JP7118620B2 - strain gauge - Google Patents

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Description

本発明は、ひずみゲージに関する。 The present invention relates to strain gauges.

測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体の材料としては、例えば、Cr(クロム)やNi(ニッケル)を含む材料が用いられている。又、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている(例えば、特許文献1参照)。 A strain gauge is known that is attached to an object to be measured to detect the strain of the object. A strain gauge includes a resistor that detects strain, and a material containing, for example, Cr (chromium) or Ni (nickel) is used as the material of the resistor. Also, the resistor is formed on a base material made of, for example, an insulating resin (see, for example, Patent Document 1).

特開2016-74934号公報JP 2016-74934 A

ところで、ひずみゲージは、例えば、接着層を介して測定対象物に貼り付けて使用される。しかしながら、接着層を介してひずみゲージを測定対象物に貼り付けると、接着層が硬化するまでに時間を要したり、接着層のはみ出しにより測定対象物が汚染されたりする問題があり、又、ひずみゲージの再利用もできない。 By the way, the strain gauge is used by attaching it to the object to be measured via an adhesive layer, for example. However, when a strain gauge is attached to an object to be measured through an adhesive layer, it takes time for the adhesive layer to harden, and the adhesive layer protrudes to contaminate the object to be measured. Strain gauges cannot be reused either.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、接着層を用いないでひずみゲージを測定対象物に貼り付けることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to attach a strain gauge to an object to be measured without using an adhesive layer.

本ひずみゲージは、強磁性体からなる測定対象物に用いるひずみゲージであって、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、前記基材の前記抵抗体が形成された側とは反対側の面に形成され、前記測定対象物に対して着脱される磁力層と、を有し、前記磁力層の厚さは、5μm以上200μm以下である
The present strain gauge is a strain gauge used for an object to be measured made of a ferromagnetic material, and comprises a flexible substrate and a resistor formed on the substrate from a material containing at least one of chromium and nickel. and a magnetic force layer formed on a surface of the base material opposite to the side on which the resistor is formed and attached to and detached from the object to be measured , wherein the thickness of the magnetic force layer is , 5 μm or more and 200 μm or less .

開示の技術によれば、接着層を用いないでひずみゲージを測定対象物に貼り付けることができる。 According to the disclosed technique, the strain gauge can be attached to the object to be measured without using an adhesive layer.

第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a strain gauge according to a first embodiment; FIG. 第1の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the strain gauge according to the first embodiment;

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図2は、第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図1のA-A線に沿う断面を示している。図1及び図2を参照するに、ひずみゲージ1は、基材10と、抵抗体30と、端子部41と、磁力層70とを有している。
<First embodiment>
FIG. 1 is a plan view illustrating the strain gauge according to the first embodiment. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section along line AA in FIG. 1 and 2, the strain gauge 1 has a substrate 10, a resistor 30, a terminal portion 41, and a magnetic force layer .

なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ1において、基材10の抵抗体30が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体30が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体30が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体30が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ1は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視た形状を指すものとする。 In this embodiment, for the sake of convenience, in the strain gauge 1, the side of the base material 10 on which the resistor 30 is provided is the upper side or one side, and the side on which the resistor 30 is not provided is the lower side or the other side. side. Also, the surface on which the resistor 30 of each part is provided is defined as one surface or upper surface, and the surface on which the resistor 30 is not provided is defined as the other surface or lower surface. However, the strain gauge 1 can be used upside down or arranged at any angle. Planar view refers to the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10, and planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface 10a of the substrate 10. and

基材10は、抵抗体30等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材10の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、5μm~500μm程度とすることができる。特に、基材10の厚さが5μm~200μmであると、接着層等を介して基材10の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、10μm以上であると絶縁性の点で更に好ましい。 The base material 10 is a member that serves as a base layer for forming the resistor 30 and the like, and has flexibility. The thickness of the base material 10 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. In particular, when the thickness of the base material 10 is 5 μm to 200 μm, the transmission of strain from the surface of the strain generating body bonded to the lower surface of the base material 10 via an adhesive layer or the like, and the dimensional stability against the environment. The thickness is preferably 10 μm or more, and more preferable from the viewpoint of insulation.

基材10は、例えば、PI(ポリイミド)樹脂、エポキシ樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、厚さが500μm以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。 The substrate 10 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyetheretherketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, polyolefin resin, or the like. can be formed from an insulating resin film of Note that the film refers to a flexible member having a thickness of about 500 μm or less.

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材10が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材10は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。 Here, "formed from an insulating resin film" does not prevent the base material 10 from containing fillers, impurities, etc. in the insulating resin film. The substrate 10 may be formed from, for example, an insulating resin film containing a filler such as silica or alumina.

抵抗体30は、基材10上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体30は、基材10の上面10aに直接形成されてもよいし、基材10の上面10aに他の層を介して形成されてもよい。なお、図1では、便宜上、抵抗体30を梨地模様で示している。 The resistor 30 is a thin film formed in a predetermined pattern on the substrate 10, and is a sensing part that undergoes a change in resistance when subjected to strain. The resistor 30 may be formed directly on the upper surface 10a of the base material 10, or may be formed on the upper surface 10a of the base material 10 via another layer. In addition, in FIG. 1, the resistor 30 is shown with a pear-skin pattern for the sake of convenience.

抵抗体30は、例えば、Cr(クロム)を含む材料、Ni(ニッケル)を含む材料、又はCrとNiの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体30は、CrとNiの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Crを含む材料としては、例えば、Cr混相膜が挙げられる。Niを含む材料としては、例えば、Ni-Cu(ニッケル銅)が挙げられる。CrとNiの両方を含む材料としては、例えば、Ni-Cr(ニッケルクロム)が挙げられる。 The resistor 30 can be made of, for example, a material containing Cr (chromium), a material containing Ni (nickel), or a material containing both Cr and Ni. That is, the resistor 30 can be made of a material containing at least one of Cr and Ni. Materials containing Cr include, for example, a Cr mixed phase film. Examples of materials containing Ni include Ni—Cu (nickel copper). Materials containing both Cr and Ni include, for example, Ni—Cr (nickel chromium).

ここで、Cr混相膜とは、Cr、CrN、CrN等が混相した膜である。Cr混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。 Here, the Cr mixed phase film is a film in which Cr, CrN, Cr 2 N, or the like is mixed. The Cr mixed phase film may contain unavoidable impurities such as chromium oxide.

抵抗体30の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、0.05μm~2μm程度とすることができる。特に、抵抗体30の厚さが0.1μm以上であると抵抗体30を構成する結晶の結晶性(例えば、α-Crの結晶性)が向上する点で好ましく、1μm以下であると抵抗体30を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材10からの反りを低減できる点で更に好ましい。 The thickness of the resistor 30 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. In particular, when the thickness of the resistor 30 is 0.1 μm or more, the crystallinity of the crystal (for example, the crystallinity of α-Cr) forming the resistor 30 is preferably improved. It is further preferable in that cracks in the film caused by internal stress of the film constituting the film 30 and warping from the base material 10 can be reduced.

例えば、抵抗体30がCr混相膜である場合、安定な結晶相であるα-Cr(アルファクロム)を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体30がα-Crを主成分とすることで、ひずみゲージ1のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを-1000ppm/℃~+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の50質量%以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体30はα-Crを80重量%以上含むことが好ましい。なお、α-Crは、bcc構造(体心立方格子構造)のCrである。 For example, when the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the stability of gauge characteristics can be improved by using α-Cr (alpha chromium), which is a stable crystal phase, as the main component. In addition, by using α-Cr as the main component of the resistor 30, the gauge factor of the strain gauge 1 is 10 or more, and the temperature coefficient of gauge factor TCS and the temperature coefficient of resistance TCR are within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. can be Here, the main component means that the target material accounts for 50% by mass or more of all the materials constituting the resistor. It is preferable to include the above. Note that α-Cr is Cr with a bcc structure (body-centered cubic lattice structure).

端子部41は、抵抗体30の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体30よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部41は、ひずみにより生じる抵抗体30の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。抵抗体30は、例えば、端子部41の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部41に接続されている。端子部41の上面を、端子部41よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗体30と端子部41とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。 The terminal portions 41 extend from both ends of the resistor 30 and are formed in a substantially rectangular shape wider than the resistor 30 in plan view. The terminal portion 41 is a pair of electrodes for outputting to the outside the change in the resistance value of the resistor 30 caused by strain, and for example, lead wires for external connection are joined. The resistor 30 extends, for example, from one of the terminal portions 41 while folding back in a zigzag manner, and is connected to the other terminal portion 41 . The upper surface of the terminal portion 41 may be covered with a metal having better solderability than the terminal portion 41 . Although the resistor 30 and the terminal portion 41 are denoted by different reference numerals for convenience, they can be integrally formed from the same material in the same process.

抵抗体30を被覆し端子部41を露出するように基材10上にカバー層60(絶縁樹脂層)を設けても構わない。カバー層60を設けることで、抵抗体30に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層60を設けることで、抵抗体30を湿気等から保護することができる。 A cover layer 60 (insulating resin layer) may be provided on the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portion 41 . By providing the cover layer 60, the resistor 30 can be prevented from being mechanically damaged. Also, by providing the cover layer 60, the resistor 30 can be protected from moisture and the like.

カバー層60は、例えば、PI樹脂、エポキシ樹脂、PEEK樹脂、PEN樹脂、PET樹脂、PPS樹脂、複合樹脂(例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂)等の絶縁樹脂から形成することができる。カバー層60は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層60の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、2μm~30μm程度とすることができる。 The cover layer 60 can be made of insulating resin such as PI resin, epoxy resin, PEEK resin, PEN resin, PET resin, PPS resin, composite resin (eg, silicone resin, polyolefin resin). The cover layer 60 may contain fillers or pigments. The thickness of the cover layer 60 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.

磁力層70は、基材10の下面10bに形成され、測定対象物(起歪体)に対して着脱される。ひずみを測定する測定対象物は鉄等の強磁性体からなるものが多いため、磁力層70を設けることで、ひずみゲージ1を測定対象物に着脱自在に貼り付け可能となる。なお、磁力層70は、基材10の下面10bの全面に設けることができるが、必要に応じ、基材10の下面10bの一部の領域に設けてもよい。 The magnetic force layer 70 is formed on the lower surface 10b of the base material 10 and attached to and detached from the object to be measured (strain generating body). Since many objects to be measured for strain measurement are made of a ferromagnetic material such as iron, the provision of the magnetic force layer 70 enables the strain gauge 1 to be detachably attached to the object to be measured. The magnetic force layer 70 can be provided on the entire bottom surface 10b of the base material 10, but may be provided on a partial area of the bottom surface 10b of the base material 10, if necessary.

磁力層70は、鉄等の強磁性体からなる測定対象物に貼り付く磁力を発生できる材料から形成された層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、CoNiFe(x+y+z=100)、NiFe、FeP、NiFeP、CoNiFeP、FeB、NiFeB、CoNiFeB、Ni-W、NdFe14B、SmCo、SmCo17、SrFe1219、BaFe1219からなる群から選択される合金の薄膜、又は、この群の何れかの合金の薄膜を積層した積層膜や、基材10の材料に磁性粉末フィラーを添加したボンド磁石等が挙げられる。磁性粉末フィラーとしては、例えば、上記の群から選択される合金の粉末が挙げられる。 The magnetic force layer 70 is not particularly limited as long as it is a layer formed of a material that can generate a magnetic force that sticks to a measurement object made of a ferromagnetic material such as iron, and can be appropriately selected according to the purpose. XNiYFeZ (x+ y + z =100), NiFe, FeP, NiFeP, CoNiFeP , FeB, NiFeB , CoNiFeB , Ni-W, Nd2Fe14B , SmCo5 , Sm2Co17 , SrFe12O19 , BaFe12 A thin film of an alloy selected from the group consisting of O 19 , a laminated film obtained by laminating thin films of any of the alloys of this group, and a bonded magnet obtained by adding a magnetic powder filler to the material of the substrate 10 can be mentioned. Magnetic powder fillers include, for example, powders of alloys selected from the above group.

磁力層70の厚さは、0.5μm~500μm程度とすることが好ましい。特に磁力層70の厚さを5μm以上とすることで、磁力層70の機械的強度を確保できる。又、磁力層70の厚さを200μm以下とすることで、測定対象物のひずみに追従することが可能となり、抵抗体30の変位を妨げないようにすることができる。 The thickness of the magnetic force layer 70 is preferably about 0.5 μm to 500 μm. In particular, by setting the thickness of the magnetic layer 70 to 5 μm or more, the mechanical strength of the magnetic layer 70 can be ensured. Further, by setting the thickness of the magnetic force layer 70 to 200 μm or less, it becomes possible to follow the distortion of the object to be measured, and the displacement of the resistor 30 can be prevented.

磁力層70の表面磁束密度は、1mT~500mT程度とすることが好ましい。特に磁力層70の表面磁束密度を30mT以上とすることで、測定対象物に対する十分な吸着力を確保できる。又、磁力層70の表面磁束密度を300mT以下とすることで、ひずみゲージ1を測定対象物に容易に着脱することができる。 The surface magnetic flux density of the magnetic force layer 70 is preferably about 1 mT to 500 mT. In particular, by setting the surface magnetic flux density of the magnetic force layer 70 to 30 mT or more, it is possible to secure a sufficient attractive force for the object to be measured. Further, by setting the surface magnetic flux density of the magnetic force layer 70 to 300 mT or less, the strain gauge 1 can be easily attached to and detached from the object to be measured.

図3は、第1の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図であり、図2に対応する断面を示している。ひずみゲージ1を製造するためには、まず、図3(a)に示す工程では、基材10を準備し、基材10の上面10aに図1に示す平面形状の抵抗体30及び端子部41を形成する。抵抗体30及び端子部41の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体30と端子部41とは、同一材料により一体に形成することができる。 FIG. 3 is a diagram illustrating the manufacturing process of the strain gauge according to the first embodiment, showing a cross section corresponding to FIG. In order to manufacture the strain gauge 1, first, in the step shown in FIG. to form The materials and thicknesses of the resistor 30 and the terminal portion 41 are as described above. The resistor 30 and the terminal portion 41 can be integrally formed from the same material.

抵抗体30及び端子部41は、例えば、抵抗体30及び端子部41を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体30及び端子部41は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法や印刷法等を用いて成膜してもよい。 The resistor 30 and the terminal portion 41 can be formed, for example, by forming a film by magnetron sputtering using a raw material capable of forming the resistor 30 and the terminal portion 41 as a target, and patterning the film by photolithography. The resistor 30 and the terminal portion 41 may be formed by using a reactive sputtering method, a vapor deposition method, an arc ion plating method, a pulse laser deposition method, a printing method, or the like instead of the magnetron sputtering method.

ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体30及び端子部41を成膜する前に、下地層として、基材10の上面10aに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が1nm~100nm程度の機能層を真空成膜することが好ましい。 From the viewpoint of stabilizing the gauge characteristics, before forming the resistor 30 and the terminal part 41, a film thickness of about 1 nm to 100 nm is formed on the upper surface 10a of the base material 10 as a base layer by, for example, conventional sputtering. Vacuum deposition of the layer is preferred.

本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体30の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材10に含まれる酸素や水分による抵抗体30の酸化を防止する機能や、基材10と抵抗体30との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。 In the present application, a functional layer refers to a layer having a function of promoting crystal growth of at least the resistor 30 as an upper layer. The functional layer preferably further has a function of preventing oxidation of the resistor 30 due to oxygen and moisture contained in the substrate 10 and a function of improving adhesion between the substrate 10 and the resistor 30 . The functional layer may also have other functions.

基材10を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体30がCrを含む場合、Crは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体30の酸化を防止する機能を備えることは有効である。 Since the insulating resin film that constitutes the base material 10 contains oxygen and moisture, especially when the resistor 30 contains Cr, Cr forms a self-oxidizing film. Being prepared helps.

機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体30の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Cr(クロム)、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、Ni(ニッケル)、Y(イットリウム)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Si(シリコン)、C(炭素)、Zn(亜鉛)、Cu(銅)、Bi(ビスマス)、Fe(鉄)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Re(レニウム)、Os(オスミウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、Au(金)、Co(コバルト)、Mn(マンガン)、Al(アルミニウム)からなる群から選択される1種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。 The material of the functional layer is not particularly limited as long as it has a function of promoting the crystal growth of the resistor 30, which is the upper layer, and can be appropriately selected according to the purpose. titanium), V (vanadium), Nb (niobium), Ta (tantalum), Ni (nickel), Y (yttrium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Si (silicon), C (carbon), Zn ( zinc), Cu (copper), Bi (bismuth), Fe (iron), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Re (rhenium), Os (osmium), Ir ( iridium), Pt (platinum), Pd (palladium), Ag (silver), Au (gold), Co (cobalt), Mn (manganese), Al (aluminum) metals, alloys of any metal of this group, or compounds of any metal of this group.

上記の合金としては、例えば、FeCr、TiAl、FeNi、NiCr、CrCu等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、TiN、TaN、Si、TiO、Ta、SiO等が挙げられる。 Examples of the above alloy include FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu, and the like. Examples of the above compounds include TiN, TaN , Si3N4 , TiO2 , Ta2O5 , SiO2 and the like.

機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にAr(アルゴン)ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜することができる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材10の上面10aをArでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。 The functional layer can be formed, for example, by a conventional sputtering method in which a raw material capable of forming the functional layer is used as a target and Ar (argon) gas is introduced into the chamber. By using the conventional sputtering method, the functional layer is formed while etching the upper surface 10a of the substrate 10 with Ar, so that the amount of film formation of the functional layer can be minimized and the effect of improving adhesion can be obtained.

但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にAr等を用いたプラズマ処理等により基材10の上面10aを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。 However, this is an example of the method of forming the functional layer, and the functional layer may be formed by another method. For example, before forming the functional layer, the upper surface 10a of the substrate 10 is activated by a plasma treatment using Ar or the like to obtain an effect of improving adhesion, and then the functional layer is vacuum-formed by magnetron sputtering. You may use the method to do.

機能層の材料と抵抗体30及び端子部41の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層としてTiを用い、抵抗体30及び端子部41としてα-Cr(アルファクロム)を主成分とするCr混相膜を成膜することが可能である。 The combination of the material of the functional layer and the material of the resistor 30 and the terminal portion 41 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. It is possible to deposit a Cr mixed phase film containing α-Cr (alpha chromium) as a main component.

この場合、例えば、Cr混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にArガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体30及び端子部41を成膜することができる。或いは、純Crをターゲットとし、チャンバ内にArガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体30及び端子部41を成膜してもよい。 In this case, for example, the resistive element 30 and the terminal portion 41 can be formed by magnetron sputtering using a raw material capable of forming a Cr mixed-phase film as a target and introducing Ar gas into the chamber. Alternatively, the resistive element 30 and the terminal portion 41 may be formed by reactive sputtering using pure Cr as a target, introducing an appropriate amount of nitrogen gas together with Ar gas into the chamber.

これらの方法では、Tiからなる機能層がきっかけでCr混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα-Crを主成分とするCr混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するTiがCr混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ1のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを-1000ppm/℃~+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がTiから形成されている場合、Cr混相膜にTiやTiN(窒化チタン)が含まれる場合がある。 In these methods, the growth surface of the Cr mixed phase film is defined by the functional layer made of Ti, and a Cr mixed phase film containing α-Cr, which has a stable crystal structure, as a main component can be formed. In addition, diffusion of Ti constituting the functional layer into the Cr mixed phase film improves gauge characteristics. For example, the gauge factor of the strain gauge 1 can be 10 or more, and the temperature coefficient of gauge factor TCS and the temperature coefficient of resistance TCR can be set within the range of -1000 ppm/°C to +1000 ppm/°C. When the functional layer is made of Ti, the Cr mixed phase film may contain Ti or TiN (titanium nitride).

なお、抵抗体30がCr混相膜である場合、Tiからなる機能層は、抵抗体30の結晶成長を促進する機能、基材10に含まれる酸素や水分による抵抗体30の酸化を防止する機能、及び基材10と抵抗体30との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Tiに代えてTa、Si、Al、Feを用いた場合も同様である。 When the resistor 30 is a Cr mixed phase film, the functional layer made of Ti has a function of promoting crystal growth of the resistor 30 and a function of preventing oxidation of the resistor 30 due to oxygen and moisture contained in the base material 10. , and the function of improving the adhesion between the substrate 10 and the resistor 30 . The same is true when Ta, Si, Al, or Fe is used as the functional layer instead of Ti.

このように、抵抗体30の下層に機能層を設けることにより、抵抗体30の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体30を作製できる。その結果、ひずみゲージ1において、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体30に拡散することにより、ひずみゲージ1において、ゲージ特性を向上することができる。 In this way, by providing the functional layer under the resistor 30, it becomes possible to promote the crystal growth of the resistor 30, and the resistor 30 having a stable crystal phase can be manufactured. As a result, in the strain gauge 1, the stability of gauge characteristics can be improved. In addition, by diffusing the material forming the functional layer into the resistor 30, the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved.

次に、図3(b)に示す工程では、基材10の下面10bに磁力層70を形成する。磁力層70は、例えば、スパッタ法やめっき法(電解めっき又は無電解めっき)、印刷法等により形成することができる。磁力層70の材料や厚さは、前述の通りである。磁力層70を形成後、磁力層70を着磁する。磁力層70の表面磁束密度については、前述の通りである。 Next, in the step shown in FIG. 3B, the magnetic force layer 70 is formed on the lower surface 10b of the base material 10. Next, in the step shown in FIG. The magnetic force layer 70 can be formed by, for example, a sputtering method, a plating method (electrolytic plating or electroless plating), a printing method, or the like. The material and thickness of the magnetic force layer 70 are as described above. After forming the magnetic layer 70, the magnetic layer 70 is magnetized. The surface magnetic flux density of the magnetic force layer 70 is as described above.

なお、抵抗体30及び端子部41と、磁力層70とは何れを先に形成してもよい。言い換えれば、図3(a)に示す工程と、図3(b)に示す工程とは、何れを先に実施してもよい。 Any of the resistor 30 and the terminal portion 41 and the magnetic force layer 70 may be formed first. In other words, either the step shown in FIG. 3A or the step shown in FIG. 3B may be performed first.

抵抗体30及び端子部41を形成後、必要に応じ、基材10上に、抵抗体30を被覆し端子部41を露出するカバー層60を設けることで、ひずみゲージ1が完成する。カバー層60は、例えば、基材10上に、抵抗体30を被覆し端子部41を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製することができる。カバー層60は、基材10上に、抵抗体30を被覆し端子部41を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。 After forming the resistor 30 and the terminal portion 41, the strain gauge 1 is completed by providing a cover layer 60 covering the resistor 30 and exposing the terminal portion 41 on the substrate 10, if necessary. The cover layer 60 is produced, for example, by laminating a semi-cured thermosetting insulating resin film on the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portions 41, and heat and cure the film. be able to. The cover layer 60 may be produced by applying a liquid or paste thermosetting insulating resin on the substrate 10 so as to cover the resistors 30 and expose the terminal portions 41, and heat and harden the resin. good.

このように、基材10の下面10bに磁力層70を形成することにより、測定対象物に貼り付ける際に接着層が不要となるため、接着層が硬化するまで待機する等の煩わしさがなくなり、ひずみ測定を簡易化することができる。又、接着層のはみ出しによる測定対象物の汚染を防止することができる。又、ひずみゲージ1は磁力層70を介して測定対象物に着脱自在となるため、ひずみゲージ1の再利用が可能となる。 By forming the magnetic force layer 70 on the lower surface 10b of the base material 10 in this way, an adhesive layer is not required when attaching to the object to be measured. , the strain measurement can be simplified. In addition, it is possible to prevent contamination of the object to be measured due to protrusion of the adhesive layer. In addition, since the strain gauge 1 can be attached to and detached from the object to be measured through the magnetic force layer 70, the strain gauge 1 can be reused.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be made.

1 ひずみゲージ、10 基材、10a 上面、10b 下面、30 抵抗体、41 端子部、60 カバー層、70 磁力層 Reference Signs List 1 strain gauge 10 substrate 10a upper surface 10b lower surface 30 resistor 41 terminal portion 60 cover layer 70 magnetic force layer

Claims (9)

強磁性体からなる測定対象物に用いるひずみゲージであって、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記基材の前記抵抗体が形成された側とは反対側の面に形成され、前記測定対象物に対して着脱される磁力層と、を有し、
前記磁力層の厚さは、5μm以上200μm以下であるひずみゲージ。
A strain gauge used for a measurement object made of a ferromagnetic material,
a flexible substrate;
a resistor formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the base;
a magnetic force layer formed on a surface of the base material opposite to the side on which the resistor is formed and attached to and detached from the object to be measured ;
The strain gauge , wherein the magnetic force layer has a thickness of 5 μm or more and 200 μm or less .
強磁性体からなる測定対象物に用いるひずみゲージであって、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記基材の前記抵抗体が形成された側とは反対側の面に形成され、前記測定対象物に対して着脱される磁力層と、を有し、
前記磁力層は、Co Ni Fe (x+y+z=100)、NiFe、FeP、NiFeP、CoNiFeP、FeB、NiFeB、CoNiFeB、Ni-W、Nd Fe 14 B、SmCo 、Sm Co 17 、SrFe 12 19 、BaFe 12 19 からなる群から選択される合金の薄膜、前記合金の薄膜を積層した積層膜、又は前記合金の粉末を含んだボンド磁石からなるひずみゲージ。
A strain gauge used for a measurement object made of a ferromagnetic material,
a flexible substrate;
a resistor formed of a material containing at least one of chromium and nickel on the base;
a magnetic force layer formed on a surface of the base material opposite to the side on which the resistor is formed and attached to and detached from the object to be measured ;
The magnetic layer is Co X Ni Y Fe Z (x+y+z=100), NiFe, FeP, NiFeP, CoNiFeP, FeB, NiFeB, CoNiFeB, Ni-W, Nd 2 Fe 14 B, SmCo 5 , Sm 2 Co 17 , SrFe A strain gauge comprising a thin film of an alloy selected from the group consisting of 12 O 19 and BaFe 12 O 19 , a laminated film in which thin films of the alloy are laminated, or a bonded magnet containing powder of the alloy .
前記磁力層の表面磁束密度は、30mT以上300mT以下である、請求項1又は2に記載のひずみゲージ。 3. The strain gauge according to claim 1, wherein the magnetic force layer has a surface magnetic flux density of 30 mT or more and 300 mT or less. 前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 The strain gauge according to any one of claims 1 to 3 , wherein the resistor contains alpha chrome as a main component. 前記抵抗体は、アルファクロムを80重量%以上含む請求項に記載のひずみゲージ。 5. The strain gauge according to claim 4 , wherein the resistor contains 80% by weight or more of alpha chrome. 前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項又はに記載のひずみゲージ。 6. A strain gauge according to claim 4 or 5 , wherein said resistor contains chromium nitride. 前記基材の一方の面に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有し、
前記抵抗体は、前記機能層の一方の面に形成されている請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。
Having a functional layer formed of a metal, an alloy, or a metal compound on one surface of the base material,
The strain gauge according to any one of claims 1 to 6 , wherein the resistor is formed on one surface of the functional layer.
前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項に記載のひずみゲージ。 8. The strain gauge according to claim 7 , wherein said functional layer has a function of promoting crystal growth of said resistor. 前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層を有する請求項1乃至の何れか一項に記載のひずみゲージ。 9. The strain gauge according to claim 1 , further comprising an insulating resin layer covering said resistor.
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