JP2003294547A - Strain sensor - Google Patents
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- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、インダクタを用
いた歪みセンサに係わり、特に応力による導体の変形量
を検知することで歪みを測定する歪みセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a strain sensor using an inductor, and more particularly to a strain sensor which measures strain by detecting the amount of deformation of a conductor due to stress.
【０００２】[0002]
【従来の技術】本願出願人は、センシングする対象に設
けられる導体の裏面側に軟磁性膜を形成することによ
り、センス感度を高めることができ、上記導体とインダ
クタとの距離が大きくなったときにも感度の低下を抑制
できる「位置センサ」（特許文献１参照）を提案してい
る。2. Description of the Related Art The applicant of the present application can enhance the sense sensitivity by forming a soft magnetic film on the back side of a conductor to be sensed, and when the distance between the conductor and the inductor becomes large. In particular, a "position sensor" (see Patent Document 1) that can suppress a decrease in sensitivity is proposed.
【０００３】上記提案に係わる位置センサを歪みセンサ
に適用した場合、導体および軟磁性膜の極く微小な変形
を検知する必要がある歪みセンサでは感度が十分ではな
く、後段回路での信号処理に際して信号／雑音（Ｓ／
Ｎ）比を大きくとれないという問題がある。When the position sensor according to the above proposal is applied to a strain sensor, the sensitivity of the strain sensor, which needs to detect extremely minute deformations of the conductor and the soft magnetic film, is not sufficient. Signal / noise (S /
N) There is a problem that the ratio cannot be made large.
【０００４】なお、歪みセンサの一例として、上底部お
よび下底部を有する筒状の密閉容器の内部圧力変化を上
記上底部あるいは上記下底部を構成する上底板あるいは
下底板に形成した歪センサにより検出する方式が開示さ
れている（特許文献２参照）。しかし、この歪センサ
は、非磁性体板の中央部に絶縁層を介して少なくとも一
個の磁歪を有する磁性薄膜からなるコイルを形成してお
り、上記提案のように被検知物から離れてコイルが配設
するセンサとは動作原理が異なる。As an example of the strain sensor, a change in internal pressure of a cylindrical closed container having an upper bottom portion and a lower bottom portion is detected by a strain sensor formed on the upper bottom plate or the lower bottom plate constituting the upper bottom portion or the lower bottom portion. A method of doing so is disclosed (see Patent Document 2). However, in this strain sensor, a coil made of at least one magnetic thin film having magnetostriction is formed in the center of the non-magnetic plate through an insulating layer, and the coil is separated from the object to be detected as proposed above. The operating principle is different from that of the provided sensor.
【０００５】[0005]
【特許文献１】特開２００２−８１９０２号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2002-81902
【０００６】[0006]
【特許文献２】特開２０００−２９２２９４号公報[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-292294
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情に鑑みてなされたもので、センシングする対象の
微小な変形を検出でき、センシング感度をより向上する
ことが可能な歪みセンサを提供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a strain sensor capable of detecting a minute deformation of an object to be sensed and further improving the sensing sensitivity. The purpose is to provide.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、導体と、この導体と一体に形成され絶対
値が１×１０−７より大きい磁歪定数を持つ磁性体を上
記導体の片面側に備えたセンサ部と、上記センサ部の少
なくとも一部を固定する固定機構と、上記センサ部の上
記磁性体とは反対面側に対向して離れて配設されるイン
ダクタと、上記インダクタのインダクタンスの変化に基
づいて上記センサ部の変形量を検出する検出ユニットと
を備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a conductor and a magnetic body formed integrally with the conductor and having a magnetostriction constant whose absolute value is larger than 1 × 10 −7 . A sensor portion provided on one surface side, a fixing mechanism for fixing at least a part of the sensor portion, an inductor arranged on the opposite side of the sensor portion to the surface opposite to the magnetic body, and spaced apart, and the inductor And a detection unit that detects the deformation amount of the sensor unit based on the change in the inductance of the sensor unit.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１０】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる歪みセンサの全体構成を示すブロッ
ク図である。図１において、この歪みセンサ１０は、ガ
ラス基板１３上面と裏面とに夫々積層された導体１１と
軟磁性膜１２とを有するセンサ部Ｓｂと、上記センサ部
Ｓｂから離れて配設されるコイル１４と、上記コイル１
４に発振信号を供給する発振器１５と、上記発振信号の
位相を検出する位相検出回路１６と、歪み情報を算出す
る演算回路１７とから構成される。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the overall configuration of the strain sensor according to the embodiment of FIG. In FIG. 1, the strain sensor 10 includes a sensor portion Sb having a conductor 11 and a soft magnetic film 12 laminated on the upper surface and the back surface of a glass substrate 13, and a coil 14 arranged apart from the sensor portion Sb. And the coil 1
4 includes an oscillator 15 for supplying an oscillation signal, a phase detection circuit 16 for detecting the phase of the oscillation signal, and an arithmetic circuit 17 for calculating distortion information.
【００１１】図２は、図１に示した歪みセンサ１０の動
作原理を説明するための主要部を示す図である。図２
（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス基板１３の片面側
には導体１１が設けられる。ガラス基板１３の導体１１
とは反対面には軟磁性膜１２が設けられる。これら導体
１１と、ガラス基板１３と、軟磁性膜１２とは、例えば
接着剤による接着あるいは塗布あるいは気相成長法によ
る直接形成により一体化されて、センサ部Ｓｂを構成し
ている。このセンサ部Ｓｂは、例えば周縁部の複数点
（本例では、センサ部の周縁部の全周）で図示しないセ
ンシングする対象に固定される。このように固定するこ
とで、センサ部に応力が加わった場合、センサ部の中央
部が弯曲変形する。FIG. 2 is a diagram showing a main part for explaining the operating principle of the strain sensor 10 shown in FIG. Figure 2
As shown in (a) and (b), the conductor 11 is provided on one side of the glass substrate 13. Conductor 11 of glass substrate 13
A soft magnetic film 12 is provided on the surface opposite to the surface. The conductor 11, the glass substrate 13, and the soft magnetic film 12 are integrated by, for example, adhesion or coating with an adhesive or direct formation by a vapor phase growth method to form a sensor portion Sb. The sensor portion Sb is fixed to a sensing target (not shown) at a plurality of points on the peripheral portion (in this example, the entire periphery of the peripheral portion of the sensor portion), for example. By fixing in this way, when stress is applied to the sensor part, the central part of the sensor part is bent and deformed.
【００１２】上記導体１１は、電気抵抗が低い（１×１
０−８［Ω・ｃｍ］以下）ことが好ましく、例えば銅が
好適である。本例では、ガラス基板１３に厚さΔＡが
０．１５［ｍｍ］の銅箔を貼り付けることで導体１１を
形成している。The conductor 11 has a low electric resistance (1 × 1).
0-8 [Ω · cm] or less) is preferable, and for example, copper is preferable. In this example, the conductor 11 is formed by attaching a copper foil having a thickness ΔA of 0.15 [mm] to the glass substrate 13.
【００１３】上記軟磁性膜１２は、透磁率が比較的高
く、外部からの磁場で特性が簡単に変化するものであ
る。この軟磁性膜１２としては、透磁率が５００以上で
周波数特性が５０ＭＨｚ程度までフラットな特性を有す
る材料が好ましく、例えば（ａ）パーマロイやセンダス
ト、（ｂ）鉄系のアモルファス金属、（ｃ）高抵抗軟磁
性膜であるヘテロアモルファスやナノクリスタルを材料
として含む膜等を用いると良い。また、これらの材料で
形成される上記軟磁性膜１２は、負の磁歪定数λs（＜
０）を持ち、磁歪定数λsの値は、｜λs｜≧５×１０
−７（本例では｜λs｜≧１０−６）のものが用いられ
る。The soft magnetic film 12 has a relatively high magnetic permeability, and its characteristics are easily changed by an external magnetic field. The soft magnetic film 12 is preferably made of a material having a magnetic permeability of 500 or more and a flat frequency characteristic up to about 50 MHz, such as (a) permalloy or sendust, (b) iron-based amorphous metal, and (c) high. It is preferable to use a film containing hetero-amorphous or nanocrystal as a resistance soft magnetic film as a material. The soft magnetic film 12 formed of these materials has a negative magnetostriction constant λs (<
0) and the value of the magnetostriction constant λs is | λs | ≧ 5 × 10
-7 (| λs | ≧ 10 −6 in this example) is used.
【００１４】本例では、上記軟磁性膜１２としてFe−Ru
−Si−Gaからなるソフマックス（ソニー社、商品名）
を、ガラス基板１３に厚さΔＢが２［μｍ］になるよう
に上記気相成長法によりガラス基板１３上に形成したも
のを用いる。In this example, Fe-Ru is used as the soft magnetic film 12.
Sofmax consisting of -Si-Ga (Sony, product name)
Is formed on the glass substrate 13 by the above vapor phase growth method so that the thickness ΔB becomes 2 [μm] on the glass substrate 13.
【００１５】一方、コイル１４は、上記導体１１の上記
ガラス基板１３側とは反対面側に対向して配設される。
また、コイル１４と導体１１とは距離ｄの間隔を空けて
配設される。このコイル１４は図面の簡単化のために単
体で示されているが、実際には例えば支持基板上に銅板
が選択的にエッチングされてスパイラル状に形成された
スパイラルインダクタ、あるいは半導体ウェハ上にアル
ミニウムパターンがスパイラル状に形成されたスパイラ
ルインダクタ、あるいは単なるワイヤコイルなどであ
る。本例のコイル１４は、外径（ＯＤ）：４０００［μ
ｍ］、コイル幅（Ｌ）：８０［μｍ］、コイル間スペー
ス（Ｓ）：８０［μｍ］、巻数：１０ターン、コイル厚
さ（Ｔ）：１９［μｍ］を用いている。On the other hand, the coil 14 is disposed so as to face the surface of the conductor 11 opposite to the glass substrate 13 side.
Further, the coil 14 and the conductor 11 are arranged with a distance d therebetween. Although this coil 14 is shown as a single body for the sake of simplicity of the drawing, in reality, for example, a spiral inductor formed in a spiral shape by selectively etching a copper plate on a supporting substrate, or an aluminum on a semiconductor wafer. It is a spiral inductor having a spiral pattern, or a simple wire coil. The coil 14 of this example has an outer diameter (OD) of 4000 [μ
m], coil width (L): 80 [μm], space between coils (S): 80 [μm], number of turns: 10 turns, coil thickness (T): 19 [μm].
【００１６】図１中の発振器１５は、コイル１４に例え
ば１０ＭＨｚの周波数の発振信号を供給する。位相検出
回路１６は、上記発振信号の位相を検出して位相情報を
出力する。また、演算回路１７は、上記位相検出回路か
ら出力された位相情報を導体１１の歪み情報に変換して
外部に出力する。The oscillator 15 in FIG. 1 supplies the coil 14 with an oscillation signal having a frequency of, for example, 10 MHz. The phase detection circuit 16 detects the phase of the oscillation signal and outputs phase information. The arithmetic circuit 17 also converts the phase information output from the phase detection circuit into distortion information of the conductor 11 and outputs the distortion information to the outside.
【００１７】これらの発振器１５、位相検出回路１６お
よび演算回路１７は、測定器を構成している。この測定
器は、上記コイル１４のインダクタンスの変化に基づい
て上記導体１１の変形量を電気的に測定する機能を有す
る。The oscillator 15, the phase detection circuit 16 and the arithmetic circuit 17 constitute a measuring instrument. This measuring device has a function of electrically measuring the deformation amount of the conductor 11 based on the change in the inductance of the coil 14.
【００１８】次に、上記のように構成された歪みセンサ
の動作を説明する。Next, the operation of the strain sensor configured as described above will be described.
【００１９】発振器１５からコイル１４に対して発振信
号が供給されると、コイル１４から磁束が発生する。図
３は、導体１１に軟磁性膜１２を設けた場合と軟磁性膜
１２を設けない場合の等ベクトルポテンシャル線を示す
図である。When an oscillating signal is supplied from the oscillator 15 to the coil 14, a magnetic flux is generated from the coil 14. FIG. 3 is a diagram showing equivector potential lines when the soft magnetic film 12 is provided on the conductor 11 and when the soft magnetic film 12 is not provided.
【００２０】図３（ａ）に示すように軟磁性膜１２を設
けた場合には、図３（ｂ）に示すように軟磁性膜１２を
設けない場合に比べて、等ベクトルポテンシャル線が導
体１１側に近付く。つまり、軟磁性膜１２により磁気抵
抗が低減され、コイル１４に通電した際に発生する磁束
がより有効に導体１１を鎖交するようになる。このた
め、導体１１には軟磁性膜１２を設けない場合に比べて
大きな渦電流が発生し、結果的にコイル１４のインダク
タンスは導体１１の影響でより大きく減少する。In the case where the soft magnetic film 12 is provided as shown in FIG. 3 (a), the equivector potential line is a conductor as compared with the case where the soft magnetic film 12 is not provided as shown in FIG. 3 (b). Approach 11 side. That is, the magnetic resistance is reduced by the soft magnetic film 12, and the magnetic flux generated when the coil 14 is energized more effectively links the conductors 11. Therefore, a larger eddy current is generated in the conductor 11 than in the case where the soft magnetic film 12 is not provided, and as a result, the inductance of the coil 14 is greatly reduced by the influence of the conductor 11.
【００２１】図４は、センサ部Ｓｂに軟磁性膜１２を設
けた場合と軟磁性膜１２を設けない場合の磁束密度につ
いて説明するための図である。なお図４（ｂ）は、図
（ａ）に示す磁束密度を測定する位置を説明する図であ
る。FIG. 4 is a diagram for explaining the magnetic flux density when the soft magnetic film 12 is provided on the sensor portion Sb and when the soft magnetic film 12 is not provided. Note that FIG. 4B is a diagram for explaining the position for measuring the magnetic flux density shown in FIG.
【００２２】図４（ａ）は、導体１１内の磁束密度のう
ち、図４（ｂ）中の法線Ｂ方向（ｙ方向）、つまり上下
方向の成分がＡ−Ａ’線（ｘ方向）上でどのように分布
しているかを、軟磁性膜１２を設けた場合と設けない場
合で比較して示している。In FIG. 4A, the magnetic flux density in the conductor 11 is the direction of the normal line B (y direction) in FIG. 4B, that is, the vertical component is the line AA '(x direction). The above distribution is shown in comparison between the case where the soft magnetic film 12 is provided and the case where the soft magnetic film 12 is not provided.
【００２３】導体１１を鎖交する（法線Ｂ方向に横切
る）成分の２乗が大きいほどインダクタンスの変化量が
大きくなるので、軟磁性膜１２を設けた場合の効果の指
針となる。この図４Ａから、軟磁性膜１２を設けた場合
は、設けない場合に比べて、導体１１を鎖交する磁束密
度が導体１１の中心付近で高くなっていることが分か
る。The larger the square of the component that crosses the conductor 11 (crosses in the direction of the normal line B), the larger the amount of change in the inductance, and therefore serves as a guideline for the effect when the soft magnetic film 12 is provided. From FIG. 4A, it can be seen that when the soft magnetic film 12 is provided, the magnetic flux density linking the conductors 11 is higher near the center of the conductor 11 than when the soft magnetic film 12 is not provided.
【００２４】コイル１４に発振信号が供給されている状
態で、導体１１が変形してコイル１４と導体１１との平
均相対位置、即ち平均距離が変化すると、コイル１４の
インダクタンスが変化する。図５は、導体１１に軟磁性
膜１２を設けた場合と軟磁性膜１２を設けない場合のコ
イル１４と導体１１間の平均距離とインダクタンスとの
関係を示す図である。ここでは、例えば軟磁性膜１２の
透磁率が６３０で発振器１５の発振周波数が１０ＭＨｚ
の場合についての比較結果を示している。軟磁性膜１２
を設けることにより、コイル１４と導体１１間の平均距
離の変化量に対するインダクタンスの変化量が大きくな
っていることが分かる。When the conductor 11 is deformed to change the average relative position between the coil 14 and the conductor 11, that is, the average distance, while the oscillation signal is being supplied to the coil 14, the inductance of the coil 14 changes. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the inductance and the average distance between the coil 14 and the conductor 11 when the soft magnetic film 12 is provided on the conductor 11 and when the soft magnetic film 12 is not provided. Here, for example, the magnetic permeability of the soft magnetic film 12 is 630 and the oscillation frequency of the oscillator 15 is 10 MHz.
The comparison results for the case are shown. Soft magnetic film 12
It can be seen that the change amount of the inductance increases with respect to the change amount of the average distance between the coil 14 and the conductor 11 by providing.
【００２５】コイル１４のインダクタンスが変化する
と、コイル１４に供給された発振信号の位相（周波数）
が変化する。この発振信号の位相の変化を位相検出回路
１６で検出し、この検出した位相情報を演算回路１７で
導体１１の歪み情報に変換する。そして、この歪み情報
を外部に出力する。When the inductance of the coil 14 changes, the phase (frequency) of the oscillation signal supplied to the coil 14
Changes. The phase detection circuit 16 detects a change in the phase of the oscillation signal, and the arithmetic circuit 17 converts the detected phase information into distortion information of the conductor 11. Then, this distortion information is output to the outside.
【００２６】次に、センサ部Ｓｂに応力が加わった場合
の歪みセンサ１０の動作を説明する。Next, the operation of the strain sensor 10 when stress is applied to the sensor portion Sb will be described.
【００２７】図６は、前述したように側縁部が全周固定
（ここでは、固定機構Ｆで固定される）されたセンサ部
Ｓｂが弯曲変形する様子を示す断面図である。図６
（ａ）はセンサ部Ｓｂの中央部が応力によりコイル１４
に近付く側（内側）へ弯曲変形した場合、図６（ｂ）は
応力なしで弯曲しない場合、図６（ｃ）は中央部が応力
によりコイル１４から離れる側（外側）へ弯曲変形した
場合を示している。また、図６（ａ）、（ｃ）中のΔｄ
は導体１１のたわみ量を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the sensor portion Sb whose side edge portion is fixed to the entire circumference (fixed by the fixing mechanism F in this case) is bent and deformed as described above. Figure 6
(A) shows that the central portion of the sensor portion Sb is the coil 14 due to stress.
6 (b) shows the case where it is bent to the side (inner side) closer to the side, FIG. 6 (b) shows the case where it is not bent without stress, and FIG. Shows. In addition, Δd in FIGS. 6 (a) and 6 (c)
Indicates the amount of deflection of the conductor 11.
【００２８】図６（ａ）に示すようにセンサ部Ｓｂが内
側へ弯曲した場合、コイル１４とセンサ部との平均距離
が小さくなる。したがって、コイル１４のインダクタン
スは、弯曲しない場合に比べて小さくなる。一方、図６
（ｃ）に示すように外側へ弯曲した場合、コイル１４と
センサ部との平均距離が広くなる。したがって、コイル
１４のインダクタンスは、弯曲しない場合に比べて大き
くなる。When the sensor portion Sb is bent inward as shown in FIG. 6 (a), the average distance between the coil 14 and the sensor portion becomes small. Therefore, the inductance of the coil 14 is smaller than that when the coil 14 is not curved. On the other hand, FIG.
When it is bent outward as shown in (c), the average distance between the coil 14 and the sensor portion becomes wider. Therefore, the inductance of the coil 14 becomes larger than that when the coil 14 is not curved.
【００２９】この場合、軟磁性膜１２を設けているので
磁気抵抗が低減され、導体１１により多くの磁束が鎖交
するのでセンサ感度が向上する。しかも、負の磁歪定数
をもつ軟磁性膜１２を用いているので、磁歪がない磁性
膜を用いた場合と比べて、センサ部Ｓｂの同じ変位量
（変形量）に対するインダクタンスの変化量が大きくな
り、センサ感度が向上する。In this case, since the soft magnetic film 12 is provided, the magnetic resistance is reduced, and more magnetic flux is linked to the conductor 11, so that the sensor sensitivity is improved. In addition, since the soft magnetic film 12 having a negative magnetostriction constant is used, the amount of change in the inductance with respect to the same displacement amount (deformation amount) of the sensor unit Sb is larger than that in the case where a magnetic film having no magnetostriction is used. , The sensor sensitivity is improved.
【００３０】即ち、センサ部Ｓｂが図６（ａ）に示すよ
うに内側へ弯曲変形した場合は、前述したようにセンサ
部Ｓｂは全周が固定されているため、軟磁性膜１２は収
縮変形する。これにより軟磁性膜１２の面内方向透磁率
が大きくなり、磁歪がない磁性膜を用いた場合に比べて
導体鎖交磁束の量が多くなるのでインダクタンスがより
低下する。That is, when the sensor portion Sb is bent inward as shown in FIG. 6A, the soft magnetic film 12 is contracted and deformed because the sensor portion Sb is fixed all around as described above. To do. As a result, the in-plane magnetic permeability of the soft magnetic film 12 becomes large, and the amount of the conductor interlinkage magnetic flux becomes large as compared with the case where a magnetic film having no magnetostriction is used, so that the inductance further decreases.
【００３１】これに対して、センサ部Ｓｂが図６（ｃ）
に示すように外側へ弯曲変形した場合は、軟磁性膜１２
は伸張変形する。これにより軟磁性膜１２の面内方向透
磁率が小さくなり、磁歪がない磁性膜を用いた場合に比
べて導体鎖交磁束の量が少なくなる。したがって、コイ
ル１４のインダクタンス低下量が少なくなり、センサ感
度が向上する。On the other hand, the sensor section Sb is shown in FIG.
When it is bent outward as shown in FIG.
Stretches and deforms. As a result, the in-plane magnetic permeability of the soft magnetic film 12 becomes small, and the amount of conductor interlinkage magnetic flux becomes smaller than that in the case of using a magnetic film without magnetostriction. Therefore, the amount of decrease in the inductance of the coil 14 is reduced, and the sensor sensitivity is improved.
【００３２】軟磁性膜１２の磁歪による異方性磁界（磁
気異方性）△Ｈｋは
△Ｈｋ＝３・λs ・Ｅ・Ｔｓ／２・Ｉｓ・Ｒ・（１＋γ） ……（１）
であり、Ｅ ：膜１２のヤング率 ＝２．１×１０１２
［ｄｙｎ／ｃｍ２］
Ｉｓ：膜１２の飽和磁化 ＝９５５［gauss］
γ ：膜１２のポアソン比＝０．２９
Ｔｓ：膜１２の厚さ ＝０．０１［ｃｍ］
Ｒ ：弯曲の曲率半径＝５．６［ｃｍ］
λs ：磁歪定数 ＝−１０−６ とすると、
△Ｈｋ≧５［Ｏｅ］
である。Ｒは、導体１１面積が０．３［ｃｍ□］、最大
たわみ量△ｄmax＝２０×１０−４［ｃｍ］とし、
Ｒ＝△ｄmax２＋（Ｔｓ／２）２／２・△ｄmax ……（
２）
で求めた。An anisotropic magnetic field (magnetic anisotropy) ΔHk due to magnetostriction of the soft magnetic film 12 is ΔHk = 3 · λs · E · Ts / 2 · Is · R · (1 + γ) (1) , E: Young's modulus of the film 12 = 2.1 × 10 12
[Dyn / cm 2 ] Is: Saturation magnetization of film 12 = 955 [gauss] γ: Poisson's ratio of film 12 = 0.29 Ts: Thickness of film 12 = 0.01 [cm] R: Curvature radius of curvature = 5.6 [cm] λs: Magnetostriction constant = −10 −6 , ΔHk ≧ 5 [Oe]. R, the conductor 11 area 0.3 [cm □], the maximum deflection amount △ dmax = 20 × a 10 -4 [cm], R = △ dmax 2 + (Ts / 2) 2/2 · △ dmax ...... It was calculated in (2).
【００３３】弯曲しない状態のＨｋ＝１５［Ｏｅ］とす
ると、
図６（ａ）に示すように内側へ弯曲した場合には、Ｈｋ
≧１０［Ｏｅ］
透磁率μｒ≧１００
図６（ｃ）に示すように外側へ弯曲した場合には、Ｈｋ
≧２０［Ｏｅ］
透磁率μｒ≧５０
となる。Assuming that Hk = 15 [Oe] in a non-curved state, Hk becomes Hk when curved inward as shown in FIG. 6 (a).
≧ 10 [Oe] Permeability μr ≧ 100 When curved outward as shown in FIG. 6C, Hk
≧ 20 [Oe] Magnetic permeability μr ≧ 50.
【００３４】上記した数値例から分かるように、図６
（ｃ）に示すように外側へ弯曲した場合は、図６（ａ）
に示すように内側へ弯曲した場合と比べて透磁率が半分
になり、かつ、コイル１４と導体１１間の平均距離が４
０［μｍ］程度離れる。したがって、導体１１に鎖交す
る磁束が効果的に減少し、図６（ｂ）に示すように弯曲
しない状態に比べてインダクタンスが大きくなる。ま
た、軟磁性膜１２として負の磁歪定数のものを用いたこ
とにより、インダクタンスの変化量が大きくなる。した
がって、センサ部Ｓｂが弯曲した時には、透磁率が一定
の場合（磁歪がない場合）に比べて、インダクタンスの
変化量△Ｌが４０［ｎＨ］から６５［ｎＨ］へと約１．
５倍向上する。As can be seen from the above numerical examples, FIG.
When curved outward as shown in (c), FIG. 6 (a)
The magnetic permeability is halved as compared with the case of curving inward as shown in Fig. 4, and the average distance between the coil 14 and the conductor 11 is 4
The distance is about 0 [μm]. Therefore, the magnetic flux interlinking with the conductor 11 is effectively reduced, and the inductance becomes large as compared with the state in which the conductor 11 is not curved as shown in FIG. 6B. Further, since the soft magnetic film 12 having a negative magnetostriction constant is used, the amount of change in inductance becomes large. Therefore, when the sensor portion Sb is curved, the amount of change in inductance ΔL from 40 [nH] to 65 [nH] is about 1. compared to the case where the magnetic permeability is constant (no magnetostriction).
Improve 5 times.
【００３５】上記第１の実施形態によれば、ガラス基板
１３の片面側に負の磁歪定数を持つ材料からなる軟磁性
膜１２を設けるようにしている。したがって、軟磁性膜
１２の弯曲変形による透磁率変化を利用して、コイル１
４のインダクタンスのより大きな変化を検知することが
可能になるので、センサ感度が向上する。According to the first embodiment described above, the soft magnetic film 12 made of a material having a negative magnetostriction constant is provided on one side of the glass substrate 13. Therefore, the change in magnetic permeability due to the curved deformation of the soft magnetic film 12 is used to make the coil 1
Since it is possible to detect a larger change in the inductance of No. 4, the sensor sensitivity is improved.
【００３６】また、センサ部Ｓｂが弯曲変形することで
コイル１４との平均距離が変化するため、この効果によ
るインダクタンスの変化によってもセンサ感度が向上す
る。Further, since the sensor portion Sb is bent and deformed, the average distance from the coil 14 is changed, so that the sensor sensitivity is also improved by the change in the inductance due to this effect.
【００３７】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態に係わる歪みセンサの主要部を示す図であ
る。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す歪みセンサの断面
図である。(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the principal part of the strain sensor concerning embodiment of this. FIG. 7B is a sectional view of the strain sensor shown in FIG.
【００３８】この歪みセンサは、第１の実施の形態の歪
みセンサに対して、軟磁性体１８を、コイル１４の裏面
側（導体１１に対向する面とは反対面側）に絶縁物（図
示せず）を介して配設している点が異なり、その他は同
じであるので図２（ａ），図２（ｂ）中と同一の構成に
は同一符号を付している。This strain sensor is different from the strain sensor of the first embodiment in that the soft magnetic material 18 is placed on the back side of the coil 14 (on the side opposite to the side facing the conductor 11) as an insulator (see FIG. The same components as those in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are denoted by the same reference numerals because they are the same as those in FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b).
【００３９】このような構成によれば、軟磁性体１８に
より、磁気抵抗がさらに低減され、コイル１４に通電し
た際に発生する磁束がより有効に導体１１を鎖交するよ
うになる。With this structure, the magnetic resistance is further reduced by the soft magnetic material 18, and the magnetic flux generated when the coil 14 is energized more effectively links the conductors 11.
【００４０】よって、導体１１により大きな渦電流が発
生し、コイル１４のインダクタンスは導体１１の影響で
より大きく減少する（変化量が大きくなる）。従って、
軟磁性体１８を配設しない場合と比べて、さらにセンス
感度を高めることができる。Therefore, a large eddy current is generated in the conductor 11, and the inductance of the coil 14 is greatly reduced (the amount of change is large) due to the influence of the conductor 11. Therefore,
The sense sensitivity can be further increased as compared with the case where the soft magnetic body 18 is not provided.
【００４１】（第３の実施形態）第３の実施形態は、導
体と正の磁歪定数を持つ軟磁性膜からなるセンサ部の中
央部を固定して歪みセンサを構成したものである。(Third Embodiment) In the third embodiment, a strain sensor is constructed by fixing a central portion of a sensor portion composed of a conductor and a soft magnetic film having a positive magnetostriction constant.
【００４２】図８は、本発明の第３の実施形態に係わる
歪みセンサの動作原理を説明するための主要部を示す図
である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す歪みセンサの
断面図である。なお、上記第１の実施形態の歪みセンサ
と同一の構成には同一符号を付して説明は省略する。ま
た、上記第１の実施形態の図１に示した構成のうち、セ
ンサ部以外の構成は同一であるため説明は省略する。FIG. 8 is a diagram showing a main part for explaining the operation principle of the strain sensor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8B is a sectional view of the strain sensor shown in FIG. The same components as those of the strain sensor of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, among the configurations shown in FIG. 1 of the first embodiment, the configurations other than the sensor unit are the same, and thus the description thereof will be omitted.
【００４３】図８（ａ）において、ガラス基板１３の片
面側には正の磁歪定数を持つ軟磁性膜１９が設けられ
る。ガラス基板１３の軟磁性膜１９と反対面には導体１
１ａが設けられる。このように構成されたセンサ部Ｓｃ
は、軟磁性膜１９の中央部で固定機構２０により固定さ
れる。In FIG. 8A, a soft magnetic film 19 having a positive magnetostriction constant is provided on one side of the glass substrate 13. The conductor 1 is provided on the surface of the glass substrate 13 opposite to the soft magnetic film 19.
1a is provided. The sensor unit Sc configured as described above
Are fixed by a fixing mechanism 20 at the center of the soft magnetic film 19.
【００４４】上記軟磁性膜１９は、透磁率が比較的高
く、外部からの磁場で特性が簡単に変化するものであ
る。この軟磁性膜１９としては、透磁率が５００以上で
周波数特性が５０ＭＨｚ程度までフラットな特性を有す
る材料が好ましく、例えば（ａ）パーマロイやセンダス
ト、（ｂ）鉄系のアモルファス金属、（ｃ）高抵抗軟磁
性膜であるヘテロアモルファスやナノクリスタルを材料
として含む膜等を用いると良い。また、上記軟磁性膜１
９は、正の磁歪定数λs（＞０）を持つ材料からなり、
磁歪定数λsの値は、｜λs｜≧５×１０−７（本例では
｜λs｜≧１０−６）のものが用いられる。本例では、
正の磁歪定数を持つ軟磁性材料をガラス基板１３上にス
パッタ形成することで、軟磁性膜１９を形成する。この
際、所定の磁界中でスパッタリングを行うことにより、
例えば磁化容易軸方向を所望の方向に向けることができ
る。The soft magnetic film 19 has a relatively high magnetic permeability, and its characteristics are easily changed by an external magnetic field. As the soft magnetic film 19, a material having a magnetic permeability of 500 or more and a flat frequency characteristic up to about 50 MHz is preferable. For example, (a) permalloy or sendust, (b) iron-based amorphous metal, (c) high. It is preferable to use a film containing hetero-amorphous or nanocrystal as a resistance soft magnetic film as a material. In addition, the soft magnetic film 1
9 is made of a material having a positive magnetostriction constant λs (> 0),
The value of the magnetostriction constant λs is | λs | ≧ 5 × 10 −7 (| λs | ≧ 10 −6 in this example). In this example,
The soft magnetic film 19 is formed by forming a soft magnetic material having a positive magnetostriction constant on the glass substrate 13 by sputtering. At this time, by performing sputtering in a predetermined magnetic field,
For example, the easy magnetization axis direction can be oriented in a desired direction.
【００４５】上記導体１１ａは、銅をガラス基板１３に
塗布して形成する。The conductor 11a is formed by coating copper on the glass substrate 13.
【００４６】図９は、図８に示したセンサ部Ｓｃが弯曲
変形する様子を示す断面図である。図９（ａ）はセンサ
部Ｓｃがコイル１４に近付く側（内側）へ弯曲変形した
場合、図９（ｂ）は弯曲しない場合、図９（ｃ）はセン
サ部Ｓｃがコイル１４から離れる側（外側）へ弯曲変形
した場合を示している。FIG. 9 is a cross-sectional view showing how the sensor unit Sc shown in FIG. 8 is bent and deformed. 9A shows a case where the sensor unit Sc is bent and deformed toward the side closer to the coil 14 (inside), FIG. 9B shows a case where the sensor unit Sc does not bend, and FIG. 9C shows a side where the sensor unit Sc is separated from the coil 14 ( It shows the case where it is bent to the outside).
【００４７】センサ部Ｓｃにガラス基板１３側から応力
が加わると、センサ部Ｓｃは中央が固定されているので
周辺部が図９（ａ）のように弯曲変形する。これによ
り、コイル１４とセンサ部Ｓｃとの平均距離が小さくな
る。したがって、コイル１４のインダクタンスは、弯曲
しない場合に比べて小さくなる。この場合、軟磁性膜１
９を設けているので磁気抵抗が低減され、導体１１ａに
より多くの磁束が鎖交するのでセンサ感度が向上する。When stress is applied to the sensor portion Sc from the glass substrate 13 side, the sensor portion Sc is fixed at the center, and therefore the peripheral portion is bent and deformed as shown in FIG. 9A. This reduces the average distance between the coil 14 and the sensor unit Sc. Therefore, the inductance of the coil 14 is smaller than that when the coil 14 is not curved. In this case, the soft magnetic film 1
Since 9 is provided, the magnetic resistance is reduced, and more magnetic flux is linked to the conductor 11a, which improves the sensor sensitivity.
【００４８】さらに、センサ部Ｓｃが図９（ａ）に示す
ように内側へ弯曲変形した場合、軟磁性膜１９は伸張変
形する。これにより、軟磁性膜１９は正の磁歪定数を持
つため、面内方向透磁率が大きくなる。したがって、磁
歪がない磁性膜を用いた場合に比べて導体鎖交磁束の量
が多くなるのでインダクタンスがより低下し、センサ感
度が向上する。Further, when the sensor section Sc is bent inward as shown in FIG. 9A, the soft magnetic film 19 is expanded and deformed. As a result, the soft magnetic film 19 has a positive magnetostriction constant, so that the in-plane magnetic permeability increases. Therefore, as compared with the case where a magnetic film without magnetostriction is used, the amount of conductor interlinkage magnetic flux increases, so that the inductance further decreases and the sensor sensitivity improves.
【００４９】一方、センサ部Ｓｃの導体１１ａ側から応
力が加わると、センサ部Ｓｃの周辺部は図９Ｃのように
弯曲変形する。これにより、コイル１４とセンサ部Ｓｃ
との平均距離が大きくなる。したがって、コイル１４の
インダクタンスは、弯曲しない場合に比べて大きくな
る。On the other hand, when stress is applied from the conductor 11a side of the sensor unit Sc, the peripheral portion of the sensor unit Sc is bent and deformed as shown in FIG. 9C. As a result, the coil 14 and the sensor Sc
The average distance between and becomes large. Therefore, the inductance of the coil 14 becomes larger than that when the coil 14 is not curved.
【００５０】さらに、センサ部Ｓｃが図９（ｃ）に示す
ように外側へ弯曲変形した場合、軟磁性膜１９は収縮変
形する。これにより、軟磁性膜１９は正の磁歪定数を持
つため、面内方向透磁率が小さくなる。したがって、磁
歪がない磁性膜を用いた場合に比べて導体鎖交磁束の量
が少なくなる。この結果、コイル１４のインダクタンス
低下量が少なくなり、センサ感度が向上する。Furthermore, when the sensor portion Sc is bent outward as shown in FIG. 9C, the soft magnetic film 19 is contracted and deformed. As a result, the soft magnetic film 19 has a positive magnetostriction constant, so that the in-plane magnetic permeability decreases. Therefore, the amount of magnetic flux linked to the conductor is smaller than that in the case where a magnetic film without magnetostriction is used. As a result, the amount of decrease in the inductance of the coil 14 is reduced, and the sensor sensitivity is improved.
【００５１】なお、上記第１の実施形態で説明した数値
例は、磁歪定数を負から正に変更することにより、本実
施形態においても同様に適用可能である。The numerical example described in the first embodiment can be similarly applied to this embodiment by changing the magnetostriction constant from negative to positive.
【００５２】上記第３の実施形態によれば、ガラス基板
１３の片面側に正の磁歪定数を持つ材料からなる軟磁性
膜１９を設けるようにしている。したがって、軟磁性膜
１９の歪みによる透磁率変化を利用して、コイル１４の
インダクタンスのより大きな変化を検知することが可能
になるので、センサ感度が向上する。According to the third embodiment described above, the soft magnetic film 19 made of a material having a positive magnetostriction constant is provided on one side of the glass substrate 13. Therefore, it is possible to detect a larger change in the inductance of the coil 14 by utilizing the change in the magnetic permeability due to the strain of the soft magnetic film 19, so that the sensor sensitivity is improved.
【００５３】さらに、センサ部Ｓｃが弯曲変形すること
でコイル１４との距離が変化するため、この効果による
インダクタンスの変化によってもセンサ感度が向上す
る。Further, since the distance between the sensor section Sc and the coil 14 changes due to the bending deformation, the sensor sensitivity is also improved by the change in the inductance due to this effect.
【００５４】また、上記第２の実施形態と同様に、軟磁
性膜を、コイル１４の裏面側（導体１１ａに対向する面
とは反対面側）に絶縁物を介して配設して歪みセンサを
構成することで、さらにセンス感度を高めることができ
る。Further, as in the second embodiment, the soft magnetic film is arranged on the back surface side of the coil 14 (the surface opposite to the surface facing the conductor 11a) via an insulator to provide a strain sensor. By configuring the above, the sense sensitivity can be further increased.
【００５５】また、本実施形態の固定機構２０を上記第
１の実施形態のセンサ部Ｓｂに適用しても第１の実施形
態と同様の効果を得ることができる。Even if the fixing mechanism 20 of this embodiment is applied to the sensor section Sb of the first embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
【００５６】（第４の実施形態）第４の実施形態は、導
体と正の磁歪定数を持つ軟磁性膜からなるセンサ部の周
縁部のうち一側面を固定して歪みセンサを構成したもの
である。(Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, a strain sensor is constructed by fixing one side surface of a peripheral portion of a sensor portion composed of a conductor and a soft magnetic film having a positive magnetostriction constant. is there.
【００５７】図１０は、本発明の第４の実施形態に係わ
る歪みセンサの動作原理を説明するための主要部を示す
斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す歪
みセンサの断面図である。なお、上記第３の実施形態の
歪みセンサと同一の構成には同一符号を付して説明は省
略する。FIG. 10 is a perspective view showing a main part for explaining the operation principle of the strain sensor according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10B is a sectional view of the strain sensor shown in FIG. The same components as those of the strain sensor of the third embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００５８】図１０（ａ）において、導体１１ｂは、弾
性変形する材料が好ましい。しかし、塑性変形する材料
でも本発明を実現可能である。塑性変形する材料を使用
する場合には、弾性変形する基板等に上記塑性変形する
材料をコーティングすることで、弾性変形可能にするよ
うにしてもよい。また、導体１１ｂは、電気抵抗が低い
（１×１０−８［Ω・ｃｍ］以下）ことが好ましく、例
えば銅板が好適である。本例の導体１１ｂは、例えば厚
さ０．１５［ｍｍ］の銅板により構成する。In FIG. 10A, the conductor 11b is preferably made of a material that elastically deforms. However, the present invention can be realized with a material that is plastically deformed. When a plastically deformable material is used, it may be elastically deformable by coating an elastically deformable substrate or the like with the plastically deformable material. The conductor 11b preferably has a low electric resistance (1 × 10 −8 [Ω · cm] or less), and for example, a copper plate is suitable. The conductor 11b of this example is made of, for example, a copper plate having a thickness of 0.15 [mm].
【００５９】軟磁性膜１９ａは、上記第３の実施形態と
同じ材料を使用する。この軟磁性材料からなる軟磁性膜
１９ａを上記導体１１ｂの片面側に貼り付けてセンサ部
Ｓｄを構成する。The soft magnetic film 19a uses the same material as in the third embodiment. The soft magnetic film 19a made of this soft magnetic material is attached to one side of the conductor 11b to form the sensor section Sd.
【００６０】固定機構２１は、図１０（ａ）に示すよう
に導体１１ｂと軟磁性膜１９ａとからなるセンサ部Ｓｄ
の周縁部のうち一側面を固定する。なお、固定方法とし
ては、周縁部の一部を固定するようにしてもよい。As shown in FIG. 10A, the fixing mechanism 21 includes a sensor portion Sd including a conductor 11b and a soft magnetic film 19a.
One side of the peripheral part of is fixed. As a fixing method, a part of the peripheral edge may be fixed.
【００６１】図１１は、図１０のセンサ部Ｓｄが弯曲変
形する様子を示す断面図である。図１１（ａ）はセンサ
部Ｓｄがコイル１４に近付く側（内側）へ弯曲変形した
場合、図１１（ｂ）は弯曲しない場合、図１１（ｃ）は
センサ部Ｓｄがコイル１４から離れる側（外側）へ弯曲
変形した場合を示している。FIG. 11 is a sectional view showing how the sensor portion Sd of FIG. 10 is bent and deformed. 11A shows a case where the sensor portion Sd is bent to the side closer to the coil 14 (inner side), FIG. 11B shows a case where the sensor portion Sd does not bend, and FIG. 11C shows a side where the sensor portion Sd is separated from the coil 14 ( It shows the case where it is bent to the outside).
【００６２】このような構成でも、上記第３の実施形態
と同様の効果を得ることができる。Even with such a structure, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
【００６３】また、上記第２の実施形態と同様に、コイ
ル１４の背後へも軟磁性膜を配設することで、さらに歪
みセンサのセンス感度を高めることができる。Further, similarly to the second embodiment, by disposing the soft magnetic film behind the coil 14, the sense sensitivity of the strain sensor can be further increased.
【００６４】また、軟磁性膜１９ａの導体１１ｂと反対
面にガラス基板１３を設けてセンサ部Ｓｄを構成しても
よい。このように構成すると、導体１１ｂが弾性変形す
る材料でなくても本実施形態を実施できる。Further, the glass substrate 13 may be provided on the surface of the soft magnetic film 19a opposite to the conductor 11b to form the sensor portion Sd. With this configuration, the present embodiment can be implemented even if the conductor 11b is not a material that elastically deforms.
【００６５】（歪みセンサの適用例）図１２は、第１の
実施形態に示した歪みセンサの適用例を示す断面図であ
る。(Application Example of Strain Sensor) FIG. 12 is a sectional view showing an application example of the strain sensor shown in the first embodiment.
【００６６】図１２（ａ）に示すように、筒状の密閉容
器３０の上底板３１の中央部に第１の実施形態に示した
センサ部Ｓｂを貼り付け固定し、密閉容器３０の内部圧
力の変化により生ずる上底板３１の変形を、センサ部Ｓ
ｂの上方に固定された図示しないコイルのインダクタン
スの変化により電気的に検出する方式の圧力センサを構
成する。なお、センサ部Ｓｂを下底板３２の底面に貼り
付け固定してもよい。As shown in FIG. 12A, the sensor portion Sb shown in the first embodiment is attached and fixed to the central portion of the upper bottom plate 31 of the cylindrical hermetic container 30, and the internal pressure of the hermetic container 30 is fixed. The deformation of the upper bottom plate 31 caused by the change of
A pressure sensor of the type that is electrically detected by a change in the inductance of a coil (not shown) fixed above b is configured. The sensor portion Sb may be attached and fixed to the bottom surface of the lower bottom plate 32.
【００６７】この場合、上底板３１あるいは下底板３２
は周縁部が固定されており、内部圧力の変化により上底
板３１あるいは下底板３２の中央部とともにセンサ部Ｓ
ｂが弯曲変形する。In this case, the upper bottom plate 31 or the lower bottom plate 32
Has a fixed peripheral portion, and the sensor portion S along with the central portion of the upper bottom plate 31 or the lower bottom plate 32 due to a change in internal pressure.
The curve b is deformed.
【００６８】密閉容器３０の内部圧力の上昇によりセン
サ部Ｓｂが外側へ弯曲した場合および内部圧力の下降に
よりセンサ部Ｓｂが内側へ弯曲した場合に、第１の実施
形態に示した歪みセンサは、内部圧力の単位変化量に対
するインダクタンスの単位変化量が大きいので、後段回
路での信号処理に際してＳ／Ｎ比を大きくとることがで
き、信号処理を正確に行うことが可能になる。When the sensor portion Sb bends outward due to an increase in internal pressure of the closed container 30 and when the sensor portion Sb bends inside due to a decrease in internal pressure, the strain sensor shown in the first embodiment is Since the unit change amount of the inductance is large with respect to the unit change amount of the internal pressure, a large S / N ratio can be obtained in the signal processing in the subsequent circuit, and the signal processing can be accurately performed.
【００６９】なお、上記適用例の一部を変更し、図１２
（ｂ）に示すように、容器４０の開口部をセンサ部Ｓｂ
で密閉する状態で、センサ部Ｓｂの周縁部を開口部の周
縁部の全周で保持するようにしてもよい。このように変
更しても、容器４０内部の圧力に応じてセンサ部Ｓｂの
中央部が弯曲変形可能となり、上記適用例と同様に圧力
センサを構成することができる。It is to be noted that a part of the above-mentioned application example is changed to FIG.
As shown in (b), the opening of the container 40 is connected to the sensor portion Sb.
The peripheral portion of the sensor portion Sb may be held along the entire periphery of the peripheral portion of the opening in the state of being hermetically closed. Even with such a change, the central portion of the sensor portion Sb can be bent and deformed according to the pressure inside the container 40, and the pressure sensor can be configured in the same manner as in the above application example.
【００７０】なお、上記適用例は、第１の実施形態に係
わる歪みセンサを用いる場合を例にとって説明したが、
第２の実施形態に係わる歪みセンサを用いてもよいのは
勿論である。In the above application example, the case where the strain sensor according to the first embodiment is used has been described.
Of course, the strain sensor according to the second embodiment may be used.
【００７１】また、上記第１の実施形態で示したセンサ
部の固定方法は、上記センサ部Ｓｄにおいても適用可能
である。また、上記第３の実施形態で示したセンサ部の
固定方法は、上記センサ部Ｓｂ及びセンサ部Ｓｄにおい
ても適用可能である。また、上記第４の実施形態で示し
たセンサ部の固定方法は、上記センサ部Ｓｄにおいても
適用可能である。The method of fixing the sensor section shown in the first embodiment can also be applied to the sensor section Sd. The method of fixing the sensor unit shown in the third embodiment can be applied to the sensor unit Sb and the sensor unit Sd. The method of fixing the sensor unit shown in the fourth embodiment can be applied to the sensor unit Sd.
【００７２】また、上記各実施形態で示したセンサ部の
固定方法は一例である。応力によりセンサ部が変形する
ように固定しさえすれば同様の効果を得ることができる
ため、測定する対象物に合わせて固定機構の構成を変え
ることで、歪みセンサのセンス感度を向上させることが
できる。The method of fixing the sensor section shown in each of the above embodiments is an example. The same effect can be obtained as long as the sensor part is fixed so that it deforms due to stress, so the sense sensitivity of the strain sensor can be improved by changing the structure of the fixing mechanism according to the object to be measured. it can.
【００７３】また、上記各実施形態のセンサ部は、コイ
ルと導体と軟磁性膜との位置関係を同一にすればよく、
形成する方法や構成については他の実施形態で説明した
ものと変更しても同様に実施可能である。In the sensor portion of each of the above-mentioned embodiments, the coil, the conductor and the soft magnetic film may have the same positional relationship,
Even if the method and the structure for forming are changed to those described in other embodiments, the same operation can be performed.
【００７４】この発明は、上記実施形態に限定されるも
のではなく、その他、本発明の要旨を変更しない範囲に
おいて種々変形して実施可能なことは勿論である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and needless to say, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００７５】[0075]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、セ
ンシングする対象の微小な変形に対して、インダクタの
インダクタンスの変化量を増大させることができ、これ
によりセンシング感度をより向上することが可能な歪み
センサを提供することができる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to increase the amount of change in the inductance of the inductor with respect to a slight deformation of the object to be sensed, thereby further improving the sensing sensitivity. It is possible to provide a strain sensor capable of
【図１】 本発明の第１の実施形態に係わる歪みセンサ
の全体構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a strain sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１に示した歪みセンサ１０の動作原理を説
明するための主要部を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a main part for explaining an operation principle of the strain sensor 10 shown in FIG.
【図３】 導体１１に軟磁性膜１２を設けた場合と軟磁
性膜１２を設けない場合の等ベクトルポテンシャル線を
示す図。FIG. 3 is a diagram showing equivector potential lines when the soft magnetic film 12 is provided on the conductor 11 and when the soft magnetic film 12 is not provided.
【図４】 センサ部Ｓｂに軟磁性膜１２を設けた場合と
軟磁性膜１２を設けない場合の磁束密度について説明す
るための図。FIG. 4 is a diagram for explaining magnetic flux densities when the soft magnetic film 12 is provided on the sensor portion Sb and when the soft magnetic film 12 is not provided.
【図５】 導体１１に軟磁性膜１２を設けた場合と軟磁
性膜１２を設けない場合のコイル１４と導体１１間の平
均距離とインダクタンスとの関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an average distance between the coil 14 and the conductor 11 and an inductance when the soft magnetic film 12 is provided on the conductor 11 and when the soft magnetic film 12 is not provided.
【図６】 図１に示した歪みセンサ１０のセンサ部Ｓｂ
が弯曲変形する様子を示す断面図。FIG. 6 is a sensor portion Sb of the strain sensor 10 shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the curved deformation occurs.
【図７】 本発明の第２の実施形態に係わる歪みセンサ
の動作原理を説明するための主要部を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a main part for explaining an operation principle of a strain sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図８】 本発明の第３の実施形態に係わる歪みセンサ
の動作原理を説明するための主要部を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a main part for explaining an operation principle of a strain sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図９】 図８に示した歪みセンサのセンサ部Ｓｃが弯
曲変形する様子を示す断面図。9 is a cross-sectional view showing how the sensor unit Sc of the strain sensor shown in FIG. 8 is bent and deformed.
【図１０】 本発明の第４の実施形態に係わる歪みセン
サの動作原理を説明するための主要部を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a main part for explaining an operation principle of a strain sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１１】 図１０に示した歪みセンサのセンサ部Ｓｄ
が弯曲変形する様子を示す断面図。FIG. 11 is a sensor portion Sd of the strain sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the curved deformation occurs.
【図１２】 第１の実施形態に示した歪みセンサの適用
例を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an application example of the strain sensor shown in the first embodiment.
Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ…センサ部 １０…歪みセンサ １
１，１１ａ，１１ｂ…導体 １２，１９，１９ａ…軟磁
性膜 １３…ガラス基板 １４…コイル １５…発振器
１６…位相検出回路 １７…演算回路 １８…軟磁性
体 ２０，２１，Ｆ…固定機構 ３０…密閉容器 ３１
…上底板 ３２…下底板 ４０…容器Sb, Sc, Sd ... Sensor part 10 ... Strain sensor 1
1, 11a, 11b ... Conductors 12, 19, 19a ... Soft magnetic film 13 ... Glass substrate 14 ... Coil 15 ... Oscillator 16 ... Phase detection circuit 17 ... Arithmetic circuit 18 ... Soft magnetic material 20, 21, F ... Fixing mechanism 30 ... Closed container 31
... Upper bottom plate 32 ... Lower bottom plate 40 ... Container
Claims (17)
値が１×１０−７より大きい磁歪定数を持つ第１の磁性
体を前記導体の片面側に備えたセンサ部と、 前記センサ部の少なくとも一部を固定する固定機構と、 前記センサ部の前記第１の磁性体とは反対面側に対向し
て離れて配設されるインダクタと、 前記インダクタのインダクタンスの変化に基づいて前記
センサ部の変形量を検出する検出ユニットとを具備する
歪みセンサ。1. A sensor section comprising a conductor and a first magnetic body formed integrally with the conductor and having a magnetostriction constant larger than 1 × 10 −7 in absolute value, on one side of the conductor, and the sensor section. A fixing mechanism that fixes at least a part of the sensor, an inductor that is arranged separately on the opposite side of the sensor unit from the first magnetic body, and the sensor based on a change in the inductance of the inductor. A strain sensor including a detection unit that detects the amount of deformation of the section.
ち、 前記固定機構は、応力に応じて前記センサ部の中央部が
変形するように固定する固定部を有する請求項１に記載
の歪みセンサ。2. The first magnetic body has a negative magnetostriction constant, and the fixing mechanism has a fixing portion that fixes the central portion of the sensor portion so as to deform in response to stress. The strain sensor described.
つ請求項１に記載の歪みセンサ。3. The strain sensor according to claim 1, wherein the first magnetic body has a positive magnetostriction constant.
値である請求項２に記載の歪みセンサ。4. The strain sensor according to claim 2, wherein the magnetostriction constant has a value of −5 × 10 −7 or less.
すべて固定する請求項２に記載の歪みセンサ。5. The strain sensor according to claim 2, wherein the fixing mechanism fixes all peripheral edges of the sensor unit.
である請求項３に記載の歪みセンサ。6. The strain sensor according to claim 3, wherein the magnetostriction constant is a value of 5 × 10 −7 or more.
一部を固定する請求項３に記載の歪みセンサ。7. The strain sensor according to claim 3, wherein the fixing mechanism fixes a part of a peripheral edge of the sensor unit.
を固定する請求項３に記載の歪みセンサ。8. The strain sensor according to claim 3, wherein the fixing mechanism fixes a central portion of the sensor unit.
面側に対向して離れて配設される第２の磁性体をさらに
具備する請求項１乃至３に記載の歪みセンサ。9. The strain sensor according to claim 1, further comprising a second magnetic body that is disposed facing the surface of the inductor opposite to the sensor portion and spaced apart therefrom.
る請求項１乃至３に記載の歪みセンサ。10. The strain sensor according to claim 1, wherein the first magnetic body is a soft magnetic body.
に発振信号を供給する発振器と、この発振信号の位相情
報を検出するための位相検出回路と、前記位相検出回路
で検出した位相情報を前記センサ部の変形量に変換する
演算回路とを含む請求項１乃至３に記載の歪みセンサ。11. The detection unit includes an oscillator for supplying an oscillation signal to the inductor, a phase detection circuit for detecting phase information of the oscillation signal, and the phase information detected by the phase detection circuit by the sensor unit. The strain sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising: an arithmetic circuit that converts the deformation amount into a deformation amount.
らなる請求項１に記載の歪みセンサ。12. The strain sensor according to claim 1, wherein the conductor is made of a material that is elastically deformable.
らなる請求項１に記載の歪みセンサ。13. The strain sensor according to claim 1, wherein the conductor is made of a material capable of being plastically deformed.
パーマロイ、センダスト、鉄系のアモルファス金属、ヘ
テロアモルファスおよびナノクリスタルから成るグルー
プから選択された少なくとも一つにより形成される請求
項１に記載の歪みセンサ。14. The first magnetic body is formed of at least one selected from the group consisting of permalloy, sendust, iron-based amorphous metal, heteroamorphous, and nanocrystal as a material thereof. Strain sensor.
有する請求項１に記載の歪みセンサ。15. The strain sensor according to claim 1, wherein the inductor has a spiral shape.
る第１の表面と前記第１の磁性体が設けられる第２の表
面とを有するガラス基板を含む請求項１に記載の歪みセ
ンサ。16. The strain sensor according to claim 1, wherein the sensor unit includes a glass substrate having a first surface on which the conductor is provided and a second surface on which the first magnetic body is provided.
・ｃｍ］以下である請求項１に記載の歪みセンサ。17. The conductor has an electric resistance of 10 −8 [Ω].
.Cm] or less, The strain sensor according to claim 1.
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