(57)【要約】【課題】低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができるようにする。【解決手段】縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下の被測定物（試験片１１）の厚みをｔｍとしたときに、接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび接着剤を合わせた厚みｔｇが（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３の関係を満たす歪ゲージ１を用いて被測定物の歪の値を測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物上に接着剤で貼り付けられた歪ゲージを用いて前記被測定物の歪の値を測定する歪測定方法であって、
前記被測定物は縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下であり、
前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たす歪ゲージを用いて前記歪の値を測定することを特徴とする歪測定方法。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３
【請求項２】
前記被測定物は発泡樹脂であり、
前記歪の値を一定倍することで、前記被測定物の真の歪を求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
【請求項３】
前記被測定物は弾塑性体であり、
前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛０．９×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【請求項４】
前記被測定物は弾性体であり、
前記歪の値が引張歪の値である場合に、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛０．８×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【請求項５】
前記被測定物は弾性体であり、
前記歪の値が圧縮歪の値である場合に、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛１×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【請求項６】
前記被測定物は厚みｔｍが２０ｍｍ以上の弾性体であり、
前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛１×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【請求項７】
前記被測定物は厚みｔｍが５〜２００ｍｍの範囲で変化する弾性体であり、
前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項１に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛（０．０５×ｔｍ＋０．１３）×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【請求項８】
被測定物をコーティングするコーティング層上に接着剤で貼り付けられた歪ゲージを用いて前記被測定物の歪の値を測定する歪測定方法であって、
前記被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、前記コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２が、
Ｅｍ２≧２０×Ｅｍ１
の関係を満足しており、
前記コーティング層の厚みをｔｍ２としたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たす歪ゲージを用いて前記歪の値を測定することを特徴とする歪測定方法。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）≦３
【請求項９】
前記被測定物は発泡樹脂で、前記コーティング層は塗型剤であり、
前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めることを特徴とする請求項８に記載の歪測定方法。
εｔｒ＝｛０．０７×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）＋１｝×εｇ
【請求項１０】
被測定物上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、
前記被測定物は縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下であり、
前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする歪ゲージ。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３
【請求項１１】
前記被測定物は、縦弾性係数Ｅｍが９ＭＰａ以上で厚みｔｍが１０ｍｍ以上の発泡樹脂であり、
前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが２．３ＧＰａ以下で、前記接着剤を合わせた厚みｔｇが０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の歪ゲージ。
【請求項１２】
被測定物上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、
前記被測定物は、縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下の弾性体であり、
前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが１０ＭＰａ以上１００ＧＰａ以下であって、前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする歪ゲージ。
０．０１≦（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦１０
【請求項１３】
被測定物をコーティングするコーティング層上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、
前記被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、前記コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２が、
Ｅｍ２≧２０×Ｅｍ１
の関係を満足しており、
前記コーティング層の厚みをｔｍ２としたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする歪ゲージ。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）≦３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡樹脂のような低強度の材料からなる被測定物の歪を測定する歪測定方法および歪ゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているような歪ゲージは、被測定物の表面の歪の測定に用いられる。上面図である図１７（ａ）および側面図である図１７（ｂ）に示すように、歪ゲージ１は、合成樹脂等で形成されたベース材２上に金属箔３を熱硬化型の接着剤で接着し、この金属箔３をエッチング処理することにより、ゲージ素子（歪受感素子）３ａやリード線接続用端部（タブ）３ｂの形状パターンをベース材２上に形成することによって構成される。また、ベース材２とゲージ素子３ａとを、上からラミネートフィルム４を接着して保護する一方、リード線接続用端部３ｂにリード線５を半田６で接続するために、リード線接続用端部３ｂをラミネートフィルム４に設けた孔から露出させる構成になっている。このような歪ゲージ１は、被測定物８の表面に接着剤７で貼り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４３１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、歪ゲージ自身の剛性は主にベース材で決まるが、被測定物の変形挙動を変化させないように、歪ゲージ自身の剛性は、十分に小さい値となるように設計されている。このような要件を満たす、鋼用、プラスチック用の歪ゲージは市販され、広く用いられている。しかしながら、縦弾性係数（ヤング率）が低い材料からなる被測定物に適用可能な歪ゲージは存在していない。
【０００５】
被測定物の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合、歪ゲージで測定した歪の値を数倍して真の歪に換算する手法がとられる。しかし、発泡樹脂のように、圧縮と引張とで強度特性（縦弾性係数など）が異なる材料からなる被測定物の歪の値を測定する場合には、単純な換算で真の歪を求めることができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることが可能な歪測定方法および歪ゲージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における歪測定方法は、被測定物上に接着剤で貼り付けられた歪ゲージを用いて前記被測定物の歪の値を測定する歪測定方法であって、前記被測定物は縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下であり、前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たす歪ゲージを用いて前記歪の値を測定することを特徴とする。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３
【０００８】
上記の構成によれば、被測定物の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合であっても、上記の式を満たす歪ゲージを用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【０００９】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は発泡樹脂であり、前記歪の値を一定倍することで、前記被測定物の真の歪を求めてよい。上記の構成によれば、被測定物が発泡樹脂である場合に、歪の値を一定倍することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００１０】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は弾塑性体であり、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛０．９×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【００１１】
上記の構成によれば、被測定物が弾塑性体である場合に、歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００１２】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は弾性体であり、前記歪の値が引張歪の値である場合に、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛０．８×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【００１３】
上記の構成によれば、被測定物が弾性体である場合に、引張による歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００１４】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は弾性体であり、前記歪の値が圧縮歪の値である場合に、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛１×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【００１５】
上記の構成によれば、被測定物が弾性体である場合に、圧縮による歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００１６】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は厚みｔｍが２０ｍｍ以上の弾性体であり、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛１×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【００１７】
上記の構成によれば、被測定物が、厚みが２０ｍｍ以上の弾性体である場合に、歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００１８】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は厚みｔｍが５〜２００ｍｍの範囲で変化する弾性体であり、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛（０．０５×ｔｍ＋０．１３）×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ
【００１９】
上記の構成によれば、被測定物が、厚みが５〜２００ｍｍの範囲で変化する弾性体である場合に、歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２０】
また、本発明における歪測定方法は、被測定物をコーティングするコーティング層上に接着剤で貼り付けられた歪ゲージを用いて前記被測定物の歪の値を測定する歪測定方法であって、前記被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、前記コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２が、Ｅｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足しており、前記コーティング層の厚みをｔｍ２としたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たす歪ゲージを用いて前記歪の値を測定することを特徴とする。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）≦３
【００２１】
上記の構成によれば、コーティング層でコーティングされた被測定物の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合であっても、被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２がＥｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足していれば、上記の式を満たす歪ゲージを用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２２】
また、本発明における歪測定方法において、前記被測定物は発泡樹脂で、前記コーティング層は塗型剤であり、前記歪の値εｇを下記の換算式に代入することで、前記被測定物の真の歪εｔｒを求めてよい。
εｔｒ＝｛０．０７×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）＋１｝×εｇ
【００２３】
上記の構成によれば、被測定物が発泡樹脂で、コーティング層が塗型剤である場合に、歪の値を上記の換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２４】
また、本発明における歪ゲージは、被測定物上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、前記被測定物は縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下であり、前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３
【００２５】
上記の構成によれば、被測定物の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合であっても、上記の式を満たす歪ゲージを用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２６】
また、本発明における歪ゲージにおいて、前記被測定物は、縦弾性係数Ｅｍが９ＭＰａ以上で厚みｔｍが１０ｍｍ以上の発泡樹脂であり、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが２．３ＧＰａ以下で、前記接着剤を合わせた厚みｔｇが０．１２ｍｍ以下であってよい。上記の構成によれば、縦弾性係数Ｅｍが９ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下で厚みｔｍが１０ｍｍ以上の発泡樹脂である被測定物の歪の値を、接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが２．３ＧＰａ以下で、接着剤を合わせた厚みｔｇが０．１２ｍｍ以下である歪ゲージで測定することで、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３の関係を満たす。よって、歪ゲージが測定した歪の値を一定倍することで、発泡樹脂である被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２７】
また、本発明における歪ゲージは、被測定物上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、前記被測定物は、縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下の弾性体であり、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが１０ＭＰａ以上１００ＧＰａ以下であって、前記被測定物の厚みをｔｍとしたときに、前記縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする。
０．０１≦（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦１０
【００２８】
上記の構成によれば、縦弾性係数が５０ＭＰａ以下の弾性体の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合であっても、接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが１０ＭＰａ以上１００ＧＰａ以下であって、上記の式を満たす歪ゲージを用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、弾性体である被測定物の真の歪を求めることができる。
【００２９】
また、本発明における歪ゲージは、被測定物をコーティングするコーティング層上に接着剤で貼り付けられて前記被測定物の歪の値を測定する歪ゲージであって、前記被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、前記コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２が、Ｅｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足しており、前記コーティング層の厚みをｔｍ２としたときに、前記接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇおよび前記接着剤を合わせた厚みｔｇが下記の式を満たすことを特徴とする。
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）≦３
【００３０】
上記の構成によれば、コーティング層でコーティングされた被測定物の変形挙動に歪ゲージが影響を与える場合であっても、被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２がＥｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足していれば、上記の式を満たす歪ゲージを用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の歪測定方法および歪ゲージによると、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】試験片の上面図である。
【図２】試験片に歪ゲージを取り付けた上面図である。
【図３】試験片と非接触式伸び計とを示す上面図および側面図である。
【図４】応力と歪との関係を示す図である。
【図５】歪の値を示す図である。
【図６】歪の値を示す図である。
【図７】歪ゲージを被測定物に貼付した後の状態を観察した図である。
【図８】発泡樹脂の発泡倍率と縦弾性係数との関係を示す図である。
【図９】歪の値を示す図である。
【図１０】歪の値を示す図である。
【図１１】歪ゲージの中心部の板厚方向の変位と試験片の厚みとの関係を示す図である。
【図１２】試験片の厚みを変化させたときの断面剛性比の傾きを示す図である。
【図１３】断面剛性比と（εｔｒ／εｇ）の自然対数との関係を示す図である。
【図１４】試験片の側面図である。
【図１５】試験片の計算モデルを示す図である。
【図１６】歪の値を示す図である。
【図１７】歪ゲージの上面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
［第１実施形態］
（歪ゲージの構成）
本発明の第１実施形態による歪測定方法は、例えば、上面図である図１に示す試験片１１の歪を数値解析的に求める際に、後述する歪ゲージを用いて行われる。試験片１１は、全体にわたって厚み（板厚）が１０ｍｍであり、中央部１２に歪が生じるように、中央部１２の幅が端部１３の幅よりも狭くなった形状にされている。具体的には、端部１３の幅は２５ｍｍであるのに対し、中央部１２の幅は１０ｍｍとなっている。中央部１２の長さおよび端部１３の長さは４０ｍｍであり、端部１３のうち、側面が曲線となった部分の長さは２５ｍｍである。なお、この試験片１１は一例であり、試験片の形状はこれに限定されない。
【００３５】
本実施形態による歪ゲージは、被測定物の歪の値を測定するものである。上面図である図２に示すように、歪ゲージ１は、試験片１１の中央部１２の中心に位置するように、中央部１２の表面に接着剤で貼り付けられる。この歪ゲージ１は、長さが３３ｍｍで幅が７ｍｍであるが、歪ゲージ１の大きさはこれに限定されない。
【００３６】
歪ゲージ１は、図１７に示すように、ベース材２上に接着剤で接着した金属箔３をエッチング処理して、ゲージ素子（歪受感素子）３ａやリード線接続用端部（タブ）３ｂの形状パターンをベース材２上に形成し、リード線接続用端部３ｂをラミネートフィルム４に設けた孔から露出させながら、ベース材２とゲージ素子３ａとをラミネートフィルム４で覆った後に、リード線接続用端部３ｂにリード線５を半田６で接続したものである。リード線５としては、直径０．１２〜０．１６の銀クラッド銅線を採用することができる。なお、ベース材２には、ゲージ素子３ａの長手方向および短手方向における中央位置を示すセンタマーク９が印字されている。上述したように、歪ゲージ１は、試験片１１（被測定物８）の表面に接着剤７で貼り付けられる。歪ゲージ１自身の剛性は主にベース材２で決まるが、試験片１１の変形挙動を変化させないように、歪ゲージ１自身の剛性は、十分に小さい値となるように設計されている。
【００３７】
また、上面図である図３（ａ）および側面図である図３（ｂ）に示すように、非接触式伸び計２１を用いて歪を測定してもよい。この非接触式伸び計２１は、試験片１１にマーキングされたターゲット２２をＣＣＤカメラ２３で撮影してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２４に撮影データを取り込むとともに、引張試験機のクロスヘッドの位置や荷重に関する情報をＰＣ２４に入力し、専用の処理ソフトで画像処理してターゲット２２の位置から伸び値を計測し、計測結果をロガー２５に保存するものである。非接触式伸び計２１を使用した場合、歪測定時のゲージによる拘束の影響が無い。
【００３８】
（シミュレーション）
次に、図２に示す歪ゲージ１を用いて、そのゲージ長（検査長）を５ｍｍとし（図１７参照）、３種類の被測定物（弾性体、弾塑性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１を対象にして、引張試験を模した計算を行った。また、図３に示す非接触式伸び計２１を用いて、そのゲージ長（検査長）を４０ｍｍとし、３種類の被測定物（弾性体、弾塑性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１を対象にして、引張試験を模した計算を行った。
【００３９】
具体的には、有限要素法の汎用ソフトである「ＡＢＡＱＵＳ」（シムリア社）を用いて応力計算を行い、３種類の被測定物（弾性体、弾塑性体、発泡樹脂）の強度特性や、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚み、および、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数（ヤング率）を変化させて、ゲージの精度を検証した。
【００４０】
ここで、３種類の被測定物（弾性体、弾塑性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１の縦弾性係数Ｅｍ、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みｔｇ、および、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇを表１に示す。なお、試験片１１の厚みｔｍは１０ｍｍである。また、３種類の被測定物は、いずれも縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下である。計算条件として用いた応力と歪との関係を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。なお、材料Ｃ（発泡樹脂）の縦弾性係数Ｅｍの値は、図４（ｂ）から求めた。
【００４１】
【表１】
2014077780.tif 000003
【００４２】
図５、図６に、各条件で得られた歪の値（εｇおよびεｔｒ／εｇ）を示す。ここで、εｇは歪ゲージ１で測定した被測定物の歪の値であり、εｔｒは被測定物の真の歪である。なお、○印で示される材料Ｂ（弾塑性体）においては、ポアソン比を０．０７５から０．２，０．３に変更している。
【００４３】
図５から、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比が３より大きくなると、著しく感度が低下することがわかる。また、図６から、引張と圧縮とで応力と歪との関係が変化する発泡樹脂（材料Ｃ）のような材料では、歪の値を真の歪に一意に換算することが困難であることがわかる。また、εｔｒ／εｇの値が３以下であれば、被測定物が弾性体、弾塑性体、発泡樹脂のいずれかに関わらず、それぞれに適した換算式を用いることで、真の歪を一意に求めることができることがわかる。つまり、被測定物の変形挙動に影響を与えてしまう歪ゲージ１であっても、以下の式１の条件を満たせば、応力と歪とが図４（ａ）に示す関係を満たす弾性体の場合は式２、応力と歪とが図４（ａ）に示す関係を満たす弾塑性体の場合は式３、引張と圧縮とで特性の異なる材料（とくに応力と歪とが図４（ｂ）に示す関係を満たす発泡樹脂）の場合は式４によって、歪ゲージ１で測定した歪の値εｇから真の歪εｔｒを求めることができる。
【００４４】
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３  ・・・（式１）
εｔｒ＝｛０．８×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ  ・・・（式２）
εｔｒ＝｛０．９×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ  ・・・（式３）
εｔｒ＝３×εｇ  ・・・（式４）
ここで、Ｅｇは接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数、ｔｇは接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚み、Ｅｍは試験片１１の縦弾性係数、ｔｍは試験片１１の厚み、εｇは歪ゲージ１で測定した歪の値、εｔｒは真の歪である。
【００４５】
なお、応力と歪とが図４（ｂ）に示す関係を満たす発泡樹脂（材料Ｃ）の場合には、歪ゲージ１で測定した歪の値εｇを３倍することで真の歪εｔｒが求まるが、縦弾性係数Ｅｍの値が異なる発泡樹脂の場合、歪ゲージ１で測定した歪の値を一定倍することで、真の歪を求めることができる。
【００４６】
また、図７に例示するように、歪ゲージ１を被測定物に貼付した後の状態を観察した結果、接着剤の厚みが０．１２ｍｍ以下であることが確認された。また、発泡樹脂は、図８に示すような縦弾性係数（ヤング率）を持つため、９ＭＰａ以上の縦弾性係数の発泡樹脂に適用できれば実用的である。したがって、式１にＥｍ＝９ＭＰａ、ｔｍ＝１０ｍｍ、ｔｇ＝０．１２ｍｍを代入すれば、Ｅｇ＝２．３ＧＰａとなるので、接着剤７を合わせた縦弾性係数Ｅｇが２．３ＧＰａ以下で、接着剤７を合わせた厚みｔｇが０．１２ｍｍ以下となる歪ゲージ１を用いれば、縦弾性係数Ｅｍが９ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下で厚みｔｍが１０ｍｍ以上の発泡樹脂の歪の値を求めることができることがわかる。
【００４７】
ここで、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比は、以下のようにして導出される。即ち、縦弾性係数（ヤング率）がＥで断面積がＡの全断面均一の材料が、外力Ｐを受けたときに発生する歪の値は、（Ｐ／Ａ）／Ｅで表わされ、長方形の断面の断面積Ａを厚みｔ×幅ｗとすると、歪の値はＰ／（ｔ×ｗ×Ｅ）となる。歪ゲージ１と被測定物とを合わせた全体の歪をゲージ幅Ｗの長方体部分だけに着目して評価する場合、外力Ｐに対して発生する歪ゲージ１単独部分の歪の値εｇは、下記の式５となり、被測定物の単独部分の歪の値εｍは、下記の式６となる。
εｇ＝Ｐ／（ｔｇ×Ｗ×Ｅｇ）  ・・・（式５）
εｍ＝Ｐ／（ｔｍ×Ｗ×Ｅｍ）  ・・・（式６）
【００４８】
式６を式５で割ると、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比となる。この断面剛性比を、歪ゲージ１と被測定物（試験片１１）とを合わせた全体の変形の寄与度を表わすパラメータと仮定して、上記の式１を導出している。
【００４９】
さらに、図２に示す歪ゲージ１を用いて、そのゲージ長（検査長）を５ｍｍとし（図１７参照）、２種類の被測定物（弾性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１を対象にして、圧縮試験を模した計算を行った。また、図３に示す非接触式伸び計２１を用いて、そのゲージ長（検査長）を４０ｍｍとし、２種類の被測定物（弾性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１を対象にして、圧縮試験を模した計算を行った。
【００５０】
具体的には、有限要素法の汎用ソフトである「ＡＢＡＱＵＳ」（シムリア社）を用いて応力計算を行い、２種類の被測定物（弾性体、発泡樹脂）の強度特性や、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚み、および、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数（ヤング率）を変化させて、ゲージの精度を検証した。
【００５１】
ここで、２種類の被測定物（弾性体、発泡樹脂）の各々からなる試験片１１の縦弾性係数Ｅｍ、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みｔｇ、および、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇを表２に示す。なお、被測定物が弾性体の場合、試験片１１の厚みｔｍは１０ｍｍである。また、２種類の被測定物は、いずれも縦弾性係数Ｅｍが５０ＭＰａ以下である。なお、計算条件として用いた応力と歪との関係は図４（ａ）、図４（ｂ）に示される。また、材料Ｃ（発泡樹脂）の縦弾性係数Ｅｍの値は、図４（ｂ）から求めた。
【００５２】
【表２】
2014077780.tif 000004
【００５３】
図９、図１０に、各条件で得られた歪の値（εｇおよびεｔｒ／εｇ）を示す。ここで、εｇは歪ゲージ１で測定した被測定物の歪の値であり、εｔｒは被測定物の真の歪である。
【００５４】
図９から、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比が３より大きくなると、著しく感度が低下することがわかる。また、図１０から、引張と圧縮とで応力と歪との関係が変化する発泡樹脂（材料Ｃ）のような材料では、歪の値を真の歪に一意に換算することが困難であることがわかる。また、εｔｒ／εｇの値が３以下であれば、被測定物が弾性体、発泡樹脂のいずれかに関わらず、それぞれに適した換算式を用いることで、真の歪を一意に求めることができることがわかる。つまり、被測定物の変形挙動に影響を与えてしまう歪ゲージ１であっても、以下の式７の条件を満たせば、応力と歪とが図４（ａ）に示す関係を満たす弾性体の場合は式８、引張と圧縮とで特性の異なる材料（とくに応力と歪とが図４（ｂ）に示す関係を満たす発泡樹脂）の場合は式９によって、歪ゲージ１で測定した歪の値εｇから真の歪εｔｒを求めることができる。
【００５５】
（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３  ・・・（式７）
εｔｒ＝｛１×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ  ・・・（式８）
εｔｒ＝４×εｇ  ・・・（式９）
ここで、Ｅｇは接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数、ｔｇは接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚み、Ｅｍは試験片１１の縦弾性係数、ｔｍは試験片１１の厚み、εｇは歪ゲージ１で測定した歪の値、εｔｒは真の歪である。
【００５６】
なお、発泡樹脂は、引張と圧縮とで強度特性が異なるため、図４（ｂ）から得られる縦弾性係数Ｅｍの値が異なる。よって、式１、式７を満たすためには、引張と圧縮とで異なる縦弾性係数Ｅｍ（引張：９ＭＰａ、圧縮：６．５ＭＰａ）を使用する必要がある。
【００５７】
被測定物が弾性体の場合、引張および圧縮の計算において、歪ゲージ１の中心部の板厚方向の変位Ｙｍａｘと、試験片１１の厚みｔｍとの関係を図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す。図１１（ａ）および図１１（ｂ）から、試験片１１の厚みｔｍが２０ｍｍ以上では、変位Ｙｍａｘがほぼ一定となり、歪ゲージ１の拘束による試験片１１の曲げの影響が無視できることがわかる。つまり、被測定物が弾性体の場合には、引張および圧縮試験において、厚みｔｍが２０ｍｍ以上の試験片１１を使用することで、歪ゲージ１で測定した被測定物の歪の値εｇと、式８の換算式から、被測定物の真の歪εｔｒを一意に求めることができることがわかる。
【００５８】
また、被測定物が弾性体の場合、引張および圧縮の計算において、試験片１１の厚みｔｍを５〜２００ｍｍの範囲で変化させたとき、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される式２および式８の断面剛性比の傾きは、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように変化する。それぞれの傾きを、試験片１１の厚みｔｍで整理すると、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように良い相関関係があり、傾きは、試験片１１の厚みｔｍの関数となっている。このことから、試験片１１の厚みｔｍが５〜２００ｍｍの範囲で変化する場合には、式２および式８は、以下の式１０のように表すことができ、歪ゲージ１で測定した歪の値εｇから真の歪εｔｒを求めることができる。
【００５９】
εｔｒ＝｛（０．０５×ｔｍ＋０．１）×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）＋１｝×εｇ  ・・・（式１０）
【００６０】
被測定物を弾性体とし、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みｔｇ、試験片１１の縦弾性係数Ｅｍ、試験片１１の厚みｔｍを、それぞれｔｇ＝０．１２ｍｍ、Ｅｍ＝６ＭＰａ、ｔｍ＝２００ｍｍとして、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇを変えて計算を行った。（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比と、歪ゲージ１で測定される被測定物の歪の値εｇと被測定物の真の歪εｔｒとの比（εｔｒ／εｇ）の自然対数との関係を図１３に示す。図１３から、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）で定義される断面剛性比が０．０１以上１０以下では、断面剛性比と（εｔｒ／εｇ）との間には一定の関係があり、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇが１０ＭＰａ以上１００ＧＰａ以下の歪ゲージ１が使用可能であることがわかる。
【００６１】
（引張試験）
次に、市販されている発泡樹脂である「クリアポールＣＬ５００Ａ」（ＪＳＰ社製）で製作した、図２に示す形状の試験片１１を用いて、引張試験を実施した。
【００６２】
ここで、歪ゲージ１として、低弾性の材料用である「ＫＦＭＬ−５−３５０−Ｃ１」（共和電業製）を使用し、接着剤７としてエポキシ系樹脂「ＥＣ−３０」（共和電業製）を用いた。接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇは３ＧＰａ程度であり、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みｔｇは０．０８ｍｍであった。また、別途実施した引張試験および圧縮試験で得られた発泡樹脂の縦弾性係数Ｅｍは、引張時の方が圧縮時より大きく、１５ＭＰａであった。なお、試験片１１の厚みｔｍは１０ｍｍである。
【００６３】
以上を式１に代入すると、値は１．６となり、歪測定の条件である３以下を満足していることがわかる。
（３０００ＭＰａ×０．０８ｍｍ）／（１５ＭＰａ×１０ｍｍ）＝１．６≦３  ・・・（式１１）
【００６４】
引張試験機のクロスヘッドの変位量が２ｍｍとなったときの値を歪ゲージ１で測定したところ、得られた歪の値εｇは０．２１％であった。この測定結果を式４に代入することで、真の歪である０．６２％が得られた。一方、非接触式伸び計２１で求めた歪は０．６２％であり、上記値と一致した。
【００６５】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る歪測定方法および歪ゲージ１によると、被測定物の変形挙動に歪ゲージ１が影響を与える場合であっても、式１を満たす歪ゲージ１を用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【００６６】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が発泡樹脂である場合に、歪の値を一定倍することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が弾塑性体である場合に、歪の値を式３に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が弾性体である場合に、引張による歪の値を式２に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００６９】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が弾性体である場合に、圧縮による歪の値を式８に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が、厚みが２０ｍｍ以上の弾性体である場合に、歪の値を式８に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が、厚みが５〜２００ｍｍの範囲で変化する弾性体である場合に、歪の値を式１０に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００７２】
また、本実施形態に係る歪ゲージ１によると、縦弾性係数Ｅｍが９ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下で厚みｔｍが１０ｍｍ以上の発泡樹脂である被測定物の歪の値を、接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが２．３ＧＰａ以下で、接着剤を合わせた厚みｔｇが０．１２ｍｍ以下である歪ゲージ１で測定することで、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦３の関係を満たす。よって、歪ゲージ１が測定した歪の値を一定倍することで、発泡樹脂である被測定物の真の歪を求めることができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る歪ゲージ１によると、縦弾性係数が５０ＭＰａ以下の弾性体の変形挙動に歪ゲージ１が影響を与える場合であっても、接着剤を合わせた縦弾性係数Ｅｇが１０ＭＰａ以上１００ＧＰａ以下であって、０．０１≦（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ×ｔｍ）≦１０を満たす歪ゲージ１を用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、弾性体である被測定物の真の歪を求めることができる。
【００７４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る歪測定方法について説明する。なお、上述した構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付してその説明を省略する。本実施形態の歪測定方法が第１実施形態の歪測定方法と異なる点は、図１４に示すように、試験片１１ａ（被測定物８ａ）が、発泡樹脂１５の表面に塗型剤からなるコーティング層１６がコーティングされたものであり、コーティング層１６上に接着剤７で貼り付けられた歪ゲージ１を用いて試験片１１ａの歪の値を測定する点である。
【００７５】
（シミュレーション）
図２に示す歪ゲージ１を用いて、そのゲージ長（検査長）を５ｍｍとし（図１７参照）、図１５に示す試験片１１ａの計算モデルについて、応力計算を行った。
【００７６】
具体的には、有限要素法の汎用ソフトである「ＡＢＡＱＵＳ」（シムリア社）を用いて応力計算を行い、発泡樹脂１５の厚みや、コーティング層１６の強度特性、および、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みを変化させて、ゲージの精度を検証した。
【００７７】
ここで、発泡樹脂１５の縦弾性係数Ｅｍ１、発泡樹脂１５の厚みｔｍ１、コーティング層１６の縦弾性係数Ｅｍ２、コーティング層１６の厚みｔｍ２、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の縦弾性係数Ｅｇ、接着剤７を合わせた歪ゲージ１の厚みｔｇ、および、Ｅｍ２／Ｅｍ１の値を表３に示す。なお、発泡樹脂１５の縦弾性係数Ｅｍ１の値は、図４（ｂ）から求めた。
【００７８】
【表３】
2014077780.tif 000005
【００７９】
図１６に、各条件で得られた歪の値（εｔｒ／εｇ）を示す。ここで、εｇは歪ゲージ１で測定した被測定物の歪の値であり、εｔｒは被測定物の真の歪である。
【００８０】
図１６から、発泡樹脂１５の縦弾性係数（ヤング率）Ｅｍ１に対し、コーティング層１６のヤング率Ｅｍ２が、Ｅｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足し、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）で定義される断面剛性比が３以下であれば、発泡樹脂１５の厚みや、コーティング層１６の厚み、コーティング層１６のヤング率に関わらず、以下の式１２によって、歪ゲージ１で測定した歪の値εｇから真の歪εｔｒを求めることができることがかわる。
【００８１】
εｔｒ＝｛０．０７×（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）＋１｝×εｇ  ・・・（式１２）
【００８２】
（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る歪測定方法および歪ゲージ１によると、被測定物の変形挙動に歪ゲージ１が影響を与える場合であっても、被測定物の縦弾性係数Ｅｍ１に対して、コーティング層の縦弾性係数Ｅｍ２がＥｍ２≧２０×Ｅｍ１の関係を満足していれば、（Ｅｇ×ｔｇ）／（Ｅｍ２×ｔｍ２）≦３を満たす歪ゲージ１を用いて被測定物の歪の値を測定し、この歪の値を被測定物に適した換算式に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。よって、低強度の材料からなる被測定物の真の歪を求めることができる。
【００８３】
また、本実施形態に係る歪測定方法によると、被測定物が発泡樹脂で、コーティング層が塗型剤である場合に、歪の値を式１２に代入することで、被測定物の真の歪を求めることができる。
【００８４】
（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１  歪ゲージ
２  ベース材
３  金属箔
３ａ  ゲージ素子
３ｂ  リード線接続用端部
４  ラミネートフィルム
５  リード線
６  半田
７  接着剤
８，８ａ  被測定物
９  センタマーク
１１，１１ａ  試験片
１２  中央部
１３  端部
１５  発泡樹脂
１６  コーティング層
２１  非接触式伸び計
２２  ターゲット
２３  ＣＣＤカメラ
２４  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２５  ロガー
【図１】
2014077780.tif 000006
【図２】
2014077780.tif 000007
【図３】
2014077780.tif 000008
【図４】
2014077780.tif 000009
【図５】
2014077780.tif 000010
【図６】
2014077780.tif 000011
【図７】
2014077780.tif 000012
【図８】
2014077780.tif 000013
【図９】
2014077780.tif 000014
【図１０】
2014077780.tif 000015
【図１１】
2014077780.tif 000016
【図１２】
2014077780.tif 000017
【図１３】
2014077780.tif 000018
【図１４】
2014077780.tif 000019
【図１５】
2014077780.tif 000020
【図１６】
2014077780.tif 000021
【図１７】
2014077780.tif 000022