WO2007114088A1 - ひずみゲージの製造方法 - Google Patents

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WO2007114088A1
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Isamu Takeuchi
Hideaki Minamiyama
Hiroshi Ueno
Shinichi Mizuta
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Millennium Gate Technology Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring 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
    • G01L1/22—Measuring 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
    • G01L1/2287—Measuring 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a strain gauge. More specifically, the present invention relates to a strain gauge manufacturing method in which a foil gauge can be directly installed on a bearing or the like.
  • bearings using rolling elements are preloaded with rolling elements for the purpose of increasing rigidity or eliminating gaps to prevent fine movement and wear during transportation.
  • the preload itself has not been measured.
  • the preload is indirectly measured based on the value of the tightening torque pressure, or the preload is often applied depending on the intuition of an engineer. Therefore, there was a risk that the preload was not set properly.
  • a pressure sensor such as a strain gauge is provided on the outer surface of the bearing for the purpose of directly measuring the preload (Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 2-2 1 3 4 3 8). .
  • a groove is provided on the outer surface of the bearing, and a pressure sensor is accommodated therein. It has been reported that with this pressure sensor, the preload value applied by tightening the nut can be monitored and set to an appropriate value.
  • a foil gauge which is a general strain gauge, is a structure in which a resistive foil with a thickness of several microns is bonded to a pattern shape by photoetching on a base such as plastic, and is usually attached to the object to be measured with an adhesive. ing. In this way, a wet process is often used to manufacture a foil gauge, and it is also necessary to individually bond a base equipped with a foil gauge to the object to be measured. is there. Therefore, it was difficult to install strain gauges in-line in the bearing manufacturing process. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a strain gauge capable of in-line production.
  • the present invention provides a method for producing a strain gauge, the method comprising:
  • a transfer foil in which a foil made of a resistive material is coated on an adhesive resin film
  • the resistance material is selected from the group consisting of a copper nickel alloy, a nickel chromium alloy, a copper manganese alloy, and an iron chromium alloy.
  • lead wires are arranged on the transfer foil film so as to be in contact with the foil made of the resistive material.
  • the adhesive resin is a thermosetting adhesive resin.
  • the object to be measured is a bearing.
  • the present invention also provides a member in which a strain gauge made of a resistive material is provided on an outer surface only through an adhesive resin.
  • the strain gauge can be directly applied on the surface of the measured object by a simple means. Furthermore, according to the method of the present invention, a strain gauge can be provided in the production line of the object to be measured.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a foil gauge pattern. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • a strain gauge uses the property that its electrical resistance changes when it receives a strain.
  • Strain gauges are classified as foil gauges, wire gauges, semiconductor gauges, etc., depending on the type of resistive element that is sensitive to strain.
  • the strain gauge mainly means a foil gauge.
  • a foil gauge has a pattern in which a resistance element is formed of a foil (resistive foil) made of a resistive material, and has a predetermined resistance value according to an object to be measured.
  • a foil gauge has an arbitrary gauge length and an arbitrary number of dalid widths.
  • the gauge length of the foil gauge 1 is usually 0.15 to 120 mm, and the grid width is usually 0.1 to 50 mm. In general, the size is about several mm X several mm.
  • the resistive material is not particularly limited as long as it can be used as a resistive foil.
  • resistive materials include copper-nickel alloys (eg, Constantan, Advance), Eckel-chrome alloys (eg, Nichrome, Karma), copper-manganese alloys (eg, manganin, isaverine, Novoconstant), iron-chrome alloys, and the like. It is done.
  • As the resistive material a material having a desired resistance is appropriately selected.
  • the adhesive resin film used in the present invention is a film mainly composed of an organic polymer adhesive resin.
  • an adhesive resin film that is cured by heating, pressurization, ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, or the like is preferable.
  • adhesive resins include thermosetting adhesive resins (for example, phenol resins, urea resins, epoxy resins, urethane adhesive resins, etc.), pressure sensitive adhesive resins, and photosensitive adhesive resins.
  • thermosetting adhesive resins for example, phenol resins, urea resins, epoxy resins, urethane adhesive resins, etc.
  • pressure sensitive adhesive resins for example, pressure sensitive adhesive resins, and photosensitive adhesive resins.
  • a thermosetting adhesive resin is preferred.
  • the thickness of the adhesive resin film is usually about 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the transfer foil film is a film obtained by coating the adhesive resin film with a foil (thin film) made of the above-mentioned resistant material.
  • the resistive material is almost uniformly coated on one side of the adhesive resin film by means commonly used by those skilled in the art, such as vacuum deposition, sputtering, and plating.
  • the transfer foil film need not have a foil gauge pattern.
  • the thickness of the foil (thin film) is not particularly limited, but is usually several ⁇ , more preferably about 0.1 to 2.2 ⁇ .
  • the transfer foil film may be further coated with a transfer protective film for protecting the foil during transfer.
  • a transfer protection film include a polyester film.
  • the lead wire 2 is provided for convenience in order to connect the foil gauge 1 and a device for passing a current through the foil gauge 1 and measuring the change in electrical resistance.
  • the lead wire 2 can be connected to the resistance foil by, for example, soldering or spot welding.
  • the strain measurement object is not particularly limited as long as it is a solid member. Specific examples include members such as a bearing, a torque meter, and a pressure gauge.
  • the method of the present invention is performed using foil transfer technology. That is, the method of the present invention comprises a step of preparing a transfer foil film in which a foil made of a resistive material is coated on an adhesive resin film; a desired portion on the outer surface of a strain object to be measured; A step of bringing the adhesive resin film surface of the transfer foil film into contact; and processing the transfer foil film to form a foil gauge pattern through the adhesive resin into the object to be measured A step of transferring to the substrate.
  • the above-mentioned transfer foil film is prepared according to the strain to be measured.
  • the adhesive resin film surface of the transfer foil film is brought into contact with a desired portion on the outer surface of the strain measurement object.
  • it is simply placed in a desired portion, and heating or pressurization is not performed.
  • the transfer foil film is processed to transfer a foil gauge pattern to the object to be measured through the adhesive resin.
  • treatment differs depending on the type of adhesive resin, and the shape of a predetermined foil gauge pattern is drawn or pressed on the transfer foil film by means of heating, pressurization, ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, etc. I mean this.
  • This process transfers the foil gauge pattern.
  • the foil gauge pattern is transferred to the outer surface of the object to be measured by, for example, drawing or pressing a predetermined pattern while heating from above the transfer foil film.
  • a heating means for example, printing using a thermal head such as that used in thermal transfer printers, heating and pressing a predetermined pattern mold, and drawing by laser irradiation Etc.
  • the transfer can be performed by pressing a predetermined pattern mold on the transfer foil or by drawing a predetermined pattern while pressing the tip of the pin.
  • the foil gauge pattern is measured by, for example, drawing a predetermined pattern from the top of the transfer foil with an ultraviolet beam, or by irradiating ultraviolet rays through a photomask of a predetermined pattern. It is transferred to the outer surface of the object.
  • the foil gauge pattern is easily transferred onto the outer surface of the object to be measured. Is done.
  • the transferred foil gauge pattern can be further covered with a protective film as required.
  • the protective film include a polyester film.
  • the protective film can be glued to cover the entire foil gauge pattern using a suitable adhesive resin.
  • the protective film can be formed by applying a molten or dissolved protective film material so as to cover the entire foil gauge pattern, and then cooling or drying.
  • the protective film may be formed by plating. Industrial applicability,
  • the strain gauge can be directly applied on the surface of the object to be measured by a very simple means. Furthermore, according to the method of the present invention, a strain gauge can be provided in the production line of the object to be measured. Therefore, it is possible to improve the production efficiency of the object to be measured that needs to be provided with a strain gauge. In particular, it can be easily applied to bearings and so on, which is useful for setting preload appropriately. It can also be applied to tonolec meters and pressure gauges.

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Abstract

本発明は、インライン生産可能なひずみゲージの製造方法が提供される。本発明の方法は、接着樹脂フィルム上に抵抗性材料からなる箔がコーティングされた転写箔フィルムを準備する工程；ひずみの被測定物の外表面上の所望の部分に、該転写箔フィルムの該接着樹脂フィルム面を当接させる工程；および該転写箔フィルムを処理して、該接着樹脂を介して箔ゲージパターンを該被測定物に転写する工程を含む。

Description

ひずみゲージの製造方法
技術分野
本発明は、 ひずみゲージの製造方法に関する。 より詳細には、 軸受などに 箔ゲージを直接設置することが可能な、 ひずみゲージの製造方法に関する。
明 背景技術
書
転動体を用いた軸受には、 一般的に、 剛性を増す目的、 あるいは、 運搬時 の微動や摩耗の防止のために隙間をなくす目的などで、 転動体に予圧が付与 されている。 従来は、 予圧自体の計測は行われておらず、 例えば、 締め付け トルク圧の値に基づいて予圧を間接的に計測すること、 あるいは技術者の勘 に頼って予圧を付与することが多かった。 そのため、 予圧が適切に設定され ていないおそれがあった。
このような軸受において、 予圧を直接計測する目的で、 ひずみゲージなど の圧力センサを軸受の外表面に設けることが開示されている （特開 2 0 0 2 — 2 1 3 4 3 8号公報） 。 ここでは、 軸受の外表面に溝が設けられており、 その中に圧力センサが収納されている。 この圧力センサによって、 ナットの 締め付けによって付与される予圧の値をモユタ一でき、 適正な値に設定でき ることが報告されている。
一般的なひずみゲージである箔ゲージは、 プラスチックなどのベース上に 数ミクロン厚の抵抗箔がフォトエッチングなどによってパターン形状に接着 された構造であり、 通常、 接着剤で被測定物に貼り付けられている。 このよ うに、 箔ゲージの製造にはウエットプロセスが用いられることが多く、 さら に、 箔ゲージを搭載したベースを個々に被測定物に対して接着させる必要が ある。 したがって、 軸受の製造プロセスにおいて、 軸受にインラインでひず みゲージを取り付けることは困難であった。 発明の開示
本発明は、 インライン生産可能なひずみゲージの製造方法を提供すること を目的とする。
本発明は、 ひずみゲージの製造方法を提供し、 該方法は、
接着樹脂フィルム上に抵抗性材料からなる箔がコーティングされた転写箔 フィルムを準備する工程；
ひずみの被測定物の外表面上の所望の部分に、 該転写箔フィルムの該接着 樹脂フィルム面を当接させる工程；および
該転写箔フィルムを処理して、 該接着樹脂を介して箔ゲージパターンを該 被測定物に耘写する工程；
を含む。
好適な実施態様では、 上記抵抗材料は、 銅ニッケル合金、 ニッケルクロム 合金、 銅マンガン合金、 および鉄クロム合金からなる群より選択される。 より好適な実施態様では、 上記転写箔フィルムに、 上記抵抗性材料からな る箔と接するようにリード線が配置されている。
ある好適な実施態様では、 上記接着樹脂は熱硬化性接着樹脂である。
さらに好適な実施態様では、 上記被測定物は軸受である。
本発明はまた、 抵抗性材料からなるひずみゲージが、 接着榭脂のみを介し て外表面上に付与されている、 部材を提供する。
本発明の方法によれば、 簡便な手段によって、 ひずみゲージを被測車物の 表面上に直接付与することができる。 さらに、 本発明の方法によれば、 被測 定物の製造ラインにおいてひずみゲージを付与することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 箔ゲージパターンの一例を示す模式図である。 発明を実施するための最良の形態
ひずみゲージは、 ひずみを受感するとその電気抵抗が変化する性質を利用 したものである。 ひずみゲージは、 ひずみを受感する抵抗素子の種類によつ て、 箔ゲージ、 線ゲージ、 半導体ゲージなどに分類される。 本発明において は、 ひずみゲージとは、 主として箔ゲージのことをいう。
箔ゲージは、 例えば、 図 1に示すように、 抵抗素子が抵抗性材料からなる 箔 （抵抗箔） で形成されたパターンを有しており、 被測定物に応じて所定の 抵抗値を有するように、 任意のゲージ長ならびに任意のダリッド幅おょぴ本 数を有する。 箔ゲージ 1のゲージ長は、 通常 0 . 1 5〜1 2 0 mmであり、 グリッド幅は、 通常 0 . l ~ 5 0 mmである。 一般的には、 数 mm X数 mm 程度の大きさである。
抵抗性材料としては、 通常、 抵抗箔として使用され得る材料であれば、 特 に限定されない。 このような抵抗性材料としては、 銅ニッケル合金 （例えば、 コンスタンタン、 アドバンス） 、 エッケルクロム合金 (例えば、 ニクロム、 カルマ） 、 銅マンガン合金 (例えば、 マンガニン、 ィサベリン、 ノボコンス タント） 、 鉄クロム合金などが挙げられる。 抵抗性材料は、 所望の抵抗を有 するものが適宜選択される。
本発明で使用される接着樹脂フィルムは、 主として有機高分子接着榭脂か らなるフィルムである。 本発明においては、 加熱、 加圧、 紫外線照射、 電子 線照射などによつて硬化する接着榭脂フィルムが好適である。 このような接 着樹脂としては、 熱硬化性接着樹脂 （例えば、 フエノール樹脂、 ユリア樹脂、 エポキシ樹脂、 ウレタン系接着樹脂など） 、 感圧性接着樹脂、 感光性接着榭 脂などが挙げられる。 本発明においては、 接着力や転写の容易性などの点で、 熱硬化性接着樹脂が好適である。 接着樹脂フィルムの厚さは、 通常、 約 0 . 1 ~ 5 μ mでめる。
本発明において、 転写箔フィルムとは、 上記接着樹脂フィルム上に上記抵 抗性材料からなる箔 （薄膜） がコーティングされたフィルムである。 抵抗性 材料は、 真空蒸着、 スパッタリング、 めっきなどの当業者が一般的に用いる 手段によって、 接着樹脂フィルムの片面上にほぼ均一にコーティングされて いる。 この転写箔フィルムには、 箔ゲージパターンが形成されている必要は ない。 箔 （薄膜） の厚さは、 特に限定されないが、 通常は、 数 μ πι、 より好 適には約 0 . 1〜2 . Ο μ πιである。
転写箔フィルムには、 必要に応じて、 さらに、 転写の際に箔を保護するた めの転写保護フィルムがコーティングされていてもよい。 このような転写保 護フィルムとしては、 ポリエステルフィルムなどが挙げられる。
あるいは、 転写箔フィルムには、 必要に応じて、 複数の任意の長さのリー ド線が、 箔と接するように所定の間隔で配置されていてもよい。 図 1に示す ように、 リード線 2は、 箔ゲージ 1に電流を流してその電気抵抗変化を測定 するための装置と箔ゲージ 1とを連結する目的で、 便宜のために設けられる。 リード線 2は、 例えば、 はんだ付けや点溶接によって抵抗箔と接続され得る。 本発明において、 ひずみの被測定物は、 固体の部材であれば、 特に限定さ れない。 具体的には、 例えば、 軸受、 トルク計、 圧力計などの部材が挙げら れる。
本発明のひずみゲージの製造方法について、 以下でより詳細に説明する。 本発明の方法は、 箔転写技術を利用して行われる。 すなわち、 本発明の方 法は、 接着樹脂フィルム上に抵抗性材料からなる箔がコ一ティングされた転 写箔フィルムを準備する工程；ひずみの被測定物の外表面上の所望の部分に、 該転写箔フィルムの該接着樹脂フィルム面を当接させる工程；および該転写 箔フィルムを処理して、 該接着樹脂を介して箔ゲージパターンを該被測定物 に転写する工程を含む。
まず、 接着樹脂フィルム上に抵抗性材料からなる箔がコ一ティングされた 転写箔フィルムを準備する工程では、 ひずみの被測定物に応じて、 上記の転 写箔フィルムを準備する。
次いで、 ひずみの被測定物の外表面上の所望の部分に、 該転写箔フィルム の該接着樹脂フィルム面を当接させる。 ここでは、 単に所望の部分に配置す るだけであって、 加熱や加圧などは行わない。
次いで、 該転写箔フィルムを処理して、 該接着樹脂を介して箔ゲージバタ 一ンを該被測定物に転写する。 ここで、 処理とは、 接着樹脂の種類に応じて 異なり、 加熱、 加圧、 紫外線照射、 電子線照射などの手段によって、 転写箔 フィルムの上から所定の箔ゲージパターンの形状を描画または押し当てるこ とをいう。 この処理によって、 箔ゲージパターンが転写される。
接着樹脂が熱硬化性接着樹脂である場合、 例えば、 転写箔フィルムの上か ら加熱しながら所定のパターンを描画または押し当てることによって、 箔ゲ —ジパターンが被測定物の外表面に転写される。 加熱の手段としては、 例え ば、 感熱転写プリンターに使用されているようなサーマルへッドを用いて印 刷すること、 所定のパターンの型を加熱して押し当てること、 レーザー照射 によって描画することなどが挙げられる。
感圧性接着樹脂の場合、 例えば、 転写箔の上から所定のパターンの型を押 し当てること、 あるいはピンの先端を押し当てながら所定のパターンを描画 することによって転写することができる。
感光性接着樹脂の場合、 例えば、 紫外線ビームによって転写箔の上から所 定のパターンを描画すること、 あるいは、 所定のパターンのフォトマスクを 介して紫外線を照射することによって、 箔ゲージパターンが被測定物の外表 面に転写される。
このようにして、 被測定物の外表面上に、 箔ゲージパターンが容易に転写 される。
転写された箔ゲージパターンは、 必要に応じて、 さらに保護フィルムで被 覆され得る。 保護フィルムとしては、 ポリエステルフィルムなどが挙げられ る。 保護フィルムは、 適切な接着樹脂を用いて箔ゲージパターン全体を覆う ように接着され得る。 あるいは、 保護フィルムは、 溶融または溶解した保護 フィルム材料を、 箔ゲージパターン全体を覆うように塗布した後、 冷却また は乾燥させることによって形成することもできる。 あるいは、 保護フィルム は、 めっきによって形成してもよい。 産業上の利用可能性 ，
本発明の方法によれば、 非常に簡便な手段によって、 ひずみゲージを被測 定物の表面上に直接付与することができる。 さらに、 本発明の方法によれば、 被測定物の製造ラインにおいてひずみゲージを付与することが可能となる。 そのため、 ひずみゲージの付与が必要な被測定物の製造効率を改善できる。 特に、 軸受などに容易に付与することができるので、 予圧の適切な設定に有 用である。 また、 トノレク計、 圧力計などにも応用できる。

Claims

請求の範囲
1 . ひずみゲージの製造方法であって、
接着樹脂フィルム上に抵抗性材料からなる箔がコーティングされた転写箔 フィルムを準備する工程；
ひずみの被測定物の外表面上の所望の部分に、 該転写箔フィルムの該接着 樹脂フィルム面を当接させる工程；および
該転写箔フィルムを処理して、 該接着樹脂を介して箔ゲージパターンを該 被測定物に転写する工程；
を含む、 方法。
2 . 前記抵抗材料が、 銅ニッケル合金、 ニッケルクロム合金、 銅マンガン合 金、 および鉄クロム合金からなる群より選択される、.請求項 1に記載の方法。
3 . 前記転写箔フィルムに、 前記抵抗性材料からなる箔と接するようにリー ド線が配置されている、 請求項 1または 2に記載の方法。
4 . 前記接着樹脂が熱硬化性接着樹脂である、 請求項 1カゝら 3のいずれかの 項に記載の方法。
5 . 前記被測定物が軸受である、 請求項 1から 4のいずれかの項に記載の方 法。
6 . 部材の外表面上に接着樹脂を介して転写された、 抵抗性材料からなる箔 ひずみゲージ。
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