传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置。
[0002]本申请针对在2014年9月4日申请的日本专利申请第2014 — 180175号而主张优先权，在此引用其内容。
【背景技术】
[0003]作为对测定对象物的应变进行测定的传感器装置的代表性装置，举出应变规(strain gauge)。该应变规大致分为金属应变规和半导体应变规。金属应变规是使用作为各向同性导体的金属箔、细线等的应变规。半导体应变规是利用半导体的压阻效应(半导体的电阻率随应力而变化的效应)的应变规。除此以外，还具有在半导体晶圆上通过MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技术将振动件装入而成的振动式应变规。该振动式应变规具备:振动件、将振动件的两端固定的支撑部、以及用于向支撑部施加应变的基材。通过支撑部的应变，振动件的共振频率变化。振动式应变规通过对振动件的共振频率的变化进行检测而检测应变。
[0004]金属应变规的应变率(应变灵敏度系数)大约为1?10左右。与此相对，半导体应变规的应变率为100左右，振动式应变规为1000左右。关于应变灵敏度，与金属应变规相比，半导体应变规较高，振动式应变规更高。因此，在测定微小应变的情况下，与金属应变规相比，大多使用半导体应变规。在测定对象物的应变是由于向测定对象物施加的压力而产生的情况下，上述应变规有时用于对向测定对象物施加的压力进行测定。
[0005]上述金属应变规，例如在使用聚酰亚胺等有机类粘接剂而粘贴在测定对象物上的状态下使用。金属应变规的温度误差是由于在金属应变规中使用的各向同性导体的热膨胀系数、和测定对象物的热膨胀系数之间的差而产生的，因此金属应变规为了减小温度误差，使用各向同性导体的热膨胀系数接近测定对象物的热膨胀系数的各向同性导体。
[0006]国际公开第2002/035178号公开了半导体应变规的一个例子。日本专利第4511844号公报公开了使用应变规对向测定对象物施加的压力进行测定的一个例子。“应变规的粘接法和防湿处理的一个例子”、[online]、[日本平成26年8月12日检索]、互联网<http://www.kyowa-e1.com/jpn/technical/notes/bonding_procedure/index.html> 中，公开了向测定对象物粘接应变规的具体的粘接方法。
[0007]如上所述，在使用聚酰亚胺等有机类粘接剂将金属应变规粘贴在测定对象物上的情况下，由于金属应变规的热膨胀系数和测定对象物的热膨胀系数之间的差，会向有机类粘接剂施加应力。如果温度变化反复进行而向有机类粘接剂反复施加应力，则存在下述问题，即，容易发生粘接界面的偏移、剥离，会产生漂移(drift)、迟滞(hysteresis)。近年来，对应变规提出了在数十年的长时间内持续使用的要求。但是，上述漂移、迟滞会使长期使用的金属应变规的测定结果显著地恶化，因此需要设为不使用粘接剂的构造。
[0008]另一方面，为了进行高精度的测定而存在下述问题。对测定对象物为钢材、混凝土的情况进行具体说明。为了对钢材、混凝土等所产生的微小的应变进行测定，认为使用与金属应变规相比，应变灵敏度更高的半导体应变规即可。但是，由于半导体应变规、和钢材、混凝土等的热膨胀系数之间的差较大，因此导致温度误差变大。因此，存在无法以高精度对钢材、混凝土等所产生的微小的应变进行测定的问题。
【发明内容】
[0009]—种传感器装置，其具有:第1构造体，其安装在测定对象物上；第2构造体，其由具有比所述第1构造体小的热膨胀系数的材料形成，底面与所述第1构造体连接；以及检测元件，其与所述第2构造体的上表面连接，对所述第2构造体的位移进行检测。
[0010]本发明的更多的特征及方式，通过参照附图，根据以下所述的实施方式的详细说明而明确可知。
【附图说明】
[0011]图1A是本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的俯视图。
[0012]图1B是沿图1A中的A — A线的剖面图。
[0013]图2A是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的、传感器装置的俯视图。
[0014]图2B是用于对在本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的温度上升时所产生的应变进行说明的、传感器装置的剖面图。
[0015]图3A是表示本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置中的第2构造体的形状和热应变之间的关系的实验结果的图。
[0016]图3B是对图3A的实验结果进行了分类的图。
[0017]图4A是表示在图3B中比(h/w)大约为10的例子的剖面图。
[0018]图4B是表示在图3B中比(h/w)大约为3的例子的剖面图。
[0019]图4C是表示在图3B中比(h/w)大约为0.5的例子的剖面图。
[0020]图5是用于说明本发明的第1实施方式中的传感器装置的动作的图。
[0021]图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0022]图7A是表示本发明的第3实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0023]图7B是表示本发明的第3实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0024]图8A是表示本发明的第4实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0025]图8B是表示本发明的第4实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0026]图9A是表示本发明的第5实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0027]图9B是表示本发明的第5实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0028]图10是表示本发明的第6实施方式所涉及的传感器装置的要部结构的剖面图。
[0029]图11A是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0030]图11B是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0031]图11C是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0032]图11D是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0033]图11E是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0034]图11F是表示第2构造体及应变检测元件的形状的例子的图。
[0035]图12A是表示在第2构造体12的端部12b形成有上表面膜Ml的情况下的应变检测元件的连接例的图。
[0036]图12B是表示在第2构造体12的端部12b未形成有上表面膜Ml的情况下的应变检测元件的连接例的图。
【具体实施方式】
[0037]参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够利用本发明的例示实现本实施方式的大量的替代方式，本发明并不限定于在此进行说明的优选的本实施方式。
[0038]本发明的1个方式提供能够减小漂移、迟滞并进行高精度的测定的传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置。
[0039]下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的传感器装置、应变传感器装置及压力传感器装置进行详细说明。在以下参照的附图中，为了容易理解，根据需要将各部件的尺寸适当改变并进行了图示。
[0040]〔第1实施方式〕
[0041]图1A是本发明的第1实施方式所涉及的传感器装置的俯视图。图1B是沿图1A中的A — A线的剖面图。如图1A及图1B所示，本实施方式的传感器装置1具有:第1构造体11 (第1构造体)、中间构造体12 (第2构造体)、及应变检测元件13 (检测元件)。传感器装置1安装在测定对象物S上，对测定对象物S的应变进行测定。在本实施方式中，例如，测定对象物S是由不锈钢(SUS:Steel Use Stainless)形成的物体。
[0042]第1构造体11是俯视观察形状为矩形形状的部件。第1构造体11安装在测定对象物S上，而将传感器装置1固定在测定对象物S上。该第1构造体11由与测定对象物S相同的不锈钢形成。即，第1构造体11由具有与测定对象物S相同(大致相同)的热膨胀系数的材料形成。与测定对象物s接触的第1构造体11的面(底面)在整个面的范围内与测定对象物S接合。其目的在于，在第1构造体11和测定对象物S之间不会产生成为迟滞的原因的摩擦。具体地说，第1构造体11通过焊接、热压接等与测定对象物S接合。
[0043]第2构造体12是形成为有底圆筒形状的部件。第2构造体12设置的目的在于，减小漂移、迟滞，并缓和测定对象物S和应变检测元件13之间的热膨胀系数的差，以使得能够以高精度测定微小的应变。该第2构造体12由具有比第1构造体11小的热膨胀系数的材料形成。例如，第2构造体12由