JPH01202601A - 金属薄膜抵抗ひずみゲージ - Google Patents

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］ 本発明はひずみゲージに係り特に金属薄膜抵抗ひずみゲ
ージに関する。

［従来の技術］ 金属抵抗体に外部より力を加えると、抵抗体の伸縮にと
もない抵抗値もある範囲内で変化するにの原理を利用し
て、測定体の外力によるひずみ量を抵抗値の変化として
測定するものが金属抵抗ひずみゲージである。近年では
、ひずみ測定の手段としての使用はもとより、力、圧力
、加速度、変位、トルクなど各種の物理量を測定するセ
ンサの素子として広く普及している。

金屑抵抗ひずみゲージとしては、線ゲージおよび箔ゲー
ジが、現在一般的である。

線ゲージは、線径１０〜３０／Ａｍ程度の抵抗線を受感
部に用いたもので、金属抵抗ひずみゲージ普及の初期に
多用された。しかし、グリッド形成時の残留ひずみの影
響、加工した線材と基板を密着させるために用いる接着
剤の影響などで諸特性のばらつきが大きく、またグリッ
ドの形成、線材一基板の接着といった特殊技術が必要な
ため、生産効率も悪くコスト高となっている。

箔ゲージは、数μｍ厚の抵抗箔を基板上に接着し、エツ
チングにより抵抗パターンを形成したちであるため、加
工時の残留ひずみの影響はないが。

接着剤の影響については線ゲージと同様である。

金属薄膜抵抗ひずみゲージは、線ゲージおよび箔ゲージ
のこれらの欠点を補うものとして開発された。抵抗材料
を蒸着、スパッタリング等により絶縁性の基板上に成膜
したもので、絶縁性被膜を介して直接ひずみ測定対象物
上への形成も可能である。接着剤を使用しないため、諸
特性への悪影。

響がないばかりか、高温環境での使用が可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ ところでこの金属薄膜抵抗ひずみゲージの抵抗体として
は、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｎｉなどが一般的であるが、長
期安定性、信頼性の面では実用上不十分であった。

［発明の目的］ 本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、金
属薄膜抵抗ひずみゲージの抵抗体として高融点金属であ
るＴａ−Ｓｉ合金薄膜を用いて、安定性を向上させ、信
頼性の高い金属薄膜抵抗ひずみゲージを提供することを
目的とするものである。

［課運を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために１本発明の金属薄膜抵抗ひ
ずみゲージは、基板として絶縁性基板を用い、該絶縁性
基板上にＴａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体を設け、該Ｔａ−
５ｉ合金薄膜の抵抗体に金属電極を形成したことを特徴
とする。あるいはひずみ測定対象物上に直接絶縁性被膜
を施し、該ひずみ測定対象物上にＴａ−Ｓｉ合金薄膜の
抵抗体を設け、該Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体に金属電
極を形成したことを特徴とするものである。

［実施例］ 本発明の好ましい一実施例を図面を用いて以下に説明す
る。

第１図に示す固定治具２により取付けられる基板１とし
ては、アルミナ基板（純度９９．６％、板厚０．２５ｎ
ｎ）を、ターゲット５としてはＴａ−Ｓｉをそれぞれ用
いたくターゲツト面積比＝２　：　７）。

直流２極スパツタリング装置のペルジャー３内を３　Ｘ
　１０　’ｔｏｒｒまで真空引きし１次いでＡｒガス導
入口４よりＡｒガスを導入し、圧力２ＸＩＯ”ｔｏｒｒ
程度まで高くした。

その後、直流高圧電源６によりターゲット５と基板１間
に放電を発生させ、上記ターゲット５をスパッタリング
して、アルミナ基板１に約５００人のＴａ−Ｓｉ薄膜を
付着させた。この操作を２度行い、基板両面に上記薄膜
を形成した。

本発明の金属薄膜抵抗ひずみゲージの断面の一部を第２
図に示すが、薄膜形成済基板に大気中６００℃５分間の
熱処理を施し、Ｔａ−Ｓｉ薄膜７の膜の安定化および抵
抗温度係数（ＴＣＲ）の調整を行った。

次いで、金属電極８としてＮｉをスパッタリングにより
上記薄膜形成済基板両面に付着させた。

さらにＮｉの電気メツキを施し、金属電極８としての総
厚を２〜３μｍとした。

その後、フォトリソグラフィ法により抵抗パターンを形
成し１次いでレーザートリミングにより抵抗値調整を行
った。ゲージ抵抗を３５０Ωとして１素子内に・４ゲー
ジを形成（基板表面裏に各２ゲージずつ）、ホイートス
トーンブリッジが構成できるようにした。抵抗パターン
上に二酸化ケイ素の保護膜９を高周波スパッタリングに
より形成した後、リード線を接続して素子を完成させた
。

本実施例の金属薄膜抵抗ひずみゲージの抵抗パターン１
１は、第３図に示すようにジグザグを繰り返し両端に電
極パッド１０を備えている。

上記のようにして得られた金属薄膜抵抗ひずみゲージを
固定治具に取り付け、諸特性を測定した結果は以下の通
りである。

第４図に示すようにホイートストーンブリッジの入力端
子にＤＣ１２Ｖを付加し、荷重による金属薄膜抵抗ひず
みゲージの抵抗値変化を出力電圧へＥとして取り出した
。なおここでＲ１とＲゎおよびＲ２とＲ４はそれぞれ基
板同一面である。

本発明になる金属薄膜抵抗ひずみゲージによる出力−負
荷の関係の一例を第５図に示す、なおここでは、定格負
荷５０ｇ、定格出力０，４２ｍｖ／Ｖで、非直線性は０
．２１％であり、またこのヒステリシスは第６図に示す
ように、定格負荷５０ｇ、定格出力０．４２ｍｖ／Ｖで
、０．２８％であり、いずれも非常に良好であった。

初期定格出力０．４２ｍｖ／Ｖの上記素子を、１５５℃
の高温雰囲気下に１０００時間放置した際の、ホイート
ストーンブリッジ出力の零点移動は第７図に示すように
０．３％であり、また同様に初期定格出力０．４２ｍｖ
／Ｖの上記素子を、１５５℃の高温雰囲気下に１０００
時間放置した際の、ホイートストーンブリッジ定格出力
の変化は第８図に示すように１．０％であり、この素子
の安定性が非常に高いことが証明された。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明の金属薄膜抵
抗ひずみゲージによると、Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜を使用す
ることにより、とくに高温下で安定性の向上した、信頼
性の高い金属薄膜抵抗ひずみゲージを提供できるように
なった。

なお、ここでは絶縁性基板上にＴａ−Ｓｉ合金薄膜の抵
抗体を設け、該Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体に金属電極
を形成したが、ひずみ測定対象物上に直接絶縁性被膜を
施し、該絶縁性被膜上にＴａ−５ｉ合金薄膜の抵抗体を
設け、該Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体に金属電極を形成
した金属薄膜抵抗ひずみゲージを用いても同様の効果が
得られる。

また１以上の実施例では、金属薄膜の抵抗体としてＴａ
−５ｉ合金を用いた例について述べたが。

Ｔａ−Ｓｉ−Ｔｉなどの合金を含めて三元以上の合金或
いは、Ｔａ−５ｉ−Ｎ、などの気体を含めて三元以上の
合金を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用した直流２極スパツタリング装置
の概略図、第２図は本発明の金属薄膜抵抗ひずみゲージ
の断面図、第３図は本発明の金属薄膜抵抗ひずみゲージ
の抵抗パターンの部分図、第４図は本発明の金属薄膜抵
抗ひずみゲージの評価に利用したホイートストーンブリ
ッジの回路図。 第５図および第６図はそれぞれ本発明の金属薄膜抵抗ひ
ずみゲージの負荷−出力特性図およびヒステリシス特性
図、第７図および第８図はそれぞれ本発明の金属薄膜抵
抗ひずみゲージを１５５℃下に高温放置した際の出力の
零点移動および定格出力の変化を示す図である。 １・・・・・・・・・基板 ２・・・・・・・・・固定治具 ３・・・・・・・・・ペルジャー ４・・・・・・・・・Ａｒガス導入口 ５・・・・・・・・・ターゲット ６・・・・・・・・・直流高圧電源 ７・・・・・・・・・抵抗体 ８・・・・・・・・・金属電極 ９・・・・・・・・・保護膜 １０・・・・・・・・・電極パッド １１・・・・・・・・・抵抗パターン 代理人　弁理士　　守　谷　−雄 第１図 ウ　苛　　　（％） ０　　　２０　　　４０　　　６０　　　８０　　　　
Ｔｏ。 ９　笥　　（％） ターｌトムｊＪＩＩｔＩ色　　（ジ４）０　　　　　　
　０．２　　　　　　０．ム　　　　　　０．６　　　
　　　０．８　　　　　１０オ刀メＩＩＪＬ什払力に＋
−丈↑ずス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板として絶縁性基板を用い、前記絶縁性基板上に
   Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体を設け、前記Ｔａ−Ｓｉ合
   金薄膜の抵抗体に金属電極を形成したことを特徴とする
   金属薄膜抵抗ひずみゲージ。 ２、ひずみ測定対象物上に直接絶縁性被膜を施し、前記
   絶縁性被膜上にＴａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体を設け、前
   記Ｔａ−Ｓｉ合金薄膜の抵抗体に金属電極を形成したこ
   とを特徴とする金属薄膜抵抗ひずみゲージ。