JP2013079837A - Surface pressure sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface pressure sensor which has small variation with time and small temperature dependence, capable of measuring accurate values through repetitive use.SOLUTION: A surface pressure sensor comprises a substrate 11, and a plurality of metal resistance strain gauges 12 which are directly disposed on the substrate 11. The lower face side of the substrate 11 is provided with recesses 14 at the positions corresponding to the one or more metal resistance strain gauges 12 such that the substrate 11 is deformable.

Description

本発明は、圧力分布を測定するための面圧センサに関する。   The present invention relates to a surface pressure sensor for measuring a pressure distribution.

例えば、プレス圧やロール圧等を測定するために、シート状の面圧センサが一般的に用いられている。以下、従来より知られている面圧センサ及び圧力測定方法の例を説明する。
特許文献1に示す面圧センサは、可撓性の2枚のフィルム間に、直交する方向に配列された行電極と列電極とを配置し、この行電極と列電極の間には感圧性導電インクを介在させている。
この面圧センサに圧力を付与すると、場所によって行電極と列電極との間の抵抗値が異なるため、各交点における抵抗値を検出することにより圧力分布の測定が可能である。
For example, a sheet-like surface pressure sensor is generally used to measure press pressure, roll pressure, and the like. Hereinafter, examples of conventionally known surface pressure sensors and pressure measuring methods will be described.
In the surface pressure sensor shown in Patent Document 1, a row electrode and a column electrode arranged in an orthogonal direction are arranged between two flexible films, and a pressure sensitive property is provided between the row electrode and the column electrode. Conductive ink is interposed.
When a pressure is applied to the surface pressure sensor, the resistance value between the row electrode and the column electrode differs depending on the location. Therefore, the pressure distribution can be measured by detecting the resistance value at each intersection.

また、特許文献2に示す圧力測定方法は、加圧されることによって発色状態が変化する圧力測定フィルム(いわゆる加圧紙)を用いる。この測定方法では、測定対象部材の間に圧力測定フィルムを、弾性シート等を介在させて挟み込み、発色状態の変化から圧力分布を読み取るようにしている。   Moreover, the pressure measurement method shown in Patent Document 2 uses a pressure measurement film (so-called pressure paper) whose color development state changes when pressed. In this measurement method, a pressure measurement film is sandwiched between members to be measured with an elastic sheet or the like interposed therebetween, and a pressure distribution is read from a change in color development state.

特許第3089455号公報Japanese Patent No. 3089455 特許第3911363号公報Japanese Patent No. 3911363

上記の特許文献1に記載された面圧センサは、経時変化や温度依存性が大きく、測定された圧力値の信頼性が低いという課題がある。
また、特許文献2に記載された圧力測定方法では、圧力測定フィルムは1回しか使用できないため、繰り返し使用したいという課題がある。また色の濃淡で圧力を判断しなくてはならないため、正確な値での測定ができないという課題もある。
The surface pressure sensor described in the above-mentioned Patent Document 1 has a problem that a change with time and temperature dependence are large, and the reliability of the measured pressure value is low.
Moreover, in the pressure measuring method described in Patent Document 2, since the pressure measuring film can be used only once, there is a problem that it is desired to use it repeatedly. In addition, since the pressure must be determined based on the shade of the color, there is a problem that measurement with an accurate value cannot be performed.

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、経時変化や温度依存性が小さく、また繰り返し使用できて正確な値を測定可能な面圧センサを提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a surface pressure sensor that is small in change with time and temperature dependency, can be repeatedly used, and can measure an accurate value.

本発明にかかる面圧センサによれば、基板と、該基板上に直接形成された複数の金属抵抗型ひずみゲージとを具備し、前記基板の下面側には、1又は複数の金属抵抗型ひずみゲージに対応する位置に、基板が変形可能となるような凹部が形成されていることを特徴としている。
これにより、上記の特許文献1のような感圧性導電インクを用いた場合には数%/℃の温度変化による面圧センサの出力変動であったのが、面圧センサの受感素子として抵抗温度係数が小さい金属抵抗型ひずみゲージを採用することで1%/℃以下の温度変化による面圧センサの出力変動を達成することができた。したがって本発明の面圧センサは、温度依存性を小さくすることができ、また経時変化も小さく、繰り返し使用可能である。そして、正確な圧力値を測定できる。
そして、金属抵抗型ひずみゲージは、基板に直接形成されているので、極めて微少な間隔で、金属抵抗型ひずみゲージを配置することができ、より細かい圧力分布の測定が可能となる。さらに、金属抵抗型ひずみゲージを基板に直接形成することで、薄型化した面圧センサとすることができ、且つ面圧センサの製造段階において、大幅な工数削減を図ることができるとともに、各ひずみゲージの貼り付け時のばらつきを低減し、測定精度の向上にも寄与する。
According to the surface pressure sensor of the present invention, the substrate includes a substrate and a plurality of metal resistance strain gauges directly formed on the substrate, and one or more metal resistance strains are provided on the lower surface side of the substrate. A recess is formed at a position corresponding to the gauge so that the substrate can be deformed.
As a result, when the pressure-sensitive conductive ink as in Patent Document 1 is used, the output fluctuation of the surface pressure sensor due to the temperature change of several% / ° C. is the resistance as the sensor element of the surface pressure sensor. By adopting a metal resistance strain gauge with a small temperature coefficient, it was possible to achieve output fluctuation of the surface pressure sensor due to a temperature change of 1% / ° C. or less. Therefore, the surface pressure sensor of the present invention can reduce the temperature dependence, and the change with time is small, so that it can be used repeatedly. And an exact pressure value can be measured.
Since the metal resistance type strain gauge is directly formed on the substrate, the metal resistance type strain gauge can be arranged at an extremely small interval, and a finer pressure distribution can be measured. Furthermore, by forming the metal resistance strain gauge directly on the substrate, it is possible to obtain a thin surface pressure sensor, and at the manufacturing stage of the surface pressure sensor, it is possible to significantly reduce the number of man-hours. Reduces variation when attaching gauges and contributes to improved measurement accuracy.

また、各前記金属抵抗型ひずみゲージの抵抗値を四端子法で測定可能となるように、前記金属抵抗型ひずみゲージ全てに定電流を流すために、各前記金属抵抗型ひずみゲージを直列に配線させる定電流用配線が形成され、各前記金属抵抗型ひずみゲージの両端部に、抵抗値を測定するための抵抗値測定用配線が形成されていることを特徴としてもよい。
従来の面圧センサの配線は、マトリックス回路のものが一般的であったが、マトリックス回路では測定した値に配線抵抗が含まれているため、その補正が必要であった。補正の方法は種々存在するが、受感素子のみの変化を検出することができず、受感素子における正確な抵抗値の検出ができなかった。なお、ロードセルなどでは、ブリッジ回路による配線方法が一般的に採用されているが、ブリッジ回路では1つの受感素子に対して4本の配線が必要となり、さらにブリッジ抵抗が必要であるため広いスペースが必要であった。
しかし、本発明の上記構成によれば、四端子法で測定することにより、各金属抵抗型ひずみゲージにおける正確な抵抗値の測定が可能である。そして、電流の経路を全ての金属抵抗型ひずみゲージに直列に配線することで、配線数を少なくすることができ、センサの省スペース化、小型化を図れる。
In addition, in order to allow a constant current to flow through all the metal resistance type strain gauges, the metal resistance type strain gauges are wired in series so that the resistance values of the metal resistance type strain gauges can be measured by a four-terminal method. A constant current wiring to be formed is formed, and resistance value measuring wirings for measuring a resistance value are formed at both ends of each of the metal resistance strain gauges.
Wiring of a conventional surface pressure sensor is generally a matrix circuit, but the measured value in the matrix circuit includes the wiring resistance, and thus correction is necessary. Although there are various correction methods, it was not possible to detect a change only in the sensitive element, and an accurate resistance value in the sensitive element could not be detected. For load cells, etc., a wiring method using a bridge circuit is generally adopted. However, in a bridge circuit, four wires are required for one sensing element, and a bridge resistance is required. Was necessary.
However, according to the said structure of this invention, the measurement of the exact resistance value in each metal resistance type | mold strain gauge is possible by measuring by a four terminal method. By wiring current paths in series with all the metal resistance strain gauges, the number of wirings can be reduced, and the sensor can be saved in space and reduced in size.

また、基板外部の測定機器と、基板内の各金属抵抗型ひずみゲージとの間で電気的な接続を行う配線部がフレキシブルプリント基板に形成され、前記基板の前記定電流用配線と前記抵抗値測定用配線とが、前記フレキシブル基板の配線部と電気的に接続され、前記基板と前記フレキシブルプリント基板は、フィルムによって一体に形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、配線部も含めた全体で柔軟性を高めることができるので、例えばロール圧の測定などの場合に引き回しが容易となる。
In addition, a wiring portion for electrical connection between a measuring device outside the substrate and each metal resistance strain gauge in the substrate is formed on the flexible printed circuit board, and the constant current wiring and the resistance value of the substrate The measurement wiring may be electrically connected to the wiring portion of the flexible board, and the board and the flexible printed board may be integrally formed with a film.
According to this configuration, since the flexibility including the wiring portion can be enhanced as a whole, for example, in the case of measuring the roll pressure, it is easy to route.

また、前記基板の上面には、前記金属抵抗型ひずみゲージ、前記定電流用配線、及び前記抵抗値測定用配線を覆い、且つ圧力を受けたとき基板の変形を容易にすべく弾性変形可能な保護膜が形成されていることを特徴としてもよい。
例えば硬い板状の部材が測定対象の場合には、基板が変形せずに測定ができないおそれもあるが、この構成によれば保護膜が弾性変形するので、この保護膜の変形によって基板が変形して測定が可能となる。
The top surface of the substrate covers the metal resistance strain gauge, the constant current wiring, and the resistance measurement wiring, and can be elastically deformed to facilitate deformation of the substrate when subjected to pressure. A protective film may be formed.
For example, when a hard plate-like member is the object to be measured, there is a possibility that measurement cannot be performed because the substrate is not deformed. However, according to this configuration, the protective film is elastically deformed. Measurement is possible.

本発明の面圧センサによれば、経時変化や温度依存性が小さく、また繰り返し使用できて正確な値を測定することができる。   According to the surface pressure sensor of the present invention, changes with time and temperature dependence are small, and it can be used repeatedly and an accurate value can be measured.

本発明に係る面圧センサの第1の実施形態の平面図である。It is a top view of a 1st embodiment of a surface pressure sensor concerning the present invention. 図1のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 図2の断面図において全面に圧力がかかったことを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the pressure was applied to the whole surface in sectional drawing of FIG. 図2の断面図において一部に圧力がかかったことを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the pressure was applied to a part in sectional drawing of FIG. 面圧センサの第2の実施形態の平面図である。It is a top view of a 2nd embodiment of a surface pressure sensor. 面圧センサの第3の実施形態の平面図である。It is a top view of a 3rd embodiment of a surface pressure sensor. 図6のA部分の拡大図である。It is an enlarged view of the A part of FIG. 図6のB部分の拡大図である。It is an enlarged view of the B part of FIG. 図5の面圧センサに外部機器への配線を接続したところを示す平面図である。It is a top view which shows the place which connected the wiring to an external apparatus to the surface pressure sensor of FIG.

本発明に係る面圧センサの好適な実施の形態を以下に説明する。
図1は面圧センサの全体構成を示す平面図、図2は図1におけるA−A’断面図である。
面圧センサ10は、基板11上に複数の金属抵抗型ひずみゲージ12が配置されて構成されている。
この実施形態では、構造がわかりやすいように、説明用として金属抵抗型ひずみゲージ12が3行3列で計9個という金属抵抗型ひずみゲージの数が少ないものを例として挙げている。
A preferred embodiment of a surface pressure sensor according to the present invention will be described below.
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the surface pressure sensor, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
The surface pressure sensor 10 is configured by arranging a plurality of metal resistance strain gauges 12 on a substrate 11.
In this embodiment, in order to make the structure easy to understand, a metal resistance type strain gauge 12 having a small number of metal resistance type strain gauges of 9 in 3 rows and 3 columns is taken as an example for explanation.

本実施形態における基板11としては、ジルコニア等のセラミックを採用している。用途にもよるが、例えばロール圧の測定に用いる場合には、基板11の厚さとしては0.1mm程度を想定している。
また、基板11の下面には、複数の凹部14が形成されている。本実施形態では、1つの金属抵抗型ひずみゲージ12の下方に、1つの平面視円形の凹部14が形成されている。このような凹部14を金属抵抗型ひずみゲージ12の下方に形成したことにより、形成された凹部14の上面は、凹部が形成されていない他の箇所よりも薄くなって圧力がかかると変形し、金属抵抗型ひずみゲージ12を変形させることができる。
As the substrate 11 in this embodiment, a ceramic such as zirconia is employed. Depending on the application, for example, when used for measuring the roll pressure, the thickness of the substrate 11 is assumed to be about 0.1 mm.
A plurality of recesses 14 are formed on the lower surface of the substrate 11. In the present embodiment, one circular recess 14 in plan view is formed below one metal resistance strain gauge 12. By forming such a concave portion 14 below the metal resistance strain gauge 12, the upper surface of the formed concave portion 14 becomes thinner than other portions where no concave portion is formed, and deforms when pressure is applied, The metal resistance strain gauge 12 can be deformed.

本実施形態では、凹部14の深さとしては、基板厚が0.1mmであるとき、その半分である50μm程度を想定している。
また、凹部14の深さを調整することによって、面圧センサ10の測定レンジを変更することができる。例えば凹部14を深くすれば低圧レンジとなり、浅くすれば高圧レンジとなる。
In the present embodiment, the depth of the recess 14 is assumed to be about 50 μm, which is a half of the thickness when the substrate thickness is 0.1 mm.
Further, the measurement range of the surface pressure sensor 10 can be changed by adjusting the depth of the recess 14. For example, if the concave portion 14 is deepened, it becomes a low pressure range, and if it is shallow, it becomes a high pressure range.

基板11の上には、金属抵抗型ひずみゲージ12が直接成膜されている。直接成膜する方法としては、蒸着又はスパッタリングが考えられる。本実施形態では具体的に、金属抵抗型ひずみゲージ12としてCr−N薄膜を反応性スパッタリングで成形するようにする。Cr−N薄膜は、Crと他の金属を含む合金を窒素雰囲気中で反応性スパッタリングにて形成されるものであって、窒素流量を微少域で制御し、薄膜の成膜後にアニールすることによって抵抗温度係数が非常に小さいものとして形成される。このような抵抗温度係数が非常に小さいCr−N薄膜の製造方法は、本願特許出願人の過去の特許出願(特許第3642449号)において既に提案されているものである。   A metal resistance strain gauge 12 is directly formed on the substrate 11. As a method of directly forming a film, vapor deposition or sputtering can be considered. Specifically, in the present embodiment, a Cr—N thin film is formed by reactive sputtering as the metal resistance type strain gauge 12. The Cr-N thin film is formed by reactive sputtering of an alloy containing Cr and other metals in a nitrogen atmosphere, and the nitrogen flow rate is controlled in a very small region and annealed after the thin film is formed. It is formed with a very low resistance temperature coefficient. Such a method for producing a Cr—N thin film having a very low temperature coefficient of resistance has already been proposed in the past patent application (Japanese Patent No. 3642449) of the present applicant.

例えば、上記特許文献記載の方法によって、抵抗温度係数が48ppm/℃となり、センサ出力に変換すると0.16%/℃という金属抵抗型ひずみゲージが作成できる。
このような性能を有する金属抵抗型ひずみゲージ12を採用することにより、様々な温度環境下でも正確な抵抗値を検出することができる。
For example, according to the method described in the above-mentioned patent document, the resistance temperature coefficient is 48 ppm / ° C., and when converted to sensor output, a metal resistance strain gauge of 0.16% / ° C. can be created.
By employing the metal resistance type strain gauge 12 having such performance, an accurate resistance value can be detected even under various temperature environments.

また、金属抵抗型ひずみゲージ12を基板11上に直接成膜することによって、予め作り込んであったひずみゲージを基板に貼り付けたりする手間を省くことができ、製造工程の短縮化を図れる。また、金属抵抗型ひずみゲージ12を基板11上に直接成膜することで微少な間隔で金属抵抗型ひずみゲージ12を配置でき、圧力分布の測定を極めて細かい範囲で行うことができる。
なお、本発明としては、金属抵抗型ひずみゲージ12としてCr−N薄膜に限定されるものではなく、Ni−Cr等を採用してもよい。
In addition, by directly forming the metal resistance type strain gauge 12 on the substrate 11, it is possible to save the trouble of attaching the strain gauge that has been made in advance to the substrate, and to shorten the manufacturing process. In addition, by forming the metal resistance strain gauge 12 directly on the substrate 11, the metal resistance strain gauges 12 can be arranged at minute intervals, and the pressure distribution can be measured in a very fine range.
In the present invention, the metal resistance strain gauge 12 is not limited to a Cr—N thin film, and Ni—Cr or the like may be adopted.

金属抵抗型ひずみゲージ12は、その抵抗値が四端子法で測定できるように形成されている。四端子法とは、抵抗値を測定する際に、配線部分のインピーダンスの影響を排除できるようにした測定方法である。
また、各金属抵抗型ひずみゲージ12へ流す定電流は、1本の定電流用配線16で行うようにしている。すなわち、各金属抵抗型ひずみゲージ12は、定電流用配線16によって直列に接続される構成となっている。
The metal resistance strain gauge 12 is formed so that its resistance value can be measured by a four-terminal method. The four-terminal method is a measurement method that can eliminate the influence of the impedance of the wiring portion when measuring the resistance value.
In addition, the constant current flowing to each metal resistance type strain gauge 12 is performed by one constant current wiring 16. That is, the metal resistance strain gauges 12 are connected in series by the constant current wiring 16.

例えば、図1を例にとって、各金属抵抗型ひずみゲージ12の配線構造について詳細に説明する。
図1において図面下側は、各金属抵抗型ひずみゲージ12へ接続される配線の端子部分が形成されている。この端子部分の一番右側aが定電流用配線16の一端部である。この定電流用配線16を上へたどっていくと、右上の金属抵抗型ひずみゲージ12に至る。定電流用配線16は、上列3つの金属抵抗型ひずみゲージ12を直列に結び、左上の金属抵抗型ひずみゲージ12から下方に向かう。そして、中列3つの金属抵抗型ひずみゲージ12を直列に結び(図ではA−A’線と一致してしまったのでわかりにくいが)、右下の金属抵抗型ひずみゲージ12に向かう。そして、下列3つの金属抵抗型ひずみゲージ12を直列に結び、左下の金属抵抗型ひずみゲージ12から端子部分へ向かう。端子部分の左から4番目bがこの定電流用配線16の他端部である。
For example, taking FIG. 1 as an example, the wiring structure of each metal resistance strain gauge 12 will be described in detail.
In FIG. 1, on the lower side of the drawing, terminal portions of wirings connected to the respective metal resistance type strain gauges 12 are formed. The rightmost side a of this terminal portion is one end of the constant current wiring 16. When the constant current wiring 16 is traced upward, the metal resistance strain gauge 12 at the upper right is reached. The constant current wiring 16 connects the upper three metal resistance strain gauges 12 in series, and extends downward from the upper left metal resistance strain gauge 12. Then, the three metal resistance strain gauges 12 in the middle row are connected in series (it is difficult to understand because they coincide with the line AA ′ in the figure), and head to the metal resistance strain gauge 12 in the lower right. The three metal resistance strain gauges 12 in the lower row are connected in series, and the metal resistance strain gauge 12 on the lower left is directed to the terminal portion. The fourth b from the left of the terminal portion is the other end of the constant current wiring 16.

また、端子部分には、さらに複数の配線が形成されているが、これは各金属抵抗型ひずみゲージ12の両端部に接続されている抵抗値(電圧)の測定用配線19の端部である。ただし、1本の定電流用配線16によって9個の金属抵抗型ひずみゲージ12が直列に接続されているので、隣接する金属抵抗型ひずみゲージ12の間に配置された抵抗値測定用配線19は隣接する金属抵抗型ひずみゲージ12と共有される。
このように、各金属抵抗型ひずみゲージ12を定電流用配線16で直列に接続したことで、配線数を減らすことができ、センサ全体を小型化することができた。
Further, a plurality of wirings are further formed in the terminal portion, which are the ends of the resistance value (voltage) measurement wirings 19 connected to both ends of each metal resistance type strain gauge 12. . However, since nine metal resistance strain gauges 12 are connected in series by one constant current wiring 16, the resistance value measurement wiring 19 disposed between the adjacent metal resistance strain gauges 12 is Shared with the adjacent metal resistance type strain gauge 12.
Thus, by connecting each metal resistance type strain gauge 12 in series with the constant current wiring 16, the number of wirings can be reduced, and the entire sensor can be miniaturized.

なお、図2に示すように、基板11の上面には金属抵抗型ひずみゲージ12が形成され、その上には金属抵抗型ひずみゲージを保護する保護膜20が形成されている。保護膜20としては、絶縁性があり尚かつ可撓性がある材質であればどのようなものであってもよい。保護膜20としては、例えばポリイミドなどの材質を採用することができる。   As shown in FIG. 2, a metal resistance strain gauge 12 is formed on the upper surface of the substrate 11, and a protective film 20 for protecting the metal resistance strain gauge is formed thereon. The protective film 20 may be any material as long as it is an insulating and flexible material. As the protective film 20, for example, a material such as polyimide can be employed.

また、ある程度弾性変形する保護膜20を設けることによって、基板11の変形をスムーズに行わせることができる。
例えば、測定対象が柔らかい平板等であれば、基板11の変形も容易であると考えられるが、測定対象が硬い平板等であると基板11が変形せずに金属抵抗型ひずみゲージ12での圧力測定が困難となることが考えられる。
そこで、保護膜20を設けることで、測定対象が硬い平板等であっても、保護膜20の弾性変形によって基板11も変形させ、圧力の確実な測定が可能となる。
Further, by providing the protective film 20 that is elastically deformed to some extent, the substrate 11 can be smoothly deformed.
For example, if the object to be measured is a soft flat plate or the like, it is considered that the substrate 11 can be easily deformed. However, if the object to be measured is a hard flat plate or the like, the pressure at the metal resistance strain gauge 12 is not deformed. Measurement may be difficult.
Therefore, by providing the protective film 20, even if the measurement object is a hard flat plate or the like, the substrate 11 is also deformed by the elastic deformation of the protective film 20, and the pressure can be reliably measured.

なお、保護膜20の厚みが大きいと、保護膜20の弾性変形も大きくなり、基板11を確実に変形させることができるが、一方でロール圧の測定等では厚すぎることで障害もでてくる。そこで、保護膜20に微少な凸部を複数箇所に形成することにより、厚さを薄くしても基板11の変形を確実にでき、且つ厚さが薄いのでロール圧等の測定も容易に行われる。   In addition, if the thickness of the protective film 20 is large, the elastic deformation of the protective film 20 also increases and the substrate 11 can be reliably deformed. . Therefore, by forming minute protrusions on the protective film 20 at a plurality of locations, the deformation of the substrate 11 can be ensured even if the thickness is reduced, and the roll pressure and the like can be easily measured because the thickness is thin. Is called.

図3〜図4において、面圧センサに圧力が加わったところを示す。
図3では、面圧センサ10を土台31の上に載置した状態で、平板又はロールなどの押圧部材30により面圧センサ10全面に圧力をかけた状態を示している。
面圧センサ10全面に圧力がかかると、基板11において。凹部14が形成された箇所が変形し、凹部14に対応した位置に存在する金属抵抗型ひずみゲージ12も変形する。金属抵抗型ひずみゲージ12の変形によって抵抗値が変化し、これを圧力値に変換することで面圧センサとして圧力分布を測定することができる。
3 to 4 show a state where pressure is applied to the surface pressure sensor.
FIG. 3 shows a state in which pressure is applied to the entire surface of the surface pressure sensor 10 by a pressing member 30 such as a flat plate or a roll while the surface pressure sensor 10 is placed on the base 31.
When pressure is applied to the entire surface of the surface pressure sensor 10, the substrate 11. The portion where the recess 14 is formed is deformed, and the metal resistance strain gauge 12 present at the position corresponding to the recess 14 is also deformed. The resistance value changes due to the deformation of the metal resistance strain gauge 12, and the pressure distribution can be measured as a surface pressure sensor by converting the resistance value into a pressure value.

図4では、面圧センサ10を土台31の上に載置した状態で、平板又はロールなどの押圧部材30により面圧センサ10の一部分に圧力をかけた状態を示している。本実施形態では、図面中央のみに圧力がかかったところを示している。
面圧センサ10の所定の部分にのみ圧力がかかると、圧力がかかった部分における凹部14が形成された箇所が変形し、凹部14に対応した位置に存在する金属抵抗型ひずみゲージ12も変形する。ここでは図面中央に位置する金属抵抗型ひずみゲージ12のみが変形して抵抗値が変化するので、図面中央部分のみが圧力がかかったことを検出し、その圧力値を測定することができる。
FIG. 4 shows a state in which pressure is applied to a part of the surface pressure sensor 10 by a pressing member 30 such as a flat plate or a roll while the surface pressure sensor 10 is placed on the base 31. In the present embodiment, the pressure is applied only to the center of the drawing.
When pressure is applied only to a predetermined portion of the surface pressure sensor 10, a portion where the concave portion 14 is formed in the portion where the pressure is applied is deformed, and the metal resistance strain gauge 12 existing at a position corresponding to the concave portion 14 is also deformed. . Here, since only the metal resistance type strain gauge 12 located in the center of the drawing is deformed and the resistance value changes, it is possible to detect that only the center portion of the drawing is under pressure and measure the pressure value.

図5には、他の実施形態の平面図を示す。
図5に示す面圧センサ10は、金属抵抗型ひずみゲージ12が5行5列の計25個配置されているものである。
上述してきた実施形態とは、金属抵抗型ひずみゲージ12の数が異なるだけであって、その他は上述してきた実施形態と同様の構成である。したがってここでは、上記の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 5 shows a plan view of another embodiment.
The surface pressure sensor 10 shown in FIG. 5 has a total of 25 metal resistance strain gauges 12 arranged in 5 rows and 5 columns.
The embodiment described above is different from the embodiment described above only in the number of metal resistance type strain gauges 12, and the other configuration is the same as that of the embodiment described above. Accordingly, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted here.

なお、図5に示す面圧センサ10では、定電流用配線16の端子部分a,bのパターン幅が、抵抗値測定用配線19のパターン幅よりも幅広に形成されている。このため、定電流用配線16自身のインピーダンスを小さくすることができる。   In the surface pressure sensor 10 shown in FIG. 5, the pattern widths of the terminal portions a and b of the constant current wiring 16 are formed wider than the pattern width of the resistance value measurement wiring 19. For this reason, the impedance of the constant current wiring 16 itself can be reduced.

図6には、他の実施形態の平面図を示す。
図6に示す面圧センサは、金属抵抗型ひずみゲージ12が40行1列で計40個配置されている。したがって、図面上では縦方向に長い形状のセンサとなっている。
図7には、図6の面圧センサのA部分の拡大図を示し、図8には、図6の面圧センサのB部分の拡大図を示す。
図7に示すように、各金属抵抗型ひずみゲージ12は、薄膜が左右2箇所づつで折りかえされた、つづら折り形状となっている。このような形状の各金属抵抗型ひずみゲージ12は縦方向に連続して形成されている。最上部及び最下部の金属抵抗型ひずみゲージ12には、定電流を送るための定電流用配線16が接続され、各金属抵抗型ひずみゲージ12には定電流が流される。
FIG. 6 shows a plan view of another embodiment.
The surface pressure sensor shown in FIG. 6 has a total of 40 metal resistance strain gauges 12 arranged in 40 rows and 1 column. Accordingly, the sensor has a shape that is long in the vertical direction in the drawing.
7 shows an enlarged view of a portion A of the surface pressure sensor of FIG. 6, and FIG. 8 shows an enlarged view of a portion B of the surface pressure sensor of FIG.
As shown in FIG. 7, each metal resistance type strain gauge 12 has a zigzag folded shape in which the thin film is folded at two left and right positions. Each metal resistance type strain gauge 12 having such a shape is formed continuously in the vertical direction. A constant current wiring 16 for sending a constant current is connected to the uppermost and lowermost metal resistance strain gauges 12, and a constant current is passed through each metal resistance strain gauge 12.

また、複数の金属抵抗型ひずみゲージ12は連続して形成されており、本実施形態では、横方向(左右方向)に延びる5本の配線を1つの金属抵抗型ひずみゲージ12としている。
1つの金属抵抗型ひずみゲージ12の抵抗値を測定するために、1つの金属抵抗型ひずみゲージ12の左右両側から1本ずつ抵抗値測定用配線19が接続されている。本実施形態では、複数の金属抵抗型ひずみゲージ12が連続して形成されているので、縦方向に隣接する金属抵抗型ひずみゲージ12の抵抗値測定用配線19は、隣接する金属抵抗型ひずみゲージ12と共有される。
Further, the plurality of metal resistance strain gauges 12 are formed continuously, and in this embodiment, five metal wires extending in the lateral direction (left and right direction) are used as one metal resistance strain gauge 12.
In order to measure the resistance value of one metal resistance type strain gauge 12, one resistance value measurement wiring 19 is connected from both the left and right sides of one metal resistance type strain gauge 12. In the present embodiment, since the plurality of metal resistance strain gauges 12 are continuously formed, the resistance measurement wiring 19 of the metal resistance strain gauge 12 adjacent in the vertical direction is the adjacent metal resistance strain gauge. 12 and shared.

また、本実施形態における凹部14は、第1の実施形態で説明したものとは異なり、縦方向に長尺に形成された1つの凹部14を、連続して形成された複数の金属抵抗型ひずみゲージ12の下方に設けている。
このように、凹部14の形状および数は、金属抵抗型ひずみゲージ12の形状に合わせて適宜変更することができる。
In addition, the concave portion 14 in the present embodiment is different from that described in the first embodiment, and a plurality of metal resistance-type strains are formed by continuously forming one concave portion 14 that is elongated in the vertical direction. It is provided below the gauge 12.
As described above, the shape and number of the concave portions 14 can be appropriately changed according to the shape of the metal resistance strain gauge 12.

なお、図8に示すように、定電流用配線16及び抵抗値測定用配線19の端子部分は、所定間隔をあけて横方向に整列している。
本実施形態では、配線幅は0.1mmであり、各配線との間隔も0.1mmである。
As shown in FIG. 8, the terminal portions of the constant current wiring 16 and the resistance value measuring wiring 19 are aligned in the horizontal direction at a predetermined interval.
In the present embodiment, the wiring width is 0.1 mm, and the distance from each wiring is also 0.1 mm.

上述してきた各実施形態の面圧センサ10は、外部機器であるコンピュータに接続され、圧力分布が解析される。面圧センサ10の端子部分とコンピュータとの間の電気的接続は、フレキシブル基板(Flexible Printed Circuits:FPC)によって行われるとよい。
図9には、図5で示した実施形態の面圧センサ10を、フレキシブル基板22に接続したセンサ構造を示す。
基板11の端子部分と、フレキシブル基板22に形成された配線24との接続は、例えば異方導電フィルム(ACF)等を採用し、これを使って接続することができる。また、基板11とフレキシブル基板22とを一体に構成するように、基板11とフレキシブル基板22を何らかのフィルムで覆うようにするとよい。例えば、基板11の保護膜20としてのポリイミドをフレキシブル基板にまで覆うようにすることで、基板11とフレキシブル基板との接合を強固にできる。
The surface pressure sensor 10 of each embodiment described above is connected to a computer which is an external device, and the pressure distribution is analyzed. The electrical connection between the terminal portion of the surface pressure sensor 10 and the computer may be performed by a flexible printed circuit (FPC).
FIG. 9 shows a sensor structure in which the surface pressure sensor 10 of the embodiment shown in FIG. 5 is connected to a flexible substrate 22.
The terminal portion of the substrate 11 and the wiring 24 formed on the flexible substrate 22 can be connected using, for example, an anisotropic conductive film (ACF). In addition, the substrate 11 and the flexible substrate 22 may be covered with some film so that the substrate 11 and the flexible substrate 22 are integrally formed. For example, it is possible to strengthen the bonding between the substrate 11 and the flexible substrate by covering the flexible substrate with polyimide as the protective film 20 of the substrate 11.

このように、面圧センサ10とコンピュータとの間の電気的接続をフレキシブル基板22で配線することにより、面圧センサ10を柔軟性のある使用をすることができる。例えばロール圧の測定などにおいても、引き回しが容易となる。   Thus, by wiring the electrical connection between the surface pressure sensor 10 and the computer with the flexible board 22, the surface pressure sensor 10 can be used with flexibility. For example, also in the measurement of a roll pressure etc., routing becomes easy.

なお、上述してきた基板11の材質としてはセラミックについて説明したが、材質としては、ステンレス等の金属も採用することができる。ただし基板11を金属製とすると、金属抵抗型ひずみゲージ12との間に絶縁層を設ける必要がある。ただし、絶縁層を設けると、熱膨張率の相違により基板11に反りが生じてしまうおそれもあり、あまり好ましい形態ではない。   In addition, although the ceramic was demonstrated as a material of the board | substrate 11 mentioned above, metals, such as stainless steel, are also employable as a material. However, if the substrate 11 is made of metal, it is necessary to provide an insulating layer between the metal resistance strain gauge 12. However, if an insulating layer is provided, the substrate 11 may be warped due to a difference in thermal expansion coefficient, which is not a preferable mode.

10 面圧センサ
11 基板
12 金属抵抗型ひずみゲージ
14 凹部
16 定電流用配線
19 抵抗値測定用配線
20 保護膜
22 フレキシブル基板
24 配線
30 押圧部材
31 土台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface pressure sensor 11 Board | substrate 12 Metal resistance type strain gauge 14 Recessed part 16 Constant current wiring 19 Resistance value measurement wiring 20 Protective film 22 Flexible substrate 24 Wiring 30 Pressing member 31 Base

Claims (4)

基板と、
該基板上に直接形成された複数の金属抵抗型ひずみゲージとを具備し、
前記基板の下面側には、1又は複数の金属抵抗型ひずみゲージに対応する位置に、基板が変形可能となるような凹部が形成されていることを特徴とする面圧センサ。
A substrate,
A plurality of metal resistance type strain gauges formed directly on the substrate,
A surface pressure sensor characterized in that a recess is formed on the lower surface side of the substrate at a position corresponding to one or more metal resistance strain gauges so that the substrate can be deformed.
各前記金属抵抗型ひずみゲージの抵抗値を四端子法で測定可能となるように、
前記金属抵抗型ひずみゲージ全てに定電流を流すために、各前記金属抵抗型ひずみゲージを直列に配線させる定電流用配線が形成され、
各前記金属抵抗型ひずみゲージの両端部に、抵抗値を測定するための抵抗値測定用配線が形成されていることを特徴とする請求項1記載の面圧センサ。
In order to be able to measure the resistance value of each metal resistance type strain gauge by the four probe method,
In order to flow a constant current to all of the metal resistance type strain gauges, a constant current wiring for wiring the metal resistance type strain gauges in series is formed,
2. The surface pressure sensor according to claim 1, wherein resistance value measurement wiring for measuring a resistance value is formed at both ends of each of the metal resistance strain gauges.
基板外部の測定機器と、基板内の各金属抵抗型ひずみゲージとの間で電気的な接続を行う配線部がフレキシブルプリント基板に形成され、
前記基板の前記定電流用配線と前記抵抗値測定用配線とが、前記フレキシブル基板の配線部と電気的に接続され、
前記基板と前記フレキシブルプリント基板は、フィルムによって一体に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の面圧センサ。
A wiring part for electrical connection between the measuring device outside the board and each metal resistance strain gauge inside the board is formed on the flexible printed board,
The constant current wiring and the resistance value measurement wiring of the substrate are electrically connected to the wiring portion of the flexible substrate,
The surface pressure sensor according to claim 1, wherein the substrate and the flexible printed circuit board are integrally formed of a film.
前記基板の上面には、前記金属抵抗型ひずみゲージ、前記定電流用配線、及び前記抵抗値測定用配線を覆い、且つ圧力を受けたとき基板の変形を容易にすべく弾性変形可能な保護膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項記載の面圧センサ。   A protective film that covers the metal resistance strain gauge, the constant current wiring, and the resistance measurement wiring on the upper surface of the substrate, and is elastically deformable to facilitate deformation of the substrate when subjected to pressure The surface pressure sensor according to claim 1, wherein the surface pressure sensor is formed.
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