(57)【要約】【課題】ボルト２に穿設した穴２１に挿入され、ボルト２との間に介在する接着剤４の厚さを極力薄くできるひずみゲージを提供する。【解決手段】ひずみゲージ１は、ベース１１の長手方向の中央部に、幅方向に短縮されたくびれ部１１ａが形成され、くびれ部１１ａを挟む２つのベース主部１１ｂのベース幅Ｗが穴２１の周長の半分の長さであると共に、くびれ部１１ａの最小幅員部の幅Ｗ´が穴２１の直径以下であり、受感部１２が各ベース主部１１ｂの表面に設けられており、ベース１１を、表面が内側となるようにくびれ部１１ａで折り返した状態で、くびれ部１１ａから、穴２１に挿入可能とする。そして、穴２１の周壁面とひずみゲージ１のベース１１裏面との少なくとも一方に接着剤を塗布し、穴２１に挿入可能な押し棒３の先端をくびれ部１１ａの表面に押し当てて押入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形板状のベースと、該ベースの表面に設けられた抵抗体から成る受感部とを備え、被測定物に穿設された穴に挿入され、被測定物に生じる軸ひずみを測定するためのひずみゲージであって、
前記ベースの長手方向の中央部に、幅方向に短縮されたくびれ部を形成し、
前記くびれ部を挟む前記ベースの長手方向両側の部分のベース幅を、前記穴の周長の半分の長さにすると共に、前記くびれ部の最小幅員部の幅を前記穴の直径以下とし、
前記受感部を、前記くびれ部を挟む前記ベースの長手方向両側の部分の少なくとも一方の表面に設け、
前記ベースを、表面が内側となるように前記くびれ部で折り返した状態で、前記くびれ部から、前記被測定物に穿設された穴に挿入可能であることを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】
前記ベースの長手方向両側の部分の表面にそれぞれ前記受感部を設けると共に、前記くびれ部に、前記両側の部分に設けられた受感部を接続する導線部を設けることを特徴とする請求項１記載のひずみゲージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のひずみゲージを、被測定物に穿設された穴の内部に配設する方法であって、
前記穴の周壁面と前記ひずみゲージのベース裏面との少なくとも一方に接着剤を塗布するステップと、
前記穴に挿入可能な押し棒の先端を前記ベースのくびれ部の表面に押し当て、前記ベースを、表面が内側となるように前記くびれ部で折り返しつつ、前記ひずみゲージを前記くびれ部から前記穴に押入するステップとを有することを特徴とするひずみゲージの配設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト等の被測定物に穿設された穴に挿入され、被測定物に生じる軸ひずみを測定するためのひずみゲージ及びその配設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の外表面にひずみゲージを貼着して、被測定物に生じる軸ひずみを測定する方法が知られている。尚、ひずみゲージは、略矩形の薄板状のベースと、ベースの表面に設けられた抵抗体から成る受感部とを備えており、ベースの裏面に塗布された接着剤を介して被測定物に貼着される。
【０００３】
しかしながら、被測定物が、被締結物にねじ込まれるボルトである場合は、被測定物の外表面にひずみゲージを貼着できない。そこで、被測定物の軸方向に小径の穴（例えば直径２ｍｍ、深さ１５ｍｍ）を穿設し、この穴の中にひずみゲージを配設して軸ひずみを測定することがある。この場合、ひずみゲージ及び穴が微小であるため、針のように細い道具を使用したとしても、ひずみゲージを穴の周壁面に押しつけて貼着することは難しく、また、このような道具により受感部が損傷することもある。
【０００４】
そのため、ひずみゲージを被測定物に穿設した穴に配設する場合は、穴の中に予め接着剤を充填した後、ひずみゲージを穴に挿入して接着剤を硬化させ、ひずみゲージを穴の内部で固定するようにしている（例えば特許文献１参照）。測定に際しては、固定されたひずみゲージが、ホイートストンブリッジの一辺を形成するように、例えば抵抗体を内蔵するスイッチボックスに接続し、さらに該スイッチボックスをひずみ測定器に接続した状態で被測定物のひずみを測定する。そして、ひずみゲージの受感部における抵抗値の変化を該ひずみ測定器が検出し、それに基づいてひずみ値が求められる。
【０００５】
上記のように穴の中にひずみゲージを配設したとき、ひずみゲージのベース裏面と穴の周壁面との間に介在する接着剤の厚みは、ひずみゲージを被測定物の外表面に貼着する場合の接着剤の厚みに比して大きい。そして、ひずみゲージは、接着剤の厚みが大きくなるほど、接着剤の層が時間の経過に伴って変形する現象（クリープ）の影響を受け易くなってしまう。その結果、ひずみゲージに伝達されるひずみが減少し、計測誤差が大きくなるという問題が生じる。特に高温になるほどクリープが大きくなるため、８０℃以上の高温域では、計測精度を維持することが難しく、信頼性が著しく低下するという不具合があった。
【特許文献１】特開平６−３４７３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記不具合を解消するために成されたものであり、被測定物に穿設された穴に挿入され、被測定物に生じる軸ひずみを測定するためのひずみゲージに関し、被測定物との間に介在する接着剤の厚さを極力薄くできるひずみゲージを提供し、更には、ひずみゲージを、被測定物に穿設された穴の内部に配設する簡便な方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、略矩形板状のベースと、該ベースの表面に設けられた抵抗体から成る受感部とを備え、被測定物に穿設された穴に挿入され、被測定物に生じる軸ひずみを測定するためのひずみゲージの改良に関し、前記ベースの長手方向の中央部に、幅方向に短縮されたくびれ部を形成し、前記くびれ部を挟む前記ベースの長手方向両側の部分のベース幅を、前記穴の周長の半分の長さにすると共に、前記くびれ部の最小幅員部の幅を前記穴の直径以下とし、前記受感部を、前記くびれ部を挟む前記ベースの長手方向両側の部分の少なくとも一方の表面に設け、前記ベースを、表面が内側となるように前記くびれ部で折り返した状態で、前記くびれ部から、前記被測定物に穿設された穴に挿入可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のひずみゲージの配設方法は、上記本発明のひずみゲージを、被測定物に穿設された穴の内部に配設する方法であって、前記穴の周壁面と前記ひずみゲージのベース裏面との少なくとも一方に接着剤を塗布するステップと、前記穴に挿入可能な押し棒の先端を前記ベースのくびれ部の表面に押し当て、前記ベースを、表面が内側となるように前記くびれ部で折り返しつつ、前記ひずみゲージを前記くびれ部から前記穴に押入するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、ベースの長手方向両側の部分のベース幅を、穴の周長の半分の長さとしたので、ベースを折り返した状態で穴に挿入したときに、穴の中でベースの長手方向両側の部分の幅方向両側の辺同士が互いに突き合わされる。また、該両側部分は、穴の周壁面により幅方向に曲げられるため復元しようとするが、強制的に押さえられているので穴の周壁面に沿って湾曲し、穴と同形の筒となって穴の周壁面に接する。その結果、ベースの裏面と穴の周壁面との間に介在する接着剤の厚さを極力薄くすることができる。そのため、接着剤のクリープの影響を受けにくくなり、高温域まで精度よく測定を行うことが可能になる。また、上記の如く、ベースの両側部分が穴と同形の筒となって穴の周壁面に接するため、穴の中でベースの両側部分が穴の軸方向に対して傾くことを防止できる。そのため、ベース表面の受感部と穴の軸方向との平行度を維持することができ、軸ひずみを正確に測定することができる。更に、上記押し棒を用いることで、ひずみゲージを穴に容易に押入することができる。
【００１０】
また、本発明のひずみゲージは、前記ベースの長手方向両側の部分の表面にそれぞれ前記受感部を設けると共に、前記くびれ部に、前記両側の部分に設けた受感部を接続する導線部を設けることを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、穴の周壁面に作用するひずみが、くびれ部を間に挟んだ両側で異なって偏りが生じたとしても、両側の部分に設けた受感部により、偏りを平均化した状態のひずみを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態の一例を図１乃至図５を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態のひずみゲージの構成を示す平面図、図２は図１示のひずみゲージをボルトの穴の上に配置した状態を示す説明的断面図、図３は穴の中における図１示のひずみゲージを示す斜視図、図４は図１示のひずみゲージをボルトの穴の中に配設した状態を示す説明的断面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【００１３】
図１及び図２を参照して、本実施の形態におけるひずみゲージ１は、被測定物としてのボルト２に穿設された穴２１に挿入され、ボルト２に生じる軸ひずみを測定するために使用されるものであり、略矩形板状のベース１１と、ベース１１の表面に設けられた抵抗体から成る受感部１２とを備えている。尚、被測定物はボルト２に限られるものではない。
【００１４】
ベース１１は、長手方向の中央部に位置するくびれ部１１ａと、くびれ部１１ａを挟むベースの長手方向両側の部分である２つのベース主部１１ｂとから構成されている。ベース主部１１ｂは、穴２１の周長の半分の長さの一定のベース幅Ｗを有し、その裏面が穴２１の周壁面に貼着される。くびれ部１１ａは、幅が、ベース主部１１ｂのベース幅Ｗよりも短縮されており、その最小幅員部の幅Ｗ´は、穴２１の直径以下である。
【００１５】
また、ベース１１は、耐クリープ性、耐熱性、および加工容易性などの条件から、例えばポリイミドなどの合成樹脂の絶縁材で構成されている。そして、ベース１１をくびれ部１１ａで弾性的に湾曲させて折り返すことができるように、ベース１１は適度な剛性を持つ。また、ベース主部１１ｂが穴２１の周壁面に接し易いように、くびれ部１１ａの長さは適宜の長さに設定されている。
【００１６】
受感部１２は、２つのベース主部１１ｂのそれぞれの表面に設けられ、ベース１１の長手方向のひずみに応じて抵抗値が変化する抵抗体から構成されている。該抵抗体は、例えばＣｕ−Ｎｉ系合金から成り、フォトエッチング等により箔状に形成されている。そして、受感部１２は、くびれ部１１ａの表面に設けられた導線部１３により直列に接続されている。そのため、２つの受感部１２で抵抗値の変化が異なって偏りが生じたとしても偏りを平均化した状態でひずみを測定することができる。
【００１７】
また、各受感部１２は、２つのベース主部１１ｂの表面にそれぞれ設けられたタブ１４を介してリード線１５に接続されている。なお、導線部１３およびタブ１４は、受感部１２を構成する抵抗体と同一の材料で、該抵抗体と同様に箔状に形成されている。
【００１８】
次に、ひずみゲージ１を穴２１の中に配設する方法を具体的に例示する。この実施例では、ボルト２は例えば呼び径８ｍｍのものとする。そして、予め、ボルト２の頂部から軸心に沿って、直径２ｍｍ、深さ１５ｍｍの穴２１を穿設しておく。
【００１９】
ひずみゲージ１は、ベース幅Ｗが穴２１の周長の半分の３．１ｍｍ、くびれ部１１ａの最小幅員部の幅Ｗ´が穴２１の直径より小さな例えば１ｍｍ、ベース長が例えば２０ｍｍ、ベース厚みが例えば３０μｍ、受感部１２の厚みが例えば５μｍ、くびれ部１１ａの長さが例えば５．８ｍｍのものとする。
【００２０】
また、穴２１に挿入可能な押し棒３を用意する。押し棒３は、穴２１に挿入される部分の断面が例えば横０．５ｍｍ、縦１．５ｍｍの略矩形となるように形成される。なお、押し棒３の先端部は、くびれ部１１ａの表面を傷つけないように曲面状に加工されている。
【００２１】
上記ひずみゲージ１を穴２１に配設するには、まず、穴２１の周壁面と、ひずみゲージ１のベース１１の裏面との両方に接着剤４を塗布する。尚、接着剤４としては、耐熱性に優れたもの、例えば２００℃以上の耐熱性を持つフェノールを主成分とする熱硬化型の接着剤を用いることが望ましい。
【００２２】
次に、くびれ部１１ａの裏面を穴２１の開口端に臨ませた状態で、図２示のように、押し棒３の先端をくびれ部３の表面に押し当て、くびれ部１１ａを穴２１に押し込む。これによれば、ベース１１は、表面が内側となるようにくびれ部１１ａで折り返され、この状態でひずみゲージ１が穴２１に押入される。ひずみゲージ１は、ベース主部１１ｂのベース幅Ｗを穴２１の周長の半分の長さとしたので、穴２１に挿入していく過程で、２つのベース主部１１ｂの幅方向両側の辺同士が互いに突き合わされる。穴２１の中では、ベース主部１１ｂは、穴２１の周壁面により幅方向に曲げられるのでベース１１自体の弾性力で復元しようとするが、穴２１の周壁面に強制的に押さえられる。そのため、図３示のように、２つのベース主部１１ｂが全長に亘って穴２１の周壁面に沿って湾曲し、穴２１と同形の筒になる。従って、ベース主部１１ｂの裏面は穴２１の周壁面に接する。
【００２３】
なお、この状態では、ベース主部１１ｂが穴２１内で傾くことが防止され、ベース主部１１ｂ表面の受感部１２と穴２１の軸方向との平行度が確保されて、軸ひずみを正確に測定できるようになる。
【００２４】
次に、図４示のように、ひずみゲージ１のリード線１５を除く部分を穴２１の中の所定の深さの位置まで押入した後、押し棒３を取り除く。なお、ひずみゲージ１の挿入過程においては、押し棒３の穴２１に挿入される部分の断面の長手方向（縦方向）をベース１１の幅方向と一致させる。これによれば、図５示のように、ベース主部１１ｂの表面から押し棒３が離れ、ベース主部１１ｂ表面に設けた受感部１２が押し棒３により傷付けられることを防止できる。
【００２５】
上記の方法により穴２１の中にひずみゲージ１を配設した後、接着剤４を反応硬化させ、ひずみゲージ１を測定に使用する。ひずみ測定の方法は公知なので詳述はしないが、例えば、ひずみゲージ１の両受感部１２がホイートストンブリッジの一辺を形成するように、ひずみゲージ１を、抵抗体を内蔵したスイッチボックス（図示しない）に接続し、該スイッチボックスをひずみ測定器（図示しない）に接続した状態で測定を行う。そして、ボルト２の軸ひずみに応じて生じる受感部１２の抵抗値の変化を該ひずみ測定器が検出し、それに基づいてひずみ値が求められる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態のひずみゲージ１は上記配設方法によれば、ボルト２の穴２１に容易に配設できる。また、穴２１の中で２つのベース主部１１ｂが互いに突き合わされて穴２１の周壁面に沿って湾曲するため、ベース主部１１ｂと穴２１の周壁面との間に介在する接着剤４の厚さを極力薄くできる。そのため、接着剤のクリープの影響を低減し、高温域まで精度よく測定することができる。
【００２７】
以上、この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、ひずみゲージ１の導線部１３が押し棒３によって傷付くことが懸念される場合には、導線部１３をくびれ部１１ａの裏面に設けると共に、ベース１１にスルーホールを設け、導線部１３がスルーホールを介して受感部１２に接続される構成としてもよい。
【００２８】
また、本発明のひずみゲージは、各受感部１２を上記スイッチボックスを介してひずみ測定器に並列に接続する場合には、導線部１３を省略した構成とすることもできる。また、受感部１２は一方のベース主部１１ｂにだけ設けるようにしてもよいが、この場合には、くびれ部１１ａを挟む両側のバランスが崩れて測定に悪影響を及ぼすので、上記実施形態のように両方のベース主部１１ｂに設けることが望ましい。更に、上記実施形態では、各ベース主部１１ｂの表面に各１個の受感部１２を設けたが、各ベース主部１１ｂの表面に受感部１２を夫々２個ずつ設け、両ベース主部１１ｂの計４個の受感部１２をブリッジを組むように接続してもよい。
【００２９】
また、上記実施形態の配設方法では、接着剤４を、ひずみゲージ１のベース１１裏面と、穴２１の周壁面との両方に塗布したが、必ずしも両方に塗布する必要は無く、いずれか一方にだけ塗布してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態のひずみゲージの構成を示す平面図。
【図２】図１示のひずみゲージをボルトの穴の上に配置した状態を示す説明的断面図。
【図３】穴の中における図１示のひずみゲージを示す斜視図。
【図４】図１示のひずみゲージをボルトの穴の中に配設した状態を示す説明的断面図。
【図５】図４示のＡ−Ａ線断面矢視図。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・ひずみゲージ、１１・・・ベース、１１ａ・・・くびれ部、１１ｂ・・・ベース主部、１２・・・受感部、１３・・・導線部、２・・・ボルト、２１・・・穴、３・・・押し棒、４・・・接着剤。
【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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