特許 7509065 センサ素子およびそれを備えたセンサ装置

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】センサ素子およびそれを備えたセンサ装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/02 20060101AFI20240625BHJP

   H04R 1/42 20060101ALI20240625BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H04R17/02

H04R1/42

H01L29/84 Z

H01L29/84 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021053403

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150690

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬渡 和明

【審査官】毛利 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２５０６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２４４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １／００ － ３１／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、
凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、
前記支持体上に配置され、前記凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有する前記センシング部（３０）と、を備え、
前記センシング部は、前記測定媒体に晒される部分に前記測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、
前記スリットには、前記測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、前記センシング部よりも撥液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されており、
前記凹部は、前記測定媒体に晒される側面（１０ｂ）を有し、
前記保護膜は、前記側面にも配置されているセンサ素子。

【請求項2】

測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、
凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、
前記支持体上に配置され、前記凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有する前記センシング部（３０）と、を備え、
前記センシング部は、前記測定媒体に晒される部分に前記測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、
前記スリットには、前記測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、前記センシング部よりも親液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されており、
前記凹部は、前記測定媒体に晒される側面（１０ｂ）を有し、
前記保護膜は、前記側面にも配置されているセンサ素子。

【請求項3】

前記凹部は、前記側面に凹凸部（１０ｃ）が形成されており、
前記保護膜のうちの前記側面に配置されている部分は、前記凹凸部に起因した凹凸構造（８０ａ）を有している請求項１または２に記載のセンサ素子。

【請求項4】

前記凹部は、前記支持体と前記センシング部との積層方向に沿って、対向する前記側面の間隔が変化するテーパ状とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセンサ素子。

【請求項5】

前記支持体上に配置され、圧電膜（３０）と前記圧電膜と電気的に接続される電極膜（４０）とを有し、前記支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、一端部側が前記支持領域に支持されていると共に前記一端部と反対側の他端部側が前記支持体から浮遊した浮遊領域（２１ｂ）と、を有する振動部（２０）と、を備え、
前記浮遊領域は、前記スリットにて分割された複数の振動領域（２２）を有し、
前記センシング部は、前記複数の振動領域を有する構成とされている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ素子。

【請求項6】

測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、
凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、
前記支持体上に配置され、前記凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有する前記センシング部（３０）と、を備え、
前記センシング部は、前記測定媒体に晒される部分に前記測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、
前記スリットには、前記測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、前記センシング部よりも撥液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されており、
前記支持体上に配置され、圧電膜（３０）と前記圧電膜と電気的に接続される電極膜（４０）とを有し、前記支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、一端部側が前記支持領域に支持されていると共に前記一端部と反対側の他端部側が前記支持体から浮遊した浮遊領域（２１ｂ）と、を有する振動部（２０）と、を備え、
前記浮遊領域は、前記スリットにて分割された複数の振動領域（２２）を有し、
前記センシング部は、前記複数の振動領域を有する構成とされているセンサ素子。

【請求項7】

測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、
凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、
前記支持体上に配置され、前記凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有する前記センシング部（３０）と、を備え、
前記センシング部は、前記測定媒体に晒される部分に前記測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、
前記スリットには、前記測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、前記センシング部よりも親液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されており、
前記支持体上に配置され、圧電膜（３０）と前記圧電膜と電気的に接続される電極膜（４０）とを有し、前記支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、一端部側が前記支持領域に支持されていると共に前記一端部と反対側の他端部側が前記支持体から浮遊した浮遊領域（２１ｂ）と、を有する振動部（２０）と、を備え、
前記浮遊領域は、前記スリットにて分割された複数の振動領域（２２）を有し、
前記センシング部は、前記複数の振動領域を有する構成とされているセンサ素子。

【請求項8】

前記センシング部は、前記測定媒体の圧力に応じた振動する受圧面（２２ｂ）を有し、
前記保護膜は、前記受圧面（２２ｂ）にも配置されている請求項１ないし７のいずれか１つに記載のセンサ素子。

【請求項9】

前記保護膜は、前記センシング部よりも低弾性率な材料で構成されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載のセンサ素子。

【請求項10】

測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子（Ｓ１、Ｓ２）を備えるセンサ装置であって、
請求項１ないし９のいずれか１つに記載のセンサ素子と、
前記センサ素子を搭載する被実装部材（１０１）と、前記センサ素子を収容する状態で前記被実装部材に固定される蓋部（１０２）と、を有し、外部と連通して前記測定媒体が導入される貫通孔（１０１ｂ）が形成されたケーシング（１００）と、を備え、
前記保護膜は、前記貫通孔の壁面にも配置されているセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定媒体が通過可能なスリットが形成されたセンシング部を有するセンサ素子およびそれを備えたセンサ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、スリットが形成されたセンシング部を有するセンサ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このセンサ素子は、圧電素子とされており、支持体と、支持体上に配置された圧電膜および当該圧電膜と電気的に接続される電極膜とを有する構成とされている。また、センサ素子は、支持体に凹部が形成されており、圧電膜および電極膜の一部が支持体から浮遊した浮遊領域とされている。そして、浮遊領域は、スリットによって複数の振動領域に分割されている。

【0003】

このようなセンサ素子は、印加される測定媒体の圧力に応じて振動領域が振動することで当該圧力に応じた検出信号を出力する。このため、このようなセンサ素子は、振動領域を含んでセンシング部が構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許５９３６１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のようなセンサ素子では、スリットに異物が付着する可能性がある。そして、このような圧電素子では、スリットに異物が付着することにより、検出精度が低下する可能性がある。

【0006】

本発明は上記点に鑑み、検出精度が低下することを抑制できるセンサ素子およびそれを備えたセンサ装置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】

【0007】

上記目的を達成するための請求項１および６は、測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、支持体上に配置され、凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有するセンシング部（３０）と、を備え、センシング部は、測定媒体に晒される部分に測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、スリットには、測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、センシング部よりも撥液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されている。
そして、請求項１では、凹部は、測定媒体に晒される側面（１０ｂ）を有し、
保護膜は、側面にも配置されている。請求項６では、支持体上に配置され、圧電膜（３０）と圧電膜と電気的に接続される電極膜（４０）とを有し、支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、一端部側が支持領域に支持されていると共に一端部と反対側の他端部側が支持体から浮遊した浮遊領域（２１ｂ）と、を有する振動部（２０）と、を備え、浮遊領域は、スリットにて分割された複数の振動領域（２２）を有し、センシング部は、複数の振動領域を有する構成とされている。

【0008】

これによれば、撥液性が高い材料で構成された保護膜が配置されているため、測定媒体が気体である場合には、スリットに水等の異物が付着することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

【0009】

請求項２および７は、測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子であって、凹部（１０ａ）が形成された支持体（１０）と、支持体上に配置され、凹部によって構成された浮遊領域（２１ｂ）を有するセンシング部（３０）と、を備え、センシング部は、測定媒体に晒される部分に測定媒体が通過可能なスリット（４０）が形成され、スリットには、測定媒体が通過可能な状態を維持しつつ、センシング部よりも親液性が高い材料で構成された保護膜（８０）が配置されている。
そして、請求項２では、凹部は、測定媒体に晒される側面（１０ｂ）を有し、
保護膜は、側面にも配置されている。請求項７では、支持体上に配置され、圧電膜（３０）と圧電膜と電気的に接続される電極膜（４０）とを有し、支持体に支持される支持領域（２１ａ）と、一端部側が支持領域に支持されていると共に一端部と反対側の他端部側が支持体から浮遊した浮遊領域（２１ｂ）と、を有する振動部（２０）と、を備え、浮遊領域は、スリットにて分割された複数の振動領域（２２）を有し、センシング部は、複数の振動領域を有する構成とされている。

【0010】

これによれば、親液性が高い材料で構成された保護膜が配置されているため、測定媒体が液体である場合には、スリットに埃等の異物が付着することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

【0011】

請求項１０は、測定媒体の圧力に応じた検出信号を出力するセンシング部（３０）が形成されたセンサ素子（Ｓ１、Ｓ２）を備えるセンサ装置であって、請求項１ないし９のいずれか１つに記載のセンサ素子と、センサ素子を搭載する被実装部材（１０１）と、センサ素子を収容する状態で被実装部材に固定される蓋部（１０２）と、を有し、外部と連通して測定媒体が導入される貫通孔（１０１ｂ）が形成されたケーシング（１００）と、を備え、保護膜は、貫通孔の壁面にも配置されている。

【0012】

これによれば、貫通孔の壁面に異物が付着することも抑制できるため、貫通孔を通じた測定媒体の導入が阻害されることを抑制できる。

【0013】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態における圧電装置の構成である。

【図2】図１に示す圧電素子の断面図である。

【図3】図２に示す圧電素子の平面図である。

【図4】第２実施形態における圧電素子の断面図である。

【図5】第２実施形態の変形例における圧電素子の断面図である。

【図6】第３実施形態における圧電装置の断面図である。

【図7】第４実施形態における静電式圧力センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0016】

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１～図３を参照しつつ説明する。本実施形態では、測定媒体の圧力に応じた圧力検出信号を出力するセンサ素子として、圧電素子Ｓ１を例に挙げて説明する。また、本実施形態では、センサ装置として、圧電素子Ｓ１を備えた圧電装置Ｓ１０について説明する。なお、本実施形態の圧電装置Ｓ１０は、例えば、可聴域である１～２００００Ｈｚの音圧等の圧力を検出するのに用いられると好適であり、スマートフォンやＡＩ（artificial intelligenceの略）スピーカ等に搭載されて用いられると好適である。また、本実施形態の圧電装置Ｓ１０は、例えば、電源無しで変位に応じた出力を得られるウェイクアップ機能を発揮する電子機器等に搭載され、当該変位を検出するのに利用されると好適である。

【0017】

本実施形態の圧電装置Ｓ１０は、図１に示されるように、圧電素子Ｓ１および回路基板２を備え、これら圧電素子Ｓ１および回路基板２がケーシング１００に収容されて構成されている。まず、本実施形態の圧電素子Ｓ１の構成について説明する。

【0018】

圧電素子Ｓ１は、図２および図３に示されるように、支持体１０と、振動部２０とを備え、平面形状が矩形状とされている。支持体１０は、一面１１ａおよび他面１１ｂを有する支持基板１１と、支持基板１１の一面１１ａ上に形成された絶縁膜１２とを有している。なお、支持基板１１は、例えば、シリコン基板等で構成され、絶縁膜１２は、酸化膜等で構成されている。

【0019】

振動部２０は、圧力としての音圧等に応じた圧力検出信号を出力するセンシング部３０を構成するものであり、支持体１０上に配置されている。そして、支持体１０には、振動部２０における内縁側を浮遊させるための凹部１０ａが形成されている。このため、振動部２０は、支持体１０上に配置された支持領域２１ａと、支持領域２１ａと繋がっていると共に凹部１０ａ上で浮遊する浮遊領域２１ｂとを有する構成となっている。なお、本実施形態の凹部１０ａは、振動部２０側の開口端（以下では、単に凹部１０ａの開口端ともいう）の形状が平面矩形状とされている。したがって、浮遊領域２１ｂの全体は、平面矩形状とされている。

【0020】

ここで、本実施形態の凹部１０ａは、支持基板１１を異方性ドライエッチングで除去した後、絶縁膜１２を等方性ウェットエッチングで除去することで構成される。このため、凹部１０ａの側面１０ｂは、微小な凹凸部１０ｃが形成された状態となっている。なお、この凹凸部１０ｃは、例えば、表面粗さＲａが５０～１００００ｎｍ程度とされている。なお、図２では、凹凸部１０ｃを理解し易くするために誇張して示してある。また、対応する他の図においても、凹凸部１０ｃを誇張して示してある。

【0021】

そして、上記のように支持体１０に凹部１０ａを形成した場合には、支持基板１１よりも絶縁膜１２の方が除去され易い。このため、凹部１０ａの側面１０ｂのうちの支持基板１１と絶縁膜１２との境界部には、絶縁膜１２が削れたことによる段差部１０ｄが形成される。

【0022】

浮遊領域２１ｂは、４つの振動領域２２が構成されるように、スリット４０によって分割されている。本実施形態では、スリット４０は、浮遊領域２１ｂの中心部Ｃを通り、浮遊領域２１ｂの相対する角部に向かって延設されるように、２本形成されている。言い換えると、スリット４０は、平面矩形状とされた浮遊領域２１ｂの各角部から中心部Ｃに向かって延設されると共に、中心部Ｃにて各スリット４０が交差するように形成されている。これにより、浮遊領域２１ｂは、略平面三角形状とされた４つの振動領域２２に分離されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、各振動領域２２同士の間隔（すなわち、スリット４０の幅）が１μｍ程度とされている。

【0023】

そして、各振動領域２２は、上記のように浮遊領域２１ｂが分割されて構成されるため、一端部が支持体１０（すなわち、支持領域２１ａ）に支持された固定端とされ、他端部が自由端とされたカンチレバーとされている。つまり、各振動領域２２は、支持領域２１ａと繋がった状態となっていると共に、片持ち支持された状態となっている。そして、本実施形態のセンシング部３０は、各振動領域２２を有する構成とされており、スリット４０が形成された状態となっている。以下では、振動領域２２における支持体１０と反対側の面を振動領域２２の一面２２ａとし、振動領域２２における支持体１０側の面を振動領域２２の他面２２ｂとして説明する。

【0024】

振動部２０は、圧電膜５０および圧電膜５０と接続される電極膜６０を有する構成とされている。具体的には、圧電膜５０は、下層圧電膜５１と、下層圧電膜５１上に積層される上層圧電膜５２とを有している。電極膜６０は、下層圧電膜５１の下方に配置された下層電極膜６１、下層圧電膜５１と上層圧電膜５２との間に配置された中間電極膜６２、および上層圧電膜５２上に配置された上層電極膜６３を有している。つまり、振動部２０は、下層圧電膜５１が下層電極膜６１と中間電極膜６２とで挟み込まれており、上層圧電膜５２が中間電極膜６２と上層電極膜６３とで挟み込まれたバイモルフ構造とされている。

【0025】

なお、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２は、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛等を用いて構成されている。そして、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２は、圧電特性を示す結晶配向方位が同じとされている。下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等を用いて構成される。

【0026】

また、本実施形態の各振動領域２２は、振動領域２２が振動した際に固定端となる支持領域２１ａ側の部分が第１領域Ｒ１とされ、中心部Ｃ側が第２領域Ｒ２とされている。そして、下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３は、それぞれ第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２に形成されている。但し、第１領域Ｒ１に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３と、第２領域Ｒ２に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、上層電極膜６３とは、分離されており、絶縁された状態となっている。

【0027】

なお、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、スリット４０に達しないように形成されている。つまり、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、振動領域２２のうちのスリット４０から露出する側面よりも内側で終端するように形成されている。言い換えると、下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、一面２２ａおよび他面２２ｂに対する法線方向において、スリット４０よりも内側に配置されている。

【0028】

そして、各電極膜６０は、振動部２０のうちの支持領域２１ａに形成された図示しない配線と適宜接続され、支持領域２１ａに形成された図示しない電極部を介して回路基板２と接続される。なお、図示しない配線や電極部は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅等を用いて構成される。また、第２領域Ｒ２に形成された下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、電極部と電気的に接続されておらず、フローティング状態となっている。このため、第２領域Ｒ２に形成される下層電極膜６１、中間電極膜６２、および上層電極膜６３は、必ずしも必要ではないが、本実施形態では、下層圧電膜５１および上層圧電膜５２のうちの第２領域Ｒ２に位置する部分を保護するために設けてある。

【0029】

さらに、本実施形態の振動部２０は、下層圧電膜５１および下層電極膜６１が配置される下地膜７０を有している。つまり、支持体１０上には、下地膜７０を介して圧電膜５０および電極膜６０が配置されている。そして、スリット４０は、下地膜７０も貫通するように形成されている。下地膜７０は、必ずしも必要なものではないが、下層圧電膜５１等を成膜する際の結晶成長をし易くするために備えられている。なお、本実施形態では、下地膜７０は窒化アルミニウム等で構成される。また、圧電膜５０は、厚さが１μｍ程度とされており、下地膜７０は、厚さが数十ｎｍ程度とされている。つまり、下地膜７０は、圧電膜５０に対して極めて薄くされている。

【0030】

そして、本実施形態では、スリット４０を含む箇所に保護膜８０が形成されている。本実施形態では、振動領域２２の他面２２ｂを凹部１０ａの底面１０ｅとすると、保護膜８０は、凹部１０ａの側面１０ｂ、凹部１０ａの底面１０ｅ、およびスリット４０に保護膜８０が形成されている。但し、スリット４０に配置される保護膜８０は、測定媒体が通過可能な状態を維持するように配置される。言い換えると、スリット４０に配置される保護膜８０は、スリット４０を埋め込まないように配置される。また、保護膜８０は、凹部１０ａの側面１０ｂと底面１０ｅとの境界部では、段差部１１ｄを埋め込みつつ、側面１０ｂ上に位置する部分と底面１０ｅ上に位置する部分とが段差部１１ｄよりも滑らかに連結されるように配置されている。なお、本実施形態では、具体的には後述するが、凹部１０ａの底面１０ｅ（すなわち、振動領域２２の他面２２ｂ）が受圧面に相当する。さらに、保護膜８０のうちの凹部１０ａの側面１０ｂに形成される部分は、側面１０ｂの凹凸部１０ｃに起因した凹凸構造８０ａが構成されるように配置されている。

【0031】

保護膜８０は、圧電素子Ｓ１が検出する圧力の測定媒体に応じて選択される。具体的には、保護膜８０は、測定媒体が気体である場合、気体に含まれる水等の液体が振動領域２２に付着し難くなるように、センシング部３０（すなわち、下地膜７０や圧電膜５０）よりも撥液性が高い材料で構成される。また、保護膜８０は、測定媒体がオイル等の液体である場合、埃等の異物よりも液体が付着し易くなるように、センシング部３０（すなわち、下地膜７０や圧電膜５０）よりも親液性の高い材料で構成される。

【0032】

なお、保護膜８０は、撥液性が高い材料で構成される場合、液体（例えば、水）との接触角が９０°以上となる材料で構成される。また、保護膜８０は、新液性が高い材料で構成される場合、液体（例えば、水）との接触角が９０°未満となる材料で構成される。

【0033】

さらに、保護膜８０は、センシング部３０（すなわち、下地膜７０や圧電膜５０）よりも低弾性率の材料で構成される。すなわち、圧電素子Ｓ１は、後述するように、振動領域２２が振動することで圧力の検出を行う。このため、保護膜８０は、振動領域２２の振動を阻害し難い材料で構成され、振動領域２２よりも低弾性率の材料で構成されることが好ましい。

【0034】

以上より、保護膜８０は、撥液性が高い材料で構成される場合、例えば、有機フッ素化合物膜等で構成される。また、保護膜８０は、新液性が高い材料で構成される場合、例えば、シリカ系コーティング膜、有機系親水化剤等によるコーティング膜、またはＤＬＣ（すなわち、ダイヤモンドライクカーボン）等のコーティング膜等で構成される。

【0035】

そして、これらの保護膜８０は、次のように、凹部１０ａの側面１０ｂ、底面１０ｅ、スリット４０に配置される。例えば、保護膜８０を有機フッ素化合物膜で構成する場合には、有機フッ素化合物を溶質とすると共に、エタノールや塩酸等を溶媒として溶液を構成する。そして、凹部１０ａの側面１０ｂ、底面１０ｅ、スリット４０に溶液を塗布した後に乾燥させることにより、凹部１０ａの側面１０ｂ、底面１０ｅ、スリット４０に保護膜８０を形成する。この場合、保護膜８０の厚さは、溶質の量によって適宜変更可能である。具体的には、保護膜８０の厚さは、溶質を多くするほど厚くなり、溶質を少なくするほど薄くなる。なお、保護膜８０は、別の方法によって形成されてもよく、プラズマ処理によるコーティングや、スパッタ、蒸着等によって形成されてもよい。

【0036】

以上が本実施形態における圧電素子Ｓ１の構成である。

【0037】

回路基板２は、所定の処理を行うものであり、例えば、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等の記憶部を備えたマイクロコンピュータ等で構成される制御部等を備えている。そして、回路基板２は、ＣＰＵがＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭからプログラムを読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。具体的には、回路基板２は、圧力検出信号に基づいて測定媒体の圧力を検出する。なお、ＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭには、プログラムの実行の際に用いられる各種のデータ（例えば、初期値、ルックアップテーブル、マップ等）が予め格納されている。また、ＲＯＭ等の記憶媒体は、非遷移的実体的記憶媒体である。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略であり、ＲＯＭは、Read Only Memoryの略であり、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略である。

【0038】

ケーシング１００は、図１に示されるように、圧電素子Ｓ１および回路基板２が搭載されるプリント基板１０１と、圧電素子Ｓ１および回路基板２を収容するようにプリント基板１０１に固定される蓋部１０２とを有している。なお、本実施形態では、プリント基板１０１が被実装部材に相当する。

【0039】

プリント基板１０１は、特に図示しないが、配線部やスルーホール電極等が適宜形成された構成とされており、必要に応じて図示しないコンデンサ等の電子部品等も搭載されている。そして、圧電素子Ｓ１は、支持基板１１の他面１１ｂが接着剤等の接合部材３を介してプリント基板１０１の一面１０１ａに搭載されている。回路基板２は、導電性部材で構成される接合部材４を介してプリント基板１０１の一面１０１ａに搭載されている。そして、圧電素子Ｓ１と回路基板２とは、ボンディングワイヤ１１０を介して電気的に接続されている。なお、蓋部１０２は、金属、プラスチック、または樹脂等で構成されており、圧電素子Ｓ１および回路基板２を収容するように、図示しない接着剤等の接合部材を介してプリント基板１０１に固定されている。

【0040】

また、本実施形態では、プリント基板１０１のうちの振動領域２２と対向する部分に、ケーシング１００の内部と外部とを連通させる貫通孔１０１ｂが形成されている。つまり、プリント基板１０１には、測定媒体を凹部１０ａ内に導入させるための貫通孔１０１ｂが形成されている。具体的には、貫通孔１０１ｂは、略円筒状とされており、プリント基板１０１の一面１０１ａに対する法線方向において、中心軸が振動部２０の中心部と一致するように形成されている。

【0041】

以上が本実施形態における圧電装置Ｓ１０の構成である。このような圧電装置Ｓ１０では、貫通孔１０１ｂから凹部１０ａ内に測定媒体が導入されると、振動領域２２の他面２２ｂを受圧面として振動領域２２に測定媒体が印加され、振動領域２２は、圧力に応じて振動する。そして、圧電素子Ｓ１は、振動領域２２の振動に応じて圧電膜５０が変形するため、電荷の変化を圧力検出信号として出力する。本実施形態の圧電素子Ｓ１は、各振動領域２２における電荷の変化を１つの圧力検出信号として出力する。具体的には、各振動領域２２は、上記のようにバイモルフ構造とされており、各振動領域２２に形成される各下層電極膜６１、各中間電極膜６２、各上層電極膜６３がそれぞれ並列に接続されつつ、各振動領域２２間が直列に接続されて１つの圧力検出信号を出力する。そして、圧電装置Ｓ１０は、この圧力検出信号に基づいて圧力の検出を行う。

【0042】

この際、振動領域２２（すなわち、圧電膜５０）に発生する応力は、自由端側（すなわち、他端部側）では応力が解放されるため、固定端側の方が自由端側より大きくなる。つまり、自由端側は、電荷の発生が少なくなり、信号とノイズの比であるＳＮ比が小さくなり易い。このため、本実施形態の圧電素子Ｓ１では、上記のように、各振動領域２２は、応力が大きくなり易い第１領域Ｒ１と、応力が小さくなり易い第２領域Ｒ２とに分けられている。そして、圧電素子Ｓ１では、第１領域Ｒ１に配置されている下層電極膜６１、上層電極膜６３、中間電極膜６２から圧力検出信号が出力される。これにより、ノイズの影響が大きくなることを抑制できる。

【0043】

なお、圧電素子Ｓ１の振動領域２２は、固有振動数が励起したときに大きな振幅で振動する。そして、固有振動数は、支持領域２１ａ側の一端部から自由端側の他端部までの長さ、圧電膜５０および電極膜６０の厚さ、材料等によって変化する。このため、振動領域２２の長さや詳細な材料等は、使用される用途に応じて適宜設定されることが好ましい。

【0044】

以上説明した本実施形態によれば、スリット４０には、保護膜８０が配置されている。また、保護膜８０は、センシング部３０よりも撥液性が高い材料、またはセンシング部３０よりも親液性の高い材料で構成される。このため、測定媒体が気体である場合には、保護膜８０を撥液性が高い材料で構成することにより、スリット４０に水等の異物が付着することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。また、測定媒体が液体である場合には、保護膜８０を親液性の高い材料で構成することにより、スリット４０に埃等の異物が付着することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

【0045】

また、スリット４０に保護膜８０を配置することにより、隣合う振動領域２２の間の隙間をスリット４０より狭くできる。ここで、本実施形態の圧電素子Ｓ１では、振動領域２２の間の隙間から圧力が抜け出ることによって検出精度が低下し易くなる。したがって、スリット４０に保護膜８０を形成することにより、隣合う振動領域２２の間の隙間を狭くでき、検出精度が低下することを抑制できる。

【0046】

（１）本実施形態では、凹部１０ａの側面１０ｂにも保護膜８０が配置されている。このため、凹部１０ａの側面に異物が付着することを抑制できる。さらに、凹部１０ａは、側面１０ｂに凹凸部１０ｃが形成されている。このため、保護膜８０と凹凸部１０ｃとの密着性を向上できる。そして、保護膜８０は、凹凸部１０ｃに起因した凹凸構造８０ａが構成されるように配置されている。このため、保護膜８０が平坦に配置されている場合と比較して、ロータス効果を発揮させることができ、さらに異物が付着することを抑制できる。

【0047】

（２）本実施形態では、振動領域２２の他面２２ｂ（すなわち、凹部１０ａの底面１０ｅ）にも保護膜８０が形成されている。このため、振動領域２２の他面２２ｂにも異物が付着することを抑制でき、振動領域２２の振動が異物によって阻害されることを抑制できる。

【0048】

（３）本実施形態では、凹部１０ａの側面１０ｂから底面１０ｅに渡って保護膜８０が配置されている。そして、保護膜８０は、支持基板１１と絶縁膜１２との境界に発生する段差部１０ｄを埋め込むように配置されている。このため、保護膜８０が配置されていない場合と比較して、振動領域２２における固定端側での応力が大きくなり過ぎることを抑制でき、振動領域２２が破壊されることを抑制できる。

【0049】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、凹部１０ａの形状を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0050】

本実施形態の圧電素子Ｓ１では、図４に示されるように、凹部１０ａの側面１０ｂがテーパ状とされている。本実施形態では、凹部１０ａの側面１０ｂは、振動領域２２側から支持基板１１の他面１１ｂ側に向かって対向する側面１０ｂの間隔が広くなるテーパ状とされている。なお、振動領域２２側から支持基板１１の他面１１ｂ側に向かってとは、言い換えると、支持体１０とセンシング部３０との積層方向に沿ってということである。

【0051】

以上説明した本実施形態によれば、圧電素子Ｓ１に保護膜８０が配置されているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0052】

（１）本実施形態では、側面１０ｂがテーパ状とされている。このため、例えば、側面１０ｂに異物としての液体が付着した場合には、側面１０ｂと振動領域２２の他面２０ｂとの成す角度が略垂直とされている場合と比較して、液体と側面１０ｂとの接触面積が大きくなる。したがって、本実施形態によれば、異物としての液体を排出し易くできる。

【0053】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例について説明する。上記第２実施形態において、図５に示されるように、凹部１０ａの側面１０ｂは、振動領域２２側から支持基板１１の他面１１ｂ側に向かって対向する側面１０ｂの間隔が狭くなるテーパ状とされていてもよい。このような構成としても、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0054】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、保護膜８０をケーシング１００にも配置したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0055】

本実施形態の圧電装置Ｓ１０では、図６に示されるように、保護膜８０が凹部１０ａの側面１０ｂから、プリント基板１０１における貫通孔１０１ｂの壁面および貫通孔１０１ｂの周囲に形成されている。

【0056】

以上説明した本実施形態によれば、圧電素子Ｓ１に保護膜８０が配置されているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0057】

（１）本実施形態では、測定媒体を導入する貫通孔１０１ｂの壁面にも保護膜８０が配置されている。このため、貫通孔１０１ｂの壁面にも異物が付着することを抑制でき、貫通孔１０１ｂを通じた測定媒体の導入が阻害されることも抑制できる。また、このような圧電装置Ｓ１０は、次のように製造することにより、製造工程が増加することを抑制できる。すなわち、まず、保護膜８０が形成されていない圧電素子Ｓ１をプリント基板１０１に配置する。その後、圧電素子Ｓ１の保護膜８０を配置する部分および貫通孔１０１ｂの壁面に溶液を塗布して乾燥させることにより、圧電素子Ｓ１および貫通孔１０１ｂの壁面に同時に保護膜８０を形成でき、製造工程が増加することを抑制できる。

【0058】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、センサ素子を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

【0059】

本実施形態のセンサ素子は、図７に示されるように、静電式圧力センサＳ２とされている。具体的には、静電式圧力センサＳ２は、支持体１０と、支持体１０上に配置され、センシング部３０が構成される構成層２００を有している。なお、支持体１０には、上記第１実施形態と同様に、凹部１０ａが形成されている。

【0060】

構成層２００は、第１構成層２１０、第１絶縁膜２２０、第２構成層２３０、第２絶縁膜２４０、第３構成層２５０が積層されて構成されている。そして、構成層２００は、凹部１０ａ上の部分が浮遊領域２１ｂとされ、当該浮遊領域２１ｂによってセンシング部３０が構成されている。なお、第１～第３構成層２１０、２３０、２５０は、例えば、シリコン基板で構成され、第１、第２絶縁膜２２０、２４０は、酸化膜等で構成される。

【0061】

第２構成層２３０は、凹部１０ａ上で浮遊する部分において、圧力に応じて変位可能なダイヤフラム部２３０ａを構成するように厚さが調整されている。

【0062】

第１、第３構成層２１０、２５０は、ダイヤフラム部２３０ａとの間の容量を出力する電極部２１０ａ、２５０ａとしての機能を発揮しつつ、ダイヤフラム部２３０ａに測定媒体を通過させることができるように、それぞれ複数のスリット４０が形成されている。このため、本実施形態のセンシング部３０もスリット４０が形成された構成とされている。

【0063】

そして、第３構成層上には、第１～第３パッド部２６１～２６３が配置されている。具体的には、第１パッド部２６１は、第１構成層２１０と電気的に接続されるように、第１絶縁膜２２０、第２構成層２３０、第２絶縁膜２４０、第３構成層２５０を貫通して配置された第１貫通電極２７１と接続されるように配置されている。なお、第１貫通電極２７１の周囲には、第２構成層２３０および第３構成層２５０との絶縁性を図ることができるように、絶縁膜２８１が配置されている。第２パッド部２６２は、第２構成層２３０と電気的に接続されるように、第２絶縁膜２４０、第３構成層２５０を貫通して配置された第２貫通電極２７２と接続されるように配置されている。なお、第２貫通電極２７２の周囲には、第３構成層２５０との絶縁性を図ることができるように、絶縁膜２８２が配置されている。第３パッド部２６３は、第３構成層２５０上に配置されている。

【0064】

そして、本実施形態では、スリット４０を構成する壁面を含むように、保護膜８０が形成されている。本実施形態では、第１、第３構成層２１０、２５０において、スリット４０が形成された部分の周囲に保護膜８０が配置されている。なお、保護膜８０は、スリット４０を通じて測定媒体が通過可能となるように配置されている。つまり、保護膜８０は、スリット４０を埋め込まないように配置されている。

【0065】

以上が本実施形態における静電式圧力センサＳ２の構成である。このような静電式圧力センサＳ２は、特に図示しないが、上記第１実施形態と同様に、支持基板１１の他面１１ｂがプリント基板１０１に実装され、プリント基板１０１に凹部１０ａと連通する貫通孔１０１ｂが形成される。そして、貫通孔１０１ｂから凹部１０ａ内に測定媒体が導入されると、測定媒体の圧力に応じてダイヤフラム部２３０ａが変位し、ダイヤフラム部２３０ａと第１電極部２１０ａとの間隔およびダイヤフラム部２３０ａと第２電極部２５０ａとの間隔が変化する。つまり、測定媒体の圧力に応じ、ダイヤフラム部２３０ａと第１電極部２１０ａとの間の容量およびダイヤフラム部２３０ａと第２電極部２５０ａとの間の容量が変化する。したがって、静電式圧力センサＳ２は、容量の変化を圧力検出信号として出力する。

【0066】

以上説明した本実施形態のように、静電式圧力センサＳ２においても、スリット４０に保護膜８０を形成することにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態においても、上記第１実施形態のように、凹部１０ａの側面１０ｂを含む位置に保護膜８０を形成するようにしてもよい。この場合、凹部１０ａの側面１０ｂに凹凸部１０ｃを形成することにより、保護膜８０の密着力を向上させることができる。また、ダイヤフラム部２３０ａのうちの一方の面を受圧面とし、当該受圧面に保護膜８０を配置するようにしてもよい。さらに、凹部１０ａの側面１０ｂは、上記第２実施形態のように、テーパ状とされていてもよい。

【0067】

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0068】

例えば、上記各実施形態において、センサ素子は、平面形状が矩形状ではなく、五角形状や六角形状等の多角形状とされていてもよい
また、上記各実施形態において、ケーシング１００は、蓋部１０２に貫通孔１０１ｂが形成されていてもよい。この場合、例えば、上記第１実施形態では、振動領域２２の一面２２ａ側が受圧面となり、振動領域２２の一面２２ａに保護膜８０が配置される。

【0069】

そして、上記各実施形態において、凹部１０ａの側面１０ｂに凹凸部１０ｃが形成されていなくてもよい。また、上記各実施形態において、凹部１０ａの側面１０ｂは、ブラスト処理等が行われることにより、凹凸部１０ｃが形成されたり、凹凸部１０ｃの大きさが調整されたりしてもよい。

【0070】

また、上記第１～第３実施形態において、圧電素子Ｓ１は、浮遊領域２１ｂの平面形状が矩形状ではなく、五角形状、六角形状、八角形状等の多角形状とされていてもよい。そして、浮遊領域２１ｂに形成される振動領域２２の数は適宜変更可能である。

【0071】

さらに、上記第１～第３実施形態において、振動部２０は、少なくとも１層の圧電膜５０と、１層の電極膜６０とを有する構成とされていればよい。

【0072】

そして、上記各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。例えば、上記第４実施形態に上記第３実施形態を組み合わせ、プリント基板１０１の貫通孔１０１ｂに保護膜８０が配置されていてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０ 支持体
１０ａ 凹部
２１ｂ 浮遊領域
３０ センシング部
４０ スリット
８０ 保護膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】