JP2019174331A - Sensor and sensor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】対象を高い精度にて検出することが可能なセンサを提供すること。【解決手段】センサ1は、平板状であり、且つ、第1方向における第1端1321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132と、対象の量に応じて体積が変化するとともに、少なくとも一部が収容空間に収容されるように本体部132により支持される体積変化体14と、本体部132のうちの、第1方向における第2端1322に連接し、且つ、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検出部133と、を備える。体積変化体14は、弾性率が本体部132よりも低い材料からなる。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a sensor capable of detecting an object with high accuracy. A sensor 1 has a flat body shape, a first end 1321 in a first direction is supported, and a main body having an accommodation space opened at at least one of both end faces in a thickness direction. 132, a volume that changes according to the amount of the object, a volume change body 14 supported by the main body 132 so that at least a part thereof is housed in the housing space, and a first direction of the main body 132. And a detecting unit 133 that is connected to the second end 1322 in the first and second and detects a stress generated due to a change in the volume of the volume changing body 14. The volume change body 14 is made of a material whose elastic modulus is lower than that of the main body 132. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、センサ、及び、センサ製造方法に関する。 The present invention relates to a sensor and a sensor manufacturing method.
対象(例えば、気体又は液体を構成する分子等)の量に応じて体積が変化する体積変化体を備えるとともに、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センサが知られている。例えば、特許文献1に記載のセンサは、本体部と体積変化体と検出部とを備える。本体部は、平板状である。体積変化体は、対象を受容することにより体積が変化するとともに、本体部の厚さ方向における両端面を被覆する。検出部は、本体部の端から延びるとともに、先端が支持される。検出部は、ピエゾ抵抗素子を備えるとともに、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。
2. Description of the Related Art A sensor is known that includes a volume change body whose volume changes according to the amount of a target (for example, a molecule constituting a gas or a liquid) and detects a stress caused by a change in the volume of the volume change body. . For example, the sensor described in
ところで、上記センサにおいては、体積変化体に受容される対象の量の相違等によって、本体部の厚さ方向にて応力が生じることがある。この場合、本体部が撓んでしまうことがある。この結果、体積変化体の体積の変化を、検出部にて生じる応力に高い精度にて反映できない虞がある。換言すると、上記センサにおいては、対象を高い精度にて検出できない虞がある。 By the way, in the said sensor, stress may arise in the thickness direction of a main-body part by the difference in the quantity of the object received by a volume change body. In this case, the main body may be bent. As a result, there is a possibility that the volume change of the volume change body cannot be reflected with high accuracy on the stress generated in the detection unit. In other words, the sensor may not be able to detect the target with high accuracy.
本発明の目的の一つは、対象を高い精度にて検出することである。 One of the objects of the present invention is to detect an object with high accuracy.
一つの側面では、センサは、
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、
上記体積変化体は、弾性率が上記本体部よりも低い材料からなる。
In one aspect, the sensor
A main body portion that is flat and has a housing space that is supported at the first end in the first direction and opens at at least one of both end surfaces in the thickness direction;
The volume changes according to the amount of the object, and the volume change body supported by the main body so that at least a part is accommodated in the accommodation space,
A detecting unit connected to the second end in the first direction of the main body unit and detecting a stress caused by a change in volume of the volume changing body;
With
The volume change body is made of a material having an elastic modulus lower than that of the main body.
他の一つの側面では、センサ製造方法は、
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、
弾性率が上記第1部材よりも高い材料からなるとともに、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。
In another aspect, a sensor manufacturing method includes:
In the first member that is flat and supports the first end in the first direction, an accommodation space that opens at at least one of both end surfaces in the thickness direction is formed. An element for detecting stress is provided in the second member connected to the second end in the first direction,
The elastic member is made of a material having a higher elastic modulus than the first member, and at least a part of the volume changing body whose volume changes according to the amount of the object is accommodated in the accommodating space so as to be supported by the first member. , Including that.
対象を高い精度にて検出できる。 The target can be detected with high accuracy.
以下、本発明の、センサ、及び、センサ製造方法に関する各実施形態について図1乃至図32を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the sensor and the sensor manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
<第1実施形態>
(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。
体積変化体は、弾性率が本体部よりも低い材料からなる。
<First Embodiment>
(Overview)
The sensor of 1st Embodiment is provided with a main-body part, a volume change body, and a detection part.
The main body has a flat plate shape, and has a receiving space that is supported at the first end in the first direction and opens at at least one of both end faces in the thickness direction.
The volume changing body is supported by the main body so that the volume changes according to the amount of the object and at least a part of the volume changing body is accommodated in the accommodation space.
A detection part is connected with the 2nd end in a 1st direction among the main-body parts, and detects the stress which arises with the change of the volume of a volume change body.
The volume change body is made of a material whose elastic modulus is lower than that of the main body.
これによれば、体積変化体が収容空間に収容されているので、体積変化体の体積が変化した場合であっても、本体部の厚さ方向にて応力が生じることを抑制できる。これにより、本体部が撓むことを抑制できる。従って、第2端において、本体部の厚さ方向における応力が生じることを抑制できる。この結果、体積変化体の体積の変化を、第2端にて生じる、本体部に沿った方向における応力に高い精度にて反映できる。換言すると、上記センサによれば、対象を高い精度にて検出できる。 According to this, since the volume change body is accommodated in the accommodation space, it is possible to suppress the occurrence of stress in the thickness direction of the main body even when the volume of the volume change body changes. Thereby, it can suppress that a main-body part bends. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of stress in the thickness direction of the main body at the second end. As a result, the change in the volume of the volume change body can be reflected with high accuracy in the stress in the direction along the main body generated at the second end. In other words, according to the sensor, the object can be detected with high accuracy.
更に、体積変化体は、弾性率が本体部よりも低い材料からなるので、体積変化体の体積の変化に伴って生じる、体積変化体内の応力分布を均一な状態に近づけることができる。これにより、体積変化体の体積の変化を、本体部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1実施形態のセンサについて、詳細に説明する。
Furthermore, since the volume change body is made of a material having an elastic modulus lower than that of the main body, the stress distribution in the volume change body, which is caused by a change in the volume of the volume change body, can be brought close to a uniform state. Thereby, the change of the volume of the volume change body can be reflected with high accuracy on the stress generated in the main body. As a result, the target can be detected with high accuracy.
Next, the sensor according to the first embodiment will be described in detail.
(構成)
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14、及び、図24乃至図32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。
(Constitution)
Hereinafter, as shown in FIGS. 1 to 7, the
The
本例では、x軸方向、y軸方向、及び、z軸方向は、センサ1の左右方向、センサ1の前後方向、及び、センサ1の上下方向とそれぞれ表されてもよい。また、本例では、x軸の正方向、x軸の負方向、y軸の正方向、y軸の負方向、z軸の正方向、及び、z軸の負方向は、センサ1の右方向、センサ1の左方向、センサ1の前方向、センサ1の後方向、センサ1の上方向、及び、センサ1の下方向とそれぞれ表されてもよい。
In this example, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction may be expressed as the left-right direction of the
図1は、センサ1の右方であり、センサ1の前方であり、且つ、センサ1の上方である位置から、センサ1を見た図(換言すると、右前上方斜視図)である。図2は、センサ1が分解された状態におけるセンサ1の右前上方斜視図である。図3は、センサ1の右方からセンサ1を見た図(換言すると、右側面図)である。
FIG. 1 is a view (in other words, a front right upper perspective view) of the
図4は、センサ1の上方からセンサ1を見た図(換言すると、平面図)である。図5は、センサ1の下方からセンサ1を見た図(換言すると、底面図)である。図6は、図4のVI−VI線により表される平面により切断されたセンサ1の断面をx軸の負方向にて見た図である。図7は、図4のVII−VII線により表される平面により切断されたセンサ1の断面をy軸の負方向にて見た図である。
FIG. 4 is a view (in other words, a plan view) of the
図1に表されるように、センサ1は、z軸方向にて延びる柱体状である。本例では、z軸に直交する平面(換言すると、xy平面)により切断されたセンサ1の断面は、正方形状である。なお、xy平面により切断されたセンサ1の断面は、正方形状と異なる形状(例えば、円形状、楕円形状、又は、長方形状等)であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
例えば、xy平面により切断されたセンサ1の断面の一辺の長さは、50μm乃至5mmの長さである。本例では、xy平面により切断されたセンサ1の断面の一辺の長さは、500μmである。例えば、センサ1は、マイクロ・ファブリーケーション、又は、ナノ・ファブリケーションと呼ばれる技術を用いて製造されてよい。
For example, the length of one side of the cross section of the
センサ1は、第1層状体11と、第2層状体12と、第3層状体13と、体積変化体14と、を備える。第1層状体11、第2層状体12、及び、第3層状体13は、z軸方向にて順に並ぶように積層されている。換言すると、第2層状体12は、第1層状体11と接し、且つ、第3層状体13は、第1層状体11と反対側にて第2層状体12と接する。また、換言すると、第2層状体12は、第1層状体11及び第3層状体13に挟まれている。
The
例えば、第1層状体11の厚さは、0.5μm乃至50μmの厚さであり、第2層状体12の厚さは、0.05μm乃至5μmの厚さであり、第3層状体13の厚さは、50μm乃至5mmの厚さである。本例では、第1層状体11の厚さは、5μmであり、第2層状体12の厚さは、0.5μmであり、且つ、第3層状体13の厚さは、500μmである。
For example, the first
本例では、第1層状体11は、シリコンからなる。図1及び図2に表されるように、第1層状体11は、z軸方向にて延びるとともに、z軸方向における両端面にて開口する、中空の柱体状である。
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。
In this example, the first
In this example, the second
本例では、第3層状体13は、シリコンからなる。図1及び図2に表されるように、第3層状体13は、平板状である。本例では、第3層状体13のうちの、露出している表面は、図示されない絶縁体薄膜により被覆される。
In this example, the third
第3層状体13は、枠部131と、本体部132と、検出部133と、を備える。
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。
The third
The
図4に表されるように、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、367μm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、300μmである。本体部132のうちの、x軸方向における両端は、枠部131と隔てられている。
As shown in FIG. 4, the
本体部132は、本体部132のうちの、y軸の正方向における第1端1321にて枠部131に連接する。換言すると、本体部132は、本体部132のうちの、y軸の正方向における第1端1321が枠部131により支持される。
The
本体部132のうちの、y軸の負方向における第2端1322の中の、x軸方向における両端部は、検出部133を介して枠部131に連接する。本体部132のうちの、y軸の負方向における第2端1322の中の、x軸方向における中央部は、枠部131と隔てられている。
Both end portions in the x-axis direction of the
本体部132は、本体部132のうちの、z軸方向(換言すると、本体部132の厚さ方向)における両端面にて開口する収容空間を形成する空間形成部1323を有する。収容空間は、x軸方向にて延びるスリット状の孔を複数含む。本例では、収容空間に含まれる各孔は、z軸方向にて本体部132を貫通する貫通孔である。本例では、収容空間に含まれる複数の孔は、y軸方向に沿って等間隔にて並ぶ。
The
例えば、収容空間に含まれる各孔のy軸方向における長さは、0.1μm乃至10μmの長さである。本例では、収容空間に含まれる各孔のy軸方向における長さは、1μmである。例えば、収容空間に含まれる孔間のy軸方向における間隔は、0.1μm乃至10μmの長さである。本例では、収容空間に含まれる孔間のy軸方向における間隔は、1μmである。本例では、収容空間に含まれる複数の孔は、133個である。なお、図1乃至図7において、収容空間に含まれる複数の孔は、y軸方向において拡大された態様にて図示されている。従って、図1乃至図7において、収容空間に含まれる複数の孔は、数が減じられた態様にて図示されている。
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。
For example, the length in the y-axis direction of each hole included in the accommodation space is 0.1 μm to 10 μm. In this example, the length of each hole included in the accommodation space in the y-axis direction is 1 μm. For example, the distance in the y-axis direction between the holes included in the accommodation space is a length of 0.1 μm to 10 μm. In this example, the interval in the y-axis direction between the holes included in the accommodation space is 1 μm. In this example, there are 133 holes included in the accommodation space. In addition, in FIG. 1 thru | or FIG. 7, the several hole contained in accommodation space is illustrated in the aspect expanded in the y-axis direction. Therefore, in FIG. 1 thru | or FIG. 7, the some hole contained in accommodation space is shown in the aspect where the number was reduced.
In this example, the length in the x-axis direction of the plurality of slit-shaped holes included in the accommodation space is 280 μm.
検出部133は、第1被支持部1331と、第2被支持部1332と、第1配線1333と、第2配線1334と、を備える。
The
図4に表されるように、第1被支持部1331は、y軸方向にて延びる帯状である。第1被支持部1331のうちの、y軸の負方向における端は、枠部131に連接する。第1被支持部1331のうちの、y軸の正方向における端は、本体部132の第2端1322のうちの、x軸の負方向における端部に連接する。換言すると、第1被支持部1331は、本体部132の第2端1322からy軸の負方向へ延びるとともに、先端が枠部131により支持される。
As shown in FIG. 4, the first supported
第1被支持部1331の幅(換言すると、第1被支持部1331のx軸方向における長さ)は、本体部132の幅(換言すると、本体部132のx軸方向における長さ)よりも狭い。第1被支持部1331のうちの、第1被支持部1331が延びる方向である延在方向(本例では、y軸方向)における中央部の幅は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部の幅よりも狭い。
The width of the first supported portion 1331 (in other words, the length of the first supported
第1被支持部1331は、第1被支持部1331のうちの延在方向における中央部に位置するピエゾ抵抗素子PZを備える。ピエゾ抵抗素子PZは、ピエゾ抵抗素子PZに加えられた応力に応じて電気抵抗が変化する素子である。換言すると、ピエゾ抵抗素子PZは、圧抵抗効果又はピエゾ抵抗効果を有する素子である。
The first supported
本例では、図7に表されるように、ピエゾ抵抗素子PZは、第1被支持部1331の、z軸の正方向における端面に露出するように、第1被支持部1331に埋設されている。
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。
In this example, as shown in FIG. 7, the piezoresistive element PZ is embedded in the first supported
With such a configuration, the
図4に表されるように、第2被支持部1332は、y軸方向にて延びる帯状である。第2被支持部1332のうちの、y軸の負方向における端は、枠部131に連接する。第2被支持部1332のうちの、y軸の正方向における端は、本体部132の第2端1322のうちの、x軸の正方向における端部に連接する。換言すると、第2被支持部1332は、本体部132の第2端1322からy軸の負方向へ延びるとともに、先端が枠部131により支持される。
As shown in FIG. 4, the second supported
第2被支持部1332の幅(換言すると、第2被支持部1332のx軸方向における長さ)は、本体部132の幅よりも狭い。第2被支持部1332のうちの、第2被支持部1332が延びる方向である延在方向(本例では、y軸方向)における中央部の幅は、第2被支持部1332のうちの、延在方向における両端部の幅よりも狭い。
The width of the second supported portion 1332 (in other words, the length of the second supported
第1配線1333、及び、第2配線1334は、導体(本例では、アルミニウム)からなる。第1配線1333、及び、第2配線1334は、第3層状体13のうちの、z軸の正方向における端面に敷設される。
The
例えば、第1配線1333及び第2配線1334の厚さ(換言すると、第1配線1333及び第2配線1334のz軸方向における長さ)は、10nm乃至1μmの厚さである。本例では、第1配線1333及び第2配線1334の厚さは、100nmである。
For example, the thickness of the
本例では、第1配線1333及び第2配線1334のうちの、露出している表面の一部は、図示されない酸化物薄膜により被覆される。例えば、第1配線1333及び第2配線1334のうちの、露出している表面の中で酸化物薄膜により被覆されていない部分は、接続用の端子として用いられてよい。
In this example, a part of the exposed surface of the
図4及び図6に表されるように、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、y軸の負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、y軸の負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。
As shown in FIGS. 4 and 6, one end portion of the
第2配線1334のうちの一方の端部は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、y軸の正方向における端部と接する。第2配線1334のうちの他方の端部は、枠部131の外縁に位置する。第2配線1334は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、y軸の正方向における端部から、第1被支持部1331の基端(換言すると、第1被支持部1331のうちの、本体部132に連接する端)、本体部132のうちの、y軸の負方向における端部、及び、第2被支持部1332を通って、枠部131の外縁まで延びる。
One end of the
換言すると、第2配線1334は、ピエゾ抵抗素子PZと第2被支持部1332の先端(換言すると、第2被支持部1332のうちの、枠部131に連接する端)とを、本体部132を通って結ぶ。
In other words, the
体積変化体14は、対象の量に応じて体積が変化する感知材料からなる。感知材料の詳細については後述する。体積変化体14は、感知体、又は、感応体と表されてもよい。本例では、体積変化体14は、対象を受容(例えば、吸着、吸収、又は、収着)することにより、体積が増加(換言すると、膨張)する。本例では、体積変化体14は、受容体と表されてもよい。本例では、体積変化体14は、受容された対象の量が多くなるほど、体積が増加する。なお、体積変化体14は、対象の量に応じて、体積変化体14から物質を、脱着、又は、離脱させることにより、体積が減少(換言すると、収縮)してもよい。
The
体積変化体14は、本体部132の収容空間に収容されるように本体部132により支持される。本例では、体積変化体14は、本体部132の収容空間を充填する。本例では、体積変化体14は、本体部132の空間形成部1323に固定される。
The
本例では、体積変化体14は、弾性率(例えば、ヤング率)が本体部132よりも低い材料からなる。例えば、本体部132の弾性率は、体積変化体14の弾性率の2倍以上であることが好適である。
また、本例では、体積変化体14の弾性率は、体積変化体14の体積の変化の前後における変化が本体部132よりも大きい。
In this example, the
In this example, the elastic modulus of the
例えば、体積変化体14は、所定の分子と相互作用することにより当該分子を吸着、溶解、又は、拡散する材料を含む。
For example, the
これによれば、対象が所定の分子である場合、体積変化体14が分子と相互作用することにより、当該分子を吸着、溶解、又は、拡散する。これにより、体積変化体14の体積が変化する。従って、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
According to this, when the target is a predetermined molecule, the
また、例えば、体積変化体14は、後述の、熱又は光を吸収することにより重合する材料を含む。
For example, the
これによれば、対象が熱又は光である場合、体積変化体14が重合することにより、体積変化体14の体積が変化する。これにより、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
According to this, when the object is heat or light, the volume of the
対象が熱である場合、本体部132の空間形成部1323の少なくとも一部は、本体部132のうちの他の部分よりも熱伝導率が高いことが好適である。例えば、本体部132のうちの空間形成部1323以外の部分がシリコンからなる場合、空間形成部1323の少なくとも一部は、金、銀、アルミニウム、又は、銅からなっていてもよい。
When the target is heat, it is preferable that at least a part of the
これによれば、体積変化体14に吸収される熱の量を増加できる。これにより、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
According to this, the amount of heat absorbed by the
対象が光である場合、本体部132の空間形成部1323の少なくとも一部は、本体部132のうちの他の部分よりも光の透過率が高いことが好適である。例えば、本体部132のうちの空間形成部1323以外の部分がシリコンからなる場合、空間形成部1323の少なくとも一部は、ガラス、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレンエラストマー、ポリオレフィンエラストマー、又は、アクリル樹脂からなっていてもよい。
When the target is light, it is preferable that at least a part of the
これによれば、体積変化体14に吸収される光の量を増加できる。これにより、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
According to this, the amount of light absorbed by the
また、例えば、体積変化体14は、多孔質体、又は、発泡体を含む。
For example, the
これによれば、対象が微粒子(例えば、花粉、又は、粒子状物質(例えば、PM2.5等)等)、又は、エアロゾル(ミスト、又は、煙等)である場合、体積変化体14が有する細孔、又は、凹部に対象が入り込むことにより、体積変化体14に吸着又は吸収される対象の量を増加できる。これにより、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
According to this, when the object is fine particles (for example, pollen, particulate matter (for example, PM2.5, etc.)) or aerosol (mist, smoke, etc.), the
更に、第1配線1333、及び、第2配線1334は、図1乃至図7において図示されない電気回路に接続される。これにより、センサ1は、図8に表される電気回路100を構成する。電気回路100は、第1電源101と、第2電源102と、第1抵抗器103と、第2抵抗器104と、増幅器105と、記憶装置106と、を備える。
Further, the
第2電源102、第1電源101、第1抵抗器103、及び、第2抵抗器104は、順に直列に接続される。電気回路100は、第1電源101と第2電源102との間で接地される。増幅器105は、第1抵抗器103と第2抵抗器104との間の電位が入力されるとともに、入力された電位を増幅し、且つ、増幅された電位を記憶装置106へ出力する。記憶装置106は、増幅器105から入力された電位が表す信号を記憶する。
The
第1電源101の電圧は、+VA[V]である。第2電源102の電圧は、−VB[V]である。第1抵抗器103の電気抵抗は、RS[Ω]である。第2抵抗器104の電気抵抗は、RR[Ω]である。本例では、センサ1のピエゾ抵抗素子PZは、第1抵抗器103を構成する。従って、第1抵抗器103は、可変抵抗器である、と捉えられてよい。また、第2抵抗器104は、参照抵抗器である、と捉えられてよい。
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。
The voltage of the
With such a configuration, the
(感知材料)
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。
(Sensing material)
Next, the sensing material will be described.
In this example, the sensing material has fluidity. For example, in order to form the
従って、感知材料は、ブルックフィールド型(換言すると、B型)粘度計による粘度が1000[mPa・sec]以下であることが好ましく、500[mPa・sec]以下であることがより好ましく、250[mPa・sec]以下であることがさらに好ましく、200[mPa・sec]以下であることが特に好ましく、100[mPa・sec]以下であることが最も好ましい。
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。
感知材料の粘度が1[mPa・sec]よりも小さい場合、感知材料に含まれる溶質の濃度が過度に低くなりやすいため、当該溶質が収容空間において不均一に分布しやすい。このため、感知材料の粘度は、1[mPa・sec]以上であることが好適である。
また、感知材料の粘度が1000[mPa・sec]よりも大きい場合、感知材料の流動性が過度に低くなりやすいため、収容空間に感知材料を充填しにくい。このため、感知材料の粘度は、1000[mPa・sec]以下であることが好適である。
従って、本例では、感知材料は、B型粘度計による粘度が1[mPa・sec]乃至1000[mPa・sec]の値である。
Accordingly, the sensing material preferably has a viscosity of 1000 [mPa · sec] or less, more preferably 500 [mPa · sec] or less, more preferably 250 [mPa · sec] or less according to a Brookfield type (in other words, B type) viscometer. mPa · sec] or less is more preferable, 200 [mPa · sec] or less is particularly preferable, and 100 [mPa · sec] or less is most preferable.
Note that the optimum viscosity of the sensing material may differ depending on the material constituting the third
When the viscosity of the sensing material is smaller than 1 [mPa · sec], the concentration of the solute contained in the sensing material is likely to be excessively low, so that the solute is likely to be unevenly distributed in the accommodation space. For this reason, the viscosity of the sensing material is preferably 1 [mPa · sec] or more.
In addition, when the viscosity of the sensing material is larger than 1000 [mPa · sec], the fluidity of the sensing material tends to be excessively low, so that it is difficult to fill the accommodation space with the sensing material. For this reason, it is preferable that the viscosity of the sensing material is 1000 [mPa · sec] or less.
Therefore, in this example, the sensing material has a viscosity of 1 [mPa · sec] to 1000 [mPa · sec] as measured by the B-type viscometer.
また、例えば、毛細管現象を用いて収容空間に感知材料を流入させる場合において、収容空間を形成する壁面を構成する主たる材料がシリコンである場合、感知材料に含まれる溶媒の表面張力が十分に低いことが好適である。溶媒は、溶剤と表されてもよい。
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。
In addition, for example, in the case where the sensing material is caused to flow into the accommodation space using capillary phenomenon, when the main material constituting the wall surface forming the accommodation space is silicon, the surface tension of the solvent contained in the sensing material is sufficiently low. Is preferred. The solvent may be expressed as a solvent.
Note that the optimum surface tension of the solvent may vary depending on the sensing material filling method described below.
感知材料を収容空間に充填する方法として、浸漬法(換言すると、ディップコート法、又は、ディップコーティング法)、スプレーコート法、又は、スピンコート法と呼ばれる技術が用いられてよい。また、インクジェットプリンタ、又は、ニードルディスペンサを用いて、感知材料を収容空間に充填してもよい。例えば、浸漬法は、感知材料を収容空間に充填する作業の効率を高めるために好適である。 As a method for filling the accommodation material into the accommodation space, a technique called a dipping method (in other words, a dip coating method or a dip coating method), a spray coating method, or a spin coating method may be used. In addition, the sensing space may be filled with the sensing material using an ink jet printer or a needle dispenser. For example, the dipping method is suitable for increasing the efficiency of the work of filling the accommodation space with the sensing material.
感知材料に含まれる溶媒は、感知材料に含まれる溶質の少なくとも一部を溶かすことができればよい。溶媒は、感知材料に含まれる溶質の少なくとも一部を溶かすことにより、溶液、又は、懸濁液(例えば、コロイド溶液、又は、スラリー液等)を構成する。 The solvent contained in the sensing material only needs to dissolve at least a part of the solute contained in the sensing material. The solvent constitutes a solution or a suspension (for example, a colloidal solution or a slurry solution) by dissolving at least a part of the solute contained in the sensing material.
例えば、溶媒は、水、アルコール系溶媒(例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、又は、フェノキシエタノール等)、ホルムアミド系溶媒(例えば、N,N−ジメチルホルムアミド等)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、シクロヘキサノン、又は、2−ブタノン等)、エーテル系溶媒(例えば、ジエチルエーテル等)、ハロゲン系溶媒(例えば、ジクロロホルム、又は、クロロホルム等)、環式化合物を有する極性溶媒(例えば、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、又は、テトラヒドロフラン等)、又は、ベンゼン系溶媒(例えば、トルエン、又は、キシレン等)等であってよい。 For example, the solvent is water, an alcohol solvent (eg, isopropyl alcohol, ethanol, or phenoxyethanol), a formamide solvent (eg, N, N-dimethylformamide, etc.), a ketone solvent (eg, acetone, cyclohexanone, or , 2-butanone, etc.), ether solvents (for example, diethyl ether), halogen solvents (for example, dichloroform or chloroform), polar solvents having cyclic compounds (for example, 2-pyrrolidone, N-methyl) -2-pyrrolidone or tetrahydrofuran), or a benzene-based solvent (for example, toluene or xylene).
例えば、感知材料は、合成ポリマー(例えば、熱可塑性高分子、熱硬化性高分子、又は、光硬化性高分子等)、天然物由来ポリマー(例えば、生体高分子等)、無機材料(例えば、金属、又は、セラミックス等)、カーボン材料、又は、これらのうちの少なくとも一つを含む組成物を含む。また、例えば、感知材料は、無機材料、カーボン材料、低分子化合物、又は、ポリマー等の微小粒子を含んでいてもよい。 For example, the sensing material may be a synthetic polymer (eg, a thermoplastic polymer, a thermosetting polymer, or a photocurable polymer), a natural product-derived polymer (eg, a biopolymer), an inorganic material (eg, Metal, ceramics, etc.), carbon material, or a composition containing at least one of them. For example, the sensing material may include fine particles such as an inorganic material, a carbon material, a low molecular compound, or a polymer.
なお、合成ポリマーの製造方法は、例えば、非特許文献1に開示されている。
(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
In addition, the manufacturing method of a synthetic polymer is disclosed by the
(Non-Patent Document 1) “Practical Plastic Encyclopedia”, Practical Plastic Encyclopedia Editorial Committee, Industrial Research Committee, 1993
感知材料は、1種類の熱可塑性高分子を含んでいてもよく、2種類以上の熱可塑性高分子を含んでいてもよい。
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。
The sensing material may include one type of thermoplastic polymer and may include two or more types of thermoplastic polymers.
For example, the thermoplastic polymer may be a polyolefin resin (eg, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, or polyvinyl alcohol), a polyolefin wax (eg, polyethylene oligomer or polypropylene oligomer), or a thermoplastic acrylic resin. , Polycarbonate resin, thermoplastic polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, ABS (acrylonitrile butylene styrene) resin, elastomer (for example, polyolefin elastomer, hydrogenated styrene block copolymer, or hydrogenated styrene random copolymer) Etc.), super engineering plastics (for example, polyphenylene sulfide, polyamideimide, polyethersulfone, or poly Ether ketone, etc.), or may be a syndiotactic polystyrene.
例えば、熱硬化性高分子、又は、光硬化性高分子は、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレア樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂、又は、熱硬化性ポリイミド等である。感知材料が熱硬化性高分子、又は、光硬化性高分子を含む場合、硬化前のモノマー及び開始剤等を混合し、その直後に混合物を収容空間に充填し、熱又は光によって混合物を硬化させることにより、体積変化体14が形成されてよい。
For example, thermosetting polymer or photocurable polymer is acrylic resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, phenol resin, urea resin, polyurethane resin, melamine resin, silicone resin, alkyd resin, or thermosetting. A conductive polyimide. When the sensing material contains a thermosetting polymer or a photo-curable polymer, the monomer and initiator before curing are mixed, and immediately after that, the mixture is filled into the accommodation space, and the mixture is cured by heat or light. By doing so, the
例えば、天然物由来ポリマーは、天然物由来の多糖類(例えば、セルロース、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、又は、キサンタンガム等)、天然物由来の多糖類の誘導体、アミノ酸重合体、アミノ酸重合体の誘導体、タンパク質(例えば、ゼラチン、又は、コラーゲン等)、又は、タンパク質の誘導体である。 For example, a natural product-derived polymer is a polysaccharide derived from a natural product (eg, cellulose, chitin, chitosan, hyaluronic acid, or xanthan gum), a derivative of a polysaccharide derived from a natural product, an amino acid polymer, or a derivative of an amino acid polymer. A protein (eg, gelatin or collagen) or a protein derivative.
例えば、無機材料は、ガラス繊維、カーボン繊維、及び、無機フィラーからなる材料群から選択される少なくとも1つの材料からなる。
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。
For example, the inorganic material is made of at least one material selected from a material group consisting of glass fibers, carbon fibers, and inorganic fillers.
For example, the inorganic filler is an amorphous filler (for example, calcium carbonate, silica, kaolin, clay, titanium oxide, barium sulfate, zinc oxide, aluminum hydroxide, alumina, or magnesium hydroxide), a plate-like filler (for example, Talc, mica, glass flakes, etc.), acicular filler (eg, wollastonite, potassium titanate, basic magnesium sulfate, sepiolite, zonotlite, aluminum borate, etc.), conductive filler (eg, metal powder) Metal flakes, carbon black, or carbon nanotubes), glass beads, glass powder, apatite, or zeolite.
感知材料は、1種類の無機フィラーを含んでいてもよく、2種類以上の無機フィラーを含んでいてもよい。また、無機フィラーの表面は、炭素により被覆されていてもよいし、シランカップリング処理等が施されていてもよい。 The sensing material may contain one type of inorganic filler, and may contain two or more types of inorganic fillers. Further, the surface of the inorganic filler may be coated with carbon, or may be subjected to silane coupling treatment or the like.
例えば、カーボン材料は、活性炭、カーボンナノチューブ、及び、グラファイトからなる材料群から選択される少なくとも1つの材料からなる。 For example, the carbon material is made of at least one material selected from the material group consisting of activated carbon, carbon nanotubes, and graphite.
例えば、感知材料は、金属有機構造体(MOF;Metal Organic Frameworks)等の合成された多孔質体を含んでもよい。金属有機構造体は、多孔性配位高分子と呼ばれてもよい。例えば、金属有機構造体は、Basolite(登録商標)C300(BASF社製)等であってよい。 For example, the sensing material may comprise a synthesized porous body such as a metal organic structure (MOF). The metal organic structure may be referred to as a porous coordination polymer. For example, the metal organic structure may be Basolite (registered trademark) C300 (manufactured by BASF).
また、感知材料は、添加剤を含んでいてもよい。例えば、添加剤は、難燃剤(例えば、臭素化ビスフェノール、臭素化エポキシ樹脂、臭素化ポリスチレン、臭素化ポリカーボネート、トリフェニルホスフェート、ホスホン酸アミド、又は、赤リン等)、難燃助剤(例えば、三酸化アンチモン、又は、アンチモン酸ナトリウム等)、熱安定剤(例えば、リン酸エステル、又は、亜リン酸エステル等)、酸化防止剤(例えば、ヒンダードフェノール等)、耐熱剤、耐候剤、光安定剤、離型剤、流動改質剤、着色剤、顔料、滑剤、帯電防止剤、結晶核剤、可塑剤、発泡剤、ハロゲンキャッチャー、又は、ドリップ防止剤等であってよい。 The sensing material may also contain an additive. For example, the additive may be a flame retardant (eg, brominated bisphenol, brominated epoxy resin, brominated polystyrene, brominated polycarbonate, triphenyl phosphate, phosphonic acid amide, or red phosphorus), a flame retardant aid (eg, Antimony trioxide or sodium antimonate, etc.), heat stabilizer (eg phosphate ester or phosphite ester), antioxidant (eg hindered phenol etc.), heat-resistant agent, weathering agent, light It may be a stabilizer, a release agent, a flow modifier, a colorant, a pigment, a lubricant, an antistatic agent, a crystal nucleating agent, a plasticizer, a foaming agent, a halogen catcher, or an anti-drip agent.
また、感知材料は、球形の粒子を含んでいてもよい。これによれば、感知材料が非球形の粒子を含む場合よりも流動性が高いので、球形の粒子を含む感知材料によって収容空間を容易に充填できる。 The sensing material may also include spherical particles. According to this, since the fluidity is higher than when the sensing material includes non-spherical particles, the accommodation space can be easily filled with the sensing material including spherical particles.
例えば、対象が炭酸ガスである場合、感知材料は、水酸化カリウムを含んでよい。例えば、対象が温度である場合、感知材料は、ポリエチレンを含んでよい。例えば、対象が湿度である場合、感知材料は、ナイロンを含んでよい。例えば、対象が電磁波である場合、感知材料は、ブラックカーボンを含んでよい。 For example, if the subject is carbon dioxide, the sensing material may include potassium hydroxide. For example, if the subject is temperature, the sensing material may include polyethylene. For example, if the subject is humidity, the sensing material may include nylon. For example, if the object is an electromagnetic wave, the sensing material may include black carbon.
(製造方法)
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。
(Production method)
Next, a manufacturing method (in other words, a sensor manufacturing method) of the
In this example, the
先ず、図9の(A)に表されるように、第1シリコン層LAと、第1シリコン層LAに接する絶縁層LBと、絶縁層LBに接する第2シリコン層LCと、からなるSOI(Silicon On Insulator)基板を用意する。本例では、絶縁層LBは、二酸化ケイ素からなる。 First, as shown in FIG. 9A, an SOI (a first silicon layer LA, an insulating layer LB in contact with the first silicon layer LA, and a second silicon layer LC in contact with the insulating layer LB). A silicon on insulator) substrate is prepared. In this example, the insulating layer LB is made of silicon dioxide.
次に、図9の(B)に表されるように、第2シリコン層LCにホウ素を添加する。本例では、ホウ素の添加は、ドーピングと呼ばれる技術を用いて行われる。ホウ素が添加された第2シリコン層LCAによれば、導体の接触抵抗を低減できる。 Next, as shown in FIG. 9B, boron is added to the second silicon layer LC. In this example, the addition of boron is performed using a technique called doping. According to the second silicon layer LCA to which boron is added, the contact resistance of the conductor can be reduced.
次に、図9の(C)に表されるように、第2シリコン層LCAの、絶縁層LBと反対側の表面にアルミニウムからなる薄膜を形成する。本例では、アルミニウムからなる薄膜の形成は、スパッタリングと呼ばれる技術を用いて行われる。更に、形成された薄膜の一部を除去することにより、第1配線1333及び第2配線1334を形成する。本例では、薄膜の一部の除去は、メタルエッチングと呼ばれる技術を用いて行われる。本例では、第2シリコン層LCAは、第1部材及び第2部材に対応する。
Next, as shown in FIG. 9C, a thin film made of aluminum is formed on the surface of the second silicon layer LCA opposite to the insulating layer LB. In this example, the thin film made of aluminum is formed using a technique called sputtering. Further, the
次に、図9の(D)に表されるように、第2シリコン層LCAの一部を除去することにより、第3層状体13を形成する。本例では、第2シリコン層LCAの一部の除去は、ドライエッチングと呼ばれる技術を用いて行われる。
Next, as shown in FIG. 9D, the third
次に、図10の(E)に表されるように、第1シリコン層LAの一部、及び、絶縁層LBの一部を除去することにより、第1層状体11、及び、第2層状体12をそれぞれ形成する。本例では、第1シリコン層LAの一部、及び、絶縁層LBの一部の除去は、深掘りRIE(Deep Reactive Ion Etching)、及び、気相フッ酸エッチング(Vapor HF Etching)と呼ばれる技術を用いて行われる。
Next, as shown in FIG. 10E, by removing a part of the first silicon layer LA and a part of the insulating layer LB, the first
次に、図10の(F)に表されるように、第3層状体13、第1配線1333、及び、第2配線1334のうちの、露出している表面に絶縁体薄膜OLを形成する。本例では、絶縁体薄膜OLは、酸化アルミニウムからなる。本例では、絶縁体薄膜の形成は、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition)と呼ばれる技術を用いて行われる。例えば、絶縁体薄膜の厚さは、5nm乃至50nmの厚さである。本例では、絶縁体薄膜の厚さは、20nmである。
Next, as illustrated in FIG. 10F, the insulating thin film OL is formed on the exposed surface of the third
次に、第1配線1333の表面に形成された絶縁体薄膜OLの一部、及び、第2配線1334の表面に形成された絶縁体薄膜OLの一部を除去することにより、接続用の端子を形成する。本例では、接続用の端子の形成は、イオンミリングと呼ばれる技術を用いて行われる。
Next, a part of the insulating thin film OL formed on the surface of the
次に、図10の(G)に表されるように、感知材料を本体部132の収容空間に充填することにより体積変化体14を形成する。本例では、体積変化体14の形成は、浸漬法と呼ばれる技術を用いて行われる。例えば、本体部132を感知材料である溶液に浸漬することにより、感知材料を本体部132の収容空間に充填し、充填された感知材料を摂氏10乃至350度の温度にて乾燥させることにより体積変化体14を形成する。
このようにして、センサ1は、製造される。
Next, as shown in FIG. 10G, the
In this way, the
(動作)
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。
(Operation)
Next, operation | movement of the
Assume that the target exists in the vicinity of the
これにより、体積変化体14は、本体部132の第2端1322にて、y軸の負方向の成分を含む応力を生じる。本体部132の第2端1322にて生じた応力は、検出部133に伝達される。
Thereby, the
検出部133のピエゾ抵抗素子PZは、本体部132から伝達された応力に応じて電気抵抗が変化する。電気回路100は、検出部133のピエゾ抵抗素子PZの電気抵抗(本例では、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装置106に記憶させる。
このようにして、センサ1は、対象を検出する。
The electrical resistance of the piezoresistive element PZ of the
In this way, the
以上、説明したように、第1実施形態のセンサ1において、本体部132は、平板状であり、且つ、第1方向(本例では、y軸方向)における第1端1321が支持されるとともに、本体部132の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。更に、体積変化体14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132により支持される。更に、検出部133は、本体部132のうちの、第1方向における第2端1322に連接し、且つ、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。
As described above, in the
これによれば、体積変化体14が収容空間に収容されているので、体積変化体14の体積が変化した場合であっても、本体部132の厚さ方向にて応力が生じることを抑制できる。これにより、本体部132が撓むことを抑制できる。従って、第2端1322において、本体部132の厚さ方向における応力が生じることを抑制できる。この結果、体積変化体14の体積の変化を、第2端1322にて生じる、本体部132に沿った方向における応力に高い精度にて反映できる。換言すると、センサ1によれば、対象を高い精度にて検出できる。
According to this, since the
更に、第1実施形態のセンサ1において、収容空間は、本体部132の厚さ方向における両端面にて開口する。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積が変化した場合に、本体部132の厚さ方向にて生じる応力を、収容空間が本体部の厚さ方向における一端のみにて開口する場合よりも抑制できる。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。
According to this, when the volume of the
更に、第1実施形態のセンサ1において、収容空間は、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)にて延びるスリット状の孔を含む。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14を収容空間に容易に収容できる。また、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。
According to this, the
更に、第1実施形態のセンサ1において、収容空間は、孔を複数含み、複数の孔は、第1方向(本例では、y軸方向)に沿って並ぶ。
Furthermore, in the
ところで、孔が大きくなるほど、体積変化体14を本体部132により支持することが困難になりやすい。従って、体積変化体14の量を増加させにくい。
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。
By the way, the larger the hole, the more difficult it is to support the
On the other hand, according to the
更に、第1実施形態のセンサ1において、検出部133は、第2端1322から第1方向(本例では、y軸方向)へ延びるとともに、先端が支持される第1被支持部1331を備えるとともに、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。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って第1被支持部1331にて生じる、圧縮応力又は引っ張り応力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1被支持部1331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。
According to this, it is possible to increase the compressive stress or tensile stress generated in the first supported
更に、第1実施形態のセンサ1において、第1被支持部1331の幅は、本体部132の、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)における長さよりも狭い。
Further, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って第1被支持部1331にて生じる応力を、本体部132にて生じる応力よりも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1被支持部1331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。
According to this, the stress generated in the first supported
更に、第1実施形態のセンサ1において、検出部133は、第2端1322から第1方向(本例では、y軸方向)へ延びるとともに、先端が支持される第2被支持部1332を備える。検出部133は、第1被支持部1331に位置するピエゾ抵抗素子PZを備える。検出部133は、ピエゾ抵抗素子PZと第1被支持部1331の先端とを結ぶ第1配線1333と、ピエゾ抵抗素子PZと第2被支持部1332の先端とを、本体部132を通って結ぶ第2配線1334と、を備える。
Furthermore, in the
これによれば、第1配線1333と第2配線1334との間で生じる漏れ電流を抑制できる。従って、対象を高い精度にて検出できる。
According to this, the leakage current generated between the
更に、第1実施形態のセンサ1において、第1被支持部1331のうちの、第1被支持部1331が延びる方向である延在方向における中央部の幅は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部の幅よりも狭い。検出部133は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における中央部にて、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。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って、第1被支持部1331のうちの、延在方向における中央部にて生じる応力を、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部にて生じる応力よりも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、当該中央部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。
According to this, as the volume of the
更に、第1実施形態のセンサ1において、体積変化体14は、弾性率が本体部132よりも低い材料からなる。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って生じる、体積変化体14内の応力分布を均一な状態に近づけることができる。これにより、体積変化体14の体積の変化を、本体部132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。
According to this, the stress distribution in the
なお、第1実施形態のセンサ1において、体積変化体14は、弾性率が本体部132よりも高い材料からなっていてもよい。
In the
この場合、体積変化体14の体積の変化に伴って生じる本体部132の変形を大きくすることができる。これにより、体積変化体14の体積の変化を、第2端1322にて生じる、本体部132に沿った方向における応力に高い精度にて反映できる。換言すると、センサ1によれば、対象を高い精度にて検出できる。
In this case, it is possible to increase the deformation of the
更に、第1実施形態のセンサ1において、体積変化体14の弾性率は、体積変化体14の体積の変化の前後における変化が本体部132よりも大きい。
Further, in the
例えば、体積変化体14の体積の変化の前後において、体積変化体14の弾性率が本体部132よりも大きく低下する場合、体積変化体14の体積の変化前におけるセンサ1の強度を高めることができる。また、この場合、体積変化体14の体積の変化後において、体積変化体14の体積の変化に伴って生じる、体積変化体14内の応力分布を均一な状態に近づけることができる。これにより、体積変化体14の体積の変化を、本体部132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。
For example, before and after the change of the volume of the
更に、第1実施形態のセンサ1の製造方法は、流動性を有する感知材料を収容空間に充填し、充填された感知材料を乾燥させることにより体積変化体14を形成する、ことを含む。
Furthermore, the manufacturing method of the
これによれば、収容空間を充填する体積変化体14を容易に形成できる。
According to this, the
更に、第1実施形態のセンサ1の製造方法において、感知材料の粘度は、1[mPa・sec]乃至1000[mPa・sec]の値である。
Furthermore, in the method for manufacturing the
これによれば、感知材料の流動性が十分に高いので、感知材料によって収容空間を容易に充填できる。 According to this, since the fluidity of the sensing material is sufficiently high, the accommodation space can be easily filled with the sensing material.
第1実施形態のセンサ1において、体積変化体14は、体積変化体14の全体が本体部132の収容空間に収容される。なお、第1実施形態の第1変形例のセンサ1において、体積変化体14は、体積変化体14の一部が収容空間に収容されるとともに、体積変化体14の他の部分が、本体部132のうちの、本体部132の厚さ方向における両端面の中の少なくとも一部を被覆してもよい。例えば、体積変化体14は、本体部132の厚さ方向における両端面のうちの、空間形成部1323が存在する領域を被覆してよい。
In the
また、第1実施形態のセンサ1において、本体部132は、第2端1322にて、第1被支持部1331及び第2被支持部1332からなる2つの被支持部を介して枠部131に連接する。なお、第1実施形態の第2変形例のセンサ1において、本体部132は、第2端1322にて、1つの被支持部を介して枠部131に連接してもよいし、3つ以上の被支持部を介して枠部131に連接してもよい。また、本体部132は、第1端1321にて、1つ以上の被支持部を介して枠部131に連接してもよい。
In the
また、図6に表されるように、第1実施形態のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間に含まれる各孔は、本体部132の厚さ方向にて本体部132を貫通する貫通孔である。なお、図11に表されるように、第1実施形態の第3変形例のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323Aが形成する収容空間に含まれる各孔は、本体部132のうちの、z軸の正方向における端面にて開口する有底の孔であってもよい。
Further, as shown in FIG. 6, in the
また、図12に表されるように、第1実施形態の第4変形例のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323Bが形成する収容空間に含まれる各孔は、本体部132のうちの、z軸の正方向における端面にて開口する有底の第1孔、又は、本体部132のうちの、z軸の負方向における端面にて開口する有底の第2孔であってもよい。例えば、図12に表されるように、収容空間に含まれる複数の孔は、y軸方向に沿って、第1孔と第2孔とが交互に並んでよい。
Also, as shown in FIG. 12, in the
また、図4に表されるように、第1実施形態のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間に含まれる孔の数は、2個以上である。なお、図13に表されるように、第1実施形態の第5変形例のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323Cが形成する収容空間に含まれる孔の数は、1個であってもよい。例えば、図13に表されるように、本体部132の空間形成部1323Cは、本体部132の平面視(換言すると、本体部132をz軸の負方向にて見た場合)において櫛歯状であってよい。
Further, as shown in FIG. 4, in the
また、図4に表されるように、第1実施形態のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間は、スリット状の孔を複数含む。なお、図14に表されるように、第1実施形態の第6変形例のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323Cは、本体部132の平面視(換言すると、本体部132をz軸の負方向にて見た場合)においてメッシュ状であってよい。例えば、図14に表されるように、収容空間に含まれる各孔は、本体部132の平面視において、正六角形であってよい。なお、収容空間に含まれる各孔は、本体部132の平面視において、正六角形以外の形(円形、楕円形、又は、正六角形以外の多角形等)であってもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 4, in the
また、第1実施形態のセンサ1において、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間の隅部は、曲面形状、又は、面取り形状を有していてもよい。
Further, in the
流動性を有する感知材料を収容空間に充填することにより体積変化体14を形成する場合において、収容空間の隅部が稜を形成する場合、感知材料を隅部に行き渡らせにくいことがある。換言すると、体積変化体14が収容空間を充填できないことがある。この場合、体積変化体14の体積の変化を、第2端1322にて生じる、本体部132に沿った方向における応力に高い精度にて反映できないことがある。
When the
これに対し、収容空間の隅部が、曲面形状、又は、面取り形状を有する場合、流動性を有する感知材料を収容空間に充填することにより体積変化体14を形成する場合において、感知材料を隅部に行き渡らせることができる。従って、体積変化体14が収容空間を充填できる。この結果、体積変化体14の体積の変化を、第2端1322にて生じる、本体部132に沿った方向における応力に高い精度にて反映できる。換言すると、対象を高い精度にて検出できる。
On the other hand, when the corner portion of the accommodation space has a curved surface shape or a chamfered shape, when the
なお、第1実施形態のセンサ1は、異なる複数の対象のそれぞれを検出する検出装置に適用されてよい。この場合、検出装置は、感知材料が異なる複数のセンサ1を備えることが好適である。例えば、複数のセンサ1は、格子状の配列を有してよい。
The
(第1実施例)
次に、第1実施形態のセンサ1の第1実施例について説明する。
第1実施例のセンサ1において、感知材料は、溶質であるオレスターQ517(登録商標、三井化学株式会社製)を、シクロヘキサノン、及び、ジメチルホルムアミドからなる混合溶媒に溶解させた溶液である。本例では、混合溶媒は、シクロヘキサノン、及び、ジメチルホルムアミドの混合比が2:1である。本例では、感知材料における、溶質と、混合溶媒と、の重量比は、1:7である。
(First embodiment)
Next, a first example of the
In the
本例では、感知材料の粘度は、2[mPa・sec]である。本例では、粘度は、B型回転粘度計(TV−35形粘度計、東機産業株式会社製)を用いて、1mLの溶液を測定容器に入れ、25℃、且つ、50%RH(Relative Humidity)の雰囲気下で、50rpmの回転数にて60秒間に亘って回転させた後に測定される。なお、後述の粘度も本例と同様に測定される。 In this example, the viscosity of the sensing material is 2 [mPa · sec]. In this example, the viscosity was measured by using a B-type rotational viscometer (TV-35 type viscometer, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), putting 1 mL of the solution into a measurement container, 25 ° C. and 50% RH (relative It is measured after rotating for 60 seconds at a rotation speed of 50 rpm in an atmosphere of Humidity). The viscosity described below is also measured in the same manner as in this example.
本例では、本体部132を感知材料である溶液に浸漬することにより、感知材料を本体部132の収容空間に充填し、充填された感知材料を室温にて8時間乃至12時間に亘って乾燥させることにより体積変化体14が形成される。
In this example, the
本例では、体積変化体14の弾性率(本例では、ヤング率)は、2.5GPaである。本例では、弾性率は、超微小硬度計(DUH−W201S、株式会社島津製作所製)を用いて、試験力が0.5mNであり、負荷速度が0.142mN/secであり、且つ、保持時間が5秒である条件にて測定される。なお、後述の弾性率も本例と同様に測定される。
In this example, the elastic modulus (in this example, Young's modulus) of the
本例では、第1抵抗器103の電気抵抗RSに対する、第1抵抗器103の電気抵抗RSの変化量ΔRの比ΔR/RSは、数式1により表される。ここで、VOUTは、増幅器105から出力された電位(換言すると、記憶装置106に記憶される信号を表す電位)を表す。また、Gは、増幅器105の増幅率(換言すると、増幅器105から出力された電位の、増幅器105に入力された電位に対する比)を表す。また、Iは、数式2に表されるように、図8に表される電気回路に流れる電流を表す。
数式1に表されるように、記憶装置106に記憶される信号を表す電位VOUTは、第1抵抗器103の電気抵抗RSに対する、第1抵抗器103の電気抵抗RSの変化量ΔRの比ΔR/RSに比例して変化する。
As expressed in
第1動作例において、センサ1は、対象としての湿度を検出する。第2動作例において、センサ1は、対象としての硫化水素(H2S)を検出する。
第1動作例、及び、第2動作例の両方において、センサ1は、ガスチャンバの内部に設置される。また、第1動作例、及び、第2動作例の両方において、ガスチャンバの内部には、湿度の基準値を測定するための湿度センサが設置される。
In the first operation example, the
In both the first operation example and the second operation example, the
第1動作例において、窒素からなるガス(換言すると、窒素ガス)を、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給し、その後、水及び窒素からなるガス(換言すると、水混合ガス)を、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の湿度を時間の経過に伴って変化させた。 In the first operation example, a gas composed of nitrogen (in other words, nitrogen gas) is supplied into the gas chamber for a predetermined period, and then a gas composed of water and nitrogen (in other words, a water mixed gas) is supplied. The humidity inside the gas chamber was changed over time by supplying the gas chamber into the gas chamber over a predetermined period.
図15に表されるように、センサ1において記憶装置106に記憶された信号S11は、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S10に、十分に高い精度にて追従するように変化する。
As shown in FIG. 15, the signal S11 stored in the
更に、第1動作例において、窒素ガスが、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給され、その後、水混合ガスが、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給されることにより、ガスチャンバの内部の湿度を時間の経過に伴って変化させることが繰り返し実行された。 Further, in the first operation example, nitrogen gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period, and then the water mixed gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period. Changing the humidity inside the gas chamber over time was repeatedly performed.
図16に表されるように、センサ1において記憶装置106に記憶された信号S21は、繰り返される湿度の変化に対しても、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S20に、十分に高い精度にて追従するように変化する。
As shown in FIG. 16, the signal S21 stored in the
図17に表されるように、センサ1において記憶装置106に記憶された信号が表す電位と、湿度センサにより測定された基準値と、は、強い相関(本例では、線形関係)を有する。
このように、第1実施例のセンサ1によれば、比較的広い湿度の範囲に亘って高い精度にて湿度を検出できる。
As shown in FIG. 17, the potential represented by the signal stored in the
Thus, according to the
第2動作例において、窒素ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給し、その後、窒素及び硫化水素からなるとともに、硫化水素の濃度が4.75ppmであるガス(換言すると、硫化水素混合ガス)を、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の硫化水素の濃度を時間の経過に伴って変化させた。本例では、硫化水素(H2S)の濃度は、気体検知管(硫化水素4LB、株式会社ガステック製)により測定される。 In the second operation example, nitrogen gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period, and then a gas composed of nitrogen and hydrogen sulfide and having a hydrogen sulfide concentration of 4.75 ppm (in other words, sulfide gas). The hydrogen sulfide concentration in the gas chamber was changed over time by supplying the hydrogen mixed gas) to the inside of the gas chamber over a predetermined period. In this example, the concentration of hydrogen sulfide (H 2 S) is measured by a gas detector tube (hydrogen sulfide 4LB, manufactured by Gastec Corporation).
図18に表されるように、ガスチャンバの内部に供給されるガスが、窒素ガスから硫化水素混合ガスに切り替えられた時点t1以降において、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S30は、時間の経過に伴って基準値が減少する。一方、当該時点t1以降において、センサ1の記憶装置106に記憶された信号S31は、時間の経過に伴って電位が上昇する。
As shown in FIG. 18, the reference signal S30 represented by the reference value measured by the humidity sensor after time t1 when the gas supplied into the gas chamber is switched from nitrogen gas to hydrogen sulfide mixed gas is The reference value decreases with time. On the other hand, after the time t1, the potential of the signal S31 stored in the
従って、センサ1の体積変化体14が、湿度以外の分子(本例では、硫化水素)と相互作用(例えば、硫化水素を吸着又は収着)したことが推定される。
このように、センサ1は、体積変化体14が対象と相互作用することにより、体積変化体14の体積が変化する。従って、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
Therefore, it is presumed that the
Thus, in the
(第2実施例)
次に、第1実施形態のセンサ1の第2実施例について説明する。
第2実施例のセンサ1において、感知材料は、溶質であるユーバン20SE60(登録商標、三井化学株式会社製)を、ジメチルホルムアミドからなる溶媒に溶解させた溶液である。本例では、感知材料における、溶質と、混合溶媒と、の重量比は、1:3である。本例でも、第1実施例と同様に、浸漬法を用いて体積変化体14が形成される。
(Second embodiment)
Next, a second example of the
In the
第1実施例と同様に、第1動作例において、センサ1は、対象としての湿度を検出する。第1実施例と同様に、第2動作例において、センサ1は、対象としての硫化水素(H2S)を検出する。
Similar to the first embodiment, in the first operation example, the
第1動作例において、窒素ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給し、その後、水混合ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の湿度を時間の経過に伴って変化させた。 In the first operation example, nitrogen gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period, and then the water mixed gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period. The internal humidity was changed over time.
図19に表されるように、センサ1において記憶装置106に記憶された信号S41は、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S40に追従するように変化しない。換言すると、第2実施例のセンサ1の湿度に対する応答性は、第1実施例のセンサ1よりも低い。
As shown in FIG. 19, the signal S41 stored in the
第2動作例において、硫化水素混合ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の硫化水素の濃度を時間の経過に伴って変化させた。 In the second operation example, the hydrogen sulfide mixed gas was supplied to the inside of the gas chamber over a predetermined period, whereby the concentration of hydrogen sulfide inside the gas chamber was changed over time.
図20及び図21に表されるように、ガスチャンバの内部に硫化水素混合ガスが供給され始めた時点t2以降において、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S50,S60は、時間の経過に伴って基準値が減少する。一方、当該時点t2以降において、センサ1の記憶装置106に記憶された信号S51,S61は、時間の経過に伴って電位が上昇する。
As shown in FIG. 20 and FIG. 21, the reference signals S50 and S60 represented by the reference value measured by the humidity sensor after time t2 when the hydrogen sulfide mixed gas starts to be supplied into the gas chamber The reference value decreases with the passage of time. On the other hand, after the time t2, the potentials of the signals S51 and S61 stored in the
従って、センサ1の体積変化体14が、湿度以外の分子(本例では、硫化水素)と相互作用(例えば、硫化水素を吸着又は収着)したことが推定される。
このように、センサ1は、体積変化体14が対象と相互作用することにより、体積変化体14の体積が変化する。従って、対象の量を体積変化体14の体積の変化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。
Therefore, it is presumed that the
Thus, in the
(第3実施例)
次に、第1実施形態のセンサ1の第3実施例について説明する。
第3実施例のセンサ1において、感知材料は、溶質であるエポキー863(登録商標、三井化学株式会社製)を、ジメチルホルムアミドからなる溶媒に溶解させた溶液である。本例では、感知材料における、溶質と、混合溶媒と、の重量比は、1:7である。本例でも、第1実施例と同様に、浸漬法を用いて体積変化体14が形成される。本例では、体積変化体14の弾性率(本例では、ヤング率)は、2.5GPaである。
(Third embodiment)
Next, a third example of the
In the
第1実施例と同様に、第1動作例において、センサ1は、対象としての湿度を検出する。第1実施例と同様に、第2動作例において、センサ1は、対象としての硫化水素(H2S)を検出する。
Similar to the first embodiment, in the first operation example, the
第1動作例において、窒素ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給し、その後、水混合ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の湿度を時間の経過に伴って変化させた。 In the first operation example, nitrogen gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period, and then the water mixed gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period. The internal humidity was changed over time.
図22に表されるように、センサ1において記憶装置106に記憶された信号S71は、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S70に、十分に高い精度にて追従するように変化する。本例では、第3実施例のセンサ1の湿度に対する応答性は、第1実施例のセンサ1よりも低い。
As shown in FIG. 22, the signal S71 stored in the
第2動作例において、窒素ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給し、その後、硫化水素混合ガスを、所定の期間に亘ってガスチャンバの内部に供給することにより、ガスチャンバの内部の硫化水素の濃度を時間の経過に伴って変化させた。 In the second operation example, nitrogen gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period, and then the hydrogen sulfide mixed gas is supplied to the inside of the gas chamber for a predetermined period. The concentration of hydrogen sulfide inside was changed with time.
図23に表されるように、ガスチャンバの内部に供給されるガスが、窒素ガスから硫化水素混合ガスに切り替えられた時点t3以降において、センサ1の記憶装置106に記憶された信号S81は、湿度センサにより測定された基準値が表す基準信号S80と同様に、時間の経過に伴って略単調に下降する。
As shown in FIG. 23, the signal S81 stored in the
従って、センサ1の体積変化体14が、湿度以外の分子(本例では、硫化水素)と相互作用(例えば、硫化水素を吸着又は収着)しにくいことが推定される。
Therefore, it is estimated that the
各実施例のセンサ1の応答性は、表1のように表される。表1において、二重丸は、丸よりも応答性が高いことを表し、丸は、三角よりも応答性が高いことを表す。
<第2実施形態>
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。
<Second Embodiment>
Next, the sensor of the second embodiment will be described. The sensor according to the second embodiment is different from the sensor according to the first embodiment in that an object is detected based on bending stress. Hereinafter, the difference will be mainly described. In addition, in description of 2nd Embodiment, what attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol used in 1st Embodiment is the same or substantially the same.
図24乃至図27に表されるように、第2実施形態のセンサ1Aは、第1実施形態のセンサ1と同様に、第1層状体11と、第2層状体12と、第3層状体13と、体積変化体14と、を備える。
As shown in FIGS. 24 to 27, the
図24は、センサ1Aの右前上方斜視図である。図25は、センサ1Aが分解された状態におけるセンサ1Aの右前上方斜視図である。図26は、センサ1Aの平面図である。図27は、図26のXVIII−XVIII線により表される平面により切断されたセンサ1Aの断面をx軸の負方向にて見た図である。
FIG. 24 is a front right upper perspective view of the
図26に表されるように、第3層状体13は、枠部131と、本体部132と、検出部133と、を備える。検出部133は、第1実施形態の検出部133が備える、第1被支持部1331、第2被支持部1332、第1配線1333、及び、第2配線1334、に加えて、延在部1335を備える。
As shown in FIG. 26, the third
枠部131は、第1実施形態の枠部131と同様の構成を有する。
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。
The
The
本体部132は、本体部132のうちの、y軸の正方向における第1端1321にて枠部131に連接する。換言すると、本体部132は、本体部132のうちの、y軸の正方向における第1端1321が枠部131により支持される。
The
本体部132のうちの、y軸の負方向における第2端1322の中の、x軸の負方向における端部以外の部分は、延在部1335に連接する。本体部132のうちの、y軸の負方向における第2端1322の中の、x軸の負方向における端部は、枠部131と隔てられている。
Of the
本体部132は、本体部132のうちの、x軸の負方向における第3端1324にて枠部131に連接する。換言すると、本体部132は、本体部132のうちの、x軸の負方向における第3端1324が枠部131により支持される。
The
本体部132は、本体部132のうちの、z軸方向(換言すると、本体部132の厚さ方向)における両端面にて開口する収容空間を形成する空間形成部1323を有する。本例では、収容空間は、z軸方向にて本体部132を貫通する貫通孔である。
The
収容空間は、x軸方向にて延びるスリット状のスリット部を複数含むとともに、互いに隣接する2つのスリット部をx軸方向における中央部にて連結する連結部を含む。本例では、収容空間に含まれる複数のスリット部は、y軸方向に沿って等間隔にて並ぶ。 The accommodation space includes a plurality of slit-like slit portions extending in the x-axis direction, and includes a connecting portion that connects two adjacent slit portions at the central portion in the x-axis direction. In this example, the plurality of slit portions included in the accommodation space are arranged at equal intervals along the y-axis direction.
例えば、収容空間に含まれる各スリット部のy軸方向における長さは、1μm乃至10μmの長さである。本例では、収容空間に含まれる各スリット部のy軸方向における長さは、5μmである。例えば、収容空間に含まれるスリット部間のy軸方向における間隔は、1μm乃至10μmの長さである。本例では、収容空間に含まれるスリット部間のy軸方向における間隔は、1μmである。本例では、収容空間に含まれる複数のスリット部は、40個である。なお、図24乃至図27において、収容空間に含まれる複数のスリット部は、y軸方向において拡大された態様にて図示されている。従って、図24乃至図27において、収容空間に含まれる複数のスリット部は、数が減じられた態様にて図示されている。
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。
For example, the length in the y-axis direction of each slit portion included in the accommodation space is 1 μm to 10 μm. In this example, the length in the y-axis direction of each slit portion included in the accommodation space is 5 μm. For example, the distance in the y-axis direction between the slit portions included in the accommodation space is 1 μm to 10 μm long. In this example, the space | interval in the y-axis direction between the slit parts contained in accommodation space is 1 micrometer. In this example, there are 40 slit portions included in the accommodation space. 24 to 27, the plurality of slit portions included in the accommodation space are illustrated in an enlarged manner in the y-axis direction. Accordingly, in FIGS. 24 to 27, the plurality of slit portions included in the accommodation space are illustrated in a manner in which the number is reduced.
In this example, the length in the x-axis direction of the plurality of slit portions included in the accommodation space is 220 μm.
図26に表されるように、延在部1335は、x軸方向にて延びる長辺と、y軸方向にて延びる短辺と、を有する長方形状である。延在部1335のうちの、x軸の負方向における端は、枠部131と隔てられている。延在部1335のうちの、y軸の負方向における端は、枠部131と隔てられている。
As illustrated in FIG. 26, the extending
延在部1335のうちの、y軸の正方向における端のうちの、x軸の正方向における端部以外の部分は、本体部132の第2端1322に連接する。延在部1335のうちの、y軸の正方向における端のうちの、x軸の正方向における端部は、枠部131と隔てられている。
Of the end of the extending
このように、延在部1335は、第2端1322に連接する位置と、x軸方向における位置が異なる位置(本例では、第2端1322に連接する位置よりもx軸の正方向の位置)まで、第2端1322から延びる。
Thus, the extending
延在部1335のうちの、x軸の正方向における端(換言すると、延在部1335の先端)の中の、y軸方向における両端部は、第1被支持部1331及び第2被支持部1332を介して枠部131に連接する。延在部1335の先端のうちの、y軸方向における中央部は、枠部131と隔てられている。
Of the ends of the extending
第1被支持部1331は、x軸方向にて延びる帯状である。第1被支持部1331のうちの、x軸の正方向における端は、枠部131に連接する。第1被支持部1331のうちの、x軸の負方向における端は、延在部1335の先端のうちの、y軸の負方向における端部に連接する。換言すると、第1被支持部1331は、延在部1335の先端からx軸の正方向へ延びるとともに、先端が枠部131により支持される。
The first supported
第1被支持部1331の幅(換言すると、第1被支持部1331のy軸方向における長さ)は、延在部1335の幅(換言すると、延在部1335のy軸方向における長さ)よりも狭い。
The width of the first supported portion 1331 (in other words, the length of the first supported
第1被支持部1331は、切欠部NTを有する。本例では、x軸方向における位置が、第1被支持部1331のうちの、x軸方向における端から中央へ近づくほど、切欠部NTのうちの、y軸の負方向における端は、y軸の正方向に位置する。従って、第1被支持部1331のうちの、第1被支持部1331が延びる方向である延在方向(本例では、x軸方向)における中央部の幅は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部の幅よりも狭い。
The first supported
第1被支持部1331は、第1被支持部1331のうちの延在方向における中央部に位置するピエゾ抵抗素子PZを備える。ピエゾ抵抗素子PZは、ピエゾ抵抗素子PZに加えられた応力に応じて電気抵抗が変化する素子である。換言すると、ピエゾ抵抗素子PZは、圧抵抗効果又はピエゾ抵抗効果を有する素子である。
The first supported
ピエゾ抵抗素子PZは、第1実施形態のピエゾ抵抗素子PZと同様に、第1被支持部1331の、z軸の正方向における端面に露出するように、第1被支持部1331に埋設されている。
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。
The piezoresistive element PZ is embedded in the first supported
With such a configuration, the
第2被支持部1332は、x軸方向にて延びる帯状である。第2被支持部1332のうちの、x軸の正方向における端は、枠部131に連接する。第2被支持部1332のうちの、x軸の負方向における端は、延在部1335の先端のうちの、y軸の正方向における端部に連接する。換言すると、第2被支持部1332は、延在部1335の先端からx軸の正方向へ延びるとともに、先端が枠部131により支持される。
The second supported
第2被支持部1332の幅(換言すると、第2被支持部1332のy軸方向における長さ)は、延在部1335の幅よりも狭い。第2被支持部1332のうちの、第2被支持部1332が延びる方向である延在方向(本例では、x軸方向)における中央部の幅は、第2被支持部1332のうちの、延在方向における両端部の幅と等しい。
The width of the second supported portion 1332 (in other words, the length of the second supported
第1配線1333、及び、第2配線1334は、位置が異なる点を除いて、第1実施形態の第1配線1333、及び、第2配線1334と同様の構成をそれぞれ有する。
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。
The
In this example, one end of the
第2配線1334のうちの一方の端部は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、x軸の負方向における端部と接する。第2配線1334のうちの他方の端部は、枠部131の外縁に位置する。第2配線1334は、ピエゾ抵抗素子PZのうちの、x軸の負方向における端部から、第1被支持部1331の基端(換言すると、第1被支持部1331のうちの、延在部1335に連接する端)、延在部1335のうちの、x軸の正方向における端部、及び、第2被支持部1332を通って、枠部131の外縁まで延びる。
One end of the
換言すると、第2配線1334は、ピエゾ抵抗素子PZと第2被支持部1332の先端(換言すると、第2被支持部1332のうちの、枠部131に連接する端)とを、延在部1335を通って結ぶ。
In other words, the
体積変化体14は、第1実施形態の体積変化体14と同様に、本体部132の収容空間に収容されるように本体部132により支持される。
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。
The
Furthermore, the
以上、説明したように、第2実施形態のセンサ1Aによれば、第1実施形態のセンサ1と同様の作用及び効果が奏される。
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。
As described above, according to the
Further, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って第1被支持部1331にて生じる曲げ応力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1被支持部1331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。
According to this, it is possible to increase the bending stress generated in the first supported
更に、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、第1被支持部1331の幅は、延在部1335の幅よりも狭い。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って第1被支持部1331にて生じる応力を、延在部1335にて生じる応力よりも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1被支持部1331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。
According to this, the stress generated in the first supported
更に、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、検出部133は、延在部1335の先端から延びるとともに、先端が支持される第2被支持部1332を備える。検出部133は、第1被支持部1331に位置するピエゾ抵抗素子PZを備える。検出部133は、ピエゾ抵抗素子PZと第1被支持部1331の先端とを結ぶ第1配線1333と、ピエゾ抵抗素子PZと第2被支持部1332の先端とを、延在部1335を通って結ぶ第2配線1334と、を備える。
Furthermore, in the
これによれば、第1配線1333と第2配線1334との間で生じる漏れ電流を抑制できる。従って、対象を高い精度にて検出できる。
According to this, the leakage current generated between the
更に、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、第1被支持部1331のうちの、第1被支持部1331が延びる方向である延在方向における中央部の幅は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部の幅よりも狭い。検出部133は、第1被支持部1331のうちの、延在方向における中央部にて、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。
Furthermore, in the
これによれば、体積変化体14の体積の変化に伴って、第1被支持部1331のうちの、延在方向における中央部にて生じる応力を、第1被支持部1331のうちの、延在方向における両端部にて生じる応力よりも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、当該中央部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。
According to this, as the volume of the
第2実施形態のセンサ1Aにおいて、体積変化体14は、体積変化体14の全体が本体部132の収容空間に収容される。なお、第2実施形態の第1変形例のセンサ1Aにおいて、体積変化体14は、体積変化体14の一部が収容空間に収容されるとともに、体積変化体14の他の部分が、本体部132のうちの、本体部132の厚さ方向における両端面の中の少なくとも一部を被覆してもよい。例えば、体積変化体14は、本体部132の厚さ方向における両端面のうちの、空間形成部1323が存在する領域を被覆してよい。
In the
また、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、延在部1335は、延在部1335の先端にて、第1被支持部1331及び第2被支持部1332からなる2つの被支持部を介して枠部131に連接する。なお、第2実施形態の第2変形例のセンサ1Aにおいて、延在部1335は、延在部1335の先端にて、1つの被支持部を介して枠部131に連接してもよいし、3つ以上の被支持部を介して枠部131に連接してもよい。
Further, in the
また、図26に表されるように、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、第1被支持部1331、及び、第2被支持部1332は、延在部1335のうちの、x軸の正方向における端の中の、y軸方向における両端部からx軸の正方向へそれぞれ延びる。なお、図28に表されるように、第2実施形態の第3変形例のセンサ1Aにおいて、第1被支持部1331J、及び、第2被支持部1332Jは、延在部1335のうちの、y軸の負方向における端の中の、x軸の正方向における端部からy軸の負方向へそれぞれ延びてもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 26, in the
また、図29に表されるように、第2実施形態の第4変形例のセンサ1Aにおいて、第1被支持部1331K、及び、第2被支持部1332Kは、延在部1335のうちの、y軸の正方向における端の中の、x軸の正方向における端部からy軸の正方向へそれぞれ延びてもよい。この場合、検出部133は、第1被支持部1331K、及び、第2被支持部1332Kと、枠部131と、を連接する連接部1336を備えてよい。
29, in the
また、図26に表されるように、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間は、複数のスリット部を含む1個の孔である。なお、図30に表されるように、第2実施形態の第5変形例のセンサ1Aにおいて、本体部132の空間形成部1323Lが形成する収容空間は、第1実施形態の空間形成部1323と同様に、x軸方向にて延びるスリット状の孔を複数含んでいてもよい。この場合、収容空間に含まれる各孔は、本体部132のうちの、z軸の正方向における端面にて開口する有底の孔であってもよい。また、収容空間に含まれる各孔は、本体部132のうちの、z軸の正方向における端面にて開口する有底の第1孔、又は、本体部132のうちの、z軸の負方向における端面にて開口する有底の第2孔であってもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 26, in the
また、図26に表されるように、第2実施形態のセンサ1Aにおいて、本体部132の空間形成部1323が形成する収容空間は、複数のスリット部と、中央部にてスリット部間を連結する連結部と、を含む。なお、図31に表されるように、第2実施形態の第6変形例のセンサ1Aにおいて、本体部132の空間形成部1323Mは、本体部132の平面視(換言すると、本体部132をz軸の負方向にて見た場合)において櫛歯状であってよい。
In addition, as shown in FIG. 26, in the
また、図32に表されるように、第2実施形態の第7変形例のセンサ1Aにおいて、本体部132の空間形成部1323Nは、本体部132の平面視(換言すると、本体部132をz軸の負方向にて見た場合)においてメッシュ状であってよい。例えば、図32に表されるように、収容空間に含まれる各孔は、本体部132の平面視において、正六角形であってよい。なお、収容空間に含まれる各孔は、本体部132の平面視において、正六角形以外の形(円形、楕円形、又は、正六角形以外の多角形等)であってもよい。
32, in the
なお、第2実施形態のセンサ1Aは、異なる複数の対象のそれぞれを検出する検出装置に適用されてよい。この場合、検出装置は、感知材料が異なる複数のセンサ1Aを備えることが好適である。例えば、複数のセンサ1Aは、格子状の配列を有してよい。
The
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, various modifications that can be understood by those skilled in the art may be added to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention.
1,1A センサ
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
1,
Claims (13)
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、
前記体積変化体は、弾性率が前記本体部よりも低い材料からなる、センサ。 A main body portion that is flat and has a housing space that is supported at the first end in the first direction and opens at at least one of both end surfaces in the thickness direction;
The volume changes according to the amount of the object, and the volume change body supported by the main body so that at least a part is accommodated in the accommodation space,
A detecting unit connected to the second end in the first direction of the main body unit and detecting a stress caused by a change in volume of the volume changing body;
With
The said volume change body is a sensor which consists of a material whose elastic modulus is lower than the said main-body part.
前記本体部の弾性率は、前記体積変化体の弾性率の2倍以上である、センサ。 The sensor according to claim 1,
The elastic modulus of the main body is a sensor that is at least twice the elastic modulus of the volume change body.
前記体積変化体の弾性率は、前記体積の変化の前後における変化が前記本体部よりも大きい、センサ。 The sensor according to claim 1 or 2,
The elastic modulus of the volume change body is a sensor in which a change before and after the change in volume is larger than that of the main body.
前記体積変化体は、所定の分子と相互作用することにより当該分子を吸着、溶解、又は、拡散する材料を含む、センサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The said volume change body is a sensor containing the material which adsorb | sucks, melt | dissolves or diffuses the said molecule | numerator by interacting with a predetermined | prescribed molecule | numerator.
前記体積変化体は、熱又は光を吸収することにより重合する材料を含む、センサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The volume change body includes a material that polymerizes by absorbing heat or light.
前記本体部のうちの、前記収容空間を形成する壁面の少なくとも一部は、前記本体部のうちの他の部分よりも熱伝導率が高い、センサ。 The sensor according to claim 5,
A sensor in which at least a part of the wall surface forming the accommodation space in the main body has higher thermal conductivity than the other parts in the main body.
前記本体部のうちの、前記収容空間を形成する壁面の少なくとも一部は、前記本体部のうちの他の部分よりも光の透過率が高い、センサ。 The sensor according to claim 5,
A sensor in which at least a part of a wall surface forming the accommodation space in the main body has a higher light transmittance than the other parts in the main body.
前記体積変化体は、多孔質体、又は、発泡体を含む、センサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 3,
The said volume change body is a sensor containing a porous body or a foam.
前記収容空間の隅部は、曲面形状、又は、面取り形状を有する、センサ。 A sensor according to any one of claims 1 to 8,
The corner of the housing space has a curved surface shape or a chamfered shape.
弾性率が前記第1部材よりも高い材料からなるとともに、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。 In the first member that is flat and supports the first end in the first direction, an accommodation space that opens at at least one of both end surfaces in the thickness direction is formed, and the first member An element for detecting stress is provided on the second member connected to the second end in the first direction,
The elastic member is made of a material having a higher elastic modulus than the first member, and at least a part of the volume changing body whose volume changes according to the amount of the object is accommodated in the accommodating space so as to be supported by the first member. A method for manufacturing a sensor.
流動性を有する材料を前記収容空間に充填し、
前記充填された材料を乾燥させることにより前記体積変化体を形成する、ことを含む、センサ製造方法。 The sensor manufacturing method according to claim 10, comprising:
Filling the accommodation space with a fluid material;
A sensor manufacturing method comprising: forming the volume change body by drying the filled material.
前記収容空間に充填される前記材料の粘度は、1[mPa・sec]乃至1000[mPa・sec]の値である、センサ製造方法。 A sensor manufacturing method according to claim 11,
The sensor manufacturing method, wherein the viscosity of the material filled in the housing space is a value of 1 [mPa · sec] to 1000 [mPa · sec].
前記収容空間に充填される前記材料は、球形の粒子を含む、センサ製造方法。 A sensor according to claim 11 or claim 12,
The method for manufacturing a sensor, wherein the material filled in the accommodation space includes spherical particles.
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