特許 7169185 ひずみゲージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-01

(45)【発行日】2022-11-10

(54)【発明の名称】ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20221102BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018235218

(22)【出願日】2018-12-17

(65)【公開番号】P2020098106

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-12-07

(73)【特許権者】

【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】竹中 恒詞

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３２５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９５２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１６４９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８５９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２７６６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記抵抗体と電気的に接続された電極と、
前記抵抗体及び前記電極と電気的に接続されていないダミーパターンと、を有し、
前記電極及び前記ダミーパターンは、前記抵抗体と同一材料から形成された金属層、及び前記金属層上に積層された電解めっき層、を含み、
平面視において、前記電極を構成する前記電解めっき層は、所定個数の角を有し、
平面視において、前記ダミーパターンを構成する前記電解めっき層は、前記所定個数の角の何れよりも尖鋭な角を、前記所定個数よりも多く有するひずみゲージ。

【請求項2】

可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、
前記抵抗体と電気的に接続された電極と、
前記抵抗体及び前記電極と電気的に接続されていないダミーパターンと、を有し、
前記電極及び前記ダミーパターンは、前記抵抗体と同一材料から形成された金属層、及び前記金属層上に積層された電解めっき層、を含み、
平面視において、前記電極を構成する前記電解めっき層は、角を有しない形状であり、
平面視において、前記ダミーパターンを構成する前記電解めっき層は、１つ以上の角を有する形状であるひずみゲージ。

【請求項3】

前記角を有しない形状は円形である請求項２に記載のひずみゲージ。

【請求項4】

平面視において、前記ダミーパターンを構成する前記電解めっき層は鋭角を有する請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項5】

平面視において、前記ダミーパターンを構成する前記電解めっき層の面積は、前記電極を構成する前記電解めっき層の面積よりも小さい請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項6】

平面視において、前記ダミーパターンは、前記基材の隅部に配置されている請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項7】

前記金属層と前記電解めっき層との間に、シード層が形成された請求項１乃至６の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項8】

前記抵抗体は、Ｃｒ混相膜から形成されている請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項9】

前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項10】

前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項９に記載のひずみゲージ。

【請求項11】

前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項９又は１０に記載のひずみゲージ。

【請求項12】

前記基材の一方の面に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有し、
前記抵抗体は、前記機能層の一方の面に形成されている請求項１乃至１１の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項13】

前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項１２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、抵抗体の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）を含む材料が用いられている。又、例えば、抵抗体の両端が電極として用いられ、電極には、はんだにより外部接続用のリード線等が接合される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－７４９３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、抵抗体の両端をそのまま電極として用いるのではなく、抵抗体の両端上に電解めっき層を積層して電極として用いる方法が検討されている。この方法では、電解めっきを行う際に、抵抗体の両端上の電解めっき層に電流が集中すると、膜厚がばらつく場合がある。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電極を構成する電解めっき層の膜厚のばらつきが抑制された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】

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、前記抵抗体と電気的に接続された電極と、前記抵抗体及び前記電極と電気的に接続されていないダミーパターンと、を有し、前記電極及び前記ダミーパターンは、前記抵抗体と同一材料から形成された金属層、及び前記金属層上に積層された電解めっき層、を含み、平面視において、前記電極を構成する前記電解めっき層は、所定個数の角を有し、平面視において、前記ダミーパターンを構成する前記電解めっき層は、前記所定個数の角の何れよりも尖鋭な角を、前記所定個数よりも多く有する。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、電極を構成する電解めっき層の膜厚のばらつきが抑制されたひずみゲージを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【図2】第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。

【図3】第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その１）である。

【図4】第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その２）である。

【図5】第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する平面図である。

【図6】ダミーパターンの平面形状のバリエーションを例示する図である。

【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の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図２は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図１のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図１及び図２を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、電極４０と、ダミーパターン５０とを有している。

【0011】

なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３０が設けられていない側の面を他方の面又は下面とする。但し、ひずみゲージ１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することができる。又、平面視とは対象物を基材１０の上面１０ａ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１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。

【0012】

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り、可撓性を有する。基材１０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１０の厚さが５μｍ～２００μｍであると、接着層等を介して基材１０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。

【0013】

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、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。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。

【0014】

ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材１０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１０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。

【0015】

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

【0016】

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

【0017】

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。

【0018】

抵抗体３０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３０の厚さが０．１μｍ以上であると、抵抗体３０を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する点で好ましい。又、抵抗体３０の厚さが１μｍ以下であると、抵抗体３０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１０からの反りを低減できる点で更に好ましい。

【0019】

例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上することができる。又、抵抗体３０がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１のゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の５０質量％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３０はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。

【0020】

電極４０は、抵抗体３０の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３０よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極４０は、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。抵抗体３０は、例えば、電極４０の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の電極４０に電気的に接続されている。

【0021】

電極４０は、複数の金属層が積層された積層構造である。具体的には、電極４０は、抵抗体３０の両端部から延在する金属層である端子部４１と、端子部４１の上面に形成されたシード層４２と、シード層４２の上面に形成された電解めっき層４３とを有している。なお、抵抗体３０と端子部４１とは便宜上別符号としているが、同一工程において同一材料により一体に形成することができる。

【0022】

シード層４２の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｕ（銅）を用いることができる。シード層４２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、０．０１μｍ～１μｍ程度とすることができる。

【0023】

電解めっき層４３の材料は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用いることが好ましい。電解めっき層４３の厚さは、電極４０へのはんだ付け性を考慮して決定されるが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。電解めっき層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、電解めっき層４３の厚さを１μｍ以上とすることで、はんだ食われが改善される。又、電解めっき層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、電解めっき層４３の厚さを３μｍ以上とすることで、はんだ食われが更に改善される。なお、電解めっきの容易性から、電解めっき層４３の厚さは３０μｍ以下であることが好ましい。

【0024】

ここで、はんだ食われとは、電極４０を構成する材料が、電極４０に接合されるはんだの中に溶解し、電極４０の厚みが薄くなったり、なくなったりすることである。はんだ食われが発生すると、電極４０に接合されるリード線等との接着強度や引張り強度が低下するおそれがあるため、はんだ食われが発生しないことが好ましい。

【0025】

電解めっき層４３の上層として、電解めっき層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料からなる金属層を積層してもよい。例えば、電解めっき層４３の材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金であれば、金属層の材料としてＡｕ（金）を用いることができる。Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の表面をＡｕで被覆することにより、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の酸化及び腐食を防止できると共に、良好なはんだ濡れ性を得ることができる。金属層の材料としてＡｕに代えてＰｔ（白金）を用いても同様の効果を奏する。金属層の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、０．０１μｍ～１μｍ程度とすることができる。

【0026】

なお、平面視において、シード層４２及び電解めっき層４３の積層部の周囲に端子部４１が露出しているが、端子部４１はシード層４２及び電解めっき層４３の積層部と同一の平面形状であっても構わない。

【0027】

ダミーパターン５０は、抵抗体３０及び電極４０と電気的に接続されていないフローティングされたパターンであり、平面形状が矩形状の基材１０の４つの隅部の各々に１つずつ配置されている。但し、ダミーパターン５０は、基材１０上に最低１個配置されていればよい。この場合、例えば、１つのダミーパターン５０を基材１０の何れか１つの隅部に配置することができる。ダミーパターン５０を基材１０の隅部に配置することにより、主要なパターンの形成を妨げることを防止できる。

【0028】

ダミーパターン５０は、複数の金属層が積層された積層構造である。具体的にはダミーパターン５０は、抵抗体３０と同一材料から形成された金属層５１と、金属層５１の上面に形成されたシード層５２と、シード層５２の上面に形成された電解めっき層５３とを有している。

【0029】

ダミーパターン５０は、電極４０と同一の層構造である。すなわち、金属層５１と端子部４１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形成することができる。又、シード層５２とシード層４２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形成することができる。又、電解めっき層５３と電解めっき層４３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形成することができる。

【0030】

平面視において、ダミーパターン５０を構成する電解めっき層５３の面積は、電極４０を構成する電解めっき層４３の面積よりも小さいことが好ましい。電解めっき層５３の面積を電解めっき層４３の面積よりも小さくすることで、電解めっきの際の、めっき液の不要な消耗を抑制できる。

【0031】

なお、平面視において、シード層５２及び電解めっき層５３の積層部の周囲に金属層５１が露出しているが、金属層５１はシード層５２及び電解めっき層５３の積層部と同一の平面形状であっても構わない。

【0032】

抵抗体３０を被覆し電極４０を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６０（絶縁樹脂層）を設けても構わない。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防止できる。又、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。カバー層６０は、電極４０を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。なお、ダミーパターン５０は、カバー層６０で被覆してもよいし、被覆しなくてもよい。

【0033】

カバー層６０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することができる。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。

【0034】

ここで、ダミーパターン５０について、より詳しく説明する。ダミーパターン５０は、電極４０を構成する電解めっき層４３が所定個数の角（図１では４個）を有する場合、電極４０を構成する電解めっき層４３の厚さを均一にするために設けられている。この目的を達するために、平面視において、ダミーパターン５０を構成する電解めっき層５３は、電解めっき層４３の所定個数の角の何れよりも尖鋭な角を、所定個数よりも多く有している。

【0035】

なお、電解めっき層４３の有する何れの角よりも尖鋭な角とは、電解めっき層４３が互いに異なる角度の角を有する場合には、電解めっき層４３の有する角のうち、最小角度の角よりも小さい角を指す。

【0036】

図１の例では、平面視において、電解めっき層４３は４個の角を有しており、各々の角の角度は何れも９０度である。この場合、平面視において、電解めっき層５３は、９０度よりも尖鋭な角（すなわち、鋭角）を４個よりも多く有している必要がある。図１では、一例として、平面視において、電解めっき層５３は鋭角を５個有する星形に形成されているが、鋭角を５個以上有する形状であれば星形には限定されない。

【0037】

なお、本願において、角とは、平面視において、電解めっき層４３や電解めっき層５３を構成する２辺が交わる部分を指すが、２辺が交わる部分の先端が尖っていることは必須ではなく、２辺が交わる部分の先端が丸みを帯びているものも角に含めるものとする。つまり、電解めっき層４３の４個の角は丸みを帯びていてもよいし、電解めっき層５３の５個の角は丸みを帯びていてもよい。

【0038】

一般に、電解めっきを施す際には、尖鋭な角を有するパターンほど電流が集中しやすい。電流が集中して形成された電解めっき層は、表面の荒れや膜厚のばらつきを引き起こす。これは、電解めっき層を形成したい主要パターンよりも尖鋭な角を有するパターンを、ダミーパターンとして電解めっき層を形成したい主要パターンの近傍に配置すれば、ダミーパターンに電流が集中することを意味する。

【0039】

そこで、ひずみゲージ１では、電解めっき層４３よりも尖鋭な角を有する電解めっき層５３を、電解めっき層４３の近傍に配置している。これにより、電解めっきを施す際に、電解めっき層５３に電流が集中し、電解めっき層４３への電流の集中が緩和される。その結果、ひずみゲージ１において必要な電解めっき層４３の表面の荒れや膜厚のばらつきを抑制できる。なお、ダミーパターン５０はひずみゲージ１の動作には寄与しないため、電解めっき層５３の表面の荒れや膜厚のばらつきが生じても問題はない。

【0040】

図３及び図４は、第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図であり、図２に対応する断面を示している。ひずみゲージ１を製造するためには、まず、図３（ａ）に示す工程では、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに金属層３００を形成する。金属層３００は、最終的にパターニングされて抵抗体３０、端子部４１、及び金属層５１となる層である。従って、金属層３００の材料や厚さは、前述の抵抗体３０、端子部４１、及び金属層５１の材料や厚さと同様である。

【0041】

金属層３００は、例えば、金属層３００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３００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。

【0042】

ゲージ特性を安定化する観点から、金属層３００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膜厚が１ｎｍ～１００ｎｍ程度の機能層を真空成膜することが好ましい。

【0043】

本願において、機能層とは、少なくとも上層である金属層３００（抵抗体３０）の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による金属層３００の酸化を防止する機能や、基材１０と金属層３００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。

【0044】

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ため、特に金属層３００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３００の酸化を防止する機能を備えることは有効である。

【0045】

機能層の材料は、少なくとも上層である金属層３００（抵抗体３０）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。

【0046】

上記の合金としては、例えば、ＦｅＣｒ、ＴｉＡｌ、ＦｅＮｉ、ＮｉＣｒ、ＣｒＣｕ等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２等が挙げられる。

【0047】

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することができる。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。

【0048】

但し、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１０の上面１０ａ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。

【0049】

機能層の材料と金属層３００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３００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。

【0050】

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３００を成膜することができる。或いは、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３００を成膜してもよい。

【0051】

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。又、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。

【0052】

なお、金属層３００がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、金属層３００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３００の酸化を防止する機能、及び基材１０と金属層３００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。

【0053】

このように、金属層３００の下層に機能層を設けることにより、金属層３００の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる金属層３００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することができる。又、機能層を構成する材料が金属層３００に拡散することにより、ひずみゲージ１において、ゲージ特性を向上することができる。

【0054】

次に、図３（ｂ）に示す工程では、金属層３００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４２０を形成する。シード層４２０は、最終的にパターニングされてシード層４２及び５２となる層である。従って、シード層４２０の材料や厚さは、前述のシード層４２及び５２の材料や厚さと同様である。

【0055】

次に、図３（ｃ）に示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８００を形成し、露光及び現像して電極４０を形成する領域を露出する開口部８００ｘ、及びダミーパターン５０を形成する領域を露出する開口部８００ｙを形成する。レジスト８００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。

【0056】

次に、図３（ｄ）に示す工程では、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により、開口部８００ｘ内に露出するシード層４２０上に電解めっき層４３を、開口部８００ｙ内に露出するシード層４２０上に電解めっき層５３を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、低応力の電解めっき層４３及び５３を形成できる点で好適である。膜厚の厚い電解めっき層４３及び５３を低応力とすることで、ひずみゲージ１に反りが生じることを防止できる。

【0057】

次に、図４（ａ）に示す工程では、図３（ｄ）に示すレジスト８００を除去する。レジスト８００は、例えば、レジスト８００の材料を溶解可能な溶液に浸漬することで除去できる。

【0058】

次に、図４（ｂ）に示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８１０を形成し、露光及び現像して、図１の抵抗体３０、端子部４１、及び金属層５１と同様の平面形状にパターニングする。レジスト８１０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。

【0059】

次に、図４（ｃ）に示す工程では、レジスト８１０をエッチングマスクとし、レジスト８１０から露出する金属層３００及びシード層４２０を除去し、図１の平面形状の抵抗体３０、端子部４１、及び金属層５１を形成する。例えば、ウェットエッチングにより、金属層３００及びシード層４２０の不要な部分を除去できる。金属層３００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３０、端子部４１、及び金属層５１と同様に図１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３０上にシード層４２０が形成されている。

【0060】

次に、図４（ｄ）に示す工程では、電解めっき層４３及び５３をエッチングマスクとし、電解めっき層４３及び５３から露出する不要なシード層４２０を除去し、シード層４２及び５２を形成する。例えば、シード層４２０がエッチングされ、機能層及び抵抗体３０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４２０を除去できる。

【0061】

図４（ｄ）に示す工程の後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し電極４０を露出するカバー層６０を設けることで、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を被覆し電極４０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することができる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し電極４０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。なお、ダミーパターン５０は、カバー層６０で被覆してもよいし、被覆しなくてもよい。

【0062】

図３（ｄ）に示す電解めっきの工程では、電解めっき層４３よりも尖鋭な角を有する電解めっき層５３が、電解めっき層４３の近傍に形成される。これにより、電解めっきを施す際に、電解めっき層５３に電流が集中し、電解めっき層４３への電流の集中が緩和される。その結果、ひずみゲージ１において必要な電解めっき層４３の表面の荒れや膜厚のばらつきを抑制できる。

【0063】

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは平面形状の異なる電極の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の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。

【0064】

図５は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する平面図である。図５を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、電極４０が電極４０Ａに置換された点がひずみゲージ１（図１及び図２等参照）と相違する。なお、カバー層６０は、電極４０Ａを除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

【0065】

電極４０Ａは、端子部４１Ａ、シード層４２Ａ、及び電解めっき層４３Ａが順次積層された構造である。すなわち、電極４０Ａは、電極４０と同様の層構造である。端子部４１Ａ、シード層４２Ａ、及び電解めっき層４３Ａの材料や厚さ、製造方法等は、例えば、端子部４１、シード層４２、及び電解めっき層４３と同様とすることができる。

【0066】

端子部４１Ａ、シード層４２Ａ、及び電解めっき層４３Ａは、端子部４１、シード層４２、及び電解めっき層４３とは異なり、平面視において、角を有しない形状に形成されている。角を有しない形状とは、例えば、円形、楕円形、矩形の対向する１組の辺が外側に膨らむ円弧状に形成された形状等が挙げられるが、図５では円形の場合を図示している。

【0067】

電解めっき層４３Ａを角を有しない形状とすることで、角を有する形状（例えば、電解めっき層４３）と比べて、同じ平面形状の電解めっき層５３を設けた場合、電解めっきを施す際に、電解めっき層５３に更に電流が集中する。そのため、電解めっき層４３Ａへの電流の集中が更に緩和される。その結果、ひずみゲージ１Ａにおいて必要な電解めっき層４３Ａの表面の荒れや膜厚のばらつきを抑制する効果を向上できる。特に、電解めっき層４３Ａが円形である場合に、電解めっき層４３Ａへの電流の集中が最も緩和される。

【0068】

なお、電解めっき層４３Ａが角を有しない形状である場合、平面視において、電解めっき層５３を１つ以上の角（任意の角度）を有する形状とすることで、電解めっきを施す際に、電解めっき層４３Ａへの電流の集中を緩和する効果が得られる。但し、電解めっき層５３の有する角の数が増えるほど、電解めっき層４３Ａへの電流の集中を緩和する効果が大きくなる。

【0069】

図６は、ダミーパターンの平面形状のバリエーションを例示する図である。電解めっき層４３Ａが角を有しない形状である場合、ダミーパターン５０を構成する電解めっき層５３の平面形状は、例えば、図６（ａ）に示すような１つの角を有する涙滴型（ティアドロップ型）としてもよい。

【0070】

又、電解めっき層５３の平面形状は、図６（ｂ）に示すような三角形や、図６（ｃ）に示すような四角形としてもよい。

【0071】

又、電解めっき層５３の平面形状は、図６（ｄ）～図６（ｆ）に示すような、複数の三角形を最小角が外側を向くように放射状に配置した形状としてもよい。もちろん、７つ以上の三角形を最小角が外側を向くように放射状に配置した形状としてもよい。

【0072】

電解めっき層５３において角の数が多いほど電流の集中を緩和する効果が大きくなる。又、電解めっき層５３において各々の角の角度が小さいほど電流の集中を緩和する効果が大きくなる。電解めっき層５３において各々の角の角度は鋭角であることが好ましく、６０度以下であることがより好ましく、３０度以下であることが更に好ましい。

【0073】

なお、図６（ａ）～図６（ｆ）において、前述のように、２辺が交わる部分の先端が尖っていることは必須ではなく、２辺が交わる部分の先端が丸みを帯びていてもよい。

【0074】

又、電解めっき層５３の平面形状は、図６（ａ）～図６（ｆ）に例示した形状には限定されず、より複雑な形状であってもよい。

【0075】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の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、上述した実施の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】

【0076】

１、１Ａ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、３０ 抵抗体、４０、４０Ａ 電極、４１、４１Ａ 端子部、４２、４２Ａ、５２ シード層、４３、４３Ａ、５３ 電解めっき層、５１ 金属層、６０ カバー層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】