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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】P2024006486
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】バイタルセンサ
(51)【国際特許分類】
A61B 5/026 20060101AFI20240110BHJP
【ＦＩ】
A61B5/026 110
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022107388
(22)【出願日】2022-07-01
(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】北村 厚
(72)【発明者】
【氏名】浅川 寿昭
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 真一
【テーマコード（参考）】
4C017
【Ｆターム（参考）】
4C017AA09
4C017AA11
4C017AC03
4C017FF05
(57)【要約】
【課題】脈波に加えて血管の拡張方向や収縮方向を検出可能なバイタルセンサを提供する。
【解決手段】本バイタルセンサは、血流を監視するバイタルセンサであって、被験者の被測定部位に装着される起歪体と、前記起歪体上に配置されたひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージは、前記起歪体に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を３つ以上有し、前記被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子の前記第１方向の位置が異なり、かつ前記第２方向の位置が異なるように前記被測定部位に装着される。
【選択図】図２
【解決手段】本バイタルセンサは、血流を監視するバイタルセンサであって、被験者の被測定部位に装着される起歪体と、前記起歪体上に配置されたひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージは、前記起歪体に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を３つ以上有し、前記被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子の前記第１方向の位置が異なり、かつ前記第２方向の位置が異なるように前記被測定部位に装着される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
血流を監視するバイタルセンサであって、
被験者の被測定部位に装着される起歪体と、
前記起歪体上に配置されたひずみゲージと、を有し、
前記ひずみゲージは、前記起歪体に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を３つ以上有し、
前記被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、
前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子の前記第１方向の位置が異なり、かつ前記第２方向の位置が異なるように前記被測定部位に装着される、バイタルセンサ。
被験者の被測定部位に装着される起歪体と、
前記起歪体上に配置されたひずみゲージと、を有し、
前記ひずみゲージは、前記起歪体に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を３つ以上有し、
前記被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、
前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子の前記第１方向の位置が異なり、かつ前記第２方向の位置が異なるように前記被測定部位に装着される、バイタルセンサ。
【請求項2】
前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子が前記第１方向及び前記第２方向に対して一定間隔となるように前記被測定部位に装着される、請求項１に記載のバイタルセンサ。
【請求項3】
少なくとも３つの前記検出素子は、
第１検出素子と、
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第１検出素子の前記第１方向の一方側かつ前記第２方向の一方側に配置される第２検出素子と、
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第１検出素子の前記第１方向の他方側かつ前記第２方向の他方側に配置される第３検出素子と、を含み、
前記第２検出素子と前記第３検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項１又は２に記載のバイタルセンサ。
第１検出素子と、
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第１検出素子の前記第１方向の一方側かつ前記第２方向の一方側に配置される第２検出素子と、
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第１検出素子の前記第１方向の他方側かつ前記第２方向の他方側に配置される第３検出素子と、を含み、
前記第２検出素子と前記第３検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項１又は２に記載のバイタルセンサ。
【請求項4】
少なくとも３つの前記検出素子は、
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第２検出素子の前記第２方向の他方側に配置される第４検出素子と、前記第３検出素子の前記第２方向の一方側に配置される第５検出素子と、をさらに含み、
前記第４検出素子と前記第５検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項３に記載のバイタルセンサ。
前記起歪体が前記被測定部位に装着されたときに前記第２検出素子の前記第２方向の他方側に配置される第４検出素子と、前記第３検出素子の前記第２方向の一方側に配置される第５検出素子と、をさらに含み、
前記第４検出素子と前記第５検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項３に記載のバイタルセンサ。
【請求項5】
少なくとも３つの前記検出素子は、
グリッド方向を同一方向に向けて配置された第１検出素子、第２検出素子、及び第３検出素子を含み、
前記第１検出素子、前記第２検出素子、及び前記第３検出素子は、グリッド方向の位置が異なり、かつグリッド方向に直交する方向の位置が異なり、
前記第２検出素子と前記第３検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項１又は２に記載のバイタルセンサ。
グリッド方向を同一方向に向けて配置された第１検出素子、第２検出素子、及び第３検出素子を含み、
前記第１検出素子、前記第２検出素子、及び前記第３検出素子は、グリッド方向の位置が異なり、かつグリッド方向に直交する方向の位置が異なり、
前記第２検出素子と前記第３検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項１又は２に記載のバイタルセンサ。
【請求項6】
少なくとも３つの前記検出素子は、
グリッド方向を前記同一方向に向けて配置された第４検出素子及び第５検出素子をさらに含み、
前記第４検出素子は、前記第２検出素子とグリッド方向の位置が同じで、かつ第３検出素子とグリッド方向に直交する方向の位置が同じであり、
前記第５検出素子は、前記第３検出素子とグリッド方向の位置が同じで、かつ第２検出素子とグリッド方向に直交する方向の位置が同じであり、
前記第４検出素子と前記第５検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項５に記載のバイタルセンサ。
グリッド方向を前記同一方向に向けて配置された第４検出素子及び第５検出素子をさらに含み、
前記第４検出素子は、前記第２検出素子とグリッド方向の位置が同じで、かつ第３検出素子とグリッド方向に直交する方向の位置が同じであり、
前記第５検出素子は、前記第３検出素子とグリッド方向の位置が同じで、かつ第２検出素子とグリッド方向に直交する方向の位置が同じであり、
前記第４検出素子と前記第５検出素子は、前記第１検出素子を挟んで対向する、請求項５に記載のバイタルセンサ。
【請求項7】
前記起歪体は、前記第１検出素子、前記第２検出素子、及び前記第３検出素子がグリッド方向を前記第１方向に向けて配置されるように前記被測定部位に装着される、請求項５又は６に記載のバイタルセンサ。
【請求項8】
ゲージ率が１０以上である、請求項１乃至７の何れか一項に記載のバイタルセンサ。
【請求項9】
前記検出素子は磁性体を含み、
前記検出素子は、前記起歪体に生じるひずみによって前記磁性体に圧力が加わったときの前記磁性体の磁化の強さの変化を検出する検出素子である、請求項１乃至８の何れか一項に記載のバイタルセンサ。
前記検出素子は、前記起歪体に生じるひずみによって前記磁性体に圧力が加わったときの前記磁性体の磁化の強さの変化を検出する検出素子である、請求項１乃至８の何れか一項に記載のバイタルセンサ。
【請求項10】
前記検出素子は、磁性膜で絶縁膜を挟んだ磁気トンネル接合の構造を含んでおり、
前記検出素子は、前記起歪体に生じたひずみによって前記構造で発生する磁気変化を検出する検出素子である、請求項１乃至８の何れか一項に記載のバイタルセンサ。
前記検出素子は、前記起歪体に生じたひずみによって前記構造で発生する磁気変化を検出する検出素子である、請求項１乃至８の何れか一項に記載のバイタルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイタルセンサに関する。
【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なる受圧板と、その受圧板の撓みを電気信号に変換する圧電変換手段とが設けられた脈波センサが挙げられる。この脈波センサは、受圧板の可撓領域が外方に向かって凸曲面となるドーム状に形成されており、圧電変換手段として受圧板における頂部の内面に圧力検出素子を備えている（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２００２－７８６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、脈波の他に血管の拡張方向や収縮方向などについても計測できるバイタルセンサが求められている。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、脈波に加えて血管の拡張方向や収縮方向を検出可能なバイタルセンサ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】
本バイタルセンサは、血流を監視するバイタルセンサであって、被験者の被測定部位に装着される起歪体と、前記起歪体上に配置されたひずみゲージと、を有し、前記ひずみゲージは、３つ以上の検出素子であって、前記起歪体に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を有し、前記被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、前記起歪体は、少なくとも３つの前記検出素子の前記第１方向の位置が異なり、かつ前記第２方向の位置が異なるように前記被測定部位に装着される。
【発明の効果】
【0007】
開示の技術によれば、脈波に加えて血管の拡張方向や収縮方向を検出可能なバイタルセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係るバイタルセンサを例示する平面図である。
【図2】第１実施形態に係るバイタルセンサが被験者の血流を監視する様子を模式的に示す図（その１）である。
【図3】第１実施形態に係るバイタルセンサが被験者の血流を監視する様子を模式的に示す図（その２）である。
【図4】第１実施形態に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図である。
【図5】第１実施形態に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の断面図である。
【図6】第１実施形態の変形例１に係るバイタルセンサを例示する平面図である。
【図7】第１実施形態の変形例２に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図である。
【図8】第１実施形態の変形例２に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の断面図である。
【図9】第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その１）である。
【図10】第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その２）である。
【図11】第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その３）である。
【図12】第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その４）である。
【図13】第２実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す平面図および断面図である。
【図14】第３実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【図15】第３実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【図16】第３実施形態に係るひずみゲージに含まれる検出素子の、更に他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【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。
【0010】
〈第１実施形態〉
［バイタルセンサ］
図１は、第１実施形態に係るバイタルセンサを例示する平面図である。図１を参照すると、バイタルセンサ１は、被験者の被測定部位に装着される起歪体１０と、起歪体１０上に配置されたひずみゲージ１００とを有している。
［バイタルセンサ］
図１は、第１実施形態に係るバイタルセンサを例示する平面図である。図１を参照すると、バイタルセンサ１は、被験者の被測定部位に装着される起歪体１０と、起歪体１０上に配置されたひずみゲージ１００とを有している。
【0011】
起歪体１０は、例えば、平面視で長方形状である。起歪体１０の大きさは、例えば、縦１０ｍｍ×横１５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ程度とすることができる。起歪体１０の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、銅、及びアルミニウム等を用いることができる。ひずみゲージ１００は、３つ以上の検出素子を含んでいる。本実施形態では、ひずみゲージ１００は、検出素子として抵抗体を含む抵抗体ひずみゲージである。
【0012】
ひずみゲージ１００は、基材１１０上に、受感部となる第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３を有している。第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、例えば、平面視で同一形状である。ここで、同一形状とは、回転対称に配置された形状も含む。
【0013】
第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、各々の長手方向（後述のグリッド方向）を同一方向に向けて基材１１０上に配置されている。図１では、グリッド方向をＸ方向、グリッド方向と直交するグリッド幅方向をＹ方向としている。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向（起歪体１０の厚さ方向）をＺ方向としている。
【0014】
第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、グリッド方向の位置が異なり、かつグリッド方向に直交する方向の位置が異なる。なお、各抵抗体の位置とは、平面視で基材１１０の抵抗体が形成されている領域（以降、抵抗体形成領域とする）の重心の位置を指すものとする。つまり、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３の抵抗体形成領域の重心のＸ座標及びＹ座標は、すべて異なる。
【0015】
第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、例えば、グリッド方向に対して一定間隔に配置されている。つまり、例えば、第１抵抗体１３０１と第２抵抗体１３０２のＸ方向の距離と、第１抵抗体１３０１と第３抵抗体１３０３のＸ方向の距離とは等しい。
【0016】
第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、例えば、グリッド方向に直交する方向に対しても一定間隔に配置されている。つまり、また、例えば、第１抵抗体１３０１と第２抵抗体１３０２のＹ方向の距離と、第１抵抗体１３０１と第３抵抗体１３０３のＹ方向の距離とは等しい。
【0017】
なお、各抵抗体間の間隔（距離）とは、平面視で各抵抗体の抵抗体形成領域の重心の間隔（距離）を指すものとする。また、距離が等しいとは、短い方の距離が長い方の距離の９０％以上である場合を含むものとする。
【0018】
第２抵抗体１３０２と第３抵抗体１３０３は、第１抵抗体１３０１を挟んで、グリッド方向に対して斜めとなる方向に、対向して配置されている。ここで、第２抵抗体１３０２と第３抵抗体１３０３が第１抵抗体１３０１を挟んで対向して配置されるとは、平面視で、第２抵抗体１３０２の抵抗体形成領域の重心と第３抵抗体１３０３の抵抗体形成領域の重心とを結ぶ直線が、第１抵抗体１３０１の何れかの部分を通過することである。
【0019】
図２及び図３は、第１実施形態に係るバイタルセンサが被験者の血流を監視する様子を模式的に示す図である。図２は血管８００が収縮したときの様子を模式的に示し、図３は血管８００が拡張したときの様子を模式的に示している。図２及び図３の矢印Ｂは、被験者の被測定部位において血管８００が延伸する方向であり、血液の流れる方向でもある。
【0020】
バイタルセンサ１は、血流を監視するセンサであって、例えば、起歪体１０の下面側が被験者の橈骨動脈に当たるように被験者の手首に装着される。つまり、被験者の被測定部位は、例えば、被験者の手首である。
【0021】
起歪体１０は、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３の血管の延伸する矢印Ｂの方向の位置が異なり、かつ矢印Ｂに直交する方向の位置が異なるように被験者の被測定部位に装着される。起歪体１０は、例えば、グリッド方向であるＸ方向が矢印Ｂの方向と一致するように、被験者の被測定部位に装着される。つまり、起歪体１０は、例えば、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３がグリッド方向を矢印Ｂの方向に向けて配置されるように被験者の被測定部位に装着される。
【0022】
なお、図２及び図３では便宜上バイタルセンサ１を拡大して示しているが、バイタルセンサ１は第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３のすべてが血管８００上に位置する大きさとされている。ひずみゲージ１００において、各抵抗体形成領域の大きさは、例えば、０．３ｍｍ角程度とすることができる。
【0023】
起歪体１０が被験者の被測定部位に装着されたときに、例えば、第１抵抗体１３０１は、グリッド方向を矢印Ｂ方向に向けて、血管８００の中心線付近上に配置される。また、第２抵抗体１３０２は、第１抵抗体１３０１の矢印Ｂの方向の一方側（図２及び図３ではＸ－側）かつ矢印Ｂに直交する方向の一方側（図２及び図３ではＹ－側）に配置される。
【0024】
また、第３抵抗体１３０３は、第１抵抗体１３０１の矢印Ｂの方向の他方側（図２及び図３ではＸ＋側）かつ矢印Ｂに直交する方向の他方側（図２及び図３ではＹ＋側）に配置される。つまり、第２抵抗体１３０２と第３抵抗体１３０３は、第１抵抗体１３０１を挟んで、矢印Ｂ方向に対して斜めとなる方向に、対向して配置される。
【0025】
第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、例えば、グリッド方向に対して一定間隔に配置される。また、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３は、例えば、グリッド方向に直交する方向に対しても一定間隔に配置される。
【0026】
血管８００は、脈波に応じて収縮、拡張を繰り返す。バイタルセンサ１は、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３の矢印Ｂの方向の位置が異なり、かつ矢印Ｂに直交する方向の位置が異なるように被験者の被測定部位に装着される。そのため、バイタルセンサ１は、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３の出力の変化に基づいて、脈波を検出できると共に、血管８００内の血液の流量変動と、血管８００の拡張方向及び収縮方向の検出が可能となる。
【0027】
また、バイタルセンサ１は、ひずみゲージにより血流を監視するため、血管中の酸素化ヘモグロビンの吸収特性変化を利用した光学方式のセンサや、高価で大掛かりな光ファイバ式のＦＢＧセンサ（Fiber Bragg Gratingセンサ）等に比べて、安価なウェアラブル方式のバイタルセンサを実現できる。特に、各抵抗体に後述のＣｒ混相膜を用いる場合には、安価、小型、かつ高精度のウェアラブル方式のバイタルセンサを実現できる。
【0028】
以下、ひずみゲージ１００について詳説する。なお、特に区別する必要がない場合は、第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３を抵抗体１３０と総称する場合がある。
【0029】
図４は、第１実施形態に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図である。図５は、第１実施形態に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の断面図であり、図４のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図１、図４、及び図５を参照すると、ひずみゲージ１００は、抵抗体１３０、配線１４０、電極１５０、及びカバー層１６０を含む組を３組有しており、これらは１つの基材１１０上に配置されている。ただし、図１とは異なり、１つの基材１１０上に抵抗体１３０、配線１４０、電極１５０、及びカバー層１６０を含む組を１組有するひずみゲージを、起歪体１０上に３つ配置してもよい。なお、図４では、便宜上、カバー層１６０の外縁のみを破線で示している。カバー層１６０は、必要に応じて設ければよい。
【0030】
なお、図４及び図５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又は一方の側、抵抗体１３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。また、各部位の抵抗体１３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体１３０が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。ただし、ひずみゲージ１００は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置できる。また、平面視とは対象物を基材１１０の上面１１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１１０の上面１１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
【0031】
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り、可撓性を有する。基材１１０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度とすることができる。特に、基材１１０の厚さが５μｍ～２００μｍであると、接着層等を介して基材１１０の下面に接合される起歪体表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、１０μｍ以上であると絶縁性の点で更に好ましい。
【0032】
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できる。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
【0033】
ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１１０が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材１１０は、例えば、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しても構わない。
【0034】
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、更に、それ以外に非晶質のガラス等が挙げられる。また、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。この場合、金属製の基材１１０上に、例えば、絶縁膜が形成される。
【0035】
抵抗体１３０は、基材１１０上に所定のパターンで形成された薄膜であり、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４では、便宜上、抵抗体１３０を濃い梨地模様で示している。
【0036】
抵抗体１３０は、複数の細長状部が長手方向を同一方向（図４のＡ－Ａ線の方向（Ｘ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４ではＡ－Ａ線と垂直な方向（Ｙ方向））となる。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、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もよい。
【0040】
抵抗体１３０の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体１３０の厚さが０．１μｍ以上であると、抵抗体１３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましい。また、抵抗体１３０の厚さが１μｍ以下であると、抵抗体１３０を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材１１０からの反りを低減できる点で更に好ましい。抵抗体１３０の幅は、抵抗値や横感度等の要求仕様に対して最適化し、かつ断線対策も考慮して、例えば、１０μｍ～１００μｍ程度とすることができる。
【0041】
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できる。また、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、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０重量％以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体１３０はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましく、９０重量％以上含むことが更に好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
【0042】
また、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、ゲージ率の低下を抑制できる。
【0043】
また、ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合は８０重量％以上９０重量％未満であることが好ましく、９０重量％以上９５重量％未満であることが更に好ましい。ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合が９０重量％以上９５重量％未満であることで、半導体的な性質を有するＣｒ２Ｎにより、ＴＣＲの低下（負のＴＣＲ）が一層顕著となる。更に、セラミックス化を低減することで、脆性破壊の低減がなされる。
【0044】
一方で、膜中に微量のＮ２もしくは原子状のＮが混入、存在した場合、外的環境（例えば高温環境下）によりそれらが膜外へ抜け出ることで、膜応力の変化を生ずる。化学的に安定なＣｒＮの創出により上記不安定なＮを発生させることがなく、安定なひずみゲージを得ることができる。
【0045】
配線１４０は、基材１１０上に形成され、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、第１金属層１４１と、第１金属層１４１の上面に積層された第２金属層１４２とを有している。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４では、便宜上、配線１４０及び電極１５０を抵抗体１３０よりも薄い梨地模様で示している。
【0046】
電極１５０は、基材１１０上に形成され、配線１４０を介して抵抗体１３０と電気的に接続されており、例えば、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り、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。
【0047】
電極１５０は、一対の第１金属層１５１と、各々の第１金属層１５１の上面に積層された第２金属層１５２とを有している。第１金属層１５１は、配線１４０の第１金属層１４１を介して抵抗体１３０の終端１３０ｅ１及び１３０ｅ２と電気的に接続されている。第１金属層１５１は、平面視において、略矩形状に形成されている。第１金属層１５１は、配線１４０と同じ幅に形成しても構わない。
【0048】
なお、抵抗体１３０と第１金属層１４１と第１金属層１５１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できる。従って、抵抗体１３０と第１金属層１４１と第１金属層１５１とは、厚さが略同一である。また、第２金属層１４２と第２金属層１５２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できる。従って、第２金属層１４２と第２金属層１５２とは、厚さが略同一である。
【0049】
第２金属層１４２及び１５２は、抵抗体１３０（第１金属層１４１及び１５１）よりも低抵抗の材料から形成されている。第２金属層１４２及び１５２の材料は、抵抗体１３０よりも低抵抗の材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、抵抗体１３０がＣｒ混相膜である場合、第２金属層１４２及び１５２の材料として、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、あるいは、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。第２金属層１４２及び１５２の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、３μｍ～５μｍ程度とすることができる。
【0050】
第２金属層１４２及び１５２は、第１金属層１４１及び１５１の上面の一部に形成されてもよいし、第１金属層１４１及び１５１の上面の全体に形成されてもよい。第２金属層１５２の上面に、更に他の１層以上の金属層を積層してもよい。例えば、第２金属層１５２を銅層とし、銅層の上面に金層を積層してもよい。あるいは、第２金属層１５２を銅層とし、銅層の上面にパラジウム層と金層を順次積層してもよい。電極１５０の最上層を金層とすることで、電極１５０のはんだ濡れ性を向上できる。
【0051】
このように、配線１４０は、抵抗体１３０と同一材料からなる第１金属層１４１上に第２金属層１４２が積層された構造である。そのため、配線１４０は抵抗体１３０よりも抵抗が低くなるため、配線１４０が抵抗体として機能してしまうことを抑制できる。その結果、抵抗体１３０によるひずみ検出精度を向上できる。
【0052】
言い換えれば、抵抗体１３０よりも低抵抗な配線１４０を設けることで、ひずみゲージ１００の実質的な受感部を抵抗体１３０が形成された局所領域に制限できる。そのため、抵抗体１３０によるひずみ検出精度を向上できる。
【0053】
特に、抵抗体１３０としてＣｒ混相膜を用いたゲージ率１０以上の高感度なひずみゲージにおいて、配線１４０を抵抗体１３０よりも低抵抗化して実質的な受感部を抵抗体１３０が形成された局所領域に制限することは、ひずみ検出精度の向上に顕著な効果を発揮する。また、配線１４０を抵抗体１３０よりも低抵抗化することは、横感度を低減する効果も奏する。
【0054】
なお、配線１４０の引き回しパターンや、各電極１５０の位置は、適宜設定できる。例えば、各抵抗体に接続される電極１５０を所定の位置に一列に並べてもよい。
【0055】
カバー層１６０は、基材１１０上に形成され、抵抗体１３０及び配線１４０を被覆し電極１５０を露出する。配線１４０の一部は、カバー層１６０から露出してもよい。抵抗体１３０及び配線１４０を被覆するカバー層１６０を設けることで、抵抗体１３０及び配線１４０に機械的な損傷等が生じることを防止できる。また、カバー層１６０を設けることで、抵抗体１３０及び配線１４０を湿気等から保護できる。なお、カバー層１６０は、電極１５０を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【0056】
カバー層１６０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）等の絶縁樹脂から形成できる。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、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。
【0057】
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、第１金属層１４１、及び第１金属層１５１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、第１金属層１４１、及び第１金属層１５１の材料や厚さと同様である。
【0058】
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、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。
【0059】
ゲージ特性を安定化する観点から、金属層Ａを成膜する前に、下地層として、基材１１０の上面１１０ａに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により所定の膜厚の機能層を真空成膜することが好ましい。
【0060】
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に含まれる酸素や水分による金属層Ａの酸化を防止する機能や、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。
【0061】
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ため、特に金属層ＡがＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が金属層Ａの酸化を防止する機能を備えることは有効である。
【0062】
機能層の材料は、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材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、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。
【0063】
上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。また、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等が挙げられる。
【0064】
機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の１／２０以下であることが好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを防止できる。
【0065】
機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の１／５０以下であることがより好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを更に防止できる。
【0066】
機能層が金属又は合金のような導電材料から形成される場合には、機能層の膜厚は抵抗体の膜厚の１／１００以下であることが更に好ましい。このような範囲であると、抵抗体に流れる電流の一部が機能層に流れて、ひずみの検出感度が低下することを一層防止できる。
【0067】
機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、１ｎｍ～１μｍとすることが好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく容易に成膜できる。
【0068】
機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、１ｎｍ～０．８μｍとすることがより好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく更に容易に成膜できる。
【0069】
機能層が酸化物や窒化物のような絶縁材料から形成される場合には、機能層の膜厚は、１ｎｍ～０．５μｍとすることが更に好ましい。このような範囲であると、α－Ｃｒの結晶成長を促進できると共に、機能層にクラックが入ることなく一層容易に成膜できる。
【0070】
なお、機能層の平面形状は、例えば、図４に示す抵抗体の平面形状と略同一にパターニングされている。しかし、機能層の平面形状は、抵抗体の平面形状と略同一である場合には限定されない。機能層が絶縁材料から形成される場合には、抵抗体の平面形状と同一形状にパターニングしなくてもよい。この場合、機能層は少なくとも抵抗体が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。あるいは、機能層は、基材１１０の上面全体にベタ状に形成されてもよい。
【0071】
また、機能層が絶縁材料から形成される場合に、機能層の厚さを５０ｎｍ以上１μｍ以下となるように比較的厚く形成し、かつベタ状に形成することで、機能層の厚さと表面積が増加するため、抵抗体が発熱した際の熱を基材１１０側へ放熱できる。その結果、ひずみゲージ１００において、抵抗体の自己発熱による測定精度の低下を抑制できる。
【0072】
機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒ（アルゴン）ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜できる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材１１０の上面１１０ａをＡｒでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。
【0073】
ただし、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にＡｒ等を用いたプラズマ処理等により基材１１０の上面１１０ａを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。
【0074】
機能層の材料と金属層Ａの材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層としてＴｉを用い、金属層Ａとしてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜可能である。
【0075】
この場合、例えば、Ｃｒ混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、金属層Ａを成膜できる。あるいは、純Ｃｒをターゲットとし、チャンバ内にＡｒガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、金属層Ａを成膜してもよい。この際、窒素ガスの導入量や圧力（窒素分圧）を変えることや加熱工程を設けて加熱温度を調整することで、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎの割合、並びにＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合を調整できる。
【0076】
これらの方法では、Ｔｉからなる機能層がきっかけでＣｒ混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα－Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜を成膜できる。また、機能層を構成するＴｉがＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、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。なお、機能層がＴｉから形成されている場合、Ｃｒ混相膜にＴｉやＴｉＮ（窒化チタン）が含まれる場合がある。
【0077】
なお、金属層ＡがＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、金属層Ａの結晶成長を促進する機能、基材１１０に含まれる酸素や水分による金属層Ａの酸化を防止する機能、及び基材１１０と金属層Ａとの密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Ｔｉに代えてＴａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅを用いた場合も同様である。
【0078】
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を向上できる。また、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、ゲージ特性を向上できる。
【0079】
次に、金属層Ａの上面に、第２金属層１４２及び第２金属層１５２を形成する。第２金属層１４２及び第２金属層１５２は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。
【0080】
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金属層１４２及び第２金属層１５２を形成する領域を露出する開口部を形成する。このとき、レジストの開口部の形状を調整することで、第２金属層１４２のパターンを任意の形状とすることができる。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。
【0081】
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金属層１４２及び第２金属層１５２を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、第２金属層１４２及び第２金属層１５２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１００に反りが生じることを防止できる。なお、第２金属層１４２及び第２金属層１５２は無電解めっき法により形成してもよい。
【0082】
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。
【0083】
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、図４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。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。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及びシード層を除去し、図４の平面形状の抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０を形成する。
【0084】
例えば、ウェットエッチングにより、金属層Ａ及びシード層の不要な部分を除去できる。金属層Ａの下層に機能層が形成されている場合には、エッチングによって機能層は抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０と同様に図４に示す平面形状にパターニングされる。なお、この時点では、抵抗体１３０、第１金属層１４１、及び第１金属層１５１上にシード層が形成されている。
【0085】
次に、第２金属層１４２及び第２金属層１５２をエッチングマスクとし、第２金属層１４２及び第２金属層１５２から露出する不要なシード層を除去することで、第２金属層１４２及び第２金属層１５２が形成される。なお、第２金属層１４２及び第２金属層１５２の直下のシード層は残存する。例えば、シード層がエッチングされ、機能層、抵抗体１３０、配線１４０、及び電極１５０がエッチングされないエッチング液を用いたウェットエッチングにより、不要なシード層を除去できる。
【0086】
その後、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を露出するカバー層１６０を設けることで、ひずみゲージ１００が完成する。カバー層１６０は、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、加熱して硬化させて作製できる。カバー層１６０は、基材１１０の上面１１０ａに、抵抗体１３０及び配線１４０を被覆し電極１５０を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
【0087】
〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、第１実施形態とは抵抗体の配置が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの例を示す。なお、第１実施形態の変形例１において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第１実施形態の変形例１では、第１実施形態とは抵抗体の配置が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの例を示す。なお、第１実施形態の変形例１において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0088】
図６は、第１実施形態の変形例１に係るバイタルセンサを例示する平面図である。図６を参照すると、バイタルセンサ１Ａは、ひずみゲージ１００がひずみゲージ１００Ａに置換された点が、バイタルセンサ１と相違する。ひずみゲージ１００Ａは、第４抵抗体１３０４及び第５抵抗体１３０５が追加された点が、ひずみゲージ１００と相違する。第４抵抗体１３０４及び第５抵抗体１３０５は、グリッド方向をＸ方向に向けて配置されている。
【0089】
第４抵抗体１３０４は、第２抵抗体１３０２とグリッド方向の位置が同じで、かつ第３抵抗体１３０３とグリッド方向に直交する方向の位置が同じである。第５抵抗体１３０５は、第３抵抗体１３０３とグリッド方向の位置が同じで、かつ第２抵抗体１３０２とグリッド方向に直交する方向の位置が同じである。第４抵抗体１３０４と第５抵抗体１３０５は、第１抵抗体１３０１を挟んで、グリッド方向に対して斜めとなる方向に、対向して配置されている。
【0090】
このように、第４抵抗体１３０４及び第５抵抗体１３０５が追加されたことで、第４抵抗体１３０４及び第５抵抗体１３０５から出力が得られるため、バイタルセンサ１Ａが被験者の被測定部位に装着されたときに、脈波、血管内の血液の流量変動、血管の拡張方向及び収縮方向の検出精度を向上できる。
【0091】
〈第１実施形態の変形例２〉
第１実施形態の変形例２では、第１実施形態とは各抵抗体の構造が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの例を示す。なお、第１実施形態の変形例２において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第１実施形態の変形例２では、第１実施形態とは各抵抗体の構造が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの例を示す。なお、第１実施形態の変形例２において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0092】
図７は、第１実施形態の変形例２に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図である。図８は、第１実施形態の変形例２に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の断面図であり、図７のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図７及び図８を参照すると、ひずみゲージ１００Ｂは、基材１１０と、抵抗体２３０（複数の抵抗部２３１及び２３２）と、複数の電極２５１及び２５２とを有している。
【0093】
ひずみゲージ１００Ｂは、抵抗体２３０並びに電極２５１及び２５２を含む組を３組有しており、これらは１つの基材１１０上に配置されている。抵抗体２３０並びに電極２５１及び２５２を含む各組において抵抗体２３０は、図１の第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３と同じ位置に配置される。ただし、１つの基材１１０上に抵抗体２３０並びに電極２５１及び２５２を含む組を１組有するひずみゲージを、起歪体１０上に３つ配置してもよい。
【0094】
抵抗体２３０は、基材１１０上に形成されており、ひずみに応じて連続的に抵抗値が変化する受感部である。抵抗体２３０は、基材１１０の上面１１０ａ及び下面１１０ｂに直接形成されてもよいし、基材１１０の上面１１０ａ及び下面１１０ｂに他の層を介して形成されてもよい。
【0095】
抵抗体２３０は、絶縁層である基材１１０を介して積層された複数の抵抗部２３１及び２３２を含んでいる。なお、図７では、便宜上、抵抗部２３１及び２３２を梨地模様で示している。
【0096】
複数の抵抗部２３１は、基材１１０の上面１１０ａに、長手方向をＸ方向に向けて所定間隔でＹ方向に並置された薄膜である。複数の抵抗部２３２は、基材１１０の下面１１０ｂに、長手方向をＹ方向に向けて所定間隔でＸ方向に並置された薄膜である。但し、複数の抵抗部２３１と複数の抵抗部２３２とは平面視で直交している必要はなく、交差していればよい。抵抗体２３０は、例えば、抵抗体１３０と同様の材料から形成される。
【0097】
抵抗体２３０の幅は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．１μｍ～１０００μｍ（１ｍｍ）程度とすることができる。隣接する抵抗体２３０のピッチは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、１ｍｍ～１００ｍｍ程度とすることができる。なお、図７及び図８では、抵抗部２３１を６本、抵抗部２３２を１０本図示しているが、抵抗部２３１及び２３２は、実際には数１００～数１００００本程度設けられる。
【0098】
電極２５１は、基材１１０の上面１１０ａにおいて、各々の抵抗部２３１の両端部から延在しており、平面視において、抵抗部２３１よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極２５１は、押圧力により生じる抵抗部２３１の抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。電極２５１の上面を、電極２５１よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗部２３１と電極２５１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。
【0099】
電極２５２は、基材１１０の下面１１０ｂにおいて、各々の抵抗部２３２の両端部から延在しており、平面視において、抵抗部２３２よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極２５２は、押圧力により生じる抵抗部２３２の抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。電極２５２の上面を、電極２５２よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。なお、抵抗部２３２と電極２５２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。
【0100】
なお、基材１１０を貫通する貫通配線（スルーホール）を設け、電極２５１及び２５２を基材１１０の上面１１０ａ側又は下面１１０ｂ側に集約してもよい。
【0101】
抵抗部２３１を被覆し電極２５１を露出するように基材１１０の上面１１０ａにカバー層（絶縁樹脂層）を設けても構わない。又、抵抗部２３２を被覆し電極２５２を露出するように基材１１０の下面１１０ｂにカバー層（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層を設けることで、抵抗部２３１及び２３２に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層を設けることで、抵抗部２３１及び２３２を湿気等から保護することができる。なお、カバー層は、電極２５１及び２５２を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【0102】
ひずみゲージ１００Ｂにおいて、抵抗部２３１及び／又は抵抗部２３２が血流による圧力でひずむと、ひずんだ抵抗部（抵抗部２３１及び／又は抵抗部２３２）に接続された１対の電極間の抵抗値がひずみの大きさに応じて連続的に変化する。したがって、各電極２５１及び２５２から検出される抵抗値の変化をモニターすることで、血流による圧力が検出された位置のＸＹ座標や圧力の大きさや、それらの変化を知ることができる。
【0103】
なお、血管は細く、末端になるほど分岐して血液の流れが変わるため、長手方向が一方向のみを向く抵抗体では十分な感度が得られない場合がある。ひずみゲージ１００Ｂのように格子状の抵抗体２３０を有することで、血管の分岐や血管の太さ、血管の拡張や収縮などの状態に拘らず脈波情報が得られるので、より精度の高いバイタルセンサを実現できる。
【0104】
〈第１実施形態の変形例３〉
第１実施形態の変形例３では、第１実施形態とは各抵抗体の構造が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの他の例を示す。なお、第１実施形態の変形例３において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第１実施形態の変形例３では、第１実施形態とは各抵抗体の構造が異なるひずみゲージを備えたバイタルセンサの他の例を示す。なお、第１実施形態の変形例３において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0105】
図９は、第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その１）である。図９を参照すると、ひずみゲージ１００Ｃは、基材１１０と、抵抗体３３０と、電極３５１及び３５２とを有している。
【0106】
ひずみゲージ１００Ｃは、抵抗体３３０並びに電極３５１及び３５２を含む組を３組有しており、これらは１つの基材１１０上に配置されている。抵抗体３３０並びに電極３５１及び３５２を含む各組において抵抗体３３０は、図１の第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３と同じ位置に配置される。ただし、１つの基材１１０上に抵抗体３３０及び電極３５１及び３５２を含む組を１組有するひずみゲージを、起歪体１０上に３つ配置してもよい。
【0107】
抵抗体３３０は、平面視において、円形渦巻き状にパターニングされている。抵抗体３３０は、電極３５１と電極３５２とを接続する１本の連続するパターンであるが、ここでは、便宜上、電極３５１からパターンが折り返す折り返し部３３５までを第１抵抗配線３３１、折り返し部３３５から電極３５２までを第２抵抗配線３３２と称する。なお、図９では、便宜上、第１抵抗配線３３１、第２抵抗配線３３２、及び折り返し部３３５を互いに異なる梨地模様で示している。
【0108】
抵抗体３３０において、第１抵抗配線３３１は、電極３５１から延伸して時計回りに外周側から中心側に円形渦巻き状にパターニングされ、折り返し部３３５に至る。第２抵抗配線３３２は、折り返し部３３５から延伸して反時計回りに中心側から外周側に円形渦巻き状にパターニングされ、電極３５２に至る。
【0109】
第１抵抗配線３３１と第２抵抗配線３３２は、原則として交互に配置される。すなわち、折り返し部３３５近傍の一部分を除き、第１抵抗配線３３１の隣は必ず第２抵抗配線３３２であり、第１抵抗配線３３１の隣は必ず第２抵抗配線３３２である。折り返し部３３５近傍の一部分を除き、第１抵抗配線３３１同士、又は第２抵抗配線３３２同士が隣接することはない。抵抗体３３０は、例えば、抵抗体１３０と同様の材料から形成される。
【0110】
起歪体１０が血圧を受けると、起歪体１０の中心から同心円状に引張と圧縮のひずみ分布が生じる。そのため、同心円に沿うように抵抗体３３０を円形渦巻き状に設けることで、同心円全周のひずみを検知することができ、血圧によりわずかに発生したひずみを効率よく検知することができる。
【0111】
図１０は、第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その２）である。図１０を参照すると、ひずみゲージ１００Ｄは、基材１１０と、抵抗体４３０と、電極４５１及び４５２とを有している。
【0112】
ひずみゲージ１００Ｄは、抵抗体４３０並びに電極４５１及び４５２を含む組を３組有しており、これらは１つの基材１１０上に配置されている。抵抗体４３０並びに電極４５１及び４５２を含む各組において抵抗体４３０は、図１の第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３と同じ位置に配置される。ただし、１つの基材１１０上に抵抗体４３０及び電極４５１及び４５２を含む組を１組有するひずみゲージを、起歪体１０上に３つ配置してもよい。
【0113】
抵抗体４３０は、平面視において、角形渦巻き状にパターニングされている。抵抗体４３０は、抵抗体３３０の第１抵抗配線３３１、第２抵抗配線３３２、及び折り返し部３３５が第１抵抗配線４３１、第２抵抗配線４３２、及び折り返し部４３５に置換されたものである。また、電極３５１及び３５２が電極４５１及び４５２に置換されている。
【0114】
このように、抵抗体は円形渦巻き状には限定されず、抵抗体４３０のような角形渦巻き状であってもよい。或いは、円形、角形以外の渦巻き状であってもよい。これらの場合も、円形渦巻き状の抵抗体３３０を配置する場合と同様の効果を奏する。
【0115】
図１１は、第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その３）である。図１１を参照すると、ひずみゲージ１００Ｅは、抵抗体３３０Ｂと、電極３５１Ｂ及び３５２Ｂが追加された点が、ひずみゲージ１００Ｃと相違する。抵抗体３３０Ｂは、平面視で、抵抗体３３０の外側に配置された円形渦巻き状パターンである。
【0116】
抵抗体３３０Ｂにおいて、第１抵抗配線３３１Ｂは、電極３５１Ｂから延伸して時計回りに外周側から中心側に円形渦巻き状にパターニングされ、折り返し部３３５Ｂに至る。第２抵抗配線３３２Ｂは、折り返し部３３５Ｂから延伸して反時計回りに中心側から外周側に円形渦巻き状にパターニングされ、電極３５２Ｂに至る。抵抗体３３０と抵抗体３３０Ｂは、略同心円状に配置されている。
【0117】
ひずみゲージ１００Ｅは、抵抗体３３０及び３３０Ｂ、電極３５１及び３５２、並びに電極３５１Ｂ及び３５１Ｂを含む組を３組有しており、これらは１つの基材１１０上に配置されている。抵抗体３３０及び３３０Ｂ、電極３５１及び３５２、並びに電極３５１Ｂ及び３５１Ｂを含む各組において抵抗体３３０及び３３０Ｂは、図１の第１抵抗体１３０１、第２抵抗体１３０２、及び第３抵抗体１３０３と同じ位置に配置される。ただし、１つの基材１１０上に抵抗体３３０及び３３０Ｂ、電極３５１及び３５２、並びに電極３５１Ｂ及び３５１Ｂを含む組を１組有するひずみゲージを、起歪体１０上に３つ配置してもよい。
【0118】
このように、各々の抵抗体は、円形渦巻き状パターンの抵抗体３３０と、平面視で抵抗体３３０を囲むように配置された他の円形渦巻き状パターンの抵抗体３３０Ｂとを含んでもよい。この場合、抵抗体３３０と抵抗体３３０Ｂでハーフブリッジ回路を構成可能である。その結果、抵抗体からの出力を２倍にできるため、血流を精度よく検出できる。なお、起歪体１０の下面側にも抵抗体３３０及び３３０Ｂと同様の円形渦巻き状パターンの抵抗体を配置してもよい。この場合、上面側の抵抗体３３０及び３３０Ｂと合わせてフルブリッジ回路を構成可能である。
【0119】
図１２は、第１実施形態の変形例３に係るひずみゲージの１つの抵抗体近傍の平面図（その４）である。図１２を参照すると、ひずみゲージ１００Ｆは、抵抗体４３０Ｂと、電極４５１Ｂ及び４５２Ｂが追加された点が、ひずみゲージ１００Ｄと相違する。抵抗体４３０Ｂは、平面視で、抵抗体４３０の外側に配置された角形渦巻き状パターンである。
【0120】
抵抗体４３０Ｂにおいて、第１抵抗配線４３１Ｂは、電極４５１Ｂから延伸して時計回りに外周側から中心側に角形渦巻き状にパターニングされ、折り返し部４３５Ｂに至る。第２抵抗配線４３２Ｂは、折り返し部４３５Ｂから延伸して反時計回りに中心側から外周側に角形渦巻き状にパターニングされ、電極４５２Ｂに至る。抵抗体４３０と抵抗体４３０Ｂは、略同心状に配置されている。
【0121】
このように、角形渦巻き状のパターンの抵抗体４３０及び４３０Ｂを２重に配置してもよい。この場合も、円形渦巻き状のパターンを有する抵抗体３３０及び３３０Ｂを２重に配置する場合と同様の効果を奏する。なお、起歪体１０の下面側にも抵抗体４３０及び４３０Ｂと同様の角形渦巻き状パターンの抵抗体を配置してもよい。この場合、上面側の抵抗体４３０及び４３０Ｂと合わせてフルブリッジ回路を構成可能である。
【0122】
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。
【0123】
このように、第１実施形態およびその変形例では、ひずみゲージ１００の検出素子として、抵抗体を用いる例について説明した。すなわち、第１実施形態では、ひずみゲージ１００が所謂「抵抗体ひずみゲージ」である場合について説明した。しかしながら、本開示に係るひずみゲージ１００は抵抗体ひずみゲージに限定されない。例えば、ひずみゲージ１００は、起歪体１０に生じるひずみによって生じる磁気変化を検出する検出素子を３つ以上有したひずみゲージであってもよい。
【0124】
具体的には、ひずみゲージ１００は、ビラリ現象（後述）を利用した検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。また、ひずみゲージ１００は、磁気トンネル接合（後述）の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。以下、第２実施形態では、ビラリ現象を利用した検出素子を含むひずみゲージ１００について説明する。また、第３実施形態では、磁気トンネル接合の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージ１００について説明する。
【0125】
〈第２実施形態〉
図１３は、第２実施形態に係るひずみゲージ１００に含まれる検出素子３００の一例を示す図である。図１３の（ａ）は、検出素子３００を図１の抵抗体１３０１、１３０２、および１３０３のように基材１１０に貼り付けたときの、上面（すなわち、貼付け面と反対の面）から見下ろした平面図である。一方、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）に示す検出素子３００の、α―α´面における断面図を示している。なお、図１３のいずれの図も、検出素子３００の配線は図示していない。しかしながら、検出素子３００は、後述する駆動コイル３２０と電源とを接続する配線と、感知コイル３８０によって検出された電流を伝達するための配線も有していてよい。
図１３は、第２実施形態に係るひずみゲージ１００に含まれる検出素子３００の一例を示す図である。図１３の（ａ）は、検出素子３００を図１の抵抗体１３０１、１３０２、および１３０３のように基材１１０に貼り付けたときの、上面（すなわち、貼付け面と反対の面）から見下ろした平面図である。一方、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）に示す検出素子３００の、α―α´面における断面図を示している。なお、図１３のいずれの図も、検出素子３００の配線は図示していない。しかしながら、検出素子３００は、後述する駆動コイル３２０と電源とを接続する配線と、感知コイル３８０によって検出された電流を伝達するための配線も有していてよい。
【0126】
図１３の（ａ）に示す通り、検出素子３００は、駆動コイル３２０と、感知コイル３８０と、ベース層３１０とを含む。感知コイル３８０は、ベース層３１０を芯材とするコイルである。また、駆動コイル３２０は、ベース層３１０を芯材としたコイルであって、感知コイルの外側に巻かれたコイルである。このように、駆動コイル３２０および感知コイル３８０は、駆動コイル３２０が外側、感知コイル３８０が内側に配置された２重構造を形成している。このように、感知コイル３８０を駆動コイル３２０の内側に巻くことで、感知コイル３８０全体に均一に交番磁界（後述）を加えることができる。これにより、検出素子３００の性能が向上する。
【0127】
駆動コイル３２０は、磁界を発生させるためのコイルである。電源から駆動コイル３２０に交流電流が供給されると、駆動コイル３２０はその周囲に交番磁界を生じさせる。ベース層３１０は、略平板状の金属板（後述するベース金属３７０）を絶縁層（後述する絶縁層３６０）で覆ったものである。ベース層３１０の金属板は、検出素子３００における磁性体である。ベース層３１０の金属板は駆動コイル３２０が発生させた交番磁界によって磁化される。感知コイル３８０は、ベース金属３７０の磁化の強さを検出するためのコイルである。駆動コイル３２０および感知コイル３８０の材質は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＡｕ等の導電性金属、ならびに、これらの金属の合金であることが望ましい。なお、駆動コイル３２０および感知コイル３８０の巻き数および断面積の大きさは、検出素子３００に要求されるひずみの検知感度に応じて適宜設計されてよい。
【0128】
図１３の（ｂ）の断面図を参照して、検出素子３００について更に詳述する。なお、以下説明する層３４０～３６０は、芯材であるベース金属３７０に巻き付けられや構造である。したがって、図１３の（ｂ）において、同じ部材番号を付した層はベース金属３７０を取り囲んで繋がっているといえる。
【0129】
検出素子３００は、前述の通り、ベース層３１０に感知コイル３８０および駆動コイル３２０が巻き付けられた構造をしている。ベース層３１０はベース金属３７０を絶縁層３６０が覆った構造をしている。絶縁層３６０を取り囲むように、絶縁層３５０が形成されている。絶縁層３５０は、感知コイル３８０を含む層であり、感知コイル３８０の間隙を絶縁材料で充填した層である。更に絶縁層３５０を取り囲むように、絶縁層３４０が形成される。絶縁層３４０は、駆動コイル３２０を含む層であり、駆動コイル３２０の間隙を絶縁材料で充填した層である。
【0130】
なお、ベース金属３７０は、例えば、センダスト等のＦｅ-Ｓｉ-Ａｌ系合金、および、パーマロイ等のＮｉ-Ｆｅ系合金等の軟磁性体材料で構成されることが望ましい。また、絶縁層３４０、３５０，および３６０は、磁界に影響しないドライフィルムまたは感光性ポリイミド等のレジスト硬化物であることが望ましい。
【0131】
図１３の（ｂ）の断面図が示す通り、検出素子３００の貼り付け面側は、基材１１０に貼り付けられる。なお、検出素子３００は、全体として平板または薄膜状の検出素子であってもよい。検出素子３００が平板または薄膜状である場合、基材１１０へより容易に貼り付けることができる。
【0132】
以上、本実施形態に係る検出素子３００は、磁性体であるベース金属３７０を含んでいる。駆動コイル３２０に電流が流れると磁界が発生し、ベース金属３７０は磁化される。この状態で起歪体１０にひずみが生じると、ひずみは基材１１０を伝わり、ベース金属３７０に応力が加わる。ベース金属３７０に応力が加わると、その応力に応じて、ベース金属３７０の透磁率が変化し、磁化の強さが変化する。このように、磁性体に応力がかかることによって、磁性体の透磁率および磁化の強さが変化する現象のことを「ビラリ現象」という。検出素子３００の構成によれば、ピックアップコイルである感知コイル３８０には、ベース金属３７０の磁化の強さに応じた交流電圧が誘起される。したがって、ビラリ現象の原理に基づけば、この交流電圧の値から、ベース金属３７０にかかる応力（すなわち、基材１１０のひずみ度合）を算出することができる。なお、図１３の（ａ）に示した例の場合、検出素子３００のグリッド方向は、同図におけるα－α´方向である。
【0133】
このような原理によって、検出素子３００は、基材１１０が受けたひずみを検出することができる。すなわち、検出素子３００は、ひずみゲージ１００の検出素子として機能する。
【0134】
本実施形態に係るひずみゲージ１００は、以上で説明したような検出素子３００を３つ以上含んでいる。そして、起歪体１０は、被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、少なくとも３つの検出素子３００の第１方向の位置が異なり、かつ第２方向の位置が異なるように被測定部位に装着される。これにより、本実施形態に係るバイタルセンサは、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に係るバイタルセンサと同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係るバイタルセンサは、脈波に加えて血管の拡張方向や収縮方向を検出することができる。
【0135】
また、本実施形態に係るひずみゲージ１００の検出素子３００は、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に示したあらゆる配置位置で配置可能である。すなわち、第１実施形態に係る抵抗体１３０（抵抗体１３０１～１３０５）を検出素子３００に置き換えた配置とすることが可能である。これにより、ビラリ現象を利用した検出素子３００を用いて、抵抗体ひずみゲージを用いたときと同様に起歪体１０のひずみを検出することができる。したがって、本実施形態に係るひずみゲージ１００は、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に係るひずみゲージ１００と同様の効果を奏する。
【0136】
〈第３実施形態〉
図１４は、第３実施形態に係るひずみゲージ１００に含まれる検出素子５００の一例を示す図である。図１５は、第３実施形態に係る検出素子の他の一例を示す図である。また、図１６は、第３実施形態に係る検出素子の更に他の一例を示す図である。図１４～１６の（ａ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００の斜視図である。図１４～１６の（ｂ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００をｚ軸の負方向に見おろしたときの平面図である。図１４～１６の（ｃ）は、検出素子５００、６００、および７００の、ｚｙ平面に平行な面での断面図である。なお、検出素子５００、６００、および７００の、基材１１０への貼り付け面は、下側（ｚ軸の負の方向）の平面（ｘｙ平面に平行な面）である。なお、図１４～１６のいずれの図も、検出素子の配線は図示していない。しかしながら、これらの検出素子５００、６００、および７００は、後述する上流電極５１０と電源とを接続する配線と、下流電極５２０と電源とを接続する配線を有していてよい。
図１４は、第３実施形態に係るひずみゲージ１００に含まれる検出素子５００の一例を示す図である。図１５は、第３実施形態に係る検出素子の他の一例を示す図である。また、図１６は、第３実施形態に係る検出素子の更に他の一例を示す図である。図１４～１６の（ａ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００の斜視図である。図１４～１６の（ｂ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００をｚ軸の負方向に見おろしたときの平面図である。図１４～１６の（ｃ）は、検出素子５００、６００、および７００の、ｚｙ平面に平行な面での断面図である。なお、検出素子５００、６００、および７００の、基材１１０への貼り付け面は、下側（ｚ軸の負の方向）の平面（ｘｙ平面に平行な面）である。なお、図１４～１６のいずれの図も、検出素子の配線は図示していない。しかしながら、これらの検出素子５００、６００、および７００は、後述する上流電極５１０と電源とを接続する配線と、下流電極５２０と電源とを接続する配線を有していてよい。
【0137】
図１４の（ａ）に示す通り、検出素子５００、６００、および７００は、上流電極５１０と、下流電極５２０と、磁性膜５３０と、絶縁膜５４０と、を含む。絶縁膜５４０は、図示のように磁性膜５３０で挟まれている。この磁性膜５３０と絶縁膜５４０によって、磁気トンネル接合が形成される。すなわち、検出素子５００は、磁気トンネル接合の構造に電極を接続した構造である。
【0138】
以降の説明では、ｚ軸における正方向を「上側」、ｚ軸における負方向を「下側」とも称する。なお、上流電極５１０および／または下流電極５２０の更に下側には、プラスチックフィルム等で構成されるフレキシブル基板が設けられていてもよい。なお、当該基板は基材１１０を兼ねていてもよい。
【0139】
磁性膜５３０は磁性ナノ薄膜である。絶縁膜５４０は絶縁体のナノ薄膜である。磁気トンネル接合の構造が形成可能であれば、磁性膜５３０と、絶縁膜５４０の材質は特に限定されない。例えば、磁性膜５３０としてコバルト鉄ボロン、または、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの３ｄ遷移金属強磁性体及びそれらを含む合金等を用いることができる。また、絶縁膜５４０として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等を用いることができる。
【0140】
上流電極５１０および下流電極５２０は、磁気トンネル接合の構造に対し電圧を印加するための電極である。図１４～１６の例では、電流は上流電極５１０から下流電極５２０へと流れる。例えば図１４の（ｃ）の場合、上流電極５１０と下流電極５２０の間に電圧を印加すると、電子は上側の磁性膜５３０から、絶縁膜５４０を超えて下側の磁性膜５３０に流れ込む。これは「トンネル効果」と呼ばれている現象であり、電子が絶縁膜５４０を通過するときの電気抵抗は、「トンネル抵抗」と呼ばれている。なお、図１４～１６の例では、電極の各部の接合部は、磁気トンネル接合の構造をショートパスする電流が流れない様に端部が処理された構造となっている。
【0141】
ところで、基材１１０等を介して検出素子５００にひずみがかかると、トンネル接合の構造において、磁気変化が起こる。より具体的には、上側と下側の磁性膜５３０の磁化方向がずれる。このように、上下の磁性膜５３０の磁化方向がずれると、磁化方向が平行な場合に比べて、トンネル抵抗が大きくなる（トンネル磁気抵抗効果）。したがって、前述の構成を備えた検出素子５００では、検出素子５００（より厳密には、磁気トンネル接合の部分）のひずみの大きさに応じて、電極間を流れる電流が小さくなる。すなわち、ひずみが大きくなるにつれ、電気抵抗が大きくなる。検出素子５００は、このように、印加した電圧に対する電流値に基づきひずみを検出することができる。したがって、検出素子５００を基材１１０に貼り付けることによって、起歪体１０にかかるひずみを測定することができる。
【0142】
磁気トンネル接合の構造を有する検出素子は、図１４に示した例に限定されない。例えば、図１５および図１６に示すような検出素子６００および７００を採用することも可能である。図１５に示す検出素子６００も、図１６に示す検出素子７００も、上流電極５１０、下流電極５２０、磁性膜５３０、および絶縁膜５４０で構成されること、および、これらの構成によってひずみを検出する原理については、検出素子５００と同様である。また、検出素子６００および７００の基本的な動作についても、検出素子５００と同様である。なお、検出素子５００、６００、および７００のグリッド方向は、それぞれ図１４～図１６におけるｙ軸方向（ｙ軸の正方向およびｙ軸の負方向）に相当する。図１５に示す検出素子６００は図示の通り、上側の磁性膜５３０と下側の磁性膜５３０が、一部繋がった構造をしている。すなわち、磁性膜５３０の一部の領域においてのみ、磁気トンネル接合の構造が形成されており、当該構造においてトンネル磁気抵抗効果が生じる。一方、図１６に示す検出素子７００は、基板７１０を介して基材１１０に貼り付けられる。図１４～図１６に示すように、検出素子は前述の原理を超えない範囲であれば、要求されるサイズ、耐久性、および検出すべき応力の大きさ等に応じて、適宜その設計が変更されてよい。
【0143】
なお、検出素子５００、６００、および７００は素子全体として、フィルム型などの略平板状の形状であってよい。これにより、基材１１０に、検出素子５００を容易に貼り付けることができる。また、検出素子５００、６００、および７００は、駆動コイル等、磁気トンネル接合の構造部分に対して、微弱な磁界を印加するための構造を有していてもよい。磁気トンネル接合の構造部分に対して磁界を印加することにより、前述のトンネル磁気抵抗効果をより安定して測定することができるため、安定してひずみを検出することができる。
【0144】
また、検出素子５００、６００、および７００における「上流電極」および「下流電極」は便宜上の名称であり、電流の流れる方向は逆であってもよい。つまり、図１４～図１６で示した検出素子５００、６００、および７００において、下流電極５２０の方から、上流電極５１０の方へと電流が流れる設計であってもよい。
【0145】
本実施形態に係るひずみゲージ１００は、以上で説明したような検出素子５００を３つ以上、６００を３つ以上、または７００を３つ以上含んでいる。そして、起歪体１０は、被測定部位において血管が延伸する方向を第１方向、前記第１方向に直交する方向を第２方向としたときに、少なくとも３つの検出素子５００、６００、または７００の第１方向の位置が異なり、かつ第２方向の位置が異なるように被測定部位に装着される。これにより、本実施形態に係るバイタルセンサは、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に係るバイタルセンサと同様の効果を奏する。すなわち、本実施形態に係るバイタルセンサは、脈波に加えて血管の拡張方向や収縮方向を検出することができる。
【0146】
また、本実施形態に係るひずみゲージ１００の検出素子５００、６００、および７００は、それぞれ、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に示したあらゆる配置位置で配置可能である。すなわち、第１実施形態に係る抵抗体１３０（抵抗体１３０１～１３０５）のセットを、検出素子５００、６００、または７００のセットに置き換えた配置とすることが可能である。これにより、磁気トンネル効果を利用した検出素子５００、６００、および７００を用いて、抵抗体ひずみゲージを用いたときと同様に起歪体１０のひずみを検出することができる。したがって、本実施形態に係るひずみゲージ１００は、第１実施形態および第１実施形態の変形例１に係るひずみゲージ１００と同様の効果を奏する。
【0147】
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】
【0148】
１、１Ａ バイタルセンサ、１０ 起歪体、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ ひずみゲージ、１１０ 基材、１１０ａ 上面、１１０ｂ 下面、１３０、２３０、３３０、３３０Ｂ、４３０、４３０Ｂ 抵抗体、１３０１ 第１抵抗体、１３０２ 第２抵抗体、１３０３ 第３抵抗体、１３０４ 第４抵抗体、１３０５ 第５抵抗体、１３０ｅ１、１３０ｅ２ 終端、１４０ 配線、１４１、１５１ 第１金属層、１４２、１５２ 第２金属層、１５０、２５１、２５２、３５１、３５１Ｂ、３５２、３５２Ｂ、４５１、４５１Ｂ、４５２、４５２Ｂ 電極、１６０ カバー層、２３１、２３２ 抵抗部、３３１、３３１Ｂ、４３１、４３１Ｂ 第１抵抗配線、３３２、３３２Ｂ、４３２、４３２Ｂ 第２抵抗配線、３３５、３３５Ｂ、４３５、４３５Ｂ 折り返し部、３００、５００、６００、７００ 検出素子、３１０ ベース層、 ３２０ 駆動コイル、３４０、３５０、３６０ 絶縁層、３７０ ベース金属、３８０ 感知コイル、５１０ 上流電極、５２０ 下流電極、５３０ 磁性膜、５４０ 絶縁膜、７１０ 基板
【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】