(57)【要約】【課題】可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、高感度化及び小型化を実現する。【解決手段】本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、Ｃｒ、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜から形成された抵抗体と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する基材と、
Ｃｒ、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜から形成された抵抗体と、を有するひずみゲージ。
【請求項２】
請求項１に記載のひずみゲージを備えた、新生児用のウェアラブル製品。
【請求項３】
請求項１に記載のひずみゲージを備えた、消毒用ポンプ製品。
【請求項４】
請求項１に記載のひずみゲージを備えた、モータ関連製品。
【請求項５】
請求項１に記載のひずみゲージを備えた、自動車、航空機、又はロケット。
【請求項６】
請求項１に記載のひずみゲージを備えた、橋脚、トンネル、ビル、又はダム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージ、ひずみゲージを備えた新生児用のウェアラブル製品等に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−４０７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のひずみゲージは、感度が十分ではなく、又、小型化が実現できていなかったため、高感度化や小型化が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、高感度化及び小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、Ｃｒ、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜から形成された抵抗体と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、可撓性を有する基材上に形成された抵抗体を有するひずみゲージにおいて、高感度化及び小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図２】第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する平面図である。図２は、第１実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１及び図２を参照するに、ひずみゲージ１は、基材１０と、抵抗体３０と、端子部４１とを有している。
【００１１】
なお、本実施形態では、便宜上、ひずみゲージ１において、基材１０の抵抗体３０が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３０が設けられていない側を下側又は他方の側とする。又、各部位の抵抗体３０が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３０が設けられていない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。
【００１２】
基材１０は、抵抗体３０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。
【００１３】
基材１０は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）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、可撓性を有する部材を指す。
【００１４】
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添加物や不純物等を含有することを妨げるものではない。
【００１５】
抵抗体３０は、基材１０の上面１０ａ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。抵抗体３０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。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。
【００１６】
抵抗体３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）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、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜が挙げられる。
【００１７】
端子部４１は、抵抗体３０の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３０よりも拡幅して形成されている。端子部４１は、ひずみにより生じる抵抗体３０の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。抵抗体３０は、例えば、端子部４１の一方からジグザグに折り返しながら延在して他方の端子部４１に接続されている。なお、抵抗体３０と端子部４１とは便宜上別符号としているが、両者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。
【００１８】
ひずみゲージ１において、基材１０の材料としてＰＩ樹脂を用い、抵抗体３０の材料としてＣｒ、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜を用いた場合、高感度化（従来比５００％以上）かつ、小型化（従来比１／１０以下）を実現することができる。
【００１９】
例えば、従来のひずみゲージの出力が０．０４ｍＶ／２Ｖ程度であったのに対して、ひずみゲージ１では０．３ｍＶ／２Ｖ以上の出力を得ることができる。又、従来のひずみゲージの大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）が３ｍｍ×３ｍｍ程度であったのに対して、ひずみゲージ１の大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）は０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度に小型化することができる。
【００２０】
ひずみゲージは、一般的に、起歪体（金属等）に貼り付けて使用される。従来のひずみゲージは感度が低かったため、センサ特性を確保するために起歪体の材料選定に設計的な制限を受けていた。
【００２１】
これに対して、ひずみゲージ１は、従来のひずみゲージよりも高感度化されているため、従来のひずみゲージを用いる場合のような設計的な制限を大幅に緩和でき、起歪体の材料選定の自由度を向上できる。
【００２２】
又、ひずみゲージ１は、従来のひずみゲージよりも小型化されているため、今まで使用できなかった微細な測定箇所への設置が可能となる。
【００２３】
又、ひずみゲージ１は、可撓性を有するフィルム型ゲージであるため、小型だけではなく、大小様々なサイズに適用して生産及び供給することが可能となる。
【００２４】
又、ひずみゲージ１は、質量が軽く、測定したい場所へ貼り付けることができるため、同様な測定に用いる電子基板実装が必要なMEMS（Micro Electro Mechanical Systems、微小電気機械システム）センサ等に比べ、測定したい場所を直接測定できるメリットがある。
【００２５】
又、ひずみゲージ１は、非常に小さく、質量が無視できるので、慣性の影響がなく、感度・安定性・疲労寿命に優れている。
【００２６】
又、ひずみゲージ１は、自己温度補償することも可能であり、この場合、金属、プラスチックを問わず、多様な熱膨張係数を持ったあらゆる被測定物に対して使用できる。
【００２７】
又、ひずみゲージ１は、高感度であり、小さい変位を検出できるので、高い剛性を有する被測定物に対して使用することも可能である。
【００２８】
又、ひずみゲージ１は、可撓性を有する基材１０上に抵抗体３０としてＣｒ、ＣｒＮの少なくとも１つを含む薄膜を形成することにより、抵抗体３０の膜厚を薄くすると共に線幅を細くして高抵抗化することができる。又、抵抗体３０の高抵抗化に伴って、抵抗体３０の消費電力を低減することができる。又、抵抗体３０の線幅を細くすることにより、ひずみゲージ１を小型化できる。
【００２９】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、ひずみゲージを応用した製品や装置等の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施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。
【００３０】
ひずみゲージ１は、第１実施形態で示したように高感度、小型化等の様々な特徴を備えているため、様々な製品や装置等に用いることができる。以下に、ひずみゲージ１の応用例を列挙する。但し、以下はひずみゲージ１を応用した製品や装置等の一例を示すものであり、これらには限定されない。
【００３１】
なお、ひずみゲージ１は、図１及び図２に示した形状には限定されず、搭載される製品や装置等の仕様に合わせて適宜形状を変更することができる。又、搭載される製品や装置の仕様に合わせて、複数のひずみゲージ１を適宜な配置で用いてもよい。この場合、複数のひずみゲージ１は製品や装置等の同一平面のみに配置される形態には限定されず、製品や装置等の異なる平面（例えば、絶縁層の表面及び裏面等）に配置されてもよい。
【００３２】
ひずみゲージ１は、例えば、新生児用のウェアラブル製品に用いることができる。つまり、ひずみゲージ１を備えた新生児用のウェアラブル製品を実現可能である。
【００３３】
例えば、月齢の低い赤ちゃんは突然死の危険性が高く、うつ伏せになって寝ることも危険であると言われている。うつ伏せ防止のクッションや固定ベルトもあるが、そのクッションによって窒息する危険性もあるため好ましくはない。
【００３４】
一方で、肌に取り付けて心拍等を検出可能なセンサは有用である。しかし、新生児は肌が弱く、かぶれ等の問題もあり、センサを肌に直接つけて検出することは困難である。そこで、肌に直接つけずに素材の上からでも検出可能な、フレキシブルでありながら高感度を要するウェアラブルセンサー用途にひずみゲージ１を用いると好適である。
【００３５】
又、ひずみゲージ１は、消毒用ポンプ製品に用いることができる。つまり、ひずみゲージ１を備えた消毒用ポンプ製品を実現可能である。例えば、新型コロナウィルス対策等の消毒用ポンプ製品に適用可能である。
【００３６】
消毒用ポンプ製品では、適量のアルコールや泡ハンドソープが吐出するが、吐出する量が少な過ぎたり多過ぎたりすることがあり、吐出量の管理（例えば、押し込み量の計測）を行うセンサが必要である。一方でハンディータイプの霧吹きやポンプにセンサを取り付けるにはバッテリー駆動が必須条件となり、低消費電力であることが要求される。
【００３７】
ひずみゲージ１は、小型で低消費電力であるため、消毒用ポンプ製品の押し込み量の計測に用いると好適である。なお、ひずみゲージ１を消毒用ポンプ製品のポンプの上と容器の底に１枚ずつ貼り付ければ、溶液の重さも同時に測定可能となり、吐出量と残量のモニタも可能となる。
【００３８】
又、ひずみゲージ１は、加速度ピックアップ等では直接検出できない狭いエリアの振動や、コンクリートやレンガ等の振動を伝えにくいアイテムの振動検出用途にも適用可能である。ひずみゲージ１は、ベアリングを含むモータ関連製品や、自動車や航空機、ロケット関連の振動モニタ、橋脚、トンネル、ビル、ダム等の構造物の振動検出用途にも適用可能である。
【００３９】
このように、小型で安価で可撓性もあるひずみゲージ１は、様々な製品へ直接組み込むことが可能であり簡便に振動検出できる他、故障の原因となる振動のモニタを行うことができるため、機械装置や製品の損傷を早期に検出して高額な損失の予防を行なうことが可能となる。又、ひずみゲージ１を新生児用のウェアラブル製品や、小型で低消費電力化を活かしハンディータイプの消毒用ポンプ製品等へ組み込むことで、より付加価値の高い製品の実現が可能となる。
【００４０】
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施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、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ひずみゲージ、１０  基材、１０ａ  上面、３０  抵抗体、４１  端子部
【図１】
2020173271.tif 000003
【図２】
2020173271.tif 000004