JP6143608B2 - 圧力センサ - Google Patents
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Description
負荷がない状態において、前記ダイアフラムと前記被覆カーボンナノチューブの先端とが当接するように配置され、
且つ負荷が作用した状態において、前記ダイアフラムを介して前記被覆カーボンナノチューブが歪むことによる抵抗値の変化を検出して圧力を測定し得るようにした。
負荷がない状態において、前記ダイアフラムと前記被覆カーボンナノチューブの先端とが離間するように配置され、
且つ負荷が作用した状態において、前記被覆カーボンナノチューブと前記ダイアフラムとの接触面積が増減することによる抵抗値の変化を検出して圧力を測定し得るようにした。
本発明の実施例1に係る圧力センサ1と圧力センサ1を用いた圧力計測器10について図1〜図3を用いて説明する。
本発明の実施例1に係る圧力センサ1は、歪みゲージ型の圧力センサ1であり、図2に示すように、センサ素子として被覆カーボンナノチューブ5が用いられているものである。図1に示すように、圧力センサ1はセンサ部10aに設けられており、圧力センサ1は演算出力部10bの抵抗計2に接続され、被覆カーボンナノチューブ5の歪み(屈曲)による抵抗率の変化が計測される。すなわち、被覆カーボンナノチューブ5の歪み(屈曲)によるピエゾ抵抗効果(後述する)を利用し、受けた負荷(圧力)を検知するものである。
基本的な原理について説明すると、基準状態において、ダイアフラム9と被覆カーボンナノチューブ5とが当接して配置されていることから、受圧時にダイアフラム9が変形することによって被覆カーボンナノチューブ5が変形するため、被覆カーボンナノチューブ5が歪む。この歪みにより被覆カーボンナノチューブ5の抵抗率が変化することで、センサ素子としての抵抗値が変化する。いわゆるピエゾ抵抗効果が得られる。ピエゾ抵抗効果とは、一般的に、半導体などに力を加えると結晶格子に歪みが生じて、半導体中のキャリアの数や移動度が変化するために、抵抗率が変化するといわれるものである。具体的には、実施例1においては、ダイアフラム9が受けた圧力F1に比例して抵抗率が増加する。本実施例においては、この抵抗率の変化、すなわち被覆カーボンナノチューブ5の抵抗値をホイートストンブリッジ回路を有する抵抗計2により測定するようにしたものである。
[実施例2]
本発明の実施例2に係る圧力センサ20及びこれを用いた圧力計測器30について図4〜図6を用いて説明する。なお、実施例2に係る圧力センサ20は、実施例1に係る圧力センサ20において、被覆カーボンナノチューブ21の先端とダイアフラム9とが離間して配置されている構成であり、その他は実施例1と同一である。したがって、実施例1と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。図4に示すように、実施例1と同様に、センサ部30aと演算出力部30bとで構成される圧力計測器30のセンサ部30aに、実施例2に係る圧力センサ20が用いられる。
[変形例]
実施例1に係る圧力センサ1においては、被覆カーボンナノチューブ5における被覆膜5bの被覆材料として半導体材料を用い、実施例2に係る圧力センサ20においては、被覆カーボンナノチューブ21における被覆膜21bの被覆材料として金属材料を用いたが、これに限定されない。例えば、実施例1に係る圧力センサ1において、被覆膜5bの被覆材料として実施例2に例示した金属材料を用い、実施例2に係る圧力センサ2において、被覆膜21bの被覆材料として実施例1に例示した半導体材料を用いてもよい。
2 抵抗計
3 抵抗/圧力変換部
4 圧力表示部
5 被覆カーボンナノチューブ
5a カーボンナノチューブ
5b 被覆膜
6 導電部材
7 センサ素子体
8 収容部材
9 ダイアフラム
9a セラミック層
9b 金属層
10 圧力計測器
10a センサ部
10b 演算出力部
20 圧力センサ
21 被覆カーボンナノチューブ
21a カーボンナノチューブ
21b 被覆膜
30 圧力計測器
30a センサ部
30b 演算出力部
Claims (4)
- 導電部材に垂直に配向されて表面に耐熱性を有する被覆膜が形成された複数の被覆カーボンナノチューブからなるセンサ素子体と、当該センサ素子体が収容される収容部材と、当該収容部材の開口部に設けられて複数の前記被覆カーボンナノチューブの先端を覆う受圧部である可撓性及び導電性を有するダイアフラムとを具備し、
負荷がない状態において、前記ダイアフラムと前記被覆カーボンナノチューブの先端とが当接するように配置され、
且つ負荷が作用した状態において、前記ダイアフラムを介して前記被覆カーボンナノチューブが歪むことによる抵抗値の変化を検出して圧力を測定し得るようにしたことを特徴とする圧力センサ。 - 導電部材に垂直に配向されて表面に耐熱性を有する被覆膜が形成された複数の被覆カーボンナノチューブからなるセンサ素子体と、当該センサ素子体が収容される収容部材と、当該収容部材の開口部に設けられて複数の前記被覆カーボンナノチューブの先端を覆う受圧部である可撓性及び導電性を有するダイアフラムとを具備し、
負荷がない状態において、前記ダイアフラムと前記被覆カーボンナノチューブの先端とが離間するように配置され、
且つ負荷が作用した状態において、前記被覆カーボンナノチューブと前記ダイアフラムとの接触面積が増減することによる抵抗値の変化を検出して圧力を測定し得るようにしたことを特徴とする圧力センサ。 - 被覆膜は、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、炭化ケイ素、シリコンゲルマニウムのいずれか一種、又は二種以上を含む複合材から成ることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
- 被覆膜は、アルミニウム、チタン、銅、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、金、銀のいずれか一種、若しくは二種以上を含む合金、又は少なくとも一種の酸化物から成ることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。
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