JP2015225052A - Strain gage - Google Patents
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、荷重測定を行うロードセルや制御機器に使用される圧力センサなど、歪みの検出を行う歪みゲージに関するものである。 The present invention relates to a strain gauge that detects strain, such as a load cell that performs load measurement and a pressure sensor that is used in a control device.
図５は、従来の歪みゲージにおける抵抗体のパターンを示す平面図である。
歪みゲージ１は、例えば、絶縁ベース２上に金属箔を積層し、その金属抵抗箔をエッチング、若しくは絶縁ベース２上にスパッタ法にて金属層を形成するなどの方法で、所定のパターンすなわち折り返しパターン、電極端子パターン、およびこれらを接続する配線パターン等を形成し、歪みゲージを製作するのが一般的である。
FIG. 5 is a plan view showing a resistor pattern in a conventional strain gauge.
The strain gauge 1 is formed in a predetermined pattern, that is, folded, by, for example, laminating a metal foil on the insulating base 2 and etching the metal resistance foil or forming a metal layer on the insulating base 2 by sputtering. Generally, a strain gauge is manufactured by forming a pattern, an electrode terminal pattern, a wiring pattern for connecting them, and the like.
抵抗体として金属箔を用いる場合は、エッチング工程により金属箔から不必要な部分を除去し、歪みを感知する折り返しパターンや、配線パターン、および外部との接続用端子部など電気的導通部分を絶縁ベース上に残すことになる。 When using a metal foil as a resistor, an unnecessary part is removed from the metal foil by an etching process to insulate electrically conductive parts such as a folded pattern that senses distortion, wiring patterns, and external connection terminals. Will be left on the base.
これらのパターンの形成はフォトリソによって行なわれるのが一般的である。すなわち予め所定のパターンを拡大したものをスクリーンに描き、このスクリーンのパターンをマスク上に投射等の手段で原寸サイズにて作り、歪みゲージ焼き付けの原寸フォトマスクとする。 These patterns are generally formed by photolithography. That is, an enlarged image of a predetermined pattern is drawn on a screen in advance, and this screen pattern is created in an original size by means such as projection on a mask to obtain an original photomask for distortion gauge printing.
フォトレジストで絶縁ベース上に積層された金属箔を覆い、原寸フォトマスクを介してフォトレジストをＵＶ照射によって露光し、さらに現像液により現像を行い、フォトレジストを所定のパターンに対応した形状に形成する。そしてパターニングされたフォトレジストをマスクとして金属箔のエッチングを行うことで、金属箔の所定の折り返しパターン等が形成される。その後、フォトレジストはフォトレジスト用の剥離液により剥離除去される。 Cover the metal foil laminated on the insulating base with photoresist, expose the photoresist by UV irradiation through a full-size photomask, and further develop with a developer, forming the photoresist into a shape corresponding to a predetermined pattern To do. Then, by etching the metal foil using the patterned photoresist as a mask, a predetermined folded pattern or the like of the metal foil is formed. Thereafter, the photoresist is stripped and removed with a stripping solution for photoresist.
実際の製造においては、歪みゲージを多数製造するため、複数の歪みゲージのパターンが一括で露光できるように、マスクに複数の所定パターンを作っている。 In actual manufacturing, in order to manufacture a large number of strain gauges, a plurality of predetermined patterns are formed on the mask so that a plurality of strain gauge patterns can be exposed collectively.
この方法で歪みゲージを作る場合には、歪みゲージのパターンをスクリーンに描画し、さらに、写真技術を用い、多面焼き等を行い、マスク化する必要がある。次いで、このマスクを用い密着露光を行い、金属箔上のフォトレジストを感光させていた。 In the case of making a strain gauge by this method, it is necessary to draw a strain gauge pattern on a screen, and further use a photographic technique to perform multi-surface baking or the like to make a mask. Next, contact exposure was performed using this mask, and the photoresist on the metal foil was exposed.
このように写真技術等の光学的手法を行なうため、像の歪み、ボケ、現像時の薬品の不確定要素により、所望するパターンとの誤差は生じてしまう。さらに光学的手法を何度か繰り返すことにより、その誤差は増加することになる。 Since optical methods such as photographic technology are performed in this way, errors from the desired pattern occur due to image distortion, blurring, and uncertainties of chemicals during development. Further, the error increases by repeating the optical technique several times.
さらにフォトレジストをマスクとして金属箔をエッチングするため、エッチング液の濃度、温度、時間などの誤差により、パターンの太さ、エッジの形状などにバラつきが生じ、歪みゲージとしての抵抗値にバラつきが生じる結果となっていた。 Further, since the metal foil is etched using the photoresist as a mask, the thickness of the pattern, the shape of the edge, etc. vary due to errors in the concentration, temperature, time, etc. of the etching solution, and the resistance value as the strain gauge varies. It was a result.
一方スパッタによって抵抗体を形成するにしても、フォトレジストを用いてパターニングするため、フォトレジストの露光条件、現像されリフトオフされるフォトレジストの断面形状のばらつき、スパッタの放電およびターゲットの条件等により、同様に歪みゲージとしての抵抗値にバラつきが生じる結果となっていた。 On the other hand, even when the resistor is formed by sputtering, patterning is performed using a photoresist. Therefore, depending on the exposure conditions of the photoresist, variations in the cross-sectional shape of the photoresist that is developed and lifted off, sputtering discharge, and target conditions, etc. Similarly, the resistance value as a strain gauge varied.
かかる工程により作成された歪みゲージは、被測定物もしくは起歪体に接着されて、所定のホイートストンブリッジ回路に接続されて使用されるが、上記抵抗値のバラつきによりそのままの使用で平衡状態をつくりだすことは困難であった。 The strain gauge created by such a process is used by being bonded to the object to be measured or the strain generating body and connected to a predetermined Wheatstone bridge circuit. It was difficult.
従って平衡状態になる様に抵抗値の補正をするためには、歪みゲージが接続されるホイートストンブリッジ回路内に、適した補正抵抗を挿入して補正が行われる。例としては、長期にわたって安定で、その抵抗率の温度係数は極めて小さいマンガニン線などを、所望の増分抵抗値分切り出し、補正抵抗としてホイートストンブリッジ回路内に挿入していた。 Therefore, in order to correct the resistance value so as to achieve an equilibrium state, correction is performed by inserting a suitable correction resistor into the Wheatstone bridge circuit to which the strain gauge is connected. As an example, a manganin wire or the like that is stable for a long time and has a very low temperature coefficient of resistivity is cut out by a desired incremental resistance value and inserted into the Wheatstone bridge circuit as a correction resistor.
しかしながら、この手法で抵抗値の補正を行うと、ホイートストンブリッジ回路内に補正抵抗を設置する場所や挿入を行う手段も必要となり、大型化ばかりでなく構造的な制約、工程の増加が発生していた。
また、マンガニン線は歪みを検知しないため、歪みゲージとしての感度特性や温度特性を安定させることができないという課題が生じていた。
However, when the resistance value is corrected by this method, a place for installing the correction resistor in the Wheatstone bridge circuit and a means for inserting the resistor are required, which not only increases the size but also increases structural limitations and processes. It was.
Further, since the manganin wire does not detect strain, there has been a problem that the sensitivity characteristic and temperature characteristic as a strain gauge cannot be stabilized.
そのため、抵抗調整パターン５を形成して、これをレーザトリミングで櫛歯状にカットして迂回路を設けて抵抗値を増加させることが行われていた。
しかしながら、所望の抵抗値に設定するカットのパターンを決定するに当たって、試行錯誤が行われ、経験に頼るものとなっていた。またレーザ加工機のレーザ素子の経年劣化による出力変動、光学系の汚れによる加工量の減少など、加工のばらつきによる誤差も生じるため、最終的に調整不能となって破棄となる場合も生じてしまっていた。
Therefore, the resistance adjustment pattern 5 is formed, and this is cut into a comb-teeth shape by laser trimming to provide a detour to increase the resistance value.
However, trial and error have been performed in deciding a cut pattern to be set to a desired resistance value, which has depended on experience. In addition, errors due to processing variations such as fluctuations in output due to aging of the laser elements of laser processing machines and reduction in processing amount due to contamination of the optical system also occur, so it may eventually be impossible to adjust and be discarded. It was.
特許文献１によれば、上記課題に対して、抵抗調整用のショートパターンを別途設けて、レーザトリミング等によりこれを選択的に除去して、所望の抵抗値を得る方法が記載されている。しかしながらこの方法では、根本的にホイートストンブリッジ回路で対となる抵抗値の補正前の初期値を、所望の値に狙う手法ではないため、抵抗調整用のショートパターンで調整が不能であれば、別途設けた抵抗調整領域に対してレーザトリミングを行って試行錯誤により所望の抵抗値になるように調整し、それでも所望の値に入らなければ前述のようにマンガニン線をホイートストンブリッジ回路に挿入することになる。 According to Patent Document 1, a method of obtaining a desired resistance value by separately providing a short pattern for resistance adjustment and selectively removing the short pattern by laser trimming or the like is described with respect to the above problem. However, this method is not basically a method of aiming the initial value before correction of the pair of resistance values in the Wheatstone bridge circuit to a desired value, so if adjustment with a short pattern for resistance adjustment is impossible, separately Laser trimming is performed on the provided resistance adjustment region to adjust it to a desired resistance value by trial and error, and if it still does not reach the desired value, the manganin line is inserted into the Wheatstone bridge circuit as described above. Become.
従って抵抗調整用のショートパターンである程度の調整が比較的容易になったとは言え、根本的な対策ではないため、結局この抵抗調整のためレーザ加工および調整部材の取り付け工数における試行錯誤の発生が課題となっていた。 Therefore, although it is relatively easy to adjust to some extent with the short pattern for resistance adjustment, it is not a fundamental measure. It was.
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、初期の製作段階で抵抗値のばらつきを非常に小さくする手法により、この抵抗体に接続されるホイートストンブリッジ回路の構成に対して、容易な手法により初期の段階から高い抵抗値精度を実現できる歪みゲージを提供するものである。 The present invention has been made in view of the above points, and it is easy for the configuration of the Wheatstone bridge circuit connected to this resistor by a method of extremely reducing the variation in resistance value in the initial manufacturing stage. The present invention provides a strain gauge capable of realizing high resistance value accuracy from the initial stage by the technique.
本発明は、
歪みを感知するための折り返しパターンを有する金属から成り、ホイートストンブリッジを構成し対向する２対の抵抗体のうち少なくとも１対の抵抗体が、
対向して併設されるように構成されている。
The present invention
At least one pair of resistors made of a metal having a folded pattern for sensing strain and constituting a Wheatstone bridge and facing each other,
It is configured to be installed side by side.
抵抗体の折り返しパターンはエッチングもしくはスパッタで形成されることが望ましい。 The folded pattern of the resistor is preferably formed by etching or sputtering.
抵抗体を繋ぐ配線部が、抵抗体よりも十分電気的に低抵抗な金属で構成されていることが望ましい。 It is desirable that the wiring portion connecting the resistors is made of a metal that is sufficiently lower in electrical resistance than the resistors.
配線部が、金もしくは銅からなり、スパッタもしくはメッキで形成されることが望ましい。 The wiring part is preferably made of gold or copper and formed by sputtering or plating.
対向して併設される抵抗体の折り返しパターンが交互に挟み込むように設けられ、折り返しパターンの歪を感知する部分のそれぞれの長さが、歪の感知方向にて、略同じであることが望ましい。 It is desirable that the folded patterns of the resistors disposed adjacent to each other are alternately sandwiched, and the lengths of the portions for sensing the distortion of the folded pattern are substantially the same in the strain sensing direction.
この構成により、歪みゲージの抵抗体の抵抗値のばらつきを大きく低減でき、抵抗値の調整に要する時間を大幅に短縮することができる。 With this configuration, the variation in resistance value of the strain gauge resistor can be greatly reduced, and the time required for adjusting the resistance value can be greatly shortened.
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態による歪みゲージについて説明する。 Hereinafter, a strain gauge according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は本発明の第１の実施形態を示す歪みゲージにおける抵抗体のパターンを示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a resistor pattern in a strain gauge according to the first embodiment of the present invention.
図１において、１は本発明の歪みゲージであり、２は絶縁ベースである。
絶縁ベース２は本実施例ではポリイミドフィルムで、例えば厚みが２５μｍのものを用いている。
In FIG. 1, 1 is a strain gauge of the present invention, and 2 is an insulating base.
In this embodiment, the insulating base 2 is a polyimide film having a thickness of 25 μm, for example.
歪みゲージにおける抵抗体３はこの絶縁ベース２上に設けられ、抵抗体３となる金属箔を積層することで形成される。この金属箔は絶縁ベース２と接着剤を介して接着される。本実施例では金属箔は厚み２．５μｍで、銅５５％、ニッケル４５％の合金を用いている。接着はポリイミド系の接着剤を塗布し、加圧および熱硬化により接着が行われる。この状態では抵抗体３となる金属箔が絶縁ベース２の上面略全域を覆っているため、次いで所定の抵抗体パターンの作成を行うことになる。 The resistor 3 in the strain gauge is provided on the insulating base 2 and is formed by laminating metal foils to be the resistor 3. This metal foil is bonded to the insulating base 2 via an adhesive. In this embodiment, the metal foil has a thickness of 2.5 μm and uses an alloy of 55% copper and 45% nickel. Adhesion is performed by applying a polyimide adhesive and applying pressure and heat curing. In this state, the metal foil serving as the resistor 3 covers substantially the entire upper surface of the insulating base 2, so that a predetermined resistor pattern is then created.
予め所定の抵抗体パターンを拡大したものをスクリーンに描き、このスクリーンのパターンをフォトマスク上に投射させて、原寸サイズのフォトマスクを作っておく。 An enlarged image of a predetermined resistor pattern is drawn on a screen in advance, and the pattern on the screen is projected onto the photomask to create a full-size photomask.
絶縁ベース２上に貼られた金属箔表面に、フォトレジスト（液レジ）をスピンコート塗布、ディップコーター塗布、もしくはドライフィルム等の積層貼付けにより形成する。その後プリベークにより、フォトレジスト中に残っている溶媒を蒸発させてフォトレジスト膜を緻密にした後、原寸サイズのフォトマスクを介してＵＶ光線により露光を行う。次いで現像液に浸して現像し、不要な部分を除去する。 A photoresist (liquid register) is formed on the surface of the metal foil affixed on the insulating base 2 by spin coating application, dip coater application, or laminating application such as dry film. Thereafter, the solvent remaining in the photoresist is evaporated by pre-baking to make the photoresist film dense, and then exposed to UV light through an original size photomask. Next, it is immersed in a developing solution and developed, and unnecessary portions are removed.
このフォトレジストが除去されて金属箔表面が露出した部分をエッチング除去して、所定の抵抗体パターンを形成する。その前処理としてフォトレジストをポストベーク（熱処理）して残存する現像液やリンス液，水分を除去するとともに，
フォトレジスト膜の密着性およびエッチング耐性を向上させた後、エッチング液に投入して、露出した金属箔部分を除去する。
The portion where the photoresist is removed and the surface of the metal foil is exposed is removed by etching to form a predetermined resistor pattern. As the pretreatment, post-baking (heat treatment) the photoresist to remove the remaining developer, rinse solution and moisture,
After improving the adhesion and etching resistance of the photoresist film, it is poured into an etching solution to remove the exposed metal foil portion.
エッチングされずに残った抵抗体３表面にはフォトレジストが残存しているため、フォトレジスト剥離剤でこれを除去する。これで、所望のパターンを有する抵抗体３ａ〜３ｄが得られる。 Since the photoresist remains on the surface of the resistor 3 remaining without being etched, it is removed with a photoresist remover. Thus, the resistors 3a to 3d having a desired pattern are obtained.
一方、絶縁ベース２上にスパッタにて抵抗体３を形成することも可能である。エッチング方法と比較すると、フォトレジストはネガポジ反転した構成であり、所望のパターンを形成しない箇所をマスクとして形成する。すなわち絶縁ベース２上にフォトレジスト（液レジ）をスピンコート塗布、ディップコーター塗布より形成し、次いでプリベークを行い、さらに原寸サイズのフォトマスクを介してＵＶ光線により露光を行う。その後現像液に浸して現像し、不要な部分を除去する。 On the other hand, the resistor 3 can be formed on the insulating base 2 by sputtering. Compared with the etching method, the photoresist has a negative-positive inversion structure, and a portion where a desired pattern is not formed is formed as a mask. That is, a photoresist (liquid resist) is formed on the insulating base 2 by spin coating or dip coater coating, followed by pre-baking, and further exposure with UV light through an original size photomask. Thereafter, it is immersed in a developing solution and developed to remove unnecessary portions.
次いで、スパッタにより金属をこのフォトレジスト側に積層し、所望のパターンを形成する。この時フォトレジストにも金属は積層されているが、リフトオフレジスト形状になっているため、フォトレジスト剥離材にて容易に剥離が可能であり、所望の抵抗体３ａ〜３ｄが得られる。 Next, a metal is laminated on the photoresist side by sputtering to form a desired pattern. At this time, although the metal is also laminated on the photoresist, since it has a lift-off resist shape, it can be easily peeled off with a photoresist stripping material, and desired resistors 3a to 3d can be obtained.
さらに、この抵抗体３ａ〜３ｄの上面に保護層として、カバーフィルムを貼る。カバーフィルムはポリイミドフィルムで厚みが１２．５μｍのものを用いている。なお抵抗体３ａ〜３ｄを用いてホイートストンブリッジ回路を構成するため、接続用の電極４を設ける必要がある。よって予めこのカバーフィルムには所定の開口孔をレーザ加工もしくはプレス抜き加工等によって形成しておき、これを貼りわせることになる。この貼り合わせは前述のポリイミド系の接着剤を塗布し、加圧および熱硬化により接着が行われる。 Furthermore, a cover film is pasted as a protective layer on the upper surfaces of the resistors 3a to 3d. The cover film is a polyimide film having a thickness of 12.5 μm. In addition, in order to comprise a Wheatstone bridge circuit using the resistors 3a-3d, it is necessary to provide the electrode 4 for a connection. Therefore, a predetermined opening hole is previously formed in this cover film by laser processing or press punching, and this is attached. This bonding is performed by applying the polyimide adhesive described above and applying pressure and heat curing.
もちろんこの電極４のための開口部の形成に際しては、スピンコート塗布によってフォトレジストの保護層を形成して露光および現像によって所望する部分を取り除き、電極４を露出させる方法などを用いても構わない。 Of course, when forming the opening for the electrode 4, a method of exposing the electrode 4 by forming a protective layer of a photoresist by spin coating and removing a desired portion by exposure and development may be used. .
いずれにしても、電極４は抵抗体３ａ〜３ｄと電気的に繋がって、金属が表面に露出しており、ここを接続部として、ホイートストンブリッジ回路を構成するようになっている。 In any case, the electrode 4 is electrically connected to the resistors 3a to 3d, the metal is exposed on the surface, and a Wheatstone bridge circuit is configured by using this as a connecting portion.
また抵抗調整パターン５は、抵抗体３ａ〜３ｄがホイートストンブリッジ回路を成して構成した際に、ここをレーザにより抵抗調整パターン５の一部を除去して、抵抗値を変化させ、ホイートストンブリッジ回路の抵抗値バランスを微調整するために設けてある。 In addition, when the resistance adjustment pattern 5 is configured by the resistors 3a to 3d forming a Wheatstone bridge circuit, a part of the resistance adjustment pattern 5 is removed by a laser so that the resistance value is changed. Is provided to finely adjust the resistance value balance.
配線部７は各抵抗体３同士を繋ぐ、もしくは抵抗体３と電極４を繋ぐ配線である。この詳細については後述する。 The wiring portion 7 is a wiring that connects the resistors 3 or connects the resistors 3 and the electrodes 4. Details of this will be described later.
図２は、本発明の実施形態を示す歪みゲージにおけるホイートストンブリッジ回路図である。 FIG. 2 is a Wheatstone bridge circuit diagram in the strain gauge showing the embodiment of the present invention.
図２では、各ホイートストンブリッジ回路内の１辺の抵抗を複数に分割して表現している。
すなわち、回路図で
電極４ａ−電極４ｆ間は抵抗体３ａ（Ｒ１１）と抵抗体３ａ（Ｒ１２）、
電極４ｂ−電極４ｆ間は抵抗体３ｂ（Ｒ２１）と抵抗体３ｂ（Ｒ２２）、
電極４ｃ−電極４ｅ間は抵抗体３ｃ（Ｒ３１）と抵抗体３ｃ（Ｒ３２）、
電極４ｃ−電極４ｄ間は抵抗体３ｄ（Ｒ４１）と抵抗体３ｄ（Ｒ４２）と分割して表している。
In FIG. 2, the resistance of one side in each Wheatstone bridge circuit is divided into a plurality of parts.
That is, in the circuit diagram, between the electrode 4a and the electrode 4f, the resistor 3a (R11), the resistor 3a (R12),
Between the electrode 4b and the electrode 4f, the resistor 3b (R21) and the resistor 3b (R22),
Between the electrode 4c and the electrode 4e, a resistor 3c (R31) and a resistor 3c (R32),
The space between the electrode 4c and the electrode 4d is divided into a resistor 3d (R41) and a resistor 3d (R42).
電源６は電極４ｃ−電極４ｆ間に印加しており、歪み検知の出力としては電極４ａ（電極４ｅ）と電極４ｂ（電極４ｄ）の端子電圧として得ることができる。
なお電極４ａと電極４ｅ、電極４ｂと電極４ｄはそれぞれ電気的接続がなされ出力端子として設けられている。
The power source 6 is applied between the electrode 4c and the electrode 4f, and the output of strain detection can be obtained as the terminal voltage of the electrode 4a (electrode 4e) and the electrode 4b (electrode 4d).
The electrode 4a and the electrode 4e, and the electrode 4b and the electrode 4d are electrically connected to each other and are provided as output terminals.
図３は、本発明の実施形態を示す歪みゲージにおける実体配線模式図である。
図２の回路図を図１の平面図と照らし合わせて抵抗体３および電極４の実体配線の状態を示したものである。
FIG. 3 is a schematic diagram of the actual wiring in the strain gauge showing the embodiment of the present invention.
The circuit diagram of FIG. 2 is compared with the plan view of FIG. 1 to show the state of the actual wiring of the resistor 3 and the electrode 4.
図２で示すホイートストンブリッジ回路の抵抗体３ａ（Ｒ１１）とこれに対向する抵抗体３ｄ（Ｒ４１）が、図３の実体配線図では対向、併設されている。これを図１の平面図で見ると、抵抗体３ａ（Ｒ１１）と抵抗体３ｄ（Ｒ４１）はどちらも折り返しパターンで形成され、対向して併設され各々挟み込む形を成している。この対となる組み合わせは、図２において対向する辺毎に二点鎖線にて囲まれて表現されている。 The resistor 3a (R11) of the Wheatstone bridge circuit shown in FIG. 2 and the resistor 3d (R41) facing the resistor 3a are arranged opposite to each other in the substantial wiring diagram of FIG. When this is seen in the plan view of FIG. 1, the resistor 3a (R11) and the resistor 3d (R41) are both formed in a folded pattern, are opposed to each other, and sandwich each other. This paired combination is expressed by being surrounded by a two-dot chain line for each opposite side in FIG.
すなわち、抵抗体３ｃ（Ｒ３１）と抵抗体３ｂ（Ｒ２１）、抵抗体３ｃ（Ｒ３２）と抵抗体３ｂ（Ｒ２２）、抵抗体３ａ（Ｒ１２）と抵抗体３ｄ（Ｒ４２）も同様に、いずれも折り返しパターンで形成され、対向して併設され各々挟み込む形を成している。 That is, the resistor 3c (R31) and the resistor 3b (R21), the resistor 3c (R32) and the resistor 3b (R22), and the resistor 3a (R12) and the resistor 3d (R42) are all folded back. They are formed in a pattern, and are arranged opposite to each other to sandwich each other.
ゆえに、対向して併設され各々挟み込む形を成しているもの同士、例えば抵抗体３ａ（Ｒ１１）と抵抗体３ｄ（Ｒ４１）は非常に近い位置であり、各々の抵抗体は略同じ加工プロセス条件、すなわちフォトリソやエッチングあるいはスパッタの加工条件にて製作されることになる。歪みゲージ１が比較的大きなサイズ、例えば外形の直径が約６ｍｍの場合では抵抗体３の配置の影響が顕著な差となり、抵抗体３ａ（Ｒ１１）、抵抗体３ａ（Ｒ１２）、抵抗体３ｂ（Ｒ２１）、抵抗体３ｂ（Ｒ２２）、抵抗体３ｃ（Ｒ３１）、抵抗体３ｃ（Ｒ３２）、抵抗体３ｄ（Ｒ４１）、抵抗体３ｄ（Ｒ４２）各々の抵抗値がばらつくため、本発明は極めて有効なものとなる。 Therefore, the components that are arranged opposite to each other and sandwiched between them, for example, the resistor 3a (R11) and the resistor 3d (R41) are very close to each other, and each resistor has substantially the same processing process conditions. That is, it is manufactured under the processing conditions of photolithography, etching or sputtering. When the strain gauge 1 has a relatively large size, for example, the outer diameter is about 6 mm, the influence of the arrangement of the resistor 3 becomes a significant difference, and the resistor 3a (R11), the resistor 3a (R12), and the resistor 3b ( R21), the resistor 3b (R22), the resistor 3c (R31), the resistor 3c (R32), the resistor 3d (R41), and the resistor 3d (R42) vary in resistance, and the present invention is extremely effective. It will be something.
図４は、本発明の第２の実施形態を歪みゲージにおける抵抗体パターンを示す平面図である。電極４や抵抗調整パターン５の配置は第１の実施例と同様であるが、抵抗体３ａ〜３ｄにおいて歪みを感知する部分のいわゆるグリッド長を揃えたものである。 FIG. 4 is a plan view showing a resistor pattern in a strain gauge according to the second embodiment of the present invention. The arrangement of the electrodes 4 and the resistance adjustment pattern 5 is the same as that of the first embodiment, but the so-called grid lengths of the portions that sense distortion in the resistors 3a to 3d are made uniform.
すなわち、抵抗体３ａ（Ｒ１１）と抵抗体３ａ（Ｒ４１）における歪みに対して感度が高い部分の長さグリッド長ｘを、略同じ寸法となるように形成している。
これは抵抗体３ｂ（Ｒ２１）と抵抗体３ｂ（Ｒ２２）、抵抗体３ｃ（Ｒ３１）と抵抗体３ｃ（Ｒ３２）、抵抗体３ｄ（Ｒ４１）と抵抗体３ｄ（Ｒ４２）においても同様に構成されている。
That is, the length grid length x of the portion having high sensitivity to distortion in the resistor 3a (R11) and the resistor 3a (R41) is formed to have substantially the same dimension.
This is the same in the resistor 3b (R21) and resistor 3b (R22), resistor 3c (R31) and resistor 3c (R32), resistor 3d (R41) and resistor 3d (R42). Yes.
この歪みに対して感度が高い部分の長さすなわちグリッド長ｘを、同じ寸法となるように形成することで、歪みに対しての感度がホイートストンブリッジ回路内の対向する辺で同等になるため、極めて精度の高い歪みゲージ１が実現できることになる。 By forming the length of the portion that is highly sensitive to the distortion, that is, the grid length x so as to have the same dimension, the sensitivity to the distortion becomes equal on the opposite sides in the Wheatstone bridge circuit. An extremely accurate strain gauge 1 can be realized.
さて、このように抵抗体３を分割して併設することで、抵抗体３の配置位置によってはこれらの抵抗体３間を繋ぐ配線が長くなる場合が生じる。図１および図４の実施例においては、抵抗体３、電極部４、抵抗調整パターン５および配線部７を回転対称にて配置しているため、抵抗値の誤差は生じにくいようにはなっている。もちろんこれらの配線部７の配線幅を太くして抵抗値を下げることで解決出来る場合はあるものの、所望の抵抗値を得ることが難しい場合も生ずることは想像に難くない。 Now, by dividing the resistor 3 in this manner, depending on the position of the resistor 3, the wiring connecting these resistors 3 may become long. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, since the resistor 3, the electrode part 4, the resistance adjustment pattern 5 and the wiring part 7 are arranged in a rotational symmetry, an error in resistance value is less likely to occur. Yes. Of course, there are cases where it can be solved by increasing the wiring width of these wiring portions 7 and lowering the resistance value, but it is not difficult to imagine that it may be difficult to obtain a desired resistance value.
本発明では、図１および図４の網掛けで示した配線部７を金もしくは銅などの電気抵抗が小さい金属にて構成することで、各抵抗体３同士を繋ぐ、もしくは抵抗体３と電極４を繋ぐ配線の抵抗値を小さくすることができる。この場合、抵抗体３の金属上にこの金もしくは銅を形成しても良いし、金もしくは銅のバイパスとしての単独配線でも構わない。製作においては、前述のフォトリソ方法を用いて不要な部分をマスクしおき、スパッタやメッキなどで金もしくは銅の層を形成することで実現が容易である。 In the present invention, the wiring portion 7 shown by hatching in FIGS. 1 and 4 is made of a metal having a small electrical resistance such as gold or copper, so that the resistors 3 are connected to each other or the resistors 3 and the electrodes are connected. 4 can be reduced in resistance value. In this case, this gold or copper may be formed on the metal of the resistor 3, or a single wiring as a gold or copper bypass may be used. In manufacture, it is easy to realize by masking unnecessary portions using the above-described photolithography method and forming a gold or copper layer by sputtering or plating.
さらにこの配線部７を金もしくは銅などの低電気抵抗の金属にて構成することで、電極４から引き出す配線のハンダ付けも容易になるという効果も有する。 Further, the wiring portion 7 is made of a metal having a low electrical resistance such as gold or copper, so that the wiring drawn out from the electrode 4 can be easily soldered.
特に配線部７を金で形成することで、電極部４の露出表面の酸化を抑制して長期の保存使用に耐えられるようできる。またここでは図示しないが、その配膳長を長くしても歪みゲージの特性に影響しないため配線部７の延長部分を別途さらに設け、電極４の露出表面部を矩形にして一列に並べて配置し、ＦＰＣコネクタに嵌合するパターンにして形成することも可能である。この歪みゲージ１の絶縁ベース２はポリイミドを使用しており、またコネクタと接触する接続部は金メッキ処理がなされるため、一般的に入手可能なＦＰＣコネクタに適合することができる。この場合電極４へのハンダ付け等が存在しないため、組み立てを容易にすることが可能である。 In particular, by forming the wiring part 7 with gold, it is possible to suppress the oxidation of the exposed surface of the electrode part 4 and to withstand long-term storage use. Although not shown here, extending the wiring length does not affect the characteristics of the strain gauge.Therefore, an additional portion of the wiring portion 7 is additionally provided, and the exposed surface portion of the electrode 4 is arranged in a line with a rectangular shape, It is also possible to form a pattern that fits into the FPC connector. The insulating base 2 of the strain gauge 1 uses polyimide, and the connection portion that contacts the connector is gold-plated, so that it can be adapted to a generally available FPC connector. In this case, since there is no soldering to the electrode 4 and the like, assembly can be facilitated.
本発明の実施例では、ホイートストンブリッジ回路内の４辺の抵抗体を各々２分割して総計８個の抵抗体を有する歪みゲージにて説明したが、ホイートストンブリッジ回路内の対向する２辺の抵抗体を各々２分割して総計４個の抵抗体の場合、その他の分割においても有効である。 In the embodiment of the present invention, the four side resistors in the Wheatstone bridge circuit are each divided into two to explain the strain gauge having a total of eight resistors. In the case where the body is divided into two parts for a total of four resistors, it is also effective in other divisions.
本発明の活用例として、力および荷重を測るロードセル、圧力を測る圧力センサなど物理量（荷重・圧力・変位・加速度・トルク等）の計測に用いられる変換器の受感素子への適用が可能である。 As an application example of the present invention, a load cell for measuring force and load, a pressure sensor for measuring pressure, etc. can be applied to a sensing element of a transducer used for measuring physical quantities (load, pressure, displacement, acceleration, torque, etc.). is there.
１ 歪みゲージ
２ 絶縁ベース
３、３ａ〜３ｄ 抵抗体
４ａ〜４ｆ 電極
５ 抵抗調整パターン
６ 電源
７ 配線部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Strain gauge 2 Insulation base 3, 3a-3d Resistor 4a-4f Electrode 5 Resistance adjustment pattern 6 Power supply 7 Wiring part
Claims (5)
The resistance patterns provided adjacent to each other are provided so that the folded patterns are alternately sandwiched, and the lengths of the portions that sense the distortion of the folded patterns are substantially the same in the strain sensing direction. The strain gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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