(57)【要約】【課題】楽器用振動センサのノイズを低減する。【解決手段】楽器用振動センサは，少なくとも表層に厚さ１μｍ以上の鉛吸収層を含む基板と，前記鉛吸収層に結合し，互いに異なる検出対象に対応し互いに離間している複数の検出領域を有する第一電極膜と，前記複数の検出領域の間に露出した前記鉛吸収層と前記第一電極膜とに結合しているＰＺＴからなる圧電膜と，前記第一電極膜と前記圧電膜とに重なり前記圧電膜に結合している第二電極膜と，を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層に厚さ１μｍ以上の鉛吸収層を含む基板と，
前記鉛吸収層に結合し，互いに異なる検出対象に対応し互いに離間している複数の検出領域を有する第一電極膜と，
前記複数の検出領域の間に露出した前記鉛吸収層と前記第一電極膜とに結合しているＰＺＴからなる圧電膜と，
前記第一電極膜と前記圧電膜とに重なり前記圧電膜に結合している第二電極膜と，
を備える楽器用振動センサ。
【請求項２】
前記基板の全部が前記鉛吸収層を構成する，
請求項１に記載の楽器用振動センサ。
【請求項３】
前記鉛吸収層はジルコニアからなる，
請求項１又は２に記載の楽器用振動センサ。
【請求項４】
前記検出対象としての弦を支持するサドルと，
前記サドルに固定された請求項１から３のいずれか一項に記載の楽器用振動センサと，
を備えるピックアップサドル。
【請求項５】
前記検出対象としての弦と，
請求項４に記載のピックアップサドルと，
を備える弦楽器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，楽器用振動センサ，ピックアップサドルおよび弦楽器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，ギター等の弦の振動を電気信号に変換するための振動センサを備えるピックアップサドルが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載されているように電極を弦毎に分離することにより，振動センサの出力に含まれる弦以外の振動成分，すなわちノイズを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし，特許文献１に記載されているように弦毎に電極を分離したとしても，隣り合う電極の間に位置する圧電膜の領域も振動に応じた分極を生ずる。そして隣り合う電極の間に位置する圧電膜の領域の分極は振動センサの出力に表れる。したがって，弦毎に電極を分離したことによるノイズの抑制効果は限定的である。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので，楽器用振動センサのノイズを低減することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため，本発明による楽器用振動センサは，少なくとも表層に厚さ１μｍ以上の鉛吸収層を含む基板と，前記鉛吸収層に結合し，互いに異なる検出対象に対応し互いに離間している複数の検出領域を有する第一電極膜と，前記複数の検出領域の間に露出した前記鉛吸収層と前記第一電極膜とに結合しているＰＺＴからなる圧電膜と，前記第一電極膜と前記圧電膜とに重なり前記圧電膜に結合している第二電極膜と，を備える。
本発明によると，複数の検出領域の間のＰＺＴから鉛吸収層に鉛が吸収されることによって，複数の検出領域の間においてＰＺＴの圧電効果が下がる。これにより第一電極膜と第二電極膜の電位差に含まれる検出対象以外の振動成分が低減されるため，楽器用振動センサのノイズを低減することができる。
【０００７】
鉛吸収層が厚いほどＰＺＴからより多くの鉛を吸収できるため，前記基板の全部が前記鉛吸収層を構成しても良い。
【０００８】
前記鉛吸収層はジルコニアであっても良い。ジルコニアはＰＺＴを結晶化するためのアニールを実施しても十分な強度を保つ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは本発明の一実施例にかかる断面図である。図１Ｂは本発明の一実施例にかかる平面図である。図１Ｃは本発明の一実施例にかかる斜視図である。
【図２】図２Ａは本発明の一実施例にかかる断面図である。図２Ｂは本発明の一実施例にかかる平面図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる断面図である。
【図４】本発明の一実施例にかかる断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかる断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下，本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら順に説明する。なお，各図において対応する構成要素には同一の符号が付され，重複する説明は省略される。
【００１１】
１．第一実施例
図１Ｃは本発明にかかる弦楽器の一実施例としてのギター１０００を示している。ギター１０００は，振動センサ１を内蔵したピックアップサドル１０を備え，弦８１，８２，８３，８４，８５，８６の振動を電気信号に変換して出力する。
【００１２】
図１Ａにピックアップサドル１０の構造を示す。ピックアップサドル１０は弦８１，８２，８３，８４，８５，８６を支持するサドル本体８０と，サドル本体８０に収容された振動センサ１とを備えている。
【００１３】
振動センサ１は，弦８１，８２，８３，８４，８５，８６の振動を検出するためのセンサであって，スクリーン印刷技術，半導体製造技術等の薄膜形成技術を応用して製造される積層構造体である。したがって振動センサ１を構成している基板１００，第一電極膜１１，圧電膜１２は接着剤等を用いずに直接結合により一体化している。振動センサ１の外形寸法は，サドル本体８０の形状に合わせて任意に設定することができる。例えば，６本の弦振動を検出する振動センサ１の厚さは０．１ｍｍ〜３ｍｍ，振動センサ１の幅は１ｍｍ〜８ｍｍ，振動センサ１の長さは６５ｍｍ〜７５ｍｍ程度とすればよい。
【００１４】
基板１００は例えば厚さ０．２ｍｍの板状部材である。基板１００には，鉛を吸収する性質と，楽器演奏時に加わる荷重に耐える耐久性と，圧電膜１２に対する熱処理などの製造工程における熱負荷に耐える耐熱性が求められる。例えば，セラミックス，ガラス，ガラスセラミックス等の鉛を吸収する素材が基板１００の材料になり得る。基板１００の材質としては特にジルコニア（ＺｒＯ２），例えばイットリアを含有する部分安定化ジルコニアが好適である。ジルコニアは耐熱性が高いため，ＰＺＴからなる圧電膜１２を結晶化するための熱処理に十分耐えることができる。またジルコニアで基板１００を形成する場合には，基板１００の靭性が高くなるため，耐久性が高くなるとともに，振動センサ１を曲げた状態で使用することも可能になる。
【００１５】
基板１００の上面に重ねられている第一電極膜１１は，例えば厚さ２μｍの白金（Ｐｔ）等の金属からなる。第一電極膜１１は基板１００の上面に直接結合している。第一電極膜１１は，互いに離間している検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇを有する。検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇはそれぞれの振動を検出する対象である弦８１，８２，８３，８４，８５，８６と対応する位置にある。具体的には弦８１から最も近い位置に検出領域１１ｂがあり，弦８２から最も近い位置に検出領域１１ｃがあり，弦８３から最も近い位置に検出領域１１ｄがあり，弦８４から最も近い位置に検出領域１１ｅがあり，弦８５から最も近い位置に検出領域１１ｆがあり，弦８６から最も近い位置に検出領域１１ｇがある。検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間からは基板１００が露出している。検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇは線状の導線部１１ｘによって接続されている。導線部１１ｘの端部は外部電極領域１１ａに接続している。すなわち，検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇは導線部１１ｘによって外部電極領域１１ａに電気的に接続されている。
【００１６】
第一電極膜１１の上面に重ねられている圧電膜１２は，例えば厚さ３５μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間から基板１００が露出しているため，圧電膜１２は検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において基板１００に直接結合している。したがって，圧電膜１２を結晶化するアニール工程において，検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において圧電膜１２から基板１００に鉛が吸収される。このため検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間の領域１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇにおいて基板１００は鉛を含有する。一方、第一電極膜１１は、鉛のバリア層として機能する。したがって圧電膜１２の鉛含有量は検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間の領域が他の領域に比べて低くなっている。
【００１７】
基板１００，第一電極膜１１および圧電膜１２は第二電極膜１５によって覆われている。第二電極膜１５は，ニッケル系の導電性塗料，導電性ゴム等からなる。刷毛，スプレー，浸漬等の方法で第二電極膜１５を形成することができる。第二電極膜１５は第一電極膜１１と圧電膜１２に重なっているため，第一電極膜１１と圧電膜１２と第二電極膜１５とによって圧電素子が構成される。第二電極膜１５を接地することにより，第二電極膜１５を電磁波シールドとして機能させて振動センサ１のＳ／Ｎをさらに高めることができる。
【００１８】
振動センサ１は同軸ケーブル７によって外部回路に接続される。同軸ケーブル７は，第一導線７３と第二導線７１と絶縁層７２とを備えている。同軸ケーブル７の第一導線７３は第一電極膜１１の外部電極領域１１ａに導電性接着剤１３によって接合される。そして同軸ケーブル７の第二導線７１は第二電極膜１５と直接接合される。外部電極領域１１ａ，導電性接着剤１３および第一導線７３と，第二電極膜１５とを絶縁するために，第一電極膜１１の外部電極領域１１ａの周囲は絶縁性の熱収縮チューブ１４によって覆われる。熱収縮チューブ１４は同軸ケーブル７が振動センサ１より外れにくくするために固定するものでもあり、当該ケーブルと当該センサの周囲を固定する効果があれば、テープで周囲を覆ったり、接着材で周囲を覆ったりしてもよい。このように同軸ケーブル７に接続された振動センサ１はサドル本体８０の凹部に収容され，凹部の隙間は充填剤で埋められる。
【００１９】
本実施例によると，第一電極膜１１の検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において圧電膜１２の鉛含有量が低くなるため，第一電極膜１１の検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において圧電膜１２の圧電効果が低くなる。したがって，振動センサ１の出力のうち，検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間における圧電膜１２の分極に対応する成分が低減される。すなわち，圧電膜１２自体の感度が，検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの真上において高く，検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において低い。一方，圧電膜１２の局所領域に加わる圧力のうちの弦８１，８２，８３，８４，８５，８６の振動にともなう成分は，弦８１，８２，８３，８４，８５，８６に近い領域ほど高くなる。すなわち，圧電膜１２の分極現象を局所的にみると，弦８１，８２，８３，８４，８５，８６に近い領域ほど弦振動によって分極が引き起こされることになり，弦８１，８２，８３，８４，８５，８６から遠い領域ほど弦振動以外の振動（例えばギター１０００の響板８７の振動）によっても分極が引き起こされることになる。振動センサ１は，圧電膜１２の感度が高い領域を弦８１，８２，８３，８４，８５，８６に近づけて配置し，圧電膜１２の弦８１，８２，８３，８４，８５，８６から遠い領域で圧電膜１２の感度を下げているため，高いＳ／Ｎで弦８１，８２，８３，８４，８５，８６の振動を検出することができる。
【００２０】
２．第二実施例
図２Ａは本発明の第二実施例としての振動センサ２の断面構造を示している。図２Ｂは振動センサ２の内部構造を示している。
図２Ｂに示すように，第二電極膜１６は圧電膜１２の上面と同じか圧電膜１２の上面よりも狭い領域に形成され，第一電極膜１１および圧電膜１２と重なる。第二電極膜１６の端部には導線７５が導電性接着剤１３によって接合される。第二電極膜１６は金（Ａｕ），アルミ（Ａｌ）等の金属からなる。第二電極膜１６は圧電膜１２の上面に直接結合している。
【００２１】
第一電極膜１１の導線部１１ｘは圧電膜１２の外側にはみ出している。第一電極膜１１の外部電極領域１１ａには接地電位の導線７５が導電性接着剤１３によって接合される。導線部１１ｘは圧電膜１２および第二電極膜１６と重なっていないため，導線部１１ｘ自体と圧電膜１２とが電荷を受け渡すことはない。このため振動センサ２は，第一実施例の振動センサ１に比べてさらに高いＳ／Ｎで弦８１，８２，８３，８４，８５，８６の振動を検出することができる。
【００２２】
第二電極膜１６の上面に重ねられている絶縁膜１７は，第二電極膜１６の端部を除いた上面全体を覆っている。絶縁膜１７は，例えば厚さ４０μｍのポリイミド等の絶縁材料からなる。絶縁膜１７は第二電極膜１６の上面に直接結合している。
【００２３】
絶縁膜１７の上面に重ねられているシールド膜１８は，例えば厚さ２μｍのアルミニウム等の導電性材料からなる。シールド膜１８は絶縁膜１７の上面の大部分を覆い，接地される第一電極膜１１のシールド膜接続領域１１ｈに結合している。このためシールド膜１８は電磁シールドとして機能する。シールド膜１８は，絶縁膜１７，圧電膜１２および第一電極膜１１に直接結合している。
【００２４】
３．第三実施例
図３は本発明の第三実施例としての振動センサ３の断面構造を示している。振動センサ３の基板９９は，表層に鉛吸収層９８を含む。鉛吸収層９８は，ジルコニアの他，セラミックス，ガラス，ガラスセラミックス等の鉛を吸収する素材であればよい。基板９９の鉛吸収層９８以外の部分は鉛を吸収しない素材で構成することができる。検出領域１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの間において圧電膜１２の感度を効果的に低下させるためには，鉛吸収層９８の厚さは１μｍ以上とする必要があり，１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００２５】
４．製造方法
次に，振動センサ２の製造方法を図４に基づいて説明する。
はじめに図４Ａに示すように基板１００の表面に第一電極膜１１を形成する。第一電極膜１１はスクリーン印刷法，スパッタリング法等の薄膜形成技術によって形成される。以下、パターニング手法が必要な場合は随時公知の技術を用いるものとする。
【００２６】
次に図４Ｂに示すように第一電極膜１１の上に圧電膜１２を形成する。圧電膜１２はゾルゲル法，スパッタリング法，ＣＶＤ法，スクリーン印刷法等の薄膜形成技術を用いて形成される。その後に圧電膜１２を結晶化するためのアニール工程を約１２００℃の温度条件で実施する。アニール工程では圧電膜１２から基板１００に鉛が吸収される。１２００℃のアニールを実施する場合，圧電膜１２との界面から１０μｍの深さまでジルコニアからなる基板１００に鉛が拡散する。このようにＰＺＴからなる圧電膜１２を結晶化するためのアニール工程を経ると，鉛吸収層は圧電膜１２との界面から１０μｍの深さまで鉛を取り込む。したがって，ＰＺＴから鉛を吸収できる鉛吸収層の厚さを１０μｍ以上にすることが好ましい。スクリーン印刷法によって圧電膜１２を形成することによって圧電膜１２の端面を傾斜させることができる。スクリーン印刷法を用いて圧電膜１２の端面を傾斜させると，圧電膜１２の端面と第一電極膜１１または基板１００の上面とを下地面として形成される層の段差被覆性が向上し密着強度が高まる。
【００２７】
次に図４Ｃに示すように圧電膜１２の上に第二電極膜１６を形成する。第二電極膜１６はスクリーン印刷法，スパッタリング法等の薄膜形成技術によって形成される。
【００２８】
次に図４Ｄに示すように第二電極膜１６の上に絶縁膜１７を形成する。絶縁膜１７は，スクリーン印刷法，スピンコート法，ラミネート法，ＣＶＤ法，スパッタリング法，蒸着法，蒸着重合法等の薄膜形成技術によって形成される。
【００２９】
次に図４Ｅに示すように絶縁膜１７の上にシールド膜１８を形成する。シールド膜１８はスパッタリング法，ＣＶＤ法，スクリーン印刷法，メッキ法等の薄膜形成技術によって形成される。
【００３０】
その後，基板１００をダイサーで分断すると振動センサ２が完成する。なお，圧電膜１２を形成する工程まで，振動センサ２と振動センサ１の製造方法は共通である。また，振動センサ３を製造する場合には，基板上に第一電極膜１１を形成する前に基板に鉛吸収層を形成する工程を追加すればよい。
【００３１】
５．他の実施形態
尚，本発明の技術的範囲は，上述した実施例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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
例えば，図５に示す振動センサ４のように，第一実施例の振動センサの圧電膜１２の表面と基板１００の背面とに導電膜６１，６２を形成して接地することにより電磁シールド効果を高めても良い。
【００３３】
また例えば，第一導電膜の検出領域は矩形でも円形でもどのような形でも良い。また第一導電膜を形成する際に，検出領域と検出対象との位置合わせを容易にするために第一導電膜によってアライメントマークを形成しても良い。このようなアライメントマークを振動センサの外部に露出させることによって弦等の検出対象と第一導電膜の検出領域との位置合わせが容易になる。
【００３４】
また，ヴァイオリン，チェロ等の他の弦楽器に用いるピックアップサドルに本発明を適用できることはもちろんであるし、管楽器、打楽器、鍵盤楽器等の振動センサに本発明を適用することもできる。また振動センサの寸法はピックアップサドルや楽器本体の寸法に応じて任意に設定することができる。さらに、弦などの検出対象の数やそれらが配置される間隔に応じて、振動センサにおける検出領域の数やその間隔を任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…振動センサ，２…振動センサ，３…振動センサ，４…振動センサ，７…同軸ケーブル，１０…ピックアップサドル，１１…第一電極膜，１１ａ…外部電極領域，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ…検出領域，１１ｘ…導線部，１２…圧電膜，１３…導電性接着剤，１４…熱収縮チューブ，１５…第二電極膜，１６…第二電極膜，１７…絶縁膜，１８…シールド膜，６１…導電膜，７１…第二導線，７２…絶縁層，７３…第一導線，７５…導線，８０…サドル本体，８１，８２，８３，８４，８５，８６…弦，８７…響板，９８…鉛吸収層，９９…基板，１００…基板，１０００…ギター
【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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