(57)【要約】【課題】  圧力検出素子としてＳＡＷチップを利用すると共に、ＳＡＷチップと気密空間を介して接合一体化される基台を備えた圧力センサにおいて、別部材であるスペーサを用いずにＳＡＷチップと基台との間に気密空間を形成しつつ両者を接合一体化した圧力センサを提供する。【解決手段】  圧電基板１１、該圧電基板の下面に形成したＩＤＴ電極１２を備えたＳＡＷチップ１０と、該ＳＡＷチップ下面のＩＤＴ電極との間に気密空間Ｓを介在させた状態で該ＳＡＷチップと接合一体化された絶縁材料から成る基台２と、該ＳＡＷチップのＩＤＴ電極と外部とを導通させる引出し電極１３と、を備えた周波数変化型の圧力センサ１において、基台は、ＩＤＴ電極と対向する上面に凹陥部３を備えたダイヤフラム構造を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板、及び該圧電基板の下面に形成したインターディジタルトランスジューサ電極を備えたＳＡＷチップと、該ＳＡＷチップ下面のインターディジタルトランスジューサ電極との間に気密空間を介在させた状態で該ＳＡＷチップと接合一体化された基台と、該ＳＡＷチップのインターディジタルトランスジューサ電極と外部とを導通させる引出し電極と、を備えた周波数変化型の圧力センサにおいて、
前記基台は、前記インターディジタルトランスジューサ電極と対向する上面に凹陥部を備えたダイヤフラム構造を有していることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記ＳＡＷチップは、前記圧電基板の上面であって前記インターディジタルトランスジューサ電極に対応する領域に凹所を有したダイヤフラム構造を有してい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】
前記引出し電極を前記ＳＡＷチップ上面に露出配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記引出し電極を前記基台下面に露出配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記ＳＡＷチップを構成する圧電基板は、水晶から構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力検出素子としてＳＡＷチップを利用した周波数変化型の圧力センサの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子（ＳＡＷチップ）は、水晶等の圧電基板上に櫛歯状の電極指から成るＩＤＴ（インターディジタルトランスジューサ）電極を配置した構成を備え、例えばＩＤＴ電極に高周波電界を印加することによって弾性表面波を励起し、弾性表面波を圧電作用によって高周波電界に変換することによってフィルタ特性を得るものである。
最近では、ＳＡＷチップを圧力検出素子として用いた周波数変化型の圧力センサが提案、実施されている（特許文献１〜３）。これは、圧力によって圧電基板が歪むことによりＩＤＴ電極間隔と弾性表面波の伝搬速度が夫々変化して共振周波数が変化する特性を利用して、共振周波数の変化を圧力変化として検知するようにしたものである。
この種の圧力センサは、微小な圧力変化を精度よく検出するのに適しているため、例えば自動車等の車両に装備されるタイヤの空気圧を検出して異常発生時に警告を発するタイヤ圧モニタリングシステムに適用することができる。この種の圧力センサは、ゴムタイヤ内に装備されて空気圧、及び空気圧変化を測定する。
図５（ａ）及び（ｂ）は従来のＳＡＷデバイスを利用した圧力センサの構成を示す正面断面図、及び外観斜視図であり、この圧力センサ１００はガラス等の絶縁材料から成る基台１０１上にスペーサ１０２を介してＳＡＷデバイス１０３を接合一体化した構成を備えている。ＳＡＷデバイス１０３は水晶等の圧電基板１０４上にＩＤＴ電極１０５と引出し電極１０６を形成した構成を備えている。ＳＡＷデバイス下面のＩＤＴ電極１０５と基台上面との間には気密空間（キャビティ）１０７が形成されている。
この圧力センサ１００は図示しないケーシング内に収納されると共にケーシングに設けた受圧口を介してＳＡＷデバイス１０３の表面に形成されたＩＤＴ電極１０５が外気に曝されるため、ＩＤＴ電極１０５が早期に汚染され腐食し易くなる。従って、周波数の変動や発振強度の劣化等の特性の低下が著しくなる。
このような不具合に対処するために図６（ａ）（ｂ）に示したように、ＩＤＴ電極１０５を形成した面を基台１０１上面と対向させるようにＳＡＷデバイス１０３を基台１０１に対してスペーサ１０２を介して固定したタイプも提案されている。この圧力センサにあっては、気密空間１０７内にＩＤＴ電極１０５を密封しているため、外気に曝されることがなくなり、耐久性を維持することができる。
しかし、上記何れのタイプにあっても圧電基板１０４の自由振動を保証するための気密空間１０７を形成するために、別基板としてのスペーサ１０２を用いる必要があるため、多層基板構造とならざるを得ず、コスト増をもたらす原因となっている。
【特許文献１】特開２００５−１８１２９２公報
【特許文献２】特開２００５−１８１３０３公報
【特許文献３】特開２００５−２０８０３１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧力検出素子としてＳＡＷチップを利用すると共に、ＳＡＷチップと気密空間を介して接合一体化される基台を備えた圧力センサにおいて、コスト増の原因となる別部材であるスペーサを用いずにＳＡＷチップと基台との間に気密空間を形成しつつ両者を接合一体化した圧力センサ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】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、圧電基板、及び該圧電基板の下面に形成したインターディジタルトランスジューサ電極を備えたＳＡＷチップと、該ＳＡＷチップ下面のインターディジタルトランスジューサ電極との間に気密空間を介在させた状態で該ＳＡＷチップと接合一体化された基台と、該ＳＡＷチップのインターディジタルトランスジューサ電極と外部とを導通させる引出し電極と、を備えた周波数変化型の圧力センサにおいて、前記基台は、前記インターディジタルトランスジューサ電極と対向する上面に凹陥部を備えたダイヤフラム構造を有していることを特徴とする。
基台がＩＤＴ電極と対面する部分に凹陥部を形成して気密空間を確保できるようにしたので、格別のスペーサを用いずに圧力センサを構築できる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記ＳＡＷチップは、前記圧電基板の上面であって前記インターディジタルトランスジューサ電極に対応する領域に凹所を有したダイヤフラム構造を有していることを特徴とする。
圧電基板を機械的強度に優れた厚肉板とする一方で、ＩＤＴ電極を形成する薄肉部を確保するために圧電基板上面に凹所を形成しているので、所望の共振周波数を確保しつつ機械的強度を確保できる。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記引出し電極を前記ＳＡＷチップ上面に露出配置したことを特徴とする。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの上面に設ける場合の構成である。
請求項４の発明は、請求項１又は２において、前記引出し電極を前記基台下面に露出配置したことを特徴とする。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成である。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一項において、前記ＳＡＷチップを構成する圧電基板は、水晶から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
以上のように本発明によれば、圧力検出素子としてＳＡＷチップを利用すると共に、ＳＡＷチップと気密空間を介して基台を接合一体化した圧力センサにおいて、基台がＩＤＴ電極と対面する面に凹陥部を形成して気密空間を確保できるようにしたので、コスト増の原因となる別部材であるスペーサを用いずにＳＡＷチップと基台との間に気密空間を形成しつつ両者を接合一体化した圧力センサを提供することができる。
また、圧電基板を機械的強度に優れた厚肉板とする一方で、ＩＤＴ電極を形成する薄肉部を確保するために圧電基板上面に凹所を形成しているので、所望の共振周波数を確保しつつ機械的強度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の圧力センサについて添付図面に示した実施の形態に基づいて説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る本発明の圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図である。
この周波数変化型圧力センサ（以下、圧力センサ、という）１は、例えば自動車等の車両のタイヤ内の適所に図示しないトランスポンダーに組み付けられた状態で固定配置されて使用される。トランスポンダーは、アンテナコイルを備え、車両側のアンテナから出力された電磁波によってアンテナコイルに誘起される電流によって圧力センサを作動させ、測定された圧力情報を電磁波として車両側へ出力する。タイヤ内の空気圧は、圧力センサ１のＳＡＷチップ面に加わり、真空に設定された気密空間Ｓ内の圧力を越えた圧力が加わった場合にＩＤＴ電極が形成されたＳＡＷチップ部分を撓み変形させる。
この圧力センサ１は、基台２の上面中央に凹陥部３を形成することにより、スペーサを用いずに基台上面に直接弾性表面波素子（ＳＡＷチップ）１０を接合一体化した構成が特徴的である。
即ち、基台２はセラミック、ガラス、水晶等の絶縁材料からなり、その上面中央部にエッチングにより形成した凹陥部３を有したダイヤフラム構造となっている。
圧力検出素子としてのＳＡＷチップ１０は、水晶基板等の圧電基板１１と、圧電基板１１の下面に形成したインターディジタルトランスジューサ電極（ＩＤＴ電極）１２（及び反射器）と、ＩＤＴ電極１２を外部と電気的に接続するための引出し電極１３と、を備えている。この例では、圧電基板１１下面側の引き出し電極１３ａは圧電基板に設けた貫通孔（スルーホール）を介して表面側に露出配置された引き出し電極１３ｂと接続されている。この例は、圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの上部に設ける場合の構成例である。
基台２の凹陥部３は、ＳＡＷチップ１０のＩＤＴ電極１２を形成した領域と対応する領域に形成されているため、基台上面の平坦面４とＳＡＷチップ下面とを接合することにより、ＩＤＴ電極形成領域の直下に凹陥部３から成る気密空間Ｓが形成された状態となっている。
この圧力センサ１のＳＡＷチップの上面に圧力が加わった場合に、気密空間Ｓ内部との圧力差に応じてＳＡＷチップが撓み変形し、ＩＤＴ電極の電極指間隔が変化することにより、共振周波数が変化する。
本発明では、ＩＤＴ電極１２を気密空間Ｓ内に密封することによりＩＤＴ電極の汚染や腐食を防いでいる。
【０００７】
次に、図２（ａ）（ｂ）は図１の変形実施形態であり、圧電基板下面の引き出し電極１３ａを基台２に設けた貫通孔を介して基台下面側に露出配置された引き出し電極１３ｂと接続している点が図１と異なっている。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成例である。
次に、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図である。
図１、図２の実施形態に係る圧力センサにおいては、感度を高めるために薄板から成る圧電基板１１を用いたＳＡＷチップ１０を利用しているため、圧力センサの薄肉化を図ることができる一方で、基台２との接合部分における機械的強度が低下する虞がある。
本実施形態に係る圧力センサ１は、圧電基板１１を十分な強度を有した厚肉板材によって構成すると共に、ＩＤＴ電極１２を形成する領域の上面に凹所２０を形成してダイヤフラム構造とし、機械的強度を確保すると共に、凹所２０の底部に位置する薄肉のＩＤＴ電極形成領域の感度を高く維持している。即ち、この圧電基板１１はＩＤＴ電極１２を形成した薄肉部の外周を厚肉部により一体的に保持した構造を有するため、機械的強度を改善することができる。
この例では、圧電基板１１下面側の引き出し電極１３ａは圧電基板に設けた貫通孔（スルーホール）を介して表面側に露出された引き出し電極１３ｂと接続されている。この例は、圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極１３を圧力センサの上部に設ける場合の構成例である。
【０００８】
次に、図４（ａ）（ｂ）は図３の変形実施形態であり、圧電基板下面の引き出し電極１３ａを基台２に設けた貫通孔を介して基台下面側に引き出した点が図３と異なっている。
圧力センサに対する電流の供給、圧力センサからの信号の出力を確保するための引き出し電極を圧力センサの底部に設ける場合の構成例である。
以上説明した本発明の圧力センサは車両のタイヤ内に装備されて空気圧変化を測定する空気圧センサとして説明したが、本発明はタイヤに限らず種々の空気圧（ガス圧）を測定する手段として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る本発明の圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は図１の変形実施形態に係る圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係る本発明の圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は図３の変形実施形態に係る圧力センサの縦断面図、及び外観斜視図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来のＳＡＷデバイスを利用した圧力センサの構成を示す正面断面図、及び外観斜視図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は他の従来例に係るＳＡＷデバイスを利用した圧力センサの構成を示す正面断面図、及び外観斜視図。
【符号の説明】
【００１０】
１…圧力センサ、２…基台、３…凹陥部、４…平坦面、１０…ＳＡＷチップ、１１…圧電基板、１２…ＩＤＴ電極、１３、１３ａ、１３ｂ…引き出し電極、２０…凹所。
【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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