JP2018132531A - Strain gauge - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ひずみゲージに関する。 The present invention relates to a strain gauge.
測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体の材料としては、例えば、Cr(クロム)やNi(ニッケル)を含む材料が用いられている。又、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている(例えば、特許文献1参照)。 There is known a strain gauge that is attached to a measurement object and detects the strain of the measurement object. The strain gauge includes a resistor for detecting strain, and a material containing Cr (chromium) or Ni (nickel) is used as the resistor material, for example. The resistor is formed on a base material made of an insulating resin, for example (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のひずみゲージは、感度が十分ではなく、又、小型化が実現できていなかったため、高感度化や小型化が求められていた。 However, the conventional strain gauge has insufficient sensitivity, and has not been able to be downsized, so that high sensitivity and downsizing have been demanded.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、高感度化及び小型化を実現することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said point, and aims at implement | achieving high sensitivity and size reduction in the strain gauge which has a resistor formed on the base material which has flexibility.
本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、Cr、CrNの少なくとも1つを含む薄膜から形成された抵抗体と、を有する。 This strain gauge has a flexible substrate and a resistor formed of a thin film containing at least one of Cr and CrN.
開示の技術によれば、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、高感度化及び小型化を実現することができる。 According to the disclosed technology, it is possible to achieve high sensitivity and downsizing in a strain gauge having a resistor formed on a flexible substrate.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図2は、第1の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図1のA−A線に沿う断面を示している。図1及び図2を参照するに、ひずみゲージ1は、基材10と、抵抗体30と、端子部41とを有している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view illustrating a strain gauge according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross section taken along the line AA of FIG. Referring to FIGS. 1 and 2, the
なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ1において、基材10の抵抗体30が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体30が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体30が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体30が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ1は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材10の上面10aの法線方向から視た形状を指すものとする。
In the present embodiment, for the sake of convenience, in the
基材10は、抵抗体30を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材10の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。
The
基材10は、例えば、PI(ポリイミド)樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。なお、フィルムとは、可撓性を有する部材を指す。
The
ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材10が絶縁樹脂フィルム中に添加物や不純物等を含有することを妨げるものではない。
Here, “forming from an insulating resin film” does not prevent the
抵抗体30は、基材10の上面10aに所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体30は、基材10の上面10aに直接形成されてもよいし、基材10の上面10aに他の層を介して形成されてもよい。抵抗体30の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。なお、図1では、便宜上、抵抗体30を梨地模様で示している。
The
抵抗体30は、例えば、Cr(クロム)を含む材料から形成することができる。Crを含む材料としては、例えば、Cr、CrNの少なくとも1つを含む薄膜が挙げられる。
The
端子部41は、抵抗体30の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体30よりも拡幅して形成されている。端子部41は、ひずみにより生じる抵抗体30の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。抵抗体30は、例えば、端子部41の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部41に接続されている。なお、抵抗体30と端子部41とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。
The
ひずみゲージ1において、基材10の材料としてPI樹脂を用い、抵抗体30の材料としてCr、CrNの少なくとも1つを含む薄膜を用いた場合、高感度化(従来比500%以上)かつ、小型化(従来比1/10以下)を実現することができる。
In the
例えば、従来のひずみゲージの出力が0.04mV/2V程度であったのに対して、ひずみゲージ1では0.3mV/2V以上の出力を得ることができる。又、従来のひずみゲージの大きさ(ゲージ長×ゲージ幅)が3mm×3mm程度であったのに対して、ひずみゲージ1の大きさ(ゲージ長×ゲージ幅)は0.3mm×0.3mm程度に小型化することができる。
For example, the output of the conventional strain gauge is about 0.04 mV / 2V, whereas the
ひずみゲージは、一般的に、起歪体(金属等)に貼り付けて使用される。従来のひずみゲージは感度が低かったため、センサ特性を確保するために起歪体の材料選定に設計的な制限を受けていた。 The strain gauge is generally used by being attached to a strain generating body (metal or the like). Since the conventional strain gauge has low sensitivity, the material selection of the strain generating body has been limited by design in order to ensure sensor characteristics.
これに対して、ひずみゲージ1は、従来のひずみゲージよりも高感度化されているため、従来のひずみゲージを用いる場合のような設計的な制限を大幅に緩和でき、起歪体の材料選定の自由度を向上できる。
On the other hand, the
又、ひずみゲージ1は、従来のひずみゲージよりも小型化されているため、今まで使用できなかった微細な測定箇所への設置が可能となる。
Further, since the
又、ひずみゲージ1は、可撓性を有するフィルム型ゲージであるため、小型だけではなく、大小様々なサイズに適用して生産及び供給することが可能となる。
Further, since the
又、ひずみゲージ1は、質量が軽く、測定したい場所へ貼り付けることができるため、同様な測定に用いる電子基板実装が必要なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems、微小電気機械システム)センサ等に比べ、測定したい場所を直接測定できるメリットがある。
In addition, the
又、ひずみゲージ1は、非常に小さく、質量が無視できるので、慣性の影響がなく、感度・安定性・疲労寿命に優れている。
Further, since the
又、ひずみゲージ1は、自己温度補償することも可能であり、この場合、金属、プラスチックを問わず、多様な熱膨張係数を持ったあらゆる被測定物に対して使用できる。
In addition, the
又、ひずみゲージ1は、高感度であり、小さい変位を検出できるので、高い剛性を有する被測定物に対して使用することも可能である。
Moreover, since the
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、ひずみゲージを応用したセンサの例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example of a sensor using a strain gauge is shown. In the second embodiment, description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.
ひずみゲージ1は、第1の実施の形態で示したように高感度、小型化等の様々な特徴を備えているため、様々なセンサに用いることができる。以下に、ひずみゲージ1の応用例を列挙する。但し、以下はひずみゲージ1を応用したセンサの一例を示すものであり、これらには限定されない。
Since the
ひずみゲージ1は、例えば、モバイル・ウェアラブル製品に用いることができる。ひずみゲージ1をモバイル・ウェアラブル製品に用いることにより、モバイル・ウェアラブル製品の小型化・省スペース化の実現に寄与できる。具体的には、ひずみゲージ1は、例えば、タッチした力の強さにより多段階のセンシングが可能なスイッチに応用できる。このスイッチを、例えば、小型化・多機能化が進むモバイル・ウェアラブル製品に対して搭載することで、1つのスイッチで多機能の切替が可能となる。又、ひずみゲージ1は、例えば、時計のベルト部分や裏蓋部分等に貼付し、生体情報を検出するセンサに応用できる。
The
又、ひずみゲージ1は、ロボティクスにおいても、指先のような微細な力や、職人の技のような繊細な手の動きをセンシングし、人間の動きに近いなめらかな動作を実現するための感触センサに応用できる。例えば、ひずみゲージ1をロボットの関節、腕、指等に取り付けてトルクを検出する場合、変位が少なく、動きが早く、感度が高い感触センサを実現できる。
In addition, the
又、ひずみゲージ1は、車載用途等においてもフレキシブルに対応することが可能である。例えば、ひずみゲージ1をブレーキペダルやブレーキパッドに取り付けて、ブレーキペダルやブレーキパッドに加わる力を検出するセンサに応用できる。又、ひずみゲージ1は、カーナビゲーションのスイッチ、コンソールのスイッチ、ステアリングのスイッチ等に応用できる。又、ひずみゲージ1、ディスプレイ、及び振動モータで構成されるハプティクスデバイス(カーナビゲーション等)を実現することができる。又、ひずみゲージ1は、自転車のクランクやペダルに取り付けて、クランクやペダルに加わる力を検出するセンサに応用できる。
Further, the
又、ひずみゲージ1は、その他にも幅広い領域に応用することが可能であり、IoT時代のセンシングに貢献することができる。例えば、ひずみゲージ1は、入力デバイス(タッチパッド、ポインティングデバイス、マウス等)の変位検出に応用できる。又、ひずみゲージ1は、ペン(例えば、スタイラスペン等)に搭載し、筆圧センサに応用できる。又、ひずみゲージ1は、スマートフォンに搭載することも可能である。例えば、スマートフォンの液晶の内側に貼るタッチセンサや、スマートフォンの両側面に貼るグリップセンサに応用できる。
Further, the
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and the like have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be added.
1 ひずみゲージ、10 基材、10a 上面、30 抵抗体、41 端子部 1 strain gauge, 10 base material, 10a top surface, 30 resistor, 41 terminal
Claims (9)
Cr、CrNの少なくとも1つを含む薄膜から形成された抵抗体と、を有するひずみゲージ。 A flexible substrate;
And a resistor formed from a thin film containing at least one of Cr and CrN.
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