(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラケットの長さ方向の一端部に測定対象物に固定するためのマグネットを、他端部に歪みゲージ押さえ部を有する歪み測定器であって、前記歪みゲージ押さえ部は、同心円柱状に配置した２つの弦巻ばねの各ばね力を調整可能とし、該ばね力により歪みゲージを測定対象箇所表面に押付け可能に保持する構造を有することを特徴とする歪み測定器。
【請求項２】
前記同心円柱状に配置した２つの弦巻ばねは、内側弦巻ばねのばね定数が外側弦巻ばねのバネ定数の２〜１０倍であることを特徴とする請求項１に記載の歪み測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歪み測定器に関し、詳しくは鋼材等の材料の応力-歪曲線或いは残留応力を求める際の歪み測定が簡便に行える歪み測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるように、歪みゲージは広範囲の分野で用いられる基本的な測定器である。歪みゲージはさまざまな物体の表面に接着された状態で用いられる。尚、特許文献１では、接着部そのものの温度を適切に制御するために、従来の加熱ランプによる接着剤の硬化方法に代わるものとして、ヒータと温度制御具を一体化してなる歪みゲージ押さえ具を、物体表面上の歪みゲージ直上に配置し、その上から歪みゲージ接合用クランプで押さえながら加熱して接着剤を硬化させる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４６７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
背景技術では、歪みゲージを測定対象箇所の表面に接着剤で接着（貼付）する必要がある。そのため、測定対象箇所の表面に塗装や錆がある場合、それらは接着不良の原因となるので、それらを除去し、その後、磨き、脱脂し、更には罫書きするなど、沢山の準備作業が必要であり、設置までに時間がかかっていた。
又、隅肉溶接のホットスポット部の応力測定の際は、溶接線や母材の近傍に歪みゲージを接着する必要があるため、作業性が悪かった。
【０００５】
本発明は、背景技術が抱えていた、歪みゲージ接着のため測定対象箇所の表面の塗装や錆の除去、磨きや脱脂及び罫書き等の前処理作業に時間がかかるという課題、並びに隅肉溶接のホットスポット部応力測定における歪みゲージ貼付作業の作業性が悪いという課題を解決し、前記前処理作業の簡略化乃至省略を可能とし、且つ、隅肉溶接のホットスポット部応力測定における歪みゲージ設置作業の作業性を向上させうる歪み測定器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】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、歪みゲージを測定対象箇所表面に設置する手段として、接着剤で接着するのではなく、磁力とばね力により圧着し、そのまま歪み測定を行うことができる歪み測定器を開発し、本発明とした。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
（１）  ブラケットの長さ方向の一端部に測定対象物に固定するためのマグネットを、他端部に歪みゲージ押さえ部を有する歪み測定器であって、前記歪みゲージ押さえ部は、同心円柱状に配置した２つの弦巻ばねの各ばね力を調整可能とし、該ばね力により歪みゲージを測定対象箇所表面に押付け可能に保持する構造を有することを特徴とする歪み測定器。
（２）  前記同心円柱状に配置した２つの弦巻ばねは、内側弦巻ばねのばね定数が外側弦巻ばねのバネ定数の２〜１０倍であることを特徴とする（１）に記載の歪み測定器。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、歪みゲージを磁力とばね力により圧着し、そのまま応力測定を行うことができるから、従来、歪みゲージ貼付作業時に必ず発生していた前処理、即ち測定対象箇所表面の塗装や錆の除去、接着性向上のための磨きや罫書きといった前処理を行わなくてもよくなり、又、磁力源であるマグネットとばね力による歪みゲージ押さえ部とをブラケットで連結したから、マグネットを固定できないような狭い測定対象箇所である隅肉溶接部のホットスポット部に対しても該ホットスポット部から離れた位置に固定したマグネットからブラケットを介して歪みゲージを押付けることができ、厄介な歪みゲージ貼付作業を行う従来よりも格段に作業性が向上して工数削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の歪み測定器の１例を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部透視側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）はスプリングプランジャー構造を示す一部透視側面断面図。
【図２】本発明の歪み測定器を隅肉溶接のホットスポット部へ設置した例を示す一部透視側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明では、ブラケットの長さ方向の一端部にマグネット、他端部に歪みゲージ押さえ部を設けた。この歪ゲージ押さえ部は、同心円柱状に配置した２つの弦巻ばねの各ばね力を調整可能とし、該ばね力により歪みゲージを測定対象箇所表面に押付け可能に保持する構造を有する。
その具体例を図１に示す。図１において、ブラケット１の長さ方向の一端部の下面側にはマグネット８がマグネット締結ボルト１３で締結されている。一方、ブラケット１の長さ方向の他端部の下面側には、歪みゲージ押さえ部１００として、同心円柱状に配置した２つの弦巻ばね（内側弦巻ばね１０及び外側弦巻ばね６）の各ばね力を調整可能とし、該ばね力により歪みゲージ３を測定対象箇所表面に押付け可能に保持する構造を有するものが取付けられている。尚、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は縮尺が同一且つ等方的であり、図１中の記号Ｌは、マグネット８と歪みゲージ押さえ部１００との中心線間距離である。
【００１０】
２つの弦巻ばねを同心円柱状に配置したのは、歪みゲージをより均等に押付けるため、及び、よりコンパクトな構造とするためである。又、マグネットと歪みゲージ押さえ部とを分離してブラケットで連結したのは、歪みゲージは入るがマグネットは入らないような狭い場所（例えば隅肉溶接のホットスポット部）が測定対象箇所になる場合でも、離れた箇所から測定対象箇所に歪みゲージを押付けることができるようにするためである。
【００１１】
歪みゲージ押さえ部１００の構造について、より詳細に述べる。
歪みゲージ３は、中空で断面が矩形状の歪みゲージホルダ２の先端部（図からは下端部であるともいえるが、押付け方向の先端側になるため便宜上先端部と称する）外面側に着脱可能に装着されている。
内側弦巻ばね（プランジャー内スプリング）１０は、スプリングプランジャー４のプランジャー本体ケース９に内蔵され、プランジャー先端部１１にばね押し力を加えている。プランジャー先端側は、歪みゲージホルダ２の内面側とされ、歪みゲージホルダ２の先端部内面側（その裏側である先端部内面側には歪みゲージ３が装着されている）はプランジャー先端部１１と接触するものとされる。又、スプリングプランジャー４の後端面には六角レンチ孔１２が設けてある。
【００１２】
スプリングプランジャー４は、ブラケット１に対しプランジャー先端側をマグネット８側と同側（ブラケット１の下面側）として、ブラケット１を貫通し、プランジャー後端側が、ブラケット１に溶接等で固定したプランジャー位置調整ナット５と螺合されており、プランジャー後端面の六角レンチ孔１２に六角レンチを入れて回すことでスプリングプランジャー４をその長さ方向に前進後退させることが可能である。
【００１３】
スプリングプランジャー４のプランジャー先端部１１近傍には、押さえスプリング調整ナット７が螺合され、この押さえスプリング調整ナット７と歪みゲージホルダ２の後端部内面側とは外側弦巻ばね（歪みゲージ押さえスプリング）６で接続されている。外側弦巻ばね６は、スプリングプランジャー４のプランジャー本体ケース９の外周面側に巻かれており、これと、プランジャー内スプリングである内側弦巻ばね１０とが同心円柱状をなしていることで、コンパクトな構造が実現している。
【００１４】
上記構造において、歪みゲージ３は、歪みゲージホルダ２、外側弦巻ばね６、押さえスプリング調整ナット７、スプリングプランジャー４、プランジャー位置調整ナット５を順次介して、ブラケット１の他端部で保持されている。プランジャー先端部１１を介した内側弦巻ばね１０からのばね力（ばね押し力）で測定対象箇所表面に押付け可能であり、マグネット８を測定対象物に固定した状態で、内側弦巻ばね１０のばね力は押さえスプリングプランジャー４を回すことにより（プランジャー本体ケース９が前進後退→プランジャー先端部１１は測定対象物で阻止されて前進できずプランジャー本体ケース９に対し出没方向に移動→プランジャー内スプリングである内側弦巻ばね１０の長さが変化するから）調整できる。外側弦巻ばね６のばね力（ばね押し力）で歪みゲージホルダ２の先端部をプランジャー先端部１１に押し付け可能であり、スプリング調整ナット７を回すことにより外側弦巻ばね６のばね力を調整できる。
【００１５】
本発明の歪み測定器（略して本測定器）において、２つの弦巻ばね６，１０の合計のばね押し力は、過小であると歪みゲージと測定対象箇所表面との密着性が低下して正しい測定値が得られない場合があるため、被測定面部の単位面積当たりにして０．１４１ＭＰａ以上が好適であり、一方、過大であると、歪みゲージの抵抗測定用ワイヤが損傷して正しい測定値が得られない場合があるため、被測定面部の単位面積当たりにして０．３９６ＭＰａ以下が好適である。尚、自明なことながら、マグネット８は、これがブラケット１を介して生じる磁気吸着力のモーメントが、同ブラケット１を介して生じるばね押し力のモーメント未満であると、測定対象物から剥がれてしまうから、前記磁気吸着力のモーメントが前記ばね押し力のモーメント以上である磁気吸着力を有するマグネットを市販品の中から適宜選択して用いるとよい。
【００１６】
又、本測定器の較正に際し、ばね力の調整を効率よく行う観点から、２つの弦巻ばねの一方と他方とで、ばね定数に大小の差、好ましくは大/小の比が２〜１０になる程度の差をつけておくことが好ましい。例えば図１の例で、作業性の点で好ましくは内側弦巻ばね１０を粗調整用、外側弦巻ばね６を微調整用とし、粗調整用のばね定数は微調整用のばね定数に対し２倍〜１０倍程度としておくことで、ばね押し力調整に要する時間が５０％以上減と格段に短縮するので好ましい。
【実施例１】
【００１７】
図１に示した本測定器例を用いた場合（ケース１）と、同じ歪みゲージを従来通り接着剤で貼付して用いた場合（ケース２）とで、歪み測定結果を比較する実験を行った。尚、ケース１では被測定面部の前処理（錆除去+磨き+脱脂）は行わず、ケース２では該前処理を行った。本測定器例では、内側弦巻ばねのばね定数（大）/外側弦巻ばねのばね定数（小）の比は１６．９、両者合計のばね押し力の調整可能範囲は０．１４４〜０．４１７ＭＰａとした。マグネットは最大吸着力（単位面積当たり）が０．１５９ＭＰａである。尚、本測定器例において、前記ばね押し力調整可能範囲の上限のばね押し力を加えてもマグネットは材料表面上で不動の状態を保っている。測定対象の材料は、ＪＩＳ  ＳＳ４００のＦＢ５０×６（幅５０ｍｍ、厚さ６ｍｍのフラットバー）を用いた。
【００１８】
（実験１）  材料の長手方向の一端部を不動机に万力で固定し、他端部（自由端部）との中間位置に歪みゲージを、ケース１では０．３２５ＭＰａに調整したばね押し力（被測定面部の単位面積当たり）で押付けて配置し、ケース２では貼付して配置し、自由端部にウエイトを載荷していき、歪みゲージからの電気信号を常法に従い動歪みアンプで歪み量に変換しオシロスコープにて記録し測定値とした。一方、実験条件に則った外力負荷条件下の応力-歪み計算を行い、得られた被測定面部での歪み計算値を真値とした。測定値を真値と比較したところ、真値との相対誤差の範囲が、ケース１（本発明）では５．４１％、ケース２（従来）では６．９８％であり、従来と比較して遜色ない結果が得られた。
【００１９】
（実験２）  材料の長手方向両端部を引張試験機のチャックで把持して引張試験を行うにあたり、準備段階で材料長手方向の中間位置に歪みゲージを、ケース１では実験１と同じ値に調整したばね押し力（被測定面部の単位面積当たり）で押付けて配置し、ケース２では貼付して配置した。その後、降伏点近傍まで連続的に引張り、歪みゲージからの電気信号を常法に従い動歪みアンプで歪み量に変換しオシロスコープにて記録し測定値とした。一方、実験条件に則った外力負荷条件下の応力-歪み計算を行い、得られた被測定面部での歪み計算値を真値とした。測定値を真値と比較したところ、真値との相対誤差の範囲が、ケース１（本発明）では４．５％、ケース２（従来）では４．６％であり、従来と比較して遜色ない結果が得られた。
【実施例２】
【００２０】
（ケース３）  ＪＩＳ  ＳＳ４００を母材として図２に示すような隅肉溶接構造部材を作製し、ホットスポット部の残留応力を求めるにあたり、同図に示すとおりケース１と同じ本測定器例を設置し、該設置範囲を含む小領域を切り出すことで前記隅肉溶接の溶接熱応力による残留歪み（弾性歪み）を解放し、該解放される歪み量をケース１と同様な方法で記録した。被測定面部の前処理（錆除去+磨き+脱脂）はケース１と同様、行わなかった。又、歪みゲージの設置（マグネット固定＋ばね押し力調整）に要した時間を記録した。
【００２１】
（ケース４）  ケース３において、本測定器例を用いる代わりに、ケース２と同様、被測定面部の前処理（錆除去+磨き+脱脂）を行った後、歪みゲージを貼付し、この点以外はケース３と同様（切り出し領域も同じ）にして、歪み量を記録した。又、歪みゲージの設置（被測定面部の前処理＋歪みゲージ貼付）に要した時間を記録した。
ケース３（本発明）における歪み量の測定結果は、ケース４（従来）を１００とした相対値で９７であり、従来とほぼ同等の測定結果であった。一方、ケース３（本発明）における歪みゲージの設置に要した時間は、ケース４（従来）を１００とした相対値で６であり、従来と比べて格段に短縮された。
【符号の説明】
【００２２】
１  ブラケット
２  歪みゲージホルダ
３  歪みゲージ
４  スプリングプランジャー
５  プランジャー位置調整ナット
６  歪みゲージ押さえスプリング（外側弦巻ばね）
７  押さえスプリング調整ナット
８  マグネット
９  プランジャー本体ケース
１０  プランジャー内スプリング（内側弦巻ばね）
１１  プランジャー先端部
１２  六角レンチ孔
１３  マグネット締結ボルト
１００  歪みゲージ押さえ部
【図１】
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【図２】
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