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(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】P2024143982
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】脈波センサ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/02 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
A61B5/02 310M
A61B5/02 310P
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023124907
(22)【出願日】2023-07-31
(31)【優先権主張番号】63/493,105
(32)【優先日】2023-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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】原田 高志
(72)【発明者】
【氏名】岡 博之
【テーマコード（参考）】
4C017
【Ｆターム（参考）】
4C017AA09
4C017AB02
4C017AC03
4C017EE01
4C017FF15
(57)【要約】
【課題】生体信号の検出感度の安定性を向上させることが可能な脈波センサを実現する。
【解決手段】本脈波センサは、測定対象の身体に当接させて使用する脈波センサであって、測定対象側となる第１面、及び前記第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、前記第２面に配置され、前記起歪体のひずみ及び／又は前記起歪体にかかる圧力を検出する検出素子と、を有し、前記検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する。
【選択図】図１
【解決手段】本脈波センサは、測定対象の身体に当接させて使用する脈波センサであって、測定対象側となる第１面、及び前記第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、前記第２面に配置され、前記起歪体のひずみ及び／又は前記起歪体にかかる圧力を検出する検出素子と、を有し、前記検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の身体に当接させて使用する脈波センサであって、
測定対象側となる第１面、及び前記第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、
前記第２面に配置され、前記起歪体のひずみ及び／又は前記起歪体にかかる圧力を検出する検出素子と、を有し、
前記検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する、脈波センサ。
測定対象側となる第１面、及び前記第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、
前記第２面に配置され、前記起歪体のひずみ及び／又は前記起歪体にかかる圧力を検出する検出素子と、を有し、
前記検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する、脈波センサ。
【請求項2】
前記起歪体の第１面から突起する負荷部が設けられている、請求項１に記載の脈波センサ。
【請求項3】
前記起歪体は、破壊強度が静圧で２０Ｎより大きい、請求項１又は２に記載の脈波センサ。
【請求項4】
前記起歪体は、化学強化ガラス製である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項5】
前記起歪体の第１面にカバー部材が装着又は成形された、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項6】
前記カバー部材の測定対象側となる面は、前記起歪体の第１面を基準として、前記起歪体の第１面の中央部上が最も高く、前記起歪体の第１面の周辺部に行くほど低くなる曲面である、請求項５に記載の脈波センサ。
【請求項7】
前記カバー部材は、前記起歪体の第１面の側に開口する凹部を有し、前記凹部と前記起歪体の第１面により間隙が形成されている、請求項５又は６に記載の脈波センサ。
【請求項8】
前記カバー部材は、前記起歪体の第１面と対向する面に、前記起歪体の第１面の側に前記凹部よりも突起する凸部を有する、請求項７に記載の脈波センサ。
【請求項9】
前記カバー部材は、前記起歪体の第１面と対向する面の少なくとも一部に、前記凸部として前記第１面の側に湾曲した曲面を有している、請求項８に記載の脈波センサ。
【請求項10】
前記検出素子は、複数のひずみゲージであり、
複数の前記ひずみゲージの抵抗体の抵抗値の変化に基づいて脈波を検出する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の脈波センサ。
複数の前記ひずみゲージの抵抗体の抵抗値の変化に基づいて脈波を検出する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項11】
複数の前記ひずみゲージは、前記起歪体の圧縮ひずみを検出する一対のひずみゲージと、前記起歪体の引張ひずみを検出する他の一対のひずみゲージと、を含み、
一対の前記ひずみゲージ及び他の一対の前記ひずみゲージは、１つのブリッジ回路の各辺を構成するように接続され、
前記脈波を示す信号は、前記ブリッジ回路により生成される、請求項１０に記載の脈波センサ。
一対の前記ひずみゲージ及び他の一対の前記ひずみゲージは、１つのブリッジ回路の各辺を構成するように接続され、
前記脈波を示す信号は、前記ブリッジ回路により生成される、請求項１０に記載の脈波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脈波センサに関する。
【背景技術】
【0002】
心臓が血液を送り出すことに伴い発生する脈波を検出する脈波センサが知られている。一例として、外力の作用により撓み可能に支持されている起歪体と、その起歪体のひずみ、又は起歪体にかかる圧力を検知する検出素子とが設けられた脈波センサが挙げられる。
【0003】
例えば、特許文献１には、起歪体とひずみゲージを備えた脈波センサが開示されている。この脈波センサの場合、起歪体の裏面に、起歪体のひずみを検出するためのひずみゲージが設けられている。そして、起歪体の表面が、測定対象者の肌に当てられる。これにより、脈波による微弱な圧力を受けた起歪体のひずみを、ひずみゲージで検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－１７５３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述したような、起歪体のひずみを検出する脈波センサにおいては、検出素子の出力値（すなわち、生体信号）から脈波を得る上で、できる限り安定した検出感度を維持することが重要である。
【0006】
本開示は、生体信号の検出感度の安定性を向上させることが可能な脈波センサの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一実施形態に係る脈波センサは、測定対象の身体に当接させて使用する脈波センサであって、測定対象側となる第１面、及び前記第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、前記第２面に配置され、前記起歪体のひずみ及び／又は前記起歪体にかかる圧力を検出する検出素子と、を有し、前記検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する。
【発明の効果】
【0008】
開示の技術によれば、生体信号の検出感度の安定性を向上させることが可能な脈波センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る脈波センサを例示する斜視図である。
【図2】第１実施形態に係る脈波センサを例示する断面図である。
【図3】ブリッジ回路の一例である。
【図4】第１実施形態の変形例１に係る脈波センサを例示する断面図である。
【図5】第１実施形態の変形例１に係る脈波センサの起歪体及びカバー部材を例示する斜視図である。
【図6】第１実施形態の変形例２に係る脈波センサを例示する断面図である。
【図7】第１実施形態の変形例３に係る脈波センサを例示する断面図である。
【図8】第１実施形態の変形例４に係る脈波センサを例示する断面図である。
【図9】規格化平均脈波及び規格化平均加速度脈波の計測結果を示すグラフである。
【図10】規格化平均脈波の計測結果を示すグラフである。
【図11】カバー部材を装着していない脈波センサに荷重をかけた場合のひずみ量を示す図である。
【図12】カバー部材を装着している脈波センサに荷重をかけた場合のひずみ量を示す図である。
【図13】脈波センサを測定対象に斜めに当てた様子を示す図である。
【図14】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。
【図15】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16】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。
【発明を実施するための形態】
【0010】
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、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0011】
本開示に係る脈波センサは、測定対象側となる第１面、及び第１面とは反対側に位置する第２面を備えたガラス製の起歪体と、第２面に配置され、起歪体のひずみ及び／又は圧力を検出する検出素子と、を有し、検出素子の検出値に基づいて脈波を検出する。本開示に係る脈波センサは、さらに起歪体の第１面にカバー部材が装着又は形成されていてもよい。検出素子としては、例えば、ひずみゲージや圧電素子を用いることができる。
【0012】
〈第１実施形態〉
第１実施形態では、本開示に係る脈波センサの一例として脈波センサ１について説明する。図１は、第１実施形態に係る脈波センサを例示する斜視図である。図２は、第１実施形態に係る脈波センサを例示する断面図であり、図１に示すひずみゲージ１００１及び１００２の中心を通る脈波センサ１の縦断面を示している。なお、図１では、カバー部材５０はカット断面を図示している。また、図２では、測定対象（３００）となる被検者の身体とその内部の動脈３１０を模式的に示している。
第１実施形態では、本開示に係る脈波センサの一例として脈波センサ１について説明する。図１は、第１実施形態に係る脈波センサを例示する斜視図である。図２は、第１実施形態に係る脈波センサを例示する断面図であり、図１に示すひずみゲージ１００１及び１００２の中心を通る脈波センサ１の縦断面を示している。なお、図１では、カバー部材５０はカット断面を図示している。また、図２では、測定対象（３００）となる被検者の身体とその内部の動脈３１０を模式的に示している。
【0013】
図１及び図２を参照すると、脈波センサ１は、筐体１０と、起歪体２０と、カバー部材５０と、複数のひずみゲージ（１００１、１００２、１００３、１００４）とを有している。脈波センサ１において、カバー部材５０は、必須の構成要素ではなく、必要に応じて設けることができる。なお、特に区別する必要がない場合は、各ひずみゲージをひずみゲージ１００と総称する場合がある。
【0014】
筐体１０は、起歪体２０を保持する部分である。筐体１０は、例えば中空円柱状であって、下面側が塞がれ上面側が開口されている。筐体１０は、例えば、金属や樹脂等から形成することができる。筐体１０の上面側の開口を塞ぐように、略円板状の起歪体２０が接着剤等により固定されている。
【0015】
起歪体２０は、測定対象３００の動脈３１０上に直接又は間接的に接する部分である。起歪体２０は平板状である。起歪体２０は、測定対象側となる第１面２０ｍ、及び第１面２０ｍとは反対側に位置する第２面２０ｎを備えている。起歪体２０は、基部２１と、１つの負荷部２２とを有している。起歪体２０は、複数の負荷部２２を有する構成としてもよい。また、起歪体２０は、負荷部２２を設けない構成としてもよい。
【0016】
なお、図１～図１３の説明では、便宜上、図２のように脈波センサ１を垂直に測定対象に当てたときに、カバー部材５０又は起歪体２０の測定対象に当たる側を「上側」と称し、上側と逆の側を「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。なお、脈波センサ１は前述のように垂直にだけではなく、任意の角度で測定対象に当てることが可能である。又、平面視とは、起歪体２０の上面（すなわち、第１面２０ｍ）に対する上側から下側への法線と同じ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。
【0017】
起歪体２０において、基部２１は、例えば、平面視で円形状である。基部２１の直径は、例えば、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【0018】
負荷部２２は、基部２１に設けられている。負荷部２２は、例えば、平面視で基部２１よりも小径の円形状である。本実施形態では、負荷部２２は円柱状であるが、例えば基部２１から突起する曲面を設けてこれを負荷部２２としてもよい。負荷部２２は、例えば、平面視で、その中心が基部２１の中心と一致するように配置される。負荷部２２は、基部２１の上面（すなわち、起歪体２０の第１面２０ｍ）から突起している。負荷部２２を設けると、脈波センサ１を測定対象３００に当てた場合に、脈波センサ１に伝播する圧力を負荷部２２に集中させることができる。基部２１の上面を基準とする負荷部２２の突起量は、例えば、０．１ｍｍ程度である。基部２１は可撓性を有しており、直接又は間接的に負荷が加わると弾性変形する。
【0019】
起歪体２０は、ガラス製である。起歪体２０に用いるガラスは、未強化のガラスであってもよく、強化ガラスであってもよい。また、強化ガラスは、化学強化ガラスでも物理強化ガラスでもよい。板厚が薄いガラスでも強化できる点では、化学強化ガラスの方が好ましい。化学強化を行ったガラスは、表面の圧縮応力を高めることができるため、未強化のガラスより破壊強度が高くなる。
【0020】
負荷部２２を除く起歪体２０の厚さｔは一定であってよい。厚さｔは、従来の金属製の起歪体の厚さ以上であることが望ましい。厚さｔは、例えば、０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。厚さｔが０．０３ｍｍ以上であれば、必要な破壊強度が得られる。また、厚さｔが０．３ｍｍ以下であれば、外部からの荷重に対して容易に変形することができる。なお、負荷部２２は、例えば、厚さが一定のガラスの片面側をエッチングすることにより形成できる。
【0021】
ガラスのヤング率は、例えば、６０ＧＰａ以上９０ＧＰａ以下程度である。これに対して金属製の起歪体に好適に用いられるステンレス鋼（ＳＵＳ）のヤング率は２１０ＧＰａ程度である。このように、ガラスは、ヤング率が比較的低い材質である。そのため、同形状であれば、ガラス製の起歪体は金属製の起歪体よりも変形し易い（すなわち、ひずみ易い）。したがって、ガラス製の起歪体で金属製の起歪体と同形状の起歪体を作製した場合、脈波によるひずみをより高感度で検出することができる。また、ガラスで金属製の起歪体と同程度の感度の起歪体を作製すればよい場合は、起歪体の厚みを厚くしたり、負荷部を小さくしたり（又は負荷部を無くしたり）することができる。すなわち、起歪体の設計自由度が増す。
【0022】
また、ガラスは塑性変形しづらい材質である。そのため、ガラス製の起歪体２０を採用する脈波センサ１では、従来の起歪体（例えば、金属製の起歪体）を採用した場合と比べて、起歪体２０の経年的な塑性変形及び突発的な塑性変形を抑えることができる。更に言えば、ガラスは前述のように強化ガラスにすることができるため、強化の種類によっては金属よりも破壊強度を上げることができる。したがって、強化ガラス製の起歪体は経年的及び突発的な塑性変形を更に抑えることができる。
【0023】
したがって、ガラス製の起歪体２０を採用する脈波センサ１によれば、生体信号の検出感度の安定性を向上させることができる。ゆえに、上記生体信号に基づき特定されるヘルス及び／又は医療関連の各種パラメータ（例えば、脈波）についても、より誤差の少ない、正確な値を得ることができる。なお、生体信号とは、すなわち、脈波及び／又は脈波を特定する上での中間パラメータである。
【0024】
また、脈波センサ１は、ヤング率が比較的低いガラス製の起歪体２０を採用することにより、従来の起歪体（例えば、金属製の起歪体）以上の感度で、起歪体２０のひずみ（又は圧力）を検出することができる。すなわち、ガラス製の起歪体２０を採用することにより、高感度で生体信号を検出可能な脈波センサ１を実現することができる。
【0025】
起歪体２０は、破壊強度が静圧で２０Ｎより大きくなるように大きさ、形状、及び厚さが定められてもよい。このような破壊強度であれば、起歪体２０の経年的な塑性変形及び突発的な塑性変形をさらに少なくすることができる。また、起歪体２０はスリットの無い構造としてもよいし、スリットを設けスリットにより分断された梁部にひずみゲージ１００を配置する構造としてもよい。起歪体２０にスリットを設けた場合、起歪体２０のひずみ量を大きくすることができる。また、起歪体２０にスリットを設けなかった場合、起歪体２０の破壊強度を高くすることができる。
【0026】
脈波センサ１の出力信号は、複数のひずみゲージの出力に基づいて生成される。図示の例では、脈波センサ１は、起歪体２０の第２面２０ｎにおいて、平面視で、Ｙ方向において負荷部２２を挟んで対向して配置された一対のひずみゲージ１００１及び１００２を有している。また、平面視で、Ｘ方向において負荷部２２を挟んで対向して配置された他の一対のひずみゲージ１００３及び１００４を有している。
【0027】
ひずみゲージ１００は、起歪体２０のひずみを検出する検出素子である。ひずみゲージ１００１及び１００２は、負荷部２２の押圧に伴って生じる起歪体２０の圧縮ひずみを検出する。また、ひずみゲージ１００３及び１００４は、負荷部２２の押圧に伴って生じる起歪体２０の引張ひずみを検出する。圧縮ひずみを検出するひずみゲージ１００１とひずみゲージ１００２との間隔は、引張ひずみを検出するひずみゲージ１００３とひずみゲージ１００４との間隔よりも広い。各ひずみゲージ１００をこのように配置することにより、圧縮ひずみと引張ひずみを有効に検出してフルブリッジを構成するブリッジ回路により大きな出力を得ることができる。
【0028】
ひずみゲージ１００１～１００４は、１つのブリッジ回路の各辺を構成するように接続され、脈波センサ１の出力信号は、ブリッジ回路により生成することができる。図３は、ブリッジ回路の一例である。図３に示すブリッジ回路では、ひずみゲージ１００１は、左上の一辺を構成している。また、ひずみゲージ１００２は、右下の一辺を構成している。また、ひずみゲージ１００３は、右上の一辺を構成している。また、ひずみゲージ１００４は、左下の一辺を構成している。
【0029】
図３において、左上の辺と左下の辺の接続部と、右上の辺と右下の辺の接続部との間には、直流電圧Ｅが供給される。これにより、左上の辺と右上の辺の接続部と、左下の辺と右下の辺の接続部との間から、アナログ電圧の出力信号Ｓ１を得ることができる。ブリッジ回路は、例えば、筐体１０の内側面に貼り付けた配線基板に設けることができる。
【0030】
脈波センサ１において、負荷部２２が測定対象の橈骨動脈に当たると、測定対象の脈波に応じて負荷部２２に負荷が加わって起歪体２０が弾性変形し、ひずみゲージ１００の抵抗体の抵抗値が変化する。脈波センサ１は、起歪体２０の変形に伴うひずみゲージ１００の抵抗体の抵抗値の変化に基づいて脈波を検出できる。脈波は、ブリッジ回路から、周期的な電圧の変化として出力信号Ｓ１として検出される。
【0031】
なお、以上では、脈波センサ１が４つのひずみゲージ（ひずみゲージ１００１～１００４）を有し、４つのひずみゲージをフルブリッジ接続することにより出力信号Ｓ１を生成する例を示した。しかし、脈波センサ１がひずみゲージ１００１～１００４と同様の構成である２つのひずみゲージを有し、ブリッジ回路は前記２つのひずみゲージをハーフブリッジ接続することにより出力信号Ｓ１を生成する構成であってもよい。なお、ひずみゲージの構造の具体例については、後述する。
【0032】
脈波センサ１は、ブリッジ回路等と入出力を行うケーブル、シールドケーブル、フレキシブル基板等を有していてもよい。脈波センサ１は、ケーブル等を用いずに、無線等の方法で外部の回路又は装置と通信する形態であってもよい。
【0033】
カバー部材５０は、起歪体２０の第１面２０ｍを被覆するように起歪体２０に装着されている。カバー部材５０の形状は特に限定されないが、例えば、起歪体２０の第１面２０ｍに対して垂直以外の角度で測定対象の肌が押し当てられた場合に、負荷部２２に圧力が比較的均等にかかるような形状に設計されることが好ましい。さらに言えば、カバー部材５０に対する測定対象の当たり方（すなわち、カバー部材５０を測定対象３００に押し当てる押圧力の大きさ、カバー部材５０の外側のどの部分が測定対象３００に接しているか、及び、カバー部材５０を測定対象３００に押し当てるときの角度）が変化しても、測定対象３００から伝播する圧力が、カバー部材５０に比較的均等にかかるように設計されることが望ましい。
【0034】
前述の「圧力が比較的均等にかかるような形状」の好ましい一例として、図１及び図２に示すような半球状のカバー部材５０が挙げられる。このように、カバー部材５０の上面は、起歪体２０の第１面２０ｍを基準として、起歪体２０の第１面２０ｍの中央部上が最も高く、起歪体２０の第１面２０ｍの周辺部に行くほど低くなる曲面とすることができる。
【0035】
カバー部材５０の形状の他の例としては、例えば、（Ａ）回転楕円体（半楕円体）、（Ｂ）回転スーパー楕円体（回転オーバル楕円体）、（Ｃ）卵形体、及び（Ｄ）回転放物面を有する形状、などに代表されるような回転円錐曲線を含む面を有しているような形状が挙げられる。例えば、カバー部材５０の上面がこのような回転円錐曲線を含む面であってもよい。
【0036】
なお、カバー部材５０は、上記（Ａ）～（Ｄ）に限定されず、回転円錐曲線に近似されたスプライン曲線を含む面（すなわち、スプライン曲面）を有する形状であってもよいし、回転円錐曲線を含む面を直線と曲線で近似した面を有する形状であってもよい。より広義に定義するならば、カバー部材５０は、カバー部材５０の上面（すなわち、測定対象の肌に当たるカバー部材５０の表面部分）の任意点における垂直線が、起歪体２０の第１面２０ｍの中心を通る第１面２０ｍの垂直線と交わるような形状であってよい。
【0037】
このように、カバー部材の構造は、（ｉ）表面（測定対象に当たる面）の形状と、裏面（起歪体に装着される面）及び間隙の形状とから決まる力学的な関係と、（ｉｉ）カバー部材の材質から定まる物性（例えば、硬度及び弾性率）とを考慮して定められる。
【0038】
カバー部材５０は、例えば、シリコーン製である。脈波センサ１における、カバー部材５０の装着又は形成方法は、特に限定されない。例えば、カバー部材５０は脈波センサ１の他の部材とは別体として作製され、筐体１０にはめ込まれてもよい。すなわち、カバー部材５０は起歪体２０を覆うキャップのような部材であってもよい。また例えば、カバー部材５０は、起歪体２０の第１面２０ｍに対し、シリコーンをインサート成形で接合することで形成されてもよい。また、カバー部材５０として、第１面２０ｍに、フィルム状のシリコーンを接着してもよい。なお、カバー部材５０の材質はシリコーンに限定されない。例えば、カバー部材５０は、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ならびにポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂であってもよい。この他の材質についても、前述の通りカバー部材５０としての機能を達成できる形状及び物性の組合せになっているならば採用可能である。
【0039】
このように、起歪体２０の第１面２０ｍにカバー部材５０を装着することで、万一、起歪体２０が割れてしまったときでも、破片の飛散を防止できる。また、カバー部材５０を装着することにより、カバー部材５０にかかる圧力を起歪体２０の負荷部２２に集中させることができる。そのため、圧力の測定可能範囲を拡大することができるとともに、検出精度を向上させることができる。なお、ここで言う「測定可能範囲の拡大」とは、脈波センサを測定対象の動脈上の肌（例えば、手首）に当てたとき、脈波が適切に測定可能な範囲が拡がることを意味する。
【0040】
図４は、第１実施形態の変形例１に係る脈波センサを例示する断面図である。図５は、第１実施形態の変形例１に係る脈波センサの起歪体及びカバー部材を例示する斜視図である。図４及び図５に示す脈波センサ１Ａは、カバー部材５０Ａを装着している。カバー部材５０Ａは、上面が測定対象に接する外側である。また、カバー部材５０Ａは起歪体２０の第１面２０ｍの側（内側）に開口する凹部５１を有している。そして、凹部５１と起歪体２０の第１面２０ｍにより間隙９０（クリアランス）が形成されている。このように、カバー部材５０Ａと起歪体２０との間に間隙９０を設けることが好ましい。
【0041】
カバー部材５０Ａは、平面視で中央部に、起歪体２０の第１面２０ｍの側に凹部５１よりも突起する凸部５２を有してもよい。凸部５２は、負荷部２２と対向するように設けられてもよい。すなわち、凸部５２と負荷部２２は、平面視で重なる位置にあってもよい。凹部５１は、例えば、平面視で凸部５２を囲むようにリング状に形成される。すなわち、間隙９０は、例えば、平面視で凸部５２を囲むようにリング状に形成される。なお、凸部５２は、図４～図５に示すように平面から成る突起であってもよいし、曲面から成る突起であってもよい。
【0042】
カバー部材５０Ａの凸部５２は、カバー部材５０Ａに圧力がかかっていないときに、起歪体２０の負荷部２２（負荷部２２を設けない場合は、起歪体２０の基部２１）と当接するように設計されてもよい。この場合、凸部５２と負荷部２２（又は基部２１）の接している面又は点は接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。
【0043】
あるいは、カバー部材５０Ａの凸部５２は、カバー部材５０Ａに圧力がかかっていないときに、凸部５２と負荷部２２（負荷部２２を設けない場合は、基部２１）との間に隙間を有するように設計されてもよい。すなわち、凸部５２と起歪体２０（又は負荷部２２）とは、圧力がかかっていない状態において離隔していてもよい。隙間の有無に関わらず、凸部５２と負荷部２２（又は基部２１）とは、カバー部材５０Ａを測定対象の身体に当てたときの圧力によって、凸部５２が負荷部２２（又は基部２１）と接し圧力を伝達するように設計される。
【0044】
図６は、第１実施形態の変形例２に係る脈波センサを例示する断面図である。図６に示す脈波センサ１Ｂは、カバー部材５０Ｂを装着している。図５に示す脈波センサ１Ａでは間隙９０を形成する凹部５１は傾斜した曲面を含まないが、図６に示す脈波センサ１Ｂでは間隙９０を形成する凹部５１は傾斜した曲面を含んでいる。脈波センサ１Ｂにおいて、凹部５１の傾斜した曲面は連続した曲面であるが、連続した曲面でなくてもよい。例えば、平面が断片的に繋がったような、曲面に近似された形状であってもよい。
【0045】
脈波センサ１Ａ及び１Ｂのようなカバー部材が凸部５２を有する設計とすることにより、測定対象へのカバー部材の当て方が不適切である場合でも、カバー部材にかかる圧力を凸部５２に集中させることができる。ここで言う、「測定対象へのカバー部材の当て方が不適切である場合」とは、例えば、測定対象の肌（例えば、手首）にカバー部材を当てるとき、起歪体２０の第１面２０ｍに対して垂直な方向で当てるのではなく、多少の角度がついた状態で当てたり、動脈の真上ではなく少しずれた位置に当てたりした場合を示す。このような場合でも、脈波センサ１Ａ及び１Ｂによれば、圧力を凸部５２に集中させることができる。そのため、脈波センサ１Ａ及び１Ｂによれば、圧力の測定可能範囲を拡大することができる。また、脈波センサ１Ａ及び１Ｂによれば、前述のようにカバー部材の測定対象への当て方が不適切である場合でも、適切に当てた場合と同様の圧力分布が得られるため、生体信号の検出精度を安定させることができる。
【0046】
なお、凸部５２に圧力が最も集中するように設計してあるならば、間隙９０自体の形状及び大きさは特に限定されない。
【0047】
図７は、第１実施形態の変形例３に係る脈波センサを例示する断面図である。図７に示す脈波センサ１Ｃは、カバー部材５０Ｃを装着している。本開示に係る脈波センサは、脈波センサ１Ｃのように、起歪体２０に負荷部２２を設けず、カバー部材５０Ｃの凸部５２が起歪体２０の第１面２０ｍに接している構成としてもよい。又は、本開示に係る脈波センサは、カバー部材５０Ｃに圧力がかかったときに凸部５２が起歪体２０の第１面２０ｍに接する構成としてもよい。いずれの場合でも、負荷部２２を設けた場合と同様の効果が得られる。なお、脈波センサにおいて凸部５２と起歪体２０が接している場合は、その接している面又は点を接着しておいてもよい。
【0048】
図８は、第１実施形態の変形例４に係る脈波センサを例示する断面図である。図８に示す脈波センサ１Ｄは、カバー部材５０Ｄを装着している。カバー部材５０Ｄは、起歪体２０と対向する面において凸部５２のような明確に突出した部位が存在しない点で、カバー部材５０Ａ等と異なる。なお、カバー部材５０Ｄのその他の点については、カバー部材５０Ａ等と同様の構成であってよいし、カバー部材５０Ａ、５０Ｂ、及び５０Ｃと同様の改変を施してもよい。
【0049】
カバー部材５０Ｄは、起歪体２０と対向する側の面の少なくとも一部が、起歪体２０の側に湾曲した曲面からなる。本変形例に係る脈波センサ１Ｄでは、カバー部材５０Ｄのこの曲面全体が凸部としてはたらく。図８の例では、カバー部材５０Ｄは起歪体２０と対向する側の面の中央部が起歪体２０に向かってなだらかに傾斜した曲面である。このような設計とすることで、カバー部材５０Ｄにかかる圧力を、カバー部材５０Ｄと起歪体２０が接する部分（例えば、起歪体２０の負荷部２２）に集中させることができる。したがって、カバー部材５０Ｄにより、脈波センサ１Ｄは起歪体２０の特定の範囲に応力を集中させることができる。
【0050】
カバー部材５０と同様に、カバー部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、及び５０Ｄの形状も、半球状には限定されない。例えば、カバー部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、及び５０Ｄは、カバー部材５０の説明で述べたように、回転円錐曲線を含む面を有する形状であってもよいし、スプライン曲面を有する形状であってもよいし、回転円錐曲線を含む面を直線と曲線で近似した面を有する形状であってもよい。
【0051】
【0052】
図９は、脈波センサにカバー部材を装着した場合と、装着していない場合との、規格化平均脈波及び規格化平均加速度脈波の計測結果を示すグラフである。なお、脈波センサの起歪体には、金属製の起歪体を用いている。脈波センサは、測定回ごとに押圧力が異なる場合があるので、出力のレベル電圧が変化してしまう。そのため、出力の最大値と最小値に基づき規格化（ノーマライズ）を行っている。グラフの縦軸は、生体信号波を規格化したものである。グラフの横軸は、脈波の最小値（すなわち、血管の収縮時）からの時間を示している。
【0053】
図９の（ａ）は規格化平均脈波、図９の（ｂ）は規格化平均加速度脈波のグラフを示している。これら２つのグラフにおいて、「カバー部材なし」の曲線は、脈波センサにカバー部材を装着していない状態での測定結果を示しており、「カバー部材あり」の曲線は、「カバー部材なし」と同じ脈波センサに、図２に示すようなシリコーン製のカバー部材を装着した状態での測定結果を示している。なお、測定は脈波センサを適切な位置及び角度で測定対象に当てた状態で行っている。「脈波センサを適切な位置及び角度で測定対象に当てる」とは、図２のように、測定対象３００の動脈３１０の直上の位置、かつ、測定対象３００に対して略垂直な角度で脈波センサを当てることを意味する。
【0054】
図９の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、金属製の起歪体では、カバー部材の装着の有無に関わらず、平均脈波及び平均加速度脈波はほぼ同等の値を示している。つまり、カバー部材で金属製の起歪体を覆っても、カバー部材で覆わない場合と同様の脈波の測定精度が得られている。すなわち、カバー部材の存在によって測定精度が低下することは無いといえる。
【0055】
図１０は、金属製の起歪体とガラス製の起歪体に種々の硬さのカバー部材を装着した場合の、規格化平均脈波の計測結果を示すグラフである。なお、測定は脈波センサを適切な位置及び角度で測定対象に当てた状態で行っている。図１０の（ａ）及び（ｂ）の縦軸及び横軸は、図９の（ａ）と同様、縦軸が規格化した生体信号波であり、横軸が脈波の最小値からの時間を示している。図１０の（ａ）のグラフは金属製の起歪体を用いた場合、図１０の（ｂ）のグラフはガラス製の起歪体を用いた場合の測定結果を示している。また、これら２つのグラフにおける各線は、それぞれカバー部材の硬さをショアＡ２０、４０、及び７０とした場合の測定結果を示している。なお、図１０の（ａ）および（ｂ）では、図６に示した形状を有するシリコーン製のカバー部材を用いている。また、カバー部材なしの場合の測定結果も併せて示している。
【0056】
図１０に示す通り、金属製の起歪体の場合、カバー部材の装着の有無及びカバー部材の硬さに関わらず、ほぼ同じ測定結果が得られている。また、ガラス製の起歪体の場合も、カバー部材の装着の有無及びカバー部材の硬さに関わらず、ほぼ同じ測定結果が得られている。このことから、金属製の起歪体であっても、ガラス製の起歪体であっても、カバー部材の存在によって測定精度が低下することはないといえる。また、少なくともショアＡ２０～７０の間の硬さでは、カバー部材の硬さは測定精度にほぼ影響しないといえる。
【0057】
次に、カバー部材の有無による起歪体のひずみ量の分布の違いを、図１１及び図１２を用いて示す。なお、図１１および図１２は、それぞれ所定の構成を有する脈波センサに荷重をかけたときの起歪体の状態を数値シミュレーションした結果である。
【0058】
図１１は、カバー部材を装着していない脈波センサに荷重をかけた場合のひずみ量を示す図である。なお、図１１の脈波センサは、脈波センサ１からカバー部材５０を除いた構成と同様である。図１１の（ａ）に示す一連の図面は、負荷部周辺の荷重位置Ｐ１に所定値の荷重をかけた場合についての図面である。一方、図１１の（ｂ）に示す一連の図面は、負荷部から径方向に少し離れた荷重位置Ｐ２において、荷重位置Ｐ１にかけた荷重と同じ大きさの荷重をかけた場合の図面である。図１１の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、断面図、俯瞰図、分布図、及びグラフの４図から成る。各図の横軸は共通であり、起歪体の中心からの距離を示している。換言すると、これらの４図は、起歪体の中心からの距離を揃えて、上下に並べられている。また、図１１の（ａ）の４図において荷重位置（Ｐ１）は共通である。また、図１１の（ｂ）の４図において荷重位置（Ｐ２）は共通である。以下、図１１における各図の見方について説明する。
【0059】
図１１の（ａ）及び（ｂ）における「断面図」は、起歪体を、中心を通る直線で切った断面図である。なお、これらの図における白抜き矢印は、それぞれ起歪体に荷重をかけた位置（荷重位置Ｐ１又はＰ２）を示している。図１１の（ａ）及び（ｂ）における「俯瞰図」は、平面視での起歪体の一部と、ひずみゲージの貼付け位置Ｐ３とを示している。なお、前述の通り、ひずみゲージは実際には起歪体の下面に貼り付けられている。
【0060】
図１１の（ａ）及び（ｂ）における「分布図」は、「俯瞰図」に示した起歪体の荷重位置Ｐ１又はＰ２に所定値の荷重をかけた場合の、起歪体のひずみ量をマッピングしたものである。なお、ここで言う「ひずみ量」とは、引張ひずみも圧縮ひずみも含んだ「相当ひずみ」の大きさである。ひずみ量はハッチングパターンで示し、凡例を付記した。図１１の（ａ）及び（ｂ）における「グラフ」は、分布図で示したひずみ量を縦軸、起歪体の中心からの距離を横軸に示したグラフである。なお、分布図及びグラフにおいても、俯瞰図と同様に図中にひずみゲージの貼付け位置Ｐ３を枠囲みで示している。
【0061】
図１２は、図１１と同様の脈波センサにカバー部材を装着して荷重をかけた場合のひずみ量を示す図である。図１２に示す例におけるカバー部材は、図４に示したカバー部材５０Ａと同様の形状である。図１２の（ａ）と図１２の（ｂ）との違い、並びに断面図、俯瞰図、分布図、及びグラフの読み方は、図１１の（ａ）及び（ｂ）と同様である。ただし、図１２の（ａ）及び（ｂ）における断面図ではカバー部材を模式的に示し、俯瞰図ではカバー部材の描画を省略している。また、図１１と図１２との間で、荷重位置Ｐ１は同じ位置である。同様に、図１１と図１２との間で、荷重位置Ｐ２は同じ位置である。更に、図１１と図１２との間で、ひずみゲージの貼付け位置Ｐ３は同じ位置である。
【0062】
図１１の（ａ）及び（ｂ）に示す分布図及びグラフを参照すると、起歪体の荷重位置Ｐ１に圧力をかけた場合は荷重位置Ｐ１の近傍にひずみが集中し（図１１の（ａ））、荷重位置Ｐ２に圧力をかけた場合は荷重位置Ｐ２の近傍にひずみが集中している（図１１の（ｂ））。一方、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す分布図及びグラフを参照すると、起歪体の荷重位置Ｐ１に圧力をかけた場合でも（図１２の（ａ））、荷重位置Ｐ２に圧力をかけた場合でも（図１２の（ｂ））、ひずみ量は負荷部の周囲の部分が最も大きく、当該部分から同心円状にひずみ量が下がっていくような分布となっている。なお、起歪体の周縁部分（図中では中心から半径６．５ｍｍ以上離れた箇所）は筐体に固定されているため、ひずみ量が特に少なく、また固定されている部分の近傍はひずみ量がやや増加する。しかしながら、固定されている部分およびその近傍以外については、概ね中心から同心円状にひずみ量が下がっていくような分布であることは変わらない。
【0063】
このように、脈波センサにカバー部材を設けることで、脈波センサ（のカバー部材）を適切な位置及び角度で測定対象に当てられなかった場合でも、適切な位置及び角度で当てたときと同じように、負荷部（又は基部の中心）にひずみ量を集中させることができる。このように、脈波センサにカバー部材を設けることで、生体信号検出範囲が拡がっているといえる。
【0064】
したがって、脈波センサを測定対象の身体（例えば、手首）に当てたとき、例えば図２のように垂直にではなく、図１３のように多少の角度がついた状態で斜めに肌に当てたとしても、動脈３１０からの圧力を、脈波が検出可能な精度で検出することができる。つまり、カバー部材を装着又は形成した脈波センサによれば、測定可能範囲を拡大することができる。換言すると、カバー部材を装着又は形成した脈波センサによれば、脈波センサの起歪体の部位による検出感度の差を平滑化することができるといえる。
【0065】
また、脈波センサにカバー部材を設けると、身体に当てる角度及び当てる部位が厳密でなくとも適切に脈波を測定することができるため、脈波センサの使用者にとっては、測定がより容易になるという効果がある。また、脈波センサを当てる位置を微調整することが少なくなるため、脈波センサを用いてより手早く脈波が測定可能となる。そのため、全体的に測定にかかる時間を短縮する効果も得られる。また、脈波測定の再現性及び安定性も向上する。
【0066】
［ひずみゲージ１００］
次に、ひずみゲージ１００について説明する。図１４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１５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１４のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。
次に、ひずみゲージ１００について説明する。図１４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１５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１４のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。
【0067】
図１４及び図１５を参照すると、ひずみゲージ１００は、基材１１０と、抵抗体１３０と、配線１４０と、電極１５０と、カバー層１６０とを有している。カバー層１６０は、必要に応じて設けることができる。なお、図１４及び図１５では、便宜上、カバー層１６０の外縁のみを破線で示している。まずは、ひずみゲージ１００を構成する各部について詳細に説明する。
【0068】
なお、図１４～図１６を用いて行うひずみゲージの説明は、上面と下面の定義が他の図の場合とは異なる。具体的には、図１４～図１６では、便宜上、ひずみゲージ１００において、基材１１０の抵抗体１３０が設けられている側を「上側」と称し、抵抗体１３０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１００は天地逆の状態で用いることもできる。又、ひずみゲージ１００は任意の角度で配置することもできる。又、図１４～図１６の説明における平面視とは、基材１１０の上面１１０ａ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、図１４～図１６の説明における平面形状とは、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。ひずみゲージ１００は、基材１１０が起歪体２０の第２面２０ｎ側を向くように、起歪体２０の第２面２０ｎに貼り付けられる。
【0069】
基材１１０は、抵抗体１３０等を形成するためのベース層となる部材である。基材１１０は可撓性を有する。基材１１０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１００の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、基材１１０の厚さは５μｍ～５００μｍ程度であってよい。なお、起歪体２０の第２面２０ｎ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１１０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１１０の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。
【0070】
基材１１０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。
【0071】
基材１１０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１１０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。
【0072】
基材１１０の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）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１１０の材料としてもよい。又、基材１１０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。金属製の基材１１０を用いる場合、上面１１０ａを被覆するように絶縁膜が設けられる。
【0073】
抵抗体１３０は、基材１１０の上側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１００において、抵抗体１３０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１３０は、基材１１０の上面１１０ａに直接形成されてもよいし、基材１１０の上面１１０ａに他の層を介して形成されてもよい。なお、図１４では、便宜上、抵抗体１３０を密度の高い梨地模様で示している。
【0074】
抵抗体１３０は、複数の細長状部が長手方向を同一方向（図１４の例ではＡ－Ａ線の方向）に向けて所定間隔で配置され、隣接する細長状部の端部が互い違いに連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造である。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１４の例ではＡ－Ａ線と垂直な方向）となる。
【0075】
グリッド幅方向の最も外側に位置する２つの細長状部の長手方向の一端部は、グリッド幅方向に屈曲し、抵抗体１３０のグリッド幅方向の各々の終端１３０ｅ１及び１３０ｅ２を形成する。抵抗体１３０のグリッド幅方向の各々の終端１３０ｅ１及び１３０ｅ２は、配線１４０を介して、電極１５０と電気的に接続されている。言い換えれば、配線１４０は、抵抗体１３０のグリッド幅方向の各々の終端１３０ｅ１及び１３０ｅ２と各々の電極１５０とを電気的に接続している。
【0076】
抵抗体１３０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１３０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。
【0077】
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎ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。
【0078】
抵抗体１３０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１００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１３０の厚さは０．０５μｍ～２μｍ程度であってよい。特に、抵抗体１３０の厚さが０．１μｍ以上である場合、抵抗体１３０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１３０の厚さが１μｍ以下である場合、抵抗体１３０を構成する膜の内部応力に起因する、（i）膜のクラック及び（ii）膜の基材１１０からの反りが、低減される。
【0079】
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１３０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１３０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。
【0080】
例えば、抵抗体１３０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１３０がＣｒ混相膜である場合、抵抗体１３０がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１００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１３０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１３０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。
【0081】
又、抵抗体１３０がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎが２０重量％以下であることで、ひずみゲージ１００のゲージ率の低下を抑制することができる。
【0082】
又、Ｃｒ混相膜におけるＣｒＮとＣｒ２Ｎとの比率は、ＣｒＮとＣｒ２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ２Ｎ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。Ｃｒ２Ｎは半導体的な性質を有する。そのため、前述のＣｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで抵抗体１３０のセラミックス化を低減し、抵抗体１３０の脆性破壊が起こりにくくすることができる。
【0083】
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Ｎ２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。
【0084】
ひずみゲージ１００において、抵抗体１３０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１３０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１３０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。
【0085】
配線１４０は、基材１１０上に設けられている。配線１４０は、抵抗体１３０及び電極１５０と電気的に接続されている。配線１４０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。また、配線１４０は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。なお、図１４では、便宜上、配線１４０を抵抗体１３０よりも密度の低い梨地模様で示している。
【0086】
電極１５０は、基材１１０上に設けられている。電極１５０は、配線１４０を介して抵抗体１３０と電気的に接続されている。電極１５０は、平面視において、配線１４０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極１５０は、ひずみにより生じる抵抗体１３０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１５０には、例えば外部接続用のリード線等が接合される。電極１５０の上面に、銅等の抵抗の低い金属層、又は、金等のはんだ付け性が良好な金属層を積層してもよい。抵抗体１３０と配線１４０と電極１５０とは便宜上別符号としているが、両者は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。なお、図１４では、便宜上、電極１５０を配線１４０と同じ密度の梨地模様で示している。
【0087】
カバー層１６０（保護層）は、必要に応じ、基材１１０の上面１１０ａに、抵抗体１３０及び配線１４０を被覆し電極１５０を露出するように設けられる。カバー層１６０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１６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層１６０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１６０の厚さは２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層１６０を設けることで、抵抗体１３０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１６０を設けることで、抵抗体１３０を湿気等から保護することができる。
【0088】
［ひずみゲージ１００の製造方法］
本実施形態に係るひずみゲージ１００では、基材１１０上に、抵抗体１３０と、配線１４０と、電極１５０と、カバー層１６０とが形成される。なお、基材１１０とこれらの部材の層の間に別の層（後述する機能層等）が形成されてもよい。
本実施形態に係るひずみゲージ１００では、基材１１０上に、抵抗体１３０と、配線１４０と、電極１５０と、カバー層１６０とが形成される。なお、基材１１０とこれらの部材の層の間に別の層（後述する機能層等）が形成されてもよい。
【0089】
以下、ひずみゲージ１００の製造方法について説明する。ひずみゲージ１００を製造するためには、まず、基材１１０を準備し、基材１１０の上面１１０ａ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１３０、配線１４０、及び電極１５０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１３０、配線１４０、及び電極１５０の材料や厚さと同様である。
【0090】
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、又はパルスレーザー堆積法等を用いて成膜されてもよい。基材１１０の上面１１０ａに金属層Ａを成膜後、周知のフォトリソグラフィ法により、金属層Ａを図１４の抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０と同様の平面形状にパターニングする。
【0091】
なお、基材１１０の上面１１０ａ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１１０の上面１１０ａ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１００のゲージ特性を安定化させることができる。
【0092】
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１３０）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１１０に含まれる酸素又は水分による金属層Ａの酸化を防止する機能、及び／又は、基材１１０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。
【0093】
基材１１０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。
【0094】
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１００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１００において、ゲージ特性が向上する。
【0095】
機能層の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｙ（イットリウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｎ（マンガン）、Ａｌ（アルミニウム）からなる群から選択される１種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。
【0096】
図１６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）である。図１６は、抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０の下地層として機能層１２０を設けた場合のひずみゲージ１００の断面形状を示している。
【0097】
機能層１２０の平面形状は、例えば抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０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１２０と抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０との平面形状は略同一でなくてもよい。例えば、機能層１２０が絶縁材料から形成される場合には、機能層１２０を抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０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１２０は例えば抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０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１２０は、基材１１０の上面全体にベタ状に形成されてもよい。
【0098】
抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０を形成した後、必要に応じ、基材１１０の上面１１０ａにカバー層１６０を形成する。カバー層１６０は抵抗体１３０及び配線１４０を被覆するが、電極１５０はカバー層１６０から露出していてよい。例えば、基材１１０の上面１１０ａに、抵抗体１３０及び配線１４０を被覆し電極１５０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１６０を形成することができる。以上の工程により、ひずみゲージ１００が完成する。
【0099】
以上の説明では、検出素子の一例としてひずみゲージを用いる例について説明したが、検出素子として圧電素子を用いることもできる。圧電素子の種類は特に限定されない。圧電素子を検出素子として用いる場合、起歪体における圧電素子の配置位置は、圧電素子の検出する力の方向および検出精度に応じて適宜定められてよい。また、圧電素子以外の構成（例えば、起歪体及びカバー部材等）は、圧電素子を用いる場合でも、ひずみゲージを用いる場合と同様の構成であってもよいし、圧電素子の種類に応じて適宜変更してもよい。
【0100】
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。
【符号の説明】
【0101】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 脈波センサ、１０ 筐体、２０ 起歪体、２０ｍ 第１面、２０ｎ 第２面、２１ 基部、２２ 負荷部、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ カバー部材、５１ 凹部、５２ 凸部、９０ 間隙、１００１，１００２，１００３，１００４ ひずみゲージ、１１０ 基材、１１０ａ 上面、１３０ 抵抗体、１４０ 配線、１５０ 電極、１６０ カバー層、１３０ｅ１、１３０ｅ２ 終端
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】