(57)【要約】【課題】高温環境に対する耐性と、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用を可能とする圧電材料を提供する。【解決手段】表面弾性波デバイス１は、マイエナイト（Ｃ１２Ａ７：Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）であり、表面弾性波伝播面について（００１）面を［１００］を軸として角度θ回転させ、表面弾性波の伝播方向について［１００］方向を基準に左回りに角度Ψ回転させるときに１５°≦θ≦７５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°とする、若しくは−５°≦θ≦５°かつ３０°≦Ψ≦６０°とする。又は、表面弾性波伝播面について（００１）面を［１１０］を軸として角度θ回転させ、表面弾性波の伝播方向について［１１０］方向を基準にして面内を角度Ψ回転させたときに０°≦θ≦６７．５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°とする、若しくは、６７．５°≦θ≦９０°かつ７５°≦Ψ≦１０５°とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイエナイト（Ｃ１２Ａ７：Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）単結晶からなる圧電基板と、
前記圧電基板の表面弾性波伝播面に形成された櫛型電極と、を有する
ことを特徴とする表面弾性波デバイス。
【請求項２】
前記表面弾性波伝播面は（００１）面を［１００］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１００］方向を基準にして伝播面内を角度Ψだけ回転させたときに１５°≦θ≦７５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°である
ことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項３】
前記表面弾性波伝播面は（００１）面を［１００］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１００］方向を基準にして伝播面内を角度Ψだけ回転させたときに−５°≦θ≦５°かつ３０°≦Ψ≦６０°である
ことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項４】
前記表面弾性波伝播面は（００１）面を［１１０］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１１０］方向を基準にして面内を角度Ψだけ回転させたときに０°≦θ≦６７．５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°である
ことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項５】
前記表面弾性波伝播面は（００１）面を［１１０］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１１０］方向を基準にして面内を角度Ψだけ回転させたときに６７．５°≦θ≦９０°かつ７５°≦Ψ≦１０５°である
ことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項６】
前記表面弾性波デバイスは、センサである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項７】
前記櫛型電極に接続されたアンテナを有し、無線による遠隔センシング可能である
ことを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項８】
前記櫛型電極に接続された端子を有し、有線によるセンシングが可能である
ことを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波デバイス。
【請求項９】
前記表面弾性波デバイスは、フィルタである
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の表面弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面弾性波を用いる表面弾性波デバイスは、いわゆるバンドパスフィルタとしての利用や、測定対象の温度や圧力を遠隔測定するセンサとして利用することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、表面弾性波（ＳＡＷ；Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を利用したワイヤレス温度計測センサが開示されている。同センサは、温度以外にも、圧力、変位、湿度、ガス成分分析等の各種センサとしても適用できるとされている。同センサに用いられる圧電材料としては、ニオブ酸リチウムの他、水晶、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイトが例示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、無線化が可能な表面弾性波センサであって、圧電材料にランガテイトを用いたものが開示されている。ランガテイト及びランガサイトの音速は２５００ｍ／ｓ前後と明記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２９１８５号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特許第４４７０５９０号公報（第５頁、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上掲特許文献に種々記載されている圧電材料は、表面弾性波デバイスのある種の用途によっては、その構成材料として不適当である。例えば、水晶は代表的な圧電材料であるが、５７３℃でβ相へ相転移を起こし、圧電性を失うため、高温環境下での使用ができない。一方、ランガサイトやランガテイトでは、１５００℃近くまで相転移することなく圧電性を保つものの、表面弾性波の音速が２５００ｍ／ｓ前後と、他の材料に対し遅い。
【０００７】
ここで、表面弾性波の共振周波数は、その音速に比例し、波長に反比例するため、音速が遅いと、表面弾性波の周波数が低くなることを意味している。この周波数を上げるためには、波長を短くすればよいが、圧電材料の表面に励振される表面弾性波の波長は、その表面に形成される櫛型電極（ＩＤＴ；Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のピッチに依存しており、櫛型電極を形成する際の配線ピッチの分解能には限界がある。したがって、表面弾性波デバイスに利用できる表面弾性波の周波数には、圧電材料に応じた上限がある。
【０００８】
このことは、表面弾性波デバイスを、フィルタとして使用する際には、その通過帯域に上限が生じることを示している。また、表面弾性波デバイスをワイヤレスセンサとして用いる際には、その表面弾性波の周波数は、遠隔測定をする際の電磁波通信の周波数でもあるため、周波数が低いと、送受信のためのアンテナが大型化し、取り扱いに優れた小型の表面弾性波センサを得ることができなくなることを示している。実際、前述のランガサイトやランガテイトでは、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域を使用することができないため、フィルタとしての用途に制限を受け、また、実用的なサイズのワイヤレスセンサを得ることは難しい。さらに、その構成元素にランタン、ガリウム、タンタルといった、いわゆるレアメタル、レアアースと称される希少元素が含まれるため、安定供給に難がある。
【０００９】
そして、これまで表面弾性波デバイスに使用可能とされた圧電材料として知られているものに、水晶を超え、１０００℃に達する高温耐性と、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用を可能とする早い音速を併せ持つものは見当たらない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、高温環境に対する耐性と、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用を可能とする新規かつ、安定供給可能な圧電材料を使用する表面弾性波デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
【００１２】
マイエナイト（Ｃ１２Ａ７：Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）単結晶からなる圧電基板と、圧電基板の表面弾性波伝播面に形成された櫛型電極と、を有する表面弾性波デバイスであることを特徴とする。
【００１３】
また、上記表面弾性波デバイスは、表面弾性波伝播面は（００１）面を［１００］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が〈１００〉方向を基準にして伝播面内を角度Ψだけ回転させたときに１５°≦θ≦７５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°としてもよい。
【００１４】
また、上記表面弾性波デバイスは、表面弾性波伝播面は（００１）面を［１００］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が〈１００〉方向を基準にして伝播面内を角度Ψだけ回転させたときに７５°≦θ≦９０°かつ３０°≦Ψ≦６０°としてもよい。
【００１５】
また、上記表面弾性波デバイスは、表面弾性波伝播面は（００１）面を［１１０］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１１０］方向を基準にして面内を角度Ψだけ回転させたときに０°≦θ≦６７．５°かつ−１５°≦Ψ≦１５°としてもよい。
【００１６】
また、上記表面弾性波デバイスは、表面弾性波伝播面は（００１）面を［１１０］を軸として角度θだけ回転させた面であり、表面弾性波の伝播方向が［１１０］方向を基準にして面内を角度Ψだけ回転させたときに６７．５°≦θ≦９０°かつ７５°≦Ψ≦１０５°としてもよい。
【００１７】
また、上記表面弾性波デバイスは、センサとしてもよい。
【００１８】
また、上記表面弾性波デバイスは、櫛型電極に接続されたアンテナを有し、無線による遠隔センシングを可能としてもよい。
【００１９】
また、上記表面弾性波デバイスは、櫛型電極に接続された端子を有し、有線によるセンシングを可能としてもよい。
【００２０】
また、上記表面弾性波デバイスは、フィルタとしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
上記本出願において開示される発明の種々の側面によれば、高温環境に対する耐性と、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用を可能とする新規かつ、安定供給可能な圧電材料を
使用する表面弾性波デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、ワイヤレス温度センサの外観斜視図である。
【図２】［１００］を軸としてθ回転Ｚ面上のΨ回転方向伝播を説明する図である。
【図３】［１００］を軸としてθ回転Ｚ面において、［１００］方向を伝播角度０°としたときのΨと音速の関係を示すグラフである。
【図４】［１１０］を軸としてθ回転Ｚ面上のΨ回転方向伝播を説明する図である。
【図５】［１１０］を軸としてθ回転Ｚ面において、［１１０］方向を伝播角度０°としたときのΨと音速の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、ワイヤレス圧力センサの外観斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、フィルタの外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図５を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、ワイヤレス温度センサ１の外観斜視図である。ワイヤレス温度センサ１は、平板形状にカットされた圧電基板１０と、圧電基板１０の表面であって、表面弾性波が励振され、伝播する面である表面弾性波伝播面１１に形成された櫛型電極である、励振電極１２と、励振電極１２を挟むように形成された一対のやはり櫛型電極である、反射電極１３を備えている。
【００２５】
励振電極１２は、整合回路１４を介して、アンテナ１５に接続されている一方、反射電極１３は、本実施形態では、浮遊電極となっている。そして、本実施形態では、アンテナ１５により送受信される電磁波の周波数帯は、極超短波領域であり、一例として、２．４５ＧＨｚを想定している。整合回路１４は、２．４５ＧＨｚの電磁波を用いて、励振電極１２とエネルギーの授受をするにあたり、電気的整合、いわゆるインピーダンスマッチングをとるための回路である。
【００２６】
整合回路１４及びアンテナ１５は、実装基板１６上に実装され、ベース基板１７上に取り付けられる。圧電基板１０と実装基板１６は、適宜の手法、例えばワイヤボンディングにより電気的に接続される。さらに、実装基板１６上には、端子１８が設けられている。この端子１８は、励振電極１２と直接又は整合回路１４を介して接続されている。
【００２７】
なお、ここでは、整合回路１４は統合されたチップ部品を用いるものとして示しているが、インダクタ及びキャパシタを個別に実装したり、実装基板１６上に形成される配線のパターンにより整合回路１４を作成してもよい。また、アンテナ１５は、小型化が容易であることから、ここではヘリカルモノポールアンテナを用いるものとして図示しているが、アンテナの形式は、使用する周波数帯に応じて任意のものを用いて良く、整合回路１４と同様に、実装基板１６上に形成される配線のパターンにより作成してもよい。
【００２８】
また、圧電基板１０と実装基板１６を別々に用意することなく、整合回路１４及びアンテナ１５を直接圧電基板１０上に設けてもよい。その場合、ベース基板１７を省略することもできる。
【００２９】
ワイヤレス温度センサ１に所定の周波数の電磁波（ここでは、上述した２．４５ＧＨｚ）を送信すると、アンテナ１５より励振電極１２に入力された電力により、圧電基板１０
上には、図中矢印Ｓで示した方向に進行する表面弾性波が励振される。なお、この表面弾性波の進行方向は、櫛型電極の櫛歯部分に直交する向きである。表面弾性波は、反射電極１３で反射するため、圧電基板１０上には定在波が発生し、エネルギーが蓄積されることになる。
【００３０】
その後電磁波の送信を停止すると、ワイヤレス温度センサ１は、表面弾性波として蓄積したエネルギーを消費しながら、共振周波数に等しい周波数で、アンテナ１５から電磁波を放射する。この放射された電磁波を受信することにより、ワイヤレス温度センサ１の共振周波数を知ることができる。圧電基板１０の音速には温度依存性があるため、この共振周波数を知ることにより圧電基板１０の音速を、ひいては温度を知ることができる。
【００３１】
そして、本実施形態では、圧電基板１０として、マイエナイト（Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）の単結晶を用いている。圧電基板１０は、例えばチョクラルスキー法により作成したマイエナイトの単結晶インゴットを、所望の表面弾性波伝播面１１が得られるよう、適宜の角度でカットすることにより得られる。
【００３２】
ここで、マイエナイト単結晶は、融点である１４５０℃程度まで相転移がなく圧電特性を有し、高温に耐える。また、表面弾性波の音速は、後述するようにそのカット面にも依存するものの、おおむね４０００〜４２００ｍ／ｓと高い値を示し、一般的なステッパ、例えばｉ線ステッパを用いた場合の分解能である３６５ｎｍを半波長とする櫛型電極を用いて、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の高周波帯域を使用することができる。
【００３３】
さらに、マイエナイトの構成元素は、カルシウム、アルミニウム及び酸素であり、極めてありふれた元素のみから構成されているため、安価かつ安定的な供給が可能である。
【００３４】
なお、以上の温度測定方法は、端子１８に直接測定機器を有線で接続した場合にも同様に実施することができる。すなわち、端子１８より所定の周波数の交流を印加し、その後、交流の印加を停止し、端子１８より出力される交流の周波数を測定することにより、ワイヤレス温度センサ１の共振周波数を知ることができるからである。図１に示したワイヤレス温度センサ１では、無線による遠隔センシングと、有線によるセンシングの両方が可能なように、アンテナ１５と端子１８の両方が設けられているが、無線による遠隔センシングのみ可能とする場合には端子１８は不要であり省略してよい。また、有線によるセンシングのみ可能とする場合には、アンテナ１５と、場合によっては整合回路１４を省略してよい。
【００３５】
ところで、圧電基板１０の表面弾性波伝播面１１上の音速や損失の程度は、表面弾性波伝播面１１の方位及び表面弾性波伝播方向に依存するため、これらを定めるにあたっては、原料となるマイエナイトの結晶方位を考慮する必要がある。
【００３６】
以下、さらに表面弾性波デバイスに適したマイエナイトの切断面と、表面弾性波伝播方向を図２〜図５を参照しつつ示す。
【００３７】
図２は、所定の結晶方位面上の所定の伝播方向についての説明図である。図２（ａ）は、同一面内の伝播方向を説明する図であり、説明を容易にするために結晶方位面を（００１）面として説明する。図２（ａ）に示すように、所定の結晶方位面（００１）面上において、Ｘ軸と平行な［１００］方向である破線の矢印Ａを伝播方向の基準（０°）として面内を反時計回り（左回り）に伝播角度Ψだけ回転させたときの実線の矢印Ｂを伝播方向とする。図２（ｂ）は、所定の結晶方位面を基準として、所定の軸に対して結晶方位面を回転させる様子を説明するための図である。図２（ｂ）に示すように、たとえば基準となる所定の結晶方位面（基準面）を（００１）面（Ｚ面とも呼ぶ）とし、［１００］（ｘ軸
）を軸として、この（００１）面をθ回転させたときの面（以下、θ回転Ｚ面と呼ぶ。）について説明している。図中のｘ、ｙ、ｚはマイエナイトの結晶軸を示し、マイエナイトは立方晶であるため、ｘ、ｙ、ｚは区別できず等価であるが、混乱を避けるため区別して図示する。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、表面弾性波の伝播方向は矢印Ｂで示す方向であり、（００１）面において、［１００］方向から反時計回り（左回り）にΨだけ回転させた方向である。表面弾性波の音速については伝播方向と反対の方向について等価であり、音速のΨ角度依存性は１８０°周期で繰り返すので、後述の音速グラフのΨの範囲は１８０°分を表示している。また、図２（ｂ）に示すように、θ回転Ｚ面は、破線で示した（００１）面を基準として、［１００］（ｘ軸）を軸として反時計回り（左回り）にθだけ回転させたときの実線で示した面である。つまり、θ＝０°の場合には、θ回転Ｚ面は（００１）面であり、θ＝９０°の場合には、θ回転Ｚ面は（０１０）面である。また、θ＝９０°かつΨ＝９０°の場合には、（０１０）面内上の［００１］方向が伝播方向となる。
【００３９】
図３は、図２で示したように、マイエナイトの（００１）面を［１００］を軸として角度θだけ回転させた面（以降、この面を「［１００］周りθ回転Ｚ面」と称する）で切断し、［１００］方向を伝播角度０度としたときの伝播角度Ψ［°］と音速［ｍ／ｓ］との関係を示すグラフである。図３において、伝播角度Ψは横軸であり、表面弾性波の音速は縦軸である。また、同図のグラフ曲線Ｐ１〜Ｐ４は、θを変化させたときの音速の伝搬角度依存性である。曲線Ｐ１はθ＝４５°のとき、曲線Ｐ２はθ＝３０°及び６０°、曲線Ｐ３はθ＝１５°及び７５°のとき、曲線Ｐ４はθ＝０°及び９０°とした場合の音速の伝播角度Ψに対する音速の変化がそれぞれ示されている。θ＝０°及び９０°を点線で、θ＝１５°及び７５°を破線で、θ＝３０°及び６０°を一点鎖線で、θ＝４５°を実線で示す。
【００４０】
例えば、実線で示すθ＝４５°の曲線Ｐ１は（０１−１）面における表面弾性波について表し、この面内において、Ψ＝０°のとき、［１００］方向に伝播する表面弾性波の音速を示す。ここで、上記（０１−１）面について説明すると、結晶学上では負の指数は数字の上にバー「−」で表記することになっているが、本明細書中では数字の前に負の符号をつけることで負の指数を表記する。（０１−１）面は、ｘ軸と平行な面であり、ｙ軸上の１の位置の点を通り、ｚ軸上の−１の位置の点を通る面である。また、破線で示すθ＝０°の曲線Ｐ４は（００１）面の表面弾性波を表し、この面内において、Ψ＝４５°のとき、［１１０］方向に伝播する表面弾性波の音速を示す。
【００４１】
このとき、表面弾性波の伝播方向は、音速が極小値を示す伝播角度か、その近辺の伝播角度とすることが望ましい。この理由は、音速が伝播角度Ψに対し変化している（図３のグラフで、傾きが０でない）領域では、表面弾性波がより音速の遅い向きに散逸してしまうため、損失が増大することにある。音速が極小値（ボトム）を示す、すなわち、伝播角度に対する変化が無い（図３のグラフで、傾きが０）又は小さい領域では、表面弾性波のΨ角度に対する直進性が高く、損失を抑えられる。特に、音速が極小値を示す、すなわち、音速の伝播角度Ψに対する変化が減少から増加に転じる領域（図３のグラフで、傾きが負から正に変化する領域）では、音速が極小値を示す伝播角度に表面弾性波が集中するため、損失が少ない。一方、音速の極大値においては伝播角度に対する音速の変化は無いものの、音速のより遅い角度に散逸しやすく、損失の点では好ましくない。
【００４２】
図３より明らかなように、θ回転Ｚ面を表面弾性波伝播面１１とした場合には、１５°≦θ≦７５°において、伝播角度Ψ＝０°にて音速は最も遅い極値になる。また、θが小さい場合、例えばθ＝０°若しくは９０°近くの場合には、伝播角度Ψ＝４５°近傍にて音速は極小値をとることが分かる。
【００４３】
ここで、音速が極小値を示す伝播角度では損失が少なくなることはすでに説明した通りであるが、極小値における曲率が大きい（グラフ上では、より幅が狭く、鋭い凹みとして示される）ほど、より表面弾性波は音速が極小値を示す伝播角度に集中するため、損失の点では好ましいといえる。したがって、伝播角度を０°としたときには、損失の点では、θが４５°に近いほどよいといえる。また、音速も概ね４０６０ｍ／ｓ〜４０７０ｍ／ｓであり、２５００ｍ／ｓであるランガテイトの場合に比べ、はるかに速い音速が得られている。
【００４４】
以上より、１５°≦θ≦７５°においては、伝播角度Ψは表面弾性波の散逸量が少なくなり、製造ばらつきを抑えることができる−１５≦Ψ≦１５の範囲となるように表面弾性波伝播面１１上に励振電極１２を設けることが好ましく、音速が極値をとるΨ＝０°となるように励振電極１２を設けるのがより好ましい。また−５°≦θ≦５°においては、伝播角度Ψは表面弾性波の散逸量が少なくなり、製造ばらつきを抑えることができる±（３０≦Ψ≦６０）の範囲となるように表面弾性波伝播面１１上に励振電極１２を設けることが好ましく、音速が極値となるΨ＝±４５°となるように励振電極１２を設けるのがより好ましい。
【００４５】
図４は、所定の結晶方位面上の所定の伝播方向についての説明図である。図４（ａ）は、所定の結晶方位面上において、［１１０］方向を基準の伝播方向として面内を伝播角度Ψだけ回転させたときの伝播方向を説明する図であり、説明を容易にするために結晶方位面を（００１）面として説明している。図４（ｂ）は、基準となる所定の結晶方位面（基準面）を（００１）面（Ｚ面とも呼ぶ）とし、［１１０］を軸として、この（００１）面をθ回転させた面（以下、θ回転Ｚ面と呼ぶ。）について説明している。図中のｘ、ｙ、ｚはマイエナイトの結晶軸を示し、マイエナイトは立方晶であるため、ｘ、ｙ、ｚは区別できず等価であるが、混乱を避けるため区別して図示する。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、表面弾性波の伝播方向は実線の矢印Ｄで示す方向であり、（００１）面において、［１１０］方向を示す矢印Ｃを基準として反時計回り（左回り）にΨだけ回転させた方向である。伝播方向は矢印Ｄの方向と反対の方向について等価であり、音速のΨ角度依存性は１８０°周期で繰り返すので、後述の音速グラフのΨの範囲は１８０°分のみ表示している。また、図４（ｂ）に示すように、θ回転Ｚ面は、破線で示した（００１）面を、［１１０］方向、すなわち矢印Ｃを軸として反時計回り（左回り）にθだけ回転させたときの実線で示した面である。つまり、θ＝０°の場合には、θ回転Ｚ面は（００１）面であり、θ＝９０°の場合には、θ回転Ｚ面は（１−１０）面である。また、θ＝９０°かつΨ＝９０°の場合には伝播方向は（１−１０）面上の［００１］方向である。
【００４７】
図５は、図４で示したように、マイエナイトの（００１）面を［１１０］を軸として角度θだけ回転させた面（以降、この面を「［１１０］周りθ回転Ｚ面」と称する）で切断し、［１１０］方向を伝播角度０度としたときの伝播角度Ψ［°］と音速［ｍ／ｓ］との関係を示すグラフである。図５は図３と同様に、横軸を伝播角度Ψ、縦軸を表面弾性波の音速としている。また、同図には、角度θを変更した場合の音速の伝播角度Ψに対する音速の変化がそれぞれ示されている。同図のグラフ曲線はそれぞれ、曲線Ｒ１はθ＝０°のとき、曲線Ｒ２はθ＝１５°のとき、曲線Ｒ３はθ＝３０°のとき、曲線Ｒ４はθ＝４５°のとき、曲線Ｒ５はθ＝５４．７３６°のとき、曲線Ｒ６はθ＝６０°のとき、曲線Ｒ７はθ＝７５°のとき、曲線Ｒ８はθ＝９０°のときの伝播角度Ψと音速との関係を示すグラフである。
【００４８】
例えば、実線で示す曲線Ｒ８（θ＝９０°）は（１−１０）面の表面弾性波を表し、こ
の面内において、Ψ＝９０°のとき、［００１］方向に伝播する表面弾性波の音速を示す。また、一点鎖線で示す曲線Ｒ５（θ＝５４．７３６°）の曲線は（１１１）面の表面弾性波を表し、この面内において、Ψ＝０°、６０°、１２０°のとき、それぞれ［１１０］、［０１１］、［−１０１］方向に伝播する表面弾性波の音速を示す。
【００４９】
図５のグラフ曲線Ｒ１〜Ｒ６より明らかなように、［１１０］周りθ回転Ｚ面を表面弾性波伝播面１１とした場合には、回転角θが０°≦θ≦６０°において、伝播角度Ψ＝０°にて音速は極小値（ボトム）をもつ。グラフ曲線Ｒ５は（１１１）面上の表面弾性波であり、面に垂直な軸まわりに３回回転対称があり、表面弾性波の音速については伝播方向と反対の方向について等価であるため、６回回転対称の音速データとなり、３６０°／６毎に極小値が出ているがすべて等価なボトムである。グラフ曲線Ｒ６においては、複数のボトムがあるが、６０°から１２０°にかけて出ているボトムは、θがズレることで、グラフ曲線Ｒ６が、グラフ曲線Ｒ５やグラフ曲線Ｒ７に変化してしまい、それに伴いボトムの伝播角度Ψも変化してしまうため、安定した特性を得にくい。よって、グラフ曲線Ｒ５やグラフ曲線Ｒ６においても、グラフ曲線Ｒ１〜Ｒ４と同様に、極小値（ボトム）は、伝播角度Ψ＝０°のところを採用する。また、グラフ曲線Ｒ７〜Ｒ８から明らかなように回転角θが７５°≦θ≦９０°の場合には、伝播角度Ψ＝９０°にて音速は極小値（ボトム）をとることが分かる。
【００５０】
以上より、０°≦θ≦６０°においては、伝播角度Ψは表面弾性波の散逸量が少なくなり、製造ばらつきを抑えることができる−１５°≦Ψ≦１５°の範囲となるように表面弾性波伝播面１１上に励振電極１２を設けることが好ましく、音速が極値をとるΨ＝０°となるように励振電極１２を設けるのがより好ましい。また７５°≦θ≦９０°おいては、伝播角度Ψは表面弾性波の散逸量が少なくなり、製造ばらつきを抑えることができる７５°≦Ψ≦１０５°の範囲となるように表面弾性波伝播面１１上に励振電極１２を設けることが好ましく、音速が極値となるΨ＝±９０°となるように励振電極１２を設けるのがより好ましい。
【００５１】
なお、図２から図５までの結晶方位の表記については、説明を簡単にするために［１００］方位を基準にして表記している。しかしながら、マイエナイト単結晶は立方晶であるため、方位を示す［１００］は，［０１０］でも［００１］でもよく、等価な方位を表記する＜１００＞と記述してもよい。また、面方位についても同様に等価な面の表記に変更して解釈することもできる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態を図６を参照しつつ説明する。
【００５３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、ワイヤレス圧力センサ２の外観斜視図である。ワイヤレス圧力センサ２は、円板上にカットされたベース基板１７が、リング状の保持部材１９に保持された構造であり、ベース基板１７上に圧電基板１０及び実装基板１６が配置されている。そして、ベース基板１７はダイアフラムとなって、ワイヤレス圧力センサ２の表裏の圧力差に応じて弾性変形するようになっている。これに伴い、圧電基板１０もまた曲げ変形を受け、それにより表面弾性波の音速が変化するから、先の実施形態で説明したと同様の方法により、圧電基板１０上の表面弾性波の共振周波数を測定することにより、ベース基板１７に作用した力、すなわち、ワイヤレス圧力センサ２の表裏の圧力差を知ることができる。ワイヤレス圧力センサ２は、測定対象となる空間の開口部に、保持部材１９を接着やボルト止め等適宜の方法により固定することで取り付けられる。
【００５４】
圧電基板１０の表面は、表面弾性波伝播面１１となっており、先の実施形態に係るワイヤレス温度センサ１と同様に励振電極１２及び反射電極１３が設けられている。また、実
装基板１６の構成も同様である。本実施形態において、先の実施形態と対応する構成については、同符号を付し、その重複する説明は省略するものとする。
【００５５】
なお、この例では、ベース基板１７がダイアフラムとなる構造を示したが、圧電基板１０自体がダイアフラムとして機能するような構造としてもよい。その場合、整合回路１４及びアンテナ１５は、圧電基板１０上に直接設けてもよいし、圧電基板１０上にさらに実装基板１６を設け、かかる実装基板１６上に実装するようにしてもよい。
【００５６】
このワイヤレス圧力センサ２においても、先のワイヤレス温度センサ１と同様に、圧電基板１０の表面弾性波伝播面１１上に定在波を励振し、その後、アンテナ１５から放射される電磁波を受信することにより測定を行う。この場合、圧電基板１０の音速は、圧電基板１０の歪みの影響を受けて変化するため、アンテナ１５から放射される電磁波からワイヤレス圧力センサ２の共振周波数を知り、さらに圧電基板１０の音速を知ることにより、圧電基板１０の歪みを知ることができる。圧電基板１０の歪みはベース基板１７の歪みを反映したものと考えられ、ベース基板１７の機械特性は既知であるから、圧電基板１０の歪みから、圧電基板１０内外の圧力差を求めることは容易である。
【００５７】
このワイヤレス圧力センサ２においても、圧電基板１０として、マイエナイト単結晶を用いることにより、高温環境に対する耐性が得られるとともに、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用が可能である。また、圧電基板１０の安価かつ安定的な供給が可能であること、表面弾性波伝播面１１及び表面弾性波進行方向の選定については、先に述べたワイヤレス温度センサ１と同様である。
【００５８】
さらに、本発明の第３の実施形態を図７を参照しつつ説明する。
【００５９】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る表面弾性波デバイスである、フィルタ３の外観斜視図である。フィルタ３は、バンドパスフィルタとしての通過帯域特性を持つ濾波器であり、圧電基板１０上の表面弾性波伝播面１１の一方の側に励振電極１２が、また他方の側に受信電極２０がそれぞれ櫛型電極として形成されている。圧電基板１０はベース基板１７上に取り付けられ、ベース基板１７上に設けられた端子２１と励振電極１２、受信電極２０はそれぞれ適宜の方法、例えばワイヤボンディングにより接続されている。
【００６０】
このフィルタ３では、励振電極１２側の端子２１より電力を入力すると、櫛型電極のピッチと表面弾性波伝播面１１上の音速により定まる周波数帯域の信号が、図中Ｔ方向に表面弾性波として伝播し、受信電極２０に受信され、励振電極１２側の端子２１より出力される。なお、この実施形態ではフィルタ３をいわゆるトランスバーサル型ＳＡＷフィルタとして示したが、これをＳＡＷ共振器型フィルタとして設計してもよいし、各電極の配置は、ここで示した単純な対向型のものでなく、ラダー型等種々の配置を採用してよい。
【００６１】
このフィルタ３においても、圧電基板１０として、マイエナイト単結晶を用いることにより、高温環境に対する耐性が得られるとともに、２〜２．５ＧＨｚ帯以上の帯域の使用が可能である。また、圧電基板１０の安価かつ安定的な供給が可能であること、表面弾性波伝播面１１及び表面弾性波進行方向の選定については、先に述べたワイヤレス温度センサ１と同様である。
【００６２】
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更したり、例示された実施形態を互いに組み合わせたりしてもよい。また、本明細書で開示された表面弾性波デバイスを、温度及び圧力以外の物理量を測定するセン
サやフィルタ以外の電気的素子に用いてもよい。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものである。
【符号の説明】
【００６３】
１  ワイヤレス温度センサ
２  圧力センサ
３  フィルタ
１０  圧電基板
１１  表面弾性波伝播面
１２  励振電極
１３  反射電極
１４  整合回路
１５  アンテナ
１６  実装基板
１７  ベース基板
１８  端子
１９  保持部材
【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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