JP2011196957A - 歪ゲージの抵抗値調節方法及び歪ゲージ並びに圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】歪受感部の面積を小さくでき、且つ、抵抗値を調節しても歪みに対する検出感度や抵抗特性が変化しない歪ゲージの抵抗値調節方法を提供することを目的とする。また、その抵抗値調節方法で抵抗値を調節した歪ゲージと、その歪ゲージを用いたダイヤフラム型の圧力センサを提供することを目的とする。
【解決手段】歪ゲージ２０は、歪受感部２０Ｂ、２０Ｄがダイヤフラム１４の中央部１４Ｘに配置され、歪受感部２０Ａ、２０Ｃがダイヤフラム１４の周辺部１４Ｙに配置される。歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値調節は、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの表面全体を覆うように導電性ゲル２２を配置した後、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄを陽極として電圧を印加し、歪ゲージ２０の表面全体に陽極酸化膜を形成し、さらに、陽極酸化膜の厚みを調節することによって、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値を調節する。
【選択図】図３

Description

本発明は歪ゲージの抵抗値調節方法及び歪ゲージ並びに圧力センサに係り、特にブリッジ回路を成す歪ゲージの抵抗値調節方法、及び、抵抗値を調節した歪ゲージ、並びに、その歪ゲージを用いたダイヤフラム型の圧力センサに関する。

車のエンジンやその試験等で使用される圧力センサの一つとしてダイヤフラム型圧力センサが知られている。この圧力センサは、金属等から成るダイヤフラムに歪ゲージが取り付けられており、ダイヤフラムの変形を歪ゲージで電気信号に変換することによって圧力を検出している（たとえば特許文献１参考）。

ところで、歪ゲージは一般にホイーストンブリッジ回路を構成するように組み込まれる。その場合、歪ゲージは各抵抗値が一致するように（すなわち無負荷時のブリッジ回路の出力電圧が零となるように）調節する必要がある。そこで従来は、歪受感部を成すメイン抵抗の抵抗値を予め小さく設計するとともに、メイン抵抗と同一の特性を有するトリミング用抵抗をメイン抵抗に直列に付加している。トリミング抵抗としては、ラダーパターンが一般的であり、その一部（ラダー）をレーザ・ビーム等でカットすることによって、全体の抵抗値を増加させながら調節している。また、抵抗値の微調節（たとえば最小ラダー単位以下の調節）は、抵抗パターンを直接切って実効長さを増加させることによって調節している。

特開2009-168537

しかしながら、従来の歪ゲージは、抵抗値を調節する前のメイン抵抗を予め小さい抵抗値に設計する必要があり、歪受感部の面積を必要以上に大きく設計していた。このため、歪受感部を狭い領域に配置することが困難であり、局所的な歪変化を精度良く検出することが困難であるという問題があった。特に、上述したダイヤフラム型圧力センサは、ダイヤフラムにおいて歪み変化の大きい部分が狭い領域に限られており、その狭い領域に歪受感部を配置することが難しいため、圧力を高精度で検出することができないという問題があった。また、従来の歪ゲージは、歪受感部を必要以上に大きく設計する必要があるため、圧力センサを小型化できないという問題があった。

さらに、従来の歪ゲージは、トリミング用抵抗を別途設けているが、このトリミング用抵抗は、最適位置から外れた場所に配置することになり、これを削った場合には、歪みに対する検出感度が変化するという問題があった。

なお、トリミング用抵抗を用いずに、メイン抵抗（感圧抵抗）そのものに切り込みを入れて抵抗値の増加を図る方法も考えられる。しかし、その場合には、歪みに対する抵抗特性が変化するという問題が生じる。たとえば、切り込みを行う方向が異なると、感圧特性が変化し、歪抵抗の増加特性に差が生じるという問題が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、歪受感部の面積を小さくでき、且つ、抵抗値を調節しても歪みに対する検出感度や抵抗特性が変化しない歪ゲージの抵抗値調節方法を提供することを目的とする。また、その抵抗値調節方法で抵抗値を調節した歪ゲージと、その歪ゲージを用いたダイヤフラム型の圧力センサを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、絶縁面上に金属膜として形成された歪受感部を有する歪ゲージの抵抗値調節方法において、前記歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成することによって、前記歪受感部の抵抗値を調節することを特徴とする。

本発明によれば、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成することによってその抵抗値を調節するので、歪受感部の面積を変化させずに抵抗値を調節できる。したがって、抵抗値調節前の歪受感部の面積を必要以上に大きくする必要がないので、歪受感部を狭い部分に配置することができ、局所的な歪みを精度良く測定することができる。これにより、たとえば圧力センサのダイヤフラムのように、歪みの変化が局所で発生する場合であっても歪みを精度良く検出でき、圧力を精度良く測定することができる。

また、本発明によれば、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成することによって歪受感部の抵抗値を調節するので、抵抗値を調節しても歪みに対する抵抗特性や検出感度は変化しない。すなわち、従来の如く、歪受感部の一部をカットした場合は歪受感部の位置、面積、方向が変化し、歪みに対する抵抗特性が変化するという問題が生じるが、本発明は、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成するだけなので、抵抗値を調節しても歪受感部の位置、面積、方向は全く変化せず、歪みに対する抵抗特性は変化しない。また、従来の如く、トリミング用抵抗を別途設けた場合は、トリミング用抵抗をカットすることによって歪みに対する検出感度が変化するが、本発明は、トリミング用抵抗を設けずに歪受感部に陽極酸化膜を形成するだけなので、抵抗値を調節しても歪みに対する検出感度は変化しない。したがって、本発明によれば、抵抗特性や検出感度が変化しないので、常に精度の良い測定を行うことができる。

請求項２に記載の発明は前記目的を達成するために、絶縁面上に金属膜として形成された複数の歪受感部を有する歪ゲージの抵抗値調節方法において、前記複数の歪受感部のうちの少なくとも１以上の歪受感部を選択し、その表面全体に前記陽極酸化膜を形成することを特徴とする。本発明によれば、複数の歪受感部のいずれかを選択して陽極酸化膜を形成するので、陽極酸化膜を形成した歪受感部の抵抗値が大きくなり、歪受感部の抵抗値のバランスを調節することができる。したがって、たとえば複数の歪受感部によってブリッジ回路を形成する場合、そのうちの１または複数の歪受感部に陽極酸化膜を形成することによって、ブリッジ回路の抵抗バランスを調節することができる。

請求項３に記載の発明は請求項２の発明において、前記複数の歪受感部のうちの少なくとも２以上の歪受感部に、膜厚の異なる前記陽極酸化膜を形成することを特徴とする。本発明によれば、膜厚の異なる陽極酸化膜を形成するので、各歪受感部の抵抗値を個別に精度良く調節することができる。したがって、複数の歪受感部によってブリッジ回路を形成する場合に、そのブリッジ回路の抵抗バランスを精度良く調節することができる。

請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記陽極酸化膜の形成は、前記歪受感部の表面全体を覆うように導電性ゲルを配置し、該歪受感部を陽極として印加時間または印加電圧を調節しながら電圧をかけることを特徴とする。本発明によれば、歪受感部を覆うように導電性ゲルを配置して電圧をかけるだけなので、陽極酸化膜を容易に形成することができる。すなわち、他の部分にマスキングを行う必要がなく、マスキングを行う場合よりも、容易に陽極酸化膜を形成することができる。

請求項５に記載の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記歪ゲージは、圧力センサのダイヤフラムの面上においてブリッジ回路を構成することを特徴とする。本発明は特に、圧力センサのダイヤフラム面上でブリッジ回路を構成する歪ゲージの抵抗値調節方法として有効である。すなわち、圧力センサのダイヤフラムは、歪みが大きく変化する測定最適部分が非常に狭いという問題があるが、本発明の抵抗値調節方法を適用することによって歪受感部を最初から小さくすることができ、歪受感部を測定最適部分に配置することができる。また、ダイヤフラム面上でブリッジ回路を形成する場合には、抵抗値の調節時に歪みに対する抵抗特性や検出感度が変化しやすいという問題があるが、本発明では、陽極酸化膜を形成して抵抗値を調節するので、歪みに対する抵抗特性や検出感度が変化しない。したがって、高精度の圧力センサを実現することができる。

請求項６に記載の発明は前記目的を達成するために、絶縁面上に金属膜として形成された歪受感部を有する歪ゲージにおいて、前記歪受感部は、表面全体に陽極酸化膜が形成されることを特徴とする。本発明によれば、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜が形成されているので、陽極酸化膜が保護膜として働き、経時劣化を防止することができる。また、本発明によれば、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜が形成されるので、十分な耐久性を備える。すなわち、従来の如く陽極酸化膜を形成せずに歪受感部の抵抗をカットして抵抗値を調節した場合には、調節後に歪受感部の耐久性が低下するという問題が生じるが、本発明はこれを防止することができる。

請求項７に記載の発明は前記目的を達成するために、絶縁面上に金属膜として形成された複数の歪受感部を有する歪ゲージにおいて、前記複数の歪受感部のうちの少なくとも１以上の歪受感部は、その表面全体に陽極酸化膜が形成されることを特徴とする。本発明によれば、複数の歪受感部のうちの少なくとも１以上の歪受感部において、その表面全体に陽極酸化膜が形成されるので、その歪受感部において他の歪受感部と同様に、十分な耐久性を有する。すなわち、従来の如く陽極酸化膜を形成せずに歪受感部をカットして抵抗値を調節した場合には、その歪受感部だけが調節後に耐久性が低下するという問題が生じるが、本発明はこれを防止することができる

請求項８に記載の発明は請求項７の発明において、前記複数の歪受感部のうちの少なくとも２以上の歪受感部に、膜厚の異なる前記陽極酸化膜が形成されることを特徴とする。本発明によれば、複数の歪受感部に膜厚の異なる陽極酸化膜が形成されており、各歪受感部の抵抗値が個別に調節されているが、この場合にも陽極酸化膜の厚みが異なるだけなので、各歪受感部で耐久性が大きく異なることがない。

請求項９に記載の発明は前記目的を達成するために、被測定対象の圧力によって変形するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの面上に絶縁膜を介して設けられ、前記ダイヤフラムの変形を検出する請求項６〜８のいずれか１に記載の歪ゲージと、を備えたことを特徴とする圧力センサを提供する。

ダイヤフラムと歪ゲージを備えた圧力センサは、その構造上、歪ゲージの歪受感部をダイヤフラムの変形が大きい測定最適部分に配置する必要があるが、その測定最適部分は非常に狭いという問題がある。本発明の歪ゲージは、陽極酸化膜が形成されることによって抵抗値が調節されているので、歪受感部の面積を予め大きく形成する必要がなく、ダイヤフラムの狭い測定最適部分にも取り付けることができる。したがって、圧力センサの精度を向上できるとともに、圧力センサを小型化することができる。また、本発明の歪ゲージは、トリミング用抵抗が不要であり、且つ、歪受感部の位置、面積、方向が変化することがないので、常に精度の良い測定を行うことができる。

本発明によれば、歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成することによって歪受感部の抵抗値を調節するので、歪受感部の面積を予め大きくする必要がなく、局所的な歪みを精度良く測定することができる。また、本発明によれば、トリミング用抵抗を別途設ける必要がないので、抵抗値を調節しても、歪みに対する検出感度が変化せず、常に精度の良い測定を行うことができる。さらに、本発明によれば、抵抗値を調節しても、歪受感部の位置、面積、方向が変化しないので、歪みに対する抵抗特性は変化せず、常に精度の良い測定を行うことができる。

本発明が適用された圧力センサの断面図 圧力センサの主要部を示す斜視図 図２の主要部の断面図 本発明が適用された歪ゲージの正面図 本発明の歪ゲージの抵抗値調節方法を説明する説明図

以下、添付図面に従って、本発明に係る歪ゲージの抵抗値調節方法及び歪ゲージ並びに圧力センサの好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明が適用された圧力センサ１０の断面図である。

これらの図に示す圧力センサ１０は主として、ハウジング部材１２と、ダイヤフラム部材１３によって構成されている。ハウジング部材１２は、金属材によって略筒状に形成されており、外周面の中間部（凸状の部分）に雄ねじ（不図示）が形成され、この雄ねじによって被測定対象（不図示）に取り付けられる。ハウジング部材１２の上部には、コネクタ部材（不図示）が設けられており、後述の歪ゲージ２０に接続されたケーブルがコネクタを介して引き出される。

ハウジング部材１２の先端（図中、下端）には、ダイヤフラム部材１３が溶接等によって固定されている。ダイヤフラム部材１３は、ステンレス等の金属材によって略筒状に形成されており、その内部は被測定対象に連通される。

図２はダイヤフラム部材１３を示す斜視図であり、図３はその断面図である。なお、図３は、説明のために一部の部材の厚みを増して示している。これらの図に示すように、ダイヤフラム部材１３の端面には、薄肉状のダイヤフラム１４が一体的に形成されており、ダイヤフラム部材１３の内圧（すなわち、被測定対象の圧力）によってダイヤフラム１４が弾性的に変形するようになっている。以下、被測定対象の圧力（ダイヤフラム部材１３の内圧）が増加する場合を正圧とし、減少する場合を負圧とする。なお、ダイヤフラム１４の材質は金属に限定されるものではなく、セラミック、ガラス、ゴム、プラスチック材料など、弾性的に変形する材質であればよい。

ダイヤフラム１４の外側の表面は鏡面仕上げされており、その表面には図３に示すように絶縁膜１６が形成されている。絶縁膜１６の材質は、特に限定されるものではなく、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３等の公知のものが適宜選択され、必要に応じて複数の素材を積層した複合膜が選択される。たとえばダイヤフラム１４の材質がＳＵＳであり、後述の歪ゲージ２０の材質がＴａＮである場合には、密着力と強度の面から、Ｔａ_２Ｏ_５−ＳｉＯ_２−Ｔａ_２Ｏ_５の複合膜が蒸着（スパッタリング）によって形成される。

絶縁膜１６の表面には、歪ゲージ２０が設けられている。歪ゲージ２０は、薄い金属膜によって形成されたパターンであり、たとえば、ＴａやＴａＮなどの金属を蒸着（スパッタリング）によって成膜した後、エッチングすることによって形成される。歪ゲージ２０の材質は、陽極として電気分解反応が生じた際に陽極酸化皮膜を形成するような金属が選択される。

歪ゲージ２０の表面側には、保護膜１８が設けられている。保護膜１８は、歪ゲージ２０に対して密着力に優れ、且つ、強度的に十分なものであればよく、たとえばＴａ_２Ｏ_５とＳｉＮの複合膜が保護膜１８として形成される。保護膜１８の形成は、後述する抵抗値の調節後に行われ、ダイヤフラム１４の全面において均一な厚みを有するように行われる。なお、保護膜１８は、歪ゲージ２０のうち後述の陽極酸化膜がない部分のみに設けてもよい。すなわち、本実施の形態では、抵抗値を調節した際に陽極酸化膜が形成され、この陽極酸化膜が保護膜として作用するので、陽極酸化膜を設けた部分には保護膜１８を設けない態様も可能である。

図４はダイヤフラム１４の正面図を示している。同図に示すように、歪ゲージ２０は、４つの歪受感部（いわゆるグリッド）２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと、５つの端子部２０Ｐ、２０Ｑ、２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔを備えている。歪受感部２０Ａ〜２０Ｄは、測定対象（ダイヤフラム１４）の伸縮によって抵抗値が変化するように形成された金属箔のパターンであり、たとえば他の部分よりも幅狭で細長い多数のラインが繰り返し折り返されて平行に配置されている。４つの歪受感部２０Ａ〜２０Ｄのうち、２つの歪受感部２０Ｂ、２０Ｄはダイヤフラム１４の中央部１４Ｘに配置され、残りの２つの歪受感部２０Ａ、２０Ｃはリング状の周辺部１４Ｙに配置される。ここで、中央部１４Ｘとは、ダイヤフラム１４に正圧が加わった際に外向きの垂直弾性ひずみが最も大きくなり、ダイヤフラム１４に負圧が加わった際に内向きの垂直弾性ひずみが最も大きくなる部分であり、ダイヤフラム１４の中心部において全体の径のおよそ１／３程度の径を有する円形（すなわち二点鎖線Ｘ１で囲まれる部分）に形成される。一方、周辺部１４Yは、ダイヤフラム１４に正圧が加わった際に内向きの垂直弾性ひずみが最も大きくなり、ダイヤフラム１４に負圧が加わった際に外向きの垂直弾性ひずみが最も大きくなる部分であり、中央部１４Ｘと縁との中間位置にリング状（すなわち、二点鎖線Ｙ１、Ｙ２で囲まれる部分）に形成される。なお、抵抗値を調節する前の歪ゲージ２０は全体が一様な厚みで形成されており、且つ、陽極酸化膜を形成する分だけ厚く形成されている。

５つの端子部２０Ｐ〜２０Ｔのうち、端子部２０Ｐは歪受感部２０Ｄと歪受感部２０Ａとの間に配置され、その両方に電気的に接続されている。同様に、端子部２０Ｑは歪受感部２０Ａと歪受感部２０Ｂとの間に配置され、その両方に接続されており、端子部２０Ｒは歪受感部２０Ｂと歪受感部２０Ｃとの間に配置され、その両方に接続されている。また、端子部２０Ｓは、歪受感部２０Ｃのみに接続され、端子部２０Ｔは歪受感部２０Ｄのみに接続されている。端子部２０Ｓと端子部２０Ｔは近接して配置されており、使用する際（すなわち、後述の抵抗値調節の後）に接続される。

また、端子部２０Pと端子部２０Ｒは使用する際に入力側に接続され、端子部２０Ｑと端子部２０Ｓ（または２０Ｔ）は出力側に接続される。あるいは、端子部２０Ｐと端子部２０Ｒが出力側に接続され、端子部２０Ｑと端子部２０Ｓ（または２０Ｔ）が入力側に接続される。これによりホイーストンブリッジ回路が構成される。

このようにホイーストンブリッジ回路を構成する場合、各歪受感部２０Ａ〜２０Ｄは抵抗値を予め一致させておく必要がある。以下、各歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値調節方法について、図５に従って説明する。

図５は、本発明に係る抵抗値調節方法の一例として、歪受感部２０Ａの抵抗値を調節する例を示している。抵抗値を調節する際はまず、端子部２０Ｐと端子部２０Ｑを電圧印加装置２４に接続する。電圧印加装置２４は印加電圧を調節できる機能を有するものを使用し、歪受感部２０Ａが陽極となるように陰極側の電極を接続する。

次に、歪受感部２０Ａの表面全体を覆うように導電性ゲル２２を配置する。導電性ゲル２２は、電解液をゲル状にしたものであり、たとえばクエン酸、リン酸、エチレン・グリコール、アルギン酸、あるいはそれらの組み合わせ等から選択される。また、導電性ゲル２２は、歪受感部２０Ａの表面全体に確実に接触することができ、且つ、必要以上に濡れ広がらない（すなわち、他の歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄに接触しない）粘度に調節されて使用される。

次に電圧印加装置２４の陽極側の電極を導電性ゲル２２に接続する。その際、電極が歪受感部２０Ａに接触しないようにする。次に、電圧印加装置２４によって導電性ゲル２２に電圧をかける。これにより、酸化還元反応（電気分解反応）が起こり、陽極の歪受感部２０Ａの表面全体で陽極酸化膜が形成される。したがって、歪受感部２０Ａのうち電気伝導体の部分（すなわち、陽極酸化していない部分）は厚みが小さくなり、抵抗値が増加する。これにより歪受感部２０Ａの抵抗値を調節することができる。

抵抗値の微調節は、上記の印加操作を繰り返し行うとよい。陽極酸化膜の厚みは印加時間や印加電圧に応じて増加するので、上記の印加操作を繰り返し行ってトータルの印加時間を増加したり、印加電圧を徐々に大きくしたりすることによって、陽極酸化膜の厚みを徐々に大きくすることができ、抵抗値を微調節することができる。

具体的な操作方法としては、最初の印加を行った後、端子部２０Ｐと端子部２０Ｑに抵抗測定装置（不図示）を接続し、歪受感部２０Ａの抵抗値を測定する。そして、その測定値が設定値よりも小さい場合は再び、歪受感部２０Ａを陽極として電圧を印加する。これにより、トータルの印加時間が増加するので、陽極酸化膜の厚みが増加し、歪受感部２０の抵抗値を増加させることができる。このような操作を繰り返すことによって、歪受感部２０Ａの抵抗値を徐々に増加させ、設定値にすることができる。なお、複数回の印加操作を行う際に電圧を徐々に増加させるようにしてもよい。

歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄも同様にして抵抗値を調節する。すなわち、各歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄに対して個別に、その表面全体を覆うように導電性ゲル２２を配置し、各歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄを陽極として電圧を印加する。これにより、歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄには陽極酸化膜が形成され、その厚みを調節することによって、各歪受感部２０Ｂ〜２０Ｄの抵抗値を調節することができる。

なお、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの抵抗値調節は必要に応じて行えばよく、いずれかの歪受感部２０Ａ〜２０Ｄだけに陽極酸化膜を形成してもよいし、全ての歪受感部２０Ａ〜２０Ｄに陽極酸化膜を形成してもよい。また、複数（或いは全部）の歪受感部２０Ａ〜２０Ｄに陽極酸化膜を形成する場合には、当然のことながら、各歪受感部２０Ａ〜２０Ｄに異なる厚みの陽極酸化膜を形成してもよい。特に、陽極酸化膜を保護膜として利用する場合は、全ての歪受感部２０Ａ〜２０Ｄに陽極酸化膜を形成し、各歪受感部２０Ａ〜２０Ｄで厚みを変えるとよい。そのような場合にも、各歪受感部２０Ａ〜２０Ｄは、全体の厚みが略変わらないので、歪みに対する検出感度に差が生じず、且つ、耐久性の面で優れている。

次に上記の如く構成された歪ゲージ２０及び圧力センサ１０の作用について説明する。

圧力センサ１０のダイヤフラム１４において、垂直弾性ひずみが大きく変化する部分は非常に狭い範囲に限られており、中央部１４Ｘと周辺部１４Ｙだけが大きく変化する。このため、ダイヤフラム１４の変形を歪ゲージ２０で精度良く測定するためには、歪ゲージ２０の歪受感部２０Ａ〜２０Ｄをダイヤフラム１４の中央部１４Ｘと周辺部１４Ｙに配置する必要がある。

ところで、従来の歪ゲージは、必要以上に面積が大きいメイン抵抗と、トリミング用抵抗とを設け、トリミング用抵抗をカットすることによって抵抗値の調節を行っている。したがって、従来の歪ゲージはメイン抵抗の面積が大きいために、ダイヤフラム１４の中央部１４Ｘや周辺部１４Ｙに配置することが難しく、中央部１４Ｘや周辺部１４Ｙから外れて配置した場合には精度が低下するという問題が発生する。さらに、圧力センサ１０を小型化してダイヤフラム１４を小さくする場合には、この問題が顕著になるので、圧力センサ１０を小型化できないという問題がある。

また、従来の歪ゲージは、トリミング用抵抗を別途設けており、このトリミング用抵抗は通常、中央部１４Ｘや周辺部１４Ｙに配置することが難しいので、それ以外の部分（すなわち歪みに対する変化が比較的小さい部分）に配置している。このため、トリミング用抵抗を削ると、歪みに対する検出感度が変化するという問題が発生する。また、従来の歪ゲージは、メイン抵抗をカットした際に歪受感部の位置、面積、方向のいずれかが変化することになり、歪みに対する抵抗特性が変化するという問題がある。このため、従来の歪ゲージは、抵抗値を調節する前後で、歪みに対する検出感度や抵抗特性が変化し、常に一定の精度で測定することができないという問題があった。

これに対して、本実施の形態の歪ゲージ２０は、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの表面全体に陽極酸化膜を形成して抵抗値を調節するので、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄを予め大きな面積で形成する必要がない。したがって、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの面積が小さいので、ダイヤフラム１４の中央部１４Ｘや周辺部１４Ｙなどの狭い部分にも配置することができる。これにより、ダイヤフラム１４の変形を歪ゲージ２０で精度良く検出することができ、圧力を精度良く（たとえば総合誤差０．３％以下となるように）測定することができる。また、圧力センサ１０の小型化にも対応することができ、小型の圧力センサ１０であっても、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄをダイヤフラム１４の中央部１４Ｘと周辺部１４Ｙに配置して精度の良い測定を行うことができる。

また、本実施の形態の歪ゲージ２０は、トリミング用抵抗を別途設ける必要がなく、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄだけで抵抗値を調節するので、抵抗値を調節しても、歪みに対する検出感度が変化しない。さらに、本実施の形態の歪ゲージ２０は、歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの表面に陽極酸化膜を形成することによって抵抗値を調節するので、抵抗値を調節しても歪受感部２０Ａ〜２０Ｄの位置、面積、方向は変化せず、歪みに対する抵抗特性は変化しない。したがって、本実施の形態によれば、抵抗値を調節する前後において、歪みに対する検出感度や抵抗特性が変化しないので、常に精度の良い測定を行うことができる。

また、本実施の形態によれば、導電性ゲル２２を用いるので、他の部分にマスキングを行う必要がなく、マスキングを行う場合よりも容易に陽極酸化膜を形成することができる。

なお、上述した実施形態は、導電性ゲル２２を用いたが、これに限定するものではなく、液状の電解液を用いるようにしてもよい。この場合、陽極酸化膜を形成する歪受感部２０Ａ〜２０Ｄ以外の部分にマスキングを行うとよい。

また、歪ゲージ２０の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な態様が可能である。たとえば、上述した実施形態では、歪ゲージ２０を蒸着（スパッタリング）によって形成したが、これに限定するものではなく、歪ゲージ２０を絶縁性のベース上に形成し、そのベースを接着剤によってダイヤフラム１４に貼り付けてもよい。また、上述した実施の形態は、４つの歪受感部２０Ａ〜２０Ｄを設けたが、これに限定するものではなく、歪受感部が１〜３個や５個以上であってもよい。さらに、上述した歪ゲージ２０において、温度に関する補正手段、たとえば感温抵抗をブリッジに組み込むようにしてもよい。

また、上述した実施形態は、一定の厚みで形成されたダイヤフラム１４の例で説明したが、これに限定するものではなく、ダイヤフラム１４の厚みを位置によって変化させてもよい。この場合、ダイヤフラム１４が変形しやすい薄い部分に歪受感部２０Ａ〜２０Ｄを設けるとよい。

さらに、上述した実施形態は、圧力センサ１０に取り付ける歪ゲージ２０の例で説明したが、これに限定するものではなく、他のセンサに取り付ける歪ゲージに本発明を適用してもよい。たとえば、起歪体に取り付ける歪ゲージに対して本発明を適用してもよい。

１０ 圧力センサ
１２ ハウジング部材
１３ ダイヤフラム部材
１４ ダイヤフラム
１６ 絶縁膜
１８ 保護膜
２０ 歪ゲージ
２０Ａ〜２０Ｄ 歪受感部
２０Ｐ〜２０Ｔ 端子部
２２ 導電性ゲル
２４ 電圧印加装置

Claims (9)

1. 絶縁面上に金属膜として形成された歪受感部を有する歪ゲージの抵抗値調節方法において、
   前記歪受感部の表面全体に陽極酸化膜を形成することによって、前記歪受感部の抵抗値を調節することを特徴とする歪ゲージの抵抗値調節方法。
2. 絶縁面上に金属膜として形成された複数の歪受感部を有する歪ゲージの抵抗値調節方法において、
   前記複数の歪受感部のうちの少なくとも１以上の歪受感部を選択し、その表面全体に前記陽極酸化膜を形成することを特徴とする歪ゲージの抵抗値調節方法。
3. 前記複数の歪受感部のうちの少なくとも２以上の歪受感部に、膜厚の異なる前記陽極酸化膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の歪ゲージの抵抗値調節方法。
4. 前記陽極酸化膜の形成は、前記歪受感部の表面全体を覆うように導電性ゲルを配置し、該歪受感部を陽極として印加時間または印加電圧を調節しながら電圧をかけることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の歪ゲージの抵抗値調節方法。
5. 前記歪ゲージは、圧力センサのダイヤフラムの面上においてブリッジ回路を構成することを特徴とする請求項１〜４に記載の歪ゲージの抵抗値調節方法。
6. 絶縁面上に金属膜として形成された歪受感部を有する歪ゲージにおいて、
   前記歪受感部は、表面全体に陽極酸化膜が形成されることを特徴とする歪ゲージ。
7. 絶縁面上に金属膜として形成された複数の歪受感部を有する歪ゲージにおいて、
   前記複数の歪受感部のうちの少なくとも１以上の歪受感部は、その表面全体に陽極酸化膜が形成されることを特徴とする歪ゲージ。
8. 前記複数の歪受感部のうちの少なくとも２以上の歪受感部に、膜厚の異なる前記陽極酸化膜が形成されることを特徴とする請求項７に記載の歪ゲージ。
9. 被測定対象の圧力によって変形するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの面上に絶縁膜を介して設けられ、前記ダイヤフラムの変形を検出する請求項６〜８のいずれか１に記載の歪ゲージと、
   を備えたことを特徴とする圧力センサ。

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