(57)【要約】力計測セルの変形可能な本体（１）上に取り付けることができる歪みゲージ（１３、１３’）のための湿気の浸透に対する保護コーティングとして、多層コーティング（１６）が提案されている。歪みゲージ（１３、１３’）は、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と、支持基板（１５）上に配列された抵抗体導電路（１４）に接触するためのコネクタ電極（１７）とを有し、多層コーティング（１６）は、湿気の浸透に対する保護コーティングとして、支持基板（１５）及び／又は抵抗体導電路（１４）及び／又はコネクタ電極（１７）の少なくとも一部分を覆っている。多層コーティング（１６）は、ポリマー層（１９）とバリア層（２０）との交互の連続体によって構成され且つ少なくとも３つの薄い個々の層によって構成されている。多層コーティング（１６）が力計測セルの変形可能な本体上に既に取り付けられた歪みゲージ（１３、１３’）に適用される場合には、多層コーティング（１６）は、更に、変形可能な本体（１）の一部分をも覆うことができる。
2005534020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な本体（１）と、該変形可能な本体（１）上に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージ（１３，１３’）とを備え、前記少なくとも１つの歪みゲージ（１３，１３’）が、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と、支持基板（１５）上に配置された前記抵抗体導電路（１４）に接続するためのコネクタ電極（１７）とを有し、更に、前記少なくとも１つの歪みゲージと前記変形可能な本体（１）の一部分とには多層コーティング（１６）が設けられた力計測セルであって、
前記多層コーティング（１６）は、ポリマー層（１９）とバリア層（２０）との交互の連続体によって構成されており、各々が付着過程においてその下地面に接着するように形成される少なくとも３層の薄い個々の層によって形成されており、ポリマー層（１９’）が前記歪みゲージ（１３，１３’）及び前記多層コーティング（１６）の一部分に対する境界層を形成しており、前記ポリマー層（１９’）が、コーティングされる領域の表面粗さに関する円滑化機能を果たし且つ端縁及び前記層の面に直角である面を覆っていることを特徴とする力計測セル。
【請求項２】
請求項１に記載の力計測セルであって、
前記円滑化ポリマー層（１９’）の下面に絶縁副層が設けられていることを特徴とする力計測セル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の力計測セルであって、
ポリマー層（１９’”）が、前記多層コーティング（１６）の周囲大気に対する境界層を形成していることを特徴とする力計測セル。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が、５００ｎｍまでの個々の場合に、５ｎｍ乃至２００ｎｍ好ましくは１０ｎｍ乃至５０ｎｍの層厚を有していることを特徴とする力計測セル。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記ポリマー層（１９）が、５０ｎｍ乃至１５００ｎｍ、特に１００ｎｍ乃至２００ｎｍの層厚を有していることを特徴とする力計測セル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記多層コーティング（１６）の全厚みが厚くても１０ミクロンであり、好ましくは１ミクロン未満の範囲であることを特徴とする力計測セル。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記歪みゲージ（１３，１３’）及び前記多層コーティング（１６）によって覆われている変形可能な本体（１）の一部分に対する境界層を形成している前記ポリマー層（１９’）が、前記多層コーティング（１６）の形成において後続する前記ポリマー層（１９”，１９’”）よりも厚い層厚を有していて、前記ポリマー層（１９’）が、前記歪みゲージ（１３，１３’）と前記変形可能な本体（１）との表面粗さを滑らかにするようにされていることを特徴とする力計測セル。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が、絶縁材料、特に、酸化物、ホウ化物、窒化物、フッ化物、炭化物、これらの材料のいずれかの組み合わせ又はセラミック混合物又はダイヤモンド状炭素によって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項９】
請求項８に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム又は酸化クロムによって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が、金属、特に、アルミニウム、銀、金、銅、クロム、チタン、ニッケル、金属合金又は金属間化合物によって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記ポリマー層（１９”，１９’”）が無機−有機混成ポリマーによって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が少なくとも２つの副層を含んでおり、該副層は、特に無機材料の同じ材料か又は異なる材料によって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記ポリマー層（１９）が少なくとも２つの副層を含んでおり、該副層が、同じポリマー材料か又は異なるポリマー材料によって構成されていることを特徴とする力計測セル。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記バリア層（２０）が、真空蒸着、空気内蒸着、プラズマ蒸着、スパッタリング、ゾルゲル法、化学蒸着、燃焼化学蒸着、プラズマ励起化学蒸着、プラズマ衝撃化学蒸着又は特に金属の蒸着のために使用される電気化学蒸着からなる蒸着方法のうちの１つによって形成されることを特徴とする力計測セル。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記ポリマー層（１９）が、真空蒸着、空気内蒸着、フラッシュ蒸着若しくはプラズマ蒸着によって蒸着されたモノマー若しくはオリゴマーの現場重合、スピンコーティング、電気泳動、陰極泳動又は陽極泳動によって形成されてものであることを特徴とする力計測セル。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のうちのいずれか一の項に記載の力計測セルであって、
前記抵抗体導電路（１４）が蛇行形状を有していることを特徴とする力計測セル。
【請求項１７】
請求項１６に記載の力計測セルであって、
前記多層コーティング（１６）が、前記抵抗体導電路（１４）の領域、特に、前記蛇行形状の抵抗体導電路（１４）の戻りループ（２２）の領域において、前記歪みゲージ（１３）の部分的なコーティングとして存在していることを特徴とする力計測セル。
【請求項１８】
歪み感知抵抗体導電路（１４）と、該抵抗体導電路（１４）に対する接触接続を提供するコネクタ電極（１７）とを備えた歪みゲージであって、前記抵抗体導電路（１４）と前記コネクタ電極（１７）とが支持基板（１５）上に配置されており、更に、当該歪みゲージ（１３，１３’）には、保護コーティングとして、前記支持基板（１５）及び／又は前記抵抗体導電路（１４）及び／又は前記コネクタ電極（１７）の少なくとも一部分を覆っている多層コーティング（１６）が設けられている歪みゲージであって、前記多層コーティング（１６）が、ポリマー層（１９）とバリア層（２０）との交互の連続体によって構成されており且つ各々が付着過程においてその下地面に接着するように形成される少なくとも３層の個々の層によって構成されており、ポリマー層（１９’）が、前記支持基板（１５）及び／又は前記抵抗体導電路（１４）に対する多層コーティング（１６）の境界層を形成しており、前記ポリマー層（１９’）は、コーティングされるべき領域の表面粗さに対して円滑化機能を果たし且つ端縁及び前記層の面に直角である面を覆っていることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項１９】
請求項１８に記載の歪みゲージであって、前記表面円滑化層（１９’）の下面に絶縁層が存在することを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の歪みゲージであって、周囲大気に隣接した前記多層コーティング（１６）の境界層を前記ポリマー層（１９”’）が形成していることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２１】
請求項１８乃至２０のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が、５００ｎｍまでの個々の場合に、５ｎｍ乃至２００ｎｍ好ましくは１０ｎｍ乃至５０ｎｍの層厚を有することを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２２】
請求項１８乃至２１のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記ポリマー層（１９）が、５０ｎｍ乃至１５００ｎｍ、特に１００ｎｍ乃至２００ｎｍの層厚を有することを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２３】
請求項１８乃至２２のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記多層コーティング（１６）のコーティングの全厚みが、厚くて１０ミクロン好ましくは１ミクロン未満の範囲であるのことを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２４】
請求項１８乃至２３のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記支持基板（１５）に対する境界層及び適用可能な場合には前記抵抗体導電路（１４）に対する境界層を形成している前記ポリマー層（１９’）が、前記多層コーティングの形成に続く前記ポリマー層（１９”，１９’”）よりも厚い層厚を有していて、前記ポリマー層（１９’）が前記支持基板（１５）及び前記抵抗体導電路（１４）の表面粗さを滑らかにするのを可能にしていることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２５】
請求項１８乃至２４のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が、絶縁材料、特に、酸化物、ホウ化物、窒化物、フッ化物、炭化物、これらの材料の組み合わせ又はセラミック材料又はダイヤモンド状炭素からなることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２６】
請求項２５に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム又は酸化クロムからなることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２７】
請求項１８乃至２３のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が、金属特にアルミニウム、銀、金、銅、クロム、チタン、ニッケル、金属合金又は金属間化合物からなることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２８】
請求項１８乃至２７のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記ポリマー層（１９’，１９’”）が、無機−有機混成ポリマーからなることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項２９】
請求項１８乃至２８のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が少なくとも２つの副層を含んでおり、前記副層が、特に無機材料の同じ材料又は異なる材料からなることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３０】
請求項１８乃至２９のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記ポリマー層（１９）が少なくとも２つの副層を含んでおり、該副層が、同じポリマー材料又は異なるポリマー材料によって作られていることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３１】
請求項１８乃至３０のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記バリア層（２０）が、真空蒸着、空気内蒸着、プラズマ蒸着、スパッタリング、ゾルゲル法、化学蒸着、燃焼化学蒸着、プラズマ励起化学蒸着、プラズマ衝撃化学蒸着又は特に金属の蒸着のために使用される電気化学蒸着のような蒸着方法のうちの１つによって作られたものであることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３２】
請求項１８乃至３１のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記ポリマー層（１９）が、真空蒸着、空気内蒸着、フラッシュ蒸着又はプラズマ蒸着によって蒸着されたモノマー又はオリゴマーの現場重合、スピンコーティング、電気泳動、陰極泳動又は陽極泳動によって形成されたものであることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３３】
請求項１８乃至３２のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
前記抵抗体導電路（１４）が蛇行形状を有していることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３４】
請求項３３に記載の歪みゲージであって、
前記多層コーティング（１６）が、前記抵抗体導電路（１４）の領域特に蛇行形状の抵抗体導電路（１４）の戻りループ（２２）の領域内の部分的なコーティングとして存在していることを特徴とする歪みゲージ。
【請求項３５】
請求項１８乃至３４のうちのいずれか一の項に記載の歪みゲージであって、
複数の歪みゲージ（１３，１３’）が単一列又は二次元列として存在していることを特徴とする歪みゲージ。  
【請求項３６】
歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）であって、
前記歪みゲージ（１３）が、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と、支持基板（１５）上に配列された前記抵抗体導電路（１４）に接続するためのコネクタ電極（１７）とを有しており、前記単一列又は二次元列（３０，３５）の支持基板（３１，３６）が、スリット（３２）の配列によって穴が開けられており、互いに隣接している前記歪みゲージ（１３）の支持基板が相互に結合される結合部分（３３，３７）が定位置に残されており、多層コーティング（１６）が、前記スリットの配列が設けられた後に前記歪みゲージの前記一列又は二次元列（３０，３５）上の保護コーティングとして載置され、前記蒸着過程中に前記保護コーティングの各層が形成されて、それらの各々の下地面に接触するようになされている、歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）。
【請求項３７】
請求項３６に記載の歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）であって、
前記スリットの配列が、前記歪みゲージ（１３）の両面に沿って延びている前記スリット（３２，３４）からなり、前記スリットの各々が、前記歪みゲージ（１３）のほぼ全長に亘って延びていることを特徴とする歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）。
【請求項３８】
変形可能な本体（１）と該変形可能な本体上に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージ（１３，１３’）とを備えた力計測セル上の保護コーティングとしての多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記少なくとも１つの歪みゲージ（１３）が、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と、支持基板（１５）上に配列された前記抵抗体導電路（１４）に接続するためのコネクタ電極（１７）とを有し、端縁を覆い且つ前記層の面に直角な面をも覆う表面円滑化ポリマー層（１９’）が、前記支持基板（１５）及び／又は前記抵抗体導電路（１４）及び／又は前記コネクタ電極（１７）の少なくとも一部分に適用され、更に、薄いバリア層（２０）が、前記ポリマー層（１９’）上に付着され、該バリア層（２０）の次に更に別の薄い層（１９”，１９’”）が続き、更に、前記薄いバリア層（２０）と薄いポリマー層（１９”）との交互の連続体が所望の回数だけ繰り返され、前記ポリマー層（１９”’）か前記薄いバリア層（２０）かが周囲大気に対する境界層を形成し、前記多層コーティング（１６）が、各々が付着過程中に形成されて各々の下地面に接着される少なくとも３層の個々の層によって構成されていることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項３９】
個々の歪みゲージ（１３，１３’）又は単一列若しくは二次元列の歪みゲージ（１３，１３’）上に多層コーティング（１６）を形成する方法であって、
前記歪みゲージ（１３，１３’）が、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と支持基板（１５）上に配列された抵抗体導電路（１４）に接続するためのコネクタ電極（１７）とを有し、表面円滑化ポリマー層（１９’）であって該層の端縁及び該層の面に直角な面をも覆う表面円滑化層が、前記支持基板（１５）及び／又は前記抵抗体導電路（１４）及び／又は前記コネクタ電極（１７）の少なくとも一部分に適用され、更に、薄いバリア層（２０）が、前記ポリマー層（１９’）上に付着され、該バリア層（２０）の次に更に別の薄い層（１９”，１９’”）が続き、更に、前記薄いバリア層（２０）と薄いポリマー層（１９”）との交互に付着した連続体が所望の回数だけ繰り返され、前記ポリマー層（１９”）か前記薄いバリア層（２０）かが周囲大気に対する境界層を形成し、前記多層コーティング（１６）が、各々が付着過程中に形成されて各々の下地面に接着される少なくとも３層の個々の層によって構成されていることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記多層コーティング（１６）が前記歪みゲージ（１３’）の支持基板（１５）上に付着され、前記抵抗体導電路（１４）と前記コネクタ電極（１７）とが、前記多層コーティング（１６）の頂面上に連続的に載置されることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４１】
請求項４０に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記多層コーティング（１６）が前記歪みゲージの支持基板上に付着され、前記抵抗体導電路（１４）と前記コネクタ電極（１７）とが、前記支持基板（１５）の両面に配置されていることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４２】
請求項４１に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記コーティングされた歪みゲージが電気絶縁接着剤（２１）によって前記力計測セルの変形可能な本体（１）に接着され、前記抵抗体導電路（１４）が、前記変形可能な本体（１）の方を向いている前記コーティングされた歪みゲージの面上に配置されていることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４３】
請求項３８乃至４２のうちのいずれか一の項に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記バリア層（２０）が、真空蒸着、空気内蒸着、プラズマ蒸着、スパッタリング、ゾルゲル法、化学蒸着、プラズマ衝撃化学蒸着、燃焼化学蒸着、プラズマ励起化学蒸着、又は特に金属の蒸着のために使用される電気化学蒸着によって作られたものであることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４４】
請求項４３に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記バリア層（２０）の形成中に付着パラメータを変えることによって、前記バリア層が少なくとも２つの副層の形態で成長せしめられることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４５】
請求項４０乃至４４のうちのいずれか一の項に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記ポリマー層（１９）が、真空蒸着、空気内蒸着、フラッシュ蒸着又はプラズマ蒸着によって蒸着されたモノマー又はオリゴマーの現場重合、スピンコーティング、電気泳動、陰極泳動又は陽極泳動によって形成されたものであることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４６】
請求項４５に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記ポリマー層（１９）の形成中に付着パラメータを変えることによって、前記ポリマー層が少なくとも２つの副層の形態で成長せしめられることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４７】
請求項３８乃至４６のうちのいずれか一の項に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記多層コーティング（１６）の形成が、一回の加工作業において２つの供給源による付着型装置内で前記ポリマー層（１９）と前記バリア層（２０）との交互の付着によって行われることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４８】
請求項３８乃至４７のうちのいずれか一の項に記載の多層コーティング（１６）を製造する方法であって、
前記多層コーティング（１６）の下地表面が付着過程に先立ってプラズマ洗浄又は化学洗浄過程を施されることを特徴とする多層コーティング（１６）を製造する方法。  
【請求項４９】
歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法であって、
前記歪みゲージ（１３）が、歪み感知電気抵抗体導電路（１４）と、支持基板（１５）上に配置された抵抗体導電路（１４）に接続するためのコネクタ電極（１７）とを有し、前記コーティング過程に先立って、前記単一列又は二次元列（３０，３５）の支持基板（３１，３６）が、スリットの配列によって穴が開けられており、それによって、隣接する歪みゲージ（１３）の基板（１５）が互いに結合される結合部分（３３，３７）が形成され、多層コーティング（１６）が、前記スリットの配列が設けられた後に、前記歪みゲージの単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングとして載置され、前記保護コーティングの各層が、前記付着過程中に形成されて、それらの各々の下地面に接着せしめられることを特徴とする歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法。
【請求項５０】
請求項４９に記載の歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法であって、
前記スリットの列が、歪みゲージ（１３）の両面に沿って延びているスリットの形態で形成され、該スリットの各々が、前記歪みゲージ（１３）の面のほぼ全長に亘って延びていることを特徴とする歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法。
【請求項５１】
請求項４９に記載の歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法であって、
スリットの配列を形成するために、前記基板（３１，３６）から材料が打ち抜かれることを特徴とする歪みゲージ（１３）の単一列又は二次元列（３０，３５）上に保護コーティングを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形可能な本体と該変形可能な本体上に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージとを備えた力計測セルであって、少なくとも１つの歪みゲージが支持基板上に配置された歪み感知電気抵抗体導電路と、該抵抗体導電路に接続するためのコネクタ電極とを有し、更に、前記少なくとも１つの歪みゲージ及びいくつかの場合には前記変形可能な本体の少なくとも一部分に多層コーティングが設けられている力計測セルに関する。本発明はまた、個々の歪みゲージ又は列状に若しくはある面積を覆うように配置されている歪みゲージの列であって、前記１以上の歪みゲージが支持基板上に配置された歪み感知電気抵抗体導電路と、該抵抗体導電路及び前記支持基板の少なくとも一部分を覆っている多層コーティングとを有している歪みゲージにも関する。本発明は更に、歪みゲージ上又は列状若しくはある面積を覆って配置された歪みゲージの列上に多層コーティングを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歪みゲージは、公知の化学エッチング方法によって蛇行構造の形状に作られるのが好ましい支持基板上に配置された金属抵抗体の導電路を有する。該支持基板上には、抵抗体導電路に接触するためのコネクタ電極もまた配置される。コネクタ電極は、抵抗体導電路と共に一回の加工作業において作られることが多く、従って、これらは殆どの場合に同じ材料によって構成される。歪みゲージの支持基板用には電気絶縁材料が使用される。適用面積に応じて、ガラス、セラミック材料、多くの場合にはポリマー、ガラス繊維強化ポリマー又は複合材料からなる支持基板を見出すことができる。歪みゲージは、機械的な変形が電気抵抗の変化を生じさせ、従って、変形を生じさせる力の測定のために使用される測定素子である。
【０００３】
例を挙げると、秤量技術の分野においては、変形可能な本体に作用する力は変形を生じさせ、生じた変形が歪みゲージによって電気信号に変換される。この原理によって機能する力計測セルにおいては、変形可能な本体の垂直方向に可動の負荷を受ける部分に結合されている秤量パン上の負荷が、変形可能な本体の空間的に固定された部分に対する垂直方向に移動可能な負荷を受ける部分の変位を生じさせる。好ましい実施形態においては、力計測セル内で使用される変形可能な本体は、負荷を受ける部分が、秤量目盛ハウジングに結合されているのが好ましい同様の平行四辺形の固定の垂直方向の脚部と正反対の平行四辺形の垂直方向に可動の脚部として配置されるように、平行四辺形の四隅に配置されている薄い材料部分によって形成された４つの弾性の撓み領域を有している。この薄い撓み領域で起こる変形の大きさは、殆どの場合に電気絶縁接着層によって撓み領域のうちの１つの上に取り付けられている少なくとも１つの歪みゲージによる電気抵抗の変化として測定される。
【０００４】
ポリマー基材材料、特にポリイミドは、その弾性により、秤量技術分野において使用される歪みゲージのための好ましい選択物であるが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン及びケトンもまた好ましい選択物である。ポリマー支持基板は、比較的低い剛性率を有するという利点を有するので、その形状は、変形可能な本体に比較的容易に適合し得る。このことにより、特に接着層上の機械的な応力が少なくなる。硬質の基材が変形可能な本体へと撓まされると起こり得る接着層のヒステリシス効果又は破壊は、ポリマー基材の場合よりも遙かに少ないことが多いことがわかっている。更に、蛇行パターンの抵抗体導電路を備えた歪みゲージのために使用されるポリマー基材は、適切に選択された形状を備えた抵抗体導電路の戻りループを設計する公知の方法によって負荷信号のドリフトを補償することができる可能性を提供する。更に、ポリマー支持基板を備えた歪みゲージは、扱い易く且つ製造するためのコストパフォーマンスが比較的高い。
【０００５】
しかしながら、ポリマーは、水分或いは溶液の比較的高い吸収容量を有し、その結果、ロードセルを取り巻く周囲空気の湿度及びより特別には相対湿度の変化が測定結果に永続的な影響を及ぼすという不利な点を有する。例えば、感度、ゼロ点の安定性及びクリープ特性、所謂、負荷のドリフトは、歪みゲージ変換素子の原理に基づく力計測セル内の水分及び溶液に関する含水量によって影響を受けるパラメータである。力計測セルを取り巻く周囲空気の湿度が１０℃乃至４０℃の典型的な温度範囲で一段階で約３０％ｒ．Ｈ．乃至８５％ｒ．Ｈ．だけ増加せしめられる測定においては、この雰囲気パラメータの変化は、最大範囲（最大負荷信号）の数十乃至数百ｐｐｍ（パーツ・パー・ミリオン）程度の秤量結果の変化を生じさせることが判明した。
【０００６】
秤量結果の変動の原因のいくつかは、理解され且つ物理的用語によって説明することができる。第１の原因に対しては、保護されていない歪みゲージの基材材料が水分を吸収し従って膨潤し、それによって、抵抗体導電路の撓み領域に近づく距離が増し、抵抗体導電路上の歪み領域によって付与される変形が僅かに変化するからである。第２のファクタとして、吸収された水分が、基材材料の弾性を変化させ、それによって、抵抗体導電路の変更可能なパラメータを変化させる。第３のファクタとして、基材材料内の高い湿度が、蛇行形状の抵抗体導電路の隣接部分間又は抵抗体導電路と金属製の変形可能な本体との間においてさえ漏れ電流を生じさせることである。これらの作用は、上記した測定によって示される最大範囲の信号よりは小さいけれども、それにも拘わらず、高い精度条件を満足しなければならない力計測セルの測定信号に対する影響は、依然として許容できないくらいに大きい。従って、周囲環境の状態、特に基材材料及び／又は抵抗体導電路に作用する水分によって大きく影響を受けない測定信号を得るためには、保護装置及び／又は保護方法が必要である。
【０００７】
公知の技術状況は、測定信号の変化を生じさせる水分からの歪みゲージの保護のための方法を提案している。例えば、ＤＥ  ２７  ２８  ９１６  Ａ１は、測定変換器に取り付けられた歪みゲージのカバーを記載している。最初に、歪みゲージを取り巻いている変換器本体の一部分が同様に覆われるように、電気絶縁層例えば樹脂が塗布されるか又は歪みゲージがその層内に埋設される。金属の層が、電気絶縁層の頂部に配置され且つ同様に変換器本体の一部分を覆う。このようにして、変換器上に既に取り付けられている歪みゲージを湿度作用に対して密封することができる。
【０００８】
歪みゲージを湿度に対して保護するという概念がＵＳ  ５，６３１，６２２に開示されており、この特許においては、電気絶縁ポリマーコーティングが歪みゲージに適用され、たくさんの歪みゲージがシート上に列の形態で形成された後でシートが切り離されて個々の歪みゲージとされる前に、付加的なカバーとしてコーティング上に金属箔が積層される。切り離し段階の後に、金属箔は、依然として、個々の歪みゲージに対する湿度に対する大面積の保護コーティングを提供する。
【０００９】
歪みゲージを腐食に対して保護し且つ測定性能を改良するための手段として、ＪＰ  ７  １１３  ６９７  Ａには、湿気に対するバリアとして、例えば、約１００ナノメータ（ｎｍ）の厚みを有するＳｉＯ２のような薄い無機膜を設けることによって水分が歪みゲージの表面に浸入するのを阻止することが提案されている。これに続いて、水分が依然として浸透することができる所謂ピンホールと呼ばれる無機膜内の微小穴又は亀裂を塞ぐように機能する約１０マイクロメーター（μｍ）の厚みの例えばポリイミドのような無機絶縁膜が適用される。この二重の層によるカバーによって達成される保護は、特に比較的小さな負荷用に設計された高感度の力計測セルにおいては、常に満足すべきものではない。
【００１０】
歪みゲージを備えた力変換器が、ＤＥ  ４０  １５  ６６６  Ｃ２に開示されており、この変換器においては、好ましくは２乃至４マイクロメータの厚みの蒸着された拡散を防止する酸化珪素又は炭化珪素からなる電気絶縁コーティングが、歪みゲージ及び支持基板の隣接部分に適用されている。別の実施形態はまた、金属層好ましくはニッケルの層によって覆われている酸化珪素の層からなるコーティングを底面に有することもできる。
【００１１】
上記の解決方法は、歪みゲージ全体を覆うカバー特に強いバリア効果を有する無機コーティング又は箔を形成する保護コーティング又は保護用箔が比較的大きな質量及び高い剛性を有して、同じく歪みゲージによってもたらされる測定結果に変化を生じさせるという問題点を欠点として有する。この問題点は、保護カバーが測定変換器に既に取り付けられている歪みゲージに直に適用されるか否かに拘わらず、又は多数の歪みゲージに対してそれらの製造に続いて同時に適用されるか否かに拘わらず存在する。測定誤差は、従来技術による参考例に開示されているような数ミクロン程度の比較的厚いコーティング又は箔によって歪みゲージを覆うことによって生じる所謂力の迂回（バイパス）によって生じる。金属カバー又は箔は、特に、それらの比較的高い剛性により、たとえそれらがほんの２〜３ミクロン（μｍ）の厚みを有する場合でさえ、力の迂回に多少寄与する。力の迂回は、厚みのある無機保護コーティングがそれら自体の高い剛性を有し且つ変形可能な本体の上記した撓み領域の全体的な剛性に大きく寄与する結果として起こる。この問題点は、小さな力の測定のための力計測セル内において特に顕著である。なぜならば、この場合には、高い感度を提供するために撓み領域が極めて薄くなされているからである。結局、例えば、弾性余効果（クリープとして知られてもいる）のような保護カバーの弾性の不所望な変化、高い非弾性成分特に歪み履歴現象は、再現不能であり従ってソフトウエアに基づく補償技術によって補正することができない測定誤差を生じる。
【００１２】
一方、ＪＰ  ７  １１３  ６９７  Ａに記載されているような、特に極めて薄い水分バリアカバーにおいて起こり得る水分のための通路、すなわち、所謂ピンホールが防止される必要があり又は少なくともその作用を最大限可能な限り減らす必要があるということは疑う余地も無く当然である。
【００１３】
ＥＰ  ０  １０７  ９６６  Ａ２に記載されている接着剤ストリップは、アルミニウムの層によって頂部が覆われたポリマー基材を有しており、接着剤ストリップが力計測セル上に取り付けられた歪みゲージ上に接着される接着剤層も、湿気の浸透に対する保護手段として存在する。更に、歪みゲージの電気接続部は、カプトンの箔によって覆われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の目的は、力計測セルの変形可能な本体上に取り付けられ又は取り付けることができる歪みゲージのための保護コーティングであり、一方では水分が浸入するのを防止し、他方では力が迂回するのを避けるか又は少なくとも著しく低減させる保護コーティングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的は、請求項１に記載の力記載セルのみならず請求項１８に記載の歪みゲージ又は請求項３６による一列又は二次元配置の歪みゲージの列によって解決される。請求項３８による歪みゲージを少なくとも１つ備えた力計測セルの変形可能な本体上の保護カバーとして多層コーティングを形成する方法のみならず、請求項３９又は４９による列状又はある面積に亘って配置された個々の歪みゲージ又は歪みゲージの列上に多層コーティングを形成する方法もまた前記課題の解決に対して同様に寄与する。各従属項には好ましい実施形態が規定されている。
【００１６】
本発明は、主として無機材料内に見出すことができる優れたバリア特性を利用しており且つ極めて薄いコーティングを使用することにより、現在の技術状況において使用されている厚い無機コーティングに伴う極めて高い剛性の低減を達成している。これは、薄いバリア層と薄いポリマー層との交互の連続体を有する複数の層によって行われる。ポリマー層は、普通程度のバリア効果のみを有し、従って、それら自体によって適切な防湿を提供することができないことが多いけれども、著しく剛性が低いという利点を有している。ポリマー層は、薄い主として無機のバリア層と組み合わせて使用される場合に、複数の層を有するコーティング全体の剛性を低減させる適当な手段である。この概念は、歪みゲージのためのポリマー基材材料の低い剛性に伴う最初に述べた利点を失わない。多層コーティング内の極めて薄いバリア層によれば、上記した力の迂回という欠点が最大限に避けられる。５００ｎｍ以下の個々の場合に、約５ナノメータ（ｎｍ）乃至２００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至５０ｎｍの厚みを有するバリア層としての主として無機の電気絶縁層か金属層は、バリア層に隣接したポリマー層とほぼ同じ程度の大きさの比較的低い剛性を有する。
【００１７】
薄い膜のためのコーティング技術において知られている所謂ピンホール、すなわち、バリア層の顕微鏡的に小さい孔又は割れ目も、同様に多層コーティング内のポリマー層によって減らされる。バリア層内のピンホールの大きさ及び数は、コーティング材料自体を含む多くの他のコーティングパラメータに加えて下地の表面の粗さ及び平坦度に依存するが、これらは、コーティング層の厚みにもほんの少し依存する。ポリマー層は、ピンホールの発生を大幅に防止するか又は少なくともその影響を少なくする円滑化作用を有している。５００ｎｍ以下の個々の場合における、約５ｎｍ乃至２００ｎｍ好ましくは１０ｎｍ乃至５０ｎｍの厚みを有する薄いバリア層と５０ｎｍ乃至約１５００ｎｍの厚みのポリマー層との連続体は、まず第１に上記したピンホールに対するある種の密封作用を提供し、第２に、１つのバリア層から次のバリア層へ少しずつずらした位置にあるという効果を有し、それによって、水分がこのような弱化された位置を通り抜けるのが防止される。これは、水及び溶液の分子が迷路状の障害物によって遮られるからである。このようにして、測定結果に対して有害な作用を及ぼすことなく、歪みゲージに対して有効な防湿を達成することができる。
【００１８】
本発明は、厚い無機バリア層に伴うもう一つ別の不利な点、すなわち、層間剥離と称されるコーティングが剥離する虞を除去する。層間剥離の原因は、歪みゲージの表面からバリア層への遷移部分に生じ且つ比較的厚いバリア層の高い剛性による大きな機械的歪みによる。本発明に従って、薄いポリマー層と互い違いに成っている薄いバリア層を使用することによって、バリア層がその下地面から不所望に剥離することに関してコーティングに極めて高い安定性が付与される。
【００１９】
本発明に従って、薄い主として無機のバリア層と表面円滑化ポリマー層との連続体を有する全体として薄い多層保護コーティングとして使用されるとき、この多層コーティングは、力計測セル上に既に取り付けられた歪みゲージか又は力計測セル上に取り付けられるように設計されている歪みゲージを覆うことができる。本発明による多層コーティングの主要な目的は、水分の浸透によって起こるこのような力計測セルの測定性能に対する否定的な作用を最少化すると同時に、薄いバリア層又はバリア箔によって起こり且つバリア層又は箔によって確保されるべきであるものと正に同じ測定性能を裏切る力の迂回を大いに防止することである。
【００２０】
上記の説明の概念を適用することによって、変換素子として変形可能な本体上に取り付けられている１以上の歪みゲージを備えた力計測セルの感度は大きく改良され、その結果、例えば、これらの力計測変換器を備えた秤の目盛の分解能を、電磁力補償の原理に従って作動する秤によってのみこれまで達成されていたレベルまで向上させることができる。
【実施形態】
【００２１】
以下、図示上簡素化されている図面を参考にした例示的な実施形態によって、本発明を更に詳細に説明する。
図１は、平行四辺形の隅部に配置された４つの弾性撓み領域２、３、４、５を備えた秤量セルの変形可能な本体１を示している。撓み領域２、３、４、５は、一体式の変形可能な本体１の中央に設けられた切り抜き部８の幅広に形成された端部６、７の湾曲した輪郭によって形成されている。図１の左手部分に示されている変形可能な本体１の負荷受容伝達手段は垂直方向に移動可能である。図面に示されていないが、いくつかのねじによって負荷受容伝達手段９のねじ穴１０に締結することができる秤量パン上に負荷がかけられると、負荷受容伝達手段９は、撓み領域２、３、４及び５が変形を受けると変形可能な本体１の固定部分１１（図面の右手部分に示されている）に対して垂直方向下方へと動かされる。この変形は、変形可能な本体１の撓み領域２及び４の頂部に接着されているひずみゲージ１３によって測定される。ひずみゲージ１３は、支持基板１５上の蛇行パターンの形状で配置されるのが好ましい歪み感知抵抗体導電路１４を有している。歪みゲージ１３は、変形可能な本体の頂面１２上の撓み領域２、４ばかりでなく、図面では見えない変形可能な本体１の底面上の撓み領域にも配置されるのが好ましい。歪みゲージ１３には多層コーティング１６が設けられており、該多層コーティング１６の設計及び機能は、以下においてより詳細に説明する。多層コーティング１６は、いくつかの層を有しており、浸入する水分すなわち水又は溶液に対して歪みゲージを保護する。多層コーティング１６は、個々の歪みゲージ１３を各図面において認識できるようにするために、透明コーティングとして図示されている。しかしながら、これらの実際の実施形態においては、明るくするために多層コーティング１６を透明にする必要はない。
【００２２】
図１に示された実施形態においては、多層コーティングは、歪みゲージ１３が変形可能な本体１上に既に取り付けられた後に、例えば、蒸着技術によって歪みゲージ１３に直に適用されたものである。歪みゲージ１３全体、すなわち、支持基板１５及び抵抗体導電路１４並びに変形可能な本体の周囲の領域をも覆うことを可能にし、それによって、湿気の浸透に対する完全な密封を提供する。特に、コーティングはまた、接着剤として使用される場合が多く且つここでは歪みゲージの外縁の若干外側まで広がっている変形可能な本体上に歪みゲージを取り付けるために使用されているエポキシ樹脂をも覆っている（図２参照）。このことは、秤量性能に影響を及ぼす接着剤の湿気に関する影響も同様に防止されることを意味する。多層コーティングを備えた歪みゲージの縁及び端縁を完全に覆うことによって、縁及び端縁において起こり得る湿気の浸入によって生じ得る作用もまた避けられる。このようにして、雰囲気内の湿度の変化によって影響を受ける力計測セルの上記した測定特性、すなわち、患者、ゼロ点の安定性及びクリープ特性の変化を１０２倍乃至１０６倍減じることができる。結論的に、これらのパラメータは、殆どの場合には、力計測セルの寿命に亘って周囲環境の湿度の変化によって実際的に影響を受けない。
【００２３】
吸湿に関して既に理想化されているポリイミド基板上のコーティングされていない歪みゲージは、９０％ｒＨの雰囲気湿度の差及び２３℃の温度の試験条件下で１日約１平方メートル当たり約１グラム（１ｇ／ｍ２／ｄ）の割合で水又は溶液が通り抜けることはここで述べておくべきである。本発明による歪みゲージのコーティングにおいては、このレベルの吸湿は、１０の数累乗だけ低減され、その結果、力計測セルの上記したパラメータの変化の割合がそれに従って減じられるであろう。
【００２４】
この場合に、コーティングは、力計測セル上に既に取り付けられている歪みゲージに適用されているので、空気雰囲気内での蒸着が特に経済的なコーティング技術として好ましい。燃焼化学蒸着（ＣＣＶＤ）として知られているこの種のコーティング方法においては、溶液状態であるのが好ましい基材の蒸気は、ガスの炎内で加熱され、そこで、炎の近くに配置されている基材上に蒸気が沈降する前に化学反応を受ける。
【００２５】
図２は、図１内の円Ａで囲まれた変形可能な本体１の部分の拡大図である。図１と同様に、撓み領域２に取り付けられている歪みゲージ１３が図示されている。更に、図２は、歪みゲージ１３及び変形可能な本体１の頂面１２の一部分を覆い且つ特に上記した接着剤層２１をも覆っている多層コーティング１６を示している。明確化のために、多層コーティング１６は、同じく、透明なコーティングとして図示されており且つ図面の右手に面している側が破断されて開放されている。蛇行形状の抵抗体導電路のコネクタ電極１７もまた見えている。もちろん、コネクタ電極１７は、多層コーティング１６が適用された後においてさえセンサーのブリッジ回路（ここでは図示されていない）の接続のためにアクセス可能のままでなければならない。これと同時に、多層コーティング１６は、接続リード線を取り付ける過程において接触位置の面積を越えて損傷を受けるべきではない。このことは、例えば、コーティング過程の前に既に導電性接続材料の滴をコネクタ電極１７上に置き、それによって、図面内で楕円として示されている接点パッド１８を形成することによって達成することができる。接続リード線を取り付ける過程においては、接点パッド１８を覆っている多層コーティング１６の一部分のみが開かれ、多層コーティング１６のその他の部分は損傷を受けないままである。
【００２６】
図３は、図１及び２による多層コーティング構造のために使用することもできる種類の多層コーティング１６が設けられている個々の歪みゲージ１３の斜視図である。明確化のために、多層コーティングは、同じく右手が切り取られて開かれている透明なコーティングとして図示されている。この多層コーティングは、好ましくはポリアクリレート又はポリメタクリレートのポリマー層１９及び主として無機の電気絶縁材料のバリア層２０とによって構成され、ポリマー層１９は、典型的には５０乃至５００ｎｍ好ましくは１００乃至２００ｎｍの厚みを有しているが、個々の場合には、この範囲を超えて５００ｎｍの層厚までの厚みであってもよい。バリア層２０の厚みは、典型的には、１０ｎｍ乃至５０ｎｍであるのが好ましいが、５０ｎｍ乃至２００ｎｍであり、個々の場合には５００ｎｍまででもある。
【００２７】
多層コーティング１６内の個々の層の配置及び好ましい順序が図４に示されており、これは、合計５層の薄い個々の層からなる多層コーティングが適用された歪みゲージ１３の断面を示している。しかしながら、この図面は、極めて概略的なものであり、支持基板１５、抵抗体導電路１４、バリア層２０ばかりでなく、ポリマー層１９’、１９”及び１９”’の各々の厚みは実寸で描かれていない。
【００２８】
多層コーティング１６において、支持基板１５に直に接合し、抵抗体導電路１４が基板１５の上に延びている領域においては抵抗体導電路に直に接合し、基板及び抵抗体導電路と直に接している第１の層１９’は、支持基板１５及び抵抗体導電路１４の表面の粗さを滑らかにする役目を果たすアクリレートポリマー層であるのが好ましい。この第１の層は、いくつかの場合には、多層コーティング１６の中間に配置された更に別のポリマー層１９”よりも厚い。このタイプのアクリレートポリマー層は、下地の表面のナノメータの範囲の粗さを滑らかにするために使用することができる。このことは、ほんの少数の欠陥を有する次に続くバリア層２０の形成を促し、下地層の円滑化作用の結果として、第１のバリア層２０内のピンホールの形成が減じられることを意味する。
【００２９】
他のポリマー層１９”、１９’”よりも幾分厚い多層コーティング１６の第１のポリマー層１９’を付着させる更に別の理由は、特に、図１及び２の実施形態において、抵抗体導電路１４の外形端縁と特に支持基板１５の端縁のみならず接着剤層のはみ出し部分が完全に覆われる必要があるという要件から生じる。上記した種類のポリマー層は、一方では、ナノメータ範囲の表面粗さを滑らかにする能力を有することにより、他方では、マイクロメータ範囲の不規則性をある程度まで滑らかにするばかりでなく、この層の面に主として直角であるこれらの領域を覆うこともできることにより、この要件を満足する。従って、ポリマー層は、均一な厚みで欠陥の発生が少ないバリア層２０を形成するための下地及び多層コーティング１６の連続した層を形成するための下地をも提供する。
【００３０】
支持基板１５及び／又は該基板上に延びている抵抗体導電路１４のプラズマ洗浄のような洗浄のために、滑らかにする第１のポリマー層１９’を適用する前に表面処理する最中に、支持基板１５及び該支持基板１５上に横たわっている抵抗体導電路１４を覆う薄い絶縁副層の形成がなされても良い。更に、円滑化ポリマー層１９’のより良好な接着を達成するために、第１のポリマー層１９’の下にほんの２〜３個の原子からなる層によって構成されるのが好ましい絶縁副層を配置することが必要であることもわかるかも知れない。
【００３１】
第１のバリア層２０の次にはポリマーの中間層が続く。この中間層は、第１の中間層２０を安定化させ且つその円滑化作用によって、中間層１９”の次に続く更に別の層２０内にピンホールが発生するのを低減する役目を果たす。しかしながら、中間層１９”は特に、同じく水分の浸透を促進する第２のバリア層２０内に依然として発生するであろう少数のピンホールが第１のバリア層２０のピンホールに付着するのを阻止する。むしろ、相互に独立している第１及び第２のバリア層２０内のピンホールの各々の配置においては、水分、特に、水又は溶液の分子の浸入に対するある種の迷路バリアが設置される。この迷路作用は、バリア層２０とポリマー層１９との交互の連続体を有する多層コーティング内の水分の浸透の割合の極端な低減につながる。
【００３２】
図４に示されている多層コーティング１６は、５つの薄い個々の層を有しており、第１の層は円滑化ポリマー層１９’であり、周囲雰囲気に対するカバー層が同じく特に機械的な損傷に対して多層コーティング１６を安定させる役目を果たすポリマー層１９’”である。多層コーティング１６は更に、ポリマー層１９とバリア層２０の交互の連続体が原理的には何回か繰り返すことができるような個々の層を有することができる。しかしながら、多層コーティング１６はまた、ポリマー層１９’の次にバリア層２０が続き、次いで、ポリマー層１９’”が続くように配列されるのが好ましい合計がほんの３層の薄い層によって構成することもできる。
【００３３】
バリア層２０のための材料は、種々の付着過程によって適用することができる多数の主として無機の絶縁材料から選択することができる。ここで述べられるべき例は、酸化物、フッ化物、炭化物、ホウ化物又はこれらの組み合わせであり、特に、オキシナイトライド又はセラミック混合物でもある。特に、酸化珪素、酸化チタン、酸化クロム、酸化アルミニウム、窒化珪素及び窒化チタンは、バリア層２０のための適切な材料であることが判明している。いわゆる“ダイヤモンド状炭素”も同様にバリア層２０として使用することができる。
【００３４】
バリア層２０として使用することができる他の材料としてはまた、例えば、銀、アルミニウム、金、クロム、銅、ニッケル、チタンのような金属ばかりでなく、例えば、ニッケルコバルト合金、又は、例えば、アルミニウムと銅との又はタングステンと銅との又はチタンとアルミニウムとの金属間化合物がある。
【００３５】
アクリレートポリマーに加えて、ポリマー層１９として使用することができる更に別のポリマーもある。ほんの限定されない例を挙げると、例えば、ポリマーアミド、アルキド樹脂、スチロール樹脂、キシリレン、フェニレン、アルデヒド、エステル、ウレタン、エポキシド、イミド、フェノール、ケトンばかりでなくフッ素樹脂又はコポリマーを挙げることができる。最後に、バリア作用間の理想化された妥協案、バリア層２０のポリマー層１９との互換性ばかりでなく付着方法の経済的な点は、どのバリア層材料及びどのポリマー材料を使用するかについての決定につながるであろう。
【００３６】
中間ポリマー層１９”又はポリマーカバー層１９’”として使用することができる別の種類の材料は、商品名“ＯＲＭＯＣＥＲ”を有する無機−有機混成ポリマーである。ＤＥ  ３８  ２８  ０９８  Ａ１及びＤＥ  ４３  ０３  ５７０  Ａ１に記載されているこれらの材料は、良好な弾性及び湿気の浸透に対するある程度のバリア作用を有している。しかしながら、このバリア特性は、これらの材料がバリア層２０として適切であるためには十分に有効ではない。ＯＲＭＯＣＥＲ材料は、例えば、吹き付け、遠心分離方法又はタンポン印刷方法によって空気雰囲気内で適用することができるという特別な利点を有している。
【００３７】
材料の有する問題点にかかわらず、薄いバリア層２０は、相応の低い剛性を有している。従って、基本的に可撓性のポリマー層１９と組み合わせると、歪みゲージ１３に極薄のバリア層２０を備えた多層コーティング１６を適用することにより、ほんの最小の力の迂回が生じるであろうことを期待することができるであろう。極薄のバリア層２０がそれらの下に横たわる下地面から剥離する（層間剥離の）危険性が同じ理由により著しく低減され、この問題は、本発明の範囲内で使用される材料では観察することができない。
【００３８】
本発明による多層コーティング１６による歪みゲージ１３のコーティングは、歪みゲージ１３が製造された後であるが歪みゲージ１３が列状に又は二次元列状に結合されている間に行うことができる。しかしながら、列が個々の歪みゲージ１３に切り離されたとき、支持箔の端縁面は、特に、覆われていない状態のままであり、湿気が浸透しやすいままである。それにもかかわらず、歪みゲージの頂面と横方向の端縁との間の大きな表面比率により、本発明による多層コーティング１６によって提供される保護程度は依然として高い。この極めて有効なコーティング方法によって、使用される材料に依存して、コーティングされていない歪みゲージと比較して５０乃至１０００倍だけ減じられる湿気の吸収率を有する歪みゲージ１３を製造することができる。比較的強いバリア効果が必要とされる場合には、個々の歪みゲージ上にまんべんなくコーティングを付着させ、それによって、少なくとも注意深い処理によって支持基板１５の端縁面が覆われるようにすることができる。
【００３９】
一列又は二次元の列内に一緒にぶら下がっている歪みゲージ１３の横端縁面に、特に上記した多層コーティングの形態で保護コーティングを適用することが可能である方法を、図６及び７を参照して説明する。図６は、歪みゲージ１３の単一の列３０を示している。コネクタ電極１７を備えた抵抗体パターン１４間には、単一の列状配列３０の支持基板が、単一の列状配列３０の長手寸法を横切って延びている狭いスリット３２によって穴を開けられ、これらのスリットは単一の列３０の支持基板３１の全幅より狭いところで終わっている。支持基板３１内のスリットは、水ジェット切断、レーザー切断又は好ましくは抵抗体パターン１４とコネクタ電極とが定位置に配置された後に打ち抜き切断するような種々の方法で、抵抗体パターンを取り付けた後に作ることができる。このステップは、単一の列状配列３１を保護コーティング特に上記の多層コーティング１６によってコーティングする前に行われる。この結果、保護コーティングもまた、支持基板３１の接続部分３３を除く歪みゲージの端縁を覆い、支持基板３１の接続部分３３は、コーティング過程中は定位置に残されるが、出来る限り狭い寸法になされ、個々の歪みゲージが互いに切り離されると、これに引き続いて切り離される。
【００４０】
図７は、二次元の列３５の支持基板３６が、一方向に整列され且つスリット３４に対して直角に整列されたスリット３２によって、コネクタ電極１７を備えた個々の抵抗体パターン１４間のスペースに穴が開けられていて、基板が、各歪みゲージ１３の四隅において４つの接続部分３７のみによって互いにぶら下がっている歪みゲージ１３の二次元配列３５を示している。スリット３２、３４は、個々の歪みゲージ１３が互いに分離されたときに、これに続いて二次元列がばらばらにされる支持基板の部分に作られている。しかしながら、スリットの配列は、例えば、各々のコネクタ電極１７を備えた個々の抵抗体パターン１４が、各歪みゲージ１３の近くの定位置に残された基板３６のほんの２〜３の接続部分との間に直角を形成しているスリットによって部分的に包囲されるような多くの方法で改造することができる。もちろん、歪みゲージもまた、４つ以上の接続部分によって互いに結合することができる。
【００４１】
重要な点は、接続部分３３、３７によって支持基板３１、３６が互いに結合される領域を最小にして、例えば、一方では、保護コーティングによって覆うことができる歪みゲージ１３の端縁部分を最大化するほど十分に小さくし、他方では、支持基板３１、３６が十分な強度で互いにぶら下がるのを確保して、単一の列３０又は二次元の列３５を安全に取り扱うことができるようにすることである。上記した方法は、従来の技術によって作られた単一の列及び二次元の列の歪みゲージと比較して水分の浸透に対する耐性を改良するのに極めて有効であり、本発明による歪みゲージを備えた力計測セルの感度が決定的に改良されることが示されている。
【００４２】
スリット３２、３７の幅は、一方では、個々の歪みゲージ１３間でそれほど多くの基板材料が失われず、他方では、コーティング材を適用する過程において歪みゲージ１３の端縁面の十分な被覆が確保されるように適切に選択されるべきである。一般的なガイドラインとして約０．５ｍｍの幅を付与することができる。
【００４３】
多層コーティング１６内の個々のバリア層２０は同じ材料である必要はない。同様に、ポリマー層１９は単一の材料に限定されない。
同一か又は異なる材料を使用している複数の副層によって一以上のバリア層２０を形成することもまた本発明の範囲内で考えることができる。異なる内部構造の複数の副層を備えたこのようなバリア層は迷路効果を高める。同様に、個々のポリマー層１９’、１９”、１９’”を２以上の副層によって形成することができることも想像できる。ここで考えるべき一つの重要なファクタは、バリア層２０とポリマー層１９とが薄くなければならないこと、すなわち、これらの各々の層の厚みが上記した範囲内である必要があること、及び高感度の力計測セル内で使用するための歪みゲージの多層コーティング１６の全体の厚みは、著しい力の迂回が生じないように、一般的には１ミクロンを超えるべきではない（１０ミクロンが上限である）ことである。
【００４４】
多層コーティング内の個々のバリア層又はポリマー層の厚み及び特にコーティング全体の厚みは、使用されている材料又はその他のコーティングパラメータもまた一部分を形成するという事実にもかかわらず、コーティングされた歪みゲージを備えている力計測セルに必要とされる負荷容量及び感度に依存する。言い換えると、力計測セルの負荷容量が大きければ大きいほど、上記したように、歪みゲージ上の保護コーティングによって惹き起こされる許容することができる力の迂回は益々大きくなる。多層コーティングの厚みが薄くなればなる程、特に、コーティング内のバリア層の厚みが薄くなればなる程、歪みゲージ上の保護コーティングとして使用するのにより適するであろうということは、一般的な原理として述べることができる。しかしながら、所謂経験的に見つけ出されたガイドラインとして、１キログラム未満の特別な負荷容量によって秤量用途において使用される力計測セルは、全体の厚み、すなわち、１０ミクロンまでであるが５ミクロン以下であるのが好ましく且つ１ミクロン未満であるのが特に好ましい多層コーティングの結合された厚みを有する歪みゲージ上のコーティングを有することができるという基本原理で作動するべきである。５キログラムまでの容量を有する力計測セルにおいては、多層コーティングの全厚みは、１５ミクロンまでであっても良いが、１０ミクロン未満であるのが好ましく、５ミクロン未満であるのが特に好ましい。５キログラムであり且つ約５０キログラムまでの容量を有する力計測セル内に取り付けられた歪みゲージは、力の迂回によって生じる秤量結果に対する著しい影響を見出すことなく、何ミクロンかの範囲の多層コーティングを備えた多層コーティング又は箔によって覆うことができる。
【００４５】
多層コーティング１６は、ポリマー層１９、特に、ポリアクリレート又はポリメタクリレート層の次に酸化珪素又は酸化アルミニウムであるのが好ましいバリア層２０が続く交互の連続体によって形成されるのが好ましい。有効な付着方法の選択に依存して、使用される材料は均一な軟度を有し、それ自体内の個々の層は均一であろう。支持基板１５、抵抗体導電路１４及びコネクタ電極１７に対する境界層は、ポリマー層１９’である。たとえ好ましくても、周囲大気に対する境界層はポリマー層である必要はない。なぜならば、仕上げポリマー層１９’”は、最後のバリア層２０のための良好な機械的及び必要な場合には化学的保護を提供するからである。このことは、仕上げポリマー層１９’”のための適切なポリマー材料の選択は、特に良好な機械的及び／又は化学的保護を提供する能力に基づくべきであることを意味している。
【００４６】
歪みゲージ１３の表面領域の一部分にのみコーティングを適用することが必要であることも見出されるかも知れない。抵抗体導電路１４の蛇行パターンのみをコーティングすることが可能である。なぜならば、この部分は、浸透する水分が最も大きな影響を及ぼす場所であるからであり、又はコーティングは、好ましくは抵抗体導電路１４の蛇行パターンの戻りループ２２に適用することができるからである。コネクタ電極１７を介して抵抗体導電路１４に電気的に接続する過程において起こり得る問題点を避けるために、電極１７はコーティングをしないままとすることができる。これは、コーティングされるべきである領域を遮られないままとするマスクの使用を必要とする。
【００４７】
本発明の概念はまた、上記の説明の多層コーティング１６、例えば、コーティングされた後に、コーティングされた面に抵抗体導電路が設けられていることを意味する歪みゲージのための支持基板材料として使用されるポリイミド箔が設けられている大きな面積のポリマー箔の製造をも含んでいる。このタイプの歪みゲージ１３’が、図５において概略的に簡素化された形態で示されており、ここでは、多層コーティング１６は７つの個々の層によって構成されている。例えば、力計測セルの変形可能な本体１へのこの種の歪みゲージ１３’の取り付けは、慣習的な方法を行われる。この場合には、周囲雰囲気の湿度の変化から保護されるのが抵抗体導電路１４自体でないが上記したように湿気の吸収によって測定誤差を生じさせる支持基板１５は、大きな範囲まで保護されて測定結果に対する水分に関する影響が少なくとも低減されるようになされている。
【００４８】
多層コーティング１６を支持している基板１５の面に抵抗体パターン１４を備えた歪みゲージ１３’もまた、変形可能な本体１の変形可能な本体１上に取り付けることができ、この場合には、抵抗体導電路１４は、同時に電気絶縁境界層として機能する接着剤接合材料内に埋設されている。限定された厚みであるのが好ましいコーティングされた支持基板箔は、この場合には、保護カバーの機能を果たし且つ特に接着剤層２１及び抵抗体導電路１４を脈動する湿度の影響から保護する。
【００４９】
水分の浸透から保護するための多層コーティング１６が既に設けられた支持基板箔上には、コーティングされていない面にもまた歪み感知抵抗体導電路１４を設置することもできる。この場合には、歪みゲージは、抵抗体導電路１４が変形可能な本体に対向し且つ極めて良好な絶縁特性を有する接着剤接合層内に埋設されている。このタイプの歪みゲージにおいてもまた、小さい負荷容量から中間の負荷容量までの力計測セルのためには、ほんの数ミクロンの好ましい厚みを有する支持基板箔が選択されるべきである。力計測セルにこのタイプの歪みゲージを使用するときは、電気絶縁表面コーティングを、変形可能な本体少なくとも歪みゲージが適用される前の撓み領域に適用することは有用であることが証明されるかも知れず、その結果、電気絶縁機能は、優先的に接着剤層によって行われなければならないわけではない。
【００５０】
その上、上記の説明による歪みゲージを取り付けるための方法は、両面にコーティングされている支持基板箔の使用を排除していない。
ポリマー層１９とバリアー層２０との交互の連続体から構成された多層コーティング１６もまた、支持基板材料として使用するのに適している、例えば、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、ＰＥＴ、フルオロポリマー又は冒頭で述べたポリマーのうちの一つからなる薄いポリマー箔上に容易に付着させることもできる。コーティングされた箔は、支持基板１５及び抵抗体導電路１４と面接触している多層コーティング１６又は薄いポリマー箔のコーティングされていない面によって歪みゲージ１３上に連続的に積層される。この配列ばかりでなくコーティングされた支持基板箔を使用する上記の概念は、箔のコーティングが工業的過程として極めて経済的であるという利点を有している。
【００５１】
このタイプの多層構造を有する箔はまた、中間の負荷容量から大きな負荷容量に対して設計されるのが好ましい力計測セルの変形可能な本体１上に直に取り付けられた歪みゲージ１３の頂面に付着させることもできる。この場合には、歪みゲージが支持基板１５としての箔に接合される必要は全く無い。歪みゲージはまた、例えば、アルミニウムの変形可能な本体を陽極処理することによって形成される電気絶縁コーティングを備えた変形可能な本体１が抵抗体導電路１４とコネクタ電極１７のために支持体として機能する変形可能な本体１の前記絶縁コーティング上に直に配置することもできる。
【００５２】
個々の歪みゲージ１３又は力計測セルの変形可能な本体１上に既に取り付けられている歪みゲージ１３上に多層コーティング１６を形成する好ましい方法は、
―ナノメーター範囲の円滑化作用を有し且つ２００ｎｍ乃至１５００ｎｍの範囲の厚みを有するポリマー層１９’を、抵抗体導電路１４及び／又はコネクタ電極１７及び／又は支持基板１５の少なくとも一部分に適用すること、及び幾つかの場合には変形可能な本体１に適用するステップと、
−約２０ｎｍの厚みを有するバリア層２０’をポリマー層１９’上に付着させるステップと、
−約１００ｎｍ乃至２００ｎｍの厚みを有する更に薄いポリマー層１９”をバリア層２０上に付着させるステップと、
−バリア層２０とポリマー層１９”とに、周囲雰囲気に対する境界層を形成するポリマー層１９’”又は薄いバリア層２０の付着順序を所望回数だけ繰り返すステップと、を含んでいる。
【００５３】
これに類似した過程が、単一列の配列又は二次元配列の歪みゲージをコーティングするために使用される。
下地面が、支持基板１５、支持体箔、抵抗体導電路パターン１４又は力計測セルの変形可能な本体１の一部分によって構成されているか否かに拘わらず、コーティング過程の開始に先立って、多層コーティング１６のための下地面にプラズマ洗浄又は化学洗浄を施すことが有用であることがわかるかも知れない。
【００５４】
付着方法の大きな選択は、多層コーティングの適用のために利用することができる。ここで挙げられるべきであるバリア層２０を製造するための例としては、真空蒸着、空気内蒸着、スパッタリング、ゾルゲル法、化学蒸着（ＣＶＤ）、燃焼化学蒸着（ＣＣＶＤ）、プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ衝撃化学蒸着（ＰＩＣＶＤ）のみならず特に金属を蒸着するために使用される電気化学蒸着がある。以下に示す、真空蒸着、空気内蒸着、フラッシュ蒸着又はプラズマ蒸着によって付着されたモノマー又はオリゴマーの現場重合のみならず電気泳動、陰極泳動又は陽極泳動のような付着技術が、ポリマー層の適用のために可能である。
【００５５】
本発明の方法は、蒸着装置内でポリマー層１９及びバリア層２０の交互の付着による多層コーティング１６の形成が一回の加工作業において２つの供給源によって行われる場合には、力計測セルの変形可能な本体１上に取り付けられるか又は取り付けられるように設計された歪みゲージ１３に多層コーティングを適用するために特に効率的な方法であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、撓み軸を形成している薄い材料上に取り付けられた歪みゲージを備えた秤量セルの変形可能な本体の斜視図である。
【図２】図２は、多層コーティングが設けられた歪みゲージを支持している図１内で円Ａによって囲まれた変形可能な本体の部分の拡大斜視図である。
【図３】図３は、多層コーティングを備えた個々の歪みゲージの斜視図である。
【図４】図４は、多層コーティングを備えた個々の歪みゲージの断面図である。
【図５】図５は、支持基板に直に適用されている多層コーティングを備えた歪みゲージのもう一つ別の実施形態の断面図である。
【図６】図６は、支持材料における隣り合う歪みゲージ間にスリットが設けられた歪みゲージの列を示している図である。
【図７】図７は、支持材料内の隣り合う歪みゲージ間にスリットを有する二次元領域上に延びている歪みゲージの列を示している図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月29日(2005.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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