JPH04191603A - 金属薄膜抵抗ひずみゲージ - Google Patents

金属薄膜抵抗ひずみゲージ

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Publication number
JPH04191603A
JPH04191603A JP32083590A JP32083590A JPH04191603A JP H04191603 A JPH04191603 A JP H04191603A JP 32083590 A JP32083590 A JP 32083590A JP 32083590 A JP32083590 A JP 32083590A JP H04191603 A JPH04191603 A JP H04191603A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
strain gauge
gauge
substrate
film resistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP32083590A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshie Tsuru
鶴 としえ
Naoji Nakamura
直司 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Institute for Electromagnetic Materials
Tama Electric Co Ltd
Original Assignee
Research Institute for Electromagnetic Materials
Tama Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Institute for Electromagnetic Materials, Tama Electric Co Ltd filed Critical Research Institute for Electromagnetic Materials
Priority to JP32083590A priority Critical patent/JPH04191603A/ja
Publication of JPH04191603A publication Critical patent/JPH04191603A/ja
Pending legal-status Critical Current

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

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】 (発明の技術分野) 本発明はひずみゲージに係り特に金属薄vA膜抵抗ずみ
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
もない抵抗値は弾性限界内で変化する。
この原理を利用して、測定体の外力によるひずみ量を抵
抗値の変化として11!l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。
金属抵抗ひずみゲージとしては、線ゲージおよび、箔ゲ
ージが一般的である。
線ゲージは、線径10〜30μm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
着材の影響などで#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ものであるため、
加工時の材料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。
以上のゲージのひずみに対する感度はゲージ率Kによっ
て決まり、次式で表わされる。
ΔR/RΔ ρ /ρ 膜抵抗よびCは全長である。
現在一般的な金属ゲージのひずみ率は約2であり、高い
ゲージ率を示すものは純白金のように高価なものであっ
たり純ニッケルのようにTCRが非常に大きい、半導体
ゲージは30〜40と高いゲージ率を示すがゲージ率に
安定性が無い等の欠点がある。
金属薄膜ゲージは、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着膜したもので。
絶縁性皮膜を介して直接ひずみ測定対象物表面上への着
膜も可能である。接着剤を使用しないため、緒特性への
悪影響がなく、高温環境での使用が可能となる。また、
Fe−Cr−Co−W合金(この合金については、特公
平2−13023に開示されている。)を使用する事と
Fe−Cr−C。
−W合金着膜後還元性雰囲気中の加熱処理をする事によ
りゲージ率もいままでの約2〜6倍となる。
(この発明が解決しようとしている問題点)ところでこ
の金属皮膜抵抗ひずみゲージの抵抗体としては、 Ni
−Cr、  Cu−Ni、  Ta−8i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。
Ni−Cr、Cu−Niなどのひずみ率は普通1.8−
2.0である。しかしFa−Cr−Co−W薄膜抵抗ひ
ずみゲージはゲージ率が4. 0以上で還元性雰囲気中
の加熱処理でゲージ率が約12゜0と大きいため、物理
量を測定するセンサとしては有効である。
(問題点を解決する手段) 上記の問題点を解決するために本発明は、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Fe−C
r−Co−W合金薄膜を用いて、安定性を向上させ、信
頼性が高く、今までのゲージ率より2〜6倍高い金属薄
膜抵抗ひずみゲージを提供するものである。また、この
金属薄膜抵抗ひずみゲージはひずみ測定対象物表面上に
直接絶縁性皮膜を着膜し、該ひずみ測定対象物表面上に
Fe−Cr−Co −W合金薄膜の抵抗体に金属電極を
形成することもできる。
(実施例) 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により取り付けられる基板1と
しては、アルミナ基板(純度99.6%、板厚0.05
〜0.25mm )を、インゴット3としてはFe(5
6%) −Cr (14%)−Co (23%)−W(
7%)を用いた。
蒸着装置のペルジャー4内を3 X I O−’ to
rrt:で真空引きし、基板を150℃に加熱し上記イ
ンゴット3をルツボ5内で加熱蒸着し、アルミナ基板1
に約1μmのF e −Cr −Co −W薄膜を着膜
した。
次いで、金属電極としてN i N 7とA u FJ
 8を蒸着により上記薄膜形成済基板両面に着膜させ第
2図に示すとおりの構造とした。このとき金属電極とし
ての総厚は3250Aとした。
その後、つエツトエツチング法によりjJ31Bに示し
たとおりの抵抗パターンと電極パターンを形成し、必要
に応じて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120Ωのものを形成し、真空中で85
0″c1時間熱処理をして素子を完成させた。
上記のようにして得られた金属薄膜抵抗ひずみゲージの
緒特性を測定した結果は表−1に示すとまた、熱処理温
度及び保持時間に対応したゲージ率はそれぞれ第4図及
び第5図に示すとおりである。
(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、F e−Cr−Co−W合金薄
膜を使用することにより、信頼性が高く、ゲージ率が本
来の2倍の4以上とくに還元性#囲気であるアルゴンガ
ス雰囲気中850℃1時間で6倍近い11.5という高
い値の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Fe−Cr−Co −W合金薄膜
の抵抗体を設け、該Fe−Cr−Co−W合金Ngの抵
抗体に金属を極を形成したが、ひずみ測定対象物表面上
に直接絶縁性皮膜を施し、該絶縁性皮膜表面上にFe−
Cr−Co−W合金薄膜の抵抗体の抵抗体を着膜し、該
F e −Cr −G o −W合金ひずみゲージを用
いても同様の効果が得られる。
また、以上の実施例では保護膜なしであったがポリイ廻
ド等の有機的保11!膜やスパッタ等で二酸化けい素等
の無機的保護膜を着膜すると湿気等に強くなりより長時
間安定性が得られる。
さらに、金属電極について実施例ではNi上にAu層を
着膜する構造をとったが、半田づけのできる電極構造で
あれば他の構造でも使用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で使用した蒸着装置の概略図、312図
は実施例の金属TsI膜抵抗ひずみゲージの断面図、第
3rlAは実施例の金IIL薄膜抵抗ひずみゲージの抵
抗パターンの部分図、第4rIAは本発明の金属薄膜抵
抗ひずみゲージのゲージ率と加熱温度との関係を示す特
性曲線図、第5図は本発明の金属薄膜抵抗ひずみゲージ
のゲージ率と加熱の保持時間との関係を示す特性図であ
る。 図中1・−基板、2−・−固定治具、 3− インゴット、4− ペルジャー、5・−ルツボ、
 6− 抵抗体、 7・−N1NC金属電極)、 8 ・−A u 11 (金属t%)、9・−抵抗パタ
ーン、 1o−電極バンド第1図 第4図 加熱温度(’C) 第3図 第5図 加熱の保F&時間

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、基板として絶縁板を用い、前記絶縁性基板表面
    上に鉄(Fe)−クロム(Cr)−コバルト(Co)−
    タングステン(W)合金(重量比にてCrは3〜35%
    、Coは40%以下、Wは9%以下および残部はFe)
    薄膜の抵抗体を蒸着もしくはスパッタ等により着膜し、
    前記Fe−Cr−Co−W合金薄膜の抵抗体に金属電極
    を着膜したことを特徴とする金属薄膜抵抗ひずみゲージ
  2. (2)、ひずみ測定対象物表面上に直接絶縁性皮膜を形
    成し、前記絶縁性皮膜上に特許請求範囲第(1)項で述
    べたFe−Cr−Co−W合金薄膜の抵抗体を着膜し、
    前記Fe−Cr−Co−W合金薄膜の抵抗体に金属電極
    を着膜したことを特徴とする金属薄膜抵抗ひずみゲージ
  3. (3)、特許請求範囲第(1)項および第(2)項記載
    の抵抗体を耐熱性絶縁基板表面に着膜した後、任意パタ
    ーンの形成、還元性雰囲気中加熱処理および該パターン
    の一部に金属電極を形成する工程からなることを特徴と
    する金属薄膜抵抗ひずみゲージの製造方法。
JP32083590A 1990-11-27 1990-11-27 金属薄膜抵抗ひずみゲージ Pending JPH04191603A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0763626A (ja) * 1993-08-27 1995-03-10 Tama Electric Co Ltd 薄膜ロードセル

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0763626A (ja) * 1993-08-27 1995-03-10 Tama Electric Co Ltd 薄膜ロードセル

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