疲労度検出ひずみゲージ
【課題】構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供する。
【解決手段】ひずみ検出部１３０と、ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部１５０と、疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージ１００であって、抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出するためにひずみ検出部の一端と導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部１２０を備え、端子部が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【解決手段】ひずみ検出部１３０と、ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部１５０と、疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージ１００であって、抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出するためにひずみ検出部の一端と導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部１２０を備え、端子部が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前に予測できる疲労度検出ひずみゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、構造材のひずみを測定するひずみゲージは一般に知られている（特許文献１参照）。このひずみゲージの構成は、可撓性を有するゲージベースと所定の方向のひずみを検出する２つのゲージを有し、ひずみゲージの出力から構造材内のひずみの蓄積度合いを算出し、構造材の疲労破壊の兆候を予測するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ひずみゲージは、一般に機械構造材と同等の十分な機械的特性を有する。そのため、機械強度や疲労強度が機械構造材より低い梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材において、特に疲労破壊し易い梁の根元や溶接部分、切欠き部分に単一のひずみゲージを疲労度検出ひずみセンサとして用いようとすると、データロガー等を介してひずみの出力トレンドを長期間に亘って収集しなければならず、その検出データを集積するためのデータ量が膨大となりデータ管理と処理が大変である。
【０００５】
また、単一のひずみゲージを例えば産業用機械に用いる機械構造材の比較的疲労強度が弱い溶接部や構造材の断面形状が急激に変化して応力集中が生じ易い部位に利用しようとしても、上述した一般構造材と同様の問題が生じる。
【０００６】
一方、上述の特許文献１に記載のひずみゲージは２つのひずみゲージを含むホイートストンブリッジ回路を利用して溶接部（ホットスポット）のひずみを検出するようになっている。しかしながら、機械構造材と同等の機械的特性を有するひずみゲージ同士の抵抗値同士の差をホイートストンブリッジ回路で出力しようとすると、僅かな出力の差から構造材の疲労度を予測しなければならず、疲労度の正確な予測が難しい。
【０００７】
そこで、このような問題を回避するために、本発明の出願時に未だ公知ではないが、図６に示すような本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージ５００が提案されている。このひずみゲージ５００の構成は、ひずみ検出部５３０と、ひずみ検出部と直列に接続した導通部５４０と、導通部５４０と並列に接続した疲労度検出部５５０を有し、疲労度検出部５５０が疲労により破断することでひずみゲージの抵抗が高くなり、段階的に疲労を検出するようになっている。
【０００８】
しかしながら、疲労度検出ひずみゲージ５００は、疲労度検出部５５０が端子部側に形成されているため、局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部５５０を配置させると、端子部５２１，５２２（５２０）もこの近傍に配置するようになり、構造材の応力集中に伴って例えば端子部５２０のハンダ接合部にも応力を発生させてしまい、疲労度検出ひずみゲージ５００の信頼性を長期間保つ観点で好ましくない。一方、端子部５２０が応力集中の影響を受けないように端子部５２０を局所的な応力集中部から離間させた状態で疲労度検出ひずみゲージ５００を配置すると、疲労度検出部５５０も応力集中部から離れるため、迅速かつ的確な疲労度の検出の観点で好ましくない。
【０００９】
本発明は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージは、
ひずみ検出部と、
該ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、
該疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージであって、
前記抵抗体の前記抵抗値の電気的な変化を検出するために前記ひずみ検出部の一端と前記導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備え、
該端子部が配置されている位置と反対側の端部に前記疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、構造材の局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部を配置することができ、迅速かつ的確な疲労度の検出が可能となる。また、疲労度検出部が端子部側に形成されていないため、局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部を配置させても、応力集中に伴って例えば端子部のハンダ接合部に応力を生じさせないようにでき、疲労度検出ひずみゲージ自体に悪影響を及ぼすこともない。
【００１２】
また、構造材の疲労破壊の兆候を予測するために、ひずみの出力トレンドを長期間に亘って収集する必要もなく、膨大なデータ量の管理と処理に煩わされることもない。また、疲労度検出部が疲労により破断することでひずみゲージの抵抗が高くなり、ひずみゲージの出力が段階的に変化することで構造材の疲労破壊が予測し易くなる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記ひずみ検出部と前記導通部を前記端子部の配置位置側に配置し、
前記疲労度検出部を前記ひずみ検出部と前記導通部に対し突出して配置した疲労度検出ひずみゲージであることを特徴としている。
【００１４】
請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、疲労度検出部を局所的に応力集中が生じる場所により配置し易くでき、構造材の疲労に伴う局所的な応力集中によって疲労度検出部が破断し易くなる。これによって、構造材の疲労破壊をより早く予測することができる。
【００１５】
その一方、導通部及びひずみ検出部を応力集中が生じる場所から離れた場所に設置することができ、導通部及びひずみ検出部が構造材の引っ張りや圧縮の応力の影響により断線して疲労度検出ひずみゲージとしての機能を損なうこともない。
【００１６】
また、疲労度検出部をひずみ検出部と導通部に対し突出して配置したことで、結果的に端子部を疲労度検出部からより離すことができるので、構造材の局所的な応力集中部から端子部をより離間して配置することができる。これにより、端子部のハンダ接合部が構造材の応力集中部から悪影響を受けないようにできる。
【００１７】
また、本発明の請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１または請求項２に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出部はストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより複数構成されており、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の前記疲労度検出用折り返しタブを有する疲労度検出ひずみゲージであることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、構造材の疲労度合いに応じて疲労度検出部が段階的に破断する。そのため、構造材の疲労度を段階的に検出することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けた疲労度検出ひずみゲージであること特徴としている。
【００２０】
請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、このような構成を有さない疲労度検出ひずみゲージに比べて、構造材の疲労度が同じであっても疲労度検出部がより破断し易くなる。そのため、同程度の疲労度検出を行う場合に折り返しタブにこのような切り込みを有さない構成に比べて、疲労度検出用折り返しタブの長さを短くすることができる。その結果、疲労度検出部を構造材の局所的な応力集中部に最も近づけて配置することができるので、構造材の疲労破壊を事前に迅速かつ的確に予測することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。
【図２】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第１変形例を示す平面図である。
【図４】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第２変形例を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第２変形例の疲労度検出部を拡大して示す平面図（図５（ａ））と、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出部の修正例を拡大して示す平面図（図５（ｂ））である。
【図６】本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、ひずみ検出部と、ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、疲労度検出部と並列かつひずみ検出部と直列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうようになっている。そして、抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出するためにひずみ検出部の一端と導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備えている。また、端子部が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージについて図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。図２は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。なお、以下の説明においては、図１におけるフィルム状部材の垂直方向を長手方向とし、水平方向を幅方向とする。また、図１におけるフィルム状部材の上側を先端側、下側を基端側とする。
【００２５】
本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００は、例えば建造物の梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材の疲労度を検出するのに用いられ、可撓性を有する絶縁体の樹脂材からなるフィルム状部材１１０と、フィルム状部材１１０にパターニングされた金属箔からなる電気抵抗体等から構成されている。そして、電気抵抗体は、端子部１２１，１２２（１２０）と、ひずみ検出部１３０と、導通部１４０と、疲労度検出部１５０とから構成されている。
【００２６】
フィルム状部材１１０は、樹脂製部材からなり可撓性を有し細長矩形状をなしている。また、図２に示すように、フィルム状部材１１０の先端側に配置された疲労度検出部１５０が構造材の応力集中部に最も近づくと共に基端側に配置された端子部１２０が構造材の応力集中部から最も離れる位置に接着剤等によりフィルム状部材１１０を貼り付けるようになっている。
【００２７】
端子部１２０は、フィルム状部材１１０の基端側であって幅方向において両端近傍にそれぞれ形成されている。端子部１２０にはここでは図示しない電線がハンダ付けされ、ひずみ検出部１３０、導通部１４０、及び疲労度検出部１５０からなる電気抵抗体の抵抗値の変化を外部に出力し、図示しない演算制御手段で疲労度検出ひずみゲージ１００が貼られた構造材のひずみや疲労度を検出するようになっている。
【００２８】
ひずみ検出部１３０は、フィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中左側）であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍からフィルム状部材１１０の長手方向中央部近傍に亘る領域に形成されている。
【００２９】
ひずみ検出部１３０は、本実施形態では線幅の細い金属箔が一定の長さでそれぞれ端部側において何度も同一方向に折り返され、前記一定の長さの各延在部がわずかな間隔だけ隔てて互いに平行に配置されたいわゆるつづら折り形状（以下、単に「つづら折り」形状とする）をなしている。なお、ひずみ検出部１３０の各延在部はフィルム状部材の長手方向に延在している。
【００３０】
また、ひずみ検出部１３０の一端は、一方の端子部１２１と接続し、その他端は導通部１４０及び疲労度検出部１５０と接続している。
【００３１】
より詳細には、ひずみ検出部１３０は、複数のストランド１３１（上述した延在部）と折り返しタブ１３２（上述した折り返し部）から構成され、ひずみ検出部１３０に引っ張りのひずみが生じることで、ひずみ検出部１３０の抵抗値が増し、電気抵抗体全体としての抵抗値も上がるようになっている。なお、ひずみ検出部１３０の折り返しタブ１３２とストランド（ゲージ受感部）１３１とが接続される部分の折り返しタブ１３２の内側部分の形状は、曲率が連続的に徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による断線が生じ難い形状となっている。
【００３２】
疲労度検出部１５０は、フィルム状部材１１０の幅方向他方の側（図１中右側）であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍領域から長手方向の中央部分の領域にかけて形成されている。なお、疲労度検出部１５０のストランド１５１をなす各延在部はフィルム状部材１１０の長手方向に延在している。
【００３３】
疲労度検出部１５０も本実施形態では線幅の細い金属箔からなり、複数のストランド１５１と折り返しタブ１５２（１５２ａ，１５２ｂ）から構成され、そのストランド１５１がフィルム状部材１１０の長手方向に延在形成されたつづら折り形状をなしている。疲労度検出部１５０の両端のストランド１５１ａ，１５１ｂは、フィルム状部材１１０の基端側に更に延在し、一方のストランド１５１ａがひずみ検出部１３０のストランド１３１及び導通部１４０の一方の端部と導通している。また、疲労度検出部１５０の他方のストランド１５１ｂは、端子部１２２と接続している。
【００３４】
なお、フィルム状部材先端側に形成された折り返しタブ１５２ａの長さは、フィルム状部材基端側に形成された折り返しタブ１５２ｂの長さよりも長くなっている。
【００３５】
本実施形態では、折り返しタブ１５２ａが構造材の局所的に生じる応力集中部かその近傍に位置するように疲労度検出ひずみゲージ１００が構造材に貼られるようになっている。そして、ストランド１５１と折り返しタブ１５２ａの間が破断することによって疲労度検出部１５０に電流が流れなくなると共に、ひずみ検出部１３０と導通部１４０にのみ電流が流れるようになっている。その結果、電気抵抗体全体の抵抗値が段階的に上がることで、構造材の局所的な疲労破壊を迅速かつ的確に予測することを可能にしている。なお、折り返しタブ１５２ａの長手方向の長さ寸法Ｌ（図５(ａ）参照）とストランド１５１の幅方向の長さ寸法Ｗ（図５（ａ）参照）とすると、寸法Ｌが長く寸法Ｗが短い程、疲労度検出部１５０の破断は生じ易くなっている。
【００３６】
導通部１４０は、疲労度検出部１５０と同様にフィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中右側）に形成されると共に、フィルム状部材１１０の長手方向において疲労度検出部１５０よりも基端側の領域に疲労度検出部１５０と並列になるように形成されている。
【００３７】
導通部１４０も折り返し間の各延在部の長さが短いつづら折り形状からなる共に、その折り返し部の一方の端部（図１中左側端部）がひずみ検出部１３０及び疲労度検出部１５０の一方の延在部１５１ａに接続し、他方の端部（図１中幅方向右側端部）が疲労度検出部１５０の他方の延在部１５１ｂと接続している。
【００３８】
より具体的には、導通部１４０は、複数のストランド１４１と折り返しタブ１４２から構成され、導通部１４０にひずみが生じても導通部１４０の抵抗値が変化することはなく、電気抵抗体全体としての抵抗値も変化しないようになっている。また、導通部１４０の折り返しタブ１４２とストランド１４１とが接続される部分の折り返しタブ１４２の内側部分の形状は、連続的に曲率が徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による断線が生じ難い形状となっている。これによって、疲労度検出部１５０が破断した際は、疲労度検出部１５０には電流が流れず、導通部１４０にだけ電流が流れることになり、電気抵抗体全体としての抵抗値が上がるようになっている。
【００３９】
本実施形態における疲労度検出ひずみゲージ１００は、疲労度検出部１５０を利用して疲労度を検出できる電気抵抗式の疲労度検出ひずみゲージであるが、上述した構成を有することで構造材の疲労度検出にのみ特化したものではなく、ひずみ検出部１３０にひずみが生じた場合にひずみ検出部１３０の抵抗値が変化し、その変化した値から構造材のひずみを検出することも可能としている。
【００４０】
続いて、上述した疲労度検出ひずみゲージ１００の具体的な使用方法について説明する。図２は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。図２において２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂが一般構造材としての柱１１と梁１２の連結部に貼り付けられている。なお、この構造材の局所的な応力集中部は、柱１１と梁１２の連結部である。
【００４１】
より具体的には、一方の疲労度検出ひずみゲージ１００Ａは、柱１１と梁１２の連結部近傍であって柱１１の側面に貼り付けられ、他方の疲労度検出ひずみゲージ１００Ｂは、柱１１と梁１２の連結部近傍であって梁１２の下面に貼り付けられている。
【００４２】
柱１１に貼られた疲労度検出ひずみゲージ１００Ａは、先端側即ち疲労度検出部１５０の形成側が柱１１と梁１２の連結部のすぐ近くに位置し、基端側即ち端子部１２０の形成側が柱１１と梁１２の連結部から最も遠ざかって位置するように柱１１に貼り付けられている。また、梁１２に貼られた疲労度検出ひずみゲージ１００Ｂも、先端側即ち疲労度検出部１５０の形成側が柱１１と梁１２の連結部のすぐ近くに位置し、基端側即ち端子部形成側が柱と梁の連結部から最も遠ざかって位置するように梁に貼り付けられている。
【００４３】
２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂがこのように柱１１と梁１２に貼り付けられているので、柱１１や梁１２に曲げ荷重や引張り荷重が作用したとき、柱１１や梁１２の疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂを貼り付けた側に局所的に引張り応力の応力集中が生じると、これを各疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂの疲労度検出部１５０が検出し、柱１１と梁１２の連結部における疲労破壊の予測に役立てることができる。
【００４４】
上述した本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、疲労度検出部１５０とひずみ検出部１３０を併せ持っているので、以下のような本発明特有の使用方法が可能となる。具体的には、例えば本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を車両の多く通行する橋脚の一般構造材に備えた場合、橋脚の完成直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集し、橋脚を構成する構造材の車両通行に伴うひずみ度合いの傾向を検出することができる。
【００４５】
また、疲労度検出部１５０の断線により構造材の疲労破壊を予測した場合、その直後の構造材のひずみ度合いのトレンドからしばらくの間、ひずみ検出部１３０から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が断線に至らなくても、例えば橋脚を通行する車の通行量が急激に増加した場合などにおいて、その通行量の増加直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集することで、通行量の増加が構造材に与える影響を分析することができる。
【００４６】
このような使用方法は、一般構造材を橋脚に用いた場合に限定されず、例えば多層階の建造物の骨組みをなす一般構造材に適用しても良い。これによって、建造物の完成直後しばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０で検出することで、建造物の完成後における構造材のひずみ度合いの変化を分析することができる。
【００４７】
また、疲労度検出部１５０の断線により構造材の疲労破壊を予測した場合、その直後のしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が断線に至らなくても、例えば建造物の上層階に産業機械などの重量物を設置した場合などにおいて、その重量物の設置直後からしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０から収集することで、重量物の設置が構造材に与える影響を分析することができる。
【００４８】
続いて、上述した実施形態の第１変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図３は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第１変形例を示す平面図である。
【００４９】
第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００は、上述した実施形態と同等の構成、即ちひずみ検出部２３０と、ひずみ検出部２３０と直列に接続した疲労度検出部２５０と、疲労度検出部２５０と並列かつひずみ検出部２３０と直列に接続した導通部２４０を接続して構成される電気抵抗体の抵抗値の変化を検出することにより、ひずみ測定及び疲労度検出を行なうことが可能となっている。そして、電気抵抗体の抵抗値の変化を検出するためにひずみ検出部２３０の一端と導通部２４０の一端においてそれぞれ接続される端子部２２１，２２２（２２０）を備えている。また、端子部２２０が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部２５０を配置して構造物の局所的な応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【００５０】
なお、第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００と上述の実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の構成上の違いは、第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００が、ひずみ検出部２３０と導通部２４０を端子部２２０の近傍側に配置し、疲労度検出部２５０をひずみ検出部２３０と導通部２４０に対しフィルム状部材２１０の先端側に突出した位置に配置した点にある。即ち、フィルム状部材２１０の長手方向先端側から基端側に向かって疲労度検出部２５０、導通部２４０、ひずみ検出部２３０、端子部２２０の順にフィルム状部材上に並んで配置されている。なお、回路的には導通部２４０とひずみ検出部２３０は並列接続されている。
【００５１】
第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００がこのような構成を有することで、疲労度検出ひずみゲージ２００が形成されたフィルム状部材２１０の先端側を図２に示す柱１１と梁１２の連結部であって局所的な応力集中部に位置し、基端側を柱１１や梁１２の連結部から最も離れて位置するように貼付した場合、疲労度検出部２５０を局所的に応力集中が生じる位置か極力その近傍に配置することができる。これによって、応力集中に対して疲労度検出部２５０を破断し易くし、構造材の疲労破壊をより迅速かつ的確に予想できるようにする。
【００５２】
その一方、導通部２４０及びひずみ検出部２３０を応力集中が生じる場所から離れた場所に設置することができ、ひずみ検出部２３０及び導通部２４０が構造材の局所的な応力集中部の影響を受けないようにし、構造材に生じるひずみのみのデータを収集することができる。また、端子部２２０を疲労度検出部２５０からより離すことができるので、構造材の応力集中部からより離間して配置することができる。これにより、例えば端子部２２０のハンダ接合部が構造材の応力集中部から悪影響を受けないようにできる。
【００５３】
続いて、上述した実施形態の第２変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ３００の第２変形例を示す平面図である。
【００５４】
第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００は、上述した実施形態と同等の構成、即ちひずみ検出部３３０と、ひずみ検出部３３０と直列に接続した疲労度検出部３５０と、疲労度検出部３５０と並列かつひずみ検出部３３０と直列に接続した導通部３４０を接続して構成される電気抵抗体の抵抗値の変化を検出することにより、ひずみ測定及び疲労度検出を行なうようになっている。そして、電気抵抗体の抵抗値の変化を検出するためにひずみ検出部３３０の一端と導通部３４０の一端においてそれぞれ接続される端子部３２１，３２２（３２０）を備えている。また、端子部３２０が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部３５０を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を迅速かつ的確に行うようになっている。
【００５５】
なお、第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００と上述の実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の構成上の違いは、第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００の疲労度検出部３５０は、複数のストランド３５１の線幅Ｗ（図５（ａ）参照）に対する疲労度検出用の折り返しタブ３５２の長さＬ（図５（ａ）参照）の比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の疲労度検出用の折り返しタブ３５２ａ，ｂ，ｃ，ｄを有する点にある。
【００５６】
より具体的には、図４においてフィルム状部材３１０の幅方向中央側における疲労度検出用の折り返しタブ３５２ａの長さが最も長く（即ちエンドタブ比が最も大きく）、局所的な応力集中部に生じる僅かな疲労によっても断線するようになっている。以降、フィルム状部材３１０の幅方向端部側に向かうに従って疲労度検出用の折り返しタブ３５２ｂ，ｃ，ｄの長さが徐々に短くなり、折り返しタブ３５２とストランド３５１の間が断線する際の疲労度も折り返しタブ３５２ｂ，ｃ，ｄの順に段階的に大きくなってゆく。
【００５７】
また、隣接する折り返しタブ３５２ａ，３５２ｂから延在して隣接するストランド３５１ａ，３５１ｂは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ａと導通し、隣接する折り返しタブ３５２ｂ，３５２ｃから延在して隣接するストランド３５１ｂ’，３５１ｃは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ｂと導通し、隣接する折り返しタブ３５２ｃ，３５２ｄから延在する隣接するストランド３５１ｃ’，３５１ｄは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ｃと導通している。
【００５８】
第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００がこのような構成を有することで、構造材の疲労度により疲労度検出部３５０が段階的に破断し、電気抵抗体の抵抗値もこれに応じて段階的に上昇する。具体的には、構造材の疲労度がある一定レベルまで高まると、折り返しタブ３５２ａとストランド３５１との間が断線し、ひずみ検出部３３０から分岐して折り返しタブ３５２ａとストランド３５１ａを介して導通部３４０と接続する回路に電流が流れなくなり、その分電気抵抗体の抵抗値が一定量（１段階）だけ上昇する。
【００５９】
次いで、構造材の疲労度が更にある一定レベルまで高まると、折り返しタブ３５２ｂとストランド３５１との間が断線し、上述した回路に加えてひずみ検出部３３０から分岐して折り返しタブ３５２ｂとストランド３５１ｂ’を介して導通部３４０と接続する回路の電流が流れなくなり、更にその分電気抵抗体の抵抗値が（更に一段階）一定量だけ上昇する。このようにして構造材の疲労度が高まるにつれて折り返しタブ３５２ｃとストランド３５１との間、折り返しタブ３５２ｄとストランド３５１との間が順々に断線し、その分電気抵抗体の抵抗値が段階的に上昇する。そして、この抵抗器の段階的な変化を検出することで、構造材の疲労度を段階的に検出することができるようになる。
【００６０】
続いて、上述した実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出部の修正例について説明する。図５（ｂ）は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の修正例の疲労度検出部１５０’を拡大して示す平面図である。この修正例においては、疲労度検出用の折り返しタブ１５２の折り返しの内側部分近傍に切り込みを設けている。
【００６１】
より具体的には、折り返しタブ１５２ａ’の外縁１５２ｍとこれと連続するストランド１５１の外縁１５１ｍとのつながり部であって各ストランド１５１の内縁１５１ｎと折り返しタブ１５２ａ’の内側縁部１５２ｎとの繋がり部１５２ｐから最も近い部分に三角形状の切り込み部１５３が形成されている。
【００６２】
係る疲労度検出部の修正例がこのような構成を有することで、この切り込み部１５３において疲労度検出部１５０’が破断し易くなる。そのため、仮に図５（ｂ）に示すように疲労度検出用の折り返しタブ１５２ａ’の長さを短くした場合であっても、このような切り込みを有さない場合に比べて、より構造材の疲労度合いが小さくても、折り返しタブ１５２ａ’とストランド１５１との間が断線し易くなる。その結果、疲労度検出部１５０’を構造材の局所的な応力集中部に最も近づけて配置することができるようになり、構造材の疲労破壊を事前に迅速かつ的確に予測することができる。なお、この修正例は、上述した第１及び第２変形例にも適用可能である。
【００６３】
以上説明した実施形態及び各変形例に係る金属箔の配置パターンはあくまで一例であり、本発明を逸脱しない範囲で様々な変形例が適用可能であることは言うまでもない。
【００６４】
また、疲労度検出ひずみゲージのフィルム状部材は、これに形成されたひずみ検出部及び疲労度検出部がその役割を果たすのであれば、必ずしも樹脂製ではなくても良く、可撓性を有していなくても良い。
【００６５】
また、上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージの適用例としては、柱と梁からなる一般構造材を紹介したが、その適用対象としてこのようなものに限定されるものではなく、例えば一般構造材の溶接部分や形状が急激に変化する（形状係数が急激に変化する）部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に適用可能である。同様にひずみゲージと同様の機械的性質を有する機械構造材であっても溶接部分や形状が急激に変化する部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージを適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１００（１００Ａ，１００Ｂ） 疲労度検出ひずみゲージ
１１０ フィルム状部材
１２１，１２２（１２０） 端子部
１３０ ひずみ検出部
１３１ ストランド
１３２ 折り返しタブ
１４０ 導通部
１５０，１５０’ 疲労度検出部
１５１（１５１ａ，１５１ｂ） ストランド
１５２（１５２ａ，１５２ａ’，１５２ｂ） 折り返しタブ
１５３ 切り込み部
２００ 疲労度検出ひずみゲージ
２１０ フィルム状部材
２２１，２２２（２２０） 端子部
２３０ ひずみ検出部
２４０ 導通部
２５０ 疲労度検出部
３００ 疲労度検出ひずみゲージ
３１０ フィルム状部材
３２１，３２２（３２０） 端子部
３３０ ひずみ検出部
３４０ 導通部
３５０ 疲労度検出部
３５１（３５１ａ，３５１ｂ，３５１ｂ’，３５１ｃ’） ストランド
３５２（３５２ａ，３５２ｂ，３５２ｃ，３５２ｄ） 折り返しタブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前に予測できる疲労度検出ひずみゲージに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、構造材のひずみを測定するひずみゲージは一般に知られている（特許文献１参照）。このひずみゲージの構成は、可撓性を有するゲージベースと所定の方向のひずみを検出する２つのゲージを有し、ひずみゲージの出力から構造材内のひずみの蓄積度合いを算出し、構造材の疲労破壊の兆候を予測するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ひずみゲージは、一般に機械構造材と同等の十分な機械的特性を有する。そのため、機械強度や疲労強度が機械構造材より低い梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材において、特に疲労破壊し易い梁の根元や溶接部分、切欠き部分に単一のひずみゲージを疲労度検出ひずみセンサとして用いようとすると、データロガー等を介してひずみの出力トレンドを長期間に亘って収集しなければならず、その検出データを集積するためのデータ量が膨大となりデータ管理と処理が大変である。
【０００５】
また、単一のひずみゲージを例えば産業用機械に用いる機械構造材の比較的疲労強度が弱い溶接部や構造材の断面形状が急激に変化して応力集中が生じ易い部位に利用しようとしても、上述した一般構造材と同様の問題が生じる。
【０００６】
一方、上述の特許文献１に記載のひずみゲージは２つのひずみゲージを含むホイートストンブリッジ回路を利用して溶接部（ホットスポット）のひずみを検出するようになっている。しかしながら、機械構造材と同等の機械的特性を有するひずみゲージ同士の抵抗値同士の差をホイートストンブリッジ回路で出力しようとすると、僅かな出力の差から構造材の疲労度を予測しなければならず、疲労度の正確な予測が難しい。
【０００７】
そこで、このような問題を回避するために、本発明の出願時に未だ公知ではないが、図６に示すような本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージ５００が提案されている。このひずみゲージ５００の構成は、ひずみ検出部５３０と、ひずみ検出部と直列に接続した導通部５４０と、導通部５４０と並列に接続した疲労度検出部５５０を有し、疲労度検出部５５０が疲労により破断することでひずみゲージの抵抗が高くなり、段階的に疲労を検出するようになっている。
【０００８】
しかしながら、疲労度検出ひずみゲージ５００は、疲労度検出部５５０が端子部側に形成されているため、局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部５５０を配置させると、端子部５２１，５２２（５２０）もこの近傍に配置するようになり、構造材の応力集中に伴って例えば端子部５２０のハンダ接合部にも応力を発生させてしまい、疲労度検出ひずみゲージ５００の信頼性を長期間保つ観点で好ましくない。一方、端子部５２０が応力集中の影響を受けないように端子部５２０を局所的な応力集中部から離間させた状態で疲労度検出ひずみゲージ５００を配置すると、疲労度検出部５５０も応力集中部から離れるため、迅速かつ的確な疲労度の検出の観点で好ましくない。
【０００９】
本発明は、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージは、
ひずみ検出部と、
該ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、
該疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージであって、
前記抵抗体の前記抵抗値の電気的な変化を検出するために前記ひずみ検出部の一端と前記導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備え、
該端子部が配置されている位置と反対側の端部に前記疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項１に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、構造材の局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部を配置することができ、迅速かつ的確な疲労度の検出が可能となる。また、疲労度検出部が端子部側に形成されていないため、局所的に応力集中が生じる場所に疲労度検出部を配置させても、応力集中に伴って例えば端子部のハンダ接合部に応力を生じさせないようにでき、疲労度検出ひずみゲージ自体に悪影響を及ぼすこともない。
【００１２】
また、構造材の疲労破壊の兆候を予測するために、ひずみの出力トレンドを長期間に亘って収集する必要もなく、膨大なデータ量の管理と処理に煩わされることもない。また、疲労度検出部が疲労により破断することでひずみゲージの抵抗が高くなり、ひずみゲージの出力が段階的に変化することで構造材の疲労破壊が予測し易くなる。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記ひずみ検出部と前記導通部を前記端子部の配置位置側に配置し、
前記疲労度検出部を前記ひずみ検出部と前記導通部に対し突出して配置した疲労度検出ひずみゲージであることを特徴としている。
【００１４】
請求項２に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、疲労度検出部を局所的に応力集中が生じる場所により配置し易くでき、構造材の疲労に伴う局所的な応力集中によって疲労度検出部が破断し易くなる。これによって、構造材の疲労破壊をより早く予測することができる。
【００１５】
その一方、導通部及びひずみ検出部を応力集中が生じる場所から離れた場所に設置することができ、導通部及びひずみ検出部が構造材の引っ張りや圧縮の応力の影響により断線して疲労度検出ひずみゲージとしての機能を損なうこともない。
【００１６】
また、疲労度検出部をひずみ検出部と導通部に対し突出して配置したことで、結果的に端子部を疲労度検出部からより離すことができるので、構造材の局所的な応力集中部から端子部をより離間して配置することができる。これにより、端子部のハンダ接合部が構造材の応力集中部から悪影響を受けないようにできる。
【００１７】
また、本発明の請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１または請求項２に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出部はストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより複数構成されており、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の前記疲労度検出用折り返しタブを有する疲労度検出ひずみゲージであることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、構造材の疲労度合いに応じて疲労度検出部が段階的に破断する。そのため、構造材の疲労度を段階的に検出することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージは、請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の疲労度検出ひずみゲージにおいて、
前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けた疲労度検出ひずみゲージであること特徴としている。
【００２０】
請求項４に係る疲労度検出ひずみゲージがこのような構成を有することで、このような構成を有さない疲労度検出ひずみゲージに比べて、構造材の疲労度が同じであっても疲労度検出部がより破断し易くなる。そのため、同程度の疲労度検出を行う場合に折り返しタブにこのような切り込みを有さない構成に比べて、疲労度検出用折り返しタブの長さを短くすることができる。その結果、疲労度検出部を構造材の局所的な応力集中部に最も近づけて配置することができるので、構造材の疲労破壊を事前に迅速かつ的確に予測することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、構造材のひずみを測定できると共に、構造材に局所的に生じる疲労破壊の兆候を事前にかつ的確に予測可能な疲労度検出ひずみゲージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。
【図２】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第１変形例を示す平面図である。
【図４】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第２変形例を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第２変形例の疲労度検出部を拡大して示す平面図（図５（ａ））と、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出部の修正例を拡大して示す平面図（図５（ｂ））である。
【図６】本発明に関連する疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、ひずみ検出部と、ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、疲労度検出部と並列かつひずみ検出部と直列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうようになっている。そして、抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出するためにひずみ検出部の一端と導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備えている。また、端子部が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【００２４】
以下、本発明の一実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージについて図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを示す平面図である。図２は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージを構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。なお、以下の説明においては、図１におけるフィルム状部材の垂直方向を長手方向とし、水平方向を幅方向とする。また、図１におけるフィルム状部材の上側を先端側、下側を基端側とする。
【００２５】
本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００は、例えば建造物の梁や柱、橋脚、鉄塔、橋げた等の一般構造材の疲労度を検出するのに用いられ、可撓性を有する絶縁体の樹脂材からなるフィルム状部材１１０と、フィルム状部材１１０にパターニングされた金属箔からなる電気抵抗体等から構成されている。そして、電気抵抗体は、端子部１２１，１２２（１２０）と、ひずみ検出部１３０と、導通部１４０と、疲労度検出部１５０とから構成されている。
【００２６】
フィルム状部材１１０は、樹脂製部材からなり可撓性を有し細長矩形状をなしている。また、図２に示すように、フィルム状部材１１０の先端側に配置された疲労度検出部１５０が構造材の応力集中部に最も近づくと共に基端側に配置された端子部１２０が構造材の応力集中部から最も離れる位置に接着剤等によりフィルム状部材１１０を貼り付けるようになっている。
【００２７】
端子部１２０は、フィルム状部材１１０の基端側であって幅方向において両端近傍にそれぞれ形成されている。端子部１２０にはここでは図示しない電線がハンダ付けされ、ひずみ検出部１３０、導通部１４０、及び疲労度検出部１５０からなる電気抵抗体の抵抗値の変化を外部に出力し、図示しない演算制御手段で疲労度検出ひずみゲージ１００が貼られた構造材のひずみや疲労度を検出するようになっている。
【００２８】
ひずみ検出部１３０は、フィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中左側）であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍からフィルム状部材１１０の長手方向中央部近傍に亘る領域に形成されている。
【００２９】
ひずみ検出部１３０は、本実施形態では線幅の細い金属箔が一定の長さでそれぞれ端部側において何度も同一方向に折り返され、前記一定の長さの各延在部がわずかな間隔だけ隔てて互いに平行に配置されたいわゆるつづら折り形状（以下、単に「つづら折り」形状とする）をなしている。なお、ひずみ検出部１３０の各延在部はフィルム状部材の長手方向に延在している。
【００３０】
また、ひずみ検出部１３０の一端は、一方の端子部１２１と接続し、その他端は導通部１４０及び疲労度検出部１５０と接続している。
【００３１】
より詳細には、ひずみ検出部１３０は、複数のストランド１３１（上述した延在部）と折り返しタブ１３２（上述した折り返し部）から構成され、ひずみ検出部１３０に引っ張りのひずみが生じることで、ひずみ検出部１３０の抵抗値が増し、電気抵抗体全体としての抵抗値も上がるようになっている。なお、ひずみ検出部１３０の折り返しタブ１３２とストランド（ゲージ受感部）１３１とが接続される部分の折り返しタブ１３２の内側部分の形状は、曲率が連続的に徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による断線が生じ難い形状となっている。
【００３２】
疲労度検出部１５０は、フィルム状部材１１０の幅方向他方の側（図１中右側）であって、フィルム状部材１１０の先端部近傍領域から長手方向の中央部分の領域にかけて形成されている。なお、疲労度検出部１５０のストランド１５１をなす各延在部はフィルム状部材１１０の長手方向に延在している。
【００３３】
疲労度検出部１５０も本実施形態では線幅の細い金属箔からなり、複数のストランド１５１と折り返しタブ１５２（１５２ａ，１５２ｂ）から構成され、そのストランド１５１がフィルム状部材１１０の長手方向に延在形成されたつづら折り形状をなしている。疲労度検出部１５０の両端のストランド１５１ａ，１５１ｂは、フィルム状部材１１０の基端側に更に延在し、一方のストランド１５１ａがひずみ検出部１３０のストランド１３１及び導通部１４０の一方の端部と導通している。また、疲労度検出部１５０の他方のストランド１５１ｂは、端子部１２２と接続している。
【００３４】
なお、フィルム状部材先端側に形成された折り返しタブ１５２ａの長さは、フィルム状部材基端側に形成された折り返しタブ１５２ｂの長さよりも長くなっている。
【００３５】
本実施形態では、折り返しタブ１５２ａが構造材の局所的に生じる応力集中部かその近傍に位置するように疲労度検出ひずみゲージ１００が構造材に貼られるようになっている。そして、ストランド１５１と折り返しタブ１５２ａの間が破断することによって疲労度検出部１５０に電流が流れなくなると共に、ひずみ検出部１３０と導通部１４０にのみ電流が流れるようになっている。その結果、電気抵抗体全体の抵抗値が段階的に上がることで、構造材の局所的な疲労破壊を迅速かつ的確に予測することを可能にしている。なお、折り返しタブ１５２ａの長手方向の長さ寸法Ｌ（図５(ａ）参照）とストランド１５１の幅方向の長さ寸法Ｗ（図５（ａ）参照）とすると、寸法Ｌが長く寸法Ｗが短い程、疲労度検出部１５０の破断は生じ易くなっている。
【００３６】
導通部１４０は、疲労度検出部１５０と同様にフィルム状部材１１０の幅方向一方の側（図１中右側）に形成されると共に、フィルム状部材１１０の長手方向において疲労度検出部１５０よりも基端側の領域に疲労度検出部１５０と並列になるように形成されている。
【００３７】
導通部１４０も折り返し間の各延在部の長さが短いつづら折り形状からなる共に、その折り返し部の一方の端部（図１中左側端部）がひずみ検出部１３０及び疲労度検出部１５０の一方の延在部１５１ａに接続し、他方の端部（図１中幅方向右側端部）が疲労度検出部１５０の他方の延在部１５１ｂと接続している。
【００３８】
より具体的には、導通部１４０は、複数のストランド１４１と折り返しタブ１４２から構成され、導通部１４０にひずみが生じても導通部１４０の抵抗値が変化することはなく、電気抵抗体全体としての抵抗値も変化しないようになっている。また、導通部１４０の折り返しタブ１４２とストランド１４１とが接続される部分の折り返しタブ１４２の内側部分の形状は、連続的に曲率が徐々に変わる曲線形状をしており、疲労による断線が生じ難い形状となっている。これによって、疲労度検出部１５０が破断した際は、疲労度検出部１５０には電流が流れず、導通部１４０にだけ電流が流れることになり、電気抵抗体全体としての抵抗値が上がるようになっている。
【００３９】
本実施形態における疲労度検出ひずみゲージ１００は、疲労度検出部１５０を利用して疲労度を検出できる電気抵抗式の疲労度検出ひずみゲージであるが、上述した構成を有することで構造材の疲労度検出にのみ特化したものではなく、ひずみ検出部１３０にひずみが生じた場合にひずみ検出部１３０の抵抗値が変化し、その変化した値から構造材のひずみを検出することも可能としている。
【００４０】
続いて、上述した疲労度検出ひずみゲージ１００の具体的な使用方法について説明する。図２は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を構造材に取付けた状態を概略的に示す斜視図である。図２において２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂが一般構造材としての柱１１と梁１２の連結部に貼り付けられている。なお、この構造材の局所的な応力集中部は、柱１１と梁１２の連結部である。
【００４１】
より具体的には、一方の疲労度検出ひずみゲージ１００Ａは、柱１１と梁１２の連結部近傍であって柱１１の側面に貼り付けられ、他方の疲労度検出ひずみゲージ１００Ｂは、柱１１と梁１２の連結部近傍であって梁１２の下面に貼り付けられている。
【００４２】
柱１１に貼られた疲労度検出ひずみゲージ１００Ａは、先端側即ち疲労度検出部１５０の形成側が柱１１と梁１２の連結部のすぐ近くに位置し、基端側即ち端子部１２０の形成側が柱１１と梁１２の連結部から最も遠ざかって位置するように柱１１に貼り付けられている。また、梁１２に貼られた疲労度検出ひずみゲージ１００Ｂも、先端側即ち疲労度検出部１５０の形成側が柱１１と梁１２の連結部のすぐ近くに位置し、基端側即ち端子部形成側が柱と梁の連結部から最も遠ざかって位置するように梁に貼り付けられている。
【００４３】
２つの疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂがこのように柱１１と梁１２に貼り付けられているので、柱１１や梁１２に曲げ荷重や引張り荷重が作用したとき、柱１１や梁１２の疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂを貼り付けた側に局所的に引張り応力の応力集中が生じると、これを各疲労度検出ひずみゲージ１００Ａ，Ｂの疲労度検出部１５０が検出し、柱１１と梁１２の連結部における疲労破壊の予測に役立てることができる。
【００４４】
上述した本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージは、疲労度検出部１５０とひずみ検出部１３０を併せ持っているので、以下のような本発明特有の使用方法が可能となる。具体的には、例えば本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００を車両の多く通行する橋脚の一般構造材に備えた場合、橋脚の完成直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集し、橋脚を構成する構造材の車両通行に伴うひずみ度合いの傾向を検出することができる。
【００４５】
また、疲労度検出部１５０の断線により構造材の疲労破壊を予測した場合、その直後の構造材のひずみ度合いのトレンドからしばらくの間、ひずみ検出部１３０から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が断線に至らなくても、例えば橋脚を通行する車の通行量が急激に増加した場合などにおいて、その通行量の増加直後からしばらくの間、ひずみ検出部１３０から構造材のひずみ度合いのトレンドを収集することで、通行量の増加が構造材に与える影響を分析することができる。
【００４６】
このような使用方法は、一般構造材を橋脚に用いた場合に限定されず、例えば多層階の建造物の骨組みをなす一般構造材に適用しても良い。これによって、建造物の完成直後しばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０で検出することで、建造物の完成後における構造材のひずみ度合いの変化を分析することができる。
【００４７】
また、疲労度検出部１５０の断線により構造材の疲労破壊を予測した場合、その直後のしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部から収集することで、どのような現象により構造材の疲労破壊が近づいているかを把握することができる。一方、疲労度検出部１５０が断線に至らなくても、例えば建造物の上層階に産業機械などの重量物を設置した場合などにおいて、その重量物の設置直後からしばらくの間、構造材のひずみ度合いのトレンドをひずみ検出部１３０から収集することで、重量物の設置が構造材に与える影響を分析することができる。
【００４８】
続いて、上述した実施形態の第１変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図３は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの第１変形例を示す平面図である。
【００４９】
第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００は、上述した実施形態と同等の構成、即ちひずみ検出部２３０と、ひずみ検出部２３０と直列に接続した疲労度検出部２５０と、疲労度検出部２５０と並列かつひずみ検出部２３０と直列に接続した導通部２４０を接続して構成される電気抵抗体の抵抗値の変化を検出することにより、ひずみ測定及び疲労度検出を行なうことが可能となっている。そして、電気抵抗体の抵抗値の変化を検出するためにひずみ検出部２３０の一端と導通部２４０の一端においてそれぞれ接続される端子部２２１，２２２（２２０）を備えている。また、端子部２２０が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部２５０を配置して構造物の局所的な応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うようになっている。
【００５０】
なお、第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００と上述の実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の構成上の違いは、第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００が、ひずみ検出部２３０と導通部２４０を端子部２２０の近傍側に配置し、疲労度検出部２５０をひずみ検出部２３０と導通部２４０に対しフィルム状部材２１０の先端側に突出した位置に配置した点にある。即ち、フィルム状部材２１０の長手方向先端側から基端側に向かって疲労度検出部２５０、導通部２４０、ひずみ検出部２３０、端子部２２０の順にフィルム状部材上に並んで配置されている。なお、回路的には導通部２４０とひずみ検出部２３０は並列接続されている。
【００５１】
第１変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ２００がこのような構成を有することで、疲労度検出ひずみゲージ２００が形成されたフィルム状部材２１０の先端側を図２に示す柱１１と梁１２の連結部であって局所的な応力集中部に位置し、基端側を柱１１や梁１２の連結部から最も離れて位置するように貼付した場合、疲労度検出部２５０を局所的に応力集中が生じる位置か極力その近傍に配置することができる。これによって、応力集中に対して疲労度検出部２５０を破断し易くし、構造材の疲労破壊をより迅速かつ的確に予想できるようにする。
【００５２】
その一方、導通部２４０及びひずみ検出部２３０を応力集中が生じる場所から離れた場所に設置することができ、ひずみ検出部２３０及び導通部２４０が構造材の局所的な応力集中部の影響を受けないようにし、構造材に生じるひずみのみのデータを収集することができる。また、端子部２２０を疲労度検出部２５０からより離すことができるので、構造材の応力集中部からより離間して配置することができる。これにより、例えば端子部２２０のハンダ接合部が構造材の応力集中部から悪影響を受けないようにできる。
【００５３】
続いて、上述した実施形態の第２変形例について説明する。なお、上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図４は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ３００の第２変形例を示す平面図である。
【００５４】
第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００は、上述した実施形態と同等の構成、即ちひずみ検出部３３０と、ひずみ検出部３３０と直列に接続した疲労度検出部３５０と、疲労度検出部３５０と並列かつひずみ検出部３３０と直列に接続した導通部３４０を接続して構成される電気抵抗体の抵抗値の変化を検出することにより、ひずみ測定及び疲労度検出を行なうようになっている。そして、電気抵抗体の抵抗値の変化を検出するためにひずみ検出部３３０の一端と導通部３４０の一端においてそれぞれ接続される端子部３２１，３２２（３２０）を備えている。また、端子部３２０が配置されている位置と反対側の端部に疲労度検出部３５０を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を迅速かつ的確に行うようになっている。
【００５５】
なお、第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００と上述の実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の構成上の違いは、第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００の疲労度検出部３５０は、複数のストランド３５１の線幅Ｗ（図５（ａ）参照）に対する疲労度検出用の折り返しタブ３５２の長さＬ（図５（ａ）参照）の比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の疲労度検出用の折り返しタブ３５２ａ，ｂ，ｃ，ｄを有する点にある。
【００５６】
より具体的には、図４においてフィルム状部材３１０の幅方向中央側における疲労度検出用の折り返しタブ３５２ａの長さが最も長く（即ちエンドタブ比が最も大きく）、局所的な応力集中部に生じる僅かな疲労によっても断線するようになっている。以降、フィルム状部材３１０の幅方向端部側に向かうに従って疲労度検出用の折り返しタブ３５２ｂ，ｃ，ｄの長さが徐々に短くなり、折り返しタブ３５２とストランド３５１の間が断線する際の疲労度も折り返しタブ３５２ｂ，ｃ，ｄの順に段階的に大きくなってゆく。
【００５７】
また、隣接する折り返しタブ３５２ａ，３５２ｂから延在して隣接するストランド３５１ａ，３５１ｂは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ａと導通し、隣接する折り返しタブ３５２ｂ，３５２ｃから延在して隣接するストランド３５１ｂ’，３５１ｃは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ｂと導通し、隣接する折り返しタブ３５２ｃ，３５２ｄから延在する隣接するストランド３５１ｃ’，３５１ｄは、導通部３４０の折り返しタブ３４２ｃと導通している。
【００５８】
第２変形例に係る疲労度検出ひずみゲージ３００がこのような構成を有することで、構造材の疲労度により疲労度検出部３５０が段階的に破断し、電気抵抗体の抵抗値もこれに応じて段階的に上昇する。具体的には、構造材の疲労度がある一定レベルまで高まると、折り返しタブ３５２ａとストランド３５１との間が断線し、ひずみ検出部３３０から分岐して折り返しタブ３５２ａとストランド３５１ａを介して導通部３４０と接続する回路に電流が流れなくなり、その分電気抵抗体の抵抗値が一定量（１段階）だけ上昇する。
【００５９】
次いで、構造材の疲労度が更にある一定レベルまで高まると、折り返しタブ３５２ｂとストランド３５１との間が断線し、上述した回路に加えてひずみ検出部３３０から分岐して折り返しタブ３５２ｂとストランド３５１ｂ’を介して導通部３４０と接続する回路の電流が流れなくなり、更にその分電気抵抗体の抵抗値が（更に一段階）一定量だけ上昇する。このようにして構造材の疲労度が高まるにつれて折り返しタブ３５２ｃとストランド３５１との間、折り返しタブ３５２ｄとストランド３５１との間が順々に断線し、その分電気抵抗体の抵抗値が段階的に上昇する。そして、この抵抗器の段階的な変化を検出することで、構造材の疲労度を段階的に検出することができるようになる。
【００６０】
続いて、上述した実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージの疲労度検出部の修正例について説明する。図５（ｂ）は、本実施形態に係る疲労度検出ひずみゲージ１００の修正例の疲労度検出部１５０’を拡大して示す平面図である。この修正例においては、疲労度検出用の折り返しタブ１５２の折り返しの内側部分近傍に切り込みを設けている。
【００６１】
より具体的には、折り返しタブ１５２ａ’の外縁１５２ｍとこれと連続するストランド１５１の外縁１５１ｍとのつながり部であって各ストランド１５１の内縁１５１ｎと折り返しタブ１５２ａ’の内側縁部１５２ｎとの繋がり部１５２ｐから最も近い部分に三角形状の切り込み部１５３が形成されている。
【００６２】
係る疲労度検出部の修正例がこのような構成を有することで、この切り込み部１５３において疲労度検出部１５０’が破断し易くなる。そのため、仮に図５（ｂ）に示すように疲労度検出用の折り返しタブ１５２ａ’の長さを短くした場合であっても、このような切り込みを有さない場合に比べて、より構造材の疲労度合いが小さくても、折り返しタブ１５２ａ’とストランド１５１との間が断線し易くなる。その結果、疲労度検出部１５０’を構造材の局所的な応力集中部に最も近づけて配置することができるようになり、構造材の疲労破壊を事前に迅速かつ的確に予測することができる。なお、この修正例は、上述した第１及び第２変形例にも適用可能である。
【００６３】
以上説明した実施形態及び各変形例に係る金属箔の配置パターンはあくまで一例であり、本発明を逸脱しない範囲で様々な変形例が適用可能であることは言うまでもない。
【００６４】
また、疲労度検出ひずみゲージのフィルム状部材は、これに形成されたひずみ検出部及び疲労度検出部がその役割を果たすのであれば、必ずしも樹脂製ではなくても良く、可撓性を有していなくても良い。
【００６５】
また、上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージの適用例としては、柱と梁からなる一般構造材を紹介したが、その適用対象としてこのようなものに限定されるものではなく、例えば一般構造材の溶接部分や形状が急激に変化する（形状係数が急激に変化する）部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に適用可能である。同様にひずみゲージと同様の機械的性質を有する機械構造材であっても溶接部分や形状が急激に変化する部分など、局所的に応力集中が生じ易い部分に上述した実施形態及びその各変形例に係る疲労度検出ひずみゲージを適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１００（１００Ａ，１００Ｂ） 疲労度検出ひずみゲージ
１１０ フィルム状部材
１２１，１２２（１２０） 端子部
１３０ ひずみ検出部
１３１ ストランド
１３２ 折り返しタブ
１４０ 導通部
１５０，１５０’ 疲労度検出部
１５１（１５１ａ，１５１ｂ） ストランド
１５２（１５２ａ，１５２ａ’，１５２ｂ） 折り返しタブ
１５３ 切り込み部
２００ 疲労度検出ひずみゲージ
２１０ フィルム状部材
２２１，２２２（２２０） 端子部
２３０ ひずみ検出部
２４０ 導通部
２５０ 疲労度検出部
３００ 疲労度検出ひずみゲージ
３１０ フィルム状部材
３２１，３２２（３２０） 端子部
３３０ ひずみ検出部
３４０ 導通部
３５０ 疲労度検出部
３５１（３５１ａ，３５１ｂ，３５１ｂ’，３５１ｃ’） ストランド
３５２（３５２ａ，３５２ｂ，３５２ｃ，３５２ｄ） 折り返しタブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみ検出部と、
該ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、
該疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージであって、
前記抵抗体の前記抵抗値の電気的な変化を検出するために前記ひずみ検出部の一端と前記導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備え、 該端子部が配置されている位置と反対側の端部に前記疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うことを特徴とする疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項２】
前記ひずみ検出部と前記導通部を前記端子部の配置位置側に配置し、 前記疲労度検出部を前記ひずみ検出部と前記導通部に対し突出して配置したことを特徴とする請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項３】
前記疲労度検出部はストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより複数構成されており、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の前記疲労度検出用折り返しタブを有することを特徴とする請求項１または２に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項４】
前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項１】
ひずみ検出部と、
該ひずみ検出部と直列に接続した疲労度検出部と、
該疲労度検出部と並列に接続した導通部を接続して構成される抵抗体の抵抗値の電気的な変化を検出することにより、ひずみ測定と疲労度検出を行なうことが可能な疲労度検出ひずみゲージであって、
前記抵抗体の前記抵抗値の電気的な変化を検出するために前記ひずみ検出部の一端と前記導通部の一端にてそれぞれ接続される端子部を備え、 該端子部が配置されている位置と反対側の端部に前記疲労度検出部を配置して構造物の応力集中部近傍の疲労度検出を適切に行うことを特徴とする疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項２】
前記ひずみ検出部と前記導通部を前記端子部の配置位置側に配置し、 前記疲労度検出部を前記ひずみ検出部と前記導通部に対し突出して配置したことを特徴とする請求項１に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項３】
前記疲労度検出部はストランドと隣接するストランドとを疲労度検出用折り返しタブで接続することにより複数構成されており、
複数の前記ストランドの線幅に対する前記疲労度検出用折り返しタブの長さの比をエンドタブ比としたとき、互いにエンドタブ比が異なる複数の前記疲労度検出用折り返しタブを有することを特徴とする請求項１または２に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【請求項４】
前記疲労度検出用折り返しタブの折り返しの内側部分の近傍に切り込みを設けることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の疲労度検出ひずみゲージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９９１０（Ｐ２０１３−７９９１０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１１０４（Ｐ２０１１−２２１１０４）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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