(57)【要約】  本アクセルペダルは、自動車のアクセルペダルであって、前記アクセルペダルの踏み込み力を検出するセンサを備え、前記センサは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、前記アクセルペダルの踏み込み力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のアクセルペダルであって、
前記アクセルペダルの踏み込み力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記アクセルペダルの踏み込み力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するアクセルペダル。
【請求項２】
前記センサは、
前記アクセルペダルの側面に設けられている請求項１に記載のアクセルペダル。
【請求項３】
前記アクセルペダルは、
剛性力の高い材質で形成されている請求項１又は２に記載のアクセルペダル。
【請求項４】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項５】
前記基材の下層に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層を有し、
前記抵抗体は、前記機能層の一方の面に形成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項６】
前記機能層は、前記抵抗体の結晶成長を促進する機能を有する請求項５に記載のアクセルペダル。
【請求項７】
前記機能層は、前記抵抗体の酸化を防止する機能を有する請求項６に記載のアクセルペダル。
【請求項８】
前記機能層は、前記基材に含まれる酸素及び水分の前記抵抗体側への移動を抑制する機能を有する請求項７に記載のアクセルペダル。
【請求項９】
前記機能層は、前記基材と前記抵抗体との密着性を向上する機能を有する請求項７又は８に記載のアクセルペダル。
【請求項１０】
前記抵抗体に、前記機能層に含まれる元素が拡散している請求項５乃至９の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項１１】
前記機能層は、前記抵抗体と同一の平面形状にパターニングされている請求項５乃至１０の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項１２】
前記機能層の厚さは、１ｎｍ〜１００ｎｍである請求項５乃至１１の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項１３】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項１乃至１２の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項１４】
自動車のステアリングであって、
前記ステアリングのグリップ力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記ステアリングのグリップ力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するステアリング。
【請求項１５】
剛性力の高い材料で形成された芯材と、
前記芯材の外周側を被覆する樹脂と、を有し、
前記センサは、
芯材の内部に設けられている請求項１４に記載のステアリング。
【請求項１６】
前記センサは、
前記芯材の内部の全周方向に設けられている請求項１５に記載のステアリング。
【請求項１７】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項１４乃至１６の何れか一項に記載のステアリング。
【請求項１８】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項１４乃至１７の何れか一項に記載のステアリング。
【請求項１９】
外枠と、各々が四角柱の４つの梁と、を含む起歪体と、
前記外枠の内壁側に前記４つの梁が十字を形成するように配置された交点に固定された錘と
前記４つの梁の各面に設けられた複数のセンサと、を備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記起歪体の併進力及び偶力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する６軸センサ。
【請求項２０】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項１９に記載の６軸センサ。
【請求項２１】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項１９又は２０に記載の６軸センサ。
【請求項２２】
自動車のエンジンであって、
前記エンジンの圧力の変化を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記エンジンの圧力の変化を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するエンジン。
【請求項２３】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項２２に記載のエンジン。
【請求項２４】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項２２又は２３に記載のエンジン。
【請求項２５】
自動車のバンパーであって、
前記バンパーの衝撃を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記バンパーの衝撃を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するバンパー。
【請求項２６】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項２５に記載のバンパー。
【請求項２７】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項２５又は２６に記載のバンパー。
【請求項２８】
自動車のエアバッグであって、
前記エアバッグの圧力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記エアバッグの圧力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するエアバッグ。
【請求項２９】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項２８に記載のエアバッグ。
【請求項３０】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項２８又は２９に記載のエアバッグ。
【請求項３１】
自動車のワイパーであって、
前記ワイパーのスライド状態を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記ワイパーのスライド状態を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するワイパー。
【請求項３２】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項３１に記載のワイパー。
【請求項３３】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項３１又は３２に記載のワイパー。
【請求項３４】
請求項３１乃至３３の何れか一項に記載のワイパーと、
前記センサの検出結果に基づいて、ワイパーのゴムの部分の角度を可変する可変機構と、
を備えるワイパー装置。
【請求項３５】
自動車の車体の所定位置に設けられ、前記車体の衝撃を検出するセンサと、
前記センサと接続された制御部と、
前記制御部に制御されるエアバッグ装置と、を有し、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記車体の衝撃を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出し、
前記制御部は、
前記センサの検出結果に基づいて、前記エアバッグ装置を作動させるエアバッグ制御システム。
【請求項３６】
自動車のスポイラーであって、
前記スポイラーの表面の風圧を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記スポイラーの表面の風圧を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するスポイラー。
【請求項３７】
少なくとも１つの空気取込口を有し、
前記センサは、取り込んだ空気の流れが集中する箇所に設けられている請求項３６に記載のスポイラー。
【請求項３８】
樹脂で形成されている請求項３６又は３７に記載のスポイラー。
【請求項３９】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項３６乃至３８の何れか一項に記載のスポイラー。
【請求項４０】
自動車のスポイラーであって、
前記スポイラーの表面の風圧を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材に形成された抵抗体と、を有し、
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を有し、
前記スポイラーの表面の風圧を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するスポイラー。
【請求項４１】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項３６乃至４０の何れか一項に記載のスポイラー。
【請求項４２】
モータと
請求項３６乃至４１の何れか一項に記載のスポイラーと、を備え、
前記センサで検出した風圧に基づいて前記スポイラーを可変させる可変スポイラー。
【請求項４３】
表示画面と、
請求項３６乃至４１の何れか一項に記載のスポイラーと、を備え、
前記センサで検出した風圧に基づいた値を前記表示画面に表示させるディスプレイ。
【請求項４４】
自動車のドアであって、
インナーパネルと、
アウターパネルと、を有し、
前記アウターパネルの内側の所定位置に設けられ、当該所定位置の押圧力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材上に、クロムとニッケルの少なくとも一方を含む材料から形成された抵抗体と、を有し、
前記アウターパネルの押圧力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するドア。
【請求項４５】
前記抵抗体は、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成されている請求項４４に記載のドア。
【請求項４６】
複数の前記センサが前記アウターパネルの内側の複数箇所に設けられている請求項４４又は４５に記載のドア。
【請求項４７】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項４４乃至４６の何れか一項に記載のドア。
【請求項４８】
前記抵抗体は、ジグザグのパターンである請求項４４乃至４７の何れか一項に記載のドア。
【請求項４９】
請求項４４乃至４８の何れか一項に記載のドアと、
前記押圧力の検知に基づいてドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【請求項５０】
請求項４５に記載のドアと、
複数の前記センサが予め定めた特定の順番で押された場合に、ドアロックの解除又はドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【請求項５１】
請求項４４乃至４８の何れか一項に記載のドアと、
前記センサが予め定めた特定の入力パターンでなぞられた場合に、ドアロックの解除又はドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサを備えた自動車のアクセルペダル、ステアリング、６軸センサ、エンジン、バンパー、エアバッグ、ワイパー、ワイパー装置、エアバッグ制御システム、スポイラー、可変スポイラー、ディスプレイ、ドア、ドア開閉システムに関する。
【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、抵抗体は、例えば、絶縁樹脂からなる基材上に形成されている（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】
しかしながら、ひずみゲージを高い剛性を有する測定対象物に対して使用する場合には、高感度であることが要求されるが、従来のひずみゲージは感度が十分ではなかったため、従来のひずみゲージをセンサとして用いると、高い剛性を有する測定対象物に対して使用することが困難であった。【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高感度のセンサを備えたアクセルペダル等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】
本アクセルペダルは、自動車のアクセルペダルであって、前記アクセルペダルの踏み込み力を検出するセンサを備え、前記センサは、可撓性を有する基材と、前記基材上に、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、前記アクセルペダルの踏み込み力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、高感度のセンサを備えたアクセルペダル等を提供できる。
【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３Ａ】第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その１）である。
【図３Ｂ】第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その２）である。
【図３Ｃ】第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その３）である。
【図４】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断面図である。
【図５】第２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６】第２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７Ａ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その１）である。
【図７Ｂ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その２）である。
【図７Ｃ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その３）である。
【図７Ｄ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その４）である。
【図８Ａ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その５）である。
【図８Ｂ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その６）である。
【図８Ｃ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その７）である。
【図８Ｄ】第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図（その８）である。
【図９】第２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断面図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図である。
【図１１】第３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１２】機能層の蛍光Ｘ線分析の結果を示す図である。
【図１３】抵抗体のＸ線回折の結果を示す図である。
【図１４】基材の膨張係数と抵抗体の内部応力との関係を示す図である。
【図１５】基材の表面凹凸と抵抗体のピンホール数との関係を示す図である。
【図１６】第４の実施の形態に係るセンサを例示する平面図である。
【図１７】第４の実施の形態に係るセンサを例示する断面図である。
【図１８】第５の実施の形態に係るセンサを例示する平面図である。
【図１９】第５の実施の形態に係るセンサを例示する断面図である。
【図２０】第５の実施の形態に係るセンサモジュールを例示するブロック図である。
【図２１】第５の実施の形態に係るセンサモジュールの制御装置を例示するブロック図である。
【図２２】第５の実施の形態の変形例１に係るセンサを例示する平面図である。
【図２３】自動車が走行したときの空気の流れを例示する模式図である。
【図２４】自動車のスポイラーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。
【図２５】自動車のアクセルペダルにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。
【図２６Ａ】自動車のステアリングに専用センサを取り付けた比較例を示す斜視図（その１）である。
【図２６Ｂ】自動車のステアリングに専用センサを取り付けた比較例を示す斜視図（その２）である。
【図２７】自動車のステアリングにひずみゲージ３を取り付けた例を示す断面図である。
【図２８】自動車のステアリングにひずみゲージ３を取り付けた例を示す平面図である。
【図２９Ａ】自動車のステアリングのグリップ力の検出について説明する模式図（その１）である。
【図２９Ｂ】自動車のステアリングのグリップ力の検出について説明する模式図（その２）である。
【図２９Ｃ】自動車のステアリングのグリップ力の検出について説明する模式図（その３）である。
【図３０】自動車のドアにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。
【図３１】自動車のドアにひずみゲージ３を取り付けた例を示す断面図である。
【図３２】ひずみゲージ３を有する６軸力センサの例を示す斜視図である。
【図３３】６軸力センサを配置する位置について説明する斜視図である。
【図３４】自動車のワイパーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す模式図である。
【図３５】自動車のワイパーにセンサ６Ｂを取り付けた例を示す模式図である。
【図３６】自動車のバンパーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す模式図である。
【図３７】エアバッグ制御システムの一例を示す模式図である。
【図３８】自動車のエンジン及び過給機近傍にひずみゲージ３を配置した例を示す模式図である。
【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、機能層２０と、抵抗体３０と、端子部４１と、カバー層６０とを有している。但し、機能層２０及びカバー層６０は必須の構成要素ではなく、性能向上等のため、必要に応じて設けることができる。なお、図１では、抵抗体３０を図示するために、便宜上、カバー層６０は外縁のみを破線で示している。
【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。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〜５００μｍ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】
基材１０の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）等が挙げられる。又、基材１０の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金（ジュラルミン）、チタン等の金属を用いてもよい。この場合、金属製の基材１０上に、例えば、絶縁膜が形成される。
【００１６】
機能層２０は、基材１０の上面１０ａに抵抗体３０の下層として形成されている。すなわち、機能層２０の平面形状は、図１に示す抵抗体３０の平面形状と略同一である。機能層２０の厚さは、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。
【００１７】
本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体３０の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層２０は、更に、基材１０に含まれる酸素や水分による抵抗体３０の酸化を防止する機能や、基材１０と抵抗体３０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２０は、更に、他の機能を備えていてもよい。
【００１８】
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３０がＣｒ（クロム）を含む場合、Ｃｒは自己酸化膜を形成するため、機能層２０が抵抗体３０の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
【００１９】
機能層２０の材料は、少なくとも上層である抵抗体３０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。
【００２０】
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。
【００２１】
抵抗体３０は、機能層２０の上面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値の変化を生じる受感部である。なお、図１では、便宜上、抵抗体３０を梨地模様で示している。
【００２２】
抵抗体３０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３０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、Ｃｕ−Ｎｉ（銅ニッケル）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。
【００２３】
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。又、Ｃｒ混相膜に、機能層２０を構成する材料の一部が拡散されてもよい。この場合、機能層２０を構成する材料と窒素とが化合物を形成する場合もある。例えば、機能層２０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。
【００２４】
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が、例えば、０．０５μｍ〜２μｍ程度とすることができる。特に、抵抗体３０の厚さが０．１μｍ以上であると抵抗体３０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３０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。
【００２５】
機能層２０上に抵抗体３０を形成することで、安定な結晶相により抵抗体３０を形成できるため、ゲージ特性（ゲージ率、ゲージ率温度係数ＴＣＳ、及び抵抗温度係数ＴＣＲ）の安定性を向上することができる。
【００２６】
例えば、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、機能層２０を設けることで、α−Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とする抵抗体３０を形成することができる。α−Ｃｒは安定な結晶相であるため、ゲージ特性の安定性を向上することができる。
【００２７】
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。抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体３０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。
【００２８】
又、機能層２０を構成する金属（例えば、Ｔｉ）がＣｒ混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性を向上することができる。具体的には、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。
【００２９】
なお、抵抗体３０の内部応力をゼロ近傍として基材１０の反りを低減する観点から、基材１０の膨張係数は７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋとすることが好ましい。基材１０の膨張係数は、例えば、基材１０の材料の選定、基材１０に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整等を行うことにより、調整することができる。
【００３０】
ところで、基材１０上に抵抗体３０を形成すると、抵抗体３０にピンホールが発生する場合があり、抵抗体３０に発生するピンホール数が所定値を超えると、ゲージ特性が悪化したり、ひずみゲージとして機能しなくなったりするおそれがある。発明者らは、抵抗体３０にピンホールが発生する原因の１つが、基材１０の上面１０ａから突出するフィラーであることを突き止めた。
【００３１】
すなわち、基材１０がフィラーを含有すると、フィラーの一部が基材１０の上面１０ａから突出し、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を増大させる。その結果、基材１０の上面１０ａに形成される抵抗体３０に生じるピンホール数が増加し、ゲージ特性の悪化等の要因となる。
【００３２】
発明者らは、抵抗体３０の厚さが０．０５μｍ以上である場合に、基材１０の上面１０ａの表面凹凸が１５ｎｍ以下であれば、抵抗体３０に生じるピンホール数を抑制してゲージ特性を維持できることを見出した。
【００３３】
すなわち、抵抗体３０の厚さが０．０５μｍ以上である場合に、基材１０の上面１０ａに形成される抵抗体３０に生じるピンホール数を低減してゲージ特性を維持する観点から、基材１０の上面１０ａの表面凹凸は１５ｎｍ以下であることが好ましく、表面凹凸が１５ｎｍ以下であれば基材１０がフィラーを含有してもゲージ特性の悪化にはつながらない。なお、基材１０の上面１０ａの表面凹凸は０ｎｍであってもよい。
【００３４】
基材１０の上面１０ａの表面凹凸は、例えば、基材１０を加熱することにより低減することができる。或いは、基材１０の加熱に代えて、基材１０の上面１０ａに略垂直にレーザ光を照射して凸部を削る方法、基材１０の上面１０ａと平行にウォーターカッター等を可動させて凸部を削り取る方法、基材１０の上面１０ａを砥石を用いて研磨する方法、又は基材１０を加熱しながら加圧する方法（ヒートプレス）等を用いてもよい。
【００３５】
なお、表面凹凸とは、算術平均粗さのことであり、一般的にＲａと表記する。表面凹凸は、例えば、三次元光学干渉法により測定することができる。
【００３６】
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よりも拡幅して略矩形状に形成されている。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。端子部４１の上面を、端子部４１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。
【００３７】
カバー層６０は、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに設けられた絶縁樹脂層である。カバー層６０を設けることで、抵抗体３０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６０を設けることで、抵抗体３０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【００３８】
カバー層６０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６０は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層６０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。
【００３９】
図３Ａ〜図３Ｃは、第１の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図であり、図２に対応する断面を示している。ひずみゲージ１を製造するためには、まず、図３Ａに示す工程では、基材１０を準備し、基材１０の上面１０ａに機能層２０を形成する。基材１０及び機能層２０の材料や厚さは、前述の通りである。
【００４０】
機能層２０は、例えば、機能層２０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２０が成膜されるため、機能層２０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。
【００４１】
但し、これは、機能層２０の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層２０を成膜してもよい。例えば、機能層２０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２０を真空成膜する方法を用いてもよい。
【００４２】
次に、図３Ｂに示す工程では、機能層２０の上面全体に抵抗体３０及び端子部４１を形成後、フォトリソグラフィによって機能層２０並びに抵抗体３０及び端子部４１を図１に示す平面形状にパターニングする。抵抗体３０及び端子部４１の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体３０と端子部４１とは、同一材料により一体に形成することができる。抵抗体３０及び端子部４１は、例えば、抵抗体３０及び端子部４１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ができる。抵抗体３０及び端子部４１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。
【００４３】
機能層２０の材料と抵抗体３０及び端子部４１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。例えば、機能層２０としてＴｉを用い、抵抗体３０及び端子部４１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、抵抗体３０及び端子部４１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、抵抗体３０及び端子部４１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２０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２０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。
【００４６】
なお、抵抗体３０がＣｒ混相膜である場合、Ｔｉからなる機能層２０は、抵抗体３０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３０の酸化を防止する機能、及び基材１０と抵抗体３０との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層２０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】
次に、図３Ｃに示す工程では、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するカバー層６０を形成する。カバー層６０の材料や厚さは、前述の通りである。カバー層６０は、例えば、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１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６０は、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し端子部４１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。以上の工程により、ひずみゲージ１が完成する。
【００４８】
このように、抵抗体３０の下層に機能層２０を設けることにより、抵抗体３０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３０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２０を構成する材料が抵抗体３０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。
【００４９】
〈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、カバー層の下層に絶縁層を設けたひずみゲージの例を示す。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。
【００５０】
図４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断面図であり、図２に対応する断面を示している。図４を参照するに、ひずみゲージ１Ａは、カバー層６０の下層に絶縁層５０を設けた点が、ひずみゲージ１（図１、図２等参照）と相違する。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【００５１】
絶縁層５０は、抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに設けられている。カバー層６０は、例えば、絶縁層５０の側面の一部及び上面を被覆するように設けることができる。
【００５２】
絶縁層５０の材料は、抵抗体３０及びカバー層６０よりも高抵抗であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ等の酸化物や窒化物を用いることができる。絶縁層５０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〜１μｍ程度とすることができる。
【００５３】
絶縁層５０の形成方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、スパッタ法や化学気相蒸着（ＣＶＤ）法等の真空プロセスや、スピンコート法やゾルゲル法等の溶液プロセスを用いることができる。
【００５４】
このように、カバー層６０の下層に絶縁層５０を設けることで、カバー層６０単独の場合と比べて、絶縁性及び環境封止性を向上することができる。従って、絶縁層５０は、絶縁性及び環境封止性の要求仕様に応じて、適宜設けることができる。
【００５５】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、電極を積層構造としたひずみゲージの例を示す。なお、第２の実施の形態において、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。
【００５６】
図５は、第２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６は、第２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５のＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。図５及び図６を参照するに、ひずみゲージ２は、複数の層が積層された電極４０Ａを備えている。なお、カバー層６０は、電極４０Ａを除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【００５７】
電極４０Ａは、複数の金属層が積層された積層構造である。具体的には、電極４０Ａは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面に形成された金属層４４とを有している。金属層４３は本発明に係る第１金属層の代表的な一例であり、金属層４４は本発明に係る第２金属層の代表的な一例である。
【００５８】
金属層４２の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｃｕ（銅）を用いることができる。金属層４２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、０．０１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。
【００５９】
金属層４３の材料は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用いることが好ましい。金属層４３の厚さは、電極４０Ａへのはんだ付け性を考慮して決定されるが、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。金属層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、金属層４３の厚さを１μｍ以上とすることで、はんだ食われが改善される。又、金属層４３の材料としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金を用い、金属層４３の厚さを３μｍ以上とすることで、はんだ食われが更に改善される。なお、電解めっきの容易性から、金属層４３の厚さは３０μｍ以下であることが好ましい。
【００６０】
ここで、はんだ食われとは、電極４０Ａを構成する材料が、電極４０Ａに接合されるはんだの中に溶解し、電極４０Ａの厚みが薄くなったり、なくなったりすることである。はんだ食われが発生すると、電極４０Ａに接合されるリード線等との接着強度や引張り強度が低下するおそれがあるため、はんだ食われが発生しないことが好ましい。
【００６１】
金属層４４の材料は、金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料を選択することができる。例えば、金属層４３の材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金であれば、金属層４４の材料としてＡｕ（金）を用いることができる。Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の表面をＡｕで被覆することにより、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の酸化及び腐食を防止できると共に、良好なはんだ濡れ性を得ることができる。金属層４４の材料としてＡｕに代えてＰｔ（白金）を用いても同様の効果を奏する。金属層４４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、０．０１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。
【００６２】
なお、平面視において、金属層４２、４３、及び４４の積層部の周囲に端子部４１が露出しているが、端子部４１は金属層４２、４３、及び４４の積層部と同一の平面形状であっても構わない。
【００６３】
図７Ａ〜図７Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄは、第２の実施の形態に係るひずみゲージの製造工程を例示する図であり、図６に対応する断面を示している。ひずみゲージ２を製造するためには、まず、第１の実施の形態の図３Ａと同様の工程を実行後、図７Ａに示す工程では、機能層２０の上面に金属層３００を形成する。金属層３００は、最終的にパターニングされて抵抗体３０及び端子部４１となる層である。従って、金属層３００の材料や厚さは、前述の抵抗体３０及び端子部４１の材料や厚さと同様である。
【００６４】
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ができる。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。
【００６５】
次に、図７Ｂに示す工程では、金属層３００の上面を覆うように、例えば、スパッタ法や無電解めっき法等により、金属層４２となるシード層４２０を形成する。
【００６６】
次に、図７Ｃに示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８００を形成し、露光及び現像して電極４０Ａを形成する領域を露出する開口部８００ｘを形成する。レジスト８００としては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができる。
【００６７】
次に、図７Ｄに示す工程では、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により、開口部８００ｘ内に露出するシード層４２０上に金属層４３を形成し、更に、金属層４３上に金属層４４を形成する。電解めっき法は、タクトが高く、かつ、金属層４３として低応力の電解めっき層を形成できる点で好適である。膜厚の厚い電解めっき層を低応力とすることで、ひずみゲージ２に反りが生じることを防止できる。なお、金属層４４は金属層４３上に無電解めっき法により形成してもよい。
【００６８】
なお、金属層４４を形成する際に金属層４３の側面はレジスト８００に被覆されているため、金属層４４は金属層４３の上面のみに形成され、側面には形成されない。
【００６９】
次に、図８Ａに示す工程では、図７Ｄに示すレジスト８００を除去する。レジスト８００は、例えば、レジスト８００の材料を溶解可能な溶液に浸漬することで除去できる。
【００７０】
次に、図８Ｂに示す工程では、シード層４２０の上面の全面に感光性のレジスト８１０を形成し、露光及び現像して、図５の抵抗体３０及び端子部４１と同様の平面形状にパターニングする。レジスト８１０としては、例えば、ドライフィルムレジスト等を用いることができる。
【００７１】
次に、図８Ｃに示す工程では、レジスト８１０をエッチングマスクとし、レジスト８１０から露出する機能層２０、金属層３００、及びシード層４２０を除去し、図５の平面形状の機能層２０、抵抗体３０、及び端子部４１を形成する。例えば、ウェットエッチングにより、機能層２０、金属層３００、及びシード層４２０の不要な部分を除去できる。なお、この時点では、抵抗体３０上にシード層４２０が形成されている。
【００７２】
次に、図８Ｄに示す工程では、金属層４３及び金属層４４をエッチングマスクとし、金属層４３及び金属層４４から露出する不要なシード層４２０を除去し、金属層４２を形成する。例えば、シード層４２０がエッチングされ、機能層２０及び抵抗体３０がエッチングされないエッチング液を用いたウェットエッチングにより、不要なシード層４２０を除去できる。
【００７３】
図８Ｄに示す工程の後、図３Ｃに示す工程と同様にして、基材１０の上面１０ａに、抵抗体３０を被覆し電極４０Ａを露出するカバー層６０を形成することで、ひずみゲージ２が完成する。
【００７４】
このように、電極４０Ａとして、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４を形成している。そのため、はんだ食われを防止できると共に、はんだ濡れ性を向上できる。
【００７５】
〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、第２の実施の形態とは層構造の異なる電極の例を示す。なお、第２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。
【００７６】
図９は、第２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断面図であり、図６に対応する断面を示している。図９を参照するに、ひずみゲージ２Ａは、電極４０Ａが電極４０Ｂに置換された点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。又、カバー層６０が、電極４０Ｂを除く部分の略全体を覆うように設けられた点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。
【００７７】
電極４０Ｂは、複数の金属層が積層された積層構造である。具体的には、電極４０Ｂは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面に形成された金属層４５と、金属層４５の上面に形成された金属層４４とを有している。言い換えれば、電極４０Ｂは、電極４０Ａの金属層４３と金属層４４との間に金属層４５が設けられた構造である。
【００７８】
金属層４５の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Ｎｉを用いることができる。Ｎｉに代えてＮｉＰ（ニッケルリン）やＰｄを用いても構わない。又、金属層４５を、Ｎｉ／Ｐｄ（Ｎｉ層とＰｄ層とをこの順番で積層した金属層）としても構わない。金属層４５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、１μｍ〜２μｍ程度とすることができる。
【００７９】
金属層４５は、図７Ｄに示す工程で、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により、金属層４３上に形成することができる。
【００８０】
このように、電極の積層数は特に限定されず、必要に応じ積層数を増やしても構わない。この場合にも、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４を形成している。そのため、第２の実施の形態と同様に、はんだ食われを防止できると共に、はんだ濡れ性を向上できる。
【００８１】
〈第２の実施の形態の変形例２〉
第２の実施の形態の変形例２では、第２の実施の形態とは層構造の異なる電極の他の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例２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。
【００８２】
図１０は、第２の実施の形態の変形例２に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図６に対応する断面を示している。図１０を参照するに、ひずみゲージ２Ｂは、電極４０Ｂが電極４０Ｃに置換された点がひずみゲージ２Ａ（図９参照）と相違する。又、カバー層６０が、電極４０Ｃを除く部分の略全体を覆うように設けられた点がひずみゲージ２（図６等参照）と相違する。
【００８３】
電極４０Ｃは、複数の金属層が積層された積層構造である。具体的には、電極４０Ｃは、抵抗体３０の両端部から延在する端子部４１と、端子部４１の上面に形成された金属層４２と、金属層４２の上面に形成された金属層４３と、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に形成された金属層４５Ａと、金属層４５Ａの上面及び側面に形成された金属層４４Ａとを有している。金属層４４Ａ及び４５Ａの材料や厚さは、例えば、金属層４４及び４５と同様とすることができる。なお、金属層４４Ａは、本発明に係る第２金属層の代表的な一例である。
【００８４】
電極４０Ｃを形成するには、まず、図７Ｄに示す工程で、例えば、シード層４２０を給電経路とする電解めっき法により金属層４３を形成後、金属層４４を形成せずに、図８Ａに示す工程と同様にしてレジスト８００を除去し、その後、図８Ｂ〜図８Ｄと同様の工程を行う。その後、例えば、無電解めっき法により、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に金属層４５Ａを形成することができる。更に、例えば、無電解めっき法により、金属層４５Ａの上面及び側面に金属層４４Ａを形成することができる。
【００８５】
このように、電極は電解めっき及び無電解めっきを適宜併用して作製することができる。電極４０Ｃの構造では、端子部４１上にＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の厚膜（１μｍ以上）からなる金属層４３を形成し、更に最表層に金属層４３よりもはんだ濡れ性の良好な材料（ＡｕやＰｔ）からなる金属層４４Ａを形成している。但し、最表層の金属層４４Ａは、金属層４３の上面に加え金属層４２及び４３の側面にも金属層４５Ａを介して形成されているため、電極４０Ａや電極４０Ｂと比べて、金属層４３を構成するＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、又はＮｉ合金の酸化及び腐食を防止する効果を更に向上できると共に、はんだ濡れ性を更に向上できる。
【００８６】
なお、金属層４５Ａを形成せずに、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面に直接金属層４４Ａを形成しても同様の効果が得られる。すなわち、金属層４４Ａは、金属層４３の上面及び側面並びに金属層４２の側面を直接又は間接に被覆していればよい。
【００８７】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、ひずみゲージを用いたセンサモジュールの例を示す。なお、第３の実施の形態において、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。
【００８８】
図１１は、第３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２に対応する断面を示している。図１１を参照するに、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。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【００８９】
センサモジュール５において、起歪体１１０の上面１１０ａは、接着層１２０を介して、基材１０の下面１０ｂと固着されている。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３０の抵抗値の変化として検出することができる。
【００９０】
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。
【００９１】
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、基材１０の下面１０ｂ及び／又は起歪体１１０の上面１１０ａ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１０ｂを起歪体１１０の上面１１０ａ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。
【００９２】
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の上面１１０ａと基材１０の下面１０ｂ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。
【００９３】
なお、センサモジュール５において、ひずみゲージ１に代えて、ひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、又は２Ｂを用いてもよい。
【００９４】
［実施例１］
まず、事前実験として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、コンベンショナルスパッタ法により機能層２０としてＴｉを真空成膜した。この際、複数の膜厚を狙ってＴｉを成膜した５個のサンプルを作製した。
【００９５】
次に、作製した５個のサンプルについて蛍光Ｘ線（XRF：X‐ray Fluorescence）分析を行い、図１２に示す結果を得た。図１２のＸ線ピークよりＴｉの存在が確認され、Ｘ線ピークにおける各々のサンプルのＸ線強度より、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲でＴｉ膜の膜厚が制御できることが確認された。
【００９６】
次に、実施例１として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、コンベンショナルスパッタ法により機能層２０として膜厚が３ｎｍのＴｉを真空成膜した。
【００９７】
続いて、機能層２０の上面全体にマグネトロンスパッタ法により抵抗体３０及び端子部４１としてＣｒ混相膜を成膜後、機能層２０並びに抵抗体３０及び端子部４１をフォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした。
【００９８】
又、比較例１として、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０の上面１０ａに、機能層２０を形成せずに、マグネトロンスパッタ法により抵抗体３０及び端子部４１としてＣｒ混相膜を成膜し、フォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした。なお、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルにおいて、抵抗体３０及び端子部４１の成膜条件は全て同一である。
【００９９】
次に、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルについて、Ｘ線回折（XRD：X‐ray diffraction）評価を行い、図１３に示す結果を得た。図１３は、２θの回折角度が３６〜４８度の範囲におけるＸ線回折パターンであり、実施例１の回折ピークは比較例１の回折ピークよりも右側にシフトしている。又、実施例１の回折ピークは比較例１の回折ピークよりも高くなっている。
【０１００】
実施例１の回折ピークは、α−Ｃｒ（１１０）の回折線の近傍に位置しており、Ｔｉからなる機能層２０を設けたことにより、α−Ｃｒの結晶成長が促進されてα−Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜が形成されたものと考えられる。
【０１０１】
次に、実施例１のサンプルと比較例１のサンプルを複数個作製し、ゲージ特性を測定した。その結果、実施例１の各サンプルのゲージ率は１４〜１６であったのに対し、比較例１の各サンプルのゲージ率は１０未満であった。
【０１０２】
又、実施例１の各サンプルのゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲが−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内であったのに対し、比較例１の各サンプルのゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲは−１０００ｐｐｍ／℃〜＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内には入らなかった。
【０１０３】
このように、Ｔｉからなる機能層２０を設けたことにより、α−Ｃｒの結晶成長が促進されてα−Ｃｒを主成分とするＣｒ混相膜が形成され、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／℃の範囲内とするひずみゲージが作製された。なお、Ｃｒ混相膜へのＴｉの拡散効果がゲージ特性の向上に寄与していると考えられる。
【０１０４】
［実施例２］
実施例２では、膨張係数の異なる厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる複数の基材１０を準備し、抵抗体３０としてＣｒ混相膜を成膜した場合の、基材１０の膨張係数と抵抗体３０の内部応力との関係について調べ、図１４に示す結果を得た。
【０１０５】
抵抗体３０の内部応力は、評価サンプルの反りを測定し式（１）に示すストーニーの式により見積もった。なお、式（１）からわかるように、図１４に示す抵抗体３０の内部応力は、単位厚さ当たりの値であり、抵抗体３０の厚さには依存しない。
【０１０６】
【数１】
2020085247.tif 000003
なお、式（１）において、Ｅ：ヤング率、ν：ポアソン比、Ｄ：基材１０の厚さ、ｔ：抵抗体３０の厚さ、Ｒ：基材１０の曲率半径の変化、である。
【０１０７】
図１４より、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることで、抵抗体３０の内部応力を±０．４ＧＰａの範囲内に収めることができる。ここで、±０．４ＧＰａは、ひずみゲージ１が機能する限界の反りを生じる値であり、発明者らが実験的に求めたものである。
【０１０８】
言い換えれば、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲外とすると、抵抗体３０の内部応力が±０．４ＧＰａの範囲を超えてひずみゲージ１の反りが大きくなり、ひずみゲージとして機能しなくなる。従って、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とする必要がある。なお、基材１０の材料は、必ずしもポリイミド樹脂である必要はない。
【０１０９】
基材１０の材料の選定、基材１０に含有されるフィラーの材料の選定及び含有量の調整等を行うことにより、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることができる。
【０１１０】
このように、基材１０の膨張係数を７ｐｐｍ／Ｋ〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲内とすることにより、基材１０と抵抗体３０との膨張率の違いや、その他の要因を吸収し、抵抗体３０の内部応力を±０．４ＧＰａの範囲に収めることができる。その結果、ひずみゲージ１の反りが低減され、良好なゲージ特性を維持した状態で、ひずみゲージ１を安定的に機能させることができる。
【０１１１】
［実施例３］
実施例３では、フィラーを含有する厚さ２５μｍのポリイミド樹脂からなる基材１０を複数枚用意した。そして、加熱処理を施さないサンプル、１００℃の加熱処理を施したサンプル、２００℃の加熱処理を施したサンプル、３００℃の加熱処理を施したサンプルを３個ずつ作製し、常温に戻った後、各々の基材１０の上面１０ａの表面凹凸を三次元光学干渉法により測定した。
【０１１２】
次に、各々の基材１０の上面１０ａに、マグネトロンスパッタ法により、膜厚が０．０５μｍの抵抗体３０を成膜し、フォトリソグラフィによって図１のようにパターニングした後、抵抗体３０に生じるピンホール数をサンプル裏面より光を透過した光学透過法により測定した。
【０１１３】
次に、測定結果に基づいて、基材１０の上面１０ａの表面凹凸と抵抗体３０に生じるピンホール数との関係について、図１５にまとめた。なお、図１５に示す棒グラフが表面凹凸を示し、折れ線グラフがピンホール数を示す。又、横軸の１００℃、２００℃、及び３００℃は基材１０を加熱処理した際の温度を示し、未処理は加熱処理されていないことを示す。
【０１１４】
図１５は、基材１０を１００℃以上３００℃以下で加熱処理することで、基材１０の上面１０ａの表面凹凸が未処理時の半分程度である１５ｎｍ以下となり、その結果、抵抗体３０に生じるピンホール数が１／７程度に激減することを示している。但し、ポリイミド樹脂の耐熱温度を考慮すると、２５０℃を超える温度で加熱処理を施すと変質や劣化が起こるおそれがある。従って、加熱処理は、１００℃以上２５０℃以下の温度で行うことが好ましい。なお、加熱処理により表面凹凸が低減するのは、加熱処理による熱収縮の際に、基材１０を構成するポリイミド樹脂が内部にフィラーを巻き込むためと考えられる。
【０１１５】
発明者らの検討によれば、図１５に示す未処理のピンホール数（約１４０）はゲージ特性を悪化させるレベルであるが、加熱処理後のピンホール数（約２０）はゲージ特性に悪影響を与えないレベルである。すなわち、膜厚が０．０５μｍの抵抗体３０を用いる場合、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できることが確認された。
【０１１６】
なお、膜厚が０．０５μｍよりも厚い抵抗体３０を用いた場合にも、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できることは言うまでもない。すなわち、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下とすることで、膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０を用いた場合に、抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減することができる。
【０１１７】
このように、基材１０に加熱処理を施すことにより、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下にすることが可能であり、結果として膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０に生じるピンホール数を大幅に低減することができる。その結果、良好なゲージ特性を維持した状態で、ひずみゲージ１を安定的に機能させることができる。
【０１１８】
なお、抵抗体３０に生じるピンホール数を低減するためには基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減することが重要であり、表面凹凸を低減する方法は重要ではない。上記では加熱処理を施すことで表面凹凸を低減する方法を示したが、これには限定されず、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減できれば、如何なる方法を用いてもよい。
【０１１９】
基材１０の上面１０ａの表面凹凸は、例えば、基材１０の上面１０ａに略垂直にレーザ光を照射して凸部を削る方法、基材１０の上面１０ａと平行にウォーターカッター等を可動させて凸部を削り取る方法、基材１０の上面１０ａを砥石を用いて研磨する方法、又は基材１０を加熱しながら加圧する方法（ヒートプレス）等を用いて低減することができる。
【０１２０】
又、抵抗体３０に生じるピンホール数を低減するためには基材１０の上面１０ａの表面凹凸を低減することが重要であり、必ずしもフィラーの存在に起因する表面凹凸には限定されず、フィラーの存在に起因しない表面凹凸についても、上記の様々な方法により低減することは有効である。例えば、フィラーを含有しない基材１０の表面凹凸が１５ｎｍよりも大きい場合、上記の様々な方法により、基材１０の上面１０ａの表面凹凸を１５ｎｍ以下にすることで、膜厚が０．０５μｍ以上の抵抗体３０に生じるピンホール数をゲージ特性に悪影響を与えないレベルまで低減できる。
【０１２１】
［実施例４］
実施例４では、図７Ａ〜図７Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄに示す工程を第２の実施の形態の変形例１のように変形して、電極４０Ｂを備えたひずみゲージ２Ａを作製し、はんだ食われの有無を確認した。具体的には、金属層４２及び４３としてＣｕを用い、金属層４５としてＮｉＰを用い、金属層４４としてＡｕを用い、各金属層の厚さを変えたサンプルを１０種類作製し（サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１０）、はんだ食われの有無を確認した。
【０１２２】
結果を表１に示す。なお、表１において、膜厚『０』は、その金属層を形成しなかったことを示している。又、『×』は、１回目のはんだ付けで、はんだ食われが発生したことを示している。又、『〇』は、１回目のはんだ付けでははんだ食われが発生しなかったが、２回目のはんだ付け（はんだの手直し等を想定）により若干のはんだ食われが発生したことを示している。又、『◎』は、１回目のはんだ付けでも２回目のはんだ付けでもはんだ食われが発生しなかったことを示している。
【０１２３】
【表１】
2020085247.tif 000004
表１に示したように、Ｃｕの厚さを１μｍ以上とすることで、はんだ食われが改善され、３μｍ以上とすることで、はんだ食われが更に改善されることが確認された。又、サンプル１とサンプル５の結果より、はんだ食われの有無はＣｕの厚さのみに依存し、ＮｉＰやＡｕの有無には依存しないことが確認された。但し、前述のように、はんだ食われを防止すると共に、はんだ濡れ性を向上するためには、Ａｕ又はそれに相当する材料（Ｐｔ等）からなる金属層が必要である。
【０１２４】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なるセンサの例を示す。なお、第４の実施の形態において、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。
【０１２５】
図１６は、第４の実施の形態に係るセンサを例示する平面図である。図１７は、第４の実施の形態に係るセンサを例示する断面図であり、図１６のＣ−Ｃ線に沿う断面を示している。
【０１２６】
図１６及び図１７を参照するに、センサ６Ａは、個別センサ７０（ひずみゲージ）の集合体である。本実施の形態では、一例として、センサ６Ａは６個の個別センサ７０を有しているが、個別センサ７０の個数は６個には限定されない。
【０１２７】
センサ６Ａは、各々の個別センサ７０に共通の基材１０と、各々の個別センサ７０毎に設けられた抵抗体３０及び端子部４１とを有している。各々の個別センサ７０は、同一の基材１０の一方の側に配列されている。個別センサ７０の特性は、ひずみゲージ１と同様である。
【０１２８】
各々の個別センサ７０の抵抗体３０を被覆し端子部４１を露出するように基材１０の上面１０ａに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、各々の個別センサ７０の抵抗体３０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６０を設けることで、各々の個別センサ７０の抵抗体３０を湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【０１２９】
センサ６Ａは、例えば、測定対象物の表面に貼り付けてもよいし、測定対象物に埋め込んでもよい。
【０１３０】
このように、個別センサ７０（ひずみゲージ）の集合体であるセンサ６Ａを用いて、測定対象物の状態を検出してもよい。これにより、単体のひずみゲージ１を複数個用いる形態よりも利便性が向上する場合がある。なお、測定対象物の状態とは、測定対象物のひずみ、膨張、収縮、変形等である。
【０１３１】
〈第５の実施の形態〉
第５の実施の形態では、３次元情報を取得可能なセンサの例を示す。なお、第５の実施の形態において、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。
【０１３２】
図１８は、第５の実施の形態に係るセンサを例示する平面図である。図１９は、第５の実施の形態に係るセンサを例示する断面図であり、図１８のＤ−Ｄ線に沿う断面を示している。
【０１３３】
図１８及び図１９を参照するに、センサ６Ｂは、抵抗体３０Ｂと、端子部４１Ｂ及び４２Ｂとを有している。
【０１３４】
抵抗体３０Ｂは、基材１０を介して積層された複数の抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを含んでいる。すなわち、抵抗体３０Ｂは、複数の抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの総称であり、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを特に区別する必要がない場合には抵抗体３０Ｂと称する。なお、図１８では、便宜上、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを梨地模様で示している。
【０１３５】
複数の抵抗部３１Ｂは、基材１０の上面１０ａに、長手方向をＸ方向に向けて所定間隔でＹ方向に並置された薄膜である。複数の抵抗部３２Ｂは、基材１０の下面１０ｂに、長手方向をＹ方向に向けて所定間隔でＸ方向に並置された薄膜である。但し、複数の抵抗部３１Ｂと複数の抵抗部３２Ｂとは平面視で直交している必要はなく、交差していればよい。
【０１３６】
抵抗体３０Ｂの幅は、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〜１０００μｍ（１ｍｍ）程度とすることができる。隣接する抵抗体３０Ｂのピッチは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、１ｍｍ〜１００ｍｍ程度とすることができる。なお、図１８及び図１９では、抵抗部３１Ｂを１０本、抵抗部３２Ｂを１０本図示しているが、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの本数は必要に応じて適宜変更することができる。抵抗体３０Ｂの材料、厚さ、製造方法等は、抵抗体３０と同様とすることができる。
【０１３７】
端子部４１Ｂは、基材１０の上面１０ａにおいて、各々の抵抗部３１Ｂの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３１Ｂよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４１Ｂは、測定対象物の状態に応じた抵抗部３１Ｂの抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。端子部４１Ｂの上面を、端子部４１Ｂ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、抵抗部３１Ｂと端子部４１Ｂ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。
【０１３８】
端子部４２Ｂは、基材１０の下面１０ｂにおいて、各々の抵抗部３２Ｂの両端部から延在しており、平面視において、抵抗部３２Ｂよりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部４２Ｂは、測定対象物の状態に応じた抵抗部３２Ｂの抵抗値の変化を外部に出力するための１対の電極であり、例えば、外部接続用のフレキシブル基板やリード線等が接合される。端子部４２Ｂの上面を、端子部４２Ｂ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、抵抗部３２Ｂと端子部４２Ｂ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。
【０１３９】
なお、基材１０を貫通する貫通配線（スルーホール）を設け、端子部４１Ｂ及び４２Ｂを基材１０の上面１０ａ側又は下面１０ｂ側に集約してもよい。
【０１４０】
抵抗部３１Ｂを被覆し端子部４１Ｂを露出するように基材１０の上面１０ａに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。又、抵抗部３２Ｂを被覆し端子部４２Ｂを露出するように基材１０の下面１０ｂに第１の実地の形態で説明したカバー層６０を設けても構わない。カバー層６０を設けることで、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂ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６０を設けることで、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂを湿気等から保護することができる。なお、カバー層６０は、端子部４１Ｂ及び４２Ｂを除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
【０１４１】
図２０に示すように、センサ６Ｂ及び制御装置７によりセンサモジュール８を実現できる。センサモジュール８において、センサ６Ｂは、測定対象物に取り付けられ、制御装置７により測定対象物の状態を検出することができる。複数のセンサ６Ｂを測定対象物に取り付けてもよい。
【０１４２】
センサモジュール８において、センサ６Ｂの各々の端子部４１Ｂ及び４２Ｂは、例えば、フレキシブル基板やリード線等を用いて、制御装置７に接続されている。
【０１４３】
制御装置７は、端子部４１Ｂ及び４２Ｂを介して得られた情報に基づいて、例えば、センサ６Ｂが押圧された位置の座標や押圧力の大きさを検出することができる。例えば、センサ６Ｂの抵抗部３１ＢはＸ座標の検出に用いることができ、抵抗部３２ＢはＹ座標の検出に用いることができる。
【０１４４】
図２１に示すように、制御装置７は、例えば、アナログフロントエンド部７１と、信号処理部７２とを含む構成とすることができる。
【０１４５】
アナログフロントエンド部７１は、例えば、入力信号選択スイッチ、ブリッジ回路、増幅器、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）等を備えている。アナログフロントエンド部７１は、温度補償回路を備えていてもよい。
【０１４６】
アナログフロントエンド部７１では、例えば、センサ６Ｂの全ての端子部４１Ｂ及び４２Ｂが入力信号選択スイッチに接続され、入力信号選択スイッチにより１対の電極が選択される。入力信号選択スイッチで選択された１対の電極は、ブリッジ回路に接続される。
【０１４７】
すなわち、ブリッジ回路の１辺が入力信号選択スイッチで選択された１対の電極間の抵抗部で構成され、他の３辺が固定抵抗で構成される。これにより、ブリッジ回路の出力として、入力信号選択スイッチで選択された１対の電極間の抵抗部の抵抗値に対応した電圧（アナログ信号）を得ることができる。なお、入力信号選択スイッチは、信号処理部７２から制御可能である。
【０１４８】
ブリッジ回路から出力された電圧は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換され、信号処理部７２に送られる。アナログフロントエンド部７１が温度補償回路を備えている場合には、温度補償されたデジタル信号が信号処理部７２に送られる。入力信号選択スイッチを高速で切り替えることで、センサ６Ｂの全ての端子部４１Ｂ及び４２Ｂの抵抗値に対応するデジタル信号を極短時間で信号処理部７２に送ることができる。
【０１４９】
信号処理部７２は、アナログフロントエンド部７１から送られた情報に基づいて、センサ６Ｂが押圧された位置の座標や押圧力の大きさを検出することができる。
【０１５０】
又、複数の抵抗部３１Ｂの抵抗値や複数の抵抗部３２Ｂの抵抗値が変化した場合には、センサ６Ｂが複数位置で押圧されたことを検出できる。
【０１５１】
なお、押圧力の大きさが小さい場合等には、抵抗部３１Ｂ及び抵抗部３２Ｂのうち、押圧される側に近い方の抵抗部のみが押圧され、押圧される側から遠い方の抵抗部は押圧されない場合がある。この場合には、押圧される側に近い方の抵抗部の１対の電極間の抵抗値のみが押圧力の大きさに応じて連続的に変化するが、この場合も、信号処理部７２は、押圧される側に近い方の抵抗部の抵抗値の変化の大小に基づいて、押圧力の大きさを検出することができる。
【０１５２】
つまり、抵抗部３１Ｂ及び／又は抵抗部３２Ｂが押圧されると、押圧された抵抗部（抵抗部３１Ｂ及び／又は抵抗部３２Ｂ）の１対の電極間の抵抗値が押圧力の大きさに応じて連続的に変化する。そして、信号処理部７２は、抵抗部３１Ｂと抵抗部３２Ｂの一方が押圧されたか両方が押圧されたかにかかわらず、押圧された抵抗部の抵抗値の変化の大小に基づいて、押圧力の大きさを検出することができる。
【０１５３】
信号処理部７２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。
【０１５４】
この場合、信号処理部７２の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、信号処理部７２の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、信号処理部７２は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。
【０１５５】
このように、第５の実地の形態では、長手方向を第１方向に向けて並置された複数の抵抗部３１Ｂと、長手方向を第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の抵抗部３２Ｂとを含む抵抗体３０Ｂを有するセンサ６Ｂを用いている。
【０１５６】
これにより、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂが押圧されると、押圧された抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂが押圧力に応じて撓み、押圧された抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの１対の電極間の抵抗値が押圧力の大きさに応じて連続的に変化する。すなわち、センサ６Ｂを用いることで、３次元情報（押圧された位置の座標と、押圧力の大きさ）を得ることができる。すなわち、測定対象物全体の情報が得られ、測定対象物の状態が変化している箇所を詳細に把握できるので、測定対象物の状態を精度よく検出することが可能となる。
【０１５７】
特に、抵抗部３１Ｂ及び３２ＢがＣｒ混相膜から形成されている場合は、抵抗部３１Ｂ及び３２ＢがＣｕ−ＮｉやＮｉ−Ｃｒから形成されている場合と比べ、押圧力に対する抵抗値の感度（同一の押圧力に対する抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの抵抗値の変化量）が大幅に向上する。抵抗部３１Ｂ及び３２ＢがＣｒ混相膜から形成されている場合、押圧力に対する抵抗値の感度は、抵抗部３１Ｂ及び３２ＢがＣｕ−ＮｉやＮｉ−Ｃｒから形成されている場合と比べ、おおよそ５〜１０倍程度となる。そのため、抵抗部３１Ｂ及び３２ＢをＣｒ混相膜から形成することで、押圧された位置の座標の検出精度を向上できると共に、押圧力を高感度で検出できる。
【０１５８】
又、押圧力に対する抵抗値の感度が高いことで、押圧力が小であることを検出した場合には所定の動作を行い、押圧力が中であることを検出した場合には他の動作を行い、押圧力が大であることを検出した場合には更に他の動作を行うような制御の実現が可能となる。或いは、押圧力が小又は中であることを検出した場合には動作を行わず、押圧力が大であることを検出した場合にのみ所定の動作を行うような制御の実現が可能となる。
【０１５９】
又、押圧力に対する抵抗値の感度が高いと、Ｓ／Ｎの高い信号を得ることができる。そのため、アナログフロントエンド部７１のＡ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減しても精度よく信号検出ができる。Ａ／Ｄ変換回路において平均化を行う回数を低減することで、１回のＡ／Ｄ変換に必要な時間を短縮できるため、入力信号選択スイッチを更に高速で切り替えることが可能となる。その結果、センサモジュール８に入力される速い動きも検出することができる。
【０１６０】
又、抵抗体３０ＢがＣｒ混相膜から形成されている場合は、センサ６Ｂを小型化できるため、配置する場所の選択の自由度を向上することが可能となる。
【０１６１】
〈第５の実施の形態の変形例１〉
第５の実施の形態の変形例１では、センサの抵抗部をジグザグパターンにする例を示す。なお、第５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。
【０１６２】
図２２は、第５の実施の形態の変形例１に係るセンサを例示する平面図であり、図１８に対応する平面を示している。図２２を参照するに、センサ６Ｃは、抵抗体３０Ｂが抵抗体３０Ｃに置換された点が、センサ６Ｂ（図１８及び図１９参照）と相違する。
【０１６３】
抵抗体３０Ｃは、抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃを含んでいる。抵抗部３１Ｃは、１対の端子部４１Ｂの間に形成されたジグザグのパターンである。又、抵抗部３２Ｃは、１対の端子部４２Ｂの間に形成されたジグザグのパターンである。抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃの材料や厚さは、例えば、抵抗部３１Ｂ及び３２Ｂの材料や厚さと同様とすることができる。
【０１６４】
このように、抵抗部３１Ｃ及び３２Ｃをジグザグパターンにすることで、直線状のパターンにした場合と比べて、１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値を高くできる。その結果、押圧された際の１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値の変化量及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値の変化量が大きくなるため、押圧された位置の座標の検出精度を更に向上できると共に、力を更に高感度で検出できる。
【０１６５】
又、１対の端子部４１Ｂ間の抵抗値及び１対の端子部４２Ｂ間の抵抗値を高くできるため、センサ６Ｃを低消費電力化することが可能である。
【０１６６】
〈第６の実施の形態〉
第６の実施の形態では、第１の実施の形態に係るひずみゲージにおいて抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合の応用例を示す。なお、第６の実施の形態において、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。
【０１６７】
第１の実施の形態に係るひずみゲージ１において、抵抗体３０の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合、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。以降では、Ｃｒ混相膜を用いたひずみゲージ１を、便宜上、ひずみゲージ３と称する。
【０１６８】
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３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３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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
これに対して、ひずみゲージ３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。
【０１７１】
又、ひずみゲージ３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。
【０１７２】
又、ひずみゲージ３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。
【０１７３】
又、ひずみゲージ３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。
【０１７４】
又、ひずみゲージ３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。
【０１７５】
又、ひずみゲージ３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測定対象物に対して使用できる。
【０１７６】
又、ひずみゲージ３は、高感度であり、小さい変位を検出できるので、高い剛性を有する測定対象物に対して使用することも可能である。
【０１７７】
以上のような特徴から、ひずみゲージ３は様々な応用が可能である。以下に、ひずみゲージ３の具体的な応用例を示す。
〈第１応用例〉
自動車の空気抵抗は目に見えず不安定で、測定が困難である。そのため、車体に発生するダウンフォースや、揚力の空気図等を把握することが困難である。第１応用例では、このような点に鑑み、ひずみゲージ３を用いて、走行中の自動車が受ける風圧等を検出する例を示す。
【０１７８】
図２３は、自動車が走行したときの空気の流れを例示する模式図である。自動車５００が走行すると、例えば、図２３の矢印で示すような空気の流れが生じる。このような空気の流れにより、自動車５００が走行するスピードが速くなると、車体に揚力が働いて車体が浮き上がろうとし、走行が不安定となる場合がある。
【０１７９】
そこで、自動車５００は、フロントスポイラー５１０、サイドスポイラー５２０、及びリアスポイラー（リアウィング）５３０を有している。自動車５００は、フロントスポイラー５１０、サイドスポイラー５２０、及びリアスポイラー５３０を有することで、矢印方向にダウンフォースが働き、スピードを上げたときでも車体に働く揚力が削減されて車体の浮き上がりが抑制され、安定な走行が可能である。
【０１８０】
図２４は、自動車のスポイラーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。図２４に示す自動車５００Ａは、フロントスポイラー５１０Ａ、サイドスポイラー５２０Ａ、及びリアスポイラー（リアウィング）５３０Ａを有している。フロントスポイラー５１０Ａ、サイドスポイラー５２０Ａ、及びリアスポイラー（リアウィング）５３０Ａの少なくとも１つには、ひずみゲージ３が取り付けられている。
【０１８１】
ひずみゲージ３は、例えば、フロントスポイラー５１０Ａ、サイドスポイラー５２０Ａ、及びリアスポイラー（リアウィング）５３０Ａの少なくとも１つの表面に貼り付けてもよいし、埋め込んでもよい。或いは、フロントスポイラー５１０Ａ、サイドスポイラー５２０Ａ、及びリアスポイラー（リアウィング）５３０Ａの少なくとも１つに空気取込口を配置し、取り込んだ空気の流れが集中する個所にひずみゲージ３を貼り付けたり、埋め込んだりしてもよい。
【０１８２】
このように、スポイラーにひずみゲージ３を取り付けることで、スポイラーの表面の風圧を感知して、車体にかかる揚力やダウンフォースを検出することが可能となる。
【０１８３】
更に、検出した値をセンターインフォメーションディスプレイ（CID：Center Information Display）やＥコックピットのディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ等に表示させることで、車体にかかるダウンフォースの視覚化や、空気図の数値化が可能となる。
【０１８４】
スポイラーは軽量化のため、樹脂で形成される場合が多いが、可撓性を有する基材に形成されて軽量でフレキシブルなひずみゲージ３は貼り付けが容易である他、感度の高い風圧の検出が可能となる。
【０１８５】
又、スポイラーがモータ等により可変可能な構成である場合、ひずみゲージ３で検出した風圧に基づいてスポイラーを可変させることで、車体に働く揚力やダウンフォースを最適化し、より安定な走行を実現することも可能である。
【０１８６】
このように、ひずみゲージ３は高感度であるため、スポイラーにかかる風圧を容易に検出できる。又、検出結果をディスプレイに表示することで、ダウンフォース等の空気の流れの視覚化が可能となる。又、ひずみゲージ３の検出結果を可変スポイラーにフィードバックすることで、車体に働く揚力やダウンフォースを積極的に制御し、より安定な走行を実現できる。又、検出結果を空気抵抗に起因する燃費影響度に変換してディスプレイに表示することで、燃費情報の可視化が可能となる。なお、ひずみゲージ３は、エンジンで駆動される自動車だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車等に用いてもよい。
【０１８７】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第２応用例〉
自動車のアクセルペダルは剛性力の高い材質（曲がり難い材質）で形成されており、従来のひずみゲージを用いたセンサでは踏み込み力の補助センサとして正確なセンシングができなかった。すなわち、従来のひずみゲージは感度が低いため、曲がり易い材質で形成された部材を対象とした計測しかできなかった。或いは、剛性力の高い材質（曲がり難い材質）で形成された部材を対象とした計測の場合には、剛性力の低い材質（曲がり易い材質）から形成された起歪体を介して測定対象物に貼り付けていた。第２応用例では、このような点に鑑み、ひずみゲージ３を用いて、アクセルペダルの踏み込み力を検出する例を示す。
【０１８８】
なお、剛性力の高い材質（曲がり難い材質）とは、例えば、アルミニウム合金（ジュラルミン）やチタン等であり、剛性力の低い材質（曲がり易い材質）とは、例えば、アルミニウム等である。
【０１８９】
図２５は、自動車のアクセルペダルにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。図２５では、自動車のアクセルペダル５４０の側面にひずみゲージ３を貼り付けているが、アクセルペダル５４０の裏面等にひずみゲージ３を貼り付けてもよい。或いは、アクセルペダル５４０に、ひずみゲージ３を埋め込んでもよい。
【０１９０】
アクセルペダル５４０にひずみゲージ３を取り付けることで、アクセルペダル５４０の踏み込み力の検出を行うことができる。高感度なひずみゲージ３を用いることで、アクセルペダル５４０が剛性力の高い材質（曲がり難い材質）で形成されている場合であっても、高感度なセンシングが可能となり、より正確な踏み込み力を検出できる。
【０１９１】
このように、ひずみゲージ３は高感度であるため、アクセルペダル５４０が剛性力の高い材質（曲がり難い材質）で形成されている場合にも、踏み込み力を高精度に検出可能となる。これにより、自動車の速度制御性の向上や燃費の向上が期待できる。
【０１９２】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第３応用例〉
自動車のステアリングにかかるグリップ力は、例えば、ステアリングに配置された専用センサで検出することができる。例えば、専用センサをグリップされ易い左右対称の２個所に配置し、配置した箇所のグリップ力を検出することができる。専用センサは、例えば、ステアリングの芯材と外装の間に配置できるが、このような配置では、一部の高級仕様の自動車において、ステアリングのデザイン性を損ねる問題点もある。第３応用例は、このような点に鑑み、ひずみゲージ３を用いて、ステアリングのグリップ力を検出する例である。
【０１９３】
図２６Ａ及び図２６Ｂは、自動車のステアリングに専用センサを取り付けた比較例を示す斜視図である。図２６Ａでは、ステアリングの斜視図に加え、ステアリングの内部構造を拡大して示している。図２６Ｂは、図２６ＡのＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【０１９４】
図２６Ａ及び図２６Ｂに示す比較例に係るステアリング５５０Ｘは、剛性力の高い材料（例えば、金属）で形成された芯材５５１の外周側をウレタン等の樹脂５５２で被覆し、樹脂５５２の外周側に貼り付けるようにグリップ力を検出する専用センサ３Ｘを配置し、専用センサ３Ｘの外周側を皮等からなる外装５５３で被覆した構造である。専用センサ３Ｘは、例えば、環状のステアリング５５０Ｘにおいて、グリップされ易い左右対称の２個所に配置されている。
【０１９５】
専用センサ３Ｘは、ひずみゲージ３と比べて感度が低いため、変形し難い金属製等の芯材５５１の内部に貼りけるとセンシングが困難である。そのため、ステアリング５５０Ｘにおいて、専用センサ３Ｘは、変形し易い樹脂５５２の外周側に貼り付けられている。
【０１９６】
一方、ひずみゲージ３は高感度であるため、図２７の断面図に示すステアリング５５０のように、芯材５５１の内部にひずみゲージ３を貼り付けても、グリップ力のセンシングを行うことができる。すなわち、ひずみゲージ３は高感度であり、僅かなグリップ力でも確実な検出が可能であるため、芯材５５１の内部にひずみゲージ３を貼り付けても、グリップ力のセンシングを行うことができる。なお、図２７は、図２６Ａ及び図２６Ｂに対応する断面を示している。
【０１９７】
又、図２８に示すように、ひずみゲージ３をステアリング５５０の全周方向に配置することで、３６０°方向でグリップ力の検出が可能となる。この場合、例えば、図２９Ａに示す通常運転中の場合はもちろんのこと、図２９Ｂや図２９Ｃに示すハンドルの切り返しを行う場合のように、ステアリング５５０の様々な位置をグリップする場合でも、グリップ力の検出が可能となる。但し、ひずみゲージ３は、必ずしもステアリング５５０の全周方向に配置する必要はなく、ステアリング５５０の少なくとも一部に配置されていればよい。
【０１９８】
このように、ひずみゲージ３は高感度であるため、剛性力の高い芯材５５１の内部に貼り付けてもグリップ力の検出が可能となる。又、ひずみゲージ３を芯材５５１の内部に貼り付けることで、ステアリング５５０のデザインに影響を与えることがないため、ステアリング５５０のデザイン性が向上する。
【０１９９】
又、高感度のひずみゲージ３をステアリング５５０の全周方向に配置することで、右折や左折、カーブ等、切換えを伴うハンドル操作においてもグリップ力の検出が可能となる。
【０２００】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第４応用例〉
自動車のドアノブ（ドアハンドル）は、ドアロックのキーの挿入口や開閉時の取っ手として利用されるが、一部の高級車では車体デザインのイメージダウンとなり、ドアノブレス化が検討されている。又、ドアノブは、凹凸形状であることから、傷つき易いといった欠点があった。第４応用例では、このような点に鑑み、ひずみゲージ３を用いてドアロック解除を行うドアノブレスのドアの例を示す。
【０２０１】
図３０は、自動車のドアにひずみゲージ３を取り付けた例を示す斜視図である。図３１は、自動車のドアにひずみゲージ３を取り付けた例を示す断面図である。図３０及び図３１に示すドア５６０は、インナーパネル５６１と、アウターパネル５６２とを有しており、ドアノブを有していない。アウターパネル５６２の内側の所定位置にひずみゲージ３が貼り付けられている。或いは、アウターパネル５６２に、ひずみゲージ３を埋め込んでもよい。
【０２０２】
ドア５６０のアウターパネル５６２側の所定位置にひずみゲージ３を配置することで、所定位置が押されたことを検出できるため、ドアロックの解除を行うことができる。例えば、モータ等の動力を利用してドアの開閉を行う構造とし、ひずみゲージ３を貼り付けた所定位置が押されたことを検出したときに、モータ等の動力を利用してドアロックの解除を行いドアを開くことができる。
【０２０３】
ドア５６０のアウターパネル５６２側の所定位置にひずみゲージ３を配置することで、アウターパネル５６２の内側でのセンシングが可能となるため、車体のデザインを損なわずに済む。又、ひずみゲージ３は高感度であるため、確実にドアロック解除の検出が可能となる。
【０２０４】
例えば、ひずみゲージ３をアウターパネル５６２側の複数箇所に配置し、複数箇所に配置されたひずみゲージ３を予め定めた特定の順番で押した場合に、ドアロックの解除及びドアの開閉を行う構成としてもよい。これにより、誤検出を防止できると共に、特定の者だけがドアロックの解除及びドアの開閉を行うことができるため、ドアロック認証として用いることも可能である。
【０２０５】
或いは、センサ６Ｂ（図１８及び図１９参照）をアウターパネル５６２側の所定位置に配置し、センサ６Ｂが予め定めた特定の入力パターンが指等でなぞられたことを検出するようにしてもよい。この場合も、誤検出を防止できると共に、特定の者だけがドアロックの解除及びドアの開閉を行うことができるため、ドアロック認証として用いることが可能である。
【０２０６】
このように、ひずみゲージ３を用いることで、ドアの開閉にドアノブが不要となる他、車体デザインの自由度が向上するので、一部の高級車が目指す美しいフォルムの車体設計が可能となる。更に、ドア開閉時に傷がつきにくい新しい開閉システムの提案が可能となる。
【０２０７】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第５応用例〉
自動車のオーバーステアやアンダーステア等、車両の姿勢の不安定な状態を検知するＥＳＣ（Electronic Stability Control：横滑り防止装置）は、車の基本性能である「曲がる」を制御する予防安全（アクティブセーフティー）のシステムである。ＥＳＣには、例えば、傾斜センサが使用されていた。具体的には、重力方向に吊るした錘や液面と傾いた物体との偏差を検出する“振り子式”や“フロート式”の傾斜センサが用いられていた。又、ＭＥＭＳ方式の加速度センサやジャイロ（角速度センサ）等も用いられていた。しかし、傾斜センサは精度面で問題があり、加速度センサやジャイロ（角速度センサ）等は高額で価格面において問題があった。第５応用例では、このような点に鑑み、ひずみゲージ３を用いて、自動車の姿勢を検出する例を示す。
【０２０８】
図３２は、ひずみゲージ３を有する６軸力センサの例を示す斜視図である。図３２に示す６軸力センサ５７０は、外枠５７２と４つの梁５７３とを含む起歪体５７１と、錘５７４と、複数のひずみゲージ３とを有している。
【０２０９】
４つの梁５７３は各々が四角柱であり、外枠５７２の内壁側に十字を形成するように配置されている。各々の梁５７３の各面にひずみゲージ３が２つずつ並置されており、ひずみゲージ３は合計で３２個である。但し、起歪体５７１の外枠５７２や梁５７３の形状やひずみゲージ３の個数は一例であって、これらには限定されない。
【０２１０】
６軸力センサ５７０において、十字を形成するように配置された４つの梁５７３の交点が受感部となり、受感部には錘５７４が固定されている。これにより、６軸力センサ５７０では、３軸方向の併進力と偶力を一つのセンサで検出することができる。
【０２１１】
６軸力センサ５７０は、例えば、図３３に示す自動車５００Ｂの重心Ｇの近傍に配置することができる。これにより、自動車５００Ｂの姿勢に対応して６軸力センサ５７０の錘５７４が傾いて自動車５００Ｂの上下運動、左右運動、前進運動、ヨーイング運動、ピッチング運動、及びローリング運動を検出できるため、車体の姿勢制御が可能となる。
【０２１２】
このように、ひずみゲージ３を有する６軸力センサ５７０を車体の姿勢制御用のセンサとして用いることで、簡便なＥＳＣを構築することができ、安価で安全なＥＳＣシステムの実現が可能となる。又、感度の高いひずみゲージ３を用いることで、オーバーステアやアンダーステアなどの僅かな姿勢ズレも検出可能となり、安価で安全なＥＳＣシステムを簡便に実現可能となる。
【０２１３】
又、第５応用例の姿勢制御は、第１応用例の可変スポイラーの制御と併用してもよい。例えば、６軸力センサ５７０で検出された車体の姿勢が安定するように可変スポイラーを制御することで、自動車５００Ｂが強風を受けて横転するような事故を防止できる。
【０２１４】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第６応用例〉
第６応用例では、ひずみゲージ３等を用いて、ワイパーの動作状態を検出する例を示す。
【０２１５】
図３４は、自動車のワイパーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す模式図である。図３４において、５８０は２つのワイパーであり、各々がワイパーアーム５８１と、ワイパーブレード５８２と、ワイパーゴム５８３とを備えている。
【０２１６】
各々のワイパー５８０のワイパーアーム５８１の表面にはひずみゲージ３が貼り付けられている。或いは、ワイパー５８０のワイパーアーム５８１に、ひずみゲージ３を埋め込んでもよい。
【０２１７】
ひずみゲージ３をワイパー５８０のワイパーアーム５８１に取り付けることで、ワイパー５８０のスライド状態やワイピングムラ（拭きムラ）の状態の検出が可能である。
【０２１８】
又、ひずみゲージ３の検出結果に基づいて、ワイパー５８０のワイパーアーム５８１の動作スピードを可変することが可能である。或いは、ワイパー５８０においてワイパーゴム５８３の部分の角度を可変可能な構造としておき、ひずみゲージ３の検出結果に基づいて、ワイパーゴム５８３の部分の角度を可変してスライド状態やワイピングムラの状態を改善することも可能である。又、ひずみゲージ３の検出結果に基づいて、ワイパー５８０のワイパーゴム５８３の部分の摩耗を検知することも可能である。
【０２１９】
又、図３５に示すように、ワイパー５８０のワイパーゴム５８３の裏面（ガラス面と接する面とは反対側の面）の略全体にセンサ６Ｂを貼り付けてもよい。
【０２２０】
ワイパー５８０のワイパーゴム５８３による拭きムラをセンサ６Ｂを用いて検出することで、ワイパーアーム５８１の取り付け角度やワイパーブレード５８２へのフィードバックを行い、ワイパーゴム５８３の浮き等がないようガラス面とワイパーゴム５８３が均一に触れ合うようにすることができる。
【０２２１】
具体的には、ワイパーブレード５８２にかかる圧力をワイパーゴム５８３の裏面に貼り付けたセンサ６Ｂで検知して、圧力分布に応じた最適なワイパーアーム５８１の取り付け角度となるようフィードバックして作動させることで、ワイパー５８０の拭きムラを低減可能となる。
【０２２２】
又、自動車用ワイパーはフロントガラスに付着した雨水や付着物を除去するが、作動させた際にスムーズに動かずガラスに引っかかり、「ビビリ音」を発生する場合がある。又、「ビビリ音」が発生している状態では、ワイパーが本来の役割を果たすことができず、フロントガラスに雨水の拭きムラや筋が残ってしまい、ひどい場合には視界不良となり、運転に支障が出る問題があった。特に夜間走行では、街灯の近くと離れている場所との明暗差が大きくなるため瞬間的に視界が遮られることがあり、大変危険となる。
【０２２３】
ワイパー５８０にひずみゲージ３やセンサ６Ｂ等を貼り付けることで、ワイパーゴム５８３が温度や紫外線等で劣化し機能が落ちたり、ワイパーアーム５８１が曲がっていたりしても、常にガラス面とワイパーゴム５８３が均一に触れ合うため、「ビビリ音」を発生することなく左右に動いて、ガラスについた雨水や汚れ等を均一にかきとる事が可能となる。
【０２２４】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３やセンサ６Ｂに代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第７応用例〉
第７応用例では、ひずみゲージ３を用いて、エアバッグを作動させる例を示す。
【０２２５】
図３６は、自動車のバンパーにひずみゲージ３を取り付けた例を示す模式図であり、自動車が壁に衝突する様子を例示している。図３６において、自動車５００Ｃのバンパー５９０にはひずみゲージ３が貼り付けられている。或いは、バンパー５９０に、ひずみゲージ３を埋め込んでもよい。図３６において、自動車５００Ｃのバンパー５９０の左側が壁７００に衝突している。
【０２２６】
バンパー５９０にひずみゲージ３を取り付けることで、自動車５００Ｃの受ける衝撃を検出し、エアバッグを作動させることができる。或いは、エアバッグにひずみゲージ３を取り付けて、エアバッグが作動したときの圧力が適切か否かを検出することも可能である。
【０２２７】
図３７は、エアバッグ制御システムの一例を示す模式図である。図３７に示すように、エアバッグシステム５９１は、自動車５００Ｃに搭載されている。エアバッグシステム５９１は、ひずみゲージ３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５９２と、エアバッグ制御装置５９３とを有する。
【０２２８】
エアバッグ制御装置５９３は、点火剤及びガス発生剤が封入されたインフレータ５９４と、ガス発生剤から発生したガスを封入するエアバッグ５９５とを有する。ひずみゲージ３はバンパー５９０に配置され、エアバッグ５９５は車体の運転席の前方や側方等に配置される。
【０２２９】
ＥＣＵ５９２は、ひずみゲージ３と電気的に接続されている。ＥＣＵ５９２は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載用ＬＡＮのインタフェース回路を有しており、ひずみゲージ３の出力を含む自動車に関する様々な情報が入力される。
【０２３０】
ＥＣＵ５９２は、ひずみゲージ３の検出結果に基づいて、エアバッグ制御装置５９３を作動させる制御部である。ＥＣＵ５９２はエアバッグ制御装置５９３と接続されており、ひずみゲージ３の出力に基づいて、エアバッグ展開の指示をインフレータ５９４に伝達する。これにより、インフレータ５９４の点火剤が着火され、エアバッグ５９５が展開される。
【０２３１】
例えば、図３６に示すように自動車５００Ｃのバンパー５９０の左側が壁７００に衝突すると、ひずみゲージ３が自動車５００Ｃの車体の衝撃を抵抗体の抵抗値の変化として検出し、ＥＣＵ５９２に出力する。ＥＣＵ５９２は、ひずみゲージ３の出力に基づいてエアバッグ制御装置５９３を制御し、エアバッグ５９５が展開される。
【０２３２】
なお、上記の例では、自動車５００Ｃのバンパー５９０にひずみゲージ３を設けたが、車体の衝撃はバンパーに生じるとは限らない。そのため、ひずみゲージ３は、衝撃が生じることが予想される車体の所定位置に設けることができる。所定位置は、例えば、ドアであってもよいし、リアバンパーであってもよいし、スポイラーであってもよいし、その他であってもよい。
【０２３３】
又、第４応用例で示したドア開閉システムにおけるドアの開閉制御機能や、第６応用例で示したワイパーの制御機能をＥＣＵ５９２に持たせてもよい。
【０２３４】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
〈第８応用例〉
第８応用例では、ひずみゲージ３を用いて、エンジンや過給機の誤動作を検出する例を示す。
【０２３５】
図３８は、自動車のエンジン及び過給機近傍にひずみゲージ３を配置した例を示す模式図である。図３８において、６１０は過給機、６２０は排気タービン、６３０は吸気バルブ、６４０は排気バルブであり、過給機６１０の近傍にひずみゲージ３が配置されている。
【０２３６】
ひずみゲージ３をエンジン、又はターボチャージャーやスーパーチャージャー等の過給機の近傍に配置することで、例えば圧力の変化によりエンジンや過給機の誤動作の検出が可能である。又、ひずみゲージ３の検出結果に基づいて、エンジンの回転数を減らしたり、エンジンを停止したりすることも可能である。
【０２３７】
エンジン内が高温になる場合には、ひずみゲージ３の基材１０として樹脂ではなくセラミック（例えば、アルミナ、ジルコニア、サファイア）等の耐熱性の高い材料を用いることが好ましい。
【０２３８】
なお、ひずみゲージ３は、１個用いても複数個用いても構わない。又、ひずみゲージ３に代えて、抵抗体の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、センサ６Ａ、６Ｂ、又は６Ｃを用いても構わない。
【０２３９】
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。
【０２４０】
本国際出願は２０１８年１０月２３日に出願した日本国特許出願２０１８−１９９２８５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１８−１９９２８５号の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【０２４１】
１、１Ａ、２、２Ａ、２Ｂ、３  ひずみゲージ、５  センサモジュール、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  センサ、７  制御装置、１０  基材、１０ａ  上面、２０  機能層、３０、３０Ｂ、３０Ｃ  抵抗体、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ｂ、３２Ｃ  抵抗部、４１、４１Ｂ、４２Ｂ  端子部、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  電極、４２、４３、４４、４４Ａ、４５、４５Ａ  金属層、５０  絶縁層、６０  カバー層、７０  個別センサ、７１  アナログフロントエンド部、７２  信号処理部、１１０  起歪体、１２０  接着層、５００、５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ  自動車、５１０、５１０Ａ  フロントスポイラー、５２０、５２０Ａ  サイドスポイラー、５３０、５３０Ａ  リアスポイラー、５４０  アクセルペダル、５５０  ステアリング、５５１  芯材、５５２  樹脂、５５３  外装、５６０  ドア、５６１  インナーパネル、５６２  アウターパネル、５７０  ６軸力センサ、５７１  起歪体、５７２  外枠、５７３  梁、５７４  錘、５８０  ワイパー、５８１  ワイパーアーム、５８２  ワイパーブレード  ５８３  ワイパーゴム、５９０  バンパー、５９１  エアバッグシステム、５９２  ＥＣＵ、５９３  エアバッグ制御装置、５９４  インフレータ、５９５  エアバッグ、６１０  過給機、６２０  排気タービン、６３０  吸気バルブ、６４０  排気バルブ、壁  ７００
【図１】
2020085247.tif 000005
【図２】
2020085247.tif 000006
【図３Ａ】
2020085247.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2020085247.tif 000009
【図４】
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【図５】
2020085247.tif 000011
【図６】
2020085247.tif 000012
【図７Ａ】
2020085247.tif 000013
【図７Ｂ】
2020085247.tif 000014
【図７Ｃ】
2020085247.tif 000015
【図７Ｄ】
2020085247.tif 000016
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月20日(2021.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のアクセルペダルであって、
前記アクセルペダルの踏み込み力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材の一方の面に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、
前記機能層の一方の面に直接、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記抵抗体は、α−Ｃｒを主成分とし、
前記機能層は、前記α−Ｃｒの結晶成長を促進させ、前記α−Ｃｒを主成分とする膜を成膜する機能を有し、
前記アクセルペダルの踏み込み力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するアクセルペダル。
【請求項２】
前記センサは、
前記アクセルペダルの側面に設けられている請求項１に記載のアクセルペダル。
【請求項３】
前記アクセルペダルは、
剛性力の高い材質で形成されている請求項１又は２に記載のアクセルペダル。
【請求項４】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のアクセルペダル。
【請求項５】
自動車のステアリングであって、
前記ステアリングのグリップ力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材の一方の面に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、
前記機能層の一方の面に直接、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記抵抗体は、α−Ｃｒを主成分とし、
前記機能層は、前記α−Ｃｒの結晶成長を促進させ、前記α−Ｃｒを主成分とする膜を成膜する機能を有し、
前記ステアリングのグリップ力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するステアリング。
【請求項６】
剛性力の高い材料で形成された芯材と、
前記芯材の外周側を被覆する樹脂と、を有し、
前記センサは、
芯材の内部に設けられている請求項５に記載のステアリング。
【請求項７】
前記センサは、
前記芯材の内部の全周方向に設けられている請求項６に記載のステアリング。
【請求項８】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項５乃至７の何れか一項に記載のステアリング。
【請求項９】
自動車のドアであって、
インナーパネルと、
アウターパネルと、を有し、
前記アウターパネルの内側の所定位置に設けられ、当該所定位置の押圧力を検出するセンサを備え、
前記センサは、
可撓性を有する基材と、
前記基材の一方の面に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、
前記機能層の一方の面に直接、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、
前記抵抗体は、α−Ｃｒを主成分とし、
前記機能層は、前記α−Ｃｒの結晶成長を促進させ、前記α−Ｃｒを主成分とする膜を成膜する機能を有し、
前記アウターパネルの押圧力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出するドア。
【請求項１０】
複数の前記センサが前記アウターパネルの内側の複数箇所に設けられている請求項９に記載のドア。
【請求項１１】
前記抵抗体は、
前記基材の一方の側に長手方向を第１方向に向けて並置された複数の第１抵抗部と、
前記基材の他方の側に長手方向を前記第１方向と交差する第２方向に向けて並置された複数の第２抵抗部と、を含む請求項９又は１０に記載のドア。
【請求項１２】
請求項９乃至１１の何れか一項に記載のドアと、
前記押圧力の検知に基づいてドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【請求項１３】
請求項９乃至１１の何れか一項に記載のドアと、
複数の前記センサが予め定めた特定の順番で押された場合に、ドアロックの解除又はドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【請求項１４】
請求項９乃至１１の何れか一項に記載のドアと、
前記センサが予め定めた特定の入力パターンでなぞられた場合に、ドアロックの解除又はドアの開閉を行う開閉機構と、
を備えるドア開閉システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、センサを備えた自動車のアクセルペダル、ステアリング、ドア、ドア開閉システムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本アクセルペダルは、自動車のアクセルペダルであって、前記アクセルペダルの踏み込み力を検出するセンサを備え、前記センサは、可撓性を有する基材と、前記基材の一方の面に直接、金属、合金、又は、金属の化合物から形成された機能層と、前記機能層の一方の面に直接、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体と、を有し、前記抵抗体は、α−Ｃｒを主成分とし、前記機能層は、前記α−Ｃｒの結晶成長を促進させ、前記α−Ｃｒを主成分とする膜を成膜する機能を有し、前記アクセルペダルの踏み込み力を前記抵抗体の抵抗値の変化として検出する。
【国際調査報告】
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