JP2023130634A - ひずみゲージ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗調整部を有するひずみゲージにおいて、測定精度の低下を抑制する。【解決手段】本ひずみゲージは、基材と、前記基材の上面に形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、受感抵抗部、抵抗調整部、第１接続部、及び第２接続部を含み、前記受感抵抗部は、長手方向を第１方向に向けて並置された複数の細長状部と、複数の前記細長状部のうち隣接する前記細長状部の端部を互い違いに連結して各々の前記細長状部を直列に接続する折り返し部と、を含む所定の繰り返しパターンを形成しており、前記抵抗調整部は、前記第１接続部及び前記第２接続部を介して、前記受感抵抗部と並列に接続され、前記抵抗調整部は、複数のトリム抵抗を含み、前記抵抗調整部、前記第１接続部、及び前記第２接続部は、前記上面において、前記所定の繰り返しパターンが形成された領域とは異なる位置であって、かつ、前記領域の中心を通り前記第１方向に平行な直線と交わらない位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ひずみゲージに関する。

従来、測定対象物に貼り付けて使用するひずみゲージが知られている。ひずみゲージの基材上には、例えば、抵抗体がジグザグ形状等の所定のパターンで形成される。また、ひずみゲージにはトリミング用の抵抗体である抵抗調整部が設けられる場合がある。抵抗調整部は例えば、前記所定のパターンに囲まれた、ひずみゲージの中心付近に配置される（特許文献１参照）。

特許第６４９００３９号

しかしながら、抵抗調整部は設計上複雑なパターンになりやすく、抵抗調整部が本来の受感部として働く抵抗体とは異なる方向成分のひずみを受けたり、異なる大きさのひずみを受けたりする場合がある。この場合、抵抗調整部の存在によって、ひずみゲージの出力値にノイズが含まれてしまうことになる。つまり、抵抗調整部を設けると、抵抗調整が容易になる一方、ひずみゲージの測定精度が低下してしまう虞があった。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、抵抗調整部を有するひずみゲージにおいて、測定精度の低下を抑制することを目的とする。

本開示の一実施形態に係るひずみゲージは、基材と、前記基材の上面に形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、受感抵抗部、抵抗調整部、第１接続部、及び第２接続部を含み、前記受感抵抗部は、長手方向を第１方向に向けて並置された複数の細長状部と、複数の前記細長状部のうち隣接する前記細長状部の端部を互い違いに連結して各々の前記細長状部を直列に接続する折り返し部と、を含む所定の繰り返しパターンを形成しており、前記抵抗調整部は、前記第１接続部及び前記第２接続部を介して、前記受感抵抗部と並列に接続され、前記抵抗調整部は、複数のトリム抵抗を含み、前記抵抗調整部、前記第１接続部、及び前記第２接続部は、前記上面において、前記所定の繰り返しパターンが形成された領域とは異なる位置であって、かつ、前記領域の中心を通り前記第１方向に平行な直線と交わらない位置に配置されている。

開示の技術によれば、抵抗調整部を有するひずみゲージにおいて、測定精度の低下を抑制することができる。

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。 図１に示す抵抗調整部の近傍の部分拡大図である。 抵抗調整部と抵抗体との接続位置の変形例を示す部分拡大図（その１）である。 抵抗調整部と抵抗体との接続位置の変形例を示す部分拡大図（その２）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実施形態の変形例に係るひずみゲージを例示する平面図である。 図７に示す抵抗調整部の近傍の部分拡大図である。 図８に示す抵抗調整部とθ１が異なる例を示す部分拡大図である。

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、同一の構成部には同一の符号を付す場合がある。また、各図面において、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を規定する場合がある。この場合、Ｘ方向において、矢印の始点（根元）側をＸ－側、矢印の終点（矢尻）側をＸ＋側と称する場合がある。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。また、各図面の説明において、既に説明した構成部と同一の構成部についての説明は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（その１）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、第１配線４１と、第２配線４２と、第１電極５１と、第２電極５２と、抵抗体１００と、を有する。抵抗体１００は、受感抵抗部３０と、抵抗調整部６０と、第１接続部７１と、第２接続部７２とを含む。まずは、ひずみゲージ１を構成する各部について詳細に説明する。

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１００が設けられている側を「上側」と称し、抵抗体１００が設けられていない側を「下側」と称する。又、各部位の上側に位置する面を「上面」と称し、各部位の下側に位置する面を「下面」と称する。ただし、ひずみゲージ１は天地逆の状態で用いることもできる。又、ひずみゲージ１は任意の角度で配置することもできる。又、平面視とは、基材１０の上面１０ａに対する上側から下側への法線方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、前記法線方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。

基材１０は、抵抗体１００等を形成するためのベース層となる部材である。基材１０は可撓性を有する。基材１０の下面には、接着層等を介して起歪体が接合されていてもよい。基材１０の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、基材１０の厚さは５μｍ～５００μｍ程度であってよい。なお、起歪体の表面から受感部へのひずみの伝達性、および、環境変化に対する寸法安定性の観点から考えると、基材１０の厚さは５μｍ～２００μｍの範囲内であることが好ましい。また、絶縁性の観点から考えると、基材１０の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。

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される。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、かつ可撓性を有する部材を指す。

基材１０が絶縁樹脂フィルムから形成される場合、当該絶縁樹脂フィルムには、フィラーや不純物等が含まれていてもよい。例えば、基材１０は、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されてもよい。

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る。又、前述の結晶性材料以外に非晶質のガラス等を基材１０の材料としてもよい。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。金属を用いる場合、金属製の基材１０上に絶縁膜が設けられる。

抵抗体１００は、基材１０の上側に形成された薄膜である。抵抗体１００のうち、受感抵抗部３０は、ひずみゲージ１において、検出したい方向成分のひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。受感抵抗部３０は、複数の細長状部３１と、複数の折り返し部３２と、第１配線接続部３３と、第２配線接続部３４とを含む。図１の例では、細長状部３１は２８個設けられている。また、折り返し部３２は細長状部３１のＸ－側に１３個、細長状部３１のＸ＋側に１４個設けられている。

受感抵抗部３０において、複数の細長状部３１は、長手方向を第１方向（図１の例ではＸ方向）に向けて並置されている。そして、複数の折り返し部３２は、複数の細長状部３１の中で隣接する細長状部３１の端部を互い違いに連結して各々の細長状部３１を直列に接続する。これにより、受感抵抗部３０は、全体としてジグザグに折り返す繰り返しパターンを形成している。

受感抵抗部３０において、最もＹ＋側に位置する細長状部３１のＸ－側の端部は、第１配線接続部３３を介して第１配線４１と接続されている。また、最もＹ－側に位置する細長状部３１のＸ－側の端部は、第２配線接続部３４を介して第２配線４２と接続されている。複数の細長状部３１の長手方向がグリッド方向（図１の例ではＸ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（図１の例ではＹ方向）となる。

第１配線接続部３３は、Ｙ方向の一端側（最もＹ＋側）に配置された細長状部３１と第１配線４１とを接続する。また、第２配線接続部３４は、Ｙ方向の他端側（最もＹ－側）に配置された細長状部３１と第２配線４２とを接続する。

抵抗体１００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することができる。すなわち、抵抗体１００は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。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、及び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いてもよい。

抵抗体１００の厚さは特に限定されず、ひずみゲージ１の使用目的等に応じて適宜決定されてよい。例えば、抵抗体１００の厚さは０．０５μｍ～２μｍ程度であってよい。特に、抵抗体１００の厚さが０．１μｍ以上である場合、抵抗体１００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。また、抵抗体１００の厚さが１μｍ以下である場合、抵抗体１００を構成する膜の内部応力に起因する、（i）膜のクラックおよび（ii）膜の基材１０からの反りが、低減される。

横感度を生じ難くすることと、断線対策とを考慮すると、抵抗体１００の幅は１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。更に言えば、抵抗体１００の幅は１０μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとより好ましい。

例えば、抵抗体１００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させることができる。又例えば、抵抗体１００がＣｒ混相膜である場合、抵抗体１００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、抵抗体を構成する全物質の５０重量％以上を占める成分のことを意味する。ゲージ特性を向上させるという観点から考えると、抵抗体１００はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。更に言えば、同観点から考えると、抵抗体１００はα－Ｃｒを９０重量％以上含むことがより好ましい。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１００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、ひずみゲージ１のゲージ率の低下を抑制することができる。

又、Ｃｒ混相膜におけるＣｒＮとＣｒ_２Ｎとの比率は、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ_２Ｎの割合が８０重量％以上９０重量％未満となるようにすることが好ましい。更に言えば、同比率は、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ_２Ｎの割合が９０重量％以上９５重量％未満となるようにすることがより好ましい。Ｃｒ_２Ｎは半導体的な性質を有する。そのため、前述のＣｒ_２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで、ＴＣＲの低下（負のＴＣＲ）が一層顕著となる。更に、前述のＣｒ_２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで抵抗体１００のセラミックス化を低減し、抵抗体１００の脆性破壊が起こりにくくすることができる。

一方で、ＣｒＮは化学的に安定であるという利点も有する。Ｃｒ混相膜にＣｒＮをより多く含むことで、不安定なＮが発生する可能性を低減することができるため、安定なひずみゲージを得ることができる。ここで「不安定なＮ」とは、Ｃｒ混相膜の膜中に存在し得る、微量のＮ_２もしくは原子状のＮのことを意味する。これらの不安定なＮは、外的環境（例えば高温環境）によっては膜外へ抜け出ることがある。不安定なＮが膜外へ抜け出るときに、Ｃｒ混相膜の膜応力が変化し得る。

第１配線４１及び第２配線４２は、基材１０上に形成されている。第１配線４１は、受感抵抗部３０の第１配線接続部３３と第１電極５１とを電気的に接続している。第２配線４２は、受感抵抗部３０の第２配線接続部３４と第２電極５２とを電気的に接続している。図１の例では、第１配線４１の幅は第１配線接続部３３側が狭く第１電極５１側ほど広くなっているが、これは一例であり、例えば、第１配線４１の幅は一定であってもよい。第２配線４２についても同様である。

第１電極５１及び第２電極５２は、基材１０上に形成されている。第１電極５１は、第１配線４１を介して受感抵抗部３０の一端と電気的に接続されている。第２電極５２は、第２配線４２を介して受感抵抗部３０の他端と電気的に接続されている。第１電極５１及び第２電極５２は、平面視において、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２よりも拡幅して略矩形状に形成されている。第１電極５１及び第２電極５２は、ひずみにより生じる受感抵抗部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る。第１電極５１及び第２電極５２には、例えば外部接続用のリード線等が接合される。第１電極５１及び第２電極５２の上面に、銅等の抵抗の低い金属層、または、金等のはんだ付け性が良好な金属層を積層してもよい。

なお、受感抵抗部３０、第１配線４１、第２配線４２、第１電極５１、及び第２電極５２は便宜上別符号としているが、これら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。

抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２は、基材１０上に形成されている。抵抗調整部６０は、受感抵抗部３０の抵抗値を調整するための導体パターンである。抵抗調整部６０は、第１接続部７１及び第２接続部７２を介して、受感抵抗部３０と電気的に並列に接続されている。以下、図１及び図２に加え、図３を参照し、抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２について詳細に説明する。

図３は、図１に示す抵抗調整部の近傍の部分拡大図である。図３に示すように、抵抗調整部６０は、グリッド抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６と、トリム抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、及びＲｅとを含む。グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６は、互いに抵抗値が異なる。また、トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅは、互いに抵抗値が異なる。また、抵抗調整部６０は、第１接続部７１、第２接続部７２、各グリッド抵抗、及び／又は各トリム抵抗のいずれか２つ以上を連結する連結部ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５、ｘ６、及びｘ７を含む。このように、抵抗調整部６０は、複数のグリッド抵抗及び複数のトリム抵抗を含む。なお、抵抗調整部６０において、グリッド抵抗及びトリム抵抗の個数や、グリッド抵抗とトリム抵抗との接続の仕方は、図３の例には限定されない。

第１接続部７１は、受感抵抗部３０の１つの折り返し部３２と連結部ｘ１とを接続する。グリッド抵抗Ｒ１は、連結部ｘ１と連結部ｘ２とを接続する。グリッド抵抗Ｒ２は、連結部ｘ２と連結部ｘ３とを接続する。グリッド抵抗Ｒ３は、連結部ｘ３と連結部ｘ４とを接続する。グリッド抵抗Ｒ４は、連結部ｘ４と連結部ｘ５とを接続する。グリッド抵抗Ｒ５は、連結部ｘ５と連結部ｘ６とを接続する。グリッド抵抗Ｒ６は、連結部ｘ６と連結部ｘ７とを接続する。第２接続部７２は、連結部ｘ７と受感抵抗部３０の第２配線接続部３４とを接続する。トリム抵抗Ｒａは、連結部ｘ１と連結部ｘ３とを接続する。トリム抵抗Ｒｂは、連結部ｘ２と連結部ｘ４とを接続する。トリム抵抗Ｒｃは、連結部ｘ３と連結部ｘ５とを接続する。トリム抵抗Ｒｄは、連結部ｘ４と連結部ｘ６とを接続する。トリム抵抗Ｒｅは、連結部ｘ５と連結部ｘ７とを接続する。

すなわち、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６及び連結部ｘ１～ｘ７は、第１接続部７１と第２接続部７２との間に直列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒａは、隣接するグリッド抵抗Ｒ１及びＲ２を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｂは、隣接するグリッド抵抗Ｒ２及びＲ３を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｃは、隣接するグリッド抵抗Ｒ３及びＲ４を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｄは、隣接するグリッド抵抗Ｒ４及びＲ５を含む直列回路に対して並列に接続されている。また、トリム抵抗Ｒｅは、隣接するグリッド抵抗Ｒ５及びＲ６を含む直列回路に対して並列に接続されている。

トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅをレーザトリミング等によって切断することにより、第１接続部７１と第２接続部７２との間に接続された抵抗調整部６０の抵抗値を調整することができる。すなわち、抵抗調整部６０は受感抵抗部３０と並列に接続されているので、第１電極５１と第２電極５２との間に接続された受感抵抗部３０の抵抗値を調整することができる。

トリム抵抗の切断の仕方は、（１）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのいずれも切断しない、（２）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのいずれか１つを切断する、（３）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのいずれか２つを切断する、（４）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのいずれか３つを切断する、（５）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのいずれか４つを切断する、（６）トリム抵抗Ｒａ～Ｒｅのすべてを切断する、のいずれかであり、全部で３２通りである。

図１において、矩形の破線で示す領域Ｓは、基材１０上に受感抵抗部３０の繰り返しパターンが形成された領域を示している。また、二点鎖線で示す直線Ｌ０は、領域Ｓをグリッド幅方向に２等分する直線を示している。すなわち、直線Ｌ０は、領域Ｓの中心を通り、細長状部３１の長手方向である第１方向（図１の例ではＸ方向）に平行な直線である。抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２は、領域Ｓの外側（すなわち、受感抵抗部３０の繰り返しパターンとは異なる位置）であって、かつ直線Ｌ０と交わらない位置に配置されている。

ここで、図３において細長状部３１のＸ－側に位置する折り返し部３２のうち最もＹ－側に位置する折り返し部３２を「１番目の折り返し部３２」と称し、１番目の折り返し部３２のＹ＋側に隣接する折り返し部３２を「２番目の折り返し部３２」と称する。以降同様に、ｎ番目にＹ＋側に位置する折り返し部３２を「ｎ番目の折り返し部３２」と称する。このとき、図３の例では、第１接続部７１は２番目の折り返し部３２と接続され、第２接続部７２は第２配線接続部３４と接続されている。

このように、第１接続部７１は細長状部３１のＸ－側に位置する折り返し部３２の１つと接続され、第２接続部７２は第２配線接続部３４と接続されてもよい。また、受感抵抗部３０は、第１接続部７１と接続された折り返し部３２よりも第２接続部７２の側に、１以上の折り返し部３２を含んでもよい。例えば、図３において、第１接続部７１は３番目の折り返し部３２や４番目の折り返し部３２と接続されてもよい。

なお、ひずみゲージ１にカバー層（絶縁樹脂層）を設けてもよい。カバー層は、基材１０の上面１０ａに、例えば、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２を被覆し、第１電極５１及び第２電極５２を露出するように設けられる。カバー層の材料としては、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）等の絶縁樹脂が挙げられる。なお、カバー層は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層の厚さは、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、カバー層の厚さは２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層を設けることで、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２に機械的な損傷等が生じることを抑制することができる。又、カバー層を設けることで、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２を湿気等から保護することができる。

ひずみゲージ１の抵抗調整部６０において、互いに長さの異なるグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６やトリム抵抗Ｒａ～Ｒｅは複雑なパターンを形成している。そのため、抵抗調整部６０は、シンプルな繰り返しパターンである受感抵抗部３０とは異なる方向成分のひずみを受けたり、異なる大きさのひずみを受けたりしやすい。抵抗調整部６０が受けるひずみはひずみゲージ１から出力される抵抗値にも影響する。そのため、抵抗調整部６０の受けるひずみは、受感抵抗部３０が受けるひずみに対してノイズ成分となり得る。以上のことから、ひずみゲージ１の検出精度の観点から考えると、抵抗調整部６０は、ノイズとなり得る方向成分および／または大きさのひずみによる抵抗変化が極力発生しないように設計されることが望ましい。

ひずみゲージ１は、領域Ｓの中心が起歪体の最もひずみが生じる位置とおおよそ一致し、かつ細長状部３１の長手方向が起歪体のひずみ方向とおおよそ平行になるように起歪体に貼り付けられることが望ましい。ひずみゲージ１を起歪体にこのように貼り付けた場合、ひずみゲージ１は図１の直線Ｌ０の近傍の位置で、最も大きなひずみを受けることができる。

そこで、ひずみゲージ１では、抵抗調整部６０と、当該抵抗調整部６０を受感抵抗部３０に接続する第１接続部７１及び第２接続部７２とは、（i）領域Ｓの外側であって、かつ、（ii）直線Ｌ０（すなわち、受感抵抗部３０のグリッド幅方向における中央線）と交わらない位置に、配置される。このような配置により、抵抗調整部６０を、ひずみゲージ１で最も大きくひずむ場所である直線Ｌ０を避けて配置することができる。そのため、ひずみゲージ１は、抵抗調整部６０が検出するひずみの量を低減することができる。すなわち、ひずみゲージ１において、抵抗調整部６０に起因するひずみ測定精度の低下を抑制することができる。なお、抵抗調整部６０が検出するひずみの量を抑制する効果をより大きくするためには、抵抗調整部６０は、Ｙ方向において、直線Ｌ０からできるだけ離れた位置に配置することが好ましい。

また、ひずみゲージ１の上面１０ａにおける抵抗調整部６０の位置は、以下のような位置であってよい。例えば、抵抗調整部６０のＸ方向における位置は、領域Ｓに対して第１電極５１及び／又は第２電極５２と同一側になる位置であってもよい。また例えば、抵抗調整部６０のＸ方向における位置は、図１に示す例のように、領域Ｓを挟んで第１電極５１及び／又は第２電極５２と反対側の位置であってもよい。後者の配置によれば、抵抗調整部６０をＹ方向において直線Ｌ０からより離れた位置に配置することができるため、抵抗調整部６０が検出するひずみの量を抑制する効果をより大きくすることができる。また、このような配置により、第１電極５１及び第２電極５２にリード線等をはんだ付けする際に、はんだが抵抗調整部６０に付着してグリッド抵抗の抵抗値に影響を与えることを抑制できる。

また、ひずみゲージ１では、１つの抵抗調整部６０が複数のトリム抵抗を含んでいる。これにより、例えば、隣接する折り返し部３２の間のそれぞれに１つのトリム抵抗を接続する場合に比べて、抵抗調整部６０全体をＹ方向において直線Ｌ０から離れた位置に配置することが容易である。

また、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６の幅は、受感抵抗部３０の細長状部３１の幅と同じか又は狭くてもよいが、受感抵抗部３０の細長状部３１の幅よりも広くてもよい。グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６のうち１つ以上のグリッド抵抗の幅を受感抵抗部３０の細長状部３１の幅よりも広くすることで、抵抗調整部６０が検出するひずみの量をさらに抑制することができる。グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６の全ての幅を受感抵抗部３０の細長状部３１の幅より広くしてもよい。これにより、抵抗調整部６０が検出するひずみの量をいっそう抑制することができる。

なお、図３の例では第２接続部７２は第２配線接続部３４と接続されていたが、図４に示すように、第２接続部７２は第２配線４２と接続されてもよい。あるいは、第２接続部７２は、第２配線４２と第２配線接続部３４との両方と接続されてもよい。つまり、第２接続部７２は、第２配線接続部３４及び／又は第２配線４２と接続されてよい。これらの場合も、抵抗調整部６０は、第１接続部７１及び第２接続部７２を介して、受感抵抗部３０と並列に接続されることになる。

また、図５に示すように、抵抗調整部６０は、第１接続部７１を介してある折り返し部３２に接続され、第２接続部７２を介して、前記ある折り返し部３２と異なる折り返し部３２と接続される構成であってもよい。すなわち、第１接続部７１及び第２接続部７２はそれぞれ異なる折り返し部３２と接続されてもよい。この場合、受感抵抗部３０は、第１接続部７１が接続している折り返し部３２と、第２接続部７２が接続している折り返し部３２との間に、１以上の折り返し部３２が挟まっていてもよい。

また、図１において、抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２は、直線Ｌ０よりもＹ＋側に配置されてもよい。このとき、例えば、第１接続部７１は第１配線接続部３３及び／又は第１配線４１と接続され、第２接続部７２は１０番目の折り返し部３２や１１番目の折り返し部３２等に接続されてもよい。あるいは、第１接続部７１及び第２接続部７２は、直線Ｌ０よりもＹ＋側に配置されている異なる２つの折り返し部３２と接続されてもよい。この場合、受感抵抗部３０は、第１接続部７１及び第２接続部７２と接続された２つの折り返し部３２の間に、１以上の折り返し部３２を含んでもよい。

また、第１接続部７１及び第２接続部７２は、第１配線４１のＹ＋側において、第１配線４１のＸ方向における異なる位置に接続してもよい。また、第１接続部７１及び第２接続部７２は、第２配線４２のＹ－側において、第２配線４２のＸ方向における異なる位置に接続してもよい。これらの場合も、抵抗調整部６０は、第１接続部７１及び第２接続部７２を介して、受感抵抗部３０と並列に接続されることになる。

［ひずみゲージの製造方法］
本実施形態に係るひずみゲージ１では、基材１０上に、受感抵抗部３０と、第１配線４１と、第２配線４２と、第１電極５１と、第２電極５２と、抵抗調整部６０と、第１接続部７１と、第２接続部７２とが形成される。なお、基材１０とこれらの部材の層の間に別の層（後述する機能層等）が形成されてもよい。

以下、ひずみゲージ１の製造方法について説明する。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受感抵抗部３０、第１配線４１、第２配線４２、第１電極５１、第２電極５２、抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２となる層である。従って、金属層Ａの材料や厚さは、前述の受感抵抗部３０等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することができる。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、蒸着法、アークイオンプレーティング法、またはパルスレーザー堆積法等を用いて成膜されてもよい。

なお、基材１０の上面１０ａに下地層を形成してから金属層Ａを形成してもよい。例えば、基材１０の上面１０ａに、所定の膜厚の機能層をコンベンショナルスパッタ法により真空成膜してもよい。このように下地層を設けることによって、ひずみゲージ１のゲージ特性を安定化させることができる。

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（受感抵抗部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に含まれる酸素または水分による金属層Ａの酸化を防止する機能、および／または、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ことがあり、また、Ｃｒは自己酸化膜を形成することがある。そのため、特に金属層ＡがＣｒを含む場合、金属層Ａの酸化を防止する機能を有する機能層を成膜することが好ましい。

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を作製することができる。その結果、ひずみゲージ１において、ゲージ特性の安定性が向上する。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、ゲージ特性が向上する。

次に、フォトリソグラフィによって金属層Ａをパターニングすることで、図１に示す平面形状の受感抵抗部３０、第１配線４１、第２配線４２、第１電極５１、第２電極５２、抵抗調整部６０、第１接続部７１、及び第２接続部７２を形成する。機能層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と同様であってよい。図６は、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６は、受感抵抗部３０等の下地層として機能層２０を設けた場合のひずみゲージ１の断面形状を示している。

機能層２０の平面形状は、例えば受感抵抗部３０等の平面形状と略同一にパターニングされてよい。しかしながら、機能層２０と受感抵抗部３０等との平面形状はそれぞれ略同一でなくてもよい。例えば、機能層２０が絶縁材料から形成される場合には、機能層２０を受感抵抗部３０等の平面形状と異なる形状にパターニングしてもよい。この場合、機能層２０は例えば受感抵抗部３０等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２０は、基材１０の上面１０ａの全体にベタ状に形成されてもよい。

受感抵抗部３０等を形成した後、基材１０の上面１０ａにカバー層を形成してもよい。カバー層は、例えば、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２を被覆するが、第１電極５１及び第２電極５２はカバー層から露出していてもよい。例えば、基材１０の上面１０ａに、受感抵抗部３０、第１配線４１、及び第２配線４２を被覆し第１電極５１及び第２電極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する。その後に当該絶縁樹脂フィルムを加熱して硬化させることにより、カバー層を形成することができる。以上の工程により、ひずみゲージ１が完成する。

〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、抵抗体の細長状部と抵抗調整部のグリッド抵抗とのなす角度が第１実施形態とは異なる例を示す。なお、第１実施形態の変形例では、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する場合がある。

図７は、第１実施形態の変形例に係るひずみゲージを例示する平面図である。図８は、図７に示す抵抗調整部の近傍の部分拡大図である。図７及び図８を参照すると、ひずみゲージ１Ａは、受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６とのなす角度が、図１に示したひずみゲージ１と相違する。

すなわち、図１に示したひずみゲージ１では、受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６とのなす角度が０度であった。これに対し、ひずみゲージ１Ａでは、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６の長手方向は、細長状部３１の長手方向である第１方向に対して傾斜している。

具体的には、図８に示すように、ひずみゲージ１Ａでは、受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１とのなす角度θ１が４５度である。グリッド抵抗Ｒ２～Ｒ６はグリッド抵抗Ｒ１と平行に配置されているので、受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ２～Ｒ６とがなす角度も４５度である。なお、図８において、Ｘ１はＸ軸に平行な直線、すなわち、受感抵抗部３０の細長状部３１と平行な直線を示している。また、Ｌ１は、グリッド抵抗Ｒ１と平行な直線を示している。

なお、Ｘ１とＬ１とのなす角度は、Ｘ１を始線（０度）として、動径を時計回りに回転させたときの角度と、動径を反時計回りに回転させたときの角度のうち、小さい方の角度の絶対値で定義する。したがって、Ｘ１とＬ１とのなす角度は、必ず０度以上９０度以下の範囲に入る。つまり、図８の例では、Ｘ１とＬ１とのなす角度は、１３５度ではなく４５度である。

このように、受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６とのなす角度を４５度とすることで、抵抗調整部６０は直線Ｌ０方向のひずみをいっそう検出しにくくなる。その結果、ひずみゲージ１Ａは、ひずみゲージ１に比べて、起歪体に生じるひずみを受感抵抗部３０でいっそう精度よく検出することができる。

図９は、図８に示す抵抗調整部とθ１が異なる例を示す部分拡大図である。図９に示すひずみゲージ１Ｂでは、θ１を９０度としている。すなわち、ひずみゲージ１Ｂでは、グリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６の長手方向は、細長状部３１の長手方向である第１方向と直交する。

このように、抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６と受感抵抗部３０の細長状部３１とのなす角度は図８に示す４５度には限定されず、１０度以上９０度以下とすることができる。受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６とのなす角度は、４５度以上６０度未満が好ましく、６０度以上７５度未満がより好ましく、７５度以上９０度以下が特に好ましい。受感抵抗部３０の細長状部３１と抵抗調整部６０のグリッド抵抗Ｒ１～Ｒ６とのなす角度が９０度に近づくほど、抵抗調整部６０で検出されるひずみを抑制することができる。

以上、好ましい実施形態等について詳説した。しかしながら、本開示に係るひずみゲージは、上述した実施形態および変形例等に限定されない。例えば、上述した実施形態等に係るひずみゲージについて、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、種々の変形及び置換を加えることができる。

１，１Ａ，１Ｂ ひずみゲージ、１０ 基材、１０ａ 上面、２０ 機能層、３０ 受感抵抗部、３１ 細長状部、３２ 折り返し部、３３ 第１配線接続部、３４ 第２配線接続部、４１ 第１配線、４２ 第２配線、５１ 第１電極、５２ 第２電極、６０ 抵抗調整部、７１ 第１接続部、７２ 第２接続部、１００ 抵抗体、Ｒ１～Ｒ６ グリッド抵抗、Ｒａ～Ｒｅ トリム抵抗、ｘ１～ｘ７ 連結部

Claims (9)

1. 基材と、
   前記基材の上面に形成された抵抗体と、を有し、
   前記抵抗体は、受感抵抗部、抵抗調整部、第１接続部、及び第２接続部を含み、
   前記受感抵抗部は、長手方向を第１方向に向けて並置された複数の細長状部と、複数の前記細長状部のうち隣接する前記細長状部の端部を互い違いに連結して各々の前記細長状部を直列に接続する折り返し部と、を含む所定の繰り返しパターンを形成しており、
   前記抵抗調整部は、前記第１接続部及び前記第２接続部を介して、前記受感抵抗部と並列に接続され、
   前記抵抗調整部は、複数のトリム抵抗を含み、
   前記抵抗調整部、前記第１接続部、及び前記第２接続部は、前記上面において、前記所定の繰り返しパターンが形成された領域とは異なる位置であって、かつ、前記領域の中心を通り前記第１方向に平行な直線と交わらない位置に配置されている、ひずみゲージ。
2. 前記受感抵抗部の一端と電気的に接続された第１電極と、前記受感抵抗部の他端と電気的に接続された第２電極と、を有し、
   前記上面において、前記抵抗調整部は、前記領域を挟んで前記第１電極及び／又は前記第２電極と反対側に配置されている、請求項１に記載のひずみゲージ。
3. 前記受感抵抗部の前記一端および前記他端はそれぞれ、前記第１方向に直交する第２方向における、前記受感抵抗部の端部であり、
   前記第１電極は、第１配線を介して前記受感抵抗部の前記一端と接続され、
   前記第２電極は、第２配線を介して前記受感抵抗部の前記他端と接続され、
   前記受感抵抗部は、
   前記一端の側に位置する前記細長状部と前記第１配線とを接続する第１配線接続部と、
   前記他端の側に位置する前記細長状部と前記第２配線とを接続する第２配線接続部と、を含み、
   前記第１接続部及び前記第２接続部の一方は、前記第１配線接続部及び／又は前記第１配線、あるいは、前記第２配線接続部及び／又は前記第２配線と接続され、
   前記第１接続部及び前記第２接続部の他方は、前記折り返し部の１つと接続されている、請求項２に記載のひずみゲージ。
4. 前記第１接続部及び前記第２接続部はそれぞれ異なる前記折り返し部と接続されている、請求項１又は２に記載のひずみゲージ。
5. 前記抵抗調整部は、直列に接続された複数のグリッド抵抗を含み、
   各々の前記トリム抵抗は、隣接する２つのグリッド抵抗を含む直列回路に対して並列に接続されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。
6. 各々の前記グリッド抵抗の長手方向は、前記第１方向に対して傾斜している、請求項５に記載のひずみゲージ。
7. 前記グリッド抵抗と前記細長状部とのなす角度は、１０度以上９０度以下である、請求項６に記載のひずみゲージ。
8. 複数の前記グリッド抵抗のうち１つ以上のグリッド抵抗の幅は、前記細長状部の幅よりも広い請求項５乃至７の何れか一項に記載のひずみゲージ。
9. 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８の何れか一項に記載のひずみゲージ。

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