(57)【要約】【課題】  正確に圧力を測定する。【解決手段】  圧電片１０Ａの所定の位置に電極が形成され屈曲振動又は縦振動を行う圧電振動素子と、この圧電振動素子が搭載される基板部３０と、凹部２４が形成された蓋部２０とを備え、蓋部２０が、平板部２１と、筒状に形成されて平板部２１の縁部に一方の端部を接合して伸縮可能に構成される伸縮部２２と、筒状に形成されて伸縮部２２の他方の端部と接合される壁部２３とから構成され、平板部２１と伸縮部２２と壁部２３とで凹部２４が形成され、圧電振動素子が搭載される基板部３０の縁部に壁部３０の他方の端部が接合されて構成されていることを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電片の所定の位置に電極が形成され屈曲振動又は縦振動を行う圧電振動素子と、
この圧電振動素子が搭載される基板部と、
凹部が形成された蓋部とを備え、
前記蓋部が、
平板部と、
筒状に形成されて前記平板部の縁部に一方の端部を接合して伸縮可能に構成される伸縮部と、
筒状に形成されて前記伸縮部の他方の端部と接合される壁部とから構成され、
前記平板部と前記伸縮部と前記壁部とで前記凹部が形成され、
前記圧電振動素子が搭載される前記基板部の縁部に前記壁部の他方の端部が接合されて構成されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、
基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、
前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、
基部とこの基部の中央部から延出する腕部とから成る棒状の圧電片に電極が形成されて構成され、
前記腕部の自由端部側が基部側の幅よりも大きい幅で形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、
基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、
前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となり、
一方の腕部を屈曲振動又は縦振動させ、他方の腕部が前記一方の腕部を屈曲振動又は縦振動することで静電誘導効果により電荷を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記凹部内がアルゴンガス又はキセノンガスで満たされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力の測定に用いられる圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧力センサには様々な種類があるが、例えば、特許文献１には、円板状に形成した圧電体の両主面に電極を形成した圧電振動素子を筒状体に備えた圧力センサが提案されている。この円板状の圧電振動素子は、圧力が作用されると形状変形を起こして、内部に電荷を発生する。この電荷を例えばホイートストン・ブリッジ回路などを用いて電気的に測定することで圧力を測定している。
また、特許文献２において音叉型の圧力センサが提案されている。
この音叉型の圧電振動素子は、基部とこの基部の両端から延出する一対の腕部とこの腕部に設けられる電極とから構成されている。なお、基部に設けられた引き回しパターンが電極と電気的に接続している。
この音叉型の圧力センサ素子は、例えば、ベースとなる部材に固定されて圧力センサを構成して用いられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４１９１４号公報（段落０００２〜０００３、図５）
【特許文献２】特開平１−２４４３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、形状変形により電荷を発生させて圧力を測定する場合、この形状変形では圧電振動素子の形状を変形させるに至らないような圧力の測定が困難であるために圧力を測定するセンサとしての感度が悪く、また、圧電振動素子の形状変形が大きいと圧電振動素子自体が破損する恐れがある。
また、圧電振動素子を剥き出しの状態で用いる場合、圧力の測定対象とする気体や液体等によって異物が付着して圧力センサの感度を悪化させる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、正確に圧力の測定ができる圧力センサ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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、圧電片の所定の位置に電極が形成され屈曲振動又は縦振動を行う圧電振動素子と、この圧電振動素子が搭載される基板部と、凹部が形成された蓋部とを備え、前記蓋部が、平板部と、筒状に形成されて前記平板部の縁部に一方の端部を接合して伸縮可能に構成される伸縮部と、筒状に形成されて前記伸縮部の他方の端部と接合される壁部とから構成され、前記平板部と前記伸縮部と前記壁部とで前記凹部が形成され、前記圧電振動素子が搭載される前記基板部の縁部に前記壁部の他方の端部が接合されて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の中央部から延出する腕部とから成る棒状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の自由端部側が基部側の幅よりも大きい幅で形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となり、一方の腕部を屈曲振動又は縦振動させ、他方の腕部が前記一方の腕部を屈曲振動又は縦振動することで静電誘導効果により電荷を生じさせることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記凹部内がアルゴンガス又はキセノンガスで満たされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような圧力センサによれば、圧電片の所定の位置に電極が形成され屈曲振動又は縦振動を行う圧電振動素子と、この圧電振動素子が搭載される基板部と、凹部が形成された蓋部とを備え、前記蓋部が、平板部と、筒状に形成されて前記平板部の縁部に一方の端部を接合して伸縮可能に構成される伸縮部と、筒状に形成されて前記伸縮部の他方の端部と接合される壁部とから構成され、前記平板部と前記伸縮部と前記壁部とで前記凹部が形成され、前記圧電振動素子が搭載される前記基板部の縁部に前記壁部の他方の端部が接合されて構成されているので、圧電振動素子が屈曲振動又は縦振動を行っている状態で外側から蓋体に圧力が作用すると、凹部内の圧力が変化し、圧電振動素子がこの圧力の変化に応じた周波数で屈曲振動又は縦振動を行うので、正確な圧力の測定を行うことできる。
【００１２】
また、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となることで屈曲振動が行いやすくなるために、凹部内の圧力の変化の影響を受けやすくなり、圧力の変化に応じた正確な圧力の測定を行うことできる。
【００１３】
また、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の中央部から延出する腕部とから成る棒状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の自由端部側が基部側の幅よりも大きい幅で形成されるので、縦振動において凹部内の圧力の変化の影響を受けやすくなり、圧力の変化に応じた正確な圧力の測定を行うことできる。
【００１４】
また、前記凹部内に収納される前記圧電振動素子が、基部とこの基部の両端から平行に延出する一対の腕部とから成る音叉型の形状の圧電片に電極が形成されて構成され、前記腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１又はＷ／Ｔ＜１となり、一方の腕部を屈曲振動させ、他方の腕部が前記一方の腕部を屈曲振動することで静電誘導効果により電荷を生じさせるので、圧力の変化に応じた周波数で屈曲振動する一方の腕部に対応して他方の腕部に電荷が生じるため正確な圧力の測定を行うことできる。
【００１５】
また、前記凹部内がアルゴンガス又はキセノンガスで満たされているので、凹部内の圧力が変化するとアルゴンガス又はキセノンガスの密度が高くなって圧電振動素子に変化した圧力を伝えやすくなり、正確な圧力の測定を行うことできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、特に説明する実施形態以外は、圧電振動素子の圧電片の材質を単結晶としての水晶で説明する。
【００１７】
（第一の実施形態）
まず、本発明の第一の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る圧力センサの一例を示す斜視図である。図２は、本発明の第一の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置を示す図である。図３は本発明の第一の実施形態に係る圧力センサに圧力が作用した状態の一例を示し、（ａ）は加圧された状態を示す概念図であり、（ｂ）は伸縮部が縮んだ状態の一例を示す概念図であり、（ｃ）は減圧された状態の一例を示す概念図である。図４は、圧力と電圧との関係を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る圧力センサ１００は、屈曲振動を行う圧電振動素子１０と、この圧電振動素子１０が搭載される基板部３０と、凹部２４（図３参照）が形成された蓋部２０とから主に構成されている。
【００１９】
圧電振動素子１０は、例えば水晶からなる圧電片１０Ａの所定の位置に電極Ｄ１（図２（ｂ）参照）が形成され屈曲振動を行うようになっている。
この圧電振動素子１０は、図２（ａ）に示すように、圧電片１０Ａが三回対称性を有しＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる水晶の結晶軸において、Ｘ軸と平行な基部１２Ａとこの基部１２Ａの両端からＹ軸と平行に延出する一対の腕部１１Ａとから成る音叉型の形状となっており、図２（ｂ）に示すように、各腕部１１Ａには屈曲振動を行うための電極Ｄ１が形成されて構成されている。
【００２０】
この電極Ｄ１は、各腕部１１Ａの四面に設けられ、対向する電極同士が同極で隣り合う電極Ｄ１とは異なる極性となり、一方の腕部１１Ａの四面に設けられた電極Ｄ１の極性が他方の腕部１１Ａに設けられた電極Ｄ１の極性に対して異なる極性となっている。
【００２１】
このとき、音叉形状となる基部１２Ａの面と一対の腕部１１Ａの面とを主面とした場合、各腕部１１Ａは、この主面の面内で振動を行い、腕部１１Ａの先端が近づく離れるを繰り返す振動となる。
【００２２】
これら腕部１１Ａに形成された電極Ｄ１は基部１２Ａに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から電圧を印加することができ、圧電振動素子１０の周波数の変化を測定することができる。
【００２３】
なお、圧電片１０Ａが所定の角度でずらしたカットアングルでカットされたウェハから形成される場合、この時の結晶軸に、所定の角度でずらした後の軸としてＸ´軸、Ｙ´軸、Ｚ´軸とを用いても良い。
【００２４】
圧電片１０Ａの形状は、屈曲振動しやすくするために、腕部１１Ａの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＜１となっている。この圧電片１０Ａの形状が幅Ｗの長さより厚みＴの長さの方が大きくなっているので、Ｙ軸に沿う腕部１１Ａの辺が＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向とに反り曲がるような屈曲振動が行われる。つまり、屈曲振動しやすくするため、腕部１１Ａの振動方向に垂直な方向で長さが大きくなるように、腕部１１Ａの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＜１となっている。
【００２５】
また、圧電振動素子１０は、圧電片１０Ａの腕部１１Ａを基板部１２Ａの主面と平行にして、基部１２Ａに設けられた引出電極と基板部３０に設けられる搭載パッド（図示せず）とを導電性接着剤（図示せず）等で接合されることで基板部３０へ搭載される。
【００２６】
基板部３０は、図１及び図３に示すように、所定の厚さを有し、かつ、平面視矩形形状となっており、一方の主面に圧電振動素子１０を搭載するための搭載パッド（図示せず）が形成されている。また、基板部３０の一方の主面の縁側から所定の間隔を開けた領域（図示せず）を後述する蓋部２０との接合面とし、この接合面の内側に搭載パッドが設けられる。この搭載パッドは、基板部３０の内部を介して他方の主面に設けられた接続端子（図示せず）と電気的に接続している。
【００２７】
蓋部２０は、図１及び図３に示すように、平板部２１と伸縮部２２と壁部２３とから構成され、これら平板部２１と伸縮部２２と壁部２３とで凹部２４を形成している。この蓋部２０は、凹部２４内に圧電振動素子１０を収納して基板部３０と接合することによって凹部２４が気密封止される。
【００２８】
平板部２１は、矩形形状の板状部材となっており、例えば、基板部３０の一方の主面と同じ面積で形成されている。なお、平板部２１の一方の主面の縁側から所定の間隔を開けた領域（図示せず）を後述する伸縮部２２との接合面とする。
【００２９】
伸縮部２２は、矩形環状の筒状に形成されつつその側部が蛇腹状に形成されている。したがって、この伸縮部２２は側部が蛇腹状に形成された筒状形状となっているので、筒状形状の中心軸線方向（図示せず）に伸縮することができる。
この伸縮部２２の一方の端部と平板部２１とを接合する。このとき、伸縮部２２の一方の端部は、平板部２１の接合面に接合される。また、伸縮部２２の他方の端部は後述する壁部２３と接合する。
【００３０】
この壁部２３は、矩形環状の筒状に形成されており、一方の端部が伸縮部２２の端部と接合されている。また、壁部２３は伸縮をしないようになっている。これは、凹部２４内に位置する圧電振動素子１０に、伸縮部２２の伸縮により蓋体２０の平板部２１と圧電振動素子１０の振動片１０Ａとが接触するのを防ぐ役割を果たす。これにより、蓋体２０は、平板部２１と伸縮部２２と壁部２３とで凹部２４が形成される。
【００３１】
壁部２３の他方の端部は、圧電振動素子１０が搭載された基板部３０に接合される。このとき、圧電振動素子１０が凹部２４内に位置するように、蓋体２０の壁部２３を基板部３０の接合面に接合させて、凹部２４内を気密封止する。
この際に、凹部２４内をアルゴンガス又はキセノンガスで満たす。これにより、アルゴンガス又はキセノンガスの粒子の密度が高く又は低くなり、伸縮部２２の伸縮による凹部２４内の圧力の上昇又は降下等の変化を圧電振動素子１０に伝えやすくすることができる。
【００３２】
次に、本発明の第一の実施形態に係る圧力センサ１００の使用方法について説明する。
まず、圧力が作用するチャンバー（図示せず）内に圧力センサ１００を配置し、このチャンバーの外に設けられた測定器（図示せず）と圧力センサ１００とを電気的に接続しておく。
【００３３】
測定器は、圧力センサ１００内の音叉型の圧電片１０Ａに電極Ｄ１が設けられた圧電振動素子１０の屈曲振動の周波数の変化を例えば電圧に変換して圧力の変化を測定する装置である。
【００３４】
この状態で、圧力センサ１００の凹部２４内にある圧電振動素子１０の圧電片１０Ａを継続的に屈曲振動させる。このときの圧電振動素子１０の圧電片１０Ａの屈曲振動は、腕部１１Ａの先端部が、蓋部２０の壁部２３側と凹部２４の内側とを往来する振動となっている。
【００３５】
チャンバー内が加圧される場合、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、圧力センサ１００の外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み（図３（ｂ）参照）、圧力センサ１００内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子１０の圧電片１０Ａに伝わり、圧電振動素子１０の圧電片１０Ａが行っている屈曲振動に影響を与える。つまり、圧電振動素子１０の圧電片１０Ａの屈曲振動が蓋部２０の壁部２３側と凹部２４の内側とを往来する振動となっているが、主に腕部１１Ａの厚さ側、つまり、壁部２３側からの圧力と凹部２４の内側からの圧力とによる影響で屈曲振動を行わせにくくされる。この影響が、逆圧電効果により屈曲振動の周波数に現れる。この周波数の変化を例えば電圧に変換する測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００３６】
なお、圧力センサ１００がチャンバー内で減圧される場合（図３（ｃ）参照）も同様に、伸縮部２２が伸び、凹部２４内の圧力が降下するようになる。このような圧力の変化も測定することができる。
【００３７】
例えば、図４に示すように、圧力センサ１００の圧電振動素子１０の圧電片１０Ａの屈曲振動の振幅を電圧で表し、この電圧と圧力との関係が少なくとも０（Ｔｏｒｒ）〜１０（Ｔｏｒｒ）の間でほぼ一定の直線状に現れている。これにより、精度よく圧力を測定することができることを確認できる。
【００３８】
このように本発明の第一の実施形態に係る圧力センサ１００を構成したので、圧電振動素子の圧電片を変形させて圧力を測定する圧力センサと比べ、小さな圧力の変化でも容易に測定することができる。
【００３９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図５は本発明の第二の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
本発明の第二の実施形態に係る圧力センサは、基板部３０（図１参照）に搭載される音叉型の圧電片の形状において、腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１となっている点で第一の実施形態と異なる。
【００４０】
圧電振動素子は、第一の実施形態と同様に水晶からなり、図５（ａ）に示すように、圧電片１０Ｂの所定の位置に電極Ｄ２（図５（ｂ）参照）が形成されて構成され、屈曲振動を行うようになっている。この圧電片１０Ｂは、三回対称性を有しＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる水晶の結晶軸において、Ｘ軸と平行な基部１２Ｂとこの基部１２Ｂの両端からＹ軸と平行に延出する一対の腕部１１Ｂとから成る音叉型の形状となっており、各腕部１１Ｂには屈曲振動を行うための電極Ｄ２（図５（ｂ）参照）が形成されている。これら腕部１１Ｂに形成された電極Ｄ２は基部１２Ｂに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から電圧を印加することができ、圧電振動素子の周波数の変化を測定することができる。圧電片１０Ｂの形状は、屈曲振動しやすくするために、腕部１１Ｂの幅Ｗの長さが厚みＴの長さより大きくなっている。
【００４１】
図５に示すように、この圧電片１０Ｂの腕部１１Ｂの形状が厚みＴの長さより幅Ｗの長さの方が大きくなっているので、Ｙ軸に沿う腕部１１Ｂの辺がＺ軸方向に反り曲がるような屈曲振動が行われる。つまり、屈曲振動しやすくするため、腕部１１Ｂの振動方向に垂直な方向で長さが大きくなるように、腕部１１Ｂの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１となっている。
【００４２】
なお、図５（ｂ）に示すように、この電極Ｄ２は、主に各腕部１１Ｂの厚み側の向かい合う面に設けられ、同一面で隣り合う２つの電極Ｄ２同士が異なる極性となり、また、この電極Ｄ２が設けられた面と対向する面に設けられる電極Ｄ２が、その電極Ｄ２対向する位置に設けられている電極Ｄ２と異なる極性となっている。また、一方の腕部１１Ｂの２つ面に設けられた電極Ｄ２の極性が他方の腕部１１Ｂに設けられた電極Ｄ２の極性に対して異なる極性となっている。
【００４３】
このとき、音叉形状となる基部１２Ａの面と一対の腕部１１Ａの面とを主面とした場合、各腕部１１Ａは、この主面に対して垂直方向の振動を行い、一方の腕部１１Ｂの先端が蓋部２０に近づく離れるを繰り返すとき、他方の腕部１１Ｂの先端が蓋部２０から離れる  近づくを繰り返す振動となる。
【００４４】
このように構成される圧電片１０Ｂに電極が設けられた圧電振動素子を搭載した圧力センサをチャンバー（図示せず）内に配置しチャンバー（図示せず）の外に設けられた測定器（図示せず）と電気的に接続する。この状態で、圧力センサの凹部２４（図３参照）内にある圧電振動素子の圧電片１０Ｂを継続的に屈曲振動させる。このときの圧電振動素子の圧電片１０Ｂの屈曲振動は、腕部１１Ｂの先端部が、蓋部２０（図３参照）の平板部２１側と基板部３０側とを往来する振動となっている。
【００４５】
チャンバー内が加圧される場合、圧力センサの外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み、圧力センサ内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子の圧電片１０Ｂに伝わり、圧電振動素子の圧電片１０Ｂが行っている屈曲振動に影響を与える。つまり、圧電振動素子の圧電片１０Ｂの屈曲振動が蓋部２０の平板部２１側と基板部３０側とを往来する振動となっているが、主に平板部２１側からの圧力と基板部３０側からの圧力とによる影響で屈曲振動を行わせにくくされる。この影響が、逆圧電効果により屈曲振動の周波数に現れる。この周波数の変化を例えば電圧に変換する測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００４６】
したがって、このように第二の実施形態に係る圧力センサを構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【００４７】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図６は本発明の第三の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電振動素子の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
本発明の第三の実施形態に係る圧力センサは、圧電片の形状が棒状に形成されている点で第一の実施形態と異なる。
【００４８】
圧電振動素子は、第一の実施形態と同様に水晶からなり、図６（ａ）に示すように、圧電片１０Ｃの所定の位置に電極Ｄ３（図６（ｂ）参照）が形成されて構成され、縦振動として伸張振動を行うようになっている。この圧電片１０Ｃは、三回対称性を有しＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる水晶の結晶軸において、Ｘ軸と平行な基部１２Ｃとこの基部１２Ｃの一方向からＹ軸と平行に延出する腕部１１Ｃとで形成されており、腕部１１ＣにはＹ軸方向に縦振動を行うための電極Ｄ３が形成されている。この腕部１１Ｃに形成された電極Ｄ３（図６（ｂ）参照）は基部１２Ｃに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から電圧を印加することができ、圧電振動素子の周波数の変化を測定することができる。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、この圧電片１０Ｃにおいて、腕部１１Ｃの一方の端部であって基部１２Ｃと接続している部分を固定端部Ｔ１とし、他方の端部を自由端部Ｔ２とする。腕部の自由端部Ｔ２の幅ＷＢは固定端部Ｔ１の幅ＷＡよりも広く形成されている。具体的には、固定端部Ｔ１の厚さと同じ厚さで矩形形状に自由端部Ｔ２が形成され、固定端部Ｔ１の幅ＷＡと自由端部Ｔ２の幅ＷＢとの関係がＷＡ／ＷＢ＜１となっている。
【００５０】
このように構成される圧電片１０Ｃに電極が設けられた圧電振動素子を搭載した圧力センサをチャンバー（図示せず）内に配置しチャンバーの外に設けられた測定器（図示せず）と電気的に接続する。この状態で、圧力センサの凹部２４（図３参照）内にある圧電振動素子の圧電片１０Ｃを継続的に縦振動させる。このときの圧電振動素子の圧電片１０Ｃの縦振動は、腕部１１Ｃの先端部が、その先端部の向く方の蓋部２０の壁部２３側へ向かう、離れるを繰り返す振動となっている。
【００５１】
チャンバー内が加圧される場合、圧力センサの外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み、圧力センサ内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子の圧電片１０Ｃに伝わり、圧電振動素子の圧電片１０Ｃが行っている縦振動に影響を与える。つまり、圧電振動素子の圧電片１０Ｃの縦振動が蓋部２０の壁部２３側へ向かう、離れるを繰り返す振動となっているが、主に腕部１１Ｃの先端部が向く方の壁部２３側からの圧力による影響で縦振動を行わせにくくされる。この影響が、逆圧電効果により縦振動の周波数に現れる。この周波数の変化を例えば電圧に変換する測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００５２】
したがって、このように第三の実施形態に係る圧力センサを構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【００５３】
（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図７は本発明の第四の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
本発明の第四の実施形態に係る圧力センサは、圧電片の形状が棒状に形成されている点で第三の実施形態と同様であるが、圧電片の基部を中心に２つの腕部がおのおの反対方向にその基部より延出している点で第三の実施形態と異なる。
【００５４】
圧電振動素子は、第三の実施形態と同様に水晶からなり、図７（ａ）に示すように、圧電片１０Ｄの所定の位置に電極Ｄ４（図７（ｂ）参照）が形成され縦振動を行うようになっている。この圧電片１０Ｄは、三回対称性を有しＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる水晶の結晶軸において、Ｘ軸と平行な基部１２Ｄとこの基部１２Ｄを中心に２つの腕部１１Ｄがおのおの反対方向であってＹ軸と平行にその基部１２Ｄより延出する腕部１１Ｄとで形成されており、腕部１１ＤにはＹ軸方向に縦振動を行うための電極Ｄ４が形成されている。
【００５５】
この腕部１１Ｄに形成された電極Ｄ４は基部１２Ｄに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から電圧を印加することができ、圧電振動素子の周波数の変化を測定することができる。
なお、図５（ｂ）に示すように、この電極Ｄ４は、主に各腕部１１Ｄの厚み側の向かい合う面に設けられ、一方の面に設けられる電極Ｄ４とこの一方の面と向かい合う他方の面に設けられる電極Ｄ４とが異なる極性となっており、各腕部１１Ｄの同一方向を向く面に設けられる電極の極性を同一としている。このとき、各腕部１１Ｄはそれぞれ、基部１２Ｄから離れる近づくを繰り返す振動となる。
【００５６】
この圧電片１０Ｄにおいて、各腕部１１Ｄの一方の端部であって基部１２Ｄと接続している部分を固定端部Ｔ１とし、他方の端部を自由端部Ｔ２とする。
各腕部１１Ｄの自由端部Ｔ２の幅ＷＢは固定端部Ｔ１の幅ＷＡよりも広く形成されている。具体的には、固定端部Ｔ１の厚さと同じ厚さで矩形形状に自由端部Ｔ１が形成され、固定端部Ｔ１の幅ＷＡと自由端部Ｔ２の幅ＷＢとの関係がＷＡ／ＷＢ＜１となっている。
【００５７】
このように構成される圧電片１０Ｄに電極が設けられた圧電振動素子を搭載した圧力センサをチャンバー（図示せず）内に配置しチャンバーの外に設けられた測定器と電気的に接続する。この状態で、圧力センサの凹部２４（図３参照）内にある圧電振動素子を継続的に縦振動させる。このときの圧電振動素子の圧電片１０Ｄの縦振動は、各腕部１１Ｄの先端部が、蓋部２０の壁部２３側へ向かう、離れるを繰り返す振動となっている。
【００５８】
チャンバー内が加圧される場合、圧力センサの外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み、圧力センサ内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子の圧電片１０Ｄに伝わり、圧電振動素子の圧電片１０Ｄが行っている縦振動に影響を与える。つまり、圧電振動素子の圧電片１０Ｄの縦振動が蓋部２０の壁部２３側へ向かう、離れるを繰り返す振動となっているが、主に壁部２３側からの圧力による影響で縦振動を行わせにくくされる。この影響が、逆圧電効果により縦振動の周波数に現れる。この周波数の変化を例えば電圧に変換する測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００５９】
したがって、このように第四の実施形態に係る圧力センサを構成しても第三の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６０】
（第五の実施形態）
次に、本発明の第五の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図８は本発明の第五の実施形態に係る圧力センサに用いる圧電片の一例を示す斜視図である。
本発明の第五の実施形態に係る圧力センサは、静電誘導効果により圧力の変化を測定する点で第一の実施形態と異なる。
【００６１】
図８に示すように、圧電片１０Ｅの形状は、第一の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片１０Ａと同様に、基部１２Ｅとこの基部１２Ｅの両端から延出する一対の腕部１１Ｅとから成る音叉型で、腕部１１Ｅの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＜１となっており、材質が水晶となっている。
【００６２】
各腕部１１Ｅには電極（図示せず）が形成されている。これら腕部１１Ｅに形成された電極は基部１２Ｅに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から一方の腕部へ電力が供給され、また、圧電振動素子の周波数の変化を測定することができ、他方の腕部に生じた電荷を外部へ引き出せるようになっている。
【００６３】
このように構成される圧電片１０Ｅに電極が設けられた圧電振動素子を搭載した圧力センサをチャンバー（図示せず）内に配置しチャンバーの外に設けられた測定器と電気的に接続する。この状態で、圧力センサの凹部２４（図３参照）内にある圧電振動素子の圧電片１０Ｅの一方の腕部１１Ｅを継続的に屈曲振動させる。このときの圧電振動素子の圧電片１０Ｅの屈曲振動は、腕部１１Ｅの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＜１となっているので、腕部１１Ｅの先端部が蓋部２０の壁部２３側と凹部２４の内側とを往来する振動となる。
【００６４】
チャンバー内が加圧される場合、圧力センサの外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み、圧力センサ内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子の圧電片１０Ｅに伝わり、圧電振動素子の圧電片１０Ｅが行っている屈曲振動に影響を与える。つまり、圧力の変化に対応して、圧電振動素子の圧電片１０Ｅの一方の腕部１１Ｅの振動により他方の腕部１１Ｅに静電誘導効果で電荷が生じる。この電荷を測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００６５】
したがって、このように第五の実施形態に係る圧力センサを構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６６】
（第六の実施形態）
次に、本発明の第六の実施形態に係る圧力センサについて説明する。
図９は本発明の第六の実施形態に係る圧力センサに用いる圧電片の一例を示す斜視図である。
本発明の第六の実施形態に係る圧力センサは、静電誘導効果により圧力の変化を測定し腕部の幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１となっている点で第一の実施形態と異なる。
【００６７】
図９に示すように、この圧電片１０Ｆの形状は、第二の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片１０Ｂと同様に、基部１２Ｆとこの基部１２Ｆの両端から延出する一対の腕部１１Ｆとから成る音叉型で、腕部１１Ｆの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１となっており、材質が水晶となっている。
【００６８】
各腕部１１Ｆには電極（図示せず）が形成されている。これら腕部１１Ｆに形成された電極は基部１２Ｆに設けられる引出電極（図示せず）と電気的に接続しており、外部から一方の腕部１１Ｆへ電力が供給され、また、圧電振動素子の周波数の変化を測定することができ、他方の腕部１１Ｆに生じた電荷を外部へ引き出せるようになっている。
【００６９】
このように構成される圧電片１０Ｆに電極が形成された圧電振動素子を搭載した圧力センサをチャンバー（図示せず）内に配置しチャンバーの外に設けられた測定器（図示せず）と電気的に接続する。この状態で、圧力センサの凹部２４（図３参照）内にある圧電振動素子の圧電片１０Ｆの一方の腕部を継続的に屈曲振動させる。このときの圧電振動素子の圧電片１０Ｆの屈曲振動は、腕部１１Ｆの幅Ｗと厚みＴとの関係がＷ／Ｔ＞１となっているので、腕部１１Ｆの先端部が蓋部２０の平板部２１側と基板部３０側とを往来する振動となる。
【００７０】
チャンバー内が加圧される場合、圧力センサの外周面全体に圧力が作用するが、蓋部２０の平板部２１が圧力により押されることで伸縮部２２が縮み、圧力センサ内の凹部２４内の圧力が上昇する。すると、圧力の上昇がアルゴンガス又はキセノンガスを介して圧電振動素子の圧電片１０Ｆに伝わり、圧電振動素子の圧電片１０Ｆが行っている屈曲振動に影響を与える。つまり、圧力の変化に対応して、圧電振動素子の圧電片１０Ｆの一方の腕部１１Ｆの振動により他方の腕部１１Ｆに静電誘導効果で電荷が生じる。この電荷を測定器で測定することで圧力の変化を測定することができる。
【００７１】
したがって、このように第五の実施形態に係る圧力センサを構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、音叉型の圧電片を用いた圧電振動素子の場合、圧電片の腕部を長さ方向に縦振動を行わせても良い。
また、単結晶として、水晶以外に、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用いることもできる。また、基板部３０を金属、セラミックス、ガラス等で構成しても良い。なお、金属で基板部３０を構成する場合は、搭載パッドや外部端子に通電しないように境目に絶縁材を介在させるように構成する。
また、蓋部２０の伸縮部２２は、例えば、蛇腹構造によって伸縮を可能とするほか、高分子材料をチューブ状にして用い、この高分子材料によって伸縮を可能としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る圧力センサの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る圧力センサに圧力が作用した状態の一例を示し、（ａ）は加圧された状態を示す概念図であり、（ｂ）は伸縮部が縮んだ状態の一例を示す概念図であり、（ｃ）は減圧された状態の一例を示す概念図である。
【図４】圧力と電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る圧力センサに用いられる圧電片の一例を示し、（ａ）は圧電片の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は電極の位置の一例を示す図である。
【図８】本発明の第五の実施形態に係る圧力センサに用いる圧電片の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第六の実施形態に係る圧力センサに用いる圧電片の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００  圧力センサ
１０    圧電振動素子
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ  圧電片
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ  腕部
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ  基部
２０    蓋部
２１    平板部
２２    伸縮部
２３    壁部
２４    凹部
３０    基板部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  電極
Ｔ１    固定端部
Ｔ２    自由端部
Ｗ      幅
Ｔ      厚み
【図１】
2008164510.tif 000003
【図２】
2008164510.tif 000004
【図３】
2008164510.tif 000005
【図４】
2008164510.tif 000006
【図５】
2008164510.tif 000007
【図６】
2008164510.tif 000008
【図７】
2008164510.tif 000009
【図８】
2008164510.tif 000010
【図９】
2008164510.tif 000011