特開 2024-140938 センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140938

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/02 20060101AFI20241003BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20241003BHJP

   H03H 9/145 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01N29/02 501

H03H9/25 A

H03H9/25 Z

H03H9/145 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023052315

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】添田 将

【テーマコード（参考）】

2G047

5J097

【Ｆターム（参考）】

2G047EA21

2G047GA09

5J097AA25

5J097BB05

5J097DD14

5J097EE05

5J097EE08

5J097FF04

5J097HA03

5J097HA04

5J097HB09

5J097JJ06

5J097KK10

(57)【要約】

【課題】十分な耐環境性を持つ弾性波センサを提供すること。
【解決手段】実施形態のセンサ装置は、弾性波が内部を伝搬する１つ以上の圧電体の層と、圧電体の層を伝搬する弾性波を送波、受波又は反射するために電気信号との変換を担う電極と、弾性波を反射するためのリフレクタと、物理量を検出する感応部からなるセンサ部と、センサ部の電気信号に基づき、無線通信を行うアンテナ部と、アンテナ部及びセンサ部を保護する保護部と、を有し、電極と、圧電体の層と、保護部とは、それぞれが順に内包する構造であり、保護部の材料が耐食材料かつ耐熱材料からなる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性波が内部を伝搬する１つ以上の圧電体の層と、
前記圧電体の層を伝搬する弾性波を送波、受波又は反射するために電気信号との変換を担う電極と、
弾性波を反射するためのリフレクタと、
物理量を検出する感応部からなるセンサ部と、
前記センサ部の電気信号に基づき、無線通信を行うアンテナ部と、
前記アンテナ部及び前記センサ部を保護する保護部と、
を有し、
前記電極と、前記圧電体の層と、前記保護部とは、それぞれが順に内包する構造であり、
前記保護部の材料が耐食材料かつ耐熱材料からなる
ことを特徴とするセンサ装置。

【請求項2】

弾性波が内部を伝搬する前記圧電体の層と、前記圧電体の層の境界面と接する材質中の弾性波伝搬速度において、１．４倍以上の差があることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記保護部における封止は、中間層を介さない前記保護部の材料同士の直接接合による
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記保護部で囲われた前記センサ部又は前記アンテナ部の内部が真空で封止されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記保護部は上部及び下部を含み、
前記保護部の上部と前記圧電体の層の間には、弾性波が内部を伝搬する際に、前記圧電体の層の歪みによる前記圧電体の層の変形が前記保護部で妨げられない程度の隙間が設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項6】

前記保護部の材料がサファイア又はアルミナであり、
前記圧電体の層の材料がＡｌＮ、ＧａＮ又はＺｎＯである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項7】

前記電極と前記リフレクタの間に、前記保護部と前記圧電体の層からなる前記感応部が設けられ、
前記感応部における前記保護部の下部の形状は凹であり、
前記感応部における前記圧電体の層及び前記保護部はダイアフラムとして動作し、
少なくともダイアフラムの直上に、前記感応部における前記保護部の上部との隙間を持つ構造
であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項8】

前記電極と前記リフレクタの間に、前記保護部と前記圧電体の層からなる前記感応部が設けられ、
前記保護部は上部、中部及び下部を含み、
前記感応部における前記保護部の中部の形状は慣性マスであり、
前記保護部は、前記感応部における前記保護部の中部を保護する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項9】

前記電極と前記リフレクタの間に、前記保護部と前記圧電体の層からなる前記感応部が設けられ、
前記保護部は上部、中部及び下部を含み、
前記感応部における前記保護部の中部と前記圧電体の層にて片持ち梁を構成し、前記保護部の下部は、前記片持ち梁を保護する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【請求項10】

前記電極と前記リフレクタの間に、前記保護部と前記圧電体の層からなる前記感応部が設けられ、
前記保護部は上部、中部及び下部を含み、
前記感応部における中間の前記保護部と前記圧電体の層にて片持ち梁を構成し、
前記片持ち梁部の上面ないし下面に線膨張率の異なる薄膜が配置される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エネルギー、鉱業、航空宇宙といった産業において、厳しい環境における計測への要求が存在している。厳しい環境における計測方式として、表面弾性波を用いる方式（例えば、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１を参照。）が知られている。表面弾性波を含む弾性波を用いた方式（以下、弾性波式）は、計測原理がシンプルでかつ無線通信との親和性が良いという特徴を持つ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１２９１８５号公報

【特許文献2】特開２００９－４２２２９号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】F. Bartoli, Thierry Aubert, Mohammed Moutaouekkil, Jeremy Streque, Philippe Pigeat, S. Zhgoon, A. Talbi, Sami Hage-Ali, Hamid M ’Jahed, Omar Elmazria, "AlN/GaN/Sapphire heterostructure for high-temperature packageless acoustic wave devices", Sensors and Actuators A Physical pp9-16 283(2018)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

弾性波式で用いられる弾性波センサの構造として、表面に櫛歯型の金属電極が露出する第１のタイプ、弾性波が伝搬する経路上に装荷膜を成膜する第２のタイプ、及び電極とは逆面を使用する第３のタイプの３つが知られている。

【0006】

第１のタイプと第２のタイプについては、センサを過酷環境に設置した場合に露出した場合に、露出した電極や装荷膜の耐食性が確保できない場合がある。また、第３のタイプについては、圧電体の耐食性確保に加えてこの逆面の保護という問題がある。

【0007】

このように、従来の弾性波センサには、弾性波が伝搬する片面における耐環境性が十分でないという問題がある。なお、ここでの耐環境性は、耐熱性及び耐食性等を含む。

【0008】

本願はこのような課題を解決するためのものであり、十分な耐環境性を持つ弾性波センサを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願に係るセンサ装置は、弾性波が内部を伝搬する１つ以上の圧電体の層と、前記圧電体の層を伝搬する弾性波を送波、受波又は反射するために電気信号との変換を担う電極と、弾性波を反射するためのリフレクタと、物理量を検出する感応部からなるセンサ部と、前記センサ部の電気信号に基づき、無線通信を行うアンテナ部と、前記アンテナ部及び前記センサ部を保護する保護部と、を有し、前記電極と、前記圧電体の層と、前記保護部とは、それぞれが順に内包する構造であり、前記保護部の材料が耐食材料かつ耐熱材料からなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

上述した保護膜により露出を防ぐことで、上述した保護膜により露出を防ぐことで、センサの全ての面をセンサの周囲の媒体に曝すことが可能になり、十分な耐環境性を持つ弾性波センサを提供できる。なお、ここでいう媒体とは、ガスや液体、電磁波等を含む。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るセンサ装置の斜視図である。

【図2】図２は、センサとセンシング装置の送受信を説明する図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【図7】図７は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面において直接接合を行った場合の断面図である。

【図8】図８は、第２の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。

【図9】図９は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。

【図10】図１０は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。

【図11】図１１は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【図12】図１２は、第３の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。

【図13】図１３は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。

【図14】図１４は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。

【図15】図１５は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【図16】図１６は、第４の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。

【図17】図１７は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。

【図18】図１８は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。

【図19】図１９は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【図20】図２０は、第４の実施形態に係るセンサ装置において片持ち梁の先端に慣性マスを設けた場合のＣ－Ｃ´断面図である。

【図21】図２１は、第５の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。

【図22】図２２は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。

【図23】図２３は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。

【図24】図２４は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

【0013】

［第１の実施形態］
まず、図１を用いて、第１の実施形態のセンサ装置の構成を説明する。図１は、第１の実施形態に係るセンサ装置の斜視図である。第１の実施形態のセンサ装置は、弾性波式の計測を行うための装置である。センサ装置は、弾性波デバイスと呼ばれる場合がある。

【0014】

図１に示すように、センサ装置１は、アンテナ部１１、センサ部１２、及び保護部１３を有する。

【0015】

アンテナ部１１は、センサ部１２において弾性波を励起させるための電力を受信する。また、センサ部１２は、弾性波のエネルギーを電力に変換し、その電力をアンテナ部１１に送信する。これにより、アンテナ部１１は、パッシブ（バッテリーレス）な通信を実現することができる。

【0016】

なお、アンテナ部１１は、いわゆるパワー半導体による電源マネジメント回路を搭載し、無線給電機能またはエナジーハーベスト機能を利用することで、有電源による通信を行ってもよい。その際、アンテナ部１１には、同様にＳｉＣ等のパワー半導体を用いてもよい。また、アンテナ部１１がセンサ部１２と同じ高さになるように、保護部１３の内部には隙間が設けられてもよい。

【0017】

図２は、センサとセンシング装置の送受信を説明する図である。図２に示すように、センシング装置３１は、電波により電力をセンサ装置１に給電する。また、センシング装置３１は、パッシブ型のセンサであるセンサ部１２から出力された信号を受信する。

【0018】

センシング装置３１から給電された電力により、センサ部１２から弾性波が励起される。センサ装置１に備えられたリフレクタにより反射した弾性波は、センサ部１２により電力として取り出され、アンテナ部１１により電波へと変換され、センシング装置３１に送られる。センシング装置３１のアンテナ部３２は、アンテナ部１１から送られた電波を受信する。

【0019】

図３は、第１の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。図３は、図１に示すセンサ装置１を上方から透視した透視図である。

【0020】

図３に示すように、センサ部１２は、リフレクタ１２１、電極１２２及び感応部１４を有する。また、センサ部１２は、図示しない圧電体の層を有する。圧電体の層は、図４等に示される。

【0021】

センサ部１２は、弾性波を伝搬させ、弾性波に応じて電気信号を発生させる。なお弾性波は、表面弾性波、又は表面ではなく内部を伝搬する弾性波を含む。

【0022】

圧電体は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、逆に機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。

【0023】

アンテナ部１１によって受信された電力は、電極１２２を通じて圧電体により機械エネルギーに変換され弾性波を励振させる。さらに、リフレクタ１２１により反射された弾性波は、圧電体により機械エネルギーから電気エネルギーに変換され、電極１２２を通じてアンテナ部１１より電力を発信し、無線通信を行う。

【0024】

電極１２２の形状は、すだれ状（又はくし形）である。電極１２２は、弾性波が内部を伝搬する１つ以上の圧電体の層に接している。

【0025】

リフレクタ１２１は、電極１２２により励振された弾性波を反射し、弾性波を長時間伝搬させる。リフレクタ１２１は２か所に設けられる。２つのリフレクタ１２１により、電極から励起された弾性波は互いに反対の方向への伝搬する２つの弾性波となり、各々のリフレクタ１２１により反射し電極１２２に戻ってくる。弾性波が電極１２２を通過するたびにアンテナ部１１より電波が発せられる。

【0026】

センサ部１２は、２つの弾性波を用いて物理量をセンシングしてもよいし、２つの弾性波のうち一方の弾性波を物理量のセンシングに用い、他方の弾性波を参照信号として用いてもよい。

【0027】

感応部１４は、検出したい物理量に対する、伝搬する弾性波の速度の変化を大きくする。図３に示すように、感応部１４は、電極１２２とリフレクタ１２１の間の領域に配置される。ただし、感応部１４はリフレクタ１２１を含んでいてもよい。また、感応部１４は、保護部１３と圧電体の層から構成される。

【0028】

感応部１４の形状は、検出する物理量により変化する。このため、図３に示すように、保護部１３は、感応部１４を支えるための部分を有する場合がある。

【0029】

第１の実施形態の感応部１４の構成については図４等を用いて後に説明する。また、第２の実施例から第５の実施例においては、測定を行う対象の物理量に応じて形状等が変化する感応部の詳細について説明する。

【0030】

以下、センサ装置１の断面図を用いて、センサ装置１の構造ならびに材質等について詳細に説明する。

【0031】

図４は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。図４の第１の層１２４及び第２の層１２５は、圧電体の層である。また、感応部１４によって検出された物理量は、弾性波として第１の層１２４及び第２の層１２５の少なくとも一方の内部を伝搬する。なお、第１の実施形態の感応部１４は、特にひずみ、応力及び力の検出に適している。

【0032】

図５は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。図５に示すように、第１の層１２４と第２の層１２５は、電極１２２を挟むように配置される。

【0033】

図６は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。図６に示すように、保護部１３により、センサ部１２は外部に対して露出しないように保護されている。

【0034】

センサ装置１の製造プロセスにおいては、複数の層を重ね加工（接合）することで保護部１３が形成される。図４から図６に示す保護部１３の点線は、層の接合面を示す。保護部１３は、接合面により、上部１３１及び下部１３３に分けられる。また、保護部１３は、２つの接合面により、上部１３１、中部１３２及び下部１３３に分けられる場合がある。

【0035】

図４から図６の断面図において明らかなように、第１の層１２４と第２の層１２５は、電極１２２を挟むように配置される。また、センサ部１２及びアンテナ部１１は、保護部１３によって保護される。すなわち、電極１２２及びリフレクタ１２１と、圧電体の層と、保護部１３とは、それぞれが順に内包する構造である。また、保護部１３は、アンテナ部１１及びセンサ部１２を封止する構造である。

【0036】

保護部１３は、アンテナ部１１及びセンサ部１２の下の面だけではなく、上下左右前後の全ての面を覆う。これにより、センサ装置１を構成する各部のうち、保護部１３のみがセンサ装置１の外部に露出する。例えば、アンテナ部１１及びセンサ部１２はセンサ装置１の外部に露出しない。

【0037】

また、図４から図６の断面図において明らかなように、保護部１３の上部１３１（図３の手前側、図４から図６の上側）と圧電体である第１の層１２４の間には、弾性波が内部を伝搬する際に、圧電体の歪みによる圧電体の変形が保護部１３で妨げられない程度の隙間が設けられていてもよい。

【0038】

センサ装置１は、弾性波の伝搬路である圧電体の層の周りを保護部１３が取り囲む構造となっている。そのため、弾性波が伝搬路である圧電体のみを伝搬し周囲に伝搬しないようにする必要がある。すなわち、弾性波が伝搬路である圧電体を伝搬し、さらにはリフレクタ１２１により反射を繰り返し伝搬距離が伸びたとしても、周囲に伝搬しないようにする必要がある。

【0039】

そのために、弾性体が伝搬する圧電体の層とそれに隣接する層との弾性波の伝搬速度にある程度の差がある必要がある。

【0040】

例えば、弾性波が内部を伝搬する圧電体の層と保護部１３は、それらの材質中の弾性波伝搬速度において、１．４倍以上の差があることが求められる場合がある。

【0041】

この場合、弾性波が内部を伝搬する圧電体のうち、弾性波が伝搬する圧電体（例えば、材料はＧａＮ）と保護部１３との弾性波の伝搬速度は、第１の層１２４の１．４倍程度である。

【0042】

あるいは、弾性波が内部を伝搬する圧電体が複数の層から構成される場合、主に弾性波が伝搬する圧電体の層と、伝搬が少ない圧電体の層の間の弾性波伝搬速度において、１．４倍以上の差があることが求められる場合がある。この場合、弾性波が内部を伝搬する圧電体のうち、主に弾性波が伝搬する圧電体（例えば、材料はＧａＮ）と伝搬が少ない圧電体（例えば、材料はＡｌＮ）との弾性波の伝搬速度は、第１の層１２４の１．４倍程度である。

【0043】

これらより、弾性波の伝搬速度にある程度の差が必要となる前記圧電体（例えば、材料はＧａＮ）の層に隣接する層は、保護膜あるいは他の圧電体の層である。あるいは、圧電体の層に隣接するとは、圧電体の層の境界面と接するということでもあり、前記圧電体（例えば、材料はＧａＮ）の層の上面や下面を指す。

【0044】

図７は、第１の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面において直接接合を行った場合の断面図である。センサ装置１の製造プロセスにおいては複数の層を重ね加工することを行うが、層同士を接合する際には接着層を介さず直接層同士を接合してもよい。すなわち、保護部１３は、センサ部１２またはアンテナ部１１を覆う際に、真空封止を行ってもよい。

【0045】

ここで、圧電体の層並びに保護部１３の材料の詳細を説明する。図４から図６の断面図において示すように、圧電体の層は複数の層（第１の層１２４及び第２の層１２５）からなっている。また、保護部１３は２つの層（上部１３１及び下部１３３）からなっている。

【0046】

第１の層１２４ａの材料は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。また、第２の層１２５ａの材料は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）である。例えば、第１の層１２４ａは、ＡｌＮによって一定の耐食性は確保できるが、保護部１３ａによりさらに耐食性が向上する。あるいは第２の層の材料はＺｎＯ（酸化亜鉛）であってもよい。

【0047】

あるいは、圧電体の層は第２の層１２５だけで構成され、第１の層１２４がなくてもよい。その場合、第２の層１２５の材料は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）である。

【0048】

さらには、圧電体の層は第２の層１２５だけで構成され、第１の層１２４がなくてもよい。その場合、第２の層１２５の材料は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）である。そして、保護部１３がＧａＮ（窒化ガリウム）を囲むような構造であってもよい。

【0049】

なお、圧電体である第１の層１２４及び第２の層１２５に一定の耐熱性を持たせてもよい。その場合、第１の層１２４及び第２の層１２５の材料は、ＬｉＮｂＯ３（１１５０℃）、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４（１４７０℃）、ＧａＰＯ４（９３０℃）、ＡｌＮ（１０４０℃）等の耐熱材料であってよい。ただし、かっこ内の温度はキュリー点、又は相転移がない場合の融点である。

【0050】

次に保護部１３の材料について説明する。保護部１３がないと仮定すると、第１の層１２４及び第２の層１２５に露出部分が生じる。このため、第１の層１２４及び第２の層１２５を構成する材料によっては、センサ装置１の耐食性及び耐熱性が低下する場合がある。保護部１３は、このような露出部分を保護することで、センサ装置１の耐食性及び耐熱性を向上させる。

【0051】

保護部１３は耐食性を有する耐食材料により構成される。また、保護部１３を構成する耐食材料は、例えばサファイアである。サファイアは、耐食性と耐熱性の両方を有する。

【0052】

保護部１３の材料は、サファイア以外のものであってもよい。例えば、保護部１３の材料は、７００℃の水蒸気に対する耐食性、及び８００℃の大気における耐熱性を有することが望ましい。保護部１３の材料は、サファイア及びルビーのような酸化アルミニウム（アルミナ）の他、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化シリコンのような無機化合物であってもよい。また、保護部１３の材料は、前述の無機化合物を組み合わせた繊維強化セラミックス等の材料であってもよい。

【0053】

さらに、保護部１３を構成する材料のうち、アンテナ部１１の付近の材料は、誘電損失の小さいサファイア及び窒化アルミニウム等のセラミックスが望ましい。また、アンテナ部１１の付近の材料は、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）等の焼結性セラミックスであってもよい。

【0054】

また、アンテナ部１１は、例えば、保護部１３によって閉じられた空間内部の表面に、薄膜等の金属でアンテナを形成して配置したものであってもよい。この場合、アンテナは、金属であってもよいし、導電性セラミックのスクリーン印刷等によって形成されたものであってもよい。

【0055】

これまで述べてきた保護部１３によりセンシングを行える対象について述べる。保護部１３は、センサ部１２及びアンテナ部１１を封止するため、センサ部１２及びアンテナ部１１は密封され、外気にほとんど接することがない。これにより、センサ装置１は、例えば気体（水素、水蒸気等）の濃度測定といった特定のセンシングが難しくなる。一方で、センサ装置１は、加速度、力、回転、姿勢といった、気体との直接的な接触を必要としない物理量のセンシングを、耐食性及び耐熱性を保持したまま行うことができる。なお、センサ装置１は、気体に関する物理量のうち、気体（大気等）の圧力についてはセンシングを行うことができる。

【0056】

これまで説明してきたように、保護部１３により、センサ装置１の全ての面をセンサの周囲の媒体に曝すことが可能になり、第１の実施形態によれば、十分な耐環境性（耐食性、耐熱性）を持つ弾性波センサを提供することができる。

【0057】

［第２の実施形態］
ここでは、第２の実施形態として、圧力及び気圧（高度）等のセンシングに適したセンサ装置１ａの構成を説明する。

【0058】

なお、第１の実施形態では、各構成要素の符号を数字で表していた。これに対し、第２の実施形態以降の各実施形態では、各構成要素の符号を数字とアルファベットで表している。以降の実施形態において、第１の実施形態の構成要素と符号の数字部分が共通する構成要素については、適宜説明を省略する。例えば、アンテナ部１１ａについては、アンテナ部１１ａと同様の構成及び機能を持つため、説明を省略する。

【0059】

図８は、第２の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。図８に示すように、感応部１４ａの領域は、電極１２２ａとリフレクタ１２１ａの間のうち、電極１２２ａとリフレクタ１２１ａを含まない。また、感応部１４ａの領域は、センサ部１２ａの幅を少なくとも含む。

【0060】

図９は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。図１０は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。図１１は、第２の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【0061】

図９から図１１に示す第１の層１２４ａ及び第２の層１２５ａは、圧電体の層である。また、感応部１４ａによって検出された物理量は、弾性波として第１の層１２４ａ及び第２の層１２５ａの内部、あるいは第１の層１２４ａのみ、あるいは第２の層１２５ａのみの内部を伝搬する。

【0062】

保護部１３ａにより、センサ部１２ａは外部に対して露出しないように保護されている。保護部１３ａを２層とし、保護部１３ａの下部１３３ａは、センサ部１２ａ、アンテナ部１１ａ及び保護部１３ａの上部１３１ａの土台となっている。感応部１４ａにおける保護部１３ａの下部１３３ａの形状は凹である。保護部１３ａの一部はセンサ部１２ａを支え、かつ保護性能が維持できる程度に残すようにしている。その結果、感応部１４ａにおける圧電体の層および保護部１３ａの下部１３３ａは、ダイアフラムとして動作する。

【0063】

なお、ここでいう保護性能が維持できるとは、保護部１３の材料が、７００℃の水蒸気に対する耐食性、及び８００℃の大気における耐熱性を有することを指す。

【0064】

また、少なくともダイアフラムの直上に、感応部１４ａにおける保護部１３ａの上部１３１ａとの間に隙間が設けられる。このことにより、保護部１３ａがダイアフラムの振動に影響しない。

【0065】

［第３の実施形態］
第３の実施形態として、加速度に適したセンサ装置１ｂの構成を説明する。図１２は、第３の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。図１２に示すように、感応部１４ｂの領域は、電極１２２ｂとリフレクタ１２１ｂの間のうち、電極１２２ｂとリフレクタ１２１ｂを含まない。また、感応部１４ｂの領域は、センサ部１２ｂの幅を少なくとも含む。

【0066】

図１３は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。図１４は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。図１５は、第３の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【0067】

図１３及び図１４に示すように、保護部１３ｂは、上部１３１ｂ、中部１３２ｂ、下部１３３ｂの３層を含む。保護部１３ｂに記した点線は層の境界である。保護部１３ｂの下部１３３ｂは、センサ部１２ｂ、アンテナ部１１ｂ、保護部１３ｂの中部１３２ならびに保護部１３ｂの上部１３１ｂの土台となっている。

【0068】

感応部１４ｂにおける保護部１３ｂの中部１３２ｂの形状は慣性マスである。保護部１３ｂの中部１３２ｂの一部はセンサ部１２ｂを支え、かつ全ての面を計測媒体に曝すことができる程度に残すようにしている。その結果、感応部１４ｂにおける圧電体の層および保護部１３ｂの中部１３２ｂは、慣性マス１４１ｂとして動作する。

【0069】

また、少なくとも慣性マス１４１ｂの直上に、感応部１４ｂにおける保護部１３ｂの上部１３１ｂとの間に隙間が設けられる。このことにより、保護部１３ｂが慣性マス１４１ｂの振動に影響しない。

【0070】

［第４の実施形態］
第４の実施形態として、加速度に適したセンサ装置１ｃの、第３の実施形態とは異なる構成を説明する。図１６は、第４の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。また、感応部１４ｃの領域は、センサ部１２ｃの幅を少なくとも含む。

【0071】

図１７は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。図１８は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。図１９は、第４の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【0072】

図１７及び図１８に示すように、保護部１３ｃは、上部１３１ｃ、中部１３２ｃ、下部１３３ｃの３層を含む。保護部１３ｃに記した点線は層の境界である。保護部１３ｃの下部１３３ｃは、センサ部１２ｃ、アンテナ部１１ｃ、保護部１３ｃの中部１３２ｃならびに保護部１３ｃの上部１３１ｃの土台となっている。

【0073】

図１９に示すように、感応部１４ｃにおける保護部１３ｃの中部１３２ｃとリフレクタ１２１ｃと圧電体の層にて片持ち梁１４２ｃを構成する。保護部１３ｃの中部１３２ｃの一部はセンサ部１２ｃを支える程度に残すようにしている。その結果、感応部１４ｃにおける圧電体の層とリフレクタ１２１ｃ及び保護部１３ｃの中部１３２ｃは片持ち梁１４２ｃとして動作する。感応部１４ｃのマス部においては、第１の層１２４ｃ、第２の層１２５ｃを含む部分が凸部を構成する。このため、第４の実施形態では、第３の実施形態と比べて高精度に加速度を感知することが可能である。

【0074】

図２０は、第４の実施形態に係るセンサ装置において片持ち梁１４２ｃの先端に慣性マス１４１ｃを設けた場合のＣ－Ｃ´断面図である。

【0075】

図２０に示すように、保護部１３ｃの中部１３２ｃからなる片持ち梁１４２ｃの先端に慣性マス１４１ｃを設けることで、慣性力が増す。これにより、重りとなる慣性マス１４１ｃがない場合と比べてより感度が向上し、より小さな加速度を検出可能となる。

【0076】

保護部１３ｃの下部１３３ｃは、感応部１４ｃの片持ち梁１４２ｃを保護する。また、少なくとも片持ち梁１４２ｃの直上に、感応部１４ｃにおける保護部１３ｃの上部１３１ｃとの間に隙間が設けられる。このことにより、保護部１３ｃが片持ち梁１４２ｃの振動に影響しない。

【0077】

［第５の実施形態］
第５の実施形態として、温度計測に適したセンサ装置１ｄの構成を説明する。図２１は、第５の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。また、感応部１４ｄの領域は、センサ部１２ｄの幅を少なくとも含む。

【0078】

図２２は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＡ－Ａ´断面図である。図２３は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＢ－Ｂ´断面図である。図２４は、第５の実施形態に係るセンサ装置のＣ－Ｃ´断面図である。

【0079】

図２２及び図２３に示すように、保護部１３ｄは、上部１３１ｄ、中部１３２ｄ、下部１３３ｄの３層を含む。保護部１３ｄに記した点線は層の境界である。保護部１３ｄの下部１３３ｄは、センサ部１２ｄ、アンテナ部１１ｄ、保護部１３ｄの中部１３２ｄならびに保護部１３ｄの上部１３１ｄの土台となっている。

【0080】

図２４に示すように、感応部１４ｄにおける保護部１３ｄの中部１３２ｄとリフレクタ１２１ｄと圧電体の層にて片持ち梁１４２ｄを構成する。保護部１３ｄの中部１３２ｄの一部はセンサ部１２ｄを支える程度に残すようにしている。その結果、感応部１４ｄにおける圧電体の層とリフレクタ１２１ｄ及び保護部１３ｄの中部１３２ｄは片持ち梁１４２ｄとして動作する。感応部１４ｄのマス部においては、第１の層１２４ｄ、第２の層１２５ｄを含む部分が凸部を構成する。

【0081】

さらには、片持ち梁１４２ｄの上面には薄膜１４３ｄが成膜されている。また、片持ち梁１４２ｄの下面には薄膜１４４ｄが成膜されている。薄膜１４３ｄと薄膜１４４ｄの膨張率は互いに異なる。また、薄膜１４３ｄと薄膜１４４ｄのいずれかのみが成膜されていてもよいし、両方が成膜されていてもよい。

【0082】

薄膜１４３ｄの線膨張率は、例えば４×１０^－６／Ｋ以下である。また、薄膜１４４ｄの線膨張率は、例えば８×１０^－６／Ｋ以上である。線膨張率が異なる薄膜により温度の変化に対し上下面の変形の程度が異なることから片持ち梁１４２ｄの形状にそりが入り、温度に対する変化を検知することが可能となる。

【0083】

さて、これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、実施形態の構成や詳細は、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で実施することができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0084】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ センサ装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ アンテナ部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ センサ部
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 保護部
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 感応部
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ リフレクタ
１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 電極
１２４、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ 第１の層
１２５、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ 第２の層
１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 上部
１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ 中部
１３３、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄ 下部
１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ 慣性マス
１４２ｃ、１４２ｄ 片持ち梁
１４３ｄ、１４４ｄ 薄膜

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】