JP2019174330A - センサ、検出方法、及び、センサ製造方法 - Google Patents
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平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する本体部と、
対象の量に応じて体積が変化するとともに、少なくとも一部が上記収容空間に収容されるように上記本体部により支持される体積変化体と、
上記本体部のうちの、上記第1方向における第2端に連接し、且つ、上記体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する検出部と、
を備える。
平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する本体部の、上記収容空間に少なくとも一部が収容されるように上記本体部により支持された体積変化体が、対象の量に応じて体積を変化させ、
上記本体部のうちの、上記第1方向における第2端に連接する検出部が、上記体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する、ことを含む。
平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持される第1部材に、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を形成するとともに、上記第1部材のうちの、上記第1方向における第2端に連接する第2部材に、応力を検出する素子を設け、
対象の量に応じて体積が変化する体積変化体の少なくとも一部を、上記第1部材により支持されるように上記収容空間に収容する、ことを含む。
(概要)
第1実施形態のセンサは、本体部と、体積変化体と、検出部と、を備える。
本体部は、平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する。
体積変化体は、対象の量に応じて体積が変化するとともに、少なくとも一部が収容空間に収容されるように本体部により支持される。
検出部は、本体部のうちの、第1方向における第2端に連接し、且つ、体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する。
次に、第1実施形態のセンサについて、詳細に説明する。
以下、図1乃至図7に表されるように、x軸、y軸、及び、z軸を有する右手系の直交座標系を用いて、第1実施形態のセンサ1を説明する。なお、本明細書において、後述の図11乃至図23においても同様の座標系が用いられる。
センサ1は、対象を検出する。例えば、対象は、気体、液体、又は、固体を構成する分子である。また、例えば、対象は、気体、液体、及び、固体のうちの少なくとも2つからなる混合物を構成する分子である。また、例えば、対象は、微粒子、温度、湿度、又は、電磁波等である。
本例では、第2層状体12は、二酸化ケイ素からなる。図1及び図2に表されるように、第2層状体12は、平板状である。第2層状体12は、第2層状体12のうちの、z軸方向における両端面にて開口する穴を有する。本例では、xy平面により切断された第2層状体12の断面は、xy平面により切断された第1層状体11の断面と同じ形状を有する。
枠部131は、枠部131のうちの、z軸方向における両端面にて開口する穴を有する。本例では、xy平面により切断された枠部131の断面は、xy平面により切断された第1層状体11の断面と同じ形状を有する。
本例では、収容空間に含まれる複数のスリット状の孔のx軸方向における長さは、280μmである。
このような構成により、検出部133は、本体部132から伝達された応力を、第1被支持部1331のうちの延在方向における中央部にて検出する。
このような構成により、記憶装置106は、第1抵抗器103の電気抵抗と第2抵抗器104の電気抵抗との差に応じた信号を記憶する。
次に、感知材料について説明を加える。
本例では、感知材料は、流動性を有する。例えば、収容空間に感知材料を充填することにより体積変化体14を形成するためには、感知材料の粘度が低いこと、感知材料の、収容空間を形成する壁面に対する濡れ性が良いこと、感知材料が収容空間に流入しやすいこと、及び、感知材料が収容空間から流出することなく固化しやすいこと、が好適である。
なお、感知材料の最適な粘度は、第3層状体13を構成する材料、収容空間を形成する壁面の状態、収容空間の形状、及び、収容空間の大きさに応じて異なってよい。
なお、溶媒の最適な表面張力は、以下に述べる感知材料の充填方法に応じて異なってよい。
(非特許文献1) 「実用プラスチック事典」、実用プラスチック事典編集委員会編、産業調査会、1993年
例えば、熱可塑性高分子は、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、又は、ポリビニルアルコール等)、ポリオレフィン系ワックス(例えば、ポリエチレンオリゴマー、又は、ポリプロピレンオリゴマー等)、熱可塑性アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂、エラストマー(例えば、ポリオレフィン系エラストマー、水添スチレン系ブロック共重合体、又は、水添スチレン系ランダム共重合体等)、スーパーエンジニアリングプラスチック(例えば、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、又は、ポリエーテルエーテルケトン等)、又は、シンジオタクティックポリスチレン等であってよい。
例えば、無機フィラーは、無定形フィラー(例えば、炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、クレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、アルミナ、又は、水酸化マグネシウム等)、板状フィラー(例えば、タルク、マイカ、又は、ガラスフレーク等)、針状フィラー(例えば、ワラストナイト、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、セピオライト、ゾノトライト、又は、ホウ酸アルミニウム等)、導電性フィラー(例えば、金属粉、金属フレーク、カーボンブラック、又は、カーボンナノチューブ等)、ガラスビーズ、ガラス粉、アパタイト、又は、ゼオライト等である。
次に、第1実施形態のセンサ1の製造方法(換言すると、センサ製造方法)について説明する。
本例では、センサ1は、図9及び図10に表される工程に従って製造される。なお、センサ1の少なくとも一部は、図9及び図10に表される工程と異なる工程に従って製造されてもよい。
このようにして、センサ1は、製造される。
次に、第1実施形態のセンサ1の動作について説明する。
対象がセンサ1の近傍に存在する場合を想定する。この場合、体積変化体14は、対象を受容することにより、対象の量に応じて体積が増加する。
このようにして、センサ1は、対象を検出する。
これに対し、センサ1によれば、孔の数を増やすことにより、体積変化体14の量を容易に増加できる。また、複数の孔が第1方向に沿って並ぶので、体積変化体14の体積の変化に伴って本体部132にて生じる応力のうちの、第1方向の成分を大きくすることができる。従って、体積変化体14の体積の変化を、第2端1322にて生じる応力に高い精度にて反映できる。この結果、対象を高い精度にて検出できる。
次に、第2実施形態のセンサについて説明する。第2実施形態のセンサは、第1実施形態のセンサに対して、曲げ応力に基づいて対象の検出を行う点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又は略同様のものである。
本体部132は、y軸方向にて延びる長辺と、x軸方向にて延びる短辺と、を有する長方形状である。なお、本体部132は、正方形状であってもよい。本体部132のy軸方向における長さは、枠部131の穴のy軸方向における長さよりも短い。本例では、本体部132のy軸方向における長さは、260μmである。本体部132のx軸方向における長さは、枠部131の穴のx軸方向における長さよりも短い。本例では、本体部132のx軸方向における長さは、240μmである。本体部132のうちの、x軸の正方向における端は、枠部131と隔てられている。
本例では、収容空間に含まれる複数のスリット部のx軸方向における長さは、220μmである。
このような構成により、検出部133は、本体部132から伝達された応力を、第1被支持部1331のうちの延在方向における中央部にて検出する。
本例では、第1配線1333のうちの一方の端部は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、x軸の正方向における端部と接する。第1配線1333のうちの他方の端部は、枠部131の外縁に位置する。第1配線1333は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、x軸の正方向における端部から、第1被支持部1331の先端(換言すると、第1被支持部1331のうちの、枠部131に連接する端)を通って、枠部131の外縁まで延びる。換言すると、第1配線1333は、ピエゾ抵抗素子PZと第1被支持部1331の先端とを結ぶ。
更に、第1配線1333、及び、第2配線1334は、第1実施形態と同様の電気回路に接続される。
更に、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、延在部1335は、第2端1322に連接する位置と、第1方向(本例では、y軸方向)に直交する第2方向(本例では、x軸方向)における位置が異なる位置まで、第2端1322から延びる。第1被支持部1331は、延在部1335の先端から延びるとともに、第1被支持部1331の先端が支持される。検出部133は、第1被支持部1331にて、体積変化体14の体積の変化に伴って生じる応力を検出する。
11 第1層状体
12 第2層状体
13 第3層状体
131 枠部
132 本体部
1321 第1端
1322 第2端
1323,1323A〜1323C,1323L〜1323N 空間形成部
1324 第3端
133 検出部
1331,1331J,1331K 第1被支持部
1332,1332J,1332K 第2被支持部
1333 第1配線
1334 第2配線
1335 延在部
1336 連接部
14 体積変化体
100 電気回路
101 第1電源
102 第2電源
103 第1抵抗器
104 第2抵抗器
105 増幅器
106 記憶装置
LA 第1シリコン層
LB 絶縁層
LC,LCA 第2シリコン層
NT 切欠部
OL 酸化物薄膜
PZ ピエゾ抵抗素子
Claims (13)
- 平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する本体部と、
対象の量に応じて体積が変化するとともに、少なくとも一部が前記収容空間に収容されるように前記本体部により支持される体積変化体と、
前記本体部のうちの、前記第1方向における第2端に連接し、且つ、前記体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する検出部と、
を備える、センサ。 - 請求項1に記載のセンサであって、
前記収容空間は、前記厚さ方向における両端面にて開口する、センサ。 - 請求項1又は請求項2に記載のセンサであって、
前記収容空間は、前記第1方向に直交する第2方向にて延びるスリット状の孔を含む、センサ。 - 請求項3に記載のセンサであって、
前記収容空間は、前記孔を複数含み、
前記複数の孔は、前記第1方向に沿って並ぶ、センサ。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のセンサであって、
前記検出部は、
前記第2端に連接する位置と、前記第1方向に直交する第2方向における位置が異なる位置まで、前記第2端から延びる延在部と、
前記延在部の先端部から延びるとともに、先端が支持される第1被支持部と、
を備えるとともに、前記第1被支持部にて前記応力を検出する、センサ。 - 請求項5に記載のセンサであって、
前記第1被支持部の幅は、前記延在部の幅よりも狭い、センサ。 - 請求項5又は請求項6に記載のセンサであって、
前記検出部は、
前記延在部の先端部から延びるとともに、先端が支持される第2被支持部と、
前記第1被支持部に位置するピエゾ抵抗素子と、
前記ピエゾ抵抗素子と前記第1被支持部の先端とを結ぶ第1配線と、
前記ピエゾ抵抗素子と前記第2被支持部の先端とを、前記延在部を通って結ぶ第2配線と、
を備える、センサ。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のセンサであって、
前記検出部は、前記第2端から前記第1方向へ延びるとともに、先端が支持される第1被支持部を備えるとともに、前記第1被支持部にて前記応力を検出する、センサ。 - 請求項8に記載のセンサであって、
前記第1被支持部の幅は、前記本体部の、前記第1方向に直交する第2方向における長さよりも狭い、センサ。 - 請求項8又は請求項9に記載のセンサであって、
前記検出部は、
前記第2端から前記第1方向へ延びるとともに、先端が支持される第2被支持部と、
前記第1被支持部に位置するピエゾ抵抗素子と、
前記ピエゾ抵抗素子と前記第1被支持部の先端とを結ぶ第1配線と、
前記ピエゾ抵抗素子と前記第2被支持部の先端とを、前記本体部を通って結ぶ第2配線と、
を備える、センサ。 - 請求項5乃至請求項10のいずれか一項に記載のセンサであって、
前記第1被支持部のうちの、前記第1被支持部が延びる方向である延在方向における中央部の幅は、前記第1被支持部のうちの、前記延在方向における両端部の幅よりも狭く、
前記検出部は、前記第1被支持部の前記中央部にて前記応力を検出する、センサ。 - 平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持されるとともに、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を有する本体部の、前記収容空間に少なくとも一部が収容されるように前記本体部により支持された体積変化体が、対象の量に応じて体積を変化させ、
前記本体部のうちの、前記第1方向における第2端に連接する検出部が、前記体積変化体の体積の変化に伴って生じる応力を検出する、検出方法。 - 平板状であり、且つ、第1方向における第1端が支持される第1部材に、厚さ方向における両端面のうちの少なくとも一方にて開口する収容空間を形成するとともに、前記第1部材のうちの、前記第1方向における第2端に連接する第2部材に、応力を検出する素子を設け、
対象の量に応じて体積が変化する体積変化体の少なくとも一部を、前記第1部材により支持されるように前記収容空間に収容する、ことを含む、センサ製造方法。
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