(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物にひび割れが生じても、抵抗箔の断線（破断）が生じることなくひずみを検出することができるひずみゲージを提供する。【解決手段】繊維強化プラスチックのひずみを測定するために用いられるひずみゲージ１であって、抵抗部として金属抵抗箔を有する回路３を含む回路層５と，回路層５の下部に存在する０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚さを有する緩衝層９とを含み，ゴム等の弾性部材を含む緩衝層９は，ひずみゲージ１を使用する際に，回路３と対象物７との間に存在する。【選択図】図１
2020106274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路（３）を有するひずみゲージ（１）であって，
前記ひずみゲージ（１）は，前記回路（３）を含む回路層（５）と，
前記回路層（５）の下部に存在する０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有する緩衝層（９）であって，前記ひずみゲージ（１）を使用する際に，前記回路（３）とひずみを測定する対象物（７）との間に存在することとなる層とを有する，
ひずみゲージ。
【請求項２】
請求項１に記載のひずみゲージであって，
前記回路（３）は，抵抗部として，３μｍ以上６μｍ以下の厚さを有する金属抵抗箔を有する，ひずみゲージ。
【請求項３】
請求項１に記載のひずみゲージであって，
前記回路層（５）の厚さは，５μｍ以上１００μｍ以下である，ひずみゲージ。
【請求項４】
請求項１に記載のひずみゲージであって，
前記緩衝層は，弾性部材を含む層であり，
前記緩衝層の厚みは，０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である
ひずみゲージ。
【請求項５】
請求項１に記載のひずみゲージであって，繊維強化プラスチックのひずみを測定するために用いられるひずみゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，ひずみゲージに関する。より詳しく説明すると，測定対象物にひび割れが生じてもひずみを測定できるひずみゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１６−１３０６３７号公報には，ひずみゲージを用いたひび割れ検知方法が記載されている。この方法は， コンクリート構造物にひずみゲージを取り付け，コンクリート構造物が受ける外部環境の影響に対する前記ひずみゲージの応答を測定するステップと，測定の結果と，ひび割れのないコンクリート構造物が受ける外部環境の影響に対するひずみゲージの応答の関係式とに基づき，コンクリート構造物のひび割れの発生の有無を判定するステップとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ひずみゲージは，主に金属材料に生ずるひずみを測定することを目的としてきた。一方，近年，繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）など，ひび割れや亀裂が生ずる素材のひずみを，ひずみゲージを用いて測定する場合がある。ひずみを測定していた対象部分にひび割れが発生すると，ひび割れが開口することにより，局所的にひずみが無限大となり，ひずみゲージのグリッド箔に断線が生ずる場合がある。このような場合，ひずみを測定できなくなるという問題がある。
【０００５】
そこで，この明細書のある態様は，ひび割れが生じても故障せずに，ひずみを検出することができるひずみゲージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は，基本的には，ひずみゲージを構成する回路部分とひび割れが生じうる対象物との間に緩衝層を設けることで，ひび割れが生じた際にも，回路部分に伝わるひずみが緩和されるので，ひずみゲージが測定できなくなる事態を解消できる，という知見に基づく。
【０００７】
この発明は，回路３を有するひずみゲージ１に関する。
このひずみゲージ１は，回路３を含む回路層５と，回路層５の下部に存在する０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚さを有する緩衝層９とを含む。緩衝層９は，ひずみゲージ１を使用する際に，回路３と対象物７との間に存在することとなる層である。このひずみゲージは，好ましくは繊維強化プラスチックのひずみを測定するために用いられるひずみゲージである。
【０００８】
回路３の例は，抵抗部として，３μｍ以上６μｍ以下の厚さを有する金属抵抗箔を有する。
【０００９】
回路層５の厚さの例は，５μｍ以上１００μｍ以下である。
【００１０】
緩衝層９は，例えば，弾性部材を含む層である。そして，緩衝層９の厚さの好ましい例は，０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば，測定対象にひび割れが生じても，故障せずにひずみを測定できるひずみゲージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は，ひずみゲージの概念図である。図１（ａ）は正面図，図１（ｂ）は側面図を示す。
【図２】図２は，回路層と緩衝層とが同じ素材で一連に形成されているひずみゲージの例を示す。
【図３】図３は，ひずみゲージを説明するための概念図である。図３（ａ）はひずみゲージの例を示す概念図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の断面図である。図３（ｃ）は，この発明のひずみゲージの外観例である。
【図４】図４は，繊維強化プラスチックに微小割れが生ずる様子を説明するための概念図である。図４（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図４（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。
【図５】図５は，対象物に従来のひずみゲージを取り付けた様子を説明するための参考図である。図５（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図５（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。
【図６】図６は，対象物に本発明のひずみゲージを取り付けた様子を説明するための概念図である。図６（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図６（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。
【図７】図７は，繊維強化プラスチックに従来のひずみゲージ（中央）及び実施例のひずみゲージ（上下）を貼付した様子を示す図面に替わる写真である。
【図８】図８は，ゲージ率試験器を用いた静的な曲げひずみ評価試験の測定状況を説明するための図面に替わる写真である。
【図９】図９は，曲げ荷重による繰り返し負荷試験を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
【００１４】
この発明は，回路３を有するひずみゲージ１に関する。図１は，ひずみゲージの概念図である。図１（ａ）は正面図，図１（ｂ）は側面図を示す。回路層と緩衝層とが別の層であるひずみゲージを示す。図２は，回路層と緩衝層とが同じ素材で一連に形成されているひずみゲージの例を示す。図１に示されるように，このひずみゲージ１は，回路３を含む回路層５と，回路層５の下部に存在する緩衝層９とを含む。緩衝層９は，ひずみゲージ１を使用する際に，回路３と対象物７との間に存在することとなる層である。ひずみゲージにおいて，回路層と緩衝層とはひずみの伝達能に相違があるものが望ましいので，回路層と緩衝層とは別の層であることが好ましい。このひずみゲージは，好ましくは繊維強化プラスチックのひずみを測定するために用いられるひずみゲージである。
【００１５】
図３は，ひずみゲージを説明するための概念図である。図３（ａ）はひずみゲージの例を示す概念図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の断面図である。図３（ｃ）は，この発明のひずみゲージの外観例である。ひずみゲージは，歪みゲージ，ひずみセンサなどともよばれ，公知の装置である。ひずみゲージは，例えば，特許６１６２６７０号公報，特許４２５００６４号公報，特許３５４６２０３号公報にも記載されているとおり公知である。この対象のひずみゲージは，金属箔を用いた抵抗を含む回路と，その回路を収容する樹脂により構成される回路層を有する。樹脂部分は，回路を収容し，回路に外乱が与えられる事態を防止する他，抵抗が劣化する事態を防止する。ひずみを測定する対象物にひずみゲージを接触させる。そして，対象物にひずみが生ずると，そのひずみを受けて回路の長さおよび断面積などが変化する。回路の長さおよび断面積などが変化すると，抵抗値が変化する。この抵抗値の変化をホイートストンブリッジ回路などの測定回路を用いて，電圧の変化量に変換することで，対象物のひずみを測定できる。
【００１６】
ひずみゲージの基本構成の例は，以下のものである。ひずみゲージ１１は，絶縁性樹脂からなるゲージベース１２上に直線状の受感素子１３が平行に複数配設され，各受感素子１３はその端部で隣接する受感素子１３と互い違いに接続されてグリッド１４を形成している。グリッド１４の両端部に位置する受感素子１３は，接続部１５を介してゲージタブ１６に接続されている。ゲージタブ１６は，ゲージリード１７が接合される電極であり，ゲージリード１７を介してブリッジ回路に接続されている。ゲージリード１７は，半田１８によりゲージタブ１６に接続されている。また，ひずみゲージ１１は，グリッド１４，接続部１５，ゲージタブ１６と，ゲージタブ１６に接合されている側のゲージリード１７とを被覆する保護フィルム１９を備えている。    
【００１７】
この態様のひずみゲージを用いてひずみを測定する対象は，特に限定されない。一方，この発明は，対象物のうちひずみを測定している箇所にひび割れや亀裂などが生じてもひずみを測定し続けることができることが意図されている。そのため，このひずみゲージは，ひび割れを測定する環境において，測定箇所にひび割れ又は亀裂が生ずる恐れがある対象物を測定するためのひび割れ許容ひずみゲージとして好ましく用いることができる。
【００１８】
対象物の例は，繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）である。ＦＲＰは，ガラスやグラファイトからなる強化繊維と，エポキシ樹脂などの樹脂系の母材(マトリクス：ｍａｔｒｉｘ)からなる不均質な材料である。繊維強化プラスチックの例は，炭素繊維強化プラスチックである。繊維強化プラスチックの例は，例えば，特許６３９４６１０号公報，特許６３９４２４０号公報，特許６０４６４２５号公報，特許３４１４０８２号公報に記載される通り既に知られている。この態様のひずみゲージを好ましく用いられる対象物は，網目方向が異なる複数の層から構成される繊維強化プラスチックである。特許３４１４０８２号公報に記載されている繊維強化プラスチックは，補強繊維が実質的に一方向に配列した層（以下［Ａ］層という）の両面を，［Ａ］層の補強繊維の配列方向に対して配列角度θで補強繊維が配列した層（以下［Ｂ］層という）であって，θの絶対値が５０°〜７０°，好ましくは５５°〜６５°の範囲である層でサンドイッチ補強するものである。連続繊維を用いたＦＲＰは，機械的性質(弾性率や強度)が繊維の配向方向に大きく依存する異方性（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有する。すなわち，強化繊維の配向方向とそれに直交する方向では，弾性率も強度も大きく異なる。これに対し，金属材料は一般に均質（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ）かつ等方性(ｉｓｏｔｒｏｐｙ)である。連続繊維により一方向が強化されたFRPに機械的な荷重を与えた場合，繊維方向については高強度が得られるが，それと直交する方向では，母材に微小な割れ(ｍｉｃｒｏ−ｃｒａｃｋｉｎｇ)が生じる場合がある。そのため，繊維方向が異なる層を積層することで，繊維強化プラスチックは，歪み耐性やひずみ耐性を高めている。一方，上記の通り繊維強化プラスチックを構成する各層は，上記の通り，特定方向にはもろい性質を有している。このため，各層，とくに表面層において，ひび割れが生ずる場合がある。この態様のひずみゲージは，そのような性質を有する繊維強化プラスチックのひずみを効果的に測定できる。
【００１９】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は，比弾性率(＝ 弾性率／比重)，比強度(＝ 引張り強度/比重) が，金属材料などと比較して一般に高く，軽量化が必要な構造材料として多く適用されるようになっている。このため，繊維強化プラスチックの用途は多岐にわたる。このため，この態様のひずみゲージは，自動車，航空機，自転車，ボンベ，容器，建築部材（壁など），又は特にこれらのうち繊維強化プラスチックが用いられている箇所におけるひずみを測定するために用いることができる。
【００２０】
回路層５の厚さの例は，５μｍ以上１００μｍ以下である。回路３の例は，抵抗部として，３μｍ以上６μｍ以下の厚さを有する金属抵抗箔を有するものである。つまり抵抗の厚さは，先に説明した通り０．００３〜０．００６ｍｍ程度（３〜６μｍ，例えば３〜５μｍ，又は４〜６μｍ）である。このため，回路層の厚さは，５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく，５μｍ以上１０μｍ以下でもよいし，５μｍ以上８μｍ以下でもよい。
【００２１】
緩衝層９は，例えば，弾性部材を含む層である。緩衝層には，ＪＩＳ Ｋ ６２５３に従って測定した際のゴム硬度が，２０以上１００以下のゴムが好ましく，３０以上８０以下でもよく，４０以上７０以下でもよいし，４５以上６５以下でもよい。ゴムの例は天然ゴムやシリコンゴムである。そして，緩衝層９の厚さの例は，０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり，０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましく，０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下でもよい。
【００２２】
図４は，繊維強化プラスチックに微小割れが生ずる様子を説明するための概念図である。図４（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図４（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。繊維強化プラスチックの表面に微小な割れが生ずる。そして，繊維強化プラスチックに負荷がかかると，例えばこのひび割れを大きくする方向に力が働く。するとこの微小なひびが大きくなる。
【００２３】
図５は，対象物に従来のひずみゲージを取り付けた様子を説明するための参考図である。図５（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図５（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。図５に示されるように，ひずみゲージを接触させた繊維強化プラスチックの部分に割れが生ずると，ひずみゲージの回路は局所的に大きく歪み，抵抗回路を構成する抵抗箔が大きな応力を受けて，破損する。このため，ひずみゲージが故障してしまう。 つまり，従来の抵抗箔ひずみゲージは，主に均質な金属材料に生じるひずみを測定することを目的として開発されたものであり，これをＦＲＰに適用した場合，母材に微小な割れが生じるような場合には，抵抗箔の断線（破断）が生じることにより，ひずみの測定が困難となる。
【００２４】
図６は，対象物に本発明のひずみゲージを取り付けた様子を説明するための概念図である。図６（ａ）は無負荷状態の繊維強化プラスチックを示す。図６（ｂ）は負荷を受けた状態の繊維強化プラスチックを示す。対象にひび割れが生じた様子を説明するための概念図である。図６に示されるように，対象にひび割れが生じた場合であっても，緩衝層がひび割れを緩和するので，ひずみゲージが局所的に大きく歪んで破損する事態を防止できる。この緩衝層を含めた歪みと，ひび割れとの関係をあらかじめ分析しておくことで，対象の表面におけるひび割れの程度を容易に分析できる。つまり，本発明のひずみゲージを用いれば，母材に微小な割れが生じる状況であっても，これをある程度許容（需要）することができ，巨視的な（ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ） ひずみの測定を可能とするひずみゲージを実現できる。
【００２５】
繊維強化プラスチックのひずみの測定方法を説明する。
ひずみを測定したい繊維強化プラスチックの部位に，上記したひずみゲージを貼付する。そして，貼付したひずみゲージの回路と測定系とを電気的に接続し，回路の抵抗の変化値を測定する。すると，繊維強化プラスチックにひび割れや亀裂が生じても，緩衝層が緩衝するので，繊維強化プラスチックのひずみを引き続き測定し続けることとができる。なお，ひずみの程度事態も緩衝層により緩衝されるので，その点を考慮して，ひずみの大きさを補正すればよい。
【実施例】
【００２６】
緩衝層を付与したひずみゲージを製作し，その効果を実験によって確認した。
実験に際し，複数の材質及び厚さの緩衝層を準備した。比較例として，東京測器製の金属箔を有するひずみゲージを用意した。実施例は，このひずみゲージに，各種の緩衝層を貼付したものである。図７は，繊維強化プラスチックに従来のひずみゲージ（中央）及び実施例のひずみゲージ（上下）を貼付した様子を示す図面に替わる写真である。そして，ひずみゲージを貼付した繊維強化プラスチックに対し，曲げ荷重による負荷を与え，ひずみ測定を行った。
【００２７】
図８は，ゲージ率試験器を用いた静的な曲げひずみ評価試験の測定状況を説明するための図面に替わる写真である。図８に示されるように，ゲージ率試験器を用いた静的な曲げひずみ評価試験を行った。
【００２８】
図９は，曲げ荷重による繰り返し負荷試験を説明するための概念図である。図９に示されるように，市販されているひずみゲージと，本発明のひずみゲージとを用いて，緩衝層の効果について，減衰係数に着目し評価した。
その結果，ゴム硬度（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３）  ６５程度の天然ゴム，４５程度のアメゴムの適用性が確認できた。これらの減衰係数KA の値を表-1に示す。
【００２９】
【表１】
2020106274.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明はひずみゲージに関するので計測機器産業において利用され得る。
【符号の説明】
【００３１】
１  ひずみゲージ
３  回路
５  回路層
７  対象物
９  緩衝層
【図１】
2020106274.tif 000004
【図２】
2020106274.tif 000005
【図３】
2020106274.tif 000006
【図４】
2020106274.tif 000007
【図５】
2020106274.tif 000008
【図６】
2020106274.tif 000009
【図７】
2020106274.tif 000010
【図８】
2020106274.tif 000011
【図９】
2020106274.tif 000012