JPH0658706A - 歪センサ - Google Patents
歪センサInfo
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- JPH0658706A JPH0658706A JP4215821A JP21582192A JPH0658706A JP H0658706 A JPH0658706 A JP H0658706A JP 4215821 A JP4215821 A JP 4215821A JP 21582192 A JP21582192 A JP 21582192A JP H0658706 A JPH0658706 A JP H0658706A
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- JP
- Japan
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- resistance element
- strain sensor
- weight
- strain
- glass layer
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 荷重、圧力などの物理変化量に対し、ひずみ
変化により電気抵抗が変化する抵抗素子を用いた歪セン
サに関し、センサ特性のばらつきを解決し、高品質で耐
久性に優れたひずみセンサを提供する。 【構成】 金属基体１と、その金属基体の表面に形成さ
れた結晶化ガラス材料からなるガラス層２と、そのガラ
ス層の表面に形成されたひずみの変化により電気抵抗が
変化する抵抗素子４と、前記抵抗素子の変化を伝達する
回路パターンからなるひずみセンサにおいて、前記抵抗
素子を、その抵抗素子の必須構成成分を含むペースト材
料を描画法、メタルマスク法、ドクターブレード法、オ
フセット印刷法で所定のパターンに形成し、その後焼成
することにより構成する。 【効果】 描画法、メタルマスク法、ドクターブレード
法、オフセット印刷法などでは、抵抗体ペーストを直接
基材上に形成するため、従来のようなスクリーンメッシ
ュ跡が残存せず、抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲ特性等のセ
ンサ特性ばらつきも小さい。
変化により電気抵抗が変化する抵抗素子を用いた歪セン
サに関し、センサ特性のばらつきを解決し、高品質で耐
久性に優れたひずみセンサを提供する。 【構成】 金属基体１と、その金属基体の表面に形成さ
れた結晶化ガラス材料からなるガラス層２と、そのガラ
ス層の表面に形成されたひずみの変化により電気抵抗が
変化する抵抗素子４と、前記抵抗素子の変化を伝達する
回路パターンからなるひずみセンサにおいて、前記抵抗
素子を、その抵抗素子の必須構成成分を含むペースト材
料を描画法、メタルマスク法、ドクターブレード法、オ
フセット印刷法で所定のパターンに形成し、その後焼成
することにより構成する。 【効果】 描画法、メタルマスク法、ドクターブレード
法、オフセット印刷法などでは、抵抗体ペーストを直接
基材上に形成するため、従来のようなスクリーンメッシ
ュ跡が残存せず、抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲ特性等のセ
ンサ特性ばらつきも小さい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷重、圧力などの物理
変化量に対し、ひずみ変化により電気抵抗が変化する抵
抗素子を用いた歪センサに関する。
変化量に対し、ひずみ変化により電気抵抗が変化する抵
抗素子を用いた歪センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、荷重量、圧力を検出するひずみセ
ンサは、機械、船舶、自動車等の各部に生じる応力や荷
重の大きさを検出するために広く用いられている。この
ひずみセンサは基材種類、感歪材料の種類によってさま
ざまなものが提案されている。その代表的なものとし
て、（１）ポリエステル、エポキシ、ポリイミド等の樹
脂からなるフィルム上に、Cu-Ni合金、Ni-Cr合金等から
なる薄膜状の抵抗素子を蒸着またはスパッタリングによ
り形成した構成のものが知られている。また、（２）特
公平3−20682号公報に開示されているように、上記の樹
脂製フィルムの代りにガラスプレートを用いたひずみセ
ンサもある。（３）特願平３−２８２６６３号に開示さ
れているように、金属基体と、その表面に形成された結
晶化ガラス材料からなるガラス層と、さらにそのガラス
層の表面に形成された、歪が加わると電気抵抗が変化す
る抵抗素子とからなるひずみセンサが提案されている。
ンサは、機械、船舶、自動車等の各部に生じる応力や荷
重の大きさを検出するために広く用いられている。この
ひずみセンサは基材種類、感歪材料の種類によってさま
ざまなものが提案されている。その代表的なものとし
て、（１）ポリエステル、エポキシ、ポリイミド等の樹
脂からなるフィルム上に、Cu-Ni合金、Ni-Cr合金等から
なる薄膜状の抵抗素子を蒸着またはスパッタリングによ
り形成した構成のものが知られている。また、（２）特
公平3−20682号公報に開示されているように、上記の樹
脂製フィルムの代りにガラスプレートを用いたひずみセ
ンサもある。（３）特願平３−２８２６６３号に開示さ
れているように、金属基体と、その表面に形成された結
晶化ガラス材料からなるガラス層と、さらにそのガラス
層の表面に形成された、歪が加わると電気抵抗が変化す
る抵抗素子とからなるひずみセンサが提案されている。
【０００３】応力、荷重、圧力の大きさは、次のように
して測定される。すなわち、外部からの力や荷重により
発生した部材のひずみが、樹脂製フィルム、ガラスプレ
ート、金属基材を介して抵抗素子に伝わる。この伝達さ
れたひずみにより、抵抗素子の断面積がわずかに変化
し、その抵抗素子の電気抵抗値が変化する。この電気抵
抗値の変化の電気信号として検出することにより、ひず
みの大きさが測定でき、このひずみの大きさから部材に
加わった応力、荷重、圧力の大きさが測定できる。
して測定される。すなわち、外部からの力や荷重により
発生した部材のひずみが、樹脂製フィルム、ガラスプレ
ート、金属基材を介して抵抗素子に伝わる。この伝達さ
れたひずみにより、抵抗素子の断面積がわずかに変化
し、その抵抗素子の電気抵抗値が変化する。この電気抵
抗値の変化の電気信号として検出することにより、ひず
みの大きさが測定でき、このひずみの大きさから部材に
加わった応力、荷重、圧力の大きさが測定できる。
【０００４】ところで、ひずみセンサの市場が大きい用
途の１つとして、自動車等に使用される車両用サスペン
ションがある。以後は車両用サスペンションを例にあげ
て説明する。例えばそのシャフトの表面にひずみセンサ
（１）を接着樹脂等で貼り付け、このひずみセンサによ
り、車体が車輪に加わる荷重が検出される。
途の１つとして、自動車等に使用される車両用サスペン
ションがある。以後は車両用サスペンションを例にあげ
て説明する。例えばそのシャフトの表面にひずみセンサ
（１）を接着樹脂等で貼り付け、このひずみセンサによ
り、車体が車輪に加わる荷重が検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
のセンサでは車両用サスペンションのように、温度範囲
が−50℃から150℃、最大荷重が２トンにも達するとい
った過酷な環境条件下で長期間使用したとき、接着強度
が劣下してひずみセンサが部材から剥離する問題があ
る。特に、（２）のひずみセンサでは、ガラスプレート
をシャフトのような曲面を有する部材に溶着した場合
は、ガラスプレートは密着性が乏しいため強固な接着が
難しくて剥離し易い。しかし、（３）のひずみセンサ
は、金属基体と結晶化ガラス層、結晶化ガラス層と抵抗
体層間でそれぞれの成分元素が相互拡散しているため密
着性が非常に強く、過酷な環境条件で使用するセンサと
しては最適なものであるが、未だ実用化されていない。
その理由はセンサの特性ばらつきが大きく安定性に欠け
ていたためである。本発明者らは種々検討した結果、抵
抗素子の必須構成成分を含むペースト材料の形成法によ
ってセンサ特性安定性が大きく変化することを見いだし
た。
のセンサでは車両用サスペンションのように、温度範囲
が−50℃から150℃、最大荷重が２トンにも達するとい
った過酷な環境条件下で長期間使用したとき、接着強度
が劣下してひずみセンサが部材から剥離する問題があ
る。特に、（２）のひずみセンサでは、ガラスプレート
をシャフトのような曲面を有する部材に溶着した場合
は、ガラスプレートは密着性が乏しいため強固な接着が
難しくて剥離し易い。しかし、（３）のひずみセンサ
は、金属基体と結晶化ガラス層、結晶化ガラス層と抵抗
体層間でそれぞれの成分元素が相互拡散しているため密
着性が非常に強く、過酷な環境条件で使用するセンサと
しては最適なものであるが、未だ実用化されていない。
その理由はセンサの特性ばらつきが大きく安定性に欠け
ていたためである。本発明者らは種々検討した結果、抵
抗素子の必須構成成分を含むペースト材料の形成法によ
ってセンサ特性安定性が大きく変化することを見いだし
た。
【０００６】本発明は上記従来技術をの課題を解決し、
高品質で耐久性に優れたひずみセンサを提供することを
目的とする。
高品質で耐久性に優れたひずみセンサを提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のひずみセンサ
は、金属基体と、それの表面に形成された結晶化ガラス
層と、そのガラス層の表面に形成されたひずみの変化に
より電気抵抗が変化する抵抗素子からなるセンサにおい
て、抵抗素子が、その抵抗素子の必須構成成分を含むペ
ースト材料を描画法、メタルマスク法、ドクターブレー
ド法、オフセット印刷法で所定のパターンに形成され、
その後焼成したことを特徴とする。
は、金属基体と、それの表面に形成された結晶化ガラス
層と、そのガラス層の表面に形成されたひずみの変化に
より電気抵抗が変化する抵抗素子からなるセンサにおい
て、抵抗素子が、その抵抗素子の必須構成成分を含むペ
ースト材料を描画法、メタルマスク法、ドクターブレー
ド法、オフセット印刷法で所定のパターンに形成され、
その後焼成したことを特徴とする。
【０００８】
【作用】抵抗体ペーストは通常、酸化ルテニウムとガラ
ス粉末およびビヒクルで構成されており、その材料の粒
度によって、ゲージ率が異なる。歪検知用として用いら
れる抵抗体ペーストは酸化ルテニウムの粒度が大で、ガ
ラス粉末の粒度が小の材料が混合されている。歪抵抗体
用は特に、軟化流動性に乏しく、パターン形成時の傷、
跡がそのまま残存してしまう。従来のスクリーンメッシ
ュを介して、パターン形成した抵抗体素子にはスクリー
ンメッシュ跡が残存する。このスクリーンメッシュ跡が
抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲ特性等のセンサ特性ばらつき
要因であった。本発明の、描画法、メタルマスク法、ド
クターブレード法、オフセット印刷法などでは、抵抗体
ペーストを直接基材上に形成するため、従来のようなス
クリーンメッシュ跡が残存せず、抵抗値、ゲージ率、Ｔ
ＣＲ特性等のセンサ特性ばらつきも小さい。
ス粉末およびビヒクルで構成されており、その材料の粒
度によって、ゲージ率が異なる。歪検知用として用いら
れる抵抗体ペーストは酸化ルテニウムの粒度が大で、ガ
ラス粉末の粒度が小の材料が混合されている。歪抵抗体
用は特に、軟化流動性に乏しく、パターン形成時の傷、
跡がそのまま残存してしまう。従来のスクリーンメッシ
ュを介して、パターン形成した抵抗体素子にはスクリー
ンメッシュ跡が残存する。このスクリーンメッシュ跡が
抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲ特性等のセンサ特性ばらつき
要因であった。本発明の、描画法、メタルマスク法、ド
クターブレード法、オフセット印刷法などでは、抵抗体
ペーストを直接基材上に形成するため、従来のようなス
クリーンメッシュ跡が残存せず、抵抗値、ゲージ率、Ｔ
ＣＲ特性等のセンサ特性ばらつきも小さい。
【０００９】この方法により、高温における焼成により
形成された結晶化ガラス層を用いているために金属基体
の成分とガラス層の成分とがその境界面で相互に拡散
し、両者の接合が非常に強固になると共に、特性的にも
優れた歪センサを提供することができる。
形成された結晶化ガラス層を用いているために金属基体
の成分とガラス層の成分とがその境界面で相互に拡散
し、両者の接合が非常に強固になると共に、特性的にも
優れた歪センサを提供することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明のひずみセンサについて具体的
に説明する。
に説明する。
【００１１】（１）金属基体 本発明に使用される金属基体はホーロ用鋼、ステンレス
鋼、珪素鋼、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−鉄、コ
バール、インバーなどの各種合金材やそれらのクラッド
材などが選択される。特に、本発明において使用される
金属材料は、ガラス層との膨張率を整合させる必要があ
ることから、膨張率100〜140×10-7／℃のステンレス鋼
が好ましい。
鋼、珪素鋼、ニッケル−クロム−鉄、ニッケル−鉄、コ
バール、インバーなどの各種合金材やそれらのクラッド
材などが選択される。特に、本発明において使用される
金属材料は、ガラス層との膨張率を整合させる必要があ
ることから、膨張率100〜140×10-7／℃のステンレス鋼
が好ましい。
【００１２】金属基体の材質が決定されれば、所望の形
状加工、穴加工等が通常の機械加工、エッチング加工、
レーザ加工等で施される。その形状は、負荷荷重の大き
さや用途により、円筒形や板状（箔状も含む）等が選択
される。
状加工、穴加工等が通常の機械加工、エッチング加工、
レーザ加工等で施される。その形状は、負荷荷重の大き
さや用途により、円筒形や板状（箔状も含む）等が選択
される。
【００１３】これら金属基体はガラス層の密着性を向上
させる目的で、表面脱脂された後、ニッケル、コバルト
などの各種メッキを施したり、熱酸化処理によって酸化
被覆層を形成したりする。
させる目的で、表面脱脂された後、ニッケル、コバルト
などの各種メッキを施したり、熱酸化処理によって酸化
被覆層を形成したりする。
【００１４】（２）ガラス層 本発明に用いられるガラス層には、電気絶縁性、耐熱性
の観点から、無アルカル結晶化ガラス（焼成によって、
たとえば、MgO系の結晶相を析出）で構成されるほうが
好ましい。そのガラス組成は、特に、MgOが16−50重量
％,SiO2が７−30重量％,B2O3が５−34重量％、BaOが０
−50重量％,La2O3が０−40重量％,CaOが０−20重量％,P
2O5が０−５重量％,MO2が０−５重量％（但し、MはZr,T
i,Snのうち少なくとも一種の元素）からなるとき、より
好ましい。
の観点から、無アルカル結晶化ガラス（焼成によって、
たとえば、MgO系の結晶相を析出）で構成されるほうが
好ましい。そのガラス組成は、特に、MgOが16−50重量
％,SiO2が７−30重量％,B2O3が５−34重量％、BaOが０
−50重量％,La2O3が０−40重量％,CaOが０−20重量％,P
2O5が０−５重量％,MO2が０−５重量％（但し、MはZr,T
i,Snのうち少なくとも一種の元素）からなるとき、より
好ましい。
【００１５】このように、結晶化ガラス材料が選択され
る理由の１つは、金属基体とガラス層との密着性を強固
にするためである。特に、上記の組成のものは、密着性
が非常に強固である。
る理由の１つは、金属基体とガラス層との密着性を強固
にするためである。特に、上記の組成のものは、密着性
が非常に強固である。
【００１６】上記結晶化ガラス層を金属基体上に被覆す
る方法として、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、電
気泳動電着法等がある。被膜のち密性、電気絶縁性等の
観点から、電気泳動電着法が、最も好ましい。
る方法として、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、電
気泳動電着法等がある。被膜のち密性、電気絶縁性等の
観点から、電気泳動電着法が、最も好ましい。
【００１７】この方法は、ガラスとアルコールおよび少
量の水を入れてボールミル中で約20時間粉砕、混合し、
ガラスの平均粒径を１〜５μm程度にする。得られたス
ラリーを電解槽に入れて、液を循環する。そして、金属
基体を、このスラリー中に浸漬し、100〜400Ｖで陰分極
させることにより、金属基体表面にガラス粒子を析出さ
せる。これを乾燥後、850〜900℃で10分〜１時間焼成す
る。これによって、ガラスの微粒子が溶融すると共に、
ガラスの成分と金属材料の成分が、充分に相互拡散する
ためガラス層と金属基体との強固な密着が得られる。
量の水を入れてボールミル中で約20時間粉砕、混合し、
ガラスの平均粒径を１〜５μm程度にする。得られたス
ラリーを電解槽に入れて、液を循環する。そして、金属
基体を、このスラリー中に浸漬し、100〜400Ｖで陰分極
させることにより、金属基体表面にガラス粒子を析出さ
せる。これを乾燥後、850〜900℃で10分〜１時間焼成す
る。これによって、ガラスの微粒子が溶融すると共に、
ガラスの成分と金属材料の成分が、充分に相互拡散する
ためガラス層と金属基体との強固な密着が得られる。
【００１８】なお、焼成は常温から徐々に昇温して上記
温度に到達させるほうが微細針状結晶が無数に析出する
ため後述のアンカー効果の働きがより向上し、抵抗素子
との密着性向上に効果があり、より好ましい。
温度に到達させるほうが微細針状結晶が無数に析出する
ため後述のアンカー効果の働きがより向上し、抵抗素子
との密着性向上に効果があり、より好ましい。
【００１９】結晶化ガラス材料が選択されるもう１つの
理由に、ガラス層の耐熱温度を高くするためである。す
なわち、ガラス層に抵抗素子を焼成法で形成するとき、
高温で焼成するのでガラス層の耐熱温度は少なくとも90
0℃以上必要である。本発明のガラスが非晶質の時の耐
熱温度は650℃程度であるが、結晶化させることによっ
て耐熱温度が900℃以上（900℃でもガラスが流動しない
ので、850℃で抵抗素子を焼成しても問題ない）にな
る。それに対して一般の非晶質ガラスは、再加熱しても
結晶化しないので耐熱性（約600℃以上でガラスが流動
するので、抵抗素子を600℃以上で焼成するとガラスと
反応する）は向上しない。
理由に、ガラス層の耐熱温度を高くするためである。す
なわち、ガラス層に抵抗素子を焼成法で形成するとき、
高温で焼成するのでガラス層の耐熱温度は少なくとも90
0℃以上必要である。本発明のガラスが非晶質の時の耐
熱温度は650℃程度であるが、結晶化させることによっ
て耐熱温度が900℃以上（900℃でもガラスが流動しない
ので、850℃で抵抗素子を焼成しても問題ない）にな
る。それに対して一般の非晶質ガラスは、再加熱しても
結晶化しないので耐熱性（約600℃以上でガラスが流動
するので、抵抗素子を600℃以上で焼成するとガラスと
反応する）は向上しない。
【００２０】（３）抵抗素子 抵抗素子用の材料としては、Cu−Ni合金,Ni−Cr合金,酸
化ルテニウム等の種々のひずみ変化によって電気抵抗が
変化する性質を有する抵抗材料が使用される。
化ルテニウム等の種々のひずみ変化によって電気抵抗が
変化する性質を有する抵抗材料が使用される。
【００２１】本発明のひずみセンサにおける抵抗素子の
形成法としては、以下の描画法、メタルマスク法、ドク
ターブレード法、オフセット印刷法が好ましい。
形成法としては、以下の描画法、メタルマスク法、ドク
ターブレード法、オフセット印刷法が好ましい。
【００２２】上記印刷法で抵抗素子を形成する方法は、
有機金属化合物を出発原料とし、それを主成分とするペ
ーストを作成してガラス層の表面に印刷し、さらに、そ
の熱分解により抵抗素子成分元素の金属および合金膜を
形成する。抵抗素子成分元素として、ニッケル、クロ
ム、銅、鉄、ルテニュウムからなる群から選択された有
機金属化合物で、その他形成添加剤としてBi、Rh、V、S
bからなる熱分解有機化合物を少なくとも２種以上を添
加する。この構成のものは、従来の厚膜技術で薄膜並の
膜厚を得ることができる。
有機金属化合物を出発原料とし、それを主成分とするペ
ーストを作成してガラス層の表面に印刷し、さらに、そ
の熱分解により抵抗素子成分元素の金属および合金膜を
形成する。抵抗素子成分元素として、ニッケル、クロ
ム、銅、鉄、ルテニュウムからなる群から選択された有
機金属化合物で、その他形成添加剤としてBi、Rh、V、S
bからなる熱分解有機化合物を少なくとも２種以上を添
加する。この構成のものは、従来の厚膜技術で薄膜並の
膜厚を得ることができる。
【００２３】もう１つの印刷法で抵抗素子を形成する方
法は、酸化ルテニュウムおよびガラスフリットを主成分
とするペーストをガラス層に印刷し、その後焼成する方
法である。このペーストの成分には、主成分の酸化ルテ
ニュウムおよびガラスフリット（ホウケイ酸系ガラス
等）のほか、フィラー（ZrO2等）、酸化ビスマス、エチ
ルセルロース、ブチルカルビトールアセテート（テルピ
ネオールでもよい）等が含まれている。
法は、酸化ルテニュウムおよびガラスフリットを主成分
とするペーストをガラス層に印刷し、その後焼成する方
法である。このペーストの成分には、主成分の酸化ルテ
ニュウムおよびガラスフリット（ホウケイ酸系ガラス
等）のほか、フィラー（ZrO2等）、酸化ビスマス、エチ
ルセルロース、ブチルカルビトールアセテート（テルピ
ネオールでもよい）等が含まれている。
【００２４】上述の印刷法、メッキ法および転写法の抵
抗素子形成法は、円筒状の金属基体の側面に形成したガ
ラス層表面のような曲面上でも容易に抵抗素子を形成す
ることができる。また、これらの形成法は、安価でかつ
量産性に富む。
抗素子形成法は、円筒状の金属基体の側面に形成したガ
ラス層表面のような曲面上でも容易に抵抗素子を形成す
ることができる。また、これらの形成法は、安価でかつ
量産性に富む。
【００２５】次に、具体的な実施例について説明する。 （実施例１）本発明の歪センサの一実施例として、圧力
センサに具現化した例を説明する。前述の製造方法に基
づいて種々の印刷法で抵抗素子を形成した圧力センサを
図１に基づいて説明する。外形40φmm、厚さ100μmの板
状金属体１を脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ
・水洗して前処理を行った後、（表２）の組成のNo７ガ
ラス粒子からなるスラリー中に浸漬して、対極と金属体
間に直流電圧を印加して、金属体上にガラス粒子を被覆
し、常温から880℃まで４時間かけて昇温し、さらにこ
の温度で10分間保持する焼成を行ない結晶化ガラス層２
を形成した。次に、結晶化ガラス層２の表面にAg−Pdペ
ーストをスクリーン印刷法でパターン印刷、850℃で焼
成して電極３を形成した。この電極間に酸化ルテニウム
とガラスフリットを主成分とする昭栄化学製ペーストを
描画法、メタルマスク法、ドクターブレード法、オフセ
ット印刷法で所定のパターンに印刷、830℃で焼成し
て、抵抗素子４を形成して圧力センサとした。なお比較
例として、従来のスクリーン印刷での結果も示した。
センサに具現化した例を説明する。前述の製造方法に基
づいて種々の印刷法で抵抗素子を形成した圧力センサを
図１に基づいて説明する。外形40φmm、厚さ100μmの板
状金属体１を脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ
・水洗して前処理を行った後、（表２）の組成のNo７ガ
ラス粒子からなるスラリー中に浸漬して、対極と金属体
間に直流電圧を印加して、金属体上にガラス粒子を被覆
し、常温から880℃まで４時間かけて昇温し、さらにこ
の温度で10分間保持する焼成を行ない結晶化ガラス層２
を形成した。次に、結晶化ガラス層２の表面にAg−Pdペ
ーストをスクリーン印刷法でパターン印刷、850℃で焼
成して電極３を形成した。この電極間に酸化ルテニウム
とガラスフリットを主成分とする昭栄化学製ペーストを
描画法、メタルマスク法、ドクターブレード法、オフセ
ット印刷法で所定のパターンに印刷、830℃で焼成し
て、抵抗素子４を形成して圧力センサとした。なお比較
例として、従来のスクリーン印刷での結果も示した。
【００２６】
【表１】
【００２７】本発明の歪センサは従来に比べ、抵抗変化
率が大きく優れた特性を示す。 （実施例２）前述のガラス層被覆工程に従い、SUS430基
体（100mm×100mm×0.5mm）の表面に、厚さ100μmの
（表２）〜（表６）に示す組成の結晶化ガラス層を電気
泳動電着し、880℃で10分焼成しサンプルの表面粗度、
うねり性、耐熱性等の諸特性を調べた。その結果を組成
とともに（表２）〜（表６）に示している。
率が大きく優れた特性を示す。 （実施例２）前述のガラス層被覆工程に従い、SUS430基
体（100mm×100mm×0.5mm）の表面に、厚さ100μmの
（表２）〜（表６）に示す組成の結晶化ガラス層を電気
泳動電着し、880℃で10分焼成しサンプルの表面粗度、
うねり性、耐熱性等の諸特性を調べた。その結果を組成
とともに（表２）〜（表６）に示している。
【００２８】なお、表面粗度はタリサーフ表面粗さ計で
測定し、表面中心線平均粗さRaで示し、うねり性はタリ
サーフ表面粗さ計で得られた山と谷の差Rmaxで表わし
た。
測定し、表面中心線平均粗さRaで示し、うねり性はタリ
サーフ表面粗さ計で得られた山と谷の差Rmaxで表わし
た。
【００２９】耐熱性は、サンプルを850℃の電気炉中に1
0分入れ、炉から取り出し30分間、自然放冷するサイク
ルを繰り返すスポーリングテストを行って、サンプルの
クラックや剥離の状態を調べた。なお、クラックは赤イ
ンク中に浸漬し、その後、表面を拭き取って、目視観察
によって、その有無を調べた。表中の○、△、×は、○
が10サイクル以上行っても、異常が認められないもの、
△は５〜９サイクルで発生したもの、×は４サイクル以
下で発生したものを示す。
0分入れ、炉から取り出し30分間、自然放冷するサイク
ルを繰り返すスポーリングテストを行って、サンプルの
クラックや剥離の状態を調べた。なお、クラックは赤イ
ンク中に浸漬し、その後、表面を拭き取って、目視観察
によって、その有無を調べた。表中の○、△、×は、○
が10サイクル以上行っても、異常が認められないもの、
△は５〜９サイクルで発生したもの、×は４サイクル以
下で発生したものを示す。
【００３０】密着性は、基体の曲げ試験を行い、ガラス
層が剥離して金属部が露出したものを×、金属部が一部
だけ露出したものを△、金属部が露出していないものを
○とした。
層が剥離して金属部が露出したものを×、金属部が一部
だけ露出したものを△、金属部が露出していないものを
○とした。
【００３１】以上の評価にもとずき総合評価を行い、そ
の結果を○、△、×で示した。No１〜８は他の成分を一
定として、SiO2とB2O3を変化させたもの、No９〜15は、
SiO2/B2O3をほぼ一定にし、MgO量を変化させたもの、No
16〜19は同じく、CaO量を変化させたもの。No20〜24
は、同じく、BaO量を変化させたもの。No25〜29は、同
じくLa2O3量を変化させたもの。No30〜42はそれぞれ、Z
rO2、TiO2、SnO2、P2O5、ZnOの影響を示す。
の結果を○、△、×で示した。No１〜８は他の成分を一
定として、SiO2とB2O3を変化させたもの、No９〜15は、
SiO2/B2O3をほぼ一定にし、MgO量を変化させたもの、No
16〜19は同じく、CaO量を変化させたもの。No20〜24
は、同じく、BaO量を変化させたもの。No25〜29は、同
じくLa2O3量を変化させたもの。No30〜42はそれぞれ、Z
rO2、TiO2、SnO2、P2O5、ZnOの影響を示す。
【００３２】表から明らかなように、SiO2を増加してい
けば、耐熱性は向上するが、表面性、および密着性が悪
くなる。逆に、B2O3量を増加していけば、たしかに表面
性、密着性は向上するが耐熱性は低下する。したがっ
て、本発明では、SiO2７〜30重量％、B2O3５〜34重量％
の範囲内が好ましい。
けば、耐熱性は向上するが、表面性、および密着性が悪
くなる。逆に、B2O3量を増加していけば、たしかに表面
性、密着性は向上するが耐熱性は低下する。したがっ
て、本発明では、SiO2７〜30重量％、B2O3５〜34重量％
の範囲内が好ましい。
【００３３】MgO量は結晶性と相関があり、16重量％以
下では結晶析出が不十分で、耐熱性に劣る。また、50重
量％以上では、結晶が析出しやすく、ガラス溶融時に簡
単に結晶化し、均質なガラスを得ることが難しく、ま
た、表面粗度が大きくなる。
下では結晶析出が不十分で、耐熱性に劣る。また、50重
量％以上では、結晶が析出しやすく、ガラス溶融時に簡
単に結晶化し、均質なガラスを得ることが難しく、ま
た、表面粗度が大きくなる。
【００３４】CaO量は、20重量％以上入れると、表面性
が悪くなり好ましくない。BaO量は、50重量％以上で
は、耐熱性、および密着性が劣化し好ましくない。
が悪くなり好ましくない。BaO量は、50重量％以上で
は、耐熱性、および密着性が劣化し好ましくない。
【００３５】La2O3は、40重量％以上では、耐熱性が劣
化し好ましくない。その他の添加可能な成分はZrO2、Ti
O2、SnO2、P2O5、ZnOなどが挙げられるが、５重量％以
下までなら添加可能である。
化し好ましくない。その他の添加可能な成分はZrO2、Ti
O2、SnO2、P2O5、ZnOなどが挙げられるが、５重量％以
下までなら添加可能である。
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】（実施例３）本発明の基材に直接印刷した
方法で抵抗素子を形成した荷重センサについて説明す
る。外形20φmm、厚さ２mmの円筒金属基体１を脱脂・水
洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ・水洗して前処理を行
った後、（表２）の組成のNo７ガラス粒子からなるスラ
リー中に浸漬して、対極と円筒金属間に直流電圧を印加
して、円筒金属基体の側面上に被覆し、常温から880℃
まで４時間かけて昇温し、さらにこの温度で10分間保持
する焼成を行ない880℃で10分間焼成して結晶化ガラス
層２を形成した。次に、結晶化ガラス層２の表面にAg−
Pdペーストをスクリーン印刷法でパターン印刷、850℃
で焼成して電極３を形成した。この電極間にCuとNiそれ
ぞれの有機金属化合物のペーストを所定のパターンにオ
フセット印刷、830℃で焼成して、Cu−Ni合金の抵抗素
子４を形成して、ひずみセンサとした。
方法で抵抗素子を形成した荷重センサについて説明す
る。外形20φmm、厚さ２mmの円筒金属基体１を脱脂・水
洗・酸洗・水洗・ニッケルメッキ・水洗して前処理を行
った後、（表２）の組成のNo７ガラス粒子からなるスラ
リー中に浸漬して、対極と円筒金属間に直流電圧を印加
して、円筒金属基体の側面上に被覆し、常温から880℃
まで４時間かけて昇温し、さらにこの温度で10分間保持
する焼成を行ない880℃で10分間焼成して結晶化ガラス
層２を形成した。次に、結晶化ガラス層２の表面にAg−
Pdペーストをスクリーン印刷法でパターン印刷、850℃
で焼成して電極３を形成した。この電極間にCuとNiそれ
ぞれの有機金属化合物のペーストを所定のパターンにオ
フセット印刷、830℃で焼成して、Cu−Ni合金の抵抗素
子４を形成して、ひずみセンサとした。
【００４２】（実施例４）実施例３とは、抵抗素子を形
成するためのペーストのみを除いて、他は実施例３と同
一の材料および作成法でひずみセンサを作成した。本実
施例では、酸化ルテニュウムとガラスフリットを主成分
とするペーストを用い、描画法でパターン形成した。焼
成温度その他は実施例３と同一である。
成するためのペーストのみを除いて、他は実施例３と同
一の材料および作成法でひずみセンサを作成した。本実
施例では、酸化ルテニュウムとガラスフリットを主成分
とするペーストを用い、描画法でパターン形成した。焼
成温度その他は実施例３と同一である。
【００４３】（比較例１）実施例３とは、同一材料、同
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷で行った
比較サンプルを作った。
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷で行った
比較サンプルを作った。
【００４４】（比較例２）実施例４とは、同一材料、同
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷で行った
比較サンプルを作った。
一方法で、パターン形成のみをスクリーン印刷で行った
比較サンプルを作った。
【００４５】実施例３および実施例４の荷重センサおよ
び比較例１、２の特性ばらつきを比較した。本発明のセ
ンサは特性的にも優れたものである。
び比較例１、２の特性ばらつきを比較した。本発明のセ
ンサは特性的にも優れたものである。
【００４６】
【表７】
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明のひずみセンサは、
抵抗体材料を基材に直接形成することのできる描画法、
メタルマスク法、ドクターブレード法、オフセット印刷
法を用いることにより、抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲなど
の特性が安定で高品質のセンサを提供することができ
る。
抵抗体材料を基材に直接形成することのできる描画法、
メタルマスク法、ドクターブレード法、オフセット印刷
法を用いることにより、抵抗値、ゲージ率、ＴＣＲなど
の特性が安定で高品質のセンサを提供することができ
る。
【図１】（ａ）は本発明の一実施例における圧力センサ
の断面図 （ｂ）は本発明の他の実施例における圧力センサの断面
図
の断面図 （ｂ）は本発明の他の実施例における圧力センサの断面
図
【図２】本発明の一実施例における荷重センサの斜視図
１ 金属基体 ２ 結晶化ガラス層 ３ 電極 ４ 抵抗素子 ５ 固定台 ６ リード線 ７ オーバーコート層
フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 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 (5)
- 【請求項１】金属基体と、その金属基体の表面に形成さ
れた結晶化ガラス材料からなるガラス層と、そのガラス
層の表面に形成されたひずみの変化により電気抵抗が変
化する抵抗素子と、前記抵抗素子の変化を伝達する回路
パターンからなるひずみセンサにおいて、前記抵抗素子
が、その抵抗素子の必須構成成分を含むペースト材料を
描画法、メタルマスク法、ドクターブレード法、オフセ
ット印刷法で所定のパターンに形成され、その後焼成し
たことを特徴とする歪センサ。 - 【請求項２】結晶化ガラス材料の組成が、MgOが16−50
重量％、SiO2が7−30重量％、B2O3が５−34重量％、BaO
が０−50重量％、La2O3が０−40重量％、CaOが０−20重
量％、P2O5が０−５重量％、MO2が０−５重量％（但
し、MはZr,Ti,Snのうち少なくとも一種の元素）からな
る請求項１記載の歪センサ。 - 【請求項３】ガラス層を、前記金属基体の表面にガラス
粒子を電気泳動電着し焼成して形成したことを特徴とす
る請求項１記載の歪センサ。 - 【請求項４】ペーストの主成分が、酸化ルテニウムおよ
びガラスフリットからなる請求項１記載の歪センサ。 - 【請求項５】ペーストの主成分が、前記抵抗素子の必須
構成元素を含む有機金属化合物からなる請求項１記載の
歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4215821A JPH0658706A (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4215821A JPH0658706A (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 歪センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0658706A true JPH0658706A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16678821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4215821A Pending JPH0658706A (ja) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | 歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658706A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08304200A (ja) * | 1995-05-09 | 1996-11-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 感歪み抵抗体ペーストおよびこれを用いた力学量センサ |
| US6345543B1 (en) | 1998-10-06 | 2002-02-12 | Takata Corporation | Seat weight measuring apparatus |
| US6546817B1 (en) | 1999-02-08 | 2003-04-15 | Takata Corporation | Diagnostic method for a seat load measuring apparatus |
| US6736014B2 (en) | 2001-10-04 | 2004-05-18 | Alps Electric Co., Ltd | Strain sensor of little residual strain and method for fabricating it |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54156199A (en) * | 1978-05-31 | 1979-12-08 | Kawasaki Steel Co | Directional silicon steel plate having crystal vitreous insulating film |
| JPH01110789A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-04-27 | Fujikura Ltd | 薄膜回路形成用ホーロー基板の製造方法 |
| JPH02223836A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-06 | Delphi Co Ltd | 厚膜型荷重計 |
| JPH02267286A (ja) * | 1989-04-05 | 1990-11-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ホーロ基板 |
| JPH02272338A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧力センサおよびその製造方法 |
| JPH0363537A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Smc Corp | 圧力センサ |
| JPH04169827A (ja) * | 1990-11-01 | 1992-06-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷重検出装置とこの荷重検出装置を用いた車輌用サスペンション |
-
1992
- 1992-08-13 JP JP4215821A patent/JPH0658706A/ja active Pending
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| US6546817B1 (en) | 1999-02-08 | 2003-04-15 | Takata Corporation | Diagnostic method for a seat load measuring apparatus |
| US6817254B2 (en) | 1999-02-08 | 2004-11-16 | Takata Corporation | Diagnostic method for a seat load |
| US6736014B2 (en) | 2001-10-04 | 2004-05-18 | Alps Electric Co., Ltd | Strain sensor of little residual strain and method for fabricating it |
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