抽出したと
き、その抽出した電圧に基づいてひずみ受感部２_１に生
じたひずみを測定することが可能である。例えば、ひず
み受感部２_１に流す電流を定電流にすれば、ひずみ受感
部２_１に生じる電圧はひずみ受感部２_１の抵抗値に比例
するものとなる。従って、その電圧（抽出した電圧）の
変化を観測することで、ひずみ受感部２_１のひずみを測
定できることとなる。また、具体的な内容は後述する
が、本願出願人が先に出願した特願２００２−９２７４
９号にて提案した方法によって、ひずみ受感部２_１に生
じた電圧（抽出した電圧）に基づいてひずみ測定を行う
こともできる。このことはひずみ受感部２_２、２_３につ
いても同様である。

【００１７】さらに、複数のひずみ受感部に対して２つ
のタブにより電流を供給し、電流を供給したときにひず
み受感部に生じた電圧をひずみ受感部ごとに２つのタブ
から抽出して、その抽出した電圧に基づいて各ひずみ受
感部に生じたひずみを測定することもできる。この場合
には、例えば２つのひずみ受感部２_１、２_２に対して、
例えばタブ４，６が電流供給用タブとして使用される。
また、これらとは異なる２つのタブ、例えばタブ３，５
がひずみ受感部２_１に対して電圧抽出用タブとして使用
され、例えばタブ５，７がひずみ受感部２_２に対して電
圧抽出用タブとして使用される。すなわち、３つのタブ
３，５，７が電圧抽出用タブとして使用される。

【００１８】このとき、オペアンプ等の高入力インピー
ダンスの電圧抽出手段を用いることにより、ひずみ受感
部２_１からタブ３，５までの間に存する配線パターン１
１，１３並びにタブ３，５に接合される信号線にほとん
ど電流を流すことなく、ひずみ受感部２_１に生じた電圧
をタブ３，５を介して抽出できる。また、同様に、ひず
み受感部２_２からタブ５，７までの間に存する配線パタ
ーン１３，１５やひずみ受感部２_２以外のひずみ受感部
２_３並びにタブ５，７に接合される信号線にほとんど電
流を流すことなく、ひずみ受感部２_２に生じた電圧をタ
ブ５，７を介して抽出できる。

【００１９】上記のような本発明の第２の態様のひずみ
ゲージによれば、ひずみ受感部２_１〜２_３からタブ３〜
８までの各経路の配線パターン１１〜１６の抵抗やタブ
３〜８の抵抗がそれぞれ異なった値に変化したとして
も、それがひずみ測定結果に影響を及ぼさない。また、
そのため、信号線接続用のタブ３〜８を任意の位置に配
置することができる。例えば、配線パターンを延長し
て、ひずみ受感部２_１〜２ _３から離れた位置にタブ３〜
８を配置することも容易にできる。また、２軸ゲージや
３軸ゲージのように各ひずみゲージのひずみ受感方向が
異なる場合でも、タブを揃えて配置することもできる。

【００２０】また、本発明の第２の態様のひずみゲージ
は、複数のひずみ受感部のうちの少なくとも１つのひず
み受感部を抵抗式センサまたは他の抵抗体で置き換えて
もよい。

【００２１】この構成によれば、複数のひずみ受感部の
うちの例えば１つのひずみ受感部を抵抗式センサとして
測温抵抗体で置き換えた場合には、この測温抵抗体の影
響を受けずにひずみ測定を行えると共に、温度測定をす
ることができる。また、他の抵抗体として例えば配線抵
抗に置き換えたときには、ひずみ受感部を離間配置する
ことができる。

【００２２】また、本発明の第１および第２の態様のひ
ずみゲージは、前記複数の信号線接続用タブにそれぞれ
リード線が接合されてもよい。

【００２３】この構成によれば、リード線が一体に形成
されたひずみゲージが実現できる。従って、微細な信号
線接続用タブにリード線を接合する作業が不要になる。

【００２４】このようにリード線を接合したひずみゲー
ジは、前記各信号線接続用タブとリード線とは、該タブ
とリード線とを接触させて導通する接触手段を介して接
合されてもよい。

【００２５】すなわち、本発明のひずみゲージは、タブ
とリード線との接合抵抗値が比較的大きくても受感部に
生じる電圧を抽出して精度のよいひずみ測定を行えるの
で、例えば、タブに圧接して導通するリード線付のひず
みゲージが実現できる。従って、タブにリード線を半田
付けで接合する必要がないので、製造時に半田を用いな
くてもよくなり、半田に含まれる鉛による環境負荷を低
減できる。

【００２６】また、このようにリード線を接合したひず
みゲージは、前記リード線の端部にコネクタが接続され
てもよい。

【００２７】この構成によれば、測定装置に対するひず
みゲージの着脱がし易くなる。また、本発明のひずみゲ
ージは、タブとリード線との接合抵抗値が比較的大きく
ても受感部に生じる電圧を抽出して精度のよいひずみ測
定を行えるので、接触抵抗の比較的大きなコネクタを接
続したひずみゲージが実現できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態のひずみゲージを図１、図３を参照して説明
する。このひずみゲージ１０は、図１に示すように、ゲ
ージベース９上にひずみ受感部（以下、単に受感部と称
す）２を備え、受感部２の一端から配線パターン１１，
１２が分岐しており、その先端にそれぞれ導通する信号
線接続用タブ（以下、タブと称す）３，４が設けられて
いる。同様に、受感部２の他端から配線パターン１３，
１４が分岐しており、その先端にそれぞれ導通するタブ
５，６が設けられている。尚、受感部２、タブ３〜６、
配線パターン１１〜１４は同じ抵抗体で一体に形成され
ている。

【００２９】このひずみゲージ１０を用いてひずみ測定
を行う場合には、例えば、図３に示すような測定回路１
７を用い、ひずみゲージ１０をリード線２１〜２４を介
して測定回路１７に接続し、ひずみゲージ１０を測定対
象の物体（図示せず）に貼着する。本実施形態の測定例
では、タブ４，５が受感部２に電流を流すための電流供
給用のタブとして使用され、さらにタブ３，６が受感部
２への通電時に該受感部２に生じる電圧Ｖ_１を抽出する
ための電圧抽出用のタブとして用いられる。リード線２
１〜２４は、それぞれひずみゲージ１０のタブ３〜６に
接合される。この接合は例えば半田付けにより行われて
いる。

【００３０】測定回路１７は、基準抵抗体Ｒ_Ｓと、電圧
差検出回路１８と、電圧安定化回路１９とを備えてい
る。基準抵抗体Ｒ_Ｓは、リード線２３を介してひずみゲ
ージ１０の受感部２と直列に接続されている。基準抵抗
体Ｒ_Ｓは、例えば固定抵抗値の抵抗素子により構成され
る。

【００３１】電圧差検出回路１８は、ひずみゲージ１０
の受感部２にリード線２２，２３を介して電流を流した
ときに受感部２に生じた電圧Ｖ_１と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生
じた電圧Ｖ_２との差分ｅを検出するものであり、図示の
ように、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏ
ｐ２，ｏｐ３と抵抗体Ｒ_ａ〜Ｒ_ｄとから構成されてい
る。この回路１８では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏ
ｐ３はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒ_ａ
〜Ｒ_ｄの抵抗値は同一である（Ｒ_ａ＝Ｒ_ｂ＝Ｒ_ｃ＝
Ｒ_ｄ）。この電圧差検出回路１２の出力電圧ｅは、次式
（１）で与えられる。

【００３２】ｅ＝（Ｖ_１−Ｖ_２）／２・・・・・・・・・・（１）

【００３３】従って、出力電圧ｅはＶ_１−Ｖ_２に比例し
たものになり、Ｖ_１−Ｖ_２を検出できることとなる。こ
の場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３は高入力イ
ンピーダンスのものであるので、リード線２１，２４
と、配線パターン１１，１４およびタブ３，６には電流
がほとんど流れないと共に、基準抵抗体Ｒ_Ｓとリード線
２３の間からオペアンプｏｐ３に流れる電流もほぼ０で
ある。従って、受感部２の電圧Ｖ_１と、オペアンプｏｐ
１，ｏｐ２の正入力間の電圧とは実質的に等しく、オペ
アンプｏｐ１，ｏｐ２により受感部２の電圧Ｖ_１が抽出
されることとなる。また、受感部２と基準抵抗体Ｒ_Ｓに
電流ｉを流すときに、受感部２に生じる電圧Ｖ_１と基準
抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧Ｖ_２との比は、受感部２の抵抗
値と基準抵抗体Ｒ_Ｓの抵抗値との比に等しくなる。

【００３４】電圧安定化回路１９は、ひずみゲージ１０
の受感部２に電流ｉを流すときに基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じ
る電圧Ｖ_２を一定値に保持するためのものであり、高入
力インピーダンスのオペアンプｏｐ４から構成される。
オペアンプｏｐ４の正入力と基準抵抗体Ｒ_Ｓの一端（リ
ード線２３と反対側の一端）の間には一定レベルの基準
入力電圧Ｖが付与される。このとき、オペアンプｏｐ４
は、基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧Ｖ_２が基準入力電圧Ｖ
と等しくなるように、受感部２及び基準抵抗体Ｒ_Ｓに流
れる電流を制御する。尚、測定回路１７には、リード線
２１〜２４を接続するための接続端子３１〜３４が設け
られている。

【００３５】このような測定回路１７を用いて、次のよ
うにひずみ測定が行われる。尚、このひずみ測定法は特
願２００２−９２７４９号にて詳述しているので詳細な
説明を省略する。ひずみ測定の基準とする初期状態にお
いて、以下のように測定が行われる。まず、ひずみゲー
ジ１０が測定対象の物体（図示せず）に貼着される。測
定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給すると、リード線２
２，２３、タブ４，５、配線パターン１２，１３を介し
てひずみゲージ１０の受感部２と基準抵抗体Ｒ _Ｓにｏｐ
４によってＶ_２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。この
とき電圧差検出回路１８は、ひずみゲージ１０の受感部
２の両端に生じた電圧Ｖ_１と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じた電
圧Ｖ_２（＝Ｖ）との差に比例した電圧ｅ（初期状態での
出力電圧ｅ_０）を出力する。

【００３６】そして、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ
_０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、次式（２）
により、基準抵抗体Ｒ_Ｓに対する受感部２の抵抗の比
（抵抗比）Ｃ（初期状態での抵抗比Ｃ_０）を求めてお
く。

【００３７】 Ｃ＝Ｖ_１／Ｖ_２＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・・・・（２）

【００３８】次に、ひずみを測定するタイミングにおい
て、初期状態の場合と同様に、測定回路１７に基準入力
電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ（ひ
ずみ測定時の出力電圧ｅ_ε）と基準入力電圧Ｖに基づい
て、前記の式（２）により抵抗比Ｃ（ひずみ測定時の抵
抗比Ｃ_ε）を求める。そして、受感部２のゲージ率Ｋ、
初期状態における抵抗比Ｃ_０、およびひずみ測定時の抵
抗比Ｃ_εの各データを用いて、次式（３）の演算を行う
ことで、受感部２に関してひずみεを求めることができ
る。

【００３９】 ε＝（１／Ｋ）・（Ｃ_ε／Ｃ_０−１）・・・・・・・・・・（３）

【００４０】この実施形態によれば、ひずみゲージ１０
の受感部２からタブ３〜６までの配線パターン１１〜１
４の抵抗の値に影響されることなくひずみを測定するこ
とができる。従って、ひずみゲージ１０内でのタブ３〜
６の位置や大きさ、あるいは配線パターン１１〜１４の
向きや太さを自由に設定することができる。この結果、
ひずみゲージ１０の製造、設計時に自由度が高まり、製
造コストを低く抑えると共に、測定対象や測定目的に好
適なひずみゲージ１０を提供できる。

【００４１】このひずみゲージ１０では、タブ４，５が
電流供給用のタブとして使用され、タブ３，６が電圧抽
出用のタブとして用いられたが、これに限定されること
なく、例えば、タブ３、６を電流供給用タブ、タブ４，
５を電圧抽出用タブとして用いてもよい。この場合には
リード線２２，２３はそれぞれ測定回路１７の接続端子
３１，３４に接続され、リード線２１，２４はそれぞれ
接続端子３２，３３に接続される。

【００４２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態のひずみゲージ２０を図２、図４を参照して説
明する。ひずみゲージ２０は、図２に示すように、ゲー
ジベース９上に３軸方向の受感部２_１，２_２，２_３を直
列に接続してなる３軸のひずみゲージ（ロゼットゲー
ジ）である。この受感部２_１〜２_３の直列接続体の一端
（受感部２_１側の一端）には配線パターン１１，１２を
介してタブ３，４が導通して設けられており、他端には
配線パターン１５，１６を介してタブ７，８が導通して
設けられている。受感部２_１，２_２の接続点および
２_２，２_３の接続点には、それぞれ配線パターン１３，
１４を介してタブ５，６が導通して設けられている。
尚、受感部２ _１〜２_３、タブ３〜８、配線パターン１１
〜１６は同じ抵抗体で一体に形成されている。

【００４３】このひずみゲージ２０の各受感部２_１〜２
_３によるひずみ測定は、例えば、第１の実施形態と同じ
測定回路１７を用いて行うことができる。より具体的に
は図４に示すように各タブ３〜８には、それぞれリード
線２１〜２６が接合される。そして、例えば、受感部２
_１によるひずみ測定を行う場合には、図示のように、例
えばタブ３〜６にそれぞれ接合されたリード線２１〜２
４を接続端子３１〜３４を介して測定回路１７に接続す
る。

【００４４】そして、まず、ひずみゲージ２０が測定対
象の物体に貼着される。ひずみ測定の基準とする初期状
態において、測定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給する
と、リード線２２，２３、タブ４，５、配線パターン１
２，１３を介してひずみゲージ２０の受感部２_１と基準
抵抗体Ｒ_Ｓにｏｐ４によってＶ_２＝Ｖとするように電流
ｉが流れる。このとき電圧差検出回路１８は、受感部２
_１の両端に生じた電圧Ｖ_１と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じた電
圧Ｖ_２との差に比例した電圧ｅ_０を出力する。そして、
電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ_０と前記基準入力電圧
Ｖの値とに基づいて、前記の式（２）により、基準抵抗
体Ｒ_Ｓに対する受感部２_１の抵抗比Ｃ_０を求めておく。

【００４５】次に、ひずみを測定するタイミングにおい
て、初期状態の場合と同様に、測定回路１７に基準入力
電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ_εと
基準入力電圧Ｖに基づいて、前記の式（２）により抵抗
比Ｃ_εを求める。そして、受感部２_１のゲージ率Ｋ_１、
初期状態における抵抗比Ｃ_０、およびひずみ測定時の抵
抗比Ｃ_εの各データを用いて、前記の式（３）の演算を
行うことで、受感部２ _１に関するひずみεを求めること
ができる。

【００４６】また、受感部２_２によるひずみ測定を行う
場合には、例えばタブ４〜７にそれぞれ接合されたリー
ド線２２〜２５を接続端子３１〜３４を介して測定回路
１７に接続すれば、受感部２_１によるひずみ測定と全く
同様に行うことができる。

【００４７】また、受感部２_３によるひずみ測定を行う
場合には、例えばタブ５〜８にそれぞれ接合されたリー
ド線２３〜２６を接続端子３１〜３４を介して測定回路
１７に接続すれば、受感部２_１によるひずみ測定と全く
同様に行うことができる。

【００４８】この実施形態によれば、ひずみゲージ２０
の受感部２_１〜２_３からタブ３〜８までの配線パターン
１１〜１６の抵抗の値に影響されることなくひずみを測
定することができる。従って、ひずみゲージ２０内での
タブ３〜８の位置や大きさ、あるいは配線パターン１１
〜１６の向きや太さを自由に設定することができる。こ
の結果、ひずみゲージ２０の製造、設計時に自由度が高
まり、製造コストを低く抑えると共に、測定対象や測定
目的に好適なひずみゲージ２０を提供できる。

【００４９】また、本実施形態のロゼットゲージ２０の
ように受感部２_１〜２_３の方向が揃っていないときでも
図示のようにタブ３〜８の向きを揃え並列配置すること
もできる。この場合には、リード線２１〜２６を同方向
に引き出せるのでリード線２１〜２６の取り回しが容易
になる。尚、上記実施形態のひずみゲージ２０では受感
部を３つ直列に接続したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、受感部の接続数はいくつでもよい。

【００５０】（第３の実施形態）図５は第３の実施形態
のひずみゲージを示す図である。このひずみゲージ３０
は、第２の実施形態のひずみゲージ２０のタブ３〜８に
それぞれリード線２１〜２６があらかじめ接合されたも
のである。この接合は例えば半田付けにより行われてい
る。リード線２１〜２６はリード線カバー３７により被
覆され一体に形成されている。

【００５１】このひずみゲージ３０の各受感部２_１〜２
_３によるひずみ測定は、例えば、第２の実施形態と同じ
測定回路１７を用いて行うことができる。この場合の測
定の手法は第２の実施形態と全く同一なので説明を省略
する。この実施形態によれば、リード線２１〜２６が一
体に形成されているので、例えば測定回路１７の接続端
子３１〜３６にリード線２１〜２６を結線する際に、混
乱なく配線することができる。特にリード線２１〜２６
が長い場合にその効果は大きいと言える。尚、このリー
ド線が接合される実施形態は、３軸のひずみゲージに限
定されるものではなく、単軸、２軸のひずみゲージなど
であってもよい。

【００５２】（第４の実施形態）上記第３の実施形態は
一体形成されたリード線があらかじめタブに接合された
ひずみゲージであるが、このリード線の先にコネクタを
接続するようにしてもよい。図６に第４の実施形態とし
て示すように、このひずみゲージ４０は第１の実施形態
のひずみゲージ１０のタブ３〜６にそれぞれリード線２
１〜２４が半田付けによりあらかじめ接合され、リード
線２１〜２４がリード線カバー３７により被覆されて一
体に形成されている。ひずみゲージ４０はリード線の先
端（タブ３〜６と反対側）にコネクタ４１が接続され、
このコネクタ４１を介して測定器に着脱自在に接続し得
るようになっている。

【００５３】このひずみゲージ４０の受感部２によるひ
ずみ測定は、例えば、第１の実施形態と同じ測定回路１
７を用いて行うことができる。尚、この場合、ひずみゲ
ージ４０のコネクタ４１は測定回路１７側にあらかじめ
設けられたコネクタ（図示しない）に嵌合して接続され
る。この場合の測定の手法は第１の実施形態と全く同一
なので説明を省略する。この実施形態によれば、ひずみ
ゲージ４０はひずみ測定器の接続端子に対して着脱がし
易くなる。尚、このコネクタが接合される実施形態は、
単軸のひずみゲージに限定されるものではなく、２軸、
３軸のひずみゲージなど多軸ゲージであってもよい。

【００５４】（第５の実施形態）図７は、第５の実施形
態のひずみゲージ５０を示す図である。このひずみゲー
ジ５０は、第１の実施形態のひずみゲージ１０がコネク
タ付リード線５１に接続して構成される。ゲージベース
９の端部（タブ側）は、コネクタ付リード線５１の一端
に設けられた基板５２と、各リード線２１〜２４の先端
部に装着された弾性材からなる導通端子５３（接触手
段）との間に矜持され、タブ３〜６とリード線２１〜２
４の先端部とはこの導通端子５３を介して圧接し、導通
している。尚、コネクタ付リード線５１の他端には前記
第４実施形態のものと同様のコネクタ５４が設けられて
いる。このひずみゲージ５０の受感部２によるひずみ測
定は、例えば、第１の実施形態と同じ測定回路１７を用
いて行うことができる。この場合の測定の手法は第１の
実施形態と全く同一なので説明を省略する。

【００５５】上記第３、第４の実施形態はタブ３〜８と
リード線２１〜２６とが半田付けで接合されたものであ
るが、本実施形態は半田を用いないでタブ３〜６とリー
ド線２１〜２４とを圧接させて導通させる。従って、本
実施形態によれば、ひずみゲージ５０を製造する際に半
田を用いないので、半田に含まれる鉛などの環境に対し
て有害である物質を低減できる効果を奏する。尚、接合
に半田を用いないこの実施形態は、単軸のひずみゲージ
に限定されるものではなく、２軸、３軸のひずみゲージ
など多軸ゲージであってもよい。

【００５６】（第６の実施形態）本発明の第６の実施形
態のひずみゲージを図８、図９を参照して説明する。こ
のひずみゲージ６０は、図８に示すように、ゲージベー
ス９上に２つの受感部２，２′が互に垂直に配設された
２軸ひずみゲージである。受感部２の一端から配線パタ
ーン１１，１２が分岐しており、その先端にそれぞれタ
ブ３，４が設けられている。また、受感部２′の一端か
ら配線パターン１５，１６が分岐しており、その先端に
それぞれタブ７，８が設けられている。

【００５７】各受感部２，２′の他端はそれぞれ配線パ
ターン１７を介して接続されている。受感部２と配線パ
ターン１７の間から配線パターン１３が延設され、その
先端にタブ５が設けられており、受感部２′と配線パタ
ーン１７の間から配線パターン１４が延設され、その先
端にタブ６が設けられている。このひずみゲージ６０
は、図２の３軸のひずみゲージの受感部２_２を抵抗体と
しての配線パターン１７で置き換えたものに相当する。

【００５８】このひずみゲージ６０を用いてひずみ測定
を行う場合には、例えば、図９に示すような測定回路６
７を用い、ひずみゲージ６０をリード線２１〜２６を介
して測定回路６７に接続し、ひずみゲージ６０を測定対
象の物体（図示せず）に貼着する。

【００５９】本実施形態の測定例では、ひずみゲージ６
０のタブ４、７は受感部２，２′に電流を流すための電
流供給用のタブとして使用され、タブ３，５は受感部
２，２′への通電時に受感部２に生じる電圧Ｖ_１を抽出
するための電圧抽出用のタブとして用いられる。さら
に、タブ６，８は受感部２，２′への通電時に受感部
２′に生じる電圧Ｖ_２を抽出するための電圧抽出用のタ
ブとして用いられる。リード線２１〜２６は、それぞれ
ひずみゲージ６０のタブ３〜８に接合される。この接合
は例えば半田付けにより行われている。

【００６０】測定回路６７は、電圧差検出回路６８と、
電圧安定化回路６９とを備えている。電圧差検出回路６
８は、ひずみゲージ６０の受感部２，２′にリード線２
２，２５を介して電流を流したときに受感部２，２′に
生じた電圧の差Ｖ_１−Ｖ_２を検出するものであり、図示
のように、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，
ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４と抵抗体Ｒ_ａ〜Ｒ_ｄとから構成
されている。

【００６１】この回路６７では、オペアンプｏｐ１，ｏ
ｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４はボルテージフォロア回路を形成
し、固定抵抗Ｒ_ａ〜Ｒ_ｄの抵抗値は同一である（Ｒ_ａ＝
Ｒ_ｂ＝Ｒ_ｃ＝Ｒ_ｄ）。この電圧差検出回路６８の出力電
圧ｅは、前記の式（１）で表される。従って、出力電圧
ｅはＶ_１−Ｖ_２に比例したものになり、Ｖ_１−Ｖ_２を検
出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏ
ｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４は高入力インピーダンスのもので
あるので、リード線２１，２３，２４，２６と、配線パ
ターン１１，１３，１４，１６およびタブ３，５，６，
８には電流がほとんど流れない。

【００６２】従って、受感部２の電圧Ｖ_１と、オペアン
プｏｐ１，ｏｐ２の正入力間の電圧とは実質的に等し
く、受感部２′の電圧Ｖ_２と、オペアンプｏｐ３，ｏｐ
４の正入力間の電圧とは実質的に等しい。よって、オペ
アンプｏｐ１，ｏｐ２により受感部２の電圧Ｖ_１が抽出
され、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４により受感部２′の電
圧Ｖ_２が抽出されることとなる。また、受感部２，２′
に電流ｉを流すときに、受感部２に生じる電圧Ｖ_１と受
感部２′に生じる電圧Ｖ_２との比は、受感部２の抵抗値
と受感部２′の抵抗値との比に等しくなる。

【００６３】電圧安定化回路６９は、ひずみゲージ６０
の受感部２，２′に電流ｉを流すときに受感部２′に生
じる電圧Ｖ_２を一定値に保持するためのものであり、高
入力インピーダンスのオペアンプｏｐ５，ｏｐ６から構
成される。オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の正入力の間には
一定レベルの基準入力電圧Ｖが付与される。このとき、
オペアンプｏｐ５，ｏｐ６は、ひずみゲージ６０の受感
部２′に生じる電圧Ｖ _２が基準入力電圧Ｖと等しくなる
ように受感部２，２′に流れる電流を制御する。

【００６４】このような測定回路６７を用いて、次のよ
うにひずみ測定が行われる。尚、このひずみ測定法は特
願２００２−９２７４９号にて詳述しているので詳細な
説明を省略するが、２ゲージ法による測定を行うもので
ある。ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下
のように測定が行われる。まず、ひずみゲージ６０が測
定対象の物体に貼着される。このとき、ひずみ受感部
２，２′に生じるひずみの比ａが既知となるように物体
に貼着される。本実施形態では、同一面で直交軸方向に
ひずみ受感部が配置されるので、ひずみゲージ６０を貼
着する物体のポアッソン比をνとすると、ａ＝−νとな
る。

【００６５】ひずみ測定の基準とする初期状態におい
て、測定回路６７に基準入力電圧Ｖを供給すると、リー
ド線２２，２５、タブ４，７、配線パターン１２，１５
を介してひずみゲージ６０の受感部２，２′にｏｐ５，
ｏｐ６によってＶ_２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。
このとき電圧差検出回路６８は、ひずみゲージ３０の受
感部２，２′の両端にそれぞれ生じた電圧Ｖ_１、Ｖ_２の
差に比例した電圧ｅ_０を出力する。そして、電圧差検出
回路６８の出力電圧ｅ_０と基準入力電圧Ｖの値とに基づ
いて、前記の式（２）により、受感部２′に対する受感
部２の抵抗比Ｃ_０を求めておく。

【００６６】次に、ひずみ測定を行うタイミングにおい
て、初期状態の場合と同様に、測定回路６７に基準入力
電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路６８の出力電圧ｅ_εと
基準入力電圧Ｖに基づいて、前記の式（２）により抵抗
比Ｃ_εを求める。

【００６７】そして、２つの受感部２，２′のゲージ率
Ｋ_１，Ｋ_２と、２つの受感部２，２′に生じるひずみの
比ａと、初期状態における抵抗比Ｃ_０およびひずみ測定
時の抵抗比Ｃ_εの各データを用いて、次式（４）の演算
を行うことで、受感部２に関するひずみε_１を求めるこ
とができる。尚、受感部２′のひずみε_２はε_２＝ａ・
ε_１の関係から求めることができる。

【００６８】 ε_１＝（Ｃ_ε−Ｃ_０）／（Ｋ_１・Ｃ_０−ａ・Ｋ_２・Ｃ_ε）・・・・・・・・・・（４）

【００６９】この実施形態によれば、受感部２，２′か
らタブ３〜８までの配線パターン１１〜１６の抵抗の値
に影響されることなくひずみを測定することができる。
従って、ひずみゲージ６０内でのタブ３〜８の位置や大
きさ、あるいは配線パターン１１〜１６の向きや太さを
自由に設定することができる。この結果、ひずみゲージ
６０の製造、設計時に自由度が高まり、製造コストを低
く抑えると共に、測定対象や測定目的に好適なひずみゲ
ージ６０を提供できる。

【００７０】また、本実施形態のひずみゲージ６０のよ
うに受感部２，２′の方向が揃っていないときでも図示
のようにタブ３〜８の向きを揃え並列配置することもで
きる。この場合には、リード線２１〜２６を同方向に引
き出せるのでリード線２１〜２６の取り回しが容易にな
る。また、２つの受感部２，２′の間に配線パターン１
７が接続されていてもその抵抗値に影響を受けずにひず
みを測定することができる。従って、２つの受感部２，
２′を配線パターンを介して離間配置することができ
る。

【００７１】尚、本実施形態のひずみゲージ６０では２
ゲージ法を用いてひずみ測定を説明したが、１ゲージ法
を用いることも可能である。この場合には、例えば、第
１の実施形態と同様に測定回路１７を用いる。ひずみゲ
ージ６０の受感部２のひずみを測定するには各リード線
２１〜２４を測定回路１７の接続端子３１〜３４にそれ
ぞれ接続し、受感部２′のひずみを測定するには各リー
ド線２３〜２６を測定回路１７の接続端子３１〜３４に
それぞれ接続する。この場合の測定の手法は第１の実施
形態と同様なので説明を省略する。

【００７２】（第７の実施形態）図１０は第７の実施形
態のひずみゲージ７０を示す図である。このひずみゲー
ジ７０は、第６の実施形態のひずみゲージ６０の受感部
２，２′の間に配設された配線パターン１７の代わりに
抵抗式センサを配設したものである。この場合には、抵
抗式センサは測温抵抗体７１からなり、例えば、第６の
実施形態と同様の測定手法によって、この測温抵抗体７
１の抵抗値に影響を受けずにひずみ測定を行うことがで
きる。あるいは第１の実施形態と同様の測定手法によっ
て受感部２、２′毎にひずみ測定を行うことができる。
さらに、ひずみに密接に関与する温度の測定を行うこと
ができる。尚、この場合に、測温抵抗体７１に生じた電
圧を測定するには、例えばタブ４，７を介して測温抵抗
体７１に電流を流した状態で、タブ５，６を介して電圧
を抽出すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のひずみゲージを示す図。

【図２】第２の実施形態のひずみゲージを示す図。

【図３】第１の実施形態のひずみゲージと測定回路との
接続図。

【図４】第２の実施形態のひずみゲージと測定回路との
接続図。

【図５】第３の実施形態のひずみゲージを示す図。

【図６】第４の実施形態のひずみゲージを示す図。

【図７】第５の実施形態のひずみゲージの平面図及び側
面図。

【図８】第６の実施形態のひずみゲージを示す図。

【図９】第６の実施形態のひずみゲージと測定回路との
接続図。

【図１０】測温抵抗体を含むひずみゲージを示す図。

【図１１】従来の単軸のひずみゲージを示す図。

【図１２】従来の３軸のひずみゲージを示す図。

【図１３】従来の１ゲージ３線法の測定回路を示す図。

【符号の説明】

１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０・・・ひ
ずみゲージ、２・・・受感部、３〜８・・・タブ、１１〜１７
・・・配線パターン、２１〜２６・・・リード線、４１，５４
・・・コネクタ、７１・・・測温抵抗体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみ受
   感部の一端に導通する２個の信号線接続用タブと他端に
   導通する２個の信号線接続用タブとが設けられ、 これらの信号線接続用タブのうち、前記ひずみ受感部の
   両端に存する一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に
   電流を流すための電流供給用タブとして使用され、他の
   一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流を流した
   時に該ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するためのタブ
   として使用されることを特徴とするひずみゲージ。
2. 【請求項２】ひずみに応じた抵抗変化を生じる複数のひ
   ずみ受感部が直列に接続され、その直列接続により構成
   された直列接続体におけるひずみ受感部どうしの接合点
   に各１個の信号線接続用タブが導通して設けられると共
   に、該直列接続体の両端に各２個の信号線接続用タブが
   設けられ、 前記信号線接続用タブのうちの２つの信号線接続用タブ
   が、ひずみ測定に使用する１つまたは複数のひずみ受感
   部に電流を流すための電流供給用タブとして使用され、
   該電流供給用タブと異なる２つ以上の信号線接続用タブ
   が前記電流を流した各ひずみ受感部に生じる電圧を抽出
   するための電圧抽出用タブとして使用されることを特徴
   とするひずみゲージ。
3. 【請求項３】複数のひずみ受感部のうちの少なくとも１
   つのひずみ受感部を抵抗式センサまたは他の抵抗体で置
   き換えたことを特徴とする請求項２に記載のひずみゲー
   ジ。
4. 【請求項４】前記複数の信号線接続用タブにそれぞれリ
   ード線が接合されていることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
5. 【請求項５】前記各信号線接続用タブとリード線とは、
   該タブとリード線とを接触させて導通する接触手段を介
   して接合されていることを特徴とする請求項４に記載の
   ひずみゲージ。
6. 【請求項６】前記リード線の端部にコネクタが接続され
   ていることを特徴とする請求項４又は５に記載のひずみ
   ゲージ。