(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力の印加によって電気的特性が変化する感圧体と、該感圧体の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体とを有する積層体よりなり、積層方向に上記絶縁体に加えられた応力を上記感圧体が直接受けることができるよう構成されており、
上記感圧体は、ガラスよりなるマトリックスの中に導電性を有する導電性粒子を分散してなり、
上記導電性粒子は、酸化ルテニウム、又はルテニウム酸鉛、あるいはこれらの組み合わせよりなり、該導電性粒子は、上記マトリックス１００重量部に対して、１０〜５０重量部の割合で分散されており、
上記感圧体の厚みは、１μｍ〜２００μｍであり、
上記絶縁体は、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｉＯ2、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｌａ2Ｏ3又はＳｉ3Ｎ4よりなることを特徴とする力学量センサ素子。
【請求項２】
請求項１において、上記力学量センサ素子は、少なくとも、０ＭＰａ〜２１７ＭＰａの荷重測定が可能であることを特徴とする力学量センサ素子。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記感圧体には、一対の電極が配設されていることを特徴とする力学量センサ素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記感圧体には、略球状の気孔が形成されていることを特徴とする力学量センサ素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記力学量センサ素子は、２枚の上記絶縁体の片面にそれぞれ上記感圧体を形成した後、上記各絶縁体の上記感圧体形成面同士を重ね合わせて焼成することにより作製されていることを特徴とする力学量センサ素子。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の力学量センサ素子を製造する方法であって、
２枚の上記絶縁体の片面にそれぞれ上記感圧体を形成した後、
上記各絶縁体の上記感圧体形成面同士を重ね合わせて焼成することを特徴とする力学量センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力、圧力、トルク、速度、加速度、位置、変位、衝撃力、重量質量、真空度、回転力、振動、騒音等の力学的な変化量を測定する力学量センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、力、圧力、トルク、速度、加速度、位置、変位、衝撃力、重量質量、真空度、回転力、振動、騒音等の力学的な変化量を計測する手段として、力学的な変化量を歪み（応力）を介して計測する力学量センサ素子が広く利用されている。この力学量センサ素子としては、一般に圧力抵抗効果材料を利用して構成されたものが用いられてきた。
【０００３】
圧力抵抗効果とは、材料に圧縮応力、引っ張り応力、剪断応力、静水圧応力等が加わった際に、材料の電気抵抗が変化する現象のことである。
力学量センサ素子は、このような材料よりなる抵抗ペーストを金属やジルコニア等の起歪体に焼き付けることによって得られる。このような力学量センサ素子においては、起歪体に外部から力学量を加えることにより、感圧体の電気抵抗を変動させ、この電気抵抗の変動を検出することにより力学量を測定する（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
しかしながら、上記の従来の力学量センサ素子においては、起歪体の歪を測定して、これを応力に換算していたため、力学量の計測値が起歪体の形状に依存してしまうという問題があった。
また、力学量が小さい場合はともかく、力学量として大きな応力の測定に供した場合には、感圧体に対する荷重の加わり具合のバランスが悪く、高感度な力学量の測定が難しいという問題があった。
さらに、上記の従来の力学量センサ素子においては、金属やジルコニア等からなる起歪体が温度変化によって若干歪むおそれがあり、そのため、外部からの力学量を精密に測定することが困難であった。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０４２００号公報
【特許文献２】特開平１０−２５３３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高感度かつ高精度に力学量を測定できる力学量センサ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、応力の印加によって電気的特性が変化する感圧体と、該感圧体の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体とを有する積層体よりなり、積層方向に上記絶縁体に加えられた応力を上記感圧体が直接受けることができるよう構成されており、
上記感圧体は、ガラスよりなるマトリックスの中に導電性を有する導電性粒子を分散してなり、
上記導電性粒子は、酸化ルテニウム、又はルテニウム酸鉛、あるいはこれらの組み合わせよりなり、該導電性粒子は、上記マトリックス１００重量部に対して、１０〜５０重量部の割合で分散されており、
上記感圧体の厚みは、１μｍ〜２００μｍであり、
上記絶縁体は、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｉＯ2、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｌａ2Ｏ3又はＳｉ3Ｎ4よりなることを特徴とする力学量センサ素子にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の力学量センサ素子において、上記絶縁体は、上記感圧体の対向する２つの表面に、上記感圧体を挟み込むように形成されている。そのため、上記感圧体は、外部から上記絶縁体に加えられた応力を直接受けることができる。それ故、上記感圧体に対する力学量のかかり具合を平均化することができ、正確な力学量の測定ができる。また、力学量として大きな応力の測定に供した場合でも、力学量を精密に測定できる。
したがって、本発明の力学量センサ素子においては、従来の起歪体を用いる素子に比べて、その感度を格段に向上させることができる。
【０００９】
また、上記感圧体は、ガラスよりなるマトリックスに、導電性を有する導電性粒子を分散してなる。このような感圧体は、従来の圧力抵抗材料を利用した場合よりも、応力に対する抵抗変化率が大きい。即ち、上記感圧体においては、該感圧体に力学量が加えられると、その電気抵抗が感度良く変化する。そのため、上記力学量センサ素子においては、この電気抵抗の変化を検出することにより、上記絶縁体から上記感圧体に伝えられた力学量を感度良く測定することができる。
【００１０】
このように、上記感圧体において、その電気抵抗が感度良く変化する理由としては、例えば以下のように理由が考えられる。
即ち、本発明において、上記感圧体は、ガラスよりなるマトリックスに上記導電性粒子を分散させてなっている。そして、このような構成の上記感圧体には、トンネル電流が生じやすいと考えられる。したがって、上記力学量センサ素子においては、上記感圧体に力学量が加わるとトンネル効果が起こると推察される。このように上記感圧体はトンネル効果を利用できるため、上記感圧体に加えられた力学量の大きさに応じて、感度良くその電気抵抗を変化できるものと推察される。
【００１１】
また、上記感圧体は、マトリックスとしてガラスを有している。そして、ガラスは、従来起歪体として用いられていた金属やジルコニア等に比べてヤング率が１／３程度と小さい。そのため、上記感圧体は、上記絶縁体に印加された応力を上記感圧体全体に精密に反映させることができる。
【００１２】
また、本発明の力学量センサ素子は、上記のごとく、ガラスのマトリックスに導電性を有する導電性粒子を分散させてなる上記感圧体を有しているため、温度による影響を受けにくい。したがって、上記力学量センサ素子は、高温及び低温環境下でも常温環境下と変わらず、力学量を精密に測定することができる。
また、本発明において、上記絶縁体は、上記感圧体を挟み込むように該感圧体と一体的に形成されている。そのため、上記力学量センサ素子においては、上記感圧体に対する絶縁性を確実に確保することができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、高感度かつ高精度に力学量を測定できる力学量センサ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の力学量センサ素子（請求項１）において、上記導電性粒子は、上記ガラスよりなるマトリックス中に、ほぼ均一に分散されていることが好ましい。導電性粒子の分散にバラツキが大きい場合には、上記感圧体内の電気抵抗の変化にバラツキが生じ、上記力学量センサ素子の精密性が低下するおそれがある。
上記ガラスとしては、例えばホウケイ酸鉛ガラス等を用いることができる。
【００１５】
また、上記導電性粒子としては、例えば酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）やルテニウム酸鉛等よりなるものを用いる。これらは１種類を用いることもできるし、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
好ましくは、上記導電性粒子は、ＲｕＯ2よりなる。この場合には、上記力学量センサ素子の感度をより一層向上させることができる。
【００１６】
また、上記感圧体において、上記導電性粒子は、上記マトリックス１００重量部に対して、１０〜５０重量部の割合で分散されている。
上記導電性粒子が１０重量部未満の場合には、粒子同士の接触が少なくなり、上記感圧体の抵抗値が非常に大きくなり、上記力学量センサ素子の感度が低下するおそれがある。一方、５０重量部を越える場合には、上記マトリックス中に分散された上記導電性粒子の多くが互いに接触し、その結果、上記感圧体の抵抗値が非常に小さくなり、印加された荷重に対する抵抗変化率が小さくなるおそれがある。そのため、上記力学量センサ素子における精密な力学量の測定が困難になるおそれがある。
【００１７】
また、上記絶縁体としては、例えばＺｒＯ2（ジルコニア）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｉＯ2、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4等よりなるものを用いることができ、また、これらによって表面が被覆され、電気的に絶縁状態となった金属等を用いることもできる。
【００１８】
また、上記力学量センサ素子において、上記感圧体は、ドクターブレード、押出成形、印刷（スクリーン印刷、転写等）等の各プロセスを利用して作製することができる。
具体的には、上記感圧体は、例えば、ガラスよりなるマトリックスに、ＲｕＯ2粒子、及び必要に応じて添加される発泡剤若しくは補強材等を分散してなる複合材料に、適当な有機バインダーや溶剤を加えて、ペースト状にして、これを成形し、焼結して作製することができる。上記有機バインダーとしては、例えばセルロース系樹脂やアクリル系樹脂等を用いることができ、また、上記溶剤としては、例えば、テルピネオールや、ブチルカルビトールアセテート等を用いることができる。
また、上記有機バインダーや溶剤は、加熱昇温により乾燥・脱脂される際に、上記感圧体中に後述の気孔を生成することができる。即ち、上記有機バインダーや溶剤は、気孔形成剤としての役割を果たすことができる。また、上記発泡剤としては、例えばアボジカルボンアミド等の有機発泡剤や、無機発泡剤を添加することができる。
【００１９】
また、上記絶縁体は、ドクターブレード、押出成形等の各プロセスを利用して作製することができる。
上記感圧体と上記絶縁体を同じプロセスで作製することもできるし、異なるプロセスで作製することもできる。
【００２０】
また、上記感圧体と上記絶縁体は一体的に形成されており、これらは焼結により一体化されていることが好ましい。
感圧体と絶縁体とを一体で焼結した素子は、絶縁体を別途加工する工程、及び感圧体と絶縁体とを接着する工程を省くことができるため、素子の製造コストを安価にすることができる。また、上記力学量センサ素子の強度を向上させることができる。
【００２１】
また、上記感圧体と上記絶縁体とは、接着剤により接合することもできる。
これにより、上記感圧体と上記絶縁体とが焼結によりうまく一体化できない場合等にも、容易に両者の一体化を実現することができる。
上記接着剤としては、例えば有機系及び無機系の接着剤、又は低融点ガラスよりなるもの等を用いることができる。
【００２２】
また、上記感圧体の厚みは、１μｍ〜２００μｍである。
感圧体の厚みが１μｍ未満の場合には、上記感圧体の抵抗値が非常に大きくなり、その応力に対する抵抗変化が小さくなるおそれがある。一方、２００μｍを越える場合には、上記感圧体の抵抗が非常に小さくなり、この場合にも感圧体の応力に対する抵抗変化が小さくなるおそれがある。
【００２３】
また、上記感圧体には、一対の電極が配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記感圧体に外部から電極を接続する必要がなくなり、上記力学量センサ素子をそのまま計測システム等に組み込むことができる。
【００２４】
また、上記感圧体には、略球状の気孔が形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記感圧体の見掛けのヤング率が低下するため、応力の印加による歪量が増加し、上記力学量センサ素子の感度をより向上させることができる。
上記気孔（ポア）は、上述のごとく上記感圧体を焼成により作製する際において、該焼成（加熱処理）により自ずと形成させることができる。また、上記感圧体の原料に有機物あるいは無機物の発泡剤を添加し、焼結時に発泡させることにより、気孔を形成させることもできる。
また、上記感圧体を焼結により作製する際には、加熱昇温時に上記感圧体の原料に含まれるガラスが溶融してガラスからなるマトリックスを形成する。この溶融したガラス中では気孔の形状は、略球状になり易い。上記気孔の形状は、より球状に近いことが好ましい。球状に近いほど感圧体における部分的な応力集中を低減することができ、その結果力学量センサ素子の破壊や破損を防止することができるからである。
【００２５】
また、上記感圧体に含まれる上記気孔の直径は、上記感圧体の厚みの９０％以下であることが好ましく、また、上記気孔の含有量（ｖｏｌ％）は、上記感圧体の５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
気孔の直径が感圧体の厚みの９０％を超える場合には、上記気孔の球形状が保たれ難くなり、応力集中が起こりやすくなる。そのためこの場合には、上記力学量センサ素子が破壊されやすくなるおそれがある。
また、気孔の含有量が感圧体の５０体積％を超える場合には、上記力学量センサ素子の強度が低下して破壊されやすくなるおそれがある。
【００２６】
また、上記感圧体において、ガラスよりなる上記マトリックスには、略球状、塊状、鱗片状、板状あるいは繊維状等の補強材を添加することもできる。
この場合には、上記力学量センサ素子の印加応力に対する耐久性をより向上させることができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、図１〜図７を用いて説明する。本例においては、本発明にかかる力学量センサ素子を作製し、その特性を評価する。
図１に示すごとく、本例の力学量センサは、応力Ｆの印加によって電気的特性が変化する感圧体２と、該感圧体２の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体３とを有してなる。感圧体２は、ガラスよりなるマトリックスにＲｕＯ2よりなる導電性粒子を分散してなる。
【００２８】
本例において、絶縁体３はジルコニアよりなり、この絶縁体３は、感圧体２を挟み込むように形成されている。また、感圧体２と絶縁体３とは、焼成により一体的に形成されている。また、感圧体２には一対の電極４が配設されている。
【００２９】
次に、本例の力学量センサ素子１の作製方法につき、説明する。
まず、絶縁体３として、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１．５ｍｍのジルコニア板（東ソー株式会社製）を２枚準備し、また、感圧体２の材料として、粒径０．２〜５μｍのＲｕＯ2の粒子とガラスとを含有する抵抗ペースト（ＥＳＬ社製の３４１４Ａ）を準備した。
【００３０】
この抵抗ペーストをジルコニア板の片面にスクリーン印刷し、温度８５０℃にて２０分間保持して焼き付けた。同様に、もう一枚のジルコニア板の片面にも、抵抗ペーストを焼き付けた。この焼き付けにより、抵抗ペーストからバインダーや有機溶剤を蒸発させ、ジルコニア板の表面に、電気絶縁性材料（ガラス）のマトリックスに導電性材料（ＲｕＯ2）よりなる導電性粒子が分散された感圧体を形成させた。なお、感圧体の厚みは２０μｍであった。
【００３１】
次いで、上記のように表面に感圧体を形成した２枚のジルコニア板を、その感圧体を形成した面同士で重ね合わせ、温度６５０℃にて４０分間焼成した。これにより、２枚のジルコニア板は一体化した。焼成後、５ｍｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍの大きさに加工し、図１に示すごとく、感圧体２が絶縁体３（ジルコニア板）に挟まれたサンドイッチ構造の力学量センサ素子１を得た。
【００３２】
次いで、銀ペースト（昭栄化学工業株式会社製）を準備し、この銀ペーストを、力学量センサ素子１における感圧体２が露出した一対の側面に塗布し、温度８５０℃にて１０分間加熱した。これにより、感圧体１５に銀ペーストが焼き付けられ、感圧体２を挟む一対の電極４を形成した。
このようにして得られた力学量センサ素子１を試料Ｅ１とした。
【００３３】
次に、上記のようにして得られた試料Ｅ１の特性を評価する。
具体的には、試料Ｅ１ついて、応力を加えたときの抵抗変化率（荷重特性）、及び温度を変えたときの抵抗変化率（温度特性）を以下のようにして調べた。
【００３４】
「荷重特性」
図１に示すごとく、力学量センサ素子１（試料Ｅ１）に応力Ｆを積層方向にかけ、このときの試料Ｅ１の電気抵抗を測定した。力学量センサ素子１への応力Ｆの印加にあたっては、０ＭＰａから２１７ＭＰａまでその大きさを徐々に大きくしながら印加し、２１７ＭＰａまで達した後は、０ＭＰａまでその大きさを徐々に小さくしながら印加した。このとき、応力を加えていないときの電気抵抗に対する、応力印加時の電気抵抗の変化の割合（抵抗変化率）を算出し、その結果を図２に示した。なお、図２において、横軸は印加した応力（ＭＰａ）を示し、縦軸は抵抗変化率（％）を示す。
【００３５】
「温度特性」
力学量センサ素子（試料Ｅ１）を恒温槽に入れ、この恒温槽中で、試料Ｅ１の温度を２５℃から１５０℃まで上昇させ、次いで−８０℃まで下降させた。この間、各温度における試料Ｅ１の電気抵抗を測定し、温度２５℃における電気抵抗に対する、各温度における電気抵抗の変化の割合（抵抗変化率）を算出した。その結果を図３に示す。なお、図３において、横軸は温度（℃）を示し、縦軸は抵抗変化率（％）を示す。
【００３６】
次に、本発明の実施例にかかる力学量センサ素子（試料Ｅ１）の優れた特性を明らかにするために、比較用の力学量センサとして、試料Ｃ１及び試料Ｃ２を準備した。
まず、上記試料Ｅ１と同様の感圧体を起歪体の側面に形成した力学量センサ素子（試料Ｃ１）について説明する。
図４及び図５に示すごとく、試料Ｃ１の力学量センサ素子５は、ＺｒＯ2よりなる起歪体７と、ガラスマトリックスにＲｕＯ2粒子が分散されてなる感圧体６とからなる。感圧体６は、試料Ｅ１と同様のものであり、起歪体７の４つの側面にそれぞれ形成されている。また、各感圧体６の端部には、一対の電極５９がそれぞれ形成されている。
【００３７】
次に、試料Ｃ１の力学量センサ素子５の作製方法につき説明する。
まず、起歪体７として、ＺｒＯ2よりなるセラミックスを準備した。この起歪体７は、試料Ｅ１の作製に用いたものと同様のジルコニア板を４ｍｍ×４ｍｍ×５ｍｍの大きさに加工することにより作製した。また、感圧体６の材料として、ＲｕＯ2の粒子とガラスとを含有する抵抗ペーストを準備した。この抵抗ペーストは、上記試料Ｅ１の作製に用いたものと同様のものである。
【００３８】
次いで、スクリーン印刷により、起歪体７の４つの側面に抵抗ペーストを約１０μｍの厚みでそれぞれ印刷し、１００℃で乾燥後、電気炉中で温度８５０℃にて１０分間保持して焼き付けた。これにより、抵抗ペーストからバインダーや有機溶剤が蒸発し、上記試料Ｅ１と同様の感圧体６を形成した。
【００３９】
次いで、試料Ｅ１の作製に用いたものと同様の銀ペーストを準備し、この銀ペーストを、起歪体７に形成された感圧体６における一対の端部にそれぞれ塗布した。銀ペーストの感圧体６への塗布は、起歪体７の側面に形成された４つの感圧体６に対してそれぞれおこなった。続いて、温度８５０℃にて１０分間加熱することにより、感圧体６に銀ペーストを焼き付け、各感圧体６を挟む一対の電極５９を形成した。
このようにして得られた力学量センサ素子５を試料Ｃ１とした。
【００４０】
次に、上記のようにして得られた力学量センサ素子（試料Ｃ１）の特性を評価する。
具体的には、上記試料Ｅ１の場合と同様に、応力を加えたときの抵抗変化率（荷重特性）、及び温度を変えたときの抵抗変化率（温度特性）を以下のようにして調べた。
【００４１】
「荷重特性」
図４及び図５示すごとく、力学量センサ素子５（試料Ｃ１）における感圧体６を形成していない上面５５に、応力Ｆを垂直にかけ、このときの試料Ｃ１の電気抵抗を測定した。力学量センサ素子５（試料Ｃ１）への応力Ｆの印加にあたっては、０ＭＰａから１７０ＭＰａまでその大きさを徐々に大きくしながら印加し、１７０ＭＰａまで達した後は、０ＭＰａまでその大きさを徐々に小さくしながら印加した。このとき、応力を加えていないときの電気抵抗に対する、応力印加時の電気抵抗の変化の割合（抵抗変化率）を算出し、その結果を図６に示した。
また、図４及び図５に示すごとく、試料Ｃ１の力学量センサ素子５においては、起歪体７の４つの面に感圧体６が形成されている。そのため、抵抗変化率の算出に当たっては、まず、これら４つの感圧体６の電気抵抗変化率をそれぞれ算出し、さらにこれらの平均値を求めることによって行った。
なお、図６において、横軸は試料Ｃ１に印加した応力（ＭＰａ）を示し、縦軸は、抵抗変化率（％）を示す。また、図６においては、起歪体の４つの側面に形成した各感圧体の抵抗変化率をそれぞれ４種類の点線で示し、これらの平均を実線で表してある。
【００４２】
「温度特性」
力学量センサ素子（試料Ｃ１）を恒温槽に入れ、この恒温槽中で、上記の試料Ｅ１の場合と同様に、試料Ｃ１の温度を２５℃から１５０℃まで上昇させ、次いで−８０℃まで下降させた。この間、各温度における試料Ｃ１の電気抵抗を測定し、温度２５℃における電気抵抗に対する、各温度における電気抵抗の変化の割合（抵抗変化率）を算出した。その結果を上記試料Ｅ１の結果と併せて図３に示す。
【００４３】
次に、比較用の試料Ｃ２について説明する。
図７に示すごとく、試料Ｃ２の力学量センサ素子８は、試料Ｅ１と同様に、応力Ｆの印加によって電気的特性が変化する感圧体８５と、該感圧体８５の対向する２つの表面に、それぞれ一体的に形成された電気絶縁性の絶縁体９とを有している。試料Ｃ２においては、感圧体８５は、セラミックスとＬＳＭＯ系の圧力抵抗効果材料とからなっている。具体的には、圧力抵抗効果を有するＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3と、セラミックスとしての１２ｗｔ％のＣｅＯ2を添加したＺｒＯ2とよりなる。
また、絶縁体９は、１２ｗｔ％ＣｅＯ2添加ＺｒＯ2セラミックスよりなる。
【００４４】
次に、上記試料Ｃ２の力学量センサ素子８の作製方法につき、説明する。
まず、感圧体８５の材料として、圧力抵抗効果材料であるＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3とセラミックスである１２ｗｔ％ＣｅＯ2添加ＺｒＯ2とを分散混合したものを準備した。１２ｗｔ％ＣｅＯ2添加ＺｒＯ2とＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3との混合割合は７：３である。
上記粉末をボールミルで４時間混合、粉砕し、その後乾燥して、混合粉を得た。この混合粉と樹脂バインダー、水、分散剤とをボールミル又は強制撹拌混合機で混合し、スラリーを調整した。その後、ドクターブレード法により厚さ１００μｍの感圧体用シートを成形した。
【００４５】
絶縁体用の材料として、１２ｗｔ％ＣｅＯ2添加ＺｒＯ2を準備した。
上記と同様に１２ｗｔ％ＣｅＯ2添加ＺｒＯ2と樹脂バインダー、水、分散剤とをボールミル又は強制撹拌混合機で混合した後、ドクターブレード法で厚さ１００μｍの絶縁体用シートを成形した。
【００４６】
感圧体用シート及び絶縁体用シートを４０ｍｍ×４０ｍｍに切断し、感圧体用シート２枚の両面に絶縁体用シートを片側１５枚ずつ重ね合わせ、合計３２枚のシート積層体を得た。この積層体をホットプレスにより各シートを熱圧着した。
次いで、圧着体を脱脂炉で樹脂バインダーを分解除去した。そして、ＣＩＰ（冷間上水圧プレス）した後、焼結炉にて、１４００℃、４時間の条件で焼結した。これにより感圧体と絶縁体とが一体的に焼結された。得られた焼結体を素子形状（５ｍｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍ）に切断加工した。
さらに、上記感圧体の側面（絶縁体が存在しない面）に対し銀ペーストを焼き付けて電極を形成し、図７に示す力学量センサ素子８（試料Ｃ２）を得た。
【００４７】
次に、上記のようにして得られた試料Ｃ２について、その荷重特性及び温度特性を調べた。荷重特性及び温度特性は、上記試料Ｅ１と同様の方法により測定した。
その結果を上記試料Ｅ１の結果と併せて図２及び図３に示す。
【００４８】
次に、上記試料Ｅ１、試料Ｃ１及び試料Ｃ２の力学量センサ素子としての特性について図２、図３及び図６を用いて説明する。
図２より知られるごとく、試料Ｅ１の力学量センサ素子においては、応力を２１７ＭＰａ印加したときの抵抗変化率は約−８．４９％であった。これに対し、同図より知られるごとく、試料Ｃ２の抵抗変化率は、試料Ｅ１と同様の条件で、−２．１％であった。このことから、試料Ｅ１は、試料Ｃ２に比べて、４倍以上の感度で応力等の力学量を検出できることがわかる。
【００４９】
また、図６より知られるごとく、試料Ｃ１においては、応力を１７０ＭＰａ印加したときの抵抗変化率（但し、４つの感圧体の抵抗変化率の平均）は−０．５５％であった。試料Ｅ１と試料Ｃ１の荷重特性の結果（図２及び図６）において、同じ大きさの応力、例えば１５０ＭＰａの応力を加えたときの抵抗変化率を比較すると、試料Ｅ１においては、抵抗変化率は約−６％であるのに対し、試料Ｃ１においては、抵抗変化率（但し、４つの感圧体の抵抗変化率の平均）は−０．４６％であった。このことから、試料Ｅ１は、試料Ｃ１に比べて、２０倍以上の感度で応力等の力学量を検出できることがわかる。
【００５０】
また、図４及び図５に示すごとく、試料Ｃ１の力学量センサ素子５においては、起歪体７に応力Ｆを印加し、その側面に形成された感圧体６が起歪体７の歪を検出することにより起歪体７に加えられた応力Ｆを測定する構成をとっている。
このとき、起歪体７に加えられた応力Ｆは、起歪体７の各側面に若干のバラツキをもって伝えられ、図６のごとく、起歪体７の各側面にて検出される応力にもバラツキが生じる。そのため、このような構成の力学量センサ素子を用いる際には、試料Ｃ１のように起歪体７の各側面に複数の感圧体６を形成し、その平均値を算出する必要がある。
一方、図１に示すごとく、試料Ｅ１の力学量センサ素子１においては、絶縁体３に印加された応力Ｆは、感圧体２に直接加えられる。そのため、試料Ｃ１のように複数の感圧体を形成する必要がなく、また、バラツキが発生することもない。そのため、より精密な測定を行うことができる。
【００５１】
また、図６より知られるごとく、試料Ｃ１においては、起歪体の側面に形成した各感圧体の応力に対する抵抗変化率の直線性が低い。また、応力を０ＭＰａから１７０ＭＰａまで徐々に大きくしながら印加したときの抵抗変化率と、応力を１７０ＭＰａから０ＭＰａまで徐々に小さくしながら印加したときの抵抗変化率との間にはズレが生じていた。
試料Ｃ１において、起歪体の側面に形成した各感圧体の抵抗変化率の平均（図６中の実線であらわされるもの）は、比較的直線性を有しているが、その非直線性（Ｎ．Ｌ）は、２．０％Ｆ．Ｓであり、ヒステリシスは、−０．１３％Ｆ．Ｓであった。なお、「Ｆ．Ｓ」は、フルスケールを表す。
【００５２】
また、図２より知られるごとく、試料Ｃ２においても、応力に対する抵抗変化率の直線性は非常に悪く、その非直線性（Ｎ．Ｌ．）は、７．２２％Ｆ．Ｓであり、ヒステリシスは、６．５％Ｆ．Ｓであった。
これに対し、試料Ｅ１においては、図２に示すごとく、応力に対する抵抗変化率の直線性に優れ、その非直線性（Ｎ．Ｌ）は、１．４％Ｆ．Ｓであり、ヒステリシスは、−０．０１％Ｆ．Ｓであった。
以上のことから、上記試料Ｅ１の力学量センサ素子は、試料Ｃ１や試料Ｃ２に比べて応力に対する感度が優れ、精密に応力等の力学量を測定できることがわかる。
【００５３】
また、図３より知られるごとく、試料Ｅ１は、試料Ｃ１や試料Ｃ２に比べて、抵抗変化率の温度依存性が非常に小さい。
即ち、同図より知られるごとく、試料Ｃ１は、その抵抗変化率の温度依存率が試料Ｅ１に比べて約３倍になっていた。また、試料Ｃ２においては、高温状態及び低温状態になると、抵抗変化率が著しく低下している。したがって、試料Ｃ１及び試料Ｃ２においては、その感度が温度変化によって大きく変化してしまうことがわかる。
これに対し、試料Ｅ１においては、試料Ｃ１や試料Ｃ２に比べて、その抵抗変化率の温度による影響が非常に少ない。
このことから、試料Ｅ１は、異なる温度環境下においても精密な力学量の測定を行うことができるものであることがわかる。
【００５４】
以上のごとく、本例によれば、高感度かつ高精度に力学量を測定できる力学量センサ素子（試料Ｅ１）を提供できることがわかる。
【００５５】
（実施例２）
本例は、上記試料Ｅ１と同様の力学量センサ素子を実施例１とは異なる方法で作製した例である。
即ち、まず、絶縁体として実施例１の試料Ｅ１と同様の２枚のジルコニア板を準備すると共に、感圧体の材料として試料Ｅ１と同様の抵抗ペーストを準備した。
【００５６】
この抵抗ペーストを２枚のジルコニア板の片面に、スクリーン印刷により約１０μｍの厚みでそれぞれ印刷し、温度１００℃にて乾燥させた。
続いて、これら２枚のジルコニア板を、抵抗ペーストを印刷した面同士で重ね合わせ、温度８５０℃にて２０分間焼成した。この焼成により、抵抗ペーストからバインダーや有機溶剤が蒸発し、２枚のジルコニア板（絶縁体）の間に感圧体が形成すると共に、絶縁体と感圧体が一体化し、感圧体が絶縁体に挟まれたサンドイッチ構造の力学量センサ素子を得た。
【００５７】
次いで、実施例１と同様の銀ペーストを準備し、これを力学量センサ素子における感圧体が露出した一対の側面に塗布し、温度８５０℃にて１０分間加熱した。これにより、感圧体に銀ペーストが焼き付けられ、感圧体を挟む一対の電極を形成した。
このようにして得られた力学量センサ素子は、実施例１にて作製した試料Ｅ１と同様のものであり、本例では明確に示していないが、試料Ｅ１と同様に、温度に対する依存性が小さく、高精度に力学量を測定できるものであった。
【００５８】
本例の力学量センサ素子の作製方法においては、実施例１に比べて、焼成工程を少なくすることができる。そのため、簡単かつ抵抗コストで、試料Ｅ１と同様の力学量センサ素子を作製することができる。
【００５９】
（実施例３）
本例は、実施例１及び実施例２とさらに異なる方法で、力学量センサ素子を作製した例である。
即ち、まず実施例１及び実施例２と同様の２枚のジルコニア板及び抵抗ペーストを準備した。
【００６０】
次いで、一方のジルコニア板の片面に、スクリーン印刷により約１０μｍの厚みで抵抗ペーストを印刷し、温度１００℃にて乾燥させた。続いて、このジルコニアの抵抗ペーストを印刷した面に、印刷を施していないもう一方のジルコニア板を重ね合わせ、温度８５０℃にて２０分間焼成した。この焼成により、抵抗ペーストからバインダーや有機溶剤が蒸発し、２枚のジルコニア板（絶縁体）の間に感圧体が形成すると共に、絶縁体と感圧体が一体化し、感圧体が絶縁体に挟まれたサンドイッチ構造の力学量センサ素子を得た。
【００６１】
このようにして得られた力学量センサ素子は、感圧体の厚みが約１０μｍとなる点を除いては、実施例１の試料Ｅ１と同様のものであり、本例では明確に示していないが、試料Ｅ１と同様に、温度に対する依存性が小さく、高精度に力学量を測定できるものであった。
【００６２】
本例の力学量センサ素子の作製方法においては、実施例１及び実施例２とは異なり、絶縁体として用いる２枚のジルコニア板のうち、一方のジルコニア板にのみに抵抗ペーストを印刷している。そのため、実施例１や実施例２よりもさらに簡単かつ低コストで力学量センサ素子を作製することができる。
【００６３】
（実施例４）
本例は、有機発泡剤を均一に添加した抵抗ペーストを用いて力学量センサ素子を作製した例である。
即ち、まず、絶縁体として実施例１の試料Ｅ１と同様の２枚のジルコニア板を準備すると共に、感圧体の材料として実施例１と同様の抵抗ペーストを準備した。
【００６４】
次いで、この抵抗ペースト１００重量部に対して、平均粒径６〜７μｍの球状のアゾジカルボンアミド粒子からなる粉末を０．０２重量部混合し、その後、この抵抗ペーストを２枚のジルコニア板の片面に、スクリーン印刷により約１０μｍの厚みでそれぞれ印刷し、温度１００℃で乾燥させた。
【００６５】
続いて、これら２枚のジルコニア板を、抵抗ペーストを印刷した面同士で重ね合わせ、温度８５０℃にて２０分間焼成した。この焼成における加熱昇温の課程で、抵抗ペーストからバインダーや有機溶剤が蒸発すると共に有機発泡剤が分解気化する。その結果、２枚のジルコニア板（絶縁体）の間に、多数の気孔を内部に有する感圧体が形成されると共に、絶縁体と感圧体が一体化する。このようにして、気孔を含有する感圧体が絶縁体に挟まれたサンドイッチ構造の力学量センサ素子を得た。
【００６６】
次いで、実施例１と同様の銀ペーストを準備し、実施例１と同様にして、これを力学量センサ素子における感圧体が露出した一対の側面に塗布し、温度８５０℃にて１０分間加熱した。これにより、感圧体に銀ペーストが焼き付けられ、感圧体を挟む一対の電極を形成した。このようにして得られた力学量センサ素子を試料Ｅ２とした。
【００６７】
試料Ｅ２は、発泡剤を含有させた抵抗ペーストを用いて感圧体を形成した点を除いては、実施例１にて作製した上記試料Ｅ１と同様のものである。
この試料Ｅ２について、上記試料Ｅ１と同様にして、その荷重特性を調べたところ、２１７ＭＰａの応力を印加したときにおける抵抗変化率は、−９．４０％であった。即ち、試料Ｅ２の抵抗変化率は、上記試料Ｅ１に比べて、さらに約１０．７％感度が向上していた。また、試料Ｅ２においては、応力に対する抵抗変化率の直線性に優れ、その非直線性（Ｎ．Ｌ）は１．５％Ｆ．Ｓであり、ヒステリシスは−０．０１％Ｆ．Ｓであった。
したがって、試料Ｅ２は、より高精度に力学量を測定できるものであることがわかる。また、本例では明確に示していないが、上記試料Ｅ１と同様にして温度特性を調べたところ、試料Ｅ２は、試料Ｅ１と同様に、温度に対する依存性が小さいものであった。
【００６８】
また、荷重特性及び温度特性を測定した後に、上記試料Ｅ２を中央部分で切断し、その断面を走査電子顕微鏡で観察した。
その結果、厚み約１８μｍの感圧体の内部に、直径８〜１６μｍの大きさのほぼ球形の気孔が多数観察された。また、幅５ｍｍの素子の感圧体において、そのうちの任意の幅約１ｍｍの部分に存在する気孔の数を数えたところ、約３０個の気孔が存在していた。また、切断面あるいは素子の外観に亀裂等の欠陥は観察されなかった。
【００６９】
このように、本例においては、有機発泡剤を用いて感圧体に球状の気孔を積極的に導入させた力学量センサ素子（試料Ｅ２）を作製した。本例によれば、この力学量センサ素子は、感度に優れ、また強度にも優れたものであることがわかる。
また、本例においては、上述のごとく、有機発泡剤を用いて、感圧体に積極的に気孔を導入させたが、例えば実施例１にて作製した上記試料Ｅ１のように発泡剤を用いずに作製した力学量センサ素子においても、抵抗ペーストに含まれる有機バインダーや溶剤が加熱昇温（焼結）時に消失すること等により球状の気孔が形成される場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１にかかる、力学量センサ素子の構成を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｅ１及び試料Ｃ２）に加えられた応力と感圧体における抵抗変化率との関係を示す線図。
【図３】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｅ１、試料Ｃ１、試料Ｃ２）の温度と感圧体における抵抗変化率との関係を示す線図。
【図４】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｃ１）の構成を示す側面図。
【図５】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｃ１）の構成を示す上面図。
【図６】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｃ１）に加えられた応力と感圧体における抵抗変化率との関係を示す線図。
【図７】実施例１にかかる、力学量センサ素子（試料Ｃ２）の構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００７１】
１  力学量センサ素子
２  感圧体
３  絶縁体
４  電極
【図１】
0004776902.tif 000002
【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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【図７】
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