(57)【要約】【課題】圧力変化を高精度に検出することが可能な圧力変化検出装置を提供する。【解決手段】基板１０に、圧力検出孔１０Ｋを設ける。また、薄膜２０の一方の面を基板１０の裏面に固定させると共にその中央部分を圧力検出孔１０Ｋに対向させ、他方の面を支持体３０により支持させる。生体６０から圧力検出孔１０Ｋを通じて伝達される圧力により、薄膜２０の中央部分がその周辺部に対し、相対的に変位するようになる。また、検出対象と薄膜２０との距離が短くなると共に、基板１０の剛体的特性により、相対変位の検出精度が向上する。【選択図】図１
2007192648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力検出孔を有する基板と、
中央部分が前記圧力検出孔に対向すると共に一方の面がその周辺部において前記基板の裏面に固定され、前記基板の表面方向から前記圧力検出孔を通じて伝達された圧力により変形可能な薄膜と、
前記薄膜の他方の面において、前記薄膜の中央部分を周辺部に対して相対的に変位可能に支持する支持体と
を備えたことを特徴とする圧力変化検出装置。
【請求項２】
前記圧力検出孔に、粘性流体が充填されている
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力変化検出装置。
【請求項３】
前記圧力検出孔に、固体媒体が収納されると共にこの固体媒体の周囲に粘性流体が充填されている
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力変化検出装置。
【請求項４】
前記薄膜は圧電膜を含み、
この圧電膜の抵抗値は、前記薄膜の中央部分の相対変位に応じて変化する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧力変化検出装置。
【請求項５】
前記薄膜および前記支持体の寸法が、１ｍｍ×１ｍｍ角以下である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧力変化検出装置。
【請求項６】
前記薄膜の中央部分の相対変位に基づいて圧力変化信号を取得する取得手段を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧力変化検出装置。
【請求項７】
前記取得手段により得られた圧力変化信号を記憶する記憶手段を備えた
ことを特徴とする請求項６に記載の圧力変化検出装置。
【請求項８】
前記取得手段により得られた圧力変化信号を外部へ送信する送信手段を備えた
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の圧力変化検出装置。
【請求項９】
薄膜を形成する第１の工程と、
前記薄膜の一方の面に支持体を形成し、前記薄膜の中央部分がその周辺部に対して相対的に変位可能となるように支持させる第２の工程と、
基板に圧力検出孔を設ける第３の工程と、
前記薄膜の他方の面を、その中央部分において前記圧力検出孔に対向させつつその周辺部において前記基板の裏面に固定させ、前記基板の表面方向から前記圧力検出孔を通じて伝達される圧力によりこの薄膜を変形可能とする第４の工程と
を含むことを特徴とする圧力変化検出装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第４の工程の後において、前記圧力検出孔に粘性流体を充填する工程を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の圧力変化検出装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第４の工程の後において、
前記圧力検出孔に固体媒体を収納させる工程と、
前記固体媒体の周囲に粘性流体を充填する工程とを含む
ことを特徴とする請求項９に記載の圧力変化検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力変化を検出する圧力変化検出装置およびその製造方法に係わり、特に、例えばマウスなどの小動物の呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化を検出する圧力変化検出装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体分野および遺伝子分野等において、生体の生理機能を調査するために微小な圧力センサ（いわゆるマイクロ圧力センサ）が開発されている。この微小な圧力センサの開発過程では、例えば、各種実験用のマウス（例えば、遺伝子ノックアウトマウス）に代表される小動物の皮下に圧力センサを埋め込み、その圧力センサを使用して圧力変化、すなわち呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化を検出することにより、小動物の呼吸数や心拍数などの生体信号（生体データ）を測定する技術が実用化に向けて検討されている。もちろん、この種の圧力センサの使用用途としては、上記した小動物に適用する実験的用途に限らず、将来的には医療分野等において人間に適用する実験的用途も併せて検討されている。
【０００３】
この微小な圧力センサに関連する技術としては、例えば、密閉空気式音センサを使用した生体情報収集装置が既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。この生体情報収集装置は、荷重に応じて変形可能な弾性構造体により構成された空気室を備えると共に、荷重に応じて空気室が密閉されたときに、その密閉された空気室（密閉空気室）内の空気圧を検出する無指向性マイクロホンまたは圧力センサを備えている。この生体情報収集装置では、密閉空気室内の空気圧を検出することにより、心拍数などの生体情報を入手可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１０４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、微小な圧力センサを使用して生体の呼吸数や心拍数などの生体データを高精度で測定するためには、その生体の呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化を正確に検出する必要がある。より具体的には、例えば、センササイズの極小型化を目的として約１ｍｍ×１ｍｍ角以下となるように圧力センサを構成した場合に、その微小な圧力センサを使用して小動物の生体データを高精度に測定するためには、小動物の皮下における表皮筋の僅かな振動を圧力変化として高感度に検出する必要がある。
【０００６】
しかしながら、従来は、上記した小動物の僅かな振動を圧力変化として高感度に検出する観点において具体的な技術が十分に成熟していなかったため、小動物の生体データを高精度に測定可能な微小な圧力センサが実現に至っていなかった。したがって、微小な圧力変化を使用して、例えばこのような生体の生理機能などを詳細に調査するためには、圧力変化を高精度に検出することが可能な技術の確立が急務である。その場合には、特に、微小な圧力センサの生産性を考慮して、その圧力センサを容易に製造可能な技術を確立することも重要である。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、圧力変化を高精度に検出することが可能な圧力変化検出装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、高精度な検出精度を有する圧力変化検出装置を容易に製造することが可能な圧力変化検出装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧力変化検出装置は、圧力検出孔を有する基板と、中央部分が圧力検出孔に対向すると共に一方の面がその周辺部において基板の裏面に固定され、基板の表面方向から上記圧力検出孔を通じて伝達された圧力により変形可能な薄膜と、この薄膜の他方の面において、薄膜の中央部分を周辺部に対して相対的に変位可能に支持する支持体とを備えたものである。
【００１０】
本発明の圧力変化検出装置では、基板の表面方向から圧力検出孔を通じて伝達される圧力により、この基板の裏面に固定された薄膜の中央部分が、その周辺部に対して相対的に変位可能となり、これにより圧力変化が検出される。また、この薄膜は基板の裏面に固定されているので、検出対象との距離が短くなると共に、基板の剛体的特性により、相対変位の検出精度が向上する。
【００１１】
本発明の圧力変化検出装置では、上記圧力検出孔に、粘性流体を充填するようにしてもよい。このように構成した場合、検出対象からの圧力がこの粘性流体を通じて伝達されるので、圧力検出孔に何も充填されていない場合と比べ、圧力変化の伝達効率が向上する。また、この圧力検出孔に固体媒体を収納させると共に、この固体媒体の周囲に粘性流体を充填するようにしてもよい。このように構成した場合、検出対象からの圧力がこの固体媒体を通じて伝達されるので、液体媒体（例えば、粘性流体）を通じて伝達される場合と比べ、圧力変化の伝達効率がさらに向上する。
【００１２】
本発明の圧力変化検出装置では、上記薄膜が圧電膜を含むと共に、この圧電膜の抵抗値が薄膜の中央部分の相対変位に応じて変化するようにした場合、この抵抗値変化に基づいて、圧力変化が検出される。
【００１３】
本発明の圧力変化検出装置では、上記薄膜および支持体の寸法は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ角以下である。
【００１４】
本発明の圧力変化検出装置では、薄膜の中央部分の相対変位に基づいて圧力変化信号を取得する取得手段を備えるようにしてもよい。このように構成した場合、相対変位に基づいて検出された圧力変化から、圧力変化信号が得られる。
【００１５】
この場合において、上記取得手段により得られた圧力変化信号を記憶する記憶手段を備えるようにしてもよく、また、得られた圧力変化信号を外部へ送信する送信手段を備えるようにしてもよい。このように構成した場合、得られた圧力変化信号が、情報として利用可能となる。
【００１６】
本発明の圧力変化検出装置の製造方法は、薄膜を形成する第１の工程と、この薄膜の一方の面に支持体を形成し、薄膜の中央部分がその周辺部に対して相対的に変位可能となるように支持させる第２の工程と、基板に圧力検出孔を設ける第３の工程と、薄膜の他方の面を、その中央部分において圧力検出孔に対向させつつその周辺部において基板の裏面に固定させ、基板の表面方向から上記圧力検出孔を通じて伝達される圧力によりこの薄膜を変形可能とする第４の工程とを含むようにしたものである。
【００１７】
本発明の圧力変化検出装置の製造方法では、上記第４の工程の後において、圧力検出孔に粘性流体を充填する工程を含むようにしてもよい。また、この第４の工程の後において、圧力検出孔に固体媒体を収納させる工程と、この固体媒体の周囲に粘性流体を充填する工程とを含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧力変化検出装置によれば、基板の表面方向から圧力検出孔を通じて伝達される圧力により、薄膜の中央部分がその周辺部に対して相対的に変位可能とすると共に、この薄膜を基板の裏面に固定するようにしたので、検出対象と薄膜との距離を短くすることができると共に、基板の剛体的特性により薄膜の中央部分における相対変位の検出精度を向上させることができ、圧力変化を高精度に検出することが可能となる。
【００１９】
本発明の圧力変化検出装置の製造方法によれば、薄膜の一方の面に支持体を形成することにより、薄膜の中央部分を周辺部に対して相対的に変位可能に支持させると共に、基板に圧力検出孔を設け、薄膜の他方の面をその中央部分においてこの圧力検出孔に対向させつつその周辺部において基板の裏面に固定させるようにしたので、複雑な製造技術を必要とせずに既存の製造技術だけで製造することができ、高精度な検出精度を有する圧力変化検出装置を容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る圧力変化検出装置（圧力センサ）の構成を表すものであり、図２は平面構成（Ｚ軸方向から見た平面構成）を示し、図１は図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面構成（ＸＺ面に沿った平面構成）を示している。
【００２２】
本実施の形態の圧力センサは、検出対象の圧力変化を検出することにより、その圧力変化に基づく圧力変化信号を取得するためのものである。具体的には、例えば各種実験用のマウスに代表される小動物等（生体）の呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化を検出することにより、呼吸数や心拍数などの生体信号を測定するものである。この圧力センサでは、基板１０の裏面に薄膜２０が固定されると共に、この薄膜２０が支持体３０によって支持されている。
【００２３】
基板１０は、例えばポリイシドまたはガラスエポキシなどにより構成されている。この基板１０には矩形状の開口（圧力検出孔１０Ｋ）が設けられ、この圧力検出孔１０Ｋには、粘性流体４０が充填されている。粘性流体４０は、例えば、ゼラチンや寒天などのゲル状物質などにより構成されている。なお、後述するようにこの圧力センサでは、基板１０の表面に検出対象が接した状態でその圧力変化を検出するようになっており、圧力検出孔１０Ｋに充填された粘性流体４０を通じて、圧力が伝達されるようになっている。
【００２４】
薄膜２０は、その中央部分が基板１０の圧力検出孔１０Ｋに対向するように配置されると共に、その表面が周辺部において、バンプ２９Ａ〜２９Ｄにより基板１０の裏面に固定されており、圧力検出孔１０Ｋ内の粘性流体４０を通じて伝達された圧力によって、Ｚ軸方向に変形可能となっている。また、この薄膜２０はその裏面側において、支持体３０に支持されている。この支持体３０はＺ軸方向に延在しており、そのほぼ中央部分である圧力検出孔１０Ｋに対応した位置に、矩形状の開口３０ＫがＺ軸方向に沿って設けられている。なお、支持体３０は固体材料により構成され、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体材料が挙げられる。
【００２５】
また、薄膜２０は、例えば、支持体３０に近い側から順に、絶縁膜２１と、変位膜２２と、キャップ膜２３と、絶縁膜２４と、保護膜２５とを積層した多層膜であり、その変位膜２２中に圧電膜２６が埋設された構成となっている。
【００２６】
絶縁膜２１は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの絶縁性材料により構成されており、その厚さは約１．０μｍである。
【００２７】
変位膜２２は、薄膜２０の変形による変位（後述する、薄膜２０の周辺部に対する中央部分の相対変位）に応じて変位することにより、圧力検出孔１０Ｋ内の粘性流体４０を通じて伝達される圧力の変化を、圧電膜１６へ伝達させるゲージ膜である。この変位膜２２は、例えば、イオン打ち込み処理（例えば、ホウ素（Ｂ）イオン）が施されることによって抵抗変化したケイ素（Ｓｉ）などの絶縁性材料により構成されており、その厚さは約３．０μｍ〜１０．０μｍである。
【００２８】
キャップ膜２３は、イオン打ち込み処理を行うために使用されるものである。このキャップ膜２３は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などにより構成され、その厚さは約２０ｎｍである。
【００２９】
絶縁膜２４は、絶縁膜２４は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの絶縁性材料により構成されており、その厚さは約３００ｎｍである。この絶縁膜２４のうち、圧電膜２６に対応する箇所にはコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホールには、圧電膜２６と接続するための配線膜２７が形成されている。この配線膜２７は、例えば、アルミニウム−ケイ素−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）などの導電性材料により構成されている。
【００３０】
保護膜２５は、薄膜２０の表面を保護するためのものである。この保護膜２５は、例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの絶縁性材料により構成されており、その厚さは約３００ｎｍである。また、この保護膜２５には複数箇所に開口が設けられており、その開口には、それぞれバンプ２９Ａ〜２９Ｄを介して基板１０と接続するためのパッド２８Ａ（ＶＧ１），２８Ｂ（Ｖｃｃ），２８Ｃ（ＶＧ２），２８Ｄ（ＧＮＤ）が組み込まれている。これらパッド２８Ａ〜２８Ｄはそれぞれ、配線膜２７を介して圧電膜２６と電気的に接続されている。
【００３１】
圧電膜２６は、前述のように、変位膜２２を介して伝達される、薄膜２０の変形による変位（後述する、薄膜２０の周辺部に対する中央部分の相対変位）に応じて、抵抗値変化が生ずるものである。この圧電膜２６は、例えば、外力に応じて変形することによりその抵抗値が変化するピエゾ薄膜などにより構成され、具体的には、例えばイオン打ち込み処理が施されたケイ素（Ｓｉ）薄膜などが挙げられる。また、この圧電膜２６は、配線膜２７を介して互いに直列接続された４つの圧電膜（圧電膜２６Ａ〜２６Ｄ）から構成されている。これら圧電膜２６Ａ〜２６Ｄの寸法は、例えば、いずれも約５μｍ×１００μｍ〜４００μｍである。なお、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄの配置関係については、後述する。
【００３２】
この圧力センサは、基板１０の表面が生体に接した状態で使用され、そのような状態であっても生体に違和感を与えずに装着可能となるよう、極めて小型化されている。具体的には、この圧力センサにおける基板１０を除いた部分、すなわち薄膜２０および支持体３０部分の平面寸法（ＸＹ平面の寸法）は、例えば約１ｍｍ×１ｍｍ角以下である。特に、例えばマウスなどに代表される小動物に適用する場合には、この薄膜２０および支持体３０部分の平面寸法は、例えば約０．８ｍｍ×０．８ｍｍ角（約８００μｍ×８００μｍ角）である。なお、上記した「薄膜２０および支持体３０部分の平面寸法」とは、具体的には、図２に示した圧力センサの平面形状の輪郭（外縁）の縦横寸法である。
【００３３】
次に、図１〜図３を参照して、この圧力センサの詳細な構成について説明する。図３は、図１および図２に示した圧力センサのうち、実際に圧力検出に寄与している圧力検出部分の構成を表している。
【００３４】
この圧力検出部分は、例えば、上記した圧電膜２６Ａ〜２６Ｄ、配線膜２７およびパッド２８Ａ〜２８Ｄを含む回路パターン２０Ｐと、この圧力検出部分全体を制御するコントローラ５１と、データを記憶するメモリ５２と、電源としてのバッテリ５３と、外部にデータを送信するための送信機５４とを含んで構成されている。
【００３５】
回路パターン２０Ｐは、前述した圧電膜２６Ａ〜２６Ｄそれぞれの抵抗変化に基づき、コントローラ５１において圧力Ｐを演算するための分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２）を出力するものである。この回路パターン２０Ｐは、例えば図３に示したように、バッテリ５３から電源電圧（Ｖｃｃ）が供給されると共に一端が接地（ＧＮＤ）された状態において、圧電膜２６Ａ，２６Ｃに基づいて検出された一方の分圧信号（ＶＧ１）をコントローラ５１に出力すると共に、同様にして圧電膜２６Ｂ，２６Ｄに基づいて検出された他方の分圧信号（ＶＧ２）をコントローラ５１に出力するようになっている。
【００３６】
コントローラ５１は、主に、回路パターン２０Ｐから出力される２系統の分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２）に基づいて圧力Ｐを演算する圧力演算部であると共に、その圧力データ（圧力Ｐ）に基づいて、例えば生体の呼吸数や心拍数を含む生体データＤ（生体信号）を取得するものである。このコントローラ５１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御デバイスを含んで構成されている。また、このコントローラ５１は、例えばこの生体データＤを取得すると、その生体データＤをメモリ５２に記憶させると共に、必要に応じて送信機５４によって外部へ送信するようになっている。
【００３７】
メモリ５２は、コントローラ５１によって得られた生体データＤに代表される各種データを記憶するものであり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録デバイスにより構成されている。
【００３８】
送信機５４は、例えばコントローラ５１から指示信号が出力されると、その指示信号に応じて、生体データＤを外部へ送信するものである。
【００３９】
なお、これらコントローラ５１、メモリ５２および送信機５４は、それぞれ、本発明における「取得手段」、「記憶手段」または「送信手段」の一具体例に対応する。
【００４０】
次に、図１、図２、図４および図５を参照して、本実施の形態に係る圧力センサの製造方法について説明する。図４および図５は、この圧力センサの製造方法を説明するためのものであり、いずれも図１に対応する断面構成（ＸＺ面に沿った平面構成）を示している。なお、以下では、圧力センサの製造方法のうち、基板１０、薄膜２０、支持部３０および粘性流体４０部分の形成工程について説明する。
【００４１】
まず、前述した各材料を使用して、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術などの既存の製造技術を用いて、図１および図２に示したような薄膜２０を形成する。具体的にはまず、絶縁膜２１、変位膜２２およびキャップ膜２３をこの順に積層形成する。次いで、キャップ膜２３の一部に開口を形成した後、この開口部分に例えばイオン打ち込み処理を施すことにより、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄを形成する。次いで、キャップ膜２３上に絶縁膜２４を形成すると共に、複数のコンタクトホールを形成する。次いで、これら複数のコンタクトホール部分に配線膜２７を形成する。次いで、絶縁膜２４、圧電膜２６および配線膜２７の上に、保護膜２５を形成する。次いで、この保護膜２５の一部に複数箇所の開口を形成すると共に、これらの開口部分にパッド２８Ａ〜２８Ｄを形成する。また、これらパッド２８Ａ〜２８Ｄを、配線膜２７を介して圧電膜２６Ａ〜２６Ｄと電気的に接続するようにする。
【００４２】
次に、図４に示したように、薄膜２０の裏面（絶縁膜２１側）に、開口３０Ｋを有する支持体３０を形成し、この薄膜２０の中央部分が、その周辺部に対して相対的に変位可能となるように支持させる。具体的には、まず、例えばシリコン（Ｓｉ）などの半導体材料を使用して、絶縁層２１上に半導体層を一様に形成する。次いで、例えばイオンミリングなどのドライエッチング技術によって、この半導体層の一部（符号３０Ａで示した部分）を部分的に掘り下げ、絶縁膜２１が部分的に露出するようにすることにより、開口３０Ｋを有する支持体３０を形成する。
【００４３】
次に、前述した材料よりなる基板１０上（符号１０Ａで示した部分）に開口を設け、圧力検出孔１０Ｋを形成する。具体的には、例えば上記のように、イオンミリングなどのドライエッチング技術によって、この基板１０を部分的に掘り下げることにより、圧力検出孔１０Ｋを形成する。
【００４４】
次に、図５に示したように、薄膜２０の表面（保護膜２５側）を、その中央部分において基板１０の圧力検出孔１０Ｋに対向させつつ、その周辺部において基板１０の裏面に固定させる。具体的には、薄膜２０の中心部分（および支持体３０の開口３０Ｋ）と基板１０の圧力検出孔１０Ｋとを対向させつつ、薄膜２０の表面に形成されたパッド２８Ａ〜２８Ｄとバンプ２９Ａ〜２９Ｄとを用いて、薄膜２０の表面と基板１０の裏面とを接続し、固定させる。
【００４５】
最後に、基板１０の圧力検出孔１０Ｋに、前述した材料よりなる粘性流体４０を充填する。これにより、この粘性流体４０Ｋを介して圧力が伝達されるようになり、図１および図２に示した圧力センサが完成する。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る圧力センサの製造方法では、例えばマイクロマシンなどで用いられる片持ち梁構造などを形成する必要はないことから、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術などに代表される既存の製造技術だけを使用しており、複雑な製造技術は必要とならない。
【００４７】
次に、図１〜図３および図６を参照して、圧力センサの動作について説明する。図６は、この圧力センサの使用態様を説明するためのものであり、図１に対応する断面構成を示している。
【００４８】
この圧力センサは、例えば図６に示したように、基板１０の表面が生体６０に接した状態で使用される。このような状態のもとで、生体６０の皮下組織において、生体の呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化Ｓが生じると、その圧力変化Ｓは、圧力検出孔１０Ｋ内の粘性流体４０を通じて、薄膜２０の中央部分に伝達される。
【００４９】
ここで、この圧力センサでは、前述のように、薄膜２０の中央部分が基板１０の圧力検出孔１０Ｋに対向し、その表面が周辺部において基板１０の裏面に固定されると共に、その裏面が支持体３０によって支持されている。また、この支持体３０はＺ軸方向に延在しており、そのほぼ中央部分である圧力検出孔１０Ｋに対応した位置に、開口３０ＫがＺ軸方向に沿って設けられている。したがって、圧力検出孔１０Ｋ内の粘性流体４０を通じて伝達される圧力変化Ｓによって、薄膜２０の中央部分は、その周辺部に対してＺ軸方向に相対的に変位する。
【００５０】
そしてこの薄膜２０の中央部分の相対変位に応じて、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄでは抵抗値変化が生じ、これら圧電膜２６Ａ〜２６Ｄを含む回路パターン２０Ｐから、２系統の分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２）が出力される。コントローラ５１では、この２系統の分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２）に基づいて圧力Ｐが演算され、その圧力データ（圧力Ｐ）に基づいて、例えば生体の呼吸数や心拍数を含む生体データＤ（生体信号）が得られる。なお、得られた生体データＤはメモリ５２に記憶される共に、必要に応じて送信機５４によって外部へ送信される。
【００５１】
ここで、本実施の形態の圧力センサでは、上記のように、生体６０が基板１０の表面に接した状態で圧力変化Ｓが検出されるので、検出対象である生体６０と、中央部分の相対変位に基づいて圧力変化Ｓを検出する薄膜２０との距離が短く、圧力変化Ｓを検出しやすい。また、この薄膜２０および支持体３０は、基板１０の裏面に固定されているので、たとえ生体６０自体が振動したような場合であっても、薄膜２０や支持体３０と比べて格段に大きい基板１０の剛体的特性により、薄膜２０の中央部分の相対変動に対する生体６０自体の振動成分の混入がほとんどない。したがって、本実施の形態の圧力センサでは、薄膜２０の中央部分における相対変位の検出精度が高くなる。
【００５２】
図７は、本実施の形態に係る圧力センサの比較例としての圧力センサの構成を表したものであり、図６に対応する使用態様を断面構成で示している。この比較例に係る圧力センサは、本実施の形態に係る圧力センサとは異なり、薄膜２０および支持体３０が基板１０の裏面に固定されていない。また、基板１０の表面側（すなわち、保護膜２５側）で生体６０に生ずる圧力変化Ｓを検出している本実施の形態に係る圧力センサ（図６参照）とは異なり、開口３０Ｋに粘性流体１４０が充填された支持体３０側で、圧力変化Ｓを検出している。
【００５３】
具体的には、この比較例に係る圧力センサは、生体６０が支持体３０および粘性流体１４０に接した状態で使用され、生体６０の皮下組織において生体の呼吸運動や心拍運動に基づく圧力変化Ｓが生じると、その圧力変化Ｓは、開口３０Ｋ内の粘性流体１４０を通じて、薄膜２０の中央部分に伝達される。
【００５４】
したがって、検出対象である生体６０と薄膜２０との距離が長く、圧力変化Ｓを検出しにくい。また、層膜２０および支持体３０が基板１０の裏面に固定されておらず、圧力センサが小型化されていることからも、生体６０自体が振動したような場合、生体６０自体の振動成分の混入が非常に大きくなり、薄膜２０の中央部分における相対変位の検出精度が低い。
【００５５】
これに対して、本実施の形態に係る圧力センサ（図６参照）では、上記のように生体６０が基板１０の表面に接した状態で圧力変化Ｓが検出されるので、比較例に係る圧力センサ（図７）と比べて生体６０と薄膜２０との距離が短く、圧力変化Ｓがより検出しやすい。また、薄膜２０および支持体３０が基板１０の裏面に固定されているので、たとえ生体６０自体が振動したような場合であっても、比較例に係る圧力センサとは異なり、上記した基板１０の剛体的特性によって、生体６０自体の振動成分の混入がほとんどない。したがって、本実施の形態の圧力センサでは、比較例に係る圧力センサに比べ、薄膜２０の中央部分における相対変位の検出精度が向上する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、生体６０から基板１０の圧力検出孔１０Ｋを通じて伝達される圧力によって薄膜２０の中央部分が周辺部に対して相対的に変位するようにすると共に、この生体６０を基板１０の表面に接した状態で検出するようにしたので、生体出６０と薄膜２０との距離が従来と比べて短くなると共に、基板１０の剛体的特性によって薄膜２０の中央部分における相対変位の検出精度を向上させることができ、生体６０で生ずる圧力変化Ｓを、従来と比べて高精度に検出することが可能となる。
【００５７】
また、圧力検出孔１０Ｋに粘性流体４０を充填するようにしたので、この粘性流体４０を通じて、生体６０からの圧力を伝達させることができる。
【００５８】
また、薄膜２０内に圧電膜２６Ａ〜２６Ｄを設けたので、圧力変化Ｓによる薄膜２０の相対変位に基づいてこれら圧電膜２６Ａ〜２６Ｄの抵抗値を変化させ、電圧変化（分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２））として出力することが可能となる。
【００５９】
また、圧力を演算するコントローラ５１を設けたので、上記圧電膜２６Ａ〜２６Ｄを含む回路パターン２０Ｐから出力される分圧信号（ＶＧ１，ＶＧ２）に基づいて圧力Ｐを演算することができ、さらにこの圧力Ｐに基づいて、例えば生体６０の呼吸数や心拍数を含む生体データＤ（生体信号）を取得することが可能となる。
【００６０】
また、メモリ５２および送信機５４を設けたので、コントローラ５１によって得られた生体データＤをメモリ５２に記憶する共に、必要に応じて送信機５４によって外部へ送信することができ、得られた生体データＤを情報として利用することが可能となる。
【００６１】
また、生体６０で生ずる圧力変化を高精度に検出することができるので、検出精度を確保しつつ、従来と比べて圧力センサ（薄膜２０および支持体３０の部分）を小型化することが可能となる。
【００６２】
さらに、薄膜２０の一方の面（絶縁膜２１側）に支持体３０を形成することにより、薄膜２０の中央部分を周辺部に対して相対的に変位可能に支持させると共に、基板１０に圧力検出孔１０Ｋを設け、薄膜２０の他方の面（保護膜２５側）をその中央部分において圧力検出孔１０Ｋに対向させつつその周辺部において基板１０の裏面に固定させることによって、この圧力センサを製造するようにしたので、複雑な製造技術を必要とせずに既存の製造技術だけで製造することができ、高精度な検出精度を有する圧力変化センサを容易に製造することが可能となる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、説明の簡潔化を図るため、以下、第１の実施の形態と同様の部位については、同じ符号を付して説明する。
【００６４】
図８および図９は、本実施の形態に係る圧力センサの構成を表すものであり、図９は平面構成（Ｚ軸方向から見た平面構成）を示し、図８は図９におけるＢ−Ｂ線に沿った断面構成（ＸＺ面に沿った平面構成）を示している。
【００６５】
この圧力センサは、図１および図２に示した第１の実施の形態の圧力センサにおいて、基板１０の圧力検出孔１０Ｋに固体媒体４０Ａを配置すると共に、この固体媒体４０Ａの周囲に粘性流体４０Ｂを充填するようにしたものである。
【００６６】
固体媒体４０Ａは、圧力検出孔１０Ｋのほぼ中央に位置し、湾曲した端面（湾曲面）４０Ｍを有している。そして生体６０からの圧力に応じて上下に変位することにより、この湾曲面４０Ｍにおいて、薄膜２０と連動してＺ軸方向に変位可能となっている。すなわち、この固体媒体４０Ａは、第１の実施の形態における粘性流体４０の代わりに、生体６０からの圧力を薄膜２０へ伝達する役割を果たしている。また、この固体媒体４０Ａは、圧力検出孔１０Ｋから部分的に突出しており、固体媒体４０Ａの上端から圧力検出孔１０Ｋの上端までの距離（突出長さＬ）は、約５０〜１００μｍである。なお、この固体媒体４０Ａは、例えば、アクリル、塩化ビニルまたはポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂により構成されている。
【００６７】
粘性流体４０Ｂは、圧力検出孔１０Ｋ内において固体媒体４０Ａの姿勢が維持されるように保持するものであり、第１の実施の形態における粘性流体４０とは異なる役割を担っている。ただし、この粘性流体４０Ｂは粘性流体４０と同様に、例えば、ゼラチンや寒天などのゲル状物質などにより構成されている。
【００６８】
次に、図８〜図１０を参照して、本実施の形態に係る圧力センサの製造方法について説明する。図１０は、この圧力センサの製造方法を説明するためのものであり、図８に対応する断面構成（ＸＺ面に沿った平面構成）を示している。
【００６９】
本実施の形態の圧力センサの製造方法では、第１の実施の形態で説明した図５のように、薄膜２０の表面（保護膜２５側）をその中央部分において基板１０の圧力検出孔１０Ｋに対向させつつその周辺部において基板１０の裏面に固定させた後、図１０に示したように、圧力検出孔１０Ｋに、前述した材料よりなる固体媒体４０Ａを収納させる。また、収納させる際には、この固体媒体４０Ａが圧力検出孔１０Ｋのほぼ中央部分に位置するようにすると共に、その上部が圧力検出孔１０Ｋから部分的に突出するようにする。
【００７０】
最後に、固体媒体４０Ａが収納された圧力検出孔１０Ｋに、前述した材料よりなる粘性流体４０Ｂを充填する。これにより、圧力検出孔１０Ｋ内において粘性流体４０Ｂにより固体媒体４０Ａの姿勢が維持され、その結果、固体媒体４０Ａがその湾曲面４０Ｍにおいて、薄膜２０と連動してＺ軸方向に変位可能となる。このようにして、図８および図９に示した圧力センサが完成する。
【００７１】
本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術などに代表される既存の製造技術だけを使用しているので、複雑な製造技術は必要とならない。
【００７２】
また、上記のように固体媒体４０Ａを介して圧力変化Ｓを伝達させるようにしたので、例えば薄膜２０および支持体３０の小型化に応じて圧力検出孔１０Ｋの容積が小さくなった場合であっても、粘性流体の表面張力に起因してその粘性流体を圧力検出孔１０Ｋに十分に充填できない、ということがなくなる。したがって、圧力変化Ｓを伝達させる媒体が圧力検出孔１０Ｋに十分に充填されていないことに起因する、検出程度の低下が回避される。なお、この圧力センサにおいても、圧力検出孔１０Ｋに粘性流体４０Ｂが充填されているが、この粘性流体４０Ｂは上記のように固体媒体４０Ａの姿勢を維持するためのものであり、圧力変化Ｓを伝達させる媒体ではないので、上記したような圧力変化Ｓの検出精度低下は生じない。
【００７３】
次に、図８〜図９および図１１を参照して、本実施の形態の圧力センサの動作について説明する。図１１は、この圧力センサの使用態様を説明するためのものであり、図８に対応する断面構成を示している。
【００７４】
本実施の形態の圧力センサでは、第１の実施の形態の場合と同様、例えば図１１に示したように、基板１０の表面が生体６０に接した状態で使用される。このような状態のもとで、生体６０の皮下組織において圧力変化Ｓが生じると、その圧力変化Ｓは、圧力検出孔１０Ｋ内の固体媒体４０Ａを通じて、薄膜２０の中央部分に伝達される。すなわち、圧力変化Ｓを伝達させる媒体が固体材料により構成されているので、この伝達媒体が液体材料（粘性流体を含む）により構成されている場合と比べ、生体６０からの圧力変化Ｓの伝達効率が向上する。
【００７５】
また、本実施の形態では、固体媒体４０Ａの上部が圧力検出孔１０Ｋから部分的に突出するようにしたので、固体媒体４０Ａの変位に基づく圧力変化Ｓが薄膜２０まで十分に伝達し得るような突出長さＬを設定することにより、この固体媒体４０Ａが圧力変化Ｓに応じて変位した際に力学的影響を受けて収縮等した場合であっても、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄにおいて、圧力変化Ｓが十分に検出され得る。
【００７６】
また、本実施の形態では、固体媒体４０Ａが湾曲面４０Ｍを有するようにすることにより、この湾曲面４０Ｍにおいて、薄膜２０と連動してＺ軸方向に変位可能となるようにしたので、いかなる方向に圧力変化Ｓが生じた場合においても、この固体媒体４０Ａの変位に基づいて、圧力変化Ｓが薄膜２０内の変位膜２２に対して、局所的に伝達される。より具体的には、圧力変化ＳがＺ軸方向と平行な方向に生じた場合だけでなく、圧力変化ＳがＺ軸方向からずれた（傾いた）方向に生じた場合であっても、その圧力変化Ｓの発生方向に依存せずに、変位膜２２のうちの一定箇所に集中するように圧力変化Ｓが伝達される。したがって、変位膜２２のうちの圧力変化の集中箇所が圧力変化Ｓの発生方向に応じて変化するような場合と比べ、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄによる変換（圧力変化Ｓから抵抗値への変換）精度が向上する。
【００７７】
以上のように、本実施の形態では、圧力検出孔１０Ｋに固体媒体４０Ａを配置すると共にその周囲に粘性流体４０Ｂを充填させ、生体６０からの圧力を伝達する媒体を固体（固体媒体４０Ａ）としたので、この伝達する媒体が液体（粘性流体４０）である第１の実施の形態と比べて圧力変化の伝達効率を向上させることができ、圧力変化Ｓの検出精度をより向上させることが可能となる。
【００７８】
また、固体媒体４０Ａの上部を圧力検出孔１０Ｋから部分的に突出させるようにしたので、突出長さＬを設定することにより、固体媒体４０Ａが圧力変化Ｓに応じて変位した際に力学的影響を受けて収縮等したような場合であっても、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄにおいて、圧力変化Ｓを十分に検出できるようにすることが可能となる。
【００７９】
また、固体媒体４０Ａが湾曲面４０Ｍを有しており、この湾曲面４０Ｍにおいて薄膜２０と連動して変位可能となるようにしたので、いかなる方向に圧力変化Ｓが生じた場合であっても、その方向に依存せず、変位膜２２のうちの一定箇所に圧力変化を集中させて伝達することができ、圧電膜２６Ａ〜２６Ｄによる変換精度を向上させることができる。よって、この観点においても、圧力変化Ｓの検出精度をより向上させることが可能となる。
【００８０】
また、本実施の形態の圧力センサも、複雑な製造技術を必要とせずに既存の製造技術だけで製造することができるので、第１の実施の形態と同様に、高精度な検出精度を有する圧力変化センサを容易に製造することが可能となる。
【００８１】
さらに、上記のように固体媒体４０Ａを介して圧力変化Ｓを伝達させるようにしたので、例えば薄膜２０および支持体３０の小型化に応じて圧力検出孔１０Ｋの容積が小さくなったような場合であっても、粘性流体の表面張力に起因してその粘性流体を圧力検出孔１０Ｋに十分に充填できないということがなくなり、圧力変化Ｓを伝達させる媒体が圧力検出孔１０Ｋに十分に充填されていないことに起因する、検出程度の低下を回避させることができる。よって、この観点においても、第１の実施の形態における効果に加え、圧力変化Ｓの検出精度をより向上させることが可能となる。
【００８２】
以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００８３】
例えば、上記実施の形態では、圧力検出孔１０Ｋが矩形状である場合で説明したが、この圧力検出孔１０Ｋの形状はこれには限られず、任意の形状に設定可能である。また、上記実施の形態では、この圧力検出孔１０Ｋに、粘性流体４０を充填させる場合や、固体媒体４０Ａを配置すると共にその周囲に粘性流体４０Ｂを充填させる場合で説明したが、生体６０からの圧力変化Ｓを伝達できるのであれば、任意の媒体を使用可能である。これらの場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
また、上記実施の形態では、この圧力センサによって、マウスに代表される生体の生体データＤを取得する場合で説明したが、この生体データＤを取得する対象（生体）はこれには限られず、例えば人間であってもよい。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
さらに、上記実施の形態では、生体データＤとして生体の呼吸数や心拍数等を測定するために本発明の圧力センサを適用する場合で説明したが、検出対象はこれには限られず、例えば他の圧力変化を検出し、これに基づく他の圧力変化データを取得するようにしてもよい。この「他の圧力変化データ」としては、例えば、樹脂製または金属製のフレキシブルチューブ内を流れる流体の圧力変化や、薄板を介した密閉構造内の圧力変動などが挙げられる。この場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
本発明の圧力検出装置は、例えば図１２に示したような圧力変化データ（ここでは、生体データＤ）管理システムに適用することが可能である。具体的には、この生体データ管理システムは、例えば、上記実施の形態において説明した圧力センサ（圧力センサ１）をマウスなどの生体Ｌに接触させ、その生体Ｌの生体データＤ（例えば、呼吸数や心拍数）を継続的に測定して管理するものであり、この圧力センサ１と、データ管理用の管理端末装置７とを含んで構成されている。また、この管理端末装置７は、圧力センサ１において取得された生体データＤに基づいてデータベースを構築可能なコンピュータであり、例えば、装置全体を制御するコントローラ７１と、生体データＤを含む各種データを記憶するメモリ７２と、外部（ここでは、圧力センサ１）から設定された頻度で生体データＤを含む各種データを受信する受信機７３とを含んで構成されている。このような生体データ管理システムを構築した場合、圧力センサ１において取得された生体データＤを管理端末装置７に蓄積させることにより、この生体データＤを継続的かつ統括的に管理することができ、生体データＤを高精度に管理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る圧力変化検出装置およびその製造方法は、例えば、マウスなどの生体の生体データ（例えば、呼吸数や心拍数など）を測定する圧力変化検出装置およびその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力変化検出装置の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した圧力変化検出装置の構成を表す平面図である。
【図３】圧力変化検出装置のうちの圧力検出部分の構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る圧力変化検出装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く圧力変化検出装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図１に示した圧力変化検出装置の使用態様を説明するための断面図である。
【図７】比較例に係る圧力変化検出装置の構成を表す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る圧力変化検出装置の構成を表す断面図である。
【図９】図８に示した圧力変化検出装置の構成を表す平面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る圧力変化検出装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図８に示した圧力変化検出装置の使用態様を説明するための断面図である。
【図１２】図１または図８に示した圧力変化検出装置を適用した生体データ管理システムの構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…圧力センサ、１０…基板、１０Ｋ…圧力検出孔、２０…薄膜、２０Ｐ…回路パターン、２１，２４…絶縁膜、２２…変位膜、２３…キャップ膜、２５…保護膜、２６（２６Ａ〜２６Ｄ）…圧電膜、２７…配線膜、２８Ａ〜２８Ｄ…パッド、２９Ａ〜２９Ｄ…バンプ、３０…支持体、３０Ｋ…開口、４０，４０Ｂ…粘性流体、４０Ａ…固体媒体、５１…コントローラ、５２…メモリ、５３…バッテリ、５４…送信機、６０…生体、７…管理端末装置、７１…コントローラ、７２…メモリ、７３…受信機、Ｄ…生体データ（生体信号）、Ｌ…生体、Ｐ…圧力、Ｓ…圧力変化。
【図１】
2007192648.tif 000003
【図２】
2007192648.tif 000004
【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】
2007192648.tif 000009
【図８】
2007192648.tif 000010
【図９】
2007192648.tif 000011
【図１０】
2007192648.tif 000012
【図１１】
2007192648.tif 000013
【図１２】
2007192648.tif 000014