JP4084803B2

JP4084803B2 - 歪みゲージ

Info

Publication number: JP4084803B2
Application number: JP2004568566A
Authority: JP
Inventors: ピーキーファートーマス; ビーワトソンロバート; エルカーチャーハリスシャロン
Original assignee: ヴィシェイメジャーメンツグループインコーポレイテッド
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: US20040159162A1; DE60305326D1; DE60305326T2; EP1530708B1; WO2004074800A1; HK1072465A1; CN1692275A; EP1530708A1; JP2005525582A; TW200537082A; AU2003287046A1; ATE326688T1; CN100357699C; TWI277728B

Description

本発明は歪みゲージに関する。

抵抗型歪み感知装置である歪みゲージは、機械的歪みを測定するために用いられる。通常、歪みゲージは表面に接着されるが、歪みゲージの抵抗値は、その形状に基づく種々の影響により変化する。歪みゲージは、曲げ、軸荷重、捩り荷重、その他の歪みの影響を測定するために用いられる。歪みゲージは、フォトエッチング、イオンエッチング、または抵抗を起こさせるためのパターンに切り取られた抵抗体のフォイルからなっている。

フォイルの材料は、厚さが1.27μm（50μin）〜5.08μm（200μin）のNi-Cu、Ni-Crまたはマンガン合金である。歪みゲージの通常の抵抗値は120Ωである。通常、フォイルパターンは、エポキシ樹脂や、類似の樹脂、またはセメント上に設けられた極薄の可撓性ポリマーにボンディングされている。ポリマーが設けられるベースの厚さは、可撓性を高めるために薄く（12.7μm（0.5mil））されている。

このような歪みゲージの歪み感度は、次の式により求められる。
kr(dl/l)=dr/r
dl/lは、負荷（応力）下の構造体に固着された時の、歪みゲージにかかる歪みであり、dr/rは、歪みによる相対的な抵抗の変化分であり、Kは定数である。歪みゲージの定数kは、抵抗の相対的な抵抗変化と歪みゲージの歪みとの比例定数である。定数kのことを、ゲージファクタと言う。このゲージファクタkは、通常は約２である。

歪みゲージは、大きな可撓性を有するので、きわめて小径の湾曲面にも用いることができる。しがし、歪みゲージは可撓性が大であり、かつ静電荷により「くっつき易い」ので、欠点も大である。

従来の歪みゲージにおける１つの問題は、その製造過程にある。テープ上でパッケージングするために、歪みゲージを振動ボウルに自動的に振り分けることはできない。そのため、歪みゲージは、トレイポケットまたはプラスチックフォルダに個々に包装される。そのため、処理が煩雑になるとともに、コストがかかる。

他の問題は、従来の歪みゲージは、手または機械で扱う際に、傷み易いということである。

また、他の問題は、歪みゲージの取り付けが困難なことである。歪みゲージは、歪みが計測される構造体に接着される。リード線を取り付ける必要があるが、このような処理は、面倒でコストがかかるものである。

従って、本発明の第１の目的は、従来技術における諸問題を解決することである。

本発明の第２の目的は、自動的に振り分けられ、かつテープ上でパッケージングできる歪みゲージを提供することにある。

本発明の第３の目的は、個別に包装する必要のない歪みゲージを提供することにある。

本発明の第４の目的は、丈夫で扱いやすい歪みゲージを提供することにある。

本発明の第５の目的は、容易に取り付け可能な歪みゲージを提供することにある。

本発明の上記以外の目的、特徴及び利点は、特許請求の範囲及び詳細な説明から明らかになると思う。

本発明は、製造、取り扱い及び取り付けが容易な歪みゲージを提供するものである。この歪みゲージは、約25.4μm（1mil）〜0.76mm（30mil）の厚さを有する半硬質の基板と、半硬質の基板にボンディングされ、歪みゲージ（１０）が取り付けられた表面の歪みに基づいて抵抗値を変化させる抵抗型の歪み感知フォイルと、抵抗型の歪み感知フォイルに作動的に接続された第１及び第２のターミナルとを備えている。この歪みゲージは、平坦またはやや湾曲した面に用いることができる。半硬質の基板が用いられているので、歪みゲージの取り扱い及び取り付けは容易である。

この歪みゲージは、半硬質の基板の表面に取り付けられた帯電防止層を備えており、そのため、歪みゲージの取り扱いが、さらに容易となっている。また、帯電防止層は、歪みゲージを金属部分に対する半田付けを容易としている。

本発明はまた、他の態様として、歪みゲージの製造方法を提供するものである。この製造方法は、抵抗型の歪み感知フォイルを半硬質の基板にボンディングし、同様の抵抗型の歪み感知フォイルを用いる従来の歪みゲージと同等のゲージファクタ（約２）となるように、抵抗型の歪み感知フォイル及び半硬質の基板を選択し、第１及び第２のターミナルを抵抗型の歪み感知フォイルに取り付けることを含んでいる。また、帯電防止層が抵抗型の歪み感知フォイルの表面に取り付けられている。

本発明は、歪みゲージに関するものである。より詳しく言うと、本発明は、従来技術の欠点を解消した、半硬質で非可撓性の歪みゲージを提供するものである。また、本発明の歪みゲージは、平坦またはやや湾曲した面に適用するのに好適であり、かつ製造面及び取り付け面において利点を有している。

本発明の歪みゲージは、従来の歪みゲージと同様に、ヘビ状の抵抗型フォイルパターンを有している。このフォイルパターンは、厚さが25.4μm（1mil）〜0.76mm（30mil）の繊維ガラス、ポリイミド樹脂、または他の硬質材料からなる半硬質の基板にボンディングされている。厚さ及び剛性のいかんに係わらず、歪みに対するゲージファクタkは一定である。

図１に示すように、この歪みゲージ（１０）は、基板（１２）を備えている。基板（１２）は、従来の可撓性基板とは異なり、半硬質である。本発明では、繊維ガラス、プラスチック、ガラス、強化エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、その他の硬質または半硬質材料等、種々の材料を用いることができる。基板（１２）の厚さは、25.4μm（1mil）〜0.76mm（30mil）である。このように、基板（１２）は、半硬質となるのに十分な厚さを有している。

半硬質の基板（１２）には、抵抗型の歪み感知フォイル（１６）がボンディングされている。基板（１２）とフォイル（１６）との間に、セメント、エポキシ樹脂、その他の樹脂等の種々のボンド材料からなる接着部（１４）が設けられている。

第１及び第２のターミナル（１８Ａ）（１８Ｂ）は、歪み感知フォイル（１６）に作動的に接続されている。ターミナル（１８Ａ）（１８Ｂ）は、歪みゲージ（１０）にリード線を取り付け可能とするために、予め半田付けまたは溶接できるようになっている。

また、図１に示すように、帯電防止層（２０）が設けられている。帯電防止層（２０）を、フォイル（１６）の表面、裏面または両面に設けることができる。帯電防止層（２０）は、振動ボウルが製造工程に用いられている場合に、容易に振り分け可能とする利点を有している。帯電防止層（２０）は、製造工程において、個々の歪みゲージ（１０）が付着するのを防止するようになっている。

帯電防止層（２０）は、銅、鑞または他の低抵抗金属であるのが好ましい。この金属層は、粘着剤のような接着剤を用いる代わりに、歪みゲージ（１０）を金属部分や他の表面（２４）に半田付けするために用いられている。これにより、本発明の歪みゲージ（１０）の取り付け工程は簡略化される。

図２は、本発明の歪みゲージ（１０）の正面図である。図２において、歪み感知フォイル（１６）は、ヘビ状のフォイルパターン（２２）を有しているが、本発明では、所望の抵抗値を有する他の形状のフォイルパターンを用いることもできる。フォイルパターン（１６）は、50Ω〜10,000Ωの抵抗値を有しているのが好ましい。歪みゲージ（１０）のゲージファクタkは、歪み感知フォイル（１６）が12.7μm（0.5mil）の可撓性のベースに取り付けられた場合と同様である。従って、ゲージファクタkは、２である。

上述したように、この歪みゲージ（１０）は改良されている。本発明は、半硬質基板の種類や厚さ、歪み感知フォイルの種類や抵抗値、歪み感知フォイルを接着するためのセメントや他の接着剤の種類、帯電防止層の材料、及び、改良された歪みゲージの構造体への取り付け方法（接着、半田付け等）に関して行われる、種々の変形を含む。これらの変形及び同等の構成は、本発明の記載の範囲内に含まれるものである。

本発明による歪みゲージの正面図である。本発明による歪みゲージの平面図である。

符号の説明

１０歪みゲージ
１２基板
１４接着部
１６歪み感知フォイル
１８Ａ、１８Ｂターミナル
２０帯電防止層
２２フォイルパターン
２４表面

Claims

25.4 μ m（1mil）〜0.76mm（30mil）の厚さを有する半硬質の基板と、半硬質の基板にボンディングされ、歪みゲージが取り付けられた表面の歪みに基づいて抵抗値を変化させる抵抗型の歪み感知フォイルと、抵抗型の歪み感知フォイルに作動的に接続された第１及び第２のターミナルと、抵抗型の歪み感知フォイルの表面を被覆する帯電防止層を備えている歪みゲージ。
抵抗型の歪み感知フォイルは、50Ω〜10,000Ωの抵抗を有している、請求項１に記載の歪みゲージ。
帯電防止層により、歪みゲージを金属部分に半田付けできるようになっている、請求項１に記載の歪みゲージ。
抵抗型の歪み感知フォイルと対向する半硬質の基板の表面を被覆する帯電防止層をさらに備えている、請求項１に記載の歪みゲージ。
帯電防止層により、歪みゲージを金属部分に半田付けできるようになっている、請求項４に記載の歪みゲージ。
半硬質の基板は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂である、請求項１に記載の歪みゲージ。
半硬質の基板は、ポリイミド樹脂である、請求項１に記載の歪みゲージ。
半硬質の基板は、フェノール樹脂である、請求項１に記載の歪みゲージ。
リード線を容易に取り付けることができるように、第１及び第２のターミナルを、予め半田付けしてある、請求項１に記載の歪みゲージ。
ゲージファクタが２である請求項１に記載の歪みゲージ。
ゲージファクタが２となるように、抵抗型の歪み感知フォイル及び半硬質の基板を選択し、抵抗型の歪み感知フォイルを半硬質の基板にボンディングすること、第１及び第２のターミナルを抵抗型の歪み感知フォイルに取り付けること、および、帯電防止層を抵抗型の歪み感知フォイルの表面に取り付けることを含む歪みゲージの製造方法。
半硬質の基板の厚さは、 25.4 μ m （ 1mil ）〜 0.76mm （ 30mil ）である、請求項１１に記載の方法。
帯電防止層は金属である、請求項１１に記載の方法。
テープ上で歪みゲージをパッケージングすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
振動ボウルを用いて、歪みゲージを振り分けることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
25.4 μ m （ 1mil ）〜 0.76mm （ 30mil ）の厚さを有する半硬質の基板と、半硬質の基板にボンディングされ、歪みゲージが取り付けられた表面の歪みに基づいて抵抗値を変化させる抵抗型の歪み感知フォイルと、抵抗型の歪み感知フォイルに作動的に接続された第１及び第２のターミナルと、抵抗型の歪み感知フォイル表面を被覆する帯電防止層とを備え、半硬質の基板により、歪みゲージがテープ上でパッケージングされ、帯電防止層により、振動ボウルを用いて歪みゲージが振り分けられるようになっている歪みゲージ。