JP2013092427A

JP2013092427A - 疲労度検出ひずみゲージ

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Publication number: JP2013092427A
Application number: JP2011233996A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Kurashima; 清高倉島
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: JP5893337B2

Abstract

【課題】構造材のひずみを測定できると共に、構造材に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供する。
【解決手段】構造物の疲労強度を検出するため、ストランド１５１と隣接するストランド１５１とを疲労度検出用折り返しタブ１５２で接続することにより構成される疲労度検出部を複数備えた疲労度検出用ひずみゲージ１００であって、複数の前記ストランド１５１の線幅に対する疲労度検出用折り返しタブ１５２の長さの比をＥＴＲとしたとき、ＥＴＲの等しい疲労度検出部１５０における疲労度検出用折り返しタブ１５２の折り返し数をストランド１５１の両端側においてそれぞれ複数形成して、ストランド１５１と隣接するストランド１５１とを疲労度検出用折り返しタブ１５２で接続することにより構成される疲労度検出部１５０を複数形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に生じる疲労破壊の兆候を事前に予測できる疲労度検出ひずみゲージに関する。

例えば、構造材のひずみを測定できると共に、構造材の疲労破壊の兆候を事前に予測できるひずみゲージは一般に知られている（特許文献１参照）。このひずみゲージの構成は、伸縮性のあるベースと切り欠きを有する抵抗線とを有し、ひずみゲージの役割を担う抵抗線が破断することで、構造材の疲労破壊の兆候を事前に予測するようになっている。

特開平７−２１８２１４号公報

ひずみゲージは、一般に機械構造材と同等の十分な機械的特性を有する。そのため、機械強度や疲労強度が機械構造材より低い梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材において、特に疲労破壊し易い梁の根元や溶接部分、切り欠き部分に単一のひずみゲージを疲労度検出ひずみセンサとして用いようとすると、データロガー等を介してひずみの出力トレンドを長期間に亘って収集しなければならず、その検出データを集積するためのデータ量が膨大となりデータ管理と処理が大変である。

また、単一のひずみゲージを例えば産業用機械に用いる機械構造材の比較的疲労強度が弱い溶接部や構造材の断面形状が急激に変化して応力集中が生じ易い部位に利用しようとしても、上述した一般構造材と同様の問題が生じる。

一方、上述の特許文献１に記載のひずみゲージは、ひずみを検出すると共に膨大なデータの管理を必要とすることなく構造材の疲労破壊の兆候を事前に予測できるようになっている。

しかしながら、このひずみゲージは、一旦抵抗線が断線してしまうとひずみゲージとして機能しない。そのため、構造材の疲労の程度を疲労初期の段階から疲労末期の段階まで段階的に予測するには、疲労破壊強度の異なる複数のひずみゲージを必要とする。このような複数のひずみゲージを貼り付けるスペースが構造材にない場合は、単一のひずみゲージによって対処しなければならない。この場合、構造体の疲労破壊に対してかなり早期にひずみゲージを断線させることでこれを予測しようとすると、その後における構造材の疲労の進行度合いが把握できず問題が生じる。その一方、構造体の疲労破壊の直前でひずみゲージが断線して疲労破壊の兆候を検出しようとすると、実際に構造材が破壊するまでの十分な期間が確保できず、有効な対策を講ずることができなくなる。

また、このひずみゲージは、線幅の非常に細い抵抗線の複数の箇所に抵抗線の側方から切り欠きを設けている。そのため、切り欠きにおける抵抗線の幅は、その他の部分の線幅より更に狭くなる。切り欠きによりこのような狭い幅の抵抗部を多数形成すると、全ての切り込みが一定の疲労度によって破断できるように抵抗パターンを配置することは実際上困難である。また、ひずみゲージの貼り付け時に、この線幅の狭い切り込み部において不用意な力が作用して断線してしまう虞もある。以上の通り、このひずみゲージの疲労強度は、抵抗線の破断する場所により実質的に異なるため疲労破壊の予測が困難となり、このひずみゲージでは構造材の疲労破壊の予測に関する信頼性に欠ける。

そこで、このような問題を回避するために、本発明の出願時には未だ公知ではないが、図７に示すような本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージ５００が提案されている。このひずみゲージ５００の構成は、ひずみ検出部５３０と、ひずみ検出部５３０と直列に接続した導通部５４０と、導通部５４０と並列に接続した疲労度検出部５５０を有し、疲労度検出部５５０が疲労により破断することで疲労度検出ひずみゲージ５００の抵抗が高くなり、これを端子部５２１，５２２（５２０）を介して外部に出力することで疲労を段階的に検出するようになっている。

しかしながら、この疲労度検出ひずみゲージ５００は、疲労度検出部５５０を構成する折り返しタブとストランドとの接続部の箇所が図７中下側に２箇所で上側に１箇所と数が少ないため、この部分の加工精度のバラツキにより構造物が所定の疲労度に達しても疲労度検出部５５０が破断しない場合も考えられる。そこで、構造材が所定の疲労度に達した場合に疲労度検出部が確実に破断する疲労度検出ひずみゲージが求められている。

本発明の目的は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージは、
構造物の疲労強度を検出するため、ストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより構成される疲労度検出部を複数備えた疲労度検出用ひずみゲージであって、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、エンドタブ比の等しい疲労度検出部における疲労度検出用折り返しタブの折り返し数を前記ストランドの両端側においてそれぞれ複数形成して、前記ストランドと隣接する前記ストランドとを前記疲労度検出用折り返しタブで接続することにより構成される前記疲労度検出部を複数形成したことを特徴としている。

請求項１に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、同等の疲労度合いで破断する疲労度検出部の折り返しタブとストランドとの接続部の箇所を増やすことができる。即ち、予め定めた疲労度合いに応じて破断する部分の数が多くなる。ここで、疲労破壊を予測するにあたって上記接続部の少なくとも１箇所が破断すれば良いので、予め定めた疲労度合いにおいて破断する可能性が向上し、構造材の疲労破壊をより適切に予測することができる。また、従来のような線幅の狭い金属箔の側方に切れ込みを入れる構成をとっておらず、エンドタブ比の大きさ、即ち折り返しタブの長さＬとストランドの幅Ｗとの関係で接続部が破断する疲労度合いを決めているので、破断が生じる疲労度を管理し易い。

また、同等の疲労度合いで破断する折り返しタブとストランドとの接続部が複数形成されているので、それぞれの加工精度が多少バラついてもその影響を受けることが少なくなる。例えば、折り返しタブとストランドとの接続部が１本だけだと加工精度のバラツキにより折り返しタブの長さＬが長くなったり、ストランドの幅Ｗの幅が広くなったりして所定の疲労度合いに達しても破断しないことがある。しかしながら、折り返しタブとストランドとの接続部を複数設けているので、パターン形成するにあたってバラツキの影響により規定通りの値に達しても破断しないというような不都合の可能性を極力低下させることができる。

また、本発明の請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出用折り返しタブは、複数の前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の角部を鋭角形状にしたことを特徴としている。

請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、請求項１の作用と相まって、鋭角状に形成された折り返しタブの内側部分の角部から折り返し部とストランドとの破断の起点となり易くなる。

また、本発明の請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項２に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記鋭角形状は、前記ストランド側の内縁部の前記折り返しタブ側端部か前記ストランドで挟まれる前記折り返しタブの内縁部の少なくともいずれか１つがＲ形状をなして構成されることを特徴としている。

請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、請求項１の作用と相まって、Ｒ形状に形成された折り返しタブの内側部分の角部から折り返し部とストランドとの破断の起点となり易くなる。また、金属箔はフィルム状部材に一般にエッチングでパターン形成されるので、Ｒの大きさを管理することによって内側部分の鋭角形状の角度をより管理し易くなる。

また、本発明の請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１乃至請求項３に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出用折り返しタブの前記折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けたことを特徴としている。

請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージが折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けることで、所定の疲労度が作用するとこの部分からも破断が生じる。従って、より長さの短い折り返しタブを備えた構成であっても、所定の疲労度合いに応じて破断し易くなる。

本発明によると、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供できる。

本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。図１に示した疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出用折り返しタブ及びこれに連なるストランドを拡大して示す平面図である。図１に示した疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出用折り返しタブ及びこれに連なるストランドの第１変形例を示す平面図（図４（ａ））、第２変形例を示す平面図（図４（ｂ））、第３変形例を示す平面図（図４（ｃ））である。図１に示した疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出用折り返しタブ及びこれに連なるストランドの第４変形例を示す平面図（図５（ａ））、第５変形例を示す平面図（図５（ｂ））である。図１に示した疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出用折り返しタブ及びこれに連なるストランドの第６変形例を示す平面図（図６（ａ））、第７変形例を示す平面図（図６（ｂ））である。本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。

本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、構造物の疲労強度を検出するため、ストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより構成される疲労度検出部を複数備えた疲労度検出用ひずみゲージである。そして、疲労度検出ひずみゲージは、複数のストランドの線幅に対する疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、エンドタブ比の等しい疲労度検出部における疲労度検出用折り返しタブの折り返し数をストランドの両端側においてそれぞれ複数形成している。

以下、本発明の一実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージについて図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。なお、以下の説明においては、図１におけるフィルム状部材の垂直方向を長手方向とし、水平方向を幅方向とする。また、図１におけるフィルム状部材の上側を先端側、下側を基端側とする。

本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００は、例えば建造物の梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材の疲労度を検出するのに用いられ、可撓性を有する絶縁体の樹脂材からなるフィルム状部材１１０と、フィルム状部材１１０にパターニングされた金属箔からなる電気抵抗体等から構成されている。そして、電気抵抗体は、端子部１２１，１２２（１２０）と、ひずみ検出部１３０と、導通部１４０と、疲労度検出部１５０とから構成されている。

フィルム状部材１１０は、樹脂製部材からなり可撓性を有し矩形状をなしている。なお、フィルム状部材１１０の裏側に接着剤を塗布してこれを構造材に貼り付けるようになっている。但し、フィルム状部材１１０を構造材に貼り付けるものは、接着材に限定されず、両面テープやその他同様の効果を発揮するものであれば良い。

端子部１２０は、フィルム状部材１１０の基端側であって幅方向において両端近傍にそれぞれ形成されている。端子部１２０にはここでは図示しない電線がハンダ付けされ、ひずみ検出部１３０、導通部１４０、及び疲労度検出部１５０からなる電気抵抗体の抵抗値の変化を外部に出力し、図示しない演算制御手段で疲労度検出ひずみゲージ１００が貼られた構造材のひずみや疲労度を検出するようになっている。

ひずみ検出部１３０は、フィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中左側）の端部近傍から１／３程度の幅であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍から一方の端子部１２１近傍に亘る領域に形成されている。

ひずみ検出部１３０は、本実施形態では線幅の細い金属箔が一定の長さでそれぞれ端部側において何度も同一方向に折り返され、前記一定の長さの各延在部がわずかな間隔だけ隔てて互いに平行に配置されたいわゆるつづら折り形状（以下、単に「つづら折り」形状とする）をなしている。なお、ひずみ検出部１３０の各延在部はフィルム状部材１１０の長手方向に延在している。

また、ひずみ検出部１３０の一端は、一方の端子部１２１と接続し、その他端は導通部１４０及び疲労度検出部１５０と接続している。

より詳細には、ひずみ検出部１３０は、複数のストランド（ゲージ受感部）１３１（上述した延在部）と折り返しタブ１３２（上述した折り返し部）から構成され、ひずみ検出部１３０に引っ張りのひずみが生じることで、ひずみ検出部１３０の抵抗値が増し、電気抵抗体全体としての抵抗値も上がるようになっている。なお、ひずみ検出部１３０の折り返しタブ１３２とストランド１３１とが接続される部分の、折り返しタブ１３２の内側部分の形状は、曲率が連続的に徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による破断が生じ難い形状となっている。

導通部１４０は、フィルム状部材１１０の幅方向他方の側（図１中右側）端部近傍から２／３程度の幅であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍領域にかけて形成されている。

導通部１４０も折り返し間の各延在部の長さが短いつづら折り形状からなると共に、その折り返し部の一方の端部（図１中左側端部）がひずみ検出部１３０及び疲労度検出部１５０の一方のストランド１５１ａに接続し、他方の端部（図１中幅方向右側端部）が疲労度検出部１５０の他方のストランド１５１ｄ’及び他方の端子部１２２と接続している。

これらの構成を図１に基づいてより詳しく説明する。導通部１４０は、図１においては複数のストランド１４１と折り返しタブ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄから構成され、導通部１４０にひずみが生じても導通部１４０の抵抗値が変化することはなく、電気抵抗体全体としての抵抗値も変化しないようになっている。また、導通部１４０の折り返しタブとストランド１４１とが接続される部分の折り返しタブ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄの内側部分の形状は、連続的に曲率が徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による破断が生じ難い形状となっている。これによって、疲労度検出部１５０が破断した際は、疲労度検出部１５０には電流が流れず、導通部１４０にだけ電流が流れることになり、電気抵抗体全体としての抵抗値が上がるようになっている。

疲労度検出部１５０は、導通部１４０と同様にフィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中右側）端部近傍から２／３程度の幅であって、フィルム状部材１１０の長手方向において導通部１４０よりも基端側の領域に導通部１４０と並列になるように形成されている。なお、疲労度検出部１５０のストランド１５１をなす各延在部はフィルム状部材１１０の長手方向に延在している。

疲労度検出部１５０は、本実施形態では線幅の細い金属箔からなり、複数のストランド１５１と折り返しタブ１５２から構成され、これらがフィルム状部材１１０の長手方向に延在形成されたつづら折り形状をなしている。なお、疲労度検出部１５０は、第１の疲労度検出エレメント１５０Ａ、第２の疲労度検出エレメント１５０Ｂ、第３の疲労度検出エレメント１５０Ｃ、第４の疲労度検出エレメント１５０Ｄの４つの疲労度検出エレメントから構成され、それぞれの疲労度検出エレメントにはその基端側に４つの折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄを、先端側に３つの折り返しタブ（図１中符号省略）を備えている。なお、基端側の折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄと先端側の折り返しタブとは、各エレメントにおいてそれぞれ同等の構成を有するため、以下基端側の折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄの構成について説明し、これを先端側の折り返しタブの説明に代える。

ここで、疲労度検出用の折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄは、複数のストランド１５１の線幅Ｗ（図３（ａ）参照）に対する疲労度検出用の折り返しタブ１５２の長さＬ（図３（ａ）参照）の比をエンドタブ比としたとき、各疲労度検出エレメント毎に互いにエンドタブ比が異なっている。なお、折り返しタブ１５２ａの長手方向の長さ寸法Ｌ（図３（ａ）参照）とストランド１５１の幅方向の長さ寸法Ｗ（図３（ａ）参照）とすると、寸法Ｌが長く寸法Ｗが短い程、疲労度検出部１５０の破断は生じ易くなっている。

より具体的には、図３において疲労度検出部１５０の最も左側に位置する疲労度検出エレメント１５０Ａにおける疲労度検出用の折り返しタブ１５２ａの長さが最も長く（即ちＥＴＲが最も大きく）なっている。そして、僅かな疲労によっても破断するようになっている。以降、疲労度検出部１５０の幅方向右側に向かうに従って疲労度検出エレメント１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄにそれぞれ備わった疲労度検出用の折り返しタブ１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄの長さが段階的に短くなり、折り返しタブ１５２とストランド１５１の間が破断する際の疲労度もフィルム状部材１１０の幅方向端部側に向かうに従って大きくなってゆく。

なお、隣接する折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂから延在する隣接するストランド１５１ａ’，１５１ｂは、導通部１４０の折り返しタブ１４２ａ’と導通し、隣接する折り返しタブ１５２ｂ，１５２ｃから延在する隣接するストランド１５１ｂ’，１５１ｃは、導通部１４０の折り返しタブ１４２ｂ’と導通し、隣接する折り返しタブ１５２ｃ，１５２ｄから延在する隣接するストランド１５１ｃ’，１５１ｄは、導通部１４０の折り返しタブ１４２ｃ’と導通し、端部側の折り返しタブ１５２ｄから延在するストランド１５１ｄ’は、導通部１４０の折り返しタブ１４２ｄ’と導通している。

また、本実施形態では、疲労度検出部１５０の両端のストランド１５１ａ，１５１ｄ’は、フィルム状部材１１０の先端側に更に延在している。そして、一方のストランド１５１ａがひずみ検出部１３０のストランド１３１と導通している。また、疲労度検出部１５０の他方のストランド１５１ｄ’は、導通部１４０の折り返しタブ１４２ｄ’ を介して端子部１２２と導通している。

そして、本実施形態では、折り返しタブ１５２ａが構造材に生じる応力集中部かその近傍に位置するように疲労度検出ひずみゲージ１００が構造材に貼られるようになっている。そして、ひずみ検出部１３０と導通部１４０には常に電流が流れるが、構造物の疲労の程度によってその疲労の程度に対応する疲労度検出エレメントのストランド１５１と折り返しタブ１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄの間が順々に破断することによって、疲労度検出部１５０に段階的に電流が流れなくなるようになっている。その結果、電気抵抗体全体の抵抗値が段階的に上がるようになり、構造材の疲労破壊を的確に予測することを可能にしている。

また、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、上述した本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージに比べて、同等の疲労度合いで破断する疲労度検出エレメント１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄごとに折り返しタブ１５２とストランド１５１との接続部の箇所を増やしている。即ち、疲労度検出エレメント１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄごとに予め定めた疲労度合いに応じてそのエレメント内における破断する部分の数を多くしている。ここで、疲労破壊を予測するにあたって上記接続部の少なくとも１箇所が破断すれば良いので、予め定めた疲労度合いにおいて破断する可能性が向上し、構造材の疲労破壊をより適切に予測することができるようになる。また、特許文献１に記載されたような線幅の狭い金属箔の側方に切れ込みを入れる構成をとっておらず、ＥＴＲの大きさ、即ち折り返しタブの長さＬとストランドの幅Ｗとの関係で接続部が破断する疲労度合いを決めているので、破断が生じる疲労度を管理し易くなっている。

また、同等の疲労度合いで破断する折り返しタブ１５２とストランド１５１との接続部が疲労度検出エレメント１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄごとに複数形成されているので、それぞれの加工精度が多少バラついてもその影響を受けることが少なくなる。例えば、折り返しタブ１５２とストランド１５１との接続部が１本だけだと加工精度のバラツキにより折り返しタブの長さＬが短くなったり、ストランドの幅Ｗの幅が広くなったりして構造材が所定の疲労度合いに達しても破断しないことがある。しかしながら、本実施形態では疲労度検出エレメント１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄごとに折り返しタブ１５２とストランド１５１との接続部を複数設けているので、パターン形成するにあたってバラツキの影響により規定通りの値に達しても破断しないというような不都合の発生を極力低下させることができる。

なお、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００は、疲労度検出部１５０を利用して疲労度を検出できる電気抵抗式の疲労度検出ひずみゲージであるが、上述した構成を有することで構造材の疲労度検出にのみ特化したものではなく、ひずみ検出部１３０にひずみが生じた場合にひずみ検出部１３０の抵抗値が変化し、その変化した値から構造材のひずみを検出することも可能としている。

続いて、上述した疲労度検出ひずみゲージ１００の具体的な使用方法について説明する。図２は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。図２において２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，１００Ｂが一般構造材としての柱１１と梁１２の連結部に貼り付けられている。

２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，１００Ｂがこのように柱１１と梁１２に貼り付けられているので、構造材の柱１１や梁１２に曲げ荷重や引張り荷重が作用し、疲労の程度が予め想定された初期の疲労度に達すると、第１の疲労度検出エレメント１５０Ａにおいて少なくとも何れか１つの折り返しタブ１５２ａとストランド１５１の接続部が破断する。そして、電気抵抗体の抵抗値を測定することで構造材の疲労が１段階目の疲労度に達したことが分かり、疲労破壊の予測に役立てることができる。また、構造材の柱１１や梁１２に更に強い曲げ荷重や引張り荷重が作用し、疲労の程度が予め想定された２段階目の疲労度に達すると、第２の疲労度検出エレメント１５０Ｂにおいて少なくとも何れか１つの折り返しタブ１５２ｂとストランド１５１との接続部が破断する。なお、この場合は第１の疲労度検出エレメント１５０Ａは何れかの場所ですでに破断していることになる。そして、電気抵抗体の抵抗値を測定することで構造材の疲労度が２段階目に進んだことが分かり、疲労破壊の予測に役立てることができる。同様にして、構造材に作用する応力が増すと共に構造材の疲労度が３段階目の疲労度、４段階目の疲労度に順番に達すると、第３の疲労度検出エレメント１５０Ｃ、第４の疲労度検出エレメント１５０Ｄがその順に対応して破断することとなる。そして、電気抵抗体の抵抗値を測定することで、構造材の疲労度が３段階目に進んだこと、及びその後に４段階目に進んだことが分かる。

上述した本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、疲労度検出部１５０とひずみ検出部１３０を併せ持っているので、以下のような本発明特有の使用方法が可能となる。具体的には、例えば本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を車両の多く通行する橋脚の一般構造材に備えた場合、橋脚の完成直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集し、橋脚を構成する構造材の車両通行に伴うひずみ度合いの傾向を検出することができる。

また、疲労度検出部１５０の疲労度検出エレメント１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄのうち、どのエレメントまで破断したかにより、構造材の疲労破壊の疲労度合いを的確に判断できる。また、疲労度合が進んでその直後の構造材のひずみ度合いのトレンドからしばらくの間、ひずみ検出部１３０から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が破断に至らなくても、例えば橋脚を通行する車の通行量が急激に増加した場合などにおいて、その通行量の増加直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集することで、通行量の増加が構造材に与える影響を分析することができる。

このような使用方法は、一般構造材を橋脚に用いた場合に限定されず、例えば多層階の建造物の骨組みをなす一般構造材に適用しても良い。これによって、建造物の完成直後しばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０で検出することで、建造物の完成後における構造材のひずみ度合いの変化を分析することができる。

また、疲労度検出部１５０の破断により構造材の疲労破壊を予測した場合、その直後のしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が破断に至らなくても、例えば建造物の上層階に産業機械などの重量物を設置した場合などにおいて、その重量物の設置直後からしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０から収集することで、重量物の設置が構造材に与える影響を分析することができる。

続いて、疲労度検出ひずみゲージの各種変形例について説明する。この各種変形例は、疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出部の各疲労度検出エレメントにおける折り返しタブ及びストランドを部分的に変形させたものである。具体的には、各種変形例においてそれぞれストランドと折り返しタブの接続部分の形状が異なっている。

最初に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第１変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４（ａ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第１変形例を示す平面図である。

第１変形例に係る疲労度検出部９１０は、図４（ａ）に示すように折り返しタブ９１２に接続した２本のストランド９１１の内縁部９１１ｎによって挟まれる折り返しタブ９１２の内縁部９１２ｐの形状が、折り返しタブ９１２から延在するストランド間で挟まれる領域に向かって（図４（ａ）中下方向）突き出したＲ形状（円弧状）をなしている。これによって、各ストランド９１１の内縁部９１１ｎと折り返しタブ９１２の内縁部９１２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９１２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込み、ある一定の疲労度合いに達するとその部分から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第２変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４（ｂ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第２変形例を示す平面図である。

第２変形例に係る疲労度検出部９２０は、図４（ｂ）に示すように折り返しタブ９２２に接続した２本のストランド９２１の内縁部９２１ｎとこの内縁部によって挟まれる折り返しタブ９２２の内縁部９２２ｐとの間に三角形状の切り込み９２１ｔがストランド９２１と折り返しタブ９２２との接続部の幅を狭める向きに形成されている。これによって、各ストランド９２１の内縁部９２１ｎと折り返しタブ９２２の内縁部９２２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９２２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込み、ある一定の疲労度合いに達するとその部分から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第３変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４（ｃ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第３変形例を示す平面図である。

第３変形例に係る疲労度検出部９３０は、図４（ｃ）に示すように折り返しタブ９３２に接続した２本のストランド９３１の内縁部９３１ｎによって挟まれる折り返しタブ９３２の内縁部９３２ｐの形状が折り返しタブ９３２から延在するストランド間で挟まれる領域から遠ざかる向き（図４（ｃ）中上方向）に凹んだＲ形状（円弧状）をなしている。また、折り返しタブ９３２の内縁部９３２ｐの両端の間隔は、ストランド９３１の内縁部９３１ｎの両端の幅よりも大きくなっている。そして、ストランド９３１の内縁部９３１ｎの端部には、このストランド９３１と折り返しタブ９３２との接続部の幅を狭める向きにテーパ状をなす切れ込み９３１ｔが形成されている。これによって、各ストランド９３１の内縁部９３１ｎと折り返しタブ９３２の内縁部９３２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９３２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込み、ある一定の疲労度合いに達するとその部分から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第４変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図５（ａ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第４変形例を示す平面図である。

第４変形例に係る疲労度検出部９４０は、図５（ａ）に示すように折り返しタブ９４２に接続した２本のストランド９４１の内縁部９４１ｎによって挟まれる折り返しタブ９４２の内縁部９４２ｐの長さが各ストランド９４１の内縁部間の幅より大きくなっている。そして、各ストランド９４１の内縁部９４１ｎの各端部と折り返しタブ９４２の内縁部９４２ｐの各端部との間にストランド側から折り返しタブ９４２に向かって突出したＲ形状（円弧状）を一部に有する切り込み９４１ｔが形成されている。これによって、各ストランド９４１の内縁部９４１ｎと折り返しタブ９４２の内縁部９４２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９４２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込み、ある一定の疲労度合いに達するとその部分から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第５変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図５（ｂ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第５変形例を示す平面図である。

第５変形例に係る疲労度検出部９５０は、図５（ｂ）に示すように折り返しタブ９５２に接続した２本のストランド９５１の内縁部９５１ｎによって挟まれる折り返しタブ９５２の内縁部９５２ｐの形状が折り返しタブ９１２から延在するストランド間で挟まれる領域から遠ざかる向き（図５（ｂ）中上方向）に凹んだＲ形状（円弧状）をなしている。また、折り返しタブ９５２の内縁部９５２ｐの両端の間隔は、ストランド９５１の内縁部９５１ｎの両端の幅よりも大きくなっている。そして、各ストランド９５１の内縁部９５１ｎの各端部と折り返しタブ９５２の内縁部９５２ｐの各端部との間にストランド側から折り返しタブ９５２に向かって突出したＲ形状（円弧状）を一部に有する切り込み９５１ｔが形成されている。これによって、各ストランド９５１の内縁部９５１ｎと折り返しタブ９５２の内縁部９５２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９５２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込み、ある一定の疲労度合いに達するとその部分から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第６変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図６（ａ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第６変形例を示す平面図である。

第６変形例に係る疲労度検出部９６０は、図６（ａ）に示すように折り返しタブ９６２に接続した２本のストランド９６１の内縁部９６１ｎによって挟まれる折り返しタブ９６２の内縁部９６２ｐの形状が折り返しタブ９１２から延在するストランド間で挟まれる領域に向かって（図６（ａ）中下方向）突き出したＲ形状（円弧状）をなしている。これによって、各ストランド９６１の内縁部９６１ｎと折り返しタブ９６２の内縁部９６２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９６２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込んでいる。また、折り返しタブ９６２の外縁部９６２ｍとストランド９６１の外縁部９６１ｍの接続部には三角形状の切り込み９６３がストランド９６１と折り返しタブ９６２との接続部の幅を狭める向きに形成されている。このような構成を有することで、ある一定の疲労度合いに達するとこれら切れ込みの先端部から亀裂が確実に入るようになっている。

次に、上述した実施形態に係る疲労度検出部の第７変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成及び各疲労度検出エレメントにおいて共通する構成に関しては、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図６（ｂ）は、本実施形態に係る疲労度検出部の第７変形例を示す平面図である。

第７変形例に係る疲労度検出部９７０は、図６（ｂ）に示すように折り返しタブ９７２に接続した２本のストランド９７１の内縁部９７１ｎによって挟まれる折り返しタブ９７２の内縁部９７２ｐの形状が折り返しタブ９１２から延在するストランド間で挟まれる領域から遠ざかる向き（図６（ｂ）中上方向）に凹んだＲ形状（円弧状）をなしている。なお、折り返しタブ９７２の内縁部９７２ｐの両端の間隔は、各ストランド９７１の内縁部９７１ｎの両端の幅よりも大きくなっている。そして、折り返しタブ９７２の内縁部９７２ｐの各端部とストランド９７１の内縁部９７１ｎの各端部との間には、ストランド９７１から折り返しタブに向かって突出したＲ形状（円弧状）を一部に有する切り込み９７１ｔが形成されている。これによって、各ストランド９７１の内縁部９７１ｎと折り返しタブ９７２の内縁部９７２ｐとの接続部（即ち、折り返しタブ９７２の折り返しの内側部分の角部）が鋭角に切れ込んでいる。また、折り返しタブ９７２の外縁部９７２ｍとストランド９７１の外縁部９７１ｍの接続部には三角形状の切り込み９７３がこのストランド９７１と折り返しタブ９７２との接続部の幅を狭める向きに形成されている。このような構成を有することで、ある一定の疲労度合いに達するとこれら切れ込みの先端部から亀裂が確実に入るようになっている。

以上説明した実施形態及び各変形例に係る金属箔の配置パターンはあくまで一例であり、本発明を逸脱しない範囲で様々な変形例が適用可能であることは言うまでもない。

また、疲労度検出ひずみゲージのフィルム状部材は、これに形成されたひずみ検出部及び疲労度検出部がその役割を果たすのであれば、必ずしも樹脂製ではなくても良く、可撓性を有していなくても良い。

また、上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージの適用例としては、柱と梁からなる一般構造材を紹介したが、その適用対象としてこのようなものに限定されるものではなく、例えば一般構造材の溶接部分や形状が急激に変化する（形状係数が急激に変化する）部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に適用可能である。同様にひずみゲージと同様の機械的性質を有する機械構造材であっても溶接部分や形状が急激に変化する部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージを適用可能である。

１００（１００Ａ，１００Ｂ）疲労度検出ひずみゲージ
１１０フィルム状部材
１２１，１２２（１２０）端子部
１３０ひずみ検出部
１４０導通部
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ折り返しタブ
１５０疲労度検出部
１５０Ａ第１の疲労度検出エレメント
１５０Ｂ第２の疲労度検出エレメント
１５０Ｃ第３の疲労度検出エレメント
１５０Ｄ第４の疲労度検出エレメント
１５１（１５１ａ，１５１ａ’，１５１ｂ，１５１ｂ’，１５１ｃ，１５１ｃ’，１５１ｄ，１５１ｄ’）ストランド
１５２（１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ、１５２ｄ）折り返しタブ
９１０，９２０，９３０，９４０，９５０，９６０，９７０疲労度検出部

Claims

構造物の疲労強度を検出するため、ストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより構成される疲労度検出部を複数備えた疲労度検出用ひずみゲージであって、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、エンドタブ比の等しい疲労度検出部における疲労度検出用折り返しタブの折り返し数を前記ストランドの両端側においてそれぞれ複数形成したことを特徴とする疲労度検出ひずみゲージ。
前記疲労度検出用折り返しタブは、複数の前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の角部を鋭角形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
前記鋭角形状は、前記ストランド側の内縁部の前記折り返しタブ側端部か前記ストランドで挟まれる前記折り返しタブの内縁部の少なくともいずれか１つがＲ形状をなして構成されることを特徴とする請求項２に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
前記疲労度検出用折り返しタブの前記折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の疲労度検出ひずみゲージ。