大型ひずみゲージの量産に対応可能 NISSHAのエッチング加工技術| NISSHA

ひずみゲージは民生分野から産業分野に至るさまざまなシーンで用いられています。構造物の強度試験や劣化診断用のセンサーをはじめ、ロボット用力覚センサーや体重計のセンサーなど、その用途は多岐にわたります。強度測定レンジや測定面積は使用目的により異なるので、ひずみゲージにはたくさんの仕様のものが用意されています。しかし、中には既製品のひずみゲージでは対応できない用途もあります。

特に大型のひずみゲージは、既製品の種類もあまり多くないため、選択肢が十分ではありません。
NISSHAはフィルム基材上の薄膜エッチング加工技術によるひずみゲージのカスタマイズや量産が可能です。

求めているひずみゲージが既製品では見つからないときはNISSHAにご相談ください。

この記事では、ひずみゲージを選ぶ際のポイントとNISSHAの加工技術について紹介します。

ひずみゲージは、電気絶縁体である樹脂基材の上に抵抗線を形成し、そこに引き出し線を付けた構造になっています。抵抗線は金属箔をフォトエッチング加工し、緻密な蛇行パターンとして形成します。樹脂基材にはポリエステル、金属箔にはコンスタンタンなどの銅ニッケル合金が多く用いられます。

ひずみゲージを使ったひずみ測定では、測定対象物の表面にひずみゲージを接着し、対象物の歪みによって生じる抵抗線の抵抗値変化からひずみの大きさを測定します。

ひずみゲージの使用方法としては、ゲージ単体を測定対象物に貼り付けて測定する方法と、計測機器の部品として組み込まれる場合が有ります。単純な構造で局所的な評価が可能であり、応答性がよくデータ処理が容易な点が特長です。

1.測定対象物の材質に応じた選び方

例えば、コンクリート用やプラスチック用、ゴム複合材料用などがあり、それぞれの材質が持つ表面の状態や変形の特長に応じて、特性が調整されたひずみゲージが販売されています。

2.測定時の環境に応じた選び方

高温または低温環境で用いられる場合や防水性が必要な場合、特殊なケースでは磁力に対する耐性が必要な場合もあります。また製品開発や品質管理の場面で加速耐久試験を行う場合や、意地悪条件を付加する試験などでは、特殊環境に対応したひずみゲージが必要になる可能性があるでしょう。

3.用途に応じた選び方

ひずみゲージは、クラック測定用、残留応力測定用のほか、大きなひずみを測定するものなど、測定用途に応じて分類されている場合があります。

また、ゲージ部の面積もひずみゲージを選ぶ際の代表的なポイントです。用途に応じて適切な大きさのひずみゲージを選定しなければなりません。

NISSHAは、ひずみゲージの抵抗線に用いられる銅合金の薄膜パターニング技術を保有しています。
NISSHAのエッチングラインは厚さ0.1~0.2μmのCu合金薄膜のパターニングが可能です。この膜厚は一般的な合金箔の20分の1程度の厚さなので、既成のひずみゲージよりも高抵抗な配線を形成できます。

また、ロールtoロールプロセスの生産ラインでは、500mmの広幅ロールフィルムを基材に使用できます。この技術の活用により、大型のひずみゲージの量産に対応可能です。

ひずみゲージを完成させるためには、フォトエッチングによるパターニングだけでなくモジュール加工の技術も必要です。NISSHAでは、パターニング層の絶縁被膜貼り合わせやFPC圧着加工、筐体部品との貼り合わせなどの技術も保有しています。

ひずみゲージの抵抗線に用いられる銅合金の加工例として、銅55%、ニッケル45%の組成からなるコンスタンタンが挙げられます。コンスタンタンは、銅よりも抵抗率が高く、抵抗値の温度依存性が低いため、精密な抵抗値測定を求められる製品に用いられています。

NISSHAのフォトエッチング加工プロセスではコンスタンタン薄膜のパターニングが可能です。高抵抗材料であるコンスタンタンを線幅10～15μmで微細加工するこの技術は、ひずみゲージの端子間配線距離を短縮し、ゲージの狭小化に活用できます。