(57)【要約】【課題】簡便な方法で、安価に応力を測定することができる応力測定装置、応力測定方法を提供する。【解決手段】応力測定装置１０は、グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部３０を有する。好ましくは、ひずみ記録部は、平板状の素材に、荷重を受ける方向に対して直交する方向から互い違いにスリット５０，５１が設けられたジグザグ形状に形成されている。応力測定方法は、グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する応力測定装置を用いて、負荷前における応力測定装置の全長を測定する工程と、応力測定装置に荷重をかける工程と、荷重を解除し、荷重負荷後における応力測定装置の全長を測定する工程と、負荷前と負荷後における応力測定装置の各全長とに基づき、応力測定装置に記録されたひずみの大きさを求める工程と、求めたひずみの大きさから応力測定装置にかかった応力の大きさを求める工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する、応力測定装置。
【請求項２】
前記ひずみ記録部は、平板状の素材に、荷重を受ける方向に対して直交する方向から互い違いにスリットが設けられたジグザグ形状に形成されている、請求項１に記載の応力測定装置。
【請求項３】
グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する応力測定装置を用いて、負荷前における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、
前記応力測定装置に荷重をかけるステップと、
該荷重を解除し、該荷重負荷後における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、
前記負荷前における前記応力測定装置の全長と前記負荷後における前記応力測定装置の全長とに基づき、前記応力測定装置に記録されたひずみの大きさを求めるステップと、
求めた該ひずみの大きさから前記応力測定装置にかかった応力の大きさを求めるステップと、
を含む応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラファイトを用いた応力測定装置、応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被測定体を引っ張った場合（あるいは圧縮した場合）、被測定体の内部には引っ張り応力（あるいは圧縮応力）が生じ、この応力の大きさに比例した引っ張りひずみ（あるいは圧縮ひずみ）が発生する。このひずみは、被測定体の元の長さに対する伸びた（あるいは縮んだ）長さの割合で表される。
被測定体に生じたひずみ量が電気抵抗の変化量に比例することを利用したものが、ひずみゲージであり、例えば、特許文献１、２には、ひずみゲージを用いた応力の測定手法が開示されている。また、特許文献３には、レーザ光を利用してひずみを測定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１３７７２５号公報
【特許文献２】特開昭５９−２７２０４号公報
【特許文献３】特開平９−１２６９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のひずみゲージには、電気的な信号を取り出すための配線が必要になる。また、耐腐食性を有したひずみゲージは高価であり、上記特許文献３に記載されているように、レーザ光を利用して応力を測定する場合も高価になる。よって、配線などが不要で安価に測定できる構造が望まれる。
【０００５】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、簡便な方法で、安価に応力を測定することができる応力測定装置、応力測定方法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】
本発明の一態様に係る応力測定装置は、グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する。
本発明の一態様に係る応力測定方法は、グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する応力測定装置を用いて、負荷前における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、前記応力測定装置に荷重をかけるステップと、該荷重を解除し、該荷重負荷後における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、前記負荷前における前記応力測定装置の全長と前記負荷後における前記応力測定装置の全長とに基づき、前記応力測定装置に記録されたひずみの大きさを求めるステップと、求めた該ひずみの大きさから前記応力測定装置にかかった応力の大きさを求めるステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
上記によれば、従来のようなひずみゲージのセットに比べて、簡便な方法で、安価に応力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による応力測定装置の一例を示す図である。
【図２】荷重を負荷した際の、応力測定装置の全長と時間との関係を説明する図である。
【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。
本発明の一態様に係る応力測定装置は、（１）グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する。グラファイト材をばね形状に形成したものは、最大負荷に応じたひずみが残留するので、このひずみの大きさから、被測定体に加わる最大負荷応力を測定することができる。よって、従来のようなひずみゲージや、レーザ光を用いる場合に比べて、簡便な方法で、安価に測定可能な応力測定装置を提供することができる。
また、グラファイト材であれば、大気中の、例えば３００℃〜４００℃のような高温下で、さらに、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰囲気であれば、例えば２０００℃以上の、より高温下でも使用可能である。あるいは、減圧状態や宇宙空間などのような真空雰囲気でも使用可能である。
（２）前記ひずみ記録部は、平板状の素材に、荷重を受ける方向に対して直交する方向から互い違いにスリットが設けられたジグザグ形状に形成されている。ジグザグ形状とすることにより、簡便な方法で、ばね形状（ひずみ記録部）を形成することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る応力測定方法は、（３）グラファイトからなり、ばね形状に形成されたひずみ記録部を有する応力測定装置を用いて、負荷前における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、前記応力測定装置に荷重をかけるステップと、該荷重を解除し、該荷重負荷後における前記応力測定装置の全長を測定するステップと、前記負荷前における前記応力測定装置の全長と前記負荷後における前記応力測定装置の全長とに基づき、前記応力測定装置に記録されたひずみの大きさを求めるステップと、求めた該ひずみの大きさから前記応力測定装置にかかった応力の大きさを求めるステップと、を含む。応力測定装置にかかった応力の大きさは、負荷前と負荷後における応力測定装置の全長を測定すれば求められるので、従来のようなひずみゲージや、レーザ光を用いる場合に比べて、簡便な方法で、安価に応力を測定することができる。
【００１１】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら、本発明による応力測定装置、応力測定方法の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による応力測定装置の一例を示す図である。応力測定装置１０は、ひずみ記録部３０を有している。
【００１２】
ひずみ記録部３０は、残留するひずみ（縦ひずみεともいう）により、最大負荷応力の大きさを記録可能に構成されている。縦ひずみεは、応力測定装置１０の長手方向（図１にＸ方向で示す）に荷重を掛け、該荷重を解放した後に、Ｘ方向に生ずる（残留する）変形量ΔＬを元の長さＬで割ったもの（ε＝ΔＬ／Ｌ）である。
ひずみ記録部３０は、ばね形状に形成されている。例えばＸ方向に延びた平板状の素材に、Ｘ方向に対して直交する方向（図１にＹ方向で示す）から互い違いにスリット５０，５１が設けられており、ジグザグ形状に形成されている。
【００１３】
また、ひずみ記録部３０は、グラファイト（黒鉛、カーボングラファイトともいう）を用いて形成されている。本発明のグラファイトは、押し出し材（異方性黒鉛）でもよいが、切り出し方向による特性差が無い方が、ひずみをより正確に記録できるため、冷間静水圧プレス材（ＣＩＰ材、等方性黒鉛）が好ましい。
【００１４】
応力測定装置１０は、ひずみ記録部３０のほか、基端部２０、荷重作用部４０を有している。
基端部２０は、ひずみ記録部３０の一端に形成され、応力測定装置１０を被測定体の内部あるいは外部の所定位置に固定させるために、例えばつり輪などで保持することができるようにしたものである。荷重作用部４０は、ひずみ記録部３０の他端に形成され、被測定体に係合する例えばフックなどを接続することができるようにしたものである。
【００１５】
そして、上記の応力測定装置１０を用いて被測定体にかかる荷重を以下のように測定する。
まず、応力測定装置１０を用い、負荷前における応力測定装置１０の全長Ｌを測定する。例えば、製造ロットが同じものを３枚積層し、基端部２０から荷重作用部４０までの長さ（元の長さＬ：例えば２１５ｍｍ）を測定する。なお、このように３枚積層した場合は、３枚の長さの平均値を元の長さＬとする。
【００１６】
次に、応力測定装置１０に、測定すべき荷重をかける。例えば、基端部２０を固定し、荷重作用部４０に応力を測定する物体を吊るし、図１のＸ方向に荷重をかける。なお、この時の伸び量を記録しておく（例えば、応力測定装置１０の全長が２３６．５ｍｍ（＝２１５＋２１．５）になった場合は、伸び量は１０％ということになる。
続いて、所定期間（例えば１日）経過後に、固定状態を解除（上記荷重を解除）し、負荷後における応力測定装置１０の全長Ｌ’を測定する。
【００１７】
上記荷重の解除後の全長Ｌ’（３枚の平均値）が例えば２１６ｍｍであった場合、荷重を受けてＸ方向に生ずる変形量ΔＬは、負荷後の全長Ｌ’と負荷前の全長Ｌとの差（Ｌ’−Ｌ）であり、このΔＬは１ｍｍ（＝２１６−２１５）になる。よって、例えば伸び１０％となった場合には、応力測定装置１０に記録されたひずみ（ΔＬ／Ｌ）の大きさは０．４７％と求められる。
【００１８】
なお、この後、伸び量が１０％を超える負荷を加えない限り、応力測定装置１０に記録されたひずみの大きさは０．４７％のままであった。
【００１９】
図２は、荷重を負荷した際の、応力測定装置の全長と時間との関係を説明する図である。上記のように、例えば伸び１０％となった場合には、図２に実線で示すように、最初に加えた荷重（最大負荷）によって応力測定装置１０に生じたひずみ（０．４７％）を記録できることが分かる。
つまり、以前に加えた荷重を超えない限り、同じ大きさのひずみを記録し続けられることが分かる。
【００２０】
このように、負荷前の全長Ｌと負荷後の全長Ｌ’を例えばメジャーなどの測定器で測定すれば足りるので、応力測定装置１０を被測定体に設置した後に、応力測定装置１０だけを取り出して負荷後の全長Ｌ’を測定してひずみを求めれば、応力測定装置１０にかかった荷重（応力）の大きさを求めることができる。
【００２１】
なお、別の伸びになるような荷重を負荷した場合にも、同様にひずみを記録し続けることができる。例えば伸び２３％（４９．４５ｍｍ）となった場合（応力測定装置１０の全長が２６４．４５ｍｍ（＝２１５＋４９．４５）になるような荷重が掛かった場合）、１日経過後に上記負荷を解除し、負荷後の全長Ｌ’を測定すると、２１９ｍｍであった。つまり、応力測定装置１０に記録されたひずみの大きさは１．８６％と求められる。そして、例えば伸び２３％となった場合には、この後、伸び量が２３％を超える負荷を加えない限り、図２に破線で示すように、最初に加えた荷重によって応力測定装置１０に生じたひずみ（１．８６％）を記録し続けることができた。
【００２２】
また、例えば伸び３５％（７５．２５ｍｍ）になるような荷重を負荷した場合（応力測定装置１０の全長が２９０．２５ｍｍ（＝２１５＋７５．２５）になるような荷重が掛かった場合）、１日経過後に上記負荷を解除し、負荷後の全長Ｌ’を測定すると、２２４ｍｍであった。つまり、応力測定装置１０に記録されたひずみの大きさは４．１９％と求められる。そして、例えば伸び３５％となった場合には、この後、伸び量が３５％を超える負荷を加えない限り、図２に一点鎖線で示すように、最初に加えた荷重によって応力測定装置１０に生じたひずみ（４．１９％）を記録し続けることができた。
【００２３】
このように、グラファイト材をばね形状に形成したものは、最大負荷に応じたひずみが残留し続けるので、このひずみから被測定体に加わる最大負荷応力を測定することができる。よって、従来のようなひずみゲージやレーザ光を用いて応力を測定する場合に比べて、簡便な方法で、安価に応力を測定することができる応力測定装置を提供することができる。
また、グラファイト材であれば、大気中の、例えば３００℃〜４００℃のような高温下で、さらに、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰囲気であれば、例えば２０００℃以上の、より高温下でも使用可能である。あるいは、減圧状態や宇宙空間などのような真空雰囲気でも使用可能である。
【００２４】
さらに、ジグザグ形状のひずみ記録部３０であるため、簡便な方法で、ばね形状（ひずみ記録部）を形成することができる。
【００２５】
ところで、上記実施例のばね形状は、ジグザグ形状の例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、コイルばね、板ばね、トーションバー、渦巻きばね、竹の子ばね、皿ばね、線細工ばねなど、公知の形状に形成してもよい。
【００２６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２７】
１０…応力測定装置、２０…基端部、３０…ひずみ記録部、４０…荷重作用部、５０，５１…スリット。
【図１】
2019011955.tif 000003
【図２】
2019011955.tif 000004