JP5203172B2 - ひずみゲージ - Google Patents
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Description
このような機械的特性を試験する上で、負荷された荷重に対する材料や構造物のひずみを測定するためにひずみゲージが多用されている。
このようなひずみゲージは、通常、被測定対象物表面の所定範囲の領域中に複数個貼り付けられており、被測定対象物が大型の場合、例えば航空機である場合には1万点近くものひずみゲージが使用される。
このような場合、どの測定チャンネルが構造物のどの位置のひずみを測定しているのかを明確に把握しておく必要がある。
また、このような多数のひずみゲージのうち何れかの不具合によってひずみ測定値の異常等が生じた場合についても、どのひずみゲージやリード線が不良であるかを把握する必要がある。
また、ひずみゲージ自体、寸法が極めて小さいものであるため、被測定対象物のどこに接着されているかが確認しにくい場合が多い。
また、多数接着されているひずみゲージの被測定対象物における配設状況をカメラやビデオカメラで撮影する必要があるが、特に、薄暗い個所の撮影にストロボを使用すると、被測定対象物自体が光ってしまい、ひずみゲージの写真撮影や視覚による認識が困難で、工夫の余地が残されていた。
このような問題を解決するために提案したものとして、特許文献1(特開平9−237524号公報)に記載されたものがある。
この特許文献1に係る設定位置識別機能付きリードケーブルは、主電気機器の端子板と複数のひずみセンサとをリードケーブルで接続し、このリードケーブルは、3本の導線と光ファイバーを一体化して形成する。光ファイバーの端子盤側に光り導入部を設け、ひずみセンサ側に光放出部を設け、ひずみセンサの設定位置を確認する場合には、確認しようとするチャンネルに対応する光ファイバーの光導入部に光源の光を導入すると、光ファイバーの内部を光が進行し、端部の光放出部から拡散光が放出され、これに対応した副電気機器(ひずみゲージ)の設定位置を識別可能とするものである。
仮に、前記光伝達部材として樹脂系光ファイバーを用いるとしても、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)系光ファイバーの軟化変形開始温度は80〜100℃であるので、耐熱温度上70℃程度以下の雰囲気でしか使用できないという問題があった。
更に、前記設定位置識別機能付リードケーブルは、光ファイバーの光導入部に光源を用いて光を導入する作業自体が煩雑であったし、また、ひずみゲージの導線部の端子盤への結線部が近接する場合、前記光ファイバーの光導入部も近接するので、位置を特定したいひずみゲージだけでなく、近接するひずみゲージにも光が導入されてしまうという問題があった。
しかしながら、特許文献2に係る貼付位置識別機能付ひずみゲージは、本来ひずみゲージのリード線2本の他に、発光体に電圧を印加するための2本の導線を沿わせて配線するものであるため、例えば、1000個のひずみゲージに対して、4000本のリード線と導線が張り巡らされるので、その配線処理が膨大となって、収拾がつかない状態となってしまうので、多数ひずみゲージを配設する場合は、実現困難乃至は不可能である。
また、上記特許文献1および2のいずれも、著しいコストアップを招来する、という問題がある。
また、本発明は、上記第1の目的に加え、視認しにくい現場や薄暗い場所で、適切な適合線膨張係数のひずみゲージが所定の個所に添着されているか否かを容易に確認することが可能であると共に、明瞭な写真や動画像を証拠として残すことが可能なひずみゲージを提供することを第2の目的としている。
また、本発明は、上記第1の目的に加え、ひずみゲージの添着場所と測定器のチャンネルとの関係を容易に確認し得るひずみゲージを提供することを第3の目的としている。
絶縁体であるゲージベースの表面に抵抗素子およびゲージタブが添着され、前記抵抗素子の全体、前記ゲージタブおよび前記ゲージベースの一部がラミネート樹脂材により被覆されたひずみゲージにおいて、
ブラックライトを照射することにより蛍光を発する蛍光剤を混合させたラミネート樹脂材で被覆してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージおよび前記被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したことを特徴としている。
また、請求項2に係る発明のひずみゲージは、上記第1の目的および第2の目的を達成するために、
前記ラミネート樹脂材に混合させる蛍光剤を異ならせて、ブラックライトを照射した際異なる発光色を発するひずみゲージを複数種形成し、被測定対象物により異なる適合線膨張係数に対応させて発光色を設定し、ひずみゲージを視認しにくい薄暗い状況下でも、前記ブラックライトを前記ひずみゲージに照射することで、適切な適合線膨張係数のひずみゲージが添着されているか否かをカメラ撮影により明瞭に確認し得るように構成したことを特徴としている。
絶縁体であるゲージベースの表面に抵抗素子およびゲージタブが添着され、前記抵抗素子の全体、前記ゲージタブおよび前記ゲージベースの一部が蛍光を発する蛍光剤が混合されていないラミネート樹脂材により被覆されたひずみゲージにおいて、
前記ひずみゲージを被覆する前記ラミネート樹脂材の上に、蛍光剤を混合させた樹脂材でマスクパターンを用いて、数字、アルファベット、図形等の表示部を印刷してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージの前記表示部および被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したことを特徴としている。
また、請求項4に係る発明のひずみゲージは、
前記表示部には、数字を形成してなり、ひずみゲージの接着場所と測定器のチャンネル番号との関係を確認し得るように構成したことを特徴としている。
また、請求項5に係る発明のひずみゲージは、
前記表示部には、ひずみゲージの感度方向を示す矢印を形成してなり、前記感度方向を視覚的に明瞭に確認し得るように構成したことを特徴としている。
ブラックライトを照射することにより蛍光を発する蛍光剤を混合させたラミネート樹脂材で被覆してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージおよび前記被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したので、従来のひずみゲージと同様に被測定対象物に添着することができ、占有スペースの増大や配線処理が特別に輻輳することがなく、コストの上昇を殆ど伴うこともなく、また、占有スペースの増大を来すこともなく、さらに、被測定対象物に添着されたひずみゲージが薄暗い環境下でストロボ光を照射しても、従来は、被測定対象物が光ってしまい明瞭な写真を得ることができなかったところを、スチールカメラまたはビデオカメラにて撮影した場合にも、被測定対象物とひずみゲージが共に明瞭な写真または撮影画像として得られるひずみゲージを提供することができる。
また、請求項3に係る発明によれば、絶縁体であるゲージベースの表面に抵抗素子およびゲージタブが添着され、前記抵抗素子の全体、前記ゲージタブおよび前記ゲージベースの一部が蛍光を発する蛍光剤が混合されていないラミネート樹脂材により被覆されたひずみゲージにおいて、
前記ひずみゲージを被覆する前記ラミネート樹脂材の上に、蛍光剤を混合させた樹脂材でマスクパターンを用いて、数字、アルファベット、図形等の表示部を印刷してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージの前記表示部および被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したので、上記第1の発明の効果に加え、ひずみゲージを視認しにくい薄暗い状況下でも表示部を明瞭に視認することができ、従って、添着場所と測定器のチャンネルとの関係を容易に確認し得るひずみゲージを提供することができる。
また、請求項5に係る発明によれば、前記表示部には、ひずみゲージの感度方向を示す矢印を形成してなり、前記感度方向を視覚的に明瞭に確認し得るように構成したので、実際に被測定対象物の所定方向に向けて、添着されているか否かが視覚的に確認できる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るひずみゲージの構成を示す断面図である。
同図において、1は、例えば、ポリイミド樹脂などの絶縁体からなるゲージベース、2は、接着剤などにより添着された抵抗素子である。抵抗素子2は、例えば、ニッケルクロムおよび銅ニッケル合金箔をフォトリソグラフィによりパターニングされ、エッチングにより形成されたもので、ゲージタブ3も同様に上記合金箔により同時に形成される。
尚、ひずみゲージSGは、上述のような箔ゲージに限るものではなく、周知の、いわゆる銅ニッケル合金などの線ゲージ等であってもよい。5は、ゲージタブ3の部分の表面に形成されたソルダリングパッドで、例えば、銅ニッケル合金からなる。
4は、本発明の要部であるラミネート樹脂材であり、このラミネート樹脂材4は、ブラックライトを照射すると蛍光を発する蛍光剤をラミネート樹脂材に混合させてなるものである。
このようにして得られた蛍光剤入りのラミネート樹脂材4は、抵抗素子2の全部、ゲージベース1およびゲージタブ3の一部を被覆(パッケージ)し、抵抗素子2やゲージタブ3への外部からの損傷、湿気による抵抗素子2の劣化等を防止する機能と共に、薄暗い現場で、被測定対象物に添着されたひずみゲージSGを後述するブラックライトを照射することで、明瞭に視認できるようにする機能を併せ持つことになる。
また、従来のひずみゲージは、寸法が極めて小さいことから、薄暗い環境下でストロボを用いて写真撮影すると、被測定物が、特に、金属の場合、強い反射光により明瞭な写真または撮影画像が得られないという致命的な問題があったが、ブラックライトと適度な照度(低照度)の照明機器とを併用することにより、ひずみゲージSG自体とその周囲の被測定対象物がともに適正に露光されて、明瞭な写真または撮影画像を取得することができる。
ブラックライトは、可視光を含まない紫外線のみを照射するものが望ましい。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るひずみゲージの構成を説明するための平面図である。
この第2の実施の形態に係るひずみゲージSG−R、SG−B、SG−Gにおいて、ゲージベース1、ソルダリングパッド5、リード線6は、図1に示した第1の実施の形態に係るひずみゲージSGと共通であるが、抵抗素子2R、2B、2G、ゲージタブ3R、3B、3Gおよびラミネート樹脂4R、4B、4Gは、その組成(組材)と機能が異なっている。
即ち、図6に示すように、線膨張係数がβsである被測定対象物7の平面に接着した抵抗素子の線膨張係数がβgであるひずみゲージの1℃当たりの温度による見かけひずみεTは、次式で示される。
εT=(α/Ks)+(βs−βg)
但し、α:抵抗素子の抵抗温度係数
Ks:ひずみゲージのゲージ率
上述のように、εTが零に近くなるように、被測定対象物7の線膨張係数に、抵抗素子2Rの抵抗温度係数を合わせて制御するものであり、自己温度補償型ひずみゲージと称されている。
このような自己温度補償型のひずみゲージ(上述した図2の最上段に示すひずみゲージ)SG−Rは、普通鋼材、SUS630、SNCMに適合させてなるもので、例えば、ブラックライト8から紫外線(ブラックライト)を照射したとき、ラミネート樹脂材4Rから赤色を呈する発光を射出するような蛍光剤をラミネート樹脂剤4Rに混合してなるものである。
同様にして図2の最下段に示されるひずみゲージSG−Gは、被測定対象物の材質が、アルミニウム合金、黄銅、錫などに適合させたものであり、これらの材料にひずみゲージSG−Gを添着したとき上記εTが零に近くなるように、被測定対象物の線膨張係数に抵抗素子2Bの抵抗温度係数を合わせて抵抗素子2Gの抵抗温度係数を合わせているもので、この場合、ブラックライト8から紫外線を照射したとき、ラミネート樹脂材4Gから緑色を呈する発光を射出するような蛍光剤をラミネート樹脂材4Gに混合してなるものである。
尚、上述した蛍光剤は、既に、各種用途のものが市販されており、例えば、一般的に油性蛍光マーカー、蛍光ボールペン等のインキに使用されている塗料やインキの溶剤に溶融する蛍光顔料を用いることができる。
例えば、シンロイヒ株式会社の製品として、FXシリーズ、BASF社(ドイツ国法人)のLumogen Fシリーズ、DayGlo社(米国法人)のGTシリーズ等が既に市販されている。
図4は、本発明の第3の実施の形態に係るひずみゲージの構成を示す断面図である。
この図4に示されるひずみゲージと、第1の実施の形態に係るひずみゲージSGとは、ゲージベース1、抵抗素子2、ゲージタブ3、ソルダリングパッド5、リード線6については共通であるが、ラミネート樹脂材8と表示部9が異なっている。
即ち、この第3の実施の形態のラミネート樹脂材8には、第1の実施の形態、第2の実施の形態と異なり、蛍光を発する蛍光剤は混合されておらず、このラミネート樹脂材8の表面に、ラミネート樹脂材に蛍光剤を混合したものをキャスティングまたはスクリーン印刷方式等で表示部9を形成してなる。
例えば、図5に示すように、ひずみゲージSGの表示部9にひずみゲージの番号N(N=1,2,3・・・)を形成したものを、被測定対象物10に接着、蒸着、融着等の手段により添着した場合、当該ひずみゲージSGの番号、例えば「1」に一端が接続されたリード線6の他端を、ひずみ測定器11の該当する1チャンネルの端子11−1に接続する。
同様に、2番のひずみゲージSGには、ひずみ測定器11の2チャンネルの端子11−2を、3番のひずみゲージSGには、ひずみ測定器11の3チャンネルの端子11−3を、それぞれリード線6を介して接続する。
このように構成することにより、ひずみゲージの添着場所とひずみ測定器のチャンネルとの関係を容易に確認し得るひずみゲージを提供することができる。
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であることは勿論である。
例えば、上述し且つ図面に示した第1の実施の形態では、蛍光剤をラミネート樹脂材に混合させたひずみゲージについて説明したが、ラミネート樹脂材に混合する代わりに、ゲージベースに蛍光剤を混合させてもよい。この場合、ラミネート樹脂材は、透光性を有するものを用いるものとする。
このように構成した場合は、抵抗素子およびゲージタブは、一般に不透明であるから、ゲージベースの周辺部から抵抗素子およびゲージタブの周囲にいたる部分が発光することになるが、ひずみゲージ全体が薄暗い状況下においても明瞭に視認可能となり、且つカメラを用いた撮影(撮像)により明瞭な写真または画像が取得可能となる。
また、上述したところでは、蛍光剤をラミネート樹脂材およびゲージベースに混合させる例につき、説明したが、残光時間の長い蛍光体、即ち、蓄光タイプのものを混合させるようにしてもよい。そうすれば、ブラックライトを消灯した後においても、視認性を良好に保つことができる。
2 抵抗素子
3 ゲージタブ
4、8 ラミネート樹脂材
5 ソルダリングパッド
6 リード線
7 被測定対象物
9 表示部
10 矢印
11 ひずみ測定器
Claims (5)
- 絶縁体であるゲージベースの表面に抵抗素子およびゲージタブが添着され、前記抵抗素子の全体、前記ゲージタブおよび前記ゲージベースの一部がラミネート樹脂材により被覆されたひずみゲージにおいて、
ブラックライトを照射することにより蛍光を発する蛍光剤を混合させたラミネート樹脂材で被覆してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージおよび前記被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したことを特徴とするひずみゲージ。 - 前記ラミネート樹脂材に混合させる蛍光剤を異ならせて、ブラックライトを照射した際異なる発光色を発するひずみゲージを複数種形成し、被測定対象物により異なる適合線膨張係数に対応させて発光色を設定し、ひずみゲージを視認しにくい薄暗い状況下でも、前記ブラックライトを前記ひずみゲージに照射することで、適切な適合線膨張係数のひずみゲージが添着されているか否かをカメラ撮影により明瞭に確認し得るように構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。
- 絶縁体であるゲージベースの表面に抵抗素子およびゲージタブが添着され、前記抵抗素子の全体、前記ゲージタブおよび前記ゲージベースの一部が蛍光を発する蛍光剤が混合されていないラミネート樹脂材により被覆されたひずみゲージにおいて、
前記ひずみゲージを被覆する前記ラミネート樹脂材の上に、蛍光剤を混合させた樹脂材でマスクパターンを用いて、数字、アルファベット、図形等の表示部を印刷してなるひずみゲージを、視認しにくい暗い被測定対象物に添着された状態で写真撮影するときは、前記ブラックライトと共に適宜な光量を発する照明光を補助光として用いることで、前記ひずみゲージの前記表示部および被測定対象物のいずれについても明瞭な撮影画像を取得し得るように構成したことを特徴とするひずみゲージ。 - 前記表示部には、数字を形成してなり、ひずみゲージの接着場所と測定器のチャンネル番号との関係を確認し得るように構成したことを特徴とする請求項3に記載のひずみゲージ。
- 前記表示部には、ひずみゲージの感度方向を示す矢印を形成してなり、前記感度方向を視覚的に明瞭に確認し得るように構成したことを特徴とする請求項3に記載のひずみゲージ。
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