(57)【要約】【課題】エンドタブ部のサイドエッチング量のばらつきを軽減させるエンドタブ形状を有するストレインゲージを提供する。【解決手段】ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、グリッド部とエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して成るストレインゲージにおいて、前記エンドタブ部は、前記エンドタブ部にかかるサイドエッチングの影響を前記グリッド部にかかるサイドエッチングの影響と同等にする形状にパターニングされて成ることから、エンドタブ部のサイドエッチング量のばらつきを軽減し、一定形状のストレインゲージ作製を可能とするものであり、これによるエンドタブ比のばらつきの軽減に伴い、クリープ特性のばらつきが軽減されたストレインゲージを、歩留まり良く生産可能とするものである。【選択図】        図１
2006030163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、グリッド部とエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して成るストレインゲージにおいて、
前記エンドタブ部は、前記エンドタブ部にかかるサイドエッチングの影響を前記グリッド部にかかるサイドエッチングの影響と同等にする形状にパターニングされて成ることを特徴とするストレインゲージ。
【請求項２】
前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定することを特徴とする請求項１記載のストレインゲージ。
【請求項３】
前記エンドタブ部は、グリッド部から直線状に延びるグリッド延長部と、隣り合うグリッド延長部を接続してグリッド部とグリッド延長部との境界を形成する接続部とから成り、前記グリッド延長部及び接続部のパターン幅が前記グリッド部と同じ幅で形成され、前記エンドタブ部と前記グリッド部とを合わせて略Ｈ形状を成すことを特徴とする請求項１記載のストレインゲージ。
【請求項４】
前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定することを特徴とする請求項３記載のストレインゲージ。
【請求項５】
前記エンドタブ部は、前記グリッド延長部の長さを変える事により前記エンドタブ部の面積を変更することを特徴とする請求項３記載のストレインゲージ。
【請求項６】
前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定することを特徴とする請求項５記載のストレインゲージ。
【請求項７】
前記エンドタブ部の面積は、前記エンドタブ部の面積とストレインゲージのクリープ特性との相関により得られる関係式に基づいて求められることを特徴とする請求項１乃至６記載のストレインゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はストレインゲージのエンドタブ部の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、起歪体に貼付して用いる一般的な重量測定用ストレインゲージの形状を図５及び図６に例示する。図５は、ストレインゲージの外観図であり、図６は、ストレインゲージパターン形状を示す図５の一部拡大図である。図５において、ストレインゲージ１は、樹脂フィルム２上に、歪を検出するための抵抗体として所望のパターン形状に形成された金属箔３を貼着して成り、前記金属箔３は、並列に並ぶ直線部分であるグリッド部４と、前記グリッド部４の折り返し部分であるエンドタブ部５とをパターン形成して成る。また、パターン形成に際しては、公知のフォトレジスト及びエッチング技術により形成されるものである。
【０００３】
ここで、前記グリッド部４の内、一つのグリッド部を４ａとし、同じく前記エンドタブ部５の内、１つのエンドタブ部を５ａとして、図５の一部を拡大して示した図６によると、エンドタブ部５ａは、図６中に斜線部で示したように面積Ｓｒの略中空の半楕円状に形成されて成る。また、図６中Ａで示したグリッド部４ａの幅（以下、グリッド幅と言う）と、同じくＢで示したエンドタブ部５ａの幅（以下、エンドタブ長と言う）とにより、Ｂ／Ａとして得られるエンドタブ比に基づいて、ストレインゲージ１のクリープ特性が決定されるものである。
【０００４】
すなわち、一般的に起歪体のクリープ特性はプラス方向であるのに対して、前記ストレインゲージ１は、上述のごとくパターン形成された金属箔３が前記樹脂フィルム２を介して起歪体に貼付されているため、起歪体と同等に歪むことなく、逆に金属箔３が元の形状に戻ろうとするためマイナスのクリープが発生する。このマイナス方向のクリープ特性と前記エンドタブ比との公知の関係より、起歪体のプラスクリープ特性を相殺させるエンドタブ比を設定するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平８−１２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記ストレインゲージ１のクリープ特性はばらつきが多かった。この原因として考えられていたものが、金属箔３をパターン形成する際のエッチング工程において、金属箔３が、適切に設計されたフォトマスクに対して過度にエッチングされる現象（以下、サイドエッチングと言う。）が起きることにより、グリッド部４ａ及びエンドタブ部５ａの形状が設計値よりも小さくなり、前記クリープ特性を決定するエンドタブ比も設計値とは異なってしまうことがあげられていた。一般的に、前記サイドエッチングとは、レジストと金属箔３との密着力の弱いところでエッチング液の浸透圧が高くなることによって現れる現象であり、同一のフォトマスクを用いて作製したストレインゲージであっても、前記サイドエッチングの影響は同じではないため、ストレインゲージ間のクリープ特性のばらつきとして現れるものである。
【０００６】
ここで、通常数十μｍの幅で形成されるグリッド部４ａは、サイドエッチング量が少ないことが知られているが、前記クリープ特性を持たせるためには、前記エンドタブ長Ｂを大きく形成しなければならない。そこで本発明者は、エンドタブ部５ａにおけるサイドエッチングの影響に着目した。本発明者がエンドタブ長Ｂに対するサイドエッチング量を実測した結果を図７に示す。図７は、エンドタブ長Ｂの異なる２種類のストレインゲージ（ここでは、Ｂが１６５μｍと１９５μｍの２種類とする。）において、各々一度に作製される１シート上のストレインゲージの内、約半数を任意に選択して計測し、サイドエッチング量の最大値、最小値、平均値及び標準偏差により比較した結果である。
【０００７】
図７に示すように、エンドタブ長Ｂの異なる両ストレインゲージは、サイドエッチングの影響を大きく受け、共に平均値で５％程度のサイドエッチング量が計測された。しかし、サイドエッチング量のばらつきを示す各標準偏差は、エンドタブ長Ｂの短い方（１６５μｍ）が１．６０であり、エンドタブ長Ｂの長い方（１９５μｍ）が２．３８であることから、エンドタブ長Ｂを長くするほど、サイドエッチング量のばらつきが大きくなる傾向にあった。これにより、本発明者は、このエンドタブ部の形状の違いによるサイドエッチング量のばらつきに伴うエンドタブ比のばらつきが、前記クリープ特性の性能及びそのばらつきの原因であることを見出した。
【０００８】
したがって、本発明は上述の課題を解決し、エンドタブ部のサイドエッチング量のばらつきを軽減させるエンドタブ形状を有するストレインゲージを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、グリッド部とエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して成るストレインゲージにおいて、前記エンドタブ部は、前記エンドタブ部にかかるサイドエッチングの影響を前記グリッド部にかかるサイドエッチングの影響と同等にする形状にパターニングされて成るストレインゲージを提供する。
【００１０】
また、前記エンドタブ部は、グリッド部から直線状に延びるグリッド延長部と、隣り合うグリッド延長部を接続してグリッド部とグリッド延長部との境界を形成する接続部とから成り、前記グリッド延長部及び接続部のパターン幅が前記グリッド部と同じ幅で形成され、前記エンドタブ部と前記グリッド部とを合わせて略Ｈ形状を成す。
【００１１】
また、前記エンドタブ部は、前記グリッド延長部の長さを変える事により前記エンドタブ部の面積を変更する。
【００１２】
また、前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定する。
【００１３】
更に、前記エンドタブ部の面積は、前記エンドタブ部の面積とストレインゲージのクリープ特性との相関により得られる関係式に基づいて求められる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のストレインゲージは、ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、グリッド部とエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して成るストレインゲージにおいて、前記エンドタブ部は、前記エンドタブ部にかかるサイドエッチングの影響を前記グリッド部にかかるサイドエッチングの影響と同等にする形状にパターニングされて成ることから、エンドタブ部のサイドエッチング量のばらつきを軽減し、一定形状のストレインゲージ作製を可能とするものであり、これによるエンドタブ比のばらつきの軽減に伴い、クリープ特性のばらつきが軽減されたストレインゲージを、歩留まり良く生産可能とするものである。
【００１５】
また、前記エンドタブ部は、グリッド部から直線状に延びるグリッド延長部と、隣り合うグリッド延長部を接続してグリッド部とグリッド延長部との境界を形成する接続部とから成り、前記グリッド延長部及び接続部のパターン幅が前記グリッド部と同じ幅で形成され、前記エンドタブ部と前記グリッド部とを合わせて略Ｈ形状を成すことから、クリープ特性を容易に設定可能な簡易な形状であるためパターン設計しやすい。
【００１６】
また、前記エンドタブ部は、前記グリッド延長部の長さを変える事により前記エンドタブ部の面積を変更することから、グリッド延長部はグリッド部と同等のサイドエッチングの影響しか受けないため、エンドタブ部が長くなっても、サイドエッチング量のばらつきが少ないストレインゲージとすることが可能である。
【００１７】
また、前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定することから、サイドエッチングの影響が少なく、エンドタブ部の面積変化も少ないため、精度の高いストレインゲージとすることが可能である。
【００１８】
更に、前記エンドタブ部の面積は、前記エンドタブ部の面積とストレインゲージのクリープ特性との相関により得られる関係式に基づいて求められることから、パターン設計時において、所望のクリープ特性を持つエンドタブ部の形状を簡便に求めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のストレインゲージは、ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、グリッド部とエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して成るストレインゲージにおいて、前記エンドタブ部は、前記エンドタブ部にかかるサイドエッチングの影響を前記グリッド部にかかるサイドエッチングの影響と同等にする形状にパターニングされて成る。
【００２０】
また、前記エンドタブ部は、グリッド部から直線状に延びるグリッド延長部と、隣り合うグリッド延長部を接続してグリッド部とグリッド延長部との境界を形成する接続部とから成り、前記グリッド延長部及び接続部のパターン幅が前記グリッド部と同じ幅で形成され、前記エンドタブ部と前記グリッド部とを合わせて略Ｈ形状を成す。
【００２１】
また、前記エンドタブ部は、前記グリッド延長部の長さを変える事により前記エンドタブ部の面積を変更するものである。
【００２２】
また、前記エンドタブ部の面積に基づいてクリープ特性を決定するものである。
【００２３】
更に、前記エンドタブ部の面積は、前記エンドタブ部の面積とストレインゲージのクリープ特性との相関により得られる関係式に基づいて求められる。
【実施例１】
【００２４】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明のストレインゲージの外観図であり、図２は、本発明のストレインゲージパターン形状を示す図１の一部拡大図である。
【００２５】
ここで、本発明のストレインゲージは、前述した従来のストレインゲージ１と同様に公知のフォトレジスト及びエッチング技術により形成されるものである。また、図５及び図６により示した従来のストレインゲージ１と同様に構成される部分は同じ符号を用いて説明する。
【００２６】
まず、図１に示す本発明のストレインゲージ１０を、図５の従来のストレインゲージ１との差異をもって説明すると、従来のエンドタブ部５が円弧を有する折り返し部分であったのに対し、本発明のストレインゲージ１０は略コの字型のエンドタブ部１５を有して成り、その他は同様に構成される。
【００２７】
次に、図２の拡大図によりエンドタブ部１５を詳細に説明する。ここで、前記エンドタブ部１５の内、１つのエンドタブ部を１５ａとして示す。エンドタブ部１５ａは、図２中斜線部で示すように、２つのグリッド部４ａから各々直線上に延長される２つのグリッド延長部１５ｂと、前記グリッド部４ａと前記グリッド延長部１５ａとの境界位置において、隣り合う２つの前記グリッド延長部１５ｂを接続する接続部１５ｃとから成る。これにより、前記エンドタブ部１５ａは、面積Ｓｈの略コの字型に形成されて成り、グリッド部４ａと合わせてＨ形状をして成るものである。
【００２８】
また、前記グリッド延長部１５ｂ及び前記接続部１５ｃの幅は、前記グリッド部４ａと同じ幅Ａで形成され、グリッド延長部１５ｂの延長方向の長さＣはエンドタブ部１５ａの面積Ｓｈに依存して決定される値である。
【００２９】
ここで、クリープ特性とエンドタブ部との間には、エンドタブ部の面積が同じであれば、形状にかかわらず同等のクリープ特性が得られるという公知の原則がある。
【００３０】
よって、ストレインゲージ１０に所望のクリープ特性を持たせる場合、クリープ特性とエンドタブ比との関係が公知である従来のストレインゲージ１のエンドタブ部５ａの形状に基づいて設定する。
【００３１】
すなわち、図６に示した前記エンドタブ部５ａの面積Ｓｒを求め、上記原則にしたがって、前記エンドタブ部５ａの面積Ｓｒ＝前記エンドタブ部１５ａの面積Ｓｈとなるように、前記グリッド延長部１５ｂの長さＣを求めることによりエンドタブ部１５ａの形状を設定する。
【００３２】
ここで、エンドタブ部１５ａの形状は前述したようにパターンの幅が全てＡのコの字型で形成されるため、前記面積Ｓｈに基づいて前記長さＣは容易に求めることが可能である。
【００３３】
以下、前記長さＣ算出までを具体例を用いて説明する。まず、図６において従来のストレインゲージ１が、グリッド部４ａの幅Ａ＝３０（μｍ）、エンドタブ長Ｂ＝９６（μｍ）であるとし、図示しないがグリッド部４ａ間の距離をＤ＝４０（μｍ）として形成され、エンドタブ比Ｂ／Ａ＝３．２となるストレインゲージ１であるとする。このとき、一般的にエンドタブ部５ａを形成するグリッド部４ａ側の小さい円弧と先端部側の大きい円弧は、各々半径：Ｄ／２及び半径：Ａ＋Ｄ／２で形成される半円であり、その他は直線で形成される。よって、エンドタブ部５ａの面積Ｓｒ＝９．９（μｍ２）として表される。
【００３４】
このストレインゲージ１と同等のクリープ特性を有するように、図２に示すストレインゲージ１０のエンドタブ部１５ａを形成する。すなわち、エンドタブ部１５ａの面積Ｓｈが前記面積Ｓｒと同じになるように、グリッド延長部の長さＣを算出すればよい。面積Ｓｈは二つのグリッド延長部１５ｂの面積と接続部１５ｃの面積との和で表されることから、Ｓｈ＝２×Ａ×Ｃ＋Ａ×Ｄなる式で表され、面積Ｓｈ＝面積Ｓｒとして、各々前記数値を代入することにより、グリッド延長部１５ｂの長さＣ＝１４５（μｍ）と簡便に算出することが可能である。
【００３５】
以上より、エンドタブ部１５ａにかかるサイドエッチングの影響をグリッド部４ａと同等、すなわちほとんど影響を受けない状態にすることが可能である。また、クリープ特性上、前記面積Ｓｈを大きくしなければならない場合でも、前記長さＣを長くすれば良い。たとえ前記長さＣを長くしても、グリッド延長部１５ｂのエッチング状態は、グリッド部４ａと変わらないため、従来のようにサイドエッチング量のばらつきが大きくなってしまうことは無く、一定のクリープ特性を有するストレインゲージを作製することが可能である。
【００３６】
また、一般にストレインゲージのパターン上を流れる電流は、最短経路を通って流れると考えられることから、本発明のストレインゲージ１０の電流経路は、グリッド部４ａから接続部１５ｃを通って流れ、接続部１５ｃよりも外側のグリッド延長部１５ｂには電流は流れなくなる。すなわち、従来の円弧を有するエンドタブ部５ａに比べて電流経路は短くなるため、抵抗値は減少するものと考えられるが、歪み量を検出する性能に影響を与える程ではない。
【００３７】
ここで図３に、従来のストレインゲージ１と本発明のストレインゲージ１０とを同一起歪体上に貼付して３０分間のクリープ特性を実測した結果を示す。ストレインゲージ１及び１０は、各々前記具体例に示した寸法のものを用い、Ｎｏ．１からＮｏ．７までの７つのサンプルを測定し、各サンプルのクリープ値のばらつきをクリープ値の最大値、最小値及び標準偏差により比較したものである。ただし、以下クリープ値の単位を付していないが、クリープ値の単位は、％ＬＯＡＤ／３０ｍｉｎとする。
【００３８】
これによると、従来のストレインゲージ１においては、荷重負荷時及び荷重除去時の各々において、最大クリープ値と最小クリープ値との差の絶対値が、０．０２５及び０．０１７であるのに対し、本発明のストレインゲージ１０は、０．００７及び０．０１０となり、同じく荷重負荷時及び荷重除去時の各標準偏差は、従来のストレインゲージ１が０．０１０３及び０．００６８であるのに対し、本発明のストレインゲージ１０においては、０．００２７及び０．００３４であることから、明らかにクリープ特性のばらつきが減少していることが、本発明者の実測により確認されている。
【００３９】
なお、本実施例では、ストレインゲージ１０に所望のクリープ特性を与えるエンドタブ部１５ａの面積を求めるため、エンドタブ比に基づいた従来のエンドタブ部５ａの面積をまず算出したが、発明者は更に、エンドタブ部１５ａと面積とクリープ特性との間に、図４に示すような例えば、Ｙ＝αＳｈ＋β（ここで、Ｙはクリープ特性を示す値であり、α及びβは定数である）なる相関があることも見出した。これに基づいて所望のクリープ特性に適するエンドタブ部１５ａの面積Ｓｈを求め、グリッド延長部１５ｂの長さＣを算出することにより設計が容易になる。
【００４０】
また、面積Ｓｈ算出の基準となる、図６に斜線部で示した面積Ｓｒの範囲は、エンドタブ部５ａの先端から、図中点線で示したグリッド部４ａとの境界線までとしたが、以下図示しないが、近似的に、前記境界線に平行な直線がエンドタブ部５ａを形成する小さい円弧の接線となる位置を新たな境界線とし、エンドタブ部５ａの先端から前記新たな境界線までを面積Ｓｒの範囲としても良い。この新たな境界線は前記グリッド部４ａとの境界から前記接線位置までの間いずれの位置に設定しても良い。また、前記小さい円弧と境界線に囲まれる半円部分を面積Ｓｒに含んでも良い。
【００４１】
更に、図２に示したように、エンドタブ部１５ａはグリッド部４ａと合わせて略Ｈ形状を成すものとしたが、エンドタブ部１５ａを形成するパターンの幅がグリッド部４ａの幅Ａと同じであって、エンドタブ部１５ａの面積Ｓｈが所望のクリープ特性を満たすものであれば良く、例えば、面積Ｓｈを一定とした上で、接続部１５ｃをグリッド延長部１５ｂ間に複数本形成することにより、グリッド延長部１５ｂの長さＣを短く形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のストレインゲージの外観図である。
【図２】本発明のストレインゲージパターンを示す拡大図である。
【図３】同一起歪体に貼付した本発明のストレインゲージと従来のストレインゲージとのクリープ特性の比較を示す図である。
【図４】本発明のエンドタブ部面積とストレインゲージのクリープ特性の関係を示す図である。
【図５】従来のストレインゲージの外観図である。
【図６】従来のストレインゲージパターンを示す拡大図である。
【図７】従来のストレインゲージのエンドタブ長によるサイドエッチングの影響を比較した図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    従来のストレインゲージ
２    樹脂フィルム
３    金属箔
４    グリッド部
４ａ  １つのグリッド部
５    エンドタブ部
５ａ  １つのエンドタブ部
１０  本発明のストレインゲージ
１５    エンドタブ部
１５ａ  １つのエンドタブ部
１５ｂ  １つのグリッド延長部
１５ｃ  １つの接続部
【図１】
2006030163.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006030163.tif 000006
【図５】
2006030163.tif 000007
【図６】
2006030163.tif 000008
【図７】
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