JPH01161106A - 電気容量型歪ゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気容量型の歪ゲージに関するものである。

〔従来の技術〕

電気容量型の歪ゲージは、対向する−・対のゲージベー
スの先端（接触子）を被測定物の２点（標点）に固定し
、対のゲージベースに対向電極髪配設してなる。そして
、熱等に起因する被測定物の歪を標点間距離の変化に伴
って変化する前記対向電極間の電気容量から求めるもの
である。この電気容量型歪ゲージは、日本機械学会日立
地方講演会講演論文集（共催　日本機械学会・精機学会
。

協賛　日本塑性加工学会、１９８４年９月２８日）の第
７頁に記載されるように、高温環境下の局所ひずみ、微
小き裂等の検出に好適なものとして、論じられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来のこの種の歪ゲージは、一対のゲージベ
ースに一対の対向電極を配して、専ら一方向（単軸方向
）の歪Ｈ１測を対象としており、歪ゲージｊＰ一体で複
数軸（多軸）方向の歪を計４１すする点についての配Ｌ
６はなされていなかった。従って、複数軸方向の歪計測
を行なう場合には、歪ゲージを複数個設置して計測する
手法がとられていたが、このような手法によれは、広い
計測スペースを要し、また、全て異なる位置に歪ゲージ
を設置するため、被測定物の同一箇所の複数軸ひずみ挙
動を得ることが困難であった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、１個の歪ゲージで、被測定物の同一点での複数軸
方向の歪を請訓することができる歪ゲージを提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被４１す宝物の標点となる２点間に歪が生
じるｉ、これに対応して対向し合う電極間の電気容量を
変化させる対のゲージベースを有し、この対向電極間の
電気容量の変化により前記標点間の歪を測定するものに
おいて、前記対向電極は複数の対で構成し、この複数対
の対向電極をそれぞれ対の方向を異ならせて前記ゲージ
ベースに配置し、これらの各対の対向電極間の電気容量
が前記標点間における測定すべき複数軸方向歪に応じて
変化するように設定してなることて達成される。

〔作用〕

このような構成よりなれば、被測定物の歪によって接触
子の標点間距離が変化した場合、複数対の各対向電極間
がその標点間における複数軸方向の距離の変動（歪）に
対応して変化する。その結果、１つの歪ゲージを用いて
も、各対の対向電極間の電気容量の変化をみれば、同−
標点間における複数軸方向の歪を容易に測定することが
できる。

従って対向電極の各対の配置方向を選定すれば、所定の
複数軸方向の歪を測定できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示すもので
、第１実施例は２軸方向の歪を計測するもので、第５図
から第８図に示す他の実施例の基になるものである。

第１実施例では、多軸歪測定の一例として同一平面で互
いに直交しあう直角２軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸）歪の測定を
可能にする歪ゲージについて説明する。

第１図において、］、ａ、ｌｂは一対のゲージベース、
２ａは各ゲージベースｌａ、ｌｂに配した接触子で、各
ゲージベースｌａ、１．ｂの内面には、第２図に示すよ
うに（第２図は第１図のＡ、−Ａ　’断面図である）、
接着剤３を介して複数対の対向電極４ａ’、４．ｂ及び
５ａ、５ｂの夫々が互いに直交し合うＸ軸方向、Ｙ軸方
向に配置されている。

接着剤３はゲージベースと対向電極との間の電気絶縁を
兼ね、例えばセラミックスセメン１〜を用いている。−
ｔＪのゲージベース１．ａ、ｌｉ）はゲージベース後端
に設けた支点部６を支点として変位する構造となってい
る。ここで、各接触子２と各対の対向電極４　ａ　、　
４−　ｂ及び５ａ、５ｂとの位置関係について説明する
。本実施例では、第１図に示すように、辺Ａ　Ｂを斜辺
とする直角三角形Ａ、　Ｂ　Ｃの辺■に接触子２を配し
、互いに直交し合う短辺ＡＣ（Ｘ軸）方向、短辺丘Ｃ（
Ｙ軸）方向に対の対向電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂの
夫々を配する。また、このような電極配置構造を採用す
るため、一対のゲージベースｉａ、ｌｂの夫々を断面１
７字形の側板で構成し、このＬ字形ゲージ−ベースｌａ
、１ｂｔｉＪ’Ｊ向させつつ、ゲージベース］ａ。

１ｂ同士の対向し合う内面に電極４．ａ、４ｂ及び５ａ
、５ｂを配している。

このような構成をなす歪ゲージは、第３図に示すように
（第３図は第１図のＢ　−Ｂ　′　を断面して表わす測
定状態図である）、一対の接触子２を被測定物Ｐの標点
Ａ、Ｂに例えばスポラ１〜溶接等で固定する。７は対向
電極４　ａ　、　４．　ｂ間及び５　ａ　＋５ｂ間の電
気容量を容量アンプ８に送る電極線（シースワイヤ）、
９は容量アンプ８て増幅された信号（歪測定信号）を記
録する記録計である。

そして、本実施例では複数対の対向電極４　ａ　＋４１
）及び５ａ、５ｂを用いて次のような歪測定が行なわれ
る。

説明に先立ち、電気容量型の歪ゲージを用いた場合の歪
の求め方を表わせは、（１）式のようになる。

すなわち、歪ゲージを設置した時の被測定物の変形面の
電気容量をＣ６とじ、被ａｌ’ｌ宝物が変形した時の電
気容量の変化を八Ｃとすれは、被測定物のひずみトは（
１）式で求めることができる。

ΔＣ Ｅ　＝に□　　　　　　　　　　　　・（］）Ｃ。

ここて、Ｋはゲージファクターを示し、対向電極間の距
離及び対向面積によって決まる定数である。

しかして、本実施例における歪ゲージを用いて２軸方向
の歪を測定する場合には、第５図に示すように（第５図
は２軸ひすみ計測メカニズ１１を示す説明図である）、
（妾触子２をＡ点とＢ点に固定設置する。そして変形後
の位置がそれぞｈＡ’。

Ｂ′点となった場合、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のびずみＥ
Ｘｆ　　ＥＹは（２）式で求めることができる。

ここで　　Ｌｘ、ｌ−７Ｙ：ひずみゲージ１没置時のＸ
軸及びＹ軸方向の接触子 間の距離 り、ｘ’　＋　Ｌｖ’　　：被測定物変形時の接触子間
の距離 ＥＸｆ　Ｋ、ｙ　：　Ｘ軸、Ｙ軸方向のひずみゲージの
ゲージファクタ ＣＯＸ、　ＣＯＹ　：ひずみゲージ設置時のＸ軸及びＹ
軸方向の電気容 量 Ｃｘ’　、　ＣＹ’　　：被測定物変形時のＸ軸及びＹ
軸方向の電気容量 である。ゲージファクターＫｘ、Ｋｙは対向電極間の距
離及び対向面積によって決まる定数である。

したがって、ひずみ値ＦＸ、）ｌＶはＸ　１ｌｉｌＩｌ
及びＹ軸方１ｉ’＋ｌの電気容量を知ることで（２）式
より求めることが可能である。

そして、このような歪測定方式によれば、１個の歪ゲー
ジを使用することにより、被測定物の同一箇所（同一点
）での複数軸方向の歪を測定することができる。そのた
め、従来の如く広い計測スペースを要さず、高温環境で
の同一箇所の局所的な複数軸方向の歪挙動を計ａ＋ｌｌ
できる利点を有する。

なお、第１２図（ａ）、（ｂ）は従来の歪ゲージを用い
て複数軸方向の歪を４１！ｌ定する方式を表わすもので
ある。第１−２図（ａ）は、２個の抵抗式歪ゲージ２０
．２１をＡ点、　１３点の夫々にＸ軸、Ｙ軸方向に向け
て配したもの。第１２図（ｂ）は２個の電気容量型歪ゲ
ージ（単独歪ゲージ）３０，３］−をＡ点、Ｂ点及びＡ
′点　Ｂ　１点の夫々にＸ軸。

Ｙ軸方向に向けて配したものである。

上記のいずれの従来例も、複数軸の歪を測定する場合に
は広い計測スペースをとられ、しかも、Ａ点、Ｂ点或い
はＡ点、Ｂ点間及びΔ′点、Ｂ′点間という異なる位置
に別々の歪ゲージを設置するので、同一箇所の複数軸方
向歪を４１１定することができず、そのため、従来は、
これらの歪をＡ点。

Ｂ点の直交点たる０点やＡ、Ｂ点及びＡ’　、Ｂ’点の
直交点Ｃ点の歪として擬制するものであった１、これに
対し、本実施例は、耐述した如くＡ点、Ｂ点を結ぶ同一
箇所における複数軸方向歪を計Ｕｌ！ｌできるので、真
の同一場所の複数軸方向歪を測定でき、測定精度を向上
させることができる。

ところで、電気容量型の歪ゲージのａｌｌ定精度は、被
測定物の同じ変形に列して、てきるだけ′電気容量の変
化址を大きくすることて向上させることができる。その
ためには対向する電１ｉ１ｉ４ａ、４．ｂ及び５ａ、５
ｂ間の距離をできるだに−Ｊ短かくする必要がある。第
２図に示すように対向する２方尚の電極４　ａ　、　４
．１）及び５ａ、５ｂを接触子２の先端（被測定物）を
基準に同じ距離の位置に設けた場合、電極同士が干渉し
合って、対向電極間の距離を短かくするのに限界がある
。

第５図は、以上の事情を配慮してなされた本発明の第２
実施例を示す分解斜視図であり、第１実施例と同一符号
は同−或いは共通する要素を示すものである。本実施例
では、第５図に示すように、接触子２の先端からの距離
が異なる泣訴に各対の対向電極４ａ、４ｂ及び５ａ、５
ｂを設置することにより、対向電極間の距離をそれぞれ
短かくできる構造としたもので、このようにすれば各対
の対向電極の被測定物変形に対する電気容量の変化を大
きくでき、歪測定精度を更に向上させることができる。

第６図は本発明の第３実施例を示すものである。

本実施例は、対向電極４ａ、４ｂ及び５ａ。

５ｂを第２実施例同様に接触子２からの距離が異なる位
置に配置する他に、一対のゲージベースｌａ、ｌｂの電
極４ａ、４．ｂ及び５ａ、５ｂを取付けている面以外の
ゲージベース面の部分をカッティングすることにより透
窓１０を形成し、この透窓１０より各対向電極４ａ、４
ｂ及び５ａ。

５ｂの電極ワイヤ７を取出したものである。

このような構造をなすことにより、複数軸方向の歪測定
向上を図る他に次のような利点を有する。

すなわち、第１図や第５図のようにゲージベースｌａ、
］、ｂをすき間のない板で構成した場合、対向電極から
電極ワイヤ７を取り出すのが困難であり、たとえ工夫し
て取り出した場合でも、電極ワイヤ７がゲージベースｌ
ａ、ｌｂ内面などに接触し、電極の一部となって正確な
計測がてきなくなることが考えられる。

これに対し本実施例によれば、ワイヤ７を透窓１０を介
して容易に取出せ、且つワイヤ７がゲージベースに接触
させることがないので計測の安定化を図り得る。しかも
ゲージベースｌａ、ｌｂを金属で構成した場合、高温で
の長時間使用を可能とするためには、できるだけ重量を
軽くし、自重による変形を防止するのが望ましい。本実
施例ではゲージベースｌａ、］、ｂのベース面に透窓１
０を設けるので、ゲージベース重量を小さくし、上記要
求に応えることができる。

第７図及び第８図は本発明の第４実施例を示すもので、
第７図はその分解斜視図、第８図は組立図を示すもので
ある。

本実施例は一対のゲージベースｌａ、ｌｂの夫夫に切欠
き空間Ｓｌ、Ｓ２を確保したもので、ゲージベースｌａ
、ｌｂを第８図に示す如く支点部６を介して一体結合し
て歪ゲージを組立てた場合でも、空間ＳＬ、Ｓ２から電
極ワイヤ７を外部に取出せるようにしたものである。こ
のような構成をなすことにより、本実施例においても、
第３実施例と同様の効果を奏し得る。

第９図は本発明の各実施例に使用される歪ゲージの支点
部６の具体例を示すものである。本例では、二つのゲー
ジベースｌａ、ｌｂを固定する支点部をクロス形の弾性
板で構成し、あらゆる方向の変形に対し同じ剛性で、し
かも容易に変形を吸収する構造とするため、次のように
しである。すなわち、対向するゲージベースｌａ、ｌｂ
を十字型の支点板６で固定し、支点板６のクロス部分の
板幅を狭めるか或いは板Ｊヴを局部的に簿＜シて、２軸
方向の変形を支点板の中央部の一点て容易に吸収できる
ようにし、支点板の中央部の曲げ剛性を小さくしている
。

第１０図は本発明の各実施例における歪ゲージの接触子
を被測定物に固定する場合の改良に関するものである。

第１０図の１−１は、接触子６の位置決めを行なうため
の位置決め板で、位置決め板上］は角度０を保つ板片１
　、’Ｌ　ａ、　］、　１　ｂを一体成形してなり、板
片１１ｂ側に孔１２を複数穿設しである。このような位
置決め板］１は、次のような利点を有する。

すなわち、本発明の各実施例の多軸ひずみゲージは、被
測定物にスポット（容量にて取付は使用するが、１月的
とする位置に溶接することは熟練を要する。

しかし、第１０図の位置決め方式によれば、例えば位置
決め板１］−の板片］、　１　ａを被測定物Ｆ）のＸ軸
に合せて配置することで、板片１　］、　ｂが自ずと角
度０方向に配され、このθ方向に設けた複数の孔〕２の
任意の孔を選択して、この孔］−２に接触子２，２の先
端を挿入すれば接触子２の先端の位ｉ’２’：ｉ決めが
容易しこ行なえ且つｊｘ触ｆ２間の距離な粘度良く保っ
てスポット溶接をすることができる。

位置決め板１↓は、はんだ等の低融点物質を用いること
により、高温で使用する場合、計測時は）馳けてしまう
ものが好ましい。

第１１図は本発明の名実施例に使用される対向型（→λ
の具体例を示すものである。本例は対の対向電極４ａ、
４ｂ同士及び５ａ、５ｂ同士の電極面積を異ならせたも
ので、電極（「ｉ積の小さい方４１）（５ｂ）が基準と
なる電極面積で、他方の電極４、ａ（５ａ）の面積を基
準面積よりも大きくする。

そして、電極４−ａ、４ｂ及び５ａ、５ｂは中心を合せ
て対向配置する。このようにずれば互いの電極４　ａ　
、　４　ｂ或いは５ａ、５ｂが平行方向（矢印１−）方
向）にずれをおこしても、電極’１．　ａ　、　４．　
＋）（５ａ、５ｂ）同士の各辺の長さの差Δα分の許容
範囲のずれであれば基準電極面積が確保できる利点を有
する。

なお、上記各実施例は、直角２軸方向の歪測定を例示し
たが、これに限定さ牲るものではなく、その他にも複数
対の電極の数及び配置を種々配慮することにより、３軸
方向以−にの歪測定も可能である。例えば、３軸方向に
対しては、断面六角形のベースを２個に均等分割した一
対のゲージベースを対向配置し、各ゲージベースの内側
に６０゜間隔て電極を配することで、３軸方向の歪測定
が可能となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、１個の歪ゲージで、被測
定物の同一点での複数軸方向の歪を精度良＜　Ｍ４１測
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す斜視図、第２図は第
１図のＡ−Ａ′断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ’　を
断面して歪測定状態を表わす説明図、第４図は第１実施
例の歪測定メカニズムを表わす説明図、第５図は本発明
の第２実施例を示す分解斜視図、第６図は本発明の第３
実施例を示す斜視図、第７図は本発明の第４実施例を示
す分解斜視図、第８図は第４実施例の組立状態を示す斜
視図、第９図は上記各実施例に使用する歪ゲージ支点部
の具体的態様を表わす正面図、第１０図は上記各実施例
に使用する接触子の位置決め改良例を示す斜視図、第１
１図は上記各実施例に使用する対向電極の具体的−例を
示す模式図、第１２図（ａ）。 （ｂ）は従来の歪ゲージを用いて多軸歪測定を行なう状
態を表わす模式図である。 Ｐ・被測定物、Ａ、Ｂ　・標点、ｓｌ、Ｓ２・切欠き空
間、１．、ａ、１．ｂ　　・ゲージベース、２　接触子
、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ−］向電極、７・・電極線、
１−０・・・透窓。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物の標点となる２点間に歪が生じると、これ
   に対応して対向し合う電極間の電気容量を変化させる対
   のゲージベースを有し、この対向電極間の電気容量の変
   化により前記標点間の歪を測定するものにおいて、前記
   対向電極は複数の対で構成され、この複数対の対向電極
   をそれぞれ対の方向を異ならせて前記ゲージベースに配
   置し、これらの各対の対向電極間の電気容量が前記標点
   間における測定すべき複数軸方向歪に応じて変化するよ
   うに設定してなることを特徴とする電気容量型歪ゲージ
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記複数対の対向
   電極は、前記ゲージベースの先端からの距離が異なる位
   置に夫々配設されてなる電気容量型歪ゲージ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記ゲ
   ージベースには、電極線取出し用の透窓或いは切欠き空
   間が形成されてなる電気容量型歪ゲージ。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
   いて、前記複数対の対向電極は、対向し合う電極面積を
   互いに異ならせてなる電気容量型歪ゲージ。