JP3948452B2 - 荷重センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は車両の座席下に設けて乗員の体重を測定し、その体重によってエアーバッグの動作方法を調整するスマートエアーバッグあるいは各種荷重を測定する荷重センサ及びその製造方法に関するものである。

従来から金属基板上に絶縁層を形成し、その絶縁層の表面に厚膜抵抗を形成した圧力センサが提案されており、この圧力センサに用いるガラスグレーズ絶縁層には金属材料と熱膨張係数を近づけたガラスを用いることが紹介されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

例えば、下地の熱膨張係数が７０×１０^-7／℃の場合は熱膨張係数が７０×１０^-7／℃の抵抗体材料を使えばよい。この場合市販のアルミナ基板（熱膨張係数は約７０×１０^-7／℃）用の抵抗体材料を流用することが可能である。こうした対策として下地材料と抵抗体材料の熱膨張係数をマッチングさせることが提案されている。またグレーズされたステンレス基板の上に形成する抵抗体を例にとり、ＴＣＲ特性（抵抗温度係数）をマッチングさせるため、抵抗体に用いるガラスの熱膨張係数を基板に合わせることが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献２が知られている。

更に、抵抗体を例にとり抵抗体の中に含まれているガラスフリットの熱膨張係数を基板の熱膨張係数に近似させることが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献３が知られている。

一方、抵抗体の安定化のために抵抗体と下地ガラスとの相互拡散防止が提案されてきた。例えば抵抗体を２種類使って抵抗体とその下地とのマッチングを改善する方法が提案されている。具体的には金属基板の上に絶縁層を介して第１の抵抗体と第２の抵抗体を形成し、前記第１の抵抗体の抵抗値を前記第２の抵抗体の抵抗値より高く設定しておくことでたとえ第１の抵抗体が下地の絶縁層の影響を受けた場合でも抵抗値に対する影響を最小限に抑えようとする手法が提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献４が知られている。

また、金属基板上に形成されたガラス層と抵抗体との相互拡散の影響を抑えるためにガラス層と抵抗体との間に粒子状アルミナと粒子状酸化亜鉛を含むガラス層を形成することが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献５が知られている。
特開昭６３−２９８１２８号公報 特開昭６１−６７９０１号公報 特開平６−２９４６９３号公報 特開平９−２７３９６８号公報 特許第３０１０１６６号公報

しかしながら上記従来の構成では、抵抗体を用いた各種デバイスが広く使われるにつれて抵抗体のＧＦ（Ｇａｕｇｅ Ｆａｃｔｏｒ、一般的には歪みゲージである箔ゲージで呼ばれる感度に相当する）の向上が望まれているが、抵抗体の場合、ＧＦが高くなるほどその特性が不安定になりやすいという課題があった。

例えば、下地の熱膨張係数が１００×１０^-7／℃の場合は熱膨張係数が１００×１０^-7／℃に近い抵抗体材料を用いる必要がある。同様に１４０×１０^-7／℃の熱膨張係数の基板に対しては１４０×１０^-7／℃の抵抗体材料が必要であった。しかし市販の抵抗体材料はせいぜいアルミナ基板用のものであり、それ以外の熱膨張係数を有する抵抗体材料は市販されておらず、こうした抵抗体材料を新規開発することも難しかった。これは抵抗体材料の開発は単にＧＦだけではなく、ＴＣＲやノイズ特性、各種信頼性等の様々なパラメータを最適化する必要があるためであり、個々の材料の熱膨張係数に応じた抵抗体材料の開発は実質的に不可能であった。

そして、抵抗体材料と下地材料の相互拡散の影響を抑えられるとしても課題が残る。それは金属基板と抵抗体材料の熱膨張係数の差は吸収できないため金属基板の熱膨張係数に合わせて複数種の抵抗体ペーストを用意する必要があった。また金属基板と抵抗体材料の熱膨張係数の差による抵抗体の内部での応力発生は防止できない点である。

さらに、実際の荷重センサに使われる基板に金属を用いた場合、熱膨張係数以外にも色々な抵抗値を不安定化させる要因がある。例えば肉厚の金属板を金型で打抜きユーザーの求める複雑な寸法形状の荷重センサを製造する場合、前記金属板の内部応力が問題になる。このように基板を打抜きプレス等で加工した際に発生した残留応力、打抜き時に発生した反りを修正するための反り修正（一般的にわざと逆反りさせて修正する）、焼鈍化等でこうしたパラメータも実際の基板の熱膨張の割合を左右してしまう。そのため同じ熱膨張係数１００×１０^-7／℃の金属基板を用いた場合でも厚みが１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍと異なるだけでその熱膨張や反りの具合が変化してしまう。例えば厚みが１ｍｍや２ｍｍまでなら同じプレスで打抜いたとしても打抜き直後の基板の反りが異なるため、反り修正をした場合でも８５０℃で焼成するとその反り度合が微妙に異なる。更に厚みが５ｍｍのように厚い基板はプレス方法自体も違うために焼成時の反りが大きく変わる。このような基板の反りや変形も抵抗体には一種の熱膨張係数のように影響を与えてしまうため抵抗値を不安定化させやすい。しかしこうした課題に対して有効な対策は提案されていなかった。またこうした加工時の歪みは金型を使った加工以外でもレーザー加工等でも共通して発生する課題である。

しかしながら、上記従来の荷重センサでは、基板の違い（材質、厚み、形状）やその加工方法（機械加工での残留応力、焼鈍し方法、打抜きやプレス方法等）によってもその上に抵抗体を形成した場合、前記抵抗体の内部に応力が発生し、抵抗体のＧＦ値が大きくなるほど抵抗値が経時変化しやすくなるという課題があった。

本発明は抵抗体とその下地の熱膨張係数の差を抵抗体の下に形成した調整層によって吸収させようとするものであり、抵抗体の下に調整層を形成することで抵抗体の内部に残る応力を低減し、抵抗値の経時変化を抑えるものであり、一つの抵抗体であっても熱膨張係数や形状、厚み等の異なる様々な基板の上に形成することができる荷重センサ及び荷重センサの製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成するガラス層と、前記ガラス層上に形成する調整層と、前記ガラス層上に形成する複数の配線と、前記調整層上に形成され、前記配線に接続した感歪抵抗とからなり、前記ガラス層の熱膨張係数より前記調整層の熱膨張係数は前記感歪抵抗体の熱膨張係数に近い、荷重センサであり、これによって抵抗体を焼成し、形成する時に前記抵抗体の内部に発生しやすい応力を低減することができ抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項２に記載の発明は、ガラス層を結晶化ガラスとし、このガラス層内に少なくとも１層以上の内部電極を形成した請求項１に記載の荷重センサであり、ガラス層には少なくとも１層以上の内部電極を内蔵することにより、荷重センサのＥＭＩ（耐電磁ノイズ性）が向上し、荷重センサの特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、基板の熱膨張係数と感歪抵抗体の熱膨張係数の差を１０×１０^-7／℃以上５０×１０^-7／℃未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、感歪抵抗体の内部に発生しやすい応力を低減することができ、感歪抵抗体の特性を安定化できるという作用効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、基板の熱膨張係数とガラス層の熱膨張係数の差を２０×１０^-7／℃未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、基板とガラス層の間にガラス層を焼成で形成する時に前記ガラス層の内部に発生する応力を一定未満に保てるためガラス層と基板との接着力を保持でき、その界面での剥離等の発生が防止できるという作用効果が得られる。

請求項５に記載の発明は、感歪抵抗体の熱膨張係数と調整層の熱膨張係数の差を２０×１０^-7／℃以下とした請求項１に記載の荷重センサであり、感歪抵抗体と調整層の間に発生する熱膨張の差を低減できるため前記感歪抵抗体の内部に発生しやすい応力を低減でき前記感歪抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項６に記載の発明は、調整層の厚みを１μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、抵抗体とガラス層の間に形成する調整層の厚みを最適化することで前記調整層の内部に発生した応力が前記抵抗体に伝わりにくくできるため前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項７に記載の発明は、調整層の面積を０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満でかつ感歪抵抗体の面積よりも大きくした請求項１に記載の荷重センサであり、ガラス層の上に形成する調整層の大きさを最適化することでガラス層と前記調整層の間に発生する応力の絶対値が抑えられるため前記調整層の内部に発生した応力が前記感歪抵抗体に伝わりにくくでき前記感歪抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項８に記載の発明は、少なくとも配線の一部を感歪抵抗体と共に調整層上に形成する構成とした請求項１に記載の荷重センサであり、感歪抵抗体に接続される配線の一部を前記調整層の上に形成することで調整層の上に抵抗体を印刷で形成しやすくなると共に複数の抵抗体を一度に形成した場合での抵抗値ばらつきも抑えられるため荷重センサの特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項９に記載の発明は、感歪抵抗体及び調整層の厚みを１μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、感歪抵抗体や調整層の厚みを最適化することで発生する応力や特性ばらつきを一定以内に抑えられるため感歪抵抗体の特性が安定化できるという効果がある。

請求項１０に記載の発明は、ガラス層の厚みを１０μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、ガラス層に発生する応力を一定に保てるため、このガラス層と抵抗体の熱膨張係数の差による抵抗体の特性変化が抑制できるという作用効果が得られる。

請求項１１に記載の発明は、抵抗体の面積を０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満で、かつ調整層の面積よりも小さくした請求項１に記載の荷重センサであり、どのような形状の荷重センサであっても前記抵抗体より前記調整層を大きくすることができるため前記抵抗体の内部に応力を発生させにくくなるため、前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項１２に記載の発明は、基板を熱膨張係数が８０×１０^-7／℃以上２００×１０^-7／℃未満の金属材料とした請求項１に記載の荷重センサであり、ユーザーニーズに応じた様々な金属材料を選ぶことができ前記金属材料と抵抗体との熱膨張係数差を調整層で吸収できるためユーザーニーズに応じた様々な金属材料を用いた荷重センサが製造できる。

請求項１３に記載の発明は、基板を金型によって所定形状に打抜かれた金属基板とした請求項１に記載の荷重センサであり、ユーザーニーズに応じた形状の金属基板を安価に用意できると共に金型で打抜いた際に前記金属基板の内部に発生する残留応力の影響も調整層で吸収できるためユーザーニーズに応じた様々な形状の荷重センサが製造できる。

請求項１４に記載の発明は、抵抗体のＧＦを１０以上１０００未満とした請求項１に記載の荷重センサであり、ＧＦの高い材料であっても前記抵抗体と金属材料との熱膨張係数の差がＴＣＲ（抵抗値の温度特性）の特性の劣化になりにくいため前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項１５に記載の発明は、調整層をガラスもしくはガラスとセラミックフィラーよりなるコンポジットガラスとした請求項１に記載の荷重センサであり、調整層の熱膨張係数をガラスとセラミックフィラーの混合比率によって自由に調整できるため様々な抵抗体に対しても熱膨張係数をマッチングでき、前記抵抗体の内部に発生しやすい内部応力を一定以下に抑えられるため前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項１６に記載の発明は、調整層をセラミックとガラスの比率で、セラミック：ガラス＝５：９５〜４０：６０とした請求項１に記載の荷重センサであり、セラミックとガラスの同時焼成時の焼結安定性を高められると共に、それぞれの混合割合を調整することで調整層の熱膨張係数を微調整でき、荷重センサの特性が安定化できる作用効果が得られる。

請求項１７に記載の発明は、セラミックの粒径を０．０１μｍ以上１０μｍ未満とした請求項１５または１６に記載の荷重センサであり、セラミック粉をフィラーとして使った場合のガラスとの間の焼成でのマッチング性を改善できると共にセラミック粉とガラスからなるコンポジットガラスの調整層の強度や焼結性が安定化できるため調整層に発生した応力を抵抗体に伝えにくくでき、前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項１８に記載の発明は、セラミックフィラーをアルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、チタバリ、カルシアの内の一種類以上とした請求項１５に記載の荷重センサであり、抵抗体に対するセラミックフィラーの拡散を低減できると共にセラミックフィラーとガラスよりなるコンポジットガラスよりなる調整層の焼結性や強度が安定化できるため調整層に発生した応力を抵抗体に伝えにくくでき、前記抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

請求項１９に記載の発明は、金属基板の上にガラス層を形成する工程と、前記ガラス層の上にガラスペーストを所定形状に印刷し焼成して調整層を形成する工程と、前記調整層上に複数の配線を形成する工程と、前記複数の配線間を接続するように抵抗体ペーストを所定の形状に印刷し焼成して感歪抵抗体を、前記ガラス層の熱膨張係数より前記調整層の熱膨張係数は前記感歪抵抗体の熱膨張係数に近くなるように形成する工程と、を備えた、荷重センサの製造方法であり、ガラスペーストを用いて調整層を形成し、この上に抵抗体を印刷形成することで角チップ抵抗器やハイブリッドＩＣ等の一般の電子部品の製造に用いられる印刷、焼成設備を使うことができるため高精度に安定して荷重センサが製造できるという作用効果が得られる。

請求項２０に記載の発明は、感歪抵抗体ペーストの焼成温度を４００℃以上１０００℃未満とする請求項１９に記載の荷重センサの製造方法であり、調整層を用いることで感歪抵抗体の焼成時に発生する基板と感歪抵抗体材料の熱膨張係数差によって発生する感歪抵抗体の内部応力を一定以下に抑えられるため、抵抗体に４００℃以上１５００℃未満で焼成する安価な感歪抵抗体材料を用いることができ荷重センサが安価に製造できるという作用効果が得られる。

請求項２１に記載の発明は、調整層のガラスペーストを温度４００〜９００℃で焼成する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法であり、調整層の焼成を温度４００〜９００℃とすることで、市販の安価なガラス材料が使用でき、抵抗体とガラス層との熱膨張がマッチングでき、荷重センサが安価に製造できるという作用効果が得られる。

請求項２２に記載の発明は、セラミック：ガラス＝５：９５〜４０：６０とした重量比のガラス粉とセラミック粉が分散されてなるガラスペーストを所定形状に印刷して焼成する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法であり、調整層の熱膨張係数を調整層を形成するガラスペースト中のセラミック成分とガラス成分の比率を調整することにより簡単かつ再現性良く調整することができるため、荷重センサが安価に製造できるという作用効果が得られる。

請求項２３に記載の発明は、ガラスペーストをセラミック粉に溶剤及び若干量のバインダもしくは分散剤と共に０．０１ポイズ以上１００ポイズ以下の粘度で分散し、ガラス粉や所定量のバインダと混合して分散し、粘度１００ポイズ以上１００００ポイズ未満に調整する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法であり、セラミック粉を予め分散させてガラス粉を添加し、分散することによりガラスペースト中のセラミック粉凝集体が低減できるため、調整層の均一性が向上でき、荷重センサが安価に製造することができるという作用効果が得られる。

以上のように本発明の荷重センサは、基板と、この基板上に形成するガラス層と、このガラス層上に形成する複数の配線と、この複数の配線に接続されるように形成する抵抗体とからなり、前記ガラス層と前記抵抗体の間に調整層を設けた荷重センサであり、これによって抵抗体を焼成し、形成する時に前記抵抗体の内部に発生しやすい応力を低減することができ抵抗体の特性が安定化できるという作用効果が得られる。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１における荷重センサの構成を示す断面図であり、基板１の上に絶縁層となるガラス層２を介して中央部に調整層３が形成されている。４は配線であり、ガラス層２の上と一部が調整層３の上に位置するように形成され、この複数の配線４の間の調整層３の上に抵抗体５が形成されている。また６は保護層であり抵抗体５や配線４を保護する。本発明では基板１と抵抗体５の熱膨張係数は大きく異なっているが、その抵抗体５とガラス層２の間に形成された調整層３によって吸収されることになる。つまり本発明において抵抗体５の熱膨張係数と調整層３の熱膨張係数は殆ど同じである。そのため抵抗体５と大きく異なる熱膨張係数を有する基板１や抵抗体５と大きく異なる熱膨張係数を有するガラス層２に対しても抵抗体５はそれらと直接物理的に接することはなく、調整層３を介してのみ形成されることになる。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の荷重センサと従来の荷重センサを比較するための説明図である。図２（Ａ）は従来の荷重センサであり、基板１の上にガラス層２を介して配線４と抵抗体５が保護層６に保護されて形成されている。また７は箔ゲージであり、保護層６の上に接着剤によって張付けられている。８は万力であり基板１の一端を固定している。図２（Ｂ）は図１に示した本発明の荷重センサである。図２（Ａ）と図２（Ｂ）との違いは抵抗体５の下に調整層３が形成されている点である。図２（Ｃ）は荷重センサに一定の荷重をかける様子を説明するものである。図２（Ｃ）において４１は錘である。基板１の一端は万力８で固定されており、もう一端に錘４１をぶら下げることで基板１が撓み、この撓みによる歪み量を抵抗体５や箔ゲージ７の抵抗値の変化として検出することができる。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の荷重センサの抵抗値の変化の様子を示す説明図であり、図２（Ｂ）に示した本発明の荷重センサを使用した。図３（Ａ）においてＸ軸は経過時間（単位は任意）、Ｙ軸は錘の重さであり、経過時間＝０において錘の重さは０（初期値＝０）である。そして経過時間と共に錘の重さを増やしたり減らしたりする。図３（Ｂ）においてＸ軸は経過時間であり、図３（Ａ）と同じものである。図３（Ｂ）のＹ軸は抵抗値であり初期値＝１００で換算し直しており、太線は本発明の荷重センサの抵抗値の時間変化、点線は箔ゲージ７の抵抗値の時間変化を示す。

図４（Ａ）、（Ｂ）は従来の荷重センサの抵抗値の変化の様子を示す説明図であり、図２（Ａ）に示した従来の荷重センサを使用した。図４（Ａ）においてＸ軸は経過時間（単位は任意）、Ｙは錘４１の重さであり、経過時間＝０（初期）において錘４１の重さは０である。そして図３と同様に経過時間と共に錘４１の重さを増やしたり減らしたりする。図４（Ｂ）においてＸ軸は経過時間であり、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）と同じものである。図４（Ｂ）のＹ軸は抵抗値であり太線は従来の荷重センサ（図２（Ａ））の抵抗値の時間変化、点線は箔ゲージ７の抵抗値の時間変化を示す。

図３（Ｂ）の太線で示す本発明の荷重センサの抵抗値は点線で示す箔ゲージ７の抵抗値と同様に錘４１の重さに比例して増減し、錘４１の重さが一定の時は一定の抵抗値を示すことが判る。一方図４（Ｂ）の太線で示す従来の荷重センサの抵抗値は錘４１の重さに比例して増減するが、箔ゲージ７が重さの増減に敏感に反応するのに比べて反応の遅れが目立つと共に錘４１の重さが一定の時も抵抗値が安定していないことが判る。このような現象は特に基板１の熱膨張係数と抵抗体５の熱膨張係数に差があるほど発生しやすい。

基板１の熱膨張係数を変化させた場合の抵抗体５の抵抗値について評価した結果を（表１）に示す。

（表１）において、基板１の熱膨張係数は４０×１０^-7／℃から２００×１０^-7／℃まで大きく変化させている。またガラスの熱膨張係数は特開昭６３−２９８１２８号公報等で提案されているように基板１の材料の熱膨張係数に近似した部材を選んだ。また抵抗体５には市販のアルミナ基板用のものを選んだため、抵抗体５の熱膨張係数は７０×１０^-7／℃と一定である。（表１）より従来の荷重センサは基板１の熱膨張係数と抵抗体５の熱膨張係数がほぼ等しい場合には抵抗値が安定しているが、基板１の熱膨張係数と抵抗体５の熱膨張係数との差が大きくなると抵抗値が不安定になることが判る。一方本発明の荷重センサでは、基板１の熱膨張係数と抵抗体５の熱膨張係数の差が大きくなっても抵抗値が安定していることが判る。

（実施の形態２）
実施の形態２では、調整層の熱膨張係数の最適化について説明する。

本発明の調整層の熱膨張係数の最適化例を（表２）に示す。

（表２）において基板１と抵抗体５の熱膨張係数を一定にしている。そして調整層３の熱膨張係数を変化させた場合の抵抗値の安定性を評価した例である。このように基板１と抵抗体５の熱膨張係数差が大きい場合、（表１）で示したように従来の荷重センサの構造ではどうしても抵抗値が不安定であるという課題があった。（表２）において基板１とガラス層２の熱膨張係数｛（表２）ではαとしている｝は互いにマッチングさせたものを用いた。基板１とガラス層２の熱膨張係数が１００×１０^-7／℃の場合、調整層３の熱膨張係数が４０×１０^-7／℃未満と小さい場合や１００×１０^-7／℃以上と大きい場合には抵抗値が不安定化することが判る。これは（表１）の従来品の場合と同じ原因と考えられる。

このように本発明に用いる調整層３の熱膨張係数は抵抗体５に合わせることで基板１からの応力を調整層３で吸収し、抵抗体５に伝えにくくする効果作用を有していると考えられる。また（表１）より抵抗体５と調整層３の熱膨張係数差は３０×１０^-7／℃以上になると抵抗値が不安定になることが判る。そのため抵抗体５と調整層３の熱膨張係数差は３０×１０^-7／℃未満望ましくは２０×１０^-7／℃、更に可能であれば１０×１０^-7／℃未満が望ましいことが判る。

荷重センサの製造工程において、基板１の上にガラス層２が形成され、その上に抵抗体５としてのペーストが所定形状に印刷され、この抵抗体５が焼成炉の中で焼成されて抵抗体５となる。この抵抗体５の焼成途中で抵抗体５に異常な応力が発生しやすい。

従来の荷重センサで熱膨張係数の大きな基板１の上に熱膨張係数の小さな抵抗体５を形成した場合、抵抗体５の内部に発生する大きな内部応力について、図を用いて説明する。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は従来の荷重センサ（調整層無し）の抵抗体に応力が発生するメカニズムを示す説明図である。図５（Ａ）は抵抗体５を市販のメッシュベルト炉で焼成する際の温度プロファイルであり、Ｘ軸は時間、Ｙ軸は温度である。室温の基板１がベルト炉に入り昇温し、最高温度を経て降温し、室温まで戻るのは１時間程度である。図５（Ａ）において９は最高温度領域を示している。図５（Ｂ）は最高温度領域９での従来の荷重センサの熱膨張の様子である。図５（Ｂ）において矢印１０、１１は熱膨張の様子を示し、矢印１０、１１の方向はサンプルが伸びる方向であり、矢印１０、１１の長さはサンプルの熱膨張量を示している。従来の荷重センサにおいて、抵抗体５を形成する場合、基板１の上にガラス層２が形成され、その上に抵抗体５としてのペースト（図示されていない）が印刷され、この抵抗体５が焼成炉の中で焼成されて抵抗体となる。なお図５（Ｂ）において配線４は省略している。図５（Ｂ）に示すように、従来の荷重センサがベルト炉内で最高温度領域９に加熱されている時、基板１は矢印１１が示すように大きく熱膨張している。また基板１とガラス層２の熱膨張も近いので基板１もガラス層２も矢印１０、１１が示すように同程度の熱膨張量である。

また、抵抗体５はピーク温度で融けている。図５（Ｃ）はサンプルがベルト炉の中で降温領域１２にあることを示す。図５（Ｄ）は降温領域１２にあるサンプルの応力の様子を示す。図５（Ｄ）において温度が下がるにつれて基板１やガラス層２が矢印１０、１１の方向に大きく収縮し始める。この時基板１やガラス層２は矢印１０、１１に示すように大きく収縮するが、抵抗体５は矢印１３に示すように収縮量は矢印１０、１１に比べて少なくなる。そのためガラス層２と抵抗体５の界面付近の点線１４で囲った部分に応力が集中し、これが抵抗体５の抵抗値の変動の発生原因になってしまう。

次に、本発明の荷重センサでの応力発生の様子を説明する。

図６（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の荷重センサ（調整層有り）の応力発生メカニズムを示す説明図である。図６（Ａ）に示すように最高温度領域９での本発明の荷重センサの熱膨張の様子は図６（Ｂ）に示すように基板１もガラス層２も矢印１０、１１が示すように大きく熱膨張している。また調整層３は矢印４２のように僅かに熱膨張しており、抵抗体５は溶解している。次に図６（Ｃ）、（Ｄ）を用いてサンプルが降温する時の熱膨張の様子を説明する。図６（Ｃ）において、サンプルが降温領域１２にあることを示す。図６（Ｄ）に示すようにサンプルが降温領域１２にある時、基板１やガラス層２は矢印１０、１１が示すように大きく収縮する。一方抵抗体５や調整層３は矢印１３、４２が示すように僅かしか収縮しない。そのため基板１やガラス層２と抵抗体５の熱収縮差による応力はガラス層２と調整層３の界面付近の点線１４で囲った部分に集中する。その結果本発明の構造では熱膨張の差による応力は抵抗体５に発生しにくくなるため抵抗値は変動しにくくなる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、ユーザーから指定された任意の熱膨張係数の基板を用いて荷重センサを製造する方法について説明する。ユーザーはその用途によって色々な熱膨張係数、厚み、形状の基板１を指定する。ユーザーが指定する基板１を用いて従来の荷重センサを製造した場合の抵抗値の安定性について図を用いて説明する。

図７はユーザーが指定する基板を用いて従来の荷重センサを製造した場合の抵抗値の安定性についての説明図である。

図７においてＸ軸は経過時間、Ｙ軸は抵抗値の変化をクリープとした。ここでクリープとは初期（Ｘ軸のｔ０に相当する）の抵抗値を０ｐｐｍとして、初期からの抵抗値の変化率をｐｐｍで示している。まずユーザーから指定された基板１を用いて、図５（Ａ）〜（Ｄ）や図２（Ａ）に示した従来構造の荷重センサを作製する。そして図２（Ｃ）、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示したように抵抗値の安定性を評価する。図７は図３（Ｂ）を更に高分解能で測定したものに相当する。

サンプルの抵抗値は図７に示す特性Ａのように時間と共に低下する場合、特性Ｂのように変化しない場合、特性Ｃのように時間と共に増加する場合がある。特性Ｂのように抵抗値が変動しない場合、従来の構造で荷重センサを製造できるので問題ない。しかし図７に示す特性Ａや特性Ｃの場合、本発明で提案するように調整層３を入れる必要がある。まず特性Ａの場合、時間と共に抵抗値が低下しているが、これは抵抗体５の長さが時間と共に微少ではあるが徐々に短くなっていることが考えられる。これは抵抗体５が下地となるガラス層２から押し縮められることで、抵抗体５の長さが時間と共に徐々に短くなっている。このように特性Ａの場合、抵抗体５が押し縮められないように調整層３の熱膨張係数を調整すればよい。

また、特性Ｃの場合、時間と共に抵抗値が増加しているが、これは抵抗体５の長さが時間と共に微少ではあるが徐々に長くなっていることが考えられる。これは抵抗体５が下地となるガラス層２から引っ張られることで、その長さが徐々に長くなっている。このように特性Ｃの場合、抵抗体５が引っ張られないように調整層３の熱膨張係数を調整すればよい。

以上のように、抵抗体５の抵抗値変化の主原因は抵抗体内部に発生している応力と考えられ、本発明者らの提案のように抵抗体５と接する調整層３の熱膨張係数の増減によって抵抗体５の内部に発生した応力が調整できるため、抵抗値の時間変化を抑えられる。

また、抵抗体５の内部での応力発生の主原因は、例えば抵抗体ペーストがベルト炉の中で焼成され、抵抗体材料が高温下で柔らかく溶解しているときは殆ど応力が発生しないが、抵抗体材料が冷えて固まり始めると共に、抵抗体５の内部に様々な応力が発生し始めると考えられるが、実際は本発明者らが実験したように抵抗体５の下地となるガラス材料の特有の熱膨張の影響を大きく受けていた。

そこで、まず図１に示したように抵抗体５に熱膨張係数の近いガラス材料を調整層３に用いて荷重センサを試作する。その結果抵抗値の変化（以下、クリープと呼ぶ）は収まるがそれでも若干の抵抗値の変化（数十から数百ｐｐｍ／時間のクリープ）が残ることがある。こうした場合、調整層３を形成するガラス材料にこのガラスとは異なる熱膨張係数を有するセラミック粉を添加し、全体としての熱膨張を微調整することにより、抵抗値の安定化が図れる。

次に、調整層３の主成分となるガラス材料にセラミックフィラーを添加して、熱膨張係数を最適化する方法について、図を用いて説明する。

図８および図９は本発明の実施の形態３におけるセラミックフィラーを用いた調整層３の最適化例についての説明図である。図８および図９においてＸ軸はガラス中のセラミックフィラーの割合（ｗｔ％）であり、Ｙ軸はクリープ変化率（ｐｐｍ／ｈ）である。Ｙ軸のクリープ変化率とは、単位時間当たりの抵抗値の変化率に相当し、図７のグラフの傾きに相当する。本発明の目的は図７のグラフの傾き（これは図８や図９のＹ軸のクリープ変化率に相当する）をゼロ（水平）に近づけようとするものであり、図８や図９ではＹ軸の値をゼロに近づけることに相当する。その手段として実施の形態３では調整層となるガラス中のセラミックフィラーの割合を増減させる。

以下、詳しく説明する。まず所定のガラス（セラミックフィラー無し）を用いて調整層を形成する。しかし場合によっては、図７の（Ａ）に示したように、時間と共に抵抗値が減少する場合がある。このサンプルは図８のガラス中のセラミックフィラーの割合が０ｗｔ％に相当するので、セラミックフィラーの割合が０ｗｔ％の場合、図８に示すようにクリープ変化率はマイナス（負）を示す。このようなサンプルの場合、時間と共に抵抗値が低下（マイナスになる）する力が抵抗体内部に発生していると考えられる。そこで、このような力が発生しないように、所定の熱膨張係数を有するセラミックフィラーを添加する。そしてセラミックフィラーの添加量を調整することで、抵抗体内部で抵抗値を低下させようとしている力を減らすことで図８に示すように抵抗値の時間変化が抑えられる。

また、別の例について説明する。所定のガラス（セラミックフィラー無し）を用いて調整層を形成した場合、図７の（Ｃ）に示したように、時間と共に抵抗値が増加する場合がある。このサンプルは図９のガラス中のセラミックフィラーの割合が０ｗｔ％に相当する。セラミックフィラーの割合が０ｗｔ％の場合、図９に示すようにクリープ変化率はプラス（正）を示す。このようなサンプルの場合、時間と共に抵抗値が増加（プラスになる）する力が抵抗体内部に発生していると考えられる。そこで、このような力が発生しないように、所定の熱膨張係数を有するセラミックフィラーを添加する。そしてセラミックフィラーの添加量を調整することで、抵抗体内部で抵抗値を増加させようとしている力を減らすことで図９に示すように抵抗値の時間変化が抑えられる。

なお、調整層３を形成するガラスにセラミックフィラーを混合したコンポジットガラスを用いる場合、セラミックフィラー含有率は５０ｗｔ％未満（望ましくは４０ｗｔ％未満）が望ましい。セラミックフィラーの含有率が５０ｗｔ％を超えると、作製したコンポジットガラスがスカスカの状態であったり、物理的強度が低下して荷重センサとして要求される強度が得られない場合がある。

また、こうした用途に予め熱膨張係数の異なる数種類のガラス材料、セラミックフィラーを用意しておくことが望ましい。これによりユーザー指定の基板１を用いて荷重センサを製造した場合、図７に示すような特性Ａ、Ｃのクリープが発生したとしても図８や図９に示すようにしてクリープを抑えることができる。このように熱膨張係数の異なる数種の調整層３の材料を用意し、これらを用いて図１で説明した本発明の荷重センサを製造する。図８や図９に示したようにセラミックフィラーの添加量によってクリープの増減が観察され、クリープを最小にするガラスとセラミックフィラーの組成が判明する。なお基本となる抵抗体５、ガラス層２、調整層３等の熱膨張係数を予め測定しておくことで多くの場合、シミュレーションで最適化できる場合も多いがどうしても抵抗体５のロットばらつきや焼成ばらつき、各種材料の相互拡散等の影響を受けるため、計算で求められない場合も多い。こうした場合に図８に示したような実際の材料を変化させ最適化することが最も有効で実用的である。

なお、本実施の形態３において、ガラス中に添加したセラミックフィラーとしてはアルミナ、ジルコニア、マグネシア、カルシア等を用いることができ、抵抗値の変動を数ｐｐｍ未満に抑えることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では調整層３の組成をガラスだけで微調整する方法について説明する。実施の形態３では調整層３の最適化調整にはガラスとセラミックを用いたが製品によってはガラスだけで調整層３を形成することが望ましい場合もある。

以下、異なる熱膨張係数のガラスをブレンドして調整層３の最適化について図を用いて説明する。図１０は複数のガラスを用いた調整層３の最適化例を示す説明図、図１１は同複数のガラスを用いた調整層３の最適化例を示す説明図である。図１０及び図１１において、Ｘ軸は混合ガラス中の添加ガラスの割合であり、図１０では添加ガラスの割合が増加するほどクリープがプラス側にシフトすることが判る。また図１１では添加ガラスの割合が増加するほどクリープがマイナス側にシフトすることが判る。

このように数種のガラス組成を例えば熱膨張係数が６０〜８０×１０^-7／℃程度のＳｉＯ₂・ＺｎＯ・ＰｂＯ系の結晶質ガラスからなる主ガラス及び熱膨張係数が高い１００×１０^-7／℃程度のＳｉＯ₂・Ｂ₂Ｏ₃・ＲＯ系の非晶質ガラスや熱膨張係数が５０×１０^-7／℃程度のＳｉＯ₂・ＺｎＯ・ＲＯ系の結晶化ガラスからなる添加ガラスとして図１０や図１１のようにして組合せることによって抵抗値のクリープを数ｐｐｍ未満に抑えることができる。なお荷重センサの多くはユーザーの機器に組みこまれるためそれぞれ特有の形状をしている。そのため同じ金属材料、金属厚みであっても加工方法の違いで基板１の中の残留応力が異なる。あるいは加工時の変形を補正するために、逆反と呼ばれる後加工も行われることが多い。一般的に色々なシミュレーションを行うことでこうした調整層３の微調整まで必要無いことも多いが、製品によってはこうした残留応力の影響を受けやすい場合もある。そうした場合、実施の形態４に示すように調整層３の微調整が有効である。

また、ガラス層２と調整層３の界面で熱収縮の差を吸収するため場合によってはガラス層２と調整層３の界面の接着強度が低下し、剥がれ易くなる可能性もある。こうした場合、実施の形態４に示すように異なるガラス素材を混ぜ合わせることで調整層３の下地となるガラス層２との接着強度を高めることができる。

（実施の形態５）
実施の形態５では調整層３を形成するガラス材料について説明する。一般的な抵抗体５としてはアルミナ基板用のものが入手しやすい。こうしたガラス材料としてはＳｉＯ₂、ＺｎＯ、アルカリ土類酸化物を主体としたものが望ましい。酸化鉛や酸化ビスマス等の低軟化点成分は調整層３に含まれていても問題が無い場合もあるが抵抗体５の組成（抵抗体５の内部に酸化鉛や、酸化ビスマスも含まれていることが多い）によっては抵抗体５との相互拡散の要因となって抵抗値やＴＣＲを変化させる場合もある。

しかし、この場合も実施の形態３に示したようにセラミックをフィラーとして添加することでその影響を低減できることが多い。これはセラミック材料自体の融点が高く８５０℃程度の焼成温度では抵抗体５と殆ど相互拡散しないためである。また実施の形態４に示すようにガラス成分を調整することでも抵抗体５のＴＣＲや抵抗値の絶対値が調整できる。

なお、ガラス材料については結晶性のガラス材料を用いることができる。結晶性のガラス材料を用いて抵抗体５の形成前に調整層３を予め焼成しておき、調整層３を結晶化しておく。こうして結晶化した調整層３の上に抵抗体５を印刷し、温度８５０℃程度で焼成してもこの程度の温度では調整層３を形成する結晶化したガラス材料は再融解しないため抵抗体５との相互拡散が起こり難くできる。更に自動車用のスマートエアーバッグシステム等に用いる荷重センサのように車載用部品の場合、エアーバッグが開かない範囲の弱い接触事故程度ではセンサは働かないが、衝突時センサに衝撃がかかるためセンサが壊れる場合が考えられる。こうした場合、基板１には充分な耐力があったとしてもセンサを構成するガラス部分（本発明では調整層３）が割れる場合がある。本発明者らが調整層３に非晶質ガラスと結晶化ガラスの両方を用いて衝撃試験を行った結果、結晶化ガラスの方が非晶質ガラスに比べて壊れにくく高信頼性の結果が得られた。

以上のように、本発明の荷重センサを用いることで、ユーザーに提供するセンサの基板としては、その材質（金属、セラミック等）に応じて固有の熱膨張係数があり、さらに基板の厚みや形状、あるいは基板の加工方法での残留応力（基板の熱処理、残留応力で基板の変形）等の様々な基板１に対しても限られた感歪抵抗体だけで対応することができるため、荷重センサの多品種化、低コスト化が可能になる。今後、更なる高ＧＦ材料が開発された場合であっても、たとえこのＧＦ材料が酸化ルテニウムを使わない材料であってその熱膨張係数が一般の抵抗体５と大きくかけ離れたものであっても、本発明で提案した調整層３を導入することでアルミナ基板から金属基板まで広範囲に応用することができる。

なお、調整層３の面積は抵抗体５より大きいことが望ましい。調整層３の面積を抵抗体５より広げることで抵抗体５の下の全面に調整層３を形成できる。また調整層３の上に配線４の一部が形成されることが望ましい。調整層３の上に配線４の一部を形成し、この調整層３の上に形成された配線４に接して抵抗体５を形成することで抵抗体５の下の全面に調整層３を形成できる。また一つの調整層３の上に複数の抵抗体５を形成することも望ましい。一つの調整層３の上に複数の抵抗体５を形成することで互いの抵抗体５の特性ばらつきが揃えられ、荷重センサの歩留を上げることができる。また調整層３の面積はガラス層２より小さいことが望ましい。調整層３の面積がガラス層２と同程度もしくはそれより大きくなると調整層３とガラス層２の熱膨張係数の差から界面が剥離し、強度が低下する場合がある。

調整層３の厚みは１μｍ以上５００μｍ未満が望ましい。調整層３の厚みが１μｍ未満の場合調整層３にピンホールが発生する場合があり、更に調整層３での十分な応力吸収ができない場合がある。また調整層３の厚みが５００μｍ以上の場合調整層３の剛性が高くなりすぎて基板１の歪みを正確に抵抗体５に伝えることができない場合がある。

また、ガラスペーストを印刷し、焼成して調整層３を形成する場合、調整層３とガラス層２を同時焼成（もしくは一括焼成）することによって焼成コストを下げることができる。また配線４と調整層３を同時焼成（もしくは一括焼成）することによって焼成コストを下げられる。なお調整層３と抵抗体５の同時焼成（もしくは一括焼成）は抵抗体５の特性に望ましくない影響を与える場合があり、そうした場合図８から図１１で説明したような最適化が必要な場合がある。

（実施の形態６）
実施の形態６ではガラス材料と抵抗体５の材料について、市販のアルミナ基板、基板１にはアルミナ基板より熱膨張係数が大きい金属基板を用いる場合について説明する。アルミナ基板に用いる抵抗体５の材料としては国内、国外で酸化ルテニウムを含む焼成温度８５０℃の焼成型のものが数種類販売されている。またハイブリッドＩＣ用のクロスオーバー用や多層絶縁用にアルミナ基板に熱膨張係数を合わせたガラス材料やガラスペーストが国内外のメーカーより色々販売されている。こうしたガラス材料をメインにしてこの中に必要に応じて所定のセラミック粉を添加し、熱膨張係数を微調整して抵抗値の安定性が改善できる。こうした用途に用いるガラス材料としてはＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属）をガラス成分とする結晶性のものが望ましい。

なお、ガラスペーストとして購入する場合、ガラス粉の平均粒径が５μｍ以下（もしくは中心粒径が１０μｍ以下）、望ましくは平均粒径を３μｍ以下とすることが望ましい。このような細かいガラス粉を使うことで調整層３の厚みを均一化できると共にその表面粗さを小さくできるため、この調整層３の上に抵抗体ペーストを印刷しやすくなる。

なお、保護層６は少なくとも抵抗体５の全面を覆うことが望ましい。保護層６が抵抗体５の全面及び抵抗体５と接続された配線４の一部、更には調整層３を覆うことで抵抗体５やその抵抗値への外気の影響を抑えることができ、信頼性が改善できる。

また、基板１の熱膨張係数と抵抗体５の熱膨張係数の差が２０×１０^-7／℃以上３００×１０^-7／℃未満が望ましい。基板１と抵抗体５の熱膨張係数が２０×１０^-7／℃未満の場合、調整層３を形成しなくても基板１と抵抗体５との熱膨張係数差を焼成条件等で一定以下に抑えられることも可能である。

さらに、基板１の熱膨張係数とガラス層２の熱膨張係数の差が２０×１０^-7／℃未満が望ましい。基板１とガラス層２の熱膨張係数差が２０×１０^-7／℃以上の場合、調整層３を形成していても基板１とガラス層２の熱膨張係数の差によってガラス層２の内部に発生した応力によってガラス層２と基板１が剥がれる場合がある。

そして、抵抗体５の熱膨張係数と調整層３の熱膨張係数の差が２０×１０^-7／℃以下が望ましい。抵抗体５と調整層３の熱膨張係数差が２０×１０^-7／℃以上の場合、基板１と抵抗体５との熱膨張係数差を調整層３では一定以下に抑えられない場合がある。

なお、調整層３の厚みは１μｍ以上５００μｍ未満が望ましい。調整層３の厚みが１μｍ未満の場合、調整層３にピンホールが発生しやすく、抵抗体５とガラス層２が直接接してしまう可能性があり、調整層３の効果が得られない場合がある。また調整層３の厚みが５００μｍ以上の場合、調整層３自体の剛性が基板１に影響を与える可能性があり、荷重センサとしての出力の安定性に影響を与える場合がある。

また、一つの調整層３の面積は０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満かつ抵抗体５の面積よりも大きいことが望ましい。調整層３の大きさが０．１ｍｍ以下の場合、調整層３を一般の厚膜技術で作製することが難しい場合がある。また調整層３の大きさが５０ｍｍ角以上の場合、調整層３に発生した応力の絶対値が大きくなりすぎてガラス層２と調整層３の界面で剥離等が発生する場合がある。また調整層３の面積を抵抗体５の面積より大きくすることで抵抗体５の下全面に調整層３を形成できるため抵抗体５とガラス層２が直接接することが防止できる。

また、少なくとも配線４の一部は抵抗体５と共に調整層３の上に形成することで調整層３の上で配線４と抵抗体５を接続できるため抵抗体５としてのペーストの印刷の安定性が改善され、複数の抵抗体５を用いてブリッジ回路を形成する場合でもブリッジ回路を形成する抵抗体５のバランスを一定に保つことができるため荷重センサの出力特性の安定化が図れる。

なお、抵抗体５の厚みは１μｍ以上５００μｍ未満が望ましい。抵抗体５の厚みが１μｍ未満の場合、基板１と抵抗体５の熱膨張差による抵抗体５の内部の応力が発生しにくくなると共に抵抗体５の皮膜自体にもピンホールが発生しやすく調整層３の効果が得られない場合がある。また抵抗体５の厚みが５００μｍ以上の場合、抵抗体５を厚膜技術で製造する際、抵抗体５の焼結により発生する応力が大きくなりすぎて調整層３ではその応力を吸収できない場合がある。

また、抵抗体５の面積は０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満かつ調整層３の面積よりも小さいことが望ましい。抵抗体５の面積が０．１ｍｍ角未満の場合、抵抗体５を一般の厚膜技術で作製することが難しい場合がある。また抵抗体５の大きさが５０ｍｍ角以上の場合、抵抗体５を焼結した際に発生する応力等を調整層３では吸収できない場合がある。

なお、基板１は熱膨張係数が８０×１０^-7／℃以上２００×１０^-7／℃未満である金属材料が望ましい。熱膨張係数が８０×１０^-7／℃未満の金属材料の場合、調整層３を形成しなくても焼成条件等の最適化によって抵抗値の安定化が可能な場合がある。また基板１の熱膨張係数が２００×１０^-7／℃以上の場合、いくら調整層３を形成したとしても抵抗体５と基板１の熱膨張係数差を吸収できない場合がある。

なお、基板１として金属板を金型によって打抜かれたものを使うことができる。このように金属板を金型で打抜くことによって放電加工やレーザー加工に比べて基板１を安価に加工できる。またこうした金型で加工された金属板は内部に残留応力が残っているため熱処理等によって微妙に基板１が歪んだり、反ったりする場合があるが本発明では調整層３を設けることでこうした残留応力が抵抗体５に伝わりにくくできる。

なお、抵抗体５のＧＦは１０以上１０００未満が望ましい。ＧＦが１０未満の材料の場合、こうした調整層３を形成する必要がない場合がある。またＧＦが１０００以上の材料の場合、いくら調整層３を最適化したとしてもその抵抗値を安定化させることが困難な場合が考えられる。

なお、抵抗体５は、調整層３の上に所定の抵抗体ペーストが所定形状に印刷された後、温度４００℃以上１０００℃未満で焼成されることが望ましい。温度４００℃未満で抵抗体５を焼成して形成する場合、抵抗体５の焼結が不充分で調整層３と抵抗体５の接着力が低い場合があり、その界面で剥離する場合がある。また抵抗体５の焼成温度が１０００℃を超える場合、抵抗体５と調整層３の材料拡散が大きくなりすぎて抵抗値が安定しない場合がある。

なお、調整層３はガラスもしくはガラスとセラミックフィラーよりなるコンポジットガラスであることが望ましい。調整層３にコンポジットガラスを用いることでガラスとセラミックフィラーの種類や混合比率を変えることができ、様々な熱膨張係数の基板１や抵抗体５に対してもマッチングする調整層３が形成できる。

なお、セラミックフィラーの粒径は０．０１μｍ以上１０μｍ未満が望ましい。セラミックフィラーの粒径が０．０１μｍ未満の場合、その分散が難しくできあがったコンポジットガラスの特性のばらつきが大きい場合がある。またセラミックフィラーの粒径が１０μｍ以上の場合、コンポジットガラスからなる調整層３の表面粗さが大きくなりすぎてこの上に抵抗体５としての材料を印刷した場合、抵抗値のばらつきが大きくなる場合がある。

また、セラミックフィラーはアルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、チタバリ、カルシアの内の一種類以上が望ましい。こうした安価な材料を用いることで抵抗体５とセラミックフィラーの拡散を抑えられると共に荷重センサのコストダウンが可能になる。

（実施の形態７）
実施の形態７では、調整層を有する荷重センサの製造方法について図を用いて説明する。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施の形態７における荷重センサの製造方法を示す断面図である。

図１２（Ａ）に示すように１５は基板であり、この基板１５の上に所定のガラスペーストを印刷して焼成することにより、ガラス層１６ａが形成される。なおガラス層１６ａの厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下が望ましい。ガラス層１６ａの厚みが１０μｍ未満の場合、ガラス層１６ａにピンホールが発生する可能性がある。またガラス層１６ａの厚みが２００μｍを超えるとコストアップの原因になる。

次に、図１２（Ｂ）に示すようにガラス層１６ａの上に調整層１７ａを形成する。ここで調整層１７ａはこの上に形成する抵抗体より一回り大きくしておくことが望ましい。ここで調整層１７ａは所定の調整層ペーストを印刷して焼成することで製造できる。

次に図１２（Ｃ）に示すように少なくともその一端が調整層１７ａの上を覆うようにして配線１８ａを形成する。配線１８ａは所定の電極ペーストを印刷して焼成することで形成できる。

次に図１２（Ｄ）に示すように複数の配線１８ａの間に抵抗体１９ａを形成する。ここで抵抗体１９ａの下には調整層１７ａが予め形成されている。抵抗体１９ａは所定の抵抗体ペーストを選び、これを印刷して焼成することで形成できる。最後に、少なくとも抵抗体１９ａの表面を覆うように保護層を形成する（図示していない）。

以上の方法により、抵抗体１９ａの直下に調整層１７ａを印刷等の安価な方法で形成できるため、基板１５の熱膨張係数の影響を受けにくい荷重センサを安価に製造できる。なお図１２においてガラス層１６ａを複数のガラス層１６ａで形成すると、ピンホール等の影響を受けにくくなる。また、ガラス層１６ａと調整層１７ａを同時に形成（例えば、これら複数層を一括して焼成）することができる。このように複数層を同時に形成することで製造コストを抑えることができる。なおガラス層１６ａと調整層１７ａは互いに熱膨張係数が異なるが、本発明の場合、調整層１７ａは極僅かの面積に印刷されるだけなので、熱膨張係数の違いはそれほど問題にならない。

また、ガラス層１６ａと調整層１７ａ、更に配線１８ａも同時に焼成することができ、更なるコストダウンが可能である。このとき配線１８ａを形成する配線ペーストに予め収縮抑制剤を添加しておくことで、同時焼成時の焼成収縮の違い（一般的にガラスと比べて金属の方が収縮開始温度が低い）による割れやクラックが防止できる。なお収縮抑制剤としてはガラス層１６ａや調整層１７ａの無機材料（ガラス粉やセラミック粉）等も用いることができる。なお収縮抑制剤の添加量は１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下が望ましい。１ｗｔ％以下の場合、収縮抑制効果が得られない場合がある。また２０ｗｔ％を超える場合、配線の抵抗値が増加し、抵抗体１９ａの特性に影響を及ぼす場合がある。

（実施の形態８）
実施の形態８では、配線を多層化した場合の本発明の荷重センサの製造方法について図を用いて説明する。図１３（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施の形態８における荷重センサの製造方法を示す断面図である。

図１３（Ａ）に示すように１５は基板であり、この基板１５の上に所定のガラスペーストや電極ペーストを印刷して焼成することにより、内部電極２０を内蔵したガラス層１６ｂが形成される。なお基板１と内部電極２０の間のガラス層１６ｂの厚みは１０μｍ以上２００μｍ以下が望ましい。ガラス層１６ｂの厚みが１０μｍ未満の場合、ガラス層１６ｂにピンホールが発生する可能性がある。またガラス層１６ｂの厚みが２００μｍを超えるとコストアップの原因になる。このようにガラス層１６ｂの内部に内部電極２０を予め形成しておくことにより、荷重センサのＥＭＩ（電磁気特性）が改善され、携帯電話や無線機等の電磁波の影響を受けにくくすることができる。

次に、図１３（Ｂ）に示すようにガラス層１６ｂの上に調整層１７ｂを形成する。ここで調整層１７ｂはこの調整層１７ｂの上に形成する抵抗体より大きくしておくことが望ましい。ここで調整層１７ｂは所定の調整層ペーストを印刷したものを焼成することで製造できる。

次に、図１３（Ｃ）に示すように配線１８ｂの少なくともその一端が調整層１７ｂの上を覆うように形成する。配線１８ｂは所定の電極ペーストを印刷して焼成することで形成できる。

そして、図１３（Ｄ）に示すように調整層１７ｂの上でかつ複数の配線１８ｂの間に抵抗体１９ｂを形成する。抵抗体１９ｂは所定の抵抗体ペーストを選び、これを印刷して焼成することで形成できる。

最後に、少なくとも抵抗体１９ｂの表面を覆うように保護層を形成する（図示していない）。このように本発明の場合、抵抗体１９ｂの直下に調整層１７ｂを印刷等の安価な方法により形成できるため、基板１５の熱膨張係数の影響を受けにくい荷重センサを安価に製造することができる。

なお、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにガラス層１６ｂを例えば複数回の印刷と乾燥を繰り返して複数のガラス層（図示せず）で形成することで、ピンホール等の影響を受けにくくすることができる。

また、ガラス層１６ｂ、内部電極２０、あるいは調整層１７ｂを同時に形成（例えば、これら複数層を一括して焼成）することができる。このように複数層を同時に形成することにより製造コストを低く抑えることができる。なおガラス層１６ｂと調整層１７ｂとは互いに熱膨張係数が異なるが、調整層１７ｂは極僅かの面積に印刷されるだけなので、熱膨張係数の違いはそれほど問題にならない。

また、ガラス層１６ｂと調整層１７ｂ、内部電極２０、更に配線１８ｂも必要に応じて複数層ずつ同時に焼成することでコストダウンができる。この場合、内部電極２０や配線１８ｂを形成する電極ペーストに予め収縮抑制剤を添加しておくことにより、同時に一括焼成の焼成収縮の違い（一般的にガラスに比べて金属の方が収縮開始温度が低い）による割れやクラックが防止できる。なお収縮抑制剤としてはガラス層１６ｂや調整層１７ｂの無機材料（ガラス粉やセラミック粉）等を用いることができる。

なお、収縮抑制剤の添加量は１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下が望ましい。１ｗｔ％以下の場合、収縮抑制効果が得られない場合がある。また２０ｗｔ％を超える場合、配線１８ｂの抵抗値が増加したり、抵抗体１９ｂの特性に影響を及ぼす場合がある。

（実施の形態９）
実施の形態９では、荷重センサにおける調整層や抵抗体の位置関係について、図を用いて説明する。図１４は本発明の調整層と抵抗体や配線等の位置関係を示す荷重センサの外観図である。説明のために保護層等は形成していない。また基板２１に要求される複雑な加工（例えば、外周加工、孔加工、嵌合加工等）による歪も抵抗体の特性に影響を与える場合がある。また図１４において配線２４はその一部しか図示しておらず、この配線２４の上に実装されるべき部品や接続される配線等も省略している。図１４に示すように基板２１の上にガラス層２２が形成され、このガラス層２２の上に調整層２３が形成され、さらに調整層２３の上に配線２４の一部が抵抗体２５と接続されるように形成されている。

そして、図１４に示すように本発明の荷重センサは抵抗体２５の抵抗値の変化により荷重を検出するものであり、複数個の抵抗体２５を用いてブリッジ回路を形成することが望ましい。このとき複数個の抵抗体２５の抵抗値がずれてしまう（ばらつき）と、抵抗体２５から構成するブリッジ回路に所定の特性が得られなくなることがある。そのため図１４に示すように一つの調整層２３の上に複数の抵抗体２５を形成することにより、抵抗体ペーストの印刷の安定性が向上し抵抗値のばらつきを抑制することができる。

なお、調整層２３の厚みは１μｍ以上５００μｍ未満が望ましい。これは調整層２３の厚みが１μｍ以下の場合、調整層２３が薄すぎて熱膨張係数の違いを吸収しきれない場合やピンホールを発生する可能性があるためである。また調整層２３の厚みが５００μｍより厚い場合、調整層２３の材料費が増加する。

また、調整層２３の一つ当りの面積は０．１ｍｍ角以上（つまり０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）、５０ｍｍ角未満（つまり５０ｍｍ×５０ｍｍ）が望ましい。さらに抵抗体２５の面積よりも大きくすることが望ましい。調整層２３の面積が０．１ｍｍ未満の場合、調整層２３を印刷してもそのパターンの断面が凸状に盛りあがりやすく（平坦な部分が少なくなる）ため、その調整層２３の上に抵抗体ペーストを高精度に印刷することが難しい。また面積が０．１ｍｍ角以上あれば調整層２３を形成した表面の平らな部分が多くなり、調整層２３の上への抵抗体２５の高精度の印刷が容易になる。また調整層２３の面積が５０ｍｍ角を超えると、その熱膨張係数の違いにより、調整層２３とその下地のガラス層２２との間にクラックが発生する可能性がある。また抵抗体２５の面積より調整層２３の面積の方を大きくすることが望ましい。これは抵抗体２５の面積より調整層２３の面積が小さい場合、抵抗体２５が下地のガラス層２２と接し、抵抗体２５の内部の応力分布に影響する場合があるためである。また一つの調整層２３の上に複数個の抵抗体２５を形成すること
により抵抗体２５の印刷の安定性を改善することができる。

（実施の形態１０）
実施の形態１０では、調整層に用いるガラスについて、図を用いて説明する。図１５は調整層に用いるコンポジットガラスの拡大模式図である。図１５に示すようにガラス２６の内部にセラミック粉２７が分散された状態で同時焼成され、コンポジットガラス２８を形成している。このようにガラス２６の中にセラミック粉２７を分散させた状態で同時焼成させることにより形成したコンポジットガラス２８は添加するセラミック粉２７の種類や添加量を微調整することにより、そのコンポジットガラス２８の熱膨張係数が微調整できる。

例えば、図１５に示すガラス２６の熱膨張係数を８．５ｐｐｍ／℃とした場合、このガラス２６に熱膨張係数７ｐｐｍ／℃のアルミナからなるセラミック粉２７を添加することでコンポジットガラス２８の熱膨張係数を低下させることができる。また熱膨張係数９．５ｐｐｍ／℃のジルコニアをセラミック粉２７として添加することでコンポジットガラス２８の熱膨張係数を増加させることができる。あるいはガラス２６の熱膨張係数が１０ｐｐｍ／℃や１３ｐｐｍ／℃と大きいものを選んだ場合でも同時にコンポジット化でき、抵抗体に対する金属基板の熱膨張の違いが吸収できる。

なお、ガラス２６に加えるフィラーの添加率は５ｗｔ％以上４０ｗｔ％未満が望ましい。つまり、コンポジットガラス２８を構成するガラス２６とセラミック粉２７の割合はガラス：セラミック粉＝９５：５〜６０：４０の間が望ましい。この理由はフィラーの添加量が５ｗｔ％未満の場合、その添加効果が得られない場合がある。またフィラーの添加量が４０ｗｔ％を超える場合、コンポジットガラス２８が焼結しにくくなり、その強度が低下する場合があるためである。これはセラミック粉２７の表面を濡らすのに必要なガラス２６が足りなくなるためである。

本発明の調整層としてのコンポジットガラス２８に添加するセラミック粉２７としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃、熱膨張係数は６．５〜８．０ｐｐｍ／℃）、ＭｇＯ（熱膨張係数は１３ｐｐｍ／℃）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂、熱膨張係数は組成割合によって８〜１１ｐｐｍ／℃）、ジルコニア（熱膨張係数は１０．４ｐｐｍ／℃）、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）等が望ましい。またこれらの平均粒径は０．０１〜５μｍ程度が望ましい。０．０１μｍ未満の場合、コスト高になる。また平均粒径が５μｍより大きな場合、ガラス２６との同時焼成ができない場合がある。また実施の形態１０で提案した結晶化ガラス以外の市販の結晶化ガラスについてもセラミック粉２７をフィラーとして添加することによりコンポジットガラス２８の材料の熱膨張係数が微調整できるため、各種製品に対して最適設計ができる。

なお、セラミック粉２７としては熱膨張係数は６ｐｐｍ／℃以上１５ｐｐｍ／℃未満のものが望ましい。６ｐｐｍ／℃未満や１５ｐｐｍ／℃以上のセラミック粉２７はコンポジットガラス化してもその効果が少ない場合がある。

特に、本発明のコンポジットガラス２８の中のセラミック粉２７はガラス２６と殆ど反応しないため、焼成してもそのまま図１５に示すように残っていることが多い。そのためコンポジットガラス２８の熱膨張係数の計算は結晶化ガラスの熱膨張係数と添加するセラミック粉２７の熱膨張係数との比例計算で簡単に求めることができる。

なお、図１５は説明のため簡略化したものであるが、実際のコンポジットガラス２８の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）やＸＭＡ（Ｘ線マイクロ分析）で解析すると、ガラス２６と拡散したセラミック粉２７が見える。またこれらを元素分析すると、ガラス２６からはガラス２６を構成する複数の元素（例えば、結晶化ガラスの場合、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等）が均一に混ざり合っているが、セラミック粉２７から固有の元素としてセラミック粉２７にアルミナを用いた場合、アルミと酸素の元素が特異的に高強度で検出される。またセラミック粉２７に酸化ジルコニアを用いた場合、ジルコニアと酸素の元素が特異的に高強度で検出されるため、これら元素がガラス２６に含まれていたものか、あるいはコンポジットガラス２８を構成するためにフィラーとして添加されたものか容易に判別することができる。

（実施の形態１１）
実施の形態１１では調整層用ガラスペーストの製造方法について、図を用いて説明する。図１６はコンポジットガラスに発生する可能性があるピンホールについての説明図、図１７（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態１１における調整層に用いるコンポジットガラスペーストの製造方法を示す模式図、図１８（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施の形態１１における調整層に用いるコンポジットガラスペーストの製造方法を示す模式図である。

以下、調整用ガラスにコンポジットガラスペーストを用いたコンポジットガラスペーストの製造方法について説明する。図１６はコンポジットガラスにピンホールが発生する可能性があることについて説明するものであり、図１６に示すように２９はセラミック粉凝集体、３０はピンホールである。セラミック粉２７がガラス２６の内部に均一に分散されている場合、ピンホール３０は発生しないが、セラミック粉２７の分散が不充分でセラミック粉凝集体２９が発生すると、図１６に示すようにピンホール３０を形成する場合がある。これはガラス２６の焼成温度ではセラミック粉２７が焼結しないためであり、特にセラミック粉凝集体２９を形成した状態でコンポジットガラス中に残っていると、非常に小さな確率ではあってもピンホール３０の発生原因となる。こうした課題に対してコンポジットガラス中のセラミック材料の分散を均一化することにより対策することができる。

次に、コンポジットガラスペーストの製造方法について、図１７、図１８を用いて説明する。実施の形態１１ではコンポジットガラスに用いるセラミック粉２７を予め溶剤中に分散し、ガラス粉を添加して混練するものである。このようにガラス粉とセラミック粉２７を個別に最適な条件で分散することでセラミック粉凝集体２９を含まないコンポジットガラスペーストが提供できる。

図１７（Ａ）において、３１ａ〜３１ｄは所定原料であり、具体的にはセラミック粉、溶剤、分散剤、少量の樹脂等である。次にこれらの所定原料３１ａ〜３１ｄは図１７（Ｂ）に示すように分散装置３２の中でビーズ３３によって分散される。

なお、分散装置３２として回転ボールミル、攪拌ボールミル、シンマルエンタープライズ製のダイノミル等のビーズ３３を用いた攪拌式、振動式、回転式の分散装置を使うことが望ましい。セラミック粉を溶剤や少量の分散剤（もしくは少量の樹脂、これは樹脂の種類によっては樹脂を加えることでセラミック粉の濡れ性が改善されるため、当然であるが樹脂を加えすぎると粘度が上がってビーズでの分散が難しくなるので、樹脂を添加する場合、少量に限定される）と共にこうした分散装置３２で分散することで、セラミック粉凝集体を発生させずに分散できる。

この分散においてセラミック粉、溶剤、分散剤もしくは少量の樹脂からなるスラリーの粘度は１ｃｐ（センチポイズ）以上１０Ｐ（ポイズ）以下が望ましい。１ｃｐ以内の低粘度のスラリーの場合、分散装置３２の中ではセラミック粉は解れていても粘度が低すぎるため、これを取出して濾過する時に沈殿してしまうことがある。またスラリー粘度が１０ポイズを超える場合、ビーズ３３を使った分散装置３２では分散能力が発揮できずにビーズ３３とスラリーの除去が難しくなる場合がある。

なおビーズ３３を使う場合、ビーズ３３の大きさは１０ｃｍ以下が望ましい。ビーズ３３の大きさは小さいほうがより細かいセラミック粉に対しても分散効果が高いが、ビーズ３３の間の衝突エネルギーが小さくなるので、一定の馬力以上の動力を用いた分散装置３２を使うことが望ましい。こうした分散装置３２の場合、特に回転式の場合、リップシール（分散装置３２のシール機構の一種）の性能にもよるが、０．３ｍｍφ以下のビーズ３３では使いにくいことがあるので注意が必要となる。

また、ビーズ材料としては市販のアルミナ製やジルコニア製（イットリア入り）が望ましい。またセラミック粉と同じ成分のビーズ材料を選定することでビーズ３３が研磨されて不純物としてスラリー中に混入した場合でも不純物の影響が防止できる。

こうして作製したスラリーは図１７（Ｃ）に示すように濾過される。図１７（Ｃ）に示すように３５ａは濾過装置、３６ａはフィルターである。スラリーは図１７（Ｃ）の矢印３４に示されるように濾過装置３５ａにセットされたフィルター３６ａに注がれて濾過され、容器３７ａに回収される。

なお、フィルター３６ａとしては開口が１０〜２０μｍの市販の網を用いることができるが、デプス型（体積濾過型）と呼ばれるような繊維を糸巻状に加工したフィルター３６ａを使うことで、多量のスラリーでも圧力損失を最小限にしながら（つまり、フィルターが詰まりにくい状態で）濾過できる。またこうした濾過はスラリー自体の自重で行ってもよいが、エアー圧力（圧空）やダイヤフラムポンプ等を用いることで作業効率が向上できる。こうして図１７（Ｃ）の矢印３４のように注がれたスラリーは濾過されて矢印３４のようにして容器３７ａに回収される。

次に、図１８（Ａ）〜（Ｄ）を用いてセラミック粉凝集体を除去されたセラミックスラリーを用いてコンポジットガラスペーストについて説明する。図１８（Ａ）に示すように所定原料３１ｅ〜３１ｈは、セラミック粉が分散されてなるスラリー（図１７（Ｃ）の容器３７ａに回収されたもの）、ガラス粉、樹脂、分散剤等である。また必要に応じて着色剤等を加えておくことで、各層の厚みや状態が判別しやすくなり、工程管理や製品管理がやりやすくなる。

図１８（Ｂ）に示すように３８は混練機であり、内部には所定の攪拌治具３９が内蔵されている。こうした混練機３８としてはプラネタリーミキサー、ニーダー、自動乳鉢等を用いることができる。このように混練機３８の内部に攪拌治具３９をセットすることで、高粘度の材料でも安定して混練できる。特に、本発明の荷重センサの場合、コンポジットガラスペーストの印刷にはスクリーン印刷を用いることでコストダウンが可能になる。しかしコンポジットガラスペーストをスクリーン印刷するにはコンポジットガラスペーストの粘度が低すぎると、印刷後にパターンが滲んだり、所定の厚みが得られない場合があるため、一定以上の高粘度が必要になる。そのため、こうしたコンポジットガラスを混練する場合、非常に高粘度（例えば、数万ポイズ以上の粘度状態で、自重ではまったく流動しない）の場合が多く、こうした攪拌治具３９を備えた混練機３８を用いることが望ましい。

図１８（Ｂ）に示すように所定原料３１ｅ〜３１ｈの所定量が混練機３８に投入され、内蔵された攪拌治具３９が矢印３４に回転することで混練される。なおここで所定原料３１ｅ〜３１ｈの添加順序は互いに反応しあわないように工夫することが望ましい。例えばガラス粉と樹脂、スラリーとガラス粉等を一度に多量に混練すると、かえってセラミック粉凝集体が発生する場合がある。こうしたセラミック粉凝集体の発生（例えば、ソルベントショック等と呼ばれることもある）を防止するには少量ずつを添加するかあるいは凝集しにくいものの材料の組合せを予め確かめておくことで防止できる。

そして、図１８（Ｃ）に示すように３本ロール４０等の混練機３８を用いて混練することでスラリー中のセラミック粉とガラス粉を均一に分散し、コンポジットガラスペーストが作製できる。

最後に図１８（Ｄ）に示したように、濾過装置３５ｂ、フィルター３６ｂを用いて濾過することで、調整層に用いるガラスペースト中のゴミや凝集体を除去できる。

以下、更に詳しく説明する。

まず、図１７（Ａ）に示すように所定原料３１ａをセラミック粉とした。具体的には市販の粒径０．４μｍであるが、セラミック粉凝集体を多数含む安価なアルミナ粉（数百円／Ｋｇ）を用いた。

次に、このアルミナ粉に吸油量を僅かに超える程度の少量の溶剤（吸油量の詳細はＪＩＳ−Ｋ５１０１に記載されている）と溶剤（ブチルカルビトールアセテート等）と分散剤を加え、高濃度であるが低粘度のアルミナスラリーを作製し、これを市販のビーズミルを用いて一定時間分散した。なおビーズ３３にはアルミナ製の直径２ｍｍのものを用いた。こうして分散したアルミナをグラインドメーター（詳細はＪＩＳ−Ｋ５６００に記載）を用いて評価し、３μｍ以上のセラミック粉凝集体は検出されなかった。またこのアルミナスラリーは粒度分布計を用いて粒度分布を測定したが、一次粒子まで解されていることが判った。またこのアルミナスラリー中には所定量の分散剤が添加されているため、高濃度（アルミナ含有率６０ｗｔ％以上、望ましくは８０ｗｔ％以上）であるが、粘度は１０ポイズ（ズリ速度１／ｓ〜１００／ｓの範囲）未満であったにも関わらず、２４時間後にも分散は安定していた。なおこのアルミナスラリーを長時間保存する場合は回転架台等にセットした状態で適当に回転させておくと沈殿防止やセラミック粉の再凝集を防止できる。こうして作製したアルミナスラリーは図１７（Ｃ）に示すように開口１０μｍのフィルター３６ａで問題無く濾過できた。

次に、図１８（Ａ）に示すようにこのアルミナスラリーをガラス粉や他のバインダ等と秤量し、図１８（Ｂ）に示すようにプレミキシングして最後に図１８（Ｃ）に示すようにロール混練した。こうして作製したコンポジットガラスペーストは２０μｍフィルター３６ｂで問題無く濾過できた。こうして濾過されたコンポジットガラスペーストを調整層として用いて図１に示す荷重センサを作製したが特に問題無かった。また断面をＳＥＭやＸＭＡで解析し、図１５に示すガラス２６の中に均一に分散されたアルミナが検出された。

このようにセラミック粉凝集体を発生させず分散させる場合、どうしても工数が増加するため、より低コストに効率良く分散することが望まれている。この場合、セラミックスラリーを高濃度にしておくことで分散効率を高められ、製造コストも下げることができる。特に、セラミックスラリーを高濃度（例えば、吸油量の１０％増から５０％増までの溶剤量）で分散することが重要である。溶剤添加量が吸油量以下の場合、セラミックスラリーの粘度が高すぎてビーズ分散は難しい。また吸油量の１００％増し（つまり、ＪＩＳに従って測定した吸油量が５０ｇだった時、溶剤を１００ｇ）にした場合、セラミックスラリーの粘度は充分低いが、溶剤量が多すぎてコンポジットインキ組成において溶剤量が増えすぎて途中で溶剤を減らす必要がある場合がある。

（実施の形態１２）
実施の形態１２では本発明の荷重センサに用いる金属弾性体について説明する。

本発明の荷重センサにおいて調整層を用いることでより安価な金属材料を用いることができる。こうした基板材料としては、例えばオーステナイト系合金や時効硬化合金（特にＮｉ基合金）やＣｏ基合金（例えば、インコネル）等に比べ、フェライト系の耐熱性鋼を用いることが望ましく、フェライト系の耐熱合金を用いることにより、歪みセンサの高精度な加工が容易になると共に加工後の残留応力や加工歪み等を少なくできる。また必要に応じて金属弾性体内部にアルミニウムを含有させておくことで熱処理時に添加したアルミニウムが金属弾性体上に酸化アルミ皮膜を形成し、耐熱性や耐酸化性を改善できる。この部材としてはＡＩＳＩＩタイプの３００や４００シリーズの合金としてＳＵＳ３０４、３１６、４０４、４３０、Ｓ１７及び４４４が適当である。また他の金属弾性体であってもその表面に耐熱処理を行うことで使うことができる。こうした合金はその組成によって９０×１０^-7／℃〜１４０×１０^-7／℃の範囲内で一つの決まった熱膨張係数を有する。

しかし、荷重センサのように所定形状に加工した場合、その加工時に金属弾性体の内部に歪みが残るため、ガラスペーストを印刷して焼成した場合、本来の熱膨張係数以上に変形してしまうことが多い。例えばガラスと金属基板の熱膨張係数の差から計算される基板の反り量以上に金属基板が大きく反ってしまう。また同じＳＵＳ材料を用いた場合でも厚みが０．５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍでプレス（打抜き）によって所定の基板形状に加工した場合でも反り量が変化してしまう。特に同じ金属材料を用いたとしてもその厚みが変化すればおのずと加工方法が変わるためであり、そしてこの反り量は同じ金属組成であるにもかかわらず、加工時の圧力、方法、手順、金型の違い等で変化してしまう。

また、こうした反り対策として加工後に反り修正を行うこともできるが、その反り修正をしても残留応力や熱処理時の変形量をゼロにすることは難しい。そのため、こうした所定形状に加工され内部に応力が残る金属基板の表面に荷重センサを形成する場合、本発明の荷重センサの調整層を用いることで対策することができる。

なお、抵抗体ペーストの焼成温度は４００℃以上１０００℃未満が望ましい。４００℃未満で焼成すると抵抗体ペーストの焼結が不充分で所定の強度が得られない場合がある。また焼成温度１０００℃以上で焼成すると下地となる金属基板が酸化しやすくなり耐力が低下するため、より高価で特殊な金属材料を使う必要がある。

また、ガラス層に結晶化ガラスを用いることで非晶質ガラスに比べてガラスの耐力、破壊強度を高められる。またガラス層内部に１層以上の内部電極を形成し、必要に応じて配線と内部電極をスルーホール等を介して接続することでセンサの耐ノイズ特性が改善できる。

さらに、調整層に用いるガラスペーストを重量比でセラミック：ガラス＝５：９５〜４０：６０としたガラス粉とセラミック粉に所定の樹脂や溶剤を添加して作製することにより、焼成後の熱膨張係数を再現性良く調整でき、調整層自体も安価に製造することができる。また調整層の焼成温度を４００〜９００℃とすることが望ましい。これは焼成温度４００℃未満で焼成すると調整層の焼結が不充分で所定の強度が得られない場合がある。また焼成温度１０００℃以上で焼成すると下地となる金属基板が酸化しやすくなり耐力が低下するため、高価で特殊な金属材料を使う必要がある。

本発明にかかる荷重センサは、抵抗体と基板との熱膨張係数等による不適合を解消できると共に汎用の抵抗体材料であっても色々熱膨張係数の異なる基板へ適応できるため荷重センサの多品種化と低コスト化に有用である。

本発明の実施の形態１における荷重センサの構成を示す断面図 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の荷重センサと従来の荷重センサを比較するための説明図 （Ａ）、（Ｂ）本発明の荷重センサの抵抗値の変化の様子を示す説明図 （Ａ）、（Ｂ）従来の荷重センサの抵抗値の変化の様子を示す説明図 （Ａ）〜（Ｄ）従来の荷重センサの抵抗体に応力が発生するメカニズムを示す説明図 （Ａ）〜（Ｄ）本発明の荷重センサの応力発生メカニズムを示す説明図 ユーザーが指定する基板を用いて従来の荷重センサを製造した場合の抵抗値の安定性についての説明図 本発明の実施の形態３におけるセラミックフィラーを用いた調整層の最適化例を示す説明図 本発明の実施の形態３におけるセラミックフィラーを用いた調整層の最適化例を示す説明図 複数のガラスを用いた調整層の最適化例を示す説明図 同複数のガラスを用いた調整層の最適化例を示す説明図 （Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態７における荷重センサの製造方法を示す断面図 （Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態８における荷重センサの製造方法を示す断面図 本発明の調整層と抵抗体や配線等の位置関係を示す荷重センサの外観図 調整層に用いるコンポジットガラスの拡大模式図 コンポジットガラスに発生する可能性があるピンホールについての説明図 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施の形態１１における調整層に用いるコンポジットガラスペーストの製造方法を示す模式図 （Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態１１における調整層に用いるコンポジットガラスペーストの製造方法を示す模式図

符号の説明

１ 基板
２ ガラス層
３ 調整層
４ 配線
５ 抵抗体
６ 保護層
７ 箔ゲージ
９ 最高温度領域
１０ 矢印
１１ 矢印
１２ 降温領域
１３ 矢印
１４ 点線
１５ 基板
１６ａ、１６ｂ ガラス層
１７ａ、１７ｂ 調整層
１８ａ、１８ｂ 配線
１９ａ、１９ｂ 抵抗体
２０ 内部電極
２１ 基板
２２ ガラス層
２３ 調整層
２４ 配線
２５ 抵抗体
２６ ガラス
２７ セラミック粉
２８ コンポジットガラス
２９ セラミック粉凝集体
３０ ピンホール
３１ａ〜３１ｈ 所定原料
３２ 分散装置
３３ ビーズ
３４ 矢印
３５ａ、３５ｂ 濾過装置
３６ａ、３６ｂ フィルター
３７ａ、３７ｂ 容器
３８ 混練機
３９ 攪拌治具

Claims (23)

1. 基板と、
   前記基板上に形成するガラス層と、
   前記ガラス層上に形成する調整層と、
   前記ガラス層上に形成する複数の配線と、
   前記調整層上に形成され、前記配線に接続した感歪抵抗とからなり、
   前記ガラス層の熱膨張係数より前記調整層の熱膨張係数は前記感歪抵抗体の熱膨張係数に近い、荷重センサ。
2. ガラス層を結晶化ガラスとし、このガラス層内に少なくとも１層以上の内部電極を形成した請求項１に記載の荷重センサ。
3. 基板の熱膨張係数と感歪抵抗体の熱膨張係数の差を１０×１０^-7／℃以上５０×１０^-7／℃未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
4. 基板の熱膨張係数とガラス層の熱膨張係数の差を２０×１０^-7／℃未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
5. 感歪抵抗体の熱膨張係数と調整層の熱膨張係数の差を２０×１０^-7／℃以下とした請求項１に記載の荷重センサ。
6. 調整層の厚みを１μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
7. 調整層の面積を０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満でかつ感歪抵抗体の面積よりも大きくした請求項１に記載の荷重センサ。
8. 少なくとも配線の一部を感歪抵抗体と共に調整層上に形成する構成とした請求項１に記載の荷重センサ。
9. 感歪抵抗体及び調整層の厚みを１μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
10. ガラス層の厚みを１０μｍ以上５００μｍ未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
11. 抵抗体の面積を０．１ｍｍ角以上５０ｍｍ角未満で、かつ調整層の面積よりも小さくした請求項１に記載の荷重センサ。
12. 基板を熱膨張係数が８０×１０^-7／℃以上２００×１０^-7／℃未満の金属材料とした請求項１に記載の荷重センサ。
13. 基板を金型によって所定形状に打抜かれた金属基板とした請求項１に記載の荷重センサ。
14. 抵抗体のＧＦを１０以上１０００未満とした請求項１に記載の荷重センサ。
15. 調整層をガラスもしくはガラスとセラミックフィラーよりなるコンポジットガラスとした請求項１に記載の荷重センサ。
16. 調整層をセラミックとガラスの比率でセラミック：ガラス＝５：９５〜４０：６０とした請求項１に記載の荷重センサ。
17. セラミックの粒径を０．０１μｍ以上１０μｍ未満とした請求項１５または１６に記載の荷重センサ。
18. セラミックフィラーをアルミナ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、チタバリ、カルシアの内の一種類以上とした請求項１５に記載の荷重センサ。
19. 金属基板の上にガラス層を形成する工程と、
    前記ガラス層の上にガラスペーストを所定形状に印刷し焼成して調整層を形成する工程と、
    前記調整層上に複数の配線を形成する工程と、
    前記複数の配線間を接続するように抵抗体ペーストを所定の形状に印刷し焼成して感歪抵抗体を、前記ガラス層の熱膨張係数より前記調整層の熱膨張係数は前記感歪抵抗体の熱膨張係数に近くなるように形成する工程と、
    を備えた、荷重センサの製造方法。
20. 感歪抵抗体ペーストの焼成温度を４００℃以上１０００℃未満とする請求項１９に記載の荷重センサの製造方法。
21. 調整層のガラスペーストを温度４００〜９００℃で焼成する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法。
22. セラミック：ガラス＝５：９５〜４０：６０とした重量比のガラス粉とセラミック粉が分散されてなるガラスペーストを所定形状に印刷して焼成する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法。
23. ガラスペーストをセラミック粉に溶剤及び若干量のバインダもしくは分散剤と共に０．０１ポイズ以上１００ポイズ以下の粘度で分散し、ガラス粉や所定量のバインダと混合して分散し、粘度１００ポイズ以上１００００ポイズ未満に調整する請求項１９に記載の荷重センサの製造方法。

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