(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板に取り付けられ、前記圧電基板に弾性波を励起する第１電極部と、
前記圧電基板に取り付けられ、前記弾性波を受信する第２電極部と、
前記弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部と、
を備え、
前記磁歪材料部は、
前記圧電基板の一方の主面上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部と、
前記一方の主面上において前記一対の磁束伝搬部の間に設けられ、前記弾性波の伝搬路上またはその近傍に配置された集磁部と、
を有する、
ことを特徴とする弾性波変調素子。
【請求項２】
前記一対の磁束伝搬部の各々は、前記集磁部とは反対側の一端部から前記集磁部側の他端部に向かう方向に沿って断面積が小さくなる形状を有し、
前記集磁部の磁場方向に垂直な断面積の最小値が、前記一対の磁束伝搬部の前記断面積の最小値と同じかそれよりも小さい、請求項１記載の弾性波変調素子。
【請求項３】
前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向の投影面において、前記第１電極部と第２電極部との間に配置される、請求項１または２に記載の弾性波変調素子。
【請求項４】
前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記圧電基板の前記一方の主面上に配置されるか、または前記圧電基板の他方の主面上に配置される、請求項３に記載の弾性波変調素子。
【請求項５】
前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部に設けられた一対の開口部に対応する位置に配置されるか、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部の下に配置されるか、または、前記圧電基板の他方の主面上に配置される、請求項３に記載の弾性波変調素子。
【請求項６】
前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記第１電極部及び前記第２電極部を包含する位置に配置される、請求項１または２に記載の弾性波変調素子。
【請求項７】
前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または前記圧電基板の他方の主面上に配置される、請求項６に記載の弾性波変調素子。
【請求項８】
前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または、前記圧電基板の他方の主面上に配置される、請求項６に記載の弾性波変調素子。
【請求項９】
前記第１電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極で構成され、
前記第２電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された他の一対の櫛歯電極で構成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性波変調素子。
【請求項１０】
前記第１電極部および前記第２電極部が、前記圧電基板に弾性波を励起または受信する一対の櫛歯電極である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性波変調素子。
【請求項１１】
前記圧電基板に取り付けられ、前記集磁部の一方側に配置された一の反射器を更に備え、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の一方の主面上であって前記集磁部の他方側に配置されるか、または前記圧電基板の一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波変調素子。
【請求項１２】
前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記一の反射器を包含する位置に配置され、
前記一の反射器が、圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項１１に記載の弾性波変調素子。
【請求項１３】
前記圧電基板に取り付けられ、前記第１電極部及び前記第２電極部の両側に配置された一対の反射器を更に備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波変調素子。
【請求項１４】
前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記一対の反射器を包含する位置に配置され、
前記一対の反射器が、圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項１３に記載の弾性波変調素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波変調素子と、前記弾性波変調素子の変調を検出する回路部と、を備える物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波変調素子及び物理量センサに関し、特に、表面弾性波の伝搬特性の変化に基づいて被検出体の物理量を検出可能な弾性波変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面弾性波（以下、ＳＡＷ（Ｓｕｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）ともいう）を用いた遅延線型や共振子型のセンサがある。遅延線型のＳＡＷセンサの構成として、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板と、該基板上に設けられた一対の櫛歯電極部と、該一対の櫛歯電極部間のＳＡＷ伝搬領域に配置された非晶質ＴｂＦｅ２膜とを備えるＳＡＷ遅延線が提案されている（非特許文献１）。【０００３】
また、遅延線型のＳＡＷセンサとして、圧電基板と櫛歯電極を有する表面弾性波素子とアンテナ手段を備えた応答器と、上記応答器に対して駆動信号を発信すると共に、当該応答器からの応答信号を受信する問い合わせ器とからなるワイヤレスＳＡＷセンサが提案されている。このＳＡＷセンサは、表面弾性波の伝搬方向と一致する辺を有する略矩形状をなし、かつ上記櫛歯電極から離間している磁歪膜を備えており、矩形磁歪膜における櫛歯電極側端部からの反射波に対応するエコーと、この矩形磁歪膜における反櫛歯電極側端部からの反射波に対応するエコーとの時間差に基づいて圧電基板に働く応力を検出している（特許文献１）。【０００４】
この従来技術では、圧電基板に応力が作用することより磁歪膜にも応力が作用すると、磁歪膜における磁化状態が変わり、その結果として磁歪膜と圧電基板の弾性率が変化するΔＥ効果が生じる。このΔＥ効果によって、磁歪膜と圧電基板を伝搬する表面弾性波の速度が変化する。よって、上記エコーの時間差を、圧電基板に作用する応力に対して予め校正しておくことで、当該時間差から、圧電基板に働く応力（歪）が計測することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山口、外２名、「非晶質ＴｂＦｅ２膜を用いた可変ＳＡＷ遅延線（VARIABLE SAW DELAY LINE USING AMORPHOUS TbFe2 FILM）」、第１６巻、第５号、１９８０年９月、アイトリプルイー・トランザクションズ・オン・マグネティックス（IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS）
【特許文献１】特許第５０８７９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、磁歪膜のいわゆるΔＥ効果は、磁歪膜における磁化状態の変化に依存するため、磁化状態の変化量が小さいとΔＥ効果が生じ難い。よって、圧電基板に働く応力が小さいと、圧電基板に働く応力を十分に検知できず、感度が良好でない場合がある。または、磁歪膜に印加された外部磁界（磁場）が小さい場合は、外部磁界による磁化状態の変化量が小さいためΔＥ効果も小さくなり、センサとしての磁界感度が良好でない場合がある。【０００７】
本発明の目的は、従来よりも感度を向上して被検出体の物理量を精度良く検知することができる弾性波変調素子及び物理量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］圧電基板と、
前記圧電基板に取り付けられ、前記圧電基板に弾性波を励起する第１電極部と、
前記圧電基板に取り付けられ、前記弾性波を受信する第２電極部と、
前記弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部と、
を備え、
前記磁歪材料部は、
前記圧電基板の一方の主面上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部と、
前記一方の主面上において前記一対の磁束伝搬部の間に設けられ、前記弾性波の伝搬路上またはその近傍に配置された集磁部と、
を有する、
ことを特徴とする弾性波変調素子。
［２］前記一対の磁束伝搬部の各々は、前記集磁部とは反対側の一端部から前記集磁部側の他端部に向かう方向に沿って断面積が小さくなる形状を有し、
前記集磁部の磁場方向に垂直な断面積の最小値が、前記一対の磁束伝搬部の前記断面積の最小値と同じかそれよりも小さい、上記［１］記載の弾性波変調素子。
［３］前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向の投影面において、前記第１電極部と第２電極部との間に配置される、上記［１］または［２］に記載の弾性波変調素子。
［４］前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記圧電基板の前記一方の主面上に配置されるか、または前記圧電基板の他方の主面上に配置される、上記［３］に記載の弾性波変調素子。
［５］前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部に設けられた一対の開口部に対応する位置に配置されるか、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部の下に配置されるか、または、前記圧電基板の他方の主面上に配置される、上記［３］に記載の弾性波変調素子。
［６］前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記第１電極部及び前記第２電極部を包含する位置に配置される、上記［１］または［２］に記載の弾性波変調素子。
［７］前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または前記圧電基板の他方の主面上に配置される、上記［６］に記載の弾性波変調素子。
［８］前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電基板の一方の主面上に配置され、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または、前記圧電基板の他方の主面上に配置される、上記［６］に記載の弾性波変調素子。
［９］前記第１電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極で構成され、
前記第２電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された他の一対の櫛歯電極で構成される、上記［１］〜［８］のいずれかに記載の弾性波変調素子。
［１０］前記第１電極部および前記第２電極部が、前記圧電基板に弾性波を励起または受信する一対の櫛歯電極である、上記［１］〜［８］のいずれかに記載の弾性波変調素子。
［１１］前記圧電基板に取り付けられ、前記集磁部の一方側に配置された一の反射器を更に備え、
前記第１電極部及び前記第２電極部が、前記圧電基板の一方の主面上であって前記集磁部の他方側に配置されるか、または前記圧電基板の一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記［１］〜［１０］のいずれかに記載の弾性波変調素子。
［１２］前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記一の反射器を包含する位置に配置され、前記一の反射器が、圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記［１１］に記載の弾性波変調素子。
［１３］前記圧電基板に取り付けられ、前記第１電極部及び前記第２電極部の両側に配置された一対の反射器を更に備える、上記［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の弾性波変調素子。
［１４］前記集磁部は、前記圧電基板の厚み方向に投影した投影面において、前記一対の反射器を包含する位置に配置され、前記一対の反射器が、圧電基板の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記［１３］に記載の弾性波変調素子。
［１５］上記［１］〜［１４］のいずれかに記載の弾性波変調素子と、前記弾性波変調素子の変調を検出する回路部と、を備える物理量センサ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来よりも感度を向上して被検出体の物理量を精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線Ｉ−Ｉに沿う断面図、（ｃ）は底面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図、（ｃ）は底面図である。
【図３】（ａ）は、図１における弾性波変調素子の第１変形例を示す図であり、（ｂ）は、第２変形例を示す図である。
【図４】図１における弾性波変調素子の第３変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る弾性波変調素子の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図であり、（ｂ）は、第４実施形態の変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［弾性波変調素子及び物理量センサの構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線Ｉ−Ｉに沿う断面図、（ｃ）は底面図である。本実施形態では、物理量センサが遅延線型である場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限らないものとする。
【００１２】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、弾性波変調素子１０は、圧電基板１１と、圧電基板１１に取り付けられ、圧電基板１１に弾性波を励起する第１電極部１２と、圧電基板１１に取り付けられ、弾性波を受信する第２電極部１３と、弾性波の存在領域また はその近傍に設けられた磁歪材料部１５とを備える。弾性波変調素子１０は、該弾性波変調素子１０からの信号に基づいて弾性波の変調を検出する不図示の検出回路部に接続されており、弾性波変調素子１０及び上記検出回路部が物理量センサ１を構成する。すなわち、物理量センサ１は、弾性波変調素子１０及び上記検出回路部を備えており、弾性波の伝搬特性の変化に基づいて被検出体の物理量を検出する。また、物理量センサ１は、圧電基板１１上の磁歪材料部１５に磁界を印加する磁界印加部１６を備えており、磁界印加部１６が磁歪材料部１５内に磁界を印加することで、磁歪材料部１５内に磁界（磁場）が形成される。物理量センサ１は、例えば、圧力センサや、磁気センサなどである。
【００１３】
圧電基板１１は、ＳｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３（チタン酸ジルコン酸鉛）、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｎＯおよびダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも１つの材料で構成される。圧電基板１１が上記群から選択される少なくとも１つの材料で構成されることにより、圧電基板１１において弾性波を効率的に発生させることができる。
【００１４】
第１電極部１２は、例えば互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂで構成されている（図１（ａ））。この第１電極部１２は、入力部１７からの入力信号に基づいて弾性波、特に表面弾性波（ＳＡＷ）を発生させる入力電極に相当する。第１電極部１２を構成する一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂの歯のピッチは、任意に設定可能であるが、例えばλ／４（λはＳＡＷの波長）で一定である。
【００１５】
また、第２電極部１３は、例えば互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂ（他の一対の櫛歯電極）で構成されている（図１（ａ））。この第２電極部１３は、弾性波、特にＳＡＷを受信して、該弾性波に対応する出力信号を出力部１８を介して上記検出回路部に出力する出力電極に相当する。第２電極部１３を構成する一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂの歯のピッチも、任意に設定可能であるが、例えば一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂの歯のピッチと同じである。
【００１６】
第１電極部１２及び第２電極部１３は、電極材料として適していればその材料に特に制限はないが、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、あるいはこれらの合金などの材料で構成される。
【００１７】
磁歪材料部１５は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂと、一方の主面１１ａ上において一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの間に設けられ、弾性波の伝搬路１４上に配置された集磁部１５ｃとを有する。本実施形態では、集磁部１５ｃは、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂと一体で形成されている。
【００１８】
一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの各々は、集磁部１５ｃとは反対側の一端部から集磁部１５ｃ側の他端部に向かう方向に沿って断面積が小さくなる形状を有しているのが好ましい。また、集磁部１５ｃの磁場方向に垂直な断面積の最小値が、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの断面積の最小値と同じかそれよりも小さいのが好ましい。本実施形態では、物理量センサ１の平面視において、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂが扁平の台形状を有し、集磁部１５ｃが矩形状を有している（図１（ａ））。
このように、磁歪材料部１５がくびれ形状を有し、幅広な一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの間に幅狭な集磁部１５ｃが配置されることで、磁歪材料部１５に磁界が印加されたときに集磁部１５ｃで確実に集磁することができる。
【００１９】
集磁部１５ｃは、例えば圧電基板１１の厚み方向の投影面において、第１電極部１２と第２電極部１３との間に配置される（図１（ａ），（ｃ）参照）。本実施形態では、集磁部１５ｃにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成される。この場合において、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂ及び集磁部１５ｃは、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３も、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置されている。本構成によれば、磁歪材料部１５が、弾性波が伝搬する圧電基板１１の一方の主面１１ａに当接して配置されるので、伝搬路１４である一方の主面１１ａあるいはその近傍で、磁歪による弾性波の伝搬速度の変化をより増大させることができる。
【００２０】
磁歪材料部１５は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏＮｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＦｅＡｌ、ＣｏＰｔ、ＮｉＣｏＣｒ、ＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＦｅＢＳｉＰ、ＦｅＢＳｉＣ、Ｎｉ２ＭｎＧａ、ＦｅＣｏＮｉＢＳｉ、ＴｂＦｅＣｏ、Ｃｏフェライト、Ｎｉフェライト、Ｃｕフェライト、Ｌｉフェライト、Ｍｎフェライト、ＮｉＣｏフェライト、ＮｉＣｕＣｏフェライト、Ｆｅ３О４、ＴｂＦｅ２、ＤｙＦｅ２、ＥｒＦｅ２、ＴｍＦｅ２、ＳｍＦｅ２、ＧａＦｅ、Ｔｂ（０．２７〜０．３原子組成比率）、Ｄｙ（０．７〜０．７３原子組成比率）、Ｆｅ（１．９〜２．０原子組成比率）からなる群から選択される少なくとも１つの材料で構成される。磁歪材料部１５が上記群から選択される少なくとも１つの材料で構成されることにより、磁歪材料部１５において磁歪を効率的に発生させることができる。
【００２１】
磁歪材料部１５は、例えば磁歪膜で形成されており、その場合、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂ及び集磁部１５ｃも磁歪膜で形成される。磁歪材料部１５の厚さは１０ｎｍ〜１０μｍである。磁歪材料部１５の形成方法には制限はないが、例えばマグネトロンスパッタリングなどのスパッタリングによって成膜することができる。
【００２２】
磁界印加部１６は、磁歪材料部１５に磁歪を生じさせるための磁界を磁歪材料部１５に印加する。磁歪材料部１５に印加される磁界（磁場）は、磁歪効果が得られる静磁場であるのが好ましいが、変動磁場であってもよい。磁歪材料部１５に印加される磁界（磁場）が静磁場である場合、磁界印加部１６は、例えば永久磁石で構成される。磁界印加部１６により、磁化状態を最適な動作原点とするためのバイアス磁界を与えることができる。また、磁歪材料部１５の磁界印加部１６とは反対側に、他の磁界印加部が設けられるのが好ましい。
【００２３】
［弾性波変調素子及び物理量センサの動作］
上記のように構成される弾性波変調素子１０では、先ず、入力信号が第１電極部１２に入力されて一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂ間に電位差が生じると、一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂを介して圧電基板１１に電位差が生じる。これにより、圧電基板１１の表面のうち、第１電極部１２が形成された部分で圧電効果によるＳＡＷが発生する。
【００２４】
次に、圧電基板１１が、例えば表面弾性波のうちのＳＨ波（以下、ＳＨ−ＳＡＷともいう）を生じさせる構成である場合、ＳＨ−ＳＡＷは圧電基板１１の主面１１ａ或いはその近傍のうち、第１電極部１２と第２電極部１３の間の伝搬路１４を伝搬して、第２電極部１３に到達する。このとき、圧電基板１１に応力が生じて、磁歪材料部１５にも応力が作用すると、磁歪材料部１５の磁化状態が変わり、その結果として磁歪材料部１５、特に集磁部１５ｃの弾性率が変わり（ΔＥ効果）、これにより、伝搬路１４を伝搬するＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度が変わる。あるいは、磁歪材料部１５に外部磁界が印加されると、ΔＥ効果により伝搬路１４を伝搬するＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度が変わる。
【００２５】
ここで、上述のように、磁歪材料部のΔＥ効果は、磁歪材料部における磁化状態の変化に依存するため、磁化状態の変化量が小さいとΔＥ効果が生じ難い。
一方、本実施形態では、伝搬路１４上に配置された集磁部１５ｃに外部磁界の磁束が集められるため、集磁部１５ｃの磁束密度が一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの磁束密度よりも高くなる。よって、集磁部１５ｃにおける磁歪が、集磁部１５ｃを設けない場合の非集磁部における磁歪よりも大きくなる。すなわち、集磁部１５ｃにおいて、磁化状態の変化に伴うΔＥ効果に加えて、集磁に伴う磁歪効果（ΔＥ効果）の増大により、伝搬路１４を伝搬するＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度が大きく変化する。よって、例えば圧電基板１１に小さい応力が生じた場合、磁歪材料部１５に集磁部１５ｃを設けない場合と比較して、ＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度の変化を十分に生じさせることができる。よって、例えば物理量センサ１を高感度な圧力センサとして機能させることができる。また、磁歪材料部１５に小さい外部磁界が印加された場合にも、ＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度の変化を十分に生じさせることができる。したがって、本実施形態の物理量センサ１を高感度な磁気センサとしても機能させることができる。
【００２６】
ＳＡＷが第２電極部１３に到達すると、ＳＡＷに基づく出力信号が第２電極部１３から出力される。上記出力信号が検出回路部に入力されると、検出回路部により、ＳＡＷの伝搬特性の変化に基づいて、被検出体の物理量が検出される。上記被検出体としては、例えば生体、ビルや橋などの構造物の壁や支柱、コンピューター等の電子機器、テレビや冷蔵庫等の家電製品を挙げることができ、上記物理量としては、例えば磁界、トルク、圧力、温度、ガス量などを挙げることができる。
【００２７】
上述したように、本実施形態によれば、磁歪材料部１５が、一方の主面１１ａ上において一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂの間に設けられ、弾性波の伝搬路１４上に配置された集磁部１５ｃを有するので、磁歪材料部１５に外部磁界を印加したときに集磁部１５ｃでの磁歪を増大させることができる。よって、伝搬路１４を伝搬するＳＨ−ＳＡＷの伝搬速度の変化を十分かつ効率的に生じさせることができ、従来よりも感度を向上して圧電基板１１に働く磁界または応力を精度良く検知することができる。
【００２８】
図２は、本発明の第２実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図、（ｃ）は底面図である。本実施形態では、磁歪材料部１５が、圧電基板１１の第１電極部１２及び第２電極部１３とは反対側の主面１１ｂに設けられている点で、上記第１実施形態とは異なる。その他の部分については第１実施形態と同様であるため、以下に第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁歪材料部２１は、圧電基板１１の一方の主面１１ｂ上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部２１ａ，２１ｂと、一方の主面１１ｂ上において一対の磁束伝搬部２１ａ，２１ｂの間に設けられ、弾性波の伝搬路１４の近傍（例えば、伝搬路１４の直下）に配置された集磁部２１ｃとを有する。
【００３０】
本実施形態では、一対の磁束伝搬部２１ａ，２１ｂ及び集磁部２１ｃは、圧電基板１１の一方の主面１１ｂ上に配置されており、第１電極部１２及び前記第２電極部１３は、圧電基板１１の他方の主面１１ａ上に配置されている。本構成においても、集磁部２１ｃは、圧電基板１１の厚み方向の投影面において、第１電極部１２と第２電極部１３との間に配置されている（図２（ａ），（ｃ）参照）。
【００３１】
ここで、圧電基板が、表面弾性波のうちのレイリー波を生じさせる構成である場合、レイリー波は圧電基板の表面に対して垂直な方向の変位を伴う。よって、磁歪材料部が第１，第２電極部と同じ主面上に設けられていると、レイリー波が磁歪材料部に伝搬して減衰が大きくなり、ＳＡＷの伝搬速度を十分に検知できない場合がある。
【００３２】
一方、本第２実施形態では、一対の磁束伝搬部２１ａ，２１ｂ及び集磁部２１ｃが、圧電基板１１の第１電極部１２及び第２電極部１３とは反対側の主面１１ｂに設けられているので、レイリー波が、第１電極部１２と第２電極部１３の間の伝搬路１４を伝搬して第２電極部１３に到達する際に、圧電基板１１の他方の主面１１ａを伝搬するレイリー波が、磁歪材料部２１、特に集磁部２１ｃに伝搬するのを抑制することができる。よって、集磁部２１ｃにおいて、磁化状態の変化に伴うΔＥ効果に加えて、集磁に伴う磁歪効果（ΔＥ効果）を増大させることができ、さらに、伝搬路１４を伝搬するレイリー波の減衰を抑制することが可能となり、レイリー波の伝搬速度の変化を十分かつ正確に生じさせることができる。
【００３３】
図３（ａ）は、図１における弾性波変調素子１０の第１変形例を示す図であり、図３（ｂ）は、第２変形例を示す図である。
上記第１実施形態では、集磁部１５ｃは、一対の磁束伝搬部１５ａ，１５ｂと一体で形成されているが、これに限られず、集磁部は一対の磁束伝搬部と別体で形成されていてもよい。
【００３４】
例えば、図３（ａ）に示すように、磁歪材料部３１の集磁部３１ｃが、一対の磁束伝搬部３１ａ，３１ｂと隙間を有するように離間して配置されてもよい。この場合、圧電基板１１の平面視において、集磁部３１ｃは矩形形状であり、一対の磁束伝搬部３１ａ，３１ｂの各々は扁平の台形状である。
【００３５】
また、図３（ｂ）に示すように、磁歪材料部３２の集磁部３２ｃが、一対の磁束伝搬部３２ａ，３２ｂと別体であるか或いは離間して配置されてもよい。この場合、圧電基板１１の平面視において、集磁部３２ｃは矩形状であり、磁束伝搬部３２ａは、扁平の矩形状を有する複数の部位３２ａ−１，３２ａ−１，…と、三角形状を有する部位３２ａ−２を有し、磁束伝搬部３２ｂは、扁平の矩形状を有する複数の部位３２ｂ−１，３２ｂ−１，…と、三角形状を有する部位３２ｂ−２を有する。
【００３６】
本変形例の構成によっても、磁歪材料部３１，３２に外部磁界を印加したときに集磁部３１ｃ，３２ｃでの磁歪を増大させることができる。また、設計の自由度が向上し、更には圧電基板１１上に磁歪材料部３１，３２を容易に形成することができる。
【００３７】
図４は、図１における弾性波変調素子１０の第３変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
上記第１実施形態では、集磁部１５ｃにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成されているが、これに限られず、集磁部における磁束が、弾性波の伝搬方向に沿って形成されてもよい。
【００３８】
例えば、磁歪材料部３３の一対の磁束伝搬部３３ａ，３３ｂ及び集磁部３３ｃは、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって、一対の磁束伝搬部３３ａ，３３ｂに設けられた開口部３４ａ，３４ｂ（非成膜部）に対応する位置に配置される。また、上記一対の開口部を有さない一対の磁束伝搬部を設け、該一対の磁束伝搬部及び集磁部が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって当該一対の磁束伝搬部の下に配置されてもよい。本変形例の構成によっても、磁歪材料部３３に外部磁界を印加したときに集磁部３３ｃでの磁歪を増大させることができる。
【００３９】
また、上記一対の開口部を有さない一対の磁束伝搬部及び集磁部が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の他方の主面１１ｂ上に配置されてもよい。
【００４０】
更に、集磁部における磁束が、弾性波の伝搬方向（例えば、伝搬方向に平行な方向）に沿って形成され、一対の磁束伝搬部３３ａ，３３ｂ及び集磁部３３ｃが、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の一方の主面上であって集磁部３３ｃの下に配置されてもよい。
【００４１】
図５は、本発明の第３実施形態に係る弾性波変調素子の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。本第３実施形態では、第１電極部１２及び第２電極部１３が集磁部の下に設けられている点で、上記第１実施形態と異なる。第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、磁歪材料部３５の集磁部３５ｃが、一対の磁束伝搬部３５ａ，３５ｂと隙間を有するように離間して配置されている。そして、集磁部３５ｃは、圧電基板１１の厚み方向に投影した投影面において、第１電極部１２及び第２電極部１３を包含する位置に配置されている。
【００４３】
本実施形態では、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部３５ｃの下に設けられているので、集磁部３５ｃの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。よって、例えば本実施形態の構成を共振子型の物理量センサに適用することで、従来よりも感度を向上して圧電基板１１に働く応力を精度良く検知することができる。また、一対の磁束伝搬部３５ａ，３５ｂ及び集磁部３５ｃが、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の他方の主面１１ｂ上に配置されてもよい。
【００４４】
尚、図５（ｂ）に示すように、弾性波変調素子の断面視において、集磁部３５ｃの下部が、櫛歯形状を有し、一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂ間および一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂ間に入り込んでいるのが好ましい。これにより、集磁部３５ｃを圧電基板１１により近い位置に配置することができ、弾性波の伝搬速度の変化を更に効率的に生じさせることができる。また、磁歪材料部３５（特に集磁部３５ｃ）が金属で構成される場合、電極間の短絡防止の観点から、弾性波変調素子は、圧電基板１１、第１電極部１２および第２電極部１３を覆って形成された絶縁層２０を更に有するのが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態では、集磁部３５ｃにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成されているが、これに限られず、集磁部３５ｃにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に沿って形成されてもよい。またこのとき、一対の磁束伝搬部３５ａ，３５ｂ及び集磁部３５ｃが、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に配置され、第１電極部１２及び第２電極部１３が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部３５ｃの下に配置されるか、圧電基板１１の他方の主面１１ｂ上に配置されてもよい。
【００４６】
図６（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、第４実施形態の変形例を示す平面図である。本第４実施形態では、物理量センサが共振子型である場合を例に挙げて説明する。物理量センサが共振子型であること以外は第３実施形態と同様であるため、以下に第３実施形態と異なる部分を説明する。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、物理量センサ２の弾性波変調素子４０は、圧電基板１１に取り付けられ、第１電極部１２及び第２電極部１３の両側に配置された一対の反射器４１ａ，４１ｂを更に備える。本実施形態では、第１電極部１２が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極のうちの櫛歯電極４２ａ（一対の櫛歯電極のうちの一方）を構成し、第２電極部１３が、上記一対の櫛歯電極のうちの櫛歯電極４２ｂ（一対の櫛歯電極のうちの他方）を構成している。一対の櫛歯電極のうちの櫛歯電極４２ａは入力部１７に接続され、櫛歯電極４２ｂは出力部１８に接続されている。弾性波変調素子４０は、いわゆる１ポート共振子を構成している。
【００４８】
この弾性波変調素子４０では、一対の反射器４１ａ，４１ｂが一対の櫛歯電極４２ａ，４２ｂの両側に配置されており、一対の櫛歯電極４２ａ，４２ｂによって励振した弾性波が、一対の反射器４１ａ，４１ｂ間に閉じ込められる。このとき、一対の櫛歯電極４２ａ，４２ｂが圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部１５ｃの下に配置されているので、集磁部１５ｃの磁歪により、伝搬路１４を伝搬する弾性波（あるいは定在波）の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。よって、本実施形態の構成を１ポート共振子型の物理量センサに適用することで、従来よりも感度を向上して圧電基板１１に働く応力を精度良く検知することができる。
【００４９】
また、図６（ｂ）に示すように、物理量センサ３の弾性波変調素子５０は、いわゆる２ポート共振子を構成してもよい。すなわち、弾性波変調素子５０は、圧電基板１１に取り付けられ、第１電極部１２及び第２電極部１３の両側に配置された一対の反射器５１ａ，５１ｂを更に備えてもよい。本変形例では、第１電極部１２が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂで構成され、第２電極部１３が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂで構成されている。一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂは入力部１７に接続され、一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂは出力部１８に接続されている。また、磁歪材料部１５は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部３６ａ，３６ｂと、一方の主面１１ａ上において一対の磁束伝搬部３６ａ，３６ｂの間に設けられ、弾性波の伝搬路１４の近傍に配置された集磁部３６ｃとを有している。
【００５０】
本変形例では、一対の櫛歯電極１２ａ，１２ｂ及び一対の櫛歯電極１３ａ，１３ｂが共に、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部３６ｃの下に配置されているので、集磁部３６ｃの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波（あるいは定常波）の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。このように、弾性波変調素子５０の構成を２ポート共振子型の物理量センサに適用することによっても、図６（ａ）の構成の場合と同様のメカニズムにより、従来よりも感度を向上して圧電基板１１に働く応力を精度良く検知することができる。
【００５１】
図７は、本発明の第５実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図である。本第５実施形態では、物理量センサが遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備える場合を例に挙げて説明する。物理量センサが遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備えること以外は第３実施形態（図６（ａ））と同様であるため、以下に第３実施形態と異なる部分を説明する。
【００５２】
図７に示すように、物理量センサ４の弾性波変調素子６０は、圧電基板１１に取り付けられ、圧電基板１１に弾性波を励起または受信する第１電極部１２および第２電極部１３と、圧電基板１１に取り付けられ、集磁部１５ｃの一方側に配置された一の反射器６１を備える。本実施形態では、第１電極部１２および第２電極部が、圧電基板１１に弾性波を励起または受信する一対の櫛歯電極４３ａ，４３ｂである。一対の櫛歯電極４３ａ，４３ｂのうちの櫛歯電極４３ａはアンテナ部１９に接続され、櫛歯電極４３ｂは接地されている。そして、第１電極部１２及び第２電極部１３は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部１５ｃの他方側に配置されている。第１電極部１２及び第２電極部１３は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部１３ｃの下に配置されてもよい。
【００５３】
この弾性波変調素子６０では、アンテナ部１９で電波を受信すると、一対の櫛歯電極４３ａ，４３ｂによって励振した弾性波が、圧電基板１１の伝搬路１４を介して反射器６１に到達する。その後、反射器６１での反射によって生じた反射波が伝搬路１４を介して一対の櫛歯電極４３ａ，４３ｂに到達し、アンテナ部１９から電波が送信される。このとき、集磁部１５ｃが弾性波の伝搬路１４上に配置されているので、集磁部１５ｃの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。よって、本実施形態の構成を、遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備える物理量センサに適用することで、ワイヤレスで、従来よりも感度を向上して圧電基板１１に働く応力または磁界を精度良く検知することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５５】
例えば、図７の弾性波変調素子６０は、一の反射器を備えているが、これに限らず、１電極部及び第２電極部の両側に配置された一対の反射器を備えていてもよい。またこのとき、第１電極部及び第２電極部は、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部の下に配置されてもよい（図６（ａ），（ｂ）参照）。
【００５６】
また、図６（ａ）において、一対の反射器４１ａ，４１ｂは、集磁部１５ｃの両側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部１５ｃが、圧電基板１１の厚み方向に投影した投影面において、一対の反射器４１ａ，４１ｂを包含する位置に配置されてもよい。また、一対の反射器４１ａ，４１ｂが、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部１５ｃの下に配置されてもよい。
同様に、図６（ｂ）において、一対の反射器５１ａ，５１ｂは、集磁部３６ｃの両側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部３６ｃが、圧電基板１１の厚み方向に投影した投影面において、一対の反射器５１ａ，５１ｂを包含する位置に配置されてもよい。また、一対の反射器５１ａ，５１ｂが、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部３６ｃの下に配置されてもよい。
更に、図７において、反射器６１は、集磁部１５ｃの一方側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部１５ｃが、圧電基板１１の厚み方向に投影した投影面において、一の反射器６１を包含する位置に配置され、一の反射器６１が、圧電基板１１の一方の主面１１ａ上であって集磁部１５ｃの下に配置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の弾性波変調素子は、磁界、トルク、圧力、温度等の各種物理量センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  物理量センサ
２  物理量センサ
３  物理量センサ
４  物理量センサ
１０  弾性波変調素子
１１  圧電基板
１１ａ  主面
１１ｂ  主面
１２  第１電極部
１２ａ  櫛歯電極
１２ｂ  櫛歯電極
１３  第２電極部
１３ａ  櫛歯電極
１３ｂ  櫛歯電極
１４  伝搬路
１５  磁歪材料部
１５ａ  磁束伝搬部
１５ｂ  磁束伝搬部
１５ｃ  集磁部
１６  磁界印加部
１７  入力部
１８  出力部
１９  アンテナ部
２０  絶縁層
２１  磁歪材料部
２１ａ  磁束伝搬部
２１ｂ  磁束伝搬部
２１ｃ  集磁部
３１  磁歪材料部
３１ａ  磁束伝搬部
３１ｂ  磁束伝搬部
３１ｃ  集磁部
３２  磁歪材料部
３２ａ  磁束伝搬部
３２ａ−１  部位
３２ａ−２  部位
３２ｂ  磁束伝搬部
３２ｂ−１  部位
３２ｂ−２  部位
３２ｃ  集磁部
３３  磁歪材料部
３３ａ  磁束伝搬部
３３ｂ  磁束伝搬部
３３ｃ  集磁部
３４ａ  開口部
３４ｂ  開口部
３５  磁歪材料部
３５ａ  磁束伝搬部
３５ｂ  磁束伝搬部
３５ｃ  集磁部
３６ａ  磁束伝搬部
３６ｂ  磁束伝搬部
３６ｃ  集磁部
４０  弾性波変調素子
４１ａ  反射器
４１ｂ  反射器
４２ａ  櫛歯電極
４２ｂ  櫛歯電極
４３ａ  櫛歯電極
４３ｂ  櫛歯電極
５０  弾性波変調素子
５１ａ  反射器
５１ｂ  反射器
６０  弾性波変調素子
６１  反射器
【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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