(57)【要約】【課題】測定対象物への着脱を容易に行うことができる歪センサを提供する。【解決手段】一実施形態に係る歪センサは、測定対象物Ｔの歪みを検出する歪ゲージと、歪ゲージが検出した歪みを信号として伝送する信号線３とを備えた歪センサ１である。歪センサ１は、歪ゲージが固定される第１固定部材１０と、第１固定部材１０と測定対象物Ｔとの間に介在し、測定対象物Ｔに固定されると共に、第１固定部材１０を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材２０と、を備える。第１固定部材１０は、第２固定部材２０側に凹部を有し、第２固定部材２０は、第１固定部材１０の凹部が固定される凸部２１を有し、凹部及び凸部２１は、歪ゲージから見て信号線３が延びる第１方向Ｄ１の一方側及び他方側のそれぞれに設けられており、凹部の表面、及び凸部２１の表面は、互いに密着する密着面を含む。【選択図】図２
2018115958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の歪みを検出する歪ゲージと、前記歪ゲージが検出した歪みを信号として伝送する信号線とを備えた歪センサであって、
前記歪ゲージが固定される第１固定部材と、
前記第１固定部材と前記測定対象物との間に介在し、前記測定対象物に固定されると共に、前記第１固定部材を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材と、
を備え、
前記第１固定部材は、前記第２固定部材側に凹部及び凸部の一方を有し、
前記第２固定部材は、前記一方が固定される凹部及び凸部の他方を有し、
前記凹部及び凸部は、前記歪ゲージから見て前記信号線が延びる第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに設けられており、
前記凹部の表面、及び前記凸部の表面は、互いに密着する密着面を含む、
歪センサ。
【請求項２】
前記第１固定部材は前記凹部を有し、前記第２固定部材は前記凸部を有する、
請求項１に記載の歪センサ。
【請求項３】
前記凹部の底部の面積は、前記凸部の頂部の面積よりも小さい、
請求項１又は２に記載の歪センサ。
【請求項４】
前記第１方向、及び、前記第１固定部材と前記第２固定部材が積層する第２方向に延びる平面で切断した断面において、前記密着面は、前記第１方向及び前記第２方向に対して傾斜する傾斜面である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪センサ。
【請求項５】
前記傾斜面は、一つの前記凹部及び凸部において、前記第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに設けられる、
請求項４に記載の歪センサ。
【請求項６】
前記第１固定部材の線膨張係数をａ、前記第２固定部材の線膨張係数をｂ、前記測定対象物の線膨張係数をｃ、としたときに、
０．６ｃ≦ａ≦１．４ｃ、且つ０．６ｃ≦ｂ≦１．４ｃ、
を満たす請求項１〜５のいずれか一項に記載の歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、測定対象物の歪みを検出するひずみ計測器が記載されている。このひずみ計測器は、測定対象物に接触するひずみゲージと、ひずみゲージを測定対象物に押し当てる押し当て面を有する保持部材と、保持部材を測定対象物に吸着させる磁石とを備えている。ひずみゲージは、測定対象物と押し当て面との間に介在する。保持部材が磁石によって測定対象物に吸着されたときに、ひずみゲージは測定対象物に密着且つ圧接された状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１４４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したひずみ計測器では、磁力によってひずみゲージが測定対象物に密着する。しかしながら、この磁力を用いたひずみ計測器では、ひずみゲージを測定対象物に強固に密着できない場合があり、測定対象物が磁石に吸着しない材料で構成される場合には使用できない。また、前述のひずみ計測器は、磁力によって測定対象物への着脱を行うため、測定対象物から容易に取り外すことができない場合がある。従って、ひずみゲージの測定対象物への着脱を容易に行えないという現状がある。
【０００５】
本発明は、測定対象物への着脱を容易に行うことができる歪センサ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】
本発明の一側面に係る歪センサは、測定対象物の歪みを検出する歪ゲージと、歪ゲージが検出した歪みを信号として伝送する信号線とを備えた歪センサであって、歪ゲージが固定される第１固定部材と、第１固定部材と測定対象物との間に介在し、測定対象物に固定されると共に、第１固定部材を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材と、を備え、第１固定部材は、第２固定部材側に凹部及び凸部の一方を有し、第２固定部材は、一方が固定される凹部及び凸部の他方を有し、凹部及び凸部は、歪ゲージから見て信号線が延びる第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに設けられており、凹部の表面、及び凸部の表面は、互いに密着する密着面を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、測定対象物への着脱を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る歪センサの第１固定部材を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１の歪センサの第１固定部材及び第２固定部材を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、信号線と上部筐体の信号線挿通部とを示す図である。
【図４】図４は、第１固定部材の凹部及び第２固定部材の凸部を示す断面図である。
【図５】図５は、図４の凹部及び凸部を拡大した断面図である。
【図６】図６は、図５とは異なる方向から凹部及び凸部を切断したときの断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る第１固定部材及び第２固定部材を示す断面図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る第１固定部材及び第２固定部材を示す断面図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る第１固定部材及び第２固定部材を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第５実施形態に係る第１固定部材及び第２固定部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本発明の一側面に係る歪センサは、測定対象物の歪みを検出する歪ゲージと、歪ゲージが検出した歪みを信号として伝送する信号線とを備えた歪センサであって、歪ゲージが固定される第１固定部材と、第１固定部材と測定対象物との間に介在し、測定対象物に固定されると共に、第１固定部材を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材と、を備え、第１固定部材は、第２固定部材側に凹部及び凸部の一方を有し、第２固定部材は、一方が固定される凹部及び凸部の他方を有し、凹部及び凸部は、歪ゲージから見て信号線が延びる第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに設けられており、凹部の表面、及び凸部の表面は、互いに密着する密着面を含む。
【００１０】
本発明の一側面に係る歪センサは、測定対象物の歪みを検出する歪ゲージが固定される第１固定部材と、第１固定部材と測定対象物との間において、測定対象物に固定されると共に、第１固定部材を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材と、を備えている。よって、測定対象物に固定される第２固定部材に対し、歪ゲージが固定された第１固定部材は、機械的且つ着脱可能に固定される。従って、歪ゲージの測定対象物への着脱を容易に行うことができる。また、第１固定部材は第２固定部材側に凹部及び凸部の一方を有し、第２固定部材は凹部及び凸部の他方を有し、凹部の表面、及び凸部の表面には、互いに密着する密着面が設けられる。よって、密着面で密着した状態で凹部と凸部が互いに固定されることによって、第２固定部材に第１固定部材が固定される。このように、密着面、凹部及び凸部を介して第２固定部材に第１固定部材が固定されるので、第２固定部材に第１固定部材を強固に固定することができる。従って、測定対象物に第２固定部材、第１固定部材及び歪ゲージを強固に固定することができるので、歪ゲージの測定精度を高めることができる。
【００１１】
（２）また、第１固定部材は前述の凹部を有し、第２固定部材は前述の凸部を有してもよい。このように、測定対象物側に位置する第２固定部材が凸部を有し、測定対象物の反対側に位置する第１固定部材が凹部を有することにより、第２固定部材の厚さを薄くすることができる。従って、測定対象物に固定される第２固定部材を小さくすることができると共に、コストを抑えることができる。
【００１２】
（３）凹部の底部の面積は、凸部の頂部の面積よりも小さくてもよい。この場合、凹部と凸部との間に空隙と密着面の両方を形成することができる。従って、当該空隙で第１固定部材を第２固定部材に機械的に固定させたときに、密着面において凹部の表面と凸部の表面とを互いに強く押圧することができるので、凹部及び凸部を密着面を介して強固に固定することができる。従って、歪ゲージの測定精度をより高めることができる。
【００１３】
（４）第１方向、及び、第１固定部材と第２固定部材が積層する第２方向に延びる平面で切断した断面において、密着面は、第１方向及び第２方向に対して傾斜する傾斜面であってもよい。この場合、傾斜面を介して第２固定部材に第１固定部材が固定されるので、第２固定部材に対する第１固定部材の滑りを抑制することができる。また、密着面が傾斜面であることにより、凹部及び凸部に対する剪断応力を分散することができるので、凹部及び凸部の摩耗を抑制することができる。
【００１４】
（５）傾斜面は、一つの凹部及び凸部において、第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに設けられてもよい。この場合、一つの凹部及び凸部において、第１方向の一方側及び他方側のそれぞれに傾斜面が設けられるので、第２固定部材に対する第１固定部材の固定を安定させることができる。
【００１５】
（６）また、前述の歪センサは、第１固定部材の線膨張係数をａ、第２固定部材の線膨張係数をｂ、測定対象物の線膨張係数をｃ、としたときに、０．６ｃ≦ａ≦１．４ｃ、且つ０．６ｃ≦ｂ≦１．４ｃ、を満たしてもよい。この場合、第１固定部材の線膨張係数、及び第２固定部材の線膨張係数は、測定対象物の線膨張係数の±４０％以内となる。よって、測定対象物に伸び歪みが生じたときに、第１固定部材及び第２固定部材にも同様に伸び歪みが生じる。従って、測定対象物からの歪センサの剥離を抑制することができる。
【００１６】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る歪センサの具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、後述する例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。以下では、図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る歪センサの第１固定部材の分解斜視図である。図２は、図１の歪センサの第１固定部材及び第２固定部材を示す分解斜視図である。本実施形態に係る歪センサ１は、歪みを測定する測定対象物Ｔに取り付けられる。測定対象物Ｔは、例えば、橋梁又はビル等の構造物の梁又は柱であり、鉄鋼、銅、又はコンクリートによって構成されている。歪センサ１は、測定対象物Ｔに付与された応力を感知する応力感知部である歪ゲージ２と、歪ゲージ２から延びる信号線３を備える。測定対象物Ｔで歪みが生じると、歪ゲージ２が当該歪みを検出し、歪ゲージ２が検出した歪みは信号として信号線３により伝送される。
【００１８】
例えば、歪センサ１は、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）センサである。本実施形態において、歪ゲージ２はＦＢＧであり、信号線３は光ファイバである。信号線３に光信号が伝送する状態において、歪ゲージ２は特定の波長の光を反射するが、測定対象物Ｔで歪みが生じると、歪ゲージ２が反射する光の波長が変化する。歪ゲージ２は信号線３の一部に形成されている。歪センサ１は、例えば、上記の光の波長変化を検出することによって測定対象物Ｔの歪みを検出する。
【００１９】
歪センサ１は、全体として一方向に延びる形状とされており、歪ゲージ２及び信号線３は、歪センサ１の長手方向に沿って配置されている。以下の説明では、歪センサ１の長手方向を第１方向Ｄ１、測定対象物Ｔに対して歪センサ１が乗せられる方向を第２方向Ｄ２、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の両方に垂直な方向（歪センサ１の幅方向）を第３方向Ｄ３、として説明する。但し、これらの方向は、説明の便宜上定めたものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２０】
歪ゲージ２は、例えば、紫外線が照射されることによって形成された規則的な縞を有し、一定周期の回折格子を形成している。信号線３に光が入射すると、上記の縞の周期（屈折率）に合う波長の光だけが反射する。この縞の周期は歪みによって伸縮するので、歪ゲージ２で反射する光の波長は変化することとなる。
【００２１】
歪センサ１は、前述した歪ゲージ２及び信号線３と、歪ゲージ２が固定される第１固定部材１０と、測定対象物Ｔ及び第１固定部材１０の間に介在する一対の第２固定部材２０と、を備えている。第１固定部材１０の材料、及び第２固定部材２０の材料は、測定対象物Ｔの材料と同一であってもよい。この場合、測定対象物Ｔが温度変化等によって伸縮しても、第１固定部材１０及び第２固定部材２０を同じように伸縮させることが可能である。
【００２２】
また、第１固定部材１０の材料、及び第２固定部材２０の材料は、測定対象物Ｔの材料と異なっていてもよい。ここで、第１固定部材１０の線膨張係数をａ、第２固定部材２０の線膨張係数をｂ、測定対象物Ｔの線膨張係数をｃとすると、０．６ｃ≦ａ≦１．４ｃ、且つ０．６ｃ≦ｂ≦１．４ｃ、を満たしている。一例として、第１固定部材１０、第２固定部材２０及び測定対象物Ｔは、鉄又は鉄系合金で構成されており、この場合、上記ａ、ｂ及びｃの値は、８.０×１０-6以上且つ１４.０×１０-6以下である。
【００２３】
第１固定部材１０は、上側筐体１１と下側筐体１２とを含む。上側筐体１１及び下側筐体１２の間には気密部材３１が配置されている。気密部材３１は、歪ゲージ２への気体の侵入を防止する。気密部材３１は、例えば、弾性材料によって構成されており、気密部材３１のヤング率は、上側筐体１１のヤング率、及び下側筐体１２のヤング率、のいずれよりも小さい。気密部材３１は、例えばゴムパッキンである。気密部材３１は、第１方向Ｄ１に延びる矩形枠状とされている。
【００２４】
上側筐体１１及び下側筐体１２は、第１方向Ｄ１に延びる長尺状とされている。上側筐体１１は、第１方向Ｄ１の両端に位置する筒状の信号線挿通部１１ａと、２つの信号線挿通部１１ａの間に位置する一対の幅広部１１ｂと、２つの幅広部１１ｂの間に位置する幅狭部１１ｃとを有する。
【００２５】
各信号線挿通部１１ａは、各幅広部１１ｂから第１方向Ｄ１の外側に延び出している。信号線挿通部１１ａには、信号線３を通す挿通孔１１ｅが第１方向Ｄ１に沿って延びている。図３に示されるように、挿通孔１１ｅの内周面と信号線３の外周面との間には、気密部材３２が充填されている。気密部材３２は、例えば樹脂製の接着剤であり、歪ゲージ２への気体の侵入を防止する。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、幅広部１１ｂは、略長方形状とされており、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延在している。幅広部１１ｂには、第２方向Ｄ２に貫通する貫通孔１１ｄが形成されている。貫通孔１１ｄには下側からネジＮ１が挿通され、貫通孔１１ｄに挿通されたネジＮ１は、例えば、上側筐体１１の上側においてナットＮ２にねじ込まれる。
【００２７】
このようにネジＮ１がナットＮ２にねじ込まれることにより、上側筐体１１及び下側筐体１２が互いに接合する。一例として、貫通孔１１ｄは、信号線３から見て第３方向Ｄ３の一方側及び他方側のそれぞれに設けられる。幅広部１１ｂに設けられた一対の貫通孔１１ｄは、例えば、信号線３に対して互いに対称となる位置に形成されている。
【００２８】
下側筐体１２は、第１方向Ｄ１の両端に位置する一対の幅広部１２ａと、２つの幅広部１２ａの間に位置する幅狭部１２ｂとを有する。各幅広部１２ａは、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延びる長方形状とされている。幅狭部１２ｂは、第１方向Ｄ１に長く延びる長方形状とされている。幅狭部１２ｂの長さ及び幅は、上側筐体１１の幅狭部１１ｃの長さ及び幅と略同一とされており、幅狭部１２ｂの上面に幅狭部１１ｃが乗せられる。
【００２９】
幅広部１２ａの第３方向Ｄ３の幅は、幅広部１１ｂの第３方向Ｄ３の幅と略同一である。また、幅広部１２ａの第１方向Ｄ１の長さは、幅広部１１ｂの第１方向Ｄ１の長さよりも長い。下側筐体１２の上面に上側筐体１１が乗せられた状態では、幅広部１２ａが幅広部１１ｂよりも第１方向Ｄ１の両端側に張り出している。このように、下側筐体１２は、上側筐体１１よりも第１方向Ｄ１の両端側に張り出す張り出し部１２ｆを有する。
【００３０】
幅広部１２ａには、第２方向Ｄ２に貫通すると共にネジＮ１が挿通される貫通孔１２ｇが形成されており、貫通孔１２ｇの位置は、上側筐体１１の貫通孔１１ｄの位置に対応している。すなわち、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３における貫通孔１２ｇの位置は、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３における貫通孔１１ｄの位置と同一である。よって、貫通孔１２ｇに下側から挿通されたネジＮ１は、貫通孔１１ｄに挿通されて上側筐体１１の上側のナットＮ２にねじ込まれる。
【００３１】
第２固定部材２０は、第１固定部材１０の張り出し部１２ｆの測定対象物Ｔ側に設けられる。第２固定部材２０は、測定対象物Ｔに密着した状態で固定される。第２固定部材２０は、例えば、接着又は溶接によって、測定対象物Ｔに強固に固定される。また、第２固定部材２０は、例えば、トルクレンチでボルトを締め付けることによって、測定対象物Ｔに強固に固定されてもよい。第２固定部材２０は第１方向Ｄ１に沿って一対に設けられており、各第２固定部材２０は、第１固定部材１０側から見たときに角部が湾曲した角丸長方形状とされており、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延びる板状とされている。
【００３２】
第２固定部材２０は、第１固定部材１０側に突出する凸部２１を備えている。各凸部２１は、例えば、第２固定部材２０の上面２０ａから截頭四角錐台形状に突出している。各凸部２１は、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延在する平坦状の頂部２１ａと、頂部２１ａと上面２０ａの間において傾斜する平坦状の傾斜面２１ｂとを有する。頂部２１ａ及び上面２０ａに対する傾斜面２１ｂの傾斜角度は、例えば４５°であるが、０°より大きく且つ９０°より小さければ４５°に限られず適宜変更可能である。
【００３３】
頂部２１ａは第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延びる長方形状とされており、頂部２１ａの中央部分には上からボルトＢがねじ込まれるネジ穴２１ｃが設けられている。傾斜面２１ｂは、頂部２１ａに対して第１方向Ｄ１に一対に設けられる第１傾斜面２１ｄと、頂部２１ａに対して第３方向Ｄ３に一対に設けられる第２傾斜面２１ｅとを含んでいる。
【００３４】
図４は、第１固定部材１０（下側筐体１２）及び第２固定部材２０の凸部２１を、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に延びる平面に沿って切断したときの断面を示している。図２及び図４に示されるように、第１固定部材１０は、第２固定部材２０側に、第１方向Ｄ１の一方側及び他方側のそれぞれに設けられた凹部１３を有する。
【００３５】
各凹部１３は、凸部２１と相似形状とされている。よって、各凹部１３は、第１固定部材１０の下面１０ａから截頭四角錐台形状に窪んでいる。各凹部１３は、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に延在する平坦状の底部１３ａと、底部１３ａと下面１０ａとの間において傾斜する平坦状の傾斜面１３ｂとを有する。
【００３６】
傾斜面１３ｂは、凸部２１の第１傾斜面２１ｄ及び第２傾斜面２１ｅと同様、第１傾斜面１３ｄ及び第２傾斜面１３ｅ（図６参照）を含んでいる。底部１３ａは、その中央部分に、ボルトＢが挿通される貫通孔１３ｃを有する。ボルトＢが貫通孔１３ｃに挿通されてネジ穴２１ｃにねじ込まれることにより、第２固定部材２０に第１固定部材１０が機械的且つ着脱可能に固定される。このようにボルトＢ及びネジ穴２１ｃは、第１固定部材１０を第２固定部材２０に機械的且つ着脱可能に固定する機械的結合手段に相当する。
【００３７】
図５は、凹部１３及び凸部２１を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に延びる平面に沿って切断したときの断面を示している。図６は、凹部１３及び凸部２１を第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に延びる平面に沿って切断したときの断面を示している。図５及び図６に示されるように、凹部１３の底部１３ａの面積は、凸部２１の頂部２１ａの面積よりも小さい。
【００３８】
上記のように、凹部１３の底部１３ａの面積が凸部２１の頂部２１ａの面積よりも小さいことにより、凸部２１の上に凹部１３を乗せたときに、底部１３ａと頂部２１ａとの間に空隙Ｃが形成される。また、凸部２１の上に凹部１３を乗せたときに、凹部１３の第１傾斜面１３ｄと凸部２１の第１傾斜面２１ｄとは密着し、且つ、凹部１３の第２傾斜面１３ｅと凸部２１の第２傾斜面２１ｅとが密着する。
【００３９】
このように、凹部１３の傾斜面１３ｂ、及び凸部２１の傾斜面２１ｂは、互いに密着する密着面Ｓ１を成している。底部１３ａと頂部２１ａの間に空隙Ｃが形成されると共に、傾斜面１３ｂと傾斜面２１ｂが密着面Ｓ１を形成することにより、上からボルトＢを貫通孔１３ｃ及びネジ穴２１ｃに挿入してボルトＢをネジ穴２１ｃにねじ込むときに、密着面Ｓ１で凹部１３を凸部２１に強固に密着させることが可能となる。
【００４０】
次に、本実施形態に係る歪センサ１によって得られる作用効果について説明する。
【００４１】
歪センサ１は、測定対象物Ｔの歪みを検出する歪ゲージ２が固定される第１固定部材１０と、第１固定部材１０と測定対象物Ｔとの間において、測定対象物Ｔに固定されると共に、第１固定部材１０を機械的且つ着脱可能に固定する第２固定部材２０と、を備えている。よって、測定対象物Ｔに固定される第２固定部材２０に対し、歪ゲージ２が固定された第１固定部材１０は、機械的且つ着脱可能に固定される。従って、歪ゲージ２の測定対象物Ｔへの着脱を容易に行うことができ、歪ゲージ２及び第１固定部材１０を再利用して使い回すことができる。
【００４２】
また、第１固定部材１０は、第２固定部材２０側に凹部１３を有し、第２固定部材２０は、凹部１３が固定される凸部２１を有し、凹部１３の表面、及び凸部２１の表面には、互いに密着する密着面Ｓ１が設けられる。よって、凹部１３の表面と凸部２１の表面とに設けられた密着面Ｓ１で互いに密着した状態で凹部１３と凸部２１が互いに固定されることによって、第２固定部材２０に第１固定部材１０が固定される。このように、密着面Ｓ１、凹部１３及び凸部２１を介して第２固定部材２０に第１固定部材１０が固定されるので、ボルトＢのねじ込みにより第２固定部材２０に第１固定部材１０を強固に固定することができる。従って、測定対象物Ｔに第２固定部材２０、第１固定部材１０及び歪ゲージ２を強固に固定することができるので、歪ゲージ２の測定精度を高めることができる。
【００４３】
また、測定対象物Ｔ側に位置する第２固定部材２０が凸部２１を有し、測定対象物Ｔの反対側に位置する第１固定部材１０が凹部１３を有することにより、第２固定部材２０の全体としての厚さを薄くすることができる。従って、測定対象物Ｔに固定される第２固定部材２０を小さくすることができると共に、コストを抑えることができる。
【００４４】
また、第１固定部材１０における凹部１３の底部１３ａの面積は、第２固定部材２０における凸部２１の頂部２１ａの面積よりも小さい。よって、凹部１３と凸部２１との間に空隙Ｃと密着面Ｓ１の両方を形成することができる。従って、空隙ＣでボルトＢをねじ込むときに、密着面Ｓ１において凹部１３の表面を凸部２１の表面に強く押圧することができるので、凹部１３及び凸部２１を密着面Ｓ１を介して強固に固定することができる。従って、歪ゲージ２の測定精度をより高めることができる。
【００４５】
また、第１方向Ｄ１、及び、第１固定部材１０と第２固定部材２０が積層する第２方向Ｄ２に延びる平面で切断した断面において、密着面Ｓ１は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に対して傾斜する第１傾斜面１３ｄ，２１ｄを含む。従って、第１傾斜面１３ｄ，２１ｄを介して第２固定部材２０に第１固定部材１０が固定されるので、第２固定部材２０に対する第１固定部材１０の滑りを抑制することができる。また、密着面Ｓ１が第１傾斜面１３ｄ，２１ｄを含むことにより、凹部１３及び凸部２１に対する剪断応力を分散することができるので、凹部１３及び凸部２１の摩耗を抑制することができる。
【００４６】
また、第１傾斜面１３ｄ，２１ｄは、一つの凹部１３及び凸部２１において、第１方向Ｄ１の一方側及び他方側のそれぞれに一対に設けられる。従って、一つの凹部１３及び凸部２１において、第１方向Ｄ１の一方側及び他方側のそれぞれに第１傾斜面１３ｄ，２１ｄが設けられるので、第２固定部材２０に対する第１固定部材１０の固定を安定させることができる。
【００４７】
また、歪センサ１は、第１固定部材１０の線膨張係数をａ、第２固定部材２０の線膨張係数をｂ、測定対象物Ｔの線膨張係数をｃ、としたときに、０．６ｃ≦ａ≦１．４ｃ、且つ０．６ｃ≦ｂ≦１．４ｃ、を満たしている。第１固定部材１０の線膨張係数、及び第２固定部材２０の線膨張係数は、測定対象物Ｔの線膨張係数の±４０％以内である。従って、温度変化等によって測定対象物Ｔに伸び歪みが生じたときに、第１固定部材１０及び第２固定部材２０にも同様に伸び歪みが生じる。よって、測定対象物Ｔからの歪センサ１の剥離を抑制することができる。
【００４８】
更に、歪センサ１は、歪ゲージ２への気体の侵入を防止する気密部材３１，３２を備える。従って、歪ゲージ２への気体の侵入が気密部材３１，３２によって防止されるので、気体に含有される水分の歪ゲージ２への侵入を防止できる。このように歪ゲージ２への水分の侵入を防止することにより、信号線３の信号の品質が劣化（光損失が増加）したり、歪ゲージ２の機械強度が低下したりする要因を排除することができる。よって、歪み検出の信頼性を高めることができる。
【００４９】
また、第１固定部材１０は、歪ゲージ２が固定される下側筐体１２と、歪ゲージ２及び信号線３の一部を被覆する上側筐体１１と、を含んでおり、気密部材３１は、下側筐体１２と上側筐体１１の間に配置される。従って、上側筐体１１と下側筐体１２の間への気体の侵入を防止することができる。
【００５０】
また、第１固定部材１０は、信号線３を通す挿通孔１１ｅを有し、気密部材３２は、挿通孔１１ｅに通された信号線３の外周面と挿通孔１１ｅの内周面との間への気体の侵入を防止する。従って、信号線３と挿通孔１１ｅとの間の気密性を確保することができる。なお、気密部材３２は、信号線３の外周面と挿通孔１１ｅの内周面との間以外の場所に設けられてもよい。また、挿通孔１１ｅは、上側筐体１１に設けられているので、下側筐体１２を薄くすることができる。よって、測定対象物Ｔに生じた歪みを効率よく歪ゲージ２に伝達させることができる。
【００５１】
また、第１固定部材１０は、第１方向Ｄ１の両側に位置する２つの幅広部１１ｂ，１２ａを含んでおり、２つの幅広部１１ｂ，１２ａの間には幅狭部１１ｃ，１２ｂが設けられている。幅狭部１１ｃ，１２ｂは測定対象物Ｔに接触しないので、幅狭部１１ｃ，１２ｂに応力を集中させることができる。従って、幅狭部１１ｃ，１２ｂに設けられた歪ゲージ２に測定対象物Ｔの歪みを効率よく伝達させることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る歪センサについて説明する。以下では、第１実施形態と重複する説明を適宜省略する。図７に示されるように、第２実施形態に係る歪センサ４１は、２つの第２固定部材のうちの一方が第２固定部材２０とは異なる第２固定部材５０とされている。第２固定部材５０は、第１固定部材１０から離れる方向に長く延び出す延長部５１を備える。
【００５３】
延長部５１の第１固定部材１０側には、第１固定部材１０の凹部１３が固定される凸部２１を備える。延長部５１の第１固定部材１０との反対側には、測定対象物Ｔに固定される固定部５１ａが設けられている。また、第２固定部材２０には測定対象物Ｔに固定される固定部２２が設けられている。
【００５４】
固定部５１ａ及び固定部２２のそれぞれが対向する測定対象物Ｔの部分は、歪みを測定する測定部Ｔ１，Ｔ２に相当する。歪センサ４１のセンサ部分の長さ（第２固定部材２０及び第２固定部材５０の間隔）をＬ１、固定部５１ａと固定部２２の距離（評点距離）をＬ２とすると、測定部Ｔ１，Ｔ２間の歪み量は、Ｌ２／Ｌ１の値により比例換算して算出される。
【００５５】
以上、第２実施形態に係る歪センサ４１は、第１固定部材１０から離れる方向に延び出す延長部５１を有する第２固定部材５０を備えている。従って、第１固定部材１０を第１方向Ｄ１に長く作らなくても、互いに離間した測定部Ｔ１，Ｔ２のそれぞれに対して固定部２２，５１ａを固定させることができる。また、第２固定部材５０のように、長さ又は形状が第２固定部材２０とは異なる第２固定部材を予め用意することにより、測定部Ｔ１，Ｔ２の位置が種々異なる場合であっても、固定部を固定して測定部Ｔ１，Ｔ２間の歪みを測定することができる。すなわち、測定部Ｔ１，Ｔ２間の長さが異なる場合でも、それぞれの長さに応じた本体長を持つ歪センサ４１を別々に準備しなくてもよい。
【００５６】
（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る歪センサ６０について図８を参照しながら説明する。図８は、歪センサ６０の第１固定部材６１及び第２固定部材６２を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に延びる平面で切断したときの断面図である。図８に示されるように、第１固定部材６１は、第２固定部材６２側に凹部６１ａを有し、第２固定部材６２は凹部６１ａが固定される凸部６２ａを有する。凹部６１ａは底部６１ｂ及び側面６１ｃによって構成されており、凸部６２ａは頂部６２ｂ及び側面６２ｃによって構成されている。
【００５７】
第１実施形態では底部１３ａ及び頂部２１ａに対して第１方向Ｄ１に一対に第１傾斜面１３ｄ，２１ｄが設けられていたが、第３実施形態では底部６１ｂ及び頂部６２ｂに対して第１方向Ｄ１の一方側のみに第１傾斜面６１ｄ，６２ｄが設けられている。すなわち、側面６１ｃは、第１方向Ｄ１の一方側（端部側）に位置する第１傾斜面６１ｄと、第１方向Ｄ１の他方側に位置する直立面６１ｅとを含んでいる。側面６２ｃは、側面６１ｃと同様、第１傾斜面６２ｄと直立面６２ｅとを含んでいる。
【００５８】
凹部６１ａの第１傾斜面６１ｄ、及び凸部６２ａの第１傾斜面６２ｄは、互いに密着する密着面Ｓ２を成している。底部６１ｂと頂部６２ｂの間に空隙Ｃが形成され、直立面６１ｅ及び直立面６２ｅは互いに接触している。第１傾斜面６１ｄと第１傾斜面６２ｄが密着面Ｓ２を形成することにより、上からボルトＢを貫通孔１３ｃ及びネジ穴２１ｃに挿入してボルトＢをネジ穴２１ｃにねじ込むときに、密着面Ｓ２で凹部６１ａを凸部６２ａに強固に密着させることができる。
【００５９】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る歪センサ７０について図９を参照しながら説明する。図９は、歪センサ７０の第１固定部材７１及び第２固定部材７２を第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に延びる平面で切断したときの断面図である。前述と同様、第１固定部材７１は凹部７１ａを有し、第２固定部材７２は凸部７２ａを有しており、凹部７１ａは底部７１ｂ及び側面７１ｃによって構成されており、凸部７２ａは頂部７２ｂ及び側面７２ｃによって構成されている。
【００６０】
第４実施形態では、底部７１ｂ及び頂部７２ｂに対して第３方向Ｄ３の一方側のみに第２傾斜面７１ｄ，７２ｄが設けられている。すなわち、側面７１ｃ，７２ｃは、それぞれ、第３方向Ｄ３の一方側に位置する第２傾斜面７１ｄ，７２ｄと、第３方向Ｄ３の他方側に位置する直立面７１ｅ，７２ｅとを含んでいる。凹部７１ａの第２傾斜面７１ｄ、及び凸部７２ａの第２傾斜面７２ｄは密着面Ｓ３を成している。底部７１ｂと頂部７２ｂとの間に空隙Ｃが形成され、直立面７１ｅ及び直立面７２ｅは互いに接触している。第２傾斜面７１ｄと第２傾斜面７２ｄが密着面Ｓ３を形成することにより、前述と同様、ボルトＢをネジ穴２１ｃにねじ込むときに、密着面Ｓ３で凹部７１ａを凸部７２ａに強固に密着させることができる。
【００６１】
（第５実施形態）
以上の第１〜第４実施形態のように、第１固定部材の凹部、及び第２固定部材の凸部の形状は適宜変更可能であり、例えば、角錐形状、円錐形状若しくは截頭円錐台形状、又はこれらを組み合わせた形状であってもよい。図１０に示されるように、第５実施形態に係る歪センサ８０は、前述と同様、第１固定部材８１は凹部８１ａを有し、第２固定部材８２は凸部８２ａを有する。
【００６２】
凹部８１ａ及び凸部８２ａは、球面状とされている。ここで、凹部８１ａの曲率半径を曲率半径ｒａ、凸部８２ａの曲率半径をｒｂ、とすると、曲率半径ｒａは曲率半径ｒｂよりも小さい。一方、凹部８１ａの外縁と凸部８２ａとは密着面Ｓ４を成しており、第２方向Ｄ２から見て密着面Ｓ４は円環状とされている。また、凹部８１ａの曲率半径ｒａと凸部８２ａの曲率半径ｒｂの比をＲ（＝ｒｂ／ｒａ）とすると、Ｒは、１．１≦Ｒ≦１．４を満たすことが好ましい。この場合、密着面Ｓ４の面積を大きくして第２固定部材８２に第１固定部材８１を強固に固定させることができる。
【００６３】
なお、取扱いの容易さと測定対象物Ｔとの十分な接着面積を確保する点から、第２固定部材８２の底面の第１方向Ｄ１の長さは３ｃｍ以上且つ４ｃｍ以下であることが好ましい。固定強度とコストの点から、凸部８２ａの高さは３ｍｍ以上且つ４ｍｍ以下であることが好ましい。また、固定強度とコストの点から、第１方向Ｄ１の中央部における凸部８２ａ外面と凹部８１ａ内面との間隔は、固定前の状態で１ｍｍ程度であることが好ましい。このとき、凹部８１ａの曲率半径ｒａは２０ｍｍ以上且つ６０ｍｍ以下、凸部８２ａの曲率半径ｒｂは２５ｍｍ以上且つ７５ｍｍ以下である。
【００６４】
第５実施形態では、第２方向Ｄ２から見たときにおける密着面Ｓ４の内側において、凹部８１ａと凸部８２ａとの間に空隙Ｃが形成される。従って、前述と同様、凹部８１ａと凸部８２ａが空隙Ｃ及び密着面Ｓ４を形成することにより、ボルトＢをネジ穴２１ｃにねじ込むときに、密着面Ｓ４で凹部８１ａを凸部８２ａに強固に密着させることができる。なお、凹部８１ａ及び凸部８２ａの形状は、適宜変更可能であり、例えば、放物線状、又は半長円状の断面を有していてもよい。
【００６５】
以上、第１〜第５実施形態について説明したが、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６６】
例えば、前述の実施形態では、第１固定部材１０が凹部１３を有し、第２固定部材２０が凸部２１を有する例について説明したが、第１固定部材が凸部を有し、第２固定部材が凹部を有していてもよい。このように、凹部及び凸部の位置が互いに逆になっていてもよい。
【００６７】
また、前述の実施形態では、ボルトＢをネジ穴２１ｃにねじ込むことによって、第１固定部材１０を第２固定部材２０に機械的且つ着脱可能に固定させる例について説明した。しかしながら、ボルトＢ及びネジ穴２１ｃ以外の手段で第１固定部材１０を第２固定部材２０に固定させてもよい。例えば、第１固定部材及び第２固定部材の一方が嵌合凹部を有し、他方が嵌合凸部を有し、嵌合凹部に嵌合凸部を圧入することによって、第２固定部材に第１固定部材を固定してもよい。
【００６８】
また、前述の実施形態では、歪ゲージ２を固定する下側筐体１２と、歪ゲージ２を覆う上側筐体１１とを備えた第１固定部材１０について説明した。しかしながら、第１固定部材は、前述のように２部品構成でなくてもよく、１部品で構成されていてもよい。また、上側筐体が省略された第１固定部材であってもよい。また、前述の実施形態では、２つの第２固定部材２０を備えた歪センサ１について説明したが、第２固定部材の数は特に限定されない。
【００６９】
また、前述の実施形態では、気密部材３１，３２を備える歪センサ１について説明したが、気密部材の種類、形状、大きさ、数及び配置態様は適宜変更可能である。また、気密部材を省略することも可能である。
【００７０】
また、前述の実施形態では、歪ゲージ２がＦＢＧであり、信号線３が光ファイバである歪センサ１について説明した。しかしながら、本発明に係る歪センサは、ＦＢＧ及び光ファイバを備えたＦＢＧセンサ以外にも適用可能である。例えば、歪センサは、抵抗式歪ゲージと、抵抗式歪ゲージからの電気信号を伝送する信号線とを備えたものであってもよい。すなわち、本発明は、応力が伝達される応力感応部と、応力感応部からの信号を外部に伝送する信号線とを備えた歪センサであれば適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１，４１，６０，７０，８０…歪センサ、２…歪ゲージ、３…信号線、１０，６１，７１，８１…第１固定部材、１０ａ…下面、１１…上側筐体、１１ａ…信号線挿通部、１１ｂ，１２ａ…幅広部、１１ｃ，１２ｂ…幅狭部、１１ｄ…貫通孔、１１ｅ…挿通孔、１２…下側筐体、１２ｆ…張り出し部、１２ｇ…貫通孔、１３，６１ａ，７１ａ，８１ａ…凹部、１３ａ，６１ｂ、７１ｂ…底部、２１ａ，６２ｂ，７２ｂ…頂部、１３ｂ，２１ｂ…傾斜面、１３ｃ…貫通孔、１３ｄ，２１ｄ，６１ｄ，６２ｄ，７１ｄ，７２ｄ…第１傾斜面、１３ｅ，２１ｅ…第２傾斜面、２０，５０，６２，７２，８２…第２固定部材、２０ａ…上面、２１，６２ａ，７２ａ，８２ａ…凸部、２１ｃ…ネジ穴、２２，５１ａ…固定部、３１，３２…気密部材、５１…延長部、６１ｃ，６２ｃ、７１ｃ，７２ｃ…側面、６１ｅ，６２ｅ，７１ｅ，７２ｅ…直立面、Ｂ…ボルト、Ｃ…空隙、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向。Ｎ１…ネジ、Ｎ２…ナット、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…密着面、Ｔ…測定対象物、Ｔ１，Ｔ２…測定部。
【図１】
2018115958.tif 000003
【図２】
2018115958.tif 000004
【図３】
2018115958.tif 000005
【図４】
2018115958.tif 000006
【図５】
2018115958.tif 000007
【図６】
2018115958.tif 000008
【図７】
2018115958.tif 000009
【図８】
2018115958.tif 000010
【図９】
2018115958.tif 000011
【図１０】
2018115958.tif 000012