JP2603204B2 - 高感度ひずみゲージ - Google Patents
高感度ひずみゲージInfo
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- JP2603204B2 JP2603204B2 JP4717488A JP4717488A JP2603204B2 JP 2603204 B2 JP2603204 B2 JP 2603204B2 JP 4717488 A JP4717488 A JP 4717488A JP 4717488 A JP4717488 A JP 4717488A JP 2603204 B2 JP2603204 B2 JP 2603204B2
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- Japan
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- gauge
- strain
- foil
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- rigid film
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- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、構造物の面に接着してひずみ（応力）を測
定するひずみゲージに関し、特にそのゲージ率を向上さ
せるための改良に関する。
定するひずみゲージに関し、特にそのゲージ率を向上さ
せるための改良に関する。
［従来の技術］ ひずみゲージは構造物の応力測定センサとして広く用
いられているが、その特性上、ゲージとしての感度、即
ちゲージ率が大きいことが要求される。
いられているが、その特性上、ゲージとしての感度、即
ちゲージ率が大きいことが要求される。
この点に関して、半導体ゲージは線ゲージや箔ゲージ
に比較して50倍以上のひずみ感度を得ることができる
が、直線性や温度特性に関して金属抵抗体より劣るとい
う欠点がある。また、線ゲージや箔ゲージのゲージ率は
ひずみ感度の大きいゲージ素子用材料を選択することに
より高くすることができるが、応力−ひずみ特性におけ
る直線部分の範囲の広いものが必要であり、また抵抗温
度係数が小さく、広い温度範囲にわたって一定である等
の種々の条件が課されることから、その材料の選択範囲
にも限界がある。
に比較して50倍以上のひずみ感度を得ることができる
が、直線性や温度特性に関して金属抵抗体より劣るとい
う欠点がある。また、線ゲージや箔ゲージのゲージ率は
ひずみ感度の大きいゲージ素子用材料を選択することに
より高くすることができるが、応力−ひずみ特性におけ
る直線部分の範囲の広いものが必要であり、また抵抗温
度係数が小さく、広い温度範囲にわたって一定である等
の種々の条件が課されることから、その材料の選択範囲
にも限界がある。
ところで、一般に、線ゲージや箔ゲージにおいてゲー
ジ率Ksはゲージ素子のひずみ感度Ｋより低くなる。この
理由は、被測定面にひずみゲージが接着された場合にお
いて、接着剤層とゲージベースが剪断変形することや、
ひずみ方向と直角方向に働くポアソン比の影響によって
被測定面から伝達されるひずみが減衰されてゲージ素子
に伝達される点にある。
ジ率Ksはゲージ素子のひずみ感度Ｋより低くなる。この
理由は、被測定面にひずみゲージが接着された場合にお
いて、接着剤層とゲージベースが剪断変形することや、
ひずみ方向と直角方向に働くポアソン比の影響によって
被測定面から伝達されるひずみが減衰されてゲージ素子
に伝達される点にある。
そこで、従来から線ゲージや箔ゲージにおいてゲージ
率を向上させる場合には、前者に対しては接着剤として
弾性係数の大きいものを用いると共に、ゲージベースの
厚さを薄くする手法が採用され、後者に対してはゲージ
長を幅に比較して長くする、即ち、折返し長さを短くす
る等の手法が用いられているのが現状である。
率を向上させる場合には、前者に対しては接着剤として
弾性係数の大きいものを用いると共に、ゲージベースの
厚さを薄くする手法が採用され、後者に対してはゲージ
長を幅に比較して長くする、即ち、折返し長さを短くす
る等の手法が用いられているのが現状である。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、接着剤として所定の特性のものを用いたと
しても、ゲージベースには一般的に約17μｍ程度の厚さ
の樹脂製（特殊な用途には金属箔や紙）フィルムが用い
られており、これを更に薄くするには技術的に限界があ
る。
しても、ゲージベースには一般的に約17μｍ程度の厚さ
の樹脂製（特殊な用途には金属箔や紙）フィルムが用い
られており、これを更に薄くするには技術的に限界があ
る。
そこで、本発明は、ゲージベース面に剛性膜を被着す
ることによりゲージベースの見かけ上の剛性を高められ
ることに着目し、極めて簡単な構成でゲージ率を向上さ
せた高感度ひずみゲージを提供することを目的として創
作された。
ることによりゲージベースの見かけ上の剛性を高められ
ることに着目し、極めて簡単な構成でゲージ率を向上さ
せた高感度ひずみゲージを提供することを目的として創
作された。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、ひずみゲージにおいて、ゲージベースにお
けるゲージ素子領域の外側であって、前記ゲージ素子領
域に対してゲージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領
域に剛性膜を被着した高感度ひずみゲージに係る。
けるゲージ素子領域の外側であって、前記ゲージ素子領
域に対してゲージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領
域に剛性膜を被着した高感度ひずみゲージに係る。
この発明におけるひずみゲージは、線ゲージまたは箔
ゲージの何れでもあってもよいが、箔ゲージの場合には
剛性膜とゲージ素子の箔とをエッチング手段により形成
することができる。
ゲージの何れでもあってもよいが、箔ゲージの場合には
剛性膜とゲージ素子の箔とをエッチング手段により形成
することができる。
［作用］ 本発明のひずみゲージは、ゲージベースにおけるゲー
ジ素子領域の外側であって、ゲージ素子領域に対してゲ
ージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領域に剛性膜を
被着した点に特徴がある。
ジ素子領域の外側であって、ゲージ素子領域に対してゲ
ージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領域に剛性膜を
被着した点に特徴がある。
この剛性膜はゲージ素子に対して独立に被着されたも
のであるが、その被着領域におけるゲージベースは剛性
膜により見かけ上の剛性が高められ、同領域のひずみが
抑制される。従って、剛性膜の変位が縮小され、ゲージ
素子領域の部分での変位を必要とし、この結果、ゲージ
領域のゲージ軸方向のひずみが剛性膜がない場合より大
きくなり、ゲージ素子領域における被測定面からゲージ
素子へのひずみ伝達率が高められて、ひずみゲージ素子
のゲージ率を高くすることが可能になる。
のであるが、その被着領域におけるゲージベースは剛性
膜により見かけ上の剛性が高められ、同領域のひずみが
抑制される。従って、剛性膜の変位が縮小され、ゲージ
素子領域の部分での変位を必要とし、この結果、ゲージ
領域のゲージ軸方向のひずみが剛性膜がない場合より大
きくなり、ゲージ素子領域における被測定面からゲージ
素子へのひずみ伝達率が高められて、ひずみゲージ素子
のゲージ率を高くすることが可能になる。
本発明のひずみゲージが箔ゲージである場合におい
て、剛性膜とゲージ素子の箔とをエッチングでゲージベ
ース上に形成せしめることとすると、ゲージ素子部と剛
性膜部を形成するためのエリアをマスクに設けておくだ
けで足り、従来の箔ゲージの製造工程と同様のプロセス
で簡単に製造することができる。
て、剛性膜とゲージ素子の箔とをエッチングでゲージベ
ース上に形成せしめることとすると、ゲージ素子部と剛
性膜部を形成するためのエリアをマスクに設けておくだ
けで足り、従来の箔ゲージの製造工程と同様のプロセス
で簡単に製造することができる。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
実施例１ 本実施例のひずみゲージの構成は第１図（平面図）及
び第２図（第１図におけりX-X矢視断面図）に示され、
１はゲージベース、２はゲージ素子、３はゲージリード
接続用タブ、４は剛性膜であり、フォトエッチングによ
りゲージベース１の面にゲージ素子２、タブ３、及び剛
性膜４が箔として形成されている。
び第２図（第１図におけりX-X矢視断面図）に示され、
１はゲージベース、２はゲージ素子、３はゲージリード
接続用タブ、４は剛性膜であり、フォトエッチングによ
りゲージベース１の面にゲージ素子２、タブ３、及び剛
性膜４が箔として形成されている。
剛性膜４はゲージ素子領域５に対してゲージ素子２の
ゲージ軸方向に相当する側部領域にゲージ素子領域５と
僅かな間隔を隔てて形成されており、その間隔をＡ、剛
性膜４の幅をＢ、剛性膜４の側端からゲージベース１の
端部までの距離をＣとして、このひずみゲージを被測定
面に接着した場合の被測定面のひずみ値（εｓ）に対す
る箔部分のひずみ値（εe,εg;剛性膜４のひずみ値）及
びゲージベース１のひずみ値（εｂ）のひずみ値比（ε
e/εs,εb/εs,εg/εｓ）を求めると、第３図の点線で
示したようになる。尚、第３図の実線で示したものは剛
性膜４がない場合のひずみ値比の変化を示す。
ゲージ軸方向に相当する側部領域にゲージ素子領域５と
僅かな間隔を隔てて形成されており、その間隔をＡ、剛
性膜４の幅をＢ、剛性膜４の側端からゲージベース１の
端部までの距離をＣとして、このひずみゲージを被測定
面に接着した場合の被測定面のひずみ値（εｓ）に対す
る箔部分のひずみ値（εe,εg;剛性膜４のひずみ値）及
びゲージベース１のひずみ値（εｂ）のひずみ値比（ε
e/εs,εb/εs,εg/εｓ）を求めると、第３図の点線で
示したようになる。尚、第３図の実線で示したものは剛
性膜４がない場合のひずみ値比の変化を示す。
同図から明らかなように、箔の被着部分と被着してい
ない部分の各境界付近でひずみ変化帯ができるが、剛性
膜４の幅（Ｂ）に相当する部分でゲージベース１が見か
け上剛性化したことによりひずみ値比（εg/εｓ）が減
少し、その結果、ゲージ素子領域５に相当する部分での
ひずみ値比（εe/εｓ）が増加している。
ない部分の各境界付近でひずみ変化帯ができるが、剛性
膜４の幅（Ｂ）に相当する部分でゲージベース１が見か
け上剛性化したことによりひずみ値比（εg/εｓ）が減
少し、その結果、ゲージ素子領域５に相当する部分での
ひずみ値比（εe/εｓ）が増加している。
更に、本実施例においては、ゲージベース１、ゲージ
素子２、及びタブ３を同一条件にすると共に、Ａ＋Ｂ＋
Ｃ＝0.3mmとして固定し、Ｂを0.01mm,0.10mm,0.20mmに
設定し、Ｂの各設定値に対してＡを0.001mm,0.010mm,0.
050mm,0.100mmとして選択したひずみゲージを製作し
て、それぞれのひずみゲージについてゲージ率を求める
試験を行った。
素子２、及びタブ３を同一条件にすると共に、Ａ＋Ｂ＋
Ｃ＝0.3mmとして固定し、Ｂを0.01mm,0.10mm,0.20mmに
設定し、Ｂの各設定値に対してＡを0.001mm,0.010mm,0.
050mm,0.100mmとして選択したひずみゲージを製作し
て、それぞれのひずみゲージについてゲージ率を求める
試験を行った。
この結果は第４図のグラフに示され、Ａが0.050mmよ
り小さくなるとゲージ率が増加し、Ｂが大きいほどその
増加率も大きく、Ｂが0.020mmでＡを0.001mmまで小さく
するとひずみ伝達率を約５％以上向上させ得ることが判
明した。また、この試験結果は、有限要素法を用いて計
算した結果と極めて良く近似した。
り小さくなるとゲージ率が増加し、Ｂが大きいほどその
増加率も大きく、Ｂが0.020mmでＡを0.001mmまで小さく
するとひずみ伝達率を約５％以上向上させ得ることが判
明した。また、この試験結果は、有限要素法を用いて計
算した結果と極めて良く近似した。
実施例２ 本実施例のひずみゲージは第５図（平面図）に示さ
れ、実施例１と同様に箔ゲージであるが、剛性膜をゲー
ジ素子領域に対してゲージ素子のゲージ軸方向に相当す
る両側部領域にそれぞれ設けたものである。
れ、実施例１と同様に箔ゲージであるが、剛性膜をゲー
ジ素子領域に対してゲージ素子のゲージ軸方向に相当す
る両側部領域にそれぞれ設けたものである。
図において、６はゲージベース、７はゲージ素子、８
はゲージリード接続用タブ、9,10は剛性膜である。
はゲージリード接続用タブ、9,10は剛性膜である。
このひずみゲージにおいても、被測定面に接着した場
合のY-Y矢視断面における被測定面のひずみ値（εｓ）
に対する箔部分のひずみ値（εｅ）及びゲージベース６
のびずみ値（εｂ）のひずみ値比（εe/εs,εb,εｓ）
を求めると、第６図の点線で示したようになる。即ち、
ゲージ素子領域の両側に被着された剛性膜9,10の幅に相
当する領域でゲージベース６が見かけ上剛性化したこと
によりひずみ値比が低下し、その結果、ゲージ素子領域
のひずみ値比が増加することになる。
合のY-Y矢視断面における被測定面のひずみ値（εｓ）
に対する箔部分のひずみ値（εｅ）及びゲージベース６
のびずみ値（εｂ）のひずみ値比（εe/εs,εb,εｓ）
を求めると、第６図の点線で示したようになる。即ち、
ゲージ素子領域の両側に被着された剛性膜9,10の幅に相
当する領域でゲージベース６が見かけ上剛性化したこと
によりひずみ値比が低下し、その結果、ゲージ素子領域
のひずみ値比が増加することになる。
本実施例では剛性膜9,10がゲージ素子領域の両側に設
けられているため、実施例１の場合より更にゲージ素子
領域のひずみ値比が高くなり、それだけ高いゲージ率の
ひずみゲージが得られることになる。
けられているため、実施例１の場合より更にゲージ素子
領域のひずみ値比が高くなり、それだけ高いゲージ率の
ひずみゲージが得られることになる。
［発明の効果］ 本発明は、以上に説明したように構成されているた
め、以下に記載されるような効果を奏する。
め、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項（１）の発明は、ゲージベースにおけるゲージ
素子領域の外側であって、前記ゲージ素子領域に対して
ゲージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領域に剛性膜
を被着したことによりゲージベースの見かけ上の剛性を
高くでき、ゲージベースの厚みや素材に関係なく高いゲ
ージ率のびずみゲージを実現する。
素子領域の外側であって、前記ゲージ素子領域に対して
ゲージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領域に剛性膜
を被着したことによりゲージベースの見かけ上の剛性を
高くでき、ゲージベースの厚みや素材に関係なく高いゲ
ージ率のびずみゲージを実現する。
請求項（２）の発明は、請求項（１）のひずみゲージ
が箔ゲージである場合に、ゲージ素子部やタブの部分と
剛性膜を同時にエッチングで製作することを可能にし、
製造工程を簡素化する。
が箔ゲージである場合に、ゲージ素子部やタブの部分と
剛性膜を同時にエッチングで製作することを可能にし、
製造工程を簡素化する。
第１図は実施例１に係るひずみゲージの平面図、第２図
は同ひずみゲージの断面図（X-X矢視）、第３図は横軸
にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被測定面に対
するひずみ値比をとり、実施例１に関してゲージ軸方向
についてのひずみ値比の変化を示したグラフ、第４図は
横軸にゲージ素子領域と剛性膜との間隔（Ａ）を、縦軸
にひずみ伝達率をとり、剛性膜の幅（Ｂ）をパラメータ
としてＡの変化についてのゲージ率の変化を示すグラ
フ、第５図は実施例２に係るひずみゲージの平面図、第
６図は横軸にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被
測定面に対するひずみ値比をとり、実施例２に関してゲ
ージ軸方向についてのひずみ値比の変化を示したグラフ
である。 １……ゲージベース、２……ゲージ素子 ４……剛性膜、５……ゲージ素子領域 ６……ゲージベース、７……ゲージ素子 9,10……剛性膜
は同ひずみゲージの断面図（X-X矢視）、第３図は横軸
にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被測定面に対
するひずみ値比をとり、実施例１に関してゲージ軸方向
についてのひずみ値比の変化を示したグラフ、第４図は
横軸にゲージ素子領域と剛性膜との間隔（Ａ）を、縦軸
にひずみ伝達率をとり、剛性膜の幅（Ｂ）をパラメータ
としてＡの変化についてのゲージ率の変化を示すグラ
フ、第５図は実施例２に係るひずみゲージの平面図、第
６図は横軸にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被
測定面に対するひずみ値比をとり、実施例２に関してゲ
ージ軸方向についてのひずみ値比の変化を示したグラフ
である。 １……ゲージベース、２……ゲージ素子 ４……剛性膜、５……ゲージ素子領域 ６……ゲージベース、７……ゲージ素子 9,10……剛性膜
Claims (2)
- 【請求項１】ひずみゲージにおいて、ゲージベースにお
けるゲージ素子領域の外側であって、前記ゲージ素子領
域に対してゲージ素子のゲージ軸方向に相当する側部領
域に剛性膜を被着したことを特徴とする高感度ひずみゲ
ージ。 - 【請求項２】ひずみゲージが箔ひずみゲージであり、剛
性膜とゲージ素子の箔とをエッチングにより形成した請
求項（１）記載の高感度ひずみゲージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4717488A JP2603204B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 高感度ひずみゲージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4717488A JP2603204B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 高感度ひずみゲージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01219601A JPH01219601A (ja) | 1989-09-01 |
| JP2603204B2 true JP2603204B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=12767705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4717488A Expired - Fee Related JP2603204B2 (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | 高感度ひずみゲージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603204B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5413944B2 (ja) * | 2008-07-25 | 2014-02-12 | 株式会社タニタ | 計測装置 |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP4717488A patent/JP2603204B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01219601A (ja) | 1989-09-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |