WO2023106130A1 - 歪み測定装置および歪みの測定方法 - Google Patents

歪み測定装置および歪みの測定方法 Download PDF

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WO2023106130A1
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magnetization
strain
magnetization direction
base material
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大地 千葉
瞭 源田
顕登 長谷川
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国立大学法人大阪大学
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress

Definitions

  • the present invention relates to a strain measuring device and a strain measuring method.
  • Patent Document 1 discloses a stress detection layer including a laminated body formed by laminating a first magnetic layer, a first nonmagnetic layer, and a second magnetic layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer are having magnetoelastic coupling constants different from each other, one of the first magnetic layer and the second magnetic layer being a strain insensitive layer having an absolute value of the magnetoelastic coupling constant of 0.5 MJ/m 3 or less;
  • the absolute value of the magnetoelastic coupling constant is a strain-sensitive layer larger than that of the strain-insensitive layer, and the relative angle of magnetization of the first magnetic layer and the second magnetic layer changes depending on the stress applied from the outside.
  • a stress sensor is described that is angle dependent and detects the direction of strain through the change in electrical resistance in response to the direction of an externally applied stress.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a strain measuring device and a strain measuring method for measuring strain more accurately than in the prior art.
  • One embodiment of the strain measuring device of the present invention that can solve the above problems is as follows. [1] a substrate; A first magnetized layer formed on a substrate, a second magnetized layer having a larger change in magnetization direction than the first magnetized layer when a strain is applied to the substrate, and the first magnetized layer and the second magnetized layer.
  • a first element having a first spacer layer disposed between the magnetic layers a third magnetized layer formed on a substrate, a fourth magnetized layer having a larger change in magnetization direction than the third magnetized layer when a strain is applied to the substrate, and the third magnetized layer and the fourth magnetized layer a second element having a second spacer layer disposed between the magnetic layers; At least the magnetization direction of the first magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the third magnetization layer, and the magnetization direction of the fourth magnetization layer in a state where no strain is applied to the base material A strain measuring device in which one magnetization direction is in a different direction than the other magnetization direction.
  • the strain measuring device By subtracting or dividing the electrical resistances obtained from the first element and the second element, the strain measuring device having the above configuration can measure the strain more accurately than in the prior art.
  • the strain measuring device of the present invention preferably has the following [2] to [6].
  • [2] The magnetization direction of the first magnetic layer when strain is applied to the substrate is within ⁇ 10° of the magnetization direction of the first magnetic layer when the substrate is not strained, and according to [1], the magnetization direction of the third magnetic layer when strain is applied to the material is within ⁇ 10° of the magnetization direction of the third magnetic layer when the base material is not strained.
  • Strain measuring device [3] The strain measuring device according to [1] or [2], wherein the at least one magnetization direction perpendicularly intersects the other magnetization directions.
  • the strain measuring device according to any one of [1] to [3], wherein the first spacer layer and the second spacer layer are made of an insulator.
  • the strain measuring device according to any one of [1] to [3], wherein the first spacer layer and the second spacer layer are made of non-magnetic metal.
  • the second magnetic layer is arranged closer to the substrate than the first magnetic layer, and the fourth magnetic layer is arranged closer to the substrate than the third magnetic layer [1]- The strain measuring device according to any one of [5].
  • One embodiment of the strain measuring method of the present invention which can solve the above problems, is as follows. [7] a base material; a first magnetic layer formed on the base material; A first element having a first spacer layer disposed between a first magnetized layer and the second magnetized layer; a third magnetized layer formed on a substrate; a second magnetic layer having a change in magnetization direction greater than that of the third magnetic layer and a second spacer layer disposed between the third magnetic layer and the fourth magnetic layer; and the magnetization direction of the first magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the third magnetization layer, and the magnetization direction of the third magnetization layer in a state where no strain is applied to the base material.
  • preparing a strain measuring device in which at least one of the magnetization directions of the four magnetization layers is different from the other magnetization directions; applying strain to the substrate; applying a current to the first element and the second element; measuring the electrical resistance in the first element and the second element; subtracting or dividing the electrical resistance in the first element and the electrical resistance in the second element.
  • the strain measurement method having the above configuration can measure strain more accurately than conventional techniques by subtracting or dividing the electrical resistances obtained from the first element and the second element.
  • the strain measuring method of the present invention is preferably the following [8].
  • the strain measuring device and strain measuring method of the present invention can measure strain more accurately than conventional technology by subtracting or dividing the electrical resistance obtained from the first element and the second element.
  • FIG. 1 shows a plan view of a strain measuring device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the strain measuring device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 taken along line II-II.
  • the top view which shows the modification of the distortion measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention shown in FIG. 1 is represented.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the strain measuring device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 taken along line IV-IV.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the magnetization direction of a first magnetization layer, the magnetization direction of a second magnetization layer, the magnetization direction of a third magnetization layer, and the magnetization direction of a fourth magnetization layer in the strain measuring device shown in FIG. 1 ;
  • FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the magnetization direction of the first magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the third magnetization layer, and the magnetization direction of the fourth magnetization layer in the strain measuring device shown in FIG. show.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the magnetization direction of a first magnetization layer, the magnetization direction of a second magnetization layer, the magnetization direction of a third magnetization layer, and the magnetization direction of the fourth magnetization layer in the strain measuring device shown in FIG. show.
  • FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the magnetization direction of the first magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the third magnetization layer, and the magnetization direction of the fourth magnetization layer in the strain measuring device shown in FIG. show.
  • An example of the magnetization direction of the first magnetic layer, the magnetization direction of the second magnetic layer, the magnetization direction of the third magnetic layer, and the magnetization direction of the fourth magnetic layer when tensile strain is applied to the strain measuring device shown in FIG. represents a diagram showing FIG. 8 is a graph showing an example of changes in the magnetization direction of the first magnetization layer and the magnetization direction of the second magnetization layer and the electrical resistance of the first element when tensile strain is applied to the strain measuring device shown in FIG.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of changes in the magnetization directions of the third and fourth magnetization layers and the electrical resistance of the second element when a tensile strain is applied to the strain measuring device shown in FIG. 7; 8 shows a graph showing the result of subtracting the electrical resistance measured in the first element from the electrical resistance measured in the second element when a tensile strain is applied to the strain measuring device shown in FIG. 7; 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a strain measuring device according to an embodiment of the present invention; FIG.
  • One embodiment of the strain measuring device of the present invention includes a base material, a first magnetic layer formed on the base material, a change in the magnetization direction when strain is applied to the base material, that is, rotation of the magnetization direction a first element having a second magnetization layer with a greater amount than the first magnetization layer and a first spacer layer disposed between the first magnetization layer and the second magnetization layer; a third magnetized layer, a fourth magnetized layer having a larger change in magnetization direction than the third magnetized layer when a strain is applied to the substrate, and disposed between the third magnetized layer and the fourth magnetized layer a second element having a second spacer layer, wherein the magnetization direction of the first magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetization layer, the magnetization direction of the third magnetization layer, and the The gist is that at least one of the magnetization directions of the magnetization layer and the magnetization direction of the fourth magnetization layer is different from the other magnetization directions.
  • FIG. 1 to 8 show configuration examples of a strain measuring device 1 having a substrate, a first element 21, and a second element 22.
  • FIG. The strain measuring device 1 may be simply referred to as the device 1 below.
  • the device 1 has a base material.
  • the shape of the substrate is not particularly limited, and can be in various shapes such as columnar, plate-like, and rod-like. For example, as shown in FIGS. is preferred. As a result, even a slight distortion can be easily detected.
  • the base material is preferably made of resin.
  • the device 1 is used for sensing the movement of a human body, it is preferably made of a flexible material.
  • a material constituting the base material for example, polyester, polycarbonate, polyimide, or the like can be used. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the device 1 may have, for example, only one substrate 10 as shown in FIG. 1, or may have a first substrate 11 and a second substrate 12 as shown in FIG. good.
  • the first base material 11 and the second base material 12 may be made of the same material, or may be made of different materials.
  • the device 1 has a first element 21 and a second element 22 .
  • the first element 21 and the second element 22 are formed on a substrate.
  • the first element 21 includes a first magnetic layer 21a, a second magnetic layer 21c whose change in magnetization direction is greater than that of the first magnetic layer 21a when strain is applied to the base material, and the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer. It has a first spacer layer 21b disposed between layers 21c.
  • the second element 22 includes a third magnetized layer 22a, a fourth magnetized layer 22c whose change in magnetization direction is greater than that of the third magnetized layer 22a when strain is applied to the substrate, and the third magnetized layer 22a and the fourth magnetized layer. It has a second spacer layer 22b disposed between layers 22c.
  • the first magnetic layer 21a, the second magnetic layer 21c, the third magnetic layer 22a and the fourth magnetic layer 22c are made of magnetic material.
  • Examples of the magnetic material forming the first magnetic layer 21a, the second magnetic layer 21c, the third magnetic layer 22a, and the fourth magnetic layer 22c include iron, cobalt, and nickel. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the first magnetic layer 21a, the second magnetic layer 21c, the third magnetic layer 22a and the fourth magnetic layer 22c may be made of the same material, or may be made of different materials.
  • the magnetization direction of the first magnetization layer 21a when strain is applied to the substrate is preferably within ⁇ 10° of the magnetization direction of the first magnetization layer 21a when the strain is not applied to the substrate. It is more preferably within 8°, more preferably within ⁇ 5°, and particularly preferably does not change from the state in which the substrate is not strained. This makes it easier to improve the accuracy of strain measurement.
  • the magnetization direction of the third magnetization layer 22a when strain is applied to the base material is within ⁇ 10° of the magnetization direction of the third magnetization layer 22a when the base material is not strained. Preferably, it is within ⁇ 8°, more preferably within ⁇ 5°. It is particularly preferred that it does not change from the state in which it has not been applied.
  • the absolute value of the magnetoelastic coupling constant between the first magnetic layer 21a and the third magnetic layer 22a is preferably close to 0 MJ/ m3 .
  • the magnetoelastic coupling constant between the first magnetic layer 21a and the third magnetic layer 22a is preferably 0 or more and 0.5 MJ/m 3 or less, more preferably 0 or more and 0.3 MJ/m 3 or less. It is more preferably 0.1 MJ/m 3 or less, and particularly preferably 0 MJ/m 3 .
  • the absolute values of the magnetoelastic coefficients of the second magnetic layer 21c and the fourth magnetic layer 22c can be set to 1 MJ/m 3 or more, 3 MJ/m 3 or more, or 5 MJ/m 3 or more.
  • the upper limit of the absolute value of the magnetoelastic coefficients of the second magnetic layer 21c and the fourth magnetic layer 22c is not particularly limited, it can be set to 20 MJ/m 3 or the like, for example.
  • the second magnetic layer 21c is preferably arranged closer to the substrate than the first magnetic layer 21a.
  • the second magnetic layer 21c, the first spacer layer 21b, and the first magnetic layer 21a are arranged in this order from the substrate side, and the second magnetic layer 21c, the first spacer layer 21b, and the first magnetic layer are arranged. More preferably, no other layer or member is arranged between 21a.
  • the fourth magnetic layer 22c is preferably arranged closer to the substrate than the third magnetic layer 22a.
  • a fourth magnetic layer 22c, a second spacer layer 22b, and a third magnetic layer 22a are arranged in this order from the substrate side. More preferably, no other layer or member is arranged between 22a.
  • the first spacer layer 21b and the second spacer layer 22b may be composed of insulators such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide and magnesium oxide. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the first spacer layer 21b and the second spacer layer 22b may be made of non-magnetic metal such as platinum, copper, tantalum, and gold. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the first spacer layer 21c and the second spacer layer 22c may be made of the same material, or may be made of different materials.
  • the first element 21 and the second element 22 may be formed on the same base material 10 as shown in FIG.
  • a configuration in which the first element 21 is formed on the first base material 11 and the second element 22 is formed on the second base material 12 may be adopted.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a and the second magnetization layer 21c of the first element 21 can be changed.
  • the magnetization direction 31c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c of the second element 22 can be easily adjusted.
  • the same number of substrates as the number of elements may be provided, and each element may be provided on a separate substrate.
  • the first base material 11 and the second base material 12 are prepared in advance.
  • one first element 21 and one second element 22 may be formed on each substrate. Further, by forming the first element 21 and the second element 22 on one base material and then cutting the base material into two, each base material has one first element 21 and one second element 22. It can be a thing.
  • FIG. 5 to 7 show the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a in a state in which no strain is applied to the substrate. It is a figure which each shows the example of a structure of the magnetization direction 32c of the 4 magnetization layers 22c with an arrow.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c are all in the plane of the substrate.
  • the device 1 has a magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, a magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, a third magnetization
  • the magnetization direction N of at least one of the magnetization direction 32a of the layer 22a and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c is configured to be different from the other magnetization direction M.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a are and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c may be configured such that only one magnetization direction N is different from the other magnetization directions M.
  • FIGS. 1-10 the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a are and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c may be configured such that only one magnetization direction N is different from the other magnetization directions M.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 31c of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction of the third magnetization layer 22a are
  • the magnetization directions N of two of the magnetization directions 32a and 32c of the fourth magnetization layer 22c may be different from the remaining two magnetization directions M.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction of the fourth magnetization layer 22c in a state where no strain is applied to the base material.
  • magnetization directions N of 32c are different from the remaining one magnetization direction M.
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction 32a of the fourth magnetization layer 22c may all be different directions.
  • the all different directions mean the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c in a state where no strain is applied to the base material. This means that none of them face in the same direction.
  • the magnetization directions of the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c of the first element 21 and the third magnetic layer 22a and the fourth magnetic layer 22c of the second element 22 in a state where no strain is applied are normally , the magnetization direction is imparted through the process of heating in a magnetic field and then cooling.
  • the magnetization directions of the third magnetization layer 22a and the fourth magnetization layer 22c are the same when strain is not applied. However, it is possible to orient only the magnetization direction of a predetermined layer in an arbitrary direction by the following method.
  • a current pulse is applied only to a specific element, and a magnetic field is applied in the desired direction to direct magnetization, while instantaneously heating with Joule heat, It can be done by waiting to cool to room temperature.
  • a current pulse is applied only to the first magnetized layer 21a of the first element 21, and the magnetization of the first magnetized layer 21a is instantaneously heated by Joule heat while applying a magnetic field in the desired direction.
  • Arbitrary magnetization directions are imparted by waiting for cooling to .
  • At least one magnetization direction N whose magnetization direction is different from that of the other magnetization layers M described above preferably intersects the other magnetization direction M within ⁇ 15° perpendicular to the other magnetization direction M, and is perpendicular to the other magnetization direction M. It is more preferable to cross within 10°, more preferably to cross the other magnetization direction M within ⁇ 5°, and particularly preferably to cross the other magnetization direction M perpendicularly. This makes it easier to improve the accuracy of strain measurement.
  • the surface of the base material may have a base layer 50 for enhancing adhesion with the first element 21 and the second element 22 .
  • the underlayer may be composed of, for example, non-magnetic metals such as platinum, copper, tantalum, and gold, or insulators such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, and magnesium oxide. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the first element 21 and the second element 22 are formed on the surface of the first element 21 and the second element 22, which is the surface opposite to the substrate side. It may have a protective layer 60 for protecting the two elements 22 .
  • the protective layer can be composed of, for example, non-magnetic metals such as platinum, copper, tantalum, and gold. These materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used.
  • the device 1 preferably has electrodes 40 for applying current to the first element 21 and the second element 22 .
  • electrodes 40 may be arranged on side surfaces of the first element 21 and the second element 22 .
  • electrodes 40 may be arranged on the surfaces of the first element 21 and the second element 22 that are opposite to the substrate side and on the base layer 50 .
  • strain measuring device 1 according to the embodiment of the present invention described above is prepared.
  • strain is applied to the base material of the prepared strain measuring device.
  • the substrate 10 is distorted.
  • the first substrate 11 and the second substrate A strain is applied to the material 12 .
  • the magnetization direction 31a of the first magnetization layer 21a, the magnetization direction 31c of the second magnetization layer 21c, the magnetization direction 32a of the third magnetization layer 22a, and the fourth magnetization When the magnetization direction 32c of the layer 22c is the magnetization direction shown in FIG. 7, applying tensile strain in the direction of arrow A to the base material 10 as shown in FIG.
  • FIG. 8 shows an example in which the magnetization direction 32c of the fourth magnetization layer 22c rotates in a plane parallel to the in-plane direction.
  • a current is applied to the first element 21 and the second element 22 of the strain measuring device 1 in order to detect the change in electrical resistance accompanying the change in magnetization direction as described above.
  • current can be applied through the electrodes 40 shown in FIGS.
  • the electrical resistances of the first element 21 and the second element 22 are measured.
  • electrical resistance can be measured via electrodes 40 shown in FIGS.
  • FIG. 9 shows changes in electrical resistance in the first element 21 when tensile strain is applied to the substrate 10 in the direction of arrow A as shown in FIG.
  • the first magnetic layer 21a and the second magnetic layer 21c of the first element 21 since there is no change in the magnetization direction, only a change in electrical resistance due to tensile strain appears. As shown in FIG.
  • the electrical resistance of the first element 21 and the electrical resistance of the second element 22 measured as described above are subtracted or divided.
  • subtracting or dividing the electrical resistance measured at the first element 21 from the electrical resistance measured at the second element 22 can derive the change in electrical resistance caused by the change in magnetization direction. can.
  • FIG. 11 graphically represents the result of subtracting the electrical resistance measured at the first element 21 from the electrical resistance measured at the second element 22 . This makes it possible to measure how much distortion has occurred.
  • tensile strain was mentioned above as an example of strain to be measured, measurable strain is not limited to tensile strain, and may be, for example, compressive strain. When the object to be measured is compressive strain, compressive strain is applied to the substrate.
  • the strain measurement method subtracts or divides the electrical resistances obtained from the first element 21 and the second element 22 to obtain a more accurate strain measurement than the prior art. can be measured.
  • the method for measuring the strain described above includes a step of subtracting or dividing the electrical resistance of the first element 21 and the electrical resistance of the second element 22 and simultaneously amplifying them.
  • the strain measurement method may include steps of subtracting and simultaneously amplifying the electrical resistance in the first element 21 and the electrical resistance in the second element 22 .
  • it can be implemented by connecting the differential amplifier to the first element 21 and the second element 22 via the electrodes 40 shown in FIGS.
  • FIG. 12 shows an example of a specific circuit diagram including the differential amplifier 70. As shown in FIG. A portion surrounded by a two-dot chain line is the three-terminal strain gauge 100 . As a result, the change in electrical resistance caused by the change in the magnetization direction can be quickly derived, so the strain can be measured more quickly.
  • strain measuring device 10 substrate 11: first substrate 12: second substrate 21: first element 21a: first magnetic layer 31a: magnetization direction of first magnetic layer 21b: first spacer layer 21c: second Second magnetic layer 31c: Magnetization direction of second magnetic layer 22: Second element 22a: Third magnetic layer 32a: Magnetization direction of third magnetic layer 22b: Second spacer layer 22c: Fourth magnetic layer 32c: Fourth magnetic layer Magnetization direction 40: Electrode 41: Lead wire 50: Base layer 60: Protective layer 70: Differential amplifier 80: Voltmeter 90: Power supply device 91: Earth 92: Terminal 100: Three-terminal strain gauge

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Abstract

基材（１０）と、基材（１０）に形成されており、第１磁化層、基材（１０）に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が第１磁化層よりも大きい第２磁化層および第１磁化層と第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子（２１）と、基材（１０）に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が第３磁化層よりも大きい第４磁化層および第３磁化層と第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子（２２）と、を有しており、基材（１０）に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層の磁化方向（３１ａ）、第２磁化層の磁化方向（３１ｃ）、第３磁化層の磁化方向（３２ａ）および第４磁化層の磁化方向（３２ｃ）のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である歪み測定装置（１）、およびこれを用いた歪みの測定方法。

Description

歪み測定装置および歪みの測定方法
　本発明は、歪み測定装置および歪みの測定方法に関する。
　歪みを測定するにあたり、近年、磁気を利用した高感度なセンサが開発されている。
　例えば、特許文献１には、第１磁性層、第１非磁性層、及び第２磁性層を積層してなる積層体を含む応力検出層を有し、第１磁性層及び第２磁性層は互いに異なる磁気弾性結合定数を有し、第１磁性層及び第２磁性層のうちの一方は、磁気弾性結合定数の絶対値が０．５ＭＪ／ｍ３以下である歪鈍感層であり、他方は磁気弾性結合定数の絶対値が歪鈍感層の値よりも大きい歪敏感層であり、第１磁性層及び第２磁性層の磁化の相対角度は外部から加えた応力に依存して変化し、相対角度に依存し、外部から加えた応力の方向に応じた電気抵抗の変化によって歪み方向を検出する応力センサについて記載されている。
特許第６７２２３０４号公報
　しかし、特許文献１に記載されている応力センサにおいては、磁化方向の変化以外の要素に起因する電気抵抗の変化が生じてしまう。そのため、これらの要素を排除し、より正確に歪みを測定できる装置およびその方法の開発が求められていた。
　本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定するための歪み測定装置および歪みの測定方法を提供することにある。
　上記課題を解決できた本発明の歪み測定装置の一実施態様は、下記の通りである。
　［１］基材と、
　基材に形成されており、第１磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第１磁化層よりも大きい第２磁化層および前記第１磁化層と前記第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子と、
　基材に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第３磁化層よりも大きい第４磁化層および前記第３磁化層と前記第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子と、を有しており、
　基材に歪みが加えられていない状態において、前記第１磁化層の磁化方向、前記第２磁化層の磁化方向、前記第３磁化層の磁化方向および前記第４磁化層の磁化方向のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である歪み測定装置。
　上記構成を有する歪み測定装置は、第１素子と第２素子から得られた電気抵抗を減算または除算することにより、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定することができる。
　本発明の歪み測定装置は、以下の［２］～［６］であることが好ましい。
　［２］基材に歪みが加えられたときの前記第１磁化層の磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における前記第１磁化層の磁化方向±１０°以内であり、基材に歪みが加えられたときの前記第３磁化層の磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における前記第３磁化層の磁化方向±１０°以内である［１］に記載の歪み測定装置。
　［３］前記少なくとも１つの磁化方向は前記他の磁化方向に対して垂直に交わる［１］または［２］に記載の歪み測定装置。
　［４］前記第１スペーサ層および前記第２スペーサ層は絶縁体で構成されている［１］～［３］のいずれか一項に記載の歪み測定装置。
　［５］前記第１スペーサ層および前記第２スペーサ層は非磁性金属で構成されている［１］～［３］のいずれか一項に記載の歪み測定装置。
　［６］前記第２磁化層は前記第１磁化層よりも基材側に配置されており、前記第４磁化層は前記第３磁化層よりも基材側に配置されている［１］～［５］のいずれか一項に記載の歪み測定装置。
　上記課題を解決できた本発明の歪みの測定方法の一実施態様は、下記の通りである。
　［７］基材と、基材に形成されており、第１磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第１磁化層よりも大きい第２磁化層および前記第１磁化層と前記第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子と、基材に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第３磁化層よりも大きい第４磁化層および前記第３磁化層と前記第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子と、を有しており、基材に歪みが加えられていない状態において、前記第１磁化層の磁化方向、前記第２磁化層の磁化方向、前記第３磁化層の磁化方向および前記第４磁化層の磁化方向のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である歪み測定装置を準備するステップと、
　基材に歪みを加えるステップと、
　前記第１素子および前記第２素子に電流を印加するステップと、
　前記第１素子および前記第２素子における電気抵抗を測定するステップと、
　前記第１素子における電気抵抗と前記第２素子における電気抵抗を減算または除算するステップと、を有する歪みの測定方法。
　上記構成を有する歪みの測定方法は、第１素子と第２素子から得られた電気抵抗を減算または除算することにより、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定することができる。
　本発明の歪みの測定方法は、以下の［８］であることが好ましい。
　［８］前記第１素子における電気抵抗と前記第２素子における電気抵抗を減算または除算すると同時に増幅するステップを有する［７］に記載の歪みの測定方法。
　本発明の歪み測定装置および歪みの測定方法は、第１素子と第２素子から得られた電気抵抗を減算または除算することにより、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定することができる。
本発明の実施の形態に係る歪み測定装置の平面図を表す。 図１に示す本発明の実施の形態に係る歪み測定装置のＩＩ－ＩＩ線における断面図を表す。 図１に示す本発明の実施の形態に係る歪み測定装置の変形例を示す平面図を表す。 図３に示す本発明の実施の形態に係る歪み測定装置のＩＶ－ＩＶ線における断面図を表す。 図１に示す歪み測定装置における、第１磁化層の磁化方向、第２磁化層の磁化方向、第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向の構成例を示した図を表す。 図１に示す歪み測定装置における、第１磁化層の磁化方向、第２磁化層の磁化方向、第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向の他の構成例を示した図を表す。 図１に示す歪み測定装置における、第１磁化層の磁化方向、第２磁化層の磁化方向、第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向の他の構成例を示した図を表す。 図７に示す歪み測定装置に対して引張歪みを加えた時の第１磁化層の磁化方向、第２磁化層の磁化方向、第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向の一例を示した図を表す。 図７に示す歪み測定装置に対して引張歪みを加えた時の第１磁化層の磁化方向および第２磁化層の磁化方向と、第１素子における電気抵抗の変化の一例を示すグラフを表す。 図７に示す歪み測定装置に対して引張歪みを加えた時の第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向と、第２素子における電気抵抗の変化の一例を示すグラフを表す。 図７に示す歪み測定装置に対して引張歪みを加えた時に第２素子において測定された電気抵抗から第１素子において測定された電気抵抗を減算した結果を示すグラフを表す。 本発明の実施の形態に係る歪み測定装置の構成例を示す回路図を表す。
　以下、本発明に関して、図面を参照しつつ具体的に説明するが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
　本発明の歪み測定装置の一実施態様は、基材と、基材に形成されており、第１磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化、即ち、磁化方向の回転量が第１磁化層よりも大きい第２磁化層および第１磁化層と第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子と、基材に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が第３磁化層よりも大きい第４磁化層および第３磁化層と第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子と、を有しており、基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層の磁化方向、第２磁化層の磁化方向、第３磁化層の磁化方向および第４磁化層の磁化方向のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である点に要旨を有する。上記構成を有する歪み測定装置は、第１素子と第２素子から得られた電気抵抗を減算または除算することにより、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定することができる。
　図１～図１２を参照して、歪み測定装置の全体構成について説明する。図１～図８は、基材と、第１素子２１と、第２素子２２を有する歪み測定装置１の構成例を表している。以下では、歪み測定装置１を単に装置１と称することがある。
　装置１は、基材を有している。基材の形状は特に限定されるものではなく、柱状、板状、棒状など種々の形状にすることができるが、例えば、図１～図４に示すように、板状、シート状であることが好ましい。これにより、僅かな歪みであっても検知しやすくすることができる。
　基材は、樹脂から構成されていることが好ましい。人体などの動きを感知する用途で装置１を用いる場合は、可撓性を有する素材で構成されていることが好ましい。基材を構成する材料としては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド等を用いることができる。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して使用してもよい。
　装置１は、例えば、図１に示すように基材１０を１つのみ有していてもよいし、図３に示すように第１基材１１と第２基材１２を有していてもよい。第１基材１１と第２基材１２とは同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
　装置１は、第１素子２１と第２素子２２を有している。第１素子２１と第２素子２２は基材に形成されている。第１素子２１は、第１磁化層２１ａ、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が第１磁化層２１ａよりも大きい第２磁化層２１ｃおよび第１磁化層２１ａと第２磁化層２１ｃの間に配置されている第１スペーサ層２１ｂを有している。第２素子２２は、第３磁化層２２ａ、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が第３磁化層２２ａよりも大きい第４磁化層２２ｃおよび第３磁化層２２ａと第４磁化層２２ｃの間に配置されている第２スペーサ層２２ｂを有している。
　第１磁化層２１ａ、第２磁化層２１ｃ、第３磁性層２２ａおよび第４磁性層２２ｃは、磁性体で構成されている。第１磁化層２１ａ、第２磁化層２１ｃ、第３磁性層２２ａおよび第４磁性層２２ｃを構成する磁性体としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどがあげられる。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して用いてもよい。第１磁化層２１ａ、第２磁化層２１ｃ、第３磁性層２２ａおよび第４磁性層２２ｃは同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
　基材に歪みが加えられたときの第１磁化層２１ａの磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における第１磁化層２１ａの磁化方向±１０°以内であることが好ましく、±８°以内であることがより好ましく、±５°以内であることがさらに好ましく、基材に歪みが加えられていない状態から変化しないことが特に好ましい。これにより、歪み測定の精度を向上させやすくすることができる。同様に、基材に歪みが加えられたときの第３磁化層２２ａの磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における第３磁化層２２ａの磁化方向±１０°以内であることが好ましく、±８°以内であることがより好ましく、±５°以内であることがさらに好ましく、基材に歪みが加えられたときの第３磁化層２２ａの磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態から変化しないことが特に好ましい。
　第１磁化層２１ａと第３磁化層２２ａの磁気弾性結合定数の絶対値は、０ＭＪ／ｍ３に近い値であることが好ましい。第１磁化層２１ａと第３磁化層２２ａの磁気弾性結合定数は、０以上０．５ＭＪ／ｍ３以下であることが好ましく、０以上０．３ＭＪ／ｍ３以下であることがより好ましく、０以上０．１ＭＪ／ｍ３以下であることがさらに好ましく、０ＭＪ／ｍ３であることが特に好ましい。
　第２磁化層２１ｃと第４磁化層２２ｃの磁気弾性係数の絶対値は、１ＭＪ／ｍ３以上、３ＭＪ／ｍ３以上、５ＭＪ／ｍ３以上等に設定することができる。第２磁化層２１ｃと第４磁化層２２ｃの磁気弾性係数の絶対値の上限値は特に限定されるものではないが、例えば、２０ＭＪ／ｍ３等に設定することができる。
　上記第１素子２１において、第２磁化層２１ｃは第１磁化層２１ａよりも基材側に配置されていることが好ましい。第１素子２１は、基材側から第２磁化層２１ｃ、第１スペーサ層２１ｂ、第１磁化層２１ａがこの順に並んでおり、第２磁化層２１ｃと第１スペーサ層２１ｂと第１磁化層２１ａの間には他の層や部材が配置されていないことがより好ましい。第２磁化層２１ｃが基材側に配置されていることにより、第２磁化層２１ｃに対してより効率的に歪みを伝えやすくすることができるため、歪み測定の精度を向上させやすくすることができる。同様に、第２素子２２においては、第４磁化層２２ｃは第３磁化層２２ａよりも基材側に配置されていることが好ましい。第２素子２２は、基材側から第４磁化層２２ｃ、第２スペーサ層２２ｂ、第３磁化層２２ａがこの順に並んでおり、第４磁化層２２ｃと第２スペーサ層２２ｂと第３磁化層２２ａの間には他の層や部材が配置されていないことがより好ましい。
　第１スペーサ層２１ｂと第２スペーサ層２２ｂは、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの絶縁体で構成されていてもよい。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して用いてもよい。
　第１スペーサ層２１ｂと第２スペーサ層２２ｂは、例えば、白金、銅、タンタル、金などの非磁性金属で構成されていてもよい。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して用いてもよい。なお、第１スペーサ層２１ｃと第２スペーサ層２２ｃは同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
　図１に示すように、第１素子２１と第２素子２２は、同一の基材１０に形成されていてもよい。
　図３に示すように、第１素子２１が第１基材１１に、第２素子２２が第２基材１２に形成されている構成としても構わない。当該構成とすることで、第１基材１１と第２基材１２の配置の仕方を調整することにより、第１素子２１が有する第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａおよび第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃと第２素子２２が有する第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃを調整しやすくすることができる。
　図示しないが、装置１が素子を２つ以上有する場合は、素子の数と同じ数だけ基材を有し、それぞれの素子を別々の基材上に設ける構成としてもよい。
　第１素子２１が第１基材１１に、第２素子２２が第２基材１２に形成されている構成とする場合は、予め第１基材１１と第２基材１２を準備しておき、それぞれの基材に第１素子２１と第２素子２２を１個ずつ形成してもよい。また、一の基材に第１素子２１と第２素子２２を形成してから基材を２つに切り離すことで、それぞれの基材に第１素子２１と第２素子２２を１個ずつ有するものとしてもよい。
　図５～図７は、基材に歪みが加えられていない状態の、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃの構成例をそれぞれ矢印で表す図である。ここでは第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが、いずれも基材の面内方向と平行である場合の例を示している。図５～図７に例示するように、装置１は、基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃのうち少なくとも１つの磁化方向Ｎが他の磁化方向Ｍと異なる方向となるように構成されている。
　例えば、図５に示すように、基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃのうち１つの磁化方向Ｎのみが残りの他の磁化方向Ｍと異なる方向となるように構成されていてもよい。図６および図７に示すように、基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃのうち２つの磁化方向Ｎが残りの２つの磁化方向Ｍと異なる方向となるように構成されていてもよい。基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃのうち３つの磁化方向Ｎが残りの１つの磁化方向Ｍと異なる方向となるように構成されていてもよい。なお、基材に歪みが加えられていない状態において、第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃは、すべて異なる方向であってもよい。すべて異なる方向とは、即ち、基材に歪みが加えられていない状態において、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａおよび第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃの中で、同じ方向を向いているものがないことを意味する。
　なお、上記では図５～図７を用いて説明したが、図５～図７に示したものは例であって、磁化方向はこれに限定されるわけではない。
　第１素子２１の第１磁化層２１ａおよび第２磁化層２１ｃ、第２素子２２の第３磁化層２２ａおよび第４磁化層２２ｃにおける歪みが加えられていない状態における磁化方向は、通常であれば、磁界中加熱後に冷却するという過程を経て磁化方向が付与されるため、例えば、同一基材上に同時に作製する第１素子２１の第１磁化層２１ａおよび第２磁化層２１ｃ、第２素子２２の第３磁化層２２ａおよび第４磁化層２２ｃにおける歪みが加えられていない状態における磁化方向はすべて同じ向きとなる。しかしながら、下記のような方法により、所定の層の磁化方向のみを任意の方向に向けることが可能である。
　例えば、上記の方法で２つ以上の素子を同一基材上に一気に形成したのち、特定の素子にのみ電流パルスを加え、磁化を向けたい方向の磁界を印加しながらジュール熱で瞬間加熱し、室温に冷却されるのを待つ方法により実施することが可能である。図５の例であれば、第１素子２１の第１磁化層２１ａにのみ電流パルスを加え、第１磁化層２１ａの磁化を向けたい方向の磁界を印加しながらジュール熱で瞬間加熱し、室温に冷却されるのを待つことにより任意の磁化方向が付与される。
　上述した、他の磁化層Ｍと磁化方向が異なる少なくとも１つの磁化方向Ｎは、他の磁化方向Ｍに対して垂直±１５°以内で交わることが好ましく、他の磁化方向Ｍに対して垂直±１０°以内で交わることがより好ましく、他の磁化方向Ｍに対して垂直±５°以内で交わることがさらに好ましく、他の磁化方向Ｍに対して垂直に交わることが特に好ましい。これにより、歪み測定の精度を向上させやすくすることができる。
　図３、図４に示すように、基材の表面には、第１素子２１および第２素子２２との接着性を高めるための下地層５０を有していてもよい。下地層は、例えば、白金、銅、タンタル、金などの非磁性金属や、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの絶縁体によって構成されていてもよい。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して用いてもよい。
　図４に示すように、第１素子２１および第２素子２２は、第１素子２１および第２素子２２の表面であって、基材側とは反対側の面に、第１素子２１および第２素子２２を保護するための保護層６０を有していてもよい。保護層は、例えば、白金、銅、タンタル、金などの非磁性金属から構成されることができる。これらの材料は単独で用いてもよく、複数の材料を混合して用いてもよい。
　装置１は、第１素子２１と第２素子２２に対して電流を流すための電極４０を有していることが好ましい。図１、図２に示すように、第１素子２１と第２素子２２の側面に電極４０が配置されていてもよい。図３、図４に示すように、第１素子２１と第２素子２２の表面であって基材側とは反対側の面と、下地層５０上に電極４０が配置されていてもよい。
　ここまで、本発明の実施の形態に係る歪み測定装置１について説明した。次に、本発明の実施の形態に係る歪みの測定方法について説明する。
　まず、上述した本発明の実施の形態に係る歪み測定装置１を準備する。
　次に、準備した歪み測定装置の基材に歪みを加える。図１に示すように、第１素子２１と第２素子２２とが同一の基材１０に形成されている場合は、基材１０に対して歪みを加える。図３に示すように、第１素子２１が第１基材１１に形成されており、第２素子２２が第２基材１２に形成されている場合は、第１基材１１と第２基材１２に対して歪みを加える。例えば、図１に示す第１素子２１と第２素子２２が有する第１磁化層２１ａの磁化方向３１ａ、第２磁化層２１ｃの磁化方向３１ｃ、第３磁化層２２ａの磁化方向３２ａ、第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが図７に示す磁化方向であった場合に、図８に示すように基材１０に対して矢印Ａの方向に引張歪みを加えると、第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが変化する。第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが変化すれば、第２素子２２における電気抵抗も変化する。図８では第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが面内方向と平行な面で回転している例を示している。
　上述したような磁化方向の変化に伴う電気抵抗の変化を検出するため、歪み測定装置１の第１素子２１および第２素子２２に電流を印加する。例えば、図１、図２に示す電極４０を介して電流を印加することができる。そして、第１素子２１および第２素子２２における電気抵抗を測定する。例えば、図１、図２に示す電極４０を介して電気抵抗を測定することができる。図８に示すように、基材１０に対して矢印Ａの方向に引張歪みを加えた場合の、第１素子２１における電気抵抗の変化を図９に示している。第１素子２１が有する第１磁化層２１ａと第２磁化層２１ｃでは、磁化方向の変化が生じていないため、引張歪みによって生じる電気抵抗の変化のみが現れる。図８に示すように、基材１０に対して矢印Ａの方向に引張歪みを加え、第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが変化した場合の、第２素子２２における電気抵抗の変化を図１０に示している。第２素子２２では、第４磁化層２２ｃの磁化方向３２ｃが変化しているため、引張歪みによって生じる電気抵抗の変化と、磁化方向の変化によって生じる電気抵抗の変化が現れる。
　上述のようにして測定した第１素子２１における電気抵抗と第２素子２２における電気抵抗を減算または除算する。上述した例でいえば、第２素子２２において測定された電気抵抗から第１素子２１において測定された電気抵抗を減算または除算することにより、磁化方向の変化によって生じる電気抵抗の変化を導き出すことができる。第２素子２２において測定された電気抵抗から第１素子２１において測定された電気抵抗を減算した結果をグラフで表しているのが図１１である。これによって、どの程度の歪みが生じているかを測定することができる。上記では測定する歪みの例として引張歪みを挙げたが、測定可能な歪みは引張歪みに限定されることはなく、例えば圧縮歪みであっても構わない。測定対象が圧縮歪みである場合は、基材に対して圧縮歪みが加えられる。
　上述の通り、本発明の実施の形態に係る歪みの測定方法は、第１素子２１と第２素子２２から得られた電気抵抗を減算または除算することにより、従来技術に比べ、より正確に歪みを測定することができる。
　上記歪みの測定方法は、第１素子２１における電気抵抗と第２素子２２における電気抵抗を減算または除算すると同時に増幅するステップを有することが好ましい。上記歪みの測定方法が有するのは、第１素子２１における電気抵抗と第２素子２２における電気抵抗を減算すると同時に増幅するステップであっても構わない。例えば、図１、図２に示す電極４０を介して差動アンプと第１素子２１および第２素子２２を接続することにより実施することができる。差動アンプ７０を備えた具体的な回路図の例を図１２に示す。二点鎖線で囲んでいる部分は、三端子ひずみゲージ１００である。これにより、磁化方向の変化によって生じる電気抵抗の変化を迅速に導き出すことができるため、歪みの測定をより早く行うことができる。
　本願は、２０２１年１２月７日に出願された日本国特許出願第２０２１－１９８４９８号に基づく優先権の利益を主張するものである。２０２１年１２月７日に出願された日本国特許出願第２０２１－１９８４９８号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
１：歪み測定装置
１０：基材
１１：第１基材
１２：第２基材
２１：第１素子
２１ａ：第１磁化層
３１ａ：第１磁化層の磁化方向
２１ｂ：第１スペーサ層
２１ｃ：第２磁化層
３１ｃ：第２磁化層の磁化方向
２２：第２素子
２２ａ：第３磁化層
３２ａ：第３磁化層の磁化方向
２２ｂ：第２スペーサ層
２２ｃ：第４磁化層
３２ｃ：第４磁化層の磁化方向
４０：電極
４１：導線
５０：下地層
６０：保護層
７０：差動アンプ
８０：電圧計
９０：電源装置
９１：アース
９２：端子
１００：三端子ひずみゲージ

Claims (8)

  1. 　基材と、
    　基材に形成されており、第１磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第１磁化層よりも大きい第２磁化層および前記第１磁化層と前記第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子と、
    　基材に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第３磁化層よりも大きい第４磁化層および前記第３磁化層と前記第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子と、を有しており、
    　基材に歪みが加えられていない状態において、前記第１磁化層の磁化方向、前記第２磁化層の磁化方向、前記第３磁化層の磁化方向および前記第４磁化層の磁化方向のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である歪み測定装置。
  2. 　基材に歪みが加えられたときの前記第１磁化層の磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における前記第１磁化層の磁化方向±１０°以内であり、基材に歪みが加えられたときの前記第３磁化層の磁化方向は、基材に歪みが加えられていない状態における前記第３磁化層の磁化方向±１０°以内である請求項１に記載の歪み測定装置。
  3. 　前記少なくとも１つの磁化方向は前記他の磁化方向に対して垂直に交わる請求項１または２に記載の歪み測定装置。
  4. 　前記第１スペーサ層および前記第２スペーサ層は絶縁体で構成されている請求項１または２に記載の歪み測定装置。
  5. 　前記第１スペーサ層および前記第２スペーサ層は非磁性金属で構成されている請求項１または２に記載の歪み測定装置。
  6. 　前記第２磁化層は前記第１磁化層よりも基材側に配置されており、前記第４磁化層は前記第３磁化層よりも基材側に配置されている請求項１または２に記載の歪み測定装置。
  7. 　基材と、基材に形成されており、第１磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第１磁化層よりも大きい第２磁化層および前記第１磁化層と前記第２磁化層の間に配置されている第１スペーサ層を有している第１素子と、基材に形成されており、第３磁化層、基材に歪みが加えられたときの磁化方向の変化が前記第３磁化層よりも大きい第４磁化層および前記第３磁化層と前記第４磁化層の間に配置されている第２スペーサ層を有している第２素子と、を有しており、基材に歪みが加えられていない状態において、前記第１磁化層の磁化方向、前記第２磁化層の磁化方向、前記第３磁化層の磁化方向および前記第４磁化層の磁化方向のうち少なくとも１つの磁化方向が他の磁化方向と異なる方向である歪み測定装置を準備するステップと、
    　基材に歪みを加えるステップと、
    　前記第１素子および前記第２素子に電流を印加するステップと、
    　前記第１素子および前記第２素子における電気抵抗を測定するステップと、
    　前記第１素子における電気抵抗と前記第２素子における電気抵抗を減算または除算するステップと、を有する歪みの測定方法。
  8. 　前記第１素子における電気抵抗と前記第２素子における電気抵抗を減算または除算すると同時に増幅するステップを有する請求項７に記載の歪みの測定方法。
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