(57)【要約】【課題】微小な振動に対する感度を向上する。【解決手段】実施形態に係る振動センサは、第１の端が固定された支持層と、前記支持層上の圧電層と、前記支持層と前記圧電層との間に設けられた絶縁層と、前記圧電層の第１の主面に設けられた共通電極と、前記圧電層の前記第１の主面とは反対側の第２の主面における第１領域に設けられた第１センシング電極と、前記圧電層の前記第２の主面における前記第１領域とは異なる第２領域に設けられた駆動電極と、からなる積層体を備え、前記第１領域は、前記支持層における前記第１の端付近に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端が固定された支持層と、
前記支持層上の圧電層と、
前記支持層と前記圧電層との間に設けられた絶縁層と、
前記圧電層の第１の主面に設けられた共通電極と、
前記圧電層の前記第１の主面とは反対側の第２の主面における第１領域に設けられた第１センシング電極と、
前記圧電層の前記第２の主面における前記第１領域とは異なる第２領域に設けられた駆動電極と、
からなる積層体を備え、
前記第１領域は、前記支持層における前記第１の端付近に位置する振動センサ。
【請求項２】
前記第２領域は、前記第１領域を前記第１の端以外の側から離間しつつ取り囲む領域である請求項１に記載の振動センサ。
【請求項３】
前記圧電層の前記第２の主面における第３領域に設けられた第２センシング電極をさらに備え、
前記支持層は、前記第１の端に加え、前記第１の端とは異なる第２の端が固定され、
前記第３領域は、前記支持層における前記第２の端付近に位置する
請求項１に記載の振動センサ。
【請求項４】
第１の積層体と第２の積層体とを含む複数の前記積層体を備え、
前記第１の積層体における前記第１センシング電極は、前記第２の積層体における前記共通電極に電気的に接続され、
前記第１の積層体における前記駆動電極は、前記第２の積層体における前記駆動電極に電気的に接続されている
請求項１に記載の振動センサ。
【請求項５】
複数の前記積層体を備え、
前記複数の積層体それぞれの前記支持層は、前記第１の端とは異なる第２の端側に他の支持層と共通の部分を含み、
前記複数の積層体それぞれの前記駆動電極は、前記支持層の前記共通の部分上に位置する
請求項１に記載の振動センサ。
【請求項６】
前記複数の積層体は、第１の積層体と第２の積層体とを含み、
前記第２の積層体は、前記共通の部分を挟んで前記第１の積層体とは反対側に位置する
請求項５に記載の振動センサ。
【請求項７】
前記複数の積層体は、前記共通の部分を周囲から取り囲むように前記共通の部分に接続されている
請求項５に記載の振動センサ。
【請求項８】
前記共通電極は、
前記第１センシング電極と対向する面が前記第１センシング電極と同じ形状を有し、前記圧電層を挟んで前記第１センシング電極と対応する位置に設けられた第１電極と、
前記駆動電極と対向する面が前記駆動電極と同じ形状を有し、前記圧電層を挟んで前記駆動電極と対応する位置に設けられた第２電極と、
からなる請求項１に記載の振動センサ。
【請求項９】
前記圧電層は、
前記第１センシング電極と接する面が前記第１センシング電極と同じ形状を有する第１層と、
前記駆動電極と接する面が前記駆動電極と同じ形状を有する第２層と、
からなる請求項８に記載の振動センサ。
【請求項１０】
前記圧電層は、前記支持層と対向する面が前記支持層と同じ形状を有する請求項８に記載の振動センサ。
【請求項１１】
複数の前記積層体を備え、
前記複数の積層体それぞれの前記第１の端を起点とした長さは、他の積層体の前記第１の端を起点とした長さとは異なる
請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１２】
複数の前記積層体を備え、
前記複数の積層体のうち少なくとも１つの積層体の前記第１の端を起点とした長さは、他の積層体の前記第１の端を起点とした長さとは異なる
請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１３】
前記支持層と前記絶縁層とは、同じ材料で構成されている請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１４】
前記第１センシング電極は、前記第２の主面の前記第１領域における分離した領域に形成された複数の分割電極より構成されている請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１５】
前記複数の分割電極は、電気的に直列に接続されている請求項１４に記載の振動センサ。
【請求項１６】
前記第１センシング電極は、前記第１の端側を起点とした長さが、前記支持層の前記第１の端を起点とした長さの半分である請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１７】
前記第１センシング電極は、前記第１の端側を起点とした長さが、前記支持層の前記第１の端を起点とした長さの０．３倍以上０．７倍以下である請求項１に記載の振動センサ。
【請求項１８】
前記第１センシング電極は、前記第１の端側を起点とした長さが前記支持層の前記第１の端を起点とした長さの０．１倍以下である請求項８に記載の振動センサ。
【請求項１９】
前記第１センシング電極は、前記第１の端側を起点とした長さが前記支持層の前記第１の端を起点とした長さの０．５倍以下である請求項８に記載の振動センサ。
【請求項２０】
請求項１に記載の振動センサと、
前記振動センサに接続され、前記第１センシング電極と前記共通電極との間に生じた電位差に基づいて前記振動センサに入力された振動を検出し、前記駆動電極と前記共通電極とに所定周波数の電圧信号を印加することで前記振動センサを励振させる制御部と、
を備えるセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の実施形態は、一般的に、振動センサ及びセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、構造物や電子機器などの微小な振動を検知し、そのものの状況や状態を把握するセンサとして、振動センサが存在する。振動センサは、構造物や電子機器などの安全性や信頼性等を確保する際、保守実施の必要性を見極める際などに非常に重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７７８３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９７８５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４７７８９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Soner Sonmezoglu, Jeronimo S. Fernandez, Scott T. Block, Yuri Kusano, Julius M. Tsai, Rajeevan Amirtharajah, and David A. Horsley "Passive Signal Amplification Via Series-Piezoelectric Read-Out" Transducers 2017, Kaohsiung, Taiwan, 18-22 June, 2017.
【非特許文献２】Takei R, Makimoto N, Okada H, et al., “Design of piezoelectric MEMS cantilever for low-frequency vibration energy harvester” Japanese Journal of Applied Physics, 2016, 55(6S1): 06GP14.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、微小な振動に対する感度を向上することが可能な振動センサ及びセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、第１の端が固定された支持層と、前記支持層上の圧電層と、前記支持層と前記圧電層との間に設けられた絶縁層と、前記圧電層の第１の主面に設けられた共通電極と、前記圧電層の前記第１の主面とは反対側の第２の主面における第１領域に設けられた第１センシング電極と、前記圧電層の前記第２の主面における前記第１領域とは異なる第２領域に設けられた駆動電極と、からなる積層体を備え、前記第１領域は、前記支持層における前記第１の端付近に位置する振動センサが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るセンシング電極のサイズを決定するための調査に使用した振動センサを説明するための図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る振動センサの長さ方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る振動センサの幅方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す振動センサにおけるセンサ部分の電気的な接続例を示す図である。
【図８】図８は、図６に示す振動センサにおける駆動部分の電気的な接続例を示す図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る他の振動センサの概略構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示す振動センサにおけるセンサ部分の電気的な接続例を示す図である。
【図１１】図１１は、図９に示す振動センサにおける駆動部分の電気的な接続例を示す図である。
【図１２】図１２は、第４の実施形態の第１例に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、第４の実施形態の第２例に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、第４の実施形態の第３例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図１５】図１５は、第４の実施形態の第４例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図１６】図１６は、第４の実施形態の第５例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図１７】図１７は、第４の実施形態の第６例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図１８】図１８は、第５の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図１９】図１９は、第６の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。
【図２０】図２０は、第６の実施形態に係る振動センサの長さ方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。
【図２１】図２１は、第６の実施形態に係る振動センサの幅方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。
【図２２】図２２は、第６の実施形態において共通電極の形状及びサイズをセンシング電極の形状及びサイズに合せた場合の振動センサの共振周波数付近の感度特性を示す図である。
【図２３】図２３は、第６の実施形態において共通電極のサイズを圧電層と同じサイズに固定した場合の振動センサの共振周波数付近の感度特性を示す図である。
【図２４】図２４は、第６の実施形態に係る他の振動センサの概略構成例を示す図である。
【図２５】図２５は、第６の実施形態に係るさらに他の振動センサの概略構成例を示す図である。
【図２６】図２６は、第６の実施形態に係るさらに他の振動センサの概略構成例を示す図である。
【図２７】図２７は、第７の実施形態の第１例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図２８】図２８は、第７の実施形態の第２例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図２９】図２９は、第７の実施形態の第３例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図３０】図３０は、第７の実施形態の第４例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図３１】図３１は、第７の実施形態の第５例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図３２】図３２は、第７の実施形態の第６例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【図３３】図３３は、第８の実施形態に係るセンサモジュールの概略構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら、例示する実施形態にかかる振動センサ及びセンサモジュールを詳細に説明する。
【０００９】
振動センサには、ピエゾ抵抗効果を利用したピエゾ抵抗型、静電容量の変化を利用した静電容量型、圧電効果を利用した圧電型などが存在する。それらのうち、圧電型の振動センサは、外部電源が不要なため、センサの自由度が高く、また、検出データを無線送信する際の電力をセンサ自身の発電で賄うことが可能であるため、低消費電力であるという利点を有する。さらに、電圧を印加することで励振できるため、センシングだけではなくセンサ自身のキャリブレーションも可能であるというメリットを備える。
【００１０】
また、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの圧電型振動センサは、低コスト化及び小型化の点において非常に有利である。その一方で、ＭＥＭＳタイプの圧電型振動センサは、微小な振動に対する感度を高めることが困難であり、十分な感度を達成することが難しい場合が存在する。
【００１１】
そこで以下の実施形態では、微小な振動に対する感度を向上することが可能な振動センサ及びセンサモジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図１（ａ）は、振動センサ１０の上視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る振動センサ１０は、カンチレバー構造（以下、説明の都合上、片持ち梁構造という）を備えるＭＥＭＳタイプの圧電型振動センサであって、支持層１０１と、絶縁層１０２と、共通電極１０３と、圧電層１０４と、センシング電極１０５及び駆動電極１０６とを備えている。支持層１０１、絶縁層１０２、共通電極１０３、圧電層１０４、センシング電極１０５及び駆動電極１０６が、支持体１００から突出した片持ち梁構造を構成している。
【００１４】
支持層１０１は、支持体１００から突出した板状の構造物である。この支持層１０１は、少なくとも１つの主面が支持体１００に対して実質的に垂直となるように、支持体１００から突出していてもよい。また、支持層１０１は、支持体１００と一体の部材であってもよいし、支持体１００とは別の部材であってもよい。支持層１０１の材料には、たとえばバルクシリコンなど、種々の材料を用いることができる。なお、本説明において主面とは、その構造物における最も面積の広い面であるとする。また、支持層１０１は、例えば片持ち梁構造における先端部分に重さが集中する形状に加工されていてもよい。
【００１５】
板状の支持層１０１は、表と裏とで２つの主面を備えている。これら２つの主面のうち、一方の主面（これを表面又は上面ともいう）上には、たとえばこの主面と同程度のサイズの圧電層１０４が配置されている。この圧電層１０４には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウム・スカンジウム（ＡｌＳｃＮ）、ＫＮＮ（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ）、亜鉛酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、マグネシウム酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＴ）など、種々の圧電材料を用いることができる。
【００１６】
圧電層１０４の２つの主面のうち、支持層１０１側の一方の主面（これを第１の主面という）には、共通電極１０３が設けられている。共通電極１０３は、第１の主面全体を覆うサイズであってもよいし、第１の主面の一部を覆うサイズであってもよい。この共通電極１０３には、たとえばプラチナ（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などの金属や、その他の導電材料を用いることができる。
【００１７】
共通電極１０３と支持層１０１との間には、絶縁層１０２が設けられている。これにより、共通電極１０３と支持層１０１とが電気的に分離されている。この絶縁層１０２には、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ２）など、種々の絶縁材料を用いることができる。なお、支持層１０１と絶縁層１０２とを同じ材料（例えば酸化シリコンなどの絶縁材料）で構成することも可能である。
【００１８】
圧電層１０４の２つの主面のうち、第１の主面と反対側の第２の主面には、センシング電極１０５及び駆動電極１０６が設けられている。センシング電極１０５及び駆動電極１０６には、たとえば金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）などの金属や、その他の導電材料を用いることができる。このセンシング電極１０５及び駆動電極１０６は、それぞれ圧電層１０４を挟んで共通電極１０３に対向する電極である。これらのうち、センシング電極１０５は、振動によって圧電層１０４表面に現れた分極を電気信号として取り出すための電極である。一方、駆動電極１０６は、圧電層１０４に電界を印加することで得られる逆圧電効果を利用して、振動センサ１０をキャリブレーションするための電極である。
【００１９】
センシング電極１０５及び駆動電極１０６は、それぞれ最適なサイズ及び配置となるように設計されている。たとえばセンシング電極１０５は、圧電層１０４の第２の主面であって、支持体１００から突出した構造物である振動センサ１０の根元付近のエリアに設けられてもよい。一方、駆動電極１０６は、センシング電極１０５の周囲（ただし、根元側を除く。以下同じ）を数μｍ〜数１０μｍ程度離間しつつ取り囲むように、圧電層１０４の第２の主面における残りのエリアに設けられてもよい。
【００２０】
以上のような構成を備える振動センサ１０が外部から振動を受けると、その根元付近に応力が発生する。その結果、圧電効果によって圧電層１０４の表面に発生した電荷が圧電層１０４を挟む共通電極１０３及びセンシング電極１０５に蓄積する。そこで、センシング電極１０５と共通電極１０３との間に発生した電位差を検出することで、振動を検出することができる。
【００２１】
その際、片持ち梁構造の共振を利用する構造とすることで、振動に対する感度を高めることが可能になるとともに、共振状態に有無に応じてその振動の周波数を特定することが可能になる。
【００２２】
さらに、振動センサ１０自身の状態を確認するため、駆動電極１０６と共通電極１０３とに交流電圧を印加して振動を励起することで、キャリブレーションを実施することが可能である。その際、センシング電極１０５と共通電極１０３との電位差を利用してキャリブレーション時の振動センサ１０の振幅をモニタリングすることで、振動センサ１０自身の状態を把握することができる。
【００２３】
なお、センシング電極１０５を片持ち梁構造の根元付近に配置することで、センシング時の振動センサ１０の出力電圧が大きくなるため、振動センサ１０の振動に対する感度を向上することが可能となる。また、センシング電極１０５の周囲を取り囲むように駆動電極１０６を配置することで、効率よく振動センサ１０を振動させることが可能となる。その結果、キャリブレーション時の駆動性能とセンシング感度とを両立することが可能となる。
【００２４】
つづいて、センシング電極１０５のサイズについて説明する。そこで本実施形態では、センシング電極１０５のサイズを決定するにあたり、圧電層１０４の第２の主面の長さＬ及び幅Ｗに対してセンシング電極１０５の長さ及び幅を変化させた際の感度の依存性を調査した。
【００２５】
図２は、本実施形態に係るセンシング電極のサイズを決定するための調査に使用した振動センサを説明するための図である。図２に示すように、本調査では、片持ち梁構造の長さ（支持層１０１の長さに相当）Ｌに対するセンシング電極１０５の長さの縮小率をＬｃとし、片持ち梁構造の幅（支持層１０１の幅に相当）Ｗに対するセンシング電極１０５の幅の縮小率をＷｃとし、圧電層１０４のサイズを支持層１０１のサイズと同じとし、圧電層１０４の長さＬを４００μｍとし、幅Ｗを５０μｍとした。また、支持層１０１を膜厚３μｍのＳｉ層とし、絶縁層１０２を膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２層とし、共通電極１０３を膜厚１００ｎｍのＰｔ層とし、圧電層１０４を膜厚３μｍのＰＺＴ層とし、センシング電極１０５を膜厚１００ｎｍのＡｕ層とした。さらに、本調査では、説明の簡略化のため、図２に示すように、駆動電極１０６を省略し、共通電極１０３のサイズを圧電層１０４の第１の主面のサイズと同じサイズとした。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る振動センサの長さ方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図であり、図４は、本実施形態に係る振動センサの幅方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。なお、図３及び図４では、感度特性が、振動の周波数に対する上下電極（共通電極１０３及びセンシング電極１０５に相当）表面の電位差の絶対値（出力電圧に相当）として示されている。
【００２７】
図３には、センシング電極１０５の幅を圧電層１０４の幅Ｗと同じとした場合において、センシング電極１０５の長さ方向の縮小率Ｌｃを、０．１〜０．８まで０．１ずつ変化させた際の感度特性が示されている。図３に示されているように、縮小率Ｌｃが０．５である場合、すなわち、センシング電極１０５の長さが片持ち梁構造の長さＬの半分である場合、振動センサ１０の感度特性が最も良好である。そして、縮小率Ｌｃが０．３〜０．７の範囲内であれば、振動センサ１０の感度特性が良好な範囲に保たれている。ただし、縮小率Ｌｃを０．１〜０．３又は０．７〜０．９の範囲内とした場合でも、十分な感度特性の振動センサ１０が実現されていることが分かる。
【００２８】
また、図４には、センシング電極１０５の長さを圧電層１０４の長さＬの半分とした場合において、センシング電極１０５の幅方向の縮小率Ｗｃを、０．１〜０．９まで０．１ずつ変化させた際の感度特性が示されている。図４に示されているように、センシング電極１０５の長さ方向の変化に対する振動センサ１０の感度特性（図３参照）と比較して、センシング電極１０５の幅方向の変化に対し、振動センサ１０の感度特性は安定している。ただし、縮小率Ｗｃが０．５である場合、すなわち、センシング電極１０５の幅が片持ち梁構造の幅Ｗの半分である場合、振動センサ１０の感度特性が最も良好となっている。そして、縮小率Ｗｃが０．３〜０．７の範囲内であれば、振動センサ１０の感度特性が良好な範囲に保たれている。ただし、縮小率Ｗｃを０．１〜０．３又は０．７〜０．９の範囲内とした場合でも、十分な感度特性の振動センサ１０が実現されていることが分かる。ただし、センシング電極１０５の長さ及び幅には、製造プロセス上の制約から下限となる長さ及び幅が存在するため、センシング電極１０５の長さ及び幅は、この下限となる長さ及び幅（例えば数μｍ〜１０μｍ）以上であることが好ましい。
【００２９】
そして、これらの調査結果から、センシング電極１０５の幅と長さとの両方を片持ち梁構造の幅Ｗ及び長さＬの半分とした場合に、振動センサ１０の感度が最も高いことが分かる。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る振動センサ１０は、片持ち梁構造を備えるＭＥＭＳタイプの圧電型振動センサであって、センシング電極１０５が片持ち梁構造の根元付近に設けられた構成を備える。このように、振動によって発生した応力が集中する根元付近に振動を検出するためのセンシング電極１０５を設けることで、より効果的に振動を検出することが可能となるため、結果として、振動に対する感度を高めることが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態に係る振動センサ１０は、片持ち梁構造の共振を利用することが可能である。それにより、振動に対する感度を高めることが可能になるとともに、共振状態に有無に応じてその振動の周波数を特定することが可能になる。
【００３２】
さらに、本実施形態に係る振動センサ１０では、センシング電極１０５の周囲を数μｍ〜数１０μｍ程度離間しつつ取り囲むように、圧電層１０４における第２の主面の残りのエリア全体に駆動電極１０６が設けられている。それにより、駆動性能とセンシング感度とが両立された振動センサ１０を実現することが可能となる。
【００３３】
（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。第１の実施形態では、一方の端が固定端とされ、他方の端が自由端とされた片持ち梁構造の振動センサ１０について説明した。これに対し、第２の実施形態では、両方の端が固定端とされた両持ち梁構造の振動センサについて、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００３４】
図５は、第２の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図５（ａ）は、振動センサ２０の上視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００３５】
図５に示すように、本実施形態に係る振動センサ２０は、第１の実施形態に係る振動センサ１０と同様の構成において、支持層１０１と絶縁層１０２と共通電極１０３と圧電層１０４とよりなる積層体の両端が支持体１００Ａ及び１００Ｂに固定された構成を備える。また、積層体の支持体１００Ａに対する根元付近には、センシング電極１０５Ａが設けられ、支持体１００Ｂに対する根元付近には、センシング電極１０５Ｂが設けられている。すなわち、本実施形態に係る振動センサ２０では、２つの端それぞれの根元付近に発生した応力を利用して振動をセンシングする。それにより、第１の実施形態と同様に、より効果的に振動を検出することが可能となり、その結果、振動に対する感度を高めることが可能となる。
【００３６】
駆動電極２０６は、センシング電極１０５Ａおよび１０５Ｂそれぞれの周囲を数μｍ〜数１０μｍ程度離間しつつ取り囲むように、圧電層１０４の第２の主面における残りのエリアに設けられてもよい。
【００３７】
なお、支持体１００Ａ及び１００Ｂのうちの少なくとも一方は、固定された部材である必要はなく、たとえば重りとしての役割を果たすものであってもよい。その場合、振動センサ２０からの出力電圧の振幅を大きくすることが可能となるため、感度を高めることが可能となる。
【００３８】
なお、振動センサ２０の断面構造など、その他の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３９】
（第３の実施形態）
つぎに、第３の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、上述又は後述する実施形態に係る振動センサを複数接続して１つの振動センサを構成する場合について、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４０】
まず、第１の実施形態に係る振動センサ１０を複数接続して１つの振動センサを構成する場合について、図面を用いて詳細に説明する。図６は、第３の実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図である。図７は、図６に示す振動センサにおけるセンサ部分の電気的な接続例を示す図である。図８は、図６に示す振動センサにおける駆動部分の電気的な接続例を示す図である。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態に係る片持ち梁構造の振動センサ３０Ａは、それぞれ例えば第１の実施形態に係る振動センサ１０と同様の構成を備える複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎがアレイ化された構成を備える。複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎは、同じ支持体１００に固定されていてもよいし、少なくとも一部が異なる支持体に固定されてもよい。
【００４２】
このような構成を有する振動センサ３０Ａのセンサ部分は、図７に示すように、ある振動センサ１０（例えば振動センサ１０Ａ）のセンシング電極１０５が後段に配置された振動センサ１０（例えば振動センサ１０Ｂ）の共通電極１０３に接続された構成を備える。すなわち、センサ部分に着目した場合、複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎが直列に接続されている。このような構成とすることで、振動センサ３０Ａからの出力電圧のゲインを、組み合わせる振動センサ１０の数に応じて高めることが可能となる。
【００４３】
一方、振動センサ３０Ａの駆動部分は、図８に示すように、複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎ間で、駆動電極１０６が並列接続されるとともに、共通電極１０３が並列接続された構成を備える。すなわち、駆動部分に着目した場合、複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎが並列に接続されている。このような構成とすることで、例えばキャリブレーション時に、複数の振動センサ１０Ａ〜１０Ｎを一括駆動することが可能となる。
【００４４】
つぎに、第２の実施形態に係る両持ち梁構造の振動センサ２０を複数接続して１つの振動センサを構成する場合について、図面を用いて詳細に説明する。図９は、第３の実施形態に係る他の振動センサの概略構成例を示す図である。図１０は、図９に示す振動センサにおけるセンサ部分の電気的な接続例を示す図である。図１１は、図９に示す振動センサにおける駆動部分の電気的な接続例を示す図である。
【００４５】
図９に示すように、本実施形態に係る片持ち梁構造の振動センサ３０Ｂは、それぞれ例えば第２の実施形態に係る振動センサ２０と同様の構成を備える複数の振動センサ２０Ａ〜２０Ｎがアレイ化された構成を備える。複数の振動センサ２０Ａ〜２０Ｎは、同じ支持体１００Ａ及び１００Ｂに固定されていてもよいし、少なくとも一部が異なる支持体に固定されてもよい。
【００４６】
図１０に示すように、振動センサ３０Ｂのセンサ部分は、図６〜図８に示す振動センサ３０Ａと同様に、複数の振動センサ２０Ａ〜２０Ｎが直列に接続された構成を備える。このような構成とすることで、振動センサ３０Ｂからの出力電圧のゲインを、組み合わせる振動センサ２０の数に応じて高めることが可能となる。なお、振動センサ２０Ａ〜２０Ｎそれぞれのセンシング電極１０５Ａ側を直列接続した系列と、センシング電極１０５Ｂ側を直列接続した系列とは、互いに独立した系列であってもよいし、それぞれの系列がさらに直列接続されていてもよい。若しくは、振動センサ２０Ａ〜２０Ｎそれぞれのセンシング電極１０５Ａ側とセンシング電極１０５Ｂ側とが交互に直列接続された構成であってもよい。
【００４７】
図１１に示すように、振動センサ３０Ｂの駆動部分についても、図６〜図８に示す振動センサ３０Ａと同様に、複数の振動センサ２０Ａ〜２０Ｎが並列に接続された構成を備える。このような構成とすることで、例えばキャリブレーション時に、複数の振動センサ２０Ａ〜２０Ｎを一括駆動することが可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、出力電圧のゲインを組み合わせる振動センサ１０の数に応じて高めることが可能となる。また、例えばキャリブレーション時には、複数の振動センサを一括駆動することが可能な振動センサ３０Ａ／３０Ｂを実現することが可能となる。
【００４９】
なお、各振動センサ１０／２０の断面構造など、その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５０】
（第４の実施形態）
つぎに、第４の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。上述した実施形態では、片持ち梁構造又は両持ち梁構造の振動センサ１０／２０を例示したが、本実施形態では、複数の振動センサにおいてそれぞれの一方の端が束ねることで複数の振動センサ間で駆動部分が共通化された構造を備える振動センサについて、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００５１】
・第１例
図１２は、本実施形態の第１例に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図１２（ａ）は、振動センサ４０Ａの上視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１２に示すように、第１例に係る振動センサ４０Ａは、所定間隔で配列した複数（本例では４つ）の片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄと、センサ部４１Ａ〜４１Ｄの自由端側を拘束するコの字型の駆動部４３Ａとを備える。すなわち、第１例に係る振動センサ４０Ａは、片持ち梁構造の複数の振動センサにおける駆動部分（駆動部４３Ａに相当）が共通化されることで、センサ部４１Ａ〜４１Ｄの先端が共通に拘束された構造を備える。
【００５２】
各センサ部４１Ａ〜４１Ｄは、例えば上述した実施形態で例示した振動センサ１０／２０におけるセンサ部分と同様に、支持層４０１と、絶縁層４０２と、共通電極４０３と、圧電層４０４と、センシング電極４０５とが積層された構成を備えている。ただし、第１例では、センシング電極４０５の幅が圧電層４０４の幅Ｗと同じである。また、駆動部４３Ａも、振動センサ１０／２０における駆動部分と同様に、支持層４０１と、絶縁層４０２と、共通電極４０３と、圧電層４０４と、駆動電極４０６とが積層された構成を備えている。
【００５３】
このように、片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄの自由端側をコの字型の駆動部４３Ａで拘束した構成とすることで、センサ部４１Ａ〜４１Ｄそれぞれの共振周波数のずれによるセンサ感度の低下を抑制することが可能となる。
【００５４】
・第２例
図１３は、本実施形態の第２例に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図１３（ａ）は、振動センサ４０Ｂの上視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。図１３に示すように、第２例に係る振動センサ４０Ｂは、所定間隔で配列した複数（本例では４つずつ）の片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈと、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈの自由端側を拘束するエの字型の駆動部４３Ａとを備える。駆動部４３Ｂの駆動電極４１６は、エの字型をしている。片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈのうち向かい合うセンサ部同士は、実質的には両持ち梁構造の振動センサを構成している。したがって、第２例に係る振動センサ４０Ｂは、両持ち梁構造の複数の振動センサにおける駆動部分（駆動部４３Ｂに相当）が共通化されることで、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈの先端が共通に拘束された構造を備える。
【００５５】
各センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈ並びに駆動部４３Ｂは、上述したセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び駆動部４３Ａと同様の層構造を備えていてよい。
【００５６】
このように、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈで構成された両持ち梁構造の振動センサにおける駆動部分を駆動部４３Ｂで共通化して各センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈの自由端側を拘束した構成とすることで、第１例と同様に、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈそれぞれの共振周波数のずれによるセンサ感度の低下を抑制することが可能となる。
【００５７】
・第３例
図１４は、本実施形態の第３例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図１４に示すように、第３例に係る振動センサ４０Ｃは、所定間隔で配列した複数（本例では４つ）の片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ、４１Ｅ〜４１Ｈ、４１Ｉ〜４１Ｌ、及び、４１Ｍ〜４１Ｐと、これらセンサ部４１Ａ〜４１Ｐの自由端側を拘束する矩形状の駆動部４３Ｃとを備える。すなわち、第３例に係る振動センサ４０Ｃは、中央に位置する矩形状の駆動部４３Ｃがセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ、４１Ｅ〜４１Ｈ、４１Ｉ〜４１Ｌ、及び、４１Ｍ〜４１Ｐで周囲から取り囲むようにして吊るす構造を備える。なお、駆動部４３Ｃは、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ、４１Ｅ〜４１Ｈ、４１Ｉ〜４１Ｌ、及び、４１Ｍ〜４１Ｐの先端を共通に拘束している。ただし、矩形状の駆動部４３Ｃの角部分は、支持体１００Ａ〜１００Ｄそれぞれに接続されている。そして、駆動電極４２６も、矩形の角部分が支持体１００Ａ〜１００Ｄそれぞれに延在している。
【００５８】
各センサ部４１Ａ〜４１Ｐ及び駆動部４３Ｃは、上述したセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び駆動部４３Ａと同様の層構造を備えていてよい。
【００５９】
このように、中央の矩形状の駆動部４３Ｃを四方から片持ち梁構造のセンサ部４１Ａ〜４１Ｄ、４１Ｅ〜４１Ｈ、４１Ｉ〜４１Ｌ、及び、４１Ｍ〜４１Ｐで四方から吊るす構造とすることで、センサ部の数を増加させることが可能となるため、振動センサ４０Ｅの感度をより高めることが可能となる。なお、駆動部４３Ｃは、矩形状に限られず、円形や楕円形や三角形以上の多角形など、種々変形されてもよい。
【００６０】
・第４例、第５例及び第６例
図１５は、本実施形態の第４例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図１６は、本実施形態の第５例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図１７は、本実施形態の第６例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。
【００６１】
図１５に示すように、第４例に係る振動センサ４０Ｄは、図１２に示した第１例に係る振動センサ４０Ａと同様の構成において、センサ部４１Ａ〜４１Ｄそれぞれにおけるセンシング電極４０５がセンシング電極４１５に置き換えられている。同様に、図１６に示すように、第５例に係る振動センサ４０Ｅは、図１３に示した第２例に係る振動センサ４０Ｂと同様の構成において、センサ部４１Ａ〜４１Ｄ及び４１Ｅ〜４１Ｈそれぞれにおけるセンシング電極４０５がセンシング電極４１５に置き換えられている。さらに同様に、図１７に示すように、第６例に係る振動センサ４０Ｆは、図１４に示した第３例に係る振動センサ４０Ｃと同様の構成において、センサ部４１Ａ〜４１Ｐそれぞれにおけるセンシング電極４０５がセンシング電極４１５に置き換えられている。センシング電極４１５は、例えば第１の実施形態と同様に、圧電層４０４の幅Ｗに対して所定の縮小率Ｗｃで縮小された幅を有している。
【００６２】
このように、第４例、第５例及び第６例では、各センシング電極４１５の幅が最適化されている。それにより、振動センサ４０Ｄ、４０Ｅ及び４０Ｆの感度をより向上することが可能となる。
【００６３】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６４】
（第５の実施形態）
つぎに、第５の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。上述した実施形態では、振動センサそれぞれにおいて、１つのセンサ部分が１つのセンシング電極１０５／４０５／４１５で構成されていた。これに対し、第５の実施形態では、各センサ部分におけるセンシング電極１０５／４０５／４１５が複数に分割されている場合について、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、以下では、説明の簡略化のため、第１の実施形態に係る振動センサ１０をベースに説明するが、これに限らず、他の実施形態に係る振動センサに対しても同様に適用することが可能である。
【００６５】
図１８は、本実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図１８（ａ）は、振動センサ５０の上視図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【００６６】
図１８に示すように、本実施形態に係る振動センサ５０は、第１の実施形態に係る振動センサ１０と同様の構成において、センシング電極１０５が複数（本例では３つ）の分割電極１０５ａ〜１０５ｃに置き換えられた構成を備える。
【００６７】
複数の分割電極１０５ａ〜１０５ｃは、例えば電気的に直列に接続されている。それにより、より効果的に振動を検出することが可能となり、その結果、振動に対する感度を高めることが可能となる。
【００６８】
なお、振動センサ５０の断面構造など、その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６９】
（第６の実施形態）
つぎに、第６の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。上述した実施形態では、共通電極１０３のサイズ及び形状を圧電層１０４の第１の主面のサイズ及び形状と同じとしていた。これに対し、本実施形態では、共通電極１０３のサイズ及び形状を、例えばセンシング電極１０５のサイズ及び形状に応じて変化させる場合について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、以下では、説明の簡略化のため、第１の実施形態に係る振動センサ１０をベースに説明するが、これに限らず、他の実施形態に係る振動センサに対しても同様に適用することが可能である。
【００７０】
図１９は、本実施形態に係る振動センサの概略構成例を示す図であり、図１９（ａ）は、振動センサ６０Ａの上視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【００７１】
図１９に示すように、本実施形態に係る振動センサ６０Ａは、例えば第１の実施形態に係る振動センサ１０と同様の構成において、共通電極１０３が共通電極１０３ａ及び１０３ｂに置き換えられた構成を備える。共通電極１０３ａは、例えばセンシング電極１０５と同様のサイズ及びを有しており、共通電極１０３ｂは、例えば駆動電極１０６と同様のサイズ及びを有している。
【００７２】
なお、図１９に示されているように、振動センサ６０Ａを製造する際の製造プロセスによっては、圧電層６０４に共通電極１０３ａ及び１０３ｂ間のギャップに起因したトレンチ６１が現れる。
【００７３】
つづいて、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａのサイズについて説明する。なお、本実施形態では、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａのサイズを決定するための調査において、図２を用いて説明した振動センサにおける共通電極１０３を共通電極１０３ａに置き換えたものを使用した。ただし、共通電極１０３と共通電極１０３ａとは、材料及び膜厚を同じとする。
【００７４】
図２０は、本実施形態に係る振動センサの長さ方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図であり、図２１は、本実施形態に係る振動センサの幅方向の電極縮小率に対する感度特性を示す図である。なお、図２０及び図２１では、図３及び図４と同様に、感度特性が、振動の周波数に対する上下電極（共通電極１０３ａ及びセンシング電極１０５に相当）表面の電位差の絶対値（出力電圧に相当）として示されている。
【００７５】
図２０には、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａの長さ方向の縮小率Ｌｃを、０．０５〜０．９まで変化させた際の感度特性が示されている。図２０に示されているように、共通電極１０３ａの形状及びサイズをセンシング電極１０５の形状及びサイズに合せた場合、縮小率Ｌｃを小さくすればするほど、すなわち、片持ち梁構造の長さＬに対する比率を小さくすればするほど、振動センサ６０Ａの感度特性が改善しており、縮小率Ｌｃが０．１以下である場合が最も良好な感度特性となっている。そして、縮小率Ｌｃが０．５以下であれば、振動センサ６０Ａの感度特性が良好な範囲に保たれ、縮小率Ｌｃが０．９以下であれば、十分な感度特性の振動センサ６０Ａが実現されている。
【００７６】
また、図２１には、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａの幅方向の縮小率Ｗｃを、０．１〜０．９まで０．１ずつ変化させた際の感度特性が示されている。図２１に示されているように、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａの幅方向の変化に対して振動センサ６０Ａの感度特性は安定しているものの、縮小率Ｗｃが０．５である場合に振動センサ６０Ａの感度特性が最も良好となっている。そして、縮小率Ｗｃが０．３〜０．７の範囲内であれば、振動センサ６０Ａの感度特性が良好な範囲に保たれている。ただし、縮小率Ｗｃを０．１〜０．３又は０．７〜０．９の範囲内とした場合でも、十分な感度特性の振動センサ６０Ａが実現されていることが分かる。
【００７７】
ただし、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａの長さ及び幅には、製造プロセス上の制約から下限となる長さ及び幅が存在するため、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａの長さ及び幅は、この下限となる長さ及び幅（例えば数μｍ〜１０μｍ）以上であることが好ましい。
【００７８】
ここで、共通電極１０３のサイズを圧電層１０４と同じサイズに固定した場合（例えば第１の実施形態）と、共通電極１０３ａの形状及びサイズをセンシング電極１０５の形状及びサイズに合せた場合（例えば本実施形態）とで、いずれの場合がより良い感度特性を得られるかについて説明する。なお、本説明では、それぞれの場合で、センシング電極１０５の長さ及び幅を圧電層１０４の長さＬ及び幅Ｗの半分、すなわち縮小率Ｌｃ及びＷｃをそれぞれ０．５とする。
【００７９】
図２２は、共通電極の形状及びサイズをセンシング電極の形状及びサイズに合せた場合の振動センサの共振周波数付近の感度特性を示す図であり、図２３は、共通電極のサイズを圧電層と同じサイズに固定した場合の振動センサの共振周波数付近の感度特性を示す図である。なお、図２２及び図２３では、図２０及び図２１と同様に、感度特性が、振動の周波数に対する上下電極（共通電極１０３／１０３ａ及びセンシング電極１０５に相当）表面の電位差の絶対値（出力電圧に相当）として示されている。
【００８０】
図２２と図２３とを比較すると明らかなように、共通電極１０３ａの形状及びサイズをセンシング電極１０５の形状及びサイズに合せた場合（例えば本実施形態）の方が、共通電極１０３のサイズを圧電層と同じサイズに固定した場合（例えば第１の実施形態）よりも、振動センサの出力電圧が増加している。これは、共通電極１０３ａの形状及びサイズをセンシング電極１０５の形状及びサイズに合せた構造の振動センサ（例えば振動センサ６０Ａ）の方が、共通電極１０３のサイズを圧電層と同じサイズに固定した構造の振動センサ（例えば振動センサ１０）よりも、感度特性が向上していることを示している。
【００８１】
以上のことから、センシング電極１０５及び共通電極１０３ａのサイズを最適化することにより、出力電圧を更に向上することができ、それにより、振動に対する感度をより高めることが可能となる。
【００８２】
なお、以上のような調査結果は、第１の実施形態に係る片持ち梁構造の振動センサ１０をベースとした振動センサ６０Ａに限られるものではない。例えば図２４に示すような、第２の実施形態に係る両持ち梁構造の振動センサ２０をベースとした振動センサ６０Ｂについても同様に当てはめることができる。なお、図２４に示す振動センサ６０Ｂでは、共通電極１０３が、センシング電極１０５Ａに対応する共通電極１０３Ａと、センシング電極１０５Ｂに対応する共通電極１０３Ｂと、駆動電極２１６に対応する共通電極１０３Ｃとに分割されている。また、圧電層６１４には、共通電極１０３Ａ〜１０３Ｃ間のギャップに起因したトレンチ６１Ａ及び６１Ｂが現れている。
【００８３】
また、図１９及び図２４では、共通電極１０３をセンシング電極１０５／１０５Ａ／１０５Ｂ及び駆動電極１０６／２１６の形状に合せて分離加工する場合を例示したが、これらの構成に限定されるものではない。例えば、図２５に及び図２６に示すように、共通電極１０３に加えて圧電層１０４も、センシング電極１０５／１０５Ａ／１０５Ｂ及び駆動電極１０６／２１６の形状に合せて分離加工した構成とすることも可能である。
【００８４】
なお、図２５に示されている振動センサ６０Ｃは、例えば第１の実施形態に係る振動センサ１０をベースとしたものであり、例えば図１９に示す振動センサ６０Ａと同様の構成において、圧電層６０４が圧電層６０４ａ及び６０４ｂに置き換えられた構成を備える。圧電層６０４ａは、例えばセンシング電極１０５と同様のサイズ及びを有しており、圧電層６０４ｂは、例えば駆動電極１０６と同様のサイズ及びを有している。そして、トレンチ６２は、その底面に絶縁層１０２が露出している。
【００８５】
また、図２６に示されている振動センサ６０Ｄは、例えば第２の実施形態に係る振動センサ２０をベースとしたものであり、例えば図２４に示す振動センサ６０Ｂと同様の構成において、圧電層６１４が圧電層６１４Ａ、６１４Ｂ及び６１４Ｃに置き換えられた構成を備える。圧電層６１４Ａは、例えばセンシング電極１０５Ａと同様のサイズ及びを有しており、圧電層６１４Ｂは、例えばセンシング電極１０５Ｂと同様のサイズ及びを有しており、圧電層６１４Ｃは、例えば駆動電極２１６と同様のサイズ及びを有している。そして、トレンチ６２Ａ及び６２Ｂそれぞれは、その底面に絶縁層１０２が露出している。
【００８６】
その他、振動センサ５０の断面構造など、その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８７】
（第７の実施形態）
つぎに、第７の実施形態に係る振動センサについて、図面を参照して詳細に説明する。上述した第３の実施形態では、長さＬが同じ振動センサ１０／２０をアレイ化して電気的に接続した。これに対し、本実施形態では、長さＬが異なる振動センサをアレイ化して電気的に接続する場合について、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００８８】
・第１例
図２７は、第１例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図２７に示すように、第１例に係る振動センサ７０Ａは、それぞれ長さＬが異なる片持ち梁構造の振動センサ７１Ａ〜７１Ｎを１つずつ備える。振動センサ７１Ａ〜７１Ｎは、同じ支持体１００に固定されていてもよいし、少なくとも一部が異なる支持体に固定されてもよい。また、センサ部及び駆動部の電気的な接続例、並びに、各振動センサ７１Ａ〜７１Ｎの断面構造は、例えば上述した実施形態における片持ち梁構造の振動センサのいずれかと同様であってよい。
【００８９】
・第２例
図２８は、第２例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図２８に示すように、第２例に係る振動センサ７０Ｂは、第１例に係る振動センサ７０Ａと同様の構成において、同じ長さＬの振動センサ７１Ａ〜７１Ｎを複数ずつ（本例では２つずつ）備えている。
【００９０】
・第３例
図２９は、第３例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図２９に示すように、第３例に係る振動センサ７０Ｃは、第１例に係る振動センサ７０Ａと同様の構成において、各振動センサ７１Ａ〜７１Ｎの自由端側が支持体１００Ｂ１〜１００Ｂｎに固定された構成を有している。支持体１００Ｂ１〜１００Ｂｎは１つの支持体であってもよいし、複数に分割された支持体であってもよい。
【００９１】
・第４例
図３０は、第４例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図３０に示すように、第４例に係る振動センサ７０Ｄは、第２例に係る振動センサ７０Ｂと同様の構成において、同じ長さＬを持つ振動センサ７１Ａ〜７１Ｎの自由端側が共通の支持体１００Ｂ１〜１００Ｂｎに固定された構成を有している。支持体１００Ｂ１〜１００Ｂｎは１つの支持体であってもよいし、複数に分割された支持体であってもよい。
【００９２】
・第５例
図３１は、第５例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図３１に示すように、第５例に係る振動センサ７０Ｅは、例えば第３例に係る振動センサ７０Ｃと同様の構成において、それぞれ長さＬが異なる片持ち梁構造の振動センサ７１Ａ〜７１Ｎが、それぞれ長さＬが異なる両持ち梁構造の振動センサ７２Ａ〜７２Ｎが、に置き換えられた構成を有する。なお、センサ部及び駆動部の電気的な接続例、並びに、各振動センサ７２Ａ〜７２Ｎの断面構造は、例えば上述した実施形態における両持ち梁構造の振動センサのいずれかと同様であってよい。
【００９３】
・第６例
図３２は、第６例に係る振動センサの概略構成例を示す上視図である。図３２に示すように、第６例に係る振動センサ７０Ｆは、第５例に係る振動センサ７０Ｅと同様の構成において、同じ長さＬの振動センサ７２Ａ〜７２Ｎを複数ずつ（本例では２つずつ）備えている。
【００９４】
各振動センサ７１Ａ〜７１Ｎ及び７２Ａ〜７２Ｎは、長さＬに応じた共振周波数を有している。そのため、上述した第１〜第６例のように、長さＬの異なる複数の振動センサをアレイ化することで、センシングの帯域を広げることが可能となる。
【００９５】
その際、第２、第４及び第６例のように、同じ長さＬの振動センサを複数設けることで、各共振周波数の振動を検出した際の出力電圧のゲインを組み合わせる振動センサの数に応じて高めることが可能となる。
【００９６】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００９７】
（第８の実施形態）
つぎに、第８の実施形態に係るセンサモジュールについて、図面を参照して詳細に説明する。第８の実施形態では、上述した実施形態に係る振動センサを備えたセンサモジュールについて、例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成について、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。また、以下では、説明の簡略化のため、第１の実施形態に係る振動センサ１０を用いた場合を説明するが、これに限らず、他の実施形態に係る振動センサを用いることも可能である。
【００９８】
図３３は、本実施形態に係るセンサモジュールの概略構成例を示すブロック図である。図３３に示すように、センサモジュール８０は、振動センサ１０に加え、制御部８１と、メモリ８２とを備える。
【００９９】
制御部８１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの情報処理装置で構成され、センシング電極１０５と共通電極１０３との間に生じた電位差に基づいて振動センサ１０に入力された振動を検出する。また、制御部８１は、例えば振動センサ１０のキャリブレーション時には、振動センサ１０の共振周波数に相当する周波数の電圧信号を駆動電極１０６及び共通電極１０３に印加する。
【０１００】
メモリ８２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの記憶装置であり、制御部８１の動作を実現するための各種プログラム及びパラメータや、振動センサ１０で検出された振動のデータを記憶する。なお、各種プログラム及びパラメータには、振動センサ１０のキャリブレーション時に使用するプログラム及びパラメータが含まれている。
【０１０１】
その他の構成、動作及び効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１０Ａ〜１０Ｎ，２０，２０Ａ〜２０Ｎ，３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ〜４０Ｆ，５０，６０Ａ〜６０Ｄ，７０Ａ〜７０Ｆ，７１Ａ〜７１Ｎ，７２Ａ〜７２Ｎ…振動センサ、４１Ａ〜４１Ｐ…センサ部、４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…駆動部、６１，６１Ａ，６１Ｂ，６２，６２Ａ，６２Ｂ…トレンチ、８０…センサモジュール、８１…制御部、８２…メモリ、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｂ１〜１００Ｂｎ…支持体、１０１，４０１…支持層、１０２，４０２…絶縁層、１０３，１０３Ａ〜１０３Ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，４０３…共通電極、１０４，４０４，６０４，６０４ａ，６０４ｂ，６１４，６１４Ａ〜６１４Ｃ…圧電層、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，４０５，４１５…センシング電極、１０５ａ〜１０５ｃ…分割電極、１０６，２０６，４０６，４１６，４２６…駆動電極。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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