JP2003004553A - 歪検出装置 - Google Patents

歪検出装置

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JP2003004553A
JP2003004553A JP2001184501A JP2001184501A JP2003004553A JP 2003004553 A JP2003004553 A JP 2003004553A JP 2001184501 A JP2001184501 A JP 2001184501A JP 2001184501 A JP2001184501 A JP 2001184501A JP 2003004553 A JP2003004553 A JP 2003004553A
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JP
Japan
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insulating layer
substrate
electrode
insulating
strain
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JP2001184501A
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English (en)
Inventor
Isamu Nishiyama
勇 西山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁基板における絶縁層にピンホールが生じ
ても電源電極、出力電極あるいは回路パターンが基板に
導通するということのない出力特性の安定した歪検出装
置を提供することを目的とするものである。 【解決手段】 第1の絶縁層13を薄膜とするととも
に、第2の絶縁層14を厚膜とし、絶縁基板15の上面
にAgからなるペーストを印刷する際に、第1の絶縁層
13が壁となり、基板11へのペーストの到達を防止す
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は荷重を付加すること
によって発生する歪を検出する歪検出装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の歪検出装置としては、特
開2000−180255公報に開示されたものが知ら
れている。
【0003】以下、従来の歪検出装置について図面を参
照しながら説明する。
【0004】図4は従来の歪検出装置の側断面図、図5
は同上面図である。
【0005】図4、図5において、1は弾性材料からな
る絶縁基板で、ステンレス板2とこのステンレス板2の
上面に設けたガラスからなる絶縁層3とにより構成され
ている。また、絶縁基板1の上面には電源電極4、第1
の出力電極5、第2の出力電極6およびGND電極7を
設けている。8は4つの歪抵抗素子で、電源電極4、第
1の出力電極5、第2の出力電極6およびGND電極7
を回路パターン9により電気的に接続することにより、
図6に示すように、ブリッジ回路を構成している。10
は印刷により形成された厚膜のガラスからなる保護層
で、絶縁層3、歪抵抗素子8および回路パターン9の上
面を覆うように設けてある。
【0006】以上のように構成された歪検出装置につい
て、次にその組立方法を説明する。
【0007】まず、あらかじめアルミニウムを含有した
ステンレス板2の上面にガラスペースト(図示せず)を
スクリーン印刷した後、約850℃で焼成し、絶縁基板
1を形成する。
【0008】次に、絶縁基板1の上面にAgからなるペ
ースト(図示せず)をスクリーン印刷した後、約850
℃にて焼成し、絶縁基板1の上面に電源電極4、第1の
出力電極5、第2の出力電極6、GND電極7および回
路パターン9を形成する。
【0009】次に、絶縁基板1および回路パターン9の
上面の歪抵抗素子8を設ける位置に抵抗ペースト(図示
せず)をスクリーン印刷した後、約850℃で焼成し、
絶縁基板1に4つの歪抵抗素子8を形成する。
【0010】最後に、絶縁層3、歪抵抗素子8および回
路パターン9の上面にガラスペースト(図示せず)をス
クリーン印刷した後、約850℃で焼成し、絶縁層3、
歪抵抗素子8および回路パターン9の上面に保護層10
を形成する。
【0011】以上のように構成された歪検出装置につい
て、次にその動作を説明する。
【0012】絶縁基板1の略中央の上面よりせん断荷重
が付加されると、このせん断荷重により絶縁基板1に曲
げモーメントが発生し、この曲げモーメントにより絶縁
基板1の上面に設けた4つの歪抵抗素子8のうちの内側
の歪抵抗素子8に圧縮応力が加わるとともに、外側の歪
抵抗素子8に引張応力が加わる。そして、4つの歪抵抗
素子8および回路パターン9によりブリッジ回路を構成
しているため、付加されたせん断荷重に応じた出力電圧
を第1の出力電極5および第2の出力電極6から外部の
コンピュータ(図示せず)等に出力し、絶縁基板1に加
わる荷重を測定するものであった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成においては、導電性のステンレス板2の上面に
ガラスの厚膜からなる絶縁層3をスクリーン印刷により
設けて絶縁基板1を形成したため、ガラスペースト(図
示せず)がスクリーン(図示せず)を通過する際にガラ
スペースト(図示せず)内に微小な隙間が生じることと
なり、その結果、焼成後の絶縁層3にピンホールが生じ
るため、絶縁基板1の上面にAgからなるペースト(図
示せず)をスクリーン印刷する際に、Agからなるペー
スト(図示せず)がピンホールを伝わって、ステンレス
板2に到達してしまい、これにより、電源電極4、第1
の出力電極5、第2の出力電極6あるいは回路パターン
9がステンレス板2と導通するため、歪検出装置の出力
特性が不安定になってしまうという課題を有していた。
【0014】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、絶縁基板における絶縁層にピンホールが生じても電
源電極、出力電極あるいは回路パターンが基板に導通す
るということのない出力特性の安定した歪検出装置を提
供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有する。
【0016】本発明の請求項1に記載の発明は、特に、
第1の絶縁層を薄膜とするとともに第2の絶縁層を厚膜
とする構成を有しており、これにより、厚膜からなる第
2の絶縁層により機械的な外力から基板を保護するとと
もに、薄膜からなる第1の絶縁層にはピンホールが発生
しないため、絶縁基板の上面にAgからなるペーストを
スクリーン印刷する際に、Agからなるペーストが第2
の絶縁層におけるピンホールを伝わって、基板に到達し
ようとしても、第1の絶縁層が壁となり基板への到達を
防止することとなり、電源電極、出力電極、あるいは回
路パターンが基板と導通することがなくなるという作用
効果が得られるものである。
【0017】本発明の請求項2に記載の発明は、特に、
第2の絶縁層を第1の絶縁層の上面、側面および基板の
上面にわたって設けた構成を有しており、これにより、
第2の絶縁層が基板の表面の微小な凹凸に入り込むた
め、基板と第2の絶縁層との接着強度が大きくなり、第
2の絶縁層が確実に基板に接着するから、第2の絶縁層
の基板への接着力が大きくなるという作用効果が得られ
るものである。
【0018】請求項3に記載の発明は、特に、第1の絶
縁層をSiO2とした構成を有しており、これにより、
第1の絶縁層を吸湿しないSiO2としたため、基板が
錆びるのを防止できるという作用効果が得られるもので
ある。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、一実施の形態を用いて、本
発明の特に請求項1〜3に記載の発明について説明す
る。
【0020】図1は本発明の一実施の形態における歪検
出装置の側断面図、図2は同上面図である。
【0021】図1、図2において、11は弾性材料であ
るとともに導電性材料からなる例えば、ステンレス製の
基板である。そして、この基板11の上面にはアルミナ
からなる保護皮膜12およびこの保護皮膜12を設けな
い箇所に位置して、プラズマCVD薄膜製造法、蒸着あ
るいはスパッタリングにより形成したSiO2の薄膜か
らなる第1の絶縁層13を設けている。また、基板11
の上面には印刷により形成したガラスの厚膜からなる第
2の絶縁層14を設けており、この第2の絶縁層14を
第1の絶縁層13の上面、側面および基板11の上面に
わたって設けている。
【0022】そして、第2の絶縁層14を第1の絶縁層
13の上面、側面および基板11の上面にわたって設け
たため、第2の絶縁層14が基板11の表面の微小な凹
凸に入り込むこととなり、その結果、基板11と第2の
絶縁層14との接着強度が大きいから、第2の絶縁層1
4が確実に基板11に接着することとなり、これによ
り、第2の絶縁層14の基板11への接着力が大きくな
るという効果が得られるものである。
【0023】また、基板11、保護皮膜12、第1の絶
縁層13および第2の絶縁層14とにより絶縁基板15
を構成している。さらに、絶縁基板15の上面には銀か
らなる電源電極16、一対の出力電極17、GND電極
18および4つの歪抵抗素子19を回路パターン20に
より電気的に接続するように設けることによりブリッジ
回路を構成している。
【0024】そして、第1の絶縁層13を薄膜とすると
ともに第2の絶縁層14を厚膜としたため、厚膜からな
る第2の絶縁層14により機械的な外力から基板11を
保護するとともに、薄膜からなる第1の絶縁層13には
ピンホールが発生しないこととなり、その結果、絶縁基
板15の上面にAgからなるペースト(図示せず)をス
クリーン印刷する際に、Agからなるペースト(図示せ
ず)が第2の絶縁層14におけるピンホールを伝わっ
て、基板11に到達しようとしても、第1の絶縁層13
が壁となり基板11への到達を防止するため、電源電極
16、出力電極17あるいは回路パターン20が基板1
1と導通することがなくなることとなり、その結果、歪
検出装置の出力特性が安定するという効果が得られるも
のである。
【0025】さらに、絶縁基板15の上面には一対の温
度特性調整抵抗21を設けており、一端を電源電極16
と電気的に接続するとともに、他端を一対の抵抗値測定
電極22を介して歪抵抗素子19と電気的に接続してい
る。23はガラスからなる保護層で、絶縁基板15およ
び一対の温度特性調整抵抗21の上面を覆うように設け
てある。
【0026】以上のように構成された歪検出装置につい
て、次にその組立方法を説明する。
【0027】まず、基板11の上面の保護皮膜12を形
成する箇所に位置して、マスキングテープ(図示せず)
を貼り付けた後、図3に示すように、横型プラズマCV
D装置における加熱装置25の側面に基板11を設置す
る。
【0028】次に、プラズマ発生ガス導入口26より、
高純度酸素ガスをプラズマ発生室27に導入するととも
に、プラズマ発生室27内に磁気コイル28により磁界
を印加し、マイクロ波をプラズマ発生室27に導入さ
せ、プラズマを発生させる。
【0029】次に、原料ガス供給ライン29から(化
1)に示すテトラエトキシシランを供給するとともに、
パージガス供給ライン30からN2のパージガスを供給
した後、混合装置31で混合する。
【0030】
【化1】
【0031】次に、テトラエトキシシランとN2との混
合物をリング状の導入口32から流し込み、加熱装置2
5により、約300℃に加熱された基板11にSiO2
からなる第1の絶縁層13を堆積させる。
【0032】次に、第1の絶縁層13の上面、側面およ
び基板11の上面にわたってガラスペースト(図示せ
ず)を印刷した後、約850℃で約10分間焼成し、第
2の絶縁層14を形成した絶縁基板15を形成する。
【0033】次に、絶縁基板15の上面の歪抵抗素子1
9を設ける位置にメタルグレーズ系ペースト(図示せ
ず)を印刷した後、約130℃で約10分間乾燥する。
【0034】次に、サーミスタ抵抗ペースト(図示せ
ず)を絶縁基板15の上面の温度特性調整抵抗21を設
ける位置に印刷した後、この絶縁基板15を約850℃
で約10分間焼成し、絶縁基板15に4つの歪抵抗素子
19および温度調整用抵抗21を形成する。
【0035】次に、絶縁基板15の上面に位置して銀の
ペースト(図示せず)を印刷し、約600℃で約10分
間焼成し、絶縁基板15の上面に電源電極16、一対の
出力電極17、GND電極18、抵抗値測定電極22お
よび回路パターン20を形成する。
【0036】このとき、絶縁基板15におけるアルミニ
ウムを含有する基板11の上面は熱によって酸化され、
基板11の上面のうち第2の絶縁層14を形成しない箇
所にアルミナからなる保護皮膜12が形成される。
【0037】次に、絶縁基板15の電源電極16、一対
の出力電極17、GND電極18および抵抗値測定電極
22を除く絶縁基板15の上面にガラスからなるペース
ト(図示せず)を印刷した後、約600℃で約10分間
焼成し、絶縁基板15の上面に保護層23を形成する。
【0038】最後に、電源電極16を電源(図示せず)
に接続し、電圧を印加するとともに、GND電極18を
接地した状態において、絶縁基板15の周囲温度を変化
させて一対の出力電極17の温度変化による出力変化が
互いに等しくなるように一対の温度特性調整抵抗21を
トリミングする。
【0039】以上のようにして組み立てられた歪検出装
置について、次にその動作を説明する。
【0040】絶縁基板15の中央部にせん断荷重が付加
されると、このせん断荷重により絶縁基板15の表面に
歪が発生し、絶縁基板15の上面に設けた4つの歪抵抗
素子19にも歪が発生する。この歪抵抗素子19に歪が
発生するとこの歪抵抗素子19の抵抗値が変化するた
め、この抵抗値の変化を一対の出力電極17からブリッ
ジ回路としての出力を外部のコンピュータ(図示せず)
に出力し、絶縁基板15に加わる荷重を測定するもので
ある。
【0041】ここで、歪検出装置が湿度の高い雰囲気中
で使用される場合を考えると、本発明の一実施の形態に
おける歪検出装置においては、第1の絶縁層13を吸湿
しないSiO2としたため、基板11が錆びるのを防止
できるという効果が得られるものである。
【0042】なお、本発明の一実施の形態における歪検
出装置においては、薄膜からなる第1の絶縁層13をC
VD薄膜製造法にて設けることとしたが、蒸着あるいは
スパッタリングにて形成しても同様の効果を有するもの
である。
【0043】また、本発明の一実施の形態における歪検
出装置においては、4つの歪抵抗素子19を設けてブリ
ッジ回路を構成したが、2つの歪抵抗素子を設けて、ハ
ーフブリッジ回路を構成してもよいものである。
【0044】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1の絶
縁層を薄膜とするとともに、第2の絶縁層を厚膜とした
ため、厚膜からなる第2の絶縁層により、機械的な外力
から基板を保護するとともに、薄膜からなる第1の絶縁
層にはピンホールが発生しないので、絶縁基板の上面に
Agからなるペーストをスクリーン印刷する際に、Ag
からなるペーストが第2の絶縁層におけるピンホールを
伝わって、基板に到達しようとしても、第1の絶縁層が
壁となり基板への到達を防止するから、電源電極、出力
電極、あるいは回路パターンが基板と導通することがな
くなり、出力特性の安定した歪検出装置を提供すること
ができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の歪検出装置の側断面図
【図2】同上面図
【図3】同要部である第1の絶縁層を形成する状態を説
明するプラズマCVD装置の模式図
【図4】従来の歪検出装置の側断面図
【図5】同上面図
【図6】同回路図
【符号の説明】
11 基板 13 第1の絶縁層 14 第2の絶縁層 15 絶縁基板 16 電源電極 17 出力電極 18 GND電極 19 歪抵抗素子 20 回路パターン 23 保護層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性の金属からなる基板と、この基板
    の上面に設けた第1の絶縁層と、この第1の絶縁層の上
    面に設けた第2の絶縁層とからなる絶縁基板と、この絶
    縁基板の上面に設けた電源電極、出力電極およびGND
    電極と、前記絶縁基板の上面に設けるとともに電源電
    極、出力電極およびGND電極に電気的に接続すること
    によりブリッジ回路を構成する少なくとも2つの歪抵抗
    素子と、前記絶縁基板および歪抵抗素子の上面を覆うよ
    うに設けた保護層とを備え、前記第1の絶縁層を薄膜で
    構成するとともに第2の絶縁層を厚膜で構成した歪検出
    装置。
  2. 【請求項2】 第2の絶縁層を第1の絶縁層の上面、側
    面および基板の上面にわたって設けた請求項1に記載の
    歪検出装置。
  3. 【請求項3】 第1の絶縁層をSiO2とした請求項1
    に記載の歪検出装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084539A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Alps Electric Co., Ltd. 荷重センサ

Cited By (3)

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WO2009084539A1 (ja) * 2007-12-27 2009-07-09 Alps Electric Co., Ltd. 荷重センサ
JPWO2009084539A1 (ja) * 2007-12-27 2011-05-19 アルプス電気株式会社 荷重センサ
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