JP7211807B2

JP7211807B2 - strain gauge

Info

Publication number: JP7211807B2
Application number: JP2018243453A
Authority: JP
Inventors: 慎也戸田; 英司美齊津; 昂祐北原
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020106323A

Description

本発明は、ひずみゲージに関する。 The present invention relates to strain gauges.

測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）を含む材料が用いられている。又、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている（例えば、特許文献１参照）。 A strain gauge is known that is attached to an object to be measured to detect the strain of the object. A strain gauge includes a resistor that detects strain, and a material containing, for example, Cr (chromium) or Ni (nickel) is used as the material of the resistor. Also, the resistor is formed on a base material made of, for example, an insulating resin (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１６－７４９３４号公報JP 2016-74934 A

ひずみゲージは起歪体に貼り付けて使用されるが、ひずみゲージを貼り付ける起歪体の面が曲面である場合、ひずみゲージを貼り付けることが困難であった。そのため、起歪体の曲面を機械加工して平坦面を形成し、平坦面にひずみゲージを貼り付けていた。 A strain gauge is used by attaching it to a strain-generating body, but if the surface of the strain-generating body to which the strain gauge is attached is curved, it is difficult to attach the strain gauge. Therefore, the curved surface of the strain generating body is machined to form a flat surface, and the strain gauge is attached to the flat surface.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、起歪体の曲面に容易に貼り付けることが可能なひずみゲージを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a strain gauge that can be easily attached to a curved surface of a strain generating body.

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された、アルファクロムを主成分とする抵抗体と、を有し、所定方向に切った縦断面視において、前記抵抗体側が凸になるように湾曲しており、前記所定方向に垂直な方向に切った縦断面視において、湾曲していない。
The present strain gauge has a base material having flexibility, and a resistor composed mainly of alpha chromium formed on the base material from a material containing at least one of chromium and nickel. It is curved so that the resistor side is convex when viewed in a vertical cross-section, and is not curved when viewed in a vertical cross-section perpendicular to the predetermined direction.

開示の技術によれば、起歪体の曲面に容易に貼り付けることが可能なひずみゲージを提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a strain gauge that can be easily attached to the curved surface of the strain body.

第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その１）である。1 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment; 基材の下面の曲率半径と矢高と弧長と中心角との関係について説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the curvature radius of the lower surface of a base material, arrow height, arc length, and a central angle. ひずみゲージの起歪体への貼り付けについて説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining attachment of a strain gauge to a strain generating body;

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図２は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その１）であり、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図３は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）であり、図１のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図１～図３を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、端子部４１とを有している。 <First embodiment>
FIG. 1 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view (No. 1) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along line AA in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section taken along line BB in FIG. 1 to 3, the strain gauge 1 has a substrate 10, a resistor 30, and a terminal portion 41. As shown in FIG.

なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３０が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。 In this embodiment, for the sake of convenience, in the strain gauge 1, the side of the base material 10 on which the resistor 30 is provided is the upper side or one side, and the side on which the resistor 30 is not provided is the lower side or the other side. side. Also, the surface on which the resistor 30 of each part is provided is defined as one surface or upper surface, and the surface on which the resistor 30 is not provided is defined as the other surface or lower surface. However, the strain gauge 1 can be used upside down or arranged at any angle. Planar view refers to the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10, and planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10. and

基材１０は、抵抗体３０等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１０の厚さが５μｍ～２００μｍであると、接着層等を介して基材１０の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、１０μｍ以上であると絶縁性の点で更に好ましい。 The base material 10 is a member that serves as a base layer for forming the resistor 30 and the like, and has flexibility. The thickness of the base material 10 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. In particular, when the thickness of the base material 10 is 5 μm to 200 μm, the transmission of strain from the surface of the strain generating body bonded to the lower surface of the base material 10 via an adhesive layer or the like, and the dimensional stability against the environment. The thickness is preferably 10 μm or more, and more preferable from the viewpoint of insulation.

基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。 The substrate 10 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyetheretherketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, polyolefin resin, or the like. can be formed from an insulating resin film of Note that the film refers to a flexible member having a thickness of about 500 μm or less.

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１０が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１０は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。 Here, "formed from an insulating resin film" does not prevent the base material 10 from containing fillers, impurities, etc. in the insulating resin film. The substrate 10 may be formed from, for example, an insulating resin film containing a filler such as silica or alumina.

抵抗体３０は、基材１０上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３０は、基材１０の上面１０ａに直接形成されてもよいし、基材１０の上面１０ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。 The resistor 30 is a thin film formed in a predetermined pattern on the substrate 10, and is a sensing part that undergoes a change in resistance when subjected to strain. The resistor 30 may be formed directly on the upper surface 10a of the base material 10, or may be formed on the upper surface 10a of the base material 10 via another layer. In addition, in FIG. 1, the resistor 30 is shown with a pear-skin pattern for the sake of convenience.

抵抗体３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体３０は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。 The resistor 30 can be made of, for example, a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 30 can be made of a material containing at least one of Cr and Ni. Materials containing Cr include, for example, a Cr mixed phase film. Materials containing Ni include, for example, Cu—Ni (copper nickel). Materials containing both Cr and Ni include, for example, Ni—Cr (nickel chromium).

ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ_２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。 Here, the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr ₂ N, or the like is mixed. The Cr mixed phase film may contain unavoidable impurities such as chromium oxide.

抵抗体３０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体３０の厚さが０．１μｍ以上であると、抵抗体３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましい。又、抵抗体３０の厚さが１μｍ以下であると、抵抗体３０を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１０からの反りを低減できる点で更に好ましい。抵抗体３０の幅は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．１μｍ～１０００μｍ（１ｍｍ）程度とすることができる。 The thickness of the resistor 30 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. In particular, it is preferable that the thickness of the resistor 30 is 0.1 μm or more because the crystallinity of the crystal forming the resistor 30 (for example, the crystallinity of α-Cr) is improved. Further, if the thickness of the resistor 30 is 1 μm or less, cracks in the film and warping from the substrate 10 due to internal stress of the film constituting the resistor 30 can be reduced. The width of the resistor 30 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, and can be, for example, about 0.1 μm to 1000 μm (1 mm).

例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体３０がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体３０はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。 For example, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the stability of gauge characteristics can be improved by using α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystal phase, as the main component. In addition, since the resistor 30 is mainly composed of α-Cr, the gauge factor of the strain gauge 1 is 10 or more, and the temperature coefficient of gauge factor TCS and the temperature coefficient of resistance TCR are within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. can be Here, the main component means that the target material accounts for 50% by mass or more of all the materials constituting the resistor. It is preferable to include the above. Note that α-Cr is Cr with a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

端子部４１は、抵抗体３０の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１は、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。抵抗体３０は、例えば、端子部４１の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部４１に接続されている。端子部４１の上面を、端子部４１よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗体３０と端子部４１とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。 The terminal portions 41 extend from both ends of the resistor 30 and are formed in a substantially rectangular shape wider than the resistor 30 in plan view. The terminal portion 41 is a pair of electrodes for outputting to the outside the change in the resistance value of the resistor 30 caused by strain, and for example, lead wires for external connection are joined to the terminal portion 41 . The resistor 30 extends, for example, from one of the terminal portions 41 while folding back in a zigzag manner, and is connected to the other terminal portion 41 . The upper surface of the terminal portion 41 may be covered with a metal having better solderability than the terminal portion 41 . Although the resistor 30 and the terminal portion 41 are denoted by different reference numerals for convenience, they can be integrally formed from the same material in the same process.

抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、抵抗体３０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層６０を設けることで、抵抗体３０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。 A cover layer 60 (insulating resin layer) may be provided on the upper surface 10a of the base material 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portion 41 . By providing the cover layer 60, the resistor 30 can be prevented from being mechanically damaged. Also, by providing the cover layer 60, the resistor 30 can be protected from moisture and the like. Note that the cover layer 60 may be provided so as to cover the entire portion excluding the terminal portion 41 .

カバー層６０は、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。 The cover layer 60 can be made of insulating resin such as PI resin, epoxy resin, PEEK resin, PEN resin, PET resin, PPS resin, composite resin (eg, silicone resin, polyolefin resin). The cover layer 60 may contain fillers or pigments. The thickness of the cover layer 60 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.

図２に示すように、抵抗体３０のグリッド方向（図１のＡ－Ａ線の方向）に切った縦断面視において、ひずみゲージ１は、抵抗体３０側が凸になるように湾曲している。又、図３に示すように、抵抗体３０のグリッド方向と垂直な方向（図１のＢ－Ｂ線の方向）に切った縦断面視において、ひずみゲージ１は湾曲していない。 As shown in FIG. 2, the strain gauge 1 is curved so that the side of the resistor 30 is convex in a vertical cross-sectional view taken in the direction of the grid of the resistor 30 (the direction of line AA in FIG. 1). . Further, as shown in FIG. 3, the strain gauge 1 is not curved in a vertical cross-sectional view taken in a direction perpendicular to the grid direction of the resistor 30 (in the direction of line BB in FIG. 1).

基材１０の下面１０ｂは、例えば、グリッド方向（図１のＡ－Ａ線の方向）に切った縦断面視において、曲率半径Ｒの円弧状である。ここで、円弧状とは、厳密な円弧状でなくともよく、例えば、細部が変形していても実質的に円弧状であればよい。 The lower surface 10b of the base material 10 has, for example, an arc shape with a radius of curvature R in a longitudinal cross-sectional view taken in the grid direction (the direction of line AA in FIG. 1). Here, the arc shape does not have to be a strict arc shape.

図４は、基材の下面の曲率半径と矢高と弧長と中心角との関係について説明する図である。図４において、Ｒは曲率半径、ｈは矢高、Ｌは弧長、θは中心角である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the radius of curvature of the lower surface of the substrate, the arrow height, the arc length, and the central angle. In FIG. 4, R is the radius of curvature, h is the arrow height, L is the arc length, and θ is the central angle.

矢高ｈ及び弧長Ｌは、式（１）及び式（２）で示すことができる。又、式（１）及び式（２）から式（３）を求めることができ、変形すると式（４）が得られる。 Arrow height h and arc length L can be expressed by equations (1) and (2). Also, the formula (3) can be obtained from the formulas (1) and (2), and the formula (4) can be obtained by transforming the formula.

ここで、基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒが、ひずみゲージ１を貼り付ける起歪体の曲面の曲率半径と等しいとすると、弧長Ｌは曲率半径Ｒに対して十分に小さいと考えられる。そのため、ｆ（ｘ）＝ｃｏｓ（ｘ）、ｘ＝Ｌ／２Ｒにおいて、ｆ（ｘ）をマクローリン展開すると、式（５）のように近似することができ、式（６）が得られる。ここで、式（６）＝式（４）であるから、式（７）が得られ、式（７）を変形すると式（８）が得られる。

Here, assuming that the radius of curvature R of the lower surface 10b of the base material 10 is equal to the radius of curvature of the curved surface of the strain generating body to which the strain gauge 1 is attached, the arc length L is considered to be sufficiently smaller than the radius of curvature R. . Therefore, when f(x)=cos(x) and x=L/2R, Maclaurin expansion of f(x) can be approximated as in Equation (5), and Equation (6) is obtained. Here, since equation (6)=equation (4), equation (7) is obtained, and equation (8) is obtained by transforming equation (7).

式（８）より、曲率半径Ｒは、矢高ｈと弧長Ｌとから求めることができる。言い換えれば、弧長Ｌが既知、かつ、ひずみゲージ１を貼り付ける起歪体の曲面の曲率半径Ｒｓが既知であれば、基材１０の反りを制御して矢高ｈを調整することで、基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒを起歪体の曲面の曲率半径Ｒｓと等しくすることができる。

The radius of curvature R can be obtained from the arrow height h and the arc length L from the equation (8). In other words, if the arc length L is known and the radius of curvature Rs of the curved surface of the strain generating body to which the strain gauge 1 is attached is known, the warp of the base material 10 is controlled to adjust the arrow height h. The radius of curvature R of the lower surface 10b of the material 10 can be made equal to the radius of curvature Rs of the curved surface of the strain body.

図５は、ひずみゲージの起歪体への貼り付けについて説明する図である。図５（ａ）に示すように、従来のひずみゲージ１Ｘは、反りがないように作製されていた。そのため、ひずみゲージ１Ｘは、図５（ｂ）のような起歪体５００の曲面５００ａ（例えば、円柱の側面）に貼り付けることが困難である。そこで、図５（ｃ）に示すように、起歪体５００の曲面５００ａを機械加工して平坦面５００ｂを形成し、平坦面５００ｂにひずみゲージ１Ｘを貼り付けていた。 FIG. 5 is a diagram illustrating attachment of the strain gauge to the strain generating body. As shown in FIG. 5(a), the conventional strain gauge 1X was manufactured so as not to warp. Therefore, it is difficult to attach the strain gauge 1X to the curved surface 500a (for example, the side surface of a cylinder) of the strain generating body 500 as shown in FIG. 5(b). Therefore, as shown in FIG. 5C, the curved surface 500a of the strain body 500 is machined to form a flat surface 500b, and the strain gauge 1X is attached to the flat surface 500b.

これに対して、前述のように、ひずみゲージ１は、基材１０の反りを制御して矢高ｈを調整することで、基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒを起歪体５００の曲面５００ａの曲率半径と等しくすることができる。そのため、図５（ｄ）に示すように、起歪体５００の曲面５００ａを機械加工することなく、曲面５００ａにひずみゲージ１を貼り付けることができる。その結果、起歪体５００の曲面５００ａを機械加工するコストを削減できる。 On the other hand, as described above, the strain gauge 1 adjusts the arrow height h by controlling the warpage of the base material 10, so that the curvature radius R of the lower surface 10b of the base material 10 is adjusted to the curved surface 500a of the strain body 500. can be equal to the radius of curvature of Therefore, as shown in FIG. 5D, the strain gauge 1 can be attached to the curved surface 500a of the strain body 500 without machining the curved surface 500a. As a result, the cost of machining the curved surface 500a of the strain body 500 can be reduced.

なお、従来のひずみゲージは反りがないように作製されるが、製造条件のばらつき等により意図しない反りが生じる場合がある。この場合、ひずみゲージが湾曲し、起歪体に貼り付ける面の曲率半径は１０ｍｍ～１００ｍｍ程度となる。これとは異なり、ひずみゲージ１は、起歪体の曲面への貼り付けを容易にするために、意図的に反らせたものである。ひずみゲージ１を貼り付ける起歪体の曲面の曲率半径は一般に０．５ｍｍ～１０ｍｍ程度であるから、基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒも０．５ｍｍ～１０ｍｍ程度となり、従来のひずみゲージにおいて意図しない反りが生じる場合の曲率半径とは範囲が異なる。 Although conventional strain gauges are manufactured without warpage, unintended warpage may occur due to variations in manufacturing conditions or the like. In this case, the strain gauge is curved, and the radius of curvature of the surface attached to the strain generating body is approximately 10 mm to 100 mm. In contrast to this, the strain gauge 1 is intentionally warped in order to facilitate attachment to the curved surface of the strain-generating body. Since the radius of curvature of the curved surface of the strain generating body to which the strain gauge 1 is attached is generally about 0.5 mm to 10 mm, the radius of curvature R of the lower surface 10b of the base material 10 is also about 0.5 mm to 10 mm. The range is different from the radius of curvature when unintended warpage occurs.

ひずみゲージ１を製造するためには、まず、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに図１に示す平面形状の抵抗体３０及び端子部４１を形成する。抵抗体３０及び端子部４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体３０と端子部４１とは、同一材料により一体に形成することができる。 In order to manufacture the strain gauge 1, first, the substrate 10 is prepared, and the planar resistor 30 and the terminal portion 41 shown in FIG. The materials and thicknesses of the resistor 30 and the terminal portion 41 are as described above. The resistor 30 and the terminal portion 41 can be integrally formed from the same material.

抵抗体３０及び端子部４１は、例えば、抵抗体３０及び端子部４１を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体３０及び端子部４１は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。 The resistor 30 and the terminal portion 41 can be formed by, for example, forming a film by magnetron sputtering using a raw material capable of forming the resistor 30 and the terminal portion 41 as a target, and patterning the film by photolithography. The resistor 30 and the terminal portion 41 may be formed by using a reactive sputtering method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, a pulse laser deposition method, or the like instead of the magnetron sputtering method.

ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体３０及び端子部４１を成膜する前に、下地層として、基材１０の上面１０ａに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が１ｎｍ～１００ｎｍ程度の機能層を真空成膜することが好ましい。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗体３０及び端子部４１を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗体３０及び端子部４１と共に図１に示す平面形状にパターニングされる。 From the viewpoint of stabilizing the gauge characteristics, before forming the resistor 30 and the terminal part 41, a film thickness of about 1 nm to 100 nm is formed on the upper surface 10a of the base material 10 as a base layer by, for example, conventional sputtering. Vacuum deposition of the layer is preferred. After forming the resistor 30 and the terminal portion 41 over the entire upper surface of the functional layer, the functional layer is patterned into the planar shape shown in FIG. 1 together with the resistor 30 and the terminal portion 41 by photolithography.

本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。 In the present application, a functional layer refers to a layer having a function of promoting crystal growth of at least the resistor 30 as an upper layer. The functional layer preferably further has a function of preventing oxidation of the resistor 30 due to oxygen and moisture contained in the substrate 10 and a function of improving adhesion between the substrate 10 and the resistor 30 . The functional layer may also have other functions.

基材１０を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体３０がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体３０の酸化を防止する機能を備えることは有効である。 Since the insulating resin film that constitutes the base material 10 contains oxygen and moisture, especially when the resistor 30 contains Cr, Cr forms a self-oxidizing film. Being prepared helps.

機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。 The material of the functional layer is not particularly limited as long as it has a function of promoting the crystal growth of the resistor 30, which is the upper layer, and can be appropriately selected according to the purpose. titanium), V (vanadium), Nb (niobium), Ta (tantalum), Ni (nickel), Y (yttrium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Si (silicon), C (carbon), Zn ( zinc), Cu (copper), Bi (bismuth), Fe (iron), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Re (rhenium), Os (osmium), Ir ( iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), Al (aluminum) metals, alloys of any metal of this group, or compounds of any metal of this group.

上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２等が挙げられる。 Examples of the above alloy include FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu, and the like. Examples of the above compounds include TiN, _TaN , _Si3N4 , _TiO2 , _Ta2O5 , _SiO2 _and the like.

機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜することができる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１０の上面１０ａをＡｒでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。 The functional layer can be formed, for example, by a conventional sputtering method in which a raw material capable of forming the functional layer is used as a target and Ar (argon) gas is introduced into the chamber. By using the conventional sputtering method, the functional layer is formed while etching the upper surface 10a of the base material 10 with Ar. Therefore, the amount of film formation of the functional layer can be minimized and an effect of improving adhesion can be obtained.

但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１０の上面１０ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。 However, this is an example of the method of forming the functional layer, and the functional layer may be formed by another method. For example, before forming the functional layer, the upper surface 10a of the substrate 10 is activated by a plasma treatment using Ar or the like to obtain an effect of improving adhesion, and then the functional layer is vacuum-formed by magnetron sputtering. You may use the method to do.

機能層の材料と抵抗体３０及び端子部４１の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、機能層としてＴｉを用い、抵抗体３０及び端子部４１としてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜することが可能である。 The combination of the material of the functional layer and the material of the resistor 30 and the terminal portion 41 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it is possible to use Ti as the functional layer and form a Cr mixed phase film containing α-Cr (alpha chromium) as the main component as the resistor 30 and the terminal portion 41 .

この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体３０及び端子部４１を成膜することができる。或いは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体３０及び端子部４１を成膜してもよい。 In this case, for example, the resistive element 30 and the terminal portion 41 can be formed by magnetron sputtering using a raw material capable of forming a Cr mixed-phase film as a target and introducing Ar gas into the chamber. Alternatively, the resistive element 30 and the terminal portion 41 may be formed by reactive sputtering using pure Cr as a target, introducing an appropriate amount of nitrogen gas together with Ar gas into the chamber.

これらの方法では、Ｔｉからなる機能層がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。 In these methods, the growth surface of the Cr mixed phase film is defined by the functional layer made of Ti, and a Cr mixed phase film containing α-Cr, which has a stable crystal structure, as a main component can be formed. In addition, the diffusion of Ti constituting the functional layer into the Cr mixed phase film improves the gauge characteristics. For example, the gauge factor of the strain gauge 1 can be 10 or more, and the temperature coefficient of gauge factor TCS and the temperature coefficient of resistance TCR can be set within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. When the functional layer is made of Ti, the Cr mixed phase film may contain Ti or TiN (titanium nitride).

なお、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体３０の結晶成長を促進する機能、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。 When the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the functional layer made of Ti has a function of promoting crystal growth of the resistor 30 and a function of preventing oxidation of the resistor 30 due to oxygen and moisture contained in the base material 10. , and the function of improving the adhesion between the substrate 10 and the resistor 30 . The same is true when Ta, Si, Al, or Fe is used as the functional layer instead of Ti.

このように、抵抗体３０の下層に機能層を設けることにより、抵抗体３０の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体３０を作製できる。その結果、ひずみゲージ１において、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体３０に拡散することにより、ひずみゲージ１において、ゲージ特性を向上することができる。 In this way, by providing the functional layer under the resistor 30, it becomes possible to promote the crystal growth of the resistor 30, and the resistor 30 having a stable crystal phase can be manufactured. As a result, in the strain gauge 1, the stability of gauge characteristics can be improved. In addition, by diffusing the material forming the functional layer into the resistor 30, the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved.

抵抗体３０及び端子部４１を形成後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するカバー層６０を設けることで、ひずみゲージ１が完成する。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。 After forming the resistor 30 and the terminal portion 41, the strain gauge 1 is completed by providing a cover layer 60 covering the resistor 30 and exposing the terminal portion 41 on the upper surface 10a of the base material 10, if necessary. The cover layer 60 is formed by, for example, laminating a semi-cured thermosetting insulating resin film on the upper surface 10a of the base material 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portions 41, and heat and cure the film. can be made. The cover layer 60 is prepared by applying a liquid or paste thermosetting insulating resin to the upper surface 10a of the base material 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portions 41, and heat and harden the resin. may

ひずみゲージ１において、基材１０を抵抗体３０側が凸になるように反らせて矢高ｈを所望の値にするためには、例えば、基材１０の膨張係数を調整すればよい。抵抗体３０の内部応力が大きいと基材１０に反りが生じるが、抵抗体３０の内部応力は、基材１０の膨張係数により変わる。すなわち、基材１０の膨張係数を調整することで、基材１０の反りを制御して矢高ｈを調整し、所望の曲率半径Ｒを得ることができる。 In the strain gauge 1, the coefficient of expansion of the base material 10 may be adjusted, for example, in order to warp the base material 10 so that the resistor 30 side is convex and set the arrow height h to a desired value. When the internal stress of the resistor 30 is large, the substrate 10 warps. That is, by adjusting the coefficient of expansion of the base material 10, it is possible to control the warp of the base material 10, adjust the arrow height h, and obtain the desired radius of curvature R.

基材１０の膨張係数は、例えば、基材１０の材料の選定、基材１０に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整等を行うことにより、調整することができる。 The coefficient of expansion of the base material 10 can be adjusted by, for example, selecting the material of the base material 10, selecting the material of the filler contained in the base material 10, and adjusting the content.

又、ひずみゲージ１において、基材１０を抵抗体３０側が凸になるように反らせて矢高ｈを所望の値にするために、基材１０の厚さを調整してもよい。又、基材１０を抵抗体３０側が凸になるように反らせて矢高ｈを所望の値にするために、抵抗体３０の成膜条件を調整してもよい。 Further, in the strain gauge 1, the thickness of the base material 10 may be adjusted so that the base material 10 is warped so that the resistor 30 side is convex and the arrow height h is set to a desired value. Further, the film forming conditions of the resistor 30 may be adjusted so that the substrate 10 is warped so that the resistor 30 side is convex and the arrow height h is set to a desired value.

又、ひずみゲージ１がカバー層６０を有する場合には、基材１０の厚さ及びカバー層６０の厚さを調整してもよい。例えば、基材１０とカバー層６０が同一材料により形成されている場合には、カバー層６０の厚さを基材１０の厚さよりも薄い所定値に調整することで、基材１０を抵抗体３０側が凸になるように反らせて矢高ｈを所望の値にすることができる。 Moreover, when the strain gauge 1 has the cover layer 60, the thickness of the base material 10 and the thickness of the cover layer 60 may be adjusted. For example, when the base material 10 and the cover layer 60 are made of the same material, the thickness of the cover layer 60 is adjusted to a predetermined value thinner than the thickness of the base material 10, so that the base material 10 can be used as a resistor. The arrow height h can be set to a desired value by warping so that the 30 side is convex.

このように、抵抗体３０のグリッド方向（図１のＡ－Ａ線の方向）に切った縦断面視において、ひずみゲージ１は、抵抗体３０側が凸になるように湾曲している。又、基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒは所望の値に調整可能である。基材１０の下面１０ｂの曲率半径Ｒを、ひずみゲージ１を貼り付ける起歪体の曲面の曲率半径と略等しくすることで、起歪体の曲面を平坦面に加工することなく、起歪体の曲面にひずみゲージ１を容易に貼り付けることができる。 In this manner, in a vertical cross-sectional view taken along the grid direction of the resistor 30 (the direction of line AA in FIG. 1), the strain gauge 1 is curved so that the resistor 30 side is convex. Also, the radius of curvature R of the lower surface 10b of the substrate 10 can be adjusted to a desired value. By making the curvature radius R of the lower surface 10b of the base material 10 substantially equal to the curvature radius of the curved surface of the strain body to which the strain gauge 1 is attached, the strain body can be formed without processing the curved surface of the strain body into a flat surface. The strain gauge 1 can be easily attached to the curved surface of .

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be made.

例えば、ひずみゲージ１において、抵抗体３０のグリッド方向に切った縦断面視において基材１０が湾曲せず、抵抗体３０のグリッド方向と垂直な方向に切った縦断面視において基材１０が抵抗体３０側が凸になるように湾曲する構造とすることも可能である。基材１０が何れの方向に切った縦断面視において凸になるかは、例えば、抵抗体３０の成膜条件を調整することで選択できる。 For example, in the strain gauge 1, the base material 10 does not bend in a longitudinal cross-sectional view cut in the grid direction of the resistor 30, and the base material 10 resists in a longitudinal cross-sectional view cut in a direction perpendicular to the grid direction of the resistor 30. It is also possible to adopt a curved structure so that the body 30 side is convex. The direction in which the base material 10 is cut in a vertical cross section to be convex can be selected, for example, by adjusting the film forming conditions of the resistor 30 .

１ひずみゲージ、１０基材、１０ａ上面、１０ｂ下面、３０抵抗体、４１端子部、６０カバー層 Reference Signs List 1 strain gauge 10 substrate 10a upper surface 10b lower surface 30 resistor 41 terminal portion 60 cover layer

Claims

可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された、アルファクロムを主成分とする抵抗体と、を有し、
所定方向に切った縦断面視において、前記抵抗体側が凸になるように湾曲しており、前記所定方向に垂直な方向に切った縦断面視において、湾曲していないひずみゲージ。 a flexible substrate;
a resistor containing alpha chromium as a main component and formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the substrate;
A strain gauge that is curved so that the resistor side is convex when viewed in a vertical cross section cut in a predetermined direction, and is not curved when viewed in a vertical cross section cut in a direction perpendicular to the predetermined direction.

可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記基材の一方の面に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、を有し、
前記抵抗体は、前記機能層の一方の面に形成され、
前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有し、
所定方向に切った縦断面視において、前記抵抗体側が凸になるように湾曲しており、前記所定方向に垂直な方向に切った縦断面視において、湾曲していないひずみゲージ。 a flexible substrate;
a resistor formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the base;
a functional layer formed of a metal, an alloy, or a metal compound on one surface of the substrate ;
The resistor is formed on one surface of the functional layer,
The functional layer has a function of promoting crystal growth of the resistor,
A strain gauge that is curved so that the resistor side is convex when viewed in a vertical cross section cut in a predetermined direction, and is not curved when viewed in a vertical cross section cut in a direction perpendicular to the predetermined direction.

前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項２に記載のひずみゲージ。 3. The strain gauge according to claim 2 , wherein said resistor is mainly composed of alpha chrome.

前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項１又は３に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to claim 1 or 3, wherein the resistor contains 80% by weight or more of alpha chrome.

前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項１、３、又は４に記載のひずみゲージ。 5. A strain gauge according to claim 1 , 3 or 4, wherein the resistor comprises chromium nitride.

前記基材の前記抵抗体が形成された側の面とは反対側の面は、前記所定方向に切った縦断面視において、円弧状である請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。 6. The surface of the base material opposite to the surface on which the resistor is formed, according to any one of claims 1 to 5, which is arc-shaped in a vertical cross-sectional view taken in the predetermined direction. strain gauge.

前記基材は、ポリイミド樹脂から形成されている請求項１乃至６の何れか一項に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to any one of claims 1 to 6 , wherein the base material is made of polyimide resin.

前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層を有する請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。 8. The strain gauge according to claim 1 , further comprising an insulating resin layer covering said resistor.

前記基材と前記絶縁樹脂層とが同一材料により形成され、前記絶縁樹脂層の厚さが前記基材の厚さよりも薄い請求項８に記載のひずみゲージ。 9. The strain gauge according to claim 8 , wherein the base material and the insulating resin layer are made of the same material, and the thickness of the insulating resin layer is thinner than the thickness of the base material.