(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールに対して、該ロールの軸方向と交差する進入方向に進入させて面に作用するロール圧を検出する面圧センサであって、
基板と、
前記基板中の凹部をもって形成されるひずみ受感部と、
前記ひずみ受感部に設けられ、ロール圧と前記基板の曲げ変形を検出する第１ひずみゲージと、
前記ひずみ受感部を除いた前記基板に設けられ、前記基板の曲げ変形を検出する第２ひずみゲージと
を備え、
複数の前記第１ひずみゲージが、前記進入方向に伸びる帯状に設けられた前記ひずみ受感部に、前記進入方向に沿って列をなして設けられ、
複数の前記第２ひずみゲージが、複数の前記第１ひずみゲージのそれぞれに対して前記ロールの軸方向に沿って隣接するよう前記進入方向に沿って列をなして設けられることを特徴とする面圧センサ。
【請求項２】
ロールに対して、該ロールの軸方向と交差する進入方向に進入させて面に作用するロール圧を検出する面圧センサであって、
基板と、
前記基板中の凹部をもって形成されるひずみ受感部と、
前記ひずみ受感部に設けられ、ロール圧と前記基板の曲げ変形を検出する第１ひずみゲージと、
前記ひずみ受感部を除いた前記基板に設けられ、前記基板の曲げ変形を検出する第２ひずみゲージと
を備え、
複数の前記第１ひずみゲージが、前記進入方向に沿って列をなして設けられる複数の前記ひずみ受感部のそれぞれに設けられ、
複数の前記第２ひずみゲージが、複数の前記第１ひずみゲージのそれぞれに対して前記ロールの軸方向に沿って隣接するよう前記進入方向に沿って列をなして設けられることを特徴とする面圧センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の面圧センサにおいて、
硬さの違うロール間に進入してロール圧を検出することを特徴とする面圧センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の面圧センサにおいて、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージは、同一の金属膜パターンから構成されていることを特徴とする面圧センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の面圧センサにおいて、
前記第１ひずみゲージおよび前記第２ひずみゲージは、それぞれ別個の配線と接続されていることを特徴とする面圧センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の面圧センサにおいて、
外部接続配線が設けられたフレキシブル基板を更に備え、
前記基板には、前記第１ひずみゲージと接続される配線および前記第２ひずみゲージと接続される配線の端子部分が設けられ、
前記基板の端子部分と前記フレキシブル基板の前記外部接続配線とが電気的に接続され、前記基板と前記フレキシブル基板とが前記進入方向に並べられて一体に構成されていることを特徴とする面圧センサ。
【請求項７】
請求項６記載の面圧センサにおいて、
前記基板および前記フレキシブル基板を覆うフィルムを更に備えることを特徴とする面圧センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の面圧センサにおいて、
前記第１ひずみゲージの列の両側に、前記第２ひずみゲージの列が設けられることを特徴とする面圧センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の面圧センサにおいて、
前記第２ひずみゲージの列の両側に、前記第１ひずみゲージの列が設けられることを特徴とする面圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面圧センサに関し、特に、面に作用する外圧（面圧）を検出する面圧センサに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プレス圧やロール圧等を測定するために、シート状の面圧センサが一般的に用いられている。以下、従来より知られている面圧センサ及び圧力測定方法の例を説明する。
【０００３】
特許第３０８９４５５号公報（特許文献１）に記載された面圧センサは、可撓性の２枚のフィルム間に、直交する方向に配列された行電極と列電極とを配置し、この行電極と列電極の間には感圧性導電インクを介在させている。この面圧センサに圧力を付与すると、場所によって行電極と列電極との間の抵抗値が異なるため、各交点における抵抗値を検出することにより圧力分布の測定が可能である。
【０００４】
また、特許第３９１１３６３号公報（特許文献２）に記載された圧力測定方法は、加圧されることによって発色状態が変化する圧力測定フィルム（いわゆる加圧紙）を用いる。この測定方法では、測定対象部材の間に圧力測定フィルムを、弾性シート等を介在させて挟み込み、発色状態の変化から圧力分布を読み取るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８９４５５号公報
【特許文献２】特許第３９１１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された面圧センサは、経時変化や温度依存性が大きく、測定された圧力値の信頼性が低いという課題がある。また、特許文献２に記載された圧力測定方法では、圧力測定フィルムは１回しか使用できないため、繰り返し使用したいという課題がある。また、色の濃淡で圧力を判断しなくてはならないため、正確な値での測定ができないという課題もある。そして、面圧センサの構造によっては、外乱を見かけの圧力として検出される場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、面圧センサの検出精度を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における面圧センサは、ロールに対して、該ロールの軸方向と交差する進入方向に進入させて面に作用するロール圧を検出する面圧センサであって、基板と、前記基板中の凹部をもって形成されたひずみ受感部（センサ部）と、前記ひずみ受感部に設けられ、ロール圧と前記基板の曲げ変形を検出する第１ひずみゲージ（検出素子）と、前記ひずみ受感部を除いた前記基板に設けられ、前記基板の曲げ変形を検出する第２ひずみゲージ（補正素子）とを備え、複数の前記第１ひずみゲージが、前記進入方向に伸びる帯状に設けられた前記ひずみ受感部に、前記進入方向に沿って列をなして設けられ、複数の前記第２ひずみゲージが、複数の前記第１ひずみゲージのそれぞれに対して前記ロールの軸方向に沿って隣接するよう前記進入方向に沿って列をなして設けられる。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明の一実施形態によれば、ひずみ受感部（センサ部）が基板の変形（外乱）の影響を受けた場合であっても、第２ひずみゲージ（補正素子）で検出しているので、面圧センサの検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の面圧センサの基本的構成の第１の実施形態における平面模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面模式図である。
【図３】図２の断面模式図において全面に圧力がかかったことを示す説明図である。
【図４】図２の断面模式図において一部に圧力がかかったことを示す説明図である。
【図５】本発明の面圧センサの基本的構成の第２の実施形態における平面模式図である。
【図６】本発明の面圧センサの基本的構成の第３の実施形態における平面模式図である。
【図７】図６のＡ部分の拡大図である。
【図８】図６のＢ部分の拡大図である。
【図９】本発明の面圧センサの基本的構成の第４の実施形態における平面模式図である。
【図１０】ロール圧を測定する場合の説明図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態における面圧センサの一例の平面模式図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における面圧センサの他例の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の本発明に係る実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
また、構成要素の数（個数、数値、量、範囲などを含む）については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。
【００１３】
以下の第１〜第４の実施形態において、面に作用する外圧を検出する面圧センサの基本的な構成（センサ部や検出素子など）について説明し、第５の実施形態において、補正素子を備えた面圧センサについて説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
まず、本実施形態における面圧センサ１０の構造について、図１および図２を参照して説明する。図１は面圧センサ１０の全体構成を示す平面模式図、図２は図１におけるＡ−Ａ’線の断面模式図である。
【００１５】
面圧センサ１０は、基板１１と、基板１１に設けられたセンサ部と、センサ部の情報を検出する検出素子とを備えている。本願においては、センサ部として、基板１１のひずみを受感するひずみ受感部１５を設け、ひずみ受感部１５の変形（情報）を検出する検出素子として、金属抵抗型のひずみゲージ１２（ひずみ受感素子）を用いている。図１および図２に示す面圧センサ１０では、基板１１上に複数のひずみゲージ１２が配置されて構成されている。本実施形態では、構造がわかりやすいように、説明用としてひずみゲージ１２が３行３列で計９個というひずみゲージ１２の数が少ないものを例として挙げている。
【００１６】
基板１１としては、例えば、ジルコニアなどのセラミックから構成されるセラミック基板を用いることができる。基板１１の厚さとしては、面圧センサ１０の用途にもよるが、例えばロール圧の測定に用いる場合には０．１ｍｍ程度を想定している。
【００１７】
基板１１は、主面１１ａ（以下、上面という）と、これとは反対側の裏面１１ｂ（以下、下面という）とを有している。面圧センサ１０では、ひずみゲージ１２が設けられる基板１１（センサ基板として構成される）の上面１１ａをセンサ面として、このセンサ面に作用する外圧を検出する。
【００１８】
また、基板１１の下面１１ｂには、基板１１が変形可能となるような凹部１４が形成されている。この基板１１は、凹部１４が形成されたことによる肉薄部１１ｃと、凹部１４が形成されていない肉厚部１１ｄとを有することとなる。面圧センサ１０では、基板１１の肉厚部１１ｄがベースとして構成され、このベースに基板１１の肉薄部１１ｃがひずみ受感部１５として構成される。
【００１９】
このように、本実施形態では、ひずみ受感部１５が、基板１１中の凹部１４をもって形成される。すなわち、ベースである基板１１に凹部１４を形成して肉薄部１１ｃを設けて、これをひずみ受感部１５としている。これに限らず、例えば、基板１１（ベース）の厚さ方向に貫通する貫通部を形成し、この貫通部を塞ぐように基板１１の主面１１ａ上に板を設けて、貫通部に対応する板の部分をひずみ受感部１５とすることもできる。これによれば、厚さによる調整の他に、ベース（基板１１）とひずみ受感部１５（板）との材質の違いによる調整もでき、例えば、ベース（基板１１）を強固な材料とし、これに対してひずみ受感部１５（板）を曲げ撓ませやすい（変形しやすい）材料とすることができる。
【００２０】
図１および図２で示す面圧センサ１０では、１つのひずみゲージ１２の下方に、１つの円柱状の凹部１４が形成されている。すなわち、１つのひずみ受感部１５に１つのひずみゲージ１２が設けられている。このような面圧センサ１０に外部からの圧力が作用すると、ひずみ受感部１５が変形して（ひずんで）、ひずみゲージ１２がその変形を検出し、変形量を測定する。
【００２１】
凹部１４の深さとしては、基板厚（肉厚部１１ｄの厚さ）が０．１ｍｍ程度であるとき、その半分である５０μｍ程度を想定している。このとき、肉薄部１１ｃの厚さが５０μｍ程度となる。この凹部１４の深さを調整することによって、面圧センサ１０の測定レンジを変更することができる。例えば、凹部１４を深くすれば低圧レンジとなり、浅くすれば高圧レンジとなる。
【００２２】
ひずみ受感部１５（基板１１の上面１１ａ）上には、ひずみゲージ１２を構成する金属膜２１が直接形成されている。直接形成する方法としては、マスクを用いたスパッタリングまたは蒸着が考えられる。これによれば、ひずみゲージ１２として所望の特性を得るためにパターニングされた金属膜２１を得ることができる。なお、ひずみ受感部１５に接着剤を介して別に用意したひずみゲージを設けることもできるが、複数のひずみゲージの貼り付けにばらつきが生じ、測定値の精度が低下してしまうものと考えられる。
【００２３】
ひずみゲージ１２を構成する金属膜２１として、例えばＣｒ（クロム）−Ｎ（窒素）薄膜を反応性スパッタリングで成膜するようにする。Ｃｒ−Ｎ薄膜は、Ｃｒと他の金属を含む合金を窒素雰囲気中で反応性スパッタリングにて形成されるものであって、窒素流量を微少域で制御し、薄膜の成膜後にアニールすることによって抵抗温度係数が非常に小さいものとして形成される。このような抵抗温度係数が非常に小さいＣｒ−Ｎ薄膜の製造方法は、本願特許出願人の過去の特許出願（特許第３６４２４４９号公報）において既に提案されているものである。
【００２４】
例えば、上記特許出願の方法によって、抵抗温度係数が４８ｐｐｍ／℃となり、センサ出力に変換すると０．１６％／℃というひずみゲージ１２が作成できる。このような性能を有するひずみゲージ１２を採用することにより、様々な温度環境下でも正確な抵抗値を検出することができる。
【００２５】
また、ひずみゲージ１２を基板１１上に直接成膜することによって、予め作り込んであったひずみゲージを基板に貼り付けたりする手間を省くことができ、製造工程の短縮化を図れる。また、ひずみゲージ１２を基板１１上に直接成膜することで微少な間隔でひずみゲージ１２を配置でき、圧力分布の測定を極めて細かい範囲で行うことができる。なお、本発明としては、ひずみゲージ１２としてＣｒ−Ｎ薄膜に限定されるものではなく、Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｒ等を採用してもよい。
【００２６】
このように、面圧センサ１０は、ひずみ受感部構造が施された基板１１に、スパッタ等で一度に多数のひずみゲージ１２を１つの金属膜パターンとして形成し、その多数のひずみゲージ１２から生じる抵抗値変化を面圧として検出するものである。
【００２７】
また、ひずみゲージ１２は、その抵抗値が四端子法で測定できるように形成されている。四端子法とは、抵抗値を測定する際に、配線部分のインピーダンスの影響を排除できるようにした測定方法である。また、各ひずみゲージ１２へ流す定電流は、１本の定電流用配線１６で行うようにしている。すなわち、各ひずみゲージ１２は、定電流用配線１６によって直列に接続される構成となっている。
【００２８】
例えば、図１を例にとって、各ひずみゲージ１２の配線構造について詳細に説明する。図１において図面下側は、各ひずみゲージ１２へ接続される配線の端子部分が形成されている。この端子部分の一番右側ａが定電流用配線１６の一端部である。この定電流用配線１６を上へたどっていくと、右上のひずみゲージ１２に至る。定電流用配線１６は、上列３つのひずみゲージ１２を直列に結び、左上のひずみゲージ１２から下方に向かう。
【００２９】
そして、中列３つのひずみゲージ１２を直列に結び（図１ではＡ−Ａ’線と一致してしまったのでわかりにくいが）、右下のひずみゲージ１２に向かう。そして、下列３つのひずみゲージ１２を直列に結び、左下のひずみゲージ１２から端子部分へ向かう。端子部分の左から4番目ｂがこの定電流用配線１６の他端部である。
【００３０】
また、端子部分には、さらに複数の配線が形成されているが、これは各ひずみゲージ１２の両端部に接続されている抵抗値（電圧）の測定用配線１９の端部である。ただし、１本の定電流用配線１６によって９個のひずみゲージ１２が直列に接続されているので、隣接するひずみゲージ１２の間に配置された抵抗値測定用配線１９は隣接するひずみゲージ１２と共有される。
【００３１】
このように、各ひずみゲージ１２を定電流用配線１６で直列に接続したことで、配線数を減らすことができ、センサ全体を小型化することができる。また、マスクを用いたスパッタ等によって、基板１１の上面１１ａに一度に多数のひずみゲージ１２および配線１６、１９を、パターニングされた１枚の金属膜２１（図７、図８参照）として微小な間隔で形成することができ、圧力分布の測定を極めて細かい範囲で行うことができる。
【００３２】
また、図２に示すように、面圧センサ１０は、ひずみゲージ１２などを覆って保護する保護膜２０を備えている。この保護膜２０は、ひずみゲージ１２などを覆って基板１１の上面１１ａ上に設けられている。保護膜２０としては、絶縁性があり尚かつ可撓性がある材質であればどのようなものであってもよい。保護膜２０としては、例えばポリイミドなどの材質を採用することができる。
【００３３】
また、ある程度弾性変形する保護膜２０を設けることによって、基板１１の変形をスムーズに行わせることができる。例えば、測定対象が柔らかい平板等であれば、基板１１の変形も容易であると考えられるが、測定対象が硬い平板等であると基板１１が変形せずにひずみゲージ１２での圧力測定が困難となることが考えられる。そこで、保護膜２０を設けることで、測定対象が硬い平板等であっても、保護膜２０の弾性変形によって基板１１も変形させ、圧力の確実な測定が可能となる。
【００３４】
なお、保護膜２０の厚みが厚いと、保護膜２０の弾性変形も大きくなり、基板１１を確実に変形させることができるが、一方でロール圧の測定等では厚すぎることで障害もでてくる。そこで、保護膜２０に微少な凸部を複数箇所に形成することにより、厚さを薄くしても基板１１の変形を確実にでき、且つ厚さが薄いのでロール圧等の測定も容易に行われる。
【００３５】
次に、面圧センサ１１の動作について、図３および図４を参照して説明する。図３〜図４において、面圧センサに圧力が加わったところを示す。
【００３６】
図３では、面圧センサ１０を土台３１の上に載置した状態で、平板又はロールなどの押圧部材３０により面圧センサ１０全面に圧力をかけた状態を示している。基板１１の上面１１ａ全面に圧力がかかると、凹部１４が形成された箇所（すなわちひずみ受感部１５）が変形し、凹部１４に対応した位置に存在するひずみゲージ１２も変形する。ひずみゲージ１２の変形によって抵抗値が変化し、これを圧力値に変換することで面圧センサとして圧力分布を測定することができる。
【００３７】
図４では、面圧センサ１０を土台３１の上に載置した状態で、平板又はロールなどの押圧部材３０により面圧センサ１０の一部分に圧力をかけた状態を示している。図４では、図面中央のみに圧力がかかったところを示している。
【００３８】
面圧センサ１０の所定の部分にのみ圧力がかかると、圧力がかかった部分における凹部１４が形成された箇所（すなわちひずみ受感部１５）が変形し、凹部１４に対応した位置に存在するひずみゲージ１２も変形する。ここでは中央に位置するひずみゲージ１２のみが変形して抵抗値が変化するので、中央部分のみが圧力がかかったことを検出し、その圧力値を測定することができる。なお、これらからも分かるように、１つのひずみ受感部１５に設けられた１つのひずみゲージ１２を備えた面圧センサ１０も構成することができる。
【００３９】
前述してきたように、本実施形態における面圧センサ１０は、基板１１と、基板１１上に直接形成された複数のひずみゲージ１２とを具備し、基板１１の下面１１ｂ側には、１又は複数のひずみゲージ１２に対応する位置に、基板１１が変形可能となるような凹部１４が形成されていることを特徴としている。
【００４０】
これにより、上記の特許文献１のような感圧性導電インクを用いた場合には数％／℃の温度変化による面圧センサの出力変動であったのが、面圧センサ１０の受感素子として抵抗温度係数が小さいひずみゲージ１２を採用することで１％／℃以下の温度変化による面圧センサ１０の出力変動を達成することができる。したがって、本発明の面圧センサ１０は、温度依存性を小さくすることができ、また経時変化も小さく、繰り返し使用可能である。そして、面圧センサ１０によれば、正確な圧力値を測定できることとなり、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。
【００４１】
また、ひずみゲージ１２は、基板１１に直接形成されているので、極めて微少な間隔で、ひずみゲージ１２を配置することができ、より細かい圧力分布の測定が可能となる。さらに、ひずみゲージ１２を基板１１に直接形成することで、薄型化した面圧センサ１０とすることができ、且つ面圧センサ１０の製造段階において、大幅な工数削減を図ることができるとともに、各ひずみゲージ１２の貼り付け時のばらつきを低減し、検出精度（測定精度）の向上にも寄与する。
【００４２】
そして、面圧センサ１０では、各ひずみゲージ１２の抵抗値を四端子法で測定可能となるように、ひずみゲージ１２全てに定電流を流すために、各ひずみゲージ１２を直列に配線させる定電流用配線１６が形成され、各ひずみゲージ１２の両端部に、抵抗値を測定するための抵抗値測定用配線１９が形成されていることを特徴としてもよい。
【００４３】
従来の面圧センサの配線は、マトリックス回路のものが一般的であったが、マトリックス回路では測定した値に配線抵抗が含まれているため、その補正が必要であった。補正の方法は種々存在するが、受感素子のみの変化を検出することができず、受感素子における正確な抵抗値の検出ができなかった。なお、ロードセルなどでは、ブリッジ回路による配線方法が一般的に採用されているが、ブリッジ回路では１つの受感素子に対して４本の配線が必要となり、さらにブリッジ抵抗が必要であるため広いスペースが必要であった。
【００４４】
しかし、本発明の面圧センサ１０によれば、四端子法で測定することにより、各ひずみゲージ１２における正確な抵抗値の測定が可能である。そして、電流の経路を全てのひずみゲージ１２に直列に配線することで、配線数を少なくすることができ、センサの省スペース化、小型化を図れる。
【００４５】
また、基板１１の上面１１ａには、ひずみゲージ１２、定電流用配線１６、及び抵抗値測定用配線１９を覆い、且つ圧力を受けたとき基板１１の変形を容易にすべく弾性変形可能な保護膜２０が形成されていることを特徴としてもよい。例えば、硬い板状の部材が測定対象の場合には、基板１１が変形せずに測定ができないおそれもあるが、この構成によれば保護膜２０が弾性変形するので、この保護膜２０の変形によって基板１１が変形して測定が可能となる。
【００４６】
なお、上述してきた基板１１の材質としてはセラミックについて説明したが、材質としては、ステンレス等の金属や、半導体も採用することができる。基板１１が導電性を有する金属から構成された場合、ひずみゲージ１２との間に絶縁層を設ける必要がある。ただし、絶縁層を設けると、熱膨張率の相違により基板１１に反りが生じてしまうことを考慮する必要がある。
【００４７】
［第２の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ａ（１０）について、図５を参照して説明する。図５には、本実施形態における面圧センサ１０Ａの平面模式図を示す。この面圧センサ１０Ａは、ひずみゲージ１２が５行５列の計２５個配置されているものである。上述してきた実施形態とは、ひずみゲージ１２の数が異なるだけであって、その他は上述してきた実施形態と同様の構成である。なお、図５では、ひずみ受感部１５を図示していないが、複数のひずみゲージ１２はそれぞれ、複数のひずみ受感部１５に設けられる。
【００４８】
図５に示す面圧センサ１０Ａでは、定電流用配線１６の端子部分ａ，ｂのパターン幅が、抵抗値測定用配線１９のパターン幅よりも幅広に形成されている。このため、定電流用配線１６自身のインピーダンスを小さくすることができる。
【００４９】
［第３の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ｂ（１０）について、図６〜図８を参照して説明する。図６には、本実施形態における面圧センサ１０Ｂの平面模式図を示す。この面圧センサ１０Ｂは、ひずみゲージ１２が４０行１列で計４０個配置されている。したがって、面圧センサ１０Ｂは、図面上では縦方向に長い形状（矩形状）のセンサとなっている。図７には、図６の面圧センサ１０ＢのＡ部分の拡大図を示し、図８には、図６の面圧センサ１０ＢのＢ部分の拡大図を示す。
【００５０】
第１の実施形態と同様に、面圧センサ１０Ｂでは、ひずみ受感部１５が、凹部１４が形成されたことによる基板１１の肉薄部１１ｃから構成されている。この凹部１４が、図６に示すように、平面視において真っ直ぐに伸びた帯状の溝として１つ形成されることで、ひずみ受感部１５が、平面視において帯状に１つ設けられている。そして、複数のひずみゲージ１２が、ひずみ受感部１５に、ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられている。このような構造の面圧センサ１０Ｂは、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効であり、検出精度を向上することができる。
【００５１】
図７に示すように、各ひずみゲージ１２は、金属膜２１が左右２箇所ずつで折りかえされた、つづら折り形状となっている。このような形状の各ひずみゲージ１２は縦方向に連続して形成されている。最上部及び最下部のひずみゲージ１２には、定電流を送るための定電流用配線１６が接続され、各ひずみゲージ１２には定電流が流される。
【００５２】
また、複数のひずみゲージ１２は連続して形成されており、本実施形態では、横方向（左右方向）に延びる５本の配線を１つのひずみゲージ１２としている。１つのひずみゲージ１２の抵抗値を測定するために、１つのひずみゲージ１２の左右両側から１本ずつ抵抗値測定用配線１９が接続されている。本実施形態では、複数のひずみゲージ１２が連続して形成されているので、縦方向に隣接するひずみゲージ１２の抵抗値測定用配線１９は、隣接するひずみゲージ１２と共有される。
【００５３】
また、本実施形態における凹部１４は、第１の実施形態で説明したものとは異なり、縦方向に長尺に形成された１つの凹部１４を、連続して形成された複数のひずみゲージ１２の下方に設けている。このように、凹部１４の形状および数は、ひずみゲージ１２の形状に合わせて適宜変更することができる。
【００５４】
なお、図８に示すように、定電流用配線１６及び抵抗値測定用配線１９の端子部分は、所定間隔をあけて横方向（同一方向）に整列している。本実施形態では、配線幅は０．１ｍｍであり、各配線との間隔も０．１ｍｍである。
【００５５】
［第４の実施形態］
本実施形態における面圧センサ１０Ｃ（１０）について、図９を参照して説明する。図９には、図５で示したひずみゲージ１２などが設けられた基板１１を、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）基板などのフレキシブル基板２２に接続したセンサ構造を示す。すなわち、面圧センサ１０Ｃは、基板１１とフレキシブル基板２２とを備えている。面圧センサ１０Ｃは、外部測定機器であるコンピュータに接続され、圧力分布が解析される。このため、面圧センサ１０Ｃの外部接続端子とコンピュータとの間の電気的接続は、フレキシブル基板２２を介して行われるとよい。
【００５６】
基板１１の端子部分（定電流用配線１６および抵抗値測定用配線１９）と、フレキシブル基板２２に形成された配線２４との電気的接続は、例えば異方導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの接続材２３を採用し、これを使って接続することができる。また、基板１１とフレキシブル基板２２とを一体に構成するように、接続材２３で電気的に接続した後、基板１１とフレキシブル基板２２を何らかのフィルムで覆うようにするとよい。例えば、基板１１の保護膜２０としてのポリイミドをフレキシブル基板２２にまで覆うようにすることで、基板１１とフレキシブル基板２２との接合を強固にできる。
【００５７】
このように、面圧センサ１０Ｃとコンピュータとの間の電気的接続をフレキシブル基板２２で配線することにより、面圧センサ１０Ｃを柔軟性のある使用をすることができる。また、配線部も含めた面圧センサ１０Ｃ全体で柔軟性を高めることができるので、例えばロール圧の測定などにおいても、引き回しが容易となる。
【００５８】
［第５の実施形態］
これまでの実施形態で説明しているように、面圧センサ１０は、基板１１に施されたひずみ受感部１５（センサ部）の変形（情報）を金属膜２１から構成されるひずみゲージ１２（検出素子）の抵抗値変化として検出し、圧力値に変換するメカニズムである。通常、外力（外部からの加圧）によりひずみ受感部１５のみが変形すれば、何ら支障なく圧力値を正確に測定でき、面圧として捉えることができる。これは、平面間（図３では、押圧部材３０と土台３１との間）や、平面とロールとの間での面圧測定に有効である。
【００５９】
しかしながら、ロール間での面圧測定では、面圧センサ１０に、後述する見かけの圧力が発生する場合がある。これは特に、硬さが違うロール間の測定で生じる。ここで、図１０に柔らかいロール３２と硬いロール３３との間に面圧センサ１０を挟ませて面圧を検出する場合の説明図を示す。
【００６０】
図１０に示すように、柔らかいロール３２と硬いロール３３が押し付けられると、柔らかいロール３２は、硬いロール３３の形状に従って潰され、変形する。このとき、ロール間に挟まれたひずみ受感部１５を含む基板１１も変形してしまう。
【００６１】
すなわち、本来ひずみゲージ１２で検出されるべきひずみ受感部１５（基板１１の肉薄部１１ｃ）の変形（図３参照）の他に、ベースであるべき基板１１自体（基板１１の肉厚部１１ｄ）も一緒に変形してしまう。このため、ベース（基板１１の肉厚部１１ｄ）の変形が、ひずみ受感部１５（基板１１の肉薄部１１ｃ）の変形にも影響を与え、ひずみゲージ１２において見かけの圧力（外乱）として検出されてしまう。
【００６２】
また、このような柔らかいロール３２と硬いロール３３との間でなくても、基板１１自体が曲げられ変形してしまうような測定では、この見かけの圧力を除去して真の圧力値のみを検出し、面圧として捉えることが必要になる。すなわち、面圧センサ１０では、見かけの圧力を除去するような補正をして、真にセンサ面に作用する外圧を検出することが必要とされる。
【００６３】
そこで、本実施形態では、見かけの圧力を補正するための補正素子１３を備えた面圧センサ１０Ｄ（１０）について、図１１〜図１５を参照して説明する。図１１〜図１５にそれぞれ補正素子１３の配置を異ならせたセンサ１０Ｄの平面模式図を示す。これら図１１〜図１５では、説明を明解にするために、ひずみゲージ１２および補正素子１３に部材としてのハッチングを付し、また、ひずみゲージ１２および補正素子１３に接続される配線を省略している。なお、図１１〜図１５では、１点鎖線で囲む領域がひずみ受感部１５となっている。
【００６４】
図１１に示す面圧センサ１０Ｄは、図６〜図８に示した面圧センサ１０Ｂの基板１１の四隅にそれぞれ補正素子１３を配置したものである。この補正素子１３は、基板１１自体の変形（反り）を検出するものであるため、ひずみ受感部１５を除いた基板１１の領域に設けられる。
【００６５】
なお、補正素子１３は、センサ部であるひずみ受感部１５にかからなければ、基板１１のどこにいくつ配置しても良い。すなわち、補正素子１３が１つであっても構わないし、図１２に示すように、ひずみゲージ１２の列の両側の２列で千鳥配置となるように複数の補正素子１３を設けても構わない。また、図１１、図１２では、基板１１の上面１１ａ内に補正素子１３を設けているが、基板１１の下面内に設けてもよい。
【００６６】
補正素子１３としては、ひずみゲージ１２と同様なひずみゲージとすることが好適である。ひずみゲージ１２およびその定電流用配線１６、抵抗値測定用配線１９は、基板１１の上面１１ａ上にパターニングされた１つの金属膜２１（図７、図８参照）から構成される。そこで、このパターニングされた金属膜２１の形成工程において、ひずみゲージ１２およびその配線１６、１９と共に、補正素子１３となるひずみゲージおよびその定電流用配線、抵抗値測定用配線を形成すれば、製造工程数を増加させずに補正素子１３を追加することができる。
【００６７】
補正素子１３をセンサ部であるひずみ受感部１５に設けないことで、補正素子１３は、基板１１自体のひずみ、すなわち見かけの圧力値のみを検出することができる。一方、面圧センサ１０Ｄの検出素子であるひずみゲージ１２は、真の圧力値と見かけの圧力値（外乱）の両方を検出している。したがって、面圧センサ１０Ｄは、補正素子１３で見かけの圧力値のみを検出し、ひずみゲージ１２と補正素子１３の圧力値の違いを計算することで、真の圧力値のみを検出することができる。なお、ひずみゲージ１２と補正素子１３の圧力値の違いを計算するには、コンピュータに行わせることもできる。
【００６８】
また、図１３に示す面圧センサ１０Ｄは、ひずみゲージ１２と補正素子１３とが、対をなして隣接して配置したものである。具体的には、複数の補正素子１３が、ひずみ受感部１５を除いた基板１１に、ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。そして、複数のひずみゲージ１２および補正素子１３がそれぞれ対をなして隣接して設けられている。
【００６９】
補正素子１３も金属膜２１から構成されるひずみゲージとすることで、ひずみゲージ１２と同一の金属膜パターンで形成でき、省スペースで効率良く面圧センサ１０Ｄを製造することができる。また、１つのひずみゲージ１２に対してそれ用の補正素子１３を設けることにより、基板１１の反りに分布があってもリアルタイムで補正することができ、面圧センサ１０Ｄの検出精度を向上することができる。特に、図１０に示したようなロール圧測定では、面圧センサ１０の進入方向（基板１１の長手方向）に対して交差する方向（短手方向）に常に同じ圧力と基板１１の反りが発生するため、横並び（短手方向の並び）にひずみゲージ１２と補正素子１３を設けることで、面圧センサ１０Ｄの検出精度を向上することができる。
【００７０】
また、図１４に示す面圧センサ１０Ｄは、ひずみゲージ１２の列の両側に、補正素子１３の列を設けたものである。そして、１つのひずみゲージ１２に対してそれ用の２つの補正素子１３で挟むように設けられている。例えば、図１０に示したロール３２、３３に偏りがある場合には、２つの補正素子１３の間に１つのひずみゲージ１２を配置することで、検出精度が向上する。
【００７１】
また、図１５に示す面圧センサ１０Ｄは、補正素子１３の列の両側に、ひずみゲージ１２の列を設けたものである。そして、１つの補正素子１３に対して２つのひずみゲージ１２で挟むように設けられている。例えば、図１０に示したロール３２、３３の加圧に偏りがある場合は、２つのひずみゲージ１２の間に１つの補正素子１３を配置することで、ロール軸方向の圧力分布も検出することができる。
【００７２】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、代表的なものの新規な特徴およびこれによって得られる作用、効果を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００７３】
本実施形態における面圧センサ１０は、面に作用する外圧を検出するものである。面圧センサ１０は、基板１１と、前記基板１１中の凹部１４をもって形成されるひずみ受感部１５と、前記ひずみ受感部１５に設けられた第１ひずみゲージ１２と、前記ひずみ受感部１５を除いた前記基板１１に設けられた第２ひずみゲージ１３とを備える。
【００７４】
これによれば、ひずみ受感部１５（センサ部）が基板１１の変形（外乱）の影響を受けた場合であっても、第１ひずみゲージ１２（検出素子）および第２ひずみゲージ１３（補正素子）で検出しているので、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。
【００７５】
また、前記面圧センサ１０は、前記基板１１が、主面１１ａと該主面１１ａとは反対側の裏面１１ｂとを有する。また、前記基板１１の裏面１１ｂには、凹部１４が形成される。また、前記ひずみ受感部１５が、前記凹部１４が形成されたことによる前記基板１１の肉薄部１１ｃから構成される。そして、前記第１および第２ひずみゲージ１２、１３が、前記基板１１の主面１１ａ上でパターニングされた金属膜２１から構成される。
【００７６】
これによれば、同一の条件でひずみゲージ１２、１３を形成できるので、面圧センサ１０の検出精度をより向上することができる。
【００７７】
また、前記面圧センサ１０は、前記第１ひずみゲージ１２と前記第２ひずみゲージ１３とが、対をなして隣接して設けられる。
【００７８】
これによれば、同一パターンの金属膜２１からなるひずみゲージ１２、１３とすることにより、最小空間分解能である一つ一つの素子単位で補正できることから、面圧センサ１０内に変形（反り）の分布がある場合でも正確に真の圧力値を検出し面圧として捉えることができる。
【００７９】
また、前記面圧センサ１０は、前記ひずみ受感部１５が、帯状に設けられる。そして、複数の前記第１ひずみゲージ１２が、前記ひずみ受感部１５に、該ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。
【００８０】
これによれば、ロール間（例えば図１０に示すロール３２、３３）に進入させてロール圧を検出するのに有効であり、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。
【００８１】
また、前記面圧センサ１０は、複数の前記第２ひずみゲージ１３が、前記ひずみ受感部１５を除いた前記基板１１に、該ひずみ受感部１５の長手方向に沿って列をなして設けられる。そして、複数の前記第１および第２ひずみゲージ１２、１３がそれぞれ対をなして隣接して設けられる。
【００８２】
これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ひずみゲージ１２に対してそれ用の補正素子としてひずみゲージ１３を設けることにより、基板１１の反りに分布があってもリアルタイムで補正することができ、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。
【００８３】
また、前記面圧センサ１０は、前記第１ひずみゲージ１２の列の両側に、前記第２ひずみゲージ１３の列が設けられる。
【００８４】
これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ロールに偏りがある場合には、ひずみゲージ１３の間にひずみゲージ１２を配置することで、面圧センサ１０の検出精度を向上することができる。
【００８５】
また、前記面圧センサ１０は、前記第２ひずみゲージ１３の列の両側に、前記第１ひずみゲージ１２の列が設けられる。
【００８６】
これによれば、ロール間に進入させてロール圧を検出するのに有効である。また、ロールの加圧に偏りがある場合は、複数のひずみゲージ１２をロール軸方向に設けることで、圧力分布を検出することができる。また、ロール軸方向に少なくとも１つのひずみゲージ１３（補正素子）を配置することで、ロール軸方向に配置された複数のひずみゲージ１２に対して少数のひずみゲージ１３で補正することができる。
【００８７】
さらに、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８８】
例えば、前記実施形態では、補正素子を基板の主面に設けた場合について説明した。これに限らず、ひずみ受感部（センサ部）を除いた基板内であれば、基板裏面や基板内部にも設けることも考えられる。このような箇所であっても基板の変形（反り）を検出することができるからである。
【００８９】
また、例えば、前記実施形態では、ひずみゲージ用の定電流用配線および抵抗値測定用配線を基板の主面に設けた場合について説明した。これに限らず、これら配線を基板の内部に設けることも考えられる。具体的には、多層配線基板を用いることが考えられる。これによれば、すべての配線を基板の主面上に形成せずに、主面内でそれぞれが緩衝（短絡）しないように回避して設ける必要が低減される。これにより配線長が短くなり、配線抵抗を低減することができ、より面圧センサの検出精度を向上することができる。また、配線を形成するために大判の基板を用いることがなくなるため、コンパクトな面圧センサとすることもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１０  面圧センサ
１１  基板
１１ａ  主面
１１ｂ  裏面
１１ｃ  肉薄部
１１ｄ  肉厚部
１２  ひずみゲージ（検出素子）
１３  ひずみゲージ（補正素子）
１４  凹部
１５  ひずみ受感部（センサ部）
１６  定電流用配線
１９  抵抗値測定用配線
２０  保護膜
２１  金属膜
２２  フレキシブル基板
２３  接続材
２４  配線
３０  押圧部材
３１  土台
３２、３３  ロール
【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】
0005827583.tif 000007
【図７】
0005827583.tif 000008
【図８】
0005827583.tif 000009
【図９】
0005827583.tif 000010
【図１０】
0005827583.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005827583.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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