(57)【要約】【課題】本発明は、歪検出部材の貼り付け位置精度と歪みの検出対象の寸法精度に対する要求が低い圧力センサを提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、流体が充填されるように構成された中空部を内側に設けた筒部２３と、筒部２３における中空孔２２を閉塞する平板部２４とからなる容器２１と、筒部２３の側面に設けられ第１の駆動部２８と第１の検出部２９を有した第１の振動子２７と、容器２１に設けられ、第１の振動子２７における第１の駆動部２８に駆動信号を入力し、第１の振動子２７における第１の検出部２９からの出力信号を処理する処理回路３４とを備え、第１の振動子２７は、中空部に流体が充填されたとき筒部２３の側面の歪みに応じて固有振動数が変化し、固有振動数の変化に応じた信号を第１の検出部２９から出力する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が充填されるように構成された中空孔を内側に設けた筒部と、前記筒部における中空部を閉塞する平板部とからなる容器と、
前記筒部の側面に設けられ第１の駆動部と第１の検出部を有した第１の振動子と、
前記容器に設けられ、前記第１の振動子における第１の駆動部に駆動信号を入力し、前記第１の振動子における第１の検出部からの出力信号を処理する処理回路とを備え、
前記第１の振動子は、前記中空孔に流体が充填されたとき前記筒部の側面の歪みに応じて固有振動数が変化し、前記固有振動数の変化に応じた信号を前記第１の検出部から出力することを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の振動子に略直交し、第２の駆動部と第２の検出部を備えた第２の振動子を備え、
前記第２の振動子は、前記中空孔に流体が充填されたとき前記筒部の側面の歪みに応じて固有振動数が変化し、前記固有振動数の変化に応じた信号を前記第２の検出部から出力す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】
前記筒部は、
閉塞された側の側面に前記平板部に対して略垂直になる方向に平坦面を有し、
前記第１の振動子と前記第２の振動子は前記平坦面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記筒部は、
閉塞された側の側面に前記筒部の外面から前記中空孔までの厚みが前記平坦面よりも厚い厚肉部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記筒部は、
閉塞された側の側面の前記平坦面の反対側に第２の平坦面が設けられ、
前記第２の平坦面に第３の振動子と第４の振動子が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記第１の振動子と前記第２の振動子は、
前記平坦面の中心から前記筒部が延在する方向と略直行する方向にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記平坦面に前記処理回路が設けられていることを特徴とする請求項３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、各種制御機器や自動車エンジン制御、サスペンション制御などに使用される圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の圧力センサは、図８〜図１０に示すように構成されていた。
【０００３】
以下、従来の圧力センサについて、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図８は従来の圧力センサの斜視図、図９は従来の圧力センサの側断面図、図１０は従来の圧力センサの上面図である。
【０００５】
図８〜図１０に示すように、従来の圧力センサはＳＵＳ６３０からなる容器１を有している。この容器１は、中空孔２を内側に設けた筒部３と、この筒部３における中空孔２の上部を閉塞する平板部４とを設けている。また、容器１における筒部３には外方へ突出するように幅広部５を設けており、さらにこの幅広部５の略中央には全周にわたって切欠６を設けている。容器１の上面に歪検出部材７が貼着され、平板部４の上方に位置して両持梁からなる第１の振動子８を設けている。そして、第１の振動子８の上面には、Ｐｔ、ＰＺＴ、Ａｕを積層して構成された第１の駆動部９および第１の検出部１０を設けている。また、歪検出部材７には、筒部３の上方に位置して、両持梁からなる第２の振動子１１を設けている。そして、第２の振動子１１の上面には、Ｐｔ、ＰＺＴ、Ａｕを積層して構成された第２の駆動部１２および第２の検出部１３を設けている。そしてまた、歪検出部材７には、Ａｕからなる配線パターン１４を設けており、この配線パターン１４は第１の振動子８における第１の駆動部９および第１の検出部１０、さらには、第２の振動子１１における第２の駆動部１２および第２の検出部１３に電気的に接続されている。また、歪検出部材７にはＩＣからなる処理回路１５を設けており、この処理回路１５は配線パターン１４を介して第１の振動子８における第１の駆動部９および第２の振動子１１における第２の駆動部１２に駆動信号を入力して、第１の振動子８および第２の振動子１１を振動駆動するとともに、第１の振動子８における第１の検出部１０および第２の振動子１１における第２の検出部１３からの出力信号を処理することにより、第１の振動子８および第２の振動子１１の固有振動数を検出している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１８０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示される上記従来の構成の圧力センサは、歪検出部材を中空孔の上部を閉塞する平板部上および筒部の上方に配置しているが、この圧力センサの中空孔内の圧力が変化したときに、図１１に示すように平板部および筒部に発生する歪みは中心部において最大で中心からの距離に比例して同心円状に小さくなる。このため、歪検出部材を極めて精度よく平板部上に配置しなければならないとともに、容器の寸法精度を極めて高めなければ正確に圧力を検出できないという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は、歪検出部材の容器へ配置する精度への要求が高くなく、容器の寸法精度を高めずとも正確に圧力を検出することが可能な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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、流体が充填されるように構成された中空部を内側に設けた筒部と、前記筒部における中空部を閉塞する平板部とからなる容器と、前記筒部の側面に設けられ第１の駆動部と第１の検出部を有した第１の振動子と、前記容器に設けられ、前記第１の振動子における第１の駆動部に駆動信号を入力し、前記第１の振動子における第１の検出部からの出力信号を処理する処理回路とを備え、前記第１の振動子は、前記中空部に流体が充填されたとき前記筒部の側面の歪みに応じて固有振動数が変化し、前記固有振動数の変化に応じた信号を前記第１の検出部から出力する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により本発明は、容器の側面に設けられた平坦面の歪みを検出することにより、歪検出部材を設ける位置によらず一定の歪みを検出することができ、歪検出部材を貼り付ける位置及び圧力センサ自体の寸法の精度を高精度にする必要がないため、圧力センサの生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１の圧力センサの斜視図
【図２】同圧力センサの側断面図
【図３】同圧力センサの側面図
【図４】（ａ）同圧力センサの平坦部に設けた第１の振動子で検出される歪みを示す図、（ｂ）同圧力センサの平坦部に設けた第２の振動子で検出される歪みを示す図
【図５】本発明の実施の形態２の圧力センサの斜視図
【図６】同圧力センサの側断面図
【図７】本発明の実施の形態３の圧力センサの側断面図
【図８】従来の圧力センサの斜視図
【図９】従来の圧力センサの側断面図
【図１０】従来の圧力センサの上面図
【図１１】従来の圧力センサの平板部に発生する歪みを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１の圧力センサ２０の斜視図、図２は同圧力センサ２０の側断面図、図３は同圧力センサ２０の側面図である。
【００１４】
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態１の圧力センサ２０は金属やプラスチック等の材料からなる容器２１を有している。この容器２１は、略中央に中空孔２２を内側に設けた筒部２３と、この筒部２３における中空孔２２の上部を閉塞する平板部２４とを設けている。また、容器２１には平板部２４と略直交する方向に平坦面２５が設けられている。平坦面２５には歪検出部材２６が貼り付けられており、歪検出部材２６には筒部２３が延在している方向（Ｙ軸方向）と略直交する方向（Ｘ軸方向）に両持梁からなる第１の振動子２７が設けられている。この、第１の振動子２７の上面には、Ｐｔ、ＰＺＴ、Ａｕを積層して構成された第１の駆動部２８及び第１の検出部２９が設けられている。また、歪検出部材２６には両持梁からなる第２の振動子３０がＹ軸方向に設けられており、第２の振動子３０の上面には、Ｐｔ、ＰＺＴ、Ａｕを積層して構成された第２の駆動部３１および第２の検出部３２を設けている。そして、歪検出部材２６には、Ａｕからなる配線パターン３３を設けており、この配線パターン３３は第１の振動子２７における第１の駆動部２８及び第１の検出部２９、さらには、第２の振動子３０における第２の駆動部３１および第２の検出部３２に電気的に接続されている。また、歪検出部材２６にはＩＣからなる処理回路３４を設けており、この処理回路３４は配線パターン３３を介して第１の振動子２７における第１の駆動部２８および第２の振動子３０における第２の駆動部３１に駆動信号を入力して、第１の振動子２７および第２の振動子３０を振動駆動するとともに、第１の振動子２７における第１の検出部２９および第２の振動子３０における第２の検出部３２からの出力信号を処理することにより、第１の振動子２７および第２の振動子３０の固有振動数を検出している。
【００１５】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における圧力センサ２０について、次にその組立方法を説明する。
【００１６】
まず、棒材（図示せず）を準備し、この棒材（図示せず）を切削することにより、容器２１に中空孔２２および平坦面２５を形成する。
【００１７】
次に、半導体基板（図示せず）の上面に、Ａｕからなる配線パターン３３を蒸着した後、第１の振動子２７の第１の駆動部２８、第１の検出部２９および第２の振動子３０の第２の駆動部３１、第２の検出部３２を設ける箇所にＰｔを蒸着する。
【００１８】
次に、Ｐｔの上面にＰＺＴを蒸着した後、さらに、Ａｕを蒸着して、第１の振動子２７の上面に第１の駆動部２８および第１の検出部２９を形成すると同時に、第２の振動子３０の上面に第２の駆動部３１および第２の検出部３２を形成する。
【００１９】
次に、半導体基板（図示せず）の上面にＩＣからなる処理回路３４を載置して、処理回路３４を第１の振動子２７における第１の駆動部２８、第１の検出部２９および第２の振動子３０における第２の駆動部３１および第２の検出部３２と配線パターン３３により電気的に接続し、歪検出部材２６を形成する。
【００２０】
最後に、歪検出部材２６を容器２１における筒部２３の平坦面２５の上面に貼着することにより、圧力センサ２０を形成する。
【００２１】
以上のように構成、組み立てられた本発明の実施の形態１における圧力センサ２０について、次にその動作を説明する。
【００２２】
処理回路３４から第１の振動子２７における第１の駆動部２８に、第１の振動子２７の固有振動数ｆａと略同一の周波数の交流電圧を印加するとともに、第２の振動子３０における第２の駆動部３１に、第２の振動子３０の固有振動数ｆｂと略同一の周波数の交流電圧を印加する。そうすると、第１の振動子２７は固有振動数ｆａで弦振動し、一方、第２の振動子３０は固有振動数ｆｂで弦振動する。この状態において、第１の振動子２７における第１の検出部２９からの出力信号を処理回路３４により処理すると、振動数ｆａが検出され、同様に、第２の振動子３０における第２の検出部３２からは振動数ｆｂが検出される。そして、容器２１における中空孔２２に充填された被検出液体の圧力が上昇すると、中空孔２２の体積が大きくなるように平坦面２５の上方に膨れ上がる。そうすると、歪検出部材２６に引張荷重が作用する。そして、歪検出部材２６における第１の振動子２７の振動数ｆａは増加する。したがって、第１の振動子２７の第１の検出部２９からの出力信号を処理回路３４により処理することにより、周波数の変化量として、容器２１に充填された被検出液体の圧力を検出することができる。また、第２の振動子３０の振動数ｆｂについても容器２１における中空孔２２に充填された被検出液体の圧力が上昇したときに歪検出部材２６に作用する引張荷重に従い、第２の振動子３０の振動数ｆｂが増加する。したがって、第２の振動子３０の第２の検出部３２からの出力信号を処理回路３４により処理することにより、周波数の変化量として、容器２１に充填された被検出液体の圧力を検出することができる。
【００２３】
ここで、圧力センサ２０の周囲の温度が変化することにより、第１の振動子２７の固有振動数が変化する場合を考えると、本発明の実施の形態１における圧力センサ２０においては、第２の振動子３０の固有振動数の変化を検出することにより、圧力センサ２０の周囲の温度変化を検出することができるから、第１の振動子２７から検出した圧力に応じた出力信号値から、温度変化により発生する出力信号の変動量を補正することができるという作用効果を有する。
【００２４】
本発明の実施の形態１の圧力センサ２０において、中空孔２２に充填された被検出液体の圧力が上昇したときの容器２１の平板部２４と平坦面２５の歪みを図に示す。図４（ａ）は平坦面２５のＸ軸方向の歪みを示しており、図４（ｂ）は平坦面２５のＹ軸方向の歪みを示している。
【００２５】
本発明の実施の形態１に示す構造の圧力センサ２０においては、平坦面２５において第１の振動子２７で検出されるＸ軸方向の歪みは図４（ａ）に示すように平坦面２５における筒部２３と平板部２４の境界付近で最も大きくなり、ここから楕円状に等歪線が広がるが、平坦面２５のＹ軸方向の歪みは図４（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向にはほぼ一定であり、Ｘ軸方向には中心からの距離にほぼ比例して小さくなっている。このため、歪検出部材２６を貼り付ける位置がＹ軸方向にずれても、第２の振動子３０で検出される歪みはあまり変化をしないため、本発明の実施の形態１の構造の圧力センサ２０においては、Ｙ軸方向に対する素子の貼り付け精度に対する要求は小さくなる。また、これに伴い歪検出部材２６を貼り付ける容器２１の寸法精度も平板部２４に歪検出部材２６を貼り付ける場合に比べて要求が小さくなる。これにより、本発明の実施の形態１の圧力センサ２０では加工精度への要求が低いため、生産性を向上させることができる。
【００２６】
また、図４（ａ）、図４（ｂ）より、歪検出部材２６を貼り付ける位置をＸ軸方向にずらすことにより、Ｘ軸方向の歪みとＹ軸方向の歪みが歪検出部材２６の貼り付け位置に対して一定となり、歪検出部材２６を設ける位置の精度に対する要求がさらに小さくなる。なお、本発明の実施の形態１の一例としては、平坦面２５のＸ軸方向の中心から１．０ｍｍ以上離れるとＸ軸歪み、Ｙ軸歪みともに貼り付ける位置によらず検出される歪みが一定となった。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図面を用いながら説明をする。
【００２８】
本発明の実施の形態２の圧力センサ４０は本発明の実施の形態１の圧力センサ２０と同様の構造であるため、本発明の実施の形態１と異なる点についてのみ説明をする。
【００２９】
図５は本発明の実施の形態２の圧力センサ４０の斜視図、図６は同圧力センサ４０の側断面図である。
【００３０】
本発明の実施の形態２の圧力センサ４０は、金属やプラスチック等の材料からなる容器４１を有している。この容器４１は、略中央に中空孔（図示せず）を内側に設けた筒部４３と、この筒部４３における中空孔の上部を閉塞する平板部４４とを設けている。また、容器４１には平板部４４と略直交する方向に平坦面４５が設けられている。平坦面４５には歪検出部材４６が貼り付けられており、歪検出部材４６には筒部４３が延在している方向（Ｙ軸方向）と略直交する方向（Ｘ軸方向）に両持梁からなる第１の振動子が設けられている。また、歪検出部材４６には両持梁からなる第２の振動子がＹ軸方向に設けられている。圧力センサ４０は図６に示すとおり、容器４１に平坦面４５の周りを囲むように容器４１から外方へ突出するようにした厚肉部４７が設けられ、厚肉部４７は中空孔４２から容器４１の外周までの厚みが中空孔４２から平坦面４５までの厚みよりも厚くなっている。
【００３１】
厚肉部４７を設けることにより、圧力センサ４０を取り付けるときに容器４１に発生する軸力が厚肉部４７により緩和されるため、圧力センサ４０による圧力の検出精度を向上させることができる。すなわち、取付け時に発生する軸力による容器４１の歪みの影響の軽減が可能になる。
【００３２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図面を用いながら説明をする。
【００３３】
本発明の実施の形態３の圧力センサ５０は本発明の実施の形態１の圧力センサ２０と同様の構造であるため、本発明の実施の形態１と異なる点についてのみ説明をする。
【００３４】
図７は本発明の実施の形態３の圧力センサ５０の側断面図である。本発明の実施の形態３の圧力センサ５０は、金属やプラスチック等の材料からなる容器５１を有している。この容器５１は、略中央に中空孔５２を内側に設けた筒部５３と、この筒部５３における中空孔５２の上部を閉塞する平板部５４とを設けている。また、容器５１には平板部５４と略直交する方向に平坦面５５が設けられている。平坦面５５には歪検出部材５６が貼り付けられており、歪検出部材５６には筒部５３が延在している方向（Ｙ軸方向）と略直交する方向（Ｘ軸方向）に両持梁からなる第１の振動子が設けられている。また、歪検出部材５６には両持梁からなる第２の振動子がＹ軸方向に設けられている。図７に示すように、圧力センサ５０の容器５１の筒部５３の側面の平坦面５５の反対側に第２の平坦面５７を設け、第３の振動子（図示せず）と第４の振動子（図示せず）を備え歪検出部材５６と同様の働きをする歪検出部材５８を第２の平坦面５７に設けてもいる。このような構成とすることにより、圧力センサ５０の取付け時に発生する軸力を歪検出部材５６と歪検出部材５８で打ち消すことが可能になるため、本発明の実施の形態２と同様に軸力の影響を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の圧力センサは、感度が高く特性の向上した圧力センサの加工精度を向上させることができるという効果を有するため、特に、各種制御機器や自動車エンジン制御、サスペンション制御などに使用される圧力センサにおいて有用である。
【符号の説明】
【００３６】
２０、４０、５０  圧力センサ
２１、４１、５１  容器
２２、５２  中空孔
２３、４３、５３  筒部
２４、４４、５４  平板部
２５、４５、５５  平坦面
２６、４６、５６、５８  歪検出部材
２７  第１の振動子
２８  第１の駆動部
２９  第１の検出部
３０  第２の振動子
３１  第２の駆動部
３２  第２の検出部
３４  処理回路
４７  厚肉部
５７  第２の平坦面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図１１】
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