DE60210911T2

DE60210911T2 - Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen

Info

Publication number: DE60210911T2
Application number: DE60210911T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko 143-8544 Hata; Kunihiro 143-8544 Yamaura; Hiroshi 143-8544 Nagasaka
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: DE60210911D1; EP1318390A2; JP2003139637A; JP4073199B2; EP1318390B1; US20030079551A1; EP1318390A3; ES2263739T3; US6865799B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen.
Elemente zum Erfassen von Dehnungen werden einer Reihe von Typen von Elementen zugeordnet. Ein Typ einer dehnungserfassenden Vorrichtung nutzt eine Membran, auf der ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist. Die Membran reagiert auf eine erteilte Stimulierung, und der Dehnungsmessstreifen fühlt die Stimulierung auf der Basis physikalischer Veränderungen in der Membran. Solche dehnungserfassenden Vorrichtungen wurden mit verschiedenen Arten von Verfahren hergestellt.
Mit Bezug auf 1 und 2 wird jetzt eine Art von Herstellungsverfahren beschrieben. Wie darin gezeigt ist, wird eine aus den unteren Platten 1a und 1b bestehende Spannvorrichtung 1 verwendet. Diese Spannvorrichtung 1 ist so hergestellt, dass sie viele Löcher 3 aufweist, die in vorgegebenen Positionen davon ausgebildet sind. Die Löcher 3 sind dafür verantwortlich, Trägermaterialien 2 der dehnungserfassenden Vorrichtungen mit Präzision hinsichtlich ihrer Größen und Teilungen zu tragen. Die Löcher 3 weisen die gleiche Anzahl wie in den Trägermaterialien 2 auf. In der einzelnen Spannvorrichtung 1 ist eine große Menge von Trägermaterialien 2 (Dutzende bis mehrere Hunderte von Teilen) enthalten.
Jedes Trägermaterialmaterial 2 wird zu einem zylindrischen Körper gebildet, von dem ein Ende durch eine Membran 4 (siehe 2) geschlossen ist. Die Abmessungen wie zum Beispiel ein Außendurchmesser von jedem Trägermaterial 2 wird mit höherer Präzision fertig bearbeitet, weil es erforderlich ist, dass jedes Trägermaterial 2 in jedes Loch 3 der Spannvorrichtung 1 ohne Spiel passt. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind alle der Trägermaterialien 2, nachdem sie in die Spannvorrichtung 1 eingesetzt wurden, so angeordnet, dass die oberen Flächen von allen Membranen 4 die gleiche Höhenposition einnehmen. Diese Höhe wird dadurch bestimmt, dass die obere Fläche der oberen Plat te 1a als eine Bezugsposition betrachtet wird. Somit bilden die oberen Flächen aller Membranen 4 die gleiche Ebene.
Die Spannvorrichtung 1, die die Trägermaterialien 2 hält, wird dann dem nächsten Schritt zugeführt, bei dem auf jeder Membran 4 ein Dehnungsmessstreifenabschnitt ausgebildet wird. In diesem Schritt wird zuerst wechselweise sowohl eine Isolierschicht als auch eine Dehnungsmessstreifenschicht auf der Oberfläche von jeder Membran 4 gebildet. In Abhängigkeit von genau bearbeiteten Bezugslöchern 5, die an vorgegebenen Stellen der Spannvorrichtung 1 ausgebildet sind, wird die Musterbildung eines Dehnungsmessstreifens mit einem Photolackprozess durchgeführt, so dass auf allen Membranen 4 gleichzeitig ein Dehnungsmessstreifen gebildet wird. Über die Spannvorrichtung 1 werden Masken hinsichtlich der Bezugslöcher 5 gesetzt, und es wird eine physikalische Bedampfung durchgeführt, um wechselweise Elektroden und eine Dehnungsmessstreifen-Schutzschicht auf den Dehnungsmessstreifen zu bilden.
Nach Fertigstellung des Dehnungsmessstreifenabschnitts werden die Trägermaterialien 2 von der Spannvorrichtung 1 abgenommen. Die abgenommenen Trägermaterialien 2, auf denen die Dehnungsmessstreifenabschnitte einzeln ausgebildet sind, werden als dehnungserfassende Vorrichtungen verwendet.
Eine zweite Art von Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen ist in der Druckschrift JP 4015533 vorgesehen, das in den 3 und 4 bildhaft zu sehen ist. Wie darin gezeigt ist, wird eine Spannvorrichtung 7 eingesetzt, auf der eine Vielzahl von Stiften 6 aufgebaut ist. Jedes Trägermaterial 2 wird auf jeden Stift 6 so gelegt, dass der Stift 6 in eine in dem Trägermaterial 2 ausgebildete vertiefte Öffnung eingepresst wird. Der Boden der Öffnung funktioniert wie eine Membran 4. Die oberen Flächen aller Membranen 4 werden so gehalten, dass sie in der gleichen Ebene enthalten sind. Anschließend werden auf jeder Membran 4 wechselweise verschiedene dünne Schichten ausgebildet. Die dünnen Schichten auf den einzelnen Membranen 4 werden dann einer Mikroherstellung und anderer notwendiger Arbeit unterzogen. Deshalb wird jeweils eine Vielzahl von dehnungserfassenden Vorrichtungen hergestellt.
Die vorhergehenden herkömmlichen Herstellungsverfahren haben jedoch verschiedene Probleme aufgedeckt.
In dem früheren Herstellungsverfahren, das in 1 und 2 dargestellt ist, resultiert ein erstes Problem aus der Form jedes Trägermaterials 2. Zusammengefasst ist das Trägermaterial 2 zylindrisch, so dass es um seine Mittelachse drehbar ist, auch wenn es durch die Spannvorrichtung 1 festgehalten wird. Deshalb ist es schwierig, jedes Trägermaterial 2 in seiner Drehrichtung zu positionieren.
Ein zweites Problem ergibt sich aus einem Spalt zwischen jedem Trägermaterial 2 und der Spannvorrichtung 1. Dieser Spalt verursacht, dass sich jedes Trägermaterial 2 gegen die Spannvorrichtung 1 in Richtung der Ebene verschiebt, entlang der sich die Spannvorrichtung 1 (d. h. die Platten 1a und 1b) erstreckt (d. h. die X-Y-Richtung in 1). Diese Verschiebung wird das Positionieren zwischen den Abstandsmustern für Dehnungsmessstreifen und Maskenmuster für Elektroden und eine Schutzschicht stören. Das heißt, die Dehnungsmessstreifen können nicht an der Verwendungsstelle auf jeder Membran 4 angeordnet werden, was eine defekte Vorrichtung ist.
Um die Herstellung von solchen defekten Vorrichtungen zu vermeiden, sollten sowohl die Trägermaterialien 2 als auch die Spannvorrichtung 1 genau zueinander positioniert werden. Um diese Forderung zu erfüllen, soll es notwendig sein, dass die Spannvorrichtung 1 sowie die Trägermaterialien 2 mit hoher Präzision fertig bearbeitet werden. Ein drittes Problem besteht deshalb darin, dass die Kosten zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen wegen höherer Genauigkeitsgrade der Fertigbearbeitung von sowohl der Spannvorrichtung 1 als auch der Trägermaterialien 2 hoch gewesen sind.
Andererseits wird das letztere Herstellungsverfahren, das oben erwähnt ist und durch die 3 und 4 repräsentiert wird, auch von einer Anzahl von Problemen begleitet. Ein erstes Problem betrifft ebenfalls die Herstellungskosten. Die Membranen 4 aller Trägermaterialien 2, die an der Spannvorrichtung 7 angebracht sind, sollen die gleiche Höhe aufweisen, um die gleiche Ebene zu bilden. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, können Maßfehler der dünnen Schichtmuster auf ein Minimum zurückgeführt werden. Um die gleiche ebene Ausführung zu verwirklichen, sollten sowohl die Bezugspositionen zum Anordnen der Trägermaterialien 2 auf der Spannvorrichtung 7 als auch die Abstände der Löcher, in die die Stifte 6 jeweils eingesetzt werden, mit hoher Genauigkeit fertig bearbeitet werden. Eine solche höhere Genauigkeit der Fertigbearbeitung wird eine Zunahme bei der Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen zu Stande bringen.
Ein zweites Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass jeder Stift 6 in die mit einem Boden versehene Öffnung (Hohlraum) jeder Spannvorrichtung 7 gepresst wird. Es gibt einige Fälle, bei denen das Einpressen des Stiftes 6 in die Öffnung deren Oberfläche beschädigt, so dass die Zuverlässigkeit der Vorrichtungen selbst abnimmt. Wenn solche beschädigten, dehnungserfassenden Vorrichtungen zum Beispiel für Druckgefäße angewandt werden, wird die Zuverlässigkeit der Druckgefäße selbst ebenso gestört sein. Außerdem werden die Stifte 6 mit zunehmender Anzahl von Verwendungen der Spannvorrichtung 7 abgenutzt. Des Werteren sind die Stifte 6 bei dem Schritt der Bildung des Dehnungsmessstreifenabschnitts einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgesetzt. Damit verschlechtert sich die Elastizität jedes Stiftes 6, wodurch eine Kraft zum Halten des Trägermaterials 2 geschwächt wird. Diese Nachteile werden außerdem zu instabilen Faktoren bei einer Verbesserung der Zuverlässigkeit führen.
Des Weiteren wird ein drittes Problem durch die Ausführung verursacht, bei der jeder Stift 6 in die mit einem Boden versehene Öffnung von jedem Trägermaterial 2 eingepresst wird. Wegen dieser Ausführung werden verschiedene Arten von Flüssigkeiten wie zum Beispiel Reinigungsflüssigkeit, Entwicklerflüssigkeit, Spülflüssigkeit und Kopierlack-Trennmittel, die während eines Reinigungsschrittes und der Herstellungsschritte von Dünnschichtstrukturen im Mikrometerbereich eingeströmt sind, auch nach Beendigung dieser Schritte leicht dann verbleiben. Der Rest solcher Flüssigkeiten verursacht oft ein Schadstoffproblem in den verschiedenen späteren Schritten zur Herstellung dehnungserfassender Vorrichtungen.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der oben erwähnten Verhältnisse gemacht, und deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen, das in der Lage ist, Trägermaterialien präzise auf einer Spannvorrichtung zu positionieren, womit es möglich ist, Abstandsmuster auf der Membran von jedem Trägermaterial hoch genau auszubilden, wobei die Herstellungskosten noch gedämpft werden.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen, das zusätzlich zu der Realisierung der oben erwähnten ersten Aufgabe in der Lage ist, dehnungserfassende Vorrichtungen zu Verfügung zu stellen, deren Zuverlässigkeit in großem Maße verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
festes Anordnen einer Vielzahl von zylindrischen Trägermaterialien an vorbestimmten Positionen einer Fixierplatte, von denen jedes ein durch eine Membran geschlossenes Ende aufweist, eine Positioniermarkierung, die zuvor an einer vorgegebenen Position der Fixierplatte ausgebildet wird;
Montieren der Fixierplatte mit den Trägermaterialien in die Spannvorrichtung, deren oberen Flächen eine Bezugsposition definieren, um die Spannvorrichtung die Trägermaterialien stützen zu lassen, so dass eine äußere Fläche der Membran jedes Trägermaterials auf der gleichen Höhe, die höher als eine vorbestimmte Höhe von der Bezugsposition ist, festgehalten wird;
Positionieren aller Trägermaterialien, so dass die oberen Flächen aller Membranen in Richtung der Ebene der Fixierplatte in Bezug auf die Positioniermarkierung angeordnet werden; und
gleichzeitiges Formen eines Dehnungsmessstreifenabschnitts jeweils auf allen Memb ranen.
Der oben erwähnten Ausführung entsprechend werden mehrere Membranen jeweils fest an vorbestimmten Positionen der Fixierplatte angeordnet, und anschließend wird die die Trägermaterialien aufweisende Fixierplatte selbst in die Spannvorrichtung eingesetzt. Daher ist es möglich, die äußeren Flächen aller Membranen in der gleichen vorbestimmten Höhe zu halten, so dass die gleiche Ebene mit einer höheren Lagegenauigkeit und ohne Spiel gebildet wird, weil außerdem die zuvor an einer vorgegebenen Position der fixierten Platte ausgebildete Positioniermarkierung verwendet wird, um alle Membranen in Richtung der Ebene der Fixierplatte zu positionieren. Folglich ist zwischen der Spannvorrichtung und den Trägermaterialien in Richtung der Ebene der Fixierplatte kein Positionieren mit höherer Präzision erforderlich. Dies bedeutet, dass, wenn die Fixierplatte in die Spannvorrichtung montiert wird, in Richtung der Ebene der Fixierplatte ebenfalls kein Positionieren mit höherer Präzision erforderlich ist. Dies wird zu verringerten Herstellungskosten der Vorrichtungen führen. Darüber hinaus können auch die zahlreichen Trägermaterialien als eine Einheit zusammen mit der Fixierplatte bearbeitet werden, so dass verschiedene Arbeitsarten wie z.B. das Auswechseln von Spannvorrichtungen und Positionieren der Trägermaterialien während der Schritte zum Bilden eines Dehnungsmessstreifenabschnitts auf den Membranen schnell und leicht vorgenommen werden können.
Vorzugsweise umfasst der Montierschritt einen Schritt zum Verbinden jedes Trägermaterials mit einem elastischen Element, das zuvor an jeder der vorbestimmten Positionen der Fixierplatte angebracht wurde, wobei das elastische Element in einer Dickenrichtung der Fixierplatte elastisch verformbar ist. Daher können die Trägermaterialien in Fällen, bei denen sie mit Hilfe der Fixierplatte in die Spannvorrichtung eingesetzt werden, mit der Spannvorrichtung elastisch in Kontakt gebracht werden. Dies erleichtert es, die Fläche von allen Membranen auf der gleichen Höhe, die um eine vorbestimmte Höhe von der Bezugsposition höher ist, zu halten und macht sie glatter.
Es wird bis jetzt bevorzugt, dass mehrere durchgehende Bohrungen, von denen jede jeweils Trägermaterial aufnimmt, an jeder der vorbestimmten Positionen der Fixierplatte ausgebildet sind und dass das elastische Element auf einer Fläche der durchgehenden Bohrung angebracht ist. Dadurch, dass jedes Trägermaterial in jede durchgehende Bohrung eingesetzt wird, können die Trägermaterialien folglich in einer leichteren und sicheren Art und Weise an der Fixierplatte befestigt werden. Die durchgehenden Bohrungen unterstützen ferner, verschiedene Arten von chemischen Reaktionsmitteln, die während der Ausbildung eines Dehnungsmessstreifenabschnitts auf jeder Membran verwendet werden, von den Trägermitteln ausströmen zu lassen. Daher ist der Rest solcher chemischer Reaktionsmittel stark verringert, die dadurch fast keinen Einfluss auf spätere Produktionsschritte haben. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass sowohl die durchgehenden Bohrungen als auch die elastischen Elemente mit relativ niedrigeren Kosten jedoch mit Präzision dadurch gebildet werden können, dass ein Photolackprozess und ein Ätzverfahren kombiniert werden.
Es wird außerdem bevorzugt, dass jedes Trägermaterial einen ringförmigen Vorsprung aufweist, der an dessen einen äußeren zylindrischen Fläche in einem Stück ausgebildet und mit der Fixierplatte verbunden ist. Folglich wird die Innenfläche jedes Trägermaterials einschließlich der Innenfläche der Membran nicht beschädigt. Die Zuverlässigkeit der Vorrichtung selbst wird erhöht, und die Vorrichtung ist zum Beispiel zur Verwendung für Druckgefäße geeignet.
Bevorzugt wird auch, dass das elastische Element einen hervorstehenden Teil aufweist, der an diesem in einem Stück ausgebildet ist und mit dem ringförmigen Vorsprung jedes Trägermaterials verbunden ist. Folglich können die Trägermaterialien mit der Fixierplatte leicht verbunden werden, indem der ringförmige Vorsprung des hervorstehenden Teils geschweißt wird. Ein zu schweißender Punkt befindet sich an dem hervorstehenden Teil, womit gewährleistet wird, dass das Schweißen ständig vorgenommen wird, ohne eine Schweißelektrode einzusetzen, deren Spitze verdünnt ist.
Das elastische Element besteht beispielhaft aus mehreren elastischen Elementen, die auf der Oberfläche jeder durchgehenden Bohrung angeordnet sind. Das heißt, jedes Trägermaterial wird von einer Vielzahl elastischer Elemente gehalten, so dass die Trägermaterialien in der Fixierplatte ohne Verschiebungen in Plattenrichtung der Fixierplatte festgehalten werden. Dies verbessert die Genauigkeit beim Positionieren in Richtung der Ebene.
Es wird bevorzugt, dass das Verfahren des Werteren den Schritt umfasst, die Fixierplatte von der Spannvorrichtung abzubauen, einschließlich eines Schrittes, um jedes der Trägermaterialien von der Fixierplatte zu trennen, indem die elastischen Elemente nach Ausbildung der Dehnungsmessstreifenabschnitte geschnitten werden. Nur das Schneiden der elastischen Elemente ermöglicht es den Trägermaterialien, die wie dehnungserfassende Vorrichtungen funktionieren, auf leichtere Weise von der Fixierplatte getrennt zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und Aspekte nach der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und Ausführungen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen:
1 ist eine Draufsicht, die eine Spannvorrichtung darstellt, an der Trägermaterialien nach einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen angebracht sind;
2 zeigt einen Querschnitt, der längs einer Linie II-II in 1 geführt ist;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Spannvorrichtung darstellt, an der Trägermaterialien nach einem zweiten herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von dehnungserfassenden Vorrichtungen angebracht sind;
4 zeigt den senkrechten Querschnitt eines Teils der in 3 dargestellten Spannvorrichtung;
5 zeigt einen Längsschnitt von einer der dehnungserfassenden Vorrichtungen, die basierend auf dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführung hergestellt werden;
6 zeigt den Längsschnitt eines Trägermaterials, das durch eine dehnungserfassende Vorrichtung verwendet wird;
7 ist eine zum Teil geschnittene, perspektivische Ansicht, die eine Vielzahl von Trägermaterialien darstellt (von denen eines in 6 gezeigt ist), die an vorgegebenen Stellen einer Fixierplatte fest angeordnet sind;
8 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Trägermaterials, die zum Teil von 7 geschnitten ist;
9 ist eine Draufsicht, die die Fixierplatte darstellt;
10 ist eine vergrößerte Draufsicht, die längs eines Kreises geschnitten ist, der durch einen Pfeil X in 9 dargestellt wird;
11 veranschaulicht einen Schnitt, der zum Teil längs einer Linie XI-XI geführt ist;
12 veranschaulicht eine örtliche perspektivische Ansicht der Rückseite von der in 10 dargestellten Fixierplatte;
13 stellt eine Draufsicht dar, die die an einer Spannvorrichtung angebrachten Trägermaterialien zeigt, die ebenfalls durch das Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Ausführung eingesetzt wird;
14 zeigt einen Querschnitt, der teilweise längs einer Linie XIV-XIV in 13 geführt ist; und
15 skizziert ein Ablaufdiagramm, das verschiedene Schritte zur Bildung eines Dehnungsmessstreifenabschnitts auf jedem der Trägermaterialien darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Es wird jetzt mit Bezug auf die 5 bis 15 eine bevorzugte Ausführung nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst werden die durch ein Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellten, dehnungserfassenden Vorrichtungen veranschaulicht.
5 dient als Beispiel für eine dehnungserfassende Vorrichtung SG, die mit einem Trägermaterial 8 und einem auf dem Trägermaterial 8 ausgebildeten Dehnungsmessstreifenabschnitt 9 versehen ist.
Das Trägermaterial 8, das zu einem einzelnen formfesten Körper gebildet wird, der aus einem vorgegebenen Metallwerkstoff besteht, besitzt eine zylindrische Stütze 8a, deren beiden Enden in ihrer axialen Richtung liegen. Wie in 5 und 6 dargestellt ist, ist das eine Ende in einem Stück mit einer dünnen Platte verschlossen, während das andere Ende geöffnet ist. Der Teil der dünnen Platte funktioniert wie eine Membran 8b.
Des Weiteren ist in der zylindrischen Stütze 8a ein Hohlraum (mit Boden versehene Öffnung) 8d mit einer Öffnung an dem einen Ende ausgebildet. Wenn in den Hohlraum 8d, wie durch den Pfeil A in 5 dargestellt, Flüssigkeit eingegeben wird, wirkt der Druck der Flüssigkeit auf die Rückseite der Membran 8b, wodurch eine Verformung der Membran 8b verursacht wird. Von der Außenseite der zylindrischen Stütze 8a ist in einem Stück ein ringförmiger Vorsprung 8c nach außen ausgebildet.
Der Dehnungsmessstreifenabschnitt 9 enthält eine auf den äußeren Flächen der Membran 8b laminierte Isolierschicht 9a, Dehnungsmessstreifen 9b, Elektroden 9c und eine Schutzschicht 9d, um die Dehnungsmessstreifen 9b zu schützen. Folglich verformt sich die Membran 8b, die als ein Druck aufnehmendes Teil dient, wenn auf die dehnungserfassende Vorrichtung dadurch Druck aufgebracht wird, dass Flüssigkeit in den Hohlraum 8d eingegeben wird. Der Dehnungsmessstreifenabschnitt 9 fühlt Spannungen, die auf Grund der Verformung verursacht werden, und gibt ein Signal aus, das die Stärke der Spannung angibt.
Die dehnungserfassende Vorrichtung, die wie oben ausgeführt ist, wird in Großserienfertigung durch die folgenden Schritte hergestellt. Folglich kann jeweils eine große Anzahl von dehnungserfassenden Vorrichtungen SG hergestellt werden.
Wie in 7 und 8 gezeigt ist, wird eine große Anzahl von Trägermaterialien 8 an vorbestimmten Positionen einzeln auf der Fixierplatte 10 befestigt. Anschließend werden die Trägermaterialien 8 gemäß 13 und 14 durch eine Spannvorrichtung 11 mit der in der Spannvorrichtung 11 festgeklemmten Fixierplatte 10 gehalten, so dass die äußeren Flächen von allen Membranen 8b auf der gleichen Höhe, die höher als eine Bezugsposition 12 der Spannvorrichtung 11 (siehe 13) ist, positioniert werden. Die Bezugsposition ist der Position einer später beschriebenen oberen Platte der Spannvorrichtung 11 zugeordnet.
Anschließend werden die Trägermaterialien 8 unter Verwendung einer durch die Fixierplatte 10 vorher ausgebildeten Positioniermarkierung 13 gemäß 9 einer Positionie rung in Richtung der Ebene (d. h. X-Y-Richtung) der Fixierplatte 10 unterzogen, so dass die äußeren Flächen von allen Membranen 8b an der Verwendungsstelle positioniert sind. Alle Membranen 8b werden anschließend einem gleichzeitigen Herstellungsschritt der Dehnungsmessstreifenabschnitte 9 unterzogen.
Die oben erwähnten Schritte werden jetzt ausführlich beschrieben. Zuallererst wird sowohl das in 6 gezeigte Trägermaterial 8 als auch die in 9 gezeigte Fixierplatte 10 vorbereitet.
Jedes Trägermaterial 8 wird mit höherer Präzision maschinell bearbeitet, so dass es die in 6 dargestellte gleiche Form aufweist.
Die Fixierplatte 10 wird zu einer Metallplatte verarbeitet, die eine gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm aufweist. Wie in 9 und 10 dargestellt ist, wird eine große Anzahl von durchgehenden Bohrungen 14 mit dem gleichen Durchmesser durch die Fixierplatte 10 an der Verwendungsstelle ausgebildet. Der Durchmesser von jeder durchgehenden Bohrung 14 und eine Teilung zwischen den durchgehenden Bohrungen 14 werden mit höherer Präzision fertig bearbeitet. Beispielhaft können die durchgehenden Bohrungen 14 unter Verwendung eines mit Ätzen kombinierten Photolackprozesses gebohrt werden. Wenn dieses Verfahren genutzt wird, kann die Fixierplatte 10 mit einer höheren Präzision jedoch mit relativ niedrigeren Produktionskosten zur Verfügung gestellt werden.
Jede durchgehende Bohrung 14 ist beispielhaft zu einem einfachen runden Loch ausgebildet, in das die zylindrische Stütze 8a jedes Trägermaterials 8 eingesetzt wird. Vorzugsweise werden an der Innenfläche jeder durchgehenden Bohrung 14 (zum Beispiel rundes Loch) elastische Elemente 15 befestigt, wie es in 10 bis 12 dargestellt ist. Obwohl das einzelne elastische Element 15 noch den Anforderungen entspricht, wird es dennoch vorgezogen, dass eine Vielzahl elastischer Elemente 15 (z.B. drei Stück) parallel zum Bohren des Rundlochs durch den mit Ätzen kombinierten Photolackprozess ausgebildet wird.
Jedes elastische Element 15 besteht aus einem bogenförmigen Teil 15a, das sich längs der Umfangsrichtung der Innenfläche des runden Lochs erstreckt, und einem Vorsprung 15b, der von der Spitze des bogenförmigen Teils 15a zur Mitte des runden Lochs vorsteht. Das gegenüber liegende Ende jedes elastischen Elements 15 zu der Spitze ist in einem Stück an der Innenfläche des runden Lochs befestigt. Weil jedes elastische Element 15 das bogenförmige Teil 15a aufweist, ist es wahrscheinlich, dass sich das elastische Element 15 in der Dickenrichtung der Fixierplatte 10 elastisch verformt während es widerstandsfähig ist, um sich in Richtung der Ebene der Fixierplatte 10 zu verformen. Jeder Vorsprung 15b besitzt eine Spitze 15c, die dem Mittelpunkt des runden Lochs zugewandt ist. Die Spitze 15c wird mit einem höheren Grad an Maßgenauigkeit fertig gestellt, so dass sie eine Form aufweist, die mit der äußeren Fläche der zylindrischen Stütze 8a des Trägermaterials 8 übereinstimmt.
Andererseits ist das bogenförmige Teil 15a dünner gemacht als die Dicke der Fixierplatte 10, indem zum Beispiel die untere Fläche des bogenförmigen Teils 15a geätzt wird, um eine leichtere Verformung in Richtung der Dicke der Fixierplatte 10 zu erreichen. Der Vorsprung 15b ist so geformt, dass er die gleiche Dicke wie die der Fixierplatte 10 aufweist und dadurch so bereitgestellt wird, dass er wie in 11 dargestellt einen nach unten vorstehenden Abschnitt 15d besitzt. Die Vorsprünge 15b entsprechen in der Dicke bei Messung an allen vorstehenden Abschnitten 15d der Dicke der Fixierplatte 10.
Außerdem sind, wie in 9 dargestellt, an vorbestimmten endseitigen Positionen der Fixierplatte 10 Montagelöcher 16 zum Montieren der Fixierplatte 10 an einer später beschriebenen Spannvorrichtung 11 und Positioniermarkierungen 13 (die Löcher sind) ausgebildet, die während des Verfahrensschrittes für den Dehnungsmessstreifenabschnitt 9 zu verwenden sind. Diese Montagelöcher 16 und Positionierlöcher 13 werden bei Ausbildung der durchgehenden Bohrungen 14 gebohrt.
Der nächste Schritt wird durch die 7 und 8 veranschaulicht, bei dem die Trägermaterialien 8 fest an der Fixierplatte 10 angebracht werden. Praktisch wird jedes Trägermaterial 8 in jede durchgehende Bohrung 14 der Fixierplate von unterhalb der Platte eingesetzt, so dass die Membran 8b oberhalb der Fixierplatte 10 angeordnet ist, und der ringförmige Vorsprung 8e wird zur Verbindung mit den vorstehenden Abschnitten 15d der elastischen Elemente 15 in Kontakt gebracht.
Die Montagearbeit für die Trägermaterialien 8 kann mit einem Bilderkennungssystem durchgeführt werden. Die Trägermaterialien 8 werden mit Bezug auf solche Löcher wie Positioniermarkierungen 13, die an vorgegebenen Positionen der Fixierplatte 10 vorher ausgebildet werden, präzise an vorgegebenen Positionen der Fixierplatte 10 angeordnet. Nach diesem Positioniervorgang wird ein Roboter verwendet, um am ringförmigen Vorsprung 8e mit den elastischen Elementen 15 durch die vorstehenden Abschnitte 15d an jeder durchgehenden Bohrung 14 Widerstandsschweißen durchzuführen. Somit wird jedes Trägermaterial 8 mit der Fixierplatte 10 verbunden. Als eine alternative Möglichkeit können Klebstoffe genutzt werden, um die Trägermaterialien 8 mit der Fixierplatte 10 zu verbinden.
Bei diesem Montierschritt genügt es, dass beliebige Abschnitte jedes Trägermaterials 8 außer dessen Membran 8b an der Fixierplatte 10 befestigt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, dass, wie oben erläutert, der ringförmige Vorsprung 8e an jeder durchgehenden Bohrung 14 mit den elastischen Elementen 15 verbunden wird. Der Einsatz eines solchen Verbindungsvorgangs ermöglicht es, die Trägermaterialien 8 an einer später beschriebenen Spannvorrichtung 11 anzubringen, ohne dass dies zu Beschädigungen an der Innenfläche von jedem Trägermaterial 8 einschließlich der Membran 8b führt. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit erhöht werden, wenn die dehnungserfassende Vorrichtung auf verschiedene Vorrichtungen wie zum Beispiel Druckgefäße angewandt wird.
Während des Schweißschrittes steht der an der Spitze von jedem elastischen Element 15 vorstehende Abschnitt 15d von der unteren Fläche der Fixierplatte 10 nach unten hervor, wenn der vorstehende Abschnitt 15d mit jedem aus Metall bestehenden Trägermaterial 8 in Kontakt kommt. Dies schließt die Notwendigkeit einer Verwendung von Werkzeugen aus, die eine Schweißelektrode umfassen, deren Spitze verdünnt und zu einer komplizierten Form gefertigt ist. Es ist außerdem möglich, dass der vorstehende Abschnitt 15d einen zu schweißenden Punkt für einen regelmäßigen Schweißvorgang leicht lokalisiert, womit die Zuverlässigkeit beim Schweißen erhöht wird.
Ferner wird jedes Trägermaterial 8 dem Schweißen unterzogen, das an einer Vielzahl von Punkten (z.B. drei Punkte), die den elastischen Elementen 15 angepasst sind, durchgeführt wird, und durch die Fixierplatte 10 gehalten. Alle Trägermaterialien 8 wer den deshalb fest an vorbestimmten Positionen der Fixierlatte 10 gehalten, so dass sie sich nicht in Richtung der Ebene der Platte 10 verschieben. Folglich wird im Schritt des Positionierens der Trägermaterialien 8 die Positioniergenauigkeit in Richtung der Ebene der Platte 10 verbessert werden.
Die Fixierplatte 10, mit der eine große Anzahl von Trägermaterialien 8 verbunden ist, wird anschließend an einer Spannvorrichtung 11 angebracht, die für den Prozess des Dehnungsmessstreifenabschnitts 9 bestimmt ist, wie es in 13 und 14 dargestellt ist.
Die Spannvorrichtung 11 ist mit einer oberen Platte 11a und einer unteren Platte 11b versehen. An vorbestimmten Positionen der oberen Platte 11a, die den Positionen der durchgehende Bohrungen 14 der Fixierplatte 10 entsprechen, ist eine große Anzahl von Spannvorrichtungslöchern 17 gebohrt. Außerdem sind an vorgegebenen Positionen der oberen Platte 11a Kontrollöffnungen 18 derart ausgebildet, dass die Löcher 18 mit den Positioniermarkierungen 13 der Fixierplatte 10 lagemäßig übereinstimmen.
Die obere Fläche der oberen Platte 11a wird einer abschließenden Oberflächenbehandlung unterzogen, um eine geglättete Oberfläche von hoher Präzision bereitzustellen, die in der Lage ist, wie eine Bezugsposition 12 zu funktionieren, die bei einer Bearbeitung des Dehnungsmessstreifenabschnitts 9 verwendet wird. Die untere Fläche der oberen Platte 11a wird ebenfalls einer abschließenden Oberflächenbehandlung unterzogen, um eine geglättete Oberfläche von hoher Präzision zur Verfügung zu stellen, weil die untere Fläche 11b als eine den ringförmigen Vorsprung 8c von jedem Trägermaterial 8 berührende Fläche dienen soll.
Für vorbestimmte Positionen an beiden Endseiten der oberen Platte 11a werden Verbindungsschrauben 19 angewandt, um die Fixierplatte 10 an der Spannvorrichtung 11 zu montieren. Mit anderen Worten, die Verbindungsschrauben 19 dringen durch die Montagelöcher 16 der Fixierplatte 10, so dass sie mit der unteren Platte 11b in Eingriff kommen. Mit diesem Eingriff wird ermöglicht, dass die obere Platte 11a mit der unteren Platte 11b mit der dazwischen befindlichen Fixierplatte 10 fest verbunden wird.
Andererseits ist an vorbestimmten Positionen der unteren Platte 11b eine große Anzahl von durchgehenden Bohrungen 20 ausgebildet, die bei einer Verbindung mit der Fixierplatte 10 der Öffnung des Hohlraums 8d jedes durch die Fixierplatte 10 festgehaltenen Trägermaterials 8 zugewandt sind. Die obere Fläche der unteren Platte 11b wird zu einer geglätteten Oberfläche fertig bearbeitet, weil diese bei einer Verbindung mit den unteren Enden aller Trägermaterialien 8 ohne Spalten in Kontakt kommen soll.
Zum Montieren der Fixierplatte 10 an der Spannvorrichtung 11 wird die Fixierplatte 10 zuerst auf die untere Platte 11b gelegt, um die unteren Enden aller Trägermaterialien 8 mit der oberen Fläche der unteren Platte 11b in Kontakt zu bringen. Die obere Platte 11a wird anschließend auf die Fixierplatte 10 gelegt, so dass die untere Fläche der oberen Platte 11a auf der Fixierplatte 10 laminiert wird und gleichzeitig die Membran 8b von jedem Trägermaterial 8 aus jedem Spannvorrichtungsloch 17 der oberen Platte 11a hervorsteht. Die Umfangskante von jeder durchgehenden Bohrung 14 der Fixierplatte 10 wird somit einschließlich der elastischen Elemente 15 zwischen der Umfangskante von jedem Spannvorrichtungsloch 17 der oberen Platte 11a und jedem ringförmigen Vorsprung 8c des Trägermaterials 8 eingeklemmt. Während dieses Klemmvorgangs können die elastischen Elemente 15 in Richtung der Dicke der Fixierplatte 10 elastisch verformt werden, so dass es den Trägermaterialien 8 ermöglich wird, mit der Spannvorrichtung 11 elastisch in Kontakt zu kommen.
Deshalb können alle Membranen 8b problemlos gehalten werden, so dass ihre oberen Flächen auf der gleichen Höhe, die um eine vorbestimmte Höhe höher als die Bezugsposition 12 ist, angeordnet sind. Folglich bestehen diese oberen Flächen vorstellbar aus der gleichen Ebene.
Sowohl die oberen als auch die unteren Platten 11a und 11b werden anschließend durch Verbindungsschrauben 19 miteinander verbunden, wodurch sowohl die Fixierplatte 10 als auch die Trägermaterialien 8 an der Spannvorrichtung 11 montiert (befestigt) werden, wodurch sie wie in 14 gezeigt zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Alle Trägermaterialien 8 werden somit von der Spannvorrichtung 11 mit Hilfe der Fixierplatte 10 gehalten, wobei die oberen Flächen aller Trägermaterialien 8b in der gleichen vorbestimmten Höhe, die höher als die Bezugsposition 12 ist, ganz ohne Spiel genau positioniert werden.
Der Dehnungsmessstreifenabschnitt 9 wird anschließend auf jedes von allen an der Spannvorrichtung 11 befestigten Trägermaterialien 8 eingelegt. Dieser Vorgang des Dehnungsmessstreifenabschnitts 9 wird entsprechend den in 14 gezeigten Schritten durchgeführt.
Speziell sind auf den oberen Flächen der Membranen 8b der Trägermaterialien 8, die durch die Spannvorrichtung 11 mit Hilfe der Fixierplatte 10 gehalten werden, wechselweise eine Isolierschicht 9a und eine dünne Schicht für Dehnungsmessstreifen ausgebildet (Schritte S1 und S2 in 15). Anschließend werden Masken (nicht dargestellt) mit höherer Präzision angeordnet, indem die Positioniermarkierungen 13 der Fixierplatte 10 als Bezug verwendet werden, und die Masken zur Musterung von Abständen bei einem Photolackprozess verwendet werden, womit Dehnungsmessstreifen 9b (Schritt S3 in 15) erzeugt werden. Anschließend werden die Elektroden 8c ausgebildet (Schritt S4 in 15), bevor eine Flächenschutzschicht 9d darauf gelegt wird (Schritt S5 in 15).
Wie oben angegeben, werden die oberen Flächen aller Membranen 8b mit einer höheren Lagegenauigkeit gehalten, um die gleiche Ebene bilden, die um eine vorbestimmte Höhe höher ist als die Bezugsposition 12, ohne dass ein Spiel zugelassen wird. Folglich ermöglicht es die Verwendung der gleichen Ebenenausführung, dass jede der Schichten wie zum Beispiel die Isolierschicht 9a und der Dehnungsmessstreifen 9b mit einer bestimmten, gleichmäßigen Dicke ausgebildet wird. In dieser Ausführung wird bevorzugt zu verweiden, dass sich die elastischen Elemente 15 der Fixierplatte 10 mit der unteren Kante jeder Spannvorrichtung 17 der oberen Platte 11a in der Lage beeinflussen. Wenn eine solche Ausführung angenommen wird, können die elastischen Elemente 15 in Richtung der Dicke der Fixierplatte 10 verschoben werden, womit die Dehnungsmessstreifen 9b und andere Schichten mit höheren Genauigkzeitsgraden zur Verfügung gestellt werden.
Außerdem werden die oberen Flächen aller Membranen 8b in Richtung der Ebene der Fixierplatte 10 angeordnet, indem die zuvor an der Fixierplatte 10 ausgebildeten Positioniermarkierungen 13 als Bezug verwendet werden. Folglich werden die Schichten, wie zum Beispiel die Isolierschicht 9a und die Dehnungsmessstreifen 9b, an jeder der Membranen 8b genau ausgerichtet und angeordnet. Im Gegensatz zur herkömmlichen, an einer vorgegebenen Position auf der Spannvorrichtung angeordneten Bezugsposition können die Positioniermarkierungen 13 der Fixierplatte 10 als Positionsbezüge verwendet werden, unter denen die oberen Flächen aller Membranen 8b in Richtung der Ebene der Fixierplatte 10 positioniert werden. Dies bedeutet, dass eine höhere Genauigkeit hinsichtlich der Lagebeziehung in Ebenenrichtung der Fixierplatte 10 zwischen der Spannvorrichtung 11 und den Membranen 8 nicht unbedingt erforderlich ist. Infolgedessen kann die Spannvorrichtung 11 mit einer vernünftigen Lagegenauigkeit in Richtung der Ebene der Fixierplatte 10 hergestellt werden, was eine Reduzierung ihrer Herstellungskosten möglich macht.
Beim Herstellen der dehnungserfassenden Vorrichtungen ist es normal, dass in jedem Schritt oder nach mehreren in 15 gezeigten Schritten eine andere Spannvorrichtung eingesetzt wird. In dem Fall, dass die herkömmlichen Herstellungsverfahren verwendet werden, ist es notwendig, dass die Trägermaterialien 8 von der alten Spannvorrichtung abgebaut und wieder an eine neue Spannvorrichtung angebaut werden, immer wenn solche Spannvorrichtungen gewechselt werden. In dem Fall der vorliegenden Ausführung werden jedoch alle der Membranen 8 mit der Fixierplatte 10 vereinigt und immer als eine Einheit von der Spannvorrichtung abgebaut oder an diese angebaut. Deshalb wird jedes Mal, wenn die alte Spannvorrichtung durch eine neue ersetzt wird, keine Fehlausrichtung zwischen den Membranen 8 und den Masken erzeugt. Es reicht aus, die Masken mit Bezug auf die Positioniermarkierungen 13 der Fixierplatte 10 anzubringen, so dass die Masken mit höherer Genauigkeit angeordnet werden können. Die hochgenaue Anordnung schließt die Notwendigkeit aus, dass an den Spannvorrichtungen in Richtung ihrer Ebenen eine hohe Präzisionsarbeit ausgeführt werden muss, was es ermöglicht, die dehnungserfassenden Vorrichtungen mit geringeren Kosten herzustellen.
Außerdem wurde erwähnt, dass die durchgehenden Bohrungen 14 an vorbestimmten Positionen der Fixierplatte 10 ausgebildet werden. Die durchgehenden Bohrungen 14 bewirken eine zweite Funktion wie folgt. Obwohl der Verfahrensschritt der Dehnungsmessstreifen 9 verschiedene chemische Reaktionsmittel wie zum Beispiel Reinigungsflüssigkeit, Entwicklerflüssigkeit, Spülflüssigkeit und Kopierlack-Trennmittel erfordert, unterstützen die durchgehenden Bohrungen 14, dass diese Reaktionsmittel leicht unter der Fixierplatte 10 durch diese ausströmen. Deshalb kann der Rest der chemischen Reakti onsmittel, der auf den Trägermitteln 8 nach einer Verwendung der chemischen Reaktionsmittel zurück gelassen wird, im Wesentlichen verringert werden, was den Vorteil schafft, dass spätere Schritte leichter vorgenommen werden können.
Bei Beendigung des gleichzeitigen Prozesses der Dehnungsmessstreifenabschnitte 9 auf den Membranen 8b aller Trägermaterialien 8 werden die Verbindungsschrauben 19 gelöst, um die Spannvorrichtung 11 abzubauen, bevor die Fixierplatte 10 von der Spannvorrichtung 11 abgenommen wird. Die Trägermaterialien 8, die als dehnungserfassende Vorrichtungen fertig gestellt wurden, werden anschließend von der Fixierplatte 10 abgenommen. Es ist vorzuziehen, zum Schneiden der an jedem Trägermaterial 8 angeordneten elastischen Elemente 15 eine Lochstanze zu verwenden, so dass die Trägermaterialien 8 mit den Dehnungsmessstreifenabschnitten 9 (d. h. dehnungserfassende Vorrichtungen SG) leicht von der Fixierplatte 10 getrennt werden. Diese Trennung kann auch dadurch erreicht werden, dass die verschweißten Teile abgelöst werden.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden. Die oben erwähnten Ausführungen und Modifizierungen sind deshalb in jeder Hinsicht als darstellend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung eher durch die angefügten Ansprüche als durch die vorhergehende Beschreibung angegeben wird und es beabsichtigt ist, dass alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereiches der Ansprüche erscheinen, darin eingeschlossen werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen von dehnungserfassenden Vorrichtungen (SG), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: festes Anordnen einer Vielzahl von zylindrischen Trägem (8) an vorbestimmten Positionen einer Fixierplatte (10), von denen jedes ein durch eine Membran (8b) geschlossenes Ende aufweist, eine Positioniermarkierung (13), die zuvor an einer vorgegebenen Position der Fixierplatte ausgebildet wird; Montieren der Fixierplatte mit den Trägern in die Spannvorrichtung (11), deren obere Flächen eine Referenzposition (12) definieren, um die Spannvorrichtung die Träger stützen zu lassen, so dass eine äußere Fläche der Membran jedes Trägers auf der gleichen Höhe, die höher als eine vorbestimmte Höhe von der Referenzposition (12) ist, festgehalten wird; Positionieren alter Träger, so dass die oberen Flächen von allen der Membranen in der Ebenenrichtung der Fixierplatte in Bezug auf die Positioniermarkierung positioniert werden; und gleichzeitiges Formen eines Dehnungsmessstreifenabschnitts (9) auf jeder von allen Membranen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montierschritt einen Schritt des Verbindens jedes Trägers mit einem vorher an jeder der vorbestimmten Positionen der Fixierplatte angeordneten elastischen Element (15) umfasst, wobei das elastische Element in einer Dickenrichtung der Fixierplatte elastisch verformbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Durchgangslöchem (14), von denen jedes jeweils einen Träger aufnimmt, an jeder der vorbestimmten Positionen der Fixierplatte ausgebildet ist, und das elastische Element auf einer Fläche des Durchgangsloches angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Träger einen ringförmigen Vorsprung (8c) aufweist, der an einer äußeren zylindrischen Fläche davon einstückig ausgebildet ist und mit der Fixierplatte verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element einen hervorstehenden Teil (15d) aufweist, der daran einstückig ausgebildet ist und mit dem ringförmigen Vorsprung jedes Trägers verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element aus einer Vielzahl von elastischen Elementen (15) besteht, die auf der Oberfläche von jedem Durchgangsloch angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Werteren den Schritt des Demontierens der Fixierplatte von der Einspannvorrichtung einschließlich eines Schrittes des Trennens jedes der Träger von der Fixierplatte, durch Schneiden der elastischen Elemente nach dem Bilden der Dehnungsmessstreifenabschnitte umfasst.
Dehnungserfassende Vorrichtung, die durch das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.