JPH0425610Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (a) 技術分野 本考案は、ひずみゲージに関し、より具体的に
は、被測定対象物または荷重変換器、トルク変換
器等の各種変換器の起歪部の所定位置に添着され
該所定位置に生じたひずみをゲージ素子の電気抵
抗変化として検出するひずみゲージに関するもの
である (b) 従来技術 ひずみゲージは、被測定対象物または各種変換
器の起歪部（以下これらを総称して「被測定部
材」ということがある）の所定位置に接着され該
所定位置に生じたひずみをゲージ素子の抵抗変化
として検出するものであり、外力が負荷されたと
きの被測定部材に生じた応力の大きさや主応力の
方向を検出するものとして、あるいは変換器の起
歪部上に添着して荷重、圧力、トルク等の物理量
を電気量に変換する各種変換器の検出素子として
広く用いられている。

ところで、被測定部材は、部位によりひずみ量
が異なるため、ひずみゲージの添着位置がずれた
場合には、そのひずみ出力も異なつてくる。例え
ば、棒材の引張りまたは圧縮ひずみを検出すると
き、その棒材の側面の一側とこの一側と対称な他
側にそれぞれひずみゲージを添着し且つこれらの
ひずみゲージでホイートストンブリツジを構成
し、電気的に曲げによる影響を打ち消すように構
成する場合があるが、このひずみゲージの添着位
置がずれると、上記打ち消しが完全に行なわれ
ず、曲げによる出力が検出出力に混入されてしま
う。また、ゲージ素子は、その主軸方向のみなら
ず、それと直交する方向にも感度（横感度）を有
しているため、添着位置あるいは添着角度のずれ
によつてもひずみ出力に誤差が生じる。そのた
め、従来のひずみゲージの中には、第５図に示す
ようなマーク（指標）を設けたものがあつた。

この第５図は、被測定部材１の所定位置に接着
されたひずみゲージ２の平面図を示したものであ
る。このひずみゲージ２は、フイラメント状に形
成された金属箔よりなり、測定箇所に生じたひず
みに応じてその電気抵抗を変化させるゲージ素子
３と、表面にゲージ素子３がフオトエツチング等
により添着され、ゲージ素子３に被測定部材１の
ひずみを伝達するとともに被測定部材１とゲージ
素子３との間を電気的に絶縁する機能を果すゲー
ジ基板４とから構成された箔ゲージである。ゲー
ジ素子３の各端部のゲージタブ３ａ，３ｂにはそ
れぞれゲージリード５ａ，５ｂの一端がボンデイ
ングされておりゲージリード５ａ，５ｂの他端よ
りひずみ出力が電気信号に変換されて取り出され
る。６ａ〜６ｂは、ゲージ基板４の周縁部にゲー
ジ素子３と同時にフオトエツチング等で形成され
たセンターマーク（指標）であり、それぞれゲ−
ジ素子３の主軸の位置およびそれと直交する。ゲ
ージ素子３の中心を通る横軸の位置を示してい
る。７ａ〜７ｄは、被測定部材１の測定位置にケ
ガキ針等を用いて引かれたケガキ線である。

このように構成された従来のひずみゲージ２
は、ゲージ基板４に表示されたセンターマーク６
ａ〜６ｄと被測定部材１の測定位置に引かれた各
ケガキ線７ａ〜７ｄとをそれぞれ第５図の如く合
致させ接着剤等を用いて接着させることにより、
被測定部材１の所定位置に正確に添着することが
できる。

ところで、一般に荷重変換器等の各種変換器に
おける起歪部は、第４図に示すように、応力集中
を生じさせるために他の部位よりも薄肉に形成さ
れ、この起歪部の中心部に上記ケガキ線が刻設さ
れる。即ちこの例の場合、長方形で且つ適宜なる
厚みを有する板状の起歪ビーム８に丸孔９を穿設
して薄肉の起歪部１０を形成し、この起歪部１０
の中心部にケガキ線１１が刻設されている。この
ケガキ線１１の部位は、応力集中により大きなひ
ずみを生じるため、このケガキ線１１にひずみゲ
ージ２の上記センターマーク６ａ〜６ｄを合致さ
せて、そのひずみゲージ２を起歪部１０表面上に
添着することにより、そのひずみゲージ２から大
きなひずみ出力を取り出すことができる。

しかしながら、上述の例のように起歪部１０の
最も大きな応力集中が生じる薄肉部にケガキ線を
刻設すると、時間の経過と共にその起歪部が疲労
し、次第に直線性が悪化し、また感度が低下し遂
には破壊（割れ）に及ぶことがある。特に、低容
量の変換器程そのケガキ線による影響が大きく現
われる。因みに、低容量の圧力変換器につき実例
を示せば、起歪部１０の最小肉厚ｔが0.2mmであ
るのに対し、ケガキ線１１の条痕の深さが０，05
mmにも及ぶ場合があり、ケガキ線１１を刻設する
こと自体、大きな問題となる。

このようなケガキ線の刻設による問題を回避す
るため、ケガキ線を刻設する代りに、鉛筆やイン
キで位置合せ線を描く方法も行なわれることがあ
る。

しかしながら、起歪部１０のひずみゲージ２が
接着される面は、清浄にクリーニングされている
ため、上述のように鉛筆等で位置合せ線を描いて
その表面を汚すことは、好ましくない。なぜなら
ば、被接着面が、汚れていると、ひずみゲージ２
の接着が確実に行なわれず、また、ひずみゲージ
２の接着後における防湿処理としてのコーテイン
グ剤の被着が確実に行なわれなくなる虞れがある
からである。

(c) 目的 本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、出力感度特性や疲労特性
等の性能面に影響を与えることがなく、ひずみゲ
ージ被添着面を汚す虞れがないケガキ線を起歪部
に刻設することを可能となし、そのケガキ線に位
置合せ用指標を合致させることにより正確に起歪
部の所定位置に添着し得るひずみゲージを提供す
ることにある。

(d) 構成 本考案は、上記の目的を達成させるため、被測
定対象物または荷重変換器、トルク変換器等の各
種変換器の起歪部の所定位置に添着され該所定位
置に生じたひずみをゲージ素子の電気抵抗変化と
して検出するひずみゲージにおいて、前記ゲージ
素子が添着保持されたゲージ基板の周縁部の、前
記ゲージ素子の主軸を通る仮想主軸線および／ま
たは前記主軸に対し所定角度で交差し前記ゲージ
素子の中心を通る仮想中心線に対し所定量ずれた
位置に、前記起歪部の応力集中部より前記所定量
ずれた部位に刻設されるケガキ線に合致させるた
めの位置合せ用指標を設けたことを特徴とするも
のである。

以下、本考案を添付図面に示す実施例に基づい
て詳細に説明する。

第１図は、本考案の一実施例である二軸90°重
ね形のひずみゲージの構成を示す平面図である。

同図において、被測定部材１２の所定位置に接
着剤等の手段によつて添着される円板状のゲージ
基板１３上には、従来と同様にしてフオトエツチ
ングによりフイラメント状のゲージ素子１４およ
び１５がその中心Ｃを一致させた状態で互いに
90°をなすように重ね合せられて形成されており、
その各端部には、ゲージタブ１４ａ，１４ｂおよ
び１５ａ，七５ｂが形成されており、この各ゲー
ジタブ１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂには、ひ
ずみ出力を取り出すためのゲージリード（図示せ
ず）がボンデイングされる。ここで、ゲージ素子
１４，１５の中間部は省略して描いてある。そし
て、この円板状のゲージ基板１３の周縁部には、
被測定部材１２のひずみ測定位置に対するゲージ
素子１４，１５の添着（接着）位置を示す位置合
せ用指標１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１４ｄが４箇
所に設けられている。この位置合せ用指標１６ａ
〜１６ｄは、ゲージ素子１４と同時にフオトエツ
チングにより形成されるか、または予め印刷によ
りゲージ基板１３に形成されるものであり、ゲー
ジ素子１４，１５の各主軸を通る仮想主軸線X₁，
Y₁からそれぞれ所定量δずれた点を通る位置合
せ仮想線X₂，Y₂と一致するように引かれている。
この実施例の場合、ゲージ素子１４の主軸に直交
しそのゲージ素子１４の中心を通る横軸（以下
「仮想中心線」という）が、ゲージ素子１５の主
軸と一致させてある。換言すれば、この実施例の
場合、ゲージ素子１４だけに着目すれば、仮想主
軸線X₁および仮想中心線（Y₁と同じ）からそれ
ぞれ所定量δだけずれた位置合せ仮想線X₂およ
びY₂上に位置合せ用指標１６ｂ，１６ｄおよび
１６ａ，１６ｃが形成されていることになる。

仮想主軸線X₁．Y₁（または仮想中心線）と位置
合せ仮想線X₂，Y₂とのずれ量δは、次のように
して決定される。

即ち、第３図に、部分断面図をもつて示す起歪
ビームを例にして説明すると、上記ずれ量δは、
起歪ビーム１７のうち最も薄肉に形成された起歪
部中心Ｏからケガキ線１９までの距離Δに等しく
設定される。即ち、この距離Δは、起歪部１８に
ケガキ線１９を刻設しても、疲労による直線性の
悪化や出力感度の低下等特性に、悪影響が生じな
いことを考慮して決定される。このケガキ線１
９，２１は、ケガキ針あるいはトースカン等を用
いて刻設される。

このように、構成されたひずみゲージ２０は、
ゲージ基板１３上に形成された各位置合せ用指標
１６ａ〜１６ｄを、上述のような関係位置に引か
れたケガキ線１９，２１とそれぞれ合致させるよ
うにし、加圧加熱型の接着剤等を用いて被測定部
材１２上に接着される。このようにして接着され
たひずみゲージ２０のゲージ素子１４または１５
の一方の主軸は、起歪部中心Ｏ（第３図参照）と
正しく一致することになる。起歪部中心Ｏからケ
ガキ線１９（または２１）までの距離Δと、仮想
主軸線X₁（またはY₁）から位置合せ仮想線X₂（ま
たはY₂）までの距離とが同一距離に設定されて
いるからである。

このようにして被測定部材１２（または起歪ビ
ーム１７）に添着されたひずみゲージ２０は、圧
力、力等が印加され応力が集中する起歪部１８の
ひずみにより、そのゲージ素子１４，１５が伸張
され、あるいは圧縮され電気抵抗が変化する。こ
の電気抵抗の変化は、起歪部１８のひずみに対応
して、ひいては、印加された圧力、力等に比例す
る。

上述のように構成され且つ動作するひずみゲー
ジ２０は、次のような利点を有する。

先ず、第１に、起歪部１８または被測定部材１
２に刻設されたケガキ線１９および２１にゲージ
基板１３上に形成された位置合せ用指標１６ａ，
１６ｃおよび１６ｂ，１６ｄを合せた状態で接着
するだけの簡単な作業で、ひずみゲージを所定の
位置に正確に、且つ容易に添着（接着）すること
ができる。

第２に、ケガキ線１９，２１を刻設する位置
を、最も応力集中の激しい起歪部中心から所定量
ずらすことができるので、ケガキ線の条痕に起因
する疲労特性の劣化や感度、直線性等性能面で悪
影響を受けることがない。

第３に、従来は、ケガキ線は、起歪部の所定位
置（中心位置）に刻設しなければならない、とい
う制約があったため、ケガキ線の刻設作業が非常
にしにくい場合があったが、本実施例において
は、ケガキ線の刻設位置に自由度があるから、ケ
ガキ作業のしにくい部位を裂けることができ、従
つて、この点での作業性を向上させることができ
る。

第４に、ゲージ基板１３上に形成された位置合
せ用指標１９，２１は、ゲージ素子１４と同時に
フオトエツチングにより形成でき、または予め印
刷によりゲージ基板１３に形成できるので、従来
と比較し何らコストの上昇をもたらすことはな
い。

第５に、ケガキ線は、鉛筆やインキのようにひ
ずみゲージの被接着面を汚さないので、ひずみゲ
ージの接着および防湿コーテイング剤の添着が確
実になる。

尚、本考案は、上述した実施例のみに限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々の変形実施が可能である。

例えば、本考案は、第２図に示す三軸45°重ね
形のひずみゲージにも適用することができる。

この第２図におけるひずみゲージ２２は、第１
図に示すひずみゲージ２０におけるゲージ素子１
４と１５との中間（45°位置）に、さらにゲージ
素子２３を追加すると共に、位置合せ指標１６
ｅ，１６ｆを追加した点が相違するだけである。
３つのゲージ素子１４，１５，２３の中心は共通
の１点Ｃに一致されている。

また、ゲージ基板については、第１図および第
２図に示すように円板状のものに限られるもので
はなく、例えば、第５図に従来例として示した矩
形状のものであつてもよく、さらには、矩形状の
ゲージ基板に直列状または並列状に多数のゲージ
素子が配列されてなるひずみゲージにも当然適用
できる また、ひずみゲージの中には、ねじり（トル
ク）を検出し得るように矩形状をなすゲージ基板
の中心に対して＋45°と−45°（＋315°）の方向にそ
れぞれ主軸を有する（従つて、２つの主軸は互い
に90°をなしている）ものもあるが、このような
ひずみゲージの場合、主軸に対し＋45°と−45°
（＋315°）で交差し、ゲージ素子の中心を通る仮
想中心線に対し所定量ずれた部位に、位置合せ用
指標を設ければよい。

また、位置合せ用指標の形状は、図示したよう
な直線状のものでなくてもよく、矢印状、三角状
その他、ケガキ線と目視により合致させ得る形状
のものであればよい。

また、上記位置合せ用指標を形成するのに、フ
オトエツチング以外の技術、例えば蒸着、印刷等
により形成されたものであつてもよい。

さらにまた、位置合せ用指標は、最小限ゲージ
素子の主軸方向または主軸と直交する方向の一方
のみに形成されていてもよい。

(e) 効果 以上詳しく説明したことろより既に明らかなよ
うに、本考案によれば、簡単な構成でコストの上
昇を伴うことがなく、また、出力感度特性や疲労
特性等の性能面の影響を与えることがなく且つひ
ずみゲージ添着面を汚す虞れがないケガキ線を起
歪部に刻設することを可能となし、そのケガキ線
に位置合せ用指標を合致させることにより正確に
起歪部の所定位置に添着し得るひずみゲージを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に係るひずみゲー
ジの構成を示す平面図、第２図は、本考案の他の
実施例の構成を示す平面図、第３図は、本考案の
作用を説明するための部分断面図、第４図は、従
来例の作用を説明するための部分断面図、第５図
は、従来のひずみゲージの構成を示す平面図であ
る。 １２……被測定部材、１３……ゲージ基板、１
４，１５，２３……ゲージ素子、１４ａ，１４
ｂ，１５ａ，１５ｂ，２３ａ，２３ｂ……ゲージ
タブ、１６ａ〜１６ｆ……位置合せ用指標、１７
……起歪ビーム、１８……起歪部、２０，２２…
…ひずみゲージ、１９，２１……ケガキ線、X₁，
Y₁……仮想主軸線、X₂，Y₂……位置合せ仮想
線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定対象物または荷重変換器、トルク変換器
   等の各種変換器の起歪部の所定位置に添着され該
   所定位置に生じたひずみをゲージ素子の電気抵抗
   変化として検出するひずみゲージにおいて、前期
   ゲージ素子が添着保持されたゲージ基板の周縁部
   の、前記ゲージ素子の主軸を通る仮想主軸線およ
   び／または前記主軸に対し所定角度で交差し前記
   ゲージ素子の中心を通る仮想中心線に対し所定量
   ずれた位置に、前記起歪部の応力集中部より前記
   所定量ずれた部位に刻設されるケガキ線に合致さ
   せるための位置合せ用指標を設けたことを特徴と
   するひずみゲージ。