ひずみゲージ及びその製造方法
【課題】高熱部分に容易に取り付けられるひずみゲージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ひずみゲージ１ａは、ゲージベース２の一表面に薄膜状のひずみ受感部３を備え、同一表面上に、ひずみ検知用延長リード部４を備える。ひずみ検知用延長リード４は、ひずみ受感部３の設置部の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを有する。ひずみ受感部３と同一表面上に、温度検知手段２１を備える。ゲージベース２は、ポリイミドフィルムからなる。ひずみゲージ１ａは、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備える。製造方法は、支持体１１上にポリイミド樹脂溶液層１２を形成し、その上に金属箔１３を接着する。ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させてポリイミドフィルム１４を形成した後、金属箔１３をエッチングしてひずみ受感部３とひずみ検知用延長リード部４とを形成し、ポリイミドフィルム１４から支持体１１を剥離する。
【解決手段】ひずみゲージ１ａは、ゲージベース２の一表面に薄膜状のひずみ受感部３を備え、同一表面上に、ひずみ検知用延長リード部４を備える。ひずみ検知用延長リード４は、ひずみ受感部３の設置部の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを有する。ひずみ受感部３と同一表面上に、温度検知手段２１を備える。ゲージベース２は、ポリイミドフィルムからなる。ひずみゲージ１ａは、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備える。製造方法は、支持体１１上にポリイミド樹脂溶液層１２を形成し、その上に金属箔１３を接着する。ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させてポリイミドフィルム１４を形成した後、金属箔１３をエッチングしてひずみ受感部３とひずみ検知用延長リード部４とを形成し、ポリイミドフィルム１４から支持体１１を剥離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室、エクゾースト・マニホルド、マフラー等の高熱を受ける機械部品等のひずみを検出するひずみゲージ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの開発を行う場合、その寿命を測定したり、不具合箇所を発見したりするために、実機エンジンにより耐久テストが行われている。
【０００３】
前記自動車用エンジンにおいて、シリンダーヘッドの燃焼室側は燃料の燃焼により高熱を受ける一方、該燃焼室と反対側には冷却水が流通されているので、僅か数ｍｍの間で数百度の温度差を生じる。また、前記自動車用エンジンの燃焼室には、吸排気用の孔部や、燃料噴射手段等が設けられており、応力集中を起こしやすい部分が多い。そこで、前記燃焼室は、前記自動車用エンジンで最も不具合が起きやすい部分であり、この部分のひずみ性状を検出することは、該自動車用エンジンの開発の上で重要である。
【０００４】
前記燃焼室内のひずみ性状を検出するために、ひずみ受感部と、該ひずみ受感部に接続されたゲージリードとを金属で被覆した構造を備える高温用ひずみゲージが知られている。前記ひずみゲージは、金属で被覆されているので８００℃以上の高温に耐えることができ、前記燃焼室内、例えば鋳鉄製シリンダーヘッドの該燃焼室側に、金属部分をスポット溶接することにより取り付けて使用されている。
【０００５】
ところが、近年、燃費向上を目的にエンジンの軽量化が図られるに伴い、鋳鉄製のシリンダーヘッドに代わって主流となっているアルミニウム合金製のシリンダーヘッドでは、前記高温用ひずみゲージをスポット溶接により取り付けることが難しい。そこで、前記高温用ひずみゲージに代わって、耐熱性のゲージベースの一方の表面に受感部を形成したひずみゲージを、該ゲージベースの該受感部と反対側の面で、接着剤を介してシリンダーヘッドに貼り付ける貼付型ひずみゲージが検討されている。このような貼付型ひずみゲージとして、従来、ポリイミドフィルムの一方の表面に前記受感部を形成したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
前記貼付型ひずみゲージは、受感部の近傍に接続されたゲージリードを介して、測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、該受感部の電気信号を測定器に伝達してひずみを測定するようになっている。前記測定用リードは、前記燃焼室内のように測定温度が３００℃を超えるときには、金属被覆ケーブル（ＭＩケーブル）またはガラス被覆ケーブルが用いられる。ところが、このような前記測定用リードは、外径が１．０〜２．０ｍｍの範囲の太さであり、前記燃焼室内に配設すると、ピストンが当たる虞がある。そこで、前記シリンダヘッドの前記燃焼室側に溝部を穿設し、該溝部に前記測定用リードを配設して、耐熱性のセラミックス接着剤で埋設することが行われている。
【０００７】
しかしながら、前記貼付型ひずみゲージは、前記セラミックス接着剤による埋設後、さらに該セラミックス接着剤の表面を、前記シリンダヘッドの表面と面一になるように研磨する必要があり、取り付けのための加工が煩雑であるという不都合がある。さらに、前記貼付型ひずみゲージを取り付ける際には、前記セラミックス接着剤と前記シリンダヘッドを構成するアルミニウム合金等の金属との線膨張係数の差が大であるために、該セラミックス接着剤が剥離したり、接着層に亀裂が生じるという不都合がある。
【特許文献１】特開平２−８２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側等の高熱を受ける部分に、煩雑な加工を必要とすることなく容易に取り付けることができるひずみゲージ及びその製造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】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明は、ゲージベースと、該ゲージベースの一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部とを備えるひずみゲージにおいて、該ゲージベースの該ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部を備え、該ひずみ検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のひずみゲージは、前記長さの前記検知用延長リード部を備えるので、前記ひずみ受感部が設置される部分の外部、例えば、自動車用エンジンの燃焼室の外部で、ひずみ検知用ゲージリードに接続することができる。そこで、本発明のひずみゲージは、前記ひずみ受感部の電気信号伝達のために金属被覆ケーブル（ＭＩケーブル）またはガラス被覆ケーブル等の外径の大きな測定用リードを必要としない。
【００１１】
また、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記検知用延長リード部を備えている。従って、前記検知用延長リード部は、前記ひずみ受感部と同一の厚さであり、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側等の該ひずみ受感部が設置される部分で、該燃焼室の作動の障害となることが無い。
【００１２】
この結果、本発明のひずみゲージは、従来技術のように前記シリンダーヘッドに溝部を穿設し、該溝部に前記測定用リードを配設して、耐熱性のセラミックス接着剤で埋設するような煩雑な加工を必要とすることなく、単に接着剤を介して接着するだけで容易に測定部位に取り付けることができる。また、本発明のひずみゲージは、前記セラミックス接着剤を必要としないので、該セラミック接着剤の剥離や、接着剤層に亀裂が生じることも無い。
【００１３】
また、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段と一体的に連設された温度検知用延長リード部とを備え、該温度検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部で温度検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることが好ましい。
【００１４】
本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記温度検知手段を備えることにより、加熱と冷却とが高速で繰り返される環境下でも、ひずみと温度とを同時に測定することができ、ひずみの値を高精度で測定することができる。
【００１５】
前記温度検知手段は、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記長さを備える前記温度検知用延長リード部が該温度検知手段と一体的に連設されている。従って、前記温度検知手段は、前記ひずみ受感部と同様に、該ひずみ受感部が設置される部分の外部、例えば、自動車用エンジンの燃焼室の外部で、温度検知用ゲージリードに接続することができる。
【００１６】
本発明のひずみゲージにおいて、前記ゲージベースは耐熱性樹脂製フィルムとすることができ、該耐熱性樹脂フィルムとして、例えば、ポリイミドフィルムを挙げることができる。
【００１７】
さらに、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースがポリイミドフィルムからなる場合、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることが好ましい。本発明のひずみゲージは、前記ベース材料を備えることにより、前記ひずみ受感部が設置される部分で一方の側から加熱されて、他方の側から冷却される環境下において、高温側から低温側に熱を効率よく伝達することができる。従って、前記ベース材料を備える本発明のひずみゲージは、前記ひずみ受熱部が蓄熱によって破損しにくく、長時間に亘って測定を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のひずみゲージは、前記温度検知手段を備える場合にも、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることが好ましい。この場合には、前記ひずみ受感部と同様の作用により、前記温度検知手段が蓄熱によって破損しにくく、長時間に亘って測定を行うことができる。
【００１９】
本発明のひずみゲージは、支持体上にポリイミド樹脂溶液を塗布してポリイミド樹脂溶液層を形成する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層上に、ひずみ受感部と該ひずみ受感部に連設されるひずみ検知用延長リード部とを形成する金属箔を接着する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、該金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成する工程と、該ポリイミドフィルムから該支持体を剥離する工程と、を備える製造方法により有利に製造することができる。
【００２０】
また、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記温度検知手段を備える本発明のひずみゲージは、前記製造方法において、さらに、前記ポリイミド樹脂溶液層上に、前記ひずみ受感部と前記ひずみ検知用延長リード部とを形成する第１の金属箔と、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する第２の金属箔とを接着する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、両金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成すると共に、温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する工程と、を備えることにより有利に製造することができる。
【００２１】
前記製造方法において、前記支持体は、金属板でもよく、ポリイミドよりも熱伝導率の大きな材料、例えば、アルミナ等のセラミックス板であってもよい。前記支持体をポリイミドよりも熱伝導率の大きな材料とすることにより、前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備えるひずみゲージを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの構成を示す平面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの変形例の構成を示す平面図であり、図４は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
【００２３】
図５は、本実施形態の第２の態様のひずみゲージの構成を示す平面図、図６は図５のVI−VI線断面図であり、図7及び図8は本実施形態の第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
〔第１の態様〕
まず、本実施形態の第１の態様のひずみゲージ１ａについて説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の第１の態様のひずみゲージ１ａは、ポリイミドフィルムからなるゲージベース２と、ゲージベース２の一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部３と、ゲージベース２のひずみ受感部３と同一表面上に、ひずみ受感部３と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部４とを備え、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４は、ラミネートフィルム５によって被覆されている。ひずみゲージ１ａにおいて、ひずみ受感部３は櫛歯形状部３ａ，３ｂが互いに入り組んだ構造を備えている。
【００２４】
また、ひずみ検知用延長リード部４は、櫛歯形状部３ａ，３ｂのそれぞれに連設されたリード部４ａ，４ｂを備える２線構造となっており、リード部４ａ，４ｂはひずみ受感部３と反対側の端部で合流してゲージタブ６を形成している。そして、ひずみ検知用延長リード部４は、ひずみ受感部３が設置される部分の外部で、ゲージタブ６を介して図示しないひずみ検知用ゲージリードに接続することができる長さを備えている。尚、「ひずみ受感部３が設置される部分の外部」とは、例えば、ひずみ受感部３が、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側に設置されるときには、該燃焼室の外部を意味する。
【００２５】
次に、第１の態様のひずみゲージ１ａの変形例について説明する。図３に示すひずみゲージ１ｂは、ひずみゲージ１ａの変形例であり、ひずみ検知用延長リード部４が櫛歯形状部３ａ，３ｂのそれぞれに連設されたリード部４ａ，４ｂの間に第３のリード部４ｃを備える３線構造となっており、リード部４ａ，４ｂ，４ｃはひずみ受感部３と反対側の端部で合流してゲージタブ６を形成している。ひずみゲージ１ｂは、ひずみ検知用延長リード部４が第３のリード部４ｃを備えることにより、例えば前記自動車用エンジンの燃焼熱等の測定部位の熱による熱出力の影響を理論上解消することができ、測定誤差を低減することができる。尚、ひずみゲージ１ｂは、ひずみ検知用延長リード部４以外は、ひずみゲージ１ａと全く同一の構成を備えている。
【００２６】
ひずみゲージ１ａ，１ｂは、ゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の面に接着剤を塗布し、該接着剤層を介して、例えば自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側の測定部位に接着することにより取り付ける。前記接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、フェノール系接着剤等を用いることができる。
【００２７】
このとき、ひずみ検知用延長リード部４は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ６に図示しないひずみ検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、ひずみ受感部３の電気信号を測定器に伝達することによりひずみを測定する。
【００２８】
次に、図４を参照して、第１の態様のひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法について説明する。
【００２９】
ひずみゲージ１ａ，１ｂを製造するときには、まず、図４（ａ）に示すように、支持体となる金属板１１の上にポリイミド樹脂溶液を塗布し、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成する。金属板１１を形成する金属としては、アルミニウム、ステンレス、銅ニッケル合金等を挙げることができる。また、前記ポリイミド樹脂溶液としては、ポリイミド樹脂をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶媒に溶解したものを用いることができる。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂溶液層１２を例えば９０〜１２０℃の範囲の温度に６０分間維持して乾燥し、半乾燥状態となったポリイミド樹脂溶液層１２上に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成するための金属箔１３を接着する。金属箔１３としては、Ｎｉ−Ｃｒ合金箔、Ｃｕ−Ｎｉ合金箔等を用いることができる。
【００３１】
次に、ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させ、図４（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１４を形成する。ポリイミド樹脂溶液層１２の硬化は、金属板１１、ポリイミド樹脂溶液層１２、金属箔１３の積層体に、例えば０．０７〜０．１８ＭＰａの圧力をかけた状態で、１００℃の温度に６０分間維持し、２００℃の温度に６０分間維持し、３００℃の温度に５分間維持する処理を順次行い、さらに圧力を１．７３ＭＰａとして３０分間維持した後、室温まで冷却することにより行うことができる。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、金属箔１３をエッチングして、ポリイミドフィルム１４上にひずみゲージ１ａまたはひずみゲージ１ｂのひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成する。前記エッチングは、フォトリソ法等、それ自体公知の方法により行うことができる。
【００３３】
次に、図４（ｅ）に示すように、金属板１１を剥離する。ポリイミド樹脂は、吸湿性が高いので、大気中の湿分、前記エッチングのための水溶液の水分等を吸収しやすい。この場合、ポリイミド樹脂が吸収と乾燥との繰り返しにより変形すると、工程中で金属箔１３または金属箔１３から形成されたひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４に湾曲や折れが発生し、ひずみゲージ１ａとしての機能に障害を起こす虞がある。そこで、本実施形態では、前記エッチングによりひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された後に、金属板１１を剥離することにより、ひずみゲージ１ａの機能障害を防止することができる。
【００３４】
次に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された金属箔１３を、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の外形に沿って、ポリイミドフィルム１４と共に裁断する。そして、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４をラミネートフィルム５で被覆することにより、図１及び図２に示すひずみゲージ１ａまたは図３に示すひずみゲージ１ｂを得ることができる。
【００３５】
ところで、ひずみゲージ１ａ，１ｂは、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側のように、高熱を受ける部分に設置されるために、高温側から低温側に熱を効率よく伝達できる構成を備えていることが望まれる。ここで、ひずみゲージ１ａ，１ｂ内部の熱伝導の抵抗は、δ１／λ１Ａ（δ１：ひずみゲージ１ａ，１ｂの厚さ（ｍ）、λ１：ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率（Ｗ／（ｍ２・Ｋ））、Ａ：ひずみゲージ１ａ，１ｂの伝熱面積（ｍ２））で表される。
【００３６】
前記熱伝導の抵抗から、ひずみゲージ１ａ，１ｂにおいて、高い熱伝導効率を得るには、まずひずみゲージ１ａ，１ｂの厚さδ１を小さくすることが有効であることが理解される。そこで、ひずみゲージ１ａ，１ｂでは、例えば、ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２の厚さを０．０１ｍｍ以下、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の厚さを０．００３ｍｍ、ラミネートフィルム５の厚さを０．０１ｍｍとする。
【００３７】
ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２の厚さを０．０１ｍｍ以下とするには、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成するポリイミド樹脂溶液の濃度と、ポリイミド樹脂溶液層１２の厚さとを制御することが有効である。この場合、ポリイミド樹脂溶液の濃度は、例えば５〜１０重量％の範囲とし、ポリイミド樹脂溶液層１２の厚さは、０．１〜０．２ｍｍの範囲とする。
【００３８】
また、前記範囲の厚さのポリイミド樹脂溶液層１２は、例えば、前記範囲の濃度のポリイミド樹脂溶液の塗布量をドクターブレード等により制御することにより形成することができる。あるいは、ピンホールの発生を防止するために、ドクターブレードに代えてスピンコーター等を用い、１回の塗布で形成されるポリイミド樹脂溶液層１２の厚さを極力薄くすると共に、重ね塗りして前記範囲の厚さとするようにしてもよい。
【００３９】
また、前記熱伝導の抵抗から、ひずみゲージ１ａ，１ｂにおいて、高い熱伝導効率を得るには、ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくすることが有効であることが理解される。
【００４０】
ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくするには、例えば、ポリイミドフィルムにポリイミド樹脂よりも熱伝導度の高い充填材を含有させる。前記ポリイミド樹脂よりも熱伝導度の高い充填材としては、アルミナ、ジルコニア、マイカ、クレー等を用いることができる。
【００４１】
また、ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくするには、ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を積層するようにしてもよい。前記ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料としては、例えば、アルミナ板を用いることができる。
【００４２】
ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備えるひずみゲージ１ａ，１ｂは、図４に示す製造方法において、金属板１１に代えて、例えば前記アルミナ板を用いることにより製造することができる。この場合には、前記エッチング後にアルミナ板を剥離することなく、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された金属箔１３を、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の外形に沿って、ポリイミドフィルム１４及び前記アルミナ板と共に裁断する。
〔第２の態様〕
次に、本実施形態の第２の態様のひずみゲージ１ｃについて説明する。図５及び図６に示すように、本実施形態の第２の態様のひずみゲージ１ｃは、ポリイミドフィルムからなるゲージベース２と、ゲージベース２の一方の表面に形成されたひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４と、温度検知手段２１と、温度検知手段２１と一体的に連設された温度検知用延長リード部２２とを備え、ひずみ受感部３、ひずみ検知用延長リード部４、温度検知手段２１、温度検知用延長リード部２２は、ラミネートフィルム５によって被覆されている。
【００４３】
ひずみゲージ１ｃにおいて、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４は、ひずみゲージ１ａと同一構成を備えている。また、ひずみ検知用延長リード部４は、ひずみゲージ１ｂと同一構成を備えるものであってよい。
【００４４】
温度検知手段２１は、第１の態様のひずみゲージ１ａのひずみ受感部３と同一の形状を備え、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂが互いに入り組んだ構造を備えている。また、温度検知用延長リード部２２は、ひずみゲージ１ａのひずみ検知用延長リード部４と同一形状を備え、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂのそれぞれに連設されたリード部２２ａ，２２ｂを備える２線構造となっており、リード部２２ａ，２２ｂは温度検知手段２１と反対側の端部で合流してゲージタブ２３を形成している。そして、温度検知用延長リード部２２は、ひずみ受感部３が設置される部分の外部で、ゲージタブ２３を介して図示しない温度検知用ゲージリードに接続することができる長さを備えている。
【００４５】
尚、温度検知用延長リード部２２は、ひずみゲージ１ｂのひずみ検知用延長リード部４と同一形状を備えるものであってもよく、この場合には、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂのそれぞれに連設されたリード部２２ａ，２２ｂの間に第３のリード部（図示せず）を備える３線構造となっており、各リード部は温度検知手段２１と反対側の端部で合流してゲージタブ２３を形成している。ひずみゲージ１ｃは、ひずみ検知用延長リード部４及び温度検知用延長リード部２２がそれぞれ前記第３のリード部を備えることにより、例えば前記自動車用エンジンの燃焼熱等の測定部位の熱による熱出力の影響を理論上解消することができ、ひずみと温度との両方の測定誤差を低減することができる。
【００４６】
第２の態様のひずみゲージ１ｃは、第１の態様のひずみゲージ１ａ，１ｂと同一にして、ゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の面に接着剤を塗布し、該接着剤層を介して、例えば自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側の測定部位に接着することにより取り付けることができる。
【００４７】
このとき、ひずみ検知用延長リード部４は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ６に図示しないひずみ検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、ひずみ受感部３の電気信号を測定器に伝達することによりひずみを測定する。
【００４８】
同様に、温度検知用延長リード部２２は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ２３に図示しない温度検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、温度検知手段２１の電気信号を測定器に伝達することにより温度を測定する。
【００４９】
次に、図７を参照して、第２の態様のひずみゲージ１ｃの製造方法について説明する。
【００５０】
ひずみゲージ１ｃを製造するときには、まず、図７（ａ）に示すように、支持体となる金属板１１の上にポリイミド樹脂溶液を塗布し、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成する。金属板１１を形成する金属、前記ポリイミド樹脂溶液は、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一のものを用いることができる。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂溶液層１２を例えば９０〜１２０℃の範囲の温度に６０分間維持して乾燥し、半乾燥状態となったポリイミド樹脂溶液層１２上に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成するための金属箔１３と、温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成するための金属箔２４とを接着する。前記接着は、金属箔１３と金属箔２４とが、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するようにして行う。金属箔１３としては、Ｎｉ−Ｃｒ合金箔、Ｃｕ−Ｎｉ合金箔等を用いることができ、金属箔２４としては、Ｃｕ箔、Ｎｉ箔、Ｐｔ箔等を用いることができる。
【００５２】
次に、ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させ、図７（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１４を形成する。ポリイミド樹脂溶液層１２の硬化は、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一にして行うことができる。
【００５３】
ポリイミドフィルム１４を形成した後は、金属箔１３をエッチングしてひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成する際に、同時に金属箔２４をエッチングして温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成することを除いて、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一にしてひずみゲージ１ｃを製造することができる。
【００５４】
前記製造方法において、金属箔１３と金属箔２４とを、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するように接着するには、次のようにすることができる。
【００５５】
まず、図８（ａ）に示すように、半乾燥状態のポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに重なるようにして、金属箔１３と金属箔２４とを仮接着する。尚、図８（ａ）では金属箔１３が上になるように示しているが、金属箔２４が上になるようにしてもよい。そして、直線Ｌで示すように、金属箔１３と金属箔２４とを裁断し、裁断片１３ａ，２４ａを形成する。このとき、ポリイミド樹脂溶液層１２は半乾燥状態であり、金属板１１上に支持された状態であるので、金属箔１３と金属箔２４と共に裁断されたとしても、後工程で硬化させることにより、ポリイミドフィルム１４を形成することができる。
【００５６】
次に、図８（ｂ）に示すように、裁断片１３ａ，２４ａのうち、まず、金属箔２４の上に重ねられた状態の裁断片１３ａを除去する。
【００５７】
次に、図８（ｃ）に示すように、金属箔１３のうち、裁断片２４ａの上に重ねられている部分を捲り上げ、金属箔１３の下に重ねられていた裁断片２４ａを除去する。この後、捲り上げていた金属箔１３を元通りポリイミド樹脂溶液層１２に接着することにより、金属箔１３と金属箔２４とを、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するように接着することができる。
【００５８】
また、ひずみゲージ１ｃは、図４に示す製造方法によりポリイミドフィルム１４上に受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成し、裁断して、ラミネートフィルム５で被覆する前の状態のもの（以下、ひずみゲージ部という）を得ると共に、同様にしてポリイミドフィルム１４上に温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成し、裁断して、ラミネートフィルム５で被覆する前の状態のもの（以下、温度検知部という）を得て、前記ひずみゲージ部と温度検知部とを並べてラミネートフィルム５に接着することにより製造することもできる。また、ラミネートフィルム５に接着することに代えて、前記ひずみゲージ部の側方に、前記温度検知部を配置可能なポリイミドフィルム１４を準備する一方、前記温度検知部の側方に、前記ひずみゲージ部を配置可能なポリイミドフィルム１４を準備し、該ひずみゲージ部の側方のポリイミドフィルム１４上に、該温度検知部を裏返しに接着するようにしてもよい。このようにするときには、前記ひずみゲージ部の側方のポリイミドフィルム１４が前記温度検知部を被覆することになると共に、該温度検知部の側方のポリイミドフィルム１４が該ひずみゲージ部を被覆することになり、好都合である。
【００５９】
尚、本実施形態の各態様では、前記ゲージベース２がポリイミドフィルムからなる場合について説明しているが、ゲージベース２は耐熱性樹脂製フィルムからなるものであればよく、ポリイミドフィルムに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態の第１の態様のひずみゲージの構成を示す平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】第１の態様のひずみゲージの変形例の構成を示す平面図。
【図４】第１の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
【図５】第２の態様のひずみゲージの構成を示す平面図。
【図６】図５のVI−VI線断面図。
【図７】第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図。
【図８】第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ，１ｂ，１ｃ…ひずみゲージ、 ２…ゲージベース、 ３…ひずみ受感部、 ４…ひずみ検知用延長リード部、 １１…支持体、 １２…ポリイミド樹脂溶液層、 １３…（第１の）金属箔、 １４…ポリイミドフィルム、 ２１…温度検知手段、 ２２…温度検知用延長リード部、２４…第２の金属箔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室、エクゾースト・マニホルド、マフラー等の高熱を受ける機械部品等のひずみを検出するひずみゲージ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの開発を行う場合、その寿命を測定したり、不具合箇所を発見したりするために、実機エンジンにより耐久テストが行われている。
【０００３】
前記自動車用エンジンにおいて、シリンダーヘッドの燃焼室側は燃料の燃焼により高熱を受ける一方、該燃焼室と反対側には冷却水が流通されているので、僅か数ｍｍの間で数百度の温度差を生じる。また、前記自動車用エンジンの燃焼室には、吸排気用の孔部や、燃料噴射手段等が設けられており、応力集中を起こしやすい部分が多い。そこで、前記燃焼室は、前記自動車用エンジンで最も不具合が起きやすい部分であり、この部分のひずみ性状を検出することは、該自動車用エンジンの開発の上で重要である。
【０００４】
前記燃焼室内のひずみ性状を検出するために、ひずみ受感部と、該ひずみ受感部に接続されたゲージリードとを金属で被覆した構造を備える高温用ひずみゲージが知られている。前記ひずみゲージは、金属で被覆されているので８００℃以上の高温に耐えることができ、前記燃焼室内、例えば鋳鉄製シリンダーヘッドの該燃焼室側に、金属部分をスポット溶接することにより取り付けて使用されている。
【０００５】
ところが、近年、燃費向上を目的にエンジンの軽量化が図られるに伴い、鋳鉄製のシリンダーヘッドに代わって主流となっているアルミニウム合金製のシリンダーヘッドでは、前記高温用ひずみゲージをスポット溶接により取り付けることが難しい。そこで、前記高温用ひずみゲージに代わって、耐熱性のゲージベースの一方の表面に受感部を形成したひずみゲージを、該ゲージベースの該受感部と反対側の面で、接着剤を介してシリンダーヘッドに貼り付ける貼付型ひずみゲージが検討されている。このような貼付型ひずみゲージとして、従来、ポリイミドフィルムの一方の表面に前記受感部を形成したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
前記貼付型ひずみゲージは、受感部の近傍に接続されたゲージリードを介して、測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、該受感部の電気信号を測定器に伝達してひずみを測定するようになっている。前記測定用リードは、前記燃焼室内のように測定温度が３００℃を超えるときには、金属被覆ケーブル（ＭＩケーブル）またはガラス被覆ケーブルが用いられる。ところが、このような前記測定用リードは、外径が１．０〜２．０ｍｍの範囲の太さであり、前記燃焼室内に配設すると、ピストンが当たる虞がある。そこで、前記シリンダヘッドの前記燃焼室側に溝部を穿設し、該溝部に前記測定用リードを配設して、耐熱性のセラミックス接着剤で埋設することが行われている。
【０００７】
しかしながら、前記貼付型ひずみゲージは、前記セラミックス接着剤による埋設後、さらに該セラミックス接着剤の表面を、前記シリンダヘッドの表面と面一になるように研磨する必要があり、取り付けのための加工が煩雑であるという不都合がある。さらに、前記貼付型ひずみゲージを取り付ける際には、前記セラミックス接着剤と前記シリンダヘッドを構成するアルミニウム合金等の金属との線膨張係数の差が大であるために、該セラミックス接着剤が剥離したり、接着層に亀裂が生じるという不都合がある。
【特許文献１】特開平２−８２１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側等の高熱を受ける部分に、煩雑な加工を必要とすることなく容易に取り付けることができるひずみゲージ及びその製造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】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明は、ゲージベースと、該ゲージベースの一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部とを備えるひずみゲージにおいて、該ゲージベースの該ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部を備え、該ひずみ検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のひずみゲージは、前記長さの前記検知用延長リード部を備えるので、前記ひずみ受感部が設置される部分の外部、例えば、自動車用エンジンの燃焼室の外部で、ひずみ検知用ゲージリードに接続することができる。そこで、本発明のひずみゲージは、前記ひずみ受感部の電気信号伝達のために金属被覆ケーブル（ＭＩケーブル）またはガラス被覆ケーブル等の外径の大きな測定用リードを必要としない。
【００１１】
また、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記検知用延長リード部を備えている。従って、前記検知用延長リード部は、前記ひずみ受感部と同一の厚さであり、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側等の該ひずみ受感部が設置される部分で、該燃焼室の作動の障害となることが無い。
【００１２】
この結果、本発明のひずみゲージは、従来技術のように前記シリンダーヘッドに溝部を穿設し、該溝部に前記測定用リードを配設して、耐熱性のセラミックス接着剤で埋設するような煩雑な加工を必要とすることなく、単に接着剤を介して接着するだけで容易に測定部位に取り付けることができる。また、本発明のひずみゲージは、前記セラミックス接着剤を必要としないので、該セラミック接着剤の剥離や、接着剤層に亀裂が生じることも無い。
【００１３】
また、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段と一体的に連設された温度検知用延長リード部とを備え、該温度検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部で温度検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることが好ましい。
【００１４】
本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記温度検知手段を備えることにより、加熱と冷却とが高速で繰り返される環境下でも、ひずみと温度とを同時に測定することができ、ひずみの値を高精度で測定することができる。
【００１５】
前記温度検知手段は、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記長さを備える前記温度検知用延長リード部が該温度検知手段と一体的に連設されている。従って、前記温度検知手段は、前記ひずみ受感部と同様に、該ひずみ受感部が設置される部分の外部、例えば、自動車用エンジンの燃焼室の外部で、温度検知用ゲージリードに接続することができる。
【００１６】
本発明のひずみゲージにおいて、前記ゲージベースは耐熱性樹脂製フィルムとすることができ、該耐熱性樹脂フィルムとして、例えば、ポリイミドフィルムを挙げることができる。
【００１７】
さらに、本発明のひずみゲージは、前記ゲージベースがポリイミドフィルムからなる場合、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることが好ましい。本発明のひずみゲージは、前記ベース材料を備えることにより、前記ひずみ受感部が設置される部分で一方の側から加熱されて、他方の側から冷却される環境下において、高温側から低温側に熱を効率よく伝達することができる。従って、前記ベース材料を備える本発明のひずみゲージは、前記ひずみ受熱部が蓄熱によって破損しにくく、長時間に亘って測定を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のひずみゲージは、前記温度検知手段を備える場合にも、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることが好ましい。この場合には、前記ひずみ受感部と同様の作用により、前記温度検知手段が蓄熱によって破損しにくく、長時間に亘って測定を行うことができる。
【００１９】
本発明のひずみゲージは、支持体上にポリイミド樹脂溶液を塗布してポリイミド樹脂溶液層を形成する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層上に、ひずみ受感部と該ひずみ受感部に連設されるひずみ検知用延長リード部とを形成する金属箔を接着する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、該金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成する工程と、該ポリイミドフィルムから該支持体を剥離する工程と、を備える製造方法により有利に製造することができる。
【００２０】
また、前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、前記温度検知手段を備える本発明のひずみゲージは、前記製造方法において、さらに、前記ポリイミド樹脂溶液層上に、前記ひずみ受感部と前記ひずみ検知用延長リード部とを形成する第１の金属箔と、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する第２の金属箔とを接着する工程と、該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、両金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成すると共に、温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する工程と、を備えることにより有利に製造することができる。
【００２１】
前記製造方法において、前記支持体は、金属板でもよく、ポリイミドよりも熱伝導率の大きな材料、例えば、アルミナ等のセラミックス板であってもよい。前記支持体をポリイミドよりも熱伝導率の大きな材料とすることにより、前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備えるひずみゲージを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの構成を示す平面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの変形例の構成を示す平面図であり、図４は本実施形態の第１の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
【００２３】
図５は、本実施形態の第２の態様のひずみゲージの構成を示す平面図、図６は図５のVI−VI線断面図であり、図7及び図8は本実施形態の第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
〔第１の態様〕
まず、本実施形態の第１の態様のひずみゲージ１ａについて説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の第１の態様のひずみゲージ１ａは、ポリイミドフィルムからなるゲージベース２と、ゲージベース２の一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部３と、ゲージベース２のひずみ受感部３と同一表面上に、ひずみ受感部３と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部４とを備え、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４は、ラミネートフィルム５によって被覆されている。ひずみゲージ１ａにおいて、ひずみ受感部３は櫛歯形状部３ａ，３ｂが互いに入り組んだ構造を備えている。
【００２４】
また、ひずみ検知用延長リード部４は、櫛歯形状部３ａ，３ｂのそれぞれに連設されたリード部４ａ，４ｂを備える２線構造となっており、リード部４ａ，４ｂはひずみ受感部３と反対側の端部で合流してゲージタブ６を形成している。そして、ひずみ検知用延長リード部４は、ひずみ受感部３が設置される部分の外部で、ゲージタブ６を介して図示しないひずみ検知用ゲージリードに接続することができる長さを備えている。尚、「ひずみ受感部３が設置される部分の外部」とは、例えば、ひずみ受感部３が、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側に設置されるときには、該燃焼室の外部を意味する。
【００２５】
次に、第１の態様のひずみゲージ１ａの変形例について説明する。図３に示すひずみゲージ１ｂは、ひずみゲージ１ａの変形例であり、ひずみ検知用延長リード部４が櫛歯形状部３ａ，３ｂのそれぞれに連設されたリード部４ａ，４ｂの間に第３のリード部４ｃを備える３線構造となっており、リード部４ａ，４ｂ，４ｃはひずみ受感部３と反対側の端部で合流してゲージタブ６を形成している。ひずみゲージ１ｂは、ひずみ検知用延長リード部４が第３のリード部４ｃを備えることにより、例えば前記自動車用エンジンの燃焼熱等の測定部位の熱による熱出力の影響を理論上解消することができ、測定誤差を低減することができる。尚、ひずみゲージ１ｂは、ひずみ検知用延長リード部４以外は、ひずみゲージ１ａと全く同一の構成を備えている。
【００２６】
ひずみゲージ１ａ，１ｂは、ゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の面に接着剤を塗布し、該接着剤層を介して、例えば自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側の測定部位に接着することにより取り付ける。前記接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、フェノール系接着剤等を用いることができる。
【００２７】
このとき、ひずみ検知用延長リード部４は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ６に図示しないひずみ検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、ひずみ受感部３の電気信号を測定器に伝達することによりひずみを測定する。
【００２８】
次に、図４を参照して、第１の態様のひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法について説明する。
【００２９】
ひずみゲージ１ａ，１ｂを製造するときには、まず、図４（ａ）に示すように、支持体となる金属板１１の上にポリイミド樹脂溶液を塗布し、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成する。金属板１１を形成する金属としては、アルミニウム、ステンレス、銅ニッケル合金等を挙げることができる。また、前記ポリイミド樹脂溶液としては、ポリイミド樹脂をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶媒に溶解したものを用いることができる。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂溶液層１２を例えば９０〜１２０℃の範囲の温度に６０分間維持して乾燥し、半乾燥状態となったポリイミド樹脂溶液層１２上に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成するための金属箔１３を接着する。金属箔１３としては、Ｎｉ−Ｃｒ合金箔、Ｃｕ−Ｎｉ合金箔等を用いることができる。
【００３１】
次に、ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させ、図４（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１４を形成する。ポリイミド樹脂溶液層１２の硬化は、金属板１１、ポリイミド樹脂溶液層１２、金属箔１３の積層体に、例えば０．０７〜０．１８ＭＰａの圧力をかけた状態で、１００℃の温度に６０分間維持し、２００℃の温度に６０分間維持し、３００℃の温度に５分間維持する処理を順次行い、さらに圧力を１．７３ＭＰａとして３０分間維持した後、室温まで冷却することにより行うことができる。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、金属箔１３をエッチングして、ポリイミドフィルム１４上にひずみゲージ１ａまたはひずみゲージ１ｂのひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成する。前記エッチングは、フォトリソ法等、それ自体公知の方法により行うことができる。
【００３３】
次に、図４（ｅ）に示すように、金属板１１を剥離する。ポリイミド樹脂は、吸湿性が高いので、大気中の湿分、前記エッチングのための水溶液の水分等を吸収しやすい。この場合、ポリイミド樹脂が吸収と乾燥との繰り返しにより変形すると、工程中で金属箔１３または金属箔１３から形成されたひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４に湾曲や折れが発生し、ひずみゲージ１ａとしての機能に障害を起こす虞がある。そこで、本実施形態では、前記エッチングによりひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された後に、金属板１１を剥離することにより、ひずみゲージ１ａの機能障害を防止することができる。
【００３４】
次に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された金属箔１３を、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の外形に沿って、ポリイミドフィルム１４と共に裁断する。そして、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４をラミネートフィルム５で被覆することにより、図１及び図２に示すひずみゲージ１ａまたは図３に示すひずみゲージ１ｂを得ることができる。
【００３５】
ところで、ひずみゲージ１ａ，１ｂは、自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側のように、高熱を受ける部分に設置されるために、高温側から低温側に熱を効率よく伝達できる構成を備えていることが望まれる。ここで、ひずみゲージ１ａ，１ｂ内部の熱伝導の抵抗は、δ１／λ１Ａ（δ１：ひずみゲージ１ａ，１ｂの厚さ（ｍ）、λ１：ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率（Ｗ／（ｍ２・Ｋ））、Ａ：ひずみゲージ１ａ，１ｂの伝熱面積（ｍ２））で表される。
【００３６】
前記熱伝導の抵抗から、ひずみゲージ１ａ，１ｂにおいて、高い熱伝導効率を得るには、まずひずみゲージ１ａ，１ｂの厚さδ１を小さくすることが有効であることが理解される。そこで、ひずみゲージ１ａ，１ｂでは、例えば、ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２の厚さを０．０１ｍｍ以下、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の厚さを０．００３ｍｍ、ラミネートフィルム５の厚さを０．０１ｍｍとする。
【００３７】
ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２の厚さを０．０１ｍｍ以下とするには、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成するポリイミド樹脂溶液の濃度と、ポリイミド樹脂溶液層１２の厚さとを制御することが有効である。この場合、ポリイミド樹脂溶液の濃度は、例えば５〜１０重量％の範囲とし、ポリイミド樹脂溶液層１２の厚さは、０．１〜０．２ｍｍの範囲とする。
【００３８】
また、前記範囲の厚さのポリイミド樹脂溶液層１２は、例えば、前記範囲の濃度のポリイミド樹脂溶液の塗布量をドクターブレード等により制御することにより形成することができる。あるいは、ピンホールの発生を防止するために、ドクターブレードに代えてスピンコーター等を用い、１回の塗布で形成されるポリイミド樹脂溶液層１２の厚さを極力薄くすると共に、重ね塗りして前記範囲の厚さとするようにしてもよい。
【００３９】
また、前記熱伝導の抵抗から、ひずみゲージ１ａ，１ｂにおいて、高い熱伝導効率を得るには、ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくすることが有効であることが理解される。
【００４０】
ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくするには、例えば、ポリイミドフィルムにポリイミド樹脂よりも熱伝導度の高い充填材を含有させる。前記ポリイミド樹脂よりも熱伝導度の高い充填材としては、アルミナ、ジルコニア、マイカ、クレー等を用いることができる。
【００４１】
また、ひずみゲージ１ａ，１ｂの熱伝導率λ１を大きくするには、ポリイミドフィルム１４からなるゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を積層するようにしてもよい。前記ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料としては、例えば、アルミナ板を用いることができる。
【００４２】
ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料を備えるひずみゲージ１ａ，１ｂは、図４に示す製造方法において、金属板１１に代えて、例えば前記アルミナ板を用いることにより製造することができる。この場合には、前記エッチング後にアルミナ板を剥離することなく、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４が形成された金属箔１３を、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４の外形に沿って、ポリイミドフィルム１４及び前記アルミナ板と共に裁断する。
〔第２の態様〕
次に、本実施形態の第２の態様のひずみゲージ１ｃについて説明する。図５及び図６に示すように、本実施形態の第２の態様のひずみゲージ１ｃは、ポリイミドフィルムからなるゲージベース２と、ゲージベース２の一方の表面に形成されたひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４と、温度検知手段２１と、温度検知手段２１と一体的に連設された温度検知用延長リード部２２とを備え、ひずみ受感部３、ひずみ検知用延長リード部４、温度検知手段２１、温度検知用延長リード部２２は、ラミネートフィルム５によって被覆されている。
【００４３】
ひずみゲージ１ｃにおいて、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４は、ひずみゲージ１ａと同一構成を備えている。また、ひずみ検知用延長リード部４は、ひずみゲージ１ｂと同一構成を備えるものであってよい。
【００４４】
温度検知手段２１は、第１の態様のひずみゲージ１ａのひずみ受感部３と同一の形状を備え、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂが互いに入り組んだ構造を備えている。また、温度検知用延長リード部２２は、ひずみゲージ１ａのひずみ検知用延長リード部４と同一形状を備え、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂのそれぞれに連設されたリード部２２ａ，２２ｂを備える２線構造となっており、リード部２２ａ，２２ｂは温度検知手段２１と反対側の端部で合流してゲージタブ２３を形成している。そして、温度検知用延長リード部２２は、ひずみ受感部３が設置される部分の外部で、ゲージタブ２３を介して図示しない温度検知用ゲージリードに接続することができる長さを備えている。
【００４５】
尚、温度検知用延長リード部２２は、ひずみゲージ１ｂのひずみ検知用延長リード部４と同一形状を備えるものであってもよく、この場合には、櫛歯形状部２１ａ，２１ｂのそれぞれに連設されたリード部２２ａ，２２ｂの間に第３のリード部（図示せず）を備える３線構造となっており、各リード部は温度検知手段２１と反対側の端部で合流してゲージタブ２３を形成している。ひずみゲージ１ｃは、ひずみ検知用延長リード部４及び温度検知用延長リード部２２がそれぞれ前記第３のリード部を備えることにより、例えば前記自動車用エンジンの燃焼熱等の測定部位の熱による熱出力の影響を理論上解消することができ、ひずみと温度との両方の測定誤差を低減することができる。
【００４６】
第２の態様のひずみゲージ１ｃは、第１の態様のひずみゲージ１ａ，１ｂと同一にして、ゲージベース２のひずみ受感部３と反対側の面に接着剤を塗布し、該接着剤層を介して、例えば自動車用エンジンのシリンダーヘッドの燃焼室側の測定部位に接着することにより取り付けることができる。
【００４７】
このとき、ひずみ検知用延長リード部４は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ６に図示しないひずみ検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、ひずみ受感部３の電気信号を測定器に伝達することによりひずみを測定する。
【００４８】
同様に、温度検知用延長リード部２２は、前記燃焼室の外部まで延設され、該燃焼室の外部で、ゲージタブ２３に図示しない温度検知用ゲージリードが接続される。検知用ゲージリードは、さらに、公知のゲージ端子等を介して測定用リードに接続され、該測定用リードを測定器またはスイッチボックスまで延設することにより、温度検知手段２１の電気信号を測定器に伝達することにより温度を測定する。
【００４９】
次に、図７を参照して、第２の態様のひずみゲージ１ｃの製造方法について説明する。
【００５０】
ひずみゲージ１ｃを製造するときには、まず、図７（ａ）に示すように、支持体となる金属板１１の上にポリイミド樹脂溶液を塗布し、ポリイミド樹脂溶液層１２を形成する。金属板１１を形成する金属、前記ポリイミド樹脂溶液は、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一のものを用いることができる。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂溶液層１２を例えば９０〜１２０℃の範囲の温度に６０分間維持して乾燥し、半乾燥状態となったポリイミド樹脂溶液層１２上に、ひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成するための金属箔１３と、温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成するための金属箔２４とを接着する。前記接着は、金属箔１３と金属箔２４とが、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するようにして行う。金属箔１３としては、Ｎｉ−Ｃｒ合金箔、Ｃｕ−Ｎｉ合金箔等を用いることができ、金属箔２４としては、Ｃｕ箔、Ｎｉ箔、Ｐｔ箔等を用いることができる。
【００５２】
次に、ポリイミド樹脂溶液層１２を硬化させ、図７（ｃ）に示すように、ポリイミドフィルム１４を形成する。ポリイミド樹脂溶液層１２の硬化は、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一にして行うことができる。
【００５３】
ポリイミドフィルム１４を形成した後は、金属箔１３をエッチングしてひずみ受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成する際に、同時に金属箔２４をエッチングして温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成することを除いて、ひずみゲージ１ａ，１ｂの製造方法と同一にしてひずみゲージ１ｃを製造することができる。
【００５４】
前記製造方法において、金属箔１３と金属箔２４とを、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するように接着するには、次のようにすることができる。
【００５５】
まず、図８（ａ）に示すように、半乾燥状態のポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに重なるようにして、金属箔１３と金属箔２４とを仮接着する。尚、図８（ａ）では金属箔１３が上になるように示しているが、金属箔２４が上になるようにしてもよい。そして、直線Ｌで示すように、金属箔１３と金属箔２４とを裁断し、裁断片１３ａ，２４ａを形成する。このとき、ポリイミド樹脂溶液層１２は半乾燥状態であり、金属板１１上に支持された状態であるので、金属箔１３と金属箔２４と共に裁断されたとしても、後工程で硬化させることにより、ポリイミドフィルム１４を形成することができる。
【００５６】
次に、図８（ｂ）に示すように、裁断片１３ａ，２４ａのうち、まず、金属箔２４の上に重ねられた状態の裁断片１３ａを除去する。
【００５７】
次に、図８（ｃ）に示すように、金属箔１３のうち、裁断片２４ａの上に重ねられている部分を捲り上げ、金属箔１３の下に重ねられていた裁断片２４ａを除去する。この後、捲り上げていた金属箔１３を元通りポリイミド樹脂溶液層１２に接着することにより、金属箔１３と金属箔２４とを、ポリイミド樹脂溶液層１２上の中央部で互いに接するように接着することができる。
【００５８】
また、ひずみゲージ１ｃは、図４に示す製造方法によりポリイミドフィルム１４上に受感部３及びひずみ検知用延長リード部４を形成し、裁断して、ラミネートフィルム５で被覆する前の状態のもの（以下、ひずみゲージ部という）を得ると共に、同様にしてポリイミドフィルム１４上に温度検知手段２１及び温度検知用延長リード部２２を形成し、裁断して、ラミネートフィルム５で被覆する前の状態のもの（以下、温度検知部という）を得て、前記ひずみゲージ部と温度検知部とを並べてラミネートフィルム５に接着することにより製造することもできる。また、ラミネートフィルム５に接着することに代えて、前記ひずみゲージ部の側方に、前記温度検知部を配置可能なポリイミドフィルム１４を準備する一方、前記温度検知部の側方に、前記ひずみゲージ部を配置可能なポリイミドフィルム１４を準備し、該ひずみゲージ部の側方のポリイミドフィルム１４上に、該温度検知部を裏返しに接着するようにしてもよい。このようにするときには、前記ひずみゲージ部の側方のポリイミドフィルム１４が前記温度検知部を被覆することになると共に、該温度検知部の側方のポリイミドフィルム１４が該ひずみゲージ部を被覆することになり、好都合である。
【００５９】
尚、本実施形態の各態様では、前記ゲージベース２がポリイミドフィルムからなる場合について説明しているが、ゲージベース２は耐熱性樹脂製フィルムからなるものであればよく、ポリイミドフィルムに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態の第１の態様のひずみゲージの構成を示す平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】第１の態様のひずみゲージの変形例の構成を示す平面図。
【図４】第１の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図である。
【図５】第２の態様のひずみゲージの構成を示す平面図。
【図６】図５のVI−VI線断面図。
【図７】第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図。
【図８】第２の態様のひずみゲージの製造方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ，１ｂ，１ｃ…ひずみゲージ、 ２…ゲージベース、 ３…ひずみ受感部、 ４…ひずみ検知用延長リード部、 １１…支持体、 １２…ポリイミド樹脂溶液層、 １３…（第１の）金属箔、 １４…ポリイミドフィルム、 ２１…温度検知手段、 ２２…温度検知用延長リード部、２４…第２の金属箔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲージベースと、該ゲージベースの一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部とを備えるひずみゲージにおいて、
該ゲージベースの該ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部を備え、該ひずみ検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】
前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段と一体的に連設された温度検知用延長リード部とを備え、該温度検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部で温度検知用ゲージリードに接続可能な長さを備え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】
前記ゲージベースは、ポリイミドフィルムからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のひずみゲージ。
【請求項４】
前記ゲージベースは、前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることを特徴とする請求項３記載のひずみゲージ。
【請求項５】
支持体上にポリイミド樹脂溶液を塗布してポリイミド樹脂溶液層を形成する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層上に、ひずみ受感部と該ひずみ受感部に連設されるひずみ検知用延長リード部とを形成する金属箔を接着する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、
該金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成する工程と、
該ポリイミドフィルムから該支持体を剥離する工程と、
を備えることを特徴とするひずみゲージの製造方法。
【請求項６】
前記ポリイミド樹脂溶液層上に、前記ひずみ受感部と前記ひずみ検知用延長リード部とを形成する第１の金属箔と、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する第２の金属箔とを接着する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、
両金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成すると共に、温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項５記載のひずみゲージの製造方法。
【請求項１】
ゲージベースと、該ゲージベースの一方の表面に形成された薄膜状のひずみ受感部とを備えるひずみゲージにおいて、
該ゲージベースの該ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部と一体的に連設されたひずみ検知用延長リード部を備え、該ひずみ検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部でひずみ検知用ゲージリードに接続可能な長さを備えることを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】
前記ゲージベースの前記ひずみ受感部と同一表面上に、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段と一体的に連設された温度検知用延長リード部とを備え、該温度検知用延長リードは該ひずみ受感部が設置される部分の外部で温度検知用ゲージリードに接続可能な長さを備え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】
前記ゲージベースは、ポリイミドフィルムからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のひずみゲージ。
【請求項４】
前記ゲージベースは、前記ひずみ受感部と反対側の表面に、ポリイミドよりも熱伝導率の大きなベース材料が積層されていることを特徴とする請求項３記載のひずみゲージ。
【請求項５】
支持体上にポリイミド樹脂溶液を塗布してポリイミド樹脂溶液層を形成する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層上に、ひずみ受感部と該ひずみ受感部に連設されるひずみ検知用延長リード部とを形成する金属箔を接着する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、
該金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成する工程と、
該ポリイミドフィルムから該支持体を剥離する工程と、
を備えることを特徴とするひずみゲージの製造方法。
【請求項６】
前記ポリイミド樹脂溶液層上に、前記ひずみ受感部と前記ひずみ検知用延長リード部とを形成する第１の金属箔と、該ひずみ受感部が設置される部分の温度を検知する温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する第２の金属箔とを接着する工程と、
該ポリイミド樹脂溶液層を硬化させてポリイミドフィルムを形成する工程と、
両金属箔をエッチングして該ひずみ受感部と該ひずみ検知用延長リード部とを形成すると共に、温度検知手段と温度検知用延長リード部とを形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項５記載のひずみゲージの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１９２３９９（Ｐ２００９−１９２３９９Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４２０８（Ｐ２００８−３４２０８）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
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