(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状の外周部を備える柱状の錘部と、
前記錘部の外周部の外側の前記錘部の側面が臨む空間の、前記柱状の錘部の中心線位置を中心とした円の円周方向において互いに重ならない角範囲の空間のそれぞれ内に配置され、前記錘部の外周部に一端が結合されて前記錘部の中心線位置を中心とした円に対して垂直な方向に振動可能に支持する複数個のスプリング部と、
前記錘部の外周部の外側の前記錘部の側面が臨む前記空間を介して隔てられた位置に存在するものであって、前記複数個のスプリング部の他端が結合されて、前記錘部が前記複数のスプリング部を介して前記錘部の中心線方向に振動する基部となる支持基部と、
を備え、
前記複数個のスプリング部は、前記錘部の中心線位置を中心とした円の円周方向において互いに等角間隔隔てた複数の位置で前記錘部の前記外周部と前記一端のそれぞれが結合していると共に、前記他端のそれぞれが前記支持基部に互いに前記等角間隔隔てた複数の位置で結合されており、
前記複数のスプリング部のそれぞれは、前記スプリング部のそれぞれが配置される前記角範囲の空間において、前記錘部の外周部の形状に沿った形状を有すると共に、前記錘部との結合部である前記スプリング部のそれぞれの前記一端から前記円周方向に隣接する他の前記スプリング部の前記錘部との結合部である前記一端の近傍までに亘るようにされる外周形状対応部を備え、
少なくとも前記複数のスプリング部には圧電薄膜が設けられていると共に、前記錘部の振動に応じた電圧を、前記複数のスプリング部の前記圧電薄膜から得る
ことを特徴とする振動検出素子。
【請求項２】
前記錘部、前記複数のスプリング部及び前記支持基部は、前記圧電薄膜が表面に形成されている半導体基板から形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems））の構成とされた
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検出素子。
【請求項３】
前記錘部の外周部の形状は、円形または正多角形である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動検出素子。
【請求項４】
前記錘部は、所定の厚さの板状体である
ことを特徴とする請求項３に記載の振動検出素子。
【請求項５】
前記スプリング部のそれぞれは、前記錘部の前記中心位置からの距離が互いに異なる複数個の前記外周形状対応部を備えると共に、複数個の前記外周形状対応部を折り返し部で連結することで、１個のスプリング部を形成している
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項６】
複数個の前記スプリング部は、３個以上である
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項７】
複数個の前記スプリング部は、同様の形状である
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項８】
前記スプリング部の厚さ及び前記錘部の振動方向に直交する方向の前記スプリング部の幅が所定のものとされている
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項９】
前記スプリング部の前記外周形状対応部の厚さが所定のものとされていると共に、前記スプリング部の外周形状対応部の、前記錘部の振動方向に直交する方向の幅が、前記一端側と前記他端とで異なる
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項１０】
請求項５に記載の振動検出素子において、
前記複数個の前記外周形状対応部の前記錘部の振動方向に直交する方向の幅は、互いに異なる
ことを特徴とする振動検出素子。
【請求項１１】
前記複数のスプリング部のそれぞれに形成されている前記圧電薄膜は、前記錘部において互いに電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の振動検出素子。
【請求項１２】
複数の前記スプリング部のそれぞれに形成されている前記圧電薄膜から得られる、前記錘部の振動に伴い発生する電圧を、発電出力とする振動発電素子の構成とされている
ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の振動検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する振動検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩｏＴ(Internet of Things)が注目されており、ウエアラブル機器や、医療機器や無線センサシステムの開発が進んでいる。そして、それらにおいて使用される半導体デバイスやＭＥＭＳセンサやアクチュエータなどの素子の研究開発も進んでいる。この場合において、これらの素子が自律的に、リアルタイムで駆動できるようにするための電源（パワーソース）が重要である。
【０００３】
この場合の電源として用いられる素子として、近年、種々多様な環境振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する振動発電デバイスが注目されている。この種の振動発電デバイスの例として、特許文献１（特開２０１１−９７６６１号公報）には、振動に応じた電圧を発生する圧電素子を用いた圧電振動発電機が開示されている。
【０００４】
特許文献１の圧電振動発電機は、図９に示すように、中央に空洞１１１ａが形成されている支持体（フレーム）１１１の空洞１１１ａ内に、可動錘１１２を、１対の弾性梁１１３ａ及び１１３ｂにより支持体１１１に対して振動可能に支持するようにした振動子を設けると共に、弾性梁１１３ａ及び１１３ｂ上に圧電薄膜を形成したもので、振動子１１１の振動に応じた電圧が圧電素子を挟む２つの電極１１５ａ及び１１５ｂから得るようにしている。
【０００５】
１対の弾性梁１１３ａ及び１１３ｂは、折り返し構造を有し、この折り返し構造の折り返し方向が各弾性梁１１３ａ及び１１３ｂの一端が結合された支持体１１１の部分に対して垂直とされている。そして、弾性梁１１３ａ及び１１３ｂの折り返し構造は、支持体１１１に結合する一端から可動錘１１２に結合する他端において、支持体１１１側に位置する複数の支持体折り返し構造と、可動錘側に位置する複数の可動錘折り返し構造とを有すると共に、弾性梁１１３ａの他端と、弾性梁１１３ｂの他端とは可動錘の対角線上の隅領域に結合するようにされている。さらに、支持体１１１と可動錘１１２との間には、機械的なダンパの役目を果たすために弾性梁１１６ａ及び１１６ｂが設けられており、この弾性梁１１６ａ及び１１６ｂにより、外部振動による過度の可動錘１１２の動きを抑制して圧電振動発電機の損壊を防止するようにしている。
【０００６】
この図９の圧電振動発電機は、図１０に示すような周波数応答特性を示す。すなわち、環境振動の周波数は、比較的低く、数Ｈｚ〜数１００Ｈｚのものであるが、特許文献１の圧電振動発電機は、複数の外部振動モードに対応して数Ｈｚ〜数１００Ｈｚの低周波数領域においてゲインのピークを有する多数の共振周波数が存在する。したがって、この図１０の周波数応答特性は、歩行時の振動、血流振動、自動車、モータなどの産業機器、道路などの振動、波に起因する振動、等の種々多様な環境振動の周波数に対応できることを意味しているので、特許文献１の圧電振動発電機は、使用用途を限定せずに汎用的に利用することができることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−９７６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の圧電振動発電機は、汎用的な用途には適する反面、特定の環境振動に対応する特定の周波数用途としては、発電エネルギーが小さくなるという問題がある。すなわち、振動発電デバイスに設けられる振動子の振動は、外部から振動発電デバイスに印加される振動加速度の周波数が、振動発電デバイスの振動子の共振周波数に近いほど、振動発電デバイスの振動子は、より大きな振幅で振動し、振動エネルギーを効率良くピックアップすることができる。この場合に、振動発電デバイスの振動子の共振周波数が複数周波数に均等に分散している場合よりも、一つの周波数でのゲインが、他の周波数でのゲインに比較して、より大きなピークを有するような特性である方が、共振周波数での振動の振幅は大きくなり、より大きな発電出力を得ることができる。
【０００９】
これに対して、特許文献１のように、ゲインのピークを呈する共振周波数が多数存在する周波数特性の場合には、多数の共振周波数で振動するようになるため、一つ一つの共振周波数での振動エネルギーは、小さくなってしまい、特定された振動環境において、その振動を効率的にピックアップして、大きな出力電圧を得るようにすることができないという問題がある。
【００１０】
また、殆どの環境振動は極低周波数、例えば人間や動物用（ウエアラブル機器用）としては１〜２０Ｈｚ、また、機械用（センサなど用）としては１００Ｈｚ以下の周波数であるが、従来、そのような低周波数の環境振動から十分な出力を得ることができないという問題もあった。
【００１１】
この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした振動検出素子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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明は、
所定の形状の外周部を備える柱状の錘部と、
前記錘部の外周部の外側の前記錘部の側面が臨む空間の、前記柱状の錘部の中心線位置を中心とした円の円周方向において互いに重ならない角範囲の空間のそれぞれ内に配置され、前記錘部の外周部に一端が結合されて前記錘部の中心線位置を中心とした円に対して垂直な方向に振動可能に支持する複数個のスプリング部と、
前記錘部の外周部の外側の前記錘部の側面が臨む前記空間を介して隔てられた位置に存在するものであって、前記複数個のスプリング部の他端が結合されて、前記錘部が前記複数のスプリング部を介して前記錘部の中心線方向に振動する基部となる支持基部と、
を備え、
前記複数個のスプリング部は、前記錘部の中心線位置を中心とした円の円周方向において互いに等角間隔隔てた複数の位置で前記錘部の前記外周部と前記一端のそれぞれが結合していると共に、前記他端のそれぞれが前記支持基部に互いに前記等角間隔隔てた複数の位置で結合されており、
前記複数のスプリング部のそれぞれは、前記スプリング部のそれぞれが配置される前記角範囲の空間において、前記錘部の外周部の形状に沿った形状を有すると共に、前記錘部との結合部である前記スプリング部のそれぞれの前記一端から前記円周方向に隣接する他の前記スプリング部の前記錘部との結合部である前記一端の近傍までに亘るようにされる外周形状対応部を備え、
少なくとも前記複数のスプリング部には圧電薄膜が設けられていると共に、前記錘部の振動に応じた電圧を、前記複数のスプリング部の前記圧電薄膜から得る
ことを特徴とする振動検出素子を提供する。
【００１３】
この発明による振動検出素子においては、スプリング部が、錘部の外周部の形状に沿った形状の外周形状対応部を備える構成を有することにより、低周波数にゲインのピークを有する共振周波数特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、低周波数にゲインのピークを有する共振周波数特性を呈する振動検出素子を実現できるので、特定された振動環境において、その振動を効率的にピックアップして、大きな出力電圧を得るようにすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明による振動検出素子の第１の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図２】この発明による振動検出素子の第１の実施形態の製造方法を説明するための図である。
【図３】この発明による振動検出素子の特性を評価するための評価システムの構成例を示す図である。
【図４】この発明による振動検出素子の第１の実施形態の周波数特性を説明するための図である。
【図５】この発明による振動検出素子の第２の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図６】この発明による振動検出素子の第２の実施形態の周波数特性を説明するための図である。
【図７】この発明による振動検出素子の第２の実施形態の出力電流及び出力電圧の周波数特性を説明するための図である。
【図８】この発明による振動検出素子の他の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図９】従来の振動発電素子の一例を説明するための図である。
【図１０】図９の従来の振動発電素子の周波数特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態の振動検出素子１の一例を、その振動方向の上方から見た図である。また、図２（Ｄ）は、第１の実施形態の振動検出素子１を、振動方向に沿う方向の面で破断したときの断面図である。なお、この第１の実施形態の振動検出素子１は、シリコン基板をドライエッチングあるいはウエットエッチングすることで形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems））として構成とされたものである。この振動検出素子１の製造方法については後述する。
【００１７】
図１及び図２（Ｄ）に示すように、この第１の実施形態の振動検出素子１は、支持基部１１と、錘部１２と、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂとからなる。
【００１８】
支持基部１１は、この例では、外形が四角柱形状を有し、そのほぼ中央部に設けられる空間１１ａにおいて、錘部１２を、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂを介して、図１において紙面に垂直な方向に振動可能な状態で支持するように構成されている。
【００１９】
錘部１２は、図１に示すように、この例では、円柱状に形成されている。すなわち、錘部１２は、この例では、外周部の形状が円形であって、所定の直径Ｄ１及び所定の厚さｔ１（図２（Ｄ）参照）を有する板状体として形成されている。図１及び図２（Ｄ）から理解されるように、支持基部１１の中央部の空間１１ａは、この例では、錘部１２の外周部の円形形状に対応した円柱状形状とされており、その円柱状形状の側周面の直径Ｄ２は、錘部１２の直径Ｄ１よりも大きい。この場合に、錘部１２の外周部の円形形状の中心位置と、円柱状形状の空間１１ａの中心線の位置とは同一位置となるようにされている。
【００２０】
２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂは、この錘部１２の円形の外周部の外側において、錘部１２と支持基部１１との間で形成される、錘部２の側面が望む空間内に配置される。すなわち、図１に示すように、この第１の実施形態の振動検出素子１を、錘部１２の振動方向の上方から見たとき、錘部１２の外周部の円形と、支持基部１１の空間１１ａの円柱状形状の側周面の円形とが同心円状に配置されるが、その２つの円形の間の距離（（Ｄ２−Ｄ１）／２）の幅のリング状空間内に、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂが、位置するように形成される。
【００２１】
そして、図１に示すように、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれの一端１３Ａａ及び１３Ｂａが、円板状の錘部１２の互いに１８０度角間隔隔てられた外周部の位置で、錘部１２と結合されている。また、図１に示すように、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれの他端１３Ａｂ及び１３Ｂｂが、支持基部１１に、同様に、互いに１８０度角間隔隔てられた位置で結合されている。
【００２２】
図１に示すように、この例では、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂは、１８０度回転したときに互いに重なるような同様の形状を備えている。
【００２３】
スプリング部１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれは、錘部１２の外周部の円形形状に沿った形状の外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃを備える。そして、この第１の実施形態では、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれは、錘部１２の振動方向に直交する方向に、外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃが、それぞれ２個並べられる構成を備える。
【００２４】
この実施形態では、振動検出素子１のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂの外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃは、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの長さをできるだけ長くするために、錘部１２の外周部の円形形状に沿った形状とされるものである。
【００２５】
図１に示すように、スプリング部１３Ａは、２個の外周形状対応部１３Ａｃが、錘部１２との結合部である一端１３Ａａから、円周方向に隣接する他のスプリング部１３Ｂの錘部１２との結合部である一端１３Ｂａの近傍までの角範囲、この例では約１８０度の角範囲に位置するようにされる。そして、２個の外周形状対応部１３Ａｃは、折り返し部１３Ａｄで連結されて、１個のスプリング部１３Ａを形成するようにされている。この場合、外周形状対応部１３Ａｃの折り返し方向は錘部１２の外周形状に沿った方向となる。
【００２６】
同様に、スプリング部１３Ｂは、２個の外周形状対応部１３Ｂｃが、錘部１２との結合部である一端１３Ｂａから、円周方向に隣接する他のスプリング部１３Ａの錘部１２との結合部である一端１３Ａａの近傍までの角範囲に位置するようにされる。そして、２個の外周形状対応部１３Ｂｃは、折り返し部１３Ｂｄで連結されて、１個のスプリング部１３Ｂを形成するようにされている。この場合、外周形状対応部１３Ｂｃの折り返し方向は錘部１２の外周形状に沿った方向となる。
【００２７】
そして、スプリング部１３Ａの２個の外周形状対応部１３Ａｃ及びスプリング部１３Ｂの２個の外周形状対応部１３Ｂｃは、それぞれ、錘部１２と、支持基部１１との間のリング状空間の錘部１２の振動方向に直交する方向において、錘部１２及び支持基部１１に対して僅かの距離だけ離間されていると共に、互いに僅かの距離だけ離間された状態で、互いに平行に並ぶように形成されている。
【００２８】
すなわち、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれは、ほぼ半円周分の円弧状の２個の外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃが、折り返し部１３Ａｄ及び１３Ｂｄで折り返される形状を備えている。そして、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂは、それぞれの一端１３Ａａ及び１３Ｂａで錘部１２と結合し、他端１３Ａｂ及び１３Ｂｂで支持基部１１と結合している。したがって、この例の振動検出素子１の錘部１２は、支持基部１１に対して、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂにより支持された状態で、図１の紙面に垂直な方向（図２（Ｄ）の断面に沿う方向）に、振動可能となる。
【００２９】
そして、この例では、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂの、それぞれ２個の外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃの、錘部１２の振動方向に直交する方向の幅は、折り返し部１３Ａｄ及び１３Ｂｄの部分も含めて、図１及び図２（Ｄ）に示すように、均一の値Ｗとされている。そして、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの当該値Ｗの幅の面上には、圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂが被着形成されている。そして、図２（Ｄ）に示すように、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの厚さは、互いに等しい厚さｔ２とされている。
【００３０】
圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂは、図２（Ｄ）に示すように、この例では、ＰＺＴ（lead zirconate titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）の層１５ａの両面を電極層１５ｂ及び電極層１５ｃで挟んだ構成とされている。スプリング部１３Ａ及び１３Ｂは、錘部１２の振動に応じた弾性的な変位をするが、圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂのそれぞれの２個の電極層１５ｂ，１５ｃ間には、その振動に応じたスプリング部１３Ａ及び１３Ｂの弾性的な変位に応じた電圧が発生する。
【００３１】
なお、この第１の実施形態では、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂに形成されている圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂを電気的に接続して、両者の出力電圧の合成出力を得るようにするために、錘部１２にも圧電薄膜１４Ｃが形成されている。この錘部１２の圧電薄膜１４Ｃは、リング状に形成されており、スプリング部１３Ａの圧電薄膜１４Ａとは、錘部１２と結合されている当該スプリング部１３Ａの一端１３Ａａの部分において連結され、また、スプリング部１３Ｂの圧電薄膜１４Ｂとは、錘部１２と結合されている当該スプリング部１３Ｂの一端１３Ｂａの部分において連結されている。
【００３２】
そして、この第１の実施形態おいては、図１に示すように、支持基部１１と結合されるスプリング部１３Ａの他端１３Ａｂ側の圧電薄膜１４Ａ部分が、支持基部１１の上面の一端縁部まで延長されて、振動検出素子１の出力端子１６が形成される。この出力端子１６は、図１に示すように、ＰＺＴ層１５ａにより、離間されている２個の電極層１５ｂ及び１５ｃのそれぞれが端子となるように構成されている。
【００３３】
なお、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂの圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂとが錘部１２上で互いに電気的に接続することは必須ではなく、錘部１２に圧電薄膜１４Ｃを設けることは必須ではない。そして、錘部１２に圧電薄膜１４Ｃを設けない場合には、スプリング部１３Ａの他端１３Ａｂ側の圧電薄膜１４Ａの部分と、スプリング部１３Ｂの他端１３Ｂｂ側の圧電薄膜１４Ｂの部分とを、支持基部１１の上面において結合するように構成して、２個の電極層１５ｂ及び１５ｃから、圧電薄膜１４Ａ及び１４Ｂの合成の出力電圧を得るようにする出力端子とするようにしてもよい。また、スプリング部１３Ａの他端１３Ａｂ側の圧電薄膜１４Ａの部分と、スプリング部１３Ｂの他端１３Ｂｂ側の圧電薄膜１４Ｂの部分とのそれぞれから、出力端子を導出するように構成してもよい。
【００３４】
［第１の実施形態の振動検出素子１の製造方法の例］
次に、この第１の実施形態の振動検出素子１の製造方法の一例について、図２を参照しながら説明する。前述したように、この第１の実施形態の振動検出素子１は、シリコン基板を半導体プロセスによりエッチングすることで形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）として構成とされたものであって、振動検出素子１は、以下に説明するような半導体プロセスで製造される。
【００３５】
基板の例としては、単結晶のシリコン基板、多結晶のシリコン基板、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、セラミック基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等を用いることができる。この例では、図２に示すように、基板としてＳＯＩ基板１００を用いている。図２において、１０１は、それぞれ酸化膜を示し、また、１０２は、シリコン層を示している。
【００３６】
この例では、ＳＯＩ基板１００の外形形状を、振動検出素子１の支持基部１１の外形形状と同じにしたものとする。図２の例のＳＯＩ基板１００は、２層のシリコン層１０２が、３層の酸化膜１０１で挟まれた構成を備えている。そして、ＳＯＩ基板１００の２層のシリコン層１０２のうちの、上面側のシリコン層１０２の厚さは、この例では、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂと同じ厚さｔ２に選定されている。また、ＳＯＩ基板１００の全体の厚さは、この例では、錘部１２の厚さｔ１に等しく選定されている。
【００３７】
そして、先ず、図２（Ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１００の上面の酸化膜１０１上に、圧電薄膜１４を形成する。次に、圧電薄膜１４の上に、マスクを施して、圧電薄膜１４に対して、ドライエッチング及び／またはウエットエッチングを施し、図２（Ｂ）に示すように、図１に示した支持基部１１、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂ、錘部１２となる部分上に形成すべき圧電薄膜１４Ａ，１４Ｂ及び１４Ｃを形成する。この時、出力端子１６も同時に形成しておく。
【００３８】
次に、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂに対応する部分以外にマスクを施して、厚さｔ２のシリコン及び酸化膜部分に対して、イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ（inductively coupled plasma reactive ion etching）やＲＩＥ（reactive ion etching）など）を施して、図２（Ｃ）に示すように、幅がＷの２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂに対応する部分を形成する。
【００３９】
次に、ＳＯＩ基板１００の上面とは反対側から、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂが存在すべきリング状の空間部分を除いてマスクして、ＳＯＩ基板１００に対してイオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥなど）を施し、図２（Ｄ）に示すように、厚さｔ２の２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂを形成する。以上で、この実施形態の振動検出素子１は、完成となる。
【００４０】
［第１の実施形態の振動検出素子１の特性］
上述の構成の第１の実施形態の振動検出素子１は、錘部１２の厚さｔ１、直径Ｄ１及び重さと、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの幅Ｗ，厚さｔ２、長さＬに応じた共振周波数を有し、その共振周波数でゲインのピークを呈する周波数特性を有する。
【００４１】
すなわち、振動検出素子１の共振周波数ｆｒは、錘部１２との関係では、
ｆｒ∝Ｋ／（厚さｔ１）×（直径Ｄ１）×（重さ）    ・・・（式１）
ただし、Ｋは定数
となる。また、振動検出素子１の共振周波数ｆｒは、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂとの関係では、
ｆｒ∝（幅Ｗ）×（厚さｔ２）／（長さＬ）          ・・・（式２）
となる。
【００４２】
したがって、錘部１２の厚さｔ１が厚いほど、直径Ｄ１が大きいほど、また、錘部１２の重さが重いほど、振動検出素子１の共振周波数は低くなる。また、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの長さＬが長いほど、振動検出素子１の共振周波数は低くなり、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの幅Ｗや厚さｔ２が小さいほど、振動検出素子１の共振周波数は低くなる。
【００４３】
この実施形態の振動検出素子１では、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃは、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの長さＬをできるだけ長くするために、錘部１２の外周部の円形形状に沿った形状とされている。したがって、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの長さＬは、比較的長くなり、（式２）の関係から、振動検出素子１の共振周波数ｆｒを低くすることができることが分かる。
【００４４】
上述の第１の実施形態の振動検出素子１の周波数特性は、図３に示すような評価システムを用いて求めた。この図３の評価システムについて説明する。
【００４５】
この評価システムは、振動テーブル２０１と、加振装置２０２と、振動増幅器２０３と、振動検知装置２０４と、振動検知装置用ユニット２０５と、ＡＤ（Analog to Digital）コンバータ２０６及び２０７と、ＤＡ（Digital to Analog）コンバータ２０８と、評価対象載置アダプタ２０９と、制御装置２１０とからなる。制御装置２１０は、例えばパーソナルコンピュータ及び必要なハードウエアを備えて構成される。
【００４６】
振動テーブル２０１は、周囲環境からの振動を遮断して、直接的に加えられた振動のみに応じてテーブルを振動させる構成を備えている。したがって、この振動テーブル２０１上に載せられた評価対象には、当該振動テーブル２０１に直接的に加えられた振動のみが印加される。加振装置２０２は、この振動テーブル２０１に直接的に振動を印加する装置である。この加振装置２０２には、制御装置２１０から振動増幅器２０３を通じて振動ドライブ信号が供給される。この場合に、振動ドライブ信号は、制御装置２１０からのデジタル信号がＤＡコンバータ２０８でアナログ信号に変換されて振動増幅器２０３に供給される。
【００４７】
振動テーブル２０１は、加振装置２０２によってドライブされて、振動ドライブ信号の周波数に応じた周波数の振動を、テーブル上に載置された評価対象に対して印加する。制御装置２１０は、評価のために、種々の周波数の振動ドライブ信号を発生することができるように構成されている。
【００４８】
評価対象載置アダプタ２０９は、評価対象である第１の実施形態の振動検出素子１と振動テーブル２０１との間に介在されるもので、振動検出素子１を、その錘部１２が振動可能となるように支持して、評価テーブル２０１の振動を評価対象である第１の実施形態の振動検出素子１に伝達する。
【００４９】
振動検知装置２０４は、この例では、ＬＤＶ（Laser Doppler Velocimetry）を用いた構成により、評価対象載置アダプタ２０９上に載置されて、振動テーブル２０１に加振装置２０２により印加された振動に応じて振動する振動検出素子１の錘部１２の振動振幅を検出するようにする。
【００５０】
この振動検知装置２０４の検出出力は、振動検知装置用ユニット２０５を通じて、制御装置２１０に供給される。この場合に、振動検知装置用ユニット２０５からのアナログ信号は、ＡＤコンバータ２０７でデジタル信号に変換されて、制御装置２１０に供給される。
【００５１】
さらに、図３の評価システムにおいては、振動検出素子１の出力電圧は、ＡＤコンバータ２０６によりデジタル信号に変換されて制御装置２１０に供給されている。
【００５２】
この図３の例の評価システムによって第１の実施形態の振動検出素子１の評価結果例を、図４に示す。
【００５３】
この場合、評価対象として、錘部１２の直径が２．５ミリメートル（ｍｍ）のものと、３ミリメートル（ｍｍ）のものとの２種、また、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの幅Ｗが、１００ミクロン（μｍ）のものと、２００ミクロン（μｍ）のものとの２種、合計で４種の振動検出素子１を用意して、評価を実行した。なお、評価対象の４種の振動検出素子１の他の寸法は同一とした。すなわち、例えば、錘部１２の厚さは４００ミクロン（μｍ）、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの厚さは２ミクロン（μｍ）、圧電薄膜１４の厚さは１．９ミクロン（μｍ）とした。
【００５４】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、制御装置２１０が、振動ドライブ信号の周波数を０Ｈｚから１００Ｈｚまで変化させたときに、振動検知装置２０４で検知した振動検出素子１の錘部１２の振動振幅の変化を示す特性図である。
【００５５】
図４（Ａ）は、スプリング部１３Ａ，１３Ｂの幅Ｗが１００ミクロン（μｍ）のときの振動検出素子１の特性図で、特性曲線３０１は、錘部１２の直径が３ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３０２は、錘部１２の直径が２．５ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、をそれぞれ示している。
【００５６】
また、図４（Ｂ）は、スプリング部１３Ａ，１３Ｂの幅Ｗが２００ミクロン（μｍ）のときの振動検出素子１の特性図で、特性曲線３０３は、錘部１２の直径が３ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３０４は、錘部１２の直径が２．５ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、をそれぞれ示している。
【００５７】
そして、図４（Ｃ）は、４種の振動検出素子１についての評価結果を示す表である。この図４（Ｃ）の表におけるＱファクタは、ここでは、ピークのゲインを呈する共振周波数と、そのピーク値から３ｄＢだけ下がったゲインのところでの周波数バンド幅との比として定義している。また、初期変位は、振動検出素子１に振動が生じていないときの錘部１２の変位量である。この初期変位は、深度測定用顕微鏡（depth measuring maicroscope）により、光学的に、非接触な方法で、高精度で測定される。
【００５８】
この図４の評価結果から、錘部１２の直径が大きくなるほど、また、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの幅Ｗが小さいほど、振動検出素子１の共振周波数が低くなることが裏付けられた。
【００５９】
この図４に示した評価結果から明らかなように、第１の実施形態の振動検出素子１によれば、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ程度の極低周波数範囲において、大きなピークのゲインを有する共振周波数がほぼ単独で現れる周波数特性が得られる。そして、この図４からは、この振動検出素子１の大きなピークのゲインを有する共振周波数は、錘部１２の直径Ｄ１や厚さｔ２などの寸法と、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの厚さや幅Ｗ、長さＬなどの寸法を選定することで、検出対象の振動周波数に合致するように選定することができることが分かる。
【００６０】
従来の特許文献１の圧電振動発電機は、弾性梁１１３ａ及び１１３ｂ（振動検出素子１のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂに対応）の折り返し構造の折り返し方向を弾性梁１１３ａ及び１１３ｂの一端が結合された支持体１１１の部分に対して垂直とする構成により、同等のゲインのピークを有する共振周波数が多数出現するようにしている。
【００６１】
これに対して、上述の実施形態の振動検出素子１では、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂは、錘部１２の外周部の形状に沿った形状を有する外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃを備えると共に、その折り返し方向は、錘部１２の外周部の形状に沿った方向となるので、大きなピークのゲインを有する共振周波数が単独で出現する特性が得られる。そして、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃは、錘部１２の外周部の形状に沿った形状であるので、スプリング部１３Ａ及び１３Ｂの長さＬを長くすることができるため、この実施形態の振動検出素子１によれば、大きなピークのゲインを有する共振周波数を低い周波数とすることが容易である。
【００６２】
［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態の振動検出素子１では、錘部１２を、半円の円弧状の外周形状対応部１３Ａｃ及び１３Ｂｃを備える２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂで支持するようにした。この構成においては、振動検出素子１においては、外部環境から印加される振動の方向が錘部１２の板面に直交する方向であれば問題ないが、板面に直交しない方向の振動に印加された場合には、錘部１２にねじれ方向の力が加わり、外部の振動エネルギーを効率良く検出することができなくなる恐れがある。
【００６３】
この問題は、錘部を、３個以上のＮ個のスプリング部で、バランス良く支持することで解決することができる。第２の実施形態は、そのように構成した振動検出素子の場合の一例である。
【００６４】
図５は、この発明の第２の実施形態の振動検出素子２の一例を、その振動方向の上方から見た図である。この第２の実施形態の振動検出素子２も、上述の第１の実施形態と同様に、シリコン基板を半導体プロセスによりエッチングすることで形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）として構成とされたものである。
【００６５】
図５に示すように、この第２の実施形態の振動検出素子２は、スプリング部の構成が異なるが、その他は、第１の実施形態の振動検出素子１とほぼ同様の構成を備える。すなわち、この第２の実施形態の振動検出素子２は、支持基部２１と、錘部２２と、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃとからなる。
【００６６】
支持基部２１は、第１の実施形態の支持基部１１と同様に、外形が四角柱形状を有し、そのほぼ中央部に設けられる空間２１ａにおいて、錘部２２を、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃを介して、図５において紙面に垂直な方向に振動可能な状態で支持するように構成されている。
【００６７】
錘部２２は、第１の実施形態の錘部１２と同様に、円板状に形成されている。すなわち、錘部２２は、この例では、外周部の形状が円形であって、所定の直径Ｄ３及び所定の厚さｔ３を有する板状体として形成されている。第１の実施形態の支持基部１１と同様に、支持基部２１の中央部の空間２１ａは、この例では、錘部２２の外周部の円形形状に対応して円柱状形状とされており、その直径Ｄ４は、錘部２２の直径Ｄ３よりも大きい。この場合に、錘部２２の外周部の円形形状の中心位置と、円柱状形状の空間２１ａの中心線の位置とは同一位置となるようにされている。
【００６８】
３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃは、この錘部２２の円形の外周部の外側において、錘部２２と支持基部２１との間で形成される空間内に配置される。すなわち、図５に示すように、この第２の実施形態の振動検出素子２を、錘部２２の振動方向の上方から見たとき、錘部２２の外周部の円形と、支持基部２１の空間２１ａの円柱状形状の側周面の円形とが同心円状に配置されるが、その２つの円形の間の距離（（Ｄ４−Ｄ３）／２）の幅のリング状空間内に、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃが、位置するように形成される。
【００６９】
そして、図５に示すように、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれの一端２３Ａａ、２３Ｂａ及び２３Ｃａが、円板状の錘部２２の互いに１２０度角間隔隔てられた外周部の位置で、錘部２２と結合されている。また、図５に示すように、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれの他端２３Ａｂ、２３Ｂｂ及び２３Ｃｂが、支持基部２１に、同様に、互いに１２０度角間隔隔てられた位置で結合されている。
【００７０】
図５に示すように、この例では、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃは、１２０度ずつ回転したときに互いに重なるような同様の形状を備えている。
【００７１】
スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれは、錘部２２の外周部の円形形状に沿った形状の外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃを備える。そして、この第２の実施形態では、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれは、錘部２２の振動方向に直交する方向に、外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃが、それぞれ３個並べられる構成を備える。
【００７２】
図５に示すように、スプリング部２３Ａは、３個の外周形状対応部２３Ａｃが、錘部２２との結合部である一端２３Ａａから、円周方向に隣接する他のスプリング部２３Ｂの錘部２２との結合部である一端２３Ｂａの近傍までの角範囲に位置するようにされる。そして、３個の外周形状対応部２３Ａｃは、２個の折り返し部２３Ａｄで連結されて、１個のスプリング部２３Ａを形成するようにされている。
【００７３】
同様に、スプリング部２３Ｂは、３個の外周形状対応部２３Ｂｃが、錘部２２との結合部である一端２３Ｂａから、円周方向に隣接する他のスプリング部２３Ｃの錘部２２との結合部である一端２３Ｃａの近傍までの角範囲に位置するようにされる。そして、３個の外周形状対応部２３Ｂｃは、２個の折り返し部２３Ｂｄで連結されて、１個のスプリング部２３Ｂを形成するようにされている。
【００７４】
さらに、スプリング部２３Ｃは、３個の外周形状対応部２３Ｃｃが、錘部２２との結合部である一端２３Ｃａから、円周方向に隣接する他のスプリング部２３Ａの錘部２２との結合部である一端２３Ａａの近傍までの角範囲に位置するようにされる。そして、３個の外周形状対応部２３Ｃｃは、２個の折り返し部２３Ｃｄで連結されて、１個のスプリング部２３Ｃを形成するようにされている。
【００７５】
この場合、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれの３個の外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃの折り返し方向は錘部２２の外周形状に沿った方向となる。
【００７６】
そして、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれの３個の外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃは、それぞれ、錘部２２と、支持基部２１との間のリング状空間の錘部２２の振動方向に直交する方向において、錘部２２及び支持基部２１に対して僅かの距離だけ離間されていると共に、互いに僅かの距離だけ離間された状態で、互いに平行に並ぶように形成されている。
【００７７】
すなわち、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃのそれぞれは、ほぼ１２０度角範囲分の円弧状の３個の外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃが、折り返し部２３Ａｄ、２３Ｂｄび２３Ｃｄで折り返される形状を備えている。そして、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃは、それぞれの一端２３Ａａ、２３Ｂａ及び２３Ｃａで錘部２２と結合し、他端２３Ａｂ、２３Ｂｂ及び２３Ｃｂで支持基部２１と結合している。したがって、この例の振動検出素子２の錘部２２は、支持基部２１に対して、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃにより支持された状態で、図５の紙面に垂直な方向に、振動可能となる。
【００７８】
そして、この例では、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの、それぞれ３個の外周形状対応部２３Ａｃ、２３Ｂｃ及び２３Ｃｃの、錘部２２の振動方向に直交する方向の幅は、折り返し部２３Ａｄ、２３Ｂｄ及び２３Ｃｄの部分も含めて、均一の値Ｗとされている。そして、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの当該値Ｗの幅の面上には、第１の実施形態の振動検出素子１と同様に、圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃが被着形成されている。この場合、図示は省略するが、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの厚さは、互いに等しい厚さとされている。
【００７９】
圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃは、第１の実施形態の場合と同様に、この例では、ＰＺＴの層２５ａの両面を電極層２５ｂ及び電極層２５ｃで挟んだ構成とされている。スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃは、錘部２２の振動に応じた弾性的な変位をするが、圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃのそれぞれの２個の電極層２５ｂ，２５ｃ間には、その振動に応じたスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの弾性的な変位に応じた電圧が発生する。
【００８０】
なお、この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃに形成されている圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃを電気的に接続して、それらの出力電圧の合成出力を得るようにするために、錘部２２にも圧電薄膜２４Ｄが形成されている。この錘部２２の圧電薄膜２４Ｄは、リング状に形成されており、スプリング部２３Ａの圧電薄膜２４Ａとは、錘部２２と結合されている当該スプリング部２３Ａの一端２３Ａａの部分において連結され、また、スプリング部２３Ｂの圧電薄膜２４Ｂとは、錘部２２と結合されている当該スプリング部２３Ｂの一端２３Ｂａの部分において連結され、また、スプリング部２３Ｃの圧電薄膜２４Ｃとは、錘部２２と結合されている当該スプリング部２３Ｃの一端２３Ｃａの部分において連結されている。
【００８１】
そして、この第２の実施形態おいては、図５に示すように、支持基部２１と結合されるスプリング部２３Ａの他端２３Ａｂ側の圧電薄膜２４Ａ部分が、支持基部２１の上面の一端縁部まで延長されて、振動検出素子２の出力端子２６が形成される。この出力端子２６は、図５に示すように、ＰＺＴ層２５ａにより、離間されている２個の電極層２５ｂ及び２５ｃのそれぞれが端子となるように構成されている。
【００８２】
なお、この第２の実施形態においても、３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃとが錘部２２上で互いに電気的に接続することは必須ではなく、錘部２２に圧電薄膜２４Ｄを設けることは必須ではない。そして、錘部１２に圧電薄膜２４Ｄを設けない場合には、スプリング部２３Ａの他端２３Ａｂ側の圧電薄膜２４Ａの部分と、スプリング部２３Ｂの他端２３Ｂｂ側の圧電薄膜２４Ｂの部分と、スプリング部２３Ｃの他端２３Ｃｂ側の圧電薄膜２４Ｃの部分とを、支持基部２１の上面において結合するように構成して、２個の電極層２５ｂ及び２５ｃから、圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ及び２４Ｃの合成の出力電圧を得るようにする出力端子とするようにしてもよい。また、スプリング部２３Ａの他端２３Ａｂ側の圧電薄膜２４Ａの部分と、スプリング部２３Ｂの他端２３Ｂｂ側の圧電薄膜２４Ｂの部分と、スプリング部２３Ｃの他端２３Ｃｂ側の圧電薄膜２４Ｃの部分とのそれぞれから、出力端子を導出するように構成してもよい。
【００８３】
この第２の実施形態の振動検出素子２も、上述した第１の実施形態の振動検出素子１と同様にして、半導体プロセスにより製造することができるので、ここでは、その説明は省略する。
【００８４】
また、この第２の実施形態の振動検出素子２についても、図３に示した評価システムを用いて、その周波数特性を求めることができる。図６及び図７に、第２の実施形態の振動検出素子２の評価結果例を示す。
【００８５】
この場合、評価対象として、錘部２２の直径が２．０ミリメートル（ｍｍ）のものと、２．５ミリメートル（ｍｍ）のものと、３ミリメートル（ｍｍ）のものとの３種、また、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの幅Ｗが、１００ミクロン（μｍ）のものと、２００ミクロン（μｍ）のものとの２種、合計で６種の振動検出素子２を用意して、評価を実行した。なお、評価対象の６種の振動検出素子２の他の寸法は同一とした。すなわち、例えば、第１の実施形態の場合と同様に、錘部２２の厚さが４００ミクロン（μｍ）、スプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの厚さが２ミクロン（μｍ）、圧電薄膜２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄの厚さが１．９ミクロン（μｍ）とした。
【００８６】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、図３の制御装置２１０が、振動ドライブ信号の周波数を０Ｈｚから１００Ｈｚまで変化させたときに、振動検知装置２０４で検知した振動検出素子２の錘部２２の振動振幅の変化を示す特性図である。
【００８７】
図６（Ａ）は、スプリング部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの幅Ｗが１００ミクロン（μｍ）のときの振動検出素子２の特性図で、特性曲線３１１は、錘部２２の直径が３ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３１２は、錘部２２の直径が２．５ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３１３は、錘部２２の直径が２．０ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、をそれぞれ示している。
【００８８】
また、図６（Ｂ）は、スプリング部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの幅Ｗが２００ミクロン（μｍ）のときの振動検出素子２の特性図で、特性曲線３１４は、錘部２２の直径が３ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３１５は、錘部２２の直径が２．５ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、特性曲線３１６は、錘部２２の直径が２．０ミリメートル（ｍｍ）のときの特性、をそれぞれ示している。
【００８９】
そして、図６（Ｃ）は、前述した６種の振動検出素子２についての評価結果を示す表である。
【００９０】
また、図７は、この第２の振動検出素子２の出力端子１６からの出力電流及び出力電圧を示したものであり、図７の例では、錘部２２の直径が３ミリメートル、スプリング部２３Ａ〜２３Ｃの幅Ｗが２００ミクロンの場合において、０．１ｇの重力加速度の振動が、振動検出素子２に印加された場合の値を示している。この図７の例では、この場合の振動検出素子２の共振周波数１９Ｈｚ（図６（Ｃ）参照）で、電流出力は０．７５９ミリアンペア（ｍＡ）となり、また、電圧出力は０．７６２ミリボルト（ｍＶ）となって、０．５７マイクロワット（μＷ）の電力出力が得られた。すなわち、振動検出素子２は、圧電振動発電素子としての構成も備えているものである。第１の実施形態の振動検出素子１も同様であることは言うまでもない。
【００９１】
上述の図６に示した評価結果から明らかなように、第２の実施形態の振動検出素子２においても、１０Ｈｚ〜５０Ｈｚ程度の極低周波数範囲において、大きなピークのゲインを有する共振周波数がほぼ単独で現れる周波数特性が得られる。そして、この振動検出素子１の大きなピークのゲインを有する共振周波数は、錘部２２の直径や厚さなどの寸法と、スプリング部２３Ａ〜２３Ｃの厚さや幅Ｗ、長さＬなどの寸法とを選定することで、検出対象の振動周波数に合致するように選定することができることが分かる。
【００９２】
この第２の実施形態の振動検出素子２の図６の評価結果と、第１の実施形態の振動検出素子１の図４の評価結果との比較から、３個のスプリング部２３Ａ，２３Ｂ及び２３ｃを備える第２の実施形態の振動検出素子２の場合の共振周波数は、２個のスプリング部１３Ａ及び１３Ｂを備える第１の実施形態の振動検出素子１の場合の共振周波数よりも、高くなる。しかし、初期変位が、第２の実施形態の振動検出素子２の方が、第１の実施形態の振動検出素子１の半分程度になっていると共に、Ｑファクタが、第２の実施形態の振動検出素子２の方が、大きくなっていることが分かる。
【００９３】
そして、第２の実施形態の振動検出素子２では、互いに等角間隔離れた３つの位置で、錘部２２と３個のスプリング部２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの一端とが結合されることから、外部から振動検出素子２に印加される振動の印加方向が、錘部２２の板面に直交する方向とずれた方向であっても、錘部２２に対してねじれの力が加わるのが軽減されるという効果を奏する。
【００９４】
上述の第２の実施形態の振動検出素子２は、スプリング部の数が３個であったが、前述もしたように、４個以上のスプリング部により、錘部を支持する構造も可能であることは言うまでもない。ただし、錘部を支持するスプリング部の数が多くなるほど、振動検出素子において、ゲインのピークを呈する共振周波数は高くなる。
【００９５】
［その他の実施形態及び変形例］
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態における振動検出素子１及び振動検出素子２においては、錘部１２及び錘部２２の厚さｔ１は、４００ミクロンとしたが、これは、半導体プロセスにおいて、４インチウエハーを用いた場合である。しかし、８インチウエハーや１２インチウエハーを用いる場合には、錘部１２及び錘部２２の厚さｔ２は、７００ミクロンとされる。その場合には、振動検出素子の共振周波数は、より低くすることができるが、初期変位は第１の実施形態及び第２の実施形態の場合よりも大きくなる。
【００９６】
なお、上述の実施形態では、支持基部と錘部とは同じ厚さとしたが、錘部のみをさらにエッチングして支持基部よりは薄い厚さとするようにしてもよい。
【００９７】
また、上述の実施形態では、圧電薄膜としては、ＰＺＴを用いたが、これに限られるものではなく、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ（Aluminum Nitride））を用いたものも使用することができる。
【００９８】
また、スプリング部の厚さは、上述の実施形態の説明では、２ミクロンとしたが、これは一例であって、２〜２０ミクロンの範囲の値とすることができる。また、圧電薄膜の厚さは、１．９ミクロンとしてが、これも一例であって、１〜５ミクロンの範囲の値とすることができる。
【００９９】
また、スプリング部の外周形状対応部の幅Ｗは、上述の実施形態の場合に限らず、１００〜３００ミクロンの範囲の値とすることができる。そして、上述の実施形態では、スプリング部の複数の外周形状対応部の幅Ｗは同一としたが、異ならせるようにしてもよい。図８に、スプリング部の複数の外周形状対応部の幅Ｗを異ならせた例を示す。この図８の例の振動検出素子１´は、第１の実施形態の振動検出素子１の変形例であり、第１の実施形態の振動検出素子１とはスプリング部の構成のみが異なる。図８においては、図１に示した第１の実施形態の振動検出素子１と同一部分には、同一参照符号を付し、また、第１の実施形態の振動検出素子１と同一ではないが対応する部分には、同一参照符号に´を付して示してある。
【０１００】
この図８の例の振動検出素子１´においては、錘部１２は、支持基部１１に対して、２個のスプリング部１３Ａ´及び１３Ｂ´により指示されている構成である。２個のスプリング部１３Ａ´及び１３Ｂ´のそれぞれは、第１の実施形態と同様に、２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２を備えるが、この例では、内側の外周形状対応部１３Ａｃ１及び１３Ｂｃ１の幅Ｗ１と、外側の外周形状対応部１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ２の幅Ｗ２とは異なり、Ｗ１＜Ｗ２に選定されている。
【０１０１】
２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２の幅Ｗ１及びＷ２の上面には、それぞれの幅に合わせられた圧電薄膜１４Ａ´及び１４Ｂ´が形成される。幅Ｗ１は、例えば１００ミクロン、幅Ｗ２は、２００ミクロンなどとすることができる。
【０１０２】
なお、図８の例では、２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２の幅Ｗ１及び幅Ｗ２は、外側ほど大きくなるようにしたが、逆に、外側ほど小さくなるように構成してもよい。
【０１０３】
なお、図８の例では、２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２は、幅Ｗ１及び幅Ｗ２は、円周方向に同一としたが、円周方向に徐々に変化させるようにしてもよい。例えば内側の外周形状対応部１３Ａｃ１及び１３Ｂｃ１の錘部１２との結合部となる一端１３Ａａ及び１３Ｂａ側の幅をＷ１とすると共に、外側の外周形状対応部１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ２の支持基部１１との結合部となる他端１３Ａｂ及び１３Ｂｂ側の幅がＷ２となるように、２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２の幅を、徐々に連続的に大きく変化させるように構成してもよい。
【０１０４】
この場合にも、２個の外周形状対応部１３Ａｃ１、１３Ａｃ２及び１３Ｂｃ１、１３Ｂｃ２の幅は、徐々に内側から外側に向かって徐々に大きくなるようにしたが、逆に外側に向かうほど徐々に小さくなるように構成してもよい。
【０１０５】
スプリング部についての上述の変形例は、第２の実施形態についても同様に適用できることは言うまでもない。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、錘部１２や錘部２２の重さについては、考慮しなかったが、（式１）に示したように、振動検出素子１及び２において、錘部１２や錘部２２の重さを変更することで、ゲインのピークを呈する共振周波数を変化させることできる。例えば、錘部１２や錘部２２に金属片や金属球を接合するなどして結合することで、錘部１２や錘部２２の重さを重くすれば、振動検出素子１や振動検出素子２のゲインのピークを呈する共振周波数を、より低くすることが可能となる。
【０１０７】
また、上述の実施形態では、スプリング部の外周形状対応部は、２個以上の複数個としたが、１個でもよい。
【０１０８】
また、上述の実施形態では、錘部の外周部の形状は円形としたが、正６角形、正８角形等の正多角形であってもよい。また、錘部は、平板の板状である必要はなく、例えば振動方向の一方の方向に、あるいは両方の方向に、例えばドーム型などの形状で凸となる形状であってもよい。
【０１０９】
なお、以上の実施形態の振動検出素子は、全て微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の構成としたが、この発明の振動検出素子は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の構成に限られるものではないことは勿論である。
【符号の説明】
【０１１０】
１，２…振動検出素子、１１，２１…支持基部、１２，２２…錘部、１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…スプリング部、１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…圧電薄膜
【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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