CN114945798A - 应变片 - Google Patents
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Abstract
本应变片具有:具有可挠性的基材;形成在所述基材的一侧的电阻体;与所述电阻体的两端电连接的一对端子部;及对一对所述端子部之间的电阻值进行调整的多个电阻值调整用配线,其中,所述电阻体的平面形状为,从折返部按预定间隔沿相同方向延伸的2个直线状的电阻配线以所述折返部为中心侧被形成为涡卷状的形状,每个所述电阻值调整用配线被离散配置,以对2个所述电阻配线之间进行桥接。
Description
技术领域
本发明涉及一种应变片(strain gauge)。
背景技术
熟知一种贴附在测定对象上以对测定对象的应变进行检测的应变片。应变片具备可对应变进行检测的电阻体,作为电阻体的材料,例如使用了包含Cr(铬)和Ni(镍)的材料。此外,电阻体例如形成在了由绝缘树脂构成的基材上。此外,还具有电阻体被图案化为涡卷状(螺旋状)的应变片(例如,参见专利文件1)。
[引证文件]
[专利文件]
[专利文件1]美国专利说明书第9612170号
发明内容
<要解决的技术问题>
然而,在电阻体被图案化为涡卷状的应变片中,难以进行电阻值的微调整。
本发明是鉴于上述问题而提出的,其目的在于提供一种具备涡卷状的电阻体且可进行电阻值的微调整的应变片。
<技术方案>
本应变片具有:具有可挠性的基材;形成在所述基材的一侧的电阻体;与所述电阻体的两端电连接的一对端子部;及对一对所述端子部之间的电阻值进行调整的多个电阻值调整用配线,其中,所述电阻体的平面形状为,从折返部按预定间隔沿相同方向延伸的2个直线状的电阻配线以所述折返部为中心侧被形成为涡卷状的形状,每个所述电阻值调整用配线被离散配置,以对2个所述电阻配线之间进行桥接。
<有益效果>
根据公开的技术,能够提供一种具备涡卷状的电阻体且可进行电阻值的微调整的应变片。
附图说明
[图1]第1实施方式的应变片的例示平面图。
[图2]对图1的中央部侧进行了放大的局部放大平面图。
[图3]第1实施方式的应变片的例示剖面图(其1)。
[图4]第1实施方式的应变片的例示剖面图(其2)。
[图5]对电阻值调整用配线进行切断的例子的示意图(其1)。
[图6]对电阻值调整用配线进行切断的例子的示意图(其2)。
[图7]第1实施方式的变形例1的应变片的例示局部放大平面图。
[图8]第1实施方式的变形例1的应变片的例示剖面图。
[图9]将涡卷状的电阻体拉伸为虚拟直线状的示意图。
[图10]第1实施方式的变形例2的应变片的例示平面图。
具体实施方式
下面参见附图对用于实施发明的方式进行说明。各附图中,存在对相同构成要素赋予了相同的符号并对重复说明进行了省略的情况。
<第1实施方式>
图1是第1实施方式的应变片的例示平面图。图2是对图1的中央部侧进行了放大的局部放大平面图。图3是第1实施方式的应变片的例示剖面图,其中示出了沿图2的A-A线的剖面。参见图1~图3,应变片1具有基材10、电阻体30、端子部41、42、及电阻值调整用配线50。
需要说明的是,本实施方式中,为了方便起见,将应变片1中设置有基材10的电阻体30的一侧称为上侧或一侧,将应变片1中没有设置电阻体30的一侧称为下侧或另一侧。此外,将各部位设置了电阻体30的一侧的表面称为一个表面或上表面,将没有设置电阻体30的一侧的表面称为另一个表面或下表面。但是,应变片1也可在上下翻转的状态下进行使用、或者以任意的角度进行配置。此外,平面视图是指从基材10的上表面10a的法线方向观察对象(对象物)时的视图,平面形状是指从基材10的上表面10a的法线方向观察对象物时的形状。
基材10是用作形成电阻体30等的基层的部件,并具有可挠性。对基材10的厚度并无特别限制,可根据目的(使用目的)进行适当选择,例如可为5μm~500μm左右。尤其是,如果基材10的厚度为5μm~200μm,则从经由粘接层等与基材10的下表面接合的应变产生体表面的应变的传递性和对环境的尺寸稳定性的角度来看,为优选,如果为10μm以上,则从绝缘性的角度来看,为较佳。
基材10例如可由PI(聚酰亚胺)树脂、环氧树脂、PEEK(聚醚醚酮)树脂、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)树脂、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂、PPS(聚亚苯基硫醚)树脂、聚烯烃树脂等的绝缘树脂膜形成。需要说明的是,膜(薄膜(film))是指厚度为500μm以下左右并具有可挠性的部件。
这里,“由绝缘树脂膜形成”是指,并不妨碍基材10在绝缘树脂膜中还含有填充物(填料)、不纯物(杂质)等。基材10例如也可由含有二氧化硅、氧化铝等的填充物的绝缘树脂膜形成。
作为基材10的除了树脂之外的材料,例如可列举出SiO2、ZrO2(也包括YSZ)、Si、Si2N3、Al2O3(也包括蓝宝石)、ZnO、钙钛矿类陶瓷(CaTiO3、BaTiO3)等的晶体材料,另外,还可列举出除了这些之外的非晶质(非晶体)玻璃等。此外,作为基材10的材料,也可使用铝、铝合金(硬铝)、钛等的金属。此情况下,金属制基材10上例如可形成绝缘膜。
电阻体30是在基材10上以预定图案所形成的膜,是接受应变从而产生电阻变化的受感部。电阻体30可直接形成在基材10的上表面10a上,也可经由其它层形成在基材10的上表面10a上。
电阻体30在平面视图中被图案化为涡卷状。电阻体30是对端子部41和端子部42进行连接的1个连续图案,这里,为了方便起见,将从端子部41至图案进行折返的折返部35为止的部分称为第1电阻配线31,将从折返部35至端子部42为止的部分称为第2电阻配线32。需要说明的是,图1和图2中,为了方便起见,采用彼此不同的梨皮图案(pear-skinpattern)对第1电阻配线31、第2电阻配线32、及折返部35进行了图示。
电阻体30中,第1电阻配线31被图案化为,从端子部41开始延伸并沿顺时针方向从外周侧向中心侧进行涡卷的涡卷状,并到达折返部35。第2电阻配线32被图案化为,从折返部35开始延伸并沿逆时针方向从中心侧向外周侧进行涡卷的涡卷状,并到达端子部42。
第1电阻配线31和第2电阻配线32原则上交替配置。即,除了折返部35近傍(附近)的一部分之外,紧挨着第1电阻配线31的一定是第2电阻配线32,紧挨着第2电阻配线32的一定是第1电阻配线31(即,第1电阻配线31和第2电阻配线32相邻配置)。除了折返部35附近的一部分之外,第1电阻配线31之间或第2电阻配线32之间不会相邻。
作为电阻体30的材料,例如可使用Cu-Ni(铜镍)、Ni-Cr(镍铬)、康铜(constantin)、Cr混相膜等。
这里,Cr混相膜是指,Cr、CrN、Cr2N等进行了混相的膜。Cr混相膜也可包含氧化铬等的不可避杂质。
对电阻体30的厚度并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择,例如可为0.05μm~2μm左右。尤其是,如果电阻体30的厚度为0.1μm以上,则从构成电阻体30的晶体的结晶性(例如,α-Cr的结晶性)可获得提高的角度来看,为优选,如果为1μm以下,则从可降低起因于构成电阻体30的膜的内部应力的膜的裂纹和基材10的翘曲的角度来看,为较佳。
例如,在电阻体30为Cr混相膜的情况下,藉由将稳定的结晶相即α-Cr(α铬)作为主成分,可提高应变特性的稳定性。此外,电阻体30以α-Cr为主成分,由此可使应变片1的应变率(gauge factor(应变系数))为10以上,并可使应变率温度系数TCS和电阻温度系数TCR位于-1000ppm/℃~+1000ppm/℃的范围内。这里,主成分是指,对象物质占构成电阻体的全部物质的50质量%以上,从提高应变特性的观点出发,电阻体30优选包含80重量%以上的α-Cr,较佳包含90重量%以上的的α-Cr。需要说明的是,α-Cr为bcc结构(体心立方晶格结构)的Cr。
此外,在电阻体30为Cr混相膜的情况下,Cr混相膜中包含的CrN和Cr2N优选为20重量%以下。藉由使Cr混相膜中包含的CrN和Cr2N为20重量%以下,可抑制应变率的下降。
此外,CrN和Cr2N中的Cr2N的比率优选为80重量%以上且小于90重量%,较佳为90重量%以上且小于95重量%。藉由使CrN和Cr2N中的Cr2N的比率为90重量%以上且小于95重量%,具有类似半导体性质的Cr2N可导致TCR的下降(负的TCR)更为显著。另外,藉由抑制陶瓷化,还可减少脆性断裂。
另一方面,在膜中混入并存在微量的N2或原子状的N的情况下,外界(外部)环境(例如,高温环境)会使它们从膜中逸出,导致膜应力发生变化。然而,藉由生成化学稳定性较佳的CrN,不会产生上述不稳定的N,进而可获得稳定的应变片。
端子部41、42是与电阻体30的两端电连接的一对端子部。端子部41从电阻体30的一个端部开始延伸,并被形成为在平面视图中比电阻体30宽的大致矩形形状。端子部42从电阻体30的另一个端部开始延伸,并被形成为在平面视图中比电阻体30宽的大致矩形形状。端子部41、42是用于将由应变引起的电阻体30的电阻值的变化输出至外部的一对电极,例如可与外部连接用的引线等接合(连接)。可采用焊接性优于端子部41、42的金属对端子部41、42的上表面进行被覆(覆盖)。
电阻值调整用配线50是用于对端子部41和端子部42之间的电阻值进行调整而设置的配线。电阻值调整用配线50以使相邻的第1电阻配线31和第2电阻配线32短路的方式设置有多个。本实施方式中,作为一例,设置了11个电阻值调整用配线50,但电阻值调整用配线50的个数可考虑所需的电阻调整范围而任意设定。需要说明的是,图2中,为了方便起见,从接近折返部35的一侧开始对11个电阻值调整用配线50标注了1~11的数值(符号)。
11个电阻值调整用配线50包含对第1电阻配线31和第2电阻配线32之间进行桥接的方向(桥接方向)不同的电阻值调整用配线。例如,如果假设图1的基材10的平面形状为长方形,则包括在与图1的基材10的沿横向延伸的边平行的方向上对第1电阻配线31和第2电阻配线32之间进行桥接的电阻值调整用配线50(No.1、2、4~6、9~11)、以及在与该边垂直的方向上对这两个电阻配线之间进行桥接的电阻值调整用配线50(No.3、7、8)。
现有的梳状应变片中,电阻值调整用配线仅沿一个方向形成,但应变片1中,由于电阻体30为各向同性的(isotropic)图案,所以电阻值调整用配线50也采用各向同性的方式进行配置。即使为这样的配置,应变片1的检测精度也不会受到影响。
通过使用激光等对11个电阻值调整用配线50中的任意的电阻值调整用配线50进行切断,可提高端子部41和端子部42之间的电阻值。当11个电阻值调整用配线50都被切断时,端子部41和端子部42之间的电阻值最高。
就所有的电阻值调整用配线50而言,当在平面视图中以电阻体形成区域的重心为中心画圆时,优选配置在圆的面积为电阻体形成区域的面积的30%以内的区域中。如果在这样的范围内对所有的电阻值调整用配线50进行配置,则可将灵敏度各向异性的发生控制在容许范围内。
就所有的电阻值调整用配线50而言,当在平面视图中以电阻体形成区域的重心为中心画圆时,较佳配置在圆的面积为电阻体形成区域的面积的20%以内的区域中。如果将所有的电阻值调整用配线50配置在这样的范围内,则可进一步对灵敏度各向异性的发生进行抑制。
需要说明的是,电阻体形成区域是指,平面视图中,形成有电阻体30的形成区域加上相邻的第1电阻配线31和第2电阻配线32之间的区域。此外,电阻体形成区域的面积是指,平面视图中,电阻体30的面积加上相邻的第1电阻配线31和第2电阻配线32之间的区域的面积。
就相邻的电阻值调整用配线50的间隔而言,考虑到加工精度,优选为30μm以上。另外,如果电阻值调整用配线50为等间隔,即,等间隔布置),则容易进行电阻的调整,故为优选。
电阻值调整用配线50是在第1层51上对第2层52进行了层叠的结构。第1层51由与电阻体30和端子部41、42相同的材料形成,并具有与电阻体30和端子部41、42相同的厚度。即,尽管为了方便起见对电阻体30、端子部41、42、及第1层51标注了不同的符号,但它们可在相同步骤中藉由相同材料而一体形成(一体成型)。
第2层52是由应变率低于电阻体30的材料所形成的金属层。第2层52可仅形成在第1层51上,也可从第1层51上伸出到第1电阻配线31上和/或第2电阻配线32上。
第2层52的材料只要是应变率比电阻体30低的材料,对其并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择。例如,在电阻体30为Cr混相膜的情况下,作为第2层52的材料,可列举出Cu、Ni、Al、Ag、Au、Pt等、或者这些中的任意的金属的合金和/或这些中的任意的金属的化合物、或者藉由对这些中的任意的金属、合金、及/或化合物进行适当层叠而形成的层叠膜。对第2层52的厚度也并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择,例如,可为0.01μm~30μm左右。需要说明的是,在端子部41、42的上表面上形成金属层的情况下,可使用与第2层52相同的材料在相同步骤中一体形成(一体成型)。
对电阻值调整用配线50进行适当切断并对端子部41和端子部42之间的电阻值进行调整后,根据需要,还可采用对电阻体30和电阻值调整用配线50进行被覆(覆盖)并使端子部41、42露出的方式在基材10的上表面10a上设置覆盖(cover)层(绝缘树脂层)。藉由设置覆盖层,可防止在电阻体30和电阻值调整用配线50中发生机械损伤等。此外,通过设置覆盖层,还可保护电阻体30和电阻值调整用配线50免受湿气等的影响。需要说明的是,覆盖层可被设置为对除了端子部41、42之外的部分的整体进行覆盖。
覆盖层例如可由PI树脂、环氧树脂、PEEK树脂、PEN树脂、PET树脂、PPS树脂、复合树脂(例如,有机硅树脂、聚烯烃树脂)等的绝缘树脂形成。覆盖层也可含有填充物和颜料。对覆盖层的厚度并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择,例如可为2μm~30μm左右。
对应变片1进行制造时,首先,准备基材10,并在基材10的上表面10a上形成第1金属层,然后,在第1金属层上形成第2金属层。
第1金属层是最终被进行图案化从而变为电阻体30、端子部41、42、及第1层51的层。为此,第1金属层的材料和厚度与前述的电阻体30、端子部41、42、及第1层51的材料和厚度相同。第2金属层是最终被进行图案化从而变为电阻值调整用配线50的第2层52的层。为此,第2金属层的材料和厚度与前述的第2层52的材料和厚度相同。
第1金属层例如可藉由将能够形成第1金属层的原料作为靶的磁控溅射法来进行成膜。除了磁控溅射法之外,还可使用反应性溅射法、蒸着(蒸镀)法、电弧离子镀法、脉冲激光沉积法等对第1金属层进行成膜。
从使应变特性稳定(即,应变特性的稳定化)的观点出发,对第1金属层进行成膜之前,优选为,作为底层,在基材10的上表面10a上,例如采用常规溅射法进行膜厚为1nm~100nm左右的功能层的真空成膜。
本申请中,功能层是指,具有可对至少上层即第1金属层(电阻体30)的晶体生长进行促进的功能的层。功能层优选为还具有可防止基材10中包含的氧和/或水分所导致的第1金属层的氧化的功能以及/或者可提高基材10和第1金属层之间的密着性(密接性)的功能。功能层也可具有其它功能。
构成基材10的绝缘树脂膜包含氧和/或水分,故,尤其是在第1金属层包含Cr的情况下,Cr会形成自氧化膜,为此,功能层具备可防止第1金属层的氧化的功能是有效的。
就功能层的材料而言,只要是具有可对至少上层即第1金属层(电阻体30)的晶体生长进行促进的功能的材料,对其并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择,例如可列举出从由Cr(铬)、Ti(钛)、V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)、Ni(镍)、Y(钇)、Zr(锆)、Hf(铪)、Si(硅)、C(碳)、Zn(锌)、Cu(铜)、Bi(铋)、Fe(铁)、Mo(钼)、W(钨)、Ru(钌)、Rh(铑)、Re(铼)、Os(锇)、Ir(铱)、Pt(白金),Pd(钯)、Ag(银)、Au(金)、Co(钴)、Mn(锰)、及Al(铝)组成的组中选择的一种或多种金属、该组中的任意的金属的合金、或者该组中的任意的金属的化合物。
作为上述合金,例如可列举出FeCr、TiAl、FeNi、NiCr、CrCu等。此外,作为上述化合物,例如可列举出TiN、TaN、Si3N4、TiO2、Ta2O5、SiO2等。
在功能层藉由诸如金属或合金那样的导电材料而形成的情况下,功能层的膜厚优选为电阻体的膜厚的1/20以下。如果位于这样的范围内,则不仅可对α-Cr的晶体生长进行促进,而且还可防止流入电阻体的电流的一部分流入功能层进而导致应变的检测灵敏度降低。
在功能层藉由诸如金属或合金那样的导电材料而形成的情况下,功能层的膜厚较佳为电阻体的膜厚的1/50以下。如果位于这样的范围内,则不仅可促进α-Cr的晶体生长,而且还可进一步防止流入电阻体的电流的一部分流入功能层进而导致应变的检测灵敏度降低。
在功能层藉由诸如金属或合金那样的导电材料而形成的情况下,功能层的膜厚更佳为电阻体的膜厚的1/100以下。如果位于这样的范围,则可更进一步防止流入电阻体的电流的一部分流入功能层进而导致应变的检测灵敏度降低。
在功能层藉由诸如氧化物和/或氮化物那样的绝缘材料而形成的情况下,功能层的膜厚优选为1nm~1μm。如果位于这样的范围内,则不仅可对α-Cr的晶体生长进行促进,而且还可容易地对不会产生裂纹的功能层进行成膜(即,成膜后的功能层中不存在裂纹)。
在功能层藉由诸如氧化物和/或氮化物那样的绝缘材料而形成的情况下,功能层的膜厚较佳为1nm~0.8μm。如果位于这样的范围内,则不仅可促进α-Cr的晶体生长,而且还可更容易地对不会产生裂纹的功能层进行成膜(即,成膜后的功能层中不存在裂纹)。
在功能层藉由诸如氧化物和/或氮化物那样的绝缘材料而形成的情况下,功能层的膜厚更佳为1nm~0.5μm。如果位于这样的范围内,不仅可对α-Cr的晶体生长进行促进,而且还可使不会产生裂纹的功能层的成膜(即,成膜后的功能层中不存在裂纹)更进一步容易化。
需要说明的是,功能层的平面形状例如被图案化为与图1所示的电阻体的平面形状大致相同。但是,功能层的平面形状并不限定于与电阻体的平面形状大致相同的情况。在功能层由绝缘材料形成的情况下,也可不被图案化为与电阻体的平面形状相同的形状。此情况下,功能层可至少在形成有电阻体的区域内被形成为实心(solid)状。或者,功能层也可在基材10的整个上表面上被形成为实心状。
此外,在功能层由绝缘材料形成的情况下,通过将功能层的厚度形成为诸如50nm以上且1μm以下那样的较厚的厚度,并形成为实心状,可增加功能层的厚度和表面积,为此,可使电阻体发热时的热量散热至基材10侧。其结果为,可抑制应变片1中由于电阻体的自发热而引起的测定精度降低。
功能层例如是藉由将能够形成功能层的原料作为靶并在腔内导入Ar气体(氩气)的常规溅射法而形成的真空膜。通过使用常规溅射法,可一边藉由Ar对基材10的上表面10a进行蚀刻一边对功能层进行成膜,为此,可使功能层的成膜量最小化,进而可获得密接性改善效果(即,改善密接性的效果)。
但是,上述仅为功能层的成膜方法的一例,也可采用其它方法对功能层进行成膜。例如可使用如下方法,即,在对功能层进行成膜之前,通过使用Ar等的等离子处理等,对基材10的上表面10a进行活性化(活化),由此获得密接性改善效果,之后,藉由磁控溅射法对功能层进行真空成膜。
对功能层的材料和第1金属层的材料的组合并无特别限制,可根据使用目的进行适当选择,例如,作为功能层可使用Ti,作为第1金属层可进行以α-Cr(α铬)为主成分的Cr混相膜的成膜。
此情况下,例如可藉由将能够形成Cr混相膜的原料作为靶并在腔内导入Ar气体的磁控溅射法来对第1金属层进行成膜。或者,也可藉由将纯Cr作为靶并在腔内与Ar气体一起导入适量的氮气的反应性溅射法来对第1金属层进行成膜。此时,藉由改变氮气的导入量和/或压力(氮气分压)以及/或者设置加热步骤并调整加热温度,可对Cr混相膜中包含的CrN和Cr2N的比率、以及CrN和Cr2N中的Cr2N的比率进行调整。
这些方法中,以由Ti构成的功能层对Cr混相膜的生长面进行规定,可形成具有稳定晶体结构并以α-Cr为主成分的Cr混相膜。此外,通过使构成功能层的Ti扩散至Cr混相膜中,还可提高应变特性。例如,可使应变片1的应变率为10以上,并可使应变率温度系数TCS和电阻温度系数TCR位于-1000ppm/℃~+1000ppm/℃的范围内。需要说明的是,在功能层由Ti形成的情况下,也存在Cr混相膜中包含Ti和/或TiN(氮化钛)的情况。
需要说明的是,在第1金属层为Cr混相膜的情况下,由Ti构成的功能层具有可促进第1金属层的晶体生长的功能、可防止基材10中包含的氧和/或水分导致的第1金属层的氧化的功能、及可提高基材10和第1金属层之间的密接性的功能这三个功能。作为功能层使用Ta、Si、Al、Fe来取代Ti的情况也一样。
如上所述,藉由在第1金属层的下层设置功能层,可对第1金属层的晶体生长进行促进,由此可制作由稳定结晶相构成的第1金属层。其结果为,可提高应变片1中应变特性的稳定性。此外,藉由使构成功能层的材料扩散至第1金属层中,还可提高应变片1中的应变特性。
第2金属层例如可通过将能够形成第2金属层的原料作为靶的磁控溅射法来进行成膜。除了磁控溅射法之外,还可使用反应性溅射法、蒸镀法、镀覆(plating)法、电弧离子镀法、脉冲激光沉积法等对第2金属层进行成膜。在使第2金属层形成为较厚的情况下,优选使用镀覆法。
接下来,通过光刻法对第2金属层进行图案化,由此形成图1所示的平面形状的第2层52。然后,通过光刻法对第1金属层进行图案化,藉此形成图1所示的平面形状的电阻体30、端子部41、42、及第1层51。据此,可在第1层51上层叠第2层52,并可形成电阻值调整用配线50。
需要说明的是,在作为电阻体30、端子部41、42、及第1层51的底层而在基材10的上表面10a设置了功能层的情况下,应变片1具有图4所示的剖面形状。由符号20表示的层为功能层。设置了功能层20的情况的应变片1的平面形状与图1相同。
之后,对电阻值调整用配线50进行适当切断,由此对端子部41和端子部42之间的电阻值进行调整。例如,如图5和图6所示,电阻值调整用配线50的一部分或全部被进行了切断。图5是对图2所示的电阻值调整用配线50的1~11中的10和11进行了切断的例子。此外,图6是对图2所示的电阻值调整用配线50的1~11的全部都进行了切断的例子。这样,应变片1可在电阻值调整用配线50的一部分或全部被切断了的状态下作为产品而出厂。但是,也存在出厂时电阻值调整用配线50均没有被切断的情况。
需要说明的是,本申请中,电阻值调整用配线50是指,包括切断前的状态(图2的状态)和切断后的状态(图5和图6的状态)中的任意一种状态。换言之,在图2、图5、及图6中的任意一个图中,应变片1都具备电阻值调整用配线50。
接下来,根据需要,在基材10的上表面10a上形成被覆(覆盖)电阻体30和电阻值调整用配线50并使端子部41、42露出的覆盖层,据此,可完成应变片1的制作。覆盖层例如可通过如下方式制作,即,在基材10的上表面10a上,以覆盖电阻体30和电阻值调整用配线50并使端子部41、42露出的方式对半硬化状态的热硬化性绝缘树脂膜进行层压(laminate),然后进行加热以使其硬化。覆盖层也可藉由如下方式制作,即,在基材10的上表面10a上,以覆盖电阻体30和电阻值调整用配线50并使端子部41、42露出的方式涂敷液状或膏状的热硬化性绝缘树脂,然后进行加热以使其硬化。
如上所述,应变片1中,电阻体30被形成为以折返部35为其大致中心的涡卷状的各向同性的图案。据此,可避免出现诸如梳状应变片中发生的纵横方向(垂直和水平方向)上的灵敏度各向异性。
此外,应变片1具备电阻值调整用配线50,为此,可对端子部41和端子部42之间的电阻值进行微调整。据此,可提高应变片1的生产性(成品率)。
<第1实施方式的变形例1>
第1实施方式的变形例1中,示出了层结构与第1实施方式不同的应变片的例子。需要说明的是,第1实施方式的变形例1中,存在对与已描述的实施方式相同的构成部分的说明进行了省略的情况。
图7是对第1实施方式的变形例1的应变片进行例示的局部放大平面图。图8是对第1实施方式的变形例1的应变片进行例示的剖面图,其中示出了沿图7的B-B线的剖面。需要说明的是,第1实施方式的变形例1的应变片中,除了图7所示的部分之外的平面形状都与图1相同。
参见图7和图8,应变片1A与应变片1(参见图1~图3等)的不同点在于,电阻值调整用配线50被置换成了电阻值调整用配线50A。电阻值调整用配线50A仅由电阻值调整用配线50的第1层51形成,没有层叠第2层52。电阻值调整用配线50A可在与电阻体30和端子部41、42相同的步骤(形成步骤)中藉由相同材料一体形成(一体成型)。
如上所述,可使电阻值调整用配线50A为使用了与电阻体30和端子部41、42相同的材料的1层结构。由于不需要像应变片1那样形成第2层52,所以可使应变片1A的制造步骤比应变片1简单。
但是,就应变片1A的电阻值调整用配线50A而言,由于其电阻值高于应变片1的电阻值调整用配线50,所以在流过相同电流的情况下电压降变大。这会导致应变片1A的检测误差,为此,需要根据作为产品而被要求的规格等来选择是使用电阻值调整用配线50还是使用电阻值调整用配线50A。
<第1实施方式的变形例2>
第1实施方式的变形例2中,示出了平面形状与第1实施方式不同的应变片的例子。需要说明的是,第1实施方式的变形例2中,存在对与已描述的实施方式相同的构成部分的说明进行了省略的情况。
图9表示将图2所示的应变片1的涡卷状的电阻体30拉伸成虚拟直线状后的状态,其中示出了从折返部35按预定间隔沿相同方向延伸的2个直线状的第1电阻配线31和第2电阻配线32、以及以对第1电阻配线31和第2电阻配线32之间进行桥接的方式而离散配置的多个电阻值调整用配线50。
本申请中,涡卷状是指,将图9所示的第1电阻配线31和第2电阻配线32以折返部35为中心侧沿箭头方向或反(逆)箭头方向形成为涡卷状的形状。只要具有这样的形状,电阻器30的整体形状无关紧要。
例如,如果图9所示的第1电阻配线31和第2电阻配线32被涡卷成折返部35位于中心侧的大致正方形,则如图2所示的应变片1那样,为大致正方形的涡卷。此外,如果图9所示的第1电阻配线31和第2电阻配线32被涡卷成折返部35位于中心侧的大致圆形,则如图10所示的应变片1B那样,为大致圆形的涡卷。
需要说明的是,如果第1电阻配线31和第2电阻配线32被涡卷成折返部35位于中心侧的大致圆形,则与被涡卷成大致正方形的情况相比,在各向异性的方面较为有利。另一方面,在被涡卷成大致正方形的情况下,尽管容易产生由纵横线引起的各向异性,但具有在正方形应变场(strain field)中可最密地获得受感部的优点。
本实施方式的涡卷状的应变片并不限定于大致正方形和大致圆形的涡卷,也可为大致长方形、大致椭圆形、其它更复杂的形状(例如,星形)等。简言之,第1电阻配线31和第2电阻配线32只要被形成为以折返部35为中心侧的涡卷状的各向同性的图案即可。据此,可防止出现诸如梳状应变片中产生的纵横方向上的灵敏度各向异性。
上面对较佳的实施方式等进行了详细说明,但本发明并不限定于上述实施方式等,只要不脱离权利要求书记载的范围,还可对上述实施方式等进行各种各样的变形和置换。
本国际申请主张基于2020年1月15日申请的日本国专利申请第2020-004564号的优先权,并将该日本国专利申请第2020-004564号的内容全部援引于本国际申请。
附图标记说明:
1、1A、1B应变片,10基材,10a上表面,20功能层,30电阻体,31第1电阻配线,32第2电阻配线,35折返部,41、42端子部,50、50A电阻值调整用配线,51第1层,52第2层。
Claims (9)
1.一种应变片,具有:
基材,具有可挠性;
电阻体,形成在所述基材的一侧;
一对端子部,与所述电阻体的两端电连接;及
多个电阻值调整用配线,对一对所述端子部之间的电阻值进行调整,其中,
所述电阻体的平面形状为,从折返部按预定间隔沿相同方向延伸的2个直线状的电阻配线以所述折返部为中心侧被形成为涡卷状的形状,
每个所述电阻值调整用配线被离散配置,以对2个所述电阻配线之间进行桥接。
2.如权利要求1所述的应变片,其中,
多个所述电阻值调整用配线包括对2个所述电阻配线之间进行桥接的桥接方向不同的电阻值调整用配线。
3.如权利要求1或2所述的应变片,其中,
当在平面视图中以电阻体形成区域的重心为中心画圆时,所有的所述电阻值调整用配线都被配置在圆的面积为所述电阻体形成区域的面积的30%以内的区域中。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的应变片,其中,
每个所述电阻值调整用配线包括:
第1层,由与所述电阻体和一对所述端子部相同的材料形成;及
第2层,设置在所述第1层上,并由应变率低于所述电阻体的材料形成。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的应变片,其中,
多个所述电阻值调整用配线包括被切断了的电阻值调整用配线。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的应变片,其中,
所述电阻体由包含以α-Cr为主成分的Cr、CrN、及Cr2N的膜形成。
7.如权利要求6所述的应变片,其中,
所述电阻体中包含的CrN和Cr2N为20重量%以下。
8.如权利要求7所述的应变片,其中,
所述CrN和所述Cr2N中的所述Cr2N的比率为80重量%以上且小于90重量%。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的应变片,还具有:
功能层,在所述电阻体的所述基材侧由金属、合金、或金属的化合物形成,其中,
所述功能层具有促进所述α-Cr的晶体生长从而形成以所述α-Cr为主成分的膜的功能。
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