(57)【要約】【課題】圧電せん断モードセンサ素子は、自発分極軸を有する圧電材料で作られたセンサブロックを備え、圧電材料は焦電性である。【解決手段】センサブロックは、軸方向の軸端と、軸方向に垂直な横方向の側面と、を有する。センサ電極は、せん断モードセンサ信号を取得するのに適合している。センサ素子は、センサブロックの側面の焦電変位電荷を低減するように電荷を局所的に変更及び／又は再配置するように適合された放電ガードを更に備える。【選択図】図６
2017537325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断モードセンサ装置の圧電せん断モードセンサ素子（１０１）であって、
自発分極軸を有する圧電材料で作られたセンサブロック（１０２）であって、前記圧電材料は焦電性であり、前記センサブロック（１０２）は、軸方向の軸端（１０３，１０４）を有し、前記センサブロック（１０２）は、前記軸方向に垂直な横方向の側面（１０５，１０６，１０７，１０８）を有するセンサブロック（１０２）と、
前記センサブロック（１０２）の前記軸端（１０３，１０４）に配置され、せん断モードセンサ信号を取得するのに適合したセンサ電極（１１１，１１２）と、
を備え、
自由電荷キャリアを含む導電材料で作られた放電ガード（１２１，１２２）であって、前記センサブロック（１０２）の側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）の焦電変位電荷に応答して電荷を局所的に変更及び／又は再配置するように適合され、前記センサブロック（１０２）の第１の側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）に配置された少なくとも第１のガード電極を備え、前記第１の側面（１０５．１０６，１０７，１０８，１１０）は、前記自発分極軸に平行な成分に垂直な表面を備える放電ガード（１２１，１２２）を更に備えるセンサ素子。
【請求項２】
前記放電ガード（１２１，１２２）は、前記センサブロックの第２の側面に配置された少なくとも第２のガード電極を更に備え、前記第２の側面は、前記自発分極軸に逆平行の成分に垂直な表面を備える請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記放電ガード（１２１，１２２）は、前記第１のガード電極と前記第２のガード電極とを互いに接続する電荷移動素子を更に備える請求項２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記第１のガード電極及び前記第２のガード電極は、前記電荷移動素子と一体的に形成されている請求項３に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記放電ガード（１２１，１２２）は、前記センサブロック（１０２）の前記側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）に設けられた金属を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記金属は、クロム、チタン、ニッケル、金及びその合金の群から選択される請求項５に記載のセンサ素子。
【請求項７】
前記金属は、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム及びその合金の群から選択される請求項５に記載のセンサ素子。
【請求項８】
前記圧電材料は、ニオブ酸リチウム、トルマリン、オキシほう酸塩イットリウムカルシウム（ＹＣＯＢ）、チタン酸ビスマス、チタン酸バリウム、メタニオブ酸鉛、タンタル酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、多結晶セラミックス、強誘電体リラクサベース材料、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）及び３成分系インジウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＩＭＮＴ）の一つである請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項９】
前記センサブロック（１０２）は、前記センサブロック（１０２）を前記軸方向に貫通する開口（１０９）を備え、前記開口（１０９）は、内側面（１１０）によって規定される請求項１〜８のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項１０】
前記内側面（１１０）に別の放電ガード（１２２）を設けた請求項９に記載のセンサ素子。
【請求項１１】
前記別の放電ガードは、前記放電ガードに電気的に接続される請求項１０に記載のセンサ素子。
【請求項１２】
前記センサ電極は、平坦であり、前記センサブロック（１０２）の第１の平坦端面及び第２の平坦端面にそれぞれ配置されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項１３】
前記センサ電極の一つ（１１２）は、一つ以上の放電ガード（１２１，１２２）に電気的に接触し、前記センサ電極の少なくとも別の一つ（１１１）は、前記放電ガード（１２１，１２２）から電気的に切り離されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のセンサ素子（１０１）を製造する方法であって、
圧電材料のウェファを設けることであって、前記圧電材料の自発分極軸は、前記ウェファによって規定される面に平行に向いており、軸方向が前記面に垂直であることと、
前記ウェファの第１の側部に少なくとも第１のセンサ電極（１１１）を形成するとともに前記第１のセンサ電極（１１１）と軸方向に整列した前記ウェファの第２の側部に少なくとも第２のセンサ電極（１１２）を形成することと、
個別のセンサ素子（１０１）を取得するために前記ウェファを切断することと、
前記個別のセンサ素子（１０１）の一つ以上の、好適には、全ての側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）に、放電ガード（１２１，１２２）を、自由電荷キャリアを含む材料から形成することであって、前記放電ガードは、前記センサ素子（１０１）の側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）の焦電変位電荷に応答して電荷を局所的に変更及び／又は再配置するように適合されたことと、
を備える方法。
【請求項１５】
センサ電極を形成することは、前記センサブロック（１０２）の軸端面に金属を被覆することを備える、及び／又は、放電ガード（１２１，１２２）を形成することは、前記センサブロック（１０２）の側面（１０５，１０６，１０７，１０８，１１０）に金属を被覆することを備える請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一態様において、せん断モードセンサ装置の圧電せん断モードセンサ素子であって、自発分極軸を有する圧電材料で作られたセンサブロックを備え、圧電材料は、焦電性でもあり、センサブロックは、軸方向の第１の端部及び第２の端部を有し、センサブロックは、軸方向に垂直な横方向において、側面を有し、せん断モードセンサ信号を取得するのに適合したセンサ電極を更に備え、センサ電極は、センサブロックの第１の端部に配置された第１のセンサ電極と、センサブロックの第２の端部に配置された第２のセンサ電極と、を備えるセンサ素子に関する。他の態様において、本発明は、せん断モードセンサ装置に用いられる圧電センサ素子の製造方法に関する。本発明の特定の態様において、センサ装置は、加速度測定装置（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）である。
【背景技術】
【０００２】
加速度測定装置は、エンドユーザ装置から重工業用設備の監視までの多種多様の用途の動的な力学量（ｄｙｎａｍｉｃ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ）を測定するのに用いられる。加速度測定装置の共通の設計は、圧電材料から作られた一つ以上のセンサ素子を使用し、センサ素子は、圧電材料の互いに逆の面に取り付けられたセンサ電極を有する。圧電材料の第１の面は、基台に固定された第１の端部に関連付けられ、他の面は、典型的には振動質量（ｓｅｉｓｍｉｃ  ｍａｓｓ）が設けられた第２の端部に関連付けられる。振動質量の基台に対するずれが生じた結果、圧電材料の変形が生じ、圧電応答が生じる。センサ電極は、電気的なセンサ信号としての圧電応答を取得するためのものである。
【０００３】
加速度測定装置は、動的な機械的負荷すなわち時間の関数として変化するセンサ素子に作用する機械的負荷の下での変形に対する材料の圧電応答を決定する。動的な機械的負荷の例は、振動モードである。所定の機械的な本体の振動を測定するとき、基台は、典型的には、測定される本体に取り付けられている。本体の振動は、基台を介して、圧電材料の固定された第１の端部に伝達される。振動質量の慣性のために、圧電材料の第２の端部は、第１の端部の動きに全く又は少なくとも即座には従わず、これによって、動的な変形が生じ、適切に配置された電極によりセンサ信号として取得することができる動的な圧電応答となる。
【０００４】
その後、センサ電極によって取得されたセンサ信号は、典型的には、センサ信号を表す出力を提供する読出し電子機器（ｒｅａｄ−ｏｕｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）に渡される。例えば、読出し電子機器は、増幅、フィルタ処理、デジタル化、アナログ信号処理及び／又はデジタル信号処理のような一つ以上の処理機能を実現してもよい。出力の提供、出力の表示、出力を監視システムに渡すこと、出力をイベント／アラームのトリガにすること、及び／又は、出力の次の計算若しくは更なる信号処理のための使用を行ってもよい。
【０００５】
電極は、圧電応答を測定するために利用される機械的変形のタイプに応じた形態において自発分極軸に関連して配置される。例えば、圧縮モード形態において、圧電材料の圧縮変形が利用され、センサ電極を支持する第１の端面及び第２の端面は、各センサ電極に垂直な面の少なくとも主要部分が自発分極軸に略平行となるように配置される。せん断モード形態において、圧電材料のせん断変形が利用される。せん断モード形態において、センサ電極を支持する第１の端面及び第２の端面は、自発分極軸に略平行に配置される。すなわち、せん断モード形態において、各センサ電極に垂直な面は、自発分極軸に略垂直である。これによって、圧電材料の自発分極軸に平行な方向のせん断変形に対する圧電応答がセンサ電極によって取得される。
【０００６】
加速度計の用途に対して商業的関心がある圧電材料の多くは、温度変化にさらされたときの材料の電荷分離により電荷蓄積が生じる焦電特性も示す。焦電効果によって生じた電荷分離は、自発分極軸に平行な方向に生じる。温度が変化する間、焦電電荷分離（ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は、圧縮モード形態のときのような自発分極軸に平行な方向の測定の際に圧電信号に重畳されるアーチファクト信号を形成する。したがって、焦電電荷分離によるアーチファクトがせん断モード形態によって解消されることが一般的に考えられる。その理由は、せん断モード形態のセンサ信号が自発分極軸に垂直な方向で取得されるとともにセンサ信号に対する焦電による寄与が理論的には無視できるからである。
【０００７】
そのようなせん断モード加速度測定装置は、特開平７−２４４０６９号公報に開示されている。圧電材料の分極軸に対するセンサ電極の特定の配置によって焦電効果による悪影響が及ぼされない向上した加速度計信号が生じることが強調されている。
【０００８】
他のせん断モード加速度測定装置が英国特許出願公開第２２２４５９８号明細書に開示されている。この文書は、圧電材料の分極軸に対するセンサ電極の正確な整列の問題に対処し、ずれに対する応答性が低い装置形態を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、せん断モード形態がセンサ電極の向きに起因する重畳されるアーチファクト信号の取得を回避するのに対して、本発明の利点は、実際には焦電効果が測定信号に幾分大きな悪影響を及ぼし得ることを認識することである。これは、そのようなせん断モード素子が大きな温度変化にさらされるとともに分極軸に平行な成分を有する垂直面を有する圧電センサ素子の端部（小平面／面／側部）に電荷蓄積が生じるときに焦電電荷分離が生じることに起因する。本発明の別の利点は、センサ素子の側面に沿った電流パルス及びランダムなリーク電流が原因でこの電荷蓄積によって自然発生する放電ノイズがセンサ信号に生じることを認識することである。この問題は、急速で大きい温度変化のある高温用途におけるような温度変化率が著しいときに顕著である。例えば、高温用途は、約２００℃より上で行われる測定を含んでもよく、この場合、例えば、電流パルス及びランダムなリーク電流の両方を含む放電ノイズの観察に対して著しい約１℃／分の温度変化率が観測された。時間に対する温度変化率が増大するに従って放電ノイズも増大する。
【００１０】
上述した従来技術のいずれも温度掃引（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｅｅｐ）の間のせん断モード圧電センサ素子の側面の焦電電荷蓄積（ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅ  ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）に起因する自然発生する放電ノイズの問題に対処しない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、せん断モード加速度測定装置の自然発生する放電ノイズの上述した問題を解決する又は少なくとも軽減する圧電せん断モードセンサ素子を提供することである。本発明の他の目的は、そのような圧電せん断モードセンサ素子を製造する方法を提供することである。
【００１２】
加速度測定装置の場合以外には、圧電材料のせん断モード変形を、変形センサ、変位センサ、歪みセンサ、温度センサ又は圧力センサのような他のタイプのセンサ装置における変換源（ｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）として用いてもよい。第１のステップにおいて、圧電せん断モードセンサ素子を用いるそのようなセンサ装置が上述した焦電ノイズを被ることもあることが本発明によって認識される。
【００１３】
したがって、本発明のより広い目的は、せん断モードセンサ装置の自然発生する放電ノイズの上述した問題を解消する又は少なくても軽減する圧電せん断モードセンサ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一態様によれば、目的は、せん断モードセンサ装置の圧電せん断モードセンサ素子であって、
自発分極軸を有する圧電材料で作られたセンサブロックであって、圧電材料は焦電性であり、センサブロックは、軸方向の軸端を有し、センサブロックは、軸方向に垂直な横方向の側面を有するセンサブロックと、
センサブロックの軸端に配置され、せん断モードセンサ信号を取得するのに適合したセンサ電極と、
を備え、
導電材料で作られた放電ガードであって、センサブロックの側面の焦電変位電荷に応答して電荷を局所的に変更及び／又は再配置するように適合された放電ガードを更に備えるセンサ素子によって達成される。
【００１５】
圧電せん断モードセンサ素子は、圧電素子のせん断モード変形を電気的及び／又は光学的な出力に変換するように構成されたセンサ装置アセンブリに用いられる。特に有利な実施の形態において、圧電せん断モードセンサ素子は、上述したように圧電素子の動的なせん断モード変形を電気的及び／又は光学的な出力に変換する加速度測定装置アセンブリに用いるのに適合される。センサ素子は、従来の方式でせん断モード測定を行うように構成される。センサ素子は、圧電材料で作られたブロックを備える。圧電材料は、自発分極軸を有する。圧電効果に起因した自発分極軸に平行な方向のブロックのせん断変形が自発分極に略垂直な方向において検知することができる分極電荷を生じるようにセンサブロックが形成される。センサ電極は、自発分極軸に略垂直な軸方向に圧電的に生じる分極電荷によって生成されたセンサ信号を取得するように配置される。これによって、センサ信号に対する焦電的に生じた分極電荷の直接的なアーチファクトの寄与が抑制される又は少なくとも軽減される。センサ信号に対する直接の焦電的なアーチファクトの寄与の抑制は、自発分極軸に垂直な方向に対する軸方向の整列に依存する。一部の実施の形態によれば、軸方向は、±２０°，±１０°，±５°又は±１°の整列誤差（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｔｏｒｅｌａｎｃｅ）で自発分極軸に略垂直なであってもよい。典型的な整列誤差を約２°〜３°としてもよい。
【００１６】
自発分極軸に略垂直な軸方向の測定を行うためにセンサブロックに配置されたセンサ電極を有するあらゆるせん断モード加速度器設計を、本発明によって改善することができる。これは、例えば、互いに逆の面に配置されたセンサ電極を有する平板形状のセンサブロック又は回転対称の軸に沿った分極軸を有するトロイダル形状のセンサブロックを含んでもよい。そのようなトロイダル形状のセンサ素子を、例えば、回転対称の軸に平行な方向のせん断変形を用いることによって測定を行うのに用いることができる。トロイダル形状において、センサ電極は、回転対称の軸に垂直な半径方向の分極を測定するために配置される、すなわち、円形内側端部は、第１のセンサ電極を支持する第１の端部とみなされ、円形外側端部は、第２のセンサ電極を支持する第２の端部とみなされ（逆の場合も同じ）、それに対し、回転対称の軸に沿った方向から見える端面は、せん断モードセンサ電極に対する側面である。センサ電極は、せん断モードセンサ信号を取得するように適合される。センサブロックの第１の軸端及び第２の軸端にそれぞれ配置された第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極の特定の形状は、第１の端部又は第２の端部の実際の形状及び向きに依存する。
【００１７】
放電ガードは、放電ガード内で自由に再配置することができる自由電荷キャリアを有する導電材料から作られる。典型的には、導電材料は、金属伝導性を有する。したがって、放電ガードは、焦電的に生じた分極電荷のような表面電荷をセンサブロックの側面から収集するように適合される。好適には、一つ以上のガード電極は、焦電分極電荷を蓄積する傾向がある側面の少なくとも一部に配置される。ガード電極を、必要に応じて電荷をガード電極に供給するように適合した電荷だめ（ｃｈａｒｇｅ  ｒｅｓｅｖｏｉｒ）に接続してもよい。代替的に又は追加的に、ガード電極それ自体が電荷を供給又は除去する必要がある局所に対する電荷だめとしての役割を果たしてもよい。温度変化のために焦電分極電荷が側面に集まると、放電ガードは、焦電変位電荷を抑制するように一つ以上のガード電極の自由電荷キャリアを局所的に変更及び／又は再配置することによって応答する。放電ノイズ信号の主要因である焦電電荷は、側面の電荷蓄積を回避する又は少なくとも低減するために抑制され、これによって、放電パルス及びノイズのあるリーク電流のようなランダムな放電過程に起因するノイズを抑制する又は少なくとも低減する。
【００１８】
一つ以上のガード電極の電荷を変更及び／又は再配置するように自由電荷を局所的に供給及び／又は除去する電気抵抗は、好適には、自然発生するランダムな放電電流の抵抗より小さくする。好適には、放電ガードは、焦電効果に対する放電ガードの電気的な応答と圧電せん断モード変形によって誘導されたセンサ電極の信号との間のクロストークを回避するためにセンサ電極にほとんど依存せずに動作する。したがって、好適には、放電ガードは、センサ電極から効果的に絶縁されている。
【００１９】
好適には、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサ電極の少なくとも一つにほとんど依存せずに動作するが、放電ガードを、有利にセンサ信号の基準として用いることができる対応する対向電極に電気的に接続してもよい。
【００２０】
さらに、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサブロックの第１の側面に配置された少なくとも第１のガード電極を備え、第１の側面は、自発分極軸に平行な成分に垂直な表面を備える。第１のガード電極を、温度が変化する間に焦電変位電荷が生じる第１の側面の一部にできるだけ近づけて配置することによって、第１のガード電極の電荷の再配置は、第１の側面に生じる分極電荷を補償することができる。
【００２１】
さらに、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサブロックの第２の側面に配置された及び／又はセンサブロックの第２の側面に隣接して配置された少なくとも第２のガード電極を更に備え、第２の側面は、自発分極軸に逆平行の成分に垂直な表面を備える。第２のガード電極を、温度が変化する間に焦電変位電荷が生じる第２の側面の一部にできるだけ近づけて配置することによって、第２のガード電極の電荷の再配置は、第２の側面に生じる分極電荷を補償することができる。焦電効果によって、自発分極軸の方向に分極が生じる。したがって、逆の電荷は、一般的には、自発分極軸に平行／逆平行な逆方向の側面に蓄積される。共同して、第１のガード電極及び第２のガード電極は、焦電的に分離した電荷が蓄積されるそれぞれの側面からの逆の電荷を抑制するように配置される。
【００２２】
センサ素子の好適な実施の形態によれば、放電ガードは、第１のガード電極と第２のガード電極とを互いに接続する電荷移動素子を更に備える。別個に取り付けることができる又はセンサ素子に直接配置することができる電荷移動素子は、第１の電極及び第２の電極を互いに接続し、これによって、互いに対向する側面の第１の電極と第２の電極との間で電荷を移動させる電荷移動経路を提供する。第１のガード電極及び第２のガード電極を接続することによって、第１のガード電極及び第２のガード電極は、互いの電荷だめとしての役割を果たす。典型的には、第１のガード電極及び第２のガード電極は、第１のガード電極と第２のガード電極との間のリード線の形態のガルバーニ接続（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を設けることによって接続されるが、容量性結合を含む接続のような第１のガード電極と第２のガード電極との間で電荷を移動させることができる他の電気的な配置も可能である。好適には、電荷移動経路は、リーク電流及び放電パルスによって自然発生する再結合経路のような任意の導電寄生経路又はガード電極からセンサ電極の少なくとも一つまでの任意の導通経路の伝導率を超える伝導率を有する。一般的には、電荷移動経路を、上述したような大きさの電気抵抗を有するように構成してもよい。
【００２３】
好適には、放電ガードは、焦電効果によって分離された側面の分極電荷を抑制するための電荷中性を保証するためにフローティングである。しかしながら、一部の実施の形態によれば、ガード電極を、センサ素子の共通アース端子に接続してもよい。代替的には、ガード電極を加速度測定装置に取り付けるときに、ガード電極を、センサアセンブリ又は装置パッケージのシャーシグランド（ｃｈａｓｓｉｓ  ｇｒｏｕｎｄ）のような加速度測定装置の共通アース端子に接続してもよい。共通アース端子は、電荷移動素子及び／又は電荷だめとしての役割を果たしてもよい。
【００２４】
さらに、一部の実施の形態によれば、第１のガード電極及び第２のガード電極は、センサブロックの側面に配置された金属のような電荷移動素子と一体的に形成されている。好適には、金属は、側面の少なくとも一部を被覆する。一体的な形態は、向上したノイズ特性を有する高品質の加速度測定装置を組み立てるためのコンパクトである内蔵型のセンサ素子を提供する。
【００２５】
さらに、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサブロックの側面に設けられた金属を備える。さらに、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサブロックの側面に設けられた金属である。さらに、一部の実施の形態によれば、放電ガードは、センサブロックの側面に沿ってセンサブロックの第１の軸端面及び／又は第２の軸端面に設けられた追加の金属を含む。
【００２６】
さらに、一部の実施の形態によれば、金属によって被覆される側面の部分は、分極軸に平行な成分に垂直な表面を有するセンサブロックの側面の全領域の少なくとも５０％、代替的には少なくとも７０％、好適には少なくとも９０％である。金属による側面の被覆が広くなると、自然発生する電荷の十分な収集及び再結合を行うのに更に良くなる。
【００２７】
さらに、一部の実施の形態によれば、金属は、クロム、チタン、ニッケル、金及びその合金の群から選択される。これによって、ガード電極及び電荷移動素子は、約４００℃までの温度で動作する装置を含む高温装置での使用に適合する。
【００２８】
さらに、一部の実施の形態によれば、金属は、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム及びその合金の群から選択される。これによって、ガード電極及び電荷移動素子は、約４００℃を超える温度で動作する装置を含む高温装置での使用に適合する。上述したように、高温用途は、約２００℃より上で実行される測定を含んでもよく、例えば、約１℃／分の温度変化率が電流パルスとランダムなリーク電流の両方を含む放電ノイズの観察に関して著しいことが観察された。時間に対する温度変化率が増大するに従って、放電ノイズも増大する。高温用途において、センサ素子を、少なくとも２００℃、典型的には約４００℃〜５００℃までの範囲、代替的には約６５０℃までの範囲又は６５０℃を超える範囲の動作温度に適するようにする必要がある。
【００２９】
さらに、一部の実施の形態によれば、圧電材料は、ニオブ酸リチウム、トルマリン、オキシほう酸塩イットリウムカルシウム（ＹＣＯＢ）、チタン酸ビスマス、チタン酸バリウム、メタニオブ酸鉛、タンタル酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、多結晶セラミックス、マグネシウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮＴ）のような強誘電体リラクサベース材料（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒｅｌａｘｏｒ−ｂａｓｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）及び３成分系インジウム酸ニオブ酸チタン酸鉛（ｔｅｒｎａｒｙ  ｌｅａｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ）（ＰＩＭＮＴ）の一つである。
【００３０】
さらに、一部の実施の形態によれば、センサブロックは、センサブロックを軸方向に貫通する開口を備え、開口は、内側面によって規定される。外側面に加えて、センサブロックは、開口を規定する内側面を備えてもよい。開口を、軸方向の中心孔としてもよく、開口は、振動質量を支持する固定ボルトのような装置アセンブリの取付手段を通過させるとともにせん断モード加速度計を形成するためにセンサ素子を含む積層アセンブリを基台に固定するためのものである。
【００３１】
さらに、一部の実施の形態によれば、内側面に、自由電荷キャリアを有する導電材料から作られた別の放電ガードを設ける。センサブロックが軸方向に通過する開口は、内側面を有し、焦電分極のために温度掃引の間に電荷が蓄積される。そのような内側面での電荷蓄積は、放電ノイズに著しく寄与することもある。一部の実施の形態によれば、電荷蓄積及び関連の放電ノイズを、これらの内側面に一つ以上のガード電極を設けるとともに焦電分極電荷を中和するための放電機構と同様な放電機構を設けることによって抑制することができ、これによって、内側面に放電ガードを形成する。
【００３２】
さらに、一部の実施の形態によれば、別の放電ガードは、放電ガードに電気的に接続される。好適には、電気的な接続は、ガルバーニ接続である。軸方向の開口に関連した別の放電ガードを上述した放電ガードに電気的に接続して二つの放電ガードの間の電荷移動を可能にすることによって、放電ガードの間の不所望な帯電効果が回避される。更に一般的には、センサ素子は、上述したような第１の放電ガードと、一つ以上の別の放電ガードと、を備えてもよい。複数の放電ガードの間の不所望な帯電を回避するために、これらの放電ガードは、好適には、全てが互いに接続されている。さらに、好適には、センサ素子の全てのガード電極は、単一の放電ガードを形成するために互いに電気的に接続され、これによって、互いにフローティング状態である（絶縁された）電極のあらゆる電荷分離／蓄積を回避する。これによって、焦電効果によって生じた疑似電荷を確実に抑制することができることが保証される。
【００３３】
さらに、一部の実施の形態によれば、センサ電極は、平坦であり、センサブロック（１０２）の第１の平坦端面及び第２の平坦端面にそれぞれ配置されている。好適には、第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極は、製作公差内で互いに平行な平面である。さらに、第１の端面及び第２の端面は、整列公差（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）内で互いに逆の軸方向に向いている。第１の平坦な端面及び第２の平坦な端面は、整列公差ｎｐ内で互いに平行である。軸方向は、典型的には、整列公差内で軸端面の表面ベクトル（ｓｕｒｆａｃｅ  ｖｅｃｔｏｒ）に垂直である。
【００３４】
本発明の他の態様によれば、せん断モード加速度計は、上述した実施の形態のいずれかによる圧電センサ素子を備え、センサ素子の第１の端部は、基台に取り付けられ、センサ素子の第２の端部は、振動質量に取り付けられる。加速度測定装置は、読出し電子機器を更に備えてもよい。読出し電子機器を、例えば、読出し電子機器に悪影響を及ぼす過酷な環境で測定を行うために、センサと一体にして単一のパッケージにしてもよい又はセンサから少なくとも部分的に離間して配置してもよい。加速度計を、約１５０℃又は約２００℃より上の温度のような高温で動作するように構成してもよい。約１５０℃〜２００℃を超える温度において、センサ素子から取得したセンサ信号を処理する読出し電子機器は、典型的には、センサ素子のハウジングと同一のハウジングと一体にならず、測定の位置から離間して配置される。
【００３５】
本発明の更に別の態様によれば、上述した実施の形態のいずれかに記載のセンサ素子を製造する方法を提供する。方法は、
圧電材料のウェファを設けることであって、圧電材料の自発分極軸は、ウェファによって規定される面に平行に向いており、軸方向が面に垂直であることと、
各センサ素子に対して、ウェファの第１の側部に少なくとも第１のセンサ電極を形成するとともに第１のセンサ電極と軸方向に整列したウェファの第２の側部に少なくとも第２のセンサ電極を形成することと、
個別のセンサ素子を取得するためにウェファを切断することと、
各センサ素子に対して、放電ガードを導電材料から形成することであって、放電ガードは、センサブロックの側面の焦電変位電荷に応答して電荷を局所的に変更及び／又は再配置するように適合されたことと、
を備える。
【００３６】
この方法によって、センサ素子の信頼性及び再現性がある製造を可能にする。好適には、方法は、同一のウェファ上に複数のセンサ素子を同時に製造するのに用いられる。同一のウェファ上に複数のセンサ素子を製造することによって、製造したセンサ素子の特性の再現性が高いセンサ素子の信頼性のある製造を実現することができる。前側とも称することができるウェファの第１の側は、圧電材料の第１の端部に対応する。後側とも称することができるウェファの第２の側は、圧電材料の第２の端部に対応する。第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極は、前側及び後側にそれぞれ配置される。所定のセンサ素子に対して、センサ素子を切り出すときに前側が第１のセンサ電極を支持するとともに後側が対応する第２のセンサ電極を支持するようにするために、第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極が互いに軸方向に整列される。分極軸がウェファ面にある間、軸方向は、ウェファ面に垂直に向く。用語「平行」及び「垂直」は、製作公差の範囲内にあることを理解すべきである。また、用語「軸整列」（ａｘｉａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）は、製作公差の範囲内にあることを理解すべきである。
【００３７】
個別のセンサ素子は、ウェファを切断することによって取得される。切断面は、センサ素子の側面を形成する。切断面は、自発分極軸に対する実際の向きに依存して温度変化の下での焦電帯電効果を受けることがある。したがって、ガード電極を有する放電ガードがこれらの切断面に形成される。好適には、放電ガードは、少なくとも第１のガード電極、第２のガード電極及び電荷移動素子を備える。上述したように、第１のガード電極及び第２のガード電極は、自発分極軸に平行／逆平行な成分に垂直な表面を有する互いに対向する側面から電荷を収集するために配置される。これによって、放電ガードの上述した利点が得られる。
【００３８】
一部の実施の形態によれば、センサブロックは、矩形輪郭を有する箱形状である。好適には、そのような矩形箱形状のセンサ素子に対して、第１の対の切断面が自発分極軸に平行になるとともに第２の対の切断面が自発分極軸に垂直になるように切断面の方向を自発分極軸に整列させる。そのような形態において、主に、第２の対の切断面が焦電分極効果を受ける。
【００３９】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、放電ガードを形成することは、センサ素子の各々の側面に金属を設けることを備える。
【００４０】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、第１の電極及び第２の電極は、センサ素子の側面に沿って配置された金属として電荷移動素子と一体に形成される。
【００４１】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、センサ電極を形成することは、センサブロックの軸端面に金属を被覆することを備える、及び／又は、放電ガードを形成することは、センサブロックの側面に金属を設けることを備える。センサ電極及び／又は放電ガードを形成することは、金属被覆ステップの他に、適切なパターン形成技術により各電極を金属層において規定することを伴う。適切なパターン形成技術は、フォトリソグラフィーマスキング技術（例えば、リフトオフ）、シャドーマスク技術、又は、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング又はミリングにより堆積後に選択した領域の材料を除去することによってパターンを形成する技術を含む。
【００４２】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、少なくとも第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極を形成することは、フォトリソグラフィーパターン規定、金属被覆及びその後のリフトオフによりパターンを形成することを含む。フォトリソグラフィーパターン規定、金属被覆及びその後のリフトオフの技術は、金属パターンの高空間分解能が所望される場合に特に興味を引く。
【００４３】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、少なくとも第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極を形成することは、シャドーマスクを介して金属を被覆することによりパターンを形成することを含む。シャドーマスク技術は、例えば、フォトリソグラフィー技術よりも適用が更に簡単になるとともに製造設備のインフラに関する要求が少なくなる。そのような技術は、マイクロスケールの空間解像度のようなフォトリソグラフィー技術よりも空間解像度の要求を少なくしながら金属パターンを形成するのに適用することができる。
【００４４】
さらに、一部の実施の形態によれば、方法は、軸方向にウェファを貫通する軸方向の開口を加工することを更に備える。軸方向の開口の加工を、レーザ切断、反応性イオンエッチング又はウェファジェット切断のような任意の適切な技術によって行ってもよい。
【００４５】
さらに、方法の一部の実施の形態によれば、開口の加工を、第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極を形成する前に行う。第１のセンサ電極及び第２のセンサ電極を、例えば、金属パターン形成技術によって形成する前に開口を加工することは、軸方向の開口の内側面に同時に金属を被覆することができるという利点を有し、これによって、同一の製造ステップでこれらの内側面に放電ガードを設ける。
【００４６】
本発明の有利な実施の形態を、添付図面を参照しながら後に更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】放電ガードを有しないセンサ素子の斜視図である。
【図２】図１のセンサ素子の正面図である。
【図３】図１のセンサ素子の側面図である。
【図４】せん断モード加速度計アセンブリの概略図である。
【図５】加速度計アセンブリの放電ガードのないセンサ素子の時間領域の電荷測定の例である。
【図６】放電ガードを有するセンサ素子の正面図である。
【図７】図６のセンサ素子の側面図である。
【図８】図８ａは、一実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子の斜視図であり、図８ｂは、他の実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子の斜視図である。
【図９】更に別の実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子の斜視図である。
【図１０】図１の放電ガードを有しないセンサ素子と比較した図８ａの放電ガードを有するセンサ素子で観察された放電パルスの統計的分析を示す図である。
【図１１】図１の放電ガードを有しないセンサ素子と比較した図８ｂの放電ガードを有するセンサ素子で観察された放電パルスの統計的分析を示す図である。
【図１２】温度掃引の間の放電ガードを有しないセンサ素子のノイズスペクトルである。
【図１３】温度掃引の間の放電ガードを有するセンサ素子のノイズスペクトルである。
【図１４】測定中に室温に維持されたセンサ素子のノイズスペクトルである。
【図１５】図１５ａは、更に別の実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子の前側の斜視図であり、図１５ｂは、更に別の実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子の後側の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１〜３は、放電ガードのないせん断モード形態の圧電センサ素子１の種々の図である。センサ素子１は、図１及び図３に矢印によってそれぞれ示す自発分極軸ｎｐを有する圧電材料から作られたセンサブロック２を備える。センサブロック２は、自発分極軸ｎｐに垂直な軸方向に見えるような第１の端部３及び第２の端部４を有する。さらに、センサブロック２は、軸方向に垂直な横方向に見えるような外側面５，６，７，８を有する。図１〜３に示す実施の形態のセンサブロックは、一般的には、第１の端面３及び第２の端面４に平行な面を有する矩形箱形状を有する。第１の端面３及び第２の端面４は、自発分極軸ｎｐに平行に切断されている。四つの外側面５，６，７，８は、（５||７及び６||８を有する）互いに平行な対平面である。二つの外側面５，６は、自発分極軸ｎｐに平行な成分に垂直な表面を有し、それに対し、対応する逆の側面７，８は、自発分極軸ｎｐに逆平行な成分に垂直な表面を有する。センサ素子１は、軸方向に第１の端面３から第２の端面４までセンサブロック２を貫通する任意の開口９を有する。開口９は、ここでは円筒表面の形状を有する内側面１０によって規定される。中央開口９は、組立のために有用である。外側面５，６，７，８によって規定される周辺側と同様に、内側面１０の一部は、自発分極軸ｎｐに平行な成分に垂直な表面を有し、それに対し、対応する他の部分は、自発分極軸ｎｐに逆平行な成分に垂直な表面を有する。
【００４９】
センサ素子１は、センサ信号を取得するのに適合されたセンサ電極１１，１２を更に備え、センサ電極１１，１２は、センサブロック２の第１の端部３に配置された第１のセンサ電極と、センサブロック２の第２の端部４に配置された第２のセンサ電極１２と、を備える。図１〜３に示す例において、センサ電極１１，１２は、それぞれの端面３，４の全てを実質的にカバーする。したがって、センサ電極１１，１２は、端面３，４に平行な方向のセンサブロック２のせん断モード変形に起因する自発分極軸ｎｐに垂直な方向の分極電荷を測定するように適合される。
【００５０】
センサブロック２の圧電材料は焦電性も有する。圧電性と焦電性の両方を有するとともにせん断モード加速度測定装置に適した材料の例は、ニオブ酸リチウム、トルマリン、ＹＣＯＢ、チタン酸ビスマス、チタン酸バリウム、メタニオブ酸鉛及びタンタル酸リチウムである。センサ素子１が温度変化を受けると、焦電効果によって電荷分離が生じ、その結果、図１及び図３の外側面の一部に対して＋及び−の記号によって示すように自発分極軸ｎｐに平行な成分に垂直な表面を有する側面５，６，７，８の全てにおいて表面電荷が観察される。せん断モード形態において、このように焦電的に生じた分極は、センサ電極１１，１２が圧電分極信号を取得する軸方向に直交する横方向に生じるので、このタイプの装置において焦電効果を無視できると通常考えられる。しかしながら、実際には、焦電効果によって生じた横方向の分極に起因する電荷蓄積がせん断モード加速度測定装置のノイズ特性に重度の悪影響を及ぼすと考えられる。
【００５１】
図４は、せん断モード形態の加速度計アセンブリを線形的に示す。加速度計２０は、中央柱２２を支持する基台２１と、二つのセンサ素子２３ａ，２３ｂと、それぞれの振動質量２４ａ，２４ｂと、を備える。センサ素子２３ａ，２３ｂは、図１〜３に関連して上述したセンサブロック及びセンサ電極配置を有してもよい。第１のセンサ電極を支持するセンサ素子２３ａ，２３ｂのそれぞれの第１の端部は、中央柱２２に取り付けられ、第２のセンサ電極を支持するセンサ素子２３ａ，２３ｂのそれぞれの第２の端部は、振動質量２４ａ，２４ｂにそれぞれ取り付けられる。矢印によって示すような振動質量に対する垂直方向の基台２１及び中央柱２２の変位によって、第１の端面及び第２の端面に平行な方向のセンサ素子２３ａ，２３ｂのせん断変形が生じる。せん断変形に起因する圧電分極電荷に対応するセンサ信号をセンサ電極によって取得するとともに次の処理のために読出し電子装置（図示せず）に渡すことができる。アセンブリによって一つ以上のセンサ素子のせん断モード変形が生じてセンサ信号が生じるのであればアセンブリの接続形態をせん断モード形態の基本概念に影響を及ぼすことなく変更してもよいことに留意されたい。例えば、センサ素子の個数を変更してもよい、又は、振動質量及び基台のそれぞれの部分を加速度計ハウジング／フレームに固定するとともに対応する部分の動きを自由にすることによって振動質量の役割と基台の役割とを入れ替えてもよい。
【００５２】
図５は、図１〜３に関連して説明したような放電ガードのないセンサ素子を有するせん断モード加速度測定装置の（水平軸に沿って時間が経過する）時間領域におけるセンサ信号の読出し（垂直軸においてｐＣで示す電荷）を示す。センサ信号は、約２０〜３０℃／分のレートでの約２０℃から約２００℃までの温度掃引の間に取得した。センサ素子の側面に蓄積された焦電分極電荷の自然発生する再結合による放電パルスに起因する頻繁に生じる目立ったスパイクがセンサ信号において観察される。
【００５３】
放電ガードを有するセンサ素子を、図６〜９を参照しながら説明する。比較できるようにするために、上述したようなセンサブロックの同一の有利な矩形箱形状を、電極の配置を変更したここで説明する全ての実施の形態に対して選択した。しかしながら、せん断モードセンサ素子に対する放電ガードの適用の基本概念に影響を及ぼすことなくセンサブロックの実際の形状を変更してもよいことに留意されたい。例えば、センサブロック及び／又は対応するセンサ電極の側面輪郭は、円形、楕円形、正方形、矩形、プリズム形、三角形、六角形、八角形又は他の多角形を含む任意の適切な形状を有してもよい。図６は、センサブロック１０２並びにセンサブロック１０２の第１の端面１０３及び第２の端面１０４にそれぞれ配置されたセンサ電極１１１，１１２を有するセンサ素子１０１の前面図を示す。センサ電極１１１，１１２は、端面１０３，１０４に設けられた金属によって形成される。中央開口１０９は、第１の端面１０３から第２の端面１０４まで軸方向に延在する。中央開口１０９は、組立のために有用である。センサブロック１０２は、四角形の側面輪郭を規定する外側面１０５，１０６，１０７，１０８と、中央開口１０９を規定する内側面１１０と、を有する。センサ電極１１１，１１２は、端面１０３，１０４の側端から僅かに後退し、これによって、側面１０５，１０６，１０７，１０８，１１０からセンサ電極１１１，１１２までの電気的な抵抗が増大する。図７は、センサブロック１０２並びに第１の端面１０３及び第２の端面１０４にそれぞれ設けられた第１のセンサ電極１１１及び第２のセンサ電極１１２を有する図６のセンサ素子１０１の側面図である。センサブロック１０２は、端面１０３，１０４に平行に向いた自発分極軸ｎｐを有する圧電材料から作られている。図７の矢印は、側面１０６の自発分極軸ｎｐの向き（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を示す。
【００５４】
図６〜９に示す実施の形態において、放電ガードは、側面に設けられた金属によって形成される。図９は、端面に設けられた金属によって形成された放電ガードの部分及びセンサ電極から切り離された放電ガードの部分を更に含む。金属の種々の形状を思い付くことができる。例えば、図８ａは、一実施の形態による電極形態を示し、この場合、外側面１０５，１０６，１０７，１０８のみが金属によって被覆され、これによって、周辺放電ガード１２１を形成し、それに対し、内側面１１０は金属が被覆されない。図８ｂは、他の実施の形態による電極形態を示し、この場合、外側面１０５，１０６，１０７，１０８の他に内側面１１０に金属が被覆され、したがって、周辺放電ガード１２１及び中央放電ガード１２２の両方を形成する。両方のケースにおいて、外側面１０５，１０６，１０７，１０８の全ての良好な電気的な接続を設けるために金属が設けられ、図８ｂにおいて、内側面１１０の良好な電気的な接続を設けるために金属が設けられる。金属の第１の部分、例えば、互いに対向する側面１０５及び１０７を逆の焦電分極電荷に対するガード電極と見なすことができ、それに対し、ガード電極をガルバーニ接続する部分、例えば、残りの側面１０６及び１０８を、対応する電荷移動素子と見なすことができる。したがって、内側面１１０に設けられた金属に位相的に接続（ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）した部分は、ガード電極のセットの部分と見なすのと同時に側面１１０に形成された放電ガードの電荷移動素子と見なすことができる。したがって、図８ｂの実施の形態は、二つの放電ガード、すなわち、外側面１０５，１０６，１０７，１０８に形成された周辺放電ガード１２１及び内側面１１０に形成された中央放電ガード１２２を備える。外部のガルバーニ接続を設けることによって、図８ｂの二つの放電ガードを、センサ素子１０１に対する単一の放電ガードを形成するために互いに接続してもよい。更に別の電極配置を図９に示す。図９のセンサ素子は、周辺放電ガード１２１と、図８ｂに関連して上述したように内側面に形成された部分を有する中央放電ガード１２２と、を有する。さらに、図９のセンサ素子の中央放電ガードは、内側面１１０に隣接して、すなわち、端部に沿って端面１０３，１０４に形成されている軸方向に向いた部分１２３を備え、中央放電ガードの軸方向に向いた部分１２３及び横方向に向いた部分１２２は、互いに接触する。図９に示す形状は、シャドーマスクを介した堆積による単一のステップ、例えば、ウェファベースの製造方法においてセンサ電極及び中央放電ガード１２３の金属を設けるのに適している。図６〜９の全ての実施の形態において、周辺放電ガード１２１を、個別のセンサ素子をウェファから切断した後に設けてもよく、好適には、複数のセンサ素子を軸方向に堆積するとともに切断面に金属を設ける。更に別の電極形状を図１５に示し、図１５ａは、センサ素子１０１のセンサ形状の前面を示し、図１５ｂは、センサ素子１０１のセンサ形状の後面を示す。センサ素子１０１は、上述したようなセンサブロック１０２を有する。図１５のセンサ素子１０１は、周辺放電ガード１２１と、中央放電ガード１２２と、を有する。周���放電ガードと中央放電ガードの両方は、センサブロック１０２の外側面に沿った良好な電気的な接続及びセンサブロック１０２の内側面に沿った良好な電気的な接続を設けるために設けられた金属によってそれぞれ形成される。電極形状は、前面にある第１のセンサ電極１１１と、後面にある第２のセンサ電極１１２と、を更に含む。この特定の実施の形態において、前面センサ電極１１１は、例えば、図８ｂに示す実施の形態と同様に前面電極１１１と周辺放電ガード１２１及び中央放電ガード１２２との良好な切り離しを保証するように周辺端及び内側端から僅かに後退している。しかしながら、この特定の実施の形態において、後面センサ電極１１２は、周辺端及び内側端まで延長する端部表面の全体を被覆する。したがって、後面センサ電極１１２は、周辺端の全体に亘る周辺放電ガード１２１との良好な電気的な接触及び内側端の全体に亘る中央放電ガード１２２との良好な電気的な接触を有する。そのような実施の形態は、例えば、ウェファの前側の前側電極１１１に対応するパターン形成された導電層／金属を設け、個別のセンサブロックを切り出すとともに要望に応じて任意に孔を形成し、後側、内側面及び外側面をカバーするように無方向コーティング技術（ｎｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）によってセンサブロックに後側から金属を被覆することにより製造が簡単になり、これによって、後側電極１１２、中央放電ガード１２２及び周辺放電ガード１２１を一度に形成する。
【００５５】
実施例
図１０〜１４は、以下の実施例により実現されたノイズ反応（ｎｏｉｓｅ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）の改善を示す。全ての実施例において、センサ素子は、図４に関連して説明したせん断モード加速度計アセンブリに搭載され、放電ガードを有する第１のセンサ素子及び放電ガードを有しない第２のセンサ素子を同一のアセンブリに搭載した。全てのセンサ素子は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形端面、軸方向に測定した０．５ｍｍの厚さ及び図１〜３，６〜９に関連した上述した中央開口を有するニオブ酸リチウムから作られた箱形状のセンサブロックを有した。焦電的に生じたノイズを、約２０〜３０℃／分の温度掃引レート（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｅｅｐ  ｒａｔｅ）での約２０℃と２００℃との間の温度掃引の間にセンサ電極において取得した。焦電的なノイズ反応についてセンサ素子を特徴付けるために、加速度測定装置は、圧電信号からのあらゆる寄与を回避するために温度掃引中に静止状態に保持した。
【００５６】
実施例１
図８ａに示す実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子と放電ガードを有しない基準センサ素子との比較。図１０の図表は、各放電パルスで観察された最大電荷によって分類される予め決定された数の温度掃引の間にセンサ信号で観察された放電パルスの数を示す。濃い色の棒は、放電ガードを有しないセンサ素子のパルス計数を表し、薄い色の棒は、周辺放電ガードを装着したセンサ素子のパルス計数を表す。垂直軸が対数尺度であることに留意されたい。放電回数の（７１±９）％の減少及び対応する総放電電荷の（７７±６）％の減少が、周辺放電ガードのみによって達成される。
【００５７】
実施例２
図８ｂに示す実施の形態による放電ガードを有するセンサ素子と放電ガードを有しない基準センサ素子との比較。図１１の図表は、各放電パルスで観察された最大電荷によって分類される予め決定された数の温度掃引の間にセンサ信号で観察された放電パルスの数を示す。濃い色の棒は、放電ガードを有しないセンサ素子のパルス計数を表し、薄い色の棒は、周辺放電ガードと中央放電ガードの両方を装着したセンサ素子のパルス計数を表す。放電回数の（９９．５±０．６）％の減少及び対応する総放電電荷の（９９．４±１．２）％の減少が、外側面と内側面の両方の金属を含む完全な放電ガードによって達成される。
【００５８】
実施例３
ノイズスペクトルの比較。図１２は、放電ガードを有しないセンサ素子の温度掃引の間に取得したノイズスペクトルを示す。図１３は、図８ｂに示す実施の形態による周辺放電ガードと中央放電ガードの両方を有するセンサ素子に対する図１２と同一の温度掃引の間に取得したノイズスペクトルを示す。図１４は、温度を室温に保持する間に取得した基準ノイズスペクトルを示す。図１２と図１３との比較は、焦電的に生じたノイズ信号が１／１００まではっきりと減少することを示す。
【図１】
2017537325.tif 000003
【図２】
2017537325.tif 000004
【図３】
2017537325.tif 000005
【図４】
2017537325.tif 000006
【図５】
2017537325.tif 000007
【図６】
2017537325.tif 000008
【図７】
2017537325.tif 000009
【図８ａ】
2017537325.tif 000010
【図８ｂ】
2017537325.tif 000011
【図９】
2017537325.tif 000012
【図１０】
2017537325.tif 000013
【図１１】
2017537325.tif 000014
【図１２】
2017537325.tif 000015
【図１３】
2017537325.tif 000016
【図１４】
2017537325.tif 000017
【図１５ａ】
2017537325.tif 000018
【図１５ｂ】
2017537325.tif 000019
【国際調査報告】
2017537325.tif 000020
2017537325.tif 000021
2017537325.tif 000022