特開 2024-88419 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】P2024088419

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203562

(22)【出願日】2022-12-20

(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

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063CA28

2F063EC05

2F063EC14

2F063EC18

2F063EC27

(57)【要約】

【課題】破断および亀裂が生じにくいひずみゲージを実現する。
【解決手段】 本ひずみゲージは、基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、平面視において、検知部と、前記検知部と直列に接続された接続部と、を含む細長状部が複数並置された所定のパターンを形成しており、前記接続部は、前記検知部よりも弾性率が低い材料から形成され、前記検知部に直接接するように配置され、前記所定のパターンにおいて、ある細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線と、当該ある細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線とは前記平面視において同一直線上にない。
【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、を有し、
前記抵抗体は、平面視において、検知部と、前記検知部と直列に接続された接続部と、を含む細長状部が複数並置された所定のパターンを形成しており、
前記接続部は、前記検知部よりも弾性率が低い材料から形成され、前記検知部に直接接するように配置され、
前記所定のパターンにおいて、ある細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線と、当該ある細長状部と隣り合う細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線とは前記平面視において同一直線上にない、ひずみゲージ。

【請求項2】

前記所定のパターンにおいて、少なくとも１つの前記細長状部の前記境界線は、前記細長状部の短手方向と平行でない、請求項１に記載のひずみゲージ。

【請求項3】

前記所定のパターンにおいて、前記複数の細長状部はそれぞれ、長手方向が同一方向を向くよう並置されており、
前記複数の細長状部において、個々の前記境界線は前記細長状部の短手方向と略平行であり、かつ、それぞれの前記境界線と隣り合う前記境界線とは前記平面視において同一直線上にない、請求項１に記載のひずみゲージ。

【請求項4】

前記抵抗体は、隣り合う前記細長状部の端部同士を接続する折り返し部分を含み、
１つ以上の前記折り返し部分に前記接続部が配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項5】

前記基材上に形成され、配線を介して前記抵抗体と電気的に接続された一対の電極を有し、
１つ以上の前記配線に前記接続部が配置されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項6】

前記接続部の弾性率は、前記検知部の弾性率の１／２倍以下である、請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項7】

前記検知部は、Ｃｒ、ＣｒＮ、およびＣｒ_２Ｎを含む膜から形成されている、請求項１乃至６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、絶縁性樹脂上に形成されている。ひずみゲージは起歪体に貼り付けられ、起歪体の動き（例えば、ひずみ）に追従し伸び縮みする。このとき、ひずみゲージの抵抗体は変形するため抵抗値が変化する。この抵抗値の変化量から起歪体のひずみ量を特定することができる。また、近年、抵抗体部分に異種材料を含んだひずみゲージが開発されている（特許文献１および２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５２５２３号公報

【特許文献2】特開２０１９－１３２７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、ひずみゲージの抵抗体はひずみ検出の際に伸縮する必要がある。そのため、例えばより大きなひずみを検出可能なひずみゲージを実現しようとすると、ひずみゲージ自身により大きな応力がかかることとなる。

【0005】

本発明は、前記の点に鑑みてなされたもので、破断および亀裂が生じにくいひずみゲージの実現を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本ひずみゲージは、基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、平面視において、検知部と、前記検知部と直列に接続された接続部と、を含む細長状部が複数並置された所定のパターンを形成しており、前記接続部は、前記検知部よりも弾性率が低い材料から形成され、前記検知部に直接接するように配置され、前記所定のパターンにおいて、ある細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線と、当該ある細長状部と隣り合う細長状部における前記検知部と前記接続部との境界線とは前記平面視において同一直線上にない。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、破断および亀裂が生じにくいひずみゲージを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図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】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】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】実施形態に係るひずみゲージの他の例を示す断面図である。

【図5】実施形態の変形例１に係るひずみゲージにおける検知部と接続部との接続部分の例を示す部分平面図である。

【図6】実施形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【図7】実施形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図である。

【図8】図６に示すひずみゲージの接続部の拡大図である。

【図9】実施形態の変形例３に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【図10】実施形態の変形例３に係るひずみゲージを例示する断面図である。

【図11】実施形態の変形例４に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明の実施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】

［ひずみゲージの構造］
図１は、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、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、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線に沿う断面図である。なお、図１～図３に示したひずみゲージの各部の形状および大きさはあくまで一例であり、本実施形態に係るひずみゲージの外観はこれに限定されない。

【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、カバー層６０とを有している。なお、便宜上、カバー層６０の外縁のみを破線で示している。なお、カバー層６０は必須構成ではない。

【0012】

本実施形態では、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。また、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。また、ひずみゲージ１は任意の角度で配置することもできる。また、本実施形態において「平面視」とは、基材１０の上面１０ａを、上側から下側への法線方向に視た場合を指すこととする。そして、「平面形状」とは、前記平面視で対象物を視たときの、当該対象物の形状を指すものとする。

【0013】

（基材１０）
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。ひずみゲージ１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。なお、起歪体の表面から受感部へのひずみの伝達性、および、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。

【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。また、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。また、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）
抵抗体３０は、基材１０の上側に形成される薄膜である。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。抵抗体３０は、終端３０ｅ、細長状部３１、および折り返し部分３２を含む。なお、説明の便宜上、抵抗体３０のうち、細長状部３１と配線４０との接続部分を「終端３０ｅ」と称するが、終端３０ｅは細長状部３１と一体であってよい。また、終端３０ｅは、細長状部３１の検知部３３と同一の材料を用いて、同一工程で形成されてもよい。折り返し部分３２も同様に、細長状部３１と一体であってよいし、検知部３３と、同一の材料を用いて、同一工程で形成されてもよい。

【0018】

終端３０ｅは抵抗体３０の一部分であって、抵抗体３０の両端に設けられている。終端３０ｅは配線４０と細長状部３１とを接続している。例えば、図１の例では、終端３０ｅは、２つの配線４０に最も近い部分の細長状部３１と配線４０とをそれぞれ繋いでいる。

【0019】

細長状部３１は、抵抗体３０の一部分である。ひずみゲージ１では、複数の細長状部３１が、その長手方向を所定の方向に向けて並置されている。なお、以下の説明において、細長状部３１の長手方向（図１のＡ－Ａ線の方向）と同一方向を単に「長手方向」と言う場合がある。また、細長状部３１の短手方向（図１のＡ－Ａ線と垂直な方向）と同一方向を単に「短手方向」と言う場合がある。細長状部３１は、検知部３３と接続部３４とを含む。検知部３３および接続部３４については、後で詳述する。

【0020】

折り返し部分３２は、抵抗体３０の一部分であり、隣り合う細長状部３１の端部同士を接続する部分である。折り返し部分３２は、隣り合う細長状部３１の端部を図１に示すように互い違いに連結する。これにより、抵抗体３０は全体として、ジグザグに折り返すパターンを形成する。

【0021】

（検知部３３）
検知部３３は、細長状部３１のひずみ受感部である。検知部３３は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、またはＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成できる。すなわち、検知部３３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。

【0022】

ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、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もよい。

【0023】

例えば、検知部３３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。また、例えば、検知部３３がＣｒ混相膜である場合、検知部３３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および抵抗温度係数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、検知部３３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、検知部３３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、検知部３３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。

【0024】

また、検知部３３がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮおよび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および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できる。

【0025】

また、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％未満とすることで検知部３３のセラミックス化を低減することができる。したがって、検知部３３の脆性破壊を起こりにくくすることができる。

【0026】

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。

【0027】

ひずみゲージ１において、検知部３３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、検知部３３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、検知部３３の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合のひずみゲージの大きさ（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。

【0028】

検知部３３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、検知部３３の厚さは０．０５μｍ～２μｍ程度であってよい。特に、検知部３３の厚さが０．１μｍ以上であると、検知部３３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、検知部３３の厚さが１μｍ以下である場合、検知部３３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。検知部３３の幅は、抵抗値や横感度等の要求仕様に対して最適化し、かつ破断および亀裂対策も考慮して、例えば、１０μｍ～１００μｍ程度とすることができる。なお、前述のように、折り返し部分３２と、終端３０ｅとについても、検知部３３と同様の材料および厚さで形成されてよい。

【0029】

（接続部３４）
接続部３４は、抵抗体３０の破断および亀裂を防止するために、細長状部３１に設けられる構造物である。１つの接続部３４の長手方向の長さは、例えば、５０μｍ程度である。また、接続部３４の短手方向の長さは、細長状部３１と略同一であってよい。接続部３４は、図１～図３に示すように、検知部３３に直接接するように配置される。接続部３４は検知部３３と物理的および電気的に接続されており、１つの細長状部３１を形成している。

【0030】

接続部３４は、検知部３３よりも弾性率が低い材料から形成されている。具体的には、接続部３４の弾性率は、検知部３３の弾性率の１／２倍以下であることが好ましい。更に言えば、接続部３４の弾性率は、検知部３３の弾性率の１／３倍以下であることが好ましく、１／４倍以下であることがより好ましい。

【0031】

前述の通り、接続部３４は、検知部３３よりも低抵抗の材料から形成されていることが好ましい。これは、接続部３４のひずみ検知への影響を低減するためである。具体的には、接続部３４の材料としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｆｅ等が挙げられる。これらの金属は、弾性率が比較的低く、比較的低抵抗（すなわち、高導電率）である。なお、弾性率が低い材料は、延性が高く、破断や亀裂が生じにくい。細長状部３１に接続部３４のような弾性率の低い部位を設けることで、抵抗体３０全体として、破断および亀裂を生じにくくさせることができる。

【0032】

例えば、検知部３３としてＣｒ混相膜を用いる場合、弾性率は４００ＧＰａ程度である。この場合、例えば、接続部３４の材料として弾性率が２００ＧＰａ程度のＰｔや１７０ＧＰａ程度のＦｅを用いることができる。また、検知部３３としてニッケルクロムを用いる場合、検知部３３の弾性率は２１４ＧＰａ程度である。この場合、例えば、接続部３４の材料としては、弾性率が８０ＧＰａ程度のＡｕや７０ＧＰａ程度のＡｌを用いることができる。

【0033】

接続部３４の幅および厚さは、検知部３３の幅および厚さと等しいことが好ましい。これにより、隣接する検知部３３を接続部３４が確実に導通させることができる。ここでは、接続部３４の幅および厚さが、検知部３３の幅および厚さに対して、それぞれ±１０％以下である場合に、両者は等しいとする。

【0034】

（接続部３４の配置と接続）
接続部３４は、例えば図１に示すように、１つの細長状部３１の中で、ある検知部３３と他の検知部３３に挟まれるように設けられる。また、検知部３３と接続部３４とは直列に接続される。本実施形態に係るひずみゲージ１は、接続部３４の位置を工夫して設計することにより、抵抗体３０の破断および亀裂を防止している。具体的には、本実施形態に係るひずみゲージ１では、検知部３３と接続部３４との接続部分を平面視したときの検知部３３と接続部３４との境界線が、特定の条件を満たすように、接続部３４を配置している。以下、この特定の条件について詳述する。なお、以降、「検知部３３と接続部３４との接続部分を平面視したときの検知部３３と接続部３４との境界線」のことを単に「境界線」とも称する。

【0035】

「特定の条件」とは、抵抗体３０のパターンにおいて、ある細長状部３１（細長状部３１Ａとする）における境界線と、細長状部３１Ａと隣り合う細長状部（細長状部３１Ｂとする）における境界線とが、平面視において同一直線上にないことである。なお、細長状部３１Ａの両隣に隣り合う細長状部３１Ｂが存在する場合、接続部３４は、細長状部３１Ａの各境界線と、一方の細長状部３１Ｂの各境界線とが平面視において同一直線上に存在せず、かつ、細長状部３１Ａの各境界線と、他方の細長状部３１Ｂの各境界線とが同一直線上に存在しないように配置される。

【0036】

図１の例で説明すると、図１における接続部３４は、平面視において平行四辺形の形状をしている。このような形状の接続部３４であれば、図１に示すように、接続部３４を短手方向に平行に並置することで、各境界線が、短手方向に隣り合う境界線と同一直線上に存在しないようにすることができる。例えば、図１の境界線３５ａと境界線３５ｃ、境界線３５ａと境界線３５ｅ、境界線３５ｂと境界線３５ｄ、および境界線３５ｂと境界線３５ｆはそれぞれ同一直線上にない。また、抵抗体３０全体として、短手方向に隣り合う２つの境界線が同一直線上にある箇所も無い。

【0037】

なお、図１の例では各細長状部３１に１つずつ接続部３４を設けているが、本発明における接続部３４の配置はこれに限られない。本発明では、複数の細長状部３１のうち、少なくとも２つの細長状部３１に接続部３４が設けられていればよい。また、１つの細長状部３１に設けられる接続部３４の数は限定されない。例えば、１つの細長状部３１に１つの接続部３４が設けられていてもよいし、複数の接続部３４が設けられていてもよいし、接続部３４が設けられていない細長状部３１があってもよい。また、各細長状部３１の接続部３４の個数は異なっていてもよい。抵抗体３０における接続部３４の個数は、ひずみゲージ１の全体の面積の増大を伴わない範囲で適宜決定されることが好ましい。また、前述の特定の条件さえ満たすならば、細長状部３１における接続部３４の位置も特に限定されない。さらに、抵抗体３０全体における、各接続部３４の位置（すなわち、平面視での抵抗体３０全体における各接続部３４の分布）も特に限定されない。なお、接続部３４は、細長状部３１の、終端３０ｅと接する部分に配置することもできる。この場合、接続部３４の両端が、それぞれ検知部３３および終端３０ｅと接続される。

【0038】

なお、接続部３４を設けることは、厚さ０．０５μｍ以上２μｍ以下の検知部３３を用いる場合に特に有効であり、厚さ０．０５μｍ以上１μｍ以下の検知部３３を用いる場合に極めて有効である。

【0039】

（配線４０）
配線４０は、抵抗体３０と電極５０とを電気的に接続するための部材である。配線４０の一端は電極５０と接続されており、他の一端は抵抗体３０の終端３０ｅと接続されている。配線４０は、直線状には限定されず、任意の形状とすることができる。また、配線４０は、任意の幅および任意の長さとすることができる。

【0040】

（電極５０）
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。本実施形態では、基材１０上に１対の電極５０が設けられている。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。本実施形態において、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。しかしながら、電極５０の形状はこれに限定されない。例えば、電極５０は平面視において略円形または略楕円形であってもよい。各電極５０には、例えば外部接続用のリード線等が接合される。

【0041】

各電極５０は、金属層５１と、金属層５１の上面に積層された金属層５２とを有している。金属層５１は、配線４０を介して抵抗体３０の終端３０ｅと電気的に接続されている。本実施形態において、金属層５１は、平面視において、略矩形状に形成されている。金属層５１は、配線４０と同じ幅に形成しても構わない。

【0042】

なお、検知部３３と配線４０と金属層５１とは便宜上別符号としているが、検知部３３と配線４０と金属層５１は同一工程において同一材料により一体に形成できる。したがって、検知部３３と配線４０と金属層５１とは、厚さが略同一であってよい。

【0043】

金属層５２は、検知部３３よりも低抵抗の材料から形成されている。金属層５２の材料は、検知部３３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、検知部３３がＣｒ混相膜である場合、金属層５２の材料として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等、または、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。金属層５２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。

【0044】

なお、金属層５２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、金属層５２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、金属層５２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５０の最上層を金層とすることで、電極５０のはんだ濡れ性を向上できる。

【0045】

カバー層６０は、基材１０上に形成され、抵抗体３０および配線４０を被覆し電極５０を露出する。配線４０の一部は、カバー層６０から露出してもよい。抵抗体３０および配線４０を被覆するカバー層６０を設けることで、抵抗体３０および配線４０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６０を設けることで、抵抗体３０および配線４０を湿気等から保護できる。なお、カバー層６０は、電極５０を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

【0046】

カバー層６０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６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０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６０の厚さは２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層６０を設けることで、抵抗体３０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。また、カバー層６０を設けることで、抵抗体３０を湿気等から保護することができる。

【0047】

［ひずみゲージの製造方法］
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検知部３３、終端３０ｅ、配線４０、および金属層５１となる層である。したがって、金属層Ａの材料や厚さは、前述の検知部３３、終端３０ｅ、配線４０、および金属層５１の材料や厚さと同様である。

【0048】

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。

【0049】

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１０の上面１０ａ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。

【0050】

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（検知部３３）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に含まれる酸素や水分による金属層Ａの酸化を防止する機能、および／または、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。

【0051】

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。

【0052】

機能層の材料は、少なくとも上層である金属層Ａ（検知部３３）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。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種または複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、または、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。

【0053】

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１０の上面１０ａ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。

【0054】

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を施すことによって、基材１０の上面１０ａを活性化してもよい。これにより、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してもよい。

【0055】

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。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混相膜を成膜することが可能である。

【0056】

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およびＣｒ_２Ｎの割合、並びにＣｒＮおよびＣｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎの割合を調整できる。

【0057】

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１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳおよび抵抗温度係数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。

【0058】

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１０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、および基材１０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。

【0059】

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１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１において、ゲージ特性が向上できる。

【0060】

次に、フォトリソグラフィ法により、金属層Ａを図１に示した平面形状にパターニングすることで、検知部３３、配線４０、および金属層５１を形成する。そして、検知部３３と直接接するように、検知部３３と直列に接続部３４を形成することで抵抗体３０が形成される。接続部３４は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等により形成できる。接続部３４は、ゾルゲル法、インクジェット法等の塗布技術を用いて形成してもよい。

【0061】

次に、金属層５１の上面に、金属層５２を形成する。金属層５２は、例えば、周知のセミアディティブ法により形成できる。金属層５２の材料や厚さは、前述のとおりである。

【0062】

その後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０および配線４０を被覆し電極５０を露出するカバー層６０を設ける。これにより、ひずみゲージ１が完成する。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０および配線４０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、加熱して硬化させることで作製できる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０および配線４０を被覆し、かつ電極５０を露出するように作成されてよい。例えば、液状またはペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を上面１０ａに塗布して加熱する（すなわち、樹脂を硬化させる）ことによって、カバー層６０を作製することができる。

【0063】

なお、検知部３３、配線４０、および金属層５１の下地層として基材１０の上面１０ａに機能層を設けた場合には、ひずみゲージ１は図４に示す断面形状となる。図４は、実施形態に係るひずみゲージの他の例を示す断面図である。符号２０で示す層が機能層である。機能層２０を設けた場合のひずみゲージ１の平面形状は、例えば、図１の抵抗体３０、配線４０、および金属層５１と同様となる。
（本実施形態に係るひずみゲージ１の作用と効果）

【0064】

ひずみゲージ１では、検知部３３と直列に、当該検知部３３よりも相対的に弾性率が低い接続部３４を配置しているので、外的要因等によりひずみゲージ１に強い力が加わっても、接続部３４がひずんでその力をある程度緩和することができる。これは、換言すると、接続部３４が、抵抗体３０においてあたかもバネのように振舞うともいえる。このように、本実施形態に係るひずみゲージ１によれば、抵抗体３０に破断および亀裂が生じることを防止できる。つまり、ひずみ限界（すなわち、耐ひずみ性）が高いひずみゲージを実現できる。

【0065】

さらに、本実施形態に係るひずみゲージ１では、ある細長状部３１における境界線と、当該細長状部３１と隣り合う細長状部３１における境界線とが、平面視において同一直線上にない。つまり、検知部３３と接続部３４との物理的な接続部分が平面視において同一直線上に無いので、ある一方向に前記接続部分が並ぶことが無い。したがって、本実施形態に係るひずみゲージ１によれば、検知部３３と接続部３４との物理的な接続部分からの破断および亀裂を起こりにくくすることができる。したがって、本実施形態によれば、破断および亀裂が生じにくいひずみゲージを実現することができる。

【0066】

以下、前述の実施形態の変形例について説明する。なお、以下で説明する各変形例について、実施形態と同一の処理および構成は繰り返し説明しない場合がある。

【0067】

〈変形例１〉
前記実施形態に係る接続部３４は、平面視において平行四辺形の形状をしていた。しかしながら、接続部の形状はこれに限られない。例えば、接続部は、平面視において矩形であってもよいし、曲線の辺を含む形状であってもよい。また、検知部３３と境界線３４の境界線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。

【0068】

図５は、変形例１に係るひずみゲージ１Ａにおける、検知部と接続部との接続の例を示す部分平面図である。例えば図５の（ａ）および（ｂ）の接続部３４ａおよび３４ｂのように、境界線３５は、平面視において接続部３４ａおよび３４ｂの中央側に窪んでいてもよい。また、当該境界線３５は、図５の（ａ）に示すような直線であってもよいし、図５の（ｂ）に示すような曲線であってもよい。

【0069】

〈変形例２〉
また、抵抗体における接続部の配置位置は、実施形態にて説明した例に限定されない。例えば、抵抗体の折り返し部分のうち、１つ以上の折り返し部分に接続部が配置されていてもよい。すなわち、ひずみゲージにおける折り返し部分の一部が接続部に置換されていてもよい。

【0070】

図６は、実施形態の変形例２に係るひずみゲージ１Ｂを例示する平面図である。図７は、実施形態の変形例２に係るひずみゲージ１Ｂを例示する断面図であり、図６のＣ－Ｃ線に沿う断面を示している。図８は、図６に示すひずみゲージ１Ｂの接続部３４ｃの拡大図である。

【0071】

図６および図７に示す通り、ひずみゲージ１Ｂは、実施形態１に係るひずみゲージ１で折り返し部分３２であった箇所の一部が、接続部３４ｃに置換されている点でひずみゲージ１と異なる。また、ひずみゲージ１Ｂの例では、図６に示すように、折り返し部分３２と接続部３４ｃとが、短手方向に交互に配置されている。

【0072】

このように、接続部を折り返し部分があった位置にも設けることで、折り返し部分に強い力が加わった場合でも、接続部（特に、接続部３４ｃ）がひずんでその力をある程度緩和することができる。したがって、抵抗体３０の破断および亀裂を防止することができる。また、本変形例において、図６に示すように、折り返し部分３２と置換した接続部３４ｃが短手方向に連続して並ばないようにした場合、検知部３３と接続部３４ｃとの物理的な接続部分が同じ方向に並ぶことを極力防ぐことができる。したがって、ひずみゲージ１Ｂは、抵抗体３０の物理的な接続部分からの破断および亀裂を起こりにくくすることができる。

【0073】

さらに、ひずみゲージ１Ｂにおいて、接続部３４ｃと、検知部３３との境界線は、平面視において短手方向に対して平行でないことが望ましい（すなわち、短手方向に対し所定角度で傾く斜線、または曲線であることが望ましい）。図８に示すように、接続部３４ｃは、その境界線３５３および３５４がそれぞれ短手方向と平行にならないように形成されることが望ましい。

【0074】

検知部３３と接続部３４ｃがこのような形状であることで、境界線３５３および３５４が同一直線上に並ぶことを極力防ぐことができる。したがって、ひずみゲージ１Ｂは、抵抗体３０の物理的な接続部分からの破断および亀裂を起こりにくくすることができる。

【0075】

〈変形例３〉
ひずみゲージの配線部分に接続部を配置してもよい。図９は、実施形態の変形例３に係るひずみゲージ１Ｃを例示する平面図である。図１０は、実施形態の変形例３に係るひずみゲージ１Ｃを例示する断面図であり、図９のＤ－Ｄ線に沿う断面を示している。図９および図１０を参照すると、ひずみゲージ１Ｃは、配線４０が配線４０Ｂに置換されている点で、ひずみゲージ１と相違する。

【0076】

配線４０Ｂは、複数の導電部４３と、導電部４３と直列に接続された接続部４４とを含む。接続部４４は、導電部４３に直接接するように形成されている。接続部４４は、例えば図９に示すように、各々の配線４０Ｂに１つずつ配置することができる。接続部４４は、隣接する導電部４３の間に配置され、隣接する導電部４３を導通させている。また、終端３０ｅを接続部４４で置換する場合は、接続部４４は、導電部４３と細長状部３１を導通させる。

【0077】

接続部４４の幅および厚さは、導電部４３の幅および厚さと等しいことが好ましい。これにより、隣接する導電部４３を接続部４４が確実に導通させることができる。なお、ここで言う「等しい」とは必ずしも完全一致ではなく、接続部４４の幅および厚さが、導電部４３の幅および厚さに対して、それぞれ±１０％以下であることを意味する。

【0078】

ひずみゲージ１Ｃによれば、配線４０Ｂに接続部４４を配置することで、接続部４４が外的要因により強い力が加わった際にバネのように振舞うため、導電部４３における破断および亀裂を防止できる。

【0079】

図９の例では、接続部４４は、実施形態に係る接続部３４と同様に、平面視において平行四辺形の形状をしている。このような形状の接続部４４であれば、図９に示すように、接続部４４を接続部３４と短手方向に平行に並置することで、各接続部（接続部４４および接続部３４）の境界線が、隣り合う接続部の境界線と同一直線上に存在しないようにすることができる。このように、接続部４４を、隣り合う接続部３４と平面視において同一直線上に存在しないように配置するのであれば、接続部４４の形状、配置位置、および配置個数は特に限定されない。例えば、１つの配線４０Ｂに複数の接続部４４が設けられていてもよい。また、各配線４０Ｂの接続部４４の個数は異なっていてもよい。また、接続部４４が設けられていない配線４０Ｂがあってもよい。

【0080】

また、接続部４４は終端３０ｅに置換されて配置されてもよい。接続部４４を、隣り合う接続部３４と平面視において同一直線上に存在しないように配置することにより、接続部４４と導電部４３、および、接続部３４と検知部３３との物理的な接続部分からの破断または亀裂を起こりにくくすることができる。

【0081】

<変形例４>
前述の通り、ひずみゲージの接続部は矩形であってもよい。また、接続部が矩形である場合、接続部は、平面視において短手方向に１つおきに同じ位置になるように配置されてもよい。すなわち、ひずみゲージの抵抗体全体として、平面視で接続部が互い違いに配置されていてもよい。なお、この場合も、平面視かつ短手方向において、隣り合う接続部の境界線は同一直線上にないように接続部を配置する。

【0082】

図１１は、実施形態の変形例４に係るひずみゲージ１Ｄを例示する平面図である。図１１の例では、接続部３４は矩形であり、各細長状部３１に２つずつ設けられている。また、隣り合う細長状部３１の接続部３４は、それぞれ短手方向において異なる位置に配置されている。つまり、ひずみゲージ１Ｄは、短手方向に隣り合う接続部３４同士の境界線が、同一直線上に存在しないように設計されている。

【0083】

なお、接続部３４の位置は、抵抗体３０全体において一直線に並ぶ境界線がより少なくなるように設計されることが望ましい。例えば、図１１に示すひずみゲージ１Ｄは、抵抗体３０全体において接続部３４が長手方向に少しずつずれて配置されている。すなわち、ひずみゲージ１Ｄでは、ある接続部３４の境界線と、他の接続部３４の境界線とが極力一直線に並ばないように設計されている。

【0084】

具体例を挙げて説明すると、例えば、細長状部３１１と、その隣の細長状部３１２とでは接続部３４の配置位置が異なり、かつ、細長状部３１１および細長状部３１２のいずれの境界線３５も平面視において同一直線上にない。また、細長状部３１１と、その２つ隣の細長状部３１３とについても、いずれの境界線３５も平面視において同一直線上にない。このように、接続部３４を長手方向に少しずつずらして配置することで、接続部３４により衝撃および外部応力を緩和しつつも、検知部３３と接続部３４との物理的な接続部分からの破断および亀裂を起こりにくくすることができる。

【0085】

以上、好ましい実施形態等について詳説した。しかしながら、本開示に係るひずみゲージは、上述した実施形態および変形例等に限定されない。例えば、上述した実施形態および変形例に示した構成を組み合わせたひずみゲージを実現してもよい。また例えば、上述した実施形態および変形例に係る各ひずみゲージについて、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、種々の変形および置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0086】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、３０ｅ 終端、３１ 細長状部、３２ 折り返し部分、３３ 検知部、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，４４ 接続部、３５ 境界線、４０，４０Ｂ 配線、４３ 導電部、５１，５２ 金属層、５０ 電極、６０ カバー層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】