(57)【要約】      （修正有）【課題】感圧部の検出軸方向に沿った方向の長さ寸法を維持しつつ、小型化と安定な検出が可能な物理量検出素子を提供する。【解決手段】振動部３４と一対の基部３６とを有する感圧素子と、ダイアフラム５６と、基部３６に対向する位置に配置され接合した一対の凸部５４とを備え、前記基部３６は、前記感圧部の両端に接続した第１の基部３６ａと、前記第１の基部３６ａまたは前記感圧部を間に挟むように配置された一対の第２の基部３６ｂと、前記第１の基部３６ａと前記一対の第２の基部３６ｂとを接続する一対の第３の基部３６ｃと、を有し、凸部５４の凸部５４の配列方向の幅をＷ０、第１の基部３６ａの第１の基部３６ａの配列方向の幅をＷ１、第２の基部３６ｂの第１の基部３６ａの配列方向の幅をＷ２、第３の基部３６ｃの第１の基部３６ａの配列方向の幅をＷ３として、Ｗ１＜Ｗ０、かつ、Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ０、の関係を満たすことを特徴とする。【選択図】図１
2013040864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部と、を有する感圧素子と、
ダイアフラムと、前記ダイアフラムの主面上の前記基部に対向する位置にそれぞれ配置され、前記一対の基部にそれぞれ接合した一対の凸部と、を備え、
前記基部は、
前記感圧部の両端に接続した第１の基部と、
前記第１の基部または前記感圧部を間に挟むように配置された一対の第２の基部と、
前記第１の基部と前記一対の第２の基部とを接続する一対の第３の基部と、を有し、
前記凸部における前記一対の凸部の配列方向に沿った方向の幅をＷ０、
前記第１の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ１、
前記第２の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ２、
前記第３の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ３、
とすると、
Ｗ１＜Ｗ０、
かつ、
Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ０、
の関係を満たすことを特徴とする物理量検出素子。
【請求項２】
前記感圧素子は、その外周が枠部に囲まれ、
前記枠部から延出して前記第２の基部に接続した梁を介して前記枠部に支持され、
前記枠部は、前記ダイアラムの周縁に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量検出素子。
【請求項３】
前記凸部は、前記第１の基部に対向する部分が切り欠かれ、２つに分離していることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量検出素子。
【請求項４】
前記凸部は、
前記凸部の外周の内側に前記第２の基部が収まるように配置されたことを特徴とする請求項３に記載の物理量検出素子。
【請求項５】
前記凸部は、
前記凸部が前記第２の基部の縁辺の内側に収まるように配置されたことを特徴とする請求項３に記載の物理量検出素子。
【請求項６】
前記凸部は、
前記凸部から前記第２の基部の前記梁に接続する縁辺がはみ出るように配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物理量検出素子。
【請求項７】
前記凸部は、
前記凸部から前記第２の基部の前記第１の基部の配列方向に対向する縁辺がはみ出るように配置されたことを特徴とする請求項３に記載の物理量検出素子。
【請求項８】
前記第２の基部及び前記凸部は、
前記第１の基部よりも、前記感圧部の中央部側に配置されたことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の物理量検出素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の物理量検出素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出素子に関し、特に、物理量検出素子を構成する圧電振動片の共振周波数を維持しつつ小型化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ダイアフラムに感圧部を接続し、感圧部がダイアフラムの外力による撓み変形に起因した前記感圧部に生じる応力を検知することにより、前記外力を検知するタイプの圧力検出素子、等の物理量検出素子が知られている。
図１２に、特許文献１に記載の圧力検出素子の模式図を示す。特許文献１には、ベース基板３０６と、ダイアフラム３１０を有するダイアフラム基板３０８と、の積層構造に係るパッケージ３０２を有し、パッケージ３０２内の気密空間３０４に感圧部が配置された絶対圧型の圧力検出素子３００が開示されている。圧力検出素子３００において、感圧部は、所定の共振周波数で振動する振動部３１４（双音叉型圧電振動片）が用いられ、この振動部３１４の長手方向の両端に一対の基部３１６が配置され、この振動部３１４と一対の基部３１６により感圧素子が構成されている。そして、ダイアフラム３１０の主面上の基部３１６に対向する位置においてそれぞれ凸部３１２が配置され、この凸部３１２と基部３１６とが接合している。
【０００３】
上記構成において、ダイアフラム３１０の受圧面が圧力を受けるとダイアフラム３１０がパッケージ３０２内部に撓み変形する。すると、凸部３１２はダイフラムの撓み変形に伴いパッケージ３０２の内側に変位するとともに、凸部３１２同士の間隔が広がる。よって凸部３１２に接続した基部３１６同士の間隔も広がるため、振動部３１４は引張応力を受ける。これにより振動部３１４の共振周波数が高くなる。したがって、この共振周波数の変化をモニターすることにより、ダイアフラムに印加された圧力を検出し、測定することができる。
【０００４】
図１３に、特許文献２に記載の圧力検出素子の模式図を示す。特許文献２には、ベース基板４０２と、振動部４０８を有する圧電振動基板４０６と、ダイアフラム３１０を有するダイアフラム基板４１６との積層構造を有する絶対圧型の圧力検出素子４００が開示されている。ベース基板４０２及びダイアフラム基板４１６は、それぞれ圧電振動基板４０６に対向する面に凹部４０４、４１８を有し、ダイアフラム基板４１６の凹部４１８の底部がダイアフラム４２０となっている。圧電振動基板４０６は、上述と同様に振動部４０８及び基部４１０を有する感圧素子を有する。また圧電振動基板４０６は、感圧素子を囲むとともにベース基板４０２及びダイアフラム基板４１６に接合する枠部４１２と、枠部４１２と基部４１０とを接続する梁４１４と、を有する。ダイアフラム基板４１６の凹部４１８の基部４１０に対向する位置にはそれぞれ凸部４２２が配置され、この凸部４２２と基部４１０とが接合している。特許文献２の圧力検出素子４００の圧力の検出原理は特許文献１のものと同様なので説明を省略する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３３４５２号公報
【特許文献２】特開２００９−６８８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の圧力検出素子等の物理量検出素子においては、ますますの小型化が要求されている。一方、物理量検出素子に用いられる感圧部が上述のような双音叉型圧電振動片である場合、その共振周波数は振動部の長手方向の長さに依存し、その長さの変化に応じて変化する。したがって、実装側で入力可能な周波数が一定の範囲に制限されている場合には、振動部の長さを変更することが困難となるため物理量検出素子の小型化は感圧部（振動部）の寸法により制限されてしまうという問題があった。この場合、基部の長さ寸法を短くすることにより感圧部（振動部）の長さを維持することも考えられるが、基部と凸部との接合面積が小さくなるので、接合時のアライメントずれによる基部と凸部との接合面積のバラつきが顕著になり、これにより物理量検出素子の物理量の測定の感度等のバラつきが顕著になるといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、感圧部を有する物理量検出素子において、感圧部の検出軸方向に沿った方向の長さ寸法を維持しつつ小型化が可能でありかつ安定的に物理量を検出可能な物理量検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部と、を有する感圧素子と、ダイアフラムと、前記ダイアフラムの主面上の前記基部に対向する位置にそれぞれ配置され、前記一対の基部にそれぞれ接合した一対の凸部と、を備え、前記基部は、前記感圧部の両端に接続した第１の基部と、前記第１の基部または前記感圧部を間に挟むように配置された一対の第２の基部と、前記第１の基部と前記一対の第２の基部とを接続する一対の第３の基部と、を有し、前記凸部における前記一対の凸部の配列方向に沿った方向の幅をＷ０、前記第１の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ１、前記第２の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ２、前記第３の基部における前記一対の第１の基部の配列方向に沿った方向の幅をＷ３、とすると、Ｗ１＜Ｗ０、かつ、Ｗ３＜Ｗ２＜Ｗ０、の関係を満たすことを特徴とする物理量検出素子。
【０００９】
上記構成により、第２の基部は、感圧部の両端同士を結ぶ線の方向（長手方向）の延長線上には存在しないため、感圧部の両端の配置位置の設計を変更しても第２の基部が感圧部と干渉することはない。よって、第２の基部を一定の大きさに維持することができるので凸部との安定的な接続が可能となる。
【００１０】
また、上記構成においては、ダイアフラムを小さく設計した分だけ第１の基部を短くし、物理量検出素子の感圧部の両端同士を結ぶ方向に沿った方向の長さを基準とした感圧部の長手方向の長さの割合を高くすることができる。これにより、感圧部の共振周波数を維持し、かつ安定的に物理量を検出可能な物理量検出素子の小型化を図ることができる。
【００１１】
さらに、上記構成においては、感圧素子をダイアフラムに接合する際にアライメントずれが生じても凸部と基部（第１の基部乃至第３の基部）との接合面積の変化を小さくすることができるので、物理量検出素子の共振周波数や物理量の測定感度等の特性のバラつきを抑制することができる。
【００１２】
［適用例２］前記感圧素子は、その外周が枠部に囲まれ、前記枠部から延出して前記第２の基部に接続した梁を介して前記枠部に支持され、前記枠部は、前記ダイアラムの周縁に接合されていることを特徴とする適用例１に記載の物理量検出素子。
【００１３】
上記構成により、ダイアフラムを有する基板と感圧素子を有する基板との積層構造により物理量検出素子を形成することができ、物理量検出素子を容易に製造することができる。
【００１４】
［適用例３］前記凸部は、前記第１の基部に対向する部分が切り欠かれ、２つに分離していることを特徴とする適用例１または２に記載の物理量検出素子。
上記構成により、第１の基部の幅を短くし、凸部の切り欠かれた部分に対向する位置にまで振動部の端部を配置することができるので、振動部の長さを維持しつつ適用例１または２の場合よりさらに小型化することができる。
【００１５】
［適用例４］前記凸部は、前記凸部の外周の内側に前記第２の基部が収まるように配置されたことを特徴とする適用例３に記載の物理量検出素子。
上記構成により、感圧素子とダイアフラムとの接合時にアライメントずれが生じても凸部と第２の基部との接合面積に差が生じないので、物理量検出素子の特性のバラつきを抑制することができる。
【００１６】
［適用例５］前記凸部は、前記凸部が前記第２の基部の縁辺の内側に収まるように配置されたことを特徴とする適用例３に記載の物理量検出素子。
上記構成により、感圧素子とダイアフラムとの接合時にアライメントずれが生じても凸部と第２の基部との接合面積に差が生じないので、物理量検出素子の上述の特性のバラつきを抑制することができる。
【００１７】
［適用例６］前記凸部は、前記凸部から前記第２の基部の前記梁に接続する縁辺がはみ出るように配置されたことを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の物理量検出素子。
上記構成において、梁は第２の基部に接続するものの感圧部の長手方向に屈曲する部材である。そして、上記構成において梁が第２の基部に接合することはないので梁の屈曲を妨げることはなく、物理量検出素子の感度低下を抑制することができる。
【００１８】
［適用例７］前記凸部は、前記凸部から前記第２の基部の前記第１の基部の配列方向に対向する縁辺がはみ出るように配置されたことを特徴とする適用例３に記載の物理量検出素子。
上記構成により、感圧素子とダイアフラムとの接合時に第１の基部の配列方向にアライメントずれが発生しても接合面積に変化はないので、物理量検出素子の上述の特性のバラつきを抑制することができる。
【００１９】
［適用例８］前記第２の基部及び前記凸部は、前記第１の基部よりも、前記感圧部の中央部側に配置されたことを特徴とする適用例３乃至７のいずれか１例に記載の物理量検出素子。
【００２０】
上記構成により、第１の基部と第２の基部とを接続する第３の基部が長くなるので、感圧部及び第１の基部からなる振動系と、ダイアフラム、凸部、第２の基部からなる振動系の結合を疎にすることができる。よって、感圧部からダイアフラムへの振動漏れを抑制してＣＩ値を高めた物理量検出素子となる。
【００２１】
［適用例９］適用例１乃至８のいずれか１例に記載の物理量検出素子を搭載したことを特徴とする電子機器。
上記構成により、小型化が可能であり、かつ物理量の測定感度等の特性のバラつきを抑制することが可能な電子機器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の物理量検出素子の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態の物理量検出素子の模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第２実施形態の物理量検出素子の分解斜視図である。
【図４】第２実施形態の物理量検出素子の平面図である。
【図５】第３実施形態の物理量検出素子の分解斜視図である。
【図６】第３実施形態の物理量検出素子の平面図である。
【図７】本実施形態の凸部の変形例の模式図である。
【図８】ダイアフラムに圧力を印加した場合の応力分布を示す図である。
【図９】本実施形態の物理量検出素子を燃料電池システムに搭載した場合の系統図である。
【図１０】本実施形態の物理量検出素子を車両用情報記録装置に搭載した場合のブロック図である。
【図１１】本実施形態の物理量検出素子を側面衝突検出装置に搭載した場合の模式図である。
【図１２】特許文献１に記載の圧力検出素子の模式図であり、図１２（ａ）は断面図、図１２（ｂ）は平面図である。
【図１３】特許文献２に記載の圧力検出素子の模式図であり、図１３（ａ）は断面図、図１３（ｂ）は圧力検出素子を構成するベース基板の平面図、図１３（ｃ）は圧力検出素子を構成する圧電振動基板の平面図、図１３（ｄ）は圧力検出素子を構成するダイアフラム基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２４】
図１に、第１実施形態の物理量検出素子の分解斜視図を示し、図２に第１実施形態の物理量検出素子の模式図を示し、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。なお、図１乃至図７において、物理量検出素子の長辺方向をＸ軸方向とし、短辺方向をＹ軸方向とし、厚み方向をＺ軸とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交するものとする。
【００２５】
第１実施形態の物理量検出素子１０は、ベース基板１４と、感圧素子を有する圧電振動基板２６と、ダイアフラム５６を有するダイアフラム基板４８と、の積層構造を有するものである。そして、積層された後に壁面の一部がダイアフラム５６となり気密空間１３（図２（ｂ））を有するパッケージ１２（図２（ｂ））が形成されたものである。
【００２６】
ベース基板１４は、物理量検出素子１０のベースとなる部分である。ベース基板１４の圧電振動基板２６に対向する面には第１の凹部１６が配置されている。第１の凹部１６は圧電振動基板２６を構成する感圧素子（振動部３４、基部３６）、梁４０に対向する位置に配置され、これらの構成要素とベース基板１４との干渉を防止している。またベース基板１４において、この第１の凹部１６の周囲を囲むように第１の周縁部１８が配置される。そして、第１の周縁部１８には、圧電振動基板２６を構成する後述の枠部２８が接合される。
【００２７】
圧電振動基板２６は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸（図中のＸ軸とは異なる）と、機械軸としてのＹ軸（図中のＹ軸とは異なる）と、光学軸としてのＺ軸（図中のＺ軸とは異なる）と、からなる直交座標系のＸ軸を回転軸として、Ｚ軸を＋Ｙ軸の方向へ約２度回転させた軸をＺ′軸とし、このＺ′軸を法線とした主面を有する水晶基板を用いている。そして圧電振動基板２６には、感圧素子（振動部３４、基部３６）を囲むととともに、感圧素子を、梁４０を介して支持する矩形の枠形状の枠部２８を有する。枠部２８は、圧電振動基板２６の全体の外形を形成し、前述の第１の周縁部１８上に接合される。
【００２８】
そして枠部２８内には、感圧素子の構成要素（振動部３４、基部３６）と、梁４０が配置される。感圧部となる振動部３４は、それぞれ圧電振動基板２６の長辺方向に長手方向を有する柱状ビームにより形成されるとともに互いに平行となるように一対で配置され、この振動部３４により双音叉型の振動片が形成される。即ち、圧電振動基板２６の長辺に沿って、前記柱状ビームは伸びており、これを振動部３４の長手方向とし、この長手方向が振動部３４の力の検出軸方向としている。そして振動部３４の長手方向の両端には基部３６が配置される。
【００２９】
基部３６は、振動部３４を支持するとともに、後述の凸部５４からの力を受けて振動部３４に力を印加するものである。そして、図１、図２に示すように、基部３６は、ハンマーヘッド型の形状を有している。基部３６は、第１の基部３６ａ、第２の基部３６ｂ、第３の基部３６ｃから構成されている。
【００３０】
第１の基部３６ａは、それぞれ振動部３４の長手方向の両端に接続され、振動部３４を支持するものである。第２の基部３６ｂは、第１の基部３６ａをＹ軸方向から挟み込むように一対で配置されている。第３の基部３６ｃは第１の基部３６ａと第２の基部３６ｂとを接続している。
【００３１】
一方、枠部２８の内側の側面（圧電振動基板２６の長辺の側面）の第３の基部３６ｃに対向する位置からは梁４０が延出され、梁４０は第２の基部３６ｂに接続されている。
梁４０は、Ｙ軸方向に長手方向を有している。そして梁４０は、枠部２８との接続位置を固定端とし、第２の基部３６ｂとの接続位置を自由端としてＸ軸方向に屈曲する部材である。よって、梁４０は、第２の基部３６ｂを支持するものの第２の基部３６ｂ（基部３６）の変位に干渉しないようになっている。
【００３２】
感圧部である振動部３４は、所定の共振周波数で振動するものである。振動部３４には励振電極（不図示）が配置され、励振電極（不図示）からは引出電極（不図示）が引き出され、引出電極（不図示）は基部３６、枠部２８に延出されパッケージ１２外部と電気的に接続可能となっている。
【００３３】
ダイアフラム基板４８は、感圧部である振動部３４に力を伝達するダイアフラム５６を有する基板である。ダイアフラム基板４８は、圧電振動基板２６に対向する面に第２の凹部５０を有する。この第２の凹部５０は振動部３４、基部３６、梁４０に対向する位置に形成されている。この第２の凹部５０により第２の凹部５０の周囲には、ダイアフラム基板４８の周縁に沿って外形が形成された第２の周縁部５２が配置され、第２の周縁部５２は、圧電振動基板２６の枠部２８に接合される。
【００３４】
一方、第２の凹部５０の基部３６に対向する位置には凸部５４が配置され、積層後に凸部５４は基部３６と接合する。さらに第２の凹部５０の底部は、外力により撓み変形するダイアフラム５６となっている。ダイアフラム５６は、外部からの力（圧力）を、凸部５４を介して感圧素子（基部３６、振動部３４）に伝達する。そしてダイアフラム５６は第２の凹部５０の底部の裏面が受圧面となっている。
【００３５】
図１に示すように、第１実施形態の物理量検出素子１０は、ベース基板１４、圧電振動基板２６、ダイアフラム基板４８の順に積層されることにより形成される。このときベース基板１４の第１の周縁部１８と枠部２８の一方の主面とが接合し、枠部２８の他方の主面と第２の周縁部５２とが接合し、基部３６に凸部５４が接合する。基部３６と凸部５４との接合において、接合に用いる接合部材は、基部３６に塗布しても良いし、凸部５４に塗布してもよい。そして、上記の接合を真空チャンバ内で行うことにより。気密空間が真空に封止され、真空を基準とした絶対圧を想定可能な物理量検出素子１０となる。
【００３６】
上記構成において、ダイアフラム５６に圧力が印加されるとダイアフラム５６はパッケージ１２の内側に撓み変形し、これにより一対の凸部５４は互いに離間する方向に変位する。これにより、感圧部である振動部３４には引張応力が印加され共振周波数が高くなる。したがってこの共振周波数をモニターすることにより、ダイアフラム５６に印加された圧力を測定することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、振動部３４を２つの柱状ビームにより構成しているが、これを１つの柱状ビーム（シングルビーム）により構成することもできる。これにより、柱状ビームに対して基部３６から印加される力が大きくなるので、共振周波数の変化量が大きくなり、物理量検出素子１０の感度を向上させることができる。また振動部３４を２つ以上の柱状ビームにより構成することが可能である。この場合、各柱状ビームの振動に対称性を持たせることにより、振動漏れを抑制してＱ値の高い物理量検出素子１０とすることができる。本実施形態のように柱状ビームが２つの場合は、柱状ビームの長手方向の中央部が互いに離れ、互いに近づくような振動とすることにより一対の振動ビームは対称性を有する振動となり、外部への振動漏れを抑制することができる。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、凸部５４は基部３６に接合されている。より詳細に見ると、基部３６を構成する第１の基部３６ａは、Ｚ軸方向から見て（図２（ａ）において平面視で）振動部３４に接続する縁辺が凸部５４の縁辺からはみ出るように配置されている。また基部３６を構成する第２の基部３６ｂは、Ｚ軸方向から見て梁４０に接続する縁辺が凸部５４からはみ出るように配置されている。さらに、基部３６を構成する第３の基部３６ｃは、Ｚ軸方向からみて凸部５４の縁辺の内側となるように配置されている。
【００３９】
そして、図２（ａ）に示すように、本実施形態の物理量検出素子１０において、凸部５４における一対の凸部５４の配列方向に沿った方向（Ｘ軸方向）の幅をＷ０、第１の基部３６ａにおける一対の第１の基部３６ａの配列方向（Ｘ軸方向）の幅をＷ１、第２の基部３６ｂにおける一対の第１の基部３６ａの配列方向（Ｘ軸方向）の幅をＷ２、第３の基部３６ｃにおける一対の第１の基部３６ａの配列方向（Ｘ軸方向）の幅をＷ３とすると、Ｗ１＜Ｗ０、かつＷ３＜Ｗ２＜Ｗ０の関係を満たすように設計されている。
【００４０】
従来技術でも述べたように、このような積層構造を積層する際に、基板同士の接合すべき位置が互いにずれるアライメントずれが起こる場合がある。そして従来技術のように凸部（凸部５４）と基部（基部３６）とが同一形状を有している場合において、上述のアライメントずれが起きたときには、その接合面積が変化する。特に凸部、基部を小さく設計した場合は、接合面積の変化の割合が大きくなり、物理量検出素子の共振周波数や測定感度等の特性のバラつき顕著になる。
【００４１】
しかし、本実施形態において、第２の基部３６ｂは、振動部３４の長手方向（振動部３４の両端同士を結ぶ線の方向）の延長線上には存在しないため、振動部３４の長手方向の端部の配置位置の設計を変更しても振動部３４と干渉することはない。よって、第２の基部３６ｂを一定の大きさに維持することができるので凸部５４との安定的な接続が可能となる。
【００４２】
また、本実施形態においては、ダイアフラム５６を小さく設計した分だけ第１の基部３６ａを短くしてダイアフラム５６のＸ軸方向の長さ（物理量検出素子１０のＸ軸方向の長さ）を基準とした振動部３４のＸ軸方向の長さの割合を高くすることができる。これにより、振動部３４の共振周波数を維持し、かつ安定的に物理量を検出可能な物理量検出素子１０の小型化を図ることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態において、基部３６の縁辺の大部分がＺ軸方向からみて凸部５４の縁辺の内側となるように配置されている。よって、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８とのアライメントずれが発生しても、基部３６と凸部５４との接合面積の変化の割合を小さくすることができるので、上述の特性のバラつきを低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、Ｚ軸方向から見て、第２の基部３６ｂの梁４０に接続する縁辺が凸部５４からはみ出るように配置されている。これにより、梁４０は、第２の基部３６ｂに接合することはなく、梁４０は、第２の基部３６ｂに干渉されることなく屈曲することができる。
【００４５】
なお、本実施形態において、ベース基板１４とダイアフラム基板４８はサンドブラストにより形成し、圧電振動基板２６はフォトリソ・エッチング技法により形成することが好適である。なお、ダイアフラム基板４８において、ダイアフラム５６は第２の凹部５０の底部となるものであるが、サンドブラストによりダイアフラム５６を形成する場合は、第２の凹部５０の表面を短時間エッチングしダイアフラム５６の表面に残留した応力を除去することが好適である。
【００４６】
本実施形態においては、第２の基部３６ｂを、振動部３４の長手方向の延長線上から離れた位置に配置して、第２の基部３６ｂの面積を確保することにより、基部３６と凸部５４との安定的な接続を行なっている。そして、平面視で第１の基部３６ａ、第２の基部３６ｂ、第３の基部３６ｃの大部分を凸部５４の縁辺の内側となるように配置することにより、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８との接合時のアライメントずれに対する基部３６と凸部５４との接合面積の変化を低減し、物理量検出素子の共振周波数や測定感度等の特性のバラつきの低減を図っている。
【００４７】
図３に、第２実施形態の物理量検出素子の分解斜視図を示し、図４に、第２実施形態の物理量検出素子の平面図を示す。なお、以下の実施形態において、第１実施形態の物理量検出素子１０と共通に用いる構成要素には同一の番号を付すものとし、必要な場合を除いてその説明を省略する。図３に示すように第２実施形態の物理量検出素子６０は、第１実施形態の凸部５４（図４において破線で示す）の第１の基部３６ａに対向する部分が切り欠かれ、２つに分離している。すなわち、凸部５４が上述のように切り欠かれた態様で配置された凸部６２は、ダイアフラム５６の第２の基部３６ｂに対向する位置に配置（計４つ）されている。ここで、第２実施形態において、基部は、第１の基部６４、第２の基部３６ｂ、第３の基部６６により構成されている。第１の基部６４は振動部３４に接続され、第３の基部６６は、第１の基部６４と第２の基部３６ｂとを接続している。
【００４８】
なお、図３、図４において、第１の基部６４は、Ｚ軸方向から見て、第１実施形態の凸部５４の外周の内側に収まるように配置されているが、枠部２８の短辺側にはみ出るように配置してもよい。そして第１実施形態では第３の基部３６ｃは、第１の基部３６ａのＹ軸方向に面する縁辺の中央部から延出させているが、図３、図４に示すように、第３の基部６６を、第１の基部６４のＹ軸方向に面する縁辺の枠部２８の短辺側の端部から延出させてもよい。
【００４９】
上記構成にすることにより、振動部３４を第１実施形態の凸部５４に対向する領域まで延ばすことができる。さらに、第１の基部６４のＸ軸方向の幅を短くすれば、圧電振動基板２６（物理量検出素子６０）の長辺方向の長さを基準とした振動部３４の長手方向の長さの割合をさらに大きくすることができる。したがって、振動部３４の長さを維持しつつ第１実施形態の場合よりさらに小型化が可能な物理量検出素子６０となる。
【００５０】
また、本実施形態において、凸部６２は、Ｚ軸方向からみて凸部６２の外周の内側に第２の基部３６ｂが収まるように配置されている。このとき、第２の基部３６ｂと凸部６２との接合に用いる接合部材は第２の基部３６ｂに塗布することが望ましい。
【００５１】
上記構成により、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８との接合時にアライメントずれが生じても、Ｚ軸方向から見て凸部６２の縁辺の内側に第２の基部３６ｂが収まる配置となる限り、凸部６２と第２の基部３６ｂとの接合面積に差が生じないので、物理量検出素子６０の特性のバラつきを抑制することができる。また、第２の基部３６ｂと凸部６２との接合部材を第２の基部３６ｂに塗布することにより、上述のアライメントずれが生じても接合面積に変化は生じないため、物理量検出素子６０の、共振周波数や測定感度等の特性のバラつきを低減することができる。
【００５２】
図５に、第３実施形態の物理量検出素子の分解斜視図を示し、図６に、第３実施形態の物理量検出素子の平面図を示す。第３実施形態の物理量検出素子７０は、第２実施形態の物理量検出素子６０に類似しているが、第２の基部７２は、第１の基部６４よりも、振動部３４の長手方向の中央部側に配置され、凸部７６は、ダイアフラム５６の第２の基部７２に対向する位置に配置されている。そして、第３の基部７４は、第１の基部６４から延出するとともに前記中央部側に折曲がり第２の基部７２に接続している。
【００５３】
上記構成により、第３の基部７４が長くなるので、振動部３４及び第１の基部６４からなる振動系と、ダイアフラム５６、凸部７６、第２の基部７２からなる振動系の結合を疎にすることができる。よって、振動部３４からダイアフラム５６への振動漏れを抑制してＣＩ値を高めた物理量検出素子７０となる。また本実施形態においても、第１の基部６４に対向する位置に凸部７６が配置されることはないので、圧電振動基板２６の長辺方向の長さに対する振動部３４の長手方向の長さの割合を第１実施形態の場合より高くすることができる。したがって、振動部３４の長さを維持しつつ第１実施形態の場合よりも物理量検出素子７０をさらに小型化することができる。本実施形態において、第１の基部６４と第２の基部７２とを接続する第３の基部７４はＬ字型となっているが、第１の基部６４と第２の基部７２とを直線的または曲線的に結ぶ形状であってもよい。
【００５４】
図７に、本実施形態の凸部の変形例の模式図を示す。図７に示すように、第３実施形態における第２の基部７２（第２実施形態では第２の基部３６ｂ）と凸部７６（第２実施形態では凸部６２）の相対配置は、図７のダイアフラム５６の左下となる位置に配置された形態となるが、変形例として、図７中のダイアフラム５６中の左上となる位置に配置された凸部７８、右上となる位置に配置された凸部８０、右下となる位置に配置された凸部８２が挙げられる。なお、図中では第２の基部７２を用いるものとする。
【００５５】
凸部７８は、Ｚ軸方向からみて、第２の基部７２の縁辺より内側に収まるように配置されている。上記構成により、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８との接合時にアライメントずれが生じても、Ｚ軸方向から見て第２の基部７２の縁辺の内側に凸部７８が収まる配置となる限り、凸部７８と第２の基部７２との接合面積に差が生じないので、物理量検出素子１０等の上述の特性のバラつきを抑制することができる。
【００５６】
凸部８０は、Ｚ軸方向からみて、第２の基部７２のＹ軸方向に面する縁辺が凸部８０のＹ軸方向に面する縁辺からはみ出るとともに、凸部８０のＸ軸方向に面する縁辺が第２の基部７２のＸ軸方向に面する縁辺よりはみ出るように配置されている。上記構成により、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８との接合時にアライメントずれが生じても、上述の配置関係を維持する限り接合面積を一定に保つことができるので、物理量検出素子１０等の上述の特性のバラつきを抑制することができる。さらに梁４０に凸部８０が接合する虞はないので、凸部８０が梁４０の屈曲に干渉することはなく、物理量検出素子１０等の感度の低下を回避することができる。
【００５７】
凸部８２は、Ｚ軸方向からみて、第２の基部７２のＸ軸方向に面する縁辺が凸部８２のＸ軸方向に面する縁辺からはみ出るとともに、凸部８２のＹ軸方向に面する縁辺が第２の基部７２のＹ軸方向に面する縁辺よりはみ出るように配置されている。上記構成により、圧電振動基板２６とダイアフラム基板４８との接合時にＸ軸方向にアライメントずれが生じても、上述の配置関係を維持する限り接合面積を一定に保つことができる。またＹ軸方向にアライメントずれが生じても第２の基部７２と凸部８２との接合面積の変化は小さい。よって、上述同様の理由により、物理量検出素子１０等の上述の特性のバラつきを抑制することができる。さらに梁４０の一部に凸部８２が接合するため、物理量検出素子１０等の感度が低下するが、梁４０を補強することになるので、励振電極（不図示）に接続された引出電極（不図示）を梁４０に配置している場合は、物理量検出素子１０等の内部の断線を防止することができる。なお、本変形例は、図中の４つの第２の基部７２に対して一つの変形例を適用してもよいし、第２の基部７２ごとに異なった変形例を適用してもよい。
【００５８】
図８に、ダイアフラムに圧力を印加した場合の応力分布を示す。本願発明者は、ダイアフラム５６の主面に圧力を印加した場合のダイアフラム５６上の応力分布について調査した。図８において、応力が集中する領域はダイアフラム５６の撓みが大きくなる部分であり、その強度をレベル１からレベル６に分けて表示している。また、図８において、レベル６がダイアフラム５６に印加される応力が最大となる領域であり、レベル１が最小となる領域である。ダイアフラム５６の中央領域は、圧力が印加された場合にダイアフラム５６の主面の法線方向に最も大きく変位する部分である。しかし、図８に示すように、前記中央領域に印加される応力はレベル１であり、応力は殆ど集中していないことが分かる。一方、ダイアフラム５６の第２の周縁部５２の短辺の中央部に隣接する領域は、ダイアフラム５６において最も応力が集中する領域となっており、この領域にレベル６〜４が分布している。しかし、この領域は小さいため、ダイアフラム５６の寸法を小さくすると、この領域に凸部（凸部５４）を配置しても凸部が極めて小さくなる。したがって、凸部と上述の基部３６との接合面積のバラつきが顕著になり、物理量検出素子１０等の共振周波数や測定感度等の特性にバラつきが生じる。しかし、図８に示すように、ダイアフラム５６の、図４の凸部６２、図６の凸部７６に対応する位置においても印加される応力はレベル３または２を示している。したがって、この領域に凸部を配置しても、多少感度は低下するが、凸部を大きく設計することができるので、上述の特性のバラつきを抑制した物理量検出素子を構築することができる。
【００５９】
いずれの実施形態において、物理量検出素子１０等に電気的に接続する回路（集積回路、不図示）、すなわち振動部３４を駆動させるとともに振動部３４の周波数の情報を取得可能な回路（集積回路、不図示）を搭載することが可能である。また上述の物理量検出素子１０等において、ダイアフラム基板４８を取り払った場合（またはダイアフラム基板４８の代わりに他のベース基板を枠部２８に取り付けた場合）は、振動部３４を発振源とする発振器として機能させることができる。したがって、自ら発振する発振器としての機能、または自ら圧力を測定する圧力検出素子としての機能を有する物理量検出素子を構築することができる。なお、ダイアフラム５６は圧力以外にも、ダイアフラム５６に接触した物体のダイアフラム５６に印加する力なども検出することが可能である。
【００６０】
そして、いずれの実施形態においても、ベース基板１４、圧電振動基板２６、ダイアフラム基板４８の３層構造により物理量検出素子１０等を形成する旨説明してきたが、これに限定されない。すなわち、圧電振動基板２６から振動部３４、基部３６からなる感圧部（圧電振動片）を取り出し、ダイアフラム基板４８の凸部５４に基部３６を接合し、ダイアフラム基板４８の第２の周縁部５２とベース基板１４の第１の周縁部１８とを接合して物理量検出素子を形成してもよい。このとき感圧部のベース基板１４に対向する主面はベース基板１４に覆われることになる。この場合、例えば、凸部５４に、励振電極（不図示）に接続し外部に電気的に接続可能な貫通電極を配置すればよい。
【００６１】
本発明の物理量検出素子は、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。
【００６２】
このような各種センサー装置及び電子機器としては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度・気圧・水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。そして、上述のように外力によるダイアフラムの機械的な変形を電気的信号として計測するものとして圧力検出素子は携帯電話機やパソコン等の小型の携帯機器での高度計測に前記圧力検出素子を応用してマイクロホンとして利用可能である。
【００６３】
更に、近年注目をされるようになった水素やメタノール等の燃料電池は、軽量化や利便性等に起因して、例えば、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター、携帯用電話機、携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎ ａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ   Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：ＰＤＡ）、オーディオプレーヤ、プロジェクタ載置台、カプセル型医療機器の通信機能を具備した電子機器といった各種情報処理装置の燃料電池としての用途が考えられる。
【００６４】
図９に、本実施形態の物理量検出素子を燃料電池システムに搭載した場合の系統図を示す。図９に示すように、燃料電池システム２２４は、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セル２２６と、該燃料電池セル２２６に水素を供給する水素吸蔵合金容器２２８と、該水素吸蔵合金容器２２８と上記燃料電池セル２２６との間に配設された圧力検出用の圧力検出素子２３０と、圧力調整弁２３２と安全弁２３４とを備えている。この燃料電池システム２２４において、本発明に係る物理量検出素子１０等を圧力検出素子２３０として使用することができる。
【００６５】
図１０に、本実施形態の物理量検出素子を車両用情報記録装置に搭載した場合のブロック図を示す。図１０に示すように、事故等のイベント発生時前後の必要な時間のみについて、デジタルタコグラフ２３８とドライブレコーダ２４８の双方が生成するデータを関連付けて記録し、その後の解析等に有用なデータを提供することが可能な車両用情報記録装置２３６がある。
【００６６】
この車両用情報記録装置２３６において、前記デジタルタコグラフ２３８は、車両の走行状況を検出する走行状況検出手段２４０と、前記ドライブレコーダ２４８との間で情報を送受信するデジタルタコグラフ通信手段２４２と、情報を記録するデジタルタコグラフ記録手段２４４と、前記走行状況検出手段２４０から入力した走行状況および前記デジタルタコグラフ通信手段２４２から受信した情報を受けて、前記デジタルタコグラフ記録手段２４４に情報を記録するデジタルタコグラフ制御部２４６と、を有しているが、走行状況検出手段２４０として、高精度な圧力（高度）検出が可能な本発明に係る物理量検出素子１０を圧力検出素子として適用できる。
【００６７】
更に、被測定者にかかる負荷を検出する活動量計側システムにおいて、前記負荷を圧力として検出する場合においては、検出器として、本発明に係る物理量検出素子１０等を適用できる。
【００６８】
また、警戒モードと、非警戒モードとに設定可能なセキュリティシステムであって、人体の少なくとも一部を検知可能な人体検知手段と、前記人体検知手段が前記人体の少なくとも一部を検知したことに応じて、信号を出力する出力手段と、前記出力手段からの出力信号を受けて、前記警戒モードを設定する警戒モード設定手段と、を備えるセキュリティシステムがある。このセキュリティシステムにおいて、外部からの侵入または異常を検知する異常検知センサーと、前記異常検知センサーが異常を検知したときに警報を発する警報手段とをさらに含み、前記警戒モード設定手段は、前記警戒モードに応じて、前記異常検知センサーと、前記警報手段とによる警戒動作を作動させる。このセキュリティシステムを構成する前記異常検知センサーとして、本発明に係る物理量検出素子１０等を適用できる。
【００６９】
更に、本発明の電子機器の一例である腕時計型電子機器の本体には、本発明に係る物理量検出素子１０等を備えることができ、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた物理量検出素子１０等を備えた電気機器となる。
【００７０】
更に、特に自動車においては、例えばインテークマニホールド圧若しくはチャージ圧、ブレーキ圧、エアサスペンション圧、タイヤ圧、ハイドロリック貯蔵圧、ショックアブソーバ圧、冷却媒体圧、自動変速機における変調圧、ブレーキ圧、タンク圧用の圧力検出に本発明に係る物理量検出素子１０等を適用できる。
【００７１】
図１１に、本実施形態の物理量検出素子を側面衝突検出装置に搭載した場合の模式図を示す。車両２５２のサイドドア２５４の内部に配設された圧力検出素子２５８により、車両２５２の側面に加わる衝撃を検出する側面衝突検出装置２５０を構成することができる。この側面衝突検出装置２５０において、前記圧力検出素子２５８は、圧力を検出するダイアフラム（ダイアフラム５６）を有し、そのダイアフラムの受圧面が前記サイドドア２５４の内部空間２５６の圧力変動により歪むことを検出することによって車両２５２の側面に加わる衝撃を検出することができる。そして、例えば、ダイアフラムの受圧面の法線と、水平な前記車両２５２の前後方向の直線とのなす角を６０度から９０度に設定することにより、衝突時に圧力検出素子２５８のダイアフラムが衝撃力を受けた場合に、これを圧力変化として検出する度合いを少なくして、圧力の変化をより高精度に検出することができる。この側面衝突検出装置２５０に用いる圧力検出素子２５８として本実施形態の物理量検出素子１０等を適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０………物理量検出素子、１２………パッケージ、１３………気密空間、１４………ベース基板、１６………第１の凹部、１８………第１の周縁部、２６………圧電振動基板、２８………枠部、３４………振動部、３６………基部、３６ａ………第１の基部、３６ｂ………第２の基部、３６ｃ………第３の基部、４０………梁、４８………ダイアフラム基板、５０………第２の凹部、５２………第２の周縁部、５４………凸部、５６………ダイアフラム、６０………物理量検出素子、６２………凸部、６４………第１の基部、６６………第３の基部、７０………物理量検出素子、７２………第２の基部、７４………第３の基部、７６………凸部、７８………凸部、８０………凸部、８２………凸部、２２４………燃料電池システム、２２６………燃料電池セル、２２８………水素吸蔵合金容器、２３０………圧力検出素子、２３２………圧力調整弁、２３４………安全弁、２３６………車両用情報記録装置、２３８………デジタルタコグラフ、２４０………走行状況検出手段、２４２………デジタルタコグラフ通信手段、２４４………デジタルタコグラフ記録手段、２４６………デジタルタコグラフ制御部、２４８………ドライブレコーダ、２５０………側面衝突検出装置、２５２………車両、２５４………サイドドア、２５６………内部空間、２５８………圧力検出素子、３００………圧力検出素子、３０２………パッケージ、３０４………気密空間、３０６………ベース基板、３０８………ダイアフラム基板、３１０………ダイアフラム、３１２………凸部、３１４………振動部、３１６………基部、４００………圧力検出素子、４０２………ベース基板、４０４………凹部、４０６………圧電振動基板、４０８………振動部、４１０………基部、４１２………枠部、４１４………梁、４１６………ダイアフラム基板、４１８………凹部、４２０………ダイアフラム、４２２………凸部。
【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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【図１３】
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