(57)【要約】【課題】  複数の三次元体を確実に高精度でかつ容易に電気的に互いに接続することができるようにする。【解決手段】  三次元体１０同士を接合面にて対向状態で電気的に接続するための接続構造であり、三次元体１０のうちの機能素子形成面２２に歪みゲージ３０と電気的に接続された配線パターン４０が形成され、この配線パターン４０が、機能素子形成面２２と隣接する関係にある接合面としての配線面２３とで形成される稜線部２１まで導かれて第１ランド４２が形成されるとともに、配線面２３の、第１ランド４２と対応する位置に稜線部２１から所定寸法分だけ延設された第２ランド４３が形成されてなり、かつ第１および第２ランド４２，４３に亘って両ランド４２，４３と密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する導電接続パッド５０が架橋されている。【選択図】  図１
2005062170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体を有し適所に電気的機能素子を備えた少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体と同他の三次元体とを互いに接合する接合面にて対向状態で電気的に接続する三次元体の電気的接続構造であって、前記三次元体のうちの第１の面に前記電気的機能素子と電気的に接続された導電性の配線パターンが形成され、この配線パターンが、前記第１の面と隣接する関係にある前記接合面としての第２の面とで形成される稜線まで導かれて第１のランドが形成されてなるとともに、前記第２の面の、前記第１のランドと対応する位置に前記稜線から所定寸法分だけ延設された第２のランドが形成されてなり、かつ第１および第２のランドに亘って両ランドと密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する接続層が架橋されていることを特徴とする三次元体の電気的接続構造。
【請求項２】
前記第１の面に隣接する前記第２の面を除く他の３つの面の少なくとも１つの面である第３の面に、前記第１のランドに相当する第３のランドが形成され、前記第１の面に前記第２のランドに相当する第４のランドが形成され、前記第３および第４のランドに亘って前記接続層と同一の材料からなる接続層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項３】
前記接続層は、厚み寸法が少なくとも前記電気的機能素子の厚み寸法より厚く寸法設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項４】
前記配線パターンは、アルミニウム、ニッケルおよび銅のいずれかによって形成され、前記接続層は、金またはインジウム−錫合金によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項５】
前記三次元体の各面には、絶縁材料からなる保護層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項６】
前記保護層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素によって形成されていることを特徴とする請求項５記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項７】
前記接続層には、導電性接着剤層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項８】
前記接続層の表面には、導電性接着剤を内包する微粒子状の接着剤保持球体が転写または印刷されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項９】
前記接着剤保持球体は、加圧または振動付与により破砕するものであることを特徴とする請求項８記載の三次元体の電気的接続構造。
【請求項１０】
略直方体を有し適所に電気的機能素子を備えた少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体と同他の三次元体とを互いに接合する接合面にて対向状態で電気的に接続する三次元体の電気的接続構造であって、前記三次元体のうちの第１の面に前記電気的機能素子と電気的に接続された導電性の配線パターンが形成され、この配線パターンが、前記第１の面と隣接する関係にある前記接合面としての第２の面とで形成される稜線まで導かれて第１のランドが形成されてなるとともに、前記第２の面の、前記第１のランドと対応する位置に前記稜線から所定寸法分だけ延設された第２のランドが形成されてなり、かつ第１および第２のランドに亘って両ランドと密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する接続層が架橋され、この接続層の表面には、導電性接着剤を内包する微粒子状の接着剤保持球体が転写または印刷され、この接着剤保持球体は、加圧または振動付与により破砕するものであることを特徴とする三次元体の電気的接続構造。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気的接続構造を用いて複数の前記三次元体を集積することにより得られる集積体であって、
前記一の三次元体の接続層に他の三次元体の接続層が当接されて互いに圧着されることにより複数の三次元体が少なくとも二次元方向に集積されて形成していることを特徴とする三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【請求項１２】
前記一の三次元体の接続層と、他の三次元体の接続層との間に導電性接着剤層が介設されていることを特徴とする請求項１１記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【請求項１３】
前記導電性接着剤層は、微粒子状の接着剤保持球体に内包されたものであり、この接着剤保持球体が接続層に転写または印刷された状態で加圧または振動付与による破砕によって得られたものであることを特徴とする請求項１２記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【請求項１４】
互いに接合された前記一の三次元体と他の三次元体との間に絶縁材が充填されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【請求項１５】
前記電気的機能素子は、所定の構造体に作用する応力または歪みを検出する応力検出素子であり、前記絶縁材は、前記三次元体と同等の機械的強度を有するものであることを特徴とする請求項１４記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【請求項１６】
前記電気的機能素子は、所定の構造体に作用する応力または歪みを検出する応力検出素子であり、前記絶縁材は、前記所定の構造体に作用する応力を伝達し得る剛性を備えたものであることを特徴とする請求項１４記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直方体状を呈し、かつ、適所に歪みゲージで代表される応力検出素子や各種の集積回路などの電気的機能素子が付設されてなる三次元体の電気的接続構造およびこの構造を用いた集積体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているような構造体の応力検出センサが知られている。この応力検出センサは、直方体状を呈した少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体と、この三次元体の各面に付設された金属抵抗箔あるいは半導体素子からなる歪みゲージとを備えて構成されている。かかる応力検出センサは、内部応力を測定しようとする構造体、例えば車両の車軸などに埋設される。そして、各歪みゲージから引き出された信号線を介して出力される歪み信号を所定の演算回路で演算させることにより、構造体の内部で発生した応力を正確に検出することができる。かかる応力検出センサを用いることにより、構造体の表面に歪みゲージを貼り付ける従来の応力検出方式に比べて飛躍的に検出精度が向上するため、例えば車両の車軸に当該応力検出センサを適用した場合、極めて精度の高いＡＢＳ（アンチロックブレーキングシステム）制御が実現するとして注目されている。
【０００３】
ところで、このような三次元体の各面に歪みゲージが付設された応力検出センサは、１つでも充分にその機能を発揮することができるが、この応力検出センサの複数個を一次元的に接続して長尺の線状のものにしたり、二次元的に接続して平面的に広がりのあるものにしたり、あるいは三次元的に接続して空間的に広がりのあるものにすることにより、得られた応力検出センサの集積体は、測定対象の構造体の形状に対応してより適切に内部応力を検出し得るものになるとともに、幾何級数的に検出力が向上するという利点が得られる。かかる応力検出センサの集積体については、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特許第２７３６３９５号公報
【特許文献２】特許第３１３１６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献1には、応力検出センサの集積体における各三次元体の電気的接続については、各三次元体を一体化するとのみ記述され、具体的な接続方法に関する記述は存在しないが、その当時の技術レベルに基づく公知の方法によって接続されていたのである。公知の接続方法においては、まず、三次元体の各角部（稜線部）に各面の配線パターンのランド部を形成し、このランド部に例えば金からなる接続パッドを積層することが行われる。ついで、互いに接続する三次元体の接続パッド同士を互いに当接させた状態でこれらに高温加熱処理を施すことで両者が互いに接続されるのである。
【０００５】
しかしながら、このような従来の三次元体の接続方法にあっては、互いに当接された複数の応力検出センサが高温に加熱されるため、接続パッドを構成する金と配線パターンのランド部を構成するアルミニウムとの合金の生成およびその成長によって三次元体を構成する合成樹脂材料にボイド（孔）が形成されたり、加熱された合成樹脂製の三次元体が熱腐食を起こして劣化したり、さらには、三次元体にマウントされている電気的機能素子に悪影響を与えることがある等の不都合が生じるという問題点が存在する。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、三次元体に対するボイドの形成や熱腐食の発生を抑制し、かつ三次元体にマウントされた電気的機能素子への悪影響を可及的に阻止して複数の三次元体を確実に高精度で容易に電気的に互いに接続することができる三次元体の電気的接続構造およびこの構造を用いた集積体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の三次元体の電気的接続構造は、略直方体を有し適所に電気的機能素子を備えた少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体と同他の三次元体とを互いに接合する接合面にて対向状態で電気的に接続する三次元体の電気的接続構造であって、前記三次元体のうちの第１の面に前記電気的機能素子と電気的に接続された導電性の配線パターンが形成され、この配線パターンが、前記第１の面と隣接する関係にある前記接合面としての第２の面とで形成される稜線まで導かれて第１のランドが形成されてなるとともに、前記第２の面の、前記第１のランドと対応する位置に前記稜線から所定寸法分だけ延設された第２のランドが形成されてなり、かつ第１および第２のランドに亘って両ランドと密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する接続層が架橋されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項１記載の三次元体の電気的接続構造において、前記第１の面に隣接する前記第２の面を除く他の３つの面の少なくとも１つの面である第３の面に、前記第１のランドに相当する第３のランドが形成され、前記第１の面に前記第２のランドに相当する第４のランドが形成され、前記第３および第４のランドに亘って前記接続層と同一の材料からなる接続層が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項１または２記載の三次元体の電気的接続構造において、前記接続層は、厚み寸法が少なくとも前記電気的機能素子の厚み寸法より厚く寸法設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造において、前記配線パターンは、アルミニウム、ニッケルおよび銅のいずれかによって形成され、前記接続層は、金またはインジウム−錫合金によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項１乃至４のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造において、前記三次元体の各面には、絶縁材料からなる保護層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項５記載の三次元体の電気的接続構造において、前記保護層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造において、前記接続層には、導電性接着剤層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項１乃至７のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造において、前記接続層の表面には、導電性接着剤を内包する微粒子状の接着剤保持球体が転写または印刷されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９記載の三次元体の電気的接続構造は、請求項８記載の三次元体の電気的接続構造において、前記接着剤保持球体は、加圧または振動付与により破砕するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０記載の三次元体の電気的接続構造は、略直方体を有し適所に電気的機能素子を備えた少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体と同他の三次元体とを互いに接合する接合面にて対向状態で電気的に接続する三次元体の電気的接続構造であって、前記三次元体のうちの第１の面に前記電気的機能素子と電気的に接続された導電性の配線パターンが形成され、この配線パターンが、前記第１の面と隣接する関係にある前記接合面としての第２の面とで形成される稜線まで導かれて第１のランドが形成されてなるとともに、前記第２の面の、前記第１のランドと対応する位置に前記稜線から所定寸法分だけ延設された第２のランドが形成されてなり、かつ第１および第２のランドに亘って両ランドと密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する接続層が架橋され、この接続層の表面には、導電性接着剤を内包する微粒子状の接着剤保持球体が転写または印刷され、この接着剤保持球体は、加圧または振動付与により破砕するものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１１記載の集積体は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の電気的接続構造を用いて複数の前記三次元体を集積することにより得られる集積体であって、前記一の三次元体の接続層に他の三次元体の接続層が当接されて互いに圧着されることにより複数の三次元体が少なくとも二次元方向に集積されて形成していることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１２記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体は、請求項１１記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体において、前記一の三次元体の接続層と、他の三次元体の接続層との間に導電性接着剤層が介設されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１３記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体は、請求項１２記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体において、前記導電性接着剤層は、微粒子状の接着剤保持球体に内包されたものであり、この接着剤保持球体が接続層に転写または印刷された状態で加圧または振動付与による破砕によって得られたものであることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１４記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体は、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体において、互いに接合された前記一の三次元体と他の三次元体との間に絶縁材が充填されていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１５記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体は、請求項１４記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体において、前記電気的機能素子は、所定の構造体に作用する応力または歪みを検出する応力検出素子であり、前記絶縁材は、前記三次元体と同等の機械的強度を有するものであることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１６記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体は、請求項１４記載の三次元体の電気的接続構造を用いた集積体において、前記電気的機能素子は、所定の構造体に作用する応力または歪みを検出する応力検出素子であり、前記絶縁材は、前記所定の構造体に作用する応力を伝達し得る剛性を備えたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の三次元体の電気的接続構造によれば、一の三次元体の接合面である第２の面と、他の三次元体の同第２の面とを対向させ、両者それぞれの対向した接続層を互いに当接させた状態で、各三次元体に互いに接近する方向に向けて圧力を加えれば、接続層は、加圧されることにより接合性能を発揮する材料によって形成されていることにより、当接している接続層は互いに接合し、これによって各三次元体は接続層を介して互いに電気的に接続されるとともに、構造的にも接続されて一体化する。
【００２４】
また、隣接した三次元体が一体化した状態では、一の三次元体の第１の面に設けられた電気的機能素子から出力される信号は、配線パターン、その先端の第１のランドおよび接続層を介して他の三次元体に伝達されるなど、一および他の三次元体は、それらの間で互いに信号の授受が行われ得るようになり、また、これらを介して信号が伝達され、所定の出力端位置まで信号を導くことが可能になる。
【００２５】
そして、複数の三次元体が、従来のような加熱処理によらずに、例えば常温近辺の温度で互いに接近する方向に加圧されることによる当接した各接続層同士が容易に接合して互いに一体化されるため、三次元体に加熱処理を施すことにより発生していたボイドや熱腐食が生じることはなく、しかも三次元体にマウントされた電気的機能素子に悪影響を与えることのないようにした上で、複数の三次元体が確実に高精度で電気的に互いに接続される。
【００２６】
なお、請求項１においては、三次元体の接合面である第２の面における電気的機能素子の存否を特に規定していないが、このことは、第２の面に電気的機能素子が存在しないことを特定しているわけではなく、第１の面と同様に第２の面にも電気的機能素子が存在することを否定するものではない。すなわち、第２の面に電気的機能素子が設けられたものも、請求項１の技術的範囲に属するものである。そして、このことを積極的に規定したのが請求項２の発明である。
【００２７】
請求項２記載の三次元体の電気的接続構造によれば、電気的機能素子が設けられた三次元体の第１の面が接合面として機能し、これによって互いに隣接された三次元体の対向面が電気的機能素子のマウント空間として利用されるため、各三次元体当りの電気的機能素子のマウント率が向上し、三次元体を多機能で利用することが可能になる。
【００２８】
請求項３記載の三次元体の電気的接続構造によれば、互いに接合した三次元体間で各対向面にマウントされた電気的機能素子の互いの干渉が防止されるため、互いに干渉し合うことによる悪影響を回避することができる。
【００２９】
請求項４記載の三次元体の電気的接続構造によれば、アルミニウム、ニッケルおよび銅は、いずれも配線パターンの材料として好適であり、三次元体の表面に容易に且つ確実に配線パターンを形成させることができる。また、金およびインジウム−鈴合金は、それ程高温雰囲気中に置かれなくても、圧接されることによりこれら自体で互いに接合する性質を有しているため、略常温の温度雰囲気中で並設された複数の三次元体に対し、それぞれが密着する方向に向けて加圧されることにより、各三次元体は、隣設されたもの同士が接続層同士を介して容易に接合し、これによって三次元体の接続作業の作業性を向上させることができる。
【００３０】
請求項５記載の三次元体の電気的接続構造によれば、三次元体は、各面に絶縁材料からなる保護層が積層されているため、表面にマウントされた電気的機能素子や配線パターン等が外部から加わる力に対して保護され、擦過等による損傷を確実に防止することができる。
【００３１】
請求項６記載の発明によれば、酸化ケイ素および窒化ケイ素は、いずれも化学的な結合によって丈夫な網目構造の被膜を形成し得るものであるため、これらからなる保護層は、三次元体の表面に形成された電気的機能素子を確実に保護することができる。
【００３２】
請求項７記載の三次元体の電気的接続構造によれば、三次元体が隣設された状態で、互いに当接した各接続層は、導電性接着剤によって互いに接着されるため、各三次元体はより強固に一体化する。しかも、互いに対向した接続層間は、導電性接着剤により導通性を確保することができる。
【００３３】
請求項８記載の三次元体の電気的接続構造によれば、隣設された三次元体の各接続層間に挟持された状態の接着剤保持球体に当該接着剤保持球体を破砕させるための操作を施すことにより、接着剤保持球体に内包された導電性接着剤が流出して互いに対向した接続層間に介設された状態になるため、これによる接着で互いに対向した接続層を一体化することができる。しかも、互いに対向した接続層間は、導電性接着剤により導通性を確保することができる。
【００３４】
請求項９記載の三次元体の電気的接続構造によれば、隣設された三次元体の各接続層間に挟持された状態の接着剤保持球体に、各接続層を介して加圧または振動処理を施すことにより、接着剤保持球体は容易に破砕し、これによって内包された導電性接着剤を容易に流出させることができる。
【００３５】
請求項１０記載の三次元体の電気的接続構造によれば、上記請求項１、請求項８および請求項９に記載の発明と同一の作用効果を得ることができる。
【００３６】
請求項１１記載の集積体によれば、当該集積体は、複数の三次元体が少なくとも二次元方向に集積されることによって形成されるため、三次元体を測定対象となる構造体の形状に合わせて平面的あるいは立体的に組み合わせてその構造体に合った集積体を構築することが可能であり、これによって１つの三次元体では得ることのできなかった検出精度の幾何級数的な向上を図ることが可能になるとともに、検出項目あるいは検出範囲の拡大をも図ることが可能になる。
【００３７】
請求項１２記載の集積体によれば、互いに対向した三次元体間に介設された導電性接着剤層によって、隣接した三次元体同士のより確実な接合状態を実現した上で、三次元体間の電気的な接続状態をも確保することができる。
【００３８】
請求項１３記載の集積体によれば、隣設された三次元体の各接続層間に挟持された状態の接着剤保持球体に当該接着剤保持球体を破砕させるための操作、すなわち加圧処理や振動付与処理を施すことにより、接着剤保持球体に内包された導電性接着剤が流出して互いに対向した接続層間に介設された状態になるため、これによる接着で互いに対向した接続層を一体化することができる。しかも、互いに対向した接続層間は、導電性接着剤により導通性を確保することができる。
【００３９】
請求項１４記載の集積体によれば、互いに隣設された三次元体間に存在する絶縁材によって三次元体間での電気的短絡を防止することができる。
【００４０】
請求項１５記載の集積体によれば、三次元体の表面に電気的機能素子の一種である応力検出素子をマウントすることにより、三次元体を集積して得られた集積体は、それを応力測定対象物である構造体に埋設することで応力検出センサとして機能するものになる。そして、三次元体間に介設される絶縁材として、例えばエポキシ樹脂のような、三次元体と同等の機械的強度を備えたものを採用することにより、集積体は、複数の三次元体が強度的にも一体化するため、過酷な条件で使用される応力検出センサとして好適なものになる。
【００４１】
請求項１６記載の集積体によれば、三次元体の表面に形成される電気的機能素子若しくはその一部として歪みゲージで代表される応力検出素子をマウントすることにより、三次元体を集積して得られた集積体は、それを応力測定対象物である構造体に埋設することで応力検出センサとして機能するものになる。そして、三次元体間に介設される絶縁材として、例えばエポキシ樹脂のような、三次元体あるいは所定の構造体（応力測定対象物）と同等の機械的特性（剛性）を備えたものを採用することにより、互いに隣接された三次元体間の電気的短絡を防止することができるとともに、複数の三次元体への物理的応力を安定的に、且つ残留応力が生じることなく伝達することが可能になり、その検出精度を大幅に向上させることができる。また、複数の応力検出センサとしての三次元体は、同等の剛性を備える絶縁材を介して連結することによって互いに一体化されるので、その検出精度が向上するとともに、各応力検出センサの検出値が積算化され、検出能力を大幅に強化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１および図２は、本発明に係る三次元体の一実施形態を示す斜視図であり、図１は、２つの三次元体１０が接続される前の状態、図２は、２つの三次元体１０が接続された状態をそれぞれ示している。本実施形態においては、三次元体１０として応力検出センサ用のいわゆるキュービックセンサを例として挙げている。図１に示すように、三次元体１０は、直方体状を呈した三次元体本体２０と、この三次元体本体２０の所定の面に付設された歪みゲージ（応力検出素子（電気的機能素子））３０と、三次元体本体２０の表面で歪みゲージ３０から引き出された配線パターン４０と、三次元体本体２０の稜線部２１に跨るように形成された、前記配線パターン４０と導通状態とされる導電接続パッド（接続層）５０とを備えた基本構成を有している。
【００４３】
前記三次元体本体２０は、本実施形態においては、例えばポリエチレンテレフタレートやポリビニルクロライド等の硬質の合成樹脂からなる非導電性材料によって形成された小形体であって、本実施形態では一辺の長さが１ｍｍ〜５ｍｍに設定された立方体状のものが採用されている。なお、本発明は、三次元体本体２０が立方体状であることに限定されるものではなく、扁平な直方体状のものなど各種の形状のものを採用することができる。
【００４４】
また、本発明は、三次元体本体２０が非導電性材料製であることに限定されるものではなく、ステンレススチールなどの金属材料製とし、表面を非導電性材料からなる被膜で覆ったものであってもよい。被膜としては、酸化ケイ素からなる被膜あるいは窒化ケイ素からなる被膜が好適に使用される。
【００４５】
また、本発明は、小形態である三次元体本体２０の一辺の長さが前記の寸法に設定されることに限定されるものではなく、用途および状況に応じて種々の寸法を設定することができる。
【００４６】
かかる装置内搬送ユニット２０は、６面の内で歪みゲージ３０が設けられた機能素子形成面２２と、歪みゲージ３０が設けられない、他の三次元体本体２０との接続にのみ供される、配線パターン４０のみが設けられた（ときには配線パターン４０が設けられない場合もある）配線面２３とが設定されている。図１に示す例では、左側に示す三次元体本体２０については、視認し得る互いに直交した３つの面に機能素子形成面２２がそれぞれ形成され、図１において裏に隠れた残りの３つの面に配線面２３がそれぞれ設定されている。なお、図１において右側に示す三次元体１０にあっては、視認し得る左側面に配線面２３が設定されている。
【００４７】
なお、本発明は、配線面２３に電気的機能素子を設けないようにすることに限定されるものではなく、状況に応じて種々の電気的機能素子を設けてもよい。かかる電気的機能素子としては、例えば、半導体からなるノイズ除去回路や、検出信号を増幅する増幅回路等を挙げることができる。
【００４８】
前記歪みゲージ３０は、三次元体１０が所定の構造体に埋設された状態で、当該構造体の応力の変化に応じた三次元体本体２０の僅かな変形を検出し、電気信号として出力するものであり、金属製の抵抗箔あるいは半導体からなるものが採用されている。かかる歪みゲージ３０は、本実施形態においては、機能素子形成面２２の一の頂角点と、この頂角点に対向した頂角点とを結ぶ直線上に配された第１歪みゲージ３１と、この第１歪みゲージ３１と直交し、かつ機能素子形成面２２の中心位置を通る直線上に配された第２歪みゲージ３２とからなっている。歪みゲージ３０をこのような十字形状にすることにより、被測定構造体における機能素子形成面２２と平行な方向に生じる応力を高精度で検出することが可能になる。
【００４９】
前記配線パターン４０は、第１および第２歪みゲージ３１，３２の各先端部と導電接続パッド５０との間を電気的に接続したり、あるいは一の導電接続パッド５０と他の導電接続パッド５０との間を歪みゲージ３０を介することなく電気的に接続するためのものであり、導電性材料である例えばアルミニウム、ニッケルあるいは銅によって形成されている。
【００５０】
かかる配線パターン４０の稜線部２１に臨む位置にはランド４１（接点としての第１ランド４２）が形成されているとともに、この第１ランド４２が形成されている機能素子形成面２２に隣接した機能素子形成面２２にも、稜線部２１を挟んで第１ランド４２と対応したランド４１（配線パターン４０との接続がない第２ランド４２）が形成されている（図３参照）。
【００５１】
図１に示す例では、第１および第２ランド４１，４２は、１つの稜線部２１当り４つずつが設けられているが、第１および第２ランド４１，４２が１つの稜線部２１当り４つずつ設けられることに限定されるものではなく、三次元体１０の用途や状況に応じて１つ乃至複数個、例えば２つ、３つあるいは５つ以上にしてもよい。さらには、第１および第２ランド４１，４２のいずれもが設けられない稜線部２１が存在してもよい。因みに、本実施形態においては、全ての稜線部２１位置の各面に、第１ランド４２または第２ランド４２が設けられている。かかるランド４１は、本実施形態においては、配線パターン４０と同一の材料によって配線パターン４０より幅広に形成されている。
【００５２】
前記導電接続パッド５０は、三次元体１０同士を互いに電気的および構造的に接続するに際し使用されるものであり、稜線部２１を境にして三次元体本体２０の一方の面に形成されたランド４１と、同他方の面に形成されたランド４１とに跨るように側面視でＬ字状を呈して形成されている。
【００５３】
かかる導電接続パッド５０は、本実施形態においては、金またはインジウム−錫合金によって形成されているが、本発明は、導電接続パッド５０が金またはインジウム−錫合金であることに限定されるものではなく、適度な圧力で互いに押圧されることにより容易に一体化する各種の金属材料を採用することができる。
【００５４】
そして、このような金属材料を原料とし、各ランド４１をターゲットとした公知の蒸着あるいは鍍金処理を三次元体本体２０に施すことによって導電接続パッド５０を形成するようにしている。
【００５５】
図３は、導電接続パッド５０の一実施形態を示す一部切欠き拡大斜視図であり、図４は、導電接続パッド５０の表面に付与される接着剤保持球体６０の一実施形態を示す断面図である。まず、図３に示すように、導電接続パッド５０の表面には、微粒子状の接着剤保持球体６０が積層状態で一面に付与されている。この接着剤保持球体６０は、粒径が数μｍ〜数１０μｍ（本実施形態では略５μｍ）と非常に小さいものであり、図４に示すように、球形を呈した所定の材料（例えばシリカ粒子）からなる微小中空球体６１と、この微小中空球体６１内に密封された公知の導電性接着剤６２（例えば銀ペースト、カーボンペースト）とからなっている。なお、図３では、材料の厚みは誇張して表現している。
【００５６】
かかる接着剤保持球体６０は、芯物質（本実施形態では導電性接着剤６２）の界面への壁材物質（本実施形態では、微小中空球体６１を構成する所定の材料（通常、シリカ粒子））の沈積を利用する界面沈積法や、芯物質の界面での化学反応を利用して皮膜を形成させる界面反応法などによって製造される。
【００５７】
因みに、接着剤保持球体６０の導電接続パッド５０表面への付与については、通常の印刷処理（インクジェット方式他）若しくは転写によって行われたり、予め接着剤を付与した接着剤保持球体６０の表面に向けて接着剤保持球体６０を噴射乃至は塗布する方法などによって行われる。
【００５８】
かかる接着剤保持球体６０は、所定の圧力で加圧されたり、振動が付与されることにより容易に破砕し、内部の導電性接着剤６２が漏出することになる。振動の付与については、所定のバイブレータにより行ってもよいが、超音波を三次元体１０に供給して行うのが極めて有効である。
【００５９】
図５は、接着剤保持球体６０の作用を説明するための三次元体１０の要部の拡大説明図であり、（イ）は、一方の三次元体１０が他方の三次元体１０に向けて接近しつつある状態、（ロ）は、各三次元体１０の導電接続パッド５０が破砕した接着剤保持球体６０を介して互いに当接した状態をそれぞれ示している。なお、図５においては、説明の都合上、接着剤保持球体６０の大きさは誇張して描いている。
【００６０】
まず、図５の（イ）に示すように、一方の三次元体１０を他方の三次元体１０に対向させた状態で、他方の三次元体１０に向けて押圧することにより（ときには押圧しながら振動を付与することにより）、接着剤保持球体６０の微小中空球体６１が破砕し、内部の導電性接着剤６２が漏出するため、この漏出した導電性接着剤６２によって、互いに対向した導電接続パッド５０は、図５の（ロ）に示すように互いに接着され、これによって隣設された各三次元体１０は、互いに電気的に接続されるとともに、導電性接着剤６２の接着力によって構造的にも一体化することになる。
【００６１】
このような三次元体１０の表面には、図５に示すように、保護層７０が積層されることがある。保護層７０としては、酸化ケイ素または窒化ケイ素の被膜が採用される。なお、導電接続パッド５０には、導電性を確保するために保護層７０は形成されない。かかる保護層７０の存在によって、三次元体１０の製造過程での取り扱い中や後述する集積体８０の組み立て作業中に、三次元体本体２０の表面に形成された歪みゲージ３０や配線パターン４０が外力から保護される。
【００６２】
そして、本実施形態においては、図５の（ロ）に示すように、互いに対向した導電接続パッド５０同士が互いに接着されることにより、隣接した各三次元体１０が互いに接続された状態で、各保護層７０間に絶縁材７１が充填される。絶縁材７１としては、例えばエポキシ樹脂が好適に使用される。具体的には、粘液状のエポキシ樹脂が対向した三次元体本体２０間の隙間に注入される。そして、注入後のエポキシ樹脂の硬化によって、各三次元体１０は、強固に一体化して応力伝達が可能な剛性を備えたものになるため、得られた後述の集積体８０は、応力検出センサとして好適なものになる。
【００６３】
図６は、本発明にかかる集積体８０の４つの形態を示す斜視図であり、（イ）は、三次元体１０が１×４個の直線配列集積体８１、（ロ）は、三次元体１０が２×４個の平面配列集積体８２、（ハ）は、三次元体１０が２×２個の平面配列集積体８３、（ニ）は、三次元体１０が２×２×２個の立体配列集積体８４をそれぞれ示している。
【００６４】
まず、図６の（イ）に示す直線配列集積体８１は、４つの三次元体１０が直列に並べられた状態で長手方向の両端部からこれら４つの三次元体１０に所定の超音波発振器から発振される超音波振動によって機械的微振動が付与されつつ所定の圧力による加圧処理が施されることによって形成されている。かかる直線配列集積体８１は、被測定構造体が長尺な棒状のものである場合の内部応力検出用として適している。
【００６５】
ついで、図６の（ロ）に示す平面配列集積体８２は、前記図６の（イ）の直線配列集積体８１の２本が幅方向に並設されることによって形成されている。かかる平面配列集積体８２は、被測定構造体が幅広の長尺材である場合の内部応力検出用として適している。
【００６６】
ついで、図６の（ハ）に示す平面配列集積体８３は、４つの三次元体１０が平面視で正方形になるように組み合わされることによって形成されている。かかる平面配列集積体８３は、被測定構造体が板状体である場合の内部応力検出用として好適である。
【００６７】
さらに、図６の（ニ）に示す立体配列集積体８４は、図６の（ハ）の平面配列集積体８３が積み重ねられることによって形成されている。このような立体配列集積体８４は、被測定構造体が塊状体である場合の内部応力検出用として好適である。
【００６８】
なお、図６には、集積体８０の４例を示しただけであり、被測定構造体の形状や使用状況、大きさ等に応じて適宜最適の集積体８０を組み立てることが可能である。
【００６９】
以上詳述したように、本発明に係る三次元体１０の電気的接続は、略直方体状を呈し、適所に電気的機能素子としての歪みゲージ３０を備えた少なくとも表面が非導電性材料からなる三次元体１０と同他の三次元体１０とを互いに接合する接合面にて対向状態で電気的に接続するためのものであり、三次元体１０のうちの機能素子形成面２２に歪みゲージ３０と電気的に接続された配線パターン４０が形成され、この配線パターン４０が、機能素子形成面２２と隣接する関係にある接合面としての配線面２３とで形成される稜線部２１まで導かれて第１ランド４２が形成されるとともに、配線面２３の、第１ランド４２と対応する位置に稜線部２１から所定寸法分だけ延設された第２ランド４３が形成されてなり、かつ第１および第２ランド４２，４３に亘って両ランド４２，４３と密着した状態で、互いに加圧されることにより接合性能を発揮する導電接続パッド５０が架橋されてなるものである。
【００７０】
したがって、一の三次元体１０の接合面である機能素子形成面２２または配線面２３と、他の三次元体１０の接合面である機能素子形成面２２または配線面２３とを対向させ、両者それぞれの対向した導電接続パッド５０を互いに当接させた状態で、各三次元体１０に互いに接近する方向に向けて圧力を加えれば、導電接続パッド５０は、加圧されることにより接合性能を発揮する材料によって形成されていることにより、当接している接続層は互いに接合し、これによって各三次元体１０は接続層を介して互いに電気的に接続されるとともに、構造的にも接続させることができる。
【００７１】
また、隣接した三次元体１０が一体化した状態では、一の三次元体１０の機能素子形成面２２に設けられた歪みゲージ３０から出力される信号は、配線パターン４０、その先端の第１ランド４２および導電接続パッド５０を介して他の三次元体１０に伝達され、一および他の三次元体１０を、それらの間で互いに信号の授受が行われ得るようにすることができる。
【００７２】
そして、複数の三次元体１０が、従来のような加熱処理によらずに、例えば常温近辺の温度で互いに接近する方向に加圧されることによる当接した各導電接続パッド５０同士が容易に接合して互いに一体化されるため、三次元体１０に加熱処理を施すことにより発生していたボイドや熱腐食が生じることはなく、しかも三次元体１０にマウントされた歪みゲージ３０に悪影響を与えることのないようにした上で、複数の三次元体１０を確実に高精度で電気的に互いに接続することができる。
【００７３】
また、導電接続パッド５０は、厚み寸法が少なくとも電気的機能素子の厚み寸法より厚く寸法設定されているため、互いに接合した三次元体１０間で各対向面にマウントされた歪みゲージ３０の互いの干渉が防止され、互いに干渉し合うことによる悪影響を回避することができる。
【００７４】
また、配線パターン４０は、アルミニウム、ニッケルおよび銅のいずれかによって形成されているため、アルミニウム、ニッケルおよび銅は、いずれも配線パターン４０の材料として好適であり、三次元体１０の表面に容易に且つ確実に配線パターン４０を形成させることができる。また、導電接続パッド５０は、金またはインジウム−錫合金によって形成されているため、金やインジウム−鈴合金は、それ程高温雰囲気中に置かれなくても、圧接されることによりこれら自体で互いに接合する性質を有しており、略常温の温度雰囲気中で並設された複数の三次元体１０がそれぞれが密着する方向に向けて加圧されることにより、各三次元体１０は、隣設されたもの同士が導電接続パッド５０同士を介して容易に接合し、これによって三次元体１０の接続作業の作業性を向上させることができる。
【００７５】
また、三次元体１０の各面には、絶縁材料からなる保護層７０が積層されているため、三次元体本体２０の表面にマウントされた歪みゲージ３０や配線パターン４０等が外部から加わる力に対して保護され、擦過等による損傷を確実に防止することができる。
【００７６】
また、保護層７０は、酸化ケイ素または窒化ケイ素によって形成されているため、酸化ケイ素および窒化ケイ素は、いずれも化学的な結合によって丈夫な網目構造の被膜を形成し得るものであり、これらからなる保護層７０は、三次元体１０の表面に形成された歪みゲージ３０を確実に保護することができる。
【００７７】
そして、導電接続パッド５０の表面に導電性接着剤６２を内包する微粒子状の接着剤保持球体６０を付与すれば、隣設された三次元体１０の各導電接続パッド５０間に挟持された状態の接着剤保持球体６０に当該接着剤保持球体６０を破砕させるための操作を施すことにより、接着剤保持球体６０に内包された導電性接着剤６２が流出して互いに対向した導電接続パッド５０間に介設された状態になるため、これによる接着で互いに対向した導電接続パッド５０を容易に一体化することができる。しかも、互いに対向した導電接続パッド５０間は、導電性接着剤６２により導通性が確保される。
【００７８】
このような接着剤保持球体６０として、加圧または振動付与により容易に破砕する仕様のものを採用すれば、隣設された三次元体１０の各導電接続パッド５０間に挟持された状態の接着剤保持球体６０に、各導電接続パッド５０を介して加圧または振動処理を施すことにより、接着剤保持球体６０は容易に破砕し、これによって内包された導電性接着剤６２を容易に流出させることができる。
【００７９】
また、本発明に係る集積体８０は、上記のような三次元体１０の複数個を集積することにより得られるものであり、一の三次元体１０の導電接続パッド５０に他の三次元体１０の導電接続パッド５０が当接されて互いに圧着されることにより複数の三次元体１０が少なくとも二次元方向に集積されて形成されているため、三次元体１０を測定対象となる構造体の形状に合わせて直線的や平面的さらには立体的に組み合わせてその構造体に合った集積体８０を構築することが可能であり、これによって１つの三次元体１０では得ることのできなかった検出精度の幾何級数的な向上を図ることが可能になるとともに、検出項目あるいは検出範囲の拡大をも図ることが可能になる。
【００８０】
そして、このような集積体８０において、一の三次元体１０の導電接続パッド５０と、他の三次元体１０の導電接続パッド５０との間に接着剤保持球体６０の破砕によって得られた導電性接着剤６２が介設されているため、導電性接着剤６２による接着で互いに対向した導電接続パッド５０が一体化した状態になっており、しかも、互いに対向した導電接続パッド５０間は、導電性接着剤６２により導通性が確保された状態になっている。
【００８１】
また、このような集積体８０において、互いに接合された一の三次元体１０と他の三次元体１０との間に、強力な接着性能を備えているとともに、固化した状態で構造的に極めて丈夫な、例えばエポキシ樹脂などからなる絶縁材７１が充填されているため、集積体８０は、各三次元体１０を確実に一体化した状態にすることができる。
【００８２】
そして、本実施形態においては、電気的機能素子として応力検出素子の一種である歪みゲージ３０を採用し、三次元体１０を応力検出センサとして利用するようにしているため、単体の三次元体１０自体を応力検出センサとして使用することができるばかりか、それを集積して得られた集積体８０は、より広範囲に各所の被測定構造体に対応することが可能になる。すなわち、応力検出センサとしての集積体８０は、応力測定対象物と同等の機械的特性（剛性）備えたものになるため、集積体８０を構成する各三次元体１０への物理的応力を安定的に且つ残留応力が生じない状態で伝達することが可能になるという顕著な作用効果を得ることができ、異なる応力測定対象物間において残留応力が発生した場合には、各応力測定対象物に伝達される応力が阻害されるという不都合を解消することができる。
【００８３】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【００８４】
（１）上記の実施形態においては、三次元体本体２０の３面に機能素子形成面２２が形成され、残りの３面に歪みゲージ３０が存在しない配線面２３が形成されているが、本発明は、このような面設定（配置）に限定されるものではなく、各種の面設定を施すことができる。上記の実施形態のものも含めて全ての面設定を列挙すると以下のようになる。
【００８５】
ａ）１面が機能素子形成面２２で残りの５面が配線面２３
ｂ）２面が機能素子形成面２２で残りの４面が配線面２３
ｃ）３面が機能素子形成面２２で残りの３面が配線面２３
ｄ）４面が機能素子形成面２２で残りの２面が配線面２３
ｅ）５面が機能素子形成面２２で残りの１面が配線面２３
ｆ）全ての面が機能素子形成面２２
ｇ）全ての面が配線面２３
なお、三次元体本体２０の全ての面が配線面２３であるｇ）のものは、三次元体１０自体がセンサとしての役割を果たすものではなく、単に導通部材として機能するものである。
【００８６】
（２）上記の実施形態においては、導電接続パッド５０の表面に接着剤保持球体６０を付与するようにしているが、本発明は、導電接続パッド５０の表面に接着剤保持球体６０の層を形成させることに限定されるものではなく、導電性接着剤を導電接続パッド５０に直に塗布してもよい。
【００８７】
（３）本発明に係る三次元体が、図７に示すような片面または両面に電気的機能素子がマウントされた扁平な基板１１である場合、導電接続パッドとして基板１１の縁部でその表裏面を挟むようにコ字状に形成されたコ字状パッド５０′を採用することができる。かかるコ字状パッド５０′を採用することにより、複数の基板１１を積み重ねたり、あるいは縁部同士の接続で二次元的に広げた状態で一体化した集積体を容易に得ることができる。
【００８８】
なお、図７に示すコ字状パッド５０′を備えた基板１１は、本発明の技術的範囲に含まれる。その理由は、まず、基板１１そのものが直方体状を呈した三次元体であり、しかも図７における基板１１の上面および下面を本発明に係る第１の面とし、基板１１の縁面を本発明に係る第２の面とした場合、コ字状パッド５０′は、各第１の面から第２の面に向けて全体的にＬ字状を呈するようにそれぞれ延設され、たまたま縁面で各延設されたものの先端部分同士が一体化されたものであるとみなすことができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係る三次元体の一実施形態を示す斜視図であり、２つの三次元体が接続される前の状態を示している。
【図２】本発明に係る三次元体の一実施形態を示す斜視図であり、２つの三次元体が互いに接続された状態を示している。
【図３】導電接続パッドの一実施形態を示す一部切欠き拡大斜視図である。
【図４】導電接続パッドの表面に付与される接着剤保持球体の一実施形態を示す断面図である。
【図５】接着剤保持球体の作用を説明するための三次元体の要部の拡大説明図であり、（イ）は、一方の三次元体が他方の三次元体に向けて接近しつつある状態、（ロ）は、各三次元体の導電接続パッドが破砕した接着剤保持球体を介して互いに当接した状態をそれぞれ示している。
【図６】本発明にかかる集積体の４つの形態を示す斜視図であり、（イ）は、三次元体が１×４個の直線配列集積体、（ロ）は、三次元体が２×４個の平面配列集積体、（ハ）は、三次元体が２×２個の平面配列集積体、（ニ）は、三次元体が２×２×２個の立体配列集積体をそれぞれ示している。
【図７】コ字状パッドが適用された基板の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  三次元体
１１  基板
２０  三次元体本体
２１  稜線部
２２  機能素子形成面
２３  配線面
３０  歪みゲージ（応力検出素子（電気的機能素子））
３１  第１歪みゲージ
３２  第２歪みゲージ
４０  配線パターン
４１  ランド
４２  第１ランド
４３  第２ランド
５０  導電接続パッド（接続層）
５０′  コ字状パッド（接続層）
６０  接着剤保持球体
６１  微小中空球体
６２  導電性接着剤
７０  保護層
７１  絶縁材
８０  集積体
８１  直線配列集積体
８２，８３  平面配列集積体
８４  立体配列集積体
【図１】
2005062170.tif 000003
【図２】
2005062170.tif 000004
【図３】
2005062170.tif 000005
【図４】
2005062170.tif 000006
【図５】
2005062170.tif 000007
【図６】
2005062170.tif 000008
【図７】
2005062170.tif 000009