(57)【要約】【課題】加速度検出素子を圧力検出部と圧電基板上に一体化することで圧力センサ装置の小型化及び生産性の向上に供することができる圧力センサ装置を提供する。【解決手段】  圧電基板１０の少なくとも一端側を支持基板３０の上面より離間させた状態で支持基板３０に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに、延出部に加速度検出素子２１を形成した。【選択図】図１
2005208043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出部を有し、該圧力検出部の変形によって圧力変動を検出する圧電基板と、
該圧電基板が上面に載置・固定される支持基板と、
前記圧力検出部からの圧力変動情報に基づいて所定周波数の電気信号を発信する発振回路と、
加速度の印加による変形によって加速度変動を検出する加速度検出素子を有し、該加速度検出素子からの加速度変動情報に基づいて所定の電気信号を発信する加速度検出回路と、
前記発振回路に電力を供給する給電手段と、
前記給電手段から前記発振回路への電力供給を制御する給電制御回路と、を含んでなる圧力センサ装置であって、
前記圧電基板の少なくとも一端側を前記支持基板の上面より離間させた状態で前記支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに、該延出部に前記加速度検出素子を形成したことを特徴とする圧力センサ装置。
【請求項２】
前記圧力検出部及び前記加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により形成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装置。
【請求項３】
前記圧電基板を、スペーサを介して前記支持基板上に載置させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ装置。
【請求項４】
前記支持基板上面及び／または前記圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧力センサ装置。
【請求項５】
前記アンテナ素子と前記発振回路との間に、前記発振回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、前記給電手段から前記アンプへの電力供給を前記給電制御回路で制御することを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力の変動を検出して所定の電気信号を発信する圧力センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体や液体などの圧力の変動を検出する圧力センサとして、センサ部に印加される圧力の変動を発振周波数の変化として検出する圧力センサが知られている。
【０００３】
かかる従来の圧力センサ１００としては、例えば図１２に示す如く、圧電基板１０１の肉薄部１０２に形成される弾性表面波素子１０３と、この弾性表面波素子１０３に配線部１０５を介して接続される発振器１０６とで構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような圧力センサ１００においては、センサ部を構成する弾性表面波素子１０３が圧電基板１０１の肉薄部１０２に形成されており、圧力を受けると肉薄部に歪みが生じ、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子１０３の電極１０４の間隔が変化する。そして、それぞれの作用によって弾性表面波素子１０３の共振周波数が変化する。そして弾性表面波素子１０３の共振周波数の変化に基づいて、発振器１０６に組み込まれた発振回路により電気信号が発信されるようになっている。このようにして得られる電気信号をモニタリングすることにより圧力の検出が行われる。
【０００５】
また、上記の圧力センサ１００を、例えば車載用としてタイヤ空気圧の圧力センサとして用いる場合、圧力センサの発振回路を動作させるために必要な電力は、タイヤ内に内蔵された電池等の給電手段から供給されるようになっている。この場合、電源から発振回路に対して常に電力が供給される状態になっていると、消費電力が大きくなり、電池の寿命が短命となってしまうという問題が生じる。
【０００６】
そこで消費電力を抑えるために、タイヤの回転によって発生する加速度を検出することにより、車両が一定以上の速さで走行しているときにだけ、発振回路に対して電力が供給されるようにし、車両が停止しているとき、あるいは車両の速さが一定以下の場合には発振回路への電力供給をオフにすることで発振回路の消費電力を抑えるようにした圧力センサ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
このような圧力センサ装置は、圧電基板及び該圧電基板に被着された電極から成る加速度検出素子と、この加速度検出素子からの電気信号に基づいて、電池から発振回路への電力供給を制御する給電制御回路とを設けた加速度センサを、配線部を介して圧力センサ１００と接続することにより形成されている。
【特許文献１】特公平５−８２５３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６４６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の圧力センサ装置は、圧力センサ１００と加速度センサをそれぞれ別個に設けているため、そのユニット形状が大型化してしまい、タイヤ内への内蔵が困難となる問題を有していた。
【０００９】
また上述した従来の圧力センサ装置は、圧力センサ１００及び加速度センサの組み立て作業がそれぞれ必要となり生産性の低下を招くという問題も有していた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、加速度検出素子を圧力検出部と圧電基板上に一体化することにより、圧力センサ装置の小型化及び生産性の向上に供することができる圧力センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧力センサ装置は、圧力検出部を有し、該圧力検出部の変形によって圧力変動を検出する圧電基板と、
該圧電基板が上面に載置・固定される支持基板と、前記圧力検出部からの圧力変動情報に基づいて所定周波数の電気信号を発信する発振回路と、加速度の印加による変形によって加速度変動を検出する加速度検出素子を有し、該加速度検出素子からの加速度変動情報に基づいて所定の電気信号を発信する加速度検出回路と、前記発振回路に電力を供給する給電手段と、前記給電手段から前記発振回路への電力供給を制御する給電制御回路と、を含んでなる圧力センサ装置であって、前記圧電基板の少なくとも一端側を前記支持基板の上面より離間させた状態で前記支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに、該延出部に前記加速度検出素子を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の圧力センサ装置は、前記圧力検出部及び前記加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
更に本発明の圧力センサ装置は、前記圧電基板を、スペーサを介して前記支持基板上に載置させたことを特徴とするものである。
【００１４】
また更に本発明の圧力センサ装置は、上記構成において好ましくは、前記支持基板上面及び／または前記圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
更にまた本発明の圧力センサ装置は、前記アンテナ素子と前記発振回路との間に、前記発信回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、前記給電手段から前記アンプへの電力供給を前記給電制御回路で制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧力センサ装置によれば、圧電基板の少なくとも一端側を支持基板の上面より離間させた状態で支持基板に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに延出部に加速度検出素子を形成して、圧電基板上に圧力検出部と加速度検出素子とを一体化したことから、加速度検出素子用の基板を別に用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の圧力センサ装置によれば、圧力検出部及び加速度検出素子の双方がインターデジタルトランスデューサを含む弾性表面波素子により形成することにより、圧力検出部と加速度検出素子とを同一の製造プロセスで双方同時に形成できるので、製造工程を短縮することができ、生産性の向上が可能となる。
【００１８】
更に、本発明の圧力センサ装置によれば、圧電基板を、スペーサを介して支持基板上に載置させておくことにより、圧電基板と支持基板との間に所定の間隔が設けられるため、圧電基板を支持基板上に搭載する際に、加速度検出部と支持基板の上面との間に所定の間隔を設けておくことができる。
【００１９】
また更に、本発明の圧力センサ装置によれば、支持基板上面及び／または圧力基板下面に前記発振回路に電気的に接続されるアンテナ素子を設けておくことにより、発振回路より出力される発振信号を、受信回路を有する他の機器に無線伝送することができ、圧力センサ装置より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。
【００２０】
更にまた、本発明の圧力センサ装置によれば、アンテナ素子と発振回路との間に、発振回路からの電気信号を増幅するアンプを接続するとともに、給電手段からアンプへの電力供給を給電制御回路で制御するようにしたことから、発振回路より出力される発振信号の出力レベルを増加させて、受信回路を有する他の機器へ、より確実に無線伝送することができるようになるとともに、アンプの消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の圧力センサ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図、図２は図１の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図、図５は図１の圧力センサ装置に用いられる支持基板の上面を示す平面図、図６は図１の圧力センサ装置のブロック回路図である。
【００２３】
これらの図に示す圧力センサ装置１は、大略的に、圧電基板１０、圧力検出部１１、加速度検出素子２１、支持基板３０から構成されている。
【００２４】
圧電基板１０は、圧電基板１０に印加される圧力の変動を検出する圧力検出部１１と、圧電基板１０に印加される加速度の変動を検出する加速度検出素子２１とを有している。
【００２５】
このような圧電基板１０の材質としては、外部からの圧力（図１の上方からの圧力Ｐ）及び加速度（図１の上方からの加速度Ｇ）を受けると比較的容易に変形し得るものが好ましく、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が好適に用いられる。
【００２６】
圧電基板１０に形成される圧力検出部１１は、例えば、圧電体１５とインターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ電極と略記する。）１６とを含む弾性表面波素子１７から構成されており、前記ＩＤＴ電極１６が引出電極１３を介して電極パッド１２と電気的に接続されている。
【００２７】
弾性表面波素子１７を形成する圧電体１５の材質としては、例えば、圧電基板１０と同様の材料、すなわち、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体１５の表面に、例えば、アルミニウムや金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィー技術等を採用し、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することによりＩＤＴ電極１６が形成される。
【００２８】
また、電極パッド１２や引出電極１３は、先に述べたＩＤＴ電極１６と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。尚、電極パッド１２については、下地に対する密着強度を向上させるために膜厚を厚く形成しておくことが好ましい。
【００２９】
これらの圧力検出部１１、電極パッド１２、引出電極１３の周囲には、圧電基板１０の支持基板３０への固定箇所となる固定領域１４が設けられている。
【００３０】
このような圧電基板１０は、固定領域１４に接合されたスペーサ５０を介して支持基板３０上に載置・固定されている。
【００３１】
支持基板３０に求められる特性としては、外部からの圧力に対して変形することが殆どなく、十分な強度を有していることが重要であり、その材質としては、例えば、ガラス−セラミック材料などのセラミック材料を用いた多層回路基板等が用いられる。
【００３２】
かかる支持基板３０の上面には、発振用電子部品４０ａや、後述する加速度検出用電子部品４０ｂ、給電制御用電子部品４０ｃ、アンテナ素子９５、アンプ９１等が搭載されている。
【００３３】
前記発振用電子部品４０ａの周囲には、発振用電子部品４０ａと接続される接続パッド１８が形成され、この接続パッド１８は、導電性接合材６０を介して電極パッド１２と電気的に接続している。
【００３４】
また、上述した発振用電子部品４０ａ及び接続パッド１８の周囲に、先に述べた固定領域１４と対向するようにして固定領域３２が設けられており、この固定領域３２にスペーサ５０が接合される。
【００３５】
更に、支持基板３０の下面には、複数個の外部端子電極３３が形成されており、これらの外部端子電極３３は支持基板３０の内部配線パターン３４やビアホール導体３５等を介して支持基板３０上面の発振用電子部品４０ａ等と電気的に接続されている。また、電池等の電源を圧力センサ装置１とは別個に設けた場合には、電源と外部端子電極３３とを配線等を介して電気的に接続することにより、電源から発振回路へ電力が供給されるようになっている。尚、電源を圧力センサ装置１とは別個に設けた場合、本発明における給電手段とは、電源と電気的に接続している外部端子電極３３を指す。
【００３６】
このような支持基板３０は、例えば、従来周知のグリーンシート積層法、具体的には、内部配線パターン３４やビアホール導体３５となる導体ペーストが印刷・塗布されたグリーンシートを複数枚、積層・圧着させた上、これを一体焼成することによって製作される。
【００３７】
また、発振用電子部品４０ａは、例えば、ＩＣ，トランジスタなどの能動部品や抵抗，コンデンサなどの受動部品等からなり、弾性表面波素子１７と電気的に接続することによって所定周波数の電気信号を発振する発振回路を構成している。図７は、トランジスタを用いた発振回路を示す回路図であり、かかる発振回路８０には、抵抗やコイル，コンデンサ等が弾性表面波素子１７の共振周波数など、個々の条件に応じて適宜選択配置される。このような発振回路８０に対して制御端子Ｖｃｃより所定の電源電圧を印加することにより所定の発振周波数ｆｏｓｃが出力される。
【００３８】
また、上述した圧電基板１０と支持基板３０との間に介在されるスペーサ５０は、例えば、樹脂や金属材料等から成り、これによって、圧電基板と支持基板との間に所定の間隔が設けられるため、圧電基板を支持基板上に搭載する際に、加速度検出部と支持基板の上面との間に所定の間隔を設けておくことができる。
【００３９】
このスペーサ５０を、弾性表面波素子１７や発振用電子部品４０ａを囲繞するように枠体状に形成しておけば、その内側、具体的には、圧電基板１０と支持基板３０とスペーサ５０とで囲まれる領域（封止領域５１）内で、弾性表面波素子１７及び発振用電子部品４０ａ等を気密封止することができる。これによって封止領域５１内に配置されるＩＤＴ電極１６や発振用電子部品４０ａ等の酸化腐食等を有効に防止することができる。従って、スペーサ５０は枠体状になしておくことが好ましい。更に、スペーサ５０を枠体状に形成した上、半田等の導体材料により形成しておけば、これを支持基板下面の外部端子電極３３のうち、グランド端子に接続させておくことにより、圧力センサ装置１の使用時、スペーサ５０はグランド電位に保持されることとなるため、スペーサ５０によるシールド効果により、外部からの不要なノイズをスペーサ５０でもって良好に低減することができる。
【００４０】
また、圧電基板１０と支持基板３０とスペーサ５０とで囲まれる領域内には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを充填しておくことが好ましい。これによって、ＩＤＴ電極１６や発振用電子部品４０ａ等の酸化腐食をより効果的に防止することが可能となる。
【００４１】
尚、前記導電性接合材１９は、例えば、半田や導電性ペーストなどから成り、圧電基板１０の電極パッド１２と支持基板３０の接続パッド１８とを接続することで、弾性表面波素子１７のＩＤＴ電極１６と発振用電子部品４０ａとを電気的に接続している。
【００４２】
一方、圧電基板１０の一端側は、固定領域１４よりも外側に延出されており、該延出部３６の下面に加速度検出素子２１が形成されている。この加速度検出素子２１は、加速度Ｇの印加により、加速度検出素子２１が変形し加速度を検出するようになっており、例えば、圧電体２５とＩＤＴ電極２６とを含む弾性表面波素子２７から形成されている。前記ＩＤＴ電極２６は、引出電極２３を介して電極パッド２２に接続されている。また、加速度検出素子２１の先端部に、重り７０を設けておくことにより、加速度Ｇの検出感度を向上させることができる。
【００４３】
加速度検出素子２１を構成する圧電体２５の材質としては、例えば、先に述べた圧力検出部１１を構成する圧電体１５と同様の材料、即ち、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、かかる圧電体１５の表面に、例えば、アルミニウムや金等の金属材料を従来周知のスパッタリングや薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等を利用し、２０００Å程度の厚みにてパターン形成することによりＩＤＴ電極が形成される。
【００４４】
尚、延出部３６の短辺の幅は任意に設定できる。延出部３６の短辺の幅を圧電基板１０の圧力検出部１１が形成されている部分の幅よりも狭くなしておけば、加速度の印加によって延出部３６が撓みやすくなり加速度の検出感度を向上させることができるという利点がある。また、延出部３６の短辺の幅と圧電基板１０の圧力検出部１１が形成されている部分の幅とを同一になしておけば、延出部３６を形成するにあたって圧電基板１０を削るといった工程を省くことができ、圧力検出装置１の製造プロセスを簡略化することができるという利点がある。
【００４５】
上述のように、圧力検出部１１及び加速度検出素子２１の双方をＩＤＴ電極を含む弾性表面波素子２７によって形成することにより、圧力検出部１１と加速度検出素子２１とを同一の製造プロセスで形成することができるので、圧力センサ装置１の生産性向上に供することができる。
【００４６】
また、電極パッド２２や引出電極２３も、先に述べた圧力検出部１１の周囲に形成した電極パッド１２や引出電極１３と同様に、アルミニウムや金等の金属材料を薄膜形成技術やフォトリソグラフィー技術等によってパターン形成することによって得られる。
【００４７】
尚、重り７０は、例えば金属やセラミック等からなる板や積層体を接着剤によって延出部３６の端部に接合することによって形成される。
【００４８】
また、加速度検出素子２１を上述のように弾性表面波素子２７により形成する場合、弾性表面波素子２７を気密封止するようにケース２０を設けておくことが好ましい。これによって、ＩＤＴ電極２６の酸化腐食を防止することができる。
【００４９】
かかる加速度検出素子２１を構成している弾性表面波素子２７は、電極パッド２２を導電性接合材２９を介して、接続パッド２８と電気的に接続している。また、この接続パッド２８は、先に述べた加速度検出用電子部品４０ｂ及び給電制御用電子部品４０ｃと電気的に接続している。従って、弾性表面波素子２７と加速度検出用電子部品４０ｂ及び給電制御用電子部品４０ｃとが電気的に接続されることになる。加速度検出用電子部品４０ｂ及び給電制御用電子部品４０ｃは、例えば、ＩＣ，トランジスタなどの能動部品や抵抗，コンデンサなどの受動部品等からなり、弾性表面波素子２７と電気的に接続することによって、図８に示すような加速度検出回路８６や給電制御回路８７を構成している。
【００５０】
ところで、支持基板３０の上面には上述した発振用電子部品４０ａ、加速度検出用電子部品４０ｂ、給電制御用電子部品４０ｃの他に、アンテナ素子９５及びアンプ９１等が搭載されている。このアンテナ素子９５は、先に述べた発振回路８０と接続されており、これによって発振回路８０より出力される所定周波数の電気信号を、受信回路を有する他の機器に無線伝送することができ、圧力センサ装置１より離れた場所においても圧力情報を得ることができる。かかるアンテナ素子９５としては、例えば、誘電体セラミック等を利用した表面実装型のチップアンテナ等が用いられ、半田付け等によって支持基板３０上に実装されている。
【００５１】
また、アンプ９１はアンテナ素子９５及び発振回路８０に接続されており、これによって、発振回路より出力される発振信号の出力レベルを増加させて、受信回路を有する他の機器へ、より確実に無線伝送することができるようになる。更に、上述した給電制御回路をアンプ９１にも接続して、給電手段からアンプへの電力供給を給電制御回路で制御するようにしておくことにより、アンプの消費電力を抑えて、電源を長持ちさせることができるようになる。
【００５２】
次に、上述した圧力センサ装置１を用いて加速度及び圧力を検出する際の動作について、図６、図７及び図８の回路図を用いて説明する。尚、ここでは圧力センサ装置１を車両のタイヤ内に内蔵した場合を想定して説明する。
【００５３】
まず加速度を検出する際の動作について説明する。車両が走行し始めるとタイヤの回転数が増加し、回転による加速度Ｇが発生する。この加速度Ｇが加速度検出素子２１に印加されると、延出部３６及び重り７０に作用する力によって加速度検出素子２１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子２１が撓み、弾性表面波素子２７が変形する。その結果、圧電体２５の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子２７のＩＤＴ電極２６の電極指配列ピッチｄ（図９に示す。）が変化し、その両方の作用によって弾性表面波素子２７の共振周波数が変化する。すると、その変化量に比例した起電力が発生し、この起電力に基づいて加速度検出回路８６において加速度が検出されるとともに、共振周波数の変化またはインピーダンス変化に比例した制御信号が得られる。そして、この制御信号が給電制御回路８７に入力されると、制御信号のレベルが、設定された閾値を超えたときには、電池等の給電手段８５から発振回路８０へ電力が供給され、制御信号のレベルが閾値以下の場合には、給電手段８５から発振回路８０へ電力が供給されないようになっている。従って、車両が一定以上の速さで走行している場合にのみ、電力を供給することができるので、圧力センサ装置１の消費電力を有効に抑えることができる。尚、制御信号の閾値は、給電制御回路８７を構成する回路素子を適宜選択することにより任意に設定できる。
【００５４】
かかる加速度検出回路８６は、図８に示す如く弾性表面波素子２７、ダイオードからなる保護回路及びオペアンプからなり、また給電制御回路８７は、図７に示す如くコンデンサと抵抗からなるハイパスフィルタ、比較電圧源及びオペアンプから構成されている。
【００５５】
一方、タイヤ内の圧力の検出は次のようにして行われる。タイヤ内の空気が抜ける等してタイヤ内の圧力が変化すると、圧電基板１０に対してかかる圧力が変化して、圧力検出部１１を構成する弾性表面波素子１７が変形する。その結果、圧電体１５の歪みが生じた部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波素子１７のＩＤＴ電極１６の電極指配列ピッチｄ（図９に示す。）が変化して、その両方の作用によって弾性表面波素子１７の共振周波数が変化する。これに伴って、図７に示す発振回路８０の発振周波数ｆｏｓｃも変化するため、圧電基板１０に加わる圧力変動は最終的に発振回路８０の発振周波数ｆｏｓｃの変化として検出される。尚、この発振回路８０への電力供給は、前述のように給電制御回路８７により制御されている。
【００５６】
このように本実施形態における圧力センサ装置１は、図６のブロック回路図に示すように、加速度検出回路８６から出力される制御信号を、給電制御回路８７でモニタリングして制御信号が、ある閾値以上の場合にだけ、給電手段８５から発振回路８０及びアンプ９１に対して電力が供給されるようにするとともに、圧力検出部において検出した圧力情報を発振回路８０により所定周波数の発振信号とし、これをアンテナから無線伝送するようにしている。
【００５７】
以上のような圧力センサ装置１は、圧電基板１０の少なくとも一端側を支持基板３０の上面より離間させた状態で支持基板３０に対する固定箇所よりも外側に延出させるとともに延出部３６に加速度検出素子２１を形成して、圧電基板１０上に圧力検出部１１と加速度検出素子２１とを一体化したことから、加速度検出素子２１用の基板を別途用意する必要もなく、部品点数を削減することができ、圧力センサ装置１の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置について説明する。図３は本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置１の断面図、図４（ａ）は図３の圧力センサ装置に用いられる圧電基板１０の上面を示す平面図、図４（ｂ）は図３の圧力センサ装置に用いられる圧電基板１０の下面を示す平面図、図５は図３の圧力センサ装置に用いられる支持基板３０の上面を示す平面図である。尚、図１に示した第１の実施形態と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
図３に示す圧力センサ装置１は、第１の実施形態における圧力センサ装置１の加速度検出素子２１を、弾性表面波素子２７に代えてバイモルフ素子３７で構成したものである。バイモルフ素子３７は、圧電基板１０のバルク振動を利用するものであり、圧電基板１０の延出部３６の上下両面に振動電極３１を被着することにより形成されている。
【００６０】
振動電極３１には銀等の金属材料が用いられ、例えば、従来周知のスパッタリングや蒸着法等の成膜形成技術等により形成される。
【００６１】
このようなバイモルフ型の加速度検出素子２１は次のようにして加速度を検出する。まず、加速度Ｇが延出部３６及び重り７０に印加されると、加速度検出素子２１が撓み、延出部３６に形成されたバイモルフ素子３７が変形する。このとき、バイモルフ素子３７の一方の振動電極３１に引張応力が作用するとともに、他方の振動電極３１には圧縮応力が作用することになる。その結果、両振動電極３１の変化量に比例した起電力が発生し、これによって加速度を検出することができる。
【００６２】
上述のように加速度検出素子２１をバイモルフ素子３７により構成した場合には、そのパターン形状をベタ塗りパターンで形成できるとともに、気密封止する必要がないため、比較的簡単に形成することができ、圧電センサ装置１の生産性向上に供することができる。
【００６３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る圧力センサ装置について図１０を用いて説明する。尚、本実施形態においても先に述べた実施形態と異なる点についてのみ説明し、同様の構成要素については同一の参照符を用いて重複する説明を省略するものとする。
【００６４】
図１０は本実施形態の圧力センサ装置に用いられるセンサ基板１０の下面を示す平面図である。
【００６５】
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた圧力センサ装置と異なる第１の点は、圧力検出部１１を構成する弾性表面波素子４７が、圧電基板１０の下面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極１６と、その間の弾性表面波の伝搬路３８とで構成される弾性表面波遅延線とされていることである。また、圧電基板１０の下面で、弾性表面波素子４７の弾性表面波の伝播方向に係る両側には、シリコン樹脂などから成るダンピング材３９が形成されている。このダンピング材３９は、弾性表面波を減衰させ、圧電基板１０の端部での弾性表面波の反射や、他の領域への弾性表面波の漏洩を防止する働きをするものである。
【００６６】
このような弾性表面波遅延線を、増幅回路を有する発振用電子部品４０ａに接続すると、弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成することができる。そして、圧電基板１０に外部からの圧力が印加され、弾性表面波素子４７の弾性表面波の伝搬路３８に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路３８の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子４７と、それに接続される増幅回路を有する発振用電子部品４０ａとで構成される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における弾性表面波素子４７も先に述べた実施形態における弾性表面波素子１７と同様に圧力検出素子として機能する。
【００６７】
本実施形態の圧力センサ装置が先に述べた圧力センサ装置と異なる第２の点は、加速度検出素子２１を構成する弾性表面波素子５７も、圧電基板１０の下面に間隔をあけて配置された一対のＩＤＴ電極２６と、その間の弾性表面波の伝搬路３８とで構成される弾性表面波遅延線とされていることである。また、弾性表面波素子５７の弾性表面波の伝播方向の両側にも、シリコン樹脂などから成るダンピング材３９が形成されている。
【００６８】
この弾性表面波遅延線を、増幅回路を有する発振用電子部品４０ａに接続すると、弾性表面波遅延線によって生じる電気信号の遅延時間に対応した周波数で発振する発振回路を構成することができる。そして、加速度Ｇが加速度検出素子２１に印加されると、延出部３６及び重り７０に作用する力によって加速度検出素子２１に曲げモーメントが作用し加速度検出素子２１が撓み、弾性表面波素子５７が変形する。これによって、弾性表面波素子５７の弾性表面波の伝搬路３８に応力が加わって歪みが生じると、その部分の弾性定数の変化によって弾性表面波の伝搬速度が変化するとともに、弾性表面波の伝搬路３８の長さが変化する。そして、その両方の作用によって電気信号の遅延時間が変化し、これによって弾性表面波素子５７と、それに接続される増幅回路を有する発振用電子部品４０ａとで構成される発振回路の発振周波数が変化する。よって、本実施形態における弾性表面波素子５７も先に述べた実施形態における弾性表面波素子２７と同様に加速度検出素子として機能する。
【００６９】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
【００７０】
例えば、本発明の第１の実施形態においては、加速度検出素子２１を構成する弾性表面波素子２７を、延出部３６の下面のみに形成したが、これに換えて、図１１に示す如く、延出部３６の上下両方の面に弾性表面波素子２７を形成するようにしても良い。延出部３６の上下両面に形成された２つの弾性表面波素子２７のうち、一方を温度変化などの影響を補正する補正用のセンサ素子として用いることにより、加速度検出素子２１の測定精度を向上させることが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態においては、圧力検出部１１を圧電基板１０の下面側に形成するようにしたが、これに代えて、圧力検出部１１を圧電基板１０の上面側に形成するようにしても構わない。
【００７２】
更に、本実施形態においては、アンテナ素子９５としてチップアンテナを用いるようにしたが、これに代えて例えばミアンダ状の導体パターンによって構成されるアンテナパターンを支持基板３０上に形成するようにしても良い。これにより、部品点数を削減することができるとともに、外形寸法の低背化にも供することができる。
【００７３】
また、本発明の第２の実施形態においては、加速度検出素子２１の振動電極３１を延出部３６の上下両面に被着してなるバイモルフ素子３７としたが、これに換えて振動電極３１を圧電基板１０の上下面のどちらか一方に形成したユニモルフ素子としても良い。
【００７４】
更に、本発明の第３の実施形態においては、圧力検出部１１を構成する弾性表面波素子４７と、加速度検出素子２１を構成する弾性表面波素子５７の両方が、弾性表面波遅延線とされている例を示したが、一方のみを弾性表面波遅延線とするようにしても構わない。その場合の他方の弾性表面波装置については、第１の実施形態のように、ＩＤＴ電極と反射器電極とからなる弾性表面波共振器とすれば良い。また、加速度検出素子２１については、第２の実施形態のようにバイモルフ素子で構成しても良いし、ユニモルフ素子としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
【図２】図１の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
【図４】（ａ）は図３の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の上面を示す平面図、（ｂ）は図３の圧力センサ装置に用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。
【図５】図１、図３の圧力センサ装置に用いられる支持基板の平面図である。
【図６】本発明の圧力センサ装置のブロック図である。
【図７】本発明の圧力センサ装置の一部である圧力検出部の発振回路を示す回路図である。
【図８】本発明の圧力センサ装置の一部である加速度検出素子の回路構成を示す回路図である。
【図９】本発明の圧力センサ装置の圧電基板に形成されるＩＤＴ電極の拡大図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる圧力センサに用いられる圧電基板の下面を示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態にかかる圧力センサ装置の断面図である。
【図１２】従来の圧力センサを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・・・・・圧力センサ装置
１０・・・・・・圧電基板
１１・・・・・・圧力検出部
１２、２２・・・電極パッド
１３、２３・・・引出電極
１４・・・・・・圧電基板側の固定領域
１５、２５・・・圧電体
１６、２６・・・ＩＤＴ電極
１７、２７、４７、５７・・・弾性表面波素子
１８、２８・・・接続パッド
１９、２９・・・導電性接合材
２１・・・・・・加速度検出素子
２４・・・・・・スルーホール
２０・・・・・・ケース
３７・・・・・・バイモルフ素子
３０・・・・・・支持基板
３１・・・・・・振動電極
３２・・・・・・支持基板側の固定領域
３３・・・・・・外部端子電極
３４・・・・・・内部配線パターン
３５・・・・・・ビアホール導体
４０・・・・・・電子部品
５０・・・・・・スペーサ
５１・・・・・・封止領域
７０・・・・・・重り
８０・・・・・・発振回路
８５・・・・・・給電手段
８６・・・・・・加速度検出回路
８７・・・・・・給電制御回路
９１・・・・・・アンプ
９５・・・・・・アンテナ素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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