特許 7383656 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】2023-11-10

(45)【発行日】2023-11-20

(54)【発明の名称】ひずみゲージ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20231113BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021023216

(22)【出願日】2021-02-17

(65)【公開番号】P2021162574

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2020059641

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】小笠 洋介

(72)【発明者】

【氏名】相澤 祐汰

(72)【発明者】

【氏名】石原 育

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１００８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－３８０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－１０２１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２６６０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材上にＣｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、
前記絶縁樹脂層には、平面視で前記抵抗体と重複せず、かつ前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられているひずみゲージ。

【請求項2】

前記抵抗体は、複数の細長状部が長手方向を同一方向に向けて所定間隔で配置され、隣接する前記細長状部の端部が順番に連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造であり、
前記切れ込みは、平面視において、隣接する前記細長状部の間の何れか１つ以上の領域に、前記細長状部に沿って配置されている請求項１に記載のひずみゲージ。

【請求項3】

前記基材上に形成され、前記抵抗体と電気的に接続された一対の端子部を有し、
前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない複数の切れ込みが設けられ、
前記複数の切れ込みは、前記端子部側に開口する切れ込みを含む請求項２に記載のひずみゲージ。

【請求項4】

前記基材上に形成され、前記抵抗体と電気的に接続された一対の端子部を有し、
前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない複数の切れ込みが設けられ、
前記複数の切れ込みは、前記端子部とは反対側に開口する切れ込みを含む請求項２又は３に記載のひずみゲージ。

【請求項5】

隣接する前記細長状部の間の全ての領域に、前記切れ込みが設けられている請求項３又は４項に記載のひずみゲージ。

【請求項6】

前記切れ込みは、前記基材の上面を露出するように設けられている請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項7】

前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない切れ込みと、前記基材の上面を露出する切れ込みとを、混在させている請求項１乃至５の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項8】

前記絶縁樹脂層を被覆する撥液層が設けられ、
前記絶縁樹脂層の前記切れ込みの内側に位置する前記撥液層には、前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられている請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項9】

前記撥液層は、飽和フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、又は長鎖アルキル基を含む請求項８に記載のひずみゲージ。

【請求項10】

ゲージ率が１０以上である請求項１乃至９の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項11】

前記抵抗体に含まれるＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎは、２０重量％以下である請求項１乃至１０の何れか一項に記載のひずみゲージ。

【請求項12】

前記ＣｒＮ及び前記Ｃｒ_２Ｎ中の前記Ｃｒ_２Ｎの割合は、８０重量％以上９０重量％未満である請求項１１に記載のひずみゲージ。

【請求項13】

基材と、
前記基材上にＣｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ _２ Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、
前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない切れ込みと、前記基材の上面を露出する切れ込みとを、混在させているひずみゲージ。

【請求項14】

基材と、
前記基材上にＣｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ _２ Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、
前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられ、
前記絶縁樹脂層を被覆する撥液層が設けられ、
前記絶縁樹脂層の前記切れ込みの内側に位置する前記撥液層には、前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられているひずみゲージ。

【請求項15】

基材と、
前記基材上にＣｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ _２ Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、
前記基材上に形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、
前記絶縁樹脂層には、前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられ、
前記抵抗体に含まれるＣｒＮ及びＣｒ _２ Ｎは、２０重量％以下であり、
前記ＣｒＮ及び前記Ｃｒ _２ Ｎ中の前記Ｃｒ _２ Ｎの割合は、８０重量％以上９０重量％未満であるひずみゲージ。

【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。又、絶縁性樹脂上に、抵抗体を被覆する保護フィルムを備えている。（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【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】

しかしながら、抵抗体を保護フィルムで被覆すると、温度変化等による保護フィルムの伸縮の影響により抵抗体の抵抗値が変化するため、ひずみゲージのひずみ検出精度が低下する場合があった。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ひずみ検出精度の低下を抑制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】

本ひずみゲージは、基材と、前記基材上にＣｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ_２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層と、を有し、前記絶縁樹脂層には、平面視で前記抵抗体と重複せず、かつ前記抵抗体に達しない切れ込みが設けられている。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、ひずみ検出精度の低下を抑制可能な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】第１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】第１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】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図（その３）である。

【図5】第１実施形態の変形例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実施形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図である。

【図7】第１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8】第１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9】第１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】第１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（その１）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を例示する断面図（その２）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〉
図１は、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２は、第１実施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３は、第１実施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Ｂ－Ｂ線に沿う断面を示している。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４１と、端子部５１と、カバー層６０とを有している。

【0011】

なお、本実施形態では、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、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。

【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】

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、更に、それ以外に非晶質のガラス等が挙げられる。又、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。この場合、金属製の基材１０上に、例えば、絶縁膜が形成される。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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３０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。

【0021】

又、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及び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及びＣｒ_２Ｎ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。

【0022】

又、ＣｒＮ及びＣｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎ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Ｃｒ_２Ｎ中のＣｒ_２Ｎ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Ｃｒ_２Ｎ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。

【0023】

一方で、膜中に微量のＮ_２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。

【0024】

端子部５１は、配線４１を介して、抵抗体３０の両端部と電気的に接続されており、平面視において、抵抗体３０及び配線４１よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部５１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、端子部５１の一方に接続される配線４１の端部からジグザグに折り返しながら延在し、端子部５１の他方に接続される配線４１の端部に達する。端子部５１の上面を、端子部５１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、抵抗体３０と配線４１と端子部５１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。

【0025】

抵抗体３０を被覆し、端子部５１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）が設けられている。配線４１は、カバー層６０に全て被覆されてもよいし、カバー層６０から全て露出してもよいし、カバー層６０に被覆される部分とカバー層６０から露出する部分の両方を有してもよい。

【0026】

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。

【0027】

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を湿気等から保護できる。カバー層６０が配線４１の一部又は全部を被覆する場合には、配線４１に対しても抵抗体３０に対する効果と同様の効果を奏する。

【0028】

温度変化等によりカバー層６０が伸縮すると、カバー層６０の伸縮に伴って抵抗体３０も伸縮するため、抵抗体３０の抵抗値が変化する。カバー層６０の伸縮に伴う抵抗体３０の抵抗値の変化は、本来検出するべきひずみによる抵抗体３０の抵抗値の変化に対してはノイズ成分となるため、ひずみゲージ１のひずみ検出精度を低下させる。

【0029】

本実施形態では、カバー層６０に、抵抗体３０のグリッド方向（図１のＡ－Ａ線の方向）に沿って、１本の切れ込み６０ｘが設けられている。

【0030】

抵抗体３０は、複数の細長状部が長手方向を同一方向（図１のＡ－Ａ線の方向）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順番に連結されて、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る。

【0031】

切れ込み６０ｘは、平面視において、抵抗体３０の隣接する細長状部の間の何れか１つの領域に、細長状部に沿って抵抗体３０に達しない（接しない）ように配置される。切れ込み６０ｘは抵抗体３０には達しないため、抵抗体３０の側面がカバー層６０から露出することはない。

【0032】

なお、図１では、端子部５１側に開口するように１つの切れ込み６０ｘを設けたが、端子部５１とは反対側（図７の切れ込み６０ｙと同一側）に開口するように１つの切れ込みを設けてもよい。

【0033】

カバー層６０に切れ込み６０ｘを設けることで、平面視におけるカバー層６０の面積が小さくなるため、抵抗体３０がカバー層６０の伸縮の影響を受け難くなる。その結果、従来のような切れ込みが設けられていないカバー層と比べて、カバー層の伸縮に伴うノイズ成分が低減され、ひずみゲージ１のひずみ検出精度の低下を抑制できる。

【0034】

特に、抵抗体３０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、カバー層に切れ込みを設けてノイズ成分を低減することは、ひずみ検出精度の向上に顕著な効果を発揮する。

【0035】

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抵抗体３０、配線４１、及び端子部５１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３０、配線４１、及び端子部５１の材料や厚さと同様である。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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Ａの酸化を防止する機能や、基材１０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。

【0039】

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。

【0040】

機能層の材料は、少なくとも上層である金属層Ａ（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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

なお、機能層の平面形状は、例えば、図１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。或いは、機能層は、基材１０の上面全体にベタ状に形成されてもよい。

【0049】

又、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１０側へ放熱できる。その結果、ひずみゲージ１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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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

【0054】

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。

【0055】

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、及び基材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。

【0056】

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。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１において、ゲージ特性を向上できる。

【0057】

次に、フォトリソグラフィによって金属層Ａをパターニングし、図１に示す平面形状の抵抗体３０、配線４１、及び端子部５１を形成する。

【0058】

その後、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部５１を露出する、切れ込み６０ｘを有するカバー層６０を設けることで、ひずみゲージ１が完成する。

【0059】

切れ込み６０ｘを有するカバー層６０を形成するには、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部５１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する。そして、フォトリソグラフィによって絶縁樹脂フィルムをパターニングして切れ込み６０ｘを形成し、その後絶縁樹脂フィルムを加熱して硬化させる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部５１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、加熱して半硬化状態にした後、フォトリソグラフィによって切れ込み６０ｘを入れる方法で形成してもよい。

【0060】

なお、抵抗体３０、配線４１、及び端子部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。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と同様となる。但し、前述のように、機能層２０は、基材１０の上面の一部又は全部にベタ状に形成される場合もある。

【0061】

〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、カバー層に複数の切れ込みを形成する例を示す。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。

【0062】

図５は、第１実施形態の変形例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実施形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図５のＣ－Ｃ線に沿う断面を示している。図５及び図６を参照すると、ひずみゲージ１Ａは、カバー層６０に複数の切れ込み６０ｘを形成した点が、ひずみゲージ１（図１等参照）と相違する。

【0063】

本実施形態では、カバー層６０に、抵抗体３０のグリッド方向（長手方向）に沿って、３本の切れ込み６０ｘが設けられている。

【0064】

各々の切れ込み６０ｘは、平面視において、端子部５１側に開口し、抵抗体３０の隣接する細長状部の間の１つ置きの領域に、グリッド方向に沿って抵抗体３０に達しないように配置される。各々の切れ込み６０ｘは抵抗体３０には達しないため、抵抗体３０の側面がカバー層６０から露出することはない。

【0065】

なお、図５では、端子部５１側に開口するように３つの切れ込み６０ｘを設けたが、端子部５１とは反対側（図７の切れ込み６０ｙと同一側）に開口するように２つの切れ込みを設けてもよい。

【0066】

このように、本実施形態では、カバー層６０に、抵抗体３０のグリッド方向に沿って、複数の切れ込み６０ｘが設けられている。これにより、ひずみゲージ１と比べて、抵抗体３０がカバー層６０の伸縮の影響を更に受け難くなるため、ノイズ成分が更に低減され、ひずみゲージ１Ａのひずみ検出精度の低下を更に抑制できる。

【0067】

〈第１実施形態の変形例２〉
第１実施形態の変形例２では、カバー層に更に多くの切れ込みを形成する例を示す。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。

【0068】

図７は、第１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８は、第１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り、図７のＤ－Ｄ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１Ｂは、カバー層６０に切れ込み６０ｘに加え、切れ込み６０ｙを形成した点が、ひずみゲージ１Ａ（図５等参照）と相違する。

【0069】

本実施形態では、カバー層６０に、抵抗体３０のグリッド方向（長手方向）に沿って、３本の切れ込み６０ｘと、２本の切れ込み６０ｙが設けられている。

【0070】

各々の切れ込み６０ｘは、平面視において、端子部５１側に開口し、抵抗体３０の隣接する細長状部の間の１つ置きの領域に、グリッド方向に沿って抵抗体３０に達しないように配置される。各々の切れ込み６０ｘは抵抗体３０には達しないため、抵抗体３０の側面がカバー層６０から露出することはない。

【0071】

各々の切れ込み６０ｙは、平面視において、端子部５１とは反対側に開口し、抵抗体３０の隣接する細長状部の間の１つ置きの領域に、グリッド方向に沿って抵抗体３０に達しないように配置される。各々の切れ込み６０ｙは抵抗体３０には達しないため、抵抗体３０の側面がカバー層６０から露出することはない。

【0072】

このように、本実施形態では、カバー層６０に、抵抗体３０のグリッド方向に沿って、抵抗体３０の隣接する細長状部の間の全ての領域に、切れ込み６０ｘ又は切れ込み６０ｙが設けられている。これにより、ひずみゲージ１Ａと比べて、抵抗体３０がカバー層６０の伸縮の影響を更に受け難くなるため、ノイズ成分が更に低減され、ひずみゲージ１Ｂのひずみ検出精度の低下を更に抑制できる。

【0073】

〈第１実施形態の変形例３〉
第１実施形態の変形例３では、カバー層を被覆する撥液層を設ける例を示す。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。

【0074】

図９は、第１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は、第１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り、図９のＥ－Ｅ線に沿う断面を示している。図１１は、第１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り、図９のＦ－Ｆ線に沿う断面を示している。

【0075】

図９～図１１を参照すると、ひずみゲージ１Ｃは、配線４１及び端子部５１が配線４０Ａ及び端子部５０Ａに置換され、さらにカバー層６０を被覆する撥液層７０が設けられた点が、ひずみゲージ１（図１～図３等参照）と相違する。

【0076】

配線４０Ａは、第１金属層４１Ａと、第１金属層４１Ａの上面に積層された第２金属層４２Ａとを有している。端子部５０Ａは、一対の第１金属層５１Ａと、各々の第１金属層５１Ａの上面に積層された第２金属層５２Ａとを有している。第１金属層５１Ａは、配線４０Ａの第１金属層４１Ａを介して抵抗体３０と電気的に接続されている。

【0077】

なお、抵抗体３０と第１金属層４１Ａと第１金属層５１Ａ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３０と第１金属層４１Ａと第１金属層５１Ａとは、厚さが略同一である。又、第２金属層４２Ａと第２金属層５２Ａ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４２Ａと第２金属層５２Ａとは、厚さが略同一である。

【0078】

第２金属層４２Ａ及び５２Ａは、抵抗体３０（第１金属層４１Ａ及び５１Ａ）よりも低抵抗の材料から形成されている。第２金属層４２Ａ及び５２Ａの材料は、抵抗体３０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３０がＣｒ混相膜である場合、第２金属層４２Ａ及び５２Ａ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４２Ａ及び５２Ａ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。

【0079】

このように、配線４０Ａは、抵抗体３０と同一材料からなる第１金属層４１Ａ上に第２金属層４２Ａが積層された構造である。そのため、配線４０Ａは抵抗体３０よりも抵抗が低くなるため、配線４０Ａ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３０によるひずみ検出精度を向上できる。

【0080】

言い換えれば、抵抗体３０よりも低抵抗な配線４０Ａを設けることで、ひずみゲージ１Ｃの実質的な受感部を抵抗体３０が形成された局所領域に制限できる。そのため、抵抗体３０によるひずみ検出精度を向上できる。

【0081】

撥液層７０は、カバー層６０の全体を被覆している。撥液層７０は、カバー層６０よりも表面自由エネルギーの小さい材料により形成されている。カバー層６０の材料が前述のとおりである場合、撥液層７０は、飽和フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、又は長鎖アルキル基を含む樹脂層であることが好ましい。撥液層７０の厚さは、例えば、０．１μｍ～１００μｍ程度である。

【0082】

ひずみゲージを高温高湿環境で使用すると、水滴がカバー層６０の上面に付着して蒸発することで、カバー層６０の上面の汚れを集めて濃縮してしまう場合がある。汚れが濃縮されると、酸又はアルカリに傾いた基点が発生してカバー層６０を劣化させ、結果的に、水分の浸透により、カバー層６０に被覆された抵抗体３０や配線４０Ａの腐食を引き起こすおそれがある。

【0083】

カバー層６０を被覆する撥液層７０を設けることで、撥液層７０が高い撥液性を発揮してカバー層６０上に水滴や油等の汚れを付着しにくくし、カバー層６０内への水分の浸透を防ぐため、カバー層６０に被覆された抵抗体３０や配線４０Ａの腐食を抑制できる。特に、配線４０Ａの第２金属層４２Ａが銅を含む場合、銅は腐食されやすいため、カバー層６０に撥液層７０を設けて水分の浸透を防ぐことは特に有効である。

【0084】

又、カバー層６０の切れ込み６０ｘの内側に位置する撥液層７０には、抵抗体３０に達しない切れ込み７０ｘが設けられている。そのため、撥液層７０が、カバー層６０に設けられた切れ込み６０ｘの奏する効果を阻害することはない。すなわち、カバー層６０に切れ込み６０ｘを設け、かつ撥液層７０に切れ込み７０ｘを設けることで、カバー層６０の伸縮に伴うノイズ成分が低減され、ひずみゲージ１Ｃのひずみ検出精度の低下を抑制できると共に、水分や油分の浸透を防いで耐候性を向上できる。なお、切れ込み７０ｘを有する撥液層７０は、例えば、ディップまたはスプレーする方法で形成できる。

【0085】

なお、ひずみゲージ１Ａ及び１Ｂに撥液層７０を設けてもよい。この場合には、ひずみゲージ１Ａ及び１Ｂの説明において示した効果に加え、撥液層７０により水分の浸透を防いで耐候性を向上する効果を奏する。

【0086】

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。

【0087】

例えば、切れ込み６０ｘや切れ込み６０ｙは、基材１０の上面１０ａを露出する貫通孔状に形成したが、基材１０の上面１０ａを露出せずに底面を有する溝状に形成してもよい。切れ込みを溝状に形成する場合には、溝が抵抗体３０に達しなければ、平面視で抵抗体３０と重複する位置に溝を配置してもよい。又、切れ込みを溝状に形成する場合には、溝が抵抗体３０に達しなければ、グリッド方向と垂直な方向や、グリッド方向に対して斜めの方向に溝を配置してもよい。又、貫通孔状に形成した切れ込みと、溝状に形成した切れ込みとを、１つのひずみゲージのカバー層に混在させてもよい。

【0088】

又、切れ込みを基材１０の上面１０ａを露出する貫通孔状に形成する場合、端子部５１側にも端子部５１とは反対側にも開口しないように切れ込みを設けてもよい。この場合、平面視において、切れ込みは閉じた形状となり、上方側（基材１０とは反対）のみに開口する。

【符号の説明】

【0089】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、４０Ａ、４１ 配線、４１Ａ、５１Ａ 第１金属層、４２Ａ、５２Ａ 第２金属層、５０Ａ、５１ 端子部、６０ カバー層、６０ｘ、６０ｙ、７０ｘ 切れ込み、７０ 撥液層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】