JPH01124731A

JPH01124731A - 歪センサ

Info

Publication number: JPH01124731A
Application number: JP25143388A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishikawa; 西川　昶; Satoru Suzuki; 鈴木　▲さとし▼; Masanobu Hirata; 平田　正信; Koichiro Sakamoto; 孝一郎坂本; Ikuo Fujisawa; 藤沢　郁夫; Shozo Takeno; 武野　尚三
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1989-05-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ロードセル秤等への利用に適した歪センサに
関するものである。

従来の技術従来、薄膜抵抗体を有する歪センサにおいては、起歪部
を備えたビーム体にＳ　ｉｏ、やＡα２０．やＴａ、Ｏ
，などの無機酸化物による絶縁膜が形成され、この絶縁
膜上に薄膜抵抗体が形成されている。

発明が解決しようとする課題このような絶縁膜や薄膜抵抗体は真空槽中でスパッタリ
ングや蒸着等の手段によりビーム体の表面に形成するも
のであるが、クリープ現象が生じると云う欠点を有する
。すなわち、歪センサにおけるクリープとは、その歪セ
ンサに印加された荷重に比例した歪量が時間により変化
する現象を云う。このとき、ビーム体の歪は絶縁膜を介
して薄膜抵抗体に伝達されるものであり、クリープ現象
は絶縁膜の特性に大部分起因する。もちろん、薄膜抵抗
体の材質や膜厚およびそのパターンの形状、ビーム体の
形状や材質等もクリープ現象には関連がある。

課題を解決するための手段本発咀は、起歪部を有するビーム体の表面に、固体粉末
を混合したポリイミド樹脂を塗布して前記固体粉末を前
記ポリイミド樹脂中に均一に分散させた１〜２０μｍの
膜厚の絶縁樹脂膜を直接形成し、この絶縁樹脂膜上に薄
膜抵抗体を直接形成したものである。

作用ポリイミド樹脂に所定量の固体粉末を混合して絶縁樹脂
膜を起歪体の表面に直接形成することにより、クリープ
の調整を行なう二とができ、これにより、実質的にクリ
ープのない状態を得ることができるように構成したもの
である。

実施例本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、ビーム体１はＳＵＳ　６３０等によるステンレス
材で形成されている。すなわち、機械加工により溝２で
連設された二つの孔３．４が形成されて薄肉の起歪部５
，６，７．８が形成され、一方では取付用の二個の孔９
が形成され、他方では皿受フレームが取付けられる一個
の受孔１０が形成されている。そして、熱処理により所
定の弾性特性を得た後にパターン形成面１１を研磨加工
により形成する。

このようなビーム体１のパターン形成面１１には絶縁樹
脂膜１２が形成されている。この絶縁樹脂膜１２の形成
手段とその組成については後述する。

この絶縁樹脂膜１２の上にはＮｉＣｒ　（Ｎｉ　５０ｗ
ｔ％、Ｃｒ５０ｗｔ％）による抵抗膜１３がスパッタリ
ングにより積層形成されている。この抵抗膜１３の厚さ
は、たとえば１０００人である。つぎに、リード電極と
してスパッタリングにより厚さ２μｍのＡｕ膜１４を前
記抵抗膜１３の上に積層する。このような抵抗膜１３と
Ａｕ膜１４とは第４図（ａ）に示すようにフォトエツチ
ングにより所定のパターンを形成する。そして、第４図
（ｂ）に示すように部分的にＡｕ膜↓４のみをエツチン
グしてＲ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ４と表示した四個の薄膜抵
抗体１５が形成される。これらの薄膜抵抗体１５の位置
は前記起歪部５，６の上面に一致している。

このような薄膜抵抗体１５のそれぞれはＲＬと表示した
リードパターン１６によりブリッジ結合され、各リード
パターン１６の端部は、Ｖｅ＋とＶｅ−と表示した入力
端子部１７とＶｏ＋とＶＯ−と表示した出力端子部１８
とよりなる。

しかして、前記絶縁樹脂膜１２の形成に当っては、ビー
ム体１のパターン形成面１１を平坦に研磨加工した後に
清浄に洗浄し、その上に形成する。

まず、絶縁樹脂としては、たとえばポリイミド樹脂が用
いられ、固体粉末としては、たとえば５ｉＯ７微粉末が
泪いられる。すなわち、ポリイミドワニスの中に所定量
のＳｉｏ、の微粉末を混合して均一に分散させる。そし
て、１００ＯＣＰ　（センチボイズ）に調整した後にビ
ーム体１のパターン形成面１１に滴下し、スピンナで１
５０　Ｏｒ、ｐ、＋ｎの回転速度によって均一な膜厚と
して塗布し、溶剤を乾燥後に３５０°Ｃで１時間加熱し
、厚さ約４μｍの絶縁樹脂膜１２を形成する。

このような絶縁樹脂膜１２中にＳｉｎ、等の固体粉末を
フィラーとして混合すると云うことは、荷重印加時のク
リープ量を調整するためのものである。いま、固体粉末
を混合しない場合、すなわち、ポリイミド樹脂のみで絶
縁樹脂膜１２を形成した場合と、Ｓｉｏ、のみで絶縁樹
脂膜１２を形成した場合との二連りについて説明する。

まず、第５図に示すものはビーム体１に５ＵＳ６３０（
ＪＩＳ）を使用し、純粋のポリイミド樹脂により厚さ約
４μｍの絶縁樹脂膜１２に１ｏＯｏ人の厚さの薄膜抵抗
体１５を形成した場合である。荷重を印加後に出力電圧
（■０）はプラス方向に変化し、荷重印加時と１０分経
過時とではΔＶＯなる出力電圧変化が生じる。これがク
リープ値である。また、荷重を除去した後の零点の変化
は、ΔＶｏ’　　である。ここで、Δ■０とΔＶｏ’と
の絶対値は等しく符号は反対である。

具体的な数値で表わすと、ビーム体１に荷重を印加した
とき、薄膜抵抗体１５の歪量がＥ＝ΔＱ／Ｑ＝０．１％
、そのゲージ率には１．８、入力電圧がＶｅ　＝１００
００ｍＶ　とすると、出力電圧■０は、Ｖｏ＝Ｖｅ−に
−ＥよりＶＯ＝１０Ｘ１０’Ｘ１．８ＸＯ，ＩＸＩ○−
”＝１８ｍＶ　である。

このとき、クリープの実測値Ｖｏ＝＋２０μ■であった
。すなわち、クリープはΔＶｏ／Ｖｏ＝２０／１８００
０＝Ｏ，，１１％である。このクリープ値を薄膜抵抗体
１５の寸法変化に適用すると、薄膜抵抗体１５が３Ｍの
場合、 ΔＥ＝ＥＸＯ，１１％＝０．１Ｘ０．１１＝ｌＩＸ１０
−’したがって、３ｍｍＸ　ｌ　Ｉ　Ｘ　１０−’＝３
３人となる。

このように、クリープ量が０．１１％の場合においても
非常にわずかな寸法変化しかない。しかもクリープ量０
．１１％の場合、歪センサとして使用するものとすれば
、その精度が約１７１０００であり、温度変化や回路の
誤差等の他の条件を含めるとさらに精度の低いセンサし
かできないことになる。実用上の精度は１／３０００、
たとえば秤量３　ｋｇ、分解能１ｇの秤が必要であり、
さらにクリープ量を低減させる必要がある。

つぎに、第６図に示すものはポリイミド樹脂の代りに厚
さ３μｍのＳｉｏ、膜を形成した場合であり、クリープ
はΔＶｏ　／Ｖｏ　＝０．２％であった。

このように出力電圧■０が時間とともに減少するのがマ
イナスクリープである。この場合も精度１／３０００の
ような高精度秤の歪センサに使用″することはできない
ものである。

しかして、絶縁樹脂に固体粉末を混合した場合の混合率
とクリープ量との関係を第７図ないし第１０図に基づい
て説明する。まず、いずれの場合もビーム体１は５ＵＳ
６３０　（ＪＩＳ）によるものであり、絶縁樹脂はポリ
イミド樹脂で厚さ４μｍの絶縁樹脂膜１２であり、クリ
ープ量の測定値は荷重印加後１０分経過時のものである
。また、固体粉末は５ｉｏＩｌであり、平均粒径は約１
５ｍμｍである。

まず、第７図に示すものは薄膜抵抗体１５の材質がＮｉ
Ｃｒ　（Ｎｉ　５０％、Ｃｒ５０％）であり。

膜厚が１０００人のものである。クリープ量はＳｉ○２
粉末の含有量が増加するにしたがってマイナス方向に向
う傾向を示し、約２ｗｔ％でクリープ量は零付近になる
。

第８図に示すものは薄膜抵抗体１５の膜厚を６０ｏＯ人
とした場合であり、クリープ量が零になるのはＳｔｏ、
粉末の含有量が約５ｗｔ％のときである。

つぎに、第９図に示すものは薄膜抵抗体１５の材質がＮ
ＬＣｒＳｉ　（Ｎｉ　７０％、Ｃｒ２Ｏ％、５ｉ１０％
）、膜Ｊ’Ｘ　１００ＯＡのものについての結果を示す
もので、Ｓｉｏ、粉末含有量が３ｗｔ％でクリープ量は
ほぼ零付近になる。

また、第１０図に示すものはその膜厚が６０００人のも
のについての結果であり、５ｉ０２粉末含有量６．５ｗ
ｔ％でクリープ量はほぼ零付近になる。

以上の実験結果より、Ｓ　ｉＯ，粉末の混合量により容
易にクリープ量の調整ができることが解った。

したがって、各種条件にしたがってクリープ量が零の状
態を設定すれば、クリープの影響のない歪センサが得ら
れる。

しかして、固体粉末としては、Ｓｉｏ、粉末のかわりと
してＡａｔＯ，、ＭｇＯ、Ｔｉｅ、等を用イルことも可
能である。ただし、粒径依存性を示し、粒径が大きくな
るとその混合量が多くなる傾向にある。また、粉末の材
質については、微粒子化が容易であり、絶縁樹脂との反
応性のない安定したものであれば如何なるものでもよく
、たとえば、ＢＮ、ＭｏＳ、’などもクリープ制御のた
めには有効である。さらに、カーボン等の導電性を示す
微粉末であっても均一に絶縁樹脂に分散させれば使用可
能であり、絶縁特性を害することはない。

また、絶縁樹脂としてポリイミド樹脂を用いた状態につ
いて説明したが、ビーム体１の表面に均一な膜が形成で
き、しかも、ビーム体１との接着性が良好であり、上層
に形成する薄膜抵抗体１５との接着性を低下させること
がないものであれば使用可能である。ただし、薄膜抵抗
体１５をスパッタリングあるいは蒸着する場合には、絶
縁樹脂膜１２が温度上昇するために、少なくとも１００
℃以上の耐熱温度が必要である。そして、その膜厚とし
ては１μｍ〜２０μｍの範囲が実用上述している。その
理由としては、膜厚が１μｍ以上でないとビーム体１と
薄膜抵抗体１５との間の絶縁性を維持することが難かし
く、また、厚さが２０μｍ以上になると均一に塗布形成
することが難かしいためである。

このような条件に適合する絶縁樹脂としては、耐熱性の
あることや膜の形成のし易さ等の点でポリイミド樹脂が
適しているが、この他にも環化ポリブタジェン樹脂やエ
ポキシ樹脂、エポキシ変成ポリイミド樹脂等を使用する
ことが可能である。

発明の効果本発明は上述のように、起歪部を有するビーム体の表面
に、固体粉末を混合したポリイミド樹脂を塗布して前記
固体粉末を前記ポリイミド樹脂中に均一に分散させた１
〜２０μｍの膜厚の絶縁樹脂膜を直接形成し、この絶縁
樹脂膜上に薄膜抵抗体を直接形成したので、ポリイミド
樹脂に所定量の゛固体粉末を混合して絶縁樹脂膜を起歪
体の表面に直接形成することにより、クリープの調整を
行なうことができ、これにより、実質的にクリープのな
い状態を得ることができると云う効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はロード
セルの斜視図、第２図はその側面図、第３図は回路図、
第４図（ａ）（ｂ）はパターン形成過程を示す平面図、
第５図はポリイミド樹脂を用いた場合のクリープを示す
グラフ、第６図はＳｉｏ。を用いた場合のクリープを示すグラフ、第７図ないし第
１０図は固体粉末の含有量とクリープとの関係を示すグ
ラフである。１・・・ビーム体、５〜８・・・起歪部、１２・・・絶
縁樹脂膜、１５・・・薄膜抵抗体出　願　人　　東京電気株式会社株式会社　東　芝こも」　図Ｄ！、、１図３０図１ｕ図あ、５図３．６図ご活ｑ図１も　○図

Claims

【特許請求の範囲】１、起歪部を有するビーム体の表面に、固体粉末を混合
したポリイミド樹脂を塗布して前記固体粉末を前記ポリ
イミド樹脂中に均一に分散させた１〜２０μｍの膜厚の
絶縁樹脂膜を直接形成し、この絶縁樹脂膜上に薄膜抵抗
体を直接形成したことを特徴とする歪センサ。２、固体粉末をＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＭｇＯ、
ＴｉＯ＿２またはこれらの混合物としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の歪センサ。