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公開番号2024171354
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023088294
出願日2023-05-30
発明の名称ひずみゲージ、ひずみ測定装置およびひずみ測定方法
出願人公益財団法人電磁材料研究所
代理人デロイトトーマツ弁理士法人
主分類G01B 7/24 20060101AFI20241205BHJP(測定;試験)
要約【課題】実用性の向上を図りうるひずみゲージを提供する。
【解決手段】ひずみゲージの基板1の一方の主面に形成された抵抗体2を構成するナノグラニュラー構造膜が、一般式L_100-a-b-cM_aF_bO_c(L:1種以上の非磁性金属元素または磁性金属元素、M:Li、Mg、Al、Ca、Sr、Ba、GdおよびYから選択される1種以上の元素、F:フッ素、O:酸素、12.0≦a≦33.0、17.0≦b≦70.0、0≦c≦1.0、50.0≦a+b+c≦90.0)により表わされる組成を有し、かつ、Lで表わされる平均粒径1.0～5.0nmの金属粒子がMのフッ化物またはフッ化物および酸化物からなる絶縁性マトリックスに平均粒子間隔0.2～0.6nmで分布したナノグラニュラー構造膜により構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と前記基板の表面に形成された抵抗体とを備えているひずみゲージであって、前記抵抗体が、一般式Ｌ
100-a-b-c
Ｍ
a
Ｆ
b
Ｏ
c
（Ｌ：Ｐｔ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕから選択される１種以上の非磁性金属元素、Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＧｄおよびＹから選択される１種以上の元素、Ｆ：フッ素、Ｏ：酸素、１２．０≦ａ≦３３．０、１７．０≦ｂ≦７０．０、０≦ｃ≦１．０、５０．０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦９０．０）により表わされる組成を有し、かつ、Ｌで表わされる平均粒径１．０～５．０ｎｍの金属粒子がＭのフッ化物またはフッ化物および酸化物からなる絶縁性マトリックスに平均粒子間隔０．２～０．６ｎｍで分布したナノグラニュラー構造膜により構成されているひずみゲージ。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
基板と前記基板の表面に形成された抵抗体とを備えているひずみゲージであって、前記抵抗体が、一般式Ｌ
100-a-b-c
Ｍ
a
Ｆ
b
Ｏ
c
（Ｌ：Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される１種以上の磁性金属元素、Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＧｄおよびＹから選択される１種以上の元素、Ｆ：フッ素、Ｏ：酸素、１２．０≦ａ≦３３．０、１７．０≦ｂ≦７０．０、０≦ｃ≦１．０、５０．０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦９０．０）により表わされる組成を有し、かつ、Ｌで表わされる平均粒径１．０～５．０ｎｍの金属粒子がＭのフッ化物またはフッ化物および酸化物からなる絶縁性マトリックスに平均粒子間隔０．２～０．６ｎｍで分布したナノグラニュラー構造膜により構成されているひずみゲージ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のひずみゲージと、前記ひずみゲージを含むブリッジ回路を構成する回路構成要素と、前記ひずみゲージに磁場を印加するための磁石と、を備えているひずみ測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のひずみゲージを対象物に取り付ける工程と、前記ひずみゲージに磁石を用いて磁場を印加する工程と、前記ひずみゲージの電気抵抗の変化に応じて前記対象物におけるひずみ態様を検出する工程と、を含んでいるひずみ測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物のひずみを測定する技術に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
フッ化物マトリックスにナノメーターサイズの金属粒子が分散しているナノグラニュラー構造膜が変形されることに応じて、当該金属粒子の間隔が変化してナノグラニュラー構造膜の電気伝導度が変化する現象が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｓ．Ｋａｊｉ，Ｇ．Ｏｏｍｉ，Ｓ．Ｍｉｔａｎｉ，Ｓ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｋ．Ｔａｋａｎａｓｈｉ，ａｎｄＳ．ＭａｅｋａｗａＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６８，０５４４２９（２００３）
Ｓ．Ｍｉｔａｎｉ，Ｓ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｋ．Ｔａｋａｎａｓｈｉ，Ｋ．Ｙａｋｕｓｈｉｊｉ，Ｓ．Ｍａｅｋａｗａ，ａｎｄＨ．ＦｕｊｉｍｏｒｉＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８１，２７９９（１９９８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記現象は液体ヘリウム温度に近い極低温において発現するため、当該現象を用いた製品等の実用化は困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、実用性の向上を図りうるひずみゲージを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様のひずみゲージは、
基板と前記基板の表面に形成された抵抗体とを備えているひずみゲージであって、前記抵抗体が、一般式Ｌ
100-a-b-c
Ｍ
a
Ｆ
b
Ｏ
c
（Ｌ：Ｐｔ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕから選択される１種以上の非磁性金属元素、Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＧｄおよびＹから選択される１種以上の元素、Ｆ：フッ素、Ｏ：酸素、１２．０≦ａ≦３３．０、１７．０≦ｂ≦７０．０、０≦ｃ≦１．０、５０．０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦９０．0）により表わされる組成を有し、かつ、Ｌで表わされる平均粒径１．０～５．０ｎｍの金属粒子がＭのフッ化物またはフッ化物および酸化物からなる絶縁性マトリックスに平均粒子間隔０．２～０．６ｎｍで分布したナノグラニュラー構造膜により構成されている。
【０００７】
本発明の第２態様のひずみゲージは、
基板と前記基板の表面に形成された抵抗体とを備えているひずみゲージであって、前記抵抗体が、一般式Ｌ
100-a-b-c
Ｍ
a
Ｆ
b
Ｏ
c
（Ｌ：Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される１種以上の磁性金属元素、Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＧｄおよびＹから選択される１種以上の元素、Ｆ：フッ素、Ｏ：酸素、１２．０≦ａ≦３３．０、１７．０≦ｂ≦７０．０、０≦ｃ≦１．０、５０．０≦ａ＋ｂ＋ｃ≦９０．０）により表わされる組成を有し、かつ、Ｌで表わされる平均粒径１．０～５．０ｎｍの金属粒子がＭのフッ化物またはフッ化物および酸化物からなる絶縁性マトリックスに平均粒子間隔０．２～０．６ｎｍで分布したナノグラニュラー構造膜により構成されている。
【０００８】
（発明の効果）
本発明の第１態様および第２態様のそれぞれのひずみゲージによれば、抵抗体を構成するナノグラニュラー構造膜が変形することにより、当該ナノグラニュラー構造膜を構成する金属粒子の間隔が変化する。これにより、粒子間のトンネルバリアの厚さが変化し、電気伝導性が変化する。この際に、トンネルバリアを成すマトリックス物質のバンドギャップが高い場合において、膜全体の電気抵抗率が高まり、室温においても非特許文献１における低温領域と同程度の高い電気抵抗率が発揮され、常温であっても非特許文献２におけるハイオーダートンネリングによる電気伝導が実現し、ひずみゲージのゲージ率の向上、ひいてはその実用性の向上が図られている。
【０００９】
さらに、本発明の第２態様のひずみゲージでは、ナノグラニュラー構造膜を構成する金属粒子が磁性金属粒子であるため、非特許文献１および２におけるトンネル型磁気抵抗効果（ＴＭＲ）が生じる。さらに、ひずみゲージにひずみが印加されることにより、ナノグラニュラー構造膜の変形に応じた金属粒子の間隔の変化によってＴＭＲの発現態様が相違する。非特許文献１および２に示される従来の材料では、ハイオーダートンネリングは液体ヘリウム温度に近いごく低温でしか生じないが、本発明の第２態様のひずみゲージによれば室温においてハイオーダートンネリングが生じるために、常温であっても磁場の存在下でのＴＭＲの変化に基づくゲージ率のさらなる向上、ひいてはその実用性のさらなる向上が図られている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１態様および第２態様の実施形態としてのひずみゲージの構成説明図。
抵抗体の微細構造に関する説明図。
本発明の第１態様の抵抗体の原子比率ａ＋ｂ＋ｃとひずみゲージのゲージ率との関係に関する説明図。
本発明の第２態様の原子比率ａ＋ｂ＋ｃとひずみ印加によるＴＭＲ比の変化との関係に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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