(57)【要約】【課題】特殊な半導体プロセスを必要とすることのないより簡素な構成にて、検出対象の運動を検出することのできる半導体センサを提供する。【解決手段】センサ装置１は、作用する外力の大きさに応じた変形量で弾性変形するダイヤフラム１０と、このダイヤフラム１０を弾性変形可能に支持する台座２０とを有しており、ダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）裏面側の、膜厚が急激に厚くなる箇所に、変形部１０ｂの変形量を検出するための手段として、圧電素子３０を有している。さらに、ダイヤフラム１０の変形部１０ｂの裏面側略中央に、適宜の形状及び材料にて形成された磁石４０を有している。そして、圧電素子３０からの出力電圧に基づき、マイクロコンピュータ（検出手段）５０を通じて、回転軸（図示略）の回転に伴って回転する歯車の回転を検出するとともに、センサ装置１を取り巻く雰囲気の圧力も検出している。【選択図】図１
2008128903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用する外力の大きさに応じた変形量で弾性変形する変形部材と、
前記変形部材を弾性変形可能に支持する支持部材と、
前記変形部材の変形量に応じた大きさの電気信号を出力する変形量検出部材と、
前記変形部材に配置されて、磁性体からなる検出対象との間に作用するとともに前記検出対象の運動に伴って変化する磁力を、前記変形部材に対して作用する外力に変換する磁石と、
前記変形量検出部材から出力される電気信号に基づいて、前記検出対象の運動を検出する検出手段とを備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記変形部材は、検出すべき物理量が作用したときにも、その物理量を外力として弾性変形するものであり、
前記検出手段は、前記変形量検出部材から出力される電気信号に基づいて、前記物理量の変化も検出するものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記検出対象は、回転軸の回転に伴って回転する歯車であり、
前記変形部材は、当該センサ装置を取り巻く雰囲気に少なくとも一面が露出されて、前記雰囲気の圧力の変化に応じて変形するダイヤフラムであることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記磁石は、前記歯車と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記ダイヤフラムは、前記歯車と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側が前記雰囲気に露出されていることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記ダイヤフラムは、前記歯車と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側が前記雰囲気から遮断されていることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記検出対象は、回転軸の回転に伴って回転する歯車であり、
前記変形部材は、当該センサ装置に作用する加速度の変化を捉える錘部を支える梁部であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記錘部は、前記梁部を介して前記支持部材に複数箇所で支持されていることを特徴とする請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記錘部は、前記梁部を介して前記支持部材に１箇所のみで支持されていることを特徴とする請求項７に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記変形量検出部材は、前記変形部材の変形に伴って変形するとともに、変形量に応じた大きさの電圧を発生する圧電素子である請求項１〜９のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記変形部材及び前記支持部材は、半導体プロセスを通じて形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象の運動を検出するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサ装置としては従来、例えば特許文献１に記載の技術のように、外部から印加された磁界強度の変化に応じて内部抵抗が変化する磁気抵抗素子を用いた技術が知られている。こうした技術においては、例えば回転軸の回転に伴って回転する、金属で形成された歯車の近傍に磁気抵抗素子を配設するとともに、この磁気抵抗素子に電流を流しておく。こうした状態において回転軸が回転すると、回転軸の回転に伴って歯車が回転し、該歯車の周囲に形成された歯に起因する磁気抵抗素子との距離の変化により、磁気抵抗素子に印加される磁界強度も変化する。すなわち、磁気抵抗素子の抵抗値も変化する。こうした磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、歯車の回転を、ひいては、回転軸の回転を検出することができる。
【特許文献１】特開２００３−５７２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、そうした磁気抵抗素子は、主に、パマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）やニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）等のニッケルを主成分とする強磁性体材料を用いて形成される。強磁性体材料を用いて形成された磁気抵抗素子と、配線を形成する際に使用されることの多いアルミニウム（Ａｌ）とを電気的に接続するにあたり、特殊な半導体プロセスが必要とされる。すなわち、こうした異種金属間においては、接触抵抗を安定させるべく、磁気抵抗素子を形成するニッケルを半導体基板上でテーパー形状に加工し、この上にアルミニウムにて配線を形成する。しかしながら、このようにテーパー形状に加工することがそもそも難しく、また、形成されたアルミニウム配線の端部をエッチングすることが必要となるが、そうしたエッチング自体も難しい。
【０００４】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、特殊な半導体プロセスを必要とすることのないより簡素な構成にて、検出対象の運動を検出することのできるセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作用する外力の大きさに応じた変形量で弾性変形する変形部材と、前記変形部材を弾性変形可能に支持する支持部材と、前記変形部材の変形量に応じた大きさの電気信号を出力する変形量検出部材と、前記変形部材に配置されて、磁性体からなる検出対象との間に作用するとともに前記検出対象の運動に伴って変化する磁力を、前記変形部材に対して作用する外力に変換する磁石と、前記変形量検出部材から出力される電気信号に基づいて、前記検出対象の運動を検出する検出手段とを備えることとした。
【０００６】
センサ装置としてのこのような構成では、まず、検出対象と磁石との間に作用する磁力が検出対象の運動に伴って変化する。ここで、磁石が変形部材に配置されているため、検出対象と磁石との間に作用する磁力は、変形部材に対して作用する外力に変換される。そして、外力の大きさに応じた変形量で変形部材が弾性変形し、その変形量に応じた大きさの電気信号が変形量検出部材から出力される。このようにして、検出手段を通じて、変形量検出部材から出力される電気信号に基づき、検出対象の運動が検出されることとなる。
【０００７】
このように、本構成によれば、そもそも、磁気抵抗素子自体を使用することがないため、課題の欄に記載したような従来技術における特殊な半導体プロセスが必要とされることはなく、より簡素な構成にて、検出対象の運動を検出することができるようになる。また、磁気抵抗素子を利用する従来技術では、検出対象の運動を検出するために磁気抵抗素子に電流を流しておかねばならなかったが、本構成によれば、そうした電流を流す必要もなくなる。さらに、磁気抵抗素子を利用する従来技術では、磁気抵抗素子に対しバイアス磁界を付与するためのバイアス磁石が必要となることが多いが、本構成によれば、そうしたバイアス磁石は不要であって、割愛することができるため、当該センサ装置の体格の小型化を図ることができるようになる。
【０００８】
上記請求項１に記載の構成において、例えば請求項２に記載の発明では、前記変形部材を、検出すべき物理量が作用したときにも、その物理量を外力として弾性変形するものとし、前記検出手段を通じて、前記変形量検出部材から出力される電気信号に基づき、前記物理量の変化も検出することとした。
【０００９】
センサ装置としてのこのような構成では、変形部材は、検出対象の運動に伴って変化する磁力に起因して弾性変形するだけでなく、検出すべき物理量が作用したときにも、その物理量を外力として弾性変形する。そして、変形量検出部材は、そうした変形部材の変形量に応じた大きさの電気信号を出力するため、検出手段を通じて、検出対象の運動を検出することができるだけでなく、物理量も検出することができる。
【００１０】
具体的には、上記請求項１に記載の構成において、例えば請求項３に記載の発明のように、前記検出対象を、回転軸の回転に伴って回転する歯車とし、前記変形部材を、当該センサ装置を取り巻く雰囲気に少なくとも一面が露出されて、前記雰囲気の圧力の変化に応じて変形するダイヤフラムとした。
【００１１】
センサ装置としてのこのような構成では、まず、回転軸の回転に伴って歯車が回転すると、歯車と磁石との間に作用する磁力が周期的に変化する。ここで、磁石がダイヤフラムに配置されているため、歯車と磁石との間に周期的に作用する磁力は、ダイヤフラムに対して周期的に作用する外力に変換される。すなわち、ダイヤフラムに配置された磁石に歯車の山部（歯）が対向するとき、これら歯車と磁石との距離が最も小さくなるため、磁石が歯車に引き付けられる力（引力）、あるいは、磁石が歯車からしりぞけられる力（反発力）が最も大きくなる。したがって、ダイヤフラムの変形量は大きくなる。一方、ダイヤフラムに配置された磁石に歯車の谷部（歯と歯との間）が対向するとき、これら歯車と磁石との距離は最も大きくなり、磁石が歯車に引き付けられる力（引力）、あるいは、磁石が歯車からしりぞけられる力（反発力）が最も小さくなる。したがって、ダイヤフラムの変形量は小さくなる。このように、歯車と磁石との間に周期的に作用する磁力は、ダイヤフラムに対して周期的に作用する外力に変換される。そして、外力の大きさに応じた変形量でダイヤフラムが周期的に弾性変形し、その変形量に応じた大きさの電気信号が変形量検出部材から出力される。こうして出力された電気信号に基づき、検出手段は、検出対象の回転を検出することができるようになる。
【００１２】
なお、この請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の構成と併用も可能であり、その場合、ダイヤフラムは、歯車の回転に起因して弾性変形するだけでなく、当該センサ装置を取り巻く雰囲気の圧力の変化に応じても弾性変形する。すなわち、センサ装置が圧力の高い雰囲気に取り巻かれているとき、ダイヤフラムに印加される圧力は大きいため、ダイヤフラムは大きく変形する。一方、センサ装置が圧力の低い雰囲気に取り巻かれているとき、ダイヤフラムに印加される圧力は小さいため、ダイヤフラムはほとんど変形しない。このように、ダイヤフラムの変形量に基づいて、歯車の回転だけでなく、当該センサ装置を取り巻く雰囲気の圧力を検出することもできるようになる。
【００１３】
こうした構成においては、例えば請求項４に記載の発明のように、前記歯車と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側に、前記磁石を形成することが望ましい。これにより、ダイヤフラムに磁石をより容易に配置することができるようになる。
【００１４】
また、上記請求項３または４に記載の構成では、例えば請求項５に記載の発明のように、前記歯車と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側が前記雰囲気に露出されるように、前記ダイヤフラムを構成してもよい。あるいは、例えば請求項６に記載の発明のように、前記検出対象と対向しない、前記ダイヤフラムの裏面側が前記雰囲気から遮断されるように、前記ダイヤフラムを構成することとしてもよい。特に、請求項５に記載の構成によれば、前記ダイヤフラムの裏面側を真空にすることで、絶対圧を検出することができるようになる。
【００１５】
一方、上記請求項１に記載の構成において、例えば請求項７に記載の発明のように、前記検出対象を、回転軸の回転に伴って回転する歯車とし、前記変形部材を、当該センサ装置に作用する加速度の変化を捉える錘部を支える梁部とした。
【００１６】
センサ装置としてのこのような構成では、まず、回転軸の回転に伴って歯車が回転すると、歯車と磁石との間に作用する磁力が周期的に変化する。ここで、磁石は梁部に支えられる錘部に配置されているため、磁石と歯車との間に周期的に作用する磁力は、梁部に対して周期的に作用する外力に変換される。すなわち、錘部に配置された磁石に歯車の山部（歯）が対向するとき、これら歯車と磁石との距離が最も短くなるため、磁石が歯車に引き付けられる力（引力）、あるいは、磁石が歯車からしりぞけられる（反発力）が最も大きくなる。したがって、錘部を支える梁部の変形量は大きくなる。一方、錘部に配置された磁石に歯車の谷部（歯と歯との間）が対向するとき、これら歯車と磁石との距離は最も大きくなり、磁石が歯車に引き付けられる力（引力）、あるいは、磁石が歯車からしりぞけられる力（反発力）が最も小さくなる。したがって、錘部を支える梁部の変形量は小さくなる。このように、歯車と磁石との間に周期的に作用する磁力は、錘部を支える梁部に対して周期的に作用する外力に変換される。そして、外力の大きさに応じた変形量で梁部が周期的に弾性変形し、その変形量に応じた大きさの電気信号が変形量検出部材から出力される。こうして出力された電気信号に基づき、検出手段は、検出対象の回転を検出することができるようになる。
【００１７】
なお、この請求項７に記載の発明は、上記請求項２に記載の構成と併用も可能であり、その場合、錘部を支える梁部は、歯車の回転に起因して弾性変形するだけでなく、当該センサ装置に作用する加速度の変化に応じても弾性変形する。すなわち、センサ装置に作用する加速度が大きいとき、錘部に印加される慣性力が大きいため、これを支える梁部は大きく変形する。一方、センサ装置に作用する加速度が小さいとき、錘部に印加される慣性力は小さいため、これを支える梁部はほとんど変形しない。このように、梁部の変形量に基づいて、歯車の回転だけでなく、当該センサ装置に作用する加速度の変化を検出することもできるようになる。
【００１８】
こうした構成においては、例えば請求項８に記載の発明のように、前記錘部は、前記梁部を介して前記支持部材に複数箇所で支持される構成としてもよい。あるいは、例えば請求項９に記載の発明のように、前記錘部は、前記梁部を介して前記支持部材に１箇所のみで支持される構成としてもよい。
【００１９】
また、上記請求項１〜９のいずれかに記載の構成において、例えば請求項１０に記載の発明のように、前記変形量検出部材として、前記変形部材の変形に伴って変形するとともに、変形量に応じた大きさの電圧を発生する圧電素子を採用することとしてもよい。
【００２０】
さらに、上記請求項１〜１０のいずれかに記載の構成において、例えば請求項１１に記載の発明のように、前記変形部材及び前記支持部材を、半導体プロセスを通じて形成することとしてもよい。このように半導体プロセスを使用したとしても、そもそも、磁気抵抗素子自体を使用することはないため、課題の欄に記載したような従来技術における特殊な半導体プロセスが必要とされることはない。変形部材及び支持部材を形成する際に半導体プロセスが使用されるものの、この半導体プロセスは特殊なものではなく、一般的に用いられる半導体プロセスで足りる。したがって、半導体プロセスを使用することから、当該センサ装置の体格の小型化を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明に係るセンサ装置の第１の実施の形態について説明する。なお、図１は、本実施の形態のセンサ装置について、その側面構造を示す一部断面図である。
【００２２】
この図１に示されるように、本実施の形態のセンサ装置１は、いわゆるダイヤフラム式の圧力センサに準じた構造を有している。すなわち、センサ装置１は、作用する外力の大きさに応じた変形量で弾性変形するダイヤフラム（弾性部材）１０と、このダイヤフラム１０を弾性変形可能に支持する台座（支持部材）２０とを有している。
【００２３】
ここで、ダイヤフラム１０は、一般的に使用される半導体プロセスを通じて、適宜の材料（例えばシリコンなど）を用いて、台座２０によって実際に支持されている部分である支持部１０ａについてはその膜厚を厚く、実際に弾性変形する部分である変形部１０ｂについてはその膜厚を薄く、形成されている。
【００２４】
このうち、変形部１０ｂは、図１に示されるように、表面側及び裏面側の両表面ともに、当該センサ装置１を取り巻く雰囲気に露出しており、雰囲気の圧力が変形部１０ｂに対して両表面側から作用する。なお、変形部１０ｂは、作用する力の大きさに応じた量で弾性変形するため、雰囲気が大きな圧力であるとき、大きな外力として変形部１０ｂに作用し、変形部１０ｂの変形量は大きくなる。一方、雰囲気が小さな圧力であるとき、小さな外力として変形部１０ｂに作用し、変形部１０ｂの変形量は小さくなる、あるいは、ほとんど変形しないこととなる。
【００２５】
また、図１に示されるように、変形部１０ｂの裏面側の、膜厚が急激に厚くなる箇所には、変形部１０ｂの変形量を検出するための手段として、圧電素子（変形量検出部材）３０が配置されている。この圧電素子３０は、変形部１０ｂの変形に伴って変形し、当該圧電素子３０の変形量に応じた大きさの電圧を発生する。したがって、変形部１０ｂに対して作用する外力が大きいと、変形部１０ｂは大きく変形し、圧電素子３０はこれに伴って大きな電圧を出力する。一方、変形部１０ｂに対して作用する外力が小さいと、変形部１０ｂはわずかに変形する、あるいは、ほとんど変形せず、そのため、圧電素子３０は、小さな電圧を出力する、あるいは、電圧をほとんど出力しないこととなる。
【００２６】
さらに、図１に示されるように、センサ装置１は、圧電素子３０から出力される電圧を取り込んで、これを適宜に処理するマイクロコンピュータ（検出手段）５０を有している。このマイクロコンピュータ５０において、取り込んだ電圧値の変化に基づいて、当該センサ装置１を取り巻く雰囲気の圧力の変化を検出することができる。
【００２７】
またさらに、図１に示されるように、センサ装置１は、ダイヤフラム１０の変形部１０ｂの裏面側略中央に、適宜の形状及び材料にて形成された磁石４０を配置している。なお、この磁石４０は、例えば、図示しない歯車に対向する表面側の磁性がＮ極に形成されるとともに、この歯車に対向しない裏面側の磁性がＳ極に形成されている。
【００２８】
以下、図２を併せ参照して、センサ装置１についてさらに説明する。なお、図２（ａ）は、検出対象である歯車の山部（歯）がダイヤフラムの変形部に対向している状態を模式的に示したものであり、図２（ｂ）は、検出対象である歯車の谷部（歯と歯との間）がダイヤフラムの変形部に対向している状態を模式的に示したものである。
【００２９】
これら図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、センサ装置１は、着磁された磁性体から形成されるとともに回転軸（図示略）の回転に伴って回転する歯車６０の近傍に配設されている。そして、歯車６０との間に作用する磁力をダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）に作用する外力に変換し、当該センサ装置１を取り巻く雰囲気の圧力だけでなく、歯車６０の回転、ひいては、回転軸の回転も検出するようにしている。なお、歯車６０は、山部（歯）６０ａが例えばＳ極に着磁されており、谷部（歯と歯との間）が例えばＮ極に着磁されているとする。
【００３０】
詳しくは、図２（ａ）に示されるように、回転軸の回転に伴って歯車６０が回転し、歯車６０の山部（歯）６０ａが当該センサ装置１のダイヤフラム１０と対向するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）６０ｂが当該センサ装置１のダイヤフラム１０と対向しない状態になったとする。この状態においては、歯車６０と磁石４０との離間距離が最も小さく、さらに、磁石４０表面側の磁性がＮ極であるとともに山部（歯）６０ａの磁性がＳ極であるため、歯車６０が磁石４０を引き付ける磁力（引力）は、最も大きい。また、この引力は、磁石４０がダイヤフラム１０に配置されているため、ダイヤフラム１０に作用する外力に変換されている。したがって、ダイヤフラム１０に作用する外力も最も大きくなり、ダイヤフラム１０の変形量も最も大きくなる。さらに、ダイヤフラム１０に配設された圧電素子３０の変形量も大きくなり、この圧電素子３０から出力される電圧値も最も大きくなる。そしてその電圧値がマイクロコンピュータ５０に出力される。なお、当然のことながら、ダイヤフラム１０は弾性変形をするため、吸引力とは逆向きに弾性力が作用しているが、引力が弾性力よりも大きくなるように、ダイヤフラム１０、磁石４０、歯車６０等々が設定されている。
【００３１】
一方、図２（ｂ）に示されるように、回転軸の回転に伴って歯車６０が回転し、歯車６０の谷部（歯と歯との間）６０ｂが当該センサ装置１のダイヤフラム１０と対向するとともに、歯車６０の山部（歯）６０ａが当該センサ装置１のダイヤフラム１０と対向しない状態になったとする。この状態においては、歯車６０と磁石４０との離間距離が最も大きく、さらに、磁石４０表面側の磁性がＮ極であるとともに谷部（歯と歯との間）６０ｂの磁性がＮ極であるため、歯車６０が磁石４０をしりぞける磁力（反発力）は、最も小さい。また、この反発力は、上述したように、磁石４０がダイヤフラム１０に配置されることでダイヤフラム１０に作用する外力に変換されるため、歯車６０が磁石４０をしりぞける磁力（反発力）は、ダイヤフラム１０に作用するものの、その大きさ自体が最も小さくなる。このようにダイヤフラム１０に作用する外力自体が最も小さくなるため、ダイヤフラム１０の変形量も最も小さくなり、圧電素子３０の変形量も、さらに、この圧電素子３０から出力される電圧値も最も小さくなる。そして、そうした電圧値がマイクロコンピュータ５０に出力される。なお、この状態にあっては、ダイヤフラム１０に作用していた弾性力の大きさの方が上記反発力の大きさを上回る結果、ダイヤフラム１０に対し弾性力が支配的に作用している。
【００３２】
なお、圧電素子３０からマイクロコンピュータ５０に対して出力される電圧値には、歯車６０の回転に関する情報と、センサ装置１を取り巻く雰囲気の圧力の変化に関する情報とが混在しているため、これらを個別に検出することができないようにも思える。しかしながら、当該センサ装置１は、速く回転する歯車６０をその検出対象として想定しており、また、圧力が急激に変化しない雰囲気下で使用されることを想定している。したがって、マイクロコンピュータ５０は、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ等の適宜のフィルタを通じて、圧電素子３０から出力される電圧値に混在する情報を、対応する周波数帯毎に分離することで、これら歯車６０の回転及び雰囲気の圧力の変化をそれぞれ検出している。
【００３３】
以上、本実施の形態のセンサ装置１によれば、回転軸の回転に応じて歯車６０が回転し、該歯車６０の回転に応じてダイヤフラム１０が周期的に変形する。そして、ダイヤフラム１０の変形に伴って圧電素子３０も変形し、その変形量に応じた電圧をマイクロコンピュータ５０に出力する。そしてマイクロコンピュータ５０での適宜の処理を通じて、歯車６０の回転を検出することができるようになる。
【００３４】
また、本実施の形態のセンサ装置１では、もともと圧力センサに準じた構成を有しているため、当該センサ装置１を取り巻く雰囲気の圧力（検出すべき物理量）の変化を、ダイヤフラム１０の変形部１０ｂの変形量として、ひいては、圧電素子３０から出力される電圧値の変化として、検出することもできる。
【００３５】
また、本実施の形態のセンサ装置１では、磁気抵抗素子を利用しての歯車の回転検出を行う従来技術とは異なり、そもそも磁気抵抗素子自体を使用することがないため、課題の欄に記載したような特殊な半導体プロセスが必要とされることはなく、より簡素な構成にて、歯車６０の回転を検出することができる。
【００３６】
また、本実施の形態のセンサ装置１では、歯車の回転を検出するために磁気抵抗素子に電流を流しておかねばならなかった従来技術とは異なり、そうした電流を流す必要もなくなる。
【００３７】
さらに、磁気抵抗素子を利用する従来技術では、磁気抵抗素子に対しバイアス磁界を付与するためのバイアス磁石が必要となることが多いが、本実施の形態のセンサ装置１では、そうしたバイアス磁石は不要であって、これを割愛することができ、当該センサ装置１の体格の小型化を図ることができる。
【００３８】
なお、本発明に係るセンサ装置１は、上記第１の実施の形態で例示した構成に限られるものではなく、本実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００３９】
上記第１の実施の形態では、歯車６０の山部（歯）６０ａの磁性をＳ極に着磁するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）の磁性をＮ極に着磁していたが、これに限られない。逆に、歯車６０の山部（歯）６０ａの磁性をＮ極に着磁するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）の磁性をＳ極に着磁することとしてもよい。また、そもそも、歯車６０を着磁しなくともよい。すなわち、歯車６０を例えば金属から形成しても、磁石４０がダイヤフラム１０に配置されているため、上記第１の実施の形態に準じた効果が得られるようになる。
【００４０】
同様に、上記第１の実施の形態（変形例を含む）では、歯車６０に対向する表面側がＮ極となり、歯車６０に対向しない裏面側がＳ極となるように、磁石４０をダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）に配置していたが、配置態様はこれに限られず、逆に、歯車６０に対向する表面側がＳ極となり、歯車６０に対向しない裏面側がＮ極となるように、磁石４０をダイヤフラム１０に配置することとしてもよい。
【００４１】
上記第１の実施の形態（変形例を含む）では、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイヤフラム１０は、歯車６０と対向しない、ダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）の裏面側が雰囲気に露出されていたが、これに限られない。この図２（ａ）及び（ｂ）に対応する図として図３に示すように、ダイヤフラム１０は、歯車６０と対向しない、ダイヤフラム１０の裏面側が雰囲気から遮断されていることとしてもよい。こうした構成を有するセンサ装置１ａでは、ダイヤフラム１０及び台座２０ａによって形成された圧力室２１内を真空にするとともに、この場合において、作用する圧力の大きさに、変形部１０ｂの変形量を、予め対応付けておくことで、雰囲気の絶対圧を検出することができるようになる。
【００４２】
上記第１の実施の形態（変形例を含む）では、図１及び図２に示されるように、磁石４０は、歯車６０と対向しない、ダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）の裏面側に形成していたがこれに限られず、逆に、歯車６０と対向する、ダイヤフラム１０の表面側に形成することとしてもよい。要は、回転軸の回転に伴って回転する歯車６０の回転に応じた変形量にて、ダイヤフラム１０の変形部１０ｂを変形させることができれば、磁石４０の所在については任意である。
【００４３】
（第２の実施の形態）
以下、図４を参照しつつ、本発明に係るセンサ装置の第２の実施の形態について説明する。なお、図４は、本実施の形態のセンサ装置について、その側面構造を示す一部断面図である。
【００４４】
この図４に示されるように、本実施の形態のセンサ装置２は、いわゆる、錘を支える梁構造を有する加速度センサに準じた構造を有している。すなわち、センサ装置２では、当該センサ装置２に作用する加速度の変化を捉える錘部１５は、矩形状に形成されており、枠形状に形成された台座２５に、その周りを取り囲まれている。詳しくは、錘部１５は、複数箇所（本実施の形態では例えば４箇所）で台座（支持部材）２５に梁部１６を介して浮いた状態で支えられている。なお、これら錘部１５、梁部１６及び台座２５は、一般に使用される半導体プロセスを通じて、適宜の材料（例えばシリコンなど）を用いて形成されている。
【００４５】
このように構成されているため、例えば紙面に垂直な方向に当該センサ装置２が運動すると、錘部１５に対して作用する慣性力が変化する。錘部１５は、梁部１６によって浮いた状態で支持されているため、慣性力の変化は、梁部１６の変形（撓み）量の変化として捉えられる。したがって、当該センサ装置２が紙面に垂直な方向に大きな加速度で運動すると、錘部１５に対して大きな慣性力が作用し、梁部１６の変形量は大きくなる。一方、当該センサ装置２が紙面に垂直な方向に小さな加速度で運動すると、錘部１５に対して小さな慣性力が作用し、梁部１６の変形量は小さくなる、あるいは、ほとんど変形しないこととなる。
【００４６】
さらに、図４に示されるように、梁部１６と台座２５との境界には、この境界をまたぐように、梁部１６の変形量を検出するための手段として、圧電素子（変形量検出部材）３０が配置されている。この圧電素子３０は、先の第１の実施の形態と同様に、梁部１６の変形に伴って変形し、当該圧電素子３０の変形量に応じた大きさの電圧を発生する。したがって、錘部１５に対して作用する慣性力が大きいと、梁部１６は大きく変形し、圧電素子３０はこれに伴って大きな電圧を出力する。一方、錘部１５に対して作用する慣性力が小さいと、梁部１６はわずかに変形する、あるいは、ほとんど変形せず、そのため、圧電素子３０は、小さな電圧を出力する、あるいは、電圧をほとんど出力しないこととなる。
【００４７】
さらに、図４に示されるように、センサ装置２は、圧電素子３０から出力される電圧を取り込んで、これを適宜に処理するマイクロコンピュータ（検出手段）５０を有している。このマイクロコンピュータ５０において、取り込んだ電圧値の変化に基づいて、当該センサ装置２（正確には錘部１５）に作用する加速度の変化を検出することができる。
【００４８】
またさらに、図４に示されるように、センサ装置１は、錘部１５の表面側略中央に、適宜の形状及び材料にて形成された磁石４０を配置している。なお、この磁石４０は、例えば、図示しない歯車に対向する表面側の磁性がＮ極に形成されるとともに、歯車に対向しない裏面側の磁性がＳ極に形成されている。
【００４９】
以下、図５を併せ参照して、センサ装置２についてさらに説明する。なお、図５（ａ）は、検出対象である歯車の山部（歯）が、錘部１５に配置された磁石４０に対向している状態を模式的に示したものであり、図５（ｂ）は、検出対象である歯車の谷部（歯と歯との間）が、錘部１５に配置された磁石４０と対向している状態を模式的に示したものである。
【００５０】
これら図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、センサ装置２は、着磁された磁性体から形成されるとともに回転軸（図示略）の回転に伴って回転する歯車６０の近傍に配設されている。そして、歯車６０との間に作用する磁力を梁部１６に作用する外力に変換し、当該センサ装置２（正確には錘部１５）に作用する加速度だけでなく、歯車６０の回転、ひいては、回転軸の回転も検出するようにしている。なお、歯車６０は、山部（歯）６０ａが例えばＳ極に着磁されており、谷部（歯と歯との間）が例えばＮ極に着磁されているとする。
【００５１】
詳しくは、図５（ａ）に示されるように、回転軸の回転に伴って歯車６０が回転し、歯車６０の山部（歯）６０ａが錘部１５に配置された磁石４０と対向するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）６０ｂが錘部１５に配置された磁石４０と対向しない状態になったとする。この状態においては、歯車６０と磁石４０との離間距離が最も小さく、さらに、磁石４０表面側の磁性がＮ極であるとともに山部（歯）６０ａの磁性がＳ極であるため、歯車６０が磁石４０を引き付ける磁力（引力）は、最も大きい。また、この引力は、磁石４０が錘部１５に配置されているため、梁部１６に作用する外力も最も大きくなり、梁部１６の変形量も最も大きくなる。さらに、梁部１６に配設された圧電素子３０の変形量も大きくなり、この圧電素子３０から出力される電圧値も大きくなる。そしてその電圧値がマイクロコンピュータ５０に出力される。なお、当然のことながら、梁部１６は弾性変形をするため、引力とは逆向きに弾性力が作用しているが、引力が弾性力よりも大きくなるように、錘部１５、梁部１６、磁石４０、歯車６０等々が設定されている。
【００５２】
一方、図５（ｂ）に示されるように、回転軸の回転に伴って歯車６０が回転し、歯車６０の谷部（歯と歯との間）６０ｂが、錘部１５に配置された磁石４０と対向するとともに、歯車６０の山部（歯）６０ａが、錘部１５に配置された磁石４０と対向しない状態になったとする。この状態においては、歯車６０と磁石４０との離間距離が最も大きく、さらに、磁石４０表面側の磁性がＮ極であるとともに谷部（歯と歯との間）６０ｂの磁性がＮ極であるため、歯車６０が磁石４０をしりぞける磁力（反発力）は、最も小さい。また、この反発力は、上述したように、磁石４０が錘部１５に配置されることで梁部１６に作用する外力に変換されるため、歯車６０が磁石４０をしりぞける磁力（反発力）は、梁部１６に作用するものの、その大きさ自体が最も小さくなる。このように梁部１６に作用する外力自体が最も小さくなるため、梁部１６の変形量も最も小さくなり、圧電素子３０の変形量も、さらに、この圧電素子３０から出力される電圧値も最も小さくなる。そして、そうした電圧値がマイクロコンピュータ５０に出力される。なお、この状態にあっては、梁部１６に作用していた弾性力の大きさの方が上記反発力の大きさを上回る結果、梁部１６に対し弾性力が支配的に作用している。
【００５３】
なお、圧電素子３０からマイクロコンピュータ５０に対して出力される電圧値には、歯車６０の回転に関する情報と、センサ装置２に作用する加速度の変化に関する情報とが混在しているため、これらを個別に検出することができないようにも思える。しかしながら、当該センサ装置２は、速く回転する歯車６０をその検出対象として想定しており、また、加速度が急激に変化しない環境下で使用されることを想定している。したがって、マイクロコンピュータ５０は、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタ等の適宜のフィルタを通じて、圧電素子３０から出力される電圧値に混在する情報を、対応する周波数帯毎に分離することで、これら歯車６０の回転及び加速度の変化をそれぞれ検出している。
【００５４】
以上、本実施の形態のセンサ装置２によれば、回転軸の回転に応じて歯車６０が回転し、該歯車６０の回転に応じて梁部１６が周期的に変形する。そして、梁部１６の変形に伴って圧電素子３０も変形し、その変形量に応じた電圧をマイクロコンピュータ５０に出力する。そしてマイクロコンピュータ５０での適宜の処理を通じて、歯車６０の回転を検出することができるようになる。
【００５５】
また、本実施の形態のセンサ装置２では、もともと加速度センサに準じた構成を有しているため、当該センサ装置２に作用する加速度（検出すべき物理量）の変化を、錘部１５に作用する慣性力の変化として、さらに、この慣性力の変化は、梁部１６の変形量の変化として、またさらに、梁部１６の変形量の変化は、圧電素子３０から出力される電圧値の変化として、マイクロコンピュータ５０における適宜の処理を通じて、検出することもできる。
【００５６】
また、本実施の形態のセンサ装置２では、先の第１の実施の形態と同様に、磁気抵抗素子を利用しての歯車の回転検出を行う従来技術とは異なり、そもそも磁気抵抗素子自体を使用することがないため、課題の欄に記載したような特殊な半導体プロセスが必要とされることはなく、より簡素な構成にて、歯車６０の回転を検出することができる。
【００５７】
また、本実施の形態のセンサ装置２では、先の第１の実施の形態と同様に、歯車の回転を検出するために磁気抵抗素子に電流を流しておかねばならなかった従来技術とは異なり、そうした電流を流す必要もなくなる。
【００５８】
さらに、磁気抵抗素子を利用する従来技術では、磁気抵抗素子に対しバイアス磁界を付与するためのバイアス磁石が必要となることが多いが、本実施の形態のセンサ装置２では、そうしたバイアス磁石は不要であって、これを割愛することができ、当該センサ装置２の体格の小型化を図ることができる。
【００５９】
なお、本発明に係るセンサ装置２は、上記第２の実施の形態で例示した構成に限られるものではなく、本実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００６０】
上記第２の実施の形態では、歯車６０の山部（歯）６０ａの磁性をＳ極に着磁するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）の磁性をＮ極に着磁していたが、これに限られない。逆に、歯車６０の山部（歯）６０ａの磁性をＮ極に着磁するとともに、歯車６０の谷部（歯と歯との間）の磁性をＳ極に着磁することとしてもよい。また、そもそも、歯車６０を着磁しなくともよい。すなわち、歯車６０を例えば金属から形成しても、磁石４０が錘部１５に配置されているため、上記第１の実施の形態に準じた効果が得られるようになる。
【００６１】
同様に、上記第１の実施の形態（変形例を含む）では、歯車６０に対向する表面側がＮ極となり、歯車６０に対向しない裏面側がＳ極となるように、磁石４０を錘部１５に配置していたが、配置態様はこれに限られず、逆に、歯車６０に対向する表面側がＳ極となり、歯車６０に対向しない裏面側がＮ極となるように、磁石４０を錘部１５に配置することとしてもよい。
【００６２】
上記第２の実施の形態（変形例を含む）では、図４に示すように、錘部１５は、４箇所で台座２５に梁部１６を介して浮いた状態で支えられる構造を採用していたが、これに限られない。他に例えば、図４に対応する図として図６に示すように、錘部１５ａは、１箇所のみで台座２５ａに梁部１６ａを介して浮いた状態で支えられる構造を採用してもよい。また、梁部１６ａと台座２５ａとの境界には、この境界をまたぐように、梁部１６ａの変形量を検出するための手段として、圧電素子３０が配置されている。このように構成することでも、上記第２の実施の形態に準じた効果が得られるようになる。
【００６３】
（他の実施の形態）
上記第１及び第２の実施の形態（変形例を含む）では、ダイヤフラム１０（正確には変形部１０ｂ）や梁部１６、１６ａの変形量を検出する手段として、これら変形部材の変形に伴って変形するとともに、変形量に応じた大きさの電圧を発生する圧電素子３０を採用していたが、圧電素子に限られず、他にも、歪抵抗素子を採用することとしてもよい。要は、ダイヤフラム１０や梁部１６、１６ａの変形量を検出することができれば、その手段は任意である。
【００６４】
上記第１及び第２の実施の形態（変形例を含む）では、ダイヤフラム１０や梁部１６、１６ａ及び台座２０、２５等を、半導体プロセスを通じて形成することとしたが、これに限られず、任意である。
【００６５】
上記第１及び第２の実施の形態（変形例を含む）では、回転軸に伴って回転する歯車６０の回転を検出するだけでなく、さらに、センサ装置１、１ａを取り巻く雰囲気の圧力の変化や、センサ装置２、２ａに作用する加速度の変化も検出していたが、これに限られない。雰囲気の圧力の変化や、加速度の変化については、これを割愛してもよい。
【００６６】
上記第１及び第２の実施の形態（変形例を含む）では、回転軸の回転に伴って回転する歯車６０を検出対象とし、歯車６０の回転を検出していたが、これに限られない。要は、ダイヤフラムや梁部等の変形部材に配置した磁石を通じて、磁性体からなる検出対象との間に作用するとともに検出対象の運動に伴って変化する磁力を、変形部材に対して作用する外力に変換することができれば、検出対象は歯車に限られず、また、検出対象の運動態様も回転には限らない。検出対象の運動を広く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るセンサ装置の第１の実施の形態について、その側面構造を模式的に示す側面図。
【図２】（ａ）は、検出対象である歯車の山部（歯）がダイヤフラムの変形部に対向している状態を示した模式図。（ｂ）は、検出対象である歯車の谷部（歯と歯との間）がダイヤフラムの変形部に対向している状態を示した模式図。
【図３】第１の実施の形態の変形例を示す側面断面図。
【図４】本発明に係るセンサ装置の第２の実施の形態について、その平面構造を模式的に示す平面図。
【図５】（ａ）は、検出対象である歯車の山部（歯）が、錘部に配置された磁石に対向している状態を示した模式図。（ｂ）は、検出対象である歯車の谷部（歯と歯との間）が、錘部に配置された磁石に対向している状態を示した模式図。
【図６】第２の実施の形態の変形例を示す側面断面図。
【符号の説明】
【００６８】
１、１ａ、２、２ａ…センサ装置、１０…ダイヤフラム、１０ａ…支持部、１０ｂ…変形部（変形部材）、１５、１５ａ…錘部、１６、１６ａ…梁部、２０、２５、２５ａ…台座（支持部材）、２１…圧力室、３０…圧電素子（変形量検出部材）、４０…磁石、５０…マイクロコンピュータ（検出手段）、６０…歯車（検出対象）、６０ａ…山部（歯）、６０ｂ…谷部（歯と歯との間）。
【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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