JPH06137806A - ひずみセンサ - Google Patents
ひずみセンサInfo
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- JPH06137806A JPH06137806A JP28801992A JP28801992A JPH06137806A JP H06137806 A JPH06137806 A JP H06137806A JP 28801992 A JP28801992 A JP 28801992A JP 28801992 A JP28801992 A JP 28801992A JP H06137806 A JPH06137806 A JP H06137806A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 荷重、圧力などの物理変化量に対し、ひずみ
変化により電気抵抗が変化する抵抗素子を用いたひずみ
センサにおいて、センサ特性のばらつきを解決し、高品
質で耐久性に優れたひずみセンサを提供する。 【構成】 金属基体１と、その金属基体の表面に形成さ
れた絶縁層２と、その絶縁層２の表面に形成された、ひ
ずみが加わると電気抵抗が変化する抵抗素子４とを備え
たひずみセンサにおいて、抵抗体材料を溶射形成するこ
とにより、抵抗素子４の密着性に優れ、抵抗値、ゲージ
率、ＴＣＲ特性などのセンサ特性のばらつきも小さい。
変化により電気抵抗が変化する抵抗素子を用いたひずみ
センサにおいて、センサ特性のばらつきを解決し、高品
質で耐久性に優れたひずみセンサを提供する。 【構成】 金属基体１と、その金属基体の表面に形成さ
れた絶縁層２と、その絶縁層２の表面に形成された、ひ
ずみが加わると電気抵抗が変化する抵抗素子４とを備え
たひずみセンサにおいて、抵抗体材料を溶射形成するこ
とにより、抵抗素子４の密着性に優れ、抵抗値、ゲージ
率、ＴＣＲ特性などのセンサ特性のばらつきも小さい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷重、圧力などの物理
変化量に対し、ひずみ変化により電気抵抗が変化する抵
抗素子を用いたひずみセンサに関する。
変化量に対し、ひずみ変化により電気抵抗が変化する抵
抗素子を用いたひずみセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、荷重量、圧力を検出するひずみセ
ンサは、機械、船舶、自動車などの各部に生じる応力や
荷重の大きさを検出するために広く用いられている。こ
のひずみセンサは基材種類、感歪材料の種類によってさ
まざまなものが提案されている。その代表的なものとし
て、（ａ）ポリエステル、エポキシ、ポリイミドなどの
樹脂からなるフィルム上に、Cu-Ni 合金、Ni-Cr 合金な
どからなる薄膜状の抵抗素子を蒸着またはスパッタリン
グにより形成したひずみセンサ、（ｂ）特公平３−２０
６８２号公報に開示されているように、上記の樹脂製フ
ィルムの代りにガラスプレートを用いたひずみセンサ、
（ｃ）特願平３−２８２６６３号公報に開示されている
ように、金属基体と、その表面に形成された結晶化ガラ
ス材料からなるガラス層と、さらにそのガラス層の表面
に形成された、歪が加わると電気抵抗が変化する抵抗素
子とからなるひずみセンサが提案されている。
ンサは、機械、船舶、自動車などの各部に生じる応力や
荷重の大きさを検出するために広く用いられている。こ
のひずみセンサは基材種類、感歪材料の種類によってさ
まざまなものが提案されている。その代表的なものとし
て、（ａ）ポリエステル、エポキシ、ポリイミドなどの
樹脂からなるフィルム上に、Cu-Ni 合金、Ni-Cr 合金な
どからなる薄膜状の抵抗素子を蒸着またはスパッタリン
グにより形成したひずみセンサ、（ｂ）特公平３−２０
６８２号公報に開示されているように、上記の樹脂製フ
ィルムの代りにガラスプレートを用いたひずみセンサ、
（ｃ）特願平３−２８２６６３号公報に開示されている
ように、金属基体と、その表面に形成された結晶化ガラ
ス材料からなるガラス層と、さらにそのガラス層の表面
に形成された、歪が加わると電気抵抗が変化する抵抗素
子とからなるひずみセンサが提案されている。
【０００３】応力、荷重、圧力の大きさは、次のように
して測定される。すなわち、外部からの力や荷重により
発生した部材のひずみが、樹脂製フィルム、ガラスプレ
ート、金属基材を介して抵抗素子に伝わる。この伝達さ
れたひずみにより、抵抗素子の断面積がわずかに変化
し、その抵抗素子の電気抵抗値が変化する。この電気抵
抗値の変化の電気信号として検出することにより、ひず
みの大きさが測定でき、このひずみの大きさから部材に
加わった応力、荷重、圧力の大きさが測定できる。
して測定される。すなわち、外部からの力や荷重により
発生した部材のひずみが、樹脂製フィルム、ガラスプレ
ート、金属基材を介して抵抗素子に伝わる。この伝達さ
れたひずみにより、抵抗素子の断面積がわずかに変化
し、その抵抗素子の電気抵抗値が変化する。この電気抵
抗値の変化の電気信号として検出することにより、ひず
みの大きさが測定でき、このひずみの大きさから部材に
加わった応力、荷重、圧力の大きさが測定できる。
【０００４】ところで、ひずみセンサの市場が大きい用
途の１つとして、自動車などに使用される車両用サスペ
ンションがある。以後は車両用サスペンションを例にあ
げて説明する。たとえばそのシャフトの表面にひずみセ
ンサを接着樹脂などで貼り付け、このひずみセンサによ
り、車体が車輪に加わる荷重が検出される。
途の１つとして、自動車などに使用される車両用サスペ
ンションがある。以後は車両用サスペンションを例にあ
げて説明する。たとえばそのシャフトの表面にひずみセ
ンサを接着樹脂などで貼り付け、このひずみセンサによ
り、車体が車輪に加わる荷重が検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（ａ）
のセンサでは、車両用サスペンションのように、温度範
囲が−50℃から150℃、最大荷重が２トンにも達すると
いった過酷な環境条件下で長期間使用したとき、接着強
度が劣下してひずみセンサが部材から剥離する問題があ
る。特に、（ｂ）のひずみセンサでは、ガラスプレート
をシャフトのような曲面を有する部材に溶着した場合
は、ガラスプレートは密着性が乏しいため強固な接着が
難しくて剥離し易い。しかし、（ｃ）のひずみセンサ
は、金属基体と結晶化ガラス層、結晶化ガラス層と抵抗
体層間でそれぞれの成分元素が相互拡散しているため密
着性が非常に強く、過酷な環境条件で使用するセンサと
しては最適なものであるが、未だ実用化されていない。
その理由は、抵抗体の材料として酸化ルテニウム、ガラ
ス粉末およびビヒクルからなる抵抗体ペーストが用いら
れており、これら材料の粒度分布、材料分散度などがセ
ンサ特性に影響を与え、センサの特性ばらつきが大きく
安定性に欠けていたためである。
のセンサでは、車両用サスペンションのように、温度範
囲が−50℃から150℃、最大荷重が２トンにも達すると
いった過酷な環境条件下で長期間使用したとき、接着強
度が劣下してひずみセンサが部材から剥離する問題があ
る。特に、（ｂ）のひずみセンサでは、ガラスプレート
をシャフトのような曲面を有する部材に溶着した場合
は、ガラスプレートは密着性が乏しいため強固な接着が
難しくて剥離し易い。しかし、（ｃ）のひずみセンサ
は、金属基体と結晶化ガラス層、結晶化ガラス層と抵抗
体層間でそれぞれの成分元素が相互拡散しているため密
着性が非常に強く、過酷な環境条件で使用するセンサと
しては最適なものであるが、未だ実用化されていない。
その理由は、抵抗体の材料として酸化ルテニウム、ガラ
ス粉末およびビヒクルからなる抵抗体ペーストが用いら
れており、これら材料の粒度分布、材料分散度などがセ
ンサ特性に影響を与え、センサの特性ばらつきが大きく
安定性に欠けていたためである。
【０００６】本発明は上記従来技術の問題を解決し、高
品質で耐久性に優れたひずみセンサを提供することを目
的とする。
品質で耐久性に優れたひずみセンサを提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のひずみセンサ
は、金属基体と、それの表面に形成された絶縁層と、こ
の絶縁層の表面に形成されたひずみの変化により電気抵
抗が変化する抵抗素子からなるひずみセンサにおいて、
抵抗素子がその抵抗素子材料を溶射法で所定のパターン
に形成されたことを特徴とするものである。
は、金属基体と、それの表面に形成された絶縁層と、こ
の絶縁層の表面に形成されたひずみの変化により電気抵
抗が変化する抵抗素子からなるひずみセンサにおいて、
抵抗素子がその抵抗素子材料を溶射法で所定のパターン
に形成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】従来の抵抗素子は(A) 蒸着、スパッタリングな
どの物理的析出方法、(B) 抵抗体ペーストの印刷・焼成
などの方法により形成されたものである。(A) の方法は
密着性、量産性、低コスト化に難があり、(B) の方法は
前述したように、抵抗体ペーストは通常、酸化ルテニウ
ムとガラス粉末およびビヒクルで構成されており、その
材料の粒度によって、ゲージ率が異なる。また、歪検知
用として用いられる抵抗体ペーストは酸化ルテニウムの
粒度が大で、ガラス粉末の粒度が小の材料が混合された
もので、酸化ルテニウム粉末、ガラス粉末の混合物の粒
度分布、分散性の不均一からセンサ特性のバラツキに問
題があった。
どの物理的析出方法、(B) 抵抗体ペーストの印刷・焼成
などの方法により形成されたものである。(A) の方法は
密着性、量産性、低コスト化に難があり、(B) の方法は
前述したように、抵抗体ペーストは通常、酸化ルテニウ
ムとガラス粉末およびビヒクルで構成されており、その
材料の粒度によって、ゲージ率が異なる。また、歪検知
用として用いられる抵抗体ペーストは酸化ルテニウムの
粒度が大で、ガラス粉末の粒度が小の材料が混合された
もので、酸化ルテニウム粉末、ガラス粉末の混合物の粒
度分布、分散性の不均一からセンサ特性のバラツキに問
題があった。
【０００９】これに対し、本発明のひずみセンサは、上
記構成のように、抵抗素子が溶射法で形成されるもので
あり、この溶射法は抵抗体材料粉末を高温ガス体に送給
することにより、瞬時に溶融させ、大きな熱エネルギと
運動エネルギを得た溶融粒子を金属基体に形成された絶
縁層表面に衝突させ、パターン形成させる方法である。
この溶射法では、(A) の方法と異なり密着性に優れ、抵
抗体材料は(B) の場合と異なり分散性、粒度分布の不均
一性がなく、センサ特性を安定化させ、抵抗値、ゲージ
率、ＴＣＲ特性などの特性バラツキを小さくさせる。し
たがって、本発明は抵抗素子の密着性が強固となるとと
もに特性的にも優れた歪センサを提供することができ
る。
記構成のように、抵抗素子が溶射法で形成されるもので
あり、この溶射法は抵抗体材料粉末を高温ガス体に送給
することにより、瞬時に溶融させ、大きな熱エネルギと
運動エネルギを得た溶融粒子を金属基体に形成された絶
縁層表面に衝突させ、パターン形成させる方法である。
この溶射法では、(A) の方法と異なり密着性に優れ、抵
抗体材料は(B) の場合と異なり分散性、粒度分布の不均
一性がなく、センサ特性を安定化させ、抵抗値、ゲージ
率、ＴＣＲ特性などの特性バラツキを小さくさせる。し
たがって、本発明は抵抗素子の密着性が強固となるとと
もに特性的にも優れた歪センサを提供することができ
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例のひずみセンサにつ
いて具体的に説明する。 （１）金属基体 本発明に使用される金属基体はホーロ用鋼、ステンレス
鋼、珪素鋼、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−鉄、コ
バール、インバーなどの各種合金材やそれらのクラッド
材などが選択される。金属基体の材質が決定されれば、
所望の形状加工、穴加工などが通常の機械加工、エッチ
ング加工、レーザ加工などでほどこされる。その形状
は、負荷荷重の大きさや用途により、円筒形や板状（箔
状も含む）などが選択される。
いて具体的に説明する。 （１）金属基体 本発明に使用される金属基体はホーロ用鋼、ステンレス
鋼、珪素鋼、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−鉄、コ
バール、インバーなどの各種合金材やそれらのクラッド
材などが選択される。金属基体の材質が決定されれば、
所望の形状加工、穴加工などが通常の機械加工、エッチ
ング加工、レーザ加工などでほどこされる。その形状
は、負荷荷重の大きさや用途により、円筒形や板状（箔
状も含む）などが選択される。
【００１１】これら金属基体は次で述べる絶縁層の密着
性を向上させる目的で、表面脱脂された後、サンドブラ
スト処理したり、ニッケル、コバルトなどの各種メッキ
を施したり、熱酸化処理によって酸化被覆層を形成した
りする。
性を向上させる目的で、表面脱脂された後、サンドブラ
スト処理したり、ニッケル、コバルトなどの各種メッキ
を施したり、熱酸化処理によって酸化被覆層を形成した
りする。
【００１２】（２）絶縁層 本発明のセンサの金属基体上に形成される絶縁層は金属
酸化物の溶射層あるいはホーロ層のいずれかが選択され
る。
酸化物の溶射層あるいはホーロ層のいずれかが選択され
る。
【００１３】絶縁性溶射層にはAl2O3 、MgAl2O4、ZrO2
などから選択される金属酸化物材料の少なくとも一種か
らなる材料が用いられる。なおTiO2、Fe2O3 、CaO 、Y2
O3などの若干の酸化物が添加されていてもかまわない。
溶射法としてはガス溶射、プラズマ溶射、ジェットコー
ト、水プラズマなどが使用できるが、量産性、密着性、
安定性からプラズマ溶射が好ましい。プラズマ条件とし
てはAr系、Ar-He 系、Ar-H2 系、N2系、N2-H2 系ガス
が、電流は400 〜1000Ａ、電圧は30〜50Ｖで稼働され
る。
などから選択される金属酸化物材料の少なくとも一種か
らなる材料が用いられる。なおTiO2、Fe2O3 、CaO 、Y2
O3などの若干の酸化物が添加されていてもかまわない。
溶射法としてはガス溶射、プラズマ溶射、ジェットコー
ト、水プラズマなどが使用できるが、量産性、密着性、
安定性からプラズマ溶射が好ましい。プラズマ条件とし
てはAr系、Ar-He 系、Ar-H2 系、N2系、N2-H2 系ガス
が、電流は400 〜1000Ａ、電圧は30〜50Ｖで稼働され
る。
【００１４】絶縁性ホーロ層には、電気絶縁性、耐熱性
の観点から、無アルカル結晶化ガラス（焼成によって、
たとえば、MgO 系の結晶相を析出）で構成されることが
好ましい。そのガラス組成は、特に、MgO が16〜50重量
％,SiO2 が７〜30重量％,B2O 3 が５〜34重量％、BaO が
０〜50重量％,La2O3が０〜40重量％,CaOが０〜20重量
％,P2O5 が０〜５重量％,MO2が０〜５重量％（ただし、
M はZr,Ti,Snのうち少なくとも一種の元素）からなると
き、より好ましい。このように、結晶化ガラス材料が選
択される理由の１つは、金属基体とガラス層との密着性
を強固にするためである。特に、上記の組成のものは、
密着性が非常に強固である。
の観点から、無アルカル結晶化ガラス（焼成によって、
たとえば、MgO 系の結晶相を析出）で構成されることが
好ましい。そのガラス組成は、特に、MgO が16〜50重量
％,SiO2 が７〜30重量％,B2O 3 が５〜34重量％、BaO が
０〜50重量％,La2O3が０〜40重量％,CaOが０〜20重量
％,P2O5 が０〜５重量％,MO2が０〜５重量％（ただし、
M はZr,Ti,Snのうち少なくとも一種の元素）からなると
き、より好ましい。このように、結晶化ガラス材料が選
択される理由の１つは、金属基体とガラス層との密着性
を強固にするためである。特に、上記の組成のものは、
密着性が非常に強固である。
【００１５】上記結晶化ガラス層を金属基体上に被覆す
る方法として、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、電
気泳動電着法などがある。被膜のち密性、電気絶縁性な
どの観点から、電気泳動電着法が最も好ましい。この方
法は、ガラスとアルコールおよび少量の水を入れてボー
ルミル中で約20時間粉砕、混合し、ガラスの平均粒径を
１〜５μm 程度にする。得られたスラリーを電解槽に入
れて、液を循環する。そして、金属基体を、このスラリ
ー中に浸漬し、100 〜400 Ｖで陰分極させることによ
り、金属基体表面にガラス粒子を析出させる。これを乾
燥後、850 〜900℃で10分〜１時間焼成する。これによ
って、ガラスの微粒子が溶融するとともに、ガラスの成
分と金属材料の成分が、充分に相互拡散するためガラス
層と金属基体との強固な密着が得られる。
る方法として、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、電
気泳動電着法などがある。被膜のち密性、電気絶縁性な
どの観点から、電気泳動電着法が最も好ましい。この方
法は、ガラスとアルコールおよび少量の水を入れてボー
ルミル中で約20時間粉砕、混合し、ガラスの平均粒径を
１〜５μm 程度にする。得られたスラリーを電解槽に入
れて、液を循環する。そして、金属基体を、このスラリ
ー中に浸漬し、100 〜400 Ｖで陰分極させることによ
り、金属基体表面にガラス粒子を析出させる。これを乾
燥後、850 〜900℃で10分〜１時間焼成する。これによ
って、ガラスの微粒子が溶融するとともに、ガラスの成
分と金属材料の成分が、充分に相互拡散するためガラス
層と金属基体との強固な密着が得られる。
【００１６】なお、焼成は常温から徐々に昇温して上記
温度に到達させる方が微細針状結晶が無数に析出するた
め、後述のアンカー効果の働きがより向上し、抵抗素子
との密着性向上に効果があり、より好ましい。
温度に到達させる方が微細針状結晶が無数に析出するた
め、後述のアンカー効果の働きがより向上し、抵抗素子
との密着性向上に効果があり、より好ましい。
【００１７】（３）抵抗素子 抵抗素子用の材料としては、Cu−Ni合金、Ni−Cr合金、
Ni-Fe 合金、酸化ルテニウム、酸化チタンなどの種々の
ひずみ変化によって電気抵抗が変化する性質を有する抵
抗材料が使用される。本発明のひずみセンサにおける抵
抗素子の形成法としては、溶射法が選択される。
Ni-Fe 合金、酸化ルテニウム、酸化チタンなどの種々の
ひずみ変化によって電気抵抗が変化する性質を有する抵
抗材料が使用される。本発明のひずみセンサにおける抵
抗素子の形成法としては、溶射法が選択される。
【００１８】上記材料は粉末形状で10〜100 μm が、粉
末送給性から好ましい。また溶射法はガス溶射、プラズ
マ溶射、ジェットコート、水プラズマなどが使用できる
が、量産性、密着性、安定性からプラズマ溶射が好まし
い。プラズマ条件としてはAr系、Ar-He 系、Ar-H2 系、
N2系、N2-H2 系ガスが、電流は400 〜1000Ａ、電圧は30
〜50Ｖで稼働される。
末送給性から好ましい。また溶射法はガス溶射、プラズ
マ溶射、ジェットコート、水プラズマなどが使用できる
が、量産性、密着性、安定性からプラズマ溶射が好まし
い。プラズマ条件としてはAr系、Ar-He 系、Ar-H2 系、
N2系、N2-H2 系ガスが、電流は400 〜1000Ａ、電圧は30
〜50Ｖで稼働される。
【００１９】次に、具体的な実施例について説明する。 （実施例１）本発明のひずみセンサの一実施例として、
圧力センサに具現化した例を説明する。前述の製造方法
に基づいて抵抗素子を形成した圧力センサを図１に基づ
いて説明する。外形40φmm、厚さ100 μm の板状金属体
１をブラスト処理後、Al2O3粉末をプラズマ溶射してAl2
O3 溶射絶縁層を100 μm 形成し、絶縁層２とした。次
に、絶縁層層２の表面にAg−Pdペーストをスクリーン印
刷法でパターン印刷し、850 ℃で焼成して電極３を形成
した。次に、この電極間に酸化ルテニウム粉末をプラズ
マ溶射し、厚さ30μm の所定のパターンに形成して抵抗
素子４とし、圧力センサを構成した。５は圧力センサを
支持する固定台、６はリード線である。
圧力センサに具現化した例を説明する。前述の製造方法
に基づいて抵抗素子を形成した圧力センサを図１に基づ
いて説明する。外形40φmm、厚さ100 μm の板状金属体
１をブラスト処理後、Al2O3粉末をプラズマ溶射してAl2
O3 溶射絶縁層を100 μm 形成し、絶縁層２とした。次
に、絶縁層層２の表面にAg−Pdペーストをスクリーン印
刷法でパターン印刷し、850 ℃で焼成して電極３を形成
した。次に、この電極間に酸化ルテニウム粉末をプラズ
マ溶射し、厚さ30μm の所定のパターンに形成して抵抗
素子４とし、圧力センサを構成した。５は圧力センサを
支持する固定台、６はリード線である。
【００２０】（実施例２）次に、圧力センサの他の例を
図２に基づいて説明する。実施例１と同様な板状金属体
１を脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ・水洗し
て前処理を行った後、（表２）の組成のNo７ガラス粒子
からなるスラリー中に浸漬し、対極と金属体間に直流電
圧を印加して、金属体上にガラス粒子を被覆し、常温か
ら880℃まで４時間かけて昇温し、さらにこの温度で10
分間保持する焼成を行い、結晶化ガラス層を形成して絶
縁層２’とした。次に、絶縁層層２’の表面にAg−Pdペ
ーストをスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼
成して電極３を形成した。次に、この電極間に酸化ルテ
ニウム粉末をプラズマ溶射し所定のパターンに形成して
抵抗素子とし、圧力センサを構成した。
図２に基づいて説明する。実施例１と同様な板状金属体
１を脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ・水洗し
て前処理を行った後、（表２）の組成のNo７ガラス粒子
からなるスラリー中に浸漬し、対極と金属体間に直流電
圧を印加して、金属体上にガラス粒子を被覆し、常温か
ら880℃まで４時間かけて昇温し、さらにこの温度で10
分間保持する焼成を行い、結晶化ガラス層を形成して絶
縁層２’とした。次に、絶縁層層２’の表面にAg−Pdペ
ーストをスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼
成して電極３を形成した。次に、この電極間に酸化ルテ
ニウム粉末をプラズマ溶射し所定のパターンに形成して
抵抗素子とし、圧力センサを構成した。
【００２１】（比較例１）比較例として、従来の酸化ル
テニウムとガラスフリットを主成分とする昭栄化学製ペ
ーストをスクリーン印刷し、830℃で焼成した比較サン
プルを作製した。
テニウムとガラスフリットを主成分とする昭栄化学製ペ
ーストをスクリーン印刷し、830℃で焼成した比較サン
プルを作製した。
【００２２】実施例１、実施例２および比較例１のサン
プルの圧力−抵抗変化率を測定した結果を（表１）に示
す。本実施例の圧力センサとして用いられるひずみセン
サは従来に比べ、抵抗変化率が大きく優れた特性を示
す。
プルの圧力−抵抗変化率を測定した結果を（表１）に示
す。本実施例の圧力センサとして用いられるひずみセン
サは従来に比べ、抵抗変化率が大きく優れた特性を示
す。
【００２３】
【表１】
【００２４】（実施例３）前述のガラス層被覆工程に従
い、SUS430基体（100mm×100mm×0.5mm）の表面に、厚
さ100μmの（表２）〜（表６）に示す組成の結晶化ガラ
ス層を電気泳動電着し、880℃で10分焼成しサンプルの
表面粗度、うねり性、耐熱性などの諸特性を調べた。そ
の結果を組成とともに（表２）〜（表６）に示してい
る。
い、SUS430基体（100mm×100mm×0.5mm）の表面に、厚
さ100μmの（表２）〜（表６）に示す組成の結晶化ガラ
ス層を電気泳動電着し、880℃で10分焼成しサンプルの
表面粗度、うねり性、耐熱性などの諸特性を調べた。そ
の結果を組成とともに（表２）〜（表６）に示してい
る。
【００２５】なお、表面粗度はタリサーフ表面粗さ計で
測定し、表面中心線平均粗さRaで示し、うねり性はタリ
サーフ表面粗さ計で得られた山と谷の差Rmaxで表わし
た。耐熱性は、サンプルを850℃の電気炉中に10分入
れ、炉から取り出し30分間、自然放冷するサイクルを繰
り返すスポーリングテストを行って、サンプルのクラッ
クや剥離の状態を調べた。なお、クラックは赤インク中
に浸漬し、その後、表面を拭き取って、目視観察によっ
て、その有無を調べた。表中の○、△、×は、○が10サ
イクル以上行っても、異常が認められないもの、△は５
〜９サイクルで発生したもの、×は４サイクル以下で発
生したものを示す。密着性は、基体の曲げ試験を行い、
ガラス層が剥離して金属部が露出したものを×、金属部
が一部だけ露出したものを△、金属部が露出していない
ものを○とした。
測定し、表面中心線平均粗さRaで示し、うねり性はタリ
サーフ表面粗さ計で得られた山と谷の差Rmaxで表わし
た。耐熱性は、サンプルを850℃の電気炉中に10分入
れ、炉から取り出し30分間、自然放冷するサイクルを繰
り返すスポーリングテストを行って、サンプルのクラッ
クや剥離の状態を調べた。なお、クラックは赤インク中
に浸漬し、その後、表面を拭き取って、目視観察によっ
て、その有無を調べた。表中の○、△、×は、○が10サ
イクル以上行っても、異常が認められないもの、△は５
〜９サイクルで発生したもの、×は４サイクル以下で発
生したものを示す。密着性は、基体の曲げ試験を行い、
ガラス層が剥離して金属部が露出したものを×、金属部
が一部だけ露出したものを△、金属部が露出していない
ものを○とした。
【００２６】以上の評価にもとずき総合評価を行い、そ
の結果を○、△、×で示した。No１〜８は他の成分を一
定として、SiO2とB2O3を変化させたもの、No９〜15は、
SiO2/B2O3 をほぼ一定にし、MgO 量を変化させたもの、
No16〜19は同じく、CaO 量を変化させたもの。No20〜24
は、同じく、BaO 量を変化させたもの。No25〜29は、同
じくLa2O3 量を変化させたもの。No30〜42はそれぞれ、
ZrO2、TiO2、SnO2、P2O5、ZnO の影響を示したものであ
る。
の結果を○、△、×で示した。No１〜８は他の成分を一
定として、SiO2とB2O3を変化させたもの、No９〜15は、
SiO2/B2O3 をほぼ一定にし、MgO 量を変化させたもの、
No16〜19は同じく、CaO 量を変化させたもの。No20〜24
は、同じく、BaO 量を変化させたもの。No25〜29は、同
じくLa2O3 量を変化させたもの。No30〜42はそれぞれ、
ZrO2、TiO2、SnO2、P2O5、ZnO の影響を示したものであ
る。
【００２７】表から明らかなように、SiO2を増加してい
けば、耐熱性は向上するが、表面性、および密着性が悪
くなる。逆に、B2O3量を増加していけば、たしかに表面
性、密着性は向上するが耐熱性は低下する。したがっ
て、本発明では、SiO2が７〜30重量％、B2O3が５〜34重
量％の範囲内が好ましい。
けば、耐熱性は向上するが、表面性、および密着性が悪
くなる。逆に、B2O3量を増加していけば、たしかに表面
性、密着性は向上するが耐熱性は低下する。したがっ
て、本発明では、SiO2が７〜30重量％、B2O3が５〜34重
量％の範囲内が好ましい。
【００２８】MgO 量は結晶性と相関があり、16重量％以
下では結晶析出が不十分で、耐熱性に劣る。また、50重
量％以上では、結晶が析出しやすく、ガラス溶融時に簡
単に結晶化し、均質なガラスを得ることが難しく、ま
た、表面粗度が大きくなる。
下では結晶析出が不十分で、耐熱性に劣る。また、50重
量％以上では、結晶が析出しやすく、ガラス溶融時に簡
単に結晶化し、均質なガラスを得ることが難しく、ま
た、表面粗度が大きくなる。
【００２９】CaO 量は、20重量％以上入れると、表面性
が悪くなり好ましくない。BaO 量は、50重量％以上で
は、耐熱性、および密着性が劣化し好ましくない。La2O
3 は、40重量％以上では、耐熱性が劣化し好ましくな
い。
が悪くなり好ましくない。BaO 量は、50重量％以上で
は、耐熱性、および密着性が劣化し好ましくない。La2O
3 は、40重量％以上では、耐熱性が劣化し好ましくな
い。
【００３０】その他の添加可能な成分はZrO2、TiO2、Sn
O2、P2O5、ZnO などが挙げられるが、５重量％以下まで
なら添加可能である。
O2、P2O5、ZnO などが挙げられるが、５重量％以下まで
なら添加可能である。
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】
【表６】
【００３６】（実施例４）次に本発明のひずみセンサの
他の実施例として、荷重センサに具現化した例を図３に
基づいてについて説明する。外形20φmm、厚さ２mmの円
筒金属基体１１をブラスト処理後、Al2O3 粉末をプラズ
マ溶射して、Al2O3 溶射絶縁層を100 μm形成し、絶縁
層１２とした。次に、絶縁層１２の表面にAg−Pdペース
トをスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼成し
て電極１３を形成した。次に、この電極１３間に酸化ル
テニウムをプラズマ溶射して、厚さ30μm の所定のパタ
ーンに形成して抵抗素子１４とし、荷重センサを構成し
た。
他の実施例として、荷重センサに具現化した例を図３に
基づいてについて説明する。外形20φmm、厚さ２mmの円
筒金属基体１１をブラスト処理後、Al2O3 粉末をプラズ
マ溶射して、Al2O3 溶射絶縁層を100 μm形成し、絶縁
層１２とした。次に、絶縁層１２の表面にAg−Pdペース
トをスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼成し
て電極１３を形成した。次に、この電極１３間に酸化ル
テニウムをプラズマ溶射して、厚さ30μm の所定のパタ
ーンに形成して抵抗素子１４とし、荷重センサを構成し
た。
【００３７】（実施例５）さらに、荷重センサの他の例
を説明する。実施例４と同一な基材を脱脂・水洗・酸洗
・水洗・ニッケルメッキ・水洗して前処理を行った後、
（表２）の組成のNo７ガラス粒子からなるスラリー中に
浸漬して、対極と円筒金属間に直流電圧を印加して、円
筒金属基体の側面上に被覆し、常温から880 ℃まで４時
間かけて昇温し、さらにこの温度で10分間保持する焼成
を行い880 ℃で10分間焼成して結晶化ガラス層を形成し
た。次に、この結晶化ガラス層の表面にAg−Pdペースト
をスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼成して
電極を形成した。この電極間に酸化ルテニウムをプラズ
マ溶射し所定パターンに形成して抵抗素子とし、荷重セ
ンサを構成した。
を説明する。実施例４と同一な基材を脱脂・水洗・酸洗
・水洗・ニッケルメッキ・水洗して前処理を行った後、
（表２）の組成のNo７ガラス粒子からなるスラリー中に
浸漬して、対極と円筒金属間に直流電圧を印加して、円
筒金属基体の側面上に被覆し、常温から880 ℃まで４時
間かけて昇温し、さらにこの温度で10分間保持する焼成
を行い880 ℃で10分間焼成して結晶化ガラス層を形成し
た。次に、この結晶化ガラス層の表面にAg−Pdペースト
をスクリーン印刷法でパターン印刷し850 ℃で焼成して
電極を形成した。この電極間に酸化ルテニウムをプラズ
マ溶射し所定パターンに形成して抵抗素子とし、荷重セ
ンサを構成した。
【００３８】（比較例２）実施例４とは、同一材料、同
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷・焼成で
行った比較サンプルを作った。実施例４および実施例５
の荷重センサおよび比較例２の特性ばらつきを比較し、
その結果を（表７）に示す。これらから、本実施例の荷
重センサは特性的にも優れたものであることがわかる。
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷・焼成で
行った比較サンプルを作った。実施例４および実施例５
の荷重センサおよび比較例２の特性ばらつきを比較し、
その結果を（表７）に示す。これらから、本実施例の荷
重センサは特性的にも優れたものであることがわかる。
【００３９】
【表７】
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明のひずみセンサは、
抵抗体材料を溶射形成することによって、抵抗値、ゲー
ジ率、ＴＣＲなどの特性が安定で高品質のセンサを提供
することができた。
抵抗体材料を溶射形成することによって、抵抗値、ゲー
ジ率、ＴＣＲなどの特性が安定で高品質のセンサを提供
することができた。
【図１】本発明のひずみセンサの一実施例である圧力セ
ンサの一例を示す断面図
ンサの一例を示す断面図
【図２】本発明のひずみセンサの一実施例である圧力セ
ンサの他の例を示す断面図
ンサの他の例を示す断面図
【図３】本発明のひずみセンサの他の実施例である荷重
センサの斜視図
センサの斜視図
１，１１ 金属基体 ２，２’，１２ 絶縁層 ３，１３ 電極 ４，１４ 抵抗素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 金属基体と、この金属基体の表面に形成
された絶縁層と、この絶縁層の表面に形成されたひずみ
の変化により電気抵抗が変化する抵抗素子とを備えたひ
ずみセンサであって、前記抵抗素子はその抵抗素子材料
を溶射法で所定のパターンに形成されたことを特徴とす
るひずみセンサ。 - 【請求項２】 抵抗素子材料が、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃ
ｒ、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金および酸化ルテニウム、酸化チ
タンの半導体特性を有する金属酸化物から選択される材
料の少なくとも一種からなる請求項１記載のひずみセン
サ。 - 【請求項３】 絶縁層が溶射層からなり、Al2O3 、MgAl
2O4 、ZrO2、TiO2から選択される材料の少なくとも一種
からなる請求項１記載のひずみセンサ。 - 【請求項４】 絶縁層がホーロ層からなることを特徴と
する請求項１記載のひずみセンサ。 - 【請求項５】 ホーロ層が結晶化ガラス材料からなり、
その組成が、MgO が16〜50重量％、SiO2が７〜30重量
％、B2O3が５〜34重量％、BaO が０〜50重量％、La2O3
が０〜40重量％、CaO が０〜20重量％、P2O5が０〜５重
量％、MO2 が０〜５重量％（ただし、M はZr,Ti,Snのう
ち少なくとも一種の元素）からなる請求項４記載のひず
みセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28801992A JPH06137806A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | ひずみセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28801992A JPH06137806A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | ひずみセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137806A true JPH06137806A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17724762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28801992A Pending JPH06137806A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | ひずみセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06137806A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172496A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重センサ及びその製造方法 |
| JP2008275617A (ja) * | 2007-04-30 | 2008-11-13 | Snecma | ＳｉＣで被覆された基材上に堆積物を作製する方法 |
| JP2008298769A (ja) * | 2007-04-30 | 2008-12-11 | Snecma | ＳｉＣで被覆された基材上にアルミナを堆積させる方法 |
| US8191432B2 (en) | 2009-03-11 | 2012-06-05 | Denso Corporation | Load detecting device including a load detecting element between a substrate and a load receiver and method of producing the same |
| CN102914253A (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-06 | 雅马哈株式会社 | 高尔夫球杆测量系统和高尔夫球杆测量方法 |
| CN103047939A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-17 | 中国飞机强度研究所 | 光纤光栅应变传感器工程适用性评价方法 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP28801992A patent/JPH06137806A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005172496A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重センサ及びその製造方法 |
| JP2008275617A (ja) * | 2007-04-30 | 2008-11-13 | Snecma | ＳｉＣで被覆された基材上に堆積物を作製する方法 |
| JP2008298769A (ja) * | 2007-04-30 | 2008-12-11 | Snecma | ＳｉＣで被覆された基材上にアルミナを堆積させる方法 |
| US8191432B2 (en) | 2009-03-11 | 2012-06-05 | Denso Corporation | Load detecting device including a load detecting element between a substrate and a load receiver and method of producing the same |
| CN102914253A (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-06 | 雅马哈株式会社 | 高尔夫球杆测量系统和高尔夫球杆测量方法 |
| US9155949B2 (en) | 2011-08-01 | 2015-10-13 | Yamaha Corporation | Golf club measuring system and golf club measuring method |
| CN103047939A (zh) * | 2012-12-10 | 2013-04-17 | 中国飞机强度研究所 | 光纤光栅应变传感器工程适用性评价方法 |
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