ひずみゲージとは？

ひずみゲージとは？仕組みや種類、選び方のポイントを解説

ひずみゲージとは、物体が引っ張られたり圧迫されたりしたときの「ひずみ（変化量の割合）」を測定するセンサー部品です。航空機や鉄道、製鉄や土木・建築業界のほか、臨床医学やリハビリテーションの現場でも幅広く使用されています。ひずみゲージはとても小さく、目にする機会はほとんどないため、実際にはどのように使用されているのか、イメージできない人も多いのではないでしょうか。
ここでは、ひずみゲージの仕組みや使用シーンのほか、測定時の使い方や製品の選び方のポイントを解説します。

ひずみゲージとは物体のひずみを測定するセンサー部品のこと

ひずみゲージとは、物体のひずみを測定するセンサー部品のことです。物体を引っ張ったときに伸びた量や、圧迫したときに縮んだ量を変化量といいます。物体のもとの長さに対する変化量の割合がひずみです。
ひずみを測定することで、例えば金属部品の強度の限界がわかったり、荷重・圧力・トルク（軸にかかるねじりの力）などの物理量を明らかにしたりできます。製品の品質管理や研究・開発などのさまざまな場面で、ひずみゲージは広く使用されています。
ひずみゲージはとても小さいので、ひずみを測定する際にひずみゲージ自体の質量を無視できるのも特徴です。金属やプラスチックなど、測定する対象に接着剤などで直接貼り付けて使用することができます。

1. ひずみゲージの構造

ひずみゲージは、電気絶縁物（ポリイミドなど）のベースの上に、金属箔の抵抗体を貼り付けて、シリコンなどでコーティングした構造です。金属箔の抵抗体で負荷を感知してひずみを測定します。サイズは製品によって異なりますが、ゲージ部分の長さは数mm単位と小さくなっています。

2. ひずみゲージの仕組み

ひずみゲージは、物体に力がかかり伸び縮みすると電気抵抗が変化するという仕組みを使って、ひずみを測定対象に力がかかって伸縮した場合、測定対象に貼り付けてあるひずみゲージの金属箔の抵抗体も、測定対象に比例して伸縮します。抵抗体の伸縮で変化する電気抵抗値の変化を読み取ることで、ひずみを測定しているのです。

3. ひずみゲージは何に使われている？

小型で軽量ながら測定精度が高く、比較的安価なひずみゲージは、製品の強度試験や生産工場での荷重測定のほか、身近な製品に使用されています。具体的な使用例を見ていきましょう。

体重計やはかり

デジタル式の体重計やはかりの中にも、ひずみゲージが使われています。人や物がのったときのひずみゲージの抵抗値を数値化して、体重や重さを表示しています。

パソコンのポインティングスティック

パソコンのポインティングスティックは、指で力をかけることで生じるひずみをひずみゲージで検出することで、カーソルを上下左右の動かしたい方向に移動させることができます。

スマートフォンの落下試験

スマートフォンの落下時の衝撃に関する強度試験においても、ひずみゲージが使われています。試験用のスマートフォンにひずみゲージを取り付け、落下時の加速度やひずみを計測します。

トルクメーター

トルクメーター

軸にかかるトルク（ねじれの力）を測定するトルクメーターには、ひずみゲージが使用されています。ねじれが生じるとひずみゲージが伸び縮みして抵抗値が変化し、その変化を電気信号に変換することによってトルクを測定しています。

4. ひずみゲージの使い方

ひずみゲージは基本的に、ひずみを測定したい対象に貼り付けて使います。貼り付け方によっては測定誤差が生じるため注意が必要です。
まず、貼り付け箇所の表面をきれいに洗浄する必要があります。油分を除去するために脱脂溶剤を使用します。ひずみゲージをピンセットで持ち上げ、気砲が残らないように接着剤などで貼り付けます。接着剤が固まったら、適切な防湿処理をおこなってください。