特開 2023-131491 ひずみゲージの抵抗値調整方法、ひずみゲージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023131491

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】ひずみゲージの抵抗値調整方法、ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20230914BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036286

(22)【出願日】2022-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 真一

(72)【発明者】

【氏名】北園 正樹

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063DA02

2F063DA05

2F063EC05

2F063EC11

2F063EC18

(57)【要約】

【課題】保護層の有無にかかわらず抵抗値の調整を可能とする、ひずみゲージの抵抗値調整方法を提供する。
【解決手段】本ひずみゲージの抵抗値調整方法は、基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成された抵抗調整部と、を有するひずみゲージを準備する工程と、前記抵抗調整部にレーザ光を照射する工程と、を有し、前記抵抗調整部は、前記抵抗体と直列に接続された複数のグリッド抵抗、及び隣接する２つのグリッド抵抗を含む直列回路に対して並列に接続されたトリム抵抗を含み、前記トリム抵抗は、第１抵抗部、及び前記第１抵抗部の一部に積層された第２抵抗部を含み、前記グリッド抵抗及び前記第１抵抗部は、前記抵抗体と同一材料から形成され、前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部よりも体積抵抗率の低い材料から形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成された抵抗調整部と、を有するひずみゲージを準備する工程と、
前記抵抗調整部にレーザ光を照射する工程と、を有し、
前記抵抗調整部は、前記抵抗体と直列に接続された複数のグリッド抵抗、及び隣接する２つのグリッド抵抗を含む直列回路に対して並列に接続されたトリム抵抗を含み、
前記トリム抵抗は、第１抵抗部、及び前記第１抵抗部の一部に積層された第２抵抗部を含み、
前記グリッド抵抗及び前記第１抵抗部は、前記抵抗体と同一材料から形成され、
前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部よりも体積抵抗率の低い材料から形成されている、ひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項2】

前記レーザ光を照射する工程では、前記第２抵抗部への前記レーザ光の照射により前記第１抵抗部を構成する材料と前記第２抵抗部を構成する材料とが相互に拡散した高抵抗部が形成される、請求項１に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項3】

前記高抵抗部は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部の合金を含む、請求項２に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項4】

前記レーザ光を照射する工程では、前記トリム抵抗への前記レーザ光の照射により前記トリム抵抗が切断される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項5】

前記レーザ光を照射する工程では、他の層を介すことなく前記トリム抵抗に直接、前記レーザ光を照射する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項6】

前記抵抗体及び前記抵抗調整部を被覆する保護層を形成する工程を有し、
前記レーザ光を照射する工程では、前記保護層を介して、前記トリム抵抗にレーザ光を照射する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項7】

前記レーザ光を照射する工程では、前記レーザ光の焦点が前記保護層の上面よりも深い位置になるように前記レーザ光を照射する、請求項６に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項8】

前記レーザ光を照射する工程では、前記レーザ光の焦点が前記トリム抵抗の上面に位置するように前記レーザ光を照射する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項9】

前記第２抵抗部を構成する金属は、銅又は銅合金である、請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項10】

前記抵抗体及び前記第１抵抗部は、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成されている請求項１乃至９の何れか一項に記載のひずみゲージの抵抗値調整方法。

【請求項11】

基材と、
前記基材上に形成された抵抗体と、
前記基材上に形成された抵抗調整部と、を有し、
前記抵抗調整部は、前記抵抗体と直列に接続された複数のグリッド抵抗、及び隣接する２つのグリッド抵抗を含む直列回路に対して並列に接続されたトリム抵抗を含み、
前記トリム抵抗は、第１抵抗部、及び前記第１抵抗部の一部に積層された第２抵抗部を含み、
前記グリッド抵抗及び前記第１抵抗部は、前記抵抗体と同一材料から形成され、
前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部よりも体積抵抗率の低い材料から形成されている、ひずみゲージ。

【請求項12】

前記トリム抵抗に、前記第１抵抗部を構成する材料と前記第２抵抗部を構成する材料とが相互に拡散した高抵抗部が形成されている、請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項13】

前記高抵抗部は、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部の合金を含む、請求項１２に記載のひずみゲージ。

【請求項14】

前記基材上に形成され、前記抵抗体及び前記抵抗調整部を被覆する保護層を有する、請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項15】

前記第２抵抗部を構成する金属は、銅又は銅合金である、請求項１１乃至１４の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項16】

前記抵抗体及び前記第１抵抗部は、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成されている請求項１１乃至１５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ひずみゲージの抵抗値調整方法、ひずみゲージに関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物に貼り付けて、測定対象物のひずみを検出するひずみゲージが知られている。ひずみゲージは、ひずみを検出する抵抗体を備えており、抵抗体は、例えば、基材上に形成されている。抵抗体は、例えば、配線を介して、電極と接続されている。又、ひずみゲージは、基材上に、例えば、抵抗体や配線を被覆する保護層を備えている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－７４９３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ひずみゲージの製造工程では、保護層を形成する前に、抵抗値の調整（トリミング）を行う場合があるが、抵抗値の調整後に保護層を形成する工程で抵抗値が変動する場合がある。その場合、ひずみゲージの抵抗値が所望の値からずれてしまう。そこで、抵抗値は、保護層を形成する工程の前と後の両方で調整できることが好ましい。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、保護層の有無にかかわらず抵抗値の調整を可能とする、ひずみゲージの抵抗値調整方法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】

【0006】

本開示の一実施形態に係るひずみゲージの抵抗値調整方法は、基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成された抵抗調整部と、を有するひずみゲージを準備する工程と、前記抵抗調整部にレーザ光を照射する工程と、を有し、前記抵抗調整部は、前記抵抗体と直列に接続された複数のグリッド抵抗、及び隣接する２つのグリッド抵抗を含む直列回路に対して並列に接続されたトリム抵抗を含み、前記トリム抵抗は、第１抵抗部、及び前記第１抵抗部の一部に積層された第２抵抗部を含み、前記グリッド抵抗及び前記第１抵抗部は、前記抵抗体と同一材料から形成され、前記第２抵抗部は、前記第１抵抗部よりも体積抵抗率の低い材料から形成されている。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、保護層の有無にかかわらず抵抗値の調整を可能とする、ひずみゲージの抵抗値調整方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【図2】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その１）である。

【図3】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）である。

【図4】ひずみゲージの抵抗値を調整する第１の方法について説明する図である。

【図5】ひずみゲージの抵抗値を調整する第２の方法について説明する図である。

【図6】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その３）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部には同一の符号を付す場合がある。また、各図面において、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を規定する場合がある。この場合、Ｘ方向において、矢印の始点（根元）側をＸ－側、矢印の終点（矢尻）側をＸ＋側と称する場合がある。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。また、各図面の説明において、既に説明した構成部と同一の構成部についての説明は省略する場合がある。

【0010】

〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図２は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その１）であり、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図３は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）であり、図１のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。なお、図１～図３では、抵抗値を調整する前のひずみゲージ１を示している。

【0011】

図１～図３を参照すると、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、配線４０と、電極５０と、抵抗調整部６０と、カバー層７０とを有している。カバー層７０は必要に応じて設けられる。なお、図１では、便宜上、カバー層７０の外縁のみを破線で示している。まずは、ひずみゲージ１を構成する各部について詳細に説明する。

【0012】

なお、本実施形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を「上側」と称し、抵抗体３０が設けられていない側を「下側」と称する。又、各部位の上側に位置する面を「上面」と称し、各部位の下側に位置する面を「下面」と称する。ただし、ひずみゲージ１は天地逆の状態で用いることもできる。又、ひずみゲージ１は任意の角度で配置することもできる。又、平面視とは、基材１０の上面１０ａに対する上側から下側への法線方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、前記法線方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。

【0013】

基材１０は、抵抗体３０等を形成するためのベース層となる部材である。基材１０は可撓性を有する。基材１０の下面側には、接着層等を介して起歪体が接合されていてもよい。基材１０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、基材１０の厚さは５μｍ～５００μｍ程度であってよい。なお、起歪体の表面から受感部へのひずみの伝達性、及び、環境変化に対する寸法安定性の観点から考えると、基材１０の厚さは５μｍ～２００μｍの範囲内であることが好ましい。また、絶縁性の観点から考えると、基材１０の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。

【0014】

基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成される。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、かつ可撓性を有する部材を指す。

【0015】

基材１０が絶縁樹脂フィルムから形成される場合、当該絶縁樹脂フィルムには、フィラーや不純物等が含まれていてもよい。例えば、基材１０は、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成されてもよい。

【0016】

基材１０の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３）等の結晶性材料が挙げられる。又、前述の結晶性材料以外に非晶質のガラス等を基材１０の材料としてもよい。又、基材１０の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金（ジュラルミン）、チタン等の金属を用いてもよい。金属を用いる場合、金属製の基材１０上に絶縁膜が設けられる。

【0017】

抵抗体３０は、基材１０上に所定のパターンで形成された薄膜である。ひずみゲージ１において、抵抗体３０は、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体３０は、基材１０の上面１０ａに直接形成されてもよいし、基材１０の上面１０ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を密度の高い梨地模様で示している。

【0018】

抵抗体３０は、複数の細長状部と、複数の折り返し部とを含む。抵抗体３０において、複数の細長状部は、長手方向を第１方向（図１の例ではＸ方向）に向けて並置されている。そして、複数の折り返し部は、複数の細長状部の中で隣接する細長状部の端部を互い違いに連結して各々の細長状部を直列に接続する。これにより、抵抗体３０は、全体としてジグザグに折り返す構造となっている。複数の細長状部の長手方向がグリッド方向となり、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向（図１の例ではＹ方向）となる。ただし、後述のように、抵抗体３０の間に抵抗調整部６０が挿入されている。

【0019】

抵抗体３０において、最もＹ＋側に位置する細長状部のＸ－側の端部は、Ｙ＋方向に屈曲し、抵抗体３０のグリッド幅方向の一方の終端３０ｅ_１に達する。また、最もＹ－側に位置する細長状部のＸ－側の端部は、Ｙ－方向に屈曲し、抵抗体３０のグリッド方向の他方の終端３０ｅ_２に達する。各々の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２は、配線４０を介して、電極５０と電気的に接続されている。言い換えれば、配線４０は、抵抗体３０のグリッド幅方向の各々の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２と各々の電極５０とを電気的に接続している。

【0020】

抵抗体３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体３０は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。

【0021】

ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでいてもよい。

【0022】

抵抗体３０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、抵抗体３０の厚さは０．０５μｍ～２μｍ程度であってよい。特に、抵抗体３０の厚さが０．１μｍ以上である場合、抵抗体３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する。また、抵抗体３０の厚さが１μｍ以下である場合、抵抗体３０を構成する膜の内部応力に起因する、（i）膜のクラックおよび（ii）膜の基材１０からの反りが、低減される。

【0023】

横感度を生じ難くすることと、断線対策とを考慮すると、抵抗体３０の幅は１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。更に言えば、抵抗体３０の幅は１０μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとより好ましい。

【0024】

例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上させることができる。又例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、抵抗体３０がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、「主成分」とは、抵抗体を構成する全物質の５０重量％以上を占める成分のことを意味する。ゲージ特性を向上させるという観点から考えると、抵抗体３０はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。更に言えば、同観点から考えると、抵抗体３０はα－Ｃｒを９０重量％以上含むことがより好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。

【0025】

又、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎは２０重量％以下であることが好ましい。Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎが２０重量％以下であることで、ひずみゲージ１のゲージ率の低下を抑制することができる。

【0026】

又、Ｃｒ混相膜におけるＣｒＮとＣｒ_２Ｎとの比率は、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ_２Ｎの割合が８０重量％以上９０重量％未満となるようにすることが好ましい。更に言えば、同比率は、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ_２Ｎの割合が９０重量％以上９５重量％未満となるようにすることがより好ましい。Ｃｒ_２Ｎは半導体的な性質を有する。そのため、前述のＣｒ_２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで、ＴＣＲの低下（負のＴＣＲ）が一層顕著となる。更に、前述のＣｒ_２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで抵抗体３０のセラミックス化を低減し、抵抗体３０の脆性破壊が起こりにくくすることができる。

【0027】

一方で、ＣｒＮは化学的に安定であるという利点を有する。Ｃｒ混相膜にＣｒＮをより多く含むことで、不安定なＮが発生する可能性を低減することができるため、安定なひずみゲージを得ることができる。ここで「不安定なＮ」とは、Ｃｒ混相膜の膜中に存在し得る、微量のＮ_２もしくは原子状のＮのことを意味する。これらの不安定なＮは、外的環境（例えば高温環境）によっては膜外へ抜け出ることがある。不安定なＮが膜外へ抜け出るときに、Ｃｒ混相膜の膜応力が変化し得る。

【0028】

ひずみゲージ１において、抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合、高感度化かつ、小型化を実現することができる。例えば、従来のひずみゲージの出力が０．０４ｍＶ／２Ｖ程度であったのに対して、抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合は０．３ｍＶ／２Ｖ以上の出力を得ることができる。また、従来のひずみゲージの大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）が３ｍｍ×３ｍｍ程度であったのに対して、抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合の大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）は０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度に小型化することができる。

【0029】

配線４０は、基材１０上に設けられている。配線４０は、抵抗体３０及び電極５０と電気的に接続されている。配線４０は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。また、配線４０は、直線状には限定されず、任意のパターンとすることができる。図１の例では、配線４０の幅は抵抗体３０側が狭く電極５０側ほど広くなっているが、これは一例であり、例えば、配線４０の幅は一定であってもよい。

【0030】

電極５０は、基材１０上に設けられている。電極５０は、配線４０を介して抵抗体３０と電気的に接続されている。電極５０は、平面視において、配線４０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極５０は、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極である。電極５０には、例えば外部接続用のリード線等が接合される。電極５０の上面に、銅等の抵抗の低い金属層、または、金等のはんだ付け性が良好な金属層を積層してもよい。

【0031】

なお、抵抗体３０と配線４０と電極５０とは便宜上別符号としているが、同一工程において同一材料により一体に形成することができる。従って、抵抗体３０と配線４０と電極５０とは、厚さが略同一である。

【0032】

抵抗調整部６０は、抵抗体３０のパターンに挿入されている。抵抗調整部６０は、抵抗体３０と直列に接続されたグリッド抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４を含む。また、抵抗調整部６０は、トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃを含む。グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ４は、互いに抵抗値が異なる。また、トリム抵抗Ｒａ～Ｒｃは、互いに抵抗値が異なる。また、抵抗調整部６０は、抵抗体３０、各グリッド抵抗、及び／又は各トリム抵抗のいずれか２つ以上を連結する連結部ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、及びｘ５を含む。このように、抵抗調整部６０は、複数のグリッド抵抗及び複数のトリム抵抗を含む。なお、抵抗調整部６０において、グリッド抵抗及びトリム抵抗の個数や、グリッド抵抗とトリム抵抗との接続の仕方は、図１の例には限定されない。

【0033】

連結部ｘ１及びｘ５は、抵抗調整部６０の両端であり、連結部ｘ１と連結部ｘ５とを接続するパターンが抵抗体３０に挿入されて抵抗調整部６０を構成する。グリッド抵抗Ｒ１は、連結部ｘ１と連結部ｘ２とを接続する。グリッド抵抗Ｒ２は、連結部ｘ２と連結部ｘ３とを接続する。グリッド抵抗Ｒ３は、連結部ｘ３と連結部ｘ４とを接続する。グリッド抵抗Ｒ４は、連結部ｘ４と連結部ｘ５とを接続する。トリム抵抗Ｒａは、連結部ｘ１と連結部ｘ３とを接続する。トリム抵抗Ｒｂは、連結部ｘ２と連結部ｘ４とを接続する。トリム抵抗Ｒｃは、連結部ｘ３と連結部ｘ５とを接続する。

【0034】

すなわち、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ４及び連結部ｘ１～ｘ５は、抵抗体３０と直列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒａは、隣接するグリッド抵抗Ｒ１及びＲ２を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｂは、隣接する２つのグリッド抵抗Ｒ２及びＲ３を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｃは、隣接するグリッド抵抗Ｒ３及びＲ４を含む直列回路に対して並列に接続されている。

【0035】

図３に示すように、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ４及び連結部ｘ１～ｘ５は、第１抵抗部３１から形成されている。これに対して、トリム抵抗Ｒａ～Ｒｃは、第１抵抗部３１、及び第１抵抗部３１の一部に積層された第２抵抗部３２を含む積層構造である。具体的には、トリム抵抗Ｒａ～Ｒｃは、折り返し部と、折り返し部と連結部とを接続する接続部とを含み、折り返し部分を構成する第１抵抗部３１に第２抵抗部３２が積層されている。なお、第１抵抗部３１は、抵抗体３０と同様の材料から形成されており、抵抗体３０と同一の層構造である。

【0036】

第２抵抗部３２の材料には、抵抗体３０及び第１抵抗部３１よりも体積抵抗率の低い材料を選択することができる。このような材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等、又は、これら何れかの金属の合金、これら何れかの金属の化合物、或いは、これら何れかの金属、合金、化合物を適宜積層した積層膜が挙げられる。特に第２抵抗部３２の材料として、ＣｕやＣｕ合金、ＡｌやＡｇ、Ａｕ、ＣｒＭｎ等を用いることが好ましい。第２抵抗部３２の厚さは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択できる。第２抵抗部３２の厚さは、例えば、０．５μｍ～５μｍ程度とすることができる。

【0037】

なお、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２の積層順は反対であってもよい。例えば、基材１０の上面１０ａに第２抵抗部３２を形成し、第２抵抗部３２の上に、第２抵抗部３２よりも体積抵抗率の高い材料から形成された第１抵抗部３１を積層してもよい。

【0038】

カバー層７０は、基材１０上に形成されている保護層である。カバー層７０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０及び抵抗調整部６０を被覆し電極５０の少なくとも一部を露出するように設けられる。カバー層７０は、配線４０を被覆してもよい。カバー層７０の材料としては、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂が挙げられる。なお、カバー層７０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。或いは、カバー層７０の材料として、例えば、ＳｉＯ_２、水ガラス等の無機材料を用いてもよい。カバー層７０の厚さは、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、カバー層７０の厚さは２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層７０を設けることで、抵抗体３０及び抵抗調整部６０に機械的な損傷等が生じることを抑制することができる。又、カバー層７０を設けることで、抵抗体３０及び抵抗調整部６０を湿気等から保護することができる。

【0039】

［抵抗値調整方法］
ひずみゲージ１の抵抗値調整方法には、第２抵抗部３２へのレーザ光の照射により高抵抗部を形成する第１の方法と、トリム部Ｒａ～Ｒｃの１つ以上をレーザ光の照射により切断する第２の方法がある。第１の方法及び第２の方法は、何れか一方のみを実行してもよいし、両方を実行してもよい。

【0040】

（第１の方法）
最初に、第１の方法について説明する。図４は、ひずみゲージの抵抗値を調整する第１の方法について説明する図である。

【0041】

まず、基材１０と、基材１０上に形成された抵抗体３０と、基材１０上に形成され、抵抗体３０と電気的に接続された配線４０と、抵抗体３０と電気的に接続された抵抗調整部６０と、抵抗体３０及び抵抗調整部６０を被覆するカバー層７０とを有するひずみゲージ１を準備する（ひずみゲージを準備する工程）。ひずみゲージ１は、自らが一部または全部を製造することで準備してもよいし、市販品等の完成品を入手することで準備してもよい。

【0042】

ひずみゲージ１を準備した後、図４の矢印上側に示すように、カバー層７０の上方から、カバー層７０を介して、抵抗調整部６０のトリム抵抗Ｒａ～Ｒｃの１つ以上の第２抵抗部３２の部分にレーザ光Ｌを照射する（レーザ光を照射する工程）。図４では、一例として、トリム抵抗Ｒｂの第２抵抗部３２の部分にレーザ光Ｌを照射する様子を示している。

【0043】

レーザ光を照射する工程では、カバー層７０にダメージを与えないために、レーザ光Ｌの焦点がカバー層７０の上面よりも深い位置になるようにレーザ光Ｌを照射することが好ましい。また、抵抗調整部６０を効率的に加熱するために、レーザ光Ｌの焦点が抵抗調整部６０の上面に位置するようにレーザ光Ｌを照射することが好ましい。

【0044】

レーザ光Ｌをスキャンすることで、スキャンした領域において、トリム抵抗Ｒｂの第２抵抗部３２が加熱される。これにより、図４の矢印下側に示すように、トリム抵抗Ｒｂの第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との境界の近傍に、第１抵抗部３１を構成する材料と第２抵抗部３２を構成する材料とが相互に拡散した高抵抗部３５が形成される。高抵抗部３５の厚さは、レーザ光を照射する時間により調整可能である。

【0045】

高抵抗部３５の形成に用いるレーザは、樹脂であるカバー層７０を透過しやすく、かつ第２抵抗部３２に吸収されやすい波長のレーザ光を照射可能であることが好ましい。このようなレーザとしては、例えば、波長が近赤外であるＹＡＧレーザが挙げられる。

【0046】

高抵抗部３５は、一対の電極５０間に接続された抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を調整するために設けられる。高抵抗部３５は、第２抵抗部３２よりも体積抵抗率が高い。高抵抗部３５は、第１抵抗部３１よりも体積抵抗率が低くてもよい。高抵抗部３５は、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との境界の近傍に形成された相互拡散領域である。ここで、相互拡散領域とは、第１抵抗部３１を構成する材料と第２抵抗部３２を構成する材料とが相互に拡散した領域である。相互拡散領域では、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との境界は明確でなくてよい。

【0047】

高抵抗部３５は、例えば、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２の合金を含む。つまり、高抵抗部３５は、例えば、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との合金から形成されている。例えば、第１抵抗部３１がＣｒ混相膜、第２抵抗部３２がＣｕであれば、高抵抗部３５はこれらの合金であるクロム銅合金（ＣｒＣｕ）を含むことができる。

【0048】

ただし、高抵抗部３５では、第１抵抗部３１を構成する材料と第２抵抗部３２を構成する材料とが相互に拡散して第２抵抗部３２よりも体積抵抗率が高くなれば、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２とが合金化されていなくてもよい。

【0049】

高抵抗部３５を形成することで、電極５０間を接続する抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を、高抵抗部３５を形成する前よりも高くすることができる。高抵抗部３５の体積が増えるほど、一対の電極５０間に接続された抵抗体３０及び配線４０の抵抗値が高くなる。

【0050】

このように、第１の方法では、抵抗調整部６０の第２抵抗部３２へのレーザ光の照射により、第１抵抗部３１及び第２抵抗部３２の一部に、第１抵抗部３１を構成する材料と第２抵抗部３２を構成する材料とが相互に拡散した高抵抗部が形成されることで、電極５０間を接続する抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を調整することができる。

【0051】

（第２の方法）
次に、第２の方法について説明する。図５は、ひずみゲージの抵抗値を調整する第２の方法について説明する図である。なお、図５では、抵抗値を調整した後のひずみゲージ１を示している。

【0052】

第２の方法において、ひずみゲージを準備する工程については、第１の方法と同じである。ひずみゲージ１を準備した後、カバー層７０の上方から、カバー層７０を介して、抵抗調整部６０のトリム抵抗Ｒａ～Ｒｃの１つ以上の第１抵抗部３１の部分にレーザ光Ｌを照射する（レーザ光を照射する工程）。レーザ光Ｌの好適な焦点位置、レーザ光の好適な波長については前述のとおりである。

【0053】

抵抗調整部６０のトリム抵抗Ｒａ～Ｒｃの１つ以上の第１抵抗部３１へのレーザ光Ｌの照射により、第１抵抗部３１が加熱され切断される。図５では、一例として、トリム抵抗Ｒｃの第１抵抗部３１の部分にレーザ光Ｌを照射し、トリム抵抗Ｒｃの第１抵抗部３１の領域Ｃを切断した様子を示している。これにより、電極５０間を接続する抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を、トリム抵抗Ｒｃを切断する前よりも高くすることができる。なお、トリム抵抗Ｒｃにおいて、領域Ｃの代わりに、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２の積層部を切断してもよい。この場合、レーザ光の照射により、第１抵抗部３１と第２抵抗部３２との境界の近傍に高抵抗部が形成された後、さらにレーザ光を照射し続けると第１抵抗部３１と第２抵抗部３２の積層部を切断することができる。

【0054】

電極５０間を接続する抵抗体３０及び配線４０の抵抗値をさらに高くしたい場合には、上記と同様にしてレーザ光Ｌを照射し、トリム抵抗Ｒｃ以外の１つ以上のトリム抵抗を切断すればよい。トリム抵抗Ｒａ～Ｒｃの全てを切断してもよい。

【0055】

このように、第２の方法では、抵抗調整部６０に含まれるトリム抵抗Ｒａ～Ｒｃの１つ以上へのレーザ光の照射により、レーザ光が照射されたトリム抵抗が切断されることで、電極５０間を接続する抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を調整することができる。

【0056】

なお、第１の方法及び第２の方法におけるレーザ光を照射する工程では、レーザ光の照射により第２抵抗部３２の一部に第２抵抗部３２を構成する金属の酸化膜が形成される場合がある。このような酸化膜の形成が問題になる場合は、レーザ光を照射する工程を酸素濃度の低い環境で行うことが好ましい。例えば、Ａｒ雰囲気下で処理することで酸化を防ぐことができる。これにより、レーザ光の照射により第２抵抗部３２の一部に第２抵抗部３２を構成する金属の酸化膜が形成されることを抑制できる。

【0057】

（調整パターン）
第１の方法と第２の方法とを組み合わせた抵抗調整部６０の調整パターンは以下のようになる。（１）～（４）は、第２の方法のみを使用する場合の調整パターンである。（５）～（８）は、第１の方法のみを使用する場合の調整パターンである。（９）及び（１０）は、第１の方法と第２の方法を組み合わせて使用する場合の調整パターンである。

【0058】

（１）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれも切断しない（１通り）
（２）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つを切断する（３通り）
（３）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか２つを切断する（３通り）
（４）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのすべてを切断する（１通り）
（５）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つに高抵抗部を形成する（３通り）
（６）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか２つに高抵抗部を形成する（３通り）
（７）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのすべてに高抵抗部を形成する（１通り）
（８）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つを切断し、かつトリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つに高抵抗部を形成する（６通り）
（９）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つを切断し、かつトリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか２つに高抵抗部を形成する（３通り）
（１０）トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか２つを切断し、かつトリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、及びＲｃのいずれか１つに高抵抗部を形成する（３通り）。

【0059】

このように、第１の方法と第２の方法の一方又は両方を使用することにより、２７通りの調整パターンを実現できる。

【0060】

このように、ひずみゲージ１では、抵抗体３０等を被覆するカバー層７０を形成した後であっても、電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値の調整が可能である。すなわち、電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値をあらかじめ所望値よりも低めに設計しておき、ひずみゲージ１の製造工程で、カバー層７０を形成後、カバー層７０を介してのレーザ光の照射により、第１の方法及び／又は第２の方法で抵抗値を高い方に調整することができる。

【0061】

すなわち、カバー層７０の形成工程において電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値が変動する場合があるが、第１の方法及び／又は第２の方法を用いることで、カバー層７０の形成工程において電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値が変動した場合であっても、電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を所望の値に調整可能である。これにより、ひずみゲージ１の歩留まりを向上できる。

【0062】

特に、ひずみゲージ１において、抵抗体３０の膜厚が薄い場合、カバー層７０の形成等の物理的要因により抵抗値が変動しやすいので、カバー層７０を形成後に抵抗調整できることは極めて有効である。

【0063】

また、ひずみゲージ１では、抵抗体３０の抵抗値の調整に関し、第１の方法と第２の方法を適宜組み合わせることで、より多くの調整パターンを実現できる。

【0064】

以上では、ひずみゲージ１がカバー層７０を有する例について説明した。しかし、カバー層７０は必要に応じて設けられるため、ひずみゲージを準備する工程では、基材１０と、基材１０上に形成された抵抗体３０と、基材１０上に形成され、抵抗体３０と電気的に接続された抵抗調整部６０とを有するひずみゲージ１を準備してもよい。この場合には、ひずみゲージ１を準備した後、第１の方法及び第２の方法の何れについてもレーザ光を照射する工程では、他の層を介すことなく抵抗調整部６０のトリム抵抗に直接レーザ光を照射する。

【0065】

或いは、ひずみゲージ１がカバー層７０を有する場合であっても、カバー層７０が形成される前に、抵抗値の調整を行ってもよい。この場合も、第１の方法及び第２の方法の何れについてもレーザ光を照射する工程では、他の層を介すことなく抵抗調整部６０に直接レーザ光を照射する。そして、カバー層７０を形成後、抵抗値が所望の値から変動した場合は、第１の方法及び第２の方法の何れについてもカバー層７０を介して抵抗調整部６０にレーザ光を照射することで、抵抗値を高くする方向にもう一度調整が可能である。

【0066】

このように、ひずみゲージ１では、カバー層７０を形成する工程の前及び／又は後において抵抗値の調整が可能である。もちろん、ひずみゲージ１の製造工程がカバー層７０を形成する工程を含まない場合であっても、抵抗調整部６０に直接レーザ光を照射することで抵抗値の調整が可能である。すなわち、ひずみゲージ１の抵抗値調整方法は、カバー層７０の有無にかかわらず抵抗値の調整が可能である。

【0067】

［ひずみゲージの製造方法］
以下、ひずみゲージ１の製造方法について説明する。ひずみゲージ１を製造するためには、まず、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに金属層（便宜上、金属層Ａとする）を形成する。金属層Ａは、最終的にパターニングされて抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０となる層である。従って、金属層Ａの材料や厚さは、前述の抵抗体３０等の材料や厚さと同様である。

【0068】

金属層Ａは、例えば、金属層Ａを形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜することができる。金属層Ａは、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法、蒸着法、アークイオンプレーティング法、またはパルスレーザー堆積法等を用いて成膜されてもよい。

【0069】

なお、基材１０の上面１０ａに下地層を形成してから金属層Ａを形成してもよい。例えば、基材１０の上面１０ａに、所定の膜厚の機能層をコンベンショナルスパッタ法により真空成膜してもよい。このように下地層を設けることによって、ひずみゲージ１のゲージ特性を安定化させることができる。

【0070】

本願において、機能層とは、少なくとも上層である金属層Ａ（抵抗体３０）の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１０に含まれる酸素または水分による金属層Ａの酸化を防止する機能、および／または、基材１０と金属層Ａとの密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。

【0071】

基材１０を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むことがあり、また、Ｃｒは自己酸化膜を形成することがある。そのため、特に金属層ＡがＣｒを含む場合、金属層Ａの酸化を防止する機能を有する機能層を成膜することが好ましい。

【0072】

このように、金属層Ａの下層に機能層を設けることにより、金属層Ａの結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる金属層Ａを作製することができる。その結果、ひずみゲージ１において、ゲージ特性の安定性が向上する。又、機能層を構成する材料が金属層Ａに拡散することにより、ひずみゲージ１において、ゲージ特性が向上する。

【0073】

図６は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その３）である。図６は、抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０の下地層として機能層２０を設けた場合のひずみゲージ１の断面形状を示している。

【0074】

機能層２０の平面形状は、例えば抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０の平面形状と略同一にパターニングされてよい。しかしながら、機能層２０と抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０との平面形状は略同一でなくてもよい。例えば、機能層２０が絶縁材料から形成される場合には、機能層２０を抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０の平面形状と異なる形状にパターニングしてもよい。この場合、機能層２０は例えば抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。或いは、機能層２０は、基材１０の上面全体にベタ状に形成されてもよい。

【0075】

次に、金属層Ａの上面に、第２抵抗部３２を形成し、抵抗調整部６０を形成する。第２抵抗部３２は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。

【0076】

具体的には、まず、金属層Ａの上面を覆うように、例えば、スパッタ法や無電解めっき法等により、シード層を形成する。次に、シード層の上面の全面に感光性のレジストを形成し、露光及び現像して第２抵抗部３２を形成する領域を露出する開口部を形成する。レジストとしては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができる。

【0077】

次に、例えば、シード層を給電経路とする電解めっき法により、開口部内に露出するシード層上に第２抵抗部３２を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、第２抵抗部３２として低応力の電解めっき層を形成できる点で好適である。膜厚の厚い電解めっき層を低応力とすることで、ひずみゲージ１に反りが生じることを防止できる。なお、第２抵抗部３２は無電解めっき法により形成してもよい。

【0078】

次に、レジストを除去する。レジストは、例えば、レジストの材料を溶解可能な溶液に浸漬することで除去できる。

【0079】

次に、金属層Ａの上面に、感光性のレジストを形成し、そのレジストを露光及び現像して図１の抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０と同様の平面形状にパターニングする。そして、レジストをエッチングマスクとし、レジストから露出する金属層Ａをウェットエッチング等により除去する。次に、レジストを除去することで、図１に示す平面形状の抵抗体３０、第１抵抗部３１、配線４０、及び電極５０を形成することができる。また、第１抵抗部３１の折り返し部分の上に第２抵抗部３２を積層した抵抗調整部６０を形成することができる。

【0080】

抵抗体３０、配線４０、電極５０、及び抵抗調整部６０を形成した後、基材１０の上面１０ａにカバー層７０を形成する。カバー層７０は抵抗体３０、配線４０、及び抵抗調整部６０を被覆するが、電極５０はカバー層７０から露出していてよい。例えば、基材１０の上面１０ａに、配線４０、電極５０、及び抵抗調整部６０を被覆し電極５０を露出するように、半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートして、その後に当該絶縁樹脂フィルムを加熱して硬化させることにより、カバー層７０を形成することができる。また、カバー層７０が無機材料の場合は、ディッピングやスクリーン印刷、スパッタやＣＶＤ等を用いて成膜されてもよい。

【0081】

カバー層７０を形成した後、図４及び図５に示した第１の方法及び／又は第２の方法により電極５０間の抵抗体３０及び配線４０の抵抗値を所望の値に調整する。以上の工程により、ひずみゲージ１が完成する。なお、前述のように、カバー層７０が形成される前に抵抗値の調整を行ってもよく、カバー層７０が形成される前及び後に抵抗値の調整を行ってもよい。また、前述のように、ひずみゲージ１の製造工程がカバー層７０を形成する工程を含まない場合であっても、抵抗値の調整が可能である。

【0082】

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば、第１実施形態の変形例１と変形例２を組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0083】

１ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、３０ｅ_１、３０ｅ_２ 終端、３１ 第１抵抗部、３２ 第２抵抗部、３５ 高抵抗部、４０ 配線、５０ 電極、６０ 抵抗調整部、７０ カバー層、Ｒ１～Ｒ４ グリッド抵抗、Ｒａ～Ｒｃ トリム抵抗、ｘ１～ｘ５ 連結部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】