JP6500182B2 - Strain gauge - Google Patents

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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 for detecting strain, such as a load cell for performing load measurement and a pressure sensor used for 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 pattern of a resistor in a conventional strain gauge.
The strain gauge 1 is formed by, for example, laminating a metal foil on the insulating base 2 and etching the metal resistive foil, or forming a metal layer on the insulating base 2 by a sputtering method, or the like. In general, a strain gauge is manufactured by forming a pattern, an electrode terminal pattern, a wiring pattern connecting these, 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 a metal foil is used as a resistor, unnecessary portions are removed from the metal foil by an etching step to insulate electrically conductive portions such as folded patterns for detecting distortion, wiring patterns, and connection terminal portions with the outside. It 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。   The formation of these patterns is generally performed by photolithography. That is, an enlarged predetermined pattern is drawn on a screen in advance, and the pattern of this screen is formed on the mask in the original size by means such as projection, and is used as the original size photomask of strain 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 a photoresist, expose the photoresist by UV irradiation through a full size photomask, and develop with a developer to form the photoresist in a shape corresponding to a predetermined pattern Do. Then, the metal foil is etched using the patterned photoresist as a mask, whereby a predetermined folded pattern or the like of the metal foil is formed. Thereafter, the photoresist is peeled and removed by 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 manufacture, in order to manufacture a large number of strain gauges, a plurality of predetermined patterns are formed on a mask so that patterns of a plurality of strain gauges can be exposed at one time.

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 producing a strain gauge by this method, it is necessary to draw a strain gauge pattern on a screen and, further, perform multi-face baking etc. using a photo technology to make a mask. Next, contact exposure was performed using this mask to expose the photoresist on the metal foil.

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。 As described above, since an optical method such as a photographic technique is performed, an error with a desired pattern occurs due to image distortion, blurring, and an uncertain factor of a chemical during development. Further, by repeating the optical method several times, the error will increase.

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。 Furthermore, since metal foils are etched using a photoresist as a mask, errors in the concentration, temperature, time, etc. of the etching solution cause variations in pattern thickness, shape of edges, etc., resulting in variations in resistance as strain gauges. It was the 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 if the resistor is formed by sputtering, since patterning is performed using a photoresist, the exposure conditions of the photoresist, variations in sectional shape of the developed photoresist and lift-off, sputtering discharge, target conditions, etc. Similarly, the result is that the resistance value as a strain gauge varies.

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 gauges produced by this process are used by being bonded to a measured object or strain generating body and connected to a predetermined Wheatstone bridge circuit, but the above-mentioned variations in resistance value create an equilibrium state as it is used 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 so as to be in an equilibrium state, the correction is performed by inserting a suitable correction resistor in the Wheatstone bridge circuit to which the strain gauge is connected. As an example, a manganin wire or the like which is stable over a long period and whose temperature coefficient of resistivity is very small is cut out by a desired incremental resistance value and inserted in a Wheatstone bridge circuit as a correction resistance.

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 inserting the correction resistance in the Wheatstone bridge circuit is also required, and not only the enlargement but also the structural restriction and the increase of the process occur. The
In addition, since the manganin line does not detect strain, a problem arises in that the sensitivity characteristic as a strain gauge and the temperature characteristic can not 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, it has been practiced to form the resistance adjustment pattern 5 and cut it into a comb shape by laser trimming to provide a detour to increase the resistance value.
However, trial and error have been made to determine the cut pattern to be set to a desired resistance value, and it has been relied on experience. In addition, since errors occur due to processing variations such as output fluctuations due to aging of the laser element of the laser processing machine, and reductions in the processing amount due to dirt on the optical system, errors may eventually occur due to inability to adjust. It was

特開2001−108543号公報JP, 2001-108543, A

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, there is described a method for 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. However, in this method, since it is not a method to aim at the initial value before correction of the resistance value which becomes a pair basically in a Wheatstone bridge circuit to a desired value, if adjustment is impossible with the short pattern for resistance adjustment, separately Laser trimming is performed on the provided resistance adjustment region to adjust it to the desired resistance value by trial and error, and if it does not fall within the desired value, as described above, the manganin wire is inserted into the Wheatstone bridge circuit. 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 the degree of the short pattern for resistance adjustment, it is not a fundamental measure, so the problem is that trial and error occur in the number of steps of laser processing and adjustment member attachment for this resistance adjustment. It had become.

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-described points, and it is easy to configure the Wheatstone bridge circuit connected to this resistor by a method of making the variation of the resistance value very small in the initial manufacturing stage. It is an object of the present invention to provide a strain gauge which can realize high resistance value accuracy from an early stage by a method.

本発明の歪みゲージは、
ホイートストンブリッジ回路を構成してホイートストンブリッジ回路の各辺に歪みを感
知するための折り返しパターンを有する金属から成る抵抗体を複数個備え、
ホイートストンブリッジ回路の4辺のうち向い合う2辺に配置された一対の各抵抗体は
実体的パターンでは各々挟み込む形で対向して設けられ
ホイートストンブリッジ回路の各辺で直列配置されて向かい合う辺にある各抵抗体にて構成される抵抗体群は実体的パターンでは回転対称に配置されている。
The strain gauge of the present invention is
Comprising a plurality of metal resistors comprising a folded pattern for sensing strain on each side of the Wheatstone bridge circuit forming a Wheatstone bridge circuit;
A pair of resistors disposed on two opposite sides of the four sides of the Wheatstone bridge circuit are provided facing each other in a substantial pattern .
Resistor groups formed of resistors arranged in series on each side of the Wheatstone bridge circuit and on opposing sides are arranged in rotational symmetry in a substantial pattern .

各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 each resistor is preferably formed by etching or sputtering.

各抵抗体を繋ぐ配線部が、各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 be made of a metal having a sufficiently low 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 portion is preferably made of gold or copper and formed by sputtering or plating.

各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 respective resistors be provided alternately and that the lengths of the portions of the folded patterns that sense distortion be 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 significantly reduced.

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A plan view showing a pattern of a resistor in a strain gauge showing a first embodiment of the present invention 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の等価回路図Equivalent circuit diagram of a Wheatstone bridge in a strain gauge showing an embodiment of the present invention 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The physical wiring schematic diagram in the strain gauge which shows the embodiment of the present invention 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A plan view showing a resistor pattern in a strain gauge according to a second embodiment of the present invention 従来の歪みゲージにおける抵抗体パターンを示す平面図Plan view showing a resistor pattern in a conventional strain gauge

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 attached 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 pattern of a resistor in a strain gauge showing a 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.
The insulating base 2 is a polyimide film in the present embodiment, for example, one having a thickness of 25 μm.

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 the present embodiment, the metal foil is a 2.5 μm thick alloy of 55% copper and 45% nickel. For adhesion, a polyimide-based adhesive is applied, and adhesion is performed by pressure and heat curing. In this state, the metal foil to be the resistor 3 covers substantially the entire upper surface of the insulating base 2, so that a predetermined resistor pattern is to be formed next.

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 of this screen is projected on a photomask to make a photomask of the full size.

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 resist) is formed on the surface of the metal foil stuck on the insulating base 2 by spin coat application, dip coater application, or lamination attachment such as dry film. Thereafter, the solvent remaining in the photoresist is evaporated by pre-baking to make the photoresist film dense, and then exposure is performed with UV light through a photomask of the original size. Then, it is immersed in a developer and developed to remove unnecessary portions.

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 photoresist is removed and the exposed portion of the metal foil surface is etched away to form a predetermined resistor pattern. As the pretreatment, the photoresist is post-baked (heat treatment) to remove the remaining developing solution, rinse solution and moisture,
After improving the adhesion and etching resistance of the photoresist film, the photoresist film is introduced 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 left unetched, it is removed with a photoresist remover. Thus, resistors 3a to 3d having desired patterns 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, it is also possible to form the resistor 3 on the insulating base 2 by sputtering. As compared with the etching method, the photoresist has a negative-positive inverted 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 and dip coating, and then prebaking is performed, followed by exposure to UV light through a photomask of the original size. Thereafter, it is immersed in a developing solution for development to remove unnecessary parts.

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。   The metal is then deposited on the photoresist side by sputtering to form the desired pattern. At this time, metal is also laminated on the photoresist, but since it has a lift-off resist shape, peeling is easily possible with a photoresist peeling 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。   Further, a cover film is attached as a protective layer on the top 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 bridged circuit using resistance bodies 3a-3d, it is necessary to provide the electrode 4 for a connection. Therefore, predetermined opening holes are formed in the cover film in advance by laser processing, press punching, or the like, and this is attached. In this bonding, the above-mentioned polyimide type adhesive is applied, and adhesion is performed by pressing 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 forming a protective layer of photoresist by spin coating, removing a desired portion by exposure and development, and exposing the electrode 4 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, and the metal is exposed on the surface, and this is used as a connection portion to constitute a Wheatstone bridge circuit.

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 resistors 3a to 3d form a Wheatstone bridge circuit, the resistor adjustment pattern 5 removes a part of the resistor adjustment pattern 5 with a laser to change the resistance value, thereby making the Wheatstone bridge circuit It is provided to fine-tune the resistance value balance of

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 respective resistors 3 or connects the resistor 3 and the electrode 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 a strain gauge illustrating an 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 and expressed.
That is, in the circuit diagram, between the electrode 4a and the electrode 4f, the resistor 3a (R11) and the resistor 3a (R12),
Between the electrode 4b and the electrode 4f, a resistor 3b (R21) and a resistor 3b (R22),
Between the electrode 4c and the electrode 4e, a resistor 3c (R31) and a resistor 3c (R32),
Between the electrode 4c and the electrode 4d, the resistor 3d (R41) and the resistor 3d (R42) are shown separately.

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 can be obtained as a terminal voltage of the electrode 4a (electrode 4e) and the electrode 4b (electrode 4d) as an output of strain detection.
The electrodes 4a and 4e and the electrodes 4b and 4d are electrically connected to each other and 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 physical wiring in a strain gauge showing an 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 substantial 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) opposed thereto are opposed and juxtaposed in the physical wiring diagram of FIG. When this is viewed in the plan view of FIG. 1, both of the resistor 3a (R11) and the resistor 3d (R41) are formed in a folded pattern, and are arranged in opposition to each other so as to sandwich each other. The pairing combination is expressed by being surrounded by an alternate long and two short dashes line for each opposing 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, all of the resistors 3c (R31) and 3b (R21), the resistors 3c (R32) and 3b (R22), and the resistors 3a (R12) and 3d (R42) are similarly turned back. It is formed in a pattern, and is formed in a form in which it is placed side by side facing 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, those facing each other and forming sandwiches, for example, the resistor 3a (R11) and the resistor 3d (R41) are very close to each other, and each resistor has almost the same processing process conditions That is, it is manufactured under processing conditions of photolithography, etching or sputtering. When the strain gauge 1 has a relatively large size, for example, when the outer diameter is about 6 mm, the influence of the arrangement of the resistors 3 becomes a remarkable difference, and the resistors 3a (R11), 3a (R12), and 3b ( R21), the resistance 3b (R22), the resistance 3c (R31), the resistance 3c (R32), the resistance 3d (R41), and the resistance 3d (R42) vary, so the present invention is extremely effective. It becomes a thing.

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 a 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 of the resistors 3a to 3d which sense distortion are equalized.

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 lengths x of portions having high sensitivity to distortion in the resistor 3a (R11) and the resistor 3a (R41) are formed to have substantially the same dimensions.
The same applies to the resistors 3b (R21) and 3b (R22), the resistors 3c (R31) and 3c (R32), and the resistors 3d (R41) and 3d (R42). There is.

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 highly sensitive to distortion, that is, the grid length x to be the same dimension, the sensitivity to distortion becomes equal on opposite sides in the Wheatstone bridge circuit. The strain gauge 1 with extremely high accuracy 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 and arranging the resistors 3 in this way, depending on the arrangement position of the resistors 3, there may be a case where the wiring connecting the resistors 3 becomes long. In the embodiments of FIGS. 1 and 4, since the resistor 3, the electrode 4, the resistance adjustment pattern 5 and the wiring 7 are disposed in rotational symmetry, an error in the resistance value is less likely to occur. There is. Of course, there are cases where the problem can be solved by increasing the wire width of these wiring portions 7 to lower the resistance value, but it is not difficult to imagine that it sometimes occurs that it is 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 portions 7 shown by hatching in FIG. 1 and FIG. 4 are formed of a metal having a small electric resistance such as gold or copper, thereby connecting the respective resistances 3 or the resistances 3 and electrodes The resistance value of the wiring connecting 4 can be reduced. In this case, the gold or copper may be formed on the metal of the resistor 3 or a single wiring as a bypass of gold or copper may be used. In the fabrication, it is easy to realize by masking unnecessary portions using the above-mentioned 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, by forming the wiring portion 7 with a metal of low electric resistance such as gold or copper, there is also an effect that the soldering of the wiring drawn out from the electrode 4 becomes easy.

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 portion 7 of gold, it is possible to suppress oxidation of the exposed surface of the electrode portion 4 and withstand long-term storage use. Although not shown here, extending the arrangement length does not affect the characteristics of the strain gauge, so an additional extension of the wiring portion 7 is additionally provided, and the exposed surface portions of the electrodes 4 are arranged in a row. It is also possible to form it in the pattern fitted to the FPC connector. The insulating base 2 of the strain gauge 1 uses polyimide, and the connection portion in contact with the connector is gold-plated so that it can be compatible with a commonly available FPC connector. In this case, since there is no soldering or the like to the electrode 4, 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 sided resistors in the Wheatstone bridge circuit are each divided into two and a strain gauge having a total of eight resistors is described, but the resistances on two opposite sides in the Wheatstone bridge circuit are described. In the case of a total of four resistors each divided into two in the body, it is effective in the 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, it can be applied to a load cell for measuring force and load, a pressure sensor for measuring pressure, etc., to a sensitive 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
Reference Signs List 1 strain gauge 2 insulating base 3, 3a to 3d resistor 4a to 4f electrode 5 resistance adjustment pattern 6 power supply 7 wiring portion

Claims (5)

ホイートストンブリッジ回路を構成して前記ホイートストンブリッジ回路の各辺に歪み
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る抵抗体を複数個備え、
前記ホイートストンブリッジ回路の4辺のうち向い合う2辺に配置された一対の前記各
抵抗体は実体的パターンでは各々挟み込む形で対向して設けられ
前記ホイートストンブリッジ回路の前記各辺で直列配置されて向かい合う辺にある前記各抵抗体にて構成される抵抗体群は実体的パターンでは回転対称に配置されることを特徴とする歪みゲージ。
A plurality of metal resistors having a folding pattern for sensing distortion on each side of the Wheatstone bridge circuit, which constitutes a Wheatstone bridge circuit,
A pair of each resistor disposed on two sides facing out of the four sides of the Wheatstone bridge circuit is provided to face with each sandwich form a substantive pattern,
A strain gauge characterized in that a resistor group composed of the respective resistors arranged in series on each side of the Wheatstone bridge circuit and arranged on opposite sides is arranged in rotational symmetry in a substantial pattern .
前記各抵抗体の前記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を特徴とする請求項1に記載の歪みゲージ。   The strain gauge according to claim 1, wherein the folded pattern of each resistor is formed by etching or sputtering. 前記各抵抗体を繋ぐ配線部が、前記各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を特徴とする請求項1から2のいずれかに記載の歪みゲージ。   The strain gauge according to any one of claims 1 to 2, wherein a wiring portion connecting the respective resistors is made of a metal whose resistance is sufficiently lower than that of the respective resistors. 前記配線部が、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を特徴とする請求項3に記載の歪みゲージ。   The strain gauge according to claim 3, wherein the wiring portion is made of gold or copper and is formed by sputtering or plating. 前記各抵抗体の前記折り返しパターンが交互に挟み込むように設けられ、前記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、略同じであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の歪みゲージ。
The folded patterns of the respective resistors are provided so as to be alternately sandwiched, and the lengths of the portions of the folded patterns that sense strain are substantially the same in the strain sensing direction. The strain gauge according to any one of Items 1 to 4.
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