JP6521442B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサに関する。

従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、例えば、通気孔を有する収納容器と、収納容器内に配設され、透孔又は凹部を有する基板と、透孔内又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力の変動と、この圧力の変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力と、の差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。その結果、圧力センサは、圧電素子に生じる電圧変化に基づいて収納容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。

また、圧電素子に代えて、圧力差に応じて撓み変形可能なカンチレバーを備えたセンサが知られている。
この種のセンサとして、例えば、流体が流れる流路から分岐したバイパス路に配置され、バイパス路内の上流側と下流側との差圧に応じて撓み変形可能なカンチレバーと、カンチレバーに形成され、カンチレバーの変位に基づいて抵抗値が変化するピエゾ抵抗層と、ピエゾ抵抗層の抵抗値変化に基づいてカンチレバーの変位を打ち消す方向の力を発生させる相殺部と、相殺部に指示するフィードバック量をピエゾ抵抗層の抵抗値変化に基づいて算出する電流算出部と、フィードバック量に基づいて流体の体積流量を算出する流量算出部と、を備え、相殺部がフィードバック量に応じた大きさの力を発生させることでカンチレバーの変形を打ち消す流量検出センサが知られている（特許文献２参照）。

この流量検出センサでは、相殺部がカンチレバーに設けられた磁性体と、フィードバック量（電流値）に対応した磁界を発生させるソレノイドコイルと、を備え、電磁式でカンチレバーを変形させている。
さらには電磁式に代えて、相殺部は、カンチレバーに設けられた導電層と、カンチレバーの上下に配置され、フィードバック量（電圧値）に対応した電圧を印加することでカンチレバーを静電引力により引き寄せる電極と、を備え、静電式でカンチレバーを変形させている。

特開平４−２０８８２７号公報 特開２０１４−１６７４５９号公報

しかしながら、上記従来のセンサには課題が残されている。
例えば特許文献１に記載の圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状、透孔又は凹部の容積、透孔又は凹部と外気との間を出入りする流量等によって大きく左右され易い。片持ち支持された圧電素子は、上述した差圧によって撓むように変形するが、サーボ制御等がされているわけではないので、例えば大きく撓んだ際に差圧が緩和され易い。従って、低周波帯域の感度が低いものであった。
特に、圧電素子の周囲と透孔又は凹部との間の隙間を特に規定しているものでもないので、この隙間を通じて差圧の緩和がそもそも生じ易い。そのため、上述のように圧電素子が大きく撓んだ際には緩和がより顕著となってしまう。従って、検出できる下限周波数を下げることが難しいものであった。
これらのことから、例えば１Ｈｚ以下等の低周波帯域において所望の感度を確保することが難しい。

また、特許文献２に記載の流量検出センサでは、相殺部が電磁式或いは静電式でカンチレバーを変形させているが、電磁式の場合、磁性体及びソレノイドコイルを具備する必要があるので、小型化及び低消費電力化を図ることが難しい。

また、静電式の場合、カンチレバーに対して静電引力を適切に作用させるために、電極をカンチレバーの近傍に配置する必要があるが、その具体的な構造或いは方法が示されておらず、実現性に乏しい。しかも、カンチレバーの近傍に電極を配置した場合、電極が流体の流通を妨げ易く、バイパス路内の上流側と下流側との差圧に応じてカンチレバーが適切に撓み変形し難くなってしまう。これにより、感度及び応答性が低下（劣化）する懸念があった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、感度の線形性が優れているうえ、例えば１Ｈｚ以下の低周波数帯域の圧力変動であっても感度良く且つ精度良く検出することができる圧力センサを提供することである。

（１）本発明に係る圧力センサは、内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口が形成された中空のセンサ本体と、前記連通開口を覆い、且つ前記センサ本体との間にギャップが形成されるように前記センサ本体に片持ち状態で接続され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形可能なカンチレバーと、前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部と、前記カンチレバーに形成され、前記圧力差に起因する撓み方向とは逆方向に向けて前記カンチレバーを圧電効果により撓み変形させるレバー駆動部と、前記変位検出部による検出値に基づいて、前記圧力差に起因した前記カンチレバーの変形を打ち消すように、前記レバー駆動部を制御するレバー制御部と、を備え、前記レバー駆動部は、前記カンチレバーの表面に沿って配置された圧電体と、前記圧電体を挟んで配置され、前記圧電体に対して駆動電圧を印加することで前記圧電体を変形させる第１電極及び第２電極と、を備え、前記レバー駆動部は、前記カンチレバーの先端部と、前記センサ本体に接続される前記カンチレバーの基端部とを結ぶ第１方向に対して、平面視で直交する第２方向に間隔をあけて複数形成され、前記レバー制御部は、複数の前記レバー駆動部を個別に制御することを特徴とする。

本発明に係る圧力センサによれば、センサ外部の圧力が変動すると、キャビティの内部と外部との間に圧力差が生じ、この圧力差に応じてカンチレバーが撓み変形しはじめる。また、圧力の変動後、時間の経過と共にカンチレバーと連通開口との間のギャップを通じて圧力伝達媒体がキャビティの外部から内部に流入するので、キャビティの内部と外部との圧力が徐々に均衡した状態となる。これにより、圧力変動に起因してカンチレバーに作用していた外力が徐々に低下するので、カンチレバーの撓みが徐々に小さくなる。従って、変位検出部により、カンチレバーの変位（撓み変位）を検出することで、その検出値に基づいて圧力変動を検出することができる。

ところで、キャビティの内部と外部との間に圧力差が生じた際、レバー制御部は変位検出部による検出値に基づいて圧力差に起因したカンチレバーの変形を打ち消すように、レバー駆動部を制御する。具体的には、レバー制御部は、第１電極と第２電極との間に駆動電圧を印加するようにレバー駆動部を制御する。第１電極と第２電極との間に駆動電圧を印加することで、圧電効果（場合によっては逆圧電効果ともいう）により圧電体に歪を生じさせ、該圧電体を伸縮変形させる。これにより、圧電体に伴ってカンチレバーを部分的に伸縮変形させることができ、結果的にカンチレバーの全体を撓み変形させることができる。従って、駆動電圧を制御することで、圧力差に起因する撓み方向とは逆方向に向けてカンチレバーを撓み変形させることができる。
このように、カンチレバーをフィードバック制御することができるので、ギャップを開き難くすることができ、ギャップを通じてキャビティの内部に流入する圧力伝達媒体の流入量を抑制することができる。従って、キャビティの内部の圧力変化を緩やかにすることができ、キャビティの内部と外部との間の圧力差を直ちに緩和させるのではなく、より時間をかけて（緩和時間を長く確保して）緩やかに減少させることができる。

従って、例えば１Ｈｚ以下の低周波数帯域の圧力変動であっても検出することができ、検出できる下限周波数を下げることができる。特に、カンチレバーをフィードバック制御することで、圧力差に起因するカンチレバーの撓みを小さくできるので、例えば線形性の良い範囲で検出を行える。従って、感度の線形性を向上することができる。
その結果、低周波数帯域の圧力変動であっても感度良く且つ精度良く検出することができる。

しかも、カンチレバーがセンサ本体に接続されているうえ、そのカンチレバーにレバー駆動部が形成されているので、圧電効果を利用してカンチレバーを撓み変形させるために必要な主要部材を１つのユニットとしてコンパクトに構成することができると共に、例えばＭＥＭＳ技術や半導体製造技術等を応用して容易に製造することができる。従って、構成の簡略化、小型化及び低消費電力化を図り易く、各種の用途に利用し易い圧力センサとすることができる。

さらに、カンチレバー自身に形成したレバー駆動部による圧電方式でカンチレバーを撓み変形させるので、従来の静電方式のようにカンチレバーの近傍に静電引力を発生させるための電極を配置する必要がない。従って、カンチレバーの上方や下方に、圧力伝達媒体が自由に流通する空間を確保することができ、感度や応答性が低下（劣化）することを防止することができる。

さらに、カンチレバーの第２方向に間隔をあけて配置されているレバー駆動部に対して、レバー制御部が複数のレバー駆動部を個別に制御することができる。これにより、キャビティの内部と外部との間に生じた圧力差によってカンチレバーが撓み変形した際、カンチレバーに捩じれが生じたとしても、その捩じれを補正しながらカンチレバーを逆方向に撓み変形させることができる。
従って、ギャップの開きを均一にすることができ、より正確な圧力変動を検出することができる。

（２）前記変位検出部は、前記カンチレバーに形成された変位検出素子の抵抗値変化、又は電荷の変化に基づいて前記カンチレバーの変位を検出しても良い。

この場合には、カンチレバー自身に形成された変位検出素子の抵抗値変化（例えばピエゾ抵抗の抵抗値変化）、又は電荷の変化（例えば圧電体の電荷の変化）を利用できるので、高精度にカンチレバーの変位を検出することができる。また、カンチレバーのうち撓み易い部分に変位検出素子を形成することで、カンチレバーの変位をより高精度に検出することも可能である。

（３）前記レバー駆動部は、絶縁層を挟んで前記変位検出素子に対して重なった状態で配置されても良い。

この場合には、キャビティの内部と外部との圧力差に起因するカンチレバーの撓み変位を検出するための変位検出素子の位置と、圧電方式によりカンチレバーを撓み変形させるためのレバー駆動部と、を同位置に重ねて配置しているので、設置位置の違いによる誤差の影響を受け難い。従って、より正確且つ安定にカンチレバーをフィードバック制御することができ、圧力変動をさらに正確に検出することができる。

（４）前記レバー制御部は、前記第1電極と前記第２電極との間に駆動電圧を印加する電圧印加部と、前記変位検出部で検出された検出値に基づいて前記駆動電圧を算出し、該駆動電圧を印加するように前記電圧印加部を制御する制御部と、を備えても良い。

この場合には、制御部が変位検出部で検出された検出値、すなわち撓み変位量に基づいて駆動電圧を算出し、電圧印加部が算出された駆動電圧を第１電極と第２電極との間に印加するので、圧電効果を利用してカンチレバーを正確に撓み変形させることができる。
なお、制御部が算出する駆動電圧は、カンチレバーの撓み変位量を相殺するような電圧値であっても良いし、カンチレバーの撓み変位量が例えば半分になる程度の電圧値でも良い。いずれにしても、制御部はカンチレバーの撓み変位量を減少させることに繋がる電圧値を算出すれば良い。

（５）前記制御部は、前記変位検出部で検出された検出値と予め決められた基準値との差分に対応した駆動電圧を算出しても良い。

この場合には、制御部は変位検出部で検出されたカンチレバーの実際の撓み変位量と、予め決められた基準値とを比較し、その差分に対応した駆動電圧を算出するので、差分をキャンセル（相殺）するようにカンチレバーを逆方向に変形させることができる。従って、カンチレバーが常に同じ状態を維持し続けるようにフィードバック制御することができる。これにより、キャビティの内部と外部との圧力差の大きさに影響されることなく、ギャップの開き具合を一定に維持することができ、ギャップを通じてキャビティの内部に流入する圧力伝達媒体の流入量を一定に制御できる。従って、一定の感度で圧力変動を検出することができ、安定した検出精度を得ることができる。

本発明に係る圧力センサによれば、感度の線形性が優れているうえ、例えば１Ｈｚ以下の低周波数帯域の圧力変動であっても感度良く且つ精度良く検出することができる。

本発明に係る第１実施形態を示す図であって、圧力センサの平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの縦断面図である。 図１に示すＢ−Ｂ線に沿った圧力センサの縦断面図である。 図１に示す検出回路の構成図である。 図１に示す圧力センサの出力信号の一例を示す図であり、外気圧と内気圧との関係、外気圧と内気圧との圧力差、及びセンサ出力を示す図である。 図１に示す圧力センサの動作の一例を示す図であり、（Ａ）は外気圧と内気圧とが同じ状態における圧力センサの状態を示し、（Ｂ）は外気圧が内気圧よりも上昇したときの圧力センサの状態を示し、（Ｃ）は外気圧と内気圧とが平衡状態になったときの圧力センサの状態を示す図である。 センサ感度と外気圧の周波数との関係を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の変形例を示す圧力センサの平面図である。 本発明に係る第１実施形態の別の変形例を示す圧力センサの平面図である。 本発明に係る第２実施形態を示す、圧力センサの平面図である。 図１０に示すＣ−Ｃ線に沿った圧力センサの縦断面図である。 図１０に示すチャージアンプ回路の構成図である。 本発明に係る第３実施形態を示す、圧力センサの平面図である。 本発明に係る第４実施形態を示す、圧力センサの平面図である。 図１４に示すＤ−Ｄ線に沿った圧力センサの縦断面図である。 本発明に係る第５実施形態を示す、圧力センサの平面図である。 図１６に示すＥ−Ｅ線に沿った圧力センサの縦断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る圧力センサの第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面を見易くするために、平面図であっても適宜ハッチングを施している。
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサであり、圧力伝達媒体（例えば空気等の気体）が存在する空間等に配置されて使用される。

圧力センサ１は、内部にキャビティ７が形成された中空のセンサ本体２と、キャビティ７の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形可能なカンチレバー３と、カンチレバー３の変位（撓み変位）を検出する変位検出部４と、カンチレバー３に形成され、該カンチレバー３を圧電効果により撓み変形させるレバー駆動部５と、レバー駆動部５を制御するレバー制御部６と、を備えている。

なお、本実施形態では、第１基板１０と第２基板１１とを一体に組み合わせることで、センサ本体２及びカンチレバー３を構成している場合を例に挙げて説明する。但し、このような構成に限定されるものではない。
また、圧力センサ１の厚み方向に沿ったカンチレバー３側を上方、その反対側を下方という。また、圧力センサ１の平面視で、互いに直交する２方向のうち第１方向を前後方向Ｌ１といい、第２方向を左右方向Ｌ２という。

第１基板１０は、例えばシリコン支持層１２、シリコン酸化膜等の絶縁層１３及びシリコン活性層１４を、下方からこの順番に熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板とされている。
第２基板１１は、シリコン支持層１２に対して下方から基板接合されている。第２基板１１としては、例えばシリコン或いは異種材料からなる半導体基板が挙げられるが、特定の材料に限定されるものではない。
なお、基板接合の方法としては、例えば拡散接合、常温接合や陽極接合等の直接接合方法や、接着層を介した間接接合方法等が挙げられるが、特定の方法に限定されるものではない。

センサ本体２は、底壁部２ａ及び周壁部２ｂを有し、上方に開口する中空の有底筒状に形成されている。センサ本体２の内部空間は、上述したキャビティ（空気室）７として機能し、上方に開口した部分がキャビティ７の内部と外部とを連通する連通開口１５として機能する。

なお、センサ本体２は、前後方向Ｌ１に沿った長さと、左右方向Ｌ２に沿った長さとが同等とされた平面視正方形状に形成されている。
但し、この場合に限定されるものではなく、センサ本体２は、前後方向Ｌ１に沿った長さが左右方向Ｌ２に沿った長さよりも長い、或いは左右方向Ｌ２に沿った長さが前後方向Ｌ１に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されていても良い。

底壁部２ａは主に第２基板１１で形成されている。周壁部２ｂは、主に第２基板１１と、第１基板１０におけるシリコン支持層１２、絶縁層１３及びシリコン活性層１４とで形成されている。また、カンチレバー３は主に第１基板１０におけるシリコン活性層１４で形成されている。

詳しく説明する。
第２基板１１の中央部分には凹部１１ａが形成されており、これによって第２基板１１は環状の枠部１１ｂを有している。
第１基板１０のシリコン支持層１２は、第２基板１１の枠部１１ｂ上に重なった環状に形成されている。さらに第１基板１０の絶縁層１３は、シリコン支持層１２上に重なった環状に形成されている。なお、絶縁層１３で囲まれる内側部分が連通開口１５とされている。

第１基板１０のシリコン活性層１４は、連通開口１５を上方から覆うように絶縁層１３上に配置されている。このシリコン活性層１４には、該シリコン活性層１４を厚さ方向に貫通する平面視Ｕ字状のギャップ２０が形成されている。これにより、シリコン活性層１４には、ギャップ２０の外側に配置され、且つ絶縁層１３上に重なる環状の枠部１４ａと、ギャップ２０の内側に配置され、且つ連通開口１５を覆うカンチレバー３とが形成されている。
そして、上述した第２基板１１の枠部１１ｂ、シリコン支持層１２、絶縁層１３及びシリコン活性層１４の枠部１４ａが、センサ本体２の周壁部２ｂを構成している。

上記ギャップ２０は、平面視で連通開口１５の内側に位置する領域内（キャビティ７の内部に連通する領域内）に形成され、そのギャップ幅Ｇは、例えば数百ｎｍ〜数十μｍの微小幅とされている。なお、キャビティ７は、ギャップ２０を通じてのみ外部に連通する。従って、ギャップ２０を介してのみ圧力伝達媒体をキャビティ７の内外へ流動させることができる。

カンチレバー３は、基端部３ａが枠部１４ａを介してセンサ本体２における周壁部２ｂに一体的に接続され、且つ先端部３ｂが自由端とされた片持ち梁構造とされ、上述のように連通開口１５を覆うように配置されている。なお、カンチレバー３の先端部３ｂと基端部３ａとを結ぶ方向が前後方向Ｌ１とされている。
このカンチレバー３は、基端部３ａを中心としてキャビティ７の内部と外部との圧力差（すなわち、ギャップ２０を介してキャビティ７の内部と外部との間を流通可能な圧力伝達媒体による圧力の差）に応じて撓み変形する。
なお、枠部１４ａの一部は、連通開口１５を覆うように周壁部２ｂよりもカンチレバー３側に突出している。

カンチレバー３の基端部３ａには、該カンチレバー３を厚さ方向に貫通する２つの補助ギャップ２１が左右方向Ｌ２に間隔をあけて形成されている。これら補助ギャップ２１は、ギャップ２０と同様に例えば平面視Ｕ字状に形成されている。
２つの補助ギャップ２１によって、カンチレバー３の基端部３ａは、補助ギャップ２１とギャップ２０との間に配置される第１レバー支持部２５及び第２レバー支持部２６と、補助ギャップ２１の間に配置される第３レバー支持部２７と、に分かれている。従って、カンチレバー３は、第１レバー支持部２５、第２レバー支持部２６及び第３レバー支持部２７を中心として撓み変形し易い。

なお、第１レバー支持部２５及び第２レバー支持部２６の左右方向Ｌ２に沿った支持幅は、互いに同等とされている。これに対して、第３レバー支持部２７の左右方向Ｌ２に沿った支持幅は、第１レバー支持部２５及び第２レバー支持部２６の支持幅よりも狭い。但し、支持幅はこの場合に限定されるものではなく、自由に変更して構わない。

シリコン活性層１４のうちカンチレバー３の基端部３ａ側には、後述する第１検出電極３５、第２検出電極３６、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６を、左右方向Ｌ２にそれぞれ電気的に切り離すための３つの区画溝（第１区画溝３０、第２区画溝３１、第３区画溝３２）が形成されている。

第１区画溝３０は、図１及び図３に示すように、第３レバー支持部２７における左右方向Ｌ２の中央部分に配置され、前後方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。この際、第１区画溝３０は、第３レバー支持部２７からセンサ本体２の側方まで達するように前後方向Ｌ１に沿って延びている。
なお、図示の例では、第１区画溝３０はシリコン活性層１４の上面から凹状に形成されているが、シリコン活性層１４を貫通して絶縁層１３に達する深さとされていても構わない。

図１に示すように、第２区画溝３１及び第３区画溝３２は、第１区画溝３０よりも第１レバー支持部２５及び第２レバー支持部２６寄りに配置され、前後方向Ｌ１に沿って延びた直線状に形成されている。この際、第２区画溝３１及び第３区画溝３２は、補助ギャップ２１に繋がると共に、この繋がった部分からセンサ本体２の側方まで達するように前後方向Ｌ１に沿って延びている。
なお、第２区画溝３１及び第３区画溝３２は、第１区画溝３０と同様に、シリコン活性層１４の上面から凹状に形成されているが、シリコン活性層１４を貫通して絶縁層１３に達する深さとされていても構わない。

シリコン活性層１４のうちカンチレバー３の基端部３ａ側に位置する枠部１４ａの上面には、導電性材料（例えばＡＵ等）からなる第１検出電極３５及び第２検出電極３６が形成されている。
第１検出電極３５は、第１区画溝３０と第２区画溝３１との間に形成されている。第２検出電極３６は、第１区画溝３０と第３区画溝３２との間に形成されている。これにより、第１検出電極３５と第２検出電極３６とは、電気的に切り離されている。
なお、第１検出電極３５及び第２検出電極３６の上面に図示しない絶縁膜を保護膜として被膜することで、外部との電気的な接触を防止することが好ましい。

また、シリコン活性層１４には、ピエゾ抵抗層（変位検出素子）４０が形成されている。
ピエゾ抵抗層４０は、カンチレバー３の第３レバー支持部２７に主に形成されていると共に、第１検出電極３５及び第２検出電極３６に電気接続されるように形成されている。

具体的には、ピエゾ抵抗層４０は、第１検出電極３５からカンチレバー３の先端部３ｂに向かって前後方向Ｌ１に沿って延びると共に、第１区画溝３０を回り込んだ後、第２検出電極３６に向かって前後方向Ｌ１に沿って延びるように、平面視Ｕ字状に形成されている。これにより、第１検出電極３５及び第２検出電極３６間に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、第１検出電極３５からピエゾ抵抗層４０を経由して第２検出電極３６に流れる。

なお、ピエゾ抵抗層４０は、例えばリン等のドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。

さらに、シリコン活性層１４のうち、カンチレバー３の基端部３ａ側に位置する枠部１４ａの上面からカンチレバー３の上面に亘って、絶縁層４１が形成されている。
この絶縁層４１は、枠部１４ａの上面のうち第２区画溝３１よりも左右方向Ｌ２の外側に配置され、左右方向Ｌ２に沿って延びた第１絶縁層４１ａと、枠部１４ａの上面のうち第３区画溝３２よりも左右方向Ｌ２の外側に配置され、左右方向Ｌ２に沿って延びた第２絶縁層４１ｂと、カンチレバー３の上面に配置された平面視Ｕ字状の第３絶縁層４１ｃと、を備えている。

第３絶縁層４１ｃは、第１絶縁層４１ａから第１レバー支持部２５を通過しながらカンチレバー３の先端部３ｂ側まで前後方向Ｌ１に沿って延びると共に、第３レバー支持部２７及びピエゾ抵抗層４０を回り込んだ後、第２レバー支持部２６を通過しながら第２絶縁層４１ｂに向かって前後方向Ｌ１に沿って延びるように平面視Ｕ字状に形成されている。

そして、このように形成された絶縁層４１の上面に、図１及び図２に示すように、第１駆動電極４５、第２駆動電極４６及びレバー駆動部５が形成されている。
第１駆動電極４５は、第１絶縁層４１ａ上に形成されている。第２駆動電極４６は、第２絶縁層４１ｂ上に形成されている。これにより、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６は、互いに電気的に切り離されているうえ、第１検出電極３５及び第２検出電極３６に対しても電気的に切り離されている。
なお、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６の上面に図示しない絶縁膜を保護膜として被膜することで、外部との電気的な接触を防止することが好ましい。

レバー駆動部５は、カンチレバー３に形成され、キャビティ７の内部と外部との圧力差に起因する撓み方向とは逆方向に向けてカンチレバー３を圧電効果により撓み変形させる圧電素子である。
このレバー駆動部５は、カンチレバー３の上面に沿って配置されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の圧電材料からなる圧電体４７と、圧電体４７を上下に挟んで配置され、圧電体４７に対して駆動電圧を印加することで圧電体４７を伸縮変形させる第１圧電電極（第１電極）４８及び第２圧電電極（第２電極）４９と、を備えている。なお、第１圧電電極４８が圧電体４７の下方に配置され、第２圧電電極４９が圧電体４７の上方に配置されている。

第１圧電電極４８は、第３絶縁層４１ｃ上に、この第３絶縁層４１ｃのほぼ全面に亘って形成されていると共に、第１駆動電極４５に対して電気的に接続されている。但し、第１圧電電極４８は、第２駆動電極４６に対しては電気的に切り離されている。
具体的に第１圧電電極４８は、第１駆動電極４５から第１レバー支持部２５を通過しながらカンチレバー３の先端部３ｂ側まで前後方向Ｌ１に沿って延びると共に、第３レバー支持部２７及びピエゾ抵抗層４０を回り込んだ後、第２レバー支持部２６に沿いながら第２駆動電極４６に向かって前後方向Ｌ１に沿って延びるように平面視Ｕ字状に形成されている。その際、第１圧電電極４８は、第２駆動電極４６との間に若干の隙間があくように形成され、第２駆動電極４６に対して電気的に切り離されている。

圧電体４７は、第１圧電電極４８上に、この第１圧電電極４８のほぼ全面に亘って形成されている。
具体的に圧電体４７は、第２駆動電極４６から第２レバー支持部２６を通過しながらカンチレバー３の先端部３ｂ側まで前後方向Ｌ１に沿って延びると共に、第３レバー支持部２７及びピエゾ抵抗層４０を回り込んだ後、第１レバー支持部２５に沿いながら第１駆動電極４５に向かって前後方向Ｌ１に沿って延びるように平面視Ｕ字状に形成されている。
なお、図示の例の圧電体４７は、第１駆動電極４５との間に若干の隙間があくように形成されているが、第１駆動電極４５に達していても構わない。また、図示の例の圧電体４７は、該圧電体４７のうち前後方向Ｌ１に沿って延びている部分の横幅Ｗ１が、左右方向Ｌ２に沿って延びている部分の横幅Ｗ２よりも狭く形成されている。

第２圧電電極４９は、圧電体４７上に、この圧電体４７のほぼ全面に亘って形成されていると共に、第２駆動電極４６に対して電気的に接続されている。但し、第２圧電電極４９は、第１駆動電極４５に対しては電気的に切り離されている。

上述のようにレバー駆動部５が構成されているので、圧電体４７は、第１駆動電極４５に電気的に接続された第１圧電電極４８と、第２駆動電極４６に電気的に接続された第２圧電電極４９との間に挟まれた状態で配置されている。

図１及び図２に示すように、変位検出部４は、カンチレバー３に形成されたピエゾ抵抗層４０の抵抗値変化に基づいて、カンチレバー３の変位を検出する検出回路５０を備えている。

検出回路５０は、第１検出電極３５及び第２検出電極３６に接続されている。これにより、検出回路５０を通じて、第１検出電極３５及び第２検出電極３６間に所定電圧が印加されると、先に述べたように、電圧印加に起因する電流が第１検出電極３５からピエゾ抵抗層４０を経由して第２検出電極３６に流れる。従って、検出回路５０は、ピエゾ抵抗層４０の抵抗値変化を、カンチレバー３の変位（撓み変形に伴う変位）に応じて変化する電気的な出力信号（センサ信号）として取り出すことが可能とされている。
従って、この出力信号に基づいてカンチレバー３の変位を検出でき、圧力変動を検出することが可能となる。

検出回路５０は、図４に示すように、ブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）５１と、基準電圧発生回路５２と、作動増幅回路５３と、を備えている。

ブリッジ回路５１は、カンチレバー３のピエゾ抵抗層４０（電気抵抗値Ｒ）及び第１固定抵抗５５（電気抵抗値Ｒ１）が直列接続された枝辺と、第２固定抵抗５６（電気抵抗値Ｒ２）及び第３固定抵抗５７（電気抵抗値Ｒ３）が直列接続された枝辺と、が基準電圧発生回路５２に対して並列に接続されている。

ブリッジ回路５１において、ピエゾ抵抗層４０と第１固定抵抗５５との接続点（中点電圧Ｅ１）は、作動増幅回路５３の反転入力端子（−端子）に接続され、第２固定抵抗５６と第３固定抵抗５７との接続点（中点電圧Ｅ２）は、作動増幅回路５３の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。
基準電圧発生回路５２は、ブリッジ回路５１に対して所定の基準電圧Ｖｃｃを印加する。作動増幅回路５３は、中点電圧Ｅ１と中点電圧Ｅ２との間の電位差を検出し、この電位差を所定増幅率にて増幅して出力する。この電位差は、ピエゾ抵抗層４０の抵抗値変化に応じた値、すなわちカンチレバー３の変位に基づいた値となる。

図１に示すように、レバー制御部６は、変位検出部４による検出値に基づいて、キャビティ７の内部と外部との圧力差に起因したカンチレバー３の変形を打ち消すようにレバー駆動部５を制御して、カンチレバー３を逆方向に変形させる。

レバー制御部６について詳細に説明する。
レバー制御部６は、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６に接続され、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６間に駆動電圧を印加する駆動回路（電圧印加部）６０と、検出回路５０及び駆動回路６０に接続され、変位検出部４で検出された検出値に基づいて駆動電圧を算出し、該駆動電圧を印加するように駆動回路６０を作動させる信号処理回路（制御部）６１と、を備えている。

駆動回路６０は、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６に駆動電圧を印加することで、第１駆動電極４５に電気接続されている第１圧電電極４８と、第２駆動電極４６に電気接続されている第２圧電電極４９との間に駆動電圧を印加することができる。これにより、圧電効果により圧電体４７に歪を生じさせて、圧電体４７を伸縮変形させることができる。なお、印加する駆動電圧の極性を変えることで。圧電体４７の伸縮を切り換えることができ、伸長或いは収縮させるように圧電体４７を変形させることができる。

（圧力センサの作動）
次に、上述した圧力センサ１を利用して、圧力変動を検出する場合について説明する。
はじめに、図５に示す時刻ｔ１以前の期間Ａのように、キャビティ７の外部の圧力（以下、外気圧Ｐｏｕｔと称する）と、キャビティ７の内部の圧力（以下、内気圧Ｐｉｎと称する）との圧力差がゼロである場合には、図６（Ａ）に示すように、カンチレバー３は撓み変形しない。これにより、検出回路５０から出力される出力信号（センサ信号）は所定値（例えばゼロ）である。

次いで、図５に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば外気圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇した場合について説明する。
なお、レバー駆動部５を利用しない場合を参考例（図５に示す二点鎖線）として先に説明し、その後、レバー駆動部５による圧電効果を利用してカンチレバー３を撓み変形させる本実施形態（図５に示す実線）について説明する。

（参考例）
外気圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、キャビティ７の外部と内部との間に圧力差が生じるので、図６（Ｂ）に示すようにカンチレバー３はキャビティ７の内部に向けて撓み変形する。すると、カンチレバー３の撓み変形に応じてピエゾ抵抗層４０に歪が生じて電気抵抗値が変化するので、図５に示す二点鎖線のように出力信号が増大する。

そして、外気圧Ｐｏｕｔの上昇以降、ギャップ２０を介してキャビティ７の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動するので、内気圧Ｐｉｎが時間の経過と共に外気圧Ｐｏｕｔよりも遅れながら、且つ外気圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。これにより、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、キャビティ７の外部と内部との圧力が均衡状態になりはじめる。これにより、カンチレバー３の撓みが徐々に小さくなり、図５に示す二点鎖線のように出力信号が徐々に低下する。

そして、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔに等しくなると、図６（Ｃ）に示すように、カンチレバー３の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、図５に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように出力信号が再び所定値（例えばゼロ）になる。
従って、変位検出部４による検出値の変化（カンチレバー３の変位に基づいたピエゾ抵抗層４０の電気抵抗値の変化）に基づいて圧力変動を検出することができる。

（本実施形態）
本実施形態の圧力センサ１では、外気圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇した際、圧力差に起因したカンチレバー３の変形を打ち消すように、カンチレバー３を逆方向に変形させることができる。

具体的に説明する。外気圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、キャビティ７の外部と内部との間に圧力差が生じるので、カンチレバー３はキャビティ７の内部に向けて撓み変形しはじめ、ピエゾ抵抗層４０の電気抵抗値が変化する。
すると、信号処理回路６１は、変位検出部４で検出されたピエゾ抵抗層４０の電気抵抗値の変化に基づいて駆動電圧（極性も含む）を算出し、この算出した駆動電圧を印加するように駆動回路６０を制御する。これにより、駆動回路６０は、第１駆動電極４５及び第２駆動電極４６を介して、第１圧電電極４８と第２圧電電極４９との間に駆動電圧を印加する。

これにより、圧電効果により圧電体４７に歪を生じさせ、該圧電体４７を伸縮変形させることができる。本実施形態の場合には、圧電体４７を収縮変形させる。すると、圧電体４７の変形に伴って、圧電体４７が配置されているカンチレバー３の上面側が平面方向に収縮変形する。しかしながら、カンチレバー３の下面側は変形し難い。これらのことにより、結果的にカンチレバー３の全体を上方に向けて撓み変形させることができる。従って、圧力差に起因する撓み方向とは逆方向に向けてカンチレバー３を撓み変形させることができる。

このように、カンチレバー３をフィードバック制御することができるので、ギャップ２０を開き難くすることができ、あたかもカンチレバー３を図６（Ａ）に示す状態を維持し続けるようにすることができる。従って、ギャップ２０を通じてキャビティ７内の内部に流入する圧力伝達媒体の流入量を抑制することができ、図５に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂでの実線のように、内気圧Ｐｉｎの圧力変化を緩やかにすることができる。
そのため、図５に示すように、キャビティ７の内部と外部との圧力差を直ちに緩和させるのではなく、より時間をかけて（緩和時間を長く確保して）緩やかに減少させることができる。

従って、例えば１Ｈｚ以下の低周波数帯域の圧力変動であっても検出することができ、図７に示すように、検出できる下限周波数を、二点鎖線で示される参考例よりも実線で示されるように下げることができる（低周波数側にシフトすることができる）。
特に、カンチレバー３をフィードバック制御することで、圧力差に起因するカンチレバー３の撓みを小さくできるので、例えば線形性の良い範囲で検出を行える。従って、感度の線形性を向上することができる。

以上のことから、本実施形態の圧力センサ１によれば、感度の線形性が優れているうえ、例えば１Ｈｚ以下の低周波帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができる。
しかも、カンチレバー３がセンサ本体２に一体に接続されているうえ、カンチレバー３にレバー駆動部５が形成されているので、圧電効果を利用してカンチレバー３を撓み変形させるために必要な主要部材を１つのユニットとしてコンパクトに構成することができると共に、例えばＭＥＭＳ技術や半導体製造技術を応用して容易に製造することができる。従って、構成の簡略化、小型化及び低消費電力化を図り易く、各種の用途に適用し易いセンサとすることができる。

例えば、自動車用ナビゲーション装置に適用することが可能である。この場合、例えば圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、高架道路と高架下道路とを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。
また、携帯用ナビゲーション装置に適用することも可能である。この場合、例えば圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、ユーザが建物内の何階に位置しているのかを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。

更には、室内の気圧変化を検出することが可能であるので、例えば建物や金庫、自動車の防犯装置に適用することも可能である。特に、１Ｈｚ以下の周波数帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができるので、ドアや引き戸の開閉等に基づく圧力変動であっても検出することが可能であり、防犯装置等の適用に好適である。

さらに、カンチレバー３自身に形成したレバー駆動部５による圧電方式でカンチレバー３を撓み変形させるので、従来の静電方式のようにカンチレバー３の近傍に静電引力を発生させるための電極を配置する必要がない。従って、カンチレバー３の上方や下方に圧力伝達媒体が自由に流通する空間を確保することができ、感度や応答性の低下（劣化）を防止することができる。

さらに、本実施形態では、カンチレバー３自身に形成されたピエゾ抵抗層４０の抵抗値変化を利用してカンチレバー３の変位を検出しているので、例えばカンチレバー３の変位を光の反射角度等を利用して検出（いわゆる光てこ検出）する場合とは異なり、容易且つ正確にカンチレバー３の変位を検出することができる。

なお、上記実施形態では、外気圧Ｐｏｕｔの上昇によってカンチレバー３が下方に向けて撓み変形する場合を例にしたが、外気圧Ｐｏｕｔの低下によってカンチレバー３が上方に向けて撓み変形する場合には、駆動電圧の極性を逆にして印加すれば良い。このようにすることで、圧電効果を利用してカンチレバー３を下方に向けて撓み変形させることができ、圧力差に起因するカンチレバー３の変形を打ち消すことが可能である。

また、信号処理回路６１が算出する駆動電圧は、カンチレバー３の撓み変位量を相殺するような電圧値であっても良いし、カンチレバー３の撓み変位量が例えば半分になる程度の電圧値でも良い。いずれにしても、信号処理回路６１はカンチレバー３の撓み変位量を減少させることに繋がる駆動電圧を算出すれば良い。

（変形例）
上記第１実施形態において、信号処理回路６１が、変位検出部４で検出された検出値と予め決められた基準値とを比較し、その差分に対応した駆動電圧を算出しても良い。
この場合には、上記差分をキャンセル（相殺）するようにカンチレバー３を逆方向に変形させることができ、カンチレバー３が常に同じ状態を維持し続けるようにフィードバック制御することができる。これにより、キャビティ７の内部と外部との圧力差に大きさに影響されることなく、ギャップ２０の開き具合を一定に維持することができる。よって、ギャップ２０を通じてキャビティ７の内部に流入する圧力伝達媒体の流入量を一定に制御できる。従って、一定の感度で圧力変動を検出することができ、安定した検出精度を得ることができる。
さらに、この場合には、上記差分に基づいてカンチレバー３の変位を検出することもできる。

また、上記第１実施形態では、圧電体４７の一例として、前後方向Ｌ１に沿って延びている部分の横幅Ｗ１が、左右方向Ｌ２に沿って延びている部分の横幅Ｗ２よりも狭く形成されている場合を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えばカンチレバー３の形状等に応じて、横幅Ｗ１、Ｗ２の比率を適宜変更して構わない。

特に、圧電体４７のうち、第１レバー支持部２５及び第２レバー支持部２６に沿って配置され、且つ前後方向Ｌ１に沿って延びている部分は、カンチレバー３全体の反り（撓み）に大きく寄与する。従って、上記横幅Ｗ１を調整することで、印加電圧に対するカンチレバー３全体の撓み変形量を調整することが可能である。
一方、圧電体４７のうち、カンチレバー３の先端部３ｂ側に配置され、且つ左右方向Ｌ２に沿って延びている部分は、カンチレバー３における先端部３ｂ側の反り（撓み）に大きく寄与する。従って、上記横幅Ｗ２を調整することで、印加電圧に対するカンチレバー３の先端部３ｂ側の撓み変形量を調整することが可能である。
従って、上述の特性を考慮しながら、カンチレバー３の形状等に応じて圧電体４７の形状を決定すれば良い。

例えば、第１実施形態では、カンチレバー３の形状が平面視で正方形状とされているので、カンチレバー３は全体的に一様に変形する傾向がある。従って、この場合には、横幅Ｗ２を調整することによる効果よりも、横幅Ｗ１を調整することによる効果の方が支配的となる。従って、図８に示すように、横幅Ｗ１よりも横幅Ｗ２を狭くした圧電体４７としても構わない。この場合であっても同様の作用効果を奏功することができる。なお、横幅Ｗ１を横幅Ｗ２と同じ幅にしても同様である。

これに対して、図９に示すように、例えばカンチレバー３の形状が基端部３ａ側よりも先端部３ｂ側の方が左右方向Ｌ２に大きい場合、カンチレバー３の先端部３ｂ側に大きな曲げモーメントが作用するので、先端部３ｂ側の撓み変形量が大きくなり易い。
従って、このような場合には、図９に示すように、カンチレバー３の形状に対応して横幅Ｗ１よりも横幅Ｗ２が大きくなるように圧電体４７を形成することが好ましい。このようにすることで、カンチレバー３の先端部３ｂ側に大きな曲げモーメントが作用しても、それに対応した圧電効果を適切に圧電体４７に発揮させることができ、所定の印加電圧でカンチレバー３を逆方向に撓み変形させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態の圧力センサ７０は、ピエゾ抵抗層４０の代わりにカンチレバー３に形成された圧電素子７１を具備している。圧電素子７１は、カンチレバー３の第３レバー支持部２７に形成されている。

また、本実施形態では第１区画溝３０を具備しておらず、第２区画溝３１と第３区画溝３２との間に位置する部分には第１検出電極７２が形成されている。この第１検出電極７２は、前後方向Ｌ１に沿って延びており、第３レバー支持部２７の全体に亘って形成されている。また、第１検出電極７２上にはＰＺＴ、ＡｌＮ等の圧電材料からなる圧電体（変位検出素子）７３が形成され、圧電体７３上には第２検出電極７４が形成されている。
これら第１検出電極７２、第２検出電極７４及び圧電体７３は圧電素子７１を構成する。そして、この圧電素子７１は、圧電体７３に作用した圧力を、圧電効果により第１検出電極７２と第２検出電極７４との間の電位差（電圧信号）に変換している。

なお、第１検出電極７２上には、第１接続電極７５が形成されている。また、第２検出電極７４上には、第２接続電極７６が形成されている。但し、これら第１接続電極７５及び第２接続電極７６は、必須なものではなく具備しなくても構わない。

さらに、本実施形態では絶縁層４１を具備していない。従って、第１駆動電極４５、第２駆動電極４６及び第１圧電電極４８は、第１基板１０のシリコン活性層１４上に形成されている。この際、第１圧電電極４８と第１検出電極７２との間は、例えばシリコン活性層１４に設けられた図示しない絶縁層や溝部等によって非導通とされている。
但し、第１実施形態と同様に絶縁層４１を形成し、絶縁層４１上にレバー駆動部５を形成しても構わない。

上述のように圧電素子７１を備えているので、本実施形態の変位検出部４は、圧電体７３の電荷の変化に基づいてカンチレバー３の変位を検出する。
変位検出部４は、図１０及び図１２に示すように、第１接続電極７５を介して第１検出電極７２に電気接続されると共に、第２接続電極７６を介して第２検出電極７４に電気接続されたチャージアンプ回路７７を備えている。

チャージアンプ回路７７は、キャビティ７の内部と外部との圧力差に応じてカンチレバー３が撓み変形し、それによって圧電体７３が歪んで圧力が作用した際、その圧力に比例した分極に起因する電荷を検出し、オペアンプ７８及びコンデンサ７９で電荷を電圧信号（電位差）に変換して出力する。従って、この電圧信号（電位差）はカンチレバー３の変位に基づいた値となる。

従って、本実施形態の圧力センサ７０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
特に、本実施形態の場合には、第１実施形態におけるピエゾ抵抗層４０の抵抗変化を検出する場合とは異なり、圧電体７３の部分に電流が流れず電力の消費がないため、消費電力の低減化をさらに図ることができる。それに加え、レバー駆動部５及び圧電素子７１を並行してカンチレバー３に形成することができるので、容易に製造し易い。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の圧力センサ８０は、レバー駆動部８１を左右方向Ｌ２に間隔をあけて２つ具備していると共に、これに対応してピエゾ抵抗層４０を左右方向Ｌ２に間隔をあけて２つ具備している。
なお、本実施形態のセンサ本体２は、左右方向Ｌ２に沿った長さが前後方向Ｌ１に沿った長さよりも長い平面視長方形状に形成されている。

２つのピエゾ抵抗層４０は、平面視でセンサ本体２の左右方向Ｌ２の中心を通り、且つ前後方向Ｌ１に延びる横軸線Ｃを中心として、左右方向Ｌ２に均等に離間して配置されている。
なお、それぞれのピエゾ抵抗層４０の周辺には、第１実施形態と同様に、補助ギャップ２１、第１区画溝３０、第２区画溝３１、第３区画溝３２、第１検出電極３５及び第２検出電極３６がそれぞれ形成されている。

従って、本実施形態のカンチレバー３の基端部３ａは、主に第４レバー支持部８５、第５レバー支持部８６、第６レバー支持部８７、第７レバー支持部８８及び第８レバー支持部８９に分かれている。

第４レバー支持部８５は、一方のピエゾ抵抗層４０側に形成された補助ギャップ２１と、ギャップ２０との間に位置している。第５レバー支持部８６は、他方のピエゾ抵抗層４０側に形成された補助ギャップ２１と、ギャップ２０との間に位置している。第６レバー支持部８７は、一方のピエゾ抵抗層４０側に形成された補助ギャップ２１と、他方のピエゾ抵抗層４０側に形成された補助ギャップ２１との間に位置している。よって、第６レバー支持部８７は、センサ本体２における左右方向Ｌ２の中央部分に位置している。

第７レバー支持部８８は、一方のピエゾ抵抗層４０側に形成された２つの補助ギャップ２１の間に位置している。第８レバー支持部８９は、他方のピエゾ抵抗層４０側に形成された２つの補助ギャップ２１の間に位置している。
これら第７レバー支持部８８及び第８レバー支持部８９の左右方向Ｌ２に沿った支持幅は、第４レバー支持部８５、第５レバー支持部８６及び第６レバー支持部８７の左右方向Ｌ２に沿った支持幅よりも狭い。但し、支持幅はこの場合に限定されるものではなく、自由に変更して構わない。

レバー駆動部８１は、第４レバー支持部８５及び第５レバー支持部８６に配置されている。これらレバー駆動部８１は、絶縁層９０と、絶縁層９０上に形成された第１圧電電極（第１電極）９１と、第１圧電電極９１上に形成されたＰＺＴ、ＡｌＮ等の圧電材料からなる圧電体９２と、圧電体９２上に形成された第２圧電電極（第２電極）９３と、を備えている。

絶縁層９０は、センサ本体２の側方から第４レバー支持部８５及び第５レバー支持部８６よりもカンチレバー３の先端部３ｂ側に延びるように前後方向Ｌ１に沿って形成されている。第１圧電電極９１は、絶縁層９０のほぼ全体に亘って形成されている。圧電体９２は、第４レバー支持部８５及び第５レバー支持部８６の上方に位置するように、第１圧電電極９１上に形成されている。第２圧電電極９３は、圧電体９２のほぼ全体に亘って形成されている。
なお、第１圧電電極９１上には、第１駆動電極９４が形成されている。また、第２圧電電極９３上には、第２駆動電極９５が形成されている。

さらに、本実施形態では、検出回路５０及び駆動回路６０をそれぞれ２つ具備している。一方の検出回路５０は、第７レバー支持部８８に設けられた一方のピエゾ抵抗層４０に電気接続された第１検出電極３５及び第２検出電極３６に電気接続されている。
他方の検出回路５０は、第８レバー支持部８９に設けられた他方のピエゾ抵抗層４０側に電気接続された第１検出電極３５及び第２検出電極３６に電気接続されている。そして、これら２つの検出回路５０は、信号処理回路６１に接続されている。

また、一方の駆動回路６０は、第４レバー支持部８５に設けられたレバー駆動部８１の第１駆動電極９４及び第２駆動電極９５に電気接続されている。他方の駆動回路６０は、第５レバー支持部８６に設けられたレバー駆動部８１の第１駆動電極９４及び第２駆動電極９５に電気接続されている。そして、これら２つの駆動回路６０は、信号処理回路６１に接続されている。

このように構成された圧力センサ８０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。それに加え、本実施形態の場合には、２つのピエゾ抵抗層４０の電気抵抗値の変化に基づいて、２つのレバー駆動部８１を個別に制御することができる。
すなわち、信号処理回路６１は、２つのピエゾ抵抗層４０の電気抵抗値の変化に基づいて駆動電圧をそれぞれ算出し、算出した駆動電圧をそれぞれ印加するように２つの駆動回路６０を個別に制御する。

これにより、一方の駆動回路６０は、第１駆動電極９４及び第２駆動電極９５を介して、第１圧電電極９１と第２圧電電極９３との間に駆動電圧を印加し、第４レバー支持部８５に設けられた圧電体９２を伸縮変形させる。また、他方の駆動回路６０は、第１駆動電極９４及び第２駆動電極９５を介して、第１圧電電極９１と第２圧電電極９３との間に駆動電圧を印加し、第５レバー支持部８６に設けられた圧電体９２を伸縮変形させる。
従って、第４レバー支持部８５の変位量と、第５レバー支持部８６の変位量とを個別に制御することができる。

これにより、キャビティ７の内部と外部との間に生じた圧力差によってカンチレバー３が撓み変形した際、カンチレバー３に捩じれが生じたとしても、その捩じれを補正しながらカンチレバー３を逆方向に撓み変形させることができる。従って、ギャップ２０の開きを一定にすることができ、より正確な圧力変動を検出することができる。
なお、本実施形態では、レバー駆動部８１及びピエゾ抵抗層４０を左右方向Ｌ２に間隔をあけて２つ具備した場合を例にしたが、３つ以上具備しても構わない。例えば、センサ本体２及びカンチレバー３の大きさや形状等を考慮して決定しても良い。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態及び第３実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１４及び図１５に示すように、本実施形態の圧力センサ１００は、第３実施形態と同様に構成されたレバー駆動部８１が第３レバー支持部２７に配置されている。これにより、レバー駆動部８１は、カンチレバー３における左右方向Ｌ２の中央部分に配置されている。
そして、本実施形態の第１区画溝３０は、カンチレバー３における左右方向Ｌ２の中央部分よりも第３区画溝３２寄りにずれて配置されている。そのため、ピエゾ抵抗層４０、第１検出電極３５及び第２検出電極３６も同様に、カンチレバー３における左右方向Ｌ２の中央部分よりも第３区画溝３２寄りにずれて配置されている。

このように構成された圧力センサ１００の場合であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。それに加え、本実施形態の場合には、レバー駆動部８１がカンチレバー３における左右方向Ｌ２の中央部分に配置されているので、カンチレバー３に捩じれ等が生じ難く、カンチレバー３の全体を均一に撓み変形させ易い。そのため、ギャップ２０の開きを均一にすることができ、より正確な圧力変動を検出することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態について図面を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態の圧力センサ１１０は、レバー駆動部５が絶縁層１１１を挟んでピエゾ抵抗層４０に対して重なった状態で配置されている。
本実施形態の絶縁層１１１は、主にピエゾ抵抗層４０上に重なるように配置されている。よって、絶縁層１１１は、第１区画溝３０を回り込むように平面視Ｕ字状に形成されている。そして、この絶縁層１１１上にレバー駆動部５が形成されている。従って、本実施形態のレバー駆動部５は、第４実施形態と同様に、カンチレバー３の左右方向Ｌ２における中央部分に配置されている。

なお、本実施形態では、第１駆動電極４５が第１圧電電極４８上に形成され、第２駆動電極４６が第２圧電電極４９上に形成されている。

このように構成された圧力センサ１１０の場合であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏効することができる。それに加え、本実施形態の場合には、キャビティ７の内部と外部との圧力差に起因するカンチレバー３の撓み変位を検出するためのピエゾ抵抗層４０と、圧電方式によりカンチレバー３を撓み変形させるためのレバー駆動部５と、を同じ位置に重ねて配置しているので、設置位置の違いによる誤差の影響をなくすことができる。従って、より正確且つ安定してカンチレバー３をフィードバック制御することができ、圧力変動を正確に検出することができる。

しかも、第４実施形態と同様に、レバー駆動部５をカンチレバー３における左右方向Ｌ２の中央部分に配置しているので、カンチレバー３に捩じれ等が生じ難く、カンチレバー３の全体を均一に撓み変形させ易い。この点においても、正確な圧力変動を検出することができる。

なお、上述した各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Ｌ１…前後方向（第１方向）
Ｌ２…左右方向（第２方向）
１、７０、８０、１００、１１０…圧力センサ
２…センサ本体
３…カンチレバー
３ａ…カンチレバーの基端部
３ｂ…カンチレバーの先端部
４…変位検出部
５、８１…レバー駆動部
６…レバー制御部
７…キャビティ
１５…連通開口
４０…ピエゾ抵抗層（変位検出素子）
４７、９２…圧電体
４８、９１…第１圧電電極（第１電極）
４９、９３…第２圧電電極（第２電極）
６０…駆動回路（電圧印加部）
６１…信号処理回路（制御部）
７３…圧電体（変位検出素子）
１１１…絶縁層

Claims (5)

1. 内部にキャビティが形成され、前記キャビティの内部と外部とを連通する連通開口が形成された中空のセンサ本体と、
   前記連通開口を覆い、且つ前記センサ本体との間にギャップが形成されるように前記センサ本体に片持ち状態で接続され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形可能なカンチレバーと、
   前記カンチレバーの変位を検出する変位検出部と、
   前記カンチレバーに形成され、前記圧力差に起因する撓み方向とは逆方向に向けて前記カンチレバーを圧電効果により撓み変形させるレバー駆動部と、
   前記変位検出部による検出値に基づいて、前記圧力差に起因した前記カンチレバーの変形を打ち消すように、前記レバー駆動部を制御するレバー制御部と、を備え、
   前記レバー駆動部は、
   前記カンチレバーの表面に沿って配置された圧電体と、
   前記圧電体を挟んで配置され、前記圧電体に対して駆動電圧を印加することで前記圧電体を変形させる第１電極及び第２電極と、を備え、
   前記レバー駆動部は、前記カンチレバーの先端部と、前記センサ本体に接続される前記カンチレバーの基端部とを結ぶ第１方向に対して、平面視で直交する第２方向に間隔をあけて複数形成され、
   前記レバー制御部は、複数の前記レバー駆動部を個別に制御することを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記変位検出部は、前記カンチレバーに形成された変位検出素子の抵抗値変化、又は電荷の変化に基づいて前記カンチレバーの変位を検出することを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記レバー駆動部は、絶縁層を挟んで前記変位検出素子に対して重なった状態で配置されていることを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
   前記レバー制御部は、
   前記第1電極と前記第２電極との間に駆動電圧を印加する電圧印加部と、
   前記変位検出部で検出された検出値に基づいて前記駆動電圧を算出し、該駆動電圧を印加するように前記電圧印加部を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項４に記載の圧力センサにおいて、
   前記制御部は、前記変位検出部で検出された検出値と予め決められた基準値との差分に対応した駆動電圧を算出することを特徴とする圧力センサ。

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