JP5827583B2

JP5827583B2 - Surface pressure sensor

Info

Publication number: JP5827583B2
Application number: JP2012051440A
Authority: JP
Inventors: 孝道伊東; 健司中原; 英二丹羽
Original assignee: Takano Co Ltd; Research Institute for Electromagnetic Materials
Current assignee: Takano Co Ltd; Research Institute for Electromagnetic Materials
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP2013185966A

Description

本発明は、面圧センサに関し、特に、面に作用する外圧（面圧）を検出する面圧センサに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a surface pressure sensor, and more particularly to a technique effective when applied to a surface pressure sensor that detects an external pressure (surface pressure) acting on a surface.

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。 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.

特許第３０８９４５５号公報（特許文献１）に記載された面圧センサは、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。 A surface pressure sensor described in Japanese Patent No. 3089455 (Patent Document 1) includes a row electrode and a column electrode arranged in an orthogonal direction between two flexible films, and the row electrode Pressure sensitive conductive ink is interposed between the column electrodes. 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、特許第３９１１３６３号公報（特許文献２）に記載された圧力測定方法は、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。 In addition, the pressure measurement method described in Japanese Patent No. 3911363 (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。そして、面圧センサの構造によっては、外乱を見かけの圧力として検出される場合もある。 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 density of the color, there is a problem that measurement with an accurate value cannot be performed. Depending on the structure of the surface pressure sensor, a disturbance may be detected as an apparent pressure.

本発明の目的は、面圧センサの検出精度を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the detection accuracy of a surface pressure sensor. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における面圧センサは、ロールに対して、該ロールの軸方向と交差する進入方向に進入させて面に作用するロール圧を検出する面圧センサであって、基板と、前記基板中の凹部をもって形成されたひずみ受感部（センサ部）と、前記ひずみ受感部に設けられ、ロール圧と前記基板の曲げ変形を検出する第１ひずみゲージ（検出素子）と、前記ひずみ受感部を除いた前記基板に設けられ、前記基板の曲げ変形を検出する第２ひずみゲージ（補正素子）とを備え、複数の前記第１ひずみゲージが、前記進入方向に伸びる帯状に設けられた前記ひずみ受感部に、前記進入方向に沿って列をなして設けられ、複数の前記第２ひずみゲージが、複数の前記第１ひずみゲージのそれぞれに対して前記ロールの軸方向に沿って隣接するよう前記進入方向に沿って列をなして設けられる。
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows. A surface pressure sensor according to an embodiment of the present invention is a surface pressure sensor that detects a roll pressure that acts on a surface by causing the roll to enter an entry direction that intersects the axial direction of the roll , and a substrate; A strain sensitive part (sensor part) formed with a recess in the substrate; a first strain gauge (detecting element) provided in the strain sensitive part for detecting roll pressure and bending deformation of the substrate ; A second strain gauge (correction element) that is provided on the substrate excluding the strain sensing portion and detects bending deformation of the substrate, and a plurality of the first strain gauges are provided in a strip shape extending in the entry direction. A plurality of second strain gauges are provided along the axial direction of the roll with respect to each of the plurality of first strain gauges. Next to each other Provided in a row along the entering direction.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明の一実施形態によれば、ひずみ受感部（センサ部）が基板の変形（外乱）の影響を受けた場合であっても、第２ひずみゲージ（補正素子）で検出しているので、面圧センサの検出精度を向上することができる。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows. According to one embodiment of the present invention, even when the strain sensitive part (sensor part) is affected by the deformation (disturbance) of the substrate, it is detected by the second strain gauge (correcting element). The detection accuracy of the surface pressure sensor can be improved.

本発明の面圧センサの基本的構成の第１の実施形態における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in a 1st embodiment of the basic composition of the surface pressure sensor of the present invention. 図１のＡ−Ａ’断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 図２の断面模式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 the cross-sectional schematic diagram of FIG. 図２の断面模式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 the cross-sectional schematic diagram of FIG. 本発明の面圧センサの基本的構成の第２の実施形態における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in 2nd Embodiment of the basic composition of the surface pressure sensor of this invention. 本発明の面圧センサの基本的構成の第３の実施形態における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in the third embodiment of the basic configuration of the surface pressure sensor of the present invention. 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. 本発明の面圧センサの基本的構成の第４の実施形態における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in 4th Embodiment of the basic composition of the surface pressure sensor of this invention. ロール圧を測定する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of measuring roll pressure. 本発明の第５の実施形態における面圧センサの一例の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of an example of the surface pressure sensor in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the other example of the surface pressure sensor in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the other example of the surface pressure sensor in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the other example of the surface pressure sensor in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the other example of the surface pressure sensor in the 5th Embodiment of this invention.

以下の本発明に係る実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 In the following embodiments according to the present invention, a plurality of sections will be described when necessary. However, in principle, they are not irrelevant to each other, and one of them is a modification of some or all of the other, details, etc. There is a relationship. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function in all the figures, and the repeated description is abbreviate | omitted.

また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。 In addition, the number of components (including the number, numerical value, quantity, range, etc.) is limited to that specific number unless otherwise specified or in principle limited to a specific number in principle. It may be more than a specific number or less. In addition, when referring to the shape of a component, etc., it shall include substantially the same or similar to the shape, etc., unless explicitly stated or in principle otherwise considered otherwise .

以下の第１〜第４の実施形態において、面に作用する外圧を検出する面圧センサの基本的な構成（センサ部や検出素子など）について説明し、第５の実施形態において、補正素子を備えた面圧センサについて説明する。 In the following first to fourth embodiments, a basic configuration (a sensor unit, a detection element, etc.) of a surface pressure sensor that detects an external pressure acting on a surface will be described. In the fifth embodiment, a correction element is The surface pressure sensor provided will be described.

［第１の実施形態］
まず、本実施形態における面圧センサ１０の構造について、図１および図２を参照して説明する。図１は面圧センサ１０の全体構成を示す平面模式図、図２は図１におけるＡ−Ａ’線の断面模式図である。 [First Embodiment]
First, the structure of the surface pressure sensor 10 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a schematic plan view showing the overall configuration of the surface pressure sensor 10, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG.

面圧センサ１０は、基板１１と、基板１１に設けられたセンサ部と、センサ部の情報を検出する検出素子とを備えている。本願においては、センサ部として、基板１１のひずみを受感するひずみ受感部１５を設け、ひずみ受感部１５の変形（情報）を検出する検出素子として、金属抵抗型のひずみゲージ１２（ひずみ受感素子）を用いている。図１および図２に示す面圧センサ１０では、基板１１上に複数のひずみゲージ１２が配置されて構成されている。本実施形態では、構造がわかりやすいように、説明用としてひずみゲージ１２が３行３列で計９個というひずみゲージ１２の数が少ないものを例として挙げている。 The surface pressure sensor 10 includes a substrate 11, a sensor unit provided on the substrate 11, and a detection element that detects information of the sensor unit. In the present application, a strain sensing unit 15 that senses strain of the substrate 11 is provided as a sensor unit, and a metal resistance type strain gauge 12 (strain) is used as a detection element that detects deformation (information) of the strain sensing unit 15. Sensitive element) is used. In the surface pressure sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of strain gauges 12 are arranged on a substrate 11. In this embodiment, in order to make the structure easy to understand, an example in which the number of strain gauges 12 is small, that is, nine strain gauges 12 in 3 rows and 3 columns, is used as an example.

基板１１としては、例えば、ジルコニアなどのセラミックから構成されるセラミック基板を用いることができる。基板１１の厚さとしては、面圧センサ１０の用途にもよるが、例えばロール圧の測定に用いる場合には０．１ｍｍ程度を想定している。 As the substrate 11, for example, a ceramic substrate made of a ceramic such as zirconia can be used. The thickness of the substrate 11 is assumed to be about 0.1 mm when used for measuring the roll pressure, for example, although it depends on the use of the surface pressure sensor 10.

基板１１は、主面１１ａ（以下、上面という）と、これとは反対側の裏面１１ｂ（以下、下面という）とを有している。面圧センサ１０では、ひずみゲージ１２が設けられる基板１１（センサ基板として構成される）の上面１１ａをセンサ面として、このセンサ面に作用する外圧を検出する。 The substrate 11 has a main surface 11a (hereinafter referred to as an upper surface) and a back surface 11b (hereinafter referred to as a lower surface) opposite to the main surface 11a. In the surface pressure sensor 10, the upper surface 11a of a substrate 11 (configured as a sensor substrate) on which a strain gauge 12 is provided is used as a sensor surface, and external pressure acting on the sensor surface is detected.

また、基板１１の下面１１ｂには、基板１１が変形可能となるような凹部１４が形成されている。この基板１１は、凹部１４が形成されたことによる肉薄部１１ｃと、凹部１４が形成されていない肉厚部１１ｄとを有することとなる。面圧センサ１０では、基板１１の肉厚部１１ｄがベースとして構成され、このベースに基板１１の肉薄部１１ｃがひずみ受感部１５として構成される。 A recess 14 is formed on the lower surface 11b of the substrate 11 so that the substrate 11 can be deformed. The substrate 11 has a thin portion 11c due to the formation of the concave portion 14 and a thick portion 11d where the concave portion 14 is not formed. In the surface pressure sensor 10, the thick portion 11 d of the substrate 11 is configured as a base, and the thin portion 11 c of the substrate 11 is configured as the strain sensing portion 15 on this base.

このように、本実施形態では、ひずみ受感部１５が、基板１１中の凹部１４をもって形成される。すなわち、ベースである基板１１に凹部１４を形成して肉薄部１１ｃを設けて、これをひずみ受感部１５としている。これに限らず、例えば、基板１１（ベース）の厚さ方向に貫通する貫通部を形成し、この貫通部を塞ぐように基板１１の主面１１ａ上に板を設けて、貫通部に対応する板の部分をひずみ受感部１５とすることもできる。これによれば、厚さによる調整の他に、ベース（基板１１）とひずみ受感部１５（板）との材質の違いによる調整もでき、例えば、ベース（基板１１）を強固な材料とし、これに対してひずみ受感部１５（板）を曲げ撓ませやすい（変形しやすい）材料とすることができる。 Thus, in this embodiment, the strain sensitive part 15 is formed with the concave part 14 in the substrate 11. That is, the concave portion 14 is formed in the substrate 11 which is the base, and the thin portion 11 c is provided, and this is used as the strain sensing portion 15. However, the present invention is not limited thereto, and, for example, a through portion that penetrates in the thickness direction of the substrate 11 (base) is formed, and a plate is provided on the main surface 11a of the substrate 11 so as to close the through portion, thereby corresponding to the through portion. The portion of the plate can be used as the strain sensing unit 15. According to this, in addition to the adjustment by the thickness, the adjustment by the difference in material between the base (substrate 11) and the strain sensing part 15 (plate) can be performed. For example, the base (substrate 11) is made of a strong material, On the other hand, the strain sensitive part 15 (plate) can be made of a material that is easily bent (flexible).

図１および図２で示す面圧センサ１０では、１つのひずみゲージ１２の下方に、１つの円柱状の凹部１４が形成されている。すなわち、１つのひずみ受感部１５に１つのひずみゲージ１２が設けられている。このような面圧センサ１０に外部からの圧力が作用すると、ひずみ受感部１５が変形して（ひずんで）、ひずみゲージ１２がその変形を検出し、変形量を測定する。 In the surface pressure sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2, one cylindrical recess 14 is formed below one strain gauge 12. That is, one strain gauge 12 is provided in one strain sensing unit 15. When pressure from the outside acts on such a surface pressure sensor 10, the strain sensing unit 15 is deformed (distorted), and the strain gauge 12 detects the deformation and measures the deformation amount.

凹部１４の深さとしては、基板厚（肉厚部１１ｄの厚さ）が０．１ｍｍ程度であるとき、その半分である５０μｍ程度を想定している。このとき、肉薄部１１ｃの厚さが５０μｍ程度となる。この凹部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。 As the depth of the concave portion 14, when the substrate thickness (thickness of the thick portion 11d) is about 0.1 mm, it is assumed that the depth is about 50 μm, which is a half of the thickness. At this time, the thickness of the thin portion 11c is about 50 μm. The measurement range of the surface pressure sensor 10 can be changed by adjusting the depth of the recess 14. For example, if the recessed part 14 is deepened, it will become a low pressure range, and if it is shallow, it will become a high pressure range.

ひずみ受感部１５（基板１１の上面１１ａ）上には、ひずみゲージ１２を構成する金属膜２１が直接形成されている。直接形成する方法としては、マスクを用いたスパッタリングまたは蒸着が考えられる。これによれば、ひずみゲージ１２として所望の特性を得るためにパターニングされた金属膜２１を得ることができる。なお、ひずみ受感部１５に接着剤を介して別に用意したひずみゲージを設けることもできるが、複数のひずみゲージの貼り付けにばらつきが生じ、測定値の精度が低下してしまうものと考えられる。 A metal film 21 constituting the strain gauge 12 is directly formed on the strain sensing part 15 (the upper surface 11a of the substrate 11). As a direct forming method, sputtering or vapor deposition using a mask can be considered. According to this, the metal film 21 patterned in order to obtain desired characteristics as the strain gauge 12 can be obtained. In addition, although the strain gauge prepared separately through the adhesive agent can also be provided in the strain sensitive part 15, it is thought that dispersion | variation arises in the affixing of several strain gauges, and the precision of a measured value will fall. .

ひずみゲージ１２を構成する金属膜２１として、例えばＣｒ（クロム）−Ｎ（窒素）薄膜を反応性スパッタリングで成膜するようにする。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号公報）において既に提案されているものである。 As the metal film 21 constituting the strain gauge 12, for example, a Cr (chromium) -N (nitrogen) thin film is formed by reactive sputtering. 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 a past patent application (Japanese Patent No. 3642449) filed by the present applicant.

例えば、上記特許出願の方法によって、抵抗温度係数が４８ｐｐｍ／℃となり、センサ出力に変換すると０．１６％／℃というひずみゲージ１２が作成できる。このような性能を有するひずみゲージ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, by the method of the above-mentioned patent application, the resistance temperature coefficient is 48 ppm / ° C., and when converted into sensor output, the strain gauge 12 of 0.16% / ° C. can be created. By adopting the strain gauge 12 having such performance, an accurate resistance value can be detected even under various temperature environments.

また、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、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、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（ニッケル）−Ｃｒ等を採用してもよい。 Further, by forming the strain gauge 12 directly on the substrate 11, it is possible to save the trouble of attaching the strain gauge that has been prepared in advance to the substrate, thereby shortening the manufacturing process. Further, by directly forming the strain gauge 12 on the substrate 11, the strain gauges 12 can be arranged at a minute interval, and the pressure distribution can be measured in a very fine range. In the present invention, the strain gauge 12 is not limited to a Cr—N thin film, and Ni (nickel) —Cr or the like may be employed.

このように、面圧センサ１０は、ひずみ受感部構造が施された基板１１に、スパッタ等で一度に多数のひずみゲージ１２を１つの金属膜パターンとして形成し、その多数のひずみゲージ１２から生じる抵抗値変化を面圧として検出するものである。 As described above, the surface pressure sensor 10 forms a large number of strain gauges 12 as a single metal film pattern at a time on the substrate 11 having the strain sensing part structure by sputtering or the like. A change in resistance value that occurs is detected as a surface pressure.

また、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 strain gauge 12 is formed so that its resistance value can be measured by the four probe 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. Further, the constant current flowing to each strain gauge 12 is performed by one constant current wiring 16. That is, each strain gauge 12 is configured to be connected in series by a constant current wiring 16.

例えば、図１を例にとって、各ひずみゲージ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、右上のひずみゲージ１２に至る。定電流用配線１６は、上列３つのひずみゲージ１２を直列に結び、左上のひずみゲージ１２から下方に向かう。 For example, taking FIG. 1 as an example, the wiring structure of each strain gauge 12 will be described in detail. In FIG. 1, a terminal portion of a wiring connected to each strain gauge 12 is formed on the lower side of the drawing. 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 strain gauge 12 at the upper right is reached. The constant current wiring 16 connects the upper three strain gauges 12 in series, and extends downward from the upper left strain gauge 12.

そして、中列３つのひずみゲージ１２を直列に結び（図１ではＡ−Ａ’線と一致してしまったのでわかりにくいが）、右下のひずみゲージ１２に向かう。そして、下列３つのひずみゲージ１２を直列に結び、左下のひずみゲージ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。 Then, the three strain gauges 12 in the middle row are connected in series (it is difficult to understand because they coincide with the A-A ′ line in FIG. 1), and head toward the strain gauge 12 at the lower right. Then, the three strain gauges 12 in the lower row are connected in series, and the lower left strain gauge 12 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個のひずみゲージ１２が直列に接続されているので、隣接するひずみゲージ１２の間に配置された抵抗値測定用配線１９は隣接するひずみゲージ１２と共有される。 In addition, a plurality of wires are further formed in the terminal portion, which are the ends of the resistance value (voltage) measurement wires 19 connected to both ends of each strain gauge 12. However, since nine strain gauges 12 are connected in series by one constant current wiring 16, the resistance value measurement wiring 19 disposed between the adjacent strain gauges 12 is connected to the adjacent strain gauges 12. Shared.

このように、各ひずみゲージ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る。また、マスクを用いたスパッタ等によって、基板１１の上面１１ａに一度に多数のひずみゲージ１２および配線１６、１９を、パターニングされた１枚の金属膜２１（図７、図８参照）として微小な間隔で形成することができ、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。 Thus, by connecting each 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. In addition, a large number of strain gauges 12 and wirings 16 and 19 are formed on the upper surface 11a of the substrate 11 at a time as a single patterned metal film 21 (see FIGS. 7 and 8) by sputtering using a mask. The pressure distribution can be measured in a very fine range.

また、図２に示すように、面圧センサ１０は、ひずみゲージ１２などを覆って保護する保護膜２０を備えている。この保護膜２０は、ひずみゲージ１２などを覆って基板１１の上面１１ａ上に設けられている。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。 In addition, as shown in FIG. 2, the surface pressure sensor 10 includes a protective film 20 that covers and protects the strain gauge 12 and the like. The protective film 20 is provided on the upper surface 11a of the substrate 11 so as to cover the strain gauge 12 and the like. 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 measurement target is a soft flat plate or the like, it is considered that the substrate 11 can be easily deformed. However, if the measurement target is a hard flat plate or the like, the substrate 11 is not deformed and pressure measurement with the strain gauge 12 is difficult. It is possible to become. 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の厚みが厚いと、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 thick, the elastic deformation of the protective film 20 also increases, and the substrate 11 can be reliably deformed. On the other hand, when the roll pressure is measured, the obstacle is caused by being too thick. . 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.

次に、面圧センサ１１の動作について、図３および図４を参照して説明する。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。 Next, the operation of the surface pressure sensor 11 will be described with reference to FIGS. 3 to 4 show a state where pressure is applied to the surface pressure sensor.

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。基板１１の上面１１ａ全面に圧力がかかると、凹部１４が形成された箇所（すなわちひずみ受感部１５）が変形し、凹部１４に対応した位置に存在するひずみゲージ１２も変形する。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。 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 upper surface 11 a of the substrate 11, the portion where the recess 14 is formed (that is, the strain sensing portion 15) is deformed, and the strain gauge 12 existing at the position corresponding to the recess 14 is also deformed. The resistance value changes due to the deformation of the 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。図４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。 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. FIG. 4 shows a place where pressure is applied only to the center of the drawing.

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（すなわちひずみ受感部１５）が変形し、凹部１４に対応した位置に存在するひずみゲージ１２も変形する。ここでは中央に位置するひずみゲージ１２のみが変形して抵抗値が変化するので、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。なお、これらからも分かるように、１つのひずみ受感部１５に設けられた１つのひずみゲージ１２を備えた面圧センサ１０も構成することができる。 When pressure is applied only to a predetermined portion of the surface pressure sensor 10, a portion where the concave portion 14 is formed (that is, the strain sensing portion 15) in the portion where the pressure is applied is deformed, and strain existing at a position corresponding to the concave portion 14. The gauge 12 is also deformed. Here, since only the strain gauge 12 located at the center is deformed and the resistance value is changed, it is possible to detect that only the center portion is under pressure and measure the pressure value. As can be seen from these, the surface pressure sensor 10 including one strain gauge 12 provided in one strain sensing unit 15 can also be configured.

前述してきたように、本実施形態における面圧センサ１０は、基板１１と、基板１１上に直接形成された複数のひずみゲージ１２とを具備し、基板１１の下面１１ｂ側には、１又は複数のひずみゲージ１２に対応する位置に、基板１１が変形可能となるような凹部１４が形成されていることを特徴としている。 As described above, the surface pressure sensor 10 according to the present embodiment includes the substrate 11 and the plurality of strain gauges 12 directly formed on the substrate 11, and one or more are provided on the lower surface 11 b side of the substrate 11. A recess 14 is formed at a position corresponding to the strain gauge 12 so that the substrate 11 can be deformed.

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１０の受感素子として抵抗温度係数が小さいひずみゲージ１２を採用することで１％／℃以下の温度変化による面圧センサ１０の出力変動を達成することができる。したがって、本発明の面圧センサ１０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、面圧センサ１０によれば、正確な圧力値を測定できることとなり、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。 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 a temperature change of several% / ° C. is the sensing element of the surface pressure sensor 10. By adopting the strain gauge 12 having a small resistance temperature coefficient, the output fluctuation of the surface pressure sensor 10 due to a temperature change of 1% / ° C. or less can be achieved. Therefore, the surface pressure sensor 10 of the present invention can reduce the temperature dependency, and the change with time is small, so that it can be used repeatedly. According to the surface pressure sensor 10, an accurate pressure value can be measured, and the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 can be improved.

また、ひずみゲージ１２は、基板１１に直接形成されているので、極めて微少な間隔で、ひずみゲージ１２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、ひずみゲージ１２を基板１１に直接形成することで、薄型化した面圧センサ１０とすることができ、且つ面圧センサ１０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１２の貼り付け時のばらつきを低減し、検出精度（測定精度）の向上にも寄与する。 Further, since the strain gauge 12 is directly formed on the substrate 11, the strain gauge 12 can be arranged at an extremely small interval, and a finer pressure distribution can be measured. Furthermore, by directly forming the strain gauge 12 on the substrate 11, the surface pressure sensor 10 can be made thinner, and in the manufacturing stage of the surface pressure sensor 10, the number of man-hours can be greatly reduced. The variation at the time of attaching the strain gauge 12 is reduced, which contributes to the improvement of detection accuracy (measurement accuracy).

そして、面圧センサ１０では、各ひずみゲージ１２の抵抗値を四端子法で測定可能となるように、ひずみゲージ１２全てに定電流を流すために、各ひずみゲージ１２を直列に配線させる定電流用配線１６が形成され、各ひずみゲージ１２の両端部に、抵抗値を測定するための抵抗値測定用配線１９が形成されていることを特徴としてもよい。 And in the surface pressure sensor 10, in order to flow a constant current to all the strain gauges 12 so that the resistance value of each strain gauge 12 can be measured by a four-terminal method, the constant current which makes each strain gauge 12 wire in series. For example, a resistance wiring 16 for measuring a resistance value may be formed at both ends of each strain gauge 12.

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。 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. In a load cell or the like, a wiring method using a bridge circuit is generally employed. However, in the bridge circuit, four wires are required for one sensing element, and a bridge resistance is required, so that a wide space is required. Was necessary.

しかし、本発明の面圧センサ１０によれば、四端子法で測定することにより、各ひずみゲージ１２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ひずみゲージ１２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。 However, according to the surface pressure sensor 10 of the present invention, an accurate resistance value in each strain gauge 12 can be measured by measuring by the four-terminal method. By wiring current paths in series with all strain gauges 12, the number of wires can be reduced, and the sensor can be saved in space and reduced in size.

また、基板１１の上面１１ａには、ひずみゲージ１２、定電流用配線１６、及び抵抗値測定用配線１９を覆い、且つ圧力を受けたとき基板１１の変形を容易にすべく弾性変形可能な保護膜２０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１１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２０が弾性変形するので、この保護膜２０の変形によって基板１１が変形して測定が可能となる。 Further, the upper surface 11a of the substrate 11 covers the strain gauge 12, the constant current wiring 16, and the resistance value measuring wiring 19, and can be elastically deformed to easily deform the substrate 11 when subjected to pressure. The film 20 may be formed. For example, when a hard plate-like member is a measurement object, there is a possibility that measurement cannot be performed without the substrate 11 being deformed. However, according to this configuration, the protective film 20 is elastically deformed. As a result, the substrate 11 is deformed to enable measurement.

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や、半導体も採用することができる。基板１１が導電性を有する金属から構成された場合、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ことを考慮する必要がある。 In addition, although the ceramic was demonstrated as a material of the board | substrate 11 mentioned above, metals, such as stainless steel, and a semiconductor can also be employ | adopted as a material. When the substrate 11 is made of a metal having conductivity, it is necessary to provide an insulating layer between the substrate 11 and the strain gauge 12. However, it is necessary to consider that when the insulating layer is provided, the substrate 11 is warped due to the difference in thermal expansion coefficient.

［第２の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ａ（１０）について、図５を参照して説明する。図５には、本実施形態における面圧センサ１０Ａの平面模式図を示す。この面圧センサ１０Ａは、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、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。なお、図５では、ひずみ受感部１５を図示していないが、複数のひずみゲージ１２はそれぞれ、複数のひずみ受感部１５に設けられる。 [Second Embodiment]
The surface pressure sensor 10A (10) in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a schematic plan view of the surface pressure sensor 10A in the present embodiment. This surface pressure sensor 10A has a total of 25 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 strain gauges 12, and the other configurations are the same as those of the embodiment described above. In addition, in FIG. 5, although the strain sensitive part 15 is not illustrated, the some strain gauge 12 is provided in the some strain sensitive part 15, respectively.

図５に示す面圧センサ１０Ａ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 A shown in FIG. 5, the pattern width of the terminal portions a and b of the constant current wiring 16 is 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.

［第３の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ｂ（１０）について、図６〜図８を参照して説明する。図６には、本実施形態における面圧センサ１０Ｂの平面模式図を示す。この面圧センサ１０Ｂは、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、面圧センサ１０Ｂは、図面上では縦方向に長い形状（矩形状）のセンサとなっている。図７には、図６の面圧センサ１０ＢのＡ部分の拡大図を示し、図８には、図６の面圧センサ１０ＢのＢ部分の拡大図を示す。 [Third Embodiment]
The surface pressure sensor 10B (10) in the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 6, the plane schematic diagram of the surface pressure sensor 10B in this embodiment is shown. In this surface pressure sensor 10B, a total of 40 strain gauges 12 are arranged in 40 rows and 1 column. Therefore, the surface pressure sensor 10B is a sensor having a shape (rectangular 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 10B of FIG. 6, and FIG. 8 shows an enlarged view of a portion B of the surface pressure sensor 10B of FIG.

第１の実施形態と同様に、面圧センサ１０Ｂでは、ひずみ受感部１５が、凹部１４が形成されたことによる基板１１の肉薄部１１ｃから構成されている。この凹部１４が、図６に示すように、平面視において真っ直ぐに伸びた帯状の溝として１つ形成されることで、ひずみ受感部１５が、平面視において帯状に１つ設けられている。そして、複数のひずみゲージ１２が、ひずみ受感部１５に、ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられている。このような構造の面圧センサ１０Ｂは、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効であり、検出精度を向上することができる。 Similar to the first embodiment, in the surface pressure sensor 10 B, the strain sensing part 15 is constituted by a thin part 11 c of the substrate 11 formed by forming the recess 14. As shown in FIG. 6, one recess 14 is formed as a belt-like groove extending straight in a plan view, so that one strain sensing portion 15 is provided in a belt shape in a plan view. A plurality of strain gauges 12 are provided in the strain sensitive portion 15 in a row along the longitudinal direction of the strain sensitive portion 15. The surface pressure sensor 10B having such a structure is effective for detecting the roll pressure by entering between the rolls, and can improve the detection accuracy.

図７に示すように、各ひずみゲージ１２は、金属膜２１が左右２箇所ず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、各ひずみゲージ１２には定電流が流される。 As shown in FIG. 7, each strain gauge 12 has a zigzag folded shape in which the metal film 21 is folded at two places on the left and right. Each strain gauge 12 having such a shape is continuously formed in the vertical direction. A constant current wiring 16 for sending a constant current is connected to the uppermost strain gauge 12 and the lowermost strain gauge 12, and a constant current flows through each strain gauge 12.

また、複数のひずみゲージ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つのひずみゲージ１２としている。１つのひずみゲージ１２の抵抗値を測定するために、１つのひずみゲージ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、縦方向に隣接するひずみゲージ１２の抵抗値測定用配線１９は、隣接するひずみゲージ１２と共有される。 Further, the plurality of strain gauges 12 are formed continuously, and in this embodiment, five wirings extending in the lateral direction (left-right direction) are used as one strain gauge 12. In order to measure the resistance value of one strain gauge 12, one resistance value measurement wiring 19 is connected from both the left and right sides of one strain gauge 12. In the present embodiment, since the plurality of strain gauges 12 are continuously formed, the resistance value measurement wirings 19 of the strain gauges 12 adjacent in the vertical direction are shared with the adjacent strain gauges 12.

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、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。 Moreover, the recessed part 14 in this embodiment differs from what was demonstrated in 1st Embodiment, and the one recessed part 14 formed in the elongate length direction is formed of several strain gauges 12 formed continuously. It is provided below. As described above, the shape and the number of the recesses 14 can be appropriately changed according to the shape of the 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（同一方向）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 (same direction) with 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.

［第４の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ｃ（１０）について、図９を参照して説明する。図９には、図５で示したひずみゲージ１２などが設けられた基板１１を、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）基板などのフレキシブル基板２２に接続したセンサ構造を示す。すなわち、面圧センサ１０Ｃは、基板１１とフレキシブル基板２２とを備えている。面圧センサ１０Ｃは、外部測定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。このため、面圧センサ１０Ｃの外部接続端子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２２を介して行われるとよい。 [Fourth Embodiment]
The surface pressure sensor 10C (10) in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a sensor structure in which the substrate 11 provided with the strain gauge 12 and the like shown in FIG. 5 is connected to a flexible substrate 22 such as an FPC (Flexible Printed Circuits) substrate. That is, the surface pressure sensor 10 C includes the substrate 11 and the flexible substrate 22. The surface pressure sensor 10C is connected to a computer which is an external measuring device, and the pressure distribution is analyzed. For this reason, the electrical connection between the external connection terminal of the surface pressure sensor 10 C and the computer may be performed via the flexible substrate 22.

基板１１の端子部分（定電流用配線１６および抵抗値測定用配線１９）と、フレキシブル基板２２に形成された配線２４との電気的接続は、例えば異方導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの接続材２３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、接続材２３で電気的に接続した後、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２２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２２との接合を強固にできる。 The electrical connection between the terminal portion (constant current wiring 16 and resistance value measuring wiring 19) of the substrate 11 and the wiring 24 formed on the flexible substrate 22 is, for example, an anisotropic conductive film (ACF). The connecting material 23 is used and can be connected using this. Moreover, after electrically connecting with the connection material 23 so that the board | substrate 11 and the flexible substrate 22 may be comprised integrally, it is good to cover the board | substrate 11 and the flexible substrate 22 with a certain film. For example, by covering the flexible substrate 22 with polyimide as the protective film 20 of the substrate 11, the bonding between the substrate 11 and the flexible substrate 22 can be strengthened.

このように、面圧センサ１０Ｃ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１０Ｃを柔軟性のある使用をすることができる。また、配線部も含めた面圧センサ１０Ｃ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 10C and the computer with the flexible substrate 22, the surface pressure sensor 10C can be used flexibly. Further, since the flexibility of the entire surface pressure sensor 10C including the wiring portion can be enhanced, for example, in the measurement of the roll pressure, it is easy to route.

［第５の実施形態］
これまでの実施形態で説明しているように、面圧センサ１０は、基板１１に施されたひずみ受感部１５（センサ部）の変形（情報）を金属膜２１から構成されるひずみゲージ１２（検出素子）の抵抗値変化として検出し、圧力値に変換するメカニズムである。通常、外力（外部からの加圧）によりひずみ受感部１５のみが変形すれば、何ら支障なく圧力値を正確に測定でき、面圧として捉えることができる。これは、平面間（図３では、押圧部材３０と土台３１との間）や、平面とロールとの間での面圧測定に有効である。 [Fifth Embodiment]
As described in the above embodiments, the surface pressure sensor 10 is a strain gauge 12 configured by a metal film 21 for deformation (information) of the strain sensing unit 15 (sensor unit) applied to the substrate 11. This is a mechanism for detecting a change in the resistance value of the (detecting element) and converting it to a pressure value. Normally, if only the strain sensing unit 15 is deformed by an external force (pressurization from the outside), the pressure value can be accurately measured without any trouble, and can be regarded as a surface pressure. This is effective for measuring the surface pressure between the planes (between the pressing member 30 and the base 31 in FIG. 3) and between the plane and the roll.

しかしながら、ロール間での面圧測定では、面圧センサ１０に、後述する見かけの圧力が発生する場合がある。これは特に、硬さが違うロール間の測定で生じる。ここで、図１０に柔らかいロール３２と硬いロール３３との間に面圧センサ１０を挟ませて面圧を検出する場合の説明図を示す。 However, in the surface pressure measurement between rolls, an apparent pressure described later may be generated in the surface pressure sensor 10. This is especially true for measurements between rolls of different hardness. Here, FIG. 10 shows an explanatory diagram in the case where the surface pressure is detected by inserting the surface pressure sensor 10 between the soft roll 32 and the hard roll 33.

図１０に示すように、柔らかいロール３２と硬いロール３３が押し付けられると、柔らかいロール３２は、硬いロール３３の形状に従って潰され、変形する。このとき、ロール間に挟まれたひずみ受感部１５を含む基板１１も変形してしまう。 As shown in FIG. 10, when the soft roll 32 and the hard roll 33 are pressed, the soft roll 32 is crushed and deformed according to the shape of the hard roll 33. At this time, the substrate 11 including the strain sensing part 15 sandwiched between the rolls is also deformed.

すなわち、本来ひずみゲージ１２で検出されるべきひずみ受感部１５（基板１１の肉薄部１１ｃ）の変形（図３参照）の他に、ベースであるべき基板１１自体（基板１１の肉厚部１１ｄ）も一緒に変形してしまう。このため、ベース（基板１１の肉厚部１１ｄ）の変形が、ひずみ受感部１５（基板１１の肉薄部１１ｃ）の変形にも影響を与え、ひずみゲージ１２において見かけの圧力（外乱）として検出されてしまう。 That is, in addition to the deformation (see FIG. 3) of the strain sensing portion 15 (thin portion 11c of the substrate 11) that should be detected by the strain gauge 12, the substrate 11 itself (the thick portion 11d of the substrate 11) to be the base. ) Will also deform together. For this reason, the deformation of the base (thick part 11 d of the substrate 11) also affects the deformation of the strain sensing part 15 (thin part 11 c of the substrate 11), and is detected as an apparent pressure (disturbance) in the strain gauge 12. It will be.

また、このような柔らかいロール３２と硬いロール３３との間でなくても、基板１１自体が曲げられ変形してしまうような測定では、この見かけの圧力を除去して真の圧力値のみを検出し、面圧として捉えることが必要になる。すなわち、面圧センサ１０では、見かけの圧力を除去するような補正をして、真にセンサ面に作用する外圧を検出することが必要とされる。 Further, in the measurement where the substrate 11 itself is bent and deformed even between the soft roll 32 and the hard roll 33, this apparent pressure is removed and only the true pressure value is detected. However, it is necessary to grasp it as surface pressure. That is, in the surface pressure sensor 10, it is necessary to detect external pressure that truly acts on the sensor surface by performing correction so as to remove the apparent pressure.

そこで、本実施形態では、見かけの圧力を補正するための補正素子１３を備えた面圧センサ１０Ｄ（１０）について、図１１〜図１５を参照して説明する。図１１〜図１５にそれぞれ補正素子１３の配置を異ならせたセンサ１０Ｄの平面模式図を示す。これら図１１〜図１５では、説明を明解にするために、ひずみゲージ１２および補正素子１３に部材としてのハッチングを付し、また、ひずみゲージ１２および補正素子１３に接続される配線を省略している。なお、図１１〜図１５では、１点鎖線で囲む領域がひずみ受感部１５となっている。 Therefore, in the present embodiment, a surface pressure sensor 10D (10) including a correction element 13 for correcting an apparent pressure will be described with reference to FIGS. 11 to 15 show schematic plan views of the sensor 10D in which the arrangement of the correction elements 13 is different. In these FIGS. 11 to 15, the strain gauge 12 and the correction element 13 are hatched as members and the wiring connected to the strain gauge 12 and the correction element 13 is omitted for the sake of clarity. Yes. In addition, in FIGS. 11-15, the area | region enclosed with a dashed-dotted line is the distortion | strain sensitive part 15. FIG.

図１１に示す面圧センサ１０Ｄは、図６〜図８に示した面圧センサ１０Ｂの基板１１の四隅にそれぞれ補正素子１３を配置したものである。この補正素子１３は、基板１１自体の変形（反り）を検出するものであるため、ひずみ受感部１５を除いた基板１１の領域に設けられる。 A surface pressure sensor 10D shown in FIG. 11 is configured by disposing correction elements 13 at the four corners of the substrate 11 of the surface pressure sensor 10B shown in FIGS. Since the correction element 13 detects deformation (warpage) of the substrate 11 itself, the correction element 13 is provided in the region of the substrate 11 excluding the strain sensing unit 15.

なお、補正素子１３は、センサ部であるひずみ受感部１５にかからなければ、基板１１のどこにいくつ配置しても良い。すなわち、補正素子１３が１つであっても構わないし、図１２に示すように、ひずみゲージ１２の列の両側の２列で千鳥配置となるように複数の補正素子１３を設けても構わない。また、図１１、図１２では、基板１１の上面１１ａ内に補正素子１３を設けているが、基板１１の下面内に設けてもよい。 It should be noted that any number of correction elements 13 may be arranged on the substrate 11 as long as the correction elements 13 are not applied to the strain sensing part 15 as a sensor part. That is, one correction element 13 may be provided, or a plurality of correction elements 13 may be provided in a staggered arrangement in two rows on both sides of the strain gauge 12 as shown in FIG. . 11 and 12, the correction element 13 is provided in the upper surface 11 a of the substrate 11, but may be provided in the lower surface of the substrate 11.

補正素子１３としては、ひずみゲージ１２と同様なひずみゲージとすることが好適である。ひずみゲージ１２およびその定電流用配線１６、抵抗値測定用配線１９は、基板１１の上面１１ａ上にパターニングされた１つの金属膜２１（図７、図８参照）から構成される。そこで、このパターニングされた金属膜２１の形成工程において、ひずみゲージ１２およびその配線１６、１９と共に、補正素子１３となるひずみゲージおよびその定電流用配線、抵抗値測定用配線を形成すれば、製造工程数を増加させずに補正素子１３を追加することができる。 The correction element 13 is preferably a strain gauge similar to the strain gauge 12. The strain gauge 12, its constant current wiring 16, and resistance value measurement wiring 19 are composed of one metal film 21 (see FIGS. 7 and 8) patterned on the upper surface 11 a of the substrate 11. Therefore, in the formation process of the patterned metal film 21, if the strain gauge to be the correction element 13, the constant current wiring, and the resistance measurement wiring are formed together with the strain gauge 12 and the wirings 16 and 19, the manufacturing process is completed. The correction element 13 can be added without increasing the number of steps.

補正素子１３をセンサ部であるひずみ受感部１５に設けないことで、補正素子１３は、基板１１自体のひずみ、すなわち見かけの圧力値のみを検出することができる。一方、面圧センサ１０Ｄの検出素子であるひずみゲージ１２は、真の圧力値と見かけの圧力値（外乱）の両方を検出している。したがって、面圧センサ１０Ｄは、補正素子１３で見かけの圧力値のみを検出し、ひずみゲージ１２と補正素子１３の圧力値の違いを計算することで、真の圧力値のみを検出することができる。なお、ひずみゲージ１２と補正素子１３の圧力値の違いを計算するには、コンピュータに行わせることもできる。 By not providing the correction element 13 in the strain sensing unit 15 that is a sensor unit, the correction element 13 can detect only the strain of the substrate 11 itself, that is, the apparent pressure value. On the other hand, the strain gauge 12, which is a detection element of the surface pressure sensor 10D, detects both a true pressure value and an apparent pressure value (disturbance). Therefore, the surface pressure sensor 10D can detect only the apparent pressure value by the correction element 13, and can detect only the true pressure value by calculating the difference between the pressure values of the strain gauge 12 and the correction element 13. . In order to calculate the difference in pressure value between the strain gauge 12 and the correction element 13, a computer can be used.

また、図１３に示す面圧センサ１０Ｄは、ひずみゲージ１２と補正素子１３とが、対をなして隣接して配置したものである。具体的には、複数の補正素子１３が、ひずみ受感部１５を除いた基板１１に、ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。そして、複数のひずみゲージ１２および補正素子１３がそれぞれ対をなして隣接して設けられている。 Further, the surface pressure sensor 10D shown in FIG. 13 is configured such that the strain gauge 12 and the correction element 13 are arranged adjacent to each other in a pair. Specifically, a plurality of correction elements 13 are provided in a row along the longitudinal direction of the strain sensing unit 15 on the substrate 11 excluding the strain sensing unit 15. A plurality of strain gauges 12 and correction elements 13 are provided adjacent to each other in pairs.

補正素子１３も金属膜２１から構成されるひずみゲージとすることで、ひずみゲージ１２と同一の金属膜パターンで形成でき、省スペースで効率良く面圧センサ１０Ｄを製造することができる。また、１つのひずみゲージ１２に対してそれ用の補正素子１３を設けることにより、基板１１の反りに分布があってもリアルタイムで補正することができ、面圧センサ１０Ｄの検出精度を向上することができる。特に、図１０に示したようなロール圧測定では、面圧センサ１０の進入方向（基板１１の長手方向）に対して交差する方向（短手方向）に常に同じ圧力と基板１１の反りが発生するため、横並び（短手方向の並び）にひずみゲージ１２と補正素子１３を設けることで、面圧センサ１０Ｄの検出精度を向上することができる。 Since the correction element 13 is also a strain gauge composed of the metal film 21, it can be formed with the same metal film pattern as the strain gauge 12, and the surface pressure sensor 10D can be efficiently manufactured in a small space. In addition, by providing a correction element 13 for one strain gauge 12, even if there is a distribution in the warp of the substrate 11, it can be corrected in real time, and the detection accuracy of the surface pressure sensor 10D can be improved. Can do. In particular, in the roll pressure measurement as shown in FIG. 10, the same pressure and the warp of the substrate 11 are always generated in the direction (short direction) intersecting the approach direction (longitudinal direction of the substrate 11) of the surface pressure sensor 10. Therefore, the detection accuracy of the surface pressure sensor 10D can be improved by providing the strain gauges 12 and the correction elements 13 side by side (in the short direction).

また、図１４に示す面圧センサ１０Ｄは、ひずみゲージ１２の列の両側に、補正素子１３の列を設けたものである。そして、１つのひずみゲージ１２に対してそれ用の２つの補正素子１３で挟むように設けられている。例えば、図１０に示したロール３２、３３に偏りがある場合には、２つの補正素子１３の間に１つのひずみゲージ１２を配置することで、検出精度が向上する。 Further, the surface pressure sensor 10 D shown in FIG. 14 is provided with a row of correction elements 13 on both sides of the row of strain gauges 12. A single strain gauge 12 is provided so as to be sandwiched between two correction elements 13 for that purpose. For example, when the rolls 32 and 33 shown in FIG. 10 are biased, the detection accuracy is improved by arranging one strain gauge 12 between the two correction elements 13.

また、図１５に示す面圧センサ１０Ｄは、補正素子１３の列の両側に、ひずみゲージ１２の列を設けたものである。そして、１つの補正素子１３に対して２つのひずみゲージ１２で挟むように設けられている。例えば、図１０に示したロール３２、３３の加圧に偏りがある場合は、２つのひずみゲージ１２の間に１つの補正素子１３を配置することで、ロール軸方向の圧力分布も検出することができる。 Further, the surface pressure sensor 10 D shown in FIG. 15 is provided with a row of strain gauges 12 on both sides of the row of correction elements 13. A single correction element 13 is provided so as to be sandwiched between two strain gauges 12. For example, when there is a bias in the pressurization of the rolls 32 and 33 shown in FIG. 10, the pressure distribution in the roll axis direction can also be detected by disposing one correction element 13 between the two strain gauges 12. Can do.

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、代表的なものの新規な特徴およびこれによって得られる作用、効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。 As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiment. However, the following is a brief description of typical features and actions and effects obtained thereby.

本実施形態における面圧センサ１０は、面に作用する外圧を検出するものである。面圧センサ１０は、基板１１と、前記基板１１中の凹部１４をもって形成されるひずみ受感部１５と、前記ひずみ受感部１５に設けられた第１ひずみゲージ１２と、前記ひずみ受感部１５を除いた前記基板１１に設けられた第２ひずみゲージ１３とを備える。 The surface pressure sensor 10 in the present embodiment detects an external pressure acting on the surface. The surface pressure sensor 10 includes a substrate 11, a strain sensitive part 15 formed with a recess 14 in the substrate 11, a first strain gauge 12 provided in the strain sensitive part 15, and the strain sensitive part. And a second strain gauge 13 provided on the substrate 11 excluding 15.

これによれば、ひずみ受感部１５（センサ部）が基板１１の変形（外乱）の影響を受けた場合であっても、第１ひずみゲージ１２（検出素子）および第２ひずみゲージ１３（補正素子）で検出しているので、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。 According to this, even when the strain sensing unit 15 (sensor unit) is affected by the deformation (disturbance) of the substrate 11, the first strain gauge 12 (detection element) and the second strain gauge 13 (correction). Therefore, the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 can be improved.

また、前記面圧センサ１０は、前記基板１１が、主面１１ａと該主面１１ａとは反対側の裏面１１ｂとを有する。また、前記基板１１の裏面１１ｂには、凹部１４が形成される。また、前記ひずみ受感部１５が、前記凹部１４が形成されたことによる前記基板１１の肉薄部１１ｃから構成される。そして、前記第１および第２ひずみゲージ１２、１３が、前記基板１１の主面１１ａ上でパターニングされた金属膜２１から構成される。 Moreover, as for the said surface pressure sensor 10, the said board | substrate 11 has the main surface 11a and the back surface 11b on the opposite side to this main surface 11a. A recess 14 is formed on the back surface 11 b of the substrate 11. Further, the strain sensing part 15 is constituted by a thin part 11c of the substrate 11 by the formation of the concave part 14. The first and second strain gauges 12 and 13 are formed of a metal film 21 patterned on the main surface 11 a of the substrate 11.

これによれば、同一の条件でひずみゲージ１２、１３を形成できるので、面圧センサ１０の検出精度をより向上することができる。 According to this, since the strain gauges 12 and 13 can be formed under the same conditions, the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 can be further improved.

また、前記面圧センサ１０は、前記第１ひずみゲージ１２と前記第２ひずみゲージ１３とが、対をなして隣接して設けられる。 In the surface pressure sensor 10, the first strain gauge 12 and the second strain gauge 13 are provided adjacent to each other in a pair.

これによれば、同一パターンの金属膜２１からなるひずみゲージ１２、１３とすることにより、最小空間分解能である一つ一つの素子単位で補正できることから、面圧センサ１０内に変形（反り）の分布がある場合でも正確に真の圧力値を検出し面圧として捉えることができる。 According to this, since the strain gauges 12 and 13 made of the metal film 21 having the same pattern can be corrected for each element unit having the minimum spatial resolution, deformation (warpage) of the surface pressure sensor 10 is prevented. Even if there is a distribution, the true pressure value can be accurately detected and taken as the surface pressure.

また、前記面圧センサ１０は、前記ひずみ受感部１５が、帯状に設けられる。そして、複数の前記第１ひずみゲージ１２が、前記ひずみ受感部１５に、該ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。 Further, the surface pressure sensor 10 is provided with the strain sensing part 15 in a band shape. A plurality of the first strain gauges 12 are provided in the strain sensitive part 15 in a row along the longitudinal direction of the strain sensitive part 15.

これによれば、ロール間（例えば図１０に示すロール３２、３３）に進入させてロール圧を検出するのに有効であり、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。 This is effective in detecting the roll pressure by entering between rolls (for example, the rolls 32 and 33 shown in FIG. 10), and the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 can be improved.

また、前記面圧センサ１０は、複数の前記第２ひずみゲージ１３が、前記ひずみ受感部１５を除いた前記基板１１に、該ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。そして、複数の前記第１および第２ひずみゲージ１２、１３がそれぞれ対をなして隣接して設けられる。 Further, the surface pressure sensor 10 includes a plurality of second strain gauges 13 arranged in a row along the longitudinal direction of the strain sensitive portion 15 on the substrate 11 excluding the strain sensitive portion 15. It is done. A plurality of the first and second strain gauges 12 and 13 are provided adjacent to each other in pairs.

これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ひずみゲージ１２に対してそれ用の補正素子としてひずみゲージ１３を設けることにより、基板１１の反りに分布があってもリアルタイムで補正することができ、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。 This is effective for detecting the roll pressure by entering between the rolls. Further, by providing the strain gauge 13 as a correction element for the strain gauge 12, even if the warp of the substrate 11 is distributed, it can be corrected in real time, and the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 is improved. be able to.

また、前記面圧センサ１０は、前記第１ひずみゲージ１２の列の両側に、前記第２ひずみゲージ１３の列が設けられる。 Further, the surface pressure sensor 10 is provided with a row of the second strain gauges 13 on both sides of the row of the first strain gauges 12.

これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ロールに偏りがある場合には、ひずみゲージ１３の間にひずみゲージ１２を配置することで、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。 This is effective for detecting the roll pressure by entering between the rolls. When the roll is biased, the detection accuracy of the surface pressure sensor 10 can be improved by disposing the strain gauge 12 between the strain gauges 13.

また、前記面圧センサ１０は、前記第２ひずみゲージ１３の列の両側に、前記第１ひずみゲージ１２の列が設けられる。 Further, the surface pressure sensor 10 is provided with rows of the first strain gauges 12 on both sides of the row of the second strain gauges 13.

これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ロールの加圧に偏りがある場合は、複数のひずみゲージ１２をロール軸方向に設けることで、圧力分布を検出することができる。また、ロール軸方向に少なくとも１つのひずみゲージ１３（補正素子）を配置することで、ロール軸方向に配置された複数のひずみゲージ１２に対して少数のひずみゲージ１３で補正することができる。 This is effective for detecting the roll pressure by entering between the rolls. Moreover, when there is a bias in the pressurization of the roll, the pressure distribution can be detected by providing a plurality of strain gauges 12 in the roll axis direction. Further, by arranging at least one strain gauge 13 (correction element) in the roll axis direction, a small number of strain gauges 13 can correct the plurality of strain gauges 12 arranged in the roll axis direction.

さらに、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Furthermore, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、前記実施形態では、補正素子を基板の主面に設けた場合について説明した。これに限らず、ひずみ受感部（センサ部）を除いた基板内であれば、基板裏面や基板内部にも設けることも考えられる。このような箇所であっても基板の変形（反り）を検出することができるからである。 For example, in the embodiment, the case where the correction element is provided on the main surface of the substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and it may be provided on the back surface of the substrate or inside the substrate as long as it is within the substrate excluding the strain sensing portion (sensor portion). This is because the deformation (warpage) of the substrate can be detected even in such a place.

また、例えば、前記実施形態では、ひずみゲージ用の定電流用配線および抵抗値測定用配線を基板の主面に設けた場合について説明した。これに限らず、これら配線を基板の内部に設けることも考えられる。具体的には、多層配線基板を用いることが考えられる。これによれば、すべての配線を基板の主面上に形成せずに、主面内でそれぞれが緩衝（短絡）しないように回避して設ける必要が低減される。これにより配線長が短くなり、配線抵抗を低減することができ、より面圧センサの検出精度を向上することができる。また、配線を形成するために大判の基板を用いることがなくなるため、コンパクトな面圧センサとすることもできる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the constant current wiring for the strain gauge and the resistance measurement wiring are provided on the main surface of the substrate has been described. Not limited to this, it is also conceivable to provide these wirings inside the substrate. Specifically, it is conceivable to use a multilayer wiring board. According to this, it is possible to reduce the necessity to avoid all the wirings from being formed on the main surface of the substrate and avoiding buffering (short circuit) in the main surface. Thereby, the wiring length is shortened, the wiring resistance can be reduced, and the detection accuracy of the surface pressure sensor can be further improved. In addition, since a large substrate is not used to form the wiring, a compact surface pressure sensor can be obtained.

１０面圧センサ
１１基板
１１ａ主面
１１ｂ裏面
１１ｃ肉薄部
１１ｄ肉厚部
１２ひずみゲージ（検出素子）
１３ひずみゲージ（補正素子）
１４凹部
１５ひずみ受感部（センサ部）
１６定電流用配線
１９抵抗値測定用配線
２０保護膜
２１金属膜
２２フレキシブル基板
２３接続材
２４配線
３０押圧部材
３１土台
３２、３３ロール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface pressure sensor 11 Board | substrate 11a Main surface 11b Back surface 11c Thin part 11d Thick part 12 Strain gauge (detection element)
13 Strain gauge (correction element)
14 Concave part 15 Strain sensing part (sensor part)
16 wiring for constant current 19 wiring for resistance measurement 20 protective film 21 metal film 22 flexible substrate 23 connecting material 24 wiring 30 pressing member 31 base 32, 33 roll

Claims

A surface pressure sensor that detects a roll pressure that acts on a surface by entering the roll in an approach direction that intersects the axial direction of the roll ,
A substrate,
A strain sensitive part formed with a recess in the substrate;
A first strain gauge provided in the strain sensing unit for detecting roll pressure and bending deformation of the substrate ;
A second strain gauge that is provided on the substrate excluding the strain sensing part and detects bending deformation of the substrate ;
A plurality of the first strain gauges are provided in a row along the approach direction in the strain sensing part provided in a band shape extending in the approach direction,
A plurality of the second strain gauges are provided in a row along the approach direction so as to be adjacent to each of the plurality of first strain gauges along the axial direction of the roll. Pressure sensor.

A surface pressure sensor that detects a roll pressure that acts on a surface by entering the roll in an approach direction that intersects the axial direction of the roll ,
A substrate,
A strain sensitive part formed with a recess in the substrate;
A first strain gauge provided in the strain sensing unit for detecting roll pressure and bending deformation of the substrate ;
A second strain gauge that is provided on the substrate excluding the strain sensing part and detects bending deformation of the substrate ;
A plurality of the first strain gauges are provided in each of the plurality of strain sensing parts provided in a row along the approach direction,
A plurality of the second strain gauges are provided in a row along the approach direction so as to be adjacent to each of the plurality of first strain gauges along the axial direction of the roll. Pressure sensor.

The surface pressure sensor according to claim 1 or 2,
Surface pressure sensor that detects roll pressure by entering between rolls of different hardness.

In the surface pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The surface pressure sensor, wherein the first strain gauge and the second strain gauge are composed of the same metal film pattern.

In the surface pressure sensor according to any one of claims 1 to 4,
The surface pressure sensor, wherein the first strain gauge and the second strain gauge are respectively connected to separate wirings.

In the surface pressure sensor according to any one of claims 1 to 5,
Further comprising a flexible substrate provided with external connection wiring,
The substrate is provided with a terminal portion of wiring connected to the first strain gauge and wiring connected to the second strain gauge,
The surface pressure is characterized in that the terminal portion of the substrate and the external connection wiring of the flexible substrate are electrically connected, and the substrate and the flexible substrate are arranged integrally in the approach direction. Sensor.

The surface pressure sensor according to claim 6,
A surface pressure sensor, further comprising a film covering the substrate and the flexible substrate.

In the surface pressure sensor according to any one of claims 1 to 7 ,
The surface pressure sensor, wherein the second strain gauge row is provided on both sides of the first strain gauge row.

In the surface pressure sensor according to any one of claims 1 to 8 ,
The surface pressure sensor, wherein the first strain gauge rows are provided on both sides of the second strain gauge row.