特許 7194254 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】2022-12-13

(45)【発行日】2022-12-21

(54)【発明の名称】ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20221214BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021201563

(22)【出願日】2021-12-13

(62)【分割の表示】P 2017220405の分割

【原出願日】2017-11-15

(65)【公開番号】P2022022448

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2022-01-07

(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】小笠 洋介

(72)【発明者】

【氏名】湯口 昭代

(72)【発明者】

【氏名】北村 厚

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１１１３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８６６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０１９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２３６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３０２４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－３００６４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

５／００－５／２８

７／００－２３／０２

２５／００

２７／００－２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性を有する基材と、
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、を有し、
前記抵抗体は、前記基材の一方の側に形成された第１抵抗部と、
前記基材の一方の側に前記第１抵抗部を被覆して設けられた絶縁層上に形成された第２抵抗部と、
一対の端子部と、を含み、
前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とは、前記絶縁層に設けられたビアホールを介して各々の前記端子部の間を接続するように直列に接続された１つの受感部であるひずみゲージ。

【請求項2】

可撓性を有する基材と、
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、を有し、
前記抵抗体は、前記基材の一方の側に形成された第１抵抗部と、前記基材の他方の側に形成された第２抵抗部と、
一対の端子部と、を含み、
前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とは、前記基材に設けられたビアホールを介して各々の前記端子部の間を接続するように直列に接続された１つの受感部であるひずみゲージ。

【請求項3】

前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とが直列に接続されてコイル構造を形成している請求項１又は２に記載のひずみゲージ。

【請求項4】

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３の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項5】

前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項４に記載のひずみゲージ。

【請求項6】

前記抵抗体は、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成されている請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項7】

前記抵抗体の下層に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有する請求項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７に記載のひずみゲージ。

【請求項9】

前記抵抗体に含まれる抵抗部のうち最外層となる抵抗部を被覆する絶縁樹脂層を有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【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、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている（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】

近年、ひずみゲージの平面形状を大型化せずに抵抗体を高抵抗化することが求められているが、抵抗体の薄型化や細線化で高抵抗化するにはプロセス上の限界に近づきつつある。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ひずみゲージの平面形状を大型化せずに抵抗体を高抵抗化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、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、を有し、前記抵抗体は、前記基材の一方の側に形成された第１抵抗部と、前記基材の一方の側に前記第１抵抗部を被覆して設けられた絶縁層上に形成された第２抵抗部と、一対の端子部と、を含み、前記第１抵抗部と前記第２抵抗部とは、前記絶縁層に設けられたビアホールを介して各々の前記端子部の間を接続するように直列に接続された１つの受感部である。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、ひずみゲージの平面形状を大型化せずに抵抗体を高抵抗化することができる。

【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において抵抗部３１のパターンを例示する平面図である。

【図3】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】第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージにおいて抵抗部３３のパターンを例示する平面図である。

【図7】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断面図である。

【図8】第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図である。

【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において抵抗部３１のパターンを例示する平面図である。図３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及び図２のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。図１～図３を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、絶縁層１１と、抵抗体３０（抵抗部３１及び３２）と、端子部４１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の抵抗部３１及び３２が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗部３１及び３２が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗部３１及び３２が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗部３１及び３２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上に形成されており、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、絶縁層１１を介して積層された抵抗部３１及び抵抗部３２を含んでいる。すなわち、抵抗体３０は、抵抗部３１及び３２の総称であり、抵抗部３１及び３２を特に区別する必要がない場合には抵抗体３０と称する。なお、図１及び図２では、便宜上、抵抗部３１及び抵抗部３２を梨地模様で示している。

【0016】

抵抗部３１は、基材１０の上面１０ａ側に所定のパターンで形成された薄膜である。抵抗部３１は、抵抗部３２と直列に接続され、全体として抵抗体３０を形成する。抵抗部３１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。

【0017】

絶縁層１１は、基材１０の上面１０ａに、抵抗部３１を被覆するように形成されている。絶縁層１１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。絶縁層１１の材料は、例えば、基材１０の材料として例示した材料の中なら適宜選択することができる。但し、絶縁層１１は、基材１０と必ずしも同一材料から形成する必要はなく、例えば、基材１０がポリイミド樹脂、絶縁層１１がエポキシ樹脂等であってもよい。

【0018】

抵抗部３２は、絶縁層１１の上面１１ａ側に所定のパターンで形成された薄膜である。抵抗部３２は、絶縁層１１の上面１１ａに直接形成されてもよいし、絶縁層１１の上面１１ａに他の層を介して形成されてもよい。

【0019】

抵抗部３２の一端部は、端子部４１の一方と電気的に接続されている。抵抗部３２の他端部は、絶縁層１１を貫通するビアホール１１ｘを介して、ビアホール１１ｘ内に露出する抵抗部３１の一端部と電気的に接続されている。抵抗部３２の他端部は、例えば、絶縁層１１の上面１１ａからビアホール１１ｘの側壁及びビアホール１１ｘ内に露出する抵抗部３１の一端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の一端部と電気的に接続される。抵抗部３２は、ビアホール１１ｘを充填してもよい。なお、ビアホール１１ｘの位置を、便宜上、図１では実線の丸で、図２では破線の丸で示している。

【0020】

抵抗体３０（抵抗部３１及び抵抗部３２）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、Ｎｉ－Ｃｕ（ニッケル銅）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。

【0021】

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。

【0022】

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く、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。

【0023】

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。

【0024】

端子部４１は、絶縁層１１の上面１１ａ側に形成されている。端子部４１は、絶縁層１１の上面１１ａに直接形成されてもよいし、絶縁層１１の上面１１ａに他の層を介して形成されてもよい。端子部４１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。

【0025】

端子部４１の一方は、抵抗部３２の一端部と電気的に接続されている。又、端子部４１の他方は、ビアホール１１ｙを介して、抵抗部３１の他端部と電気的に接続されている。端子部４１の他方は、絶縁層１１の上面１１ａからビアホール１１ｙの側壁及びビアホール１１ｙ内に露出する抵抗部３１の他端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の他端部と電気的に接続される。端子部４１は、ビアホール１１ｙを充填してもよい。なお、ビアホール１１ｙの位置を、便宜上、図１では実線の丸で、図２では破線の丸で示している。

【0026】

端子部４１は、平面視において、抵抗部３１及び抵抗部３２よりも拡幅して略矩形状に形成されており、端子部４１の一方と端子部４１の他方との間に、抵抗部３１と抵抗部３２とがジグザグに折り返しながら延在して直列に接続されている。

【0027】

なお、抵抗部３２と端子部４１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。端子部４１の上面を、端子部４１よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。

【0028】

抵抗部３２を被覆し端子部４１を露出するように絶縁層１１の上面１１ａ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。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。

【0029】

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。

【0030】

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３に対応する断面を示している。

【0031】

ひずみゲージ１を製造するためには、まず、図４（ａ）に示す工程では、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに図２に示す平面形状の抵抗部３１を形成する。抵抗部３１の材料や厚さは、前述の通りである。

【0032】

抵抗部３１は、例えば、抵抗部３１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し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗部３１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。

【0033】

ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗部３１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。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗部３１を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗部３１と共に図２に示す平面形状にパターニングされる。

【0034】

本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗部（抵抗部３１や抵抗部３２）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等に含まれる酸素や水分による上層である抵抗部の酸化を防止する機能や、基材１０等と上層である抵抗部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。

【0035】

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、特に抵抗部３１がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗部３１の酸化を防止する機能を備えることは有効である。

【0036】

機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗部３１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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

機能層の材料と抵抗部３１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、抵抗部３１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。

【0041】

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、抵抗部３１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、抵抗部３１を成膜してもよい。

【0042】

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。

【0043】

なお、抵抗部３１がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗部３１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抵抗部３１の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗部３１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。

【0044】

このように、抵抗部３１の下層に機能層を設けることにより、抵抗部３１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抵抗部３１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抵抗部３１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。

【0045】

次に、図４（ｂ）に示す工程では、基材１０の上面１０ａに、抵抗部３１を被覆する絶縁層１１を形成する。絶縁層１１の材料や厚さは、前述の通りである。絶縁層１１は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗部３１を被覆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。絶縁層１１は、基材１０の上面１０ａに、抵抗部３１を被覆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。

【0046】

絶縁層１１を形成後、絶縁層１１を貫通し抵抗部３１の一端部の上面を露出するビアホール１１ｘ、及び絶縁層１１を貫通し抵抗部３１の他端部の上面を露出するビアホール１１ｙを形成する。ビアホール１１ｘ及び１１ｙは、例えば、レーザ加工法により形成できる。絶縁層１１として感光性の樹脂を用い、フォトリソグラフィによりビアホール１１ｘ及び１１ｙを形成してもよい。或いは、予めビアホール１１ｘ及び１１ｙを形成した絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて、ビアホール１１ｘ及び１１ｙを有する絶縁層１１を形成してもよい。

【0047】

次に、図４（ｃ）に示す工程では、絶縁層１１の上面１１ａに、抵抗部３２及び端子部４１を形成する。抵抗部３２は、絶縁層１１の上面１１ａからビアホール１１ｘの側壁及びビアホール１１ｘ内に露出する抵抗部３１の一端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の一端部と電気的に接続される。抵抗部３２は、ビアホール１１ｘを充填してもよい。同様に、端子部４１は、絶縁層１１の上面１１ａからビアホール１１ｙの側壁及びビアホール１１ｙ内に露出する抵抗部３１の他端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の他端部と電気的に接続される。端子部４１は、ビアホール１１ｙを充填してもよい。

【0048】

抵抗部３２及び端子部４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗部３２及び端子部４１は、抵抗部３１と同様の方法により形成できる。抵抗部３１と同様の理由により、抵抗部３２及び端子部４１を成膜する前に、下地層として、絶縁層１１の上面１１ａ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。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗部３２及び端子部４１を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗部３２及び端子部４１と共に図１に示す平面形状にパターニングされる。

【0049】

抵抗部３２及び端子部４１を形成後、必要に応じ、絶縁層１１の上面１１ａに、抵抗部３２を被覆し端子部４１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、絶縁層１１の上面１１ａに、抵抗部３２を被覆し端子部４１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、絶縁層１１の上面１１ａに、抵抗部３２を被覆し端子部４１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。

【0050】

このように、抵抗体３０を、絶縁層１１を介して積層された抵抗部３１及び抵抗部３２を含む多層構造とすることにより、ひずみゲージ１の平面形状を拡大することなく、抵抗体３０を高抵抗化することができる。又、抵抗体３０を高抵抗化することにより、ひずみゲージ１の消費電力を低減できる。すなわち、高抵抗の抵抗体３０を備えた低消費電力で小型のひずみゲージ１を実現できる。

【0051】

又、ひずみゲージ１は小型であるため、抵抗体３０が高抵抗であっても、外部からの高周波の影響を受けにくい。

【0052】

又、例えば、抵抗部３１と抵抗部３２が同一平面上で直列に接続されていると、ひずみゲージの平面形状が大きくなるため、測定対象物の平均的なひずみしか測定できない。ひずみゲージ１では、抵抗体３０を複数の抵抗部が積層された多層構造とすることにより高抵抗化しており、平面形状は拡大していないため（抵抗体が１層の抵抗部のみを有する場合と同様の平面形状であるため）、測定対象物の比較的狭い範囲のひずみを測定することができる。

【0053】

又、ひずみゲージ１は小型であるため、同一のシートからの取り数を拡大することが可能となり、生産性を向上することができる。

【0054】

〈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の実施の形態とは抵抗部のパターンが異なるひずみゲージの例を示す。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。

【0055】

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６は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージにおいて抵抗部３３のパターンを例示する平面図である。図７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断面図であり、図５及び図６のＢ－Ｂ線に沿う断面を示している。図５～図７を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、抵抗部３１及び抵抗部３２を含む抵抗体３０が、抵抗部３３及び抵抗部３４を含む抵抗体３０Ａに置換された点が、ひずみゲージ１（図１～図３等参照）と相違する。

【0056】

抵抗部３３は、所定間隔を空けて並置された７本のパターンを有している。又、抵抗部３４は、所定間隔を空けて並置された６本のパターンを有している。又、抵抗部３３の各パターンは、抵抗部３４の各パターンの長手方向に対して傾斜する部分を有している。

【0057】

抵抗部３４の各パターンの両端部は、絶縁層１１を貫通するビアホール１１ｘを介して、平面視で重複する位置にある抵抗部３３の各パターンと電気的に接続されている。なお、ビアホール１１ｘの位置を、便宜上、図５では実線の丸で、図６では破線の丸で示している。

【0058】

端子部４１は、絶縁層１１を貫通するビアホール１１ｙを介して、ビアホール１１ｙ内に露出する抵抗部３３の両端部と電気的に接続されている。なお、ビアホール１１ｙの位置を、便宜上、図５では実線の丸で、図６では破線の丸で示している。

【0059】

抵抗部３４の各パターンの両端部をビアホール１１ｘを介して平面視で重複する位置にある抵抗部３３の各パターンと電気的に接続し、端子部４１をビアホール１１ｙを介して抵抗部３３の両端部と電気的に接続することにより、一対の端子部４１間に、立体的な１本のパターンであるコイル構造が形成される。なお、抵抗部３３及び抵抗部３４の有するパターンの本数は、必要に応じて適宜決定することができる。

【0060】

このように、各抵抗部のパターンは、直列に接続されて１本の抵抗体となれば、どのような形態としても構わない。コイル構造をなす抵抗体３０Ａのパターンでは、パターンの折り返し部がなくなり、直線的なパターンのみの構造となるため、抵抗体３０のように折り返し部を有するパターンと比べて、疲労によりパターンが断線するおそれを低減できる。

【0061】

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、第１の実施の形態とは積層構造が異なるひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２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。

【0062】

図８は、第１の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図３に対応する断面を示している。図８を参照するに、ひずみゲージ１Ｂは、絶縁層１１を有していない点が、ひずみゲージ１（図１～図３等参照）と相違する。

【0063】

ひずみゲージ１Ｂにおいて、抵抗部３１は、基材１０の下面１０ｂ側に所定のパターン（例えば、図２と同様のパターン）で形成されている。抵抗部３１は、抵抗部３２と直列に接続され、全体として抵抗体３０を形成する。抵抗部３１は、基材１０の下面１０ｂに直接形成されてもよいし、基材１０の下面１０ｂに他の層を介して形成されてもよい。

【0064】

抵抗部３２は、基材１０の上面１０ａ側に所定のパターン（例えば、図１と同様のパターン）で形成されている。抵抗部３２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。

【0065】

第１の実施の形態と同様に、抵抗部３２の一端部は、端子部４１の一方と電気的に接続されている。抵抗部３２の他端部は、基材１０を貫通するビアホール１０ｘを介して、ビアホール１０ｘ内に露出する抵抗部３１の一端部と電気的に接続されている。抵抗部３２の他端部は、例えば、基材１０の上面１０ａからビアホール１０ｘの側壁及びビアホール１０ｘ内に露出する抵抗部３１の一端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の一端部と電気的に接続される。抵抗部３２は、ビアホール１０ｘを充填してもよい。

【0066】

端子部４１は、基材１０の上面１０ａ側に形成されている。端子部４１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、抵抗部３２と端子部４１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。端子部４１の上面を、端子部４１よりもはんだ付け性が良好な金属で被覆してもよい。

【0067】

第１の実施の形態と同様に、端子部４１の一方は、抵抗部３２の一端部と電気的に接続されている。又、抵抗部３２の他端部は、ビアホール１０ｘを介して、抵抗部３１の一端部と電気的に接続されている。又、抵抗部３１の他端部は、ビアホール１０ｙを介して、端子部４１の他方と電気的に接続されている。

【0068】

なお、端子部４１の他方は、基材１０の上面１０ａからビアホール１０ｙの側壁及びビアホール１０ｙ内に露出する抵抗部３１の他端部の上面に連続的に形成され、抵抗部３１の他端部と電気的に接続される。端子部４１は、ビアホール１０ｙを充填してもよい。

【0069】

抵抗部３１、抵抗部３２、及び端子部４１の材料や厚さ、作製方法、下地層として機能層を成膜すると好適である点等は、第１の実施の形態と同様である。

【0070】

抵抗部３２を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６１（絶縁樹脂層）を設け、抵抗部３１を被覆するように基材１０の下面１０ｂにカバー層６２（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６１及び６２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６１及び６２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。なお、カバー層６１は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。カバー層６１及び６２の材料や厚さは、例えば、カバー層６０と同様とすることができる。なお、カバー層６１とカバー層６２を異なる材料から形成してもよいし、カバー層６１とカバー層６２を異なる厚さに形成してもよい。

【0071】

このように、基材１０の上下面に抵抗部を設け、基材１０を貫通するビアホールを介して直列に接続してもよい。この場合には、絶縁層１１の形成を省略することができる。なお、第１の実施の形態の変形例１を第１の実施の形態の変形例２と同様に変形することも可能である。

【0072】

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。

【0073】

例えば、抵抗体３０や３０Ａを構成する抵抗部は２層には限定されず、３層以上としてもよい。この場合には、絶縁層と抵抗部とを交互に積層し、絶縁層を介して隣接する抵抗部同士を、絶縁層に設けられたビアホールを介して直列に接続すればよい。これにより、ひずみゲージの平面形状を拡大することなく、抵抗体３０や３０Ａを更に高抵抗化することができる。

【符号の説明】

【0074】

１、１Ａ、１Ｂ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ、１１ａ 上面、１０ｂ 下面、１０ｘ、１０ｙ、１１ｘ、１１ｙ ビアホール、１１ 絶縁層、３０、３０Ａ 抵抗体、３１、３２、３３、３４ 抵抗部、４１ 端子部、６０、６１、６２ カバー層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】