(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有する絶縁樹脂を成形してなり、円形、多角形、または不定形の板面と前記板面の側周面からなる板状体と、入出力端子部を備えた歪検知部とを含み、前記板面の最大寸法は前記板状体の板厚の２倍以上１５倍以下であり、前記入出力端子部は前記板状体から導出され、前記歪検知部は、金属抵抗体を備え、前記板状体の板厚方向と歪検知方向が一致するように、前記板状体に埋設されてなることを特徴とする歪測定部品。
【請求項２】
弾性を有する絶縁樹脂を成形してなり、円形、多角形、または不定形の板面と前記板面の側周面からなる板状体と、入出力端子部を備えた歪検知部とを含み、前記板面の最大寸法は前記板状体の板厚の２倍以上１５倍以下であり、前記入出力端子部は前記板状体から導出され、前記歪検知部は、半導体抵抗体を備え、前記板状体の板厚方向と歪検知方向が一致するように、前記板状体に埋設されてなることを特徴とする歪測定部品。
【請求項３】
前記板状体の前記側周面は、離型性を有する層を備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の歪測定部品。
【請求項４】
被測定物の熱膨張係数と等しい熱膨張係数を有する、前記絶縁樹脂を備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の歪測定部品を、前記被測定物内に埋設し、前記被測定物内に生じる力を検知して歪量を測定することを特徴とする歪測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪測定部品に関し、特に硬化収縮に伴う残留応力の測定に好適な歪測定部品およびこれを用いた歪測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂や樹脂混練物を硬化させる工程を含む工業製品の製造において、安全性や信頼性を担保するためには、樹脂等の硬化収縮に伴う残留応力を正しく把握する必要があり、各種の歪ゲージやセンサが用いられている。
【０００３】
特許文献１には、計測データを無線出力可能なセンサ体を、二つの金属板の間に配置した状態で樹脂モールドし、センサ体から三軸方向の圧力に関する出力データを受信することによって、センサ体にかかる主応力の方向及び大きさを計測し、樹脂モールド部品における、センサ体が配置される部位の内部応力を計測する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成によれば、公知の歪ゲージに替えて、三軸方向の圧力に関する出力データを送受信し演算可能な、複雑な構成のセンサ体および計測装置を用意しなければならないという課題がある。
【０００６】
すなわち、従来の歪ゲージでは、たとえば、樹脂または樹脂混練物を容器内で硬化させる際に生じる収縮応力や引っ張り応力による残留応力を、簡便かつ精度よく測定することができないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決した歪測定部品およびこれを用いた歪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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の歪測定部品は、弾性を有する絶縁樹脂を成形してなる板状体と、入出力端子部を備えた歪検知部とを含み、前記入出力端子部は前記板状体から導出され、前記歪検知部は、前記板状体の板厚方向と歪検知方向が一致するように、前記板状体に埋設されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の歪測定部品において、前記歪検知部は、金属抵抗体を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の歪測定部品において、前記歪検知部は、半導体抵抗体を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の歪測定部品において、前記板状体の板面以外の面には、離型性を有する層を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の歪測定方法は、被測定物の熱膨張係数と等しい熱膨張係数を有する、前記絶縁樹脂を備えた前記歪測定部品を用いることを特徴とする。
【００１３】
公知の代表的な歪ゲージは、絶縁性薄板上に金属箔が配されており、被測定物に絶縁性薄板を接着し、被測定物の伸縮、すなわち絶縁性薄板の伸縮とこれに付随した金属箔の抵抗値の変化から、歪量を測定する。
【００１４】
たとえば、上面に開口部を有する容器に注入された樹脂混練物を硬化させると、樹脂混練物には、時間経過とともに内部に向かって収縮する力、すなわち収縮応力や、容器の内壁との接着に起因する引っ張り応力などが作用し、これらの力は、残留応力として硬化後の樹脂混練物内に残る。
【００１５】
公知の代表的な歪ゲージを用いて、容器内の対向する２つの内側壁間に生じた引っ張り応力を測定する場合を考える。歪ゲージは、絶縁性薄板の表裏面が、容器の底面に平行になるように、被測定物たる樹脂混練物内に埋設される。引っ張り応力は、歪ゲージの表裏面、すなわち絶縁性薄板の表裏面に密着した樹脂の伸縮による歪量として検出される。
【００１６】
しかしながら、生じる引っ張り応力は微小で、出力は小さい。加えて、容器の開口部、すなわち樹脂混練物の液面から、底面に向かってはポアソン収縮が生じるために、歪ゲージの表面では引っ張り応力による歪量を正確に検知することができない。
【００１７】
また、上述の内側壁に生じた引っ張り応力、すなわち内側壁に垂直な方向の力を、最も検知しやすいはずの、絶縁性薄板の厚み部分の面積は小さい。
【００１８】
本発明による歪測定部品は、金属線、金属箔などの金属抵抗体または半導体抵抗体を含む歪検知部を、弾性を有する樹脂からなる板状体に、歪検知部の歪検知方向が板状体の板厚方向と略平行になるように埋設し、たとえば容器内の対向する２つの内側壁間に生じた引っ張り応力に起因する歪量を板状体の板面で検知する構成とする。
【００１９】
すなわち、検知する面積が大きい板面で、微小な歪量を効率よく検知する構成とする。
【００２０】
また、本発明による歪測定部品は、歪量を検知する板面以外の面に離型性を有する層を形成することで、樹脂混練物との接着強度を弱めて、可能な限り収縮応力の影響を排除した構成とする。
【００２１】
本発明による歪測定部品は、被測定物内に必要な個数を必要な個所に埋設し、歪検知部から導出された入出力端子部を外部の測定機器に接続して、被測定物内に生じる力を検知し、歪量を測定する。
【００２２】
この際、被測定物の熱膨張係数と等しい、もしくは、ほぼ等しい熱膨張係数を有する材料で板状体を構成した歪測定部品を選択して用いることにより、より正確な歪量を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、樹脂または樹脂混練物を容器内で硬化させる際に生じる残留応力を、低コストで、簡便かつ精度よく測定することができる歪測定部品および歪測定方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の歪測定部品における第１の実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の歪測定部品における第２の実施の形態を示す説明図である。
【図３】本発明の歪測定部品および比較例における歪量測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の歪測定部品における第１の実施の形態を示す説明図である。
【００２７】
弾性を有する樹脂からなる板状体２の中心部に、絶縁性薄板上に金属箔パターンを形成してなる歪検知部１を、歪検知方向と板厚ｈの方向が一致するように埋設して、歪測定部品１００を構成する。
【００２８】
歪検知部１の端部から導出された入出力端子部１１は、板状体の外部に引き出されている。  
【００２９】
歪検知部１は、金属抵抗体や半導体抵抗体を絶縁性薄板上にパターン配置した公知の歪ゲージから適宜選択して用いるのが好ましいが、板状体２を構成する樹脂に直接埋設してもよい。また、必要に応じて、１つの板状体の中に複数の歪検知部１を設けてもよい。
【００３０】
歪検知部１を埋設する位置はいずれでもよいが、検知対象外の応力の影響を受けにくい、板状体２の中央部近傍に配するのが好ましい。
【００３１】
板状体２を構成する樹脂は、少なくとも歪測定を行う環境下で弾性を有するものを用いるが、−４０〜２００℃で１ＭＰａ〜４０ＧＰａ程度の引っ張り弾性率を有するものが好ましく、被測定物と同程度の弾性率を有するものが特に好ましい。
【００３２】
さらに、板状体２を構成する樹脂は、歪検知部１に含まれる金属抵抗体や半導体抵抗体、必要に応じて絶縁性薄板、さらには、被測定物と密着するように、被測定物の破断強度に応じて数ＭＰａ〜数百ＭＰａ程度の接着力を有するものが好ましい。
【００３３】
上記を鑑みて、板状体２を構成する樹脂としては、いわゆる低弾性率を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂、もしくはその他の被測定物に含まれる樹脂が好ましい。
【００３４】
板状体２は、板面と側周面からなる円盤形状が好ましいが、板面が略平坦であればよく、板面の形状は、円形、四辺形、多角形等、もしくは幾何学的な定義にとらわれない不定形であってもよい。
【００３５】
板面の最大寸法ｄ、たとえば図１における直径は、板厚ｈの１倍以上２０倍以下が好ましく、硬化収縮の影響を効果的に排除し、引っ張り応力を効率よく検知するためには、板厚ｈの２倍以上１５倍以下が特に好ましい。なお、板状体２の強度を考慮すると、板面の最大寸法ｄは、板厚ｈの５倍以上１０倍以下がさらに好ましい。
【００３６】
歪検知部１として、公知の歪ゲージを用いる場合は、歪ゲージの大きさを考慮して、板厚ｈは１ｍｍ以上が好ましい。また、板厚ｈの上限は、硬化収縮の影響を排除できる１０ｍｍ以下が好ましい。より測定精度を向上させるためには、板厚ｈを１ｍｍ以上５ｍｍ以下にするのが好ましい。
【００３７】
板状体２の板面以外の面、すなわち側周面には、測定対象外の力、たとえばポアソン収縮等の硬化収縮による力の影響を排除するために、離型剤を塗布するなどして離型性を有する層を形成するのが好ましい。
【００３８】
離型剤としては公知の離型剤から適宜選択して用いてよいが、接着力が０．１ＭＰａ以下のものが好ましく、ダイキン工業株式会社のダイフリー（登録商標）、ケムリースジャパン株式会社のモノコート（登録商標）などのフッ素系樹脂やシリコーン系樹脂からなる離型剤を用いるのが特に好ましい。
【００３９】
離型性を有する層の形成方法は、離形剤の塗布や吹き付けといった公知の手段から適宜採用してよい。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の歪測定部品における第２の実施の形態を示す説明図であり、本発明の歪測定部品の使用状態を示している。
【００４１】
樹脂混練物からなる被測定物３は、容器４に注入されている。歪測定部品１００は、容器４と被測定物３の接着から生じる引っ張り応力Ｆ１および引っ張り応力Ｆ２に起因する歪量を測定すべく、歪検知部１の歪検知方向が、容器４の内側壁に垂直となるように配置している。
【００４２】
すなわち、歪検知部１の歪検知方向と、引っ張り応力Ｆ１および引っ張り応力Ｆ２の方向は、ほぼ平行となるように配置されている。
【００４３】
歪測定部品１００の入出力端子部１１は、被測定物３の開放面から引き出され、図示しない外部の測定機器に接続される。
【００４４】
被測定物３の内部における歪測定部品１００の位置は、必要に応じて適宜選択してよい。
【００４５】
さらに歪測定部品１００の数量も必要に応じて複数用いてもよい。
【００４６】
被測定物３に含まれる樹脂と等しい熱膨張係数を有する樹脂からなる板状体２を備えた歪測定部品１００を選択的に用いるのは、熱膨張係数の差に起因する測定対象外の力を排除する上でより好ましい。
【実施例】
【００４７】
本発明品として、２５℃における引っ張り弾性率１７ＧＰａのエポキシ樹脂からなる板状体２と、歪検知部１として板状体に用いたエポキシ樹脂からなる絶縁性薄板上に、金属抵抗体としてＣｕ−Ｎｉ系金属箔を用いた公知の歪ゲージを備えた、板面の最大寸法ｄが１５ｍｍ、板厚ｈが１．５ｍｍの円盤形状の歪測定部品１００を用意した。
【００４８】
また、比較例として、本発明品の歪検知部１として用いたものと同じ歪ゲージ単体を用意した。
【００４９】
被測定物３として、およそ１２０℃で硬化収縮するエポキシ樹脂を含む磁性スラリーを用意した。
【００５０】
被測定物３を注入し硬化させる容器４として、底面が正方形の、同形状かつ同容量のＳＵＳ容器とポリプロピレン容器を用意した。
【００５１】
本発明品および比較例たる歪ゲージ単体を、歪検知方向が水平または鉛直となるように、被測定物３を注入した容器４の中央部に各々配置後、被測定物３を加熱して１２０℃近傍で保持し、入出力端子部１１を外部の測定機器に接続して歪量を求めた。
【００５２】
図３は本発明の歪測定部品および比較例における歪量測定結果を示す図で、上述の構成で求めた各歪量の推移を示している。
【００５３】
左縦軸は歪量を示し、正の値は伸びを負の値は収縮を示す。また、右縦軸は温度を、横軸は加熱開始からの経過時間を示す。
【００５４】
歪量推移Ｓｈは、本発明品を歪検知方向が水平となるようにＳＵＳ容器中に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００５５】
歪量推移Ｓｐは、本発明品を歪検知方向が鉛直となるようにＳＵＳ容器中に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００５６】
歪量推移Ｐｈは、本発明品を歪検知方向が水平となるようにポリプロピレン容器中に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００５７】
歪量推移Ｐｐは、本発明品を歪検知方向が鉛直となるようにポリプロピレン容器中に鉛直方向に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００５８】
歪量推移ＰＡｈは、比較例の歪ゲージを単体で、歪検知方向が水平となるようにポリプロピレン容器中に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００５９】
歪量推移ＰＡｐは、比較例の歪ゲージを単体で、歪検知方向が鉛直となるようにポリプロピレン容器中に配置した時の、磁性スラリー硬化に伴う歪量の変化を示す。
【００６０】
温度推移Ｔｍは、被測定物３の内部の温度変化を示し、温度推移Ｔａは、容器４を載置した雰囲気中の温度変化を示す。
【００６１】
比較例たる歪ゲージ単体を用いて求めた歪量推移ＰＡｈおよび歪量推移ＰＡｐは、いずれも被測定物３の内部の温度上昇に伴って収縮を開始し、最終的には、硬化収縮開始点Ａからの変化量である硬化収縮による歪量Ｂを記録した。
【００６２】
一方、本発明品を用いて求めた歪量推移Ｓｈ、Ｓｐ、Ｐｈ、Ｐｐは、いずれも伸びによる歪量の変化を示した。
【００６３】
本発明品を用いた場合には、容器４の材質に関係なく伸びによる歪量、すなわち、図２における引っ張り応力Ｆ１および引っ張り応力Ｆ２を検出していることがわかる。
【００６４】
上記より、樹脂または樹脂混練物を容器内で硬化させる際に生じる残留応力、特に引っ張り応力を、低コストで、簡便かつ精度よく測定することができる歪測定部品およびこれを用いた歪測定方法が得られた。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態および実施例を説明したが、本発明は、上記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、構成の変更や修正が可能である。すなわち、当業者であれば成し得る各種変形、修正もまた本発明に含まれる。 
【符号の説明】
【００６６】
１  歪検知部
１１  入出力端子部
２  板状体
３  被測定物
４  容器
１００  歪測定部品
ｄ  板面の最大寸法
ｈ  板厚
Ｆ１，Ｆ２  引っ張り応力
Ａ  硬化収縮開始点
Ｂ  硬化収縮による歪量
Ｓｈ，Ｓｐ，Ｐｈ，Ｐｐ，ＰＡｈ，ＰＡｐ  歪量推移
Ｔｍ，Ｔａ  温度推移
【図１】
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【図２】
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【図３】
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