(57)【要約】【課題】  圧力センサの構造において、センサシステムの構造の簡略化とシステムの小型化を実現する圧力センサを構成することを目的とする。【解決手段】  課題を解決するために、枠体と前記枠体と一体となった圧電基板とで構成され、前記圧電基板の前記枠体の枠内を挟む１組の櫛形電極を形成し、前記櫛形電極の一方の櫛形電極を入力側に、他方の櫛形電極を出力側として前記圧電基板の表面を伝搬する表面波を発生させ、前記枠体内部に加わる圧力変化で、前記圧電基板が変形することにより、前記圧電基板の１組の櫛形電極の入出力間の周波数伝搬強度変化により圧力変化量を検出することで、簡単な構造で、しかも安価で正確に検知することができる。【選択図】  図３
2007205823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と前記枠体と一体となった圧電基板とで構成され、前記圧電基板の前記枠体の枠内を挟む１組の櫛形電極を形成し、前記櫛形電極の一方の櫛形電極を入力側に、他方の櫛形電極を出力側として前記圧電基板の表面を伝搬する表面波を発生させ、前記枠体内部に加わる圧力変化で、前記圧電基板が変形することにより、前記圧電基板の１組の櫛形電極の入出力間の周波数伝搬強度変化により圧力変化量を検出することを特徴とする圧力検知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサの構造において、センサシステムの構造の簡略化とシステムの小型化を実現する圧力センサ容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴＳ構想の実現化に伴い自動車の安全に対する関心が高まっている。その様な中で、特に高速道路上でのタイヤのバーストなど、空気圧トラブルによる事故は周辺車両までも巻き込んで大事故に発展する可能性が大きく、走行中のタイヤの空気圧モニタリングは欠かせない状況に成りつつあり、本圧力センサはこの様な社会的背景、必要性から開発されたものである。
【０００３】
近年、市場では、製造法の簡便さからシリコンＭＥＭＳを利用した半導体圧力センサが多く使用されている。これらのセンサ構造の多くはＭＥＭＳ加工技術を用いてシリコンウェハを薄壁化（ダイヤフラム）して凹部構造を形成し、パッケージ底部に固定してチャンバを構成する。この空間に導入する被測定空気の圧力変化による薄壁の変動を薄壁背面に構築したピエゾ抵抗を介して抵抗値変化として検知するものである。
【特許文献１】特開２００５−０１７０５０号公報  なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本出願までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に使用される流体の圧力を測る圧力センサの例として、図４に機械的な動作で圧力を検知するものを示す。図４では加圧により変形する二重式ダイヤフラムに連動する棒がついており、その棒の動作変化量を読み取ることで加圧量を検知する構造である。
棒の直進動作（変動量）はラック＆ピニオン機構を用いて回転機構に変換され、回転機構に付随する指針により変化量が表示される。
【０００５】
この様なシステムでは、全体の装置が大掛かりで、更に、機構が複雑となり、分解能も悪く全体のシステム価格も高価なものになる可能性が高い。
【０００６】
また、シリコンMEMSを使用した圧力センサでは、導入される被測定空気（環境中空気）が感知部となる薄壁に直接接触するため非測定空気が汚染されている場合、チャンバ内への汚染物付着・蓄積によりる感度劣化問題や、温度特性を悪化させる原因となる。また、システムを構成するダイヤフラムの薄壁厚みや、ピエゾ抵抗の造り込みなどの加工精度が直接製品の特性のバラツキに反映するため、これを使用してシステム構成する生産工程に於いてセンサ出力値を個々に調整する必要があり、この様な工賃上でもコストを押し上げる要因となる課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述する現状の課題を改善するため本発明は、枠体と前記枠体と一体となった圧電基板とで構成され、前記圧電基板の前記枠体の枠内を挟む１組の櫛形電極を形成し、前記櫛形電極の一方の櫛形電極を入力側に、他方の櫛形電極を出力側として前記圧電基板の表面を伝搬する表面波を発生させ、前記枠体内部に加わる圧力変化で、前記圧電基板が変形することにより、前記圧電基板の１組の櫛形電極の入出力間の周波数伝搬強度変化により圧力変化量を検出することを特徴とする圧力検知素子である。
【０００８】
要するに、本発明は圧力検知素子は枠体と圧電基板とを一体化し、見かけ上圧電基板の一部に薄部（枠内）を設けることで、基板の一部に脆弱箇所を設け、この脆弱部分で外圧を受けることにより圧電基板が撓み撓んで変化した圧電基板の状態、すなわち１組の櫛形電極の入出力間で発生する周波数伝搬強度変動により、外圧を検知するものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明の圧力検知素子は、構造が簡単であることから製作コストを低減することが出来ると共に、圧力伝達の構造が簡単であり、センサ部に直接伝達されるので誤動作の無い圧力検知を実現することが出来る。また、外圧としては、気体、液体などの流体の他、風圧などの外力が加わった場合でも正確に外圧量を検知することができる。
【００１０】
また、撓みを発生する被計測物表面上に、撓みの方向を考慮して支持体を介してセンサ素子を搭載した支持基板面を直接固定すれば、被計測物表面の撓みが直接基板に伝達され、基板が変形することにより素子自体にも撓みが発生し外力変化の検知が可能であり、素子単体でも支持基板に実装した状態のどちらでも外力の検知が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。なお、素子単体あるいは支持体に搭載するセンサ素子としては、固有振動に対する安定度が優れる圧電単結晶を素子材料として使用する事が望ましい。
【００１２】
図1は本発明の圧力検知素子４の概念を示す斜視図である。例えば圧電基板に着目し圧電単結晶振動子としてＳＴ−ｃｕｔ水晶材料を使用するものであり、前述の通り材料に起因するものでは無い。また素子の大きさについても大小に拘りは無いが、枠内２の表面波進行方向の長さは、その波長λの［ｎ／２］倍、（ただし、ｎは正の整数）、励振、受振の相対向する電極間距離も、その波長λの［ｍ／２］倍、（ただし、ｍは正の整数）となる様に設定する。
【００１３】
また、１対の対向する電極は、それぞれ２端子構造であるが、これらを励振用として用いたとき、その振動周波数は等しくなければ成らないが、製造上バラツキが発生した場合でも、その差を２％以内になる様に設定し、使用時は各２端子の内１端子同士を接続して接地（Ｅ）することが望ましい。
【００１４】
図１は圧電基板１の一面主面の略中心部に、あたかも前記圧電基板１の薄部（枠内）２が形成された構造を概念したもので、枠体と前記枠体と一体となった圧電基板とで構成され、圧電基板の前記枠体の枠内を挟む１組の櫛形電極を形成し、櫛形電極の一方の櫛形電極を入力側に、他方の櫛形電極を出力側として圧電基板の表面を伝搬する表面波を発生させ、枠体内部に加わる圧力変化で、圧電基板が変形することにより、圧電基板の１組の櫛形電極の入出力間の周波数伝搬強度変化により圧力変化量を検出できる構成を示したものである。
【００１５】
図２は図１の素子を支持体に固定した状態を示した側面図である。また更に素子を被う蓋体との組み合わせにより、完全に素子全体を収納する容器構造であっても構わない。図２の断面図に示すように、実装部材を用いて圧電基板の肉厚外周部と支持体間を完全密封する様にして、支持体には素子の薄部（枠内）２に対応する場所に孔をあけておき、この孔から外圧（Ｐ）を導入して圧電基板薄部を変形させれば、表面波伝播経路の条件を異ならさせるため変形依存による外圧を効果的に検知する事が可能となる。
【００１６】
枠体と圧電基板１との接合部は接合材により固着されており、実質的に作用する部分としては圧電基板に形成する励振電極３の入出間の周波数伝搬強度変化により圧力変化量を検出するものである。なお、枠体は圧電基板と電気機械結合係数が同一の材質を用いるのが好ましいが、実際に作用する薄部（枠内）２の伝搬を阻害しなければ、枠体の材質についてはセラミック、ガラスなどを用いることもできる。
【００１７】
図３は本発明の圧力検知素子４の状態変化を示す側面図である。図３（ａ）は初期状態で特に外圧を受けていないときの状態を示す。薄部（枠内）２を挟む１組の櫛形電極３の入出力間の周波数伝搬強度も初期値として、図３（ｂ）では外力を受けて、圧電基板１が変形した状態を示したものである。
【００１８】
そして、図３（ｃ）に本発明の特徴となる、外力印加時のエネルギ伝達系について記載する。表面波伝達部に相当する圧電基板薄部は外力を受けて歪み、その結果、材料定数が変化する。すなわち、無付加時のとき、１対となる入出力電極間の「表面波伝播経路となる薄部」は正常な伝達系を保ち、効率良く励振振動を検出するが、外力が印加され、それに応じて表面波伝播経路上の材料定数（弾性定数、密度など）が変化すると、１対となる電極間の共振系のマッチングが低下し、その伝達ロスの発生により検出出力が低下することになる。従って、検出出力の変化をみることで外圧の大きさを検知する事が出来る。
【００１９】
なお、図３（ｂ）は薄部（枠内）２から１組の櫛形電極３を形成する面に対して外圧が加わったときの歪み変化量を検知するものであるが、素子の表裏で歪み状態が逆になった場合、すなわち１組の櫛形電極３から外圧が加わった場合にも同様の変動量として検知することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の圧力検知素子の概念図を示す。
【図２】本発明の素子を支持体で保持した状態の概念図である。
【図３】本発明の検出動作状態を示す概念図である。
【図４】従来例として、機械式圧力検出方式の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      圧電基板
２      薄部（枠内）
３      櫛形電極
３１    入力櫛形電極
３２    出力櫛形電極
４      圧力検知素子
５      枠体
【図１】
2007205823.tif 000003
【図２】
2007205823.tif 000004
【図３】
2007205823.tif 000005
【図４】
2007205823.tif 000006