(57)【要約】【課題】小型化が可能で、重力による圧力誤差を軽減した圧力センサを提供する。【解決手段】ベース層３０、感圧素子層３６、ダイアフラム１４を有するリッド層１２を積層して形成される圧力センサ１０であって、前記感圧素子層３６は、前記ベース層３０及び前記リッド層１２と接合する外枠部３８と、前記外枠部３８の内側に配置された中枠部４０と、前記中枠部４０の内側に配置され、前記中枠部４０の第１短辺４０ｂに固定端４６ａが片持ち支持された感圧素子４６と、を有し、前記中枠部４０の長辺４０ａと前記外枠部３８との間は、一直線上に配置された一対の連結部４２により連結され、前記感圧素子４６の固定端４６ａは、前記ダイアフラム１４に接続され、前記感圧素子４６の自由端４６ｂは、前記リッド層１２に接続され、前記第１短辺４０ｂの反対側の前記中枠部４０の第２短辺４０ｂにバランサ４４を配設してなる。【選択図】図１
2010014625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、
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素子と、
バランサとを有し、
前記感圧素子の一端をダイアフラムの他面の中央部に固定すると共に、前記バランサと連結手段を介して連結し、
前記感圧素子の他端を前記パッケージに固定し、
前記連結手段と前記パッケージとを接続手段を介して接続し、
力点に前記バランサを配置し、前記接続手段を支点とし、前記ダイアフラムの他面の中央部を作用点とすることにより、
梃子の原理を利用して、前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに加えることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
ベース層、感圧素子層、ダイアフラムを有するリッド層を積層して形成される圧力センサであって、
前記感圧素子層は、
前記ベース層及び前記リッド層と接合する外枠部と、
前記外枠部の内側に配置された中枠部と、
前記中枠部の内側に配置され、前記中枠部の第１短辺に固定端が片持ち支持された感圧素子と、を有し、
前記中枠部の長辺と前記外枠部との間は、一直線上に配置された一対の連結部により連結され、
前記感圧素子の固定端は、前記ダイアフラムに接続され、
前記感圧素子の自由端は、前記リッド層に接続され、
前記第１短辺の反対側の前記中枠部の第２短辺にバランサを配設したことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
前記長辺と前記連結部との接続部位は、前記ダイアフラムに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記自由端は、前記バランサに補強部を介して接続したことを特徴とする請求項２または３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記連結部の連結は、前記一対の連結部を結ぶ線上に前記自由端が重なる位置で行われることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記自由端と前記中枠部の長辺との間であって、前記一対の連結部を結ぶ線上に第２補強部を配置し、前記自由端と前記中枠部とを前記第２補強部を介して接続したことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記バランサの表面に金属膜を配設したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記金属膜は、その一部または全部を剥ぎ取り可能であることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子、及びダイアフラムを用いた圧力センサに関し、特にダイアフラムの重力による撓みによって生じる圧力の測定誤差を減少させる技術に関する。
【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には、感圧素子として圧電振動素子を用いた圧力センサが開示されている。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、従来の圧力センサを、特許文献１に開示されている例を用いて説明する。図９は第１の従来技術の圧力センサの構造を示した模式図である。
図９に示す従来の圧力センサ１０１は、対向して配置された第１及び第２の圧力入力口１０２、１０３を有する筐体１０４と、筐体１０４の内部に力伝達部材１０５とを備え、力伝達部材１０５の一端を挟むように第１のベローズ１０６、および第２のベローズ１０７を接続している。そして、第１のベローズ１０６の他端を第１の圧力入力口１０２に接続し、第２のベローズ１０７の他端を第２の圧力入力口１０３に接続している。さらに、力伝達部材１０５の他端と基板１０８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１０９を配置している。
【０００４】
ここで、圧力センサにおいて、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１０６の内部には、粘性のあるオイル１１０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１０２に開けられた開口部１１１により液体とオイル１１０とが接触して相対する構造となっている。なお、開口部１１１はオイル１１０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１０１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１０６の内部に充填されているオイル１１０に加わると、第１のベローズ１０６を経て圧力Ｆが、力伝達部材１０５の一端に加わる。一方、第２のベローズ１０７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１０５の一端に加わっている。
【０００７】
この結果、力伝達部材１０５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１０８のピボットを支点にして、双音叉型振動子１０９に圧縮力、或いは引張り力として加わる。双音叉型振動子１０９に圧縮力、或いは引張り力が加わると、双音叉型振動子１０９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】
ところで、上述の圧力センサを構成する機構部品である第１ベローズ１０６及び第２のベローズ１０７は、アルミブロックを削り出して型を作り、これにニッケルメッキを施した後、このアルミの型のみを溶かし除去し、ニッケル材のジャバラ構造体とするものである。従って、ベローズが製造に複雑な加工工程を必要とするため高価なものとなる。
【０００９】
また、力伝達部材１０５は、幅１ｍｍ以下のピボット（支点）を接点として筐体１０４に固定される部分と、力を伝達する部分を有するが、これらは一体の金属ブロックから削り出し加工により一体の形態を維持して製造するため、加工が難しく、これらの製造費用も高価なものとなる。
【００１０】
これらの理由から、上述のベローズや、力伝達部材を用いることなく、製造コストを低減した圧力センサが開発されている。このような圧力センサとして特許文献２において、圧電基板の少なくとも一方の主面に凹部を有する２つの圧電ダイアフラムを前記凹部同士が向き合うように積層して形成される内部空間中に圧電振動子を配置した感圧素子において、前記圧電振動子の両端を前記圧電ダイアフラムの一方の凹部内底面に固定するとともに、前記２つの圧電ダイアフラムの凹部内底面同士を力伝達用柱にて連結した構成が開示されている。
【００１１】
図１０に第２の従来技術に係る圧力センサを示す。
図１０（ａ）、（ｂ）（図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面図）に示す圧力センサ１２１は、双音叉振動子１２２を凹部１２４を有する水晶ダイアフラムの内部底面１２５に設けた載置部１２７ａ及び１２７ｂに固定し、凹部１２９を有する水晶ダイアフラム１２８と水晶ダイアフラム１２３とを互いに凹部開口面を向き合わせて結合して構成する。また水晶ダイアフラム１２８と水晶ダイアフラム１２３とを中央近傍にて結合する力伝達用柱部１２６ａ及び１２６ｂを備えている。
【００１２】
前記水晶ダイアフラム１２３、１２８は円形であり、それぞれが有する凹部１２４及び１２９も互いに合致する円形の凹部である。水晶ダイアフラム１２３をベース側にし、水晶ダイアフラム１２８をリッド側とすれば、ベース側の水晶ダイアフラム１２３のほうに双音叉振動子１２２を固定するための載置部１２７ａ、１２７ｂと力伝達部材１２６ａ、１２６ｂを形成しておくようにする。この力伝達用柱部１２６ａ、１２６ｂにより、水晶ダイアフラム１２３の凹部１２４と水晶ダイアフラム１２８の凹部１２９のそれぞれの内部底面同士を連結して圧力センサ１２１が構成される。
【００１３】
上記構成において、図１０（ｃ）に示すように、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが同じ場合であるときは、水晶ダイアフラムに変形は生じず、双音叉振動子１２２にストレスが加わっていないため、双音叉振動子１２２が有する基準の共振周波数ｆ０にて発振する。
【００１４】
圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも高い（正圧）場合は、図１０（ｄ）に示すように、水晶ダイアフラムの中央が圧力Ｐ２の加わる側に押し出され、これにより水晶ダイアフラム平面は湾曲する。この状態においては、双音叉振動子２に対し、同図中の矢印で示すような伸長ストレスが加わるため、双音叉振動子２の発振周波数は周波数ｆ０より上昇する方向に変化することになる。一方、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より低い（負圧）場合は、図１０（ｅ）に示すように、水晶ダイアフラムの中央が圧力Ｐ１の加わる側に押し出され、これにより水晶ダイアフラム平面は湾曲する、この状態においては、双音叉振動子２に対し同図中の矢印で示すような圧縮ストレスが加わるため、双音叉振動子２の発振周波数は、周波数ｆ０より下降する方向に変化することになる。
【００１５】
よって、特許文献２の発明によれば、正圧、負圧の極性を検知することができるので、特許文献１より構成物品を減らした上で、デバイス素子として必須の低背化が可能で、相対圧測定が可能な圧力センサを実現している。
【特許文献１】特開昭５６−１１９５１９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３２９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献２の構成とすることで新たな問題が生じた。すなわち、特許文献１の圧力センサは、水平を保ったまま使用することを前提に構成されたものであり、力伝達手段はピボット（支点）で釣り合いが取れていれば何ら支障は生じない。
【００１７】
一方、特許文献２の発明は、低背化が実現されたため、様々な移動体に搭載することが期待される圧力センサである。特許文献２の圧力センサにおいて、水晶ダイアフラムを水平線に対して平行に設置した場合、重力の影響により水平線に対して垂直方向の応力を受けていることになるが、この状態で姿勢を変えずに測定している場合は測定値に誤差が発生しない。しかし、移動体などに用いた場合は、圧力センサの姿勢が変わると重力加速度の掛かり方が変わるだけでなく、振動による影響も表れるため測定値の大きな誤差要因となるといった問題が発生する。特に携帯電話等の部品として搭載する場合には上記問題が顕著に表れる。
【００１８】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、重力加速度の掛かりかたの変化、及びこれによって発生する振動の影響を低減した圧力センサ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】
【００１９】
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］パッケージと、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素子と、バランサとを有し、前記感圧素子の一端をダイアフラムの他面の中央部に固定すると共に、前記バランサと連結手段を介して連結し、前記感圧素子の他端を前記パッケージに固定し、前記連結手段と前記パッケージとを接続手段を介して接続し、力点に前記バランサを配置し、前記接続手段を支点とし、前記ダイアフラムの他面の中央部を作用点とすることにより、梃子の原理を利用して、前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに加えることを特徴とする圧力センサ。
【００２０】
上記構成により、バランサが、ダイアフラムが受ける重力によりダイアフラムが撓み変形する方向と常に反対方向の力をダイアフラムに与えるため、ダイアフラムが受ける重力による変位が打ち消される。よって感圧素子はダイアフラムが受ける圧力だけを検出し、設置姿勢による測定誤差を低減した高精度な圧力センサを構築できる。
【００２１】
［適用例２］ベース層、感圧素子層、ダイアフラムを有するリッド層を積層して形成される圧力センサであって、前記感圧素子層は、前記ベース層及び前記リッド層と接合する外枠部と、前記外枠部の内側に配置された中枠部と、前記中枠部の内側に配置され、前記中枠部の第１短辺に固定端が片持ち支持された感圧素子と、を有し、前記中枠部の長辺と前記外枠部との間は、一直線上に配置された一対の連結部により連結され、前記感圧素子の固定端は、前記ダイアフラムに接続され、前記感圧素子の自由端は、前記リッド層に接続され、前記第１短辺の反対側の前記中枠部の第２短辺にバランサを配設したことを特徴とする圧力センサ。
【００２２】
上記構成における感圧素子は、リッド層に固定された自由端は固定され、中枠部に固定された固定端は、ダイアフラムからの応力を感圧素子の長手方向と垂直な方向から受ける。よって、感圧素子はその曲げ応力により圧力を検出することができる。このような感圧素子においては、ダイアフラムの重力による撓み変形に伴う応力と、感圧素子の自重による撓み変形に伴う自重応力を受けることになり、これらを足し合わせた合成応力が圧力誤差として測定されることが問題となる。
【００２３】
しかし、上記構成により、中枠部は、第１短辺にダイアフラムの自重及び感圧素子の自重を掛け、第２短辺にバランサの自重を掛け、連結部を支点としたシーソー構造となり、第１短辺及び第２短辺とが釣り合うことになる。すなわち、バランサの受ける重力による力を受ける第２短辺は、中枠部に接続した連結部を支点として前記力の方向を反転させて、前記感圧素子に伝達することになる。よって、前記感圧素子は、前記合成応力の方向と常に反対方向の力を中枠部から受けるため、前記合成応力が相殺される。したがって、ダイアフラムの重力による撓み変形に伴う応力と、感圧素子の自重による撓み変形に伴う自重応力が相殺されるため、ダイアフラムが受ける圧力だけを検出し、設置姿勢による測定誤差を低減した高精度な圧力センサを構築できる。さらにベース層、感圧素子層、リッド層を積層する構造であるため、大量生産が可能でコストダウンを図ることができる。
【００２４】
［適用例３］前記長辺と前記連結部との接続部位は、前記ダイアフラムに接続されていることを特徴とする適用例２に記載の圧力センサ。これにより接続部位は、ダイアフラムに保持されることになる。これにより、連結部は中枠部からのストレスが緩和され、圧力センサの耐久性が向上する。さらに、前記接続部位は薄肉に形成された前記ダイアフラムに接続されるため、前記接続部位は可動できる。よって、設置姿勢による測定誤差を低減する効果を維持しつつ耐久性の高い圧力センサを構築できる。
【００２５】
［適用例４］前記自由端は、前記バランサに補強部を介して接続したことを特徴とする適用例２または３に記載の圧力センサ。これにより、感圧素子の自由端がフリーにならず、製造時に感圧素子が折れる虞がなくなるため、歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。
【００２６】
［適用例５］前記連結部の連結は、前記一対の連結部を結ぶ線上に前記自由端が重なる位置で行われることを特徴とする適用例２に記載の圧力センサ。
これにより、中枠の支点の回転軸と感圧素子の曲げ応力に係る中心軸とが一致する。よって、感圧素子は、バランサから変位方向以外の方向の力の成分を受けることがなくなる。したがって、適用例１乃至３の場合より重力による影響を軽減する効果が一層発揮され、より高精度な圧力センサを構築できる。
【００２７】
［適用例６］前記自由端と前記中枠部の長辺との間であって、前記一対の連結部を結ぶ線上に第２補強部を配置し、前記自由端と前記中枠部とを前記第２補強部を介して接続したことを特徴とする適用例５に記載の圧力センサ。
【００２８】
これにより、中枠部の回転軸の回転を阻害することはない。さらに、感圧素子の自由端がフリーにならず、製造時に感圧素子が折れる虞がなくなるため、歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。
【００２９】
［適用例７］前記バランサの表面に金属膜を配設したことを特徴とする適用例１乃至６のいずれか１例に記載の圧力センサ。
バランサの構築後、金属膜を配設することになるので、バランサ側の重量を調節する機会が増えるとともに、適切な量の金属膜を配設することによりバランサ側の重量の微調整を行い、感圧素子に掛かる応力の相殺を行うことがきる。
【００３０】
［適用例８］前記金属膜は、その一部または全部を剥ぎ取り可能であることを特徴とする適用例７に記載の圧力センサ。
金属膜はレーザ等を照射することにより、剥ぎ取ることが可能である。よって圧力センサがレーザ光を透過する材料で形成されている場合は、圧力センサの構築後においてもバランサの微調整が可能となり、圧力センサの歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る圧力センサ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。
【００３２】
図１、図２に本発明に係る圧力センサの第１実施形態を示す。第１実施形態に係る圧力センサ１０は、真空を基準とした絶対圧を測定するものであり、ベース層３０、感圧素子層３６、リッド層１２の順に積層した３層構造を有している。図１（ａ）は圧力センサ１０の側面から見た模式図、図１（ｂ）は感圧素子層３６の平面図、図１（ｃ）はベース層３０の平面図、図２（ａ）はリッド層１２の平面図、図２（ｂ）はリッド層１２の側面から見た模式図、図１（ｃ）はリッド層１２の底面図を示す。
【００３３】
リッド層１２の外側は、ダイアフラム１４を形成する凹部１６が形成されている。そして凹部１６の底面が被圧力測定環境にさらされる受圧面１８となる。この受圧面１６は外部から圧力を受けると撓み変形し、その結果受圧面１６の中央部がリッド層１２の法線方向に変位することになる。
【００３４】
なお、図１、図２において、ダイアフラム１８の受圧面１８の形状は矩形に描かれているが円形でも良い。ダイアフラムを形成する凹部１６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、リッド層が金属製であれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよいし、リッド層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。
【００３５】
リッド層１２の感圧素子層側は、感圧素子層３６の中枠部４０との干渉を回避するため、リッド層１２の周縁領域である第１周縁部２０を残して第２凹部２２が形成されている。第２凹部２２には、第１凸部２４、第２凸部２６、及び第３凸部２６が形成されている。第１凸部２４は前記凹部１６が形成するダイアフラム１４の受圧面１８の中央の裏面に形成されており、後述の感圧素子４６の固定端４６ａと接続される。第２凹部２６は前記受圧面１８の周縁領域の裏面に２箇所形成されており、それぞれ、後述の中枠部４０の長辺４０ａと連結部４２との接続部位４０ｄに接続される。第３凸部２８は、凹部１６の外側の裏面に形成され、後述の感圧素子４６の自由端４６ｂと接続される。
【００３６】
ベース層３０の感圧素子層側は、リッド層１２同様に、感圧素子層３６の中枠部４０との干渉を回避するため、ベース層３０の周縁領域である第２周縁部３２を残して第３凹部３４が形成されている。なお、第３凹部３４に第４凸部（不図示）を形成して、第４凸部（不図示）を後述の感圧素子４６の自由端４６ｂに接続してもよい。
【００３７】
感圧素子層３６は、外枠部３８、中枠部４０、連結部４２、バランサ４４、感圧素子４６、補強部４８とから構成される。外枠部３８は、感圧素子層３６の外形を形作るものであって、上述の第１周縁部２０及び第２周縁部３２に挟まれて接続される。中枠部４０は外枠部３８の内側に配置される矩形の枠であり、２つの長辺４０ａ、第１短辺４０ｂ、及び第２短辺４０ｃを有する。２つの長辺４０ａと外枠部３８との間は一対の連結部４２によって連結されている。一対の連結部４２は一直線上に並んで配置されている。これにより中枠部４０は、連結部４２を回転軸として連結部４２を捻るかたちで回動可能となる。一方、連結部４２は中枠部４０を保持することになる。ところで、中枠４０の長辺４０ａと連結部４２との２つの接続部位４０ｄ（斜線部分）は、それぞれリッド層１２の第２凸部２６（斜線部分）に接続される。これにより連結部４２に掛かる中枠部４０からのストレスを緩和することができ、圧力センサ１０の耐久性が向上する。さらに第２凸部２６は薄肉に形成されたダイアフラム１４の受圧面１８の裏面に形成され、ある程度可動させることができる。よって、連結部４２を回転軸とする回動が阻害されることはない。
【００３８】
中枠部４０の内部には感圧素子４６が中枠部４０により片持ち支持状態で配置され、感圧素子４６は、その長手方向が中枠部４０の長辺４０ａと平行に配置されている。そして感圧素子４６の長手方向の一端である固定端４６ａは、中枠部４０の第１短辺４０ｂと接続している。また中枠部４０の第２短辺４０ｃにはバランサ４４が配設されており、第２短辺４０ｃとバランサ４４は一体となっている。感圧素子４６の固定端４６ａの反対側にある自由端４６ｂは補強部４８を介してバランサと接続している。バランサ４４が可動な状態を維持するため補強部４８は中枠部４０、及び連結部４２より細い状態にして柔らかくしておくことが望ましい。
【００３９】
そして感圧素子４６の固定端４６ａ（斜線部分）は、リッド層１２の第１凸部２４（斜線部分）に接続され、自由端４６ｂはリッド層１２の第３凸部２８（斜線部分）、またはベース層３０に形成された第４凸部（不図示）に接続される。
【００４０】
感圧素子４６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４６は、外部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。上記構成において感圧素子４６は、自由端４６ｂが固定され、固定端４６ａが感圧素子４６の長手方向と垂直な方向からダイアフラム１４の応力をうけ、曲げ応力を受けることになる。この曲げ応力により感圧素子４６の共振周波数が変化することになる。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、曲げ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においては好適である。また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。よってこれを包含する感圧素子層３６も水晶で形成することが望ましい。さらに感圧素子層３６に接続するリッド層１２及びベース層３０も、圧力センサ１０の良好な温度特性を得るために水晶で形成することが望ましい。
【００４１】
上記構成に係る圧力センサ１０の製造方法は、ベース層３０、感圧素子層３６、リッド層１２を個別に形成したのち、ベース層３０、感圧素子層３６、リッド層１２の順で所定の位置で接着しつつ積層することによって形成できる。いずれの層も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。
【００４２】
図３乃至図６にベース層、感圧素子層、リッド層のフォトリソ・エッチング加工の工程図を示す。ここで図３乃至図６の［０］はフォトマスク５４、６０、６６、７０の平面図を示す。
【００４３】
ベース層３０をフォトリソ・エッチング加工で形成する場合、まず図３に示すように、［１］材料となる母基板５０を用意する、［２］母基板５０の表面にポジ型のフォトレジスト５２を塗布する、［３］第３凹部３４（及び第４凸部）の形状に対応したフォトマスク５４を用いて露光し前記フォトレジスト５２を感光させる、［４］現像を行い感光したフォトレジスト５２ａを除去する、［５］母基板５０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第３凹部３４（及び第４凸部）を形成する、［６］フォトレジスト５２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。
【００４４】
感圧素子層３６をフォトリソ・エッチング加工で形成する場合、図４に示すように、［１］材料となる母基板５６を用意する、［２］母基板５６の表面にポジ型のフォトレジスト５８を塗布する、［３］外枠部３８、中枠部４０、連結部４２、バランサ４４、感圧素子４６、補強部４８の形状に対応したフォトマスク６０を用いて露光し前記フォトレジスト５８を感光させる、［４］現像を行い感光したフォトレジスト５８ａを除去する、［５］母基板５６が露出した領域を貫通するまでエッチングすることにより外枠部３８、中枠部４０、連結部４２、バランサ４４、感圧素子４６、補強部４８を形成する、［６］フォトレジスト５８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。
【００４５】
リッド層１２をフォトリソ・エッチング加工で形成する場合、図５及び図６に示すように、［１］材料となる母基板６２を用意する、［２］母基板６２の表面にポジ型のフォトレジスト６４を塗布する、［３］第２凹部２２、第１凸部２４、第２凸部２６、第３凸部２８の形状に対応したフォトマスク６６を用いて露光し前記フォトレジスト６４を感光させる、［４］現像を行い感光したフォトレジスト６４ａを除去する、［５］母基板６２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第２凹部２２、第１凸部２４、第２凸部２６、第３凸部２８を形成する、［６］フォトレジスト６４を剥離する、［７］エッチングを施した面の裏面にポジ型のフォトレジスト６８を塗布する、［８］ダイアフラム１４を形成する凹部１６の形状に対応したフォトマスク７０を用いて露光し前記フォトレジスト６６を感光させる、［９］現像を行い感光したフォトレジスト６８ａを除去する、［１０］母基板６２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１６を形成する、［１１］フォトレジスト６８を剥離する、というように工程［１］〜［１１］なるプロセスを経ることになる。なお［２］乃至［６］までのプロセスと、［７］乃至［１１］のプロセスの順序は、入れ変えてもよい。
【００４６】
そしてベース層３０に形成された第２周縁部３２の上面と感圧素子層３６の外枠部３８の下面とを接着剤を用いて接着する。またベース層３０に第４凸部（不図示）を形成した場合は、第４凸部（不図示）の上面と、感圧素子層３６の感圧素子４６の自由端４６ｂの下面とを接着剤を用いて接着する。ここで接着剤は、エポキシ系接着剤、無機系接着剤等を用いることができる。
さらに感圧素子層３６の外枠部３８の上面と、リッド層１２の第１周縁部２０の下面とを接着剤を用いて接着し、感圧素子層３６の感圧素子４６の固定端４６ａの上面と、リッド層１２の第１凸部２４の下面とを接着剤を用いて接着し、感圧素子４６の自由端４６ｂの上面と、リッド層１２の第３凸部２８の下面とを接着剤を用いて接着し、中枠部４０と連結部４２との接続部位４０ｄの上面と、リッド層１２の第２凸部２６の下面とを接着剤を用いて接着する。そして、接着後にハウジング外部から内部空間に貫通孔（不図示）をあけ、前記貫通孔（不図示）から空気を吸引して真空にして前記貫通孔（不図示）を封止することにより、第１実施形態に係る、真空を基準とした絶対圧を測定する圧力センサ１０が構築される。
【００４７】
上述のように構築された圧力センサ１０を端的に見ると、ベース層３０、感圧素子層３６の外枠部３８、及びリッド層１２をパッケージとし、パッケージが形成する内部空間に、固定端４６ａがダイアフラム１４に固定され、自由端４６ｂがパッケージに固定された感圧素子４６と、力点にバランサ４４を配置し、前記バランサ４４と前記感圧素子４６の前記固定端４６ａが中枠部４０により連結され、中枠部４０と前記パッケージとの接続手段（連結部４２）を支点とし、作用点（第１短辺４０ｂ）にダイアフラム１４を接続した梃子手段となる中枠部４０を有する構造体と見ることができる。このとき、バランサ４４の重力の影響による自重が、梃子の原理を利用して、ダイアフラム１４及び感圧素子４６の重力の影響による自重により撓み変形する方向と常に反対方向の力としてダイアフラム１４及び感圧素子４６に作用するため、ダイアフラム１４並びに感圧素子４６の自重による変位が打ち消される。従って、感圧素子４６はダイアフラム１４が受ける圧力だけを検出し、設置姿勢による測定誤差を低減した高精度な圧力センサが構築される。
【００４８】
このように構築された圧力センサ１０の感圧素子４６において、リッド層１２またはベース層３０に固定された自由端４６ｂはハウジングに固定され、中枠部４０に固定された固定端４６ｂは、ダイアフラム１４からの応力を感圧素子４６の長手方向と垂直な方向から受ける。よって、感圧素子４６はその曲げ応力により圧力を検出することができる。このような感圧素子４６においては、ダイアフラム１４の重力による撓み変形に伴う応力と、感圧素子４６の自重による撓み変形に伴う自重応力を受けることになり、これらを足し合わせた合成応力が圧力誤差として測定されることが問題となる。
【００４９】
しかし、前述の通り上記構成により、中枠部４０は、第１短辺４０ｂにダイアフラム１４の自重及び感圧素子４６の自重を掛け、第２短辺４０ｃにバランサ４４の自重を掛け、連結部４２を支点としたシーソー構造となり、第１短辺４０ｂ及び第２短辺４０ｃとが釣り合うことになる。すなわち、バランサ４４の受ける重力による力を受ける第２短辺４０ｃは、中枠４０に接続した連結部４２を支点として前記力の方向を反転させて、前記感圧素子４６に伝達することになる。よって、前記感圧素子４６は、前記合成応力の方向と常に反対方向の力を中枠４０から受けるため、前記合成応力が相殺される。したがって、ダイアフラム１４の重力による撓み変形に伴う応力と、感圧素子４６の自重による撓み変形に伴う自重応力が相殺されるため、ダイアフラム１４が受ける圧力だけを検出し、設置姿勢による測定誤差を低減した高精度な圧力センサ１０を構築できる。さらにベース層３０、感圧素子層３６、リッド層１２を積層する構造であるため、大量生産が可能でコストダウンを図ることができる。
【００５０】
また、長辺４０ａと連結部４２との接続部位４０ｄは、第２凸部２６を介してダイアフラム１４の受圧面１８の裏面に接続され、受圧面１８に保持されることになる。これにより、連結部４２は中枠部４０からのストレスが緩和され、圧力センサ１０の耐久性が向上する。さらに、前記接続部位４０ｄは第２凸部２６を介して薄肉に形成された前記受圧面１８の裏面に接続されるため、前記接続部位４０ｄは可動できる。よって、設置姿勢による測定誤差を低減する効果を維持しつつ耐久性の高い圧力センサ１０を構築できる。
【００５１】
さらに、自由端４６ｂは、バランサ４４に補強部４８を介して接続している。これにより、感圧素子４６の自由端４６ｂがフリーにならず、製造時に感圧素子４６が折れる虞がなくなるため、歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。
【００５２】
第２実施形態に係る圧力センサ８０を図７に示す。図７（ａ）は側面から見た模式図、図７（ｂ）は感圧素子層８２の平面図である。第２実施形態に係る圧力センサ８０において、ベース層３０は第１実施形態と同様である。一方、感圧素子層８２は、連結部８４、感圧素子４６の自由端４６ｂ、及び第２補強部８６が一直線上に並んで配置されている。この感圧素子層８２の形成方法は第１実施形態と同様であるが、連結部８４、感圧素子４６の自由端４６ｂ、及び第２補強部８６が一直線上に並ぶ形状に対応したフォトマスク（不図示）を用意する必要がある。このとき中枠部４０の長辺４０ａと連結部８４との接続部位８４ａはダイアフラム１４の受圧面１８の裏面の下に配置されず、前記接続部位８４ａとリッド層１２を接続すると連結部８４の回動が阻害されるため、第１実施形態のように前記接続部位８４ａはリッド層８８側に接続しない。さらに、リッド層８８は前記接続部位８４ａとは接続しないため、第１実施形態に係る第２凸部２６を形成する必要はない。
【００５３】
第２実施形態に係る圧力センサ８０において、中枠部４０の回転軸と感圧素子４６の曲げ応力に係る中心軸とが一致する。よって、感圧素子４６は、バランサ４４から受圧面１８の変位方向以外の方向の力の成分を受けることがなくなる。したがって、第１実施形態の場合より重力による影響を軽減する効果が一層発揮され、より高精度な圧力センサ８０を構築できる。
【００５４】
また、前記自由端４６ｂと前記中枠部４０の長辺４０ａは、連結部８４が形成する直線上に配置された第２補強部８６を介して接続されている。これにより、中枠部４０の回転軸の回転を阻害することはない。さらに、感圧素子４６の自由端４６ｂがフリーにならず、製造時に感圧素子が折れる虞がなくなるため、歩留まりを向上させ、コストダウンを図ることができる。
【００５５】
第１実施形態及び第２実施形態おいて、図８に示すように、バランサ４４表面にはＡｕ等の金属膜９０を配設することができる（図８では第２実施形態に適用）。Ａｕ等の金属膜９０はバランサ４４表面の形状に対応したマスク（不図示）を感圧素子層３６、８２に載せ、スパッタ等により形成することができる。このとき金属膜９０はバランサ４４のリッド層８８側及びベース層３０側のいずれに配設してもよい。
【００５６】
これにより、バランサ４４の構築後、金属膜９０を配設することになるので、バランサ４４側の重量を調節する機会が増えるとともに、適切な量の金属膜９０を配設することによりバランサ４４側の重量の微調整を行い、感圧素子４６に掛かる上述の応力の相殺を行うことがきる。
【００５７】
また、金属膜９０はレーザ等を照射することにより、その一部または全部を剥ぎ取ることが可能である。よって圧力センサ１０、８０が水晶のようにレーザ光を透過する材料で形成されている場合は、圧力センサ１０、８０の構築後においてもバランサ４４の微調整が可能となり、圧力センサ１０、８０の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第1実施形態に係る圧力センサの模式図である。
【図２】第１実施形態を構成するリッド層の模式図である。
【図３】第１実施形態を構成するベース層の製造工程を示す模式図である。
【図４】第１実施形態を構成する感圧素子層の製造工程を示す模式図である。
【図５】第１実施形態を構成するリッド層の製造工程の前段を示す図である。
【図６】第１実施形態を構成するリッド層の製造工程の後段を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る圧力センサの模式図である。
【図８】第１実施形態及び第２実施形態を構成するバランサに金属膜を配設した模式図である。
【図９】第１の従来技術に係る圧力センサの模式図である。
【図１０】第２の従来技術に係る圧力センサの模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０………圧力センサ、１２………リッド層、１４………ダイアフラム、１６………凹部、１８………受圧面、２０………第１周縁部、２２………第２凹部、２４………第１凸部、２６………第２凸部、２８………第３凸部、３０………ベース層、３２………第２周縁部、３４………第３凹部、３６………感圧素子層、３８………外枠部、４０………中枠部、４０ａ………長辺、４０ｂ………第１短辺、４０ｃ………第２短辺、４２………連結部、４４………バランサ、４６………感圧素子、４６ａ………固定端、４６ｂ………自由端、４８………補強部、５０………母基板、５２………フォトレジスト、５４………フォトマスク、５６………母基板、５８………フォトレジスト、６０………フォトマスク、６２………母基板、６４………フォトレジスト、６６………フォトマスク、６８………フォトレジスト、７０………フォトマスク、８０………圧力センサ、８２………感圧素子層、８４………連結部、８６………第２補強部、８８………リッド層、９０………金属膜、１０１………圧力センサ、１０２………圧力入力口、１０３………圧力入力口、１０４………筐体、１０５………力伝達手段、１０６………第１のベローズ、１０７………第２のベローズ、１０８………基板、１０９………双音叉型振動子、１１０………オイル、１１１………開口部、１２１………圧力センサ、１２２………双音叉振動子、１２３………水晶ダイアフラム、１２４………凹部、１２５………内部底面、１２６………力伝達用柱部、１２８………水晶ダイアフラム、１２９………凹部。
【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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