JPS6225977B2 - - Google Patents

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JPS6225977B2
JPS6225977B2 JP56080602A JP8060281A JPS6225977B2 JP S6225977 B2 JPS6225977 B2 JP S6225977B2 JP 56080602 A JP56080602 A JP 56080602A JP 8060281 A JP8060281 A JP 8060281A JP S6225977 B2 JPS6225977 B2 JP S6225977B2
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JP
Japan
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resistor
metal layer
pattern
temperature
resistance
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Application number
JP56080602A
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Japanese (ja)
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JPS57196124A (en
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Shozo Takeno
Koichiro Sakamoto
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Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Toshiba Corp
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Priority to AU77880/81A priority patent/AU528989B2/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2243Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being parallelogram-shaped
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ビーム体の起歪部に蒸着、スパツタ
リング等の手段によつて直接、ストレンゲージ抵
抗体等を形成してなるロードセルの製造方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a load cell in which a strain gauge resistor or the like is directly formed on a strain-generating portion of a beam body by means such as vapor deposition or sputtering.

ロードセルは、ビーム体に荷重を加えて歪を生
じさせ、これに伴ないビーム体の起歪部に設けら
れた抵抗体の抵抗値が変化することを利用して荷
重測定を行なうものであるが、従来のこの種のロ
ードセルは、抵抗体パターンを設けた絶縁フイル
ムをビーム体の起歪部に接着して構成されてい
た。
A load cell measures a load by applying a load to a beam body to cause strain, and by utilizing this change in the resistance value of a resistor installed in the strain-generating part of the beam body. A conventional load cell of this type was constructed by adhering an insulating film provided with a resistor pattern to a strain-generating portion of a beam body.

しかしながら、このようなロードセルの製造に
は多くの工数を要するとともに、特に絶縁フイル
ムをビーム体に接着する工程では厳密な工程管理
を要し、しかも自動化が困難で量産性が悪く、コ
スト高となる欠点があつた。また絶縁フイルムを
薄くすることには限界があるためビーム体の歪を
抵抗体へ正確に伝えることができず、測定誤差が
大きいという欠点もあつた。更に抵抗体パターン
は金属箔より形成されるので、これを薄くするこ
とにも限界があり(約5μ程度)、大抵抗のもの
が得がたく(350〜500Ω程度)、その結果、消費
電力が大となる問題もあつた。
However, manufacturing such a load cell requires a large number of man-hours, and requires strict process control, especially in the process of bonding the insulating film to the beam body. Moreover, automation is difficult, making mass production difficult and high costs. There were flaws. Furthermore, since there is a limit to how thin the insulating film can be, the strain in the beam cannot be accurately transmitted to the resistor, resulting in large measurement errors. Furthermore, since the resistor pattern is formed from metal foil, there is a limit to how thin it can be (approximately 5μ), making it difficult to obtain a large resistance (approximately 350 to 500Ω), resulting in low power consumption. There were also major problems.

本発明はこのような事情にもとづいてなされた
もので、その目的は、工数を減少でき、かつ厳密
な工程管理を要することなく容易に製造すること
ができ、自動化により量産性を高めることもで
き、コスト低下を図ることができるとともに、抵
抗体及び絶縁層を極めて薄く形成することがで
き、測定時における消費電力の節減が図れ、高精
度な測定値を得ることができ、特にブリツジバラ
ンス補償及びブリツジバランス温度補償も容易な
ロードセルの製造方法を提供することにある。
The present invention was made based on these circumstances, and its purpose is to reduce the number of man-hours, to easily manufacture without requiring strict process control, and to increase mass productivity through automation. In addition to reducing costs, the resistor and insulating layer can be formed extremely thin, reducing power consumption during measurement and obtaining highly accurate measurement values, especially for bridge balance compensation. It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing a load cell that also facilitates bridge balance temperature compensation.

以下、本発明の構成を図面に示す実施例にもと
づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the present invention will be described below based on embodiments shown in the drawings.

第1図及び第2図はロードセルの構成を示すも
ので、ビーム体1は、例えばステンレス鋼
(SUS630)、ジユラルミン(A2014,A2024,
A2218)等の金属材料を切削加工して形成されて
いる。このビーム体1は、一端部に設けられた取
付孔2,2に取付ボルト2A,2Aを通して任意
の固定部3に固定して使用される。またビーム体
1の中間部分には1対の円形孔4,4が幅方向に
貫通して設けられ、両円形孔4,4間を空隙部5
により連通させ、各円形孔4,4の上下を薄肉に
し、特に各円形孔4,4の上部を起歪部6A,6
Bとしている。またビーム体1の他端部には係止
孔7が設けられ、この係止孔7に、例えば吊下金
具8を取付けて測定すべき荷重Wを矢印の如く作
用させるようにしている。なお、荷重Wを作用さ
せると、ビーム体1は両円形孔4,4間の部分を
第2図の如く平行四辺形状に変形させ、一方の起
歪部6Aの上面には最大引張り歪を生じさせ、他
方の起歪部6Bの上面には最大圧縮歪を生じさせ
るようになる。そして、その最大引張り歪が生ず
る一方の起歪部6A上面にはストレンゲージ抵抗
体パターンR1,R2が、また最大圧縮歪が生ずる
他方の起歪部6B上面にはストレンゲージ抵抗体
パターンR3,R4が、それぞれ設けられている。
またビーム体1の上面には、前記起歪部6A,6
Bを極力避けるようにしてブリツジバランス補償
抵抗体パターンR01,R03、ブリツジバランス温度
補償抵抗体パターンRT1,RT3、温度補償用スパ
ン抵抗体パターンRS、スパン温度特性非直線性
補償抵抗体パターンRC、入力端子VE,VE及び
出力端子VO,VOがそれぞれ設けられ、各端子に
はリードパターンL…の端部が接続されている。
1 and 2 show the structure of the load cell, and the beam body 1 is made of, for example, stainless steel (SUS630), duralumin (A2014, A2024,
It is formed by cutting metal materials such as A2218). This beam body 1 is used by being fixed to an arbitrary fixing part 3 by passing mounting bolts 2A, 2A through mounting holes 2, 2 provided at one end. In addition, a pair of circular holes 4, 4 are provided in the middle part of the beam body 1, passing through them in the width direction.
The upper and lower parts of each circular hole 4, 4 are thinned, and especially the upper part of each circular hole 4, 4 is formed with strain-generating parts 6A, 6.
It is set as B. Further, a locking hole 7 is provided at the other end of the beam body 1, and a hanging metal fitting 8, for example, is attached to this locking hole 7, so that the load W to be measured is applied as shown by the arrow. When the load W is applied, the beam body 1 deforms the portion between the two circular holes 4 into a parallelogram shape as shown in FIG. As a result, maximum compressive strain is produced on the upper surface of the other strain-generating portion 6B. Then, strain gauge resistor patterns R 1 and R 2 are placed on the top surface of one strain-generating portion 6A where the maximum tensile strain occurs, and strain gauge resistor patterns R are placed on the top surface of the other strain-generating portion 6B where the maximum compressive strain occurs. 3 and R4 are provided, respectively.
Further, on the upper surface of the beam body 1, the strain generating parts 6A, 6
Bridge balance compensation resistor patterns R 01 , R 03 , bridge balance temperature compensation resistor patterns R T1 , R T3 , span resistor pattern for temperature compensation R S , span temperature characteristic nonlinearity by avoiding B as much as possible Compensating resistor patterns R C , input terminals VE and VE , and output terminals VO and VO are provided, respectively, and ends of lead patterns L are connected to each terminal.

前記ストレンゲージ抵抗体パターンR1,R2
R3,R4は第3図に示すようにリードパターンL
…を介してR1―R4―R2―R3―R1の順に接続さ
れ、そのR1,R3間の接点aは一方の入力端子VE
に、R2,R4間の接点cはスパン抵抗体パターン
Sとスパン温度特性非直線性補償抵抗RCとの並
列回路を直列に介して他方の入力端子VEにそれ
ぞれ接続されている。また、R2,R3間の接点b
は一方の出力端子VOに、R4,R1間の接点dは他
方の出力端子VOにそれぞれ接続されている。な
お前記ブリツジバランス補償抵抗体パターンR01
及びブリツジバランス温度補償抵抗体パターンR
T1は直列接続され、その直列回路は接点a,d間
にR1に対して直列に接続されている。また前記
ブリツジバランス補償抵抗体パターンR03及びブ
リツジバランス温度補償抵抗体パターンRT3は直
列接続され、その直列回路は接点a,b間にR3
に対して直列に接続されている。
The strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 ,
R 3 and R 4 are lead pattern L as shown in Figure 3.
... are connected in the order of R 1 - R 4 - R 2 - R 3 - R 1 , and the contact a between R 1 and R 3 is connected to one input terminal V E
In addition, the contact point c between R 2 and R 4 is connected to the other input terminal V E through a parallel circuit in series with the span resistor pattern R S and the span temperature characteristic nonlinearity compensation resistor R C. . Also, contact point b between R 2 and R 3
is connected to one output terminal VO , and the contact d between R 4 and R 1 is connected to the other output terminal VO . In addition, the bridge balance compensation resistor pattern R 01
and bridge balance temperature compensation resistor pattern R
T1 is connected in series, and the series circuit is connected in series with R1 between contacts a and d. Further, the bridge balance compensation resistor pattern R 03 and the bridge balance temperature compensation resistor pattern R T3 are connected in series, and the series circuit has R 3 between contacts a and b.
connected in series with.

前記ストレンゲージ抵抗体パターンR1,R2
R3,R4は、大抵抗値を得易くするために、いず
れも第4図に示すようなジグザグ状をなし、両端
にリードパターンLを接続している。
The strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 ,
In order to easily obtain a large resistance value, R 3 and R 4 both have a zigzag shape as shown in FIG. 4, and lead patterns L are connected to both ends.

また前記ブリツジバランス補償抵抗体パターン
R01,R03、ブリツジバランス温度補償抵抗体パタ
ーンRT1,RT3、温度補償用スパン抵抗体パター
ンRS及びスパン温度特性非直線性補償抵抗体パ
ターンRCは、いずれも抵抗値の粗調節及び微調
節を容易にするため、第5図に示すようなジグザ
グ状パターンの一部に多数のバイパス線9…を設
けるとともに、互に対向するリードパターンL,
L間にも多数の抵抗パターン10…を並列に設け
て構成されている。そこで、いずれかのバイパス
線9を削除することにより、抵抗値を粗調節する
ことができ、また並列に設けられた抵抗パターン
10…を適宜な数削除することにより、抵抗値を
微調節することができる。
In addition, the bridge balance compensation resistor pattern
R 01 , R 03 , bridge balance temperature compensation resistor patterns R T1 , R T3 , temperature compensation span resistor pattern R S , and span temperature characteristic nonlinear compensation resistor pattern R C all have rough resistance values. In order to facilitate adjustment and fine adjustment, a large number of bypass lines 9 are provided in a part of the zigzag pattern as shown in FIG. 5, and mutually opposing lead patterns L,
A large number of resistance patterns 10 are also provided in parallel between L. Therefore, by removing any of the bypass lines 9, the resistance value can be roughly adjusted, and by removing an appropriate number of resistance patterns 10 provided in parallel, the resistance value can be finely adjusted. I can do it.

前記ストレンゲージ抵抗体パターンR1,R2
R3,R4は、例えばニクロムのように、比抵抗が
比較的大きく、抵抗温度係数の小さい金属薄膜に
より形成されている。またブリツジバランス補償
抵抗体パターンR01,R03もストレンゲージ抵抗体
パターンと同一の金属薄膜により形成されてい
る。前記ブリツジバランス温度補償抵抗体パター
ンRT1,RT3はブリツジ回路におけるブリツジバ
ランスの温度ドリフトを補償するもので正の温度
係数を有する抵抗体金属例えばチタン、ニツケル
等により形成されている。また前記温度補償用ス
パン抵抗体パターンRSは出力電圧(スパン)の
温度依存性を補償するもので、ブリツジバランス
温度補償抵抗体パターンRT1,RT3と同一の金属
材料(チタン、ニツケル等)により形成されてい
る。そしてスパンの温度補償は概ねこの温度補償
用スパン抵抗体パターンRSによりなされること
になる。第6図Aは抵抗体パターンRSを設けな
い場合の温度―出力電圧特性を示し、同図Bは抵
抗体パターンRSを設けて温度補償した場合の温
度―出力電圧特性を示す。ところが第6図Bに示
すように、抵抗体パターンRSを設けただけでは
温度補償が確実でない。これは抵抗体パターンR
Sにより補償された温度―出力電圧特性が非直線
性となるためである。このスパン温度特性の非直
線性は前記スパン温度特性非直線性補償抵抗体パ
ターンRCにより補償される。なお、スパン温度
特性非直線性補償抵抗体パターンRCは、抵抗温
度係数が小さいことが望ましいため、ストレンゲ
ージ抵抗体パターンR1,R2,R3,R4と同一の金
属薄膜により形成されている。
The strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 ,
R 3 and R 4 are formed of metal thin films, such as nichrome, which have a relatively high specific resistance and a small temperature coefficient of resistance. Furthermore, the bridge balance compensation resistor patterns R 01 and R 03 are also formed of the same metal thin film as the strain gauge resistor patterns. The bridge balance temperature compensation resistor patterns R T1 and R T3 compensate for the temperature drift of the bridge balance in the bridge circuit, and are made of a resistor metal having a positive temperature coefficient, such as titanium or nickel. The temperature compensation span resistor pattern R S compensates for the temperature dependence of the output voltage (span), and is made of the same metal material (titanium, nickel, etc.) as the bridge balance temperature compensation resistor patterns R T1 and R T3 . ) is formed by. The temperature compensation of the span is generally performed by this temperature compensation span resistor pattern R S . FIG. 6A shows the temperature-output voltage characteristic when the resistor pattern R S is not provided, and FIG. 6B shows the temperature-output voltage characteristic when the resistor pattern R S is provided for temperature compensation. However, as shown in FIG. 6B, simply providing the resistor pattern R S does not ensure temperature compensation. This is resistor pattern R
This is because the temperature-output voltage characteristic compensated by S becomes nonlinear. This nonlinearity of the span temperature characteristic is compensated by the span temperature characteristic nonlinearity compensating resistor pattern R C . Note that the span temperature characteristic nonlinearity compensation resistor pattern R C is preferably formed of the same metal thin film as the strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 because it is desirable that the temperature coefficient of resistance is small. ing.

また、第3図のブリツジ回路における入力電圧
Eと出力電圧VOとの関係は次の通りである。
Further, the relationship between the input voltage V E and the output voltage V O in the bridge circuit of FIG. 3 is as follows.

ただし、Rは入力側から見たブリツジ回路の抵
抗である。
However, R is the resistance of the bridge circuit viewed from the input side.

次に、ロードセルに第2図の如く荷重Wを作用
させると、ストレンゲージ抵抗体パターンR1
R2は引張り歪を生じて抵抗値が増大し(各抵抗
値の変化量を△R1,△R2とする)、他の2つのス
トレンゲージ抵抗体パターンR3,R4は圧縮歪を
生じて抵抗値が減少する(各抵抗値の変化量を△
R3,△R4とする)。このとき、出力電圧VOここで、R1=R2=R3=R4=R となるようにビーム体1及び各抵抗体パターンの
設計がなされており、また R1≫R01+RT1,R3≫R03+RT3 の関係から、 なる関係式が成立する。なお、この式は△R/R= KE(ただし、Kはストレンゲージ抵抗体パター
ンのゲージ率、Eはビーム体1に発生する歪量で
ある)なる関係から、 となり、この式から歪量Eが求められる。また歪
量Eが荷重Wに比例するところから、荷重Wが求
められる。また上式から、出力電圧は入力電圧V
E及び歪量Eに比例すること、明らかであるが、
歪量E及びゲージ率Kは温度変化により変動する
ため、出力電圧VOも温度変化により変化するこ
とになる。そこでスパン抵抗体パターンRS及び
スパン温度特性非直線性補償抵抗体パターンRC
の各抵抗値を適宜調整することにより出力電圧V
Oの温度補償が行なわれる。
Next, when a load W is applied to the load cell as shown in FIG. 2, the strain gauge resistor pattern R 1 ,
R 2 causes tensile strain and its resistance value increases (the amount of change in each resistance value is △R 1 and △R 2 ), and the other two strain gauge resistor patterns R 3 and R 4 cause compressive strain. (The amount of change in each resistance value is △
R 3 and △R 4 ). At this time, the output voltage V O is Here, the beam body 1 and each resistor pattern are designed so that R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R, and R 1 ≫R 01 +R T1 , R 3 ≫R 03 +R From the relationship of T3 , The following relational expression holds true. This formula is based on the relationship △R/R=KE (where K is the gauge factor of the strain gauge resistor pattern and E is the amount of strain generated in the beam body 1). The amount of distortion E can be obtained from this formula. Also, since the amount of strain E is proportional to the load W, the load W can be determined. Also, from the above formula, the output voltage is the input voltage V
It is obvious that it is proportional to E and the amount of strain E, but
Since the strain amount E and the gauge factor K vary due to temperature changes, the output voltage V O also changes due to temperature changes. Therefore, span resistor pattern R S and span temperature characteristic nonlinear compensation resistor pattern R C
By appropriately adjusting each resistance value of
Temperature compensation for O is performed.

ちなみに、実験によると、ビーム体1をジユラ
ルミンA2218にて形成し、ストレンゲージ抵抗体
パターンR1,R2,R3,R4が1KΩ(抵抗温度係数
±10ppm/℃以下)であるとき、スパン抵抗体
パターンRSを240Ω(抵抗温度係数+
4000ppm/℃)、スパン温度特性非直線性補償抵
抗RCを1150Ωに設定することにより、出力電圧
Oの温度補償を行なうことができた。
By the way, according to experiments, when the beam body 1 is formed of duralumin A2218 and the strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are 1KΩ (resistance temperature coefficient ±10ppm/℃ or less), the span The resistor pattern R S is 240Ω (resistance temperature coefficient +
By setting the span temperature characteristic nonlinearity compensation resistance R C to 1150Ω, temperature compensation of the output voltage V O could be performed.

次に、以上のロードセルの製造方法を第7図A
〜Dに例示する。すなわち、 (A) まず切削加工により得られたビーム体1の上
面を鏡面仕上げ後、脱脂洗浄し、その上面に粘
度1000cp程度に調整されたワニス状の耐熱絶
縁材(例えばポリイミド、エポキシ、アミドイ
ミド、エポキシ変成ポリイミド等の絶縁性樹脂
液)を滴下する。そしてビーム体1をスピンナ
により1600rpm程度の速度で回転することによ
つて、ビーム体1の上面に絶縁材を均一に塗布
した後、約100℃のN2ガス雰囲気中で約1時間
乾燥し、続いて約250℃で約5時間加熱する
と、ビーム体1の上面には厚さ4〜5μの耐熱
絶縁被膜11が形成される。
Next, the method for manufacturing the load cell described above is shown in Figure 7A.
Examples are shown in ~D. That is, (A) First, the upper surface of the beam body 1 obtained by cutting is polished to a mirror finish, then degreased and cleaned, and a varnish-like heat-resistant insulating material (for example, polyimide, epoxy, amide-imide, Drop an insulating resin liquid such as epoxy modified polyimide). Then, by rotating the beam body 1 at a speed of about 1600 rpm with a spinner, an insulating material is uniformly applied to the upper surface of the beam body 1, and then dried for about 1 hour in an N 2 gas atmosphere at about 100°C. Subsequently, heating is performed at about 250° C. for about 5 hours, and a heat-resistant insulating coating 11 having a thickness of 4 to 5 μm is formed on the upper surface of the beam body 1.

次に上記絶縁被膜11上に、例えばニクロム
(Ni80%,Cr20%)のような、温度変化によつ
て抵抗値があまり変化しない金属材料を蒸着又
はスパツタリング法により被着して、厚さ約
400Åのストレンゲージ抵抗用金属層12を形
成する。
Next, on the insulating film 11, a metal material such as nichrome (80% Ni, 20% Cr), whose resistance value does not change much with temperature changes, is deposited by vapor deposition or sputtering to a thickness of approximately
A metal layer 12 for strain gauge resistance of 400 Å is formed.

次に、ビーム体1表面の起歪部5の領域にチ
タン又はニツケル等(特に金のエツチング液に
強いチタンが望ましい)の金属材料を、ストレ
ンゲージ抵抗用金属層12の上に蒸着又はスパ
ツタリング法により被着して厚さ約1000Åの温
度補償用金属層13を形成する。
Next, a metal material such as titanium or nickel (especially preferably titanium, which is resistant to gold etching liquid) is deposited on the strain gauge resistance metal layer 12 in the region of the strain-generating portion 5 on the surface of the beam body 1 by vapor deposition or sputtering. A temperature compensating metal layer 13 having a thickness of about 1000 Å is formed by depositing the same.

次に、この温度補償用金属層13の上に導電
性に優れた金等の金属材料を蒸着又はスパツタ
リング法により被着して、厚さ約2μのリード
パターン用金属層14を形成する。
Next, a metal material such as gold having excellent conductivity is deposited on the temperature compensation metal layer 13 by vapor deposition or sputtering to form a lead pattern metal layer 14 having a thickness of approximately 2 μm.

(B) 次に、前記リードパターン用金属層14を、
その材料(例えば金)に応じたエツチヤントを
用い、フオトエツチングによりリードパターン
L…、入力端子VE,VE及び出力端子VO,VO
を残して除去する。
(B) Next, the lead pattern metal layer 14 is
Using an etchant appropriate for the material (for example, gold), the lead pattern L..., the input terminals VE , VE , and the output terminals VO , VO are formed by photo-etching.
Remove all but leave.

(C) 次に、前記温度補償用金属層13を、その材
料(例えばチタン)に応じたエツチヤントを用
い、フオトエツチングによりブリツジバランス
温度補償抵抗体パターンRT1,RT3及び温度補
償用スパン抵抗体パターンRSを残して除去す
る。
(C) Next, the temperature compensation metal layer 13 is photo-etched using an etchant appropriate for the material (for example, titanium) of the bridge balance temperature compensation resistor patterns R T1 , R T3 and the temperature compensation span resistor. body pattern R S is removed.

(D) 最後に、前記ストレンゲージ抵抗用金属層1
1を、その材料(例えばニクロム)に応じたエ
ツチヤントを用い、フオトエツチングによりス
トレンゲージ抵抗体パターンR1,R2,R3,R4
ブリツジバランス補償抵抗体パターンR01,R03
及びスパン温度特性非直線性補償抵抗体パター
ンRCを残して除去したのち、各金属層の安定
化を図るための熱処理を施して完成する。
(D) Finally, the strain gauge resistance metal layer 1
1 into strain gauge resistor patterns R 1 , R 2 , R 3 , R 4 by photo-etching using an etchant appropriate for the material (for example, nichrome).
Bridge balance compensation resistor pattern R 01 , R 03
After removing the resistor pattern RC and the span-temperature characteristic nonlinearity compensating resistor pattern R C , heat treatment is performed to stabilize each metal layer to complete the process.

なお、第7図B〜Dはすべての抵抗体パター
ンを簡略化して示したが、これらが第4図又は
第5図のように形成されることは前述した通り
である。
Although FIGS. 7B to 7D show all the resistor patterns in a simplified manner, it is as described above that these are formed as shown in FIGS. 4 or 5.

以上の製造方法によると、例えば第7図Dの
―断面、―断面はそれぞれ第8図、第9図
のようになる。すなわちストレンゲージ抵抗体パ
ターンR1,R3(R2,R4も同様)、ブリツジバラン
ス補償抵抗体パターンR01(R03も同様)及びスパ
ン温度特性非直線性補償抵抗体パターンRCはニ
クロム等のストレンゲージ抵抗用金属層12のみ
から形成される。またブリツジバランス温度補償
抵抗体パターンRT1(RT3も同様)及び温度補償
用スパン抵抗体パターンRSは、上記ストレンゲ
ージ抵抗用金属層12とチタン等の温度補償用金
属層13の2つの金属層にて形成される。さらに
リードパターンL及び端子VE,VE,VO,VO
は、上記ストレンゲージ抵抗用金属層12と温度
補償用金属層13と、金等のリードパターン用金
属層14の3つの金属層にて形成されることにな
る。
According to the above-described manufacturing method, for example, the -section and -section of FIG. 7D become as shown in FIGS. 8 and 9, respectively. In other words, the strain gauge resistor patterns R 1 and R 3 (same as R 2 and R 4 ), the bridge balance compensation resistor pattern R 01 (same as R 03 ), and the span temperature characteristic nonlinearity compensation resistor pattern R C are It is formed of only a strain gauge resistance metal layer 12 such as nichrome. Furthermore, the bridge balance temperature compensation resistor pattern R T1 (the same applies to R T3 ) and the temperature compensation span resistor pattern R It is formed of a metal layer. Furthermore, lead pattern L and terminals V E , V E , V O , V O
is formed of three metal layers: the strain gauge resistance metal layer 12, the temperature compensation metal layer 13, and the lead pattern metal layer 14 made of gold or the like.

そして、以上の製造過程において、抵抗体パタ
ーンR1,R2,R3,R4,R01,R03及びRCは共通の
金属層12により、また抵抗体パターンRT1,R
T3及びRSは共通の金属層13により、それぞれ
形成されているので、構成が簡単であり、製造も
容易に行なうことができる。また、温度補償用金
属層13の材料であるチタン、ニツケル等は、リ
ードパターン用金属層14の材料である金等のエ
ツチヤントに強いので、リードパターンL及び端
子VE,VE,VO,VOを形成する際に温度補償用
金属層13が破壊されるおそれはないとともに、
最終熱処理においてはリードパターン金属層14
への拡散を防止できる。また温度補償用金属層1
3の材料であるチタン、ニツケル等の抵抗温度係
数は、ストレンゲージ抵抗用金属層12の材料で
あるニクロム等に比して頗る大きく(チタンは
2000〜3000ppm/℃、ニツケルは+4000ppm/
℃、ニクロムは±10ppm/℃程度)、シート抵抗
もニツケル0.5Ω/cm2に対してニクロム30Ω/cm2
であるので、ブリツジバランス温度補償抵抗RT
,RT3及び温度補償用スパン抵抗体パターンR
Sの電気抵抗特性は概ねストレンゲージ抵抗用金
属層12の材料によつて定まる。またストレンゲ
ージ抵抗用金属層12の材料であるニクロム等は
接着性に優れているので、ストレンゲージ抵抗用
金属層12及び温度補償用金属層13の安定化が
図られる。
In the above manufacturing process, the resistor patterns R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 01 , R 03 and R C are formed by the common metal layer 12, and the resistor patterns R T1 , R
Since T3 and R S are each formed of the common metal layer 13, the structure is simple and manufacturing can be performed easily. Furthermore, titanium, nickel, etc., which are the material of the temperature compensation metal layer 13, are resistant to etchants such as gold, which are the material of the lead pattern metal layer 14, so that the lead pattern L and the terminals V E , V E , V O , There is no risk that the temperature compensating metal layer 13 will be destroyed when forming VO , and
In the final heat treatment, the lead pattern metal layer 14
It can prevent the spread to. Also, the temperature compensation metal layer 1
The temperature coefficient of resistance of titanium, nickel, etc., which is the material No. 3, is significantly larger than that of nichrome, etc., which is the material of the strain gauge resistance metal layer 12 (titanium is
2000-3000ppm/℃, Nickel +4000ppm/
℃, nichrome is about ±10ppm/℃), and the sheet resistance is 30Ω/cm 2 for nichrome compared to 0.5Ω/cm 2 for nickel.
Therefore, the bridge balance temperature compensation resistance R T
1 , R T3 and temperature compensation span resistor pattern R
The electrical resistance characteristics of S are generally determined by the material of the strain gauge resistance metal layer 12. Furthermore, since the material of the strain gauge resistance metal layer 12, such as nichrome, has excellent adhesive properties, the strain gauge resistance metal layer 12 and the temperature compensation metal layer 13 can be stabilized.

なお、以上の実施例では絶縁被膜11をポリイ
ミド等の樹脂にて形成するものとして説明した
が、耐熱性に優れた二酸化けい素(SiO2)等の被
膜をスパツタリング法により形成するようにして
もよく、このようにすると特に高温下にて使用す
る場合に適したものとなる。
In the above embodiments, the insulating film 11 is formed of a resin such as polyimide, but it is also possible to form a film of silicon dioxide (SiO 2 ), which has excellent heat resistance, by sputtering. This makes it particularly suitable for use at high temperatures.

また、第7図A〜Dの工程を終えたのち、さら
にポリイミド等の樹脂膜をオーバーコーテングす
るようにしてもよく、このようにするとビーム体
1表面のパターンが保護されて、耐候性が向上
し、一層高い信頼性を得ることができる。
Furthermore, after completing the steps A to D in FIG. 7, it may be possible to further overcoat with a resin film such as polyimide. In this way, the pattern on the surface of the beam body 1 is protected and weather resistance is improved. Therefore, even higher reliability can be obtained.

以上、実施例にもとづいて説明したように、本
発明に係るロードセルは、ビーム体の表面に直
接、絶縁被膜を形成し、その上にストレンゲージ
抵抗用金属層を直接形成し、さらにその上に、ス
トレンゲージ抵抗用金属層による複数のストレン
ゲージ抵抗体パターン、ブリツジバランス補償抵
抗体パターンR01,R03及びスパン温度特性非直線
性補償抵抗体パターンを残して他の部分を温度補
償用金属層にて被覆し、この温度補償用金属層
を、ブリツジバランス温度補償抵抗体パターン及
び温度補償用スパン抵抗体パターンを残してリー
ドパターン用金属層にて被覆した構成のものであ
る。
As described above based on the embodiments, the load cell according to the present invention has an insulating coating formed directly on the surface of a beam body, a metal layer for strain gauge resistance being directly formed on the insulating coating, and a metal layer for strain gauge resistance being directly formed on it. , a plurality of strain gauge resistor patterns made of metal layers for strain gauge resistance, bridge balance compensation resistor patterns R 01 and R 03 , and span temperature characteristic nonlinear compensation resistor patterns, and other parts are made of temperature compensation metal. This temperature compensation metal layer is covered with a lead pattern metal layer, leaving the bridge balance temperature compensation resistor pattern and the temperature compensation span resistor pattern.

したがつて、ビーム体の表面に直接、絶縁層と
金属層が積層されるので別に設けられた素子をビ
ーム体表面に接着したり、リード線を接続したり
する面倒がなく、製造工数を減少することがで
き、製造が容易で自動化による量産性も高めら
れ、コスト低下が図られる。また抵抗体パターン
及び絶縁層を極めて薄く形成することができるの
で、測定時における消費電力の節減が図れるとと
もに高精度な測定値が得られ、さらにブリツジバ
ランス補償及び温度補償も容易に行なうことがで
きる。
Therefore, since the insulating layer and metal layer are laminated directly on the surface of the beam body, there is no need to bond separately provided elements to the surface of the beam body or connect lead wires, reducing manufacturing man-hours. It is easy to manufacture, mass production is improved through automation, and costs are reduced. Furthermore, since the resistor pattern and insulating layer can be formed extremely thin, power consumption during measurement can be reduced, highly accurate measured values can be obtained, and bridge balance compensation and temperature compensation can be easily performed. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はロードセルの外観斜視図、第2図は同
断面図、第3図は同回路構成図、第4図及び第5
図は同実施例におけるそれぞれ別の部分拡大図、
第6図A,Bは温度―出力電圧特性図、第7図A
〜Dは前記実施例におけるロードセルの製造方法
を示し、Aは拡大断面図、B〜Dはパターン平面
図、第8図は第7図Dの―断面図、第9図は
第7図Dの―断面図である。 R1,R2,R3,R4…ストレンゲージ抵抗体パタ
ーン、R01,R03…ブリツジバランス補償抵抗体パ
ターン、RT1,RT3…ブリツジバランス温度補償
抵抗体パターン、RS…温度補償用スパン抵抗体
パターン、RC…スパン温度特性非直線性補償抵
抗体パターン、L…リードパターン、W…荷重、
1…ビーム体、6A,6B…起歪部、9…バイパ
ス線、10…抵抗パターン、11…絶縁被膜、1
2…ストレンゲージ抵抗用金属層、13…温度補
償用金属層、14…リードパターン用金属層。
Figure 1 is an external perspective view of the load cell, Figure 2 is a sectional view of the same, Figure 3 is a circuit configuration diagram of the same, Figures 4 and 5.
The figures are partially enlarged views of the same embodiment,
Figures 6A and B are temperature-output voltage characteristic diagrams, Figure 7A
-D show the manufacturing method of the load cell in the above embodiment, A is an enlarged cross-sectional view, B-D are pattern plan views, FIG. 8 is a cross-sectional view of FIG. 7D, and FIG. 9 is a cross-sectional view of FIG. 7D. -This is a cross-sectional view. R 1 , R 2 , R 3 , R 4 ... Strain gauge resistor pattern, R 01 , R 03 ... Bridge balance compensation resistor pattern, R T1 , R T3 ... Bridge balance temperature compensation resistor pattern, R S ... Span resistor pattern for temperature compensation, R C ...Span temperature characteristic nonlinearity compensation resistor pattern, L...Lead pattern, W...Load,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Beam body, 6A, 6B... Strain-generating part, 9... Bypass line, 10... Resistance pattern, 11... Insulating coating, 1
2... Metal layer for strain gauge resistance, 13... Metal layer for temperature compensation, 14... Metal layer for lead pattern.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 測定すべき荷重を作用させるビーム体の変形
に応じて抵抗値が変化する4つのストレンゲージ
抵抗体でブリツジ回路を形成するとともにそのブ
リツジ回路にブリツジバランスを調節するための
ブリツジバランス補償抵抗体及びブリツジバラン
スの温度ドリフトを補償するためのブリツジバラ
ンス温度補償抵抗体を介挿し、かつそのブリツジ
回路に出力電圧の温度依存性を補償するための温
度補償用スパン抵抗体とこのスパン抵抗体の非直
線性を補償するためのスパン温度特性非直線性補
償抵抗体との並列回路を入力端子側に外部接続し
てなるロードセルにおいて、 前記ビーム体の表面に絶縁被膜を直接形成する
とともにその絶縁被膜上に比抵抗が比較的大き
く、抵抗温度係数の小さい材料からなるストレン
ゲージ抵抗用金属層を直接形成し、その抵抗用金
属層の上に抵抗温度係数の大きな材料からなる温
度補償用金属層を形成するとともにその温度補償
用金属層の上にリードパターン用金属層を形成
し、この状態で先ず前記リードパーン用金属層を
リードパターン及び入出力端子を残して除去し、
続いて前記温度補償用金属層を前記ブリツジバラ
ンス温度補償抵抗体のパターン及び温度補償用ス
パン抵抗体のパターンを残して除去し、最後に前
記ストレンゲージ抵抗用金属層を前記各ストレン
ゲージ抵抗体のパターン、ブリツジバランス補償
抵抗体のパターン及びスパン温度特性非直線性補
償抵抗体のパターンを残して除去し、リードパタ
ーン、入出力端子及び各抵抗体を形成したことを
特徴とするロードセルの製造方法。
[Claims] 1. To form a bridge circuit with four strain gauge resistors whose resistance value changes according to the deformation of a beam body to which a load to be measured is applied, and to adjust the bridge balance in the bridge circuit. A bridge balance compensation resistor and a bridge balance temperature compensation resistor for compensating for the temperature drift of the bridge balance are inserted, and a temperature compensation span for compensating for the temperature dependence of the output voltage is inserted into the bridge circuit. In a load cell in which a parallel circuit of a resistor and a span temperature characteristic nonlinearity compensating resistor for compensating for the nonlinearity of the span resistor is externally connected to the input terminal side, an insulating coating is provided on the surface of the beam body. A strain gauge resistance metal layer made of a material with a relatively high specific resistance and a small resistance temperature coefficient is directly formed on the insulating film, and a strain gauge resistance metal layer made of a material with a large resistance temperature coefficient is directly formed on the resistance metal layer. At the same time, a metal layer for lead pattern is formed on the temperature compensation metal layer, and in this state, first, the metal layer for lead pattern is removed leaving the lead pattern and input/output terminals. death,
Subsequently, the temperature compensation metal layer is removed leaving behind the bridge balance temperature compensation resistor pattern and the temperature compensation span resistor pattern, and finally the strain gauge resistance metal layer is removed from each of the strain gauge resistors. , the pattern of the bridge balance compensating resistor, and the pattern of the span temperature characteristic nonlinearity compensating resistor are removed while leaving behind, and a lead pattern, an input/output terminal, and each resistor are formed. Method.
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