(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみ受感部の一端に導通する２個の信号線接続用タブと他端に導通する２個の信号線接続用タブとが設けられ、
これらの信号線接続用タブのうち、前記ひずみ受感部の両端に存する一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用され、他の一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流を流した時に該ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するためのタブとして使用されることを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】
ひずみに応じた抵抗変化を生じる複数のひずみ受感部が直列に接続され、その直列接続により構成された直列接続体におけるひずみ受感部どうしの接合点に各１個の信号線接続用タブが導通して設けられると共に、該直列接続体の両端に各２個の信号線接続用タブが設けられ、
前記信号線接続用タブのうちの２つの信号線接続用タブが、ひずみ測定に使用する１つまたは複数のひずみ受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用され、該電流供給用タブと異なる２つ以上の信号線接続用タブが前記電流を流した各ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するための電圧抽出用タブとして使用されることを特徴とするひずみゲージ。
【請求項３】
複数のひずみ受感部のうちの少なくとも１つのひずみ受感部を抵抗式センサまたは他の抵抗体で置き換えたことを特徴とする請求項２に記載のひずみゲージ。
【請求項４】
前記複数の信号線接続用タブにそれぞれリード線が接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【請求項５】
前記各信号線接続用タブとリード線とは、該タブとリード線とを接触させて導通する接触手段を介して接合されていることを特徴とする請求項４に記載のひずみゲージ。
【請求項６】
前記リード線の端部にコネクタが接続されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のひずみゲージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみゲージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ひずみ測定方法においては、ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージが使用される。ひずみゲージには、単軸ひずみゲージや３軸ひずみゲージなどの種類があり、用途に合わせて使用される。例えば、図１１に示すように、単軸ひずみゲージ１は、細い抵抗体を屈曲形成してなるひずみ受感部（以下、単に受感部と称す）２と、その両端に導通する信号線接続用のタブ（以下、単にタブと称す）３，４とをゲージベース９上にパターン状に形成して構成される。また、図１２に示すように、３軸ひずみゲージ１′は、単軸ひずみゲージ１と同様に、細い抵抗体を屈曲形成してなる３つの受感部２１，２２，２３と、そのそれぞれの両端に導通するタブ３〜８とをゲージベース９上にパターン状に形成して構成される。尚、各タブ３〜８には、ひずみゲージの受感部２を測定回路に接続するためのリード線が半田付けされる。
【０００３】
ひずみ測定に際しては、このようなひずみゲージが物体に貼着される。そして、ひずみゲージの抵抗値変化を検出してひずみ測定を行う測定装置には、ひずみゲージと併せてホイートストンブリッジ回路（ブリッジ回路）を構成する抵抗回路が備えられている。例えば、図１３に示す１ゲージ３線法は、温度変化に伴うブリッジ回路の不平衡を是正する方法であり、広く用いられている。この方法では、ひずみゲージ１のタブ３にリード線ｒ１が結線されると共に、タブ４にリード線ｒ２、ｒ３が結線されている。そして、ひずみ測定する際には、ブリッジ回路の電源入力部Ａ，Ｃ間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のタブ４と、抵抗体Ｒ３、Ｒ４の接続点Ｄとの間に生じる出力電圧ｅが図示を省略する増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等を介して検出される。この方法では、リード線ｒ１，ｒ２がブリッジ回路の隣り合う辺に組み込まれることとなるので、リード線ｒ１，ｒ２の抵抗値が環境温度により同じように変化する限り、ブリッジ回路の平衡が保たれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ひずみ測定に使用されるひずみゲージでは、前記図１１，図１２に示したような受感部２とタブ３〜８とは同じ抵抗体で一体に構成されるため、タブ３〜８や、受感部２からタブ３〜８までの配線もひずみに応じた抵抗値変化を生じる。このため、受感部２からタブ３〜８までの配線（パターン）や、タブ３〜８の配置及び形状には多くの制約がある。例えば、受感部２からタブ３〜８までの配線を受感部２に含めないようにするために、該配線の抵抗値が低くなるように、配線（パターン）を極力太くする必要があると共に、タブ３〜８を受感部２の近傍に配置せざるを得ない。また、タブ３〜８もその抵抗値を低くするために極力大きな面積で形成する必要がある。
【０００５】
また、ひずみゲージのゲージ長方向と直交する方向でのひずみ感度、すなわち、横感度に影響を与えるため、特にひずみ受感方向と直角方向の配線パターンの引き出しには大きな制約がある。そのため、パターン設計の自由度が少なく、ひずみゲージの測定精度や品質の向上には限界があった。
【０００６】
また、従来のようにブリッジ回路を用いた測定手法では、タブとリード線との接合抵抗がゲージ抵抗値の一部となってひずみ測定の精度に大きな影響を及ぼすため、接合抵抗が低くて安定な半田付けや溶接などの方法を用いてタブとリード線とを接合する必要があり、そのための特殊な技術が必要であった。
【０００７】
本発明はかかる背景に鑑み、ひずみ受感部以外の配線パターン等の配線抵抗が測定値に影響を与えないようにしてひずみを測定できるひずみゲージを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明を以下に説明する。尚、以下の説明では本発明の理解の便宜上、図面を適宜用いる。
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明のひずみゲージの第１の態様は、
ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみ受感部の一端に導通する２個の信号線接続用タブと他端に導通する２個の信号線接続用タブとが設けられ、
これらの信号線接続用タブのうち、前記ひずみ受感部の両端に存する一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用され、他の一対の信号線接続用タブがひずみ受感部に電流を流した時に該ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するためのタブとして使用されることを特徴とする。
【００１０】
かかる本発明の第１の態様によれば、図１に例示するように、ひずみゲージ１０は、ひずみに応じた抵抗変化を生じるひずみ受感部２を備え、そのひずみ受感部２の一端に導通する２個の信号線接続用のタブ３，４が設けられ、他端に導通する２個の信号線接続用のタブ５，６が設けられている。このひずみゲージ１０を使用する際には信号線接続用のタブ３〜６にそれぞれ信号線が接合される。そして、ひずみゲージ１０は、その信号線を介して測定回路に接続される。例えば、タブ４，５が電流供給用タブとして使用され、これらとは異なるタブ３，６がひずみ受感部２に生じた電圧を抽出するための電圧抽出用タブとして使用される。このとき、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、ひずみ受感部２からタブ３，６までの配線パターン１１，１４並びにタブ３，６に接合される信号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部２に生じた電圧をタブ３，６を介して抽出できる。つまり、ひずみ受感部２に生じた電圧を配線パターン１１，１４等による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。
【００１１】
そして、ひずみ受感部２に電流を流しつつ、そのひずみ受感部２に生じた電圧を抽出したとき、その抽出した電圧に基づいてひずみ受感部２に生じたひずみを測定することが可能である。例えば、ひずみ受感部２に流す電流を定電流にすれば、ひずみ受感部２に生じる電圧はひずみ受感部２の抵抗値に比例するものとなる。従って、その電圧（抽出した電圧）の変化を観測することで、ひずみ受感部２のひずみを測定できることとなる。また、具体的な内容は後述するが、本願出願人が先に出願した特願２００２−９２７４９号にて提案した方法によって、ひずみ受感部２に生じた電圧（抽出した電圧）に基づいてひずみ測定を行うこともできる。
【００１２】
上記のような本発明の第１の態様のひずみゲージによれば、ひずみ受感部２から信号線接続用タブ３〜６までの各経路の配線パターン１１〜１４の抵抗やタブ３〜６の抵抗がそれぞれ異なった値に変化したとしても、それがひずみ測定結果に影響を及ぼすことはない。また、このため、信号線接続用のタブ３〜６を任意の位置に配置することができる。例えば、配線パターンを延長して、ひずみ受感部２から離れた位置にタブ３〜６を配置することも容易にできる。
【００１３】
また、本発明のひずみゲージの第２の態様は、
ひずみに応じた抵抗変化を生じる複数のひずみ受感部が直列に接続され、その直列接続により構成された直列接続体におけるひずみ受感部どうしの接合点に各１個の信号線接続用タブが導通して設けられると共に、該直列接続体の両端に各２個の信号線接続用タブが設けられ、
前記信号線接続用タブのうちの２つの信号線接続用タブが、ひずみ測定に使用する１つまたは複数のひずみ受感部に電流を流すための電流供給用タブとして使用され、該電流供給用タブと異なる２つ以上の信号線接続用タブが前記電流を流した各ひずみ受感部に生じる電圧を抽出するための電圧抽出用タブとして使用されることを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明の第２の態様によれば、図２に例示するように、ひずみゲージ２０は、ひずみに応じた抵抗変化を生じる複数の（図２では３つ）ひずみ受感部２１、２２、２３を備え、ひずみ受感部２１、２２、２３は直列に接続されて、直列接続体を形成している。ひずみ受感部２１、２２の接合点および２２、２３の接合点にはそれぞれ１個の信号線接続用タブ５，６が導通して設けられている。また、この直列接続体の両端にはそれぞれ２個の信号線接続用タブ３，４および７，８が導通して設けられている。
【００１５】
そして、例えば１つのひずみ受感部２１に対して、例えばタブ４，５が電流供給用タブとして使用され、これらとは異なる２つのタブ、例えばタブ３，６が電圧抽出用タブとして使用される。このとき、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、ひずみ受感部２１からタブ３，６までの間に存する配線パターン１１，１４やひずみ受感部２１以外のひずみ受感部２２並びにタブ３，６に接合される信号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部２１に生じた電圧をタブ３，６を介して抽出できる。つまり、ひずみ受感部２１に生じた電圧を配線パターン１１，１４やひずみ受感部２１以外のひずみ受感部２２等による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。
【００１６】
そして、ひずみ受感部２１に電流を流しつつ、そのひずみ受感部２１に生じた電圧を抽出したとき、その抽出した電圧に基づいてひずみ受感部２１に生じたひずみを測定することが可能である。例えば、ひずみ受感部２１に流す電流を定電流にすれば、ひずみ受感部２１に生じる電圧はひずみ受感部２１の抵抗値に比例するものとなる。従って、その電圧（抽出した電圧）の変化を観測することで、ひずみ受感部２１のひずみを測定できることとなる。また、具体的な内容は後述するが、本願出願人が先に出願した特願２００２−９２７４９号にて提案した方法によって、ひずみ受感部２１に生じた電圧（抽出した電圧）に基づいてひずみ測定を行うこともできる。このことはひずみ受感部２２、２３についても同様である。
【００１７】
さらに、複数のひずみ受感部に対して２つのタブにより電流を供給し、電流を供給したときにひずみ受感部に生じた電圧をひずみ受感部ごとに２つのタブから抽出して、その抽出した電圧に基づいて各ひずみ受感部に生じたひずみを測定することもできる。この場合には、例えば２つのひずみ受感部２１、２２に対して、例えばタブ４，６が電流供給用タブとして使用される。また、これらとは異なる２つのタブ、例えばタブ３，５がひずみ受感部２１に対して電圧抽出用タブとして使用され、例えばタブ５，７がひずみ受感部２２に対して電圧抽出用タブとして使用される。すなわち、３つのタブ３，５，７が電圧抽出用タブとして使用される。
【００１８】
このとき、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、ひずみ受感部２１からタブ３，５までの間に存する配線パターン１１，１３並びにタブ３，５に接合される信号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部２１に生じた電圧をタブ３，５を介して抽出できる。また、同様に、ひずみ受感部２２からタブ５，７までの間に存する配線パターン１３，１５やひずみ受感部２２以外のひずみ受感部２３並びにタブ５，７に接合される信号線にほとんど電流を流すことなく、ひずみ受感部２２に生じた電圧をタブ５，７を介して抽出できる。
【００１９】
上記のような本発明の第２の態様のひずみゲージによれば、ひずみ受感部２１〜２３からタブ３〜８までの各経路の配線パターン１１〜１６の抵抗やタブ３〜８の抵抗がそれぞれ異なった値に変化したとしても、それがひずみ測定結果に影響を及ぼさない。また、そのため、信号線接続用のタブ３〜８を任意の位置に配置することができる。例えば、配線パターンを延長して、ひずみ受感部２１〜２３から離れた位置にタブ３〜８を配置することも容易にできる。また、２軸ゲージや３軸ゲージのように各ひずみゲージのひずみ受感方向が異なる場合でも、タブを揃えて配置することもできる。
【００２０】
また、本発明の第２の態様のひずみゲージは、複数のひずみ受感部のうちの少なくとも１つのひずみ受感部を抵抗式センサまたは他の抵抗体で置き換えてもよい。
【００２１】
この構成によれば、複数のひずみ受感部のうちの例えば１つのひずみ受感部を抵抗式センサとして測温抵抗体で置き換えた場合には、この測温抵抗体の影響を受けずにひずみ測定を行えると共に、温度測定をすることができる。また、他の抵抗体として例えば配線抵抗に置き換えたときには、ひずみ受感部を離間配置することができる。
【００２２】
また、本発明の第１および第２の態様のひずみゲージは、前記複数の信号線接続用タブにそれぞれリード線が接合されてもよい。
【００２３】
この構成によれば、リード線が一体に形成されたひずみゲージが実現できる。従って、微細な信号線接続用タブにリード線を接合する作業が不要になる。
【００２４】
このようにリード線を接合したひずみゲージは、前記各信号線接続用タブとリード線とは、該タブとリード線とを接触させて導通する接触手段を介して接合されてもよい。
【００２５】
すなわち、本発明のひずみゲージは、タブとリード線との接合抵抗値が比較的大きくても受感部に生じる電圧を抽出して精度のよいひずみ測定を行えるので、例えば、タブに圧接して導通するリード線付のひずみゲージが実現できる。従って、タブにリード線を半田付けで接合する必要がないので、製造時に半田を用いなくてもよくなり、半田に含まれる鉛による環境負荷を低減できる。
【００２６】
また、このようにリード線を接合したひずみゲージは、前記リード線の端部にコネクタが接続されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、測定装置に対するひずみゲージの着脱がし易くなる。また、本発明のひずみゲージは、タブとリード線との接合抵抗値が比較的大きくても受感部に生じる電圧を抽出して精度のよいひずみ測定を行えるので、接触抵抗の比較的大きなコネクタを接続したひずみゲージが実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態のひずみゲージを図１、図３を参照して説明する。このひずみゲージ１０は、図１に示すように、ゲージベース９上にひずみ受感部（以下、単に受感部と称す）２を備え、受感部２の一端から配線パターン１１，１２が分岐しており、その先端にそれぞれ導通する信号線接続用タブ（以下、タブと称す）３，４が設けられている。同様に、受感部２の他端から配線パターン１３，１４が分岐しており、その先端にそれぞれ導通するタブ５，６が設けられている。尚、受感部２、タブ３〜６、配線パターン１１〜１４は同じ抵抗体で一体に形成されている。
【００２９】
このひずみゲージ１０を用いてひずみ測定を行う場合には、例えば、図３に示すような測定回路１７を用い、ひずみゲージ１０をリード線２１〜２４を介して測定回路１７に接続し、ひずみゲージ１０を測定対象の物体（図示せず）に貼着する。本実施形態の測定例では、タブ４，５が受感部２に電流を流すための電流供給用のタブとして使用され、さらにタブ３，６が受感部２への通電時に該受感部２に生じる電圧Ｖ１を抽出するための電圧抽出用のタブとして用いられる。リード線２１〜２４は、それぞれひずみゲージ１０のタブ３〜６に接合される。この接合は例えば半田付けにより行われている。
【００３０】
測定回路１７は、基準抵抗体ＲＳと、電圧差検出回路１８と、電圧安定化回路１９とを備えている。基準抵抗体ＲＳは、リード線２３を介してひずみゲージ１０の受感部２と直列に接続されている。基準抵抗体ＲＳは、例えば固定抵抗値の抵抗素子により構成される。
【００３１】
電圧差検出回路１８は、ひずみゲージ１０の受感部２にリード線２２，２３を介して電流を流したときに受感部２に生じた電圧Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２との差分ｅを検出するものであり、図示のように、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３と抵抗体Ｒａ〜Ｒｄとから構成されている。この回路１８では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値は同一である（Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ）。この電圧差検出回路１２の出力電圧ｅは、次式（１）で与えられる。
【００３２】
ｅ＝（Ｖ１−Ｖ２）／２・・・・・・・・・・（１）
【００３３】
従って、出力電圧ｅはＶ１−Ｖ２に比例したものになり、Ｖ１−Ｖ２を検出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３は高入力インピーダンスのものであるので、リード線２１，２４と、配線パターン１１，１４およびタブ３，６には電流がほとんど流れないと共に、基準抵抗体ＲＳとリード線２３の間からオペアンプｏｐ３に流れる電流もほぼ０である。従って、受感部２の電圧Ｖ１と、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の正入力間の電圧とは実質的に等しく、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２により受感部２の電圧Ｖ１が抽出されることとなる。また、受感部２と基準抵抗体ＲＳに電流ｉを流すときに、受感部２に生じる電圧Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じる電圧Ｖ２との比は、受感部２の抵抗値と基準抵抗体ＲＳの抵抗値との比に等しくなる。
【００３４】
電圧安定化回路１９は、ひずみゲージ１０の受感部２に電流ｉを流すときに基準抵抗体ＲＳに生じる電圧Ｖ２を一定値に保持するためのものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ４から構成される。オペアンプｏｐ４の正入力と基準抵抗体ＲＳの一端（リード線２３と反対側の一端）の間には一定レベルの基準入力電圧Ｖが付与される。このとき、オペアンプｏｐ４は、基準抵抗体ＲＳに生じる電圧Ｖ２が基準入力電圧Ｖと等しくなるように、受感部２及び基準抵抗体ＲＳに流れる電流を制御する。尚、測定回路１７には、リード線２１〜２４を接続するための接続端子３１〜３４が設けられている。
【００３５】
このような測定回路１７を用いて、次のようにひずみ測定が行われる。尚、このひずみ測定法は特願２００２−９２７４９号にて詳述しているので詳細な説明を省略する。ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。まず、ひずみゲージ１０が測定対象の物体（図示せず）に貼着される。測定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給すると、リード線２２，２３、タブ４，５、配線パターン１２，１３を介してひずみゲージ１０の受感部２と基準抵抗体ＲＳにｏｐ４によってＶ２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。このとき電圧差検出回路１８は、ひずみゲージ１０の受感部２の両端に生じた電圧Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２（＝Ｖ）との差に比例した電圧ｅ（初期状態での出力電圧ｅ０）を出力する。
【００３６】
そして、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、次式（２）により、基準抵抗体ＲＳに対する受感部２の抵抗の比（抵抗比）Ｃ（初期状態での抵抗比Ｃ０）を求めておく。
【００３７】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・・・・（２）
【００３８】
次に、ひずみを測定するタイミングにおいて、初期状態の場合と同様に、測定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ（ひずみ測定時の出力電圧ｅε）と基準入力電圧Ｖに基づいて、前記の式（２）により抵抗比Ｃ（ひずみ測定時の抵抗比Ｃε）を求める。そして、受感部２のゲージ率Ｋ、初期状態における抵抗比Ｃ０、およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεの各データを用いて、次式（３）の演算を行うことで、受感部２に関してひずみεを求めることができる。
【００３９】
ε＝（１／Ｋ）・（Ｃε／Ｃ０−１）・・・・・・・・・・（３）
【００４０】
この実施形態によれば、ひずみゲージ１０の受感部２からタブ３〜６までの配線パターン１１〜１４の抵抗の値に影響されることなくひずみを測定することができる。従って、ひずみゲージ１０内でのタブ３〜６の位置や大きさ、あるいは配線パターン１１〜１４の向きや太さを自由に設定することができる。この結果、ひずみゲージ１０の製造、設計時に自由度が高まり、製造コストを低く抑えると共に、測定対象や測定目的に好適なひずみゲージ１０を提供できる。
【００４１】
このひずみゲージ１０では、タブ４，５が電流供給用のタブとして使用され、タブ３，６が電圧抽出用のタブとして用いられたが、これに限定されることなく、例えば、タブ３、６を電流供給用タブ、タブ４，５を電圧抽出用タブとして用いてもよい。この場合にはリード線２２，２３はそれぞれ測定回路１７の接続端子３１，３４に接続され、リード線２１，２４はそれぞれ接続端子３２，３３に接続される。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態のひずみゲージ２０を図２、図４を参照して説明する。ひずみゲージ２０は、図２に示すように、ゲージベース９上に３軸方向の受感部２１，２２，２３を直列に接続してなる３軸のひずみゲージ（ロゼットゲージ）である。この受感部２１〜２３の直列接続体の一端（受感部２１側の一端）には配線パターン１１，１２を介してタブ３，４が導通して設けられており、他端には配線パターン１５，１６を介してタブ７，８が導通して設けられている。受感部２１，２２の接続点および２２，２３の接続点には、それぞれ配線パターン１３，１４を介してタブ５，６が導通して設けられている。尚、受感部２１〜２３、タブ３〜８、配線パターン１１〜１６は同じ抵抗体で一体に形成されている。
【００４３】
このひずみゲージ２０の各受感部２１〜２３によるひずみ測定は、例えば、第１の実施形態と同じ測定回路１７を用いて行うことができる。より具体的には図４に示すように各タブ３〜８には、それぞれリード線２１〜２６が接合される。そして、例えば、受感部２１によるひずみ測定を行う場合には、図示のように、例えばタブ３〜６にそれぞれ接合されたリード線２１〜２４を接続端子３１〜３４を介して測定回路１７に接続する。
【００４４】
そして、まず、ひずみゲージ２０が測定対象の物体に貼着される。ひずみ測定の基準とする初期状態において、測定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給すると、リード線２２，２３、タブ４，５、配線パターン１２，１３を介してひずみゲージ２０の受感部２１と基準抵抗体ＲＳにｏｐ４によってＶ２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。このとき電圧差検出回路１８は、受感部２１の両端に生じた電圧Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２との差に比例した電圧ｅ０を出力する。そして、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅ０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、前記の式（２）により、基準抵抗体ＲＳに対する受感部２１の抵抗比Ｃ０を求めておく。
【００４５】
次に、ひずみを測定するタイミングにおいて、初期状態の場合と同様に、測定回路１７に基準入力電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路１８の出力電圧ｅεと基準入力電圧Ｖに基づいて、前記の式（２）により抵抗比Ｃεを求める。そして、受感部２１のゲージ率Ｋ１、初期状態における抵抗比Ｃ０、およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεの各データを用いて、前記の式（３）の演算を行うことで、受感部２１に関するひずみεを求めることができる。
【００４６】
また、受感部２２によるひずみ測定を行う場合には、例えばタブ４〜７にそれぞれ接合されたリード線２２〜２５を接続端子３１〜３４を介して測定回路１７に接続すれば、受感部２１によるひずみ測定と全く同様に行うことができる。
【００４７】
また、受感部２３によるひずみ測定を行う場合には、例えばタブ５〜８にそれぞれ接合されたリード線２３〜２６を接続端子３１〜３４を介して測定回路１７に接続すれば、受感部２１によるひずみ測定と全く同様に行うことができる。
【００４８】
この実施形態によれば、ひずみゲージ２０の受感部２１〜２３からタブ３〜８までの配線パターン１１〜１６の抵抗の値に影響されることなくひずみを測定することができる。従って、ひずみゲージ２０内でのタブ３〜８の位置や大きさ、あるいは配線パターン１１〜１６の向きや太さを自由に設定することができる。この結果、ひずみゲージ２０の製造、設計時に自由度が高まり、製造コストを低く抑えると共に、測定対象や測定目的に好適なひずみゲージ２０を提供できる。
【００４９】
また、本実施形態のロゼットゲージ２０のように受感部２１〜２３の方向が揃っていないときでも図示のようにタブ３〜８の向きを揃え並列配置することもできる。この場合には、リード線２１〜２６を同方向に引き出せるのでリード線２１〜２６の取り回しが容易になる。尚、上記実施形態のひずみゲージ２０では受感部を３つ直列に接続したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受感部の接続数はいくつでもよい。
【００５０】
（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態のひずみゲージを示す図である。このひずみゲージ３０は、第２の実施形態のひずみゲージ２０のタブ３〜８にそれぞれリード線２１〜２６があらかじめ接合されたものである。この接合は例えば半田付けにより行われている。リード線２１〜２６はリード線カバー３７により被覆され一体に形成されている。
【００５１】
このひずみゲージ３０の各受感部２１〜２３によるひずみ測定は、例えば、第２の実施形態と同じ測定回路１７を用いて行うことができる。この場合の測定の手法は第２の実施形態と全く同一なので説明を省略する。この実施形態によれば、リード線２１〜２６が一体に形成されているので、例えば測定回路１７の接続端子３１〜３６にリード線２１〜２６を結線する際に、混乱なく配線することができる。特にリード線２１〜２６が長い場合にその効果は大きいと言える。尚、このリード線が接合される実施形態は、３軸のひずみゲージに限定されるものではなく、単軸、２軸のひずみゲージなどであってもよい。
【００５２】
（第４の実施形態）
上記第３の実施形態は一体形成されたリード線があらかじめタブに接合されたひずみゲージであるが、このリード線の先にコネクタを接続するようにしてもよい。図６に第４の実施形態として示すように、このひずみゲージ４０は第１の実施形態のひずみゲージ１０のタブ３〜６にそれぞれリード線２１〜２４が半田付けによりあらかじめ接合され、リード線２１〜２４がリード線カバー３７により被覆されて一体に形成されている。ひずみゲージ４０はリード線の先端（タブ３〜６と反対側）にコネクタ４１が接続され、このコネクタ４１を介して測定器に着脱自在に接続し得るようになっている。
【００５３】
このひずみゲージ４０の受感部２によるひずみ測定は、例えば、第１の実施形態と同じ測定回路１７を用いて行うことができる。尚、この場合、ひずみゲージ４０のコネクタ４１は測定回路１７側にあらかじめ設けられたコネクタ（図示しない）に嵌合して接続される。この場合の測定の手法は第１の実施形態と全く同一なので説明を省略する。この実施形態によれば、ひずみゲージ４０はひずみ測定器の接続端子に対して着脱がし易くなる。尚、このコネクタが接合される実施形態は、単軸のひずみゲージに限定されるものではなく、２軸、３軸のひずみゲージなど多軸ゲージであってもよい。
【００５４】
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態のひずみゲージ５０を示す図である。このひずみゲージ５０は、第１の実施形態のひずみゲージ１０がコネクタ付リード線５１に接続して構成される。ゲージベース９の端部（タブ側）は、コネクタ付リード線５１の一端に設けられた基板５２と、各リード線２１〜２４の先端部に装着された弾性材からなる導通端子５３（接触手段）との間に矜持され、タブ３〜６とリード線２１〜２４の先端部とはこの導通端子５３を介して圧接し、導通している。尚、コネクタ付リード線５１の他端には前記第４実施形態のものと同様のコネクタ５４が設けられている。このひずみゲージ５０の受感部２によるひずみ測定は、例えば、第１の実施形態と同じ測定回路１７を用いて行うことができる。この場合の測定の手法は第１の実施形態と全く同一なので説明を省略する。
【００５５】
上記第３、第４の実施形態はタブ３〜８とリード線２１〜２６とが半田付けで接合されたものであるが、本実施形態は半田を用いないでタブ３〜６とリード線２１〜２４とを圧接させて導通させる。従って、本実施形態によれば、ひずみゲージ５０を製造する際に半田を用いないので、半田に含まれる鉛などの環境に対して有害である物質を低減できる効果を奏する。尚、接合に半田を用いないこの実施形態は、単軸のひずみゲージに限定されるものではなく、２軸、３軸のひずみゲージなど多軸ゲージであってもよい。
【００５６】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態のひずみゲージを図８、図９を参照して説明する。このひずみゲージ６０は、図８に示すように、ゲージベース９上に２つの受感部２，２′が互に垂直に配設された２軸ひずみゲージである。受感部２の一端から配線パターン１１，１２が分岐しており、その先端にそれぞれタブ３，４が設けられている。また、受感部２′の一端から配線パターン１５，１６が分岐しており、その先端にそれぞれタブ７，８が設けられている。
【００５７】
各受感部２，２′の他端はそれぞれ配線パターン１７を介して接続されている。受感部２と配線パターン１７の間から配線パターン１３が延設され、その先端にタブ５が設けられており、受感部２′と配線パターン１７の間から配線パターン１４が延設され、その先端にタブ６が設けられている。このひずみゲージ６０は、図２の３軸のひずみゲージの受感部２２を抵抗体としての配線パターン１７で置き換えたものに相当する。
【００５８】
このひずみゲージ６０を用いてひずみ測定を行う場合には、例えば、図９に示すような測定回路６７を用い、ひずみゲージ６０をリード線２１〜２６を介して測定回路６７に接続し、ひずみゲージ６０を測定対象の物体（図示せず）に貼着する。
【００５９】
本実施形態の測定例では、ひずみゲージ６０のタブ４、７は受感部２，２′に電流を流すための電流供給用のタブとして使用され、タブ３，５は受感部２，２′への通電時に受感部２に生じる電圧Ｖ１を抽出するための電圧抽出用のタブとして用いられる。さらに、タブ６，８は受感部２，２′への通電時に受感部２′に生じる電圧Ｖ２を抽出するための電圧抽出用のタブとして用いられる。リード線２１〜２６は、それぞれひずみゲージ６０のタブ３〜８に接合される。この接合は例えば半田付けにより行われている。
【００６０】
測定回路６７は、電圧差検出回路６８と、電圧安定化回路６９とを備えている。電圧差検出回路６８は、ひずみゲージ６０の受感部２，２′にリード線２２，２５を介して電流を流したときに受感部２，２′に生じた電圧の差Ｖ１−Ｖ２を検出するものであり、図示のように、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４と抵抗体Ｒａ〜Ｒｄとから構成されている。
【００６１】
この回路６７では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値は同一である（Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ）。この電圧差検出回路６８の出力電圧ｅは、前記の式（１）で表される。従って、出力電圧ｅはＶ１−Ｖ２に比例したものになり、Ｖ１−Ｖ２を検出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４は高入力インピーダンスのものであるので、リード線２１，２３，２４，２６と、配線パターン１１，１３，１４，１６およびタブ３，５，６，８には電流がほとんど流れない。
【００６２】
従って、受感部２の電圧Ｖ１と、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の正入力間の電圧とは実質的に等しく、受感部２′の電圧Ｖ２と、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４の正入力間の電圧とは実質的に等しい。よって、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２により受感部２の電圧Ｖ１が抽出され、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４により受感部２′の電圧Ｖ２が抽出されることとなる。また、受感部２，２′に電流ｉを流すときに、受感部２に生じる電圧Ｖ１と受感部２′に生じる電圧Ｖ２との比は、受感部２の抵抗値と受感部２′の抵抗値との比に等しくなる。
【００６３】
電圧安定化回路６９は、ひずみゲージ６０の受感部２，２′に電流ｉを流すときに受感部２′に生じる電圧Ｖ２を一定値に保持するためのものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ５，ｏｐ６から構成される。オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の正入力の間には一定レベルの基準入力電圧Ｖが付与される。このとき、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６は、ひずみゲージ６０の受感部２′に生じる電圧Ｖ２が基準入力電圧Ｖと等しくなるように受感部２，２′に流れる電流を制御する。
【００６４】
このような測定回路６７を用いて、次のようにひずみ測定が行われる。尚、このひずみ測定法は特願２００２−９２７４９号にて詳述しているので詳細な説明を省略するが、２ゲージ法による測定を行うものである。ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。まず、ひずみゲージ６０が測定対象の物体に貼着される。このとき、ひずみ受感部２，２′に生じるひずみの比ａが既知となるように物体に貼着される。本実施形態では、同一面で直交軸方向にひずみ受感部が配置されるので、ひずみゲージ６０を貼着する物体のポアッソン比をνとすると、ａ＝−νとなる。
【００６５】
ひずみ測定の基準とする初期状態において、測定回路６７に基準入力電圧Ｖを供給すると、リード線２２，２５、タブ４，７、配線パターン１２，１５を介してひずみゲージ６０の受感部２，２′にｏｐ５，ｏｐ６によってＶ２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。このとき電圧差検出回路６８は、ひずみゲージ３０の受感部２，２′の両端にそれぞれ生じた電圧Ｖ１、Ｖ２の差に比例した電圧ｅ０を出力する。そして、電圧差検出回路６８の出力電圧ｅ０と基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、前記の式（２）により、受感部２′に対する受感部２の抵抗比Ｃ０を求めておく。
【００６６】
次に、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、初期状態の場合と同様に、測定回路６７に基準入力電圧Ｖを供給し、電圧差検出回路６８の出力電圧ｅεと基準入力電圧Ｖに基づいて、前記の式（２）により抵抗比Ｃεを求める。
【００６７】
そして、２つの受感部２，２′のゲージ率Ｋ１，Ｋ２と、２つの受感部２，２′に生じるひずみの比ａと、初期状態における抵抗比Ｃ０およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεの各データを用いて、次式（４）の演算を行うことで、受感部２に関するひずみε１を求めることができる。尚、受感部２′のひずみε２はε２＝ａ・ε１の関係から求めることができる。
【００６８】
ε１＝（Ｃε−Ｃ０）／（Ｋ１・Ｃ０−ａ・Ｋ２・Ｃε）・・・・・・・・・・（４）
【００６９】
この実施形態によれば、受感部２，２′からタブ３〜８までの配線パターン１１〜１６の抵抗の値に影響されることなくひずみを測定することができる。従って、ひずみゲージ６０内でのタブ３〜８の位置や大きさ、あるいは配線パターン１１〜１６の向きや太さを自由に設定することができる。この結果、ひずみゲージ６０の製造、設計時に自由度が高まり、製造コストを低く抑えると共に、測定対象や測定目的に好適なひずみゲージ６０を提供できる。
【００７０】
また、本実施形態のひずみゲージ６０のように受感部２，２′の方向が揃っていないときでも図示のようにタブ３〜８の向きを揃え並列配置することもできる。この場合には、リード線２１〜２６を同方向に引き出せるのでリード線２１〜２６の取り回しが容易になる。また、２つの受感部２，２′の間に配線パターン１７が接続されていてもその抵抗値に影響を受けずにひずみを測定することができる。従って、２つの受感部２，２′を配線パターンを介して離間配置することができる。
【００７１】
尚、本実施形態のひずみゲージ６０では２ゲージ法を用いてひずみ測定を説明したが、１ゲージ法を用いることも可能である。この場合には、例えば、第１の実施形態と同様に測定回路１７を用いる。ひずみゲージ６０の受感部２のひずみを測定するには各リード線２１〜２４を測定回路１７の接続端子３１〜３４にそれぞれ接続し、受感部２′のひずみを測定するには各リード線２３〜２６を測定回路１７の接続端子３１〜３４にそれぞれ接続する。この場合の測定の手法は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００７２】
（第７の実施形態）
図１０は第７の実施形態のひずみゲージ７０を示す図である。このひずみゲージ７０は、第６の実施形態のひずみゲージ６０の受感部２，２′の間に配設された配線パターン１７の代わりに抵抗式センサを配設したものである。この場合には、抵抗式センサは測温抵抗体７１からなり、例えば、第６の実施形態と同様の測定手法によって、この測温抵抗体７１の抵抗値に影響を受けずにひずみ測定を行うことができる。あるいは第１の実施形態と同様の測定手法によって受感部２、２′毎にひずみ測定を行うことができる。さらに、ひずみに密接に関与する温度の測定を行うことができる。尚、この場合に、測温抵抗体７１に生じた電圧を測定するには、例えばタブ４，７を介して測温抵抗体７１に電流を流した状態で、タブ５，６を介して電圧を抽出すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のひずみゲージを示す図。
【図２】第２の実施形態のひずみゲージを示す図。
【図３】第１の実施形態のひずみゲージと測定回路との接続図。
【図４】第２の実施形態のひずみゲージと測定回路との接続図。
【図５】第３の実施形態のひずみゲージを示す図。
【図６】第４の実施形態のひずみゲージを示す図。
【図７】第５の実施形態のひずみゲージの平面図及び側面図。
【図８】第６の実施形態のひずみゲージを示す図。
【図９】第６の実施形態のひずみゲージと測定回路との接続図。
【図１０】測温抵抗体を含むひずみゲージを示す図。
【図１１】従来の単軸のひずみゲージを示す図。
【図１２】従来の３軸のひずみゲージを示す図。
【図１３】従来の１ゲージ３線法の測定回路を示す図。
【符号の説明】
１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０・・・ひずみゲージ、２・・・受感部、３〜８・・・タブ、１１〜１７・・・配線パターン、２１〜２６・・・リード線、４１，５４・・・コネクタ、７１・・・測温抵抗体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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