CN117479883A - 脉搏波传感器 - Google Patents

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柏野隆志
安食旬
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Abstract

本脉搏波传感器，具有：具备圆形开口部的应变体；和设置在所述应变体上、并以Cr混相膜为电阻体的应变计，设所述圆形开口部的直径为d[mm]、所述应变体的厚度为t[mm]时，在所述应变体的材料为SUS且d＝32的情况下，0.059≤t≤0.124，在所述材料为SUS且d＝22的情况下，0.046≤t≤0.099，在所述材料为SUS且d＝13的情况下，0.030≤t≤0.067，在所述材料为SUS且d＝7的情况下，0.026≤t≤0.034，在所述材料为铜且d＝32的情况下，0.084≤t≤0.166，在所述材料为铜且d＝22的情况下，0.066≤t≤0.132，在所述材料为铜且d＝13的情况下，0.044≤t≤0.088，在所述材料为铜且d＝7的情况下，0.032≤t≤0.050，在所述材料为铝且d＝32的情况下，0.097≤t≤0.212，在所述材料为铝且d＝22的情况下，0.079≤t≤0.168，在所述材料为铝且d＝13的情况下，0.050≤t≤0.107，在所述材料为铝且d＝7的情况下，0.038≤t≤0.063，基于与所述应变体的变形相伴的所述电阻体的电阻值的变化来检测脉搏波。

Description

脉搏波传感器
技术领域
本发明涉及一种脉搏波传感器。
背景技术
已知有检测随着心脏送出血液而产生的脉搏波的脉搏波传感器。作为一例，可以举出设有通过外力的作用可挠曲地被支承的作为应变体的受压板、和将该受压板的挠曲变换为电信号的压电转换机构的脉搏波传感器。该脉搏波传感器，受压板的挠性区域形成为朝向外方成为凸曲面的圆顶状，作为压电转换机构，在受压板的顶部的内面具备压力检测元件(例如，参照专利文献1)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2002-78689号公报
发明内容
【发明所要解决的课题】
脉搏波传感器需要检测微小的信号，因此为了确保必要的灵敏度而使用薄的应变体，但另一方面，也要求耐久性，因此需要兼顾刚性。但是，在以往的脉搏波传感器中，灵敏度和刚性的兼顾并存没有得到充分的研究。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种兼具灵敏度和刚性的脉搏波传感器。
【解决课题的手段】
本脉搏波传感器，具有：具备圆形开口部的应变体；和设置在所述应变体上、并以Cr混相膜为电阻体的应变计，设所述圆形开口部的直径为d[mm]、所述应变体的厚度为t[mm]时，在所述应变体的材料为SUS且d＝32的情况下，0.059≤t≤0.124，在所述材料为SUS且d＝22的情况下，0.046≤t≤0.099，在所述材料为SUS且d＝13的情况下，0.030≤t≤0.067，在所述材料为SUS且d＝7的情况下，0.026≤t≤0.034，在所述材料为铜且d＝32的情况下，0.084≤t≤0.166，在所述材料为铜且d＝22的情况下，0.066≤t≤0.132，在所述材料为铜且d＝13的情况下，0.044≤t≤0.088，在所述材料为铜且d＝7的情况下，0.032≤t≤0.050，在所述材料为铝且d＝32的情况下，0.097≤t≤0.212，在所述材料为铝且d＝22的情况下，0.079≤t≤0.168，在所述材料为铝且d＝13的情况下，0.050≤t≤0.107，在所述材料为铝且d＝7的情况下，0.038≤t≤0.063，基于与所述应变体的变形相伴的所述电阻体的电阻值的变化来检测脉搏波。
【发明的效果】
根据所公开的技术，能够提供兼顾灵敏度和刚性的脉搏波传感器。
附图说明
图1是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的立体图。
图2是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的俯视图。
图3是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的截面图，表示沿着图2的A-A线的截面。
图4是使用SUS作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其1)。
图5是使用SUS作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其2)。
图6是使用SUS作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其3)。
图7是使用SUS作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其4)。
图8是使用铜作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其1)。
图9是使用铜作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其2)。
图10是使用铜作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其3)。
图11是使用铜作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其4)。
图12是使用铝作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其1)。
图13是使用铝作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其2)。
图14是使用铝作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其3)。
图15是使用铝作为应变体的材料的实验结果的曲线图(其4)。
图16是例示根据第1实施方式的应变计的俯视图。
图17是例示根据第1实施方式的应变计的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中，对同一构成部分标注同一符号，有时省略重复的说明。
〈第1实施方式〉
图1是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的立体图。图2是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的俯视图。图3是例示根据第1实施方式的脉搏波传感器的截面图，表示沿着图2的A-A线的截面。
参照图1～图3,脉搏波传感器1具有壳体10、应变体20、线材30、应变计100。
应变体20具有基部21、梁部22、负荷部23和延伸部24。应变体20为平板状，各构成要素例如通过冲压加工法等一体形成。例如，应变体20具有在俯视下4次对称的形状。除了负荷部23之外的应变体20的厚度t是固定的。厚度t的优选范围将在后面描述。
另外，在本实施方式中，为了方便，在脉搏波传感器1中，将应变体20的设有负荷部23的一侧设为上侧或一侧，将未设有负荷部23的一侧设为下侧或另一侧。另外，将各部位的设有负荷部23一侧的面设为一个面或上表面，将未设有负荷部23一侧的面设为另一个面或下表面。但是，脉搏波传感器1可以在上下颠倒的状态下使用，或者可以以任意角度配置。另外，俯视是指从应变体20的上表面的法线方向观察对象物，平面形状是指从应变体20的上表面的法线方向观察对象物得到的形状。
在脉搏波传感器1中，壳体10是保持应变体20的部分。壳体10为中空圆柱状，下表面侧被堵塞，上表面侧被开口。壳体10例如可以由金属、树脂等形成。以堵塞壳体10的上表面侧的开口的方式，利用粘接剂等固定大致圆板状的应变体20。
在应变体20中，基部21是比图1和图2所示的圆形的虚线靠外侧的圆形框状(环状)的区域。另外，有时将圆形虚线内侧的区域称为圆形开口部。即，应变体20的基部21具备圆形开口部。基部21的宽度w1例如为1mm以上5mm以下。基部21的内径d(即圆形开口部的直径)的优选范围将在后面描述。
梁部22被设置成在基部21的内侧进行桥接。梁部22例如具有在俯视下呈十字状交叉的2根梁，2根梁的交叉的区域包括圆形开口部的中心。在图2的例子中，构成十字的一根梁以X方向为长度方向，构成十字的另一根梁以Y方向为长度方向，两者正交。优选地正交的2根梁的每一个，都位于基部21的内径d(圆形开口部的直径)内侧并且尽可能长。也就是说，每根梁的长度优选大致等于圆形开口部的直径。在构成梁部22的各根梁中，交叉区域以外的宽度w2是固定的，例如是1mm以上5mm以下。宽度w2并不是必须固定，但通过使宽度w2固定，可以线性地检测应变，在这一点上是优选的。
负荷部23设置在梁部22上。负荷部23例如设置在构成梁部22的2根梁的交叉的区域。负荷部23从梁部22的上表面突起。以梁部22的上表面为基准的负荷部23的突起量例如为0.1mm左右。梁部22具有挠性，在对负荷部23施加负荷时弹性变形。
4个延伸部24是在俯视下从基部21的内侧向梁部22的方向延伸的扇形的部分。在各延伸部24与梁部22之间设有1mm左右的间隙。由于延伸部24对脉搏波传感器1的感测没有作用，因此也可以不设置。
线材30是进行脉搏波传感器1和外部之间的电信号的输入输出的电缆。线材30也可以是屏蔽电缆、柔性基板等。
应变计100设置在应变体20上。应变计100例如可以设置在梁部22的下表面一侧。由于梁部22是平板状的，所以可以容易地粘贴应变计。应变计100设置1个以上即可，但在本实施方式中，设置有4个应变计100。通过设置4个应变计100，可以通过全桥检测应变。
4个应变计100中的2个以在俯视下夹着负荷部23对置的方式配置在将X方向作为长度方向的梁的接近负荷部23的一侧(圆形开口部的中心侧)。4个应变计100中的其他2个以在俯视下夹着负荷部23对置的方式配置在将Y方向作为长度方向的梁的接近基部21的一侧。通过这样的配置，能够有效地检测压缩力和拉伸力，通过全桥获得更大的输出。
脉搏波传感器1以使负荷部23抵触受检者的桡动脉的方式固定在受检者的手臂上来使用。当根据受检者的脉搏波对负荷部23施加负荷而使梁部22弹性变形时，应变计100的电阻体的电阻值发生变化。脉搏波传感器1能够根据伴随着梁部22的变形的应变计100的电阻体的电阻值的变化来检测脉搏波。脉搏波例如作为周期性的电压变化从与应变计100的电极连接的测量电路输出。
为了使脉搏波传感器1检测受检者的脉搏波，需要兼顾灵敏度和刚性。在脉搏波传感器1中，必要的灵敏度是在对负荷部23施加了1g的负荷时的应变计100的输出为0.1mV/V以上。在小于该灵敏度的情况下，由于测定时的S/N比降低等，无法明确地测定脉搏波。另外，由于在将脉搏波传感器1装备于受检者时施加50g左右的负荷，所以必要的刚性是在负荷部23上施加50g的负荷，在将安全率设为2时梁部22不会发生塑性变形。如果不满足该条件，则难以作为脉搏波传感器继续使用。
发明人发现，如果应变体20的材料、厚度t[mm]以及圆形开口部的直径d[mm]满足一定的条件，则能够兼顾上述的灵敏度和刚性。具体而言，发明人等使用SUS(不锈钢)、铜及铝作为应变体20的材料，在将直径d设为32mm、22mm、13mm及7mm时，实验性地求出能够兼顾灵敏度和刚性的t[mm]的值。
应变体20的形状如图2和图3所示，设为w1＝w2＝3mm。另外，将使用后述的Cr混相膜作为电阻体的4个应变计100粘贴在图2和图3所示的位置。
将实验结果图表化的结果如图4～图15所示。图4～图7是使用SUS作为应变体20的材料，图8～图11是使用铜作为应变体20的材料，图12～图15是使用铝作为应变体20的材料。各曲线图的纵轴的左侧表示灵敏度，纵轴的右侧表示对负荷部23施加50g的负荷、将安全率设为2时的最大应力。另外，横轴是应变体20的厚度t[mm]。
在各曲线图中，如果t变薄，则灵敏度变高但刚性变低，灵敏度为0.1mV/V以上且最大应力为屈服强度(耐力)以下的t的范围成为兼顾灵敏度和刚性的t的范围。在各曲线图中，兼顾灵敏度和刚性的t的范围是用白色表示的区域。另外，SUS的屈服强度(耐力)为1275MPa,铜的屈服强度(耐力)为675MPa,铝的屈服强度(耐力)为490MPa。
【表1】
表1是从各图表中读取并汇总了兼顾灵敏度和刚性的t的范围。根据表1,在将圆形开口部的直径设为d[mm]、将应变体20的厚度设为t[mm]时，在应变体20的材料为SUS且d＝32的情况下，0.059≤t≤0.124成为兼顾灵敏度和刚性的要件。另外，在应变体20的材料为SUS且d＝22的情况下，要求0.046≤t≤0.099。另外，在应变体20的材料为SUS且d＝13的情况下，要求0.030≤t≤0.067。另外，在应变体20的材料为SUS且d＝7的情况下，要求0.026≤t≤0.034。
另外，在应变体20的材料为铜且d＝32的情况下，要求0.084≤t≤0.166。另外，在应变体20的材料为铜且d＝22的情况下，要求0.066≤t≤0.132。另外，在应变体20的材料为铜且d＝13的情况下，要求0.044≤t≤0.088。另外，在应变体20的材料为铜且d＝7的情况下，要求0.032≤t≤0.050。
另外，在应变体20的材料为铝且d＝32的情况下，要求0.097≤t≤0.212。另外，在应变体20的材料为铝且d＝22的情况下，要求0.079≤t≤0.168。另外，在应变体20的材料为铝且d＝13的情况下，要求0.050≤t≤0.107。另外，在应变体20的材料为铝且d＝7的情况下，要求0.038≤t≤0.063。
这样，如果应变体20的材料、厚度t[mm]、以及圆形开口部的直径d[mm]满足一定的条件，则能够兼顾必要的灵敏度和刚性。另外，在不使用Cr混相膜作为应变计100的电阻体的情况下，不能兼顾必要的灵敏度和刚性，或者即使能兼顾，t的容许范围也明显变窄。
这里，对应变计100进行说明。
图16是例示根据第1实施方式的应变计的俯视图。图17是例示根据第1实施方式的应变计的截面图，表示沿着图16的B-B线的截面。参考图16和图17所示，应变计100包括基材110、电阻体130、布线140、电极150和盖层160。另外，在图16中，为了方便，仅用虚线表示盖层160的外缘。另外，盖层160可以根据需要设置。
另外，在图16及图17中，为了方便，在应变计100中，将基材110的设置有电阻体130的一侧设为上侧或一侧，将未设置电阻体130的一侧设为下侧或另一侧。另外，将各部位的设有电阻体130一侧的面设为一面或上表面，将未设有电阻体130一侧的面设为另一面或下表面。但是，应变计100可以在上下颠倒的状态下使用或者以任意的角度配置。例如，在图2中，应变计100以与图17的上下翻转的状态粘贴在梁部22上。即，图17的基材110用粘接剂等粘贴在梁部22的下表面。另外，俯视是指从基材110的上表面110a的法线方向观察对象物，平面形状是指从基材110的上表面110a的法线方向观察对象物得到的形状。
基材110是成为用于形成电阻体130等的底层的部件，具有挠性。基材110的厚度没有特别限制，可以根据目的适当选择，例如可以是5μm～500μm左右。特别是，如果基材110的厚度为5μm～200μm,则从经由粘接层等与基材110的下表面接合的应变体表面出发的应变的传递性、对环境的尺寸稳定性方面来看优选，如果为10μm以上，则从绝缘性方面来看更为优选。
基材110例如可以由PI(聚酰亚胺)树脂、环氧树脂、PEEK(聚醚醚酮)树脂、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)树脂、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂、PPS(聚苯硫醚)树脂、LCP(液晶聚合物)树脂、聚烯烃树脂等绝缘树脂薄膜形成。另外，膜是指厚度为500μm以下左右、具有挠性的部件。
在此，“由绝缘树脂薄膜形成”并不妨碍基材110在绝缘树脂薄膜中含有填料或杂质等。基材110例如也可以由含有二氧化硅或氧化铝等填料的绝缘树脂薄膜形成。
作为基材110的树脂以外的材料，例如可以举出SiO2、ZrO2(也包含YSZ)、Si、Si2N3、Al2O3(也包含蓝宝石)、ZnO、钙钛矿系陶瓷(CaTiO3、BaTiO3)等结晶性材料，进而，除此之外还可以举出非晶质的玻璃等。另外，作为基材110的材料，也可以使用铝、铝合金(铝合金)、钛等金属。在该情况下，例如在金属制的基材110上形成绝缘膜。
电阻体130是在基材110上以规定的图案形成的薄膜，是受到应变而产生电阻变化的受感部。电阻体130可以直接形成在基材110的上表面110a上，也可以经由其他层形成在基材110的上表面110a上。另外，在图16中，为了方便起见，以较浓的梨皮花纹来表示电阻体130。
电阻体130的结构是，多个细长状部在长度方向上朝向同一方向(图16的B-B线的方向)以规定间隔配置，相邻的细长状部的端部相互交错地连结，作为整体曲折地折回。多个细长状部的长度方向成为栅格方向，与栅格方向垂直的方向成为栅格宽度方向(在图16中为与B-B线垂直的方向)。
位于栅格宽度方向的最外侧的两个细长部的长度方向的一端部在栅格宽度方向上弯曲，形成电阻体130的栅格宽度方向的各自的末端130e1和130e2。电阻体130在栅格宽度方向上的各个末端130e1和130e2经由布线140与电极150电连接。换言之，布线140电连接电阻体130的栅格宽度方向上的各个末端130e1和130e2以及各个电极150。
电阻体130例如可以由包括Cr(铬)的材料、包括Ni(镍)的材料或包括Cr和Ni两者的材料形成。即，电阻体130可以由包括Cr和Ni中的至少一个的材料形成。作为含有Cr的材料，例如可以举出Cr混相膜。作为含有Ni的材料，例如可以举出Cu-Ni(铜镍)。作为含有Cr和Ni双方的材料，例如可以举出Ni-Cr(镍铬)。
在此，Cr混相膜是指Cr、CrN、Cr2N等进行混相得到的膜。Cr混相膜也可以含有氧化铬等不可避免的杂质。
电阻体130的厚度没有特别的限制，可以根据目的适当选择，例如可以是0.05μm～2μm左右。特别是，如果电阻体130的厚度为0.1μm以上，则从提高构成电阻体130的晶体的结晶性(例如，α-Cr的结晶性)方面考虑，比较优选。另外，电阻体130的厚度为1μm以下时，从能够降低由构成电阻体130的膜的内部应力引起的膜的裂纹或从基材110的翘曲这方面来看更为优选。电阻体130的宽度例如可以为10μm至100μm,这是对电阻值和横向灵敏度等要求规格进行优化，并且还考虑了断线对策。
例如，在电阻体130为Cr混相膜的情况下，通过将作为稳定的结晶相的α-Cr(α铬)作为主要成分，能够提高量规特性的稳定性。另外，通过让电阻体130以α-Cr为主成分，可以使应变计100的计量率(gauge factor)在10以上，并且使计量率温度系数TCS及电阻温度系数TCR在-1000ppm/℃～+1000ppm/℃的范围内。在此，主成分是指对象物质占构成电阻体的全部物质的50重量％以上，但从提高量规特性的观点出发，电阻体130优选含有80重量％以上的α-Cr,更优选含有90重量％以上的α-Cr。另外，α-Cr是bcc结构(体心立方晶格结构)的Cr。
另外，在电阻体130为Cr混相膜的情况下，Cr混相膜中含有的CrN和Cr2N优选为20重量％以下。通过使Cr混相膜中含有的CrN及Cr2N为20重量％以下，能够抑制计量率的降低。
另外，CrN和Cr2N中的Cr2N的比例优选为80重量％以上且不足90重量％，进一步优选为90重量％以上且不足95重量％。当CrN和Cr2N中的Cr2N的比例为90重量％以上且小于95重量％时，由于具有半导体的性质的Cr2N,TCR的降低(负TCR)更加明显。此外，通过减少陶瓷化，可以减少脆性断裂。
另一方面，在膜中混入、存在微量的N2或原子状的N的情况下，由于外部环境(例如高温环境下)，它们向膜外逸出，从而产生膜应力的变化。通过产生化学上稳定的CrN,不会产生上述不稳定的N,可以得到稳定的应变计。
布线140形成在基材110上，并且与电阻体130和电极150电连接。布线140包括第1金属层141和层叠在第1金属层141的上表面上的第2金属层142。布线140不限于直线状，可以是任意的图案。此外，布线140可以具有任意宽度和任意长度。在图16中，为了方便起见，布线140和电极150以比电阻体130薄的梨皮花纹表示。
电极150形成在基材110上，经由布线140与电阻体130电连接，例如，比布线140扩宽而形成为大致矩形状。电极150是用于将因应变而产生的电阻体130的电阻值的变化输出到外部的一对电极，例如，接合外部连接用的引线等。
电极150具有一对第1金属层151和层叠在各个第1金属层151的上表面的第2金属层152。第1金属层151经由布线140的第1金属层141与电阻体130的末端130e1和130e2电连接。第1金属层151在俯视下形成为大致矩形。第1金属层151也可以形成为与布线140相同的宽度。
另外，为了方便起见，电阻体130、第1金属层141和第1金属层151用不同的符号表示，但可以在同一工序中由同一材料一体形成。因此，电阻体130、第1金属层141和第1金属层151的厚度大致相同。另外，为了方便起见，第2金属层142和第2金属层152用不同的符号表示，但可以在同一工序中由同一材料一体形成。因此，第2金属层142和第2金属层152的厚度大致相同。
第2金属层142和152由电阻比电阻体130(第1金属层141和151)低的材料形成。第2金属层142和152的材料只要是电阻比电阻体130低的材料即可，没有特别限制，可以根据目的适当选择。例如，在电阻体130为Cr混相膜的情况下，作为第2金属层142及152的材料，可以举出Cu、Ni、Al、Ag、Au、Pt等或这些任意金属的合金、这些任意金属的化合物或适当层叠这些任意金属、合金、化合物而成的层叠膜。第2金属层142和152的厚度没有特别的限制，可以根据目的适当地选择，例如，可以为3μm至5μm。
第2金属层142和152可以形成在第1金属层141和151的上表面的一部分上，也可以形成在第1金属层141和151的整个上表面上。也可以在第2金属层152的上表面进一步层叠另外的1层以上的金属层。例如，也可以将第2金属层152作为铜层，在铜层的上表面叠层金层。或者，也可以将第2金属层152作为铜层，在铜层的上表面依次层叠钯层和金层。通过将电极150的最上层作为金层，能够提高电极150的焊锡润湿性。
这样，布线140是在由与电阻体130相同的材料构成的第1金属层141上层叠有第2金属层142的结构。因此，由于布线140的电阻低于电阻体130的电阻，因此可以抑制布线140作为电阻体发挥功能。结果，可以提高基于电阻体130的应变检测精度。
换言之，通过设置比电阻体130低的电阻的布线140,能够将应变计100的实质上的受感部限制在形成有电阻体130的局部区域。因此，能够提高基于电阻体130的应变检测精度。
特别是，在使用Cr混相膜作为电阻体130的计量率10以上的高灵敏度的应变计中，使布线140相比电阻体130低电阻化，来将实质上的受感部限制在形成有电阻体130的局部区域中，对应变检测精度的提高发挥明显的效果。另外，使布线140相比电阻体130低电阻化，也起到降低横向灵敏度的效果。
盖层160形成在基材110上，覆盖电阻体130和布线140并且露出电极150。布线140的一部分可以从盖层160露出。通过设置覆盖电阻体130和布线140的盖层160，能够防止在电阻体130和布线140上产生机械损伤等。另外，通过设置盖层160能够保护电阻体130和布线140不受湿气等的影响。另外，盖层160也可以以覆盖除电极150以外的部分的整体的方式设置。
盖层160例如可以由PI树脂、环氧树脂、PEEK树脂、PEN树脂、PET树脂、PPS树脂、复合树脂(例如，有机硅树脂、聚烯烃树脂)等绝缘树脂形成。盖层160可以含有填料或颜料。盖层160的厚度没有特别的限制，可以根据目的适当地选择，例如可以是2μm～30μm左右。
为了制造应变计100，首先准备基材110并在基材110的上表面110a上形成金属层(为方便起见，设为金属层A)。金属层A是最终被图案化而成为电阻体130、第1金属层141以及第1金属层151的层。因此，金属层A的材料和厚度与上述的电阻体130、第1金属层141和第1金属层151的材料和厚度相同。
金属层A例如可以通过以能够形成金属层A的原料为靶材的磁控溅射法来成膜。金属层A也可以代替磁控溅射法，使用反应性溅射法或蒸镀法、电弧离子镀法、脉冲激光沉积法等成膜。
从使量规特性稳定化的观点出发，优选在对金属层A进行成膜之前，作为基底层，在基材110的上表面110a上，例如通过常规溅射法对规定膜厚的功能层进行真空成膜。
在本申请中，功能层是指具有至少促进作为上层的金属层A(电阻体130)的结晶生长的功能的层。功能层优选还具有防止由基材110所含的氧或水分引起的金属层A的氧化的功能、提高基材110与金属层A的密合性的功能。功能层还可以包括其他功能。
由于构成基材110的绝缘树脂薄膜含有氧或水分，特别是在金属层A含有Cr的情况下，Cr形成自氧化膜，因此功能层具有防止金属层A氧化的功能是有效的。
功能层的材料只要是具有至少促进作为上层的金属层A(电阻体130)的结晶生长的功能的材料即可，没有特别限制，可以根据目的适当选择，例如从由Cr(铬)、Ti(钛)、V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)、Ni(镍)、Y(钇)、Zr(锆)、Hf(铪)、Si(硅)、C(碳)、Zn(锌)、Cu(铜)、Bi(铋)、Fe(铁)、Mo(钼)、W(钨)、Ru(钌)、Rh(铑)、Re(铼)、Os(锇)、Ir(铱)、Pt(铂)、Pd(钯)、Ag(银)、Au(金)、Co(钴)、Mn(锰)、Al(铝)组成的组中选出的一种或多种金属、该组中任何金属的合金、或该组中任何金属的化合物。
作为上述合金，例如可以举出FeCr、TiAl、FeNi、NiCr、CrCu等。另外，作为上述化合物，例如可以举出TiN、TaN、Si3N4、TiO2、Ta2O5、SiO2等。
在功能层由金属或合金等导电材料形成的情况下，功能层的膜厚优选为电阻体的膜厚的1/20以下。如果是这样的范围，则能够促进α-Cr的结晶生长，并且能够防止流过电阻体的电流的一部分流过功能层而使应变的检测灵敏度降低。
在功能层由金属或合金那样的导电材料形成的情况下，更优选功能层的膜厚为电阻体的膜厚的1/50以下。如果是这样的范围，则能够促进α-Cr的结晶生长，并且能够进一步防止流过电阻体的电流的一部分流过功能层而使应变的检测灵敏度降低。
在功能层由金属或合金那样的导电材料形成的情况下，更优选功能层的膜厚为电阻体的膜厚的1/100以下。如果是这样的范围，则能够进一步防止流过电阻体的电流的一部分流过功能层而使应变的检测灵敏度降低。
在功能层由氧化物或氮化物那样的绝缘材料形成的情况下，功能层的膜厚优选为1nm至1μm。如果是这样的范围，则能够促进α-Cr的结晶生长，并且能够容易地成膜而不会在功能层上产生裂纹。
在功能层由氧化物或氮化物那样的绝缘材料形成的情况下，功能层的膜厚更优选为1nm至0.8μm。如果是这样的范围，则能够促进α-Cr的结晶生长，并且能够更容易地成膜而不会在功能层产生裂纹。
在功能层由氧化物或氮化物那样的绝缘材料形成的情况下，功能层的膜厚进一步优选为1nm至0.5μm。如果是这样的范围，则能够促进α-Cr的结晶生长，并且能够进一步容易地成膜而不会在功能层产生裂纹。
另外，功能层的平面形状例如被图案化为与图16所示的电阻体的平面形状大致相同。但是，功能层的平面形状并不限定于与电阻体的平面形状大致相同的情况。在功能层由绝缘材料形成的情况下，也可以不图案形成为与电阻体的平面形状相同的形状。在这种情况下，功能层可以至少在形成有电阻体的区域中实心状地形成。或者，功能层可以在基材110的整个上表面上实心状地形成。
另外，在功能层由绝缘材料形成的情况下，通过将功能层的厚度形成得较厚为50nm以上、1μm以下，并且形成为实心状，功能层的厚度和表面积增加，因此能够将电阻体发热时的热量向基材110侧散热。其结果，在应变计100中，能够抑制由电阻体的自身发热引起的测定精度的降低。
功能层例如可以通过以能够形成功能层的原料为目标，向腔室内导入Ar(氩)气体的常规溅射法进行真空成膜。通过使用常规溅射法，一边用Ar蚀刻基材110的上表面110a一边成膜功能层，因此能够使功能层的成膜量为最小限度而得到密合性改善效果。
但是，这是功能层的成膜方法的一例，也可以通过其他方法来成膜功能层。例如，也可以使用如下方法：在功能层的成膜之前通过使用Ar等的等离子体处理等使基材110的上表面110a活性化，从而获得密合性改善效果，然后通过磁控溅射法对功能层进行真空成膜。
功能层的材料和金属层A的材料的组合没有特别限制，可以根据目的适当选择，例如，作为功能层使用Ti,作为金属层A可以成膜以α-Cr(α铬)为主成分的Cr混相膜。
在这种情况下，例如，通过以能够形成Cr混相膜的原料为靶材，向腔室内导入Ar气体的磁控溅射法，能够对金属层A进行成膜。或者，也可以以纯Cr为靶材，将适量的氮气与Ar气体一起导入到腔室内，通过反应性溅射法对金属层A进行成膜。此时，通过改变氮气的导入量或压力(氮分压)或设置加热工序来调整加热温度，能够调整Cr混相膜中所含的CrN和Cr2N的比例、以及CrN和Cr2N中的Cr2N的比例。
在这些方法中，以由Ti构成的功能层为起点，规定Cr混相膜的生长面，能够成膜以稳定的晶体结构即α-Cr为主要成分的Cr混相膜。另外，通过使构成功能层的Ti扩散到Cr混相膜中，能够提高量规特性。例如，应变计100的计量率可以设为10以上并且计量率温度系数TCS和电阻温度系数TCR可以设为-1000ppm/℃至+1000ppm/℃的范围内。另外，在功能层由Ti形成的情况下，有时Cr混相膜中含有Ti或TiN(氮化钛)。
另外，在金属层A为Cr混相膜的情况下，由Ti构成的功能层具备促进金属层A的结晶生长的功能、防止由基材110所含的氧或水分引起的金属层A的氧化的功能、以及提高基材110与金属层A的密合性的全部功能。作为功能层，使用Ta、Si、Al、Fe代替Ti的情况也是同样。
这样，通过在金属层A的下层设置功能层，能够促进金属层A的结晶生长，能够制作由稳定的结晶相构成的金属层A。其结果，在应变计100中，可以提高量规特性的稳定性。另外，通过使构成功能层的材料扩散到金属层A,在应变计100中，能够提高量规特性。
接着，在金属层A的上表面形成第2金属层142及第2金属层152。第2金属层142和第2金属层152可以例如通过光刻法形成。
具体而言，首先，以覆盖金属层A的上表面的方式，例如通过溅射法或无电解镀法等形成种子层。接着，在种子层的上表面的整个面上形成感光性的抗蚀剂，进行曝光和显影，形成露出形成第2金属层142和第2金属层152的区域的开口部。此时，通过调整抗蚀剂的开口部的形状，能够使第2金属层142的图案成为任意的形状。作为抗蚀剂，例如可以使用干膜抗蚀剂等。
接着，例如通过以种子层为供电路径的电解镀法，在露出于开口部内的种子层上形成第2金属层142及第2金属层152。电解镀法在生产节拍高、且作为第2金属层142和第2金属层152能够形成低应力的电解镀层这一点上是优选的。通过使膜厚较厚的电解镀层为低应力，可以防止在应变计100产生翘曲。另外，第2金属层142和第2金属层152也可以通过无电解镀法形成。
然后除去抗蚀剂。抗蚀剂可以例如通过将抗蚀剂的材料浸入可溶解的溶液中而除去。
接着，在种子层的上表面的整个面形成感光性的抗蚀剂，进行曝光及显影，图案成形为与图16的电阻体130、布线140及电极150相同的平面形状。作为抗蚀剂，例如可以使用干膜抗蚀剂等。然后，将抗蚀剂作为蚀刻掩模，除去从抗蚀剂露出的金属层A及种子层，形成图16的平面形状的电阻体130、布线140及电极150。
例如，湿蚀刻可以除去金属层A和种子层中不需要的部分。在金属层A的下层形成功能层的情况下，通过蚀刻，功能层与电阻体130、布线140以及电极150同样地图案成形为图16所示的平面形状。另外，在该时刻，在电阻体130、第1金属层141以及第1金属层151上形成种子层。
接着，将第2金属层142和第2金属层152作为蚀刻掩模，通过除去从第2金属层142和第2金属层152露出的不需要的种子层，形成第2金属层142和第2金属层152。另外，第2金属层142及第2金属层152的正下方的种子层残存。例如，可以通过使用蚀刻种子层并且不会蚀刻功能层、电阻体130、布线140和电极150蚀刻液的湿法蚀刻，去除不需要的种子层。
然后，根据需要，通过在基材110的上表面110a上设置覆盖电阻体130及布线140并露出电极150的盖层160来完成应变计100。盖层160例如可以如下制作：以覆盖电阻体130及布线140并露出电极150的方式，在基材110的上表面110a上层压半固化状态的热固化性的绝缘树脂薄膜，进行加热使其固化。盖层160也可以是以在基材110的上表面110a上涂敷电阻体130及布线140并露出电极150的方式涂敷液状或糊状的热固化性的绝缘树脂，加热使其固化而制作。
以上，对优选的实施方式等进行了详细说明，但不限于上述的实施方式等，在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下，可以对上述的实施方式等施加各种变形和置换。
本国际申请基于2021年5月13日提交的2021-081688号日本专利申请主张优先权，并将2021-081688号的全部内容并入本国际申请。
【符号的说明】
1脉搏波传感器、10壳体、20应变体、21基部、22梁部、23负荷部、24延伸部、30线材、100应变计、110基材、110a上表面、130电阻体、140布线、150电极、160盖层、130e1、130e2末端。

Claims (8)

1.一种脉搏波传感器，其中，
具有：具备圆形开口部的应变体；和
设置在所述应变体上、并以Cr混相膜为电阻体的应变计，
设所述圆形开口部的直径为d[mm]、所述应变体的厚度为t[mm]时，
在所述应变体的材料为SUS且d＝32的情况下，0.059≤t≤0.124，
在所述材料为SUS且d＝22的情况下，0.046≤t≤0.099，
在所述材料为SUS且d＝13的情况下，0.030≤t≤0.067，
在所述材料为SUS且d＝7的情况下，0.026≤t≤0.034，
在所述材料为铜且d＝32的情况下，0.084≤t≤0.166，
在所述材料为铜且d＝22的情况下，0.066≤t≤0.132，
在所述材料为铜且d＝13的情况下，0.044≤t≤0.088，
在所述材料为铜且d＝7的情况下，0.032≤t≤0.050，
在所述材料为铝且d＝32的情况下，0.097≤t≤0.212，
在所述材料为铝且d＝22的情况下，0.079≤t≤0.168，
在所述材料为铝且d＝13的情况下，0.050≤t≤0.107，
在所述材料为铝且d＝7的情况下，0.038≤t≤0.063，
基于与所述应变体的变形相伴的所述电阻体的电阻值的变化来检测脉搏波。
2.一种脉搏波传感器，其中，
具有：应变体；和
设置在所述应变体上、并以Cr混相膜为电阻体的应变计，
所述应变体，具有：
具备圆形开口部的基部；
桥接所述基部的内侧的梁部；和
设置在所述梁部的负荷部，
所述应变体为平板状，
基于与所述应变体的变形相伴的所述电阻体的电阻值的变化来检测脉搏波。
3.根据权利要求1所述的脉搏波传感器，其中，
所述应变体，具有：
具备所述圆形开口部的基部；
桥接所述基部的内侧的梁部；和
设置在所述梁部的负荷部。
4.根据权利要求3所述的脉搏波传感器，其中，
所述应变体为平板状。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的脉搏波传感器，其中，
所述梁部具有俯视下十字状交叉的2根梁，
所述梁的交叉的区域，包括所述圆形开口部的中心，
在所述梁的交叉的区域，设置有所述负荷部。
6.根据权利要求5所述的脉搏波传感器，其中，
具备4个所述应变计，
4个所述应变计中的2个，以在俯视下夹着所述负荷部相对的方式配置在以第1方向为长度方向的所述梁的靠近所述负荷部的一侧，
4个所述应变计中的另外2个，以俯视下夹着所述负荷部相对的方式配置在以与所述第1方向正交的第2方向为长度方向的所述梁的靠近所述基部的一侧。
7.根据权利要求5或6所述的脉搏波传感器，其中，
各个所述梁的长度与所述圆形开口部的直径大致相等。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的脉搏波传感器，其中，
在各个所述梁中，在交叉的区域以外的宽度是固定的。
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