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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023138420
(43)【公開日】2023-10-02
(54)【発明の名称】測定装置
(51)【国際特許分類】
G01F 23/18 20060101AFI20230922BHJP
G01B 7/24 20060101ALI20230922BHJP
G01B 7/02 20060101ALI20230922BHJP
G01F 23/22 20060101ALN20230922BHJP
【ＦＩ】
G01F23/18
G01B7/24
G01B7/02 B
G01F23/22 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038039
(22)【出願日】2023-03-10
(31)【優先権主張番号】P 2022044672
(32)【優先日】2022-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000114215
【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】竹中 恒詞
(72)【発明者】
【氏名】石原 育
【テーマコード（参考）】
2F014
2F063
【Ｆターム（参考）】
2F014BA10
2F063AA14
2F063DA02
2F063DA05
2F063DD06
2F063EC00
(57)【要約】
【課題】容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定する。
【解決手段】測定装置は、容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定する測定装置であって、前記容器の側面の外側に直接または間接的に固定され、前記側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部と、前記測定部の測定値に基づいて、前記内容物の前記容器の底面から表面までの高さを特定する制御部と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】測定装置は、容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定する測定装置であって、前記容器の側面の外側に直接または間接的に固定され、前記側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部と、前記測定部の測定値に基づいて、前記内容物の前記容器の底面から表面までの高さを特定する制御部と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定する測定装置であって、
前記容器の側面の外側に直接または間接的に固定され、前記側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部と、
前記測定部の測定値に基づいて、前記内容物の前記容器の底面から表面までの高さを特定する制御部と、を有する、測定装置。
前記容器の側面の外側に直接または間接的に固定され、前記側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部と、
前記測定部の測定値に基づいて、前記内容物の前記容器の底面から表面までの高さを特定する制御部と、を有する、測定装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記測定部の測定値と前記高さとの相関関係を示すデータである相関データを参照することで前記測定値から前記高さを特定する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項3】
前記容器の側面の外側には、高さ方向に異なる位置に複数の前記測定部が固定されており、
前記制御部は、複数の前記測定部それぞれの測定値のうち、所定の閾値以上の値であって、かつ、最も低い値を示す測定値に基づいて前記高さを特定する、請求項１または２に記載の測定装置。
前記制御部は、複数の前記測定部それぞれの測定値のうち、所定の閾値以上の値であって、かつ、最も低い値を示す測定値に基づいて前記高さを特定する、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項4】
前記容器の側面の外側には、複数の前記測定部のうち少なくとも１つについて、同じ高さの位置に１つ以上の追加の測定部がさらに貼り付けられており、
前記制御部は、複数の前記測定部のうち１つ以上の測定部と、前記追加の測定部のうち１つ以上の測定部と、がそれぞれ測定値に基づいて、前記高さを特定する、請求項３に記載の測定装置。
前記制御部は、複数の前記測定部のうち１つ以上の測定部と、前記追加の測定部のうち１つ以上の測定部と、がそれぞれ測定値に基づいて、前記高さを特定する、請求項３に記載の測定装置。
【請求項5】
前記制御部は、特定した前記高さと、前記容器の容量とに基づいて、前記内容物の重量を算出する、請求項１～４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項6】
前記容器の底面に貼り付けられた底面測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記底面測定部の測定値に基づき前記内容物の重さを算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の測定装置。
前記制御部は、前記底面測定部の測定値に基づき前記内容物の重さを算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項7】
前記内容物は液体であって、
前記制御部は、前記内容物の液位を特定する、請求項１～６のいずれか１項に記載の測定装置。
前記制御部は、前記内容物の液位を特定する、請求項１～６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項8】
前記測定部は、ひずみセンサまたはひずみゲージである、請求項１～７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項9】
前記測定部は、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎを含む膜から形成された抵抗体を有するひずみゲージを含む、請求項８に記載の測定装置。
【請求項10】
前記ひずみセンサまたはひずみゲージは、前記側面の内側から外側へとかかる圧力によって生じる磁気変化を検出する検出素子を有する、請求項８に記載の測定装置。
【請求項11】
前記検出素子は磁性体を含み、
前記検出素子は、前記側面の内側から外側へとかかる圧力によって前記磁性体に圧力が加わったときの前記磁性体の磁化の強さの変化を検出する検出素子である、請求項１０に記載の測定装置。
前記検出素子は、前記側面の内側から外側へとかかる圧力によって前記磁性体に圧力が加わったときの前記磁性体の磁化の強さの変化を検出する検出素子である、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項12】
前記検出素子は、磁性膜で絶縁膜を挟んだ磁気トンネル接合の構造を含んでおり、
前記検出素子は、前記側面の内側から外側へとかかる圧力によって前記構造で発生する磁気変化を検出する検出素子である、請求項１０に記載の測定装置。
前記検出素子は、前記側面の内側から外側へとかかる圧力によって前記構造で発生する磁気変化を検出する検出素子である、請求項１０に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は測定装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、液体等が充填された容器の液位を測定する液位センサが知られている。液位センサの種類としては、例えば、フローティングセンサ、超音波センサ、光学センサ等が挙げられる。また、容器の内壁にダイヤフラムを取り付け、ダイヤフラムが液体から受ける圧力をひずみゲージ等で検出することで液圧を測定し、さらに当該液圧に基づき容器の液位を特定する技術も開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平５－２８９５０公報
【特許文献2】特開２００３－２１４９２４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような従来の液位センサは、内容物が液体であるか固体であるか、内容物の粘性等、内容物の種々の性質に応じて使い分けが必要であった。本発明は、容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定することが可能な測定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様に係る測定装置は、容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定する測定装置であって、前記容器の側面の外側に直接または間接的に固定され、前記側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部と、前記測定部の測定値に基づいて、前記内容物の前記容器の底面から表面までの高さを特定する制御部と、を有する。
【発明の効果】
【0006】
開示の技術によれば、容器に充填された内容物の、前記容器の底面から上面までの高さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施形態１に係る測定装置の概要を示す図である。
【図2】実施形態１に係る測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図3】実施形態１に係るひずみゲージを例示する平面図である。
【図4】ひずみセンサが単体の状態の圧力検出面側を示す斜視図である。
【図5】ひずみセンサの圧力検出面側の正面図である。
【図6】相関データの一例を示す図である。
【図7】容器における内容物の充填度合と、ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量との関係を示す図である。
【図8】実施形態１に係る情報処理装置の制御部で実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図9】実施形態１に係るひずみセンサが側壁に装着された状態を示す断面図である。
【図10】実施形態１に係るひずみセンサの圧力検出面側を示す斜視図である。
【図11】実施形態１に係るひずみセンサの圧力検出面側の正面図である。
【図12】実施形態２に係る測定装置の概要を示す図である。
【図13】容器における内容物の充填度合と、ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量との関係の他の一例を示す図である。
【図14】実施形態３に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す平面図および断面図である。
【図15】実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【図16】実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【図17】実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の、更に他の一例を示す斜視図、平面図、および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0009】
〔実施形態１〕
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施形態１に係る測定装置について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る測定装置の概要を示す図である。図２は、実施形態１に係る測定装置の要部構成を示すブロック図である。
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施形態１に係る測定装置について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る測定装置の概要を示す図である。図２は、実施形態１に係る測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【0010】
本実施形態に係る測定装置３は、容器９に充填された内容物Ｌの、容器９の底面から上面までの高さ（以降、単に「高さ」とも称する）を測定するための装置である。本実施形態では一例として、容器９の内容物Ｌが液体である場合について説明する。すなわち、測定装置３は、「内容物Ｌの容器９の底面から上面までの高さ」として、容器９に充填された液体の液位を測定する装置であることとする。しかしながら、測定装置３の高さの測定対象は液体に限定されない。例えば、測定装置３は、粉体やペレット等の固体の高さを測定する装置であってもよい。
【0011】
なお、容器９は、少なくとも底面と側面を有している構造であれば、その大きさおよび形状は特に限定されない。例えば、容器９は図１のように中空の円柱状の容器であってもよい。また例えば、容器９は工場内またはコンビナートのタンク等の大型のものであってもよい。
【0012】
また、前述の通り、容器９の内容物（すなわち、高さの測定対象）は液体に限定されない。例えば、容器９の内容物は、流動体、ペースト、粉体等でありうる。液体は、例えば、水、薬品、石油、調味料、飲料、化粧料等でありうる。流動体、ペーストは、例えば、食料、セメント等でありうる。粉体は、例えば、砂、食品の粉類、材料や加工中の粉末、粉粒体等でありうる。また、内容物はスラッジを含むようなものであってもよい。
【0013】
測定装置３は、１つ以上のひずみセンサ（測定部）と、情報処理装置２と、を含む。図１の例では、測定装置３は、ひずみセンサ１α、１β、および１γの３つのひずみセンサを含んでいる。ひずみセンサ１α、１β、および１γはそれぞれ、情報処理装置２と有線または無線で通信可能に接続されている。
【0014】
ひずみセンサ１α、１β、および１γは、本開示における測定部の一例である。ひずみセンサ１α、１β、および１γはそれぞれ、容器９の側面（側壁９１）の外側に直接または間接的に固定されている。本実施形態では、ひずみセンサ１α、１β、および１γは、容器９の側壁９１において高さ方向に異なる位置に複数（３つ）貼り付けられている。なお、本明細書において「貼り付け」とは、接着剤等による貼り付けだけでなく、ひずみセンサ１α、１β、および１γを容器９に直接または間接的に固定するあらゆる固定方法を含む。また、ひずみセンサ１α、１β、および１γの機能を阻害しないのであれば、ひずみセンサ１α、１β、および１γの貼り付け方法は特に限定されない。
【0015】
ひずみセンサ１α、１β、および１γはそれぞれ、貼り付け位置において側壁９１の内側から外側へとかかる圧力を検出する。より具体的に言えば、ひずみセンサ１α、１β、および１γはそれぞれ、貼り付け位置において側壁９１がひずんだ場合に、ひずみ量に応じて抵抗値が変化する。この抵抗値の変化量から、側壁９１の、前記貼り付け位置においてのひずみ量を特定することができる。
【0016】
情報処理装置２は、ひずみセンサ１α、１β、および１γが出力する抵抗値に基づいて、内容物の高さを特定する。情報処理装置２は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、およびスマートフォンなどの情報処理装置で実現される。
【0017】
【0018】
ひずみセンサ１αは、ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、および１２ｄと、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１３と、信号処理部１４と、バッテリー１５と、通信部１６とを有している。
【0019】
［ひずみゲージの構成］
ここで、図３および図４を参照してひずみゲージの構成について説明する。図３は、本発明の実施形態１に係るひずみゲージを例示する平面図である。図４は、実施形態１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図４のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。なお、下記では一例としてひずみゲージ１２ａを用いて構成を説明するが、ひずみゲージ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄも同様の構成である。
ここで、図３および図４を参照してひずみゲージの構成について説明する。図３は、本発明の実施形態１に係るひずみゲージを例示する平面図である。図４は、実施形態１に係るひずみゲージを例示する断面図であり、図４のＡ－Ａ線に沿う断面を示している。なお、下記では一例としてひずみゲージ１２ａを用いて構成を説明するが、ひずみゲージ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄも同様の構成である。
【0020】
図３及び図４を参照すると、ひずみゲージ１２ａは、基材１２１と、抵抗体１２２と、配線１２３、１２４と、電極１２５、１２６と、カバー層１２７とを有している。なお、図３では、便宜上、カバー層１２７の外縁のみを破線で示している。なお、カバー層１２７は、必要に応じて設けることができる。
【0021】
図３に示すひずみゲージ１２ａは、基材１２１において、構成要素がない側が、図１１に示す梁部１１２ａに貼り付けられる、又は容器９０の側壁９１の外側面に貼り付けられる。この際、基材１２１の構成要素がない側が接着剤等で梁部１１２ａの下面（背面）に貼り付けられる。又、図３の平面視とは、基材１２１の上面１２１Ｆに対する上側から下側への法線方向で対象物を視ることを指すものとする。そして、平面形状とは、前記法線方向で対象物を視たときの、対象物の形状を指すものとする。
【0022】
基材１２１は、抵抗体１２２等を形成するためのベース層となる部材である。基材１２１は可撓性を有する。基材１２１の厚さは特に限定されないが、例えば、５μｍ～５００μｍ程度であってよい。なお、起歪体１１の外面から受感部へのひずみの伝達性、および、環境変化に対する寸法安定性の観点から考えると、基材１２１の厚さは５μｍ～２００μｍの範囲内であることが好ましい。また、絶縁性の観点から考えると、基材１２１の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。
【0023】
基材１２１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成される。なお、フィルムとは、厚さが５００μｍ以下程度であり、かつ可撓性を有する部材を指す。
【0024】
基材１２１が絶縁樹脂フィルムから形成される場合、当該絶縁樹脂フィルムには、フィラーや不純物等が含まれていてもよい。例えば、基材１２１は、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成されてもよい。
【0025】
基材１２１の樹脂以外の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２（ＹＳＺも含む）、Ｓｉ、Ｓｉ２Ｎ３、Ａｌ２Ｏ３（サファイヤも含む）、ＺｎＯ、ペロブスカイト系セラミックス（ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３）等の結晶性材料が挙げられる。又、前述の結晶性材料以外に非晶質のガラス等を基材１２１の材料としてもよい。又、基材１２１の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金（ジュラルミン）、チタン等の金属を用いてもよい。金属を用いる場合、金属製の基材１２１上に絶縁膜が設けられる。
【0026】
抵抗体１２２は、基材１２１の上側に所定のパターンで形成された薄膜である。ひずみゲージ１２ａにおいて、抵抗体１２２は、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。抵抗体１２２は、基材１２１の上面１２１Ｆに直接形成されてもよいし、基材１２１の上面１２１Ｆに他の層を介して形成されてもよい。なお、図３では、便宜上、抵抗体１２２を濃い梨地模様で示している。
【0027】
抵抗体１２２は、複数の細長状部が長手方向を同一方向（図３の例では横方向（±ｙ方向））に向けて所定間隔で配置され、隣接する細長状部の端部が互い違いに連結されて、全体としてジグザグに折り返す構造である。複数の細長状部の長手方向がグリッド方向となり、グリッド方向と垂直な方向がグリッド幅方向（図３の例では縦方向（±ｘ方向））となる。
【0028】
抵抗体１２２において、図３中、最も上側に位置する細長状部の左側の端部は、上方向に屈曲し、抵抗体１２２のグリッド幅方向の一方の終端１２２ｅ１に達する。また、図３中、最も下側に位置する細長状部の左側の端部は、下方向に屈曲し、抵抗体１２２のグリッド方向の他方の終端１２２ｅ２に達する。各々の終端１２２ｅ１及び１２２ｅ２は、配線１２３、１２４を介して、電極１２５、１２６と電気的に接続されている。言い換えれば、配線１２３、１２４は、抵抗体１２２のグリッド幅方向の各々の終端１２２ｅ１及び１２２ｅ２と各々の電極１２５、１２６とを電気的に接続している。
【0029】
抵抗体１２２は、例えば、Ｃｒ（クロム）を含む材料、Ｎｉ（ニッケル）を含む材料、又はＣｒとＮｉの両方を含む材料から形成することができる。すなわち、抵抗体１２２は、ＣｒとＮｉの少なくとも一方を含む材料から形成することができる。Ｃｒを含む材料としては、例えば、Ｃｒ混相膜が挙げられる。Ｎｉを含む材料としては、例えば、Ｃｕ－Ｎｉ（銅ニッケル）が挙げられる。ＣｒとＮｉの両方を含む材料としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ（ニッケルクロム）が挙げられる。
【0030】
ここで、Ｃｒ混相膜とは、Ｃｒ、ＣｒＮ、及びＣｒ２Ｎ等が混相した膜である。Ｃｒ混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでいてもよい。
【0031】
抵抗体１２２の厚さは特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ～２μｍ程度であってよい。特に、抵抗体１２２の厚さが０．１μｍ以上である場合、抵抗体１２２を構成する結晶の結晶性（例えば、α－Ｃｒの結晶性）が向上する。また、抵抗体１２２の厚さが１μｍ以下である場合、抵抗体１２２を構成する膜の内部応力に起因する、（i）膜のクラックおよび（ii）膜の基材１２１からの反りが、低減される。
【0032】
横感度を生じ難くすることと、断線対策とを考慮すると、抵抗体１２２の幅は１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。更に言えば、抵抗体１２２の幅は１０μｍ以上７０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとより好ましい。
【0033】
例えば、抵抗体１２２がＣｒ混相膜である場合、安定な結晶相であるα－Ｃｒ（アルファクロム）を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上させることができる。又例えば、抵抗体１２２がＣｒ混相膜である場合、抵抗体１２２がα－Ｃｒを主成分とすることで、ひずみゲージ１２ａのゲージ率を１０以上、かつゲージ率温度係数ＴＣＳ及び抵抗温度係数ＴＣＲを－１０００ｐｐｍ／℃～＋１０００ｐｐｍ／℃の範囲内とすることができる。ここで、「主成分」とは、抵抗体を構成する全物質の５０重量％以上を占める成分のことを意味する。ゲージ特性を向上させるという観点から考えると、抵抗体１２２はα－Ｃｒを８０重量％以上含むことが好ましい。更に言えば、同観点から考えると、抵抗体１２２はα－Ｃｒを９０重量％以上含むことがより好ましい。なお、α－Ｃｒは、ｂｃｃ構造（体心立方格子構造）のＣｒである。
【0034】
又、抵抗体１２２がＣｒ混相膜である場合、Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎは２０重量％以下であることが好ましい。Ｃｒ混相膜に含まれるＣｒＮ及びＣｒ２Ｎが２０重量％以下であることで、ひずみゲージ１２ａのゲージ率の低下を抑制することができる。
【0035】
又、Ｃｒ混相膜におけるＣｒＮとＣｒ２Ｎとの比率は、ＣｒＮとＣｒ２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ２Ｎの割合が８０重量％以上９０重量％未満となるようにすることが好ましい。更に言えば、同比率は、ＣｒＮとＣｒ２Ｎの重量の合計に対し、Ｃｒ２Ｎの割合が９０重量％以上９５重量％未満となるようにすることがより好ましい。Ｃｒ２Ｎは半導体的な性質を有する。そのため、前述のＣｒ２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで、ＴＣＲの低下（負のＴＣＲ）が一層顕著となる。更に、前述のＣｒ２Ｎの割合を９０重量％以上９５重量％未満とすることで抵抗体１２２のセラミックス化を低減することができるため、抵抗体１２２の脆性破壊が起こりにくくすることができる。
【0036】
一方で、ＣｒＮは化学的に安定であるという利点も有する。Ｃｒ混相膜にＣｒＮをより多く含むことで、不安定なＮが発生する可能性を低減することができるため、安定なひずみゲージを得ることができる。ここで「不安定なＮ」とは、Ｃｒ混相膜の膜中に存在し得る、微量のＮ２もしくは原子状のＮのことを意味する。これらの不安定なＮは、外的環境（例えば高温環境）によっては膜外へ抜け出ることがある。不安定なＮが膜外へ抜け出るときに、Ｃｒ混相膜の膜応力が変化し得る。
【0037】
配線１２３、１２４は、基材１２１上に設けられている。配線１２３、１２４は、抵抗体１２２及び電極１２５、１２６と電気的に接続されている。配線１２３、１２４は、直線状には限定されず、任意のパターンとすることができる。また、配線１２３、１２４は、任意の幅及び任意の長さとすることができる。なお、図３では、便宜上、配線１２３、１２４を抵抗体１２２よりも薄い梨地模様で示している。
【0038】
電極１２５、１２６は、基材１２１上に設けられている。電極１２５、１２６は、配線１２３、１２４を介して抵抗体１２２と電気的に接続されている。電極１２５、１２６は、平面視において、配線１２３、１２４よりも拡幅して略矩形状に形成されている。電極１２５、１２６は、ひずみにより生じる抵抗体１２２の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極である。電極１２５、１２６には、例えば外部接続用のリード線１９（図３参照）が接合される。電極１２５、１２６の上面に、銅等の抵抗の低い金属層、または、金等のはんだ付け性が良好な金属層を積層してもよい。抵抗体１２２と配線１２３、１２４と電極１２５、１２６とは便宜上別符号としているが、両者は同一工程において同一材料により一体に形成することができる。なお、図３では、便宜上、電極１２５、１２６を配線１２３、１２４と同じ梨地模様で示している。
【0039】
カバー層１２７は、必要に応じて、基材１２１上に設けられる。カバー層１２７は、基材１２１の上面１２１Ｆに、抵抗体１２２及び配線１２３、１２４を被覆し電極１２５、１２６を露出するように設けられる。カバー層１２７の材料としては、例えば、ＰＩ樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、複合樹脂（例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂）等の絶縁樹脂が挙げられる。なお、カバー層１２７は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層１２７の厚さは、例えば、２μｍ～３０μｍ程度とすることができる。カバー層１２７を設けることで、抵抗体１２２に機械的な損傷等が生じることを抑制することができる。又、カバー層１２７を設けることで、抵抗体１２２を湿気等から保護することができる。
【0040】
ひずみゲージ１２ａにおいて、抵抗体１２２の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合、高感度化かつ、小型化を実現することができる。例えば、従来のひずみゲージの出力が０．０４ｍＶ／２Ｖ程度であったのに対して、抵抗体１２２の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合は０．３ｍＶ／２Ｖ以上の出力を得ることができる。また、従来のひずみゲージの大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）が３ｍｍ×３ｍｍ程度であったのに対して、抵抗体１２２の材料としてＣｒ混相膜を用いた場合の大きさ（ゲージ長×ゲージ幅）は０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度に小型化することができる。
【0041】
したがって、抵抗体１２２の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２ａは、起歪体１１の狭いスペースでも後付けできる、測定装置３に好適に用いることができる。また、抵抗体１２２の材料としてＣｒ混相膜を用いたひずみゲージ１２ａは、従来のひずみゲージよりも高抵抗である。したがって、バッテリー１５として電池でひずみゲージ１２ａを駆動する場合に、低消費電力化が可能となるため、電池寿命を長くし、より長く、あるいは繰り返し、容器の内容量を測定することができる。
【0042】
（ひずみゲージの他の積層構造）
図５は、実施形態１の他の構成に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）である。図５は、抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６の下地層として機能層１２８を設けた場合のひずみゲージ１２ａ－１の断面形状を示している。
図５は、実施形態１の他の構成に係るひずみゲージを例示する断面図（その２）である。図５は、抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６の下地層として機能層１２８を設けた場合のひずみゲージ１２ａ－１の断面形状を示している。
【0043】
機能層１２８の平面形状は、例えば抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６の平面形状と略同一にパターニングされてよい。しかしながら、機能層１２８と、抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６の平面形状は略同一でなくてもよい。例えば、機能層１２８が絶縁材料から形成される場合には、機能層１２８を抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６の平面形状と異なる形状にパターニングしてもよい。この場合、機能層１２８は例えば抵抗体１２２、配線１２３、１２４、及び電極１２５、１２６が形成されている領域にベタ状に形成されてもよい。或いは、機能層１２８は、基材１２１の上面全体にベタ状に形成されてもよい。
【0044】
本構成では、配線等の構成要素が形成された金属層の下層に機能層１２８を設けることにより、金属層の結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる金属層を作製することができる。その結果、ひずみゲージ１２ａ－１において、ゲージ特性の安定性が向上する。又は、機能層を構成する材料が金属層に拡散することにより、ひずみゲージ１２ａ－１において、ゲージ特性が向上する。
【0045】
図２に戻って、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１３は、例えば、ブリッジ回路、増幅器、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）等を備えている。ＡＦＥ１３は、温度補償回路を備えていてもよい。ひずみゲージ１２ａの端子部はＡＦＥ１３のブリッジ回路に接続されている。ブリッジ回路は、ひずみゲージ１２ａの抵抗体の抵抗値に対応した電圧（アナログ信号）を出力する。ブリッジ回路から出力された電圧は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換され、信号処理部１４に送られる。ＡＦＥ１３が温度補償回路を備えている場合には、温度補償されたデジタル信号が信号処理部１４に送られる。
【0046】
ＡＦＥ１３では、例えば、ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの全ての端子部である電極１２５及び１２６（図３参照）がブリッジ回路に接続され、フルブリッジが組まれる。これにより、４つのひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの各抵抗体の抵抗値の変化に対応した電圧（アナログ信号）をブリッジ回路から出力することができる。
【0047】
このような構成の複数のひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの抵抗値が変化した場合には、ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの位置関係が変化したこと、即ち、容器９の外側へのひずみ量が変化したことを検出できる。なお、本実施形態では、各ひずみセンサがそれぞれ４つのひずみゲージを有する例を示した。しかしながら、各ひずみセンサの有するひずみゲージの数は１個以上であれば、その数は特に限定されない。なお、ひずみセンサが１つのひずみゲージを有している場合、「ひずみセンサの抵抗値」とは、「ひずみゲージの抵抗値」と略同義である。
【0048】
また、ひずみセンサ１αにおいて、ひずみゲージ１２ａ、ＡＦＥ１３、信号処理部１４、バッテリー１５、および通信部１６は、同じ筐体内に配置されていなくてもよい。例えば、各ひずみゲージを貼り付けた起歪体のみを直接測定対象物である容器９の側面の外側に貼り付けておき、ＡＦＥ１３、信号処理部１４、バッテリー１５、および通信部１６は、各ひずみゲージとケーブル等で接続された外部装置に内蔵されている構成であってもよい。
【0049】
あるいは、１つのひずみゲージそのものを直接測定対象物に貼り付けて、当該ひずみゲージをＡＦＥ１３、信号処理部１４、バッテリー１５、および通信部１６に接続してもよい。この場合、ひずみゲージが、容器９の側面の内側から外側へとかかる圧力に関する値を測定する測定部として機能する。このように、ひずみゲージとＡＦＥ１３、信号処理部１４、バッテリー１５、および通信部１６とを別体の構成とする場合、ＡＦＥ１３、信号処理部１４、バッテリー１５、および通信部１６は、各ひずみゲージで共通の部材であってもよい。また、この場合、各ひずみゲージの出力値を、通信部１６を介して情報処理装置２に送り、情報処理装置２の側にＡＦＥ１３、信号処理部１４を設ける構成としてもよい。
【0050】
信号処理部１４は、ＡＦＥ１３から送られたデジタル信号を、通信部１６を介して情報処理装置２へ出力する。信号処理部１４は、例えば、マイクロプロセッサや、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の演算部に加えて、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。信号処理部１４は、例えば、情報処理装置２からの指示に応じてひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで抵抗値を取得するように指示したり、ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄからＡＦＥ１３を介して出力された抵抗値を取得して送信する等指示したりするように、プログラムされている。信号処理部１４の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、信号処理部１４の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、信号処理部１４は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。
【0051】
バッテリー１５は、ひずみセンサ１αの各部に電力を供給する電源である。なお、ひずみセンサ１αはバッテリー１５を備える代わりに、外部電源から電力の供給を受けてもよい。
【0052】
通信部１６は、ひずみセンサ１αと情報処理装置２との間の通信を行う。具体的には、通信部１６は、ひずみゲージ１２ａの出力する抵抗値を情報処理装置２に送信する。また、ひずみセンサ１αが情報処理装置２の指示に基づき動作する場合、通信部１６は、情報処理装置２からひずみセンサ１αに対する制御指示を受信する。通信部１６の通信方式は特に限定されない。例えば、通信部１６は、Ｗｉｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等、無線または有線ＬＡＮなどの通信方式を用いてもよい。
【0053】
情報処理装置２は、通信部２１と、制御部２２とを少なくとも有する。また、情報処理装置２は、記憶部２３および／または表示部２４を有していてもよい。
【0054】
通信部２１は、ひずみセンサ１α、１β、および１γの各通信部１６から発信された抵抗値データを取得する。抵抗値データは、抵抗値そのものの値であってもよいし、抵抗値の変化量を示す値（後述する抵抗変化量）であってもよいし、これら両方を含んでいてもよい。また、情報処理装置２がひずみセンサ１α、１β、および１γに対して稼働／停止等の動作の指示を行う場合、通信部２１は、ひずみセンサ１α、１β、および１γに対して制御指示を送信する。
【0055】
表示部２４は、制御部２２の処理内容および／または処理結果に関連する文字や画像等を表示する。表示の態様は特に限定されない。また、情報処理装置２は、表示部２４とともに、もしくは表示部２４の代わりに、音声出力部を備えていてもよい。そして、音声出力部は、制御部２２の処理内容および／または処理結果に関連する音声を出力してもよい。
【0056】
記憶部２３は、情報処理装置２の動作に必要な情報を記憶する。記憶部２３は、例えば、閾値データ２３１と、相関データ２３２と、を記憶している。閾値データ２３１は、制御部２２において、高さの特定に用いる測定値を決める際の閾値を示すデータである。相関データ２３２は、各ひずみセンサの抵抗値と高さとの相関関係を予め測定または機械的に算出して記録しておいたデータである。
【0057】
相関データ２３２のデータ形式は特に限定されない。例えば、相関データ２３２は、抵抗値と、当該抵抗値に対応する高さの値とを紐づけて記録したデータテーブルであってもよい。また、相関データ２３２は、抵抗値の値を代入すると、当該抵抗値に対応する高さの値が算出される計算式であってもよい。
【0058】
図６は、記憶部２３に記憶されている相関データ２３２の一例を示す図である。図６の例では、相関データ２３２はデータテーブルである。図６の（ａ）はひずみセンサ１αの、（ｂ）はひずみセンサ１βの、（ｃ）はひずみセンサ１γの相関データを示している。各表の左列は抵抗変化量を示している。ここで、「抵抗変化量」とは、各ひずみセンサを容器９に貼り付けた状態であって、容器９が空の状態であるときの抵抗値を基準値（すなわち、ゼロ）とおいた場合の、抵抗値の当該基準値からの変化量を示している。
【0059】
一般的に、容器９に内容物が充填されていくと、液面より上の側壁９１には圧力がかかりにくいが、液面より下になった段階で側壁９１に対してある程度強い圧力が発生すると推測される。また、その圧力は底面に近づくほど強くなると推測される。したがって、側壁９１に対する圧力を示す抵抗変化量から、内容物の高さを特定することができるといえる。
【0060】
制御部２２は、情報処理装置２を統括的に制御する。制御部２２は、例えば、マイクロプロセッサや、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で実現することができる。また、制御部２２はメモリを備えていてもよい。制御部２２の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、制御部２２の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部２２は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。制御部２２は、ひずみセンサ１α、１β、および１γから受信した抵抗値の、少なくとも１つに基づいて、内容物Ｌの高さ（本実施形態では、液位）を特定する。以下、先程説明した図６と、図７とを用いて、制御部２２の処理内容について詳細に説明する。
【0061】
図７は、容器９における内容物の充填度合と、ひずみセンサ１α、１β、および１γの抵抗値および抵抗変化量との関係を示す図である。図７の（ａ）は空の状態の容器９を示している。図７の（ｂ）は容器の約２０％程度の所まで内容物が充填された状態を示している。図７の（ｃ）は容器の約８０％程度の所まで内容物が充填された状態を示している。図７の（ｄ）は図７の（ａ）の状態のときの各ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量を示す表である。図７の（ｅ）は図７の（ｂ）の状態のときの各ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量を示す表である。図７の（ｆ）は図７の（ｃ）の状態のときの各ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量を示す表である。
【0062】
図７の（ａ）および（ｄ）に示す通り、容器９が空の場合、各ひずみセンサの抵抗値は一定の値を示す。なお、この一定の値は、各ひずみセンサの構造（例えば、感度や種類など）により異なっていてもよい。また、抵抗変化量は０である。
【0063】
ここで、容器９に内容物Ｌが充填され、図７の（ｂ）の状態になったとする。この場合、図７の（ｅ）に示す通り、側壁９１が内容物Ｌによって圧力を受けて、抵抗変化量が生じる。特に圧力を受ける領域に貼り付けられているひずみセンサ１γの抵抗変化量が最も高くなる。
【0064】
ここからさらに容器９に内容物Ｌが充填され、図７の（ｃ）の状態になったとする。この場合、図７の（ｆ）に示す通り、側壁９１が内容物Ｌによってより大きな圧力を受けるので、抵抗変化量が増加する。また、底面に近いひずみセンサほど、大きな抵抗変化量が生じる。
【0065】
発明者らは、内容物の高さと抵抗変化量とのこのような関係に着目することで、ひずみセンサの出力する抵抗値に基づき内容物の高さを特定する方法を見出した。図８は、情報処理装置２の制御部２２で実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【0066】
情報処理装置２の制御部２２はまず、ひずみセンサ１α、１β、および１γそれぞれから通信部２１を介し抵抗値データを取得する（Ｓ１）。次に、制御部２２は、取得した抵抗値データと、記憶部２３の閾値データ２３１とを比較することで、抵抗値または抵抗変化量が所定の閾値以上であるひずみセンサがあるか否かを判定する（Ｓ２）。なお、ここで抵抗値と抵抗変化量のいずれを用いるかは、閾値データ２３１および相関データ２３２の形式に応じて適宜決定してよい。以降、抵抗値データが示す抵抗値および抵抗変化量のことをまとめて「測定値」とも称する。
【0067】
抵抗（または抵抗変化量）が所定の閾値以上であるひずみセンサが無い場合（Ｓ２でＮＯ）、制御部２２は、容器９の高さを０、または測定値未満と判定する（Ｓ３）。一方、抵抗（または抵抗変化量）が所定の閾値以上であるひずみセンサが有る場合（Ｓ２でＹＥＳ）、制御部２２は、それらのひずみセンサのうち最も抵抗値（または抵抗変化量）が小さいものを特定する（Ｓ４）。制御部２２は、記憶部２３の相関データ２３２を参照して、特定したひずみセンサの抵抗値（または抵抗変化量）に対応する、液位の値を特定する（Ｓ５）。
【0068】
例えば、抵抗変化量の閾値が、２０Ωであると仮定する。この条件下で、ひずみセンサ１α、１β、および１γの抵抗値および抵抗変化量が、図７の（ｅ）に示す値であった場合、抵抗変化量が閾値（２０Ω）以上であるひずみセンサは、ひずみセンサ１γである。そのため、制御部２２は、ひずみセンサ１γの抵抗変化量に対応する液位を相関データ２３２から特定する。図７の（ｅ）ではひずみセンサ１γの抵抗変化量が５０Ωであるため、相関データが図６に示すものである場合、図６の（ｃ）に示す通り、液位は２０センチメートルである。
【0069】
また例えば、同条件下で、ひずみセンサ１α、１β、および１γの抵抗値および抵抗変化量が、図７の（ｆ）に示す値であった場合、抵抗変化量が閾値（２０Ω）以上であるひずみセンサは、ひずみセンサ１α、１β、および１γである。そして、その中で最も抵抗変化量が小さいひずみセンサは、ひずみセンサ１αである。そのため、制御部２２は、ひずみセンサ１αの抵抗変化量に対応する液位を相関データ２３２から特定する。図７の（ｆ）ではひずみセンサ１αの抵抗変化量が３０Ωであるため、相関データが図６に示すものである場合、図６の（ａ）に示す通り、液位は８０センチメートルである。
【0070】
以上の処理によれば、測定装置３は、容器９に入れられた内容物Ｌの液位を測定することができる。また、容器９の外部にあるひずみセンサ１α、１β、および１γと相関データ２３２とを用いて液位を特定することで、内容物に測定装置を接触させずに液位を測定することができる。ゆえに、測定装置３は、実際に液面を撮影やセンシングして液位を特定する場合と比べて、液体（さらに言えば、容器９の内容物）の種類を問わず液位を測定することができる点で有利である。例えば、スラッジを含んだ内容物、または粘性が高い内容物であっても、測定装置３で液位を測定することが可能である。
【0071】
なお、本開示において、ひずみセンサの数は特に限定されない。例えば測定装置３はひずみセンサを１つだけ有していてもよい。そして、高さ方向において、これ以上内容物が減少したら検知したい、という高さのラインを決めて、当該ラインの近傍にひずみセンサを設置してもよい。これにより、例えば、内容物Ｌが徐々に減っていき残り少なくなった場合に、制御部２２は、ひずみセンサの抵抗値データに基づき液位の低下を検出することができる。
【0072】
前記実施形態１に記載のひずみセンサは、周状の外周部分と、十字状の梁部とを備えていてもよく、前記ひずみゲージは前記十字状の梁部に設けられていてもよい。以下、本実施形態に係るひずみセンサ１α、１β、および１γについて図９～図１１を用いて説明する。以下の説明では一例としてひずみセンサ１αについて説明するが、ひずみセンサ１β、および１γも同様の構成であってよい。
【0073】
＜ひずみセンサ＞
図９は、本発明のひずみセンサ１αが容器９の側壁９１に装着された状態を示す断面図である。図１０は、ひずみセンサ１αが単体の状態の圧力検出面側を示す斜視図である。図１１は、ひずみセンサ１αの圧力検出面側の正面図である。
図９は、本発明のひずみセンサ１αが容器９の側壁９１に装着された状態を示す断面図である。図１０は、ひずみセンサ１αが単体の状態の圧力検出面側を示す斜視図である。図１１は、ひずみセンサ１αの圧力検出面側の正面図である。
【0074】
【0075】
そして、筐体１０がない、背面壁１０２と対向する圧力検出面には、複数のひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが取り付けられた起歪体１１が設けられている。また、圧力検出面において、起歪体１１の外周側には、円環状の貼付部１８が設けられている。
【0076】
また、筐体１０の内部には、フレキシブル基板である制御基板１７が設けられている。そして、制御基板１７上には、ＡＦＥ１３と、信号処理部１４と、バッテリー１５と、通信部１６が設けられている。ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄはＡＦＥ１３とリード線１９で接続されている。
【0077】
図１０および図１１を参照して、起歪体１１は、基部１１１と、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと、負荷部１１３と、延伸部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄとを有している。起歪体１１は、例えば、平面視で４回対称の形状である。起歪体１１の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、銅、及びアルミニウム等を用いることができる。起歪体１１は例えば平板状であり、各構成要素は、例えばプレス加工法等により一体に形成されている。起歪体１１における、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは平面であってもよいし、圧力検出側が凸となるようにドーム状等に突起した形状であってもよい。負荷部１１３を除く起歪体１１の厚さは、例えば、一定であって、０．０１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。
【0078】
ひずみセンサ１αにおいて、筐体１０は起歪体１１を保持する部分である。筐体１０は円筒状であって、外側が塞がれ圧力検出側が開口されている。筐体１０は、例えば、金属や樹脂等から形成できる。筐体１０の圧力検出側の開口を塞ぐように、略円板状の起歪体１１が接着剤等により固定されている。起歪体１１は、複数のひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが配置されており、ひずみ量を検出する部分である。
【0079】
起歪体１１において、基部１１１は、図１０及び図１１で示す円形の破線よりも外側の円形枠状（リング状）の領域である。なお、円形の破線よりも内側の領域を円形開口部と称する場合がある。つまり、起歪体１１の基部１１１は、円形開口部を備えている。基部１１１の幅ｗ１は、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。基部１１１の内径ｄ（すなわち、円形開口部の直径）は、例えば、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
【0080】
梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、基部１１１の内側を橋渡しするように設けられている。梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、例えば、平面視で十字状に交差する２本の梁を有し、２本の梁の交差する領域は円形開口部の中心を含む。十字を構成する１本の梁が図１１の横方向を長手方向とし、十字を構成する他の１本の梁が図１１の縦方向を長手方向とし、両者は直交している。直交する２本の梁の各々は、基部１１１の内径ｄ（円形開口部の直径）より内側にあり、かつ可能な限り長いことが好ましい。つまり、各々の梁の長さは、円形開口部の直径と略等しいことが好ましい。梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを構成する各々の梁において、交差する領域以外の幅ｗ２は一定であり、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。幅ｗ２が一定であることは必須ではないが、幅ｗ２を一定とすることで、ひずみをリニアに検出するできる点で好ましい。
【0081】
負荷部１１３は、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの中央に設けられている。負荷部１１３は、例えば、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを構成する２本の梁が交差する領域に設けられる。負荷部１１３は、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの上面（圧力検出面）から突起している。梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの上面を基準とする負荷部１１３の突起量は、例えば、０．１ｍｍ程度である。梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは可撓性を有しており、負荷部１１３に負荷が加わると弾性変形する。
【0082】
４つの延伸部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄは、平面視で基部１１１の内側から中央に向かって、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの間で延伸する扇形の部分である。各々の延伸部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄと梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄとの間には、１ｍｍ程度の隙間が設けられている。なお、当該隙間を例えば０．０５～０．２ｍｍ程度とした場合には、外部から筐体１０内部へのコンタミ侵入を防止することが可能である。延伸部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄは、ひずみセンサ１αのセンシングには寄与しないため、設けなくてもよい。
【0083】
図９を参照して、ひずみセンサ１αにおいて、起歪体１１の中央の負荷部１１３が、筐体１０の筒壁１０１の開口部から突出して、側壁９１の外側に接触可能な状態で、容器９の側壁９１の外側面に取り付けられる。
【0084】
ひずみセンサ１αは、貼り付け前の状態において、起歪体１１の負荷部１１３が、貼付部１８よりも、外側に突出していることが好ましい。負荷部１１３が、外側（容器側）に突出する場合、貼り付け前の突出量は３ｍｍ～７ｍｍ程度とすることが好ましい。
【0085】
この突出構成により、ひずみセンサ１αが、空の容器に装着された場合であっても、ひずみセンサ１αが浮かびあがらず、容器の外側面に適度な値の初圧をかけて、初期値でもひずみセンサ１αは所定の抵抗値を示すことができる。
【0086】
ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、起歪体１１の一方の面に設けられている。ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、例えば、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの圧力検出面と対向する背面側に設けることができる。梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは平板状であるため、ひずみゲージを容易に貼り付けることができる。ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、１個以上設ければよいが、本実施形態では、４つのひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを設けている。４つのひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを設けることで、フルブリッジにより、ひずみを検出することができる。
【0087】
図１１に示すように、４つのひずみゲージのうちの２つのひずみゲージ１２ｂ、１２ｄは、梁の負荷部１１３に近い側（円形開口部の中心側）に、平面視で負荷部１１３を挟んで対向するように配置されている。４つのひずみゲージのうちの他の２つのひずみゲージ１２ａ、１２ｃは、梁の基部１１１に近い側に、平面視で負荷部１１３を挟んで対向するように配置されている。このような配置により、圧縮力と引張力を有効に検出してフルブリッジにより大きな出力を得ることができる。
【0088】
ひずみセンサ１αは、負荷部１１３が、容器９の外側面に当たるように貼り付けられて使用される。容器９内の内容物の量に応じて負荷部１１３に負荷が加わって梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが弾性変形すると、ひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの抵抗体の抵抗値が変化する。ひずみセンサ１αは、梁部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄの変形に伴なうひずみゲージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、内容量を検出できる。
【0089】
＜実施形態２＞
以下、本開示の実施形態２について、図１２および図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、前述の実施形態と同様の内容については説明を繰り返さない。これは、以降の実施形態および変形例においても同様である。
以下、本開示の実施形態２について、図１２および図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、前述の実施形態と同様の内容については説明を繰り返さない。これは、以降の実施形態および変形例においても同様である。
【0090】
内容物Ｌが粘体や粉体の場合、容器９に充填したときに、容器内での内容物の高さに偏りが生じることがある。例えば、内容物Ｌが粘性の高い液体の場合、上面の一部が盛り上がっていたり、凹んでいたり、斜めであったり等、内容物の高さが一定にならない可能性がある。本実施形態に係る測定装置３Ａは、このように高さが一定でない場合でも、およその内容物の高さを特定することができる。以下、測定装置３Ａについて詳述する。
【0091】
図１２は、本実施形態に係る測定装置３Ａの概要を示す図である。測定装置３Ａは、ひずみセンサ１α、１β、１γに加え、ひずみセンサ１δ、１ε、および１ζ（追加の測定部）を有している点で、実施形態１に係る測定装置３と異なる。図１２の例では、容器９の側壁９１において、ひずみセンサ１αと１δ、ひずみセンサ１βと１ε、およびひずみセンサ１γと１ζはそれぞれ、同じ高さになるよう貼り付けられている。また、ひずみセンサ１α、１β、１γはそれぞれ高さ方向に一直線に貼り付けられており、ひずみセンサ１δ、１ε、および１ζも高さ方向に一直線に貼り付けられている。
【0092】
ひずみセンサ１δ、１ε、および１ζの構成はそれぞれ、ひずみセンサ１α、１β、１γと同一であってよい。本実施形態に係る情報処理装置２の記憶部２３は、ひずみセンサ１δ、１ε、および１ζについての相関データ２３２も記憶している。
【0093】
図１３は、容器における内容物の充填度合と、ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量との関係の他の一例を示す図である。図１３の（ａ）は内容物が偏って充填されており、容器の約２０～４０％程度の所まで内容物が充填された状態を示している。図１３の（ｂ）は内容物が偏って充填されており、容器の約６０～８０％程度の所まで内容物が充填された状態を示している。図１３の（ｃ）は図１３の（ａ）の状態のときの各ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量を示す表である。図１３の（ｄ）は図１３の（ｂ）の状態のときの各ひずみセンサの抵抗値および抵抗変化量を示す表である。なお、実施形態１と同様、本実施形態でも、所定の閾値は抵抗変化量の閾値であり、２０Ωであることとする。
【0094】
本実施形態に係る情報処理装置２Ａの制御部２２は、高さ方向に一直線に並べられているひずみセンサを１ペアとして、各ペアについて、図８のＳ２以降の処理を実行する。これにより、図１３の（ｃ）の場合、ひずみセンサ１εの抵抗変化量に対応する液位と、ひずみセンサ１γの抵抗変化量に対応する液位と、が特定される。また、図１３の（ｄ）の場合、ひずみセンサ１δの抵抗変化量に対応する液位と、ひずみセンサ１γの抵抗変化量に対応する液位と、が特定される。
【0095】
制御部２２は、これらの液位をそれぞれ測定結果であるとして表示部２４に表示してもよい。もしくは、制御部２２は、これらの液位の平均値を算出し、当該平均値を容器９における内容物Ｌの液位と特定してもよい。
【0096】
すなわち、本実施形態に係る測定装置３Ａは、容器９の側壁９１の外側に、追加でひずみセンサ１δ、１ε、および１ζがさらに貼り付けられている。そして、制御部２２は、ひずみセンサ１α、１β、および１γのグループに属するひずみセンサのうち１つ以上のひずみセンサと、ひずみセンサ１δ、１ε、および１ζのグループに属するひずみセンサのうち１つ以上のひずみセンサと、の測定値に基づいて液面を特定する。これにより、内容物の高さが平均化されていない場合であっても、複数のひずみセンサの抵抗値から、内容物の高さを特定することができる。
【0097】
＜変形例１＞
本開示に係る測定装置は、容器に対する内容物の充填量を算出してもよい。この場合、記憶部２３、または制御部２２には、予め、以下の（１）～（３）の情報が記憶されていてよい。
（１）容器の容量
（２）容器が一杯になった際の内容物の高さ
（３）内容物の比重
情報処理装置２の制御部２２は、下記（式１）を用いて、内容物の体積を算出してもよい。また、制御部２２は、下記（式２）を用いて、内容物の重量を算出してもよい。
（式１）容器の容量×内容物の高さ／容器が一杯になった際の内容物の高さ
（式２）容器の容量×内容物の高さ／容器が一杯になった際の内容物の高さ×内容物の比重
本変形例によれば、内容物の高さとともに、内容物の体積および／または重量を測定することができる。
本開示に係る測定装置は、容器に対する内容物の充填量を算出してもよい。この場合、記憶部２３、または制御部２２には、予め、以下の（１）～（３）の情報が記憶されていてよい。
（１）容器の容量
（２）容器が一杯になった際の内容物の高さ
（３）内容物の比重
情報処理装置２の制御部２２は、下記（式１）を用いて、内容物の体積を算出してもよい。また、制御部２２は、下記（式２）を用いて、内容物の重量を算出してもよい。
（式１）容器の容量×内容物の高さ／容器が一杯になった際の内容物の高さ
（式２）容器の容量×内容物の高さ／容器が一杯になった際の内容物の高さ×内容物の比重
本変形例によれば、内容物の高さとともに、内容物の体積および／または重量を測定することができる。
【0098】
＜変形例２＞
本開示に係る測定装置は、容器の側面の外側に設けられたひずみセンサに加えて、容器の底面に貼り付けられた１つ以上の底面ひずみセンサを備えていてもよい。また、制御部２２は、通信部２１を介して底面ひずみセンサ（底面測定部）からも抵抗値のデータを取得してもよい。そして、制御部２２は、底面ひずみセンサの出力する抵抗値に基づいて、容器の内容物の重さを算出してもよい。底面ひずみセンサの種類は特に限定されないが、例えばロードセルの一部分としてはたらくひずみセンサを底面ひずみセンサとして用いることができる。本変形例によれば、内容物の高さとともに、内容物の重量を測定することができる。
本開示に係る測定装置は、容器の側面の外側に設けられたひずみセンサに加えて、容器の底面に貼り付けられた１つ以上の底面ひずみセンサを備えていてもよい。また、制御部２２は、通信部２１を介して底面ひずみセンサ（底面測定部）からも抵抗値のデータを取得してもよい。そして、制御部２２は、底面ひずみセンサの出力する抵抗値に基づいて、容器の内容物の重さを算出してもよい。底面ひずみセンサの種類は特に限定されないが、例えばロードセルの一部分としてはたらくひずみセンサを底面ひずみセンサとして用いることができる。本変形例によれば、内容物の高さとともに、内容物の重量を測定することができる。
【0099】
＜変形例３＞
前述の実施形態および変形例では、ひずみセンサは、それぞれが別個に情報処理装置と通信していた。しかしながら、本開示にかかるひずみセンサは、容器９に貼り付けられているひずみセンサの一部または全部のデータをまとめる通信ユニットを介して、情報処理装置２または２Ａにまとめて抵抗値データを送信してもよい。この場合、前述の通信ユニットは、例えば容器９に取り付けられる、または容器９の近傍に設置されており、ひずみセンサと有線または無線で接続されている。そして、通信ユニットは情報処理装置とも有線または無線で接続されており、ひずみセンサの抵抗値データを情報処理装置２または２Ａに送信する。
前述の実施形態および変形例では、ひずみセンサは、それぞれが別個に情報処理装置と通信していた。しかしながら、本開示にかかるひずみセンサは、容器９に貼り付けられているひずみセンサの一部または全部のデータをまとめる通信ユニットを介して、情報処理装置２または２Ａにまとめて抵抗値データを送信してもよい。この場合、前述の通信ユニットは、例えば容器９に取り付けられる、または容器９の近傍に設置されており、ひずみセンサと有線または無線で接続されている。そして、通信ユニットは情報処理装置とも有線または無線で接続されており、ひずみセンサの抵抗値データを情報処理装置２または２Ａに送信する。
【0100】
＜実施形態３＞
上述した各実施形態およびその変形例では、本開示に係る測定部が抵抗体を用いたひずみセンサ（またはひずみゲージ自体）である例について説明した。特に、前記各実施形態では、本開示に係る測定部が電気抵抗式の金属ひずみゲージを有する場合について説明した。しかしながら、本開示に係るひずみゲージは金属ひずみゲージに限定されない。例えば、本開示に係るひずみセンサまたはひずみゲージは、容器９の側面（側壁９１）に対して内側から外側へとかかる圧力によって引き起こされる磁気変化を検出する検出素子を有していてもよい。そして、当該検出素子の測定値に基づいて、容器９の内容物の、底面から表面までの高さを特定してもよい。
上述した各実施形態およびその変形例では、本開示に係る測定部が抵抗体を用いたひずみセンサ（またはひずみゲージ自体）である例について説明した。特に、前記各実施形態では、本開示に係る測定部が電気抵抗式の金属ひずみゲージを有する場合について説明した。しかしながら、本開示に係るひずみゲージは金属ひずみゲージに限定されない。例えば、本開示に係るひずみセンサまたはひずみゲージは、容器９の側面（側壁９１）に対して内側から外側へとかかる圧力によって引き起こされる磁気変化を検出する検出素子を有していてもよい。そして、当該検出素子の測定値に基づいて、容器９の内容物の、底面から表面までの高さを特定してもよい。
【0101】
具体的には、本開示に係る測定部は、ビラリ現象（後述）を利用した検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。また、本開示に係る測定部は、磁気トンネル接合（後述）の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージであってもよい。以下、実施形態３では、ビラリ現象を利用した検出素子を含むひずみゲージについて説明する。また、実施形態４では、磁気トンネル接合の構造を有する検出素子を含んだひずみゲージについて説明する。
【0102】
なお、本明細書の各実施形態では、同様の機能を有する部材には同様の名称および部材番号を付し、説明を繰り返さないこととする。また、以降の各実施形態に係る各図面（図１４以降の図面）におけるｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の方向は、それぞれ同一方向である。また、以降の説明では、ｚ軸の正方向を「上」、ｚ軸の負方向を「下」と称する。すなわち、以降の説明において「上側」とはｚ軸の正方向側であり、「上面」はｚ軸の正方向側にある面を示す。また、「下側」とはｚ軸の負方向側であり、「下面」とはｚ軸の負方向側にある面を示す。
【0103】
図１４は、実施形態３に係るひずみゲージに含まれる検出素子３００の一例を示す図である。図１４の（ａ）は検出素子３００をｚ軸の正方向から負方向（すなわち、上面から下面側）に見下ろしたときの平面図である。一方、図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）に示す検出素子３００のα－α´直線での断面図を示している。なお、図１４の（ａ）および（ｂ）では、検出素子３００から延びる配線は図示していない。しかしながら、検出素子３００には、後述する駆動コイル３２０と電源とを接続する配線と、感知コイル３８０によって検出された電流を伝達するための配線が接続されていてもよい。
【0104】
図１４の（ａ）に示す通り、検出素子３００は、駆動コイル３２０と、感知コイル３８０と、ベース層３１０とを含む。ベース層３１０は駆動コイル３２０および感知コイル３８０の芯材となる層である。感知コイル３８０は、ベース層３１０（より厳密には、後述するベース金属３７０）の磁化の強さを検出するためのコイルである。駆動コイル３２０は、磁界を発生させるためのコイルである。検出素子３００は、ベース層３１０を芯材として、感知コイル３８０が内側、そして駆動コイル３２０が外側に巻かれた２重構造を有している。なお、駆動コイル３２０および感知コイル３８０の材料は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、およびＡｕ等の導電性金属、ならびに、これらの金属の合金であることが望ましい。また、駆動コイル３２０および感知コイル３８０の巻き数および断面積の大きさは、検出素子３００に要求されるひずみの検知感度に応じて適宜設計されてよい。
【0105】
後で詳述するが、ベース層３１０に応力が加わると、ベース層３１０に含まれるベース金属３７０（後述）の磁化の強さが変化する。検出素子３００は、感知コイル３８０でこの磁化の強さの変化を検出することによって、ベース層３１０にかかる応力の強さ（すなわち、ひずみ度合）を特定することができる。
【0106】
図１４の（ｂ）の断面図を参照して、検出素子３００の構成について更に説明する。なお、図１４の（ｂ）において、駆動コイル３２０、感知コイル３８０、および３つの絶縁層３４０、３５０、および３６０はそれぞれ、芯材であるベース金属３７０を取り囲むように形成されている。すなわち、図１４の（ｂ）において同じ部材番号を付した層は、ベース金属３７０を取り囲んで繋がっている。
【0107】
ベース金属３７０は、各種コイルおよび絶縁層の芯材となる部材である。ベース金属３７０は、例えば略平板状の金属板であってよい。ベース金属３７０は絶縁層３６０で取り囲むように被覆されている。ベース金属３７０は、例えば、センダスト等のＦｅ-Ｓｉ-Ａｌ系合金、および、パーマロイ等のＮｉ-Ｆｅ系合金等の軟磁性体材料で構成されることが望ましい。前述のベース層３１０は、図１４の（ｂ）に示す通り、このベース金属３７０と絶縁層３６０から成る。
【0108】
絶縁層３６０の外側には、絶縁層３６０を取り囲むように絶縁層３５０が形成される。そして、絶縁層３５０の外側には、更に絶縁層３４０が形成されている。絶縁層３５０は、感知コイル３８０を含む層であり、感知コイル３８０の間隙を絶縁材料で充填した層である。絶縁層３４０は、駆動コイル３２０を含む層であり、駆動コイル３２０の間隙を絶縁材料で充填した層である。絶縁層３４０、３５０、および３６０は、磁界に影響しないドライフィルムまたは感光性ポリイミド等のレジスト硬化物から成ることが望ましい。
【0109】
検出素子３００の一面は、図１４の（ｂ）に示すように、基材１１０に貼り付けられていてよい。基材１１０は、検出素子３００を固定する部材である。例えば、基材１１０は、プラスチックフィルム等で構成されるフレキシブル基板であってよい。検出素子３００は基材１１０を介して起歪体１１または側壁９１に貼り付けられる。なお、検出素子３００は、全体として平板または薄膜状の検出素子であってもよい。検出素子３００が平板または薄膜状である場合、検出素子３００を基材１１０により容易に貼り付けることができる。また、検出素子３００において基材１１０は必須の構成ではない。例えば、検出素子３００に基材１１０を設けず、検出素子３００の下面を起歪体１１または側壁９１に直接貼り付けて使用してもよい。
【0110】
本実施形態に係る起歪体１１および容器９（特に、側壁９１）は、基本的には実施形態１、２、およびその変形例に係る起歪体１１および容器９と同様の構成および材料であってよい。しかしながら、本実施形態において、起歪体１１および容器９は、非磁性体から成ることがより望ましい。本実施形態に係る起歪体１１および容器９は、例えば、非磁性ステンレスを材料として作製することができる。
【0111】
次に、検出素子３００を用いてひずみを検出する原理を概説する。検出素子３００は、磁性体であるベース金属３７０を含んでいる。電源から駆動コイル３２０に交流電流が供給されると、駆動コイル３２０はその周囲に交番磁界を生じさせる。これにより磁界が発生し、ベース金属３７０は磁化される。この状態で容器９に内容物が充填されると、内容物の量（より正確には、容器における内容物の高さ）に応じて、容器９の側壁９１（および、側壁９１に固定されている起歪体１１）の各所が変形する。すなわち、側壁９１または起歪体１１に、内容物の高さに応じたひずみが生じる。ひずみは基材１１０を伝わり、ベース金属３７０に応力が加わる。なお、検出素子３００を、基材１１０を介さずに起歪体１１または側壁９１に貼り付けている場合は、起歪体１１または側壁９１からベース金属３７０（およびそれを被覆する絶縁層３４０～３６０）に直接応力が伝わる。
【0112】
ベース金属３７０に応力が加わると、その応力に応じてベース金属３７０の透磁率が変化する。したがって、ベース金属３７０の磁化の強さ（磁化の程度）が変化する。このように、磁性体に応力がかかると磁性体の透磁率および磁化の強さが変化する現象のことを「ビラリ現象」という。検出素子３００の構成によれば、ピックアップコイルである感知コイル３８０には、ベース金属３７０の磁化の強さに応じた交流電圧が誘起される。したがって、ビラリ現象の原理に基づけば、この交流電圧の値から、ベース金属３７０にかかる応力を算出することができる。前述の通り、検出素子３００は側壁９１に固定された起歪体１１（または側壁９１自体）に貼り付けられている。したがって、ベース金属の応力に基づいて、側壁９１にかかる圧力を検出することができる。なお、検出素子３００が図１４の（ａ）および（ｂ）に示す形状である場合、検出素子３００のグリッド方向は、図１４の（ａ）におけるα－α´方向に等しい。以上説明した原理に基づいて、検出素子３００は、容器９の側壁９１に、内側から外側に対してかかる圧力を検出することができる。すなわち、検出素子３００は、ひずみゲージの検出素子として機能する。
【0113】
なお、駆動コイル３２０は、感知コイル３８０の外側、かつ当該感知コイル３８０が存在している領域全体に、できる限り均一に巻き付けられることが望ましい。これにより、ベース金属３７０の、感知コイル３８０が存在する領域全体に、より均一に交番磁界を加えることができる。これにより、ビラリ現象によるベース金属３７０の磁化の強さの変化をより精密に検出することができる。したがって、検出素子３００の性能が向上する。
【0114】
また、絶縁層３６０は、ベース金属３７０の全部ではなく一部に形成されていてもよい。例えば、ベース金属３７０のうち、感知コイル３８０および駆動コイル３２０を巻き付ける領域の部分を絶縁層３６０で覆い、絶縁層３６０の上から感知コイル３８０を含む絶縁層３５０で覆い、更に、絶縁層３５０の上から駆動コイル３２０を含む絶縁層３４０で覆うような構成であってもよい。
【0115】
また、ベース金属３７０が略平板状である場合、絶縁層３６０はベース金属３７０の、コイルを巻く方向のみ取り囲んで形成されていてもよい。すなわち、図１４の（ｂ）において、ベース金属３７０のｘ方向の両端部は絶縁層３６０で覆われていなくてもよい。
【0116】
本実施形態に係る測定装置において、側壁９１の内側から外側へとかかる圧力により、側壁９１（および起歪体１１）が変形する（すなわち、ひずみが生じる）と、ひずみゲージの基材１１０（または、検出素子３００自体）がひずむ。検出素子３００は、このひずみによって生じる磁性変化を、前述のビラリ現象の原理に基づき検出することができる。
【0117】
本実施形態に係る検出素子３００を含んだひずみゲージは、実施形態１、２、およびその変形例で示したあらゆる配置パターンで、起歪体１１または側壁９１に配置可能である。すなわち、本実施形態に係る検出素子３００を用いて、電気抵抗式のひずみゲージを用いたときと同様に側壁９１にかかる圧力を検出することができる。したがって、本実施形態に係るひずみゲージは、実施形態１、２、およびその変形例に係るひずみゲージ１２ａ～１２ｄと同様の効果を奏する。
【0118】
〈実施形態４〉
図１５は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例である検出素子５００を示す図である。図１６は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の他の一例である検出素子６００を示す図である。また、図１７は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の更に他の一例である検出素子７００を示す図である。図１５～１７の（ａ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００の斜視図である。図１５～１７の（ｂ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００をｚ軸の正方向から負方向に見下ろしたときの平面図である。図１５～１７の（ｃ）は、検出素子５００、６００、および７００の、ｚｘ平面に平行な面での断面図である。なお、図１５～１７のいずれの図も、検出素子から延びる配線は図示していない。しかしながら、これらの検出素子５００、６００、および７００には、後述する上流電極５１０と電源とを接続する配線と、下流電極５２０と電源とを接続する配線とが接続されていてもよい。
図１５は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の一例である検出素子５００を示す図である。図１６は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の他の一例である検出素子６００を示す図である。また、図１７は、実施形態４に係るひずみゲージに含まれる検出素子の更に他の一例である検出素子７００を示す図である。図１５～１７の（ａ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００の斜視図である。図１５～１７の（ｂ）はそれぞれ、検出素子５００、６００、および７００をｚ軸の正方向から負方向に見下ろしたときの平面図である。図１５～１７の（ｃ）は、検出素子５００、６００、および７００の、ｚｘ平面に平行な面での断面図である。なお、図１５～１７のいずれの図も、検出素子から延びる配線は図示していない。しかしながら、これらの検出素子５００、６００、および７００には、後述する上流電極５１０と電源とを接続する配線と、下流電極５２０と電源とを接続する配線とが接続されていてもよい。
【0119】
図１５～１７の（ａ）に示す通り、検出素子５００、６００、および７００は、上流電極５１０と、下流電極５２０と、磁性膜５３０と、絶縁膜５４０と、を含む。絶縁膜５４０は、図示のように磁性膜５３０で挟まれている。この磁性膜５３０と絶縁膜５４０によって、磁気トンネル接合が形成される。すなわち、検出素子５００、６００、および７００は、磁気トンネル接合の構造に電極を接続した構造である。
【0120】
なお、検出素子５００、６００、および７００の下面は、実施形態１、２、およびその変形例に係る基材１２１と同様の基材に貼り付けられていてもよい。そして、検出素子５００は基材を介して起歪体１１または側壁９１に貼り付けられてよい。また、検出素子５００、６００、および７００は、全体として平板または薄膜状の検出素子であってもよい。検出素子５００、６００、および７００が平板または薄膜状である場合、検出素子５００、６００、および７００を基材に、より容易に貼り付けることができる。また例えば、検出素子５００、６００、および７００の下面を起歪体１１または側壁９１に直接貼り付けて使用してもよい。
【0121】
磁性膜５３０は磁性ナノ薄膜である。絶縁膜５４０は絶縁体のナノ薄膜である。磁気トンネル接合の構造が形成可能であれば、磁性膜５３０と、絶縁膜５４０の材料は特に限定されない。例えば、磁性膜５３０としてコバルト鉄ボロン、または、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの３ｄ遷移金属強磁性体及びそれらを含む合金等を用いることができる。また、絶縁膜５４０として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムや酸化マグネシウム等を用いることができる。
【0122】
上流電極５１０および下流電極５２０は、磁気トンネル接合の構造に対し電圧を印加するための電極である。図１５～１７の例では、電流は上流電極５１０から下流電極５２０へと流れる。例えば図１５の（ｃ）の場合、上流電極５１０と下流電極５２０の間に電圧を印加すると、電子は上側（ｚ軸正方向側）の磁性膜５３０から、絶縁膜５４０を超えて下側（ｚ軸負方向側）の磁性膜５３０に流れ込む。これは「トンネル効果」と呼ばれている現象であり、電子が絶縁膜５４０を通過するときの電気抵抗は、「トンネル抵抗」と呼ばれている。なお、図１５～１７の例では、電極の各部の接合部は、磁気トンネル接合の構造をショートパスする電流が流れない様に端部が処理された構造となっている。
【0123】
ところで、基材１１０等を介して検出素子５００にひずみがかかると、トンネル接合の構造において、磁気変化が起こる。より具体的には、上側と下側の磁性膜５３０の磁化方向がずれる。このように、上下の磁性膜５３０の磁化方向がずれると、磁化方向が平行な場合に比べて、トンネル抵抗が大きくなる（トンネル磁気抵抗効果）。したがって、前述の構成を備えた検出素子５００では、検出素子５００（より厳密には、磁気トンネル接合の部分）のひずみの大きさに応じて、電極間を流れる電流が小さくなる。すなわち、ひずみが大きくなるにつれ、電気抵抗が大きくなる。検出素子５００は、このように、印加した電圧に対する電流値に基づきひずみを検出することができる。したがって、検出素子５００を起歪体１１または側壁９１に貼り付けることによって、起歪体１１または側壁９１にかかるひずみを測定することができる。
【0124】
磁気トンネル接合の構造を有する検出素子は、図１５に示した例に限定されない。例えば、図１６および図１７に示すような検出素子６００および７００を採用することも可能である。図１６に示す検出素子６００も、図１７に示す検出素子７００も、上流電極５１０、下流電極５２０、磁性膜５３０、および絶縁膜５４０で構成されること、および、これらの構成によってひずみを検出する原理については、検出素子５００と同様である。また、検出素子６００および７００の基本的な動作についても、検出素子５００と同様である。なお、検出素子５００、６００、および７００のグリッド方向は、それぞれ図１５～図１７におけるｘ軸方向（ｘ軸の正方向およびｘ軸の負方向）に相当する。図１６に示す検出素子６００は図示の通り、上側の磁性膜５３０と下側の磁性膜５３０が、一部繋がった構造をしている。すなわち、磁性膜５３０の一部の領域においてのみ、磁気トンネル接合の構造が形成されており、当該構造においてトンネル磁気抵抗効果が生じる。一方、図１７に示す検出素子７００は、基板７１０を介して基材１１０に貼り付けられる。図１５～図１７に示すように、検出素子は前述の原理を超えない範囲であれば、要求されるサイズ、耐久性、および検出すべき応力の大きさ等に応じて、適宜その設計が変更されてよい。
【0125】
なお、本実施形態に係る起歪体１１および容器９（特に、容器９の側壁９１）は、基本的には実施形態１に係る起歪体１１および容器９と同様の構成および材料であってよい。しかしながら、本実施形態において、起歪体１１および容器９は、非磁性体から成ることがより望ましい。本実施形態に係る起歪体１１および容器９は、例えば、非磁性ステンレスを材料として作製することができる。また、検出素子５００、６００、および７００は素子全体として、フィルム型などの略平板状の形状であってよい。これにより、起歪体１１および容器９に、検出素子５００を容易に貼り付けることができる。また、検出素子５００、６００、および７００は、駆動コイル等、磁気トンネル接合の構造部分に対して、微弱な磁界を印加するための構造を有していてもよい。磁気トンネル接合の構造部分に対して磁界を印加することにより、前述のトンネル磁気抵抗効果をより安定して測定することができるため、安定してひずみを検出することができる。
【0126】
また、検出素子５００、６００、および７００における「上流電極」および「下流電極」は便宜上の名称であり、電流の流れる方向は逆であってもよい。つまり、図１５～図１７で示した検出素子５００、６００、および７００において、下流電極５２０の方から、上流電極５１０の方へと電流が流れる設計であってもよい。
【0127】
本実施形態に係る測定装置において、側壁９１の内側から外側へとかかる圧力により、側壁９１（および起歪体１１）が変形する（すなわち、ひずみが生じる）と、ひずみゲージの基材（または、検出素子５００、６００、または７００自体）がひずむ。検出素子５００、６００、または７００は、このひずみによって生じる磁性変化を、前述のトンネル磁気抵抗効果の原理に基づき検出することができる。
【0128】
本実施形態に係る検出素子５００、６００、および７００を含んだひずみゲージは、実施形態１、２、およびその変形例に示したあらゆる配置パターンで、起歪体１１または側壁９１に配置可能である。すなわち、本実施形態に係る検出素子５００、６００、および７００を用いて、電気抵抗式のひずみゲージを用いたときと同様に側壁９１にかかる圧力を検出することができる。したがって、本実施形態に係るひずみゲージは、実施形態１、２、およびその変形例に係るひずみゲージ１２ａ～１２ｄと同様の効果を奏する。
【0129】
以上、好ましい実施形態等について詳説した。しかしながら、本開示に係る測定装置は、上述した実施形態および変形例等に限定されない。例えば、上述した実施形態等に係る測定装置について、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0130】
１α、１β、１γ ひずみセンサ（測定部）、 １δ、１ε、１ζ ひずみセンサ（追加の測定部）、 ２ 情報処理装置、 ３、３Ａ 測定装置、 ９ 容器、 ９１ 側壁 １０ 筐体、 １１ 起歪体、 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ ひずみゲージ（測定部）、 １６ 通信部、 １８ 貼付部、 ２１ 通信部、 ２２ 制御部、 ２３ 記憶部、 ２４ 表示部 ３００，５００，６００，７００ ひずみゲージの検出素子、 ３１０ ベース層、 ３２０ 駆動コイル、 ３４０，３５０，３６０ 絶縁層、 ３７０ ベース金属、 ３８０ 感知コイル、 ５１０ 上流電極、 ５２０ 下流電極、 ５３０ 磁性膜、 ５４０ 絶縁膜、 ７１０ 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】