(57)【要約】【課題】内部に受圧媒体としてオイルを使用せず、力伝達部材の構造を簡素化することにより小型化し、圧力検出の測定精度を高めた感度の良い力検出器の製造方法及び力検出器を提供する。【解決手段】本発明の力検出器の製造方法は、感圧素子２８の両端の基部４２を支持する支持面を有する第１及び第２の固定台座７０，８０と、第１の固定台座２０と第２の固定台座８０との並ぶ方向に延びた力伝達手段とを備え、第１の固定台座７０の貫通孔に、ケースに支持された受圧手段に立設する力伝達手段を挿通した力検出器の製造方法であり、第１及び第２の固定台座の支持面に平板９０を載置して第１及び第２の固定台座の支持面に対する各々の法線が互いに平行となるように平板９０を仮固定する工程と、第１の固定台座７０を力伝達手段に接着固定する工程と、第２の固定台座８０をケースに固定する工程と、支持面に仮固定した平板９０を取り除いて感圧素子２８の両端の基部４２を夫々第１及び第２の固定台座の支持面に固定する工程と、を備えている。【選択図】図４
2011013010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧素子の両端の基部を支持する支持面を有する第１及び第２の固定台座と、
前記第１の固定台座と前記第２の固定台座との並ぶ方向に延びた力伝達手段とを備え、
前記第１の固定台座の貫通孔に、ケースに支持された受圧手段に立設する前記力伝達手段を挿通した力検出器の製造方法であって、
前記第１及び第２の固定台座の支持面に平板を載置して前記第１及び第２の固定台座の前記支持面に対する各々の法線が互いに平行となるように前記平板を仮固定する工程と、
前記第１の固定台座を前記力伝達手段に接着固定する工程と、
前記第２の固定台座を前記ケースに固定する工程と、
前記支持面に仮固定した前記平板を取り除いて前記感圧素子の前記両端の基部を夫々前記第１及び第２の固定台座の支持面に固定する工程と、
を備えたことを特徴とする力検出器の製造方法。
【請求項２】
前記第２の固定台座の前記力伝達手段と対向する面と、前記力伝達手段との間に所定の間隔を設けるように、前記第２の固定台座を前記ケースに仮固定し、
前記平板を仮固定するときに、前記第２の固定台座の支持面と、前記第１の固定台座の支持面とが連続する平面を形成するように、前記第２の固定台座を前記ケースに仮固定する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の力検出器の製造方法。
【請求項３】
前記感圧素子の両端の基部を夫々支持する前記第１及び第２の固定台座の支持面に前記感圧素子の外周に沿って形成された凹部に、前記支持面に連続する前記感圧素子の前記両端の基部の外形と略同一形状の端部を有する前記平板を載置して、前記支持面同士が同一平面上に位置するように前記平板を仮固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の力検出器の製造方法。
【請求項４】
前記平板の側面は、前記凹部の対向する側面のうちいずれか一方の前記凹部の側面に接することを特徴とする請求項３に記載の力検出器の製造方法。
【請求項５】
受圧手段を支持するケースと、
前記受圧手段に立設する力伝達手段と、
感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部とを有すると共に、加わる外力を検出する方向を検出軸とする感圧素子と、
前記力伝達手段の軸心と前記検出軸との方向が平行になるように前記感圧素子の前記一対の基部を夫々支持する支持面を有する第１及び第２の固定台座と、
を備え、
前記第１の固定台座が、前記力伝達手段を挿通する貫通孔を有し、
前記第２の固定台座の前記力伝達手段と対向する面と、前記力伝達手段との間に所定の間隔を設けるように、前記第２の固定台座が前記ケースに組み立てられたことを特徴とする力検出器。
【請求項６】
前記第１及び第２の固定台座の支持面には、前記感圧素子の外周に沿って、前記力伝達手段の中心軸と平行な広がり方向を有する前記支持面を底面とした凹部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の力検出器。
【請求項７】
前記第２の固定台座の凹部の隅部に連続した第２の凹部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の力検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に圧力センサーなどのハウジング構造において、感圧素子を固定する両端の支持台座の固定部平面が互いに平行となるように改善した力検出器の製造方法及び力検出器に関するものである。
【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、力の検出方向を検出軸と設定しており、当該検出軸の方向に圧力が作用すると、前記圧電振動子は共振周波数が変化し、当該共振周波数の変化から圧力を検出する。特許文献１〜３には、感圧素子として圧電振動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。
【０００３】
以下に、従来の圧力センサーを特許文献１などに開示されている例を用いて説明する。図１４は従来の圧力センサーの構造を示した模式図である。
図１４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。
【０００４】
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に、ベローズの内部には、液体が充填されている。当該液体としては、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に、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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（ピボット支持された揺動レバー）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。
【０００７】
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、あるいは引張り力として加わると、双音叉型振動子１０９には応力が生じ、当該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。
【０００８】
一方、特許文献４には、前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）を用いずに、図１５（Ａ）に示すように第１のベローズ２１０の一端２１０ａと第２のベローズ２１１の一端２１１ａとの間に振動子接着用台座２１５を挟み、当該台座２１５と第２のベローズ２１１の他端側のハウジング壁面とに感圧素子２２０の両端の各々を固定すると共に、第２のベローズ２１１の間を挟むように、当該感圧素子２２０に対向する位置に、補強板２２１を配置し、当該補強板２２１の両端の各々を前記台座２１５と前記ハウジング壁面とに固定してなる圧力センサー２０１が開示されている。
【０００９】
更に図１５（Ｂ）に示す特許文献５においては、特許文献４に開示された前記圧力センサーに関し、ベローズの圧力検出軸方向と直交する方向に前記台座２１５とハウジングとを補強用弾性部材２５０ａ、２５０ｂを用いて連結してなる圧力センサーが提案されている。
【００１０】
次に図１６に示す特許文献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３００が開示されている。この圧力センサー３００は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３５０、圧力を受圧する受圧用ダイアフラム部、ダイアフラムからセンシング部へ圧力を伝達するための圧力伝達部材３６０とからなり、具体的には、中空金属ステム３３０の一方の端面に受圧用の第１ダイアフラム３１０を設け、他方の端面に検出用の第２ダイアフラム３２２を設け、ステム内で第１、第２ダイアフラム３１０，３２２間に力伝達部材３６０を介在させている。力伝達部材３６０は金属あるいはセラミックからなるシャフトであり、これを一体のダイアフラム間にプレストレスを与えた状態で介在させるようにしている。そして、第２ダイアフラム３２２の外端面に圧力検出素子としての歪ゲージ機能をもつチップ３５１を貼り付け、第１ダイアフラム３１０で受けた圧力を力伝達部材３６０で第２ダイアフラム３２２に伝達し、第２ダイアフラム３２２の変形を歪ゲージチップにより電気信号を変換することでエンジン油圧を検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【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】
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜３の発明においては、図１４に示す如き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１０１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を生じることとなり圧力センサー１０１の特性を悪化させるという問題があった。
【００１３】
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１０１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。オイル１１０内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体とし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１０９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じる可能性がある。
【００１４】
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１０１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１０１を使用することができないという問題があった。
【００１５】
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１０１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１０１の製造コストを上昇させるという問題があった。
【００１６】
特許文献４，５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（双音叉型振動子）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。
【００１７】
更に、図１７のように圧力センサー４００の圧力導入口に内部にオイルが充填されたパイプ４０２を接続し、当該パイプ４０２の他端を被測定液体に接触させる構造のため、特許文献１〜３で掲げたようにベローズやパイプに充填されているオイルが、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているので、圧力センサー４００の設置方法によりオイル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、ベローズに充填されているオイル内に気泡が発生する場合があり、オイル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が、台座２１５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じる問題があった。
【００１８】
特許文献５については、設置された補強用弾性部材２５０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、圧力検出感度を劣化させてしまうという問題があった。
【００１９】
更に、特許文献４，５では補強板２２１が感圧素子２２０に対向配置されているので、ベローズの動きを抑止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という問題があった。
【００２０】
特許文献６，７において、ダイアフラム３１０，３２２と圧力伝達部材３６０とは荷重を与えた状態で接触しているが、圧力センサー３００が高温高圧化で使用されるので、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、機構が破棄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３１０，３２２と力伝達部材３６０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３１０，３２２と力伝達部材３６０が稼働する際、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３１０，３２２と力伝達部材３６０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。
【００２１】
そこで本発明は、前述の如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化し、高精度で温度衝撃に強い力検出器の製造方法及び力検出器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］感圧素子の両端の基部を支持する支持面を有する第１及び第２の固定台座と、前記第１の固定台座と前記第２の固定台座との並ぶ方向に延びた力伝達手段とを備え、前記第１の固定台座の貫通孔に、ケースに支持された受圧手段に立設する前記力伝達手段を挿通した力検出器の製造方法であって、前記第１及び第２の固定台座の支持面に平板を載置して前記第１及び第２の固定台座の前記支持面に対する各々の法線が互いに平行となるように前記平板を仮固定する工程と、前記第１の固定台座を前記力伝達手段に接着固定する工程と、前記第２の固定台座を前記ケースに固定する工程と、前記支持面に仮固定した前記平板を取り除いて前記感圧素子の前記両端の基部を夫々前記第１及び第２の固定台座の支持面に固定する工程と、を備えたことを特徴とする力検出器の製造方法。
【００２３】
このような力検出器の製造方法によれば、感圧素子の両端を支持する固定台座の支持面を容易に力伝達手段の軸心と感圧素子の検出軸が平行になるように位置合わせすることができ、固定の不具合によって感圧素子に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００２４】
［適用例２］前記第２の固定台座の前記力伝達手段と対向する面と、前記力伝達手段との間に所定の間隔を設けるように、前記第２の固定台座を前記ケースに仮固定し、前記平板を仮固定するときに、前記第２の固定台座の支持面と、前記第１の固定台座の支持面とが連続する平面を形成するように、前記第２の固定台座を前記ケースに仮固定する工程を備えることを特徴とする適用例１に記載の力検出器の製造方法。
【００２５】
これにより第２の固定台座を第１の固定台座の支持面と同一平面上に位置合わせする際に、位置ズレしている第２の固定台座を同一平面となる位置に容易に移動させることができる。また高精度に支持面を同一平面上に位置合わせすることができるため、固定の不具合によって感圧素子に作用する歪み応力をより効果的に回避することができる。
【００２６】
［適用例３］前記感圧素子の両端の基部を夫々支持する前記第１及び第２の固定台座の支持面に前記感圧素子の外周に沿って形成された凹部に、前記支持面に連続する前記感圧素子の前記両端の基部の外形と略同一形状の端部を有する前記平板を載置して、前記支持面同士が同一平面上に位置するように前記平板を仮固定することを特徴とする適用例１又は２に記載の力検出器の製造方法。
【００２７】
これにより第１及び第２の固定台座の支持面を力伝達手段の軸心と感圧素子の検出軸が平行になるように位置決めした後、感圧素子の検出軸をセンターシャフトの軸心と平行となるように取り付けることができる。従って、固定の不具合によって感圧素子に作用する歪み応力をより効果的に回避することができる。
【００２８】
［適用例４］前記平板の側面は、前記凹部の対向する側面のうちいずれか一方の前記凹部の側面に接することを特徴とする適用例３に記載の力検出器の製造方法。
これにより感圧素子の略同一形状の平板を用いることなく感圧素子の両端を支持する固定台座を容易に同一平面上に位置合わせすることができ、位置決めした後、感圧素子の検出軸をセンターシャフトの軸心と平行となるように取り付けることができる。
【００２９】
［適用例５］受圧手段を支持するケースと、前記受圧手段に立設する力伝達手段と、感圧部と、前記感圧部の両端に接続された一対の基部とを有すると共に、加わる外力を検出する方向を検出軸とする感圧素子と、前記力伝達手段の軸心と前記検出軸との方向が平行になるように前記感圧素子の前記一対の基部を夫々支持する支持面を有する第１及び第２の固定台座と、を備え、前記第１の固定台座が、前記力伝達手段を挿通する貫通孔を有し、前記第２の固定台座の前記力伝達手段と対向する面と、前記力伝達手段との間に所定の間隔を設けるように、前記第２の固定台座が前記ケースに組み立てられたことを特徴とする力検出器。
【００３０】
このような力検出器によれば、感圧素子の両端を支持する固定台座を容易に力伝達手段の軸心と感圧素子の検出軸が平行になるように位置合わせすることができ、固定の不具合によって感圧素子に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００３１】
［適用例６］前記第１及び第２の固定台座の支持面には、前記感圧素子の外周に沿って、前記力伝達手段の中心軸と平行な広がり方向を有する前記支持面を底面とした凹部が形成されていることを特徴とする適用例５に記載の力検出器。
【００３２】
これにより第１及び第２の固定台座を力伝達手段の軸心と感圧素子の検出軸が平行になるように位置決めした後、感圧素子を第１及び第２の固定台座の指示面に載置する際に感圧素子の検出軸をセンターシャフトの軸心と平行となるように取り付けることができる。従って、固定の不具合によって感圧素子に作用する歪み応力をより効果的に回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００３３】
［適用例７］前記第２の固定台座の凹部の隅部に連続した第２の凹部が形成されていることを特徴とする適用例６に記載の力検出器。
これにより平板又は感圧素子を第２の固定台座に載置する際に狭持手段が第２の凹部に入り込み位置合わせを容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の基本構成となる力検出器の模式断面図である。
【図２】力検出器の基本構成となる主要部分の斜視図である。
【図３】力検出器の基本構成となる部分破断斜視図である。
【図４】本発明の力検出器の模式断面図である。
【図５】本発明の力検出器の主要部分の斜視図である。
【図６】本発明の力検出器の部分破断斜視図である。
【図７】力検出器の製造方法の説明図である。
【図８】第１及び第２の固定台座の位置合わせの説明図である。
【図９】本発明の変形例１の力検出器の主要部分の斜視図である。
【図１０】凹部に変形例の平板を仮固定した力検出器の主要部分の斜視図である。
【図１１】本発明の変形例２の力検出器の主要部分の斜視図である。
【図１２】本発明の変形例３の力検出器の主要部分の斜視図である。
【図１３】第１及び第２の固定台座の支持面の説明図である。
【図１４】従来の圧力センサーの構造を示した模式図である。
【図１５】従来の台座を用いた圧力センサーの説明図である。
【図１６】エンジンブロックに使用する圧力センサーの説明図である。
【図１７】パイプを接続させた圧力センサーの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の力検出器の製造方法及び力検出器の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は本発明の基本構成となる力検出器の構成概略図である。図２、図３に本発明の基本構成となる力検出器の主要部分の斜視図、部分破断斜視図を示している。本発明の基本構成となる力検出器は一例として圧力センサーを用いて以下説明する。
【００３６】
圧力センサー１０は、中空円筒体からなるハウジング１２を有している。このハウジング１２は第１のケース（下端板）を構成する端板をフランジ端板１４とするとともに、第２のケース（上端板）をハーメ端子台１６とし、第３のケースである円筒側壁１８によって離隔配置した端板の周囲を取り囲んで中空密閉容器として構成したものである。フランジ端板１４とハーメ端子台１６には、内部空間と連通する第１圧力入力口１７、第２圧力入力口１９がハウジング１２の軸芯と同芯に貫通されて、外部に開口されている。この開口部はそれぞれ受圧手段となる第１ダイアフラム２０、第２ダイアフラム２２によって内外を遮蔽するようにされ、かつこれらをフランジ端板１４とハーメ端子台１６に一体的に結合している。フランジ端板１４側の第１ダイアフラム２０は受圧用であり、ハーメ端子台１６側の第２ダイアフラム２２は大気圧設定用としている。ハウジング１２は内外が遮断された状態となっているとともに、図示しない空気抜き手段により内部を真空状態に保持できるようにしている。
【００３７】
前記ハウジング１２の内部には、前記第1、第２のダイアフラム２０，２２の内面の中央領域を相互に接続するセンターシャフト（力伝達手段）２４がハウジング１２の軸芯に沿って配置され、両者を接着連結している。そして、このセンターシャフト２４の途中には感圧素子受け台としての可動部２６が設けられており、この可動部２６に後述する検出軸を前記ダイアフラム２０，２２の受圧面と垂直な軸と平行に設定した双音叉振動子からなる感圧素子２８の一端部を取り付けるようにしている。感圧素子２８の他端部は前記ハウジング１２のハーメ端子台１６に設けられている内側に突出した感圧素子受け台としてのボス部３０に接続するようにしている。これにより、受圧用第１ダイアフラム２０と大気圧用第２ダイアフラム２２の差圧によりセンターシャフト２４が軸方向移動すると、これに追随して可動部２６が位置を変動し、この力が感圧素子２８の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。
【００３８】
感圧素子２８は、感圧部４０と感圧部の両端に接続された一対の基部４２とを有し、感圧素子２８の前記一対の基部４２の並ぶ方向を力の検出方向とし、該力の検出方向を検出軸として設定している。感圧素子２８を双音叉型圧電振動子とした場合は、感圧部４０が２本の柱状ビーム（梁）により構成され、前記一対の基部４２の並ぶ方向と前記柱状ビームの延びる方向と前記検出軸とが平行関係になっている。
【００３９】
双音叉型振動素子は、感圧部４０の両端部に接続される固定端となる一対の基部４２（第１基部４２ａ、第２基部４２ｂ）を有し、この２つの基部４２の間に２つの振動ビーム（振動部）が形成されている。双音叉型振動素子は、その感圧部４０（振動部）である前記２つの振動ビームに引張り応力（伸長応力）あるいは圧縮応力が印加されると、その共振周波数が前記印加される応力にほぼ比例して変化するという特性を有している。感圧素子２８は、前記一対の基部４２の並ぶ方向をダイアフラムが撓み変位する変位方向と平行となるように配置され、その変位方向は前記検出軸と平行となるように構成されている。感圧素子２８の第１基部４２ａは可動部２６に固定され、第２基部４２ｂはボス部３０に固定されている。
【００４０】
感圧素子２８は発振回路（不図示）を電気的に接続され、発振回路（不図示）から供給される交流電流により、固有の共振周波数で振動するものである。そして感圧素子２８は、前記検出軸の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）の振動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）の振動幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。
【００４１】
ところで、双音叉型の圧電振動子は、振動腕を２本有するが、シングルビーム型の圧電振動子は振動腕が１本である。よって、シングルビーム型の圧電振動子は、検出軸の方向から双音叉型の圧電振動子の場合と同等の応力を受けたとき、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の優れた水晶が望ましい。
【００４２】
上記ハウジング１２の内部には、前記センターシャフト２４と平行であって、その周囲に複数のガイドシャフトである支持棒３２ａ、３２ｂが配置されている。これらは第１ケースであるフランジ端板１４と第２ケースであるハーメ端子台１６との間隔を一定に保持し、外力によるハウジング１２の変形や任意の姿勢によって検出精度が低下しないようにしている。
【００４３】
本実施形態では、特に、上部端板をハーメ端子台１６とし、これにはハーメ端子３４を端子台１６に貫通させ、感圧素子２８の信号を外部に取り出すようにしている。
【００４４】
このような構成の圧力センサー１０によれば、一対のダイアフラム２０，２２同士はセンターシャフト２４に連結され、センターシャフト２４の途中に設けた可動部２６がダイアフラム２０，２２の挙動に応じて一体的にシャフト軸方向に移動し（これが一対のダイアフラム２０，２２が受ける圧力差に起因する動きとなる。）、双音叉振動子である感圧素子２８の検出軸方向に作用する力に応じた動きとなる。したがって、オイルを用いることなく、検出精度の高い圧力センサーを構成でき、かつ小型で組み立てが容易な構造となる。また、フランジ端板１４、ハーメ端子台１６、並びに円筒側壁１８が真空容器としてのハウジング１２を形成し、フランジ端板１４と第１ダイアフラム２０とが一体とされ、かつハーメ端子台１６と第２ダイアフラム２２が一体とされ、組み立てが簡便に行えるようにしている。この圧力センサー１０を測定対象液体へ沈める（浸す）容器に取り付けるには、フランジ端板１４を測定対象液体容器に第１ダイアフラム２０の周囲を囲むように配置されたＯリングを介して接合してボルト締めにより取り付ける。なお、センターシャフト２４と感圧素子固定用受け台としての可動部２６は、一つの部材から切削加工された一体のものであっても良い。そうすることにより可動部２６がシャフトの固定部でブレたり、ずれることがなくなる。
【００４５】
しかしながら、感圧素子２８の両端部を固定する両端の固定用台座はそれぞれ、一方の第１の固定台座となる可動部２６は前記シャフト２４に固定され、他方の第２の固定台座となるボス部３０はハウジングとなるハーメ端子台１６に設けられているので、第１の固定台座の感圧素子固定部平面と、第２の固定台座の感圧素子固定部平面とが平行とならず傾きが生じ易く、感圧素子２８の両端部を固定する台座の固定部平面同士を傾きや位置ずれが生じないように固定する手段が確立できていなかったという問題がある。
【００４６】
特に第２の固定台座は、力伝達手段となるセンターシャフト２４と接触すると、検出精度が低下するため、接触しないように所定の間隔を開けて形成している。このため、第２の固定台座を第１の固定台座と同一平面となるように調整しながら形成しつつ、センターシャフト２４をボス部３０の貫通孔の中心となるように調整しながら配置するという２つの調整が必要であり、位置あわせの調整が困難であった。
【００４７】
図４は本発明の力検出器の模式断面図である。同図（１）は感圧素子を側面から見た力検出器の断面図であり、（２）は感圧素子を平面から見た力検出器の断面図である。図５、図６に本発明の基本構成となる力検出器の主要部品斜視図、部分破断斜視図を示している。なお、本発明の力検出器は一例として圧力センサーを用いて以下説明する。
【００４８】
図１に示す圧力センサー１０との相違は、可動部２６とボス部３０の構成である。その他の構成は、図１と同一の構成であり同一の符号を付している。
本実施形態の力検出器となる圧力センサー１００は感圧素子２８を第１及び第２の固定台座７０，８０により両端部を固定している。
【００４９】
第１の固定台座７０は、その中心にセンターシャフト２４を挿通させる第１貫通孔７２を穿孔してある。第１貫通孔７２はセンターシャフト２４のシャフト径と略同一の孔径に設定し、センターシャフト２４を通すことにより、センターシャフト２４と第１の固定台座７０の第１貫通孔中心を同一軸心上に位置決めすることができる。また感圧素子２８の固定面に仮固定用のネジ穴７４を穿孔してあり、さらにネジ穴７４と交差する方向の一対の側面７０ａに接着剤導入用の第２貫通孔７６を穿孔している。
【００５０】
第２の固定台座８０は、ハーメ端子台１６と分離した台座であり、感圧素子２８を固定する固定部８２とハーメ端子台１６に固定する取り付け部８４から構成されている。固定部８２は前記第１の固定台座７０と略同一形状に形成してあり、その中心にセンターシャフト２４を挿通させる第１の貫通孔８３を穿孔してある。第１の貫通孔８３の孔径は、シャフト径よりも径大とし、シャフトと接触しないように形成している。取り付け部８４はハーメ端子台１６に取り付け位置を調整可能に形成している。本実施形態ではハーメ端子台１６と第２の固定台座８０の固定手段に一例としてボルト８５を用い、取り付け部８４の第２貫通孔８６とハーメ端子台１６のネジ穴１６ａに螺合させて取り付けている。このとき第２貫通孔８６の孔径はボルト８５のシャフト径よりも大きく穿孔しているため、第２の固定台座８０をハーメ端子台１６に取り付ける位置を第２貫通孔の孔径の範囲内で微調整することができる。また第２の固定台座８０の感圧素子２８の取り付け面にはネジ穴８７を穿孔してある。
【００５１】
次に、上記構成による本発明の力検出器の製造方法について以下説明する。図７は本発明の力検出器の製造方法の説明図を示している。
まず、ハーメ端子台１６の圧力入力口１９に第２ダイアフラム２２を溶接により接合する。またハーメ端子台１６の圧力入力口１９と反対の面に第２の固定台座８０をボルト８５で仮止めする。このときセンターシャフトを貫通させるハーメ端子台１６及び第２の固定台座８０の貫通孔が略一致するようにしている（図７（１））。
【００５２】
一方、フランジ端子板１４は治具Ａを用いて保持し、その圧力入力口１７に第１ダイアフラム２０を溶接する（図７（２））。
またフランジ端子板１４に対しては、当該フランジ端子板１４を治具Ｂとともにセンターシャフト２４及びガイドシャフトである支持棒３２（３２ａ、３２ｂ）の挿入貫通孔を有する治具Ｃとにより挟んで保持する。挿入貫通孔は第１ダイアフラム２０に取り付けるセンターシャフト２４の取り付け位置と、フランジ端子板１４に取り付ける支持棒３２ａ，３２ｂの取り付け位置となる箇所に予め形成してある。この状態で、センターシャフト２４及び支持棒３２ａ，３２ｂを差し込む。このときセンターシャフト２４は、先端に接着剤を塗布してあり、先端部が第１ダイアフラム２０の中央部に垂直に立設するように建て付けている。また支持棒３２ａ，３２ｂはフランジ端子板１４に先端を埋設した状態で取り付けている（図７（３））。
【００５３】
次に、フランジ端子板１４から治具Ｂ、治具Ｃを取り外してセンターシャフト２４を第１の固定台座７０の第１貫通孔７２に通す。センターシャフト２４及び支持棒３２ａ，３２ｂの先端には接着剤を塗布しておく。そしてフランジ端子台１４に円筒側壁１８を嵌め合わせる。円筒側壁１８の開口からハーメ端子台１６をフランジ端子板１４と対向するように嵌め合わせ、ガイドシャフト(支持棒)３２の先端をハーメ端子台１６の取り付け箇所に埋め込み接着させるとともに、センターシャフト２４の他端部をハーメ端子台１６の第２ダイアフラム２２の中央部に接着させる（図７（４））。
【００５４】
一体化したフランジ端子台１４とハーメ端子台１６に対し、円筒側壁１８を取り外して、第１及び第２の固定台座７０，８０の位置合わせを行なう。図８は第１及び第２の固定台座の位置合わせの説明図である。図８（１）に示すように第１の固定台座７０は、第１貫通孔７２にセンターシャフト２４に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、第２の固定台座８０は、第１貫通孔８３がセンターシャフト２４のシャフト径よりも大きく、取り付け部８４の第２貫通孔８６がボルト８５径よりも大きいため、第２貫通孔８３のクリアランスの相当する範囲、即ちセンターシャフト２４の外周から所定間隔を開けた放射状の範囲で位置ずれしている場合がある。
【００５５】
そこで本発明では感圧素子２８の外形に沿って略同一となるように形成、換言すれば感圧素子２８の両端の基部４２の外形と略同一形状の端部を有する平板９０を用いて第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面７０Ａ，８０Ａが同一平面上となるように位置調整を行っている。平板９０は、感圧素子２８の外形に沿って略同一となるように形成し、第１及び第２の固定台座７０，８０のネジ穴と対向する箇所にネジ穴を形成している。
【００５６】
このような平板９０を第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面にネジ９２で仮止めする（図８（２））。平板９０を仮止めすることにより、第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面は同一平面上（連続する平面を形成）に位置合わせすることができる。
【００５７】
その後、第１の固定台座７０の第２貫通孔７６に接着剤を導入し、第１の固定台座７０をセンターシャフト２４に接着して固定させる。またハーメ端子台１６に第２の固定台座８０を仮止めしているボルト８５を本締めして、ハーメ端子台１６に第２の固定台座８０を固定させる。（図８（３））。
【００５８】
固定後、平板９０を取り外して感圧素子２８の一対の基部４２を夫々ハーメ端子台１６の第２の固定台座８０と、センターシャフト２４の第１の固定台座７０とに接着剤等の接着手段と用いて接着して固定することにより、前記検出軸がセンターシャフト２４の軸芯と平行になるように感圧素子２８を取り付けることができる。（図８（４）、図７（５））。
【００５９】
最後に、配線処理を行った後、円筒側壁１８を取り付けて内部を密閉し、ハーメ端子台１６に設けた貫通孔から前記内部を真空引きして前記内部を外部から遮断する。そしてハーメ端子台１６の外端面部分にＩＣ等から構成される感圧素子を駆動させるための発振回路が形成された回路基板を実装し、リッド９８を取り付けて完成する（図７（６））。ここで、前記リッド９８には、ダイアフラム２２に圧力を導入するための圧力導入口が形成されると共に、前記ＩＣからの電気信号を外部へ導出するための導出線を通す貫通孔が形成される。なお、前記圧力導入口を前記貫通孔と併用させても良い。
【００６０】
このようにして感圧素子２８の両端を支持する固定台座を容易に同一平面上に位置合わせすることができ、固定の不具合によって感圧素子２８に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００６１】
なお、第１及び第２の固定台座７０，８０は、必ずしも同一平面上に形成されている必要はない。図１３は第１及び第２の固定台座の支持面の説明図である。第１及び第２の固定台座７０，８０は、支持面７０Ａ，８０Ａが同一平面上となる位置関係になくても、図１３（Ａ）に示すように第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面７０Ａ，８０Ａに平板９０を載置したとき、第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面７０Ａ，８０Ａに対する各々の法線Ａ，Ｂが互いに平行となるようにすれば良い。このとき両端の基部の厚みが同じ（４２ａ＝４２ｂ）平板９０は、第２の固定台座８０の支持面８０Ａと接触しているが、第１の固定台座７０の支持面７０Ａとは所定間隔Ｃを開けて、仮固定されることになる。一方、感圧素子２８の両端に接続される一対の基部の厚みは互いに異なっている場合（４２ａ＞４２ｂ）、第１の固定台座７０に固定する前記基部４２ａの厚みをＴＡ、第２の固定台座８０に固定する前記基部４２ｂの厚みをＴＢとしたとき、ＴＡ＝ＴＢ＋Ｃの関係を満足するようにすると、センターシャフトの軸心と検出軸が平行になるように感圧素子２８を固定することができる。このとき平板９０の両端の基部の厚みも感圧素子２８の基部４２ａ，４２ｂの厚みに対応するように構成すればよい。
【００６２】
また第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面７０Ａ，８０Ａが同一平面になく、法線Ａ，Ｂが互いに平行となる場合であって、感圧素子の両端の厚みが同じ基部の何れか一方は支持面７０Ａ，８０Ａの何れか一方と接触しない関係となる。この場合、図１３（Ｂ）に示すように、例えば接触しない支持面７０Ａと基部４２ａは所定間隔Ｃを開けてボルト９２で仮止めして、図示しない第２の固定台座８０のボルト８５を本締めした後、所定間隔Ｃに相当する部分に接着手段９３を充填することにより、センターシャフトの軸心と検出軸が平行になるように感圧素子を支持面７０Ａ，８０Ａに固定する構成としてもよい。
【００６３】
次に変形例１の力検出器について以下説明する。上記力検出器の製造方法によれば、第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面を同一平面上に位置決めすることができる。従って感圧素子２８の検出軸をセンターシャフト２４の軸芯と平行となるように配置すれば、固定の不具合によって感圧素子２８に作用する歪み応力を回避することができる。
【００６４】
しかし、感圧素子２８の検出軸がセンターシャフト２４の軸芯と平行になるように取り付けていない場合、感圧素子２８に歪み応力が作用して、測定誤差を生じることになってしまう。従って第１及び第２の固定台座７０，８０を同一平面上に位置合わせしただけでは、感圧素子２８の取り付け不具合に起因する歪み応力を完全に除去することができない。
【００６５】
図９は変形例１の力検出器の主要部分の斜視図である。図９（Ａ）に示すように変形例の力検出器は、第１及び第２の固定台座７０，８０に、感圧素子２８を嵌め込む凹部９４を形成している。凹部９４は、感圧素子２８の両端の基部４２を夫々支持する第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面７０Ａ，８０Ａに感圧素子２８の外周に沿って、また感圧素子２８の厚みに合わせて略同一となるように形成している。また凹部９４は、センターシャフト２４の中心軸と平行な広がり方向を有する支持面を底面としている。さらに凹部９４の底面には平板を仮固定するためのネジ穴９６を形成してある。
【００６６】
上記構成による変形例１の力検出器の製造方法は、図９（Ｂ）に示すように平板９０を凹部９４に嵌め込んでネジ９２で仮固定して第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面を同一平面上に位置決めすることができる。その後、第１の固定台座７０の第２貫通孔７６に接着剤を導入し、第１の固定台座７０をセンターシャフト２４に接着して固定させる。そして、ハーメ端子台１６に第２の固定台座８０を仮止めしているボルト８５を本締めして、ハーメ端子台１６に第２の固定台座８０を固定させる。そして図９（Ｃ）に示すように、凹部９４に感圧素子２８を嵌め込むと感圧素子２８の一対の基部４２を夫々第１の固定台座７０と第２の固定台座８０とに接着剤等の接着手段を用いて固定することによって、感圧素子２８の力検出方向、即ち検出軸方向とセンターシャフト２４の軸心が平行となるように取り付けることができる。
【００６７】
このような変形例１の力検出器によれば、第１及び第２の固定台座７０，８０を同一平面上に位置決めした後、感圧素子２８の検出軸をセンターシャフト２４の軸心と平行となるように取り付けることができる。従って、固定の不具合によって感圧素子２８に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００６８】
なお、前記凹部９４を形成した場合、第１及び第２の固定台座７０，８０の支持面に連続する平板９０は、必ずしも感圧素子２８の外形に沿って略同一となるように形成する必要はない。
【００６９】
図１０は凹部９４に変形例の平板９１を仮固定した力検出器の主要部分の斜視図である。図示のように変形例の平板９１は、センターシャフトの軸心と平行な側面９１ａが、凹部９４の対向する側面（９５ａと９５ｂ、又は９５ｃと９５ｄ）、のうちいずれか一方の凹部の側面（図１０では９５ｂと９５ｄ）に接するようにしていれば良い。
【００７０】
このような平板を用いた場合であっても、感圧素子２８の台座を容易に同一平面上、又は第１及び第２の固定台座の支持面に対する各々の法線が互いに平行となるように位置合わせすることができ、固定の不具合によって感圧素子２８に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【００７１】
次に変形例２の力検出器について以下説明する。図１１は本発明の変形例２の力検出器の主要部分である第２の固定台座８０の説明図である。図示のように変形例２の力検出器は、第２の固定台座の凹部９４に第２の凹部となる狭持用凹部９６が形成されている。狭持用凹部９６は、凹部９４に載置した感圧素子２８の端部と接する箇所に形成されている。より具体的に狭持用凹部９６は図１１（Ａ）に示すように感圧素子２８の柱状ビームの延びる方向に平行な基部の第１の側面と接する隅部９６ａ、（Ｂ）に示すように感圧素子２８の柱状ビームの延びる方向に垂直な方向に平行な基部の第２の側面と接する隅部９６ｂ、（Ｃ）に示すように感圧素子２８の前記第１の側面及び第２の側面と接する隅部９６ｃに連続するように形成されている。なお狭持用凹部９６の厚み（深さ）は、凹部９４の厚みと同等又はそれ以下に形成している。
【００７２】
このような狭持用凹部９６は、平板９０又は感圧素子２８を第２の固定台座８０に載置する際に感圧素子２８の基部を挟持するなどしたピンセット等の狭持手段が狭持用凹部９６に入り込み位置合わせ等を容易に行なうことができる。
【００７３】
図１２は本発明の変形例３の力検出器の主要部分の斜視図である。図示のように変形例の力検出器は、第２の固定台座１８０の形状が図５に示す力検出器の第２の固定台座と異なっている。（Ａ）に示す第２の固定台座１８０には、図５に示す第２の固定台座８０の第１貫通孔８３の代わりに切り欠き部１８３を形成している。切り欠き部１８３は、第２の固定台座１８０のセンターシャフト２４と対向する面に、センターシャフト２４との間に所定の間隔を設けるようにシャフトの軸心に沿って溝形状に形成されている
【００７４】
また（Ｂ）に示す第２の固定台座２８０は、感圧素子の支持面２８０Ａとなる固定部８２と取り付け部８４をＬ字形状に形成している。第２の固定台座２８０は、センターシャフト２４と対向する固定部８２が、センターシャフト２４との間に所定の間隔を設けるようにハーメ端子台１６に位置調整可能に取り付けている。
なお変形例３に示す第１及び第２の固定台座７０，１８０，２８０の感圧素子の支持面に図９に示すような凹部９４を形成するように構成しても良い。
【００７５】
このような変形例３の力検出器であっても、感圧素子２８の台座を容易に同一平面上、又は第１及び第２の固定台座の支持面に対する各々の法線が互いに平行となるように位置合わせすることができ、固定の不具合によって感圧素子２８に作用する歪み応力を回避することができる。またオイルを用いずに、検出精度の高い簡易構造の力検出器を製造することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０，１００………圧力センサー、１２………ハウジング、１４………フランジ端板（第1ケース）、１６………ハーメ端子台、１７………第１圧力入力口、１８………円筒側壁、１９………第２圧力入力口、２０………第１ダイアフラム、２２………第２ダイアフラム、２４………センターシャフト、２６………可動部、２８………感圧素子、３０………ボス部、３２ａ、３２ｂ………支持棒（ガイドシャフト）、３４………ハーメ端子、４０………感圧部、４２………基部、７０………第１の固定台座、７２………第１貫通孔、７４………ネジ穴、７６………第２貫通孔、８０………第２の固定台座、８２………固定部、８３………第１貫通孔、８４………取り付け部、８５………ボルト、８６………第２貫通孔、８７………ネジ穴、９０………平板、９２………ネジ、９３………接着手段、９４………凹部、９６………狭持用凹部、９８………リッド、１０１………圧力センサー、１０２………第１の圧力入口、１０３………第２の圧力入口、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、２１０………第１のベローズ、２１１………第２のベローズ、２１５………振動子接着用台座、２２０………感圧素子、２２１………補強板、２５０………補強用弾性部材、３００………圧力センサー、３１０………第１ダイアフラム、３３０………中空金属ステム、３２２………第２ダイアフラム、３５０………センシング部、３５１………チップ、３６０………力伝達部材、４００………圧力センサー、４０２………パイプ。
【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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