CN101545815B - 压力传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供压力传感器及其制造方法，该压力传感器具有在内部不使用作为承压介质的油的结构，其目的是提测量精度。压力传感器(1)具有：收纳后述各构件的壳体(4)，其内部为真空且具有对置配置的第一和第二压力输入口(2)、(3)；第一膜片(5)，其配置在第一压力输入口的前端部，并对应于作为测量对象的液体的压力而弯曲；第一轴(6)，其一端在相对于第一膜片垂直的方向上连接在第一膜片上；波纹管(7)，其配置于第二压力输入口，大气侧的压力被施加到该波纹管；悬臂(8)，在其一端(8a)上连接有第一轴的另一端和波纹管的另一端；和压敏元件(10)，是频率变化型压电元件，其配置在悬臂的另一端(8b)和L字形的固定部件(9)之间。

Description

压力传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及压力传感器及其制造方法，该压力传感器适用于通过不使用作为压力传感器的承压介质的油来实现压力传感器用途的多样化。

背景技术

以往，作为水压计、气压计、差压计等，已知有使用压电振动元件作为压敏元件的压力传感器。关于上述压电振动元件，例如在板状的压电基板上形成电极图案，将力的检测方向设定为检测轴，当在该检测轴的方向上作用有压力时，上述压电振动元件的共振频率发生变化，根据该共振频率的变化来检测压力。在专利文献1～3中，公开了使用压电振动元件作为压敏元件的压力传感器。当从压力导入口向波纹管施加压力时，与该波纹管的有效面积对应的力经由以枢轴(挠性铰链)为支点的力传递单元，以压缩力或者拉伸力的形式将力F施加到压电振动元件上。在上述压电振动元件中产生与该力F对应的应力，通过该应力，共振频率会改变。该压力传感器通过检测压电振动元件中产生的共振频率的变化来测量压力。

下面，利用专利文献1～3中公开的示例对现有的压力传感器进行说明。图8是表示现有的压力传感器的结构的示意图。

图8所示的现有的压力传感器101包括：壳体104，其具有对置地配置的第一和第二压力输入口102、103；和力传递部件105，其配置在该壳体104的内部，第一波纹管106和第二波纹管107以夹着力传递部件105的一端的方式连接在一起。并且，第一波纹管106的另一端与第一压力输入口102连接，第二波纹管107的另一端与第二压力输入口103连接。而且，在力传递部件105的另一端、与基板108的不是枢轴(支点)一侧的端部之间，配置有音叉型振子109。

在这样的压力传感器中，在高精度地检测压力的情况下，在波纹管的内部填充有液体。作为该液体，为了防止气泡进入或积存在波纹管的内部或内部的波纹部分，一般使用粘度高的硅油等油。

这样，在承受被测量液体的压力的第一波纹管106内部填充有具有粘性的油110，在压力测量的对象为液体的情况下，形成为液体与油110通过开设于第一压力输入口的开口部111接触并彼此相对的结构。另外，开口部111的开口直径设定为使油110不会泄漏到外部。

在这样构成的压力传感器101中，在通过成为压力测量对象的液体对填充在第一波纹管106内部的油110施加压力F时，压力F经由第一波纹管106施加到力传递部件105(被枢轴支撑的摆动杆)的一端。另一方面，在第二波纹管107上施加有大气压，从而与大气压相当的力被施加到力传递部件105的一端。

其结果为，由成为压力测量对象的液体所施加的压力F与由大气压产生的压力之间产生了差压，与该差压相当的力以基板108的枢轴为支点，经由力传递部件105的另一端，作为压缩力或者拉伸力施加到双音叉型振子109上。当在双音叉型振子109上施加了压缩力或者拉伸力的情况下，双音叉型振子109的共振频率随着应力的大小而变化，因此通过测量该共振频率，能够检测压力F的大小。

另一方面，在专利文献4中，提出了使用膜片来作为承受被测量压力的单元的压力传感器。如图9所示，该压力传感器形成有这样的结构：将膜片201形成为圆盘状或碟状，在膜片201的表面上，在形成了氧化硅薄膜层和氧化铬薄膜层之后，形成半导体(压电阻体)202，在这样形成的压力传感器中，当膜片201受到压力而挠曲时，形成在该膜片表面的半导体(压电阻体)发生形变而导致电阻值发生变动，将该电阻值的变动作为电信号进行读取，从而检测压力的变动。

接下来，在专利文献5、6中，公开了为了检测发动机内部的油压而固定在发动机汽缸体上使用的压力传感器。图10、图11表示该压力传感器。该压力传感器301由以下部分构成：输出与所施加的压力对应的电信号的传感部302；承受压力的承压用膜片部；以及用于将压力从膜片传递到传感部的压力传递部件304，具体来说，在中空金属管305的一个端面设置承压用的第一膜片306，在另一端面设置检测用的第二膜片307，力传递部件304在管内介于上述第一、第二膜片之间。力传递部件304是由金属或者陶瓷构成的轴，将该力传递部件304在施加了预应力的状态下置于一对膜片306、307之间。然后，在第二膜片307的外端面上贴附作为压力检测元件的具有应变仪功能的芯片(302)，将第一膜片306受到的压力通过力传递部件304传递到第二膜片307，通过应变仪芯片(302)将第二膜片的变形转换成电信号，由此来检测发动机油压。

专利文献1：日本特开昭56-119519号公报

专利文献2：日本特开昭64-9331号公报

专利文献3：日本特开平2-228534号公报

专利文献4：日本特开2003-42896号公报

专利文献5：日本特开2006-194736号公报

专利文献6：日本特开2007-132697号公报

然而，在专利文献1～3的发明中，如图8所示的压力传感器那样，填充于第一波纹管106中的油110与构成压力传感器101的其它构件、例如力传递部件105或双音叉型振子109等相比，热膨胀系数更大，因此构成压力传感器的各部件因温度变化而产生热形变。这样的热形变作为不必要的应力而作用在双音叉型振子109上，因此，存在测量到的压力值产生了误差、使得压力传感器的特性恶化的问题。

此外，虽然填充于第一波纹管106中的油110与成为压力测量对象的液体接触并彼此相对，然而根据压力传感器的设置方法的不同，存在有油110流出到成为压力测量对象的液体侧、或者液体流入到第一波纹管106侧的情况，因此有时在填充于第一波纹管106中的油110内会产生气泡。若油110内产生气泡，则作为压力的传递介质发挥作用的油110不能够将力经由力传递部件105稳定地传递到双音叉型振子，因此存在压力测量产生误差的可能性。

而且，如上所述，由于油110与成为压力测量对象的液体接触并彼此相对，因此根据压力传感器的设置方法的不同，油110可能会流出到成为压力测量对象的液体侧，在用来进行忌异物混入的清洁液体的压力测量时，存在不能使用采用了油110的如现有那样的压力传感器的问题。

专利文献4中记载的技术是在膜片表面形成半导体的结构，因此膜片的成本非常高，当在承压部和传感部分别配置膜片来进行差压检测时，膜片的性质和状态在承压侧和传感部侧各不相同，即便使膜片形状相同，由于在一方上形成有芯片，因而无法使机械性变化相同，存在无法提高测量精度的缺点。

在专利文献5和6中，虽然膜片和轴在施加有载荷的状态下接触，然而由于压力传感器是在高温高压下使用的，因此如果刚性地进行固定的话，有可能因各部件的热膨胀的不同而使机构被破坏，因而，考虑到该热膨胀，仅使膜片与轴点接触，并未使用粘接剂等粘接单元进行粘接。因此，在膜片和轴因压力变动而工作时，点接触部偏移的可能性非常高，在接触点偏移的过程中，作用于膜片和轴双方的力会泄漏，因此存在无法进行高精度的压力检测的问题。此外，由于专利文献5、6中记载的压力传感器本来就是为了检测发动机燃烧室内的压力而在高温高压下使用的，因此为了在承压部和传感部之间隔开距离以避免对传感部的芯片等的热影响，希望力传递部件尽量长。因此，并不希望应用于实现小型化的技术。而且，在专利文献5、6的情况下，使轴介于一对膜片之间来进行力的传递，然而由于是在传感部的膜片上直接安装传感器芯片而构成的结构，因此膜片的性质和状态在承压侧和传感部侧是不同的。即便使膜片形状相同，由于在一方上安装有芯片，因而无法使机械性变化相同，因而存在不能提高测量精度的较大缺点。

发明内容

本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，其能够通过下面的方式和应用例来实现。

[应用例1]一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括：承压用膜片，其承受被测量压力的环境的压力；轴，其相对于上述承压用膜片的主面大致垂直地连接，用于传递压力；L字形的固定部件；摆动臂，其与上述轴接合，将上述L字形的固定部件的一个端部作为枢轴部，并且以该枢轴部为支点保持在固定部件上；压敏元件，其一端连接在上述L字形的固定部件的另一个端部上，并且另一端连接在上述摆动臂上，而且该压敏元件配置成使移位方向与上述承压用膜片的移位方向为同一方向；以及壳体，其在内部收纳上述轴、上述摆动臂、上述压敏元件和上述L字形的固定部件，并且上述L字形的固定部件接合于该壳体的内表面，而且使上述承压用膜片露出于该壳体的外表面地气密封闭该壳体，上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，上述壳体的内部是真空的。

根据这样的本发明，使承受被测量压力的环境的压力的承压介质为膜片，在压力传感器中不需要作为承压介质的油，因此，油不会流出到被测量压力的环境侧，能够使用于例如以下等用途：作为被测量压力的环境对忌异物混入的清洁液体进行压力测量。

此外，本发明的压力传感器由于不使用作为热膨胀系数大的承压介质的油，因此大幅度提高了压力传感器的温度特性。此外，压力传感器的壳体内部形成为真空室，能够提高压敏元件的Q值、确保稳定的共振频率，并且能够除去由氧和粘接剂产生的挥发气体，因此能够确保压力传感器的长期稳定性。

[应用例2]如应用例1所述的压力传感器，其特征在于，在壳体的与上述承压用膜片对置一侧的外表面上具有承受大气压的大气压用膜片，上述大气压用膜片经由轴与上述摆动臂接合，上述压力传感器对大气压和被测量压力的环境的压力之间的差压进行检测。

根据这样的本发明，能够测量以大气压力为零基准表示的计示压力。此外，通过使相对于测量对象的承压介质、和相对于大气压的承压介质均采用相同的膜片方式，能够改善作为无变化的固定压力的静压特性。此外，使大气压用膜片经由轴与摆动臂接合，并使测量对象侧与大气压侧为相同材料，由此，具有消除了依赖于周围温度变化的线膨胀变化的效果，能够提高压力传感器的温度特性。

[应用例3]如应用例1所述的压力传感器，其特征在于，具有：大气压导入口，其在与上述承压用膜片对置的一侧与上述壳体内部连通，承受大气压；以及波纹管，其侧壁具有挠性，一端为开口部，另一端为底部，通过将上述波纹管的上述开口部连接到上述大气压导入口，从而封闭上述大气压导入口，将上述波纹管的上述底部接合到上述摆动臂的与上述力传递部件接合的部位的相反侧的部位，上述波纹管将上述大气压导入口与上述壳体内部分隔开来，上述压力传感器对大气压和被测量压力的环境的压力之间的差压进行检测。

根据这样的本发明，能够测量以大气压力为零基准表示的计示压力。此外，通过使相对于测量对象的承压介质、和相对于大气压的承压介质均采用相同的膜片方式，能够改善作为无变化的固定压力的静压特性。此外，通过使大气压用膜片经由具有挠性的波纹管与摆动臂接合，组装变得容易，能够实现制造工序的简化。

[应用例4]如应用例1至3中的任一示例所述的压力传感器，其特征在于，上述压电元件是双音叉振子、厚度剪切振子、或者弹性表面波器件。

根据这样的本发明，通过使用共振频率随着拉伸和压缩应力而变化的双音叉振子、厚度剪切振子、或者弹性表面波器件作为压敏元件，能够容易地实现压力传感器。特别是，由于双音叉型振子对拉伸和压缩应力的敏感度良好、分解能力优秀，因此在使用双音叉振子时，能够实现可检测微小压力差的压力传感器。

[应用例5]如应用例1至4中的任一示例所述的压力传感器，其特征在于，上述膜片的材质是金属、陶瓷、或者压电结晶体。

根据这样的本发明，作为膜片的材质，根据测量对象的材质来选择不锈钢那样的金属或陶瓷等耐腐蚀性优秀的材料、或者水晶那样的单结晶体等进行使用，由此，能够构成测量精度高的稳定的压力传感器。

[应用例6]如应用例5所述的压力传感器，其特征在于，上述力传递部件和上述轴的材质是不锈钢、铝、或者陶瓷。

根据这样的本发明，作为轴的材质，通过与压力传感器的用途对应地选择作为强度高且稳定的材质的不锈钢、或铝、或者易于加工的陶瓷等进行使用，能够构成精度高的稳定的压力传感器。

[应用例7]如应用例1至6中的任一示例所述的压力传感器，其特征在于，关于上述壳体的材质，收纳上述压敏元件的部分的周围的材质是陶瓷。

根据这样的本发明，能够缓解热使压敏元件产生的形变的影响。

[应用例8]如应用例1所述的压力传感器，其特征在于，上述压力输入口构成为：在从壳体凸出的接头部分开口，在接头上设置外螺纹部，通过对该外螺纹部进行拧紧，能够安装该压力传感器。

通过这样的结构，能够将压力传感器固定地安装在其它设备上。

[应用例9]如应用例1所述的压力传感器，其特征在于，上述压力输入口这样构成：在壳体壁面上直接开口，沿着与壳体壁面相同的面形成膜片。

在这样的结构中，在压力传感器的外观面上没有凸出部，从而增加了安装在其它设备上时的自由度。

[应用例10]本发明的压力传感器的制造方法，其特征在于，在开设于能够气密地封闭的壳体的压力输入口焊接膜片来进行封闭，在该膜片的中央部连接以该膜片的可动方向为轴向的压力传递轴，在连接该压力传递轴的同时，将一端连接于该压力传递轴的摆动杆以及枢轴支撑该摆动杆的L字形的固定部收纳在上述壳体内，并将上述L字形的固定部粘接在壳体上，将压敏元件以检测轴与上述压力传递轴平行的方式粘接在上述摆动杆的另一端和上述L字形的固定部之间，上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，在上述壳体上安装盖以将壳体内部气密地封闭，从而制造出压力传感器。

在上述制造方法中，无需进行油的填充作业等，能够高效率地制造压力传感器。

[应用例11]此外，本发明的压力传感器的制造方法中，其特征在于，在开设于能够气密地封闭的壳体的同一轴心上的一对压力输入口中的一方，焊接第一膜片来进行封闭，在该第一膜片的中央部连接以该膜片的可动方向为轴向的压力传递轴，在连接该压力传递轴的同时，将一端连接于该压力传递轴的摆动杆以及枢轴支撑该摆动杆的L字形的固定部收纳在上述壳体内，焊接第二膜片来封闭上述另一压力输入口，并且将上述压力传递轴的另一端连接于膜片中央部，然后，将上述L字形的固定部粘接在壳体上，将压敏元件以检测轴与上述压力传递轴平行的方式粘接在上述摆动杆的另一端和上述L字形的固定部之间，上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，在上述壳体上安装盖以将壳体内部气密地封闭，从而制造出压力传感器。

在上述制造方法中，无需进行油的填充作业等，能够高效率地制造用于检测差压的压力传感器。

附图说明

图1是表示本发明的压力传感器的第一实施方式的结构的示意图。

图2是表示使用了定位工具的组装方法的图。

图3是表示本发明的压力传感器的第二实施方式的结构的示意图。

图4是表示本发明的压力传感器的第三实施方式的结构的示意图。

图5是本发明的压力传感器的制造方法的工序图。

图6是压力传感器的外观立体图、和表示该压力传感器的安装方式的剖视图。

图7是其它压力传感器的外观立体图、和表示该压力传感器的安装方式的剖视图。

图8是表示现有的压力传感器的结构例的剖视图。

图9是现有的使用了膜片的压力传感器的结构例的剖视图。

图10是现有的使用金属轴在两个膜片之间传递压力的压力传感器的整体剖视图。

图11是图10中的压力检测部的剖视图。

标号说明

1、20、30：压力传感器；2：第一压力输入口；3：第二压力输入口；4、21、31：壳体；5：第一膜片；6：第一轴；7：波纹管；8：摆动臂；9：固定部件；10：压敏元件；11：枢轴；12：安装部件；15：定位工具；16：孔口；17：第一组件；18：第二组件；22：第二膜片；23：第二轴。

具体实施方式

下面，根据图示的实施方式对本发明详细地进行说明。另外，各实施方式中，对测量对象物是液体的情况举例进行说明。

图1是表示本发明的压力传感器的第一实施方式的结构的示意剖视图。

该图1所示的压力传感器1具有内部为真空的矩形容器状的壳体4，在该壳体4的相互对置的端面板上凸出设置有在同一轴心上对置配置的作为第一、第二安装部的接头，在各个该接头上分别具有与壳体4的内部空间连通的第一压力输入口2和第二压力输入口3。在壳体4的内部收纳后述的各构成构件。在第一压力输入口2的前端部安装有对应于作为测量对象的液体的压力而挠曲的第一膜片(承压用膜片)5，并且该第一膜片5露出于壳体4的外表面。在第一膜片5上安装有第一轴(第一力传递部件)6，该第一轴6的一端垂直地连接于第一膜片5的靠壳体4的室内侧的主面中央部。另一方面，在第二压力输入口3上安装有被施加大气侧的压力的波纹管7，第二压力输入口3是敞开的。由此，波纹管7作为真空隔断壁起作用，其将真空的壳体4的内外分隔开来，并且使大气压作用于后述摆动臂的端部。

摆动臂(第二力传递部件)8作为压力传递部件而发挥作用，其将作为测量对象的液体的压力与大气压之间的差压施加到压敏元件10上，并且该摆动臂8以固定部件9上具有的枢轴11为支点被保持。

摆动臂8的一端8a以分别被第一轴6的另一端和波纹管7的另一端夹持的方式连接。另一方面，摆动臂8的另一端8b与压敏元件10的一端连接。压敏元件10以移位方向与第一膜片5的移位方向为同一方向的朝向，固定在摆动臂8的另一端8b和固定部件9之间。

即，通过将配置在力的检测轴方向上的两端的支撑部分别连接支撑于摆动臂8的另一端8b和固定部件9上，来固定压敏元件10。

如图1所示，将这样构成的压力传感器1例如使用在周围切有螺旋状槽的作为螺钉发挥作用的安装部件12等，安装到成为测量对象的液体的收纳容器上，使第一膜片5直接承受被测量压力的环境的压力，例如使第一膜片5直接与被测量用的液体接触来承受液压。安装部件12需要根据成为测量对象的液体的压力的强度以及液体的收纳容器的结构而具有预定的形状和壁厚。

第一膜片5是具有弹性的承压元件，其一个面成为面对外部的承压面，该承压面受到作为被测量压力的来自外部的压力而挠曲变形，从而对与第一膜片5的另一面的中央区域40接触的第一轴6的端面施加轴向力。

因此，第一膜片5在被从所接触的液体侧施加被测量压力F时，该第一膜片5向第一轴6侧挠曲，压力F经由第一轴6传递至摆动臂8的一端8a。另一方面，波纹管7承受大气压，从而将与大气压相当的压力传递至摆动臂8的一端8a。

因此，在摆动臂8的另一端8b，成为测量对象的液体的压力F和由大气压产生的压力之间产生了差压，与该差压相当的力以枢轴11为支点，作为压缩力或拉伸力施加到压敏元件10上。当在向压敏元件10上施加压缩力或拉伸力时，在压敏元件10上产生应力，从而共振频率与该应力大小对应地发生变化，因此，通过测量该共振频率，就能够利用微型计算机等求出以大气的压力为零基准的压力值。

压敏元件10采用水晶、铌酸锂、钽酸锂等压电材料，并形成为双音叉型压电振子、SAW共振子、厚度剪切振子等。如上所述，通过将压敏元件10的配置在力的检测轴方向上的两端的支撑部分别连接支撑在摆动臂8的另一端8b和固定部件9上，来固定压敏元件10。

此时，以力的检测方向为检测轴来设定压敏元件10，连接压敏元件10的上述两端部的方向与上述检测轴为平行关系。此外，压敏元件10与安装在壳体12上的振荡电路(未图示)电连接，从而压敏元件10通过来自振荡电路(未图示)的交流电压而以固有的共振频率振动。并且，压敏元件10由于受到来自摆动臂8的另一端8b的伸展(拉伸)力或压缩力，而在压敏元件10的内部产生拉伸或压缩应力，因此共振频率发生变动。

特别是，双音叉型压电振动片与厚度剪切振子等相比，相对于伸展或压缩应力的共振频率的变化极大，共振频率的可变幅度大，因此适用于检测微小的压力差的、分解能力优良的高精度压力传感器。关于双音叉型压电振子，在受到伸展应力时振幅臂(振幅腕)(振动部)的振幅幅度减小，因而共振频率变高，在受到压缩应力时振幅臂(振动部)的振幅幅度增大，因而共振频率变低。另外，优选采用温度特性优良的水晶作为双音叉型振子的压电基板。

但是，为了提高压力传感器的测量精度，沿垂直方向与第一膜片5连接的第一轴6在连接时要求以高精度保持垂直度。

因此，在本实施方式中，利用使用了图2所示的定位工具的组装方法来组装第一轴6。

图2是表示使用了定位工具的组装方法的图。

定位工具15形成为圆筒状的切槽型的形状，能够分成两个半圆形的组件。并且，定位工具15能够紧贴着地插入到孔口16中，该孔口16与设置于壳体4的第一压力输入口2连通，在将定位工具15配置于孔口16中后，将第一轴6插入到定位工具15的中心部。接着，在将所插入的第一轴6的一端部与第一膜片5(未图示)的承压面中央部通过粘接等接合起来后，使定位工具15的第一组件17和第二组件18分离并卸下，则第一轴6在垂直方向上被高精度地与第一膜片5连接，因此能够提高压力传感器的测量精度。

此外，第一膜片5的材质例如可以是不锈钢那样的金属或者陶瓷等耐腐蚀性优良的材料，此外，也可以是水晶那样的单结晶体、或者其它非结晶体。特别优选的是，与成为测量对象的液体接触的第一膜片5选用在与液体接触时不受腐蚀和劣化等影响的材质。此外，为了使热膨胀系数相等，第一轴6和第一膜片5的材质优选使用相同的材质，如不锈钢或陶瓷等，然而也可以采用不同的材料。

此外，由于本实施方式的压力传感器1使壳体内部形成为真空气氛，因此能够提高压敏元件10的Q值，能够确保稳定的共振频率。

此外，本实施方式的压力传感器1通过采用摆动臂方式，即使附加外部振动也能够得到稳定的频率输出信号，通过与不使用油等压力传递介质的膜片结构共用，能够高精度地测量作为测量对象的液体的压力。

此外，由于压力传感器1使用了不使用油的波纹管7作为大气压侧的承压介质，因此使组装变得容易，使得压力传感器的制造工序简化。

如以上说明的那样，第一实施方式的压力传感器1以膜片作为与为测量对象的液体接触的承压单元，而不需要作为力传递介质的油，因此，不会有油流出到液体侧，能够使用于进行忌异物混入的清洁液体的压力检测等用途。

接下来，对本发明的压力传感器的第二实施方式进行说明。

图3是表示本发明的压力传感器的第二实施方式的结构的示意图。另外，在与图1相同的部位标以相同标号并省略说明。

在第一实施方式中，使用了波纹管7作为与大气压对应的承压单元，而第二实施方式的特征在于，作为与大气压对应的承压单元，使用了用作测量对象液体的承压单元那样的第二膜片22和第二轴23。如图3所示，第二膜片22形成为露出于壳体的与第一膜片5对置一侧的外表面，第二轴23的一端与第二膜片22的承压面的背面中央部接合，另一端与摆动臂8接合。

在图3所示的压力传感器20中，当从与第一膜片5接触的液体侧施加压力F时，该第一膜片5向第一轴6侧挠曲，并经由第一轴6向摆动臂8的一端8a施加压力F。另一方面，第二膜片22上施加有大气压，从而与大气压相当的力经由第二膜片22和第二轴23施加在摆动臂8的一端8a。因此，在摆动臂8的另一端8b，在施加到第一膜片5上的液体的压力F与由施加在第二膜片22上的大气压产生的压力之间产生了差压，与该差压相当的力以枢轴11为支点作为压缩力或拉伸力施加在压敏元件10上。压敏元件10由于与施加的压缩力或拉伸力对应地在内部产生压缩或拉伸应力，因此共振频率发生变化，因此，通过测量该共振频率，能够利用微型计算机等求出以大气压力为零基准的压力值。

另外，在第二实施方式中，第一轴6的一端部在垂直方向上连接于第一膜片5的承压面的背面中央部，第二轴23的一端部在垂直方向上连接于第二膜片22的承压面的背面中央部，为了提高压力传感器的测量精度，第一轴6和第二轴23在连接时要求以高精度保持垂直度。因此，在组装压力传感器20时，需要通过使用在第一实施方式中说明过的切槽型的定位工具进行组装，来提高膜片和轴的垂直度的精度。

另外，在图3中使用了第一轴6和第二轴23共两根轴，但也可以通过粘接等将第一膜片的承压面的背面中央部与一根轴的一端部接合，并将第二膜片的承压面的背面中央部与该轴的另一端部接合。该情况下，优选在摆动臂8的一端8a侧开设有孔、并使轴贯通地进行配合的方法，或者优选将摆动臂的端面与轴接合起来的方法。

关于这样构成的第二实施方式的压力传感器20，通过使对成为测量对象的液体的承压介质、和对大气压的承压介质都采用相同材料且相同条件的膜片方式，能够减小大气压变动的影响，并且能够改善作为无变化的固定压力的静压特性。此外，在压力传感器20中，使用相同材料使两个膜片形成为相同条件，并且使用相同材料使分别与两个膜片连接的轴形成为相同条件，由此，能够发挥消除因热膨胀而引起的各个部件的体积变化的作用，因此能够实现不受温度变化的影响的检测精度高的压力传感器。此外，与第一实施例相比，由于轴比波纹管更便宜，因此具有能够以低成本进行制造的优点。

接下来，对本发明的压力传感器的第三实施方式进行说明。

图4是表示本发明的压力传感器的第三实施方式的结构的示意图。另外，对与图1相同的部位标以相同标号并省略说明。第一实施方式和第二实施方式的压力传感器由于以测量以大气压力为零基准来表示的压力、即计示压力(相对压力)的方式发挥作用，所以在摆动臂8的一端8a上连接有相对于大气压的承压单元，而第三实施方式的压力传感器由于以测量以真空状态为零基准的绝对压力的方式发挥作用，因此删除了相对于大气压的承压单元，其特征在于，在摆动臂8的一端8a仅连接有相对于测量对象液体的承压单元。

在这样构成的压力传感器30中，由于在摆动臂8的一端8a仅连接相对于成为测量对象的液体的承压单元，所以与液体压力F有关的力被施加在摆动臂8的一端8a。因此，在摆动臂8的另一端8b，仅有与施加在第一膜片5上的压力F相当的力以枢轴11为支点，作为压缩力或拉伸力施加在压敏元件10上。因此，在第三实施方式中，压力传感器能够作为绝对压力传感器发挥作用。

图5中表示压力传感器的制造方法的工序图。该图是用于制造第二实施方式的压力传感器20的工序图。准备压力传感器20的能够气密地封闭的壳体21(图5的(1))。在开设于壳体21的同一轴心上的一对压力输入口2、3的一方上焊接第一膜片5来进行封闭(图5的(2))。接下来，在该第一膜片5的中央部连接以该膜片的可动方向为轴向的压力传递轴6和第二压力传递轴23(图5的(3))。在将压力传递轴6(23)连接在第一膜片5上时，使用图2所示的定位工具15。两个轴6、23也可以是一体的轴结构。另外，在该轴6(23)上，预先安装一端贯通于该轴6(23)的摆动杆8和枢轴支撑该摆动杆8的固定部件9。因此，通过将轴6(23)配置在壳体21内，该摆动杆8和固定部件9也同时收纳在上述壳体21内。

接着，在上述作为另一方的第二压力输入口3上焊接第二膜片22来进行封闭，并且将上述压力传递轴23(6)的端部通过粘接剂连接在膜片22的中央部(图5的(4))。接着，进行摆动臂8与压力传递轴6(23)的粘接，将上述固定部件9粘接在壳体21上，并在上述摆动臂8的另一端和壳体固定部件9之间以使检测轴与上述压力传递轴平行的方式粘接压敏元件10(图5的(5))。然后，最后在上述壳体21上安装盖以将内部气密地封闭，从而完成制造(图5的(6))。

以上，对本发明的压力传感器的实施方式进行了说明，但是作为压敏元件，并不限定于双音叉型振子，只要是共振频率随着拉伸和压缩应力而变化的压电振子，则可以使用任何振子，例如，可以使用音叉振子、弹性表面波器件、厚度剪切振子等。

此外，检测作为测量对象的液体的压力的膜片也可以在表面上进行涂敷，以使液体等不会腐蚀膜片。例如，如果是金属制的膜片的话，可以涂敷镍的化合物，如果膜片是水晶那样的压电结晶体的话，涂敷硅即可。

此外，上述壳体选用不锈钢等金属，但如果使上述压敏元件的周围部分使用陶瓷，则能够缓解热使压敏元件产生的形变的影响。

此外，本发明的压力传感器的实施方式对以液体为压力测量对象的情况进行了说明，但本发明并不限于此，也可以适用于测量气体等的压力的情况。

此外，如第一～第三实施方式所示(图1、图3、图4)，上述压力输入口2、3形成为从壳体向外部凸出有接头、且在该接头的前端开口，但是上述压力输入口2、3也可以形成为在壳体的端板上直接开口而不使接头凸出。如图6所示，构成为在从壳体凸出的接头24、25部分开设压力输入口2、3、且在接头24、25上设有外螺纹部的结构，通过对该外螺纹部进行拧紧来将压力传感器20安装到其它的设备壳体26上，由此能够牢固地固定压力传感器20。但是，如果考虑安装的自由度，则如图7所示，构成为在壳体21的端板上直接开设压力输入口、使膜片5、22与壳体壁面成为同一个面的压力传感器20’的结构，由此，在压力传感器20’的外观面上没有凸出部，从而增加了安装在其它设备壳体27上时的自由度。

Claims (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，

上述压力传感器具有：

壳体；

安装部，其具有与该壳体内部连通的压力输入口；

承压用膜片，其封闭该安装部的压力输入口的开口部，该承压用膜片的外表面是承压面；

力传递部件，其端部相对于该承压用膜片的上述承压面的相反侧的主面大致垂直地连接；

L字形的固定部件；

摆动臂，其与上述力传递部件接合，将上述L字形的固定部件的一个端部作为枢轴部，并且以该枢轴部为支点保持在固定部件上；以及

压敏元件，其一端连接在上述L字形的固定部件的另一个端部上，并且另一端连接在上述摆动臂上，而且该压敏元件配置成使连接上述一端和上述另一端的方向与上述力传递部件的移位方向为同一方向，

上述壳体在内部收纳有上述力传递部件、上述摆动臂、上述压敏元件和上述L字形的固定部件，

上述L字形的固定部件固定在上述壳体的内壁上，

上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，

上述壳体的内部是真空的。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

在壳体的与上述承压用膜片对置一侧的外表面上具有承受大气压的大气压用膜片，上述大气压用膜片经由轴与上述摆动臂接合，上述压力传感器对大气压和被测量压力的环境的压力之间的差压进行检测。

3.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，具有：

大气压导入口，其在与上述承压用膜片对置的一侧与上述壳体内部连通，承受大气压；以及

波纹管，其侧壁具有挠性，一端为开口部，另一端为底部，

通过将上述波纹管的上述开口部连接到上述大气压导入口，从而封闭上述大气压导入口，

将上述波纹管的上述底部接合到上述摆动臂的与上述力传递部件接合的部位的相反侧的部位，

上述波纹管将上述大气压导入口与上述壳体内部分隔开来，

上述压力传感器对大气压和被测量压力的环境的压力之间的差压进行检测。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，

上述压电元件是双音叉振子、厚度剪切振子、或者弹性表面波器件。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，

上述膜片的材质是金属、陶瓷、或者压电结晶体。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，

上述力传递部件和上述轴的材质是不锈钢、铝、或者陶瓷。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，

关于上述壳体的材质，收纳上述压敏元件的部分的周围的材质是陶瓷。

8.一种压力传感器，其特征在于，

上述压力传感器具有：

壳体；

压力输入口；

承压用膜片，其封闭该压力输入口的开口部，该承压用膜片的外表面是承压面；

力传递部件，其端部相对于该承压用膜片的上述承压面的相反侧的主面大致垂直地连接；

L字形的固定部件；

摆动臂，其与上述力传递部件接合，将上述L字形的固定部件的一个端部作为枢轴部，并且以该枢轴部为支点保持在固定部件上；以及

压敏元件，其一端连接在上述L字形的固定部件的另一个端部上，并且另一端连接在上述摆动臂上，而且该压敏元件配置成使连接上述一端和上述另一端的方向与上述力传递部件的移位方向为同一方向，

上述壳体在内部收纳有上述力传递部件、上述摆动臂、上述压敏元件和上述L字形的固定部件，

上述L字形的固定部件固定在上述壳体的内壁上，

上述压力输入口这样构成：在壳体壁面上直接开口，沿着与壳体壁面相同的面形成膜片，

上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，

上述壳体的内部是真空的。

9.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，

在开设于能够气密地封闭的壳体的压力输入口焊接膜片来进行封闭，在该膜片的中央部连接以该膜片的可动方向为轴向的压力传递轴，在连接该压力传递轴的同时，将一端连接于该压力传递轴的摆动杆以及枢轴支撑该摆动杆的L字形的固定部收纳在上述壳体内，并将上述L字形的固定部粘接在壳体上，将压敏元件以检测轴与上述压力传递轴平行的方式粘接在上述摆动杆的另一端和上述L字形的固定部之间，上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，在上述壳体上安装盖以将壳体内部气密地封闭，从而制造出压力传感器。

10.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，

在开设于能够气密地封闭的壳体的同一轴心上的一对压力输入口中的一方，焊接第一膜片来进行封闭，在该第一膜片的中央部连接以该膜片的可动方向为轴向的压力传递轴，在连接该压力传递轴的同时，将一端连接于该压力传递轴的摆动杆以及枢轴支撑该摆动杆的L字形的固定部收纳在上述壳体内，焊接第二膜片来封闭上述另一压力输入口，并且将上述压力传递轴的另一端连接于膜片中央部，然后，将上述L字形的固定部粘接在壳体上，将压敏元件以检测轴与上述压力传递轴平行的方式粘接在上述摆动杆的另一端和上述L字形的固定部之间，上述压敏元件是共振频率根据通过上述力传递部件传递的力而发生变化的频率变化型压电元件，在上述壳体上安装盖以将壳体内部气密地封闭，从而制造出压力传感器。

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