WO2011162305A1 - 物理量センサ及びその製造方法 - Google Patents

物理量センサ及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2011162305A1
WO2011162305A1 PCT/JP2011/064308 JP2011064308W WO2011162305A1 WO 2011162305 A1 WO2011162305 A1 WO 2011162305A1 JP 2011064308 W JP2011064308 W JP 2011064308W WO 2011162305 A1 WO2011162305 A1 WO 2011162305A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
physical quantity
piezoelectric element
electrode layer
detection unit
quantity sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/064308
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
永剛 蒋
行平 樋口
浩幸 濱田
前中　一介
Original Assignee
独立行政法人科学技術振興機構
兵庫県
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 独立行政法人科学技術振興機構, 兵庫県 filed Critical 独立行政法人科学技術振興機構
Priority to EP11798187.8A priority Critical patent/EP2587239B1/en
Priority to US13/704,413 priority patent/US9257632B2/en
Priority to CN201180028701.0A priority patent/CN103003679B/zh
Priority to KR1020127034137A priority patent/KR20130118751A/ko
Publication of WO2011162305A1 publication Critical patent/WO2011162305A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40—Animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247—Pressure sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02444—Details of sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • the present invention relates to a physical quantity sensor for measuring a plurality of physical quantities and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 a sensor that can detect pressure and detect both pressure and slip simultaneously, and also can detect surface irregularities is known. It has become.
  • an object of the present invention is to provide a physical quantity sensor capable of simultaneously detecting a plurality of physical quantities and a method for manufacturing the same.
  • the physical quantity sensor of the present invention includes a first electrode layer, a first piezoelectric element provided on the first electrode layer, and a second electrode provided on the first piezoelectric element.
  • a first physical quantity detection unit having a layer, a third electrode layer, a second piezoelectric element provided on the third electrode layer, and provided on the second piezoelectric element
  • a second physical quantity detection unit having a fourth electrode layer, and a thickness direction center line of the first piezoelectric element is substantially equal to a thickness direction center line of the first physical quantity detection unit.
  • the first piezoelectric elements are arranged so as to match or match, and the center line in the thickness direction of the second piezoelectric element is unevenly distributed with respect to the center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit.
  • a second piezoelectric element is provided.
  • a plurality of physical quantities can be detected simultaneously.
  • the pressure from the object can be detected by the first piezoelectric element, and the bending motion displacement of the object can be detected simultaneously by the second piezoelectric element. Therefore, the physical quantity sensor of the present invention can be used as a contact sensor, for example.
  • the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit are arranged in parallel, and a part of the first electrode layer and the third physical quantity detection unit are arranged. A part of the electrode layer may be connected so as to form a single electrode layer.
  • the thickness of the sensor can be reduced, and the electrode common to the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be formed in one process. Therefore, it can be easily manufactured.
  • the second physical quantity detection unit is laminated on at least one side of the first physical quantity detection unit via a flexible insulating layer. May be.
  • the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be integrated, a smaller physical quantity sensor can be obtained. Further, if the piezoelectric elements of the second physical quantity detection unit are formed so as to be disposed on both sides of the piezoelectric elements of the first physical quantity detection unit, the sensor sensitivity in the second physical quantity detection unit is doubled. can do.
  • the first electrode on the first piezoelectric element side is fixed to the substrate, and the second piezoelectric element can swing in a predetermined direction by external vibration.
  • a cantilever may be used.
  • the pressure from the object can be detected by the first piezoelectric element, and the vibration of the object can be detected by the second piezoelectric element.
  • a polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) substrate is provided on at least a part of the surface.
  • the physical quantity sensor can be affixed to the skin of an animal for a long time via the PDMS substrate, and the pulse, heart rate, breathing Biometric information such as can be obtained.
  • the physical quantity sensor manufacturing method of the present invention is the physical quantity sensor manufacturing method according to (2) above, in which a piezoelectric element layer is stacked on the one electrode layer, and then the first sensor is etched. Forming the piezoelectric element and the second piezoelectric element, and laminating a conductive layer on the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and then etching to form the third electrode Forming a layer on the first piezoelectric element, and forming an electrode layer on the second piezoelectric element.
  • the physical quantity sensor described in (2) above can be easily manufactured.
  • the electrode common to the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be formed by one process, the physical quantity sensor according to (2) can be easily manufactured. Is possible.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1. It is the figure which showed the manufacturing process in the physical quantity sensor shown in FIG. 1 in order. It is sectional drawing of the physical quantity sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the physical quantity sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the physical quantity sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the physical quantity sensor which concerns on the modification of 1st Embodiment of this invention.
  • the physical quantity sensor 100 includes a substrate 1, an electrode layer 2 formed on the substrate 1, and a piezoelectric element 3 a arranged in parallel on the electrode layer 2. And the piezoelectric element 3b, the electrode layers 4a and 4b respectively formed on the piezoelectric elements 3a and 3b, and the protective layers 5a and 5b protecting the electrode layer 2, the piezoelectric elements 3a and 3b, and the electrode layers 4a and 4b. 5c, 5d, 5e.
  • the substrate 1, the electrode layer 2, the piezoelectric element 3 a (first piezoelectric element), the electrode layer 4 a (third electrode layer), and the protective layers 5 a, 5 b, 5 c, 5 d, and 5 e include a first physical quantity detection unit. 6, and the substrate 1, the electrode layer 2, the piezoelectric element 3 b (second piezoelectric element), and the electrode layer 4 b (fourth electrode layer) constitute the second physical quantity detection unit 7.
  • the substrate 1 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the substrate 1 may be made of any material as long as it has flexibility or flexibility.
  • PDMS may be used in consideration of biocompatibility.
  • the electrode layers 2, 4a, 4b are made of a conductive material having flexibility or flexibility, and for example, copper, silver, gold, nickel-copper alloy, conductive polymer, or the like can be used.
  • the piezoelectric elements 3a and 3b are made of a piezoelectric material having flexibility or flexibility. Examples thereof include piezoelectric polymers such as PVDF (polyvinylidene fluoride). 2, the thickness direction center line of the piezoelectric element 3a and the center position between the lower surface position A1 and the upper surface position A2 of the physical quantity sensor 100 (thickness direction center line of the first physical quantity detection unit 6). ) A3 matches. The center line in the thickness direction of the piezoelectric element 3b is unevenly distributed with respect to the center position (center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit 7) A5 between the lower surface position A1 and the upper surface position A4 of the second physical quantity detection unit. ing.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the protective layers 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e are made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the protective layers 5 a, 5 b, 5 c, 5 d, and 5 e may be made of any material depending on the purpose as long as the substrate 1 has flexibility or flexibility.
  • PDMS may be used in consideration of biocompatibility.
  • the physical quantity sensor 100 shown in FIG. 2 is bent so as to be warped in a convex shape with the center of the surface of the protective layer 5c as a vertex so as not to be plastically deformed.
  • the thickness direction center line of the piezoelectric element 3a and the center position between the lower surface position A1 and the upper surface position A2 (Thickness direction center line of the first physical quantity detection unit 6) A3 coincides, so that the stress deformation of the piezoelectric element 3a is symmetric between the upper surface position A2 side and the lower surface position A1 side, and occurs on the upper and lower surfaces.
  • the center line in the thickness direction of the piezoelectric element 3b is the center position between the lower surface position A1 and the upper surface position A4 of the second physical quantity detection unit 7 (second physical quantity Since the thickness of the detector 7 is unevenly distributed with respect to the center line A5, the stress deformation of the piezoelectric element 3b becomes asymmetric between the upper surface position A4 side and the lower surface position A1 side, and the surface generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 3b. Charges do not cancel each other. Therefore, by measuring the voltage value generated in the second physical quantity detector 7, it is possible to detect the degree of bending force as a value. In the case where the physical quantity sensor 100 shown in FIG. 2 is bent so as to be warped in a concave shape so as not to be plastically deformed with the center of the surface of the substrate 1 as an apex, it is possible to detect the degree of bending force as a value. is there.
  • both ends of the substrate 1 are fixed, and the surfaces of the protective layers 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e are evenly directed from the top to the bottom in FIG. Assume pressurized.
  • the piezoelectric element 3a is pressurized and deformed from the protective layers 5b and 5c, the surface charges generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 3a do not cancel each other. Therefore, by measuring the voltage value generated in the first physical quantity detection unit 6, the degree of pressure applied to the physical quantity sensor 100 can be detected as a value.
  • the protective layers 5a and 5e are fixed, and the physical quantity sensor 100 is similarly applied when the surface of the substrate 1 is evenly pressurized from the bottom to the top in FIG. It is possible to detect as a value the degree of pressure applied to the.
  • the piezoelectric element 3b is also pressurized by the protective layers 5c and 5d and is affected by some amount, but it is measured in advance how much the pressure is affected by the protective layers 5c and 5d. If correction is made so that the detection value for the pressurization is subtracted from the detection value for the force of the bending operation, the setting can be made so as not to be affected by the protective layers 5c and 5d.
  • the piezoelectric element layer 3 is laminated on the electrode layer 2 formed on the substrate 1 by sputtering or the like (see FIGS. 3A and 3B).
  • etching is performed to pattern the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b (piezoelectric element forming step: see FIG. 3C).
  • the conductive layer 4 is laminated on the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b by sputtering or the like (see FIG. 3D), and then etched to form the electrode layer 4a on the piezoelectric element 3a.
  • Electrode layer forming step see FIG. 3E
  • an insulating material layer is laminated from the electrode layers 4a and 4b side by sputtering or the like (see FIG. 3F), and then etched to form the protective layers 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e by patterning (FIG. 3).
  • the physical quantity sensor 100 is completed.
  • the physical quantity sensor 100 of the present embodiment a plurality of physical quantities can be detected simultaneously. That is, the pressure from the object can be detected by the piezoelectric element 3a, and the bending movement displacement of the object can be simultaneously detected by the piezoelectric element 3b. Therefore, the physical quantity sensor 100 can be used as a contact sensor, for example.
  • the thickness of the physical quantity sensor 100 can be reduced. Furthermore, since the electrode layer 2 common to the first physical quantity detection unit 6 and the second physical quantity detection unit 7 can be formed by one process, the physical quantity sensor 100 can be easily manufactured. It is.
  • the substrate 1 is a PDMS substrate
  • the PDMS substrate is biocompatible, so that the physical quantity sensor 100 having the PDMS substrate can be attached to the skin of an animal for a long time, and the pulse, heart rate, Biological information such as respiration can be obtained.
  • the physical quantity sensor 200 includes a substrate 11, an electrode layer 12 formed on the substrate 11, a piezoelectric element 13a formed on the electrode layer 12, and a piezoelectric element. Electrode layer 14a formed on 13a, insulating layer 15 formed on piezoelectric element 13a and electrode layer 14a, electrode layer 16 formed on insulating layer 15, and on electrode layer 16 A piezoelectric element 13b formed and an electrode layer 14b formed on the piezoelectric element 13b are provided.
  • the first physical quantity detection unit includes an electrode layer 12 (first electrode layer), a piezoelectric element 13a (first piezoelectric element), and an electrode layer 14a (third electrode layer) as main parts.
  • the second physical quantity detection unit has an electrode layer 16 (second electrode layer), a piezoelectric element 13b (second piezoelectric element), and an electrode layer 14b (fourth electrode layer) as main parts.
  • a portion other than the piezoelectric element 13b in the physical quantity sensor 200 is provided as a layer for adjusting the arrangement position of the piezoelectric element 13b.
  • the insulating layer 15 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the insulating layer 15 may be made of any material depending on the purpose as long as it has flexibility or flexibility, like the substrate 11.
  • the electrode layer 14b and the electrode layer 16 are made of a conductive material having flexibility or flexibility.
  • a conductive material having flexibility or flexibility For example, copper, silver, gold, nickel-copper alloy, conductive polymer, or the like is used. Can do.
  • the piezoelectric element 13b is made of a piezoelectric material having flexibility or flexibility, like the piezoelectric element 13a.
  • Examples thereof include piezoelectric polymers such as PVDF (polyvinylidene fluoride).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the center line B4 in the thickness direction of the piezoelectric element 13b is unevenly distributed with respect to the center position (center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit) B3 between the lower surface position B1 and the upper surface position B2 of the second physical quantity detection unit. ing.
  • the physical quantity sensor 200 shown in FIG. 4 is bent so as to warp in a convex shape with the center of the surface of the electrode layer 14b as a vertex so as not to be plastically deformed.
  • the piezoelectric element 13a in the first physical quantity detection unit is subjected to a bending stress, but the thickness direction center line of the piezoelectric element 13a and the center position between the lower surface position B1 and the upper surface position B2 ( Since the first physical quantity detection portion thickness direction center line) B3 coincides, the stress deformation of the piezoelectric element 13a is symmetric between the upper surface position B2 side and the lower surface position B1 side, and occurs on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 13a. The surface charges are canceled out. That is, the first physical quantity detection unit does not detect the bending force.
  • the center line in the thickness direction of the piezoelectric element 13b is the center position between the lower surface position B1 and the upper surface position B2 of the second physical quantity detection unit (second physical quantity detection unit).
  • (Center line in the thickness direction) B3 the stress deformation of the piezoelectric element 13b becomes asymmetric between the upper surface position B2 side and the lower surface position B1 side, and the surface charge generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 13b cancels out. Do not fit. Therefore, by measuring the voltage value generated in the second physical quantity detection unit, it is possible to detect the degree of bending force as a value. In the case where the physical quantity sensor 200 shown in FIG. 4 is bent so as to be warped in a concave shape so as not to be plastically deformed with the center of the surface of the substrate 11 as an apex, it is possible to detect the degree of bending force as a value. is there.
  • both ends of the electrode layer 14b are fixed, and the physical quantity sensor 200 is similarly applied when the surface of the substrate 11 is uniformly pressed from the bottom to the top in FIG. It is possible to detect as a value the degree of pressure applied to the.
  • the piezoelectric element 13b is also pressurized and is subject to some influence. However, by measuring in advance how much the piezoelectric element 13b is affected by the pressurization, the detected value of the force in the bending operation is measured. If correction is made so that the detection value for the pressurization is subtracted from, it can be set so as not to be affected by the pressurization.
  • each part is stacked and patterned on the substrate 11 by using sputtering, etching, or the like. Specifically, first, a piezoelectric element layer is laminated on the electrode layer 12 formed on the substrate 11 by sputtering or the like, and then etched to form a piezoelectric element 13a by patterning. Subsequently, after a conductive layer is laminated from the piezoelectric element 13a side by sputtering or the like, an electrode layer 14a is formed on the piezoelectric element 13a by etching.
  • the insulating layer 15 is formed by etching.
  • the electrode layer 16 is formed on the insulating layer 15 by etching.
  • etching is performed to form the piezoelectric element 13b.
  • the physical quantity sensor 200 is completed by etching to form the electrode layer 14b on the piezoelectric element 13b.
  • the physical quantity sensor 200 of the present embodiment a plurality of physical quantities can be detected simultaneously. That is, the pressure from the object can be detected by the piezoelectric element 13a, and the bending motion displacement of the object can be simultaneously detected by the piezoelectric element 13b. Therefore, the physical quantity sensor 200 can be used as a contact sensor, for example.
  • first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be integrated, a smaller physical quantity sensor 200 can be obtained.
  • the physical quantity sensor 300 includes a substrate 21, an electrode layer 22 formed on the substrate 21, a piezoelectric element 23a formed on the electrode layer 22, and a piezoelectric element.
  • the first physical quantity detection unit includes the electrode layer 22, the piezoelectric element 23 a (first piezoelectric element), and the electrode layer 24 a (third electrode layer) as main parts, and the piezoelectric in the physical quantity sensor 300.
  • a portion other than the element 23a (excluding the substrate 21) is provided as a layer for adjusting the arrangement position of the piezoelectric element 23a.
  • the second physical quantity detection unit includes the electrode layer 22, the piezoelectric element 23 b (second piezoelectric element), and the electrode layer 24 b (fourth electrode layer) as main parts, and the piezoelectric in the physical quantity sensor 300.
  • a portion other than the element 23b (excluding the substrate 21) is provided as a layer for adjusting the arrangement position of the piezoelectric element 23b.
  • the substrate 21 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the substrate 21 may be made of any material as long as it has flexibility or flexibility.
  • PDMS may be used in consideration of biocompatibility.
  • the piezoelectric element 23b is formed using the same material as that of the piezoelectric element 23a, and is disposed at the reference position with respect to the piezoelectric element 23a with the electrode layer 22 as the center. As shown in FIG. 5, the thickness direction center line of the piezoelectric element 23a and the center position between the lower surface position C1 and the upper surface position C2 of the first physical quantity detection unit (thickness direction of the first physical quantity detection unit). (Center line) C3 coincides. The center line C4 in the thickness direction of the piezoelectric element 23b is unevenly distributed with respect to the center position (center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit) C3 between the lower surface position C1 and the upper surface position C2 of the second physical quantity detection unit. ing.
  • the electrode layer 24b is formed using the same material as that of the electrode layer 24a, and is disposed at the reference position with respect to the electrode layer 24a with the electrode layer 22 as the center.
  • the protective layer 25 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the protective layer 25 may be made of any material depending on the purpose as long as it has flexibility or flexibility, like the substrate 21.
  • the operation of the physical quantity sensor 300 will be described.
  • the piezoelectric element 23a in the first physical quantity detection unit is applied with a stress about the bending operation, but the thickness direction center line of the piezoelectric element 23a and the center position between the lower surface position C1 and the upper surface position C2 ( Since the thickness direction center line (C3) of the first physical quantity detector coincides with C3, the stress deformation of the piezoelectric element 23a is symmetric between the upper surface position C2 side and the lower surface position C1 side, and occurs on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 23a. The surface charges are canceled out.
  • the first physical quantity detection unit does not detect the bending force.
  • the center line in the thickness direction of the piezoelectric element 23b is the center position between the lower surface position C1 and the upper surface position C2 of the second physical quantity detection unit (second physical quantity detection unit).
  • the stress deformation of the piezoelectric element 23b becomes asymmetric between the upper surface position C2 side and the lower surface position C1 side, and the surface charge generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 23b cancels out. Do not fit. Therefore, by measuring the voltage value generated in the second physical quantity detection unit, it is possible to detect the degree of bending force as a value.
  • the degree of bending force can be detected as a value in the same manner. It is.
  • the piezoelectric element 23b is also pressurized and is subject to some influence. However, by measuring in advance how much the piezoelectric element 23b is affected by the pressurization, the detected value of the force in the bending operation is measured. If correction is made so that the detection value for the pressurization is subtracted from, it can be set so as not to be affected by the pressurization.
  • each part is laminated and patterned by using sputtering, etching, or the like. Specifically, first, the electrode layer 24b is formed, the substrate 21 is laminated so as to cover one side of the electrode layer 24b, and then the substrate 21 is etched to form a recess for the piezoelectric element 23a. Next, a piezoelectric material is embedded in the recess by sputtering to form the piezoelectric element 23a.
  • the electrode layer 22 and the piezoelectric element layer are sequentially stacked on the substrate 21 and the piezoelectric element 23a by sputtering or the like, and then etched to form the piezoelectric element 23a by patterning.
  • etching is performed to pattern the electrode layer 24a on the piezoelectric element 23a.
  • the physical quantity sensor 300 is completed by laminating the protective layer 25 on the piezoelectric element 23a and the electrode layer 24a by sputtering or the like.
  • the physical quantity sensor 300 of this embodiment a plurality of physical quantities can be detected simultaneously. That is, the pressure from the object can be detected by the piezoelectric element 23a, and the bending motion displacement of the object can be simultaneously detected by the piezoelectric element 23b. Therefore, the physical quantity sensor 300 can be used as a contact sensor, for example.
  • the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be integrated, a smaller physical quantity sensor 300 can be obtained.
  • the electrode layer 22 is shared by the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit, the thickness of the physical quantity sensor 300 can be reduced.
  • the electrode layer 22 common to the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be formed by one process, the physical quantity sensor 300 can be easily manufactured. .
  • the physical quantity sensor 400 includes a substrate 31, an electrode layer 32 formed on the substrate 31, a piezoelectric element 33a formed on the electrode layer 32, and a piezoelectric element.
  • the electrode layer 34a formed on the electrode 33a, the insulating layer 35 formed on the piezoelectric element 33a and the electrode layer 34a, the electrode layer 36 formed on the insulating layer 35, and the electrode layer 36
  • an electrode layer 34 b embedded in the substrate 31 is an electrode layer 34 b embedded in the substrate 31.
  • the first physical quantity detection unit includes the electrode layer 32, the piezoelectric element 33a (first piezoelectric element), and the electrode layer 34a (third electrode layer) as main parts, and the piezoelectric in the physical quantity sensor 400.
  • a portion other than the element 33a (excluding the substrate 21) is provided as a layer for adjusting the arrangement position of the piezoelectric element 33a.
  • the second physical quantity detection unit includes the electrode layer 32, the piezoelectric element 33b, and the electrode layer 34b as the first main part, the electrode layer 36, the piezoelectric element 37 (second piezoelectric element), and the electrode layer 38 (fourth element). Electrode layer) as the second main part.
  • the piezoelectric element 33b in the first main part uses a part other than the piezoelectric element 33b in the physical quantity sensor 400 as a layer for adjusting the arrangement position of the piezoelectric element 33b.
  • the piezoelectric element 37 in the second main part uses a portion other than the piezoelectric element 37 in the physical quantity sensor 400 as a layer for adjusting the position where the piezoelectric element 37 is disposed.
  • the substrate 31 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the substrate 31 may be made of any material as long as it has flexibility or flexibility.
  • PDMS may be used in consideration of biocompatibility.
  • the piezoelectric element 33b is formed using the same material as that of the piezoelectric element 33a, and is disposed at the reference position with respect to the piezoelectric element 33a with the electrode layer 32 as the center. Note that, as shown in FIG. 6, the center line of the piezoelectric element 33a in the thickness direction and the center position between the lower surface position D1 and the upper surface position D2 of the first physical quantity detection unit (the thickness direction of the first physical quantity detection unit). It matches the center line D3.
  • the center line D4 in the thickness direction of the piezoelectric element 37 is unevenly distributed with respect to the center position (center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit) D3 between the lower surface position D1 and the upper surface position D2 of the second physical quantity detection unit. ing.
  • the thickness direction center line D5 of the piezoelectric element 33b is relative to the center position (center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit) D3 between the lower surface position D1 and the upper surface position D2 of the second physical quantity detection unit. It is unevenly distributed.
  • the insulating layer 35 is made of an insulating material having flexibility or flexibility.
  • the insulating layer 35 may be made of any material depending on the purpose as long as it has flexibility or flexibility, like the substrate 31.
  • the piezoelectric element 33a in the first physical quantity detection unit is applied with a stress about the bending operation, but the thickness direction center line of the piezoelectric element 33a and the center position between the lower surface position D1 and the upper surface position D2 ( Since the center line D3 in the thickness direction of the first physical quantity detector D3 coincides, the stress deformation of the piezoelectric element 33a is symmetric between the upper surface position D2 side and the lower surface position D1 side, and occurs on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 33a. The surface charges are canceled out.
  • the first physical quantity detection unit does not detect the bending force.
  • the center line in the thickness direction of the piezoelectric element 33b is the center position between the lower surface position D1 and the upper surface position D2 of the second physical quantity detection unit (second physical quantity detection unit).
  • the stress deformation of the piezoelectric element 33b is asymmetric between the upper surface position D2 side and the lower surface position D1 side, and the surface charge generated on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 33b cancels out. Do not fit. Therefore, by measuring the voltage value generated in the second physical quantity detection unit, it is possible to detect the degree of bending force as a value.
  • the physical quantity sensor 400 shown in FIG. 6 is bent so as to be warped in a concave shape so that it does not plastically deform with the center of the surface of the electrode layer 34b as a vertex, it is possible to detect the degree of bending force as a value. It is.
  • the degree of pressure applied to the physical quantity sensor 400 is detected as a value.
  • the piezoelectric elements 33b and 37 are also pressurized and are subject to some influence, but by measuring in advance how much the pressure is affected by the pressure, If correction is made so that the detection value for the pressurization is subtracted from the detection value, the setting can be made so as not to be affected by the pressurization.
  • each part is laminated and patterned by using sputtering, etching, or the like. Specifically, first, the substrate 31 is etched to form depressions for the electrode layer 34b and the piezoelectric element 33a. Next, a conductive material and a piezoelectric material are sequentially embedded in a predetermined portion of the depression by sputtering, and an electrode layer 34b and a piezoelectric element 23a are sequentially formed.
  • the electrode layer 32 and the piezoelectric element layer are sequentially laminated on the substrate 31 and the piezoelectric element 33a by sputtering or the like, and then etched to form the piezoelectric element 33a by patterning.
  • the electrode layer 34a is patterned and formed on the piezoelectric element 33a by etching.
  • the electrode layer 36 is stacked on the insulating layer 35.
  • a conductive layer is stacked by sputtering or the like from the piezoelectric element 33a side.
  • the physical layer sensor 400 is completed by etching the conductive layer and patterning the electrode layer 38 on the piezoelectric element 37.
  • the physical quantity sensor 400 of the present embodiment a plurality of physical quantities can be detected simultaneously.
  • the pressure from the object can be detected by the piezoelectric element 33a, and the bending motion displacement of the object can be simultaneously detected by the piezoelectric elements 33b and 37. Therefore, the physical quantity sensor 400 can be used as a contact sensor, for example.
  • the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be integrated, a smaller physical quantity sensor 400 can be obtained.
  • the piezoelectric elements 33b and 37 of the second physical quantity detection unit are stacked so as to be arranged on both sides of the piezoelectric element 33a of the first physical quantity detection unit, the second physical quantity detection is performed while being small. The sensitivity of the sensor to the bending force at the part can be doubled.
  • the thickness of the physical quantity sensor 400 can be reduced. Furthermore, since the electrode layer 32 common to the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit can be formed by one process, the physical quantity sensor 400 can be easily manufactured. .
  • this invention is not limited to the said embodiment and Example, A various deformation
  • the first physical quantity detector 6 and the second physical quantity detector 7 in the first embodiment share the electrode layer 2, but instead of the electrode layer 2, the first physical quantity detector
  • the first electrode layer and the second electrode layer formed independently for each of the first and second physical quantity detection units may be used.
  • first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit in the third embodiment share the electrode layer 22, but the upper side is interposed between the electrode layer 22 and the piezoelectric element 23b.
  • the insulating layer and the electrode layer may be formed in order, and the electrode layer 22 may not be shared.
  • an insulating layer and an electrode layer are formed in order from the upper side between the electrode layer 32 and the piezoelectric element 33b in the physical quantity sensor of the fourth embodiment, and the first physical quantity detection unit and the second physical quantity detection unit The electrode layer 32 may not be shared.
  • the substrate 1 may not be provided as long as the electrode layer 2 has sufficient strength.
  • the thickness of each part is adjusted so that the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction center line of the first physical quantity detection unit are Needless to say, the thickness direction center line of the second piezoelectric element does not match the thickness direction center line of the second physical quantity detection unit.
  • a protective layer made of PDMS or the like may be provided on the surface of the electrode layer 14b in the second embodiment, the electrode layer 24b in the third embodiment, or the electrode layer 38 in the fourth embodiment.
  • the thickness of each part is adjusted to the center line in the thickness direction of the first piezoelectric element and the center in the thickness direction of the first physical quantity detection unit.
  • the configuration is such that the line coincides with the thickness direction center line of the second piezoelectric element and the thickness direction center line of the second physical quantity detector.
  • one end of a physical quantity sensor 500 having the same configuration as that of the first embodiment is attached to the base 48 to form a cantilever, and the object 49 includes the first physical quantity detection unit 46.
  • the piezoelectric element 43a causes the object 49 to move away from the object 49. The pressure can be detected.
  • the object 49 vibrates in the vertical direction in FIG.
  • the parts 41 to 47 are the same as the parts 1 to 7 in the first embodiment in order, and thus the description thereof is omitted.
  • the positions E1 to E5 are the same as the positions A1 to A5 in the first embodiment in order, and thus the description thereof is omitted.
  • the electrode layer 42 when the electrode layer 42 has sufficient strength, the electrode layer 42 is used instead of the substrate instead of the substrate 41, and the electrode layer 42 is directly attached to the base 48, and the physical quantity sensor is mounted. You may support.
  • the thickness of each part is adjusted to the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction center line of the first physical quantity detection unit. Needless to say, the thickness direction center line of the second piezoelectric element and the thickness direction center line of the second physical quantity detection unit do not match.
  • the degree of coincidence between the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction center line of the first physical quantity detection unit is completely coincident.
  • the degree of coincidence between the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction center line of the first physical quantity detection unit May be substantially matched (substantially match).
  • a protective layer may be provided.
  • a protective layer is particularly provided for an electrode layer or a piezoelectric element made of a material that can withstand external force. There is no need.
  • the thickness of each part is adjusted to the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction center line of the first physical quantity detection unit. Needless to say, the thickness direction center line of the second piezoelectric element does not match the thickness direction center line of the second physical quantity detection unit.
  • the two piezoelectric elements 33b and 37 are used so that the bending sensor sensitivity is double that of a single piezoelectric element.
  • Three or more elements may be used, and the bending sensor sensitivity may be three times or more that of a single piezoelectric element.
  • the thickness direction center line of the first piezoelectric element and the thickness direction of the first physical quantity detection unit are adjusted by adjusting the thickness of each part. Needless to say, the center line is configured to coincide with the center line, and the center line in the thickness direction of the second piezoelectric element does not coincide with the center line in the thickness direction of the second physical quantity detection unit. .
  • Substrate 2 4a, 4b, 12, 14a, 14b, 16, 22, 24a, 24b, 32, 34a, 34b, 36, 38, 42, 44a, 44b Electrode layer 3 Piezoelectric element Layer 4 Conductive layers 3a, 3b, 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b, 33a, 37, 43a, 43b Piezoelectric elements 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 25, 45a, 45b, 45c, 45d, 45e Protective layer 6, 46 First physical quantity detector 7, 47 Second physical quantity detector 15, 35 Insulating layer 48 Base 49 Object 100, 200, 300, 400, 500 Physical quantity sensor

Abstract

【課題】複数の物理量を同時に検出することができる物理量センサ及びその製造方法を得る。 【解決手段】可撓性又は柔軟性を全体に有した物理量センサ１００は、基板１と、基板１上に形成されている電極層２と、電極層２上に並設されている圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂと、圧電素子３ａ、３ｂ上にそれぞれ形成されている電極層４ａ、４ｂと、電極層２、圧電素子３ａ、３ｂ及び電極層４ａ、４ｂを保護している保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅと、を備えているものである。また、基板１、電極層２、圧電素子３ａ（第１の圧電素子）、電極層４ａ（第３の電極層）、保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅで、第１の物理量検出部６を構成しており、基板１、電極層２、圧電素子３ｂ（第２の圧電素子）、電極層４ｂ（第４の電極層）で、第２の物理量検出部７を構成している。

Description

物理量センサ及びその製造方法
　本発明は、複数の物理量を計測するための物理量センサ及びその製造方法に関する。
　従来から、下記特許文献１に開示されているように、圧力を検出して、圧覚およびすべり覚の両方を同時に検出することができるとともに、表面状態の凹凸も検出することができるセンサが公知となっている。
特開２００２－３１５７４号公報
　しかしながら、近年では、圧力検出機能だけでなく、被対象物から他の物理量を検出して、被対象物の状態を検出するようなセンサが求められている。例えば、被対象物からの圧力を検出するとともに、被対象物の曲げ動作変位検出などを一つのセンサで同時に行うことが望まれている。
　そこで、本発明の目的は、複数の物理量を同時に検出することができる物理量センサ及びその製造方法を提供することである。
（１）　本発明の物理量センサは、第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子上に設けられた第２の電極層と、を有した第１の物理量検出部と、第３の電極層と、前記第３の電極層上に設けられた第２の圧電素子と、前記第２の圧電素子上に設けられた第４の電極層と、を有した第２の物理量検出部と、を備え、前記第１の圧電素子の厚さ方向中心線が、前記第１の物理量検出部の厚さ方向中心線と略一致又は一致するように、第１の圧電素子が配設され、前記第２の圧電素子の厚さ方向中心線が、前記第２の物理量検出部の厚さ方向中心線に対して偏在するように、第２の圧電素子が配設されているものである。
　上記（１）の構成によれば、複数の物理量を同時に検出することができる。例えば、第１の圧電素子によって被対象物からの圧力を検出するとともに、第２の圧電素子によって被対象物の曲げ動作変位検出などを同時に行うことができる。したがって、本発明の物理量センサは、例えば、接触センサとして用いることが可能である。
（２）　上記（１）の物理量センサにおいては、前記第１の物理量検出部と前記第２の物理量検出部とが並設されており、前記第１の電極層の一部と前記第３の電極層の一部とが、一層の電極層を形成するように接続されているものであってもよい。
　上記（２）の構成によれば、センサの厚みを薄くすることができるとともに、第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とに共通する電極を一つのプロセスで形成することが可能であることから、容易に製造することが可能である。
（３）　上記（１）の物理量センサにおいては、前記第１の物理量検出部の少なくとも一方側に、可撓性絶縁層を介して前記第２の物理量検出部が積層形成されているものであってもよい。
　上記（３）の構成によれば、第１の物理量検出部及び第２の物理量検出部を集積化できるので、より小型の物理量センサとすることができる。また、第１の物理量検出部の圧電素子の両面側に配設するように第２の物理量検出部の圧電素子を積層形成することとすれば、第２の物理量検出部におけるセンサ感度を倍にすることができる。
（４）　上記（２）の物理量センサにおいては、前記第１の圧電素子側の第１の電極が基板に固定され、前記第２の圧電素子が外部からの振動によって所定方向に揺動可能な片持ち梁であってもよい。
　上記（４）の構成によれば、例えば、第１の圧電素子によって被対象物からの圧力を検出するとともに、第２の圧電素子によって被対象物の振動検出を行うこともできる。
（５）　上記（１）～（４）の物理量センサにおいては、表面の少なくとも一部に、ポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳと表す。）基板が設けられていることが好ましい。
　上記（５）の構成によれば、ＰＤＭＳ基板に生体適合性があるので、該ＰＤＭＳ基板を介して、本物理量センサを動物の肌などに長時間貼り付けることができるとともに、脈拍、心拍、呼吸などの生体情報を得ることができる。
（６）　本発明の物理量センサの製造方法は、上記（２）に記載の物理量センサの製造方法であって、前記一層の電極層上に圧電素子層を積層した後、エッチングして前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを形成する圧電素子形成工程と、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子上に導電層を積層した後、エッチングして前記第３の電極層を前記第１の圧電素子上に形成するとともに、前記第４の電極層を前記第２の圧電素子上に形成する電極層形成工程と、を有しているものである。
　上記（６）の構成によれば、容易に上記（２）に記載の物理量センサを製造することができる。特に、第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とに共通する電極を一つのプロセスで形成することが可能であることから、容易に上記（２）に記載の物理量センサを製造することが可能である。
本発明の第１実施形態に係る物理量センサの平面図である。 図１のＩ－Ｉ矢視断面図である。 図１に示した物理量センサにおける製造工程を順に示した図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサの断面図である。 本発明の第３実施形態に係る物理量センサの断面図である。 本発明の第４実施形態に係る物理量センサの断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る物理量センサの断面図である。
＜第１実施形態＞
　以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る物理量センサについて説明する。
　図１及び図２に示すように、本実施形態に係る物理量センサ１００は、基板１と、基板１上に形成されている電極層２と、電極層２上に並設されている圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂと、圧電素子３ａ、３ｂ上にそれぞれ形成されている電極層４ａ、４ｂと、電極層２、圧電素子３ａ、３ｂ及び電極層４ａ、４ｂを保護している保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅと、を備えているものである。また、基板１、電極層２、圧電素子３ａ（第１の圧電素子）、電極層４ａ（第３の電極層）、保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅで、第１の物理量検出部６を構成しており、基板１、電極層２、圧電素子３ｂ（第２の圧電素子）、電極層４ｂ（第４の電極層）で、第２の物理量検出部７を構成している。
　基板１は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、基板１は、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。例えば、物理量センサ１００を生体に貼り付けて使用するような場合には、生体適合性を考慮して、ＰＤＭＳを用いてもよい。
　電極層２、４ａ、４ｂは、可撓性又は柔軟性を有した電導性材料からからなり、例えば、銅、銀、金、ニッケル－銅合金、導電性ポリマーなどを用いることができる。
　圧電素子３ａ、３ｂは、可撓性又は柔軟性を有した圧電材料からなるものである。例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの圧電ポリマーが挙げられる。なお、図２に示したように、圧電素子３ａの厚さ方向中心線と、物理量センサ１００の下面位置Ａ１と上面位置Ａ２との中央位置（第１の物理量検出部６の厚さ方向中心線）Ａ３とは、一致している。圧電素子３ｂの厚さ方向中心線は、第２の物理量検出部の下面位置Ａ１と上面位置Ａ４との中央位置（第２の物理量検出部７の厚さ方向中心線）Ａ５に対して偏在している。
　保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、基板１と同様、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。例えば、物理量センサ１００を生体に貼り付けて使用するような場合には、生体適合性を考慮して、ＰＤＭＳを用いてもよい。
　次に、物理量センサ１００の動作について説明する。ここで、例えば、図２に示した物理量センサ１００が保護層５ｃ表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凸型に反るように曲がったと仮定する。このとき、第１の物理量検出部６における圧電素子３ａにおいては、曲げ動作についての応力が付加されるが、圧電素子３ａの厚さ方向中心線と、下面位置Ａ１と上面位置Ａ２との中央位置（第１の物理量検出部６の厚さ方向中心線）Ａ３とが一致しているため、圧電素子３ａの応力変形は上面位置Ａ２側と下面位置Ａ１側とで対称となり、上下面で発生する表面電荷について打ち消し合いが起こる。つまり、第１の物理量検出部６は、曲げの力を検出しないことになる。これに対して、第２の物理量検出部７においては、圧電素子３ｂの厚さ方向中心線が、第２の物理量検出部７の下面位置Ａ１と上面位置Ａ４との中央位置（第２の物理量検出部７の厚さ方向中心線）Ａ５に対して偏在しているため、圧電素子３ｂの応力変形が上面位置Ａ４側と下面位置Ａ１側とで非対称となり、圧電素子３ｂ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第２の物理量検出部７において発生した電圧値を測定することで、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。なお、図２に示した物理量センサ１００が基板１表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凹型に反るように曲がった場合も同様に、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。
　続いて、例えば、図２に示した物理量センサ１００について、基板１の両端が固定されており、保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ表面を図２の上から下方向に向けて均等に加圧したと仮定する。このとき、圧電素子３ａは、保護層５ｂ、５ｃから加圧されて変形するので、圧電素子３ａ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第１の物理量検出部６において発生した電圧値を測定することで、物理量センサ１００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。なお、図２に示した物理量センサ１００について、保護層５ａ、５ｅが固定されており、基板１表面を図２の下から上方向に向けて均等に加圧した場合も同様に、物理量センサ１００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。ここで、当然、圧電素子３ｂも保護層５ｃ、５ｄから加圧され、いくらかの影響を受けることになるが、該加圧によって保護層５ｃ、５ｄからどの程度の影響を受けるかを予め測定しておき、曲げ動作の力についての検出値から該加圧についての検出値を差し引くような補正をしておけば、保護層５ｃ、５ｄからの影響を受けないように設定することができる。
　次に、図３を用いて、物理量センサ１００の製造方法について説明する。まず、基板１上に形成された電極層２の上に、スパッタリングなどにより圧電素子層３を積層する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。次に、圧電素子層３を積層した後、エッチングして圧電素子３ａと圧電素子３ｂとをパターニング形成する（圧電素子形成工程：図３（ｃ）参照）。続いて、圧電素子３ａ及び圧電素子３ｂ上にスパッタリングなどにより導電層４を積層し（図３（ｄ）参照）、その後、エッチングして電極層４ａを圧電素子３ａ上に形成するとともに、電極層４ｂを圧電素子３ｂ上に形成する（電極層形成工程：図３（ｅ）参照）。そして、電極層４ａ、４ｂ側からスパッタリングなどにより絶縁材料層を積層し（図３（ｆ）参照）、その後、エッチングして保護層５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅをパターニング形成する（図３（ｇ）参照）ことによって、物理量センサ１００が完成する。
　本実施形態の物理量センサ１００によれば、複数の物理量を同時に検出することができる。すなわち、圧電素子３ａによって被対象物からの圧力を検出するとともに、圧電素子３ｂによって被対象物の曲げ動作変位の検出を同時に行うことができる。したがって、物理量センサ１００は、例えば、接触センサとして用いることが可能である。
　また、電極層２を第１の物理量検出部６と第２の物理量検出部７とで共用しているので、物理量センサ１００の厚みを薄くすることができる。さらに、第１の物理量検出部６と第２の物理量検出部７とに共通する電極層２を一つのプロセスで形成することが可能であることから、物理量センサ１００は容易に製造することが可能である。
　また、基板１をＰＤＭＳ基板とした場合、ＰＤＭＳ基板には生体適合性があるので、該ＰＤＭＳ基板を有した物理量センサ１００を動物の肌などに長時間貼り付けることができるとともに、脈拍、心拍、呼吸などの生体情報を得ることが可能である。以下の実施形態及び変形例において、ＰＤＭＳを基板などに用いた場合も同様である。
＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサについて説明する。なお、本実施形態における符合１１、１２、１３ａ、１４ａの部位は、順に、第１実施形態における符合１、２、３ａ、４ａの部位と同様であるので、説明を省略することがある。
　図４に示すように、本実施形態に係る物理量センサ２００は、基板１１と、基板１１上に形成されている電極層１２と、電極層１２上に形成されている圧電素子１３ａと、圧電素子１３ａ上に形成されている電極層１４ａと、圧電素子１３ａ及び電極層１４ａの上に形成されている絶縁層１５と、絶縁層１５上に形成されている電極層１６と、電極層１６上に形成されている圧電素子１３ｂと、圧電素子１３ｂ上に形成されている電極層１４ｂと、を備えているものである。なお、第１の物理量検出部は、電極層１２（第１の電極層）、圧電素子１３ａ（第１の圧電素子）、電極層１４ａ（第３の電極層）を主要部として有しているとともに、物理量センサ２００における圧電素子１３ａ以外の部位を、圧電素子１３ａの配設位置を調整する層として有したものである。また、第２の物理量検出部は、電極層１６（第２の電極層）、圧電素子１３ｂ（第２の圧電素子）、電極層１４ｂ（第４の電極層）を主要部として有しているとともに、物理量センサ２００における圧電素子１３ｂ以外の部位を、圧電素子１３ｂの配設位置を調整する層として有したものである。
　絶縁層１５は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、絶縁層１５は、基板１１と同様、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。
　電極層１４ｂ、電極層１６は、電極層１４ａと同様、可撓性又は柔軟性を有した電導性材料からなり、例えば、銅、銀、金、ニッケル－銅合金、導電性ポリマーなどを用いることができる。
　圧電素子１３ｂは、圧電素子１３ａと同様、可撓性又は柔軟性を有した圧電材料からなるものである。例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの圧電ポリマーが挙げられる。なお、図４に示したように、圧電素子１３ａの厚さ方向中心線と、第１の物理量検出部の下面位置Ｂ１と上面位置Ｂ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｂ３とは、一致している。圧電素子１３ｂの厚さ方向中心線Ｂ４は、第２の物理量検出部の下面位置Ｂ１と上面位置Ｂ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｂ３に対して偏在している。
　次に、物理量センサ２００の動作について説明する。ここで、例えば、図４に示した物理量センサ２００が電極層１４ｂ表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凸型に反るように曲がったと仮定する。このとき、第１の物理量検出部における圧電素子１３ａにおいては、曲げ動作についての応力が付加されるが、圧電素子１３ａの厚さ方向中心線と、下面位置Ｂ１と上面位置Ｂ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｂ３とが一致しているため、圧電素子１３ａの応力変形は上面位置Ｂ２側と下面位置Ｂ１側とで対称となり、圧電素子１３ａ上下面で発生する表面電荷について打ち消し合いが起こる。つまり、第１の物理量検出部は、曲げの力を検出しないことになる。これに対して、第２の物理量検出部においては、圧電素子１３ｂの厚さ方向中心線が、第２の物理量検出部の下面位置Ｂ１と上面位置Ｂ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｂ３に対して偏在しているため、圧電素子１３ｂの応力変形が上面位置Ｂ２側と下面位置Ｂ１側とで非対称となり、圧電素子１３ｂ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第２の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。なお、図４に示した物理量センサ２００が基板１１表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凹型に反るように曲がった場合も同様に、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。
　続いて、例えば、図４に示した物理量センサ２００について、基板１１の両端が固定されており、電極層１４ｂ表面を図４の上から下方向に向けて均等に加圧したと仮定する。このとき、圧電素子１３ａは、電極層１４ｂ側から加圧されて変形するので、圧電素子１３ａ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第１の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、物理量センサ２００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。なお、図４に示した物理量センサ２００について、電極層１４ｂの両端が固定されており、基板１１表面を図４の下から上方向に向けて均等に加圧した場合も同様に、物理量センサ２００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。ここで、当然、圧電素子１３ｂも加圧され、いくらかの影響を受けることになるが、該加圧によってどの程度の影響を受けるかを予め測定しておき、曲げ動作での力についての検出値から該加圧についての検出値を差し引くような補正をしておけば、該加圧の影響を受けないように設定することができる。
　次に、物理量センサ２００の製造方法について説明する。上記第１実施形態の物理量センサ１００の製造方法と同様に、スパッタリング、エッチングなどを用いて、各部位を基板１１上に積層及びパターニング形成する。具体的には、まず、基板１１上に形成された電極層１２の上に、スパッタリングなどにより圧電素子層を積層した後、エッチングして圧電素子１３ａをパターニング形成する。続いて、圧電素子１３ａ側からスパッタリングなどにより導電層を積層した後、エッチングして電極層１４ａを圧電素子１３ａ上に形成する。続いて、電極層１４ａ側からスパッタリングなどにより絶縁材料層を積層した後、エッチングして絶縁層１５を形成する。続いて、絶縁層１５側からスパッタリングなどにより導電層を積層した後、エッチングして電極層１６を絶縁層１５上に形成する。続いて、電極層１６側からスパッタリングなどにより圧電材料層を積層した後、エッチングして圧電素子１３ｂを形成する。そして、圧電素子１３ｂ側からスパッタリングなどにより導電層を積層した後、エッチングして電極層１４ｂを圧電素子１３ｂ上に形成することによって、物理量センサ２００が完成する。
　本実施形態の物理量センサ２００によれば、複数の物理量を同時に検出することができる。すなわち、圧電素子１３ａによって被対象物からの圧力を検出するとともに、圧電素子１３ｂによって被対象物の曲げ動作変位の検出を同時に行うことができる。したがって、物理量センサ２００は、例えば、接触センサとして用いることが可能である。
　また、第１の物理量検出部及び第２の物理量検出部を集積化できるので、より小型の物理量センサ２００とすることができる。
＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態に係る物理量センサについて説明する。なお、本実施形態における符合２２、２３ａ、２４ａの部位は、順に、第１実施形態における符合２、３ａ、４ａの部位と同様であるので、説明を省略することがある。
　図５に示すように、本実施形態に係る物理量センサ３００は、基板２１と、基板２１上に形成されている電極層２２と、電極層２２上に形成されている圧電素子２３ａと、圧電素子２３ａ上に形成されている電極層２４ａと、圧電素子２３ａ及び電極層２４ａの上に形成されている保護層２５と、電極層２２下部に形成され、基板２１に埋設されている圧電素子２３ｂと、圧電素子２３ｂ下部に形成され、基板２１に埋設されている電極層２４ｂと、を備えているものである。なお、第１の物理量検出部は、電極層２２、圧電素子２３ａ（第１の圧電素子）、電極層２４ａ（第３の電極層）を主要部として有しているとともに、物理量センサ３００における圧電素子２３ａ以外の部位（基板２１を除く）を、圧電素子２３ａの配設位置を調整する層として有したものである。また、第２の物理量検出部は、電極層２２、圧電素子２３ｂ（第２の圧電素子）、電極層２４ｂ（第４の電極層）を主要部として有しているとともに、物理量センサ３００における圧電素子２３ｂ以外の部位（基板２１を除く）を、圧電素子２３ｂの配設位置を調整する層として有したものである。
　基板２１は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、基板２１は、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。例えば、物理量センサ３００を生体に貼り付けて使用するような場合には、生体適合性を考慮して、ＰＤＭＳを用いてもよい。
　圧電素子２３ｂは、圧電素子２３ａと同様の材料を用いて形成されており、電極層２２を中心として、圧電素子２３ａと対照位置に配設されているものである。なお、図５に示したように、圧電素子２３ａの厚さ方向中心線と、第１の物理量検出部の下面位置Ｃ１と上面位置Ｃ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｃ３とは、一致している。圧電素子２３ｂの厚さ方向中心線Ｃ４は、第２の物理量検出部の下面位置Ｃ１と上面位置Ｃ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｃ３に対して偏在している。
　電極層２４ｂは、電極層２４ａと同様の材料を用いて形成されており、電極層２２を中心として、電極層２４ａと対照位置に配設されているものである。
　保護層２５は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、保護層２５は、基板２１と同様、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。
　次に、物理量センサ３００の動作について説明する。ここで、例えば、図５に示した物理量センサ３００が保護層２５表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凸型に反るように曲がったと仮定する。このとき、第１の物理量検出部における圧電素子２３ａにおいては、曲げ動作についての応力が付加されるが、圧電素子２３ａの厚さ方向中心線と、下面位置Ｃ１と上面位置Ｃ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｃ３とが一致しているため、圧電素子２３ａの応力変形は上面位置Ｃ２側と下面位置Ｃ１側とで対称となり、圧電素子２３ａ上下面で発生する表面電荷について打ち消し合いが起こる。つまり、第１の物理量検出部は、曲げの力を検出しないことになる。これに対して、第２の物理量検出部においては、圧電素子２３ｂの厚さ方向中心線が、第２の物理量検出部の下面位置Ｃ１と上面位置Ｃ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｃ３に対して偏在しているため、圧電素子２３ｂの応力変形が上面位置Ｃ２側と下面位置Ｃ１側とで非対称となり、圧電素子２３ｂ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第２の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。なお、図５に示した物理量センサ３００が電極層２４ｂ表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凹型に反るように曲がった場合も同様に、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。
　続いて、例えば、図５に示した物理量センサ３００について、基板２１両端が固定されており、保護層２５表面を図５の上から下方向に向けて均等に加圧したと仮定する。このとき、圧電素子２３ａは、保護層２５側から加圧されて変形するので、圧電素子２３ａ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第１の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、物理量センサ３００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。なお、保護層２５両端が固定されており、基板２１及び電極層２４ｂの表面を図５の下から上方向に向けて均等に加圧した場合も同様に、物理量センサ３００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。ここで、当然、圧電素子２３ｂも加圧され、いくらかの影響を受けることになるが、該加圧によってどの程度の影響を受けるかを予め測定しておき、曲げ動作での力についての検出値から該加圧についての検出値を差し引くような補正をしておけば、該加圧の影響を受けないように設定することができる。
　次に、物理量センサ３００の製造方法について説明する。上記第１実施形態の物理量センサ１００の製造方法と同様に、スパッタリング、エッチングなどを用いて、各部位を積層及びパターニング形成する。具体的には、まず、電極層２４ｂを形成しておき、電極層２４ｂの片面側を覆うように基板２１を積層した後、基板２１をエッチングして圧電素子２３ａ用の窪みを形成する。次に、上記窪みに圧電材料をスパッタリングで埋設し、圧電素子２３ａを形成する。続いて、基板２１及び圧電素子２３ａ上にスパッタリングなどにより、順次、電極層２２、圧電素子層を積層した後、エッチングして圧電素子２３ａをパターニング形成する。続いて、圧電素子２３ａ側からスパッタリングなどにより導電層を積層した後、エッチングして電極層２４ａを圧電素子２３ａ上にパターニング形成する。続いて、圧電素子２３ａ及び電極層２４ａ上にスパッタリングなどにより保護層２５を積層することによって、物理量センサ３００が完成する。
　本実施形態の物理量センサ３００によれば、複数の物理量を同時に検出することができる。すなわち、圧電素子２３ａによって被対象物からの圧力を検出するとともに、圧電素子２３ｂによって被対象物の曲げ動作変位の検出を同時に行うことができる。したがって、物理量センサ３００は、例えば、接触センサとして用いることが可能である。
　また、第１の物理量検出部及び第２の物理量検出部を集積化できるので、より小型の物理量センサ３００とすることができる。また、電極層２２を第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とで共用しているので、物理量センサ３００の厚みを薄くすることができる。さらに、第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とに共通する電極層２２を一つのプロセスで形成することが可能であることから、物理量センサ３００は容易に製造することが可能である。
＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態に係る物理量センサについて説明する。なお、本実施形態における符合３２、３３ａ、３４ａの部位は、順に、第１実施形態における符合２、３ａ、４ａの部位と同様であるので、説明を省略することがある。また、本実施形態における符合３３ｂ、３４ｂの部位は、順に、第３実施形態における符合２３ａ、２４ｂの部位と同様であるので、説明を省略することがある。
　図６に示すように、本実施形態に係る物理量センサ４００は、基板３１と、基板３１上に形成されている電極層３２と、電極層３２上に形成されている圧電素子３３ａと、圧電素子３３ａ上に形成されている電極層３４ａと、圧電素子３３ａ及び電極層３４ａの上に形成されている絶縁層３５と、絶縁層３５上に形成されている電極層３６と、電極層３６上に形成されている圧電素子３７と、圧電素子３７上に形成されている電極層３８と、電極層３２下部に形成され、基板３１に埋設されている圧電素子３３ｂと、圧電素子３３ｂ下部に形成され、基板３１に埋設されている電極層３４ｂと、を備えているものである。なお、第１の物理量検出部は、電極層３２、圧電素子３３ａ（第１の圧電素子）、電極層３４ａ（第３の電極層）を主要部として有しているとともに、物理量センサ４００における圧電素子３３ａ以外の部位（基板２１を除く）を、圧電素子３３ａの配設位置を調整する層として有したものである。また、第２の物理量検出部は、電極層３２、圧電素子３３ｂ、電極層３４ｂを第１の主要部、電極層３６、圧電素子３７（第２の圧電素子）、電極層３８（第４の電極層）を第２の主要部として有したものである。また、上記第１の主要部における圧電素子３３ｂは、物理量センサ４００における圧電素子３３ｂ以外の部位を、圧電素子３３ｂの配設位置を調整する層として利用している。さらに、上記第２の主要部における圧電素子３７は、物理量センサ４００における圧電素子３７以外の部位を、圧電素子３７の配設位置を調整する層として利用している。
　基板３１は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、基板３１は、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。例えば、物理量センサ４００を生体に貼り付けて使用するような場合には、生体適合性を考慮して、ＰＤＭＳを用いてもよい。
　圧電素子３３ｂは、圧電素子３３ａと同様の材料を用いて形成されており、電極層３２を中心として、圧電素子３３ａと対照位置に配設されているものである。なお、図６に示したように、圧電素子３３ａの厚さ方向中心線と、第１の物理量検出部の下面位置Ｄ１と上面位置Ｄ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｄ３とは、一致している。圧電素子３７の厚さ方向中心線Ｄ４は、第２の物理量検出部の下面位置Ｄ１と上面位置Ｄ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｄ３に対して偏在している。また、圧電素子３３ｂの厚さ方向中心線Ｄ５は、第２の物理量検出部の下面位置Ｄ１と上面位置Ｄ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｄ３に対して偏在している。
　絶縁層３５は、可撓性又は柔軟性を有した絶縁材料からなるものである。なお、絶縁層３５は、基板３１と同様、柔軟性又は可撓性を有したものであれば、目的によってどのような材質のものを用いてもよい。
　次に、物理量センサ４００の動作について説明する。ここで、例えば、図６に示した物理量センサ４００が電極層３８表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凸型に反るように曲がったと仮定する。このとき、第１の物理量検出部における圧電素子３３ａにおいては、曲げ動作についての応力が付加されるが、圧電素子３３ａの厚さ方向中心線と、下面位置Ｄ１と上面位置Ｄ２との中央位置（第１の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｄ３とが一致しているため、圧電素子３３ａの応力変形は上面位置Ｄ２側と下面位置Ｄ１側とで対称となり、圧電素子３３ａ上下面で発生する表面電荷について打ち消し合いが起こる。つまり、第１の物理量検出部は、曲げの力を検出しないことになる。これに対して、第２の物理量検出部においては、圧電素子３３ｂの厚さ方向中心線が、第２の物理量検出部の下面位置Ｄ１と上面位置Ｄ２との中央位置（第２の物理量検出部の厚さ方向中心線）Ｄ３に対して偏在しているため、圧電素子３３ｂの応力変形が上面位置Ｄ２側と下面位置Ｄ１側とで非対称となり、圧電素子３３ｂ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第２の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。なお、図６に示した物理量センサ４００が電極層３４ｂ表面中央を頂点として塑性変形しない程度に凹型に反るように曲がった場合も同様に、曲げの力の程度を値として検出することが可能である。
　続いて、例えば、図６に示した物理量センサ４００について、基板３１両端が固定されており、電極層３８表面を図６の上から下方向に向けて均等に加圧したと仮定する。このとき、圧電素子３３ａは、電極層３８側から加圧されて変形するので、圧電素子３３ａ上下面で発生する表面電荷は打ち消し合わない。したがって、第１の物理量検出部において発生した電圧値を測定することで、物理量センサ４００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。なお、電極層３８両端が固定されており、基板３１表面を図６の下から上方向に向けて均等に加圧した場合も同様に、物理量センサ４００に負荷された圧力の程度を値として検出することが可能である。ここで、当然、圧電素子３３ｂ、３７も加圧され、いくらかの影響を受けることになるが、該加圧によってどの程度の影響を受けるかを予め測定しておき、曲げ動作での力についての検出値から該加圧についての検出値を差し引くような補正をしておけば、該加圧の影響を受けないように設定することができる。
　次に、物理量センサ４００の製造方法について説明する。上記第１実施形態の物理量センサ１００の製造方法と同様に、スパッタリング、エッチングなどを用いて、各部位を積層及びパターニング形成する。具体的には、まず、基板３１をエッチングして、電極層３４ｂ用及び圧電素子３３ａ用の窪みを形成する。次に、上記窪みの所定箇所に順次、導電材料、圧電材料をスパッタリングで埋設し、電極層３４ｂ、圧電素子２３ａを順に形成する。続いて、基板３１及び圧電素子３３ａ上にスパッタリングなどにより、順次、電極層３２、圧電素子層を積層した後、エッチングして圧電素子３３ａをパターニング形成する。続いて、圧電素子３３ａ側からスパッタリングなどにより導電層を積層した後、エッチングして電極層３４ａを圧電素子３３ａ上にパターニング形成する。続いて、圧電素子３３ａ及び電極層３４ａ上にスパッタリングなどにより絶縁層３５を積層した後、絶縁層３５上に電極層３６を積層する。続いて、電極層３６上にスパッタリングなどにより圧電素子３７を積層した後、圧電素子３３ａ側からスパッタリングなどにより導電層を積層する。その後、該導電層をエッチングして電極層３８を圧電素子３７上にパターニング形成することによって、物理量センサ４００が完成する。
　本実施形態の物理量センサ４００によれば、複数の物理量を同時に検出することができる。すなわち、圧電素子３３ａによって被対象物からの圧力を検出するとともに、圧電素子３３ｂ、３７によって被対象物の曲げ動作変位の検出を同時に行うことができる。したがって、物理量センサ４００は、例えば、接触センサとして用いることが可能である。
　また、第１の物理量検出部及び第２の物理量検出部を集積化できるので、より小型の物理量センサ４００とすることができる。特に、第１の物理量検出部の圧電素子３３ａ両面側に配設するように第２の物理量検出部の圧電素子３３ｂ、３７を積層形成しているので、小型でありながら、第２の物理量検出部における曲げの力に対するセンサ感度を倍にすることができる。
　また、電極層３２を第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とで共用しているので、物理量センサ４００の厚みを薄くすることができる。さらに、第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とに共通する電極層３２を一つのプロセスで形成することが可能であることから、物理量センサ４００は容易に製造することが可能である。
＜変形例＞
　なお、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、第１実施形態における第１の物理量検出部６と第２の物理量検出部７とは、電極層２を共用しているものであるが、電極層２の代わりに、第１の物理量検出部及び第２の物理量検出部のそれぞれについて独立形成した第１の電極層と第２の電極層とを用いてもよい。
　また、上記第３実施形態における第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とは、電極層２２を共用しているものであるが、電極層２２と圧電素子２３ｂとの間に、上側から順に絶縁層と電極層とを形成し、電極層２２を共用しない構成としてもよい。同様に、第４実施形態の物理量センサにおける電極層３２と圧電素子３３ｂとの間に、上側から順に絶縁層と電極層とを形成し、第１の物理量検出部と第２の物理量検出部とで電極層３２を共用しない構成としてもよい。
　また、第１実施形態において、電極層２が十分な強度を有したものであるならば、基板１を有しない構成としてもよい。ただし、基板１がない構成の物理量センサとする場合においても、各部位の厚みを調整して、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致するように構成されるとともに、第２の圧電素子の厚さ方向中心線と第２の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致しないように構成されることは言うまでもない。
　また、第２実施形態における電極層１４ｂ、第３実施形態における電極層２４ｂ、又は第４実施形態における電極層３８の表面に、ＰＤＭＳなどからなる保護層を設けてもよい。ただし、上記保護層を設けた構成の物理量センサとする場合においても、各部位の厚みを調整して、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致するように構成されるとともに、第２の圧電素子の厚さ方向中心線と第２の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致しないように構成されることは言うまでもない。
　また、図７に示したように、第１実施形態と同構成の物理量センサ５００の一端を基台４８に取り付けて片持ち梁とするとともに、被対象物４９が第１の物理量検出部４６の保護層４５ａ、４５ｂ、４５ｃに接触するように配設しておくことで、被対象物４９に図７中の白矢印方向の力が付加された場合、圧電素子４３ａによって被対象物４９からの圧力を検出することができる。また、被対象物４９が図７の上下方向に振動するようなものであった場合には、圧電素子４３ａによって被対象物４９からの圧力を検出できるだけでなく、第２の物理量検出部４７（圧電素子４３ｂ）が揺動するので被対象物４９の振動検出を行うこともできる。ここで、符号４１～４７の部位は、順に第１実施形態における符号１～７の部位と同様のものであるので、説明を省略する。また、位置Ｅ１～Ｅ５は、順に第１実施形態における位置Ａ１～Ａ５と同様であるので、説明を省略する。なお、本変形例において、電極層４２に十分な強度がある場合には、基板４１を用いずに電極層４２を基板代わりに用いて、電極層４２を基台４８に直接取り付けて物理量センサを支持してもよい。ただし、電極層４２がない構成の物理量センサとする場合においても、各部位の厚みを調整して、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致するように構成されるとともに、第２の圧電素子の厚さ方向中心線と第２の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致しないように構成されることは言うまでもない。
　また、上記実施形態及び変形例に係る物理量センサにおいては、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線との一致程度は、完全に一致するものを示したが、各物理量の検出精度をそれほど高く望まなくてもよいのであれば、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線との一致程度は、ほぼ一致（略一致）する程度でもよい。
　また、上記実施形態及び変形例に係る物理量センサにおいては、保護層を設けている場合があるが、外部からの力に耐えうる材料からなる電極層、圧電素子であれば、特に保護層を設ける必要はない。ただし、保護層がない構成の物理量センサとする場合においても、各部位の厚みを調整して、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致するように構成されるとともに、第２の圧電素子の厚さ方向中心線と第２の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致しないように構成されることは言うまでもない。
　また、第４実施形態の第２の物理量検出部においては、圧電素子３３ｂ、３７の２つを用いて、曲げのセンサ感度を圧電素子が一つの場合の倍となるように構成したが、圧電素子を３つ以上用いて、曲げのセンサ感度を圧電素子が一つの場合の３倍以上となるように構成してもよい。ただし、圧電素子を３つ以上用いる構成の物理量センサとする場合においても、各部位の厚みを調整して、第１の圧電素子の厚さ方向中心線と第１の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致するように構成されるとともに、第２の圧電素子の厚さ方向中心線と第２の物理量検出部の厚さ方向中心線とが一致しないように構成されることは言うまでもない。
１、１１、２１、３１、４１　　基板
２、４ａ、４ｂ、１２、１４ａ、１４ｂ、１６、２２、２４ａ、２４ｂ、３２、３４ａ、３４ｂ、３６、３８、４２、４４ａ、４４ｂ　　電極層
３　　圧電素子層
４　　導電層
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、３３ａ、３７、４３ａ、４３ｂ　　圧電素子
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、２５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ　　保護層
６、４６　　第１の物理量検出部
７、４７　　第２の物理量検出部
１５、３５　　絶縁層
４８　　基台
４９　　被対象物
１００、２００、３００、４００、５００　　物理量センサ

Claims (6)

  1. 　第１の電極層と、前記第１の電極層上に設けられた第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子上に設けられた第２の電極層と、を有した第１の物理量検出部と、
    　第３の電極層と、前記第３の電極層上に設けられた第２の圧電素子と、前記第２の圧電素子上に設けられた第４の電極層と、を有した第２の物理量検出部と、を備え、
    　前記第１の圧電素子の厚さ方向中心線が、前記第１の物理量検出部の厚さ方向中心線と略一致又は一致するように、第１の圧電素子が配設され、
    　前記第２の圧電素子の厚さ方向中心線が、前記第２の物理量検出部の厚さ方向中心線に対して偏在するように、第２の圧電素子が配設されていることを特徴とする物理量センサ。
  2. 　前記第１の物理量検出部と前記第２の物理量検出部とが並設されており、前記第１の電極層の一部と前記第３の電極層の一部とが、一層の電極層を形成するように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
  3. 　前記第１の物理量検出部の少なくとも一方側に、可撓性絶縁層を介して前記第２の物理量検出部が積層形成されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
  4. 　前記第１の圧電素子側の第１の電極が基板に固定され、前記第２の圧電素子が外部からの振動によって所定方向に揺動可能な片持ち梁型のものであることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ。
  5. 　表面の少なくとも一部に、ポリジメチルシロキサン基板が設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
  6. 　請求項２に記載の物理量センサの製造方法であって、
    　前記一層の電極層上に圧電素子層を積層した後、エッチングして前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とを形成する圧電素子形成工程と、
    　前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子上に導電層を積層した後、エッチングして前記第３の電極層を前記第１の圧電素子上に形成するとともに、前記第４の電極層を前記第２の圧電素子上に形成する電極層形成工程と、を有していることを特徴とする物理量センサの製造方法。
     
PCT/JP2011/064308 2010-06-22 2011-06-22 物理量センサ及びその製造方法 WO2011162305A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11798187.8A EP2587239B1 (en) 2010-06-22 2011-06-22 Physical quantity sensor and process for production thereof
US13/704,413 US9257632B2 (en) 2010-06-22 2011-06-22 Physical quantity sensor and process for production thereof
CN201180028701.0A CN103003679B (zh) 2010-06-22 2011-06-22 物理量传感器及其制造方法
KR1020127034137A KR20130118751A (ko) 2010-06-22 2011-06-22 물리량 센서 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-141923 2010-06-22
JP2010141923A JP5463510B2 (ja) 2010-06-22 2010-06-22 物理量センサ及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011162305A1 true WO2011162305A1 (ja) 2011-12-29

Family

ID=45371481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/064308 WO2011162305A1 (ja) 2010-06-22 2011-06-22 物理量センサ及びその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9257632B2 (ja)
EP (1) EP2587239B1 (ja)
JP (1) JP5463510B2 (ja)
KR (1) KR20130118751A (ja)
CN (1) CN103003679B (ja)
WO (1) WO2011162305A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10641666B2 (en) 2015-09-03 2020-05-05 Lg Innotek Co., Ltd. Pressure sensor

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6117180B2 (ja) * 2012-03-27 2017-04-19 住友精密工業株式会社 物理量センサ
JP6126388B2 (ja) * 2013-01-25 2017-05-10 積水化学工業株式会社 生体信号センサ及びこれを用いた生体信号センサシステム
KR102063318B1 (ko) * 2013-10-10 2020-01-07 재단법인대구경북과학기술원 초음파 프로브의 유연성 어레이 및 그의 제조 방법
CN103743438B (zh) * 2013-12-31 2016-01-20 东北大学 复合型柔软压力位移敏感元件及其研制方法
JP6467217B2 (ja) * 2014-12-19 2019-02-06 学校法人 関西大学 圧電振動センサ
JP6891525B2 (ja) * 2016-11-18 2021-06-18 株式会社リコー センサ及びセンサシステム
CN106595911A (zh) * 2016-11-24 2017-04-26 业成科技（成都）有限公司 柔性电子压力感测装置及其制造方法
JP2019010359A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 ヤマハ株式会社 振動センサ
CN109907749B (zh) * 2019-03-29 2020-11-17 京东方科技集团股份有限公司 传感器及电子设备
CN114689165A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 财团法人工业技术研究院 具预压元件的感测装置
CN115553755B (zh) * 2022-10-29 2023-07-25 宁波韧和科技有限公司 双电容应变式传感器及其制备方法，以及呼吸监测带

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034293A (ja) * 1983-08-03 1985-02-21 株式会社日立製作所 皮膚感覚センサ
JPS63142227A (ja) * 1986-12-05 1988-06-14 Nec Corp 積層型圧電素子
JPH02501252A (ja) * 1987-09-11 1990-04-26 コーネル・リサーチ・ファンデーション・インコーポレーテッド ねじれ及び曲げのモード制御のための圧電ポリマー積層板
US5054323A (en) * 1989-04-04 1991-10-08 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Pressure distribution characterization system
JPH10332512A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Osaka Gas Co Ltd 差圧センサ、流量測定装置及び流量測定方法
JP2002031574A (ja) 2000-07-17 2002-01-31 Sharp Corp 触覚センサ
JP2005249785A (ja) * 2004-03-05 2005-09-15 Agilent Technol Inc 圧電カンチレバー圧力センサ
US20060211217A1 (en) * 2003-02-25 2006-09-21 Palo Alto Research Center Incorporated Methods for making large dimension, flexible piezoelectric ceramic tapes
JP2010501849A (ja) * 2006-08-31 2010-01-21 コーリア リサーチ インスティトゥート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 曲面付着型触覚センサーとその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431935A (en) * 1981-09-15 1984-02-14 Rockwell International Corporation Sensor structure incorporating multiple piezoelectric generators
JPS6384540U (ja) * 1986-11-21 1988-06-02
JP2006048302A (ja) * 2004-08-03 2006-02-16 Sony Corp 圧電複合装置、その製造方法、その取扱方法、その制御方法、入出力装置及び電子機器
AT500829B1 (de) * 2004-10-07 2007-03-15 Piezocryst Ges Fuer Piezoelek Sensorelement mit zumindest einem messelement, welches piezoelektrische und pyroelektrische eigenschaften aufweist
US7721397B2 (en) * 2007-02-07 2010-05-25 Industrial Technology Research Institute Method for fabricating capacitive ultrasonic transducers
JP5344944B2 (ja) * 2009-02-02 2013-11-20 富士フイルム株式会社 振動抑制フィルム
JP5445065B2 (ja) * 2009-11-25 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 剪断力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP5445196B2 (ja) * 2010-02-10 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP5776334B2 (ja) * 2011-05-31 2015-09-09 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、センサーモジュール、電子機器、及び把持装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034293A (ja) * 1983-08-03 1985-02-21 株式会社日立製作所 皮膚感覚センサ
JPS63142227A (ja) * 1986-12-05 1988-06-14 Nec Corp 積層型圧電素子
JPH02501252A (ja) * 1987-09-11 1990-04-26 コーネル・リサーチ・ファンデーション・インコーポレーテッド ねじれ及び曲げのモード制御のための圧電ポリマー積層板
US5054323A (en) * 1989-04-04 1991-10-08 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Pressure distribution characterization system
JPH10332512A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Osaka Gas Co Ltd 差圧センサ、流量測定装置及び流量測定方法
JP2002031574A (ja) 2000-07-17 2002-01-31 Sharp Corp 触覚センサ
US20060211217A1 (en) * 2003-02-25 2006-09-21 Palo Alto Research Center Incorporated Methods for making large dimension, flexible piezoelectric ceramic tapes
JP2005249785A (ja) * 2004-03-05 2005-09-15 Agilent Technol Inc 圧電カンチレバー圧力センサ
JP2010501849A (ja) * 2006-08-31 2010-01-21 コーリア リサーチ インスティトゥート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 曲面付着型触覚センサーとその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2587239A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10641666B2 (en) 2015-09-03 2020-05-05 Lg Innotek Co., Ltd. Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US9257632B2 (en) 2016-02-09
JP2012007911A (ja) 2012-01-12
KR20130118751A (ko) 2013-10-30
CN103003679A (zh) 2013-03-27
US20130088124A1 (en) 2013-04-11
CN103003679B (zh) 2014-12-10
EP2587239A4 (en) 2015-01-28
JP5463510B2 (ja) 2014-04-09
EP2587239A1 (en) 2013-05-01
EP2587239B1 (en) 2017-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5463510B2 (ja) 物理量センサ及びその製造方法
KR101811214B1 (ko) 비정질 금속을 이용한 유연한 압력 센서와, 압력 및 온도를 동시에 감지하는 유연한 이중모드 센서
KR101817966B1 (ko) 플렉서블 촉각 센서 및 이의 제조 방법
JP6524214B2 (ja) 可撓性と伸縮性を有するソフトアクチュエータ用電子歪制限層
US10635219B2 (en) Tactile sensor
TWI393870B (zh) 具耦合型與多向性之軟性應力感測裝置
CN104848971B (zh) 静电电容型压力传感器、压力检测器及输入装置
WO2014075681A1 (en) A polymer transducer
JP3200026B2 (ja) 周設センサ
KR102044939B1 (ko) 광범위 압력 감지를 위한 다층 플렉서블 압력 센서
US7825567B2 (en) Three-dimensional structure and its manufacturing method
US8748997B2 (en) Contact-force sensor package and method of fabricating the same
JP2012141186A (ja) 生体適合性ポリマーセンサ及びその製造方法
Paydar et al. Fabrication of a thin-film capacitive force sensor array for tactile feedback in robotic surgery
KR101570409B1 (ko) 돔 구조의 스트레인 게이지 압력센서 및 그 제조방법
JP2006201061A5 (ja)
KR20080023398A (ko) 실리콘 나노와이어를 이용한 힘 센서 및 그의 제조방법
JP7321502B2 (ja) 歪センサ及びその製造方法
JP7432618B2 (ja) デバイス
JP2006275961A (ja) 半導体センサおよびその製造方法
US10697753B2 (en) Strain sensing device and manufacturing method thereof
Mousavi et al. Recent advances in smart wearable sensors as electronic skin
CN110678724A (zh) 具有凹凸部的压力传感器及其制造方法
KR20210008969A (ko) 스트레인 게이지, 다이아프램 구조체 및 그를 포함하는 센서
US20240081683A1 (en) Ballistocardiogram sensor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11798187

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011798187

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011798187

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13704413

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127034137

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A