(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する枠体と、
前記枠体の前記中空部に配置されるブロック部材と、
前記枠体と前記ブロック部材との間に架設される１又は複数のはり部材と、
を備え、
前記各はり部材は、
前記ブロック部材に連結される第１ヒンジ部と、
前記枠体に連結される第２ヒンジ部と、
前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部との間に配置され、応力に応じて電荷を出力する圧電素子が設置される圧電素子配設部と、
を有し、
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部は、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
圧電センサ。
【請求項２】
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも幅が細くなっていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項３】
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、切り欠きが設けられていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項４】
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、１又は複数の孔が設けられていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項５】
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも厚みが薄くなっていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項６】
前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも柔らかい材料で形成されることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される、
請求項１に記載の圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電センサの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、人に貼り付けて、日常的な人体の活動を計測するモニタリングシステム等、極めて低消費電力で動作することが要求されるシステムでは、電子回路を含むシステムを可能な限り休眠させ、必要な場面にのみ動作させるのが望ましい。そのため、このようなシステムでは、所定の運動強度を超える動作等の動き（加速度）に応じてシステムを起動する又はシステムのモードを切り替えるトリガ型のセンサが用いられる場合がある。
【０００３】
このトリガ型のセンサには、動き（加速度）に応じてシステムを起動するという性質から、加速度センサが用いられる。この加速度センサは、一般的には、指向性を有する。すなわち、印加される加速度の方向に応じて、加速度センサの出力は異なる。そのため、加速度センサに印加された動きの運動強度を特定するためには、三次元（実空間）の各方向における加速度センサの出力を演算して運動強度を算出する演算回路を利用することになり、この演算回路を利用する分だけ消費電力が増加してしまう。
【０００４】
したがって、運動の方向性を問わずに、直接的に運動の強度に応じた電気信号を出力する無指向性の加速度センサを実現することができれば、消費電力の観点から非常に有益であり、また、上記システムの稼働時間を延ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３２５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記システムに利用可能な加速度センサとして、特許文献１では、次のような圧電センサが提案されている。すなわち、特許文献１で提案されている圧電センサは、中空部を有する支台と、支台の中空部に吊下げた状態で支持される作用体と、支台と作用体との間に架け渡される可撓板と、を備えている。
【０００７】
この圧電センサでは、可撓板は、支台及び作用体それぞれと連結する部分の強度が相対的に低くなり、その間の部分の強度が相対的に高くなるように構成されている。そして、この相対的に強度の低い部分、すなわち、支台及び作用体それぞれとの連結部に圧電素子が設置されている。これによって、この圧電センサは、圧電素子を設置する連結部に作用体の変位による可撓板の撓みを集中させ、圧電素子の出力を高めようとしている。
【０００８】
しかしながら、このような圧力センサでは、基本的には、次の理由により、無指向性の加速度センサを実現することができない。すなわち、作用する応力の種類（圧縮及び引張）に応じて、圧電素子の出力の正負は相違する。例えば、圧縮に応じて正の電圧を出力するように構成された場合には、その圧電素子は、引張に応じて負の電圧を出力する。また、圧電素子は、構造体の表面上に設置（形成）される。
【０００９】
更に、作用体の変位に伴う撓みの方向は、作用体側の連結部と支台側の連結部とで相違する。例えば、作用体側の連結部が上方向に凸に撓んだ場合には、支台側の連結部は下方向に凸に撓む。上方向に凸に撓んだ場合には、上面に引張応力が作用し、下面に圧縮応力が作用する。一方、下方向に凸に撓んだ場合には、上面に圧縮応力が作用し、下面に引張応力が作用する。
【００１０】
そのため、圧電素子を上面側及び下面側のいずれかに配置した場合には、支台側に設置される圧電素子と作用体側に設置される圧電素子とに作用する応力の種類が相違してしまい、これによって、各圧電素子の出力の正負が異なってしまう。したがって、支台側に設置される圧電素子と作用体側に設置される圧電素子とをそのまま連結した場合には、各圧電素子の出力の合計が零になってしまう可能性があるため、この圧電センサは指向性を有してしまう。すなわち、この圧電センサでは、運動の強度に応じた電気信号を直接的に出力することはできない。
【００１１】
本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を得ることのできる圧電センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【００１３】
すなわち、本発明の一側面に係る圧電センサは、中空部を有する枠体と、前記枠体の前記中空部に配置されるブロック部材と、前記枠体と前記ブロック部材との間に架設される１又は複数のはり部材と、を備え、前記各はり部材は、前記ブロック部材に連結される第１ヒンジ部と、前記枠体に連結される第２ヒンジ部と、前記第１ヒンジ部と前記第２ヒンジ部との間に配置され、応力に応じて電荷を出力する圧電素子が設置される圧電素子配設部と、を有し、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部は、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成される。
【００１４】
当該構成に係る圧電センサは、中空部を有する枠体と、枠体の中空部に配置されるブロック部材と、を備えている。当該枠体及びブロック部材のいずれか一方が対象物に固定される固定部として取り扱われ、他方が、対象物に固定されず、変位可能な可動部（おもり）として取り扱われる。また、当該枠体及びブロック部材の間には、１又は複数のはり部材が架設される。
【００１５】
ここで、当該構成では、当該枠体及びブロック部材それぞれに連結されるはり部材の各ヒンジ部ではなく、両ヒンジ部の間の領域（圧電素子配設部）に、圧電素子が設置される。上記のとおり、両ヒンジ部の上面及び下面には、可動部の変位に応じて、圧縮及び引張の２種類の応力が作用し得る。これに対して、両ヒンジ部の間の領域は、可動部のいかなる変位に対しても、はり部材の伸び量に応じた引張応力しか生じ得ない（後述する図３参照）。そのため、この両ヒンジ部の間の領域に圧電素子を配置することで、圧電素子に作用する応力の種類を限定することができ、これによって、印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を圧電素子から得ることができる。
【００１６】
また、当該構成では、各ヒンジ部は圧電素子配設部よりも柔軟に構成される。これにより、可動部の変位によるはり部材の撓みを各ヒンジ部に集中させ、圧電素子配設部が殆ど撓まないようにして、圧電素子配設部に適切に引張応力が作用するようにすることができる。加えて、各ヒンジ部の領域を狭くして、圧電素子配設部の領域を広くすることができる。そのため、圧電素子配設部には、所望の出力を得るように適切な数の圧電素子を設置することができる。
【００１７】
したがって、当該構成によれば、印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を得ることのできる圧電センサを提供することができる。
【００１８】
また、上記一側面に係る圧電センサの別の形態として、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも幅が細くなっていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成されてよい。
【００１９】
また、上記一側面に係る圧電センサの別の形態として、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、切り欠きが設けられていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成されてよい。
【００２０】
また、上記一側面に係る圧電センサの別の形態として、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、１又は複数の孔が設けられていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成されてよい。
【００２１】
また、上記一側面に係る圧電センサの別の形態として、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも厚みが薄くなっていることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成されてよい。
【００２２】
また、上記一側面に係る圧電センサの別の形態として、前記第１ヒンジ部及び前記第２ヒンジ部はそれぞれ、前記圧電素子配設部よりも柔らかい材料で形成されることにより、前記圧電素子配設部よりも柔軟に構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を得ることのできる圧電センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施の形態に係る圧電センサを模式的に例示する平面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る圧電センサを模式的に例示する部分斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る圧電センサの動作原理を説明するための図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｃ】図４Ｃは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｄ】図４Ｄは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｅ】図４Ｅは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｆ】図４Ｆは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｇ】図４Ｇは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図４Ｈ】図４Ｈは、実施の形態に係る圧電センサの製造過程を模式的に例示する。
【図５】図５は、他の形態に係る圧電センサを模式的に例示する。
【図６】図６は、他の形態に係る圧電センサを模式的に例示する。
【図７】図７は、他の形態に係るはり部材を模式的に例示する。
【図８】図８は、他の形態に係るはり部材を模式的に例示する。
【図９】図９は、他の形態に係るはり部材を模式的に例示する。
【図１０】図１０は、他の形態に係る圧電センサを模式的に例示する。
【図１１】図１１は、実施例及び比較例の加速度に対する出力特性のシミュレーション結果を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、全ての圧電素子を直列接続した場合における各方向の加速度に対する実施例の出力特性のシミュレーション結果を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、ｘ軸に沿って並ぶ圧電素子を直列接続することで得られる出力及びｙ軸に沿って並ぶ圧電素子を直列接続することで得られる出力のうち大きい方の出力を採用した場合における各方向の加速度に対する実施例の出力特性のシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形が行われてもよい。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
【００２６】
§１  構成例
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る圧電センサ１の構成例を説明する。図１は、本実施形態に係る圧電センサ１を模式的に例示する平面図である。図２は、本実施形態に係る圧電センサ１を模式的に例示する部分斜視図である。本実施形態に係る圧電センサ１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、対象物（例えば、人）の運動の強度を測定するモニタリングシステムのトリガ（加速度センサ）として利用可能である。
【００２７】
なお、以下の各図では、説明の便宜のため、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を用いて各方向を例示している。これらのうちｚ軸方向が鉛直方向に相当し、ｘ軸方向及びｙ軸方向がそれぞれ地面に対して水平な方向に相当する。以下では、ｘ軸正の方向及び負の方向をそれぞれ「右」及び「左」と称し、ｙ軸正の方向及び負の方向をそれぞれ「前」及び「後」と称し、ｚ軸正の方向及び負の方向をそれぞれ「上」及び「下」と称することとする。
【００２８】
図１及び図２に例示されるように、本実施形態に係る圧電センサ１は、上下方向に貫通する中空部２１を有する枠体２と、枠体２の中空部２１に配置されるクローバー型のブロック部材３と、を備えている。枠体２とブロック部材３との間には、４つの細長いはり部材４が架設されており、これによって、ブロック部材３は、中空部２１に吊下げた状態で支持されている。はり部材４には、応力に応じて電荷（電圧信号）を出力する圧電素子５が設置されている。以下、各構成要素について説明する。
【００２９】
（枠体）
まず、枠体２について説明する。図１に例示されるように、枠体２の外形は平面視正方形状に形成されており、枠体２の中空部２１も平面視正方形状に形成されている。この枠体２は、圧電センサ１の固定部として利用される。すなわち、枠体２は、運動の強度を測定する対象物に固定される。枠体２を対象物に固定する方法は、特に限定されなくてもよい。例えば、枠体２は、機械部材（ネジ止め等）で対象物に固定されてもよいし、接着部材（両面テープ等）で対象物に固定されてもよいし、半導体プロセスによる接着層成膜（例えば、気相成長）で対象物に固定されてよい。
【００３０】
なお、枠体２の材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、枠体２の材料には、鉄、チタンのような金属材料、ステンレスのような合金、各種アモルファス、シリコン酸化物、シリコン窒化物のようなシリコン化合物、ゲルマニウム、ガリウム砒素のような半導体、ガラス、金属ガラス、セラミックス、樹脂等が用いられてもよい。また、枠体２の寸法は、実施の形態に応じて適宜設定されてよい。例えば、枠体２の平面寸法は、５ｍｍ×５ｍｍに設定されてよい。ただし、枠体２の内寸（中空部２１の大きさ）は、中空部２１に配置したブロック部材３が印加された加速度に応じて変位可能なように、ブロック部材３の外形よりも適宜大きく設定される。
【００３１】
（ブロック部材）
次に、ブロック部材３について説明する。図１及び図２に例示されるように、ブロック部材３は、平面視正方形状の中央領域３１と、中央領域３１の四角からそれぞれ突出し、中央領域３１よりも大きい平面視正方形状の４つの張出領域３２と、を備えている。加えて、隣接する張出領域３２の間には、矩形状の溝が形成されており、これによって、ブロック部材３は、クローバー型に形成されている。
【００３２】
このブロック部材３は、圧電センサ１の可動部（おもり）として利用される。すなわち、ブロック部材３は、運動の強度を測定する対象物には固定されない。ブロック部材３は、対象物に固定される枠体２から延びる４つのはり部材４によって前後左右に対称的に支持されており、この状態で、圧電センサ１に印加された加速度に応じて変動可能に構成されている。
【００３３】
なお、ブロック部材３の材料は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、ブロック部材３の材料には、鉄、チタンのような金属材料、ステンレスのような合金、各種アモルファス、シリコン酸化物、シリコン窒化物のようなシリコン化合物、ゲルマニウム、ガリウム砒素のような半導体、ガラス、金属ガラス、セラミックス、樹脂等が用いられてもよい。また、ブロック部材３の寸法は、実施の形態に応じて適宜設定されてよい。例えば、ブロック部材３の寸法は、各はり部材４の各圧電素子５から出力が得られる重さをブロック部材３が有するように、適宜設定される。
【００３４】
（はり部材）
次に、はり部材４について説明する。図１及び図２に例示されるように、本実施形態に係る４つのはり部材４はそれぞれ、ブロック部材３に連結される第１ヒンジ部４１と、枠体２に連結される第２ヒンジ部４２と、を備えている。４つのはり部材４はそれぞれ、第１ヒンジ部４１でブロック部材３に連結し、第２ヒンジ部４２で枠体２に連結することで、枠体２とブロック部材３との間に掛け渡され、ブロック部材３を吊り下げ支持している。
【００３５】
具体的には、２つのはり部材４が前後方向（図のｙ軸方向）に沿って配置され、残り２つのはり部材が左右方向（図のｘ軸方向）に沿って配置されている。各はり部材４の第２ヒンジ部４２は、枠体２の前後左右の各部の中央に連結している。各はり部材４は、この枠体２の各部の中央から、ブロック部材３の隣接する張出領域３２の間の溝を通って、ブロック部材３の中央領域３１まで延びている。そして、各はり部材４の第１ヒンジ部４１は、ブロック部材３の中央領域３１における前後左右の各辺に連結している。これにより、４つのはり部材４は、ブロック部材３を四方から吊り下げ支持している。
【００３６】
各はり部材４の第１ヒンジ部４１と第２ヒンジ部４２との間に配置される領域には、応力に応じて電荷を出力することのできる圧電素子５が設置されている。これにより、この領域は、圧電素子配設部４３を構成している。各圧電素子５の出力電圧を外部に出力するための構成は、実施の形態に応じて適宜設定される。例えば、各圧電素子５は、配線によって直列接続される。そして、その配線の各端部は、枠体２上等に設けられる端子（不図示）に連結される。これにより、各圧電素子５の出力電圧を、各端子を介して外部に出力することができる。
【００３７】
なお、図１及び図２では、各圧電素子配設部４３には、１３個の圧電素子５が設置されている。しかしながら、各圧電素子配設部４３に設置可能な圧電素子５の数は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、圧電素子５の数は、所定の応力に対して所望の出力電圧が得られるように、適宜選択される。また、圧電素子５の種類は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、圧電素子５の材料には、チタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3；ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ZnO）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化ハフニウム（HfO2）、チタン酸鉛（PbTiO3）、チタン酸バリウム（BaTiO3）、ニオブ酸カリウム（KNbO3）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（(K,Na)NbO3）、鉄酸ビスマス（BiFeO3）、ニオブ酸ナトリウム（NaNbO3）、Ni4Ti3O12等のセラミックス薄膜が用いられてもよい。このセラミック薄膜は、微量の添加元素を含んでいてもよい。また、圧電素子５の材料には、ポリフッ化ビニリデン及びその共重合体、ポリ乳酸、ポリアセタール等の圧電高分子が用いられてもよい。更に、圧電素子５の材料には、粉末、粒子、ナノロッド等の微小圧電材料を樹脂中に分散させた圧電コンポジットが用いられてもよい。
【００３８】
本実施形態では、各はり部材４の第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２はそれぞれ、圧電素子配設部４３よりも幅が細くなっている。これは、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２それぞれを圧電素子配設部４３よりも柔軟に構成するためである。すなわち、本実施形態では、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２はそれぞれ、幅を細くして、機械的な強度を低くすることで、相対的に曲がりやすく構成されている。
【００３９】
なお、各はり部材４の材料は、応力に応じて長手方向に伸縮可能な材料であれば、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、各はり部材４の材料には、エポキシ樹脂が用いられてもよい。また、例えば、各はり部材４の材料には、鉄、チタンのような金属材料、ステンレスのような合金、各種アモルファス、シリコン酸化物、シリコン窒化物のようなシリコン化合物、ゲルマニウム、ガリウム砒素のような半導体、ガラス、金属ガラス、セラミックス、樹脂等が用いられてもよい。更に、各はり部材４の材料には、グラファイト、ダイヤモンド、グラフェン、ナノチューブ等が用いられてもよい。また、各はり部材４の寸法は、実施の形態に応じて適宜設定されてよい。例えば、各はり部材４の寸法は、枠体２とブロック部材３との間に掛け渡すことができるように、適宜設定される。
【００４０】
§２  利用形態
次に、図３を更に用いて、本実施形態に係る圧電センサ１の利用形態の一例について説明する。図３は本実施形態に係る圧電センサ１の動作原理を説明するための図である。例えば、本実施形態に係る圧電センサ１を上記モニタリングシステムのトリガとして利用する場合、運動の強度を測定する対象物に枠体２を固定することで、圧電センサ１は対象物に取り付けられる。なお、図３では、各ヒンジ部（４１、４２）の機能に着目し、各ヒンジ部（４１、４２）を丸印で表現している。
【００４１】
この状態で対象物が加速度を伴う移動をすると、対象物に固定される枠体２も対象物と一体となって加速度を伴う移動をする。一方、ブロック部材３は対象物に固定されていないため、当該ブロック部材３には、対象物（枠体２）の加速方向とは反対方向に加速度が印加され、慣性力が作用する。この印加される加速度に応じて、ブロック部材３は変位する。
【００４２】
具体的には、図３に例示されるように、ブロック部材３にｚ軸方向の加速度が印加すると、ブロック部材３はｚ軸方向（上下方向）に平行移動する。一方、ブロック部材３にｘ軸方向の加速度が印加すると、ｙ軸方向に沿って配置された一対のはり部材４の支持により、ブロック部材３には、図３に例示されるようなｙ軸周りの傾きが生じる。同様に、ブロック部材３にｙ軸方向の加速度が印加すると、ｘ軸方向に沿って配置された一対のはり部材４の支持により、ブロック部材３には、ｘ軸周りの傾きが生じる。したがって、印加される加速度に応じて、ブロック部材３には、上下方向の平行移動とｘ軸周り及びｙ軸周りの傾きとを組み合わせた変位が生じる。
【００４３】
これに対して、各はり部材４は、ブロック部材３が変位していない状態、すなわち、ブロック部材３が上下方向に平行移動しておらず、かつ、いずれの方向にも傾いていない状態（以下、この状態を「初期状態」とも記載する）で、最小の長さになるように構成されている。そのため、図３に例示されるように、印加された加速度に応じてブロック部材３が初期状態から変位すると、各はり部材４は長手方向に引き伸ばされる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、各はり部材４の第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２はそれぞれ、相対的に曲がりやすく構成されている。そのため、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２において、ブロック部材３の変位によって撓みが生じる領域を狭くすることができる。すなわち、ブロック部材３の変位の殆どを各はり部材４の長手方向の引き伸ばしに作用するようにすることができる。
【００４５】
したがって、本実施形態では、印加された加速度に応じてブロック部材３が初期状態から変位すると、各はり部材４は効果的に長手方向に引き伸ばされ、各はり部材４の第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２の間の領域にその伸び量Ｌに応じた引張張力が生じる。そして、この引張応力の生じる領域には、圧電素子配設部４３が設けられている。そのため、印加された加速度に応じて生じた引張応力は圧電素子配設部４３に設置された各圧電素子５に作用し、これによって、各圧電素子５から引張応力に応じた出力電圧が出力される。すなわち、対象物の加速度に応じた出力を圧電センサ１から得ることができ、この圧電センサ１から得られる出力をモニタリングシステムのトリガに利用することができる。
【００４６】
本実施形態に係る圧電センサ１は、以上のように利用することができる。なお、本実施形態に係る圧電センサ１の利用形態は、上記モニタリングシステムのトリガに限定されなくてもよい。例えば、圧電センサ１は、構造物（例えば、橋梁、建築物等）の振動を測定する振動モニタ、人の活動量を測定するセンサ、人の行動（例えば、転倒、寝返り、歩行、走行等）を推定するためのセンサ等として利用されてよい。また、本実施形態に係る圧電センサ１は、対象物の運動のモニタリング、対象物に加えられる衝撃のモニタリング等に利用されてもよい。
【００４７】
§３  製造方法
次に、図４Ａ〜図４Ｈを用いて、本実施形態に係る圧電センサ１の製造方法の一例について説明する。図４Ａ〜図４Ｈは、本実施形態に係る圧電センサ１の製造過程の一例を模式的に示す部分断面図である。
【００４８】
本実施形態に係る圧電センサ１は、公知のＭＥＭＳデバイスの製造方法により適宜作製することができる。例えば、以下の製造工程により、圧電センサ１を作製することができる。なお、以下で説明する圧電センサ１の製造方法は一例に過ぎず、各工程は可能な限り変更されてもよい。また、以下で説明する製造方法について、実施の形態に応じて、適宜、工程の省略、置換、及び追加が行われてよい。
【００４９】
（第１工程）
まず、第１工程では、図４Ａに例示されるように、基板１１を用意し、用意した基板１１の一面に、下部電極５１、圧電薄膜５２、及び上部電極５３をこの順で成膜する。基板１１には、例えば、絶縁層として酸化シリコンを加工面に成膜したシリコン基板を用いることができる。下部電極５１及び上部電極５３には、白金を被覆したチタン電極を用いることができる。圧電薄膜５２には、ＰＺＴ薄膜を用いることができる。各層の成膜は、スパッタリング等により行うことができる。なお、各構成要素には、上記各材料を利用することができる。
【００５０】
（第２工程）
次の第２工程では、図４Ｂに例示されるように、圧電素子配設部４３の圧電素子５を形成するため、下部電極５１が露出するまで、上部電極５３及び圧電薄膜５２を部分的に除去する。当該上部電極５３及び圧電薄膜５２の除去は、プラズマ放電等を利用したエッチングにより行うことができる。上部電極５３及び圧電薄膜５２の除去は、酸等の化学溶液を利用したウェットエッチングによっても行うことができる。上部電極５３及び圧電薄膜５２を除去した領域では下部電極５１が露出する。
【００５１】
（第３工程）
次の第３工程では、図４Ｃに例示されるように、基板１１が露出するまで、第２工程により露出した下部電極５１の領域を部分的に除去する。下部電極５１の除去は、第２工程と同様の方法により行うことができる。これにより、下部電極５１の露出した部分を残したままで、下部電極５１、圧電薄膜５２、及び上部電極５３の積層構造体（以下、単に「積層構造体」と記載する）を物理的に離間した複数箇所に形成することができる。
【００５２】
（第４工程）
次の第４工程では、図４Ｄに例示されるように、積層構造体それぞれを絶縁するため、第１工程から第３工程までの加工面に絶縁層５４を成膜する。絶縁層５４には、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜、フッ素添加酸化膜等を用いることができる。絶縁層５４の成膜は、プラズマ化学気相成長（plasma-enhanced chemical vapor deposition；プラズマＣＶＤ）等により行うことができる。また、絶縁層５４の成膜は、ポリイミド、パリレン系の樹脂等のスピン塗布により行われてもよい。
【００５３】
（第５工程）
次の第５工程では、図４Ｅに例示されるように、下部電極５１及び上部電極５３に配線を接続できるようにするため、圧電素子５として利用する積層構造体の下部電極５１及び上部電極５３上の絶縁層５４を部分的に除去する。絶縁層５４の除去は、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行うことができる。これにより、圧電素子５として利用する積層構造体の下部電極５１及び上部電極５３がそれぞれ、部分的に露出し、配線に接続可能になる。なお、絶縁層５４にポリイミド等の有機材料を利用した場合には、絶縁層５４の除去は、アニール処理により行うことができる。
【００５４】
（第６工程）
次の第６工程では、図４Ｆに例示されるように、所定のパターンに従って配線層５５を成膜する。複数の圧電素子５を直列接続する場合には、隣接する積層構造体の一方の下部電極５１と他方の上部電極５３とを接続するように、配線層５５を適宜成膜する。
【００５５】
配線層５５の材料には、白金、金、銅、アルミニウム、銀、パラジウム、ニッケル等を用いることができる。また、配線層５５の材料には、酸化インジウムスズ等の酸化材料を用いることができる。更に、配線層５５の材料には、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、PEDOT/PSS等の有機材料を用いることができる。
【００５６】
また、配線層５５の材料に無機材料を用いる場合には、配線層５５の成膜は、例えば、スパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着、パルスレーザ堆積法等により行うことができる。他方、配線層５５の材料に有機材料を用いる場合には、配線層５５の成膜は、例えば、溶液をスピン塗布した後に、アニール処理することで行うことができる。これによって、配線層５５で接続した各積層構造体を圧電素子５として利用することができるようになる。なお、最も外側に配置される圧電素子５の配線層５５は、外部の回路と接続する端子まで延びるように適宜成膜される。
【００５７】
（第７工程）
次の第７工程では、図４Ｇに例示されるように、第１工程から第６工程までの加工面に樹脂層５６を成膜する。この樹脂層５６には、エポキシ樹脂、ポリイミド等を利用することができる。樹脂層５６の成膜は、フォトリソグラフィ等により行うことができる。これによって、樹脂層５６を成膜した箇所に各はり部材４が形成される。なお、樹脂層５６に感光性の材料以外を用いる場合には、材料に応じた方法により樹脂層５６を成膜し、エッチング等により成膜した樹脂層５６を加工することで、各はり部材４を形成することができる。
【００５８】
なお、フォトリソグラフィにより樹脂層５６を成膜する場合、本工程で利用するマスクパターンは、各はり部材４の形状に対応するパターンを含んでいる。このマスクパターンの各はり部材４を形成する部分では、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２に対応する部分の幅が細くなっている。これによって、相対的に幅の細い第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２を有する各はり部材４を形成することができる。
【００５９】
（第８工程）
次の第８工程では、図４Ｈに例示されるように、枠体２及びブロック部材３を形成するため、第１工程から第７工程までの加工面とは反対側の面から、基板１１を貫通加工する。基板１１の貫通加工は、ドライエッチング、ウェットエッチング等により行うことができる。具体的には、枠体２とブロック部材３との間の部分、及びブロック部材３の隣接する張出領域３２の間の溝の部分を形成するように、基板１１を貫通加工する。これによって、本実施形態に係る圧電センサ１を作製することができる。なお、基板１１の貫通加工は、イオンミリングによる加工、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いた加工により行われてもよい。基板１１が比較的に大きい場合には、基板１１の貫通加工は、切削等の機械加工により行われてもよいし、放電加工、プレス加工等により行われてもよい。基板１１の材料に樹脂材料が用いられる場合には、基板１１の貫通加工は、射出成形等の成形により行われてもよい。また、基板１１の材料に感光性樹脂が用いられる場合には、基板１１の貫通加工は、フォトリソグラフィ等により行われてもよい。
【００６０】
§４  特徴
以上のとおり、本実施形態に係る圧電センサ１では、各圧電素子５は、枠体２及びブロック部材３それぞれに連結される各はり部材４の第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２ではなく、両ヒンジ部（４１、４２）の間に配置される圧電素子配設部４３に設置される。この圧電素子配設部４３には、図３に示されるとおり、はり部材４の伸び量Ｌに応じた引張応力しか生じ得ないため、本実施形態によれば、ブロック部材３がいかに変位しようとも、各圧電素子５に作用する応力の種類を引張応力に限定することができる。したがって、本実施形態によれば、圧電センサ１に印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を各圧電素子５から得ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２はそれぞれ圧電素子配設部４３よりも柔軟に構成される。これによって、各はり部材４の圧電素子配設部４３が効果的に長手方向に引き伸ばされるようにすることができる。加えて、図３に示されるとおり、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２において、ブロック部材３の変位によって撓みが生じる領域を狭くすることができる。すなわち、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２の領域を狭くし、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２の間に配置される圧電素子配設部４３の領域を広くすることができる。そのため、所望の出力を得るように、適切な数の圧電素子５を圧電素子配設部４３に設置できる。
【００６２】
したがって、これらの理由により、本実施形態に係る圧電センサ１によれば、印加される加速度の方向とは無関係に、運動の強度に応じた出力を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る圧電センサ１によれば、無指向性の加速度センサを実現することができる。そのため、本実施形態に係る圧電センサ１をトリガに利用することで、上記モニタリングシステムの稼働時間を有効に延ばすことができる。
【００６３】
§５  変形例
以上、本発明の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。また、上記圧電センサ１の各構成要素に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が行われてもよい。上記圧電センサ１の各構成要素の形状及び大きさは、実施の形態に応じて、適宜設定されてもよい。例えば、以下の変更が可能である。なお、以下で説明する変形例では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、適宜説明を省略した。
【００６４】
＜５．１＞
例えば、上記実施形態では、枠体２が圧電センサ１の固定部として利用され、ブロック部材３が圧電センサ１の可動部（おもり）として利用される。しかしながら、固定部と可動部との関係は、このような例に限定されなくてもよい。すなわち、枠体２が圧電センサ１の可動部として利用されてもよく、ブロック部材３が圧電センサ１の固定部として利用されてもよい。
【００６５】
＜５．２＞
また、例えば、上記実施形態では、枠体２は正方形状であり、ブロック部材３は正方形状の５つの領域（１つの中央領域３１及び４つの張出領域３２）により構成されており、４つのはり部材４が用いられている。しかしながら、このような例に限定されなくてもよく、枠体２及びブロック部材３の形状は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。また、利用するはり部材４の数は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、図５及び図６に示す変形が可能である。
【００６６】
図５は、円形状の枠体２Ａを備える圧電センサ１Ａを模式的に例示する。この圧電センサ１Ａの枠体２Ａの外形は平面視円形状に形成されており、枠体２Ａの中空部２１Ａも平面視円形状に形成されている。これに応じて、ブロック部材３Ａは、周方向に１２０度間隔で３つの溝を設けた円形状に形成されており、各溝の部分には、はり部材４が配置されている。すなわち、ブロック部材３Ａは、３つのはり部材４によって中空部２１Ａに吊り下げ支持されている。なお、これらの点を除いて、圧電センサ１Ａは、上記圧電センサ１と同様の構成を有している。
【００６７】
また、図６は、１つのはり部材４でブロック部材３Ｂを支持する圧電センサ１Ｂを模式的に例示する。この圧電センサ１Ｂでは、ブロック部材３Ｂは、前後方向の一端部側で、左右方向に沿って一対の支持部材６に支持されている。各支持部材６は、はり部材４から圧電素子５を省略した構成を有していてもよい。この一対の支持部材６の支持により、ブロック部材３Ｂは、左右方向に延びる軸Ｋ周りに回転可能に吊り下げられる。そして、このブロック部材３Ｂは、更に、前後方向の他端部側で、はり部材４により支持されている。そのため、圧電センサ１Ｂに加速度が印加されると、ブロック部材３Ｂは軸Ｋ周りに傾き、これによって、はり部材４は長手方向に引っ張られ、引張応力に応じた出力を各圧電素子５から得ることができる。なお、これらの点を除いて、圧電センサ１Ｂは、上記圧電センサ１と同様の構成を有している。
【００６８】
以上のように、枠体２及びブロック部材３の形状、並びにはり部材４の数は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、上記実施形態及び本変形例では、中空部２１（２１Ａ）の形状と枠体２（２Ａ）の外形の形状とは一致している。しかしながら、枠体の形状は、このような例に限定されなくてもよく、中空部の形状と枠体の外形の形状とは一致していなくてもよい。例えば、枠体の外形は正方形状で、中空部は円形状であってもよい。
【００６９】
＜５．３＞
また、例えば、上記実施形態では、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２の幅をそれぞれ細くすることで、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２それぞれを圧電素子配設部４３より柔軟にしている。しかしながら、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２を相対的に柔軟にする方法は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、図７〜図９に示す変形が可能である。
【００７０】
図７は、第１ヒンジ部４１Ｃ及び第２ヒンジ部４２Ｃに切り欠き４４を設けたはり部材４Ｃを模式的に例示する。図７に例示されるはり部材４Ｃでは、第１ヒンジ部４１Ｃ及び第２ヒンジ部４２Ｃはそれぞれ、矩形状の切り欠き４４が設けられていることにより、上記実施形態と同様に、機械的な強度が相対的に低くなっている。そのため、このように切り欠き４４を設けることによって、第１ヒンジ部４１Ｃ及び第２ヒンジ部４２Ｃを圧電素子配設部４３よりも柔軟に構成することができる。なお、各ヒンジ部（４１Ｃ、４２Ｃ）に設ける切り欠き４４の形状、数、及び位置は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。各切り欠き４４は、例えば、上記第７工程において、各切り欠き４４に対応するパターンを含むマスクパターンを利用することで、形成することができる。
【００７１】
図８は、第１ヒンジ部４１Ｄ及び第２ヒンジ部４２Ｄに孔４５を設けたはり部材４Ｄを模式的に例示する。図８に例示されるはり部材４Ｄでは、第１ヒンジ部４１Ｄ及び第２ヒンジ部４２Ｄはそれぞれ、１６個の孔４５が設けられていることにより、上記実施形態と同様に、機械的な強度が相対的に低くなっている。そのため、このように複数の孔４５を設けることによって、第１ヒンジ部４１Ｄ及び第２ヒンジ部４２Ｄを圧電素子配設部４３よりも柔軟に構成することができる。なお、本変形例において、孔４５は、上下方向に貫通していてもよいし、上下方向に貫通していなくてもよい。また、各ヒンジ部（４１Ｄ、４２Ｄ）に設ける孔４５の数は、実施の形態に応じて適宜選択されてよく、例えば、１個でもよいし、図８に例示されるように２個以上であってもよい。各孔４５は、例えば、上記第７工程において、適宜切削することにより、形成することができる。
【００７２】
図９は、第１ヒンジ部４１Ｅ及び第２ヒンジ部４２Ｅの厚みを相対的に薄くしたはり部材４Ｅを模式的に例示する。図９に例示されるはり部材４Ｅでは、第１ヒンジ部４１Ｅ及び第２ヒンジ部４２Ｅはそれぞれ、圧電素子配設部４３よりも厚みが薄くなっていることにより、上記実施形態と同様に、機械的な強度が相対的に低くなっている。そのため、このように厚みを薄くすることによって、第１ヒンジ部４１Ｅ及び第２ヒンジ部４２Ｅを圧電素子配設部４３よりも柔軟に構成することができる。なお、このような相対的に薄い厚みを有する各ヒンジ部（４１Ｅ、４２Ｅ）は、例えば、上記第７工程において、段階的に樹脂層５６を成膜することで、形成することができる。
【００７３】
以上のように、第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を相対的に柔軟にする方法は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、上記実施形態及び各変形例では、各ヒンジ部（４１、４１Ｃ〜４１Ｅ、４２、４２Ｃ〜４２Ｅ）の機械的な強度を低下させることで、各ヒンジ部（４１、４１Ｃ〜４１Ｅ、４２、４２Ｃ〜４２Ｅ）を相対的に柔軟にしている。しかしながら、第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を相対的に柔軟にする方法は、このような例に限定されなくてもよく、例えば、蝶番のような連結部材を用いることで、第１ヒンジ部及び第２ヒンジ部を相対的に柔軟にしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態及び各変形例では、第１ヒンジ部４１（４１Ｃ〜４１Ｅ）と第２ヒンジ部４２（４２Ｃ〜４２Ｅ）とで同じ柔軟化の手段を用いている。しかしながら、このような例に限定されなくてもよく、第１ヒンジ部４１（４１Ｃ〜４１Ｅ）と第２ヒンジ部４２（４２Ｃ〜４２Ｅ）とで異なる柔軟化の手段を用いてもよい。
【００７５】
＜５．４＞
また、例えば、上記実施形態及び上記比較例では、機械的な構造によって、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２を相対的に曲がりやすく構成している。しかしながら、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２を相対的に曲がりやすくする方法は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２をそれぞれ圧電素子配設部４３よりも柔らかい材料で形成することにより、第１ヒンジ部４１及び第２ヒンジ部４２を相対的に曲がりやすくしてもよい。
【００７６】
図１０を用いて、本変形例について説明する。図１０は、本変形例に係る圧電センサ１Ｆを模式的に例示する。圧電センサ１Ｆは、各はり部材４Ｆの構成を除き、上記圧電センサ１と同様の構成を有している。圧電センサ１Ｆの各はり部材４Ｆでは、第１ヒンジ部４１Ｆ及び第２ヒンジ部４２Ｆは、圧電素子配設部４３Ｆと同じ幅及び同じ厚みを有している。
【００７７】
ここで、第１ヒンジ部４１Ｆ及び第２ヒンジ部４２Ｆはそれぞれ、圧電素子配設部４３Ｆよりも柔らかい材料で形成される。例えば、第１ヒンジ部４１Ｆ及び第２ヒンジ部４２Ｆには、圧電素子配設部４３Ｆのヤング率の５〜５０％程度となる材料を利用する。これによって、第１ヒンジ部４１Ｆ及び第２ヒンジ部４２Ｆを圧電素子配設部４３Ｆよりも柔らかくすることができる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定される訳ではない。
【００７９】
本発明の圧電センサが各方向の加速度に対してどの程度の電圧を出力することができるかを確認するため、次のような実施例及び比較例のモデルを作成し、各モデルから出力される電圧をシミュレーションにより計算した。
【００８０】
（実施例及び比較例）
まず、図１に例示される圧電センサ１と同じ構成を有するモデルを作成し、実施例１とした。実施例１の各構成要素の条件は、以下のとおりである。
・枠体の寸法：５０００μｍ×５０００μｍ
・ブロック部材の張出領域の寸法：１９５０μｍ×１９５０μｍ
・ブロック部材の重量：１８．６ｍｇ（中央領域に印加）
・枠体とブロック部材との間の距離：１００μｍ
・各ヒンジ部の幅：４０μｍ
・各ヒンジ部の長さ：７７．５μｍ
・各ヒンジ部の曲げ剛性：１７．５ｐＮ・ｍ2（ｐＰａ・ｍ4）
・圧電素子配設部の幅：１３０μｍ
・圧電素子配設部の長さ１４００μｍ
・圧電素子配設部の曲げ剛性：５６．８ｐＮ・ｍ2（ｐＰａ・ｍ4）
・はり部材の構造：ＰＺＴ薄膜とエポキシ樹脂（ＳＵ８）との積層構造
なお、各はり部材を枠体に連結するため、枠体側には、８０μｍ×３６０μｍの支持部を設けた。また、圧電素子の電圧は、ＰＺＴ特性の実績値である圧電定数等を用いて換算した。
【００８１】
次に、実施例１の各ヒンジ部の幅及び曲げ剛性を圧電素子配設部の幅及び曲げ剛性に一致させることで、比較例１のモデルを作成した。比較例１のモデルのその他の条件は、実施例１と同様である。
【００８２】
（シミュレーション条件）
有限要素解析ソフト（ANSYS ver.16）を利用し、上記作成した実施例１及び比較例１の各モデルのｘ軸方向及びｚ軸方向の加速度に対する出力電圧の特性をシミュレーションした。なお、当該シミュレーションでは、各モデルにおいて全ての圧電素子を直列接続して、各モデルから出力される電圧の大きさを計算した。
【００８３】
（結果）
図１１は、各モデルの実施例１及び比較例１の各モデルの加速度に対する出力電圧特性のシミュレーション結果を示す。図１１の横軸は、各モデルに印加した加速度の大きさを示し、縦軸は、各モデルから出力される電圧の大きさを示す。
【００８４】
図１１に示されるとおり、シミュレーションの結果から、両方向とも、実施例１からは、比較例１よりも高い出力電圧を得られることが分かった。特に、ｘ軸方向の加速度に対して、実施例１からは、比較例１の２倍に近い出力電圧を得られることが分かった。したがって、本発明によれば、高感度の加速度センサを実現できることが分かった。
【００８５】
また、図１１に示されるとおり、比較例１では、ｚ軸方向の加速度に対する出力電圧はｘ軸方向の加速度に対する出力電圧のおよそ２倍であり、ｘ軸方向の加速度に対する出力電圧とｚ軸方向の加速度に対する出力電圧との間で大きな差が生じた。これに対して、実施例１では、ｘ軸方向の加速度に対する出力電圧とｚ軸方向の加速度に対する出力電圧との間でそれほど大きな差は生じなかった。そのため、本発明によれば、従来に比べて指向性を抑えることができることが分かった。
【００８６】
（詳細分析）
次に、加速度に対する出力電圧の比を感度として、実施例１の様々な方向に対する感度を詳細に分析するため、上記シミュレーションに基づいて、実施例１の各方向に対する感度を算出した。
【００８７】
図１２Ａは、実施例１の全ての圧電素子を直列接続した場合における各方向の加速度に対する感度（重力加速度あたりの電圧）のシミュレーション結果を示す。図１２Ａに示されるとおり、実施例１は、ｚ軸方向に高感度であり、ｘｙ平面方向にやや低感度であった。具体的には、実施例１は、ｘｙ平面方向に比べて、ｚ軸方向に約４倍程度高感度であった。
【００８８】
これは、次のようなことが原因と想定される。すなわち、例えば、ｘ方向に加速度が印加されたとすると、ブロック部材はｙ軸方向に沿うように配置された一対のはり部材周りに傾く。そのため、このｙ軸に沿うように配置された一対のはり部材は、ｙ軸周りにひねられるだけであり、各はり部材には、引張応力がそれほど発生しないと考えられる。つまり、ｘｙ平面方向の加速度に対して、全てのはり部材から高感度に出力電圧を得られる訳ではないと考えられる。
【００８９】
これに対して、ｚ軸方向に加速度が印加されると、ブロック部材は上下方向に平行移動するため、全てのはり部材に有効に引張応力が発生する。そのため、ｚ軸方向の加速度に対しては、全てのはり部材から高感度に出力電圧を得ることができる。これにより、実施例１では、各方向で感度の違いが生じたと考えられる。
【００９０】
そこで、実施例１のｘ軸方向に沿うように配置された一対のはり部材の圧電素子を直列接続し、ｙ軸方向に沿うように配置された一対のはり部材の圧電素子を直列接続し、それぞれから得られる出力電圧のうち大きい方の出力電圧を採用するようにした実施例２を作成した。図１２Ｂは、実施例２の各方向の加速度に対する感度（重力加速度あたりの電圧）のシミュレーション結果を示す。
【００９１】
図１２Ｂに示されるとおり、実施例２も、実施例１と同様に、ｚ軸方向に高感度で、ｘｙ平面方向にやや低感度であったが、ｚ軸方向の感度をｘｙ平面方向の感度の約２．５倍程度に抑えることができた。したがって、圧電素子を適宜選択することで、圧電センサの指向性を抑えられることが分かった。
【００９２】
なお、直列接続する圧電素子の数を減らすと出力電圧は小さくなるが、連結する圧電素子の数が減る分だけ、連結した圧電素子全体の容量は大きくなる。よって、連結した圧電素子全体のインピーダンスは小さくなる。そのため、その圧電センサに連結する回路として低いインピーダンスを有する回路及び入力容量の制限の小さい回路を採用することができるようになる。したがって、直列接続する圧電素子の数を減らすことで、出力電圧が低下しても、その圧電センサは有効に活用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１…圧電センサ、１１…基板、
２…枠体、２１…中空部、
３…ブロック部材、３１…中央領域、３２…張出領域、
４…はり部材、４１…第１ヒンジ部、４２…第２ヒンジ部、
４３…圧電素子配設部、
５…圧電素子、
５１…下部電極、５２…圧電薄膜、５３…上部電極、５４…絶縁層、
５５…配線層、５６…樹脂層、
６…支持部材
【図１】
0006699830.tif 000002
【図２】
0006699830.tif 000003
【図３】
0006699830.tif 000004
【図４Ａ】
0006699830.tif 000005
【図４Ｂ】
0006699830.tif 000006
【図４Ｃ】
0006699830.tif 000007
【図４Ｄ】
0006699830.tif 000008
【図４Ｅ】
0006699830.tif 000009
【図４Ｆ】
0006699830.tif 000010
【図４Ｇ】
0006699830.tif 000011
【図４Ｈ】
0006699830.tif 000012
【図５】
0006699830.tif 000013
【図６】
0006699830.tif 000014
【図７】
0006699830.tif 000015
【図８】
0006699830.tif 000016
【図９】
0006699830.tif 000017
【図１０】
0006699830.tif 000018
【図１１】
0006699830.tif 000019
【図１２Ａ】
0006699830.tif 000020
【図１２Ｂ】
0006699830.tif 000021