JP3645553B2 - 歪みセンサ - Google Patents

Description

【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。
【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。
【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。
【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。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−８１９０２号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２９２２９４号公報
【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。
【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。
【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。
【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１４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。
【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。
【００１２】
上記導体１１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。
【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。
【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。
【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［μｍ］、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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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 ＝２．１×１０^１２［ｄｙｎ／ｃｍ^２］
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＝△ｄmax^２＋（Ｔｓ／２）^２／２・△ｄmax ……（２）
で求めた。
【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。
【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４０［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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１１ａ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。
【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１９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。
【００４５】
上記導体１１ａは、銅をガラス基板１３に塗布して形成する。
【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。
【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１９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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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Ｓｂ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。
【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Ｓｂが弯曲変形する。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ…センサ部 １０…歪みセンサ １１，１１ａ，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

Claims (17)

1. 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。
2. 前記第１の磁性体は、負の磁歪定数を持ち、
   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。
3. 前記第１の磁性体は、正の磁歪定数を持つ請求項１に記載の歪みセンサ。
4. 前記磁歪定数は、−５×１０^−７以下の値である請求項２に記載の歪みセンサ。
5. 前記固定機構は、前記センサ部の周縁をすべて固定する請求項２に記載の歪みセンサ。
6. 前記磁歪定数は、５×１０^−７以上の値である請求項３に記載の歪みセンサ。
7. 前記固定機構は、前記センサ部の周縁の一部を固定する請求項３に記載の歪みセンサ。
8. 前記固定機構は、前記センサ部の中央部を固定する請求項３に記載の歪みセンサ。
9. 前記インダクタの前記センサ部とは反対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。
10. 前記第１の磁性体は、軟磁性体からなる請求項１乃至３に記載の歪みセンサ。
11. 前記検出ユニットは、前記インダクタ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。
12. 前記導体は、弾性変形が可能な材料からなる請求項１に記載の歪みセンサ。
13. 前記導体は、塑性変形が可能な材料からなる請求項１に記載の歪みセンサ。
14. 前記第１の磁性体は、その材料としてパーマロイ、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。
15. 前記インダクタは、スパイラル形状を有する請求項１に記載の歪みセンサ。
16. 前記センサ部は、前記導体が設けられる第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。
17. 前記導体は、電気抵抗が１０^−８［Ω・ｃｍ］以下である請求項１に記載の歪みセンサ。

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