特許 6596310 圧電センサ、センサシステム、および圧電素子

(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】6596310

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】圧電センサ、センサシステム、および圧電素子

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/16 B

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-221344(P2015-221344)

(22)【出願日】2015年11月11日

(65)【公開番号】特開2017-90276(P2017-90276A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年10月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮渕 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】西ノ原 大介

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００７６９６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１８０２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００９１８５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−１１３８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９１５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６４４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２６７９２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０４７３４５６４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０９９０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９５７８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／１０，１／１６，５／００，

Ｈ０１Ｌ ２７／２０，４１／１１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極、第２電極、及び圧電体層を備え前記圧電体層のｄ_３３モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生する圧電素子と、
入力端が前記第１電極に接続される能動回路と、を有し、
前記圧電素子はカンチレバーを備え、
前記カンチレバー上に前記圧電体層が形成され、前記圧電体層上に前記第１電極及び前記第２電極が形成され、
前記圧電体層は第１圧電体層であり、
前記圧電素子は第２圧電体層をさらに備え、
前記第１圧電体層と前記第２圧電体層とで前記第１電極及び前記第２電極が挟まれ、
前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層のｄ_３３モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生し、
前記第２圧電体層の層厚は前記第１圧電体層の層厚より厚いことを特徴とする圧電センサ。

【請求項2】

前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ櫛歯状電極であり、互いに噛み合うように配置され、前記第１電極及び前記第２電極の各櫛が前記カンチレバーの長手方向と交差する方向に延びるように形成されている請求項１に記載の圧電センサ。

【請求項3】

前記圧電素子は前記カンチレバーの自由端側に設けられる重りをさらに備える請求項１又は請求項２に記載の圧電センサ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電センサと、
前記圧電センサのアナログ出力信号を処理するアナログ信号処理回路と、を有することを特徴するセンサシステム。

【請求項5】

前記能動回路及び前記アナログ信号処理回路が集積化されている請求項４に記載のセンサシステム。

【請求項6】

前記圧電センサを収納する筐体をさらに有し、
前記圧電センサが請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電センサであって、前記筐体の前記カンチレバーに対向する部分に開口が設けられている請求項４又は請求項５に記載のセンサシステム。

【請求項7】

第１電極、第２電極、第１圧電体層、第２圧電体層、及びカンチレバーを備え、
前記カンチレバー上に前記第１圧電体層が形成され、前記第１圧電体層上に前記第１電極及び前記第２電極が形成され、
前記第１圧電体層と前記第２圧電体層とで前記第１電極及び前記第２電極が挟まれ、
前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層のｄ_３３モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生し、
前記第２圧電体層の層厚は前記第１圧電体層の層厚より厚いことを特徴とする圧電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は圧電体を備える圧電センサ、センサシステム、および圧電素子に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電センサに用いられる従来の典型的な圧電素子は図１７及び図１８に示すような構造である。図１７は従来の典型的な圧電素子の上面図であり、図１８は図１７に示すＡＡ線で切断した従来の典型的な圧電素子の断面図である。

【0003】

図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子は、基板１０１、下部電極１０２、圧電体層１０３、及び上部電極１０４を有している。

【0004】

基板１０１は本体部１０１Ａからカンチレバー１０１Ｂが延出する形状に加工されている。カンチレバー１０１Ｂ上に下部電極１０２、圧電体層１０３、及び上部電極１０４がその順番で積層されている。

【0005】

このような構造によってカンチレバー１０１Ｂに曲げ応力が作用すると、圧電体層１０３に電荷が発生して圧電体層１０３が分極し、下部電極１０２と上部電極１０４との間に電圧が発生する。

【0006】

そして、能動回路を接続して圧電素子から電圧信号または電流信号を取り出すことで圧電センサとして利用することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】J0ng Cheol Park、他2名、“Modeling and Characterization ofPiezoelectric d33-Mode MEMS Energy Harvester”、JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS、2010年10月、第19巻、第5号、p.1215-1222

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子を用いた圧電センサは高い出力が得られないという問題を有している。本発明は、上記の状況に鑑み、高出力な圧電センサ並びに当該圧電センサを備えたセンサシステム及び当該圧電センサに利用可能な圧電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】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明に係る圧電センサは、第１電極、第２電極、及び圧電体層を備え前記圧電体層のｄ₃₃モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生する圧電素子と、入力端が前記第１電極に接続される能動回路と、を有する構成（第１の構成）とする。

【0010】

上記第１の構成である圧電センサにおいて、前記圧電素子はカンチレバーを備え、前記カンチレバー上に前記圧電体層が形成され、前記圧電体層上に前記第１電極及び前記第２電極が形成される構成（第２の構成）にしても良い。

【0011】

上記第２の構成である圧電センサにおいて、 前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ櫛歯状電極であり、互いに噛み合うように配置され、前記第１電極及び前記第２電極の各櫛が前記カンチレバーの長手方向と交差する方向に延びるように形成されている構成（第３の構成）にしても良い。

【0012】

上記第２又は第３の構成である圧電センサにおいて、前記圧電体層は第１圧電体層であり、前記圧電素子は第２圧電体層をさらに備え、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層とで前記第１電極及び前記第２電極が挟まれ、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層のｄ₃₃モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生する構成（第４の構成）にしても良い。

【0013】

上記第４の構成である圧電センサにおいて、前記第２圧電体層の層厚は前記第１圧電体層の層厚より厚い構成（第５の構成）にしても良い。

【0014】

上記第２〜５いずれかの構成である圧電センサにおいて、前記圧電素子は前記カンチレバーの自由端側に設けられる重りをさらに備える構成（第６の構成）にしても良い。

【0015】

上記目的を達成するために、本発明に係るセンサシステムは、上記第１〜第６いずれかの構成である圧電センサと、前記圧電センサのアナログ出力信号を処理するアナログ信号処理回路と、を有する構成（第７の構成）とする。

【0016】

上記第７の構成であるセンサシステムにおいて、前記能動回路及び前記アナログ信号処理回路が集積化されている構成（第８の構成）にしても良い。

【0017】

上記第７又は第８の構成であるセンサシステムにおいて、前記圧電センサを収納する筐体をさらに有し、前記圧電センサが上記第２〜第６いずれかの構成である圧電センサであって、前記筐体の前記カンチレバーに対向する部分に開口が設けられている構成（第９の構成）にしても良い。

【0018】

上記目的を達成するために、本発明に係る圧電素子は、第１電極、第２電極、第１圧電体層、第２圧電体層、及びカンチレバーを備え、前記カンチレバー上に前記第１圧電体層が形成され、前記第１圧電体層上に前記第１電極及び前記第２電極が形成され、前記第１圧電体層と前記第２圧電体層とで前記第１電極及び前記第２電極が挟まれ、前記第１圧電体層及び前記第２圧電体層のｄ_３３モードの変位によって前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が発生する構成（第１０の構成）とする。

【0019】

上記第１０の構成である圧電素子において、前記第２圧電体層の層厚は前記第１圧電体層の層厚より厚い構成（第１１の構成）にしても良い。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、高出力な圧電センサ並びに当該圧電センサを備えたセンサシステム及び当該圧電センサに利用可能な圧電素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】力が作用したときの圧電体の変形を示す図

【図2】第１実施形態に係る圧電センサが備える圧電素子の上面図

【図3】第１実施形態に係る圧電センサが備える圧電素子の断面図

【図4】第２実施形態に係る圧電センサが備える圧電素子の上面図

【図5】第２実施形態に係る圧電センサが備える圧電素子の断面図

【図6】センサシステムの構成例を示す図

【図7】インピーダンス変換回路の一例を示す図

【図8】インピーダンス変換回路の他の例を示す図

【図9】センサシステムの他の構成例を示す図

【図10】Ｉ−Ｖ変換回路の他の例を示す図

【図11】センサシステムの概略斜視図

【図12】センサシステムの概略縦断面図である。

【図13A】センサシステムの変形例の概略縦断面図である。

【図13B】センサシステムの変形例の概略縦断面図である。

【図14】第１実施形態の変形例に係る圧電素子の断面図

【図15】第１実施形態の変形例に係る圧電素子の断面図

【図16】第１実施形態の変形例に係る圧電素子の上面図

【図17】従来の典型的な圧電素子の上面図

【図18】従来の典型的な圧電素子の断面図

【発明を実施するための形態】

【0022】

＜圧電体の変位モード＞
本発明者等は、圧電体の変位モードに着目し、高出力な圧電センサに適した圧電素子の構造について検討した。

【0023】

ここで、圧電体の変位モードについて図１を参照して説明する。なお、図１における点線は力が作用していないときの圧電体Ｐ１の外形を示している。圧電体Ｐ１に引張力Ｆ１が作用すると、引張力Ｆ１と垂直な方向に収縮Ｅ１が生じるとともに引張力Ｆ１と平行な方向に伸長Ｅ２が生じる。一方、圧電体Ｐ１に圧縮力Ｆ２が作用すると、圧縮力Ｆ２と垂直な方向に伸長Ｅ３が生じるとともに圧縮力Ｆ２と平行な方向に収縮Ｅ４が生じる。

【0024】

圧電体Ｐ１に作用する力Ｆ（Ｆ１又はＦ２）に垂直な伸縮（収縮Ｅ１又は伸長Ｅ３）によって圧電体Ｐ１に発生する電荷Ｑ₁すなわちｄ₃₁モードの変位によって圧電体Ｐ１に発生する電荷Ｑ₁は、ｄ₃₁モードの圧電定数ｄ₃₁を用いて下記（１）式のように表すことができる。
Ｑ₁＝ｄ₃₁×Ｆ ・・・（１）

【0025】

また、圧電体Ｐ１に作用する力Ｆ（Ｆ１又はＦ２）に平行な伸縮（伸長Ｅ２又は収縮Ｅ４）によって圧電体Ｐ１に発生する電荷Ｑ₂すなわちｄ₃₃モードの変位によって圧電体Ｐ１に発生する電荷Ｑ₂は、ｄ₃₃モードの圧電定数ｄ₃₃を用いて下記（２）式のように表すことができる。
Ｑ₂＝ｄ₃₃×Ｆ ・・・（２）

【0026】

力Ｆと同じ方向の変位によって発生する電荷Ｑ₂の方が力Ｆと異なる方向の変位によって発生する電荷Ｑ₁よりも発生効率が良い。例えば、圧電定数ｄ₃₃は圧電定数ｄ₃₁のおよそ２倍程度になる。

【0027】

圧電素子は、一対の電極とそれらの電極間に介在する圧電体とを備えるキャパシタ構造である。このため、一対の電極間に発生する電圧Ｖは下記（３）式のように表すことができる。ただし、Ｑは圧電体で発生する電荷であり、Ｃは圧電体の静電容量である。
Ｖ＝Ｑ／Ｃ ・・・（３）

【0028】

ここで、上述した図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子について考察する。カンチレバー１０１Ｂに曲げ応力が作用すると、圧電体層１０３にはカンチレバー１０１Ｂの長手方向に平行な力が作用する。そして、圧電体層１０３に作用する力に垂直な伸縮によって圧電体層１０３に発生する電荷に比例する電圧が下部電極１０２と上部電極１０４との間に発生している。すなわち、図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子はｄ₃₁モードを用いる構造である。

【0029】

したがって、圧電素子においてｄ₃₃モードを用いることで、図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子よりも上記（３）式における電荷Ｑひいては電圧Ｖを大きくすることができる。また、図１７及び図１８に示す従来の典型的な圧電素子では上記（３）式における静電容量を小さくするためには圧電体層１０３の層厚を厚くする必要があり、静電容量の大幅な低減は困難であった。

【0030】

したがって、本発明者等は、圧電素子の構造として、圧電体のｄ₃₃モードの変位によって一対の電極間に電圧が発生する構造を採用し、その構造の圧電素子を圧電センサに応用することで圧力センサの高出力化を図ることにした。

【0031】

なお、ｄ₃₃モードを用いる圧電素子の一例は非特許文献１に開示されている。しかしながら、非特許文献１では、ｄ₃₃モードを用いる圧電素子をエナジーハーベスタとして利用しているので、ｄ₃₃モードを用いる圧電素子は単純に負荷（受動素子）に接続され、ｄ₃₃モードを用いる圧電素子の出力が負荷で消費されるだけである。このように圧電素子を発電装置に応用することは非特許文献１に開示されている電力密度から考えておよそ現実的でない。すなわち、非特許文献１では、ｄ₃₃モードを用いる圧電素子の現実的な応用例を何ら示していなかった。

【0032】

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る圧電センサは、図２及び図３に示す圧電素子１１と、入力端が圧電素子１１の第１電極１に接続される能動回路（図２及び図３において不図示）と、を有している。

【0033】

図２は圧電素子１１の上面図であり、図３は図２に示すＡＡ線で切断した圧電素子１１の断面図である。圧電素子１１は、第１電極１、第２電極２、圧電体層３、及び基板４を有している。

【0034】

基板４は本体部４Ａからカンチレバー４Ｂが延出する形状に加工されている。カンチレバー４Ｂ上に圧電体層３が形成され、圧電層３上に第１電極１及び第２電極２が形成されている。なお、圧電体層３の一部はカンチレバー４Ｂを越えて本体部４Ａまで延びており、第１電極１の一部及び第２電極２の一部は圧電体層３を越えて、本体部４Ａの圧電体層３が形成されていない部分まで延びている。

【0035】

第１電極１及び第２電極２はそれぞれ櫛歯状電極である。第１電極１及び第２電極２は、互いに噛み合うように、すなわち一方の電極の櫛と櫛の間に他方の電極の櫛が位置するように、配置されている。また、第１電極１と第２電極２との間に発生する電圧を最大化するために、第１電極１及び第２電極２は、第１電極１及び第２電極２の各櫛がカンチレバー４Ｂの長手方向と略直交する方向に延びるように形成されている。

【0036】

圧電素子１１の各部サイズの一例としては、基板１の長手方向長さＬ１（図２参照）が最大１ｍｍ、第１電極１及び第２電極２の各櫛の幅Ｌ２（図２参照）が最大１０μｍ、隣接する櫛間の距離Ｌ３（図２参照）が最大１０μｍとする設計が考えられる。

【0037】

なお、第１電極１及び第２電極２の配置及び形状は本実施形態に限定されず、圧電体層３のｄ₃₃モードの変位によって第１電極１と第２電極２との間に電圧が発生するような配置及び形状であれば良い。

【0038】

以上説明した本実施形態に係る圧電センサは、圧電体層３のｄ₃₃モードの変位によって第１電極１と第２電極２との間に電圧が発生する構造である圧電素子１１を備えているため、高出力化を図ることができる。

【0039】

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る圧電センサは、図４及び図５に示す圧電素子１２と、入力端が圧電素子１２の第１電極１に接続される能動回路（図４及び図５において不図示）と、を有している。

【0040】

図４は圧電素子１２の上面図であり、図５は図４に示すＡＡ線で切断した圧電素子１２の断面図である。なお、図４及び図５において図２及び図３と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。

【0041】

圧電素子１２は、第１実施形態で用いた圧電素子１１に対して圧電体層５を追加した構成である。

【0042】

圧電素子１２は、圧電体層３と圧電体層５とで第１電極１及び第２電極２とが挟まれる構造である。圧電素子１２では、圧電体層３及び５のｄ₃₃モードの変位によって第１電極１と第２電極２との間に電圧が発生する。

【0043】

圧電体層３は、カンチレバー４Ｂに接している部分がカンチレバー４Ｂによる拘束の影響を受けるため、カンチレバー４Ｂの長手方向に平行な力が作用したときに分極方向が揃いにくいと考えられる。一方、圧電体層５は、カンチレバー４Ｂに接しておらずカンチレバー４Ｂによって拘束されないため、カンチレバー４Ｂの長手方向に平行な力が作用したときに分極方向が揃い易いと考えられる。

【0044】

したがって、圧電素子に圧電体層５を設けることで圧電センサの更なる高出力化が期待できる。さらに、圧電体層５の層厚を圧電体層３の層厚よりも厚くすることで、圧電体層５のｄ₃₃モードの変位による電荷の発生を圧電体層３のｄ₃₃モードの変位による電荷の発生よりも支配的にできるため、圧電センサのより一層の高出力化が期待できる。

【0045】

圧電素子１２は第１実施形態で用いた圧電素子１１よりも発生電荷及び電極間電圧が大きくなるので、圧電センサ以外への応用の可能性を秘めている。つまり、圧電素子１２及びこれに類する構造（圧電体による電極の挟み込み構造）の圧電素子の応用範囲は、本実施形態すなわち圧電センサに限定されない。

【0046】

以上説明した本実施形態に係る圧電センサは、圧電体層３及び５のｄ₃₃モードの変位によって第１電極１と第２電極２との間に電圧が発生する構造である圧電素子１２を備えているため、高出力化を図ることができる。

【0047】

＜センサシステム＞
上述した圧電センサと、当該圧電センサのアナログ出力信号を処理するアナログ信号処理回路とを組み合わせることによって、センサシステムを得ることができる。

【0048】

図６はセンサシステムの構成例を示す図である。図６に示すセンサシステムは、圧電素子１１と、能動回路であるインピーダンス変換回路１３と、ゲインアンプ１４と、アナログフィルタ１５と、Ａ／Ｄ変換器１６と、を有するマイクロフォンである。

【0049】

圧電素子１１及びインピーダンス変換回路１３によって圧電センサが構成される。ゲインアンプ１４は圧電センサの出力（インピーダンス変換回路１３の出力）を増幅する。アナログフィルタ１５はゲインアンプ１４の出力（増幅信号）から不要帯域成分を除去或いは抑制する。Ａ／Ｄ変換器１６はアナログフィルタ１５の出力（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。

【0050】

Ａ／Ｄ変換器１６の出力（デジタル信号）は例えば不図示のＤＳＰ（Digital Signal Processor）に送られ、音声認識処理や音声圧縮処理等が施される。

【0051】

ここではインピーダンス変換回路１３、ゲインアンプ１４、アナログフィルタ１５、及びＡ／Ｄ変換器１６は一つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１７に集積化されているが、これに限定されるものではない。

【0052】

図７はインピーダンス変換回路１３の一構成例を示す図である。図７の構成例では、インピーダンス変換回路１３は、プルアップ抵抗Ｒ１及びＮＭＯＳトランジスタＱ１によって構成されるオープンドレイン回路であって、圧電素子１１の第１電極１がＮＭＯＳトランジスタＱ１のゲート（インピーダンス変換回路１３の入力端）に接続されている。

【0053】

図８はインピーダンス変換回路１３の一構成例を示す図である。図８の構成例では、インピーダンス変換回路１３は、オペアンプＡ１によって構成されるバッファアンプであって、圧電素子１１の第１電極１がオペアンプＡ１の非反転入力端子（インピーダンス変換回路１３の入力端）に接続されている。

【0054】

図９はセンサシステムの他の構成例を示す図である。なお、図９において図６と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図９に示すセンサシステムは、図６に示すセンサシステムにおいてインピーダンス変換回路１３をチャージアンプ１８に置き換えた構成である。ここではチャージアンプ１８、ゲインアンプ１４、アナログフィルタ１５、及びＡ／Ｄ変換器１６は一つのＡＳＩＣ１９に集積化されているが、これに限定されるものではない。

【0055】

図１０はチャージアンプ１８の一構成例を示す図である。図１０の構成例では、チャージアンプ１８は、オペアンプＡ２と、オペアンプＡ２の非反転入力端子と出力端子との間に設けられるキャパシタＣ１及び抵抗Ｒ２の並列回路と、によって構成されており、圧電素子１１の第１電極１がオペアンプＡ２の非反転入力端子（チャージアンプ１８の入力端）に接続されている。

【0056】

上述したセンサシステムは圧電素子１１を有する構成であるが、圧電素子１１の代わりに圧電素子１２を用いることも当然の事ながら可能である。

【0057】

上述したセンサシステムの概略構造例について図６に示すセンサシステムを例に挙げて説明する。

【0058】

図１１はセンサシステムの概略斜視図である。センサシステムは筐体２０を備えている。筐体２０は、ベース部２０Ａと、ベース部２０Ａを覆うカバー部２０Ｂとによって構成されている。カバー部２０Ｂには音圧を筐体２０に導入するための開口（音響孔）２０Ｃが形成されている。

【0059】

図１２はセンサシステムの概略縦断面図である。開口（音響孔）２０Ｃはカバー部２０Ｂのカンチレバー４Ｂに対向する部分に形成されている。これにより、開口（音響孔）２０Ｃから筐体２０に導入された音圧によってカンチレバー５Ｂが変形しやすくなるため、圧電センサの感度が向上する。

【0060】

ＡＳＩＣ１７の端子（インピーダンス変換回路１３の入力端子に繋がっている端子）と第１電極１の端部とはボンディングワイヤ２１によって電気的に接続される。また、ＡＳＩＣ１７の端子（Ａ／Ｄ変換器１６の出力端子に繋がっている端子）とベース部２０Ａに配設されている配線パターンとはボンディングワイヤ２１’によって電気的に接続される。

【0061】

ベース部２０Ａに配設されている配線パターンはベース部２０Ａに形成されているスルーホールに電気的に接続されており、ベース部２０Ａのスルーホールによってベース部２０Ａの底面に電気接点（端子）が設けられる。

【0062】

なお、上述した構造例とは異なり、図１３Ａに示すようにベース部２０Ａのカンチレバー４Ｂに対向する部分に開口（音響孔）２を形成してもよい。また、上述した構造例とは異なり、図１３Ｂに示すようにＡＳＩＣ１７の上に圧電素子を載置してもよい。また、ベース部２０Ａ及びカバー部２０Ｂの形状は上述した構造例に限定されない。例えば、ベース部２０Ａを蓋のない箱形状とし、カバー部２０Ｂを蓋形状（板形状）にしてもよい。

【0063】

＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

【0064】

また例えば上記第１実施形態の変形例として、図１４に示すように基板４の形状を変更してカンチレバー４Ｂの自由端側に重し４Ｃを設けるようにしてもよい。

【0065】

また、図１５に示すように基板４とは別の部材で重し２２を形成しカンチレバー４Ｂの自由端側に設けるようにしてもよい。この場合、例えば重し２２を第１電極１及び第２電極２と同じ材料として製造時に重し形成プロセスと電極形成プロセスを同じプロセスで実行してもよい。

【0066】

このように重しを設けることでカンチレバー５Ｂが変形する際の変形量が大きくなるため、圧電センサの感度が向上する。なお、上記第２実施形態に対してもこれらの変形例と同様の変形を適用することができる。

【0067】

また例えば上記第１実施形態の変形例として、カンチレバー５Ｂの変形は固定端側が大きいことに着目して、図１６に示すように第１電極１及び第２電極２を、カンチレバー５Ｂの固定端から、カンチレバー５Ｂの長手方向長さａの半分長さａ／２の手前まで延びている形状としてもよい。すなわち、カンチレバー５Ｂの自由端側半分には第１電極１及び第２電極２が形成されていない。上記第２実施形態に対してもこの変形例と同様の変形を適用することができる。

【0068】

上述した説明では圧電センサの応用としてマイクロフォンを採り上げたが、圧電センサの応用はこれに限定されない。例えば、圧電センサの検出対象を可聴音から超音波に変更することで、圧電センサは超音波センサとして機能する。この超音波センサと超音波発信器と組み合わせたシステムとすることで、例えば、測距装置、超音波診断装置等に応用することができる。

【0069】

このように、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明は、例えばマイクロフォン、超音波診断装置、測距装置などに応用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 第１電極
２ 第２電極
３、５ 圧電体層
４ 基板
４Ａ 本体部
４Ｂ カンチレバー
４Ｃ 重し
１１、１２ 圧電素子
１３ インピーダンス変換回路
１４ ゲインアンプ
１５ アナログフィルタ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７、１９ ＡＳＩＣ
１８ チャージアンプ
２０ 筐体
２０Ａ ベース部
２０Ｂ カバー部
２０Ｃ 開口
２１、２１’ ボンディングワイヤ

【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13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】