特許 5717247 センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5717247

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】センサ

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/04 20060101AFI20150423BHJP

   G01P 15/097 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   G01P5/04 D

   G01P15/097 A

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-50228(P2011-50228)

(22)【出願日】2011年3月8日

(65)【公開番号】特開2012-185129(P2012-185129A)

(43)【公開日】2012年9月27日

【審査請求日】2014年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002325

【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142837

【弁理士】

【氏名又は名称】内野 則彰

(74)【代理人】

【識別番号】100123685

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 信行

(74)【代理人】

【識別番号】100166305

【弁理士】

【氏名又は名称】谷川 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(72)【発明者】

【氏名】新荻 正隆

【審査官】 三笠 雄司

(56)【参考文献】

【文献】 英国特許出願公開第２１７５０９０（ＧＢ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１０８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１９０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２７７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２０７０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７５６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００２１２４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００７２６８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平２−７５９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２８６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１４４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ ５／００− ５／２６，

１５／００−１５／１８，

Ｇ０１Ｆ １／００− ９／０２，

１５／００−１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基端側から先端側に向けて一方向に延びる板状に形成され、基端側が固定端、先端側が自由端とされた圧電板と、
前記圧電板の主面上に形成され、ＳＡＷを励振させて主面上を伝播させるＩＤＴと、
前記圧電板の主面上における前記先端側に突設され、外部から作用する影響を受けて傾倒する柱状部と、を備え、
前記圧電板は、前記柱状部の傾倒に応じて前記主面に直交する方向に向けて撓み変形し、
前記柱状部は、可撓性を有し、根元部を中心として前記圧電板の長手方向に撓み変形可能とされている、
ことを特徴とするセンサ。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサにおいて、
前記柱状部は、円柱状に形成されていると共に根元部よりも先端部の方が拡径していることを特徴とするセンサ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のセンサにおいて、
前記圧電板を内部に収納するパッケージを備えていることを特徴とするセンサ。

【請求項4】

請求項３に記載のセンサにおいて、
前記パッケージには、パッケージ外からパッケージ内に流動気体を導入させると共に、該流動気体を前記圧電板の長手方向に沿って流動させた後、パッケージ外に排出させる開口部が形成されていることを特徴とするセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳＡＷ（表面弾性波：Surface Acoustic Waves）を利用したセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

現在、センサは用途に応じて様々なものが提供されており、多種多様な使われ方をされている。その１つとして、例えば流速を計測する流速センサが知られており、その中でも熱線式の流速センサ（特許文献１参照）が広く知られている。
このタイプの流速センサは、直径数μｍの金属線を加熱しておき、流速による冷却効果によって金属線の温度が変化した際に、その温度変化に起因する金属線の電気抵抗変化に基づいて流速を計測するものである。例えば、流速が大きい場合には、冷却効果が高くなるので上記電気抵抗値が大きくなる。従って、電気抵抗値の変化をモニタすることで流速を計測することが可能とされている。

【0003】

また、より感度の高い熱線式の流速センサとして、金属線によって生じた熱体の温度分布が流速によって変化した際に、その温度分布変化を金属線の両側に配設した温度センサ線で検出し、両温度センサ線の電気抵抗値の差分に基づいて流速を計測するものも知られている。

【0004】

更に、熱線式ではなく、流速に応じて変形する毛状構造と、この毛状構造体の変形量を検出するピエゾ等の圧電効果を利用した歪ゲージと、を具備し、歪ゲージによる検出結果に基づいて流速を計測する圧電式の流速センサも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２０６１３４号公報

【特許文献2】特許第３４３３２２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した従来のセンサでは、いずれのタイプのものも流速を計測するために金属線や温度センサ線、或いは歪ゲージ等に電力を供給する必要があるので、消費電力の低減化を図ることが難しいものであった。また、低速域の流速をより精度良く計測したい等のニーズに応えるためにも、より一層の高感度化が望まれている。
なお、上記した点は、流速を計測する場合だけに限られるものではなく、加速度等の力学量を計測する場合も同様であり消費電力の低減化及び高感度化が望まれている。

【0007】

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、消費電力の低減化を図り易いうえ、高感度なセンサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係るセンサは、基端側から先端側に向けて一方向に延びる板状に形成され、基端側が固定端、先端側が自由端とされた圧電板と、前記圧電板の主面上に形成され、ＳＡＷを励振させて主面上を伝播させるＩＤＴと、前記圧電板の主面上における前記先端側に突設され、外部から作用する影響を受けて傾倒する柱状部と、を備え、前記圧電板が、前記柱状部の傾倒に応じて前記主面に直交する方向に向けて撓み変形することを特徴とする。

【0009】

本発明に係るセンサによれば、柱状部に加速度等の力学量が作用したり、流動気体が接触したりすると、これらの影響を受けて柱状部が押し倒されて傾倒する。するとこの押し倒された力は、自由端とされた圧電板の先端側に伝わり、圧電板の先端側を押し下げ又は押し上げさせる。
具体的には、柱状部が圧電板の基端側に向けて傾倒した場合には、先端側を押し上げさせるような力が柱状部から圧電板に伝わるので、該圧電板は柱状部の突設方向（主面に直交する方向）に向けて捲り上がるように反って撓み変形する。これに対して、柱状部が圧電板の先端側に向けて傾倒した場合には、先端側を押し下げるような力が柱状部から圧電板に伝わるので、該圧電板は上記方向とは逆方向に向けて垂れ下がるように反って撓み変形する。

【0010】

そのため、ＩＤＴによって励振され、圧電板の主面上を伝播するＳＡＷ（表面弾性波）の伝播長が変化し、ＳＡＷの伝播特性が変化する。従って、このＳＡＷの伝播特性変化に基づいて加速度等の力学量や流動気体の流速を計測することができる。
特に、片持ち状とされた圧電板の先端側に柱状部が突設されているので、柱状部が僅かに傾倒した場合であっても、圧電板を確実に撓み変形させ易い。従って、微小な加速度や流速等であっても精度良く計測することができ、高感度なセンサとすることができる。
また、ＩＤＴに対して高周波信号を印加するだけでＳＡＷを励振させることが可能であるので、ＳＡＷを発生させるために電力を費やす必要がない。そのため、従来の熱線式や圧電式に比べて消費電力の低減化を図ることができる。

【0011】

（２）上記本発明に係るセンサにおいて、前記柱状部が可撓性を有し、根元部を中心とし
て前記圧電板の長手方向に撓み変形可能とされていても良い。

【0012】

この場合には、柱状部が根元部を中心としてしなやかに撓み変形するので、流動気体が接触した場合等に柱状部を大きく押し倒し易い。従って、圧電板を大きく反らせることができ、ＳＡＷの伝播特性変化を把握し易い。そのため、加速度や流速等をより感度良く計測することができる。

【0013】

（３）上記本発明に係るセンサにおいて、前記柱状部が、円柱状に形成されていると共に根元部よりも先端部の方が拡径していても良い。

【0014】

この場合には、柱状部が円柱状に形成されているので、例えば流速の計測時、流動気体がどの方向から流れてきても柱状部に対して同様に接触する。そのため、流速をより精度良く計測することができる。また、柱状部の先端部の方が根元部よりも拡径しているので、例えば流速の計測時、柱状部の先端部側に集中的に流動気体を接触させ易い。そのため、柱状部を大きく押し倒すことができる。また、例えば加速度が作用した場合には、拡径した先端部が錘部として機能するので、やはり柱状部を大きく押し倒すことができる。
従って、いずれの場合であっても、圧電板を大きく反らせるように撓み変形させることができ、これによりＳＡＷの伝播特性変化を明確に把握して加速度や流速等をより感度良く計測することができる。

【0015】

（４）上記本発明に係るセンサにおいて、前記圧電板を内部に収納するパッケージを備えていても良い。

【0016】

この場合には、圧電板がパッケージの内部に収納されているので、圧電板の主面上に形成されたＩＤＴがパッケージ外からの影響（例えば塵埃や水分等）を受け難い。よって、長期的な作動信頼性を確保することができるうえ、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制して計測結果の信頼性を高め易い。特にこの場合には、加速度等の力学量の計測に適している。

【0017】

（５）上記本発明に係るセンサにおいて、前記パッケージには、パッケージ外からパッケージ内に流動気体を導入させると共に、該流動気体を前記圧電板の長手方向に沿って流動させた後、パッケージ外に排出させる開口部が形成されていても良い。

【0018】

この場合には、圧電板の長手方向に沿う方向に流動気体を流すことができるので、柱状部を圧電板の基端側又は先端側に向けて確実に傾倒させて圧電板を撓み変形させることができる。特に、柱状部がパッケージで保護されているので、上記方向とは異なる方向から流動気体が流動して柱状部に接触してしまうことを抑制し易い。そのため、流速を正確に計測し易い。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係るセンサによれば、消費電力の低減化を図り易いうえ、感度良く加速度等の力学量や流速を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る実施形態を示す図であって、センサの全体斜視図である。

【図2】図１に示すセンサの平面図である。

【図3】図２に示すＡ−Ａ線に沿ったセンサの断面図である。

【図4】図１に示す状態から圧電板が上方に向けて撓み変形した状態を示す図である。

【図5】図１に示す状態から圧電板が下方に向けて撓み変形した状態を示す図である。

【図6】センサの作動原理を説明するための図である。

【図7】センサの作動原理を説明するための図であって、励振されたＳＡＷの送信バースト波と受信された反射受信波との関係を示した図である。

【図8】本発明に係る変形例を示す図であって、ガラス基板と圧電膜との積層により圧電板が構成されているセンサの全体斜視図である。

【図9】図８に示すＢ−Ｂ線に沿ったセンサの断面図である。

【図10】本発明に係る変形例を示す図であって、可撓性を有する柱状部を備えたセンサの全体斜視図である。

【図11】本発明に係る変形例を示す図であって、柱状部の先端部が根元部よりも拡径しているセンサの全体斜視図である。

【図12】本発明に係る変形例を示す図であって、圧電板がパッケージの内部に収納されているセンサの全体斜視図である。

【図13】図１２に示すセンサの断面図である。

【図14】本発明に係る変形例を示す図であって、圧電板がパッケージの内部に収納され、該パッケージに開口部が形成されているセンサの全体斜視図である。

【図15】図１４に示すセンサの断面図である。

【図16】本発明に係る変形例を示す図であって、パッケージの内部に２つの圧電板が収納されているセンサの全体斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係るセンサの実施形態について説明する。
なお、本実施形態ではセンサの一例として、流速を検出するセンサを例に挙げて説明する。より具体的には、室内の空調を行う空調機器に組み込まれ、吸気量及び排気量の測定に繋げるための流動空気（流動気体）の流速を検出するセンサを例に挙げて説明する。

【0022】

（センサの構成）
図１から図３に示すように、本実施形態のセンサ１は、基端側から先端側に向けて一方向に延びる板状に形成された圧電板２と、該圧電板２の主面２ａ上に形成されたＩＤＴ３と、圧電板２の主面２ａ上における先端側に突設された柱状部４と、外部から送信された高周波数の電気信号である作動信号Ｓ１を受信すると共に、ＩＤＴ３によって電気信号に変換された検出信号Ｓ２を送信する送受信アンテナ５と、を備えている。

【0023】

上記圧電板２は、基端側がホルダ部１０によって片持ち状に支持されている。そのため、圧電板２の基端側は固定端、先端側は自由端とされている。なお、圧電板２とホルダ部１０とは、一体的に形成されていても構わないし、別体に形成されていても構わない。
この圧電板２は、例えば水晶やニオブ酸リチウム（LiNbO₃）やタンタル酸リチウム（LiTaO₃）や酸化亜鉛（ZnO）等からなる圧電性基板とされている。なお、以下単に長手方向、短手方向という場合があるが、圧電板２の長手方向、短手方向を指す。

【0024】

圧電板２の主面２ａには、上述したＩＤＴ３と反射器１１とがそれぞれ導電性材料のパターニングによって形成されている。即ち、本実施形態のセンサ１は、反射器１１を利用した遅延線型のパッシブセンサとされている。
なお、導電性材料としては、例えばクロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）やチタン（Ｔｉ）等の金属膜であり、単層膜でも積層膜でも構わない。

【0025】

ＩＤＴ３は、圧電板２による圧電効果を利用してＳＡＷを励振及び受信するための電極であって、圧電板２の基端側に形成されて、励振したＳＡＷを先端側に向かって伝播させている。このＩＤＴ３は、ＳＡＷの伝播方向である長手方向に沿って配設された第１の櫛歯電極１５及び第２の櫛歯電極１６を備えている。

【0026】

第１の櫛歯電極１５及び第２の櫛歯電極１６は、短手方向に互いに向かい合い且つ長手方向に沿って延びたバスバー１５ａ、１６ａと、バスバー１５ａ、１６ａに接続され、短手方向に延びた複数の電極指１５ｂ、１６ｂと、をそれぞれ備えている。バスバー１５ａ、１６ａの一部はホルダ部１０側に延在しており、その端部には接続マウント部１５ｃ、１６ｃが形成されている。

【0027】

両櫛歯電極１５、１６のそれぞれの電極指１５ｂ、１６ｂは、互いに間挿し合うように配置されている。具体的には、両電極指１５ｂ、１６ｂは、圧電板２の長手方向に沿って一定の間隔を開けながら交互に並ぶように配置されている。その際、両電極指１５ｂ、１６ｂは中心間距離が間隔ｄ（図２参照）となるように配置されている。これにより、ＩＤＴ３によって励振されるＳＡＷの励振周波数Ｆは、Ｖ（圧電板２によって決定される伝播速度）／Ｐ（ＩＤＴ３の周期２ｄ）で規定される。
また、両電極指１５ｂ、１６ｂの上記接続マウント部１５ｃ、１６ｃに送受信アンテナ５が接続されており、送受信アンテナ５で作動信号Ｓ１を受信すると接続マウント部１５ｃ、１６ｃを介して両電極指１５ｂ、１６ｂの間に印加がなされる。

【0028】

反射器１１は、圧電板２の先端側であって上記柱状部４よりも圧電板２の基端側に位置した部分に配置されている。

【0029】

柱状部４は、外部から作用する影響、即ち流動空気の接触による影響を受けて長手方向に傾倒する部材であり、圧電板２の主面２ａの先端側において、該主面２ａに対して立設するように取り付けられている。具体的には、陽極接合、接着剤、プリント印刷等によって、柱状部４の根元部４ａが圧電板２に固定されている。
この柱状部４としては、例えばシリコン等の半導体材料やガラス等を毛状に形成したものであり、図示の例では円柱状に形成されている。また、本実施形態の柱状部４は、根元部４ａから先端部４ｂに亘って一定の剛性を有しており、非可撓性とされている。

【0030】

ところで圧電板２は、先端側が自由端とされた片持ち状とされ、その先端側に柱状部４が突設されているので、該柱状部４が傾倒した際、それに応じて主面２ａに直交する方向に向けて撓み変形可能とされている。即ち、図４に示すように先端側が上方に向けて捲り上がるように反った撓み変形、或いは図５に示すように先端側が下方に向けて垂れ下がるように反った撓み変形が可能とされている。

【0031】

（センサの作動）
次に、上記のように構成されたセンサ１を利用して流動空気の流速を検出する場合について説明する。
まず、センサ１に向けて外部から作動信号Ｓ１を送信させる。すると、送受信アンテナ５がこの作動信号Ｓ１を受信すると共に、接続マウント部１５ｃ、１６ｃを介してＩＤＴ３を構成する第１の櫛歯電極１５の電極指１５ｂと第２の櫛歯電極１６の電極指１６ｂとの間に作動信号Ｓ１を印加する。これにより、両電極指１５ｂ、１６ｂ間に電界が発生し、圧電効果によりＳＡＷが励振される。

【0032】

ＩＤＴ３によって励振されたこのＳＡＷは、図６（ａ）に示すように送信波Ｗ１として圧電板２の主面２ａ上を反射器１１に向かって伝播する。するとこの伝播したＳＡＷは、反射器１１によって反射された後、再度ＩＤＴ３に向かって伝播し、受信反射波Ｗ２としてＩＤＴ３にて受信される。ＩＤＴ３は、ＳＡＷを受信すると、該ＳＡＷを検出信号Ｓ２Ｓ２に電気信号変換した後、送受信アンテナ５を介して外部に送信する。
この際、外部では、図７に示すように励振によって発生したＳＡＷが送信波Ｗ１として送信されてから、受信反射波Ｗ２として受信されるまでの遅延時間Ｔをモニタしている。

【0033】

ここで、例えば圧電板２の先端側から基端側に向かって流動空気が流れてきた場合には、図４に示すように、この流動空気の接触によって柱状部４が圧電板２の基端側に向けて押し倒されて傾倒する。すると、この押し倒された力は、自由端とされた圧電板２の先端側に伝わり、該先端側を押し上げさせる。これにより、圧電板２は、柱状部４の突設方向である上方（主面２ａに直交する方向）に向けて捲り上がるように反って撓み変形する。
そのため、図６（ｂ）に示すように、ＩＤＴ３によって励振され、圧電板２の主面２ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌが変化（図示の場合は伝播長Ｌが短くなる）ので、ＳＡＷの伝播特性の１つである上記した遅延時間Ｔが変化（図示の例では伝播時間Ｔが短くなる）する。

【0034】

これにより、遅延時間Ｔの変化に基づいて流動空気の流速の変化量を算出し、例えば予め設定されている設定流速と上記変化量とから現在の流速を算出することができる。その結果、例えば室内への流動空気の吸気量を測定することが可能となる。

【0035】

一方、圧電板２の基端側から先端側に向かって流動空気が流れてきた場合には、図５に示すように、この流動空気の接触によって柱状部４が圧電板２の先端側に向けて押し倒されて傾倒する。すると、この押し倒された力は、自由端とされた圧電板２の先端側に伝わり、該先端側を押し下げさせる。これにより、圧電板２は、上記方向とは逆方向である下方に向けて垂れ下がるように反って撓み変形する。
そのため、この場合であって上記場合と同様の原理により現在の流速を算出することができ、その結果例えば室内からの流動空気の排気量を測定することが可能となる。

【0036】

特に、片持ち状とされた圧電板２の先端側に柱状部４が突設されているので、柱状部４が僅かに傾倒した場合であっても、圧電板２を確実に大きく撓み変形させ易い。従って、微小な流速であっても精度良く計測することができ、高感度なセンサ１とすることができる。
しかも、本実施形態の柱状部４は円柱状に形成されているので、流動空気が圧電板２の先端側或いは基端側から流動してきたとしても、柱状部４に対して同様に接触する。そのため、流速をより精度良く計測することができる。加えて、本実施形態の柱状部４は非可撓性であるので、流動空気の接触に対してリニアに反応して傾倒する。従って、応答性に優れたセンサにし易い。

【0037】

更に、ＩＤＴ３に高周波信号である作動信号Ｓ１を印加するだけでＳＡＷを励振させることが可能であるので、ＳＡＷを発生させるために電力を費やす必要がない。つまり、本実施形態のセンサ１は、作動信号Ｓ１を受けることで作動し、ＳＡＷを励振させるパッシブ型（受動型）のセンサであるのでセンサを作動させるための電源部が不要である。従って、従来の熱線式や圧電式に比べて消費電力の低減化を図り易い。

【0038】

なお、上記実施形態では、ＳＡＷの伝播特性変化の１つである遅延時間Ｔの変化に基づいて流速を計測したが、ＳＡＷの送信波Ｗ１及び受信反射波Ｗ２の位相差の変化に基づいて流速を計測しても構わない。特に、受信反射波Ｗ２に関しては、ピーク位置が明瞭に現れ難いため受信反射波Ｗ２の受信時間を正確に把握できない場合も考えられる。このような場合には、遅延時間Ｔの変化ではなく位相差の変化をモニタすることで、流速をより高精度に計測することができるものと考えられる。

【0039】

また、上記実施形態では、１枚の圧電性基板を利用して圧電板２を構成した場合を例に挙げて説明したが、この場合に限られず、非圧電性の材質からなる下地板と、この下地板上に積層された圧電膜と、で圧電板を構成しても構わない。

【0040】

例えば図８及び図９に示すように、下地板としてガラス基板２１と、このガラス基板２１上に積層された圧電膜２２と、で圧電板２０を構成しても構わない。圧電膜２２は、圧電性材料を被膜させることで形成されたものであり、図示の例ではガラス基板２１の先端側を除いてガラス基板２１の残りの全面に亘って形成されていると共に、ホルダ部１０上にも形成されている。
そして、圧電板２０の主面２０ａ（圧電膜２２上）にＩＤＴ３及び反射器１１が形成され、圧電膜２２が形成されていない圧電板２０の先端側の部分、即ち露出しているガラス基板２１に柱状部４が突設されている。

【0041】

このように構成されたセンサ２５であっても、同様の作用効果を奏効することができる。特に、この場合にはガラス基板２１上に柱状部４を突設できるので、例えば単結晶シリコンのウイスカを成長させるといった結晶成長法等を利用することができ、より微細な柱状部４をガラス基板２１に一体的に形成することが可能である。

【0042】

また、上記実施形態のセンサ１において、図１０に示すように、可撓性を有する柱状部４とし、根元部４ａを中心として撓み変形（しなり変形）可能としても構わない。
この場合には、柱状部４が根元部４ａを中心としてしなやかに撓み変形するので、流動空気が接触した場合に柱状部４を大きく押し倒し易い。従って、圧電板２を大きく反らせることができ、ＳＡＷの伝播特性変化をより明確に把握し易い。そのため、より感度良く流速を計測することが可能である。

【0043】

また、上記実施形態のセンサ１において、図１１に示すように、根元部４ａよりも先端部４ｂの方が拡径した柱状部４としても構わない。
具体的には、柱状部４は先端部４ｂの直径が根元部４ａの直径の略３倍程度拡径した段付きの円柱状に形成されている。この場合には、流速の計測時、柱状部４の先端部４ｂ側に集中的に流動空気を接触させ易い。そのため、柱状部４を大きく押し倒して、圧電板２を大きく反らせることが可能である。これによりＳＡＷの伝播特性変化をより明確に把握し易くなるので、流速をより感度良く計測することができる。
なお、この場合、根元部４ａから先端部４ｂに向かうにしたがって漸次拡径するように、柱状部４を逆円錐状に形成しても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。

【0044】

ところで、上記実施形態では流速を計測する場合を例に挙げて説明したが、流速は一例であってこの場合に限定されるものではない。例えば、本実施形態のセンサ１を、加速度を検出するセンサとしても利用することが可能である。
即ち、圧電板２の先端側から基端側に向かう方向に加速度が作用した場合には、流速を計測する場合と同様、図４に示すようにその影響により柱状部４が圧電板２の基端側に向けて押し倒されて傾倒する。これにより、圧電板２は上方に向けて捲り上がるように反って撓み変形する。また、圧電板２の基端側から先端側に向かう方向に加速度が作用した場合には、やはり流速を計測する場合と同様、図５に示すように、その影響によって柱状部４が圧電板２の先端側に向けて押し倒されて傾倒する。これにより圧電板２は、上記方向とは逆方向である下方に向けて垂れ下がるように反って撓み変形する。

【0045】

従って、いずれの場合であっても、圧電板２の主面２ａ上を伝播するＳＡＷの伝播長Ｌが変化するので、ＳＡＷの伝播特性変化が変化する。よって、この伝播特性変化に基づいて加速度の計測を行うことが可能である。

【0046】

なお、加速度の計測を行う場合には、図１１に示すように、柱状部４の先端部４ｂを根元部４ａよりも拡径させることが好ましい。こうすることで、柱状部４の先端部４ｂを錘部として機能させることができるので、加速度が作用した際に柱状部４を傾倒させ易くすることができる。従って、微小な加速度であっても精度良く計測することができる。

【0047】

更に、加速度を計測する場合には、図１２及び図１３に示すように、圧電板２及びホルダ部１０を内部に収納するパッケージ３１を具備したセンサ３０にするとより好ましい。
パッケージ３１は、例えば陽極接合、図示しない接合膜、接着剤等を利用して互いに接合された第１基板３２及び第２基板３３で構成されている。図示の例では、第１基板３２が平坦な基板とされ、第２基板３３にはキャビティ用の凹部３３ａが形成されている。そして、両基板３２、３３の間にキャビティＣが画成され、このキャビティＣ内に圧電板２及びホルダ部１０が収納されている。

【0048】

なお、第１基板３２にキャビティ用の凹部３３ａが形成され、第２基板３３が平坦な基板とされていても構わないし、両基板３２、３３にそれぞれキャビティ用の凹部３３ａが形成されていても構わない。

【0049】

このようにセンサ３０を構成した場合には、圧電板２がパッケージ３１の内部に収納されているので、圧電板２の主面２ａ上に形成されたＩＤＴ３がパッケージ３１外からの影響（例えば塵埃や水分等）を受け難い構造とされている。従って、長期的な作動信頼性を確保することができるうえ、励振されたＳＡＷのＱ値の低下を抑制して、加速度の計測結果の信頼性を高め易い。
特に、キャビティＣ内を真空にした状態で、圧電板２及びホルダ部１０をパッケージ３１の内部に気密封止することがさらに好ましい。こうすることで、励振されたＳＡＷのＱ値の低下をさらに抑制することができ、加速度をより精度良く計測することが可能となる。

【0050】

また、上記したようにパッケージ３１を具備するセンサ３０とした場合において、流速の計測を行う場合には、図１４及び図１５に示すようにパッケージ３１外からパッケージ３１内に流動空気を導入させると共に、この導入された流動空気をパッケージ３１外に排出させる２つの開口部３５を第２基板３３に形成すれば良い。
開口部３５は、長手方向に向かい合うように第２基板３３に形成されており、流動空気をキャビティＣ内に導入させ、圧電板２の長手方向に沿わせながら流動させた後に、パッケージ３１外に排出させることが可能とされている。

【0051】

従って、このセンサ３０によれば、流動空気を柱状部４に接触させることで該柱状部４を圧電板２の基端側又は先端側に向けて確実に傾倒させることができ、圧電板２を撓み変形させることができる。特に、柱状部４がパッケージ３１で保護されているので、上記方向とは異なる方向から流動空気が流動して柱状部４に接触することを抑制し易い。そのため、流速を正確に計測し易い。

【0052】

また、図１６に示すように、圧電板２を短手方向に間隔を開けて平行に２つ配設させると共に、両圧電板２の基端側を共通のホルダ部１０でそれぞれ片持ち状に支持させ、これらをパッケージ３１内に収納したセンサ４０としても構わない。
この場合、パッケージ３１の内部にキャビティＣを区画する仕切り板４１を設け、一方の圧電板２が収納される第１キャビティＣ１と、他方の圧電板２が収納される第２キャビティＣ２と、を各別に画成させる。また、他方の圧電板２が収納されている第２キャビティＣ２内にだけ流動空気が流動するように、パッケージ３１を構成する第２基板３３に開口部３５が形成されている。

【0053】

このように構成されたセンサ４０によれば、一方の圧電板２による計測結果に基づいて加速度を計測することができると共に、他方の圧電板２による計測結果と一方の圧電板２による計測結果との比較結果に基づいて流速を計測することができる。このように、圧電板２が複数配設されたマルチタイプにすることで、複数の異なる計測対象を同時に計測することが可能であり、利便性に優れたセンサとすることができる。
なお、２つの圧電板２を共通のホルダ部１０で片持ち状に支持したが、別々のホルダ部１０で圧電板２を支持しても構わない。こうすることで、仕切り板４１の構成を簡略化することが可能である。

【0054】

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0055】

例えば、上記実施形態では柱状部４を円柱状に形成したがこの場合に限定されるものではなく、先端部４ｂが先鋭化した針状に形成しても構わないし、多角柱状に形成しても構わない。特に、流速を計測する場合には、円柱状とすることが好ましく、針状に形成することがより好ましい。また、低速領域の流速を計測する場合には、柱状部４の長さをより長くすると良い。

【0056】

また、上記実施形態では、反射器１１を利用した遅延線型のパッシブセンサとしたが、反射器１１に変えて、ＳＡＷを受信する出力用のＩＤＴを形成しても構わない。この場合には、上記ＩＤＴ３がＳＡＷを励振させる出力用ＩＤＴとして機能する。
この場合であっても、同様の原理により流速、加速度を計測することができ、同様の作用効果を奏効することができる。

【0057】

また、上記実施形態では、流動空気の流速を計測したが、空気に限定されるものではなく例えば特定のガス等の流動気体の流速を計測しても構わない。

【符号の説明】

【0058】

１、２５、３０、４０…センサ
２、２０…圧電板
３…ＩＤＴ
４…柱状部
４ａ…柱状部の根元部
４ｂ…柱状部の先端部
３１…パッケージ
３５…開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】