專(zhuān)利名稱(chēng)：彎曲傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)彈性板的彎曲程度的彎曲傳感器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上存在一種用于當(dāng)彈性板彎曲時(shí)通過(guò)檢測(cè)彈性板的正
器，其中，通過(guò)在由板狀彈性構(gòu)件制成的兩個(gè)基部構(gòu)件的底面 處相互粘接這兩個(gè)基部構(gòu)件而形成該彈性板，且在該彈性構(gòu)件 上分別形成有應(yīng)變片或厚膜電阻。
首先將對(duì)彎曲傳感器的原理進(jìn)行概況說(shuō)明。
圖8是示意性示出構(gòu)成彎曲傳感器的彈性板的側(cè)視圖。圖9 是示出彈性板被彎曲的狀態(tài)的側(cè)視圖。
如圖8所示，假設(shè)彈性板100的正面的邊A1B1和背面的邊 C1D1在初始狀態(tài)均具有長(zhǎng)度L1。
對(duì)彈性板100施加外力，然后，如圖9所示，彈性板在傳感 器的中性線(xiàn)上以曲率半徑r彎曲。此時(shí)，々支:沒(méi)彎曲邊A1B1的圓 弧A2B2具有長(zhǎng)度L2 (>L1),而彎曲邊C1D1的圓弧C2D2具有 長(zhǎng)度L3 ( <L1 )。
這里，用下式表示由彎曲引起的彈性板的正面處的應(yīng)變
<formula>formula see original document page 4</formula> (1)
用中性線(xiàn)的曲率半徑r來(lái)表示等式的右邊，如下
<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 5</formula>( 2 )
類(lèi)似地，用下式表示由彎曲引起的彈性板背面處的應(yīng)變
<formula>formula see original document page 5</formula> (3)
用中性線(xiàn)的曲率半徑r來(lái)表示等式的右邊，如下 sCD = ( L3-L1 ) /Ll
<formula>formula see original document page 5</formula> ( 4 )
結(jié)果，在構(gòu)造成在彈性板的正面和背面處均設(shè)置具有兩個(gè)
應(yīng)變片、即總共四個(gè)應(yīng)變片的4源橋式電i 各的情況下，用下式 表示與 一個(gè)應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的l源橋式電路的輸出
el = ( E/4 ) KsAB
其中，E表示整個(gè)4源橋式電路的施加電壓，此外，K表示 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)(gage coefficients考慮到電壓的極性， 由下式表示4源橋式電路的輸出
e = 4 x el = EKsAB
從等式(2)和(4)明顯的是，隨著彎曲曲率半徑r、即
彎曲傳感器的曲率半徑r變小，應(yīng)變SAB和ScD的大小(即，絕對(duì) 值)均變大。隨著彈性板的厚度t變大，應(yīng)變SAB和ScD的大小均變大。
圖IO是示出彎曲傳感器的曲率半徑r與彎曲傳感器的輸出 之間的關(guān)系的圖表。
此外，如圖10的圖表所示，隨著彎曲曲率半徑r、即彎曲
傳感器的曲率半徑r變小，應(yīng)變SAB和SCD的大小(絕對(duì)值)均變大。
已經(jīng)提出了根據(jù)上述原理的傳統(tǒng)的彎曲傳感器的 一 個(gè)例子并且該例子被公知為構(gòu)成惠斯登電橋電路的彎曲傳感器，其中， 通過(guò)使由板狀彈性構(gòu)件制成的兩個(gè)基部構(gòu)件的底面相互粘接來(lái) 獲得彈性板，在該彈性構(gòu)件上形成有電阻可響應(yīng)于彎曲、即應(yīng) 變而變化的電阻器，且使這樣獲得的彈性板在其電阻器處相互
連接。例如，參見(jiàn)日本特許文獻(xiàn)6-123604A。
然而，在通過(guò)在由分別形成有應(yīng)變片或厚膜電阻器的板狀 彈性構(gòu)件制成的兩個(gè)基部構(gòu)件的底面處相互粘接這兩個(gè)基部構(gòu) 件而獲得的傳統(tǒng)的彎曲傳感器中，需要在兩個(gè)基部構(gòu)件相互粘 接的彈性板中鉆出通孔，然后，需要使應(yīng)變敏感元件相互連接， 以通過(guò)相互連纟妻布置在正面和背面處的應(yīng)變每丈感元件來(lái)構(gòu)成橋 式電路，從而產(chǎn)生制造過(guò)程的必要問(wèn)題。
圖ll是示出傳統(tǒng)的彎曲傳感器的一部分的側(cè)視圖，其中， 均在其正面處形成有應(yīng)變敏感元件的兩個(gè)基部構(gòu)件相互粘接。
如圖ll所示，通過(guò)^f吏形成有應(yīng)變l丈感元件51的基部構(gòu)件41 與形成有另 一應(yīng)變敏感元件52的另 一基部構(gòu)件42相互粘接來(lái) 構(gòu)成傳統(tǒng)的彎曲傳感器。
因此，為了通過(guò)使應(yīng)變敏感元件51和52相互連接來(lái)構(gòu)成橋 式電路，需要在相互粘接的基部構(gòu)件41和42中鉆出通孔，然后， 需要使應(yīng)變敏感元件51和52相互連接。因此，需要為此的制造 過(guò)程。
而且，在使基部構(gòu)件41和42相互粘接時(shí)，需要使正面和背 面的應(yīng)變敏感元件5l和52相互準(zhǔn)確地對(duì)齊，從而需要時(shí)間來(lái)進(jìn) 行粘接過(guò)程，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。
另外，傳統(tǒng)的彎曲傳感器具有兩個(gè)基部構(gòu)件41和4 2相互粘 接的結(jié)構(gòu)，因此，彈性板的除了應(yīng)變敏感元件51和52之外的整 個(gè)厚度變?yōu)?0 + t20,其中，基部構(gòu)件41和42的厚度分別由tlO 和t20表示。例如，雖然可以形成厚度均為25iim的基部構(gòu)件41和42,但是通過(guò)將基部構(gòu)件41和42相互粘接，彈性板的除了應(yīng) 變敏感元件51和52之外的整個(gè)厚度變成兩倍，即，變?yōu)?0iim。 當(dāng)彈性板以小的彎曲曲率半徑r進(jìn)行彎曲時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng) 在構(gòu)成彎曲傳感器的彈性板厚的情況下對(duì)彎曲傳感器施加大的 外力時(shí)，應(yīng)變壽文感元件51和52處的應(yīng)變變得過(guò)大，乂人而產(chǎn)生疲 勞壽命縮短的有害效果。例如，當(dāng)厚度為50pm的彈性板以 20mm的彎曲曲率半徑r發(fā)生彎曲時(shí)，應(yīng)變敏感元件51和52處的 應(yīng)變約為2500iie，從而關(guān)于疲勞壽命，僅能期望數(shù)萬(wàn)次彎曲次 數(shù)。根據(jù)用途，期望彎曲傳感器的疲勞壽命是百萬(wàn)次彎曲次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種彎曲傳感器，該彎曲傳感器能夠 以簡(jiǎn)單的制造過(guò)程制造而不需要粘接基部構(gòu)件、在彈性板中鉆 出通孔以及經(jīng)由通孔的配線(xiàn)連接，該彎曲傳感器具有薄的彈性 板，并具有顯著延長(zhǎng)的疲勞壽命。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于感測(cè)基部構(gòu)件在長(zhǎng) 度方向上的彎曲的彎曲傳感器，該彎曲傳感器包括基部構(gòu)件； 和多個(gè)應(yīng)變敏感元件，其被布置在基部構(gòu)件的 一 個(gè)側(cè)面上的寬 度方向上的不同位置處并且被布置在基部構(gòu)件的厚度方向上的 兩個(gè)以上的不同^f立置處。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種彎曲傳感器，其包括
基部構(gòu)件，其總共具有M個(gè)(這里，M為3以上的奇數(shù))凸 部和凹部，這些凸部和凹部沿長(zhǎng)度方向以長(zhǎng)條形式交替地形成 并且在垂直于長(zhǎng)度方向的方向的截面中關(guān)于與厚度方向平行的 中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，其中，正面和背面的凸部和凹部彼此一對(duì)一地相
對(duì)應(yīng)；
N個(gè)應(yīng)變敏感元件(這里，N = M-2)以及二等分應(yīng)變敏感元件，這N個(gè)應(yīng)變每丈感元件形成在基部構(gòu)件中的M個(gè)凸部和凹 部的除了位于兩端處的凸部或凹部之外的N個(gè)凸部或凹部的同 一側(cè)面上，二等分應(yīng)變敏感元件相互電連4妄并且形成在M個(gè)凸 部和凹部的位于兩端處的凸部或凹部上的與N個(gè)應(yīng)變每丈感元件 相同的 一側(cè)，二等分應(yīng)變敏感元件相當(dāng)于N個(gè)應(yīng)變壽丈感元件之
芯部構(gòu)件，其形成為分別嵌合到形成有應(yīng)變敏感元件的凸 部的背面?zhèn)鹊陌疾恳约靶纬捎袘?yīng)變#1感元件的凹部；
連接配線(xiàn)，其用于使應(yīng)變敏感元件相互連接，從而在基部
構(gòu)件的同 一側(cè)面上構(gòu)成橋式電路；以及
蓋構(gòu)件，其形成為覆蓋形成在基部構(gòu)件中的凸部上的應(yīng)變
敏感元件。
每個(gè)應(yīng)變每丈感元件均可為應(yīng)變片電阻元件。
在橋式電路為4源橋式電路的情況下，奇數(shù)M和N分別為5和3;在橋式電路為2源橋式電路的情況下，奇數(shù)M和N分別為3
和1 。
基部構(gòu)件和蓋構(gòu)件可以由包括聚酰亞胺膜的有機(jī)分子膜制 成，或者由樹(shù)脂膜制成。
應(yīng)變壽丈感元件和連接配線(xiàn)中的每一方均可利用光刻法而形成。
利用上述構(gòu)造，可以以簡(jiǎn)單的制造工藝制造根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器，而不需要粘接基部構(gòu)件、在彈性板 中鉆出通孔以及經(jīng)由通孔的配線(xiàn)連接，從而產(chǎn)生彈性板變薄并 且疲勞壽命顯著延長(zhǎng)的效果。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖2是示出根據(jù)本發(fā)明 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的俯視
圖3是示出由設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感器的俯視圖5是由設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感器中 的應(yīng)變敏感元件構(gòu)成的橋式電路的電路圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例中的彎曲傳感器的第 一制造過(guò)程的剖視圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例中的彎曲傳感器的第 二制造過(guò)程的剖— 見(jiàn)圖8是示意性示出構(gòu)成彎曲傳感器的彈性板的側(cè)視圖9是示出彈性板被彎曲的狀態(tài)的側(cè)視圖IO是示出彎曲傳感器的曲率半徑r與彎曲傳感器的輸出 之間的關(guān)系的圖表；以及
圖ll是示出傳統(tǒng)的彎曲傳感器的一部分的側(cè)視圖，其中， 均在正面處形成有應(yīng)變敏感元件的兩個(gè)基部構(gòu)件被相互粘接。
具體實(shí)施例
根據(jù)本發(fā)明的彎曲傳感器是用于感測(cè)基部構(gòu)件在長(zhǎng)度方向 上的彎曲的彎曲傳感器，該彎曲傳感器包括多個(gè)應(yīng)變敏感元件， 這些應(yīng)變敏感元件被布置在基部構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上的寬度方向 上的不同位置處并被布置在基部構(gòu)件的厚度方向上的兩個(gè)以上 的不同位置處。
下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲
傳感器。圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的結(jié)構(gòu) 的剖視圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器 的俯視圖。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器包括基部構(gòu)件 10，其總共具有M個(gè)(這里，M為3以上的奇數(shù)，例如在圖l中 為5個(gè))凸部和凹部，這些凸部和凹部在長(zhǎng)度方向上以長(zhǎng)條 (stripe)形式交替形成并且在垂直于長(zhǎng)度方向的方向的截面 中關(guān)于與厚度方向平行的中心線(xiàn)CL對(duì)稱(chēng)，其中，正面和背面的 凸部和凹部^皮此 一對(duì) 一地相對(duì)應(yīng)，j吏得凸部的背面用作凹部； N個(gè)應(yīng)變敏感元件RA、 RB和RC(這里，N=M-2，例如在圖l 中為3個(gè))以及二等分(bisected)應(yīng)變敏感元件RD1和RD2， 應(yīng)變敏感元件RA、 RB和RC形成在基部構(gòu)件10中的M個(gè)凸部和 凹部的除了位于兩端處的凸部或凹部之外的N個(gè)凸部或凹部的 同 一側(cè)面上，二等分應(yīng)變敏感元件RD1和RD2相互電連接并形 成在M個(gè)凸部和凹部的位于兩端處的凸部或凹部的與N個(gè)應(yīng)變 敏感元件RA、 RB和RC相同的一側(cè)，二等分應(yīng)變壽丈感元件RD1 和RD2相當(dāng)于N個(gè)應(yīng)變敏感元件RA、 RB和RC之一；芯部構(gòu)件 CA和CC以及芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2，芯部構(gòu)件CA和CC形 成為分別嵌合到形成有應(yīng)變敏感元件RA和RC的凸部的背面上 的凹部，芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2形成為分別嵌合到形成有應(yīng) 變敏感元件RB、 RD1和RD2的凹部；連接配線(xiàn)，其用于使應(yīng)變 敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2相互連接，從而在基部構(gòu) 件10的同一側(cè)面上構(gòu)成橋式電路；以及蓋構(gòu)件20,其形成為覆 蓋形成在基部構(gòu)件10中的凸部上的應(yīng)變敏感元件RA和RC。
如圖2所示，當(dāng)從頂部看時(shí)，基部構(gòu)件10中的凸部和凹部 以及應(yīng)變敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2以沿彎曲傳感器 的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)條方式形成。二等分應(yīng)變敏感元件RD1和RD2經(jīng)由連接配線(xiàn)DL相互電連接。
從橋式電路引出輸出端子T1、 T2、 T3和T4。
這里，應(yīng)變敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2是應(yīng)變片
電阻元件。
根據(jù)本發(fā)明的彎曲傳感器被構(gòu)造成二等分應(yīng)變敏感元件 RD1和RD2位于奇數(shù)N個(gè)應(yīng)變敏感元件RA、 RB和RC的兩側(cè)且 關(guān)于長(zhǎng)度方向的中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，以消除由扭轉(zhuǎn)等引起的錯(cuò)誤動(dòng)作。
在長(zhǎng)度方向的全長(zhǎng)上布置基部構(gòu)件10和蓋構(gòu)件20。
當(dāng)使用時(shí)在彎曲傳感器的正面或背面處接合彎曲傳感器 時(shí)，防止了圖9中示出的彎曲傳感器的自由變形，因此不能獲 得令人滿(mǎn)意的輸出。換句話(huà)說(shuō)，為了獲得高精度的輸出，不能 在彎曲傳感器的正面或背面處接合彎曲傳感器，而是根據(jù)圖8 和圖9所示的原理，需要將彎曲傳感器安裝成使得彎曲傳感器 的厚度方向的中心處的應(yīng)變?yōu)榱闱艺婧捅趁嫣幍膽?yīng)變正負(fù)彼 此相反。在圖2中，在長(zhǎng)度方向的中心線(xiàn)上的一端附近形成用 于固定彎曲傳感器的圓形開(kāi)口Hl,而在另一端附近形成用于固 定彎曲傳感器同時(shí)使彎曲傳感器能夠進(jìn)行彎曲動(dòng)作的長(zhǎng)方形或 橢圓形開(kāi)口H2。這里，不總是需要兩端處的開(kāi)口。例如，在物 體上布置袋狀部等，然后通過(guò)將彎曲傳感器插入到袋狀部中來(lái) 直接布置彎曲傳感器，從而消除了開(kāi)口 H1和H2。
在橋式電路為4源橋式電路的情況下，奇數(shù)M和N分別為5 和3。此外，在橋式電路為2源橋式電路的情況下，M和N分別 為3和1。
圖3是示出由設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感 順便提及，在圖3中，相互電連接的二等分應(yīng)變敏感元件RD1和RD2整體形成為 一個(gè)應(yīng)變敏感元件RD。
如圖3所示，串聯(lián)連接的應(yīng)變敏感元件RA和RB以及串聯(lián)連 接的應(yīng)變敏感元件RC和RD在端子T1和T3之間相互并聯(lián)連接， 此外，應(yīng)變敏感元件RA和應(yīng)變敏感元件RB之間的連接節(jié)點(diǎn)作 為端子T2，而應(yīng)變敏感元件RD和應(yīng)變敏感元件RC之間的連接 節(jié)點(diǎn)作為端子T4，從而構(gòu)成橋式電路。
在橋式電^各中，從端子T1和T3獲取第一輸出，此外，從端 子T2和T4獲取第二輸出。結(jié)果，橋式電路能夠起到4源橋式電 路的功能。
雖然根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的上述彎曲傳感器包括各種 的限定構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)作為高精度彎曲傳感器的功能，但是所有這 些限定構(gòu)造并不是根據(jù)本發(fā)明的彎曲傳感器所必需的。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的上述彎曲傳感器中，基部構(gòu) 件10在垂直于長(zhǎng)度方向的方向的截面中具有關(guān)于與厚度方向 平行的中心線(xiàn)CL對(duì)稱(chēng)的形狀。然而，當(dāng)不需要嚴(yán)格考慮扭轉(zhuǎn)力 時(shí)，包括在根據(jù)本發(fā)明的彎曲傳感器中的基部構(gòu)件不必具有這 種對(duì)稱(chēng)形狀。
此外，包括在根據(jù)本發(fā)明的彎曲傳感器中的基部構(gòu)件不必 具有使正面和背面的凸部和凹部彼此一對(duì)一地相對(duì)應(yīng)從而使凸 部的背面用作凹部的凸部和凹部。例如，以下構(gòu)造是可以的 釆用沿寬度方向具有不同厚度以在正面上形成凸部和凹部的基 部構(gòu)件，而不必具有芯部構(gòu)件，在凸部和凹部上形成應(yīng)變敏感 元件，且將具有凸部和凹部以與基部構(gòu)件的凸部和凹部相匹配
的蓋構(gòu)件安裝到基部構(gòu)件。
而且，根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的上述彎曲傳感器具有以 下構(gòu)造彎曲傳感器包括N個(gè)應(yīng)變敏感元件(N=M-2)以及兩 個(gè)二等分應(yīng)變敏感元件，二等分應(yīng)變敏感元件形成在兩端處的凸部或凹部上并且相當(dāng)于N個(gè)應(yīng)變壽丈感元件之一。然而，才艮據(jù) 本發(fā)明的彎曲傳感器不必具有這種構(gòu)造。例如，當(dāng)不必沿寬度 方向?qū)ΨQ(chēng)時(shí)，不需要采用兩個(gè)二等分應(yīng)變敏感元件且可采用偶 數(shù)個(gè)應(yīng)變敏感元件。即使在彎曲傳感器具有對(duì)稱(chēng)構(gòu)造的情況下，
兩端處的兩個(gè)二等分應(yīng)變每丈感元件不必相互連4姿而相當(dāng)于N個(gè) 應(yīng)變敏感元件之 一 。例如，可以在兩端和中心位置處i殳置啞 (dummy)元件，可布置包括3個(gè)啞元件的總共7個(gè)元件，并且 4源橋式電3各可由除3個(gè)啞元件之外的4個(gè)應(yīng)變壽丈感元件構(gòu)成。 作為可選方案，可布置包括3個(gè)啞元件的總共5個(gè)元件，并且2
此外，蓋構(gòu)件不必作為本發(fā)明的必需構(gòu)件?？刹捎酶鞣N材 料來(lái)作為蓋構(gòu)件的材料，且不必是固定材料，而是例如可采用 涂料來(lái)作為蓋構(gòu)件。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感器的俯視圖。 圖4中示出的根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感器包 括基部構(gòu)件10;布置在基部構(gòu)件10上的中央應(yīng)變敏感元件 RHC;以及被平分到中央應(yīng)變敏感元件RHC的兩側(cè)且布置在基 部構(gòu)件10上的二等分應(yīng)變敏感元件RHD1和RHD2。與圖l和圖 2中示出的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的基部構(gòu)件 IO —樣，基部構(gòu)件10具有包括凸部和凹部的形狀。例如，中央 應(yīng)變敏感元件RHC可布置在基部構(gòu)件10的凸部上，二等分應(yīng)變 敏感元件RHD1和RHD2可布置在基部構(gòu)件10的凹部上。而且， 芯部構(gòu)件可分別布置在二等分應(yīng)變敏感元件RHD1和RHD2 上，且芯部構(gòu)件可布置在基部構(gòu)件10的凹部上，該凹部是布置 有中央應(yīng)變敏感元件RHC的凸部的背面。此外，根據(jù)本發(fā)明的 另 一實(shí)施例的彎曲傳感器可包括蓋構(gòu)件20,該蓋構(gòu)件20形成為與圖l和圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的彎曲傳 感器相比，圖4中示出的根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感
器具有以下構(gòu)造省去了包括應(yīng)變敏感元件RA和RB的構(gòu)成部 分，由于減少了應(yīng)變敏感元件的數(shù)量，周邊配線(xiàn)的構(gòu)造也是部 分不同的。
圖5是由設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例的彎曲傳感器中 的應(yīng)變敏感元件構(gòu)成的橋式電路的電^各圖。
順便提及，在圖5中，相互電連接的二等分應(yīng)變敏感元件 RHD1和RHD2整體形成為一個(gè)應(yīng)變敏感元件RHD。
如圖5所示，應(yīng)變敏感元件RHD和RHC在端子TH1和TH3 之間串聯(lián)連接，應(yīng)變敏感元件RHD和應(yīng)變敏感元件RHC之間的 連接節(jié)點(diǎn)作為端子TH4，外部電阻元件RHA和RHB在端子TH1 和TH3之間串聯(lián)連接，且外部電阻元件RHA和RHB之間的連接 節(jié)點(diǎn)作為端子TH2，從而構(gòu)成橋式電路。
外部電阻元件RHA和RHB為固定電阻器，該外部電阻元件 RHA和RHB布置在彎曲傳感器的外部，例如，布置在放大器基 板上。通過(guò)從橋式電路的端子TH1和TH3獲取第一輸出并從端 子TH2和TH4獲取第二輸出，橋式電路能夠起到2源橋式電路 的功能。
當(dāng)2源橋式電路由中央應(yīng)變敏感元件RHC、 二等分應(yīng)變敏 感元件RHD1和RHD2 、以及固定電阻元件RHA和RHB構(gòu)成時(shí)， 所有的元件均不必布置在彎曲傳感器的基部構(gòu)件上。例如，固 定電阻元件RHA和RHB可布置在彎曲傳感器外部的放大器基 板上。
然而，關(guān)于布置在彎曲傳感器的基部構(gòu)件上的元件，所有 的元件都必須分別布置在基部構(gòu)件的同 一 側(cè)的表面上，從而不 必在基部構(gòu)件中形成用于使各元件相互連接的通孔。接著，將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的制
造過(guò)程。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的彎曲傳感器的第一 制造過(guò)程的剖視圖，圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的彎 曲傳感器的第二制造過(guò)程的剖視圖。
首先，如圖6所示，通過(guò)用光刻法(photolithography) 形成圖案使用作應(yīng)變片電阻元件的應(yīng)變敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2、連接配線(xiàn)以及端子T1、 T2、 T3和T4形成為平坦 基部構(gòu)件10'上的層RP。
然后，芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2被牢固地接合到將成為交 替地形成有凹部和凸部的基部構(gòu)件10'中的凹部的區(qū)域中，即， 芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2被牢固地接合到形成有中央應(yīng)變敏感 元件RB和從中央處算起為奇數(shù)個(gè)的應(yīng)變敏感元件RD1和RD2 的區(qū)域中。另一方面，芯部構(gòu)件CA和CC被牢固地接合到將成 為基部構(gòu)件10'中的凸部的區(qū)域的背面處，即，芯部構(gòu)件CA和 C C被牢固地接合到形成有從中央處算起為偶數(shù)個(gè)的應(yīng)變敏感 元件RA和RC的區(qū)域的背面處。
其后，如圖7所示，通過(guò)上下方向加壓而y十應(yīng)變敏感元件 RA、 RB、 RC、 RD1和RD2以及基部構(gòu)件10進(jìn)行加工，使得它 們具有以下形狀凹部和凸部交替布置，并且使芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2位于正面，而使芯部構(gòu)件CA和CC位于背面，此外， 芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2與正面處的凹部相匹配，而芯部構(gòu)件 CA和CC與背面處的凹部相匹配。這樣，彎曲傳感器被加工成 整體為平板狀。在加壓時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行加熱。
最后，通過(guò)布置用于覆蓋形成在與基部構(gòu)件10中的凸部對(duì) 應(yīng)的區(qū)域中的應(yīng)變敏感元件RA和RC的蓋構(gòu)件20而完成根據(jù)本 發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的圖1所示的彎曲傳感器。這里，基部構(gòu)件10和蓋構(gòu)件20由包括聚酰亞胺膜的有機(jī)分 子膜或樹(shù)脂膜制成。
所有的應(yīng)變敏感元件均形成在根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例的
彎曲傳感器中的基部構(gòu)件10的同一側(cè)面上，因此，可以以簡(jiǎn)單
的制造過(guò)程制造彎曲傳感器，而不需要在作為彈性板的基部構(gòu)
件10中鉆出任何通孔且不需要經(jīng)由通孔的任何配線(xiàn)連接。
當(dāng)然，用于精確地定位兩個(gè)基部構(gòu)件并使兩個(gè)基部構(gòu)件相 互粘接的過(guò)程也不是必須的，從而可以降低材料成本。
另外，在圖l中，分別假設(shè)芯部構(gòu)件的厚度tl和t2均被設(shè)定 為例如50tim且基部構(gòu)件IO的厚度t3被設(shè)定為例如25pm,在上 部位置的芯部構(gòu)件CB、 CD1和CD2的厚度方向的中心位置與形 成在最高位置的凸部處的應(yīng)變敏感元件RA和RC之間的臺(tái)階以 及在上述中心位置與形成在最低位置的凹部處的應(yīng)變敏感元件 RB、 RD1和RD2之間的臺(tái)階在厚度方向上的尺寸均為25pm, 從而僅是以下傳統(tǒng)情況的 一 半，在兩個(gè)基部構(gòu)件的厚度均為 50pm的傳統(tǒng)的彎曲傳感器的情況下，在基部構(gòu)件粘接位置與 正面處的應(yīng)變敏感元件之間的厚度方向上的尺寸是50iim,并 且在基部構(gòu)件粘接位置與背面處的應(yīng)變敏感元件之間的厚度方 向上的尺寸是50pm,從而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了具有顯著延長(zhǎng)的疲勞 壽命的薄彎曲傳感器。應(yīng)變敏感元件以及連接配線(xiàn)的厚度通常 均為約4pm至約5pim。
由于能夠容易地調(diào)整芯部構(gòu)件的厚度tl和t2,因此能夠容 易地調(diào)整彎曲傳感器的有效厚度。
假設(shè)芯部構(gòu)件的厚度tl和t2被設(shè)定為例如25iim,在上部位 置的芯部構(gòu)件C B 、 C D1和C D 2的厚度方向的中心位置與形成在 最高位置的凸部處的應(yīng)變敏感元件RA和RC之間的臺(tái)階以及在 上述中心位置與形成在最低位置的凹部處的應(yīng)變敏感元件RB、RD1和RD2之間的臺(tái)階在厚度方向上的尺寸均為12.5pm，從而 實(shí)現(xiàn)具有更顯著延長(zhǎng)的疲勞壽命的更薄的彎曲傳感器。此外， 在這種情況下，在兩個(gè)基部構(gòu)件的厚度均為25pm的傳統(tǒng)的彎 曲傳感器的情況下，在基部構(gòu)件粘接位置與正面處的應(yīng)變敏感 元件之間的厚度方向上的尺寸以及在基部構(gòu)件粘接位置與背面 處的應(yīng)變每文感元件之間的厚度方向上的尺寸可以減半為 25pm。
可考慮適當(dāng)?shù)膹澢拾霃絩與輸出特性的平衡來(lái)確定彎 曲傳感器的有效厚度。
在光刻法之后，可事先調(diào)整由應(yīng)變敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2構(gòu)成的橋式電路的電阻平衡。
而且，應(yīng)變敏感元件RA、 RB、 RC、 RD1和RD2由同一材 料的彼此非常靠近的部分制成，因此，溫度特性彼此非常類(lèi)似， 從而將由溫度變化引起的輸出錯(cuò)誤抑制到非常低的水平。
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)基于2007年10月30日提交的在先日本專(zhuān)利申請(qǐng) No.2007-281786并要求該在先日本專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)選權(quán)；該在先 日本專(zhuān)利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
權(quán)利要求
1. 一種彎曲傳感器，其用于感測(cè)基部構(gòu)件在長(zhǎng)度方向上的彎曲，該彎曲傳感器包括所述基部構(gòu)件；和多個(gè)應(yīng)變敏感元件，其被布置在所述基部構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上的寬度方向上的不同位置處并且被布置在所述基部構(gòu)件的厚度方向上的兩個(gè)以上的不同位置處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的彎曲傳感器，其特征在于，每個(gè) 應(yīng)變壽丈感元件均是應(yīng)變片電阻元件。
3. —種彎曲傳感器，其包括基部構(gòu)件，其總共具有M個(gè)凸部和凹部，M為3以上的奇數(shù)，所述凸部和所述凹部沿長(zhǎng)度方向以長(zhǎng)條形式交替地形成并且在垂直于長(zhǎng)度方向的方向的截面中關(guān)于與厚度方向平行的中心線(xiàn) 對(duì)稱(chēng)，其中，正面和背面的所述凸部和所述凹部;f皮此 一 對(duì) 一 地相對(duì)應(yīng)；N個(gè)應(yīng)變敏感元件，N=M-2，以及二等分應(yīng)變敏感元件， 所述N個(gè)應(yīng)變敏感元件形成在所述基部構(gòu)件中的M個(gè)凸部和凹 部的除了位于兩端處的凸部或凹部之外的N個(gè)凸部或凹部的同 一側(cè)面上，所述二等分應(yīng)變敏感元件相互電連接并且形成在M 個(gè)凸部和凹部的^f立于兩端處的凸部或凹部上的與所述N個(gè)應(yīng)變 敏感元件相同的一側(cè)，所述二等分應(yīng)變萄文感元件相當(dāng)于所述N 個(gè)應(yīng)變敏感元件之一；芯部構(gòu)件，其形成為分別嵌合到形成有所述應(yīng)變敏感元件 的所述凸部的背面?zhèn)鹊陌疾恳约靶纬捎兴鰬?yīng)變壽丈感元件的凹部；連接配線(xiàn)，其用于使所述應(yīng)變敏感元件相互連接，從而在 所述基部構(gòu)件的同 一側(cè)面上構(gòu)成橋式電路；以及蓋構(gòu)件，其形成為覆蓋形成在所述基部構(gòu)件中的所述凸部 上的所述應(yīng)變壽丈感元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，每個(gè)應(yīng)變敏感元件均是應(yīng)變片電阻元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，在所 迷橋式電路為4源橋式電路的情況下，奇數(shù)M和N分別為5和3 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，在所 述橋式電^各為2源橋式電的情況下，奇I丈M和N分別為3和1 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，所述 基部構(gòu)件和所述蓋構(gòu)件由包括聚酰亞胺膜的有機(jī)分子膜制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，所述 基部構(gòu)件和所述蓋構(gòu)件由樹(shù)脂膜制成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲傳感器，其特征在于，所述 應(yīng)變敏感元件和所述連接配線(xiàn)中的每一方均利用光刻法形成。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的彎曲傳感器為用于感測(cè)基部構(gòu)件在長(zhǎng)度方向上的彎曲的彎曲傳感器，該彎曲傳感器包括基部構(gòu)件；和多個(gè)應(yīng)變敏感元件，其被布置在基部構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上的寬度方向上的不同位置處并且被布置在基部構(gòu)件的厚度方向上的兩個(gè)以上的不同位置處。
文檔編號(hào)G01B7/28GK101424509SQ20081017159
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者稻森道伯 申請(qǐng)人:美蓓亞株式會(huì)社