WO2019098049A1 - ひずみゲージ - Google Patents

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英司 美齊津
重之 足立
昂祐 北原
寿昭 浅川
厚 北村
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Definitions

  • the present invention relates to strain gauges.
  • the strain gauge which is attached to a measurement object to detect a strain of the measurement object.
  • the strain gauge includes a resistor that detects strain, and a material containing, for example, Cr (chromium) or Ni (nickel) is used as a material of the resistor.
  • the resistor is formed, for example, on one surface of a base material made of an insulating resin (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a strain gauge which can detect not only the strain on the surface of the object to be measured but also strains other than the surface.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a strain gauge according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the strain gauge according to the first embodiment, and shows a cross-section cut along a line AA in FIG. 1 in a direction parallel to the YZ plane.
  • the strain gauge 1 includes a base 10, a resistor 30 (resistors 30x, 30y, and 30z), and terminals 41 (terminals 41x, 41y, and 41z). Have.
  • the side on which the resistance portion 30 x of the base 10 is provided is the upper side or one side, and the side opposite to the side on which the resistance portion 30 x is provided is the lower side. Or on the other side.
  • the surface on the side where the resistance portion 30x of each portion is provided is referred to as one surface or the upper surface, and the surface opposite to the side where the resistance unit 30x is provided is referred to as the other surface or the lower surface.
  • the strain gauge 1 can be used in the upside-down state or can be disposed at any angle.
  • planar view refers to viewing the object in the normal direction of the upper surface 10a of the base material
  • planar shape refers to a shape of the object viewed in the normal direction of the upper surface 10a of the base 10 I assume.
  • the base 10 is a member to be a base layer for forming the resistance portion 30x and the like, and has flexibility.
  • the thickness of the substrate 10 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the thickness may be about 5 ⁇ m to 1000 ⁇ m. In particular, when the thickness of the substrate 10 is 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, in terms of the transmission of strain from the surface of the strain-generating body bonded to the lower surface of the substrate 10 via the adhesive layer etc., and dimensional stability to the environment.
  • the thickness is preferably 10 ⁇ m or more, further preferably in terms of insulation.
  • the substrate 10 is made of, for example, PI (polyimide) resin, epoxy resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, PEN (polyethylene naphthalate) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, polyolefin resin, etc.
  • PI polyimide
  • epoxy resin epoxy resin
  • PEEK polyether ether ketone
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the substrate 10 may be formed of, for example, an insulating resin film containing a filler such as silica or alumina.
  • the resistor 30 is a sensing part which is formed on the base material 10 and receives strain to cause resistance change.
  • Resistor 30 includes resistors 30x, 30y and 30z. That is, the resistor 30 is a generic name of the resistors 30x, 30y and 30z, and the resistors 30x, 30y and 30z are referred to as the resistor 30 when it is not necessary to distinguish them.
  • the resistance portions 30x, 30y, and 30z are shown in a satin pattern.
  • the resistance portion 30x is a thin film formed in a predetermined pattern on the base material 10, and is a sensing portion that receives strain and causes a change in resistance.
  • the resistance portion 30 x may be formed directly on the upper surface 10 a of the base 10 or may be formed on the upper surface 10 a of the base 10 via another layer.
  • FIG. 1 is a three-dimensional orthogonal coordinate system in which the grid direction of the resistance portion 30x is the X direction. Therefore, the resistor 30x can detect strain in the X direction.
  • the resistance portion 30y is a thin film formed in a predetermined pattern on the base material 10, and is a sensing portion that receives strain and causes a change in resistance.
  • the resistance portion 30 y may be formed directly on the upper surface 10 a of the base 10 or may be formed on the upper surface 10 a of the base 10 via another layer.
  • the resistor portions 30y are arranged such that the grid direction is the Y direction, and can detect strain in the Y direction.
  • the resistance portion 30z is a thin film formed in a predetermined pattern on the side surface 10b adjacent to the upper surface 10a of the base material 10, and is a sensing portion that receives strain to cause resistance change.
  • the resistance portion 30z may be formed directly on the side surface 10b of the base material 10, or may be formed on the side surface 10b of the base material 10 via another layer.
  • the side surface 10b is substantially orthogonal to the upper surface 10a.
  • the resistor portion 30z is disposed such that the grid direction is in the Z direction, and can detect distortion in the Z direction.
  • the resistor portions 30x, the resistor portions 30y, and the resistor portions 30z are arranged such that the grid directions are orthogonal to each other.
  • the stability of the gauge characteristics can be improved by using ⁇ -Cr (alpha chromium) which is a stable crystal phase as a main component.
  • the gauge factor of the strain gauge 1 is 10 or more, and the gauge temperature coefficient TCS and resistance temperature coefficient TCR are in the range of -1000 ppm / ° C to +1000 ppm / ° C. It can be done.
  • the main component means that the target substance occupies 50% by mass or more of all the substances constituting the resistor, but from the viewpoint of improving the gauge characteristics, the resistor 30 has 80% by weight of ⁇ -Cr. It is preferable to include the above.
  • ⁇ -Cr is Cr of the bcc structure (body-centered cubic lattice structure).
  • the terminal portion 41x extends from both ends of the resistor 30x through the wiring pattern 40, and is wider than the resistor 30x and formed in a substantially rectangular shape in a plan view.
  • the terminal portions 41x are a pair of electrodes for outputting a change in the resistance value of the resistor portion 30x caused by strain in the X direction to the outside, and for example, a lead wire for external connection or the like is joined.
  • the resistor 30x extends, for example, while being folded in a zigzag from one of the terminal portions 41x through the wiring pattern 40, and is connected to the other terminal portion 41x through the wiring pattern 40.
  • the terminal portion 41y extends from both ends of the resistor portion 30y via the wiring pattern 40, and is wider than the resistor portion 30y and formed in a substantially rectangular shape in a plan view.
  • the terminal portions 41y are a pair of electrodes for outputting a change in the resistance value of the resistor portion 30y caused by strain in the Y direction to the outside, and for example, a lead wire for external connection or the like is joined.
  • the resistor 30y extends, for example, in a zigzag from one of the terminal portions 41y via the wiring pattern 40, and is connected to the other terminal 41y via the wiring pattern 40.
  • the terminal portion 41z extends from both ends of the resistor 30z via the wiring pattern 40, and is wider than the resistor 30z and formed in a substantially rectangular shape in a plan view.
  • the terminal portions 41z are a pair of electrodes for outputting a change in the resistance value of the resistance portion 30z generated due to strain in the Z direction to the outside, and for example, a lead wire for external connection or the like is joined.
  • the resistance portion 30z extends from one of the terminal portions 41z via the wiring pattern 40 while being folded in a zigzag manner, and is connected to the other terminal portion 41z via the wiring pattern 40.
  • a cover layer 60 (insulating resin layer) may be provided on the upper surface 10 a and the side surface 10 b of the base 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portion 41.
  • the cover layer 60 may be provided so as to cover the entire portion excluding the terminal portion 41. In FIG. 1, the illustration of the cover layer 60 is omitted.
  • the base material 10 is prepared, and the entire upper surface 10 a and the side surface 10 b of the base material 10 are finally patterned to form the resistor 30 and the terminal portion 41 (metal layer (for convenience, the metal layer 300 is formed.
  • the material and thickness of the metal layer 300 are the same as the materials and thicknesses of the resistor 30 and the terminal portion 41 described above.
  • FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu etc. are mentioned, for example.
  • As the above-mentioned compounds e.g., TiN, TaN, Si 3 N 4, TiO 2, Ta 2 O 5, SiO 2 , and the like.
  • the functional layer may be formed by another method.
  • the adhesion improvement effect is obtained by activating the upper surface 10a and the side surface 10b of the substrate 10 by plasma treatment using Ar or the like before forming the functional layer, and then the functional layer is formed by the magnetron sputtering method.
  • a method of vacuum deposition may be used.
  • the functional layer made of Ti has a function of promoting crystal growth of the resistor 30, and a function of preventing oxidation of the resistor 30 by oxygen and moisture contained in the base material 10. And all the functions for improving the adhesion between the substrate 10 and the resistor 30.
  • Ta, Si, Al, or Fe is used instead of Ti as the functional layer.
  • the functional layer in the lower layer of the resistor 30 it is possible to promote crystal growth of the resistor 30, and the resistor 30 composed of a stable crystal phase can be manufactured. As a result, in the strain gauge 1, the stability of the gauge characteristics can be improved. Further, the material constituting the functional layer diffuses into the resistor 30, whereby the gauge characteristics of the strain gauge 1 can be improved.
  • the strain gauge 1 can be formed by providing a cover layer 60 which covers the resistor 30 and exposes the terminal portion 41 on the upper surface 10a and the side surface 10b of the substrate 10 as necessary.
  • the cover layer 60 is formed by laminating and heating a semi-cured thermosetting insulating resin film on the upper surface 10 a and the side surface 10 b of the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portion 41. It can be made to cure.
  • the cover layer 60 applies a liquid or paste-like thermosetting insulating resin to the upper surface 10 a and the side surface 10 b of the substrate 10 so as to cover the resistor 30 and expose the terminal portion 41, and heat and cure it. It may be produced.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a strain gauge according to a first modification of the first embodiment.
  • the strain gauge 1A is different from the strain gauge 1 (see FIGS. 1, 2 and so on) in that the side surface 10b of the substrate 10 is not substantially orthogonal to the upper surface 10a.
  • the side surface 10b of the substrate 10 can be a surface inclined with respect to the upper surface 10a by, for example, buffing.
  • the resistor may be formed on the surface where the resistor is not formed in the first embodiment and the first modification thereof.
  • a resistor may be formed on all six sides of the substrate 10.

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Abstract

本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、前記基材の所定面に形成された第１抵抗部と、前記基材の前記所定面又は前記所定面と平行な面に、グリッド方向を前記第１抵抗部とは異なる方向に向けて形成された第２抵抗部と、前記基材の前記所定面と隣接する面に形成された第３抵抗部と、を含む。

Description

ひずみゲージ
　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、抵抗体の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）を含む材料が用いられている。又、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材の一つの面に形成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－７４９３４号公報
　従来のひずみゲージでは測定対象物の表面のひずみしか検出できなかったが、表面以外のひずみ検出に対する要求もある。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、測定対象物の表面のひずみに加え表面以外のひずみも検出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、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、前記基材の所定面に形成された第１抵抗部と、前記基材の前記所定面又は前記所定面と平行な面に、グリッド方向を前記第１抵抗部とは異なる方向に向けて形成された第２抵抗部と、前記基材の前記所定面と隣接する面に形成された第３抵抗部と、を含む。
　開示の技術によれば、測定対象物の表面のひずみに加え表面以外のひずみも検出可能なひずみゲージを提供することができる。
第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する斜視図である。 第１の実施の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。 第１の実施の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の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する斜視図である。
　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の実施の形態〉
　図１は、第１の実施の形態に係るひずみゲージを例示する斜視図である。図２は、第１の実施の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線に沿ってＹＺ平面に平行な方向に切断した断面を示している。図１及び図２を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０（抵抗部３０ｘ、３０ｙ、及び３０ｚ）と、端子部４１（端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚ）とを有している。
　なお、本実施の形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗部３０ｘが設けられている側を上側又は一方の側、抵抗部３０ｘが設けられている側の反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗部３０ｘが設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗部３０ｘが設けられている側の反対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することができる。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、抵抗部３０ｘ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～１０００μｍ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、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成することができる。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。
　抵抗体３０は、基材１０上に形成されており、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、抵抗部３０ｘ、３０ｙ、及び３０ｚを含んでいる。すなわち、抵抗体３０は、抵抗部３０ｘ、３０ｙ、及び３０ｚの総称であり、抵抗部３０ｘ、３０ｙ、及び３０ｚを特に区別する必要がない場合には抵抗体３０と称する。なお、図１では、便宜上、抵抗部３０ｘ、３０ｙ、及び３０ｚを梨地模様で示している。
　抵抗部３０ｘ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。抵抗部３０ｘ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は、抵抗部３０ｘのグリッド方向をＸ方向とする３次元直交座標系である。従って、抵抗部３０ｘは、Ｘ方向のひずみを検出することができる。
　抵抗部３０ｙ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。抵抗部３０ｙ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。抵抗部３０ｙは、グリッド方向がＹ方向となるように配置されており、Ｙ方向のひずみを検出することができる。
　抵抗部３０ｚは、基材１０の上面１０ａと隣接する側面１０ｂ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。抵抗部３０ｚは、基材１０の側面１０ｂに直接形成されてもよいし、基材１０の側面１０ｂに他の層を介して形成されてもよい。基材１０において、側面１０ｂは上面１０ａと略直交している。抵抗部３０ｚは、グリッド方向がＺ方向となるように配置されており、Ｚ方向のひずみを検出することができる。
　このように、抵抗部３０ｘと抵抗部３０ｙと抵抗部３０ｚは、グリッド方向が互いに直交するように配置されている。
　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することができる。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、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。
　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く、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。
　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することができる。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質量％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い。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
　端子部４１ｘは、配線パターン４０を介して抵抗部３０ｘの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３０ｘよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１ｘは、Ｘ方向のひずみにより生じる抵抗部３０ｘ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。抵抗部３０ｘは、例えば、端子部４１ｘの一方から配線パターン４０を介してジグザグに折り返しながら延在して配線パターン４０を介して他方の端子部４１ｘに接続されている。
　端子部４１ｙは、配線パターン４０を介して抵抗部３０ｙの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３０ｙよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１ｙは、Ｙ方向のひずみにより生じる抵抗部３０ｙ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。抵抗部３０ｙは、例えば、端子部４１ｙの一方から配線パターン４０を介してジグザグに折り返しながら延在して配線パターン４０を介して他方の端子部４１ｙに接続されている。
　端子部４１ｚは、配線パターン４０を介して抵抗部３０ｚの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３０ｚよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１ｚは、Ｚ方向のひずみにより生じる抵抗部３０ｚ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。抵抗部３０ｚは、例えば、端子部４１ｚの一方から配線パターン４０を介してジグザグに折り返しながら延在して配線パターン４０を介して他方の端子部４１ｚに接続されている。
　図１の例では、端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚを基材１０の上面１０ａに形成しているが、これには限定されず、端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚは基材１０の任意の面に形成することができる。端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚは、基材１０の同一の面に形成しなくてもよい。
　端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚの上面を、端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚ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、抵抗部３０ｘと抵抗部３０ｙと端子部４１ｘと端子部４１ｙと端子部４１ｚ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。
　なお、端子部４１ｘ、４１ｙ、及び４１ｚを特に区別する必要がない場合には、端子部４１と総称する。
　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及び側面１０ｂ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。図１では、カバー層６０の図示は省略されている。
　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。
　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及び側面１０ｂの全体に、最終的にパターニングされて抵抗体３０及び端子部４１となる金属層（便宜上、金属層３００とする）を形成する。金属層３００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３００は、例えば、金属層３００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で形成できる。金属層３００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３００を成膜する前に、下地層として、基材１０の上面１０ａ及び側面１０ｂに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が１ｎｍ～１００ｎｍ程度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抵抗体３０（金属層３００がパターニングされたもの）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抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０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、特に抵抗体３０がＣｒを含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体３０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することができる。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及び側面１０ｂ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及び側面１０ｂ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。
　機能層の材料と抵抗体３０及び端子部４１となる金属層３００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３００としてα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とするＣｒ混相膜を成膜することが可能である。
　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３００を成膜することができる。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３００を成膜してもよい。
　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、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体３０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抵抗体３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０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、抵抗体３０の下層に機能層を設けることにより、抵抗体３０の結晶成長を促進することが可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体３０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することができる。又、機能層を構成する材料が抵抗体３０に拡散することにより、ひずみゲージ１において、ゲージ特性を向上することができる。
　基材１０の上面１０ａ及び側面１０ｂの全体に機能層及び金属層３００を成膜後、基材１０の上面１０ａに形成された機能層及び金属層３００、及び基材１０の側面１０ｂに形成された機能層及び金属層３００をフォトリソグラフィによって図１の形状にパターニングする。これにより、抵抗体３０及び端子部４１が形成される。
　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及び側面１０ｂ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及び側面１０ｂ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することができる。カバー層６０は、基材１０の上面１０ａ及び側面１０ｂ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となる金属層３００の下地層として基材１０の基材１０の上面１０ａ及び側面１０ｂ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の形状は、図１に示す斜視図と同様である。
　このように、基材１０の上面１０ａにグリッド方向がＸ方向を向く抵抗部３０ｘ及びグリッド方向がＹ方向を向く抵抗部３０ｙを形成し、基材１０の側面１０ｂにグリッド方向がＺ方向を向く抵抗部３０ｚを形成する。これにより、ＸＹＺ３方向のひずみを同時に検出することができる。
　〈第１の実施の形態の変形例１〉
　第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは基材の形状が異なるひずみゲージの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の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４は、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージを例示する斜視図である。図４を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、基材１０の側面１０ｂが上面１０ａと略直交していない点が、ひずみゲージ１（図１、図２等参照）と相違する。
　基材１０の側面１０ｂが上面１０ａとなす角θは鈍角であり、例えば、θ＝１３５度とすることができる。基材１０の側面１０ｂは、例えば、バフ研磨により、上面１０ａに対して傾斜した面とすることができる。
　このように、基材１０の側面１０ｂが上面１０ａとなす角θを鈍角とすることにより、基材１０の側面１０ｂに成膜された金属層３００からフォトリソグラフィにより抵抗部３０ｚをパターニングする際に、容易に露光を行うことができる。
　なお、ひずみゲージ１Ａでは、抵抗部３０ｚのグリッド方向がＺ方向を向いていないため、抵抗部３０ｚの抵抗値の変化はＹ方向のひずみ及びＺ方向のひずみを含んでおり、Ｚ方向のひずみを直接検出することはできない。Ｚ方向のひずみを検出するためには、例えば、抵抗部３０ｚの抵抗値の変化を、抵抗部３０ｙの抵抗値の変化を用いて補正すればよい。或いは、抵抗部３０ｚの抵抗値の変化を、側面１０ｂの傾斜角（＝１８０－θ）に基づいて補正すればよい。但し、基材１０の側面１０ｂの方向のひずみを検出する場合には、補正は不要である。
　以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の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、上述した実施の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、第１の実施の形態及びその変形例１では、抵抗部３０ｘをグリッド方向がＸ方向となるように形成し、抵抗部３０ｙをグリッド方向がＹ方向となるように形成したが、これには限定されない。抵抗部３０ｙは、基材１０の所定面にグリッド方向を抵抗部３０ｘとは異なる方向に向けて形成されていればよい。例えば、抵抗部３０ｙは、基材１０の所定面にグリッド方向を抵抗部３０ｘと４５度異なる方向に向けて形成することができる。
　又、抵抗部３０ｘと抵抗部３０ｙを基材１０の同一面に形成する必要はなく、抵抗部３０ｘと抵抗部３０ｙは基材１０の互いに平行な面に形成してもよい。例えば、基材１０の上面１０ａに抵抗部３０ｘを形成し、基材１０の上面１０ａと平行な下面１０ｃに抵抗部３０ｙを形成することができる。
　又、必要に応じ、第１の実施の形態及びその変形例１では抵抗体を形成しなかった面に抵抗体を形成してもよい。例えば、基材１０の６面全てに抵抗体を形成してもよい。
　本国際出願は２０１７年１１月１５日に出願した日本国特許出願２０１７－２２０４０９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１７－２２０４０９号の全内容を本国際出願に援用する。
１、１Ａ　ひずみゲージ、１０　基材、１０ａ　上面、１０ｂ　側面、１０ｃ　下面、２０　機能層、３０　抵抗体、３０ｘ、３０ｙ、３０ｚ　抵抗部、４０　配線パターン、４１、４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ　端子部、６０　カバー層

Claims (9)

  1. 　可撓性を有する基材と、
    　前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、を有し、
    　前記抵抗体は、
    　前記基材の所定面に形成された第１抵抗部と、
    　前記基材の前記所定面又は前記所定面と平行な面に、グリッド方向を前記第１抵抗部とは異なる方向に向けて形成された第２抵抗部と、
    　前記基材の前記所定面と隣接する面に形成された第３抵抗部と、を含むひずみゲージ。
  2. 　前記所定面と隣接する面が前記所定面となす角は鈍角である請求項１に記載のひずみゲージ。
  3. 　前記第１抵抗部と前記第２抵抗部と前記第３抵抗部は、グリッド方向が互いに直交するように配置されている請求項１に記載のひずみゲージ。
  4. 　前記抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。
  5. 　前記抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項４に記載のひずみゲージ。
  6. 　前記抵抗体は、窒化クロムを含む請求項４又は５に記載のひずみゲージ。
  7. 　前記抵抗体の下層に、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有する請求項１乃至６の何れか一項に記載のひずみゲージ。
  8. 　前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項７に記載のひずみゲージ。
  9. 　前記抵抗体を被覆する絶縁樹脂層を有する請求項１乃至８の何れか一項に記載のひずみゲージ。
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