JP2017067649A

JP2017067649A - 物理量センサ

Info

Publication number: JP2017067649A
Application number: JP2015194498A
Authority: JP
Inventors: 山本　康雄; Yasuo Yamamoto; 康雄山本; 隆雄岩城; Takao Iwaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-04-06

Abstract

【課題】装置の小型化を図ることが可能なＳＡＷ素子を用いた物理量センサを提供する。【解決手段】１枚の圧電基板２に対して、２方向のＳＡＷを出力できる構造を１つのＩＤＴ３によって実現する。具体的には、ＩＤＴ３を構成する各櫛歯電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂを曲げられた形状とし、曲げられた各部からｘ方向とｙ方向の２方向に第１ＳＡＷと第２ＳＡＷが出力されるようにする。これにより、１枚の圧電基板２に対して１つのＩＤＴ３を備えるだけで、２方向へのＳＡＷの出力が可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性表面波素子を用いた物理量センサに関するものである。

従来より、弾性表面波（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）という）素子を用いた物理量センサがある。例えば、ＳＡＷ素子を用いた物理量センサは、圧電基板の上に、２つの櫛形の電極を組み合わせて構成されたストライプ状の電極（以下、ＩＤＴ（Inter Digital Transducer）という）と、ＩＤＴに対向配置されたストライプ状の反射器を備えた構成とされる。

このように構成される物理量センサでは、ＩＤＴの各電極に入力信号を入力し、そのときに圧電基板の表面に発生させられるＳＡＷが反射器で反射された反射波を受け取ったときにＩＤＴから出力される信号を出力信号として、印加された物理量を検出する。すなわち、物理量に基づく歪みによってＩＤＴと反射器との間の距離が変化すると、ＩＤＴが発した弾性波が反射波として戻ってくるまでに掛かる時間が変化することから、出力信号が発生させられる時間が変化する。このため、入力信号を入力してから出力信号が発生させられるまでの間の時間間隔である遅延時間に基づいて、発生している物理量を検出することができる。

特許文献１では、上記のように構成されるセンサ部を２つ備えた物理量センサが開示されている。物理量センサは、例えば２つのセンサ部を回転軸に取り付けることで回転軸に加わるトルクを検出するトルクセンサとして用いられる。各センサ部は、別々に搬送波を発生させる別々のＩＤＴを備えた構造とされ、ＳＡＷの伝播路の方向が回転軸の中心軸を中心として互いに反対側に同角度傾斜させられて配置されている。このように、各センサ部が回転軸の中心軸を中心として反対側に同角度傾斜させられるように物理量センサを配置すると、トルク印加時に、一方には引張応力が加わり他方には圧縮応力が加わる。このため、各センサ部のＳＡＷの共振周波数が反対方向に変化し、２つの周波数の差に基づいてトルク検出を行うことが可能となる。また、二つのセンサ部のＳＡＷの周波数の温度係数（ＴＣＦ）が等しくなり、その差を用いることで、温度変化の影響を自動的に排除することが可能となる。

特開２００５−５０５７７５号公報

しかしながら、複数のＩＤＴが必要になることから、物理量センサの大型化を招くことになる。そして、物理量センサの大型化は、物理量の検出対象への取り付けスペースの増大を招いたり、物理量の検出対象の制約を生じさせてしまう。

本発明は上記点に鑑みて、２つの伝播路それぞれにＳＡＷを発生させて物理量検出を行う物理量センサにおいて、装置の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる物理量センサは、少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、圧電基板の表面上において、圧電基板の表面内に延設された櫛歯（３１ｂ、３２ｂ）を含む２つの櫛形電極（３１、３２）を有し、２つの櫛形電極それぞれの櫛歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長のＳＡＷを励起させ、圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、伝播路を通じて伝播されたＳＡＷを検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、を有するＳＡＷ素子（１）を備え、印加された物理量に応じて伝播路の長さが変化することに基づいて、入力信号と出力信号との間の時間間隔である遅延時間より物理量の検出を行う。このような物理量センサにおいて、入力電極は、２つの櫛形電極それぞれの櫛歯が該櫛歯の長手方向の途中位置において曲がっており、該曲がり部を挟んだ両側においてそれぞれ２つの櫛形電極それぞれの櫛歯が対向配置され、入力信号が入力されると、曲がり部を挟んだ両側より異なる２つの方向にＳＡＷを励起させて伝播させる。

このような構成においては、１枚の圧電基板に対して、２方向のＳＡＷを出力できる構造を１つのＩＤＴによって実現している。すなわち、ＩＤＴを構成する各櫛歯電極の各櫛歯部を曲げられた形状とし、曲げられた各部からｘ方向とｙ方向の２方向に第１ＳＡＷと第２ＳＡＷが出力されるようにしている。これにより、１枚の圧電基板に対して１つのＩＤＴを備えるだけで、２方向へのＳＡＷの出力が可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＳＡＷ素子１を有する物理量センサの上面レイアウト図である。図１のII−II断面図である。第１実施形態にかかる物理量センサの取り付け例を示した図である。本発明の第２実施形態にかかるＳＡＷ素子１を有する物理量センサの上面レイアウト図である。本発明の第３実施形態にかかるＳＡＷ素子１を有する物理量センサの上面レイアウト図である。本発明の第４実施形態にかかるＳＡＷ素子１を有する物理量センサの上面レイアウト図である。

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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。まず、本実施形態のＳＡＷ素子１の構成について説明する。ここでは、トルク検出を行うトルクセンサにＳＡＷ素子１を適用する場合を例に挙げて説明するが、ＳＡＷ素子１を圧力センサなどの他の物理量を検出するセンサとして用いることもできる。

ＳＡＷ素子１は、図１および図２に示すように圧電基板２の表面上にＩＤＴ３と反射器４を備えた構成とされている。図２では、ＳＡＷ素子１の構成要素として圧電基板２やＩＤＴ３および反射器４のみを図示してあるが、ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂、ＢｅＦ₂等の温特抑制膜やＳｉＮ、ＡｌＮ等の防湿膜などでＩＤＴ３を含めた圧電基板２の表面を被覆しても良い。

また、ＳＡＷ素子１は、外部の装置として、制御装置５に接続されており、この制御装置５によって制御されることでトルク検出を行っている。

圧電基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等の圧電性材料で形成された平板状の基板である。本実施形態の場合、圧電基板２の上面視形状を正方形としている。

ＩＤＴ３は、入力信号に基づいてＳＡＷを発生させる入力電極に相当するものであり、本実施形態の場合は出力電極の役割も果たす。ＩＤＴ３は、図１に示すように、対向する２つの櫛形電極３１、３２の各歯が互いに平行かつ交互に並ぶように配置されており、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの電極材料によって構成されている。各櫛形電極の歯は互いに平行に並べられ、本実施形態の場合は、ＩＤＴ３を構成する櫛形電極３１、３２の歯のピッチを例えばλ／２で一定としているが、各歯のピッチについては任意に設定可能である。なお、λは本実施形態において使用するＳＡＷの波長である。

各櫛形電極３１、３２はそれぞれ制御装置５と接続するための配線や端子に接続されており、これらを通じて制御装置５からの入力信号の入力や、制御装置５への出力信号の出力が為される。そして、制御装置５から入力信号が入力されることに基づき、ＩＤＴ３は、各櫛形電極３１、３２の間に発生する電位差および圧電基板２の圧電効果による励起によりＳＡＷを発生させ、伝播路および反射器４側に伝播させる。

本実施形態の場合、ＩＤＴ３は、後述するように、各櫛歯電極３１、３２に備えられる第１櫛歯部３１ｂ、３２ｂが長手方向の途中位置において曲げられた構造とされることで、全体形状がＶ字状とされている。図１に示すように、基板の面方向のうちの一方向をｘ方向、ｘ方向に対する垂直方向をｙ方向とすると、ＩＤＴ３はｘ方向とｙ方向に延びることでＶ字状とされている。そして、ＩＤＴ３は、圧電基板２の一角部に配置されつつ、Ｖ字状における両先端が圧電基板２の一角部を構成する２辺にそれぞれ向けられ、Ｖ字状の曲がり部、つまり角部が圧電基板２の一角部と反対側に位置するように配置されている。

具体的には、櫛歯電極３１は、直線状の第１基部３１ａと、この第１基部３１ａに繋がった複数本の第１櫛歯部３１ｂとを有した構成とされている。第１基部３１ａは、ｘ方向に延びている。第１櫛歯部３１ｂは、第１基部３１ａからｙ方向に延設される第１部分と、中央位置において曲げられてｘ方向のうち後述する第１ＳＡＷの出力方向と反対方向に延設された第２部分を有している。

また、櫛歯電極３２も、直線状の第２基部３２ａと、この第２基部３２ａに繋がった複数本の第２櫛歯部３２ｂとを有した構成とされている。第２基部３２ａは、ｙ方向に延びている。第２櫛歯部３２ｂは、第２基部３２ａからｘ方向に延設される第３部分と、中央位置において曲げられてｙ方向のうち後述する第２ＳＡＷの出力方向と反対方向に延設された第４部分を有している。

そして、各櫛歯電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂが交互に等間隔に配置されることで、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂがｘ方向およびｙ方向それぞれにおいて対向配置されている。

反射器４は、ＩＤＴ３から伝播されるＳＡＷの伝播方向に対して垂直に延設された複数の突起状構造部によって構成されるもので、伝播されてきたＳＡＷを反射し、反射波を発生させてＩＤＴ３側に伝える。本実施形態では、反射器４は第１反射器４１と第２反射器４２の２つを備えた構成とされている。ここでは、ＩＤＴ３の櫛形電極３１、３２を構成する電極材料によって構成した電極構造部４１ａ、４２ａによって第１、第２反射器４１、４２を構成している。ただし、温特抑制膜や防湿膜が形成される場合には、温特抑制膜や防湿膜のうち電極構造部４ａの上に、電極構造部４ａの形状に対応する凸形状部が構成されることがある。これら温特抑制膜や防湿膜の表面に形成された凸形状部によっても第１、第２反射器４１、４２の一部が構成される。

また、本実施形態では、複数の電極構造部４１ａは、それぞれ等間隔に平行に並べられ、ＩＤＴ３の各櫛形電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｙ方向に平行な部分と対向して配置されている。各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｙ方向に平行な部分より出力されるＳＡＷは、ｘ方向に伝わることから、ＩＤＴ３から見てｘ方向に複数の電極構造部４１ａが配置されるようにしている。同様に、複数の電極構造部４２ａも、それぞれ等間隔に平行に並べられ、ＩＤＴ３の各櫛形電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｘ方向に平行な部分と対向して配置されている。各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｘ方向に平行な部分より出力されるＳＡＷは、ｙ方向に伝わることから、ＩＤＴ３から見てｙ方向に複数の電極構造部４２ａが配置されるようにしている。

各反射器４１、４２は、ＩＤＴ３からの距離が異なる距離となるように配置されることで、ＳＡＷの伝播経路長が異なる長さとなるようにしてある。また、各電極構造部４１ａ、４２ａのピッチは、例えばＩＤＴ３を構成する櫛形電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのピッチと同じとされている。なお、櫛形電極３１の各第１櫛歯部３１ｂと櫛形電極３２の各第２櫛歯部３２ｂの間の間隔は、上記したように、λ／２とされている。

制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路などで構成されるものであり、ＩＤＴ３に対して入力信号を入力すると共に、ＩＤＴ３の出力信号に基づいて物理量としてトルク検出を行う。具体的には、制御装置５は、ＩＤＴ３への入力信号、例えば各櫛形電極３１、３２の間にパルス状の電位差を発生させる信号を入力することで、圧電効果に基づいてＳＡＷを発生させる。これにより、反射器４から反射波が伝播され、その反射波に基づいて圧電効果によりＩＤＴ３の各櫛形電極３１、３２の間に電位差あるいは電荷が発生することから、制御装置５は、それを検出することで反射波が返って来たタイミングを検出する。そして、制御装置５は、ＳＡＷを発生させてから反射波が返って来るまでの間を遅延時間として、この遅延時間の測定を行う。印加されるトルクによってＩＤＴ３と反射器４との間の距離が変化し、この距離の変化によって遅延時間が変化することから、遅延時間を測定することで、トルクを検出することができる。

本実施形態の場合、ＩＤＴ３を上記構造としていることから、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｙ方向に平行な部分とｘ方向に平行な部分それぞれから２方向にＳＡＷが出力される。各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｙ方向に平行な部分より出力されるＳＡＷを第１ＳＡＷとして、第１ＳＡＷは第１反射器４１に伝えられる。また、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｘ方向に平行な部分より出力されるＳＡＷを第２ＳＡＷとして、第２ＳＡＷは第２反射器４２に伝えられる。これら第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷは、ＩＤＴ３に対して入力信号を印加したときに同時に発生させられる。しかしながら、第１反射器４１と第２反射器４２のＩＤＴ３からの距離が異なる距離とされていることから、第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷの反射波がＩＤＴ３に返って来るまでの遅延時間は異なった値となる。したがって、第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷの反射波がＩＤＴ３に異なったタイミングで入力されることとなり、制御装置５は、その異なったタイミングを検出するようになっている。

このような構造により、本実施形態にかかるＳＡＷ素子１が構成されている。このように構成されるＳＡＷ素子１は、例えば、ガラスなどの応力が伝達されやすい硬い材料で構成された接合材を介して図３に示すような検出対象１０に貼り付けられ、検出対象１０に加わる物理量、例えばトルクや圧力などを検出するものとして用いられる。例えば、ＳＡＷ素子１は、車両のエンジンにおけるクランク軸近辺に配置されるトルクセンサとして用いられ、クランク軸に掛かるトルクに基づいて圧電基板２が変形することを利用して、トルク検出を行う。

つぎに、ＳＡＷ素子１の動作について説明する。

まず、制御装置５がＩＤＴ３の２つの櫛形電極３１、３２に対して入力信号を入力、例えば櫛形電極３１、３２間に電位差を発生させると、櫛形電極３１、３２を通して圧電基板２に電位差が発生する。これにより、圧電基板２のうちＩＤＴ３が形成された部分の表面において、圧電効果によるＳＡＷが発生する。具体的には、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｙ方向に平行な部分より第１ＳＡＷが出力され、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂのうちｘ方向に平行な部分より第２ＳＡＷが出力される。

第１ＳＡＷは圧電基板２の表面のうちＩＤＴ３と第１反射器４１との間の伝播路となる第１伝播路を通じて伝播され、第１反射器４１に到達する。その後、第１反射器４１で反射されて、第１反射波としてＩＤＴ３に返って来る。この第１反射波に基づいて、圧電基板２のうちのＩＤＴ３が形成された部分の表面が変形し、ＩＤＴ３の櫛形電極３１、３２間に圧電効果による電位差が発生する。同様に、第２ＳＡＷは圧電基板２の表面のうちＩＤＴ３と第２反射器４２との間の伝播路となる第２伝播路を通じて伝播され、第２反射器４２に到達する。その後、第２反射器４２で反射されて、第２反射波としてＩＤＴ３に返って来る。この第２反射波に基づいて、圧電基板２のうちのＩＤＴ３が形成された部分の表面が変形し、ＩＤＴ３の櫛形電極３１、３２間に圧電効果による電位差が発生する。そして、第１反射器４１と第２反射器４２のＩＤＴ３からの距離が異なる距離とされていることから、第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷの反射波がＩＤＴ３に返って来るまでの遅延時間は異なった値となる。したがって、第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷの反射波がＩＤＴ３に異なったタイミングで入力されることとなり、異なったタイミングで上記電位差が発生させられる。

この異なったタイミングで発生した電位差が第１出力信号および第２出力信号として制御装置５に出力され、制御装置５は、ＩＤＴ３に入力信号を入力してから、ＩＤＴ３から第１出力信号や第２出力信号が出力されるまでの遅延時間を測定する。

ＳＡＷ素子１がこのような動作をしているときに、圧電基板２が検出対象１２に加わる物理量、例えばクランク軸に加わるトルクに基づいて歪むと、ＳＡＷの伝播路の長さが変化する。このため、ＳＡＷがＩＤＴ３から第１反射器４１および第２反射器４２で反射してＩＤＴ３に戻ってくるまでの遅延時間が変化する。この遅延時間の測定結果に基づいて、制御装置５は、ＲＯＭ等の記憶領域に記憶された遅延時間とトルクとの関係をもとに、測定した遅延時間からトルクを検出する。

そして、このような物理量検出を行う際に、２方向のＳＡＷを出力できる形態とされていることから、例えば、クランク軸の中心軸を中心として第１ＳＡＷと第２ＳＡＷが線対称に出力されるように物理量センサを配置する。このような配置にすると、二つのセンサ部のＳＡＷの周波数の温度係数（ＴＣＦ）が等しくなり、その差を用いることで、温度変化の影響を自動的に排除することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のＳＡＷ素子１では、１枚の圧電基板２に対して、２方向のＳＡＷを出力できる構造を１つのＩＤＴ３によって実現している。すなわち、ＩＤＴ３を構成する各櫛歯電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂを曲げられた形状とし、曲げられた各部からｘ方向とｙ方向の２方向に第１ＳＡＷと第２ＳＡＷが出力されるようにしている。これにより、１枚の圧電基板２に対して１つのＩＤＴ３を備えるだけで、２方向へのＳＡＷの出力が可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、１つの方向へのＳＡＷの出力が行えるセンサ部を別チップとして２つ備えて物理量センサを備える場合、各ＳＡＷが正確な方向に出力されるように各チップが高い精度で実装される必要がある。これに対して、本実施形態の構造の場合、２つの方向へのＳＡＷの出力が１チップで行えることから、各ＳＡＷが正確な方向に出力されるようにでき、物理量センサを高い精度で実装しなくても済む。そして、１チップで構成しているため、各ＳＡＷの特性を同じにできるし、各ＳＡＷを正確な方向に出力されるようにできることから、各ＳＡＷのペア性も良好にできる。

さらに、１つのＩＤＴ３によって、２方向のＳＡＷを両方共に出力しているため、１つのＩＤＴ３の電気特性によって２方向のＳＡＷの特性を両方共に決めることができる。したがって、ＳＡＷのペア性を良好にでき、より高精度な物理量センサとすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してＩＤＴ３のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態でも、ＩＤＴ３は、各櫛歯電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂが長手方向において曲げられた構造とされることで、全体形状がＶ字状とされているが、Ｖ字状の向きが第１実施形態に対して変更されている。すなわち、ＩＤＴ３は、圧電基板２の一角部に配置されつつ、Ｖ字状の曲がり部、つまり角部が圧電基板２の一角部と同じ方向に向けられ、Ｖ字状の両辺が圧電基板２の一角部を構成する２辺にそれぞれ沿った状態で配置されている。

具体的には、櫛歯電極３１では、直線状の第１基部３１ａは、ｙ方向に延びている。第１櫛歯部３１ｂは、第１基部３１ａからｘ方向における第１ＳＡＷの出力方向と反対方向に延設されると共に、中央位置において曲げられてｙ方向のうち第２ＳＡＷの出力方向に延設されている。

また、櫛歯電極３２では、直線状の第２基部３２ａは、ｘ方向に延びている。第２櫛歯部３２ｂは、第２基部３２ａからｙ方向における第２ＳＡＷの出力方向と反対方向に延設されると共に、中央位置において曲げられてｘ方向のうち第１ＳＡＷの出力方向に延設されている。

そして、各櫛歯電極３１、３２の各櫛歯部３１ｂ、３２ｂが交互に等間隔に配置されることで、曲がり部を挟んだ両側において、各櫛歯部３１ｂ、３２ｂがｘ方向およびｙ方向それぞれで対向配置されている。

このように構成しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このような構成の場合、ＩＤＴ３の角部を圧電基板２の一角部に合わせられることから、櫛歯電極３１、３２のうち第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷを出力する部分をより圧電基板２の各辺に近づけることができる。したがって、第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷの伝播路を確保したとしても、ＩＤＴ３や第１反射器４１および第２反射器４２の配置に必要なスペースを小さくすることができ、より物理量センサの小型化を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して圧電基板２のチップの取り方、つまりチップ切断位置を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、圧電基板２を相対する２つの短辺および２つの長辺を有する長方形で構成している。この長方形とされた圧電基板２の一長辺の中央位置にＩＤＴ３を配置すると共に、その一長辺に対してＩＤＴ３の曲がり部を反対方向に向けて配置している。そして、その長辺と対向する長辺の両端に位置している長方形の２つの角部それぞれに向けて第１ＳＡＷおよび第２ＳＡＷを伝播し、その２つ角部に第１反射器４１と第２反射器４２をそれぞれ配置している。

このような配置にしても第１実施形態と同様の効果が得られ、かつ、チップ面積の減少を図ることが可能となって、さらに物理量センサの小型化を図ることが可能となる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して圧電基板２のチップの取り方、つまりチップ切断位置を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態でも、圧電基板２を相対する２つの短辺および２つの長辺を有する長方形で構成している。そして、一短辺の中央位置にＩＤＴ３を配置し、その短辺と対向する短辺の両端に位置している長方形の２つの角部に第１反射器４１と第２反射器４２をそれぞれ配置している。

このような配置にしても第２実施形態と同様の効果が得られ、かつ、チップ面積の減少を図ることが可能となって、さらに物理量センサの小型化を図ることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、圧電基板２として、全部が圧電性材料で構成されたものを例に挙げて説明したが、少なくともＳＡＷが伝播される表面が圧電性材料で構成されていれば良い。

また、上記各実施形態で説明したＩＤＴ３や反射器４の上面レイアウトは一例であり、他のレイアウトであっても良い。すなわち、ＩＤＴ３については発生させたＳＡＷを一方向に向けて伝播できる構造であれば良く、反射器４についても、伝播してきたＳＡＷをＩＤＴ３側に向けて反射できる構造であれば良い。

また、上記実施形態では、ｘ方向とｙ方向、つまり第１ＳＡＷと第２ＳＡＷの伝播方向が９０°の角度をなすようにしている。つまり、第１ＳＡＷと第２ＳＡＷの線対称となる中心線に対して第１ＳＡＷと第２ＳＡＷが互いに反対方向に４５°ずつ傾斜するようにしている。しかしながら、これは物理量センサのレイアウトの一例を示したに過ぎない。すなわち、圧電基板２の種類（より詳しくは結晶性）に応じて感度の高くなる方向が異なっており、圧電基板２の種類に応じてｘ方向とｙ方向が決められるため、ｘ方向とｙ方向とが必ずしも９０°の角度となっている必要はない。この場合には、櫛形電極３１については、第１基部３１ａと、第１基部３１ａからｘ方向に対する垂直方向に延設される第１部分とｙ方向に対する垂直方向に延設される第２部分とを有する第１櫛歯３１ｂとを有した構成とする。また、櫛形電極３２については、第２基部３２ａと、第２基部３２ａからｙ方向に対する垂直方向に延設される第３部分とｘ方向に対する垂直方向に延設される第４部分とを有する第２櫛歯３２ｂとを有した構成とする。そして、第１部分と第４部分とが対向配置されることでｘ方向に第１ＳＡＷを出力し、第２部分と第３部分とが対向配置されることでｙ方向に第２ＳＡＷを出力するようにすればよい。勿論、全部が圧電性材料で構成される圧電基板２を用いずに、表層部のみが圧電性材料とされるものであっても同様のことが言える。

また、上記各実施形態では、ＩＤＴ３から伝播されたＳＡＷを反射器４で反射させると共に、その反射波をＩＤＴ３に返し、反射してきたＳＡＷをＩＤＴ３で検知して、物理量に対応する出力を発生させる構成としている。これにより、ＩＤＴ３と反射器４との間によって構成される伝播路でＳＡＷを往復させることで遅延時間を長くでき、より物理量の検知精度を高めることが可能になる。また、１つのＩＤＴ３によって、入力信号に基づいてＳＡＷを発生させる入力電極とＳＡＷを検知して物理量に対応する遅延時間を含む出力信号を発生させる出力電極としての役割を果たすことが可能になる。しかしながら、この構造はＳＡＷ素子１の構成の一例を示したに過ぎない。例えば、反射器４を備えることなく、反射器４の部分に出力電極を備え、入力電極（ＩＤＴ３）から伝播路を通じて伝播されてきたＳＡＷを入力電極に対して伝播路と反対側に配置された出力電極によって検知する構成であっても良い。

１ＳＡＷ素子
２圧電基板
３ＩＤＴ
３１、３２櫛形電極
３１ａ、３２ａ基部
３１ｂ、３２ｂ櫛歯
４反射器
４１第１反射器
４２第２反射器
５制御装置

Claims

少なくとも表面が圧電性材料で構成された圧電基板（２）と、
前記圧電基板の表面上において、前記圧電基板の表面内に延設された櫛歯（３１ｂ、３２ｂ）を含む２つの櫛形電極（３１、３２）を有し、前記２つの櫛形電極それぞれの櫛歯が交互に並ぶように対向して配置することにより構成され、入力信号が入力されると前記圧電基板の圧電効果に基づいて所定波長の弾性表面波を励起させ、前記圧電基板に備えられる伝播路に伝播させる入力電極（３）と、
前記伝播路を通じて伝播された前記弾性表面波を検知し、出力信号を発生させる出力電極（３）と、を有する弾性表面波素子（１）を備え、
印加された物理量に応じて前記伝播路の長さが変化することに基づいて、前記入力信号と前記出力信号との間の時間間隔である遅延時間より前記物理量の検出を行う物理量センサであって、
前記入力電極は、前記２つの櫛形電極それぞれの前記櫛歯が該櫛歯の長手方向の途中位置において曲がっており、該曲がり部を挟んだ両側においてそれぞれ前記２つの櫛形電極それぞれの前記櫛歯が対向配置され、前記入力信号が入力されると、前記曲がり部を挟んだ両側より異なる２つの方向に弾性表面波を励起させて伝播させることを特徴とする物理量センサ。
前記圧電基板の表面と平行な一方向をｘ方向、該ｘ方向と異なる一方向をｙ方向として、前記異なる２つの方向に励起される弾性表面波は、前記ｘ方向に出力される第１弾性表面波と前記ｙ方向に出力される第２弾性表面波であり、
前記２つの櫛形電極の一方は、第１基部（３１ａ）と、前記第１基部から前記ｘ方向に対する垂直方向に延設される第１部分と前記ｙ方向に対する垂直方向に延設される第２部分とを有する第１櫛歯（３１ｂ）とを有し、
前記２つの櫛形電極の他方は、第２基部（３２ａ）と、前記第２基部から前記ｙ方向に対する垂直方向に延設される第３部分と前記ｘ方向に対する垂直方向に延設される第４部分とを有する第２櫛歯（３２ｂ）とを有し、
前記第１部分と前記第４部分とが対向配置されていると共に、前記第１弾性表面波を出力し、前記第２部分と前記第３部分とが対向配置されていると共に、前記第２弾性表面波を出力することを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
前記圧電基板は上面形状が正方形とされ、
前記入力電極が正方形とされた前記圧電基板の一角部に配置されているとともに、該一角部を構成する２辺の一辺に沿って前記第１弾性表面波が伝播されるとともに、もう一辺に沿って前記第２弾性表面波が伝播されることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
前記入力電極は、前記曲がり部が前記一角部と反対方向に向けられて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ。
前記入力電極は、前記曲がり部が前記一角部と同方向に向けられて配置されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ。
前記圧電基板は上面形状が相対する２つの短辺と２つの長辺を有する長方形とされ、
前記入力電極が前記２つ長辺のうちの一方に配置されると共に、該一方の長辺に対して前記曲がり部が反対方向を向けて配置され、かつ、前記２つの長辺のうちの他方の両端に位置している前記長方形の２つの角部に向けて前記第１弾性表面波と前記第２弾性表面波がそれぞれ出力されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
前記圧電基板は上面形状が相対する２つの短辺と２つの長辺を有する長方形とされ、
前記入力電極が前記２つ短辺のうちの一方に配置されると共に、該一方の長辺に対して前記曲がり部を向けて配置され、かつ、前記２つの短辺のうちの他方の両端に位置している前記長方形の２つの角部に向けて前記第１弾性表面波と前記第２弾性表面波がそれぞれ出力されるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。