JPWO2003016848A1 - 応力センサ - Google Patents

Abstract

絶縁基板（１）面にポスト（６）が固着又は一体化され、当該ポスト（６）への応力付与に起因する歪ゲージ（２）への刺激による当該歪ゲージ（２）の特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサにおいて、ポスト（６）への応力を効率よく歪ゲージ（２）特性値変化へ変換できる応力センサを提供する。そのため本発明の応力センサは、歪ゲージ（２）が配される部材が、局部的に変形し易い部分を有し、当該部分に歪ゲージ（２）が配される。歪ゲージ（２）は抵抗素子（８）であり、絶縁基板（１）面に配され、絶縁基板が樹脂系材料を主成分とし、当該変形し易い部分が、薄肉部（７）であることが好ましい。

Description

技術分野
本発明は、パーソナルコンピュータ用ポインティングディバイスや、各種電子機器用多機能・多方向スイッチ等に用いることができる応力センサに関するものである。
背景技術
絶縁基板面にポストが固着又は一体化され、当該ポストへの応力付与に起因する歪ゲージへの刺激による当該歪ゲージの特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサについては、特開２０００−２６７８０３号公報にその開示がある。
その構造は図６（ａ）に示すように、歪ゲージである抵抗素子２２が、基板２０面中心を交点とする基板２０面に沿った直交する二直線上に、且つ当該交点から実質的に等距離位置に配され、基板２０面中心と底面輪郭が正方形であるポスト３０の底面の中心とが実質的に一致するよう、且つポスト底面の輪郭３０ｂの各辺が各々の抵抗素子２２と対向するよう固着されている。
また図６（ｂ）では、ポスト３０に対しＸ方向（つまり任意の横方向）、図６（ｃ）ではポスト３０に対しＺ方向（つまり下方向）へ応力を付与した際の上記応力センサの動作を示している。
上記応力センサの動作において、図６（ｂ）のようにポスト３０へＸ軸方向の応力を付与した場合、及び同図（ｂ）のようにポスト３０へＺ軸方向の応力を付与した場合のいずれも、回路板３１により固定されるはんだ３２が基板２０端部を固定し、前記応力が基板２０のポスト底面の輪郭３０ｂの各辺に対応した位置を主に撓ませている。また前記応力により、当該位置に配置されている抵抗素子２２が伸張又は収縮し、それに伴い抵抗素子２２の抵抗値が変化する機構となっている。
しかしながら上記従来の構成の場合、ポスト３０への応力付与に対する感度（出力）が小さい問題点があった。その理由は、付与されたポスト３０への応力を効率よく抵抗値変化へ変換できていなかったためと考えられる。
そこで本発明が解決しようとする課題は、ポストへの応力を効率よく歪ゲージ特性値変化へ変換できる応力センサを提供することである。
発明の開示
上記課題を解決するため本発明の、絶縁基板１面にポスト６が固着又は一体化され、当該ポスト６への応力付与に起因する歪ゲージ２への刺激による当該歪ゲージ２の特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサは、歪ゲージ２が配される部材が、局部的に変形し易い部分を有し、当該部分に歪ゲージ２が配されることを特徴とする。
歪ゲージ２が配される部材に局部的な変形し易い部分が存在すると、上記応力は歪ゲージ２が配される部材へ伝播し、当該変形し易い部分に集中しやすくなる。そこで応力が集中しやすい部分に歪ゲージ２を配することで、歪ゲージ２が大きく刺激され得ることとなり、歪ゲージ２の特性値が大きく変化する。即ち、ポスト６への応力を効率よく歪ゲージ２特性値変化へ変換できる応力センサを提供することとなり、上記課題を解決できる。
ここで「局部」の意味は、歪みゲージ２が配される部材の当該歪みゲージ２配置位置近傍領域、及び必要に応じその延長領域である。例えば図１に示すように、絶縁基板１に線状の薄肉部７を形成し、歪みゲージ２上を横切らせて配置する。このように「局部」の意味を「狭い領域」のように定義付ける理由は、応力センサ全体の強度維持を考慮したためである。単にポスト６への応力を効率よく歪ゲージ２特性値変化へ変換することを実現するのであれば、例えば図１における絶縁基板１全域を薄くしたり、図１（ｂ）に示す薄肉部７で囲われた領域全体を薄肉にすればよい。しかしそのような構成では、使用によりポスト６底面の輪郭が当該薄肉部７を過度に刺激し、後述する塑性変形を起こすおそれがある。本発明は、このような不都合を解消することをも考慮している。
上記本発明の応力センサの構成にあっては、歪ゲージ２は絶縁基板１面に形成されていてもよく、またはポスト６側面等に形成されていてもよい。即ちポスト６への応力付与に起因して抵抗素子２が刺激される機構を有していればよい。
上記刺激とは、歪ゲージ２の電気的特性値が変化し得る刺激である。従って、ポスト６側面又は絶縁基板１の撓み（形状変化）に起因する、当該絶縁基板１に配された歪ゲージ２の伸張、収縮や、ポスト６底面による歪ゲージ２の押圧、当該押圧解除等のことである。ここで前記歪ゲージ２の伸張、収縮は、例えば図６（ｂ）、（ｃ）に示した動作であり、抵抗素子２２が伸張することにより抵抗値が大きくなり、また抵抗素子２２が収縮することにより抵抗値が小さくなる。また歪ゲージ２の押圧、当該押圧解除は、例えばポスト６底面と絶縁基板１面との間に歪ゲージ２が配されている構成によりなされる。この歪ゲージ２の押圧によって、歪ゲージ２が配される部材の変形しやすい部分と歪ゲージ２とが同時に変形して、大きな特性値変化を生む。またその押圧の解除により、変形も解除されて特性値が押圧前の値に戻る。
一般的に応力センサは、上記抵抗値等の電気特性を検知、演算等する制御部があってはじめて応力センサとして機能する。しかし本明細書では、便宜上前記制御部を除いた部分について「応力センサ」と表現することとする。
また「ポスト６が基板１面に固着される」とは、ポスト６と基板１とがそれぞれ別の部材であり、両者が接着剤等で固定される状態を言う。また「ポスト６が基板１面と一体化される」とは、ポスト６と基板１とが一体成形等で形成された状態を言う。後者の場合、本明細書中で「ポスト底面の輪郭」と表現する箇所があったときは、前者の場合における「ポスト底面の輪郭」と対応する部分を指している。
また歪ゲージ２は図１（ｂ）に示す抵抗素子８等の、応力付与に起因する刺激により電気特性を変化させる機能を有するものであれば適用可能である。また抵抗素子８以外では、例えばチップ化された、厚膜や薄膜がアルミナ等の絶縁基板１上に形成された抵抗器や、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる圧電セラミック等の圧電素子等が歪ゲージ２として好適に使用可能である。
上記変形し易い部分は、例えば図１に示すような絶縁基板１に形成された薄肉部７等である。薄肉部７を形成する手段には、絶縁基板１を成形する際に用いる成形金型にその形成を実現させる形状を具備させる手段や、薄肉部７のない絶縁基板１に対して掘削加工を施す手段、又レーザ出力を適正化した上で絶縁基板１面にレーザ照射して絶縁基板１面を局部的に溶かし、溝を形成する手段等がある。かかるレーザ照射による手段は、ビーム径の調整により容易に薄肉部７幅を狭く（数十μ程度）できる点、またビーム径の調整により容易に薄肉部７幅を調整し得る点、且つその工程の大量加工が可能である点で好ましい。また薄肉部７幅を狭くすることによる利点は、薄肉部７領域を小さく抑えることができることから、応力センサ全体としての強度維持が図れる点である。
また当該薄肉部７には、歪ゲージ２が配される部材よりも柔軟な材料を充填することが好ましい場合がある。その場合とは、薄肉部７を形成したがために、応力センサ使用時にポスト６へ付与される応力により歪ゲージ２が配される部材が、弾性変形を超える塑性変形を起こしてしまう蓋然性が高い場合である。そのような場合に前記柔軟な材料の存在は、歪ゲージ２が配される部材の変形しやすい部分の変形のし易さを極端に損なうことなく、薄肉部７を補強する効果をもたらす。またその充填量の調整、充填箇所の選択、充填材料の選択によっては、ポストへの応力の歪ゲージ特性値変化への変換率を調整することもできる。また充填状態、例えば充填物が薄肉部７から溢れ出すように充填する場合の当該溢れ量、溢れ出し距離等の溢れ状態の調整によっても前記変化率を調整することができる。
上記前記柔軟な材料は、例えば歪ゲージ２が配される部材がセラミックからなる場合は、繊維強化プラスチック等である。また歪ゲージ２が配される部材がガラス繊維混入エポキシ樹脂等の繊維強化プラスチックからなる場合には、繊維が混入してないエポキシ樹脂系ペーストを硬化した材料や、シリコーン樹脂ペーストを熱硬化させた材料やその他ゴム系材料等である。
尚、図１（ａ）における薄肉部７は、図１（ｂ）における薄肉部７の配置からは本来見えない筈であるが、理解が容易になるよう敢えて示した。
また上記本発明の構成及びそれを基本とした好ましい構成において、図１（ｂ）に示すように歪ゲージ２が絶縁基板１面に配され、線状に存在する変形し易い部分（薄肉部７）が、ポスト６と絶縁基板１端を結ぶ直線と実質的に直交することが好ましい。このような構成（以下、「線状」の構成、と略記する。）を採用することにより、ポスト６へ付与された応力のロスを極力低減して前記変形し易い部分（薄肉部７）へ応力を伝達することができ、ポスト６への応力をより効率よく歪ゲージ２特性値変化へ変換できる応力センサを提供できる。その理由を以下に述べる。
応力センサを機能させる絶縁基板１を撓ませる（変形させる）必要最小限領域は、歪ゲージ２（抵抗素子８）の存在領域である。仮に前記変形し易い部分（薄肉部７）が無かったとすると、ポスト６に付与された応力は絶縁基板１の略全体に及ぶ。即ち不必要領域の絶縁基板１領域をも撓ませることとなるのである。当該不必要領域とは、例えば図１における歪ゲージ２よりも外側（絶縁基板１端部側）の絶縁基板１領域や、隣合う歪ゲージ２間の絶縁基板１領域である。このような絶縁基板１の不必要領域を撓ませる応力は、歪ゲージ２が感知することができず、応力のロスとなる。
また仮に変形し易い部分（薄肉部７）が、上記のように線状に存在していないで点在している場合は、当該点が存在せず、且つ歪ゲージ２が配されていない絶縁基板１領域を撓ませるための応力が、応力のロスとなる。但し当該点と点とが近接しており、実質的に線状とみなすことができる場合は応力のロスは殆ど無いと言える。この場合は、上記「線状」と同様の構成を有し、上記「線状」と同様の効果が得られるため、「線状」であるとすべきである。
このように上記「線状」の構成を有することで、応力ロスを低減でき、変形し易い部分（薄肉部７）へ効率良く応力集中できるのである。仮にポスト６側面に上記「線状」の構成を具備させるには、ポスト６周囲に連続的又は不連続的に、溝を形成させる等する。
また「線状」の構成の変形例を図２に応力センサの上面図として示した。図２において歪ゲージ２は、絶縁基板１裏面に配されている。図２（ａ）はポスト６底面が正方形であり、当該正方形の各辺に対応する位置に歪ゲージ２が絶縁基板１裏面に配されており、各歪ゲージ２に対応する薄肉部７が各々独立して存在し、各薄肉部がつながっていない構成である。図２（ｂ）は図１（ｂ）の構成において、薄肉部７が点在し、且つ当該点と点との間が近接しており、実質的に線状とみなすことができる構成である。図２（ｃ）はポスト６底面形状が円形であり、且つ薄肉部７が円環状である構成である。このような構成であっても、薄肉部７はポスト６と絶縁基板１端を結ぶ直線と実質的に直交していると言える。図２（ｄ）は図２（ｃ）において、薄肉部７が点在し、且つ当該点と点との間が近接しており、実質的に線状とみなすことができる構成である。図２（ｅ）は図２（ｃ）において、各歪ゲージ２に対応する薄肉部７が各々独立して存在し、各薄肉部がつながっていない構成である。
ここで、歪ゲージ２に対応する薄肉部７が各々独立して存在し、各薄肉部がつながっていない構成や、薄肉部７が点在し、且つ当該点と点との間が近接しており、実質的に線状とみなすことができる構成は、前述のように応力ロスがある。しかし歪ゲージ２が配される部材の強度が比較的低い場合にあっては、却ってこのような構成が好ましい場合がある。その理由は、絶縁基板１等の歪ゲージ２が配される部材の強度を維持することと、応力ロス低減や応力センサ出力値を高く維持することの双方を完全に満足することは困難であり、相反する事項とも言えるからである。従って双方の事情に応じて本発明の応力センサの設計をすべき場合がある。
また、前記応力ロスが無視できる程度である場合や問題とならない場合、例えば歪ゲージ２への刺激に要する応力を超えた分の応力等がある場合が予想される場合も、歪ゲージ２に対応する薄肉部７が各々独立して存在し、各薄肉部がつながっていない構成や、薄肉部７が点在し、且つ当該点と点との間が近接しており、実質的に線状とみなすことができる構成が好ましいことは言うまでもない。
以上の「線状」の構成についての説明では、本発明にかかる「変形し易い部分」を薄肉部７として表現した。しかし、「線状」の構成における変形し易い部分が薄肉部７に限定されないことは言うまでもない。例えば「変形し易い部分」を絶縁基板１材質とは異なるもので構成する等である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態の一例を、パーソナルコンピュータのポインティングディバイスに本発明の応力センサを適用した例について以下に示す。
図４に示す、ガラス繊維混入エポキシ系樹脂を主成分とする厚み０．８ｍｍ程度の積層板（絶縁基板１）を用意する。このとき、プレス成形用金型に図４に示す薄肉部７を形成可能な形状を具備させる。出来上がった絶縁基板１には、その厚みの１０％程度（８０μｍ程度）の深さの薄肉部７が形成されていた。
尚、図４（ａ）における薄肉部７は、図４（ｂ）における薄肉部７の配置からは本来見えない筈であるが、理解が容易になるよう敢えて示した。
次に絶縁基板１両面に、厚み約１８μｍの導体層としての銅箔を貼付する。この両面銅張積層板である絶縁基板１は、外形が長方形のセンサ部用基板１を１単位として、それが縦横に多数連なるような回路パターン（導体５）となるよう、且つ最終的に抵抗素子８とトリマブルチップ抵抗器１４と端子１０とが図３に示す電気接続状態となるよう、絶縁基板１表裏に亘りパターニングする。
当該パターニングの第１ステップでは、前記両面銅張積層板の表裏に亘る導電通路となるに必要な箇所を穴開け加工する。第２ステップでは前記穴開け加工したスルーホール内壁に導体形成し、表裏の銅箔を導通させる目的で触媒付与無電解銅めっき及び電解銅めっきをこの順に施す。第３ステップ以降は公知のドライフィルムレジストによるフォトエッチング法により、表面の導体層を一部除去する。その残部として導体５を得る。ここで図４では導体５末端から端子集合部１８までの経路の図示を省略しているが、各抵抗素子８（Ｒ１〜４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１〜４）により図３に示すブリッジ回路を形成する経路としている。また端子集合部１８には、端子（Ｖｃｃ、ＧＮＤ、Ｙｏｕｔ、Ｘｏｕｔ）が一定間隔で存在している。
次いで得られた大型の基板における上記１単位の絶縁基板１各々に対し、打抜き加工により図６に示す基板穴１６、支持用穴１２及び端子集合部１８が存在するを形成するための切欠き部を形成する。上記１単位のセンサ部用基板１について形成された４つの支持用穴１２は、略正方形の頂点位置となるよう形成され、当該正方形の対角線の交点は、後で配置するポスト６底面の輪郭の中心と略一致するものとする。
次いで樹脂系（カーボン・レジン系）の抵抗体ペーストをスクリーン印刷により図６に示すよう形成・加熱硬化させて抵抗体３とする。更に抵抗体１３を保護するため、シリコーン系樹脂ペーストをスクリーン印刷し、その後当該ペーストを硬化して保護膜を形成する。これで抵抗素子８が得られる。
次いで各抵抗素子８と直列に導体５により電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４を、図３に示すような抵抗素子８との接続状態を実現するよう、公知の実装技術、リフロー技術により配する。またトリマブルチップ抵抗器１４は、図４に示すように、センサ部用基板１の抵抗素子８が配された面と逆の面に配した。
その後抵抗素子８と、それぞれの抵抗素子８と直列に電気接続されたトリマブルチップ抵抗器１４との抵抗値の和を所定範囲に調整するため、トリマブルチップ抵抗器１４に対しレーザトリミングを施す。直接抵抗素子を構成する抵抗体３に対してトリミングを施さなかった理由は、樹脂成分を有する抵抗体３、及び抵抗体３が配されている、樹脂を主成分とする絶縁基板１に対しトリミングを施すことによる抵抗値の不安定化の防止を考慮したためである。これら樹脂はレーザトリミングのように非常に高温の処理に対しては不安定な挙動を示す。
そして図４に示すように、各々の１単位の絶縁基板１に、アルミナを成形した、底面の輪郭が正方形のポスト６を、その底面が絶縁基板１の抵抗素子８が配された面とは逆の面に当接するよう、且つその底面の中心が各１単位の絶縁基板１の中心と実質的に一致するようエポキシ系接着剤で固定する。これで本発明の応力センサの集合体が得られる。
ポスト６の固定の位置ずれは無いに越したことはないが、強いて言うとその許容範囲は、薄肉部７で囲まれた領域内にポスト６底面が全て存在するまでの位置ずれであると言える。図６に示す従来の応力センサにあっては、ポスト３０の位置ずれの許容範囲は極めて狭かった。その理由はポスト底面輪郭３０ｂ位置に対応する基板２０位置が基板２０の最大撓み位置となり、応力センサの性能に密接に関係するためである。その点本例の構成によって、ポスト６の位置ずれが多少緩和されたのは従来に比しての利点の一つである。
次いで大型の基板を各１単位の絶縁基板１となるよう、大型の基板面に縦横に多数設けられた分割用ライン（可視のラインでも不可視のラインでもよい）に沿ってディスクカッターにより切断・分割し、個々の応力センサとする。本例のようにポスト６を分割前に固定することにより、作業性が良好になる。その理由は、個々の応力センサに分割した後にポスト６を各々の応力センサを有する絶縁基板１に取付ける作業は、大型の基板に対する作業に比して取扱い性、ハンドリング性に劣り、煩雑なためである。
ここで得られた応力センサは、絶縁基板１面のセンサ有効領域の中心を交点とする、絶縁基板１面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に歪ゲージ２が４箇所配され、且つ前記絶縁基板１面のセンサ有効領域の中心とポスト６底面の中心とが実質的に一致するよう、ポスト６と絶縁基板１とが固着又は一体化される応力センサである。
当該応力センサは、支持用穴１２を介して電子機器の筐体に固定して使用する。するとその固定状態では基板穴１６の外側の基板３周縁部は、ポスト２に応力を付与した場合でも殆ど変形しない非変形部となり、基板穴１６の内側はポスト５に応力を付与すると変形し、抵抗素子８を伸張、収縮させる変形部となる。当該変形部全域が、センサ部用基板１面の「センサ有効領域」となる。また前述のトリマブルチップ抵抗器１４は前記非変形部に配されているため、ポスト２に付与した応力にその抵抗値変化の影響を受けることは殆ど無い。
本例では絶縁基板１をガラス繊維混入エポキシ樹脂とした。つまり絶縁基板１の主成分を樹脂系材料とした。これに代えて絶縁基板１をアルミナ等のセラミック製とすることも考えられる。しかしセラミックでは本例のように薄肉部７を形成すると、そこを起点として破壊しやすい。またセラミックに対し、他の手段によって局部的に変形し易い部分を形成する場合は、その可とう性の乏しさから加工に困難を伴う場合が多いと考えられる。従って、本例のように絶縁基板１の主成分を樹脂系材料とすることが好ましい場合が多いと考えられる。
図３は本発明の応力センサにおける、電気信号入出力の状態の概要を示している。４組の抵抗素子とトリマブルチップ抵抗器がブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路の電圧印加端子（Ｖｃｃ）−（ＧＮＤ）間には所定の電圧が印加されている。また同図左側の抵抗素子８（Ｒ１、２）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ１、２）の抵抗値を解析することによりＹ端子（Ｙｏｕｔ）によりＹ軸方向の応力センサが構成され、更に同図右側の抵抗素子８（Ｒ３、４）及びトリマブルチップ抵抗器１４（Ｒｔｒｉｍ３、４）の抵抗値を解析することによりＸ軸方向の応力センサが構成される。更にはポスト頂面を下向き（Ｚ軸方向）に押下した場合、抵抗素子８（Ｒ１〜４）のそれぞれの抵抗値全てが上昇するため、その状態を前記Ｘ軸又はＹ軸方向の応力とは区別して検知される。
上記下向き（Ｚ方面）への応力付与に何らかの機能を付与することにより、多機能化が図れる。例えば本例のようにコンピュータのポインティングディバイスとして本発明の応力センサを使用した場合、いわゆるマウスをクリックする信号に割り当てることができる。また、例えばいわゆる携帯電話等の小型携帯機器用の多機能・多方向スイッチとして本発明の応力センサを使用した場合には、所定時間下向きへの応力付与をしたときに当該携帯機器の電源のオン・オフの命令に対応させる等が可能となる。
トリマブルチップ抵抗器１４を用いるべきか否かは、抵抗素子８を構成する各部材の材質や、絶縁基板１の材質により判断すべきである。例えばセンサ部用基板１の材質がセラミックであって、抵抗体３の材質がメタルグレーズである場合には、直接抵抗素子８を構成する抵抗体３に対してレーザートリミングを施したとしても、その後の抵抗値の不安定化のような不都合は無視できる程度である。従って、このような場合は、トリマブルチップ抵抗器１４を用いなくてもよい。但しその他の原因等があり、トリマブルチップ抵抗器１４を用いる必要がある場合は、その必要に応じて用いるべきであることは言うまでもない。
また本例では基板穴１６を設けて、絶縁基板１を撓ませやすくし、且つ絶縁基板１を意図する方向へ撓ませやすくするガイド的役割を担わせていた。しかし薄肉部７等の変形し易い部分の存在により、基板穴１６のこれら２つの役割の双方を担わせることも可能である。従って本発明により、絶縁基板１への穴開け加工の一部（基板穴１６に該当する部分）の省略を可能とする利点もある。
（他の実施の形態）
図５に本発明の他の実施の形態を示した。図５に示した応力センサは、絶縁基板１面に凹部１９を有し、当該凹部１９にポスト６底部が嵌合状態で固着され、且つ当該絶縁基板１を介して凹部１９輪郭と対応する絶縁基板１位置に歪みゲージが配され、当該ポスト６への応力付与に起因する歪ゲージ２への刺激による、当該歪ゲージ２の特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握することを特徴とする応力センサである。
図５（ａ）は、ポスト６底部が凹部１９に嵌合する前の状態を示しており、図５（ｂ）は当該嵌合後の状態を示している。この場合において、ポスト６底部の輪郭と凹部１９の輪郭とが略同形状であって、嵌合状態で殆ど両者間に隙間がないことが好ましい。その理由は、両者間に隙間が生じるとポスト６底部の輪郭が凹部１９底面即ち絶縁基板１の薄肉部７と同視できる部分を過度に刺激し、当該部分が前述した塑性変形を起こすおそれがあるためである。前述した通り本発明の応力センサは、応力センサ全体の強度維持にも考慮を払っている。図５に示す応力センサのポストに過度な応力が付与された場合には、凹部１９内側壁面に当該応力が分散され、凹部１９底面へ過度な応力が付与されるのを抑制している。また凹部１９にポスト６底部が嵌合状態で「固着」されていることからも、その応力分散効果が強化されている。
またポスト６に付与された応力は、絶縁基板１のポスト６底面輪郭が位置する部分に集中することは、従来から知られている（図６）。図５の構成においても同様であり、ポスト６底面輪郭が位置する凹部１９輪郭部分に応力が集中する。従って図５（ｃ）に示すように歪みゲージ２を凹部１９輪郭部分に配することで、ポスト６への応力を効率よく歪ゲージ２特性値変化へ変換できる応力センサを提供することができる。以上のことから図５に示した応力センサは、応力センサ全体の強度を維持しつつ、ポスト６への応力を効率よく歪ゲージ２特性値変化へ変換できるものであるということができる。このことから従来のように絶縁基板１を単に撓ませるために必要だった、ポスト６底面輪郭から絶縁基板１端部までの距離を大きくとる必要がなくなり、従来の応力センサ（図６）よりも全体寸法を小さくできる利点もある。このことについては、図１、図２、図４に示した応力センサについても同様のことが言える。
前記ポスト６材質は、絶縁基板１の材質よりも剛性が高いか、剛性が同等レベルであることが好ましい。絶縁基板１の撓みを容易にし、ポスト６への応力の歪ゲージ２への伝達効率を高めるためである。例えば絶縁基板１がガラス樹脂混入エポキシ系樹脂成形体である場合のポスト６材料は、アルミナ等のセラミックが好適である。
また上記「固着」用材料は、エポキシ系等の接着剤等が好適である。また「嵌合」作業には公知の実装装置の利用が効率面で好適である。従来のポスト６の絶縁基板１への載置の際には、ポスト６の位置ずれ、それに伴う応力センサ特性値のばらつきが懸念されたが、図５に示す応力センサの場合、そのような懸念は不要である利点がある。ポスト６の配置位置が予め決定されているからである。
産業上の利用可能性
本発明により、ポストへの応力を効率よく歪ゲージ特性値変化へ変換できる応力センサを提供することができた。この場合において、応力センサ全体の強度維持をも可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の応力センサの一例の側面図（ａ）及び下面図（ｂ）である。図２は、本発明の応力センサの上面図を示す図である。図３は、本発明の応力センサにおける、電気信号入出力の状態の概要の一例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態の一例の応力センサを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は上面図を示す図である。図５は、本発明の他の実施の形態の応力センサを示すであり、（ａ）はポスト嵌合前の側面図、（ｂ）はポスト嵌合状態の側面図、（ｃ）は上面図であって、下面にある歪みゲージの位置がわかるように示した図である。図６は、（ａ）は従来の応力センサにかかる各構成要素の位置関係の一例を示した図であり、（ｂ）、（ｃ）応力センサの動作状態の一例を示す図である。
これらの図面に付した符号は、１…絶縁基板、２…歪ゲージ、３…抵抗体、５…導体、６…ポスト、７…薄肉部、８…抵抗素子、１０…端子、１２…支持用穴、１４…トリマブルチップ抵抗器、１６…基板穴、１８…端子集合部、１９…凹部、２０…基板、２２…抵抗素子、２３…ポスト操作部、２４…導体、３０…ポスト、３０ｂ…ポスト底面輪郭、３１…回路板、３２…はんだ、である。

Claims (10)

1. 絶縁基板面にポストが固着又は一体化され、当該ポストへの応力付与に起因する歪ゲージへの刺激による当該歪ゲージの特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握し得る応力センサにおいて、
   前記歪ゲージが配される部材が、局部的に変形し易い部分を有し、当該部分に歪ゲージが配されることを特徴とする応力センサ。
2. 絶縁基板面に凹部を有し、当該凹部にポスト底部が嵌合状態で固着され、且つ当該絶縁基板を介して凹部輪郭と対応する絶縁基板位置に歪みゲージが配され、当該ポストへの応力付与に起因する歪ゲージへの刺激による、当該歪ゲージの特性値変化から前記応力の方向と大きさとを把握することを特徴とする応力センサ。
3. 歪ゲージが絶縁基板面に配されることを特徴とする請求項１記載の応力センサ。
4. 歪ゲージが抵抗素子であり、特性値が抵抗値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の応力センサ。
5. 絶縁基板が樹脂系材料を主成分とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の応力センサ。
6. 変形し易い部分が、歪ゲージが配される部材の局部的な薄肉部であることを特徴とする請求項１、３〜５のいずれかに記載の応力センサ。
7. 薄肉部に、歪ゲージが配される部材よりも柔軟な材料が充填されることを特徴とする請求項６記載の応力センサ。
8. 変形し易い部分が線状に形成されることを特徴とする請求項１、３〜７のいずれかに記載の応力センサ。
9. 歪ゲージが絶縁基板面に配され、線状に存在する変形し易い部分が、ポストと絶縁基板端を結ぶ直線と実質的に直交することを特徴とする請求項８記載の応力センサ。
10. 絶縁基板面のセンサ有効領域の中心を交点とする、絶縁基板面に沿った直交する二直線上、且つ当該交点から実質的に等距離位置に歪ゲージが４箇所配され、且つ前記絶縁基板面のセンサ有効領域の中心とポスト底面の中心とが実質的に一致するよう、ポストと絶縁基板とが固着又は一体化されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の応力センサ。

Images