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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】P2025113000
(43)【公開日】2025-08-01
(54)【発明の名称】ひずみゲージ
(51)【国際特許分類】
G01B 7/16 20060101AFI20250725BHJP
【ＦＩ】
G01B7/16 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024007600
(22)【出願日】2024-01-22
(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】小野 彩
(72)【発明者】
【氏名】戸田 慎也
【テーマコード（参考）】
2F063
【Ｆターム（参考）】
2F063AA25
2F063CB01
2F063EC14
2F063EC27
(57)【要約】
【課題】ひずみゲージ全体としての抵抗温度係数の差を低減することが可能なひずみゲージを提供する。
【解決手段】ひずみゲージは、第１抵抗体と、第１抵抗体が形成された第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、第１基材と第２基材は、第１基材において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている。
【選択図】図２
【解決手段】ひずみゲージは、第１抵抗体と、第１抵抗体が形成された第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、第１基材と第２基材は、第１基材において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１抵抗体と、
前記第１抵抗体が形成された第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
前記第１抵抗体が形成された第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
【請求項2】
第１抵抗体及び第２抵抗体と、
前記第１抵抗体が形成された第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第２抵抗体が形成され且つ前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
前記第１抵抗体が形成された第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第２抵抗体が形成され且つ前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
【請求項3】
第１抵抗体と、
第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第１抵抗体が形成され、且つ前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
第１面と、前記第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、
前記第１抵抗体が形成され、且つ前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、前記第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、
前記第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、
前記第１基材と前記第２基材は、前記第１基材において前記第１線膨張係数が前記第２線膨張係数より大きく、前記第２基材において前記第２線膨張係数が前記第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている、ひずみゲージ。
【請求項4】
前記第１基材及び前記第２基材は同じ材料から成る、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【請求項5】
前記第１基材及び前記第２基材は同じ大きさ及び形状である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【請求項6】
前記第１基材及び前記第２基材は、同じ厚さである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【請求項7】
前記第１抵抗体は４つの抵抗部を含み、４つの前記抵抗部はフルブリッジ回路を構成するように接続されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【請求項8】
前記第１抵抗体は２つの抵抗部を含み、２つの前記抵抗部はハーフブリッジ回路を構成するように接続されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のひずみゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、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、平板状の基材と、基材上に形成された抵抗体とを備える。抵抗体は、測定対象物のひずみに応じて変形する。特許文献１のひずみセンサでは、フレキシブル基板の裏面に、複数の抵抗式ひずみゲージを貼り付けたゲージベース４を貼り合せ、さらにフレキシブル基板の表面にシート状絶縁部材（カバーフィルム）を貼り合せることで構成されたセンサ構造部６が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－１０１９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
平板状の基材は、平面上のある方向に対する基材の線膨張係数と、前記ある方向と前記平面上で直交する方向に対する線膨張係数とが異なる場合がある。ひずみゲージの構成、配置、及び／又は電気的な接続関係によっては、基材の線膨張係数についての異方性が、ひずみゲージによるひずみの検出に影響することがある。例えば、同一の基材上に複数のグリッドを形成する場合、グリッド方向が異なるとグリッド毎の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に差が生じ、これがひずみの検出結果に影響するおそれがある。
【0005】
本開示は、基材の膨張又は収縮による検出精度の低下を抑えることが可能なひずみゲージ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】
本開示の一態様に係るひずみゲージは、第１抵抗体と、第１抵抗体が形成された第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、第１基材及び前記第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、第１基材と第２基材は、第１基材において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている。
【0007】
本開示の一態様に係るひずみゲージは、第１抵抗体及び第２抵抗体と、第１抵抗体が形成された第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、第２抵抗体が形成され且つ第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、第１基材及び第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ前記第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、第１基材と第２基材は、第１基材において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている。
【0008】
本開示の一態様に係るひずみゲージは、第１抵抗体と、第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面とを有する第１基材と、第１抵抗体が形成され、且つ第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する第２基材と、を備え、第１基材及び第２基材はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し且つ第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっており、第１基材と第２基材は、第１基材において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように重ねて接着されている。
【発明の効果】
【0009】
本開示のひずみゲージによれば、基材の膨張又は収縮による検出精度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態に係るひずみゲージの各部とその積層関係を示す図面である。
【図2】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図3】ブリッジ回路の一例を示す図である。
【図4】第１実施形態に係るひずみゲージの断面の一例を模式的に示した図である。
【図5】第１基材を例示する平面図である。
【図6】第２基材を例示する平面図である。
【図7】第２実施形態に係るひずみゲージの断面の一例を模式的に示した図である。
【図8】第３実施形態に係るひずみゲージの断面の一例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
本開示において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右及び前後等の方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、図示する各部材の角部の形状は、直角に限られず、丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、それぞれ略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。
【0013】
例えば、「平行」とは、２つの線又は２つの面が互いに完全に平行でなくても、製造上許容される範囲内であれば互いに平行として扱うことができることを意味する。「直角」、「直交」、「水平」及び「垂直」のそれぞれについても同様に、２つの線又は２つの面の相互の位置関係が製造上許容される範囲内であればそれぞれに該当することが意図される。
【0014】
また、図面には、説明の便宜のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなるＸＹＺ直交座標系が設定される場合がある。なお、当該座標系は、説明のために定めるものであって、本開示に係るひずみゲージの姿勢について限定するものではない。ＸＹＺ直交座標系を設定した場合、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向との用語を用いる場合がある。Ｘ軸方向は、Ｘ軸正方向及びＸ軸負方向を含む。Ｙ軸方向は、Ｙ軸正方向及びＹ軸負方向を含む。Ｚ軸方向は、Ｚ軸正方向及びＺ軸負方向を含む。以降は、説明の便宜上、Ｚ軸正方向を上と称し、Ｚ軸負方向を下と称する場合がある。また、ある部材の上方向に在る面を上面、下方向にある面を下面と称する場合がある。
【0015】
【0016】
図１は、第１実施形態に係るひずみゲージ１００Ａの各部とその積層関係を示す図面である。本実施形態に係るひずみゲージ１００Ａは、少なくとも、第１抵抗体６０と、第１基材５０と、第２基材３０と、を備える。
【0017】
第１抵抗体６０は、第１基材５０に形成される、ひずみゲージ１００Ａの受感部である。第１基材５０は、第１抵抗体６０が形成された第１面と、第１面と厚さ方向に対向する面第２面を有する。図１の例では、第１基材５０の上側の面が第１面であり、下側の面が第２面である。
【0018】
第１基材５０の第２面は、第２基材３０と接着される。第２基材３０は、第１基材５０の第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する。図１の例では、第２基材３０の上側の面が第３面であり、下側の面が第４面である。ひずみゲージ１００Ａを使用するときには、第２基材３０の第４面を起歪体１０に貼り付ける。したがって、図１の例では、ひずみゲージ１００Ａは上から順に、第１抵抗体６０、第１基材５０、第２基材３０の順で積層され、そして第２基材３０の下側の面が起歪体１０に貼り付けられる。
【0019】
図１におけるＣ１１Ｘ及びＣ１２Ｙは第１基材５０の線膨張係数を模式的に示している。図１におけるＣ２１Ｘ及びＣ２２Ｙは、第２基材３０の線膨張係数を模式的に示している。本開示に係るひずみゲージ１００Ａにおいて、第１基材５０及び第２基材３０は、線膨張係数について異方性を有する。例えば、第１基材５０及び第２基材３０を矩形状とすると、これらの基材はそれぞれ、縦方向と横方向の線膨張係数が異なっている。本開示に係るひずみゲージ１００Ａは、図１に示すように、第１基材５０と第２基材３０とを積層するときに、両者の２方向の線膨張係数が、特定の大小関係となるように重ね合わせることに特徴がある。詳しい原理は後述するが、ひずみゲージ１００Ａはこのような特徴を有することにより、ひずみゲージ１００Ａ全体として、前記２方向の線膨張係数の差を小さくすることができる。そのため、ひずみゲージ１００は、基材の膨張又は収縮による検出精度の低下を抑えることができる。
【0020】
図２は、ひずみゲージ１００Ａを例示する平面図である。具体的には、図２は、図１に示したひずみゲージ１００Ａの第１基材５０の上面を上から下に見下ろした平面図である。前述の通り、第１基材５０の上面には第１抵抗体６０が形成されている。第１抵抗体６０は４つの抵抗部を含む。図２では一例として、ひずみゲージ１００Ａが４ゲージのひずみゲージである場合について示している。すなわち、図２の例では、上面に４つの抵抗部６０Ａ～６０Ｄが形成される。ひずみゲージ１００Ａは、配線８０と電極９０Ａ～９０Ｄを含む。以降の説明では、電極９０Ａ～９０Ｄをまとめて「電極９０」とも称する。抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれ、一対の配線８０を介して２つの電極９０に接続されている。抵抗部６０Ａ～６０Ｄと電極の接続関係については後で詳述する。
【0021】
［抵抗部６０Ａ～６０Ｄ］
抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれ、ひずみゲージ１００Ａにおいて、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗部６０Ａ～６０Ｄは、第１基材５０上に所定のパターンで形成された薄膜の抵抗体である。抵抗部６０Ａ～６０Ｄは、第１基材５０の上面に直接形成されてもよいし、第１基材５０の上面に他の層を介して形成されてもよい。なお、図２では便宜上、抵抗部６０Ａ～６０Ｄを濃い梨地模様で示している。
抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれ、ひずみゲージ１００Ａにおいて、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗部６０Ａ～６０Ｄは、第１基材５０上に所定のパターンで形成された薄膜の抵抗体である。抵抗部６０Ａ～６０Ｄは、第１基材５０の上面に直接形成されてもよいし、第１基材５０の上面に他の層を介して形成されてもよい。なお、図２では便宜上、抵抗部６０Ａ～６０Ｄを濃い梨地模様で示している。
【0022】
抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれが、複数の細長状部を含んでいる。ある１つの抵抗部に含まれる細長状部は、その長手方向を同一方向に揃えて配置され、かつ、互い違いに直列に接続される。すなわち、各抵抗部は、全体としてジグザグに折り返す構造を有している。具体的には、例えば抵抗部６０Ａ及び６０Ｃに含まれる細長状部は、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配置されている。また、抵抗部６０Ｂ及び６０Ｄに含まれる細長状部は、Ｙ軸方向に沿って所定間隔で配置される。また、隣接する細長状部の端部は、互い違いに連結されている。すなわち、抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれ、全体としてジグザグに折り返す構造を有している。
【0023】
このようなジグザグ構造を有する抵抗部において、一定方向に並んだ細長状部の長手方向はグリッド方向である。また、ＸＹ平面においてグリッド方向と垂直な方向は、グリッド幅方向である。例えば抵抗部６０Ａの場合、グリッド方向はＸ軸方向であり、グリッド幅方向はＹ軸方向である。
【0024】
抵抗部６０Ａ～６０Ｄの厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１００Ａの使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、抵抗部６０Ａ～６０Ｄの膜厚はそれぞれが０．０５μｍ～２μｍの範囲の厚さであってよい。特に、抵抗部６０Ａ～６０Ｄの厚さが０．１μｍ以上である場合、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、抵抗部６０Ａ～６０Ｄの厚さが１μｍ以下である場合、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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）膜の第１基材５０からの反りが、低減される。抵抗部６０Ａ～６０ＤがそれぞれＣｒを主成分とする材料から形成される場合、抵抗部６０Ａ～６０Ｄはそれぞれ、「横感度比が７０％以下かつゲージ率が５以上」となるように、前記抵抗体の膜厚が２００ｎｍ以上とされていればなお良い。
【0025】
抵抗部６０Ａ～６０Ｄの幅はそれぞれ、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。なお、「抵抗部６０Ａ～６０Ｄの幅」とは、抵抗部６０Ａ～６０Ｄにおいて、長手方向と直交する方向の長さである。
【0026】
抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、抵抗部６０Ａ～６０Ｄは、それぞれ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。
【0027】
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。
【0028】
例えば、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、例えば、抵抗部６０Ａ～６０ＤがＣｒ混相膜である場合、抵抗部６０Ａ～６０Ｄがα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１００Ａ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、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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。
【0029】
また、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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１００Ａのゲージ率の低下を抑制することができる。
【0030】
また、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部６０Ａ～６０Ｄのセラミックス化を低減し、抵抗部６０Ａ～６０Ｄの脆性破壊が起こりにくくすることができる。
【0031】
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。
【0032】
［配線８０］
配線８０は抵抗部６０Ａ～６０Ｄそれぞれを、電極９０と電気的に接続する。配線８０の長さは、配線８０が直線状か否かにかかわらず５ｍｍ以上とすることが好ましい。配線８０の長さを５ｍｍ以上とすることで、電極９０にリード線等をはんだ付けする際の熱が、第１抵抗体６０、又はこれを覆うカバー層１０２に伝わり難くなり、ゲージ諸特性の熱負荷を軽減できる。
配線８０は抵抗部６０Ａ～６０Ｄそれぞれを、電極９０と電気的に接続する。配線８０の長さは、配線８０が直線状か否かにかかわらず５ｍｍ以上とすることが好ましい。配線８０の長さを５ｍｍ以上とすることで、電極９０にリード線等をはんだ付けする際の熱が、第１抵抗体６０、又はこれを覆うカバー層１０２に伝わり難くなり、ゲージ諸特性の熱負荷を軽減できる。
【0033】
［電極９０］
電極９０は、ひずみにより第１抵抗体６０の各抵抗部に生じる抵抗値の変化を外部に出力する。電極９０には、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。各電極９０は第１基材５０上に形成される。電極９０は、例えば、図２のように平面視で略円形であってもよいし、略矩形であってもよい。また、電極９０は、配線８０よりも拡幅して形成されていてもよい。
電極９０は、ひずみにより第１抵抗体６０の各抵抗部に生じる抵抗値の変化を外部に出力する。電極９０には、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。各電極９０は第１基材５０上に形成される。電極９０は、例えば、図２のように平面視で略円形であってもよいし、略矩形であってもよい。また、電極９０は、配線８０よりも拡幅して形成されていてもよい。
【0034】
なお、ひずみゲージ１００Ａが４ゲージのひずみゲージとして出力が得られるのであれば、第１抵抗体６０と配線８０及び電極９０との接続方法は図２に示した例に限定されない。また、配線８０及び電極９０の材質、構造、形状、長さ、及び大きさについても特に限定されない。例えば、配線８０は直線状には限定されず、任意のパターンとしてもよい。
【0035】
例えば、配線８０はそれぞれ、第１金属層８１と、第１金属層８１の上面に積層された第２金属層８２とで構成されていてもよい。なお、第１抵抗体６０と第１金属層８１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してもよい。また、第２金属層８２は、第１金属層８１よりも低抵抗の材料から形成されてよい。また、第２金属層８２は、第１抵抗体６０の各抵抗部よりも低抵抗の材料から形成されていてよい。例えば、第１抵抗体６０がＣｒ混相膜である場合、第２金属層８２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、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。第２金属層８２は、第１金属層８１の一部に形成されてもよいし、第１金属層８１の全体に形成されてもよい。また例えば、ひずみゲージ１００Ａは、配線８０のそれぞれと同様に形成されるダミー配線８０Ｅを有していてもよい。
【0036】
また、ひずみゲージ１００Ａはカバー層１０２を備えていてもよい。図２においてカバー層１０２は破線で示される。カバー層１０２は、第１抵抗体６０及び配線８０を被覆し、電極９０を露出するように、第１基材５０の上面に設けられている。ひずみゲージ１００Ａは、カバー層１０２を備えることにより、第１抵抗体６０及び配線８０に機械的な損傷等が生じることが防止される。ひずみゲージ１００Ａは、カバー層１０２を備えることにより、第１抵抗体６０及び配線８０が湿気等から保護される。なお、カバー層１０２は、電極９０を除く部分の全体を覆うように設けられていてもよい。
【0037】
カバー層１０２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１０２は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層１０２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１０２の厚さは２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層１０２を設けることで、第１抵抗体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１０２を設けることで、第１抵抗体６０を湿気等から保護することができる。
【0038】
［ブリッジ回路］
次に、第１抵抗体６０の抵抗部６０Ａ～６０Ｄにより形成されるブリッジ回路について説明する。図３は、ブリッジ回路の一例を示す図である。図３では抵抗部６０Ａ～６０Ｄでフルブリッジ回路を形成する場合の配線の一例を説明する。フルブリッジ回路１２０は抵抗部６０Ａ～６０Ｄを含み、抵抗部６０Ａ～６０Ｄは図示の通り直列に接続されている。より詳しくは、フルブリッジ回路１２０は、抵抗部６０Ａ～６０Ｄに接続された接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１と、接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１に接続された４つの電極９０を有する。各抵抗部と各接続部の間、及び、各接続部と各電極９０の間は配線８０にて接続される。なお、接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１はそれぞれ、回路が分岐・接続している部分を示したものであり、これらは独立した部材でなくてもよい。
次に、第１抵抗体６０の抵抗部６０Ａ～６０Ｄにより形成されるブリッジ回路について説明する。図３は、ブリッジ回路の一例を示す図である。図３では抵抗部６０Ａ～６０Ｄでフルブリッジ回路を形成する場合の配線の一例を説明する。フルブリッジ回路１２０は抵抗部６０Ａ～６０Ｄを含み、抵抗部６０Ａ～６０Ｄは図示の通り直列に接続されている。より詳しくは、フルブリッジ回路１２０は、抵抗部６０Ａ～６０Ｄに接続された接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１と、接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１に接続された４つの電極９０を有する。各抵抗部と各接続部の間、及び、各接続部と各電極９０の間は配線８０にて接続される。なお、接続部Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３４，Ｐ４１はそれぞれ、回路が分岐・接続している部分を示したものであり、これらは独立した部材でなくてもよい。
【0039】
抵抗部６０Ａと抵抗部６０Ｂは、接続部Ｐ１２を介して接続され、抵抗部６０Ｂと抵抗部６０Ｃは、接続部Ｐ２３を介して接続され、抵抗部６０Ｃと抵抗部６０Ｄは、接続部Ｐ３４を介して接続され、抵抗部６０Ｄと抵抗部６０Ａは、接続部Ｐ４１を介して接続されている。電極９０Ｂは、接続部Ｐ１２を介して抵抗部６０Ａ，６０Ｂに接続され、電極９０Ｃは、接続部Ｐ２３を介して抵抗部６０Ｂ，６０Ｃに接続され、電極９０Ｄは、接続部Ｐ３４を介して抵抗部６０Ｃ，６０Ｄに接続され、電極９０Ａは、接続部Ｐ４１を介して抵抗部６０Ａ，６０Ｄに接続されている。電極９０Ｂと電極９０Ｄとの間には、直流電圧Ｅが供給される。電極９０Ｃと電極９０Ａとの間の電圧は、アナログの出力電圧ｅ０である。フルブリッジ回路１２０では、出力電圧ｅ０が得られる。ひずみゲージ１００Ａは、起歪体１０のひずみ量を出力電圧ｅ０として検出することができる。
【0040】
［ひずみゲージ１００Ａの断面］
図４は、ひずみゲージ１００Ａの断面の一例を模式的に示した図である。なお図４は、図１及び図２に示したひずみゲージ１００Ａの一部分を切り取った断面図である。具体的には、図４は、ひずみゲージ１００Ａを、図２に示した抵抗部６０Ａ～６０Ｄのいずれかが形成されている箇所で、Ｚ軸方向に切断した場合の断面を示している。なお、図４において、カバー層１０２の図示は省略している。以降の各実施形態における断面図も同様である。
図４は、ひずみゲージ１００Ａの断面の一例を模式的に示した図である。なお図４は、図１及び図２に示したひずみゲージ１００Ａの一部分を切り取った断面図である。具体的には、図４は、ひずみゲージ１００Ａを、図２に示した抵抗部６０Ａ～６０Ｄのいずれかが形成されている箇所で、Ｚ軸方向に切断した場合の断面を示している。なお、図４において、カバー層１０２の図示は省略している。以降の各実施形態における断面図も同様である。
【0041】
［起歪体１０及び接着層２０］
起歪体１０は、ひずみゲージ１００Ａにひずみを伝達する部材である。ひずみゲージ１００Ａを貼り付け可能であれば、起歪体１０の大きさ、形、材質、形状は特に限定されない。例えば起歪体１０は板状であってよい。ひずみゲージ１００Ａは、例えば接着剤により起歪体１０に貼り付けられる。接着剤を使用する場合、ひずみゲージ１００Ａの下面（より詳細には、第２基材３０の下面）と起歪体１０との間に、接着剤の層である接着層２０が形成される。なお、ひずみゲージ１００Ａは接着剤以外の方法で起歪体１０に貼り付けられてもよいため、接着層２０は形成されない場合もある。例えば、ひずみゲージ１００Ａは、両面テープ等を用いて起歪体１０に貼り付けられてもよい。
起歪体１０は、ひずみゲージ１００Ａにひずみを伝達する部材である。ひずみゲージ１００Ａを貼り付け可能であれば、起歪体１０の大きさ、形、材質、形状は特に限定されない。例えば起歪体１０は板状であってよい。ひずみゲージ１００Ａは、例えば接着剤により起歪体１０に貼り付けられる。接着剤を使用する場合、ひずみゲージ１００Ａの下面（より詳細には、第２基材３０の下面）と起歪体１０との間に、接着剤の層である接着層２０が形成される。なお、ひずみゲージ１００Ａは接着剤以外の方法で起歪体１０に貼り付けられてもよいため、接着層２０は形成されない場合もある。例えば、ひずみゲージ１００Ａは、両面テープ等を用いて起歪体１０に貼り付けられてもよい。
【0042】
［第２基材３０］
第２基材３０は、起歪体１０の上面に接着される。第２基材３０は、可撓性を有する。第２基材３０は、例えば板状を成す。第２基材３０は、Ｚ軸方向において所定の厚さを有する。第２基材３０の下面は起歪体１０に貼り付けられる。第２基材３０の上面には第１基材５０が貼り付けられる。なお、第２基材３０の厚さ及び材料は特に限定されない。第２基材３０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、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、可撓性を有する部材を指す。第２基材３０は第１基材５０と同一の材料から形成されてもよく、同一の厚さを有していてもよい。
第２基材３０は、起歪体１０の上面に接着される。第２基材３０は、可撓性を有する。第２基材３０は、例えば板状を成す。第２基材３０は、Ｚ軸方向において所定の厚さを有する。第２基材３０の下面は起歪体１０に貼り付けられる。第２基材３０の上面には第１基材５０が貼り付けられる。なお、第２基材３０の厚さ及び材料は特に限定されない。第２基材３０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、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、可撓性を有する部材を指す。第２基材３０は第１基材５０と同一の材料から形成されてもよく、同一の厚さを有していてもよい。
【0043】
［接着層４０と第１基材５０］
第１基材５０は、例えば接着剤で第２基材３０の上面に貼り付けられる。接着剤を使用する場合、第１基材５０の下面と第２基材３０の上面との間に、接着剤の層である接着層４０が形成される。なお、第１基材５０は接着剤以外の方法で第２基材３０に貼り付けられてもよいため、接着層４０は形成されない場合もある。例えば、第１基材５０と第２基材３０とは、両面テープ等を用いて起歪体１０に貼り付けられてもよい。また、起歪体１０と第２基材３０を接着する接着剤と、第２基材３０と第１基材５０とを接着する接着剤とは種類が異なるものであってもよい。
第１基材５０は、例えば接着剤で第２基材３０の上面に貼り付けられる。接着剤を使用する場合、第１基材５０の下面と第２基材３０の上面との間に、接着剤の層である接着層４０が形成される。なお、第１基材５０は接着剤以外の方法で第２基材３０に貼り付けられてもよいため、接着層４０は形成されない場合もある。例えば、第１基材５０と第２基材３０とは、両面テープ等を用いて起歪体１０に貼り付けられてもよい。また、起歪体１０と第２基材３０を接着する接着剤と、第２基材３０と第１基材５０とを接着する接着剤とは種類が異なるものであってもよい。
【0044】
第１基材５０は、第１抵抗体６０等を形成するためのベース層となる部材である。第１基材５０は、例えば板状を成す。第１基材５０の厚さ方向は、Ｚ軸方向に沿う。第１基材５０は、可撓性を有する。第１基材５０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１００Ａの使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、第１基材５０の厚さは５μｍ～５００μｍ程度であってよい。なお、起歪体１０から第１抵抗体６０の各抵抗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、第１基材５０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、第１基材５０の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。
【0045】
第１基材５０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、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。
【0046】
具体的な商品名を挙げるならば、第１基材５０の材料として、ユーピレックス（登録商標）２５Ｓ、ゼノマックス（登録商標）Ｆ３８、カプトン（登録商標）１００ＥＮ－Ｚ、ユーピレックス５０Ｓ、カプトン１４０ＥＮ－Ｚ、ゼノマックスＦ１５等を使用することができる。
【0047】
第１基材５０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、第１基材５０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。
【0048】
第１基材５０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。また、前述の結晶性材料以外に非晶質のガラス等を第１基材５０の材料としてもよい。又、第１基材５０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。金属製の第１基材５０を用いる場合、第１基材５０の上面を被覆するように絶縁膜が設けられる。なお、第１基材５０及び第２基材３０の具体的な材料は、以上説明したものに限られない。
【0049】
［第１抵抗体６０］
前述の通り、第１抵抗体６０は第１基材５０の上面に形成される。第１抵抗体６０の材料及び厚さについても前述の通りである。
前述の通り、第１抵抗体６０は第１基材５０の上面に形成される。第１抵抗体６０の材料及び厚さについても前述の通りである。
【0050】
第１基材５０及び第２基材３０はそれぞれ、厚さ方向と直交する第１方向に対する第１線膨張係数と、厚さ方向と直交し、且つ第１方向と直交する第２方向に対する第２線膨張係数と、が異なっているという特性を持つ。また、第１基材５０及び第２基材３０は、第１基材５０において第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、第２基材３０において第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるよう、重ねて接着される。
【0051】
なお、第１基材５０の第１線膨張係数及び第２線膨張係数、並びに、第２基材３０の第１線膨張係数及び第２線膨張係数の具体的な値は特に限定されない。これらの線膨張係数はそれぞれ、基材の材料、形状、大きさ、及び厚さによって定まる。例えば絶縁樹脂フィルムで基材を作製した場合、基材の長手方向及び短手方向の線膨張係数はそれぞれ、－１～２０ｐｐｍ／℃程度となることが多い。
【0052】
本実施形態では、分かり易さのため、第１方向をＸ軸方向、第２方向をＹ軸方向とした場合を例に挙げて、この線膨張係数の大小について説明する。しかしながら、第１方向及び第２方向は、第１基材５０及び第２基材３０の辺に沿った方向でなくてもよい。なお、本実施形態では、図１に示したように、第１基材５０及び第２基材３０の「厚さ方向」はＺ軸方向に相当する。
【0053】
［第１基材５０の第１線膨張係数Ｃ１１Ｘ及び第２線膨張係数Ｃ１２Ｙ］
図５は、第１基材５０を例示する平面図である。図５では、温度上昇前の第１基材５０が実線で示され、温度上昇後の第１基材５０が２点鎖線で示されている。第１基材５０では、Ｘ軸方向（すなわち、第１方向）に対する第１線膨張係数Ｃ１１Ｘと、Ｙ軸方向（すなわち、第２方向）に対する第２線膨張係数Ｃ１２Ｙとが異なっており、Ｃ１１Ｘ＞Ｃ１２Ｙである。
図５は、第１基材５０を例示する平面図である。図５では、温度上昇前の第１基材５０が実線で示され、温度上昇後の第１基材５０が２点鎖線で示されている。第１基材５０では、Ｘ軸方向（すなわち、第１方向）に対する第１線膨張係数Ｃ１１Ｘと、Ｙ軸方向（すなわち、第２方向）に対する第２線膨張係数Ｃ１２Ｙとが異なっており、Ｃ１１Ｘ＞Ｃ１２Ｙである。
【0054】
第１線膨張係数Ｃ１１Ｘは、次式（１）によって算出できる。
【0055】
Ｃ１１Ｘ＝ΔＬＸ１１／ＬＸ１０…（１）
ここで、ΔＬＸ１１は、第１基材５０の温度が１Ｋ上昇した場合の第１基材５０のＸ軸方向における伸びである。ＬＸ１０は、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向における長さである。ΔＬＸ１１は、温度上昇後の第１基材５０のＸ軸方向における長さＬＸ１１と、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向の長さＬＸ１０との差である。
ここで、ΔＬＸ１１は、第１基材５０の温度が１Ｋ上昇した場合の第１基材５０のＸ軸方向における伸びである。ＬＸ１０は、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向における長さである。ΔＬＸ１１は、温度上昇後の第１基材５０のＸ軸方向における長さＬＸ１１と、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向の長さＬＸ１０との差である。
【0056】
第２線膨張係数Ｃ１２Ｙは、次式（２）によって算出できる。
【0057】
Ｃ１２Ｙ＝ΔＬＹ１１／ＬＹ１０…（２）
ここで、ΔＬＹ１１は、第１基材５０の温度が１Ｋ上昇した場合の第１基材５０のＹ軸方向における伸びである。ＬＹ１０は、温度上昇前の第１基材５０のＹ軸方向における長さである。ΔＬＹ１１は、温度上昇後の第１基材５０のＹ軸方向における長さＬＹ１１と、温度上昇前の第１基材５０のＹ軸方向の長さＬＹ１０との差である。
ここで、ΔＬＹ１１は、第１基材５０の温度が１Ｋ上昇した場合の第１基材５０のＹ軸方向における伸びである。ＬＹ１０は、温度上昇前の第１基材５０のＹ軸方向における長さである。ΔＬＹ１１は、温度上昇後の第１基材５０のＹ軸方向における長さＬＹ１１と、温度上昇前の第１基材５０のＹ軸方向の長さＬＹ１０との差である。
【0058】
［第２基材３０の第１線膨張係数Ｃ２１Ｘ及び第２線膨張係数Ｃ２２Ｙ］
図６は、第２基材３０を例示する平面図である。図６では、温度上昇前の第２基材３０が実線で示され、温度上昇後の第２基材３０が２点鎖線で示されている。第２基材３０では、Ｘ軸方向（すなわち、第１方向）に対する第１線膨張係数Ｃ２１Ｘと、Ｙ軸方向（すなわち、第２方向）に対する第２線膨張係数Ｃ２２Ｙとが異なっており、Ｃ２２Ｙ＞Ｃ２１Ｘである。
図６は、第２基材３０を例示する平面図である。図６では、温度上昇前の第２基材３０が実線で示され、温度上昇後の第２基材３０が２点鎖線で示されている。第２基材３０では、Ｘ軸方向（すなわち、第１方向）に対する第１線膨張係数Ｃ２１Ｘと、Ｙ軸方向（すなわち、第２方向）に対する第２線膨張係数Ｃ２２Ｙとが異なっており、Ｃ２２Ｙ＞Ｃ２１Ｘである。
【0059】
第１線膨張係数Ｃ２１Ｘは、次式（３）によって表現できる。
【0060】
Ｃ２１Ｘ＝ΔＬＸ２１／ＬＸ２０…（３）
ここで、ΔＬＸ２１は、第２基材３０の温度が１Ｋ上昇した場合の第２基材３０のＸ軸方向における伸びである。ＬＸ２０は、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向における長さである。ΔＬＸ２１は、温度上昇後の第２基材３０のＸ軸方向における長さＬＸ２１と、温度上昇前の第２基材３０のＸ軸方向の長さＬＸ２０との差である。
ここで、ΔＬＸ２１は、第２基材３０の温度が１Ｋ上昇した場合の第２基材３０のＸ軸方向における伸びである。ＬＸ２０は、温度上昇前の第１基材５０のＸ軸方向における長さである。ΔＬＸ２１は、温度上昇後の第２基材３０のＸ軸方向における長さＬＸ２１と、温度上昇前の第２基材３０のＸ軸方向の長さＬＸ２０との差である。
【0061】
第２線膨張係数Ｃ２２Ｙは、次式（４）によって表現できる。
【0062】
Ｃ２２Ｙ＝ΔＬＹ２１／ＬＹ２０…（４）
ここで、ΔＬＹ２１は、第２基材３０の温度が１Ｋ上昇した場合の第２基材３０のＹ軸方向における伸びである。ＬＹ２０は、温度上昇前の第２基材３０のＹ軸方向における長さである。ΔＬＹ２１は、温度上昇後の第２基材３０のＹ軸方向における長さＬＹ２１と、温度上昇前の第２基材３０のＹ軸方向の長さＬＹ２０との差である。
ここで、ΔＬＹ２１は、第２基材３０の温度が１Ｋ上昇した場合の第２基材３０のＹ軸方向における伸びである。ＬＹ２０は、温度上昇前の第２基材３０のＹ軸方向における長さである。ΔＬＹ２１は、温度上昇後の第２基材３０のＹ軸方向における長さＬＹ２１と、温度上昇前の第２基材３０のＹ軸方向の長さＬＹ２０との差である。
【0063】
［第１基材５０と第２基材３０との積層関係］
再び図１を参照して説明する。ひずみゲージ１００Ａの第１基材５０は、第１線膨張係数Ｃ１１Ｘが第２線膨張係数Ｃ１２Ｙよりも大きい。このような第１基材５０に対し、第２基材３０は、第２線膨張係数Ｃ２２Ｙが第１線膨張係数Ｃ２１Ｘよりも大きくなるような向きで重ねて貼り付けられる。このような向きで第１基材５０と第２基材３０とを重ね合わせることで、２枚の基材を合わせた全体として、第１線膨張係数と、第２線膨張係数との値の差を小さくすることができる。例えば、ＸＹ平面上における第１基材５０の向きと第２基材３０の向きは、図１に示すように直交していてもよい。更に言えば、第１基材５０と第２基材３０とが同じ部材（すなわち同じ形状、大きさ、及び厚さで同じ材質から成る基材）の場合、Ｚ軸方向から見ると、２枚の基材を９０度回転させて貼り合わせてもよい。
再び図１を参照して説明する。ひずみゲージ１００Ａの第１基材５０は、第１線膨張係数Ｃ１１Ｘが第２線膨張係数Ｃ１２Ｙよりも大きい。このような第１基材５０に対し、第２基材３０は、第２線膨張係数Ｃ２２Ｙが第１線膨張係数Ｃ２１Ｘよりも大きくなるような向きで重ねて貼り付けられる。このような向きで第１基材５０と第２基材３０とを重ね合わせることで、２枚の基材を合わせた全体として、第１線膨張係数と、第２線膨張係数との値の差を小さくすることができる。例えば、ＸＹ平面上における第１基材５０の向きと第２基材３０の向きは、図１に示すように直交していてもよい。更に言えば、第１基材５０と第２基材３０とが同じ部材（すなわち同じ形状、大きさ、及び厚さで同じ材質から成る基材）の場合、Ｚ軸方向から見ると、２枚の基材を９０度回転させて貼り合わせてもよい。
【0064】
このように、本実施形態に係るひずみゲージ１００Ａは、全体として、基材の線膨張係数の差を小さくすることができる。したがって、ひずみゲージ１００Ａは、基材の線膨張係数の差に起因するノイズを低減することができる。
【0065】
より詳細に説明すると、まず、基材が膨張するとき、その上に形成されている抵抗体の長さもある程度影響を受けて変化する。このとき、線膨張係数が高い方向に対する抵抗体の長さの変化量は、線膨張係数が低い方向に対する抵抗体の変化量よりも大きくなる。例えば図１～２の抵抗部６０Ａと６０Ｂを比較すると、グリッド方向がＸ軸方向と並行な抵抗部６０Ｂの方が、グリッド方向がＸ軸方向と直交している抵抗部６０Ａよりも伸びるため、抵抗部６０Ｂの抵抗値の方が高くなる。
【0066】
このように、基材の線膨張係数に異方性があると、同じ抵抗部でも、配置方向（すなわちグリッド方向）によって抵抗値がばらついてしまう。基材は吸湿や温度上昇等により膨張するが、特に温度上昇による膨張の場合、上述したような抵抗値のばらつきが生じると、抵抗温度係数（ＴＣＲ）も抵抗部ごとに値が異なってしまうため、ひずみゲージ１００Ａ全体の温度補償の性能が低下する。
【0067】
これに対し、本実施形態に係るひずみゲージ１００Ａによれば、ひずみゲージ１００Ａ全体として、第１方向に対する線膨張係数と、第２方向に対する線膨張係数との差（すなわち、異方性）を低減することができる。これにより、グリッド方向が異なる複数の抵抗部（例えば抵抗部６０Ａと６０Ｂ、６０Ｃと６０Ｄ等）のＴＣＲの差異を小さくすることができる。その結果、ひずみゲージ１００Ａ全体として、基材の膨張又は収縮による検出精度の低下を抑えることができるという効果を奏する。
【0068】
なお、第１基材５０と第２基材３０とは、同じ材料から成る基材であってもよいし、異なる材料から成る基材であってもよい。また、第１基材５０と第２基材３０とは、同じ形状及び大きさであってもよいし、異なる形状及び大きさであってもよい。また、第１基材５０及び第２基材３０は、同じ厚さであってもよいし、異なる厚さであってもよい。特に、第１基材５０と第２基材３０とが同一の材料である場合、図５及び図６によれば、Ｃ１１Ｘ＋Ｃ２１Ｘ＝Ｃ１２Ｙ＋Ｃ２２Ｙとなる。したがって、基材の線膨張係数の差をより小さくすることができるため、基材の膨張又は収縮によるひずみ検出精度の低下を抑えることができる。更に、第１基材５０と第２基材３０は、同じ基材（同じ材料、形状、大きさ、及び厚さ）であってもよい。この場合、同じ２枚の基材をＸＹ平面上で直交するように上下に重ね合わせることで、第１方向と第２方向に対する基材の膨張量の差をほぼ相殺することができる。したがって、基材の線膨張係数の差を更に小さくすることができるため、基材の膨張又は収縮によるひずみ検出精度の低下をより抑えることができる。
【0069】
なお、上述のように、同じ基材（同じ材料、形状、大きさ、及び厚さ）を重ねて貼り合わせるのであれば、ひずみゲージ１００Ａは、２枚以上且つ偶数枚の基材を上下に貼り合わせたゲージであってもよい。なおこの場合、基材は２枚を平面視で直交するように上下に重ね合わせた構造を１組とし、この１組のユニットを上下に複数個重ね合わせることとなる。
【0070】
［ひずみゲージ１００Ａの製造方法］
次に、本実施形態に係るひずみゲージ１００Ａの製造方法について説明する。
次に、本実施形態に係るひずみゲージ１００Ａの製造方法について説明する。
【0071】
はじめに、第１基材５０の上面に金属層を形成する。ここでは、便宜上、金属層Ａと称する。金属層Ａは、最終的にパターニングされて、第１抵抗体６０及び配線８０（配線８０が２層から成る場合は、第１金属層８１）となる層である。金属層Ａの材料や厚さは、上述の第１抵抗体６０及び配線８０（又は第１金属層８１）の材料や厚さと同様である。
【0072】
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。第１基材５０の上面に金属層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２の抵抗部６０Ａ～６０Ｄ等と同様の平面形状にパターニングする。
【0073】
なお、第１基材５０の上面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、第１基材５０の上面に、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１００Ａのゲージ特性を安定化させることができる。
【0074】
本開示において、機能層とは、少なくとも上層である金属層Ａ（抵抗部６０Ａ～６０Ｄ）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、第１基材５０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、第１基材５０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。
【0075】
第１基材５０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。
【0076】
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１００Ａ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１００Ａにおいて、ゲージ特性が向上する。
【0077】
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。
【0078】
機能層の平面形状は、例えば図２に示す抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、機能層と抵抗部６０Ａ～６０Ｄとの平面形状は略同一でなくてもよい。例えば、機能層が絶縁材料から形成される場合には、機能層を抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、機能層は例えば抵抗部６０Ａ～６０Ｄ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、機能層は、第１基材５０の上面全体にベタ状に形成されてもよい。
【0079】
次に、金属層Ａの上面に、電極９０（及び第２金属層８２）を形成する。電極９０（及び第２金属層８２）は、例えば、フォトリソグラフィ法又はセミアディティブ法により形成できる。これにより、第１基材５０の上面に、抵抗部６０Ａ～６０Ｄ、配線８０、及び電極９０が形成される。
【0080】
次に、前述の通り第１抵抗体６０（本実施形態では抵抗部６０Ａ～６０Ｄ）、配線８０、及び電極９０を形成した第１基材５０の下面を、第２基材３０に貼り付ける。これにより、ひずみゲージ１００Ａが完成する。第１基材５０と第２基材３０との貼付けの向きは、前述した通りである。
【0081】
なお、必要に応じて、第１基材５０の上面にカバー層１０２を設けてもよい。カバー層１０２は、例えば、第１基材５０の上面に、第１抵抗体６０及び配線８０を被覆し電極９０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１０２は、第１基材５０の上面に、第１抵抗体６０及び配線８０を被覆し電極９０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。電極９０を露出させる開口部は、例えば、フォトリソグラフィ法により形成できる。
【0082】
［第２実施形態］
本開示に係るひずみゲージは、第１基材と第２基材の間に、第２抵抗体を設けていてもよい。以下、第２実施形態に係るひずみゲージ１００Ｂについて説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同様の説明である箇所は、説明を繰り返さない。以降の実施形態においても同様である。
本開示に係るひずみゲージは、第１基材と第２基材の間に、第２抵抗体を設けていてもよい。以下、第２実施形態に係るひずみゲージ１００Ｂについて説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同様の説明である箇所は、説明を繰り返さない。以降の実施形態においても同様である。
【0083】
【0084】
第２実施形態に係るひずみゲージ１００Ｂは、少なくとも、第１抵抗体６０と、第１基材５０と、第２抵抗体６２と、第２基材３０と、を備える。図４と図７を比較して分かる通り、ひずみゲージ１００Ｂは、第２基材３０の上面に第２抵抗体６２が形成されている点で、第１実施形態に係るひずみゲージ１００Ａと異なる。
【0085】
より詳しくは、ひずみゲージ１００Ｂの第１基材５０は、第１抵抗体６０が形成された第１面と、直接又は間接的に第２抵抗体６２に接している第２面を有する。また、ひずみゲージ１００Ｂの第２基材３０は、第２抵抗体６２が形成され且つ前記第２面に直接又は間接的に接着された第３面と、起歪体１０に接着される第４面とを有する。第１基材５０及び第２基材３０の第１線膨張係数及び第２線膨張係数の関係性は、第１実施形態にて説明したひずみゲージ１００Ａと同様である。
【0086】
なお、ひずみゲージ１００Ｂにおける、第１基材５０の上面に形成される構成（例えば、第１抵抗体６０、配線８０、及び電極９０の配置と接続関係等）は、ひずみゲージ１００Ａと同様である。また、第２基材３０の上面にも、第１基材５０の上面と同様の構成及び接続関係で、第２抵抗体６２（の４つの抵抗部）、配線８０、及び電極９０が形成され、これらがフルブリッジ回路を形成するように接続されてよい。なお、ひずみゲージ１００Ｂにおいて、第２抵抗体６２はひずみ検出に使用してもよいし、使用しなくてもよい。第２抵抗体６２をひずみ検出に使用しない場合、第２基材３０の上面に配線８０および電極９０は形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。
【0087】
ひずみゲージ１００Ｂは、第１実施形態のひずみゲージ１００Ａと同様の作用効果を奏する。なお、第１基材５０及び第２基材３０を同一材料とする場合、抵抗体（より詳しくは、４つの抵抗部）が形成された基材を２つ用意し、これらを組み合わせることでひずみゲージ１００Ｂを作製してもよい。すなわち、２つの基材を、上側に配置される基材の第１線膨張係数が第２線膨張係数より大きく、下側に配置される基材の第２線膨張係数が第１線膨張係数より大きくなるように上下に重ねてこれらを接着する。これにより、上側の基材及び抵抗体がそれぞれ第１基材５０及び第１抵抗体６０としてはたらき、下側の基材及び抵抗体がそれぞれ第２基材３０及び第２抵抗体６２としてはたらく。
【0088】
［第３実施形態］
本開示に係るひずみゲージは、第１基材の上面に第１抵抗体を設けず、第２基材の上面に第１抵抗体を設けた構成としてもよい。以下、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃについて説明する。図８は、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃの断面の一例を模式的に示した図である。なお、図８はひずみゲージ１００Ｃを、抵抗部が形成されている箇所でＺ軸方向に切断した場合の断面を示している。
本開示に係るひずみゲージは、第１基材の上面に第１抵抗体を設けず、第２基材の上面に第１抵抗体を設けた構成としてもよい。以下、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃについて説明する。図８は、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃの断面の一例を模式的に示した図である。なお、図８はひずみゲージ１００Ｃを、抵抗部が形成されている箇所でＺ軸方向に切断した場合の断面を示している。
【0089】
第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃは、少なくとも、第１基材５０と、第１抵抗体６０と、第２基材３０と、を備える。図４と図８を比較して分かる通り、ひずみゲージ１００Ｃは、第１基材５０の上面ではなく、第２基材３０の上面に第１抵抗体６０が形成されている点で、第１実施形態に係るひずみゲージ１００Ａと異なる。
【0090】
より詳しくは、ひずみゲージ１００Ｃの第１基材５０は、第１面と、第１面と厚さ方向に対向する第２面を有する。ひずみゲージ１００Ｃの第２基材３０は、第１抵抗体６０が形成され、且つ第１基材５０の第２面に直接または間接的に接着された第３面と、第３面と厚さ方向に対向する第４面とを有する。第１基材５０及び第２基材３０の第１線膨張係数及び第２線膨張係数の関係性は、第１実施形態にて説明したひずみゲージ１００Ａと同様である。
【0091】
ひずみゲージ１００Ｃでは、第２基材３０の上面に、第１基材５０の上面と同様の構成及び接続関係で、第１抵抗体６０（の４つの抵抗部６０Ａ～６０Ｄ）、配線８０、及び電極９０が形成され、これらがフルブリッジ回路を形成するように接続されてよい。すなわち、ひずみゲージ１００Ｃでは、第２基材３０に形成された第１抵抗体６０がひずみゲージ１００Ｃの受感部となる。なお、ひずみゲージ１００Ｃの電極は、ひずみゲージ１００Ｃの側面を介して、又は、第１基材５０及び／又は第２基材３０に設けられたスルーホールを介して、ひずみゲージ１００Ｃの外部へと接続されてよい。ひずみゲージ１００Ｃは、第１実施形態のひずみゲージ１００Ａ及び第２実施形態のひずみゲージ１００Ｂと同様の作用効果を奏する。
【0092】
［変形例２］
本開示に係るひずみゲージはハーフブリッジ回路で実現されてもよい。例えば、第１実施形態に係るひずみゲージ１００Ａの第１抵抗体６０は２つの抵抗部を含み、配線によってこの２つの抵抗部と電極がハーフブリッジ回路を構成するように接続されていてもよい。また例えば、第２実施形態に係るひずみゲージ１００Ｂの第１抵抗体６０及び／又は第２抵抗体６２は２つの抵抗部を含み、この２つの抵抗部が前述のようにハーフブリッジ回路を構成するように接続されていてもよい。また例えば、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃにおいて、第１抵抗体６０が２つの抵抗体を有し、当該２つの抵抗体がハーフブリッジ回路を構成していてもよい。いずれの場合も、各実施形態に係るひずみゲージと同様の効果が得られる。
本開示に係るひずみゲージはハーフブリッジ回路で実現されてもよい。例えば、第１実施形態に係るひずみゲージ１００Ａの第１抵抗体６０は２つの抵抗部を含み、配線によってこの２つの抵抗部と電極がハーフブリッジ回路を構成するように接続されていてもよい。また例えば、第２実施形態に係るひずみゲージ１００Ｂの第１抵抗体６０及び／又は第２抵抗体６２は２つの抵抗部を含み、この２つの抵抗部が前述のようにハーフブリッジ回路を構成するように接続されていてもよい。また例えば、第３実施形態に係るひずみゲージ１００Ｃにおいて、第１抵抗体６０が２つの抵抗体を有し、当該２つの抵抗体がハーフブリッジ回路を構成していてもよい。いずれの場合も、各実施形態に係るひずみゲージと同様の効果が得られる。
【0093】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0094】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…ひずみゲージ、３０…第２基材、５０…第１基材、６０…第１抵抗体、６０Ａ～６０Ｄ…抵抗部、６２…第２抵抗体、１２０…フルブリッジ回路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】