(57)【要約】【課題】高精度な圧力検出デバイスを実現する。【解決手段】圧力検出デバイス１は、パッケージ本体１１と、パッケージ本体１１の内部に固定される基部２１と、基部２１に継手部２３を介して延出される可動部２２と、を有するカンチレバー２０と、基部２１と可動部２２とに掛け渡されて両端部が固定された圧力検出素子３０と、を有する圧力検出器２と、パッケージ１０の内部を気密封止する波型凹凸部７１が形成されたダイアフラム７０と、波型凹凸部７１の中心部に固定された圧力伝達部材７４とを備える。圧力によって発生するダイアフラム７０の変位を圧力伝達部材７４を介して、可動部２２を変位させ、可動部２２の変位に追従して圧力検出素子３０が変位することによって、圧力検出素子３０の共振周波数が変化することを利用して圧力を検出する。【選択図】図１
2014020785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ本体と、
前記パッケージ本体の内部に固定される基部と、前記基部に継手部を介して延出される可動部とを有するカンチレバーと、前記基部と前記可動部とに掛け渡されて固定された圧力検出素子と、を有する圧力検出器と、
前記パッケージ本体の内部を気密封止するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの変位を前記カンチレバーに伝達する圧力伝達部と、
を備えていることを特徴とする圧力検出デバイス。
【請求項２】
前記圧力伝達部と前記カンチレバーとが当接しており、前記当接の位置が、前記可動部の前記圧力検出素子の幅方向中心線の延長上にあること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力検出デバイス。
【請求項３】
前記圧力検出素子と前記ダイアフラムとの間に前記カンチレバーが配置されていること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力検出デバイス。
【請求項４】
前記カンチレバーが、前記基部と前記可動部の周縁を取り巻くように前記可動部から延出された枠部を有し、
前記枠部は、前記基部を挟んで前記可動部とは反対側の自由端にバランサー部を有し、
前記基部に前記圧力検出器の重心があると共に、前記圧力伝達部による圧力伝達位置が、前記バランサー部にあること、
を特徴とする請求項１に記載の圧力検出デバイス。
【請求項５】
前記パッケージ本体と前記ダイアフラムによって構成される空間が、減圧されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧力検出デバイス。
【請求項６】
前記ダイアフラムが、
前記パッケージ本体の周縁部に固定される固定部と、
前記圧力伝達部の配置位置を中心とする略同心円の波型凹凸部と、
を有すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧力検出デバイス。
【請求項７】
前記圧力伝達部は、一方の端部が前記ダイアフラムに固定され、他方の端部が前記カンチレバーに当接する圧力伝達部材であること、
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧力検出デバイス。
【請求項８】
前記圧力伝達部材は、一方の端部が前記ダイアフラムに固定され、他方の端部が前記カンチレバーに固定されていること、
を特徴とする請求項７に記載の圧力検出デバイス。
【請求項９】
前記圧力伝達部が、前記ダイアフラムに突設形成されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧力検出デバイス。
【請求項１０】
前記圧力伝達部が、前記カンチレバーに固定されていること、
を特徴とする請求項９に記載の圧力検出デバイス。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の圧力検出デバイスを備えていること、
を特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の圧力検出デバイスを備えていること、
を特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出デバイス、圧力検出デバイスを用いた電子機器、及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッケージ本体と、パッケージ本体の開口部を封止する蓋体と、パッケージ本体の内部に配設される圧力検出素子とを備え、圧力検出素子の一方の端部がパッケージ本体に固定され、他方の端部が自由端とする圧力検出デバイスが知られている。このような圧力検出デバイスは、受圧面である蓋体（ダイアフラムに相当する）が可撓性を有すると共に、蓋体と圧力検出素子の自由端側とを接続する棒状の圧力伝達部材を有して構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、圧力検出素子の長さ方向の両端を支持する中央枠部と、中央枠部を圧力検出素子の長さ方向の中央部で幅方向両側から梁（連結部）で支持する外枠部とを備え、パッケージのベース部とダイアフラムの外周縁部との間で外枠部が挟持されるようにして固定された圧力検出デバイスがある（例えば、特許文献２参照）。この圧力検出デバイスは、圧力検出素子の一方の端部がダイアフラムの凸部（圧力伝達部）に接続され、他方の端部はダイアフラムの周縁部に固定されている。そして、中央枠部の他方の端部側の自由端にはバランサーが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７５０３７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、蓋体の圧力追従性を高めるために円弧形状の波型凹凸部を設けているが、この波型凹凸部が円形に連続していないために、圧力伝達部材が傾いて圧力検出素子を押圧することがあり、圧力検出素子に捩れが発生したり、変位量が変化することで検出感度が高められないという課題を有している。
【０００６】
また、特許文献２では、連結部を支点、バランサーを力点、支点を挟んで圧力検出素子のバランサーとは反対側の端部を作用点としており、バランサーがダイアフラムから受ける重力によって変位する方向とは常に反対方向の力をダイアフラムに与えるために、ダイアフラムが受ける重力による変位を打ち消そうとしている。しかしながら、外部から加速度が加えられた場合には、その影響を十分に打ち消すことはできない。
【０００７】
さらに、上述した特許文献１及び特許文献２では、圧力検出素子が変位することによって圧力検出素子の共振周波数が変化することを利用している。しかし、圧力検出素子が圧電材料で形成されている場合には、圧力伝達部材によって圧力検出素子に直接押圧を加えることによって共振周波数が変化してしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る圧力検出デバイスは、パッケージ本体と、前記パッケージ本体の内部に固定される基部と前記基部に継手部を介して延出される可動部とを有するカンチレバーと、前記基部と前記可動部とに掛け渡されて固定された圧力検出素子と、を有する圧力検出器と、前記パッケージ本体の内部を気密封止するダイアフラムと、前記ダイアフラムの変位を前記カンチレバーに伝達する圧力伝達部と、を備えていることを特徴とする。
ここで、圧力検出素子は、変位することによって共振周波数が変化する素子であって、例えば、双音叉振動子が用いられる。
【００１０】
本適用例の圧力検出デバイスは、ダイアフラムに圧力が加えられるとダイアフラムが変位し、ダイアフラムの変位は圧力伝達部を介してカンチレバーに伝達され、カンチレバーが変位することによって圧力検出素子を変位させる。従って、圧力伝達部が、従来技術のように圧力検出素子を直接押圧しないことから、圧力検出素子に押圧力を加えることに起因する周波数変化を抑制でき、高精度な圧力検出を行うことができる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記圧力伝達部と前記カンチレバーとが当接しており、前記当接の位置が、前記可動部の前記圧力検出素子の幅方向中心線の延長上にあること、が好ましい。
【００１２】
カンチレバーは、基部と可動部との間に、可動部が変位しやすいように継手部を設けている。圧力伝達位置を、圧力検出素子の長さ方向先端よりも遠い位置に配置すれば、圧力検出素子に直接圧力を加える場合に比べて、継手部を変位の支点としたとき、支点から力点までの距離を長くとれるので、検出感度を高めることができる。
［適用例３］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記圧力検出素子と前記ダイアフラムとの間にが、前記カンチレバーが配置されていること、が好ましい。
【００１３】
このように、ダイアフラム側にカンチレバーを配置しているので、圧力検出素子の配置に規制されずに、圧力伝達部を任意の適切な位置に配置することができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記カンチレバーが、前記基部と前記可動部の周縁を取り巻くように前記可動部から延出された枠部を有し、前記枠部は、前記基部を挟んで前記可動部とは反対側の自由端にバランサー部を有し、前記基部に前記圧力検出器の重心があると共に、前記圧力伝達部による圧力伝達位置が、前記バランサー部にあること、が好ましい。
【００１５】
このような構成では、パッケージ本体に固定されるカンチレバーの基部を支点、バランサー部を力点、可動部を作用点と考えることができる。従って、圧力が加えられていないときには、バランサー部を設けることで基部を支点として圧力検出器の重力バランスが均衡するため、ダイアフラムが受ける重力による変位を打ち消すことができる。例えば、厚さ方向に加速度が加わったとき、力点と作用点はその逆方向に変位される。この際、力点側に加えられた力は、作用点では枠部を介して逆方向に働く。つまり、加えられた加速度による変位を打ち消すように作用するため。加速度の影響を抑制できる圧力検出デバイスを提供できる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記パッケージ本体と前記ダイアフラムによって構成される空間が、減圧されていること、が好ましい。
【００１７】
このように、パッケージ本体とダイアフラムによって構成される空間を減圧し、真空状態にすれば、この空間に圧力検出素子を配置することで、絶対圧力を高精度で検出可能な圧力検出デバイスを実現できる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記ダイアフラムが、前記パッケージ本体の周縁部に固定される固定部と、前記圧力伝達部の配置位置を中心とする略同心円の波型凹凸部と、を有すること、が好ましい。
【００１９】
同心円の波型凹凸部を有するダイアフラムは、平板型ベローズといえる。従って、単純平板のダイアフラムに比べて圧力に対する変位感度を高めることができる。
さらに、圧力伝達部を中心とする同心円で波型凹凸部を形成すれば、固定部の平面に対してほぼ垂直方向にダイアフラムを変位させることができるので、前述した特許文献１に比べ、圧力検出感度を高めることができる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記圧力伝達部は、一方の端部が前記ダイアフラムに固定され、他方の端部が前記カンチレバーに当接する圧力伝達部材であること、が好ましい。
【００２１】
このような圧力伝達部材は、例えば棒状部材を用いることが可能で、カンチレバーとダイアフラムとの距離の大小に対応しやすこと、平面位置の制約を受けにくいという利点がある。
【００２２】
［適用例８］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記圧力伝達部材は、一方の端部が前記ダイアフラムに固定され、他方の端部が前記カンチレバーに固定されていること、が好ましい。
【００２３】
このように、圧力伝達部材とカンチレバーとを圧力伝達部材で固定することにより、ダイアフラムの変位に対して圧力検出素子の追従性を高めることができる。
【００２４】
［適用例９］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、記圧力伝達部が、前記ダイアフラムに突設形成されていること、が好ましい。
【００２５】
このようにすれば、上述した圧力伝達部材はなくても、ダイアフラムの変位をカンチレバーに直接伝達させることが可能となる。
なお、このような圧力伝達部は、波型凹凸部の形成工程で形成することが可能であり、製造コスト面でも有効である。
【００２６】
［適用例１０］上記適用例に係る圧力検出デバイスにおいて、前記ダイアフラムに突設形成された圧力伝達部が、前記カンチレバーに固着されていること、が好ましい。
【００２７】
このような構成にしても、圧力伝達部材とカンチレバーとを固定する場合と同様な効果を奏する。
【００２８】
［適用例１１］本適用例に係る電子機器は、上記各適用例のいずれかに記載の圧力検出デバイスを備えていること、を特徴とする。
【００２９】
電子機器としては、例えば、スマートフォンやデジタルスチルカメラ等の携帯型電子機器がある。これらの携帯型電子機器に上記適用例に記載の圧力検出デバイスを用いることで、移動した場所の正確な気圧を測定することができる。また、気圧から高度差を求めることが可能であり、アウトドアでの使用に便利である。
【００３０】
［適用例１２］本適用例に係る移動体は、上記各適用例のいずれかに記載の圧力検出デバイスを備えていること、を特徴とする。
【００３１】
上述した圧力検出デバイスは、移動体の移動位置における圧力を検出することができる。例えば、気圧の変化によって酸素濃度が低下した場合に、燃料と空気の混合比を自動的に変更するシステム等に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態１に係る圧力検出デバイスを示し、（ａ）は上部外観平面図、（ｂ）は内部平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。
【図２】図１（ｂ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図。
【図３】圧力伝達部の第１実施例を示す部分断面図。
【図４】圧力伝達部の第２実施例を示す部分断面図。
【図５】実施形態２に係る圧力検出デバイスを示し、（ａ）はパッケージ内部の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図。
【図６】電子機器としてのスマートフォンを概略的に示す斜視図。
【図７】電子機器の他の具体例としてのデジタルスチルカメラを概略的に示す斜視図。
【図８】移動体の一具体例としての自動車を概略的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異ならせた模式図である。
（実施形態１）
【００３４】
図１は、実施形態１に係る圧力検出デバイス１を示し、（ａ）は上部外観平面図、（ｂ）は内部平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図１（ａ）に示すように、圧力検出デバイス１は、パッケージ本体１１の開口部が蓋体としてのダイアフラム７０によって気密封止されている。ダイアフラム７０は、周縁部の固定端部７２をパッケージ本体上部の周縁面１２ａに気密に固定されている。
【００３５】
ダイアフラム７０はＳＵＳ材等の薄板によって形成されており、後述する圧力伝達部としての圧力伝達部材７４の配置位置を中心とする同心円の波型凹凸部７１が形成されている。波型凹凸部７１の形成領域上面が受圧面である。
波型凹凸部７１は複数條形成されており、図示した線は、簡易的に凸部の頂点を表している。なお、圧力伝達部材７４の周囲の平端部７３は、圧力伝達部材７４の固定領域である。
【００３６】
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧力検出デバイス１は、パッケージ本体１１と、基部２１と基部２１に継手部２３を介して延出される可動部２２とを有するカンチレバー２０と、基部２１と可動部２２とに掛け渡されて両端部が固定された圧力検出素子３０と、を有する圧力検出器２と、パッケージ本体１１の開口部を気密封止するダイアフラム７０と、ダイアフラム７０の変位をカンチレバー２０に伝達する圧力伝達部としての圧力伝達部材７４と、を備えている。
【００３７】
パッケージ１０は、容器状のパッケージ本体１１と、蓋体としてのダイアフラム７０とから構成されている。パッケージ本体１１は、セラミックグリーンシートを積層し、焼成した酸化アルミニウム焼結体、水晶、ガラス、シリコン等によって形成されている。パッケージ本体１１の上部はパッケージ枠体部１２であって、パッケージ枠体部１２の周縁面１２ａにダイアフラム７０の固定端部７２が固定されている。ダイアフラム７０の固定手段としては、シームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材を用いることや、陽極接合を採用することが可能である。
【００３８】
圧力検出器２は、カンチレバー２０と圧力検出素子３０とから構成されている。
カンチレバー２０は、基部２１と、基部２１に継手部２３を介して延出された可動部２２を有し、基部２１から可動部２２の周縁に沿って延出される枠部２４とを有している。
【００３９】
カンチレバー２０は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて平板状に形成されている。基部２１、継手部２３、可動部２２、枠部２４の外形形状は、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成される。可動部２２と枠部２４との間は、両者を分割するスリット状の孔が設けられている。
なお、カンチレバー２０の材料は、水晶に限定するものではなく、ガラス、またはシリコンなどの半導体材料であってもよい。
【００４０】
継手部２３は、主面２０ａ，２０ｂ側からのハーフエッチングによって、基部２１と可動部２２とを区切るように、Ｘ方向に伸びる溝によって形成されている。継手部２３のＹ方向の断面形状（図１（ｃ）、参照）は略Ｈ字状を有している。
この継手部２３により、可動部２２は、主面２０ａ（２０ｂ）と交差する方向（Ｚ方向）に加わる圧力に応じて、継手部２３を支点（回転軸）にして主面２０ａと交差する方向（Ｚ方向）に変位することが可能となっている。
【００４１】
圧力検出素子３０は、図１（ｂ）に示すように、カンチレバー２０の基部２１と可動部２２とを結ぶ方向（Ｙ方向）に延出され、Ｘ方向に屈曲振動をする振動腕部３３，３４と、振動腕部３３，３４の両端部のそれぞれに形成された一対の接続基部３１，３２と、を有している。圧力検出素子３０は、２本の振動腕部３３，３４と一対の接続基部３１，３２とで二組の音叉を構成することから、双音叉素子（双音叉型振動片）とも呼ばれている。
圧力検出素子３０は、例えば、水晶の原石などから所定の角度で切り出された水晶基板を用いて、フォトリソグラフィー、エッチングなどの技術を用いて精度よく形成されている。
【００４２】
なお、圧力検出素子３０の材質は、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電材料、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を皮膜として備えたシリコンなどの半導体材料であってもよい。ただし、圧力検出素子３０は、カンチレバー２０との線膨張率の差を小さくすることを考慮すればカンチレバー２０と同じ材質にすることが望ましい。
【００４３】
圧力検出素子３０は、一方の接続基部３１が可動部２２の主面２０ｂ側に、例えば、低融点ガラス、共晶接合可能なＡｕ／Ｓｎ合金被膜などの接合部材６１を介して固定され、他方の接続基部３２は、基部２１の主面２０ｂ側に接合部材６１を介して固定されている。
本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、圧力検出素子３０は、カンチレバー２０のダイアフラム７０とは反対側の主面２０ｂに固定されている。すなわち圧力検出素子３０とダイアフラム７０との間にカンチレバー２０が配置された状態である。
なお、図１（ｃ）に示すように、圧力検出素子３０とカンチレバー２０との間には、可動部２２の変位時に圧力検出素子３０とカンチレバー２０とが互いに接触しないように、適切な隙間が設けられている。
【００４４】
圧力検出器２は、カンチレバー２０の枠部２４をパッケージ本体１１の内部の４隅に形成された段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆに載置して固定される。図１（ｂ）において斜線で表示した部分が、固定部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄである。固定部６０ｃ，６０ｄは、カンチレバー２０の基部２１の範囲に配置される。段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ、１１ｆのパッケージ本体１１の底面１１ａからの高さは同じであることから、圧力検出器２は、パッケージ本体１１の底面１１ａ（外側下面１１ｂ）にほぼ平行となる。
【００４５】
図１（ｂ）に示すように、圧力検出素子３０は、振動腕部３３，３４の図示しない励振電極（検出電極を兼ねる）から接続基部３２に形成された接続電極４１，４２が、Ａｕ、Ａｌなどの金属ワイヤー５０によって、基部２１の主面２０ａに設けられた引出し電極４３，４４と接続されている。詳述すると、接続電極４１は引出し電極４３と接続され、接続電極４２は引出し電極４４と接続されている。
なお、励振電極、接続電極４１，４２、引出し電極４３，４４は共に、Ｃｒを下地層とし、その上にＡｕが積層された構成となっている。
【００４６】
また、引出し電極４３は、パッケージ本体１１の段部１１ｅの上面に設けられた外部引出し電極５１と接合部材６２によって接続固定される（固定部６０ｃ）。引出し電極４４は、パッケージ本体１１の段部１１ｆの上面に設けられた外部引出し電極５２と接合部材６２によって接続固定される（固定部６０ｄ）。従って、固定部６０ｃ，６０ｄでは、接合部材６２は電気的接続のために、例えば導電性接着剤等が用いられる。なお、固定部６０ａ，６０ｂでは、電気的接続の必要がないため接合部材は制限されない。
【００４７】
図１（ｃ）に示すように、外部引出し電極５１，５２は、各々段部１１ｅ，１１ｆの上面からパッケージ本体１１を外部まで貫通し、側面を介してパッケージ本体１１の外側下面１１ｂまで延在されて、外部接続電極５３，５４を形成する。外部接続電極５３，５４は、外部回路から駆動信号を入力し、または外部回路に検出信号を出力する端子である。
なお、外部接続電極５３，５４とは反対側のパッケージ本体１１の外側下面１１ｂには、外部固定端子５５が形成されている。
【００４８】
パッケージ本体１１の内部に圧力検出器２を固定した後、ダイアフラム７０によってパッケージ本体１１の開口部を気密に封止する。前述したように、ダイアフラム７０の波型凹凸部７１の中央部には、カンチレバー２０に向かう圧力伝達部材７４が固定されている。圧力伝達部材７４は、一方の端部がダイアフラム７０に接合部材６３によって固定されており、他方の端部はカンチレバー２０に隙間なく当接されている。
【００４９】
圧力伝達部材７４による圧力検出器２への圧力伝達位置８０は、圧力検出素子３０のＸ方向の中心線上（図示Ａ−Ａ直線上）で、圧力検出素子３０から−Ｘ方向に離れた位置に設けられる。
【００５０】
圧力検出デバイス１は、ダイアフラム７０をパッケージ本体１１に固定した後、パッケージ１０の内部が減圧された状態（真空度の高い状態）で、パッケージ本体１１に開口された貫通孔１３にＡｕ／Ｇｅ合金、ハンダなどからなる封止材６５を投入し、加熱溶融後、固化することにより、パッケージ１０の内部が真空に近い状態に気密封止されている。
【００５１】
上述したように、圧力検出器２は、圧力検出素子３０がカンチレバー２０の裏面側（ダイアフラム７０に対して反対側）に固定される。この固定構造についてさらに詳述する。
図２は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ切断面を示す断面図である。図２に示すように、圧力検出器２はカンチレバー２０の基部２１で、パッケージ本体１１に形成された段部１１ｅ，１１ｆ上に固定される。段部１１ｅには外部引出し電極５１が形成され、段部１１ｆには外部引出し電極５２が形成されている。カンチレバー２０の基部２１には、引出し電極４３，４４が形成されており、引出し電極４３と外部引出し電極５１、引出し電極４４と外部引出し電極５２とが、接合部材６２によって電気的接続と機械的固定とを行っている。
【００５２】
また、圧力検出素子３０に形成された接続電極４１は、金属ワイヤー５０によって外部引出し電極５１に接続され、接続電極４２は金属ワイヤー５０によって外部引出し電極５２に接続される。従って、段部１１ｅと段部１１ｆの間は、圧力検出素子３０及び金属ワイヤー５０が、パッケージ本体１１に接触しない程度の空間が設けられる。
【００５３】
圧力検出素子３０の振動腕部３３，３４は、外部引出し電極５１，５２を経由して圧力検出素子３０の駆動電極に印加される駆動信号によって、所定の周波数で発振（共振）する。
そして、外部から加わる圧力によってダイアフラム７０が−Ｚ方向に変位し、ダイアフラム７０の変位を圧力伝達部材７４を介してカンチレバー２０の可動部２２を変位させることによって、圧力検出素子３０が−Ｚ方向に変位する。このことによって、圧力検出素子３０の共振周波数が変化する。この共振周波数の変化を圧力に換算すれば、圧力として検出することできる。パッケージ１０の内部は真空に近い状態にしているので、検出された圧力は、絶対圧力である。
【００５４】
なお、本実施形態では、波型凹凸部７１を同心円としているが、圧力伝達部材７４の配置位置（圧力伝達位置８０）を中心とする渦巻き形状としてもよい。
【００５５】
上述したように構成される圧力検出デバイス１によれば、圧力によって発生するダイアフラム７０の変位が圧力伝達部材７４を介してカンチレバー２０に伝達され、カンチレバー２０の変位によって圧力検出素子３０を変位させている。従って、圧力伝達部材７４が、従来技術のように圧電材料からなる圧力検出素子３０を直接押圧しないことから、圧力検出素子３０（圧電材料）に押圧力を加えることに起因する周波数変化を抑制でき、高精度な圧力検出を行うことができる。
【００５６】
また、圧力伝達位置８０を、カンチレバー２０の可動部２２に配置している。カンチレバー２０は、基部２１と可動部２２との間に、可動部２２が変位しやすいように継手部２３を設けている。従って、ダイアフラム７０の変位に追従しやすく、さらに、圧力伝達位置８０が、圧力検出素子３０のＹ方向先端よりも遠い位置に配置しているため、圧力検出素子３０に直接圧力を加える場合に比べて、継手部２３を変位の支点としたとき、支点から力点までの距離を長くとれるので、検出感度を高めることができる。
【００５７】
なお、圧力検出素子３０を、カンチレバー２０のダイアフラム７０の反対側の主面２０ｂ側に配置している。このようにすれば、圧力伝達部材７４を任意の適切な位置に配置することができる。また、圧力検出素子３０を、ダイアフラム７０側に配置する場合には、波型凹凸部７１の高さ（深さ）と、圧力検出素子３０の配置位置を配慮しなければならないことから、本実施形態のような構成の方がレイアウト上有利である。
【００５８】
また、パッケージ１０の内部空間１０ａを真空にしていることから、高感度、高精度な絶対圧力が測定可能な圧力検出デバイス１を実現できる。
【００５９】
また、ダイアフラム７０が、圧力伝達部材７４の配置位置（圧力伝達位置８０）を中心とする同心円の波型凹凸部７１を有している。従って、単純平板のダイアフラムに比べて圧力に対する変位感度を高めることができる。
さらに、波型凹凸部７１を圧力伝達部材７４を中心とする同心円で形成すれば、カンチレバー２０の主面２０ａに対してほぼ垂直方向にダイアフラム７０を変位させることができるので、前述した特許文献１に比べ、圧力伝達部材７４の傾きを抑え、圧力検出感度を高めることができる。
なお、波型凹凸部７１の波数（條数）は、図１（ｂ）では４本の場合を例示しているが、波数はこれよりも多くても少なくてもよく、凹凸の高さ（深さ）も、圧力検出値と変位量との関係から適切に選択すればよい。
【００６０】
続いて、ダイアフラム７０の変位を圧力検出器２に伝達する圧力伝達部の構成の具体的な実施例について説明する。なお、実施形態１と共通部分には、同じ符号を付している。
図３は、圧力伝達部の第１実施例を示す部分断面図である。図３（ａ）に示すように、圧力伝達部は、ダイアフラム７０の波型凹凸部７１の中央部に一端が固定され、他端がカンチレバー２０に当接された棒状の圧力伝達部材７４で構成されている。圧力伝達部材７４は、軸部７４ａと、鍔部７４ｂと、ダイアフラム７０に開口された貫通孔７３ａに挿通される固定端部７４ｃとを有している。圧力伝達部材７４の固定端部７４ｃとダイアフラム７０の平端部７３とが、接着剤やハンダ等の接合部材６３を用いて固定されている。
【００６１】
このような圧力伝達部材７４は棒状部材であって、カンチレバー２０の可動部２２との距離の大小に対応しやすいこと、平面位置（圧力伝達位置８０の位置）の規制を受けにくいという利点がある。
【００６２】
図３（ｂ）に示す実施例は、第１実施例の圧力伝達部材７４の先端部がカンチレバー２０に固定される構成である。カンチレバー２０（可動部２２）の主面２０ａには、凹部２２ｂが穿設されており、圧力伝達部材７４の先端部は、凹部２２ｂの深さ範囲に配置され、接着剤等の接合部材６４によってカンチレバー２０に固定されている。
【００６３】
このように、ダイアフラム７０とカンチレバー２０（具体的には、可動部２２）との間を圧力伝達部材７４で固定すれば、ダイアフラム７０の変位に対して圧力検出素子３０の追従性を高めることができる。
【００６４】
続いて、ダイアフラム７０の変位を圧力検出器２に伝達する圧力伝達部の構成の第２実施例について説明する。なお、実施形態１と共通部分には、同じ符号を付している。
図４は、圧力伝達部の第２実施例を示す部分断面図である。図４（ａ）に示すように、圧力伝達部７５は、ダイアフラム７０の波型凹凸部７１の中央部がカンチレバー２０に向かって突設形成されている。圧力伝達部７５は、頂部においてカンチレバー２０（可動部２２）の主面２０ａに当接されている。なお、圧力伝達部材７４の頂部形状は、平坦でもドーム形状であってもよい。
【００６５】
このようにすれば、第１実施例のような圧力伝達部材７４を介在させずに、ダイアフラム７０の変位をカンチレバー２０に直接伝達させることが可能となる。
なお、このような圧力伝達部７５は、波型凹凸部７１の形成工程で形成することが可能であり、製造コスト面でも有効である。
【００６６】
図４（ｂ）に示す実施例は、第２実施例の圧力伝達部７５の先端部（頂部）がカンチレバー２０に固定されている構成である。圧力伝達部７５のカンチレバー２０（可動部２２）の主面２０ａとの当接部は、貫通孔７６が開口されており、貫通孔７６を介してカンチレバー２０と圧力伝達部７５とが接着剤等の接合部材６４によって固定されている。
【００６７】
このように、ダイアフラム７０とカンチレバー２０（具体的には、可動部２２）との間を圧力伝達部７５で固定すれば、ダイアフラム７０の変位に対して圧力検出素子３０の追従性を高めることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、パッケージ１０の内部空間１０ａを真空に近い状態に減圧しているが、パッケージ１０の内部空間１０ａを外気圧とほぼ同じにしておけば、相対圧検出デバイスとすることができる。
（実施形態２）
【００６９】
続いて、実施形態２に係る圧力検出デバイス１００について説明する。実施形態２は、カンチレバーにバランサー部を設けたことに特徴を有する。なお、実施形態１との共通部分には同じ符号を付して説明する。
図５は、実施形態２に係る圧力検出デバイス１００を示し、（ａ）はパッケージ内部の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、圧力検出デバイス１００は、パッケージ本体１１１と、基部１２１と基部１２１に継手部１２３を介して延出される可動部１２２とを有するカンチレバー１２０と、基部１２１と可動部１２２とに掛け渡されて両端部（接続基部３１，３２）が固定される圧力検出素子３０とを有する圧力検出器１０２と、パッケージ本体１１１の内部空間１１０ａを気密に封止するダイアフラム１７０と、ダイアフラム１７０の変位をカンチレバー１２０に伝達する圧力伝達部材７４と、を備えている。
【００７０】
カンチレバー１２０は、基部１２１と可動部１２２の周縁を取り巻くように、可動部１２２の端部（基部１２１の反対側端部）から延出された枠部１２４を有している。この枠部１２４は、基部１２１を挟んで可動部１２２とは反対側の自由端にバランサー部１２５を有している。圧力検出器１０２の重心位置に基部１２１が配置されており、バランサー部１２５と可動部１２２とが枠部１２４で接続されている。枠部１２４は、パッケージ本体１１１には接合されておらず、浮いた状態である。
【００７１】
圧力検出素子３０とカンチレバー１２０との固定構造、接続電極４１，４２と引出し電極４３，４４との接続構造は実施形態１と同じ構造が用いられるので説明を省略する。
パッケージ本体１１１の内側底面１１１ａには基部１２１が固定される支持台部１１１ｇが突設されている。この支持台部１１１ｇにおいて圧力検出器１０２が固定されることから、圧力検出器１０２は、基部１２１を支点とする梃子のような構造を有し、バランサー部１２５に圧力伝達位置１８０があることから、この圧力伝達位置１８０を力点、可動部１２２（概ね圧力検出素子３０の接続基部３１の位置）を作用点と考えることができる。
【００７２】
本実施形態のダイアフラム１７０は、前述した実施形態１と同様な構成を有し、ＳＵＳ材等の薄板によって形成されている。ダイアフラム１７０には、圧力伝達部としての圧力伝達部材７４の配置位置（圧力伝達位置１８０）を中心とする同心円の波型凹凸部１７１が形成されている。波型凹凸部１７１の形成領域上面が受圧面である。なお、圧力伝達部材７４の周囲の平端部１７３は、圧力伝達部材７４の固定領域である。ダイアフラム１７０は、パッケージ本体１１１の周縁面１１２ａに固定される。なお、周縁面１１２ａは、パッケージ本体１１１の一部であるパッケージ枠体部１１２の上面を指す。
【００７３】
圧力伝達部材７４は、一方の端部がダイアフラム７０を貫通した状態で接合部材６３によってダイアフラム１７０に固定されており、他方の端部はカンチレバー１２０に隙間なく当接されている。
圧力伝達位置１８０は、圧力検出素子３０のＹ方向の中心線上（図示Ａ−Ａ直線上）で、圧力検出素子３０からＸ方向に離れたバランサー部１２５に配置される。
圧力検出デバイス１００は、ダイアフラム１７０をパッケージ本体１１１に固定した後、パッケージ１１０の内部を減圧（真空度の高い状態）する。
【００７４】
なお、本実施形態では、圧力検出素子３０は、カンチレバー１２０のダイアフラム１７０側の主面１２０ａに固定されているが、実施形態１と同様に、カンチレバー１２０の主面１２０ｂに固定する構造としてもよい。
【００７５】
接続電極４１，４２と引出し電極４３，４４との構成及び接続構造は実施形態１と同じ構造を用いているが、引出し電極４３，４４それぞれは、図示しないリード電極を介して、外部接続電極５３，５４に接続されている。また、外部接続電極５３，５４とは反対側のパッケージ本体１１１の外側下面１１１ｂには、外部固定端子５５が形成されている。
【００７６】
圧力検出素子３０の振動腕部３３，３４は、引出し電極４３，４４を経由して駆動電極に印加される駆動信号によって、所定の周波数で発振（共振）する。
そして、ダイアフラム１７０に圧力が加わりダイアフラム１７０が−Ｚ方向に変位すると、圧力伝達部材７４を介してカンチレバー１２０のバランサー部１２５が、−Ｚ方向に変位する。基部１２１は固定されており、枠部１２４は固定されていないことから、バランサー部１２５の変位は枠部１２４を介して可動部１２２を＋Ｚ方向に変位させる。圧力検出素子３０は、可動部１２２の変位に追従して＋Ｚ方向に変位する。このことによって、圧力検出素子３０の共振周波数が変化する。この共振周波数の変化を圧力に換算すれば、ダイアフラム１７０の変位を圧力として検出することできる。パッケージ１１０の内部は真空に近い減圧状態にしているので、検出された圧力は絶対圧力である。
【００７７】
圧力検出デバイス１００が静止状態の場合、圧力検出器１０２は、カンチレバー１２０の基部１２１に重心があるように固定されていることから、圧力検出器１０２は平衡状態にあるため、ダイアフラム１７０の重力の影響は受けない。
【００７８】
なお、ダイアフラム１７０の変位を圧力検出器１０２に伝達する圧力伝達部の構成は、前述した実施形態１の第１実施例（図３、参照）、第２実施例（図４、参照）を適用可能である。
【００７９】
以上説明した実施形態２によれば、圧力検出器１０２は、基部１２１を支点とする梃子のような構造を有し、バランサー部１２５に圧力伝達位置８０があることから、この圧力伝達位置８０を力点、可動部１２２（概ね圧力検出素子３０の接続基部３１の位置）を作用点と考えることができる。従って、支点位置に圧力検出器１０２の重心を配置していることから、圧力検出デバイス１００が静止状態の場合、圧力検出器１０２は平衡状態にあり、重力の影響は受けない。
【００８０】
例えば、−Ｚ方向に加速度が加わったとき、力点と作用点は＋Ｚ方向に変位する。この際、力点側に加えられた力は、作用点では枠部１２４を介して逆方向に働く。つまり、加えられた加速度による変位を打ち消すように作用するため。加速度の影響を抑制できる圧力検出デバイス１００を提供できる。
（電子機器）
【００８１】
続いて、前述した圧力検出デバイスを用いた電子機器について、例をあげ説明する。
なお、以下に説明する圧力検出デバイスとしては、実施形態１による圧力検出デバイス１または実施形態２による圧力検出デバイス１００と共に使用可能であるが、圧力検出デバイス１を例示して説明する。
図６は、電子機器としてのスマートフォン２０１を概略的に示す斜視図である。スマートフォン２０１には、圧力検出デバイス１が組み込まれている。スマートフォン２０１に用いる圧力検出デバイス１は、気圧測定または気圧をベースとした高度測定を行うものであって、圧力検出デバイス１の検出信号は、例えばマイクロコンピューターチップ（ＭＰＵ）２０２に供給される。ＭＰＵ２０２は、検出信号を演算処理して気圧に変換して表示させ、または、高度に変換して測定値を表示することができる。
【００８２】
図７は、電子機器の他の具体例としてのデジタルスチルカメラ（以下「カメラ」という）２０３を概略的に示す斜視図である。カメラ２０３には、圧力検出デバイス１が組み込まれている。カメラ２０３に用いる圧力検出デバイス１は、気圧測定または気圧をベースとした高度測定を行うものであって、圧力検出デバイス１の検出信号は、例えばマイクロコンピューターチップ（ＭＰＵ）２０４に供給される。ＭＰＵ２０４は、検出信号を演算処理して気圧に変換して表示させ、または、高度に変換して測定値を表示することができる。
【００８３】
なお、カメラ２０３が、水中での撮影が可能な水中カメラの場合には、圧力検出デバイス１の測定レンジを水圧測定対応にすれば、水圧測定と、水圧をベースにした水深測定が可能なカメラを実現できる。
【００８４】
以上例示したスマートフォン２０１やカメラ２０３のような携帯電子機器に上記圧力検出デバイス１を搭載すれば、移動した場所の正確な気圧、高度、水圧、及び水深を測定することができ、アウトドアでの使用シーンに便利である。
（移動体）
【００８５】
続いて、前述した圧力検出デバイス１を用いた移動体について説明する。
図８は、移動体の一具体例としての自動車２０６を概略的に示す斜視図である。自動車２０６には、圧力検出デバイス１が組み込まれている。圧力検出デバイス１は、移動体の移動位置における気圧を検出することができる。例えば、気圧の変化によって酸素濃度が低下した場合に、燃料と空気の混合比を自動的に変更するシステム等に応用できる。
【００８６】
また、前述した圧力検出デバイス１，１００は、外形が直方体の場合を例示したが、パッケージを筒形状にすることに加えて、気密性を高めること、測定レンジを適宜選択することによって、多方面で使用することが可能である。
例えば、各種フィルターの目詰まり監視センサー、カーエアコンにおけるコンプレッサーの内圧力をモニターしてエンジンコントロールにフィードバックすること、トランスミッション機構内の油圧コントロール、ブレーキの油圧ユニットの圧力をモニター等々に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…圧力検出デバイス、２…圧力検出器、１０…パッケージ、１１…パッケージ本体、２０…カンチレバー、２１…（カンチレバーの）基部、２２…（カンチレバーの）可動部、２３…（カンチレバーの）継手部、３０…圧力検出素子、７０…ダイアフラム、７１…ダイアフラムの波型凹凸部、７４…圧力伝達部材。
【図１】
2014020785.tif 000003
【図２】
2014020785.tif 000004
【図３】
2014020785.tif 000005
【図４】
2014020785.tif 000006
【図５】
2014020785.tif 000007
【図６】
2014020785.tif 000008
【図７】
2014020785.tif 000009
【図８】
2014020785.tif 000010