(57)【要約】【課題】圧力の検出精度の経時的な劣化を抑制すると共に、圧力の検出速度などの諸特性の向上が可能な圧力センサー及び圧力センサーの圧力検出方法の提供。【解決手段】圧力センサー１は、振動腕部１２を有する水晶振動片１０と、水晶振動片１０を搭載するベース部２０と、水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａと平行に、主面１２ａから所定の間隔ｈを有して水晶振動片１０を覆うダイヤフラム部４０と、ベース部２０とダイヤフラム部４０とを含んで構成され、内部空間３０が気密に封止されたパッケージ７０とを備え、パッケージ７０の内部空間３０に、水晶振動片１０が不活性ガスと共に収容され、ダイヤフラム部４０が、外部から加わる圧力に応じて変位し、水晶振動片１０の主面１２ａとの所定の間隔ｈが変化することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部を有する感圧素子と、
前記感圧素子を搭載するベース部と、
前記感圧素子の前記振動部の主面と平行に、前記主面から所定の間隔を有して前記感圧素子を覆うダイヤフラム部と、
前記ベース部と前記ダイヤフラム部とを含んで構成され、内部空間が気密に封止されたパッケージとを備え、
前記パッケージの前記内部空間に、前記感圧素子が気体と共に収容され、
前記ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、前記感圧素子の前記主面との前記所定の間隔が変化することを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサーにおいて、前記感圧素子の抵抗値によって前記圧力を検出することを特徴とする圧力センサー。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧力センサーにおいて、前記感圧素子の前記振動部が、前記主面に沿った方向に、屈曲振動モードで振動する少なくとも一以上の柱状ビームを有して構成されていることを特徴とする圧力センサー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力センサーにおいて、前記気体が不活性ガスであることを特徴とする圧力センサー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサーにおいて、前記感圧素子を発振させるための増幅器と、
前記感圧素子の端子のうち、前記増幅器の入力端子側と接続された前記端子から出力された電流の一部を入力信号とし、該入力信号の直流成分を取り除くフィルター回路と、
前記フィルター回路の出力信号を半波整流する整流回路と、
前記整流回路の出力信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含み、
前記積分信号の電位を圧力検出信号としたことを特徴とする圧力センサー。
【請求項６】
振動部を有する感圧素子と、
前記感圧素子を搭載するベース部と、
前記感圧素子の前記振動部の主面と平行に、前記主面から所定の間隔を有して前記感圧素子を覆うダイヤフラム部と、
前記ベース部と前記ダイヤフラム部とを含んで構成され、内部空間が気密に封止されたパッケージとを備え、
前記パッケージの前記内部空間に、前記感圧素子が気体と共に収容されている圧力センサーの圧力検出方法であって、
前記ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、前記感圧素子の前記主面との前記所定の間隔が変化する際の、前記感圧素子の抵抗値の変化に基づいて、前記圧力を検出することを特徴とする圧力センサーの圧力検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子を用いた圧力センサーに関し、特にダイヤフラムを備えて構成された圧力センサー及び圧力センサーの圧力検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラムと、容器と、ダイヤフラムに設けられた支持部に搭載された双音叉振動子（以下、双音叉素子という）などの感圧素子とを有して構成された圧力センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記圧力センサーは、外部から加わる圧力によるダイヤフラムの変位を、感圧素子に伝達し、感圧素子の共振周波数の変化量に基づいて圧力を検出する構成である。
このことから、上記圧力センサーは、ダイヤフラムの支持部に感圧素子の基部を接着剤などの接合部材で固定している固定部が、繰り返し加わる圧力に伴って発生する応力によって、次第に劣化することがある。
これにより、上記圧力センサーは、圧力の検出精度が経時的に劣化していく虞がある。
【０００５】
また、上記圧力センサーは、圧力の検出に際して、感圧素子の共振周波数の変化量を把握するために、感圧素子の共振周波数を一定時間（ゲートタイム）カウントする必要があることから、検出結果を出力するまでに、タイムラグが発生することがある。
これにより、上記圧力センサーは、圧力の検出から検出結果の出力までに一定の時間を要することから、時々刻々と圧力が変化するような環境下では、圧力の検出速度に関して改善の余地がある。
【０００６】
また、上記圧力センサーは、感圧素子の両端にある一対の基部をダイヤフラムの支持部にリジッドに両端固定する構造であることから、感圧素子の振動が前記支持部を介して容器（以下、ダイヤフラムを含んでパッケージともいう）に漏洩しやすい。漏洩した振動に起因して前記容器自体が振動し始め、前記容器の固有振動に係わる共振周波数が前記感圧素子の共振周波数の近傍に存在する場合、前記感圧素子の共振周波数と前記容器の共振周波数とがカップリングしてしまい、それによって、前記感圧素子の共振周波数が変化することがある。
これにより、上記圧力センサーは、外部から加わる圧力に変化がない場合でも、共振周波数が変化し得ることから、圧力の検出精度が低下する虞がある。
【０００７】
また、上記圧力センサーは、感圧素子の両端にある一対の基部をダイヤフラムの支持部に固定する構造であることから、周囲の温度変化による感圧素子とダイヤフラムとの伸縮の違いに起因する応力（熱応力）の発生を抑制するために、ダイヤフラムの材質を感圧素子と線膨張率が近似する材質から選択しなければならないという制約がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記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］本適用例にかかる圧力センサーは、振動部を有する感圧素子と、前記感圧素子を搭載するベース部と、前記感圧素子の前記振動部の主面と平行に、前記主面から所定の間隔を有して前記感圧素子を覆うダイヤフラム部と、前記ベース部と前記ダイヤフラム部とを含んで構成され、内部空間が気密に封止されたパッケージとを備え、前記パッケージの前記内部空間に、前記感圧素子が気体と共に収容され、前記ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、前記感圧素子の前記主面との前記所定の間隔が変化することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、圧力センサーは、ベース部とダイヤフラム部（ダイヤフラムと同義）とを含んで構成され、内部空間が気密に封止されたパッケージの内部に、感圧素子が気体と共に収容され、ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、ダイヤフラム部と感圧素子の振動面との所定の間隔が変化する。
この結果、圧力センサーは、ダイヤフラム部と感圧素子の主面との所定の間隔が変化することによって感圧素子の振動部に対する気体の粘性抵抗が変化する。
圧力センサーは、気体の粘性抵抗が大きくなるに連れて、感圧素子の振動が阻害される度合いが大きくなり、感圧素子の直列等価抵抗値（以下、ＣＩ（Crystal Impedance）値という）が大きくなる。
このことから、圧力センサーは、気体の粘性抵抗の変化を、感圧素子のＣＩ値の変化として検出することによって、上記所定の間隔の変化量とＣＩ値の変化量との相関関係、及びダイヤフラム部に加わる圧力とダイヤフラム部の変位量との相関関係に基づいて、外部から加わる圧力を検出することができる。
【００１１】
また、圧力センサーは、感圧素子がベース部に搭載されており、外部から圧力が加わった場合、ダイヤフラム部が変位し、ベース部は殆ど変位しないことから、感圧素子の支持部分（固定部）に応力が発生することを抑制できる。
これにより、圧力センサーは、感圧素子の支持部分の劣化を抑制できることから、圧力の検出精度が経時的に劣化していく虞を回避できる。
【００１２】
また、圧力センサーは、感圧素子がベース部に搭載されており、従来のような、ダイヤフラム部に支持（固定）されている場合と比較して、感圧素子の振動がパッケージに漏れ難いことから、感圧素子の振動漏れに起因するＣＩ値などの変化を抑制することができる。
これにより、圧力センサーは、上記従来構成と比較して、圧力の検出精度を向上させることができる。
加えて、圧力センサーは、感圧素子のＣＩ値の変化量を、例えば、電圧値の変化量として瞬時に把握できることから、感圧素子の共振周波数（発振周波数）をカウントする上記従来構成と比較して、外部から加わる圧力の検出速度を向上させることができる。
【００１３】
また、圧力センサーは、感圧素子がベース部に搭載されていることから、ダイヤフラム部の材質の選択に際して、従来のような、感圧素子との線膨張率の近似という制約がなく、ダイヤフラム部の材質の選択肢を増加させることができる。
【００１４】
［適用例２］上記適用例にかかる圧力センサーにおいて、前記感圧素子の抵抗値によって前記圧力を検出することが好ましい。
【００１５】
これによれば、圧力センサーは、感圧素子の抵抗値によって圧力を検出することから、上記適用例に記載の効果を奏することができる。
【００１６】
［適用例３］上記適用例にかかる圧力センサーにおいて、前記感圧素子の前記振動部が、前記主面に沿った方向に、屈曲振動モードで振動する少なくとも一以上の柱状ビームを有して構成されていることが好ましい。
【００１７】
これによれば、圧力センサーは、感圧素子の振動部が、主面に沿った方向に屈曲振動モードで振動する少なくとも一以上の柱状ビームを有して構成されていることから、他の振動モードの感圧素子と比較して、気体の粘性抵抗の変化を、感圧素子のＣＩ値の変化として感度よく検出することができる。
【００１８】
［適用例４］上記適用例にかかる圧力センサーにおいて、前記気体が不活性ガスであることが好ましい。
【００１９】
これによれば、圧力センサーは、パッケージの内部に収容されている気体が不活性ガスであることから、感圧素子などの構成要素との化学反応が発生し難い。
このことから、圧力センサーは、感圧素子などの構成要素の劣化を抑制できる。
【００２０】
［適用例５］上記適用例にかかる圧力センサーにおいて、前記感圧素子を発振させるための増幅器と、前記感圧素子の端子のうち、前記増幅器の入力端子側と接続された前記端子から出力された電流の一部を入力信号とし、該入力信号の直流成分を取り除くフィルター回路と、前記フィルター回路の出力信号を半波整流する整流回路と、前記整流回路の出力信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含み、前記積分信号の電位を圧力検出信号としたことが好ましい。
【００２１】
これによれば、圧力センサーは、気体の粘性抵抗の変化に起因する感圧素子のＣＩ値の変化を、上記回路構成によって積分信号の電位の変化に置換し、圧力検出信号とすることから、感圧素子の共振周波数をカウントする上記従来構成と比較して、外部から加わる圧力の検出速度を、飛躍的に向上させることができる。
【００２２】
［適用例６］本適用例にかかる圧力センサーの圧力検出方法は、振動部を有する感圧素子と、前記感圧素子を搭載するベース部と、前記感圧素子の前記振動部の主面と平行に、前記主面から所定の間隔を有して前記感圧素子を覆うダイヤフラム部と、前記ベース部と前記ダイヤフラム部とを含んで構成され、内部空間が気密に封止されたパッケージとを備え、前記パッケージの前記内部空間に、前記感圧素子が気体と共に収容されている圧力センサーの圧力検出方法であって、前記ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、前記感圧素子の前記主面との前記所定の間隔が変化する際の、前記感圧素子の抵抗値の変化に基づいて、前記圧力を検出することを特徴とする。
【００２３】
これによれば、圧力センサーの圧力検出方法は、ダイヤフラム部が、外部から加わる圧力に応じて変位し、感圧素子の主面との所定の間隔が変化する際の、感圧素子の抵抗値（ＣＩ値）の変化に基づいて、圧力を検出することから、適用例１に記載の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の圧力センサーの概略構成を示す模式図。
【図２】ダイヤフラム部と水晶振動片との間隔の変化に対するＣＩ値の変化の相関関係の一例について示すグラフ。
【図３】圧力センサーの圧力検出回路の一例を示す模式回路図。
【図４】各回路における信号を示す模式図。
【図５】感圧素子のバリエーションを示す模式斜視図。
【図６】水晶振動片と流体とに係わる粘性抵抗を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、圧力センサー及び圧力センサーの圧力検出方法の実施形態について図面を参照して説明する。
（実施形態）
図１は、本実施形態の圧力センサーの概略構成を示す模式図である。図１（ａ）はダイヤフラム部側から見た平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
なお、平面図では、理解を容易にするためにダイヤフラム部を省略し、ダイヤフラム部の外形を２点鎖線で表している。また、回路素子類は省略してある。
【００２６】
図１に示すように、圧力センサー１は、感圧素子としての水晶振動片１０と、水晶振動片１０を搭載するベース部２０と、水晶振動片１０を覆いベース部２０に接合されるダイヤフラム部４０と、ベース部２０とダイヤフラム部４０とを含んで構成され、内部空間３０が気密に封止されたパッケージ７０とを備えている。
【００２７】
水晶振動片１０は、平面形状が略矩形の基部１１と、基部１１の一端部から互いに略平行に延在した柱状ビームとしての角柱状の一対の振動腕部１２（振動部）とを備えた音叉型水晶振動片である。なお、水晶振動片１０には、図示しない励振電極が形成されている。
水晶振動片１０は、駆動信号により振動腕部１２が、振動腕部１２の主面１２ａに沿った方向である矢印Ｂ方向と矢印Ｃ方向とに交互に変位する屈曲振動モードで振動する。
【００２８】
ベース部２０は、平面形状が略矩形で平板状の底基板２１と、底基板２１に搭載された水晶振動片１０を囲み、底基板２１に積層される枠状の枠基板２２とを備えている。
底基板２１及び枠基板２２には、セラミックグリーンシートを成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。
【００２９】
ベース部２０の内底面２１ａには、内部電極２１ｂ，２１ｃが形成され、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系などの導電性接着剤５０を介して水晶振動片１０の基部１１が支持（固定）され、水晶振動片１０が搭載されている。なお、水晶振動片１０の搭載には、導電性接着剤５０に代えて、はんだ、バンプなどの接合材を用いてもよい。
水晶振動片１０は、励振電極と電気的に接続されている端子としてのマウント電極（不図示）が基部１１に形成され、各マウント電極が内部電極２１ｂ，２１ｃと重なるように搭載されている。これにより、圧力センサー１は、水晶振動片１０の励振電極と内部電極２１ｂ，２１ｃとが導通される。
【００３０】
ベース部２０の外底面２３には、圧力センサー１が基板などへ実装される際の端子となる実装端子２４，２５が設けられている。
内部電極２１ｂ，２１ｃは、図示しない内部配線によりそれぞれ実装端子２４，２５と電気的に接続されている。例えば、内部電極２１ｂは、実装端子２４と接続され、内部電極２１ｃは、実装端子２５と接続されている。
これにより、実装端子２４，２５は、水晶振動片１０と電気的に接続されている。
なお、内部電極２１ｂ，２１ｃ、実装端子２４，２５は、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
【００３１】
ダイヤフラム部４０は、可撓性を有し、平面形状が略矩形で平板状の水晶基板などから形成されている。
ダイヤフラム部４０は、水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａと平行に、主面１２ａから所定の間隔ｈ（以下、単に間隔ｈともいう）を有して水晶振動片１０を覆っている。
ダイヤフラム部４０は、ベース部２０の枠基板２２の接合面２２ａに、低融点ガラス、ろう材などの接合部材６０を介して接合されている。
【００３２】
パッケージ７０の内部は、気密に封止されている。そして、パッケージ７０の内部空間３０には、上記の水晶振動片１０が、気体としての窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスと共に収容されている。
【００３３】
次に、圧力センサー１の圧力検出方法としての動作について説明する。
まず、図６を用いて、不活性ガスが充填された前記内部空間３０における水晶振動片１０の振動と流体としての前記不活性ガスとの力学モデルについて解説する。
図６は、水晶振動片と流体とに係わる粘性抵抗を説明する模式図である。なお、図６は、図１（ａ）においてＡ−Ａ線と直交する直線による圧力センサー１の断面を模式的に示している。
【００３４】
図６において、固定面であるダイヤフラム部４０に接している流体としての不活性ガスは、そのままの位置を保持しようとすることから、不活性ガスの速度は０である。それに対して、水晶振動片１０の振動腕部１２の表面に接している不活性ガスは速度Ｕで運動しようとする。
ダイヤフラム部４０の表面と振動腕部１２の表面との間において、不活性ガスは、ダイヤフラム部４０の表面からの距離ｙに比例する速度ｕで運動をすることになる。
ｕ＝Ｕ×ｙ／ｈ・・・（１）
水晶振動片１０の振動腕部１２の表面を動かすのに逆らう力と、ダイヤフラム部４０の表面を固定するのに必要な力とは等しく、いずれも速度Ｕに比例し、距離（間隔）ｈに反比例する。
不活性ガスが接している振動腕部１２の表面の単位面積あたりに作用する力τ０は、次のように表すことができる。
τ０＝μ×Ｕ／ｈ・・・（２）
ここで、比例定数μを不活性ガス（流体）の粘度係数と呼ぶ。
従って、ダイヤフラム部４０が圧力を受圧して撓むことによって、ダイヤフラム部４０と水晶振動片１０との距離（間隔）ｈが変化すると、式（２）によれば、力τ０が変化することとなる。
【００３５】
ここでは、振動腕部１２の表面に働く単位面積あたりの力τ０を粘性抵抗と呼び、当該粘性抵抗が水晶振動片１０の振動腕部１２の振動を抑制する（阻害する）ことになるため、水晶振動片１０の電気的特性に変化が生じることとなる。
そこで、本願発明者らは、前記間隔ｈの変化により生じる水晶振動片１０の表面に作用する粘性抵抗の変化を利用すれば、水晶振動片１０の抵抗値であるＣＩ値の変化を検出することにより被測定圧力や力を検出する検出装置を実現できることに想到したのである。
【００３６】
図２は、ダイヤフラム部と水晶振動片との間隔の変化に対する水晶振動片の直列等価抵抗値であるＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の変化の相関関係の一例について示すグラフである。
図２に示すように、圧力センサー１は、外部から圧力が加わることにより、図１（ｂ）に示すように、前記圧力を受圧したダイヤフラム部４０が矢印Ｄ方向に変位すると（撓むと）、ダイヤフラム部４０と水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａとの間隔ｈが狭くなるに連れて、ＣＩ値が大きくなる。
【００３７】
これは、振動腕部１２の表面（主面１２ａ）に働く流体（気体）としての窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスの粘性抵抗が、間隔ｈに反比例し、間隔ｈが狭くなるに連れて大きくなり、水晶振動片１０の振動腕部１２の屈曲振動が阻害される度合いが大きくなるからである。
これにより、圧力センサー１は、間隔ｈが狭くなるに連れて水晶振動片１０の電気的特性が変化し、ＣＩ値が大きくなっていく（振動し難くなっていく）。
【００３８】
圧力センサー１は、この現象を利用して、外部からの圧力に応じたダイヤフラム部４０の変位（撓み）による間隔ｈの変化に対する水晶振動片１０のＣＩ値の変化に基づいて圧力を検出する。
なお、ダイヤフラム部４０に加わる圧力と、ダイヤフラム部４０の変位量との相関関係は、予め把握されているものとする。
なお、図２に示すように、この例の場合、間隔ｈについては、ＣＩ値との相関関係が成立する０μｍ＜ｈ＜１５０μｍに設定することが好ましい。
【００３９】
ここで、ＣＩ値の変化に基づいた圧力検出方法を回路構成上から説明する。
図３は、圧力センサーの圧力検出回路の一例を示す模式回路図である。
図３に示すように、圧力センサー１の圧力検出回路８０は、発振回路８１と、フィルター回路８２と、整流回路８３と、積分回路８４と、直流増幅回路８５とを備えている。
図４は、各回路における信号を示す模式図である。なお、図４の横軸は時間（Ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。
【００４０】
発振回路８１は、水晶振動片１０を発振（共振）させるための増幅器としてのインバーター１２１，１２２，１２３と、抵抗ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを直列に接続した回路から成る抵抗Ｒ１と、コンデンサーＣ１，Ｃ２とを有している。
インバーター１２１，１２２，１２３は、水晶振動片１０の両端子の間に直列に接続されている。
１段目のインバーター１２１は、入力端子が水晶振動片１０の一方の端子に接続され、出力端子が２段目のインバーター１２２の入力端子に接続されている。２段目のインバーター１２２は、出力端子が３段目のインバーター１２３の入力端子に接続されている。３段目のインバーター１２３は、出力端子が水晶振動片１０の他方の端子に接続されている。
【００４１】
抵抗Ｒ１は、水晶振動片１０の両端子の間に接続されている。そして抵抗Ｒ１の一方の端子である抵抗ＲＡの端子は、インバーター１２１の入力端子に接続されている。
抵抗Ｒ１の他方の端子である抵抗ＲＣの端子は、インバーター１２３の出力端子に接続されている。抵抗ＲＡと抵抗ＲＢとの接続中点は、インバーター１２１の出力端子に接続されている。抵抗ＲＢと抵抗ＲＣとの接続中点は、インバーター１２２の出力端子に接続されている。なお、抵抗Ｒ１の他方の端子である抵抗ＲＣの端子と、水晶振動片１０の他方の端子との間には、位相制御用の抵抗ＲＤが接続されている。
【００４２】
コンデンサーＣ１は、インバーター１２１の入力端子と接地電位との間に接続されている。コンデンサーＣ２は、インバーター１２３の出力端子と接地電位との間に接続されている。
これにより、発振回路８１は、水晶振動片１０を発振させた発振信号ＯＵＴをインバーター１２３の出力端子から出力する。
【００４３】
フィルター回路８２は、コンデンサーＣ３と抵抗Ｒ３とを有している。コンデンサーＣ３は、一方の端子がインバーター１２１の入力端子及び水晶振動片１０の一方の端子に接続され、他方の端子が整流回路８３の入力端子に接続されている。
抵抗Ｒ３は、コンデンサーＣ３の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
【００４４】
フィルター回路８２は、図４（ａ）に示すように、水晶振動片１０の端子のうち、インバーター１２１の入力端子側に接続された端子から出力された電流としての振動子電流の一部である信号ａを入力信号として入力する。
ここで、信号ａは、直流成分が重畳された正弦波の交流信号である。信号ａの振幅（電圧）Ｖｐｐ１は、ＣＩ値の大きさに比例して変化し、ＣＩ値が大きければ（圧力が高ければ）振幅Ｖｐｐ１は、大きく出力され、ＣＩ値が小さければ（圧力が低ければ）振幅Ｖｐｐ１は、小さく出力される。
そして、フィルター回路８２は、図４（ｂ）に示すように、この信号ａの直流成分を取り除き、信号（出力信号）ｂとして出力する。
【００４５】
整流回路８３は、ダイオードＤ１を有している。ダイオードＤ１は、一方の端子がフィルター回路８２のコンデンサーＣ３の他方の端子に接続され、他方の端子が積分回路８４の抵抗Ｒ４の一方の端子に接続されている。
整流回路８３は、フィルター回路８２が出力した信号ｂを入力し、図４（ｃ）に示すように、信号ｂを半波整流した信号（出力信号）ｃを出力する。
【００４６】
積分回路８４は、抵抗Ｒ４とコンデンサーＣ４とを有している。抵抗Ｒ４は、一方の端子が整流回路８３のダイオードＤ１の出力端子に接続され、他方の端子が直流増幅回路８５の比較回路８５ａのプラス端子側に接続されている。コンデンサーＣ４は、抵抗Ｒ４の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
積分回路８４は、整流回路８３が出力した信号ｃを入力し、図４（ｄ）に示すように、信号ｃを積分した信号（積分信号）ｄを出力する。
【００４７】
直流増幅回路８５は、比較回路８５ａと抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７とを有している。抵抗Ｒ５は、一方の端子が積分回路８４の抵抗Ｒ４の他方の端子に接続され、他方の端子が比較回路８５ａのプラス端子に接続されている。
抵抗Ｒ６は、一方の端子が接地電位に接続され、他方の端子が比較回路８５ａのマイナス端子に接続されている。抵抗Ｒ７は、一方の端子が比較回路８５ａのマイナス端子に接続され、他方の端子が比較回路８５ａの出力端子に接続されている。
【００４８】
直流増幅回路８５は、積分回路８４が出力した信号ｄを入力し、図４（ｅ）に示すように、信号ｄの電位を増幅し、圧力検出信号として信号ｅを出力する（Ｖｏｕｔ）。
なお、信号ｄの電位の増幅の程度としては、例えば、外部からの圧力が、基準圧力（一例として１００ｋｐａ）のときに、信号ｅの電位が圧力検出回路８０の基準電圧の１／２程度になるように調整するのが、良好な圧力検出のために好ましい。
【００４９】
圧力検出回路８０は、上記のような回路構成によって、間隔ｈ（図１参照）の変化に応じた水晶振動片１０のＣＩ値の変化に基づいた信号ｅの電位を検出することにより、外部からの圧力を検出することができる。
なお、信号ｅの電位の検出は、瞬時（例えば、数ｍｓｅｃレベル）に行うことができる。
【００５０】
なお、圧力検出回路８０は、水晶振動片１０を除く上記回路素子が、パッケージ７０の周囲に外付けされていてもよく、上記回路素子の少なくとも一部が、パッケージ７０の内部空間３０に収容されていてもよい。
なお、本実施形態では、発振回路８１の増幅器が３段の例を用いて説明したが、これに限らず１段でもよく、段数は発振回路８１の設計条件に応じて適宜設定すればよい。
また、圧力検出回路８０は、基本的に積分回路８４から出力される信号ｄの電位を検出することにより、外部からの圧力を検出できることから、直流増幅回路８５は、なくてもよい。
【００５１】
上述したように、圧力センサー１は、ダイヤフラム部４０と水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａとの間隔ｈが変化することによって、水晶振動片１０に対する不活性ガス（気体）の粘性抵抗が変化する。
圧力センサー１は、不活性ガスの粘性抵抗の変化を、水晶振動片１０のＣＩ値の変化として検出することによって、上記間隔ｈの変化量とＣＩ値の変化量との相関関係、及びダイヤフラム部４０に加わる圧力とダイヤフラム部４０の変位量との相関関係に基づいて、外部から加わる圧力を検出することができる。
【００５２】
また、圧力センサー１は、水晶振動片１０がベース部２０に搭載されており、外部から圧力が加わった場合、ダイヤフラム部４０が変位し、ベース部２０は殆ど変位しないことから、水晶振動片１０の支持部分に応力が発生することを抑制できる。
これにより、圧力センサー１は、水晶振動片１０の支持部分の劣化を抑制できることから、圧力の検出精度が経時的に劣化していく虞を回避できる。
【００５３】
また、圧力センサー１は、水晶振動片１０の一方の端部がベース部２０に片持ち支持により搭載されており、他方の端部が開放され自由端となっているので、従来のような、ダイヤフラム部４０に双音叉素子の一対の基部をリジッドに両端支持している場合と比較して、水晶振動片１０の振動がパッケージ７０に漏れ難いことから、水晶振動片１０の振動漏れに起因するＣＩ値などの変化を抑制することができる。
これにより、圧力センサー１は、上記従来構成と比較して、圧力の検出精度を向上させることができる。
加えて、圧力センサー１は、水晶振動片１０のＣＩ値の変化量を、圧力検出回路８０によって、整流、積分、増幅されて圧力検出信号として出力された信号ｅの電位から瞬時（数ｍｓｅｃ）に把握できる。
このことから、圧力センサー１は、水晶振動片１０の共振周波数を一定時間（ゲートタイムとして数１００ｍｓｅｃ）カウントする上記従来構成と比較して、外部から加わる圧力の検出速度を飛躍的に向上させることができる。
【００５４】
また、圧力センサー１は、水晶振動片１０がベース部２０に搭載されていることから、ダイヤフラム部４０の材質の選択に際して、従来のような、水晶振動片１０との線膨張率の近似という制約がなく、ダイヤフラム部４０の材質の選択肢を増加させることができる。
これにより、ダイヤフラム部４０の材質は、上記の水晶基板以外に、ガラス基板、セラミック基板、金属性の基板などを用いてもよい。
【００５５】
また、圧力センサー１は、水晶振動片１０の一端部（基部１１）のみでベース部２０に搭載されていることから、水晶振動片１０とベース部２０との線膨張率の違いによる熱応力の発生を抑制できる。
【００５６】
また、圧力センサー１は、感圧素子としての水晶振動片１０の振動腕部１２が、主面１２ａに沿った方向に屈曲振動モードで振動する少なくとも一以上の柱状ビームから構成されていることから、他の振動モードの感圧素子と比較して、不活性ガスの粘性抵抗の変化を、水晶振動片１０のＣＩ値の変化として感度よく検出することができる。
【００５７】
また、圧力センサー１は、パッケージ７０の内部空間３０に収容されている気体が、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスであることから、水晶振動片１０などの構成要素との化学反応が発生し難い。
このことから、圧力センサー１は、水晶振動片１０などの構成要素の劣化を抑制できる。
【００５８】
また、圧力センサー１は、パッケージ７０の内部空間３０が気密に封止されていることから、気体中のみならず液体中でも用いることができる。
なお、水晶振動片１０は、内部空間３０に気密に封止され、気体や液体などの被測定対象物から隔離されており、水晶振動片１０の振動腕部１２の表面が汚染されることがないので、圧力センサー１の検出感度が劣化する虞はない。
【００５９】
また、圧力センサー１の圧力検出方法は、ダイヤフラム部４０が、外部から加わる圧力に応じて変位し、水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａとの所定の間隔ｈが変化する際の、水晶振動片１０のＣＩ値の変化に基づいて、圧力を検出することから、上述した効果を奏する圧力センサー１を提供することができる。
【００６０】
（変形例）
ここで、上記実施形態の変形例について説明する。
図５は、感圧素子のバリエーションを示す模式斜視図である。
圧力センサー１は、感圧素子として、例えば、図５（ａ）に示すような、振動部としての互いに略平行な角柱状の一対の振動腕部（柱状ビーム）１１２と、振動腕部１１２の両端に接続される一対の略矩形の基部１１１とを有する双音叉素子１１０を用いてもよい。
【００６１】
双音叉素子１１０は、基部１１１の両方または一方が、ベース部２０に支持（固定）されることにより、ベース部２０に搭載される。双音叉素子１１０は、上記実施形態の水晶振動片１０と同様に、振動腕部１１２が、振動腕部１１２の主面１１２ａに沿った方向に屈曲振動モードで振動する。
なお、双音叉素子１１０は、ダイヤフラム部４０の最も変位する部分が、平面視において、振動腕部１１２の略中心部と重なる位置に配置されている。
【００６２】
また、圧力センサー１は、感圧素子として、例えば、図５（ｂ）に示すような、振動部としての振動腕部２１２が一つの柱状ビーム（シングルビームともいう）からなり、振動腕部２１２の両端に接続される一対の基部２１１とを有する音叉素子２１０を用いてもよい。
音叉素子２１０は、基部２１１の両方または一方が、ベース部２０に支持（固定）されることにより、ベース部２０に搭載される。音叉素子２１０は、上記実施形態の水晶振動片１０と同様に、振動腕部２１２が、振動腕部２１２の主面２１２ａに沿った方向に屈曲振動モードで振動する。
なお、音叉素子２１０は、ダイヤフラム部４０の最も変位する部分が、平面視において、振動腕部２１２の略中心部と重なる位置に配置されている。
【００６３】
これらにより、上記変形例の感圧素子を用いた圧力センサー１は、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、上記変形例において、双音叉素子１１０及び音叉素子２１０のベース部２０への支持を両方の基部で行えば、圧力センサー１は、移動時における双音叉素子１１０及び音叉素子２１０への加速度の影響を抑制できる。
【００６４】
なお、上記実施形態において、ダイヤフラム部４０と、水晶振動片１０の振動腕部１２の主面１２ａとの平行度については、完全な平行でなくてもよく、間隔ｈの変化量とＣＩ値の変化量との相関関係に基づいて、外部から加わる圧力を検出できる範囲の誤差であれば許容される。これは、上記変形例についても同様である。
【００６５】
また、感圧素子の基材は、水晶に限定するものではなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電性を有する基板でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…圧力センサー、１０…感圧素子としての水晶振動片、１１…基部、１２…柱状ビームとしての振動腕部、１２ａ…振動腕部の主面、２０…ベース部、２１…底基板、２１ａ…内底面、２１ｂ，２１ｃ…内部電極、２２…枠基板、２２ａ…接合面、２３…外底面、２４，２５…実装端子、３０…内部空間、４０…ダイヤフラム部、５０…導電性接着剤、６０…接合部材、７０…パッケージ。
【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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