JPH042901A - 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、特に高感度で小型のひずみゲ
ージに関するものである。

〔従来の技術〕

小型のひずみゲージとして、第３図（Ａ）。

（Ｂ）に示すものが知られている。同図において、１は
耐熱性樹脂、例えばフェノール樹脂、ポリイミドからな
るベースで、２０μｍ程度の厚さを有する。２は該ベー
ス１の表面に金属箔３を接着する接着剤である。該金属
箔３は、抵抗素子となるグリッド部４及びゲージタブ５
，５　を構成するもので、例えばニッケルあるいはニッ
ケルクロム合金からなる。該金属箔３は、圧延によって
箔状にされたうえで接着剤２によってベース１の表面に
接着され、フォトエツチングによりパターニングされる
ことによってグリッド部４及びゲージタブ５．５を形成
している。６，６は例えば銅からなるゲージリードで、
ハンダ付けによりゲージタブ５．５に接続されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来のひずみゲージは、抵抗素子を金属箔に
より形成していたので、厚さを薄くすることに限界があ
り、そのため小型化が難しいという問題を有していた。

この問題について詳しく説明すると、金属箔は、圧延に
より形成するが、箔の厚さを薄くするとピンホールが生
じるので、実際上２μｍ以下の厚さにすることは極めて
難しい。そのため、抵抗素子の抵抗値Ｒを充分な大きさ
にすることはひずみゲージを大きくするほかない。何と
なれば、抵抗素子の抵抗値Ｒは、下記の式 ％式％ により表わされ（但し、ρ冨比抵抗、Ｌ；長さ、ｔ；厚
さ、Ｗ；幅）る。すなわち、厚さｔに反比例し、厚くて
も充分な抵抗値Ｒが得られるようにするには抵抗素子の
幅Ｗを細くするか、抵抗素子の長さＬを長くするかしか
ない。しかし、化学エツチングによりパターニングを行
う限り、幅Ｗは１０μｍ以下にすることは実際上難しい
。従って、充分な抵抗値Ｒを得るには、抵抗素子の長さ
Ｌを長くすることが必要であり、そのためゲージベース
は２　ｒａｎ　Ｘ　２　ｍｎ程度の大きさになってしま
うのが実状である。

しかしながら、これでは、例えばＩＣピンのように小さ
なものの応力測定ができない。ところが、ＩＣピン等の
ように小さなものの応力測定の必要性が強くなる一方で
あり、その要請に応えられるひずみゲージの開発が強く
要望されているところである。

また、従来のひずみゲージは、金属箔３が接着剤２を介
してゲージベース１に接着されていたため、抵抗素子の
表面の高さが均一になるように接着することが難しく、
またひずみ伝達効率が良くできず、クリープやヒステリ
シスが住し易いという問題を有していた。

本発明は、このような問題点を解決するためのもので、
第１の目的は、抵抗素子の厚さを薄くできるようにする
ことにあり、第２の目的は、抵抗素子表面の高さの不均
一性をなくすことにあり、第３の目的は、ひずみ伝達効
率の向上を図ることにあり、第４の目的は、グリッド部
への応力集中を防止することにある。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１に記載のひずみゲージは、上記の第１〜第３の
目的を達成させるために、耐熱性材料からなるベースの
表面にグリッド部とゲージタブを成す抵抗薄膜をスパッ
タリングにより直接形成したことを特徴とする 請求項２に記載のひずみゲージは、上記第１〜第４の目
的を達成させるために、抵抗薄膜を、ゲージタブによっ
てグリッド部を分断部を介して囲繞するパターンに形成
したことを特徴とする。

〔作　用〕

請求項１に記載のひずみゲージによれば、グリッド部と
ゲージタブを薄膜形成技術であるスパッタリングによっ
て形成される抵抗薄膜によって構成するので、きわめて
膜厚を薄く形成することができる。具体的には、０．２
μｍ程度あるいはそれ以下にすることができる。従って
、抵抗素子の長さを短かくしても充分な抵抗値を得るこ
とが可能になり、延いてはひずみゲージの小型化が可能
になる。

そして、抵抗薄膜を直接に、即ち接着剤を介することな
くベース表面に形成したので、ベースからグリッド部へ
のひずみの伝達効率が高くなるし、また、抵抗薄膜表面
の高さの均一性も高くすることができ、信頼性を高くす
ることができる。

また、抵抗薄膜が薄いので、そのエツチングによりパタ
ーニングする際のエツチングのキレが良くなる。

請求項２記載のひずみゲージによれば、グリッド部のま
わりをゲージタブで分断部を介して囲繞しているので、
極めて細いグリッド部への応力集中を防止することがで
き、延いては耐久性を増大させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を、図面に示した実施例に従って詳細に説
明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一つの実施例を示す
もので、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）
のＹ−Ｙ線矢視方向断面図である。

同図において、１は例えばポリイミド、フェノール樹脂
等の耐熱性樹脂からなるゲージベースであり、２５０〜
３５０°Ｃの耐熱性を有している。

３は例えばニッケルあるいはニッケルクロムからなる抵
抗薄膜で、スパッタリングにより上記ベース１に直接形
成されている。スパッタリングは、ベルジャ内にアルゴ
ン等の不活性ガスを入れ、抵抗薄膜材料を陰極とし、陽
極側にゲージベース１を配置し、アルゴンイオンによっ
て陰極である抵抗薄膜材料からスパッタされてくる原子
をゲージベース１の表面に堆積されるものであり、薄く
てもピンホールがなく膜厚、膜質が均一な膜を形成する
ことができる。実際に０．２μｍ程度の膜厚の抵抗薄膜
３をピンホールが生じない高い信頼度で形成することが
できる。

該抵抗薄膜３の形成後、ひすみゲージを例えば１５０℃
の温度で例えば２４０時間程度エージングする。これは
、抵抗値の安定化を図るためである。特に、本発明のひ
ずみゲージにおいては、抵抗薄膜３を直接ベース１の表
面に形成するとき高温度（３００〜３５０℃）に晒され
るため、この抵抗素子に残留ひずみが生じる虞れがある
ので、上記安定化処理を施すのである。尚、抵抗薄膜３
のスパッタリング後、その表面を逆スパツタ後、エージ
ングを行うとより安定化を早めることができる。

この抵抗薄膜３は、フォトエツチングにより第１図（Ａ
）に示すような形状にパターニングされる。尚、抵抗薄
膜３は、薄くできるので、エツチングのきれが良い。

４はひずみを検出するグリッド部、５，５はゲージタブ
で、グリッド部４のまわりを囲繞するように形成されて
いる。

本発明のひずみゲージのパターンに関し、ゲージタブ５
は、配線の都合上、小型化には限界があるがグリッド部
４は、極小に形成できるため、ゲージベース１上におけ
るゲージパターンがアンバランスになり、グリッド部４
に応力集中が生じ易い。そこで、第１図（Ａ）に示すよ
うに、ゲージタブ５，５によってグリッド部４を囲繞す
ることによりその剛性によってグリッド部４への応力集
中を阻むようにしているのである。ゲージタブ５゜５の
グリッド部４を囲繞する部分の幅は、広い程剛性が大き
くなり、応力集中防止効果が大きく、グリッド部４の幅
よりも広いことが好ましい。

グリッド部４の両端間が両側のゲージタブ５゜５によっ
て短絡されないように該ゲージタブ５゜５が分断されて
いる。７，７はその分断部である。

８．８はゲージリードを接続するための電極薄膜である
。例えば金をスパッタして形成する。

６．６は例えば金からなるゲージリードで、基端が電極
薄膜８，８に超音波溶接により接続されている。

このようなひずみゲージによれば、抵抗素子（グリッド
部）４が薄く形成できるので、同じ大きさの場合であれ
ば、抵抗素子の抵抗値Ｒを大きくすることができ、また
、同じ抵抗値Ｒで良いならば抵抗素子の長さＬを短かく
することができ、延いてはひずみゲージの小型化を図る
ことができる。因に、実際にＱ、４．Ｘｏ、８ｎｍの大
きさのひずみゲージをつくるこができた。

このような極小のひずみゲージによれば、従来不可能だ
ったＩＣピンの応力測定も可能になる。

また、ひずみゲージが小さくできるので被測定物に対す
る拘束力も弱くでき、例えば、プラスチックのような軟
質の材料からなるもののひずみの検出も可能となる。

そして、本ひずみゲージは抵抗薄膜３とベース１との間
に接着剤が介在していないので、抵抗薄膜３の表面の平
担性、表面高さの均一性が高くなり、また、ひずみのゲ
ージベース１からグリッド部４へのひずみの伝達効率が
大きく向上する。

そして、ゲージタブ５，５によってグリッド部４を囲繞
したので、グリッド部４への応力集中を防止することが
できる。

尚、抵抗薄膜３のパターニングは、膜３をスパッタリン
グによりゲージベース１表面に全面的に形成し、その後
フォトエツチングすることにより行っても良いが、複雑
なパターンでない場合、スパッタリングをするときベー
ス１表面を金属マスクで覆っておき、スパッタリング後
その金属マスクを外すことによりパターニングすること
ができる。このようにすれば、工程数の多いフォトエツ
チングを行わなくても済み、製造コストの低減を図るこ
とができる。

第２図は、本発明の別の実施例を示す平面図である。

この第２図に示す実施例は、グリッド部４を２個パラレ
ルに設けたものであるが、それ以外の点では第１図に示
したひずみゲージと共通する。

〔発明の効果〕

請求項］に記載のひずみゲージによれば、抵抗素子をス
パッタリングにより抵抗薄膜によって形成することがで
き、従来の箔により形成した場合に比較して相当に薄く
形成することができる。従って、同じ抵抗値を得るため
に必要な長さを短かくすることができ、延いてはひずみ
ゲージの小型化を図ることができる。依って、ＩＣピン
のごとききわめて小さなものの応力測定等も可能になる
。

そして、ひずみゲージの被測定物に対する拘束力も弱く
できる。

そして、抵抗薄膜を直接し３、即ち接着剤を介すること
なくベースの表面に形成したので、ベースからグリッド
部へのひずみの伝達効率をよくすることが可能になり、
また、抵抗薄膜の表面の高さの均一性も高くすることが
でき、信頼性を高くすることができる。

また、抵抗薄膜が薄いので、そのエツチングによりパタ
ーニングする際のエツチングのキレが良くなる。

請求項２に記載のひずみゲージによれば、グリッド部を
ゲージタブで分断部を介して囲繞しているので、グリッ
ド部への応力集中をゲージタブによって阻むことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一つの実施例を示す
もので、このうち、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は
同図（Ａ）のＹ−Ｙ線矢視方向断面図、第２図は、本発
明の他の実施例を示す平面図、第３図（Ａ）’、（Ｂ）
は、従来例を示すもので、同図（Ａ）は平面図、同図（
Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向断面図である。 １・・・・・ゲージベース。 ３・・・・・抵抗薄膜、 ４・・・・・・グリッド部、 ５・・ゲージタブ、 ６・・・・　ゲージリード、 ７・・・・・・分断部、 ８・・・・・・電極薄膜。 第 ］ 図 第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性材料からなるベースの表面にグリッド部と
   ゲージタブを成す抵抗薄膜をスパッタリングにより直接
   形成して超微細に構成したことを特徴とするひずみゲー
   ジ。
2. （２）抵抗薄膜を、ゲージタブによって微小幅のグリッ
   ド部を分断部を介して囲繞するパターンに形成したこと
   を特徴とする請求項１記載のひずみゲージ。