JPH01219601A - 高感度ひずみゲージ - 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、構造物の面に接着してひずみ（応力）を測定
するひずみゲージに関し、特にそのゲージ率を向上させ
るための改良に関する。

［従来の技術］ ひずみゲージは構造物の応力測定センサとして広く用い
られているか、その特性上、ゲージとしての感度、即ち
ゲージ率が大きいことが要求される。

この点に関して、半導体ゲージは線ゲージや箔ゲージに
比較して５０倍以上のひずみ感度を得ることができるが
、直線性や温度特性に関して金属抵抗体より劣るという
欠点がある。また、線ゲージや箔ゲージのゲージ率はひ
ずみ感度の大きいゲージ素子用材料を選択することによ
り高くすることができるが、応力−ひすみ特性における
直線部分の範囲の広いものか必要であり、また抵抗温度
係数が小さく、広い温度範囲にわたって一定である等の
種々の条件が課されることから、その材料の選択範囲に
も限界がある。

ところで、一般に、線ゲージや箔ゲージにおいてゲージ
率Ｋｓはゲージ素子のひずみ感度により低くなる。この
理由は、被測定面にひずみゲージが接着された場合にお
いて、接着剤層とゲージベースが剪断変形することや、
ひずみ方向と直角方向に働くポアソン比の影響によって
被測定面から伝達されるひずみか減衰されてゲージ素子
に伝達される点にある。

そこで、従来から線ゲージや箔ゲージにおいてゲージ率
を向上させる場合には、前者に対してはｖｃ着剤として
弾性係数の大きいものを用いると共に、ゲージベースの
厚さを薄くする手法が採用され、後者に対してはゲージ
長を幅に比較して長くする、即ち、折返し長さを短くす
る等の手法が用いられているのが現状である。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、接着剤として所定の特性のものを用いたとし
ても、ゲージベースには一般的に約１７ｇｍ程度の厚さ
の樹脂製（特殊な用途には金属箔や紙）フィルムが用い
られており、これを更に薄くするには技術的に限界があ
る。

そこで、本発明は、ゲージベース面に剛性膜を被着する
ことによりゲージベースの見かけ上の剛性を高められる
ことに着目し、極めて簡単な構成でゲージ率を向上させ
た高感度ひずみゲージを提供することを目的として創作
された。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ひずみゲージにおいて、ゲージ素子領域のゲ
ージ軸方向外側のゲージベース面に剛性膜を被着した高
感度ひずみゲージに係る。

この発明におけるひずみゲージは、線ゲージまたは箔ゲ
ージの何れであってもよいか、箔ゲージの場合には剛性
膜とゲージ素子の箔とをエツチング手段により形成する
ことができる。

［作用］ 本発明のひずみゲージは、ゲージ素子領域のゲージ軸方
向外側のゲージベース面に剛性膜を被着した点に特徴が
ある。

この剛性膜はゲージ素子に対して独立に被着されたもの
であるが、その被着領域におけるゲージベースは剛性膜
により見かけ上の剛性か高められ、同領域のひずみが抑
制される。従って、剛性膜の変位が縮小され、ゲージ素
子領域の部分での変位を必要とし、この結果、ゲージ領
域のゲージ軸方向のひずみが剛性膜がない場合より大き
くなり、ゲージ素子領域における被測定面からゲージ素
子へのひずみ伝達率が高められて、ひずみゲージのゲー
ジ率を高くすることが可箋になる。

本発明のひずみゲージが箔ゲージである場合において、
剛性膜とゲージ素子の箔とをエツチングでゲージベース
上に形成せしめることとすると、ゲージ素子部と剛性膜
部を形成するためのエリアをマスクに設けておくだけで
足り、従来の箔ゲージの製造工程と同様のプロセスで簡
単に製造することができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 本実施例のひずみゲージの構成は第１図（平面図）及び
第２図（第１図におけるｘ−ｘ矢視断面図）に示され、
１はゲージベース、２はゲージ素子、３はゲージリード
接続用タブ、４は剛性膜であり、フォトエツチングによ
りゲージベースｌの面にゲージ素子２、タブ３、及び剛
性膜４が箔として形成されている。

剛性膜４はゲージ素子領域５のゲージ軸方向外側に同領
域５と僅かな間隔を隔てて形成されており、その間隔を
Ａ、剛性膜４の幅をＢ、剛性膜４の側端からゲージベー
スｌの端部までの距離なＣとして、このひずみゲージを
被測定面に接着した場合の被測定面のひずみ値（（Ｓ）
に対する箔部分のひずみ値（（ｅ、εｇ：剛性膜４のひ
ずみ値）及びゲージベース１のひずみ値（（ｂ）のひず
み値比（ｅｅ／ｅｓ、εｂ／ｅｓ、εｇ／εＳ）を求め
ると、第３図の点線で示したようになる。尚、第３図の
実線で示したものは剛性膜４がない場合のひずみ値比の
変化を示す。

同図から明らかなように、箔の被着部分と被着していな
い部分の各境界付近でひずみ変化帯ができるが、剛性膜
４の幅（Ｂ）に相当する部分でゲージベースｌが見かけ
上剛性化したことによりひずみ値比（（ｇ／εＳ）が減
少し、その結果、ゲージ素子領域５に相当する部分での
ひずみ値比（ｅｅ　／＠ｓ　）か増加している。

更に、本実施例においては、ゲージベースｌ、ゲージ素
子２、及びタブ３を同一条件にすると共に、　Ａ　＋　
Ｂ　＋　Ｃ＝　０　、３　ａｍとして固定し、Ｂを０．
０１ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．２０ｓ＋ｓに設定し、Ｂ
の各設定値に対してＡを０．００１ｍｍ、０．０１０　
鳳■、　　ｏ−ｏｓｏ　璽■、　　０．　１００１■と
して選択したひずみゲージを製作して、それぞれのひず
みゲージについてゲージ率を求める試験を行った。

この結果は第４図のグラフに示され、Ａがｏ、ｏｓｏ■
璽より小さくなるとゲージ率が増加し、Ｂか大きいほど
その増加率も大きく、Ｂが０．２０箇璽でＡを０．００
１ｍｍまで小さくするとひずみ伝達率を約５％以上向上
させ得ることか判明した。また、この試験結果は、有限
要素法を用いて計算した結果と極めて良く近似した。

衷ＪｊＬ！ 本実施例のひずみゲージは第５図（平面図）に示され、
実施例１と同様に箔ゲージであるが、剛性膜をゲージ素
子領域の両側に設けたものである。

図において、６はゲージベース、７はゲージ素子、８は
ゲージリード接続用タブ、９，１０は剛性膜である。

このひずみゲージにおいても、被測定面に接着した場合
のＹ−Ｙ矢視断面における被測定面のひずみ値（（Ｓ）
に対する箔部分のひずみ値（ｅｅ）及びゲージベース６
のひずみ値（ｅ　ｂ）のひずみ値比（（ｅ／εＳ、εｂ
／εＳ）を求めると、第６図の点線で示したようになる
。即ち、ゲージ素子領域の両側に被着された剛性膜９．
１０の幅に相当する領域でゲージベース６が見かけ上剛
性化したことによりひずみ値比が低下し、その結果、ゲ
ージ素子領域のひずみ値比が増加することになる。

本実施例では剛性膜９．１０がゲージ素子領域の両側に
設けられているため、実施例１の場合より更にゲージ素
子領域のひずみ値比か高くなり、それだけ高いゲージ率
のひずみゲージが得られることになる。

［発明の効果］ 本発明は、以上に説明したように構成されているため、
以下に記載されるような効果を奏する。

請求項（１）の発明は、ゲージ素子領域のゲージ軸方向
外側に剛性膜を被着したことによりゲージベースの見か
け上の剛性を高くでき、ゲージベースの厚みや素材に関
係なく高いゲージ率のひずみゲージを特徴する 請求項（２）の発明は、請求項（１）のひず′みゲージ
が箔ゲージである場合に、ゲージ素子部やタブの部分と
剛性膜を同時にエツチングで製作することを回部にし、
製造工程を簡素化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に係るひずみゲージの平面図、第２図
は同ひずみゲージの断面図（Ｘ−Ｘ矢視）、第３図は横
軸にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被測定面に
対するひずみ値比をとり、実施例１に関してゲージ軸方
向についてのひずみ値比の変化を示したグラフ、第４図
は横軸にゲージ素子領域と剛性膜との間隔（Ａ）を、縦
軸にひずみ伝達率をとり、陽性膜の輻（Ｂ）をパラメー
タとしてＡの変化についてのゲージ率の変化を示すグラ
フ、第５図は実施例２に係るひずみゲージの平面図、第
６図は横軸にひずみゲージのゲージ軸方向を、縦軸に被
測定面に対するひずみ値比をとり、実施例２に関してゲ
ージ軸方向についてのひずみ値比の変化を示したグラフ
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ひずみゲージにおいて、 ゲージ素子領域のゲージ軸方向外側のゲージベース面に
   剛性膜を被着したことを特徴とする高感度ひずみゲージ
   。
2. （２）ひずみゲージが箔ひずみゲージであり、剛性膜と
   ゲージ素子の箔とをエッチングにより形成した請求項（
   １）記載の高感度ひずみゲージ。