(57)【要約】【課題】            測定および計算が容易な応力拡大係数の測定が可能であって、且つき裂の進展状態を的確に把握し得るひずみゲージを提供する。【解決手段】        軸中心Ｏを基点として円弧状の第１、第２のゲージグリッドＧ１，Ｇ２を内側に、円弧状の第３、第４のゲージグリッドＧ３、Ｇ４をその外側に配置する。第１、第２のゲージグリッドＧ１、Ｇ２の内側に近接して第１のき裂検知パターンＬ１を配置し、第３、第４のゲージリードＧ３、Ｇ４の内側に近接して円弧状の第２のき裂検知パターンＬ２を配置する。  第１のき裂検知パターンＬ１が断線すると、第２のひずみゲージへの通電が遮断され、第２のき裂検知パターンＬ２が断線すると、第３のひずみゲージへの電力供給が遮断される。  これによって、き裂の進展状態を的確に把握され健全性の評価が可能となる。【選択図】          図３
2018169356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸中心から放射方向に延びる基準軸と、前記軸中心から半径が異なる第１の円弧部と第２の円弧部と前記第１、第２の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心からの半径が異なる第３の円弧部と第４の円弧部と、前記基準軸を対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸とを仮想したとき、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第３の円弧部と前記第４の円弧部とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第３のゲージグリッド部の各端と接続された第３の一対の接続端子と、
前記第４のゲージグリッド部の各端と接続された第４の一対の接続端子と、
前記第１の一対の接続端子と前記第１のゲージグリッド部の各端を中継接続する第１の一対の配線パターンと、
前記第２の一対の接続端子と前記第２のゲージグリッド部の各端を中継接続する第２の一対の配線パターンと、
前記第３の一対の接続端子と前記第３のゲージグリッド部の各端を中継接続する第３の一対の配線パターンと、
前記第４の一対の接続端子と前記第４のゲージグリッド部の各端を中継接続する第４の一対の配線パターンと、
前記第１の一対の配線パターンと、前記第２の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第１のグリッド部および前記第２のグリッド部の前記第１の円弧部の内側に沿って配設された第１のき裂検知パターンと、
前記第３の一対の配線パターンと、前記第４の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第３のグリッド部および前記第４のグリッド部の前記第３の円弧部の内側に沿って形成された第２のき裂検知パターンと、
前記第１および第２のゲージグリッド部と前記第３および第４のケージグリッド部と、前記第１および第２の接続端子と、前記第３および第４の接続端子と、前記第１〜第４の一対の配線パターンと、前記第１および第２のき裂検知パターンと、が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第１および第２のき裂検知パターンの段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴とするき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項２】
前記第１のき裂検知パターンが、前記第２の一対の接続端子と前記第２のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴とする請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項３】
前記第２のき裂検知パターンが、前記第３の一対の接続端子と前記第３のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴とする請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項４】
前記第１〜第４の一対の接続端子が、前記第１〜第４のゲージグリッド部の各々の一端に一対一の関係でそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項５】
前記第３の一対の接続端子の一方と、前記第１の一対の接続端子の一方とは、共通使用され、
前記第４の一対の接続端子の一方と前記第２の一対の接続端子の一方とは共通使用されることを特徴とする請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項６】
前記基準軸と前記第１の放射軸および前記基準軸と前記第２の放射軸とがなす角度を、それぞれ９０°となしたことを特徴とする請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージ。
【請求項７】
請求項１のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第１のゲージグリッド部〜前記第４のゲージグリッド部に相当する前記第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記４つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧をひずみ測定器で測定した前記第１〜第４のひずみゲージのひずみ値を、所定の演算式に代入することでせん断モードにおける応力拡大係数を測定し得ると共にき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴とする応力拡大係数算出方法。
【請求項８】
請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおいて、前記第１および第２のひずみゲージのうち、一方のひずみゲージを前記き裂検知パターンを介して且つ他方のひずみゲージを直接一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して２つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（１）：
【数１】
2018169356.tif 000046
を満足することを特徴とする応力拡大係数算出方法。
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
【数２】
2018169356.tif 000047
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数である。
【数３】
2018169356.tif 000048
【請求項９】
請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第１〜第４のゲージグリッド部に相当する第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ４、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
【数４】
2018169356.tif 000049
を満足することを特徴とする応力拡大係数算出方法。
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
【数５】
2018169356.tif 000050
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
【数６】
2018169356.tif 000051
さらに、ゲージグリッド部の第２の形状定数Ｑ２は、前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、下記条件式（５）で与えられる定数である。
【数７】
2018169356.tif 000052
【請求項１０】
請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第１〜第４のゲージグリッド部に相当する第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４組のホイートストンブリッジを形成し、
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１〜前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１〜εＧ４、開口モードの材料定数をＦ１、前記ゲージグリッドの第１および第２の形状定数をＱ１およびＱ２として、開口モードの応力拡大係数ＫＩが、
下記の条件式（６）：
【数８】
2018169356.tif 000053
を満足することを特徴とする応力拡大係数算出方法。
但し、前記開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（７）で与えられる定数であり、
【数９】
2018169356.tif 000054
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
前記条件式（３）で与えられる定数であり、
前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、前記条件式（５）で与えられる定数である。
【請求項１１】
請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第１〜第４のひずみゲージの前記第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを、前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して、４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記４つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧を前記ひずみ測定器で測定した前記第１〜第４のひずみゲージのひずみ値を測定中にき裂が進展し、前記４つのホイートストンブリッジ回路に接続された前記第１の検知回路に接続された前記第１の検知パターンおよび前記第２のき裂検知パターンがそれぞれ破断した時点で、第１の異常出力および第２の異常出力を生じさせ、測定開始時点から、前記第１の異常出力および前記第２の異常出力の発生時点までの各時間間隔に基づき、き裂進展状態を的確に把握して構造物の健全性評価に供し得るようにしたことを特徴とするき裂監視方法。
【請求項１２】
前記構造物の健全性評価は、継続的使用が可能か否か、構造物の補修・交替に緊急性を有するか否かを個別的に評価を行い得るものであることを特徴とする請求項１１に記載のき裂監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージおよび応力拡大係数算出方法に関し、より詳細には、部材中に発生したき裂（亀裂）の破壊力学パラメータの一つである応力拡大係数を簡易に測定するために煩雑なき裂長さ測定作業を不要となすと共にき裂の進展状況を監視し得るよう設計した専用のひずみゲージおよびその応力拡大係数測定用ひずみゲージを測定対象とするき裂先端部に添着し、応力拡大係数を簡単に且つ精度よく求め得る応力拡大係数算出方法およびき裂監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機器、構造物に存在するき裂（亀裂）に作用する応力拡大係数（「Ｋ値」と呼び、き裂を成長させる原動力となる破壊力学パラメータで、開口モードＫＩとせん断モードＫＩＩ、ＫＩＩＩがある）を求める場合、多くの仮定を用いた計算となり、また、煩雑な計算が必要となる。
このような応力拡大係数測定用ひずみゲージの従来技術として、特開昭６３−２４１０３号公報（以下、「特許文献１」という）に開示された技術がある。
この特許文献１に記載された応力拡大係数計測用ひずみゲージは、図１５に示すように、紙や合成樹脂等の絶縁物で形成された矩形のシート状をなすベース１の中央には、直径がｄの開口２が形成されている。この開口２の中心から半径ｒ１の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド３、４が形成され、これらゲージグリッド３、４の両端にはそれぞれリード線５、６が接続されている。同様に、開口２の中心から半径ｒ２の円周上には、それぞれ半円弧状をなすゲージグリッド７、８が形成され、これらゲージグリッド７、８の両端にはそれぞれリード線９、１０が接続されている。
ゲージグリッド３、４の測定方向とゲージグリッド７、８の測定方向とが相互に直角をなすように、これらゲージグリッド３、４、７、８のグリッドパターンが設定されている。
【０００３】
このように構成された特許文献１のひずみゲージは、応力拡大係数を算出するために、煩雑な計算をしなければならず、例えば、前もってき裂長さに対応した表（またはグラフ）を作っておき、この表と測定したき裂長さを使い、計算しなければならない、という難点がある。
上記表と測定したひずみ値を使わなければ、応力拡大係数は、算出できなかった。
他の先行技術として、多数枚のロゼット型ゲージを、き裂回りに貼り付け、測定したひずみ値から応力拡大係数を算出する方法がある。
しかしながら、この多数枚のロゼット型ゲージを添着する厄介さがあると共に、採取したひずみ値のデータ量が多くなり、その処理に多大の労力を必要とするばかりでなく、小型化を図り難いため、小さな領域における測定が困難である、といった問題があった。
このような問題に対処すべく、本件出願人は、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを特開２０１５−１３８０２０号公報（以下、「特許文献２」という）にて提案した。
上記特許文献２に係る発明は、図１６に示す構成となっている。図１６に示された応力拡大係数測定用ひずみゲージは、次のような構成よりなる。
【０００４】
軸中心Ｏから放射方向に延びる基準軸ＯＸと、前記軸中心Ｏから半径が異なる第１の円弧部と第２の円弧部と、前記第１、第２の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心Ｏからの半径が異なる第３の円弧部と第４の円弧部と、前記基準軸ＯＸを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２とを仮想したとき、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第３の円弧部と前記第４の円弧部とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４と、
前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端に接続された第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と、
前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端に接続された第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と、
前記第３のゲージグリッド部Ｇ３の各端と接続された第３の一対の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２と、
前記第４のゲージグリッド部Ｇ４の各端と接続された第４の一対の接続端子Ｔ４−１、Ｔ４−２と、
前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２並びに前記第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４と、前記第１および第２の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２およびＴ２−１、Ｔ２−２並びに前記第３および第４の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２およびＴ４−１、Ｔ４−２が一体的に添着されてなる絶縁基板ＢＰとからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Ｏを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸ＯＸとを合致させて前記絶縁基板ＢＰを前記被測定対象物に添着し、前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成したものである。
【０００５】
このように構成された特許文献２によれば、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得るパターンが形成された専用の小型の応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
更に、特許文献２に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で、簡単に且つ制度よく応力拡大係数を求められる応力拡大係数算出方法を提供することができる。
以下に、上記特許文献２に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合の、き裂の発見から対処までの流れを図１７〜図１９を示し、本発明で改善する課題について説明する。
【０００６】
（１）  き裂の発見
先ず、第１に、定期的な目視検査や過流探傷試験などの非破壊検査によってき裂を発見する。
（２）  拡大応力係数算出
次いで、図１６、図１７（ｂ）に示すように、発見したき裂の先端に対してひずみゲージの軸中心Ｏを合致させて被測定対象物に添着する。
【０００７】
第１〜第４のひずみゲージＳ１〜Ｓ４それぞれを後述する図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、一辺に挿入したホイートストンブリッジ回路ＢＣをひずみ測定器Ｍ、例えば、本件出願人の製造・販売に係る動ひずみ測定器ＥＤＸ−３０００Ｂに接続し、構造物が受ける荷重変化〔図１７（ａ）〕に伴って第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４に相当する第１〜第４のひずみゲージＳ１〜Ｓ４それぞれで検出されるひずみを測定する〔図１７（ｂ）〕。測定した４つのひずみを用いて応力拡大係数を算出する〔図１７（ｄ）〕。応力拡大係数算出の流れを図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。
【０００８】
（３）  き裂進展予測
き裂進展予測には、応力拡大係数の変動幅ΔＫを用いる〔図１８（ａ）〕。応力拡大係数の変動幅ΔＫと、き裂進展速度の関係は、材料ごとに例えば図１８（ｂ）のようにあらわされる。
図１８（ｂ）に示すグラフのΔＫｔｈは下限界値、ΔＫｃは上限界値である。ΔＫ＜ΔＫｔｈの時、き裂は進展しない。ΔＫｔｈ＜ΔＫ＜ΔＫｃの時、応力拡大係数の変動幅ΔＫの増加に伴いき裂進展速度は増加する。そして、上限界値ΔＫｃをこえると一気にき裂が進展する。図１８（ｂ）に示すように、応力拡大係数の変動幅ΔＫと、き裂進展速度の関係を用いることで、ある程度、き裂の進展を予測することができる。
【０００９】
（４）  健全性評価
上記き裂進展予測結果と、構造物ごとに定められた判定基準から健全性を評価する。一例として、き裂進展予測結果から、き裂の進展に伴う構造物の強度低下を予測し、一定の期間（構造物の耐用年数や、定期検査の間隔などから、決定される期間）経過後の強度低下と、構造物の破壊限界から定めた安全水準を比較することで構造物の健全性を評価する。健全性評価の概略図を図１９に示す。
（５）  処置の判断
健全性評価結果と構造物ごとに定められた判定基準からき裂への対処を決定する。以下に判定基準を示す。
１）継続使用（第１の段階）：き裂進展予測の結果、構造物の強度低下が構造物ごとに定められた安全水準を満たし、充分に余裕のあるもの。
２）継続的な検査の実施（第２の段階）：き裂進展予測の結果、判断基準に定められた一定期間中の構造物の強度低下が安定基準を満たすものの十分に余裕がないもの。
３）補修・取替え（第３の段階）：き裂進展予測の結果、構造物の強度低下が構造物ごとに定められた安全水準を満たさない、もしくは判断基準で定められた一定期間内に満たさなくなると予測されるもの。
【００１０】
（６）  処置の実施
１）  については、継続使用を行い、必要に応じて定期検査などのタイミングで適宜検査を行う。
２）継続使用するが、安全性確保のために継続的な検査で、き裂進展の監視を行う。
３）補修・取替えと判断されたき裂は、判定基準に基づいて補修・取替えを行う。
上述したように、特許文献２に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージでも、き裂の進展によってゲージパターンが断線し、き裂の進展をモニタリングできる可能性はある。
【００１１】
しかしながら、上述した応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージパターン形状では、パターン断線位置および断線のタイミングを特定することができない、という難点がある。
また、特許文献２に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージにあっては、例えば、き裂が当該ひずみゲージを通過した場合であっても、そのき裂が偶々第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２とが隣接する隙間部分並びに第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４とが隣接する隙間部分をき裂が通過する場合にあっては、当該ひずみゲージのいずれのグリッド部も切断されないので、あたかも、き裂が生じなかった如くに誤認（誤検出）してしまい、重大な事態が生じることになる。
従って、き裂進展検知に確実性がなく、モニタリングに使用することはできない。
そのため、継続的なモニタリングの為には、例えば、実公平０８−８４０４号公報（以下、「特許文献３」という）に示すようなクラックゲージを同じ位置に別途設置し直さなければならず、設置コストと手間が必要となる。特に、近年老朽化が進み、き裂が多数発見されているインフラ構造物において、これらのコストと手間を削減することは重要な課題である。
【００１２】
また、上記応力拡大係数測定用ひずみゲージにおいては、き裂の進展速度は、予測（推定）に過ぎず、即時補修または交換作業を行うべきか、経過観察による判断でよいかなど疲労き裂の厳密な評価が必ずしも容易でない面があった。
そのため、き裂がそれ程進展していない状態であっても安全性を優先して補修ないしは交換を行う傾向にあった。
このような対応の場合、経済的観点からみると、不経済であるといわざるを得ない。
き裂の進展は、被測定対象物の材質によって著しく相違し、また、被測定対象物に負荷される外力が、周期的にかかるか不規則にかかるかにより大きく変動することになり、その予測は、困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−０２４１０３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３８０２０号公報
【特許文献３】実公平０８−００８４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的とするところは、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得ると共にき裂の進展を監視し得るパターンが形成された専用の小型のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
さらに、本発明の第２の目的とするところは、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で簡単に且つ精度よく、応力拡大係数を求められると共にき裂を監視し得る応力拡大係数算出方法を提供することにある。
さらに、本発明の第３の目的とするところは、前記応力拡大係数測定用ひずみゲージの問題点に鑑みて、き裂の検出を確実に行い得ると共にき裂の進展状態を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
【００１５】
さらに、本発明の第４の目的とするところは、被測定対象物の材質が異なっても、また、被測定対象物に負荷される外力が周期的に変化する場合であっても、不規則にかかる場合であっても、き裂の進展状態を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
第５の目的とするところは、応力拡大係数測定用ひずみゲージと、き裂検知パターンとを１つのゲージで行うことを可能として、ひずみゲージとき裂検知パターンとの張替え作業を不要化し、コストの削減を実現し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、上述した第１〜第３の目的を達成するために、
軸中心から放射方向に延びる基準軸と、前記軸中心から半径が異なる第１の円弧部と第２の円弧部と前記第１、第２の円弧部より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心からの半径が異なる第３の円弧部と第４の円弧部と、前記基準軸を対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸とを仮想したとき、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部と、
前記基準軸と前記第１および第２の放射軸と、前記第３の円弧部と前記第４の円弧部とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部と、
前記第１のゲージグリッド部の各端に接続された第１の一対の接続端子と、
前記第２のゲージグリッド部の各端に接続された第２の一対の接続端子と、
前記第３のゲージグリッド部の各端と接続された第３の一対の接続端子と、
前記第４のゲージグリッド部の各端と接続された第４の一対の接続端子と、
前記第１の一対の接続端子と前記第１のゲージグリッド部の各端を中継接続する第１の一対の配線パターンと、
前記第２の一対の接続端子と前記第２のゲージグリッド部の各端を中継接続する第２の一対の配線パターンと、
前記第３の一対の接続端子と前記第３のゲージグリッド部の各端を中継接続する第３の一対の配線パターンと、
前記第４の一対の接続端子と前記第４のゲージグリッド部の各端を中継接続する第４の一対の配線パターンと、
前記第１の一対の配線パターンと、前記第２の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第１のグリッド部および前記第２のグリッド部の前記第１の円弧部の内側に沿って配設された第１のき裂検知パターンと、
前記第３の一対の配線パターンと、前記第４の一対の配線パターンの少なくとも一方の経路中に連接され、前記第３のグリッド部および前記第４のグリッド部の前記第３の円弧部の内側に沿って形成された第２のき裂検知パターンと、
前記第１および第２のゲージグリッド部と前記第３および第４のケージグリッド部と、前記第１および第２の接続端子と、前記第３および第４の接続端子と、前記第１〜第４の一対の配線パターンと、前記第１および第２のき裂検知パターンと、が一体的に添着されてなる絶縁基板とからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心を合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸とを合致させて前記絶縁基板を前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第１および第２のき裂検知パターンの段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている。
【００１７】
請求項２に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第１のき裂検知パターンが、前記第２の一対の接続端子と前記第２のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴としている。
請求項３に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第２のき裂検知パターンが、前記第３の一対の接続端子と前記第３のゲージグリッド部の各端との間に連接されていることを特徴としている。
請求項４に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第１〜第４の一対の接続端子が、前記第１〜第４のゲージグリッド部の各々の一端に一対一の関係でそれぞれ接続されていることを特徴としている。
請求項５に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記第３の一対の接続端子の一方と、前記第１の一対の接続端子の一方とは、共通使用され、
前記第４の一対の接続端子の一方と前記第２の一対の接続端子の一方とは共通使用されることを特徴としている。
【００１８】
請求項６に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記基準軸と前記第１の放射軸および前記基準軸と前記第２の放射軸とがなす角度を、それぞれ９０°となしたことを特徴としている。
請求項７に記載した発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージは、前記請求項１のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの第１のゲージグリッド部〜前記第４のゲージグリッド部に相当する前記第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、前記４つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧をひずみ測定器で測定した前記第１〜第４のひずみゲージのひずみ値を、所定の演算式に代入することでせん断モードにおける応力拡大係数を測定し得ると共にき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている。
【００１９】
請求項８に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、前記請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおいて、前記第１および第２のひずみゲージのうち、一方のひずみゲージを前記き裂検知パターンを介して且つ他方のひずみゲージを直接一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して２つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（１）：
【００２０】
【数１】
2018169356.tif 000003
【００２１】
を満足することを特徴としている。
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
【００２２】
【数２】
2018169356.tif 000004
【００２３】
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数である。
【００２４】
【数３】
2018169356.tif 000005
【００２５】
請求項９に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、前記請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第１〜第４のゲージグリッド部に相当する第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧を印加したとき、各出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ４、せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッドの第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
【００２６】
【数４】
2018169356.tif 000006
【００２７】
を満足することを特徴としている。
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
【００２８】
【数５】
2018169356.tif 000007
【００２９】
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
【００３０】
【数６】
2018169356.tif 000008
【００３１】
さらに、ゲージグリッド部の第２の形状定数Ｑ２は、前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、下記条件式（５）で与えられる定数である。
【００３２】
【数７】
2018169356.tif 000009
【００３３】
請求項１０に記載した発明に係る応力拡大係数算出方法は、
前記請求項１に記載のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージにおける前記第１〜第４のゲージグリッド部に相当する第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および前記第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して４組のホイートストンブリッジを形成し、
各前記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧を印加したとき、出力端から出力される電圧をひずみ測定器で測定したときの前記第１〜前記第４のゲージグリッド部で測定されたひずみをεＧ１〜εＧ４、開口モードの材料定数をＦ１、前記ゲージグリッドの第１および第２の形状定数をＱ１およびＱ２として、開口モードの応力拡大係数ＫＩが、
下記の条件式（６）：
【００３４】
【数８】
2018169356.tif 000010
【００３５】
を満足することを特徴としている。
但し、前記開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（７）で与えられる定数であり、
【００３６】
【数９】
2018169356.tif 000011
【００３７】
また、ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径をｒ１およびｒ２として、
前記条件式（３）で与えられる定数であり、
前記第３および第４の円弧部の半径をｒ３およびｒ４として、前記条件式（５）で与えられる定数である。
請求項１１に記載した発明に係るき裂の監視方法は、前記第１〜第４のひずみゲージの前記第１〜第４のひずみゲージのうち、前記第１および第２のき裂検知パターンが連接された２つのひずみゲージと他の２つのひずみゲージを、前記第１〜第４の各一対の接続端子を介して、それぞれ一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗を回路挿入して、４つのホイートストンブリッジ回路を形成し、
前記４つのホイートストンブリッジ回路の入力端にそれぞれブリッジ電圧を印加し、それぞれの出力端に生ずる出力電圧を前記ひずみ測定器で測定した前記第１〜第４のひずみゲージのひずみ値を測定中にき裂が進展し、前記４つのホイートストンブリッジ回路に接続された前記第１の検知回路に接続された前記第１の検知パターンおよび前記第２のき裂検知パターンがそれぞれ破断した時点で、第１の異常出力および第２の異常出力を生じさせ、測定開始時点から、前記第１の異常出力および前記第２の異常出力の発生時点までの各時間間隔に基づき、き裂進展状態を求めて構造物の健全性評価に供し得るようにしたことを特徴としている。
【００３８】
請求項１２に記載した発明に係るき裂の監視方法は、前記構造物の健全性評価は、継続的使用が可能か否か、構造物の補修・交替に緊急性を有するか否かを個別的に評価を行い得るものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、求める応力拡大係数の解析式に適合するよう、き裂回りのひずみを検出し得ると共に、き裂の進展を的確に監視し得るパターンが形成された専用の小型のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
また、本発明によれば、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いて、煩雑なき裂長さ測定作業が不要で、簡易な測定作業で、き裂回りのひずみ値が得られ、得られたひずみ値から、現場で電卓程度の計算で、簡単に且つ精度よく応力拡大係数算出方法を提供することができると共に、き裂の進展状態を的確に把握し得る応力拡大係数算出方法を提供することができる。
また、本発明によれば、測定対象物の材質が異なっても、また、被測定対象物に負荷される外力が周期的に変化する場合であっても、不規則にかかる場合でも、き裂の進展状態を正確に把握することが可能であり、例えば、健全性の評価において、安全に継続使用が可能な第１の段階にあるのか緊急に補修・取替えが必要な第３の段階にあるのか、上記２つの段階の間の第２の段階にあって、取替えの必要性を的確に把握し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを提供することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、応力拡大係数測定用ひずみゲージと、き裂検知パターンとを１つのゲージで行うことを可能として、ひずみゲージをき裂検知パターンに張替える作業を不要化し、コストの削減を実現し得るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用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】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンおよびき裂検知パターンの概略の配置を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの基本をなす２つのゲージグリッドのパターンおよび１つのき裂検知パターンの配置を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび接続端子のパターンの形状並びに配列関係を詳細に示す拡大平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび接続端子のパターンの形状並びに配列関係を詳細に示す拡大平面図である。
【図５】本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて各ゲージグリッド毎にひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図を示すものである。
【図６】四辺のうちの一辺にひずみゲージを回路挿入した一般的なホイーストンブリッジ回路を示す回路図である。
【図７】き裂先端から展開するｘｙ直行座標系を示す説明図である。
【図８】き裂先端から展開するｒθ極座標系を示す説明図である。
【図９】本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージの被測定体に添着した状態を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る応力拡大係数導出のための簡易フロー図である。
【図１１】き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた疲労き裂評価の流れを示すフローチャートである。
【図１２】き裂が、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの軸中心から始まって、第１のき裂検知パターンを経て、第２のき裂検知パターンまで達した状態を示す平面図である。
【図１３】応力拡大係数算出と同じ測定系を使用し、第１および第２のき裂検知パターンがそれぞれ中継接続された第１および第３のひずみゲージのひずみ出力を、ひずみ測定器のインターバル機能を用い、一定のインターバル毎に測定した結果を出すタイミングチャートである。
【図１４】き裂の進展と構造物の強度との関係を示す特性図であり、本発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてき裂検知による実測の結果を太線の破線で示し、き裂進展予測の結果を細線の破線で示す。
【図１５】特許文献１に係る従来の応力拡大係数測定用ひずみゲージの回路構成を示す平面図である。
【図１６】特許文献２に係る従来の応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンの形状と配置を示す平面図である。
【図１７】応力拡大係数算出の流れを示す説明図で、（ａ）は、被測定対象物に負荷される荷重の時間的変化を模式的に示す波形図、（ｂ）は、特許文献２に係る応力拡大係数を測定する測定系を示す回路図、（ｃ）は、ひずみ測定器からの出力であるひずみの時間的変化を模式的に示す波形図、（ｄ）は、算出された応力拡大係数の時間的変化を模式的に示す波形図である。
【図１８】応力拡大係数変動幅と、き裂進展速度の関係を示すグラフである。
【図１９】き裂の進展と構造物の強度との関係から予測的な健全性評価を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は、特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明されている各特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００４３】
〔第１の実施の形態および第２の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドのパターンおよびき裂検知パターンの概略の配置を模式的に示す平面図である。
図２は、第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージの基本的な一部のゲージグリッドおよびき裂検知のパターンの配置を模式的に示す平面図である。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび各接続端子のパターンの形状並びに配列関係を詳細に示す拡大平面図である。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッド、き裂検知パターンおよび接続端子のパターンの形状並びに配置関係を示す拡大平面図である。
図５は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて、各ゲージグリッド（ひずみゲージ）毎にひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図である。
【００４４】
先ず、図２を参照して本発明の第１の実施の形態の基本となる部分（以下、「基本形態」という）の応力拡大係数測定用ひずみゲージを詳細に説明する。
本発明の基本形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図２に示すように、
軸中心Ｏから放射方向に延びる基準軸ＯＸと、前記軸中心Ｏからの半径ｒ１およびｒ２が異なる第１の円弧部Ｃ１と第２の円弧部Ｃ２と、前記基準軸ＯＸを対称として所定の角度（この例においては９０°）をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２とを仮想したとき、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と前記第１の円弧部Ｃ１と前記第２の円弧部Ｃ２とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内に形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と、を有する。
【００４５】
また、上記第１のゲージグリッド部Ｇ１および第２のゲージグリッドＧ２の第１の円弧部Ｃ１の内側近傍に沿って配設された第１のき裂検知パターンＬ１を有する。
さらに、図３に示すように、基本形態は、前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端に接続された第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と、
前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端に接続された第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と、
前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と前記第１および第２の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２およびＴ２−１、Ｔ２−２並びに第１のき裂検知パターンＬ１が一体的に添着されてなる絶縁基板ＢＰとからなる基本形態の第１および第２のひずみゲージＳ１およびＳ２が完成する。
【００４６】
図２に示すように、被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Ｏを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸ＯＸとを合致させて前記絶縁基板ＢＰを前記被測定対象物に添着し、前記き裂回りのひずみε１、ε２を測定し、応力拡大係数を算出し得ると共に、第１のき裂検知パターンＬ１の破断によりき裂の進展を監視し得るように構成されている。
また、本発明に係る第１の実施の形態のき裂監視機能を有する応力拡大係数測定用ひずみゲージは、図１および図３に示すように、軸中心Ｏから放射方向に延びる基準軸ＯＸと、前記軸中心Ｏから半径ｒ１およびｒ２が異なる第１の円弧部Ｃ１と第２の円弧部Ｃ２と前記第１、第２の円弧部Ｃ１、Ｃ２より所定間隔離れて外側に位置し、前記軸中心Ｏからの半径ｒ３およびｒ４が異なる第３の円弧部Ｃ３と第４の円弧部Ｃ４と、前記基準軸ＯＸを対称として所定の角度をもって放射方向に延びる第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２とを仮想したとき、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第１の円弧部Ｃ１と前記第２の円弧部Ｃ２とで囲まれる扇形状の第１および第２の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と、
前記基準軸ＯＸと前記第１および第２の放射軸ＯＲ１およびＯＲ２と、前記第３の円弧部Ｃ３と前記第４の円弧部Ｃ４とで囲まれる扇形状の第３および第４の領域内にそれぞれ形成され放射方向に受感部を有する第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４とが形成されている。
【００４７】
さらに、図３に示すように、上記第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４には、それぞれ接続端子が接続されている。
即ち、前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端に接続された第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と、
前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端に接続された第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と、
前記第３のゲージグリッド部Ｇ３の各端と接続された第３の一対の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２と、
前記第４のゲージグリッド部Ｇ４の各端と接続された第４の一対の接続端子Ｔ４−１、Ｔ４−２とが、それぞれ接続されている。
【００４８】
さらに、第１の一対の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２と前記第１のゲージグリッド部Ｇ１の各端を中継接続する第１の一対の配線パターンと、
第２の一対の接続端子Ｔ２−１、Ｔ２−２と前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の各端を中継接続する第２の一対の配線パターンと、
第３の一対の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２と前記第３のゲージグリッド部Ｇ３の各端を中継接続する第３の一対の配線パターンと、
第４の一対の接続端子Ｔ４−１、Ｔ４−２と前記第４のゲージグリッド部Ｇ４の各端を中継接続する第４の一対の配線パターンと、がそれぞれ形成されている。
前記第１の一対の配線パターンと、前記第２の一対の配線パターンの少なくとも一方（この場合、第２の配線パターン）の経路中に連接され、前記第１のゲージグリッド部Ｇ１および前記第２のゲージグリッド部Ｇ２の前記第１の円弧部Ｃ１の内側近傍に沿って配設された第１のき裂検知パターンＬ１と、
前記第３の一対の配線パターンと、前記第４の一対の配線パターンの少なくとも一方（この場合、第３の配線パターン）の経路中に連接され、前記第３のゲージグリッド部Ｇ３および前記第４のゲージグリッド部Ｇ４の前記第３の円弧部Ｃ３の内側近傍に沿って形成された第２のき裂検知パターンＬ２と、がそれぞれ形成されている。
【００４９】
前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２と前記第３および第４のケージグリッド部Ｇ３およびＧ４と、前記第１および第２の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２およびＴ２−１、Ｔ２−２と、前記第３および第４の接続端子Ｔ３−１、Ｔ３−２およびＴ４−１、Ｔ４−２と、前記第１〜第４の一対の配線パターンと、前記第１および第２のき裂検知パターンＬ１およびＬ２と、が一体的に添着されてなる絶縁基板ＢＰとからなるひずみゲージであって、
被測定対象物に生じたき裂先端部に前記軸中心Ｏを合致させると共に前記き裂部の方向と前記基準軸ＯＸとを合致させて前記絶縁基板ＢＰを前記被測定対象物に添着し、
前記き裂回りのひずみを測定し、応力拡大係数を算出し得るように構成すると共に、
前記き裂による前記第１および第２のき裂検知パターンＬ１およびＬ２の段階的な破断によりき裂の進展を監視し得るように構成したことを特徴としている（請求項１に対応する）。
【００５０】
第１の実施の形態においては、第１のき裂検知パターンＬ１は、第２の接続端子２−１と第２のゲージグリッド部Ｇ２の一端との間に連接されている（請求項２に対応する）。
本発明の応力拡大係数測定用ひずみゲージは、その基本構成として、図２に示すように、き裂先端部を中心にして９０°に展開した扇型の領域内に、放射方向に展開された受感部を備える例を示している。この構成により、上記中心Ｏから放射方向に生ずるひずみを測定するものであるが、必ずしも９０°に限定されるものではない。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るより具体的な応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドを含む平面図である。応力拡大係数の測定時には、使用者が、このひずみゲージを、その軸中心Ｏを、き裂先端部に合致させ、かつ基準軸ＯＸがき裂の延長方向となるようにして貼り付ける。
【００５１】
本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドＧ１〜Ｇ４は、図３に詳しく示されているように、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを測定するための上記第１の領域内に第１のゲージグリッド部Ｇ１を備え、上記第２の領域内に第２のゲージグリッド部Ｇ２を備え、上記第３の領域内に第３のゲージグリッド部Ｇ３を備え、上記第４の領域内に第４のゲージグリッド部Ｇ４を備える。このゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。図３では、この受感部の構造として放射方向に延び、且つ第１と第２の円弧部Ｃ１とＣ２、第３と第４の円弧部Ｃ３とＣ４の各近傍で順次複数の折り返しを有する線状の受感素子を配置している。本発明の受感部の構造は、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図３に示すものに限られるものではない。第１のゲージグリッド部Ｇ１の上記線状の受感素子の一端は、第１の配線パターンの一方を介して一方の第１の接続端子Ｔ１−１に接続され、他の一端は、第１の配線パターンの他方を介して他方の第１の接続端子Ｔ１−２に接続されている。
【００５２】
第２のゲージグリッド部Ｇ２の線状の受感素子の一端は、第２の配線パターンの一方と第１のき裂検知パターンＬ１を介して一方の第２の接続端子Ｔ２−１に、他の一端は、第２の配線パターンの他方を介して他方の第２の接続端子Ｔ２−２に、第３のゲージグリッド部Ｇ３の線状の受感素子の一端は、第３の配線パターンの一方を介して一方の第３の接続端子Ｔ３−１に、他の一端は、第３の配線パターンの他方と第２のき裂検知パターンＬ２を介して他方の第３の接続端子Ｔ３−２に、第４のゲージグリッド部Ｇ４の線状の受感素子の一端は、第４の配線パターンの一方を介して一方の第４の接続端子Ｔ４−１に、他の一端は、第４の配線パターンの他方を介して他方の第４の接続端子Ｔ４−２に、それぞれ接続されている。
【００５３】
上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の各々を形成する抵抗素材には、任意の抵抗素材を充当することができる。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ（系）合金、Ｎｉ−Ｃｒ（系）合金、Ｆｅ−Ｃｒ（系）合金などを、用途に合わせて用いることができる。
本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図２に示す基本の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドやき裂検知パターンの配置に部分的な追加配置を加えたものである。具体的には、本発明の第１の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図２に示す基本形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置に加えて、軸中心Ｏを中心として、それぞれ半径がｒ３とｒ４と異なる第３の円弧部Ｃ３と第４の円弧部Ｃ４と、第１の放射軸ＯＲ１と第２の放射軸ＯＲ２とで囲まれた扇型の領域、即ち、第３のゲージグリッド部Ｇ３と第４のゲージグリッド部Ｇ４を有する。
【００５４】
第１のゲージグリッド部Ｇ１、第２のゲージグリッド部Ｇ２、第３のゲージグリッド部Ｇ３および第４のゲージグリッド部Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。
図３では、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の受感部の構造として軸中心から放射方向に延び、順次、円弧部Ｃ１、Ｃ２およびＣ３、Ｃ４近傍にて複数の折り返し点を有する受感素子を配置しているが、本発明の受感部の構造は、一般に、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図３に示すものとは限らない。上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
【００５５】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用のひずみゲージのゲージグリッドの配置やき裂検知パターンの配置は、上述した第１の実施の形態と同じであるが、各配線パターンとき裂検出パターンと各接続端子の形状および配置が異なっている。
例えば、接続端子についていえば、第１の実施の形態では、一対の第１の接続端子Ｔ１−１、Ｔ１−２〜一対の第４の接続端子Ｔ４−１、Ｔ４−２の８つの接続端子からなるが、第２の実施の形態では、６つの接続端子からなっている点が異なっている。
【００５６】
本発明の第２の実施の形態に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドＧ１〜Ｇ４は、図４に詳しく示されているように、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを測定するための上記第１の領域内に第１のゲージグリッド部Ｇ１を備え、上記第２の領域内に第２のゲージグリッド部Ｇ２を備え、上記第３の領域内に第３のゲージグリッド部Ｇ３を備え、上記第４の領域内に第４のゲージグリッド部Ｇ４を備える。このゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。図４では、この受感部の構造として放射方向に延び、且つ第１と第２の円弧部Ｃ１とＣ２、第３と第４の円弧部Ｃ３とＣ４の各近傍で順次複数の折り返しを有する線状の受感素子を配置している。
【００５７】
本発明の受感部の構造は、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図４に示すものとは限らない。
第１のゲージグリッド部Ｇ１の上記線状の受感素子の一端は、第１の配線パターンの一方を介して一方の第１の接続端子Ｔ１−１／Ｔ３−２に接続され、他の一端は、第１の配線パターンの他方を介して他方の第１の接続端子Ｔ１−２に接続されている。第２のゲージグリッド部Ｇ２の線状の受感素子の一端は、第２の配線パターンの一方と第１のき裂検知パターンＬ１を介して一方の第２の接続端子Ｔ２−１に、他の一端は、第２の配線パターンの他方を介して他方の第２の接続端子Ｔ２−２／Ｔ４−１に、第３のゲージグリッド部Ｇ３の線状の受感素子の一端は、第３の配線パターンの一方を介して一方の第３の接続端子Ｔ３−１に、他の一端は、第３の配線パターンの他方と第２のき裂検知パターンＬ２を介して他方の第３の接続端子Ｔ１−１／Ｔ３−２に、第４のゲージグリッド部Ｇ４の線状の受感素子の一端は、第４の配線パターンの一方を介して一方の第４の接続端子Ｔ２−２／Ｔ４−１に、他の一端は、第４の配線パターンの他方を介して他方の第４の接続端子Ｔ４−２に、それぞれ接続されている。
【００５８】
上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の各々を形成する抵抗素材には、任意の抵抗素材を充当することができる。例えば、Ｃｕ−Ｎｉ（系）合金、Ｎｉ−Ｃｒ（系）合金、Ｆｅ−Ｃｒ（系）合金などを、用途に合わせて用いることができる。
図４に示す本発明の第２の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージのゲージグリッドの配置は、図３に示す第１の実施の形態に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの配線パターンやき裂検知パターンおよび接続端子の構成に部分的な変更を加えたものである。
第１のゲージグリッド部Ｇ１、第２のゲージグリッド部Ｇ２、第３のゲージグリッド部Ｇ３および第４のゲージグリッド部Ｇ４は、上記のき裂先端部を中心としてそれぞれ放射方向に展開された受感部を備える。
図４では、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の受感部の構造として軸中心から放射方向に延び、順次、円弧部Ｃ１、Ｃ２およびＣ３、Ｃ４近傍にて複数の折り返し点を有する受感素子を配置しているが、本発明の受感部の構造は、一般に、上記き裂先端部を中心として放射方向に生ずるひずみを受感できさえすれば良く、従って、図４に示すものとは限らない。上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の構成は、き裂先端前部領域のひずみ全体を網羅することができる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明に係る応力拡大係数算出方法を用いて各ゲージグリッドを単位としてひずみ測定を行う場合の回路図を示し、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１のゲージグリッド部Ｇ１〜第４のゲージグリッド部Ｇ４で検出されるひずみをそれぞれ測定する場合の回路図を示すものである。
第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４は、それぞれ本発明に係る応力拡大係数算出方法で用いるホイートストンブリッジの一辺に挿入接続される。このホイートストンブリッジの他の三辺には、同一抵抗値の抵抗器Ｒが挿入接続される。より具体的には、図５（ａ）に示す回路では、一方の第１の接続端子Ｔ１−１と他方の第１の接続端子Ｔ１−２との間に接続された第１のゲージグリッド部Ｇ１が上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。同様に、図５（ｂ）に示す回路では、一方の第２の接続端子Ｔ２−１と他方の第２の接続端子Ｔ２−２との間に接続された第２のゲージグリッド部Ｇ２が、図５（ｃ）に示す回路では、一方の第３の接続端子Ｔ３−１と他方の第３の接続端子Ｔ３−２との間に接続された第３のゲージグリッド部Ｇ３が、図５（ｄ）に示す回路では、一方の第４の接続端子Ｔ４−１と他方の第４の接続端子Ｔ４−２との間に接続された第４のゲージグリッド部Ｇ４が、それぞれ上記ホイートストンブリッジの一辺を構成する。
【００６０】
本発明の第３の実施形態に係るせん断モードの応力拡大係数算出方法は、図５（ａ）及び図５（ｂ）で示す回路のみを用いる。この場合のひずみ測定方法は、まず、図５（ａ）に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加し、この時の出力電圧値ｅｏＧ１を用いてひずみεＧ１を得る。次に、図５（ｂ）に示す回路において、上記ホイートストンブリッジの入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加し、この時の出力電圧値ｅｏＧ２を用いてひずみεＧ２を得る。最後に、このひずみεＧ１、εＧ２を、所定の演算式（本ひずみ測定方法の原理として後述する）に代入することで、せん断モードにおける応力拡大係数を算出する。上記の測定順序は逆にしても良いし、上記の測定を同時に行っても良い。
図５（ａ）および図５（ｂ）で示す２つの回路を用いて、ひずみεＧ１、εＧ２を算出し、せん断モードの材料定数をＪ１とし、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状定数をＱ１として、求める応力拡大係数ＫＩＩを、条件式（１）により算出する（請求項８に対応する）。
【００６１】
【数１０】
2018169356.tif 000012
【００６２】
但し、条件式（１）において、せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、条件式（２）により算出する。
【００６３】
【数１１】
2018169356.tif 000013
【００６４】
また、上記ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状で決まる定数であり、具体的には、第１の円弧部Ｃ１の半径をｒ１とし、第２の円弧部Ｃ２の半径をｒ２として、条件式（３）により算出する。
【００６５】
【数１２】
2018169356.tif 000014
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
この第５の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法では、ひずみゲージを一辺に回路挿入し、他の三辺に固定抵抗Ｒを回路挿入して４つのホイートストンブリッジ回路を形成する。
前記ホイートストンブリッジ回路の各入力端にブリッジ電圧ｅｉを印加したとき、各出力端から出力される電圧ｅｏＧ１〜ｅｏＧ４をひずみ測定器で測定したときの前記第１のゲージグリッド部Ｇ１で測定されたひずみをεＧ１、前記第２のゲージグリッド部Ｇ２で測定されたひずみをεＧ２、前記第３のゲージグリッド部Ｇ３で測定されたひずみをεＧ３、前記第４のゲージグリッド部Ｇ４で測定されたひずみをεＧ４とする。せん断モードの材料定数をＪ１、前記第１および第２のゲージグリッド部Ｇ１およびＧ２の第１の形状定数をＱ１、前記第３および第４のゲージグリッド部Ｇ３およびＧ４の第２の形状定数をＱ２として、せん断モードの応力拡大係数ＫＩＩが、
下記の条件式（４）：
【００６７】
【数１３】
2018169356.tif 000015
【００６８】
を満足することを特徴とする応力拡大係数算出方法（請求項９に対応する）。
但し、前記せん断モードの材料定数Ｊ１は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、下記条件式（２）で与えられる定数であり、
【００６９】
【数１４】
2018169356.tif 000016
【００７０】
また、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の第１の形状定数Ｑ１は、ゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状で決まる定数であり、
前記第１および第２の円弧部の半径Ｃ１およびＣ２をｒ１およびｒ２として、
下記条件式（３）で与えられる定数であり、
【００７１】
【数１５】
2018169356.tif 000017
【００７２】
さらに、ゲージグリッド部の第２の形状定数Ｑ２は、前記第３および第４の円弧部Ｃ３およびＣ４の半径をｒ３およびｒ４として、下記条件式（５）で与えられる定数である。
【００７３】
【数１６】
2018169356.tif 000018
【００７４】
〔第５の実施の形態〕
この実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、上記の第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４を用いて、開口モードにおける応力拡大係数を具体的に求める算出方法である。
本発明の第５の実施の形態に係る応力拡大係数算出方法は、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示す４つの回路を用いる。
この場合のひずみ測定方法は、まず、本発明の第４の実施形態に係るせん断モードにおける応力拡大係数算出方法で用いたひずみ測定方法と同様のひずみ測定方法により、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示す４つの回路を用いて、第１〜第４のひずみεＧ１〜εＧ４を算出する。開口モードの材料定数をＦ１とし、第１〜第４のゲージグリッド部Ｇ１〜Ｇ４の第１の形状定数をＱ１および第２の形状定数をＱ２として、求める開口モードの応力拡大係数ＫＩを、条件式（６）により算出する（請求項１０に対応する）。
【００７５】
【数１７】
2018169356.tif 000019
【００７６】
但し、条件式（６）において、開口モードの材料定数Ｆ１ は、縦弾性係数をＥ、ポアッソン比をνとして、条件式（７）により算出する。
【００７７】
【数１８】
2018169356.tif 000020
【００７８】
また、上記ゲージグリッド部の第１の形状定数Ｑ１は、第１、第２のゲージグリッド部Ｇ１、Ｇ２の形状で決まる形状定数であり、具体的には、第１の円弧部Ｃ１の半径をｒ１とし、第２の円弧部Ｃ２の半径をｒ２として、前記のとおり条件式（３）により算出する。さらに、上記ゲージグリッド部の第２の形状定数Ｑ２は、第３、第４のゲージグリッド部Ｇ３、Ｇ４の形状で決まる定数であり、具体的には、第３の円弧部Ｃ３の半径をｒ３とし、第４の円弧部Ｃ４の半径をｒ４として、下記条件式（５）により算出する。
【００７９】
【数１９】
2018169356.tif 000021
【実施例】
【００８０】
（ひずみ測定方法の原理）
以下では、上記の各実施の形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いたひずみ測定方法の原理を説明する。
図６は、一般的なホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。
一般に、ひずみゲージによるひずみの測定には、図６に示すようなホイートストンブリッジ回路を使用する。図６に示すホイートストンブリッジ回路では、ホイートストンブリッジ回路の一辺を占める抵抗の１つを抵抗値Ｒｇのひずみゲージに置き換え、他の三辺を占める３つの抵抗の各々を抵抗値Ｒの固定抵抗とする。
ひずみゲージがひずみεを受けたときの抵抗値変化ΔＲｇとひずみεとの関係は数式（８）で表される。
【００８１】
【数２０】
2018169356.tif 000022
【００８２】
ホイートストンブリッジ回路の入力端にｅｉ（Ｅ）のブリッジ電圧を印加した状態でひずみゲージがひずみを受けてΔＲｇだけ抵抗値変化したとき、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧ｅｏとひずみεとの関係は数式（９）で表される。
【００８３】
【数２１】
2018169356.tif 000023
【００８４】
ひずみゲージによる測定では、ホイートストンブリッジ回路に任意の印可電圧ｅｉ（Ｅ）を印加した時に、測定される出力電圧ｅｏと数式（９）とを用いて、該ひずみゲージが受けるひずみεを求める。
但し、図６と上記数式において、
Ｒｇ：ひずみゲージの抵抗値、
ΔＲｇ：ひずみゲージの抵抗値変化量、
Ｋｓ：ひずみゲージのゲージ率、
ε：ひずみゲージの受けるひずみ、
ｅｉ（Ｅ）：ホイートストンブリッジ回路の印可電圧、ｅｏ：出力電圧、
Ｒ：固定抵抗の抵抗値、とする。
【００８５】
（応力拡大係数の計算方法）
以下では、上記の各実施形態に係るホイートストンブリッジ回路を用いた応力拡大係数の計算方法を説明する。
ひずみゲージグリッドＧ１〜Ｇ４で測定されたひずみεＧ１〜εＧ４を数式（６）、数式（１）に代入することで２種類の応力拡大係数を求める。
開口モードＩの応力拡大係数をＫＩ
とすると、下記（６）式：
【００８６】
【数２２】
2018169356.tif 000024
【００８７】
せん断モードＩＩの応力拡大係数をＫＩＩとすると、
【００８８】
【数２３】
2018169356.tif 000025
【００８９】
以下、測定値は、
εＧ１：第１のゲージグリッド部Ｇ１で測定されたひずみ、
εＧ２：第２のゲージグリッド部Ｇ２で測定されたひずみ、
εＧ３：第３のゲージグリッド部Ｇ３で測定されたひずみ、
εＧ４：第４のゲージグリッド部Ｇ４で測定されたひずみ、
のうち、εＧ１とεＧ２の２つ、または、εＧ１、εＧ２、εＧ３およびεＧ４の４つとする。
また、測定対象の材料で決まる定数には、
Ｆ１：開口モードの材料定数、
Ｊ１：せん断モードの材料定数、
が有る。
【００９０】
さらに、ゲージグリッドの形状で決まる定数には、
Ｑ１：ひずみゲージグリッドの形状定数１（式３）、
Ｑ２：ひずみゲージグリッドの形状定数２（式５）、
が有る。
上記４つの測定値（εＧ１、εＧ２、εＧ３、εＧ４）と、測定対象の材料やひずみゲージグリッド形状によって予め決まっている上記４つの定数（Ｆ１、Ｊ１、Ｑ１、Ｑ２）を用いることで、２つのモードの応力拡大係数を求めることが可能である。
開口モードの材料定数Ｆ１は、縦弾性係数をＥとし、ポアソン比をνとして、式（７）で算出する。
【００９１】
【数２４】
2018169356.tif 000026
【００９２】
せん断モードの材料定数Ｊ１は、数式（２）で算出する。
【００９３】
【数２５】
2018169356.tif 000027
【００９４】
ひずみゲージグリッドの形状定数１（Ｑ１）は、第１のゲージグリッド部Ｇ１と、第２のゲージグリッド部Ｇ２の第１、第２の円弧部Ｃ１、Ｃ２の軸中心Ｏからの半径をそれぞれｒ１、ｒ２とし、第３のゲージグリッド部Ｇ３と第４のゲージグリッド部Ｇ４の第３、第４の円弧部Ｃ３、Ｃ４の軸中心Ｏからの半径をそれぞれｒ３、ｒ４として、数式（３）で算出する。
【００９５】
【数２６】
2018169356.tif 000028
【００９６】
ひずみゲージグリッドの第２の形状定数２（Ｑ２）は、数式（５）で算出する。
【００９７】
【数２７】
2018169356.tif 000029
【００９８】
（数式の導出）
図７は、き裂先端から展開するｘｙ直交座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、開口モードＩとせん断モードＩＩの２つのモードを考える。
それぞれのモードを受ける材料のき裂先端周辺のひずみ分布式は、図７に示すように、ｘｙの直行座標系において、一般にき裂先端からの距離ｒの級数展開式として与えられている。応力拡大係数は、ひずみ分布式の係数として現れる。
図８は、き裂先端から展開するｒθ極座標系を示す説明図である。
本発明のひずみゲージでは、従前のゲージとは異なり、き裂先端を中心とした放射方向のひずみを測定するため、図８に示すようにひずみ分布式の極座標変換を行う。
図９は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてひずみ測定を行う場合の説明図である。
極座標変換を行ったひずみ分布の２項目までと、図９に示す本発明に係るひずみゲージの形状とから、それぞれのモードでゲージグリッドが測定するひずみεG1〜εG4の算式は、開口モードＩでは数式（１０）〜数式（１３）、せん断モードＩＩでは数式（１４）〜（１７）となる。
【００９９】
【数２８】
2018169356.tif 000030
【０１００】
【数２９】
2018169356.tif 000031
【０１０１】
【数３０】
2018169356.tif 000032
【０１０２】
【数３１】
2018169356.tif 000033
【０１０３】
【数３２】
2018169356.tif 000034
【０１０４】
【数３３】
2018169356.tif 000035
【０１０５】
【数３４】
2018169356.tif 000036
【０１０６】
【数３５】
2018169356.tif 000037
【０１０７】
ここで、簡単化するために、以下のように置き換える。但し、Ｅは、縦弾性係数とし、νは、ポアッソン比とする。
【０１０８】
【数３６】
2018169356.tif 000038
【０１０９】
【数３７】
2018169356.tif 000039
【０１１０】
【数３８】
2018169356.tif 000040
【０１１１】
【数３９】
2018169356.tif 000041
【０１１２】
【数４０】
2018169356.tif 000042
【０１１３】
上式に示すとおり、Ｆ１、Ｊ１は、材料固有の縦弾性係数Ｅとポアソン比νによって決まる値であり、上述のとおり、Ｆ１を開口モードの材料定数、Ｊ１をせん断モードの材料定数と呼称する。
また、Ｑ１とＱ２は、ひずみゲージグリッドの形状によって決まる値であり、上述のとおり、Ｑ１をひずみゲージグリッドの形状定数１、Ｑ２をひずみゲージグリッドの形状定数２と呼称する。
Ｆ２、Ｂ０は、以下の導出で最終的に消去するため、詳細説明は省略する。
【０１１４】
（開口モードＩとせん断モードＩＩとの重ね合わせ）
一般に、き裂は、開口モードＩとせん断モードＩＩとが合わさった混合モードとしてのひずみを受けると考えられるため、以下では、ひずみεＧ１〜εＧ４について、開口モードＩとせん断モードＩＩとの重ね合わせを行う場合を説明する。
この場合は、数式（１９）〜（２２）が得られる。
εＧ１＝Ｆ１ＫＩＱ１＋Ｆ２Ｂ０＋Ｊ１ＫＩＩＱ１              （１９）
εＧ２＝Ｆ１ＫＩＱ１＋Ｆ２Ｂ０−Ｊ１ＫＩＩＱ１              （２０）
εＧ３＝Ｆ１ＫＩＱ２＋Ｆ２Ｂ０＋Ｊ１ＫＩＩＱ２              （２１）
εＧ４＝Ｆ１ＫＩＱ２＋Ｆ２Ｂ０−Ｊ１ＫＩＩＱ２              （２２）
開口モードＩの応力拡大係数ＫＩは、数式演算で示すと、数式（１９）＋数式（２０）から、数式（２１）＋数式（２２）を引き算し、その結果をＫＩについて整理することで数式（６）のように得られる。
【０１１５】
【数４１】
2018169356.tif 000043
【０１１６】
また、せん断モードＩＩの応力拡大係数ＫＩＩは、数式（１９）から数式（２０）を引き算し、その結果をＫＩＩについて整理することで数式（１）が得られる。
【０１１７】
【数４２】
2018169356.tif 000044
【０１１８】
また、せん断モードＩＩの応力拡大係数ＫＩＩは、数式演算で示すと、数式（１９）＋数式（２１）から数式（２０）＋数式（２２）を引き算し、その結果をＫＩＩについて整理することで数式（４）のように得られる。
【０１１９】
【数４３】
2018169356.tif 000045
【０１２０】
図１０は、本発明に係る応力拡大係数測定用ひずみゲージおよび応力拡大係数算出方法を用いて応力拡大係数を算出するまでの手順を示すフローチャート図である。
図１０に示す算出手順において、各処理ブロックでの演算は、付記の図面および数式を参照して行うものとする。
本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々に変形して実施をすることができる。
例えば、軸中心Ｏから半径ｒ３、ｒ４よりも、さらに外側に半径ｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８・・・等のように第６ゲージグリッド部、第７ゲージグリッド部をさらに増設するようにしてもよい。
次に、本発明のき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた場合のき裂発見から対処までの流れを図１１〜図１４を参照して説明する。
図１１は、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いた疲労き裂評価の流れを示すフローチャートである。
【０１２１】
図１２は、き裂が、き裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの軸中心から始まって、第１のき裂検知パターンを経て、第２のき裂検知パターンまで及んだ状態を示す平面図である。
図１３は、応力拡大係数算出と同じ測定系を使用し、第１および第２のき裂検知パターンがそれぞれ接続された第１および第３のひずみゲージのひずみ出力を、ひずみ測定器のインターバル機能を用い、一定のインターバル毎に測定した結果を示すタイミングチャートである。
図１４は、き裂の進展と構造物の強度との関係を示す特性図であり、本発明に係るき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージを用いてき裂検知による実測の結果を太線の破線で示し、き裂進展予測の結果を細線の破線で示す。
図１１において、先ず、被測定対象物（構造物）に生じたき裂を、例えば、定期的な目視検査や渦流探傷試験などの非破壊検査によって発見する（ステップ１）。
【０１２２】
次いで、発見したき裂の先端に対して、例えば、図１〜図４のひずみゲージの、軸中心Ｏを合わせて接着、その他の手段により添着する。
その状態で例えば、図５に示すように、第１〜第４のひずみゲージ（ゲージグリッド部）それぞれを一辺に挿入したホイートストンブリッジ回路ＢＣをひずみ測定器Ｍに接続し、構造物が受ける荷重変化に伴って、第１のひずみゲージ〜第４のひずみゲージそれぞれで検出されるひずみを測定する。測定した４つのひずみを用いて、所定の演算式により応力拡大係数を算出する（ステップＳ２）。
き裂進展予測には、応力拡大係数の変動幅ΔＫを用いる。
応力拡大係数の変動幅ΔＫとき裂進展速度の関係は、材料毎に変わるが、その一例を示せば図１８のように表れる。
【０１２３】
図１８のグラフに示すように、ΔＫｔｈは下限界値、ΔＫｃは、上限界値である。
ここで、ΔＫ＜ΔＫｔｈのときは、き裂は進展しないと判断される。
また、変動幅ΔＫが、ΔＫｔｈ＜ΔＫ＜ΔＫｃのときは、ΔＫの増加に伴いき裂進展速度は、逐次増加すると判断される。
そして、ΔＫが、ΔＫ＞ΔＫｃとなると、一気にき裂が進展するものと判断される。
このようにして、「き裂の安全性評価」が行われる（ステップＳ３）。
ステップＳ４において、上述した応力拡大係数の変動幅ΔＫが、ΔＫｃより大きくなると、「補修が必要あり」と判断される（ステップＳ５）、直ちに補修が行われる（ステップＳ６）。
上記のステップＳ３で、ΔＫが
ΔＫ＜ΔＫｔｈおよびΔＫｔｈ＜ΔＫ＜ΔＫｃ
のとき、補修は、必要はなしと判断される（ステップＳ７）が、き裂の進展が生じるおそれがあるため経過観察が行われる（ステップＳ８）。
【０１２４】
その経過観察の中で、本発明に係るき裂検知パターンＬ１、Ｌ２の断裂の検知も、応力拡大係数の算出に用いられたひずみ測定器を用いて、行われる。
そして、図３〜図４に示される第１のき裂検知パターンＬ１と、第２のき裂検知パターンＬ２の断裂のタイミングを計測し、き裂の進展速度を算出する（ステップＳ９）。
そのき裂の進展速度とき裂進展長さに応じて、補修が必要か否かの判断がなされる（ステップＳ９）。
上記ステップＳ８〜Ｓ９について、図１２〜図１４を参照してより詳しく説明する。
図１２に示すように、き裂の先端にき裂監視機能を備えた応力拡大係数測定用ひずみゲージの軸中心Ｏを合わせて接着した時点をｔ０とする。
図１３のタイミングチャートと併せて参照して説明すると、き裂が進展し、第１のき裂パターンＬ１を横切ると、第１のき裂検知パターンＬ１が時点ｔ１で断線し、第２のひずみゲージＳ２のひずみ出力が断線を示す値、例えば、「ひずみ出力＝９９９９９９」を示し、き裂の進展を検知することができる。
【０１２５】
き裂検知後、第１のき裂検知パターンＬ１の位置寸法から求められるき裂進展長さを、モニタリング開始からき裂検知パターンＬ１までの時間で除すことで、き裂進展速度を求める。
同様にして、き裂が第２のき裂検知パターンＬ２を時点ｔ２で横切りと、第２のき裂検知パターンＬ２が断線し、第３のひずみ出力が断線を示す値、例えば、ひずみ測定器ではひずみ出力が「９９９９９９」を示し、き裂の進展を検知することができる。
この状態を図１３で見ると、モニタリング開始時点ｔ０から第１のき裂検知パターンＬ１が断線する時点ｔ１までの時間およびモニタリング開始時点ｔ０から、第２のき裂検知パターンＬ２の断線時点ｔ２までの時間が計測されるので、軸中心Ｏから、第１のき裂検知パターンＬ１までの拒離および第２のき裂検知パターンＬ２までの拒離を上記計測された時間でそれぞれ除すことで、き裂進展速度が求められる。
モニタリングでは、応力拡大係数算出のための測定系を使用し、第１および第２のき裂検知パターンＬ１およびＬ２がそれぞれ接続された第２および第３のひずみゲージＳ２およびＳ３のひずみ出力を、ひずみ測定器のインターバル機能を使い、一定のインターバル毎（例えば、１日毎）に測定する。
【０１２６】
上述のようにして得られたき裂進展状態から、再度健全性評価を行うことで再び処置判断を行う。
応力拡大係数の変動幅△Ｋのみで、き裂の進展状態を予測する場合、例えば、図１４のグラフから分かるように、細い破線で示すような特性を示すが、き裂検知による実測の結果では、太線の破線で示すように異なった結果となる。
即ち、き裂検知パターンを設けることで健全性の評価をより適切に行うことができるようになる。
しかも、き裂検知パターンを応力拡大係数測定用ひずみゲージの機能を損なうことなく、共通の絶縁基板上に一体的に配列可能とし、モニタリング用のひずみゲージを張り替える手間をかけることがないので、コスト削減効果は、多大である。
また、本発明によれば、被測定対象物の材質が異なっても、さらには、負荷（外力）に周期性がない場合であっても、き裂の進展状態を正確に把握することができ、例えば、健全性の評価において、安全に継続使用が可能な第１の段階にあるのか、緊急に補修・取替えが必要な第３の段階にあるのか、それとも上記２つの段階の中間の第２の段階にあって補修・取替えの必要性を的確に把握でき、安全を重視するあまり、補修を早目に行うなどの不経済性を是正することができる。
【０１２７】
なお、本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形実施することができる。
例えば、上述した実施の形態においては、第１のき裂検知パターンＬ１を第２のゲージグリッドＧ２に連接したが、第１のゲージグリッドＧ１に連接するようにしてもよい。同様に、第２のき裂検知パターンＬ２を、第３のゲージグリッドＧ３に連接したが、第４のゲージグリッドＧ４に連接するようにしてもよい。
また、第１および第２の実施の形態においては、第１〜第４のゲージグリッドＧ１〜Ｇ４を備え、第１および第２のき裂検知パターンＬ１およびＬ２を備えたものについて説明したが、図２に示す基本形態のように、第１のゲージグリッドＧ１と第２のゲージグリッドＧ２および第１のき裂検知パターンＬ１だけで構成してもよい。
但し、健全性評価能力の面においては、上記第１および第２の実施形態の方が優れている、ということができる。
また、第１および第２のき裂検知パターンの形状や配設位置は、上述した実施の形態に示すものに限定されるものではなく、要は、第１および第２のゲージグリッドと共に絶縁基板上にあって、軸中心Ｏから一定の半径上にあって且つ第１および第２のゲージグリッドの内側近傍に円弧状に配置すればよい。
【符号の説明】
【０１２８】
ＯＲ１  第１の放射軸
ＯＲ２  第２の放射軸
ＯＸ  基準軸
Ｏ  軸中心
Ｃ１  第１の円弧部
Ｃ２  第２の円弧部
Ｃ３  第３の円弧部
Ｃ４  第４の円弧部
Ｇ１〜Ｇ４  第１〜第４のゲージグリッド部
Ｓ１〜Ｓ４  第１〜第４のひずみゲージ
ｒ１〜ｒ４  軸中心Ｏからの半径
Ｔ１−１、Ｔ１−２  第１の接続端子
Ｔ２−１、Ｔ２−２  第２の接続端子
Ｔ３−１、Ｔ３−２  第３の接続端子
Ｔ４−１、Ｔ４−２  第４の接続端子
Ｒ  固定抵抗
Ｐ１〜Ｐ３  第１〜第３の試験片
Ｌ１，Ｌ２  第１、第２のき裂検知パターン
Ｔ１−１・Ｔ３−２  第１・第３の一方の接続端子
Ｔ１−２  第１の他方の接続端子
Ｔ２−１  第２の一方の接続端子
Ｔ２−２・Ｔ４−１  第２・第４の他方の接続端子
Ｔ４−２  第４の一方の接続端子
Ｔ３−１  第３の他方の接続端子
ＢＣ  ホイートストンブリッジ
Ｍ  ひずみ測定器
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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