JPS6334414B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6334414B2 JPS6334414B2 JP57001540A JP154082A JPS6334414B2 JP S6334414 B2 JPS6334414 B2 JP S6334414B2 JP 57001540 A JP57001540 A JP 57001540A JP 154082 A JP154082 A JP 154082A JP S6334414 B2 JPS6334414 B2 JP S6334414B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- point
- strain gauge
- resistance
- load cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は荷重を測定する荷重検出器等に使用さ
れるロードセルに関する。
れるロードセルに関する。
金属箔抵抗体パターンを接着した絶縁フイルム
を、ビーム体上に接着し、この後リード線で結線
して構成される公知のロードセルに比較して、製
造工数が少なく容易かつ安価に製造できるととも
に、高精度の測定が可能なロードセルを提供する
ために、ビーム体に直接設けた樹脂製絶縁被膜上
に、金属材料を蒸着又はスパツタリング等により
被着させて、この金属層により必要な回路パター
ンを直接形成して構成されるロードセルが、本発
明者等により提案され、既に出願済みである。
を、ビーム体上に接着し、この後リード線で結線
して構成される公知のロードセルに比較して、製
造工数が少なく容易かつ安価に製造できるととも
に、高精度の測定が可能なロードセルを提供する
ために、ビーム体に直接設けた樹脂製絶縁被膜上
に、金属材料を蒸着又はスパツタリング等により
被着させて、この金属層により必要な回路パター
ンを直接形成して構成されるロードセルが、本発
明者等により提案され、既に出願済みである。
この種のロードセルは、絶縁被膜が樹脂製であ
ることにより、同被膜を二酸化珪素製とした場合
に比較して歩留りが高い利点がある。なお、二酸
化珪素製絶縁被膜の形成条件はビーム体表面の仕
上げ条件に依存され、ピンホールやキズ等によつ
て絶縁不良が生じる可能性が高く、よつて歩留り
が悪い。また、この種ロードセルの回路パターン
のうちストレンゲージ抵抗体パターンは、一般的
なニクロム（Ni80重量％、Cr20重量％）で形成
されるが、このニクロムの抵抗温度係数は通常数
百PPm／℃である。ところで、ロードセルでは
正確な測定を行うために、ブリツジバランスの零
点ドリフトの発生をおさえる必要がある。しか
し、上記のように抵抗温度係数が大きいと、通電
時のジユール熱および環境温度により、抵抗変化
を生じて零点が動いてしまうから、環境温度が大
きく違う用途および環境温度変化が小さくても高
精度の測定を要求される用途の使用には問題があ
つた。さらに、ニクロム（Ni80重量％、Cr20重
量％）製のストレンゲージ抵抗体パターンからな
るブリツジは抵抗の経時変化が大きく、この意味
でも零点の安定性を確保しづらしことが分つた。
なお、これは上記組成の抵抗体パターンを備える
ロードセルを、60℃の雰囲気中に置いて抵抗変化
を測定した実験により確認されたもので、第９図
のグラフ中点線で示される。また、ニクロムをビ
ーム体に設けた絶縁被膜上に直接形成する際に、
真空容器内の酸素分圧をコントロールしながら行
つて、ニクロムの酸化物を形成させ、その酸化物
の抵抗の負の温度係数を利用して、ストレンゲー
ジ抵抗体パターンの抵抗温度係数を零に近づける
操作が、本発明者により試みられたが、コントロ
ールが非常に難しく、したがつて再現性がなくバ
ラツキ易いという結果がでて、実用的でないこと
が分つた。
ることにより、同被膜を二酸化珪素製とした場合
に比較して歩留りが高い利点がある。なお、二酸
化珪素製絶縁被膜の形成条件はビーム体表面の仕
上げ条件に依存され、ピンホールやキズ等によつ
て絶縁不良が生じる可能性が高く、よつて歩留り
が悪い。また、この種ロードセルの回路パターン
のうちストレンゲージ抵抗体パターンは、一般的
なニクロム（Ni80重量％、Cr20重量％）で形成
されるが、このニクロムの抵抗温度係数は通常数
百PPm／℃である。ところで、ロードセルでは
正確な測定を行うために、ブリツジバランスの零
点ドリフトの発生をおさえる必要がある。しか
し、上記のように抵抗温度係数が大きいと、通電
時のジユール熱および環境温度により、抵抗変化
を生じて零点が動いてしまうから、環境温度が大
きく違う用途および環境温度変化が小さくても高
精度の測定を要求される用途の使用には問題があ
つた。さらに、ニクロム（Ni80重量％、Cr20重
量％）製のストレンゲージ抵抗体パターンからな
るブリツジは抵抗の経時変化が大きく、この意味
でも零点の安定性を確保しづらしことが分つた。
なお、これは上記組成の抵抗体パターンを備える
ロードセルを、60℃の雰囲気中に置いて抵抗変化
を測定した実験により確認されたもので、第９図
のグラフ中点線で示される。また、ニクロムをビ
ーム体に設けた絶縁被膜上に直接形成する際に、
真空容器内の酸素分圧をコントロールしながら行
つて、ニクロムの酸化物を形成させ、その酸化物
の抵抗の負の温度係数を利用して、ストレンゲー
ジ抵抗体パターンの抵抗温度係数を零に近づける
操作が、本発明者により試みられたが、コントロ
ールが非常に難しく、したがつて再現性がなくバ
ラツキ易いという結果がでて、実用的でないこと
が分つた。
本発明は上記の事情にもとづいて提案されたも
ので、その目的はストレンゲージ抵抗体パターン
の抵抗温度係数を略零にできてブリツジ回路の零
点ドリフトを極小とでき高精度の測定が可能で、
しかも製造にも特に困難をきたさないロードセル
を提供しようとするものである。
ので、その目的はストレンゲージ抵抗体パターン
の抵抗温度係数を略零にできてブリツジ回路の零
点ドリフトを極小とでき高精度の測定が可能で、
しかも製造にも特に困難をきたさないロードセル
を提供しようとするものである。
以下、本発明を図面に示す実施例にもとづいて
説明する。
説明する。
まず、第１図及び第２図に、完成品としてのロ
ードセルを示す。ビーム体１は、例えばステンレ
ス鋼（SUS630）高力アルミニウム合金（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
Ａ，２Ｂに取付ボルト３Ａ，３Ｂを通して任意の
固定部４に取付けられるようになつている。ま
た、ビーム体１の中間部分は薄肉の起歪部５とな
つており、ビーム体１の他端側より起歪部５の下
方位置まで作用片６を延出させ、この作用片６に
設けた透孔７に、例えば吊下金具８を取付けて、
測定すべき荷重を矢印Ｗの如く作用させるように
している。このビーム体１の上面にはポリイミ
ド、エポキシ、アミドイミド、エポキシ変成ポリ
イミド等の耐熱絶縁性樹脂よりなる絶縁被膜１０
が被着されている。そして絶縁被膜１０上には、
第３図に示すようなブリツジ回路を構成する第１
〜第４のストレンゲージ抵抗体パターン１１Ａ〜
１１Ｄ及びリードパターン１２………が直接設け
られている。第１〜第４のストレンゲージ抵抗体
パターン１１Ａ〜１１Ｄは、その各抵抗値RA〜
RDがいずれも同一となるように、かつ二等分割
されている。これら第１〜第４のストレンゲージ
抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄを形成する金属材
料は、NiCrを主成分としSiを含む合金であつて、
Cr成分が50重量％以下、Ni成分が50重量％以上、
Si成分が23重量％以下のNi−Cr−Si系合金であ
り、本実施例はNi成分が71重量％、Cr成分が18
重量％、Si成分が11重量％の場合である。勿論、
Ni−Cr−Si系合金はNi、Cr、Siの各成分だけで
構成されるものではなく、Ni−Cr−Si系合金と
しての本質的性能に影響を及ぼさない程度の少量
の他の元素が添加されていることは言うまでもな
い。そして、前記各分割抵抗体１１A1，１１A2
………１１D1，１１D2は、いずれも起歪部５の
両端部に存在する、歪量の相等しい最大歪領域５
Ａ，５Ｂに対向して設けられている。なお、一方
の最大歪領域５Ａには、作用片６に荷重Ｗを作用
させたとき最大伸び歪が生じ、他方の最大歪領域
５Ｂには最大収縮歪が生ずるようになつている。
そして第１、第２のストレンゲージ抵抗体パター
ン１１Ａ，１１Ｂは最大伸び歪領域５Ａに、また
第３、第４のストレンゲージ抵抗体パターン１１
Ｃ，１１Ｄは最大収縮歪領域５Ｂに、それぞれ対
向して設けられている。そして、最大伸び歪領域
５Ａにおいては、第１のストレンゲージ抵抗体パ
ターン１１Ａを構成する両分割抵抗体１１A1，
１１A2で、第２のストレンゲージ抵抗体パター
ン１１Ｂを構成する分割抵抗体１１B1，１１B2
を挾むような配置になつている。また、最大収縮
歪領域５Ｂにおいては、第３のストレンゲージ抵
抗体パターン１１Ｃを構成する分割抵抗体１１
C1，１１C2と第３のストレンゲージ抵抗体パタ
ーン１１Ｄを構成する分割抵抗体１１D1，１１
D2とが隣接して配置されている。なお、各分割
抵抗体１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2
は、第４図に示すようにジグザグ状をなして構成
されており、その両端にリードパターン１２が接
続するようになつている。また、前記分割抵抗体
１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2間を接
続するリードパターン１２………は、互に交差し
ないことは勿論であるが、前記２つの領域５Ａ，
５Ｂのいずれを通過することもないように設けら
れている。リードパターン１２………は、前記
Ni−Cr−Si系合金の金属層およびこの上に直接
積層されたAu、Cr等の金属層により形成されて
いる。そして、リードパターン１２………の一部
（分割抵抗体１１A1，１１C2間、１１B1，１１
D2間、１１C1，１１B2間及び１１D1，１１A2間
を接続するリードパターンの各中央部）をそれぞ
れ端子部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、外部リード線１３
………を介して端子部Ａ，Ｂ間に入力電圧V1を
印加し、端子部Ｃ，Ｄ間に発生する出力電圧V0
を測定することにより荷重Ｗの大きさを検出する
ような構成となつている。また、前記ストレンゲ
ージ抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄ及びリードパ
ターン１２………は、耐熱絶縁性樹脂よりなる保
護被膜９でオーバーコーテングされている。
ードセルを示す。ビーム体１は、例えばステンレ
ス鋼（SUS630）高力アルミニウム合金（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
Ａ，２Ｂに取付ボルト３Ａ，３Ｂを通して任意の
固定部４に取付けられるようになつている。ま
た、ビーム体１の中間部分は薄肉の起歪部５とな
つており、ビーム体１の他端側より起歪部５の下
方位置まで作用片６を延出させ、この作用片６に
設けた透孔７に、例えば吊下金具８を取付けて、
測定すべき荷重を矢印Ｗの如く作用させるように
している。このビーム体１の上面にはポリイミ
ド、エポキシ、アミドイミド、エポキシ変成ポリ
イミド等の耐熱絶縁性樹脂よりなる絶縁被膜１０
が被着されている。そして絶縁被膜１０上には、
第３図に示すようなブリツジ回路を構成する第１
〜第４のストレンゲージ抵抗体パターン１１Ａ〜
１１Ｄ及びリードパターン１２………が直接設け
られている。第１〜第４のストレンゲージ抵抗体
パターン１１Ａ〜１１Ｄは、その各抵抗値RA〜
RDがいずれも同一となるように、かつ二等分割
されている。これら第１〜第４のストレンゲージ
抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄを形成する金属材
料は、NiCrを主成分としSiを含む合金であつて、
Cr成分が50重量％以下、Ni成分が50重量％以上、
Si成分が23重量％以下のNi−Cr−Si系合金であ
り、本実施例はNi成分が71重量％、Cr成分が18
重量％、Si成分が11重量％の場合である。勿論、
Ni−Cr−Si系合金はNi、Cr、Siの各成分だけで
構成されるものではなく、Ni−Cr−Si系合金と
しての本質的性能に影響を及ぼさない程度の少量
の他の元素が添加されていることは言うまでもな
い。そして、前記各分割抵抗体１１A1，１１A2
………１１D1，１１D2は、いずれも起歪部５の
両端部に存在する、歪量の相等しい最大歪領域５
Ａ，５Ｂに対向して設けられている。なお、一方
の最大歪領域５Ａには、作用片６に荷重Ｗを作用
させたとき最大伸び歪が生じ、他方の最大歪領域
５Ｂには最大収縮歪が生ずるようになつている。
そして第１、第２のストレンゲージ抵抗体パター
ン１１Ａ，１１Ｂは最大伸び歪領域５Ａに、また
第３、第４のストレンゲージ抵抗体パターン１１
Ｃ，１１Ｄは最大収縮歪領域５Ｂに、それぞれ対
向して設けられている。そして、最大伸び歪領域
５Ａにおいては、第１のストレンゲージ抵抗体パ
ターン１１Ａを構成する両分割抵抗体１１A1，
１１A2で、第２のストレンゲージ抵抗体パター
ン１１Ｂを構成する分割抵抗体１１B1，１１B2
を挾むような配置になつている。また、最大収縮
歪領域５Ｂにおいては、第３のストレンゲージ抵
抗体パターン１１Ｃを構成する分割抵抗体１１
C1，１１C2と第３のストレンゲージ抵抗体パタ
ーン１１Ｄを構成する分割抵抗体１１D1，１１
D2とが隣接して配置されている。なお、各分割
抵抗体１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2
は、第４図に示すようにジグザグ状をなして構成
されており、その両端にリードパターン１２が接
続するようになつている。また、前記分割抵抗体
１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2間を接
続するリードパターン１２………は、互に交差し
ないことは勿論であるが、前記２つの領域５Ａ，
５Ｂのいずれを通過することもないように設けら
れている。リードパターン１２………は、前記
Ni−Cr−Si系合金の金属層およびこの上に直接
積層されたAu、Cr等の金属層により形成されて
いる。そして、リードパターン１２………の一部
（分割抵抗体１１A1，１１C2間、１１B1，１１
D2間、１１C1，１１B2間及び１１D1，１１A2間
を接続するリードパターンの各中央部）をそれぞ
れ端子部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、外部リード線１３
………を介して端子部Ａ，Ｂ間に入力電圧V1を
印加し、端子部Ｃ，Ｄ間に発生する出力電圧V0
を測定することにより荷重Ｗの大きさを検出する
ような構成となつている。また、前記ストレンゲ
ージ抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄ及びリードパ
ターン１２………は、耐熱絶縁性樹脂よりなる保
護被膜９でオーバーコーテングされている。
次に、以上に述べたロードセルの製造方法を第
５図により説明する。
５図により説明する。
まず、第５図Ａのような、切削加工により得ら
れたビーム体１の上面を脱脂洗浄し、その洗浄さ
れた面上に、粘度1000cp程度に調整されたワニ
ス状のポリイミド樹脂液を滴下する。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の上面に耐熱絶
縁性樹脂を均一に塗布する。その後、100℃で約
１時間加熱して溶剤を乾燥し、続けて250℃で約
５時間加熱すると、樹脂が硬化してビーム体１の
上面に厚さ約４〜5μｍの耐熱絶縁性樹脂被膜１
０が形成される。次に、上記絶縁被膜１０上に、
ストレンゲージ抵抗体となる金属材料すなわち
Ni−Cr−Si系合金（例えばNi71％、Cr18％、
Si11％）をスパツタリングにより被着して厚さ約
500Åの金属層１１′を形成し、更にその上に、リ
ードパターンとなる金属材料（例えば金）をスパ
ツタリングにより被着して、厚さ約1.5μｍの金属
層１２′を積層形成する。
れたビーム体１の上面を脱脂洗浄し、その洗浄さ
れた面上に、粘度1000cp程度に調整されたワニ
ス状のポリイミド樹脂液を滴下する。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の上面に耐熱絶
縁性樹脂を均一に塗布する。その後、100℃で約
１時間加熱して溶剤を乾燥し、続けて250℃で約
５時間加熱すると、樹脂が硬化してビーム体１の
上面に厚さ約４〜5μｍの耐熱絶縁性樹脂被膜１
０が形成される。次に、上記絶縁被膜１０上に、
ストレンゲージ抵抗体となる金属材料すなわち
Ni−Cr−Si系合金（例えばNi71％、Cr18％、
Si11％）をスパツタリングにより被着して厚さ約
500Åの金属層１１′を形成し、更にその上に、リ
ードパターンとなる金属材料（例えば金）をスパ
ツタリングにより被着して、厚さ約1.5μｍの金属
層１２′を積層形成する。
次に、同図Ｂのように、金属層１２′及び１
１′に対して順次、それぞれの金属に適したエツ
チング液を用いてフオトエツチングを行ない、ス
トレンゲージ抵抗体パターンとなる部分及びリー
ドパターンとなる部分のみを残して他を除去し、
所定のパターンを現出させる。
１′に対して順次、それぞれの金属に適したエツ
チング液を用いてフオトエツチングを行ない、ス
トレンゲージ抵抗体パターンとなる部分及びリー
ドパターンとなる部分のみを残して他を除去し、
所定のパターンを現出させる。
次に、同図Ｃのように、ストレンゲージ抵抗体
パターンとなる部分に積層された金属層１２′を
フオトエツチングにより除去し、前記分割抵抗体
１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2を現出
させる。ここで、残りの部分は各分割抵抗体間を
接続するリードパターン１２………となる。
パターンとなる部分に積層された金属層１２′を
フオトエツチングにより除去し、前記分割抵抗体
１１A1，１１A2，………１１D1，１１D2を現出
させる。ここで、残りの部分は各分割抵抗体間を
接続するリードパターン１２………となる。
更に、同図Ｄのように、ストレンゲージ抵抗体
パターン及びリードパターンの上に再び耐熱絶縁
性樹脂よりなる保護被膜９をオーバーコンテング
する。
パターン及びリードパターンの上に再び耐熱絶縁
性樹脂よりなる保護被膜９をオーバーコンテング
する。
最後に、同図Ｅのように、保護被膜９の一部
（分割抵抗体１１A1，１１C2間、１１B1，１１
D2間、１１C1，１１B2間及び１１D1，１１A2間
を接続するリードパターン１２………の各中央部
を覆う部分）をそれぞれエツチングにより除去し
て、それらの部分におけるリードパターン１２…
……の各露出部を端子部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、各
端子部に、例えばアルミニウム、金等よりなる外
部リード線１３………をボンデイングする。以上
で第１図及び第２図に示すロードセルが完成され
る。
（分割抵抗体１１A1，１１C2間、１１B1，１１
D2間、１１C1，１１B2間及び１１D1，１１A2間
を接続するリードパターン１２………の各中央部
を覆う部分）をそれぞれエツチングにより除去し
て、それらの部分におけるリードパターン１２…
……の各露出部を端子部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、各
端子部に、例えばアルミニウム、金等よりなる外
部リード線１３………をボンデイングする。以上
で第１図及び第２図に示すロードセルが完成され
る。
以上の構造のロードセルによれば以下の理由に
より高精度の測定を行うことができる。すなわ
ち、本発明者は、NiCr合金をベースにしてこれ
にSiを添加すると、特定の組成領域において抵抗
温度係数が極少となることを以下の実験により見
出した。Ni80重量％、Cr20重量％の合金をベー
スにしてSiを添加した薄膜抵抗体を得るために、
NiCrターゲツトにSiを加えてRFスパツタを行つ
た。その結果、第６図に示したようにSiが５、
13、20重量％と増加するにつれて薄膜抵抗体（厚
さ400〜500Å）の抵抗温度係数は＋80、０、−
80ppm／℃と次第に減少することが分つた。一
方、Siを含まないNiCr合金においても、NiとCr
の比率を変えると抵抗温度係数が変わることが分
つた。すなわち、第７図に示したようにNiCrタ
ーゲツトのCr成分比を20、40、60重量％と変え
たとき、RFスパツタにより得られた薄膜抵抗体
の抵抗温度係数は＋130、＋70、0ppm／℃と減少
することが分つた。そして、第７図において、
Niの増量につれて増える抵抗温度係数を、第６
図のデータを考慮してSiを適量添加することによ
り零にすることを試みた。即ち、Ｎ、Cr、Siの
組成比を０点（Ni40、Cr60、Si0）、Ａ点（Ni50、
Cr45、Si5）、Ｂ点（Ni60、Cr32、Si8）、Ｃ点
（Ni71、Cr18、Si11）、Ｄ点（Ni83、Cr0、Si17）
（但しカツコ内数字は重量％、以下同じ）の５点
を選んでターゲツトを作り、以下の条件でRFス
パツタを行つた。
より高精度の測定を行うことができる。すなわ
ち、本発明者は、NiCr合金をベースにしてこれ
にSiを添加すると、特定の組成領域において抵抗
温度係数が極少となることを以下の実験により見
出した。Ni80重量％、Cr20重量％の合金をベー
スにしてSiを添加した薄膜抵抗体を得るために、
NiCrターゲツトにSiを加えてRFスパツタを行つ
た。その結果、第６図に示したようにSiが５、
13、20重量％と増加するにつれて薄膜抵抗体（厚
さ400〜500Å）の抵抗温度係数は＋80、０、−
80ppm／℃と次第に減少することが分つた。一
方、Siを含まないNiCr合金においても、NiとCr
の比率を変えると抵抗温度係数が変わることが分
つた。すなわち、第７図に示したようにNiCrタ
ーゲツトのCr成分比を20、40、60重量％と変え
たとき、RFスパツタにより得られた薄膜抵抗体
の抵抗温度係数は＋130、＋70、0ppm／℃と減少
することが分つた。そして、第７図において、
Niの増量につれて増える抵抗温度係数を、第６
図のデータを考慮してSiを適量添加することによ
り零にすることを試みた。即ち、Ｎ、Cr、Siの
組成比を０点（Ni40、Cr60、Si0）、Ａ点（Ni50、
Cr45、Si5）、Ｂ点（Ni60、Cr32、Si8）、Ｃ点
（Ni71、Cr18、Si11）、Ｄ点（Ni83、Cr0、Si17）
（但しカツコ内数字は重量％、以下同じ）の５点
を選んでターゲツトを作り、以下の条件でRFス
パツタを行つた。
到達真空度 ２×10-6Torr
Ar分圧 ９×10-3Torr
電源 RF1KV
基板 ガラス基板
基板温度 常温
得られた、厚さ400〜500Åの薄膜抵抗体の抵抗
温度係数は、Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点共ほゞ零であ
つた。この結果は、第８図のNi、Cr、Siの成分
比を示す三角図表で、Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点を通
る直線上で抵抗温度係数が零の薄膜抵抗体を得ら
れることを示している。ただし、Ｏ点の場合は
Crが多いために、真空装置の残留酸素の影響が
大きくなり再現性が悪いことが分つた。即ち、
Crが多くなるにつれて、真空装置、ベルジヤー
の大きさ、内部治具の量や材質、排気速度や排気
時間、基板温度等の装置依存性が大きくなるとと
もに、ターゲツト自体も表面酸化が大きくなり、
機械的にも脆くなる等の問題が生じる。このよう
な結果に拘らず実際には多少の組成のずれ、不純
物の含有等がおこるが、実用的にはスパツタリン
グ条件をコントロールする等により、使用できる
範囲は多少広がることが分つた。即ち、第８図の
B′点（Ni65、Cr32、Si5）、C′点（Ni70、Cr10、
Si20）においても、B′点はわずかに酸素分圧が高
い雰囲気内で、またC′点はわずかに酸素分圧が低
い雰囲気内でスパツタリングした場合、共に抵抗
温度係数がほゞ零のものが得られた。これに対
し、B″点（Ni70、Cr30、Si0）、C″点（Ni60、
Cr18、Si22）のターゲツト組成では、スパツタ
リング条件をコントロールしても抵抗温度係数が
零のものは得られず、第６図、第７図から明らか
な通り、B″点は＋100ppm／℃、C″点は−
100ppm／℃となる。
温度係数は、Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点共ほゞ零であ
つた。この結果は、第８図のNi、Cr、Siの成分
比を示す三角図表で、Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ点を通
る直線上で抵抗温度係数が零の薄膜抵抗体を得ら
れることを示している。ただし、Ｏ点の場合は
Crが多いために、真空装置の残留酸素の影響が
大きくなり再現性が悪いことが分つた。即ち、
Crが多くなるにつれて、真空装置、ベルジヤー
の大きさ、内部治具の量や材質、排気速度や排気
時間、基板温度等の装置依存性が大きくなるとと
もに、ターゲツト自体も表面酸化が大きくなり、
機械的にも脆くなる等の問題が生じる。このよう
な結果に拘らず実際には多少の組成のずれ、不純
物の含有等がおこるが、実用的にはスパツタリン
グ条件をコントロールする等により、使用できる
範囲は多少広がることが分つた。即ち、第８図の
B′点（Ni65、Cr32、Si5）、C′点（Ni70、Cr10、
Si20）においても、B′点はわずかに酸素分圧が高
い雰囲気内で、またC′点はわずかに酸素分圧が低
い雰囲気内でスパツタリングした場合、共に抵抗
温度係数がほゞ零のものが得られた。これに対
し、B″点（Ni70、Cr30、Si0）、C″点（Ni60、
Cr18、Si22）のターゲツト組成では、スパツタ
リング条件をコントロールしても抵抗温度係数が
零のものは得られず、第６図、第７図から明らか
な通り、B″点は＋100ppm／℃、C″点は−
100ppm／℃となる。
以上の結果を総合すると、第８図の三角図表に
おいて、実用上好ましい組成範囲としてＷ点
（Ni50、Cr50、Si0）、Ｘ点（Ni90、Cr0、Si10）、
Ｙ点（Ni77、Cr0、Si23）、Ｚ点（Ni50、Cr40、
Si10）を結ぶ四角形で囲まれた範囲が求まる。
おいて、実用上好ましい組成範囲としてＷ点
（Ni50、Cr50、Si0）、Ｘ点（Ni90、Cr0、Si10）、
Ｙ点（Ni77、Cr0、Si23）、Ｚ点（Ni50、Cr40、
Si10）を結ぶ四角形で囲まれた範囲が求まる。
ちなみに、本実施例に示した第８図中Ｃ点の組
成のNi−Cr−Si系合金からなるストレンゲージ
抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄ）を備えて構成し
たロードセルでは、零点ドリフトが約1μV／Ｖ未
満という高性能のものが実現できた。
成のNi−Cr−Si系合金からなるストレンゲージ
抵抗体パターン１１Ａ〜１１Ｄ）を備えて構成し
たロードセルでは、零点ドリフトが約1μV／Ｖ未
満という高性能のものが実現できた。
なお、上記Ni−Cr−Si系合金でNiを50重量％
以上、Crを50重量％以下に限定しているのは、
Crが余り多くなると既述のように装置依存性が
大きくなり、かつ機械的にも脆くなる問題がある
ためで、一方、Siを23重量％以下に限定している
のは、Siを余り多くすると抵抗温度係数が負方向
に大きくなり過ぎて実用上好ましくないためであ
る。
以上、Crを50重量％以下に限定しているのは、
Crが余り多くなると既述のように装置依存性が
大きくなり、かつ機械的にも脆くなる問題がある
ためで、一方、Siを23重量％以下に限定している
のは、Siを余り多くすると抵抗温度係数が負方向
に大きくなり過ぎて実用上好ましくないためであ
る。
また、ストレンゲージ抵抗体パターン１１Ａ〜
１１Ｄを形成する金属材料は、NiCrベースにSi
を添加することで、全体に占めるCrの割合いを
低下させ得るために、経時的変化を小さくしてブ
リツジの零点の安定性を高めることができる。こ
れは第９図のグラフ中実線で示され、点線で示し
たNiCr製のものに比較して明らかである。
１１Ｄを形成する金属材料は、NiCrベースにSi
を添加することで、全体に占めるCrの割合いを
低下させ得るために、経時的変化を小さくしてブ
リツジの零点の安定性を高めることができる。こ
れは第９図のグラフ中実線で示され、点線で示し
たNiCr製のものに比較して明らかである。
なお、本発明は、ビーム体のヤング率の温度特
性による出力電圧の温度依存性を補償するための
スパン抵抗体パターンを設けたロードセルにも実
施できる。この場合、スパン抵抗体パターンとな
る金属材料にはTiやNi等が用いられ、この金属
層はスパツタリングにより、ストレンゲージ抵抗
体パターンの金属層に被着されて設けられ、勿論
その上にリードパターンとなる金属層が被着され
るとともに、バターン形成の際にはTi又はNi等
に合うエツチヤントが使用されることは言うまで
もない。また、各金属層の被着形成は、真空蒸着
又はイオンプレーテングによりなしてもよい。
性による出力電圧の温度依存性を補償するための
スパン抵抗体パターンを設けたロードセルにも実
施できる。この場合、スパン抵抗体パターンとな
る金属材料にはTiやNi等が用いられ、この金属
層はスパツタリングにより、ストレンゲージ抵抗
体パターンの金属層に被着されて設けられ、勿論
その上にリードパターンとなる金属層が被着され
るとともに、バターン形成の際にはTi又はNi等
に合うエツチヤントが使用されることは言うまで
もない。また、各金属層の被着形成は、真空蒸着
又はイオンプレーテングによりなしてもよい。
以上説明した本発明は、上記特許請求の範囲に
記載の構成を要旨とする。したがつて、ストレン
ゲージ抵抗体パターンの抵抗温度係数をほゞ零と
できるとともに、経時的変化も小さくできるの
で、ブリツジ回路の零点ドリフトが極小となり、
高精度の荷重測定を実現できる。しかも、ストレ
ンゲージ抵抗体パターンの抵抗温度係数を零に近
ずけるのに、ストレンゲージ抵抗体パターンを形
成する金属材料の組成によつて実現し従来のよう
に格別困難な酸素分圧のコントロール等が必要不
可欠とされないので、製造にも困難性がないもの
である。
記載の構成を要旨とする。したがつて、ストレン
ゲージ抵抗体パターンの抵抗温度係数をほゞ零と
できるとともに、経時的変化も小さくできるの
で、ブリツジ回路の零点ドリフトが極小となり、
高精度の荷重測定を実現できる。しかも、ストレ
ンゲージ抵抗体パターンの抵抗温度係数を零に近
ずけるのに、ストレンゲージ抵抗体パターンを形
成する金属材料の組成によつて実現し従来のよう
に格別困難な酸素分圧のコントロール等が必要不
可欠とされないので、製造にも困難性がないもの
である。
図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
はロードセルの斜視図、第２図は同ロードセルの
断面図、第３図は同ロードセルの回路図、第４図
は部分拡大図、第５図Ａ〜Ｅは製造方法を工程順
に示す図、第６図はSi添加によるNiCr合金薄膜
抵抗体の抵抗温度係数変化を示す図、第７図は
NiCr合金薄膜抵抗体のCr比による抵抗温度係数
変化を示す図、第８図はストレンゲージ抵抗体パ
ターンの好ましい組成範囲を説明するためのNi、
Cr、Siの３成分組成図、第９図は相異なる組成
のストレンゲージ抵抗体パターンで形成したブリ
ツジ回路の抵抗経時変化を示す図である。 １……ビーム体、１０……絶縁被膜、１１Ａ〜
１１Ｄ……ストレンゲージ抵抗体パターン、１
１′……金属層。
はロードセルの斜視図、第２図は同ロードセルの
断面図、第３図は同ロードセルの回路図、第４図
は部分拡大図、第５図Ａ〜Ｅは製造方法を工程順
に示す図、第６図はSi添加によるNiCr合金薄膜
抵抗体の抵抗温度係数変化を示す図、第７図は
NiCr合金薄膜抵抗体のCr比による抵抗温度係数
変化を示す図、第８図はストレンゲージ抵抗体パ
ターンの好ましい組成範囲を説明するためのNi、
Cr、Siの３成分組成図、第９図は相異なる組成
のストレンゲージ抵抗体パターンで形成したブリ
ツジ回路の抵抗経時変化を示す図である。 １……ビーム体、１０……絶縁被膜、１１Ａ〜
１１Ｄ……ストレンゲージ抵抗体パターン、１
１′……金属層。
Claims (1)
- １ 測定すべき荷重を作用させるビーム体の表面
に、絶縁性樹脂よりなる絶縁被膜を直接形成し、
この被膜上に金属層を直接被着し、この金属層に
よりストレンゲージ抵抗体パターンを形成したロ
ードセルにおいて、上記金属層を形成した金属材
料は、NiCrを主成分としSiを含む合金であつて、
かつNi、Cr、Siの成分比は三角図表において、
Niが50重量％、Crが50重量％、Siが０重量％の
点Ｗと、Niが90重量％、Crが０重量％、Siが10
重量％の点Ｘと、Niが77重量％、Crが０重量％、
Siが23重量％の点Ｙと、Niが50重量％、Crが40
重量％、Siが10重量％の点Ｚで囲まれる四角形の
範囲内となるように設定したことを特徴とするロ
ードセル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP154082A JPS58118930A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | ロ−ドセル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP154082A JPS58118930A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | ロ−ドセル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58118930A JPS58118930A (ja) | 1983-07-15 |
| JPS6334414B2 true JPS6334414B2 (ja) | 1988-07-11 |
Family
ID=11504352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP154082A Granted JPS58118930A (ja) | 1982-01-08 | 1982-01-08 | ロ−ドセル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58118930A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3403042A1 (de) * | 1984-01-30 | 1985-08-01 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Duennfilm-dehnungsmessstreifen-system und verfahren zu seiner herstellung |
| JPS61152905U (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-22 | ||
| US4777826A (en) * | 1985-06-20 | 1988-10-18 | Rosemount Inc. | Twin film strain gauge system |
| JP2717812B2 (ja) * | 1988-08-23 | 1998-02-25 | 株式会社イシダ | ロードセル |
| JP2008309719A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Tanita Corp | ロードセル用起歪体、並びに、該ロードセル用起歪体を用いたロードセル及び重量測定装置、該ロードセル用起歪体の製造方法 |
| JP2019078726A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-23 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、センサモジュール |
| JP2019174387A (ja) | 2018-03-29 | 2019-10-10 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5146619B2 (ja) * | 1971-08-26 | 1976-12-10 | ||
| JPS5114358A (ja) * | 1974-07-26 | 1976-02-04 | Shinko Tsushin Kogyo Kk | Netsukasoseitoriwake fukatsuseino purasuchitsukuhyomenni tenchakukanonahizumi geejitosono tenchakuho |
-
1982
- 1982-01-08 JP JP154082A patent/JPS58118930A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58118930A (ja) | 1983-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4786887A (en) | Thin-film strain gauge system and method of manufacturing same | |
| US4019168A (en) | Bilayer thin film resistor and method for manufacture | |
| US4805296A (en) | Method of manufacturing platinum resistance thermometer | |
| JPS63165725A (ja) | 圧力センサ−用歪ゲ−ジ | |
| JPH0565807B2 (ja) | ||
| US5306873A (en) | Load cell with strain gauges having low temperature dependent coefficient of resistance | |
| JPS6334414B2 (ja) | ||
| US4100524A (en) | Electrical transducer and method of making | |
| US5001454A (en) | Thin film resistor for strain gauge | |
| JP2585681B2 (ja) | 金属薄膜抵抗ひずみゲ―ジ | |
| JPS62291001A (ja) | 薄膜サ−ミスタとその製造方法 | |
| JP2001110602A (ja) | 薄膜抵抗体形成方法及びセンサ | |
| Bethe et al. | Thin-film strain-gage transducers | |
| JPS61181103A (ja) | 白金測温抵抗体 | |
| JPS6225977B2 (ja) | ||
| JP2001194247A (ja) | サーミスタ温度センサ | |
| JPS6239927B2 (ja) | ||
| CN217588576U (zh) | 一种负电阻温度系数的复合薄膜芯片电阻器 | |
| JP2000331808A (ja) | 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ | |
| JPS6342339Y2 (ja) | ||
| JPS5975104A (ja) | 歪センサ | |
| JPH0276201A (ja) | 歪ゲージ用薄膜抵抗体 | |
| JPH0129249B2 (ja) | ||
| JPH0258304A (ja) | 薄膜白金温度センサ | |
| JPH03214031A (ja) | 薄膜白金温度センサ |