JPWO2020136876A1 - Elastic wave modulation element and physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
従来よりも感度を向上して被検出体の物理量を精度良く検知することができる弾性波変調素子及び物理量センサを提供する。弾性波変調素子(10)は、圧電部材(11)と、圧電部材(11)に取り付けられ、圧電部材(11)に弾性波を励起する第1電極部(12)と、圧電部材(11)に取り付けられ、弾性波を受信する第2電極部(13)と、弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部(15)とを備える。磁歪材料部(15)は、圧電部材(11)の一方の主面(11a)上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部(15a,15b)と、一方の主面(11a)上において一対の磁束伝搬部(15a,15b)の間に設けられ、弾性波の伝搬路(14)上またはその近傍に配置された集磁部(15c)とを有し、集磁部(15c)の一対の磁束伝搬部(15a,15b)に対向する側面の厚みが、一対の磁束伝搬部(15a)の集磁部(15c)に対向する側面の厚みよりも薄い。Provided are an elastic wave modulation element and a physical quantity sensor capable of accurately detecting a physical quantity of a detected object with improved sensitivity as compared with the conventional case. The elastic wave modulation element (10) is attached to the piezoelectric member (11), the first electrode portion (12) which is attached to the piezoelectric member (11) and excites the elastic wave in the piezoelectric member (11), and the piezoelectric member (11). It is provided with a second electrode portion (13) attached to the elastic wave to receive the elastic wave, and a magnetostrictive material portion (15) provided in or near the region where the elastic wave exists. The magnetostrictive material portion (15) is provided on one main surface (11a) of the piezoelectric member (11), and is a pair of magnetic flux propagation portions (15a, 15b) capable of propagating the magnetic flux of an external magnetic field, and one main surface. (11a) has a magnetic flux collecting portion (15c) provided between a pair of magnetic flux propagating portions (15a, 15b) and arranged on or near the elastic wave propagation path (14), and magnetizes. The thickness of the side surfaces of the pair of magnetic flux propagating portions (15c) facing the pair of magnetic flux propagating portions (15a, 15b) is thinner than the thickness of the side surfaces of the pair of magnetic flux propagating portions (15a) facing the magnetic collecting portion (15c).
Description
本発明は、弾性波変調素子及び物理量センサに関し、特に、表面弾性波の伝搬特性の変化に基づいて被検出体の物理量を検出可能な弾性波変調素子に関する。 The present invention relates to an elastic wave modulation element and a physical quantity sensor, and more particularly to an elastic wave modulation element capable of detecting a physical quantity of an object to be detected based on a change in the propagation characteristics of a surface acoustic wave.
従来、表面弾性波(以下、SAW(Suface Acoustic Wave)ともいう)を用いた遅延線型や共振子型のセンサがある。遅延線型のSAWセンサの構成として、例えば、LiNbO3基板と、該基板上に設けられた一対の櫛歯電極部と、該一対の櫛歯電極部間のSAW伝搬領域に配置された非晶質TbFe2膜とを備えるSAW遅延線が提案されている(非特許文献1)。Conventionally, there are delayed linear type and resonator type sensors using surface acoustic waves (hereinafter, also referred to as SAW (Soft Acoustic Wave)). As a configuration of the delayed line type SAW sensor, for example, a LiNbO 3 substrate, a pair of comb tooth electrode portions provided on the substrate, and an amorphous material arranged in a SAW propagation region between the pair of comb tooth electrode portions. A SAW delay line including a TbFe 2 film has been proposed (Non-Patent Document 1).
また、遅延線型のSAWセンサとして、圧電基板と櫛歯電極を有する表面弾性波素子とアンテナ手段を備えた応答器と、上記応答器に対して駆動信号を発信すると共に、当該応答器からの応答信号を受信する問い合わせ器とからなるワイヤレスSAWセンサが提案されている。このSAWセンサは、表面弾性波の伝搬方向と一致する辺を有する略矩形状をなし、かつ上記櫛歯電極から離間している磁歪膜を備えており、矩形磁歪膜における櫛歯電極側端部からの反射波に対応するエコーと、この矩形磁歪膜における反櫛歯電極側端部からの反射波に対応するエコーとの時間差に基づいて圧電基板に働く応力を検出している(特許文献1)。 Further, as a delayed line type SAW sensor, a response device provided with a surface acoustic wave element having a piezoelectric substrate and a comb tooth electrode and antenna means, and a drive signal are transmitted to the response device and a response from the response device. A wireless SAW sensor including an inquiry device that receives a signal has been proposed. This SAW sensor has a substantially rectangular shape having a side that coincides with the propagation direction of the surface acoustic wave, and has a magnetostrictive film that is separated from the above-mentioned comb tooth electrode. The stress acting on the piezoelectric substrate is detected based on the time difference between the echo corresponding to the reflected wave from the surface acoustic wave and the echo corresponding to the reflected wave from the anti-comb tooth electrode side end of the rectangular magnetostrictive film (Patent Document 1). ).
この従来技術では、圧電基板に応力が作用することより磁歪膜にも応力が作用すると、磁歪膜における磁化状態が変わり、その結果として磁歪膜と圧電基板の弾性率が変化するΔE効果が生じる。このΔE効果によって、磁歪膜と圧電基板を伝搬する表面弾性波の速度が変化する。よって、上記エコーの時間差を、圧電基板に作用する応力に対して予め校正しておくことで、当該時間差から、圧電基板に働く応力(歪)が計測することができるとされている。 In this conventional technique, when stress acts on the magnetostrictive film due to the stress acting on the piezoelectric substrate, the magnetization state in the magnetostrictive film changes, and as a result, the ΔE effect in which the elastic moduli of the magnetostrictive film and the piezoelectric substrate change occurs. Due to this ΔE effect, the velocity of the surface acoustic wave propagating between the magnetostrictive film and the piezoelectric substrate changes. Therefore, by pre-calibrating the time difference of the echo with respect to the stress acting on the piezoelectric substrate, it is said that the stress (strain) acting on the piezoelectric substrate can be measured from the time difference.
しかしながら、磁歪膜のいわゆるΔE効果は、磁歪膜における磁化状態の変化に依存するため、磁化状態の変化量が小さいとΔE効果が生じ難い。よって、圧電基板に働く応力が小さいと、圧電基板に働く応力を十分に検知できず、感度が良好でない場合がある。または、磁歪膜に印加された外部磁界(磁場)が小さい場合は、外部磁界による磁化状態の変化量が小さいためΔE効果も小さくなり、センサとしての磁界感度が良好でない場合がある。 However, since the so-called ΔE effect of the magnetostrictive film depends on the change in the magnetization state of the magnetostrictive film, the ΔE effect is unlikely to occur if the amount of change in the magnetization state is small. Therefore, if the stress acting on the piezoelectric substrate is small, the stress acting on the piezoelectric substrate cannot be sufficiently detected, and the sensitivity may not be good. Alternatively, when the external magnetic field (magnetic field) applied to the magnetostrictive film is small, the ΔE effect is also small because the amount of change in the magnetization state due to the external magnetic field is small, and the magnetic field sensitivity as a sensor may not be good.
本発明の目的は、従来よりも感度を向上して被検出体の物理量を精度良く検知することができる弾性波変調素子及び物理量センサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an elastic wave modulation element and a physical quantity sensor capable of accurately detecting a physical quantity of a detected object with higher sensitivity than before.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
[1]圧電部材と、
前記圧電部材に取り付けられ、前記圧電部材に弾性波を励起する第1電極部と、
前記圧電部材に取り付けられ、前記弾性波を受信する第2電極部と、
前記弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部と、
を備え、
前記磁歪材料部は、
前記圧電部材の一方の主面上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部と、
前記一方の主面上において前記一対の磁束伝搬部の間に設けられ、前記弾性波の伝搬路上またはその近傍に配置された集磁部と、を有し、
前記集磁部の前記磁束伝搬部に対向する側面の厚みが、前記磁束伝搬部の前記集磁部に対向する側面の厚みよりも薄い、
ことを特徴とする弾性波変調素子。
[2]前記一対の磁束伝搬部の各々は、前記集磁部とは反対側の一端部から前記集磁部側の他端部に向かう方向に沿って断面積が小さくなる形状を有する、上記[1]記載の弾性波変調素子。
[3]前記集磁部は、前記圧電部材の厚み方向の投影面において、前記第1電極部と第2電極部との間に配置される、上記[1]または[2]に記載の弾性波変調素子。
[4]前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記圧電部材の前記一方の主面上に配置されるか、または前記圧電部材の他方の主面上に配置される、上記[3]に記載の弾性波変調素子。
[5]前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部に設けられた一対の開口部に対応する位置に配置されるか、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部の下に配置されるか、または、前記圧電部材の他方の主面上に配置される、上記[3]に記載の弾性波変調素子。
[6]前記集磁部は、前記圧電部材の厚み方向に投影した投影面において、前記第1電極部及び前記第2電極部を包含する位置に配置される、上記[1]または[2]に記載の弾性波変調素子。
[7]前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または前記圧電部材の他方の主面上に配置される、上記[6]に記載の弾性波変調素子。
[8]前記集磁部における磁束が、前記弾性波の伝搬方向に沿って形成され、
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または、前記圧電部材の他方の主面上に配置される、上記[6]に記載の弾性波変調素子。
[9]前記第1電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極で構成され、
前記第2電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された他の一対の櫛歯電極で構成される、上記[1]〜[8]のいずれかに記載の弾性波変調素子。
[10]前記第1電極部および前記第2電極部が、前記圧電部材に弾性波を励起または受信する一対の櫛歯電極である、上記[1]〜[8]のいずれかに記載の弾性波変調素子。
[11]前記圧電部材に取り付けられ、前記集磁部の一方側に配置された一の反射器を更に備え、
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の一方の主面上であって前記集磁部の他方側に配置されるか、または前記圧電部材の一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記[1]〜[10]のいずれかに記載の弾性波変調素子。
[12]前記集磁部は、前記圧電部材の厚み方向に投影した投影面において、前記一の反射器を包含する位置に配置され、前記一の反射器が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記[11]に記載の弾性波変調素子。
[13]前記圧電部材に取り付けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部の両側に配置された一対の反射器を更に備える、上記[1]〜[10]のいずれか1項に記載の弾性波変調素子。
[14]前記集磁部は、前記圧電部材の厚み方向に投影した投影面において、前記一対の反射器を包含する位置に配置され、前記一対の反射器が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、上記[13]に記載の弾性波変調素子。
[15]前記集磁部の前記磁束伝搬部に対向する側の端部の断面積が、前記の磁束伝搬部の前記集磁部に対向する側の端部の断面積よりも大きい、上記[1]〜[14]のいずれか1項に記載の弾性波変調素子。
[16]上記[1]〜[15]のいずれかに記載の弾性波変調素子と、前記弾性波変調素子の変調を検出する回路部と、を備える物理量センサ。In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
[1] Piezoelectric member and
A first electrode portion attached to the piezoelectric member and exciting an elastic wave to the piezoelectric member,
A second electrode portion attached to the piezoelectric member and receiving the elastic wave,
A magnetostrictive material portion provided in or near the region where elastic waves exist, and
With
The magnetostrictive material part is
A pair of magnetic flux propagating portions provided on one main surface of the piezoelectric member and capable of propagating the magnetic flux of an external magnetic field.
It has a magnetic collecting portion provided between the pair of magnetic flux propagating portions on one of the main surfaces and arranged on or near the propagation path of the elastic wave.
The thickness of the side surface of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion is thinner than the thickness of the side surface of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion.
An elastic wave modulation element characterized by this.
[2] Each of the pair of magnetic flux propagating portions has a shape in which the cross-sectional area becomes smaller along the direction from one end on the side opposite to the magnetic collecting portion toward the other end on the magnetic collecting portion side. The elastic wave modulation element according to [1].
[3] The elasticity according to the above [1] or [2], wherein the magnetic collecting portion is arranged between the first electrode portion and the second electrode portion on a projection surface in the thickness direction of the piezoelectric member. Wave modulation element.
[4] The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the direction perpendicular to the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member or on the other main surface of the piezoelectric member, according to the above [3]. Elastic wave modulation element.
[5] The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged at positions on the one main surface corresponding to the pair of openings provided in the pair of magnetic flux propagation portions, or the one main electrode portion is arranged. The elastic wave modulation element according to the above [3], which is arranged on a surface and below the pair of magnetic flux propagation portions, or on the other main surface of the piezoelectric member.
[6] The magnetic collecting portion is arranged at a position including the first electrode portion and the second electrode portion on the projection surface projected in the thickness direction of the piezoelectric member, according to the above [1] or [2]. The elastic wave modulation element according to.
[7] The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the direction perpendicular to the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion, or are arranged on the other main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to the above [6].
[8] The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion, or on the other main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to the above [6], which is arranged.
[9] The first electrode portion is composed of a pair of comb tooth electrodes arranged so as to face each other so that teeth are alternately arranged.
The elastic wave according to any one of [1] to [8] above, wherein the second electrode portion is composed of another pair of comb tooth electrodes arranged so as to face each other so that the teeth are alternately arranged. Modulation element.
[10] The elasticity according to any one of [1] to [8] above, wherein the first electrode portion and the second electrode portion are a pair of comb tooth electrodes that excite or receive elastic waves in the piezoelectric member. Wave modulation element.
[11] A single reflector attached to the piezoelectric member and arranged on one side of the magnetic collecting portion is further provided.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member and on the other side of the magnetic collecting portion, or on one main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to any one of the above [1] to [10], which is arranged below the magnetic collecting portion.
[12] The magnetic collecting portion is arranged at a position including the one reflector on the projection surface projected in the thickness direction of the piezoelectric member, and the one reflector is the main main component of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to the above [11], which is on the surface and is arranged below the magnetic collecting portion.
[13] The item according to any one of [1] to [10] above, further comprising a pair of reflectors attached to the piezoelectric member and arranged on both sides of the first electrode portion and the second electrode portion. Elastic wave modulation element.
[14] The magnetic collecting portion is arranged at a position including the pair of reflectors on the projection surface projected in the thickness direction of the piezoelectric member, and the pair of reflectors is the main main component of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to the above [13], which is on the surface and is arranged below the magnetic collecting portion.
[15] The cross-sectional area of the end of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion is larger than the cross-sectional area of the end of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion. 1] The elastic wave modulation element according to any one of [14].
[16] A physical quantity sensor including the elastic wave modulation element according to any one of [1] to [15] above, and a circuit unit for detecting modulation of the elastic wave modulation element.
本発明によれば、従来よりも感度を向上して被検出体の物理量を精度良く検知することができる。 According to the present invention, the sensitivity can be improved as compared with the conventional case, and the physical quantity of the object to be detected can be detected with high accuracy.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
[弾性波変調素子及び物理量センサの構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は線I−Iに沿う断面図、(c)は底面図である。本実施形態では、物理量センサが遅延線型である場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は図示するものに限らないものとする。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Structure of elastic wave modulation element and physical quantity sensor]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a physical quantity sensor including an elastic wave modulation element according to a first embodiment of the present invention, (a) is a plan view, and (b) is a cross section taken along line I-I. FIG. 3C is a bottom view. In this embodiment, a case where the physical quantity sensor has a delayed linear shape will be described as an example. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component are not limited to those shown in the drawings. do.
図1(a)〜図1(c)に示すように、弾性波変調素子10は、圧電部材11と、圧電部材11に取り付けられ、圧電部材11に弾性波を励起する第1電極部12と、圧電部材11に取り付けられ、弾性波を受信する第2電極部13と、弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部15とを備える。弾性波変調素子10は、該弾性波変調素子10からの信号に基づいて弾性波の変調を検出する不図示の検出回路部に接続されており、弾性波変調素子10及び上記検出回路部が物理量センサ1を構成する。すなわち、物理量センサ1は、弾性波変調素子10及び上記検出回路部を備えており、弾性波の伝搬特性の変化に基づいて被検出体の物理量を検出する。また、物理量センサ1は、圧電部材11上の磁歪材料部15に磁界を印加する磁界印加部16を備えており、磁界印加部16が磁歪材料部15内に磁界を印加することで、磁歪材料部15内に磁界(磁場)が形成される。物理量センサ1は、例えば、圧力センサや、磁気センサなどである。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the elastic
圧電部材11は、SiO2、LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3、PbTiO3、Pb(Zr・Ti)O3(チタン酸ジルコン酸鉛)、La3Ga5SiO14、Li2B4O7、AlN(窒化アルミニウム)、ZnOおよびダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも1つの材料で構成される。圧電部材11が上記群から選択される少なくとも1つの材料で構成されることにより、圧電部材11において弾性波を効率的に発生させることができる。圧電部材11は、例えば、圧電基板や圧電膜で構成されている。Piezoelectric
第1電極部12は、例えば互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極12a,12bで構成されている(図1(a))。この第1電極部12は、入力部17からの入力信号に基づいて弾性波、特に表面弾性波(SAW)を発生させる入力電極に相当する。第1電極部12を構成する一対の櫛歯電極12a,12bの歯のピッチは、任意に設定可能であるが、例えばλ/4(λはSAWの波長)で一定である。
The
また、第2電極部13は、例えば互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極13a,13b(他の一対の櫛歯電極)で構成されている(図1(a))。この第2電極部13は、弾性波、特にSAWを受信して、該弾性波に対応する出力信号を出力部18を介して上記検出回路部に出力する出力電極に相当する。第2電極部13を構成する一対の櫛歯電極13a,13bの歯のピッチも、任意に設定可能であるが、例えば一対の櫛歯電極12a,12bの歯のピッチと同じである。
Further, the
第1電極部12及び第2電極部13は、電極材料として適していればその材料に特に制限はないが、例えばAl(アルミニウム)、Au(金)、Cu(銅)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、あるいはこれらの合金などの材料で構成される。
The
磁歪材料部15は、圧電部材11の一方の主面11a上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部15a,15bと、一方の主面11a上において一対の磁束伝搬部15a,15bの間に設けられ、弾性波の伝搬路14上に配置された集磁部15cとを有する。そして、図1(b)に示すように、集磁部15cの磁束伝搬部15a(および/または磁束伝搬部15b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部15a(および/または磁束伝搬部15b)の集磁部15cに対向する側面の厚みよりも薄い。尚、本実施形態では、集磁部15cは、一対の磁束伝搬部15a,15bと当接した状態で別体で形成されているが、一対の磁束伝搬部15a,15bと一体で形成されていてもよい。上記構成により磁束伝搬部15aまたは磁束伝搬部15bを通過した磁束は、集磁部15cをより密な状態で通過するため、磁束伝搬部15a,15bと比較して集磁部15c内の磁束密度がより大きくなる。また集磁部15cは、第1電極部12と第2電極部13のうちの少なくとも一方の厚みよりも薄くして、より磁束密度を高める構成にしてもよい。
The
一対の磁束伝搬部15a,15bの各々は、集磁部15cとは反対側の一端部から集磁部15c側の他端部に向かう方向に沿って断面積が小さくなる形状を有しているのが好ましい。本実施形態では、物理量センサ1の平面視において、一対の磁束伝搬部15a,15bが扁平の台形状を有し、集磁部15cが矩形状を有している(図1(a)。
このように、磁歪材料部15がくびれ形状を有し、幅広な一対の磁束伝搬部15a,15bの間に幅狭な集磁部15cが配置されることで、磁歪材料部15に磁界が印加されたときに集磁部15cで確実に集磁することができる。Each of the pair of magnetic
As described above, the
また、集磁部15cの磁束伝搬部15a,15bに対向する側の端部の断面積が、磁束伝搬部15a,15bの集磁部15cに対向する側の端部の断面積よりも小さいことが好ましい。集磁部15cの磁束伝搬部15a,15bに対向する側面の厚みが、磁束伝搬部15a,15bの集磁部15cに対向する側面の厚みよりも薄く、かつ、集磁部15cの上記断面積が、磁束伝搬部15a,15bの上記断面積よりも小さいことで、集磁部15c内の磁束密度を更に大きくすることができる。
Further, the cross-sectional area of the ends of the magnetic
但し、集磁部15cの磁束伝搬部15a,15bに対向する側の端部の断面積が、磁束伝搬部15a,15bの集磁部15cに対向する側の端部の断面積よりも大きくてもよい。これにより、たとえ集磁部15cの上記断面積が、磁束伝搬部15a,15bの上記断面積よりも大きくても、集磁部15cの厚みが、磁束伝搬部15a,15bの厚みよりも薄いことにより、集磁部15c内の磁束密度を大きくすることが可能となる。
However, the cross-sectional area of the ends of the magnetic
集磁部15cは、例えば圧電部材11の厚み方向の投影面において、第1電極部12と第2電極部13との間に配置される(図1(a),(c)参照)。本実施形態では、集磁部15cにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成される。この場合において、一対の磁束伝搬部15a,15b及び集磁部15cは、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13も、圧電部材11の一方の主面11a上に配置されている。本構成によれば、磁歪材料部15が、弾性波が伝搬する圧電部材11の一方の主面11aに当接して配置されるので、伝搬路14である一方の主面11aあるいはその近傍で、磁歪による弾性波の伝搬速度の変化をより増大させることができる。
The
磁歪材料部15は、Co、Ni、Fe、CoNi、NiFe、CoFe、FeAl、CoPt、NiCoCr、FeB、CoFeB、CoFeSiB、FeBSiP、FeBSiC、Ni2MnGa、FeCoNiBSi、TbFeCo、Coフェライト、Niフェライト、Cuフェライト、Liフェライト、Mnフェライト、NiCoフェライト、NiCuCoフェライト、Fe3О4、TbFe2、DyFe2、ErFe2、TmFe2、SmFe2、GaFe、Tb(0.27〜0.3原子組成比率)、Dy(0.7〜0.73原子組成比率)、Fe(1.9〜2.0原子組成比率)からなる群から選択される少なくとも1つの材料で構成される。磁歪材料部15が上記群から選択される少なくとも1つの材料で構成されることにより、磁歪材料部15において磁歪を効率的に発生させることができる。The
磁歪材料部15は、例えば磁歪膜で形成されており、その場合、一対の磁束伝搬部15a,15b及び集磁部15cも磁歪膜で形成される。磁歪材料部15の厚さは10nm〜10μmである。磁歪材料部15の形成方法には制限はないが、例えばマグネトロンスパッタリングなどのスパッタリングによって成膜することができる。
The
磁界印加部16は、磁歪材料部15に磁歪を生じさせるための磁界を磁歪材料部15に印加する。磁歪材料部15に印加される磁界(磁場)は、磁歪効果が得られる静磁場であるのが好ましいが、変動磁場であってもよい。磁歪材料部15に印加される磁界(磁場)が静磁場である場合、磁界印加部16は、例えば永久磁石で構成される。磁界印加部16により、磁化状態を最適な動作原点とするためのバイアス磁界を与えることができる。また、磁歪材料部15の磁界印加部16とは反対側に、他の磁界印加部が設けられるのが好ましい。
The magnetic
[弾性波変調素子及び物理量センサの動作]
上記のように構成される弾性波変調素子10では、先ず、入力信号が第1電極部12に入力されて一対の櫛歯電極12a,12b間に電位差が生じると、一対の櫛歯電極12a,12bを介して圧電部材11に電位差が生じる。これにより、圧電部材11の表面のうち、第1電極部12が形成された部分で圧電効果によるSAWが発生する。[Operation of elastic wave modulation element and physical quantity sensor]
In the elastic
次に、圧電部材11が、例えば表面弾性波のうちのSH波(以下、SH−SAWともいう)を生じさせる構成である場合、SH−SAWは圧電部材11の主面11a或いはその近傍のうち、第1電極部12と第2電極部13の間の伝搬路14を伝搬して、第2電極部13に到達する。このとき、圧電部材11に応力が生じて、磁歪材料部15にも応力が作用すると、磁歪材料部15の磁化状態が変わり、その結果として磁歪材料部15、特に集磁部15cの弾性率が変わり(ΔE効果)、これにより、伝搬路14を伝搬するSH−SAWの伝搬速度が変わる。あるいは、磁歪材料部15に外部磁界が印加されると、ΔE効果により伝搬路14を伝搬するSH−SAWの伝搬速度が変わる。
Next, when the
ここで、上述のように、磁歪材料部のΔE効果は、磁歪材料部における磁化状態の変化に依存するため、磁化状態の変化量が小さいとΔE効果が生じ難い。
一方、本実施形態では、伝搬路14上に配置された集磁部15cに外部磁界の磁束が集められるため、集磁部15cの磁束密度が一対の磁束伝搬部15a,15bの磁束密度よりも高くなる。よって、集磁部15cにおける磁歪が、集磁部15cを設けない場合の非集磁部における磁歪よりも大きくなる。すなわち、集磁部15cにおいて、磁化状態の変化に伴うΔE効果に加えて、集磁に伴う磁歪効果(ΔE効果)の増大により、伝搬路14を伝搬するSH−SAWの伝搬速度が大きく変化する。よって、例えば圧電部材11に小さい応力が生じた場合、磁歪材料部15に集磁部15cを設けない場合と比較して、SH−SAWの伝搬速度の変化を十分に生じさせることができる。よって、例えば物理量センサ1を高感度な圧力センサとして機能させることができる。また、磁歪材料部15に小さい外部磁界が印加された場合にも、SH−SAWの伝搬速度の変化を十分に生じさせることができる。したがって、本実施形態の物理量センサ1を高感度な磁気センサとしても機能させることができる。Here, as described above, since the ΔE effect of the magnetostrictive material portion depends on the change of the magnetization state in the magnetostrictive material portion, the ΔE effect is unlikely to occur if the amount of change in the magnetization state is small.
On the other hand, in the present embodiment, since the magnetic flux of the external magnetic field is collected in the magnetic
SAWが第2電極部13に到達すると、SAWに基づく出力信号が第2電極部13から出力される。上記出力信号が検出回路部に入力されると、検出回路部により、SAWの伝搬特性の変化に基づいて、被検出体の物理量が検出される。上記被検出体としては、例えば生体、ビルや橋などの構造物の壁や支柱、コンピューター等の電子機器、テレビや冷蔵庫等の家電製品を挙げることができ、上記物理量としては、例えば磁界、トルク、圧力、温度、ガス量などを挙げることができる。
When the SAW reaches the
上述したように、本実施形態によれば、磁歪材料部15が、一方の主面11a上において一対の磁束伝搬部15a,15bの間に設けられ、弾性波の伝搬路14上に配置された集磁部15cを有し、集磁部15cの磁束伝搬部15a(および/または磁束伝搬部15b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部15a(および/または磁束伝搬部15b)の集磁部15cに対向する側面の厚みよりも薄いので、磁歪材料部15に外部磁界を印加したときに集磁部15cでの磁歪を増大させることができる。よって、伝搬路14を伝搬するSH−SAWの伝搬速度の変化を十分かつ効率的に生じさせることができ、従来よりも感度を向上して圧電部材11に働く磁界または応力を精度良く検知することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
図2は、本発明の第2実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は線II−IIに沿う断面図、(c)は底面図である。本実施形態では、磁歪材料部15が、圧電部材11の第1電極部12及び第2電極部13とは反対側の主面11bに設けられている点で、上記第1実施形態とは異なる。その他の部分については第1実施形態と同様であるため、以下に第1実施形態と異なる部分を説明する。
2A and 2B are views showing a modified example of a physical quantity sensor including an elastic wave modulation element according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II-II. (C) is a bottom view. The present embodiment differs from the first embodiment in that the
図2(a)〜(c)に示すように、磁歪材料部21は、圧電部材11の一方の主面11b上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部21a,21bと、一方の主面11b上において一対の磁束伝搬部21a,21bの間に設けられ、弾性波の伝搬路14の近傍(例えば、伝搬路14の直下)に配置された集磁部21cとを有する。
As shown in FIGS. 2A to 2C, the
本実施形態では、一対の磁束伝搬部21a,21b及び集磁部21cは、圧電部材11の一方の主面11b上に配置されており、第1電極部12及び前記第2電極部13は、圧電部材11の他方の主面11a上に配置されている。本構成においても、集磁部21cは、圧電部材11の厚み方向の投影面において、第1電極部12と第2電極部13との間に配置されている(図2(a),(c)参照)。
In the present embodiment, the pair of magnetic
ここで、圧電部材が、表面弾性波のうちのレイリー波を生じさせる構成である場合、レイリー波は圧電部材の表面に対して垂直な方向の変位を伴う。よって、磁歪材料部が第1,第2電極部と同じ主面上に設けられていると、レイリー波が磁歪材料部に伝搬して減衰が大きくなり、SAWの伝搬速度を十分に検知できない場合がある。 Here, when the piezoelectric member is configured to generate a Rayleigh wave among surface acoustic waves, the Rayleigh wave is accompanied by a displacement in a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric member. Therefore, if the magnetostrictive material portion is provided on the same main surface as the first and second electrode portions, the Rayleigh wave propagates to the magnetostrictive material portion and the attenuation becomes large, and the propagation speed of SAW cannot be sufficiently detected. There is.
一方、本第2実施形態では、一対の磁束伝搬部21a,21b及び集磁部21cが、圧電部材11の第1電極部12及び第2電極部13とは反対側の主面11bに設けられているので、レイリー波が、第1電極部12と第2電極部13の間の伝搬路14を伝搬して第2電極部13に到達する際に、圧電部材11の他方の主面11aを伝搬するレイリー波が、磁歪材料部21、特に集磁部21cに伝搬するのを抑制することができる。図2(b)に示すように、集磁部21cの磁束伝搬部21a(および/または磁束伝搬部21b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部21a(および/または磁束伝搬部21b)の集磁部21cに対向する側面の厚みよりも薄い。尚、本実施形態では、集磁部21cは、一対の磁束伝搬部21a,21bと当接した状態で別体で形成されているが、一対の磁束伝搬部21a,21bと一体で形成されていてもよい。上記構成により、磁束伝搬部21aまたは磁束伝搬部21bを通過した磁束は、集磁部21cをより密な状態で通過するため、磁束伝搬部21a,21bに比較して集磁部21c内の磁束密度がより大きくなる。よって、集磁部21cにおいて、磁化状態の変化に伴うΔE効果に加えて、集磁に伴う磁歪効果(ΔE効果)を増大させることができ、さらに、伝搬路14を伝搬するレイリー波の減衰を抑制することが可能となり、レイリー波の伝搬速度の変化を十分かつ正確に生じさせることができる。
On the other hand, in the second embodiment, the pair of magnetic
図3(a)は、図1における弾性波変調素子10の第1変形例を示す図であり、図3(C)は、第2変形例を示す図である。また図3(b)は線III−IIIに沿う断面図である。
上記第1実施形態では、集磁部15cは、一対の磁束伝搬部15a,15bと一体で形成されているが、これに限られず、集磁部は一対の磁束伝搬部と別体で形成されていてもよい。FIG. 3A is a diagram showing a first modification of the elastic
In the first embodiment, the
例えば、図3(a)に示すように、磁歪材料部31の集磁部31cが、一対の磁束伝搬部31a,31bと隙間を有するように離間して配置されてもよい。この場合、圧電部材11の平面視において、集磁部31cは矩形形状であり、一対の磁束伝搬部31a,31bの各々は扁平の台形状である。
また、図3(b)に示すように、集磁部31cの磁束伝搬部31a(および/または磁束伝搬部31b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部31a(および/または磁束伝搬部31b)の集磁部31cに対向する側面の厚みよりも薄い。本実施形態では、集磁部31cは、一対の磁束伝搬部31a,31bと分離して形成されている。本構成により、磁束伝搬部31aまたは磁束伝搬部31bを通過した磁束は、集磁部31cをより密な状態で通過するため、磁束伝搬部31a,31bに比較して集磁部31c内の磁束密度がより大きくなる。For example, as shown in FIG. 3A, the magnetizing
Further, as shown in FIG. 3B, the thickness of the side surface of the
また、図3(c)に示すように、磁歪材料部32の集磁部32cが、一対の磁束伝搬部32a,32bと別体であるか或いは離間して配置されてもよい。この場合、圧電部材11の平面視において、集磁部32cは矩形状であり、磁束伝搬部32aは、扁平の矩形状を有する複数の部位32a−1,32a−1,…と、三角形状を有する部位32a−2を有し、磁束伝搬部32bは、扁平の矩形状を有する複数の部位32b−1,32b−1,…と、三角形状を有する部位32b−2を有する。
Further, as shown in FIG. 3C, the magnetizing
本変形例の構成によっても、磁歪材料部31,32に外部磁界を印加したときに集磁部31c,32cでの磁歪を増大させることができる。また、設計の自由度が向上し、更には圧電部材11上に磁歪材料部31,32を容易に形成することができる。
Also with the configuration of this modification, the magnetostriction in the
図4は、図1における弾性波変調素子10の第3変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は線IV−IVに沿う断面図である。
上記第1実施形態では、集磁部15cにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成されているが、これに限られず、集磁部における磁束が、弾性波の伝搬方向に沿って形成されてもよい。4A and 4B are views showing a third modification of the elastic
In the first embodiment, the magnetic flux in the
例えば、磁歪材料部33の一対の磁束伝搬部33a,33b及び集磁部33cは、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13は、圧電部材11の一方の主面11a上であって、一対の磁束伝搬部33a,33bに設けられた開口部34a,34b(非成膜部)に対応する位置に配置される。
また、図4(b)に示すように、集磁部33cの磁束伝搬部33a(および/または磁束伝搬部33b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部33a(および/または磁束伝搬部33b)の集磁部33cに対向する側面の厚みよりも薄い。本実施形態では、集磁部33cは、一対の磁束伝搬部33a,33bと当接した状態で別体で形成されているが、一対の磁束伝搬部33a,33bと一体で形成されていてもよい。上記構成により、磁束伝搬部33aまたは磁束伝搬部33bを通過した磁束は、集磁部33cをより密な状態で通過するため、磁束伝搬部33a,33bに比較して集磁部33c内の磁束密度がより大きくなる。また、上記一対の開口部を有さない一対の磁束伝搬部を設け、該一対の磁束伝搬部及び集磁部が、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の一方の主面11a上であって当該一対の磁束伝搬部の下に配置されてもよい。本変形例の構成によっても、磁歪材料部33に外部磁界を印加したときに集磁部33cでの磁歪を増大させることができる。For example, the pair of magnetic
Further, as shown in FIG. 4B, the thickness of the side surface of the
また、上記一対の開口部を有さない一対の磁束伝搬部及び集磁部が、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の他方の主面11b上に配置されてもよい。
Further, the pair of magnetic flux propagating portions and magnetic collecting portions having no pair of openings are arranged on one
更に、集磁部における磁束が、弾性波の伝搬方向(例えば、伝搬方向に平行な方向)に沿って形成され、一対の磁束伝搬部33a,33b及び集磁部33cが、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の一方の主面上であって集磁部33cの下に配置されてもよい。
Further, the magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the propagation direction of the elastic wave (for example, the direction parallel to the propagation direction), and the pair of magnetic
図5は、本発明の第3実施形態に係る弾性波変調素子の構成を概略的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は線V−Vに沿う断面図である。本第3実施形態では、第1電極部12及び第2電極部13が集磁部の下に設けられている点で、上記第1実施形態と異なる。第1実施形態と同様の構成については、第1実施形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を以下に説明する。
5A and 5B are views schematically showing the configuration of an elastic wave modulation device according to a third embodiment of the present invention, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VV. The third embodiment is different from the first embodiment in that the
図5(a)に示すように、磁歪材料部35の集磁部35cが、一対の磁束伝搬部35a,35bと隙間を有するように離間して配置されている。そして、集磁部35cは、圧電部材11の厚み方向に投影した投影面において、第1電極部12及び第2電極部13を包含する位置に配置されている。
As shown in FIG. 5A, the
本実施形態では、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部35cの下に設けられているので、集磁部35cの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。
さらに、先に図示した図3(b)と同様に、集磁部35cの磁束伝搬部35a(および/または磁束伝搬部35b)に対向する側面の厚みが、磁束伝搬部35a(および/または磁束伝搬部35b)の集磁部35cに対向する側面の厚みよりも薄い。本構成により、磁束伝搬部35aまたは磁束伝搬部35bを通過した磁束は、集磁部35cをより密な状態で通過するため、磁束伝搬部35a,35bに比較して集磁部35c内の磁束密度がより大きくなる。よって、例えば本実施形態の構成を共振子型の物理量センサに適用することで、従来よりも感度を向上して圧電部材11に働く応力または磁界を精度良く検知することができる。また、一対の磁束伝搬部35a,35b及び集磁部35cが、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の他方の主面11b上に配置されてもよい。In the present embodiment, since the
Further, as in FIG. 3B shown above, the thickness of the side surface of the
尚、図5(b)に示すように、弾性波変調素子の断面視において、集磁部35cの下部が、櫛歯形状を有し、一対の櫛歯電極12a,12b間および一対の櫛歯電極13a,13b間に入り込んでいるのが好ましい。これにより、集磁部35cを圧電部材11により近い位置に配置することができ、弾性波の伝搬速度の変化を更に効率的に生じさせることができる。また、磁歪材料部35(特に集磁部35c)が金属で構成される場合、電極間の短絡防止の観点から、弾性波変調素子は、圧電部材11、第1電極部12および第2電極部13を覆って形成された絶縁層20を更に有するのが好ましい。
As shown in FIG. 5B, in the cross-sectional view of the elastic wave modulation element, the lower part of the
また、本実施形態では、集磁部35cにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に垂直な方向に沿って形成されているが、これに限られず、集磁部35cにおける磁束が、弾性波の伝搬方向に沿って形成されてもよい。またこのとき、一対の磁束伝搬部35a,35b及び集磁部35cが、圧電部材11の一方の主面11a上に配置され、第1電極部12及び第2電極部13が、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部35cの下に配置されるか、圧電部材11の他方の主面11b上に配置されてもよい。
Further, in the present embodiment, the magnetic flux in the
図6(a)は、本発明の第4実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図であり、図6(b)は、第4実施形態の変形例を示す平面図である。本第4実施形態では、物理量センサが共振子型である場合を例に挙げて説明する。物理量センサが共振子型であること以外は第3実施形態と同様であるため、以下に第3実施形態と異なる部分を説明する。 FIG. 6A is a plan view schematically showing the configuration of a physical quantity sensor including an elastic wave modulation element according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a modification of the fourth embodiment. It is a top view which shows. In the fourth embodiment, a case where the physical quantity sensor is a resonator type will be described as an example. Since the physical quantity sensor is the same as the third embodiment except that it is a resonator type, a part different from the third embodiment will be described below.
図6(a)に示すように、物理量センサ2の弾性波変調素子40は、圧電部材11に取り付けられ、第1電極部12及び第2電極部13の両側に配置された一対の反射器41a,41bを更に備える。本実施形態では、第1電極部12が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極のうちの櫛歯電極42a(一対の櫛歯電極のうちの一方)を構成し、第2電極部13が、上記一対の櫛歯電極のうちの櫛歯電極42b(一対の櫛歯電極のうちの他方)を構成している。櫛歯電極42aと櫛歯電極42bは入出力部18に接続されている。弾性波変調素子40は、いわゆる1ポート共振子を構成している。
As shown in FIG. 6A, the elastic
この弾性波変調素子40では、一対の反射器41a,41bが一対の櫛歯電極42a,42bの両側に配置されており、一対の櫛歯電極42a,42bによって励振した弾性波が、一対の反射器41a,41b間に閉じ込められる。このとき、一対の櫛歯電極42a,42bが圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部15cの下に配置されているので、集磁部15cの磁歪により、伝搬路14を伝搬する弾性波(あるいは定在波)の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。よって、本実施形態の構成を1ポート共振子型の物理量センサに適用することで、従来よりも感度を向上して圧電部材11に働く応力または磁界を精度良く検知することができる。
In this elastic
また、図6(b)に示すように、物理量センサ3の弾性波変調素子50は、いわゆる2ポート共振子を構成してもよい。すなわち、弾性波変調素子50は、圧電部材11に取り付けられ、第1電極部12及び第2電極部13の両側に配置された一対の反射器51a,51bを更に備えてもよい。本変形例では、第1電極部12が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極12a,12bで構成され、第2電極部13が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された一対の櫛歯電極13a,13bで構成されている。一対の櫛歯電極12a,12bは入力部17に接続され、一対の櫛歯電極13a,13bは出力部18に接続されている。また、磁歪材料部15は、圧電部材11の一方の主面11a上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部36a,36bと、一方の主面11a上において一対の磁束伝搬部36a,36bの間に設けられ、弾性波の伝搬路14の近傍に配置された集磁部36cとを有している。
Further, as shown in FIG. 6B, the elastic
本変形例では、一対の櫛歯電極12a,12b及び一対の櫛歯電極13a,13bが共に、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部36cの下に配置されているので、集磁部36cの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波(あるいは定常波)の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。このように、弾性波変調素子50の構成を2ポート共振子型の物理量センサに適用することによっても、図6(a)の構成の場合と同様のメカニズムにより、従来よりも感度を向上して圧電部材11に働く応力または磁界を精度良く検知することができる。
In this modification, the pair of
図7は、本発明の第5実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す平面図である。本第5実施形態では、物理量センサが遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備える場合を例に挙げて説明する。物理量センサが遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備えること以外は第3実施形態(図6(a))と同様であるため、以下に第3実施形態と異なる部分を説明する。 FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of a physical quantity sensor including an elastic wave modulation element according to a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, a case where the physical quantity sensor includes a delayed linear elastic wave modulation element and an antenna portion will be described as an example. Since the physical quantity sensor is the same as the third embodiment (FIG. 6A) except that the physical quantity sensor includes a delayed linear elastic wave modulation element and an antenna portion, a part different from the third embodiment will be described below.
図7に示すように、物理量センサ4の弾性波変調素子60は、圧電部材11に取り付けられ、圧電部材11に弾性波を励起または受信する第1電極部12および第2電極部13と、圧電部材11に取り付けられ、集磁部15cの一方側に配置された一の反射器61を備える。本実施形態では、第1電極部12および第2電極部が、圧電部材11に弾性波を励起または受信する一対の櫛歯電極43a,43bである。一対の櫛歯電極43a,43bのうちの櫛歯電極43aはアンテナ部19に接続され、櫛歯電極43bは接地されている。そして、第1電極部12及び第2電極部13は、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部15cの他方側に配置されている。第1電極部12及び第2電極部13は、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部13cの下に配置されてもよい。
As shown in FIG. 7, the elastic
この弾性波変調素子60では、アンテナ部19で電波を受信すると、一対の櫛歯電極43a,43bによって励振した弾性波が、圧電部材11の伝搬路14を介して反射器61に到達する。その後、反射器61での反射によって生じた反射波が伝搬路14を介して一対の櫛歯電極43a,43bに到達し、アンテナ部19から電波が送信される。このとき、集磁部15cが弾性波の伝搬路14上に配置されているので、集磁部15cの磁歪により、伝搬路を伝搬する弾性波の伝搬速度の変化をより効率的に生じさせることができる。よって、本実施形態の構成を、遅延線型の弾性波変調素子とアンテナ部とを備える物理量センサに適用することで、ワイヤレスで、従来よりも感度を向上して圧電部材11に働く応力または磁界を精度良く検知することが可能となる。
In the elastic
図8は、本発明の第6実施形態に係る弾性波変調素子を備える物理量センサの構成を概略的に示す図である。
図1から図7の弾性変調素子では、圧電部材の平面視において、磁束伝搬部は台形状であるが、これに限らず、矩形状であってもよい。例えば、図8に示すように、弾性波変調素子70の磁歪材料部71が、一対の磁束伝搬部71a,71bおよび集磁部71cを有し、一対の磁束伝搬部71a,71bが、集磁部71cと同様に矩形状であってもよい。一対の磁束伝搬部71a,71bが矩形状であることで、電極からの引出線パターンの設計自由度を大きくすることができる。FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a physical quantity sensor including an elastic wave modulation element according to a sixth embodiment of the present invention.
In the elastic modulation elements of FIGS. 1 to 7, the magnetic flux propagation portion is trapezoidal in the plan view of the piezoelectric member, but the present invention is not limited to this, and may be rectangular. For example, as shown in FIG. 8, the magnetostrictive material portion 71 of the elastic
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.
例えば、図7の弾性波変調素子60は、一の反射器を備えているが、これに限らず、1電極部及び第2電極部の両側に配置された一対の反射器を備えていてもよい。またこのとき、第1電極部及び第2電極部は、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部の下に配置されてもよい(図6(a),(b)参照)。
For example, the elastic
また、図6(a)において、一対の反射器41a,41bは、集磁部15cの両側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部15cが、圧電部材11の厚み方向に投影した投影面において、一対の反射器41a,41bを包含する位置に配置されてもよい。また、一対の反射器41a,41bが、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部15cの下に配置されてもよい。
同様に、図6(b)において、一対の反射器51a,51bは、集磁部36cの両側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部36cが、圧電部材11の厚み方向に投影した投影面において、一対の反射器51a,51bを包含する位置に配置されてもよい。また、一対の反射器51a,51bが、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部36cの下に配置されてもよい。Further, in FIG. 6A, the pair of
Similarly, in FIG. 6B, the pair of
更に、図7において、反射器61は、集磁部15cの一方側に取り付けられているが、これに限られない。集磁部15cが、圧電部材11の厚み方向に投影した投影面において、一の反射器61を包含する位置に配置され、一の反射器61が、圧電部材11の一方の主面11a上であって集磁部15cの下に配置されてもよい。
Further, in FIG. 7, the
本発明の弾性波変調素子は、磁界、トルク、圧力、温度等の各種物理量センサに適用することができる。 The elastic wave modulation element of the present invention can be applied to various physical quantity sensors such as magnetic field, torque, pressure, and temperature.
1 物理量センサ
2 物理量センサ
3 物理量センサ
4 物理量センサ
10 弾性波変調素子
11 圧電部材
11a 主面
11b 主面
12 第1電極部
12a 櫛歯電極
12b 櫛歯電極
13 第2電極部
13a 櫛歯電極
13b 櫛歯電極
14 伝搬路
15 磁歪材料部
15a 磁束伝搬部
15b 磁束伝搬部
15c 集磁部
16 磁界印加部
17 入力部
18 出力部
19 アンテナ部
20 絶縁層
21 磁歪材料部
21a 磁束伝搬部
21b 磁束伝搬部
21c 集磁部
31 磁歪材料部
31a 磁束伝搬部
31b 磁束伝搬部
31c 集磁部
32 磁歪材料部
32a 磁束伝搬部
32a−1 部位
32a−2 部位
32b 磁束伝搬部
32b−1 部位
32b−2 部位
32c 集磁部
33 磁歪材料部
33a 磁束伝搬部
33b 磁束伝搬部
33c 集磁部
34a 開口部
34b 開口部
35 磁歪材料部
35a 磁束伝搬部
35b 磁束伝搬部
35c 集磁部
36a 磁束伝搬部
36b 磁束伝搬部
36c 集磁部
40 弾性波変調素子
41a 反射器
41b 反射器
42a 櫛歯電極
42b 櫛歯電極
43a 櫛歯電極
43b 櫛歯電極
50 弾性波変調素子
51a 反射器
51b 反射器
60 弾性波変調素子
61 反射器
70 弾性波変調素子
71 磁歪材料部
71a 磁束伝搬部
71b 磁束伝搬部
71c 集磁部1 Physical quantity sensor 2 Physical quantity sensor 3 Physical quantity sensor 4 Physical quantity sensor 10 Elastic wave modulation element 11 Hydraulic member 11a Main surface 11b Main surface 12 First electrode part 12a Comb tooth electrode 12b Comb tooth electrode 13 Second electrode part 13a Comb tooth electrode 13b Comb Tooth electrode 14 Propagation path 15 Magnetic strain material part 15a Magnetic flux propagation part 15b Magnetic flux propagation part 15c Magnetic flux propagation part 16 Magnetic flux application part 17 Input part 18 Output part 19 Antenna part 20 Insulation layer 21 Magnetic strain material part 21a Magnetic flux propagation part 21b Magnetic flux propagation part 21c Magnetic flux propagation part 31 Magnetic flux propagation part 31a Magnetic flux propagation part 31c Magnetic flux propagation part 32 Magnetic strain material part 32a Magnetic flux propagation part 32a-1 Part 32a-2 Part 32b Magnetic flux propagation part 32b-1 Part 32b-2 Part 32c Concentration Part 33 Magnetic flux propagation part 33a Magnetic flux propagation part 33b Magnetic flux propagation part 33c Magnetic flux propagation part 34a Opening part 34b Opening part 35 Magnetic strain material part 35a Magnetic flux propagation part 35b Magnetic flux propagation part 35c Magnetic flux propagation part 36b Magnetic flux propagation part 36c Magnetic flux propagation part 36c Part 40 Elastic wave modulation element 41a Reflector 41b Reflector 42a Comb tooth electrode 42b Comb tooth electrode 43a Comb tooth electrode 43b Comb tooth electrode 50 Elastic wave modulation element 51a Reflector 51b Reflector 60 Elastic wave modulation element 61 Reflector 70 Elastic wave Modulator 71 Magnetic strain material part 71a Magnetic flux propagation part 71b Magnetic flux propagation part 71c Magnetic flux collection part
Claims (16)
前記圧電部材に取り付けられ、前記圧電部材に弾性波を励起する第1電極部と、
前記圧電部材に取り付けられ、前記弾性波を受信する第2電極部と、
前記弾性波の存在領域またはその近傍に設けられた磁歪材料部と、
を備え、
前記磁歪材料部は、
前記圧電部材の一方の主面上に設けられ、外部磁界の磁束を伝搬可能な一対の磁束伝搬部と、
前記一方の主面上において前記一対の磁束伝搬部の間に設けられ、前記弾性波の伝搬路上またはその近傍に配置された集磁部とを有し、
前記集磁部の前記磁束伝搬部に対向する側面の厚みが、前記磁束伝搬部の前記集磁部に対向する側面の厚みよりも薄い、
ことを特徴とする弾性波変調素子。Piezoelectric member and
A first electrode portion attached to the piezoelectric member and exciting an elastic wave to the piezoelectric member,
A second electrode portion attached to the piezoelectric member and receiving the elastic wave,
A magnetostrictive material portion provided in or near the region where elastic waves exist, and
With
The magnetostrictive material part is
A pair of magnetic flux propagating portions provided on one main surface of the piezoelectric member and capable of propagating the magnetic flux of an external magnetic field.
It has a magnetic collecting portion provided between the pair of magnetic flux propagating portions on one of the main surfaces and arranged on or near the propagation path of the elastic wave.
The thickness of the side surface of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion is thinner than the thickness of the side surface of the magnetic flux propagating portion facing the magnetic flux propagating portion.
An elastic wave modulation element characterized by this.
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記圧電部材の前記一方の主面上に配置されるか、または前記圧電部材の他方の主面上に配置される、請求項3に記載の弾性波変調素子。The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the direction perpendicular to the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The third aspect of the present invention, wherein the first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member or on the other main surface of the piezoelectric member. Elastic wave modulation element.
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部は、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部に設けられた一対の開口部に対応する位置に配置されるか、前記一方の主面上であって前記一対の磁束伝搬部の下に配置されるか、または、前記圧電部材の他方の主面上に配置される、請求項3に記載の弾性波変調素子。The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged at positions on the one main surface corresponding to the pair of openings provided in the pair of magnetic flux propagation portions, or the one main electrode portion is arranged. The elastic wave modulation element according to claim 3, which is on a surface and is arranged below the pair of magnetic flux propagation portions or on the other main surface of the piezoelectric member.
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または前記圧電部材の他方の主面上に配置される、請求項6に記載の弾性波変調素子。The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the direction perpendicular to the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion, or are arranged on the other main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to claim 6.
前記一対の磁束伝搬部及び前記集磁部は、前記圧電部材の一方の主面上に配置され、
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置されるか、または、前記圧電部材の他方の主面上に配置される、請求項6に記載の弾性波変調素子。The magnetic flux in the magnetic collecting portion is formed along the propagation direction of the elastic wave.
The pair of magnetic flux propagating portions and the magnetic collecting portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion, or on the other main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to claim 6, which is arranged.
前記第2電極部が、互いの歯が交互に並ぶように対向して配置された他の一対の櫛歯電極で構成される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の弾性波変調素子。The first electrode portion is composed of a pair of comb tooth electrodes arranged so as to face each other so that the teeth are alternately arranged.
The elastic wave modulation according to any one of claims 1 to 8, wherein the second electrode portion is composed of another pair of comb tooth electrodes arranged so as to face each other so that the teeth are alternately arranged. element.
前記第1電極部及び前記第2電極部が、前記圧電部材の一方の主面上であって前記集磁部の他方側に配置されるか、または前記圧電部材の一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の弾性波変調素子。A single reflector attached to the piezoelectric member and arranged on one side of the magnetic collector is further provided.
The first electrode portion and the second electrode portion are arranged on one main surface of the piezoelectric member and on the other side of the magnetic collecting portion, or on one main surface of the piezoelectric member. The elastic wave modulation element according to any one of claims 1 to 10, which is arranged below the magnetic collecting portion.
前記一の反射器が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項11に記載の弾性波変調素子。The magnetic collecting portion is arranged at a position including the one reflector on the projection surface projected in the thickness direction of the piezoelectric member.
The elastic wave modulation element according to claim 11, wherein the one reflector is arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion.
前記一対の反射器が、前記圧電部材の前記一方の主面上であって前記集磁部の下に配置される、請求項13に記載の弾性波変調素子。The magnetic collecting portion is arranged at a position including the pair of reflectors on the projection surface projected in the thickness direction of the piezoelectric member.
The elastic wave modulation element according to claim 13, wherein the pair of reflectors are arranged on the one main surface of the piezoelectric member and below the magnetic collecting portion.
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