弾性表面波センサ
【課題】ＳＨ波ＳＡＷを利用して加速度等を高感度に検出するＳＡＷセンサを実現する。
【解決手段】ＳＡＷセンサ１１は、厚板支持部１６ａとそれから延長する薄板部１６ｃとその反対側に設けられた厚板部１６ｂとを有する圧電基板１４にＳＡＷ共振子１５を形成したＳＡＷセンサ素子１３を、ベース１２に厚板支持部を接着剤１７で固定して片持ちに支持する。ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子はＳＡＷ伝搬方向を、加速度等により厚板部が変位して薄板部が撓む際にその表面に生じる引張又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合させて、圧電基板の薄板部上に配置される。
【解決手段】ＳＡＷセンサ１１は、厚板支持部１６ａとそれから延長する薄板部１６ｃとその反対側に設けられた厚板部１６ｂとを有する圧電基板１４にＳＡＷ共振子１５を形成したＳＡＷセンサ素子１３を、ベース１２に厚板支持部を接着剤１７で固定して片持ちに支持する。ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子はＳＡＷ伝搬方向を、加速度等により厚板部が変位して薄板部が撓む際にその表面に生じる引張又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合させて、圧電基板の薄板部上に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上に形成したＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振される弾性表面波（ＳＡＷ）を利用して、加速度、外力、変位等を検出する弾性表面波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＡＷを利用して加速度、外力又は変位等を測定する様々なセンサが提案されている（特許文献１乃至４）。例えば、特許文献１記載の外力センサは、圧電材料からなる長板状のビームを片持ちに支持し、該ビームの表裏両面にそれぞれＳＡＷを励振する送信電極及び受信電極と増幅器とからなる発振器を設けた構成を有する。前記ビームが外力の作用により撓むと、その表面に生じた歪みによりＳＡＷの伝搬速度が変化して両発振器の発振周波数が変化するので、それら発振周波数の差をローパスフィルタで取り出して、外力の大きさを測定する。更に特許文献２記載の傾斜センサは、カンチレバーの両面に形成したＳＡＷ共振器の送信電極及び受信電極の電極パターンを互いに相似パターンとすることにより、両ＳＡＷ共振器の温度特性の相違に起因する差周波数の温度ドリフトを抑えて計測精度の向上を図っている。
【０００３】
特許文献３記載の外力センサは、同様に片持ちに支持したカンチレバーの表面にそれぞれ櫛形電極からなる送信部及び受信部を有するＳＡＷ共振器が配置されている。送信部及び受信部を前記カンチレバーの長さ方向に配置した実施例では、該レバーの長さ方向即ち上下の変位を検出でき、該レバーの長さ方向と垂直に即ち幅方向に配置した実施例では、ねじれ即ち幅方向の変位を検出することができる。更に、前記カンチレバーの表面に２つの平行に配置した受信部と共通の送信部とを設けた実施例では、各受信部の信号の和と差とから長さ方向の変位及びねじれ変位を同時に検出することができる。
【０００４】
また、特許文献４記載のトルクセンサは、トーションバーのねじれ部上に貼り付けたＳＡＷ素子を構成を有する。このＳＡＷ素子は、圧電素子板の表面にすだれ状電極を、それにより発生するＳＡＷの伝搬方向が回転軸の軸方向と平行になるように配置される。回転軸にトルクが作用してねじれ部がねじれ、圧電素子板内にひずみが生じると、該圧電素子板上のＳＡＷの横波速度が変化して発振周波数が変化するので、その変化量を測定することにより、トルクの大きさが求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２８５３０号公報
【特許文献２】特開平５−１４１９６９号公報
【特許文献３】特開平９−１３３６９１号公報
【特許文献４】特開平５−２１５６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、加速度センサとして使用される従来の一般的なＳＡＷセンサの構成を例示している。このＳＡＷセンサ１は、水平なベース２に支持されたＳＡＷセンサ素子３を備える。ＳＡＷセンサ素子３は、水晶等からなる矩形平板状の圧電基板４とその上側主面に形成されたＳＡＷ共振子５とを有する。圧電基板４は、一方の長さ方向端部４ａ側に厚板支持部６ａと、反対側の長さ方向端部４ｂ側に厚板部６ｂと、それらの間の中央領域の下面に凹部を形成して設けた薄板部６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子３は、圧電基板４の厚板支持部６ａをベース２に接着剤７で固定しかつ厚板部６ｂ及び薄板部６ｃをベース２にから浮かせて、概ね水平に片持ちに支持される。
【０００７】
ＳＡＷ共振子５は、ＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極８ａ，８ｂからなるＩＤＴ８とその両側に各１つの反射器９，９とを有する。ＩＤＴ８及び反射器９，９は、該ＩＤＴにより励振するＳＡＷの伝搬方向を圧電基板４の長さ方向に整合させて配置されている。ＩＤＴ８の交差指電極８ａ，８ｂは、それぞれバスバーから引き出した配線を介して厚板支持部６ａ上の電極パッド１０ａ，１０ｂに接続されている。
【０００８】
圧電基板４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向とする。図１６において、ＳＡＷセンサ素子３は、加速度等による外力Ｆが厚板部６ｂにその主面に関して垂直下向きに作用すると、薄板部６ｃを下方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部４ｂが下向きに変位する。これにより薄板部６ｃの上側主面には、圧電基板４の長さ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。逆向きに外力Ｆが作用して圧電基板４が上方へ撓むと、薄板部６ｃの上側主面には、圧電基板の長さ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。尚、錘として上下に変位する厚板部６ｂの上下面には、実質的に引張及び圧縮応力が発生しない。この薄板部６ｃ上側主面の引張又は圧縮応力によるＳＡＷ伝搬速度の変化が、ＳＡＷセンサ１から出力される発振周波数の変化として検出され、それを演算処理して外力Ｆの大きさ及び／又は向きを測定する。
【０００９】
通常このような電極構成のＳＡＷセンサ素子３において、ＩＤＴ７が励振するＳＡＷはレイリー波である。レイリー波は、基板表面内で波の伝搬方向に沿う縦波成分と基板表面に垂直な厚さ方向の横波成分とを含む。図１７は、３６°回転Ｙカット水晶基板上に図１５と同様のＳＡＷ共振子を形成してレイリー波ＳＡＷを励振した場合に、該基板表面付近に生じるＸ方向の変位Ｕ１、Ｙ方向の変位Ｕ２、及びＺ方向の変位Ｕ３を基板表面からの深さに関して相対的に表したものである。同図から分かるよう、レイリー波は、その振動エネルギがＺ方向に大きく分散している。圧電基板表面に生じる歪みの一部（Ｘ方向）だけを外力Ｆの測定に利用するので、高感度なＳＡＷセンサの実現が制限される。例えば、外力Ｆが小さい場合に、ＳＡＷセンサ素子の発振周波数の変化が小さ過ぎて検出できなかったり、ノイズとして除去される虞がある。
【００１０】
他方、ＳＡＷの中でＳＨ波（horizontal shear wave）と呼ばれる波は、基板表面内でＳＡＷ伝搬方向に垂直な向きに振動する横波の成分のみを持つことが知られている。図１８は、同じ３６°回転Ｙカット水晶基板上に図１５と同様のＳＡＷ共振子を、そのＩＤＴ及び反射器の向きを基板主面の面内で９０°回転させて形成し、ＳＨ波ＳＡＷを励振した場合に、該基板表面付近に生じるＸ方向の変位Ｕ１、Ｙ方向の変位Ｕ２、及びＺ方向の変位Ｕ３を基板表面からの深さに関して相対的に表したものである。同図から分かるように、ＳＨ波は、大部分の振動エネルギが基板表面のＹ方向に集中している。
【００１１】
そこで本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ＳＨ波ＳＡＷを利用することによって、高感度に加速度、外力、変位等を測定し得るＳＡＷセンサ及びそれに使用するのに適したＳＡＷセンサ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板と該圧電基板上に形成されたＩＤＴとを有するＳＡＷセンサ素子と、該ＳＡＷセンサ素子を支持するベースとを備え、圧電基板が、支持部と、該支持部から延長する薄板部と、該薄板部を挟んで支持部の反対側に設けられた厚板部とを有し、ＳＡＷセンサ素子が、圧電基板の薄板部及び厚板部を浮かせて、かつ厚板部が薄板部を撓ませるように変位可能な状態にして、支持部をベースに固定して支持され、前記ＩＤＴがＳＨ型ＳＡＷを励振し、かつ厚板部の変位による薄板部の撓みで該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きにＳＡＷの伝搬方向を整合させて、圧電基板の薄板部上に配置されていることを特徴とするＳＡＷセンサが提供される。
【００１３】
ここで、ＳＨ型ＳＡＷは、ＳＨ波ＳＡＷに限定するものではなく、同様に横波成分（Ｕ２）が縦波成分（Ｕ１）及び厚さ方向成分（Ｕ３）よりも相対的に大きいタイプのＳＡＷを包括的に含むものである。このようなＳＡＷには、例えばＳＴＷ、ＳＳＢＷ、ラブ波、リーキーＳＡＷ等がある。
【００１４】
或る実施例では、ＩＤＴがその両側にＳＡＷ伝搬方向に沿って配置した反射器と共に、ＳＡＷ共振子を構成する。また、ＩＤＴは少なくとも２つの交差指電極対からなり、ＳＡＷフィルタ又は２ポート型ＳＡＷ共振子を構成することができる。
【００１５】
ＳＡＷセンサ素子に加速度や外力等が作用し、圧電基板の厚板部が錘となって変位して薄板部が撓むと、撓みの向き及び大きさに対応した引張応力又は圧縮応力が薄板部表面に発生する。ＩＤＴにより励振されるＳＨ型ＳＡＷは、横波成分が十分に大きく、かつその振動変位の向きが薄板部表面の引張応力又は圧縮応力の作用方向に一致しているので、該引張応力又は圧縮応力の全部又は大部分が、効率良くＳＡＷセンサ素子の発振周波数に作用してその変動に反映される。従って、加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得るＳＡＷセンサを実現することができる。
【００１６】
或る実施例では、圧電基板が、一方の長さ方向端部に支持部を、他方の長さ方向端部に厚板部を、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなすことにより、１軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００１７】
別の実施例では、圧電基板が、両方の長さ方向端部にそれぞれ支持部を、長さ方向の中央に厚板部を、各支持部と厚板部との間にそれぞれ薄板部を有する矩形平板状をなし、各薄板部にそれぞれＩＤＴを配置することにより、２軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００１８】
更に別の実施例によれば、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ少なくとも２つのＩＤＴを互いに引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置することにより、より高精度な２軸方向のＳＡＷセンサが得られる。
【００１９】
或る実施例では、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ４つのＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って少なくとも２つずつ直列にかつ互いに引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置することにより、３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２０】
別の実施例では、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にレイリーＳＡＷを励振する少なくとも２つの追加のＩＤＴを更に有し、この追加のＩＤＴが、ＳＨ型ＳＡＷを励振するＩＤＴのＳＡＷ伝搬方向の両側に、そのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させて配置することにより、同様に３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２１】
更に別の実施例によれば、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ２つのＩＤＴをそのＳＡＷ伝搬方向に直列に配置し、かつそれらの間にレイリーＳＡＷを励振する２つの追加のＩＤＴを更に有し、追加のＩＤＴが、そのそのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させかつ互いに直列に配置することにより、同様に３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２２】
或る実施例では、圧電基板が、その外周に沿って矩形枠状の支持部と、中央に厚板部と、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなし、薄板部に圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数のＩＤＴを配置することにより、３軸方向に等しく高精度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２３】
別の実施例では、圧電基板が、その中央に支持部と、外周に沿って矩形枠状の厚板部と、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなし、薄板部に圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数のＩＤＴを配置することにより、３軸方向により高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。各図において、同一又は類似の構成要素には、同一又は類似の参照符号を付して表示する。
【００２５】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ１１は、水平なベース１２に支持されたＳＡＷセンサ素子１３を備える。ＳＡＷセンサ素子１３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板１４と、その上側主面に形成されたＳＡＷ共振子１５とを有する。
【００２６】
圧電基板１４は、一方の長さ方向端部１４ａに厚板支持部１６ａを、反対側の長さ方向端部１４ｂに厚板部１６ｂを、それらの間の中央領域に下面に凹部を形成して設けた薄板部１６ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子１３は、圧電基板１４の厚板支持部１６ａをベース１２に接着剤１７で固定して、概ね水平に片持ちに支持される。これにより厚板部１６ｂは、薄板部１６ｃと共にベース１２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部１６ａを厚板部１６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部１６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース１２に固定することができる。
【００２７】
ＳＡＷ共振子１５は、圧電基板１４の薄板部１６ｃの上側主面に形成される。前記ＳＡＷ共振子は、１対の交差指電極１８ａ，１８ｂからなるＩＤＴ１８と、その両側にそれぞれ反射器９，９とを、該ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向に沿って有する。本実施例では、ＩＤＴ１８が、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。前記ＩＤＴは、ＳＡＷ伝搬方向を圧電基板１４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。従って、前記ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部１６ｂが変位して薄板部１６ｃが撓むことにより該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。ＩＤＴ８の各交差指電極１８ａ，１８ｂは、それぞれバスバーから引き出した配線を介して厚板支持部１６ａ上の電極パッド２０ａ，２０ｂに接続されている。
【００２８】
圧電基板１４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向として、図１（Ｂ）に矢印で示すように、加速度等による外力ＦがＺ方向に、厚板部１６ｂの主面に垂直下向きに作用する場合を考える。ＳＡＷセンサ素子１３は、従来技術に関連して図１６に例示したように、前記圧電基板の薄板部１６ｃを下方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部１４ｂが下向きに変位する。これにより、薄板部１６ｃの上側主面には、圧電基板１４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。このとき、厚板部１６ｂは錘として作用するので、前記圧電基板が一定の厚さを有する場合に比して、薄板部１６ｃには、同じ大きさの外力Ｆに対してより大きな撓みが生じる。
【００２９】
外力Ｆが逆向きに厚板部１６ｂ主面の垂直上向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子１３は、薄板部１６ｃを上方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部１４ｂが下向きに変位する。これにより、薄板部１６ｃの上側主面には、圧電基板１４の長さ方向即ちＸ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。また、薄板部１６ｃが大きく撓むので、厚板部１６ｂの上下表面には、実質的に引張又は圧縮応力が発生しない。
【００３０】
薄板部１６ｃの上側主面を伝搬するＳＨ波ＳＡＷの速度は、該主面に発生する引張応力又は圧縮応力及びその大きさにより変化する。ＳＡＷセンサ１１は、図示しない発振回路によりＳＡＷ共振子１５の共振周波数に基づく所定の周波数を発振させる。ＳＡＷセンサ素子１３に外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、外力Ｆが作用している負荷状態での発振周波数との差分（及び／又は和分）を取り出して演算処理することにより、作用した外力Ｆの大きさ及び／又は向きが測定される。
【００３１】
本実施例によれば、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＩＤＴ１８を圧電基板１４の薄板部１６ｃ上に形成し、かつＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ１１は、ＳＡＷセンサ素子１３に作用する加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出することができる。
【００３２】
本実施例は、ＳＨ波ＳＡＷを励振するために、１対の交差指電極からなる１つのＩＤＴ１８と反射器１９，１９とからなる１ポート型のＳＡＷ共振子１５を使用しているが、これに限定するものではない。別の実施例では、例えば各１対の交差指電極からなる２つのＩＤＴをＳＡＷ伝搬方向に配置しかつそれらの両側に反射器を設けた２ポート型のＳＡＷ共振子を用いることができる。更に別の実施例では、トランスバーサル型のＳＡＷフィルタを用いて、所定の周波数を発振させることができる。
【００３３】
また、本発明のＳＡＷセンサ及びＳＡＷセンサ素子は、ＳＨ波ＳＡＷを励振するものに限定するものではない。別の実施例では、ＳＨ波と同様に、横波成分（Ｕ２）が縦波成分（Ｕ１）及び厚さ方向成分（Ｕ３）よりも相対的に大きいＳＨ型のＳＡＷであれば、上記実施例に適用でき、同様の効果を得ることができる。このようなＳＡＷには、例えばＳＴＷ、ＳＳＢＷ、ラブ波、リーキーＳＡＷ等がある。
【００３４】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ２１は、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向の２軸方向に検出するためのもので、水平なベース２２に支持されたＳＡＷセンサ素子２３を備える。ＳＡＷセンサ素子２３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板２４と、その上側主面に形成された２つのＳＡＷ共振子２５１，２５２とを有する。
【００３５】
圧電基板２４は、両方の長さ方向端部２４ａ，２４ｂにそれぞれ厚板支持部２６ａ，２６ａを、長さ方向の中央に厚板部２６ｂを、該厚板部と前記各厚板支持部との間にそれぞれ下面に凹部を形成して設けた薄板部２６１ｃ，２６２ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子２３は、前記圧電基板の厚板支持部２６ａ，２６ａをベース２２にそれぞれ接着剤２７，２７で固定して、概ね水平に支持される。厚板部２６ｂは、両薄板部２６１ｃ，２６２ｃと共にベース２２から浮かせて、かつ前記両薄板部を撓ませるように変位可能な状態に保持される。各厚板支持部２６ａ，２６ａは、必ずしも前記厚板部と同じ厚さに形成しなくても良く、異なる厚さに例えば前記薄板部と同じ厚さに形成し、その上下から別個の支持部材で挟むように固定することもできる。
【００３６】
前記圧電基板の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃには、それぞれ１つのＳＡＷ共振子２５１，２５２が形成されている。前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ２８１，２８２と、その両側に各１つの反射器２９１，２９１，２９２，２９２とを有する。ＩＤＴ２８１，２８２は、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。各ＩＤＴ２８１，２８２は、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板２４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。従って、前記各ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部２６ｂが変位して両薄板部２６１ｃ，２６２ｃが撓むことにより該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。図示していないが、ＩＤＴ２８１，２８２の前記各交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００３７】
圧電基板２４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向として、加速度等による外力がＺ方向に即ち厚板部２６ｂの主面に垂直に作用する場合を考える。図３（Ａ）に矢印で示すように、外力Ｆが前記厚板部の主面に垂直上向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、両薄板部２６１ｃ，２６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が上方へ変位する。これにより、前記各薄板部の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。逆に、外力Ｆが厚板部２６ｂ主面に垂直下向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、前記両薄板部を下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が下方へ変位する。これにより、前記各薄板部の上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。
【００３８】
次に、加速度等による外力がＸ方向に即ち圧電基板２４の長さ方向に作用する場合を考える。厚板部２６ｂは、その重心Ｃが両薄板部２６１ｃ，２６２ｃよりも下方にずらした高さ位置となるように設けられている。従って、図３（Ｂ）に矢印で示すように、外力Ｆが図中左方に即ち−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、前記圧電基板の図中左側の薄板部２６１ｃを上向き凸にかつ右側の薄板部２６２ｃを下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が時計回りに変位する。これにより、一方の薄板部２６１ｃの上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。また、他方の薄板部２６２ｃの上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。
【００３９】
逆に、外力Ｆが図中右方に即ち＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、図中左側の薄板部２６１ｃを下向き凸にかつ右側の薄板部２６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が反時計回りに変位する。これにより、一方の薄板部薄板部２６１ｃの上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。また、他方の薄板部２６２ｃの上側主面には、Ｘ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。
【００４０】
本実施例では、厚板部２６ｂを、重心Ｃの高さ位置を両薄板部２６１ｃ，２６２ｃより下側にずらして形成した。別の実施例では、重心の高さ位置を上側にずらして、厚板部２６ｂを形成することもできる。その場合、Ｘ方向の外力による前記厚板部の変位及び前記各薄板部の撓みは本実施例と逆向きになる。
【００４１】
いずれの場合も、厚板部２６ｂが錘として作用するので、前記各薄板部には、前記圧電基板が一定の厚さを有する場合に比して、同じ大きさの外力Ｆに対してより大きな撓みが生じる。また、前記各薄板部が大きく撓むので、厚板部２６ｂの上下表面には、実質的に引張又は圧縮応力が発生しない。
【００４２】
本実施例においても、薄板部２６１ｃ，２６２ｃの上側主面を伝搬するＳＨ波ＳＡＷの速度は、該主面に発生する引張応力又は圧縮応力及びその大きさにより変化する。ＳＡＷセンサ２１は、図示しない発振回路により各ＳＡＷ共振子２５１，２５２の共振周波数に基づいて２つの発振周波数を出力する。これらの発振周波数は、外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、前記薄板部表面に引張応力が作用すると、低周波側に即ち−側にシフトし、圧縮応力が作用すると、高周波側に即ち＋側にシフトする。
【００４３】
従って、厚板部２６ｂに作用する外力の向きは、両ＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｚ方向であると判定され、＋側にシフトすると、−Ｚ方向であると判定される。また、前記厚板部への外力の向きは、図中左側のＳＡＷ共振子２５１からの発振周波数が−側にシフトしかつ右側のＳＡＷ共振子２５２からの発振周波数が＋側にシフトすると、−Ｘ方向であると判定され、左側のＳＡＷ共振子２５１からの発振周波数が＋側にシフトしかつ右側のＳＡＷ共振子２５２からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｘ方向であると判定される。
【００４４】
更に、厚板部２６ｂに作用する外力の大きさは、外力が作用している負荷状態において各ＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数を取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、測定することができる。ここで、無負荷状態におけるＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数をｆ10，ｆ20とし、負荷状態における発振周波数をｆ11，ｆ21とする。Ｚ方向の外力の大きさは、例えばそれぞれの発振周波数の差分（ｆ10−ｆ11）、（ｆ20−ｆ21）から算出される。更に、各発振周波数の和分の差｛（ｆ10＋ｆ20）−（ｆ11＋ｆ21）｝を用いると、より高精度に算出できる。Ｘ方向の外力の大きさは、例えばそれぞれの発振周波数の差分の和｛（ｆ10−ｆ11）＋（ｆ20−ｆ21）｝とシフト後の発振周波数の差分（ｆ11−ｆ21）とから算出される。
【００４５】
本実施例においても、ＳＨ波ＳＡＷを励振する各ＩＤＴ２８１，２８２を圧電基板２４の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃ上に形成し、かつそれらのＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ素子２３に作用するＺ方向、Ｘ方向の加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得る２軸方向のＳＡＷセンサを実現できる。
【００４６】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ２１は、圧電基板２４の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃにそれぞれ２つのＳＡＷ共振子２５１１，２５１２，２５２１，２５２２が形成されている点において、図３の実施例と異なる。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ２８１１，２８１２，２８２１，２８２２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器２９１１，２９１１，２９１２，２９１２，２９２１，２９２１，２９２２，２９２２を有する。前記各薄板部の２つの前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板２４の幅方向に整合させかつ互いに並列に配置されている。
【００４７】
各薄板部２６１ｃ，２６２ｃは、図３（Ａ）、（Ｂ）と同様の撓みを生じる。この撓みは、その大きさが圧電基板２４の長さ方向に沿って厚板支持部２６ａ，２６ａ側と厚板部２６ｂ側とで異なる場合があり得る。本実施例によれば、各薄板部２６１ｃ，２６２ｃ上に２つのＳＡＷ共振子を圧電基板２４の長さ方向に並列に配置したので、前記薄板部毎に出力される２つの発振周波数を検出して演算処理することによって、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等をより高精度に検出する２軸方向のＳＡＷセンサを実現することができる。
【００４８】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第３実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ３１は、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース３２に支持されたＳＡＷセンサ素子３３を備える。ＳＡＷセンサ素子３３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板３４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４とを有する。
【００４９】
圧電基板３４は、第２実施例と同様に、両方の長さ方向端部３４ａ，３４ｂにそれぞれ厚板支持部３６ａ，３６ａを、長さ方向の中央に厚板部３６ｂを、該厚板部と前記各厚板支持部との間にそれぞれ下面に凹部を形成して設けた薄板部３６１ｃ，３６２ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子３３は、前記圧電基板の厚板支持部３６ａ，３６ａをベース３２にそれぞれ接着剤３７，３７で固定して、概ね水平に支持される。厚板部３６ｂは、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃと共にベース３２から浮かせて、かつ前記両薄板部を撓ませるように変位可能な状態に保持される。各厚板支持部３６ａ，３６ａは、必ずしも前記厚板部と同じ厚さに形成しなくても良く、異なる厚さに例えば前記薄板部と同じ厚さに形成し、その上下から別個の支持部材で挟むように固定することもできる。
【００５０】
前記圧電基板の各薄板部３６１ｃ，３６２ｃには、それぞれ４つのＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４が形成されている。前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器３９１１，３９１２，３９１３，３９１４，３９２１，３９２２，３９２３，３９２４とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００５１】
前記各薄板部の４つの前記ＳＡＷ共振子は、それぞれ圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ伝搬方向を整合させて、２つずつが互いに並列に配置されている。これにより、前記各ＩＤＴは、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。従って、前記各ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部３６ｂの変位により両薄板部３６１ｃ，３６２ｃが圧電基板の長さ方向に撓む際に該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。
【００５２】
加速度等による外力が厚板部３６ｂの主面に対して垂直方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３には、第２実施例の図３（Ａ）と同様の撓みが生じる。厚板部３６ｂは、外力が垂直上向きに作用すると、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃを上向き凸に撓ませながら上方へ変位し、逆に外力が垂直下向きに作用すると、前記両薄板部を下向き凸に撓ませながら下方へ変位する。前記各薄板部の上側主面には、上向き凸に撓むと圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、下向き凸に撓むと圧縮応力が発生する。
【００５３】
加速度等の外力が圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３には、第２実施例の図３（Ｂ）と同様の撓みが生じる。厚板部３６ｂも、第２実施例と同様に、重心Ｃが両薄板部３６１ｃ，３６２ｃからずらした高さ位置となるように設けられている。外力が−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子３３は、図中左側の薄板部３６１ｃを上向き凸にかつ右側の薄板部３６２ｃを下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が時計回りに変位する。外力が逆向きに＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子３３は、図中左側の薄板部３６１ｃを下向き凸にかつ右側の薄板部３６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が反時計回りに変位する。前記各薄板部の上側主面には、上向き凸に撓むと圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、下向き凸に撓むと圧縮応力が発生する。
【００５４】
加速度等の外力が圧電基板３４の幅方向即ちＹ方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３は、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃがＹ方向に撓みを生じる。例えば、外力が−Ｙ方向に作用すると、厚板部３６ｂは、前記各薄板部を図５（Ｃ）に示すように、その−Ｙ方向側を上向き凸にかつ＋Ｙ方向側を下向き凸に撓ませながら、Ｚ方向に関して時計回りに変位する。このとき、前記各薄板部の上側主面には、＋Ｙ方向側の領域に圧縮応力が発生し、−Ｙ方向側の領域に引張応力が発生する。
【００５５】
外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃはＹ方向に、図５（Ｃ）とは逆の撓みを生じる。厚板部３６ｂは、前記各薄板部の−Ｙ方向側を下向き凸にかつ＋Ｙ方向側を上向き凸に撓ませながら、Ｚ方向に関して反時計回りに変位する。このとき、前記各薄板部の上側主面には、＋Ｙ方向側の領域に引張応力が発生し、−Ｙ方向側の領域に圧縮応力が発生する。
【００５６】
ＳＡＷセンサ３１は、図示しない発振回路により各ＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４の共振周波数に基づいて８つの発振周波数を出力する。これらの発振周波数は、外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、前記各ＳＡＷ共振子が形成されている前記薄板部の表面に引張応力が作用すると、低周波側に即ち−側にシフトし、圧縮応力が作用すると、高周波側に即ち＋側にシフトする。
【００５７】
外力の向きは、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃの全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｚ方向であると判定され、＋側にシフトすると、−Ｚ方向であると判定される。前記各薄板部において全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数がそれぞれ同じ向きにシフトし、かつそのシフトの向きが前記薄板部間で逆の場合には、外力の向きがＸ方向であると判定される。このとき、図中左側の薄板部３６１ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトし、かつ右側の薄板部３６２ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトすると、外力の向きは−Ｘ方向である。逆に、図中左側の薄板部３６１ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトし、かつ右側の薄板部３６２ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、外力の向きは＋Ｘ方向である。
【００５８】
更に本実施例では、前記両薄板部の＋Ｙ方向側のＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５２１，３５２２からの発振周波数が全て同じ向きにシフトし、かつ−Ｙ方向側のＳＡＷ共振子３５１３，３５１４，３５２３，３５２４からの発振周波数が全て逆の向きにシフトすると、外力の向きがＹ方向であると判定される。このとき、＋Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトし、かつ−Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、外力の向きは−Ｙ方向である。逆に、＋Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトし、かつ−Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトすると、外力の向きは＋Ｙ方向である。
【００５９】
厚板部３６ｂに作用する外力の大きさは、８つの前記各ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、算出することができる。本実施例においても、ＳＨ波ＳＡＷを励振する各ＩＤＴ３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４を圧電基板３４の各薄板部３６１ｃ，３６２ｃ上に形成し、かつそれらのＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ素子３３に作用するＺ方向、Ｘ方向及びＹ方向の加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得る３軸方向のＳＡＷセンサを実現できる。
【００６０】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ４１は、第３実施例と同様に、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース４２に支持されたＳＡＷセンサ素子４３を備える。ＳＡＷセンサ素子４３は、第３実施例と同じ矩形平板状の圧電基板３４を有し、その各薄板部３６１ｃ，３６２ｃの上側主面に各４つのＳＡＷ共振子４４１１，４４１２，４４１３，４４１４，４４２１，４４２２，４４２３，４４２４が形成されている。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ４５１１，４５１２，４５１３，４５１４，４５２１，４５２２，４５２３，４５２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器４６１１，４６１２，４６１３，４６１４，４６２１，４６２２，４６２３，４６２４とを有する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００６１】
薄板部３６１ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子４４１１，４４１２が圧電基板３４の幅方向の中央に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、互いに並列に配置されている。これにより、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。更に薄板部３６１ｃには、それぞれレイリー波のＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子４４１３，４４１４が、前記圧電基板の長さ方向に沿ってＳＡＷ共振子４４１１，４４１２の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させて配置されている。
【００６２】
同様に薄板部３６２ｃには、ＳＨ波のＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子４４２１，４４２２が圧電基板３４の幅方向の略中央に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、互いに並列に配置されている。これにより、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。更に薄板部３６２ｃには、それぞれレイリー波のＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子４４２３，４４２４が、前記圧電基板の長さ方向に沿ってＳＡＷ共振子４４２１，４４２２の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させて配置されている。
【００６３】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの中央に２つずつ配置されたＳＡＷ共振子４４１１，４４１２及びＳＡＷ共振子４４２１，４４２２は、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等を検出するために使用される。これらの動作は、図４の実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの幅方向両側にそれぞれ配置されたＳＡＷ共振子４４１３，４４１４及びＳＡＷ共振子４４２３，４４２４は、Ｙ方向に作用する加速度等を検出するために使用される。第３実施例の場合と同様に、ＳＡＷセンサ素子４３は、外力が−Ｙ方向に作用すると、図６（Ｃ）に示すように、前記薄板部の−Ｙ方向側を上向き凸にかつ＋Ｙ方向側を下向き凸に撓ませながら、厚板部３６ｂがＺ方向に関して時計回りに変位する。外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、前記薄板部は逆向きの撓みを生じる。
【００６５】
前記薄板部が図６（Ｃ）に示すように撓むと、その＋Ｙ方向側の領域には圧縮応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１３，４４２３からの発振周波数は＋側にシフトし、−Ｙ方向側の領域には引張応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１４，４４２４からの発振周波数は−側にシフトする。前記薄板部が図６（Ｃ）とは逆の向きに撓むと、その＋Ｙ方向側の領域には引張応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１３，４４２３からの発振周波数は−側にシフトし、−Ｙ方向側の領域には圧縮応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１４，４４２４からの発振周波数は＋側にシフトする。
【００６６】
従って、ＳＡＷ共振子４４１３，４４１４，４４２３，４４２４からの発振周波数に基づいて、Ｙ方向に作用する外力の向きが判定される。Ｙ方向に作用する外力の大きさは、これら４つのＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、算出することができる。
【００６７】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施例の別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ５１は、第３実施例と同様に、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース５２に支持されたＳＡＷセンサ素子５３を備える。ＳＡＷセンサ素子５３は、第３実施例と同じ矩形平板状の圧電基板３４を有し、その各薄板部３６１ｃ，３６２ｃの上側主面に各４つのＳＡＷ共振子５４１１，５４１２，５４１３，５４１４，５４２１，５４２２，５４２３，５４２４が形成されている。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ５５１１，５５１２，５５１３，５５１４，５５２１，５５２２，５５２３，５５２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器５６１１，５６１２，５６１３，５６１４，５６２１，５６２２，５６２３，５６２４とを有する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００６８】
薄板部３６１ｃには、レイリーＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子５４１３，５４１４が圧電基板３４の幅方向の略中央に、ＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させかつ互いにＳＡＷ伝搬方向に沿って直列に配置されている。更に薄板部３６１ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子５４１１，５４１２が、圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ共振子５４１３，５４１４の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置されている。
【００６９】
同様に薄板部３６２ｃには、レイリーＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子５４２３，５４２４が圧電基板３４の幅方向の略中央に、ＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させかつ互いにＳＡＷ伝搬方向に沿って直列に配置されている。更に薄板部３６２ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子５４２１，５４２２が、圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ共振子５４２３，５４２４の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置されている。
【００７０】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの中央に２つずつ配置されたＳＡＷ共振子５４１３，５４１４及びＳＡＷ共振子５４２３，５４２４は、上述した従来のＳＡＷセンサと同様に、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等を検出するために用いる。同じ大きさの外力であっても、Ｚ方向及びＸ方向に作用する場合には、前記薄板部表面に発生する応力が比較的大きいので、従来と同じレイリーＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子であっても、検出することができる。
【００７１】
外力が−Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子５３は、図７（Ｃ）に示すように前記薄板部が撓みを生じる。薄板部３６１ｃ，３６２ｃの幅方向両側に配置されたＳＡＷ共振子５４１１，５４１２及びＳＡＷ共振子５４２１，５４２２は、Ｙ方向に作用する加速度等を検出するために用いる。これらの動作は、基本的に第３実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。Ｙ方向の外力は、その大きさに対して前記薄板部表面に発生する応力が比較的小さいので、本発明のＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子を用いることによって、精度良く検出することができる。
【００７２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第４実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、加速度等の外力を３軸方向に、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれもより精度良く検出するためのもので、水平なベース６２に支持されたＳＡＷセンサ素子６３を備える。ＳＡＷセンサ素子６３は、例えば水晶材料からなりかつ縦横比が比較的１に近い矩形平板状の圧電基板６４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２とを有する。
【００７３】
圧電基板６４は、外周に沿って所定幅の矩形枠状をなす厚板支持部６６ａと、中心位置に設けられた矩形の厚板部６６ｂと、それらの間の領域に下面に凹部を形成して設けた矩形枠状の薄板部６６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子６３は、圧電基板６４の厚板支持部６６ａをベース６２に接着剤６７で固定支持される。これにより厚板部６６ｂは、薄板部６６ｃと共にベース６２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部６６ａを厚板部６６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部６６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース６２に固定することができる。
【００７４】
薄板部６６ｃの上側主面には、圧電基板６４の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って薄板部６６ｃ上に、厚板部６６ｂと厚板支持部６６ａとの間にそれぞれ２つの前記ＳＡＷ共振子が配置される。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ６８１１，６８１２，６８２１，６８２２，６８３１，６８３２，６８４１，６８４２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器６９１１，６９１２，６９２１，６９２２，６９３１，６９３２，６９４１，６９４２とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。本実施例では、前記各ＩＤＴが、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板６４の長さ方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の幅方向に一致するように配置する。
【００７５】
外力がＺ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、厚板部６４ｂが上下方向に変位し、全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が同じ向きにシフトする。外力がＸ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、薄板部６６ｃが図９（Ｂ）に示す長さ方向の断面において、第２実施例の図３（Ｂ）に示すような撓みを生じる。従って、圧電基板６４の長さ方向に前記厚板部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。外力がＹ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、薄板部６６ｃが図９（Ｃ）に示す幅方向の断面において、同様に第２実施例の図３（Ｂ）に示すような撓みを生じる。従って、圧電基板６４の幅方向に前記厚板部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。
【００７６】
Ｚ方向に作用する外力の大きさは、８つ全部又はそのいくつかの前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより算出される。Ｘ方向に作用する外力の大きさは、図９（Ｂ）に示すようにＸ方向の撓みが生じる薄板部６６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を同様に取り出すことによって算出できる。Ｙ方向に作用する外力の大きさは、同様に、図９（Ｃ）に示すようにＹ方向の撓みが生じる薄板部６６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を取り出すことによって算出できる。本実施例によれば、このようにＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向について、加速度等を精度良く検出することができる。
【００７７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、圧電基板６４の長さ方向即ちＸ方向における厚板部６６ｂの中心から薄板部６６ｃの中心までの距離ｄｘが、Ｙ方向における前記厚板部の中心から前記薄板部の中心までの距離ｄｙよりも大きくなるように設定した点において、図８の第４実施例と異なる。
【００７８】
圧電基板６４の長さ方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２を配置した薄板部６６ｃの領域では、これらＳＡＷ共振子により励振されるＳＨ波ＳＡＷの振動変位の方向が該薄板部６６ｃ領域の表面に発生する応力の作用方向と直交するので、感度が低下する虞がある。本実施例は、この薄板部領域に、同じ大きさの外力に対してより大きな応力が発生するように、薄板部６６ｃと厚板部６６ｂとの寸法を調整したしたものである。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を安定して精度良く検出することができる。
【００７９】
図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、第４実施例のＳＡＷセンサの別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、図９の実施例における圧電基板６４の薄板部６６ｃに貫通部分６４ａを形成し、該圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２を形成するのに十分な所定幅の領域を残すように、厚板部６６ｂと厚板支持部６６ａとの間に薄板部６６ｃ´を十字状に形成した点が異なる。これにより、ＳＡＷセンサ素子６３に外力が作用して厚板部６６ｂが変位したとき、それにより生じる応力を、前記ＳＡＷ共振子を形成した薄板部６６ｃ´に集中させることができる。従って、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等をより高感度に検出することができる。
【００８０】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第５実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、加速度等の外力を３軸方向に、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれもより精度良く検出するためのもので、水平なベース７２に支持されたＳＡＷセンサ素子７３を備える。ＳＡＷセンサ素子７３は、例えば水晶材料からなりかつ縦横比が比較的１に近い矩形平板状の圧電基板７４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２とを有する。
【００８１】
圧電基板７４は、中心位置に設けられた矩形の厚板支持部７６ａと、外周に沿って所定幅の矩形枠状をなす厚板部７６ｂと、それらの間の領域に下面に凹部を形成して設けた矩形枠状の薄板部７６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子７３は、圧電基板７４の厚板支持部７６ａをベース７２に接着剤７７で固定支持される。これにより厚板部７６ｂは、薄板部７６ｃと共にベース７２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部７６ａを厚板部７６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部７６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース７２に固定することができる。
【００８２】
薄板部７６ｃの上側主面には、圧電基板７４の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って薄板部７６ｃ上に、厚板部７６ｂと厚板支持部７６ａとの間にそれぞれ２つの前記ＳＡＷ共振子が配置される。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ７８１１，７８１２，７８２１，７８２２，７８３１，７８３２，７８４１，７８４２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器７９１１，７９１２，７９２１，７９２２，７９３１，７９３２，７９４１，７９４２とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。本実施例では、前記各ＩＤＴが、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板６４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。
【００８３】
外力がＺ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、矩形枠状の厚板部７６ｂ全体が上下方向に変位する。その結果、全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が同じ向きにシフトする。Ｚ方向に作用する外力の大きさは、８つ全部又はそのいくつかの前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより算出することができる。
【００８４】
前記厚板部は、図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示す断面において、その重心Ｃが薄板部７６ｃよりも下方にずらした高さ位置となるように設けられている。従って、図１１（Ｂ）において、外力が図中左方に即ち−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＸ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｘ方向側の部分を上向き凸に、図中左側即ち−Ｘ方向側の部分を下向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｘ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、−Ｘ方向側部分の上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生する。
【００８５】
外力が逆向きに、図中右方に即ち＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＸ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に反時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｘ方向側の部分を下向き凸に、図中左側即ち−Ｘ方向側の部分を上向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｘ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に圧縮応力が発生し、−Ｘ方向側部分の上側主面には、Ｘ方向に引張応力が発生する。
【００８６】
外力がＹ方向に作用する場合、ＳＡＷセンサ素子７３には、Ｘ方向に外力が作用した場合と同様の変形が生じる。即ち、図１１（Ｃ）において、外力が−Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＹ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｙ方向側の部分を上向き凸に、−Ｙ方向側の部分を下向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｙ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＹ方向に引張応力が発生し、−Ｙ方向側部分の上側主面には、Ｙ方向に圧縮応力が発生する。
【００８７】
外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＹ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に反時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｙ方向側の部分を下向き凸に、−Ｙ方向側の部分を上向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｙ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の幅方向即ちＹ方向に圧縮応力が発生し、−Ｙ方向側部分の上側主面には、Ｙ方向に引張応力が発生する。
【００８８】
その結果、外力がＸ方向又はＹ方向に作用する場合には、圧電基板６４の長さ方向又は幅方向に前記厚板支持部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。Ｘ方向又はＹ方向に作用する外力の大きさは、それによりＸ方向又はＹ方向に撓みを生じる薄板部７６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を取り出すことによって算出することができる。本実施例によれば、このようにＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向について、加速度等を精度良く検出することができる。
【００８９】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、圧電基板７４の長さ方向即ちＸ方向において厚板支持部７６ａの両側でそれぞれ薄板部７６ｃの中心から隣接する厚板部７６ｂの中心までの距離ｄｘが、該圧電基板の幅方向即ちＹ方向において前記厚板支持部の両側でそれぞれ前記薄板部の中心から隣接する前記厚板部の中心までの距離ｄｙよりも大きくなるように設定した点において、図１１の第５実施例と異なる。
【００９０】
圧電基板７４の長さ方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２を配置した薄板部７６ｃの領域では、これらＳＡＷ共振子により励振されるＳＨ波ＳＡＷの振動変位の方向が該薄板部７６ｃ領域の表面に発生する応力の作用方向と直交するので、感度が低下する虞がある。本実施例は、この薄板部領域に、同じ大きさの外力に対してより大きな応力が発生するように、薄板部７６ｃと厚板部７６ｂとの寸法を調整したものである。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を安定して精度良く検出することができる。
【００９１】
図１３（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、図１２の実施例における圧電基板７４の薄板部７６ｃに貫通部分７４ａを形成し、該圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２を形成するのに十分な所定幅の領域を残すように、厚板部７６ｂと厚板支持部７６ａとの間に薄板部７６ｃ´を十字状に形成した点が異なる。これにより、ＳＡＷセンサ素子７３に外力が作用して厚板部７６ｂが変位したとき、それにより生じる応力を、前記ＳＡＷ共振子を形成した薄板部７６ｃ´に集中させることができる。従って、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等をより高感度に検出することができる。
【００９２】
図１４（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの更に別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、圧電基板７４の幅方向の中心線に沿う薄板部７６ｃ´に形成したＳＡＷ共振子７５３１，７５３２，７５４１，７５４２が、ＳＨ波ＳＡＷではなく、レイリー波のＳＡＷを励振するように形成され、かつそのＩＤＴ７８３１，７８３２，７８４１，７８４２がＳＡＷ伝搬方向を圧電基板７４の長さ方向即ちＸ方向に整合させて配置した点において、図１３の実施例と異なる。これらのＹ方向に沿って配置したＳＡＷ共振子は、第５実施例で説明したように、Ｙ方向の加速度等を検出するためのものである。本実施例によれば、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子とレイリーＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子とを組み合わせても、同様にＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を精度良くに検出することができる。
【００９３】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、ＳＡＷセンサ素子の圧電基板には、水晶以外に、リチウムタンタレートやリチウムニオベート等の様々な公知の圧電材料を用いることができる。リチウムタンタレート及びリチウムニオベートの圧電基板には、横波成分を有するＳＡＷとして、例えばリーキーＳＡＷを利用することが好ましい。また、圧電基板の薄板部に形成するＩＤＴは、ＳＡＷセンサの用途及び／又は使用条件に対応して、上記実施例以外に様々な配置した構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第１実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図２】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第２実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図３】（Ａ）（Ｂ）図は、それぞれＺ方向、Ｘ方向の加速度による第２実施例のＳＡＷセンサ素子の変形を示す側面図。
【図４】（Ａ）図は第２実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図５】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第３実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図６】（Ａ）図は第３実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図、（Ｃ）図はＹ方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す（Ａ）図のVI−VI線における断面図。
【図７】（Ａ）図は第３実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図、（Ｃ）図はＹ方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す（Ａ）図のVII−VII線における断面図。
【図８】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第４実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのVIIIb−VIIIb線における断面図、（Ｃ）図はVIIIc−VIIIc線における断面図。
【図９】（Ａ）図は第４実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのIXb−IXb線における断面図、（Ｃ）図はIXc−IXc線における断面図。
【図１０】（Ａ）図は第４実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのＸb−Ｘb線における断面図、（Ｃ）図はＸc−Ｘc線における断面図、（Ｄ）図はＸd−Ｘd線における断面図、（Ｅ）図はＸe−Ｘe線における断面図。
【図１１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第５実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIb−XIb線における断面図、（Ｃ）図はXIc−XIc線における断面図。
【図１２】（Ａ）図は第５実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIIb−XIIb線における断面図、（Ｃ）図はXIIc−XIIc線における断面図。
【図１３】（Ａ）図は第５実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIIIb−XIIIb線における断面図、（Ｃ）図はXIIIc−XIIIc線における断面図、（Ｄ）図はXIIId−XIIId線における断面図、（Ｅ）図はXIIIe−XIIIe線における断面図。
【図１４】（Ａ）図は第５実施例の更に別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIVb−XIVb線における断面図、（Ｃ）図はXIVc−XIVc線における断面図、（Ｄ）図はXIVd−XIVd線における断面図、（Ｅ）図はXIVe−XIVe線における断面図。
【図１５】（Ａ）図は従来の一般的なＳＡＷセンサを示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図１６】図１５の従来例におけるＺ軸方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す側面図。
【図１７】３６°回転Ｙカット水晶基板でのレイリー波ＳＡＷの相対変位を示す線図。
【図１８】３６°回転Ｙカット水晶基板でのＳＨ波ＳＡＷの相対変位を示す線図。
【符号の説明】
【００９５】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…ＳＡＷセンサ、２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２…ベース、３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３…ＳＡＷセンサ素子、４，１４，２４，３４，６４，７４…圧電基板、４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，，，…長さ方向端部、５，１５，２５１，２５２，２５１１，２５１２，２５２１，２５２２，３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４，４４１１，４４１２，４４１３，４４１４，４４２１，４４２２，４４２３，４４２４，５４１１，５４１２，５４１３，５４１４，５４２１，５４２２，５４２３，５４２４，６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２，７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２…ＳＡＷ共振子、６ａ，１６ａ，２６ａ，３６ａ，３６ａ，６６ａ，７６ａ…厚板支持部、６ｂ，１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，６６ｂ，７６ｂ…厚板部、６ｃ，１６ｃ，２６１ｃ，２６２ｃ，３６１ｃ，３６２ｃ，６６ｃ，６６ｃ´，７６ｃ，７６ｃ´…薄板部、７，１７，２７，３７，６７，７７…接着剤、８，１８，２８１，２８２，２８１１，２８１２，２８２１，２８２２，３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４，４５１１，４５１２，４５１３，４５１４，４５２１，４５２２，４５２３，４５２４，５５１１，５５１２，５５１３，５５１４，５５２１，５５２２，５５２３，５５２４，６８１１，６８１２，６８２１，６８２２，６８３１，６８３２，６８４１，６８４２，７８１１，７８１２，７８２１，７８２２，７８３１，７８３２，７８４１，７８４２…ＩＤＴ、８ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂ，２８１ａ，２８１ｂ，２８２ａ，２８２ｂ…交差指電極、９，１９，２９１，２９２，２９１１，２９１２，２９２１，２９２２，３９１１，３９１２，３９１３，３９１４，３９２１，３９２２，３９２３，３９２４，４６１１，４６１２，４６１３，４６１４，４６２１，４６２２，４６２３，４６２４，５６１１，５６１２，５６１３，５６１４，５６２１，５６２２，５６２３，５６２４，６９１１，６９１２，６９２１，６９２２，６９３１，６９３２，６９４１，６９４２，７９１１，７９１２，７９２１，７９２２，７９３１，７９３２，７９４１，７９４２…反射器、１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ…電極パッド、６４ａ，７４ａ…貫通部分。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上に形成したＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）により励振される弾性表面波（ＳＡＷ）を利用して、加速度、外力、変位等を検出する弾性表面波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＡＷを利用して加速度、外力又は変位等を測定する様々なセンサが提案されている（特許文献１乃至４）。例えば、特許文献１記載の外力センサは、圧電材料からなる長板状のビームを片持ちに支持し、該ビームの表裏両面にそれぞれＳＡＷを励振する送信電極及び受信電極と増幅器とからなる発振器を設けた構成を有する。前記ビームが外力の作用により撓むと、その表面に生じた歪みによりＳＡＷの伝搬速度が変化して両発振器の発振周波数が変化するので、それら発振周波数の差をローパスフィルタで取り出して、外力の大きさを測定する。更に特許文献２記載の傾斜センサは、カンチレバーの両面に形成したＳＡＷ共振器の送信電極及び受信電極の電極パターンを互いに相似パターンとすることにより、両ＳＡＷ共振器の温度特性の相違に起因する差周波数の温度ドリフトを抑えて計測精度の向上を図っている。
【０００３】
特許文献３記載の外力センサは、同様に片持ちに支持したカンチレバーの表面にそれぞれ櫛形電極からなる送信部及び受信部を有するＳＡＷ共振器が配置されている。送信部及び受信部を前記カンチレバーの長さ方向に配置した実施例では、該レバーの長さ方向即ち上下の変位を検出でき、該レバーの長さ方向と垂直に即ち幅方向に配置した実施例では、ねじれ即ち幅方向の変位を検出することができる。更に、前記カンチレバーの表面に２つの平行に配置した受信部と共通の送信部とを設けた実施例では、各受信部の信号の和と差とから長さ方向の変位及びねじれ変位を同時に検出することができる。
【０００４】
また、特許文献４記載のトルクセンサは、トーションバーのねじれ部上に貼り付けたＳＡＷ素子を構成を有する。このＳＡＷ素子は、圧電素子板の表面にすだれ状電極を、それにより発生するＳＡＷの伝搬方向が回転軸の軸方向と平行になるように配置される。回転軸にトルクが作用してねじれ部がねじれ、圧電素子板内にひずみが生じると、該圧電素子板上のＳＡＷの横波速度が変化して発振周波数が変化するので、その変化量を測定することにより、トルクの大きさが求められる。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２８５３０号公報
【特許文献２】特開平５−１４１９６９号公報
【特許文献３】特開平９−１３３６９１号公報
【特許文献４】特開平５−２１５６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、加速度センサとして使用される従来の一般的なＳＡＷセンサの構成を例示している。このＳＡＷセンサ１は、水平なベース２に支持されたＳＡＷセンサ素子３を備える。ＳＡＷセンサ素子３は、水晶等からなる矩形平板状の圧電基板４とその上側主面に形成されたＳＡＷ共振子５とを有する。圧電基板４は、一方の長さ方向端部４ａ側に厚板支持部６ａと、反対側の長さ方向端部４ｂ側に厚板部６ｂと、それらの間の中央領域の下面に凹部を形成して設けた薄板部６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子３は、圧電基板４の厚板支持部６ａをベース２に接着剤７で固定しかつ厚板部６ｂ及び薄板部６ｃをベース２にから浮かせて、概ね水平に片持ちに支持される。
【０００７】
ＳＡＷ共振子５は、ＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極８ａ，８ｂからなるＩＤＴ８とその両側に各１つの反射器９，９とを有する。ＩＤＴ８及び反射器９，９は、該ＩＤＴにより励振するＳＡＷの伝搬方向を圧電基板４の長さ方向に整合させて配置されている。ＩＤＴ８の交差指電極８ａ，８ｂは、それぞれバスバーから引き出した配線を介して厚板支持部６ａ上の電極パッド１０ａ，１０ｂに接続されている。
【０００８】
圧電基板４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向とする。図１６において、ＳＡＷセンサ素子３は、加速度等による外力Ｆが厚板部６ｂにその主面に関して垂直下向きに作用すると、薄板部６ｃを下方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部４ｂが下向きに変位する。これにより薄板部６ｃの上側主面には、圧電基板４の長さ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。逆向きに外力Ｆが作用して圧電基板４が上方へ撓むと、薄板部６ｃの上側主面には、圧電基板の長さ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。尚、錘として上下に変位する厚板部６ｂの上下面には、実質的に引張及び圧縮応力が発生しない。この薄板部６ｃ上側主面の引張又は圧縮応力によるＳＡＷ伝搬速度の変化が、ＳＡＷセンサ１から出力される発振周波数の変化として検出され、それを演算処理して外力Ｆの大きさ及び／又は向きを測定する。
【０００９】
通常このような電極構成のＳＡＷセンサ素子３において、ＩＤＴ７が励振するＳＡＷはレイリー波である。レイリー波は、基板表面内で波の伝搬方向に沿う縦波成分と基板表面に垂直な厚さ方向の横波成分とを含む。図１７は、３６°回転Ｙカット水晶基板上に図１５と同様のＳＡＷ共振子を形成してレイリー波ＳＡＷを励振した場合に、該基板表面付近に生じるＸ方向の変位Ｕ１、Ｙ方向の変位Ｕ２、及びＺ方向の変位Ｕ３を基板表面からの深さに関して相対的に表したものである。同図から分かるよう、レイリー波は、その振動エネルギがＺ方向に大きく分散している。圧電基板表面に生じる歪みの一部（Ｘ方向）だけを外力Ｆの測定に利用するので、高感度なＳＡＷセンサの実現が制限される。例えば、外力Ｆが小さい場合に、ＳＡＷセンサ素子の発振周波数の変化が小さ過ぎて検出できなかったり、ノイズとして除去される虞がある。
【００１０】
他方、ＳＡＷの中でＳＨ波（horizontal shear wave）と呼ばれる波は、基板表面内でＳＡＷ伝搬方向に垂直な向きに振動する横波の成分のみを持つことが知られている。図１８は、同じ３６°回転Ｙカット水晶基板上に図１５と同様のＳＡＷ共振子を、そのＩＤＴ及び反射器の向きを基板主面の面内で９０°回転させて形成し、ＳＨ波ＳＡＷを励振した場合に、該基板表面付近に生じるＸ方向の変位Ｕ１、Ｙ方向の変位Ｕ２、及びＺ方向の変位Ｕ３を基板表面からの深さに関して相対的に表したものである。同図から分かるように、ＳＨ波は、大部分の振動エネルギが基板表面のＹ方向に集中している。
【００１１】
そこで本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ＳＨ波ＳＡＷを利用することによって、高感度に加速度、外力、変位等を測定し得るＳＡＷセンサ及びそれに使用するのに適したＳＡＷセンサ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電基板と該圧電基板上に形成されたＩＤＴとを有するＳＡＷセンサ素子と、該ＳＡＷセンサ素子を支持するベースとを備え、圧電基板が、支持部と、該支持部から延長する薄板部と、該薄板部を挟んで支持部の反対側に設けられた厚板部とを有し、ＳＡＷセンサ素子が、圧電基板の薄板部及び厚板部を浮かせて、かつ厚板部が薄板部を撓ませるように変位可能な状態にして、支持部をベースに固定して支持され、前記ＩＤＴがＳＨ型ＳＡＷを励振し、かつ厚板部の変位による薄板部の撓みで該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きにＳＡＷの伝搬方向を整合させて、圧電基板の薄板部上に配置されていることを特徴とするＳＡＷセンサが提供される。
【００１３】
ここで、ＳＨ型ＳＡＷは、ＳＨ波ＳＡＷに限定するものではなく、同様に横波成分（Ｕ２）が縦波成分（Ｕ１）及び厚さ方向成分（Ｕ３）よりも相対的に大きいタイプのＳＡＷを包括的に含むものである。このようなＳＡＷには、例えばＳＴＷ、ＳＳＢＷ、ラブ波、リーキーＳＡＷ等がある。
【００１４】
或る実施例では、ＩＤＴがその両側にＳＡＷ伝搬方向に沿って配置した反射器と共に、ＳＡＷ共振子を構成する。また、ＩＤＴは少なくとも２つの交差指電極対からなり、ＳＡＷフィルタ又は２ポート型ＳＡＷ共振子を構成することができる。
【００１５】
ＳＡＷセンサ素子に加速度や外力等が作用し、圧電基板の厚板部が錘となって変位して薄板部が撓むと、撓みの向き及び大きさに対応した引張応力又は圧縮応力が薄板部表面に発生する。ＩＤＴにより励振されるＳＨ型ＳＡＷは、横波成分が十分に大きく、かつその振動変位の向きが薄板部表面の引張応力又は圧縮応力の作用方向に一致しているので、該引張応力又は圧縮応力の全部又は大部分が、効率良くＳＡＷセンサ素子の発振周波数に作用してその変動に反映される。従って、加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得るＳＡＷセンサを実現することができる。
【００１６】
或る実施例では、圧電基板が、一方の長さ方向端部に支持部を、他方の長さ方向端部に厚板部を、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなすことにより、１軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００１７】
別の実施例では、圧電基板が、両方の長さ方向端部にそれぞれ支持部を、長さ方向の中央に厚板部を、各支持部と厚板部との間にそれぞれ薄板部を有する矩形平板状をなし、各薄板部にそれぞれＩＤＴを配置することにより、２軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００１８】
更に別の実施例によれば、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ少なくとも２つのＩＤＴを互いに引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置することにより、より高精度な２軸方向のＳＡＷセンサが得られる。
【００１９】
或る実施例では、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ４つのＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って少なくとも２つずつ直列にかつ互いに引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置することにより、３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２０】
別の実施例では、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にレイリーＳＡＷを励振する少なくとも２つの追加のＩＤＴを更に有し、この追加のＩＤＴが、ＳＨ型ＳＡＷを励振するＩＤＴのＳＡＷ伝搬方向の両側に、そのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させて配置することにより、同様に３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２１】
更に別の実施例によれば、ＳＡＷセンサ素子が、各薄板部にそれぞれ２つのＩＤＴをそのＳＡＷ伝搬方向に直列に配置し、かつそれらの間にレイリーＳＡＷを励振する２つの追加のＩＤＴを更に有し、追加のＩＤＴが、そのそのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させかつ互いに直列に配置することにより、同様に３軸方向の高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２２】
或る実施例では、圧電基板が、その外周に沿って矩形枠状の支持部と、中央に厚板部と、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなし、薄板部に圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数のＩＤＴを配置することにより、３軸方向に等しく高精度なＳＡＷセンサが得られる。
【００２３】
別の実施例では、圧電基板が、その中央に支持部と、外周に沿って矩形枠状の厚板部と、支持部と厚板部との間に薄板部を有する矩形平板状をなし、薄板部に圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数のＩＤＴを配置することにより、３軸方向により高感度なＳＡＷセンサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。各図において、同一又は類似の構成要素には、同一又は類似の参照符号を付して表示する。
【００２５】
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ１１は、水平なベース１２に支持されたＳＡＷセンサ素子１３を備える。ＳＡＷセンサ素子１３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板１４と、その上側主面に形成されたＳＡＷ共振子１５とを有する。
【００２６】
圧電基板１４は、一方の長さ方向端部１４ａに厚板支持部１６ａを、反対側の長さ方向端部１４ｂに厚板部１６ｂを、それらの間の中央領域に下面に凹部を形成して設けた薄板部１６ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子１３は、圧電基板１４の厚板支持部１６ａをベース１２に接着剤１７で固定して、概ね水平に片持ちに支持される。これにより厚板部１６ｂは、薄板部１６ｃと共にベース１２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部１６ａを厚板部１６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部１６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース１２に固定することができる。
【００２７】
ＳＡＷ共振子１５は、圧電基板１４の薄板部１６ｃの上側主面に形成される。前記ＳＡＷ共振子は、１対の交差指電極１８ａ，１８ｂからなるＩＤＴ１８と、その両側にそれぞれ反射器９，９とを、該ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向に沿って有する。本実施例では、ＩＤＴ１８が、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。前記ＩＤＴは、ＳＡＷ伝搬方向を圧電基板１４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。従って、前記ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部１６ｂが変位して薄板部１６ｃが撓むことにより該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。ＩＤＴ８の各交差指電極１８ａ，１８ｂは、それぞれバスバーから引き出した配線を介して厚板支持部１６ａ上の電極パッド２０ａ，２０ｂに接続されている。
【００２８】
圧電基板１４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向として、図１（Ｂ）に矢印で示すように、加速度等による外力ＦがＺ方向に、厚板部１６ｂの主面に垂直下向きに作用する場合を考える。ＳＡＷセンサ素子１３は、従来技術に関連して図１６に例示したように、前記圧電基板の薄板部１６ｃを下方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部１４ｂが下向きに変位する。これにより、薄板部１６ｃの上側主面には、圧電基板１４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。このとき、厚板部１６ｂは錘として作用するので、前記圧電基板が一定の厚さを有する場合に比して、薄板部１６ｃには、同じ大きさの外力Ｆに対してより大きな撓みが生じる。
【００２９】
外力Ｆが逆向きに厚板部１６ｂ主面の垂直上向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子１３は、薄板部１６ｃを上方へ撓ませながら、自由端の長さ方向端部１４ｂが下向きに変位する。これにより、薄板部１６ｃの上側主面には、圧電基板１４の長さ方向即ちＸ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。また、薄板部１６ｃが大きく撓むので、厚板部１６ｂの上下表面には、実質的に引張又は圧縮応力が発生しない。
【００３０】
薄板部１６ｃの上側主面を伝搬するＳＨ波ＳＡＷの速度は、該主面に発生する引張応力又は圧縮応力及びその大きさにより変化する。ＳＡＷセンサ１１は、図示しない発振回路によりＳＡＷ共振子１５の共振周波数に基づく所定の周波数を発振させる。ＳＡＷセンサ素子１３に外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、外力Ｆが作用している負荷状態での発振周波数との差分（及び／又は和分）を取り出して演算処理することにより、作用した外力Ｆの大きさ及び／又は向きが測定される。
【００３１】
本実施例によれば、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＩＤＴ１８を圧電基板１４の薄板部１６ｃ上に形成し、かつＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ１１は、ＳＡＷセンサ素子１３に作用する加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出することができる。
【００３２】
本実施例は、ＳＨ波ＳＡＷを励振するために、１対の交差指電極からなる１つのＩＤＴ１８と反射器１９，１９とからなる１ポート型のＳＡＷ共振子１５を使用しているが、これに限定するものではない。別の実施例では、例えば各１対の交差指電極からなる２つのＩＤＴをＳＡＷ伝搬方向に配置しかつそれらの両側に反射器を設けた２ポート型のＳＡＷ共振子を用いることができる。更に別の実施例では、トランスバーサル型のＳＡＷフィルタを用いて、所定の周波数を発振させることができる。
【００３３】
また、本発明のＳＡＷセンサ及びＳＡＷセンサ素子は、ＳＨ波ＳＡＷを励振するものに限定するものではない。別の実施例では、ＳＨ波と同様に、横波成分（Ｕ２）が縦波成分（Ｕ１）及び厚さ方向成分（Ｕ３）よりも相対的に大きいＳＨ型のＳＡＷであれば、上記実施例に適用でき、同様の効果を得ることができる。このようなＳＡＷには、例えばＳＴＷ、ＳＳＢＷ、ラブ波、リーキーＳＡＷ等がある。
【００３４】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ２１は、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向の２軸方向に検出するためのもので、水平なベース２２に支持されたＳＡＷセンサ素子２３を備える。ＳＡＷセンサ素子２３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板２４と、その上側主面に形成された２つのＳＡＷ共振子２５１，２５２とを有する。
【００３５】
圧電基板２４は、両方の長さ方向端部２４ａ，２４ｂにそれぞれ厚板支持部２６ａ，２６ａを、長さ方向の中央に厚板部２６ｂを、該厚板部と前記各厚板支持部との間にそれぞれ下面に凹部を形成して設けた薄板部２６１ｃ，２６２ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子２３は、前記圧電基板の厚板支持部２６ａ，２６ａをベース２２にそれぞれ接着剤２７，２７で固定して、概ね水平に支持される。厚板部２６ｂは、両薄板部２６１ｃ，２６２ｃと共にベース２２から浮かせて、かつ前記両薄板部を撓ませるように変位可能な状態に保持される。各厚板支持部２６ａ，２６ａは、必ずしも前記厚板部と同じ厚さに形成しなくても良く、異なる厚さに例えば前記薄板部と同じ厚さに形成し、その上下から別個の支持部材で挟むように固定することもできる。
【００３６】
前記圧電基板の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃには、それぞれ１つのＳＡＷ共振子２５１，２５２が形成されている。前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ２８１，２８２と、その両側に各１つの反射器２９１，２９１，２９２，２９２とを有する。ＩＤＴ２８１，２８２は、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。各ＩＤＴ２８１，２８２は、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板２４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。従って、前記各ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部２６ｂが変位して両薄板部２６１ｃ，２６２ｃが撓むことにより該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。図示していないが、ＩＤＴ２８１，２８２の前記各交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００３７】
圧電基板２４の長さ方向、幅方向及び厚さ方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向として、加速度等による外力がＺ方向に即ち厚板部２６ｂの主面に垂直に作用する場合を考える。図３（Ａ）に矢印で示すように、外力Ｆが前記厚板部の主面に垂直上向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、両薄板部２６１ｃ，２６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が上方へ変位する。これにより、前記各薄板部の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。逆に、外力Ｆが厚板部２６ｂ主面に垂直下向きに作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、前記両薄板部を下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が下方へ変位する。これにより、前記各薄板部の上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。
【００３８】
次に、加速度等による外力がＸ方向に即ち圧電基板２４の長さ方向に作用する場合を考える。厚板部２６ｂは、その重心Ｃが両薄板部２６１ｃ，２６２ｃよりも下方にずらした高さ位置となるように設けられている。従って、図３（Ｂ）に矢印で示すように、外力Ｆが図中左方に即ち−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、前記圧電基板の図中左側の薄板部２６１ｃを上向き凸にかつ右側の薄板部２６２ｃを下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が時計回りに変位する。これにより、一方の薄板部２６１ｃの上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。また、他方の薄板部２６２ｃの上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。
【００３９】
逆に、外力Ｆが図中右方に即ち＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子２３は、図中左側の薄板部２６１ｃを下向き凸にかつ右側の薄板部２６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が反時計回りに変位する。これにより、一方の薄板部薄板部２６１ｃの上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生し、かつ下面には引張応力が発生する。また、他方の薄板部２６２ｃの上側主面には、Ｘ方向に引張応力が発生し、かつ下面には圧縮応力が発生する。
【００４０】
本実施例では、厚板部２６ｂを、重心Ｃの高さ位置を両薄板部２６１ｃ，２６２ｃより下側にずらして形成した。別の実施例では、重心の高さ位置を上側にずらして、厚板部２６ｂを形成することもできる。その場合、Ｘ方向の外力による前記厚板部の変位及び前記各薄板部の撓みは本実施例と逆向きになる。
【００４１】
いずれの場合も、厚板部２６ｂが錘として作用するので、前記各薄板部には、前記圧電基板が一定の厚さを有する場合に比して、同じ大きさの外力Ｆに対してより大きな撓みが生じる。また、前記各薄板部が大きく撓むので、厚板部２６ｂの上下表面には、実質的に引張又は圧縮応力が発生しない。
【００４２】
本実施例においても、薄板部２６１ｃ，２６２ｃの上側主面を伝搬するＳＨ波ＳＡＷの速度は、該主面に発生する引張応力又は圧縮応力及びその大きさにより変化する。ＳＡＷセンサ２１は、図示しない発振回路により各ＳＡＷ共振子２５１，２５２の共振周波数に基づいて２つの発振周波数を出力する。これらの発振周波数は、外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、前記薄板部表面に引張応力が作用すると、低周波側に即ち−側にシフトし、圧縮応力が作用すると、高周波側に即ち＋側にシフトする。
【００４３】
従って、厚板部２６ｂに作用する外力の向きは、両ＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｚ方向であると判定され、＋側にシフトすると、−Ｚ方向であると判定される。また、前記厚板部への外力の向きは、図中左側のＳＡＷ共振子２５１からの発振周波数が−側にシフトしかつ右側のＳＡＷ共振子２５２からの発振周波数が＋側にシフトすると、−Ｘ方向であると判定され、左側のＳＡＷ共振子２５１からの発振周波数が＋側にシフトしかつ右側のＳＡＷ共振子２５２からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｘ方向であると判定される。
【００４４】
更に、厚板部２６ｂに作用する外力の大きさは、外力が作用している負荷状態において各ＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数を取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、測定することができる。ここで、無負荷状態におけるＳＡＷ共振子２５１，２５２からの発振周波数をｆ10，ｆ20とし、負荷状態における発振周波数をｆ11，ｆ21とする。Ｚ方向の外力の大きさは、例えばそれぞれの発振周波数の差分（ｆ10−ｆ11）、（ｆ20−ｆ21）から算出される。更に、各発振周波数の和分の差｛（ｆ10＋ｆ20）−（ｆ11＋ｆ21）｝を用いると、より高精度に算出できる。Ｘ方向の外力の大きさは、例えばそれぞれの発振周波数の差分の和｛（ｆ10−ｆ11）＋（ｆ20−ｆ21）｝とシフト後の発振周波数の差分（ｆ11−ｆ21）とから算出される。
【００４５】
本実施例においても、ＳＨ波ＳＡＷを励振する各ＩＤＴ２８１，２８２を圧電基板２４の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃ上に形成し、かつそれらのＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ素子２３に作用するＺ方向、Ｘ方向の加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得る２軸方向のＳＡＷセンサを実現できる。
【００４６】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ２１は、圧電基板２４の各薄板部２６１ｃ，２６２ｃにそれぞれ２つのＳＡＷ共振子２５１１，２５１２，２５２１，２５２２が形成されている点において、図３の実施例と異なる。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ２８１１，２８１２，２８２１，２８２２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器２９１１，２９１１，２９１２，２９１２，２９２１，２９２１，２９２２，２９２２を有する。前記各薄板部の２つの前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板２４の幅方向に整合させかつ互いに並列に配置されている。
【００４７】
各薄板部２６１ｃ，２６２ｃは、図３（Ａ）、（Ｂ）と同様の撓みを生じる。この撓みは、その大きさが圧電基板２４の長さ方向に沿って厚板支持部２６ａ，２６ａ側と厚板部２６ｂ側とで異なる場合があり得る。本実施例によれば、各薄板部２６１ｃ，２６２ｃ上に２つのＳＡＷ共振子を圧電基板２４の長さ方向に並列に配置したので、前記薄板部毎に出力される２つの発振周波数を検出して演算処理することによって、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等をより高精度に検出する２軸方向のＳＡＷセンサを実現することができる。
【００４８】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第３実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ３１は、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース３２に支持されたＳＡＷセンサ素子３３を備える。ＳＡＷセンサ素子３３は、例えば水晶材料からなる矩形平板状の圧電基板３４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４とを有する。
【００４９】
圧電基板３４は、第２実施例と同様に、両方の長さ方向端部３４ａ，３４ｂにそれぞれ厚板支持部３６ａ，３６ａを、長さ方向の中央に厚板部３６ｂを、該厚板部と前記各厚板支持部との間にそれぞれ下面に凹部を形成して設けた薄板部３６１ｃ，３６２ｃを有する。ＳＡＷセンサ素子３３は、前記圧電基板の厚板支持部３６ａ，３６ａをベース３２にそれぞれ接着剤３７，３７で固定して、概ね水平に支持される。厚板部３６ｂは、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃと共にベース３２から浮かせて、かつ前記両薄板部を撓ませるように変位可能な状態に保持される。各厚板支持部３６ａ，３６ａは、必ずしも前記厚板部と同じ厚さに形成しなくても良く、異なる厚さに例えば前記薄板部と同じ厚さに形成し、その上下から別個の支持部材で挟むように固定することもできる。
【００５０】
前記圧電基板の各薄板部３６１ｃ，３６２ｃには、それぞれ４つのＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４が形成されている。前記ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器３９１１，３９１２，３９１３，３９１４，３９２１，３９２２，３９２３，３９２４とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００５１】
前記各薄板部の４つの前記ＳＡＷ共振子は、それぞれ圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ伝搬方向を整合させて、２つずつが互いに並列に配置されている。これにより、前記各ＩＤＴは、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。従って、前記各ＳＡＷ伝搬方向は、厚板部３６ｂの変位により両薄板部３６１ｃ，３６２ｃが圧電基板の長さ方向に撓む際に該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに整合する。
【００５２】
加速度等による外力が厚板部３６ｂの主面に対して垂直方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３には、第２実施例の図３（Ａ）と同様の撓みが生じる。厚板部３６ｂは、外力が垂直上向きに作用すると、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃを上向き凸に撓ませながら上方へ変位し、逆に外力が垂直下向きに作用すると、前記両薄板部を下向き凸に撓ませながら下方へ変位する。前記各薄板部の上側主面には、上向き凸に撓むと圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、下向き凸に撓むと圧縮応力が発生する。
【００５３】
加速度等の外力が圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３には、第２実施例の図３（Ｂ）と同様の撓みが生じる。厚板部３６ｂも、第２実施例と同様に、重心Ｃが両薄板部３６１ｃ，３６２ｃからずらした高さ位置となるように設けられている。外力が−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子３３は、図中左側の薄板部３６１ｃを上向き凸にかつ右側の薄板部３６２ｃを下向き凸に撓ませながら、前記厚板部が時計回りに変位する。外力が逆向きに＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子３３は、図中左側の薄板部３６１ｃを下向き凸にかつ右側の薄板部３６２ｃを上向き凸に撓ませながら、前記厚板部が反時計回りに変位する。前記各薄板部の上側主面には、上向き凸に撓むと圧電基板３４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、下向き凸に撓むと圧縮応力が発生する。
【００５４】
加速度等の外力が圧電基板３４の幅方向即ちＹ方向に作用するとき、ＳＡＷセンサ素子３３は、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃがＹ方向に撓みを生じる。例えば、外力が−Ｙ方向に作用すると、厚板部３６ｂは、前記各薄板部を図５（Ｃ）に示すように、その−Ｙ方向側を上向き凸にかつ＋Ｙ方向側を下向き凸に撓ませながら、Ｚ方向に関して時計回りに変位する。このとき、前記各薄板部の上側主面には、＋Ｙ方向側の領域に圧縮応力が発生し、−Ｙ方向側の領域に引張応力が発生する。
【００５５】
外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃはＹ方向に、図５（Ｃ）とは逆の撓みを生じる。厚板部３６ｂは、前記各薄板部の−Ｙ方向側を下向き凸にかつ＋Ｙ方向側を上向き凸に撓ませながら、Ｚ方向に関して反時計回りに変位する。このとき、前記各薄板部の上側主面には、＋Ｙ方向側の領域に引張応力が発生し、−Ｙ方向側の領域に圧縮応力が発生する。
【００５６】
ＳＡＷセンサ３１は、図示しない発振回路により各ＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４の共振周波数に基づいて８つの発振周波数を出力する。これらの発振周波数は、外力が全く作用しない無負荷状態における発振周波数を基準として、前記各ＳＡＷ共振子が形成されている前記薄板部の表面に引張応力が作用すると、低周波側に即ち−側にシフトし、圧縮応力が作用すると、高周波側に即ち＋側にシフトする。
【００５７】
外力の向きは、両薄板部３６１ｃ，３６２ｃの全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、＋Ｚ方向であると判定され、＋側にシフトすると、−Ｚ方向であると判定される。前記各薄板部において全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数がそれぞれ同じ向きにシフトし、かつそのシフトの向きが前記薄板部間で逆の場合には、外力の向きがＸ方向であると判定される。このとき、図中左側の薄板部３６１ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトし、かつ右側の薄板部３６２ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトすると、外力の向きは−Ｘ方向である。逆に、図中左側の薄板部３６１ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトし、かつ右側の薄板部３６２ｃ上の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、外力の向きは＋Ｘ方向である。
【００５８】
更に本実施例では、前記両薄板部の＋Ｙ方向側のＳＡＷ共振子３５１１，３５１２，３５２１，３５２２からの発振周波数が全て同じ向きにシフトし、かつ−Ｙ方向側のＳＡＷ共振子３５１３，３５１４，３５２３，３５２４からの発振周波数が全て逆の向きにシフトすると、外力の向きがＹ方向であると判定される。このとき、＋Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトし、かつ−Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトすると、外力の向きは−Ｙ方向である。逆に、＋Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が−側にシフトし、かつ−Ｙ方向側の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が＋側にシフトすると、外力の向きは＋Ｙ方向である。
【００５９】
厚板部３６ｂに作用する外力の大きさは、８つの前記各ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、算出することができる。本実施例においても、ＳＨ波ＳＡＷを励振する各ＩＤＴ３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４を圧電基板３４の各薄板部３６１ｃ，３６２ｃ上に形成し、かつそれらのＳＡＷ伝搬方向と直交する向き即ちＳＨ波の振動変位の向きを、前記薄板部表面に生じる引張及び／又は圧縮応力の作用方向に整合させて配置するので、前記引張又は圧縮応力の全部又は大部分を効率良く発振周波数の変動に反映させることができる。従って、ＳＡＷセンサ素子３３に作用するＺ方向、Ｘ方向及びＹ方向の加速度や外力、変位等を従来よりも高感度に検出し得る３軸方向のＳＡＷセンサを実現できる。
【００６０】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ４１は、第３実施例と同様に、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース４２に支持されたＳＡＷセンサ素子４３を備える。ＳＡＷセンサ素子４３は、第３実施例と同じ矩形平板状の圧電基板３４を有し、その各薄板部３６１ｃ，３６２ｃの上側主面に各４つのＳＡＷ共振子４４１１，４４１２，４４１３，４４１４，４４２１，４４２２，４４２３，４４２４が形成されている。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ４５１１，４５１２，４５１３，４５１４，４５２１，４５２２，４５２３，４５２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器４６１１，４６１２，４６１３，４６１４，４６２１，４６２２，４６２３，４６２４とを有する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００６１】
薄板部３６１ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子４４１１，４４１２が圧電基板３４の幅方向の中央に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、互いに並列に配置されている。これにより、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。更に薄板部３６１ｃには、それぞれレイリー波のＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子４４１３，４４１４が、前記圧電基板の長さ方向に沿ってＳＡＷ共振子４４１１，４４１２の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させて配置されている。
【００６２】
同様に薄板部３６２ｃには、ＳＨ波のＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子４４２１，４４２２が圧電基板３４の幅方向の略中央に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、互いに並列に配置されている。これにより、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致する。更に薄板部３６２ｃには、それぞれレイリー波のＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子４４２３，４４２４が、前記圧電基板の長さ方向に沿ってＳＡＷ共振子４４２１，４４２２の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させて配置されている。
【００６３】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの中央に２つずつ配置されたＳＡＷ共振子４４１１，４４１２及びＳＡＷ共振子４４２１，４４２２は、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等を検出するために使用される。これらの動作は、図４の実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの幅方向両側にそれぞれ配置されたＳＡＷ共振子４４１３，４４１４及びＳＡＷ共振子４４２３，４４２４は、Ｙ方向に作用する加速度等を検出するために使用される。第３実施例の場合と同様に、ＳＡＷセンサ素子４３は、外力が−Ｙ方向に作用すると、図６（Ｃ）に示すように、前記薄板部の−Ｙ方向側を上向き凸にかつ＋Ｙ方向側を下向き凸に撓ませながら、厚板部３６ｂがＺ方向に関して時計回りに変位する。外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、前記薄板部は逆向きの撓みを生じる。
【００６５】
前記薄板部が図６（Ｃ）に示すように撓むと、その＋Ｙ方向側の領域には圧縮応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１３，４４２３からの発振周波数は＋側にシフトし、−Ｙ方向側の領域には引張応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１４，４４２４からの発振周波数は−側にシフトする。前記薄板部が図６（Ｃ）とは逆の向きに撓むと、その＋Ｙ方向側の領域には引張応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１３，４４２３からの発振周波数は−側にシフトし、−Ｙ方向側の領域には圧縮応力が発生して、該領域のＳＡＷ共振子４４１４，４４２４からの発振周波数は＋側にシフトする。
【００６６】
従って、ＳＡＷ共振子４４１３，４４１４，４４２３，４４２４からの発振周波数に基づいて、Ｙ方向に作用する外力の向きが判定される。Ｙ方向に作用する外力の大きさは、これら４つのＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより、算出することができる。
【００６７】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、第３実施例の別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ５１は、第３実施例と同様に、加速度等の外力をＺ方向、Ｘ方向、Ｙ方向の３軸方向に検出するためのもので、水平なベース５２に支持されたＳＡＷセンサ素子５３を備える。ＳＡＷセンサ素子５３は、第３実施例と同じ矩形平板状の圧電基板３４を有し、その各薄板部３６１ｃ，３６２ｃの上側主面に各４つのＳＡＷ共振子５４１１，５４１２，５４１３，５４１４，５４２１，５４２２，５４２３，５４２４が形成されている。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷ伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ５５１１，５５１２，５５１３，５５１４，５５２１，５５２２，５５２３，５５２４と、その両側にそれぞれ各１つの反射器５６１１，５６１２，５６１３，５６１４，５６２１，５６２２，５６２３，５６２４とを有する。図示していないが、前記各ＩＤＴの交差指電極は、それぞれバスバーから引き出した配線を介して、近接する前記各厚板支持部上の電極パッドに接続されている。
【００６８】
薄板部３６１ｃには、レイリーＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子５４１３，５４１４が圧電基板３４の幅方向の略中央に、ＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させかつ互いにＳＡＷ伝搬方向に沿って直列に配置されている。更に薄板部３６１ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子５４１１，５４１２が、圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ共振子５４１３，５４１４の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置されている。
【００６９】
同様に薄板部３６２ｃには、レイリーＳＡＷを励振する２つのＳＡＷ共振子５４２３，５４２４が圧電基板３４の幅方向の略中央に、ＳＡＷ伝搬方向を前記圧電基板の長さ方向に整合させかつ互いにＳＡＷ伝搬方向に沿って直列に配置されている。更に薄板部３６２ｃには、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子５４２１，５４２２が、圧電基板３４の幅方向にＳＡＷ共振子５４２３，５４２４の両側に、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板３４の幅方向に整合させて、励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置されている。
【００７０】
薄板部３６１ｃ，３６２ｃの中央に２つずつ配置されたＳＡＷ共振子５４１３，５４１４及びＳＡＷ共振子５４２３，５４２４は、上述した従来のＳＡＷセンサと同様に、Ｚ方向及びＸ方向の加速度等を検出するために用いる。同じ大きさの外力であっても、Ｚ方向及びＸ方向に作用する場合には、前記薄板部表面に発生する応力が比較的大きいので、従来と同じレイリーＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子であっても、検出することができる。
【００７１】
外力が−Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子５３は、図７（Ｃ）に示すように前記薄板部が撓みを生じる。薄板部３６１ｃ，３６２ｃの幅方向両側に配置されたＳＡＷ共振子５４１１，５４１２及びＳＡＷ共振子５４２１，５４２２は、Ｙ方向に作用する加速度等を検出するために用いる。これらの動作は、基本的に第３実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。Ｙ方向の外力は、その大きさに対して前記薄板部表面に発生する応力が比較的小さいので、本発明のＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子を用いることによって、精度良く検出することができる。
【００７２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第４実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、加速度等の外力を３軸方向に、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれもより精度良く検出するためのもので、水平なベース６２に支持されたＳＡＷセンサ素子６３を備える。ＳＡＷセンサ素子６３は、例えば水晶材料からなりかつ縦横比が比較的１に近い矩形平板状の圧電基板６４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２とを有する。
【００７３】
圧電基板６４は、外周に沿って所定幅の矩形枠状をなす厚板支持部６６ａと、中心位置に設けられた矩形の厚板部６６ｂと、それらの間の領域に下面に凹部を形成して設けた矩形枠状の薄板部６６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子６３は、圧電基板６４の厚板支持部６６ａをベース６２に接着剤６７で固定支持される。これにより厚板部６６ｂは、薄板部６６ｃと共にベース６２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部６６ａを厚板部６６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部６６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース６２に固定することができる。
【００７４】
薄板部６６ｃの上側主面には、圧電基板６４の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って薄板部６６ｃ上に、厚板部６６ｂと厚板支持部６６ａとの間にそれぞれ２つの前記ＳＡＷ共振子が配置される。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ６８１１，６８１２，６８２１，６８２２，６８３１，６８３２，６８４１，６８４２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器６９１１，６９１２，６９２１，６９２２，６９３１，６９３２，６９４１，６９４２とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。本実施例では、前記各ＩＤＴが、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板６４の長さ方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の幅方向に一致するように配置する。
【００７５】
外力がＺ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、厚板部６４ｂが上下方向に変位し、全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が同じ向きにシフトする。外力がＸ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、薄板部６６ｃが図９（Ｂ）に示す長さ方向の断面において、第２実施例の図３（Ｂ）に示すような撓みを生じる。従って、圧電基板６４の長さ方向に前記厚板部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。外力がＹ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子６３は、薄板部６６ｃが図９（Ｃ）に示す幅方向の断面において、同様に第２実施例の図３（Ｂ）に示すような撓みを生じる。従って、圧電基板６４の幅方向に前記厚板部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。
【００７６】
Ｚ方向に作用する外力の大きさは、８つ全部又はそのいくつかの前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより算出される。Ｘ方向に作用する外力の大きさは、図９（Ｂ）に示すようにＸ方向の撓みが生じる薄板部６６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を同様に取り出すことによって算出できる。Ｙ方向に作用する外力の大きさは、同様に、図９（Ｃ）に示すようにＹ方向の撓みが生じる薄板部６６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を取り出すことによって算出できる。本実施例によれば、このようにＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向について、加速度等を精度良く検出することができる。
【００７７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、第４実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、圧電基板６４の長さ方向即ちＸ方向における厚板部６６ｂの中心から薄板部６６ｃの中心までの距離ｄｘが、Ｙ方向における前記厚板部の中心から前記薄板部の中心までの距離ｄｙよりも大きくなるように設定した点において、図８の第４実施例と異なる。
【００７８】
圧電基板６４の長さ方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２を配置した薄板部６６ｃの領域では、これらＳＡＷ共振子により励振されるＳＨ波ＳＡＷの振動変位の方向が該薄板部６６ｃ領域の表面に発生する応力の作用方向と直交するので、感度が低下する虞がある。本実施例は、この薄板部領域に、同じ大きさの外力に対してより大きな応力が発生するように、薄板部６６ｃと厚板部６６ｂとの寸法を調整したしたものである。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を安定して精度良く検出することができる。
【００７９】
図１０（Ａ）〜（Ｅ）は、第４実施例のＳＡＷセンサの別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ６１は、図９の実施例における圧電基板６４の薄板部６６ｃに貫通部分６４ａを形成し、該圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２を形成するのに十分な所定幅の領域を残すように、厚板部６６ｂと厚板支持部６６ａとの間に薄板部６６ｃ´を十字状に形成した点が異なる。これにより、ＳＡＷセンサ素子６３に外力が作用して厚板部６６ｂが変位したとき、それにより生じる応力を、前記ＳＡＷ共振子を形成した薄板部６６ｃ´に集中させることができる。従って、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等をより高感度に検出することができる。
【００８０】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明によるＳＡＷセンサの第５実施例の構成を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、加速度等の外力を３軸方向に、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のいずれもより精度良く検出するためのもので、水平なベース７２に支持されたＳＡＷセンサ素子７３を備える。ＳＡＷセンサ素子７３は、例えば水晶材料からなりかつ縦横比が比較的１に近い矩形平板状の圧電基板７４と、その上側主面に形成された８つのＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２とを有する。
【００８１】
圧電基板７４は、中心位置に設けられた矩形の厚板支持部７６ａと、外周に沿って所定幅の矩形枠状をなす厚板部７６ｂと、それらの間の領域に下面に凹部を形成して設けた矩形枠状の薄板部７６ｃとを有する。ＳＡＷセンサ素子７３は、圧電基板７４の厚板支持部７６ａをベース７２に接着剤７７で固定支持される。これにより厚板部７６ｂは、薄板部７６ｃと共にベース７２から浮かせて、かつ前記薄板部を撓ませるように上下に変位可能な状態に保持される。本実施例では、厚板支持部７６ａを厚板部７６ｂと同じ厚さに形成したが、異なる厚さに例えば薄板部７６ｃと同じ厚さにすることもでき、別個の支持部材を用いてベース７２に固定することができる。
【００８２】
薄板部７６ｃの上側主面には、圧電基板７４の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って薄板部７６ｃ上に、厚板部７６ｂと厚板支持部７６ａとの間にそれぞれ２つの前記ＳＡＷ共振子が配置される。前記各ＳＡＷ共振子は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に沿って１対の交差指電極からなるＩＤＴ７８１１，７８１２，７８２１，７８２２，７８３１，７８３２，７８４１，７８４２と、その両側にそれぞれ各１つの反射器７９１１，７９１２，７９２１，７９２２，７９３１，７９３２，７９４１，７９４２とを有する。前記各ＩＤＴは、横波成分のみを有するＳＨ波のＳＡＷを励振する。本実施例では、前記各ＩＤＴが、それぞれＳＡＷ伝搬方向を圧電基板６４の幅方向に整合させて、該ＩＤＴにより励振されるＳＨ波の振動変位の向きが前記圧電基板の長さ方向に一致するように配置する。
【００８３】
外力がＺ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、矩形枠状の厚板部７６ｂ全体が上下方向に変位する。その結果、全部の前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数が同じ向きにシフトする。Ｚ方向に作用する外力の大きさは、８つ全部又はそのいくつかの前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を、外力が作用している負荷状態において取り出し、それぞれ無負荷状態での発振周波数との差分及び／又は和分を演算処理することにより算出することができる。
【００８４】
前記厚板部は、図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示す断面において、その重心Ｃが薄板部７６ｃよりも下方にずらした高さ位置となるように設けられている。従って、図１１（Ｂ）において、外力が図中左方に即ち−Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＸ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｘ方向側の部分を上向き凸に、図中左側即ち−Ｘ方向側の部分を下向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｘ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に引張応力が発生し、−Ｘ方向側部分の上側主面には、Ｘ方向に圧縮応力が発生する。
【００８５】
外力が逆向きに、図中右方に即ち＋Ｘ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＸ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に反時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｘ方向側の部分を下向き凸に、図中左側即ち−Ｘ方向側の部分を上向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｘ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＸ方向に圧縮応力が発生し、−Ｘ方向側部分の上側主面には、Ｘ方向に引張応力が発生する。
【００８６】
外力がＹ方向に作用する場合、ＳＡＷセンサ素子７３には、Ｘ方向に外力が作用した場合と同様の変形が生じる。即ち、図１１（Ｃ）において、外力が−Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＹ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｙ方向側の部分を上向き凸に、−Ｙ方向側の部分を下向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｙ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の長さ方向即ちＹ方向に引張応力が発生し、−Ｙ方向側部分の上側主面には、Ｙ方向に圧縮応力が発生する。
【００８７】
外力が逆向きに＋Ｙ方向に作用すると、ＳＡＷセンサ素子７３は、厚板部７６ｂのＹ方向両端部分が厚板支持部７６ａを支点に反時計回りに変位して、薄板部７６ｃの図中右側即ち＋Ｙ方向側の部分を下向き凸に、−Ｙ方向側の部分を上向き凸に撓ませる。これにより、薄板部７６ｃの＋Ｙ方向側部分の上側主面には、圧電基板２４の幅方向即ちＹ方向に圧縮応力が発生し、−Ｙ方向側部分の上側主面には、Ｙ方向に引張応力が発生する。
【００８８】
その結果、外力がＸ方向又はＹ方向に作用する場合には、圧電基板６４の長さ方向又は幅方向に前記厚板支持部を挟んで一方の側から出力される発振周波数と他方の側から出力される発振周波数とは、互いに逆向きにシフトする。Ｘ方向又はＹ方向に作用する外力の大きさは、それによりＸ方向又はＹ方向に撓みを生じる薄板部７６ｃの領域に配置された前記ＳＡＷ共振子からの発振周波数を取り出すことによって算出することができる。本実施例によれば、このようにＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向について、加速度等を精度良く検出することができる。
【００８９】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、圧電基板７４の長さ方向即ちＸ方向において厚板支持部７６ａの両側でそれぞれ薄板部７６ｃの中心から隣接する厚板部７６ｂの中心までの距離ｄｘが、該圧電基板の幅方向即ちＹ方向において前記厚板支持部の両側でそれぞれ前記薄板部の中心から隣接する前記厚板部の中心までの距離ｄｙよりも大きくなるように設定した点において、図１１の第５実施例と異なる。
【００９０】
圧電基板７４の長さ方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２を配置した薄板部７６ｃの領域では、これらＳＡＷ共振子により励振されるＳＨ波ＳＡＷの振動変位の方向が該薄板部７６ｃ領域の表面に発生する応力の作用方向と直交するので、感度が低下する虞がある。本実施例は、この薄板部領域に、同じ大きさの外力に対してより大きな応力が発生するように、薄板部７６ｃと厚板部７６ｂとの寸法を調整したものである。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を安定して精度良く検出することができる。
【００９１】
図１３（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、図１２の実施例における圧電基板７４の薄板部７６ｃに貫通部分７４ａを形成し、該圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿ってＳＡＷ共振子７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２を形成するのに十分な所定幅の領域を残すように、厚板部７６ｂと厚板支持部７６ａとの間に薄板部７６ｃ´を十字状に形成した点が異なる。これにより、ＳＡＷセンサ素子７３に外力が作用して厚板部７６ｂが変位したとき、それにより生じる応力を、前記ＳＡＷ共振子を形成した薄板部７６ｃ´に集中させることができる。従って、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等をより高感度に検出することができる。
【００９２】
図１４（Ａ）〜（Ｅ）は、第５実施例のＳＡＷセンサの更に別の変形例を概略的に示している。本実施例のＳＡＷセンサ７１は、圧電基板７４の幅方向の中心線に沿う薄板部７６ｃ´に形成したＳＡＷ共振子７５３１，７５３２，７５４１，７５４２が、ＳＨ波ＳＡＷではなく、レイリー波のＳＡＷを励振するように形成され、かつそのＩＤＴ７８３１，７８３２，７８４１，７８４２がＳＡＷ伝搬方向を圧電基板７４の長さ方向即ちＸ方向に整合させて配置した点において、図１３の実施例と異なる。これらのＹ方向に沿って配置したＳＡＷ共振子は、第５実施例で説明したように、Ｙ方向の加速度等を検出するためのものである。本実施例によれば、ＳＨ波ＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子とレイリーＳＡＷを励振するＳＡＷ共振子とを組み合わせても、同様にＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の３軸方向全てについて、加速度等を精度良くに検出することができる。
【００９３】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、ＳＡＷセンサ素子の圧電基板には、水晶以外に、リチウムタンタレートやリチウムニオベート等の様々な公知の圧電材料を用いることができる。リチウムタンタレート及びリチウムニオベートの圧電基板には、横波成分を有するＳＡＷとして、例えばリーキーＳＡＷを利用することが好ましい。また、圧電基板の薄板部に形成するＩＤＴは、ＳＡＷセンサの用途及び／又は使用条件に対応して、上記実施例以外に様々な配置した構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第１実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図２】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第２実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図３】（Ａ）（Ｂ）図は、それぞれＺ方向、Ｘ方向の加速度による第２実施例のＳＡＷセンサ素子の変形を示す側面図。
【図４】（Ａ）図は第２実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図５】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第３実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図６】（Ａ）図は第３実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図、（Ｃ）図はＹ方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す（Ａ）図のVI−VI線における断面図。
【図７】（Ａ）図は第３実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図、（Ｃ）図はＹ方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す（Ａ）図のVII−VII線における断面図。
【図８】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第４実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのVIIIb−VIIIb線における断面図、（Ｃ）図はVIIIc−VIIIc線における断面図。
【図９】（Ａ）図は第４実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのIXb−IXb線における断面図、（Ｃ）図はIXc−IXc線における断面図。
【図１０】（Ａ）図は第４実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのＸb−Ｘb線における断面図、（Ｃ）図はＸc−Ｘc線における断面図、（Ｄ）図はＸd−Ｘd線における断面図、（Ｅ）図はＸe−Ｘe線における断面図。
【図１１】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷセンサの第５実施例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIb−XIb線における断面図、（Ｃ）図はXIc−XIc線における断面図。
【図１２】（Ａ）図は第５実施例の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIIb−XIIb線における断面図、（Ｃ）図はXIIc−XIIc線における断面図。
【図１３】（Ａ）図は第５実施例の別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIIIb−XIIIb線における断面図、（Ｃ）図はXIIIc−XIIIc線における断面図、（Ｄ）図はXIIId−XIIId線における断面図、（Ｅ）図はXIIIe−XIIIe線における断面図。
【図１４】（Ａ）図は第５実施例の更に別の変形例を示す概略平面図、（Ｂ）図はそのXIVb−XIVb線における断面図、（Ｃ）図はXIVc−XIVc線における断面図、（Ｄ）図はXIVd−XIVd線における断面図、（Ｅ）図はXIVe−XIVe線における断面図。
【図１５】（Ａ）図は従来の一般的なＳＡＷセンサを示す概略平面図、（Ｂ）図はその側面図。
【図１６】図１５の従来例におけるＺ軸方向の加速度によるＳＡＷセンサ素子の変形を示す側面図。
【図１７】３６°回転Ｙカット水晶基板でのレイリー波ＳＡＷの相対変位を示す線図。
【図１８】３６°回転Ｙカット水晶基板でのＳＨ波ＳＡＷの相対変位を示す線図。
【符号の説明】
【００９５】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…ＳＡＷセンサ、２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２…ベース、３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３…ＳＡＷセンサ素子、４，１４，２４，３４，６４，７４…圧電基板、４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，，，…長さ方向端部、５，１５，２５１，２５２，２５１１，２５１２，２５２１，２５２２，３５１１，３５１２，３５１３，３５１４，３５２１，３５２２，３５２３，３５２４，４４１１，４４１２，４４１３，４４１４，４４２１，４４２２，４４２３，４４２４，５４１１，５４１２，５４１３，５４１４，５４２１，５４２２，５４２３，５４２４，６５１１，６５１２，６５２１，６５２２，６５３１，６５３２，６５４１，６５４２，７５１１，７５１２，７５２１，７５２２，７５３１，７５３２，７５４１，７５４２…ＳＡＷ共振子、６ａ，１６ａ，２６ａ，３６ａ，３６ａ，６６ａ，７６ａ…厚板支持部、６ｂ，１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，６６ｂ，７６ｂ…厚板部、６ｃ，１６ｃ，２６１ｃ，２６２ｃ，３６１ｃ，３６２ｃ，６６ｃ，６６ｃ´，７６ｃ，７６ｃ´…薄板部、７，１７，２７，３７，６７，７７…接着剤、８，１８，２８１，２８２，２８１１，２８１２，２８２１，２８２２，３８１１，３８１２，３８１３，３８１４，３８２１，３８２２，３８２３，３８２４，４５１１，４５１２，４５１３，４５１４，４５２１，４５２２，４５２３，４５２４，５５１１，５５１２，５５１３，５５１４，５５２１，５５２２，５５２３，５５２４，６８１１，６８１２，６８２１，６８２２，６８３１，６８３２，６８４１，６８４２，７８１１，７８１２，７８２１，７８２２，７８３１，７８３２，７８４１，７８４２…ＩＤＴ、８ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂ，２８１ａ，２８１ｂ，２８２ａ，２８２ｂ…交差指電極、９，１９，２９１，２９２，２９１１，２９１２，２９２１，２９２２，３９１１，３９１２，３９１３，３９１４，３９２１，３９２２，３９２３，３９２４，４６１１，４６１２，４６１３，４６１４，４６２１，４６２２，４６２３，４６２４，５６１１，５６１２，５６１３，５６１４，５６２１，５６２２，５６２３，５６２４，６９１１，６９１２，６９２１，６９２２，６９３１，６９３２，６９４１，６９４２，７９１１，７９１２，７９２１，７９２２，７９３１，７９３２，７９４１，７９４２…反射器、１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ…電極パッド、６４ａ，７４ａ…貫通部分。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と前記圧電基板上に形成されたＩＤＴとを有する弾性表面波センサ素子と、前記弾性表面波センサ素子を支持するベースとを備え、
前記圧電基板が、支持部と、前記支持部から延長する薄板部と、前記薄板部を挟んで前記支持部の反対側に設けられた厚板部とを有し、
前記弾性表面波センサ素子が、前記圧電基板の前記薄板部及び前記厚板部を浮かせて、かつ前記厚板部が前記薄板部を撓ませるように変位可能な状態にして、前記支持部を前記ベースに固定して支持され、
前記ＩＤＴがＳＨ型弾性表面波（ＳＡＷ）を励振し、かつ前記厚板部の変位による前記薄板部の撓みで該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに前記ＳＡＷの伝搬方向を整合させて、前記圧電基板の前記薄板部上に配置されていることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その一方の長さ方向端部に前記支持部を、他方の長さ方向端部に前記厚板部を、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項３】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その両方の長さ方向端部にそれぞれ前記支持部を、長さ方向の中央に前記厚板部を、前記各支持部と前記厚板部との間にそれぞれ前記薄板部を有し、前記各薄板部にそれぞれ前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項４】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ少なくとも２つの前記ＩＤＴを互いに前記引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置したことを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項５】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ４つの前記ＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って少なくとも２つずつ直列にかつ互いに前記引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置したことを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項６】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にレイリーＳＡＷを励振する少なくとも２つの追加のＩＤＴを更に有し、前記追加のＩＤＴが、ＳＨ型ＳＡＷを励振する前記ＩＤＴのＳＡＷ伝搬方向の両側に、そのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させて配置されていることを特徴とする請求項４記載の弾性表面波センサ。
【請求項７】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ２つの前記ＩＤＴをそのＳＡＷ伝搬方向に直列に配置し、かつそれらの間にレイリーＳＡＷを励振する２つの追加のＩＤＴを更に有し、前記追加のＩＤＴが、そのそのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させかつ互いに直列に配置されていることを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項８】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その外周に沿って矩形枠状の前記支持部と、中央に前記厚板部と、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有し、前記薄板部に前記圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数の前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項９】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その中央に前記支持部と、外周に沿って矩形枠状の前記厚板部と、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有し、前記薄板部に前記圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数の前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項１０】
前記弾性表面波センサ素子が、弾性表面波共振子を構成するように前記ＳＡＷ伝搬方向に沿って前記ＩＤＴの両側に配置した反射器を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の弾性表面波センサ。
【請求項１１】
前記ＩＤＴが、弾性表面波フィルタ又は２ポート型弾性表面波共振子を構成するように少なくとも２つの交差指電極対からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の弾性表面波センサ。
【請求項１】
圧電基板と前記圧電基板上に形成されたＩＤＴとを有する弾性表面波センサ素子と、前記弾性表面波センサ素子を支持するベースとを備え、
前記圧電基板が、支持部と、前記支持部から延長する薄板部と、前記薄板部を挟んで前記支持部の反対側に設けられた厚板部とを有し、
前記弾性表面波センサ素子が、前記圧電基板の前記薄板部及び前記厚板部を浮かせて、かつ前記厚板部が前記薄板部を撓ませるように変位可能な状態にして、前記支持部を前記ベースに固定して支持され、
前記ＩＤＴがＳＨ型弾性表面波（ＳＡＷ）を励振し、かつ前記厚板部の変位による前記薄板部の撓みで該薄板部表面に生じる引張応力又は圧縮応力の作用方向と直交する向きに前記ＳＡＷの伝搬方向を整合させて、前記圧電基板の前記薄板部上に配置されていることを特徴とする弾性表面波センサ。
【請求項２】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その一方の長さ方向端部に前記支持部を、他方の長さ方向端部に前記厚板部を、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項３】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その両方の長さ方向端部にそれぞれ前記支持部を、長さ方向の中央に前記厚板部を、前記各支持部と前記厚板部との間にそれぞれ前記薄板部を有し、前記各薄板部にそれぞれ前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項４】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ少なくとも２つの前記ＩＤＴを互いに前記引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置したことを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項５】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ４つの前記ＩＤＴをＳＡＷの伝搬方向に沿って少なくとも２つずつ直列にかつ互いに前記引張応力又は圧縮応力の作用方向に並列に配置したことを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項６】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にレイリーＳＡＷを励振する少なくとも２つの追加のＩＤＴを更に有し、前記追加のＩＤＴが、ＳＨ型ＳＡＷを励振する前記ＩＤＴのＳＡＷ伝搬方向の両側に、そのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させて配置されていることを特徴とする請求項４記載の弾性表面波センサ。
【請求項７】
前記弾性表面波センサ素子が、前記各薄板部にそれぞれ２つの前記ＩＤＴをそのＳＡＷ伝搬方向に直列に配置し、かつそれらの間にレイリーＳＡＷを励振する２つの追加のＩＤＴを更に有し、前記追加のＩＤＴが、そのそのＳＡＷ伝搬方向をＳＨ型ＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに整合させかつ互いに直列に配置されていることを特徴とする請求項３記載の弾性表面波センサ。
【請求項８】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その外周に沿って矩形枠状の前記支持部と、中央に前記厚板部と、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有し、前記薄板部に前記圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数の前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項９】
前記圧電基板が矩形平板状をなし、その中央に前記支持部と、外周に沿って矩形枠状の前記厚板部と、前記支持部と前記厚板部との間に前記薄板部を有し、前記薄板部に前記圧電基板の長さ方向及び幅方向の中心線に沿って複数の前記ＩＤＴを配置したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波センサ。
【請求項１０】
前記弾性表面波センサ素子が、弾性表面波共振子を構成するように前記ＳＡＷ伝搬方向に沿って前記ＩＤＴの両側に配置した反射器を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の弾性表面波センサ。
【請求項１１】
前記ＩＤＴが、弾性表面波フィルタ又は２ポート型弾性表面波共振子を構成するように少なくとも２つの交差指電極対からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載の弾性表面波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２４３９８１（Ｐ２００９−２４３９８１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８８６９（Ｐ２００８−８８８６９）
【出願日】平成２０年３月２９日（２００８．３．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２９日（２００８．３．２９）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
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