JP3040684U - ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ひずみ限界値、即ち伸び特性を従来のものに
比べて大幅に向上させ得ると共に、断線事故の生じない
ひずみゲージを提供する。 【解決手段】 このひずみゲージは、幅狭のゲージ素子
パターン部１２と、ゲージリード１４ａ，１４ｂが接続
されるゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂと、接続パ
ターン部１５ａ，１５ｂが、ゲージベース１１上に添着
されている。ゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂに
は、受感軸方向（図１において左右方向）に沿い且つ右
端部から中心部附近に至る深さのスリット１８ａ，１８
ｂが形成されている。応力の集中するスリット１８ａ，
１８ｂの最深部１８ｃ，１８ｄは、幅広で箔面積の大き
いゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂの中心部附近に
位置するため、応力集中が緩和され、従来のひずみゲー
ジのようなゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂと接続
パターン部１５ａ，１５ｂとの連接部での断線の発生が
防止される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、ひずみゲージに関し、より詳細には、抵抗材料からなりひずみを感 知してそのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲ ージリードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、この ゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の端部とを電気的に連接する 接続パターン部とが、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着さ れたひずみゲージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ひずみゲージは、機械や構造物（以下「被測定対象物」という）の表面の機械 的なひずみ量を、抵抗値、電圧などの電気量に変換して検出するもので、被測定 対象物の各部の変形（ひずみ）を精度よく計測し、被測定対象物を破損すること なく実動状態でひずみ分布を定量的に求めるとき等に用いられる。 このような用途に用いられる従来の代表的なひずみゲージは、図４および図５に 示すように構成されている。

【０００３】 図４は、従来の箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの構成を模式的に示す平面 図であり、図５は、図４のＸ−Ｘ′線矢視方向断面図である。 １は、ゲージベースであり、可撓性を有する絶縁材料で形成されている。２は、 箔材をフォトエッチング技術により、図４に示すように、所定長さ（ゲージ長） に連続的に折返されて蛇行状にパターンニングされた幅狭のゲージ素子パターン 部であり、上記ゲージベース１を介して伝達される被測定対象物のひずみ量に対 応してその抵抗値を変化する。

【０００４】 ３ａおよび３ｂは、上記ゲージ素子パターン部２と同一材料で且つ同時に形成 される１対のゲージタブパターン部で、ゲージリード（リード線）４ａおよび４ ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部２の素線の幅に比べてかなり幅 広に形成されている。５ａおよび５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部３ａ および３ｂに一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部２の各端部と連接さ れた接続パターン部である。６ａおよび６ｂは、ゲージリード４ａおよび４ｂを ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂにそれぞれ電気的に接続する半田付部であ る。 ７は、ゲージ素子パターン部２、ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ並びに接 続パターン部５ａおよび５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化と外部からの損傷 を防止するラミネート膜である。

【０００５】 このように構成された従来の箔タイプのひずみゲージは、例えば試験機に接着 し、引張りによる伸びを与えた場合、図４のＡ部、即ちゲージタブパターン部３ ａおよび３ｂは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａおよび３ｂ）と、Ｂ部（接続 パターン部５ａ，５ｂ）との境界部分、即ち、両者の連接部分附近で、応力集中 が発生し、ひずみ量約３％で断線に至るという難点がある。 このことは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａ，３ｂ）は、Ｂ部（接続パターン 部５ａ，５ｂ）より箔面積が大きいこと、およびＡ部はゲージリード４ａ，４ｂ が半田付けされていることからＡ部は、Ｂ部より伸び難い状態となっているから であると考えられる。

【０００６】 このため、上記従来のひずみゲージは、Ａ部（ゲージタブパターン部３ａ，３ ｂ）とＢ部（接続パターン部５ａ，５ｂ）の境界部分である連接部で応力集中が 発生し、ひずみ量が僅か約３％で断線するので、大ひずみ検出用のひずみゲージ としては、実用に供し得ないものである。 このような図４および図５に示す従来のひずみゲージの問題点を解消するために 考案されたものとして図６に示すひずみゲージがある。

【０００７】 即ち、図６に示す従来のひずみゲージは、ゲージタブパターン部３ａ′，３ｂ ′の応力集中を和らげるため、Ａ′部（ゲージタブパターン部３ａ′，３ｂ′） とＢ部（接続パターン部５ａ′，５ｂ′）の境界部分の箔の受感軸方向の寸法を 長くし且つ受感軸方向に直交する方向、即ち幅寸法を徐々に減少させるようにパ ターン設定したものである。このように、図６に示すひずみゲージは、パターン の面積の急変部を極力少なくすることで、ゲージタブパターン部３ａ′，３ｂ′ と接続パターン部５ａ′，５ｂ′の連接部（境界部）における応力集中を分散さ せるようにしている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図６に示した従来のひずみゲージにも次に述べるような問題点 がある。即ち、第１に、このひずみゲージは、１０％以上の大ひずみが印加され ると、依然としてゲージタブパターン部３ａ′，３ｂ′の上部（接続パターン部 ５ａ′，５ｂ′寄りの部分）での断線事故が頻発する、という問題がある。

【０００９】 第２に、図６に見られるように、接続パターン部５ａ′，５ｂ′またはゲージ タブパターン部３ａ′，３ｂ′の長さ寸法が長大化してしまうため、ひずみ検出 部位によっては、ひずみゲージを添着することができず、また、密度の高いひず み分布を測定できない、という問題がある。つまり、ゲージサイズに制限がある 場合、図６に示すひずみゲージのゲージパターンを形成することができない、と いうパターン設計における制約を受けるものである。

【００１０】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、 第１に、ひずみ限界値、即ち伸び特性を従来のものに比べて大幅に向上させ得る と共に、断線事故の生じない、ひずみゲージを提供することにある。 第２に、ゲージサイズを大きくせずに、上記第１の目的を達成し得るパターン設 計が可能となり、ゲージ寸法のより小型化を実現し得るひずみゲージを提供する ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記の目的を達成するために、抵抗材料からなりひずみを感知して そのひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリ ードが接続される幅広の少なくとも１対のゲージタブパターン部と、このゲージ タブパターン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に連接する少な くとも１対の接続パターン部が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース 上に添着されたひずみゲージにおいて、上記ゲージタブパターン部の上記接続パ ターン部と連接する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリ ットを形成したことを特徴とするものである。

【００１２】 また、上記スリットは、ゲージ素子パターン部の受感軸に沿い且つゲージタブ パターン部の上記ゲージ素子パターン部寄りの端部から中心部附付近に至るまで の深さに亘って形成したことを特徴とすることが望ましい。

【００１３】 さらにまた、本考案は、上記の目的を達成するために、抵抗材料をもって所定 長さに連続的に折返されて蛇行状に形成され、ひずみを感知してそのひずみに対 応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン部と、ゲージリードが接続され るゲージタブパターン部と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パター ン部の各端部とを電気的に連接する接続パターン部が、可撓性を有する絶縁材料 からなるゲージベース上に添着されたひずみゲージにおいて、上記蛇行状をなす 上記ゲージ素子パターン部の折返し部の内面側に、受感軸方向に沿うように応力 を分散させ断線を防止するためのスリットを形成したことを特徴とするものであ る。

【００１４】

【作用】

本考案に係るひずみゲージは、ゲージタブパターン部の接続パターン部と連接 する部分に、応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを形成した 点に特徴がある。 このようにゲージタブパターン部にスリットを設けることにより、応力集中部は 、スリットの最深部であるゲージタブパターン部の中間部に位置することになる が、このゲージタブパターン部は箔面積が広く応力集中も分散されるため、断線 が生じ難い。このため、ゲージタブパターン部の接続パターン部５ａ，５ｂとの 境界部（連接部）における応力集中は著しく減少化され、従来のひずみゲージが 断線するひずみ限界値を大幅に上回る伸びが加えられても断線を生ずることがな く、伸び特性の飛躍的な向上が実現される。

【００１５】 また、スリットを、ゲージ素子パターン部の受感軸方向に沿い且つゲージ素子 パターン部寄りのゲージタブパターン部の端部から中心部に至るまでの深さに亘 って形成することで、応力集中を幅広で面積の広いゲージタブパターン部の中心 部に発生させるようにして、ゲージタブパターン部の上部での応力集中を大幅に 減少させて、ひずみゲージの断線の発生するひずみ限界値を大幅に向上させてい る。

【００１６】 さらにまた、応力を分散させ、断線を防止するためのスリットを、ゲージ素子 パターン部の折返しの部分に形成することにより、折返しの部分において従来発 生しがちであった断線をなくし、実質的にゲージ素子パターン部のひずみ限界値 を大幅に向上させている。

【００１７】

【考案の実施の形態】

図１は、本考案の第１の実施の形態に係るひずみゲージの構成を模式的に示す 平面図、図２は、図１のＹ−Ｙ′線矢視方向断面図である。図１および図２に示 したひずみゲージは、箔ゲージタイプの単軸ひずみゲージの一例を示すものであ り、このうち、１１は、可撓性を有する絶縁材料、例えばポリイミド樹脂で矩形 板状に形成されたゲージベースである。

【００１８】 １２は、抵抗材料、例えばＣｕ−Ｎｉ合金よりなる箔材を、フォトエッチング 技術により、図１に示すように所定のゲージ長Ｃの長さに連続的に折返されて蛇 行状にパターニングされた幅狭のゲージ素子パターン部であり、上記ゲージベー ス１１を介して伝達される被測定対象物に生じるひずみに対応してその抵抗値を 変化する。 １３ａおよび１３ｂは、上記ゲージ素子パターン部１２と同一材料で且つ同時に 形成される１対のゲージタブパターン部であり、ゲージリード（リード線）１４ ａおよび１４ｂを接続し易くするため、ゲージ素子パターン部１２の幅に比べて かなり幅広に形成されている。

【００１９】 １５ａおよび１５ｂは、上記１対のゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂ に各一端が連接され、他端がゲージ素子パターン部１２の各端部と連接された接 続パターン部である。 １６ａおよび１６ｂは、ゲージリード１４ａおよび１４ｂをゲージタブパターン 部１３ａおよび１３ｂに接続してなる半田付部（またはロー付部）である。１７ は図４、図６に示した従来のひずみゲージの場合と同様に、ゲージ素子パターン 部１２、ゲージタブパターン部１３ａおよび１３ｂ並びに接続パターン部１５ａ および１５ｂの表面を被覆し、吸湿による劣化および外部からの損傷を防止する ために施した、例えばポリエステルフィルムからなるラミネート膜である。

【００２０】 このような構成よりなる第１の実施の形態のひずみゲージの特徴的なところは 、ゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂの上記接続パターン部１５ａ，１５ｂと 連接する部分における応力の集中を分散させ、断線を防止するためのスリットを 形成したことにある。これをより具体的に説明すると、ゲージタブパターン部１ ３ａ，１３ｂのゲージ素子パターン部１２に対峙する側の端部が、ゲージ素子パ ターン部１２側（図１において右側）に凹面を向くような円弧状に形成され、さ らに、ゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂにおける接続パターン部１５ａ，１ ５ｂとの連接部に、受感軸方向に沿い且つゲージ素子パターン部１２寄りの一端 からゲージタブパターン部１３ａ，１３ｂのほぼ中心附近に達する深さのスリッ ト１８ａ，１８ｂが形成されている。

【００２１】 このように構成された第１の実施の形態に係るひずみゲージの作用につき説明 すると、例えば、ゲージべース１１の裏面側に接着剤を塗布して試験機に接着し 、引張りによる伸びを与えた場合、図４に示す従来のひずみゲージにおいては、 応力が集中するのはゲージタブパターン部３ａ，３ｂの接続パターン部５ａ，５ ｂとの境界部分の附近であったが、この図１に示すひずみゲージにおいては、ス リット１８ａ，１８ｂの最深部１８ｃ，１８ｄの附近となる。 ところが、応力が集中するスリット１８ａ，１８ｂの最深部１８ｃ，１８ｄの附 近は、幅広で、長さ寸法が大きく、従って面積の広いゲージタブパターン部１３ ａ，１３ｂの中心部附近であるため、応力集中が分散され、応力集中による断線 を生じる虞れがない。

【００２２】 従って、被測定対象物（この場合、試験機）のひずみをゲージベース１１を介 して受けるゲージ素子パターン部１２においては、上記ひずみを受け、そのひず みに対応した抵抗変化を示すこととなるが、例えば、図６に示した大ひずみ計測 用のひずみゲージのひずみ限界値、即ちひずみの限界は１０％未満であったのに 対し、図１に示すひずみゲージでは約１５％を越えるひずみに対しても断線せず 、ひずみの測定が可能となるのである。つまり、測定し得るひずみ量が従来のも のの１０％未満から約１５％以上へと測定可能範囲を、約５０％向上させ得たこ とになる。

【００２３】 また、図１，図２に示すひずみゲージによれば、ゲージタブパターン部１３ａ ，１３ｂ、接続パターン部１５ａ，１５ｂおよびゲージ素子パターン部１２の全 てを含むゲージサイズＤの寸法を、大幅に短縮化させ得る。 即ち、図１，図２に示す本考案に係るひずみゲージと図６に示すひずみゲージの ゲージサイズＤを対比してみると、ゲージ長Ｃが共に２mmである場合においては 、前者が４mmであるのに対し後者が５．７mm必要となり、本考案に係るひずみゲ ージの方が、従来の大ひずみ測定用のひずみゲージに対し、そのゲージサイズＤ を約７０％の長さに抑えることができ、その分、より狭い部分のひずみあるいは より高い密度分布のひずみを測定することができ、さらには、その分パターン設 計の自由度を拡張することができる。

【００２４】 次に、本考案の第２の実施の形態を、図３を参照にして具体的に説明する。 図３は、第２の実施の形態に係るひずみゲージのゲージ素子パターン部の構成を 示す平面図である。 同図において、２２は、図１，図２に示すゲージ素子パターン部１２とその材料 、製造方法、機能は、基本的に同じであるが、折返し部２２ａおよび２２ｂの内 側に、受感軸方向に沿って内端から折返し部の中間附近に達するスリット２３ａ ，２４ａおよび２３ｂ，２４ｂをそれぞれ形成した点に特徴を有する。

【００２５】 このように構成することにより、幅狭な各ゲージ素子（素線）と折返し部２２ ａ，２２ｂとの連接部（境界部）において、従来のひずみゲージに生じていた応 力集中発生を、折返し部２２ａ，２２ｂに形成したスリット２３ａ，２３ｂ，２ ４ａ，２４ｂの最深部に移動させるようにすることができる。 このスリット２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの最深部は、幅狭な線状の各ゲー ジ素子に比べ、充分に幅広な折返し部２２ａ，２２ｂの中心部附近に位置してい るため、応力集中が生じてもその応力を分散させることができるので、従来のひ ずみゲージのように、折返し部２２ａ，２２ｂとゲージ素線との連接部における 断線事故をなくすこと、換言すれば、ひずみ限界値を大幅に上げることができる 。

【００２６】 この折返し部２２ａ，２２ｂにおけるスリット２３ａ〜２４ｂは、ゲージタブ パターン部１３ａ，１３ｂにスリット１８ａ，１８ｂを形成することとは関係な く形成してもよいが、ひずみ限界値をより高めるためには、両者にスリットを形 成することが望ましい。 尚、本考案は、上述し且つ図示した２つの実施の形態に限定されるものではなく 、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形し得ることは勿論である。

【００２７】 例えば、図示の例においては、単軸型のひずみゲージについて説明したが、２ 軸、３軸等の多軸型のひずみゲージについても適用可能であり、また、箔材をも って形成したひずみゲージのほかスパッタリング技術等によってゲージ素子パタ ーン部やゲージタブパターン部等を成膜する半導体ひずみゲージにも適用可能で ある。 また、スリットの最深部までの長さ寸法は、必らずしもゲージタブパターン部の 中心部に達する長さとする必要はなく、各ひずみゲージの特性に合せて調整する ことが望ましい。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、ゲージタブパターン部の接続パターン 部と連接する部分にスリットを形成することで、応力集中を、幅広のゲージタブ パターン部の中間部に生じさせているが、この部分は、パターンの面積が広いた め応力集中が分散され、従来のひずみ限界値を大幅に上回る伸びが加えられても 断線を生ずることがなく、伸び特性の飛躍的な向上を図り得るひずみゲージを提 供することができる。

【００２９】 また、本考案によれば、ゲージタブパターン部、接続パターン部およびゲージ 素子パターン部のすべてを含むゲージサイズの寸法を、大幅に短縮化させること ができ、その分、より狭い部分のひずみあるいはより高い密度分布のひずみを測 定することができ、換言すればその分、パターン設計の自由度を拡張し得るひず みゲージを提供することができる。

【００３０】 さらにまた、本考案によれば、蛇行状をなすゲージ素子パターン部の折返し部 に、受感軸方向に沿うように応力を分散させ、断線を防止するためのスリットを 形成することにより、折返し部とゲージ素線との連接部における断線事故をなく し、換言すればひずみ限界値を大幅に上げ得るひずみゲージを提供することがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施の形態に係るひずみゲージ
の構成を模式的に示す平面図である。

【図２】図１のＹ−Ｙ′線矢視方向断面を示す断面図で
ある。

【図３】本考案の第２の実施の形態に係るひずみゲージ
のゲージ素子パターン部の構成を主として模式的に示す
平面図である。

【図４】従来の一般的なひずみゲージの構成を模式的に
示す平面図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ′線矢視方向断面を示す断面図で
ある。

【図６】大ひずみの測定を可能とした従来のひずみゲー
ジの構成を模式的に示す平面図である。

【符号の説明】

１１ ゲージベース １２ ゲージ素子パターン部 １３ａ，１３ｂ ゲージタブパターン部 １４ａ，１４ｂ ゲージリード １５ａ，１５ｂ 接続パターン部 １６ａ，１６ｂ 半田付部 １７ ラミネート膜 １８ａ，１８ｂ スリット １８ｃ，１８ｄ スリットの最深部 ２２ ゲージ素子パターン部 ２２ａ，２２ｂ 折返し部 ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ スリット

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗材料からなりひずみを感知してその
   ひずみに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パタ
   ーン部と、ゲージリードが接続される幅広の少なくとも
   １対のゲージタブパターン部と、このゲージタブパター
   ン部と上記ゲージ素子パターン部の各端部とを電気的に
   連接する少なくとも１対の接続パターン部が、可撓性を
   有する絶縁材料からなるゲージベース上に添着されたひ
   ずみゲージにおいて、上記ゲージタブパターン部の上記
   接続パターン部と連接する部分に、応力の集中を分散さ
   せ、断線を防止するためのスリットを形成したことを特
   徴とするひずみゲージ。
2. 【請求項２】 スリットは、ゲージ素子パターン部の受
   感軸に沿い且つゲージタブパターン部の上記ゲージ素子
   パターン部寄りの端部から中心部附近に至るまでの深さ
   に亘って形成したことを特徴とする請求項１に記載のひ
   ずみゲージ。
3. 【請求項３】 抵抗材料をもって所定長さに連続的に折
   返されて蛇行状に形成され、ひずみを感知してそのひず
   みに対応した抵抗変化を示す幅狭のゲージ素子パターン
   部と、ゲージリードが接続されるゲージタブパターン部
   と、このゲージタブパターン部と上記ゲージ素子パター
   ン部の各端部とを電気的に連接する接続パターン部と
   が、可撓性を有する絶縁材料からなるゲージベース上に
   添着されたひずみゲージにおいて、上記蛇行状をなす上
   記ゲージ素子パターン部の折返し部の内面側に、受感軸
   方向に沿うように応力を分散させ断線を防止するための
   スリットを形成したことを特徴とするひずみゲージ。