JPH08178768A - 力学量センサ - Google Patents
力学量センサInfo
- Publication number
- JPH08178768A JPH08178768A JP31727694A JP31727694A JPH08178768A JP H08178768 A JPH08178768 A JP H08178768A JP 31727694 A JP31727694 A JP 31727694A JP 31727694 A JP31727694 A JP 31727694A JP H08178768 A JPH08178768 A JP H08178768A
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- JP
- Japan
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- resistor
- thermal expansion
- substrate
- expansion coefficient
- glass
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 抵抗体のガラスと基板の熱膨張係数の違いに
より、製造時に抵抗体に圧縮応力が発生するのを防止
し、高感度の力学量センサを提供する。 【構成】 金属板とその表面に被覆された結晶化ガラス
層からなる基板、および基板の上に形成された抵抗体と
電極を具備し、抵抗体が導電成分を含むガラスからな
り、そのガラスの熱膨張係数と基板の熱膨張係数の差を
±１５×１０-7／℃以内とした力学量センサ。
より、製造時に抵抗体に圧縮応力が発生するのを防止
し、高感度の力学量センサを提供する。 【構成】 金属板とその表面に被覆された結晶化ガラス
層からなる基板、および基板の上に形成された抵抗体と
電極を具備し、抵抗体が導電成分を含むガラスからな
り、そのガラスの熱膨張係数と基板の熱膨張係数の差を
±１５×１０-7／℃以内とした力学量センサ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力、荷重などを検出
する機能を有する力学量センサに関するものである。
する機能を有する力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】洗濯機の衣類の重量、浴槽の湯の量など
を検出するために、圧力や荷重の変化を電気信号に変換
できる力学量センサが要望される。最近、金属板の表面
に結晶化ガラス層を形成し、その上に導電成分を含むガ
ラスからなる抵抗体を設け、抵抗体に一対の電極を設け
た力学量センサが開発されている。この力学量センサ
は、圧力や荷重によって基板が変形すると、抵抗体の長
さや断面積が変化するから、圧力や荷重を抵抗体の抵抗
値変化として検出することができる。ここで、金属板は
鉄系のステンレス鋼、ホウロウ鋼板などであり、結晶化
ガラスは特願平1-24989号公報に開示されたＳｉＯ2−Ｂ
2Ｏ3−ＣａＯ−ＭｇＯ系のガラスである。また、抵抗体
は酸化ルテニウムなどの導電成分を含むガラスから構成
される。例えば、酸化ルテニウム粉末、ガラス粉末、ア
クリル樹脂および有機溶剤を混合して作られるペースト
を基板上に塗布し、焼成して所定の形状に形成される。
抵抗体は、一般にはガラスの含有量の方が大きいため、
抵抗体の熱膨張係数は、ほぼガラスのそれに等しいとみ
て差し支えない。電極は銀パラジウム合金が代表的なも
のである。
を検出するために、圧力や荷重の変化を電気信号に変換
できる力学量センサが要望される。最近、金属板の表面
に結晶化ガラス層を形成し、その上に導電成分を含むガ
ラスからなる抵抗体を設け、抵抗体に一対の電極を設け
た力学量センサが開発されている。この力学量センサ
は、圧力や荷重によって基板が変形すると、抵抗体の長
さや断面積が変化するから、圧力や荷重を抵抗体の抵抗
値変化として検出することができる。ここで、金属板は
鉄系のステンレス鋼、ホウロウ鋼板などであり、結晶化
ガラスは特願平1-24989号公報に開示されたＳｉＯ2−Ｂ
2Ｏ3−ＣａＯ−ＭｇＯ系のガラスである。また、抵抗体
は酸化ルテニウムなどの導電成分を含むガラスから構成
される。例えば、酸化ルテニウム粉末、ガラス粉末、ア
クリル樹脂および有機溶剤を混合して作られるペースト
を基板上に塗布し、焼成して所定の形状に形成される。
抵抗体は、一般にはガラスの含有量の方が大きいため、
抵抗体の熱膨張係数は、ほぼガラスのそれに等しいとみ
て差し支えない。電極は銀パラジウム合金が代表的なも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の力
学量センサにおいて、基板の熱膨張係数はおよそ１２０
×１０-7／℃である。一方、抵抗体を作るのに用いられ
る市販のペーストは、アルミナ基板への塗布を前提とし
たもので、含まれるガラスの熱膨張係数はおよそ（５０
〜８０）×１０-7／℃である。このようにペーストに含
まれるガラスの熱膨張係数が基板より小さいと、焼成に
より形成された抵抗体中には圧縮応力が発生し、その結
果荷重に対する抵抗変化率が小さくなるという課題があ
った。
学量センサにおいて、基板の熱膨張係数はおよそ１２０
×１０-7／℃である。一方、抵抗体を作るのに用いられ
る市販のペーストは、アルミナ基板への塗布を前提とし
たもので、含まれるガラスの熱膨張係数はおよそ（５０
〜８０）×１０-7／℃である。このようにペーストに含
まれるガラスの熱膨張係数が基板より小さいと、焼成に
より形成された抵抗体中には圧縮応力が発生し、その結
果荷重に対する抵抗変化率が小さくなるという課題があ
った。
【０００４】抵抗体中に圧縮応力が発生する理由を図１
を用いて以下に説明する。図において、１０は抵抗体、
１１は基板を表すものとする。両者が分離していると仮
定すると、焼成中は同じ長さであるが、冷却して室温に
戻ると、熱膨張係数の大きい基板１１の方が短くなる。
しかし、実際には二者は結合しているから、抵抗体１０
は縮められ、逆に基板は引き延ばされる。その結果、抵
抗体に圧縮応力、基板に引っ張り応力がそれぞれ発生す
るということになる。このようにして形成された抵抗体
は、初めから圧縮応力がかかっているから、基板が変形
してもその変化を打ち消すように働く。従って、このよ
うな力学量センサは、荷重に対する抵抗変化率が小さく
なる。本発明者らが検討したところによると、所定の精
度のセンサを得るには、抵抗変化率が１．６％以上必要
であることがわかった。本発明は上記した従来の問題点
を解消して、荷重に対する抵抗変化率が大きく、高感度
の力学量センサを提供することを目的とするものであ
る。
を用いて以下に説明する。図において、１０は抵抗体、
１１は基板を表すものとする。両者が分離していると仮
定すると、焼成中は同じ長さであるが、冷却して室温に
戻ると、熱膨張係数の大きい基板１１の方が短くなる。
しかし、実際には二者は結合しているから、抵抗体１０
は縮められ、逆に基板は引き延ばされる。その結果、抵
抗体に圧縮応力、基板に引っ張り応力がそれぞれ発生す
るということになる。このようにして形成された抵抗体
は、初めから圧縮応力がかかっているから、基板が変形
してもその変化を打ち消すように働く。従って、このよ
うな力学量センサは、荷重に対する抵抗変化率が小さく
なる。本発明者らが検討したところによると、所定の精
度のセンサを得るには、抵抗変化率が１．６％以上必要
であることがわかった。本発明は上記した従来の問題点
を解消して、荷重に対する抵抗変化率が大きく、高感度
の力学量センサを提供することを目的とするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の力学量センサ
は、金属板とその表面に被覆された結晶化ガラス層から
なる基板、および前記基板の上に形成された抵抗体と電
極を具備し、前記抵抗体が導電成分を含むガラスからな
り、そのガラスの熱膨張係数と前記基板の熱膨張係数の
差を±１５×１０-7／℃以内としたものである。
は、金属板とその表面に被覆された結晶化ガラス層から
なる基板、および前記基板の上に形成された抵抗体と電
極を具備し、前記抵抗体が導電成分を含むガラスからな
り、そのガラスの熱膨張係数と前記基板の熱膨張係数の
差を±１５×１０-7／℃以内としたものである。
【０００６】
【作用】上記の構成によって、抵抗体には初めから圧縮
応力を発生させることが無くなるので、高感度の力学量
センサを提供できる。
応力を発生させることが無くなるので、高感度の力学量
センサを提供できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発を実施例により説明する。図１は
実施例の力学量センサの平面図、図２はその縦断面図で
ある。基板３は、金属板１とその表面に被覆された結晶
化ガラス層２からなる。この基板の上に、抵抗体４と一
対の電極５が形成されている。ここで、金属板１はステ
ンレス鋼ＳＵＳ４３０を用いた。また、結晶化ガラス層
２は、重量比でＳｉＯ2＝１４．３％、Ｂ2Ｏ3＝２１．
９％、ＣａＯ＝１７．１％、ＭｇＯ＝３８．１％、Ｌａ
2Ｏ3＝４．８％、ＺｒＯ2＝２．９％、Ｐ2Ｏ5＝１．０
％からなる。抵抗体４は、酸化ルテニウム粉末１０重量
％とガラス粉末９０重量％の混合物にアクリル樹脂とテ
ルピネオールを混合してペーストとし、これを結晶化ガ
ラス層の表面に塗布し、焼成して形成した。ここで、抵
抗体のガラス粉末として以下の５種類のものをそれぞれ
用いて上記構成の力学量センサを作製し、各センサに荷
重５ｋｇ／ｃｍ2をかけたときの抵抗変化率を調べた。
その結果を表１および図３に示す。
実施例の力学量センサの平面図、図２はその縦断面図で
ある。基板３は、金属板１とその表面に被覆された結晶
化ガラス層２からなる。この基板の上に、抵抗体４と一
対の電極５が形成されている。ここで、金属板１はステ
ンレス鋼ＳＵＳ４３０を用いた。また、結晶化ガラス層
２は、重量比でＳｉＯ2＝１４．３％、Ｂ2Ｏ3＝２１．
９％、ＣａＯ＝１７．１％、ＭｇＯ＝３８．１％、Ｌａ
2Ｏ3＝４．８％、ＺｒＯ2＝２．９％、Ｐ2Ｏ5＝１．０
％からなる。抵抗体４は、酸化ルテニウム粉末１０重量
％とガラス粉末９０重量％の混合物にアクリル樹脂とテ
ルピネオールを混合してペーストとし、これを結晶化ガ
ラス層の表面に塗布し、焼成して形成した。ここで、抵
抗体のガラス粉末として以下の５種類のものをそれぞれ
用いて上記構成の力学量センサを作製し、各センサに荷
重５ｋｇ／ｃｍ2をかけたときの抵抗変化率を調べた。
その結果を表１および図３に示す。
【０００８】
【表１】
【０００９】表１から明らかなように、熱膨張係数が基
板のそれに近いガラス番号３、４は、抵抗変化率が大き
いことわかる。以上のようにして、各種熱膨張係数のガ
ラスについて検討した結果、抵抗変化率を目標値である
１．６％以上とするためには、抵抗体に含まれるガラス
の熱膨張係数を（１０５〜１３５）×１０-7／℃の範囲
とする、すなわち抵抗体に含まれるガラスの熱膨張係数
と基板の熱膨張係数の差を±１５×１０-7／℃以内にす
ることが望ましいことが判明した。なお、抵抗体に用い
るガラスの組成は、上記ガラス番号３、４に限定される
ものでなく、熱膨張係数の条件を満たせばどのようなガ
ラスも使用可能である。
板のそれに近いガラス番号３、４は、抵抗変化率が大き
いことわかる。以上のようにして、各種熱膨張係数のガ
ラスについて検討した結果、抵抗変化率を目標値である
１．６％以上とするためには、抵抗体に含まれるガラス
の熱膨張係数を（１０５〜１３５）×１０-7／℃の範囲
とする、すなわち抵抗体に含まれるガラスの熱膨張係数
と基板の熱膨張係数の差を±１５×１０-7／℃以内にす
ることが望ましいことが判明した。なお、抵抗体に用い
るガラスの組成は、上記ガラス番号３、４に限定される
ものでなく、熱膨張係数の条件を満たせばどのようなガ
ラスも使用可能である。
【００１０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、抵抗体に
含まれるガラスの熱膨張係数と基板の熱膨張係数とを適
切に調製することにより、製造時に抵抗体に発生する圧
縮応力をなくし、荷重による変化を受け易く、高感度の
力学量センサを提供することができる。
含まれるガラスの熱膨張係数と基板の熱膨張係数とを適
切に調製することにより、製造時に抵抗体に発生する圧
縮応力をなくし、荷重による変化を受け易く、高感度の
力学量センサを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例における力学量センサの平面
図である。
図である。
【図２】同センサの縦断面図である。
【図３】抵抗体に含まれるガラスの熱膨張係数と抵抗体
の抵抗変化率との関係を示す図である。
の抵抗変化率との関係を示す図である。
【図４】従来の力学量センサにおいて製造時に抵抗体に
圧縮応力が発生する原理を説明する模式図である。
圧縮応力が発生する原理を説明する模式図である。
１ 金属板 ２ 結晶化ガラス層 ３ 基板 ４ 抵抗体 ５ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 喜博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 真也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田浦 方三 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 (1)
- 【請求項１】 金属板とその表面に被覆された結晶化ガ
ラス層からなる基板、および前記基板の上に形成された
抵抗体と電極を具備し、前記抵抗体が導電成分を含むガ
ラスからなり、そのガラスの熱膨張係数と前記基板の熱
膨張係数の差が±１５×１０-7／℃以内であることを特
徴とする力学量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31727694A JPH08178768A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31727694A JPH08178768A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 力学量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178768A true JPH08178768A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18086430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31727694A Pending JPH08178768A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 力学量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08178768A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001088482A1 (en) * | 2000-05-15 | 2001-11-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Sensor element and its manufacturing method |
| JP2008032753A (ja) * | 2002-08-07 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重センサ及びその製造方法 |
| JP2011258751A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| US20110317741A1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg | Resistance Temperature Sensor |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP31727694A patent/JPH08178768A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001088482A1 (en) * | 2000-05-15 | 2001-11-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Sensor element and its manufacturing method |
| US6732583B1 (en) * | 2000-05-15 | 2004-05-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Sensor element and its manufacturing method |
| JP2008032753A (ja) * | 2002-08-07 | 2008-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重センサ及びその製造方法 |
| JP2011258751A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| US20110317741A1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg | Resistance Temperature Sensor |
| US8777484B2 (en) * | 2010-06-23 | 2014-07-15 | Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg | Resistance temperature sensor |
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