(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、
レバー本体と、前記レバー本体と前記センサ本体とを接続するとともに前記レバー本体を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部とを有し、前記連通開口を覆うように配置され、且つ前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する抵抗を構成するように前記レバー支持部に形成された第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部と、前記レバー本体に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路において前記第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部の間に接続される本体抵抗部と、を有し、前記第１レバー抵抗部及び前記第２レバー抵抗部の抵抗値変化に基づいて、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部と
を備えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記変位検出部は、
前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第１電極と、
前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第２電極と、
前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第３電極と、
前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第４電極と、
を有し、
前記本体抵抗部は、前記第１電極と前記第２電極との間に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記変位検出部は、前記カンチレバーの基端部に形成され、前記第３電極と前記第４電極との間に接続されている基端抵抗部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記変位検出部は、前記カンチレバーの基端部に形成され、前記第４電極と、前記第３電極と電気的に切り離された第５電極との間に接続されている基端抵抗部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記本体抵抗部と前記基端抵抗部とのうちの少なくとも一方の抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗増大部が形成されている
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記本体抵抗部と前記基端抵抗部とのうちの少なくとも一方の抵抗値を低減させるための調整が可能な抵抗低減部が形成されている
ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記変位検出部は、
前記レバー支持部を含む部分に形成され、前記第１電極と前記第３電極とを電気的に切り離す第１区画部と、
前記レバー支持部を含む部分に形成され、前記第２電極と前記第４電極とを電気的に切り離す第２区画部と
を有することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の圧力センサ。
【請求項８】
内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、
レバー本体と、前記レバー本体と前記センサ本体とを接続するとともに前記レバー本体を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部とを有し、前記連通開口を覆うように配置され、且つ前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記レバー支持部に形成された第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部と、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第１電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第２電極と、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第３電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第４電極とを有し、前記第１レバー抵抗部及び前記第２レバー抵抗部の抵抗値変化に基づいて、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部と
を備えることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、例えば、通気孔を有する収納容器と、収容容器内に配設され、透孔又は凹部を有する基板と、透孔内又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力の変動と、この圧力の変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力と、の差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。その結果、圧力センサは、圧電素子に生じる電圧変化に基づいて収容容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２０８８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状、透孔又は凹部の容積、透孔又は凹部と外気との間を出入りする流量等によって決定され、特に圧電素子の形状によって大きく左右され易い。しかしながら、圧電素子は、圧電体の両面に電極膜等を具備する両面電極構造とされているので、その構造上、厚みが増してしまい大きな変形量を確保することが難しい。そのため、低周波帯域（例えば、１Ｈｚ（ヘルツ）以下等）において所望の感度を確保することが困難であった。
また、上記従来の圧力センサは、例えば、インピーダンスを高くして時定数を大きくすることにより低周波帯域に対応させていた。そのため、上記従来の圧力センサは、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を受けやすく、感度が低いため、微小な信号を検出することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる圧力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】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、レバー本体と、前記レバー本体と前記センサ本体とを接続するとともに前記レバー本体を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部とを有し、前記連通開口を覆うように配置され、且つ前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する抵抗を構成するように前記レバー支持部に形成された第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部と、前記レバー本体に形成され、前記ホイートストンブリッジ回路において前記第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部の間に接続される本体抵抗部と、を有し、前記第１レバー抵抗部及び前記第２レバー抵抗部の抵抗値変化に基づいて、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部とを備えることを特徴とする圧力センサである。
【０００７】
この本発明の本発明の一態様によれば、圧力センサは、カンチレバーが、圧力の変化に応じて、複数のレバー支持部を中心に撓み変形するので、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部の抵抗値が、カンチレバーの撓み量（変形量）に応じて変化する。第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部は、ホイートストンブリッジ回路を構成する互いに対向する抵抗であるため、カンチレバー３の撓み量（変形量）に応じて、この両方の抵抗値がホイートストンブリッジ回路の電位差がより大きくなる方向に変化する。そのため、圧力センサは、センサ感度を向上でき、圧力変動を感度良く検出することができる。その結果、圧力センサは、例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができ、検出できる下限周波数を下げることができる。また、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部と、本体抵抗部とが、カンチレバー及びレバー本体に形成されているため、圧力センサは、外部からの電磁ノイズ（例えば、コモンノイズ）や温度変化の影響を抑制することができる。よって、圧力センサは、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記変位検出部は、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第１電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第２電極と、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第３電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第４電極とを有し、前記本体抵抗部は、前記第１電極と前記第２電極との間に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この本発明の一態様によれば、圧力センサは、カンチレバー及びレバー本体に形成されている各抵抗（第１レバー抵抗部、第２レバー抵抗部、及び本体抵抗部）の端部に、第１電極、第２電極、第３電極、及び第４電極により、検出用の信号線を接続することができる。よって、圧力センサは、ホイートストンブリッジ回路（少なくとも３つの抵抗部）を内部に形成することができるとともに、当該ホイートストンブリッジ回路により簡易な検出回路により、圧力変動を感度良く検出することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記変位検出部は、前記カンチレバーの基端部に形成され、前記第３電極と前記第４電極との間に接続されている基端抵抗部を有することを特徴とする。
【００１１】
この本発明の一態様によれば、圧力センサは、ホイートストンブリッジ回路を構成する全ての抵抗部を内部に形成することができるので、さらに簡易な検出回路により、圧力変動を感度良く検出することができる。また、圧力センサは、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響をさらに抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記変位検出部は、前記カンチレバーの基端部に形成され、前記第４電極と、前記第３電極と電気的に切り離された第５電極との間に接続されている基端抵抗部を有することを特徴とする。
【００１３】
この本発明の一態様によれば、圧力センサは、例えば、外付け抵抗により、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、圧力センサは、圧力変動をより正確に測定することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記本体抵抗部と前記基端抵抗部とのうちの少なくとも一方の抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗増大部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この一態様によれば、圧力センサは、基端抵抗部又は基端抵抗部の抵抗値を増大させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、圧力センサは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記本体抵抗部と前記基端抵抗部とのうちの少なくとも一方の抵抗値を低減させるための調整が可能な抵抗低減部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この一態様によれば、圧力センサは、基端抵抗部又は基端抵抗部の抵抗値を低減させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路をより正確な抵抗比により構成することができる。そのため、圧力センサは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様は、上記の圧力センサにおいて、前記変位検出部は、前記レバー支持部を含む部分に形成され、前記第１電極と前記第３電極とを電気的に切り離す第１区画部と、前記レバー支持部を含む部分に形成され、前記第２電極と前記第４電極とを電気的に切り離す第２区画部とを有することを特徴とする。
【００１９】
この本発明の一態様によれば、圧力センサは、レバー支持部を利用して、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部の両端に接続された第１電極及び第３電極と第２電極及び第４電極とをカンチレバーの基端部側に引き出すことができる。よって、圧力センサは、内部に構成したホイートストンブリッジ回路と、検出回路とを容易に接続することができる。
【００２０】
また、本発明の一態様は、内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、レバー本体と、前記レバー本体と前記センサ本体とを接続するとともに前記レバー本体を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部とを有し、前記連通開口を覆うように配置され、且つ前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記レバー支持部に形成された第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部と、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第１電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの先端側の第１端に接続された第２電極と、前記第１レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第３電極と、前記第２レバー抵抗部における前記カンチレバーの基端側の第２端に接続された第４電極とを有し、前記第１レバー抵抗部及び前記第２レバー抵抗部の抵抗値変化に基づいて、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部とを備えることを特徴とする圧力センサ。
【００２１】
この本発明の一態様によれば、圧力センサは、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部の両端に信号線を接続することが可能になるため、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部を利用して容易にホイートストンブリッジ回路を構成することができる。また、圧力センサは、第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部を利用したホイートストンブリッジ回路を構成することにより、センサ感度を向上でき、圧力変動を感度良く検出することができる。また、ホイートストンブリッジ回路を構成する第１レバー抵抗部及び第２レバー抵抗部が、カンチレバー及びレバー本体に形成されているため、圧力センサは、外部からの電磁ノイズ（例えば、コモンノイズ）や温度変化の影響を抑制することができる。よって、圧力センサは、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態による圧力センサの一例を示す平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った圧力センサの断面図である。
【図４】第１の実施形態における各抵抗及び検出回路の一例を示す構成図である。
【図５】第１の実施形態による圧力センサの出力信号の一例を示す図である。
【図６】第１の実施形態による圧力センサの動作の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態による圧力センサの一例を示す平面図である。
【図８】図７に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。
【図９】第２の実施形態における各抵抗及び検出回路の一例を示す構成図である。
【図１０】第３の実施形態による圧力センサの一例を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。
【図１２】第３の実施形態における各抵抗及び検出回路の一例を示す構成図である。
【図１３】第４の実施形態による圧力センサの一例を示す平面図である。
【図１４】第４の実施形態における各抵抗及び検出回路の一例を示す構成図である。
【図１５】第５の実施形態による圧力センサの一例を示す平面図である。
【図１６】第５の実施形態における各抵抗及び検出回路の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態による圧力センサについて図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による圧力センサ１の一例を示す平面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１の断面図であり、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線に沿った圧力センサ１の断面図である。
【００２５】
図１〜３に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域）の圧力変動を検出するセンサであり、圧力伝達媒体（例えば空気等の気体）が存在する空間等に配置されて使用される。圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板５を利用して形成された直方体状の外形を有するセンサ本体２と、先端部３ａが自由端とされ、基端部３ｂが片持ち支持されたカンチレバー３と、カンチレバー３の変位（撓み変位）を検出する変位検出部４と、を備えている。
【００２６】
なお、本実施形態では、圧力センサ１の厚み方向に沿ったカンチレバー３側を上方、その反対側を下方といい、圧力センサ１の平面視で長手方向をＬ１（以下、長手方向Ｌ１）、圧力センサ１の平面視で長手方向Ｌ１に直交する短手方向をＬ２（以下、短手方向Ｌ２）という。
また、ＳＯＩ基板５は、図２に示すように、シリコン支持層５ａ、シリコン酸化膜等の電気的絶縁性を有する絶縁層５ｂ、及びシリコン活性層５ｃを熱的に張り合わせた基板とされている。
【００２７】
センサ本体２は、例えばＳＯＩ基板５におけるシリコン支持層５ａで形成されている。
具体的には、センサ本体２は底壁部２ａ及び周壁部２ｂを有し、上方に開口する中空の有底筒状に形成されている。センサ本体２の内部空間は、キャビティ（空気室）１０として機能し、上方に開口した部分がキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１として機能する。すなわち、中空のセンサ本体２は、内部にキャビティ１０が形成され、キャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１を有する。
【００２８】
絶縁層５ｂは、例えば、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）により形成された酸化層であり。センサ本体２の周壁部２ｂの開口端縁上に全周に亘って環状に形成されている。
シリコン活性層５ｃは、センサ本体２を上方から塞ぐように絶縁層５ｂ上に形成されている。このシリコン活性層５ｃには、該シリコン活性層５ｃを厚さ方向に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）のギャップ１２が形成されている。これにより、シリコン活性層５ｃには、環状の枠部１３とカンチレバー３とが形成されている。
【００２９】
上記ギャップ１２は、平面視で連通開口１１の内側に位置する領域内（キャビティ１０の内部に連通する領域内）に形成され、そのギャップ幅Ｇは、例えば数百ｎｍ〜数十μｍの微小幅とされている。
【００３０】
カンチレバー３は、基端部３ｂが枠部１３を介してセンサ本体２における周壁部２ｂの開口端の内側に一体的に接続され、且つ先端部３ａが自由端とされた片持ち梁構造とされ、連通開口１１を覆うように配置されている。
なお、枠部１３は、絶縁層５ｂ上に全周に亘って環状に形成されているとともに、一部が連通開口１１を覆うように周壁部２ｂよりもカンチレバー３側に突出している。これにより、枠部１３の一部は連通開口１１を覆っている。
【００３１】
カンチレバー３について詳細に説明する。
カンチレバー３は、レバー本体２０と、該レバー本体２０を片持ち状態で支持する２つのレバー支持部２１Ａ、２１Ｂと、を備えている。そして、カンチレバー３は、基端部３ｂを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差（すなわち、ギャップ１２を介してキャビティ１０の内部と外部との間を流通可能な圧力伝達媒体による圧力の差）に応じて撓み変形する。すなわち、カンチレバー３は、レバー本体２０と、レバー本体２０とセンサ本体２とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部２１とを有し、連通開口１１を覆うように配置され、且つキャビティ１０とセンサ本体２の外部との圧力差に応じて撓み変形する。
なお、レバー支持部２１Ａ及びレバー支持部２１Ｂは、同一の構成であり、以下の説明において、カンチレバー３が備える任意のレバー支持部を示す場合、又は特に区別しない場合には、レバー支持部２１として説明する。
【００３２】
カンチレバー３の基端部３ｂには、該カンチレバー３を厚さ方向に貫通する平面視コ形状（Ｃ形状）の補助ギャップ２２が形成されている。この補助ギャップ２２は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいて圧力センサ１の短手方向Ｌ２の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー３は基端部３ｂを中心として撓み変形し易い構造とされている。
【００３３】
２つのレバー支持部２１Ａ、２１Ｂは、補助ギャップ２２を挟んで短手方向Ｌ２に並ぶように配置され、レバー本体２０と枠部１３とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー３は、これらレバー支持部２１Ａ、２１Ｂを中心に撓み変形する。
なお、２つのレバー支持部２１Ａ、２１Ｂの短手方向Ｌ２に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー３が撓み変形した際、一方のレバー支持部２１Ａに作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部２１Ｂに作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。
【００３４】
上述したカンチレバー３及び枠部１３が形成されたシリコン活性層５ｃには、ピエゾ抵抗（抵抗素子）３０がシリコン活性層５ｃの全面に亘って形成されている。このピエゾ抵抗３０は、例えばリン等のドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。
【００３５】
ピエゾ抵抗３０のうち、レバー支持部２１Ａに形成されている部分は、レバー抵抗部３１として機能し、レバー支持部２１Ｂに形成されている部分は、レバー抵抗部３２として機能する。また、ピエゾ抵抗３０のうち、レバー本体２０に形成されている部分は、本体抵抗部３３として機能し、カンチレバー３の基端部３ｂに形成されている部分は、基端抵抗部３４として機能する。
【００３６】
レバー抵抗部３１（第１レバー抵抗部の一例）は、レバー支持部２１Ａに形成され、レバー支持部２１Ａの撓み量に応じて抵抗値が変化する。また、レバー抵抗部３１のカンチレバー３の先端側の第１端には、検出電極３５Ａが接続され、レバー抵抗部３１のカンチレバー３の基端側の第２端には、検出電極３５Ｃが接続されている。
【００３７】
レバー抵抗部３２（第２レバー抵抗部の一例）は、レバー支持部２１Ｂに形成され、レバー支持部２１Ｂの撓み量に応じて抵抗値が変化する。また、レバー抵抗部３２のカンチレバー３の先端側の第１端には、検出電極３５Ｂが接続され、レバー抵抗部３２のカンチレバー３の基端側の第２端には、検出電極３５Ｄが接続されている。
なお、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２は、後述するホイートストンブリッジ回路の互いに対向する抵抗を構成するように形成されている。
【００３８】
本体抵抗部３３は、レバー本体２０の撓み量に応じてほとんど抵抗値が変化しないピエゾ抵抗３０であり、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｂとの間に接続されている。
基端抵抗部３４は、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、レバー本体２０の撓み量に応じてほとんど抵抗値が変化しないピエゾ抵抗３０である。基端抵抗部３４は、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｄとの間に接続されている。
【００３９】
また、ピエゾ抵抗３０の上面には、ピエゾ抵抗３０よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ（金）等）からなる検出電極３５が形成されている。この検出電極３５は、平面視でカンチレバー３を囲む枠状に形成され、枠部１３の上方に配置されている。
なお、ピエゾ抵抗３０及び検出電極３５の上面に図示しない絶縁膜を保護膜として被膜することで、外部との電気的な接触を防止することが好ましい。
【００４０】
また、検出電極３５は、電極溝４０及び区画溝４１〜４３により検出電極３５Ａ〜３５Ｄの各電極に分離されている。
電極溝４０は、ギャップ１２におけるカンチレバー３の先端部３ａ側からセンサ本体２に、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成された溝である。電極溝４０は、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｂとを電気的に分離する区画部として機能する。電極溝４０は、図３に示すように、枠部１３のカンチレバー３の先端部３ａ側に位置する部分に形成され、例えば絶縁層５ｂに達する深さとされている。
【００４１】
区画溝４１（第１区画部）は、レバー支持部２１Ａにおける短手方向Ｌ２の中央部分に配置され、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。また、区画溝４１は、レバー支持部２１Ａにおける長手方向Ｌ１の中間部から、カンチレバー３の基端部３ｂに向かって直線状に延びるとともに、検出電極３５を短手方向Ｌ２に分断するようにセンサ本体２の側方まで達するように形成されている。すなわち、区画溝４１は、レバー支持部２１Ａを含む部分に形成され、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｃとを電気的に切り離す。
【００４２】
区画溝４２（第２区画部）は、レバー支持部２１Ｂにおける短手方向Ｌ２の中央部分に配置され、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。また、区画溝４２は、レバー支持部２１Ｂにおける長手方向Ｌ１の中間部から、カンチレバー３の基端部３ｂに向かって直線状に延びるとともに、検出電極３５を短手方向Ｌ２に分断するようにセンサ本体２の側方まで達するように形成されている（図３参照）。すなわち、区画溝４２は、レバー支持部２１Ｂを含む部分に形成され、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｄとを電気的に切り離す。
【００４３】
区画溝４３（第３区画部）は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいて短手方向Ｌ２に直線状に延びるとともに、当該区画溝４３の短手方向Ｌ２の中間部から、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。また、区画溝４３は、検出電極３５を短手方向Ｌ２に分断するようにセンサ本体２の側方まで達するように形成されている。すなわち、区画溝４３は、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｄとを電気的に切り離す。
なお、区画溝４１〜４３は、絶縁層５ｂに達する深さとされている。但し、この場合に限られるものではなく、例えばカンチレバー３を厚さ方向に貫通してもよい。いずれにしても、少なくとも絶縁層５ｂに達する深さまで区画溝４１〜４３を形成することが好ましい。
【００４４】
このように、変位検出部４は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４と、検出電極３５Ａ〜３５Ｄとを有し、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいて、カンチレバー３の変位を検出する。
なお、上述したレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４とは、ホイートストンブリッジ回路を形成しており、検出電極３５Ａ〜３５Ｄの各電極は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいてカンチレバー３の変位を検出する検出回路５０に接続されている。
【００４５】
ここで、図４を参照して本実施形態の検出回路５０の構成例について説明する。
図４は、本実施形態における各抵抗及び検出回路５０の一例を示す構成図である。
この図に示すように、変位検出部４が有するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４とが、ホイートストンブリッジ回路を形成している。ここで、カンチレバー３の撓み変形のない場合に、レバー抵抗部３１の抵抗値Ｒ１と基端抵抗部３４の抵抗値Ｒ２との抵抗比は、本体抵抗部３３の抵抗値Ｒ４とレバー抵抗部３２の抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しくなるように各抵抗が形成されている。
【００４６】
また、検出電極３５Ａは、後述する基準電圧発生回路５１の基準電圧Ｖｒｅｆの信号線に接続され、検出電極３５Ｄは、検出回路５０の基準電圧ＧＮＤの信号線に接続されている。また、検出電極３５Ｃは、後述する差動増幅回路５２の反転入力端子（−端子）に接続され、検出電極３５Ｂは、後述する差動増幅回路５２の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。
【００４７】
また、検出回路５０は、基準電圧発生回路５１と、差動増幅回路５２とを備えている。
基準電圧発生回路５１は、圧力を検出するための所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、生成した基準電圧Ｖｒｅｆをホイートストンブリッジ回路の検出電極３５Ａに供給する。
差動増幅回路５２は、例えば、計測アンプ（インスツルメンテーションアンプ）であり、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差を増幅して出力信号として出力する。
【００４８】
なお、カンチレバー３が撓み変形していない状態において、抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２との抵抗比は、抵抗値Ｒ４と抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しいため、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差は生じない。この場合、差動増幅回路５２は、所定の電圧（例えば、０Ｖ）を出力信号に出力する。また、カンチレバー３の撓みが生じた場合には、カンチレバー３の撓み量（変位量）に応じて、抵抗値Ｒ１及び抵抗値Ｒ３が変化して、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差が生じる。この場合、差動増幅回路５２は、カンチレバー３の撓み量（変位量）に応じた検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差を増幅して出力信号に出力する。
【００４９】
例えば、圧力変動によりカンチレバー３の撓みが生じて、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値（Ｒ１、Ｒ３）が増加したとする。この場合、抵抗分圧の比率（抵抗値Ｒ２／（抵抗値Ｒ２＋抵抗値Ｒ１））の値は、抵抗値Ｒ１が増加するため、減少する方向に変化する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２との抵抗比により分圧した検出電極３５Ｃの電位は、低くなる。また、抵抗分圧の比率（抵抗値Ｒ３／（抵抗値Ｒ３＋抵抗値Ｒ４））の値は、抵抗値Ｒ３が増加するため、増加する方向に変化する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗値Ｒ４と抵抗値Ｒ３との抵抗比により分圧した検出電極３５Ｂの電位は、高くなる。
【００５０】
このように、カンチレバー３の撓みに応じてレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値（Ｒ１、Ｒ３）が増加した場合には、検出電極３５Ｃの電位が低くなり、検出電極３５Ｂの電位が高くなる。その結果、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差は、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの逆向きの変化により、より大きい電位差として現れることになる。
【００５１】
また、例えば、圧力変動によりカンチレバー３の撓みが生じて、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値（Ｒ１、Ｒ３）が減少した場合には、上述とは逆に、検出電極３５Ｃの電位が高くなり、検出電極３５Ｂの電位が低くなる。この場合も、上述と同様に、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃと電位差は、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの逆向きの変化により、より大きい電位差として現れることになる。
このように、本実施形態の圧力センサ１では、カンチレバー３の撓み量（変位量）に応じて、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差は、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの逆向きに変化するので、圧力変動に応じた検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差を、大きな電位差として検出することができる。
【００５２】
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態による圧力センサ１の動作について説明する。
図５は、本実施形態による圧力センサ１の出力信号の一例を示す図である。また、図６は、本実施形態による圧力センサ１の動作の一例を示す図である。
【００５３】
まず、図５に示す時刻ｔ１以前の期間Ａのように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外気圧Ｐｏｕｔと称する）と、キャビティ１０の内部の圧力（以下、内気圧Ｐｉｎと称する）との圧力差がゼロである場合には、図６（Ａ）に示すように、カンチレバー３は撓み変形しない。これにより、検出回路５０は、所定値（例えば、０Ｖ）を出力信号（センサ信号）に出力する。
【００５４】
次に、図６に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば外気圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じるので、図６（Ｂ）に示すようにカンチレバー３は、キャビティ１０の内部に向けて撓み変形する。すると、カンチレバー３の撓み変形に応じて、レバー本体２０に形成されたレバー支持部（２１Ａ、２１Ｂ）に形成されたレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２に歪が生じ、それにより抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２との抵抗比と抵抗値Ｒ４と抵抗値Ｒ３との抵抗比とが変化するので、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｃとの電位差が生じる。その結果、検出回路５０は、図５に示すようにカンチレバー３の撓み量（変位量）に応じて増大した出力信号を出力する。
【００５５】
さらに、外気圧Ｐｏｕｔの上昇以降、ギャップ１２を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動するので、図５に示すように、内気圧Ｐｉｎが時間の経過とともに外気圧Ｐｏｕｔよりも遅れながら、且つ外気圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
これにより、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、キャビティ１０の外部と内部との圧力が均衡状態になりはじめ、カンチレバー３の撓みが徐々に小さくなり、検出回路５０は、図５に示すように徐々に低下する出力信号を出力する。
【００５６】
そして、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔに等しくなると、図６（Ｃ）に示すように、カンチレバー３の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、検出回路５０は、図５に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように出力信号に再び所定値（例えば、０Ｖ）を出力する。
【００５７】
このように、変位検出部４により、カンチレバー３の変位に基づいた出力信号の変動をモニタすることで、圧力変動を検出することができる。特に、ＳＯＩ基板５のシリコン活性層５ｃを利用して半導体プロセス技術によりカンチレバー３を形成できるので、従来の圧電素子に比べて薄型化（例えば数十〜数百ｎｍ）し易い。従って、微小な圧力変動の検出を精度良く行うことができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１は、中空のセンサ本体２と、カンチレバー３と、変位検出部４とを備えている。中空のセンサ本体２は、内部にキャビティ１０が形成され、キャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１を有する。カンチレバー３は、レバー本体２０と、レバー本体２０とセンサ本体２とを接続するとともにレバー本体２０を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部２１（２１Ａ、２１Ｂ）とを有し、連通開口１１を覆うように配置され、且つキャビティ１０とセンサ本体２の外部との圧力差に応じて撓み変形する。変位検出部４は、レバー抵抗部３１（第１レバー抵抗部）及びレバー抵抗部３２（第２レバー抵抗部）と、本体抵抗部３３とを有している。レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２は、ホイートストンブリッジ回路の互いに対向する抵抗を構成するようにレバー支持部２１（２１Ａ、２１Ｂ）に形成されている。また、本体抵抗部３３は、レバー本体２０に形成された抵抗部であって、ホイートストンブリッジ回路においてレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の間に接続されている。そして、変位検出部４は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいて、カンチレバー３の変位を検出する。
【００５９】
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、カンチレバー３が、圧力の変化に応じて、２つのレバー支持部２１Ａ、２１Ｂを中心に撓み変形するので、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値（Ｒ１、Ｒ３）が、カンチレバー３の撓み量（変形量）に応じて変化する。レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２は、ホイートストンブリッジ回路を構成する互いに対向する抵抗であるため、カンチレバー３の撓み量（変形量）に応じて、この両方の抵抗値（Ｒ１、Ｒ３）がホイートストンブリッジ回路の電位差がより大きくなる方向に変化する。そのため、本実施形態による圧力センサ１は、センサ感度を向上でき、圧力変動を感度良く検出することができる。その結果、本実施形態による圧力センサ１は、例えば、１Ｈｚ以下の低周波帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができ、検出できる下限周波数を下げることができる。
また、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３とが、カンチレバー３及びレバー本体２０に形成されているため、本実施形態による圧力センサ１は、外部からの電磁ノイズ（例えば、コモンノイズ）や温度変化の影響を抑制することができる。
よって、本実施形態による圧力センサ１は、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、変位検出部４は、検出電極３５Ａ（第１電極）と、検出電極３５Ｂ（第２電極）と、検出電極３５Ｃ（第３電極）と、検出電極３５Ｄ（第４電極）とを有している。ここで、検出電極３５Ａは、レバー抵抗部３１におけるカンチレバー３の先端側の第１端に接続され、検出電極３５Ｂは、レバー抵抗部３２におけるカンチレバー３の先端側の第１端に接続されている。検出電極３５Ｃは、レバー抵抗部３１におけるカンチレバー３の基端側の第２端に接続され、検出電極３５Ｄは、レバー抵抗部３２におけるカンチレバー３の基端側の第２端に接続されている。また、本体抵抗部３３は、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｂとの間に接続されている。
【００６１】
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、カンチレバー３及びレバー本体２０に形成されている各抵抗（レバー抵抗部３１、レバー抵抗部３２、及び本体抵抗部３３）の端部に、検出電極３５Ａ、検出電極３５Ｂ、検出電極３５Ｃ、及び検出電極３５Ｄにより、検出用の信号線を接続することができる。よって、本実施形態による圧力センサ１は、ホイートストンブリッジ回路（少なくとも３つの抵抗部）を内部に形成することができるとともに、当該ホイートストンブリッジ回路により簡易な検出回路により、圧力変動を感度良く検出することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、変位検出部４は、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｄとの間に接続されている基端抵抗部３４を有している。
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、ホイートストンブリッジ回路を構成する全ての抵抗部を内部に形成することができるので、さらに簡易な検出回路により、圧力変動を感度良く検出することができる。また、本実施形態による圧力センサ１は、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響をさらに抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、変位検出部４は、区画溝４１（第１区画部）と、区画溝４２（第２区画部）とを有している。区画溝４１は、レバー支持部２１Ａを含む部分に形成され、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｃとを電気的に切り離す。区画溝４２は、レバー支持部２１Ｂを含む部分に形成され、検出電極３５Ｂと検出電極３５Ｄとを電気的に切り離す。
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、レバー支持部２１を利用して、レバー抵抗部（３１、３２）の両端に接続された検出電極３５をカンチレバー３の基端部３ｂ側に引き出すことができる。よって、本実施形態による圧力センサ１は、内部に構成したホイートストンブリッジ回路と検出回路５０とを容易に接続することができる。
【００６４】
なお、本実施形態による圧力センサ１は、上記の作用効果を奏功できるため、以下の各種用途に適用することができる。
本実施形態による圧力センサ１は、例えば、自動車用ナビゲーション装置に適用することが可能である。この場合、例えば、圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、高架道路と高架下道路とを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。
また、本実施形態による圧力センサ１は、携帯用ナビゲーション装置に適用することも可能である。この場合、例えば、圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、ユーザが建物内の何階に位置しているのかを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。
【００６５】
さらには、本実施形態による圧力センサ１は、室内の気圧変化を検出することが可能であるので、例えば建物や自動車の防犯装置に適用することも可能である。特に、本実施形態による圧力センサ１は、１Ｈｚ以下の周波数帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができるので、ドアや引き戸の開閉等に基づく圧力変動であっても検出することが可能であり、防犯装置等の適用に好適である。
【００６６】
また、本実施形態によれば、圧力センサ１は、中空のセンサ本体２と、カンチレバー３と、変位検出部４とを備えている。変位検出部４は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、検出電極３５Ａと、検出電極３５Ｂと、検出電極３５Ｃと、検出電極３５Ｄとを有している。ここで、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２は、レバー支持部２１に形成され、検出電極３５Ａは、レバー抵抗部３１におけるカンチレバー３の先端側の第１端に接続され、検出電極３５Ｂは、レバー抵抗部３２におけるカンチレバー３の先端側の第１端に接続されている。検出電極３５Ｃは、レバー抵抗部３１におけるカンチレバー３の基端側の第２端に接続され、検出電極３５Ｄは、レバー抵抗部３２におけるカンチレバー３の基端側の第２端に接続されている。そして、変位検出部４は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいて、カンチレバー３の変位を検出する。
【００６７】
これにより、本実施形態による圧力センサ１は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の両端に信号線を接続することが可能になるため、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２を利用して容易にホイートストンブリッジ回路を構成することができる。また、本実施形態による圧力センサ１は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２を利用したホイートストンブリッジ回路を構成することにより、センサ感度を向上でき、圧力変動を感度良く検出することができる。
また、ホイートストンブリッジ回路を構成するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２が、カンチレバー３及びレバー本体２０に形成されているため、本実施形態による圧力センサ１は、外部からの電磁ノイズ（例えば、コモンノイズ）や温度変化の影響を抑制することができる。
よって、本実施形態による圧力センサ１は、外部からの電磁ノイズや温度変化の影響を抑制しつつ、圧力変動を感度良く検出することができる。
【００６８】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態による圧力センサ１ａの一例を示す平面図である。また、図８は、図７に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１ａの断面図である。
本実施形態では、圧力センサ１ａは、区画溝４４と、導電パターン３６とを備え、当該区画溝４４と、当該導電パターン３６とにより、基端抵抗部３４ａの抵抗値を調整するようにした点が、上述した第１の実施形態と異なる。
【００６９】
図７及び図８に示すように、圧力センサ１ａは、変位検出部４ａを備え、変位検出部４ａは、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４ａと、検出電極３５Ａ〜３５Ｄとを備えている。
なお、図７及び図８において、図１〜図３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７０】
基端抵抗部３４ａは、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、レバー本体２０の撓み量に応じて抵抗値がほとんど変化しないピエゾ抵抗３０である。基端抵抗部３４ａは、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｄとの間に接続されている。また、基端抵抗部３４ａは、区画溝４４及び導電パターン３６を有している。
【００７１】
区画溝４４は、カンチレバー３の基端部３ｂに長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成された溝であり、基端抵抗部３４ａの抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗増大部として機能する。区画溝４４は、上述した区画溝４１〜４３と同様に、絶縁層５ｂに達する深さとされている。但し、この場合に限られるものではなく、例えばカンチレバー３を厚さ方向に貫通してもよい。
なお、区画溝４４は、例えば、レーザートリミング装置や溝の微細加工可能なＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：集束イオンビーム）装置を利用して溝の長さを調整するようにしてもよい。
【００７２】
導電パターン３６は、カンチレバー３の基端部３ｂに長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されたピエゾ抵抗３０よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ等）である。導電パターン３６は、基端抵抗部３４ａの抵抗値を低減させるための調整が可能な抵抗低減部として機能する。なお、本実施形態に示す例では、図８に示すように、導電パターン３６は、ピエゾ抵抗３０の上に形成されている。
また、導電パターン３６は、例えば、レーザートリミング装置や導電性材料のパターンの微細加工可能なＦＩＢ装置を利用してパターンの長さを調整するようにしてもよい。
【００７３】
次に、図９を参照して本実施形態の検出回路５０の構成例について説明する。
図９は、本実施形態における各抵抗及び検出回路５０の一例を示す構成図である。
この図に示すように、変位検出部４ａが有するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４ａとが、ホイートストンブリッジ回路を形成している。
なお、この図において、図４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、基端抵抗部３４ａが、上述した区画溝４４と導電パターン３６とにより、可変抵抗として機能する。すなわち、区画溝４４と導電パターン３６とにより基端抵抗部３４ａの抵抗値Ｒ２を調整することにより、カンチレバー３の撓み変形のない場合に、レバー抵抗部３１の抵抗値Ｒ１と基端抵抗部３４ａの抵抗値Ｒ２との抵抗比が、本体抵抗部３３の抵抗値Ｒ４とレバー抵抗部３２の抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しくなるように調整することができる。なお、本実施形態では、一例として、基端抵抗部３４ａが、区画溝４４と導電パターン３６との両方を備える例を説明したが、いずれか一方を備える構成としてもよい。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ａは、変位検出部４ａを備えている。また、変位検出部４ａには、基端抵抗部３４ａの抵抗値を増大させるための調整が可能な区画溝４４（抵抗増大部）が形成されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ａは、基端抵抗部３４ａの抵抗値を増大させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ａは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、変位検出部４ａには、基端抵抗部３４ａの抵抗値を低減させるための調整が可能な導電パターン３６（抵抗低減部）が形成されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ａは、基端抵抗部３４ａの抵抗値を低減させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路をより正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ａは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００７７】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について図面を参照して説明する。
図１０は、本実施形態による圧力センサ１ｂの一例を示す平面図である。また、図１１は、図１０に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサ１ｂの断面図である。
本実施形態では、圧力センサ１ｂは、区画溝４４ａと、導電パターン３６ａとを備え、当該区画溝４４ａと、当該導電パターン３６ａとにより、本体抵抗部３３ａの抵抗値を調整するようにした点が、上述した第１の実施形態と異なる。
【００７８】
図１０及び図１１に示すように、圧力センサ１ｂは、変位検出部４ｂを備え、変位検出部４ｂは、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３ａと、基端抵抗部３４と、検出電極３５Ａ〜３５Ｄとを備えている。
なお、図１０及び図１１において、図１〜図３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
本体抵抗部３３ａは、レバー本体２０に形成され、レバー本体２０の撓み量に応じてほとんど抵抗値が変化しないピエゾ抵抗３０である。本体抵抗部３３ａは、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｂとの間に接続されている。また、本体抵抗部３３ａは、区画溝４４ａ及び導電パターン３６ａを有している。
【００８０】
区画溝４４ａは、カンチレバー３の先端部３ａに長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成された溝であり、本体抵抗部３３ａの抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗増大部として機能する。区画溝４４ａは、上述した区画溝４１〜４３と同様に、絶縁層５ｂに達する深さとされている。但し、この場合に限られるものではなく、例えばカンチレバー３を厚さ方向に貫通してもよい。
なお、区画溝４４ａは、例えば、レーザートリミング装置や溝の微細加工可能なＦＩＢ装置を利用して溝の長さを調整するようにしてもよい。
【００８１】
導電パターン３６ａは、カンチレバー３の先端部３ａに長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されたピエゾ抵抗３０よりも電気抵抗率が小さい導電性材料（例えば、Ａｕ等）である。導電パターン３６ａは、本体抵抗部３３ａの抵抗値を低減させるための調整が可能な抵抗低減部として機能する。なお、本実施形態に示す例では、図１１に示すように、導電パターン３６ａは、ピエゾ抵抗３０の上に形成されている。
また、導電パターン３６ａは、例えば、レーザートリミング装置や導電性材料のパターンの微細加工可能なＦＩＢ装置を利用してパターンの長さを調整するようにしてもよい。
【００８２】
次に、図１２を参照して本実施形態の検出回路５０の構成例について説明する。
図１２は、本実施形態における各抵抗及び検出回路５０の一例を示す構成図である。
この図に示すように、変位検出部４ｂが有するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３ａと、基端抵抗部３４とが、ホイートストンブリッジ回路を形成している。
なお、この図において、図４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
本実施形態では、本体抵抗部３３ａが、上述した区画溝４４ａと導電パターン３６ａとにより、可変抵抗として機能する。すなわち、区画溝４４ａと導電パターン３６ａとにより本体抵抗部３３ａの抵抗値Ｒ４を調整することにより、カンチレバー３の撓み変形のない場合に、レバー抵抗部３１の抵抗値Ｒ１と基端抵抗部３４の抵抗値Ｒ２との抵抗比が、本体抵抗部３３ａの抵抗値Ｒ４とレバー抵抗部３２の抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しくなるように調整することができる。なお、本実施形態では、一例として、本体抵抗部３３ａが、区画溝４４ａと導電パターン３６ａとの両方を備える例を説明したが、いずれか一方を備える構成としてもよい。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｂは、変位検出部４ｂを備えている。また、変位検出部４ｂには、本体抵抗部３３ａの抵抗値を増大させるための調整が可能な区画溝４４ａ（抵抗増大部）が形成されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｂは、本体抵抗部３３ａの抵抗値を増大させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ｂは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００８５】
また、本実施形態では、変位検出部４ｂには、本体抵抗部３３ａの抵抗値を低減させるための調整が可能な導電パターン３６ａ（抵抗低減部）が形成されている。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｂは、本体抵抗部３３ａの抵抗値を低減させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路をより正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ｂは、圧力変動を正確に測定することができる。
【００８６】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について図面を参照して説明する。
図１３は、本実施形態による圧力センサ１ｃの一例を示す平面図である。
本実施形態では、圧力センサ１ｃは、検出電極３５Ｅを備え、ホイートストンブリッジ回路の抵抗比を外付け抵抗により調整するようにした点が、上述した第１の実施形態と異なる。
【００８７】
図１３に示すように、圧力センサ１ｃは、変位検出部４ｃを備え、変位検出部４ｃは、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４と、検出電極３５Ａ〜３５Ｅとを備えている。また、図１３に示すように、圧力センサ１ｃには、区画溝４１〜４３が形成されており、検出電極３５は、電極溝４０、区画溝４１〜４３ａ、及び、区画溝４４により検出電極３５Ａ〜３５Ｅの各電極に分離されている。
なお、図１３において、図１に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
区画溝４４（第４区画部）は、補助ギャップ２２のレバー支持部２１Ａ側端部から、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成され、検出電極３５を短手方向Ｌ２に分断するようにセンサ本体２の側方まで達するように形成されている。すなわち、区画溝４４は、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｅとを電気的に切り離す。
【００８９】
区画溝４３ａ（第３区画部）は、カンチレバー３の基端部３ｂにおいて短手方向Ｌ２に直線状に延びるとともに、当該区画溝４３における短手方向Ｌ２のレバー支持部２１Ａ側端部から、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。また、区画溝４３ａは、検出電極３５を短手方向Ｌ２に分断するようにセンサ本体２の側方まで達するように形成されている。すなわち、区画溝４３ａは、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｄと検出電極３５Ｅ（第５電極）とを電気的に切り離す。
【００９０】
このように、検出電極３５Ｅ（第５電極）は、検出電極３５Ｃと電気的に切り離されている。
なお、本実施形態における基端抵抗部３４は、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｄと、検出電極３５Ｅとの間に接続されている。すなわち、基端抵抗部３４は、レバー支持部２１Ｂ側の第１端が検出電極３５Ｄに接続され、レバー支持部２１Ａ側の第２端が検出電極３５Ｅに接続されている。
【００９１】
また、上述したレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４とは、ホイートストンブリッジ回路を形成しており、検出電極３５Ａ〜３５Ｅの各電極は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいてカンチレバー３の変位を検出する検出回路５０ａに接続されている。
【００９２】
次に、図１４を参照して本実施形態の検出回路５０ａの構成例について説明する。
図１４は、本実施形態における各抵抗及び検出回路５０ａの一例を示す構成図である。
この図に示すように、変位検出部４ｃが有するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４と、調整抵抗５３とが、ホイートストンブリッジ回路を形成している。
なお、この図において、図４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
また、図１４に示すように、検出回路５０ａは、基準電圧発生回路５１と、差動増幅回路５２と、調整抵抗５３とを備えている。
調整抵抗５３は、上述したホイートストンブリッジ回路の抵抗比を調整する外付け抵抗である。調整抵抗５３は、検出電極３５Ｃと、検出電極３５Ｅとの間に接続されている。
この場合、調整抵抗５３の抵抗値Ｒ５を調整することにより、カンチレバー３の撓み変形のない場合に、抵抗値Ｒ１と（抵抗値Ｒ２＋抵抗値Ｒ５）との抵抗比が、抵抗値Ｒ４と抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しくなるように調整することができる。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｃは、変位検出部４ｃを備えている。変位検出部４ｃは、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｄと、検出電極３５Ｃと電気的に切り離された検出電極３５Ｅ（第５電極）との間に接続されている基端抵抗部３４を有する。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｃは、例えば、外付け抵抗（調整抵抗５３）により、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ｃは、圧力変動をより正確に測定することができる。
【００９５】
［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について図面を参照して説明する。
図１５は、本実施形態による圧力センサ１ｄの一例を示す平面図である。
本実施形態では、圧力センサ１ｄは、上述した第４の実施形態と同様に、検出電極３５Ｅを備え、ホイートストンブリッジ回路の抵抗比を外付け抵抗により調整するようにする一例であり、上述した第４の実施形態とは別の一例である。
【００９６】
図１５に示すように、圧力センサ１ｄは、変位検出部４ｄを備え、変位検出部４ｄは、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４ｂと、検出電極３５Ａ〜３５Ｅとを備えている。また、図１５に示すように、圧力センサ１ｄには、区画溝４１、区画溝４２、及び区画溝４４〜４６が形成されており、検出電極３５は、電極溝４０、区画溝４１、区画溝４２、及び区画溝４４〜４６により検出電極３５Ａ〜３５Ｅの各電極に分離されている。
なお、図１５において、図１及び図１３に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９７】
基端抵抗部３４ｂは、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、レバー本体２０の撓み量に応じてほとんど抵抗値が変化しないピエゾ抵抗３０である。基端抵抗部３４ｂは、
例えば、カンチレバー３のレバー支持部２１Ｂにおける基端部３ｂから短手方向Ｌ２にカンチレバー３の外に向かって延びた直線状に形成され、検出電極３５Ｃと検出電極３５Ｅ（第５電極）との間に接続されている。ここで、検出電極３５Ｅ（第５電極）は、第４の実施形態と同様に、検出電極３５Ｃと電気的に切り離されている。
【００９８】
区画溝４５（第５区画部）は、ギャップ１２のレバー支持部２１Ｂ側端部から、短手方向Ｌ２に沿って延びた直線状に形成され、検出電極３５に達するように形成されている。
【００９９】
区画溝４６（第６区画部）は、区画溝４５と平行に延びた直線状に形成されるとともに、当該区画溝４３における短手方向Ｌ２のレバー支持部２１Ｂ側端部から、長手方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。すなわち、区画溝４６は、検出電極３５Ｄと検出電極３５Ｅ（第５電極）とを電気的に切り離す。
【０１００】
なお、基端抵抗部３４ｂは、レバー支持部２１Ｂ側の第１端が検出電極３５Ｄに接続され、センサ本体２の側方側の第２端が検出電極３５Ｅに接続されている。
また、上述したレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４ｂとは、ホイートストンブリッジ回路を形成しており、検出電極３５Ａ〜３５Ｅの各電極は、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２の抵抗値変化に基づいてカンチレバー３の変位を検出する検出回路５０ａに接続されている。
【０１０１】
次に、図１６を参照して本実施形態の検出回路５０ａの構成例について説明する。
図１６は、本実施形態における各抵抗及び検出回路５０ａの一例を示す構成図である。
この図に示すように、変位検出部４ｄが有するレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３と、基端抵抗部３４ｂと、調整抵抗５３とが、ホイートストンブリッジ回路を形成している。
なお、この図において、図１４に示す構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０２】
また、図１６に示すように、検出回路５０ａは、基準電圧発生回路５１と、差動増幅回路５２と、調整抵抗５３とを備えている。
本実施形態における調整抵抗５３は、上述したホイートストンブリッジ回路の抵抗比を調整する外付け抵抗である。調整抵抗５３は、検出電極３５Ｃと、検出電極３５Ｅとの間に接続されている。
この場合、調整抵抗５３の抵抗値Ｒ５を調整することにより、カンチレバー３の撓み変形のない場合に、抵抗値Ｒ１と（基端抵抗部３４ｂの抵抗値Ｒ２＋抵抗値Ｒ５）との抵抗比が、抵抗値Ｒ４と抵抗値Ｒ３との抵抗比と等しくなるように調整することができる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態による圧力センサ１ｄは、変位検出部４ｄを備えている。変位検出部４ｄは、カンチレバー３の基端部３ｂに形成され、検出電極３５Ｄと、検出電極３５Ｃと電気的に切り離された検出電極３５Ｅ（第５電極）との間に接続されている基端抵抗部３４ｂを有する。
これにより、本実施形態による圧力センサ１ｄは、例えば、外付け抵抗（調整抵抗５３）により、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、本実施形態による圧力センサ１ｄは、圧力変動をより正確に測定することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態は、それぞれ単独で実施する例を説明したが、上記の各実施形態を複数組み合わせて実施するようにしてもよい。
【０１０５】
例えば、上記の第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。すなわち、本体抵抗部３３と基端抵抗部３４とのうちの少なくとも一方の抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗増大部（区画溝４４又は区画溝４４ａ）が形成されるようにしてもよい。これにより、圧力センサ１ａ（１ｂ）は、本体抵抗部３３ａ又は基端抵抗部３４ａの抵抗値を増大させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、圧力センサ１ａ（１ｂ）は、圧力変動を正確に測定することができる。
【０１０６】
また、本体抵抗部３３と基端抵抗部３４とのうちの少なくとも一方の抵抗値を増大させるための調整が可能な抵抗低減部（導電パターン３６又は導電パターン３６ａ）が形成されるようにしてもよい。これにより、圧力センサ１ａ（１ｂ）は、本体抵抗部３３ａ又は基端抵抗部３４ａの抵抗値を低減させて調整することが可能になり、ホイートストンブリッジ回路を正確な抵抗比により構成することができる。そのため、圧力センサ１ａ（１ｂ）は、圧力変動を正確に測定することができる。
【０１０７】
また、例えば、上記の第２の実施形態又は第３の実施形態と、第４の実施形態又は第５の実施形態とを組み合わせて実施してもよい。
また、上記の各実施形態において、２つのレバー支持部２１Ａ、２１Ｂを有するカンチレバー３を例に挙げて説明したが、レバー支持部２１Ａ、２１Ｂの数は２つに限定されるものではなく、さらに複数（例えば４つや６つ等）備えていてもよい。
【０１０８】
また、上記の各実施形態において、検出電極３５は、導電性材料としてＡｕ（金）を使用する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）などの他の導電性材料を使用してもよい。
また、上記の各実施形態において、圧力センサ１（１ａ〜１ｄ）は、ホイートストンブリッジ回路の４つの抵抗（レバー抵抗部３１、レバー抵抗部３２、本体抵抗部３３（３３ａ）、及び基端抵抗部３４（３４ａ、３４ｂ））を備える例を説明したが、少なくともレバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２を備え、本体抵抗部３３（３３ａ）と、基端抵抗部３４（３４ａ、３４ｂ）とのいずれか一方又は両方を備えない構成であってもよい。
【０１０９】
また、上記の各実施形態において、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３（３３ａ）と、基端抵抗部３４（３４ａ、３４ｂ）とは、シリコン活性層５ｃの全面に亘って形成されたピエゾ抵抗３０により構成する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レバー抵抗部３１及びレバー抵抗部３２と、本体抵抗部３３（３３ａ）と、基端抵抗部３４（３４ａ、３４ｂ）との一部又は全部を、所定の形状パターンにより形成されたシリコン活性層５ｃによって構成してもよい。また、シリコン活性層５ｃを抵抗ごとに、調整するようにしてもよい。また、本体抵抗部３３（３３ａ）又は基端抵抗部３４（３４ａ、３４ｂ）を、例えば、ポリシリコンなどの他の構成部材により形成するようにしてもよい。
【０１１０】
また、上記の第２の実施形態又は第３の実施形態において、抵抗増大部は、区画溝により形成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、抵抗値を増大させる構成であれば、他の構成であってもよい。例えば、抵抗増大部は、不純物をドーピングしない非ドープ部により形成してもよい。
また、上記の第２の実施形態又は第３の実施形態において、抵抗低減部は、Ａｕを使用した導電パターンにより形成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、抵抗値を低減させる構成であれば、他の導電性材料（例えば、ＦＩＢ装置で金属薄膜形成可能なタングステンなど）を使用してもよい。
【０１１１】
また、検出回路５０（５０ａ）は、上記の各実施形態において説明した構成に限定されるものではなく、他の構成の検出回路であってもよい。また、各検出電極３５との接続も、上記の各実施形態において説明した接続に限定されるものではなく、他の接続であってもよい。例えば、検出電極３５Ｂ又は検出電極３５Ｃを基準電圧Ｖｒｅｆの信号線に接続し、検出電極３５Ａと検出電極３５Ｄとを差動増幅回路５２に接続するようにしてもよいし、他の接続であってもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…圧力センサ
２…センサ本体
２ａ…底壁部
２ｂ…周壁部
３…カンチレバー
３ａ…先端部
３ｂ…基端部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…変位検出部
５…ＳＯＩ基板
５ａ…シリコン支持層
５ｂ…絶縁層
５ｃ…シリコン活性層
１０…キャビティ
１１…連通開口
１２…ギャップ
１３…枠部
２０…レバー本体
２１、２１Ａ、２１Ｂ…レバー支持部
２２…補助ギャップ
３０…ピエゾ抵抗
３１、３２…レバー抵抗部
３３、３３ａ…本体抵抗部
３４、３４ａ、３４ｂ…基端抵抗部
３５、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅ…検出電極
３６、３６ａ…導電パターン
４０…電極溝
４１、４２、４３、４３ａ、４４、４４ａ、４５、４６…区画溝
５０、５０ａ…検出回路
５１…基準電圧発生回路
５２…差動増幅回路
５３…調整抵抗
【図１】
0006403007.tif 000002
【図２】
0006403007.tif 000003
【図３】
0006403007.tif 000004
【図４】
0006403007.tif 000005
【図５】
0006403007.tif 000006
【図６】
0006403007.tif 000007
【図７】
0006403007.tif 000008
【図８】
0006403007.tif 000009
【図９】
0006403007.tif 000010
【図１０】
0006403007.tif 000011
【図１１】
0006403007.tif 000012
【図１２】
0006403007.tif 000013
【図１３】
0006403007.tif 000014
【図１４】
0006403007.tif 000015
【図１５】
0006403007.tif 000016
【図１６】
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