JP6967163B2 - センサ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、センサに関する。
音響帯域及び超音波帯域の振動を検出するセンサとして、例えば、ＡＥ（Acoustic Emission）センサがある。ＡＥは、例えば、き裂の発生や進展により生じる超音波帯の弾性波である。ＡＥセンサは、例えば、疲労・劣化診断や、非破壊検査などに用いられる。センサにおいて、特性の安定化が望まれる。
本発明の実施形態は、特性を安定にできるセンサを提供する。
本発明の実施形態によれば、センサは、第１構造体、第２構造体、及び、検出部を含む。前記第１構造体は、支持部と、前記支持部の第１部分に支持された変形可能部と、膜部と、を含む。前記膜部の少なくとも一部は前記支持部の第２部分及び前記変形可能部と接続される。前記第２構造体は、前記第１構造体と接続される。前記第１構造体と前記第２構造体との間に液体が設けられる。前記検出部は、前記変形可能部の変形に応じた信号を出力する。
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図１（ａ）は、図２（ｂ）の矢印ＡＲからみた、センサの一部の平面図である。図１（ｂ）は、図２（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２（ｂ）は、斜視図である。
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図１（ａ）は、図２（ｂ）の矢印ＡＲからみた、センサの一部の平面図である。図１（ｂ）は、図２（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２（ｂ）は、斜視図である。
実施形態に係るセンサ１１０は、第１構造体１０、第２構造体２０及び検出部３０を含む。
図１（ｂ）に示すように、第２構造体２０は、第１構造体１０と接続される。第１構造体１０と第２構造体２０との間に液体４５が設けられる。第２構造体２０は、例えば、容器である。
センサ１１０は、例えば音響センサである。センサ１１０は、例えば、音響帯域及び超音波帯域の振動を検出する。センサ１１０は、例えば、ＡＥを検出する。ＡＥは、例えば、き裂の発生や進展により生じる超音波帯の弾性波である。センサ１１０は、例えば、ＡＥを検出するセンサとして使用される。センサ１１０は、例えば、微小な欠陥の発生を検出する疲労・劣化診断に用いられる。センサ１１０は、例えば、非破壊検査などに用いられる。
図１（ａ）は、第１構造体１０を例示している。図１（ａ）においては、液体４５は省略されている。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１構造体１０は、支持部１０Ｈと、変形可能部１１と、膜部１５と、を含む。
支持部１０Ｈは、例えば、第１部分１０ａ、第２部分１０ｂ、第３部分１０ｃ及び第４部分１０ｄなどを含む。支持部１０Ｈは、例えば、枠状（または環状）である。支持部１０Ｈの平面形状は、多角形状でも良く、円（扁平円を含む）形状でも良い。第３部分１０ｃは、第１部分１０ａと対向する。第４部分１０ｄは、第２部分１０ｂと対向する。
変形可能部１１は、例えば、可撓部である。変形可能部１１は、例えば、梁である。
変形可能部１１は、支持部１０Ｈの第１部分１０ａに支持される。この例では、変形可能部１１は、第１部分１０ａ及び第３部分１０ｃに支持される。この例では、変形可能部１１は、両持ち梁である。実施形態において、変形可能部１１は、片持ち梁でも良い。この場合は、変形可能部１１は、支持部１０Ｈの第１部分１０ａに支持され、第３部分１０ｃから離れている。
この例では、変形可能部１１は、第１端部１１ａ及び第２端部１１ｂを含む。第１端部１１ａから第２端部１１ｂへの方向は、第１方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿う。第１端部１１ａは、第１部分１０ａと接続される。第２端部１１ｂは、第３部分１０ｃと接続される。
Ｙ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｙ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
第１部分１０ａから第３部分１０ｃへの方向は、第１方向（Ｙ軸方向）に沿う。第２部分１０ｂから第４部分１０ｄへの方向は、第２方向に沿う。第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えばＸ軸方向である。１つの例において、第１部分１０ａのＸ軸方向における位置は、例えば、第１構造体１０の中央部分である。実施形態における第１部分１０ａのＸ軸方向における位置は、第１構造体１０の端部分でも良く、中央部分と端部分との間でも良い。
変形可能部１１は、第１端部１１ａと第２端部１１ｂとの間の領域１１ｃをさらに含む。この領域１１ｃは、少なくともＺ軸方向に変位可能である。
変形可能部１１は、第１端部１１ａと第２端部１１ｂとの間の領域１１ｃをさらに含む。この領域１１ｃは、少なくともＺ軸方向に変位可能である。
領域１１ｃから、支持部１０Ｈの第２部分１０ｂへの方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。支持部１０Ｈの第４部分１０ｄから領域１１ｃへの方向は、第２方向（例えばＸ軸方向）に沿う。第２方向において、第２部分１０ｂと第４部分１０ｄとの間に、領域１１ｃが設けられる。
膜部１５の少なくとも一部は、支持部１０Ｈの第２部分１０ｂ、及び、変形可能部１１と、接続される。この例では、膜部１５は、支持部１０Ｈの第４部分１０ｄとさらに接続される。
例えば、膜部１５は、第２部分１０ｂと変形可能部１１との間の空間を塞ぐ。例えば、膜部１５は、第４部分１０ｄと変形可能部１１との間の空間を塞ぐ。
このような第１構造体１０と第２構造体２０との間に液体４５が設けられることで、液体４５は、第１構造体１０及び第２構造体２０により密閉される。第１構造体１０及び第２構造体２０により囲まれた空間から液体４５が漏れることが抑制できる。
例えば、第２構造体２０に孔が設けられ、この孔を介して液体４５が注入され、その後に孔が塞がれても良い。
変形可能部１１は、変形可能である。例えば、第２構造体２０（例えば容器）に外力が加わる。外力は、例えば、音波などである。外力に応じて、変形可能部１１が変形する。例えば、外力により液体４５の表面が変位し、この変位に応じて、変形可能部１１が変形する。
検出部３０（図２（ａ）参照）は、変形可能部１１の変形に応じた信号を出力する。
検出部３０から出力される信号は、上記の変形に伴って生じる抵抗の変化、上記の変形に伴って生じる圧電の電圧の変化、及び、上記の変形に伴って生じる静電容量の変化の少なくともいずれかを含む。
図２（ａ）に示す例では、検出部３０は、第１電極３５ｅ及び第２電極３５ｆを含む。この例では、第１電極３５ｅは、変形可能部の一部に接続される。第２電極３５ｆは、変形可能部１１の別の一部に接続される。
変形可能部１１は、例えば結晶を含む。変形可能部１１の少なくとも一部において、例えば、変形に伴う抵抗の変化が生じる。変形可能部１１の少なくとも一部において、例えば、変形に伴う電圧が生じる。変形可能部１１の少なくとも一部において、例えば、変形に伴う静電容量の変化が生じても良い。例えば、上記の電極などにより、これらの変化が検出できる。
例えば、変形可能部１１に光が照射されても良い。例えば、変形可能部１１における反射光が検出され、変形可能部１１の変形が検出されても良い。
既に説明したように、実施形態においては、膜部１５の少なくとも一部は、支持部１０Ｈの第２部分１０ｂ、及び、変形可能部１１と、接続され、支持部１０Ｈの第４部分１０ｄとさらに接続される。これにより、第１構造体１０及び第２構造体２０により囲まれた空間から液体４５が漏れることが抑制できる。液体４５を安定して保持できるため、特性を安定にできるセンサを提供できる。
膜部１５の材料は、変形可能部１１の材料とは異なる。例えば、膜部１５のヤング率は、変形可能部１１のヤング率よりも低い。例えば、膜部１５のバネ定数は、変形可能部１１のバネ定数よりも小さい。膜部１５は、変形可能部１１よりも変形し易い。
例えば、変形可能部１１は、シリコンを含む。膜部１５は、有機物（例えば樹脂など）を含む。膜部１５は、例えば、パラキシレン系ポリマーを含んでも良い。膜部１５は、例えば、ゴム材料を含んでも良い。
例えば、膜部１５は、変形可能部１１よりも柔らかい。膜部１５が柔らかいため、変形可能部１１の変形が制限されることが抑制できる。
この例では、膜部１５は、第３方向（例えばＺ軸方向）において、変形可能部１１と重なる。第３方向は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。この例では、変形可能部１１と第２構造体２０との間に膜部１５が設けられる。変形可能部１１と液体４５との間に膜部１５が設けられる。
センサ１１０においては、支持部１０Ｈ及び膜部１５の平面形状は四角形状である。後述するように、支持部１０Ｈ及び膜部１５は、例えば、円形（扁平円も含む）状でも良い。
図３及び図４は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
これらの図は、図１（ｂ）に対応する断面図である。
これらの図は、図１（ｂ）に対応する断面図である。
図３に示すように、センサ１１１においては、変形可能部１１は、膜部１５と第２構造体２０との間に設けられる。変形可能部１１は、膜部１５と液体４５との間に設けられる。図４に示すように、センサ１１２においては、変形可能部１１の側面に膜部１５が設けられても良い。膜部１５の変形可能部１１に接する面積が広くなる。例えば、変形可能部１１と膜部１５とが互いに剥がれることが抑制できる。より安定した動作が得られる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係るセンサも、第１構造体１０、第２構造体２０及び検出部３０を含む。以下、第２実施形態に関して、第１実施形態とは異なる部分について説明する。
第２実施形態に係るセンサも、第１構造体１０、第２構造体２０及び検出部３０を含む。以下、第２実施形態に関して、第１実施形態とは異なる部分について説明する。
図５及び図６は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
これらの図は、図１（ｂ）に対応する断面図である。
これらの図は、図１（ｂ）に対応する断面図である。
図５に示すように、センサ１２０においては、膜部１５は湾曲しても良い。膜部１５は、例えば、第１面１５ａ及び第２面１５ｂを有する。第１面１５ａは、液体４５と対向する。第１面１５ａは、凸部１５ｐを含んでも良い。第２面１５ｂは、第１面１５ａの湾曲に応じて湾曲している。第２面１５ｂは、第１面１５ａの凸部１５ｐに応じた凹部を有している。液体４５と対向する第１面１５ａは、凹部を含んでも良い。この場合も、第２面１５ｂは、第１面１５ａの湾曲に応じて湾曲している。第２面１５ｂは、第１面１５ａの凹部に応じた凸部を有している。
図６に示すように、センサ１２１においては、膜部１５の第１面１５ａは、複数の凸部１５ｐまたは複数の凹部１５ｄを含む。複数の凸部１５ｐは、例えば、Ｘ軸方向に沿って並んでも良い。第２面１５ｂは、第１面１５ａの複数の凸部１５ｐに応じた複数の凹部を有している。第２面１５ｂは、第１面１５ａの複数の凹部１５ｄに応じた複数の凸部を有している。
図７は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図７は、図１（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面に対応する断面図である。
図７は、図１（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面に対応する断面図である。
図７に示すように、センサ１２２においては、膜部１５の第１面１５ａは、複数の凸部１５ｐまたは複数の凹部１５ｄを含む。複数の凸部１５ｐは、例えば、Ｙ軸方向に沿って並んでも良い。
上記のように、センサ１２０〜１２２においては、膜部１５は、１つまたは複数の湾曲部（例えば凸部１５ｐなど）を含む。例えば、膜部１５の第３方向（例えばＺ軸方向）における位置と、変形可能部１１の上記の領域１１ｃの第３方向における位置と、の間の第３方向に沿う距離は、増減する。既に説明したように、第３方向は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。複数の凸部１５ｐ（または複数の凹部１５ｄ）が設けられ、上記の距離が、増減を繰り返しても良い。
このような湾曲部により、膜部１５は、より変形し易くなる。これにより、変形可能部１１の変形が制限されることが抑制できる。
図８（ａ）〜図８（ｆ）は、センサの一部を例示する模式的斜視図である。
センサ１２３ａ〜１２３ｅにおいては、膜部１５が設けられている。図８（ａ）〜図８（ｅ）においては、変形可能部１１は膜部１５の下に設けられている。図８（ａ）〜図８（ｅ）においては、膜部１５の第１面１５ａが描かれている。センサ１２３ａ〜１２３ｅにおいては、膜部１５の平面形状は、円形状である。この場合、支持部１０Ｈ（図示しない）も、円形状である。
センサ１２３ａ〜１２３ｅにおいては、膜部１５が設けられている。図８（ａ）〜図８（ｅ）においては、変形可能部１１は膜部１５の下に設けられている。図８（ａ）〜図８（ｅ）においては、膜部１５の第１面１５ａが描かれている。センサ１２３ａ〜１２３ｅにおいては、膜部１５の平面形状は、円形状である。この場合、支持部１０Ｈ（図示しない）も、円形状である。
一方、センサ１２３ｆにおいては、膜部１５は設けられていない。センサ１２３ｆにおいては、変形可能部１１の横に、変形可能部１１と同じ材料の膜１６が設けられている。変形可能部１１と膜１６との間には、ギャップ１１ｇが設けられている。ギャップ１１ｇにおいて、液体４５（図示しない）は、外界に露出している。センサ１２３ｆは、参考例に対応する。
センサ１２３ｄ〜１２３ｅにおいては、膜部１５の第１面１５ａは、凸部１５ｐを含む。第１面１５ａは、複数の凸部１５ｐ（または複数の凹部１５ｄ）を含む。センサ１２３ｅにおいては、凸部１５ｐは、変形可能部１１（第１方向）に沿って延びる。センサ１２３ｄにおいては、凸部１５ｐは、変形可能部１１と交差する方向（第２方向）に沿って延びる。
センサ１２３ｂにおいては、複数の凸部１５ｐ（または複数の凹部１５ｄ）は、放射状に並ぶ。センサ１２３ｃにおいては、複数の凸部１５ｐ（または複数の凹部１５ｄ）は、環状に並ぶ。センサ１２３ａにおいては、凸部１５ｐは、放射状及び環状である。
このように、膜部１５の少なくとも一部は、コルゲート状でも良い（センサ１２１、１２２及びセンサ１２３ａ〜１２３ｅ）。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、センサの特性を例示するグラフ図である。
これらの図の横軸は周波数ｆ（Ｈｚ）である。縦軸は、規格化された感度ＳＡである。これらの図には、センサ１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｆの特性が例示されている。
これらの図の横軸は周波数ｆ（Ｈｚ）である。縦軸は、規格化された感度ＳＡである。これらの図には、センサ１２３ａ、１２３ｂ及び１２３ｆの特性が例示されている。
図９（ａ）から分かるように、この例では、特に低い周波数領域において、センサ１２３ａ及び１２３ｂは、高い感度を有する。
実施形態において、膜部１５はポーラスでも良い。膜部１５は、小さい孔（液体４５が漏れない程度の孔）を含んでも良い。
図１０（ａ）〜図１０（ｆ）は、実施形態に係るセンサの製造方法を例示するグラフ図である。
図１０（ａ）に示すように、基板２１（例えばシリコン基板）の上に、酸化シリコン層２２が設けられ、その上にシリコン層２３が設けられる。シリコン層２３の一部に不純物が導入され、機能層２４が形成される。機能層２４は、例えば、ピエゾ抵抗層である。
図１０（ａ）に示すように、基板２１（例えばシリコン基板）の上に、酸化シリコン層２２が設けられ、その上にシリコン層２３が設けられる。シリコン層２３の一部に不純物が導入され、機能層２４が形成される。機能層２４は、例えば、ピエゾ抵抗層である。
図１０（ｂ）に示すように、導電膜２５が形成される。導電膜２５は、例えば、Ｃｒ膜及びＡｕ膜の積層膜を含む。
図１０（ｃ）に示すように、導電膜２５、機能層２４及びシリコン層２３を含む積層膜の一部を除去する。この除去では、マスクを用いたエッチングが行われる。エッチングにおいては、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）などが行われる。
図１０（ｄ）に示すように、導電膜２５の一部を除去し、さらに、樹脂層２６を形成する。樹脂層２６は、例えば、フォトレジストである。例えば、リフローにより、樹脂層２６の表面を曲面状にする。
図１０（ｅ）に示すように、樹脂膜２７を形成する。樹脂膜２７は、例えば、パラキシレン系ポリマーである。樹脂膜２７は、例えば、蒸着により形成できる。樹脂膜２７は、例えば、ゴム材料を含んでも良い。
図１０（ｆ）に示すように、基板２１の下面部分の一部を除去し、さらに、樹脂層２６を除去する。基板２１の下面部分の一部を除去においては、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥなどが行われる。これにより、樹脂膜２７により、膜部１５が形成される。シリコン層２３の一部及び機能層２４により、変形可能部１１が形成される。基板２１の一部及び酸化シリコン層２２により、支持部１０Ｈが形成される。
樹脂層２６のパターンを変更することで、膜部１５に任意の形状の凹凸（例えば、複数の凸部１５ｐまたは複数の凹部１５ｄ）が形成できる。これにより、第１構造体１０が得られる。この後、このような第１構造体１０と第２構造体２０とを組み合わせ、第１構造体１０及び第２構造体２０の間に、液体４５を導入することで、センサが得られる。
実施形態に係るセンサにおいては、外界の気体と、液体４５と、の間に、変形可能部１１及び膜部１５が設けられる。液体４５の表面波に沿って、変形可能部１１（及び膜部１５）が振動する。センサで検出される振動応答は、変形可能部１１の固有振動数とは独立しており、液体４５の表面波の周波数特性に基づく。このため、実施形態に係るセンサにおいては、液体４５を用いない場合に比べて、広帯域の周波数特性が得られる。
実施形態において、液体４５は、例えば、シリコンオイルまたは水などを含む。変形可能部１１は、例えば、シリコンなどを含む。膜部１５は、例えば、パラキシレン系ポリマーを含む。第２構造体２０は、例えば、ポリマー（例えば、ＰＤＭＳ：ジメチルポリシロキサン）などを含む。第２構造体２０は、例えば、金属（アルミニウムまたは鉄など）を含んでも良い。
液体４５の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。変形可能部１１の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、０．１μｍ以上１μｍ以下である。膜部１５の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、例えば、１００μｍ以上１ｍｍ以下である。変形可能部１１の厚さは、液体４５の厚さよりも薄い。膜部１５の厚さは、液体４５の厚さよりも薄い。変形可能部１１の厚さが液体４５の厚さよりも十分に薄いことで、変形可能部１１は、液体４５の表面の変形に沿うように変形する。
変形可能部１１の長さ（例えばＹ軸方向の長さ）は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。変形可能部１１の幅（例えばＸ軸方向の長さ）は、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下である。
実施形態に係る１つの例においては、変形可能部１１は、機能層２４（例えばピエゾ抵抗層）を含む。ピエゾ抵抗層の異方性を利用して、変形可能部１１の変形が検出される。この場合、電流の方向を、ピエゾ抵抗層の特定の結晶方向に沿わせることにより、より高い感度が得られる。例えば、ピエゾ抵抗層（シリコン結晶層）がｎ形である場合は、電流方向、及び、ひずみの発生方向をシリコン単結晶の＜１１０＞方向に沿うようにする。例えば、ピエゾ抵抗層（シリコン結晶層）がｐ形である場合は、電流方向、及び、ひずみの発生方向をシリコン単結晶の＜１００＞方向に沿うようにする。このような構成により、より高い感度が得られる。電流方向は、例えば、第１電極３５ｅから第２電極３５ｆへの方向（図２（ａ）参照）に対応する。ひずみの発生方向は、例えば、変形可能部１１の延びる方向である。
例えば、変形可能部１１の変形に応じた信号（例えば、抵抗の変化を含む信号）は、例えば、ブリッジ回路または分圧回路を用いて電圧に変換される。得られた電圧は、例えば、増幅回路などにより増幅され、電気信号として取り出される。
例えば、橋梁等の構造物の老朽化に伴う問題が顕在化してきている。構造物の状態を監視するための技術の開発が望まれる。例えば、アコースティック・エミッション（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）方式により、構造物の損傷を検出する技術がある。この技術においては、例えば、内部亀裂の発生、または、内部亀裂の進展に伴い発生する弾性波が、高感度のセンサにより検出される。
アコースティック・エミッションは、例えば、材料の疲労亀裂の進展に伴い発生する弾性波である。ＡＥ方式では、この弾性波が、ＡＥセンサにより、電圧信号（ＡＥ信号）として検出される。ＡＥセンサとして、例えば、ＰＺＴなどの圧電素子を用いたセンサがある。
例えば、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)タイプのＡＥセンサもある。ＭＥＭＳタイプのＡＥセンサにおいて、カンチレバーとフレームとの間に形成されたギャップを密閉する液体が設けられる。液体は、有限な範囲内に留まるように液体保持領域に保持される。液体により、液体の表面張力波に沿ってカンチレバーが振動する。これにより、広帯域・高感度な振動センサとして動作する。
液体がギャップから漏れ出す場合がある。例えば、センサが落下したときなどにおいて、センサに衝撃が加わる。このような場合に、ギャップが瞬間的に拡大する。これにより、液体が漏れる場合がある。液体がギャップから漏れると、センサの能力を十分に得ることが困難になる。
実施形態においては、例えば、液体４５の流出を抑制できる。例えば、センサにおいて、耐衝撃性が向上できる。例えば、安定した特性が得易くなる。
図中の符号は、以下の通りである。
１０…第１構造体、 １０Ｈ…支持部、 １０ａ〜１０ｄ…第１〜第４部分、 １１…変形可能部、 １１ａ、１１ｂ…第１、第２端部、 １１ｃ…領域、 １１ｇ…ギャップ、 １５…膜部、 １５ａ、１５ｂ…第１、第２面、 １５ｄ…凹部、 １５ｐ…凸部、 １６…膜、 ２０…第２構造体、 ２１…基板、 ２２…酸化シリコン層、 ２３…シリコン層、 ２４…機能層、 ２５…導電膜、 ２６…樹脂層、 ２７…樹脂膜、 ３０…検出部、 ３５ｅ、３５ｆ…第１、第２電極、 ４５…液体、 １１０〜１１５、１２３ａ〜１２３ｆ…センサ、 ＡＲ…矢印、 ＳＡ…感度、 ｆ…周波数。
１０…第１構造体、 １０Ｈ…支持部、 １０ａ〜１０ｄ…第１〜第４部分、 １１…変形可能部、 １１ａ、１１ｂ…第１、第２端部、 １１ｃ…領域、 １１ｇ…ギャップ、 １５…膜部、 １５ａ、１５ｂ…第１、第２面、 １５ｄ…凹部、 １５ｐ…凸部、 １６…膜、 ２０…第２構造体、 ２１…基板、 ２２…酸化シリコン層、 ２３…シリコン層、 ２４…機能層、 ２５…導電膜、 ２６…樹脂層、 ２７…樹脂膜、 ３０…検出部、 ３５ｅ、３５ｆ…第１、第２電極、 ４５…液体、 １１０〜１１５、１２３ａ〜１２３ｆ…センサ、 ＡＲ…矢印、 ＳＡ…感度、 ｆ…周波数。
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
支持部と、
前記支持部の第１部分に支持された変形可能部と、
膜部であって、前記膜部の少なくとも一部は前記支持部の第２部分及び前記変形可能部と接続された膜部と、
を含む第１構造体と、
前記第１構造体と接続された第２構造体であって、前記第１構造体と前記第２構造体との間に液体が設けられる、前記第２構造体と、
前記変形可能部の変形に応じた信号を出力する検出部と、
を備えたセンサ。
（構成１）
支持部と、
前記支持部の第１部分に支持された変形可能部と、
膜部であって、前記膜部の少なくとも一部は前記支持部の第２部分及び前記変形可能部と接続された膜部と、
を含む第１構造体と、
前記第１構造体と接続された第２構造体であって、前記第１構造体と前記第２構造体との間に液体が設けられる、前記第２構造体と、
前記変形可能部の変形に応じた信号を出力する検出部と、
を備えたセンサ。
（構成２）
前記膜部は、前記第２部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、構成１記載のセンサ。
前記膜部は、前記第２部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、構成１記載のセンサ。
（構成３）
前記変形可能部は、第１端部と、第２端部と、前記第１端部と前記第２端部の間の領域と、を含み、
前記第１端部は、前記第１部分と接続され、
前記第１端部から前記第２端部への方向は、第１方向に沿い、
前記領域から前記第２部分への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う、構成１または２に記載のセンサ。
前記変形可能部は、第１端部と、第２端部と、前記第１端部と前記第２端部の間の領域と、を含み、
前記第１端部は、前記第１部分と接続され、
前記第１端部から前記第２端部への方向は、第１方向に沿い、
前記領域から前記第２部分への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う、構成１または２に記載のセンサ。
（構成４）
前記第２端部は、前記支持部の第３部分に支持された、構成３記載のセンサ。
前記第２端部は、前記支持部の第３部分に支持された、構成３記載のセンサ。
（構成５）
前記支持部は、第４部分をさらに含み、
前記第２部分と前記第４部分との間に前記領域が設けられ、
前記膜部は、前記第４部分とさらに接続された、構成３または４に記載のセンサ。
前記支持部は、第４部分をさらに含み、
前記第２部分と前記第４部分との間に前記領域が設けられ、
前記膜部は、前記第４部分とさらに接続された、構成３または４に記載のセンサ。
（構成６）
前記膜部は、前記第４部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、構成５記載のセンサ。
前記膜部は、前記第４部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、構成５記載のセンサ。
（構成７）
前記膜部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において、前記変形可能部と重なる、構成３〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において、前記変形可能部と重なる、構成３〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成８）
前記膜部の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向における位置と、前記領域の前記第３方向における位置と、の間の前記第３方向に沿う距離は、増減する、構成３〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向における位置と、前記領域の前記第３方向における位置と、の間の前記第３方向に沿う距離は、増減する、構成３〜６のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成９）
前記距離は、前記増減を繰り返す、構成８記載のセンサ。
前記距離は、前記増減を繰り返す、構成８記載のセンサ。
（構成１０）
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第１方向に沿って延びる、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第１方向に沿って延びる、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１１）
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第２方向に沿って延びる、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第２方向に沿って延びる、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１２）
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、放射状に並ぶ、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、放射状に並ぶ、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１３）
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、環状に並ぶ、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、環状に並ぶ、構成３〜９のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１４）
前記膜部の少なくとも一部は、コルゲート状である、構成１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部の少なくとも一部は、コルゲート状である、構成１〜１３のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１５）
前記膜部の材料は、前記変形可能部の材料とは異なる、構成１〜１４のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部の材料は、前記変形可能部の材料とは異なる、構成１〜１４のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１６）
前記膜部のバネ定数は、前記変形可能部のバネ定数よりも小さい、構成１〜１５のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部のバネ定数は、前記変形可能部のバネ定数よりも小さい、構成１〜１５のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１７）
前記膜部のヤング率は、前記変形可能部のヤング率よりも低い、構成１〜１６のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部のヤング率は、前記変形可能部のヤング率よりも低い、構成１〜１６のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１８）
前記変形可能部は、シリコンを含み、
前記膜部は、有機物を含む、構成１〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。
前記変形可能部は、シリコンを含み、
前記膜部は、有機物を含む、構成１〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成１９）
前記膜部は、パラキシレン系ポリマー及びゴムの少なくともいずれかを含む、構成１〜１８のいずれか１つに記載のセンサ。
前記膜部は、パラキシレン系ポリマー及びゴムの少なくともいずれかを含む、構成１〜１８のいずれか１つに記載のセンサ。
（構成２０）
前記検出部は、
前記変形可能部の一部に接続された第１電極と、
前記変形可能部の別の一部に接続された第２電極と、
を含む、構成１〜１９のいずれか１つに記載のセンサ。
前記検出部は、
前記変形可能部の一部に接続された第１電極と、
前記変形可能部の別の一部に接続された第２電極と、
を含む、構成１〜１９のいずれか１つに記載のセンサ。
実施形態によれば、特性を安定にできるセンサを提供することができる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれる構造体、保持部、液体及び検出部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
Claims (20)
- 支持部と、
前記支持部の第１部分に支持された変形可能部と、
膜部であって、前記膜部の少なくとも一部は前記支持部の第２部分及び前記変形可能部と接続された膜部と、
を含む第１構造体と、
前記第１構造体と接続された第２構造体であって、前記第１構造体と前記第２構造体との間に液体が設けられる、前記第２構造体と、
前記変形可能部の変形に応じた信号を出力する検出部と、
を備えたセンサ。 - 前記膜部は、前記第２部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、請求項１記載のセンサ。
- 前記変形可能部は、第１端部と、第２端部と、前記第１端部と前記第２端部の間の領域と、を含み、
前記第１端部は、前記第１部分と接続され、
前記第１端部から前記第２端部への方向は、第１方向に沿い、
前記領域から前記第２部分への方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う、請求項１記載のセンサ。 - 前記第２端部は、前記支持部の第３部分に支持された、請求項３記載のセンサ。
- 前記支持部は、第４部分をさらに含み、
前記第２部分と前記第４部分との間に前記領域が設けられ、
前記膜部は、前記第４部分とさらに接続された、請求項３記載のセンサ。 - 前記膜部は、前記第４部分と前記変形可能部との間の空間を塞ぐ、請求項５記載のセンサ。
- 前記膜部は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において、前記変形可能部と重なる、請求項３記載のセンサ。
- 前記膜部の、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向における位置と、前記領域の前記第３方向における位置と、の間の前記第３方向に沿う距離は、増減する、請求項３記載のセンサ。
- 前記距離は、前記増減を繰り返す、請求項８記載のセンサ。
- 前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第１方向に沿って延びる、請求項３記載のセンサ。 - 前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、凸部を含み、
前記凸部は、前記第２方向に沿って延びる、請求項３記載のセンサ。 - 前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、放射状に並ぶ、請求項３記載のセンサ。 - 前記膜部は、前記液体と対向する第１面を含み、
前記第１面は、複数の凸部または複数の凹部を含み、
前記複数の凸部または前記複数の凹部は、環状に並ぶ、請求項３記載のセンサ。 - 前記膜部の少なくとも一部は、コルゲート状である、請求項１記載のセンサ。
- 前記膜部の材料は、前記変形可能部の材料とは異なる、請求項１記載のセンサ。
- 前記膜部のバネ定数は、前記変形可能部のバネ定数よりも小さい、請求項１記載のセンサ。
- 前記膜部のヤング率は、前記変形可能部のヤング率よりも低い、請求項１記載のセンサ。
- 前記変形可能部は、シリコンを含み、
前記膜部は、有機物を含む、請求項１〜１７のいずれか１つに記載のセンサ。 - 前記膜部は、パラキシレン系ポリマー及びゴムの少なくともいずれかを含む、請求項１記載のセンサ。
- 前記検出部は、
前記変形可能部の一部に接続された第１電極と、
前記変形可能部の別の一部に接続された第２電極と、
を含む、請求項１記載のセンサ。
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