JP2022093237A - ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

【課題】耐ひずみ性を向上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、可撓性を有する基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、配線を介して前記抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、を有し、前記抵抗体の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記配線は、幅５μｍ以上１００μｍ以下の部分を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ひずみゲージに関する。

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。抵抗体は、例えば、配線を介して、電極と接続されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６－７４９３４号公報

ひずみゲージは起歪体へ貼り付けられ、起歪体の動きに追従し伸び縮みすることで、起歪体のひずみ量を検出する。そのため、より大きなひずみ量を検出するためには、伸び縮みの過程でひずみゲージ自身が破損してはならず、より高い耐ひずみ性が求められている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、耐ひずみ性を向上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、可撓性を有する基材と、前記基材上に形成された抵抗体と、前記基材上に形成され、配線を介して前記抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、を有し、前記抵抗体の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記配線は、幅５μｍ以上１００μｍ以下の部分を含む。

開示の技術によれば、耐ひずみ性を向上可能なひずみゲージを提供できる。

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。 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。 ひずみ限界の実験結果を示す図である。 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。 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。 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。

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、配線４１及び４２と、電極５１及び５２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。

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。

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。

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。

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を濃い梨地模様で示している。

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互い違いに連結されて、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り、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向となる。

グリッド幅方向の最も外側に位置する２つの細長状部の長手方向の一端部は、グリッド幅方向に屈曲し、抵抗体３０のグリッド幅方向の各々の終端３０ｅ_１及び３０ｅ_２を形成する。抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_１と電極５１は１本の配線４１により電気的に接続され、抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_２と電極５２は１本の配線４２により電気的に接続されている。なお、配線４１は本発明に係る第１配線の代表的な一例であり、配線４２は本発明に係る第２配線の代表的な一例である。

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、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。

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い。また、抵抗体３０の厚さが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。抵抗体３０の幅は、抵抗値や横感度等の要求仕様に対して最適化し、かつ断線対策も考慮すると、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。

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。

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。

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。

配線４１及び４２は、基材１０上に形成されている。電極５１及び５２は、基材１０上に形成され、配線４１及び４２を介して抵抗体３０と電気的に接続されており、例えば、配線４１及び４２よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極５１及び５２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。図１では、便宜上、配線４１及び４２並びに電極５１及び５２を、抵抗体３０よりも薄い梨地模様で示している。

なお、抵抗体３０と配線４１及び４２と電極５１及び５２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と配線４１及び４２と電極５１及び５２とは、厚さが略同一である。

配線４１及び４２や電極５１及び５２の上面を、配線４１及び４２や電極５１及び５２よりも低抵抗の材料から形成された金属で被覆してもよい。例えば、抵抗体３０、配線４１及び４２、並びに電極５１及び５２がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜よりも低抵抗な金属の材料として、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。

抵抗体３０並びに配線４１及び４２を被覆し電極５１及び５２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並びに配線４１及び４２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並びに配線４１及び４２を湿気等から保護できる。なお、カバー層６０は、電極５１及び５２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、ひずみゲージ１における耐ひずみ性について説明する。発明者らの検討によれば、配線４１及び４２の幅が狭い方が、配線４１及び４２がひずみを受けたときにクラックや断線が発生しにくいことがわかった。具体的には、発明者らは、配線４１及び４２の幅が１０μｍ、１００μｍ、３４５μｍ、５６０μｍの４種類の試験用ひずみゲージを各々複数個ずつ作製して各々にひずみを与え、クラックや断線の発生について調べた。なお、この実験では、配線４１及び４２は厚さ０．２μｍのＣｒ混相膜とした。

実験の結果、配線４１及び４２の幅が狭まるにつれ、クラックや断線が減少する傾向が確認され、ひずみ限界が配線４１及び４２の幅に依存することがわかった。なお、ひずみ限界とは、ひずみゲージにひずみを与えたときに、クラック又は断線が生じ始める機械的ひずみの値である。

図３は、ひずみ限界の実験結果を示す図であり、複数個の試験用ひずみゲージにおけるひずみ限界の最小値をプロットしたものである。図３に示すように、発明者らの実験結果では、配線４１及び４２の幅が５６０μｍの場合のひずみ限界が５５００με以上であったのに対し、配線４１及び４２の幅が１０μｍの場合のひずみ限界は８５００με以上であった。つまり、配線４１及び４２の幅が５６０μｍの場合に比べ、配線４１及び４２の幅が１０μｍの場合には、ひずみ限界が約１．５倍となる。また、配線４１及び４２の幅が５６０μｍから１０μｍの間では、ほぼ線形にひずみ限界が向上する。また、図３の結果から、配線４１及び４２の幅が１０μｍ未満となった場合でも、ほぼ線形にひずみ限界がさらに向上すると予想される。

この結果は、弾性率が高いＣｒ混相膜からなる配線４１及び４２の幅が広いと脆性破壊が生じやすく、配線４１及び４２の幅を狭くすることで、見かけ上の耐破壊力が上がったために得られたと考えられる。ひずみゲージ１を実際に使用するにあたっては、８０００με程度のひずみ限界が要求されるため、配線４１及び４２の幅は１００μｍ以下が好ましい。一方、製造プロセス上、配線４１及び４２の幅を５μｍ未満とすることは困難である。この点を考慮すると、配線４１及び４２の幅は５μｍ以上１００μｍ以下が好ましいといえる。また、図３より、８５００με以上のひずみ限界が要求される場合には、配線４１及び４２の幅は５μｍ以上１０μｍ以下が好ましいといえる。

また、配線４１及び４２へ応力が集中すると配線４１及び４２が断線する要因となるが、抵抗体３０と配線４１及び４２とが同一材料から形成されている場合（例えば、Ｃｒ混相膜である場合）、配線４１及び４２の幅を抵抗体３０の幅以下とすることで、配線４１及び４２への応力集中を低減できる。これにより、ひずみゲージ１に大きなひずみがかかる場合にも配線４１及び４２の断線が抑制される。

ひずみゲージ１は起歪体へ貼り付けられ、起歪体の動きに追従し伸び縮みすることで、起歪体のひずみ量を検出する。そのため、より大きなひずみ量を検出するためには、伸び縮みの過程でひずみゲージ１自身が破損（断線等）してはならず、より高い耐ひずみ性が求められる。ひずみゲージ１において、配線４１及び４２の幅を５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。

なお、配線４１のすべての部分及び配線４２のすべての部分において幅が５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。しかし、例えば、後述の図６に示す太線部４５１及び４６１のように、部分的に１００μｍよりも幅広の部分が存在しても、配線４１及び４２が幅５μｍ以上１００μｍ以下の部分を含むことにより、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）に対して一定の効果を奏する。

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４２、並びに電極５１及び５２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４２、並びに電極５１及び５２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、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２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。

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、配線４１及び４２、並びに電極５１及び５２を形成する。

その後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０並びに配線４１及び４２を被覆し電極５１及び５２を露出するカバー層を設けることで、ひずみゲージ１が完成する。カバー層は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０並びに配線４１及び４２を被覆し電極５１及び５２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。カバー層は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０並びに配線４１及び４２を被覆し電極５１及び５２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、配線４１及び４２、並びに電極５１及び５２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。なお、機能層２０は、抵抗体３０や配線４１及び４２に対して極薄であるため、機能層２０の有無は、抵抗体３０や配線４１及び４２のひずみ限界の大小には影響がないと考えられる。

〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、配線の引き回しが異なるひずみゲージの例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、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。

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５を参照すると、ひずみゲージ１Ａは、配線４１及び４２が配線４３及び４４に置換された点が、ひずみゲージ１（図１、図２等参照）と相違する。なお、配線４３は本発明に係る第３配線の代表的な一例であり、配線４４は本発明に係る第４配線の代表的な一例である。

ひずみゲージ１Ａでは、抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_１と電極５１は、並列に接続された３本の配線４３により電気的に接続されている。また、抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_２と電極５２は、並列に接続された３本の配線４４により電気的に接続されている。各々の配線４３のすべての部分及び各々の配線４４のすべての部分において、幅は５μｍ以上１００μｍ以下である。

このように、抵抗体３０と電極５１及び５２とを接続する配線を複線化してもよい。この場合も、各々の配線４３及び各々の配線４４の幅を５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、配線４１及び４２の場合と同様に、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。

また、万が一、複数の配線４３及び４４のうちの何本かが破損（断線等）しても、少なくとも１本の配線４３及び配線４４が接続されていれば、ひずみゲージ１Ａとして動作が可能となる。なお、複線化の本数は２本以上であればよく、図５に例示した３本には限定されない。

図６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６を参照すると、ひずみゲージ１Ｂは、配線４１及び４２が配線４５及び４６に置換された点が、ひずみゲージ１（図１、図２等参照）と相違する。なお、配線４５は本発明に係る第５配線の代表的な一例であり、配線４６は本発明に係る第６配線の代表的な一例である。

ひずみゲージ１Ｂでは、抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_１と電極５１は、配線４５により電気的に接続されている。また、抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_２と電極５２は、配線４６により電気的に接続されている。

配線４５は、一端が抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_１と電気的に接続する１本の太線部４５１と、太線部４５１の他端から分岐して電極５１と電気的に接続する３本の細線部４５２とを含む。また、配線４６は、一端が抵抗体３０のグリッド幅方向の終端３０ｅ_２と電気的に接続する１本の太線部４６１と、太線部４６１の他端から分岐して電極５２と電気的に接続する３本の細線部４６２とを含む。

各々の細線部４５２のすべての部分及び各々の細線部４６２のすべての部分において、幅は５μｍ以上１００μｍ以下である。太線部４５１は、各々の細線部４５２より幅広であり、太線部４５１のすべての部分において幅が１００μｍより広くてもよい。また、太線部４６１は、各々の細線部４６２より幅広であり、太線部４６１のすべての部分において幅が１００μｍより広くてもよい。

このように、配線の複線化は、抵抗体３０から電極５１及び５２までのすべての部分について行う必要はなく、一部についてのみ行ってもよい。この場合も、各々の細線部４５２及び各々の細線部４６２の幅を５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、配線４１及び４２の場合と同様に、ひずみ限界の向上（耐ひずみ性の向上）を実現可能となる。

また、万が一、複数の細線部４５２及び４６２のうちの何本かが破損（断線等）しても、少なくとも１本の細線部４５２及び４６２が接続されていれば、ひずみゲージ１Ｂとして動作が可能となる。なお、複線化の本数（細線部の本数）は２本以上であればよく、図６に例示した３本には限定されない。

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。

例えば、本発明は、基材上に抵抗体が複数個形成されたひずみゲージにも適用可能である。本発明は、例えば、基材上に形成された２つの抵抗体によりハーフブリッジ回路を構成するひずみゲージにも適用可能である。あるいは、本発明は、例えば、基材上に形成された４つの抵抗体によりフルブリッジ回路を構成するひずみゲージにも適用可能である。

１、１Ａ、１Ｂ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 抵抗体、３０ｅ_１、３０ｅ_２ 終端、４１、４２、４３、４４、４５、４６ 配線、５１、５２ 電極、６０ カバー層、４５１、４６１ 太線部、４５２、４６２ 細線部

Claims (13)

1. 可撓性を有する基材と、
   前記基材上に形成された抵抗体と、
   前記基材上に形成され、配線を介して前記抵抗体と電気的に接続された一対の電極と、を有し、
   前記抵抗体の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
   前記配線は、幅５μｍ以上１００μｍ以下の部分を含む、ひずみゲージ。
2. ひずみ限界が８０００με以上である、請求項１に記載のひずみゲージ。
3. 前記配線の幅は、前記抵抗体の幅以下である、請求項１又は２に記載のひずみゲージ。
4. 前記配線は、前記抵抗体のグリッド幅方向の各々の終端と各々の前記電極とを電気的に接続している、請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。
5. 前記配線は、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の一方と一対の前記電極の一方とを電気的に接続する１本の第１配線と、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の他方と一対の前記電極の他方とを電気的に接続する１本の第２配線と、を含み、
   前記第１配線のすべての部分及び前記第２配線のすべての部分において幅が５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項４に記載のひずみゲージ。
6. 前記配線は、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の一方と一対の前記電極の一方とを電気的に接続する２本以上の第３配線と、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の他方と一対の前記電極の他方とを電気的に接続する２本以上の第４配線と、を含み、
   各々の前記第３配線のすべての部分及び各々の前記第４配線のすべての部分において幅が５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項４に記載のひずみゲージ。
7. 前記配線は、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の一方と一対の前記電極の一方とを電気的に接続する第５配線と、
   前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の他方と一対の前記電極の他方とを電気的に接続する第６配線と、を含み、
   前記第５配線は、一端が前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の一方と電気的に接続する１本の太線部と、前記太線部の他端から分岐して前記電極の一方と電気的に接続する２本以上の細線部と、を含み、
   前記第６配線は、一端が前記抵抗体のグリッド幅方向の終端の他方と電気的に接続する１本の太線部と、前記太線部の他端から分岐して前記電極の他方と電気的に接続する２本以上の細線部と、を含み、
   各々の前記細線部のすべての部分において幅が５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項４に記載のひずみゲージ。
8. 各々の前記太線部のすべての部分において幅が１００μｍよりも広い、請求項７に記載のひずみゲージ。
9. 前記配線は、前記抵抗体と同一材料により一体に形成されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージ。
10. 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９の何れか一項に記載のひずみゲージ。
11. ゲージ率が１０以上である請求項１０に記載のひずみゲージ。
12. 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１０又は１１に記載のひずみゲージ。
13. 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１２に記載のひずみゲージ。

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