(57)【要約】【課題】双音叉圧電振動片を用いた圧力センサの圧力−周波数特性の直線性を向上させ、高精度で高分解能の圧力センサを簡単な構成で安価に実現する。【解決手段】ダイヤフラム板３と基台４間に画定される真空キャビティ５内に収容される感圧素子２は、双音叉圧電振動片６とその基端部９，１０に両面から挟むように接合部７ｂ，８ｂを結合して一体化した１対の圧力伝達部材７，８とを備える。圧力伝達部材は、双音叉圧電振動片との対向面に凹部７ａ，８ａを設けることにより、振動ビームから離隔された感圧部を両接合部間に有する。圧力センサ１は、対向位置に設けられたダイヤフラムの突起部２４と基台側の突起部３２とを両側からそれぞれ圧力伝達部材の感圧部に当接させて、感圧素子を真空キャビティ内に保持する。【選択図】図１
2007171123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に延長する１対の振動ビーム、前記振動ビームの両端にそれぞれ結合する基端部、及び前記振動ビームの表面に形成された駆動電極からなる双音叉圧電振動片と、
前記双音叉圧電振動片の前記各基端部に結合される接合部、及び前記振動ビームから離隔して前記両接合部間に延長する感圧部からなる同一の形状及び寸法を有し、前記双音叉圧電振動片と同じ熱膨張率の材料で形成された１対の圧力伝達部材とを備え、
前記双音叉圧電振動片と前記圧力伝達部材とが、前記各基端部を両面から挟むように前記各接合部を結合することにより一体化されていることを特徴とする感圧素子。
【請求項２】
前記圧力伝達部材が前記双音叉圧電振動片と同じ圧電材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の感圧素子。
【請求項３】
前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項１または２に記載の感圧素子。
【請求項４】
ダイヤフラムを有するダイヤフラム板と、前記ダイヤフラム板と気密に接合されて真空キャビティを画定する基台と、前記真空キャビティ内に収容される請求項１乃至３のいずれかに記載の感圧素子とを備え、
前記ダイヤフラムが前記真空キャビティ内に突出する突起部を有し、かつ前記基台が前記真空キャビティ内に突出する突起部を有し、前記両突起部が互いに対向するように設けられ、前記各突起部がそれぞれ前記感圧素子の一方または他方の前記感圧部に当接して前記感圧素子を保持するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムが、弾性変形することなく外部の圧力を受ける受圧部と、前記受圧部の外郭を画定しかつ前記外部の圧力により弾性変形可能な薄肉部とからなり、前記ダイヤフラムの前記突起部が前記受圧部に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記ダイヤフラム板と前記基台とが、その熱膨張率が同一又は近似する材料で形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記ダイヤフラム板が水晶またはシリコン材料からなり、前記基台がガラス材料からなることを特徴とする請求項６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、例えば気圧、水圧などの流体圧を測定するセンサや水位モニタなどの計測機器に使用するための圧力センサに関し、特に、水晶などの圧電材料からなる双音叉圧電振動片を用いた感圧素子及びそれを用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に圧電振動子は、応力が加わると共振周波数が変化することから、従来からこの圧電振動子の周波数変化を利用した様々なセンサが開発されている。中でも屈曲振動モードの音叉型振動子は、他の振動モードに比して応力に対する周波数変化率が大きいので、感圧素子として使用すると有利である。
【０００３】
特に、２個の音叉型振動片をその振動腕を突き合わせる向きに接続するように、平行な２本の振動ビームとそれらの両端を結合する基端部とからなる構造を有する双音叉振動子は、高いＱ値をもつことが報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。それにより、双音叉振動子を用いたセンサは、圧力の変化に対する周波数の変化が良好な直線性を示すので高い分解能が得られ、更にその周波数の変化率が大きく、再現性及びヒステリシスに優れるので、高精度な圧力測定ができ、靜圧センサとして十分な応答速度をもつことができる。
【０００４】
更に、双音叉圧電振動子を励振するための駆動電極は、振動腕即ち振動ビームの長辺に対する変位の２次微係数が零となる点（振動の節点）を境に電極を分割付着し、該分割点において相隣り合う電極に印加する電位が互いに逆になるようにした構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。これにより、振動ビームへの駆動力とその変位とは向きが一致するので、振動ビームの励振が容易になりかつ振動子のＱ値がより高くなり、より高感度なセンサを得ることができる。
【０００５】
かかる双音叉振動子を用いたセンサとして、非特許文献１では、双音叉振動子の一方の基端部をケース側に固定しかつ他方の基端部を揺動アームの一端に結合すると共に、圧力を受けて伸縮する蛇腹構造の金属ベローズに揺動アームの他端を結合した構成を採用している。この構成では、ベローズを変形させる圧力を揺動アームの支点周りのモーメントに変換して、双音叉振動子に両端から圧縮方向又は引張方向の力を作用させることにより、周波数を変化させる。
【０００６】
また、対向面に円環状凹部を有する２枚の圧電（水晶）ダイヤフラムで双音叉圧電振動子をサンドイッチ状に上下から挟んだ感圧素子からなる圧力センサが知られている（例えば、特許文献２を参照）。各水晶ダイヤフラムは、前記円環状凹部により画定される中央の短円柱部と周縁部とを有し、それぞれ対向する短円柱部及び周縁部の間で双音叉圧電振動子の両基端部を固定する。感圧素子は、その上下両面に作用する圧力の差により水晶ダイヤフラムの中央部が上向き又は下向き凸に変形すると、それに対応して双音叉圧電振動子の両端に引張方向の力が作用し、周波数を変化させるので、その変化量から圧力値が算出される。
【０００７】
更に、同様に対向面に凹部を有する２枚の圧電ダイヤフラムを積層した構造の感圧素子からなる圧力センサにおいて、感圧素子内部に画定される空間の底面に双音叉圧電振動子の両基端部を固定した構成が知られている（例えば、特許文献３を参照）。両圧電ダイヤフラムは、その中心点が力伝達用柱で互いに連結されているので、作用する圧力の向きによって上向き又は下向き凸に、一体となって同様に変形する。従って、双音叉圧電振動子の両端には、圧力の向きに対応して圧縮方向又は引張方向の力が作用するので、正圧又は負圧を区別して検知することができ、絶対圧力及び相対圧力いずれの測定にも利用することができる。
【０００８】
【非特許文献１】栗原正雄、外３名，「双音叉振動子を用いた水晶圧力センサ」，東洋通信機技報，東洋通信機株式会社，１９９０年，Ｎｏ．４６，ｐ．１−８
【特許文献１】特開昭６０−３９９１１号公報
【特許文献２】特開２００３−８３８２９号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の双音叉圧電振動子を用いた圧力センサは、次のような問題点を有する。上記非特許文献１に記載の圧力センサは、双音叉圧電振動子とこれに直接結合される揺動アーム及び金属ベローズとが異なる熱膨張率を有するので、温度変化による熱歪みを生じ、これが不要な応力として振動子に作用して、正確な圧力測定を妨げる虞がある。更に、金属ベローズ、揺動アーム及びその支持体などの複雑な機構を必要とし、かつその加工が面倒で高いコストを要するので、高価格になる。
【００１０】
これに対し、上記特許文献２に記載の圧力センサは、構成が比較的簡単で安価に製造でき、ダイヤフラム及び振動子を同一材料で形成することにより、熱膨張率の差による熱歪みの影響を低減することができる。しかしながら、双音叉圧電振動片を撓ませて周波数を変化させるため、その曲げ応力の作用で双音叉振動片の圧力−周波数特性は、直線性が低下したりセンサとして好ましい直線性の範囲が狭くなり、加えて温度特性が悪くなる虞がある。更に、感圧素子が圧電ダイヤフラムの外周縁部を金属台座と金属スペーサとの間に挟んで固定保持されるので、その力が作用する具合によって、双音叉振動片の特性が影響を受けることになる。しかも、感圧素子と金属台座及び金属スペーサとは熱膨張率が異なるので、やはり温度変化による熱歪みで正確な圧力測定が困難になる虞がある。
【００１１】
同様に上記特許文献３に記載の圧力センサは、構成が比較的簡単で安価に製造でき、ダイヤフラム及び振動子を同一材料で形成することにより、熱膨張率の差による熱歪みの影響を低減することができる。しかしながら、上記特許文献２と同様に、双音叉圧電振動片を撓ませて周波数を変化させるため、双音叉振動片の圧力−周波数特性は直線性が低下したり直線性の範囲が狭くなる虞がある。更に、感圧素子を固定保持する力が双音叉振動片の特性に影響を与えたり、感圧素子と金属台座及び金属スペーサとの熱膨張率の差が温度変化による熱歪みを生じさせ、正確な圧力測定を困難にする虞がある。
【００１２】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、双音叉圧電振動片を用いた圧力センサにおいて、圧力−周波数特性の直線性を向上させ、かつ良好な直線性をより広い測定範囲に亘って確保維持することができ、それによって高精度で高分解能の圧力センサを比較的簡単な構成により安価に製造できるようにすることにある。
【００１３】
更に本発明の目的は、かかる圧力センサを実現するのに適した感圧素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、上記目的を達成するために、平行に延長する１対の振動ビーム、該振動ビームの両端にそれぞれ結合する基端部、及び振動ビームの表面に形成された駆動電極からなる双音叉圧電振動片と、該双音叉圧電振動片の各基端部に結合される接合部、及び振動ビームから離隔して両接合部間に延長する感圧部からなる同一の形状及び寸法を有し、双音叉圧電振動片と同じ熱膨張率の材料で形成された１対の圧力伝達部材とを備え、双音叉圧電振動片と圧力伝達部材とを、各基端部を両面から挟むように各接合部を結合することにより一体化した感圧素子が提供される。
【００１５】
本発明の感圧素子は、その両側から各圧力伝達部材の感圧部に垂直方向の力が作用すると、両圧力伝達部材が同じように撓み、その撓み力が同一の大きさで逆向きのため、互いに相殺される。従って、双音叉圧電振動片の両基端部には、圧力伝達部材から引張方向の力のみが作用する。この引張力により、双音叉圧電振動片の共振周波数は増加するように変化し、その変化量から圧力伝達部材の感圧部に作用した力の大きさが算出される。
【００１６】
このように、双音叉圧電振動片には引張力しか作用しないので、従来のような双音叉圧電振動片の撓みによる周波数特性の変動や劣化が生じる虞がなく、直線性に優れた圧力−周波数特性を得ることができる。しかも、双音叉圧電振動片と圧力伝達部材とを同じ熱膨張率の材料で形成するので、温度変化による熱歪みの影響を完全に排除することができる。また、この感圧素子を用いた圧力センサは、各圧力伝達部材の感圧部を押圧できるようにするだけでよく、外部圧力を伝達するために複雑な機構を必要としないので、比較的簡単に構成することができ、かつそのように機構部品との熱膨張率の差による熱歪みの影響を解消しまたは有効に抑制することができる。
【００１７】
或る実施例では、圧力伝達部材が双音叉圧電振動片と同じ圧電材料で、例えば温度特性に優れた水晶で形成され、より一層優れた圧力−周波数特性を得ることができる。また、水晶は加工性が良く、歩留まり良く低コストで感圧素子を製造することができる。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、ダイヤフラムを有するダイヤフラム板と、該ダイヤフラム板と気密に接合されて真空キャビティを画定する基台と、真空キャビティ内に収容される上述した本発明の感圧素子とを備え、ダイヤフラムが真空キャビティ内に突出する突起部を有し、かつ基台が真空キャビティ内に突出する突起部を有し、これら両突起部が互いに対向するように設けられると共に、各突起部がそれぞれ感圧素子の一方または他方の感圧部に当接して感圧素子を保持する圧力センサが提供される。
【００１９】
ダイヤフラムが外部圧力を受けて変位すると、その大きさはダイヤフラムの突起部から感圧素子の一方の圧力伝達部材の感圧部に直接伝達され、その反力として、他方の圧力伝達部材の感圧部には基台の突起部から同じ大きさの力が互いに逆向きに作用する。その結果、感圧素子の両圧力伝達部材には同じ撓みが生じ、双音叉圧電振動片には両基端部から引張方向の力のみが作用するので、その共振周波数は増加し、その変化量から外部圧力の大きさが算出される。
【００２０】
感圧素子をダイヤフラムの突起部と基台の突起部とで挟持するように保持しかつ押圧するので、感圧素子とダイヤフラム板及び／または基台とが異なる材料で形成されまたは異なる熱膨張率を有する場合でも、温度変化に対して熱膨張率の差が圧力−周波数特性に影響を与える虞が解消され、または大幅に低減される。圧力センサの圧力−周波数特性の直線性を向上させかつ良好に維持することができ、従来よりも広範な測定範囲が得られるので、より高精度で高分解能の圧力センサを実現することができる。また、感圧素子を保持し、外部圧力を伝達するために複雑な構造を必要としないので、比較的簡単にかつ安価に製造することができる。
【００２１】
或る実施例では、前記ダイヤフラムが、弾性変形することなく外部の圧力を受ける受圧部と、該受圧部の外郭を画定しかつ外部の圧力により弾性変形可能な薄肉部とからなり、ダイヤフラムの突起部が受圧部に設けられている。これにより、受圧部が受けた外部圧力は、そのまま感圧素子に伝達されるので、正確かつ高精度な圧力測定が可能である。
【００２２】
また、前記ダイヤフラム板と基台とが、その熱膨張率が同一又は近似する材料で形成されていると、温度変化に対して熱膨張率の差による熱歪みの影響が解消されまたは有効に抑制されるので、常に感圧素子を真空キャビティ内に安定した状態で保持することができる。
【００２３】
例えば、前記ダイヤフラム板を水晶またはシリコン材料で形成し、前記基台をガラス材料で形成することができる。水晶またはシリコン材料は、ダイヤフラム板にダイヤフラムや突起部などを加工するのが比較的容易であり、ガラス材料は比較的安価で、基台に十分な強度を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の好適な実施例について、添付図面を用いて詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した圧力センサの好適な実施例を示している。本実施例の圧力センサ１は、感圧素子２が上側のダイヤフラム板３と下側の板状基台４との間に画定されるキャビティ５内に収容されている。キャビティ５の内部は、ダイヤフラム板３と基台４とが気密に接合されて、真空状態に維持されている。
【００２５】
感圧素子２は、図２（Ａ）に示すように、双音叉圧電振動片６と、これを上下から挟む上下１対の圧力伝達部材７，８とを備える。圧力伝達部材７，８は、接着剤で双音叉圧電振動片６と一体に結合されている。
【００２６】
双音叉圧電振動片６は、図３（Ａ）に示すように、２個の音叉型振動片をその振動腕を突き合わせる向きに接続するように構成され、長手方向の両端に設けられる基端部９，１０と、それらの間を平行に延長する１対の振動ビーム１１ａ，１１ｂとを有する。振動ビーム１１ａ，１１ｂの上下主面及び両側面には、従来の音叉型振動片と同様に電極膜を被着しかつエッチングすることにより、駆動電極がパターニングされている。
【００２７】
本実施例の駆動電極は、上記特許文献１に記載されるように、各基端部９，１０側部分とそれらの間の中央部分とに分割して設けられる。前記振動ビームの一方の基端部９側には、図３（Ｂ）に示すように、その上下主面に第１主面電極１２ａ，１２ｂが、両側面に第１側面電極１３ａ，１３ｂがそれぞれ形成されている。前記振動ビームの他方の基端部１０側には、図３（Ｃ）に示すように、その上下主面に第２主面電極１４ａ，１４ｂが、両側面に第２側面電極１５ａ，１５ｂがそれぞれ形成されている。前記振動ビームの中央部分には、図３（Ｄ）に示すように、その上下主面に第３主面電極１６ａ，１６ｂが、両側面に第３側面電極１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。
【００２８】
一方の振動ビーム１１ａにおいて、上下各第１主面電極１２ａは、それぞれ異なる一方の第３側面電極１７ａに電気的に接続され、更に連続してそれぞれ異なる一方の第２主面電極１４ａに電気的に接続されている。各第１側面電極１３ａは、それぞれ異なる一方の第３主面電極１６ａに電気的に接続され、更に連続してそれぞれ異なる一方の第２側面電極１５ａに電気的に接続されている。他方の振動ビーム１１ｂにおいて、上下各第１主面電極１２ｂは、それぞれ異なる一方の第３側面電極１７ｂに電気的に接続され、更に連続してそれぞれ異なる一方の第２主面電極１４ｂに電気的に接続されている。各第１側面電極１３ｂは、それぞれ異なる一方の第３主面電極１６ｂに電気的に接続され、更に連続してそれぞれ異なる一方の第２側面電極１５ｂに電気的に接続されている。
【００２９】
各基端部９，１０の上面には、それぞれ長手方向の端縁側に引出電極１８，１９が形成されている。基端部９の引出電極１８は、振動ビーム１１ａの上側の第１主面電極１２ａと振動ビーム１１ｂの一方の第１側面電極１３ｂとに接続されている。基端部１０の引出電極１９は、振動ビーム１１ｂの上側の第１主面電極１４ｂと振動ビーム１１ａの一方の第１側面電極１５ａとに接続されている。図示していないが、基端部９の下面において、振動ビーム１１ａの下側の第１主面電極１２ａと振動ビーム１１ｂの他方の第１側面電極１３ｂとが互いに電気的に接続されている。基端部１０の下面では、振動ビーム１１ｂの下側の第１主面電極１４ｂと振動ビーム１１ａの他方の第１側面電極１３ａとが互いに電気的に接続されている。
【００３０】
このようにして、引出電極１８から上側の第１主面電極１２ａ、一方の第３側面電極１７ａ、下側の第２主面電極１４ａに至り、一方の第２側面電極１５ｂから上側の第３主面電極１６ｂ、一方の第１側面電極１３ｂに至り、下側の第１主面電極１２ａから他方の第３側面電極１７ａ、上側の第２主面電極１４ａに至り、更に他方の第２側面電極１５ｂから下側の第３主面電極１６ｂ、他方の第１側面電極１３ｂを経て引出電極１８に戻る第１駆動電極と、引出電極１９から上側の第２主面電極１４ｂ、一方の第３側面電極１７ｂ、下側の第１主面電極１３ｂに至り、一方の第１側面電極１３ａから上側の第３主面電極１６ａ、一方の第２側面電極１５ａに至り、下側の第２主面電極１４ｂから他方の第３側面電極１７ｂ、上側の第１主面電極１２ｂに至り、更に他方の第１側面電極１３ａから下側の第３主面電極１６ａ、他方の第２側面電極１５ａを経て引出電極１９に戻る第２駆動電極とからなる前記駆動電極が形成される。引出電極１８，１９間に所定の交流電圧を印加すると、隣接する前記第１駆動電極と第２駆動電極間で電界が交互に発生し、両振動ビーム１１ａ，１１ｂは互いに逆向きに即ち近接または離反する向きに所定の周波数で屈曲振動する。
【００３１】
本実施例の双音叉圧電振動片６は水晶で形成され、それにより優れた周波数温度特性を発揮することができる。当然ながら、双音叉圧電振動片６は、従来から公知の様々な圧電材料で形成することができる。
【００３２】
上側及び下側の圧力伝達部材７，８は、同一の形状及び寸法を有し、双音叉圧電振動片６と同じ圧電材料で、本実施例では水晶で形成されている。図２（Ｂ）に示すように、圧力伝達部材７，８は、全体として長さが前記双音叉圧電振動片よりも幾分短くかつ前記振動ビームよりも長く、幅が前記双音叉圧電振動片と略同じ矩形の板材からなる。各圧力伝達部材７，８の双音叉圧電振動片６との対向面には、前記振動ビームを十分に含む長さの凹部７ａ，８ａが全幅に亘って設けられ、この平坦な板状部分を感圧部としてその両端に双音叉圧電振動片６との接合部７ｂ，８ｂが設けられる。接合部７ｂ，８ｂの長さは、前記双音叉圧電振動片の基端部９，１０よりも十分に短い。
【００３３】
前記双音叉圧電振動片の各基端部９，１０には、接合部７ｂ，８ｂに対応する圧力伝達部材７，８との接合領域９ａ，１０ａが引出電極１８，１９よりも内側に設けられる。双音叉圧電振動片６と圧力伝達部材７，８とは、接合部７ｂ，８ｂを接合領域９ａ，１０ａに適当な接着剤で結合することにより一体化される。このとき、圧力伝達部材７，８の前記感圧部は、凹部７ａ，８ａにより振動ビーム１１ａ，１１ｂから十分に離隔され、その屈曲振動を妨げることはない。
【００３４】
ダイヤフラム板３は、図４（Ａ）に示すように、上面の略中央に矩形の凹部２０を有する。凹部２０の底面には、矩形の溝による薄肉部２１が設けられ、該薄肉部により矩形の受圧部２２が前記底面中央に画定されている。これら薄肉部２１と受圧部２２とにより、圧力センサ１のダイヤフラムが形成される。受圧部２２は外部圧力により弾性変形しないが、薄肉部２１は弾性変形可能に設けられる。
【００３５】
本実施例のダイヤフラム板３はシリコン材料又は水晶で形成される。これら以外の様々な材料を前記ダイヤフラム板に用いることができるが、前記ダイヤフラムを高精度にかつ容易に形成することができ、温度変化による熱歪みの影響を排除し又は軽減し得るように感圧素子２の熱膨張率に近似する材料が、好ましい。
【００３６】
ダイヤフラム板３の下面は、図４（Ｂ）に示すように、上面の凹部２０に対応する位置に、キャビティ５の一部を画定する凹部２３を有する。凹部２３の底面には、キャビティ５内に向けて突出する突起部２４が受圧部２２の中心に対応する位置に設けられている。ダイヤフラム板３の下面には、凹部２３の両側に接続電極２５，２６が設けられている。一方の接続電極２５は、ダイヤフラム板３に設けられたビアホール２７を介して該ダイヤフラム板上面の外部電極２８と電気的に接続されている。他方の接続電極２６は、ダイヤフラム板３の端縁まで延長して別の外部電極２９に接続されている。更にダイヤフラム板３下面には、その外周部分に沿って基台４と陽極接合するための電極膜３０が形成されている。一方の接続電極２５が電極膜３０とは電気的に分離されているのに対し、接地側の他方の接続電極２６は電極膜３０と接続している。
【００３７】
基台４は、図５に示すように、その上面にダイヤフラム板３下面の凹部２３と組み合わせてキャビティ５を画定する凹部３１を有する。凹部３１は、接続電極２５，２６をそれぞれ部分的にキャビティ５内に露出させるがビアホール２７を露出させないように、ダイヤフラム板３下面の凹部２３より大きい寸法に設けられる。凹部３１の底面中央には、ダイヤフラム板３の突起部２４に対向するように突起部３２が設けられている。本実施例の基台４は、パイレックス（登録商標）又はソーダガラスなどのガラス板で形成される。これら以外の様々な材料を前記基台に用いることができるが、感圧素子２の基台として十分な強度を有し、ダイヤフラム板３との間で温度変化による熱歪みの影響を排除し又は軽減し得るように該ダイヤフラム板の熱膨張率に近似する材料が、好ましい。
【００３８】
感圧素子２は、図１（Ｂ）に示すように、基台４の突起部３２とダイヤフラム板３の突起部２４とにより上下から挟持してキャビティ５内に水平に保持される。各突起部２４，３２は、それぞれ感圧素子２の圧力伝達部材７，８の中心に当接するように位置決めされる。いずれか一方又は双方の突起部３２，２４と圧力伝達部材７，８とを接着剤で固定すると、圧力センサ１の組み立てをより簡単にしかつ感圧素子２をより確実に保持することができる。感圧素子２の圧力伝達部材７，８の両端から突出する双音叉圧電振動片６の各引出電極１８，１９は、それぞれボンディングワイヤ３３，３４により隣接する接続電極２５，２６と電気的に接続されている。
【００３９】
このように感圧素子２を保持しつつキャビティ５内を真空にした状態で、ダイヤフラム板３と基台４とが陽極接合によって気密に接合される。更に、図示するように、ダイヤフラム板３のビアホール２７に導電材料などの適当な封止材２７ａを充填すると、キャビティ５内をより確実に真空封止することができる。
【００４０】
この状態で前記ダイヤフラムの受圧部２２に外部の圧力が作用すると、薄肉部２１が弾性変形して受圧部２２が水平に押し下げられる。受圧部２２が外部圧力で実質的に弾性変形しない十分な剛性を有するので、外部圧力Ｐは、そのまま突起部２４を介して感圧素子２の上側圧力伝達部材７を押圧する。感圧素子２の下側圧力伝達部材８には、外部圧力Ｐと同じ大きさの反力Ｒが突起部３２を介して作用する。
【００４１】
両圧力伝達部材７，８は、図６に示すように、外部圧力Ｐ及び反力Ｒの作用によりそれぞれ双音叉圧電振動片６側へ湾曲する。上述したように圧力伝達部材７，８は同一材料からなりかつ同一の形状及び寸法を有するので、前記各圧力伝達部材から双音叉圧電振動片６に作用する撓み力は同じ大きさかつ逆向きであるため、互いに相殺される。その結果、双音叉圧電振動片６の両基端部９，１０には、引張方向の力Ｆのみが作用する。
【００４２】
外部電極２８，２９から所定の交流電圧を印加して双音叉圧電振動片６が上述したように所定の周波数で励振した状態で、ダイヤフラム板３に外部圧力が作用すると、その大きさに対応して前記周波数が変化する。この周波数変化を検知することにより、ダイヤフラム板３に全く外部圧力が作用しない状態を基準として、目的の絶対圧力を測定することができる。
【００４３】
本実施例の圧力センサは、前記双音叉圧電振動片には引張方向の力Ｆのみが作用するので、従来技術のように双音叉圧電振動片の撓みによる周波数特性の変動や劣化が生じる虞はない。更に、感圧素子２が突起部２４，３２のみで保持されかつ押圧されるので、感圧素子２とダイヤフラム板３及び／または基台４とが異なる材料からなる場合にも、温度変化に対して熱膨張率の差が圧力センサ１の圧力−周波数特性に影響を与える虞が解消され、または大幅に低減される。従って、圧力センサ１の圧力−周波数特性の直線性が向上し、より広範な測定範囲が得られ、より高精度で高分解能の圧力センサを実現することができる。
【００４４】
図７には、本発明に使用する双音叉圧電振動片６の変形例が示されている。この変形例では、両方の引出電極１８，１９が一方の基端部９に配置されている。この場合、図３の双音叉圧電振動片６において他方の基端部１０に設けられた引出電極１９に直接接続する第２主面電極１４ｂと第２側面電極１５ａとは、該基端部１０上の配線を介して直接接続されている。本変形例の双音叉圧電振動片６からなる感圧素子２を図１のダイヤフラム板３及び基台４に適用する場合、前記突起部を中心に感圧素子２の向きを９０゜変えて、双音叉圧電振動片６の幅方向にワイヤボンディングを引き出せばよい。
【００４５】
図８には、本発明に使用するダイヤフラム板３及び基台４の変形例が示されている。この変形例では、接続電極２５，２６、外部電極２９及び陽極接合のための電極膜３０が、ダイヤフラム板３下面ではなく、基台４上面に設けられている。外部電極２９を露出させるように、図１の実施例よりも基台４は長く、ダイヤフラム板３は短くする。更に、接続電極２５，２６をキャビティ５内に露出させるように、ダイヤフラム板３下面の凹部２３を基台４の凹部３１よりも大きくする。感圧素子２は、前記引出電極を上向きに配置し、ワイヤボンディング３３，３４で吊り下げるように各接続電極２５，２６と接続する。これにより、突起部３２，２４と圧力伝達部材７，８とを接着剤で固定しなくても、感圧素子２を確実に保持することができる。
【００４６】
また、別の実施例によれば、本発明の感圧素子２を用いて、相対圧力を測定できる圧力センサを得ることができる。これは、例えば図１の基台４をダイヤフラム板３と同様に構成し、そのダイヤフラムによって感圧素子２の下側圧力伝達部材８を押圧できるようにすることにより実現できる。上側から一定の圧力例えば大気圧が常に作用するようにしたとき、下側から作用する外部圧力の向きを別の手段で判定すれば、該外部圧力を測定することができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲において様々に変形・変更を加えて実施することができる。例えば、感圧素子２の圧力伝達部材は、上記実施例以外の様々な形状に形成することができ、またダイヤフラム板３と基台４とは陽極接合以外の様々な公知方法で同様に気密に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（Ａ）図は本発明による圧力センサの実施例を示す斜視図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における断面図。
【図２】（Ａ）図は圧力センサエレメントの側面図、（Ｂ）図はその分解斜視図。
【図３】（Ａ）図は双音叉振動片の斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）図はそれぞれそのIIIB−IIIB線、IIIC−IIIC線、IIID−IIID線における断面図。
【図４】（Ａ）図はダイヤフラム板の平面図、（Ｂ）図はその下面図。
【図５】基台の平面図。
【図６】圧力による圧力センサエレメントの変形を示す説明図。
【図７】双音叉振動片の変形例を示す斜視図。
【図８】圧力センサの変形例を示す図１（Ｂ）と同様の断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…圧力センサ、２…感圧素子、３…ダイヤフラム板、４…基台、５…キャビティ、６…双音叉圧電振動片、７，８…圧力伝達部材、７ａ，８ａ，２０，２３，３１…凹部、７ｂ，８ｂ…接合部、９，１０…基端部、１１ａ，１１ｂ…振動ビーム、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ…第１〜第３主面電極、１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂ…第１〜第３側面電極、１８，１９…引出電極、２１…薄肉部、２２…受圧部、２４，３２…突起部、２５，２６…接続電極、２７…ビアホール、２７ａ…封止材、２８，２９…外部電極、３０…電極膜、３３，３４…ボンディングワイヤ。
【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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