JPH06281511A - 歪センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】充分な量産化を図り、かつ信頼性の向上を図
る。 【構成】ストレンゲージ回路パターンを形成した金属の
弾性体基板２を、その基板２と同一の熱膨張係数を有す
るビーム体３の変形部位に、ストレンゲージ回路のスト
レンゲージを位置させて接着する。その場合に弾性体基
板２のストレンゲージ回路パターンの面をビーム体側に
し、かつビーム体とは絶縁して接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばロードセル秤に
使用されるストレンゲージ回路を使用した歪センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ストレンゲージ回路を使用した歪
センサは、ビーム体にストレンゲージを接着した後、リ
ード配線を施してストレンゲージ回路を形成したものが
知られている。しかしこの歪センサはビーム体毎にスト
レンゲージを接着し、リード配線を施すことになり量産
化することは困難であった。

【０００３】これを解決するために例えば特開昭５７−
９３２２０号公報に見られるように、ビーム体表面に薄
膜プロセスにより直接ストレンゲージ回路をパターンと
して形成するものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしビーム体表面に
薄膜プロセスによりストレンゲージ回路パターンを形成
する歪センサも、ビーム体が比較的大きなものでは、ス
トレンゲージ回路パターン以外の面積が大きくなるた
め、成膜装置の成膜面積を有効に利用することができ
ず、十分な量産化を図ることが困難であった。

【０００５】そこで本発明は、十分な量産化を図ること
ができ、しかも信頼性を向上できる歪センサを提供しよ
うとするものである。

【０００６】また本発明は、さらに耐湿性を向上できる
歪センサを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
ストレンゲージ回路パターンを形成した金属の弾性体基
板を、その基板と同一の熱膨張係数を有するビーム体の
変形部位にストレンゲージ回路のストレンゲージが位置
するように、ストレンゲージ回路パターンの面を下に
し、かつビーム体とは絶縁して接着したものである。

【０００８】請求項２対応の発明は、請求項１対応の発
明において、接着に電気的絶縁抵抗の高い接着剤を使用
したものである。

【０００９】請求項３対応の発明は、ストレンゲージ回
路パターンを形成し、その回路パターンの入出力端子に
リード線を接続した金属の弾性体基板を、その基板と同
一の熱膨張係数を有するビーム体の変形部位にストレン
ゲージ回路のストレンゲージが位置するように、ストレ
ンゲージ回路パターンの面を下にし、かつビーム体とは
絶縁して接着すると共に、回路パターンとリード線の接
続部が位置するビーム体の面を電気的に絶縁したもので
ある。

【００１０】請求項４対応の発明は、ストレンゲージ回
路パターンを形成するとともにその回路パターンの上に
絶縁層を形成した金属の弾性体基板を、その基板と同一
の熱膨張係数を有するビーム体の変形部位にストレンゲ
ージ回路のストレンゲージが位置するように、ストレン
ゲージ回路パターンの面を下にして絶縁層よりも吸水率
の小さい接着剤で接着すると共に、その接着剤で少なく
とも絶縁層及び回路パターン層の縁部を包囲したもので
ある。

【００１１】

【作用】このような構成の本発明においては、金属の弾
性体基板に予めストレンゲージ回路パターンを形成す
る。そしてその弾性体基板を、その基板と同一の熱膨張
係数を有するビーム体の変形部位に、ストレンゲージ回
路のストレンゲージが位置するように、かつストレンゲ
ージ回路パターンの面を下にしてビーム体とは絶縁して
接着する。

【００１２】また、接着剤で少なくとも絶縁層及び回路
パターン層の縁部を包囲することにより耐湿性が向上す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１４】図２に示すように、ストレンゲージ回路パ
ターン１を形成した金属の弾性体基板２を、図１に示す
ように、その基板２と同一の熱膨張係数を有するロバー
バル機構を有するビーム体３の変形部位に、ストレンゲ
ージ回路パターン１のストレンゲージが位置し、かつス
トレンゲージ回路パターン１の面を下にして接着剤によ
り接着固定する。

【００１５】接着剤としては、例えばエポキシ樹脂系、
フェノール系のものを使用する。

【００１６】前記ビーム体３は中央側面に２つの孔４，
５を連通部６で連通し、各孔４，５の上下に変形部位と
なる薄肉の起歪部７，８，９，１０を形成している。

【００１７】前記弾性体基板２に対するストレンゲージ
回路パターン１の形成は以下の通り行う。

【００１８】図３に示すように例えばアルミニウム合金
（２０２４−Ｔ４等）からなる１枚の比較的大きな基板
材２１を用意する。そして前記基板材２１の表面を研磨
加工して洗浄した後、弾性体基板２のサイズにブロック
化し、その各ブロックに対して薄膜成形工程によりスト
レンゲージ回路パターン１をそれぞれ形成する。

【００１９】このパターン形成は、先ず図４の(a) に示
すように、基板材２１の表面に絶縁層２２を形成する。
この絶縁層２２は例えば薄膜プロセスによりＳ_i Ｏ₂ 等
の電気的絶縁膜を形成するか、ポリミイド等の樹脂を塗
布し加熱硬化して形成する。次にスパッタリングにより
ストレンゲージ抵抗層２３を形成する。この抵抗層２３
は例えばＮi ・Ｃr ・Ｓi からなる。そしてそのストレ
ンゲージ抵抗層２３の上に温度補償抵抗層２４を形成す
る。この抵抗層２３は例えばＴi からなる。さらにその
温度補償抵抗層２４の上にリード配線層２５を形成す
る。この配線層２５は例えばＣu からなる。

【００２０】これら各薄膜層２２〜２５は連続的に同一
真空槽で形成する。これらの各膜厚はパターンの形状や
歪センサの信号を検出する回路条件により異なるが、一
例を述べると、ポリミイド層が４μｍ、Ｎi ・Ｃr ・Ｓ
i 層が１，０００オングストローム、Ｔi 層が５，００
０オングストローム、Ｃu 層が２μｍ程度となる。

【００２１】この状態で続いて選択エッチング手法を使
用したフォトエッチングプロセスでストレンゲージ回路
パターン１を形成する。なお、エッチングを行なう前に
はフォトレジストを塗布形成後、所定パターンを有する
露光マスクを用いてパターン焼き付けして現像を行ない
レジストパターンを形成することになる。

【００２２】そして図４の(b) に示すように、回路パタ
ーン部以外の層を上層から順次それぞれのエッチャント
でエッチングし回路パターン部のみを残す。

【００２３】次に同様なプロセスでストレンゲージ部、
スパン温度補償抵抗部に積層されているＣu 層をエッチ
ングし図４の(c) に示すように４つのストレンゲージパ
ターン１ａ、スパン温度補償抵抗パターン１ｂを露出さ
せる。これによりスパン温度補償抵抗パターン１ｂは完
成する。

【００２４】続いて同様なプロセスでストレンゲージパ
ターン１ａの上層に積層されているＴi 層をエッチング
することによりＮi ・Ｃr ・Ｓi 層を露出させ図４の
(d) に示すようにストレンゲージパターン１ａを完成さ
せる。

【００２５】こうして基板材２１の各ブロック上にリー
ド電極Ｖe1，Ｖe2，Ｖo1，Ｖo2、ストレンゲージパター
ン１ａ、スパン温度補償抵抗パターン１ｂ、リード配線
パターン１ｃからなるストレンゲージ回路パターン１が
形成されることになる。

【００２６】こうしてストレンゲージ回路パターン１が
形成された基板材２１から各ブロックを切り離すことに
より図２に示すような金属の弾性体基板２が得られるこ
とになる。

【００２７】このようにして得られた弾性体基板２を、
図５に示すようにストレンゲージ回路パターン１を下に
してビーム体３の表面に接着することになるが、そのと
きストレンゲージ回路パターン１の各リード電極Ｖe1，
Ｖe2，Ｖo1，Ｖo2にリード線１１を予め接続しておく。

【００２８】このリード線１１の接続には、異方導電性
の材料を使用し、加圧及び加熱により接続する。なお、
半田付けであってもよい。

【００２９】前記弾性体基板２とビーム体３との接着
は、接着剤１２を使用するが、接着剤として電気的絶縁
性に優れたものを使用した場合は、接着剤１２をビーム
体３に対して必要な面積だけ塗布し、この上にストレン
ゲージ回路パターン１を下に向けた弾性体基板２を張り
合わせ、充分な圧力と熱を加えて接着剤１２を均一に硬
化させる。

【００３０】また接着剤１２としてそれ程電気的絶縁性
の高く無いものを使用する場合は、予め弾性体基板２の
ストレンゲージ回路パターン１の上に、薄膜プロセスに
よりＳ_i Ｏ₂ 等の電気的絶縁膜を形成するか、ポリミイ
ド等の樹脂を塗布してストレンゲージ回路パターン１を
電気的に絶縁してから弾性体基板２をビーム体３に接着
する。

【００３１】前記弾性体基板２をビーム体３に接着する
ときにリード線１１の接続部が位置するビーム体３の部
位に電気的絶縁抵抗が高く、耐久性に優れているポリイ
ミドのテープ等の絶縁部材１３を介在させ、リード線１
１の接続部がビーム体３と電気的に接触するのを防止す
る。

【００３２】なお、前記接着剤１２が電気的絶縁性に優
れたものである場合は、絶縁部材１３として接着剤１２
を使用してもよく、このようにすればリード線１１も接
着剤により弾性体基板２とビーム体３とに挟まれた状態
でビーム体３に固定されるので、リード線１１が外部か
ら引張力を受けてもその力が弾性体基板２に直接伝わる
ことはなく、破壊強度を増すことができる。

【００３３】また図６に示すように、弾性体基板２とし
て基板材２１の上に絶縁層２２を形成し、その上にスト
レンゲージ回路パターン１を形成し、さらにその上に絶
縁層２６を形成したものを使用し、絶縁層２２，２６と
してポリイミドのような比較的吸水率が高いものを使用
した場合は、接着剤１２としてポリイミドよりも吸水率
の低い接着剤を使用し、前記弾性体基板２をビーム体３
に接着するときに、その接着剤１２が各絶縁層２２，２
６の縁部を包囲するように外部に一部を流出させて接着
する。

【００３４】このようにすれば各絶縁層２２，２６への
吸水量を減少させることができ、耐湿性を高めることが
できる。

【００３５】このように本実施例では、基板材２１の上
に多数のストレンゲージ回路パターン１を薄膜プロセス
によって形成し、それをブロック毎に分離して多数個の
弾性体基板２を形成し、その各弾性体基板２をそれぞれ
ビーム体３に接着して歪センサを製造しているので、薄
膜プロセスの量産性を高めることができて歪センサの充
分な量産化を図ることができる。従って製造コストの低
下も図ることができる。

【００３６】しかも弾性体基板２をビーム体３に接着さ
せるときストレンゲージ回路パターン１の面を下側、す
なわちビーム体３側にしているので、ストレンゲージ回
路パターン１が外部に露出することがなく、従ってスト
レンゲージ回路パターン１の保護が確実にでき、信頼性
を向上できる。従って長寿命化も図ることができる。ま
た接着剤１２として吸水率の低い接着剤を使用し、この
接着剤により弾性体基板２の絶縁層や回路パターン層の
縁部を包囲して内部の耐湿性を高めているので、水分混
入による絶縁破壊等の問題は無く、この点においてもス
トレンゲージ回路パターン１の保護が確実にでき、信頼
性を向上できる。

【００３７】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。なお、前記実施例と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００３８】図７に示すものは、弾性体基板２のストレ
ンゲージ回路パターン１の各リード電極Ｖe1，Ｖe2，Ｖ
o1，Ｖo2とリード線１１との接続部をビーム体３から外
した状態で弾性体基板２を接着剤１２によりビーム体３
に接着したものである。

【００３９】このように各リード電極とリード線１１と
の接続部をビーム体３から外した状態にすれば、各リー
ド電極に対するリード線１１の接続をビーム体３に対す
る弾性体基板２の接着前でも接着後でも可能となる。

【００４０】また、接着剤１２として、加熱硬化型のも
のを使用し、硬化温度が１２０〜１８０℃程度のもので
あれば、弾性体基板２とビーム体３との接着の前に、ス
トレンゲージ回路パターン１の各リード電極Ｖe1，Ｖe
2，Ｖo1，Ｖo2に比較的低融点の半田をペースト状にし
たものを必要な量だけ塗布しておき、その上にリード線
１１の先端を位置合わせするとともに位置ずれが生じな
いようにテープ等で仮止めを行い、その後弾性体基板２
をビーム体３に接着するときに同時に各リード電極Ｖe
1，Ｖe2，Ｖo1，Ｖo2に対するリード線１１の接着も完
了させる。このようにすれば弾性体基板２の接着とリー
ド線１１の接続を同時に行うことが可能となり、またリ
ード線１１の接続のために弾性体基板２を加熱すること
もなく、作業性を向上できる。

【００４１】なお、本実施例においても前記実施例と同
様の効果が得られるものである。

【００４２】また図８に示すものは、ビーム体３の一端
部上方を切削して切削部３ａを形成し、弾性体基板２を
ビーム体３に接着剤１２により接着するときストレンゲ
ージ回路パターン１の各リード電極Ｖe1，Ｖe2，Ｖo1，
Ｖo2とリード線１１との接続部が切削部３ａ内に位置す
るようにする。

【００４３】このようにすれば各リード電極Ｖe1，Ｖe
2，Ｖo1，Ｖo2とリード線１１との接続部をビーム体３
により外部衝撃から保護することができ、また接続部と
ビーム体３との電気的絶縁を確実にできる。

【００４４】なお、本実施例においても前記実施例と同
様の効果が得られるものである。

【００４５】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ストレンゲージ
回路パターンを形成した金属の弾性体基板をビーム体に
接着してして歪センサを製造しているので、薄膜プロセ
スの量産性を高めることができ充分な量産化を図ること
ができる。

【００４６】また、弾性体基板をビーム体に接着させる
ときストレンゲージ回路パターンの面をビーム体側にし
ているので、ストレンゲージ回路パターンが外部に露出
することがなく、従ってストレンゲージ回路パターンの
保護が確実にでき、信頼性を向上できる。

【００４７】さらに、ストレンゲージ回路パターンに積
層された絶縁層よりも吸水率の小さい接着剤を使用し、
その接着剤で少なくとも絶縁層及び回路パターン層の縁
部を包囲しているので、耐湿性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す歪センサの斜視図。

【図２】同実施例の金属弾性体基板を示す図。

【図３】同実施例におけるストレンゲージ回路パターン
を形成する基板材を示す図。

【図４】同実施例におけるストレンゲージ回路パターン
の形成プロセスを説明するための図。

【図５】同実施例の歪センサの側面図。

【図６】図５におけるＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図７】本発明の他の実施例を示す歪センサの側面図。

【図８】本発明の他の実施例を示す歪センサの側面図。

【符号の説明】

１…ストレンゲージ回路パターン ２…金属弾性体基板 ３…ビーム体 １１…リード線 １２…接着剤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストレンゲージ回路パターンを形成した
   金属の弾性体基板を、その基板と同一の熱膨張係数を有
   するビーム体の変形部位に前記ストレンゲージ回路のス
   トレンゲージが位置するように、前記ストレンゲージ回
   路パターンの面を下にし、かつ前記ビーム体とは絶縁し
   て接着したことを特徴とする歪センサ。
2. 【請求項２】 接着に電気的絶縁抵抗の高い接着剤を使
   用したことを特徴とする請求項１記載の歪センサ。
3. 【請求項３】 ストレンゲージ回路パターンを形成し、
   その回路パターンの入出力端子にリード線を接続した金
   属の弾性体基板を、その基板と同一の熱膨張係数を有す
   るビーム体の変形部位に前記ストレンゲージ回路のスト
   レンゲージが位置するように、前記ストレンゲージ回路
   パターンの面を下にし、かつ前記ビーム体とは絶縁して
   接着すると共に、前記回路パターンとリード線の接続部
   が位置する前記ビーム体の面を電気的に絶縁したことを
   特徴とする歪センサ。
4. 【請求項４】 ストレンゲージ回路パターンを形成する
   とともにその回路パターンの上に絶縁層を形成した金属
   の弾性体基板を、その基板と同一の熱膨張係数を有する
   ビーム体の変形部位に前記ストレンゲージ回路のストレ
   ンゲージが位置するように、前記ストレンゲージ回路パ
   ターンの面を下にして前記絶縁層よりも吸水率の小さい
   接着剤で接着すると共に、その接着剤で少なくとも絶縁
   層及び回路パターン層の縁部を包囲したことを特徴とす
   る歪センサ。