JP2021162303A - ひずみゲージ - Google Patents
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Abstract
【課題】はかり用途に使用可能なひずみゲージを提供する。【解決手段】本ひずみゲージは、可撓性を有する樹脂製の基材と、前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体の膜厚は、１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。【選択図】図５
Description
本発明は、ひずみゲージに関する。
基材上に抵抗体を備え、測定対象物に貼り付けて、測定対象物の特性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、例えば、材料のひずみを検出するセンサや、周囲温度を検出するセンサ等のセンサ用途として使用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、ひずみゲージはセンサ用途に用いる以外に、はかり用途に用いる場合もあり、その場合には、センサ用途よりも厳しいクリープに関する規格を満足する必要がある。そのため、センサ用途に使用できるひずみゲージであっても、はかり用途には使用できない場合があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、はかり用途に使用可能なひずみゲージを提供することを目的とする。
本ひずみゲージは、可撓性を有する樹脂製の基材と、前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体の膜厚は、１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。
開示の技術によれば、はかり用途に使用可能なひずみゲージを提供できる。
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。
〈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１及び図２を参照すると、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、端子部４１とを有している。
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１及び図２を参照すると、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、端子部４１とを有している。
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。
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の膜厚は、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の膜厚が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。
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できる。なお、フィルムとは、膜厚が５００μｍ以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
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。
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。
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。
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ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。
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。
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Ｃｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎ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。
又、ＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎ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Ｃｒ２Ｎ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。
一方で、膜中に微量のＮ２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。
端子部４１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。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。抵抗体３０は、例えば、端子部４１の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部４１に接続されている。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。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、両者は同一工程において同一材料により一体に形成できる。
抵抗体３０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。
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。
ここで、抵抗体３０の好適な膜厚について説明する。ひずみゲージ１をセンサ用途に用いる場合には、抵抗体３０の膜厚は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、５０ｎｍ〜２０００ｎｍ程度とすることができる。特に、抵抗体３０の膜厚が１００ｎｍ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、１０００ｎｍ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。
一方、ひずみゲージ１をはかり用途に用いる場合には、クリープに関する規格を満足する必要がある。クリープに関する規格とは、例えば、ＯＩＭＬ Ｒ６０に基づく精度等級Ｃ１（以降、Ｃ１規格とする）や、ＯＩＭＬ Ｒ６０に基づく精度等級Ｃ２（以降、Ｃ２規格とする）が挙げられる。
Ｃ１規格では、クリープ量及びクリープリカバリー量を±０．０７３５％以下にする必要がある。又、Ｃ２規格では、クリープ量及びクリープリカバリー量を±０．０３６８％以下にする必要がある。なお、ひずみゲージ１をセンサ用途に用いる場合には、クリープ量及びクリープリカバリー量の規格は±０．５％程度である。
発明者らが鋭意検討したところ、クリープは抵抗体３０の膜厚に対する依存性が高く、Ｃ１規格やＣ２規格を満足するためには、抵抗体３０の膜厚を上記の５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲の中で更に狭い範囲に絞る必要があるとの知見に至った。
具体的には、上記のように抵抗体３０を構成する結晶の結晶性が向上する膜厚も考慮すると、Ｃ１規格を満足するためには、抵抗体３０の膜厚を１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下にすることが好ましい。
又、Ｃ２規格を満足するためには、抵抗体３０の膜厚を１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にすることが好ましい。更に、Ｃ２規格を確実に満足するために、５０％のマージンを見込むと（すなわち、Ｃ２規格の１／２の値を満足するためには）、抵抗体３０の膜厚を２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下にすることが好ましい。
又、発明者らの検討によれば、クリープは、抵抗体３０の膜厚ほどではないが、基材１０の膜厚にも依存する。そのため、抵抗体３０の膜厚を上記の範囲とし、更に基材１０の膜厚を上記の５μｍ〜５００μｍの範囲の中で更に狭い範囲に絞ると、クリープ量及びクリープリカバリー量を一層低減することができる。
具体的には、Ｃ１規格を満足するためには、基材１０の膜厚は、５μｍ以上１３０μｍ以下にすることが好ましい。又、Ｃ２規格を満足するためには、基材１０の膜厚は、５μｍ以上１００μｍ以下にすることが好ましい。
何れの場合も、基材１０の膜厚の下限を１０μｍ以上とすることで、前述の絶縁性が良好となる効果を合わせて得られる。すなわち、絶縁性の確保という点も考慮すれば、Ｃ１規格を満足するためには、基材１０の膜厚は、１０μｍ以上１３０μｍ以下にすることが好ましく、Ｃ２規格を満足するためには、基材１０の膜厚は、１０μｍ以上１００μｍ以下にすることが好ましい。
更に、Ｃ２規格を確実に満足するために、５０％のマージンを見込むと（すなわち、Ｃ２規格の１／２の値を満足するためには）、基材１０の膜厚は、３０μｍ以上７０μｍ以下にすることが好ましい。
このように、ひずみゲージ１は、抵抗体３０の膜厚を従来よりも厳しく規定することで、はかり用途に使用可能である。又、ひずみゲージ１は、抵抗体３０の膜厚を従来よりも厳しく規定し、更に基材１０の膜厚を従来よりも厳しく規定することで、十分なマージンを持って、はかり用途に使用可能である。但し、ひずみゲージ１をセンサ用途に使用しても構わない。
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及び端子部４１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及び端子部４１の材料や厚さと同様である。
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。
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。
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。
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。
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。
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、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２等が挙げられる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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Ｃｒ２Ｎの割合、並びにＣｒＮ及びＣｒ２Ｎ中のＣｒ２Ｎの割合を調整できる。
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。
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。
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。
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及び端子部４１を形成する。
抵抗体３０及び端子部４１を形成後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０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、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０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。
なお、抵抗体３０及び端子部４１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３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。
［実施例１］
実施例１では、クリープ量及びクリープリカバリー量を低減するための抵抗体３０の好適な膜厚について検討した。具体的には、抵抗体３０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１を作製し、各々のひずみゲージ１をＳＵＳ３０４製の起歪体上に貼り付け、クリープ量及びクリープリカバリー量を測定した。なお、基材１０としては、膜厚２５μｍのポリイミド樹脂製のフィルムを用いた。
実施例１では、クリープ量及びクリープリカバリー量を低減するための抵抗体３０の好適な膜厚について検討した。具体的には、抵抗体３０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１を作製し、各々のひずみゲージ１をＳＵＳ３０４製の起歪体上に貼り付け、クリープ量及びクリープリカバリー量を測定した。なお、基材１０としては、膜厚２５μｍのポリイミド樹脂製のフィルムを用いた。
クリープ量及びクリープリカバリー量は、ひずみゲージ１において抵抗体３０が設けられた面の弾性変形の量（ひずみ量）が時間経過と共に変化する量であるため、一対の端子部４１間の出力に基づいて算出したひずみ電圧をモニタすることで測定できる。図４を参照して、詳しく説明する。
図４は、クリープ量及びクリープリカバリー量の測定方法について説明する図である。図４において、横軸は時間、縦軸はひずみ電圧［ｍＶ］である。
まず、測定装置に電源を投入して１０秒後に、起歪体に貼り付けられたひずみゲージ１に１５０％荷重を１０秒間かけ、その後、除荷する。除荷後、２０分が経過したら、起歪体に貼り付けられたひずみゲージ１に１００％荷重を２０分間かけ、その後、除荷する。そして、除荷後２０分経過するのを待つ。
ひずみ電圧は、例えば、図４に示すように変化する。図４において、１５０％荷重を除荷後２０分経過した時点と、１００％荷重をかけた直後の時点のひずみ電圧の差の絶対値Ｂを測定する。又、１００％荷重をかけた直後の時点と、１００％荷重をかけ始めてから２０分経過した時点のひずみ電圧の差の絶対値ΔＡを測定する。このとき、ΔＡ／Ｂがクリープ量となる。次に、１００％荷重を除荷した直後の時点と、１００％荷重を除荷後２０分経過した時点のひずみ電圧の差の絶対値ΔＣを測定する。このとき、ΔＣ／Ｂがクリープリカバリー量となる。
なお、１００％荷重とは３ｋｇであり、１５０％荷重とは１００％荷重の１．５倍の荷重である。
図５は、実施例１の結果を示す図であり、抵抗体３０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１のクリープ量及びクリープリカバリー量を図４の測定方法で測定した結果をまとめたものである。
図５に示すように、抵抗体３０の膜厚が７００ｎｍ以下であれば、Ｃ１規格のクリープ量及びクリープリカバリー量を満足できる。前述のように抵抗体３０の膜厚が１００ｎｍ以上であると抵抗体３０を構成する結晶の結晶性が向上する点を考慮すると、Ｃ１規格を満足するためには、抵抗体３０の膜厚を１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下にすることが好ましいといえる。
又、図５に示すように、抵抗体３０の膜厚が１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であれば、Ｃ２規格のクリープ量及びクリープリカバリー量を満足できる。更に、Ｃ２規格を確実に満足するために、５０％のマージンを見込むと（すなわち、Ｃ２規格の１／２の値を満足するためには）、抵抗体３０の膜厚を２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下にすることが好ましい。
［実施例２］
実施例２では、クリープ量及びクリープリカバリー量を低減するための基材１０の好適な膜厚について検討した。具体的には、基材１０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１を作製し、各々のひずみゲージ１をＳＵＳ３０４製の起歪体上に貼り付け、クリープ量及びクリープリカバリー量を測定した。なお、抵抗体３０としては、膜厚２２０ｎｍのＣｒ混相膜を用いた。
実施例２では、クリープ量及びクリープリカバリー量を低減するための基材１０の好適な膜厚について検討した。具体的には、基材１０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１を作製し、各々のひずみゲージ１をＳＵＳ３０４製の起歪体上に貼り付け、クリープ量及びクリープリカバリー量を測定した。なお、抵抗体３０としては、膜厚２２０ｎｍのＣｒ混相膜を用いた。
図６は、実施例２の結果を示す図であり、基材１０の膜厚を変えた複数のひずみゲージ１のクリープ量及びクリープリカバリー量を図４の測定方法で測定した結果をまとめたものである。
図６に示すように、基材１０の膜厚が５μｍ以上１３０μｍ以下であれば、Ｃ１規格のクリープ量及びクリープリカバリー量を満足できる。前述のように基材１０の膜厚が１０μｍ以上であると絶縁性が良好となる点を考慮すると、Ｃ１規格を満足するためには、基材１０の膜厚を１０μｍ以上１３０μｍ以下にすることが好ましいといえる。
又、図６に示すように、基材１０の膜厚が５μｍ以上１００μｍ以下であれば、Ｃ２規格のクリープ量及びクリープリカバリー量を満足できる。前述のように基材１０の膜厚が１０μｍ以上であると絶縁性が良好となる点を考慮すると、Ｃ２規格を満足するためには、基材１０の膜厚を１０μｍ以上１００μｍ以下にすることが好ましいといえる。
更に、Ｃ２規格を確実に満足するために、５０％のマージンを見込むと（すなわち、Ｃ２規格の１／２の値を満足するためには）、基材１０の膜厚は、３０μｍ以上７０μｍ以下にすることが好ましい。
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。
１ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、４１ 端子部、６０ カバー層
Claims (10)
- 可撓性を有する樹脂製の基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記抵抗体の膜厚は、１００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるひずみゲージ。 - 前記抵抗体の膜厚は、１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項１に記載のひずみゲージ。
- 前記抵抗体の膜厚が２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である請求項２に記載のひずみゲージ。
- 前記基材の膜厚は、１０μｍ以上１３０μｍ以下である請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。
- 前記基材の膜厚は、１０μｍ以上１００μｍ以下である請求項４に記載のひずみゲージ。
- 前記基材の膜厚は、３０μｍ以上７０μｍ以下である請求項５に記載のひずみゲージ。
- 前記基材の材料は、ポリイミドである請求項１乃至６の何れか一項に記載のひずみゲージ。
- ゲージ率が１０以上である請求項１乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。
- 前記抵抗体に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎの割合は、２０重量％以下である請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージ。
- 前記ＣｒＮ及び前記Ｃｒ２Ｎ中の前記Ｃｒ２Ｎの割合は、８０重量％以上９０重量％未満である請求項１乃至９の何れか一項に記載のひずみゲージ。
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