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WO2015064217A1 - 圧電センサ - Google Patents

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Publication number
WO2015064217A1
WO2015064217A1 PCT/JP2014/073621 JP2014073621W WO2015064217A1 WO 2015064217 A1 WO2015064217 A1 WO 2015064217A1 JP 2014073621 W JP2014073621 W JP 2014073621W WO 2015064217 A1 WO2015064217 A1 WO 2015064217A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
electrode layer
piezoelectric sensor
adhesive layer
hole
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/073621
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
靖浩 近藤
Original Assignee
株式会社村田製作所
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 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2015544855A priority Critical patent/JP6103074B2/ja
Publication of WO2015064217A1 publication Critical patent/WO2015064217A1/ja

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric sensor.
  • a structure in which a piezoelectric layer is sandwiched between two electrode layers is known.
  • a physical signal such as stress applied to the piezoelectric element is converted into an electrical signal (positive piezoelectric effect) and output from an electrode, or an electrical signal input to the piezoelectric element is physically Is converted into a target signal (inverse piezoelectric effect).
  • piezoelectric elements used for sensors and the like are also required to be small and light.
  • development of a piezoelectric element in which a thin piezoelectric layer is formed on a film-like substrate or a piezoelectric element made of a film material having piezoelectricity has been underway.
  • Such a piezoelectric element is usually commercialized as a piezoelectric sensor in a state covered with a protective member such as a rubber mold. And it is examined that the piezoelectric sensor is applied in order to detect the pressure change of the part where the piezoelectric sensor is attached and measure the movement generated in each part of the living body in a state where the piezoelectric sensor is attached to the living body. .
  • the piezoelectric sensor As a method of attaching the piezoelectric sensor to the living body, there is a method in which the piezoelectric sensor is closely attached to the living body using various adhesives or the like. In this case, the living body part to which the adhesive is in contact is dampened by moisture such as sweat. There is a problem that the living body becomes uncomfortable, the skin of the part is rashed, and the piezoelectric sensor is easily peeled off. Usually, since the state in which the piezoelectric sensor is attached often lasts for a long time, these problems are important problems in practical use.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-160305 discloses a respiratory sensor that is attached to the surface of a living body and detects the breathing state of the living body in order to reduce discomfort when the sensor is worn. It is described that a plurality of openings are provided in a plate-like substrate holding a detection element.
  • the sensor described in Patent Document 1 is a mounting type (not a pasting type), and cannot be attached in close contact with a living body. For this reason, such a sensor cannot be applied to a piezoelectric sensor used in a state of being attached to a living body.
  • the object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor that can suppress the stuffiness that occurs at the site of application when used in a state of being attached to a living body, and can reduce discomfort and adverse effects on the living body.
  • a piezoelectric element including a piezoelectric film, a signal electrode layer laminated on one main surface of the piezoelectric film, and a ground electrode layer laminated on the other main surface of the piezoelectric film;
  • a protective member that at least partially covers the piezoelectric element;
  • the piezoelectric element has one or more first through holes,
  • the protective member has one or more second through holes at the same position as the first through hole,
  • the pressure-sensitive adhesive layer is a breathable pressure-sensitive adhesive layer having air permeability, or has one or more third through holes at the same position as the second through holes.
  • the present invention it is possible to provide a piezoelectric sensor capable of suppressing the unpleasant sensation that occurs in the living body and the adverse effects on the living body when using it while attached to the living body.
  • the air between the living body and the piezoelectric sensor is easy to escape and sweat or the like hardly accumulates, the adhesion of the piezoelectric sensor to the living body can be improved.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining another configuration of the piezoelectric sensor according to the first embodiment.
  • 6 is a schematic cross-sectional view for explaining still another configuration of the piezoelectric sensor of Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration of a piezoelectric sensor according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration of a piezoelectric sensor according to Embodiment 3.
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining the
  • the piezoelectric sensor of the present invention includes a piezoelectric element, a protective member that at least partially covers the piezoelectric element, and an adhesive layer formed on at least a part of the outer surface of the protective member.
  • the piezoelectric element has one or more first through holes
  • the protective member has one or more second through holes at the same position as the first through hole
  • the pressure-sensitive adhesive layer is (i) a breathable pressure-sensitive adhesive layer having air permeability, or (ii) one or more third through holes at the same position as the second through holes.
  • the “piezoelectric element” includes at least a piezoelectric film, a signal electrode layer laminated on one main surface of the piezoelectric film, and a ground electrode layer laminated on the other main surface of the piezoelectric film.
  • the “piezoelectric film” includes, for example, an insulating film and a piezoelectric layer laminated on one main surface of the insulating film. Further, the “piezoelectric film” may be composed of a film material having piezoelectricity.
  • the piezoelectric film used for the piezoelectric sensor is a thin (film-like) member, and the piezoelectric element including it is preferably thin (film-like).
  • the overall piezoelectric sensor is preferably a thin (film-like) piezoelectric sensor.
  • the insulating film is usually a flexible film, and is preferably a film mainly composed of a polymer having characteristics such as light weight and easy handling.
  • the polymer used as the main component of the insulating film is not particularly limited, and examples thereof include polyimide resins, polyamide resins, polyester resins, and polyolefin resins, preferably heat resistance and dielectric breakdown. It is a polyimide resin excellent in strength and mechanical strength.
  • the constituent material of the piezoelectric layer is not particularly limited as long as it is a substance having piezoelectricity.
  • a compound having a wurtzite structure or a composite oxide having a perovskite structure (ABO 3 ) (perovskite composite) A material whose main component is an oxide) can be used.
  • Examples of the compound having a wurtzite structure include aluminum nitride, gallium nitride, indium nitride, beryllium oxide, zinc oxide, cadmium sulfide, zinc sulfide, or silver iodide.
  • a site of the perovskite structure (ABO 3 ) of the perovskite-based composite oxide for example, at least one element selected from Pb, Ba, Ca, Sr, La, Li, and Bi can be adopted.
  • B site of the perovskite structure (ABO 3 ) for example, at least one element selected from Ti, Zr, Zn, Ni, Mg, Co, W, Nb, Sb, Ta and Fe is adopted. .
  • perovskite-based composite oxides include lead zirconate titanate [Pb (Zr, Ti) O 3 ] (also referred to as PZT) and potassium tantalate niobate [K (Ta, Nb) O 3 ]. , Barium titanate (BaTiO 3 ), (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 [lead titanate (PbTiO 3 ), etc.], and the like.
  • a method for forming the piezoelectric layer for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, a laser ablation method, an ion plating method, a coating method, a chemical vapor deposition method such as a CVD method, an MOCVD method, and the like are known. Preferred ones can be selected as appropriate.
  • the film thickness of the piezoelectric layer is preferably 0.1 to 100 ⁇ m, more preferably 0.5 to 30 ⁇ m. That is, when the thickness is less than 0.1 ⁇ m, it is difficult to obtain a sufficient output when used for, for example, a sensor or an actuator. On the other hand, when the thickness exceeds 100 ⁇ m, the flexibility is poor and cracking or peeling may occur.
  • the signal electrode layer is a film-like layer composed of electrodes for outputting an electric signal generated in the piezoelectric layer, and is preferably electrically connected to the amplifier. Further, the ground electrode layer is usually not electrically connected to the signal electrode layer but is composed of a grounded conductor.
  • a conductive material composed of a metal such as Al, Ni, Pt, Au, Ag, Ti, Cu or Sn, or an alloy thereof, or a metal oxide for example, a conductive material composed of a metal such as Al, Ni, Pt, Au, Ag, Ti, Cu or Sn, or an alloy thereof, or a metal oxide, A conductive material containing metal nitride can be used.
  • the formation method of the signal electrode layer and the ground electrode layer is not particularly limited.
  • a physical vapor deposition method such as a coating process, a plating method, a sputtering method, or a vacuum vapor deposition method can be used.
  • the piezoelectric sensor of the present invention is used as a sensor for measuring physical signals such as displacement signals and audio signals.
  • the piezoelectric sensor is suitably used as a sensor used in a state where it is attached to a living body.
  • a member having the same configuration as that of the piezoelectric sensor of the present invention can be used as an actuator.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the first embodiment.
  • a piezoelectric element 1 that constitutes a part of the piezoelectric sensor of this embodiment includes a piezoelectric film 11 and two electrode layers 12 and 13 stacked on both main surfaces thereof.
  • the piezoelectric film 11 includes an insulating film and a piezoelectric layer laminated on one main surface of the insulating film.
  • stacked on one main surface of the piezoelectric film 11 becomes a signal electrode layer
  • the electrode layer 12 is electrically connected to the lead wiring 31 and the electrode layer 13 is electrically connected to the lead wiring 32.
  • the signal electrode layer and the ground electrode layer are not electrically connected.
  • the electrode layer 13 on the human body side is a ground electrode layer.
  • the piezoelectric sensor further includes a protective member 2 that covers the entire piezoelectric element and a breathable pressure-sensitive adhesive layer 41 formed on one main surface of the protective member 2.
  • the release paper 5 is attached to the surface of the breathable pressure-sensitive adhesive layer 41 opposite to the protective member 2 so that the release paper 5 can be peeled off, thereby protecting the surface of the pressure-sensitive adhesive layer before use.
  • the protective member is not particularly limited, and examples thereof include a mold (molded body) formed from rubber.
  • a mold molded body formed from rubber.
  • the rubber it is preferable to use a silicone rubber because an allergic reaction hardly occurs in the living body.
  • a protection member is a shape without a sharp corner
  • a pressure-sensitive adhesive layer made of a moisture-permeable gel can be used.
  • a gel which has moisture permeability moisture-permeable urethane gel etc. are mentioned, for example.
  • the breathable pressure-sensitive adhesive layer may be a mesh-shaped pressure-sensitive adhesive layer (a layer containing a porous substrate such as a mesh and a pressure-sensitive adhesive).
  • a mesh-like pressure-sensitive adhesive layer is used, the cost of the material can be reduced, and the degree of freedom in selecting the material of the pressure-sensitive adhesive is increased. Therefore, the pressure-sensitive adhesive layer can be made less invasive to the living body.
  • the piezoelectric sensor of this embodiment is provided with a plurality of through holes 2a.
  • the through hole 2a is a hole that serves as one or more first through holes of the piezoelectric element and one or more second through holes of the protective member 2. Therefore, in the present embodiment, the first through hole and the second through hole can be simultaneously formed as the through hole 2a.
  • Various known methods can be used as a method for forming the through hole, and the method is not particularly limited.
  • a breathable pressure-sensitive adhesive layer 41 is used as the pressure-sensitive adhesive layer. For this reason, it is not necessary to provide a through hole in particular, which is advantageous in terms of manufacturing.
  • the pressure-sensitive adhesive layer 42 may have a through hole 4 a (third through hole).
  • the adhesive layer 42 does not have air permeability, it is necessary to provide a third through hole.
  • the bonding force of the pressure-sensitive adhesive layer (breathable pressure-sensitive adhesive layer 41, pressure-sensitive adhesive layer 42) to a protective member (such as a rubber mold) is preferably stronger than the bonding force to a living body (such as the skin surface). This is to prevent the adhesive from remaining on the living body when the sensor is peeled off.
  • the electrode layers 12 and 13 are not present in the region including the first through hole (through hole 2 a) and the periphery thereof.
  • the wiring pattern of the electrode layers 12 and 13 is designed. In this way, for example, when the first through hole is formed in the piezoelectric element 1, the two electrode layers 12 and 13 (the signal electrode layer and the ground electrode layer) are deformed so that both are in contact with each other in the through hole. This prevents the occurrence of dielectric breakdown and improves the insulation.
  • the entire piezoelectric element 1 is covered with the protective member 2.
  • the two protective members 2 are laminated on both main surfaces of the piezoelectric element 1. You may make it do.
  • the piezoelectric element 1 and the protective member 2 are provided with through holes (first through hole and second through hole), and the air-permeable adhesive layer 41 is used as the adhesive layer, or the adhesive layer
  • the air-permeable adhesive layer 41 is used as the adhesive layer, or the adhesive layer
  • a piezoelectric sensor can be provided.
  • the air between the living body and the piezoelectric sensor is easy to escape and sweat or the like hardly accumulates, the adhesion of the piezoelectric sensor to the living body can be improved.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the second embodiment.
  • the electrode layers 12 and 13 are present around the through hole 2a (first through hole of the piezoelectric element 1).
  • the other points are the same as in the first embodiment.
  • the electrode layers 12 and 13 do not exist in the region including the first through hole (through hole 2a) and the periphery thereof. Although it is necessary to form the wiring patterns of the electrode layers 12 and 13, in the present embodiment, this is not necessary, and the piezoelectric sensor can be manufactured at a low cost by a simple method.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the third embodiment.
  • the size of the first through hole (through hole of the piezoelectric element 1) was the same as the size of the second through hole (through hole 2a of the protective member 2).
  • the first through hole is made larger than the second through hole (through hole 2a), and the piezoelectric element 1 (piezoelectric film 11) is designed not to be exposed to the outside through the second through hole. .
  • the piezoelectric element 1 is covered with the protective member 2 in this manner, the moisture resistance of the piezoelectric element is improved, the deterioration of the piezoelectric sensor is suppressed, and the reliability of the piezoelectric sensor is improved.
  • this embodiment is particularly useful when a material that easily corrodes is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric film.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the fourth embodiment
  • FIG. 8 is a schematic sectional view for explaining the configuration of the piezoelectric sensor of the fourth embodiment.
  • an amplifier substrate 61 on which an amplifier 62 is mounted is laminated on one surface of the piezoelectric element 1.
  • the amplifier has a function of amplifying an electric signal from the signal electrode layer, and various known amplifiers (amplifiers) used for electronic circuits can be used.
  • the electrode layers 12 and 13 (the signal electrode layer and the ground electrode layer) on both surfaces of the piezoelectric film 11 are electrically connected to the amplifier substrate 61 via the conductive adhesive 7, and the signal electrode layer (electrode layer 12) is It is electrically connected to the amplifier 62.
  • Lead wires 31 and 32 are connected to the amplifier substrate 61, one lead wire 31 is electrically connected to the signal electrode layer (electrode layer 12) and the amplifier 62, and the other lead wire 32 is connected to the ground electrode layer ( It is electrically connected to the electrode layer 13).
  • the amplifier 62 is housed inside the protective member 2.
  • the amplifier since the amplifier is also covered with the protective member as described above, the electric signal generated in the piezoelectric film 11 (piezoelectric element), output from the signal electrode layer, and then amplified by the amplifier.
  • electromagnetic noise can be prevented from being mixed.
  • the sensitivity of a piezoelectric sensor can be improved.
  • the present embodiment is effective because the living body is an insulator and has induction noise.
  • the shield body becomes large.
  • the piezoelectric element and the amplifier having the above-described configuration are stacked.
  • a separate signal line is not required, and a small (thin) amplifier integrated piezoelectric sensor can be provided at low cost.
  • connection portion between the amplifier and the piezoelectric element is covered with the protective member, the stress from the outside is relieved, and disconnection at the joint portion can be suppressed.

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Abstract

　本発明は、生体に貼り付けた状態で使用する場合に、貼り付け部位に生じる蒸れを抑制し、生体に生じる不快感や生体への悪影響を低減できる圧電センサを提供する。本発明は、圧電フィルム、前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層、および、前記圧電フィルムの他方の主面に積層された接地電極層を含む圧電素子と、前記圧電素子を少なくとも部分的に覆う保護部材と、前記保護部材の外表面の少なくとも一部に形成された粘着剤層とを備え、前記圧電素子は、１つ以上の第１貫通孔を有し、前記保護部材は、前記第１貫通孔と同じ位置に１つ以上の第２貫通孔を有し、前記粘着剤層は、通気性を有する通気性粘着剤層であるか、または、前記第２貫通孔と同じ位置に１つ以上の第３貫通孔を有することを特徴とする、圧電センサである。

Description

圧電センサ
　本発明は、圧電センサに関する。
　センサおよびアクチュエータ等に用いられる一般的な圧電素子の構造としては、圧電体層を２つの電極層で挟んだ構造が知られている。圧電素子では、圧電素子に加えられた応力等の物理的信号が電気的信号に変換されて（正圧電効果）、電極から出力されるか、あるいは、圧電素子に入力された電気的信号が物理的信号に変換される（逆圧電効果）。
　近年、電子機器の小型化に伴い、センサ等に用いられる圧電素子も小型化、軽量化が求められている。この要求に応えるものとして、フィルム状の基材に薄膜化した圧電体層を形成した圧電素子、または、圧電性をもつフィルム材料による圧電素子の開発が進められている。
　このような圧電素子は、通常、ゴムモールドなどの保護部材で覆われた状態で、圧電センサとして製品化される。そして、圧電センサは、生体に貼り付けた状態で、その圧電センサが貼り付けられた部位の圧力変化を検出し、生体の各部位に生じる動きを測定するために応用することが検討されている。
　圧電センサを生体に貼り付ける方法としては、種々の粘着剤等を用いて圧電センサを生体に密着させる方法が挙げられるが、この場合、粘着剤が密着した生体部位が汗等の水分により蒸れた状態となり、生体に不快感が生じると共に、該部位の皮膚にかぶれ等が生じたり、圧電センサが剥がれやすくなったりするという問題がある。通常、圧電センサを貼り付けた状態は長時間続く場合が多いため、これらの問題は、実用面において重要な問題である。
　一方、特許文献１（特開２００９－１６０３０５号公報）には、生体の表面に取り付けられて、生体の呼吸状態を検出する呼吸器センサにおいて、センサの装着時の不快感を低減するために、検出素子を保持する板状の基体に複数の開口部を設けることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載のセンサは、装着型であり（貼り付け型ではなく）、生体に密着して貼り付けることができない。このため、このようなセンサは、生体に貼り付けた状態で使用される圧電センサには適用することが出来ない。
特開２００９－１６０３０５号公報
　本発明は、生体に貼り付けた状態で使用する場合に、貼り付け部位に生じる蒸れを抑制し、生体に生じる不快感や生体への悪影響を低減できる圧電センサを提供することを目的とする。
　［１］　圧電フィルム、前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層、および、前記圧電フィルムの他方の主面に積層された接地電極層を含む圧電素子と、
　前記圧電素子を少なくとも部分的に覆う保護部材と、
　前記保護部材の外表面の少なくとも一部に形成された粘着剤層とを備え、
　前記圧電素子は、１つ以上の第１貫通孔を有し、
　前記保護部材は、前記第１貫通孔と同じ位置に１つ以上の第２貫通孔を有し、
　前記粘着剤層は、通気性を有する通気性粘着剤層であるか、または、前記第２貫通孔と同じ位置に１つ以上の第３貫通孔を有することを特徴とする、圧電センサ。
　［２］　前記通気性粘着剤層は、透湿性を有するゲルからなる、上記［１］に記載の圧電センサ。
　［３］　前記通気性粘着剤層は、メッシュ状である、上記［１］に記載の圧電センサ。
　［４］　前記圧電素子において、前記第１貫通孔およびその周囲を含む領域に、前記信号電極層および前記接地電極層が存在しない、上記［１］～［３］のいずれかに記載の圧電センサ。
　［５］　前記第１貫通孔が前記第２貫通孔よりも大きく、前記圧電素子が前記第２貫通孔において外部に露出していない、上記［１］～［４］のいずれかに記載の圧電センサ。
　［６］　さらに、前記信号電極層に電気的に接続されたアンプを備え、
　前記保護部材の内部に前記アンプが収容されている、上記［１］～［５］のいずれかに記載の圧電センサ。
　［７］　生体に貼り付けた状態で使用される、上記［１］～［６］のいずれかに記載の圧電センサ。
　本発明によれば、生体に貼り付けた状態で使用する場合に、貼り付け部位に生じる蒸れを抑制し、生体に生じる不快感や生体への悪影響を低減できる圧電センサを提供することができる。また、生体と圧電センサの間の空気が抜け易く、汗などが溜まり難いため、圧電センサの生体への密着性を向上させることができる。
実施形態１の圧電センサの構成を説明するための斜視図である。 実施形態１の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。 実施形態１の圧電センサの別の構成を説明するための断面模式図である。 実施形態１の圧電センサのさらに別の構成を説明するための断面模式図である。 実施形態２の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。 実施形態３の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。 実施形態の圧電センサの構成を説明するための斜視図である。 実施形態４の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。
　本発明の圧電センサは、圧電素子と、該圧電素子を少なくとも部分的に覆う保護部材と、前記保護部材の外表面の少なくとも一部に形成された粘着剤層とを備える。
　本発明においては、圧電素子は、１つ以上の第１貫通孔を有し、
　保護部材は、第１貫通孔と同じ位置に１つ以上の第２貫通孔を有し、
　粘着剤層は、（ｉ）通気性を有する通気性粘着剤層であるか、または、（ｉｉ）第２貫通孔と同じ位置に１つ以上の第３貫通孔を有する。
　「圧電素子」は、少なくとも、圧電フィルム、圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層、および、圧電フィルムの他方の主面に積層された接地電極層を含む。「圧電フィルム」は、例えば、絶縁性フィルム、および、該絶縁性フィルムの一方の主面に積層された圧電体層から構成される。また、「圧電体フィルム」は、圧電性を有するフィルム素材によって構成されるものであってもよい。
　圧電センサに用いられる圧電フィルムは薄型（フィルム状）の部材であり、それを含む圧電素子も薄型（フィルム状）であることが好ましい。圧電センサ全体としても、薄型（フィルム状）の圧電センサであることがより好ましい。
　絶縁性フィルムは、通常は可撓性を有するフィルムであり、軽量で、取り扱い易いといった特徴を有する高分子を主成分とするフィルムであることが好ましい。絶縁性フィルムの主成分として用いられる高分子は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂であり、好ましくは、耐熱性、絶縁破壊強度、機械的強度に優れるポリイミド系樹脂である。
　圧電体層の構成材料は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、例えば、ウルツ鉱型構造を有する化合物やペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）を有する複合酸化物（ペロブスカイト系複合酸化物）を主成分とする材料を用いることができる。
　ウルツ鉱型構造を有する化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛またはヨウ化銀が挙げられる。
　ペロブスカイト系複合酸化物のペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＡサイトとしては、例えば、Ｐｂ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，ＬｉおよびＢｉの中から選択される少なくとも１種の元素を採用することができる。ペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＢサイトとしては、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｓｂ，ＴａおよびＦｅの中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。
　このようなペロブスカイト系複合酸化物の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３］（ＰＺＴともいう）、ニオブ酸タンタル酸カリウム［Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）など］、等が挙げられる。
　圧電体層の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、コーティング法や、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法が知られており、その中から好ましいものを適宜選択することができる。
　圧電体層の膜厚は、好ましくは０．１～１００μｍであり、より好ましくは０．５～３０μｍである。すなわち、厚みが０．１μｍ未満では、例えばセンサやアクチュエータ等に用いた場合に十分な出力が得られにくく、逆に１００μｍを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。
　信号電極層は、圧電体層で発生した電気信号を出力するための電極からなる膜状の層であり、アンプに電気的に接続されることが好ましい。また、接地電極層は、通常、信号電極層と電気的に接続されておらず、接地された導体から構成される。
　信号電極層および接地電極層の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、ＣｕまたはＳｎ等の金属やこれらの合金から構成される導電性材料、または、金属酸化物や金属窒化物を含む導電性材料を用いることができる。
　信号電極層および接地電極層の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、塗布処理、メッキ法またはスパッタリング法や、真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。なお、接地電極層は、他にも、例えば、上記材料からなる薄膜を積層することで形成してもよい。
　本発明の圧電センサは、例えば、変位信号、音声信号などの物理信号を計測するためのセンサとして用いられる。圧電センサは、特に、生体に貼り付けられた状態で使用されるセンサとして好適に用いられる。なお、本発明の圧電センサと同様の構成を有する部材をアクチュエータとして用いることもできる。
　以下、本発明の圧電素子の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
　（実施形態１）
　図１は、実施形態１の圧電センサの構成を説明するための斜視図であり、図２は、実施形態１の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。
　図２を参照して、本実施形態の圧電センサの一部を構成する圧電素子１は、圧電フィルム１１と、その両主面に積層された２つの電極層１２，１３とから構成される。圧電フィルム１１は、絶縁性フィルム、および、絶縁性フィルムの一方の主面に積層された圧電体層から構成されている。なお、圧電フィルム１１の一方の主面に積層される電極層１２が信号電極層となり、圧電フィルム１１の他方の面に積層される電極層１３が接地電極層となる。電極層１２は、引き出し配線３１に、電極層１３は引き出し配線３２に電気的に接続されている。ただし、信号電極層と接地電極層とは電気的に接続されていない。このように、人体側（通気性粘着剤層４１側）の電極層１３が接地電極層である方が好ましい。
　圧電センサは、さらに、圧電素子の全体を覆う保護部材２と、保護部材２の一方の主面に形成された通気性粘着剤層４１とを備えている。通気性粘着剤層４１の保護部材２と反対側の表面には、剥離紙５が剥離可能なように貼り付けられおり、使用前の粘着剤層の表面を保護している。
　保護部材としては、特に限定されないが、例えば、ゴムから形成されるモールド（成型体）が挙げられる。ゴムとしては、生体にアレルギー反応が生じ難い点で、シリコーンゴムを用いることが好ましい。なお、保護部材は、安全性の観点から、鋭利な角部がない形状（角部が丸い形状など）であることが好ましい。
　通気性粘着剤層４１としては、例えば、透湿性を有するゲルからなる粘着剤層を用いることができる。透湿性を有するゲルとしては、例えば、透湿性ウレタンゲルなどが挙げられる。また、通気性粘着剤層は、メッシュ状の粘着剤層（メッシュ等の多孔性基材と粘着剤を含む層）であってもよい。メッシュ状の粘着剤層を用いる場合、材料を低コスト化でき、粘着剤の材質選択の自由度が増すため、粘着剤層の生体への低侵襲化等も可能となる。
　ここで、図１および図２を参照して、本実施形態の圧電センサには、複数の貫通孔２ａが設けられている。この貫通孔２ａは、圧電素子が有する１つ以上の第１貫通孔と、保護部材２が有する１つ以上の第２貫通孔とを兼ねる孔である。従って、本実施形態では、第１貫通孔および第２貫通孔を貫通孔２ａとして同時に形成することもできる。貫通孔の形成方法としては、種々公知の方法を用いることができ、特に限定されない。
　図２では、粘着剤層として通気性粘着剤層４１を用いている。このため、特に貫通孔を設ける必要はなく、製造面で有利である。ただし、図３に示されるように粘着剤層４２が貫通孔４ａ（第３貫通孔）を有していてもよい。なお、粘着剤層４２が通気性を有していない場合は、第３貫通孔を設ける必要がある。
　なお、粘着剤層（通気性粘着剤層４１、粘着剤層４２）の保護部材（ゴムモールドなど）に対する接合力は、生体（皮膚表面など）に対する接合力よりも強いことが好ましい。センサを剥がしたときに粘着剤が生体に残ることを防ぐためである。
　また、例えば、人体の喉頭隆起の皮膚表面に圧電センサを貼り付けるような場合は、粘着剤層にスリット等を設けることで、粘着剤層が皮膚の表面の凹凸に適合するようにすることが好ましい。
　図２に示されるように、圧電素子１において、第１貫通孔（貫通孔２ａ）およびその周囲を含む領域に、電極層１２，１３（信号電極層および接地電極層）が存在しないように、電極層１２，１３の配線パターンが設計されている。このようにすることで、例えば、圧電素子１に第１貫通孔を形成する際に、２つの電極層１２，１３（信号電極層と接地電極層）が変形して貫通孔内で両者が接触するといった絶縁破壊の発生が防止され、絶縁性が向上する。
　なお、図２および図３では、圧電素子１の全体が保護部材２で覆われているが、図４に示されるように、２つの保護部材２を圧電素子１の両主面のそれぞれに積層するようにしてもよい。
　本実施形態では、圧電素子１および保護部材２に貫通孔（第１貫通孔および第２貫通孔）を設け、さらに、粘着剤層として通気性粘着剤層４１を用いるか、または、粘着剤層にも貫通孔（第３貫通孔）を設けることにより、生体に貼り付けた状態で使用する場合に、貼り付け部位に生じる蒸れを抑制し、生体に生じる不快感や生体への悪影響を低減できる圧電センサを提供することができる。また、生体と圧電センサの間の空気が抜け易く、汗などが溜まり難いため、圧電センサの生体への密着性を向上させることができる。
　（実施形態２）
　図５は、実施形態２の圧電センサの構成を説明するための模式断面図である。本実施形態は、図５に示されるように、電極層１２，１３（信号電極層および接地電極層）が、貫通孔２ａ（圧電素子１の第１貫通孔）の周囲に存在している点で、実施形態１とは異なるが、その他の点は実施形態１と同様である。
　実施形態１では、貫通孔２ａを形成する前に、第１貫通孔（貫通孔２ａ）およびその周囲を含む領域に、電極層１２，１３（信号電極層および接地電極層）が存在しないように、電極層１２，１３の配線パターンを形成する必要があるが、本実施形態では、その必要がなく、簡易な方法により低コストで圧電センサを製造することができる。
　（実施形態３）
　図６は、実施形態３の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。実施形態１では、図２に示されるように、第１貫通孔（圧電素子１の貫通孔）の大きさは、第２貫通孔（保護部材２の貫通孔２ａ）の大きさと同じであったが、本実施形態では、第１貫通孔を第２貫通孔（貫通孔２ａ）よりも大きくし、圧電素子１（圧電フィルム１１）が第２貫通孔において外部に露出しないように設計されている。
　本実施形態では、このように、圧電素子１が保護部材２で覆われているため、圧電素子の耐湿性等が向上し、圧電センサの劣化が抑制され、圧電センサの信頼性が向上する。なお、本実施形態は、圧電フィルムを構成する圧電体の材料として、腐食しやすい材料を用いる場合に、特に有用である。
　（実施形態４）
　図７は、実施形態４の圧電センサの構成を説明するための斜視図であり、図８は、実施形態４の圧電センサの構成を説明するための断面模式図である。
　本実施形態では、図８に示されるように、アンプ６２が搭載されたアンプ基板６１が、圧電素子１の一方の面に積層されている。アンプは、信号電極層からの電気信号を増幅する機能を有しており、電子回路に用いられる種々公知のアンプ（増幅器）を用いることができる。
　圧電フィルム１１の両面の電極層１２，１３（信号電極層および接地電極層）は、導電性接着剤７を介して、アンプ基板６１に電気的に接続され、信号電極層（電極層１２）がアンプ６２と電気的に接続される。アンプ基板６１には引き出し配線３１，３２が接続され、一方の引き出し配線３１は、信号電極層（電極層１２）およびアンプ６２と電気的に接続され、他方の引き出し配線３２は、接地電極層（電極層１３）と電気的に接続されている。
　そして、本実施形態において、アンプ６２は、保護部材２の内部に収容されている。本実施形態では、このように、アンプも保護部材で覆われていることにより、圧電フィルム１１（圧電素子）で発生し、信号電極層から出力された後、アンプで増幅される前の電気信号に、電磁ノイズが混入することを抑制できる。これにより、圧電センサの感度を向上させることができる。特に、生体で生じる物理信号を計測する場合は、生体が絶縁体であり誘導雑音を帯びているため、本実施形態が有効である。
　また、アンプへの湿気等の混入を抑制できるため、アンプの特性変化を生じ難くなり、圧電センサの信頼性を向上させ、長寿命化することができる。
　また、別途、圧電素子とアンプとを信号線（ワイヤ等）で接続する場合は、シールド体が大きくなってしまうが、本実施形態では、上述のような構成の圧電素子とアンプとを積層してアンプ基板を介して接続することにより、別途の信号線が必要なく、安価に、小型（薄型）のアンプ一体型の圧電センサを提供することができる。なお、圧電センサを小型化、薄型化する観点から、アンプ６２としてサイズの小さなアンプを用いることが好ましい。
　また、アンプと圧電素子の接続部が、保護部材で覆われていることにより、外部からの応力が緩和され、該接合部における断線等を抑制することができる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　圧電素子、１１　圧電フィルム、１２，１３　電極層、２　保護部材、２ａ，４ａ　貫通孔、３１，３２　引き出し配線、４１　通気性粘着剤層、４２　粘着剤層、５　剥離紙、６１　アンプ基板、６２　アンプ、７　導電性接着剤。

Claims (7)

  1. 　圧電フィルム、前記圧電フィルムの一方の主面に積層された信号電極層、および、前記圧電フィルムの他方の主面に積層された接地電極層を含む圧電素子と、
    　前記圧電素子を少なくとも部分的に覆う保護部材と、
    　前記保護部材の外表面の少なくとも一部に形成された粘着剤層とを備え、
    　前記圧電素子は、１つ以上の第１貫通孔を有し、
    　前記保護部材は、前記第１貫通孔と同じ位置に１つ以上の第２貫通孔を有し、
    　前記粘着剤層は、通気性を有する通気性粘着剤層であるか、または、前記第２貫通孔と同じ位置に１つ以上の第３貫通孔を有することを特徴とする、圧電センサ。
  2. 　前記通気性粘着剤層は、透湿性を有するゲルからなる、請求項１に記載の圧電センサ。
  3. 　前記通気性粘着剤層は、メッシュ状である、請求項１に記載の圧電センサ。
  4. 　前記圧電素子において、前記第１貫通孔およびその周囲を含む領域に、前記信号電極層および前記接地電極層が存在しない、請求項１～３のいずれか１項に記載の圧電センサ。
  5. 　前記第１貫通孔が前記第２貫通孔よりも大きく、前記圧電素子が前記第２貫通孔において外部に露出していない、請求項１～４のいずれか１項に記載の圧電センサ。
  6. 　さらに、前記信号電極層に電気的に接続されたアンプを備え、
    　前記保護部材の内部に前記アンプが収容されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の圧電センサ。
  7. 　生体に貼り付けた状態で使用される、請求項１～６のいずれか１項に記載の圧電センサ。
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