(57)【要約】【課題】ＳＡＷ素子の周波数変動により圧力を感知するＳＡＷ圧力センサにおいて、小型化、低コスト化を実現することを目的とする。【解決手段】一方の主面にＳＡＷ素子１１を形成した圧電基板１０と、天井部が開口し内底部の中央に貫通孔３を形成したケース部材１と、貫通孔３を取り囲むように圧電基板１０とケース部材１とを接合する接着部材４と、ケース部材１の天井部を封止するための蓋体２０とを備え、圧電基板１０上に外部のセンシング装置と送受信を行うアンテナ１５をストリップラインで形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に櫛型電極を形成した圧電基板と、天井部が開口し内底部の中央に貫通孔を形成したケース部材と、前記貫通孔を取り囲むように前記圧電基板と前記ケース部材とを接合する接着部材と、前記ケース部材の天井部を封止するための蓋体とを備えたＳＡＷ圧力センサにおいて、前記圧電基板上に外部のセンシング装置と送受信を行うアンテナをストリップラインで形成することを特徴としたＳＡＷ圧力センサ。
【請求項２】
前記ケース部材、又は前記圧電基板は、前記貫通孔を取り囲むように環状の枠体が設けられていることを特徴とした請求項１に記載のＳＡＷ圧力センサ。
【請求項３】
前記圧電基板は、櫛型電極周辺がエッチング加工により薄肉になっていることを特徴とした請求項１に記載のＳＡＷ圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷ素子を用い周波数変動により圧力を検知するＳＡＷ圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから、携帯電話等の通信機器におけるフィルタとして利用する以外に、圧力センサとしても利用されてきている。
【０００３】
図５（ａ）は特開昭６０−２０１３４号公報にて開示されているＳＡＷ圧力センサの断面図を示している。ケース５１は一端が開口したケースであり、そのケース内側面には段差５２と貫通孔５３が設けられている。表面波基板５４はＰＺＴなどの圧電セラミックス、ＬｉＮｂＯ３などの単結晶、或いはＺｎＯなどの圧電薄膜を形成したガラス基板などで構成されている。この表面波基板５４上には図５（ｂ）に示すように、櫛形電極５５、５６が所定の間隔をあけて配置されており、櫛型電極５５、５６の一方の電極間には増幅器７が挿入されると共に他方の電極は接地される。表面波基板５４はケース５１内の段差５２上に固定され、ケース５１との間に密閉空間５８を構成し、貫通孔５３を通して密閉空間５８内の圧力が一定値に設定した後、シール部材５９が取り付けられる。そして、ケース５１の開口端には多数の孔を有する蓋６０が取り付けられる。
【０００４】
次に、図６は特開昭６１−８００２４号公報に開示されているＳＡＷ圧力センサの断面図を示している。このＳＡＷ圧力センサは、厚肉部７１と薄肉のダイヤフラム部７２とからなる基体７３を備え、ダイヤフラム部７２上に櫛型電極７４が形成されている。なお、基体７３は、エッチング加工等により基板を凹状に形成しており、ダイヤフラム部７２と肉厚部７３とが一体となっている。
【０００５】
以上説明したＳＡＷ圧力センサは、圧電基板に圧力を受けると、圧電基板の撓みにより櫛型電極の電極指間の間隔が変化し、それに伴い発振周波数が変化し、この周波数変化量により圧力を検知している仕組みである。
【０００６】
また、前記ＳＡＷ圧力センサは、図７に示すように外部のセンシング装置８１のアンテナ８２から発信される駆動信号をＳＡＷ圧力センサ８３に接続されたアンテナ８４で受信しＳＡＷ素子を駆動させている。そして、ＳＡＷ素子で検出した周波数変化は再びアンテナ８４を介してセンシング装置８１へ送信される。従って、ＳＡＷ圧力センサは動作に外部電源を必要とせず、ワイヤレスで信号を送受信することができるという利点を有している。
【特許文献１】特開昭６０−２０１３４号公報
【特許文献２】特開昭６１−８００２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記ＳＡＷ圧力センサにおいて、センサとアンテナとを別々に設けているのでセンサ側の装置が大型になってしまうという問題があった。また、アンテナもケース等でパッケージングする必要があるので、大量生産するためにはコストが高くなるという問題もあった。前記問題を解決するために、本発明ではＳＡＷ素子を用いたＳＡＷ圧力センサにおいて、小型化、低コスト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係るＳＡＷ圧力センサの請求項１に記載の発明は、  一方の主面に櫛型電極を形成した圧電基板と、天井部が開口し内底部の中央に貫通孔を形成したケース部材と、前記貫通孔を取り囲むように前記圧電基板と前記ケース部材とを接合する接着部材と、前記ケース部材を封止するための蓋体とを備えたＳＡＷ圧力センサにおいて、前記圧電基板上に外部のセンシング装置と送受信を行うアンテナをストリップラインにより形成することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記ケース部材、又は前記圧電基板は、前記貫通孔を取り囲むように環状の枠体を設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記圧電基板は、櫛型電極周辺がエッチング加工により薄肉になっていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、ＳＡＷ素子の周波数変化により圧力を検知するＳＡＷ圧力センサにおいて、圧電基板上にストリップラインでアンテナを形成し、センサとアンテナを一体にしたので、センサ装置の小型化、低コスト化を実現できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ケース部材、又は圧電基板に貫通孔を取り囲むように枠体を設けることにより、圧電基板とケース部材との接合部分における支点間距離を正確に制御できるので、センサ感度のばらつきを抑圧することができ、再現性の良いセンサを実現できる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、圧電基板の櫛型電極周辺をエッチング加工により薄肉にして凹状にすることにより、平板状の圧電基板と比較して機械的強度を損ねることなく基板の厚みを薄くすることができるので、良好なセンサ感度が得られる。また、圧電基板とケース部材との接合部分における支点間距離を正確に制御できるので、センサ感度のばらつきを抑圧することができ再現性の良いセンサを実現できる。更に、圧電基板をケースに実装する際に精度を必要としないので製造効率を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係るＳＡＷ圧力センサの断面図を示している。ケース部材１は天井部が開口しており、裏面に外部に接続するための接続用端子２を設け、内底部の中央に貫通孔３を形成している。また、圧電基板１０は、一方の主面にＳＡＷ素子１１を形成している。そして、貫通孔３を取り囲むように、圧電基板１０のＳＡＷ素子１１が形成されている面の裏面とケース部材１とを接着部材４により接合することにより受圧ダイヤフラムを構成している。圧電基板１０をケース部材１上に実装した後、ケース部材１の天井部の開口を蓋体２０でシーム溶接で封止することにより一定の圧力に保たれた密閉空間２１を形成する。
【００１５】
図１（ｂ）は前記圧電基板のＳＡＷ素子が形成されている面を示しており、ＳＡＷ素子１１は互いに間挿し合う一対の櫛型電極１２、１３と、その両側に配置した反射器１４と、アンテナ１５とから構成されている。なお、アンテナ１５は櫛型電極１２及び１３を短絡し、且つＳＡＷ素子部を取り囲むように圧電基板の外周に沿ってストリップラインを形成することにより構成されている。
【００１６】
本発明の特徴は、外部のセンシング装置のアンテナから送信された駆動信号を受信し、検出結果を送信するアンテナを、ＳＡＷ素子と同じ圧電基板上に設けたことである。このような構成とすることで、センサとアンテナとを一体に形成することができ、小型化、低コスト化を実現できる。
【００１７】
前記ＳＡＷ圧力センサは、貫通孔から圧電基板に圧力を受けると、その圧力により圧電基板が撓み、櫛型電極の電極指間の間隔が変化する。電極指間の間隔が変化すると共振周波数が変化し、この周波数の変化により圧力を検出する仕組みである。従って、センサ感度を上げるためには、圧電基板の厚さｔを機械的強度が劣化しない程度に極力薄くするのが望ましい。また、圧電基板とケース部材との支点間距離Ｌや接合部分の形状がばらつくと、圧電基板の撓み量が変化し、周波数変化量から圧力を算出する際に誤差が生じてしまい再現性が悪くなる。従って、支点間距離Ｌや接合部分の形状を正確に制御する必要がある。
【００１８】
支点間距離Ｌや接合部分の形状を正確に制御するためには、圧電基板の実装前に例えばＡｕや半田等の下地電極を予め圧電基板やケース部材に形成し、下地電極間を接着部材により接合するのが望ましい。また、図２に示すように貫通孔３を取り囲むように枠体５を設け、該枠体５の上面と圧電基板１０とを接着部材４により接合しても良い。枠体を設けることにより、圧電基板の実装位置を固定できるので、支点間距離Ｌを正確に制御することができる。なお、前記枠体は圧電基板側に設けても良い。
【００１９】
更には、図３に示すように圧電基板１０をエッチング加工することによりＳＡＷ素子１１の周辺を薄肉部１６とし、薄肉部１６の外周の厚肉部１７とケース部材１とを接着部材４で接合しても良い。このような構造とすることで、図１の平板状の圧電基板と比較して機械的強度を損ねることなくＳＡＷ素子周辺の基板厚みを薄くすることができるので、センサ感度を大幅に向上することができる。また、支点間距離Ｌや接合部分の形状を正確に制御できるので、センサ感度のばらつきを抑圧することができ、再現性の良いセンサを実現できる。更に、圧電基板をケース部材に実装する際に精度を必要としないので製造効率を改善できる。
【００２０】
また、図４に示すようにエッチング加工により掘り込んだ圧電基板３１の凹部側にＳＡＷ素子３２を形成し、且つ、ＳＡＷ素子３２と実装基板３０とが対向するように実装基板３０と圧電基板３１とを接着部材３３により接合しても良い。このような構造とすることで、圧電基板をケースの一部として利用でき、また部品点数を減らすことができるので小型化、低コスト化に寄与できる。なお、圧電基板の形状は平板状としても良い。
【００２１】
前述の圧電基板の材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、或いはＺｎＯなどの圧電薄膜を形成したガラス基板等が適用される。また、ＳＡＷ素子部を構成するＩＤＴ、反射器及びアンテナを形成する材料としては、電気抵抗が小さく、電極形成が容易なＡｌ又はＡｌを主成分とする合金が望ましいが、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ及びそれらを主成分とする合金としても良い。また、上述ではＳＡＷ素子に１端子対ＳＡＷ共振子を用いたが、２端子対ＳＡＷ共振子やそれ以外の構造としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＳＡＷ圧力センサの断面図を（ａ）に、圧電基板の平面図を（ｂ）に示す。
【図２】本発明に係るＳＡＷ圧力センサの変形例を示す。
【図３】本発明に係るＳＡＷ圧力センサの別の変形例を示す。
【図４】本発明に係るＳＡＷ圧力センサの別の変形例を示す。
【図５】従来の平板状の圧電基板を用いたＳＡＷ圧力センサを示す。
【図６】従来の凹状の圧電基板を用いたＳＡＷ圧力センサを示す。
【図７】ＳＡＷ圧力センサとセンシング装置の送受信を説明する図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：ケース部材
２：接続用端子
３：貫通孔
４：接着部材
５：枠体
１０：圧電基板
１１：ＳＡＷ素子
１２：櫛歯状電極
１３：櫛歯状電極
１４：反射器
１５：アンテナ
１６：薄肉部
１７：厚肉部
２０：蓋体
２１：密閉空間
３０：実装基板
３１：圧電基板
３２：ＳＡＷ素子
３３：接着部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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