JP2007286038A - 応力検出センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図るとともに、２軸応力の検出精度を向上させることが可能な応力検出センサを提供すること。
【解決手段】少なくとも主面１ａが絶縁体層１Ｂにより形成されている基板１と、主面１ａ上に形成された１対の帯状の抵抗体２Ａ，２Ｂと、を備えており、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂが、互いに直交し、かつこれらの中央部２Ａａ，２Ｂａどうしが重なり合う構成とされた、応力検出センサＡ１であって、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂのうち少なくともこれらの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄは、いずれも主面１ａに接している一方、それぞれの中央部２Ａａ，２Ｂａの間には、絶縁体層３ａが介在しており、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂのうち少なくとも一方は、中央部２Ｂａと両端縁２Ｂｄとの間に段差部２Ｂｃを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば車両の車輪に作用する摩擦力、垂直抗力等を検出するための車輪作用力測定装置に用いられる応力検出センサ、およびその製造方法に関する。

従来の応力検出センサとしては、車両に装備されるアンチロックブレーキ装置（以下、ＡＢＳ）を構成する車輪作用力測定装置に用いられるものがある（特許文献１参照）。図９は、そのような応力検出センサの一例を示している。本図に示された応力検出センサＸは、基体９１と、この基体９１の両面に設けられた２対の帯状の抵抗体９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂとを具備している。２対の抵抗体９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂは、基体９１の同じ面に形成されたものどうしが直交しており、互いの中央部が重なる配置とされている。たとえば、１対の抵抗体９２ａ，９２ｂは、ＳｉＯ₂などの絶縁体層（図示略）に覆われた基体９１の表面に抵抗体９２ａを貼付し、この抵抗体９２ａ全体を覆うように追加の絶縁体層（図示略）を形成した後に、抵抗体９２ｂを貼付することにより形成されている。

応力を測定する際には、１対の抵抗体９２ａ，９２ｂの交差部が測定点に位置される。１対の抵抗体９２ａ，９２ｂは、上記測定点に発生する応力に応じて、長手方向寸法が伸縮され、これによりそれぞれの両端縁間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を読み取ることにより、上記測定点における２軸応力を測定可能となっている。さらに、基体９１の両面に１対ずつの抵抗体９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂを備えることにより、基体９１の厚さ方向におけるモーメントなども測定可能である。このような応力検出センサＸを適宜組み合わせて車輪作用力測定装置を構成すれば、車輪に作用する摩擦力、垂直抗力等を検出し、路面摩擦係数等を得ることができる。これらの諸量に基づいて、たとえばＡＢＳの駆動制御がなされる。

しかしながら、近年、ＡＢＳとしても制動距離の短縮化や、制動姿勢のさらなる安定化などの要求が高まっている。このため、上記車輪作用力測定装置には、摩擦力や垂直抗力をより高い精度で測定することが求められている。応力検出センサＸは、上記測定点における応力を正確に測定するため、２対の抵抗体９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂが交差部を有しており、それぞれが上記絶縁体層を介して積層された構成となっている。このため、下位に配置された抵抗体９２ａ，９３ａには、基材９１の応力が直接伝達されるが、上位に配置された抵抗体９２ｂ，９３ｂには、基材９１の応力が上記追加の絶縁体層を介して伝達されることとなる。上記追加の絶縁体層を薄膜状に形成したとしても、その厚さ方向にせん断変形が生じることが避けられない。このため、下位に配置された抵抗体９２ａ，９３ａに比べて上位に配置された抵抗体９２ｂ，９３ｂによる検出精度が上記せん断変形の分だけ低下することとなる。このような検出精度の低下は、上記車輪作用力測定装置の測定精度の低下に直結するため、ＡＢＳの制動距離の短縮化や、制動姿勢の安定化といった要望に十分に応えられない場合があった。また、上記車輪作用力測定装置の測定精度向上には、応力検出センサＸの小型化が有利であるが、その反面、応力検出センサＸの小型化を図るほど、上記追加の絶縁体層のせん断変形の影響が大きくなるなどの問題があった。

特開平４−３３１３３６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化を図るとともに、
２軸応力の検出精度を向上させることが可能な応力検出センサ、およびその製造方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される応力検出センサは、少なくとも主面が絶縁性物質により形成されている基板と、上記主面上に形成された１対の帯状の抵抗体と、を備えており、上記１対の抵抗体が、互いに直交し、かつこれらの中央部どうしが重なり合う構成とされた、応力検出センサであって、上記１対の抵抗体のうち少なくともこれらの両端縁は、いずれも上記主面に接している一方、それぞれの上記中央部の間には、絶縁体層が介在しており、上記１対の抵抗体のうち少なくとも一方は、上記中央部と両端縁との間に段差部を有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記１対の抵抗体のうち上位に配置された抵抗体の中央部以外の多くの部分を上記基板の上記主面に直接形成することが可能である。これらの部分には、上記基板の上記主面から直接応力が伝達されるため、たとえば、絶縁体層が介在することによる応力伝達ロスを抑制することができる。したがって、応力検出の精度を向上するのに適しており、たとえばこの応力検出センサが用いられる車輪作用力測定装置の測定精度向上が可能であり、ＡＢＳの制動距離の短縮化や、制動姿勢の安定化を図ることができる。

好ましい実施の形態においては、上記１対の抵抗体のうち上記中央部または上記段差部から上記両端縁へと延びる側延部は、いずれもそれらの全長にわたって上記主面に接している。このような構成によれば、実質的に上記抵抗体の大部分を占める上記側延部には、上記主面から直接応力が伝達される。したがって、応力検出の精度を高めるのに好適である。

好ましい実施の形態においては、上記１対の抵抗体は、上記両端縁間の電気抵抗が互いに同一である。このような構成によれば、上記１対の抵抗体に同一の大きさの応力が作用した場合に、それぞれの両端縁間の電気抵抗の変化量を同一とすることが可能である。したがって、上記１対の抵抗体が延びる２軸方向における応力検出の精度をさらに高めることができる。

好ましい実施の形態においては、上記絶縁体層は、上記１対の抵抗体のうち下位に位置する抵抗体の中央部を覆う絶縁体部材の一部である。このような構成によれば、上記１対の抵抗体の中央部間に介在する上記絶縁体層を適切に設けることができる。

好ましい実施の形態においては、上記絶縁体部材は、上記基板の上記主面から遠ざかるほど、その断面が小となるテーパ形状とされている。このような構成によれば、上記抵抗体の上記段差部をこの絶縁体部材のテーパ形状に沿って設けることにより、この段差部を傾斜させることが可能である。したがって、上記段差部により上記抵抗体全体の長さが延長されることを抑制し、上記１対の抵抗体どうしの電気抵抗を等しくするのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板の主面には、凹部が形成されており、上記１対の抵抗体のうち下位に位置する抵抗体は、少なくともその中央部が上記凹部内に形成されている。このような構成によれば、上記１対の抵抗体のそれぞれの中央部を上記主面が向く方向において位置ずれさせて設けることが可能である。このため、上記１対の抵抗体のうち、一方の抵抗体のみに不当に大きな段差部を生じることが無く、１対の抵
抗体の長さを揃えることができる。これにより、応力検出精度をより高めることが可能である。

好ましい実施の形態においては、上記凹部の内向き側面のうち互いに対向する少なくとも１対の側面は、上記主面が向く方向に末広がり状となった傾斜面とされている。このような構成によれば、上記１対の抵抗体のうちその中央部が上記凹部内に設けられる抵抗体には、傾斜した段差部が形成される。このため、上記段差部を有してもその全長が過大に延長させられることを回避できる。

好ましい実施の形態においては、上記１対の抵抗体は、それぞれの上記中央部と上記側延部との間に、上記主面が向く方向において互いに反対方向にずれを生じる段差部を有している。このような構成によれば、上記１対の抵抗体の長さを等しくするのに有利である。

好ましい実施の形態においては、上記1対の抵抗体の上記段差部は、上記主面が向く方向における寸法が互いに同一である。このような構成によれば、上記１対の抵抗体の長さを同一とすることが可能であり、応力検出精度を高めるのに好適である。

本発明のさらに好ましい実施の形態においては、上記１対の帯状の抵抗体は、第１の抵抗体と、第２の抵抗体とからなっており、上記第１の抵抗体は、上記中央部と上記両側延部とが一連となって上記主面に接している一方、上記第２の抵抗体は、上記第１の抵抗体の上記中央部を挟んで位置する上記両側延部が上記主面に接しているとともに、上記両側延部をつなぐ上記中央部が上記絶縁体層を介して上記第１の抵抗体の上記中央部を跨ぐように形成されている。

本発明の第２の側面によって提供される応力検出センサの製造方法は、少なくとも主面が絶縁性物質により形成されている基板と、上記主面上に形成され、それぞれ、中央部とこの中央部から両端縁にかけて延びる両側延部とをもつ第１および第２の帯状の抵抗体と、を備えており、これら第１および第２の抵抗体がそれらの中央部において互いに直交し、かつこれらの中央部どうしが絶縁体層を介して重なり合う構成とされた応力検出センサの製造方法であって、上記基板の主面上に、上記第１の抵抗体の全体と、上記第２の抵抗体の両側延部とを同時に形成する工程、上記第１の抵抗体の中央部を覆うようにして、上記絶縁体層を形成する工程、および、上記絶縁体層に重ね、かつ、上記第２の抵抗体の両側延部間をつなぐようにして、上記第２の抵抗体の中央部を形成する工程、を含むことを特徴とする。

このような構成によれば、第１の抵抗体の全体と、第２の抵抗体の大部分を、同一プロセスで形成することができるので、第１の抵抗体と第２の抵抗体の大部分の膜特性を同一にすることができる。このことは、第１の抵抗体と第２の抵抗体の抵抗値を同一とするのに適しているし、工程が簡略化されることから、製造コストを低減することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１ないし図３は、本発明に係る応力検出センサの第１実施形態を示している。この応力検出センサＡ１は、基板１、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂ、絶縁体部材３、配線パターン４、および端子５を具備して構成されている。なお図１においては、図２および図３に示す保護膜６を省略して示している。

図１に示すように、基板１は、全体として略矩形状であり、図２および図３に示すように、ＳＵＳ板１Ａ上に絶縁体層１Ｂが積層された構成である。本実施形態においては、基板１のサイズは、たとえば、１ｍｍ角〜８ｍｍ角程度の比較的小サイズとされる。これは、応力検出センサＡ１がＡＢＳを構成する車輪作用力測定装置に用いられる場合に、車両のサスペンションに埋設されるには、できるだけ小型であることが測定精度の向上に好ましいことによる。なお、絶縁体層１Ｂの厚さは、たとえば２０００〜３０００Å程度とされる。

基板１の主面１ａ上には、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂが形成されている。１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、たとえばＣｒＯｘまたはＮｉからなり、それぞれ５０００Å程度の帯状膜とされている。また、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、応力が負荷されていない自然状態において、それぞれの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄ間における電気抵抗が同一となる長さおよび厚さとされている。１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、互いの中央部２Ａａ，２Ｂａが重なり合うように、互いに直交する配置とされている。この応力検出センサＡ１においては、抵抗体２Ａ，２Ｂの交差部分である中央部２Ａａ，２Ｂａが測定点と一致する配置とされる。１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、この測定点における応力に応じて、これらの長手方向寸法がそれぞれ独立して伸縮する。この伸縮により、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄ間における電気抵抗が変化する。この変化を読み取ることにより、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂがそれぞれ延びる方向、すなわち互いに直交する２軸の応力を検出可能となっている。このような１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、スパッタリングまたはＣＶＤなどの薄膜形成手法により、ＣｒＯｘまたはＮｉの薄膜を生成し、この薄膜に対して、フォトリソグラフィに
より形成したレジストマスクをエッチングマスクとしたドライエッチングを施すことにより形成することができる。

図１に示すように、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂの交差部には、絶縁体部材３が設けられている。絶縁体部材３は、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂを互いに電気的に絶縁させるためのものであり、たとえばＳｉＯ₂またはポリイミドからなる。絶縁体部材３は、傾斜面３ｂを有
することにより、図中上方に向かうほど断面が小となる、いわゆる順テーパ形状とされる。図２または図３に示すように、絶縁体部材３のうち膜状となった上部が１対の抵抗体２Ａ，２Ｂの中央部２Ａａ，２Ｂａ間に介在する絶縁体層３ａとなっている。絶縁体層３ａの厚さは、たとえば１０００Å程度とされる。

本実施形態においては、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂと絶縁体部材３との配置に特徴があり、たとえば、以下のような製造工程を経て形成される。まず、基板１の主面１ａ上に抵抗体２Ａが上述した薄膜形成手法とドライエッチングとを用いることにより形成される。抵抗体２Ａは、図２および図３に示すように、中央部２Ａａと、中央部２Ａａから両端縁２Ａｄへと延びる１対の側延部２Ａｂとが主面１ａに接する平坦な形状とされている。この抵抗体２Ａの中央部２Ａａを覆うように絶縁体部材３を形成する。絶縁体部材３の形成は、たとえば、抵抗体２Ａ全体を覆うようにスパッタリングまたはＣＶＤを用いてＳｉＯ₂
またはポリイミドの絶縁体薄膜を形成し、この絶縁体薄膜に対して上述した順テーパ形状を生じるようにドライエッチングを施すことによりなされる。絶縁体部材３を形成した後に、上述した抵抗体２Ａと同様の手法により抵抗体２Ｂを形成する。抵抗体２Ｂは、順テーパ形状とされた絶縁体部材３に被さるように形成されるために、１対の側延部２Ｂｂがともに基板１の主面１ａに接する一方、中央部２Ｂａが絶縁体部材３の形状に合わせて図中上方にずれた形状となる。中央部２Ｂａと側延部２Ｂｂとの間には、図２に示すように、絶縁体部材３の傾斜面３ｂに沿って傾斜した段差部２Ｂｃが形成される。

図１に示すように、基板１の一端縁には、４つの端子５が設けられている。４つの端子５は、配線パターン４により、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂと両端縁２Ａｄ，２Ｂｄにおいて導通している。４つの端子５および配線パターン４は、たとえば金からなる。上述した車輪作用力測定装置においては、所定個数の応力検出センサＡ１を用いて、これらの端子５を所定の制御演算部に接続することにより、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂが組み込まれたいわゆるホイストンブリッジ回路が形成される。上述したように上記測定点における応力に応じて１対の抵抗体２Ａ，２Ｂの電気抵抗が変化すると、この電気抵抗変化が上記ホイストンブリッジ回路から読み取られ、この結果各軸の応力が検出される。

また、図２および図３に示すように、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂおよび絶縁体部材３を含む主面１ａには、これらを覆う保護膜６が形成されている。保護膜６は、たとえばＳｉＯ₂からなる。

次に、応力検出センサＡ１の作用について、以下に説明する。

本実施形態によれば、上述した測定点における応力検出精度を向上させることができる。その理由として、第１に、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂが互いに直交し、それぞれの中央部２Ａａ，２Ｂａが重なる配置とされており、これらの中央部２Ａａ，２Ｂａを上記測定点に一致させることが可能な点がある。すなわち、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂは、いずれも上記測定点を横切ってこの測定点から互いに直交する方向に延びており、上記測定点において生ずる微小な応力によってもその長手方向寸法が直ちに伸縮される。本実施形態と異なり、１対の抵抗体がそれぞれ中央部を欠いた形状とされ、本実施形態でいう中央部を有さない構成とすることも可能であるが、上記測定点には、これらの抵抗体が位置しないこととなる。特に各軸方向における応力勾配が大きい応力場を測定する場合などには、上記測
定点における応力を正確に測定できるとは限らない。一方、本実施形態においては、応力勾配が大きい場合であっても、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂを上記測定点における応力に忠実に伸縮させることができる。

第２に、抵抗体２Ａの全体、および抵抗体２Ｂの側延部がそれぞれ同一面である主面１ａに接する構成とされていることにより、基板１からの応力伝達の均一化が図られていることがある。上述したように１対の抵抗体２Ａ，２Ｂを互いに交差した構成とするには、従来例において説明したように、抵抗体２Ａを含む主面１ａ全体を覆うように追加の絶縁体層を形成した後に、この追加の絶縁体層を介して抵抗体２Ｂを主面１ａ上に形成することも可能である。しかしながら、抵抗体２Ｂは、その全長にわたって上記追加の絶縁体層を介して応力が伝達される。この応力伝達においては、上記追加の絶縁体層のせん断変形が避けられない。そうすると、主面１ａから直接応力が伝達される抵抗体２Ａと、上記追加の絶縁体層を介して応力が伝達される抵抗体２Ｂとでは、同じ大きさの応力が発生した場合であっても、それぞれの電気抵抗の変化量が異なることとなる。このようなことでは、応力検出精度の向上が阻害されてしまう。本実施形態によれば、抵抗体２Ｂの中央部２Ｂａおよび段差部２Ｂｃのみが絶縁体層３ａまたは絶縁体部材３の側部を介して応力が伝達される構成とされており、抵抗体２Ａの全長、および比較的長さが大である抵抗体２Ｂの側延部２Ｂｂは、いずれも主面１ａから直接応力が伝達される。また、絶縁体層３ａの厚さが１０００Åと比較的薄いことにより、抵抗体２Ｂの中央部２Ｂａへの応力伝達の効率も比較的良好となる。したがって、本実施形態は、上記測定点における応力の検出精度を高めるのに好適である。これにより、たとえば上記車輪作用力測定装置の測定精度を向上させることが可能であり、ＡＢＳの制動距離の短縮化や制動姿勢の安定化といった要望に応えることができる。

また、本実施形態においては、絶縁体部材３がいわゆる順テーパ形状とされていることにより、抵抗体２Ｂの段差部２Ｂｃは、主面１ａに対して傾斜しており、起立した形状とはなっていない。このため、段差部２Ｂｃの有無による抵抗体２Ａ，２Ｂの長手方向寸法の差を僅少化することができる。また、これらの段差部２Ｂｃにおいて抵抗体２Ｂが断線するなどの不具合を抑制するのに適している。なお、本実施形態においては、いわゆる半導体製造プロセスに適用される薄膜形成手法およびドライエッチングを用いて形成されるため、抵抗体２Ａ，２Ｂおよび絶縁体部材３の形状を正確に仕上げることが可能である。すなわち、絶縁体部材３の形状から段差部２Ｂｃを含む抵抗体２Ｂの実質的な全長を算出し、抵抗体２Ａの全長との差を考慮して抵抗体２Ｂの厚さを制御することにより、抵抗体２Ａ，２Ｂの電気抵抗を等しいものとするのに適している。また、上述した薄膜形成手法およびドライエッチングなどを用いれば、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂを正確に直交させるのに有利であることはもちろんである。

図４および図５は、本発明に係る応力検出センサの第２実施形態を示している。本実施形態の応力検出センサＡ２は、基板１の主面１ａに凹部１Ｂａが形成されている点が、上述した第１実施形態にかかる応力検出センサＡ１と異なっている。なお、図４以降の図面においては、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、上記第１実施形態と同一の符号を付している。

基板１の上層である絶縁体層１Ｂには、凹部１Ｂａが形成されている。抵抗体２Ａは、その中央部２Ａａが凹部１Ｂａ内に位置するように形成されている。図５に示すように、凹部１Ｂａは１対の傾斜面１Ｂｂを有している。抵抗体２Ａは、中央部２Ａａから両側方へと繋がる部分がこれらの傾斜面１Ｂｂ上に形成されている。これにより、中央部２Ａａと側延部２Ａｂとの間には、傾斜面１Ｂｂに沿って傾斜した段差部２Ａｃが形成されている。このような凹部１Ｂａは、上述した絶縁体部材３と同様に、たとえばドライエッチングを用いて形成することができる。

絶縁体部材３は、抵抗体２Ａの中央部２Ａａを覆いつつ、凹部１Ｂａを満たすように形成されている。上述した第１実施形態と同様に、絶縁体部材３は、順テーパ形状とされており、その上部が抵抗体２Ａの中央部２Ａａを覆う絶縁体層３ａとなっている。この絶縁体部材３に被さるように抵抗体２Ｂが設けられており、抵抗体２Ｂには、中央部２Ｂａ、側延部２Ｂｂ、および段差部２Ｂｃが形成されている。

図４および図５に示すように、抵抗体２Ａ，２Ｂは、それぞれの中央部２Ａａ，２Ｂａが図中上下方向において反対方向にずれた形状となっている。本実施形態においては、これらのずれ量ＳＡ，ＳＢが同じ大きさとされている。これらのずれ量ＳＡ，ＳＢは、本図から明らかなように、凹部１Ｂａの深さ、および絶縁体部材３の主面１ａからの高さと等しくなる。たとえば、抵抗体２Ａ，２Ｂの厚さが、５０００Å、絶縁体層３ａの厚さが１０００Åである場合には、ずれ量ＳＡ，ＳＢは、ともに３０００Åとされる。なお、絶縁体層１Ｂの厚さは、５０００〜６０００Å程度が必要である。

このような実施形態によれば、上述した本発明の第１実施形態による効果が得られることに加えて、さらに応力検出精度を高めることができる。すなわち、抵抗体２Ａ，２Ｂそれぞれに、段差部２Ａｃ，２Ｂｃが形成されており、これによって生じる図中上下方向のずれ量ＳＡ，ＳＢが同じ大きさであることにより、抵抗体２Ａ，２Ｂは、幾何的に同一の長さを有するものとすることが可能である。この結果、測定点に応力が生じない自然状態において、抵抗体２Ａ，２Ｂの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄ間の電気抵抗をより等しくすることができる。したがって、この応力検出センサＡ２によれば、測定点における２軸応力の検出精度を高めるのに好適である。

第１実施形態の説明において述べたように、半導体製造プロセスに用いられる手法により、凹部１Ｂａ、絶縁体部材３、および抵抗体２Ａ，２Ｂを形成すれば、それぞれを所望のサイズおよび形状に正確に仕上げることが可能である。これにより、抵抗体２Ａ，２Ｂの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄ間寸法や、段差部２Ａｃ，２Ｂｃの角度、およびずれ量ＳＡ，ＳＢも正確な寸法とすることができる。したがって、抵抗体２Ａ，２Ｂの両端縁２Ａｄ，２Ｂｄ間の電気抵抗を等しいものとして、応力検出精度を向上させるのに有利である。

図６ないし図８は、本発明に係る応力検出センサの第３実施形態を示している。本実施形態の応力検出センサＡ３は、基板１の主面１ａに対し、１対の抵抗体２Ａ，２Ｂのうち、中央部２Ａａが下に位置する第１の抵抗体２Ａの全体と、中央部２Ｂａが上に位置する第２の抵抗体２Ｂの両側延部２Ｂｂとを同一プロセスによって形成する一方、第２の抵抗体２Ｂの中央部２Ｂａは、別途のプロセスにおいて、第１の抵抗体２Ａの中央部２Ａａを覆う絶縁体部材３を介して、両側延部２Ｂｂ間をつなぐようにして形成するという製造手法を採用したものである。

第１の抵抗体２Ａは、中央部２Ａａと、両側延部２Ａｂとが一連につながる帯状をしており、その全体が基板１の主面１ａに接するように形成されている。一方、第２の抵抗体２Ｂは、平面的には、上記第１の抵抗体２Ａと直交する帯状をしているが、その両側延部２Ｂｂが基板１の主面１ａに接するように形成され、中央部２Ｂａは、絶縁体部材３を介して第１の抵抗体２Ａの中央部２Ａａを跨ぎ、両側延部２Ｂｂ間をつなぐようにして形成されている。

この実施形態においては、第１の抵抗体２Ａの全体と、第２の抵抗体２Ｂの両側延部２Ｂｂとを、同一プロセスによって形成する。このプロセスにおいては、たとえば、ＣｒＯｘを用いたスパッタリングまたはＣＶＤなどの薄膜形成手法とドライエッチングとを用いることにより、形成される。次いで、第１の抵抗体２Ａの中央部２Ａａを覆う絶縁体部材３が、ＳｉＯ₂またはポリイミドを用いたスパッタリングまたはＣＶＤなどの薄膜形成手法とドライエッチングとにより形成される。次いで、第２の抵抗体２Ｂの中央部２Ｂａが、たとえばＮｉを用いた薄膜形成手法とドライエッチングとにより形成される。最後に、基板１の主面１ａは、端子５を除き、ＳｉＯ₂などからなる保護層６で覆われる。なお、第１および第２の抵抗体２Ａ，Ｂ、絶縁体部材３、第２の抵抗体２Ｂの中央部２Ｂａの厚みは、それぞれ、上記した第１および第２実施形態のものに準じたものとされる。

この第３実施形態の応力検出センサＡ３もまた、上記した第１および第２実施形態の応力検出センサＡ１，Ａ２と同様にして、第１および第２の抵抗体２Ａ，２Ｂの中央部２Ａａ，２Ｂａを測定点とした、正確な応力検出を行うことができる。とりわけ、第１の抵抗体２Ａの全体と、第２の抵抗体２Ｂの大部分の、基板１の主面１ａに接する部分が完全に同一材質と同一厚みに形成されうるので、両抵抗体２Ａ，２Ｂの膜特性を一致させるのに都合がよい。

本発明に係る応力検出センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る応力検出センサの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明でいう基板は、ＳＵＳ板と絶縁体層とを積層させた構成に限定されず、たとえば、絶縁体の単層構造としてもよい。絶縁体の材質としては、ＳｉＯ₂のほかにセラミック
などの絶縁体物質を用いてもよい。抵抗体、絶縁体部材などは、薄膜形成技術やドライエッチングなどの半導体製造プロセスに用いられる手法により形成することが望ましいが、これらに限定されるものではなく、厚さや平面形状を正確に仕上げることが可能な手法であればよい。

上述した実施形態のように、側延部の全長にわたって基板の主面と接する構成とすることが、応力検出の精度向上に好ましいことはもちろんであるが、たとえば、上位に位置する抵抗体の側延部の一部と主面との間に絶縁体層が介在する構成としてもよい。このような構成によっても、上述した従来技術の例のように上位に位置する抵抗体の側延部が全長にわたって絶縁体層を介して主面に設けられている構成と比べて、応力検出の精度を高めることは可能である一方、たとえば、製造工程における効率向上や、１対の抵抗体どうしの絶縁性確保などの点において、有利となる場合がある。

本発明に係る応力検出センサの用途としては、基体の両面に２つの応力検出センサが設
けられた構成、あるいは、立方体の基体の６面に計６つの応力検出センサが設けられた構成とされた車輪作用力測定装置などが適しているが、これに限定されず、微小な応力測定点について直交する２軸応力を検出するあらゆる装置に適用することが可能であることはもちろんである。

本発明に係る応力検出センサの第１実施形態を示す全体斜視図である。 図１のII-II線に沿う要部断面図である。 図１のIII-III線に沿う要部断面図である。 本発明に係る応力検出センサの第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る応力検出センサの第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る応力検出センサの第３実施形態を示す全体平面図である。 図６のVII-VII線に沿う要部断面図である。 図６のVIII-VIII線に沿う要部断面図である。 従来の応力検出センサの一例を示す全体斜視図である。

符号の説明

Ａ 応力検出センサ
１ 基板
１Ａ ＳＵＳ板
１Ｂ 絶縁体層
１Ｂａ 凹部
１Ｂｂ 傾斜面
２Ａ、２Ｂ １対の抵抗体
２Ａａ，２Ｂａ 中央部
２Ａｂ，２Ｂｂ 側延部
２Ａｃ，２Ｂｃ 段差部
２Ａｄ，２Ｂｄ 両端縁
３ 絶縁体部材
３ａ 絶縁体層
３ｂ 傾斜面
４ 配線パターン
５ 端子
６ 保護層

Claims (11)

1. 少なくとも主面が絶縁性物質により形成されている基板と、
   上記主面上に形成された１対の帯状の抵抗体と、を備えており、
   上記１対の抵抗体が、互いに直交し、かつこれらの中央部どうしが重なり合う構成とされた、応力検出センサであって、
   上記１対の抵抗体のうち少なくともこれらの両端縁は、いずれも上記主面に接している一方、それぞれの上記中央部の間には、絶縁体層が介在しており、
   上記１対の抵抗体のうち少なくとも一方は、上記中央部と上記両端縁との間に段差部を有することを特徴とする、応力検出センサ。
2. 上記１対の抵抗体のうち上記中央部または上記段差部から上記両端縁へと延びる側延部は、いずれもそれらの全長にわたって上記主面に接している、請求項１に記載の応力検出センサ。
3. 上記１対の抵抗体は、上記両端縁間の電気抵抗が互いに同一である、請求項１または２に記載の応力検出センサ。
4. 上記絶縁体層は、上記１対の抵抗体のうち下位に位置する抵抗体の中央部を覆う絶縁体部材の一部である、請求項１ないし３のいずれかに記載の応力検出センサ。
5. 上記絶縁体部材は、上記基板の上記主面から遠ざかるほど、その断面が小となるテーパ形状とされている、請求項４に記載の応力検出センサ。
6. 上記基板の主面には、凹部が形成されており、
   上記１対の抵抗体のうち下位に位置する抵抗体は、少なくともその中央部が上記凹部内に形成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の応力検出センサ。
7. 上記凹部の内向き側面のうち互いに対向する少なくとも１対の側面は、上記主面が向く方向に末広がり状となった傾斜面とされている、請求項６に記載の応力検出センサ。
8. 上記１対の抵抗体は、それぞれの上記中央部と上記側延部との間に、上記主面が向く方向において互いに反対方向にずれを生じる段差部を有している、請求項６または７に記載の応力検出センサ。
9. 上記1対の抵抗体の上記段差部は、上記主面が向く方向における寸法が互いに同一である、請求項８に記載の応力検出センサ。
10. 上記１対の帯状の抵抗体は、第１の抵抗体と、第２の抵抗体とからなっており、
    上記第１の抵抗体は、上記中央部と上記両側延部とが一連となって上記主面に接している一方、
    上記第２の抵抗体は、上記第１の抵抗体の上記中央部を挟んで位置する両側延部が上記主面に接しているとともに、上記両側延部をつなぐ上記中央部が上記絶縁体層を介して上記第１の抵抗体の上記中央部を跨ぐように形成されている、請求項２に記載の応力検出センサ。
11. 少なくとも主面が絶縁性物質により形成されている基板と、上記主面上に形成され、それぞれ、中央部とこの中央部から両端縁にかけて延びる両側延部とをもつ第１および第２の帯状の抵抗体と、を備えており、これら第１および第２の抵抗体がそれらの中央部において互いに直交し、かつこれらの中央部どうしが絶縁体層を介して重なり合う構成とされた応力検出センサの製造方法であって、
    上記基板の主面上に、上記第１の抵抗体の全体と、上記第２の抵抗体の両側延部とを同時に形成する工程、
    上記第１の抵抗体の中央部を覆うようにして、上記絶縁体層を形成する工程、および、
    上記絶縁体層に重ね、かつ、上記第２の抵抗体の両側延部間をつなぐようにして、上記第２の抵抗体の中央部を形成する工程、
    を含むことを特徴とする、応力検出センサの製造方法。

Images