(57)【要約】      （修正有）【課題】感圧素子の動作不良の発生を抑制し、信頼性の高い圧力センサー、液位計および警報システムを提供する。【解決手段】液位計は、受圧面３０に圧力を受けて変位する変位部３１を有する受圧部と、変位部３１に基部５１が固定されている圧電振動子５と、受圧部の外縁部と接続され受圧部を保持するリング部２１と、受圧面３０の裏面側で変位部３１の一部を覆うように配置され、受圧面３０の裏面側にあるベース部２２とを有する保持部材２と、を備え、保持部材２は、受圧面３０とベース部２２とが重なる方向で見たとき、受圧面３０と重なる領域に設けられ、単位面積あたりの質量が互いに異なる重質量部９と軽質量部８とを含んでいる。【選択図】図５
2014153335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧面に圧力を受けて変位する変位部を有する受圧部と、
前記変位部に基部が固定されている感圧素子と、
前記受圧部の外縁部と接続され前記受圧部を保持する固定部と、前記受圧面の裏面側で前記変位部の一部を覆うように配置され、前記受圧面の裏面側にあるベース部とを有する保持部材と、を備え、
前記保持部材は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向で見たとき、前記受圧面と重なる領域に設けられ、単位面積あたりの質量が互いに異なる重質量部と軽質量部とを含むことを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記軽質量部は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向の厚みが、前記重質量部よりも小さい薄肉部を有する請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記薄肉部は、両端が開放している溝が形成されている部分である請求項２に記載の圧力センサー。
【請求項４】
前記溝に、錘が配置されている請求項３に記載の圧力センサー。
【請求項５】
前記錘は、前記保持部材と一体的に形成されている請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項６】
前記錘は、接着部を介して固定されている請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項７】
前記保持部材は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向に貫通し、前記重質量部と前記軽質量部との境界に設けられている孔であって、前記感圧素子の一部が配置されている孔を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサーを備えることを特徴とする液位計。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサーを備えることを特徴とする警報システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー、液位計および警報システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水圧計、気圧計、差圧計等の物理量検出器（圧力センサー）としては、受ける圧力に応じて変形するダイアフラムと、ダイアフラムの変形に伴って応力を受ける圧電振動子とを備え、圧電振動子の発振周波数帯の変化に基づいて圧力を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に記載の圧力センサーのダイアフラムには、中央領域と、周縁領域と、それらの間に位置し、可撓性を有する可撓領域とが設けられており、中央領域（変位部）が圧力に応じて厚さ方向に変位する。また、圧電振動子は、１対の基部と、この１対の基部間に設けられた振動部とを有する。そして、１対の基部は、ダイアフラムが撓む方向に並んで配置されるとともに、一方の基部がダイアフラムの中央領域に接続され、他方の基部がダイアフラムの外周領域に柱状の支持部材を介して接続されている。
このように、圧電振動子は、ダイアフラムに立設するよう構成されているが、ダイアフラムの撓みに伴って、圧電振動子の発振周波数帯が変化するとき、圧電振動子の発振周波数帯と、支持部材の共振周波数とが近接するおそれがある。これにより、圧電振動子の発振停止を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４８７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、感圧素子の動作不良の発生を抑制し、信頼性の高い圧力センサー、液位計および警報システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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］
本発明の圧力センサーは、受圧面に圧力を受けて変位する変位部を有する受圧部と、
前記変位部に基部が固定されている感圧素子と、
前記受圧部の外縁部と接続され前記受圧部を保持する固定部と、前記受圧面の裏面側で前記変位部の一部を覆うように配置され、前記受圧面の裏面側にあるベース部とを有する保持部材と、を備え、
前記保持部材は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向で見たとき、前記受圧面と重なる領域に設けられ、単位面積あたりの質量が互いに異なる重質量部と軽質量部とを含むことを特徴とする。
これにより、感圧素子の発振周波数帯と保持部材の共振周波数とが近接するのを抑制することができ、よって、感圧素子の発振停止を防止することができる。その結果、信頼性の高い圧力センサーが得られる。
【０００６】
［適用例２］
本発明の圧力センサーでは、前記軽質量部は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向の厚みが、前記重質量部よりも小さい薄肉部を有するが好ましい。
これにより、感圧素子の発振周波数帯と保持部材の共振周波数とが近接するのをより確実に抑制することができる。
【０００７】
［適用例３］
本発明の圧力センサーでは、前記薄肉部は、両端が開放している溝が形成されている部分であることが好ましい。
これにより、両端が、それぞれ、保持部材の側面に開放する溝を形成するという簡単な構成で、感圧素子の発振周波数帯と保持部材の共振周波数とが近接するのを確実に抑制することができる。
［適用例４］
本発明の圧力センサーでは、前記溝に、錘が配置されていることが好ましい。
これにより、錘の配置を変えることによって、軽質量部の単位面積当たりの質量を容易に調整することができる。
【０００８】
［適用例５］
本発明の圧力センサーでは、前記錘は、前記保持部材と一体的に形成されていることが好ましい。
これにより、錘を保持部材に配置する工程を省略することができる。また、錘や保持部材の構造の簡略化を図ることができる。
【０００９】
［適用例６］
本発明の圧力センサーでは、前記錘は、接着部を介して固定されていることが好ましい。
これにより、錘を保持部材に固定する際、用途に応じて接着部を適宜選択することができる。また、保持部材とは異なる材質の錘を用いることができる。
【００１０】
［適用例７］
本発明では、前記保持部材は、前記受圧面と前記ベース部とが重なる方向に貫通し、前記重質量部と前記軽質量部との境界に設けられている孔であって、前記感圧素子の一部が配置されている孔を有するのが好ましい。
これにより、感圧素子の発振周波数帯と保持部材の共振周波数とが近接するのをより確実に抑制することができる。
【００１１】
［適用例８］
本発明の液位計は、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液位計が得られる。
［適用例９］
本発明の警報システムは、本発明の圧力センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い警報システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液位計の全体構成を示す断面斜視図である。
【図２】図１に示す液位計が備える感圧ユニットの斜視図である。
【図３】図１に示す圧電振動子の斜視図である。
【図４】図１に示す保持部材の平面図である。
【図５】図４中のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る液位計が備える保持部材の縦断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る液位計が備える保持部材の縦断面図である。
【図８】本発明の警報システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の圧力センサー、液位計および警報システムについて、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
［液位計］
まず、本発明の液位計および本発明の圧力センサーについて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る液位計の全体構成を示す断面斜視図、図２は、図１に示す液位計が備える感圧ユニットの斜視図、図３は、図１に示す圧電振動子の斜視図、図４は、図１に示す保持部材の平面図、図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図１に示すように、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に平行な方向を、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向と言う。また、図１および図２中の上側（＋Ｚ側）を「上」、下側（−Ｚ側）を「下」ともいう。
【００１４】
図１に示す液位計１は、ハウジング１１と、感圧ユニット１２と、回路ユニット１３と、キャップ１４と、ケーブル１５と、封止部材１６とを備えている。
この液位計１は、例えば、海、河川、湖、ダム（ダム湖）、貯留池、農業用水、工業用水等に配置して使用され、ダイアフラム３が受ける液圧に基づいてその液位を検知する装置である。なお、液位計１は、この他にも、液位を検知する手段として各種分野に広く用いることができ、例えば、タンカーのバラストタンク内に配置すれば、バラスト水の水位を検知することができる。また、液位計１を用いることができる液体としては、特に限定されず、例えば、海水、淡水等の各種水、ホルムアルデヒド水溶液（ホルマリン）、ナトリウム水溶液等の各種化学薬品等が挙げられる。
【００１５】
以下、液位計１を構成する各部について順に説明する。
（ハウジング）
ハウジング１１は、有底筒状をなしている。
このハウジング１１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、金属材料、セラミックス材料等が挙げられる。
このようなハウジング１１内には、感圧ユニット１２および回路ユニット１３が配置されている。
【００１６】
感圧ユニット１２は、保持部材２と、ダイアフラム（受圧部）３と、固定部材４と、感圧素子としての圧電振動子５と、支持体６とを備える。
保持部材２およびダイアフラム３は、ハウジング１１の一端開口を封止している。
また、固定部材４、圧電振動子５および支持体６は、ハウジング１１の内側に配置されている。そして、圧電振動子５は、固定部材４を介してダイアフラム３に接続されるとともに、支持体６を介して保持部材２に接続されている。
この感圧ユニット１２は、ダイアフラム３が受けた圧力に応じて圧電振動子５の発振周波数帯が変化する。なお、感圧ユニット１２の構成については、後に詳述する。
【００１７】
（キャップ）
また、ハウジング１１の一端部には、キャップ１４が取り付けられている。このキャップ１４には、流体が流通可能な流通口１４１が形成されている。これにより、流通口１４１を介してキャップ１４内へ流入する流体の圧力が感圧ユニット１２のダイアフラム３に印加される。
また、感圧ユニット１２の圧電振動子５には、図示しない配線を介して回路ユニット１３が電気的に接続されている。
【００１８】
（回路ユニット）
この回路ユニット１３は、例えば回路基板および電子部品（ＩＣ）等で構成されている。そして、回路ユニット１３は、圧電振動子５を駆動する機能と、圧電振動子５の発振周波数に基づいて圧力を検出する機能とを有する。
このような回路ユニット１３には、ケーブル１５を介して、ハウジング１１の外部に設置された機器（図示せず）に電気的に接続されている。これにより、かかる機器にて液位計１の検出結果を取得することができる。
【００１９】
（ケーブル）
このケーブル１５は、ハウジング１１の他端部に形成された貫通孔に挿通されている。  また、ケーブル１５とハウジング１１との間は、例えばゴム材料で構成された封止部材１６により封止されている。
このような液位計１では、ハウジング１１の内部空間が例えば減圧状態または不活性封入状態で封止されている。
ここで、図２および図３に基づいて、感圧ユニット１２の構成について詳述する。
感圧ユニット１２は、前述したように、保持部材２と、ダイアフラム３と、固定部材４と、圧電振動子５と、支持体６とを備える。
【００２０】
（感圧ユニット）
以下、感圧ユニット１２を構成する各部を順次詳細に説明する。
―保持部材―
保持部材２は、ダイアフラム３を保持するものである。なお、以下の説明では、図２に示すダイアフラム３のＺ軸方向正側の面を裏面という。
この保持部材２は、板状をなし、ダイアフラム３の外縁部と接続されダイアフラム３を保持するリング状のリング部（固定部）２１と、受圧面３０の裏面側で変位部３１の一部を覆うように配置され、リング部２１から内側に突出する突出部（ベース部）２２とを有する。
【００２１】
リング部２１は、前述したハウジング１１の一端開口部に接合されている。このリング部２１とハウジング１１との接合は、例えば、溶接、ろう材、接着剤等により行われるが、液密的または気密的な接合であることが好ましい。
また、リング部２１の内周部には、その全周にわたって下方に突出する凸条２４が形成されている。
この凸条２４は、後述するダイアフラム３の外周部３２と溶接により接合される部分である。特に、凸条２４は、薄肉（幅狭）に形成されている。これにより、比較的少ない熱量で凸条２４とダイアフラム３とを溶接により接合することができる。
【００２２】
また、凸条２４の幅（肉厚）は、ダイアフラム３の外周縁部（溶接部）の厚さに応じて決定されるものであり、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。これに対し、かかる幅が薄すぎると、保持部材２とダイアフラム３との接合部の機械的強度が低下する場合がある。一方、かかる幅が厚すぎると、保持部材２とダイアフラム３との溶接による熱量が大きくなり、溶接後のダイアフラム３に生じる残留応力が大きくなる傾向を示す。
【００２３】
また、凸条２４の高さ（−Ｚ方向への突出量）は、ダイアフラム３の寸法、溶接しろ等に応じて決定されるものであり、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。これに対し、かかる高さが低すぎると、保持部材２とダイアフラム３との溶接による熱量が大きくなり、溶接後のダイアフラム３に生じる残留応力が大きくなる傾向を示す。一方、かかる高さが高すぎると、凸条２４の幅や構成材料等によっては、保持部材２とダイアフラム３との接合部の機械的強度が低下する場合がある。
【００２４】
このようなリング部２１の上側（ダイアフラム３とは反対側）には、内側（中心側）に向けて突出する突出部２２が設けられている。
この突出部２２は、後述する支持体６の柱部材６１、６２が固定される。これにより、液位計１の検出精度を優れたものとすることができる。
さらに、保持部材２が突出部２２を有することにより、保持部材２の剛性を高めることができる。そのため、保持部材２の変形によるダイアフラム３および支持体６の不本意な変形を防止することもできる。
【００２５】
また、突出部２２は、リング部２１の全周にわたって形成され、環状をなしている。これにより、突出部２２の内側の後述の貫通孔（孔）２３を通じて圧電振動子５の基部５１とダイアフラム３との接続を許容しつつ、保持部材２の剛性を効果的に高めることができる。
また、突出部２２は、後述する支持体６の柱部材６１、６２を接合するための面（接合面、固定部）２２１、２２２を有する。この面２２１、２２２は、それぞれ、ＸＺ平面に平行となるように形成されている。
突出部２２の中央部２２０Ａには、固定部材４および圧電振動子５の基部５１が配置される貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３は、平面視で円形をなし、保持部材２の厚さ方向に貫通して形成されている。
【００２６】
このような保持部材２の構成材料としては、特に限定されないが、耐腐食性に優れたものを用いるのが好ましく、例えば、ステンレスのような金属材料、セラミックス材料等を用いるのが好ましい。
また、保持部材２の構成材料としては、後述するダイアフラム３の構成材料と同一または近接した熱膨張係数を有する材料を用いるのが好ましい。これにより、ダイアフラムの熱歪みを防止または抑制することができる。また、後述する支持体６の梁部材６３の構成材料を保持部材２またはダイアフラム３の構成材料と同一または近似した材料とすることにより、圧電振動子５の熱歪みを低減することができる。
なお、保持部材２は、本実施形態ではハウジング１１と別体で構成されているが、ハウジング１１と一体形成されていてもよい。すなわち、リング部２１および突出部２２がハウジング１１の一部であってもよい。
【００２７】
―ダイアフラム―
ダイアフラム３は、受圧面（図２中下側の面）３０に圧力を受けて変位する変位部３１と、変位部３１の外周に設けられた外周部３２とを有する。
変位部３１は、その中央部がＺ軸方向に変位し得るように、外周部が撓み変形可能に構成されている。
また、変位部３１は、前述した保持部材２の突出部２２に対してＺ軸方向に離間している。これにより、変位部３１のＺ軸方向での変位が許容される。
【００２８】
外周部３２は、前述した保持部材２のリング部２１と溶接により接合される部分である。
外周部３２は、変位部３１の外周部から下側（＋Ｚ軸方向）に突出している。このような外周部３２を設けることにより、ダイアフラム３の剛性を高め、ダイアフラム３の不本意な変形を抑えるとともに、ダイアフラム３の保持部材２との接合部（溶接しろ）の面積を大きくすることができる。
特に、外周部３２は、薄肉（幅狭）に形成されている。これにより、比較的少ない熱量で外周部３２と保持部材２とを溶接により接合することができる。
【００２９】
また、外周部３２の幅（肉厚）は、特に限定されないが、ダイアフラム３の製造が容易であるという観点から、変位部３１の厚さと等しいのが好ましく、具体的には、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。これに対し、かかる幅が薄すぎると、保持部材２とダイアフラム３との接合部の接合強度やダイアフラム３の機械的強度が低下する場合がある。一方、かかる幅が厚すぎると、保持部材２とダイアフラム３との溶接による熱量が大きくなり、溶接後のダイアフラム３に生じる残留応力が大きくなる傾向を示す。
【００３０】
また、外周部３２の高さ（−Ｚ方向への突出量）は、ダイアフラム３の寸法、溶接しろ等に応じて決定されるものであり、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるのがより好ましい。これに対し、かかる高さが低すぎると、保持部材２に溶接したダイアフラム３の不本意な変形により液位計１の検出精度の低下を招いたり、ダイアフラム３と保持部材２との接合部の接合強度が低下したりする場合がある。一方、かかる高さが高すぎると、保持部材２の大型化を招いたり、ダイアフラム３の製造が難しくなったりする場合がある。
【００３１】
このようなダイアフラム３の構成材料としては、特に限定されないが、耐腐食性に優れたものを用いるのが好ましく、例えば、ステンレスのような金属材料、セラミックス材料等を用いるのが好ましい。ダイアフラム３を金属材料で構成する場合、金属板をプレス加工することによりダイアフラム３を形成することができる。また、ダイアフラム３を水晶やシリコーン等の単結晶体で構成することもできる。この場合、単結晶体をエッチングすることによりダイアフラム３を形成することができる。
【００３２】
―固定部材（固定部）―
固定部材４は、前述したダイアフラム３の上面の中央部に接合（固着）されている。また、固定部材４は、前述した保持部材２の貫通孔２３内に挿通されている。
固定部材４には、後述する圧電振動子５の基部５１が接合されている。
この固定部材４は、後述する圧電振動子５の基部５１をダイアフラム３に対して固定するための面（接合面）４１を有する。この面４１は、ＸＺ平面に平行となるように形成されている。
このような固定部材４を介して圧電振動子５をダイアフラム３に対して固定することにより、比較的簡単な構成で、ダイアフラム３の変位部３１が変位する方向（Ｚ軸方向）における後述する支持体６の柱部材６１、６２および圧電振動子５の長さを揃えることができる。
【００３３】
より具体的に説明すると、Ｚ軸方向における圧電振動子５の下端の位置と柱部材６１、６２の下端の位置とを揃えることができる。言い換えると、支持体６が固定されている突出部２２の固定部と、圧電振動子５の基部５１の並ぶ方向は、変位部３１が変位する方向に対して直交している。そのため、Ｚ軸方向における圧電振動子５の長さと柱部材６１、６２の長さを等しくするとともに、Ｚ軸方向における圧電振動子５の上端の位置と柱部材６１、６２の上端の位置とを揃えることができる。
その結果、圧電振動子５の圧電体および柱部材６１、６２を互いに同じ材料（同じ線膨張係数の材料）で構成することにより、Ｚ軸方向における圧電振動子５および柱部材６１、６２の熱膨張量または熱収縮量を等しくすることができる。
【００３４】
また、固定部材４の面４１に圧電振動子５を接合することにより、圧電振動子５の主面がＸＺ平面に平行となるように、圧電振動子５を設置することができる。
このような固定部材４の構成材料としては、特に限定されないが、ダイアフラム３と固定部材４との熱膨張係数差を小さくするという観点から、ダイアフラム３の構成材料と同じ材料を用いるのが好ましい。
【００３５】
―圧電振動子―
図２および図３に示すように、圧電振動子５は、圧電基板５０と、圧電基板５０に形成された一対の励振電極５６、５７とを有している。
圧電基板５０は、Ｚ軸方向に離間して配置された一対の基部５１、５２と、基部５１、５２の間に設けられ、これらを連結する一対の振動腕５４、５５とを有している。基部５１、５２のうち、上側に位置する基部５２は、前述したように梁部材６３の主面６３ａに接合されており、下側に位置する基部５１は、前述したように固定部材４の接合面４１に接合されている。また、振動腕５４、５５は、それぞれ、Ｚ軸方向に延在する棒状をなしており、これらの上端がそれぞれ基部５２に接続され、下端がそれぞれ基部５１に接続されている。また、振動腕５４、５５は、Ｘ軸方向に並んで設けられている。
このような圧電基板５０の構成材料としては、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の各種圧電材料を用いることができる。これらの中でも、圧電基板５０の構成材料としては、水晶を用いることが好ましい。圧電基板５０を水晶で構成することによって、他の材料で構成した場合と比較して、温度特性に優れた圧電振動子５となる。
【００３６】
図３に示すように、励振電極５６は、振動腕５４、５５上に形成された複数の電極片５６ａと、基部５２上に形成され、各電極片５６ａと電気的に接続されている端子電極５６ｂとを有している。同様に、励振電極５７は、振動腕５４、５５上に形成された複数の電極片５７ａと、基部５２上に形成され、各電極片５７ａと電気的に接続されている端子電極５７ｂとを有している。
【００３７】
電極片５６ａ、５７ａは、振動腕５４、５５の長手方向および周方向のそれぞれの方向について交互に位置するように形成されており、かつ、振動腕５４と振動腕５５とで配置が逆となるように形成されている。また、電極片５６ａ、５７ａは、振動腕５４、５５の長手方向に沿って交互に計３つ形成されている。言い換えれば、振動腕５４、５５５は、それぞれ、長手方向に並ぶ３つの振動領域を有しており、振動領域度毎に、電極片５６ａ、５７ａが形成されている。このように、振動腕５４、５５に、３つの振動領域を形成することにより、より効率的に振動腕５４、５５を振動させることができる。そのため、優れた受圧感度を発揮することのできる感圧ユニット１２となる。
【００３８】
このような励振電極５６、５７の構成としては、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）等からなる下地層と、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等からなる電極層とが積層した積層構造とするのが好ましい。このような構成によれば、圧電基板５０との密着性に優れ、かつ、導電性に優れた励振電極５６、５７を形成することができる。
【００３９】
以上、圧電振動子５の構成について説明した。このような圧電振動子５では、励振電極５６、５７間に交番電圧を印加すると、振動腕５４、５５が接近、離間を繰り返すように、固有の発振周波数にて面内振動（ＸＺ平面内振動）する。ここで、前述のように、基部５１は、ダイアフラム３の変位部３１と共にＺ軸方向に変位する固定部材４に固定されている。そのため、変位部３１がＺ軸方向に変位すると、振動腕５４、５５に圧縮応力または引張応力が加わって、加わった応力に応じて振動腕５４、５５の発振周波数が変化する。具体的には、変位部３１が＋Ｚ軸方向に変位すれば、振動腕５４、５５に圧縮応力が加わり、振動腕５４、５５の発振周波数が小さくなり、反対に、変位部３１が−Ｚ軸方向に変化すれば、振動腕５４、５５に引張応力（伸長応力）が加わり、振動腕５４、５５の発振周波数が大きくなる。そのため、振動腕５４、５５の発振周波数の変化に基づくことにより、ダイアフラム３が受けた圧力（液圧）を検出することができる。特に、本実施形態では、圧電振動子５として双音叉振動子を用いているが、この双音叉振動子は、ＡＴカット振動子等の厚み滑り振動子と比較して、引張、圧縮応力に対する発振周波数の変化量が大きく、さらには、発振周波数の可変幅が大きい。そのため、他の構成の圧電振動子を用いる場合と比較して分解能力に優れた感圧ユニット１２となる。
【００４０】
なお、本実施形態では圧電振動子が２本の振動腕を有しているが、振動腕の数は、特に限定されず、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。また、本実施形態の圧電振動子は、双音叉振動子であるが、その構成としては、受けた応力に応じて発振周波数が変化するものであれば特に限定されない。例えば、双音叉振動子に替えて、ＡＴカット振動子、ＢＴカット振動子等の厚み滑り型の振動子や、ＳＡＷ（表面弾性波）共振子などを用いてもよい。特に、ＡＴカット振動子は、その周波数特性が３次曲線となるため、周波数特性が２次曲線である双音叉型振動子よりも温度特性に優れた圧電振動子となる。また、ＳＡＷ共振子を用いる場合には、圧電基板の一方の主面にのみＩＤＴ（櫛歯電極）や反射器を形成すればよいため、双音叉振動子、厚み滑り振動子等と比較して圧電振動子の製造コスト化を低減することができる。
【００４１】
―支持体―
支持体６は、前述した保持部材２の突出部２２の面２２１、２２２に固定されている。また、支持体６には、前述した圧電振動子５の基部５２が固定されている。これにより、圧電振動子５の基部５２が支持体６を介して保持部材２に接続されている。
このように支持体６が保持部材２に固定されていることにより、仮に支持体６をダイアフラム３に固定した場合に比し、支持体６の不本意な変形または変位を防止または抑制することができる。
【００４２】
特に、支持体６が保持部材２のリング部２１よりも内側に設けられた突出部２２に固定されているので、支持体６と圧電振動子５との間の空間を小さくすることができる。その結果、支持体６の剛性を高めることができ、支持体６の不本意な変形または変位を効果的に防止または抑制することができる。
また、支持体６の保持部材２とは反対側の端部（具体的には、後述する梁部材６３）の小型化を図ることができることから、支持体６の加速度による変形も防止または抑制することができる。
【００４３】
この支持体６は、突出部２２に立設された柱部材６１、６２と、柱部材６１、６２の先端部と圧電振動子５の基部５２とを接続する梁部材６３とを有する。これにより、比較的簡単な構成で、圧電振動子５の１対の基部５１、５２を、ダイアフラム３の変位部３１が変位する方向（Ｚ軸方向）に並べて設けることができる。
柱部材６１は、保持部材２の面２２１に接合され、柱部材６２は、保持部材２の面２２２に接合されている。
そして、柱部材６１、６２は、それぞれ、変位部３１が変位する方向からみたとき、変位部３１の内側に位置する。これにより、変位部３１の面積を大きく確保するとともに、支持体６と圧電振動子５との間の空間を抑える（狭める）ことができる。
【００４４】
柱部材６１、６２は、それぞれ、長尺状をなし、Ｚ軸方向に延在している。そして、柱部材６１、６２は、それぞれ、長手方向（Ｚ軸方向）での下端部が保持部材２の突出部２２に接合されている。
このような柱部材６１、６２は、互いに平行となるように設けられている。また、柱部材６１、６２は、Ｘ軸方向に互いに離間して設けられている。
また、柱部材６１、６２は、それぞれ、板状をなし、その板面がＸＺ平面に平行となるように設けられている。
【００４５】
また、柱部材６１、６２は、Ｚ軸方向での長さが互いに等しくなるように形成されている。これにより、柱部材６１、６２の構成材料を同じにすることにより、柱部材６１、６２のＺ軸方向での熱膨張または熱収縮したときの長さを互いに等しくすることができる。
また、柱部材６１、６２は、Ｚ軸方向での長さが前述した圧電振動子５と等しくなるように形成されている。
この柱部材６１、６２の構成材料としては、特に限定されないが、前述した圧電振動子５の圧電体を構成する圧電体材料と同一または近接した熱膨張係数を有する材料を用いることが好ましい。これにより、圧電振動子５の熱歪みを防止または抑制することができる。
【００４６】
このような観点から、具体的には、柱部材６１、６２の構成材料としては、圧電振動子５に用いる圧電体材料と同じ圧電体材料を用いるのが好ましい。
なお、柱部材６１、６２のＺ軸方向での長さが圧電振動子５のＺ軸方向での長さと異なっていてもよい。この場合、柱部材６１、６２のＺ軸方向での熱膨張量が圧電振動子５のＺ軸方向での熱膨張量と等しくなるように、柱部材６１、６２の構成材料を選定すればよい。
【００４７】
このような柱部材６１、６２には、これらを連結するように梁部材６３が接合されている。
この梁部材６３は、Ｘ軸方向に延在している。そして、梁部材６３は、その長手方向（Ｘ軸方向）での一端部（図３にて左側）が柱部材６１の上端部に接合され、他端部（図３にて右側）が柱部材６２の上端部に接合されている。
また、梁部材６３の長手方向での途中には、圧電振動子５の基部５２が接合されている。
また、梁部材６３は、板状をなし、その板面がＸＺ平面に平行となるように設けられている。
【００４８】
この梁部材６３は、前述した柱部材６１、６２と異なる材料で構成することにより、柱部材６１、６２および梁部材６３をそれぞれ所望の熱膨張係数の材料で構成することができる。
この梁部材６３の構成材料としては、特に限定されないが、前述した保持部材２またはダイアフラム３と同等または近接した熱膨張係数を有する材料を用いることが好ましい。これにより、圧電振動子５の熱歪みを防止または抑制することができる。
このような観点から、具体的には、梁部材６３の構成材料としては、保持部材２またはダイアフラム３の構成材料と同じ材料を用いるのが好ましい。
【００４９】
以上説明したように構成された液位計１では、ダイアフラム３の変位部３１が外部から受ける圧力がハウジング１１内の圧力よりも高い場合、変位部３１がハウジング１１の内側へ変位する。一方、ダイアフラム３の変位部３１が外部から受ける圧力がハウジング１１内の圧力よりも低い場合、変位部３１がハウジング１１の外側へ変位する。
変位部３１がハウジング１１の内側へ変位すると、圧電振動子５は、Ｚ軸方向での圧縮応力を受ける。一方、変位部３１がハウジング１１の外側へ変位すると、圧電振動子５は、Ｚ軸方向での引張応力を受ける。
このように圧電振動子５がＺ軸方向での圧縮応力または引張応力を受けることにより、圧電振動子５の発振周波数帯が変化する。
そして、回路ユニット１３は、圧電振動子５の発振周波数に基づいて、ダイアフラム３が受けた圧力を検出する。
【００５０】
さて、従来の液位計（圧力センサー）では、ダイアフラム３の撓みに伴って、圧電振動子５の発振周波数帯が変化する。この変化により、圧電振動子５の発振周波数帯と、保持部材２の共振周波数とが近接するおそれがあった。これにより、圧電振動子５の発振停止を招く場合があるという問題があった。
しかしながら、本実施形態に係る液位計１では、そのような不具合を防止することができる。それを実現するために本実施形態に係る液位計１の保持部材２は、第１の凹部２５と、第２の凹部２６と、錘２８とを有している。
【００５１】
図４および図５に示すように、第１の凹部２５は、突出部２２の上面２２３に開放し、Ｘ軸方向に延在する溝で構成されている。この第１の凹部２５は、平面視で長尺状をなし、その両端部は円形の突出部２２の側面２２０Ｃにそれぞれ開放している。また、第１の凹部２５は、保持部材２の中央部２２０ＡよりもＹ軸正側に設けられている。具体的には、第１の凹部２５は、回路ユニット１３の回路基板の略真下に設けられている。換言すれば、第１の凹部２５は、回路ユニット１３の回路基板とＹ軸方向の位置が略同じである。
【００５２】
第１の凹部２５の深さＨ１は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。また、第１の凹部２５の幅Ｗ１は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
第２の凹部２６は、上面２２３に開放しＸ軸方向に延在する溝で構成されている。この第２の凹部２６は、その両端は円形の突出部２２の側面２２０Ｃにそれぞれ開放している。また、前述した貫通孔２３は、その一部が第２の凹部２６内に設けられている。換言すれば、貫通孔２３は、第２の凹部２６と第１の凹部２５と第２の凹部２６との間の領域（重質量部９）とを跨いで設けられている。換言すれば、重質量部９と軽質量部８との境界に設けられている。
第２の凹部２６の深さＨ２は、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下がより好ましい。また、第２の凹部２６の幅Ｗ２は、７ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下がより好ましい。
【００５３】
このような第１の凹部２５および第２の凹部２６は、保持部材２において他の部位よりも受圧面３０と突出部２２との重なる方向の厚みが薄くなっている部位、すなわち薄肉部である。
そして、かかる薄肉部は、保持部材２の平面視において、単位面積あたりの質量が相対的に小さい部位、すなわち軽質量部８に相当する。
【００５４】
一方、保持部材２の平面視（図４）において、第１の凹部２５のＹ軸正側の領域、第１の凹部２５と第２の凹部２６との間の領域、および、第２の凹部２６のＹ軸負側の領域は、軽質量部８よりも肉厚が厚くなっている部位、すなわち厚肉部である。
そして、かかる厚肉部は、保持部材２の平面視において、それぞれ単位面積あたりの質量が軽質量部８に比べて相対的に大きい部位、すなわち重質量部９に相当する。
【００５５】
このように、保持部材２は、受圧面３０と突出部２２とが重なる方向、すなわち突出部２２の上面２２３の平面視で、受圧面３０と重なる領域に設けられ、単位面積あたりの質量が互いに異なる重質量部９と軽質量部８とを含んでいる。
このような軽質量部８と重質量部９とが形成されていることにより、保持部材２は、図５に示すように、その厚さ方向に平行で、かつ、平面視における中心を通る面で切断されたときの切断面において、保持部材２の側面側に重質量部９が位置し、重質量部９よりも保持部材２の中心側に軽質量部８が位置したものとなるよう構成されている。
加えて、第２の凹部２６は、その幅（図４におけるＹ軸方向の長さ）Ｗ２が、第１の凹部２５や各重質量部９よりも大きくなっている。このため、第２の凹部２６は、その配置および面積比からして、保持部材２の中央部２２０Ａ側に偏在している。
【００５６】
さらに、第２の凹部２６の底面２６１には、保持部材２の平面視で、軽質量部８よりも単位面積あたりの質量が大きい一対の錘２８が設置されている。換言すれば、錘２８は、保持部材２の平面視において、軽質量部８に対応する部分に包含されるよう設けられている。また、この一対の錘２８は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。なお、２つの錘２８は同様であるので、以下、代表的に、一方の錘２８について説明する。
【００５７】
図５に示すように、錘２８は、角柱状をなし、Ｚ軸正方向に突出して設けられている。この錘２８は、軽質量部８の質量を局所的に調整する機能を有する。すなわち、錘２８の大きさや配置を変えることにより、軽質量部８の質量を局所的に変化させ、ひいては保持部材２の共振周波数の変化をもたらす機能を有する。
また、錘２８は、第２の凹部２６のＹ軸負側の側面２６２と離間して設けられている。さらに、錘２８は、第２の凹部２６のうち、その幅の中心よりもＹ軸負側に偏在するよう設けられている。
【００５８】
以上説明したような軽質量部８および重質量部９を保持部材２に設けることにより、保持部材２の共振周波数を効果的に低下させることができる。換言すれば、保持部材２の共振周波数を圧電振動子５の発振周波数帯に対してより大きくずらすことができる。よって、圧電振動子５に圧縮応力が加わり、それによって発振周波数帯が低下した場合であっても、従来のように圧電振動子５の発振周波数帯と保持部材２の共振周波数とが近接してしまうのを抑制することができる。これにより、圧電振動子５が発振停止に至るのを防止することができ、その結果、信頼性の高い液位計１を得ることができる。
【００５９】
また、重質量部９は、単位面積あたりの質量が軽質量部８よりも大きければよいが、好ましくは軽質量部８の１．０１倍以上５倍以下程度とされ、より好ましくは１．０５倍以上３倍以下程度とされる。軽質量部８に対する重質量部９の質量の比を前記範囲内に設定することで、保持部材２の共振周波数を確実に低下させることができる。なお、軽質量部８に対する重質量部９の質量の比が前記下限値を下回った場合、保持部材２のサイズ等によっては、保持部材２の共振周波数を十分に低下させることができないおそれがある。一方、軽質量部８に対する重質量部９の質量の比が前記上限値を上回った場合、保持部材２のサイズ等によっては、やはり保持部材２の共振周波数を十分に低下させることができず、また、保持部材２の機械的強度が低下し、水深によっては水圧による不具合を受けるおそれがある。
【００６０】
また、第１の凹部２５は、液位計１を組立てる際、具体的には、回路ユニット１３の回路基板等を設置する際に、回路基板等の位置決め用の溝としても機能する。
また、第２の凹部２６の両端は縁部２２０Ｂにそれぞれ開放している。これにより、保持部材２は、より撓み易くなる。よって、保持部材２の共振周波数をより効果的に低下させることができる。
さらに、前述したように、Ｘ軸方向に錘２８が第２の凹部２６の側面２６２と離間して配置されていることにより、保持部材２は、錘２８が第２の凹部２６の側面２６２に当接している場合に比べて、より撓み易くなる。
【００６１】
また、本実施形態のように、第１の凹部２５や第２の凹部２６等の複数の軽質量部８、および、これらに隣接する複数の重質量部９のように、軽質量部８と重質量部９とを交互に配置することによって、保持部材２の強度を保ちつつ、保持部材２の共振周波数をより確実に低下させることができる。
また、錘２８は、保持部材２とは別体として構成されている。これにより、錘２８を第２の凹部２６の任意の位置に配置することができ、よって、設計の自由度が向上するとともに、錘２８の位置、すなわち、軽質量部８が占める領域を自由に調整することができる。その結果、保持部材２の共振周波数をより細かく変化させることができる。
【００６２】
このような錘２８を構成する材料としては、例えば、鉄、ニッケル、ステンレス鋼、銅、真鍮、アルミニウム、チタン等の各種金属、またはこれらを含む合金で構成されているが、本発明では、これに限定されないのは言うまでもない。また、錘２８を構成する材料は、保持部材２を構成する材料よりも、比重が重いものでもよい。これにより、錘２８の小型化を図り、保持部材２の設計自由度をより高めることができる。
【００６３】
なお、錘２８についても、その単位面積あたりの質量が軽質量部８よりも大きければ、「錘」としての機能を果たす。その場合、錘２８の単位面積あたりの質量は、軽質量部８の１．０２倍以上７倍以下程度であるのが好ましく、１．０５倍以上５倍以下程度であるのがより好ましい。これにより、錘２８は、軽質量部８の質量分布を確実に変化させ得る「錘」として機能し、保持部材２の共振周波数を確実に低下させることに寄与する。なお、軽質量部８に対する錘２８の質量の比が前記下限値を下回った場合、保持部材２のサイズ等によっては、「錘」としての機能が十分に発揮されないおそれがあり、一方、軽質量部８に対する錘２８の質量の比が前記上限値を上回った場合、保持部材２のサイズ等によっては、保持部材２の機械的強度のバランスが崩れるおそれがある。
また、錘２８の単位面積あたりの質量は、重質量部９よりも小さくてもよいが、好ましくは大きくなるよう設定される。これにより、「錘」としての機能がより増強され、保持部材２の共振周波数をより効果的に低下させることができる。その際、錘２８の単位面積あたりの質量は、重質量部９の１．０５倍以上３倍以下程度に設定されるのが好ましい。
【００６４】
錘２８は、接着剤（接着部）７を介して第２の凹部２６の底面２６１に固定されている。この接着剤７を構成する材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
このうち、接着剤７がエポキシ系樹脂で構成されている場合には、錘２８と保持部材２とは、比較的一体性が高くなる。よって、信頼性の高い圧力センサーを得ることができる。エポキシ系樹脂で構成されている場合の接着剤７の弾性率（ヤング率）は、室温（２５℃）で、１０〜５０ＧＰａ程度であるのが好ましく、２０〜３０ＧＰａ程度であるのがより好ましい。
【００６５】
また、接着剤７がシリコーン系樹脂で構成されている場合には、保持部材２のＱ値を減衰させることができる。よって、保持部材２の共振周波数をより低下させることができる。シリコーン系樹脂で構成されている場合の接着剤７の弾性率（ヤング率）は、室温（２５℃）で、２〜２０ＧＰａ程度であるのが好ましく、５〜１０ＧＰａ程度であるのがより好ましい。
【００６６】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る液位計が備える保持部材の縦断面図である。
以下、この図を参照して本発明の液位計の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、保持部材の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６７】
本実施形態の保持部材２の第２の凹部２６に形成された錘２８は、底面２６１（保持部材２）と一体的に形成されている。これにより、錘２８が保持部材２と別体で構成されている場合に比べ、錘２８を配置する工程を省略することができる。したがって、量産に適している。また、錘２８を配置する際の位置ずれ等を回避することができるので、保持部材２の共振周波数が設計値から大きくずれるのを防止することができる。
【００６８】
また、接着剤７を省略することができるため、接着剤７の経時変化による接着力の低下等を考慮する必要がなく、設計が容易になるとともに、錘２８が脱落するおそれもないため、液位計１の信頼性の向上を図ることができる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６９】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る液位計が備える保持部材の縦断面図である。
以下、この図を参照して本発明の液位計の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、保持部材の構成が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７０】
本実施形態の保持部材２の第２の凹部２６に形成された錘２８は、第２の凹部２６の側面２６２に当接して設けられている。これにより、錘２８を配置する工程において、錘２８を側面２６２に押しつけつつ配置することができる。よって、錘２８を配置する際の錘２８の位置決めが、比較的容易になるとともに、錘２８の配置の位置精度をより高めることができる。なお、錘２８は、側面２６２に接着されていてもよい。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７１】
［警報システム］
次に、前述した圧力センサーを備えた警報システム（本発明の警報システム）について説明する。
図８は、本発明の警報システムの一例を示す図である。
図８に示す警報システム１００は、前述した液位計１と、液位計１に接続され、例えば監視室に配置されたコンピューター１１０とを有している。液位計１は、例えば、河川２００内に配置されており、前述した仕組みによって液圧を検出し、検検出結果を例えば監視センター３００内に設置されたコンピューター１１０に送信する。コンピューター１１０は、液位計１からの圧力に関する信号から河川の水位を取得し、取得した水位を基にして、監視員が河川の状況を把握する。例えば、大雨等によって河川が増水（水位が上昇）し、堤防が決壊するおそれがあるような危険水域Ｄに達した場合には、コンピューター１１０は、モニターに警告画面を表示したり、スピーカーから警告音を発生させたりすることにより、監視員に危険を報知する。そして、これを受けた監視員は、例えば、屋外スピーカーなどを用いて周辺住民に避難を呼びかける。このような警報システム１００によれば、液位計１によって河川の水位を正確に把握できるため、より正確な警報が可能となる。
なお、警報システム１００を、河川の増水を監視するシステムに適用する場合について説明したが、警報システム１００は、この他に、例えば、液位計１を海中に配置することによって津波を検知するシステムに適用することができ、また、地滑りを検知するシステムにも適用することができる。
【００７２】
以上、本発明の圧力センサー、液位計および警報システムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、圧力センサー、液位計および警報システムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明の圧力センサー、液位計および警報システムでは、前述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００７３】
なお、各実施形態では、軽質量部は薄肉部で構成されているが、本発明ではこれに限定されず、保持部材の外表面に開放していない中空部や、比重の異なる材料で構成されていてもよい。
また、各実施形態では、錘は角柱状をなしているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、円柱状、円錐状、角柱状等の形状であってもよい。
また、各実施形態では、錘は凹部内に２つ配置されているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、１つ、または、３つ以上配置されていてもよい。
また、各実施形態では、錘は、凹部内に配置されているが、本発明ではこれに限定されず、保持部材の上面または下面に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１‥‥液位計  １１‥‥ハウジング  １２‥‥感圧ユニット  １３‥‥回路ユニット  １４‥‥キャップ  １４１‥‥流通口  １５‥‥ケーブル  １６‥‥封止部材  ２‥‥保持部材  ２１‥‥リング部  ２２‥‥突出部  ２２０Ａ‥‥中央部  ２２０Ｂ‥‥縁部  ２２０Ｃ‥‥側面  ２２１、２２２‥‥面  ２２３‥‥上面  ２３‥‥貫通孔  ２４‥‥凸条  ２５‥‥第１の凹部  ２６‥‥第２の凹部  ２６１‥‥底面  ２６２‥‥側面  ２８‥‥錘  ３‥‥ダイアフラム  ３０‥‥受圧面  ３１‥‥変位部  ３２‥‥外周部  ４‥‥固定部材  ４１‥‥面  ５…圧電振動子  ５０…圧電基板  ５１、５２…基部  ５４、５５…振動腕  ５６、５７…励振電極  ５６ａ、５７ａ…電極片  ５６ｂ、５７ｂ…端子電極  ６‥‥支持体  ６１、６２‥‥柱部材  ６３‥‥梁部材  ６３ａ‥‥主面  ７‥‥接着剤  ８‥‥軽質量部  ９‥‥重質量部  １００‥‥警報システム  １１０‥‥コンピューター  ２００‥‥河川  ３００‥‥監視センター  Ｄ‥‥危険水域  Ｗ１、Ｗ２‥‥幅  Ｈ１、Ｈ２‥‥深さ
【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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