JPS62185102A - 薄い不連続の金属層を有するひずみ計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、伸張の際に抵抗値が変化する安定度を改善し
た薄い不連続の金属層を有する高ｌδ度ひずみ計に関す
る。

従来技術 機械的応力を加えた際、例えば伸張の際に導体が抵抗値
を変えるという物理効果に基づくひずみ測定器のため測
定値発生器として使われるひずみｇｌは、　ＬＪ、前か
ら周知であり、かつ例えば静的および動的ｎ荷による建
築部品のひずみを検出するために使われる。Ｉ；ｅ　’
Ｊｋの線材またはフィル１１ひずみ３１では、一般に巻
かれた線材がプラスチ・ツク内に埋め込まれており、か
つテストすべき物体に固定的に結合される。ひずみと抵
抗値変化の直線的関係により、１０ｅｘｐ（−６）以下
のひずみεはもはや解析できない。従来技術については
、米１月特許第２５５６１３２号および第２６２１　２
７６号明細書、およびＡ、Ｌ、ウィンドウおよびＧ、Ｓ
、ホリスクーの研究論文「ストレーンゲージ・テクノロ
ジー」、英国、エセ・リクス在、アプライド・サイエン
ス出版社、１９８２を参照されたい。半導体ひずみ計は
、高感度を示すが１強い温度依存性を有する欠点がある
。

しかし君または水のクリープ過程、非弾性変形、相拝行
幾何学的変形過程等の研究の際のようにかなりの分野に
おいて、１０ｅｘｐ　（−６＞以下のひずみεのａｌす
定は重要である。

ガラスまたは石英基板上の金、銀、パラジウムまたはす
すの層のような誘電体上の不連続金属層に関する研究は
、公知である（アドバンス−イン−７（ジクｙ、、２４
．４０７−４Ｃ＋１ｔ’Ｊ、］（）７５年、ジャーナル
・アプライド・フィジクス、３４巻、２７００−２７０
８頁、１９６３軍）。不連続金属層内の拡散制御した成
熟過程のため構造上不安定になることは研究したシステ
ムにおける欠点であり、それにより層の金属ランド間の
距離分散のずれが生じ、距離がさらに大きくなる。それ
により研究した不連続金属層の電気抵抗の急速な上昇が
生じ、かつ最終的に不連続金属層内のｈンネル電流が抑
圧され、かつ絶縁体になってしまう。

発明の目的 本発明の課題は、測定技術のため十分に長時間安定な高
感度ひずみ計を提供することにある。

発明の構成 薄い不連続金属層を基板上に均一にかぶせ、この基板が
、被覆の際および／またはその後の金属との相互作用に
より、不連続金属層内の拡散、従って金属ランドの距離
のずれによる不連続金属層の前記１８遣上の不安定を大
幅に減少するひずみ計を製造することにより、この課題
は解決できることがわかった。

従って本発明の対象は特許請求の範囲に記載したような
ひずみ計である。

本発明によりひずみ計に使用した薄い不連続金属層とし
ては、特に高真空中で溶融温度以上の蒸着を行うことに
より均一に不連続層にしてかぶせることができるような
ランド形成金属１、例えば金、すず、亜鉛、インジウム
、カドミウム、アンチモンまたはセレンの極めて薄い層
が使用できる、その際金属クラスタの大きさは、一般に
２００オングストロームを越えることはなく、かつほぼ
３０−５０オングストロームが有利である。がぶせた不
連続金属層の厚さは、一般に３０−５００オングストロ
ーム、特に５０−２００オングストロームであり、かつ
使用した金属による以外に。

導電メカニズムが主としてトンネル効渠に基づく金属層
の特殊用途に望ましい抵抗値によって決まる。金属層を
かぶせるためには、陰極線スパッタリング、電子線蒸着
、または基板上、例えば加熱した基板上の金属有機化合
物の分解のよつなその他の公知の方法も適している。金
属析出の電解法も考えられる。金属層の被覆と同じ作業
過程で。

リード電極も被覆できるが、電極は、後で使用する前に
初めて１１されることも多い、 本発明によるひずみ計およびその′Ｉ！Ａ遣方法の重要
な特徴は、金属層の金属との相互作用により層の立居の
場合によっては生じる拡散を大幅に減らした基板の被覆
である。このことは、拡散障壁を高めることにより、ま
た金属相にじゃへいフィルムを形成することにより行う
ことができる。整列構造、配向または結晶横道範囲を有
する基板と使用することにより、析出した金属層におい
て整列が行われ、それにより拡散過程が大幅に減少し、
かつ構造上の安定性が増加することがわがった。

ポリエチレン−、ポリプロピレン−１またはボリブチレ
ン−１−フィルムのような薄い一軸配向プラスチックフ
ィルムを使用した場合、高真空中で薄着すれば、ずず、
インジウム、亜鈴およびカドミウムがエピタクチ・ツク
に析出し、かつその結果生じた不連続金属層は、大幅に
減少した拡散過程、および所望の構造上安定性を示す、
インタクチンクボリスチロール製−軸配向フイルムの場
合、すずおよびインジウムの、薄着は同様に行われる。

その際極めて密に詰め込まれた結晶の方向は、鎖の方向
に対して′Ｖ行に延びている。配向基板フィルムは、特
に２５−１０００オングストローム、なるべく２００−
５００オングストロームの厚さ含有する。

同様に結晶成分、例えば部分結晶ポリジアセチレン、ポ
リエチレンテレフタラートまたはポリアミドを含むポリ
マーに金属層をかぶせれば、金属層との相互作用が生じ
、かつここにおける拡散過程が減少する。おなしことは
、有利にもラングムイルーブロートゲット技術（シン・
ソリッド・フィルム、９９巻、１−３２８頁、１９８３
年参照）または液相吸着により測定すべき試料、例えば
加工片に直接かぶせることができるに板として使用する
０　１μ＋ｎ　ｌ′１下の層Ｊｆｆの整列超薄層にも当
てはまる。ここでは気相析出（ｐｖｏ、ＣＶＤ）ら考・
えられる。ラニ／グＪ、イル−プロートゲ術で作られた
超薄フィルムは、例えば塩、特にステアリン酸またはパ
ルミチン酸のバリウム−、カルシウム−またはマグネシ
ウム−塩、またはりアセチレン脂肪酸から作ることがで
きる。例えばジアセチレン脂肪酸からなるこのようなフ
ィルムは、側面安定性を高める池に、照射により重合ま
たは架橋可能である。

ｇ着技術により、基板または被覆活性金属層の像に応じ
た組ｗＡ１ヒがｉｉｒ能である。それによ゛り測定の問
題に依存して特定のパターンを形成することができる。

その上さらに従来のひずみ計に比較して導電範囲と絶縁
中間範囲の微視的な規模により、極めて小さなセンナを
作ることができる（　＜’　１　ｍ　ｎｉ”　）。

場合によっては固体面上に引いた線の配置を写し出すた
め、このようなひずみ感応センサからなる格子を利用し
てもよい，そのためなるべく良好に表面に１４着する硬
い基板フィルムを使用し、これらフィルムは、わずかな
ひずみを不連続金属層に伝えるようにすると有利である
。

不活性金属の，特に貴金属の，かつなるべく金の不連続
層に関して、薄い基板として被覆したプラスチックフィ
ルム、および特にシリコン被覆した１ラスチ・ツクフィ
ルム、例えばポリエチレンフィルムも有利であり、その
際シリコン層の厚さは、１００７ｚｍ以下にすると有利
である、ここでは金属相，Ｌにじやへいフィルムを形成
することにより不連続金属層内の拡散の大幅な抑圧が可
能である、 基板を直接試料にかぶせるのではない限り、基板は、Ａ
法安定にしく例えば硬くシ）、かつ極めて小さなひずみ
でら試料から不連続金属層に伝達できるようにする，試
ｆ１に対する１分な付着は望ましく、この１・を着は、
接着剤、例えばエポキシド接着剤またはポリウレタン、
または接着テープによって行うことができる。

多くの場合、例えば不連続金属層の金属を、例えばセレ
ンに決めた場合、もう１つの薄いカバー層、例えばＳｉ
Ｏ一層またはパラフィン層をかぶせることは有利であり
、これらの層は、例えば酸素または湿気による化学作用
を防ぐために使ってらよい。しばしばこのようなカバー
層により、ひずみ計の不連続金属層の構造上の安定性が
さらに高まることがある。

本発明によるひずみ計は，従来のひずみ計よりも１桁以
上高い高感度の点で優れている。さらに本発明によるひ
ずみ計は、ひずみ計の抵抗値１胃。

に関するｍ期老化期間の後に良好な長期安定性を有する
。従来のひずみ計に対して測定長さは、１ｍ　Ｉｎまた
はそれ以下に短くすることができる。簡＋１１，に製造
できるだけでなく，同様に周知のように節！−にリード
電極を付けることができ、か′）周知のＩｌ（抗値λ１
り定装置６により測定できる、実施例の説明 本発明を以下例により説明する７ Ｉ・ン・ネルひすみ計は、１０ｅｘｐ（−＝Ｉ）Ｐａの
頁空中で金を＋ＪＩＩ　熱蒸着してｆＬられる。基板は
、ンリコン波覆高圧；１でリエチレンーフィルムて′あ
りここに１３ｎＩ口の平均厚さに不連続金フィルノ、が
かふせられている、支持裁板は、第１の１１ミ業過程に
おいてほぼ２μｍの厚さのリード電極を有し、その間に
マスクにより０．５’ｘ６ｒｏｍの幅の帯が形成される
。マスクを収り除いた後、この帯に本末のセンサが形成
され、その際測定中にセンサの＋１（抗性が連続的に監
視される。総合抵抗値８ＭΩの際に蒸着が終了し、かつ
でき上がった測定帯は、高級鋼棒の洗浄した表面に接着
される（第］ｌｋ　）。電極の距離は、０．５ｍｍ、フ
ィルムの幅は６　ｍ　＋ｎである。第１図においてｆは
基板、ｄは菟首金フィルム、ｅはリード電極、Ｓはテス
トずべき高級鋼棒、かつＲは抵抗測定装置を表している
。

ひずみ計を接着した高級鋼棒は、４点ひずみ装置に組込
まれ、かつ種々のびずみ（ε＝Δ１／１）ｏＪ際の相対
抵抗変化ΔＲ／Ｒを測定する、その際ひずみはｌ　Ｏｅ
　ｘ　ｐ　（−６１〜２　Ｘ　１０　ｅ　Ｘ　Ｉ）（−
５）の間で変（ヒする。第２図は、種！！の負荷の期間
に１衣（／ニジた２１す定帯の抵抗直交１ヒΔＲ（１（
Ω）を表しており、その際負荷状ｊｒＪε１と５４のと
ころで生じる鋭い尖頭値は、負荷を取り除く際の１！艮
動により引き起こされたものである。図に記入したひず
みは、ε０＝０．εＩ＝２０．［’）６８＞て１（）ｅ
ｘｐ（−６１，ε２＝１０．０８４ン・１０（二Ｘρ（
−６）、ε３＝５．０１７Ａ］　０ｃｘｐ（−６）、　
ε４＝２．（１６８ｘ　１０ｃ　ｘｐ　（−６＞、　ε
５＝１．０３５ｘｌＯｅｘｐ　（−６１である。抵抗−
ひずみ−特性としてεＸ　１０　ｅ　ｘｐ　（−６）に
対してΔＲ／Ｒｘ　１０　ｅ　ｘｐ　（−４）の値が生
じた場合、ひずみ範囲内に抵抗値の直線変化が生じる。

測定帯の感度に＝（ΔＩ（／Ｒ＞／（Δ１／Ｉ）は、従
来のひずみ計のに−２に較べて、ｋ＝１２５上１０であ
る。

ひずみ計の面積抵抗は、２５３−２９３　Ｋの温度範囲
内て可逆的に変化する。老化過程、すなわちこのように
して作られた測定帯の抵抗の徐りに生じる変１ヒは、通
常の環境条件では数日以内に終了する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるひずみ計の構成を示す略図、第
２図は、本発明によるひずみ計の動作と説明する線図で
ある。 ｆ−基板、ｄ−蒸着金フィルム、ｅ−リード電極、５−
テストすべき高級鋼棒、Ｒ−抵抗測定装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）伸張の際に電気抵抗が変化する薄い不連続の金属
   層を有するひずみ計において、 ａ）導電作用が主としてトンネル効果による薄い不連続
   の金属層が設けられており、 ｂ）この金属層が、薄い非金属誘電体または半導体基板
   にかぶせられており、その際基板と金属層の間の相互作
   用により、かぶせられた金属層内の拡散現象が減少する
   ことを特徴とする、薄い不連続の金属層を有するひずみ
   計。
2. （２）不連続金属層上に薄いカバー層を有する特許請求
   の範囲第１項記載のひずみ計。
3. （３）基板がシリコン被覆プラスチックフィルムである
   、特許請求の範囲第１または２項記載のひずみ計。
4. （４）基板が一軸延伸プラスチックフィルムである、特
   許請求の範囲第１または２項記載のひずみ計。
5. （５）基板が結晶性成分を含むポリマーである、特許請
   求の範囲第１−４項の１つに記載のひずみ計。
6. （６）基板が、０．１μｍ以下の層厚の組織的な超薄層
   である、特許請求の範囲第１項記載のひずみ計。
7. （７）不連続金属層の材料が金である、特許請求の範囲
   第１−３項の１つに記載のひずみ計。
8. （８）金属層の材料が、すず、亜鉛、インジウム、カド
   ミウム、アンチモンまたはセレンである、特許請求の範
   囲第１、２、４、５および６項の１つに記載のひずみ計
   。