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(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】
(24)【登録日】2023-05-01
(45)【発行日】2023-05-12
(54)【発明の名称】機械応力センサ及び製造方法
(51)【国際特許分類】
G01L 1/16 20060101AFI20230502BHJP
【ＦＩ】
G01L1/16 B
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020546352
(86)(22)【出願日】2019-03-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-06-17
(86)【国際出願番号】 IB2019051805
(87)【国際公開番号】W WO2019171289
(87)【国際公開日】2019-09-12
【審査請求日】2022-02-28
(31)【優先権主張番号】102018000003387
(32)【優先日】2018-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(73)【特許権者】
【識別番号】518314084
【氏名又は名称】エルテック・ソチエタ・ペル・アツィオーニ
【氏名又は名称原語表記】ＥＬＴＥＫ Ｓ．Ｐ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100131808
【弁理士】
【氏名又は名称】柳橋 泰雄
(72)【発明者】
【氏名】マルコ・ピッツィ
(72)【発明者】
【氏名】ステファノ・アッレーラ
【審査官】森 雅之
(56)【参考文献】
【文献】特許第４１３９４３４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第４７７３６５９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第５４４１８７７（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ、Ｈ０１Ｌ、Ｇ０１Ｐ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持構造（４）と、前記支持構造（４）上の少なくとも１つの第１の圧電トランスデューサ（１０）と、を備え、変位または変形を検知するように構成された機械応力センサであって、前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、せん断応力を示す第１の電気信号を生成するように構成され、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、
長手方向（Ｌ）に延在し、互いに対向する第１の主面（１１ａ）と第２の主面（１１ｂ）とを有する圧電材料の第１の層（１１）であって、前記圧電材料の第１の層（１１）は、前記長手方向（Ｌ）を横断する方向（Ｗ）に延在する少なくとも１つの分極軸（ＰＡ）を有する、圧電材料の第１の層（１１）と、
少なくとも１つの第１の電極（Ｅ１）と１つの第２の電極（Ｅ２）であって、それぞれ、前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第１及び前記第２の主面（１１ａ，１１ｂ）において前記長手方向（Ｌ）に延在する、複数の部分または指部（Ｆ１，Ｆ２）をそれぞれ有する、少なくとも１つの第１の電極（Ｅ１）と１つの第２の電極（Ｅ２）と、を備え、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、少なくとも１つの第３の電極（Ｅ３）及び１つの第４の電極（Ｅ４）を備え、
前記少なくとも１つの第３の電極（Ｅ３）及び前記１つの第４の電極（Ｅ４）は、それぞれ、前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第１の主面（１１ａ）及び前記第２の主面（１１ｂ）において前記長手方向（Ｌ）に延在する、複数の部分または指部（Ｆ３，Ｆ４）をそれぞれ有し、
前記第３の電極（Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第１の電極（Ｅ１）の前記部分または指部（Ｆ１）と互いにかみ合うまたは交互に並び、
前記第４の電極（Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ４）は、前記第２の電極（Ｅ２）の前記部分または指部（Ｆ２）と互いにかみ合うまたは交互に並び、
前記第１および前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３）は、前記横断する方向（W）に互いに実質的に第１の距離（Ｄ １ ）をあけた状態で少なくとも前記長手方向（Ｌ）に延在し、前記第１の電極（Ｅ１）の前記部分または指部（Ｆ１）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、第３の電極（Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ３）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第２および前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４）は、前記横断する方向（W）に互いに実質的に前記第１の距離（Ｄ １ ）をあけた状態で少なくとも前記長手方向（Ｌ）に延在し、前記第２の電極（Ｅ２）の前記部分または指部（Ｆ２）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、前記第４の電極（Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ４）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の２倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第１の電極（Ｅ１）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ１）は、前記第３の電極（Ｅ２）のそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ２）と実質的に重なるまたは揃えられる位置にあり、
前記第３の電極（Ｅ３）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第４の電極（Ｅ４）のそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ４）と実質的に重なるまたは揃えられる位置にある、
ことを特徴とする機械応力センサ（１）。
【請求項2】
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の電極（Ｅ１－Ｅ４）は、実質的に櫛状電極である、請求項１に記載の機械応力センサ。
【請求項3】
前記第１の電極（Ｅ１）、前記第２の電極（Ｅ２）、前記第３の電極（Ｅ３）、及び前記第４の電極（Ｅ４）、の中から少なくともいくつかは、前記圧電材料の第１の層（１１）の分極のための電極である、または前記圧電材料の第１の層（１１）の分極のための電極及び前記圧電材料の第１の層（１１）によって発生される信号を測定するための電極の両方である、請求項１または２に記載の機械応力センサ。
【請求項4】
支持構造（４）と、前記支持構造（４）上の少なくとも１つの第１の圧電トランスデューサ（１０）と、を備え、変位または変形を検知するように構成された機械応力センサであって、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、せん断応力を示す第１の電気信号を生成するように構成され、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、
長手方向（Ｌ）に延在し、互いに対向する第１の主面（１１ａ）と第２の主面（１１ｂ）とを有する圧電材料の第１の層（１１）であって、前記圧電材料の第１の層（１１）は、前記長手方向（Ｌ）を横断する方向（Ｗ）に延在する少なくとも１つの分極軸（ＰＡ）を有する、圧電材料の第１の層（１１）と、
少なくとも１つの第１の電極（Ｅ１）と１つの第２の電極（Ｅ２）であって、それぞれ、前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第１及び前記第２の主面（１１ａ，１１ｂ）において前記長手方向（Ｌ）に延在する、複数の部分または指部（Ｆ１，Ｆ２）をそれぞれ有する、少なくとも１つの第１の電極（Ｅ１）と１つの第２の電極（Ｅ２）と、を備え、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、少なくとも１つの第３の電極（Ｅ３）及び１つの第４の電極（Ｅ４）を備え、
前記少なくとも１つの第３の電極（Ｅ３）及び前記１つの第４の電極（Ｅ４）は、それぞれ、前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第１の主面（１１ａ）及び前記第２の主面（１１ｂ）において前記長手方向（Ｌ）に延在する、複数の部分または指部（Ｆ３，Ｆ４）をそれぞれ有し、
前記第３の電極（Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第１の電極（Ｅ１）の前記部分または指部（Ｆ１）と互いにかみ合うまたは交互に並び、
前記第４の電極（Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ４）は、前記第２の電極（Ｅ２）の前記部分または指部（Ｆ２）と互いにかみ合うまたは交互に並び、
前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３）は、前記横断する方向（W）に互いに第１の距離（Ｄ １ ）をあけた状態で前記長手方向（Ｌ）に延在し、前記第１の電極（Ｅ１）の前記部分または指部（Ｆ１）は、第１の距離（Ｄ １ ，Ｄ ３ ）の２倍より大きい第２の相互距離（Ｄ ２ ）にあり、第３の電極（Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ３）は、実質的に互いから第２の距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第２及び前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４）は、前記横断する方向（W）に互いに前記第２の距離（Ｄ １ ）をあけた状態で前記長手方向（Ｌ）に延在し、前記第２の電極（Ｅ２）の前記部分または指部（Ｆ２）は、実質的に第２の相互距離（Ｄ ２ ）にあり、第４の電極（Ｅ４）の部分または指部（Ｆ４）は、実質的に第２の相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第１の電極（Ｅ１）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ１）は、前記第２の電極（Ｅ２）のそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ２）に重なるまたは揃えられる位置にあり、
前記第３の電極（Ｅ３）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第４の電極（Ｅ４）のそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ４）に実質的に重なるまたは揃えられる位置にあり、
前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）、またはそれぞれ前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３）は、電気的に一緒に接続され（＋）、
前記第２及び前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）、またはそれぞれ前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４）は、電気的に一緒に接続され（－）及び前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）から電気的に絶縁され、
前記長手方向（Ｌ）を横断する方向（Ｗ）に圧電材料の第１の層（１１）に加えられるせん断応力（ＳＳ）は、一方で前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）と、他方で前記第２及び第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の間に、前記せん断応力に比例する値を有する電位差を発生する、または、
前記第１の電極（Ｅ１）及び前記第３の電極（Ｅ３）の１つのそれぞれ前記部分または指部（Ｆ１）は、前記第２の電極（Ｅ２）及び前記第４の電極（Ｅ４）の１つのそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ２）と実質的に重なるまたは揃えられる位置にあり、
前記第１の電極（Ｅ１）及び前記第３の電極（Ｅ３）の他の１つのそれぞれ前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第２の電極（Ｅ２）及び前記第４の電極（Ｅ４）の他の１つのそれぞれ１つの前記部分または指部（Ｆ４）に対して実質的に交互にずらした位置にあり、
前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）、またはそれぞれ前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３）は、互いに電気的に絶縁され、
前記第３及び前記４の電極（Ｅ３，Ｅ４）、またはそれぞれ前記部分または指部（Ｆ３，Ｆ４）は、互いから及び前記第１及び第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）から電気的に絶縁され、
前記長手方向（Ｌ）を横断する方向（Ｗ）に前記圧電材料の第１の層（１１）に加えられるせん断応力（ＳＳ）は、一方で前記第１の電極（Ｅ１）及び前記第３の電極（Ｅ３）の１つと、他方で前記第２の電極（Ｅ２）及び前記第４の電極（Ｅ４）の１つの間で、前記せん断応力（ＳＳ）に比例する値を有する電位差を発生し、前記第１の電極（Ｅ１）及び前記第３の電極（Ｅ３）の１つと前記第２の電極（Ｅ２）及び前記第４の電極（Ｅ４）の１つは、前記部分または指部が実質的に重なるまたは揃えられる位置である電極であることが好ましい、
機械応力センサ。
【請求項5】
少なくとも１つの第５の電極（Ｅ５）と１つの第６の電極（Ｅ６）であって、前記第５の電極（Ｅ５）と前記第６の電極（Ｅ６）は、櫛状電極であることが好ましく、それぞれ前記圧電材料の第１の層のそれぞれ前記第１及び前記第２の主面（１１ａ，１１ｂ）において前記長手方向（Ｌ）に延在する複数の部分または指部（Ｆ５，Ｆ６）を有する、第５の電極（Ｅ５）と第６の電極（Ｅ６）を備え、
特に、前記第５の電極（Ｅ５）の部分または指部（Ｆ５）は、前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３）と互いにかみ合うまたは交互に並び、
前記第６の電極（Ｅ６）の部分または指部（Ｆ６）は、前記第２及び前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４）と互いにかみ合うまたは交互に並ぶ、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の機械応力センサ。
【請求項6】
前記第１、前記第３及び前記第５の電極（Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５）の前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５）は、少なくとも長手方向（Ｌ）に、互いから実質的に第１の距離（Ｄ
１
）において延在し、
前記第１の電極（Ｅ１）の前記部分または指部（Ｆ１）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第３の電極（Ｅ３）の前記部分または指部（Ｆ３）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第５の電極（Ｅ５）の前記部分または指部（Ｆ５）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第２、前記第４及び前記第６の電極（Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６）の前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６）は、少なくとも長手方向（Ｌ）に、互いから実質的に第１の距離（Ｄ １ ）において延在し、
前記第２の電極（Ｅ２）の前記部分または指部（Ｆ２）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第４の電極（Ｅ４）の前記部分または指部（Ｆ４）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
前記第６の電極（Ｅ６）の前記部分または指部（Ｆ６）は、実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍以上、好ましくは実質的に第１の距離（Ｄ １ ）の３倍に等しい相互距離（Ｄ ２ ）にあり、
好ましくは、前記第１の電極（Ｅ１）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ１）は、前記第２の電極（Ｅ２）の対応する１つの前記部分または指部（Ｆ２の実質的に上、または揃えられる位置にあり、
前記第３の電極（Ｅ３）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ３）は、前記第４の電極（Ｅ４）の対応する１つの前記部分または指部（Ｆ４）の実質的に上、または揃えられる位置にあり、
前記第５の電極（Ｅ５）のそれぞれの前記部分または指部（Ｆ５）は、前記第６の電極（Ｅ６）の対応する１つの前記部分または指部（Ｆ６）の実質的に上、または揃えられる位置にある、請求項５に記載の機械応力センサ。
【請求項7】
前記第１、前記第３及び前記第５の電極（Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５）、またはそれぞれの前記部分または指部（Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５）は、互いに電気的に絶縁され、
前記第２、前記第４及び前記第６の電極（Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６）、またはそれぞれの前記部分または指部（Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６）は、互いに及び前記第１、前記第３及び前記第５の電極（Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５）から電気的に絶縁され、
前記長手方向（Ｌ）を横断する方向（Ｗ）に前記圧電材料の第１の層（１１）に加えられるせん断応力（ＳＳ）は、前記第１の電極（Ｅ１）と前記第２の電極（Ｅ２）の間、または前記第２の電極（Ｅ２）と前記第４の電極（Ｅ４）の間、または前記第５の電極（Ｅ５）と前記第６の電極（Ｅ６）の間で、前記せん断応力（ＳＳ）に比例する値を有する電位差を発生する、請求項６に記載の機械応力センサ。
【請求項8】
さらに通常の応力を表す第２の電気信号を発生することができる、第２の圧電トランスデューサ（２０）が、支持構造（４）に関連付けられ、
前記第２の圧電トランスデューサ（２０）は、２つのそれぞれの電極（Ｅ２２，Ｅ２３）の間に配置された圧電材料の第２の層（２１）を備え、
前記圧電材料の第２の層（２１）は、圧電材料の第２の層（２１）によって特定される平面を横断する方向（Ｈ）に延在する少なくとも１つの分極軸（Ｂ）を有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の機械応力センサ。
【請求項9】
前記支持構造（４）は、前記第１の圧電トランスデューサ（１０）及び前記第２の圧電トランスデューサ（２０）が関連する基板（４）を備え、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）及び前記第２の圧電トランスデューサ（２０）は、前記基板（４）の全く同一の主面（４ａ）と関連することが好ましい、請求項８に記載の機械応力センサ。
【請求項10】
少なくとも前記第１の圧電トランスデューサ（１０）は、圧電材料の堆積層（１１）及び／または前記圧電材料の堆積層（１１）の２つの対向する主面（１１ａ，１１ｂ）において、導電材料の堆積電極（Ｅ１－Ｅ６）を備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の機械応力センサ。
【請求項11】
ｉ）前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第１の主面（１１ａ）の少なくとも一部に、前記第１の電極（Ｅ１）、少なくとも１つの前記第３の電極（Ｅ３，Ｅ５）、またはそれぞれの前記部分または指部を備えて、
前記圧電材料の第１の層（１１）の前記第２の主面（１１ｂ）の少なくとも一部に、前記第２の電極（Ｅ２）及び少なくとも１つの第４の電極（Ｅ４，Ｅ６）、またはそれぞれの前記部分または指部を備えて、
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）を形成するステップと、
ｉｉ）一方において、前記第１の電極（Ｅ１）の少なくとも１つ及び少なくとも１つの前記第３の電極（Ｅ３，Ｅ５）、またはそれぞれの前記部分または指部と、
他方において、前記第２の電極（Ｅ２）の少なくとも１つ及び少なくとも１つの前記第４の電極（Ｅ４，Ｅ６）、またはそれぞれの前記部分または指部と、の間に電位差を加えることによって、前記圧電材料の第１の層（１１）の分極を実行するステップと、を備え、
前記ステップｉｉ）は、前記第１の圧電トランスデューサ（１０）がせん断応力を検知するために次に使用されるとき、用いられる前記電極またはそれぞれの前記部分または指部の電気接続の第２の形態と異なる、電極またはそれぞれの前記部分または指部の電気接続の第１の形態で実行され、
前記電気接続の第１の形態において、前記第１の電極（Ｅ１）の前記少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの第３の電極、またはそれぞれの前記部分又は指部と、前記第２の電極（Ｅ４，Ｅ６）の前記少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの第４の電極（Ｅ４，Ｅ６）又はそれぞれの前記部分又は指部は、前記圧電材料（１１）の第１の層（１１）のために使用され、
前記電気接続の第２の形態において、前記第１の電極（Ｅ１）の前記少なくとも１つ及び前記少なくとも１つの第３の電極（Ｅ３，Ｅ５）、またはそれぞれの前記部分又は指部は、前記圧電材料（１１）の第１の層によって生成される信号を測定するために使用される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の機械応力センサを製造する方法。
【請求項12】
－請求項１に記載のまたは請求項６に記載の機械応力センサを生産するために、ステップｉｉ）の進行において、
前記第１及び前記第２の電極（Ｅ１，Ｅ２）は、電気的に一緒に接続され（－）、
前記第３及び前記第４の電極（Ｅ３，Ｅ４）は、電気的に一緒に接続され（＋）、前記第１及び前記第２の電極（Ｅ１，Ｅ２）から電気的に絶縁され、
電位差は、一方で前記第１の電極と前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）と、他方で前記第２の電極と前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の間で加えられる、または、
－請求項６に記載の機械応力センサを生産するために、ステップｉｉ）の進行において、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記第４の電極（Ｅ１－Ｅ４）は、互いに電気的に絶縁され、電位差は、一方で前記第１の電極と前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）の１つと他方で前記第２の電極と前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の１つの間で加えられ、前記第２の電極と前記第４の電極（Ｅ２，Ｅ４）の１つは、前記部分または指部が、前記第１及び前記第３の電極（Ｅ１，Ｅ３）の１つの前記部分または指部に対して交互にずらした位置にある電極である、または、
－請求項７に記載の機械応力センサを作り出すために、ステップｉｉ）の進行において、
－前記第１及び前記第２の電極（Ｅ１，Ｅ２）、前記第３及び前記第４の電極（Ｅ３，Ｅ４）並びに前記第５及び第６の電極（Ｅ５，Ｅ６）の中から選択された第１の対の電極（Ｅ１，Ｅ２）の電極は、互いに及び他の電極（Ｅ３－Ｅ６）から電気的に絶縁され、
－前記第１及び前記第２の電極（Ｅ１，Ｅ２）、前記第３及び前記第４の電極（Ｅ３，Ｅ４）並びに前記第５及び第６の電極（Ｅ５，Ｅ６）の中から選択された第２の対の電極（Ｅ３，Ｅ４）の電極は、電気的に一緒に接続され（－）及び他の電極（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ５，Ｅ６）から電気的に絶縁され、
－前記第１及び前記第２の電極（Ｅ１，Ｅ２）、前記第３及び前記第４の電極（Ｅ３，Ｅ４）並びに前記第５及び第６の電極（Ｅ５，Ｅ６）の中から選択された第３の対の電極（Ｅ５，Ｅ６）の電極は、電気的に一緒に接続され（＋）及び他の電極（Ｅ１－Ｅ４）から電気的に絶縁され、
－電位差は、一方で前記第２の対の電極（Ｅ２，Ｅ４）と他方で前記第３の対の電極（Ｅ５，Ｅ６）の間に加えられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の圧電トランスデューサ（１０）、または対応する前記圧電材料の第１の層（１１）及び／またはその対向する主面（１１ａ，１１ｂ）における電極（Ｅ１－Ｅ６）は、互いの上部に異なる材料層を堆積する、特にスクリーン印刷によって少なくとも一部得られる、請求項１１または１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は機械応力センサに関し、圧電タイプの応力センサ及びその製造の様式を特に参照して開発された。
【背景技術】
【0002】
圧電応力センサの使用は、横断する（せん断）応力または通常または軸（圧縮）応力を検知するために広く知られている。そのようなセンサは、例えば加速度センサ、圧力センサ、振動センサ、変形センサなどを提供するために用いられる。言及されるセンサの使用の特定の用途及び工業分野は、非常に異なり、自動車分野（例えば衝撃センサまたはエンジンのノッキングを検知するセンサを提供するため）、家電分野（例えばタッチ入力装置またはプリンタカートリッジによるインクの消費を測定する装置を提供するため）、医療分野（例えば心血管センサを提供するため）、建築分野（例えば、コンクリート構造に応力センサを提供するため）などを含む。
【0003】
それらの幅広い拡散にもかかわらず、いくつかの圧電センサ、特にせん断応力を検知するそれらは、例えばその製造様式につながる、さらにいくつかの欠点を提示する。
【発明の概要】
【0004】
その一般的な用語において、本発明は、製造が単純で、高価でないが、動作の高信頼性によって区別される、圧電タイプの機械応力センサを提供する目的を基本的に有する。
この及び他の目的は、以後さらに明確に現れるが、さらに、添付された請求項に言及される特性を提示する機械応力センサによって及び対応する製造方法によって、本発明にしたがって達成される。請求項は、本発明に関して以後提供される技術教示の不可欠な部分を形成する。
この及び他の目的は、以後さらに明確に現れるが、さらに、添付された請求項に言及される特性を提示する機械応力センサによって及び対応する製造方法によって、本発明にしたがって達成される。請求項は、本発明に関して以後提供される技術教示の不可欠な部分を形成する。
【0005】
本発明のさらなる目的、特性、及び利点は、説明的な及び非限定の例によって、完全に提供される、添付された図面を参照しながら、その後の詳細な説明から明確に現れる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの概略斜視図である。
【図2】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの概略分解図である。
【図3】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの平面の概略描写である。
【図4】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの下からの概略描写である。
【図5】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの第１の部分の概略斜視図である。
【図6】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの第２の部分の概略斜視図である。
【図11】電気接続の２つの異なる形態における、本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの正面図の概略描写である。
【図12】電気接続の２つの異なる形態における、本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの正面図の概略描写である。
【図13】本発明の第１の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの動作原理を例示する目的の概略斜視図である。
【図38】本発明の第４の可能な実施形態による応力センサの圧電トランスデューサの基板の部分の部分断面概略斜視図である。
【図45】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の概略斜視図である。
【図46】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の正面図である。
【図47】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の側面図である。
【図48】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の異なる角度からの分解概略図である。
【図49】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の異なる角度からの分解概略図である。
【図50】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の断面概略斜視図である。
【図51】本発明の可能な実施形態による応力センサを一体化するセンサ装置の断面概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本記載の構成において、「１つの実施形態」（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）、「１つの実施形態」（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）、「様々な実施形態」（ｖａｒｉｏｕｓ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）などの言及は、実施形態に関して記載された少なくとも１つの特定の形態、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを示す意図がある。この理由で、この記載の様々な点で存在する、例えば「１つの実施形態において」（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）、「１つの実施形態において」（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）、「様々な実施形態において」（ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）などの語句は、必ずしも全く同一の実施形態を指さないが、代わりに異なる実施形態を指すことがある。さらに、本記載の構成において定義される特定の形態、構造、または特性は、示されるものと異なる１またはそれ以上の実施形態に任意の適切な方法で組み合わせることができる。特に図の例を参照しながら本明細書で提供される符号及び空間参照（例えば、「上部」（ｔｏｐ）、「下部」（ｂｏｔｔｏｍ）、「上に」（ｕｐ）、「下に」（ｄｏｗｎ）、「前」（ｆｒｏｎｔ）、「後」（ｂａｃｋ）、「垂直の」（ｖｅｒｔｉｃａｌ）など）は、単に便宜上用いられ、この理由で保護の領域または実施形態の範囲を定義しない。本記載において及び添付された請求項において、一般的な用語「材料」（ｍａｔｅｒｉａｌ）は、混合物、組成物、または多くの異なる材料の組み合わせを含むとして理解されるべきである。図において同じ符号は、お互いに同様なまたは技術的に等価である要素を指定するために用いられる。
【0008】
最初に図１を参照しながら、本発明の可能な実施形態による機械応力センサは、ＦＳによって全体に指定される。センサＦＳは、例えば固定位置に固定されるように設計される支持構造を有し、以後記載されるように、少なくとも１つの圧電トランスデューサが支持構造に関連する。様々な実施形態において、支持構造は、支持部または基板４を備え、図１のそれぞれＬ、Ｗ、Ｈによって示される方向に延在する長さ、幅、厚さを有する実質的に平面形状であることが必須ではないが好ましい。これらの方向Ｌ、Ｗ及びＨは、また基板４の平面に対してそれぞれ、長手方向、横断方向、及び軸方向を以後指す。
【0009】
基板４は、絶縁材料または絶縁材料で少なくとも一部が被覆された導電材料で作られる。例えば、誘電材料（例えばポリマまたは金属酸化物または酸化物の混合物）の層で被覆された金属または金属合金（例えば鋼）で作られてもよく、またはセラミック材料またはセラミック酸化物またはセラミック酸化物の混合物（例えばアルミナまたはアルミナ及びジルコニアの混合物、半導体材料の混合物（例えばシリコン）または酸化ケイ素またはシリカ（例えばガラス）を備える材料またはポリマまたは少なくとも１つのポリマを備える材料の混合物（基板がポリマ基板であるまたはポリマを含み、トランスデューサが連続層の堆積によって得られる場合において、プロセス温度の適合性の理由により例えばＰＶＤＦなどのポリマ圧電材料を用いることも好ましい）で作られてもよい。しかしながら、目的に適切な他の材料または既知の技術による他の材料の使用は、本発明の範囲から除外されない。特にせん断応力、すなわち長手方向Ｌ及び／または横断方向Ｗの少なくとも１つの成分を有する力による応力を検知するように構成された、１０によって全体に指定される少なくとも１つの第１の圧電トランスデューサが、基板４の主面４ａ（ここで、便宜上「上面」としても定義される）において提供される。様々な実施形態において、トランスデューサ１０は、要素に機械的に関連するように設計され、その変位または変形は、検知され、そのような変位または変形によって決定されるせん断応力を表す電気信号を発生することができる。
【0010】
様々な実施形態において、好ましくは基板４の同じ面４ａにおいて、少なくとも１つのさらなるトランスデューサは、２０によって全体に指定されて提供され、特に通常応力、すなわち軸方向Ｈの少なくとも１つの成分を有する力による応力を検知するように構成され、圧電タイプを有することが好ましい。
【0011】
上述のように、及び以後さらに明確に現れるように、様々な実施形態において、トランスデューサ１０の上部へ、すなわち基板４に対向する部分へ、ここで基板４によって表される支持構造に対して、動作を実行するまたは変形を受けることができる、－以後簡単にするために「検知要素」としても定義される－一般的な本体または要素を関連し、機械的に接続される必要がある。言い換えると、当該検知要素に、トランスデューサ１０によって強度が測定されることが望ましい方向Ｌ及び／またはＷの少なくとも１つの成分を有する力が加えられる。検知要素は、例えばセンサＦＳが加速度計で用いられるとき、大きな塊であってもよく、または最小ではあるが可能な変位または振動または変形、及びこのためオブジェクトまたはエンティティに作用する力を検知することが望まれる全ての一般的なオブジェクトまたはエンティティであってもよい。
【0012】
トランスデューサ１０の下部が基板４に対して固定位置にあり（固定部にあると推定される）、トランスデューサ１０の上部が、当該検知要素に関連され、または固定される（例えば接着される）とすれば、方向Ｗ及び／または方向Ｌに検知要素に加えられる力は、トランスデューサ１０に応力を引き起こし、－圧電効果によって－加えられるせん断応力の強度に比例する電位差を対応する電極間に発生する。
【0013】
同じ検知要素は、少なくとも１つの成分を有する軸力が方向Ｈに検知要素に加えられたとき、他の圧電トランスデューサ２０の上部に関連付けられることもできる。このため、この軸力は、トランスデューサ２０に対応する応力を引き起こし、圧電効果によって、加えられる通常応力の強度を表す電位差を対応する電極間に発生する。
【0014】
もちろん、トランスデューサ１０に関連付けられるものと異なる、第２の検知要素をトランスデューサ２０に関連付けることもできる。同様に当該検知要素は、トランスデューサ２０に固定されることが必須ではないが、簡単にその上部に配置されることができる。他方で、問題の２つの部分がお互いの上部にあるように配置されるまたはお互いに接着されるまたは拘束される場合に、または方向Ｌ及び／または方向Ｗの検知要素の動作または変形がトランスデューサ１０上の対応する応力を決定することを保証するような方法で関連付けられる場合にあるならば、検知要素がトランスデューサ１０に固定されることはさらに厳密に必須でない。
【0015】
様々な実施形態において、トランスデューサ１０、またはそれぞれのトランスデューサ１０，２０は、少なくとも１つの圧電材料の要素または層（以後簡単にするために「圧電層」という）及び少なくとも２つの電極を備え、電極のそれぞれは、圧電層の主面に関連する。電極は、導電材料の軌道によって定義され（以後簡単にするために「導電トラック」という）、これらのトラックは、場合によっては例えばパッドの形態で、－対応する電極と対向するそれらの端部において－端子接続部を画定する。例えば図１を参照しながら、トランスデューサ１０とトランスデューサ２０の圧電層は、それぞれ１１及び２１によって指定され、文字Ｔ、Ｅ及びＰ（対応する符号が続く）は、それぞれ当該導電ドラック、対応する電極のいくつか、及び対応する端子接続部またはパッドを識別する。電極Ｅ及びトラックＴは、一体に形成されることが必須ではないことに留意すべきである。例えば、プレートまたは薄板の形態で自立した本体として圧電層１１または２１を形成し、その後、対応する圧電層１１または２１の対向する主面に電極Ｅを形成し、その後、基板４の上面４ａに対応するパッドを備えるトラックＴを形成し、最後に基板４の面４ａに電極Ｅを運ぶ層１１または２１を固定し、電極Ｅと対応するトラックＴの間の必須の接続を提供することができる。
【0016】
圧電層１１及び／または２１、トラックＴ及び電極Ｅは、実質的に平面であり、実質的にお互いに及び基板４の上面４ａの表面に平行に重なることが好ましい。
【0017】
様々な実施形態において、トランスデューサ１０及び／または２０、すなわち圧電層１１及び／または２１は、例えばスクリーン印刷またはスピンコーティングによって基板４上に及び／または低い電極上の少なくとも一部に材料を堆積することによって形成される。
【0018】
また、電極Ｅ、または導電トラックＴは、例えば、スクリーン印刷技術、またはスパッタリング技術、または熱蒸発の技術、または分配技術または、さらに一般的な対応する基板に導電材料を堆積するために設計された任意の既知の技術を用いる、堆積技術を用いて形成される。
【0019】
しかしながら、対応するパッドＰを備える電極Ｅ及び／または導電トラックＴは、好ましくはシート金属から成形され、打ち抜かれた、例えば導電材料要素などの個別の要素として少なくとも一部に形成され、それぞれの圧電層１１及び／または２１及び／または基板４に固定されるように設計される。
【0020】
様々な優先的な実施形態において、全トランスデューサ１０及び／または２０は、基板４上に異なる材料の連続層の堆積によって、すなわち、層１１及び／または２１の下面における少なくとも一部であるべき導電層を第１に堆積し、その後、圧電層１１及び／または２１を堆積し、最後に層１１及び／または２１の上面において少なくとも一部にあるべき導電層を堆積することによって得られる。
【0021】
積層の堆積は、例えば、スクリーン印刷技術を用いてなされ、その場合、圧電層１１及び／または２１は、２０から３００μｍ、好ましくは約１００μｍの厚さを有し、電極Ｅ及びトラックＴは、代わりに８から２５μｍ、好ましくは約１５μｍの厚さを有する。代わりに、圧電層（及び電極Ｅ及び／またはトラックＴ）は、薄膜技術（例えばゾルゲル、スパッタリング、または化学蒸着など）を用いて堆積され、その場合、層は５０から２０００ｎｍ、好ましくは５００から８００ｎｍに含まれる厚さを有してもよい（トラック／電極は、５０から２００ｎｍ、好ましくは８０から１２０ｎｍに含まれる厚さを有し、スパッタリング、熱蒸発、または有機金属インクによるスクリーン印刷によって堆積されてもよい）。
【0022】
層１１、またはそれぞれの層１１及び／または２１は、圧電セラミックベースのペーストを用いて堆積されることができる一方で、電極Ｅは、金属、好ましくは貴金属のベースを有するペースト（例えばプラチナベースのペースト、または銀ベースのペースト、または銀パラジウムベースのペースト、または銀プラチナベースのペースト）で得られる。
【0023】
圧電層１１、またはそれぞれの圧電層１１及び／または２１は、上記例示されたもの以外の及び／または必ずしも基板上の材料の堆積または成長によることのない技術で得られることができる。例えば、圧電層は、粉体の圧縮及び続くその焼結によって得られる圧電セラミックで作られる本体として構成され、その２つの主面において、電極Ｅは、次に堆積されまたは塗布され、及びその後対応するトラックＴに接続され、その代わりに基板４の上面４ａに提供される。
【0024】
図２において、センサＳＦは、分解図で概略的に表される。わかるように、様々な実施形態において、圧電層１１は、長手方向Ｌに延在し、それぞれ第１の電極Ｅ１及び第２の電極Ｅ２が配置される２つの対向する主面１１ａ及び１１ｂを有する。基板４の面４ａ上の少なくとも一部に堆積されるまたは得られる場合において、対応する導電トラックＴ１及びＴ２は、それぞれの電極Ｅ１及びＥ２に関連付けられ、それぞれ接続パッドＰ１及びＰ２を画定することが好ましい。例において、第２のトランスデューサの圧電層２１は、円形状を有し、また円形であることが好ましいそれぞれの電極Ｅ２２及びＥ２３は、その対向する主面（図示せず）と関連付けられる。また、基板４の面４ａの少なくとも一部で得られる対応する導電トラックＴ２２及びＴ２３は、それぞれの電極Ｅ２２及びＥ２３に関連付けられ、それぞれ接続パッドＰ２２及びＰ２３を画定する。しかしながら好ましくは、圧電層２１及び対応する電極Ｅ２２、Ｅ２３の円形状は、必須ではないことに留意すべきである。
【0025】
言われたように、例えばスクリーン印刷によってなど、図１のトランスデューサ１０及び２０の両方のために上記で例示されたタイプのお互いの上部に積み重ねられた層の堆積を仮定すると、基板４の面４ａ上に、対応するパッドＰ２及びＰ２３を備える電極Ｅ１及びＥ２３を画定するトラックＴ２及びＴ２３が第１に堆積され、その後基板４の面４ａ上に、電極Ｅ２及びＥ２３を画定するトラックＴ２及びＴ２３の部分に圧電層１１及び２１が堆積され、最後に、トラックＴ１及びＴ２２が基板４の面４ａ上に延在する（パッドＰ１及びＰ２２を備える）その一部を備え、その代わりにそれぞれ圧電層１１及び２１の上面上に延在する電極Ｅ１及びＥ２２を画定するその一部を備えて、堆積される。
【0026】
言われたように、いずれにせよ、電極Ｅ１、Ｅ２及びＥ２２、Ｅ２３は、前に焼結によってまたはいくつかの他の方法で得られる層１１及び／または２１の対向する主面上に形成される個々の部分として構成され、その代わりにトラックＴ１、Ｔ２及びＴ２２、Ｔ２３が得られる基板４上のトランスデューサ１０及び２０の組み立ての間、電気的に接続される
【0027】
生産の様式に関係なく、電極Ｅ１及びＥ２は、櫛状電極、すなわち圧電層が延在する方向、ここでは長手方向Ｌに、圧電層１１のそれぞれ２つの対向する主面１１ａ及び１１ｂにおいて延在する少なくとも複数の部分、または歯部、または指部（以後単に「指部」という）をそれぞれ有する電極であることが好ましい。
【0028】
本発明の１つの態様によると、特に図２を参照しながら、圧電トランスデューサは、また櫛状電極である、またはいずれにせよ圧電層１１のそれぞれ２つの対向する主面１１ａ及び１１ｂにおいて長手方向Ｌに延在する複数の指部を有する、少なくとも１つの第３の電極Ｅ３及び少なくとも１つの第４の電極Ｅ４を備える。もう一度本発明によって、第３の電極Ｅ３の指部は、第１の電極Ｅ１の指部と互いにかみ合わされ交互になり、第４の電極Ｅ４の指部は、第２の電極Ｅ２の指部Ｆ２と互いにかみ合わされ交互になる。
【0029】
電極Ｅ３及びＥ４は、電極Ｅ１及びＥ２を形成するために用いられるものと同じ技術を用いて形成されることが好ましく、同じ生産ステップで得られる。したがって、スクリーン印刷技術を用いて積層を堆積する前述の例をもう一度参照しながら、電極Ｅ４を備えるトラックＴ４は、電極Ｅ２を備えるトラックＴ２が基板４上で得られるのと同じ堆積ステップで形成される一方、電極Ｅ３を備えるトラックＴ３は、電極Ｅ１を備えるトラックＴ１が圧電層１１上の一部で及び基板４上の一部で得られるのと同じ堆積ステップで形成されるであろう。
【0030】
図３及び４は、層１１の上面１１ａにおいて電極Ｅ１及びＥ３の、層１１の下面１１ｂにおいて電極Ｅ２及びＥ４の可能な形状を概略的に例示する。
【0031】
理解されるように、非限定の例において、当該電極Ｅ１－Ｅ４は、櫛状電極であり、この理由で、お互いに平行に、ここで層１１の長手方向Ｌに実質的に延在することが好ましい、及び／またはそれぞれのブスバまたは分配部分から始まり等しく間隔を空けられることが好ましい（すなわち、それらは実質的に一定の離れた距離である）一連の部分、または歯部または指部を備える。
【0032】
例えば、図３及び４を参照しながら、対応する電極を識別する数が続く文字「Ｄ」及び「Ｆ」は、それぞれ電極Ｅの当該分配部及び対応する指部を正確に指す。言われたように、層１１の全く同一の面にある電極Ｅの指部Ｆは、互いにかみ合わされる。優先的な形態において、それぞれの櫛状電極Ｅの指部Ｆは、実質的に直線的であるが、－しかしながら好ましくは－本質的な特性を構成せず、指部が例えばさらに異なる展開部を有することが可能である。
【0033】
例において、層１１の全く同一の面にある２つの電極Ｅの分配部分Ｄは、お互いに実質的に平行であるが、この特性でさえ必須であると見なされないべきである。
【0034】
言われたように、上部電極Ｅ２２と下部電極Ｅ２３とその間に配置された対応する圧電層２１と備えるトランスデューサ２０が配置される基板４の部分が、図５に見える。好ましくは、トランスデューサ２０が基板４の連続層の堆積によって得られるとき、層２１が、お互いに実質的に同じであることが好ましい電極Ｅ２２及びＥ２３の周囲寸法より大きい周辺寸法（ここでは周囲）を有することが好ましい。電極Ｅ２２及び電極Ｅ２３の周辺寸法と比較して層２１の周辺寸法が大きいことにより、例えばスクリーン印刷による、堆積プロセスの間、材料の様々な層の積み重ねを単純化する。トランスデューサ２０は、基本的に圧力センサとして動作する。すなわち、層２１は、層２１が圧縮されたとき、すなわち上部電極Ｅ２２が下部電極Ｅ２３に向かって押されたとき、電圧（または電位差）を生じる。
【0035】
その代わりに、言われたように互いにかみ合わされるまたは交互になる少なくとも２つの下櫛状電極（ここでは見えない）と、互いにかみ合わされるまたは交互になる少なくとも２つの上櫛状電極Ｅ１及びＥ３を備える圧電層１１を備える、トランスデューサ１０が配置された基板４の部分が図６に見える。例えば、１から６００ｍｍ２、好ましくは、２から１００ｍｍ２に含まれる層１１の領域は、下電極Ｅ２、Ｅ４、または指部Ｆ２及びＦ４の少なくとも一般的な部分を覆うようなものである。
【0036】
図７－１０の断面図から、様々な実施形態において、様々な電極Ｅの指部Ｆは、実質的に対称であり、相互に面するまたは対向した位置にあることがわかる。特に、上電極Ｅ１のそれぞれの指部Ｆ１は、下電極Ｅ２のそれぞれの指部Ｆ２に実質的に重なりまたは揃えられる位置にあり、下電極Ｅ２の指部Ｆ２と実質的に等しい形状と大きさを有することが好ましい。同様に、上電極Ｅ３のそれぞれの指部Ｆ３は、下電極Ｅ４のそれぞれの指部Ｆ４と実質的に重なりまたは揃えられる位置にあり、下電極Ｅ４の指部Ｆ４と実質的に等しい形状と大きさを有することが好ましい。
【0037】
例えば、図１１を参照しながら、このタイプの実施形態において、それぞれの上電極Ｅ１及びＥ３の隣接する指部Ｆ１及びＦ３は、実質的にお互いから第１の距離Ｄ１において延在する一方で、全く同一の電極Ｅ１の２つの連続した指部Ｆ１の間、及び同様に全く同一の電極Ｅ３の２つの連続した指部Ｆ３の間の距離Ｄ２は、実質的に第１の距離Ｄ１の２倍以下であり、実質的に距離Ｄ１の２倍に等しいことが好ましい。他方で、またそれぞれの下電極Ｅ２及びＥ４の隣接する指部Ｆ２及びＦ４は、実質的にお互いから当該第１の距離Ｄ１において延在し、全く同一の電極Ｅ２の２つの連続する指部Ｆ２の間、及び同様に全く同一の電極Ｅ４の２つの連続する指部Ｆ４の間の距離Ｄ２は、また実質的に第１の距離Ｄ１以下であり、実質的に距離Ｄ１の２倍に等しいことが好ましい。
【0038】
圧電層１１は、特に次の機械励起の配向とは異なる配向を備える圧電材料の分極を得ることが必須であるとき、前に分極プロセスを受けなければならない、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）などセラミック材料で作られることが好ましい。この目的のために、一方で下電極Ｅ２及びＥ４の少なくとも１つ、及び他方で上電極Ｅ１及びＥ３の少なくとも１つの間に、単一の方向に層１１の内部の電気双極子を配向するように、電場（表示的に１から５ｋＶ／ｍｍに含まれる）を加えられる（この操作は、また一般に「ポーリング」（ｐｏｌｉｎｇ）として知られている）。わかるように、分極ステップを実行するために、トランスデューサ１０－すなわち層１１－は、通常、いかなる場合においても選択される圧電材料の関数としての変数である、キュリー点より低い、例えば１２０℃から１４０℃に含まれる、所定の温度に通常加熱される（ここで約３５０℃のキュリー点を備える圧電セラミックの場合が推定される）。この温度に達した後、電圧は、ある時間、例えば１から５０分、好ましくは１０分から２０分加えられ、この電圧は、その後加熱停止として、材料の次の冷却の間も維持される。
【0039】
圧電効果（すなわち、機械的負荷を受けるまたは変形を受けるとき、電場にさらされるならば、電位差を供給する材料の容量）は、本質的にその結晶格子のゆがみに基づく。例えばＰＺＴなど、非常に一般的なタイプの圧電セラミックは、キュリー点より高い温度であるとき、面心立方格子によって区別され、面の頂点に、金属（例えば鉛）の原子があり、面の中心に、酸素原子があり、格子の中心に、酸素より重い原子（例えばチタンまたはジルコニウム）がある。キュリー点より低い格子は、チタンとジルコニウムの対応するパーセンテージの関数として、正方または菱面体である。５０％に近い濃度が通常用いられ、両方の層は同時に存在する。例えば約６０％のチタンと４０％のジルコニウムなど、高いキュリー点を有するチタンを優先して不均衡なＰＺＴの組成物を用いることは利点がある。２００℃の領域の温度を超えない場合において、いずれにせよ４５％から５５％相対濃度、好ましくは５２％のチタンの相対濃度が含まれる結晶境界領域の近くに留まることが望ましい。圧電センサの反応を改善するために、例えばニオブなど、ドーパントを用いる（好ましくは１重量％未満の濃度）ことが有利である。
【0040】
最も重い中心原子は、非対称な安定位置を推定し、電荷の不均衡を引き起こし、電気双極子の形成をもたらす。この理由で、圧電材料は、通常加熱によって支持される、非常に強い電場によってバイアスをかけられ、望まれるようにその双極子を配向し、集団分極を引き起こし、機械的に、熱的に、または電気的に材料の応力の限界で安定する。分極プロセスの終わりに、材料は、その格子でゆがめられ、質量及び電荷の変位と同じ機構で、機械的または電気的応力に反応し、その表面に電荷の変化を発生する。材料がバイアスをかけられなくても、現象は発生するが、様々な領域がランダムに配置されるので、様々な効果が取り消される。
【0041】
分極は、正電位（＋）における分極電極と負電位（－）における分極電極の間で交互になる方向を備える圧電層１１の平面にある。最近、どのように分極ステップにより負電位分極の極に向かって酸素空孔の移動を引き起こすかが示された（例えば、Ｇ．Ｈｏｌｚｌｅｃｈｎｅｒら、「電場影響下のＰｂＺｒｘＴｉｌ－ｘＯ３（ＰＺＴ）酸素空孔再分配」、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ ２６２：６２５－６２９，２０１４参照）。さらに、どのように高濃度の酸素空孔により、圧電セラミックの分極の減少を引き起こすかが示された（例えば、Ａ． Ｂ． Ｊｏｓｈｉら、「結晶化に対する酸素空孔の影響及びＰＺＴの圧電性能」、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ Ｖｏｌ． ４９４，１１７－１２２，２０１６）。
【0042】
本明細書で考慮される特定の場合において、この理由で、分極ステップにおいて正電位において配置される電極の近くの層１１の圧電材料の品質が高いであろう。「材料の品質」は、この場合において低濃度の酸素空孔により結晶格子のさらなる整然とした構造、または逆に例えばＰＺＴの結晶である最も一般的な場合において、鉛（Ｐｂ＝Ａ）、ジルコニウムまたはチタン（Ｂ＝ＺｒまたはＢ＝Ｔｉ）に対応するＡＢＯ３タイプの結晶の形態で利用可能な全ての酸素部位を占める、理想の場合の高濃度の酸素イオンを意味する。この理由で材料の分極は、正電位に接続される電極の近くでさらに非常に強く、（負）酸素イオンは、移動し、負電位に接続される電極の近くで（正）酸素空孔を残す。
【0043】
本発明の１つの態様によると、圧電層１１の分極は、圧電トランスデューサ１０がせん断応力を検知するために用いられるとき、その後選択される同じ電極の電気接続の形態と異なる様々な上及び下櫛状電極の電気接続の形態で実行される。
【0044】
言い換えると、層１１は、圧電材料の第１の層の分極の目的及び層１１自身で発生される電気信号のその後の測定または検知の目的の両方の少なくとも一部に役立つ電極を備える。
【0045】
図１１は、この目的のためにトランスデューサ１０、すなわち圧電層１１を分極する可能なステップを概略的に表し、電極Ｅ１及びＥ２は、負電位（－）に一緒に接続される一方で、電極Ｅ３及びＥ４は、正電位（＋）に一緒に接続され、電極Ｅ１及びＥ２とは電気的に絶縁される。この理由で、酸素イオンは、指部Ｆ３及びＦ４の間に含まれる領域の近く、電極の下に重なる領域の一部、及び正に帯電された指部Ｆ３－Ｆ４の最も近い領域の一対の指部Ｆ３－Ｆ４とＦ１－Ｆ２の間の電極のない領域の一部、で集中される傾向がある一方で、酸素空孔は、指部Ｆ１及びＦ２の間に含まれる領域の近く、電極の下に重なる領域の一部、及び負に帯電された指部Ｆ１－Ｆ２の最も近い領域の一対の指部Ｆ３－Ｆ４とＦ１－Ｆ２の間の電極のない領域の一部で集中される傾向がある。
【0046】
図１１において、層１１の中心において小さい矢印ＶＰは、一方で電極Ｅ１及びＥ３、他方で電極Ｅ２及びＥ４の間の電位差の適用によって決定される分極ベクトルを表す。理解されるように、ＰＡによって指定される分極軸は、方向Ｗに延在し、すなわち長手方向Ｌを横断する。お互いの上に重なるそれぞれ一対の指部Ｆ１－Ｆ２とＦ３－Ｆ４の間に軸方向（方向Ｈ）に延在する圧電材料の領域は、当該一対の指部の間の横断する方向（方向Ｗ）に延在する材料の領域より分極されない。これは、基本的に薄く長くされる傾向がある当該一対の指部の間に配置された分極領域の変形による。
【0047】
その代わりに、図１２は、は、検知の目的のためのトランスデューサ１０の後の使用において、どのように電極Ｅ１－Ｅ４が、層１１の分極の間用いられる電気接続と異なる電気接続の形態で利用されるかを描く。
【0048】
特に、上電極Ｅ１及びＥ３は、電気的に一緒に接続される（ここで純粋に例として正電位＋へ）一方で、下電極Ｅ２及びＥ４は、電気的に一緒に接続され（ここで純粋に例として、負電位－へ）及び他の２つの電極Ｅ１及びＥ３から電気的に絶縁される。この方法において、長手方向Ｌの少なくとも１つの成分を有する圧電層１１に加えられるせん断応力は、一方で電極Ｅ１及びＥ３と他方でＥ２及びＥ４の間で電位差を発生し、その値は、加えられたせん断応力に実質的に比例する。
【0049】
図１３は、この目的のために分極ベクトルＶＰの挙動を概略的に強調する意図があり、そのまさに２つは、拡大して概略的に表される。層１１が指部Ｆの伸長の方向の（ここで実質的に長手方向Ｌの）、及びこの理由で実質的に分極軸を横断するまたは垂直な方向の少なくとも１つの成分を有するせん断応力ＳＳを受けるとき、ベクトルＶＰの異方性の回転は、もたらされ、上電極Ｅ１及びＥ３と下電極Ｅ３及びＥ４の間で電荷の発現を引き起こす。
【0050】
－上電極Ｅ１及びＥ３の指部が下電極Ｅ２及びＥ４の指部と面するまたはそれに重なる、上電極Ｅ１及びＥ３の指部Ｆ１及びＦ３と下電極Ｅ２及びＥ４の指部Ｆ２及びＦ４の間の対称配置によって区別される－図１１－１３を参照して記載される実施形態は、長手方向Ｌに起きる（または少なくとも１つの成分を有する）層１１の変形の検知を可能にする。このタイプの動作は、前に言われた酸素空孔の移動のために得られる非対称の分極に基づくが、指部Ｆの間の異なる相対位置決め及び／または分極と使用の間の電極Ｅの電気接続の異なる形態で、異なるモードの動作が得られるので、本発明の本質的な特性を構成しない。
【0051】
例えば、図１４－２３は、上電極Ｅ１，Ｅ３及び下電極Ｅ２，Ｅ４、すなわち対応する指部の間で非対称配置によって区別される実施形態に言及する。図１４及び１５から、どのようにセンサＦＳの一般構造が前に既に記載されたものと実質的に同様であり、同様に例えばスクリーン印刷による積層の堆積の技術を使用して、用いられる製造の様式が類似していることがわかる。図１６－２０から、その代わりに２つの区別される電極の隣接する指部の間の距離が全く同一の電極の２つの連続した指部の距離未満である、電極Ｅの指部Ｆの異なる配置が理解される。
【0052】
特にまた図２１を参照しながら、このタイプの様々な実施形態において、それぞれの上電極Ｅ１及びＥ３に属するお互いに近い隣接する指部Ｆ１及びＦ３は、実質的にお互いから第１の距離Ｄ１において（ここで長手方向Ｌに）延在する一方で、全く同一の電極Ｅ１の２つの連続した指部Ｆ１の間の離れた距離Ｄ２は、距離Ｄ１の２倍より大きい（例において、約距離Ｄ１の３倍）。また全く同一の電極Ｅ３の連続した指部Ｆ３は、実質的にお互いから距離Ｄ２である。またそれぞれの上電極Ｅ１及びＥ３に属するお互いにあまり近くない隣接する指部Ｆ１及びＦ３は、距離Ｄ２未満である離れた距離Ｄ３だけ離れて延在する（例において、距離Ｄ１の約２倍）ことに留意すべきである。
【0053】
他方で、それぞれ下電極Ｅ２及びＥ４に属するお互いに近い隣接する指部Ｆ２及びＦ４は、実質的にお互いから当該第１の距離Ｄ１において（ここで長手方向Ｌに）延在し、全く同一の電極Ｅ２の連続した指部Ｆ２、同様に全く同一の電極Ｅ４の連続した指部Ｆ４は、実質的に前記距離Ｄ２にある。またそれぞれ下電極Ｅ２及びＥ４に属するお互いにあまり近くない隣接する指部Ｆ２及びＦ４は、実質的にお互いから距離Ｄ３において延在する。
【0054】
図２１から及び図１８及び２０の詳細図から、さらにどのように電極Ｅ１のそれぞれの指部Ｆ１が、電極Ｅ２のそれぞれの指部Ｆ２に実質的に重なりまたは揃えられる位置にあるか及びどのように電極Ｅ３のそれぞれの指部Ｆ３は、電極Ｅ４のそれぞれの指部Ｆ４に実質的に重なりまたは揃えられる位置にあるかわかる。
【0055】
また、この場合において、圧電層１１の分極は、圧電トランスデューサ１０がせん断応力を検知しなければならないとき用いられる電気接続の形態と異なる様々な電極の電気接続の形態で実行される。
【0056】
図２１は、この目的のためにトランスデューサ１０、すなわち圧電層１１の分極の可能なステップを概略的に表し、その過程で電極Ｅ１及びＥ２は、負電位（－）に電気的に一緒に接続され、電極Ｅ３及びＥ４は、正電位（＋）に電気的に一緒に接続され、他の２つの電極Ｅ１及びＥ２から電気的に絶縁される。また、この場合において、層１１の中心における矢印ＶＰは、分極ベクトルを表し、一方で電極Ｅ１及びＥ２と他方で電極Ｅ３及びＥ４の間の電位差の適用によって決定される。
【0057】
その代わりに、図２２は、どのようにせん断応力の検知の目的のためのトランスデューサ１０の効果的な使用において、電極Ｅ１－Ｅ４の電気接続の形態が層１１の分極の間、使用される電気接続と異なるかを描く。特に、上電極Ｅ１及びＥ３は、電気的に一緒に接続され（ここで純粋に例として、正電位に＋）、下電極Ｅ２及びＥ４は、電気的に一緒に接続され（ここで純粋に例として、負電位に－）、他の２つの電極Ｅ１及びＥ３から電気的に絶縁される。
【0058】
この方法において、図２３で例示したように、長手方向Ｌを横断する方向に層１１に加えられるせん断応力ＳＳは、一方で電極Ｅ１及びＥ３と他方で電極Ｅ２及びＥ４の間で、せん断応力ＳＳに比例する値を有する電位差を発生する。電極に電荷を発生する分極ベクトルの変化は、せん断応力によって引き起こされる分極ベクトルの回転と見なされる。また、読み取りは、例えば電極Ｅ１及びＥ２など、対向する面の一対の電極のみを接続することによってなされる。
【0059】
図２４－３２は、上電極Ｅ１，Ｅ３及び下電極Ｅ２，Ｅ４の間、すなわち対応する指部Ｆの間に非対称な配置、特に上電極Ｅ１，Ｅ３の少なくとも１つの指部が方向Ｗにおいて下電極Ｅ２，Ｅ４の少なくとも１つの指部に対して交互に配列された配置によって区別される他の実施形態に言及する。
【0060】
図２４及び２５から、どのようにセンサＦＳの一般構造が図１４－２３（当該交互に配列された配置と離れて）を参照して描かれたたものと実質的に同様か、同様に例えばスクリーン印刷によって積層の堆積の技術を使用して、用いられる製造の様式が類似しているかが理解される。
【0061】
図２６－２９から、その代わりに、電極Ｅの指部Ｆの異なる配置が理解される。またこの場合において、２つの区別される電極の隣接する指部の間の距離は、全く同一の電極の２つの連続した指部の間の距離未満であるが、上電極の指部Ｆは、少なくとも部分的に下電極の指部に対して交互に配列された位置にある。
【0062】
また、特に図３０を参照しながら、図１８－１９及び２１－２２の場合と同様な方法で、このタイプの様々な実施形態において、それぞれの上電極Ｅ１及びＥ３に属するお互いに近い隣接する指部Ｆ１及びＦ３は、実質的にお互いから第１の距離Ｄ１において（ここで、長手方向Ｌに）延在する一方で、全く同一の電極Ｅ１の２つの連続した指部Ｆ１の間の距離Ｄ２は、距離Ｄ１の２倍より大きい（例において、距離Ｄ１の約３倍である）。また、全く同一の電極Ｅ３の連続した指部Ｆ３は、実質的に距離Ｄ２離れている。また、それぞれの上電極Ｅ１及びＥ３に属するお互いからあまり近くない隣接する指部Ｆ１及びＦ３は、距離Ｄ２未満であるお互いから距離Ｄ３において延在する（例において、距離Ｄ１の約２倍）ことに留意すべきである。他方で、それぞれの下電極Ｅ２及びＥ４に属するお互いから近い隣接する指部Ｆ２及びＦ４は、実質的にお互いから距離Ｄ１において（ここで長手方向Ｌに）延在し、全く同一の電極Ｅ２の連続した指部Ｆ２、同様に全く同一の電極Ｅ４の連続した指部Ｆ４は、実質的に距離Ｄ２にある。また、それぞれの下電極Ｅ２及びＥ４に属するお互いにあまり近くない隣接する指部Ｆ２及びＦ４は、実質的にお互いから距離Ｄ３において延在する。
【0063】
図２７、２８及び３０の配置は、上電極Ｅ３のそれぞれの指部Ｆ３が下電極Ｅ４のそれぞれの指部Ｆ４に対して交互に配列された位置にあり、上電極Ｅ１のそれぞれの指部Ｆ１が下電極Ｅ２のそれぞれの指部Ｆ２に対して交互に配列された位置にあり、好ましくは、上電極Ｅ１のそれぞれの指部Ｆ１が、下電極Ｅ４のそれぞれの指部Ｆ４に実質的に重なるまたは揃えられる位置にある、図１８－１９及び２１－２２の配置と異なる。さらに一般に、２つの上電極Ｅ１及びＥ３の１つのそれぞれの指部Ｆは、２つの下電極Ｅ２及びＥ４の１つのそれぞれの指部Ｆに実質的に重なるまたは揃えられる位置にある一方で２つの上電極Ｅ１及びＥ３の他の１つのそれぞれの指部Ｆは、２つの下電極Ｅ２及びＥ４の他の１つのそれぞれの指部Ｆに対して実質的に交互に配列された位置にある。言われたように、描かれた例において、上電極Ｅ１の指部Ｆ１は、下電極Ｅ４の指部Ｆ４に重なるまたは揃えられる位置にある一方で、上電極Ｅ３の指部Ｆ３は、下電極Ｅ２の指部Ｆ２に対して交互に配列された位置にある。
【0064】
また、この場合において、圧電層１１の分極は、圧電トランスデューサ１０がせん断応力を検知するために使用されるとき用いられる形態と異なる様々な電極の電気接続の形態で実行される。
【0065】
図３０は、この目的のためにトランスデューサ１０、すなわち圧電層１１を分極するためのステップを概略的に表し、その進行において、４つの電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３及びＥ４は、お互いに電気的に絶縁され、電位差は、２つの上電極の１つ、ここで正電位（＋）に設定される電極Ｅ３と２つの下電極の１つ、ここで負電位に設定される電極Ｅ２の間に加えられ、電位差が加えられる２つの電極は、指部Ｆが相互に交互に配置された位置にある（ここで電極Ｅ２及びＥ３の指部Ｆ３及びＦ２）１つであることが好ましい。もう一度、層１１の中心における矢印ＶＰは、分極ベクトルを表し、電極Ｅ３とＥ２の間の電位差の適用によって決定される。せん断応力に対応する信号は、また電極Ｅ１とＥ４の間の分極を実行することによって得られ、その後、電極Ｅ３及びＥ２を用いて変形を測定するが、その代わりに一般に切り離されるべき通常圧縮からの信号に大きな効果がある。
【0066】
分極ベクトルＶＰは、正電位（＋）に設定された電極Ｅ３の指部Ｆ３と負電位（－）に設定された下電極Ｅ２のそれぞれの指部Ｆ２の間の異なる距離を与えられる、異なる値を有する。層１１は、異なる分極を備える領域を有する。
【0067】
その代わりに、図３１は、トランスデューサ１０の効果的な使用において、どのように電極Ｅ１－Ｅ４が層１１の分極の間に用いられる形態と異なる形態で電気的に接続されるかが描かれる。特に、４つの電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３及びＥ４は、もう一度お互いから電気的に絶縁され、電極Ｅ１とＥ４の間で、せん断応力の結果として生じる層１１に誘起された電位差が検知される（描かれた非限定の例において、電極Ｅ１が負電位－を検知し、電極Ｅ４が正電位＋を検知する）。そのためせん断応力を検知する目的のために用いられる電極Ｅは、指部がお互いに実質的に重なる、または揃えられる位置にある電極であることがこのましいことが理解されるであろう。
【0068】
この方法において、図３２で例示されたように、長手方向Ｌを横断する方向に層１１に加えられるせん断応力ＳＳは、電極Ｅ１とＥ４の間に当該せん断応力ＳＳに比例する値を有する電位差を発生する。電極に電荷を発生する分極ベクトルの変化は、せん断応力によって引き起こされる分極の回転と見なされる。
【0069】
前に記載された実施形態の例において、２つの上櫛状電極Ｅ１及びＥ３並びに２つの下櫛状電極Ｅ２及びＥ４は、圧電層１１と関連する。しかしながら、他の実施形態において、櫛状電極の数は、より多く、及び／または上電極及び／または上指部の数は、下電極及び／または下指部の数と異なることができる。例えば、図３３－４４は、電極Ｅ１－Ｅ４に加えて、また少なくとも２つのさらなる電極、及び圧電層１１の２つの対向する面１１ａ及び１１ｂにおいて長手方向Ｌに延在する、好ましくは等しく離れた距離間隔を空けられる、複数の指部Ｆ５及びＦ６をそれぞれ有する、特にさらなる櫛状上電極Ｅ５及びさらなる櫛状下電極Ｅ６を予測する実施形態に言及する。また、電極Ｅ５の指部Ｆ５は、他の２つの上電極の指部Ｆ１及びＦ３と互いにかみ合うまたは交互に並び、電極Ｅ６の指部Ｆ６は、他の２つの下電極の指部Ｆ２及びＦ４と互いにかみ合うまたは交互に並ぶ。
【0070】
図３３及び３４から、どのようにセンサＦＳの一般構造は、実質的に前に記載されたものと同様であり、同様に例えばスクリーン印刷による積層の堆積の技術を使用して用いられる製造の様式と類似していることが理解される。電極Ｅ５及びＥ６は、一方で電極Ｅ１及びＥ３並びに他方で電極Ｅ２及びＥ４を形成するために用いられるものと同じ技術を用いて、同じ生産ステップで形成されることが好ましい。
【0071】
層１１のそれぞれの主面における３つの電極の存在を与えられる、この場合において、また電気的に絶縁材料の層は、提供されることが好ましいことに留意すべきである。これらの電気的に絶縁層の存在は、また層１１及び／または電極ＥまたはトラックＴにおいて用いられるそれら（明らかに電気的に絶縁材料を用いて）と同じ堆積プロセスを用いて堆積されることができ、電極及びそれらの堆積の設計を単純化することができ、電極Ｅの堆積部分Ｄの間の短絡のリスクを排除する。
【0072】
例えば、図３４を参照しながら、絶縁層は７によって指定され、電極Ｅ５とＥ１の電気接触を防ぐために、電極Ｅ１の分配部分Ｄ１の少なくとも一部上に重なるように設計される。同様に、８によって指定される絶縁層は、電極Ｅ６とＥ２の電気接触をふせぐために、電極Ｅ２の分配部分Ｄ２の少なくとも一部上に重なるように設計される。
【0073】
特に、図３６及び３７から、層７の位置及びどのように層７が電極Ｅ１の部分Ｄ１の少なくとも一部、及び場合によっては、圧電層１１の上面１１ａに配置される対応する指部Ｆ１の小さな最初の伸長部を覆うかわかる。同じ図から、どのように電極Ｅ５の分配部分Ｄ５が基板４の面４ａに配置されることが好ましく、どのようにこの分配部分Ｄ５から、対応する指部Ｆ５の電気接続のために実質的に絶縁層７をまたがる導電トラックＢ５の部分が離れるかがわかる。
【0074】
その代わりに、図３８及び３９は、絶縁層８の位置を強調する。これらの図は、圧電層１１の堆積に先んじる状態においていくつかのトラックＴといくつかの電極Ｅを備える基板を描くことがわかる。理解されるように、特に図３９から絶縁層８は、電極Ｅ２の分配部分Ｄ２の少なくとも一部、及び場合によっては基板４の主面４ａに配置される対応する指部Ｆ２の小さな最初の伸長部を覆う。また、電極Ｅ６の分配部分Ｄ６は、基板４の面４ａに配置されることが好ましく、この分配部分Ｄ６から、対応する指部Ｆ６に接続するために実質的に絶縁層８をまたがる導電トラックＢ６のそれぞれの部分が離れる。
【0075】
図４０－４１から、その代わりに、２つの区別される電極の隣接する指部の間の距離が全く同一の電極の２つの連続した指部の間の距離未満であり、上電極Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５の指部Ｆは、実質的にそれぞれ下電極Ｅ２，Ｅ４，Ｅ６の指部Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６に重なるまたは揃えられる、６つの電極Ｅの指部Ｆの配置が理解される。
【0076】
特に、また図４２を参照しながら、それぞれの上電極Ｅ１，Ｅ３及びＥ５の隣接する指部Ｆ１，Ｆ３及びＦ５は、実質的にお互いから第１の距離Ｄ１において、すなわち実質的に一定ピッチで（ここで長手方向Ｌに）延在する。全く同一の電極Ｅ１の連続した指部Ｆ１の間、同様に全く同一の電極Ｅ３の連続した指部Ｆ３の間、及び全く同一の電極Ｅ５の連続した指部Ｆ５の間の距離Ｄ２は、実質的に距離Ｄ１の３倍以上であり、好ましくは距離Ｄ１の約３倍である。
【0077】
上電極Ｅの指部Ｆの少なくともいくつかの間の距離は、お互いと少なくとも一部が異なることができ、下電極Ｅの指部Ｆの少なくともいくつかの間の距離は、お互いと少なくとも一部が異なることができる。
【0078】
下電極Ｅ２，Ｅ４及びＥ６の指部Ｆの形状と配置は、実質的に上電極Ｆ１，Ｆ３及びＦ５の指部のそれと鏡面反射である。したがって、またそれぞれの下電極Ｅ２，Ｅ４及びＥ６の隣接する指部Ｆ２，Ｆ４及びＦ６は、実質的にお互いから距離Ｄ１であり、全く同一の電極Ｅ２の連続した指部Ｆ２の間、同様に全く同一の電極Ｅ４の連続した指部Ｆ４の間、及び全く同一の電極Ｅ６の連続した指部Ｆ６の間の距離Ｄ２は、実質的に距離Ｄ１の３倍以上であり、好ましくは距離Ｄ１の約３倍である。もう一度、図４１及び４２からどのように上電極Ｅ１，Ｅ３及びＥ５のそれぞれの指部Ｆ１，Ｆ３及びＦ５が、下電極Ｅ２，Ｅ４及びＥ６のそれぞれの対応する指部Ｆ２，Ｆ４及びＦ６に実質的に重なるまたは揃えられる位置にあるかがわかる。
【0079】
また、この場合において、圧電層１１の分極は、圧電トランスデューサ１０がせん断応力を検知するために使用されるとき、用いられる電気接続の形態と異なる様々な電極Ｅ１－Ｅ６の電気接続の形態で実行される。
【0080】
図４２は、この目的のために次の間のトランスデューサ１０の分極、すなわち圧電層１１の分極のステップを概略的に表す。
－指部がお互いに重なり（及びこの理由で、電極Ｅ１及びＥ２、または電極Ｅ３及びＥ４、または電極Ｅ５及びＥ６）、他の電極から電気的に絶縁される第１の一対の電極であって、第１の一対の２つ電極は、またお互いに電気的に絶縁される、第１の一対の電極、
－指部がお互いに重なり、他の電極から電気的に絶縁される第２の一対の（第１の対とは異なる）電極であって、第２の一対の２つ電極は、一緒に電気的に接続される、第２の一対の電極、
－指部がお互いに重なり、他の電極から電気的に絶縁される残りの第３の一対の（第１及び第２の対と異なる）電極であって、第３の一対の２つ電極は、一緒に電気的に接続される、第３の一対の電極、
－分極のために必要な電位差は、一方で第２の一対の電極と他方で第３の一対の電極の間に加えられる。
－指部がお互いに重なり（及びこの理由で、電極Ｅ１及びＥ２、または電極Ｅ３及びＥ４、または電極Ｅ５及びＥ６）、他の電極から電気的に絶縁される第１の一対の電極であって、第１の一対の２つ電極は、またお互いに電気的に絶縁される、第１の一対の電極、
－指部がお互いに重なり、他の電極から電気的に絶縁される第２の一対の（第１の対とは異なる）電極であって、第２の一対の２つ電極は、一緒に電気的に接続される、第２の一対の電極、
－指部がお互いに重なり、他の電極から電気的に絶縁される残りの第３の一対の（第１及び第２の対と異なる）電極であって、第３の一対の２つ電極は、一緒に電気的に接続される、第３の一対の電極、
－分極のために必要な電位差は、一方で第２の一対の電極と他方で第３の一対の電極の間に加えられる。
【0081】
図４２の具体的な例において、当該第１の対は、電極Ｅ１及びＥ２によって形成され、第２の対は、電極Ｅ３及びＥ４によって形成され、負電位（－）に接続され、第３の対は、電極Ｅ５及びＥ６によって形成され、正電位（＋）に接続される。また、この場合において、層１１の中心の矢印ＶＰは、分極ベクトルを表し、一方で電極Ｅ３－Ｅ４と他方で電極Ｅ５－Ｅ６の間の電位差の適用によって決定される。
【0082】
その代わりに、図４３は、トランスデューサ１０の効果的利用の間、どのように電極Ｅ１－Ｅ６の電気接続の形態が、層１１の分極の間用いられるものと異なるかを描く。特に全ての６つの電極Ｅ１－Ｅ６は、お互いに電気的に絶縁され、長手方向Ｌを横断する方向に圧電層１１に加えられるせん断応力ＳＳは、－指部Ｆがお互いに重なる２つの電極の間で－せん断応力ＳＳに比例する値を有する電位差を生成する。図４３におけるように、せん断応力ＳＳの強度を検知するために用いられる電極は、分極の間用いられない電極であることが好ましく、すなわち、当該第１の対のそれらである（描かれる例において、電極Ｅ１及びＥ２、または対応する指部Ｆ１及びＦ２）。
【0083】
この方法において、図４４に例示されるように、長手方向Ｌを横断する方向の層１１に加えられるせん断応力ＳＳは、電極Ｅ１及びＥ２の間に当該せん断応力ＳＳに比例する値を有する電位差を発生する。電極に電荷を発生する分極ベクトルの変化は、せん断によって引き起こされる分極ベクトルの回転と見なされる。
【0084】
もちろん、またトランスデューサ２０の圧電層２１は、前に分極を受ける。圧電層２１の場合において、図５に示されるように、対応する分極軸は、層２１によって識別される平面を横断する方向（Ｈ）に延在する。この場合において、読み取りの間、用いられる電極は、分極の間用いられる電極と同じである。
【0085】
様々な応用において、前に記載された機械応力センサＦＳは、独自のケースを備える。
【0086】
例えば図４５－４７を参照しながら、前に記載された可能な実施形態による機械応力センサＦＳを一体化するセンサ装置が１によって全体として指定される。センサ装置１は、様々な実施形態において、固定位置に固定されるように構成された支持構造を有する。様々な実施形態において、例えば例示されるものとして、支持構造は、容器またはケースを形成するためにお互いに連結されることができる、例えば熱可塑性または金属材料で作られた、少なくとも２つの部品２及び３を備える。
【0087】
また図４８－４９を参照しながら、様々な実施形態において、ケース部品２は、前に記載された平面基板４と関連し、取り付けられたベースを提供する。代わりに、基板４は、装置１の支持基板２または３の部品を一体化するまたは形成することができ、例えばスクリーン印刷による堆積によってまたは部品２及び／または３の少なくとも１つに電極の少なくともいくつか及び／または少なくとも１つの圧電層を取り付けることによって得られる。
【0088】
基板４は、ケース部品２上の固定位置に取り付けられることが好ましい。この目的のために、様々な実施形態において、部品２は、場合によって基板４の係合または固定レリーフまたは要素及び／または位置決め要素を備える、基板４の少なくとも一部を受け入れるように構成される、台座２ａを画定する。
【0089】
基板４は、台座２ａ内の位置に固定される（例えば接着、溶接、係合、ねじによる固定など）、または基板４のプロファイルは、実質的に台座２ａのプロファイルと相補的である、またはいずれにせよ基板は台座に、その相対的な位置決め及び／または固定のために、遊びなく、場合によってはわずかに干渉して受け入れられるように構成される。
【0090】
ケース部品３は、部品３が部品２の上部に設置された後、台座２ａが、例えば台座２ａ内に基板４を固定及び／または位置決めするために少なくともその周辺領域において閉じられることができる、それぞれの壁３ａに実質的に蓋を提供する。
【0091】
様々な優先的な実施形態において、センサ１は、５によって全体として指定される検知部品を備え、ここで部品２，３及び基板４を備える支持構造に対して動作を実行するまたは変形を受けることができる。部品５の変位または変形の能力は、トランスデューサ１０によって、機械的応力、すなわちせん断応力及び場合によっては通常応力を検知する目的がある。この目的のために、様々な実施形態において、部品５は、装置１に一体化されるセンサＦＳのトランスデューサ１０、及び場合によっては、想定される場合またトランスデューサ２０に機械的に関連する。例えば、センサ装置１が加速度計であることを想定すると、その部品５は、大きな塊であると推定される。
【0092】
特に図４８及び４９で見られるように、様々な実施形態において、部品３の壁３ａは、検知部品５が取り付けられるスルー開口３ｂを定義する。開口３ｂは、例えば、壁３ａから上がる実質的に管状形態によって周辺に区切られる。非限定の例において、部品５は、開口３ｂの対応する周辺プロファイルまたは端部３ｂ’に連結するための形状にされる周辺プロファイル５ａ’を有する壁５ａを備え、好ましくは、要素５は、小さな横変位すなわち、少なくとも方向Ｌ及び／またはＷの可能性、場合によっては方向Ｈの最小軸変位の可能性であるがその可能性と共に、開口３ｂ内に保留される。
【0093】
例えば、もう一度描かれる非限定の例を参照しながら、プロファイル５ａ’は、壁５ａの周辺端部に沿って形成される段差を備える一方、開口３ｂは、プロファイル３ｂ’を提供し、当該段差と係合するために設計されるそれぞれの突出端部を有する。例えば、図５０及び５１のＪによって指定される詳細図から理解されるように、例示された配置は、要素５がケース部品３の開口３ｂを通って下から挿入され、ケース部品３が、下に重なるケース部品２に固定された後、要素５それ自身が、上から滑り出さないようにされる。
【0094】
様々な実施形態において、検知部品５の壁５ａは、好ましくは上に突き出るそれぞれ上部５ｂ１、下に突き出る少なくとも１つの下部５ｂ２及び／または５ｂ３（特に図４９を参照）を有する中心要素５ｂを備える。当該中心要素５ｂ、またはその部分５ｂ１－５ｂ３は、壁５ａである、または壁５ａと一体に形成される、またはそれに適用される部品として構成されることができる。
【0095】
前に見られるように、様々な実施形態において、装置１に一体化されるセンサＦＳは、２つの異なる圧電トランスデューサを含み、すなわち図５０－５１でも１０及び２０によって指定されるそれらは、区別できる要素として表されるが、例えばまた異なって分極された領域を備える、電極部品または単一の圧電層など、共通のいくつかの要素または部品も有する。この目的のために、描かれた例において、中心要素５ｂは、それぞれトランスデューサ１０及びトランスデューサ２０と協働するべきである、２つの異なる下部５ｂ２及び５ｂ３を備える。理解されるように、下部５ｂ２は、トランスデューサ１０上にあるように設計される一方で、下部５ｂ３は、トランスデューサ２０上にあるように設計される。部分５ｂ２は、トランスデューサ１０に機械的に拘束される（例えばそこに接着される）、またはいずれにせよ検知部品５の横断する方向の変位がトランスデューサ１０に移されるようにそこにあるそれの上に横たわるまたはそこに接着するまたは拘束されることが好ましい。他方で、トランスデューサ２０は、圧力トランスデューサであることが好ましく、当該部分５ｂ３の下方への変位がトランスデューサ２０の圧縮を引き起こすために実際に十分であるので、下部５ｂ３がトランスデューサ２０に拘束されることは厳密に必要ない。言うまでもなく、下部５ｂ２及び５ｂ３は、トランスデューサ１０及び２１の両方の上に重なる単一の下部によって置換される。
【0096】
様々な実施形態において、中心要素５ｂの上部５ｂ１は、一般オブジェクトに関連するように設計され、その変位は、検知されるが、当該上部は、例示されたものとは異なる形態を有し、またはさらに例えば検知部品の壁５ａに直接当該オブジェクトを拘束することによって除外されることができる。検知部品５は、さらに問題のオブジェクト少なくともトランスデューサ１０に直接関連する場合、なくてもよい。同様に、また、中心要素５ｂのそれぞれの下部５ｂ２及び／または５ｂ３は、描かれるまたはさらに除外されるものと異なった形状にされることができる。述べられたように、部品５（中心要素５ｂを備えるまたは備えない）は、それ自身検知要素を構成することができる（例えば部品５が加速度計の大きな塊を提供するとき）
【0097】
最後に、装置１は、外部システムと電気接続するための、コネクタ６を備える。コネクタ６は、それぞれのコネクタ本体を有し、ケース部品２及び３（例において、部品３）の少なくとも１つと関連するまたは例えば電気コネクタ６の少なくとも一部を提供するような形状にされた本体部品３など、当該ケース部品に一体化される。電気端子（そのいくつかは図４９－５０で６ａによって指定される）は、コネクタ本体内に配置され、それぞれは、基板４に提供されるそれぞれのパッドＰと電気接続して配置されるように設計される内側端部を有する。図４９は、６つの端子６ａの場合を例として挙げるが、図３３－４４によるセンサＦＳを一体化する装置の場合において、明白に、端子６ａは、８つであろう（トランスデューサ１０のために６つ及びトランスデューサ２０のために２つ）。層１１及び／または２０の分極に必要とされる層１１の処理温度に耐えることができるケース本体の場合において、コネクタ６は、前に記載されたものによる電気接続の第１の形態で、分極を実行するために用いられる生産装備に接続するために第１に利用されることができる。その後、装置１の設置時に、同じコネクタ６は、前に記載されたものによる電気接続の第２の形態で、行われた検知を使用する外部システムへトランスデューサ１０及び／または２０を電気接続するために利用されることができる。
【0098】
記載されたものから、どのくらい本発明による応力センサの生産と動作が単純で信頼できるかが理解される。
【0099】
記載される応力センサの実質的な利点は、電気接続の第１の形態で、材料を分極するために生産ステージ及び次にまた電気接続の第２の形態で、検知の目的のためにセンサの最終使用の間の両方で利用される、電極の所定の構造を開始から最初からまさに提供できる事実によって表される。この方法において、分極電極を製造する第１のステージと検知電極を製造する次のステップに提供しなければならないという問題は、取り除かれる。すなわち、現状のまま、従来技術の典型的であるように、複雑な組み立て及び電極の交換に頼る必要はない（例えばＭａｒｃｅｌｏ Ａｒｅｉａｓ Ｔｒｉｎｄａｄｅら、「厚させん断圧電マクロ繊維複合材料の効果的材料特性の評価」ＣＯＢＥＭ ２０１１，機械技術者の第２１回国際会議の議事録，２０１１年１０月２４－２８日，ナタール，ＲＮ，ブラジル）。この理由で、また本発明は、装置及び／または生産プロセスの単純化ができる。
【0100】
後続の請求項によって定義されるように発明の範囲から逸脱することなく、例によって記載されるセンサ及び方法に対して多くの変形が、当業者によってなされることが明確である。同様に、上記実施形態を参照して記載される個々の特性は、他の実施形態にお互いに組み合わされることが明確である。
【0101】
５によって前に指定された部品は、センサＦＳのケースの部品と一体に提供されることができる。例えば、ケース部品３自身の一部を構成することができる。この種類の不可欠な部分は、例えば、方向Ｌ及び／またはＷ及び／またはＨの最小の動作であっても伝えるように設計される弾性材料で作られる（好ましくはケース部品３の、堅い本体にオーバモールドされる）。
【0102】
言及されたように、しかしながら好ましくは、指部Ｆの実質的に長方形の形状は、本質的な特性を構成しない。実際に指部は、例えばＳ字形状またはジグザク形状の電極など、長手方向Ｌに対して曲げられ及び／または角度を付けられた伸長によって区別される展開部を有する。そのような場合は、電極Ｅ１及びＥ３を示す、図５２に例示される。この場合において、対応する下部（図示せず）は、同様の長手方向の展開部を有するであろう。
【0103】
例えば距離Ｄ１及び／またはＤ２及び／またはＤ３など、前に提供される例で言及される距離は、優先的であるが限定されるものではないと理解されなければならず、すなわち、電極の指部の間の距離及び／または対応する配置または互い違いは、例で示されたものと異なることができる。提供される非限定の例において、分極とせん断応力の検知は、全く同一の方向（ここでは長手方向Ｌ）に延在する指部Ｆを参照して記載される。しかしながら、また電極Ｅの他の部分は、例えば指部Ｆを接合する電極の部分Ｄなど、検知に貢献し、特にせん断応力の場合において、指部の伸長の方向に少なくとも１つの成分を有する（図１３の場合におけるように）。さらに一般的に、様々な実施形態において、電極Ｅは、第１の方向（ここで長手方向Ｌ）に延在する第１の部分Ｆと当該第１の部分Ｆを横断する方向（ここで幅Ｗの方向）に延在する第２の部分Ｄの両方を予測し、電極Ｅの当該部分Ｄ及びＦは、分極及び／または測定に関与する。
【0104】
電極は、圧電材料１１の層の長手方向Ｌ及び幅Ｗの方向の少なくとも１つの代わりに、当該長手方向及び幅の方向に対して角度が付けられたまたは斜めの方向に延在するような形状であることができる。
【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】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】