(57)【要約】【課題】応力検出素子を含んだ、圧力の変化に対して感度の高い感圧素子を提供すること。【解決手段】弾性部材に形成された凹部の開口部とは反対側の薄肉領域をなすダイヤフラムと、前記開口部に設けられ、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに開口部が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、前記ダイヤフラムに設けられ、ダイヤフラムに厚さ方向の力が加わったときにその曲げ量を大きくするための錘と、を備えるように感圧素子を構成する。ダイヤフラムに加わる曲げ応力に対する応力検出素子に加わる引っ張り応力を大きくすることができるので、その感度を向上させることができる。【選択図】図１
2010019606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材に形成された凹部の開口部とは反対側の薄肉領域をなすダイヤフラムと、
前記開口部に設けられ、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに開口部が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、
前記ダイヤフラムに設けられ、ダイヤフラムに厚さ方向の力が加わったときにその曲げ量を大きくするための錘と、
を備えたことを特徴とする感圧素子。
【請求項２】
弾性部材により形成された板状のダイヤフラムと、
そのダイヤフラムの一面側に各々設けられた第１の支持部材及び第２の支持部材と、
前記第１の支持部材及び第２の支持部材に支持され、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに第１の支持部材と第２の支持部材との間隔が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、
前記ダイヤフラムに設けられ、ダイヤフラムに厚さ方向の力が加わったときにその曲げ量を大きくするための錘と、
を備えたことを特徴とする感圧素子。
【請求項３】
前記錘は、前記ダイヤフラムよりも可撓性が大きいこと特徴とする請求項１または２記載の感圧素子。
【請求項４】
前記錘は、前記ダイヤフラム上に複数分割されて設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の感圧素子。
【請求項５】
前記錘は、金属膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の感圧素子。
【請求項６】
前記錘は、ダイヤフラムの一部を厚さ方向に突出させて形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の感圧素子。
【請求項７】
前記応力検出素子は、水晶振動子であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の感圧素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力検出素子を含んだ感圧素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行する車両におけるタイヤ内部の圧力が減少すると横転事故の原因になると考えられており、それを防ぐためにタイヤの内部の圧力を測定するＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System）が実用化されている。
【０００３】
このＴＰＭＳとしては間接式と呼ばれるものがある。これはタイヤ内の圧力が減少するとそのタイヤの半径が変化し、それによって回転数が変化してタイヤ間で回転数に差が生じることを利用するものであり、各タイヤの回転数を測定して各タイヤの相対的な圧力を検出する手法である。しかし、より高精度に検出を行うために直接式と呼ばれるタイヤの内部の圧力を直接測定する方式を用いることが検討されている。
【０００４】
直接式のＴＰＭＳとしてはその周波数温度特性が良好であることから、応力検出素子として水晶振動子を含んだ感圧素子により構成される圧力センサを搭載することが検討されている。具体的にこのシステムは、水晶振動子に作用する所定の方向における圧力が変化した場合にその水晶振動子の発振周波数が変化することを利用したものであり、その発振周波数の変化をモニタしてタイヤ内の圧力の絶対値を検出することができる。
【０００５】
しかし、一般に水晶振動子に加えられる圧力変化に対する水晶振動子の周波数変化は比較的小さく、その水晶振動子を含んだ感圧素子は測定雰囲気の圧力変化に対して十分な感度が得られない恐れがあるという問題がある。
【０００６】
ところで特許文献１では、双音叉型水晶振動子を用いた感圧素子が示されている。双音叉型水晶振動子は軸方向（厚さ方向に対して直角する方向）へ伸長させる引張り応力が加わるように構成することで感度を高くすることができるので、特許文献１の感圧素子ではこの双音叉水晶振動子を収容するパッケージのダイヤフラムに圧力の変換機構が設けられており、前記ダイヤフラムの厚さ方向に加わる圧力がその水晶振動子を前記軸方向へ伸長させる引張り応力に変換されるように構成されている。
【０００７】
より具体的に説明すると、その測定雰囲気の圧力を受けるパッケージのダイヤフラムがその圧力に応じてその弾性により変形し、その変形に応じて水晶振動子が上記のように伸長されるように構成されており、そしてその変形を容易にするためにそのダイヤフラムは複雑な段を有するように形成されている。しかしこのように段を有するダイヤフラムを形成するためには複雑な加工が必要になるため、スループットの低下や製造コストの上昇を招く恐れがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−７０２４０号公報、図１、図３など
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情のもとになされたものであり、その目的は、応力検出素子を含んだ感度の高い感圧素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の感圧素子は、弾性部材に形成された凹部の開口部とは反対側の薄肉領域をなすダイヤフラムと、
前記開口部に設けられ、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに開口部が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、
前記ダイヤフラムに設けられ、ダイヤフラムに厚さ方向の力が加わったときにその曲げ量を大きくするための錘と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明の他の感圧素子は、弾性部材により形成された板状のダイヤフラムと、
そのダイヤフラムの一面側に各々設けられた第１の支持部材及び第２の支持部材と、
前記第１の支持部材及び第２の支持部材に接続され、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに第１の支持部材と第２の支持部材との間隔が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、
前記ダイヤフラムに設けられ、ダイヤフラムに厚さ方向の力が加わったときにその曲げ量を大きくするための錘と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記錘は、ダイヤフラムよりも可撓性が大きくてもよく、またダイヤフラム上に複数分割されて設けられていてもよい。錘は例えば金属膜であってもよく、ダイヤフラムの一部を厚さ方向に突出させて形成されていてもよい。応力検出素子は、前記ダイヤフラムの凹部の開口部に設けられる代わりに当該ダイヤフラムに設けられた第１の支持部材、第２の支持部材に夫々接続され、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに前記第１の支持部材と第２の支持部材との間隔が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の感圧素子によれば、弾性部材に形成された凹部の開口部とは反対側の薄肉領域をなすダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに開口部が広がることにより引張り応力が作用し、その引張り応力に応じた電気信号を出力する応力検出素子と、が設けられ、前記ダイヤフラムは錘によりその厚さ方向の力が加わったときに曲げ量が大きくなるように構成されている。従って、ダイヤフラムに加わる曲げ応力に対して応力検出素子に加わる引張り応力を大きくすることができるので、その感度を向上させることができる。
また本発明の他の感圧素子においては、ダイヤフラムに設けられた第１及び第２の支持部材により応力検出素子が支持され、前記ダイヤフラムに曲げ応力が加わったときに第１の支持部材と第２の支持部材との間隔が広がることにより応力検出素子に引張り応力が作用し、前記ダイヤフラムは錘によりその厚さ方向の力が加わったときに曲げ量が大きくなるように構成されている。従って、上記の感圧素子と同様に応力検出素子に加わる引張り応力を大きくすることができるので、その感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る感圧素子１について、その縦断側面を示した図１を参照しながら説明する。この感圧素子１はダイヤフラム１１、スペーサー２１、ベース２２が図中上側から下側に向けてこの順に積層されて構成されている。これらダイヤフラム１１、スペーサー２１及びベース２２は、この例では弾性部材として水晶を用いて形成されている。また感圧素子１の内部には気密空間１０が形成されており、気密空間１０内には水晶振動子３が設けられている。
【００１５】
ダイヤフラム１１の表面１２（図中上側）は例えば車両に設けられたタイヤの内部空間などの測定雰囲気１Ａに面し、ダイヤフラム１１は後述するようにその測定雰囲気１Ａの圧力に応じて変形する。図２（ａ）はダイヤフラム１１の裏面１３を示したものである。この裏面１３の中央部には前記気密空間１０を構成する凹部１４が形成されており、この凹部１４により前記測定雰囲気１Ａの圧力が上昇したときにダイヤフラム１１はその中央部がへこむようになっている。
【００１６】
図中１４Ａは凹部１４の開口部とは反対側の薄肉領域であり、薄肉領域１４Ａの下面１５には錘をなす金属膜１６が形成されており、この金属膜１６はダイヤフラム１１の変形を容易にして、感圧素子１の感度を高める、つまり測定雰囲気の圧力変化に対して水晶振動子３から出力される電気信号の発振周波数の変化を大きくするために設けられている。金属膜１６は例えばＣｒ（クロム）とＡｕ（金）との積層膜により構成されており、ダイヤフラム１１の変形に応じて変形することができるように前記薄肉領域１４Ａの可撓性よりも大きい可撓性を有するように形成されている。
【００１７】
また、ダイヤフラム１１の裏面には当該ダイヤフラム１１の長さ方向の両端部から凹部１４の若干手前に向かって夫々伸びる２本の配線１７，１８が形成されている。配線１７，１８はＣｒとＡｕとの積層膜により形成されている。なお、図では各配線は１層の金属膜のように示しているが実際は水晶と接合性の高いＣｒ膜が水晶の表面に設けられ、そのＣｒ膜上にＡｕ膜が積層されている。後述する各金属膜もこのような積層構造となっており、各図では便宜上一層の膜のように示す。
【００１８】
ダイヤフラム１１の裏面１３においては、凹部１４の開口部に応力検出素子である水晶振動子３が配置されている。水晶振動子３は例えばＡＴカットされた長方形状の水晶片３１を備えており、その水晶片３１の表面及び裏面の中央部に当該水晶片３１を励振させるための励振電極３２、３３が設けられている。励振電極３２，３３から水晶片３１の長さ方向の一方側の周縁、長さ方向の他方側の周縁に向かって夫々引き出された引き出し電極３４，３５が形成されている。電極３２及び電極３４、電極３３及び電極３５は夫々一体的に形成されており、これら電極は例えばＣｒ及びＡｕの積層膜により形成されている。また水晶片３１の表面、裏面で夫々引き出し電極の形成された向きが異なることを除き、各電極は同様のレイアウトで形成されている。
【００１９】
水晶振動子３はその長さ方向における両端部が凹部１４の外側に位置するようにダイヤフラム１１に固着されており、銀ペースト３６により引き出し電極３４と配線１７とが、引き出し電極３５と配線１８とが夫々電気的に接続されている。
【００２０】
スペーサー２１は扁平なリング状に形成され、水晶振動子３を収納できるように気密空間１０の大きさを調整するために設けられており、前記気密空間１０を構成する貫通孔２３を備えているベース２２は気密空間１０を構成する凹部２４を備えている。このベース２２を介して感圧素子１は例えばプリント基板や取り付け金具などに固定されて使用される。なお、感圧素子１が取り付けられる方向としては図１のようにベース２２が下側、ダイヤフラム１１が上側になることに限られず、例えばダイヤフラム１１が下側、ベース２２が上側になっていてもよく、ダイヤフラム１１について重力が作用する方向と測定雰囲気１Ａからの圧力を受ける方向とが一致することに限られない。
【００２１】
配線１７、１８は検出部２に接続されている。検出部２は水晶振動子３を発振させるための発振回路や、その発振回路により発振する水晶振動子３の発振周波数と測定雰囲気１Ａの圧力とが対応付けられて記憶されたメモリを備えている。
【００２２】
測定雰囲気１Ａの圧力が変化すると、ダイヤフラム１１においてその厚さ方向に加わる圧力（曲げ応力）が変化し、圧力が高いほどその中央部が周縁部に対してへこむように当該ダイヤフラム１１は歪む。図３は図１の状態に比べて測定雰囲気１Ａの圧力が高い状態を示している。このダイヤフラム１１の中央部のへこみ（曲げ量）が大きくなるほど、凹部１４の開口部が外方へ向かって広げられる。そして水晶振動子３は凹部１４の開口部にその長さ方向の両端部が固着されているので、図中矢印で示すように前記開口部が広がるほど、その長さ方向に作用する引張り応力が大きくなり、その引張り応力の変化に従って水晶振動子３から出力される電気信号における発振周波数が変化する。つまり、測定雰囲気１Ａの圧力変化に応じて水晶振動子３の発振周波数が変化するように感圧素子１が構成されており、そして検出部２はその発振周波数に基づいて測定雰囲気１Ａの圧力を算出し、不図示の表示部にその圧力を表示する。
【００２３】
続いてこの感圧素子１の製造工程について図４〜図７を参照しながら説明する。先ずダイヤフラム１１を形成する製造工程について説明すると、ダイヤフラム１１を構成する水晶板４１の表面、裏面に例えばＣｒ及びＡｕからなる金属膜４２ａ，４２ｂを成膜する（図４（ａ））。続いて金属膜４２ａ上にレジスト膜４３を成膜し（図４（ｂ））、凹部１４の形状に沿って露光した後そのレジスト膜４３を現像して、レジストパターン４４を形成する。然る後Ａｕエッチング液、続いてＣｒエッチング液を用いてレジスト膜４３をマスクとしてエッチングを行い、当該金属膜４２ａにパターン４５を形成する（図４（ｃ））。
【００２４】
続いて水晶板４１をフッ酸（ＨＦ）を主成分とした溶液に浸漬し、金属膜４２ａ，４２ｂをマスクとして水晶板４１をエッチングして凹部１４を形成する（図４（ｄ））。その後水晶板４１から金属膜４２ａ、４２ｂ及びレジスト膜４３を除去し、然る後例えばメタルマスクを用いて凹部１４内にＣｒ膜、Ａｕ膜を順次成膜し、金属膜１６を形成する（図４（ｅ））。さらに水晶板４１の表面に配線１７、１８を構成するための金属膜を形成し、金属膜上にレジスト膜を形成する。その後は凹部１４を形成する場合と同様に配線１７、１８の形状に沿って露光した後、そのレジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、前記金属膜をエッチングして配線１７、１８を形成する。そしてレジスト膜を除去して、ダイヤフラム１を形成する（図４（ｆ））。
【００２５】
続いてスペーサー２１の製造工程について説明する。スペーサー２１を構成するための水晶板５１の表面、裏面にＣｒ及びＡｕからなる金属膜５２ａ，５２ｂを成膜した後、金属膜５２ａ，５２ｂ上に夫々レジスト膜５３ａ，５３ｂを積層する（図５（ａ））。続いて貫通孔２３の形状に沿ってレジスト膜５３ａ，５３ｂを露光した後、現像してパターニングを行う。図中５４ａ，５４ｂはレジストパターンである。然る後Ａｕエッチング液、続いてＣｒエッチング液を用いてレジスト膜５３ａ，５３ｂをマスクとして金属膜５２ａ，５２ｂをエッチングし、これら金属膜５２ａ，５２ｂにパターン５５ａ、５５ｂを形成する（図５（ｂ））。続いて水晶板５１をフッ酸を主成分とした溶液に浸漬し、金属膜５２ａ，５２ｂとして水晶板５１をエッチングして貫通孔２３を形成した後（図５（ｃ））、水晶板５１から金属膜５３ａ、５３ｂ及びレジスト膜５４を除去し、スペーサー２１を形成する（図５（ｄ））。
【００２６】
続いてベース２２の製造工程について説明する。ベース２２を構成するための水晶板６１の表面、裏面にＣｒ及びＡｕからなる金属膜６２ａ，６２ｂを夫々成膜した後（図６（ａ））、金属膜６２ａ上にレジスト膜６３を積層する（図６（ｂ））。続いて凹部２４の形状に沿ってレジスト膜６３を露光した後、現像してレジスト膜にパターン６４を形成する。然る後Ａｕエッチング液、続いてＣｒエッチング液を用いてレジスト膜６３をマスクとしてエッチングを行い、金属膜６２にパターン６５を形成する（図６（ｃ））。続いて水晶板６１をフッ酸を主成分とした溶液に浸漬して金属膜６２ａ，６２ｂをマスクとしてエッチングして凹部２４を形成する（図６（ｄ））。その後、水晶板６１から金属膜６３ａ、６３ｂ及びレジスト膜６４を除去し、ベース２２を形成する（図６（ｅ））。
【００２７】
続いて水晶振動子３を例えば機械加工とメタルマスクによる成膜とを用いた従来公知の手法により製造し、その水晶振動子３における水晶片３１の長さ方向の両端部を、例えば低融点ガラスペーストによりダイヤフラム１１の凹部１４の外縁に貼り合わせて固着させる（図７（ａ））。続いて、銀ペースト３６をダイヤフラム１１に塗布して水晶振動子３の各引き出し電極３４，３５と当該ダイヤフラム１１の配線１７，１８とを電気的に接続し、然る後、ダイヤフラム１１とスペーサー１２とベース１３とを例えば低融点ガラスペーストを用いて貼り合わせて感圧素子１を製造する（図７（ｂ）、（ｃ））。
【００２８】
この感圧素子１においては凹部１４の底面部１５に錘となる金属膜１６が設けられているので、測定雰囲気１Ａの圧力が大きくなった場合、ダイヤフラム１１の中央部が歪みやすくなっている。つまり、金属膜１６が設けられていない場合に比べて測定雰囲気１Ａからの圧力変化に対するダイヤフラム１１の中央部の変形量（曲げ量）が大きいため、水晶振動子３に作用する引張り応力の変化も大きくなる。そして、水晶振動子３の発振周波数の変化量と水晶振動子３に加えられる引張り応力の変化量とは互いに対応するので、水晶振動子３の発振周波数の変化量を大きくすることができ、その結果として感圧素子１は、測定雰囲気１Ａの圧力に対する感度が高くなる。また、このように構成された感圧素子１においては、成膜する金属の厚さや密度を変えることによって感度の補正も比較的簡単に行うことができるという利点もある。
【００２９】
また、金属膜１６としては前記ダイヤフラム１１の薄肉領域１４Ａの可撓性よりも大きく構成しているので、当該ダイヤフラム１１の変形量が低下することが抑えられるため、より感圧素子１の前記圧力に対する感度が高くなる。また、金属膜１６としては、前記薄肉領域１４Ａよりも可撓性が小さいものを用いてもよいが、その場合はその堅さによりダイヤフラム１１の変形量が低下することを抑えるために薄肉領域１４Ａとの接触面積が小さくなるように形成することが好ましい。
【００３０】
ところで錘として薄肉領域１４Ａの可撓性よりも大きい可撓性を有する金属膜１６を構成する代わりに図８（ａ）に示した感圧素子１Ｂのように、複数枚の金属膜７１が横方向に間隔を置いて配列された構成とし、各金属膜がダイヤフラムに接触する面積を抑えることで、各金属膜の堅さがダイヤフラム１１の変形に与える影響を抑えてもよい。図８（ｂ）はその金属膜７１が形成された凹部１４を示したものであり、図８（ｃ）は測定雰囲気１Ａの圧力が高くなったときにダイヤフラム１１が変形する様子を示したものである。この金属膜７１は金属膜１６が十字に四分割された形状を有しているが、金属膜のレイアウトとしてはこの例に限られない。このような変形例においても第１の実施形態の感圧素子１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、図９（ａ）、（ｂ）は感圧素子１の更に他の変形例である感圧素子１Ｃについて示している。感圧素子１Ｃの感圧素子１に対する差異点としては金属膜１６が凹部１４内に形成される代わりにダイヤフラム１１の薄肉領域１４Ａの表面１２側に形成されている。この金属膜１６により感圧素子１と同様に測定雰囲気１Ａの圧力上昇に応じてダイヤフラム１が大きく変形する。このようにダイヤフラム１１の表面１２に金属膜１６を形成する場合、ダイヤフラム１１、スペーサー２１及びベース２２を互いに貼り合わせた後で、その金属膜１６の厚さや形状をダイヤフラム１１の変形度合いに応じて調整することができるので、測定雰囲気１Ａに対する圧力の感度のさらなる向上を図ることができるという利点がある。このようにダイヤフラム１１の表面１２に金属膜を形成する場合も、ダイヤフラム１１の変形を容易にするために横方向に分割された金属膜を形成して錘としてもよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
続いて図１０（ａ）に示した第２の実施形態の感圧素子１Ｄについて感圧素子１との差異点を中心に説明する。各図においてダイヤフラム１１と同じように構成された箇所には同じ符号を付している。図１０（ｂ）は感圧素子１Ｄのダイヤフラム８１の中央下面を示したものであり、感圧素子１Ａのダイヤフラム８１の前記凹部１４内には金属膜１６が設けられる代わりに水晶による突起８２がダイヤフラム８１の厚さ方向に突出するように形成されている。そして図１０（ｃ）に示すように測定雰囲気１Ａの圧力の変化により感圧素子１Ｄのダイヤフラム８１が歪むが、感圧素子１Ａと同様にこの突起８２が錘の役割を果たし、測定雰囲気１Ａから受ける曲げ応力に対するダイヤフラム８１の曲げ量を、突起８２が設けられていない場合に比べて大きくすることができ、従って感圧素子の感度を高くすることができる。
【００３３】
この突起８２を有するダイヤフラム８１の製造方法について前記ダイヤフラム１１との製造方法の差異点を中心に説明する。先ず図１１（ａ）に示すように突起８２及び凹部１４の形状に応じて前記水晶板４１の中央に細かくレジスト膜４４が残るようなレジストパターン４４ｂを形成する。そして、レジスト膜４３をマスクとして金属膜４２ａをエッチングして当該金属膜４２ａにパターン４５を形成し、ウエットエッチングを行い凹部１４を形成すると共に凹部１４の中央部に突起８２を形成する（図１１（ｂ））。その後は感圧素子１と同様の製造工程により感圧素子１Ｄが製造される。この手法によれば凹部１４と錘となる突起８２とが同時に形成できるので製造工程が簡素化されて有利である。突起８２の数及び配置はダイヤフラム１１の変形を妨げないものであれば、この例に限られない。
【００３４】
（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態の感圧素子１Ｅについて図１２（ａ）を用いて説明する。この水晶のダイヤフラム９１はダイヤフラム１１の変形量を大きくするために凹部の径を大きくして、凹部の開口部により水晶振動子を支持する代わりに支持部材を用いて水晶振動子を支持する構成となっており、具体的に説明すると、ダイヤフラム９１はその周縁部にフランジ９２を備えた平板部９３からなり、その下側中央部には前記金属膜１６が設けられている。
【００３５】
また、この平板部９３の中央部には対となる支持部材９４，９５が設けられている。これらの支持部材９４，９５は第１の支持部材、第２の支持部材に相当し、例えば前記平板部９３から下方に突出しており、互いに対向する板状に形成され、その端部が水晶振動子３の長さ方向の一端、他端に固着されている。図中９６、９７は配線であり、配線１７，１８と同様にダイヤフラム９１の中央部から外側へ向けて形成されており、銀ペースト３６を介して水晶振動子３の電極に接続されている。図中８３はダイヤフラム９１の形状に応じて凹部が形成されたベースであり、ベース８３とダイヤフラム９１とに囲まれる空間は気密空間８４として構成される。
【００３６】
測定雰囲気１Ａの圧力が上昇し、ダイヤフラム９１の厚さ方向に加わる曲げ応力が高くなった場合には、図１２（ｂ）で示すようにダイヤフラム９１のフランジ９２及び平板部９３が歪み、平板部９３の中央部が周縁部に対して下側にへこみ、支持部材９４，９５の水晶振動子３側が互いに横方向に広がり、その間隔が大きくなり、その結果として水晶振動子３に作用する引張り応力が大きくなる。そして、そのようにダイヤフラム９１の厚さ方向に曲げ応力が加わったときに金属膜１６により当該ダイヤフラム９１の曲げ量が大きくなっているため、測定雰囲気１Ａの圧力上昇に対して水晶振動子３作用する引張り応力が高くなる。従って、感圧素子１Ｅはその感度が高く構成されている。
【００３７】
この例では第１の実施形態と同様に金属膜１６はダイヤフラム９１の変形を妨げないために、当該ダイヤフラム９１の平板部９３よりも柔らかく構成されているが、当該ダイヤフラム９１を歪みやすくするために金属膜を分割した構成としたり、金属膜の代わりに図１２（ｃ）に示すように突起９８を平板部９３に形成して錘にしてもよい。突起９８は例えば第２の実施形態の突起８２と同様にウエットエッチングにより形成する。また、このように突起により錘を構成する場合、例では支持部材９４，９５もダイヤフラムとなる水晶板をエッチングして形成する、つまり一枚の水晶板をエッチングしてダイヤフラム９１、支持部材９４，９５、突起９８を一体的に形成してもよい。また平板部９３中央部の上面側に錘を設けてもよい。
【００３８】
この第３の実施形態において金属膜１６を設ける場所としてはダイヤフラム９１の中央部に限られないが、ダイヤフラム９１の中央部が周縁部に比べてへこみやすいので、このように中央部に設けることでダイヤフラム９１の変形量を大きくすることができるので好ましい。また、ダイヤフラム９１全体にその曲げ量を大きくするために金属膜や突起などからなる錘を設けてもよい。支持部材９４，９５の形状としては板状のものに限られず、棒状のものであってもよい。また支持部材は筒状に形成され、その一方側の開口部に水晶振動子３が他方側の開口部に平板部９３が夫々接続されていてもよく、この場合は筒の内部を凹部と見ることができるので、金属膜１６は第１の実施形態と同様に凹部内に形成されていると見ることができる。また、筒状の部材がその穿孔方向に沿って切断、分割された形状をなす複数の部材により水晶振動子３が支持され、ダイヤフラム９１の曲げ量に応じてこれら各支持部材の間隔が開くことで水晶振動子３に作用する応力が変化するようになっていてもよい。
【００３９】
上述の各実施形態ではスペーサー２１、ベース２２及びダイヤフラム１１に水晶を用いているが、互いに熱膨張率が近いガラスを用いてもよい。また、各水晶板を加工するにあたって上述の実施形態ではウエットエッチングを用いたが、サンドブラスト、超音波加工及びドリル加工等の機械加工を用いても製造される感圧素子はウエットエッチングを用いて形成した場合と同様の効果を得ることができる。またダイヤフラム１１と水晶振動子３とスペーサー２１とベース２２とを接合するためには低融点ガラスを用いることに限られず、直接接合及び陽極接合でも同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、金属膜１６としては上記の実施形態では各配線を形成する成膜装置と同じ成膜装置を用いることができることからＡｕ及びＣｒの積層膜により構成しているが、それに限定されることなくＷ（タングステン）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｇ（銀）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｇ（マグネシウム）などの各金属により構成しても同様の効果を得ることができるし、Ａｕ単独の膜あるいはＣｒ単独の膜により構成してもよい。また応力検出素子としては温度特性が良好なＡＴカットされた水晶振動子を用いることが好ましいが、これに限られるものではない。また、形状としても矩形のものに限られず、例えば水晶振動子としては双音叉型水晶振動子であってもよい。
【００４１】
また、第１及び第２の実施形態において、凹部１４は気密空間１０側ではなく測定雰囲気１Ａ側に向かって開口するようにダイヤフラム１１がスペーサー２１及びベース２２に貼り合わせて構成されていてもよい。また、凹部１４はダイヤフラム１１の中央部に形成することに限られず、例えばダイヤフラム１１において、スペーサー２１に貼り合わされる領域にその開口部が隣接する、つまりスペーサー２１の貫通孔２３の周縁部に開口するような位置に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態の感圧素子の縦断側面図である。
【図２】前記感圧素子を構成するダイヤフラムの下面図である。
【図３】前記感圧素子が変形する様子を示した説明図である。
【図４】前記感圧素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】前記感圧素子の製造方法を示す工程図である。
【図６】前記感圧素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】前記感圧素子の製造方法を示す工程図である。
【図８】前記感圧素子の変形例の縦断側面図である。
【図９】前記感圧素子の変形例の縦断側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の感圧素子の縦断側面図である。
【図１１】前記感圧素子を構成するダイヤフラムの製造工程図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の感圧素子の縦断側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１        感圧素子
１Ａ      測定雰囲気
１０      気密空間
１１      ダイヤフラム
１４      凹部
１６      錘
１７、１８  配線
２        検出部
２１      スペーサー
２２        ベース
３        水晶振動子
３１        水晶片
【図１】
2010019606.tif 000003
【図２】
2010019606.tif 000004
【図３】
2010019606.tif 000005
【図４】
2010019606.tif 000006
【図５】
2010019606.tif 000007
【図６】
2010019606.tif 000008
【図７】
2010019606.tif 000009
【図８】
2010019606.tif 000010
【図９】
2010019606.tif 000011
【図１０】
2010019606.tif 000012
【図１１】
2010019606.tif 000013
【図１２】
2010019606.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月16日(2008.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010019606.tif 000015
【図２】
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【図３】
2010019606.tif 000017
【図４】
2010019606.tif 000018
【図５】
2010019606.tif 000019
【図６】
2010019606.tif 000020
【図７】
2010019606.tif 000021
【図８】
2010019606.tif 000022
【図９】
2010019606.tif 000023
【図１０】
2010019606.tif 000024
【図１１】
2010019606.tif 000025
【図１２】
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