(57)【要約】【課題】製造工程が簡単で、測定精度の高い歪ゲージ装置を提供すること。【解決手段】起歪部材１００と、この起歪部材１００上に配置した金属箔２００と、金属箔２００に接続する金属線Ｗ１〜Ｗ３とを具備した歪ゲージ装置において、金属箔２００と金属線Ｗ１〜Ｗ３を超音波ボンディングで接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
起歪部材と、この起歪部材上に配置した金属箔と、前記金属箔に接続する金属線とを具備した歪ゲージ装置において、前記金属箔と前記金属線とを超音波ボンディングで接続したことを特徴とする歪ゲージ装置。
【請求項２】
金属箔が絶縁性ベースに接合され、かつ、前記絶縁性ベース上の前記金属箔から分離した位置に前記金属箔と同じ材料の目印を設けた請求項１記載の歪ゲージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は起歪部材などの歪み量を測定する歪ゲージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、外力によって発生した起歪部材などの歪み量を測定する場合、歪ゲージ装置が使用される。
【０００３】
ここで、歪ゲージ装置を用いて歪み量を測定する方法について図２を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、起歪部材２１の図示上面２１ａおよび図示下面２１ｂにそれぞれ、たとえば２つの歪ゲージ装置２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ、２２ｄを配置する。そして、起歪部材２１上に配置した歪ゲージ装置２２ａ〜２２ｄを用いて、図２（ｂ）に示すようなブリッジ回路２３を構成する。ここでは、歪ゲージ装置２２ａ〜２２ｄに設ける金属箔の抵抗値をＲ１〜Ｒ４としている。また、点ａ、ｃ間に入力回路たとえば電源回路２４を接続し、点ｂ、ｄ間に出力回路２５を接続する。
【０００４】
図２（ｂ）のブリッジ回路２３において、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４とし、起歪部材２１に外力を加えない状態ではブリッジ回路２３が平衡し、出力回路２５の両端ｅ、ｆ間のたとえば出力電圧が０になるように設定している。
【０００５】
上記の構成で、図２（ａ）の起歪部材２１に外力が加わり、起歪部材２１に歪みが発生すると、歪ゲージ装置２２ａ〜２２ｄが変形し、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４の大きさが変化する。このとき、図２（ｂ）のブリッジ回路２３の平衡がくずれ、出力回路２５の両端ｅ、ｆに電圧が発生する。この電圧は起歪部材２１に発生する歪み量に対応し、この大きさをもとに起歪部材２１の歪み量を測定する。
【０００６】
ここで、従来の歪ゲージ装置について図３を参照して説明する。
【０００７】
起歪部材１００上に、パターン化した高抵抗の金属箔２００が配置されている。金属箔２００は接着剤などでベース３００上に接合され、ベース３００と起歪部材１００が接着剤で接合されている。
【０００８】
金属箔２００は、図示上下方向の中央に、図示横方向に形成した共通電極パターン３０、および共通電極パターン３０の図示上方に位置する第１抵抗体３１、共通電極パターン３０の図示下方に位置する第２抵抗体３２などから形成されている。
【０００９】
第１抵抗体３１は、その一端が共通電極パターン３０と電気的に接続し、たとえば図示上下の両側で折り返し図示右上がりの斜め方向に複数回往復する往復パターン領域３１ａ、および、この往復パターン領域３１ａの他端に電気的に接続し、外部回路たとえば電源などの入力回路に接続する外部接続パターン領域３１ｂなどから構成されている。
【００１０】
第２抵抗体３２は、その一端が共通電極パターン３０と電気的に接続し、たとえば図示上下の両側で折り返し、図示右下がりの斜め方向に複数回往復する往復パターン領域３２ａ、および、この往復パターン領域３２ａの他端に電気的に接続し、外部回路たとえば電源などの入力回路に接続する外部接続パターン領域３２ｂなどから構成されている。
【００１１】
また、起歪部材１００上のベース３００近傍に基板３３が設けられ、基板３３上に３個の端子、たとえば第１〜第３の電極パターン３４〜３６が形成されている。
【００１２】
そして、第１抵抗体３１の外部接続パターン領域３１ｂと第１電極パターン３４を金属線Ｗ１で接続し、共通電極パターン３０と第２電極パターン３５を金属線Ｗ２で接続している。また、第２抵抗体３２の外部接続パターン領域３２ｂと第３電極パターン３６を金属線Ｗ３で接続している。これらはいずれも半田付けで接続されている。
【００１３】
また、第３抵抗体および第４抵抗体も、第１抵抗体３１および第２抵抗体３２などと同様の方法で形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の歪ゲージ装置は、起歪部材１００上に配置した金属箔２００と金属線Ｗ１〜Ｗ３、あるいは、第１〜第３の電極パターン３４〜３６と金属線Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ半田付けで接続している。この場合、半田付けする際の温度上昇で、金属箔２００やベース３００を接合する接着剤が溶け、たとえばベース３００がずれるなどして、金属線Ｗ１〜Ｗ３の寸法や接続位置にばらつきが発生する。また、半田付けした部分の金属箔２００が剥がれる場合がある。
【００１５】
金属線Ｗ１〜Ｗ３と金属箔２００の接続位置がずれると、金属箔２００の抵抗値が変動し、測定誤差の原因になる。また、半田付けは手作業であるため結線に要する時間が長くなる。また、半田の濡れ性をよくするために、外部接続パターン領域３１ｂ、３２ｂおよび共通電極パターン３０などの酸化膜を除去するための前処理が必要となる。また、半田付け部分は場所をとるため、金属線Ｗ１〜Ｗ３と金属箔２００とを接続する位置が接近すると、半田付けができなくなる。
【００１６】
本発明は、上記した欠点を解決し、製造工程が簡単で信頼性があり、測定精度の高い歪ゲージ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、起歪部材と、この起歪部材上に配置した金属箔と、前記金属箔に接続する金属線とを具備した歪ゲージ装置において、前記金属箔と前記金属線とを超音波ボンディングで接続している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超音波ボンディングを用いているため、金属箔やベースを接合する接着剤への温度の影響が小さく、金属線の接続位置のずれがなくなり、測定精度が向上する。また、半田の濡れ性をよくするための前処理が不要になるなど、製造工程が簡単になり、接合部分の信頼性が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。
【００２０】
起歪部材１００上にパターン化した高抵抗の金属箔２００が配置されている。金属箔２００は接着剤などでたとえばベース３００上に接合され、ベース３００と起歪部材１００が接着剤で接合されている。金属箔２００やベース３００を接合する接着剤には、たとえばフェノール系樹脂が使用される。また、金属箔２００は、たとえば高抵抗の箔状金属をベース３００面に接合した後、エッチングなどでパターン化される。
【００２１】
また、金属箔２００を囲むその外周領域の一部に、たとえば４角形などの２つの目印Ｐを設ける。目印Ｐは、たとえば箔状金属をエッチングしてパターン化した金属箔２００を形成する場合に、金属箔２００から分離した部分に箔状金属の一部を残す形で形成される。
【００２２】
目印Ｐは４角形に限らず、３角形や丸など任意の形状にできる。また、数も任意に選べる。この場合、形状の相違する複数の目印Ｐ、たとえば４角形と３角形の目印Ｐを接近した位置に設ければ、目印Ｐを確実にかつ容易に認識できる利点がある。また、ベース３００面の４隅の１つあるいは複数箇所に目印Ｐを設ければ、パターン化した金属箔２００との混同を防止できる。
【００２３】
また、パターン化された金属箔２００は、図示上下方向の中央に、図示横方向に形成した共通電極パターン１０、および共通電極パターン１０の図示上方に位置する第１抵抗体１１、共通電極パターン１０の図示下方に位置する第２抵抗体１２などから形成されている。
【００２４】
第１抵抗体１１は、その一端が共通電極パターン１０と電気的に接続し、たとえば図示上下の両側で折り返し図示右上がりの斜め方向に複数回往復する往復パターン領域１１ａ、および、この往復パターン領域１１ａの他端に電気的に接続し、外部回路たとえば電源などの入力回路に接続する外部接続パターン領域１１ｂなどから構成されている。
【００２５】
第２抵抗体１２は、その一端が共通電極パターン１０と電気的に接続し、たとえば図示上下の両側で折り返し、図示右下がりの斜め方向に複数回往復する往復パターン領域１２ａ、および、この往復パターン領域１２ａの他端に電気的に接続し、外部回路たとえば電源などの入力回路に接続する外部接続パターン領域１２ｂなどから構成されている。
【００２６】
また、起歪部材１００上のベース３００近傍に基板１３が設けられ、基板１３上に３個の端子、たとえば第１〜第３の電極パターン１４〜１６が形成されている。
【００２７】
そして、第１抵抗体１１の外部接続パターン領域１１ｂと第１電極パターン１４を金属線Ｗ１で接続し、共通電極パターン１０と第２電極パターン１５を金属線Ｗ２で接続している。また、第２抵抗体１２の外部接続パターン領域１２ｂと第３電極パターン１６を金属線Ｗ３で接続している。
【００２８】
なお、外部接続パターン領域１１ｂおよび共通電極パターン１０、外部接続パターン領域１２ｂと各金属線Ｗ１〜Ｗ３との接続、あるいは、第１〜第３電極パターン１４〜１６と各金属線Ｗ１〜Ｗ３との接続は、それぞれ超音波ボンディングで接続している。超音波ボンディングは、たとえば金属線Ｗ１〜Ｗ３に超音波振動を加え、局所的に発生する熱を利用して行われる。
【００２９】
また、第１〜第３の電極パターン１４〜１６は、リード線１７〜１９を介して、たとえばブリッジ回路や入力回路、出力回路などに接続される。
【００３０】
また、第１抵抗体および第２抵抗体とともにブリッジ回路を形成する第３抵抗体および第４抵抗体も、上記した第１抵抗体１１および第２抵抗体１２などと同様の方法で形成する。
【００３１】
上記した構成によれば、金属線Ｗ１〜Ｗ３を超音波ボンディングで接続している。超音波ボンディングは、自動ボンダなどを使用すれば、超音波ボンダヘッドのストロークで接続位置を容易に制御できる。したがって、結線する金属線Ｗ１〜Ｗ３の接続位置や高さ、長さが安定化し、測定精度が向上する。また、結線時間が短縮するなど、製造工程が簡単になる。また、ベース３００上に目印Ｐを設けた場合、その目印Ｐを読み取り、指定された座標にボンディングできるため、金属線Ｗ１〜Ｗ３を接続する位置精度が向上する。
【００３２】
また、超音波ボンディングは、金属線Ｗ１〜Ｗ３が金属面の酸化膜を破壊して局所的な摩擦熱で接合する方法であり、金属線Ｗ１〜Ｗ３も細いため、半田付けのような広い場所を必要としない。したがって、金属箔２００のパターンが小さく、金属線Ｗ１〜Ｗ３の接続位置が互いに接近するような場合でも、金属線Ｗ１〜Ｗ３を容易に接続できる。また、起歪部材１００上の第１〜第３の電極パターンについても、半田濡れ性を向上させるための金や銀メッキでなく、ニッケルメッキなどの表面仕様でよいため、コストが軽減する。また、金属箔２００やベース３００の接着剤に対する温度の影響も小さく、接合部の信頼性や生産性が向上する。
【００３３】
なお、金属線Ｗ１〜Ｗ３にはたとえばアルミ線が用いられる。アルミ線は細いと超音波ボンディングが困難になるため、アルミ線の外径は０．１ｍｍ以上であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態を説明する概略の斜視図である。
【図２】歪ゲージ装置を用いて歪み量を測定する方法を説明する図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は回路図である。
【図３】従来例を説明する概略の斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００…起歪部材
２００…金属箔
３００…ベース
１０…共通電極パターン
１１…第１抵抗体
１２…第２抵抗体
１３…基板
１４…第１電極パターン
１５…第２電極パターン
１６…第３電極パターン
Ｗ１〜Ｗ３…金属線
１７〜１９…リード線
【図１】
2006234708.tif 000003
【図２】
2006234708.tif 000004
【図３】
2006234708.tif 000005