JPH0695002B2 - 高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法 - Google Patents
高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法Info
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- JPH0695002B2 JPH0695002B2 JP10958886A JP10958886A JPH0695002B2 JP H0695002 B2 JPH0695002 B2 JP H0695002B2 JP 10958886 A JP10958886 A JP 10958886A JP 10958886 A JP10958886 A JP 10958886A JP H0695002 B2 JPH0695002 B2 JP H0695002B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （ａ）技術分野 本発明は、高温用ひずみゲージの添着構造および添着方
法に関し、より詳細には、高温下で被測定対象物に作用
する応力、荷重、圧力、回転力等の物理量を電気量に変
換するひずみゲージ素子を、該被測定対象物自体または
該被測定対象物に取付けられる物理量−電気量変換器の
起歪部等の被測定体に添着する高温用ひずみゲージの添
着構造および添着方法に関するものである。
法に関し、より詳細には、高温下で被測定対象物に作用
する応力、荷重、圧力、回転力等の物理量を電気量に変
換するひずみゲージ素子を、該被測定対象物自体または
該被測定対象物に取付けられる物理量−電気量変換器の
起歪部等の被測定体に添着する高温用ひずみゲージの添
着構造および添着方法に関するものである。
（ｂ）従来技術 高温に晒される機械部品や構造物、例えば船舶や航空機
のタービン・ブレード等に作用する応力、荷重、圧力、
回転力等の物理量を電気量に変換して検出する手段とし
て、その機械部品や構造物（以下「被測定対象物」とい
う）の表面または、この被測定対象物に取付けられる荷
重変換器、圧力変換の起歪部（以下、これらを総称して
「被測定体」という）に高温用ひずみゲージを添着して
検出する方法が採られている。
のタービン・ブレード等に作用する応力、荷重、圧力、
回転力等の物理量を電気量に変換して検出する手段とし
て、その機械部品や構造物（以下「被測定対象物」とい
う）の表面または、この被測定対象物に取付けられる荷
重変換器、圧力変換の起歪部（以下、これらを総称して
「被測定体」という）に高温用ひずみゲージを添着して
検出する方法が採られている。
このような高温用ひずみゲージを被測定体に添着する方
法として、溶射法（ローカイド法とも称されている）が
知られている。この溶射法は、高純度のアルミナ棒に火
炎を吹き付けて被測定体の表面上に絶縁層を形成し、こ
の絶縁層上にゲージリード付のひずみゲージ素子を載置
し、その上をマスキングテープあるいはメッシュ板等の
マスキング部材で押さえてアルミナを部分的に溶射して
仮止めした後、上記マスキング部材を取除いて再びアル
ミナを溶射してひずみゲージ素子およびゲージリードを
覆うようにするものである。このようにして構成された
溶射型の高温用ひずみゲージは、熱的および機械的ショ
ックに対する抵抗、電気絶縁抵抗などによい特性が得ら
れ、また、高温のみならず液体窒素等の極低温にも十分
耐えるとされている。
法として、溶射法（ローカイド法とも称されている）が
知られている。この溶射法は、高純度のアルミナ棒に火
炎を吹き付けて被測定体の表面上に絶縁層を形成し、こ
の絶縁層上にゲージリード付のひずみゲージ素子を載置
し、その上をマスキングテープあるいはメッシュ板等の
マスキング部材で押さえてアルミナを部分的に溶射して
仮止めした後、上記マスキング部材を取除いて再びアル
ミナを溶射してひずみゲージ素子およびゲージリードを
覆うようにするものである。このようにして構成された
溶射型の高温用ひずみゲージは、熱的および機械的ショ
ックに対する抵抗、電気絶縁抵抗などによい特性が得ら
れ、また、高温のみならず液体窒素等の極低温にも十分
耐えるとされている。
一方、上述した溶射法においては、被測定体とアルミナ
溶射層間の線膨脹係数に大きな差があり、急激な温度変
化に弱く剥れ易いという問題がある。この問題を克服す
るために、上記被測定体と上記絶縁層との間に、ニッケ
ル−クロム（NiCr）の溶射層とニッケル−クロム、アル
ミナ（NiCr＋Al2O3）の溶射層とを介挿せしめた抵抗線
式溶射型高温ひずみゲージが実開昭58−74104号公報に
開示されている。
溶射層間の線膨脹係数に大きな差があり、急激な温度変
化に弱く剥れ易いという問題がある。この問題を克服す
るために、上記被測定体と上記絶縁層との間に、ニッケ
ル−クロム（NiCr）の溶射層とニッケル−クロム、アル
ミナ（NiCr＋Al2O3）の溶射層とを介挿せしめた抵抗線
式溶射型高温ひずみゲージが実開昭58−74104号公報に
開示されている。
しかしながらこの後者の溶射型高温ひずみゲージを製造
するに際しては、ニッケル−クロム層や絶縁層を形成す
るための溶射被膜は、溶射ノズルの移動速度、溶射面と
の間の距離および作動ガスの噴出量とのバランス等によ
り大きく左右され、溶射粒子の最適条件は、経験的に設
定している。このため上記最適条件の設定は、極めて微
妙でノウハウに負うところが多く、通常得られる溶射皮
膜は、機械的強度にバラツキが多く、鍛造品や焼結金属
の強度に比べると大きく劣り、安定な溶射被膜を形成す
るのに困難を極めていた。
するに際しては、ニッケル−クロム層や絶縁層を形成す
るための溶射被膜は、溶射ノズルの移動速度、溶射面と
の間の距離および作動ガスの噴出量とのバランス等によ
り大きく左右され、溶射粒子の最適条件は、経験的に設
定している。このため上記最適条件の設定は、極めて微
妙でノウハウに負うところが多く、通常得られる溶射皮
膜は、機械的強度にバラツキが多く、鍛造品や焼結金属
の強度に比べると大きく劣り、安定な溶射被膜を形成す
るのに困難を極めていた。
この問題に加えて、上記の溶射型高温ゲージにおける
「ひずみゲージ素子とアルミナ溶射層」、「被測定体
（金属）と溶射金属（ニッケル−クロム）」は、溶射に
よる飛行溶融粒子の凹凸表面上への機械的結合（付着）
によって結合されているだけであるため、結果的に被測
定体に対するひずみゲージ素子の添着（結合）が不充分
であり、一般のひずみゲージと比較すると、例えばクリ
ープ特性、ヒステリシス特定が数倍劣っており、またひ
ずみ限界が低いという問題がある。
「ひずみゲージ素子とアルミナ溶射層」、「被測定体
（金属）と溶射金属（ニッケル−クロム）」は、溶射に
よる飛行溶融粒子の凹凸表面上への機械的結合（付着）
によって結合されているだけであるため、結果的に被測
定体に対するひずみゲージ素子の添着（結合）が不充分
であり、一般のひずみゲージと比較すると、例えばクリ
ープ特性、ヒステリシス特定が数倍劣っており、またひ
ずみ限界が低いという問題がある。
さらに、各溶射層は不安定粒子（格子欠陥を多く有す
る）が多く、あまり緻密でなく、換言すれば気孔率が大
きく、金属よりなる被測定体やひずみゲージ素子との結
合力が強くないので、急激な温度変化やひずみ変化によ
ってひずみゲージが剥離し易いという問題点もある。
る）が多く、あまり緻密でなく、換言すれば気孔率が大
きく、金属よりなる被測定体やひずみゲージ素子との結
合力が強くないので、急激な温度変化やひずみ変化によ
ってひずみゲージが剥離し易いという問題点もある。
（ｃ）目的 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、絶縁層を形成するセラミック溶射層の
不安定粒子を減少させ、本来の焼結体の性質に近づける
と共に特にひずみゲージ素子と絶縁層との結合力を強化
せしめることができ、もってクリープ特性、ヒステリシ
ル特性を大幅に改善し得る高温用ひずみゲージの添着構
造および添着方法を提供することにある。
で、その目的は、絶縁層を形成するセラミック溶射層の
不安定粒子を減少させ、本来の焼結体の性質に近づける
と共に特にひずみゲージ素子と絶縁層との結合力を強化
せしめることができ、もってクリープ特性、ヒステリシ
ル特性を大幅に改善し得る高温用ひずみゲージの添着構
造および添着方法を提供することにある。
（ｄ）構成 上記の目的を達成させるため、第１の発明は、高温下で
被測定対象物に作用する応力、荷重、圧力、回転力等の
物理量を電気量に変換するひずみゲージ素子を該被測定
対象物自体または該被測定対象物に取付けられる物理量
−電気量変換器の起歪部等の被測定体に添着する高温用
ひずみゲージの添着構造において、ひずみゲージ素子を
添着すべき部位近傍にブラスト処理が施されて粗面が形
成された被測定体と、この被測定体のブラスト処理が施
された部位の上に金属を溶射して形成された金属溶射層
と、この金属溶射層上にセラミックを溶射して形成され
た第１の絶縁溶射層と、この第１の絶縁溶射層上に配設
されたひずみゲージ素子と、このひずみゲージ素子上お
よび前記第１の絶縁溶射層上に上記セラミックを溶射し
て形成された第２の絶縁溶射層とからなる積層体が、所
定圧で加圧され600℃〜900℃で加熱処理を施されて構成
されたことを特徴とするものであり、また、第２の発明
は、高温下で被測定対象物に作用する応力、荷重、圧
力、回転力等の物理量を電気量に変換するひずみゲージ
を該被測定対象物自体または該被測定対象物に取付けら
れる物理量−電気量変換器の起歪部等の被測定体に添着
する方法において、前記被測定体上のひずみゲージ素子
が添着される予定の部位を含む領域をブラスト処理を施
して粗面となし、この粗面上にNiCr、Mo、TiO2、SUS、A
l合金等の金属のうちいずれか１つまたは２つの材質か
らなる金属材を溶射して金属溶射層を形成し、この金属
溶射層上にアルミナ等のセラミックを溶射して第１の絶
縁溶射層を形成し、この第１の絶縁溶射層上に予め所定
の形状に形成されたひずみゲージ素子およびその端子に
接続されたゲージリードを配置し、このひずみゲージ素
子の全体およびゲージリードの少なくとも基端側を覆う
ように先ずマスキング部材を用いて部分的に上記セラミ
ックを溶射して仮止めした後、上記マスキング部材を取
除いて上記セラミックを溶射して第２の絶縁溶射層を形
成して積層体を構成し、次にこの積層体の両面間を前記
セラミックの粉末をそれぞれ介して挟圧手段により所定
圧で挟持加圧した状態で真空容器中またはアルゴンガ
ス、窒素ガス等の不活性ガスを充填した容器内にて600
℃乃至900℃で加熱処理を施すことを特徴とするもので
ある。
被測定対象物に作用する応力、荷重、圧力、回転力等の
物理量を電気量に変換するひずみゲージ素子を該被測定
対象物自体または該被測定対象物に取付けられる物理量
−電気量変換器の起歪部等の被測定体に添着する高温用
ひずみゲージの添着構造において、ひずみゲージ素子を
添着すべき部位近傍にブラスト処理が施されて粗面が形
成された被測定体と、この被測定体のブラスト処理が施
された部位の上に金属を溶射して形成された金属溶射層
と、この金属溶射層上にセラミックを溶射して形成され
た第１の絶縁溶射層と、この第１の絶縁溶射層上に配設
されたひずみゲージ素子と、このひずみゲージ素子上お
よび前記第１の絶縁溶射層上に上記セラミックを溶射し
て形成された第２の絶縁溶射層とからなる積層体が、所
定圧で加圧され600℃〜900℃で加熱処理を施されて構成
されたことを特徴とするものであり、また、第２の発明
は、高温下で被測定対象物に作用する応力、荷重、圧
力、回転力等の物理量を電気量に変換するひずみゲージ
を該被測定対象物自体または該被測定対象物に取付けら
れる物理量−電気量変換器の起歪部等の被測定体に添着
する方法において、前記被測定体上のひずみゲージ素子
が添着される予定の部位を含む領域をブラスト処理を施
して粗面となし、この粗面上にNiCr、Mo、TiO2、SUS、A
l合金等の金属のうちいずれか１つまたは２つの材質か
らなる金属材を溶射して金属溶射層を形成し、この金属
溶射層上にアルミナ等のセラミックを溶射して第１の絶
縁溶射層を形成し、この第１の絶縁溶射層上に予め所定
の形状に形成されたひずみゲージ素子およびその端子に
接続されたゲージリードを配置し、このひずみゲージ素
子の全体およびゲージリードの少なくとも基端側を覆う
ように先ずマスキング部材を用いて部分的に上記セラミ
ックを溶射して仮止めした後、上記マスキング部材を取
除いて上記セラミックを溶射して第２の絶縁溶射層を形
成して積層体を構成し、次にこの積層体の両面間を前記
セラミックの粉末をそれぞれ介して挟圧手段により所定
圧で挟持加圧した状態で真空容器中またはアルゴンガ
ス、窒素ガス等の不活性ガスを充填した容器内にて600
℃乃至900℃で加熱処理を施すことを特徴とするもので
ある。
以下、第１および第２の発明（以下両発明を総称して
「本発明」という）を添付面図に示す実施例を基に詳細
に説明する。
「本発明」という）を添付面図に示す実施例を基に詳細
に説明する。
第１図は、第１の発明に係る高温用ひずみゲージの添着
構造の一実施例を一部破断して示す斜視図、第２図は、
同実施例中のひずみゲージの添着工程である仮止の方法
を説明するための平面図である。
構造の一実施例を一部破断して示す斜視図、第２図は、
同実施例中のひずみゲージの添着工程である仮止の方法
を説明するための平面図である。
同図において、１は高温に晒される被測定対象物または
この被測定対象物に取付けられる荷重変換器、圧力変換
器、等の起歪部等の被測定体であり、その材質として
は、SUS、インコーネル、ハステロイ、鋼等が用いられ
ている。この被測定体１上には、後述するひずみゲージ
素子を添着すべき予定の部位を含む所定範囲にわたって
例えばサンドブラスト処理を施して、15〜30μｍ程度の
粗さの粗面２を形成する。
この被測定対象物に取付けられる荷重変換器、圧力変換
器、等の起歪部等の被測定体であり、その材質として
は、SUS、インコーネル、ハステロイ、鋼等が用いられ
ている。この被測定体１上には、後述するひずみゲージ
素子を添着すべき予定の部位を含む所定範囲にわたって
例えばサンドブラスト処理を施して、15〜30μｍ程度の
粗さの粗面２を形成する。
次に、この粗面が形成された被測定体１上に、例えばNi
Cr、Mo、TiO2、SUS等の中から選択された金属材を溶射
して25〜50μｍ程度の厚みの金属溶射層３を形成する。
この金属溶射層３は、被測定体１に粗面２で接している
ため、強固に結合せしめられる。
Cr、Mo、TiO2、SUS等の中から選択された金属材を溶射
して25〜50μｍ程度の厚みの金属溶射層３を形成する。
この金属溶射層３は、被測定体１に粗面２で接している
ため、強固に結合せしめられる。
次に、この金属溶射層３の表面には、98％以上を含むア
ルミナ（Al2O3）またはアルミナにマグネシアその他を
添加してなるセラミックを溶射して厚みが50〜100μｍ
程度の第１の絶縁溶射層４を形成する。
ルミナ（Al2O3）またはアルミナにマグネシアその他を
添加してなるセラミックを溶射して厚みが50〜100μｍ
程度の第１の絶縁溶射層４を形成する。
この第１の絶縁溶射層４の上の所定部位に予めフォトエ
ッチング法等により例えば第２図に示される如き形状に
形成されたフリーフィラメント状のひずみゲージ素子５
を載置する。このひずみゲージ素子５は、箔ゲージの場
合、FeCrAl、NiCr、PtW等を素材として７〜20μｍ程度
の厚みの箔で２つのゲージタブ5a,5bとグリッド部5cと
が形成されている。このひずみゲージ素子５のゲージタ
ブ5aおよび5bのそれぞれには、リボン状のゲージリード
6aおよび6bが例えばスポット溶接等により接続されてい
る。
ッチング法等により例えば第２図に示される如き形状に
形成されたフリーフィラメント状のひずみゲージ素子５
を載置する。このひずみゲージ素子５は、箔ゲージの場
合、FeCrAl、NiCr、PtW等を素材として７〜20μｍ程度
の厚みの箔で２つのゲージタブ5a,5bとグリッド部5cと
が形成されている。このひずみゲージ素子５のゲージタ
ブ5aおよび5bのそれぞれには、リボン状のゲージリード
6aおよび6bが例えばスポット溶接等により接続されてい
る。
第１の絶縁溶射層４の上に載置されたひずみゲージ素子
５の上に、その表面の一部を露呈するスリット状の開口
7a,7b,7cが穿設されたマスキング部材７を載置して仮に
固定する。この状態で、上述の第１の絶縁溶射層４と同
様の材質からなるセラミックを溶射してひずみゲージ素
子５を上述の第１の絶縁溶射層４上に仮止めする。即
ち、マスキング部材７の開口7aに対応するひずみゲージ
素子５の折返し部5dと、開口7bに対応するグリッド部5c
と、開口7cに対応する折返し部5eとが、第１の絶縁溶射
層４上に仮固定される。
５の上に、その表面の一部を露呈するスリット状の開口
7a,7b,7cが穿設されたマスキング部材７を載置して仮に
固定する。この状態で、上述の第１の絶縁溶射層４と同
様の材質からなるセラミックを溶射してひずみゲージ素
子５を上述の第１の絶縁溶射層４上に仮止めする。即
ち、マスキング部材７の開口7aに対応するひずみゲージ
素子５の折返し部5dと、開口7bに対応するグリッド部5c
と、開口7cに対応する折返し部5eとが、第１の絶縁溶射
層４上に仮固定される。
しかる後、マスキング部材７を取除いた状態で、上述の
ひずみゲージ素子５の全体およびゲージリード6a,6bの
一部を覆うように再びアルミナを溶射して100〜200μｍ
程度の厚みを有する第２の絶縁層８を形成する。
ひずみゲージ素子５の全体およびゲージリード6a,6bの
一部を覆うように再びアルミナを溶射して100〜200μｍ
程度の厚みを有する第２の絶縁層８を形成する。
そして、この第２の絶縁溶射層８の表面および被測定体
１の表面にかけて防湿および表面保護用のシリコン樹脂
被膜９を25〜50μｍ程度の厚みに形成する。
１の表面にかけて防湿および表面保護用のシリコン樹脂
被膜９を25〜50μｍ程度の厚みに形成する。
このようにしてひずみゲージ素子５を挟むようにして順
次積層された被測定体１、金属溶射層３、第１の絶縁溶
射層４、ひずみゲージ素子５、第２の絶縁溶射層８およ
びシリコン樹脂被膜９よりなる積層体10は、次のように
して加圧、加熱の処理が施される。
次積層された被測定体１、金属溶射層３、第１の絶縁溶
射層４、ひずみゲージ素子５、第２の絶縁溶射層８およ
びシリコン樹脂被膜９よりなる積層体10は、次のように
して加圧、加熱の処理が施される。
（Ｉ）固定基板と加圧板とこの加圧板を固定基板に近接
または離間せしめるジャッキまたは、油圧シリンダロッ
ドのような調節加圧部材とからなる挟圧手段（図示せ
ず）を用い、先ず、固定基板上にアルミナ等のセラミッ
ク粉末をほぼ均等に置き（散布し）、その上に積層体10
の被測定体１またはシリコン樹脂被膜９のいずれか一方
の面側を載せ、他方の面側には上述同様アルミナ等のセ
ラミックの粉末をほぼ均等に置き（散布し）、その上に
加圧板を置き、上述の調節加圧部材によって加圧板を固
定基板側に挟圧せしめて所定の圧力（10kgf/cm2〜1000k
gf/cm2程度）で積層体10を加圧する。
または離間せしめるジャッキまたは、油圧シリンダロッ
ドのような調節加圧部材とからなる挟圧手段（図示せ
ず）を用い、先ず、固定基板上にアルミナ等のセラミッ
ク粉末をほぼ均等に置き（散布し）、その上に積層体10
の被測定体１またはシリコン樹脂被膜９のいずれか一方
の面側を載せ、他方の面側には上述同様アルミナ等のセ
ラミックの粉末をほぼ均等に置き（散布し）、その上に
加圧板を置き、上述の調節加圧部材によって加圧板を固
定基板側に挟圧せしめて所定の圧力（10kgf/cm2〜1000k
gf/cm2程度）で積層体10を加圧する。
（II）次に、上述（Ｉ）の状態を保ったまま、10-4〜10
-6torr程度の真空中またはアルゴンガス、窒素ガス等の
不活性ガス中にて600℃乃至900℃の高温下で所定時間
（例えば１時間〜３時間程度）加熱処理する。
-6torr程度の真空中またはアルゴンガス、窒素ガス等の
不活性ガス中にて600℃乃至900℃の高温下で所定時間
（例えば１時間〜３時間程度）加熱処理する。
すると、第１と第２の絶縁溶射層4,8を形成する溶射被
膜の組織が緻密化されると共に、金属または金属溶射層
とセラミックとの間の接合力（または結合力）が著しく
強化される。即ち、この加圧加熱処理により、第１に、
セラミックの溶射被膜の不安定粒子（格子欠陥を多く有
する粒子）を減少させ本来の焼結体の性質に近付けるこ
とができ、第２に金属であるひずみゲージ素子５、金属
溶射層３および被測定体１とセラミック被膜である第
１、第２の絶縁溶射層4,8間などの界面近傍における拡
散反応により、強固な接合を得ることができる。
膜の組織が緻密化されると共に、金属または金属溶射層
とセラミックとの間の接合力（または結合力）が著しく
強化される。即ち、この加圧加熱処理により、第１に、
セラミックの溶射被膜の不安定粒子（格子欠陥を多く有
する粒子）を減少させ本来の焼結体の性質に近付けるこ
とができ、第２に金属であるひずみゲージ素子５、金属
溶射層３および被測定体１とセラミック被膜である第
１、第２の絶縁溶射層4,8間などの界面近傍における拡
散反応により、強固な接合を得ることができる。
以下に、本実施例の効果につき実験データを基に説明す
る。
る。
ひずみゲージ素子５の材質がFeCrAlであって、ゲージ長
が6.3mm、グリッド折返し長が1.1mm、ゲージ率が2.6で
ある高温用ゲージ（積層体10）を、大気中で500kgf/cm2
に加圧（挟圧）し、これを10-5torrの真空容器内に入
れ、その状態で700℃の高温下で２時間の加熱処理を施
したものの、クリープ変化をみると、次のようである。
が6.3mm、グリッド折返し長が1.1mm、ゲージ率が2.6で
ある高温用ゲージ（積層体10）を、大気中で500kgf/cm2
に加圧（挟圧）し、これを10-5torrの真空容器内に入
れ、その状態で700℃の高温下で２時間の加熱処理を施
したものの、クリープ変化をみると、次のようである。
先ず、被測定体１に1000μεのひずみが生じていると
き、室温クリープ変化は、第３図に示すように、全く加
圧加熱処理を施さない場合には、符号A1で示すように1.
9％FSのクリープ特性であったものが、上述したように
加圧加熱処理を施した場合には、符号A2で示すように0.
5％FSのクリープ特性となり、クリープを約1/3に減少さ
せることができた。
き、室温クリープ変化は、第３図に示すように、全く加
圧加熱処理を施さない場合には、符号A1で示すように1.
9％FSのクリープ特性であったものが、上述したように
加圧加熱処理を施した場合には、符号A2で示すように0.
5％FSのクリープ特性となり、クリープを約1/3に減少さ
せることができた。
次に、加圧加熱処理の条件のうち熱処理温度の最適値に
ついて説明する。
ついて説明する。
ひずみゲージ素子５の材質がFeCrAlで、ゲージ抵抗が12
0Ωの場合の熱履歴後のゲージ抵抗値変化を調べてみる
と、第４図中の符号F1で示すように真空中において700
℃で２時間加熱処理した場合には、ゲージ抵抗の変化が
生じない。
0Ωの場合の熱履歴後のゲージ抵抗値変化を調べてみる
と、第４図中の符号F1で示すように真空中において700
℃で２時間加熱処理した場合には、ゲージ抵抗の変化が
生じない。
さらに、符号F2で示すようにアルゴンガス雰囲気中にお
いて、920℃で２時間加熱処理した場合には、約８Ωの
抵抗値減少が見られる。ところが、同様にアルゴンガス
雰囲気中において1200℃で４時間加熱処理した場合に
は、符号F3で示すように約32Ωの抵抗値の減少が見られ
る。その上、その抵抗値変化のバラツキも著しく増大す
る。
いて、920℃で２時間加熱処理した場合には、約８Ωの
抵抗値減少が見られる。ところが、同様にアルゴンガス
雰囲気中において1200℃で４時間加熱処理した場合に
は、符号F3で示すように約32Ωの抵抗値の減少が見られ
る。その上、その抵抗値変化のバラツキも著しく増大す
る。
このようなデータからも明らかなように、加熱温度の上
限値は、ゲージ抵抗値変化を考慮すると、その変化率が
10％程度以下である、略900℃以下であることが望まし
い。
限値は、ゲージ抵抗値変化を考慮すると、その変化率が
10％程度以下である、略900℃以下であることが望まし
い。
なお、高温用ひずみゲージの加熱処理温度と見かけひず
みとの関係を検討してみると、アルゴンガス中において
1200kgf/cm2で加圧し1200℃で４時間加熱処理したもの
は、第５図中符号G1で示すように温度上昇に伴って急激
な変化率で見かけひずみが増大するため、到底実用に供
することはできない。また、アルゴンガス中において18
00kgf/cm2で加圧し920℃で２時間加熱処理したものは、
第５図の符号G2で示すようにその変化率は、上述したも
の（符号G1）よりかなり小さくなり、その変化もリニア
であり、温度補償がし易いので実用に供し得るが、見か
けひずみの大きさからすると実用上のほぼ上限界に相当
する。
みとの関係を検討してみると、アルゴンガス中において
1200kgf/cm2で加圧し1200℃で４時間加熱処理したもの
は、第５図中符号G1で示すように温度上昇に伴って急激
な変化率で見かけひずみが増大するため、到底実用に供
することはできない。また、アルゴンガス中において18
00kgf/cm2で加圧し920℃で２時間加熱処理したものは、
第５図の符号G2で示すようにその変化率は、上述したも
の（符号G1）よりかなり小さくなり、その変化もリニア
であり、温度補償がし易いので実用に供し得るが、見か
けひずみの大きさからすると実用上のほぼ上限界に相当
する。
第６図は、ひずみゲージが実際に使用される温度（環境
温度）とクリープ変化との関係を示す特性線図である。
温度）とクリープ変化との関係を示す特性線図である。
同図において、加圧加熱処理が施されていないものは、
符号H1で示すように温度上昇につれてクリープの変化は
次第に増大する。これに対して、本考案の如く加圧加熱
処理したものは符号H2に示すように殆んどクリープ変化
が見られない。
符号H1で示すように温度上昇につれてクリープの変化は
次第に増大する。これに対して、本考案の如く加圧加熱
処理したものは符号H2に示すように殆んどクリープ変化
が見られない。
第７図は、ひずみレベルに対するクリープ変化の関係を
示す特性線図である。
示す特性線図である。
同図において、加圧加熱処理されていないものは、符号
I1で示すように大きな変化を示す。これに対し500kgf/c
m2で加圧し大気中において700℃で加熱処理したもの
は、符号I2に示すように、その変化は大幅に減少する。
さらに、この加圧加熱処理を10-5torrの真空中で行なっ
たものは、符号I3で示すようにさらにその変化が減少す
る。このようなデータよりみて、加圧加熱処理は、大気
中で行なうよりは真空中で行なった方がクリープ変化に
ついては良好であることが理解できる。
I1で示すように大きな変化を示す。これに対し500kgf/c
m2で加圧し大気中において700℃で加熱処理したもの
は、符号I2に示すように、その変化は大幅に減少する。
さらに、この加圧加熱処理を10-5torrの真空中で行なっ
たものは、符号I3で示すようにさらにその変化が減少す
る。このようなデータよりみて、加圧加熱処理は、大気
中で行なうよりは真空中で行なった方がクリープ変化に
ついては良好であることが理解できる。
ところで、加熱処理における温度は、上述したところよ
りして約900℃に上限があるが、その下限温度は、絶縁
溶射層を形成するセラミック（例えばアルミナ）の融点
の約1/3の温度、即ち600℃程度にすることが望ましい。
りして約900℃に上限があるが、その下限温度は、絶縁
溶射層を形成するセラミック（例えばアルミナ）の融点
の約1/3の温度、即ち600℃程度にすることが望ましい。
その理由は、温度が融点の約1/3付近になると、固体の
機械的強度が急激に低下するので、加熱と同時に加圧す
ると粒子間の接触点ですべりが生じ、粒子の再配列が進
行し、この再配列は原子の大きい集団である粒子の相対
的な動きであり、充填が疎な領域で特に顕著に進むの
で、これが起ると急激な収縮とともに粒子の充填が均一
となり、組織が緻密になるからである。
機械的強度が急激に低下するので、加熱と同時に加圧す
ると粒子間の接触点ですべりが生じ、粒子の再配列が進
行し、この再配列は原子の大きい集団である粒子の相対
的な動きであり、充填が疎な領域で特に顕著に進むの
で、これが起ると急激な収縮とともに粒子の充填が均一
となり、組織が緻密になるからである。
尚、本発明は、上述した実施例に何ら限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施す
ることができる。
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施す
ることができる。
例えば、アルミナ溶射により形成する第１の絶縁溶射層
４と金属溶射層３との間に、さらにNiCr等の金属を溶射
して緩衝層を形成するようにしてもよい。このような緩
衝層を介在させた場合、金属とアルミナ間の線膨張係数
を段階的に小さくし得るという点で有利である。
４と金属溶射層３との間に、さらにNiCr等の金属を溶射
して緩衝層を形成するようにしてもよい。このような緩
衝層を介在させた場合、金属とアルミナ間の線膨張係数
を段階的に小さくし得るという点で有利である。
また、第１図に示す実施例においては、シリコン樹脂被
膜９を防湿のために形成してあるが、シリコン樹脂の分
解温度以上では採用せず、また、同温度以下の場合は、
用途によっては省略してもよい。
膜９を防湿のために形成してあるが、シリコン樹脂の分
解温度以上では採用せず、また、同温度以下の場合は、
用途によっては省略してもよい。
（ｅ）効果 以上詳述したように、第１の発明および第２の発明によ
れば、金属溶射層並びにひずみゲージ素子を介挿してな
る第１、第２の絶縁溶射層を形成する溶射被膜に加圧加
熱処理を施しているので、各溶射被膜組織が緻密化され
ると共にひずみゲージ素子と第１、第２の絶縁溶射層と
の結合、並びに第１の絶縁溶射層と金属溶射層との結合
が強固になり、本来の絶縁層や金属層の有する性質に極
めて近い強度になるため、ひずみゲージ素子が剥離する
おそれがなく且つクリープ特性、ヒステリシス特性を大
幅に改善し得る高温ひずみゲージの添着構造および添着
方法を提供することができる。
れば、金属溶射層並びにひずみゲージ素子を介挿してな
る第１、第２の絶縁溶射層を形成する溶射被膜に加圧加
熱処理を施しているので、各溶射被膜組織が緻密化され
ると共にひずみゲージ素子と第１、第２の絶縁溶射層と
の結合、並びに第１の絶縁溶射層と金属溶射層との結合
が強固になり、本来の絶縁層や金属層の有する性質に極
めて近い強度になるため、ひずみゲージ素子が剥離する
おそれがなく且つクリープ特性、ヒステリシス特性を大
幅に改善し得る高温ひずみゲージの添着構造および添着
方法を提供することができる。
第１図は、第１の発明に係る高温用ひずみゲージの添着
構造の一実施例を一部破断して示す斜視図、第２図は、
第１図中に示されるひずみゲージ素子の仮固定方法を示
す平面図、第３図は、加熱温度に対する室温クリープ変
化を示す特性線図、第４図は、熱処理温度に対する熱履
歴後のゲージ抵抗変化を示す線図、第５図は、加熱処理
温度に対する見かけひずみを示す特性線図、第６図は、
使用温度に対するクリープの変化を示す特性線図、第７
図は、ひずみレベルに対するクリープ変化を示す特性線
図である。 １……被測定体、 ２……粗面、 ３……金属溶射層、 ４……第１の絶縁溶射層、 ５……ひずみゲージ素子、 5a,5b……ゲージタブ、 5c……グリッド部、 6a,6b……ゲージリード、 ７……マスキング部材、 ８……第２の絶縁溶射層、 ９……シリコン樹脂被膜、 10……積層体。
構造の一実施例を一部破断して示す斜視図、第２図は、
第１図中に示されるひずみゲージ素子の仮固定方法を示
す平面図、第３図は、加熱温度に対する室温クリープ変
化を示す特性線図、第４図は、熱処理温度に対する熱履
歴後のゲージ抵抗変化を示す線図、第５図は、加熱処理
温度に対する見かけひずみを示す特性線図、第６図は、
使用温度に対するクリープの変化を示す特性線図、第７
図は、ひずみレベルに対するクリープ変化を示す特性線
図である。 １……被測定体、 ２……粗面、 ３……金属溶射層、 ４……第１の絶縁溶射層、 ５……ひずみゲージ素子、 5a,5b……ゲージタブ、 5c……グリッド部、 6a,6b……ゲージリード、 ７……マスキング部材、 ８……第２の絶縁溶射層、 ９……シリコン樹脂被膜、 10……積層体。
Claims (2)
- 【請求項１】高温下で被測定対象物に作用する応力、荷
重、圧力、回転力等の物理量を電気量に変換するひずみ
ゲージ素子を、該被測定対象物自体または該被測定対象
物に取付けられる物理量−電気量変換器の起歪部等の被
測定体に添着する高温用ひずみゲージの添着構造におい
て、ひずみゲージ素子を添着すべき部位近傍にブラスト
処理が施されて粗面が形成された被測定体と、この被測
定体のブラスト処理が施された部位の上に金属を溶射し
て形成された金属溶射層と、この金属溶射層上にセラミ
ックを溶射して形成された第１の絶縁溶射層と、この第
１の絶縁溶射層上に配設されたひずみゲージ素子と、こ
のひずみゲージ素子上および前記第１の絶縁溶射層上に
上記セラミックを溶射して形成された第２の絶縁溶射層
とからなる積層体が、所定圧で加圧され600℃〜900℃で
加熱処理を施されて構成されたことを特徴とする高温用
ひずみゲージの添着構造。 - 【請求項２】高温下で被測定対象物に作用する応力、荷
重、圧力、回転力等の物理量を電気量に変換するひずみ
ゲージを該被測定対象物自体または該被測定対象物に取
付けられる物理量−電気量変換器の起歪部等の被測定体
に添着する方法において、前記被測定体上のひずみゲー
ジ素子が添着される予定の部位を含む領域をブラスト処
理を施して粗面となし、この粗面上にNiCr、Mo、TiO2、
SUS、Al合金等の金属のうちいずれか１つまたは２つの
材質からなる金属材を溶射して金属溶射層を形成し、こ
の金属溶射層上にアルミナ等のセラミックを溶射して第
１の絶縁溶射層を形成し、この第１の絶縁溶射層上に予
め所定の形状に形成されたひずみゲージ素子およびその
端子に接続されたゲージリードを配置し、このひずみゲ
ージ素子全体およびゲージリードの少なくとも基端側を
覆うように先ず、マスキング部材を用いて部分的に上記
セラミックを溶射して仮止めした後、上記マスキング部
材を取除いて上記セラミックを溶射して第２の絶縁溶射
層を形成して積層体を構成し、次にこの積層体の両面間
を前記セラミックの粉末をそれぞれ介して挟圧手段によ
り所定圧で挟持加圧した状態で真空容器中またはアルゴ
ンガス、窒素ガス等の不活性ガスを充填した容器内にて
600℃乃至900℃で加熱処理を施すことを特徴とする高温
用ひずみゲージの添着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10958886A JPH0695002B2 (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10958886A JPH0695002B2 (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62266402A JPS62266402A (ja) | 1987-11-19 |
| JPH0695002B2 true JPH0695002B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=14514069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10958886A Expired - Fee Related JPH0695002B2 (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 高温用ひずみゲ−ジの添着構造および添着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695002B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014522572A (ja) * | 2011-06-02 | 2014-09-04 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 静電チャックの窒化アルミ誘電体の修復方法 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0376137U (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-30 | ||
| JPH0376136U (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-30 | ||
| JP2651556B2 (ja) * | 1992-12-11 | 1997-09-10 | 株式会社 寺岡精工 | ロードセル及びその製造方法 |
| US6301775B1 (en) * | 1998-12-17 | 2001-10-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Alumina encapsulated strain gage, not mechanically attached to the substrate, used to temperature compensate an active high temperature gage in a half-bridge configuration |
| JP2002310813A (ja) * | 2001-04-10 | 2002-10-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 荷重センサ素子 |
| JP4496095B2 (ja) * | 2005-01-18 | 2010-07-07 | 日本原子力発電株式会社 | 弁開閉検出用センサ |
| FR2915494B1 (fr) * | 2007-04-30 | 2009-07-24 | Snecma Sa | Procede pour realiser un depot d'alumine sur un substrat recouvert de sic |
| FR2915493B1 (fr) * | 2007-04-30 | 2009-07-24 | Snecma Sa | Procede pour realiser un depot sur un substrat recouvert de sic |
| JP2009168668A (ja) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Panasonic Corp | 歪検出装置 |
| JP7396588B2 (ja) * | 2019-12-16 | 2023-12-12 | ニデックドライブテクノロジー株式会社 | 歪み検出センサおよび動力伝達装置 |
-
1986
- 1986-05-15 JP JP10958886A patent/JPH0695002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014522572A (ja) * | 2011-06-02 | 2014-09-04 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 静電チャックの窒化アルミ誘電体の修復方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62266402A (ja) | 1987-11-19 |
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| JPH0327857B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |