專利名稱：應變儀及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應變儀及其制造方法，尤其涉及將溫度補償元件進行一體化的應變儀及其制造方法。
背景技術：
以往，將應變儀安裝在測量對象物上，使用該應變儀形成橋接電路，檢測測量對象物應變的方法被眾所周知。人們知道這類應變儀和橋接電路的電路配線以相同的金屬箔形成的方法，或者不同于應變儀，電路配線以FPC(柔性印刷電路板)等形成，用焊錫等接合的方法。
而且，以往，人們知道為了對應變儀進行溫度補償，利用溫度補償用元件的技術(例如專利文獻I)。專利文獻I :日本專利實開昭62-10628號公報然而，現(xiàn)有的應變儀存在不得不將電阻率大電阻溫度系數(shù)小的應變傳感元件，與電阻率小電阻溫度系數(shù)大的溫度補償元件分別形成，再將它們接合，配線的問題。這樣，就會在其接合部由于焊錫等而產(chǎn)生厚度方向的階梯部，如果此階梯部位于應力應變場，此處就會發(fā)生應力集中，可能會發(fā)生疲勞斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點而產(chǎn)生，其目的在于，提供一種省去應變傳感元件與溫度補償元件接合的時間，同時不易在接合部發(fā)生由于應力集中而引起疲勞斷裂的應變儀及其制造方法。為解決上述課題，本發(fā)明為應變儀，其特征在于，應變傳感元件與溫度補償元件形成為一體。而且，本發(fā)明的特征在于，具備多個上述應變傳感元件，并且用這些多個應變傳感元件與上述溫度補償元件構(gòu)成全橋電路。而且，本發(fā)明的特征在于，將輸出溫度補償元件配置于輸入側(cè)。而且，本發(fā)明的特征在于，上述溫度補償元件及上述輸出溫度補償元件是在與構(gòu)成應變傳感元件的材料同類的第I材料的表面上，堆積不同類的第2材料而成。而且，本發(fā)明的特征在于，上述溫度補償元件及上述輸出溫度補償元件是具有溫度補償電阻而成。而且，本發(fā)明的特征在于，上述第2材料是比上述第I材料電阻率小且電阻溫度系數(shù)大的材料。而且，本發(fā)明的特征在于，上述第2材料為Cu，上述第I材料為CuNi ;或者，上述第2材料為Ni，上述第I材料為NiCr。而且，本發(fā)明為應變儀的制造方法，其特征在于，依次實施金屬箔與片狀樹脂材料的層疊片制作工序；第I保護層的涂敷干燥工序；溫度補償元件的圖案的曝光及顯影工序；膜的堆積工序；上述第I保護層的剝離工序；第2保護層的涂敷干燥工序；應變傳感元件的圖案及上述溫度補償元件的圖案的曝光以及顯影工序；上述應變傳感元件的圖案及上述溫度補償元件的圖案的蝕刻工序；上述第2保護層剝離工序。利用本發(fā)明，可以提供一種省去應變傳感元件與溫度補償元件接合的時間，同時不易在接合部發(fā)生由于應力集中而引起疲勞斷裂的應變儀及其制造方法。


圖I是表示本發(fā)明的應變儀構(gòu)成的一種實施方式的俯視圖。圖2是利用圖I所不的應變儀10的全橋電路圖。 圖3是表示本發(fā)明的應變儀的另一種實施方式的俯視圖。圖4是利用圖3所示的應變儀110的全橋電路圖。圖5(a) 圖5(i)是將本發(fā)明的應變儀的制造方法的一種實施方式的工序，按工序順序表示的側(cè)面剖面圖。符號說明10...應變儀；11、12、13、14·..應變傳感元件(標準電阻元件)；15、16·..零點平衡補償元件(平衡調(diào)整元件)；17、18··.零點溫度平衡元件(溫度調(diào)整元件)；19、20、21、22...電極；30、3L…輸出溫度補償元件(溫度調(diào)整元件)。
具體實施例方式以下，參照附圖，對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。圖I是表不本發(fā)明的應變儀10的一種實施方式的俯視圖。應變儀10例如形成為在片狀的聚酰亞胺樹脂材料上設置金屬箔，并將該金屬箔圖案化的柔性基板狀，但不特別限定樹脂材料的種類。本實施方式的應變儀10是在片狀樹脂材料上形成電極19、20、21及22，具有作為應變傳感元件(標準電阻元件)的元件11、12、13及14，且具有零點平衡補償(平衡調(diào)整)元件15及16，以及零點溫度補償(溫度調(diào)整)元件17及18而成。圖I中被點劃線圍住的區(qū)域35是，參照圖5后述的制造工序中實施電鍍的區(qū)域。各元件作為電阻體構(gòu)成，零點平衡補償元件15及16是為了補償全橋電路的零點的平衡(調(diào)整平衡)而根據(jù)需要進行電阻值的調(diào)整，如進行金屬箔的切除的元件。而且，零點溫度補償元件17及18是為了進行全橋電路的零點的溫度補償(調(diào)整)而根據(jù)需要進行電阻值的調(diào)整，如進行金屬箔、電鍍膜的切除的元件。元件15的一端與電極19連接,并與元件16的一端連接,元件15的另一端與元件11的一端連接。元件11的另一端與電極20連接，并與元件13的一端連接。元件13的另一端與兀件17的一端連接。元件17的另一端與電極21連接,并與元件18的一端連接,元件18的另一端與元件14的一端連接。元件14的另一端與電極22連接，并與元件12的一端連接。元件12的另一端與元件16的另一端連接。其中，可以用蒸鍍、濺射等其他方法代替電鍍而堆積金屬膜。圖2是由圖I所示的本實施方式的應變儀10構(gòu)成全橋電路的例子。
此圖2的全橋電路中，根據(jù)已知的惠斯登電橋的原理，例如在電極20與22之間施加輸入電壓，從電極19與21之間得到輸出，經(jīng)由未圖示的放大器放大，作為應變的檢測結(jié)果來利用。本實施方式中，零點溫度補償元件17及18配置于全橋電路內(nèi)部。在本實施方式中，電極19、20、21及22，應變傳感元件11、12、13及14，以及零點平衡補償元件15及16是以相同的金屬箔形成，零點溫度補償元件17及18是在與應變傳感元件同類的金屬箔表面上，用指定的金屬實施電鍍而成。關于此類材料，在參照圖5說明制造方法時敘述。根據(jù)本實施方式，溫度補償 元件(溫度調(diào)整元件)與應變傳感元件可一體形成，不需要焊錫接合，可減少工序，實現(xiàn)小型化。而且，根據(jù)本實施方式，因為溫度補償元件(溫度調(diào)整元件)是以金屬箔狀的電鍍一體形成，因此與其他的元件的接合部中的厚度的差(階梯差)為幾μπι，不易發(fā)生由應力集中引起的斷裂，可確保高疲勞壽命。圖3是表示本發(fā)明的應變儀110的另一種實施方式的俯視圖。應變儀110例如是在片狀的聚酰亞胺樹脂材料上設置金屬箔形成，不特別限定樹脂材料的種類。本實施方式的應變儀110是在片狀樹脂材料上形成電極19、20、21及22，具有應變傳感元件(標準電阻元件)11、12、13及14，且具有零點平衡補償(平衡調(diào)整)元件15及16，零點溫度補償(調(diào)整)元件17及18，以及輸出溫度補償(調(diào)整)元件30及31而成。圖3中被點劃線圍起的區(qū)域35、36及37是在參照圖5后述的制造工序中實施電鍍的區(qū)域。即，零點溫度補償元件17及18、以及輸出溫度補償元件30及31是在金屬箔上實施電鍍而形成。各元件作為電阻體構(gòu)成，零點平衡補償元件15及16是為了進行全橋電路的零點平衡補償(調(diào)整)而根據(jù)需要進行電阻值的調(diào)整，例如進行金屬箔的切除的元件，零點溫度補償元件17及18是為了進行全橋電路的零點溫度補償(調(diào)整)而根據(jù)需要進行電阻值的調(diào)整，例如進行金屬箔、電鍍膜的切除的元件。而且，輸出溫度補償元件30及31是為了進行全橋電路的輸出的溫度補償(調(diào)整)而根據(jù)需要進行電阻值的調(diào)整，例如進行金屬箔、電鍍膜的切除的元件。元件15的一端與電極19連接,并與元件16的一端連接,元件15的另一端與元件11的一端連接。元件11的另一端與元件30的一端連接，并與元件13的一端連接。元件13的另一端與元件17的一端連接。元件30的另一端與電極20連接。元件17的另一端與電極21連接,并與元件18的一端連接,元件18的另一端與元件14的一端連接。元件14的另一端與元件31的一端連接，并與元件12的一端連接。元件12的另一端與元件16的另一端連接。元件31的另一端與電極22連接。圖4是用圖3所示的本實施方式的應變儀110構(gòu)成全橋電路的例子。此圖4的全橋電路中，根據(jù)已知的惠斯登電橋的原理，例如在電極20與22之間施加輸入電壓，從電極19與21之間得到輸出，經(jīng)由未圖示的放大器放大，作為應變的檢測結(jié)果來利用。本實施方式中，零點溫度補償元件17及18配置于全橋電路內(nèi)部。本實施方式中，電極19、20、21及22，應變傳感元件11、12、13及14，零點平衡補償元件15及16，以及輸出溫度補償元件30及31是用相同的金屬箔形成，零點溫度補償元件17及18以及輸出溫度補償元件30及31是在與應變傳感元件同類的金屬箔的表面，用指定的金屬實施電鍍而成。關于此類材料，在參照圖5說明制造方法時敘述。圖4的全橋電路的溫度補償是利用配置于輸入側(cè)的輸出溫度補償電阻30、31，和配置于全橋電路內(nèi)部的零點溫度補償電阻17、18來實施。根據(jù)本實施方式，溫度補償元件(溫度調(diào)整元件)與應變傳感元件可一體形成，不需要焊錫接合，從而削減工序，可實現(xiàn)小型化。并且，根據(jù)本實施方式，因為溫度補償元件(溫度調(diào)整元件)是用金屬箔狀的電鍍形成，與其他的元件的接合部中的厚度的差(階梯 差)為幾ym，不易發(fā)生由應力集中引起的斷裂，可確保高疲勞壽命。圖5(a) 圖5(i)是將本發(fā)明的應變儀的制造方法的一種實施方式的工序，按工序順序表示的側(cè)面剖面圖。首先，如圖5(a)所示，制作金屬箔41與聚酰亞胺40的層疊片。其次，如圖5(b)所示，涂敷第I保護層42并干燥。然后，如圖5(c)所示，進行溫度補償元件(上述的溫度補償元件17及18、或溫度補償元件17、18、30及31)的圖案的曝光及顯影。然后，如圖5(d)所示，用指定的金屬對圖I所示的區(qū)域35，或圖3所示的區(qū)域35、36及37實施電鍍43。然后，如圖5(e)所示，剝離第I保護層42。然后，如圖5(f)所示，涂敷第2保護層44并干燥。然后，如圖5(g)所示,對應變傳感元件(上述的應變傳感元件11、12、13及14)、溫度補償元件(上述的溫度補償元件17及18，或溫度補償元件17、18、30及31)、根據(jù)需要進行的零點平衡補償元件(上述的平衡補償元件15及16)、配線圖案進行曝光及顯影的工序，和然后,如圖5(h)所示,對應變傳感元件(上述的應變傳感元件11、12、13及14)、溫度補償元件(上述的溫度補償元件17及18，或溫度補償元件17、18、30及31)、根據(jù)需要進行的零點平衡補償元件(上述的零點平衡補償元件15及16)、配線圖案進行蝕刻。其中，在此，例如，用氯化鐵液進行的I次蝕刻，可同時蝕刻2層金屬，形成圖案。然后，如圖5⑴所示，剝離第2保護層44。雖然在本實施方式中，圖5(d)中，用指定的金屬實施了電鍍43，但本發(fā)明不僅限于此，也可用利用指定的金屬的蒸鍍、濺射等其他的方法堆積金屬膜，形成溫度補償元件。而且，輸出的溫度補償是對溫度施加一定電壓時，因隨溫度上升而電阻值增大的電阻體，施加在橋接電路的電壓實際降低，從而抵消隨溫度上升的應變儀的靈敏度上升、和隨彈性體的縱彈性模量系數(shù)降低的敏感度上升的構(gòu)造。因此，Cu、Ni等電阻溫度系數(shù)大的材料適合作為此電阻體的材料。此外，對橋接電路的零點溫度補償進行說明，應變傳感元件(檢測元件)雖然是用電阻溫度系數(shù)近似為零的材料的電阻體制作，但此微小的差別也會被橋接電路放大，因此在橋接電路內(nèi)部用電阻率小、電阻溫度系數(shù)大的電阻體調(diào)整，進行零點溫度補償。此處，為了補償由于溫度補償元件17、18的電阻調(diào)整而變化的橋接電路的平衡，也使用電阻溫度系數(shù)小的橋接電路的零點平衡調(diào)整元件15、16。
可是，因為相對于CuNi合金，Cu的電阻率充分小，相對于NiCr合金，Ni的電阻率充分小，而它們分別是應變測量電阻體合金的主要成分，所以用來電鍍、濺射(蒸鍍)的緊貼性優(yōu)良。因此，優(yōu)選為，在應變傳感元件11、12、13及14上使用CuNi合金時，零點溫度補償元件17及18以及輸出溫度補償元件30及31是用Cu電鍍或濺射形成，在應變傳感元件
11、12、13及14上使用NiCr合金時，零點溫度補償元件17及18以及輸出溫度補償元件30及31是用Ni電鍍或濺射形成。本發(fā)明不僅限于上述說明，不言而喻在不脫離本發(fā)明的主旨范圍的情況下，也可進行各種變形及組合。權利要求
1.一種應變儀，其特征在于， 應變傳感元件與溫度補償元件形成為一體。
2.根據(jù)權利要求I所述的應變儀，其特征在于， 具備多個上述應變傳感元件，并且用這些多個應變傳感元件和上述溫度補償元件來構(gòu)成全橋電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的應變儀，其特征在于， 將輸出溫度補償元件配置于輸入側(cè)。
4.根據(jù)權利要求I所述的應變儀，其特征在于， 上述溫度補償元件是在與構(gòu)成應變傳感元件的材料同類的第I材料的表面上堆積不同類的第2材料而成。
5.根據(jù)權利要求3所述的應變儀，其特征在于， 上述溫度補償元件及上述輸出溫度補償元件具有溫度補償電阻而成。
6.根據(jù)權利要求4所述的應變儀，其特征在于， 上述第2材料是比上述第I材料電阻率小且電阻溫度系數(shù)大的材料。
7.根據(jù)權利要求6所述的應變儀，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。
8.一種應變儀的制造方法，其特征在于， 依次實施 金屬箔與片狀樹脂材料的層疊片的制作工序； 第I保護層的涂敷干燥工序； 溫度補償元件的圖案的曝光及顯影工序； 膜的堆積工序； 上述第I保護層的剝離工序； 第2保護層的涂敷干燥工序； 應變傳感元件的圖案及上述溫度補償元件的圖案的曝光及顯影工序； 上述應變傳感元件的圖案及上述溫度補償元件的圖案的蝕刻工序； 上述第2保護層的剝離工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應變儀及其制造方法，其不易發(fā)生在應變傳感元件與溫度補償元件的接合部因應力集中所引起的疲勞斷裂。其特征在于，將應變傳感元件(11、12、13、14)與溫度補償元件(17、18)一體形成而構(gòu)成應變儀(10)。
文檔編號G01B7/16GK102735154SQ20121008557
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者稻森道伯 申請人:美蓓亞株式會社