JP4645596B2 - 歪センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は各種荷重やトルク等を測定する歪センサ及びその製造方法に関する。

以下、感歪抵抗体を用いた従来の歪センサについて図面を参照しながら説明する。図１８は従来の歪センサの断面図である。金属基板１上に結晶化ガラスほうろう層からなる電気絶縁層２を設ける。電気絶縁層２上に感歪抵抗体子３を結合させ、さらにその上にオーバーコート４を被覆して、荷重検出装置が構成されている。このような荷重検出装置を用いる車両用サスペンションが特許第２９２９７５７号公報に開示されている。しかし、結晶化ガラスの表面は、凹凸が大きく、滑らかでないために、抵抗値バラツキが大きくなることが、特開平６−１３７８０５号公報に開示されている。

図１９は、焼成される前の結晶化ガラスの部分断面図を示している。焼成する前の結晶化ガラスは、個々のガラス粉５から構成されていることが判る。そしてこうしたガラス粉５が所定温度で焼成されて、電気絶縁層２を形成している。

図２０は、結晶化ガラスの断面拡大図を示している。図２０において、電気絶縁層２の表面６には細かい凹凸が残り、その内部にはボイド７が残っている。こうしたボイド７は、セラミック電子部品に一般的に含まれている。そして、それ自体は製品の信頼性には影響しないが、製品の特性バラツキ等の発生原因になることがある。次にこうした課題について、図２１を用いて説明する。

図２１は、メッシュベルト炉（Ｍｅｓｈｂｅｌｔ Ｃｏｎｖｅｙｏｒ Ｆｕｒｎａｃｅ、以後ＭＣＦという）を用いて結晶化ガラスを焼成する場合の焼成条件を示す図である。図２１において、横軸は時間、縦軸は温度を示している。サンプルはＭＣＦの中で室温から少しずつ加熱され、９００℃程度のピーク温度を一定時間保持した後、また室温まで少しずつ冷却される。また図２１においてＹ軸のＴｅｍｐ１は結晶化ガラスの軟化温度、Ｔｅｍｐ２は結晶化温度に相当する。

一般的な非晶質ガラスの場合、軟化温度（ガラスが軟化変形し始める目安となる温度であり、一般的にはＤＴＡで求められる）、軟化点を超えて、高温になるほどガラスはより軟化していく。しかし結晶化ガラスの場合、軟化点（図２１のＴｅｍｐ１）前後でガラスは軟化するが、結晶化温度（図２１のＴｅｍｐ２）に達するとガラスが結晶化してしまう。そのため結晶化ガラスが軟化している温度域は、Ｔｅｍｐ１の軟化温度からＴｅｍｐ２の結晶化温度の間となる。また図２１において、Ｔｅｍｐ１とＴｅｍｐ２に対応する時間が、それぞれＸ軸のＴｉｍｅ１、Ｔｉｍｅ２である。つまり結晶化ガラスは、Ｔｉｍｅ１（Ｔｅｍｐ１の軟化温度に相当）で軟化し始め、Ｔｉｍｅ２（Ｔｅｍｐ２の結晶化温度に相当）で結晶化し、固体化する。このようにして結晶化した後の結晶化ガラスの溶解温度は１０００℃以上となる。そのため、一度結晶化した後の結晶化ガラスは、ピーク温度（図２１では９００℃前後）でも溶解することなくそのまま固体状態で保たれる。つまり図２１の焼成プロファイル８において、最初からＴｉｍｅ１の間は、結晶化ガラスは図１９に示すようにガラス粉５から構成された未焼成状態である。そしてＴｉｍｅ１からＴｉｍｅ２の間に、これらガラス粉５が同時に溶解し、Ｔｉｍｅ２を超えた後は結晶化ガラスとして固体化している。

以上のように、結晶化ガラスは、Ｔｉｍｅ１とＴｉｍｅ２の間でのみ溶解するため、結晶化ガラスの溶解時での充分なレベリング（表面の平滑化）を行う時間を確保する必要があった。そのため安定した焼成を行うためには、焼成時間を短くすることは難しい。その結果、焼成工程での生産性効率は低かった。

さらに、金属基板の上で結晶化ガラスを一体化形成する場合、結晶化ガラスの焼成収縮はＺ方向（厚み方向）だけ発生する。そして、ＸＹ方向（つまり金属基板の上に密着した面）における焼結収縮が阻害される。その結果、一般的な結晶化ガラス材料を使った各種製品（ＸＹＺの３次元的な収縮が可能なため、焼結中に発生する応力は均一化しやすい）とは異なり、上記構成の場合結晶化ガラスの焼成条件を最適化する技術的な難易度は高い。つまり、上記構成において、結晶化ガラスの焼成時間を短くすることは大きな課題であった。

本発明は、基板と、前記基板上に積層した複合結晶化ガラスと、前記複合結晶化ガラス上に積層した感歪抵抗体と、を有し、前記複合結晶化ガラスは、互いにガラス材料としてＡｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、もしくはＭｇＯの内、一つ以上の添加元素の割合が１〜２０ｗｔ％の割合で異なり、かつ、互いに５０℃以下の異なる転移温度を有し、かつＢａ、ＭｇとＳｉからなる群のうちの少なくとも２つ以上の元素からなる共通の結晶種を有する複数種類の結晶化ガラス粉どうしが混合、分散された状態で前記基板上で同時焼成してなる、結晶の大きさが０．１〜２０μｍである焼結体から形成された歪センサを提供する。このようにして、複合結晶化ガラスの溶融時間もしくは溶融温度域を広げられるため、焼成工程での生産性向上、センサの低コスト化を実現できる。

さらに、本発明は上記歪センサの製造方法を提供する。

以下本発明の実施の形態の一例を、図面を用いて説明する。図面は模式図であり、各位置を寸法的に正しく示すものではない。なお、ＤＴＡは示差熱分析（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）の略称である。また、本発明における熱機械的定数には結晶化温度、熱膨張係数、転移点温度などが含まれる。なお、図３、６Ａ，６Ｂ、８中の矢印は参照する軸を表わしている。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるセンサの断面図である。図１に示すように、金属基板１１の上に、複合結晶化ガラス１９（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｓｅｄ Ｇｌａｓｓ、以後ＣＣＧという）を介して、配線２０や感歪抵抗体１３が形成され、これらがオーバーコート１４で覆われている。

図２は、ＣＣＧの断面拡大図である。従来の図２０と比べると、図２に示すＣＣＧの内部には、ボイド１７が少なく、その大きさも小さいことが判る。またＣＣＧの表面１６は滑らかであることも判る。

本発明におけるＣＣＧとは、夫々異なる軟化点、異なる結晶化温度を有する複数の結晶化ガラス粉を、粉末状態で均一になるように混合し、これを金属基板の上で同時に焼成して製造される。このようにして、従来の結晶化ガラスでは得られなかった広い温度領域（つまり軟化温度から結晶化温度までの間）が得られる。その結果、図２に示すようにＣＣＧの内部にはボイド１７が残りにくく、その表面１６は滑らかになっている。

ＣＣＧによってボイドの減少や表面性が改善される理由について、図３を用いて説明する。図３は、本発明におけるＣＣＧの示差熱分析（ＤＴＡ）結果の一例を示している。ＤＴＡのグラフは、温度グラフ２１、示差熱グラフ２２とから構成され、ピーク２３を有している。またＸ軸は時間、Ｙ１軸は温度、Ｙ２軸は示差熱をそれぞれ表わしている。ＤＴＡについて、更に詳しく説明する。まず、本発明のＣＣＧのＤＴＡを以下のようにして行った。約５００ｍｇのＣＣＧを測定サンプルとし、リファレンスとしてはαアルミナを用いた。そして加熱速度を１０℃／分として、室温から１０００℃までの示差熱を測定した。図３は、約７００〜８００℃の測定結果を抜き出したものであり、温度グラフ２１は、７００℃付近から８００℃付近まで昇温していることがわかる。また温度グラフ２１において、ピーク２３が観察される。次に、ＣＣＧの軟化、焼結の様子を説明する。図３の示差熱グラフ２２は低温側で一定であるが、Ｔｉｍｅ３付近において急激に低下する。このＴｉｍｅ３における温度がＴｅｍｐ３であり、これがＣＣＧの軟化温度に相当する。

さらに示差熱グラフ２２は、Ｔｉｍｅ３の後は一定時間下がった後で、Ｔｉｍｅ４付近で急激に増加する（図３では、グラフ枠内からはみ出している）。このＴｉｍｅ４での温度がＣＣＧの結晶化温度に相当する。またＴｉｍｅ４以降で示差熱グラフ２２はグラフ枠内から大きく上にはみ出している。これはＣＣＧの結晶化熱によるものであり、この結晶化熱は温度グラフ２１ではピーク２３として観察される。

こうしてＴｉｍｅ４で結晶化熱を発生しながら結晶化した後のＣＣＧは、安定化しているためＴｉｍｅ４以降で大きく変化することは無い。本発明のＣＣＧの場合、ガラスの流動領域に相当するＴｅｍｐ３（軟化温度）とＴｅｍｐ４（結晶化温度）の差が、従来の結晶化ガラスに比べて大きい。その結果、結晶化ガラスが溶解し、結晶化するまでに平滑化に要する充分な時間が得られることになる。

次に図４を用いて、ＣＣＧのＭＣＦにおける焼成プロファイル２４について説明する。図４において、Ｘ軸は時間、Ｙ軸は温度を示している。

図４に示すように、金属基板上に所定パターンで形成されたＣＣＧは、ＭＣＦの中で室温から少しずつ加熱され、９００℃前後のピーク温度を一定時間保持した後、また室温まで少しずつ冷却される。また、Ｔｅｍｐ５が、ＣＣＧの軟化点、Ｔｅｍｐ６がＣＣＧの結晶化温度に相当する。ＣＣＧの場合、室温からＴｅｍｐ５までの温度（時間軸では、０分からＴｉｍｅ５までの間）では、軟化温度（Ｔｅｍｐ５）未満であるため、個々のガラス粉は溶解していない。そしてＹ軸のＴｅｍｐ５からＴｅｍｐ６まで（Ｘ軸で説明するとＴｉｍｅ５からＴｉｍｅ６の間）は、個々のガラス粉がそれぞれの軟化温度に応じて温度で溶解し、ＣＣＧとして結晶化する。そしてＴｅｍｐ６から上の温度（Ｘ軸では、Ｔｉｍｅ６から６０分までの間）は、ＣＣＧとして結晶化したままである。なお図４のＴｅｍｐ５は図３のＴｅｍｐ３に相当する。また図４のＴｅｍｐ６は図３のＴｅｍｐ４に相当している。

次にＣＣＧの焼成される前の状態（例えば、ＣＣＧペーストが脱バインダされた後の状態）を図５に示す。図５に示すように、第１の結晶化ガラス粉２５と第２の結晶化ガラス粉２６とから構成されている。第１の結晶化ガラス粉２５と第２の結晶化ガラス粉２６は、互いに異なる軟化温度、結晶化温度を有している。図５においては、第１の結晶化ガラス粉２５と第２の結晶化ガラス粉２６が、粉末の状態で均質に混ざっていることを示している。そしてこれら異なる特性を有する複数種のガラス粉を有するペーストを金属基板１１の上で印刷して所定形状を形成する。さらに、後述する図４のような焼成プロファイルによって焼成され、ＣＣＧ１９を形成する。

なおＣＣＧを構成する第１の結晶化ガラス粉２５や第２の結晶化ガラス粉２６の平均粒径は０．５〜１０μｍが望ましい。特にガラス粉の平均粒径が０．３μｍ未満の場合、ガラス粉同士の均一分散が難しくなる場合がある。単一のガラス粉を使う場合、平均粒径が０．１〜１０μｍ以下であっても使うことができる。なぜなら０．１〜０．３μｍ程度の微細なガラス粉（ガラス粉は０．５μｍ未満の微細なものほど凝集しやすい）が、５〜１０μｍ程度の凝集体を形成していたとしても、焼成すれば均一な（同じ）結晶化ガラスとなるためである。

一方本発明のＣＣＧ１９の場合、異なるガラス粉が同時に焼成されて構成されるため、図５に示すように第１の結晶化ガラス粉２５と第２の結晶化ガラス粉２６はより均一に混合、分散されることが望ましい。そのため、平均粒径は０．５μｍ以上が望ましい。またガラス粉の平均粒径が１０μｍを超える場合、ＣＣＧの厚みに加えて、ガラス粉の粒径が影響することがある。それは、平均粒径が１０μｍを超える場合、粒径が２０μｍや３０μｍといったガラス粉が含まれている可能性があるからである。また第１の結晶化ガラス粉２５と、第２の結晶化ガラス粉２６との平均粒径の差は５μｍ未満が望ましい。これらの平均粒径の差が５μｍを超えると、出来上がったＣＣＧの均一性に影響を与える場合がある。

つぎに図６を用いて、個々のガラス粉の挙動について説明する。図６Ａと６ＢはＣＣＧを構成する複数種類の異なる結晶化ガラスのＤＴＡ結果を示す図である。図６Ａは第１の結晶化ガラス粉のＤＴＡ、図６Ｂは第２の結晶化ガラス粉のＤＴＡの結果をそれぞれ示している。本来、図６Ａと図６Ｂは元々同じグラフ枠の中に書くべきものであるが、複雑になりすぎるために図６Ａ、図６Ｂとして分けている。Ｙ軸は共通なので２つの図は重ね合わせることができる。また、各軸の説明は図３と同じであるので省略する。なお、ＤＴＡとは、試料に発生した熱エネルギーの変化を定量的に検知する。そして、結晶化ガラスの溶解や結晶化の様子を熱エネルギーの変化（例えば、吸熱現象、発熱現象）として検出するものである。

図６Ａに示すように、温度グラフ２１ａは時間とともに昇温しているが、Ｔｉｍｅ７付近で示差熱グラフ２２ａが急激に低下（吸熱）している。このときの温度（Ｔｅｍｐ７）が第１の結晶化ガラスの軟化温度に相当する。さらに、Ｔｉｍｅ８付近で示差熱グラフ２２ａが急激に上昇（発熱）しており、このときの温度（Ｔｅｍｐ８）が第１の結晶化ガラスの結晶化温度に相当する。

同様に図６Ｂにおいて、温度グラフ２１ｂは時間とともに昇温しているが、Ｔｉｍｅ９付近で示差熱グラフ２２ｂが急激に低下（吸熱）しており、このときの温度（Ｔｅｍｐ９）が第２の結晶化ガラスの軟化温度に相当する。さらに、Ｔｉｍｅ１０付近で示差熱グラフ２２ｂが急激に上昇（発熱）しており、この時の温度（Ｔｅｍｐ１０）が第２の結晶化ガラスの結晶化温度に相当する。

図６Ａと図６Ｂの温度軸（Ｙ軸）が共通であるので、これを互いに照らし合わせ、同じ一つのＸ軸（時間軸）の順番に並べると、Ｔｉｍｅ７、Ｔｉｍｅ９、Ｔｉｍｅ８、Ｔｉｍｅ１０の順番となる。言い換えると、Ｔｉｍｅ７はＴｅｍｐ７、Ｔｉｍｅ９はＴｅｍｐ９、Ｔｉｍｅ８はＴｅｍｐ８、Ｔｉｍｅ１０はＴｅｍｐ１０に相当するので、これらを同じ一つのＹ軸（温度軸）に並べると、温度の低い方から順番に、Ｔｅｍｐ７（第１のガラスの軟化温度）、Ｔｅｍｐ９（第２のガラスの軟化温度）、Ｔｅｍｐ８（第１のガラスの結晶化温度）、Ｔｅｍｐ１０（第２のガラスの結晶化温度）となる。

そして、これら複数種の異なる示差熱グラフを有するガラス粉が、図５に示すように混合されて一括焼成されるため、本発明のＣＣＧの流動領域は、Ｔｅｍｐ７（第１の結晶化ガラスの軟化温度）からＴｅｍｐ１０（第１の結晶化ガラスの結晶化温度）までの広範囲に広げられる。

そして図６Ａと図６Ｂの結果を合成したものが、図３に相当することになる。このように金属基板上にガラス層を形成する場合、ＣＣＧ層として形成するとその焼結領域を広げられる。その結果、ＭＣＦにおける焼成速度を上げたり、従来は一括焼成の難しさから焼成を複数回（もしくは複数層）に分けていた場合に対しても、より厚い層を一括で焼成形成できるので製品の製造コストを下げられる。

またＣＣＧを構成する異なるガラス粉は、それぞれの組成に応じた特有の結晶化温度を有するため、同じ温度で一斉に結晶化することにならない。特に結晶化ガラスを構成するガラス粉が単一な示差熱グラフを示している場合、結晶化温度に達した時、結晶化に伴い多量の発熱（結晶化熱）が発生する。こうした結晶化熱が隣接するガラス粉にも伝わってしまうため、連鎖的に急激な結晶化が起こることがある。

しかし本発明に示すように、それぞれに固有の結晶化温度を有するガラス粉を用いることで、結晶化熱の発生する温度域を広げられ、更にガラス粉自身を微粒子としておくことで結晶化熱の発生量も少なく、更に別々のガラス粉同士を混合させておくことで、結晶化熱も全体的に均一化し、温和な反応とすることができる。なお図３においては、温度グラフ２１には結晶化熱に起因するピーク２３を図示しているが、これは温度グラフ２１を測定しているＤＴＡ装置の測定パン（図示していない）の熱容量が小さいためである。このようにして、ＣＣＧ１９の断面や内部は、図２に示したものとすることができる。上記ＣＣＧを用いたセンサは、結晶化ガラスの特徴（高強度、高電気絶縁性）を示すとともに、充分な平滑化に要する時間が得られるため、表面の平滑性等にも優れている。その結果、センサの特性バラツキの低減、センサ特性の安定化を実現できる。

なおＣＣＧ１９の厚みは１０〜１００μｍが望ましい。厚みが１０μｍ未満の場合、金属基板１１の表面の凹凸の影響を受ける場合がある。１００μｍを超えると、製品の材料費に影響を与える場合がある。

なおＣＣＧを形成する、異なる組成を有する複数種の結晶化ガラス粉末は、５００〜９００℃の温度で、金属基板と共に熱処理されて結晶化するものであることが望ましい。結晶化温度が５００℃未満の結晶化ガラスは特殊で高価なものとなる。また結晶化温度が９００℃を超える結晶化ガラスを使うには、高価で特殊な金属基板を使う必要が有り、製品の材料コストに影響を与える。

（実施の形態２）
実施の形態２ではＣＣＧの組成の一例について、表１から表６を用いて説明する。なお、表１から表６における各成分の割合は重量％（ｗｔ％）で表わしている。また、評価は○、△、×で表わし、それぞれ良、可、不可を表わしている。

表１から表６は、金属基板上でそれぞれの組成を有する結晶化ガラス粉のマッチング性を評価した結果を示す。各表では、ＭｇＯの添加割合を変化させている。ＭｇＯの割合が結晶性と相関があるため、表５に示したようにＭｇＯの割合は３５〜５５ｗｔ％が良いことが判った。このようにＭｇＯの熱膨張係数は、金属基板に近いため、金属基板とのマッチング性に影響しやすい材料でもある。また表２から表６のように、更に色々な組成について検討した。

その結果、ＭｇＯが多すぎると表面性が低下することが判った。またＢａＯも多すぎると耐熱性、密着性が低下することが判った。更にＡｌ₂Ｏ₃が１〜３０ｗｔ％の範囲で添加されることが望ましい。また一定量のＭｇＯとＡｌ₂Ｏ₃が共に共存していることが、ガラスの安定化に重要なことも判った。また表６に示すように、添加量を増やしすぎても、うまく焼結できないことが判った。以上の結果に基づき、金属基板上で焼成可能な結晶化ガラスの基本組成を、表７に示す。

次に表７の結晶化ガラスの組成範囲内で、溶解温度、結晶化温度、更には転移点（ガラスの熱膨張係数が急激に変化する温度）などが異なる複数種類の結晶化ガラスからＣＣＧを作製した。その結果を８に示す。

表８に示すように、第１の結晶化ガラス粉の組成としては、ＭｇＯ：３５〜５０ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃：１０〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１０〜２５ｗｔ％、ＢａＯ：３〜１５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜３０ｗｔ％、ＳｎＯ₂：０．５〜５ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅：０．１〜５ｗｔ％が望ましい。

同様に第２の結晶化ガラス粉の組成としては、ＭｇＯ：３５〜５０ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃：１０〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ₂：１０〜２５ｗｔ％、ＢａＯ：５〜２５ｗｔ％、ＡＬ₂Ｏ₃：１〜１０ｗｔ％、ＳｎＯ₂：０．５〜５ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅：０．１〜５ｗｔ％が望ましいことが判った。

更に第１の結晶化ガラス粉と第２の結晶化ガラス粉の組成において、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｐ₂Ｏ₅の内、一種類以上の元素を共通元素として同程度添加しておくことで、これら結晶化ガラスの製造コストを下げられる。特に表３に示すように、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の３元素をそれぞれ一定割合の中で増減させることで、出来上がったＣＣＧの作業性（例えばＭＣＦでの焼結温度）に影響を与えることなく、ガラスの特性（熱膨張係数、転移点、溶解温度、結晶化温度等）をそれぞれ固有に有する複数のガラス組成を開発することができた。

特に表８に示したように、第１の結晶化ガラス粉と第２の結晶化ガラス粉の組成において、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の内の１種類以上の元素の含有率を増減させることで、それぞれの溶解温度、結晶化温度をセンサに最適な範囲で増減できる。

本実施の形態２では、表１の結果を基に、結晶化ガラスを構成する酸化物の割合を変化させ、それぞれ異なる性質を有する複数の結晶化ガラス粉を作製し、これらをブレンドしている。このようにして結晶化ガラス粉の構成要素を変化させることで様々な軟化点、結晶化温度、熱膨張係数のものが得られ、これらをガラスペーストの中に適量配合することで、ＣＣＧの特性を改善できる。そして、結晶化ガラスの基本組成は同じとし、ＢａＯやＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等の添加量を増減させることで、それぞれに特有な軟化温度と結晶化温度を発現させることができる。そして、これらを混合、同時焼成することで単一の結晶化ガラス材料に比べてより広い流動領域を得ることができる。なおＣＣＧを形成する複数のガラス材料として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢａＯ、もしくはＭｇＯの内、一つ以上の添加元素の割合は、１〜２０ｗｔ％の割合で異なっている（もしくは１〜２０ｗｔ％の割合で差があること）ことが望ましい。これはＡｌ₂Ｏ₃、ＢａＯ、ＭｇＯが結晶化ガラスを構成する主要元素であり、これらの含有率の違いによって、結晶化ガラスの軟化温度、結晶化温度が変化するためである。またこれら元素の熱膨張係数もそれぞれ異なることを利用して、ＣＣＧの熱膨張係数を調整することができる。

以上のように、ＣＣＧを形成する複数のガラス材料のそれぞれの特徴（焼成プロファイル、熱膨張係数）を組合せることができるため、様々な基板、様々な用途に対応できるセンサを実現できる。なお添加元素の割合が１ｗｔ％未満の場合、それぞれのガラスの特性に差が殆ど表れない場合があると共に、ガラスロットでの組成バラツキの影響も受けやすい課題がある。また添加量が２０ｗｔ％を超えると、焼結温度等の差が大きくなり、一括焼成できない場合がある。

なおＣＣＧを構成するガラス材料として、ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃の含有率を０．１〜１０ｗｔ％の割合で変化させることもできる。ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃の添加量を変化させることで、結晶化ガラスの結晶化温度や融点等を効果的に変化させることができる。なおＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃の添加量の差が０．１ｗｔ％未満の場合、組成バラツキの範囲であり、ＣＣＧとしての特徴が得られない場合がある。また添加量の差が１０ｗｔ％を超える場合、ＣＣＧとして一括焼成できない場合がある。

なお結晶化ガラスの転移点温度は、５００〜７５０℃が望ましい。転移点温度が５００℃未満の場合、ガラス材料が特殊になって使いこなしにくい場合がある。また転移点温度が７５０℃を超えると、ガラスの熱処理温度が高くなるため、焼成炉や金属基板１１に耐熱性の高い高価なものを使う必要がある。なおここで、転移点とは、熱膨張曲線の傾きが急激に変わる温度を意味し、ガラス構造が固体状態から液体状態に変化していることに相当している。

本発明の歪センサに用いる結晶化ガラス粉の場合、特に５５０℃から７００℃の間に転移点を持つものが望ましい。こうしたガラス材料の場合、結晶化温度が７００℃から８００℃になるため、汎用の設備を使うことができる。

また複数の結晶化ガラス粉の転移点温度の差は、５０℃以下が望ましい。また転移点の差が５０℃を超える場合、焼成が不均一になる場合がある。なお複数の結晶化ガラスの転移点温度に差が無くとも、その熱膨張係数に差があれば、下地となる金属基板１１に対する熱膨張係数を最適化でき、ＣＣＧの強度を高めることができる。

またＣＣＧを構成するガラス粉の熱膨張係数は、９０×１０^-7〜２００×１０^-7／℃の範囲内が望ましい。この範囲であれば、各種耐熱性が高く、安価な金属部材を金属基板１１として用いることができる。また複数の結晶化ガラスの互いの熱膨張係数差は１００×１０^-7／℃以下が望ましい。１００×１０^-7／℃を超える場合、複数種の異なるガラス粉をブレンドしても、熱膨張係数の差が大きすぎて焼結性に影響を与える場合がある。

なお複数の結晶化ガラスの結晶化温度は、５００〜９００℃が望ましい。結晶化温度が５００℃未満のガラス部材は特殊になる。また結晶化温度が９００℃を超える場合、焼成炉に特殊なものを使う必要がある。また複数の結晶化ガラスの結晶化温度の差は、５０℃以下が望ましい。５０℃を超える場合、結晶化温度の温度差が焼結性に影響を与える場合がある。

（実施の形態３）
実施の形態３では、図７、図８を用いてＣＣＧを構成する複数のガラス材料として、熱膨張係数が異なるものを用いる熱膨張係数の微調整について、説明する。

図７は、ＣＣＧを構成する部材の割合と、金属基板上でのＣＣＧのクラック強度との関係を示す図である。異なる熱膨張係数を有する金属基板Ａと金属基板Ｂに対するクラック強度の測定結果である。

図７において、第１の結晶化ガラスと、第２の結晶化ガラスとの熱膨張係数は異なっている。この結果、熱膨張係数の異なるＣＣＧが構成されるので、その時のクラック強度を得る様子を示すものであり、Ｘ軸は第１の結晶化ガラスと第２の結晶化ガラスの互いの混合割合をｗｔ％で示している。

なおＸ軸において、第１の結晶化ガラス粉が８０、第２の結晶化ガラス粉が２０と言うことは、例えば、第１の結晶化ガラス粉を８０ｗｔ％、第２の結晶化ガラス粉を２０ｗｔ％秤量し、これを所定の樹脂溶液等と共に混練し、ガラスペーストとした後、これを焼成して構成されるＣＣＧを意味する。

Ｙ軸は、クラック強度である。またＹ軸において、クラック強度が３０００μεの位置と、クラック強度が５０００μεの位置に横線を引いている。これは、ある製品に求められるクラック強度の限界値（５０００μεの方）と必要値（３０００με）の一例である。これら限界値、必要値はセンサの用途によって大幅に変更されることがあると共に、ガラス層の厚みによっても変化する。

なお金属基板上に形成したＣＣＧのクラック強度の測定は、以下のようにして行う。所定の治具にサンプル（決められた寸法の金属基板の上に決められた厚みのガラス層を形成したもの）をセットし、そのサンプルの表面に市販の箔ゲージを貼り付け、サンプルに錘をつけながらサンプルに発生する歪を測定する。

また図７において、金属基板Ａと金属基板Ｂの熱膨張係数は異なっている。金属基板Ａの限界クラック強度（５０００με）が得られるガラス組成（第１の結晶化ガラスと第２の結晶化ガラスの混合割合）が、Ｘ軸における点Ａである。同様に金属基板Ａにおける必要クラック強度（３０００με）が得られるガラス割合が点Ｂである。

このように、金属基板Ａに対しては点Ａと点Ｂの間の組成割合が適当であることが分かる（実際は、クラック強度の測定バラツキ、ガラス組成や製造工程でのバラツキを加味して、点Ａと点Ｂの中央付近とすることが望ましい）。またユーザーニーズによって、基板の材質、厚み、用途等が様々となる。例えば、金属基板Ｂに対応する場合は、ガラス割合が点Ｃと点Ｄの間で、最適化すれば良いことが分かる。

図８は、ＣＣＧを構成する複数のガラス材料の混合割合と、そのときの熱膨張係数、更にそのときの溶解温度域について説明するものである。図８において、Ｘ軸は第１の結晶化ガラスと、第２の結晶化ガラスの互いの混合割合をｗｔ％で示している。Ｙ１軸は、Ｘ軸の組成のガラス材料が焼成されてできたＣＣＧの熱膨張係数を示す。なお熱膨張係数は、測定温度域で変化することがあるため、用途に応じた測定温度域での熱膨張係数を実測することが望ましい。

またＹ２軸は、Ｘ軸の組成のガラス材料が焼成されてできたＣＣＧの溶解温度域であり、これは図３における、Ｔｅｍｐ３とＴｅｍｐ４の差に相当する。この溶解温度域が広いほど、原料となる各種結晶化ガラス粉が溶解して結晶化してＣＣＧへと変化するまでの変化を遅くできる。図８に示すように、複数のガラス材料を混合することで、熱膨張係数を変化させられると共に、溶解温度域も広げられることが判る。

なお、複数のガラス粉を混合して、同時焼成してなるＣＣＧの場合、混合するガラス粉の割合は、第１の結晶化ガラス：第２の結晶化ガラス＝５：９５〜９５：５の範囲が望ましい。第１の結晶化ガラスが５ｗｔ％未満で、かつ第２の結晶化ガラスが９５〜１００ｗｔ％の場合は、ＣＣＧとしての、溶解温度域の拡大や熱膨張係数の微調整の割合が限定されるため、ＣＣＧとしての作用効果が得られない場合がある。

（実施の形態４）
実施の形態４では、複数の結晶化ガラスのブレンドについて説明する。つまり任意の結晶化ガラス同士をブレンドしても、本発明のＣＣＧを形成するものでは無い。結晶化ガラスとは、焼成時に結晶種が発生して結晶化し、結晶化ガラス特有の高強度、高耐久性を発現させるものである。そのためＣＣＧが構成する複数のガラス材料として、まったく異質の結晶種を有するもの同士を混合して結晶化した場合、結晶化が阻害されたり、所定の特性が得られない可能性がある。

こうした場合、安定したＣＣＧを構成するためには、ＣＣＧの原料となる各々の結晶化ガラスにおける結晶種が共通していることが望ましい。複数の異なる組成の結晶化ガラスを混合して一括焼成する際に、互いに共通している結晶種を有することで、その結晶化が阻害されることなく、安定した焼成が可能になる。

次に図９を用いて、ＣＣＧを構成する複数の結晶化ガラスの結晶構造について説明する。なお結晶化ガラスの結晶構造については、所定温度で焼成してできた結晶化ガラスを、市販のＸ線回折装置（ＸＲＤ）で測定することが望ましい。ＸＲＤとは物質にＸ線を照射した場合の波動の回折現象を利用して、物質中の原子および分子配置の周期性に関する情報を得るための装置である。回折面間隔をＤとすると、Ｘ線の回折により２Ｄｓｉｎθ＝ｎλ（ブラッグの回折式、ｎは整数、λは波長を表わす）で示される方向にだけ強度が認められ、それ以外の場所では弱くなり観察されないものである。そのため、結晶質の同定方法として有用である。本実施の形態においても、ＸＲＤを用いることで、ＣＣＧを構成する個々のガラス材料の結晶種を同定するのに有用である。

図９Ａは、第１の結晶化ガラスのＸＲＤ結果を示すものである。図９Ｂは第２の結晶化ガラスのＸＲＤ結果を示すものである。図９Ａ、図９ＢのＸ軸は２θを示している。Ｙ軸は信号強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を示し、大きさは任意尺度である。図６Ａと図６Ｂの結果から、各々の結晶化ガラスにはそれぞれ特有のピークを有しており、そして同じ２θ位置に共通したピークを有していることが判る。こうした共通する結晶種としてはＢａＭｇ₂ＳｉＯ₇が望ましい。結晶種がＢａＭｇ₂ＳｉＯ₇の場合、２θの１９．７°、２７．５°、３４．８°の位置にこうしたピークが現れる。

このように、複数の結晶化ガラスの粉体を混合し、一括焼成してＣＣＧを得る場合でも、このように出発原料となる結晶化ガラス同士に共通した結晶種を有することが望ましい。このようにして、一括焼成する際の焼結安定性を高められると共に、出発原料となる結晶化ガラスの材料選定も容易になる。

更に詳しく説明する。まず個々のガラス原料（第１の結晶化ガラス、第２の結晶化ガラス等）を所定温度（充分結晶種が発生する温度が望ましく、具体的には図４に示した焼成プロファイル２４のピーク温度以上が望ましい）で焼成し、それぞれの結晶化ガラスを形成する。次にこれら結晶化ガラスをＸＲＤにより、それぞれの固有の回折パターンを測定する。

なお、複数の結晶化ガラス粉が焼成してなるＣＣＧにおいて、結晶種はＢａＭｇ₂ＳｉＯ₇を有することが望ましいが、ＢａＭｇ₂ＳｉＯ₇の元素比に限定される必要はない。表７に示した結晶化ガラスを構成する基本元素から形成される結晶種であれば良い。例えばＢａもしくはＭｇもしくはＳｉのＢの３元素の内、２種類以上の元素からなる結晶種であれば良い。

（実施の形態５）
実施の形態５では、ＣＣＧを用いたセンサの耐ノイズ特性を向上させる様子を、図１０を用いて説明する。図１０は、ＣＣＧ１９の内部に内部電極２７を内蔵したセンサの断面図である。このようにして、耐ノイズ特性を改善できる。

特に本発明のように金属基板の上に、絶縁層を形成したセンサの場合、金属基板自身がボルト等を用いて、乗用車のシャーシ等の所定の構造体の上に取付けられる。一般にこうした構造体はそうした他の回路部品の共通ＧＮＤとなっている場合がある。そのため、他の回路部品の使用状況によって、ＧＮＤ自体の電圧が変動し、ＧＮＤに高周波系の信号が重畳してしまう場合がある。またＧＮＤ電圧が変化することによって、結果的に、出力電圧や入力電圧等も影響されてしまうことが多い。こうした場合、図１０のようにＣＣＧ１９の内部に内部電極２７を形成し、これをＧＮＤとすることで、こうした影響を防止することができる。なお、内部電極２７はコストの面から１層が望ましいが、１層に限定する必要は無い。すなわち、内部電極２７は１層の場合でも、複数パターンであっても良い。そして、内部電極２７を複数に分割することで、一部をＧＮＤ、一部を信号用にすることにより、センサの小型化と耐ノイズ性を改善できる。

なお、図１０において、金属基板１１と内部電極２７の間に形成されるＣＣＧ１９の厚みは１０〜１００μｍが望ましい（つまり複合結晶化ガラス１９の内部に内部電極２７を形成した場合、複合結晶化ガラスのトータルの厚みは２０〜２００μｍが望ましいことになる）。なおＣＣＧ１９の厚みが１０μｍ未満の場合、金属基板１１の表面粗さの影響によって、金属基板１１と内部電極２７の間で絶縁抵抗が低下する場合がある。また内部電極２７と配線２０や感歪抵抗体１３の間に形成される複合結晶化ガラス１９の厚みは１０〜１００μｍが望ましい。１０μｍ未満の場合、ガラスペーストや製造工程中に混入したゴミや異物等の影響を受け、絶縁抵抗が低下する可能性がある。またこれらの厚みが１００μｍを超える場合、ＣＣＧ１９の使用量が増加するため、製品のコストに影響する可能性がある。

また内部電極２７としてはＡｇを主体としたものを、厚み０．５〜３０μｍで形成することが望ましい。Ａｇの厚みが０．５μｍ未満の場合、焼成後の抵抗値が増加するために内部電極として機能しない場合がある。また厚みが３０μｍ以上では、材料費がコストに影響する場合がある。

また金属基板１１と内部電極２７を電気的に接続することもできる。また金属基板１１と配線２０を電気的に接続することもできる。また内部電極２７と配線２０を電気的に接続することができる。こうした接続には、ＣＣＧに形成したビア孔（図１０には図示していない）を使うことができる。

またビア孔の大きさは１０μｍ〜１０ｍｍが望ましい。１０μｍ未満のビアの形成は難しく、１０ｍｍを越えるビア孔はパターンの高密度化に影響する可能性がある。このように、配線２０の一部に、金属基板１１や内部電極２７を、ビアを介して電気的に接続しておくことで、配線２０に接続されたコネクタ（図示していない）を介して、外部との信号のやり取りを行う場合、ノイズ防止効果、出力の安定化等の作用効果が得られる。

また内部電極２７とＣＣＧ１９を同時に焼成する場合、内部電極２７となる内部電極ペーストの中に、予めＣＣＧを形成するガラス粉を一種類以上、粉末状態もしくはペースト状態で添加しておくことが望ましい。こうすることで、内部電極ペーストと、ＣＣＧを形成するＣＣＧペーストの同時焼成時における、収縮差による剥離や割れ等の課題発生を防止できる。特に、ＣＣＧでは、その溶解温度域を広げていると言っても結晶化温度が存在するため、一般的な非晶質ガラスのような広い温度域は得られない。

つまりＣＣＧの溶解温度域未満の低温領域では、図５に示したように個々のガラス粉同士は互いに接触しているだけであり強度的に弱い状態になっている。そのためこの状態で内部電極ペーストが焼結し収縮してしまうと、ガラス粉の弱い結合が影響を与える可能性がある。そのため、この溶解温度未満の領域では内部電極ペーストは焼結収縮しないことが望ましい。そのため、内部電極ペーストには、焼結開始温度の高い銀粉を含むものを使うことが望ましい。

例えば、従来の平均粒径が１μｍ未満のＡｇ粉を主体とした内部電極ペーストの場合、焼結開始温度が比較的低いため、ＣＣＧを形成する個々のガラス粉同士が互いに弱く接触しているだけの溶解温度未満の領域と重なり、クラック発生の一原因になる可能性がある。そのため、望ましくは平均粒径が１μｍ以上のＡｇ粉を主体とした内部電極ペーストを用いることが望ましい。

更に、平均粒径が１〜５μｍの範囲で、粒度分布幅の狭いＡｇ粉を選ぶことが望ましい。これは１μｍ未満の微細なＡｇ粉が、Ａｇ粉に含まれている場合、これらが内部電極の焼結開始温度に影響を与える可能性がある。

（実施の形態６）
実施の形態６では、複数の異なるＣＣＧを用いた場合のセンサについて、図１１を用いて説明する。図１１において、第１のＣＣＧ２８と、第２のＣＣＧ２９の間に内部電極２７を形成しているが、センサの使用状況によっては内部電極２７が不要な場合もある。また内部電極２７を形成する場合でも、第１のＣＣＧ２８と第２のＣＣＧ２９の界面に形成する必要は無く、第１のＣＣＧ２８の内部や、第２のＣＣＧ２９の内部に形成してもよい。

このように、センサの厚み方向で、複数種類のＣＣＧを形成することで、センサ自体の構造の最適化設計が容易になる。なお、図１１において、複数のＣＣＧを多層に積層する場合、熱膨張係数の大きさの順番は、金属基板＞第１の複合結晶化ガラス≧第２の複合結晶化ガラスとすることが望ましい。

ＣＣＧ２８、２９より金属基板１１の熱膨張係数が小さい場合、センサとしての必要なクラック強度が得られない場合がある。また第１のＣＣＧ２８と第２のＣＣＧ２９の熱膨張係数を比較した場合、互いの熱膨張係数は同じか、第１のＣＣＧ２８の熱膨張係数の方が、第２のＣＣＧ２９のものより大きい方が望ましい。このようにして、第１のＣＣＧ２８と第２のＣＣＧ２９の間にも圧縮応力を発生させられるため、センサの耐力（ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）向上を実現できる。

（実施の形態７）
実施の形態７では、ＣＣＧと非晶質ガラスの両方を用いたセンサについて、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、少なくとも感歪抵抗体１３を非晶質ガラス３０の上に形成することで、感歪抵抗体１３と第２のＣＣＧ２９のマッチングを改善することができる。特に、従来の感歪抵抗体１３を形成する感歪抵抗体ペーストは、非晶質ガラス３０の上で、その特性を出すように設計されていることが多い。このように従来の感歪抵抗体ペーストの場合にも、それ特有の特徴があり、このような場合、図１２に示すような構成にすることができる。従来のセンサとして、例えば、金属基板１１の上に直接、非晶質ガラス３０が形成され、その上に感歪抵抗体１３が形成される構造が使われている場合がある。こうした従来構造の場合、絶縁層に非晶質ガラスを使うため、強度が不足する場合がある。このように従来のセンサ構造（例えば、金属基板１１の上に直接、非晶質ガラス３０が形成され、その上に配線２０や感歪抵抗体１３が形成される場合）、内部電極を非晶質ガラスの中に内蔵することは難しい。これは非晶質ガラスの中に内部電極を形成した後に、配線２０や感歪抵抗体１３を形成する際に熱処理した場合、非晶質ガラスが再軟化して、内部電極２７との間で剥離やクラックが発生する場合があるためである。なお結晶化ガラスの中に内部電極を内蔵した場合、結晶化ガラスはその後の工程で再軟化しないためこうした課題は発生しない。こうした場合、新しく図１２の構造を選ぶことで、内部に内部電極を形成しながら、更に第２の結晶化ガラス２９と感歪抵抗体１３の相互拡散等を防ぐことができる。次に表９を用いて、こうした場合に使われる感歪抵抗体に対してマッチング性の高い非晶質ガラスの組成について説明する。

ＲｕＯ₂を感歪抵抗体とする場合、感歪抵抗体中にＰｂＯ系のガラス材料が添加されていることが多い。そのため感歪抵抗体となる下地にもＰｂＯを一定量含ませた材料とすることで、感歪抵抗体の特性を引き出しやすい。またＳｉＯ₂を主体とすることで、ガラスの強度や絶縁性を高めることができる。更にここにＣａＯやＡｌ₂Ｏ₃、ＰｂＯを添加することで、ガラスの焼結性や流動性を高められる。更にここにＺｒＯ₂を一定量含ませることが望ましい。ＳｉＯ₂（熱膨張係数０．５ｐｐｍ／℃と小さい）が多い非晶質ガラス組成であっても、この中にＡｌ₂Ｏ₃（熱膨張係数は８．１ｐｐｍ／℃）を加えることで、熱膨張係数を金属基板並に高めることができる。

更に熱膨張係数を高めるために、弾性率にも優れ、熱膨張係数がＡｌ₂Ｏ₃より更に大きいＺｒＯ₂（熱膨張係数１０．４）を添加することで、更に非晶質ガラスの熱膨張係数を金属基板にマッチングさせることができる。なお、Ａｌ₂Ｏ₃やＺｒＯ₂の添加量が多すぎると、ガラスの焼結温度や溶解時の流動性に影響を与える可能性がある。

なお非晶質ガラスの組成としては、表９に示すように、ＳｉＯ₂が４０〜８０ｗｔ％、ＣａＯが５〜１５ｗｔ％、ＰｂＯが３〜１５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が１〜２０ｗｔ％、ＺｒＯ₂が１〜２０ｗｔ％含まれる非晶質ガラスを用いることが望ましい。ＳｉＯ₂が４０ｗｔ％未満の場合、焼結性に影響が出る場合がある。またＣａＯが５ｗｔ％未満の場合も焼結性に影響が出る場合がある。またＰｂＯが３ｗｔ％未満の場合、この上に形成する感歪抵抗体の抵抗値やＧＦ（Ｇａｕｇｅ Ｆａｃｔｏｒ、歪に対する抵抗値の変化率を意味する。ＧＦの値が高いほど、感歪抵抗体としての感度が高いことになるため、ＧＦの値は高いことが望ましい）に影響を与える場合がある。また、Ａｌ₂Ｏ₃の添加量が１ｗｔ％未満の場合、下地となるＣＣＧにもＡｌ₂Ｏ₃が含まれているため、互いのマッチング性に影響を与える場合がある。またＺｒＯ₂が１ｗｔ％未満の場合、非晶質ガラスの熱膨張係数が低くなる場合がある。またＳｉＯ₂の含有率が８０ｗｔ％を超える場合、ガラスの溶解温度が高くなる場合がある。またＣａＯの含有率が１５ｗｔ％を超える場合、ガラスの焼結性に影響を与える場合がある。また、ＰｂＯの含有率が１５ｗｔ％を超えると、この上に形成する感歪抵抗体の特性に影響を与える場合がある。またＡｌ₂Ｏ₃の含有率が２０ｗｔ％を超えると、ガラスの焼結性が影響を受け、ガラス表面の平滑性に影響を与える場合がある。またＺｒＯ₂の含有率が２０ｗｔ％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃同様にガラスの焼結性が影響を受け、ガラス表面の平滑性に影響を与える場合がある。また必要に応じて、非晶質ガラスにＢ₂Ｏ₃を加えることも可能である。

特に感歪抵抗体の下地に非晶質ガラスを用いた場合、感歪抵抗体の焼成時に下地の非晶質ガラスが再溶解（もしくは再軟化）してしまう可能性がある。そのため、下地が非晶質ガラスの場合、感歪抵抗体とのマッチング性が重要になる場合がある。

なお、ＳｉＯ₂が４０ｗｔ％未満の場合、非晶質ガラスの電気的特性に影響を与える場合がある。またＳｉＯ₂が８０ｗｔ％を超えると焼結温度が高くなる場合がある。またＰｂＯが３ｗｔ％未満と少ない場合、ＰｂＯガラスを含む感歪抵抗体の特性が影響を受ける場合がある。またＰｂＯが２０ｗｔ％を超えると、溶解温度が低くなる場合がある。

また非晶質ガラス層（図１２の非晶質ガラス３０に相当）の厚みは、５〜５０μｍが望ましい。非晶質ガラス層の厚みが５μｍ未満の場合、非晶質ガラスのピンホールやボイド（数μｍの微細な空隙）の影響を受ける場合がある。また５０μｍより厚い場合、非晶質ガラスの材料費がコストに影響する場合がある。

（実施の形態８）
実施の形態８では、感歪抵抗体とＣＣＧとのマッチングについて、図１３を用いて説明する。図１３は非晶質ガラスとＣＣＧのマッチングを改善したセンサの断面図である。第３のＣＣＧ３１は、第１のＣＣＧ２８と、非晶質ガラス３０とが同時に焼成されて形成されたものである。このように、必要に応じて、結晶化ガラスと非晶質ガラスを同時に焼成されてなる第３のＣＣＧ３１を形成することが好ましい。このようにして、第３のＣＣＧ３１の上下に形成された第１のＣＣＧ２８と、非晶質ガラス３０との材料マッチングを行うことができる。非晶質ガラス３０と、ＣＣＧとのマッチングが難しい場合、このように第３のＣＣＧ３１を中間層に形成することによって、互いの熱膨張係数をマッチングさせることができるので、センサを構成する各種部材の応力分布を最適化設計しやすい。

またこうした中間層を形成することにより、第１のＣＣＧ２８と、非晶質ガラス３０等の複数の異なる材料から形成された複数のガラス層とを一括焼成させやすくなり、製品の製造コストを下げられる。このように、複数の異なる材料から形成された複数のガラス層を一括焼成する場合でも、各層で固有の軟化温度、結晶化の有無等の違いによる焼結収縮挙動差を吸収できる。その結果、製品の製造工程を安定化させやすく、安定した物作りが可能となる。

なお、第３のＣＣＧ３１の形成は、第１のＣＣＧ２８を形成する第１のＣＣＧペーストと、非晶質ガラス３０を形成する非晶質ガラスペーストとを所定割合で混合し、これを所定形状に印刷、焼成することで行われる。

このように、第１のＣＣＧ２８と、非晶質ガラス３０との間に、第３のＣＣＧ３１を形成することで、第３のＣＣＧ３１が一種のバッファー層として機能するので、これら部材を一括焼成する際での熱応力の発生を低減できる。

なお、金属基板１１に接する部分のＣＣＧの結晶化率は４０％以上９９％以下が望ましい。金属基板１１に接する部分のＣＣＧの結晶化率を４０％以上とすることで、後工程（例えば、配線２０や感歪抵抗体１３での焼成）において、再度焼成工程が入ったとしても、結晶化率が高いために、再溶解することなく、強度を保つことができる。結晶化率が３０％未満の場合、後工程で焼成工程が入った場合、ＣＣＧであっても、結晶化していない部分が再溶解する可能性がある。また金属基板１１の種類によっては、加工時の残留歪等が残っている場合があり、金属基板１１とそれに接するＣＣＧの接着強度も影響を受ける可能性がある。またＣＣＧの結晶化率を９９％より高くした場合、結晶化がシャープになりすぎる。その結果、異なる結晶化条件の部材を混ぜて結晶化をブロードにして、焼成工程の安定条件を広げることが難しくなる。

なお結晶化率はＸＲＤを用いて評価することができるが、サンプルの断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することによっても可能である。非晶質ガラスの場合、断面を倍率１００倍から１万倍程度の範囲で、元素マッピングしても、各種元素が均質に検出できる。しかし結晶化ガラスの場合、その断面は微細なそれぞれ固有の組成を有する結晶体の複合体として観察される。そのため、結晶体を作りやすい元素（例えば、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂａ、Ａｌ）でマッピングすると、断面がこうした元素の島状の集合体として観察される。この場合、こうした偏析された部分の面積（ここが結晶化部分に相当する）と、すべての元素が均質な部分（ここが非晶質部分に相当する）の面積比を、結晶化率とすることができる。

またＣＣＧとして結晶化するガラス結晶の大きさは０．１〜２０μｍが望ましい。ガラス結晶の大きさが０．１μｍ未満の場合、小さすぎて結晶化ガラスとしての特性が得られない場合がある。また２０μｍを超えるほどに粒成長した場合は、ＣＣＧの厚みに対して、結晶の大きさが影響を与えてしまう可能性がある。そのため結晶の大きさ（直径もしくは長さ）は、ＣＣＧからなる絶縁層の厚みの、１／３以下になるようにすることが望ましい。

（実施の形態９）
実施の形態９では、ＣＣＧと金属基板のマッチングについて、図１４、図１５を用いて説明する。図１４はＣＣＧを用いたセンサの断面図であり、金属基板１１に孔３２を形成している。このように金属基板１１に複数の孔３２を形成することで、センサを別の構造体に強固に固定することができる。なお孔３２はＣＣＧ等を形成する前に、打ち抜き等の方法で一括して形成することがコスト面から望ましい。このため、ＣＣＧ１９の形成は、加工（センサ用途に応じた複雑な外形や孔３２の打ち抜き加工）の終了した金属基板１１に対して行われることが多い。しかしこうした金属基板１１は、加工時の複雑な歪が残っていることが多く、更にその歪も金属基板の位置（孔３２に対して近い、遠い等）によっても、異なることが考えられる。

図１５は歪の残った金属基板の反りを模式的に示す断面図である。図１５において、台３３の上にセットされた金属基板１１は、孔３２の加工や、金属基板の外形打ち抜き（図示していない）による歪が残っているため、台３３の上で複雑な形状で、微妙に反っていることがある。こうした反りは、色々な機械的な処理で小さくすることができるが、ゼロにすることは難しい。

そのため数μｍから数十μｍ、場合によっては数百μｍのうねりとして残る場合がある。更にこうしたうねりは、金属基板１１の上に、ＣＣＧ１９を一体形成する場合に、色々複雑な影響を及ぼす場合がある。またこうしたうねりに対して、ＣＣＧを使うことにより、うねりを低減させセンサの使い勝手を改善することが可能となる。

更に図１４を用いて、孔３２の周囲にＣＣＧ１９を形成して、孔３２付近の反りを低減する場合について詳しく説明する。まず金属基板に、熱膨張係数が１２５ｐｐｍ／℃のものを使った。そして、ＣＣＧを構成する第１の結晶化ガラス粉として１２０ｐｐｍ／℃のもの（ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系で、転移点が６３０℃の結晶化ガラス）と、１００ｐｐｍ／℃のもの（ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃系で転移点が６５０℃の結晶化ガラス）を、所定割合で配合し、樹脂溶液中に分散させてＣＣＧペーストを作製した。そして、これを図１４に示すように、孔３２の周りにも、ＣＣＧ１９として形成する。このようにして、金属基板１１の孔の周辺にもＣＣＧ１９と金属基板１１の熱膨張係数の違いによる応力を発生させる。この応力によって孔３２の周囲の反りを、処理前の半分以下に低減させることができ、その結果、低歪時でのセンサ出力の直線性を高めることができた。

なお、孔３２の周囲すべてに、ＣＣＧ１９を形成する必要は無い。孔３２の付近にＣＣＧ１９を形成しないことで、ボルトやナットを使った固定を容易にすることができる。これは設計上でボルトやナットを使って固定するような部分は、金属基板１１の微妙な反りや歪は影響しないことが多いためである。一方、歪出力に影響するような部分（特に感歪抵抗体が形成された付近）については、できるだけ（感歪抵抗体の直下だけでなくて、金属基板１１の周辺近くまで）広い範囲で、ＣＣＧ１９を形成することが望ましい。このようにして、金属基板１１に起因する微妙な歪を、ＣＣＧ１９が熱膨張係数の違いを利用して低減できるため、センサ出力の安定化を更に高めることができる。

なお、ＣＣＧ１９の表面は、オーバーコート１４で覆うことで、ＣＣＧ素材の各種信頼性を高めることができる。なお、オーバーコート材料としては、低融点のガラス材料や、セラミック粉等をフィラーとして添加した硬化性の樹脂材料を用いることができる。またこうした硬化性の樹脂を用いる場合、オーバーコート層の厚みは１０μｍ〜１０ｍｍが望ましい。オーバーコート層の厚みが１０μｍ未満の場合、所定の信頼性が得られない場合がある。また厚みが１０ｍｍを超えると、製品のコストアップの原因になる可能性がある。

またオーバーコート材として、ガラスを用いることができる。この場合、ＰｂＯを５０〜９５ｗｔ％含むガラス材料を使うことが望ましい。ＰｂＯの含有率が５０ｗｔ％未満の場合、オーバーコート材料の軟化点が高くなって、感歪抵抗体の特性に影響を与える場合がある。またＰｂＯの含有率が９５ｗｔ％以上の場合、ガラスが流動しやすくなりやすく、チップ部品や半導体等を実装するための窓（半田付け用ランド）の寸法形状に影響を与える場合がある。

またオーバーコート材料の焼成温度は、３００〜７５０℃が望ましい。焼成温度が３００℃未満の場合、充分な気密性が得られない場合がある。また焼成温度が７５０℃より高くなると、ガラスが流動しやすくなり、チップ部品や半導体等を実装するための窓（半田実装部分）の寸法形状に影響を与える場合がある。

またオーバーコートガラスの厚みは、１０〜３００μｍが望ましい。１０μｍ未満の場合、ピンホール等が発生する可能性がある。また厚みが３００μｍを超える場合、製品の材料費に影響を与える場合がある。また必要に応じて、オーバーコートを複数層にしてもよい。例えば、第１のオーバーコートガラスを印刷し、その上に第２のオーバーコートガラスを印刷し、これら複数層を一括で焼成し、オーバーコートガラスを形成することができる。このように、オーバーコートガラスを複数層とすることで、ピンホールの発生を抑えられるため、製品の低コスト化、高信頼性化が可能となる。この場合も複数層のオーバーコートガラスを共通してＰｂＯ含有率を５０〜９５ｗｔ％とすることで、一括焼成が可能になる。また複数層のガラスの、ＰｂＯの含有率やそれ以外のガラス成分（ＳｉＯ₂やＴｉＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃等）を変化させておくことで、それぞれ下地に対する濡れ性、溶解時の濡れ広がり性等をそれぞれ最適化できるため、製品の高品質化が可能となる。

（実施の形態１０）
実施の形態１０では、金属基板の上にＣＣＧと非晶質ガラスとを介して、感歪抵抗体を形成した場合について図１６を用いて説明する。図１６はＣＣＧと非晶質ガラスを絶縁層に用いたセンサの断面図を示す。金属基板１１の上には、厚み１０〜１００μｍのＣＣＧ１９が形成され、さらにその上には厚み１０〜１００μｍで非晶質ガラス３０が形成されている。また非晶質ガラス３０の上には、配線２０や感歪抵抗体１３が形成され、これらはオーバーコート１４によって覆われている。

このように、金属基板１１と、配線２０や感歪抵抗体１３との間に、ＣＣＧ１９と非晶質ガラス３０の複数層からなる絶縁層を形成することにより、金属基板１１と配線２０や感歪抵抗体１３との間の絶縁抵抗を高められる。その結果、金属基板１１が乗用車のシャーシ等に取り付けられたとして、シャーシ等との絶縁性を高められるため、センサ出力が安定する。

特に、金属基板１１の上に非晶質ガラス３０だけを介して、配線２０や感歪抵抗体１３を形成する場合、非晶質ガラス３０が配線２０や感歪抵抗体１３を形成する際の熱処理で軟化してしまい、絶縁性を下げてしまう可能性があった。しかし図１６の構造を用いると、たとえ非晶質ガラス３０に軟化点の低い材料を用いて、更に配線２０や感歪抵抗体１３として形成温度の高い材料を用いたとしても、複合結晶化ガラス１９はこうした温度域では溶解したり軟化したりしないため、絶縁性を低下させることは無い。

なお金属基板１１の大きさは、数ｍｍ角から数十ｃｍ角までの範囲に適応可能である。また大きな基材の歪を測定する場合、図１４に示したように金属基板１１に形成した孔３２を使って、大きな基材の上に本センサをネジ止めすることができる。

（実施の形態１１）
実施の形態１１では、ＣＣＧにセラミック粉を加えてコンポジットガラスとした場合について、図１７を用いて説明する。図１７はＣＣＧとセラミック粉が同時焼成されてなるコンポジットガラスの拡大断面を示す模式図である。セラミック粉３４は、ＣＣＧ１９の中に分散された状態で、ＣＣＧ１９と一体化され、コンポジットガラス３５を形成する。このように、ＣＣＧの中にセラミック粉を一種のフィラーとして添加することで、ＣＣＧのコストを下げたり、その強度や信頼性を高めることができる。更に詳しく説明する。セラミック粉は、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、シリコンの酸化物もしくは水酸化物が望ましい。これら酸化物（場合によっては水酸化物であっても焼成中に酸化物に変化する）を用いることができる。こうした部材の一部は、ＣＣＧにも含まれる部材であるが、セラミック粉として添加することでも、熱膨張係数等を調整できる。なおこうしたセラミック粉は酸化物もしくは水酸化物として添加するため、出来上がったコンポジットガラスの中で、セラミック粉３４と、ＣＣＧとの区別は容易である。例えば、コンポジットガラスの断面をＸＭＡ等で元素分析すれば、セラミック粉３４が単一金属（例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ等）と酸素よりなる２成分系の粉（もしくは塊）として検出される。一方、ＣＣＧ１９は、表８等で示したような３成分以上の組成が検出される。このようにすればコンポジットガラスにおける結晶化ガラス成分とセラミック粉とを区別できる。

なおコンポジットガラスの形成は、ＣＣＧを構成する複数のガラス粉と同時にセラミック粉が、樹脂溶液中に分散されてなるコンポジットガラスペーストを使うことが望ましい。このようなコンポジットガラスペーストを、金属基板上で焼成することで、金属基板上に均質なコンポジットガラスを形成することができる。またコンポジットガラスペースト中に添加されたセラミック粉を、コンポジットガラスペースト中で均一に分散させておくことで、ガラス粉が溶解したり結晶化したりするときの急激な温度変化（吸熱、発熱）を緩和させる働きも期待できる。そうしてこのコンポジットガラスペーストを、所定の金属基板１１の上で焼成することで、コンポジットガラスを形成できる。

なおセラミック粉３４、あるいは酸化物粉もしくは水酸化物粉の平均粒径は０．１〜１０μｍが望ましい。セラミック粉３４の平均粒径が０．０５μｍ未満の場合、セラミック粉３４が高価となり、且つこれをコンポジットガラスペーストの一成分として均一に分散することが難しくなる場合がある。またセラミック粉３４の平均粒径が１５μｍ以上になると、その大きさがコンポジットガラス層の厚みに影響を与える場合がある。またＣＣＧを構成する複数のガラス粉の平均粒径も０．５〜１０μｍが望ましい。

ガラス粉の平均粒径が０．３μｍ未満の場合、ガラス粉同士の均一分散が難しくなる場合がある。特に単一のガラス粉を使う場合、平均粒径が０．１〜１０μｍであっても、使うことができる。これは０．１〜０．３μｍ程度の微細なガラス粉（ガラス粉は０．５μｍ未満の微細なものほど凝集しやすい）が、５〜１０μｍ程度の凝集体を形成していたとして、焼成すれば均一な（同じ）結晶化ガラスとなるためである。

一方本発明のＣＣＧの場合、異なるガラス粉が同時に焼成されてなるため、図５に示すように第１の結晶化ガラス粉２５と第２の結晶化ガラス粉２６はより均一に混合、分散されることが望ましい。そのため、平均粒径は０．５μｍ以上が望ましい。またガラス粉の平均粒径が１０μｍを超えた場合、ＣＣＧの厚みに加えてガラス粉の粒径が影響する（平均粒径が１０μｍを超えた場合、粒径２０μｍや３０μｍといった大きさのガラス粉が含まれている可能性が有る）ことが考えられる。なおコンポジットガラスにおけるセラミック粉の含有率は３〜３０ｗｔ％が望ましい。あるいは結晶化ガラス粉１００重量部に対して、セラミック粉の添加量は１〜３０重量部が望ましい。セラミック粉の含有率が１重量部未満の場合、セラミック粉の添加効果が少ない場合がある。３０重量部を超える場合は、その分だけコンポジットガラスに占めるＣＣＧの含有率が下がるため、出来上がったコンポジットガラスの焼結性が影響を受ける場合がある。

また図１、図１０、図１１、図１２に示したセンサの断面構造図において、ＣＣＧを、ＣＣＧとセラミック粉とからなるコンポジットガラスとすることが好ましい。このようにして、市販の安価なセラミック粉を使うことができるため、センサの材料費を抑えることができる。

なお、金属基板の大きさは、数ｍｍ角から数十ｃｍ角までの範囲に適応可能である。また大きな基材の歪を測定する場合、図１４に示したように金属基板１１に形成した孔３２を使って、大きな基材の上に本センサをネジ止めすることができる。

（実施の形態１２）
実施の形態１２では、感歪抵抗体について説明する。本発明に用いる感歪抵抗体としては、抵抗体材料としてＰｂＯを用い、これをＰｂＯやＳｉＯ₂を主体としたガラス中に分散させたものが望ましい。なお感歪抵抗体としては、酸化ルテニウムが５〜５０ｗｔ％含まれていることが望ましい。酸化ルテニウムが５ｗｔ％未満の場合、所定の抵抗値が得られない場合がある。また酸化ルテニウムの含有率が５０ｗｔ％を超えた場合も抵抗値が低くなりすぎ、更に材料費がコストに影響を与える場合がある。

また酸化鉛（ＰｂＯ）の含有率は、２０〜７０ｗｔ％が望ましい。酸化鉛の含有率が２０ｗｔ％未満の場合、所定の特性が得られない場合がある。また酸化鉛の含有率が７０ｗｔ％を超えた場合、ＲｕＯ₂や他の添加剤の添加量が相対的に少なくなるため、感歪抵抗体としての所定の特性が得られない場合がある。また必要に応じて、ＳｉＯ₂を１〜２０ｗｔ％以下の割合で添加することが望ましい。ＳｉＯ₂の添加量が１ｗｔ％未満の場合、感歪抵抗体としての所定の特性が得られない場合がある。またＳｉＯ₂の割合が２０ｗｔ％を超えると、焼結性に影響がある場合がある。またこれ以外にＢ₂Ｏ₃を１〜４０ｗｔ％の割合で添加することも好ましい。Ｂ₂Ｏ₃の添加量が１ｗｔ％未満、あるいは４０ｗｔ％以上の場合、所定のＧＦ値が得られない場合がある。なおこうした組成分析には、蛍光Ｘ線分析やＩＣＰ−ＡＥＳと呼ばれる一般的な材料分析手法を使うことができる。またこうした酸化ルテニウムやＰｂＯ等の粉末を樹脂溶液中に分散させることで、感歪抵抗体ペーストを作製できる。なおこうした感歪抵抗体ペーストの焼成温度は５００〜９５０℃が望ましい。抵抗体ペーストの焼成温度を５００℃未満にしようとすると、脱バインダが不十分となり、抵抗体の特性に影響を与える場合がある。また抵抗体の焼成温度を９５０℃以上とした場合、抵抗体の特性が不安定になる場合がある。

なお、感歪抵抗体１３は、配線２０によって所定のブリッジ回路を構成している。この場合、感歪抵抗体１３を複数個、望ましくは４個を使って、ホイーストンブリッジを形成することが望ましい。この場合、複数の感歪抵抗体１３の抵抗値の互いの抵抗値は近いことが望ましい。特に互いの抵抗値を±５％以下の範囲に入れることで、ブリッジ回路を構成しやすい。互いの抵抗値が±５％を超えた場合、ブリッジ回路の安定性が影響を受ける場合がある。なお、ここで抵抗値の範囲とは、複数の抵抗体の平均値に対するバラツキ（バラツキの式は３σ／ｘで表され、σは標準偏差、ｘは平均である）も、同様に±５％以下が望ましい。抵抗値バラツキを５％以下にすることで製品の歩留まりを高められる。

（実施の形態１３）
以下本発明の実施の形態１３を、図面を参照しながら説明する。

実施の形態１３では、図１に示したＣＣＧを用いた歪センサの製造方法について説明する。まず、異なる結晶化温度を有する複数の結晶化ガラス粉を作製する。ここで、ＣＣＧを構成する個々のガラス粉の均一分散とその成型方法について説明する。均質なＣＣＧを得るためには、組成の異なる個々のガラス粉を、金属基板上で均一で均質な状態で、所定形状に成型することが望ましい。

こうした成型方法としては、ガラス粉を所定の樹脂溶液の中に分散し、これをガラスペーストとして、スクリーン印刷等の手法を用いて金属基板の上に直接、所定形状で塗布、乾燥させた後、所定温度で焼成する形成方法が望ましい。この際、ガラスペーストとしては、ガラス粉の種類や品番に応じて、複数のガラスペーストを作製し、これら出来上がった複数のガラスペースト（各々、異なるガラス粉を含んでいる）を、秤量しブレンドしても良い。このように複数のガラスペースト同士をブレンドすることで、求めるＣＣＧペーストを作製できる。

またガラスペーストを作製する際、最初から複数種のガラス粉を所定割合で秤量し、これを所定の樹脂溶液の中に分散することで、ＣＣＧペーストを作製しても良い。特にＣＣＧの場合、異なる結晶化ガラス粉同士を均一に分散させる必要がある。もしこの分散が不均一であると、出来上がったＣＣＧにおける結晶の析出ムラや密度ムラが発生する可能性がある。

またＣＣＧペーストに用いる有機溶剤としては、印刷での取り扱いやすさから、消防法に基づく危険物区分において、危険物第四類の中で、第二石油類、もしくは第三石油類として選ばれているものが望ましい（その中でも取り扱いの容易さからは第三石油類が望ましい。第四石油類は乾燥が遅すぎて生産性が影響されてしまう）。更に言えば、第三石油類の非水溶性液体として区分されているものを用いることが望ましい。こうした溶剤として、ＢＣＡ（Ｂｕｔｙｌ Ｃａｒｂｉｔｏｌ Ａｃｅｔａｔｅ）やαテルピネオールのような有機溶剤が好ましい。第三石油類の水溶性液体として区分されているものの内、例えば、ＢＣ（Ｂｕｔｙｌ Ｃａｒｂｉｔｏｌ）のような水溶性液体の場合、それ自体に水が混じっていたり、保存中に吸湿する可能性がある。その結果、ＣＣＧペーストのポットライフが短くなることが有る。これについて、更に詳しく説明する。

まず、表８に示した、ＭｇＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系の結晶化ガラス粉を複数種類選んだ。まず所定の原料粉末を溶解炉で高温溶解し、これを結晶化しないように急冷し、粉砕し、分級した。なお分級はエアー（風）で行うことが望ましい。湿式分級した場合、ガラス粉が吸湿して硬化、凝集する可能性がある。こうして、異なる配合比の複数の結晶化ガラス粉を作製した。またこれらの結晶化ガラス粉の平均粒径は、２〜１０μｍ程度であった。

ガラスペーストを製造する場合、平均粒径は１０μｍ以下が望ましい。２μｍ未満であると、粉砕コストや分級での収率がコストに影響する場合がある。また平均粒径が２０μｍ以上の場合、数十μｍの大きなガラス粒子が残っている可能性があり、こうした大きな粒子はガラスペーストを所定パターンにスクリーン印刷する際に、スクリーンメッシュに目詰まりを起こさせる可能性がある。

こうして作製したガラスペーストを、金属基板の上に所定形状で印刷し、焼成することでＣＣＧ１９を形成した。

特に本発明のように、金属弾性体の上に絶縁ガラスとしてＣＣＧを形成する場合、金属自体の熱膨張係数が大きい（例えば、ＳＵＳ４３０で１０．４ｐｐｍ／℃、ＳＵＳ３０４で１７．３ｐｐｍ／℃）ため、ＣＣＧの熱膨張係数を大きくすることが必要である。こうした目的では、ＭｇＯやＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃といった熱膨張係数の大きな元素を含むことが望ましい。しかしこうした構成部材（例えばＢａＯは乾燥剤として使われるように吸湿性が高い）には、吸湿性の高いものが多い。更に吸湿によって、ＣＣＧペーストの原料粉となる結晶化ガラス粉自身が吸湿し、硬化してしまうことがある。このような対策として、ＣＣＧペーストを構成する溶剤としては、吸湿性の少ないもの、具体的には水と相溶性の小さい有機溶剤を用いることが望ましい。

以上のように構成したガラスを、エチルセルロースを有機溶剤に溶解してなる樹脂溶液中に、３本ロールを用いて分散し、ＣＣＧペーストとした。そして、このＣＣＧペーストを、金属基板上にスクリーン印刷機を使って所定パターンで印刷し、これを２００℃で乾燥させた。

次に、これをＭＣＦにセットし、ピーク温度８５０℃、Ｉｎ／ｏｕｔ６０分の酸化雰囲気中で焼成した。このように、複数種の結晶化ガラスを一度に焼成することで、図１に示すようなＣＣＧ１９を形成した。そしてこの上に、市販の電極ペーストを所定パターンで印刷し、焼成することで、図１に示すような配線２０を形成した。そして、複数の配線２０の間を接続するように、感歪抵抗ペーストを所定パターンで印刷し、焼成することにより、図１に示すような感歪抵抗体１３を形成した。さらに、感歪抵抗体１３の全面と、配線２０の一部を覆うようにオーバーコート１４を形成した。そして最後に半導体チップや各種チップ部品やコネクタを実装し、歪センサとして完成させた。

本発明においては、複数の結晶化ガラス粉を所定割合でブレンドし、一括焼成してＣＣＧを形成するため、金属基板１１に対する焼結密着性を高められる。このようにして、歪センサの耐力アップと低コスト化が可能となる。なお複数種の結晶化ガラス粉としては、結晶化温度の異なるものの他に、熱膨張係数が１００×１０^-7以下の範囲で熱膨張係数の異なる結晶化ガラス粉を用いても良い。この場合本発明においては、複数の結晶化ガラス粉を所定割合でブレンドし、一括焼成してＣＣＧを形成するため、様々な熱膨張係数を有する金属基板１１に対しても熱膨張係数を最適化できる。このようにして、歪センサの耐力アップと低コスト化が可能となる。

なお、ここで結晶化ガラス粉の平均粒径は０．５〜２０μｍが望ましい。平均粒径が０．５μｍ未満の結晶化ガラス粉を作製するのは、破砕費用や分級費用が発生するため製品コストに影響を与える場合がある。また平均粒径が２０μｍ以上の場合、焼結体の均質性に影響を与える場合がある。また複数の結晶化ガラス粉の平均粒径の差は５μｍ以下が望ましい。平均粒径の差が５μｍを超えると、ＣＣＧペーストの均一性や焼結体の均一性に影響を与える場合がある。

なお複数の結晶化ガラスの結晶化温度の差は５０℃以下が望ましい。結晶化温度の差が５０℃を超える場合、焼結の均一性に影響を与える場合がある。

またガラスペーストの乾燥後の厚みは１５〜２５０μｍが望ましい。この範囲であれば上記ガラスペーストが焼成されてなるＣＣＧの厚みが１０〜２００μｍとなり、所定の特性を得ることができる。ガラスペーストの乾燥後の厚みが１５μｍ未満もしくは焼成後の結晶化ガラスの厚みが１０μｍ未満の場合、ピンホール等の影響を受ける場合がある。またガラスペーストの乾燥後の厚みが２５０μｍを超える場合、あるいは焼成後の結晶化ガラスの厚みが２００μｍを超える場合、これらの材料費が製品コストに影響を与える場合がある。

なおＣＣＧペースト中の結晶化ガラス粉の濃度は４０〜８０ｗｔ％が望ましい。ＣＣＧペースト中の結晶化ガラス粉の濃度が４０ｗｔ％未満の場合、出来上がったＣＣＧにボイドが発生しやすくなる場合がある。また８０ｗｔ％を超えた場合、ペーストの流動性、レベリング性、印刷性が影響を受ける場合がある。

またＣＣＧペーストの粘度は、ズリ速度が１〜１００／ｓ（／ｓはズリ速度の単位で、秒＝ｓｅｃｏｎｄの逆数である）の範囲で、１００〜２０００ポイズが望ましい。ズリ速度が１／ｓ未満の場合、粘度を高精度に測定することが難しい。またズリ速度が１００／ｓを超える場合、コーンプレート型のレオメータを使ったとしても、コーンとプレートの間に空気を巻き込みやすく、粘度を高精度に測定するのが難しい。また粘度が１０ポイズ未満の場合、金属基板１１の上で高精度なパターンの印刷が難しい（粘度が低くて、パターンがダレたり、にじんだりしやすくなる）。また粘度が２００ポイズを超えると、粘度が高すぎてスクリーン印刷した後のスクリーンメッシュに起因するピンホールが発生しやすく、更にレベリングしにくい場合がある。

なお本実施の形態において、複数の結晶化ガラスは、結晶化温度、熱膨張係数、転移点温度の少なくとも一つが異なれば良い。例えば熱膨張係数が１００×１０^-7／℃以下の範囲で異なっておれば、結晶化温度や転移点温度の差が無くて良い。

（実施の形態１４）
実施の形態１４では、図１０に示した内部電極入りの歪センサの製造方法について説明する。まず異なる結晶化温度を有する複数の結晶化ガラス粉末を用意した。そして、これを樹脂溶液中に分散してガラスペーストとした後、図１０に示すように、金属基板１１の上に所定形状で印刷、乾燥した。さらにこの上に内部電極となる市販のＡｇを主体とした電極ペーストを所定形状に印刷、乾燥した。

次にこの電極ペーストを覆うように、上記ガラスペーストを印刷、乾燥した。こうして、ガラスペーストと電極ペーストとからなる積層体を形成した後、これら複数層を一括して焼成した。その後、図１０に示すように、配線２０や感歪抵抗体１３を形成し、更にオーバーコート１４を形成した。そして最後に半導体や各種チップ部品やコネクタ等を実装した。

こうして作製したサンプルのノイズ特性を測定したところ、図１に示した構造体より、耐ノイズ性が高いことが判った。このように、例えば配線２０の一部を内部電極２７に接続することにより、配線のインピーダンスを下げることができるためＥＭＩ（電磁界干渉）による電圧変動を低減できる。なお、内部電極２７を金属基板１１から電気的に浮かせることで、金属基板１１からのノイズの混入を防止することもできる。なお内部電極の厚みは０．５〜３０μｍが望ましい。内部電極の厚みが０．５μｍ未満の場合、焼結後の電極が断線しやすいため耐ノイズ効果が得られない場合がある。また厚みが３０μｍを超えると、製品コストに影響を与える場合がある。また内部電極は銀を主体とする導電粉末が樹脂溶液中に分散されてなる電極ペーストを用いることが望ましい。また内部電極の焼成温度は５００〜９５０℃が望ましい。この温度域で内部電極を焼成することで、内部電極に隣接して形成されたＣＣＧ粉も同時に焼成できるため、焼成コストを抑えることができる。また感歪抵抗体に接続される配線２０も、銀を主体とする導電粉末が樹脂液中に分散されてなる電極ペーストを用いることができる。

こうした電極ペーストを５００〜９５０℃で焼成することで、隣接するガラス材料や感歪抵抗体との一括焼成が可能となり、焼成コストを下げられる。なお配線２０として、銀を主体として、パラジウム（Ｐｄ）を５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することで、部品実装時のはんだ喰われを防止できる。または白金（Ｐｔ）を同様に５〜２０ｗｔ％の範囲で添加することにより、鉛フリーはんだを用いたときのはんだ実装性を高められる。なおＰｄやＰｔの割合が５ｗｔ％未満の場合、はんだ喰われ防止の効果が低い場合がある。またＰｄやＰｔの添加割合は多いほど、はんだ付け性が良好になるが、これらの割合が２０ｗｔ％を超えた場合、材料費に影響を与える場合がある。

なお複数の結晶化ガラスの結晶化温度の差は５０℃以下が望ましい。結晶化温度の差が５０℃を超える場合、焼結の均一性に影響を与える場合がある。またＣＣＧや非晶質ガラスに共通した元素（例えば、ＳｉＯ₂、ＡＬ₂Ｏ₃）を一定量添加しておくことで、こうした異種材料からなる複数層を一括焼成でき、製造コストを抑えられる。なお本実施の形態において、複数の結晶化ガラスは、結晶化温度、熱膨張係数、転移点温度の少なくとも一つが異なっていれば良い。例えば熱膨張係数が１００×１０^-7／℃以下の範囲で異なっていれば、結晶化温度や転移点温度の差が無くて良い。

（実施の形態１５）
実施の形態１５では、図１２に示した歪センサの製造方法について説明する。まず異なる結晶化温度を有する複数種の結晶化ガラス粉末を用意した。そしてこれを樹脂溶液中に均一に分散し、ＣＣＧペーストとした。また非晶質ガラス粉を樹脂溶液中に均一に分散し、非晶質ガラスペーストを作製した。まずＣＣＧペーストを金属基板１１の上に所定形状で印刷、乾燥した。次に、この上に内部電極２７を形成する電極ペーストを所定形状で印刷、乾燥した。さらに、その上に上記ＣＣＧペーストを所定形状に印刷、乾燥した。次にこの上に上記非晶質ガラスペーストを所定形状に印刷、乾燥し、これら複数層を一括で焼成した。そしてこの上に図１２に示すように、配線２０や感歪抵抗体１３を形成した後、オーバーコート１４を形成した。最後に、半導体や各種チップ部品や、コネクタを実装した。こうして完成した歪センサの特性を調べたところ、実施の形態１４〜１６と同じ感歪抵抗体１３を用いているにも関わらず、より高いＧＦ値を得ることができた。このように、必要に応じて、感歪抵抗体１３とＣＣＧの間に、非晶質ガラス３０を形成することができる。

なお非晶質ガラスとしては、表９に示すように、ＳｉＯ₂が４０〜８０ｗｔ％、ＣａＯが５〜１５ｗｔ％、ＰｂＯが３〜１５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が１〜２０ｗｔ％、ＺｒＯ₂が１〜２０ｗｔ％含まれる非晶質ガラスを用いることが望ましい。ＳｉＯ₂が４０ｗｔ％未満の場合、焼結性に影響が出る場合がある。またＣａＯが５ｗｔ％未満の場合も焼結性に影響が出る場合がある。またＰｂＯが３ｗｔ％未満の場合、この上に形成する感歪抵抗体の抵抗値やＧＦに影響を与える場合がある。またＡｌ₂Ｏ₃の添加量が１ｗｔ％未満の場合、下地となるＣＣＧにもＡｌ₂Ｏ₃が含まれているため、互いのマッチング性に影響を与える場合がある。またＺｒＯ₂が１ｗｔ％未満の場合、非晶質ガラスの熱膨張係数が低くなる場合がある。また、ＳｉＯ₂の含有率が８０ｗｔ％を超える場合、ガラスの溶解温度が高くなる場合がある。またＣａＯの含有率が１５ｗｔ％を超える場合、ガラスの焼結性に影響を与える場合がある。またＰｂＯの含有率が１５ｗｔ％を超えると、この上に形成する感歪抵抗体の特性に影響を与える場合がある。またＡｌ₂Ｏ₃の含有率が２０ｗｔ％を超えると、ガラスの焼結性が影響を受けたり、ガラス表面の平滑性に影響を与える場合がある。またＺｒＯ₂の含有率が２０ｗｔ％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃同様にガラスの焼結性が影響を受けたり、ガラス表面の平滑性に影響を与える場合がある。また必要に応じて、非晶質ガラスにＢ₂Ｏ₃を加えることも可能である。

なお本実施の形態において、複数の結晶化ガラスは、結晶化温度、熱膨張係数、転移点温度の一つ以上が異なれば良い。例えば熱膨張係数が１００×１０^-7／℃以下の範囲で異なっておれば、結晶化温度や転移点温度の差が無くて良い。

（実施の形態１６）
実施の形態１６では、図１７に示したコンポジットガラスを用いた歪センサの製造方法について説明する。まず異なる結晶化温度を有する複数の結晶化ガラス粉を用意した。そして、ここにセラミック粉として市販のアルミナ粉を添加し、所定の樹脂溶液中に均一に分散した。そして、作製したコンポジットガラスペーストを金属基板１１の上に所定形状に印刷し、焼成し、コンポジットガラス３５を形成した。こうして図１のＣＣＧ１９の代わりに、コンポジットガラス３５を用いた。次に図１に示すように、配線２０や感歪抵抗体１３、オーバーコート１４を形成した後、所定の部品を実装し歪センサを完成させた。こうして作製した歪センサは、結晶化ガラス粉の一部を安価なセラミック粉に置き換えたことで、その分、製品に占める材料費を抑えることができた。なお、結晶化ガラス粉１００重量部に対するセラミック粉の添加割合は、１重量部以上３０重量部以下が望ましい。セラミック粉の添加量が１重量部未満の場合、セラミック粉の添加効果が得られない場合がある。また３０重量部を超えると、ＣＣＧとセラミック粉が同時に焼結されてなるコンポジットガラスの焼結性が影響を受ける場合がある。

なお複数の結晶化ガラスの結晶化温度の差は５０℃以下が望ましい。結晶化温度の差が５０℃を超える場合、焼結の均一性に影響を与える場合がある。

なお本実施の形態において、複数の結晶化ガラスは、結晶化温度、熱膨張係数、転移点温度の少なくとも一つが異なっていればよい。例えば熱膨張係数が１００×１０^-7／℃以下の範囲で異なっておれば、結晶化温度や転移点温度の差が無くて良い。

本発明は、絶縁材料として焼結安定性の高いＣＣＧ材料を用いるので、低コスト化と特性のバラツキ低減を実現するセンサや各種歪センサ等を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるセンサの断面図 本発明における複合結晶化ガラスの断面拡大図 本発明における複合結晶化ガラスのＤＴＡ結果の一例を示す図 本発明における複合結晶化ガラスの焼成プロファイルを示す図 本発明における複合結晶化ガラスの焼成される前の部分断面図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する複数の異なる結晶化ガラスのＤＴＡを示す図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する複数の異なる結晶化ガラスのＤＴＡを示す図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する部材の割合と、金属基板上での複合結晶化ガラスのクラック強度の関係を示す図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する複数のガラス材料の混合割合と、そのときの熱膨張係数、更にそのときの溶解温度域について説明する図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する複数のガラス材料の混合割合と、そのときの熱膨張係数、更にそのときの溶解温度域について説明する図 本発明における複合結晶化ガラスを構成する複数のガラス材料の混合割合と、そのときの熱膨張係数、更にそのときの溶解温度域について説明する図 本発明における複合結晶化ガラスの内部に内部電極を内蔵したセンサの断面図 本発明における複数の異なる複合結晶化ガラスを用いたセンサの断面図 本発明における複合結晶化ガラスと非晶質ガラスの両方を用いたセンサの構造を示す断面図 本発明における非晶質ガラスと複合結晶化ガラスのマッチングを改善したセンサの断面図 本発明における複合結晶化ガラスを用いたセンサの断面図 本発明における歪の残った金属基板の反りを模式的に示す断面図 本発明における複合結晶化ガラスと非晶質ガラスを絶縁層に用いたセンサの断面を示す図 本発明における複合結晶化ガラスとセラミック粉が同時に焼成されてなるコンポジットガラスの拡大断面を示す図 従来のセンサの断面の一例を示す図 従来のセンサにおける、焼成される前の結晶化ガラスの部分断面図 従来のセンサにおける結晶化ガラスの断面拡大図 従来のセンサにおけるＭＣＦを用いて結晶化ガラスを焼成する場合の焼成条件を示す図

１１ 金属基板
１３ 感歪抵抗体
１４ オーバーコート
１９ 複合結晶化ガラス
２０ 配線

Claims (12)

1. 基板と、前記基板上に積層した複合結晶化ガラスと、前記複合結晶化ガラス上に積層した感歪抵抗体と、を有し、
   前記複合結晶化ガラスは、互いにガラス材料としてＡｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、もしくはＭｇＯの内、一つ以上の添加元素の割合が１〜２０ｗｔ％の割合で異なり、かつ、互いに５０℃以下の異なる転移温度を有し、かつＢａ、ＭｇとＳｉからなる群のうちの少なくとも２つ以上の元素からなる共通の結晶種を有する複数種類の結晶化ガラス粉どうしが混合、分散された状態で前記基板上で同時焼成してなる、結晶の大きさが０．１〜２０μｍである焼結体から形成された歪センサ。
2. 前記複合結晶化ガラス粉は、さらに少なくともセラミック粉と非晶質ガラス粉のいずれか一方を有する請求項１に記載の歪センサ。
3. 前記基板は、金属基板である請求項１に記載の歪センサ。
4. 前記複合結晶化ガラスと前記感歪抵抗体との間に、厚み５〜５０μｍの非晶質ガラスを配置した請求項１に記載の歪センサ。
5. 前記複合結晶化ガラスの内部に、厚み０．５〜３０μｍの内部電極が内蔵されている請求項１に記載の歪センサ。
6. 異なる前記結晶化ガラス粉の組成は、ＭｇＯは３５〜５０ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃は１０〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ₂は１０〜２５ｗｔ％、ＢａＯは３〜２５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃は１〜３０ｗｔ％、ＳｎＯ₂は１〜５ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅は５ｗｔ％以下であり、さらにＭｇＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃からなる群の含有量差のうち少なくとも一つが１〜２０ｗｔ％の範囲である請求項１に記載の歪センサ。
7. 異なる前記結晶化ガラス粉の組成は、ＭｇＯは３５〜５０ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃は１０〜３０ｗｔ％、ＳｉＯ₂は１０〜２５ｗｔ％、ＢａＯは３〜２５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃は１〜３０ｗｔ％、ＳｎＯ₂は１〜５ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅は５ｗｔ％以下であり、さらにＳｉＯ₂とＢ₂Ｏ₃の含有量の差が０．１〜１０ｗｔ％の範囲で請求項１に記載の歪センサ。
8. 前記非晶質ガラスは、ＳｉＯ₂が４０〜８０ｗｔ％、ＣａＯが５〜１５ｗｔ％、ＰｂＯが３〜１５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃が１〜２０ｗｔ％、ＺｒＯ₂が１〜２０ｗｔ％である請求項２に記載の歪センサ。
9. 前記セラミック粉の添加量は前記結晶化ガラス粉１００重量部に対して、１〜３０重量部である請求項２に記載の歪センサ。
10. 前記セラミック粉は、平均粒径が０．１〜１０μｍの酸化物もしくは水酸化物である請求項２に記載の歪センサ。
11. 前記セラミック粉は、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニア、カルシウム、シリコンからなる群のうちの少なくとも１つの酸化物もしくは水酸化物である請求項２に記載の歪センサ。
12. 金属基板上に、複数の異なる種類の結晶化ガラス粉どうしが樹脂溶液中に分散されてなるガラスペーストを、所定パターンとして印刷するステップと、
    前記ガラスペーストの焼成により複合結晶化ガラス層を形成するステップと、
    前記複合結晶化ガラス層の上に電極及び感歪抵抗体を形成するステップと、
    前記電極と前記感歪抵抗体のうちの少なくともいずれか一方をオーバーコート層で覆うステップと、
    を有する歪センサの製造方法であって、
    複数の異なる種類の前記結晶化ガラス粉は、互いに組成が１ｗｔ％以上異なり、かつ、互いに５０℃以下の範囲で異なる結晶化温度を有し、かつＢａ、ＭｇとＳｉからなる群のうちの少なくとも２つ以上の元素からなる共通の結晶種を有しているものである歪センサの製造方法。

Images