(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、前記２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、
前記圧電基板上を被覆すると共に前記入力電極と前記出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部（７）が備えられ、
前記伝播路を挟んで前記入力電極と反対側に反射器（４）が配置され、該反射器で反射された前記弾性表面波が前記伝播路を通じて前記入力電極に返され、前記入力電極を前記出力電極として前記弾性表面波を検知し、前記出力信号を発生させ、
前記反射器は、前記被覆膜の表面に形成された凸部（４ｂ、４ｃ）のみによって構成されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、前記２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、
前記圧電基板上を被覆すると共に前記入力電極と前記出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部（７）が備えられ、
前記反射部は、前記圧電基板に対する法線方向および前記弾性表面波の伝播方向に対する平行面での断面形状が三角形とされていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
前記三角形は、前記圧電基板の法線方向に対して、前記伝播路と反対側の一辺が平行、前記伝播路側の一辺が傾斜した直角三角形状であることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、前記２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、
前記圧電基板上を被覆すると共に前記入力電極と前記出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部（７）が備えられ、
前記被覆膜は、温度変化に基づく前記遅延時間の変化を抑制する温特抑制膜（５）を含んでいることを特徴とする物理量センサ。
【請求項５】
少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、前記２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、
前記圧電基板上を被覆すると共に前記入力電極と前記出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部（７）が備えられ、
前記被覆膜は、前記弾性表面波素子への水分の浸入を抑制する防湿膜（８）を含んでいることを特徴とする物理量センサ。
【請求項６】
前記伝播路を挟んで前記入力電極と反対側に反射器（４）が配置され、該反射器で反射された前記弾性表面波が前記伝播路を通じて前記入力電極に返され、前記入力電極を前記出力電極として前記弾性表面波を検知し、前記出力信号を発生させることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記反射器は、前記圧電基板の表面に形成された電極構造部（４ａ）と前記被覆膜の表面に形成された凸部（４ｂ、４ｃ）によって構成されていることを特徴とする請求項１または６に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記反射器は、前記被覆膜の表面に形成された凸部（４ｂ、４ｃ）のみによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の物理量センサ。
【請求項９】
前記反射部は、前記圧電基板に対する法線方向および前記弾性表面波の伝播方向に対する平行面での断面形状が長方形とされていることを特徴とする請求項１、４および５のいずれか１つに記載の物理量センサ。
【請求項１０】
前記反射部は、前記励起成分の中心に対して、前記反射成分の中心が前記伝播路と反対側に所定のずれ量ずれる位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の物理量センサ。
【請求項１１】
少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、前記２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、
前記圧電基板上を被覆すると共に前記入力電極と前記出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記被覆膜のうちの前記入力電極の上の位置には、前記２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、前記突起状構造部での反射によって前記弾性表面波の反射成分を生成し、前記伝播路の方向へは記弾性表面波の励起成分と前記反射成分とを強め合わせ、前記伝播路と反対方向へは前記励起成分と前記反射成分とを弱め合わせる反射部（７）が備えられ、
前記反射部は、前記励起成分の中心に対して、前記反射成分の中心が前記伝播路と反対側に所定のずれ量ずれる位置に配置されていて、
前記所定波長をλとして、前記ずれ量が３／８λであることを特徴とする物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子を用いた物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性表面波（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）という）素子を用いた物理量センサがある。例えば、ＳＡＷ素子を用いた物理量センサは、圧電基板の上に、２つの櫛形の電極を組み合わせて構成されたストライプ状の電極（以下、ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）という）と、ＩＤＴに対向配置されたストライプ状の反射器を備えた構成とされる。
【０００３】
このように構成される物理量センサでは、ＩＤＴの各電極に入力信号を入力し、そのときに圧電基板の表面に発生させられるＳＡＷが反射器で反射された反射波を受け取ったときにＩＤＴから出力される信号を出力信号として、印加された物理量を検出する。すなわち、物理量に基づく歪みによってＩＤＴと反射器との間の距離が変化すると、ＩＤＴが発した弾性波が反射波として戻ってくるまでに掛かる時間が変化することから、出力信号が発生させられる時間が変化する。このため、入力信号を入力してから出力信号が発生させられるまでの間の時間間隔である遅延時間に基づいて、発生している物理量を検出することができる。
【０００４】
ＳＡＷの速度およびＩＤＴと反射器との間の距離は温度の影響を受けるため、この場合の遅延時間は、物理量だけでなく、温度によっても変化する。そのため、検出精度を向上させるためには、温度による遅延時間の変化を抑制することが重要である。そこで、温度による遅延時間の変化（以下、温度特性という）を抑制するために、ＩＤＴや反射器をシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの特性抑制膜で被覆することで、温度係数を小さくすることが行われている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＳＡＷ素子に水分が付着すると、特性変動などが生じ、好適な物理量検出が行えなくなる。このため、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの防湿膜で被覆することで、特性変動を抑制することが行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ultrasonics Symposium (IUS), 2010 IEEE International S. Matsuda, M. Miura, T. Matsuda, M. Ueda, Y. Satoh and K. Hashimoto“ Investigation of SiO2 Film Properties for Zero  Temperature Coefficient of Frequency SAW Devices ,”Proc. IEEE Ultrason. Symp. (2010) pp. 633-636
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＩＤＴや反射器を特性抑制膜や防湿膜などの被覆膜で被覆する場合、温度特性の抑制効果や防湿効果を得ることが可能になるものの、被覆されることによって利得が低下するという問題が発生する。具体的には、ＩＤＴや反射器を被覆すると、ＳＡＷ素子の特性として有する電気機械結合係数や反射係数が変化し、これにより利得を低下させてしまう。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、ＳＡＷ素子を被覆膜で被覆する場合において、利得の低下を抑制することができる構造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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１ないし１１に記載の発明では、少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、圧電基板の表面上において、圧電基板の表面内における一方向に延設された互いに平行な歯を有する２つの櫛形電極（３ａ、３ｂ）を、２つの櫛形電極それぞれの歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長のＳＡＷを励起させ、圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、伝播路を通じて伝播されたＳＡＷを検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、圧電基板上を被覆すると共に入力電極と出力電極を被覆する被覆膜（５、８）と、を有するＳＡＷ素子（１）を備え、印加された物理量に応じて伝播路の長さが変化することに基づいて、入力信号と出力信号との間の時間間隔である遅延時間より物理量の検出を行う。
【００１０】
このような構成において、被覆膜のうちの入力電極の上の位置には、２つの櫛形電極の歯の延設方向と同方向に延設された突起状構造部にて構成され、かつ、入力電極への入力信号の入力により励起されたＳＡＷの励起成分の中心に対して、突起状構造部での反射によるＳＡＷの反射成分の中心が所定のずれ量ずれる位置に配置された反射部（７）が備えられていることを特徴としている。
【００１１】
このように、ＳＡＷの伝播方向において、被覆膜の反射部によるＳＡＷの反射成分の中心が入力電極が発生させるＳＡＷの励起成分の中心に対してずれるように、反射部を構成している。このような反射部を備えることにより、伝播路側には強いＳＡＷが伝播され、伝播路と反対側には弱いＳＡＷしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるＳＡＷのエネルギーは保存されるため、伝播方向が２方向とされるときと比較して、一方向とされることで、物理量検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、ＳＡＷ素子による物理量検出の利得の低下を抑制することが可能となる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるＳＡＷ素子１を有する物理量センサの上面レイアウト図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２中のＩＤＴ３近傍を示した断面図である。
【図４（ａ）】伝播路や反射器４側に向くＳＡＷの励起成分と反射成分を示した波形図である。
【図４（ｂ）】伝播路や反射器４と反対側に向くＳＡＷの励起成分と反射成分を示した波形図である。
【図５】図２に示すＳＡＷ素子１の製造工程を示した断面図である。
【図６】図５（ｅ）に示す工程をスパッタリング装置にて行う場合を示した断面図である。
【図７】斜め方向からスパッタ粒子を圧電基板２に入射する場合の温特抑制膜５の成膜状態を示した部分拡大断面図である。
【図８】斜め方向からスパッタ粒子を圧電基板２に入射することで温特抑制膜５を形成したときの断面図である。
【図９】第１実施形態の変形例で説明するＳＡＷ素子１の製造工程を示した断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる物理量センサに備えられたＳＡＷ素子１の断面図である。
【図１１】図１０に示すＳＡＷ素子１の製造工程を示した断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態にかかる物理量センサに備えられたＳＡＷ素子１の断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態にかかる物理量センサに備えられたＳＡＷ素子１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図８を用いて説明する。まず、本実施形態のＳＡＷ素子１の構成について説明する。ここでは、トルク検出を行うトルクセンサにＳＡＷ素子１を適用する場合を例に挙げて説明するが、ＳＡＷ素子１を圧力センサなどの他の物理量を検出するセンサとして用いることもできる。
【００１６】
ＳＡＷ素子１は、図１および図２に示すように圧電基板２の表面上にＩＤＴ３と反射器４の一部を構成する電極構造部４ａを備えた構成とされ、これらを図２に示すように温特抑制膜５によって被覆することによって構成されている。また、ＳＡＷ素子１は、外部の装置として、制御装置６に接続されており、この制御装置６によって制御されることでトルク検出を行っている。
【００１７】
圧電基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム）ＬｉＴａＯ3等の圧電性材料で形成された平板状の基板である。
【００１８】
ＩＤＴ３は、入力信号に基づいてＳＡＷを発生させる入力電極に相当するものである。ＩＤＴ３は、図１に示すように、対向する２つの櫛形電極３ａ、３ｂの各歯が互いに平行かつ交互に並ぶように配置されており、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの電極材料によって構成されている。各櫛形電極の歯は互いに平行に並べられ、本実施形態の場合は、ＩＤＴ３を構成する櫛形電極３ａ、３ｂの歯のピッチを例えばλ／２で一定としているが、各歯のピッチについては任意に設定可能である。なお、λは本実施形態において使用するＳＡＷの波長である。
【００１９】
各櫛形電極３ａ、３ｂはそれぞれ制御装置６と接続するための配線や端子に接続されており、これらを通じて制御装置６からの入力信号の入力や、制御装置６への出力信号の出力が為される。そして、制御装置６から入力信号が入力されることに基づき、ＩＤＴ３は、各櫛形電極３ａ、３ｂの間に発生する電位差および圧電基板２の圧電効果による励起によりＳＡＷを発生させ、伝播路および反射器４側に伝播させる。
【００２０】
反射器４は、ＩＤＴ３から伝播されるＳＡＷの伝播方向に対して垂直に延設された複数の突起状構造部によって構成されるもので、伝播されてきたＳＡＷを反射し、反射波を発生させてＩＤＴ３側に伝える。本実施形態では、ＩＤＴ３の櫛形電極３ａ、３ｂを構成する電極材料によって構成した電極構造部４ａと後述する温特抑制膜５の表面に形成された凸部４ｂとによって反射器４を構成している。そして、電極構造部４ａと凸部４ｂそれぞれが突起状構造部を構成した構造とされており、本実施形態では、電極構造部４ａと凸部４ｂが共に、図２に示す断面（圧電基板２の表面に対する法線方向およびＳＡＷの伝播方向に対する平行断面）が長方形とされている。また、本実施形態では、反射器４は、複数の突起状構造部が等間隔に平行に並べられ、ＩＤＴ３の各櫛形電極３ａ、３ｂの歯と対向して配置されている。各突起状構造部のピッチは、例えばＩＤＴ３を構成する櫛形電極の歯のピッチと同じとされている。なお、櫛形電極３ａの各歯と櫛形電極３ｂの各歯の間の間隔は、上記したように、λ／２とされている。
【００２１】
温特抑制膜５は、圧電基板２の表面上において、ＩＤＴ３および反射器４を被覆するように設けられた被覆膜である。温特抑制膜５は、後述する遅延時間が温度により変化することを抑制するためのものであり、例えば、ＳｉＯ2、ＧｅＯ2、ＢｅＦ2等、ＳＡＷの伝播速度に対して正の温度係数を持つ材料で形成されている。例えば、温特抑制膜５の膜厚は０．３λ程度とされている。
【００２２】
温特抑制膜５の表面のうち、ＩＤＴ３の上の位置には、ＳＡＷの反射成分を生成する突起状構造部にて構成された反射部７が形成され、ＩＤＴ３から離間した位置には反射器４の一部を構成する凸部４ｂが形成されている。
【００２３】
反射部７は、ＩＤＴ３が発生させるＳＡＷの励起成分が反射された反射成分を生成する。この反射成分が励起成分と干渉する干渉効果によって、伝播路および反射器４側に伝播される側には強め合ったＳＡＷを発生させ、伝播路や反射器４と反対側に伝播される側には弱め合ったＳＡＷを発生させる。図３に示すように、本実施形態では、反射部７は、断面が長方形となる形状とされており、櫛形電極３ａ、３ｂの各歯と対応する位置に形成されている。そして、ＳＡＷの伝播方向において、反射部７によるＳＡＷの反射成分の中心がＩＤＴ３の発生させるＳＡＷの励起成分の中心に対して伝播路と反対側にずれるように、反射部７が構成されている。
【００２４】
本実施形態の場合、ＳＡＷの伝播方向において、反射部７を構成する各突起状構造部それぞれの中心がＩＤＴ３を構成する櫛形電極３ａ、３ｂの各歯の中心からずらされることで、ＳＡＷの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずらされている。そして、ＳＡＷの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずれ量ａλずれるように、伝播路や反射器４と反対方向において、反射部７を構成する各突起状構造部それぞれの中心がＩＤＴ３を構成する櫛形電極３ａ、３ｂの各歯の中心からずらされている。
【００２５】
このようにＳＡＷの反射成分の中心が励起成分の中心に対してずらされると、図３中に示した伝播路や反射器４側に向くＳＡＷ（右方向の矢印）については、図４（ａ）に示される波形図のように、励起成分と反射成分の位相が近くて互いに強め合うように作用する。この右方向の実線矢印で示されたＳＡＷをＳＡＷ（ｒ）で示すと、ＳＡＷ（ｒ）は、次式で表され、励起成分と反射成分とが強め合って強いＳＡＷを発生させる。
【００２６】
（数１）
ＳＡＷ（ｒ）＝ａλ＋ａλ＋１／４・λ
逆に、図３中に示した伝播路や反射器４と反対側に向くＳＡＷ（左方向の破線矢印）については、図４（ｂ）に示される波形図のように、励起成分と反射成分とが逆位相に近くて互いに弱め合うように作用する。この左方向の矢印で示されたＳＡＷをＳＡＷ（ｌ）で示すと、ＳＡＷ（ｌ）は、次式で表され、励起成分と反射成分とが弱め合って弱いＳＡＷしか発生させない。
【００２７】
（数２）
ＳＡＷ（ｌ）＝（１−ａ）λ＋（１−ａ）λ＋１／４・λ
このように、反射部７が備えられることにより、伝播路や反射器４側には強いＳＡＷが伝播され、伝播路や反射器４と反対側には弱いＳＡＷしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるＳＡＷのエネルギーは保存されるため、伝播方向が２方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となり、利得を向上させることが可能となる。
【００２８】
なお、ａについてはＳＡＷ（ｒ）がＳＡＷの波長の１周期分であるλになるときが一番干渉効果が大きくなって強い波になることから、３／８になるときが最も良い。このため、反射部７を構成する各突起状構造部それぞれの中心が伝播路や反射器４と反対方向において、ＩＤＴ３を構成する櫛形電極３ａ、３ｂの各歯の中心から３／８λずらされているときが最も効果が大きい。
【００２９】
制御装置６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路など構成されるものであり、ＩＤＴ３に対して入力信号を入力すると共に、ＩＤＴ３の出力信号の基づいて物理量としてトルク検出を行う。具体的には、制御装置６は、ＩＤＴ３への入力信号、例えば各櫛形電極３ａ、３ｂの間にパルス状の電位差を発生させる信号を入力することで、圧電効果に基づいてＳＡＷを発生させる。これにより、反射器４から反射波が伝播され、その反射波に基づいて圧電効果によりＩＤＴ３の各櫛形電極３ａ、３ｂの間に電位差あるいは電荷が発生することから、制御装置６は、それを検出することで反射波が返って来たタイミングを検出する。そして、制御装置６は、ＳＡＷを発生させてから反射波が返って来るまでの間を遅延時間として、この遅延時間の測定を行う。印加されるトルクによってＩＤＴ３と反射器４との間の距離が変化し、この距離の変化によって遅延時間が変化することから、遅延時間を測定することで、トルクを検出することができる。
【００３０】
このような構造により、本実施形態にかかるＳＡＷ素子１が構成されている。このように構成されるＳＡＷ素子１は、例えば、車両のエンジンにおけるクランク軸近辺に配置されるトルクセンサとして用いられ、クランク軸に掛かるトルクに基づいて圧電基板２が変形することを利用して、トルク検出を行う。
【００３１】
つぎに、ＳＡＷ素子１の動作について説明する。
【００３２】
まず、制御装置６がＩＤＴ３の２つの櫛形電極３ａ、３ｂに対して入力信号を入力、例えば櫛形電極３ａ、３ｂ間に電位差を発生させると、櫛形電極３ａ、３ｂを通して圧電基板２に電位差が発生する。これにより、圧電基板２のうちＩＤＴ３が形成された部分の表面において、圧電効果によるＳＡＷが発生する。このとき、上記したように、励起成分と反射成分との干渉により、ＳＡＷは、伝播路や反射器４側には強い波で伝播され、伝播路や反射器４と反対側には弱い波でしか伝播されないようにできる。
【００３３】
そして、ＳＡＷは圧電基板２の表面のうちＩＤＴ３と反射器４との間の伝播路を通じて伝播され、反射器４に到達する。その後、反射器４で反射されて、反射波としてＩＤＴ３に返って来る。この反射波に基づいて、圧電基板２のうちのＩＤＴ３が形成された部分の表面が反射波によって変形し、ＩＤＴ３の櫛形電極３ａ、３ｂ間に圧電効果による電位差が発生する。
【００３４】
この電位差が出力信号として制御装置６に出力され、制御装置６は、ＩＤＴ３に入力信号を入力してから、ＩＤＴ３から出力信号が出力されるまでの遅延時間を測定する。
【００３５】
ＳＡＷ素子１がこのような動作をしているときに、圧電基板２がクランク軸に加わるトルクに基づいて歪むと、ＳＡＷの伝播路の長さが変化し、ＳＡＷがＩＤＴ３から反射器４で反射してＩＤＴ３に戻ってくるまでの遅延時間が変化する。この遅延時間の測定結果に基づいて、制御装置６は、ＲＯＭ等の記憶領域に記憶された遅延時間とトルクとの関係をもとに、測定した遅延時間からトルクを検出する。
【００３６】
続いて、本実施形態にかかるＳＡＷ素子１の製造方法について、図５〜図８を参照して説明する。
【００３７】
まず、図５（ａ）に示すように圧電基板２を用意する。続いて、図５（ｂ）に示すように、圧電基板２の表面全面にレジスト１０を成膜したのち、露光・現像を経て、レジスト１０のうちＩＤＴ３や反射器４における電極構造部４ａと対応する部分を露出させる。その後、図５（ｃ）に示すように、レジスト１０の上に例えば蒸着によって電極材料１１を成膜する。これにより、レジスト１０上に加えて圧電基板２のうちレジスト１０が除去されて露出させられた部分に電極材料１１が成膜される。
【００３８】
そして、図５（ｄ）に示すようにレジスト１０を除去すると、電極材料１１のうちレジスト１０上に形成されていた部分がリフトオフによって除去され、圧電基板２の表面に形成されていた部分のみが残される。これにより、ＩＤＴ３および反射器４のうちの電極構造部４ａが構成される。
【００３９】
その後、ＩＤＴ３および反射器４を被覆するように、圧電基板２の表面に例えばシリコン酸化膜にて構成される温特抑制膜５を形成する。例えば、スパッタリングによって温特抑制膜５を形成しており、図６に示すように、圧電基板２の表面の法線方向に対して傾斜した斜め方向からスパッタ粒子が入射されるようにすることで、上記した構造の温特抑制膜５となるようにしている。
【００４０】
例えば、図７に示すように、スパッタリング装置内において、ウェハホルダ２０に圧電基板２を搭載し、この圧電基板２に対してスパッタターゲット２１をずらした位置に配置する。これにより、圧電基板２の表面の法線方向に対する斜め方向からスパッタ粒子が圧電基板２に入射されるようにできる。このような方法によってスパッタリングを行うと、図８に示すように、圧電基板２の表面に突起状に形成されているＩＤＴ３や電極構造部４ａに対して、スパッタターゲット側が厚く、その反対側が薄くなるようにして温特抑制膜５が形成される。これにより、上記した構造の温特抑制膜５となる。
【００４１】
この後の工程については図示しないが、温特抑制膜５に対してＩＤＴ３に繋がる配線に接続された端子を露出させる部分などを形成することで、ＳＡＷ素子１が完成する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態のＳＡＷ素子１では、ＳＡＷの伝播方向において、温特抑制膜５の反射部７によるＳＡＷの反射成分の中心がＩＤＴ３が発生させるＳＡＷの励起成分の中心に対してずれるように、反射部７が構成されている。このような反射部７を備えることにより、伝播路や反射器４側には強いＳＡＷが伝播され、伝播路や反射器４と反対側には弱いＳＡＷしか伝播されないようにできるため、伝播方向を一方向に制限できる。そして、励起されるＳＡＷのエネルギーは保存されるため、伝播方向が２方向とされるときと比較して、一方向とされることで、トルク検出に利用できるエネルギーを増加させることが可能となる。よって、ＳＡＷ素子１によるトルク検出の利得の低下を抑制することが可能となる。
【００４３】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、スパッタリングを斜め方向に行うことによって温特抑制膜５の一部として反射部７や凸部４ｂが形成されるようにした。これに限らず、反射部７や凸部４ｂを温特抑制膜５の成膜工程とは別工程として形成しても良いし、温特抑制膜５とは別部材で形成しても良い。
【００４４】
例えば、図９（ａ）に示すように、ＩＤＴ３および電極構造部４ａが形成された圧電基板２の表面に温特抑制膜５を成膜したのち、図９（ｂ）に示すように温特抑制膜５の表面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによって平坦化する。この後、図９（ｃ）に示すように、温特抑制膜５の表面にレジスト３０を配置した後、パターニングしてレジスト３０を反射部７や凸部４ｂの形成予定位置にのみ残す。そして、レジスト３０をマスクとした異方性エッチングを行うことで、図９（ｄ）に示すように、温特抑制膜５の表面に反射部７や凸部４ｂを形成する。このように、温特抑制膜５の成膜工程の後、別工程として反射部７や凸部４ｂを形成しても良い。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して反射部７や反射器４の一部を構成する凸部４ｂの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図１０に示すように、本実施形態では、反射部７や凸部４ｂの断面形状が三角形とされている。具体的には、反射部７は、圧電基板２の法線方向に対して、伝播路と反対側の一辺が平行、伝播路側の一辺が傾斜した直角三角形状となるようにしている。このように、反射部７を三角形とした場合にも、反射部７によるＳＡＷの反射成分の中心がＩＤＴ３が発生させるＳＡＷの励起成分の中心に対してずれるようにできる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
このような構造のＳＡＷ素子１の製造方法は、基本的には第１実施形態と同様であるが、反射部７や凸部４ｂの形成工程が第１実施形態に対して異なったものとなる。例えば、次のようにして本実施形態にかかるＳＡＷ素子１を製造することができる。
【００４８】
まず、上記した第１実施形態の変形例に示したように、図１１（ａ）、（ｂ）に示す工程として、図９（ａ）、（ｂ）に示す工程と同様の工程を行うことで、温特抑制膜５の表面を平坦化する。
【００４９】
そして、図１１（ｃ）に示す工程として、図９（ｃ）に示す工程と同様、レジスト３０を配置した後、パターニングしてレジスト３０を反射部７や凸部４ｂの形成予定位置に残す。ただし、このとき、ＩＤＴ３からのＳＡＷの伝播方向と同方向において、レジスト３０のうち櫛形電極３ａ、３ｂの各歯と対応するそれぞれの部分での露光量を変化させる。これにより、ＩＤＴ３からのＳＡＷの伝播方向と同方向において、レジスト３０のうち各歯と対応するそれぞれの部分での膜質を変化させられ、温特抑制膜５に対するエッチングの選択比を変化させられる。つまり、レジスト３０の各歯や各電極構造部４ａと対応するそれぞれの部分において、紙面左側ではエッチングされ難く、紙面右側ではエッチングされ易くなる。このようなレジスト３０を用いて温特抑制膜５をエッチングすると、レジスト３０のエッチングに対する選択比が場所によって異なっていることに基づいて、図１１（ｄ）に示すように温特抑制膜５に断面形状が三角形の反射部７および凸部４ｂが形成される。
【００５０】
このような製造方法により、本実施形態にかかるＳＡＷ素子１を製造することが可能となる。
【００５１】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対してＩＤＴ３などの被覆膜を増やしたものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは、第１実施形態の構造に対して本実施形態の構造を適用する場合について説明するが、第２実施形態の構造に対しても同様の適用できる。
【００５２】
図１２に示すように、本実施形態では、温特抑制膜５の上に、更に被覆膜として防湿膜８を配置している。防湿膜８は、例えばシリコン窒化膜や窒化アルミニウム、窒化チタンなどの窒化膜で構成され、素子内への水分の侵入を抑制する。例えば、防湿膜８の膜厚は０．０５〜０．０８λ程度とされている。このような防湿膜８の表面に、突起状構造部にて構成された反射部７および凸部４ｃが形成されている。本実施形態の場合、温特抑制膜５の表面にも、反射部７や凸部４ｂが構成されており、これらの形状が引き継がれることで、その上に成膜された防湿膜８の表面に反射部７や凸部４ｃが形成されるようにしている。
【００５３】
このように、防湿膜８を形成する場合にもその表面に反射部７を形成することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、防湿膜８の形成工程については、温特抑制膜５を形成した後に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法などによって形成することによって行われる。このとき、温特抑制膜５に先に形成された反射部７や凸部４ｂの形状が引き継がれることになるため、防湿膜８に形成される反射部７や凸部４ｃも、温特抑制膜５に形成されたものと同様の効果を得ることができる突起状構造部となる。
【００５４】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第３実施形態に対して反射器４の構成を変えたものであり、その他については第１〜第３実施形態と同様であるため、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは、第１実施形態の構造に対して本実施形態の構造を適用する場合について説明するが、第２、第３実施形態の構造に対しても同様の適用できる。
【００５５】
図１３に示すように、本実施形態では、反射器４を温特抑制膜５の凸部４ｂのみによって構成し、第１〜第３実施形態で備えていた電極構造部４ａについては備えていない構成としている。反射器４については、ＩＤＴ３から伝播されたＳＡＷを反射してＩＤＴ３側に返す役割を果たせば良く、ＩＤＴ３から伝播されるＳＡＷの伝播方向に対して垂直に延設された複数の突起状構造部によって構成されていれば良い。このため、必ずしも電極構造部４ａが必要なわけではなく、温特抑制膜５に形成した凸部４ｂのみによって反射器４が構成されていても良い。
【００５６】
なお、このような構造のＳＡＷ素子１の製造方法については、図９で示した温特抑制膜５を一旦平坦化してから反射部７をパターニングする場合と同様の方法を用いることができる。すなわち、ＩＤＴ３を形成する際に電極構造部４ａについては形成しないようにしておき、温特抑制膜５を形成してからその表面を平坦化し、さらにレジスト３０をマスクとして温特抑制膜５をパターニングすることで、反射部７と共に凸部４ｂを形成すれば良い。
【００５７】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、圧電基板２として、全部が圧電性材料で構成されたものを例に挙げて説明したが、少なくともＳＡＷが伝播される表面が圧電性材料で構成されていれば良い。
【００５９】
また、上記各実施形態で説明したＩＤＴ３や反射器４の上面レイアウトは一例であり、他のレイアウトであっても良い。すなわち、ＩＤＴ３については発生させたＳＡＷを一方向に向けて伝播できる構造であれば良く、反射器４についても、伝播してきたＳＡＷをＩＤＴ３側に向けて反射できる構造であれば良い。
【００６０】
また、反射部７を突起状構造部として説明したが、被覆膜の表面に凹部を形成し、凹部と凹部の間に位置する部分によって突起状構造部を構成しても良い。
【００６１】
また、上記第３実施形態では、温特抑制膜５と防湿膜８を両方共に備える場合について説明したが、被覆膜として少なくともいずれか一方が備えられていれば良く、防湿膜８のみとしても良い。その場合、防湿膜８に反射部７を形成することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
上記第４実施形態では、温特抑制膜５に形成した凸部４ｂのみによって反射器４を構成する場合について説明したが、温特抑制膜５の凸部４ｂを無くして、電極構造部４ａのみによって反射器４を構成しても良い。また、温特抑制膜５に代えて、もしくは温特抑制膜５と共に防湿膜８を形成する場合、防湿膜８の凸部４ｃのみによって反射器４を構成しても良いし、電極構造部４ａ、凸部４ｂ、４ｃのいずれか１つもしくは２つのみによって反射器４を構成しても良い。
【００６３】
また、上記実施形態では、反射部７の断面形状が長方形や三角形となる場合について説明したが、正確な長方形や三角形である必要はなく、例えば、角部が丸まっていたり、辺が直線ではなく湾曲した形状のものであっても良い。
【００６４】
また、上記各実施形態では、反射器４によってＩＤＴ３から伝播されたＳＡＷを反射器４で反射させると共に、その反射波をＩＤＴ３に返し、反射してきたＳＡＷをＩＤＴ３で検知して、物理量に対応する出力を発生させる構成としている。これにより、ＩＤＴ３と反射器４との間によって構成される伝播路でＳＡＷを往復させることで遅延時間を長くでき、より物理量の検知精度を高めることが可能になる。また、１つのＩＤＴ３によって、入力信号に基づいてＳＡＷを発生させる入力電極とＳＡＷを検知して物理量に対応する遅延時間を含む出力信号を発生させる出力電極としての役割を果たすことが可能になる。しかしながら、この構造はＳＡＷ素子１の構成の一例を示したに過ぎない。例えば、反射器４を備えることなく、反射器４の部分に出力電極を備え、入力電極（ＩＤＴ３）から伝播路を通じて伝播されてきたＳＡＷを入力電極に対して伝播路と反対側に配置された出力電極によって検知する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１  ＳＡＷ素子
２  圧電基板
３  ＩＤＴ
４  反射器
５  温特抑制膜
６  制御装置
７  反射部
８  防湿膜
【図１】
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【図２】
0006477120.tif 000003
【図３】
0006477120.tif 000004
【図４（ａ）】
0006477120.tif 000005
【図４（ｂ）】
0006477120.tif 000006
【図５】
0006477120.tif 000007
【図６】
0006477120.tif 000008
【図７】
0006477120.tif 000009
【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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