JPH0136562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温下でひずみの測定をすることの
できる高温ひずみゲージに関するものである。

高温ひずみゲージとしてひずみ検出用の抵抗素
子をセラミツク系の材料により挾んでサンドイツ
チ構造にしてなるものおよびベース材としてポリ
イミドを用いたものなどが知られている。このセ
ラミツク系材料として具体的には例えばアスベス
トが用いられ、また抵抗素子材料としては例えば
カルマ（温度300℃以下の場合に用いられる。）、
あるいはニクロムＶ、アーマロイＤ、白金タング
ステン合金（温度300℃以上の場合に用いられ
る。）等が用いられている。そしてひずみ検出用
の抵抗素子は例えばセラミツクまたはポリイミド
のベースにシリコーンのような接着剤で接着され
ている。ところで、このような構成の高温ひずみ
ゲージは、300℃以上の温度下で劣化が生じ、セ
ラミツク材料が本来の特性を示さなくなり、強度
も著しく低下してしまう。その原因として考えら
れることは、ポリイミド樹脂を用いたものは、そ
れ自体の耐熱性にも問題があるが、特にベース材
としてアスベストを用い、接着剤としてシリコー
ン樹脂を用いた場合、シリコーン樹脂が、400℃
〜500℃の高温に晒されるとシリコーンの三次元
的網状分子構造が分解されバインダとしての機能
を果し得なくなることにある。すなわちバインダ
のベース材および抵抗素子への固着機能がなくな
り、被測定対象物から抵抗素子へひずみを伝達す
る機能が失われてしまうという問題があつた。

また、ポリイミドに抵抗素子を接着し、それを
アスベストおよび金属材料に取り付けたひずみゲ
ージもあるが、このようなひずみゲージもやはり
ポリイミド樹脂自体の耐熱性が不充分であること
が問題となると共に抵抗素子をポリイミドからな
るベースに接着する接着剤として何を選ぶかが問
題となる。つまり、ポリイミド樹脂はプラスチツ
ク樹脂の中では耐熱性において優れたものの一つ
といえるがセラミツクのような材料と比較すると
耐熱性が劣り、また、ポリイミド樹脂はポリテト
ラフルオロエチレン、ポリオレフイン系の材料と
似て接着が非常に困難な材料であるためポリイミ
ドベースへ抵抗素子を接着する接着剤としては著
しく制約があり一般にフエノール、エポキシ樹脂
などが用いられているが、耐熱温度が低くポリイ
ミドの耐熱温度の域を越えることはできない。そ
のためこのような構成よりなる高温ひずみゲージ
は耐熱性の点で不適当といわざるを得ないもので
あつた。

更に、高温ひずみゲージには、金属ベースにセ
ラミツク接着剤を用いて抵抗素子を固着した構造
のものもある。この種の高温ひずみゲージは耐熱
性という点で上述のものと比較して優れておりま
た、ベースとして金属を用いているので被測定対
象物が金属の場合には高温ひずみゲージを被測定
対象物に点溶接で固定することができるという利
点を有している。

しかしながら、この種のひずみゲージは金属ベ
ースの上にセラミツク接着層があり、このセラミ
ツク接着層の上に抵抗素子があるという構成をと
つており、金属ベースとセラミツクという異種物
質が起歪部と抵抗素子との間に介在しているた
め、ひずみゲージの製作過程において内部にひず
みが蓄積され測定誤差が混入したり高温加熱中に
破壊しやすいという難点がある。また、ベースが
金属からなりその剛性が大きいので金属のように
剛性の大きなもののひずみを測定する場合には問
題がないが、例えば耐火レンガ等剛性が金属より
も小さなもののひずみを測定する場合にはひずみ
が抵抗素子に有効に伝達され得ないという問題も
ある。

更にまた、接着剤でひずみゲージをレンガ等の
被測定物に固着する場合には、起歪部すなわちひ
ずみを検出すべき部分と、抵抗素子との間に接着
剤が介在する分だけ間隔が大きくなるのでひずみ
の伝達性が更に悪くなり感度が一層低下するとい
う問題があつた。

本発明は、このような問題に対処するためにな
されたもので、耐熱性に優れしかも測定誤差が小
さく且つ測定感度の大きな高温ひずみゲージおよ
びその製法を提供することを目的としている。

以下、本発明を図面に示した実施例に従つて詳
細に説明する。

第１図は、本発明に係る高温ひずみゲージの第
１の実施例の構成を示す縦断面図であり、同図に
おいて、１は高温ひずみゲージであり、例えばア
ルミナおよびシリカを主成分とした直方体形状の
セラミツク体２の内部に、ひずみ検出用の抵抗素
子３とこの抵抗素子３に接続され該抵抗素子３の
ひずみ出力を外部に導出するゲージリード４の一
部を埋設せしめてある。

なお、５は高温ひずみゲージ１を製造する際に
用いられるベースとしてのセラミツクペーパーで
あり、使用時には除去される。

このような構成の高温ひずみゲージ１は例えば
次のようにして製造される。

(1) セラミツクペーパー５を用意する。このセラ
ミツクペーパ５として無機材料例えばシリコン
樹脂、水ガラス等がバインダとして含侵され約
500℃の温度に加熱したときにそのバインダが
破壊されるような性質のものを選ぶ（各種製品
が市販されている）。

(2) セラミツクペーパー５上にセラミツク接着剤
を薄く塗布する。その後プレキユアを行なつて
セラミツク接着剤を固化させ第１の未焼成セラ
ミツク層を形成する。

(3) セラミツクペーパー５上の第１の未焼成セラ
ミツク層の上に耐熱合金（例えばニクロムＶ、
アーマロイＤ、白金タングステン合金等）によ
り適宜な形状に加工された線、箔状のひずみ検
出用の抵抗素子３を転写する。そしてその抵抗
素子３をセラミツク接着剤で適宜仮付けする。

(4) ゲージリード４を抵抗素子３に点溶接により
接続する。

(5) 表面にセラミツク接着剤を塗布し表面全体を
セラミツク接着剤で覆い第２の未焼成セラミツ
ク層を形成する。

(6) その後、電気炉において、それを約500℃の
温度で焼成処理する。そして、この焼成処理に
よつて第１図に示すようにセラミツク体２の内
部に抵抗素子３およびこの抵抗素子に接続され
該抵抗素子のひずみ出力を外部に導出するゲー
ジリード４の一部が埋設された構造の高温ひず
みゲージができる。

(7) 焼成処理によつてバインダが破壊されたセラ
ミツクペーパー５は繊維状になつてひずみゲー
ジの底部に残存するので、焼成処理後にその残
存する繊維状のセラミツクペーパー５を例えば
ピンセツト等を利用して除去する。

このような高温ひずみゲージ１は抵抗素子３お
よびゲージリード４の他は耐熱性に優れたセラミ
ツクのみによつて構成されており、シリコーン等
を用いたひずみゲージのように三次元的網状分子
等を含んでおらず、耐熱性に極めて優れており
500℃の高温下でも劣化する虞れはないので、材
料の欠陥によりひずみ伝達性が低下するという虞
れがない。

特に、上記実施例においては、高温にで焼成処
理を施した後のベースとしてのセラミツクペーパ
ー５は、バインダが破壊され完全に取り除くこと
ができるので、被測定部材のひずみは、第１の未
焼成セラミツク層が焼成処理されて形成された薄
いセラミツク体のみを介して直接抵抗素子３に伝
達されるので、ひずみ感度が高くなるという利点
がある。そして、このようにベースとしてのセラ
ミツクペーパー５が除去された高温ひずみゲージ
１は、全体として極めて薄肉に形成することがで
き、被測定部材への添着面（第１図においては、
セラミツク体２の下面）と抵抗素子３との間がご
く接近しているので、特に圧縮または引張ひずみ
を検出すべきときに曲げひずみが加わるような場
合、その曲げひずみの影響を殆んど受けないとい
う利点がある。

また、製造段階においては、上述したように、
セラミツクペーパー５の上にセラミツク接着剤を
塗布および固化させ、次に抵抗素子３等を転写
し、さらにその上にセラミツク接着剤を塗布およ
び固化させるという比較的に簡単な作業で済むの
で、製造が容易であり、特に、抵抗素子３とゲー
ジリード４との接続に際して、該抵抗素子３を第
１の未焼成セラミツクの上に転写し、その抵抗素
子３をセラミツク接着剤で適宜仮付けした状態
で、ゲージリード４をその抵抗素子３に溶接（点
溶接）するようにしているので、抵抗素子３の形
状を崩さずに、容易に溶接でき、作業効率が向上
すると共に、不良品の発生を極力抑制することが
できる。

また、ひずみゲージを構成している材料は、抵
抗素子３およびゲージリード４を除きすべて同一
のセラミツク接着剤を焼成したセラミツクである
ため、金属ベースにセラミツク接着剤を焼成した
ひずみゲージのように２つの異種物質の熱膨張係
数の違いに基いて製作時の加熱により内部にひず
みが蓄積されてしまうということもない。従つ
て、内部ひずみに起因した測定誤差を著しく小さ
くすることができる。

更にまた、金属よりも剛性の小さなセラミツク
をベースとしているので、感度をより大きくする
ことができ、特に剛性の小さな例えば耐火レンガ
等のひずみを何ら支障なく測定することができ
る。因みに従来の高温ゲージは、ゲージ率が1.4
〜1.6程度であるが、本発明によればゲージ率2.0
程度に大きくすることが可能となつた。

更に加えて、セラミツク体２は高温における絶
縁低下が著しく小さく数＋MΩ程度のきわめて大
きな絶縁抵抗を有するので、電流のリークによる
測定誤差は殆んど生じない。

なお、使用に際して、最下層のセラミツクペー
パーは、除去するわけであるが、そのため下面ま
たは上面のいずれでも被測定箇所に接着すること
ができる。また、この高温ひずみゲージ１を被測
定物に接着するには、上述の製作時に用いたセラ
ミツク材料と同一の接着剤を用いる。

第２図および第３図は、本発明の他の実施例の
構成を示すもので、この実施例はアクテイブゲー
ジのほかに抵抗素子の温度上昇に基づいて発生す
る見かけひずみを補正するためのダミーゲージを
内蔵している。

図面において、６は高温ひずみゲージであり、
セラミツク体７と、このセラミツク体７の中に埋
設されたアクテイブゲージ用抵抗素子８、ゲージ
リード９（アクテイブゲージリード９ａ、ダミー
ゲージリード９ｂ、コモンゲージリード９ｃより
なる）、セラミツクペーパー１０は、ダミーゲー
ジ用抵抗素子１１とより構成されている。このよ
うな構成よりなる高温ひずみゲージ６は、例えば
次のようにして製造することができる。

(1) 先ずセラミツクペーパー（図示省略）を用意
する。

(2) 該セラミツクペーパー上にセラミツク接着剤
を薄く塗布しプレキユアを行なつて固化させ第
１の未焼成セラミツク層を形成する。

(3) 上記第１の未焼成セラミツク層の上にアクテ
イブゲージ用抵抗素子８を転写し、セラミツク
接着剤で仮付けを行なう。

(4) ゲージリード９ａおよび9cをアクテイブゲー
ジ用抵抗素子８に点溶接により接続する。

(5) 第１の未焼成セラミツク層の上に少なくとも
アクテイブゲージ用の抵抗素子８およびゲージ
リード９の一部を覆うようにセラミツク接着剤
を塗布し、その後プレキユアを行なつてこの接
着剤を固化させ第２の未焼成セラミツク層を形
成する。

(6) セラミツクペーパー１０を第２の未焼成セラ
ミツク層上であつてアクテイブゲージ用の抵抗
素子８の上方にあたる部分に配置する。

(7) セラミツクペーパー１０および第２の未焼成
セラミツク層の露出している部分の上にセラミ
ツク接着剤を塗布し、その後プレキユアを行な
つてこの接着剤を固化させ第３の未焼成セラミ
ツク層を形成する。

(8) 第３の未焼成セラミツク層の上にダミーゲー
ジ用の抵抗素子１１を転写しセラミツク接着剤
の仮付けをすると共にゲージリード９ｂを配置
する。そしてゲージリード９ｂと抵抗素子１１
の一方の端子とを点溶接により接続し、また抵
抗素子１１の他方の端子と前記ゲージリード９
ｃとを接続する。

(9) 第３の未焼成セラミツク層の上に配置された
少なくともダミーゲージ用の抵抗素子１１を完
全に覆うようにセラミツク接着剤を塗布し第４
の未焼成セラミツク層を形成する。

(10) その後例えば電気炉で500℃程度の温度によ
り焼成処理を施す。

(11) 最後に最下層のセラミツクペーパー（図示省
略）を除去する。

このようにして製造された第２の実施例の高温
ひずみゲージ２は次のような特徴を有する。

先ずアクテイブゲージ用抵抗素子８とダミーゲ
ージ用抵抗素子１１との間にセラミツクペーパー
１０を介在させたので、このセラミツクペーパー
１０が焼成によつてそのバインダが破壊され繊維
のみが残り、この部分がひずみ絶縁材としての働
きをする。従つて、アクテイブゲージ用抵抗素子
８に伝わるひずみがダミーゲージ用抵抗素子１１
には伝わらず、より正確な温度補償を行なうこと
ができる。

また、アクテイブゲージ用の抵抗素子８を構成
するゲージグリツドの向きとダミーゲージ用抵抗
素子１１を構成するゲージグリツドの向きとを互
いに直交させて配設し、且つ両ゲージによつてハ
ーフブリツジを構成することにより、広範囲の温
度変化による見掛けひずみの発生を著しく減少せ
しめることができる。

更にまた、第２の実施例のものにおいても第１
図の実施例の説明に際して述べたと全く同じ効果
を奏することは勿論である。

以上詳述したように、特許請求の範囲第１項に
記載の第１の発明によれば、耐熱性に優れ、高温
下においてもひずみ伝達率の低下がなく、この種
の従来の高温ゲージに比べ、ゲージ率が高く、曲
げひずみの影響を受けにくく、内部ひずみの蓄積
がなく、剛性が小さく、且つ絶縁低下が少なく従
つて高精度、高感度なひずみ測定をなし得る高温
ひずみゲージを比較的容易に製作できしかも不良
率を低減し得る高温ひずみゲージの製法を提供す
ることができる。

また、特許請求の範囲第２項および第３項に記
載の第２および第３の発明によれば、上記第１の
発明によつて奏される効果に加え、高温下でしか
も温度勾配のある被測定体に対し高精度な温度補
償機能を有する高温ひずみゲージおよびその製法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示す断面
図、第２図および第３図は本発明の他の実施例の
構成を示す断面図および平面図である。 １，６……高温ひずみゲージ、２，７……セラ
ミツク体、３……ひずみ検出用抵抗素子、４，９
……ゲージリード、５，１０……セラミツクペー
パー、８……アクテイブゲージ用抵抗素子、１１
……ダミーゲージ用抵抗素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン樹脂、水ガラス等がバインダとして
   含浸され高温に加熱されたときにそのバインダが
   破壊される無機材料からなるセラミツクペーパー
   をベースとし、このセラミツクペーパー上にセラ
   ミツク接着剤を薄く塗布した後プレキユアを行な
   つて固化させ第１の未焼成セラミツク層を形成
   し、この第１の未焼成セラミツク上に耐熱合金に
   より予め適宜な形状に加工された線または箔状の
   ひずみ検出用の抵抗素子を転写しその抵抗素子を
   セラミツク接着剤で適宜仮付けした後、ゲージリ
   ードをその抵抗素子に溶接し、その後前記抵抗素
   子と前記ゲージリードの一部および前記第１の未
   焼成セラミツク層の露出している部分にセラミツ
   ク接着剤を塗布し表面全体をセラミツク接着剤で
   覆い第２の未焼成セラミツク層を形成し、その後
   高温度で焼成処理を施し、しかる後前記焼成処理
   によつてバインダが破壊された前記ベースとして
   のセラミツクペーパーを除去することによつて、
   セラミツク体の内部に前記抵抗素子とこの抵抗素
   子に接続され該抵抗素子のひずみ出力を外部に導
   出するゲージリードの一部とを埋設するようにし
   たことを特徴とする高温ひずみゲージの製法。 ２ セラミツク体の内部に、ひずみを検出するた
   めのアクテイブゲージ用抵抗素子と、このアクテ
   イブゲージ用抵抗素子に接続され該アクテイブゲ
   ージ用抵抗素子のひずみ出力を外部に導出するア
   クテイブゲージリードの一部と、前記アクテイブ
   ゲージ用抵抗素子から適宜上方に隔間され前記ア
   クテイブゲージ用抵抗素子の温度上昇に基づいて
   発生する見かけひずみを補正するためのダミーゲ
   ージ用抵抗素子と、このダミーゲージ用抵抗素子
   に接続され該ダミーゲージ用抵抗素子の出力を外
   部に導出するダミーゲージリードの一部とを直接
   埋設し、前記アクテイブゲージ用抵抗素子と前記
   ダミーゲージ用抵抗素子との間に、、焼成処理に
   よつてバインダが破壊され繊維のみが残つた状態
   のセラミツクペーパーからなるひずみ絶縁層を介
   在せしめてなることを特徴とする高温ひずみゲー
   ジ。 ３ シリコン樹脂、水ガラス等がバインダとして
   含浸され高温に加熱されたときにそのバインダが
   破壊される無機材料からなる第１のセラミツクペ
   ーパーをベースとし、この第１のセラミツクペー
   パー上にセラミツク接着剤を薄く塗布した後プレ
   キユアを行なつて固化させ第１の未焼成セラミツ
   ク層を形成し、この第１の未焼成セラミツク層上
   に耐熱合金により予め適宜な形状に加工された線
   または箔状のひずみを検出するためのアクテイブ
   ゲージ用抵抗素子を転写しセラミツク接着剤で適
   宜仮付けした後、アクテイブゲージリードをその
   抵抗素子に溶接し、その後前記第１の未焼成セラ
   ミツク層上に少なくとも前記アクテイブゲージ用
   抵抗素子を覆うようにセラミツク接着剤を塗布
   し、その後プレキユアを行なつて該セラミツク接
   着剤を固化させ第２の未焼成セラミツク層を形成
   し、次にこの第２の未焼成セラミツク層の少なく
   ともアクテイブゲージ用抵抗素子の上方に対応す
   る部分に前記第１のセラミツクペーパーと同様の
   第２のセラミツクペーパーを配置し、更に前記第
   ２のセラミツクペーパーおよび前記第２の未焼成
   セラミツク層の露出している部分の上にセラミツ
   ク接着剤を塗布し、その後プレキユアを行なつて
   該セラミツク接着剤を固化させ第３の未焼成セラ
   ミツク層を形成し、この第３の未焼成セラミツク
   層上であつて前記アクテイブゲージ用抵抗素子の
   上方に対応する部分に前記アクテイブゲージ用抵
   抗素子の温度上昇に基づいて発生する見かけひず
   みを補正するためのダミーゲージ用抵抗素子を転
   写した後、セラミツク接着剤で仮付けした状態で
   ダミーゲージリードを前記ダミーゲージ用抵抗素
   子に溶接し、その後、前記第３の未焼成セラミツ
   ク層上に少なくともダミーゲージ用抵抗素子を完
   全に覆うようにセラミツク接着剤を塗布し第４の
   未焼成セラミツク層を形成し、その後高温で焼成
   処理を施し、最後に前記焼成処理によつて前記バ
   インダが破壊された前記ベースとしての前記セラ
   ミツクペーパーを除去することを特徴とする高温
   ひずみゲージの製法。