JP6994232B2

JP6994232B2 - Strain gauge

Info

Publication number: JP6994232B2
Application number: JP2017183768A
Authority: JP
Inventors: 慎一平井; 孝博松野
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: JP2019060645A

Description

本発明は、ひずみゲージに関するものである。 The present invention relates to strain gauges.

従来、ひずみゲージ（箔ゲージ）は、絶縁性を有する薄板状のゲージベースと、このゲージベース上にフォトエッチング加工により蛇行状に形成される金属箔とを備える。このひずみゲージは、測定対象物に直接または間接に設けられる（下記特許文献１）。 Conventionally, a strain gauge (foil gauge) includes a thin plate-shaped gauge base having an insulating property and a metal foil formed in a meandering shape on the gauge base by photoetching. This strain gauge is provided directly or indirectly on the object to be measured (Patent Document 1 below).

特開２００３－９０７７２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-90772

しかしながら、従来のひずみゲージは、単体では計測される抵抗値から測定対象物の変形形状を推定することができない。これは、ひずみゲージが上記構成であるので、測定対象物の変形形状が異なっている場合において、計測される抵抗値の変化に差異がないからである。そこで、従来では、測定対象物に長さ方向へ沿って多数のひずみゲージが取り付けられる。これにより、各ひずみゲージにおいて計測される抵抗値の変化に差異が生じるので、測定対象物の変形形状を推定することができる。 However, the conventional strain gauge cannot estimate the deformed shape of the object to be measured from the resistance value measured by itself. This is because the strain gauge has the above configuration, so that there is no difference in the change in the measured resistance value when the deformed shape of the object to be measured is different. Therefore, conventionally, a large number of strain gauges are attached to the object to be measured along the length direction. As a result, the change in the resistance value measured in each strain gauge is different, so that the deformed shape of the object to be measured can be estimated.

この場合、多数のひずみゲージが必要となると共に、変形形状推定時の分解能がひずみゲージの数に依存することになるので、コストおよび取り付け時の手間がかかる。また、多数のひずみゲージが用いられるので、これが接続されるＡＤ変換器も多数必要となる。また、多数のひずみゲージが用いられるので、ＡＤ変換器との間に多くの配線が存在することになる。従って、装置全体として、大型化してしまう。さらに、ひずみゲージおよびＡＤ変換器が多数用いられるので、それらの故障のリスクが増大する。 In this case, a large number of strain gauges are required, and the resolution at the time of estimating the deformed shape depends on the number of strain gauges, which is costly and laborious at the time of mounting. In addition, since a large number of strain gauges are used, a large number of AD converters to which the gauges are connected are also required. Moreover, since a large number of strain gauges are used, many wirings will be present between the strain gauge and the AD converter. Therefore, the size of the device as a whole becomes large. In addition, the large number of strain gauges and AD converters used increases the risk of their failure.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、コストの低減、測定対象物への取付時の作業性の向上を図ることができ、さらに、測定対象物の変形形状の推定装置全体としてのコンパクト化を図ることができるひずみゲージを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its main purpose is to reduce the cost, improve the workability at the time of mounting on the measurement object, and further, the measurement object. It is an object of the present invention to provide a strain gauge capable of making the entire deformation shape estimation device compact.

上記目的を達成するための本発明に係るひずみゲージは、可撓性を有する絶縁性のゲージベースと、測定対象物のひずみを感知するグリッド部であり、複数の直線状の抵抗素子が蛇行状に接続されて形成され、両端部の前記抵抗素子にゲージリードが接続されるグリッド部とを備え、前記グリッド部は、前記ゲージベースにグリッド幅方向へ沿って複数設けられており、各グリッド部において前記抵抗素子を囲む素子領域を仮想したとき、前記素子領域が長方形であり、当該素子領域内の複数の前記抵抗素子のグリッド長さ方向の長さが同一である前記グリッド部と、前記素子領域が長方形と異なる形であり、当該素子領域内の複数の前記抵抗素子のグリッド長さ方向の長さがそれぞれ異なる少なくとも１つ以上の前記グリッド部と、を備え、前記各素子領域が異なった形状に形成されていることを特徴とする。 The strain gauge according to the present invention for achieving the above object is a flexible insulating gauge base and a grid portion that senses strain of an object to be measured, and a plurality of linear resistance elements are serpentine. It is provided with a grid portion formed by being connected to the gauge base and to which gauge leads are connected to the resistance elements at both ends, and a plurality of the grid portions are provided on the gauge base along the grid width direction, and each grid portion is provided. When the element region surrounding the resistance element is virtualized in the above, the grid portion in which the element region is rectangular and the lengths of a plurality of the resistance elements in the element region in the grid length direction are the same, and the element. The region is different from the rectangular shape, and the plurality of resistance elements in the element region are provided with at least one grid portion having a different length in the grid length direction, and each element region is different. It is characterized by being formed in a shape.

また、本発明に係るひずみゲージは、前記各グリッド部の前記ゲージリードの接続部は、グリッド長さ方向一方側に配置されることを特徴とする。 Further, the strain gauge according to the present invention is characterized in that the connection portion of the gauge lead of each grid portion is arranged on one side in the grid length direction.

さらに、本発明に係るひずみゲージは、前記全素子領域を囲む包括領域を仮想したときに、前記包括領域の形状は、グリッド長さ方向一方から他方へ行くに従って、前記測定対象物の変形時の抵抗値の変化が小さくなるように形成されることを特徴とする。 Further, in the strain gauge according to the present invention, when the inclusive region surrounding the entire element region is virtualized, the shape of the inclusive region changes from one side in the grid length direction to the other when the measurement object is deformed. It is characterized in that it is formed so that the change in resistance value becomes small.

本発明に係るひずみゲージによれば、素子領域が長方形であり、当該素子領域内の複数の抵抗素子のグリッド長さ方向の長さが同一である前記グリッド部と、素子領域が長方形と異なる形であり、当該素子領域内の複数の抵抗素子のグリッド長さ方向の長さがそれぞれ異なる少なくとも１つ以上のグリッド部と、を備え、各素子領域の形状を異ならせていることにより、測定対象物の変形形状に対応して、計測される抵抗値の変化に差異を生じさせることができる。従って、測定対象物の変形形状を推定する際、用いられるひずみゲージの数を従来よりも少なくすることができるので、ひずみゲージにかかるコストの低減、およびひずみゲージの測定対象物への取付時の手間の低減を図ることができる。また、用いられるひずみゲージの数を少なくすることで、それが接続されるＡＤ変換器の数を少なくすることができ、これにより、ひずみゲージとＡＤ変換器との間の配線も少なくすることができる。従って、装置全体のコンパクト化を図ることができ、ひずみゲージやＡＤ変換器の故障のリスクを低減することができる。 According to the strain gauge according to the present invention, the element region is rectangular, and the element region is different from the rectangular portion of the grid portion in which the lengths of the plurality of resistance elements in the element region in the grid length direction are the same. The measurement target is provided by providing at least one grid portion having different lengths in the grid length direction of the plurality of resistance elements in the element region, and having different shapes of the element regions. It is possible to make a difference in the change in the measured resistance value according to the deformed shape of the object. Therefore, when estimating the deformed shape of the object to be measured, the number of strain gauges used can be reduced compared to the conventional method, so that the cost of the strain gauge can be reduced and the strain gauge can be attached to the object to be measured. It is possible to reduce the labor. Also, by reducing the number of strain gauges used, the number of AD converters to which they are connected can be reduced, which also reduces the wiring between the strain gauge and the AD converter. can. Therefore, the entire device can be made compact, and the risk of failure of the strain gauge or AD converter can be reduced.

また、本発明に係るひずみゲージによれば、各グリッド部のゲージリードの接続部がグリッド長さ方向一方側に配置されるので、測定時にゲージリードが邪魔になることを抑制することができる。従来では、測定対象物に多数のひずみゲージが取り付けられるので、変形した測定対象物の途中から多数のゲージリードが延出することになり、測定時においてゲージリードが邪魔になっていた。また、従来では、測定対象物の変形箇所にゲージリードが配置されることになるので、ゲージリードが損傷するおそれがあった。これに対し、本発明に係るひずみゲージは、上述したようにゲージリードの接続部が配置されるので、単体で測定する場合、測定対象物の変形箇所にゲージリードが配置されない。 Further, according to the strain gauge according to the present invention, since the connection portion of the gauge lead of each grid portion is arranged on one side in the grid length direction, it is possible to prevent the gauge lead from becoming an obstacle during measurement. Conventionally, since a large number of strain gauges are attached to the object to be measured, a large number of gauge leads extend from the middle of the deformed object to be measured, and the gauge leads are an obstacle at the time of measurement. Further, conventionally, since the gauge lead is arranged at the deformed portion of the object to be measured, there is a possibility that the gauge lead may be damaged. On the other hand, in the strain gauge according to the present invention, since the gauge lead connection portion is arranged as described above, the gauge lead is not arranged at the deformed portion of the object to be measured when measuring by itself.

さらに、本発明に係るひずみゲージによれば、抵抗値の変化をより明確に示すことができる。 Further, according to the strain gauge according to the present invention, the change in resistance value can be shown more clearly.

本発明のひずみゲージの一実施例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows one Example of the strain gauge of this invention. 図１のＡ部拡大図である。It is an enlarged view of the part A of FIG. 図１のひずみゲージの変形形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the deformed shape of the strain gauge of FIG. 図１のひずみゲージの変形形状を示すグラフであり、（ａ）は実験１の場合、（ｂ）は実験２の場合、（ｃ）は実験３の場合を示している。It is a graph which shows the deformed shape of the strain gauge of FIG. 1, (a) shows the case of experiment 1, (b) shows the case of experiment 2, and (c) shows the case of experiment 3.

以下、本発明のひずみゲージの具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples of the strain gauge of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１から図３は、本発明のひずみゲージの一実施例を示す概略図であり、図１は正面図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は変形形状を示す説明図である。本実施例のひずみゲージ１は、ゲージベース２と、このゲージベース２に設けられるグリッド部３、ゲージタブ部４、グリッド部３とゲージタブ部４との連接部５とを備える。 1 to 3 are schematic views showing an embodiment of the strain gauge of the present invention, FIG. 1 is a front view, FIG. 2 is an enlarged view of part A of FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory view showing a deformed shape. be. The strain gauge 1 of this embodiment includes a gauge base 2 and a grid portion 3, a gauge tab portion 4, and a connecting portion 5 between the grid portion 3 and the gauge tab portion 4 provided on the gauge base 2.

ゲージベース２は、可撓性を有する絶縁性のものである。本実施例では、ゲージベース２は、合成樹脂製とされ、弾性変形可能な長方形の薄板状に形成されている。すなわち、ゲージベース２は、長手方向両端部が互いに近接するように、または長手方向一端部が他端部へ近接するようにして、折り曲げることができる。 The gauge base 2 is flexible and insulating. In this embodiment, the gauge base 2 is made of synthetic resin and is formed in the shape of a rectangular thin plate that can be elastically deformed. That is, the gauge base 2 can be bent so that both ends in the longitudinal direction are close to each other or one end in the longitudinal direction is close to the other end.

グリッド部３は、測定対象物のひずみを感知するものであり、複数の直線状の抵抗素子６が蛇行状に接続されて形成されている。具体的には、各抵抗素子６は、その長手方向がゲージベース２の長手方向へ沿うようにして、ゲージベース２の前面に設けられる。この際、隣接する抵抗素子６，６同士は、ゲージベース２の短手方向へ互いに離隔して配置されており、各離隔距離はほぼ同一とされている。隣接する抵抗素子６，６同士は、上述したように蛇行状となるように、端部同士が素子接続部７により接続される。 The grid portion 3 senses the strain of the object to be measured, and is formed by connecting a plurality of linear resistance elements 6 in a meandering manner. Specifically, each resistance element 6 is provided on the front surface of the gauge base 2 so that its longitudinal direction is along the longitudinal direction of the gauge base 2. At this time, the adjacent resistance elements 6 and 6 are arranged apart from each other in the lateral direction of the gauge base 2, and the separation distances are substantially the same. The end portions of the adjacent resistance elements 6 and 6 are connected to each other by the element connecting portion 7 so as to form a meandering shape as described above.

グリッド部３において、ゲージベース２の幅方向両端部に配置される抵抗素子６にはそれぞれ、ゲージリード８が接続される。具体的には、ゲージリード８は、ゲージタブ部４および連接部５を介して、抵抗素子６の下端部に接続される。各ゲージタブ部４は、略四角形状とされ、抵抗素子６と比較して幅広に形成されている。各連接部５は、抵抗素子６と同一の幅の直線状に形成されており、抵抗素子６の下端部とゲージタブ部４の上端部とを連接している。図１に示されるように、ゲージリード８は、その一端部がゲージタブ部４に接続されている。なお、本実施例では、ゲージリード８は、導電性接着剤によりゲージタブ部４に接続される。 In the grid portion 3, the gauge leads 8 are connected to the resistance elements 6 arranged at both ends in the width direction of the gauge base 2. Specifically, the gauge lead 8 is connected to the lower end portion of the resistance element 6 via the gauge tab portion 4 and the connecting portion 5. Each gauge tab portion 4 has a substantially quadrangular shape, and is formed wider than the resistance element 6. Each connecting portion 5 is formed in a linear shape having the same width as the resistance element 6, and connects the lower end portion of the resistance element 6 and the upper end portion of the gauge tab portion 4. As shown in FIG. 1, one end of the gauge lead 8 is connected to the gauge tab portion 4. In this embodiment, the gauge lead 8 is connected to the gauge tab portion 4 by a conductive adhesive.

本実施例のひずみゲージ１は、典型的には箔ゲージとされるので、抵抗素子６、素子接続部７、ゲージタブ部４および連接部５が一体形成される。すなわち、抵抗素子６、素子接続部７、ゲージタブ部４および連接部５は、ゲージベース２に、フォトエッチング加工により抵抗性材料からなる箔材をパターニングすることで形成される。なお、図示しないが、本実施例のひずみゲージ１は、グリッド部３、連接部５、ゲージタブ部４およびゲージリード８の一端部がフィルムにより覆われて保護される。 Since the strain gauge 1 of this embodiment is typically a foil gauge, the resistance element 6, the element connecting portion 7, the gauge tab portion 4, and the connecting portion 5 are integrally formed. That is, the resistance element 6, the element connection portion 7, the gauge tab portion 4, and the connecting portion 5 are formed by patterning a foil material made of a resistant material on the gauge base 2 by photoetching. Although not shown, the strain gauge 1 of the present embodiment is protected by covering one end of the grid portion 3, the connecting portion 5, the gauge tab portion 4, and the gauge lead 8 with a film.

本実施例のひずみゲージ１のグリッド部３についてさらに説明する。本実施例では、グリッド部３は、ゲージベース２に複数（図示例では二つ）設けられる。この際、複数のグリッド部３は、ゲージベース２の幅方向である短手方向、すなわちグリッド幅方向へ沿って設けられる。ここで、各グリッド部３において抵抗素子６を囲む素子領域９を仮想したとき、素子領域９が長方形であり、素子領域９内の複数の抵抗素子６のグリッド長さ方向の長さが同一であるグリッド部３ｂと、素子領域９が長方形と異なる形であり、素子領域内９の複数の抵抗素子６のグリッド長さ方向の長さがそれぞれ異なるグリッド部３ａと、を備え、各素子領域９が全て異なった形状に形成されている。各素子領域９の抵抗素子６は、グリッド長さ方向一端部が揃えられており、グリッド長さ方向一端部から他端部への延出寸法が異なって形成されている。 The grid portion 3 of the strain gauge 1 of this embodiment will be further described. In this embodiment, a plurality of grid portions 3 (two in the illustrated example) are provided on the gauge base 2. At this time, the plurality of grid portions 3 are provided along the lateral direction, which is the width direction of the gauge base 2, that is, the grid width direction. Here, when the element region 9 surrounding the resistance element 6 is virtualized in each grid portion 3, the element region 9 is rectangular, and the lengths of the plurality of resistance elements 6 in the element region 9 in the grid length direction are the same. Each element region 9 includes a grid portion 3b and a grid portion 3a in which the element region 9 has a shape different from that of a rectangle and the lengths of the plurality of resistance elements 6 in the element region 9 in the grid length direction are different from each other. Are all formed in different shapes. The resistance element 6 in each element region 9 has one end in the grid length direction aligned, and has different extending dimensions from one end in the grid length direction to the other end.

このようにして本実施例のひずみゲージ１では、ゲージベース２に形成される複数のグリッド部３をグリッド長さ方向へ沿って複数の領域に区分けしたときに、全ての領域においてグリッド幅方向の抵抗素子６の本数が異なるように、各素子領域９が異なった形状に形成される。なお、本実施例では、各グリッド部３のゲージリード８の接続部は、グリッド長さ方向一方側に配置されるのが好ましい。具体的には、各グリッド部３に接続されるゲージタブ部４がグリッド長さ方向一方側に配置される。 In this way, in the strain gauge 1 of the present embodiment, when the plurality of grid portions 3 formed on the gauge base 2 are divided into a plurality of regions along the grid length direction, the grid width direction is used in all the regions. Each element region 9 is formed into a different shape so that the number of resistance elements 6 is different. In this embodiment, it is preferable that the connecting portion of the gauge lead 8 of each grid portion 3 is arranged on one side in the grid length direction. Specifically, the gauge tab portion 4 connected to each grid portion 3 is arranged on one side in the grid length direction.

本実施例のひずみゲージ１ではさらに、前述した全素子領域９を囲む包括領域１０を仮想したときに、包括領域１０の形状は、グリッド長さ方向一方から他方へ行くに従って、測定対象物の変形時の抵抗値の変化が小さくなるように形成される。具体的には、複数のグリッド部３を一つとしてみたときに、その一つのグリッド部において、グリッド幅方向の抵抗素子６の本数がグリッド長さ方向一方から他方へ行くに従って少なくなるように形成される。 Further, in the strain gauge 1 of the present embodiment, when the comprehensive region 10 surrounding the entire element region 9 described above is virtualized, the shape of the comprehensive region 10 is deformed from one side to the other in the grid length direction. It is formed so that the change in resistance value at the time becomes small. Specifically, when a plurality of grid portions 3 are regarded as one, the number of resistance elements 6 in the grid width direction is formed so as to decrease from one to the other in the grid portion. Will be done.

図示例では、ゲージベース２の前面に二つのグリッド部３がグリッド幅方向へ沿って設けられる。一方（左方）のグリッド部３ａでは、左方から右方へ行くに従って上下長さが長くなる複数の抵抗素子６が蛇行状に接続されている。具体的には、複数の抵抗素子６の下端部が揃えられた状態で、上方への延出寸法が左方から右方へ行くに従って長くなるように、各抵抗素子６がゲージベース２に形成されている。この際、上端部が素子接続部７で接続される一対の抵抗素子６，６は、長さがほぼ同一に形成されている。左右方向へ沿って互いに離隔して配置される複数の抵抗素子６の内、左端部に配置される最も短い抵抗素子６の下端部および右端部に配置される最も長い抵抗素子６の下端部にはそれぞれ、連接部５を介して、ゲージタブ部４が接続されている。 In the illustrated example, two grid portions 3 are provided on the front surface of the gauge base 2 along the grid width direction. On the other hand (left), in the grid portion 3a, a plurality of resistance elements 6 whose vertical lengths increase from the left to the right are connected in a meandering manner. Specifically, with the lower ends of the plurality of resistance elements 6 aligned, each resistance element 6 is formed on the gauge base 2 so that the upward extension dimension becomes longer from the left to the right. Has been done. At this time, the pair of resistance elements 6 and 6 whose upper end portions are connected by the element connection portion 7 are formed to have substantially the same length. Of the plurality of resistance elements 6 arranged apart from each other in the left-right direction, the lower end of the shortest resistance element 6 arranged at the left end and the lower end of the longest resistance element 6 arranged at the right end. In each case, the gauge tab portion 4 is connected via the connecting portion 5.

他方（右方）のグリッド部３ｂでは、長さがほぼ同一に形成された複数の抵抗素子６が蛇行状に接続されている。具体的には、複数の抵抗素子６の下端部が揃えられた状態で、上方への延出寸法がほぼ同一となるように、各抵抗素子６が形成されている。左右方向へ沿って互いに離隔して配置される複数の抵抗素子６の内、左端部に配置される抵抗素子６の下端部および右端部に配置される抵抗素子６の下端部にはそれぞれ、連接部５を介して、ゲージタブ部４が接続されている。 On the other side (right side) of the grid portion 3b, a plurality of resistance elements 6 having substantially the same length are connected in a meandering manner. Specifically, each resistance element 6 is formed so that the lower end portions of the plurality of resistance elements 6 are aligned and the upward extending dimensions are substantially the same. Of the plurality of resistance elements 6 arranged apart from each other in the left-right direction, the lower end of the resistance element 6 arranged at the left end and the lower end of the resistance element 6 arranged at the right end are connected to each other. The gauge tab portion 4 is connected via the portion 5.

従って、一方のグリッド部３ａにおいて抵抗素子６を囲む一方の素子領域９ａは、斜辺が上下方向へ沿う略直角三角形状に形成される。また、他方のグリッド部３ｂにおいて抵抗素子６を囲む他方の素子領域９ｂは、長手方向が上下方向へ沿う略長方形状に形成される。このようにして抵抗素子６の上下長さを異ならせることで、一方の素子領域９ａの形状と他方の素子領域９ｂの形状とを異ならせることができる。図１に示されるように、包括領域１０は、略直角三角形状の一方の素子領域９ａおよび略長方形状の他方の素子領域９ｂを囲むので、略台形状に形成される。 Therefore, in the one grid portion 3a, the one element region 9a surrounding the resistance element 6 is formed in a substantially right-angled triangular shape whose hypotenuse is along the vertical direction. Further, in the other grid portion 3b, the other element region 9b surrounding the resistance element 6 is formed in a substantially rectangular shape whose longitudinal direction is along the vertical direction. By making the vertical lengths of the resistance element 6 different in this way, the shape of one element region 9a and the shape of the other element region 9b can be made different. As shown in FIG. 1, the inclusion region 10 surrounds one element region 9a having a substantially right-angled triangle shape and the other element region 9b having a substantially rectangular shape, and thus is formed in a substantially trapezoidal shape.

本実施例のひずみゲージ１の場合、一方の素子領域９ａと他方の素子領域９ｂとが異なる形状に形成されているので、ひずみゲージ１の変形形状に対応して、計測される抵抗値の変化に差異を生じさせることができる。ここでは、図３に示す三つのパターンの変形形状についてそれぞれ比較する。そのために、図３（ａ）に示されるように、両素子領域９ａ，９ｂ内の複数の抵抗素子６の内、グリッド長さ方向の長さが最も長い抵抗素子６のグリッド長さ方向一端部と他端部との間で、両グリッド部３ａ，３ｂがグリッド長さ方向へ沿って三つの領域に区切られる。具体的には、ゲージタブ部４から遠い順に、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃとされ、各領域のグリッド長さ方向の長さはほぼ同一とされる。 In the case of the strain gauge 1 of this embodiment, since one element region 9a and the other element region 9b are formed in different shapes, the change in the measured resistance value corresponding to the deformed shape of the strain gauge 1 Can make a difference. Here, the deformed shapes of the three patterns shown in FIG. 3 are compared. Therefore, as shown in FIG. 3A, one end in the grid length direction of the resistance element 6 having the longest length in the grid length direction among the plurality of resistance elements 6 in both element regions 9a and 9b. Both the grid portions 3a and 3b are divided into three regions along the grid length direction between the other end portion and the other end portion. Specifically, the regions A, the region B, and the region C are arranged in the order of distance from the gauge tab portion 4, and the lengths of the respective regions in the grid length direction are substantially the same.

そして、図３（ｂ）に示されるように、三つの変形形状それぞれに本実施例のひずみゲージ１を変形させる。図３（ｂ）に示される三つの変形形状の内、最も上側に示される変形形状（以下、第一形状という）は、領域Ａの箇所を湾曲させた形状とされる。また、最も下側に示される変形形状（以下、第二形状という）は、領域Ｃの箇所を湾曲させた形状とされる。さらに、それらの間に示される変形形状（以下、第三形状という）は、ひずみゲージ１全体を緩やかに湾曲させた形状とされる。 Then, as shown in FIG. 3B, the strain gauge 1 of this embodiment is deformed into each of the three deformed shapes. Of the three deformed shapes shown in FIG. 3B, the deformed shape shown on the uppermost side (hereinafter referred to as the first shape) is a shape in which the portion of the region A is curved. Further, the deformed shape (hereinafter referred to as the second shape) shown at the lowermost side is a shape in which the portion of the region C is curved. Further, the deformed shape (hereinafter referred to as the third shape) shown between them is a shape in which the entire strain gauge 1 is gently curved.

他方のグリッド部３ｂでは、素子領域９ｂが略長方形状に形成されるので、変形形状が異なったとしても、計測される抵抗値の変化は同じである。すなわち、第一形状の場合の他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化、第二形状の場合の他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化および第三形状の場合の他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化は同一とされる。ここで、他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化は、他方のグリッド部３ｂの領域Ａの抵抗値変化、他方のグリッド部３ｂの領域Ｂの抵抗値変化および他方のグリッド部３ｂの領域Ｃの抵抗値変化の合計である。 In the other grid portion 3b, since the element region 9b is formed in a substantially rectangular shape, the change in the measured resistance value is the same even if the deformation shape is different. That is, the change in the resistance value of the other grid portion 3b in the case of the first shape, the change in the resistance value of the other grid portion 3b in the case of the second shape, and the change in the resistance value of the other grid portion 3b in the case of the third shape are Be the same. Here, the change in the resistance value of the other grid portion 3b is the change in the resistance value of the region A of the other grid portion 3b, the change in the resistance value of the region B of the other grid portion 3b, and the resistance of the region C of the other grid portion 3b. It is the total value change.

たとえば、第一形状の場合と第二形状の場合とを比較すると、第一形状の場合は、他方のグリッド部３ｂの領域Ａの抵抗値変化、他方のグリッド部３ｂの領域Ｂの抵抗値変化および他方のグリッド部３ｂの領域Ｃの抵抗値変化の順に、抵抗値変化が小さくなる。一方、第二形状の場合は、他方のグリッド部３ｂの領域Ａの抵抗値変化、他方のグリッド部３ｂの領域Ｂの抵抗値変化および他方のグリッド部３ｂの領域Ｃの抵抗値変化の順に、抵抗値変化が大きくなる。しかしながら、第一形状の場合の他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化と第二形状の場合の他方のグリッド部３ｂの抵抗値変化とは同一となる。 For example, comparing the case of the first shape and the case of the second shape, in the case of the first shape, the resistance value change in the region A of the other grid portion 3b and the resistance value change in the region B of the other grid portion 3b. The change in resistance value decreases in the order of the change in resistance value in the region C of the other grid portion 3b. On the other hand, in the case of the second shape, the resistance value of the region A of the other grid portion 3b changes, the resistance value of the region B of the other grid portion 3b changes, and the resistance value of the region C of the other grid portion 3b changes in this order. The change in resistance value becomes large. However, the change in the resistance value of the other grid portion 3b in the case of the first shape and the change in the resistance value of the other grid portion 3b in the case of the second shape are the same.

一方のグリッド部３ａでは、素子領域９ａが略直角三角形状に形成されるので、変形形状が異なる場合、計測される抵抗値の変化が異なることになる。すなわち、第一形状の場合の一方のグリッド部３ａの抵抗値変化、第二形状の場合の一方のグリッド部３ａの抵抗値変化、および第三形状の場合の一方のグリッド部３ａの抵抗値変化は全て異なる。ここで、一方のグリッド部３ａの抵抗値変化は、一方のグリッド部３ａの領域Ａの抵抗値変化、一方のグリッド部３ａの領域Ｂの抵抗値変化および一方のグリッド部３ａの領域Ｃの抵抗値変化の合計である。 On the other hand, in the grid portion 3a, since the element region 9a is formed in a substantially right-angled triangular shape, the change in the measured resistance value is different when the deformation shape is different. That is, the resistance value change of one grid portion 3a in the case of the first shape, the resistance value change of one grid portion 3a in the case of the second shape, and the resistance value change of one grid portion 3a in the case of the third shape. Are all different. Here, the change in the resistance value of one grid portion 3a is the change in the resistance value of the region A of the one grid portion 3a, the change in the resistance value of the region B of the one grid portion 3a, and the resistance of the region C of the one grid portion 3a. It is the total value change.

このようにして、第一形状の場合、第二形状の場合および第三形状の場合を比較した際、計測される抵抗値の変化に差異が生じる。これは、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃを比較した場合、グリッド部３の密度、すなわち配置される抵抗素子６の本数が異なるからである。具体的には、抵抗素子６の本数が多くなるほど、抵抗値の変化が大きくなる。本実施例では、領域Ａと領域Ｃとを比較した場合、領域Ｃの抵抗値の変化が領域Ａの抵抗値の変化よりも大きくなる。従って、本実施例のひずみゲージ１によれば、各素子領域９の形状を異ならせて計測される抵抗値の変化に差異を生じさせることで、ひずみゲージ１の変形形状、ひいてはひずみゲージ１が取り付けられる測定対象物の変形形状を推定することができる。 In this way, in the case of the first shape, when the case of the second shape and the case of the third shape are compared, there is a difference in the change in the measured resistance value. This is because when the regions A, B, and C are compared, the density of the grid portion 3, that is, the number of the resistance elements 6 to be arranged is different. Specifically, as the number of resistance elements 6 increases, the change in resistance value increases. In this embodiment, when the region A and the region C are compared, the change in the resistance value in the region C is larger than the change in the resistance value in the region A. Therefore, according to the strain gauge 1 of the present embodiment, the deformed shape of the strain gauge 1 and the strain gauge 1 are formed by making the shape of each element region 9 different and causing a difference in the change of the measured resistance value. It is possible to estimate the deformed shape of the mounted object to be measured.

また、本実施例のひずみゲージ１の場合、前述したように単体で測定対象物の変形形状を推定することができるので、従来と比較して、使用されるひずみゲージの数を少なくすることができる。従って、ひずみゲージにかかるコストを低減することができると共に、ひずみゲージの測定対象物への取付時の手間を低減することができる。また、使用されるひずみゲージの数が少なくなるので、それが接続されるＡＤ変換器の数も少なくすることができる。ひずみゲージの数およびＡＤ変換器の数が少なくなることで、それらの間の配線も少なくすることができる。従って、測定対象物の変形形状の推定装置全体のコンパクト化を図ることができると共に、装置の故障のリスクを低減することができる。なお、ＡＤ変換器の数を少なくすることで、ＡＤ変換器にかかるコストを低減することができると共に、ＡＤ変換器とひずみゲージとの接続時の手間を低減することができる。 Further, in the case of the strain gauge 1 of the present embodiment, since the deformed shape of the object to be measured can be estimated by itself as described above, the number of strain gauges used can be reduced as compared with the conventional case. can. Therefore, the cost of the strain gauge can be reduced, and the time and effort required to attach the strain gauge to the object to be measured can be reduced. Also, since the number of strain gauges used is reduced, the number of AD converters to which they are connected can also be reduced. By reducing the number of strain gauges and AD converters, the wiring between them can also be reduced. Therefore, the entire device for estimating the deformed shape of the object to be measured can be made compact, and the risk of failure of the device can be reduced. By reducing the number of AD converters, the cost of the AD converter can be reduced, and the time and effort required to connect the AD converter and the strain gauge can be reduced.

また、本実施例のひずみゲージ１の場合、各グリッド部３のゲージリード８の接続部は、ゲージベース２において、グリッド長さ方向一方側に配置される。従って、ゲージリード８を容易にまとめることができる。また、測定対象物の変形形状を推定する際、測定対象物の端部にゲージリード８を配置することができ、測定時においてゲージリード８が邪魔になることを抑制することができる。 Further, in the case of the strain gauge 1 of the present embodiment, the connection portion of the gauge lead 8 of each grid portion 3 is arranged on one side in the grid length direction in the gauge base 2. Therefore, the gauge leads 8 can be easily put together. Further, when estimating the deformed shape of the object to be measured, the gauge lead 8 can be arranged at the end of the object to be measured, and it is possible to prevent the gauge lead 8 from becoming an obstacle during measurement.

また、本実施例のひずみゲージ１の場合、包括領域１０が台形状に形成されている。すなわち、図１において下方から上方へ行くに従って、左右方向へ配置される抵抗素子６の本数が少なくなっている。これにより、本実施例のひずみゲージ１によれば、図１において下方から上方へ行くに従って、ひずみゲージ１の変形時の抵抗値の変化が小さくなるように形成することができる。従って、抵抗値の変化をより明確に確認することができる。さらに、本実施例のひずみゲージ１の場合、測定対象物の変形形状を推定する際、図３で示した領域の数（図示例では領域Ａ，Ｂ，Ｃの三つ）を増やすことで、分解能を高くすることができる。 Further, in the case of the strain gauge 1 of this embodiment, the comprehensive region 10 is formed in a trapezoidal shape. That is, in FIG. 1, the number of resistance elements 6 arranged in the left-right direction decreases from the lower side to the upper side. As a result, according to the strain gauge 1 of the present embodiment, it can be formed so that the change in the resistance value at the time of deformation of the strain gauge 1 becomes smaller from the lower side to the upper side in FIG. Therefore, the change in resistance value can be confirmed more clearly. Further, in the case of the strain gauge 1 of this embodiment, when estimating the deformed shape of the object to be measured, the number of regions shown in FIG. 3 (three regions A, B, and C in the illustrated example) is increased. The resolution can be increased.

図４は、本実施例のひずみゲージ１により計測された抵抗値からひずみゲージ１の変形形状を推定した実験結果を示すグラフであり、（ａ）は実験１の場合、（ｂ）は実験２の場合、および（ｃ）は実験３の場合を示している。実験１から３で用いられる本実施例のひずみゲージ１は、ゲージベース２がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から形成されており、抵抗素子６、素子接続部７、ゲージタブ部４および連接部５が導電性接着剤（セメダイン株式会社製「ＸＸ－ＥＣＡ０５」）から一体形成されている。 FIG. 4 is a graph showing the experimental results of estimating the deformed shape of the strain gauge 1 from the resistance value measured by the strain gauge 1 of this embodiment. FIG. 4A is the case of Experiment 1, and FIG. 4B is Experiment 2. And (c) show the case of Experiment 3. In the strain gauge 1 of this embodiment used in Experiments 1 to 3, the gauge base 2 is formed of PET (polyethylene terephthalate), and the resistance element 6, the element connecting portion 7, the gauge tab portion 4 and the connecting portion 5 are conductive. It is integrally formed from an adhesive (“XX-ECA05” manufactured by Cemedine Co., Ltd.).

より具体的には、ゲージベース２は、長さ（グリッド長さ方向の長さ）が２１０ｍｍ、幅（クリッド幅方向の長さ）が１００ｍｍ、厚みが０．８ｍｍに形成されている。また、抵抗素子６、素子接続部７、ゲージタブ部４および連接部５は、シルクスクリーン印刷により一体形成されている。ここで、一方のグリッド部３ａおよび他方のグリッド部３ｂにおいて、抵抗素子６は、幅が１ｍｍ、厚みが２３．４３×１０^－３ｍｍとされている。一方のグリッド部３ａにおいて、抵抗素子６は、最も長さ（グリッド長さ方向の長さ）の長いものが１８９ｍｍとされ、それを１２段階で減少させている。他方のグリッド部３ｂにおいて、各抵抗素子６は、１８９ｍｍとされている。一方のグリッド部３ａおよび他方のグリッド部３ｂにおいて、全抵抗素子６とその接続部の長さの合計は、４５８２ｍｍとされている。すなわち、両グリッド部３ａ，３ｂの長さは、同一に形成されている。 More specifically, the gauge base 2 is formed to have a length (length in the grid length direction) of 210 mm, a width (length in the crid width direction) of 100 mm, and a thickness of 0.8 mm. Further, the resistance element 6, the element connecting portion 7, the gauge tab portion 4, and the connecting portion 5 are integrally formed by silk screen printing. Here, in one grid portion 3a and the other grid portion 3b, the resistance element 6 has a width of 1 mm and a thickness of 23.43 × 10 ^-3 mm. In one grid portion 3a, the longest resistance element 6 (length in the grid length direction) is set to 189 mm, which is reduced in 12 steps. In the other grid portion 3b, each resistance element 6 is set to 189 mm. In one grid portion 3a and the other grid portion 3b, the total length of the total resistance element 6 and its connection portion is 4582 mm. That is, the lengths of both grid portions 3a and 3b are formed to be the same.

実験１から３は、それぞれ次のとおりである。実験１は、ゲージベース２をゲージリード８が接続される側の端部（図１における下端部）がその反対側の端部（ゲージリード８が接続されていない側の端部であり、図１における上端部）へ近づくように座屈させた場合を示している。この際、座屈距離を２００ｍｍから１４０ｍｍに八段階で変化させている。実験２は、ゲージベース２のゲージリード８が接続される側の端部を１．３９ｒａｄで傾斜させて拘束した状態で、ゲージベース２をゲージリード８が接続される側の端部がその反対側の端部へ近づくように座屈させた場合を示している。この際、座屈距離を１７０ｍｍから１３０ｍｍに五段階で変化させている。実験３は、ゲージベース２のゲージリード８が接続されていない側の端部を１．３９ｒａｄで傾斜させて拘束した状態で、ゲージベース２をゲージリード８が接続される側の端部がその反対側の端部へ近づくように座屈させた場合を示している。この際、座屈距離を１７０ｍｍから１３０ｍｍに五段階で変化させている。 Experiments 1 to 3 are as follows. In Experiment 1, the end of the gauge base 2 on the side to which the gauge lead 8 is connected (the lower end in FIG. 1) is the end on the opposite side (the end on the side to which the gauge lead 8 is not connected). It shows the case of buckling so as to approach (the upper end portion in 1). At this time, the buckling distance is changed from 200 mm to 140 mm in eight steps. In Experiment 2, the end of the gauge base 2 on the side to which the gauge lead 8 is connected is tilted at 1.39 rad and restrained, and the end of the gauge base 2 on the side to which the gauge lead 8 is connected is opposite. It shows the case of buckling so as to approach the end on the side. At this time, the buckling distance is changed from 170 mm to 130 mm in five steps. In Experiment 3, the end of the gauge base 2 on the side to which the gauge lead 8 is connected is tilted at 1.39 rad and restrained, and the end of the gauge base 2 on the side to which the gauge lead 8 is connected is the end thereof. It shows the case of buckling so as to approach the opposite end. At this time, the buckling distance is changed from 170 mm to 130 mm in five steps.

各実験において、本発明のひずみゲージ１により計測された抵抗値から変形形状を推定する際には、ゲージベース２の弾性エネルギー、一方のグリッド部３ａにて計測される抵抗値および他方のグリッド部３ｂで計測される抵抗値などを解析することで推定することができる。この解析結果を示すグラフは、図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において左側に配置されるグラフである。また、図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において右側に配置されるグラフは、本発明の結果との比較対象となるグラフである。この各グラフは、各実験において、ゲージベース２の弾性エネルギー、ゲージベース２の座屈距離およびゲージベース２の長さ方向両端部の角度などを数値解析することで得られる。なお、図４の各グラフは、ゲージベース２の変形形状そのものを示している。すなわち、グラフの各曲線は、ゲージベース２の座屈状態を側方からみた場合を示している（より具体的には、ゲージベース２の厚みが見える方向からみた場合である）。従って、グラフのＸは、ゲージベース２の長さ方向を示しており、グラフのＹは、ゲージベース２の厚み方向を示している。 In each experiment, when estimating the deformed shape from the resistance value measured by the strain gauge 1 of the present invention, the elastic energy of the gauge base 2, the resistance value measured by one grid portion 3a and the other grid portion It can be estimated by analyzing the resistance value measured in 3b. The graph showing the analysis result is a graph arranged on the left side in FIGS. 4A, 4B and 4C. Further, the graph arranged on the right side in FIGS. 4A, 4B and 4C is a graph to be compared with the result of the present invention. Each of these graphs is obtained by numerically analyzing the elastic energy of the gauge base 2, the buckling distance of the gauge base 2, the angles of both ends in the length direction of the gauge base 2, and the like in each experiment. It should be noted that each graph of FIG. 4 shows the deformed shape itself of the gauge base 2. That is, each curve of the graph shows the case where the buckling state of the gauge base 2 is viewed from the side (more specifically, the case where the thickness of the gauge base 2 is viewed from the direction in which it can be seen). Therefore, X in the graph indicates the length direction of the gauge base 2, and Y in the graph indicates the thickness direction of the gauge base 2.

図４の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）から分かるように、本発明による推定結果と実際の推定結果とを比較して、推定されるゲージベース２の変形形状がほぼ同じになることが確認された。すなわち、本発明のひずみゲージ１により計測された抵抗値からひずみゲージ１の変形形状を推定できることが確認された。 As can be seen from (a), (b) and (c) of FIG. 4, the estimated deformation shape of the gauge base 2 is almost the same by comparing the estimation result by the present invention with the actual estimation result. Was confirmed. That is, it was confirmed that the deformed shape of the strain gauge 1 can be estimated from the resistance value measured by the strain gauge 1 of the present invention.

本発明のひずみゲージは、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、グリッド部３は、ゲージベース２に二つ設けられたが、これに限定されるものではなく、三つ以上であってもよい。また、前記実施例では、一方の素子領域９ａが略直角三角形状とされたが、これに限定されるものではなく、各素子領域９が異なる形状であればよい。さらに、前記実施例では、ひずみゲージ１は、箔ゲージとされたが、これに限定されるものではなく、たとえば、線ゲージであってもよい。 The strain gauge of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and can be appropriately changed. For example, in the above embodiment, the gauge base 2 is provided with two grid portions 3, but the present invention is not limited to this, and the number of grid portions 3 may be three or more. Further, in the above embodiment, one element region 9a has a substantially right-angled triangular shape, but the present invention is not limited to this, and each element region 9 may have a different shape. Further, in the above embodiment, the strain gauge 1 is a foil gauge, but the strain gauge 1 is not limited to this, and may be, for example, a wire gauge.

本発明は、測定対象物の変形形状を推定する際に用いられるひずみゲージに好適に用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a strain gauge used when estimating the deformed shape of an object to be measured.

１ひずみゲージ
２ゲージベース
３グリッド部
４ゲージタブ部
６抵抗素子
８ゲージリード
９素子領域
１０包括領域 1 Strain gauge 2 Gauge base 3 Grid part 4 Gauge tab part 6 Resistance element 8 Gauge lead 9 Element area 10 Comprehensive area

Claims

With a flexible and insulating gauge base,
It is a grid part that senses the strain of the object to be measured, and is provided with a grid part formed by connecting a plurality of linear resistance elements in a meandering shape and connecting gauge leads to the resistance elements at both ends.
A plurality of the grid portions are provided on the gauge base along the grid width direction.
When the element region surrounding the resistance element is virtualized in each grid portion, the element region is rectangular, and the lengths of the plurality of resistance elements in the element region in the grid length direction are the same as those of the grid portion. ,
Each element region includes at least one grid portion having a different shape from the rectangular element region and having different lengths in the grid length direction of the plurality of resistance elements in the element region. Strain gauges characterized by being formed in different shapes.

The strain gauge according to claim 1, wherein the connection portion of the gauge lead of each grid portion is arranged on one side in the grid length direction.

When the inclusive region surrounding the entire element region is virtualized, the shape of the inclusive region is formed so that the change in the resistance value at the time of deformation of the measurement object becomes smaller from one side to the other in the grid length direction. The strain gauge according to claim 1 or 2, wherein the strain gauge is made.