(57)【要約】【課題】起歪体への貼り付け作業の効率化が可能なひずみゲージを提供する。【解決手段】本ひずみゲージは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、Ｃｒ混相膜から形成された複数の抵抗体と、を有し、前記複数の抵抗体は、前記基材を起歪体に貼り付けたときに前記起歪体を挟んで対向する位置にくるように配置された２つの抵抗体を含む。【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、
前記基材上に、Ｃｒ混相膜から形成された複数の抵抗体と、を有し、
前記複数の抵抗体は、前記基材を起歪体に貼り付けたときに前記起歪体を挟んで対向する位置にくるように配置された２つの抵抗体を含むひずみゲージ。
【請求項２】
前記基材は、前記起歪体の第１面に貼り付け可能な第１領域と、前記第１面に隣接し互いに対向する第２面及び第３面に貼り付け可能な第２領域及び第３領域と、を備え、
前記２つの抵抗体の一方は前記第２領域に配置され、前記２つの抵抗体の他方は前記第３領域に配置されている請求項１に記載のひずみゲージ。
【請求項３】
前記２つの抵抗体の一方と電気的に接続された第１電極と、前記２つの抵抗体の他方と電気的に接続された第２電極と、を有し、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１領域に配置されている請求項２に記載のひずみゲージ。
【請求項４】
前記２つの抵抗体は、グリッド方向を同一方向に向けて前記基材上に配置されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項５】
前記複数の抵抗体は、アルファクロムを主成分とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項６】
前記複数の抵抗体は、アルファクロムを８０重量％以上含む請求項５に記載のひずみゲージ。
【請求項７】
前記複数の抵抗体は、窒化クロムを含む請求項５又は６に記載のひずみゲージ。
【請求項８】
前記複数の抵抗体の下層に、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７の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項９】
前記機能層は、前記複数の抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項８に記載のひずみゲージ。
【請求項１０】
前記複数の抵抗体の少なくとも１つを被覆する絶縁樹脂層を有する請求項１乃至９の何れか一項に記載のひずみゲージ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のひずみゲージと、
前記基材を貼り付けた前記起歪体と、を有し、
前記２つの抵抗体が、前記起歪体を挟んで対向する位置に配置されたセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみゲージ、センサモジュールに関する。
【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。又、例えば、絶縁樹脂からなる基材の一つの面に、一つの抵抗体が形成されている（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２０１６−７４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一つの抵抗体を備えたひずみゲージを複数用意し、起歪体の異なる面に貼り付けてひずみ測定を行う場合がある。この場合、起歪体の異なる面に個別のひずみゲージを貼り付ける作業に時間を要するため、作業効率の改善が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、起歪体への貼り付け作業の効率化が可能なひずみゲージを提供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、前記基材上に、Ｃｒ混相膜から形成された複数の抵抗体と、を有し、前記複数の抵抗体は、前記基材を起歪体に貼り付けたときに前記起歪体を挟んで対向する位置にくるように配置された２つの抵抗体を含む。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、起歪体への貼り付け作業の効率化が可能なひずみゲージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の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る。
【図３】第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図である。
【図５】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平面図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。
【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平面図である。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３１及び３２と、配線パターン４１及び４２と、端子部５１及び５２とを有している。
【００１１】
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の抵抗体３１及び３２が設けられている側を上側又は一方の側、抵抗体３１及び３２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３１及び３２が設けられている側の面を一方の面又は上面、抵抗体３１及び３２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３１及び３２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。本実施の形態では、基材１０の平面形状は短冊型である。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。
【００１３】
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。
【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。
【００１５】
抵抗体３１及び３２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３１及び３２は、例えば、グリッド方向を同一方向に向けて基材１０上に配置することができる。なお、図１では、便宜上、抵抗体３１及び３２を梨地模様で示している。
【００１６】
抵抗体３１及び３２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３１及び３２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、Ｎｉ−Ｃｕ（ニッケル銅）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。
【００１７】
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。
【００１８】
抵抗体３１及び３２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３１及び３２の厚さが０．１μｍ以上であると抵抗体３１及び３２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３１及び３２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。
【００１９】
例えば、抵抗体３１及び３２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３１及び３２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３１及び３２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。
【００２０】
端子部５１は、配線パターン４１を介して抵抗体３１の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３１よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部５１は、ひずみにより生じる抵抗体３１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３１は、例えば、端子部５１の一方から配線パターン４１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４１を介して他方の端子部５１に接続されている。
【００２１】
端子部５２は、配線パターン４２を介して抵抗体３２の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３２よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部５２は、ひずみにより生じる抵抗体３２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３２は、例えば、端子部５２の一方から配線パターン４２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４２を介して他方の端子部５２に接続されている。
【００２２】
端子部５１及び５２の上面を、端子部５１及び５２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、抵抗体３１及び３２と配線パターン４１及び４２と端子部５１及び５２と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。
【００２３】
抵抗体３１を被覆し端子部５１を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６１（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６１を設けることで、抵抗体３１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６１を設けることで、抵抗体３１を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６１は、端子部５１を除くより広い領域を覆うように設けてもよい。
【００２４】
抵抗体３２を被覆し端子部５２を露出するように基材１０の上面１０ａにカバー層６２（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６２を設けることで、抵抗体３２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６２を設けることで、抵抗体３２を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６２は、端子部５２を除くより広い領域を覆うように設けてもよい。
【００２５】
カバー層６１及び６２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６１及び６２は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６１及び６２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。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。図４は、第１の実施の形態に係るセンサモジュールを例示する断面図であり、図３のＢ−Ｂ線に沿う縦断面を示している。なお、図２と図４では、便宜上、各部材の寸法比率を変更している。
【００２７】
図１〜図４を参照するに、ひずみゲージ１の基材１０は、起歪体１１０の第１面Ｓ１に貼り付け可能な第１領域Ｅ１と、起歪体１１０の第１面Ｓ１に隣接し互いに対向する第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３に貼り付け可能な第２領域Ｅ２及び第３領域Ｅ３とを備えている。
【００２８】
ひずみゲージ１において、電極となる端子部５１及び５２は第１領域Ｅ１に配置されている。ひずみゲージ１において、抵抗体３１は第２領域Ｅ２に配置され、抵抗体３２は第３領域Ｅ３に配置されている。ひずみゲージ１において、抵抗体３１と抵抗体３２は、基材１０を起歪体１１０に貼り付けたときに起歪体１１０を挟んで対向する位置にくるように配置されている。
【００２９】
センサモジュール５は、ひずみゲージ１と、起歪体１１０と、接着層１２０とを有している。センサモジュール５において、基材１０は、接着層１２０を介して、起歪体１１０の表面と固着されている。より詳しくは、基材１０の第１領域Ｅ１は接着層１２０を介して起歪体１１０の第１面Ｓ１と固着され、第２領域Ｅ２は接着層１２０を介して第２面Ｓ２と固着され、第３領域Ｅ３は接着層１２０を介して第３面Ｓ３と固着されている。
【００３０】
すなわち、センサモジュール５において、電極となる端子部５１及び５２は起歪体１１０の第１面Ｓ１に配置され、抵抗体３１は起歪体１１０の第２面Ｓ２に配置され、抵抗体３２は起歪体１１０の第３面Ｓ３に配置されている。そして、第２面Ｓ２に配置された抵抗体３１と第３面Ｓ３に配置された抵抗体３２は、起歪体１１０を挟んで互いに対向している。
【００３１】
なお、図１〜図４の例では、端子部５１及び５２を第１領域Ｅ１に配置しているが、これには限定されず、端子部５１を第２領域Ｅ２に配置し、端子部５２を第３領域Ｅ３に配置してもよい。但し、作業性が向上する点では、端子部５１及び５２を第１領域Ｅ１に配置することが好ましい。端子部５１及び５２を第１領域Ｅ１に配置することで、センサモジュール５の同一面（第１面Ｓ１）のみで端子部５１及び５２とリード線等との接続ができるからである。
【００３２】
起歪体１１０は、例えば、Ｆｅ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ａｌ等の金属やＰＥＥＫ等の樹脂から形成され、印加される力に応じて変形する（ひずみを生じる）物体である。ひずみゲージ１は、起歪体１１０に生じるひずみを抵抗体３１及び３２の抵抗変化として検出することができる。
【００３３】
接着層１２０は、ひずみゲージ１と起歪体１１０とを固着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、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、変性ウレタン樹脂等を用いることができる。又、ボンディングシート等の材料を用いても良い。接着層１２０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、０．１μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。
【００３４】
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の全体に、最終的にパターニングされて抵抗体３１及び３２と配線パターン４１及び４２と端子部５１及び５２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３１及び３２と配線パターン４１及び４２と端子部５１及び５２の材料や厚さと同様である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３１及び３２（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３１及び３２の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３１及び３２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。
【００３８】
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３１及び３２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３１及び３２の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
【００３９】
機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体３１及び３２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
機能層の材料と抵抗体３１及び３２等となる金属層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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、抵抗体３１及び３２がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層は、抵抗体３１及び３２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３１及び３２の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３１及び３２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。
【００４７】
このように、抵抗体３１及び３２の下層に機能層を設けることにより、抵抗体３１及び３２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３１及び３２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３１及び３２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。
【００４８】
基材１０の上面１０ａ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３１及び３２と配線パターン４１及び４２と端子部５１及び５２が形成される。
【００４９】
抵抗体３１及び３２と配線パターン４１及び４２と端子部５１及び５２を形成後、必要に応じ、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３１を被覆し端子部５１を露出するカバー層６１及び抵抗体３２を被覆し端子部５２を露出するカバー層６２を設けることで、ひずみゲージ１が完成する。カバー層６１及び６２は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３１を被覆し端子部５１を露出し、かつ抵抗体３２を被覆し端子部５２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６１及び６２は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３１を被覆し端子部５１を露出し、かつ抵抗体３２を被覆し端子部５２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。
【００５０】
センサモジュール５を製造するには、ひずみゲージ１を作製後、ひずみゲージ１の基材１０を起歪体１１０に貼り付ける。具体的には、例えば、基材１０の下面及び／又は起歪体１１０の表面（第１面Ｓ１、第２面Ｓ２、及び第３面Ｓ３の所定領域）に、例えば、接着層１２０となる上記の何れかの材料を塗布する。そして、基材１０の下面を起歪体１１０の表面と対向させ、塗布した材料を挟んで起歪体１１０上にひずみゲージ１を配置する。又は、ボンディングシートを起歪体１１０と基材１０との間に挟み込むようにしても良い。
【００５１】
次に、ひずみゲージ１を起歪体１１０側に押圧しながら所定温度に加熱し、塗布した材料を硬化させて接着層１２０を形成する。これにより、接着層１２０を介して起歪体１１０の表面と基材１０の下面とが固着され、センサモジュール５が完成する。センサモジュール５は、例えば、荷重、圧力、トルク、加速度等の測定に適用することができる。
【００５２】
このように、センサモジュール５では、抵抗体３１と抵抗体３２が、起歪体１１０を挟んで対向する位置に配置されている。そのため、例えば、起歪体１１０の第２面Ｓ２が引っ張り側、第３面Ｓ３が圧縮側となる曲げ応力が生じた場合に、第２面Ｓ２に配置された抵抗体３１に接続された端子部５１の出力と、第３面Ｓ３に配置された抵抗体３２に接続された端子部５２の出力は、絶対値が等しく符号が反対となる。その結果、端子部５１の出力と端子部５２の出力をホイートストンブリッジに接続してひずみ検出を行う場合の検出感度を向上できる。
【００５３】
又、複数の抵抗体がパターニングされた１つのひずみゲージ１を用いることにより、複数のひずみゲージを用いて個別に起歪体１１０に貼り付ける場合と比べて、貼り付け作業を効率化することができる。又、ひずみゲージ１を用いることにより、複数のひずみゲージを用いて個別に起歪体１１０に貼り付ける場合と比べて、センサモジュール５の部品点数を削減することが可能となり、センサモジュール５の信頼性を向上できる。
【００５４】
〈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、４つの抵抗体を備えたひずみゲージ及びセンサモジュールの例を示す。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。
【００５５】
図５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平面図である。図６は、第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。なお、第１の実施の形態の変形例１に係るひずみゲージ及びセンサモジュールの断面形状は図２及び図４と同様であるため、図示は省略する。
【００５６】
図５を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、平面形状が十字型の基材１０Ｘを有している。基材１０Ｘには、ひずみゲージ１と同様の配置で、抵抗体３１、配線パターン４１、端子部５１、抵抗体３２、配線パターン４２、及び端子部５２が設けられている。そして、更に、基材１０Ｘには、抵抗体３３、配線パターン４３、端子部５３、抵抗体３４、配線パターン４４、及び端子部５４が設けられている。
【００５７】
抵抗体３３及び３４は、基材１０Ｘ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３３及び３４は、例えば、グリッド方向を同一方向に向けて基材１０Ｘ上に配置することができる。又、抵抗体３３及び３４と抵抗体３１及び３２は、例えば、グリッド方向を直交する方向に向けて基材１０Ｘ上に配置することができる。基材１０Ｘ並びに抵抗体３３及び３４の材料や厚さは、例えは、基材１０並びに抵抗体３１及び３２と同様とすることができる。なお、図５では、便宜上、抵抗体３１、３２、３３及び３４を梨地模様で示している。
【００５８】
端子部５３は、配線パターン４３を介して抵抗体３３の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３３よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部５３は、ひずみにより生じる抵抗体３３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３３は、例えば、端子部５３の一方から配線パターン４３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４３を介して他方の端子部５３に接続されている。
【００５９】
端子部５４は、配線パターン４４を介して抵抗体３４の両端部から延在しており、平面視において、抵抗体３４よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部５４は、ひずみにより生じる抵抗体３４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３４は、例えば、端子部５４の一方から配線パターン４４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４４を介して他方の端子部５４に接続されている。
【００６０】
端子部５３及び５４の上面を、端子部５３及び５４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、抵抗体３１、３２、３３、及び３４と、配線パターン４１、４２、４３、及び４４と、端子部５１、５２、５３、及び５４と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。
【００６１】
抵抗体３３を被覆し端子部５３を露出するように基材１０Ｘの上面１０ａにカバー層６３（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６３を設けることで、抵抗体３３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６３を設けることで、抵抗体３３を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６３は、端子部５３を除くより広い領域を覆うように設けてもよい。
【００６２】
抵抗体３４を被覆し端子部５４を露出するように基材１０Ｘの上面１０ａにカバー層６４（絶縁樹脂層）を設けても構わない。カバー層６４を設けることで、抵抗体３４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６４を設けることで、抵抗体３４を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６４は、端子部５４を除くより広い領域を覆うように設けてもよい。カバー層６３及び６４の材料や厚さは、例えは、カバー層６１及び６２と同様とすることができる。
【００６３】
図５及び図６を参照するに、ひずみゲージ１Ａの基材１０Ｘは、起歪体１１０の第１面Ｓ１に貼り付け可能な第１領域Ｅ１と、起歪体１１０の第１面Ｓ１に隣接し互いに対向する第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３に貼り付け可能な第２領域Ｅ２及び第３領域Ｅ３と、起歪体１１０の第１面Ｓ１に隣接し互いに対向する第４面Ｓ４及び第５面Ｓ５に貼り付け可能な第４領域Ｅ４及び第５領域Ｅ５とを備えている。
【００６４】
ひずみゲージ１Ａにおいて、電極となる端子部５１、５２、５３、及び５４は第１領域Ｅ１に配置されている。ひずみゲージ１Ａにおいて、抵抗体３１は第２領域Ｅ２に配置され、抵抗体３２は第３領域Ｅ３に配置され、抵抗体３３は第４領域Ｅ４に配置され、抵抗体３４は第５領域Ｅ５に配置されている。ひずみゲージ１Ａにおいて、抵抗体３１と抵抗体３２は、基材１０Ｘを起歪体１１０に貼り付けたときに起歪体１１０を挟んで対向する位置にくるように配置され、抵抗体３３と抵抗体３４は、基材１０Ｘを起歪体１１０に貼り付けたときに起歪体１１０を挟んで対向する位置にくるように配置されている。
【００６５】
センサモジュール５Ａは、ひずみゲージ１Ａと、起歪体１１０と、接着層１２０とを有している。センサモジュール５Ａにおいて、基材１０Ｘは、接着層１２０を介して、起歪体１１０の表面と固着されている。より詳しくは、基材１０Ｘの第１領域Ｅ１は接着層１２０を介して起歪体１１０の第１面Ｓ１と固着され、第２領域Ｅ２は接着層１２０を介して第２面Ｓ２と固着され、第３領域Ｅ３は接着層１２０を介して第３面Ｓ３と固着され、第４領域Ｅ４は接着層１２０を介して第４面Ｓ４と固着され、第５領域Ｅ５は接着層１２０を介して第５面Ｓ５と固着されている。
【００６６】
すなわち、センサモジュール５Ａにおいて、電極となる端子部５１、５２、５３、及び５４は起歪体１１０の第１面Ｓ１に配置され、抵抗体３１は起歪体１１０の第２面Ｓ２に配置され、抵抗体３２は起歪体１１０の第３面Ｓ３に配置され、抵抗体３３は起歪体１１０の第４面Ｓ４に配置され、抵抗体３４は起歪体１１０の第５面Ｓ５に配置されている。そして、第２面Ｓ２に配置された抵抗体３１と第３面Ｓ３に配置された抵抗体３２は、起歪体１１０を挟んで互いに対向している。又、第４面Ｓ４に配置された抵抗体３３と第５面Ｓ５に配置された抵抗体３４は、起歪体１１０を挟んで互いに対向している。
【００６７】
このように、センサモジュール５Ａでは、抵抗体３１と抵抗体３２が、起歪体１１０を挟んで対向する位置に配置されている。そのため、例えば、起歪体１１０の第２面Ｓ２が引っ張り側、第３面Ｓ３が圧縮側となる曲げ応力が生じた場合に、第２面Ｓ２に配置された抵抗体３１に接続された端子部５１の出力と、第３面Ｓ３に配置された抵抗体３２に接続された端子部５２の出力は、絶対値が等しく符号が反対となる。その結果、端子部５１の出力と端子部５２の出力をホイートストンブリッジに接続してひずみ検出を行う場合の検出感度を向上できる。
【００６８】
同様に、センサモジュール５Ａでは、抵抗体３３と抵抗体３４が、起歪体１１０を挟んで対向する位置に配置されている。そのため、例えば、起歪体１１０の第４面Ｓ４が引っ張り側、第５面Ｓ５が圧縮側となる曲げ応力が生じた場合に、第４面Ｓ４に配置された抵抗体３３に接続された端子部５３の出力と、第５面Ｓ５に配置された抵抗体３４に接続された端子部５４の出力は、絶対値が等しく符号が反対となる。その結果、端子部５３の出力と端子部５４の出力をホイートストンブリッジに接続してひずみ検出を行う場合の検出感度を向上できる。
【００６９】
又、複数の抵抗体がパターニングされた１つのひずみゲージ１Ａを用いることにより、複数のひずみゲージを用いて個別に起歪体１１０に貼り付ける場合と比べて、貼り付け作業を効率化することができる。又、ひずみゲージ１Ａを用いることにより、複数のひずみゲージを用いて個別に起歪体１１０に貼り付ける場合と比べて、センサモジュール５Ａの部品点数を削減することが可能となり、センサモジュール５Ａの信頼性を向上できる。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、第１の実施の形態では２つの抵抗体を有するひずみゲージの例を、第１の実施の形態の変形例１では４つの抵抗体を有するひずみゲージの例を示した。しかし、本発明に係るひずみゲージは、基材を起歪体に貼り付けたときに起歪体を挟んで対向する位置にくるように配置された２つの抵抗体を少なくとも含んでいれば、何個の抵抗体を有しても構わない。
【００７２】
又、第１の実施の形態では平面形状が短冊型の基材を有するひずみゲージの例を、第１の実施の形態の変形例１では平面形状が十字型の基材を有するひずみゲージの例を示した。しかし、本発明に係るひずみゲージは、基材を起歪体に貼り付けたときに起歪体を挟んで対向する位置にくるように配置された２つの抵抗体を少なくとも含んでいれば、基材の平面形状は任意として構わない。従って、短冊型や十字型のような単純な平面形状には限定されず、起歪体の形状に合わせたより複雑な平面形状として構わない。
【符号の説明】
【００７３】
１、１Ａ  ひずみゲージ、５、５Ａ  センサモジュール、１０、１０Ｘ  基材、１０ａ  上面、３１、３２、３３、３４  抵抗体、４１、４２、４３、４４  配線パターン、５１、５２、５３、５４  端子部、６１、６２、６３、６４  カバー層、１１０  起歪体、１２０  接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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