专利名称：应变仪及其制造方法
技术领域：
本发明涉及应变仪及其制造方法，尤其涉及将温度补偿元件进行一体化的应变仪及其制造方法。
背景技术：
以往，将应变仪安装在测量对象物上，使用该应变仪形成桥接电路，检测测量对象物应变的方法被众所周知。人们知道这类应变仪和桥接电路的电路配线以相同的金属箔形成的方法，或者不同于应变仪，电路配线以FPC(柔性印刷电路板)等形成，用焊锡等接合的方法。
而且，以往，人们知道为了对应变仪进行温度补偿，利用温度补偿用元件的技术(例如专利文献I)。专利文献I :日本专利实开昭62-10628号公报然而，现有的应变仪存在不得不将电阻率大电阻温度系数小的应变传感元件，与电阻率小电阻温度系数大的温度补偿元件分别形成，再将它们接合，配线的问题。这样，就会在其接合部由于焊锡等而产生厚度方向的阶梯部，如果此阶梯部位于应力应变场，此处就会发生应力集中，可能会发生疲劳断裂。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而产生，其目的在于，提供一种省去应变传感元件与温度补偿元件接合的时间，同时不易在接合部发生由于应力集中而引起疲劳断裂的应变仪及其制造方法。为解决上述课题，本发明为应变仪，其特征在于，应变传感元件与温度补偿元件形成为一体。而且，本发明的特征在于，具备多个上述应变传感元件，并且用这些多个应变传感元件与上述温度补偿元件构成全桥电路。而且，本发明的特征在于，将输出温度补偿元件配置于输入侧。而且，本发明的特征在于，上述温度补偿元件及上述输出温度补偿元件是在与构成应变传感元件的材料同类的第I材料的表面上，堆积不同类的第2材料而成。而且，本发明的特征在于，上述温度补偿元件及上述输出温度补偿元件是具有温度补偿电阻而成。而且，本发明的特征在于，上述第2材料是比上述第I材料电阻率小且电阻温度系数大的材料。而且，本发明的特征在于，上述第2材料为Cu，上述第I材料为CuNi ;或者，上述第2材料为Ni，上述第I材料为NiCr。而且，本发明为应变仪的制造方法，其特征在于，依次实施金属箔与片状树脂材料的层叠片制作工序；第I保护层的涂敷干燥工序；温度补偿元件的图案的曝光及显影工序；膜的堆积工序；上述第I保护层的剥离工序；第2保护层的涂敷干燥工序；应变传感元件的图案及上述温度补偿元件的图案的曝光以及显影工序；上述应变传感元件的图案及上述温度补偿元件的图案的蚀刻工序；上述第2保护层剥离工序。利用本发明，可以提供一种省去应变传感元件与温度补偿元件接合的时间，同时不易在接合部发生由于应力集中而引起疲劳断裂的应变仪及其制造方法。
图I是表示本发明的应变仪构成的一种实施方式的俯视图。图2是利用图I所不的应变仪10的全桥电路图。 图3是表示本发明的应变仪的另一种实施方式的俯视图。图4是利用图3所示的应变仪110的全桥电路图。图5(a) 图5(i)是将本发明的应变仪的制造方法的一种实施方式的工序，按工序顺序表示的侧面剖面图。符号说明10...应变仪；11、12、13、14·..应变传感元件(标准电阻元件)；15、16·..零点平衡补偿元件(平衡调整元件)；17、18··.零点温度平衡元件(温度调整元件)；19、20、21、22...电极；30、3L…输出温度补偿元件(温度调整元件)。
具体实施例方式以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。图I是表不本发明的应变仪10的一种实施方式的俯视图。应变仪10例如形成为在片状的聚酰亚胺树脂材料上设置金属箔，并将该金属箔图案化的柔性基板状，但不特别限定树脂材料的种类。本实施方式的应变仪10是在片状树脂材料上形成电极19、20、21及22，具有作为应变传感元件(标准电阻元件)的元件11、12、13及14，且具有零点平衡补偿(平衡调整)元件15及16，以及零点温度补偿(温度调整)元件17及18而成。图I中被点划线围住的区域35是，参照图5后述的制造工序中实施电镀的区域。各元件作为电阻体构成，零点平衡补偿元件15及16是为了补偿全桥电路的零点的平衡(调整平衡)而根据需要进行电阻值的调整，如进行金属箔的切除的元件。而且，零点温度补偿元件17及18是为了进行全桥电路的零点的温度补偿(调整)而根据需要进行电阻值的调整，如进行金属箔、电镀膜的切除的元件。元件15的一端与电极19连接,并与元件16的一端连接,元件15的另一端与元件11的一端连接。元件11的另一端与电极20连接，并与元件13的一端连接。元件13的另一端与兀件17的一端连接。元件17的另一端与电极21连接,并与元件18的一端连接,元件18的另一端与元件14的一端连接。元件14的另一端与电极22连接，并与元件12的一端连接。元件12的另一端与元件16的另一端连接。其中，可以用蒸镀、溅射等其他方法代替电镀而堆积金属膜。图2是由图I所示的本实施方式的应变仪10构成全桥电路的例子。
此图2的全桥电路中，根据已知的惠斯登电桥的原理，例如在电极20与22之间施加输入电压，从电极19与21之间得到输出，经由未图示的放大器放大，作为应变的检测结果来利用。本实施方式中，零点温度补偿元件17及18配置于全桥电路内部。在本实施方式中，电极19、20、21及22，应变传感元件11、12、13及14，以及零点平衡补偿元件15及16是以相同的金属箔形成，零点温度补偿元件17及18是在与应变传感元件同类的金属箔表面上，用指定的金属实施电镀而成。关于此类材料，在参照图5说明制造方法时叙述。根据本实施方式，温度补偿 元件(温度调整元件)与应变传感元件可一体形成，不需要焊锡接合，可减少工序，实现小型化。而且，根据本实施方式，因为温度补偿元件(温度调整元件)是以金属箔状的电镀一体形成，因此与其他的元件的接合部中的厚度的差(阶梯差)为几μπι，不易发生由应力集中引起的断裂，可确保高疲劳寿命。图3是表示本发明的应变仪110的另一种实施方式的俯视图。应变仪110例如是在片状的聚酰亚胺树脂材料上设置金属箔形成，不特别限定树脂材料的种类。本实施方式的应变仪110是在片状树脂材料上形成电极19、20、21及22，具有应变传感元件(标准电阻元件)11、12、13及14，且具有零点平衡补偿(平衡调整)元件15及16，零点温度补偿(调整)元件17及18，以及输出温度补偿(调整)元件30及31而成。图3中被点划线围起的区域35、36及37是在参照图5后述的制造工序中实施电镀的区域。即，零点温度补偿元件17及18、以及输出温度补偿元件30及31是在金属箔上实施电镀而形成。各元件作为电阻体构成，零点平衡补偿元件15及16是为了进行全桥电路的零点平衡补偿(调整)而根据需要进行电阻值的调整，例如进行金属箔的切除的元件，零点温度补偿元件17及18是为了进行全桥电路的零点温度补偿(调整)而根据需要进行电阻值的调整，例如进行金属箔、电镀膜的切除的元件。而且，输出温度补偿元件30及31是为了进行全桥电路的输出的温度补偿(调整)而根据需要进行电阻值的调整，例如进行金属箔、电镀膜的切除的元件。元件15的一端与电极19连接,并与元件16的一端连接,元件15的另一端与元件11的一端连接。元件11的另一端与元件30的一端连接，并与元件13的一端连接。元件13的另一端与元件17的一端连接。元件30的另一端与电极20连接。元件17的另一端与电极21连接,并与元件18的一端连接,元件18的另一端与元件14的一端连接。元件14的另一端与元件31的一端连接，并与元件12的一端连接。元件12的另一端与元件16的另一端连接。元件31的另一端与电极22连接。图4是用图3所示的本实施方式的应变仪110构成全桥电路的例子。此图4的全桥电路中，根据已知的惠斯登电桥的原理，例如在电极20与22之间施加输入电压，从电极19与21之间得到输出，经由未图示的放大器放大，作为应变的检测结果来利用。本实施方式中，零点温度补偿元件17及18配置于全桥电路内部。本实施方式中，电极19、20、21及22，应变传感元件11、12、13及14，零点平衡补偿元件15及16，以及输出温度补偿元件30及31是用相同的金属箔形成，零点温度补偿元件17及18以及输出温度补偿元件30及31是在与应变传感元件同类的金属箔的表面，用指定的金属实施电镀而成。关于此类材料，在参照图5说明制造方法时叙述。图4的全桥电路的温度补偿是利用配置于输入侧的输出温度补偿电阻30、31，和配置于全桥电路内部的零点温度补偿电阻17、18来实施。根据本实施方式，温度补偿元件(温度调整元件)与应变传感元件可一体形成，不需要焊锡接合，从而削减工序，可实现小型化。并且，根据本实施方式，因为温度补偿元件(温度调整元件)是用金属箔状的电镀形成，与其他的元件的接合部中的厚度的差(阶梯 差)为几ym，不易发生由应力集中引起的断裂，可确保高疲劳寿命。图5(a) 图5(i)是将本发明的应变仪的制造方法的一种实施方式的工序，按工序顺序表示的侧面剖面图。首先，如图5(a)所示，制作金属箔41与聚酰亚胺40的层叠片。其次，如图5(b)所示，涂敷第I保护层42并干燥。然后，如图5(c)所示，进行温度补偿元件(上述的温度补偿元件17及18、或温度补偿元件17、18、30及31)的图案的曝光及显影。然后，如图5(d)所示，用指定的金属对图I所示的区域35，或图3所示的区域35、36及37实施电镀43。然后，如图5(e)所示，剥离第I保护层42。然后，如图5(f)所示，涂敷第2保护层44并干燥。然后，如图5(g)所示,对应变传感元件(上述的应变传感元件11、12、13及14)、温度补偿元件(上述的温度补偿元件17及18，或温度补偿元件17、18、30及31)、根据需要进行的零点平衡补偿元件(上述的平衡补偿元件15及16)、配线图案进行曝光及显影的工序，和然后,如图5(h)所示,对应变传感元件(上述的应变传感元件11、12、13及14)、温度补偿元件(上述的温度补偿元件17及18，或温度补偿元件17、18、30及31)、根据需要进行的零点平衡补偿元件(上述的零点平衡补偿元件15及16)、配线图案进行蚀刻。其中，在此，例如，用氯化铁液进行的I次蚀刻，可同时蚀刻2层金属，形成图案。然后，如图5⑴所示，剥离第2保护层44。虽然在本实施方式中，图5(d)中，用指定的金属实施了电镀43，但本发明不仅限于此，也可用利用指定的金属的蒸镀、溅射等其他的方法堆积金属膜，形成温度补偿元件。而且，输出的温度补偿是对温度施加一定电压时，因随温度上升而电阻值增大的电阻体，施加在桥接电路的电压实际降低，从而抵消随温度上升的应变仪的灵敏度上升、和随弹性体的纵弹性模量系数降低的敏感度上升的构造。因此，Cu、Ni等电阻温度系数大的材料适合作为此电阻体的材料。此外，对桥接电路的零点温度补偿进行说明，应变传感元件(检测元件)虽然是用电阻温度系数近似为零的材料的电阻体制作，但此微小的差别也会被桥接电路放大，因此在桥接电路内部用电阻率小、电阻温度系数大的电阻体调整，进行零点温度补偿。此处，为了补偿由于温度补偿元件17、18的电阻调整而变化的桥接电路的平衡，也使用电阻温度系数小的桥接电路的零点平衡调整元件15、16。
可是，因为相对于CuNi合金，Cu的电阻率充分小，相对于NiCr合金，Ni的电阻率充分小，而它们分别是应变测量电阻体合金的主要成分，所以用来电镀、溅射(蒸镀)的紧贴性优良。因此，优选为，在应变传感元件11、12、13及14上使用CuNi合金时，零点温度补偿元件17及18以及输出温度补偿元件30及31是用Cu电镀或溅射形成，在应变传感元件
11、12、13及14上使用NiCr合金时，零点温度补偿元件17及18以及输出温度补偿元件30及31是用Ni电镀或溅射形成。本发明不仅限于上述说明，不言而喻在不脱离本发明的主旨范围的情况下，也可进行各种变形及组合。权利要求
1.一种应变仪，其特征在于， 应变传感元件与温度补偿元件形成为一体。
2.根据权利要求I所述的应变仪，其特征在于， 具备多个上述应变传感元件，并且用这些多个应变传感元件和上述温度补偿元件来构成全桥电路。
3.根据权利要求2所述的应变仪，其特征在于， 将输出温度补偿元件配置于输入侧。
4.根据权利要求I所述的应变仪，其特征在于， 上述温度补偿元件是在与构成应变传感元件的材料同类的第I材料的表面上堆积不同类的第2材料而成。
5.根据权利要求3所述的应变仪，其特征在于， 上述温度补偿元件及上述输出温度补偿元件具有温度补偿电阻而成。
6.根据权利要求4所述的应变仪，其特征在于， 上述第2材料是比上述第I材料电阻率小且电阻温度系数大的材料。
7.根据权利要求6所述的应变仪，其特征在于， 上述第2材料是Cu，上述第I材料是CuNi ;或者上述第2材料是Ni，上述第I材料是NiCr。
8.一种应变仪的制造方法，其特征在于， 依次实施 金属箔与片状树脂材料的层叠片的制作工序； 第I保护层的涂敷干燥工序； 温度补偿元件的图案的曝光及显影工序； 膜的堆积工序； 上述第I保护层的剥离工序； 第2保护层的涂敷干燥工序； 应变传感元件的图案及上述温度补偿元件的图案的曝光及显影工序； 上述应变传感元件的图案及上述温度补偿元件的图案的蚀刻工序； 上述第2保护层的剥离工序。
全文摘要
本发明提供一种应变仪及其制造方法，其不易发生在应变传感元件与温度补偿元件的接合部因应力集中所引起的疲劳断裂。其特征在于，将应变传感元件(11、12、13、14)与温度补偿元件(17、18)一体形成而构成应变仪(10)。
文档编号G01B7/16GK102735154SQ20121008557
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年3月30日
发明者稻森道伯 申请人:美蓓亚株式会社