(57)【要約】【課題】力伝達部の構造を簡素化し、小型、低コスト、高精度で温度変化に強い力検出ユニットを得る。【解決手段】力検出ユニットは、圧力入力口１１を有した底板６、該底板６に対向配置された天板７、及び外周側壁８を有したハウジング５と、圧力入力口１１を閉止するダイアフラム１０と、ハウジング５内部に配置された感圧部１３と、を備えたている。感圧部１３は、ダイアフラム１０の中央領域で連結して一体化し、力の伝達を可能としたセンターシャフト１４と、センターシャフト１４に固定された可動受け台１６と底板６に設けた第１固定受け台６ａとに両端部が取り付けられた第１の感圧素子１８と、可動受け台１６と底板６に立設して一体化した支柱１２の端部に設けた第２固定受け台１２ｂとに両端部が取り付けられ第２の感圧素子１９と、を有した力検出ユニットである。【選択図】図１
2011149708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力入力口を有した底板と、
前記力入力口を閉止するとともに第一の面を受圧面とするダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記第一の面と反対側の第二の面側に配置されて力の検出方向を検
出軸とする感圧部と、を有し、
前記感圧部は、前記ダイアフラムの前記第二の面の中央領域で連結された力伝達手段と
、
一端が前記力伝達手段に固定された可動受け台に、他端が前記第二の面側の前記底板に
設けた第１固定受け台に取り付けられ、検出軸を前記受圧面と垂直な軸に沿って設定され
た第１の感圧素子と、
一端が前記可動受け台に、他端が前記第二の面側の前記底板に立設して一体化した支柱
の端部に設けた第２固定受け台に取り付けられ、検出軸を前記受圧面と垂直な軸に沿って
設定された第２の感圧素子と、
を有したことを特徴とする力検出ユニット。
【請求項２】
前記第１、及び第２の感圧素子は、夫々、両端部に基部を有し、
前記基部間を連接する少なくとも一以上の振動腕を有する振動素子であることを特徴と
する請求項１に記載の力検出ユニット。
【請求項３】
前記第１、及び第２の感圧素子は、圧電性材料から形成されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の力検出ユニット。
【請求項４】
前記第１、及び第２の感圧素子は、水晶から形成されることを特徴とする請求項１乃至
３の何れかに記載の力検出ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の力検出ユニットと、
前記第１、及び第２感圧素子を励振する発振回路、前記発振回路の出力周波数をカウン
トするカウンター、及び前記カウンターのデータを処理する演算回路を有するＩＣと、
を備えたことを特徴とする力検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出ユニット、及び力検出器に関し、特に２個の感圧素子を用い、圧力検
出感度、温度特性、エージング等を改善した力検出ユニット、及び力検出器に関するもの
である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、感圧素子として圧電振動素子を使用した水圧計、気圧計、差圧計等の圧力セ
ンサーが知られている。圧電振動素子を用いた圧力センサーは、検出軸方向の圧力が作用
することにより変化する圧電振動素子の共振周波数から圧力センサーに印加された圧力を
検出する。
特許文献１〜３には、感圧素子に圧電振動素子を用いた圧力センサーが開示されている
。圧力導入口よりベローズ内に圧力が加わると、当該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力、ある
いは引張り力（伸長力）Ｆとして加えられる。圧電振動素子には、この力Ｆに応じた応力
が生じ、該応力により圧電振動素子の共振周波数が変化する。圧力センサーは、圧電振動
素子の共振周波数の変化を検出することにより、印加された圧力を求めることができる。
【０００３】
図８は、特許文献１に開示された圧力センサー１０１の構成を示す断面図であり、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１
０４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、及び第２のベローズ１０７が接続されている。そして、第１のベローズ１
０６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、感圧素子としての双音叉型振動素子１０９が配
置されている。
圧力を高精度に検出する場合には、ベローズの内部に液体を充填する。当該液体として
は、ベローズの内部の蛇腹部分への気泡の入り込みや、滞留を防止するために、粘性の高
いシリコンオイル等が一般的に用いられる。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は、第１の
圧力入力口１０２に開けられた開口部１１１により、測定対象の液体と、前記オイルとが
接触して相対する構造となっている。なお、開口部１１１はオイルが外部に漏れないよう
な開口径が設定されている。
【０００４】
また、特許文献３には、図９の断面図に示すような圧力センサーが開示されている。図
９において、１２０はハウジング、１２１は圧力導入口、１２２ａ、１２２ｂはベローズ
であって、ベローズ１２２ａ、１２２ｂには力伝達部材１２５が連結され、該力伝達部材
１２５の可撓部１２５ａと、固定部１２５ｂとの間に感圧素子１３０が接着固定されてい
る。図９に示す圧力センサーの圧力導入口１２１よりベローズ１２２ａ、１２２ｂに圧力
が加わると、ベローズ１２２ａ、１２２ｂの有効面積に応じた力が、力伝達部材１２５の
上下にかかり、差圧に相当する力がピボット１３５を支点にして、感圧素子１３０に圧縮
力、あるいは引張り（伸長）力として加わり、この力に応じて感圧素子１３０の共振周波
数が変化し、これを検知することにより圧力を測定するものである。
【０００５】
ベローズ１２２ａ、１２２ｂ、力伝達部材１２５、感圧素子１３０及びハウジング１２
０は、それぞれ異なった材料により構成されているので、使用環境の温度変化等により熱
歪みが発生し、圧力測定精度を劣化させることになる。そこで、感圧素子１３０の支持部
を力伝達部材可撓部１２５ａと、該力伝達部材と隔設し、且つ圧力センサハウジング１２
０内に設けた感圧素子１３０の固定部材１４０との間に橋架固定することにより、周囲温
度の変化に伴う熱歪みの影響を感圧素子１３０に加えることがないようにしている。
そして、ベローズライン、力伝達部材、力伝達部材支柱と感圧素子固定部に分けて熱歪
みの解析がなされている。例えばハウジングにステンレス、ベローズにニッケル、力伝達
部材に燐青銅、感圧素子に水晶を用い、それぞれの線膨張係数を適用し、各部材の寸法を
設定し、感圧素子１３０の固定部材の線膨張係数を設定すれば、その最適な長さを求める
ことができ、熱歪みの影響を受けることのない圧力センサーを構成できると開示されてい
る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示の圧力センサー１０１では、図８に示す第１のベロー
ズ１０６に充填されているオイル１１０の熱膨張係数が、他の構成要素、例えば、力伝達
部材１０５や双音叉型振動子素子１０９などに比べて大きく、圧力センサー１０１を構成
する各部材に温度変化による熱歪みを生じさせる。この熱歪みによる応力が双音叉型振動
素子１０９の信号にノイズとして重畳し、圧力センサーの測定精度を劣化させるという問
題があった。
また、第１のベローズ１０６に充填されているオイル１１０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１１０の圧力測
定の対象となる液体側への流出や、液体の第１のベローズ１０６側への流入もあり、第１
のベローズ１０６に充填されたオイル１１０内に気泡が発生する虞がある。オイル１１０
内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体として機能が劣化し、圧力測定値に誤差を生ずる
虞がある。
【０００８】
さらに、オイル１１０は、圧力測定対象の液体と接触しているため、圧力センサーの設
置方法によっては、オイル１１０が圧力測定対象の液体側に流出する虞があり、異物混入
を嫌う液体の圧力測定には、オイル１１０を使用した従来のような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。
また、特許文献１、３に開示の圧力センサーは、力伝達部材１０５、１２５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
１０５、１２５、くびれ部の細い撓みヒンジが不可欠の部品であり、該部品のために圧力
センサーの製造コストが上昇するという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、内部に受圧媒体として
のオイルを使用せず、力伝達部材の構造を簡素化することにより、小型、高精度、低コス
トで温度変化に強い力出ユニット、及び力検出器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】
【０００９】
本発明は、上記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
形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］本圧明の力検出ユニットは、力入力口を有した底板と、前記力入力口を閉
止するとともに第一の面を受圧面とするダイアフラムと、前記ダイアフラムの前記第一の
面と反対側の第二の面側に配置されて力の検出方向を検出軸とする感圧部と、を有し、前
記感圧部は、前記ダイアフラムの前記第二の面の中央領域で連結された力伝達手段と、一
端が前記力伝達手段に固定された可動受け台に、他端が前記第二の面側の前記底板に設け
た第１固定受け台に取り付けられ、検出軸を前記受圧面と垂直な軸に沿って設定された第
１の感圧素子と、一端が前記可動受け台に、他端が前記第二の面側の前記底板に立設して
一体化した支柱の端部に設けた第２固定受け台に取り付けられ、検出軸を前記受圧面と垂
直な軸に沿って設定された第２の感圧素子と、を有したことを特徴とする力検出ユニット
である。
【００１１】
前記第１、及び第の２感圧素子に、例えば同一切断角度の圧電基板を加工し、ほぼ同様
な形状寸法に形成しものを用い、第１、及び第２の感圧素子を差動で動作させるように構
成すると、双方の周波数温度特性はほぼ同じとなるので、温度変化による第１、及び第２
感圧素子の差周波数はほぼ零となり、温度変化による力検出ユニットの検出誤差を最小に
することができるという効果がある。
また、エージングについても同様であり、前記第１、及び第２感圧素子夫々のエージン
グは同程度であるので、それらの差周波数を求めることにより、エージングによる圧力検
出誤差を最小にすることが可能になるという利点がある。
また、前記第１、及び第２の感圧素子には一方に引張力、他方に圧縮力が加わり、これ
らの力は同じ大きさで符号の異なる力が作用するので、第１、及び第２の感圧素子の差周
波数を求めると、圧力変化による感圧素子の周波数変化量は、１個の場合に比べて２倍と
なり、感圧部の力検出感度が２倍と高感度になるという効果がある。
【００１２】
［適用例２］また、力検出ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子は、夫々、両端
部に基部を有し、前記基部間を連接する少なくとも一以上の振動腕を有する振動素子であ
ることを特徴とする適用例１に記載の力検出ユニットである。
【００１３】
前記第１、及び第２の感圧素子が、振動素子で形成されると、力検出感度が高くなり、
再現性も改善されるという効果がある。
【００１４】
［適用例３］また、力検出ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子は、圧電性材料
から形成されていることを特徴とする適用例１又２に記載の力検出ユニットである。
【００１５】
前記第１、及び第２の感圧素子が、圧電材料を用いて形成されると、第１、及び第２の
感圧素子の駆動は基板上に真空蒸着等の手段を用いて、励振電極を形成するだけでよく、
小型で力検出感度が高く、且つ再現性に優れ、低コストの力検出ユニットが構成できると
いう効果がある。
【００１６】
［適用例４］また、力検出ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子は、水晶材料か
ら形成されることを特徴とする適用例１乃至３の何れかに記載の力検出ユニットである。
【００１７】
前記第１、及び第２の感圧素子が、水晶基板を用いて形成されると、長年培われた加工
技術、例えばラッピング、ポリッシング等の薄板加工技術、フォトリソグラフィ技法、エ
ッチング手法、真空蒸着法等が活用でき、形状寸法の精度のよい感圧素子が形成できる。
そのため、圧力感度、圧力検出精度の優れた感圧素子が形成できるという効果がある。更
に、第１、及び第２の感圧素子は、再現性に優れ、温度特性が零温度係数を有する二次特
性となるという効果がある。
また、前記第１、及び第２の感圧素子の駆動は圧電基板上に励振電極を形成するだけで
よく、小型化、低コスト化に効果がある。
【００１８】
［適用例５］本発明の力検出器は、適用例１乃至４の何れかに記載の力検出ユニットと
、前記第１、及び第２の感圧素子を励振する発振回路、前記発振回路の出力周波数をカウ
ントするカウンター、及び前記カウンターのデータを処理する演算回路を有するＩＣと、
を備えたことを特徴とする力検出器である。
【００１９】
本発明の力検出器は、適用例１乃至４の何れかに記載の力検出ユニットと、励振機能、
カウント機能、演算処理機能等を備えた前記ＩＣと、を用いて構成されており、前記力検
出器が厳しい条件で使用される場合でも、圧力検出感度、温度特性、再現性が優れ、小型
化された力検出器が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る力検出ユニット１の構造を示す概略図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図。
【図２】力検出ユニット１の外周側壁を除去した断面斜視図。
【図３】力検出ユニット１の外周側壁を除去した内部の要部斜視図。
【図４】双音叉型圧電振動素子を説明する図で、（ａ）は振動モードの平面図、（ｂ）は振動腕に形成した励振電極と、ある瞬間に発生する電荷の符号を示す図、（ｃ）は励振電極の結線図。
【図５】力検出ユニット２の構造を示す概略図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は底面図。
【図６】力検出ユニット２の外周側壁を除去した断面斜視図。
【図７】力検出器３の構成を示すブロック図。
【図８】従来の圧力センサーの構成を示す断面図。
【図９】従来の圧力センサーの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第一の
実施形態に係る力検出ユニット１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は縦断面図、同
図（ｂ）は底面図である。また、図２は、図１に示す力検出ユニット１の外周側壁を除去
した垂直方向の断面斜視図であり、図３はハウジングの外周側壁を除去した要部斜視図で
ある。
力検出ユニット１は、底板６の圧力入力口１１を閉止すると共に、一方の面を第一の受
圧面とすると共に、他方の面を第二の受圧面とし、力を受圧することにより撓むダイアフ
ラム１０を備えている。圧力入力口１１は、ダイアフラム１０で封止されている。
【００２２】
力検出ユニット１は、前記第二の受圧面側に配置されて力の検出方向を検出軸とする感
圧部１３と、前記第二の受圧面の中央領域で連結し、力の伝達を可能とした力伝達手段で
あるセンターシャフト１４と、を有している。
感圧部１３は、センターシャフト１４の途中に固定された可動受け台１６と、前記第二
の受圧面側の底板６に設けた第１固定受け台６ａとの間に各々の端部が夫々取り付けられ
、検出軸を前記第二の受圧面と垂直な軸に沿って設定された第１の感圧素子１８を有して
いる。更に、可動受け台１６と、ハウジング５内の底板６にハウジング５の軸芯と平行に
立設されて一体化した支柱１２の一方の端部に設けた第２固定受け台１２ｂと、に各々の
端部が夫々取り付けられ、検出軸を前記第二の受圧面と垂直な軸に沿って設定された第２
の感圧素子１９と、を有している。
なお、支柱１２は、一方の端部１２ａを底板（第１フランジ）６に形成したダボ穴に圧
入して、センターシャフト１４と平行に固定される。また、支柱１２の材料は、ステンレ
ス等の金属、またはセラミック等の変形を生じない剛性材料で形成されている。
センターシャフト１４は、支柱１２と平行であってハウジング５の軸芯に沿って配置さ
れ、ダイアフラム１０の中心部に垂直に接続されている。つまり、ダイアフラム１０の撓
み量が、力伝達部材であるセンターシャフト１４を介して、可動受け台１６の軸芯方向の
変位量として伝達され、第１、及び第２の感圧素子力１８、１９に対し、検出軸方向に沿
った力として作用するように配置構成されている。
センターシャフト１４は、ステンレス等の金属、またはセラミック等の変形を生じない
剛性材料で形成されている。
【００２３】
また、第１実施例の力検出ユニット１は、例えば天板（第２フランジ）７を設け、当該
天板（第２フランジ）７に複数の小孔を開け、これらに絶縁端子（ハーメ端子）２４ａ、
２５ｂを貫通させ、導線２６ａ、２６ｂにて第１、及び第２の感圧素子力１８、１９と接
続し、感圧素子力１８、１９からの信号を外部に取り出すように構成されている。
更に、図１では、第１実施例の力検出ユニット１のハウジング５の構造として、天板（
第２フランジ）７と底板（第１フランジ）６と外周側壁８を有した容器となっているが、
容器の内部空間は必ずしも密閉構造である必要はなく、即ち、天板（第２フランジ）７と
外周側壁８を有さない構造であっても良いことは言うまでもない。この場合、感圧素子力
１８、１９からの信号を外部に取り出す導線２６ａ、２６ｂと発振回路との接続手段の方
法は適宜決定すれば良い。
本願出願人は、特願２００９−００６８８４にてハウジング５、及び力伝達構造がほぼ
同様な「圧力センサー」を出願しているが、上記のように密閉容器の中に感圧部を配置す
る必要がない点で相違しており、更に感圧部１３自体の構造も大きく異なる。
第１の感圧素子１８（第２の感圧素子１９）は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸
リチウム、ランガサイト等の圧電材料から形成されることが望ましい。例えば、第１の感
圧素子１８（或は第２の感圧素子１９）の形成は、平板状の圧電基板、例えば水晶ウエハ
ーにフォトリソグラフィ技法とエッチング手法、真空蒸着法等を用いて、複数の第１の感
圧素子１８（或は第２の感圧素子１９）を形成することにより、量産化が容易である。
感圧素子１８（１９）が、双音叉型圧電振動素子で構成される場合について、図４を用
いて簡単に説明する。
双音叉型圧電振動素子１８は、図４（ａ）に示すような一対の基部１８ｃ、１８ｄ及び
該基部１８ｃ、１８ｄ間を連設する一対の振動腕１８ａ、１８ｂを備えた圧電基板からな
る応力感応部と、該圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えている。図４（
ａ）の破線は双音叉型圧電振動素子１８の振動姿態を示す平面図である。双音叉型圧電振
動素子１８の振動モードが、一対の振動腕１８ａ、１８ｂの長手方向の中心軸に対して、
互いに対称な振動モードで振動するように励振電極を配置する。図４（ｂ）は振動腕１８
ａ、１８ｂに形成した励振電極と、ある瞬間に励起される励振電極上の電荷の符号を示し
た平面図である。また、図４（ｃ）は励振電極の結線を示す模式断面図である。
【００２４】
双音叉型圧電振動素子１８、例えば双音叉型水晶振動素子は伸張・圧縮応力に対する感
度が良好であり、高度計用、或いは深度計用の応力感応素子として使用した場合には、分
解能力が優れているために僅かな気圧差から高度差、深度差を知ることができる。
双音叉型水晶振動素子の周波数温度特性は、上に凸の二次曲線であり、その頂点温度は
水晶結晶のＸ軸（電気軸）の回りの回転角度に依存する。一般的には頂点温度が常温（２
５℃）になるように各パラメータを設定する。
双音叉型水晶振動素子の一対の振動腕に外力Ｆを加えたときの共振周波数ｆＦは式（１
）のように表わされる。
ｆＦ＝ｆ０（１−（ＫＬ２Ｆ）／（２ＥＩ））１／２    （１）
ここで、ｆ０は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Ｋは基本波モー
ドによる定数（＝０．０４５８）、Ｌは振動ビームの長さ、Ｅは縦弾性定数、Ｉは断面２
次モーメントである。断面２次モーメントＩはＩ＝ｄｗ３／１２より、式（１）は式（２
）のように変形することができる。ここで、ｄは振動ビームの厚さ、ｗは幅である。
ｆＦ＝ｆ０（１−ＳＦσ）１／２                      （２）
但し、応力感度ＳＦと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
ＳＦ＝１２（Ｋ／Ｅ）（Ｌ／ｗ）２                    （３）
σ＝Ｆ／（２Ａ）                                    （４）
ここで、Ａは振動ビームの断面積（＝ｗ・ｄ）である。
以上の式から双音叉型水晶振動子に作用する力Ｆを圧縮方向のとき負、伸張方向（引張
り方向）を正としたとき、力Ｆと共振周波数ｆＦの関係は、力Ｆが圧縮力で共振周波数ｆ
Ｆが減少し、伸張（引張り）力では増加する。また応力感度ＳＦは振動ビームのＬ／ｗの
２乗に比例する。
図１に示した感圧素子１８（１９）は、上記のように水晶基板を用いた双音叉型水晶振
動子に限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する振動素子であればどのような素
子でもよい。例えば振動体に駆動電極部を接着した振動素子、一つの振動腕からなる所謂
シングルビーム振動素子、厚み滑り振動素子、ＳＡＷ振動素子等を用いることが可能であ
る。
【００２５】
図１に示す力検出ユニット１の動作について説明する。ダイアフラム１０の第一の受圧
面に外圧（外力）Ｐ１が、第二の受圧面に外圧（外力）Ｐ２がそれぞれ加わるものとする
。
可撓性を有するダイアフラム１０に圧力Ｐ１、Ｐ２が加えられると、差圧（Ｐ１−Ｐ２
）分だけ、ダイアフラム１０は第一、第二の受圧面側の何れかの方向に撓み、この撓み力
がセンターシャフト１４を介して可動受け台１６に、受圧面と垂直な方向に前記差圧に相
当する力Ｆ１が加わる。例えば、受圧面と垂直な方向であって、第二の受圧面側に力Ｆ１
が加わると、可動受け台１６と、底板（第１フランジ）の固定受け台６ａとの間に配置さ
れた第１の感圧素子１８に引張力（伸長力）が加わり、共振周波数が増加するように変化
する。それに対して、可動受け台１６と、支柱１２の端部に設けた固定受け台１２ｂとの
間に配置された第２の感圧素子１９には、圧縮力が加わり、共振周波数が減少するように
変化する。第１、及び第２の感圧素子１８、１９の夫々共振周波数の変化量の絶対値はほ
ぼ同じであるが符号が互いに異なる。つまり、第１、及び第２の感圧素子１８、１９は差
動的に動作するように構成されている。
【００２６】
本発明の力検出ユニット１の特徴は、第１の感圧素子１８と、第２の感圧素子１９とに
、互いに逆の力が作用するように構成されている点である。図１（ａ）に示すように、第
１及び第２の感圧素子１８、１９を差動で動作させる利点は、次の通りである。第１の利
点は、同一カットアングルの圧電基板を用い、ほぼ同様な形状に第１及び第２感圧素子１
８、１９を形成すると、双方の周波数温度特性は、ほぼ同じとなるので、温度変化による
第１及び第２感圧素子１８、１９の差周波数はほぼ零となり、温度変化による力ユニット
１の検出誤差を最小にすることが可能となる。第１及び第２感圧素子１８、１９のエージ
ングについても同様であり、差周波数を求めることにより、エージングによる力検出誤差
を最小にすることが可能である。
第２の利点は、第１の感圧素子１８には引張力（伸長力）が加わり、その周波数は増加
するが、第２の感圧素子１９には圧縮力が加わり、その周波数は減少する。つまり、第１
及び第２感圧素子１８、１９の差周波数を求めると、周波数変化は２倍となり、感圧素子
の応力検出感度は２倍になるという効果がある。
【００２７】
以上では、ゲージ圧が測定できることになり、大気圧の変動、所謂静圧特性を受けない
力検出ユニットが構成できる利点がある。
第１、及び第２の感圧素子１８、１９が、例えば圧電基板を用いて形成されると、これ
らの駆動は基板上に真空蒸着等の手段を用いて、励振電極を形成するだけでよく、小型で
力の検出感度が高く、且つ再現性に優れ、低コスト化の力検出ユニットが構成できるとい
う効果がある。
また、第１、及び第２の感圧素子１８、１９が、水晶基板を用いて形成される場合は、
長年培われた加工技術、例えばラッピング、フォトリソグラフィ技法、エッチング手法、
真空蒸着法等が活用でき、形状寸法の精度のよい感圧素子が形成できる。そのため、力感
度、力検出精度の優れた感圧素子が形成できるという効果がある。更に、第１、及び第２
の感圧素子１８、１９は、再現性に優れ、温度特性が零温度係数を有する二次特性となる
という効果がある。
また、第１、及び第２の感圧素子１８、１９の駆動は圧電基板上に励振電極を形成する
だけでよく、小型化、低コスト化に効果がある。
【００２８】
以上の実施形態では大気開放型にしたが、これに限らず密閉型にしてもよい。密閉型の
力検出ユニット１のハウジング５は、図１に示すように、力入力口１１を有した底板（第
１フランジ）６と、底板（第１フランジ）６に対向配置された天板（第２フランジ）７と
、底板（第１フランジ）６、及び天板（第２フランジ）７と連接する中空円筒状の外周側
壁８と、を備えている。そして、力検出ユニット１は、ハウジング５の力入力口１１を閉
止すると共に、外面を受圧面とし、圧力入力口１１の圧力により撓むダイアフラム１０を
備えている。前記力入力口１１は、ダイアフラム１０で封止されて、中空密閉容器が構成
され、内外を遮断すると共に内部を真空状態として用いられる。感圧部１３の構成につい
ては、上述した通りである。
ハウジング５を密閉構造とし、その内部を真空状態にすることにより、力検出ユニット
１は、絶対圧力が測定できる。
更に、第３の実施形態として、図５（ａ）、（ｂ）は第３の実施例の力検出ユニット２
であり、図１に示した力検出ユニット１の変形例である。図５（ａ）は力検出ユニット２
の断面図であり、同図（ｂ）は底面図、図６は外周側壁を除去した断面斜視図である。力
検出ユニット２が、力検出ユニット１と異なる点は、ハウジング５の内部で底板（第１フ
ランジ）６と天板（第２フランジ）７との間に、センターシャフト１４と平行に複数のガ
イドシャフトである支持棒２２ａ、２２ｂを設けた点である。支持棒２２ａ、２２ｂの端
部は、底板（第１フランジ）６、及び天板（第２フランジ）７にダボ穴を形成し、これに
圧入して固定する。これらにより底板（第１フランジ）６と、天板（第２フランジ）７と
の間隔を一定に保ち、外力によるハウジング５の変形を防ぎ、力検出精度を劣化させない
ようにしている。
【００２９】
図７は、力検出器３の構成を示すブロック図である。力検出器４は、上記の力検出ユニ
ットと、上記の力検出ユニットの第１、及び第２感圧素子１８、１９を励振する発振回路
５１、５２、該発振回路５１、５２の出力周波数をカウントするカウンター５３、５４、
及び該カウンター５３、５４の信号を処理する演算回路５５を有するＩＣ５０と、表示部
５８と、を備えている。
本発明の力検出器３は、上記の力検出ユニットと、励振機能、カウント機能、演算処理
機能等を備えた前記ＩＣと、を用いて構成されており、前力検出器が厳しい条件で使用さ
れる場合でも、圧力検出感度、温度特性、再現性が優れ、小型化された力検出器が得られ
るという効果がある。
【符号の説明】
【００３０】
１、２…力検出ユニット、３…力検出器、５…ハウジング、６…底板（第１フランジ）、
６ａ…第１固定受け台（ボス部）、７…天板（第２フランジ）、８…外周側壁、１０…ダ
イアフラム、１１…圧力入力口、１２…支柱、１２ａ…支柱の一方の端部、１２ｂ…第２
固定受け台、１３…感圧部、１４…センターシャフト、１６…可動受け台、１８…第１の
感圧素子、１９…第２の感圧素子、２２ａ、２２ｂ…支持棒、２４ａ、２４ｂ…絶縁端子
（ハーメ端子）、２６ａ、２６ｂ…導線、５１、５２…発振回路、５３、５４…カウンタ
ー、５５…演算処理部、５６…表示部
【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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