(57)【要約】【課題】小型化が可能で良好な感度の圧力センサーを提供する。【解決手段】ハウジング１２と、前記ハウジング１２の口金２２を封止し、一面が受圧面であるダイアフラム３２と、力の検出方向を検出軸とする感圧部とを有し、当該感圧部の一端が前記ダイアフラム３２の他面の中央領域４０に接続し、前記感圧部の他端が前記ハウジング１２に接続し、前記検出軸は前記受圧面に対してほぼ垂直であり、前記中央領域４０と前記感圧部の一端との接触部分の外周は、前記中央領域４０の外周の内側にあり、前記中央領域４０の厚みは前記中央領域４０の周囲の部位の厚みよりも厚肉にしてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに形成した口金部に開口させた圧力入力口と、
前記圧力入力口を封止し、一面が受圧面であるダイアフラムと、
力の検出方向を検出軸とする感圧部とを有し、
当該感圧部の一端が前記ダイアフラムの他面の中央領域に接続し、
前記感圧部の他端が前記ハウジングに接続し、
前記検出軸は前記受圧面に対してほぼ垂直であり、
前記中央領域と前記感圧部の一端との接触部分の外周は、前記中央領域の外周の内側にあり、
前記中央領域の厚みは前記中央領域の周囲の部位の厚みよりも厚肉になっていることを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記周囲の部位は平坦面とされ前記中央領域と段差をもって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記感圧部は、
前記ダイアフラムの他面の中央領域に一端が接触した力伝達手段と、
前記力伝達手段に固定された可動手段と、
前記固定手段に一方の端部が接触し、他方の端部がハウジングに接続した感圧素子と、
から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項４】
前記感圧部は、
前記ダイアフラムの他面の中央領域に一方の端部が接続し、他方の端部がハウジングに接続した感圧素子から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項５】
前記中央領域の周囲の部位は、エッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項６】
前記感圧素子は、
両端部に設けた基部を有し、
前記両端部に設けた基部の間に振動部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項７】
圧力入力口を有するハウジングと、
当該ハウジングの前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、
前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの中央領域に接続され当該ダイアフラムに連動してその受圧面と垂直方向に動く力伝達手段と、
この力伝達手段と前記ハウジングに接続されて検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸に沿って設定した感圧部とを有してなり、
前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【請求項８】
前記溝はダイアフラムの片面側に形成してなることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー。
【請求項９】
前記溝が形成される面は前記可動部の接続面側であることを特徴とする請求項８に記載の圧力センサー。
【請求項１０】
前記溝はダイアフラムの両面に形成してなることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサー。
【請求項１１】
ハウジングと、
当該ハウジングの対向する端面板に同軸上に設けられた一対の圧力入力口と、
前記圧力入力口を封止し外面が受圧面である第１、第２のダイアフラムと、
前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域同士を接続する力伝達手段と、
この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、
検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と平行に配列された感圧素子とを有してなり、
前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記力伝達手段が接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【請求項１２】
ハウジングと、
当該ハウジングの端面板に設けられた圧力入力口と、
前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、
前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域に当該ダイアフラムの受圧面と垂直な軸線上に配置され対向するハウジング端面板と接続される力伝達手段と、
この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、
検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と同軸に設定した感圧素子とを有してなり、
前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記力伝達手段が接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【請求項１３】
前記ハウジングの内部には前記検出軸と平行に支柱を設けたことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項１４】
前記力伝達手段をセンターシャフトにより形成し、
感圧素子を前記センターシャフトと平行に配置したことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項１５】
前記ダイアフラムは前記ハウジングの端面板の外面に形成された凹陥部に嵌着されて前記端面板と同一平面上に配列してなることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項１６】
互いに対向する端面板を形成する第１、第２のケースとこれらの周囲を取り囲んで側面部材を形成する第３のケースとによって形成されたハウジングと、
前記第１、第２ケースに開口された圧力入力口を封止する第１、第２のダイアフラムと、
前記ハウジング内にて前記第１、第２ダイアフラム同士をその中央領域で連結して一体化され力の伝達を可能としたセンターシャフトと、
このセンターシャフトに固定された可動台と前記ハウジング内面部に設けた固定台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと平行に設定された感圧素子と、
前記センターシャフトの周囲に配置され第１、第２のケース同士を連結する複数の支柱を有してなり、
前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記センターシャフトが接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【請求項１７】
互いに対向する端面板を形成する第１、第２のケースとこれらの周囲を取り囲んで側面部材を形成する第３のケースとによって形成されたハウジングと、
前記第１のケースに開口された圧力入力口を封止する第１ダイアフラムと、前記ハウジング内にて前記第１ダイアフラムの中央領域で連結して一体化され力の伝達を可能としたセンターシャフトと、
このセンターシャフトの端部に固定された可動受け台と前記第２ケース内面部に設けた固定受け台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと同軸に設定された感圧素子と、
前記センターシャフトの周囲に配置され第１、第２のケース同士を連結する複数の支柱を有してなり、
前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記センターシャフトが接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサーに関し、特に圧力センサーの受圧媒体としてのオイルを使用しない圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動素子を感圧素子として使用した圧力センサーが知られている。前記圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に圧力が加わると、前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から圧力を検出する。特許文献１〜３には、感圧素子として圧電振動素子を用いた圧力センサーが開示されている。圧力導入口によりベローズに圧力が加わると前記ベローズの有効面積に応じた力がピボット（撓みヒンジ）を支点とした力伝達手段を介して圧電振動素子に圧縮或いは引張り力として力Ｆが加わる。前記圧電振動子には、前記力Ｆに応じた応力が生じることになり、前記応力により共振周波数が変化する。前記圧力センサーは、圧電振動子に生じる共振周波数の変化を検出することにより圧力を測定するものである。
【０００３】
以下に、従来の圧力センサーを、特許文献１などに開示されている例を用いて説明する。図１３は従来の圧力センサーの構造を示した模式図である。
図１３に示す従来の圧力センサー５０１は、対向して配置された第１及び第２の圧力入力口５０２、５０３を有する筐体５０４と、筐体５０４の内部に力伝達部材５０５とを備え、力伝達部材５０５の一端を挟むように第１のベローズ５０６、および第２のベローズ５０７を接続している。そして、第１のベローズ５０６の他端を第１の圧力入力口５０２に接続し、第２のベローズ５０７の他端を第２の圧力入力口５０３に接続している。さらに、力伝達部材５０５の他端と基板５０８のピボット（支点）ではない方の端部との間に、感圧素子として双音叉型振動子５０９を配置している。
【０００４】
ここで、圧力センサーにおいて、高精度に圧力を検出する場合、ベローズの内部には、液体が充填されている。前記液体としては、ベローズの内部や内部の蛇腹部分に気泡が入り込んだり、溜まらないようにするため、一般的に粘性の高いシリコンオイルなどのオイルが用いられている。
【０００５】
このように、第１のベローズ５０６の内部には、粘性のあるオイル５１０が充填されており、圧力測定の対象が液体の場合には、第１の圧力入力口５０２に開けられた開口部５１１により液体とオイル５１０とが接触して相対する構造となっている。なお、開口部５１１はオイル５１０が外部に漏れないような開口径が設定されている。
【０００６】
このような構成の圧力センサー５０１においては、圧力測定の対象となる液体より圧力Ｆが第１のベローズ５０６の内部に充填されているオイル５１０に加わると、第１のベローズ５０６を経て圧力Ｆが、力伝達部材５０５（ピボット支持された揺動レバー）の一端に加わる。一方、第２のベローズ５０７には、大気圧が加わっており、大気圧に相当する力が力伝達部材５０５の一端に加わっている。
【０００７】
この結果、力伝達部材５０５の他端を介して、圧力測定の対象となる液体より加わった圧力Ｆと大気圧による圧力の差圧に相当する力が基板５０８のピボットを支点にして、双音叉型振動子５０９に圧縮力、或いは引張り力として加わる。双音叉型振動子５０９に圧縮力、或いは引張り力が加わると、双音叉型振動子５０９には応力が生じ、前記応力の大きさに応じて共振周波数が変化するので、その共振周波数を測定することにより、圧力Ｆの大きさを検出することができる。
【０００８】
一方、特許文献４には、前述の圧力センサーで用いるようなピボット（撓みヒンジ）を支点とした揺動レバーを用いた高価な力伝達手段（カンチレバー）を用いない構造のものが提示されている。これは、センサハウジング内に一直線上に２つのベローズを配列して間に台座を挟み込み、それぞれのベローズに導入される圧力の差に起因する圧力変動をベローズの伸縮方向に沿った台座の挙動で検出しようとするものである。このため、第１のベローズの一端と第２のベローズの一端との間に振動子接着用台座を挟み込み、第２のベローズの外周側にて、前記台座と第２のベローズの他端側のハウジング壁面とに感圧素子の両端の各々を固定する。そして、第２のベローズを間に挟む線対称位置に補強板を配置し、当該補強板の両端の各々を前記台座と前記ハウジング壁面とに固定してなる構造を採用している。
【０００９】
更に、特許文献５においては、特許文献４に開示された前記圧力センサーに関し、ベローズの圧力検出軸方向と直交する方向からの衝撃に対する強度が弱いという課題を解決するために、圧力検出軸方向と直交する方向に前記台座とハウジングとを補強用弾性部材（いわゆるバネ片）を用いて連結してなる圧力センサーが提案されている。
【００１０】
次に、特許文献６には、エンジン内部の油圧を検出するためにエンジンブロックに固定して使用する圧力センサーが開示されている。この圧力センサーは印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部、圧力を受圧する受圧用ダイアフラム部、ダイアフラムからセンシング部へ圧力を伝達するための圧力伝達部材とからなり、具体的には、中空金属ステムの一方の端面に受圧用の第１ダイアフラムを設け、他方の端面に検出用の第２ダイアフラムを設け、ステム内にて前記第１、第２ダイアフラム間に力伝達部材を介在させている。力伝達部材は金属あるいはセラミックからなるセンターシャフトであり、これを一対のダイアフラム間にプレストレスを与えた状態で介在させるようにしている。そして、第２ダイアフラムの外端面に圧力検出素子としての歪ゲージ機能をもつチップを貼り付け、第１ダイアフラムで受けた圧力を力伝達部材で第２ダイアフラムに伝達し、第２ダイアフラムの変形を歪ゲージチップにより電気信号に変換することでエンジン油圧を検出するようにしている。
【００１１】
特許文献７には、一面を被測定圧力が作用する受圧面とし、被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラムと、一端部が受圧用ダイアフラムの他面に接触している圧力伝達部材と、前記圧力伝達部材の他端部側に設けられ、前記受圧用ダイアフラムからの被測定圧力を前記圧力伝達部材を介して印加される金属ステムの歪み部と、前記歪み部の歪みに基づいて信号を発生する半導体チップからなるセンシング部とを備える圧力センサにおいて、受圧用ダイアフラムが、複数回折り返された波型形状を有する構成が開示されている。前記受圧用ダイアフラムにおいては、圧力伝達手段と接触するダイアフラムの中央部を厚肉とし、前記厚肉の中央部の周囲を波型形状とすることにより、バネ性を確保しつつ機械的強度を向上させた構造が開示されている。尚、ダイアフラムはプレスや切削によって形成されている。
【００１２】
次に特許文献８〜９には、圧力センサーに用いられる受圧用ダイアフラムの具体的な構成が提案されている。
特許文献８には、断面が凹凸形状を有すダイアフラムが記載され、受圧部の中央に薄肉の平坦部を有している。特許文献８の図１に記載されているように、外周部を厚肉にすることにより、ダイアフラムをハウジングへ溶接する時に生じる歪みがダイアフラムの中央部へ影響を及ぼすことを抑制している。尚、ダイアフラムは金属製薄板の両面からハーフエッチングすることにより凹凸を形成している。
【００１３】
特許文献９には、高温用耐圧センサーが示されており、被測定圧力を受ける受圧用ダイアフラムの中央部と感歪素子との間に圧力伝達部材を介在させて、受圧用ダイアフラムの撓みを感歪素子に伝達して圧力検出をなす構成が示されている。ダイアフラムがエンジン内で高温にさらされたとき、ダイアフラムが膨張することにより変形し、センシングに誤差が生じることを防止するため、特にダイアフラムの周辺より厚肉とされた中央部を窪ませることにより、ダイアフラムの厚さ方向の温度差の変動に伴うダイアフラムの熱撓み量の変化に起因する出力誤差を低減しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５６−１１９５１９号公報
【特許文献２】特開昭６４―９３３１号公報
【特許文献３】特開平２−２２８５３４号公報
【特許文献４】特開２００５−１２１６２８号公報
【特許文献５】特開２００７−５７３９５号公報
【特許文献６】特開２００６−１９４７３６号公報
【特許文献７】特開２００７−１３２６９７号公報
【特許文献８】特開平８−１５９９００号公報
【特許文献９】特開平７−１９９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１〜３の発明においては、図１３に示す如き圧力センサー５０１のように、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０は圧力センサー５０１を構成する要素、例えば、力伝達部材５０５や双音叉型振動子５０９などに比べて熱膨張係数が大きいので、圧力センサー５０１を構成する各部材に温度変化による熱歪みが生じることとなる。このような熱歪みが不要な応力として双音叉型振動子５０９に作用するので、測定した圧力値に誤差が生じることとなり圧力センサーの特性を悪化させるという問題があった。
【００１６】
また、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０は、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているが、圧力センサーの設置方法によりオイル５１０が圧力測定に対象となる液体側に流出したり、液体が第１のベローズ５０６側に流入することもあるので、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０内に気泡が発生する場合がある。オイル５１０内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体として機能しているオイル５１０は、力を力伝達部材５０５を経由して双音叉型振動子に安定して伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる可能性がある。
【００１７】
さらに、上述したように、オイル５１０は、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているため、圧力センサーの設置方法によりオイル５１０が圧力測定の対象となる液体側に流出する可能性があり、異物の混入を嫌う清浄な液体の圧力測定を行う場合の用途には、オイル５１０を使用した従来の如き圧力センサーを使用することができないという問題があった。
【００１８】
さらにまた、従来の如き圧力センサー５０１は、力伝達部材５０５が、複雑な構造をしており、圧力センサーを小型化する際に、障害となっている。また、力伝達部材５０５はくびれ部の細い撓みヒンジを必要とする構造をしているので高コストな部品となるため圧力センサーの製造コストを上昇させるという問題があった。
【００１９】
特許文献４や５が提案している圧力センサーは、姿勢が傾くと、ベローズに垂れが生じてしまうので、双音叉型振動子などの感圧素子に加わる力に変化が生じてしまい、それによって共振周波数も変動してしまうという問題があった。
【００２０】
更に、圧力センサーの圧力導入口に内部にオイルが充填されたパイプを接続し、当該パイプの他端を被測定液体に接触させる構造のため、特許文献１〜３で掲げたようにベローズやパイプに充填されているオイルが、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているので、圧力センサーの設置方法によりオイルが圧力測定の対象となる液体側に流出し、液体がベローズ側に流入することもあるので、ベローズに充填されているオイル内に気泡が発生する場合があり、オイル内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体として機能しているオイルが、台座を経由して双音叉型振動子に安定して伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる問題があった。
【００２１】
特許文献５については、ベローズに挟まれた台座をハウジング側面に板バネからなる補強用弾性部材で支持する構成のため、ベローズの軸方向移動に伴う台座の挙動を抑制する力が作用することは否めない。このため、圧力検出感度は劣化してしまう可能性がある。また、支持を堅固にするために補強用弾性部材の硬さを硬くしてしまうと、ベローズの動きを抑止してしまうことになり、圧力検出感度を劣化させてしまうという問題があった。
【００２２】
更に、特許文献４や５では補強板がベローズを挟んで線対称位置に感圧素子と対向配置されているので、ベローズの動きを抑止してしまうことになり、圧力検出感度を劣化させてしまうという問題があった。
【００２３】
特許文献６や７において、ダイアフラムとセンターシャフトとはプレストレスを与えた状態で接触しているが、圧力センサーが高温高圧化で使用されるので、リジッドに固定してしまうと各部材の熱膨張の違いにより、機構が破壊されてしまう恐れがあるため、当該熱膨張を考慮して、ダイアフラムとセンターシャフトとは点で接触しているに過ぎず、接着剤等の接着手段を用いて接着はされていない。従って、圧力変動によりダイアフラムとセンターシャフトが稼動する際、点接触部がずれてしまう可能性が非常に高く、接触点がずれる過程で、ダイアフラムとセンターシャフトの双方に作用している力が漏洩してしまうため、精度の高い圧力検出を行うことができないという問題があった。また、そもそも特許文献６，７に記載の圧力センサーは圧力センサーが高温高圧化で使用されるので、受圧部とセンシングとの間に距離をおいてセンシングのチップ等への熱的影響を回避するために、できるだけ力伝達部材が長いことが望ましいもので、小型化を図る技術への適用には好ましくないものであった。加えて、特許文献６，７の場合には、一対のダイアフラム間にセンターシャフトを介在させて力の伝達を行っているが、センシング部のダイアフラムにセンサチップを取り付けた構成であるため、ダイアフラムの性状が受圧側とセンシング部側で異なるため、計測精度を高くすることができないという大きな欠点があった。
【００２４】
次に、特許文献８に記載されたダイアフラムは、受圧部の中央が薄肉であるので、圧力等の外力が前記中央部に加わったときにダメージを受けやすく損傷しやすいため、特許文献７や９に記載された中央部が厚肉のものが考えられている。例えば、特許文献７の発明において、上述の特許文献１〜３如き問題は生じないが、ダイアフラムがプレス加工を前提として構成されるため、ダイアフラムの材料はステンレス等の金属に限定されるとともに小型化に不利であるという問題がある。そして特許文献７に開示されるプレス加工による波型のダイアフラムは、プレス時にかかる残留応力を除去する処理が後の工程として必要となるという問題がある。さらに特許文献７においては、特許文献８に記載されたようなフォトリソ・エッチング技法を用いてダイアフラムを製造しようとすると特許文献７、８共にダイアフラムの構造自体が複雑であるため、フォトリソ加工時に表裏のアライメントずれが生じやすく、歩留まりよくフォトリソ・エッチング加工するのは困難であると言わざるを得ない。さらに特許文献７に係る圧力伝達部材はダイアフラムに点で接続されるため、応力が接続部位に集中し、経年劣化しやすいという問題があった。
【００２５】
特許文献９に記載されたダイアフラムにおいては、図１の構造については特許文献７と同様にプレス加工に係る前述の如き問題があり、特許文献９の図２〜６の構造については熱遮蔽板なる保護部材をダイアフラムの受圧部に設けなければならない製造にかかわる煩雑性の問題があった。
【００２６】
そこで、本発明は前述の如き様々な問題点に鑑みてなされたものであって、受圧媒体としてのオイルを使用しない圧力センサーであって、少ない工程で製造可能であり、歩留まりが良く小型化が可能で、経年劣化を起こしにくく感度の良い圧力センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］ハウジングと、前記ハウジングに形成した口金部に開口させた圧力入力口と、前記圧力入力口を封止し、一面が受圧面であるダイアフラムと、  力の検出方向を検出軸とする感圧部とを有し、当該感圧部の一端が前記ダイアフラムの他面の中央領域に接続し、前記感圧部の他端が前記ハウジングに接続し、前記検出軸は前記受圧面に対してほぼ垂直であり、前記中央領域と前記感圧部の一端との接触部分の外周は、前記中央領域の外周の内側にあり、前記中央領域の厚みは前記中央領域の周囲の部位の厚みよりも厚肉になっていることを特徴とする圧力センサー。
【００２８】
上記構成により、構成要素としてオイルを用いないため、上述のオイル漏れ等の問題は生じない。そして、ダイアフラムは感圧部の検出軸方向からのみ感圧部に力を与える動きをするため、圧力センサーの感度が向上する。また、感圧部と中央領域の接続部分の外周のみならず、中央領域の外周にも応力が集中しやすくなるため、ダイアフラムと感圧部との接続部分への応力の集中を低減し、感圧部に応力を確実に伝達することによりダイアフラムの感度を向上させるとともに、応力集中を繰り返すことによる経年劣化を低減できる。さらに中央領域より外側は曲げ性の良い薄肉の状態であるので、ダイアフラム全体の曲げ性の低下による感度の低下を防止した圧力センサーとなる。
【００２９】
［適用例２］前記周囲の部位は平坦面とされ前記中央領域と段差をもって形成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧力センサー。
このように構成することにより、製作が簡易なダイアフラム構成とすることができ、かつ、中央領域の撓み変形が小さくなるので感圧部との接続部位への応力集中を避けることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００３０】
［適用例３］前記感圧部は、前記ダイアフラムの他面の中央領域に一端が接触した力伝達手段と、前記力伝達手段に固定された可動手段と、前記固定手段に一方の端部が接触し、他方の端部がハウジングに接続した感圧素子とから構成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧力センサー。
【００３１】
これにより、感圧素子の検出軸と同一方向の可動手段からの力と、固定手段からの抗力により、圧縮・引張り力を受けるため、感圧素子の検出効率が高くなる。さらに、感圧素子はダイアフラムからの力を可動手段を介して受けることになるので、ダイアフラムの設置位置に拘泥されず、使用目的に応じた様々な形態の圧力センサーを製造することができる。
【００３２】
［適用例４］前記感圧部は、前記ダイアフラムの他面の中央領域に一方の端部が接続し、他方の端部がハウジングに接続した感圧素子から構成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧力センサー。
【００３３】
これにより、ダイアフラムが外部から受ける力を簡単な構成で感圧素子に伝達することができるとともに、適用例２とは異なり感圧素子は力伝達手段及び可動手段を介さず、直接ダイアフラムからの力を受けるので、力の損失を防ぎ圧力センサーの感度を向上させることができる。さらに適用例２よりも部品点数を減らし、製造プロセスを簡略化してコストダウンを図ることができる。
【００３４】
［適用例５］前記中央領域の周囲の部位は、エッチングにより形成されていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧力センサー。
これにより、金属以外の例えば圧電材料等もダイアフラムの材料となるため、使用環境に応じて様々なタイプの圧力センサーを構築できる。またプレス加工と異なり、フォトリソ・エッチング加工によれば小型化したダイアフラムの形成が容易であるとともに、フォトリソ・エッチング加工時にダイアフラム材料に応力がかからず、残留応力を除去するプロセスを必要としないため、製造工程が簡略化された圧力センサーとなる。さらにフォトリソ・エッチング加工は、中央領域の周囲の部位の形成を１回のエッチングプロセスで行えるので、アライメントずれの問題もなく歩留まりよく小型化した圧力センサーを形成できる。
【００３５】
［適用例６］前記感圧素子は、両端部に設けた基部を有し、前記両端部に設けた基部の間に振動部を有することを特徴とする適用例１乃至４のいずれか１例に記載の圧力センサー。
【００３６】
感圧素子を上記構成とすることで、圧縮・引張り力に対する振動部の共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる高精度な圧力センサーを形成できる。
【００３７】
［適用例７］圧力入力口を有するハウジングと、当該ハウジングの前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの中央領域に接続され当該ダイアフラムに連動してその受圧面と垂直方向に動く力伝達手段と、この力伝達手段と前記ハウジングに接続されて検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸に沿って設定した感圧部とを有してなり、前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【００３８】
このような構成により、ダイアフラムは感圧部の検出軸方向からのみ感圧部に力を与える動きをするため、圧力センサーの感度が向上する。また、ダイアフラムと感圧部との接続部分への応力の集中を低減し、感圧部に応力を確実に伝達することによりダイアフラムの感度を向上させるとともに、応力集中を繰り返すことによる経年劣化を低減できる。さらに中央領域より外側は曲げ性の良い薄肉の状態であるので、ダイアフラム全体の曲げ性の低下による感度の低下を防止できる。特にダイアフラムを平板体から形成するので製作が非常に簡易になる利点が得られる。
【００３９】
［適用例８］前記溝はダイアフラムの片面側に形成してなることを特徴とする前記適用例７に記載の圧力センサー。
この構成では、感度の良い圧力センサーであるとともに、特に、ダイアフラムの製作が容易となる利点がある。
【００４０】
［適用例９］前記溝が形成される面は前記可動部の接続面側であることを特徴とする前記適用例８に記載の圧力センサー。
このような構成では、感圧部とダイアフラムとの接合部への応力集中を確実に緩和することができる。
【００４１】
［適用例１０］前記溝はダイアフラムの両面に形成してなることを特徴とする前記適用例７に記載の圧力センサー。
ダイアフラムの厚肉部の湾曲変形防止効果が片面に溝を形成した場合より更に良好になる。
【００４２】
［適用例１１］ハウジングと、当該ハウジングの対向する端面板に同軸上に設けられた一対の圧力入力口と、前記圧力入力口を封止し外面が受圧面である第１、第２のダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域同士を接続する力伝達手段と、この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と平行に配列された感圧素子とを有してなり、前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記力伝達手段が接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【００４３】
この構成により、相対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、感圧部とダイアフラムとの接合部への応力集中を確実に緩和することができる。
【００４４】
［適用例１２］ハウジングと、当該ハウジングの端面板に設けられた圧力入力口と、前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域に当該ダイアフラムの受圧面と垂直な軸線上に配置され対向するハウジング端面板と接続される力伝達手段と、この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と同軸に設定した感圧素子とを有してなり、前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記力伝達手段が接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【００４５】
このような構成により、絶対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、感圧部とダイアフラムとの接合部への応力集中を確実に緩和することができる。
【００４６】
［適用例１３］前記ハウジングの内部には前記検出軸と平行に支柱を設けたことを特徴とする適用例７〜１２のいずれか１例に記載の圧力センサー。
この構成により、感圧素子には検出軸方向の力のみを作用させることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００４７】
［適用例１４］前記力伝達手段をセンターシャフトにより形成し、感圧素子を前記センターシャフトと平行に配置したことを特徴とする適用例７〜１２のいずれか１例に記載の圧力センサー。
この構成により、ハウジング高さを小さくでき、小型化を促進させることができる。
【００４８】
［適用例１５］前記ダイアフラムは前記ハウジングの端面板の外面に形成された凹陥部に嵌着されて前記端面板と同一平面上に配列してなることを特徴とする適用例７〜１２のいずれか１例に記載の圧力センサー。
これにより、ハウジングに突起部を設けることが不要となり、ハウジング高さを小さくでき、小型化を促進させることができる。
【００４９】
［適用例１６］互いに対向する端面板を形成する第１、第２のケースとこれらの周囲を取り囲んで側面部材を形成する第３のケースとによって形成されたハウジングと、前記第１、第２ケースに開口された圧力入力口を封止する第１、第２のダイアフラムと、前記ハウジング内にて前記第１、第２ダイアフラム同士をその中央領域で連結して一体化され力の伝達を可能としたセンターシャフトと、このセンターシャフトに固定された可動台と前記ハウジング内面部に設けた固定台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと平行に設定された感圧素子と、前記センターシャフトの周囲に配置され第１、第２のケース同士を連結する複数の支柱を有してなり、前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記センターシャフトが接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【００５０】
この構成により、相対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、感圧素子には検出軸方向の力のみを作用させることが可能で、検出精度が向上する。
【００５１】
［適用例１７］互いに対向する端面板を形成する第１、第２のケースとこれらの周囲を取り囲んで側面部材を形成する第３のケースとによって形成されたハウジングと、前記第１のケースに開口された圧力入力口を封止する第１ダイアフラムと、前記ハウジング内にて前記第１ダイアフラムの中央領域で連結して一体化され力の伝達を可能としたセンターシャフトと、このセンターシャフトの端部に固定された可動受け台と前記第２ケース内面部に設けた固定受け台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと同軸に設定された感圧素子と、前記センターシャフトの周囲に配置され第１、第２のケース同士を連結する複数の支柱を有してなり、前記ダイアフラムは平板体に溝を形成することにより前記センターシャフトが接続される前記中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなることを特徴とする圧力センサー。
【００５２】
このような構成により、絶対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、感圧素子には検出軸方向の力のみを作用させることが可能で、検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第1実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図２】第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図３】第３実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図４】本発明に係る圧力センサーの製造工程を示す図である。
【図５】ダイアフラムの中央領域の幅の変化に対する中央領域の変位及びダイアフラムへの最大応力の変化を示す図である。
【図６】第４実施形態に係る圧力センサーである。
【図７】同圧力センサーの破断斜視図である。
【図８】第４実施形態に係る圧力センサーの主要部品の概略斜視図である。
【図９】第５実施形態に係る圧力センサーである。
【図１０】同圧力センサーの破断斜視図である。
【図１１】第６実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１２】第７実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１３】従来の圧力センサーの構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明に係る圧力センサーを図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００５５】
図１に本発明に係る圧力センサーの第１実施形態を示す。図１（ａ）は圧力センサーの概要図、図１（ｂ）は圧力センサーを構成するダイアフラムの詳細図、図１（ｃ）はダイアフラムの変形例である。第１実施形態に係る圧力センサー１０は円筒形の外形を有し、ハウジング１２、ダイアフラム３２、そして感圧部を構成する力伝達手段３４であるセンターシャフト３６、及び感圧素子３８等を有する。
【００５６】
ハウジング１２は、内部を真空に封止して後述の各構成要素を収容するものである。これにより圧力センサー１０は、感圧素子３８のＱ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサー１０の長期安定性を確保することができる。
【００５７】
またハウジング１２は上端面板を構成する円盤状の第１部材１４、下端面板を構成する円盤上の第２部材１６、第１部材１４と第２部材１６とを接合する支持棒１８、第１部材１４及び第２部材１６の側面を覆う円筒側壁を形成する第３部材２０とから全体の外形が構成されている。第１部材１４及び第２部材１６は同一の直径を有する部材である。第１部材１４及び第２部材１６は、同心円を構成する位置に、それぞれ外部に突出する口金２２を突出させ、この口金２２に第１圧力入力口２４、第２圧力入力口２６を開口させている。そして第１部材１４及び第１圧力入力口２４（第２部材１６及び第２圧力入力口２６）を連通する貫通孔２８が、前記同心円の中心位置に形成されている。
【００５８】
支持棒１８は、一定の剛性を有し、第１部材１４及び第２部材１６の互いに対向する位置に形成され、支持棒１８の断面の外形に倣った形状のダボ穴（不図示）に差し込んで接合することで、第１部材１４、第２部材１６、及び支持棒１８との間で剛性を獲得し、圧力センサー１０の組み立て時、及び使用時に後述の感圧素子３８に対する不要な歪みを抑えることができる。なお、図示では２本の支持棒１８が記載されているが、１本または３本以上用いてもよい。
【００５９】
ハウジング１２の材質は、熱膨張による圧力センサー１０の誤差を緩和するため、支持棒１８及び感圧素子３８を収容する部分の周囲を熱膨張係数の小さい金属もしくはセラミックとすることが望ましい。
【００６０】
そして、第１圧力入力口２４および第２圧力入力口２６には、測定対象の液体もしくは気体の圧力に応じて撓むダイアフラム３２（第１ダイアフラム３２ａ、第２ダイアフラム３２ｂ）が取り付けられ、貫通孔２８を封止して外部に露出している。
【００６１】
ダイアフラム３２（第１ダイアフラム３２ａ、第２ダイアフラム３２ｂ）は、一面が外部に面した受圧面となっており、前記受圧面が被測定圧力としての外部からの圧力を受けて撓み変形し、ダイアフラム３２の他面の中央領域４０に接触（接続）している後述の力伝達手段３４であるセンターシャフト３６の端面に力を印加するものである。図１（ｂ）に示すように、ダイアフラム３２は、厚肉の中央領域４０、中央領域４０の周囲にある薄肉部４２、及び薄肉部４２の外周にある厚肉の周縁部４４が同心円状に形成されたものである。ダイアフラム３２の材料は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものがよく、また、水晶のような単結晶体やその他の非結晶体でもよい。またこのようなダイアフラム３２は、プレス加工のように残留応力の発生がなく、小型化に有利なフォトリソグラフィー技法とエッチング技法と（以下、両者を併せてフォトリソ・エッチング加工と称す）を用いて形成することが好適である。ダイアフラム３２をフォトリソ加工で形成する場合、図４（ａ）に示すように、
［１］材料となる母基板８０を用意する、
［２］母基板８０の表面にポジ型のフォトレジスト８２を塗布する、
［３］ダイアフラム３２の表面形状に対応したフォトマスク８４を用いて露光し前記フォトレジスト８２を感光させる、
［４］現像を行い感光したフォトレジスト８２ａを除去する、
［５］母基板８０が露出した領域を所定の深さまでエッチングすることにより凹部（薄肉部４２）を形成する、
［６］フォトレジスト８２を剥離する、
というように工程［１］〜［６］なるプロセスを経ることになる。
【００６２】
またダイアフラム３２を図１（ｃ）に示すように、薄肉部４２ａを基板の両面からハーフエッチングにより形成してもよい。図４（ｂ）に示すように、
［１］材料となる母基板８０を用意する、
［２］母基板８０の両表面にポジ型のフォトレジスト８２を塗布する、
［３］ダイアフラム３２の表面形状に対応したフォトマスク８４を用いて露光し両側に前記フォトレジスト８２を感光させる、この場合同時に感光しても良いし片側ずつ順番に露光しても良い、
［４］現像を行い感光したフォトレジスト８２ａを除去する、
［５］母基板８０が露出した領域を所定の深さまでエッチングすることにより母基板８０の両側から凹部（薄肉部４２ａ）を形成する、
［６］フォトレジスト８２を剥離する、
というように工程［１］〜［６］なるプロセスを経ることになる。母基板８０の両面から掘り込む深さをそれぞれ同じとすれば、一度のエッチング工程で薄肉部４２ａを形成することができる。さらに薄肉部４２ａの厚みが上記の片面エッチングで形成される薄肉部４２の厚みと同じであれば、片面エッチングの半分の時間でエッチング処理を行うことができる。
【００６３】
なお、ダイアフラムは、液体やガス等により腐食しないように、外部に露出する表面をコーティングしてもよい。例えば、金属製のダイアフラムであれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよいし、ダイアフラムが水晶のような圧電結晶体であれば珪素をコーティングすればよい。
【００６４】
第１ダイアフラム３２ａと第２ダイアフラム３２ｂとの間には、力伝達手段３４であるセンターシャフト３６が貫通孔２８を挿通して取り付けられ、センターシャフト３６の両端部は第１ダイアフラム３２ａ、及び第２ダイアフラム３２ｂの中央領域４０の面とそれぞれ垂直に接合している。よって、ダイアフラム３２に圧力がかかってもセンターシャフト３６と第１ダイアフラム３２ａ及び第２ダイアフラム３２ｂとの変位の方向は同じとなる。このとき圧力の高い側のダイアフラム３２がハウジング１２の内側に変位し、圧力の低い側のダイアフラム３２がハウジング１２の外側に変位するが、センターシャフト３６の長さは変わらないので、変位の絶対値は両側で一致する。またセンターシャフト３６の所定の位置には可動部材３６ａが固定され、この可動部材３６ａもセンターシャフト３６と同じ変位方向を持つ。
【００６５】
センターシャフト３６は、強度が安定した材質であるステンレス、或いはアルミニウム、または加工のしやすいセラミックなどを、圧力センサーの用途に応じて選択して使用することにより、精度の高い安定した圧力センサーを構成することができる。特にセンターシャフト３６の材料を熱膨張係数の小さい金属やセラミックにすると、圧力センサーの温度特性は、ほとんど感圧素子の温度特性に依存することになる。さらにセンターシャフト３６の両端部は円形で、かつ中央領域４０と同心円を形成するように接続することが望ましい。これにより、中央領域４０と前記両端部との接触部分、及び中央領域４０と薄肉部４２との境界部分において、特定部位への応力集中を防止して、ダイアフラム３２の感度を向上させることができる。
【００６６】
感圧素子３８は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用い、双音叉型圧電振動子、ＳＡＷ共振子、厚みすべり振動子等として形成されたものである。感圧素子３８は、可動部材３６ａと、第１部材１４の固定部材３０のそれぞれに感圧素子３８の両端部を接続して支持されている。このとき、感圧素子３８は力の検出方向を検出軸として設定しており、感圧素子３８の前記両端部を結ぶ方向は前記検出軸と平行関係にある。また感圧素子３８はハウジング１２に取り付けられた発振回路（不図示）と電気的に接続され、発振回路（不図示）からの交流電圧により固有の共振周波数により振動する。そして、感圧素子３８は可動部材３８ａからの伸長（引張り）応力または圧縮応力を受けることにより共振周波数が変動する。特に双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。なお、双音叉型圧電振動子の圧電基板としては温度特性に優れた水晶が望ましい。
【００６７】
このように構成した圧力センサーは、図１に示したように、例えば口金２２の外周を雄ネジ構造とし、前記雄ネジに対応する雌ネジとなる取付金具４６などを用いて測定対象となる液体もしくは気体の収容容器に取り付け、いずれか一方のダイアフラム３２を、直接、測定対象に接触させる。取付金具４６は測定対象となる液体等の圧力の大きさや、収容容器の構造により、所定の形状や肉厚のものが必要である。
【００６８】
よって第１実施形態にかかる圧力センサーによれば、構成要素としてオイルを用いないので、オイル漏れ等の問題は生じない。そして、力伝達手段３４は感圧素子３８の端面方向からのみ力を伝達する動きをするため、圧力センサー１０の感度が向上する。また、力伝達手段３４と中央領域４０の接触部分の外周４０１のみならず、中央領域４０の外周４２１、すなわち中央領域４０と薄肉部４２との境界部分にも応力が集中しやすくなるため、ダイアフラム３２と力伝達手段３４との接触部分への応力の集中を低減し、力伝達手段３４に応力を確実に伝達することにより圧力センサー１０の感度を向上させるとともに、応力集中を繰り返すことによる経年劣化を低減できる。さらに中央領域４０より外側（薄肉部４２）は曲げ性の良い薄肉の状態であるので、ダイアフラム３２全体の曲げ性の低下による感度の低下を防止した圧力センサー１０となる。さらにダイアフラム３２はフォトリソ・エッチング加工により形成可能であるため、小型化に適した圧力センサー１０となる。
【００６９】
図２に第２実施形態に係る圧力センサー５０を示す。第１実施形態の圧力センサー１０は、大気圧をゼロ基準として表したゲージ圧を測定するものであったが、第２実施形態に係る圧力センサー５０は真空状態をゼロ基準とした絶対圧力を測定するため、ハウジング５２に接続された一つのダイアフラム５４と、感圧部を構成する以下の構成要素、すなわちダイアフラム５４に接続され力伝達手段５６であるセンターシャフト５８と、センターシャフト５８に固定される可動部材５８ａ、ハウジング５２に固定された固定部材５２ａ、両端を可動部材５８ａ及び固定部材５２ａに接続して支持された感圧素子６０を有し、ハウジング５２内部が真空封止されたものである。
【００７０】
外部圧力が真空の場合は、ダイアフラム５４に係る圧力はゼロとなり、ダイアフラム５４は平板状になっている。そして、外部圧力が一定の圧力を有する場合は、ダイアフラム５４はハウジング５２内部側に変位し、これに伴いセンターシャフト５８及び可動部材５８ａが変位することにより、感圧素子６０の端面方向から圧縮力として加わることになる。
【００７１】
図３に第３実施形態に係る圧力センサー７０を示す。図３に係る圧力センサー７０は、第２実施形態のさらなる変形例であって、感圧部を感圧素子自体とした構成である。即ち、感圧素子７２の一端にある支持部７２ａをダイアフラム７４の中央領域７６に接続し、他端にある支持部７２ｂをハウジング７８に固定された固定部材７８ａに接続し、ハウジング内部を真空封止した構成である。これにより、第１実施形態及び第２実施形態におけるセンターシャフト３６、５８及び可動部材３６ａ、５８ａが不要となるので、コストダウンを図ることができるのみならず、ダイアフラム７４の変位を、センターシャフトを介さずに直接感圧素子７２が力として受けるので、力の損失を防ぎ圧力センサー７０の感度を向上させることができる。
【００７２】
本願発明者は、中央領域の幅（直径）の変化に対する中央領域の変位とダイアフラムとセンターシャフトの接触部分の外周に掛かる最大応力（曲げ応力）の関係を調査した。ここで、調査に用いたダイアフラムの材料はステンレスで、薄肉部は片面をハーフエッチングして得られたものである。またダイアフラムの直径を１２ｍｍ、周縁部の幅を１．２ｍｍ、中央領域に接続されるセンターシャフト（図１（ｂ）の配置）の直径を２ｍｍ、薄肉部の厚みを１００μｍ、中央領域及び周縁部の厚みを２００μｍとした。また外部圧力は大気圧とし、ダイアフラムが取り付けられたハウジング側（センターシャフト側）を真空とした。そして中央領域の幅を２．１ｍｍ〜８．０ｍｍの間で変化させた。
【００７３】
図５に中央領域４０の幅の変化に対する、中央領域４０とセンターシャフトとの接触部分の外周４０１に掛かる最大応力及び中央領域４０の変位を示す。図５において横軸は中央領域４０の幅を示す。即ち、ダイアフラム３２の直径を１２ｍｍと一定にしているので、中央領域４０の幅（直径）が大きい（小さい）ほど薄肉部４２の幅が小さく（大きく）なる。左側の縦軸は中央領域４０の変位を表し、右側の縦軸はダイアフラム３２とセンターシャフト３６との接触部分の外周４０１に掛かる最大応力を表している。ここで、中央領域４０の変位が大きいほどダイアフラムの感度は大きくなる。また、最大応力が小さいほど、前記接触部分の外周のみに応力が集中することなく中央領域４０と薄肉部４２との境界部分４２１にも応力が分散されることとなり、最大応力が大きくなるほど、前記接触部分の外周４０１に応力が集中することとなる。
【００７４】
図５に示すように、最大応力は中央領域４０の幅を小さくしていくに従って大きくなる傾向にあるが、中央領域４０の直径が３ｍｍ以下となると急激に大きくなっている。このとき、前記境界部分には応力は集中せず、前記接合部分の外周に応力が集中しているものと考えられる。
【００７５】
したがってセンターシャフトの直径が２ｍｍの場合、中央領域４０の直径は３ｍｍ以上にすると、前記接触部分への応力の集中を低減できると考えられる。なお、中央領域４０の直径を４ｍｍと、薄肉部４２の幅を２．８ｍｍとしたとき上記のダイアフラムの感度は最大となる。
【００７６】
図６に第４実施形態に係る圧力センサー１００を示し、図７、図8に同圧力センサーの部分破断斜視図、主要部品斜視図を示している。図示の第４実施形態の例は、第１実施形態に示した相対圧検出のための圧力センサー（図１（ａ））の変形例である。
【００７７】
この圧力センサー１００は、中空円筒体からなるハウジング１１２を有している。このハウジング１１２は第１部材（上端面板）をハーメ端子台１１４とするとともに、第２部材（下端面板）をフランジ端面板１１６とし、第３部材である円筒側壁１２０によって離隔配置した端面板の周囲を取り囲んで中空密閉容器として構成したものである。ハーメ端子台１１４とフランジ端面板１１６との各外面部には、ハウジング内部空間と連通する第１圧力入力口１２４、第２圧力入力口１２６が凹陥部として形成されており、その底板部分にハウジング１１２の軸芯と同芯の貫通孔１２８が穿設されて、内外を連通している。この圧力入力口１２４，１２６の凹陥部にはそれぞれ第１ダイアフラム１３２Ａ、第２ダイアフラム１３２Ｂが嵌着され、その周囲をハーメ端子台１１４とフランジ端面板１１６とに一体的に結合し、これによって内外を遮蔽するようにされている。ハーメ端子台１１４側の第１ダイアフラム１３２Ａは大気圧設定用であり、フランジ端面板１１６の第２ダイアフラム１３２Ｂは受圧用としている。このようなハウジング１１２も、内外が遮断された状態となっているとともに、図示しない空気抜き手段により内部を真空状態に保持できるようにしているのは第１実施形態と同様である。
【００７８】
前記ハウジング１１２の内部には、前記第1、第２のダイアフラム１３２Ａ、１３２Ｂの内面の中央領域を相互に接続するセンターシャフト（力伝達手段）１３６がハウジング１１２の軸芯に沿って配置され、前記貫通孔１２８を貫通して両者を接着連結している。そして、このセンターシャフト１３６の途中には感圧素子受け台としての可動部１５７が一体的に設けられており、この可動部１５７に対して、検出軸を前記第１、第２ダイアフラム１３２（１３２Ａ、１３２Ｂ）の受圧面と垂直な軸と平行に設定した双音叉振動子からなる感圧素子１３８の一端部を取り付けるようにしている。感圧素子１３８の他端部は前記ハウジング１１２のハーメ端子台１１４に設けられている内側に突出した感圧素子受け台としてのボス部１３９に接続するようにしている。これにより、受圧用第２ダイアフラム１３２Ｂと大気圧用第１ダイアフラム１３２Ａの差圧によりセンターシャフト１３６が軸方向移動すると、これに追随して可動部１５７が位置を変動し、この力が感圧素子１３８の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。
【００７９】
この第４実施形態における前記ダイアフラム１３２は、図４（ａ）に示したように、平板体である母基板８０の片面にフォトリソ・エッチング加工により、センターシャフト１３６が接続される中央領域１４０の周囲に円周溝１４２を掘り込んで形成している。これにより前記力伝達手段であるセンターシャフト１３６が接続される前記中央領域１４０をその周辺部より段差をもたせて厚肉に形成してなる。これは第１実施形態で用いる片面に溝を掘り込んだダイアフラム（図１（ｂ））と同様のものを用いる。平板体に円周溝１４２を掘り込むことにより、中央領域１４０と周縁部１４４が同一の厚さの厚肉部分となり、溝１４３部分が薄肉となる。
【００８０】
上記ハウジング１１２の内部には、前記センターシャフト１３６と平行であって、その周囲に複数の支柱である支持棒１１８が配置されている。これらは第２部材であるフランジ端面板１１６と第１部材であるハーメ端子台１１４との間隔を一定に保持し、外力によるハウジング１１２の変形や任意の姿勢によって検出精度が低下しないようにしているのは第１実施形態と同様である。
【００８１】
この第４実施形態では、特に、上部端面板をハーメ端子台１１４とし、これにはハーメ端子１６０を端子台１１４に貫通させ、感圧素子１３８の信号を外部に取り出すようにしている。
【００８２】
このような第４実施形態によれば、一対のダイアフラム１３２同士はセンターシャフト１３６により連結され、センターシャフト１３６の途中に設けた可動部１５７がダイアフラム１３２の挙動に応じて一体的にシャフト軸方向に移動し（これが一対のダイアフラム５０，５２が受ける圧力差に起因する動きとなる。）、双音叉振動子である感圧素子１３８の検出軸方向に作用する力に応じた動きとなる。したがって、オイルを用いることなく、検出精度の高い圧力センサーを構成でき、かつ小型で組み立てが容易な構造となる。また、フランジ端面板１１６、ハーメ端子台１１４、並びに円筒側壁１２０が真空容器としてのハウジング１１２を形成し、ハーメ端子台１１４と第１ダイアフラム１３２Ａが一体とされ、フランジ端面板１１６と第２ダイアフラム１３２Ｂとが一体とされ、組み立てが簡便に行えるようにしている。この圧力センサー１００を測定対象液体へ沈める(浸す)容器に取り付けるには、フランジ端面板１１６を測定対象液体容器に第２ダイアフラム１３２Ｂの周囲を囲むように配置されたＯリングを介して面接合してボルト締めにより取り付ける。この取付作業に際して、第１実施形態のようにセンターシャフトを連結したダイアフラムを備えた口金部分で捩じ込みする構成とならないので、センターシャフトの伸びに起因して感圧素子へ引っ張り力を与えるような不具合を防止できる。
【００８３】
なお、この第４実施形態でも、センターシャフト１３６と感圧素子固定用受け台としての可動部１５７は、一つの部材から切削加工された一体のものであっても良い。そうすることにより可動部１５７がシャフトの固定部でブレたり、ずれることがなくなる。
【００８４】
特に、この第４実施形態では、センターシャフト１３６が接続される一対のダイアフラム１３２の中央領域１４０をその周辺部より厚肉としているので、圧力を受けて薄肉部と厚肉部の段差部分に応力が集中するが、厚肉の中央領域１４０は圧力を受けて上下変位はするものの、中央領域１４０湾曲変形は小さくなるため、センターシャフト１３６とダイアフラム１３２との接合部分への応力集中は回避される。これによってセンターシャフト１３６へは軸方向力と異なる方向への不要な力が作用せず、圧力検出精度を向上させることができる。
【００８５】
また、第４実施形態では、ダイアフラム１３２をハーメ端子台１１４とフランジ端面板１１６の外面に凹陥部として形成した圧力入力口１２４，１２６に嵌着して取り付けるため、ハウジング１１２には外部への突出部分が無くなり、高さ寸法を短くすることができて、小型化を促進することができるものとなっている。
【００８６】
次に、図９、１０に第５実施形態に係る圧力センサー２００を示す。この実施形態は、上述した第４実施形態のダイアフラム１３２が片面に円周溝１４２を掘り込んで形成したものであるのに対し、両面に円周溝２４２を掘り込んだダイアフラム２３２（２３２Ａ、２３２Ｂ）とした点が異なるのみである。その他は第４実施形態と同様であるので、共通の部品番号を付して説明を省略する。
【００８７】
この第５実施形態に係る圧力センサー２００では、特にダイアフラム２３２がその中央領域２４０の周辺に両面から円周溝２４２を掘り込み、中央領域２４０と周縁部２４４を厚肉部とし、円周溝２４２を相対的に薄肉としているため、圧力を受けてダイアフラム２３２が撓み変形しても中央領域２４０部分の平坦度は保持され、ここに接続しているセンターシャフト１３６へ軸方向力変位をより的確に伝達することができ、検出精度を向上させることができる。特に表裏面対象となっているので、部品としての組み付け作業は極めて簡易になる。
【００８８】
次に、図１１には、第６実施形態に係る圧力センサー３００の断面図を示している。図示の例は、平板体の片面に円周溝を形成することによりセンターシャフトが接続される中央領域をその周辺部より厚肉に形成してなるダイアフラムを用い、絶対圧検出のための圧力センサーとした例である。すなわち、第４実施形態の大気圧検出用の第１ダイアフラム１３２Ａを取り除いて、単に第１部材をハーメ端子台としてハウジングを密閉するように形成したものである。そして、特にセンターシャフトと感圧素子を同芯配置し、これらを受圧用ダイアフラムの中央領域を通る軸線上に配置した点が先の実施形態と異なる。
【００８９】
この圧力センサー３００は、中空円筒体からなるハウジング３１２を有している。このハウジング３１２は第１部材（上端面板）をハーメ端子台３１４とするとともに、第２部材（下端面板）を構成する端面板を第４実施形態と同様なフランジ端面板３１６とし、第３のケースである円筒側壁３２０によって離隔配置した端面板の周囲を取り囲んで中空密閉容器として構成している。フランジ端面板３１６には、内部空間と連通する圧力入力口３２６がハウジング３１２の軸芯と同芯に貫通されて、凹陥部を形成してその中央部に貫通孔３２８を形成し、凹陥部にダイアフラム３３２を嵌着してハウジングの内外を遮蔽している。ダイアフラム３３２は圧力入力口３２６の凹陥部内壁に接着されて一体的に結合している。ダイアフラム３３２は測定対象液体の受圧用である。ハーメ端子台３１４には圧力流入口もダイアフラムも省略された端面板として構成されている。このようなハウジング３１２も、内外が遮断された状態となっているとともに、図示しない空気抜き手段により内部を真空状態に保持できるようにしているのは他の実施形態と同様である。
【００９０】
前記ハウジング３１２の内部には、前記ダイアフラム３３２の内面の中央領域３４０にセンターシャフト（力伝達手段）３３６が垂直に立設されており、これはハウジング３１２の軸芯に沿って配置されている。そして、このセンターシャフト３３６の先端部には感圧素子受け台としての可動部３５７が一体的に設けられており、この可動部３５７に検出軸をセンターシャフト３３６と同軸となるように設定した双音叉振動子からなる感圧素子３３８の一端部を取り付けるようにしている。感圧素子３３８の他端部は前記ハウジング３１２のハーメ端子台３１４の中央領域に設けられている内側に突出した台座３１５に接続するようにしている。これにより、受圧用ダイアフラム３３２が測定対象液体の圧力を受けることにより撓むと、センターシャフト３３６が軸方向に移動し、これに追随して可動部３５７に連結された感圧素子３３８の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。
【００９１】
センターシャフト３３６が接続されるダイアフラム３３２は、図４（ａ）に示したように、平板体である母基板８０の片面にフォトリソ・エッチング加工により、センターシャフト３３６が接続される中央領域３４０の周囲に円周溝３４２を掘り込んで形成している。これにより前記力伝達手段であるセンターシャフト３３６が接続される前記中央領域３４０をその周辺部より段差をもたせて厚肉に形成してなる。これは第１実施形態で用いる片面に溝を掘り込んだダイアフラム（図１（ｂ））と同様のものを用いる。平板体に円周溝３４２を掘り込むことにより、中央領域３４０と周縁部３４４が同一の厚さの厚肉部分となり、溝３４２  部分が薄肉となる。
【００９２】
また、上記ハウジング３１２の内部には、前記センターシャフト３３６と平行であって、その周囲に複数の支柱である支持棒３１８が配置されている。これらは第２部材であるフランジ端面板３１６と第１のケースであるハーメ端子台３１４との間隔を一定に保持し、外力によるハウジング３１２の変形や任意の姿勢によって検出精度が低下しないようにしているのは他の実施形態と同様である。
【００９３】
この第６実施形態も第４実施形態と同様に、上部端面板をハーメ端子台３１４とし、これには図示しないハーメ端子を端子台３１４に貫通させ、感圧素子３３８の信号を外部に取り出すようにしている。
【００９４】
このような第６実施形態によれば、フランジ端面板３１６、ハーメ端子台３１４、並びに円筒側壁３２０が真空容器としてのハウジング３１２を形成し、フランジ端面板３１６とダイアフラム３３２とが一体とされ、組み立てが簡便に行えるようにしている。受圧用のダイアフラム３３２とセンターシャフト３３６とは同心的に一直線上に連結され、センターシャフト３３６の先端に設けた可動部３５７がダイアフラム３３２の挙動に応じてシャフト軸方向に移動し、双音叉振動子である感圧素子３３８の検出軸方向に作用する力を生じさせる。したがって、オイルを用いることなく、検出精度の高い圧力センサーを構成でき、かつ小型で組み立てが容易な構造となる。
【００９５】
なお、この第６実施形態でも、センターシャフト３３６と感圧素子固定用受け台としての可動部３５７は、一つの部材から切削加工された一体のものであっても良い。そうすることにより可動部８６がシャフトの固定部でぶれたり、ずれることがなくなる。
【００９６】
次に、図１２に第７実施形態に係る圧力センサー４００を示す。この実施形態は、上述した第６実施形態のダイアフラム３３２が片面に円周溝３４２を掘り込んで形成したものであるのに対し、両面に円周溝４４２を掘り込んだダイアフラム４３２とした点が異なるのみである。その他は第６実施形態と同様であるので、共通の部品番号を付して説明を省略する。
【００９７】
この第７実施形態に係る圧力センサー４００では、特にダイアフラム４３２がその中央領域４４０の周辺に両面から円周溝４４２を掘り込み、中央領域４４０と周縁部４４４を厚肉部とし、円周溝４４２を相対的に薄肉としているため、圧力を受けてダイアフラム４３２が撓み変形しても中央領域４４０部分の平坦度は保持され、ここに接続しているセンターシャフト３３６へ軸方向力変位をより的確に伝達することができ、検出精度を向上させることができる。特に表裏面対象となっているので、部品としての組み付け作業は極めて簡易になる。
【符号の説明】
【００９８】
１０………圧力センサー、１２………ハウジング、１４………第１部材、１６………第２部材、１８………支持棒、２０………第３部材、２２………口金、２４………第１圧力入力口、２６………第２圧力入力口、２８………貫通孔、３０………固定部材、３２………ダイアフラム、３４………力伝達手段、３６………センターシャフト、３８………感圧素子、４０………中央領域、４２………薄肉部、４４………周縁部、４６………取付金具、５０………圧力センサー、５２………ハウジング、５４………ダイアフラム、５６………力伝達手段、５８………センターシャフト、６０………感圧素子、７０………圧力センサー、７２………感圧素子、７４………ダイアフラム、７６………中央領域、７８………ハウジング、８０………母基板、８２………フォトレジスト、８４………フォトマスク、１３８………感圧素子、１３９………ボス部、１４０………中央領域、１４２………円周溝、１４４………周縁部、１５７………可動部、１６０………ハーメ端子、２００………圧力センサー（第５）、２３２………ダイアフラム、２４０………中央領域、２４２………円周溝、２４４………周縁部、３００………圧力センサー（第６）３１２………ハウジング、３１４………ハーメ端子台、３１５………台座、３１６………フランジ端面板、３２６………圧力入力口、３１８………支持棒、３２０………円筒側壁、３２８………貫通孔、３３２………ダイアフラム、３３６………センターシャフト、３３８………感圧素子、３４０………中央領域、３４２………円周溝、３４４………周縁部、３５７………可動部、４００………圧力センサー、４４２………ダイアフラム、４４０………中央領域、４４２………円周溝、４４４………周縁部、５０１………圧力センサー、５０２………第１の圧力入力口、５０３………第２の圧力入力口、５０４………筐体、５０５………力伝達部材、５０６………第１のベローズ、５０７………第２のベローズ、５０８………基板、５０９………双音叉型振動子、５１０………オイル、５１１………開口部、１３６………センターシャフト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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