專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了感壓元件和膜片的壓力傳感器，特別涉及如下技 術(shù)減少由于組合不同種類的材料而導(dǎo)致的壓力傳感器的壓力測定值的 溫度變化的誤差、以及由于膜片的重力導(dǎo)致的撓曲而產(chǎn)生的壓力測定值 的誤差。
背景技術(shù)：
以往，公知有水壓計、氣壓計、壓力差計等使用壓電振動元件作為 感壓元件的壓力傳感器。所述壓電振動元件例如在板狀的壓電基板上形 成電極圖案，在力的檢測方向上設(shè)定檢測軸，當(dāng)在所述檢測軸的方向施 加壓力時，所述壓電振子的諧振頻率變化，根據(jù)所述諧振頻率的變化來 檢測壓力。在專利文獻(xiàn)1中公開了第1現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器。圖21示 出第1現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器。第1現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器201具有
氣密殼體202，其內(nèi)部為真空或具有非活性氛圍氣；第1壓力輸入口 203a 和第2壓力輸入口 204a，其分別貫通形成在氣密殼體202的對置的第1 和第2壁面203、 204上；圓筒型的第1波紋管210，其具有一端開口固 定在第1壁面203上且與第1壓力輸入口 203a連通的軸孔；圓筒型的第 2波紋管211 ，其具有一端開口固定在第2壁面204上且與第2壓力輸入 口 204a連通的軸孔，并且與第1波紋管210呈串聯(lián)狀配置；振動元件粘 接底座215，其固定配置在第1和第2波紋管210、 211的各另一端210a、 211a彼此之間；薄板狀的壓電振動元件220，其由振動元件粘接底座215 支承；壓電加強(qiáng)板221，其配置在之間隔著第2波紋管211而與壓電振子 220對置的位置上；以及振蕩電路230，其與壓電振動元件上的電極圖案 導(dǎo)通。壓電振動元件220的一端固定在第2壁面204上，另一端固定在 振動元件粘接底座215上。壓電加強(qiáng)板221的兩端部由第2壁面204和振動元件粘接底座215固定。并且，振動元件粘接底座215和氣密殼體 202的內(nèi)壁利用加強(qiáng)板用彈簧固定，提高針對X軸方向的沖擊的耐久性。 壓電振動元件220例如具有在石英基板上形成電極的結(jié)構(gòu)。振動元 件粘接底座215具有在由兩個波紋管210、 211的另一端部210a、 211a 夾持的狀態(tài)下固定的基部215a;以及從基部215a的外周向第2壁面突出 的支承片215b，壓電振動元件220和壓電加強(qiáng)板221的另一端部都與支 承片215b連接。
各壓力輸入口 203a、 204a與各波紋管210、 211內(nèi)部的軸孔連通， 另一方面，各波紋管內(nèi)的軸孔彼此由振動元件粘接底座215的基部215a 保持為非連通狀態(tài)。因此，由于從兩個壓力輸入口 203a、 204a輸入的壓 力Pl、 P2的壓力差造成的波紋管的伸縮，振動元件粘接底座215的位置 在波紋管的軸方向上進(jìn)退。 一端固定在振動元件粘接底座215上且另一 端固定在第2壁面204上的壓電振動元件220由于從振動元件粘接底座 215傳遞的壓力，承受針對軸方向的機(jī)械應(yīng)力而變形，固有的諧振頻率變 動。即，在連接了以氣密狀態(tài)配置在氣密殼體202的適當(dāng)部位的振蕩電 路230和構(gòu)成壓電振動元件220的壓電基板上的激勵電極的狀態(tài)下，通 過對激勵電極通電來激勵壓電基板，根據(jù)此時的輸出頻率計算壓力P1或 P2。
根據(jù)第1現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器201 ，在壓力Pl輸入到第1壓力輸 入口 203a時，與該壓力對應(yīng)的力施加給壓電振動元件220和壓電加強(qiáng)板 221。由于壓電加強(qiáng)板221的存在，對壓電振動元件220僅施加來自長邊 方向(石英振動元件的情況下為圖中的Y軸方向)的力，壓電振動元件 本來的壓力-頻率特性示出二次曲線。因此，根據(jù)壓力P1，壓電振動元件 220的諧振頻率直線變化，能夠得到高精度的壓力傳感器201。
并且，在專利文獻(xiàn)2中公開了第2現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器300。圖 22示出第2現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器300。第2現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器300 構(gòu)成為，在設(shè)置有由金屬薄膜構(gòu)成的電極307和以覆蓋電極307的方式 形成的電介體膜308的基體306上，在膜片309和電極307對置、且在 膜片309和電介體膜308之間具有間隙310的狀態(tài)下，接合硅構(gòu)造體305，
5該硅構(gòu)造體305設(shè)置有能夠根據(jù)壓力而變形的、具有導(dǎo)電性的膜片309。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過檢測由于膜片309承受壓力而與電介體膜308接觸的 接觸面積的變化導(dǎo)致的靜電容量的變化，由此，能夠檢測該壓力。
專利文獻(xiàn)1日本特開2007-57395號公報
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-214058號公報
但是，在專利文獻(xiàn)l的發(fā)明中，壓電振動元件220和氣密殼體202 難以使線膨脹系數(shù)一致。由此，當(dāng)溫度變化時，對壓電振子施加的應(yīng)力 變化，基于該溫度變化的應(yīng)力變化是壓力測定值的誤差。但是，在專利 文獻(xiàn)l中，為了難以受到壓力測定值的線膨脹系數(shù)的影響而使用波紋管， 但是，波紋管無法使線膨脹系數(shù)的影響完全為零。
并且，在專利文獻(xiàn)2的發(fā)明中，膜片309由于地球的重力，在接近 基體306的方向上受力。并且，如果顛倒設(shè)置壓力傳感器300的上下， 則膜片309由于地球的重力，在從基體306離開的方向上作用有力。由 此，本來是僅以氣體或液體的壓力為目的的壓力傳感器300，但是，由于 設(shè)置姿勢而使壓力測定值產(chǎn)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明著眼于上述問題點，其目的在于，提供如下的高精度 的壓力傳感器降低了由于使用不同線膨脹系數(shù)的材料而產(chǎn)生的壓力測 定值的誤差、或由于重力加速度的施加方式的變化而產(chǎn)生的壓力測定值 的誤差。
本發(fā)明正是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為下 面的應(yīng)用例來實現(xiàn)。
應(yīng)用例1一種壓力傳感器，該壓力傳感器具有外殼；受壓單 元，其封閉所述外殼的開口部，具有撓性部和所述撓性部外側(cè)的周緣區(qū) 域，所述撓性部的一個主面為受壓面；以及感壓元件，其具有感壓部和 分別與所述感壓部的兩端連接的第1基部和第2基部，并且，所述第1 基部和所述第2基部的排列方向與所述受壓單元的位移方向平行，該壓 力傳感器的特征在于，將所述第1基部連接到作為所述受壓面的內(nèi)側(cè)的所述受壓單元的中央?yún)^(qū)域，將所述第2基部經(jīng)由連接單元連接到所述內(nèi) 側(cè)的所述周緣區(qū)域，或者連接到與所述第1基部對置的所述外殼的內(nèi)壁。 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，位于感壓元件的檢測軸方向的一端的第1基部連接 到由于來自外部的壓力而位移的膜片的中央?yún)^(qū)域，位于所述一端的相反
側(cè)的另一端的第2基部經(jīng)由連接單元連接到固定在外殼上且不會由于來 自外部的壓力而位移的膜片的周緣區(qū)域。由此，成為根據(jù)來自外部的壓 力來測定感壓元件承受壓縮應(yīng)力的絕對壓力的壓力傳感器。并且，感壓 元件的兩端連接到膜片，所以，能夠避免伴隨由于感壓元件的材料和外 殼的材料的差異導(dǎo)致的線膨脹系數(shù)的不一致而引起的溫度變化的壓力測 定值的誤差。
并且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，感壓元件的第1基部連接到由于來自外部的 壓力而位移的膜片的中央?yún)^(qū)域，第2基部經(jīng)由連接單元連接到與第1基 部對置的外殼的內(nèi)壁、即不會由于來自外部的壓力而位移的外殼的內(nèi)壁 的膜片側(cè)。由此，感壓元件的第2基部連接到外殼的膜片側(cè)，所以，幾 乎不存在或完全不存在上述線膨脹系數(shù)的不一致導(dǎo)致的問題，并且，感 壓元件固定在剛性高的外殼上，在感壓元件和外殼之間獲得剛性，所以， 成為能夠可靠地從膜片向感壓元件傳遞力且靈敏度穩(wěn)定的壓力傳感器。
應(yīng)用例2根據(jù)應(yīng)用例1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述 連接單元具有一對支承板，該一對支承板隔著所述感壓部從所述第2基 部延伸。
由此，感壓元件不會在連接單元側(cè)彎曲，所以，能夠阻止感壓元件 在檢測軸方向以外的方向上運動，能夠提高感壓元件的檢測軸方向的靈 敏度，成為高精度的壓力傳感器。
應(yīng)用例3根據(jù)應(yīng)用例1或2所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述第1基部連接到設(shè)于所述撓性部的中央的固定部。
由此，能夠?qū)⒏袎涸菀椎毓潭ㄔ趽闲圆可?，并且，感壓元件?第2基部側(cè)不會在形成有感壓元件和連接單元的主面的法線方向上彎曲， 所以，能夠阻止感壓元件在檢測軸方向以外的方向上運動，能夠提高感 壓元件的檢測軸方向的靈敏度，成為高精度的壓力傳感器。應(yīng)用例4根據(jù)應(yīng)用例1 3中的任意一項所述的壓力傳感器，其
特征在于，所述第1基部經(jīng)由加強(qiáng)部與所述連接部件連接。
由此，在一體形成感壓元件和連接部件的情況下，能夠避免感壓元 件在裝配時等彎折，所以，能夠提高成品率，實現(xiàn)壓力傳感器的成本降 低。
應(yīng)用例5根據(jù)應(yīng)用例1 4中的任意一項所述的壓力傳感器，其 特征在于，該壓力傳感器具有反作用力生成部，該反作用力生成部連接 到所述受壓單元，使用砝碼，通過杠桿原理對所述受壓單元施加與所述 受壓單元承受的重力相反方向的力。
由此，伴隨基于受壓單元承受的重力的位移的應(yīng)力通過砝碼抵消。 由此，感壓元件不會從上述受壓單元承受應(yīng)力，所以，成為降低了由于 重力加速度的施加方式的變化而產(chǎn)生的壓力測定值的誤差的高精度的壓 力傳感器。
應(yīng)用例6根據(jù)應(yīng)用例5所述的壓力傳感器，其特征在于，所述 反作用力生成部隔著所述感壓元件形成一對。由此，保持了感壓元件的 重力平衡，改善了壓力傳感器的測定誤差的傾斜角依賴性。進(jìn)而， 一對 反作用力生成部抵消對感壓元件施加的檢測軸方向以外的應(yīng)力，所以， 成為精度更高的壓力傳感器。
應(yīng)用例7根據(jù)應(yīng)用例5或6所述的壓力傳感器，其特征在于， 在所述砝碼表面配設(shè)有金屬膜。由此，在砝碼的構(gòu)筑后配設(shè)金屬膜，所 以，能夠增加調(diào)節(jié)砝碼側(cè)的重量的機(jī)會，并且，通過配設(shè)適量的金屬膜 來進(jìn)行砝碼側(cè)的重量的微調(diào)，能夠容易地進(jìn)行砝碼和受壓單元的平衡調(diào) 整。進(jìn)而，在金屬膜的配設(shè)后能夠剝?nèi)〗饘倌?，所以，能夠進(jìn)一步增加 調(diào)整砝碼側(cè)的重量的機(jī)會，并且，金屬膜能夠利用激光等剝?nèi)?，所以?如果外殼或膜片是透過激光的材料，則在壓力傳感器的構(gòu)筑后也能夠調(diào) 整砝碼側(cè)的重量，所以，壓力傳感器的成品率提高。
應(yīng)用例8根據(jù)應(yīng)用例1 4中的任意一項所述的壓力傳感器，其 特征在于，所述外殼通過金屬拉伸加工而一體成型。
應(yīng)用例1 4中的外殼在受壓單元的周緣區(qū)域和外殼的受壓單元側(cè)
8的側(cè)面以外不具有與上述結(jié)構(gòu)要素的接點，所以，能夠一體形成外殼， 結(jié)構(gòu)和制造工序被簡化，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。
應(yīng)用例9根據(jù)應(yīng)用例1 7中的任意一項所述的壓力傳感器，其 特征在于，所述外殼具有與所述開口部對置形成的第2開口部，所述第2 開口部由第2受壓單元封閉，并且所述受壓單元和所述第2受壓單元經(jīng) 由力傳遞軸連接。
由此，在第1受壓單元側(cè)的壓力高的情況下，感壓元件承受壓縮應(yīng) 力，在第2受壓單元側(cè)的壓力高的情況下，感壓元件承受伸長應(yīng)力。由 此，能夠?qū)?yīng)用例1 7的測定絕對壓力的壓力傳感器作為能夠測定相對 壓力的壓力傳感器。


圖1是第1實施方式的壓力傳感器的立體圖。 圖2是第1實施方式的壓力傳感器的剖視圖。 圖3是示出第1實施方式的對膜片進(jìn)行沖壓加工時的工序的圖。 圖4是示出第1實施方式的對膜片進(jìn)行影印石版t蟲刻加工時的工序 的圖。
圖5是膜片的影印石版蝕刻加工的變形例。
圖6是示出第1實施方式的感壓元件等的影印石版蝕刻加工的工序 的圖。
圖7是示出第1實施方式的構(gòu)成的單片的制圖的圖。 圖8是第2實施方式的壓力傳感器的立體圖。 圖9是第2實施方式的壓力傳感器的剖視圖和變形例。 圖10是第3實施方式的壓力傳感器的剖視圖。
圖11是示出第3實施方式的感壓元件等的影印石版蝕刻加工的工序 的圖。
圖12是第4實施方式的壓力傳感器的剖視圖。 圖13是第5實施方式的壓力傳感器的立體圖。 圖14是第5實施方式的壓力傳感器的剖視圖。圖15是第5實施方式的壓力傳感器的變形例。
圖16是第5實施方式的對膜片進(jìn)行沖壓加工時的示意圖。
圖17是第5實施方式的對膜片進(jìn)行影印石版蝕刻加工時的示意圖。
圖18是第5實施方式的壓力傳感器的裝配時的示意圖。
圖19是第5實施方式的壓力傳感器的裝配變形例。
圖20是受壓單元的變形例。
圖21是第1現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的示意圖。
圖22是第2現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器的示意圖。
標(biāo)號說明
10:壓力傳感器；12:外殼；14:凸緣部；16:密封端子部；18: 支承軸；20:側(cè)面部；22:開口部；24:膜片；24a:中央?yún)^(qū)域；24b: 撓性區(qū)域；24c:周緣區(qū)域；26:固定部；28:固定部；30:金屬母材； 32:母基板；34:光致抗蝕膜；36:光掩模；38:密封端子；40:感壓 元件；42:連接部件；44:導(dǎo)電性粘接劑；46:加強(qiáng)部；48:母基板； 50:光致抗蝕膜；52:光掩模；54:母基板；56:框體；58:折取部； 60:單片；60:壓力傳感器；72:固定部；74:第2連接部件；76:感 壓元件；78:連接部件；80:膜片；82:密封端子；90:壓力傳感器； 92:膜片；94:反作用力生成部；96:砝碼；98:感壓元件；100:連接 部件；102:母基板；104:光致抗蝕膜；106:光掩模；108:金屬膜； 110:壓力傳感器；112:外殼；114:管；116:膜片；120:壓力傳感器； 122:凸緣部；124:第2開口部；126:第l膜片；128:第2膜片；130: 力傳遞軸；132:襯墊；134:力傳遞軸；136:力傳遞部；138:殼體； 140:第l部件；142: O型密封圈；144:第2部件；146:凸緣部；148: 密封端子部；150:波紋管；201:壓力傳感器；202:氣密殼體；203: 壁面；203a:壓力輸入口； 204:壁面；204a:壓力輸入口； 210:第1 波紋管；211:第2波紋管；215:振動元件粘接底座；220:壓電振動元 件；230:振蕩電路；250:加強(qiáng)板用彈簧；300:壓力傳感器；305:硅 構(gòu)造體；306:基體；307:電極；308:電介體膜；309:膜片；310:間 隙。
具體實施例方式
下面，使用圖示的實施方式詳細(xì)說明本發(fā)明的壓力傳感器。但是， 該實施方式記載的結(jié)構(gòu)要素、種類、組合、形狀及其相對配置等只要沒 有特定記載，則不是將本發(fā)明的范圍僅限定于其中的主旨，只不過是簡 單的說明例。
圖l(將XZ面作為剖面)示出第1實施方式的壓力傳感器的立體圖，
圖2 (圖2 (a)將XZ面作為剖面，圖2 (b)將YZ面作為剖面)示出剖 視圖。另外，圖1、 2所示的ZYX形成直角坐標(biāo)系，以后使用的附圖也 同樣。第1實施方式的壓力傳感器10是具有外殼12、作為受壓單元的膜 片24、感壓元件40、作為連接單元的連接部件42、以及加強(qiáng)部46 (在 圖1中省略記載)，外殼12內(nèi)部被真空密封，測定以真空為基準(zhǔn)的絕對 壓力的壓力傳感器。
外殼12將內(nèi)部真空密封并收納后述的各結(jié)構(gòu)要素。由此，壓力傳感 器10能夠提高感壓元件的Q值，確保穩(wěn)定的諧振頻率，因此能夠確保壓 力傳感器10的長期穩(wěn)定性。
外殼12具有圓形的凸緣部14、圓形的密封端子部16、支承軸18、 以及圓筒形的側(cè)面部20。在凸緣部14和密封端子部16相互對置的面的 規(guī)定位置形成有嵌入支承軸18的細(xì)長孔14a、 16a。并且，細(xì)長孔14a和 細(xì)長孔16a形成在相互對置的位置上。由此，通過在細(xì)長孔14a、 16a中 嵌入支承軸18，凸緣部14和密封端子部16經(jīng)由支承軸18連接。支承軸 18是具有一定的剛性、且在士Z方向上具有長度方向的棒狀的部件，其 配置在外殼12的內(nèi)部，支承軸18的一端嵌入凸緣部14的細(xì)長孔14a， 另一端嵌入密封端子部16的細(xì)長孔16a，由此，在凸緣部14、支承軸18 和密封端子部16之間獲得一定的剛性。另外，支承軸18使用多根，但 是，根據(jù)各細(xì)長孔的位置設(shè)計任意配置。
側(cè)面部20密封外殼12的側(cè)面，連接到凸緣部14的內(nèi)側(cè)的外周14b、 以及密封端子部16的外周16b (與外周14b的直徑相同)。凸緣部14、 密封端子部16、側(cè)面部20優(yōu)選由不銹鋼等金屬形成，支承軸18優(yōu)選使用具有一定剛性且熱膨脹系數(shù)小的陶瓷等。
密封端子部16在中心具有圓形的開口部22，在開口部22上連接有 膜片24以密封開口部22。
膜片24的面向外殼12的外部的一個主面為受壓面，所述受壓面具 有承受被測定壓力環(huán)境的壓力而撓曲變形的撓性部，該撓性部向外殼12 內(nèi)部側(cè)撓曲變形，由此向感壓元件40傳遞壓縮力或伸長力。并且，膜片 24具有由中央?yún)^(qū)域24a和撓性區(qū)域24b構(gòu)成的所述撓性部以及周緣區(qū)域 24c，該中央?yún)^(qū)域24a由于來自外部的壓力而位移，該撓性區(qū)域24b位于 所述中央?yún)^(qū)域24a的外周且由于來自外部的壓力而撓曲變形，該周緣區(qū) 域24c位于所述撓性部的外側(cè)、即所述撓性區(qū)域24b的外周，與在密封 端子部14上形成的開口部22的內(nèi)壁接合固定。在膜片24的中央?yún)^(qū)域24a 的受壓面的相反側(cè)的面上連接有后述感壓元件的長度方向(檢測軸方向) 的一端。進(jìn)而，在中央?yún)^(qū)域24a的受壓面的相反面上利用粘接劑等粘接 有固定部26，在固定部26上經(jīng)由粘接劑等固定后述感壓元件40的一端 (第1基部40a)。進(jìn)而，在膜片24的周緣區(qū)域24c的受壓面的相反面上 利用粘接劑等連接有一對固定部28，固定部28以與后述連接部件42的 上端部42c對應(yīng)的間隔形成，經(jīng)由粘接劑等固定上端部42c。另外，固定 部26、固定部28優(yōu)選為與膜片24相同的材料。
膜片24的材質(zhì)可以是不銹鋼這種金屬、陶瓷等耐腐蝕性優(yōu)良的材 質(zhì)，也可以是石英這種單結(jié)晶體及其他非結(jié)晶體。在利用金屬形成的情 況下，也可以對金屬母材進(jìn)行沖壓加工來形成。
在利用金屬形成膜片24的情況下，通過與膜片24的撓性區(qū)域24b 對應(yīng)的具有與波型的同心圓形狀對應(yīng)的凹部(未圖示)的一對沖壓板(未 圖示)，從金屬母材(未圖示)的兩面進(jìn)行沖壓即可。
圖3 (a) (e)示出利用金屬形成膜片時的示意圖。另外，圖3 (e) 是圖3 (d)的仰視圖。為了抑制膜片24由于感壓元件40的振動而振動， 可以將膜片24的中央?yún)^(qū)域24a形成為比其他區(qū)域厚。該情況下，準(zhǔn)備金 屬母材30 (圖3 (a))，殘留中央?yún)^(qū)域24a進(jìn)行半蝕刻(圖3 (b))，通過 與中央?yún)^(qū)域24a、撓性區(qū)域24b、周緣區(qū)域24c的形狀對應(yīng)的一對沖壓板(未圖示)，對蝕刻后的金屬母材30進(jìn)行沖壓，由此形成膜片24(圖3 (c))。然后，通過粘接劑等分別將固定部26、 28粘接在膜片24的規(guī)定 位置上(圖3 (d)、圖3 (e))。
圖4示出利用石英形成膜片時的示意圖。在利用石英形成膜片24的 情況下，同樣地，優(yōu)選通過影印石版蝕刻加工來形成。該情況下，準(zhǔn)備 作為材料的母基板32，在母基板32的表面涂布陽型的光致抗蝕膜34 (圖 4 (a)),使用與中央?yún)^(qū)域24a、撓性區(qū)域24b、周緣區(qū)域(未圖示)的配 置和形狀對應(yīng)的光掩模36曝光，使所述光致抗蝕膜34感光(圖4 (b))， 進(jìn)行顯影并去除感光后的光致抗蝕膜34a (圖4 (c))，通過對母基板32 露出的區(qū)域進(jìn)行半蝕刻，從而一體形成中央?yún)^(qū)域24a、撓性區(qū)域24b、周 緣區(qū)域(未圖示)(圖4 (d))，剝離光致抗蝕膜34 (圖4 (e))，由此形 成膜片24。
進(jìn)而，作為膜片24的影印石版蝕刻加工的變形例，如圖5 (a)所示， 優(yōu)選對撓性區(qū)域24b進(jìn)行僅單面的蝕刻加工，并且，如圖5 (b)所示， 也優(yōu)選在撓性區(qū)域24b的表里相互對置的位置進(jìn)行蝕刻加工。
另外，也可以對膜片24的露出于外部的表面實施涂敷，以使其不會 被液體或氣體等腐蝕。例如，如果是金屬制的膜片，則可以涂敷鎳的化 合物，如果膜片是石英這種壓電結(jié)晶體，則只要涂敷硅即可。
如圖1、圖2所示，在面向外殼12的外側(cè)的膜片24的周緣區(qū)域24c 上安裝有密封端子38。密封端子38安裝在如下位置密封端子38的前 端部38a和固定部28之間的間隔為與后述連接部件(感壓元件)的厚度 相同的程度，能夠利用固定部28和前端部38a夾入連接部件。該密封端 子38能夠電連接后述感壓元件的電極部和位于外殼外部的感壓元件的振 蕩電路(未圖示)。
感壓元件40能夠通過石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電材料形成。感壓 元件40具有感壓部和與感壓部的兩端連接的一對基部，將力的檢測方向 設(shè)定為檢測軸，感壓元件40的所述一對基部的排列方向成為與所述檢測 軸平行的關(guān)系。在雙音叉型壓電振子的情況下，作為振動臂發(fā)揮功能的 梁(beam)的延伸方向和檢測軸成為平行關(guān)系。
13雙音叉型振子在作為感壓部的振動臂40c的兩端部具有作為固定端
的一對基部(第l基部40a、第2基部40b)，在這兩個基部之間形成有2 個振動梁(振動臂40c)。雙音叉型振子具有如下特性當(dāng)對該感壓部(振 動臂40c)即所述2個振動梁施加拉伸應(yīng)力(伸長應(yīng)力)或壓縮應(yīng)力時， 其諧振頻率與所施加的應(yīng)力大致成比例地變化。
感壓元件40將其長度方向、即第1基部40a和第2基部40b的排列 方向配置成與膜片24的位移方向同軸或平行，將其位移方向作為檢測軸。 感壓元件40的第1基部40a固定在固定部26上，并且與膜片24的中央 區(qū)域24a抵接，隔著振動臂40c位于第1基部40a的相反側(cè)的第2基部 40b與后述的連接部件42—體形成。另外，通過將第l基部40a固定在 固定部26上，從而能夠容易地將感壓元件40固定在撓性部的中央?yún)^(qū)域 24a，并且，感壓元件40和后述的連接部件42的第2基部40b側(cè)不會在 形成有感壓元件40和連接部件42的主面的法線方向(±Y方向)上彎 曲，所以，能夠阻止感壓元件40在檢測軸方向以外的方向上運動，能夠 提高感壓元件40的檢測軸方向的靈敏度，成為高精度的壓力傳感器。
感壓元件40與上述振蕩電路(未圖示)電連接，通過從振蕩電路(未 圖示)供給的交流電壓，以固有的諧振頻率振動。而且，感壓元件40從 其長度方向承受伸長應(yīng)力或壓縮應(yīng)力，諧振頻率變動。特別地，與厚度 剪切振子等相比，雙音叉型壓電振動片的諧振頻率相對于伸長/壓縮應(yīng)力 的變化極大、且諧振頻率的可變幅度大，所以，適用于檢測微小的壓力 差這樣的分解能力優(yōu)良的壓力傳感器。雙音叉型壓電振子承受伸長應(yīng)力 時，振動臂(振動部)的振幅幅度減小，因而諧振頻率變高，承受壓縮 應(yīng)力時，振動臂(振動部)的振幅幅度增大，因而諧振頻率降低。在本 實施方式中，為了測定絕對壓力，僅承受壓縮應(yīng)力。
并且，在本實施方式中(在以下的實施方式中也同樣)，不僅能夠應(yīng) 用具有2個振動梁的感壓部，還能夠應(yīng)用由一根振動梁(單梁)構(gòu)成的 感壓部。當(dāng)通過單梁構(gòu)成感壓部(振動臂40c)時，在從長度方向(檢測 軸方向)承受同一應(yīng)力的情況下，其位移為2倍，所以，與雙音叉的情 況相比，能夠成為靈敏度更高的壓力傳感器。另外，作為雙音叉型或單梁型的壓電振子的壓電基板，優(yōu)選溫度特性優(yōu)良的石英。
連接部件42是連接位于感壓元件40的長度方向(檢測軸方向)的 一端的第1基部40a和位于相反側(cè)的另一端的第2基部40b(不直接與膜 片24連接的基部)、以及配置在膜片24的周緣區(qū)域24c上的固定部28 的部件。連接部件42隔著感壓元件40對稱地形成一對。g卩，連接部件 42整體形成為U字型，在U字的鞍42a中，感壓元件40的第2基部40b 成為一體，將構(gòu)成U字的一對支承板42b的上端部42c連接在固定部28 上，并且，成為上端部42c與周緣區(qū)域24c抵接的形狀。并且，在連接 部件42上設(shè)有從形成在感壓元件40的振動臂40c上的激勵電極(未圖 示)延伸的引出布線42d，引出布線42d形成為延伸到所述上端部42c， 進(jìn)而，延伸到與密封端子的前端部38a抵接或接近的位置。而且，引出 布線42d和前端部38a通過導(dǎo)電性粘接劑44粘接，相互電連接。由此， 能夠使來自位于外殼12外部的感壓元件40的振蕩電路(未圖示)的布 線(未圖示)和引出布線42d電連接，感壓元件40和振蕩電路(未圖示) 電連接，從振蕩電路(未圖示)對振動臂40c的激勵電極(未圖示)施 加交流電壓，振動臂40c能夠以規(guī)定的諧振頻率振動。
并且，感壓元件40的第1基部40a附近和連接部件42的上端部42c 附近通過加強(qiáng)部46連接。加強(qiáng)部46用于防止感壓元件40在制造時和裝 配時彎折，設(shè)計為比感壓元件40和連接部件42細(xì)以不妨礙感壓元件40 針對應(yīng)力的位移，進(jìn)而，通過設(shè)計成鉤形而具有彈簧性。該加強(qiáng)部46的 目的在于防止裝配時等感壓元件40破損，所以，如圖1所示，也可以在 裝配后折取。
在感壓元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部46分別利用石英形成的情 況下，優(yōu)選通過影印石版蝕刻加工將它們作為一體進(jìn)行制造。
圖6示出第1實施方式的感壓元件等的影印石版蝕刻加工的工序圖。 在通過影印石版蝕刻加工一體形成感壓元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部 46的情況下，如下所述進(jìn)行工序[1] [6]的工藝首先如圖6所示，[1] 準(zhǔn)備作為材料的母基板48，在母基板48的表面涂布陽型的光致抗蝕膜 50 (圖6 (a))， [2]使用與感壓元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部46的配置和形狀對應(yīng)的光掩模52曝光(圖6 (b))， [3]使光致抗蝕膜50感光(圖 6 (c))， [4]進(jìn)行顯影并去除感光后的光致抗蝕膜50a (圖6 (d))， [5]通 過對母基板48露出的區(qū)域進(jìn)行蝕刻以貫通母基板48，從而一體形成感壓 元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部46 (圖6 (e))， [6]剝離光致抗蝕膜(圖 6 (f))。
進(jìn)而，在大量制造感壓元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部46的情況 下，如圖7所示，在母基板54上，以規(guī)定配置排列形成并列排列的框體 56、形成在框體56上的多個折取部58、感壓元件40、連接部件42以及 加強(qiáng)部46，實施與連接在折取部58上的多個單片60對應(yīng)的制圖，殘留 所述制圖對母基板54進(jìn)行蝕刻，使折取部58斷裂，由此進(jìn)行從框體56 上折取單片60的作業(yè)即可。
關(guān)于壓力傳感器10的組裝，首先，在安裝于密封端子部16上的膜 片24的規(guī)定位置安裝密封端子38，在膜片24的受壓面的相反側(cè)的面的 中央?yún)^(qū)域24a的規(guī)定位置連接固定部26，在周緣區(qū)域24c的規(guī)定位置連 接固定部28。然后，經(jīng)由支承軸18連接凸緣部14和密封端子部38。進(jìn) 而，使用感壓元件40、連接部件42以及加強(qiáng)部46成為一體的狀態(tài)的單 片60，將感壓元件40的第1基部40a連接到固定在膜片24的外殼12內(nèi) 側(cè)的中央?yún)^(qū)域24a上的固定部26，將連接部件42的2個上端部42c連接 到固定在膜片24的外殼12內(nèi)側(cè)的周緣區(qū)域24c上的固定部28，利用導(dǎo) 電性粘接劑粘接密封端子38的前端部38a和連接部件42的引出布線。 粘接后，也可以折取加強(qiáng)部46。最后，在真空腔室內(nèi)，將側(cè)面部20粘接 在凸緣部的外周14b和密封端子部16的外周16b，或者，在將側(cè)面部20 粘接在外周14b、外周16b上后，從形成在凸緣部14上的真空密封孔14d 或形成在側(cè)面部20上的真空密封孔(未圖示)抽吸空氣進(jìn)行密封，由此， 構(gòu)筑第1實施方式的壓力傳感器10。
在如上所述構(gòu)筑的壓力傳感器10中，位于感壓元件40的檢測軸方 向的一端的第1基部40a連接到由于來自外部的壓力而位移的固定部26 (中央?yún)^(qū)域24a)，位于所述第1基部40a的相反側(cè)的另一端的第2基部 40b經(jīng)由連接部件42連接到不會由于來自外部的壓力而位移的固定部28(周緣區(qū)域24c)。由此，成為根據(jù)來自外部的壓力來測定感壓元件40承 受壓縮應(yīng)力的絕對壓力的壓力傳感器IO。并且，感壓元件40的兩端連接 到膜片24側(cè)，所以，能夠避免伴隨由于感壓元件40的材料和外殼12的 材料的差異導(dǎo)致的線膨脹系數(shù)的不一致而引起的溫度變化的壓力測定值 的誤差。
并且，連接單元即連接部件42具有隔著感壓部即振動臂40c從第2 基部40b延伸的一對支承板42b。由此，感壓元件40即使從膜片24承受 應(yīng)力，也不會在連接部件42側(cè)(士X方向)彎曲，所以，能夠阻止感壓 元件40在檢測軸方向以外的方向上運動，能夠提高感壓元件40的檢測 軸方向的靈敏度，成為高精度的壓力傳感器10。
進(jìn)而，感壓元件40的一端即第1基部40a經(jīng)由加強(qiáng)部46與連接部 件42連接。由此，在一體形成感壓元件40和連接部件42的情況下，能 夠避免感壓元件40在裝配時等彎折，所以，能夠提高成品率，實現(xiàn)壓力 傳感器10的成本降低。
圖8、圖9示出第2實施方式的壓力傳感器。圖8是立體圖，圖9 是剖視圖。第2實施方式的壓力傳感器70在感壓元件上連接有與第1實 施方式相同的連接部件，這點是共同的，但是，是連接到與第l基部40a 對置的外殼12的內(nèi)壁(側(cè)面部20)、即U字的連接部件42的上端部42c 連接到外殼12的膜片側(cè)。另外，在第2實施方式中，列舉效果類似的以 下3個方式。
首先，如圖8、圖9(a)所示，列舉了如下結(jié)構(gòu)在外殼12的內(nèi)壁、 即側(cè)面部20的內(nèi)壁的膜片側(cè)的規(guī)定位置安裝一對固定部72，在固定部 72上連接有連接部件42的上端部42c，而且，在膜片24的受壓面的相 反面的中央?yún)^(qū)域24a上，代替第1實施方式中使用的固定部26連接有第 2連接部件74，感壓元件40的第1基部40a通過粘接劑等粘接在第2連 接部件74上，由此，第1基部40a經(jīng)由第2連接部件74連接到中央?yún)^(qū) 域24a。接著，如圖9 (b)所示，列舉了如下結(jié)構(gòu)使感壓元件76的第 l基部76a在長度方向(士Z方向、檢測軸方向)上延長，或者使連接部 件78的支承板78b比感壓元件76的長度方向的尺寸短，由此，將上端部78c連接到安裝于側(cè)面部20的內(nèi)壁的固定部72，進(jìn)而，與第l實施方 式同樣，經(jīng)由固定部26將第1基部76a連接到中央?yún)^(qū)域24a。進(jìn)而，如 圖9(c)所示，列舉了如下結(jié)構(gòu)使膜片80的中央?yún)^(qū)域80a成為向外殼 12的內(nèi)側(cè)凹陷的形狀，與第l實施方式同樣，經(jīng)由固定部26連接其底部 的下表面和感壓元件40的第1基部40a。
在任何方式中，都以從側(cè)面部20的外壁貫穿插入前端部82a的方式 安裝密封端子82，并安裝成前端部82a與延伸到上端部的引出布線78d 抵接。而且，前端部82a和引出布線78d通過導(dǎo)電性粘接劑44粘接，相 互電連接。由此，感壓元件40、 76能夠分別經(jīng)由引出布線42d、 78d和 密封端子82與位于外殼12外部的振蕩電路(未圖示)電連接。另外， 如圖8所示，進(jìn)行凸緣部14的細(xì)長孔14a、密封端子部16的細(xì)長孔16a 的定位、即支承軸18的定位，以使支承軸18不與密封端子82發(fā)生干涉。
關(guān)于第2實施方式的壓力傳感器70的組裝，首先，通過粘接劑等在 側(cè)面部20的內(nèi)側(cè)的規(guī)定位置連接固定部72，在凸緣部14的細(xì)長孔14a 上連接支承軸，利用粘接劑等連接凸緣部的厚壁的區(qū)域的外周14b和側(cè) 面部20。然后，利用粘接劑等將連接部件42、 78的上端部42c、 78c連 接在固定部72上。在圖9 (a)的情況下，通過粘接劑等在膜片24的中 央?yún)^(qū)域24a上連接第2連接部件74，在感壓元件40的第1基部40a的規(guī) 定位置，在與第2連接部件74接觸的面上涂布粘接劑，然后，將密封端 子部14嵌入支承軸18進(jìn)行連接，由此，連接第1基部40a和第2連接 部件74。在圖9 (b)的情況下，通過粘接劑等在膜片24的中央?yún)^(qū)域24a 的規(guī)定位置連接固定部26，在感壓元件76的第1基部76a的與固定部 26接觸的面上涂布粘接劑，將密封端子部14嵌入支承軸18進(jìn)行連接， 由此，連接第l基部76a和固定部26。在圖9 (c)的情況下，通過粘接 劑等在膜片80的中央?yún)^(qū)域80a的規(guī)定位置連接固定部26，在感壓元件 40的第1基部40a的與固定部26接觸的面上涂布粘接劑，將密封端子部 14嵌入支承軸18進(jìn)行連接，由此，連接第1基部40a和固定部26。另 外，真空密封的步驟與第l實施方式相同，因此省略說明。
當(dāng)圖9 (a)中的第2連接部件74的材料與感壓元件40的材料相同時，圖9 (a)的結(jié)構(gòu)與圖9 (b)的結(jié)構(gòu)大致相同。在圖9 (a)中，在第 2連接部件74與支承軸18和密封端子部16的材料不同的情況下，認(rèn)為 由于兩者的線膨脹系數(shù)的差異，在相當(dāng)于第2連接部件74的中央?yún)^(qū)域24a 和第1基部40a之間的土Z方向的間隙的部分、以及由支承軸18和密封 端子部16形成的厚度與所述間隙的尺寸相同且在士Z方向上位于相同位 置的區(qū)域75之間，產(chǎn)生伴隨溫度變化的膨脹/收縮量之差，壓力測定值產(chǎn) 生誤差。但是，通過設(shè)計變更能夠減小第2連接部件74的厚度。由此， 幾乎不產(chǎn)生由于線膨脹系數(shù)相互不同的不同種類的材料引起的伴隨溫度 變化的施加給感壓元件的檢測軸方向的應(yīng)力的變化。進(jìn)而，在第2連接 部件74與支承軸18和密封端子部16的材料相同的情況下，不產(chǎn)生所述 膨脹/收縮量之差。在圖9 (c)的結(jié)構(gòu)中，認(rèn)為與形成于膜片80的中央 區(qū)域80a的凹部81的深度成比例地，在凹部81和區(qū)域75之間產(chǎn)生伴隨 溫度變化的膨脹/收縮量之差，壓力測定值的誤差變大，但是，與上述同 樣，通過減小凹部81的深度，從而幾乎不產(chǎn)生由于線膨脹系數(shù)相互不同 的不同種類的材料引起的伴隨溫度變化的施加給感壓元件的檢測軸方向 的應(yīng)力的變化。而且，上端部42c、 78c分別具有一定的剛性，固定在安 裝于側(cè)面部20上的固定部28上，所以，感壓元件40、 76以及連接部件 42、 78在與外殼12之間獲得一定的剛性，能夠可靠地捕捉檢測軸方向的 位移。
由此，根據(jù)第2實施方式，感壓元件40、 76的位于檢測軸方向的一 端的第l基部40a、 76a連接到由于來自外部的壓力而位移的膜片24、 80 的中央?yún)^(qū)域24a、 80a，位于所述一端的相反側(cè)的另一端的第2基部40b、 82b經(jīng)由連接部件42、 78連接到不會由于來自外部的壓力而位移的外殼 12的膜片側(cè)(側(cè)面部20)。由此，成為根據(jù)來自外部的壓力來測定感壓 元件40、 76承受壓縮應(yīng)力的絕對壓力的壓力傳感器70。并且，感壓元件 40、 76連接到外殼12的膜片側(cè)，所以，幾乎不存在或完全不存在上述線 膨脹系數(shù)的不一致導(dǎo)致的問題，并且，感壓元件40、 76固定在剛性高的 外殼12 (側(cè)面部20)上，在感壓元件40、 76和外殼12之間獲得剛性， 所以，成為能夠可靠地從膜片24、 80向感壓元件40、 86傳遞力且靈敏度穩(wěn)定的壓力傳感器。
圖10示出第3實施方式的壓力傳感器。第3實施方式的壓力傳感器
90的基本結(jié)構(gòu)與第1實施方式(第2實施方式)相同，但是，該壓力傳 感器90具有反作用力生成部94，該反作用力生成部94連接到膜片92， 使用砝碼96，通過杠桿原理對膜片92施加與膜片92承受的重力相反方 向的力。在圖10中圖示出適用于第1實施方式的壓力傳感器。如圖10 所示，反作用力生成部94是如下的壓板結(jié)構(gòu)在力點94b配置砝碼96， 將作用點94c連接到感壓元件98的第1端部98a (或膜片92的中央?yún)^(qū)域 92a)，將支點94a作為形成在連接部件100上的突起100a保持在突起100a 上。此時能夠發(fā)現(xiàn)，將第1實施方式的加強(qiáng)部46的一部分置換為反作用 力生成部94和砝碼96，剩余的加強(qiáng)部46a連接砝碼96和連接部件100。
與第1實施方式同樣，反作用力生成部94和砝碼96能夠與感壓元 件98、連接部件100、以及加強(qiáng)部46a—體形成。
圖11示出第3實施方式的影印石版蝕刻加工的工序圖。在通過影印 石版蝕刻加工一體形成感壓元件98、連接部件100、加強(qiáng)部46a、反作用 力生成部94和砝碼96的情況下，如下所述進(jìn)行工序[1] [6]的工藝首 先如圖ll (a)所示，[l]準(zhǔn)備作為材料的母基板102，在母基板102的表 面涂布陽型的光致抗蝕膜104 (圖11 (a))， [2]使用與感壓元件98、連接 部件100、加強(qiáng)部46a、反作用力生成部94和砝碼96的配置和形狀對應(yīng) 的光掩模106曝光(圖11 (b))， [3]使所述光致抗蝕膜104感光(圖11 (c))， [4]進(jìn)行顯影并去除感光后的光致抗蝕膜104a (圖11 (d))， [5] 在母基板102露出的區(qū)域中進(jìn)行蝕刻以貫通母基板102，從而一體形成感 壓元件98、連接部件100、加強(qiáng)部46a、反作用力生成部94和砝碼96 (圖 11 (e))， [6]剝離光致抗蝕膜104 (圖11 (f))。進(jìn)而，在大量制造它們的 情況下，在母基板(未圖示)上，對與感壓元件98、連接部件100、加 強(qiáng)部46a、反作用力生成部94和砝碼96以規(guī)定配置成為一體的單片(未 圖示)對應(yīng)的光致抗蝕膜進(jìn)行制圖，通過與第1實施方式相同的方法(參 照圖7)，對所述單片進(jìn)行單片化即可。
在膜片92的外表面(受壓面)向上的情況下，由于膜片92承受的重力，膜片92的撓性區(qū)域92b撓曲變形，中央?yún)^(qū)域92a向外殼12內(nèi)部 側(cè)位移，對感壓元件98賦予壓縮應(yīng)力，相反，在膜片92的外表面向下 的情況下，中央?yún)^(qū)域92a向外殼12的外部側(cè)位移，對感壓元件98賦予 伸長應(yīng)力。
另一方面，反作用力生成部94經(jīng)由支點94a使基于砝碼96承受的 重力的力反轉(zhuǎn)，能夠傳遞到膜片92。此時，砝碼96的大小(重量)被設(shè) 計成，砝碼96對支點94a賦予的慣性力矩和膜片92對支點94a賦予的 慣性力矩一致，成為壓板結(jié)構(gòu)的反作用力生成部94在支點94a中平衡的 狀態(tài)。由此，基于膜片92承受的重力的撓曲變形的應(yīng)力通過砝碼96抵 消。由此，感壓元件98不會承受基于膜片92承受的重力的撓曲變形的 應(yīng)力，所以，成為降低了由于重力加速度的施加方式的變化而產(chǎn)生的壓 力測定值的誤差的高精度的壓力傳感器90。
進(jìn)而，能夠在砝碼96表面配設(shè)Au等金屬膜108。由此，在砝碼96 的構(gòu)筑后配設(shè)金屬膜108，所以，能夠增加調(diào)節(jié)砝碼96側(cè)的重量的機(jī)會， 并且，通過配設(shè)適量的金屬膜108來進(jìn)行砝碼96側(cè)的重量的微調(diào)，能夠 容易地進(jìn)行砝碼96和膜片92的平衡調(diào)整。進(jìn)而，在金屬膜108的配設(shè) 后能夠剝?nèi)〗饘倌?08，所以，能夠進(jìn)一步增加調(diào)整砝碼96側(cè)的重量的 機(jī)會，并且，金屬膜108能夠利用激光等剝?nèi)?，所以，如果外?2或膜 片92是透過激光的材料，則在壓力傳感器卯的構(gòu)筑后也能夠調(diào)整砝碼 96側(cè)的重量，所以，壓力傳感器90的成品率提高。另外，第3實施方式 在結(jié)構(gòu)上不會與第1實施方式和第2實施方式發(fā)生干涉，所以，第3實 施方式能夠應(yīng)用于第1實施方式和第2實施方式。
圖12示出第4實施方式的壓力傳感器110。在第4實施方式的壓力 傳感器110中，外殼112內(nèi)部的結(jié)構(gòu)要素與第1實施方式 第3實施方 式相同，但是，外殼112通過金屬拉伸加工一體成型。
作為外殼112的材料，如圖12 (a)所示，使用管114的內(nèi)徑和外形 在前端區(qū)域114a中擴(kuò)張的結(jié)構(gòu)。利用安裝了所述結(jié)構(gòu)要素的膜片116封 閉所述前端區(qū)域114a的開口部114b，從管114的前端區(qū)域114a的相反 側(cè)進(jìn)行抽真空。而且，如圖12 (b)所示，通過板金加工弄碎管114來封閉管114的路徑，由此，所述前端區(qū)域114a成為外殼112。第4實施方 式能夠應(yīng)用于第1實施方式 第3實施方式。此時，將第2實施方式的 固定部72安裝在前端區(qū)域114a的內(nèi)壁的開口部側(cè)。在第1實施方式 第3實施方式中，外殼12在膜片24 (80)的周緣區(qū)域24a和外殼12的 膜片24 (80)側(cè)的側(cè)面(側(cè)面部20)以外不具有與上述結(jié)構(gòu)要素的接點， 所以，如第4實施方式所示，能夠一體形成外殼112，結(jié)構(gòu)和制造工序被 簡化，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。
圖13 (立體圖)、圖14 (圖14 (a)、圖14 (b)都為剖視圖)示出 第5實施方式的壓力傳感器120。在第5實施方式的壓力傳感器120中， 外殼內(nèi)部的結(jié)構(gòu)要素(感壓元件、連接部件)與第1實施方式 第3實 施方式相同，但是，與測定絕對壓力的第1實施方式 第3實施方式不 同，第5實施方式是能夠測定相對壓力的壓力傳感器。這里，以在第1 實施方式中應(yīng)用本實施方式的情況進(jìn)行說明，但是，也能夠應(yīng)用于第2 實施方式和第3實施方式。
在構(gòu)成外殼12的密封端子部16的開口部22上安裝有作為受壓單元 的第l膜片126。而且，凸緣部122具有與密封端子部16的開口部22對 置形成的第2開口部124，第2開口部124被作為第2受壓單元的第2膜 片128封閉，并且，第1膜片126和第2膜片128具有經(jīng)由力傳遞軸130 連接的結(jié)構(gòu)。第1膜片126具有中央?yún)^(qū)域126a，其由于來自外部的壓 力而位移；撓性區(qū)域126b，其位于所述中央?yún)^(qū)域126a的外周，由于來自 外部的壓力而撓曲變形；以及周緣區(qū)域126c，其位于所述撓性區(qū)域126b 的外周，與密封端子部16的開口部22接合。同樣地，第2膜片128具 有-中央?yún)^(qū)域128a，其由于來自外部的壓力而位移；撓性區(qū)域128b，其 位于所述中央?yún)^(qū)域128a的外周，由于來自外部的壓力而撓曲變形；以及 周緣區(qū)域128c，其位于所述撓性區(qū)域128b的外周，與凸緣部122的第2 開口部124接合。
力傳遞軸130配設(shè)在外殼12的內(nèi)部，長度方向的一端130a連接到 第1膜片126的中央?yún)^(qū)域126a，所述一端130a的相反側(cè)的另一端130b 連接到第2膜片128的中央?yún)^(qū)域128a。力傳遞軸130為圓柱形的形狀，但是，在力傳遞軸130和連接部件42等抵接的部位形成有锪孔130c，以 使力傳遞軸130與感壓元件40以及連接部件42等不發(fā)生干涉。由此， 力傳遞軸130在第2膜片128側(cè)剖面為圓柱形，但是，在第1膜片126 側(cè)剖面為半圓形。此時，不需要將在第1實施方式等中使用的固定部26 連接到第1膜片126，將感壓元件40的第1基部40a連接到锪孔130c， 并且使第l基部40a與中央?yún)^(qū)域126a抵接。此時，經(jīng)由襯墊132連接感 壓元件40的第1基部40a和锪孔130c，以使感壓元件40的振動臂40c 不與锪孔130c發(fā)生干涉。
并且，如圖15 (圖15 (a)、圖15 (b)都為剖視圖)所示，也可以 構(gòu)成為具有連接在第1膜片126和第2膜片128上且比力傳遞軸130細(xì) 長的力傳遞軸134、以及力傳遞軸134貫通而連接到力傳遞軸134的用于 固定感壓元件40的第1基部40a的力傳遞部136。該情況下，力傳遞軸 134的一端134a連接到第1膜片126的中央?yún)^(qū)域126a， 一端134a的相反 側(cè)的另一端134b連接到第2膜片128的中央?yún)^(qū)域128a。而且，不需要在 力傳遞軸134上形成锪孔，所以制造容易。
在利用金屬形成第1膜片126和第2膜片128的情況下，與第1實 施方式同樣，通過在金屬母材(未圖示)上具有波型的同心圓形狀的一 對沖壓板(未圖示)，從金屬母材的兩面進(jìn)行沖壓即可。圖16示出利用 金屬形成的第1膜片和第2膜片的示意圖。在一對沖壓板(未圖示)的 一個沖壓板的中心形成凸部(未圖示)，在另一個沖壓板(未圖示)的中 心形成凹部(未圖示)，由此，在各膜片的中心形成凸部126d、 128d。該 凸部126d、 128d嵌入在力傳遞軸130、 134的兩端形成的凹部130c、 134c 中。該情況下，如果使用低熔點玻璃或無機(jī)系粘接劑等粘接單元將凸部 126d、 128d粘接固定在凹部130c、 134c上，則在第1膜片126和第2膜 片128與力傳遞軸130、 134連動工作時，凸部126d、 128d和凹部130c、 134c的連接部偏移，由此，能夠防止應(yīng)該傳遞的力泄漏而使壓力檢測精 度劣化的問題。
并且，在利用石英形成第1膜片126和第2膜片128的情況下，與 第1實施方式同樣，通過影印石版蝕刻加工來形成。圖17 (a)示出利用石英形成的第1膜片和第2膜片的示意圖。第1膜片126和第2膜片128 的制造工序與圖4所示的膜片24的制造工序相同，但是，在第1膜片126 和第2膜片128上具有在中央?yún)^(qū)域126a、 128a中嵌入力傳遞軸130、 134 的凹部126d、 128d。由此，在圖4 (b)所示的工序[2]中，使用與凹部對 應(yīng)的光掩模(未圖示)對光致抗蝕膜34進(jìn)行曝光，在圖4 (c)所示的工 序[3]中，去除感光后的光致抗蝕膜34a，由此，能夠形成第1膜片126 和第2膜片128。并且，對應(yīng)于圖5 (a)、圖5 (b)所示的膜片24的形 狀，能夠?qū)⒌?膜片126和第2膜片128分別形成為圖17 (b)、圖17 (c) 的形狀。
力傳遞軸130 (134)需要在一端130a (134a)和另一端130b (134b) 之間可靠地相互傳遞力，所以，需要具有一定的剛性。進(jìn)而，力傳遞軸 130 (134)優(yōu)選為與構(gòu)成外殼12的支承軸18相同的材料。由此，不會 產(chǎn)生由于力傳遞軸130 (134)和支承軸18的線膨脹系數(shù)的差異引起的、 伴隨溫度變化的感壓元件40的檢測軸方向的兩者的膨脹/收縮量之差，對 第1膜片126和第2膜片128施加的來自力傳遞軸130 (134)的力與溫 度變化無關(guān)而保持為一定，所以，能夠防止壓力傳感器120的靈敏度由 于溫度而變動。
通過上述構(gòu)成，在第1膜片126側(cè)的壓力高的情況下，力傳遞軸130、 134進(jìn)行向外殼12的外側(cè)推出第2膜片128的中心區(qū)域128a的運動，并 且，感壓元件40承受壓縮應(yīng)力。另一方面，在第2膜片128側(cè)的壓力高 的情況下，力傳遞軸130、 134進(jìn)行向外殼12的外側(cè)推出第1膜片126 的中心區(qū)域126a的運動，并且，感壓元件40承受伸長應(yīng)力。由此，能 夠?qū)⒌?實施方式 第3實施方式的壓力傳感器10、 70、 80作為能夠測 定相對壓力的壓力傳感器120。
進(jìn)而，在第5實施方式中，優(yōu)選裝配在圖18所示的壓力傳感器用的 殼體138上。圓筒形的殼體138具有第1部件140，其一端具有與凸緣 部122的薄壁區(qū)域的外周122c相同程度的尺寸且具有從外殼12的凸緣 部122側(cè)導(dǎo)入的導(dǎo)入口 140a，另一端設(shè)有使凸緣部122停止且形成開口 部140d的環(huán)狀的擋塊140b; O型密封圈142(參照圖13)，其與擋塊140b配置成同心圓狀，夾入擋塊140b和凸緣部122之間；以及第2部件144，其具有與形成于第l部件140的開口部140a上的內(nèi)螺紋部140c螺合的外螺紋部144a，使外螺紋部144a與內(nèi)螺紋部140c螺合，同時將凸緣部14按壓在O型密封圈142上，在殼體138中通過O型密封圈142在空間上分離導(dǎo)入口 140a和開口部140d。由此，僅將第2部件144擰入第1部件140中，就能夠進(jìn)行壓力傳感器120的安裝，能夠容易且可靠地進(jìn)行凸緣部122側(cè)的被測定環(huán)境側(cè)和密封端子部16側(cè)的測定環(huán)境側(cè)的空間遮斷。
并且，如圖19所示，也可以構(gòu)成為在凸緣部146上設(shè)置外螺紋部146a，在第1部件140上設(shè)置內(nèi)螺紋部140e，使外螺紋部146a和內(nèi)螺紋部140e螺合，由此，進(jìn)行凸緣部146側(cè)的被測定環(huán)境側(cè)和密封端子部148側(cè)的測定環(huán)境側(cè)的空間遮斷。另外，在螺合時，在外螺紋部146a上巻繞密封帶，可以防止外螺紋部146a和內(nèi)螺紋部140e之間的空氣或液體等的泄漏。同樣，也可以構(gòu)成為，在密封端子部148上設(shè)置內(nèi)螺紋部148a，連接具有與內(nèi)螺紋部148a螺合的外螺紋的連接器(未圖示)。
另外，在將第5實施方式應(yīng)用于第3實施方式中的情況下，需要調(diào)整砝碼96的重量，以使砝碼96對支點94a賦予的慣性力矩與合力對支點94a賦予的慣性力矩一致，該合力是基于第1膜片126和第2膜片128承受的重力的撓曲變形涉及的應(yīng)力和基于力傳遞軸130、 134承受的重力的荷重的合力。
并且，在任何實施方式中，受壓單元都以膜片為前提進(jìn)行了敘述，但是不限于此，作為受壓單元，也能夠使用波紋管150。圖20示出在第1實施方式中應(yīng)用波紋管150作為受壓單元的變形例。波紋管150具有由于外部的壓力而位移的中央?yún)^(qū)域150a、與中央?yún)^(qū)域的外周連接且通過外部的壓力伸縮的撓性區(qū)域150b、以及與撓性區(qū)域150b的外周連接且與開口部22連接的周緣區(qū)域150c。由于溫度變化，膜片24的中央?yún)^(qū)域24a的位移不變化，但是，由于溫度變化，波紋管150的伸縮方向的位移變化。因此，抑制伴隨溫度變化的壓力誤差的效果沒有膜片那么大，但是，可以根據(jù)用途來變更受壓單元的形狀。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，該壓力傳感器具有外殼；受壓單元，其封閉所述外殼的開口部，具有撓性部和所述撓性部外側(cè)的周緣區(qū)域，所述撓性部的一個主面為受壓面；以及感壓元件，其具有感壓部和分別與所述感壓部的兩端連接的第1基部和第2基部，并且，所述第1基部和所述第2基部的排列方向與所述受壓單元的位移方向平行，該壓力傳感器的特征在于，將所述第1基部連接到作為所述受壓面的內(nèi)側(cè)的所述受壓單元的中央?yún)^(qū)域，將所述第2基部經(jīng)由連接單元連接到所述內(nèi)側(cè)的所述周緣區(qū)域，或者連接到與所述第1基部對置的所述外殼的內(nèi)壁。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述連接單元具有一對支承板，該一對支承板隔著所述感壓部從所述第2基部延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述第1基部連接到設(shè)于所述撓性部的中央的固定部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第1基部經(jīng)由加強(qiáng)部與所述連接部件連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有反作用力生成部，該反作用力生成部連接到所述 受壓單元，使用砝碼，通過杠桿原理對所述受壓單元施加與所述受壓單 元承受的重力相反方向的力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述反作用力生成部隔著所述感壓元件形成一對。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓力傳感器，其特征在于，在所述砝碼表面配設(shè)有金屬膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的壓力傳感器，其特征在于，所述外殼通過金屬拉伸加工而一體成型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項所述的壓力傳感器，其特征在于，所述外殼具有與所述開口部對置形成的第2開口部，所述第2開口 部由第2受壓單元封閉，并且所述受壓單元和所述第2受壓單元經(jīng)由力傳遞軸連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少伴隨溫度變化的壓力測定值的誤差的壓力傳感器。壓力傳感器(10)具有外殼(12)；受壓單元(膜片24)，其封閉所述外殼的開口部(22)，將外部壓力傳遞到所述外殼(12)內(nèi)部；以及感壓元件(40)，其具有感壓部(振動臂)(40c)和與所述感壓部的兩端連接的一對基部(第1基部40a、第2基部40b)，將力的檢測方向作為檢測軸，連接所述一對基部的直線和所述受壓單元的位移方向平行配置，并且，將所述基部的一方(第1基部40a)連接到由于所述壓力而位移的所述受壓單元的中央?yún)^(qū)域(24a)，將所述基部的另一方(第2基部40b)經(jīng)由連接部件(42)連接到所述受壓單元的固定側(cè)的周緣區(qū)域(24c)。
文檔編號G01L9/08GK101634598SQ20091016090
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者本山久雄, 渡邊潤, 藤崎昌伸 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社