(57)【要約】      （修正有）【課題】多軸感度検出機能を有する加速度センサにおいて、検出部の信号強度を保持したまま検出部を小型化する。【解決手段】検出部構造１０は、弾性表面波を励振するための主電極１、主電極１の左右に設けられた反射電極９Ｌ等と、主電極１の信号入出力用の入出力ポート８Ａ、８Ｂを備え、これらは検出部の同じ側に、各引き出し方向を揃えて集約させる。主電極１は信号位相の異なる第一フィンガー状電極３と第二フィンガー状電極４とからなり、第一フィンガー状電極３の一のフィンガー部３ａを第二フィンガー状電極４の基部４１のある側に引き出し、第一ポート８Ａに接続させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波型加速度センサの検出部を構成する検出部構造であって、主電極と、該主電極の左右に設けられた反射電極と、該主電極の信号入出力用の入出力ポートを二個備えており、該二個の入出力ポートがいずれも該検出部の同じ側に設けられていることを特徴とする、加速度センサの検出部構造。
【請求項２】
前記二個の入出力ポートは各引き出し方向を揃えて集約された形態に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の加速度センサの検出部構造。
【請求項３】
前記主電極は、第一フィンガー状電極と、これとは信号位相の異なる第二フィンガー状電極とが相互に入り込んだ状態で配置されてなる交差電極であり、各フィンガー状電極は基部と、該基部に設けられた複数のフィンガー部とからなり、第一フィンガー状電極の一本のフィンガー部が第二フィンガー状電極の基部のある側に引き出されていて、第一フィンガー状電極用の入出力ポートであるところの第一ポートに接続していることを特徴とする、請求項１または２に記載の加速度センサの検出部構造。
【請求項４】
前記第一ポートは、前記第二フィンガー状電極用の入出力ポートであるところの第二ポートに囲繞されていることを特徴とする、請求項３に記載の加速度センサの検出部構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の検出部構造を備えていることを特徴とする、加速度センサの検出部。
【請求項６】
センサ素子基体と、該センサ素子基体上に設けられた基準電極と、および請求項５に記載の検出部を複数備えてなることを特徴とする、加速度センサ。
【請求項７】
前記検出部は、入出力ポートの設けられた側の反対側を前記センサ素子基体の端部方向に向けて配置されることを特徴とする、請求項６に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記センサ素子基体は、三の剛体と、該剛体間を連結する二の梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部であって、これらは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記検出部は全て、少なくともその一部が前記梁上にあるように配置されていることを特徴とする、請求項６ないし８のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項１０】
前記梁の全ての側方端部に前記検出部が配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度センサ、加速度センサの検出部構造および検出部に係り、特に多軸感度検出機能を有する加速度センサにおいて、検出部の信号強度を保持したまま検出部を小型化し、加速度センサ素子の小型化や高感度化を実現することを可能とする、加速度センサ、加速度センサの検出部構造および検出部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは加速度を検出するセンサであり、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。たとえば自動車では、エアバッグや横滑り制御装置などのシステムなどに利用されているが、加速度センサについては従来、種々の技術的提案もなされている。たとえば、弾性表面波（ＳＡＷ：ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ）を利用した加速度センサとして、弾性表面波共振子形成部の撓みによって発生する引張・圧縮応力によりＳＡＷ伝搬速度を変化させ、発振周波数変化として検出する加速度センサが開示されている（特開２００９−２４３９８３号公報「弾性表面波センサ及び弾性表面波センサ素子」、特開２００９−２４３９８１号公報「弾性表面波センサ」など）。
【０００３】
しかし従前の技術では、撓み量を増やすために錘を負荷させる必要があり、また多軸検出についても複雑な製造技術や設備が必要であった。また、特に上記文献のうち後者は、高感度化に難点がある上、素子の小型化・回路の小型化にも難点があった。そこで本願発明者は、これらの課題を解決するために、二の錘部と一の支持部、もしくは一の錘部と二の支持部、およびそれらを連結する梁を有する構造の弾性表面波型加速度センサであって、少なくとも二箇所の梁の表面にそれぞれ一以上の弾性表面波共振器を備えた構成の加速度センサを発明し、特許出願した（後掲特許文献１）。当該発明によれば、多軸検出についても複雑な製造技術や設備を要することなく、簡便な素子構造によって、かつ１個の素子のみによって、２軸または３軸の加速度検出を高感度に行うことができ、また、素子や回路を小型化できる。当該の概要は、下記のとおりである。
【０００４】
１）  多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
２）  多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサであり、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、該剛体のうち中央に配置される剛体および各梁の表面にそれぞれ１以上の弾性表面波共振器を備えていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ。
３）  前記梁の弾性表面波共振器は、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）に対して線対称に配置されていることを特徴とする、１）または２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
４）  前記梁の弾性表面波共振器は四個設けられ、これらは、本弾性表面波型加速度センサにおける前記剛体配置方向長さに直交する中心線（以下、「長さ方向の中心線」という。）、および該長さ方向の中心線に直交する中心線（以下、「幅方向の中心線」という。）の双方に対して線対称に配置されていることを特徴とする、１）または２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
５）  前記四個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上から外れた端部寄りに配置されていることを特徴とする、４）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
６）  前記梁の弾性表面波共振器は二個設けられ、これらは、前記剛体のうち中央に配置される剛体の弾性表面波共振器に対して点対称に配置されていることを特徴とする、２）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
７）  前記二個の弾性表面波共振器は、幅方向の中心線上に配置されていることを特徴とする、６）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
８）  前記剛体のうち中央に配置される剛体には弾性表面波共振器を設けず、加速度検出のための演算処理には本センサ外部からの基準信号が用いられることを特徴とする、１）に記載の弾性表面波型加速度センサ。
９）  前記支持部を中心として前記錘部がその両側に配置されてなることを特徴とする、１）ないし８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
１０）  前記錘部を中心として前記支持部がその両側に配置されてなることを特徴とする、１）ないし８）のいずれかに記載の弾性表面波型加速度センサ。
１１）  多軸加速度を検出する弾性表面波型加速度センサに用いるためのセンサ素子基体であって、三の剛体と、該剛体間を連結する梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部とであって、該錘部と該支持部とは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
１２）  前記支持部、錘部および梁が一体に形成されていることを特徴とする、１１）に記載の弾性表面波型加速度センサ用センサ素子基体。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１１−１８９７０７号「弾性表面波型加速度センサおよびセンサ素子基体」（本願出願時に未公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、弾性表面波型加速度センサにおいては、多軸の加速度を検出するために、複数の検出部をセンサ素子上に配置する必要があり、複数の検出部の情報を用いて各軸方向の加速度を分離し、１軸，２軸または３軸加速度の検出を行う。図４（ａ）〜４（ｃ）は、上記特許文献１に開示した発明における、加速度印加時の歪分布を示すシミュレーション結果を示す説明図である。図４（ｂ）に示すとおり、Ｙ軸加速度の場合、センサ素子４５０の梁４Ｈ１、４Ｈ２の幅方向（Ｙ軸座標方向）の端部に歪が集中し、中央部歪が低くなる。したがってＹ軸検出感度を上げるためには、センサ素子４５０の端部にできる限り近い位置に検出部を配置する必要がある。
【０００７】
図５は、図４（ａ）〜４（ｃ）に示したセンサ素子において用いるものとして本願発明者が発明した従来の検出部の平面構造を示す説明図である。また、
図６は、図５に示した従来の検出部を用いて構成されたセンサ素子の平面および側面構造を示す説明図である。これらに示すように従来発明のセンサ素子４５０における検出部４１０は、弾性表面波を励振するための主電極４１と反射電極４９Ｌ、４９Ｒとから構成されている。そして、複数の検出部４１０をセンサ素子基体４２０の梁４Ｈ１、４Ｈ２上に配置し、また基準電極（不感電極）４３０を剛体４Ｇ２上に配置して、センサ素子４５０が構成されている。なお、剛体４Ｇ１、４Ｇ２および４Ｇ３はそれぞれ、錘部、支持部および錘部として機能し、図では基準電極４３０は支持部（４Ｇ２）上に配置した例を示すが、これに関わらず、基準電極４３０はいずれの剛体上にも配置し得る。
【０００８】
検出部４１０の主電極４１は、第一フィンガー状電極４３と、これとは信号位相の異なる第二フィンガー状電極４４とが相互に入り込んだ状態で配置されてなる交差電極であって、所望の周波数になるように設計されたピッチで配列されている。ここで、それぞれのフィンガー部が相互に隣接するよう配置された第一フィンガー状電極４３と第二フィンガー状電極４４では信号の位相が反転するため、それぞれの信号入出力用の引き出し電極（入出力ポート）は分離して設ける必要がある。第一フィンガー状電極４３と第二フィンガー状電極４４は検出部４１０の別々の側にそれぞれ基部を有するため、主電極４１の信号入出力用の引き出し電極であるところの第一ポート４８Ａと第二ポート４８Ｂとは、検出部４１０の両側から引き出さざるを得ない。
【０００９】
つまり、別々の側にそれぞれ入出力ポートを設けざるを得ないため、入出力ポートのスペースの分だけ図４（ｂ）に示したように歪のピークから外れる配置になり、Ｙ軸感度が低下してしまう。また当該スペースの存在故に、幅方向（Ｙ軸座標方向）のサイズを短縮することができず、加速度検出用の検出部４１０の小型化が制限され、結局は加速度センサ（センサ素子４５０）の小型化が制限される。
【００１０】
従来発明ではまた、もしフィンガー状電極からの引出し方法を変更しようとすれば設計変更せざるを得ず、そうすると主電極の信号強度（ゲイン）を保持できなくなってしまう。また、加速度センサの小型化には結局、加速度検出用の検出部自体を小型化することが必要となるのだが、検出部を小型化すると信号強度が低下してしまい、ＳＮ比の観点からも望ましくない。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、特に多軸感度検出機能を有する加速度センサにおいて、検出部の信号強度を保持したまま検出部を小型化することができ、これによって加速度センサ素子の小型化や高感度化を実現することを可能とする、加速度センサの検出部構造および加速度センサ等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者は上記課題について検討した結果、検出部からの引き出し方法を簡便な方法を用いて変更することにより、検出部の信号強度を保持したまま検出部の小型化を実現し、加速度センサ素子の小型化または高感度化を実現できることに想到し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１３】
〔１〕  弾性表面波型加速度センサの検出部を構成する検出部構造であって、主電極と、該主電極の左右に設けられた反射電極と、該主電極の信号入出力用の入出力ポートを二個備えており、該二個の入出力ポートがいずれも該検出部の同じ側に設けられていることを特徴とする、加速度センサの検出部構造。
〔２〕  前記二個の入出力ポートは各引き出し方向を揃えて集約された形態に形成されていることを特徴とする、〔１〕に記載の加速度センサの検出部構造。
〔３〕  前記主電極は、第一フィンガー状電極と、これとは信号位相の異なる第二フィンガー状電極とが相互に入り込んだ状態で配置されてなる交差電極であり、各フィンガー状電極は基部と、該基部に設けられた複数のフィンガー部とからなり、第一フィンガー状電極の一本のフィンガー部が第二フィンガー状電極の基部のある側に引き出されていて、第一フィンガー状電極用の入出力ポートであるところの第一ポートに接続していることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の加速度センサの検出部構造。
〔４〕  前記第一ポートは、前記第二フィンガー状電極用の入出力ポートであるところの第二ポートに囲繞されていることを特徴とする、〔３〕に記載の加速度センサの検出部構造。
【００１４】
〔５〕  〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載の検出部構造を備えていることを特徴とする、加速度センサの検出部。
〔６〕  センサ素子基体と、該センサ素子基体上に設けられた基準電極と、および〔５〕に記載の検出部を複数備えてなることを特徴とする、加速度センサ。
〔７〕  前記検出部は、入出力ポートの設けられた側の反対側を前記センサ素子基体の端部方向に向けて配置されることを特徴とする、〔６〕に記載の加速度センサ。
〔８〕  前記センサ素子基体は、三の剛体と、該剛体間を連結する二の梁とを有し、該剛体は加速度を受けて変位する錘部と変位しない支持部であって、これらは交互に配置され、少なくとも該梁は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されていることを特徴とする、〔６〕または〔７〕に記載の加速度センサ。
〔９〕  前記検出部は全て、少なくともその一部が前記梁上にあるように配置されていることを特徴とする、〔６〕ないし〔８〕のいずれかに記載の加速度センサ。
〔１０〕  前記梁の全ての側方端部に前記検出部が配置されていることを特徴とする、〔９〕に記載の加速度センサ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の加速度センサ、加速度センサの検出部構造および検出部は上述のように構成されるため、これによれば、特に多軸感度検出機能を有する加速度センサにおいて、検出部の信号強度を保持したまま検出部を小型化し、ひいては加速度センサ素子の小型化や高感度化をも実現することができる。つまり本発明によれば、検出部の引出し電極を一方向に集約することによってセンサ素子を小型化することができるとともに、加速度印加時の歪量の高い領域に検出部を配置することができ、センサ素子を高感度化することができる。そして本発明によれば、検出部の引出し方法の変更のみで主電極の設計は保持されるため、信号強度も保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】加速度センサの検出部構造の構成例について、その要部を示す平面視の説明図である。
【図２】図１に示した検出部構造を有する本発明検出部の全体構成例を示す平面視の説明図である。
【図３】本発明の加速度センサの構成例を示す平面視および側面視の説明図である。
【図４（ａ）】加速度印加時の歪分布を示すシミュレーション結果を示す説明図である（印加方向：Ｘ）。
【図４（ｂ）】加速度印加時の歪分布を示すシミュレーション結果を示す説明図である（印加方向：Ｙ）。
【図４（ｃ）】加速度印加時の歪分布を示すシミュレーション結果を示す説明図である（印加方向：Ｚ）。
【図５】図４（ａ）等に示したセンサ素子において用いるものとして本願発明者が発明した従来の検出部の平面構造を示す説明図である。
【図６】図５に示した従来の検出部を用いて構成されたセンサ素子の平面および側面構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、加速度センサの検出部構造の構成例について、その要部を示す平面視の説明図である。図示するように、本検出部構造１０は弾性表面波型加速度センサの検出部を構成する検出部構造であって、弾性表面波を励振するための主電極１、および主電極１の左右に設けられた反射電極９Ｌ（一方のみ図示）と、主電極１の信号入出力用の入出力ポートを二個（８Ａ、８Ｂ）備えており、これら二個の入出力ポート８Ａ、８Ｂがいずれも検出部の同じ側に設けられていることを、主たる構成とする。特に位相の異なる二個の入出力ポート８Ａ、８Ｂは、図示するように各引き出し方向を揃えて集約された形態、すなわち検出部構造１０の一方の側（図では下側）のみに集約、形成された構成とする。
【００１８】
さらに本発明の検出部構造１０は、主電極１が、第一フィンガー状電極３と、これとは信号位相の異なる第二フィンガー状電極４とが相互に入り込んだ状態で配置されてなる交差電極であり、各フィンガー状電極３、４はそれぞれ基部３１、４１と、基部３１、４１に設けられた複数のフィンガー部３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ等とからなり、第一フィンガー状電極３の一本のフィンガー部３ａが第二フィンガー状電極４の基部４１のある側に引き出されていて、第一フィンガー状電極３用の入出力ポートであるところの第一ポート８Ａに接続していることをも、特徴的な構成とする。
【００１９】
かかる構成をとることにより本発明の加速度センサの検出部構造１０は、その一方側（図では下側）にのみ入出力ポートであるところの第一ポート８Ａおよび第二ポート８Ｂが配置され、他方側（図では上側）は、何ら主電極１および反射電極９Ｌ等から引き出された構造が存在しない直線状の側面が形成される。したがって本検出部構造１０を有する検出部を用いて加速度センサを構成する場合に、当該他方側がセンサ素子基体の側方に配置することによって、検出部を最大限センサ素子基体の端部に寄せて配置することができる。別図を用いて、さらに詳述する。
【００２０】
図２は、図１に示した検出部構造を有する本発明検出部の全体構成例を示す平面視の説明図である。以上説明した本検出部構造１０においては、図示するように第一ポート８Ａが、第二フィンガー状電極４用の入出力ポートであるところの第二ポート８Ｂに囲繞された形態として構成することができる。つまりかかる構成によって、上述した、第一フィンガー状電極３のフィンガー部３ａが第二フィンガー状電極４の基部４１のある側に引き出されて第一ポート８Ａに接続する構成によって、第二フィンガー状電極４の引き出しが二つに分けられた場合に、これらが一つの入出力ポートとして形成されるものとすることができる。
【００２１】
図３は、本発明の加速度センサの構成例を示す平面視および側面視の説明図である。なお側面図はセンサ素子基体を示す。図示するように本加速度センサ２５０は、センサ素子基体２２０と、センサ素子基体２２０上に設けられた基準電極（不感電極）２３０と、および上述した本発明検出部２１０を複数備えた構造であることを、主たる構成とする。特に検出部２１０は、入出力ポート２８Ａおよび２８Ｂの設けられた側の反対側２１１をセンサ素子基体２２０の端部方向に向けて配置された構成とすることができる。
【００２２】
なおセンサ素子基体２２０は、三の剛体２Ｇ１、２Ｇ２および２Ｇ３と、剛体間を連結する二の梁２Ｈ１および２Ｈ２とを有し、剛体は加速度を受けて変位する錘部（２Ｇ１、２Ｇ３）と変位しない支持部（２Ｇ２）であってこれらは交互に配置され、また、少なくとも梁２Ｈ１等は弾性表面波を発生させるための圧電基板を用いて形成されている構成とすることができる。図では基準電極２３０は支持部（２Ｇ２）上に設けた構成であるが、これは錘部（２Ｇ１等）に設けることとしてもよい。
【００２３】
図示するように本加速度センサ２５０は、何ら張り出した構造がなく直線状の当該反対側２１１が、センサ素子基体２２０の端部方向に向けて配置されているため、検出部２１１を最大限センサ素子基体２２０の端部に寄せることができる。すなわち、図４（ｂ）で示したＹ軸加速度検出の場合に、歪が集中する梁２Ｈ１等の幅方向（Ｙ軸座標方向）の端部に各検出部２１１を配置できるため、歪のピークから外れない位置で検出でき、Ｙ軸検出感度を最大限向上させることができる。
【００２４】
また本加速度センサ２５０は、検出部２１０の入出力ポート２８Ａおよび２８Ｂを同一の側にまとめて設けたことにより、そのスペースの分だけ幅方向（Ｙ軸座標方向）のサイズを小型化することができる。さらに、検出部２１０における引出し方法を変更しただけであって設計変更は不要であるため、主電極の信号強度（ゲイン）も保持できる。
【００２５】
なお本加速度センサ２５０では、図示するように設けるすべての検出部２１０は、少なくともその一部が梁２Ｈ１または２Ｈ２の上にあるように配置される構成とし、また、梁２Ｈ１、２Ｈ２の全ての側方端部に検出部２１０が配置された構成とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の加速度センサ、加速度センサの検出部構造および検出部によれば、検出部の信号強度を保持したまま検出部を小型化することができ、これにより、加速度センサ素子を小型化および高感度化することができる。したがって、センサ製造および加速度センサを利用するあらゆる産業分野において、利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００２７】
１…主電極
３…第一フィンガー状電極
４…第二フィンガー状電極
３１、４１…フィンガー状電極の基部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ…フィンガー部
８Ａ、２８Ａ…入出力ポート（第一ポート）
８Ｂ、２８Ｂ…入出力ポート（第二ポート）
９Ｌ、９Ｒ…反射電極
１０、２１０…加速度センサの検出部構造
２１１…入出力ポートの設けられた側の反対側
２２０…センサ素子基体
２３０…基準電極
２５０…加速度センサ
２Ｇ１、２Ｇ２、２Ｇ３…剛体（それぞれ、錘部、支持部、錘部）
２Ｈ１、２Ｈ２…梁
【００２８】
４１０…従来発明に係る検出部
４１…主電極
４３…第一フィンガー状電極
４４…第二フィンガー状電極
４８Ａ…第一ポート
４８Ｂ…第二ポート
４９Ｌ、４９Ｒ…反射電極
４２０…加速度センサ素子基体
４３０…基準電極（不感電極）
４５０…従来発明の加速度センサ（センサ素子）
４Ｇ１、４Ｇ２、４Ｇ３…剛体（それぞれ、錘部、支持部、錘部）
４Ｈ１、４Ｈ２…梁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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【図６】
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