(57)【要約】【課題】感圧素子の振動とハウジングとの固有振動とのカップリングを抑制した圧力センサーを提供する。【解決手段】ハウジング１２と、前記ハウジング１２が支持する受圧手段（第１ダイアフラム３２、第２ダイアフラム３４）と、前記受圧手段により立設する力伝達手段（力伝達シャフト３６）と、接着手段（接着剤４０）により前記力伝達手段に固定された可動部３８と、感圧部（振動腕４２ｃ）と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部（第１基部４２ａ、第２基部４２ｂ）を有する感圧素子４２と、を備えた圧力センサー１０であって、前記基部の一方（第１基部４２ａ）は、前記ハウジング１２に固定され、前記基部の他方（第２基部４２ｂ）は、前記可動部３８に固定されるとともに、前記接着手段（接着剤４０）は、前記力伝達手段（力伝達シャフト３６）と前記可動部３８との間に介在し、前記接着手段（接着剤４０）の硬度は、前記力伝達手段（力伝達シャフト３６）及び前記可動部３８の硬度より低いことを特徴とする。【選択図】図１
2011027523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングが支持する受圧手段と、
前記受圧手段により立設する力伝達手段と、
接着手段により前記力伝達手段に固定された可動部と、
感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部を有する感圧素子と、を備えた圧力センサーであって、
前記基部の一方は、前記ハウジングに固定され、
前記基部の他方は、前記可動部に固定されるとともに、
前記接着手段は、前記力伝達手段と前記可動部との間に介在し、
前記接着手段の硬度は、前記力伝達手段及び前記可動部の硬度より低いことを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
前記可動部は、
前記力伝達手段を挿通する貫通孔を有し、
前記接着手段は、
前記貫通孔と前記力伝達手段との間を介在するように前記貫通孔に充填することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
前記可動部は、
前記可動部の側面に形成され、前記貫通孔に接続する横穴を有し、
前記接着手段は、
前記貫通孔に前記力伝達手段を挿通したのち、前記貫通孔及び前記横穴に充填することを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー。
【請求項４】
前記接着手段は、粘弾性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項５】
前記粘弾性を有する材料は、ビスフェノール系樹脂を主成分として含むことを特徴とする請求項４に記載の圧力センサー。
【請求項６】
前記感圧素子は、
前記一対の基部を結ぶ直線の方向を力の検出軸とし、
前記直線と前記力伝達手段の変位方向とが平行となるように配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【請求項７】
前記ハウジングの前記受圧手段側には、
前記ハウジングの内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子が取り付けられ、
前記一対の基部の一方には、
前記感圧部に形成された励振電極に接続されたワイヤーが設けられ、
前記ワイヤーは、前記ハーメチック端子に接続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ー。
【請求項８】
前記ハウジングの前記受圧手段側には、
前記ハウジングの内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子が取り付けられ、
前記一対の基部の他方には、
前記感圧部に形成された励振電極に接続され、前記第１基部側と反対方向に延出したワイヤーが設けられ、
前記ワイヤーは、
前記第１基部側に湾曲させて前記ハーメチック端子に接続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ー。
【請求項９】
前記ハウジングの前記圧力入力口に対向する位置に形成された第２圧力入力口を封止し、外部の圧力を前記ハウジング内部に伝達する第２受圧手段を有し、前記力伝達手段は、一端が前記受圧手段に接続され、前記一端の反対側の他端が前記第２受圧手段に接続されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサーに関し、特に圧力センサーを構成する感圧素子の周波数特性において、感圧素子の振動とハウジングの固有振動とのカップリングに起因する不要モードの発生を抑制する技術に関する。
【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ーが知られている。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。
【０００３】
特許文献１乃至３には、感圧素子として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或いは引張り力として力Ｆが加わる。前記圧電振動素子には、当該力Ｆに応じた応力が生じることとなり、当該応力により共振周波数が変化する。当該圧力センサーは、圧電振動素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。
【０００４】
図１１に特許文献１に開示された第１の従来技術に係る圧力センサーを示す。
図１１に示す従来の圧力センサー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。
【０００５】
ここで、圧力センサーにおいて、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。
【０００６】
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。
【０００７】
このような構成の圧力センサー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。
【０００８】
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。そして特許文献２及び特許文献３においても上述同様の技術が開示されている。
【０００９】
図１２に特許文献４に開示された第２の従来技術に係る圧力センサーを示す。特許文献４には、第２の従来技術として、上述の圧力センサーで用いるような高価なピボット（撓みヒンジ）を支点とした力伝達手段（カンチレバー）を用いない構成が開示されている。すなわち、対向する第１及び第２の壁面２０３、２０４に夫々第１の圧力入力口２０３ａと第２の圧力入力口２０４ａとを備えた気密ケース２０２と、該第１の壁面２０３に一端を固定されると共に第１の圧力入力口２０３ａと連通する軸穴を備えた円筒形の第１のベローズ２１０と、該第２の壁面２０４に一端を固定されると共に第２の圧力入力口２０４ａと連通する軸穴を備え且つ第１のベローズ２１０と直列状に配置された円筒形の第２のベローズ２１１と、該第１及び第２のベローズ２１０、２１１の各他端２１０ａ、２１１ａ同士の間に固定配置される振動素子接着台座２１５と、該振動素子接着台座２１５によって支持された薄板状の圧電振動素子２２０と、該圧電振動素子２２０上の電極パターンと導通した発振回路２３０と、を備えた圧力センサー２０１において、前記圧電振動素子２２０は、前記第２の壁面２０４に一端を固定されると共に他端を前記振動素子接着台座２１５に固定され、前記第２のベローズ２１１を間に挟んで前記圧電振動素子２２０と対向する位置において、前記第２の壁面２０４と前記振動素子台座２１５との間に圧電補強版２２１を固定した構成が開示されている。
【００１０】
更に特許文献５においては、特許文献４に開示された圧力センサーに関し、ベローズの圧力検出軸と直交する方向からの衝撃に対する強度を高める構成として後述のように圧力検出軸方向と直交する方向に前記台座と気密ケースとを補強用弾性部材を用いて連結してなる圧力センサーが提案されている。
【００１１】
図１３に特許文献５に開示された第３の従来技術に係る圧力センサーを示す。第３の従来技術に係る圧力センサー３０１は、内部に真空、又は不活性な雰囲気を備えた気密ケース３０２と、気密ケース３０２の対向する第１及び第２の壁面３０３、３０４にそれぞれ貫通形成された第１の圧力入力口３０３ａおよび第２の圧力入力口３０４ａと、第１の壁面３０３に一端開口を固定されると共に第１の圧力入力口３０３ａと連通する軸孔を備えた円筒型の第１のベローズ３１０と、第２の壁面３０４に一端開口を固定されると共に第２の圧力入力口３０４ａと連通する軸孔を備え、且つ第１のベローズ３１０と直列状に配置された円筒型の第２のベローズ３１１と、第１及び第２のベローズ３１０、３１１の各他端３１０ａ、３１１ａ同士の間に固定配置される振動素子接着台座３１５と、振動素子接着台座３１５によって支持された薄板状の圧電振動素子３２０と、第２ベローズ３１１を間に挟んで圧電振動素子３２０と対向する位置に配置された圧電補強板３２１と、圧電振動素子３２０上の電極パターンと導通した発振回路３３０と、を備えている。圧電振動素子３２０は、第２の壁面３０４に一端を固定されると共に他端を振動素子接着台座３１５に固定されている。圧電補強板３２１は、第２の壁面３０４と振動素子接着台座３１５とによって両端部を固定されている。また振動素子接着台座３１５と気密ケース３０２の内壁は補強板用バネで固定されＸ軸方向の衝撃に対する耐久性を高めている。
【００１２】
圧電振動素子３２０は、例えば水晶基板に電極を形成した構成を備えている。振動素子接着台座３１５は、両ベローズ３１０、３１１の他端部３１０ａ、３１１ａによって挟まれた状態で固定される基部３１５ａと、基部３１５ａの外周から第２の壁面へ向けて突出した支持片３１５ｂを備えており、圧電振動素子３２０と圧電補強板３２１の他端部をいずれも支持片３１５ｂに接続されている。
【００１３】
各圧力入力口３０３ａ、３０４ａは各ベローズ３１０、３１１内部の軸孔と連通する一方で、各ベローズ内の軸孔同士は振動素子接着台座３１５の基部３１５ａによって非連通状態に保持されている。従って、両圧力入力口３０３ａ、３０４ａから入力される圧力Ｐ１、Ｐ２の圧力差によるベローズの伸縮によって振動素子接着台座３１５の位置はベローズの軸方向に進退する。振動素子接着台座３１５に一端を固定され他端を第２の壁面３０４に固定された圧電振動素子３２０は、振動素子接着台座３１５から伝達される圧力によって軸方向への機械的応力を受けて変形し、固有の共振周波数が変動する。即ち、気密ケース３０２の適所に気密状態で配置した発振回路３３０と圧電振動素子３２０を構成する圧電基板上の励振電極とを接続した状態で、励振電極に通電することによって圧電基板を励振させ、この時の出力周波数に基づいて圧力Ｐ１、或いはＰ２を算出する。
【００１４】
第３の従来技術に係る圧力センサー３０１（第２の従来技術に係る圧力センサー２０１も同様）によれば、圧力Ｐ１が第１の圧力入力口３０３ａに入力された際に、当該圧力に応じた力が圧電振動素子３２０と圧電補強板３２１に加わる。圧電補強板３２１の存在によって、圧電振動素子３２０には長辺方向（水晶振動素子の場合は図中のＹ軸方向）からの力だけが加わることになり、圧電振動素子本来の圧力―周波数特性が２次曲線を示すこととなる。従って、圧力Ｐ１に応じて圧電振動素子３２０の共振周波数は直線的に変化し、高精度な圧力センサー３０１を得ることができる。
【００１５】
次に特許文献６、７には、エンジン内部の油圧を検出するためにエンジンブロックに固定して使用する圧力センサーが開示されている。
図１４に特許文献６に開示された第４の従来技術に係る圧力センサーを示す。第４の従来技術に係る圧力センサー４００は、ハウジング４１０、金属ステム４２０及び印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部４３０を有する第１の部材４０１と、圧力を受圧するダイアフラム４１５とメタルケース４１６を有する第２の部材４０２と、前記ダイアフラム４１５の受けた圧力を前記センシング部４３０へ伝達する圧力伝達部材４１７とを備え、前記センシング部４３０と前記ダイアフラム部４１５との間に前記圧力伝達部材４１７を介在させ、前記ダイアフラム４１５から前記圧力伝達部材４１７を介して前記センシング部４３０へ荷重を与えた状態で、前記第１の部材４０１と前記第２の部材４０２とが溶接により接合されており、前記溶接は、前記第１の部材４０１と前記第２の部材４０２との重なり部にて外側の部材の表面から内部に向かって溶融部Ｍを形成するものとしてなされている圧力センサー４００において、前記第１の部材４０１と前記第２の部材４０２との重なり部のうち外側の部材において、前記溶融部Ｍが形成される部位が、その周囲の部位よりも薄い薄肉部となっている。これにより、溶接がなされる第１の部材４０１と第２の部材４０２との重なり部において、当該重なり部における外側の部材において溶融部Ｍが形成される部位を、その周囲の部位よりも薄い薄肉部としているため、従来よりも、より小さなエネルギーの印加により、適切な深さを持つ溶融部Ｍを形成できるとしている。
【００１６】
図１５に特許文献７に開示された第５の従来技術に係る圧力センサーを示す。第５の従来技術に係る圧力センサー５００は、一面が被測定圧力を受ける受圧面５１１となっており、この受圧面５１１に前記被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラム５１０と、一端部が前記受圧用ダイアフラム５１０の他面に接触している圧力伝達部材５６０と、前記圧力伝達部材５６０の他端部側に設けられ、前記受圧用ダイアフラム５１０からの被測定圧力を前記圧力伝達部材５６０を介して受けて信号を発生するセンシング部５５０とを備える圧力センサーにおいて、前記受圧用ダイアフラム５１０は複数回折り返された波型形状を有している。これにより、受圧用ダイアフラム５１０を複数回折り返された波型形状を有するものとしているため、バネ性を確保しつつ機械的強度を向上できるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【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
【特許文献４】特開２００５−１２１６２８号公報
【特許文献５】特開２００７−５７３９５号公報
【特許文献６】特開２００６−１９４７３６号公報
【特許文献７】特開２００７−１３２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１乃至３の発明においては、図１１に示す圧力センサーのように、第１のベローズ１０６に充填されているオイル１１０は、圧力センサー１０１を構成する他の要素、例えば、力伝達部材１０５や双音叉型振動子１０９などに比べて熱膨張係数が大きいので、圧力センサーを構成する各部材に温度変化による熱歪みが生じることとなる。このような熱歪みが不要な応力として双音叉型振動子１０９に作用するので、測定した圧力値に誤差が生じることとなり圧力センサーの特性を悪化させるという問題があった。
【００１９】
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に流出したり、液体が第１のベローズ１０６側に流入することもあるので、第１のベローズ１０６に充填されているオイル１１０内に気泡が発生する場合がある。
【００２０】
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しているオイル１１０は、力を力伝達部材１０５を経由して双音叉型振動子に安定して伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる可能性がある。
【００２１】
さらに、上述したように、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ため、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に流出する可能性があり、異物の混入を嫌う清浄な液体の圧力測定を行う場合の用途には、オイル１１０を使用した従来の如き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。
【００２２】
さらにまた、従来の如き圧力センサー１０１は、力伝達部材１０５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はくびれ部の細い撓みヒンジを必要とする構造をしているので高コストな部品となるため圧力センサーの製造コストを上昇させるという問題があった。
【００２３】
特許文献４や５が提案している圧力センサーは、姿勢が傾くと、ベローズに垂れが生じてしまうので、感圧素子（双音叉振動子）に加わる力に変化が生じてしまい、それによって共振周波数も変動してしまうという問題があった。
【００２４】
さらに図１６に示すように、圧力センサー２０１（図１２の圧力センサー２０１と同じ）の圧力導入口２０３ａ、２０４ａに内部にオイル２４０が充填されたパイプ２４２を接続した場合、第１、第２のベローズ２１０、２１１やパイプ２４２に充填されているオイル２４０が、圧力測定の対象となる液体側に流出したり、液体がベローズ側に流入することもあるので、第１、第２のベローズ２１０、２１１に充填されているオイル２４０内に気泡が発生する場合があり、オイル２４０内に気泡が充填すると、圧力の伝達媒体として機能しているオイル２４０が、台座を経由して圧電振動素子２２０に安定して力を伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる問題があった。
【００２５】
特許文献５については、設置された補強用弾性部材の硬さを硬くしてしまうと、ベローズの動きを抑止してしまうことになり、圧力検出誤差を劣化させてしまうという問題があった。さらに特許文献４や特許文献５では補強板が感圧素子に対向配置されているので、ベローズの動きを抑制してしまうことになり、圧力検出感度を劣化させてしまう問題があった。
【００２６】
特許文献６や特許文献７において、ダイアフラムとシャフトとは荷重を与えた状態で接触しているが、圧力センサーが高温高圧下で使用されるので、リジッドに固定してしまうと各部材の熱膨張の違いにより、機構が破壊されてしまう虞があるため、当該熱膨張を考慮して、ダイアフラムとシャフトとは点で接触しているに過ぎず、接着剤等の接着手段を用いて接着はされていない。従って圧力変動によりダイアフラムとシャフトが稼動する際、点接触部がずれてしまう可能性が非常に高く、接触点がずれる過程で、ダイアフラムとシャフトの双方に作用している力が漏洩してしまうため、精度の高い圧力検出を行うことができないという問題があった。
【００２７】
さらに、いずれの特許文献に開示された発明においても、圧電振動子（感圧素子）は所定の共振周波数で振動し、ダイアフラム等から応力を受けることによりその共振周波数を変動させているが、圧電振動子を収納するハウジングも固有の共振周波数を有している。したがって両者の共振周波数が一致、もしくは近接すると圧電振動子の振動とハウジングの振動との間でカップリングを起こし、圧電振動子の周波数特性において固有振動周波数に係る不要モードのディップが発生し、固有振動周波数の帯域において圧力測定値の誤差が急激に大きくなるという問題があった。
【００２８】
そこで、本発明は、上述のごとき様々な問題点に鑑みてなされたものであって、即ち、内部の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化し、感圧素子の周波数特性に不要モードに起因するディップが生じることを抑制することを実現した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】
【００２９】
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］ハウジングと、前記ハウジングが支持する受圧手段と、前記受圧手段により立設する力伝達手段と、接着手段により前記力伝達手段に固定された可動部と、感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部を有する感圧素子と、を備えた圧力センサーであって、前記基部の一方は、前記ハウジングに固定され、前記基部の他方は、前記可動部に固定されるとともに、前記接着手段は、前記力伝達手段と前記可動部との間に介在し、前記接着手段の硬度は、前記力伝達手段及び前記可動部の硬度より低いことを特徴とする圧力センサー。
【００３０】
上記構成により、受圧手段が外部から圧力を受けると受圧手段に連動する力伝達シャフトが変位するが、感圧素子は可動部及び接着手段を介して前記変位に伴う力を受けることにより圧力を検出することができる。一方、感圧素子からの振動は接着手段に吸収されるため、感圧素子からハウジング側に伝達する振動を抑制することができる。よってハウジングには感圧素子からの振動が抑制されるのでハウジングの振動と感圧素子の振動とのカップリングを抑制して、感圧素子の周波数特性において不要モードに起因するディップを抑制して安定した圧力測定値を得ることが可能な圧力センサーとなる。
【００３１】
［適用例２］前記可動部は、前記力伝達手段を挿通する貫通孔を有し、前記接着手段は、前記貫通孔と前記力伝達手段との間を介在するように前記貫通孔に充填することを特徴とする適用例１に記載の圧力センサー。
これにより、適用例１と同様の効果を有するとともに、接合強度を高めることができるので、経年劣化を抑制した圧力センサーとなる。
【００３２】
［適用例３］前記可動部は、前記可動部の側面に形成され、前記貫通孔に接続する横穴を有し、前記接着手段は、前記貫通孔に前記力伝達手段を挿通したのち、前記貫通孔及び前記横穴に充填することを特徴とする適用例２に記載の圧力センサー。
これにより、力伝達手段と可動部との接着を確実に行うことができる。
【００３３】
［適用例４］前記接着手段は、粘弾性を有する材料で形成されていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧力センサー。
これにより、力伝達手段からの力を感圧素子側に伝達するとともに、感圧素子からの振動をより効果的に吸収することができる。
【００３４】
［適用例５］前記粘弾性を有する材料は、ビスフェノール系樹脂を主成分として含むことを特徴とする適用例４に記載の圧力センサー。
粘弾性を有する材料のうち、ビスフェノール系樹脂を接着手段として用いることにより、感圧素子からの振動を吸収して、ハウジングと感圧素子とのカップリングを防止する効果を顕著に有するものとなる。
【００３５】
［適用例６］前記感圧素子は、前記一対の基部を結ぶ直線の方向を力の検出軸とし、前記直線と前記力伝達手段の変位方向とが平行となるように配置されたことを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサー。
これにより、感圧素子は検出軸方向から圧縮応力及び引張り応力を受けることができるので、感度の高い圧力センサーを構築することができる。
【００３６】
［適用例７］前記ハウジングの前記受圧手段側には、前記ハウジングの内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子が取り付けられ、前記一対の基部の一方には、前記感圧部に形成された励振電極に接続されたワイヤーが設けられ、前記ワイヤーは、前記ハーメチック端子に接続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ー。
これにより、振動する感圧部とワイヤーとの接触を回避することができる。
【００３７】
［適用例８］前記ハウジングの前記受圧手段側には、前記ハウジングの内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子が取り付けられ、前記一対の基部の他方には、前記感圧部に形成された励振電極に接続され、前記第１基部側と反対方向に延出したワイヤーが設けられ、前記ワイヤーは、前記第１基部側に湾曲させて前記ハーメチック端子に接続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ー。
【００３８】
これにより、振動する感圧部とワイヤーとの接触を回避することができるとともに、ワイヤーを長くすることができるのでワイヤーをハーメチック端子に容易に接続することができる。
【００３９】
［適用例９］前記ハウジングの前記圧力入力口に対向する位置に形成された第２圧力入力口を封止し、外部の圧力を前記ハウジング内部に伝達する第２受圧手段を有し、前記力伝達シャフトは、一端が前記受圧手段に接続され、前記一端の反対側の他端が前記第２受圧手段に接続されたことを特徴とする適用例１乃至８のいずれか１項に記載の圧力センサー。
【００４０】
これにより、力伝達シャフトの受圧手段から受ける力が力伝達シャフトの第２受圧手段からの力よりも大きい場合は、力伝達シャフトは受圧手段側に変位し、感圧素子には圧縮応力が掛かる。逆に力伝達シャフトの受圧手段から受ける力が力伝達シャフトの第２受圧手段からの力よりも小さい場合は、力伝達シャフトは第２受圧手段側に変位し、感圧素子には引張応力が掛かる。よって感圧素子は受圧手段が受ける圧力と第２受圧手段が受ける圧力の大小関係を識別可能となるため、相対圧を測定する圧力センサーを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係る圧力センサーの断面模式図である。
【図２】第1実施形態に係る圧力センサーの斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る圧力センサーの部分破断斜視図である。
【図４】力伝達シャフト、可動部、及び感圧素子の接着状態を示す図である。
【図５】本実施形態に係る圧力センサーの配線の模式図である。
【図６】本実施形態に係る圧力センサーの組立工程を示す図である。
【図７】感圧素子の実装工程を示す図である。
【図８】本実施形態に係る圧力センサーのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本実施形態に係る圧力センサーの実装図である。
【図１０】本実施形態の変形例の模式図である。
【図１１】第１の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。
【図１２】第２の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。
【図１３】第３の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。
【図１４】第４の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。
【図１５】第５の従来技術に係る圧力センサーの模式図である。
【図１６】従来技術に圧力センサーの圧力導入口に内部にオイルが充填されたパイプを接続した模式図である。
【図１７】粘弾性のマクスウェルモデルを表した図である。
【図１８】粘弾性のマクスウェルモデルを電気回路に置き換えて表現した図（図１８（ａ））、及び入力電圧と出力電圧の波形を表したグラフ（図１８（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係る圧力センサー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。
【００４３】
第１実施形態に係る圧力センサーを図１、図２、図３に示す。図１は断面模式図（図１（ａ）はＸＹ面を断面とし、図１（ｂ）はＸＺ面を断面とする）、図２は主要部分の斜視図、図３は部分破断斜視図に示す。なお、図１乃至図３に示されるＸＹＺは直交座標系を形成しており、以後用いられる図についても同様に適用する。第１実施形態に係る圧力センサー１０は、ハウジング１２、受圧手段となる第１ダイアフラム３２、第２ダイアフラム３４、感圧素子４２、力伝達手段となる力伝達シャフト３６、可動部３８等を有し、ハウジング１２内部が真空封止され、第１ダイアフラム３２と第２ダイアフラム３４との間の相対圧を測定する圧力センサーである。
【００４４】
ハウジング１２は、内部を真空に封止して後述の各構成要素を収容するものである。これにより圧力センサー１０は、感圧素子４２のＱ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサー１０の長期安定性を確保することができる。
ハウジング１２は、円形のフランジ端板１４、円形のハーメ端子台１８、ボス部２４、支持シャフト２８、円筒形の側壁部３０を有し、全体的に円筒形の形状を有している。
【００４５】
フランジ端板１４は、側壁部３０の内壁に外周が接続する円形の厚肉部１４ａと、厚肉部１４ａの外周に形成され、フランジとなる円形の薄肉部１４ｂを有し、厚肉部１４ｂの中心に圧力入力口（第１圧力入力口１６）を有する。そして第１圧力入力口１６は第１ダイアフラム３２により封止される。
【００４６】
ハーメ端子台１８は、その中央部において＋Ｚ方向が開口したザグリ形状の第２圧力入力口２０と、第２圧力入力口２０の中心に形成され力伝達シャフト３６を挿通する挿通孔２０ａを有する。そしてハーメ端子台１８の第２圧力入力口２０の外周の領域にはハーメチック端子２２を挿通する貫通孔１８ａが形成されている。また挿通孔２０ａの外周領域であって第２圧力入力口２０のハウジング１２内部側の所定位置にはネジ穴１８ｂが設けられ、ネジ穴１８ｂには調整ネジ２６が螺合する。なおハーメ端子台１８の外周は側壁部３０と接続している。なおハーメ端子台１８の外周の直径とフランジ端板１４の厚肉部１４ａの外周の直径は同じとなるように設計され、各外周は平面視して（±Ｚ方向から見て）互いに重なるように配置される。
【００４７】
ハーメチック端子２２は、ハウジング１２の気密を維持しつつハウジング１２の内部空間に配置された感圧素子４２とハウジング１２外部にある発振回路（不図示）等と、を電気的に接続する端子であって、ハーメチック端子２２の内部端子２２ａはハウジング１２内部に露出するとともに、内部端子２２ａはハウジング１２外部に露出した外部端子２２ｂと貫通電極（不図示）を通じて電気的に接続される。
【００４８】
ボス部２４は、感圧素子４２の一端（第１基部４２ａ）とハーメ端子台１８との相対位置を固定する中継部材である。ボス部２４は感圧素子４２を固定し、感圧素子４２の第１基部４２ａの外形に倣って掘り込まれ、第１基部４２ａ及び後述の仮固定板を嵌め込む第１取り付け面２４ｂを有する感圧素子固定部２４ａと、感圧素子固定部２４ａのハーメ端子台１８側に形成された矩形のフランジ部２４ｃとを有する。またボス部２４には感圧素子固定部２４ａとフランジ部２４ｃとを連通し、力伝達シャフト３６を挿通する挿通孔２４ｄが形成されている。さらに第１取り付け面２４ｂには後述の仮固定板５２を取り付けるためのネジ穴２４ｅが形成されている。そして、フランジ部２４ｃの所定位置にはボス部２４とハーメ端子台１８との相対位置を調整するための調整穴２４ｆが設けられている。
【００４９】
調整ネジ２６はネジ穴１８ｂと螺合する雄ネジの軸部２６ａと、軸部２６ａの端部に形成され、フランジ部２４ｃに当接する頭部２６ｂからなる。ここで調整穴２４ｆの内径は軸部２６ａの直径より大きく、かつ頭部２６ｂの直径より小さく設計しているので、調整穴２４ｆの軸部２６ａとの相対位置を変位させた状態で頭部２６ｂをフランジ部２４ｃに当接させることができる。したがって、ボス部２４とハーメ端子台１８との相対位置を、調整穴２４ｆの内壁に軸部２６ａが当接する位置を外周とする範囲内で任意に調整した上で、調整ネジ２６を螺合して頭部２６ｂをフランジ部２４ｃに当接させることにより、ボス部２４のハーメ端子台１８に対する相対位置を調整した、ボス部２４をハーメ端子台１８に固定することができる。
【００５０】
フランジ端板１４の厚肉部１４ａ及びハーメ端子台１８の互いに対向する面の所定位置には支持シャフト２８を嵌め込むダボ穴１４ｃ、１８ｃが形成されている。ダボ穴１４ｃ及びダボ穴１８ｃは互いに対向する位置に形成されている。よってダボ穴１４ｃ、１８ｃに支持シャフト２８を嵌め込むことによりフランジ端板１４とハーメ端子台１８とが支持シャフト２８を介して接続される。
【００５１】
支持シャフト２８は、一定の剛性を有し、±Ｚ方向に長手方向を有する棒状の部材であって、ハウジング１２の内部に配置され、支持シャフト２８の一端２８ａがフランジ端板１４のダボ穴１４ｃに、他端２８ｂがハーメ端子台１８のダボ穴１８ｃにそれぞれ嵌め込まれることにより、フランジ端板１４、支持シャフト２８、およびハーメ端子台１８との間で一定の剛性を獲得する。なお支持シャフト２８は複数本用いられるが、各ダボ穴の位置に従って任意に配置される。
【００５２】
側壁部３０は、ハウジング１２の側面を封止するものであり、その内壁がフランジ端板１４の厚肉部１４ａの外周、及びハーメ端子台１８の外周に接続する。フランジ端板１４、ハーメ端子台１８、側壁部３０はステンレス等の金属で形成することが好ましく、支持シャフト２８は一定の剛性を有し熱膨張係数の小さいセラミック等を用いることが好ましい。
【００５３】
上述のように、フランジ端板１４に形成された第１圧力入力口１６には第１ダイアフラム３２が接続され、ハーメ端子台１８に形成された第２圧力入力口２０には第２ダイアフラム３４が接続されている。第１ダイアフラム３２及び第２ダイアフラム３４は、それぞれハウジング１２の外部に面した一面が受圧面となっており、前記受圧面が被測定圧力環境の圧力を受けて撓み変形し、ハウジング１２内部側に撓み変形に係る応力を伝達するものである。また第１ダイアフラム３２は、外部からの圧力によって変位する中央領域３２ａと、前記中央領域３２ａの外周にあり、外部からの圧力により撓み変形する可撓領域３２ｂと、前記可撓領域３２ｂの外周にあり、フランジ端板１４に形成された第１圧力入力口１６の内壁に接合して固定される周縁領域３２ｃを有している。同様に、第２ダイアフラム３４は、外部からの圧力によって変位する中央領域３４ａと、前記中央領域３４ａの外周にあり、外部からの圧力により撓み変形する可撓領域３４ｂと、前記可撓領域３４ｂの外周にあり、ハーメ端子台１８に形成された第２圧力入力口２０の内壁に接合して固定される周縁領域３４ｃを有している。
【００５４】
第１ダイアフラム３２及び第２ダイアフラム３４の材質は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものがよく、また、水晶のような単結晶体やその他の非結晶体でもよい。金属で形成する場合は、金属母材をプレス加工して形成してもよい。また本実施形態に係る圧力センサーは相対圧を検出するため、第１ダイアフラム３２及び第２ダイアフラム３４の圧力に対する応答特性が同一であることが望ましい。
【００５５】
力伝達シャフト３６は、円筒形のハウジング１２の軸心と同軸に配置され±Ｚ方向に長手方向を有する部材であり、力伝達シャフト３６の一端３６ａが第１ダイアフラム３２の中央領域３２ａに接続され、前記一端３６ａの長手方向の反対側の他端３６ｂが第２ダイアフラム３４の中央領域３４ａに接続されている。よって第１ダイアフラム３２が受ける圧力が第２ダイアフラム３４が受ける圧力より大きい場合には、力伝達シャフト３６は第２ダイアフラム３４側に変位し、逆に第１ダイアフラム３２が受ける圧力が第２ダイアフラム３４が受ける圧力より小さい場合には、力伝達シャフト３６は第１ダイアフラム３２側に変位する。なお、力伝達シャフト３６は、支持シャフト２８と同様に、一定の剛性を有し熱膨張係数の小さいセラミック等を用いることが好ましい。なお、ハーメ端子台１８の第２圧力入力口２０に形成された挿通孔２０ａ、及びボス部２４の感圧素子固定部２４ａに形成された挿通孔２４ｄは、それぞれ力伝達シャフト３６より大きな直径を有しており、このため力伝達シャフト３６は挿通孔２０ａ及び挿通孔２４ｄに触れることなく第１ダイアフラム３２側及び第２ダイアフラム３４側（±Ｚ方向）に変位することができる。
【００５６】
力伝達シャフト３６の所定位置には可動部３８が取り付けられている。可動部３８には±Ｚ方向で力伝達シャフト３６を挿通する挿通孔３８ａと、可動部３８の側面に形成され挿通孔３８ａに接続する横穴３８ｂが形成されている。さらに可動部３８には、感圧素子４２の第２基部４２ｂの形状に倣って掘り込まれ、第２基部４２ｂ及び後述の仮固定板５２を嵌め込む第２取り付け面３８ｃを有し、第２取り付け面３８ｃには、後述の仮固定板５２を取り付けるためのネジ穴３８ｄが形成されている。また可動部３８は、力伝達シャフト３６を挿通孔３６ａに挿通したのち、力伝達シャフト３６上の所定位置に固定する。このとき接着手段としてエポキシ樹脂等の接着剤４０を、力伝達シャフト３６と挿通穴３８ａとの隙間及び横穴３８ｂから充填して、力伝達シャフト３６と可動部３８とを互いに接着する。このように可動部３８に挿通孔３８ａのみならず横穴３８ｂを設けることにより接着剤４０による接着を容易に行うことができる。
【００５７】
図４（ａ）、（ｂ）に力伝達シャフト３６、可動部３８、感圧素子４２の接着剤４０による接着状態の模式図を示す。図４に示すように力伝達シャフト３６を挿通した可動部３８の挿通孔３８ａの上端及び下端において力伝達シャフト３８を軸としてテーパー状にエポキシ系等の接着剤４０を盛り上げることが望ましい。また可動部３８に形成された挿通孔３８ａと力伝達シャフト３６は同軸となるように配置され、隙間の幅は２０μｍ程度であることが望ましく、その隙間に接着剤４０を注入する。また感圧素子４２の第２基部４２ｂ（第１基部４２ａ）と可動部３８（ボス部２４）との接着に用いる接着剤４０ａの厚みも１０μｍ程度であることが望ましい。
【００５８】
また本実施形態で用いる接着手段としての接着剤４０、４０ａは、エポキシ樹脂以外のものも適用することができるが、力伝達シャフト３６及び可動部３８の硬度より低いものを適用することにより、感圧素子４２からの振動が接着剤４０、４０ａにおいて集中的に吸収させることができる。さらに接着剤４０、４０ａの厚みを上述のように設計することにより、感圧素子４２からの振動が接着剤４０、４０ａによって吸収され、力伝達シャフト３６（ハウジング１２）へ伝達することを防止するとともに、力伝達シャフト３６の変位を感圧素子４２に確実に伝達することができる。
【００５９】
本願発明者は、感圧素子４２の共振周波数と、ハウジング１２の固有振動数のカップリングに起因して共振周波数の圧力誤差特性に発生するディップに対して、本願発明が及ぼす抑制メカニズムについて調査した。図８に本願発明に係るディップを抑制するための対策がなされた構造を有する（改善後の）差圧センサー（相対圧センサー）と、対策がなされていない（改善前の）差圧センサーにおける感圧素子で検出される共振周波数の誤差を表したグラフである。
【００６０】
改善前である従来構造の差圧センサーにおいて、力伝達シャフトと可動部は一体成型（ワンピース）で製作した。改善後の本発明に係る構造を有する差圧センサー（圧力センサー１０）において、力伝達シャフト３６と可動部３８とはエポキシ系接着剤を用いて接着固定した。
【００６１】
実験に使用するサンプルは、改善前の構造のもの、改良後のもの共に２個ずつ準備した。図８において横軸は差圧センサーの２つのダイアフラムが夫々受圧する圧力Ｐ１、Ｐ２の差圧で、単位は１００ｋＰａ、縦軸は検出される共振周波数の誤差で、単位は％ＦＳ（フルスケール）である。
【００６２】
実験の方法及び条件は以下の通りである。
第１ダイアフラム３２に圧力Ｐ１を加え、第２ダイアフラム３４に圧力Ｐ２を加える。第２ダイアフラム３４に加わる圧力Ｐ２は大気圧で約１００（ｋＰａ）である。第１ダイアフラム３２に加わる圧力Ｐ２は大気圧（約１００（ｋＰａ））に更に０〜１００（ｋＰａ）が加えられた圧力である。実験を行う環境の雰囲気は２５℃である。
【００６３】
したがって、力伝達シャフト３６は、第１ダイアフラム３２及び第２ダイアフラム３４の受圧面に対して垂直方向に、差圧＝（Ｐ１−Ｐ２）の分だけ変位するので、力伝達シャフト３６に固定された前記可動部３８も同様に前記垂直方向に変位することとなり、前記変位が、前記感圧素子固定部２４ａ及び前記可動部３８を介して前記感圧素子（双音叉振動子）４２に伝達されることとなる。
このとき、感圧素子（双音叉振動子）４２に生じる圧縮応力により、感圧素子４２の共振周波数に変化が生じる。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、改善前のサンプルにある差圧値のときにディップ（ピーク）が生じているのが観測できる。ここでＮｏ．１のサンプルは３０、９０（ｋＰａ）にディップが生じており、Ｎｏ．２のサンプルは１０、９０（ｋＰａ）にディップが生じている。それに対して図８（ｂ）に示すように、改善後のサンプルには、ともに大きなディップが生じていないことが観測できる。
【００６５】
ここで、本発明に係る構造を有する改善後の差圧センサーがディップを抑制できた理由、メカニズムについて検証する。
改善後の差圧センサーにおいて、力伝達シャフト３６と可動部３８との接着にはエポキシ系接着剤を用いたが、本願発明者はエポキシ系接着剤の粘弾性について着目した。
【００６６】
粘弾性（Ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）とは、周知のとおり粘性及び弾性両方をあわせた性質のことである。図１７は、粘弾性のマクスウェルモデルを表した図である。前記マクスウェルモデルは、外力に対して、応答の速いバネと、応答の遅いダッシュポッドとを直列に並べたものとして表すことができる。これは粘弾性体の応力緩和を表現しているが、この原理を用いて、ハウジングの固有振動数（共振周波数）を前記エポキシ系接着剤で吸収し、感圧素子の共振周波数にカップリングすることを抑制するメカニズムをモデル化した。図１８（ａ）は、粘弾性を電気的に表現したモデルを表す図である。図１７で表したマクスウェルモデルにおけるバネを抵抗Ｒ、ダッシュポッドをコンデンサで表し、電圧Ｖｉｎを入力された抵抗Ｒの出力端子にコンデンサＣの一方の端子を接続し、コンデンサＣの他方の端子を接地する。抵抗Ｒの出力端子から出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００６７】
図１８（ｂ）は、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの波形を表したグラフであり、横軸を時間ｔ、縦軸を電圧Ｖで示している。ここで、ＶｉｎとＶｏｕｔの関係を式で表すと以下のようになる。
【数１】
2011027523.tif 000003
【００６８】
［数１］においてωを小さくしていくとＶｏｕｔはＶｉｎに近づき、ωを大きくした場合はゼロに近づく。これを圧力センサー１０に置き換えて説明すると、圧力センサー１０が感知対象とする圧力の時間変化は小さいものを想定しているので、力伝達シャフト３６の変位の時間変化はゆっくりとしたものであり、［数１］においてωを小さくしたものと考えられる。また［数１］から、ＶｏｕｔはＶｉｎより位相が遅れていることが分かる。よって、位相による遅れはあるもの、力伝達シャフト３６の変位（Ｖｉｎ）は、可動部３８及び感圧素子４２への変位（Ｖｏｕｔ）としてほとんどそのまま伝達されることとなる。
【００６９】
一方、ハウジング１２の固有振動は感圧素子４２の振動が伝達されて発生するものであるから、感圧素子４２とハウジング１２のカップリングに起因する振動は高周波なものとなるため、［数１］においてωを大きくしたものと考えられる。よってハウジング１２の固有振動は接着手段である接着剤４０において吸収され、可動部３８及び感圧手段４２への伝達が制限される。そして、そもそもハウジング１２の固有振動は感圧素子４２からの振動を受けて発生し得るものであり、本実施形態のように感圧素子４２が接着剤４０を介してハウジング１２側に接続される場合は、ハウジング１２に伝達しカップリングの原因となるハウジング１２の固有振動そのものを抑制することができる。
【００７０】
図１８（ｂ）を観察すると、入力電圧Ｖｉｎに対して、出力電圧Ｖｏｕｔは、位相が遅れているとともに、発振強度が小さくなっていることが確認できる。
従って、ハウジングの有する固有周波数（共振周波数）の発振強度が弱くなり発振し難くなることによって、ディップが抑制されているように観測できたのである。
【００７１】
本願発明者は、エポキシ系接着剤の他に、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤、無機系接着剤等も用いて、力伝達シャフト３６と可動部３８とを接着固定して、前述と同様な実験を行い評価したところ、十分な改善は見られなかった。その結果、本願発明者は、エポキシ系接着剤の有する成分であるビスフェノール系樹脂がディップを抑制するので適した粘弾性を有していることに想到したのである。よって、本発明に係る差圧センサーの構造において、力伝達シャフト３６と可動部３８とを固定するにあたり、力伝達シャフト３６を挿通する可動部３８の挿通孔３８ａにおいて力伝達シャフト３６と可動部３８との間に粘弾性材料を介在させることによって、ハウジングの有する固有周波数（共振周波数）の共振強度を減衰させる特性を発現できるものであり、粘弾性材料としてビスフェノール系樹脂を主成分として含む接着剤である。
ビスフェノール系樹脂としては、ビスフェノールＡ型やビスフェノールＦ型、或いはこれらを混合した樹脂が好ましい。また貯蔵弾性率は２ＧＰａ〜１２ＧＰａが好ましい。
【００７２】
感圧素子４２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により形成することができる。感圧素子４２は感圧部と感圧部の両端に接続された一対の基部とを有し、力の検出方向を検出軸として設定し、感圧素子４２の前記一対の基部の並ぶ方向は前記検出軸と平行関係にある。双音叉型圧電振動子の場合は、振動腕として機能する梁（ビーム）の延びる方向と検出軸とが平行関係となっている。
【００７３】
感圧素子４２が双音叉型振動子である場合、感圧部となる振動腕４２ｃの両端部に固定端となる一対の基部（第１基部４２ａ、第２基部４２ｂ）を有し、この２つの基部の間に２つの振動ビーム（振動腕４２ｃ）が形成されている。双音叉型振動子は、その感圧部（振動腕４２ｃ）である前記２つの振動ビームに引張り応力（伸長応力）或いは圧縮応力が印加されると、その共振周波数が印加される応力にほぼ比例して変化するという特性がある。
【００７４】
感圧素子４２は、その長手方向、すなわち第１基部４２ａと第２基部４２ｂとが並ぶ方向を力伝達シャフト３６の変位方向（±Ｚ方向）と同軸または平行になるように配置し、その変位方向を検出軸としている。感圧素子４２の第１基部４２ａは第１取り付け面２４ｂに、感圧素子４２の第２基部４２ｂは第２取り付け面３８ｃに、それぞれエポキシ樹脂等の接着剤４０により固定される。
【００７５】
図５に本実施形態に係る圧力センサーの配線の模式図を示す。感圧素子４２の振動腕４２ｃには励振電極（不図示）が形成されている。そして図５（ａ）に示すように、感圧素子４２の第１基部４２ａには励振電極（不図示）に接続され、ＡｕやＣｕ等で形成されたワイヤー４４が設けられている。ワイヤー４４は、その先端がハーメチック端子２２の内部端子２２ａに接続されている。ワイヤー４４の長さを内部端子２２ａに接続できる程度に抑えておくことにより、振動腕４２ｃ付近にワイヤー４４が及ぶことは無く、すなわち図５（ａ）において振動腕に対してＸ軸方向からワイヤー４４が及ぶことは無く、撓んだワイヤー４４が振動腕４２ｃに触れて短絡すること等を防止することができる。また図５（ｂ）に示すように励振電極（不図示）に接続するワイヤー４４を第１基部４２ａ側と反対方向に延出するように感圧素子４２の第２基部４２ｂに接続して、ワイヤー４４を第１基部４２ａ側に湾曲させて内部端子２２ａに接続させる構成としてもよい。これにより、振動する感圧部となる振動腕４２ｃとワイヤー４４との距離を確保して、すなわち図５（ｂ）において振動腕４２ｃとワイヤー４４とのＸ軸方向の距離を確保して、接触を回避することができるとともに、ワイヤー４４を長くすることができるのでワイヤー４４をハーメチック端子２２に容易に接続することができる。
【００７６】
感圧素子４２は上述の発振回路（不図示）と電気的に接続され、発振回路（不図示）から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動することができる。そして感圧素子４２は、その長手方向から伸長応力または圧縮応力を受けることにより共振周波数が変動する。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、伸長・圧縮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ーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。
【００７７】
また本実施形態（以下の実施形態においても同様）においては２つの振動ビームを有する感圧部のみならず、一本の振動ビーム（シングルビーム）からなる感圧部を適用することができる。感圧部（振動腕）をシングルビームにより構成すると、長手方向（検出軸方向）から同一の応力を受けた場合、その変位が２倍になるため、双音叉の場合よりさらに高感度な圧力センサー１０とすることができる。なお、双音叉型またはシングルビーム型の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。
【００７８】
図６に上記構成による本実施形態に係る圧力センサー１０の組立工程について示す。図６に示すように、組立工程においては、凹部４６ａにフランジ端板１４の厚肉部１４ａの外周を嵌め込むことによりフランジ端板１４を保持する第１治具４６、凸部４８ａをフランジ端板１４の第１圧力入力口１６に嵌め込むことによりフランジ端板１４を保持する第２治具４８、力伝達シャフト３６及び支持シャフト２８の取り付け位置に倣った位置に貫通孔５０ａを有し力伝達シャフト３６及び支持シャフト２８を保持する第３冶具５０、そして感圧素子の各基部の外形に倣った形状を有し、感圧素子固定部２４ａの第１取り付け面２４ｂと可動部３８の第２取り付け面３８ｃとの相対位置を仮固定する仮固定板５２を用いる。
【００７９】
まず、ハーメ端子台１８の第２圧力入力口２０に第２ダイアフラム３４を溶接により接合する。また第２圧力入力口２０の反対面にボス部２４を調整ネジ２６で仮止めする。このとき力伝達シャフト３６を挿通させる第２圧力入力口２０の挿通孔２０ａ及びボス部２４の挿通孔２４ｄがＺ方向から見てほぼ同心円状に並ぶようにしている（図６（１））。
【００８０】
一方、第１治具４６を用いてフランジ端板１４を保持し、第１圧力入力口１６に第１ダイアフラム３２を溶接する（図６（２））。そしてフランジ端板１４から第１治具４６を外して、第１圧力入力口１６に凸部４８ａを嵌め込むことにより第２治具４８でフランジ端板を保持し、保持された面の反対面に第３治具５０を載置し、力伝達シャフト３６及び支持シャフト２８を、それぞれ第３治具５０に形成された貫通孔５０ａに挿通して固定する。このとき、力伝達シャフト３６は一端３６ａに接着剤を塗布し、一端３６ａを第１ダイアフラム３２の中央領域３２ａの中心位置に接続するとともに、第３治具５０により力伝達シャフト３６の長手方向が第１ダイアフラム３２の受圧面の法線方向とほぼ垂直となるように固定される。また支持シャフト２８は、一端２８ａに接着剤を塗布し、一端２８ａをダボ穴１４ｃに嵌め込んでフランジ端板１４に接続するとともに、第３治具５０により支持シャフト２８の長手方向が第１ダイアフラム３２の受圧面の法線方向とほぼ垂直となるように固定される（図６（３））。
【００８１】
次に、フランジ端板１４から第１治具４６、第３治具５０を取り外し、力伝達シャフト３６の他端３６ｂを可動部３８の貫通孔３８ａに挿通する。
そしてフランジ端板１４の厚肉部１４ａの外周及びハーメ端子台１８の外周に側壁部３０を嵌め合わせ（接着せず）、第２治具で保持したハーメ端子台１８を側壁部３０の開口端から導入し、フランジ端板１４と対向するように嵌め合わせる。このとき力伝達シャフト３６の他端３６ｂ（図１参照）、及び支持シャフト２８の他端２８（図１参照）には接着剤を塗布し、力伝達シャフト３６をボス部２４の挿通孔２４ｄ及び第２圧力入力口２０の挿通孔２０ａに挿通して第２ダイアフラム３４の中央領域３４の中心位置に接続するとともに、支持シャフト２８の他端２８ｂをダボ穴１８ｃ（図１参照）に嵌め込むことにより、フランジ端板１４、ハーメ端子台１８、力伝達シャフト３６、支持シャフト２８は一体化する（図６（４））。
【００８２】
一体化したフランジ端板１４及びハーメ端子台１８から側壁部３０を取り外して、ボス部２４及び可動部３８の位置合わせを行なう。図７はボス部２４及び可動部３８の位置合わせの説明図である。図７（１）に示すように可動部３８は、貫通孔３８ａに力伝達シャフト３６を挿通することにより同一軸心上に位置合わせすることができる。一方、ボス部２４において、上述のように挿通孔２４ｄが力伝達シャフト３６のシャフト径よりも大きく、フランジ部２４ｃの調整穴２４ｆの内径が調整ネジ２６の軸部２６ａの直径よりも大きいため、調整ネジ２６の軸部２６ａが調整穴２４ｆの内壁と当接する位置を外周とする範囲でボス部２４はハーメ端子台１８及び力伝達シャフト３６に対してその相対位置をＸＹ平面方向に移動させることができる。
【００８３】
そこで本実施形態では感圧素子４２の外形に沿って略同一となるように形成した仮固定板５２を用いてボス部２４の第１取り付け面２４ｂと可動部３８の第２取り付け面３８ｃとが同一平面上となるように位置調整を行っている。仮個定板５２は、感圧素子４２の外形に沿って略同一となるように形成し、第１取り付け面のネジ孔２４ｅ、及び第２取り付け面３８のネジ穴３８ｄと対向する箇所にネジ穴５２ａを形成している。
【００８４】
そして調整ネジ２６をやや緩めた状態で仮固定板５２を第１取り付け面２４ｂ及び第２取り付け面３８ｃにネジ（不図示）で仮止めする（図７（２））。仮固定板５２を第１取り付け面２４ｂ及び第２取り付け面３８ｃに嵌め込んで仮止めすることにより、第１取り付け面２４ｂ及び第２取り付け面３８ｃは同一平面を形成して位置合わせを行うことができ、さらにボス部２４をハーメ端子台１８に対してＸＹ平面方向に適宜スライドさせることにより仮固定板５２の長手方向と伝達シャフト３６の長手方向（±Ｚ方向）と垂直となるように位置合わせすることができる。
【００８５】
その後、可動部３６の貫通孔３６ａ及び横穴３６ｂに接着剤４０（図５参照）を注入し、可動部３８を力伝達シャフト３６に固定させる。またハーメ端子台１８に仮止めしているボス部２４の調整ネジ２６を本締めして、ハーメ端子台１８にボス部２４を固定させる（図７（３））。
【００８６】
可動部３８及びボス部２４の固定後、仮固定板５２を取り外す。このとき、可動部３８とボス部２４の相対位置はすでに固定されているため、仮固定板５２を取り外した後も第１取り付け面２４ｂ及び第２取り付け面３８ｃは同一平面を維持し、かつ各取り付け面の外形が感圧素子４２の外形に倣った形状を維持している。そこで感圧素子４２の第１基部４２ａをボス部２４の第１取り付け面２４ｂに嵌め込んで接着し、第２基部４２ｂを可動部３８の第２取り付け面３８ｃに嵌め込んで接着する（図７（４）、図６（５））。
【００８７】
最後に、ハーメ端子台１８にハーメチック端子２２を取り付け、感圧素子４２の第１基部４２ａ（または第２基部４２ｂ）から延出するように取り付けられたワイヤー４４の先端をハーメチック端子２２の内部端子２２ａに接続し（図４参照）、側壁部３０を再びフランジ端板１４及びハーメ端子台に取り付けて接合面を接着剤で接着してハウジング１２内部を真空チャンバ内で、ハーメチック端子２２に設けた貫通孔から前記内部空間を真空引きして前記内部空間を外部から遮断する。そしてハーメ端子台１８の外端面部分に外部端子２２ｂに接続するＩＣ等から構成される感圧素子４２を駆動させるための発振回路が形成された回路基板５４を実装し、リッド５６を取り付けることにより本実施形態に係る圧力センサー１０が構築される（図６（６））。ここで、前記リッド５６には、第２ダイアフラム３４に圧力を導入するための圧力導入口（不図示）が形成されるとともに、前記回路基板５４からの電気信号を外部へ導出するための導出線（不図示）を通す貫通孔（不図示）が形成されている。なお、前記圧力導入口（不図示）を前記貫通孔（不図示）と併用させても良い。
【００８８】
さらに、本実施形態のような相対圧を測定する圧力センサー１０においては、図９に示すような圧力センサー用のケース５８に実装することが好適である。円筒形のケース５８は、第１部材６０、Ｏリング６２、第２部材６４からなる。第１部材６０は円筒形の形状を有し、一端にフランジ端板１４の薄肉部１４ｂの外周と同程度の寸法を有しハウジングのフランジ端板側から導入する導入口６０ａを有し、他端にフランジ端板を固定するとともに開口部６０ｃを形成するリング状のストッパー６０ｂを有する。Ｏリング６２は、ストッパー６０ｂ上でストッパー６０ｂと同心円状に配置され、ストッパーとフランジ端板との間に挟みこまれる。
【００８９】
リング形状の第２部材６４は、第１部材の導入口６０ｂに形成された雌ネジ部６０ｄと螺合する雄ネジ部６４ａを有し、雄ネジ部６４ａを雌ネジ部６０ｄに螺合させつつ圧力センサー１０をストッパー６０ｂ側に押し込み、Ｏリング６２をストッパー６０ｂとフランジ端板１４により挟みこむことで、第１部材内において導入口６０ａと開口部６０ｃとを空間的に分離させるものである。これにより第２部材６４を第１部材６０にねじ込むだけで圧力センサー１０の取り付けを行うことができ、フランジ端板１４側の被測定環境とハーメ端子台１８側の測定環境との空間的遮断を容易にかつ確実に行うことができる。
【００９０】
上記説明のように本実施形態に係る圧力センサー１０によれば、第１には、受圧手段（第１ダイアフラム３２等）が外部から圧力を受けると受圧手段に連動する力伝達シャフト３６が変位するが、感圧素子４２は可動部３６及び接着剤４０を介して前記変位に伴う力を受けることにより圧力を検出することができる。一方、感圧素子４２からの振動は接着剤４０に吸収されるため、感圧素子４２からハウジング１２側に伝達する振動を抑制することができる。よってハウジング１２の振動と感圧素子４２の振動とのカップリングを抑制して、感圧素子４２の周波数特性において不要モードに起因するディップを抑制して安定した圧力測定値を得ることが可能な圧力センサー１０となる。
【００９１】
第２には、可動部３８と力伝達シャフト３６との接続において、可動部３６に形成された貫通孔３６ａと貫通孔３６ａに接続する横穴３６ｂから接着剤４０を注入することができるので、力伝達シャフト３６と可動部３８との接着を確実に行うことができる。
【００９２】
第３には、感圧素子４２は、第１基部４２ａと第２基部４２ｂとを結ぶ直線の方向を力の検出軸とし、前記直線と力伝達シャフト３６の変位方向とが平行となるように配置することにより、感圧素子４２は検出軸方向から圧縮応力または引張り応力を受けることができるので、感度の高い圧力センサー１０を構築することができる。
【００９３】
第４には、ハウジング１２の受圧手段（第２ダイアフラム３４）側には、ハウジング１２の内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子２２が取り付けられ、第１基部４２ａには、感圧部である振動腕４２ｃに形成された励振電極（不図示）に接続されたワイヤー４４が設けられ、ワイヤー４４は、ハーメチック端子２２に接続することにより、振動する感圧部である振動腕４２ｃとワイヤー４４との接触を回避することができる。
【００９４】
第５には、ハウジング１２の受圧手段（第２ダイアフラム３４）側には、ハウジング１２の内部と外部との間で電気的に接続可能なハーメチック端子２２が取り付けられ、第２基部４２ｂには、感圧部である振動腕４２ｃに形成された励振電極（不図示）に接続され、第１基部４２ａ側と反対方向に延出したワイヤー４４が設けられ、ワイヤー４４は、第１基部４４ａ側に湾曲させてハーメチック端子２２に接続したことにより、振動する感圧部である振動腕４２ｃとワイヤー４４との接触を回避することができるとともに、ワイヤー４４を長くすることができるのでワイヤー４４をハーメチック端子２２に容易に接続することができる。
【００９５】
第６には、ハウジング１２の圧力入力口（第１圧力入力口１６）に対向する位置に形成された第２圧力入力口２０を封止し、外部の圧力をハウジング１２内部に伝達する第２受圧手段（第２ダイアフラム３４）を有し、力伝達シャフト３６は、一端３６ａが受圧手段（第１ダイアフラム３２）に接続され、前記一端６ａの反対側の他端３６ｂが第２受圧手段（第２ダイアフラム３４）に接続する構成とした。これにより、力伝達シャフト３６の受圧手段から受ける力が力伝達シャフト３６の第２受圧手段からの力よりも大きい場合は、力伝達シャフト３６は受圧手段側に変位し、感圧素子４２には圧縮応力が掛かる。逆に力伝達シャフト３６の受圧手段から受ける力が力伝達シャフト３６の第２受圧手段からの力よりも小さい場合は、力伝達シャフト３６は第２受圧手段側に変位し、感圧素子４２には引張応力が掛かる。よって感圧素子４２は受圧手段が受ける圧力と第２受圧手段が受ける圧力の大小関係を識別可能となるため、相対圧を測定する圧力センサー１０を構築することができる。
【００９６】
図１０に本実施形態の変形例を示す。本実施形態において、感圧素子４２の長手方向と力伝達シャフト３６の変位方向とが互いに平行とし、力伝達シャフト３６から圧縮応力または引張り応力を受けて、第１ダイアフラム３２と第２ダイアフラム３４との間の相対圧力を検出する圧力センサー１０を前提として述べてきたが、これに限定されない。すなわち図１０（ａ）に示すように力伝達シャフト７６の一端にダイアフラム７４に固定し、前記一端の長手方向の反対側の他端に可動部７８を接着剤４０（図５参照）で取り付け、ハウジング７２と可動部７８に感圧素子４２の基部をそれぞれ固定してハウジング１２内を真空にし、真空を基準とする絶対圧を測定する圧力センサー７０を構築することができる。さらに図１０（ｂ）に示すように、力伝達シャフト８６の一端をダイアフラム８４に固定し、他端に接着剤４０（図５参照）で可動部８８を固定し、感圧素子９０の長手方向を力伝達シャフト８６の長手方向に対して垂直となるように配置し、感圧素子９０の基部の一方９０ａをハウジング８２に固定し、基部の他方９０ｂを可動部８８に固定し、基部の一方９０ａを支点とし、基部の他方９０ｂを力点として、感圧素子４２に対して曲げ応力を与えることで圧力を検出する圧力センサー８０を構築することができる。さらに本実施形態においては受圧手段としてダイアフラムを前提としてきたが、これに限定されず、ベローズを適用することもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１０………圧力センサー、１２………ハウジング、１４………フランジ端板、１６………第１圧力入力口、１８………ハーメ端子台、２０………第２圧力入力口、２２………ハーメチック端子、２４………ボス部、２６………調整ネジ、２８………支持シャフト、３０………側壁部、３２………第１ダイアフラム、３４………第２ダイアフラム、３６………力伝達シャフト、３８………可動部、４０………接着剤、４２………感圧素子、４４………ワイヤー、４６………第１治具、４８………第２治具、５０………第３治具、５２………仮固定板、５４………ＩＣ、５６………リッド、５８………ケース、６０………第１部材、６２………Ｏリング、６４………第２部材、７０………圧力センサー、７２………ハウジング、７４………ダイアフラム、７６………可動部、７８………力伝達シャフト、８０………圧力センサー、８２………ハウジング、８４………ダイアフラム、８６………力伝達シャフト、８８………可動部、９０………感圧素子、１０１………圧力センサー、１０２………第１の圧力入力口、１０３………第２の圧力入力口、１０４………筐体、１０５………力伝達部材、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、２０１………圧力センサー、２０２………気密ケース、２０３………第１の壁面、２０４………第２の壁面、２１０………第１のベローズ、２１１………第２のベローズ、２１５………振動子接着台座、２２０………圧電振動素子、２３０………発振回路、２４０………オイル、２４２………パイプ、３０１………圧力センサー、３０２………気密ケース、３０３………第１の壁面、３０４………第２の壁面、３１０………第１のベローズ、３１１………第２のベローズ、３２０………圧電振動素子、３２１………圧電補強板、３３０………発振回路、４００………圧力センサー、４０１………第１の部材、４０２………第２の部材、４１０………ハウジング、４１５………ダイアフラム、４１６………メタルケース、４１７………圧力伝達部材、４２０………金属ステム、４３０………センシング部、５００………圧力センサー、５１０………ダイアフラム、５１１………受圧面、５５０………センシング部、５６０………圧力伝達部材。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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