(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圧力感知ユニットを得る。【解決手段】圧力感知ユニット１は、第１のダイアフラム１０及び底板６と、第２のダイアフラム１２及び天板７と、外周側壁８と、を有するハウジング５と、ハウジング５内部に配置されて力の検出方向を検出軸とする感圧部とからなる。感圧部は、第１、第２ダイアフラム１０、１２を夫々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、該センターシャフト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、検出軸を前記センターシャフトと平行に設定された第１の感圧素子１８と、を有する。そして、可動受け台１６と天板７に設けた第２固定受け台７ａとに両端部が取り付けられ検出軸をセンターシャフト１４と平行に設定された第２の感圧素子と、を有する。【選択図】図１
2011141223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧力入力口を有する底板と、該第１の圧力入力口と対向する第２の圧力入力口を
有する天板と、前記底板と前記天板とを連接する外周側壁と、を有するハウジングと、
前記第１の圧力入力口を閉止するとともに外面を受圧面とする第１のダイアフラムと、
前記第２の圧力入力口を閉止するとともに外面を受圧面とする第２のダイアフラムと、
前記ハウジング内部に配置されて力の検出方向を検出軸とする感圧部と、を有する圧力
感知ユニットであって、
前記感圧部は、前記第１、第２ダイアフラムを夫々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と、
前記センターシャフトに固定された可動受け台と前記ハウジング内の前記底板に設けた
第１固定受け台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと平行に設定さ
れた第１の感圧素子と、
前記可動受け台と前記天板に設けた第２固定受け台とに両端部が取り付けられ検出軸を
前記センターシャフトと平行に設定された第２の感圧素子と、
を有することを特徴とする圧力感知ユニット。
【請求項２】
前記第１、及び第２の感圧素子は、両端部に基部を有し、
前記基部間を連接する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
の圧力感知ユニット。
【請求項３】
前記第１、及び第２の感圧素子は、両端部に基部を有し、
前記両基部間を連接する２つの振動腕を有する双音叉型振動素子であることを特徴とす
る請求項１に記載の圧力感知ユニット。
【請求項４】
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乃至３の何れかに記載の圧力感知ユニット。
【請求項５】
前記第１、及び第２の感圧素子は、水晶材料から形成されていることを特徴とする請求
項１乃至４の何れかに記載の圧力感知ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の圧力感知ユニットと、
前記第１、及び第２感圧素子を励振する発振回路と、前記発振回路の出力周波数をカウ
ントするカウンターと、前記カウンターのデータを処理する演算回路と、を有するＩＣと
、
を備えたことを特徴とする圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力感知ユニット、及び圧力センサーに関し、特に感圧部に２個の感圧素子
を用い、且つこれらを差動的に動作させて、検出感度、温度特性等を改善した圧力感知ユ
ニット、及び圧力センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水圧計、気圧計、差圧計等の感圧素子に圧電振動素子を使用した圧力センサ
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、圧電振動素子に検出軸方向の
圧力が作用すると、圧電振動素子の共振周波数が変化し、当該共振周波数の変化から圧力
センサーに印加される圧力を検出する。
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１０は、特許文献１に開示された圧力センサー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１０４
の内部に配置された力伝達部材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１０６の他端開口を第１の圧力入力口１０２に接続し、第２のベローズ１０７の他端
開口を第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、ベローズの内部には、液体が充填される。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、一般的
に粘性の高いシリコンオイル等が用いられる。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１１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１１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、該ベローズ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１１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１
２５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。
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に加えることのないよう構成する。
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
みの解析を行った。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】
【０００５】
【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】
【０００６】
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１０に示す第１のベロ
ーズ１０６に充填されているオイル１１０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などに比べて熱膨張係数が大きく、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が圧力測
定の対象となる液体側への流出や、液体が第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。
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１
０５、１２５は、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圧力感知ユニット、及び圧力センサー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】
【０００７】
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。
【０００８】
［適用例１］本発明の圧力検知ユニットは、第１の圧力入力口を有する底板と、該第１
の圧力入力口と対向する第２の圧力入力口を有する天板と、前記底板と前記天板とを連接
する外周側壁と、を有するハウジングと、前記第１の圧力入力口を閉止するとともに外面
を受圧面とする第１のダイアフラムと、前記第２の圧力入力口を閉止するとともに外面を
受圧面とする第２のダイアフラムと、前記ハウジング内部に配置されて力の検出方向を検
出軸とする感圧部と、を有する圧力感知ユニットであって、前記感圧部は、前記第１、第
２ダイアフラムを夫々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
フトと、前記センターシャフトに固定された可動受け台と前記ハウジング内の前記底板に
設けた第１固定受け台とに両端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと平行に
設定された第１の感圧素子と、前記可動受け台と前記天板に設けた第２固定受け台とに両
端部が取り付けられ検出軸を前記センターシャフトと平行に設定された第２の感圧素子と
、を有することを特徴とする圧力感知ユニットである。
【０００９】
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感圧素子を形成
して、第１、及び第２感圧素子を差動で動作させると、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
変化による圧力感知ユニット１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、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、静圧特性が改善されるという効果がある。つまり、大気圧の変動は、圧力感知ユ
ニットの第１及び第２ダイアフラムに同時に作用するので、大気圧の変動の影響を除去で
きるという効果がある。
また、第１、及び第２感圧素子には夫々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感圧素子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。
【００１０】
［適用例２］また、圧力検知ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子が、両端部に
基部を有し、前記基部間を連接する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に記載の圧力感知ユニットである。
【００１１】
以上のように、前記第１、及び第２の感圧素子を、振動素子を用いて形成すると、圧力
の検出感度が高い圧力感知ユニットが得られるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］また、圧力検知ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子が、両端部に
基部を有し、前記両基部間を連接する２つの振動腕を有する双音叉型振動素子であること
を特徴とする適用例１に記載の圧力感知ユニットである。
【００１３】
以上のように、前記第１、及び第２の感圧素子を双音叉型振動素子で形成すると、圧力
の検出感度が極めて高いという効果がある。
【００１４】
［適用例４］また、圧力検知ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子が、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乃至３の何れかに記載の圧力感知ユニッ
トである。
【００１５】
以上のように、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ているの
で、これらの駆動は励振電極を形成するだけでよく、圧力の検出感度が高く、且つ再現性
に優れ、小型化、低コスト化に効果がある。
【００１６】
［適用例５］また、圧力検知ユニットは、前記第１、及び第２の感圧素子は、水晶材料
から形成されていることを特徴とする適用例１乃至４の何れかに記載の圧力感知ユニット
である。
【００１７】
以上のように、前記第１、及び第２の感圧素子が、水晶材料を用いて形成されているの
で、長年の加工技術、例えばフォトリソグラフィ技法、エッチング手法等が活用でき、形
状寸法の精度のよい第１、及び第２の感圧素子が形成できる。その上、圧力感度、精度の
優れた第１、及び第２の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６］本発明の圧力センサーは、適用例１乃至５の何れかに記載の圧力感知ユニ
ットと、前記第１、及び第２感圧素子を励振する発振回路と、前記発振回路の出力周波数
をカウントするカウンターと、前記カウンターのデータを処理する演算回路と、を有する
ＩＣと、を備えたことを特徴とする圧力センサーである。
【００１９】
本発明の圧力センサーは、適用例１乃至５の何れかに記載の圧力感知ユニットと、前記
ＩＣとを用いて構成されており、前記圧力センサー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、再現性が優れ圧力センサーが得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る圧力感知ユニット１の構造を示す概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図。
【図２】圧力感知ユニット１の外周側壁を除去した断面斜視図。
【図３】圧力感知ユニット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】圧力感知ユニット２の構造を示す概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図。
【図６】圧力感知ユニット２の外周側壁を除去した断面斜視図。
【図７】圧力感知ユニット３の構造を示す概略断面図。
【図８】圧力感知ユニット３の外周側壁を除去した断面斜視図。
【図９】圧力センサー４の構成を示すブロック図。
【図１０】従来の圧力センサーの構成を示す断面図。
【図１１】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
実施形態に係る圧力感知ユニット１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は断面図、同
図（ｂ）は底面図である。また、図２は、図１に示す圧力感知ユニット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。
圧力感知ユニット１のハウジング５は、第１の圧力入力口９ａを有した底板（第１フラ
ンジ）６と、第１の圧力入力口９ａと対向する第２の圧力入力口９ｂを有した天板（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とを連接する中
空円筒状の外周側壁８と、を備えている。
圧力感知ユニット１は、ハウジング５の第１の圧力入力口９ａを閉止すると共に外面を
受圧面とし、圧力入力口９ａの圧力により撓む第１ダイアフラム１０と、第２圧力入力口
９ｂを閉止すると共に外面を受圧面とし、圧力入力口９ｂの圧力により撓む第２ダイアフ
ラム１２と、を備えている。ハウジング５の第１及び第２の圧力入力口９ａ、９ｂは、そ
れぞれ同一圧力が加えられると同一の量だけ変形する（撓む）第１、及び第２ダイアフラ
ム１０、１２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。
【００２２】
圧力感知ユニット１は、ハウジング５内部に配置されて力の検出方向を検出軸とする感
圧部１３と、第１、第２ダイアフラム１０、１２を夫々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、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、ハウジン
グ５内の底板６に設けた第１固定受け台６ａとに両端部が夫々取り付けられ、検出軸をセ
ンターシャフト１４と平行に設定された第１の感圧素子１８を有している。更に、可動受
け台１６と、天板７に設けた第２固定受け台７ａとに両端部が夫々取り付けられ、検出軸
をセンターシャフト１４と平行に設定された第２の感圧素子１９を有している。
センターシャフト１４は、ハウジング５の軸芯に沿って配置され、第１、及び第２ダイ
アフラム１０、１２と夫々垂直に接続されている。つまり、第１、及び第２ダイアフラム
１０、１２の一方の撓み量が、力伝達部材のセンターシャフト１４を介して、他方のダイ
アフラムに伝達されるように構成されている。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。
圧力感知ユニット１は、第１、第２ダイアフラム１０、１１のそれぞれの撓み量の差に
よるセンターシャフト１４の検出軸方向の変化を、可動受け台１６を介して第１及び第２
の感圧素子１８、１９に対し、検出軸方向に沿った力として伝達するように配置構成され
ている。
第１実施例の圧力感知ユニット１は、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、２４ｂを貫通させて第１及び第２の感圧素子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。
本出願人は、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」を開示しているが、本発明とは感圧部１３の構造が大きく異なる。
【００２３】
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（１９）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、複数個を同時に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（２５
℃）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、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部を接着した振動素子、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に示す圧力感知ユニット１の動作について説明する。圧力感知ユニット１の第１及
び第２のダイアフラム１０、１１には、それぞれ外圧Ｐ１、Ｐ２の圧力が加わっているも
のとする。
弾性のある第１のダイアフラム１０に圧力Ｐ１が加えられると、圧力感知ユニット１の
ハウジング５内は真空であるので、圧力Ｐ１によりダイアフラム１０は内側に撓み、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、図１（ａ）の底板６から天板
７方向に（紙面の上向に）力Ｆ１が加わる。一方、第２のダイアフラム１２には外圧Ｐ２
が加わり、該圧力Ｐ２により第２のダイアフラム１２が、図１（ａ）の天板７から底板６
方向に（紙面の下向きに）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に力Ｆ２を加える。
可動受け台１６には、第１のダイアフラム１０にかかる圧力Ｐ１による力Ｆ１と、第２
のダイアフラム１２にかかる圧力Ｐ２による力Ｆ２と、の差圧（Ｐ１−Ｐ２）に相当する
力（Ｆ１−Ｆ２）が加わることになる。この力により可動受け台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）、又
圧縮力が加わり、共振周波数が変化する。同時に、可動受け台１６と、天板（第２フラン
ジ）の固定受け台７ａとの間に配置された第２の感圧素子１９には、圧縮力、又は引張力
（伸長力）が加わり、共振周波数が変化する。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同じであるが符号が異なる。
【００２６】
本発明の圧力感知ユニット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。つまり、Ｐ１>Ｐ２の場合
は、第１の感圧素子１８に引張力（伸長力）が加わり、他方の第２の感圧素子１９には圧
縮力が加わる。逆にＰ１<Ｐ２の場合は、第１感圧素子１８に圧縮力が加わり、他方の第
２感圧素子１９には引張力（伸長力）が加わるように構成されている。
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１８、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、温度変化による圧力感知ユニット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、エージングによる圧力検出誤差を最小にすることが可能である。
【００２７】
第２の利点は、静圧特性が改善されることである。つまり、大気圧の変動は、圧力感知
ユニット１の第１及び第２ダイアフラムに同時に作用するので、大気圧の変動の影響は取
り除けることができる。
第３の利点は、例えばＰ１>Ｐ２の場合、第１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。Ｐ１<Ｐ２の場合
の場合も同様である。
第１、及び第２の感圧素子１８、１９が、水晶材料を用いて形成されると、長年の加工
技術、例えばフォトリソグラフィ技法、エッチング手法等が活用でき、形状寸法の精度の
よい第１、及び第２の感圧素子１８、１９が形成でき、その上、圧力感度、精度の優れた
ものが得られ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】
図５（ａ）、（ｂ）は第２の実施例の圧力感知ユニット２であり、図１に示した圧力感
知ユニット１の変形例である。図５（ａ）は圧力感知ユニット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。圧力感知ユニット２が圧力
感知ユニット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、圧力検出精度を劣化させないようにしている。
【００２９】
図７は第３の実施例の圧力感知ユニット３の断面図であり、図１に示した圧力感知ユニ
ット１の変形例である。図８は圧力感知ユニット３の外周側壁を除去した断面斜視図であ
る。圧力感知ユニット３が圧力感知ユニット１と異なる点は、感圧素子の配置の違いであ
る。圧力感知ユニット１では、図１に示すように第１及び第２感圧素子１８、１９は、可
動受け台１６の端面にセンターシャフト１４に対し対称に固定されているが、圧力感知ユ
ニット３では、第１及び第２感圧素子１８、１９は、可動受け台１６の同じ端面に、同一
平面上に並列するように固定されている。
【００３０】
図９は、圧力センサー４の構成を示すブロック図である。圧力センサー４は、上記の圧
力感知ユニットと、上記の圧力感知ユニットの第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５
３、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。
本発明の圧力センサー４は、圧力感知ユニット１、２、３と、前記ＩＣとを用いて構成
されており、前記圧力センサー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、再現性が優れた圧力センサーが得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００３１】
１、２、３…圧力感知ユニット、４…圧力センサー、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）、７ａ…第２
固定受け台（ボス部）、８…外周側壁、９ａ…第１の圧力入力口、９ｂ…第２の圧力入力
口、１０…第１ダイアフラム、１２…第２ダイアフラム、１３…感圧部、１４…センター
シャフト、１６…可動受け台、１７…圧力検出部、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）、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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【図１０】
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【図１１】
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