JP3229460B2 - Strain gauge - Google Patents

Strain gauge

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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は歪みゲージに関し、特
に、ゲージ膜をアモルファスで構成した歪みゲージに関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a strain gauge, and more particularly to a strain gauge having a gauge film made of amorphous.

【0002】[0002]

【従来技術およびその問題点】一般に、金属抵抗体歪み
ゲージはゲージ率が2〜4と低いが、抵抗温度係数(以
下、TCRという)が小さいため温度特性に優れてい
る。例えば、歪みゲージの材料としてアドバンス(54
%Cu、44%Ni、1%Mn、0.5%Fe合金)や
カルマ(73%Ni、20%Cr、7%Al+Fe合
金)等を使用した場合には、TCRは約20×10-6
℃となり、ニクロムV(80%Ni、20%Cr合金)
を使用した場合には、TCRは約110×10-6/℃と
なる。これは半導体歪みゲージの材料のTCR(1〜3
×10-3/℃)よりも1〜2桁ほどTCRが小さく、半
導体歪みゲージよりも温度特性に優れていることがわか
る。
2. Description of the Related Art Generally, a metal resistor strain gauge has a low gauge factor of 2 to 4, but has a small temperature coefficient of resistance (hereinafter, referred to as TCR) and thus has excellent temperature characteristics. For example, advanced (54)
% Cu, 44% Ni, 1% Mn, 0.5% Fe alloy) or karma (73% Ni, 20% Cr, 7% Al + Fe alloy) or the like, the TCR is about 20 × 10 −6. /
℃, Nichrome V (80% Ni, 20% Cr alloy)
Is used, the TCR is about 110 × 10 −6 / ° C. This is the TCR (1-3) of the material of the semiconductor strain gauge.
(× 10 −3 / ° C.), the TCR is smaller by about one to two digits, and it is understood that the temperature characteristic is superior to that of the semiconductor strain gauge.

【0003】また、ゲージ膜をアモルファスで構成する
とさらにTCRが低下し、場合によっては負の値を示す
ようになる。ここで、ゲージ膜をアモルファスにするに
は、メタロイド(半金属を含む)を添加したり、共晶型
を有するものには共晶組成付近に組成を変更するなどす
れば良い。例えば、前述したニクロムV(80%Ni、
20%Cr合金)は共晶型を有するので組成比を共晶組
成付近に変更し、メタロイドを少量添加することでTC
Rが−20×10-6/℃と小さくなり、負の値を示すよ
うになる。
Further, when the gauge film is made of an amorphous material, the TCR is further lowered, and in some cases, the gauge film shows a negative value. Here, in order to make the gauge film amorphous, a metalloid (including a semimetal) may be added, or the composition having a eutectic type may be changed to a composition near the eutectic composition. For example, the aforementioned Nichrome V (80% Ni,
(20% Cr alloy) has a eutectic type, so the composition ratio is changed to the vicinity of the eutectic composition, and TC is added by adding a small amount of metalloid.
R becomes as small as −20 × 10 −6 / ° C. and shows a negative value.

【0004】しかしながら、このようにゲージ膜のアモ
ルファス化を図ったとしても、TCRを完全にゼロにす
ることができず、そのため、温度変化による影響を受け
て測定値に誤差が生じ、正確な測定値が得られないとい
う問題点があった。
[0004] However, even if the gauge film is made amorphous as described above, the TCR cannot be completely reduced to zero, so that an error occurs in the measured value due to the influence of the temperature change, and an accurate measurement is performed. There was a problem that a value could not be obtained.

【0005】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、TCRをよりゼロに近
付けることによって温度変化による影響を極力少なく
し、これにより測定精度を高めることのできる歪みゲー
ジを提供することを目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art. By making the TCR closer to zero, the influence of a temperature change can be reduced as much as possible, thereby increasing the measurement accuracy. It is an object to provide a strain gauge.

【0006】[0006]

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明は、ゲージ膜をアモルファスで構成し
た歪みゲージにおいて、前記ゲージ膜をNiCr合金
(Ni;30〜70%、Cr;30〜70%、Si、G
e等のメタロイド;30%以下)で構成するとともに、
結晶化開始温度付近(大気中;360〜370℃、Ar
中;390〜400℃)で熱処理したという手段を採用
したものである。
The present invention to solve the above problems In order to solve the problems] In the strain gauge constituted gauge film amorphous, said gauge layer NiCr alloy
(Ni; 30 to 70%, Cr; 30 to 70%, Si, G
e and other metalloids; not more than 30%)
Around the crystallization start temperature (in the air; 360-370 ° C, Ar
(Medium: 390 to 400 ° C.) .

【0007】[0007]

【作用】この発明は前記のような手段を採用したことに
より、ゲージ膜のTCRをほぼゼロに近付けることがで
きる。したがって、温度変化による影響がほとんどなく
なり、測定精度が向上することになる。
According to the present invention, by employing the above-described means, the TCR of the gauge film can be made nearly zero. Therefore, the influence of the temperature change is almost eliminated, and the measurement accuracy is improved.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面に示すこの発明の実施例について
説明する。図1〜図7には、この発明による歪みゲージ
の一実施例が示されていて、金属ダイアフラム1上に真
空蒸着、スパッタリング等の薄膜作製法によりアモルフ
ァスからなるゲージ膜3を成膜し、これを歪みゲージ6
としたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention shown in the drawings will be described below. 1 to 7 show an embodiment of a strain gauge according to the present invention. A gauge film 3 made of amorphous is formed on a metal diaphragm 1 by a thin film forming method such as vacuum deposition and sputtering. The strain gauge 6
It is what it was.

【0009】すなわち、まず、図1に示すように、金属
ダイアフラム1の上面にスパッタリング等によりSiO
2 からなる絶縁膜2を適宜の厚みで成膜するとともに、
この絶縁膜2の上面に図2に示すように、スパッタリン
グ等によりアモルファスからなるゲージ膜3を成膜す
る。
That is, first, as shown in FIG.
In addition to forming an insulating film 2 made of 2 with an appropriate thickness,
As shown in FIG. 2, a gauge film 3 made of amorphous is formed on the upper surface of the insulating film 2 by sputtering or the like.

【0010】ここで、ゲージ膜3をアモルファスにする
には、既述のように、メタロイド(半金属を含む)を添
加したり、共晶型を有するものは共晶付近に組成を変更
する等すれば良く、この場合には、NiCr合金(N
i;30〜70%、Cr;30〜70%、Si、Ge等
のメタロイド;30%以下)を使用した。
Here, in order to make the gauge film 3 amorphous, as described above, a metalloid (including a semimetal) is added, and in the case of a eutectic type, the composition is changed to a vicinity of the eutectic. In this case, a NiCr alloy (N
i; 30 to 70%; Cr; 30 to 70%; metalloids such as Si and Ge; 30% or less).

【0011】そして、図3に示すように、ゲージ膜3の
上面にメタルマスクで電極パターンのマスキングを施
し、スパッタリング等により所望のパターンの電極膜4
を成膜するとともに、図4に示すように、ゲージ膜3の
全面にレジスト5を塗布してゲージ膜3および電極膜4
を被覆し、図5に示すように、エッチングしたい部分の
レジスト5を除去して適宜のレジストパターンを形成す
る。
Then, as shown in FIG. 3, the upper surface of the gauge film 3 is masked with an electrode pattern using a metal mask, and the electrode film 4 having a desired pattern is formed by sputtering or the like.
As shown in FIG. 4, a resist 5 is applied to the entire surface of the gauge film 3 to form the gauge film 3 and the electrode film 4.
Then, as shown in FIG. 5, a portion of the resist 5 to be etched is removed to form an appropriate resist pattern.

【0012】そして、図6に示すように、ウエットエッ
チングによりゲージ膜3をエッチングして所望のゲージ
パターンを形成し、この後、図7に示すようにレジスト
5を除去することにより、所望のパターンの歪みゲージ
6を形成する。
Then, as shown in FIG. 6, the gauge film 3 is etched by wet etching to form a desired gauge pattern, and thereafter, the resist 5 is removed as shown in FIG. Is formed.

【0013】そして、この後、ゲージ膜3を構成してい
るNiCr合金の結晶化開始温度まで加熱して熱処理を
行うことにより、この実施例による歪みゲージ6が形成
されることになる。ここで、大気中では、360℃〜3
70℃の範囲内で熱処理を行い、Ar中では、390℃
〜400℃の範囲内で熱処理を行う。
Thereafter, the strain gauge 6 according to this embodiment is formed by heating the NiCr alloy constituting the gauge film 3 to a crystallization start temperature and performing a heat treatment. Here, in the atmosphere, 360 ° C. to 3 ° C.
Heat treatment is performed within the range of 70 ° C., and 390 ° C. in Ar
Heat treatment is performed within the range of 400 ° C.

【0014】図8には、この実施例による歪みゲージ6
の熱処理温度と結晶性の関係を示したX線回の分析結
果が示してあるが、この図から、大気中において熱処理
温度を360℃以下にすると、NiCr合金のピークは
ハローを示しており、アモルファス状態であることがわ
かり、380℃になると、鋭いピークが現れ始め、結晶
化が開始していることがわかる。
FIG. 8 shows a strain gauge 6 according to this embodiment.
The heat treatment temperature is indicated in Table analysis of X-ray diffraction shows crystallinity relationship, from this figure, when the heat treatment temperature of 360 ° C. or less in the atmosphere, the peak of the NiCr alloy shows a halo At 380 ° C., a sharp peak began to appear, indicating that crystallization had started.

【0015】また、Ar中でも同じように、360℃で
はハローを示しており、アモルファス状態であることが
わかり、400℃以上になると鋭いピークが現れ始め、
結晶化が開始していることがわかる。
Similarly, Ar shows a halo at 360.degree. C., indicating that it is in an amorphous state, and a sharp peak starts to appear at 400.degree.
It can be seen that crystallization has started.

【0016】また、図9には熱処理温度とTCRとの関
係が示してあり、この図から、大気中においてもAr中
においても、結晶化開始温度付近でTCRがゼロに近付
くことがよくわかる。
FIG. 9 shows the relationship between the heat treatment temperature and the TCR. From this figure, it can be clearly seen that the TCR approaches zero near the crystallization start temperature both in the air and in Ar.

【0017】以上の結果から、この実施例による歪みゲ
ージ6を結晶化開始温度付近、すなわち、大気中では3
60℃〜370℃の範囲内、Ar中では390℃〜40
0℃の範囲内で熱処理を行えば、TCRを±3×10-6
℃以内にすることができる。
From the above results, it was found that the strain gauge 6 according to this embodiment was set near the crystallization start temperature, that is, at about 3 ° C. in the atmosphere.
60 ° C to 370 ° C, 390 ° C to 40 ° C in Ar
If the heat treatment is performed within the range of 0 ° C., the TCR becomes ± 3 × 10 −6.
It can be within ° C.

【0018】[0018]

【発明の効果】この発明は前記のように、ゲージ膜を
iCr合金(Ni;30〜70%、Cr;30〜70
%、Si、Ge等のメタロイド;30%以下)で構成す
るとともに、結晶化開始温度付近(大気中;360〜3
70℃、Ar中;390〜400℃)で熱処理したこと
により、アモルファスの特徴を活かした物性を引き出す
ことができることになる。したがって、抵抗温度係数
(TCR)をほぼゼロに近付けることができることにな
るので、温度変化による影響をほとんど受けることがな
くなり、測定精度の優れた歪みゲージを提供することが
できることになる。
Effects of the Invention The present invention as described above, the gauge film N
iCr alloy (Ni; 30 to 70%, Cr; 30 to 70
%, Metalloids such as Si and Ge; 30% or less).
Around the crystallization onset temperature (in the atmosphere; 360-3
70 ° C. in Ar; 390 to 400 ° C.)
Draws out physical properties that take advantage of the characteristics of amorphous
You can do it. Therefore, the temperature coefficient of resistance (TCR) can be made close to zero.
Therefore, the strain gauge is hardly affected by the temperature change , and a strain gauge having excellent measurement accuracy can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による歪みゲージの製作方法の第1段
階を示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a first stage of a method for manufacturing a strain gauge according to the present invention.

【図2】第2段階を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a second stage.

【図3】第3段階を示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a third stage.

【図4】第4段階を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a fourth stage.

【図5】第5段階を示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a fifth stage.

【図6】第6段階を示した説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a sixth step.

【図7】第7段階を示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a seventh stage.

【図8】この発明による歪みゲージの熱処理温度と結晶
性の関係を示したX線回の分析結果である。
8 is a X-ray diffraction analysis results showing the heat treatment temperature and the crystallinity of the relationship between the strain gage according to the present invention.

【図9】この発明による歪みゲージの熱処理温度とTC
Rとの関係を示した説明図である。
FIG. 9 shows the heat treatment temperature and TC of the strain gauge according to the present invention.
It is explanatory drawing which showed the relationship with R.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……ダイアフラム 2……絶縁膜 3……ゲージ膜 4……電極膜 5……レジスト 6……歪みゲージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diaphragm 2 ... Insulating film 3 ... Gauge film 4 ... Electrode film 5 ... Resist 6 ... Strain gauge

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲージ膜をアモルファスで構成した歪み
ゲージにおいて、前記ゲージ膜をNiCr合金(Ni;
30〜70%、Cr;30〜70%、Si、Ge等のメ
タロイド;30%以下)で構成するとともに、結晶化開
始温度付近(大気中;360〜370℃、Ar中;39
0〜400℃)で熱処理したことを特徴とする歪みゲー
ジ。
1. A strain gauge having a gauge film made of amorphous, wherein the gauge film is made of a NiCr alloy (Ni;
30-70%, Cr; 30-70%, Si, Ge, etc.
(Taloid; 30% or less)
Near the starting temperature (in the atmosphere; 360-370 ° C., in Ar; 39)
(0 to 400 ° C.) .
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