JP2010025582A - Pressure sensor - Google Patents

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Jun Watanabe
潤 渡辺
Masanobu Fujisaki
昌伸 藤崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-accuracy pressure sensor capable of reducing a pressure error due to gravity. <P>SOLUTION: The pressure sensor 10 has: diaphragms (a first diaphragm 14, a second diaphragm 16) which seal up openings 12a, 12b at both ends of a cylindrical housing 12; and a pressure-sensitive element 18 wherein a detection axis is set to a force detection direction and whose longitudinal both ends are connected to the diaphragms. The pressure sensor has reaction force generating sections (a first reaction force generating section 20, a second reaction force generating section 22), which are connected to the diaphragms and apply forces in the direction opposite to the gravity which the diaphragms receive to the diaphragms by the principle of a lever. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、感圧素子、及びダイアフラムを用いた圧力センサに関し、特にダイアフラムの重力による撓みによって生じる圧力の測定誤差を減少させる技術に関する。   The present invention relates to a pressure sensor using a pressure-sensitive element and a diaphragm, and more particularly to a technique for reducing a measurement error of pressure caused by the deflection of the diaphragm due to gravity.

従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動素子を感圧素子として使用した圧力センサが知られている。前記圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向に検出軸を設定しており、前記検出軸の方向に圧力が加わると、前記圧電振動子の共振周波数が変化し、前記共振周波数の変化から圧力を検出する。特許文献1には、感圧素子として圧電振動素子を用いた圧力センサが開示されている。圧力導入口によりベローズに圧力が加わると前記ベローズの有効面積に応じた力がピボット(撓みヒンジ)を支点とした力伝達手段を介して圧電振動素子に圧縮或いは引張り力として力Fが加わる。前記圧電振動子には、前記力Fに応じた応力が生じることになり、前記応力により共振周波数が変化する。前記圧力センサは、圧電振動子に生じる共振周波数の変化を検出することにより圧力を測定するものである。   Conventionally, a pressure sensor using a piezoelectric vibration element as a pressure-sensitive element is known as a water pressure gauge, a barometer, a differential pressure gauge, or the like. In the piezoelectric vibration element, for example, an electrode pattern is formed on a plate-shaped piezoelectric substrate, and a detection axis is set in the force detection direction. When pressure is applied in the direction of the detection axis, The resonance frequency changes, and the pressure is detected from the change in the resonance frequency. Patent Document 1 discloses a pressure sensor using a piezoelectric vibration element as a pressure sensitive element. When pressure is applied to the bellows through the pressure inlet, a force F corresponding to the effective area of the bellows is applied as a compression or tension force to the piezoelectric vibration element via force transmission means having a pivot (flexible hinge) as a fulcrum. A stress corresponding to the force F is generated in the piezoelectric vibrator, and the resonance frequency changes due to the stress. The pressure sensor measures pressure by detecting a change in resonance frequency generated in the piezoelectric vibrator.

以下に、従来の圧力センサを、特許文献1に開示されている例を用いて説明する。図7は第1の従来技術の圧力センサの構造を示した模式図である。
図7に示す従来の圧力センサ101は、対向して配置された第1及び第2の圧力入力口102、103を有する筐体104と、筐体104の内部に力伝達部材105とを備え、力伝達部材105の一端を挟むように第1のベローズ106、および第2のベローズ107を接続している。そして、第1のベローズ106の他端を第1の圧力入力口102に接続し、第2のベローズ107の他端を第2の圧力入力口103に接続している。さらに、力伝達部材105の他端と基板108のピボット(支点)ではない方の端部との間に、感圧素子として双音叉型振動子109を配置している。
Below, the conventional pressure sensor is demonstrated using the example currently disclosed by patent document 1. FIG. FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of a first conventional pressure sensor.
A conventional pressure sensor 101 shown in FIG. 7 includes a housing 104 having first and second pressure input ports 102 and 103 arranged to face each other, and a force transmission member 105 inside the housing 104. The first bellows 106 and the second bellows 107 are connected so as to sandwich one end of the force transmission member 105. The other end of the first bellows 106 is connected to the first pressure input port 102, and the other end of the second bellows 107 is connected to the second pressure input port 103. Further, a double tuning fork vibrator 109 is disposed as a pressure sensitive element between the other end of the force transmission member 105 and the end of the substrate 108 which is not a pivot (fulcrum).

ここで、圧力センサにおいて、高精度に圧力を検出する場合、ベローズの内部には、液体が充填されている。前記液体としては、ベローズの内部や内部の蛇腹部分に気泡が入り込んだり溜まらないようにするため、一般的に粘性の高いシリコンオイルなどのオイルが用いられている。   Here, in the pressure sensor, when the pressure is detected with high accuracy, the bellows is filled with liquid. As the liquid, oil such as silicone oil having high viscosity is generally used in order to prevent bubbles from entering or collecting inside the bellows or the bellows portion.

このように、第1のベローズ106の内部には、粘性のあるオイル110が充填されており、圧力測定の対象が液体の場合には、第1の圧力入力口102に開けられた開口部111により液体とオイル110とが接触して相対する構造となっている。なお、開口部111はオイル110が外部に漏れないような開口径が設定されている。   Thus, the viscous oil 110 is filled in the first bellows 106, and when the pressure measurement target is liquid, the opening 111 opened in the first pressure input port 102 is provided. Therefore, the liquid and the oil 110 are in contact with each other and face each other. The opening 111 has an opening diameter that prevents the oil 110 from leaking to the outside.

このような構成の圧力センサ101においては、圧力測定の対象となる液体より圧力Fが第1のベローズ106の内部に充填されているオイル110に加わると、第1のベローズ106を経て圧力Fが、力伝達部材105の一端に加わる。一方、第2のベローズ107には、大気圧が加わっており、大気圧に相当する力が力伝達部材105の一端に加わっている。   In the pressure sensor 101 having such a configuration, when the pressure F is applied to the oil 110 filled in the first bellows 106 from the liquid whose pressure is to be measured, the pressure F is passed through the first bellows 106. , Applied to one end of the force transmission member 105. On the other hand, atmospheric pressure is applied to the second bellows 107, and a force corresponding to atmospheric pressure is applied to one end of the force transmission member 105.

この結果、力伝達部材105の他端を介して、圧力測定の対象となる液体より加わった圧力Fと大気圧による圧力の差圧に相当する力が基板108のピボットを支点にして、双音叉型振動子109に圧縮力、或いは引張り力として加わる。双音叉型振動子109に圧縮力、或いは引張り力が加わると、双音叉型振動子109には応力が生じ、前記応力の大きさに応じて共振周波数が変化するので、その共振周波数を測定することにより、圧力Fの大きさを検出することができる。   As a result, the force corresponding to the differential pressure between the pressure F applied from the liquid whose pressure is to be measured via the other end of the force transmission member 105 and the pressure due to the atmospheric pressure is used as a fulcrum for the double tuning fork. A compressive force or a tensile force is applied to the mold vibrator 109. When compressive force or tensile force is applied to the double tuning fork type vibrator 109, stress is generated in the double tuning fork type vibrator 109, and the resonance frequency changes according to the magnitude of the stress. Therefore, the resonance frequency is measured. Thus, the magnitude of the pressure F can be detected.

ところで、上述の圧力センサを構成する機構部品である第1ベローズ106及び第2のベローズ107は、アルミブロックを削り出して型を作り、これにニッケルメッキを施した後、このアルミの型のみを溶かし除去し、ニッケル材のジャバラ構造体とするものである。従って、ベローズが製造に複雑な加工工程を必要とするため高価なものとなる。   By the way, the first bellows 106 and the second bellows 107 which are the mechanical parts constituting the above-described pressure sensor are made by cutting out an aluminum block to form a mold, and after nickel-plating the mold, It is melted and removed to form a nickel bellows structure. Therefore, the bellows is expensive because it requires complicated processing steps for manufacturing.

また、力伝達部材105は、幅1mm以下のピボット(支点)を接点として筐体104に固定される部分と、力を伝達する部分を有するが、これらは一体の金属ブロックから削り出し加工により一体の形態を維持して製造するため、加工が難しく、これらの製造費用も高価なものとなる。   Further, the force transmission member 105 has a portion fixed to the housing 104 with a pivot (fulcrum) having a width of 1 mm or less as a contact point and a portion for transmitting the force, but these are integrated by machining from an integrated metal block. Therefore, it is difficult to process, and the manufacturing cost is expensive.

これらの理由から、上述のベローズや、力伝達部材を用いることなく、製造コストを低減した圧力センサが開発されている。このような圧力センサとして特許文献2において、圧電基板の少なくとも一方の主面に凹部を有する2つの圧電ダイアフラムを前記凹部同士が向き合うように積層して形成される内部空間中に感圧素子として圧電振動子を配置した圧力センサにおいて、前記圧電振動子の両端を前記圧電ダイアフラムの一方の凹部内底面に固定するとともに、前記2つの圧電ダイアフラムの凹部内底面同士を力伝達用柱にて連結した構成が開示されている。   For these reasons, pressure sensors with reduced manufacturing costs have been developed without using the bellows or force transmission member described above. As such a pressure sensor, in Patent Document 2, a piezoelectric substrate is used as a pressure sensitive element in an internal space formed by laminating two piezoelectric diaphragms having recesses on at least one main surface of a piezoelectric substrate so that the recesses face each other. In the pressure sensor in which the vibrator is arranged, both ends of the piezoelectric vibrator are fixed to the inner bottom surface of one of the concave portions of the piezoelectric diaphragm, and the inner bottom surfaces of the concave portions of the two piezoelectric diaphragms are connected by a force transmission column. Is disclosed.

図8に第2の従来技術に係る圧力センサを示す。
図8(a)、(b)(図8(a)のA−A線断面図)に示す圧力センサ121は、双音叉振動子122を凹部124を有する水晶ダイアフラムの内部底面125に設けた載置部127a及び127bに固定し、凹部129を有する水晶ダイアフラム128と水晶ダイアフラム123とを互いに凹部開口面を向き合わせて結合して構成する。また水晶ダイアフラム128と水晶ダイアフラム123とを中央近傍にて結合する力伝達用柱部126a及び126bを備えている。
FIG. 8 shows a pressure sensor according to the second prior art.
A pressure sensor 121 shown in FIGS. 8A and 8B (cross-sectional view taken along line AA in FIG. 8A) is a mounting in which a double tuning fork vibrator 122 is provided on an inner bottom surface 125 of a quartz diaphragm having a recess 124. The quartz diaphragm 128 and the quartz diaphragm 123, which are fixed to the mounting portions 127a and 127b and have the concave portion 129, are coupled with the concave opening surfaces facing each other. In addition, force transmission pillars 126a and 126b are provided to couple the quartz diaphragm 128 and the quartz diaphragm 123 in the vicinity of the center.

前記水晶ダイアフラム123、128は円形であり、それぞれが有する凹部124及び129も互いに合致する底面が円形の凹部である。水晶ダイアフラム123をベース側にし、水晶ダイアフラム128をリッド側とすれば、ベース側の水晶ダイアフラム123のほうに双音叉振動子122を固定するための載置部127a、127bと力伝達部材126a、126bを形成しておくようにする。この力伝達用柱部126a、126bにより、水晶ダイアフラム123の凹部124と水晶ダイアフラム128の凹部129のそれぞれの内部底面同士を連結して圧力センサ121が構成される。   The quartz diaphragms 123 and 128 are circular, and the concave portions 124 and 129 included in the quartz diaphragms 123 and 128 are circular concave portions. If the quartz diaphragm 123 is on the base side and the quartz diaphragm 128 is on the lid side, the mounting portions 127a and 127b and the force transmission members 126a and 126b for fixing the double tuning fork vibrator 122 to the quartz diaphragm 123 on the base side. To form. The force transmission column portions 126a and 126b connect the inner bottom surfaces of the concave portion 124 of the quartz diaphragm 123 and the concave portion 129 of the quartz diaphragm 128 to constitute the pressure sensor 121.

上記構成において、図8(c)に示すように、圧力P1と圧力P2とが同じ場合であるときは、水晶ダイアフラムに変形は生じず、双音叉振動子122にストレスが加わっていないため、双音叉振動子122が有する基準の共振周波数f0にて発振する。   In the above configuration, as shown in FIG. 8C, when the pressure P1 and the pressure P2 are the same, the quartz diaphragm is not deformed and no stress is applied to the double tuning fork vibrator 122. The tuning fork vibrator 122 oscillates at a reference resonance frequency f0.

圧力P1が圧力P2よりも高い(正圧)場合は、図8(d)に示すように、水晶ダイアフラムの中央が圧力P2の加わる側に押し出され、これにより水晶ダイアフラム平面は湾曲する。この状態においては、双音叉振動子2に対し、同図中の矢印で示すような伸長ストレスが加わるため、双音叉振動子2の発振周波数は周波数f0より上昇する方向に変化することになる。一方、圧力P1が圧力P2より低い(負圧)場合は、図8(e)に示すように、水晶ダイアフラムの中央が圧力P1の加わる側に押し出され、これにより水晶ダイアフラム平面は湾曲する、この状態においては、双音叉振動子2に対し同図中の矢印で示すような圧縮ストレスが加わるため、双音叉振動子2の発振周波数は、周波数f0より下降する方向に変化することになる。   When the pressure P1 is higher than the pressure P2 (positive pressure), as shown in FIG. 8 (d), the center of the quartz diaphragm is pushed out to the side to which the pressure P2 is applied, whereby the quartz diaphragm plane is curved. In this state, since the extensional stress as shown by the arrow in the figure is applied to the double tuning fork vibrator 2, the oscillation frequency of the double tuning fork vibrator 2 changes in a direction rising from the frequency f0. On the other hand, when the pressure P1 is lower than the pressure P2 (negative pressure), as shown in FIG. 8 (e), the center of the quartz diaphragm is pushed out to the side to which the pressure P1 is applied, and this causes the quartz diaphragm plane to be curved. In the state, since the compressive stress as indicated by the arrow in the figure is applied to the double tuning fork vibrator 2, the oscillation frequency of the double tuning fork vibrator 2 changes in a direction lower than the frequency f0.

よって、特許文献2の発明によれば、正圧、負圧の極性を検知することができるので、特許文献1より構成物品を減らした上で、デバイス素子として必須の低背化が可能で、相対圧測定が可能な圧力センサを実現している。
特開昭56−119519号公報 特開2004−132913号公報
Therefore, according to the invention of Patent Document 2, since the polarity of positive pressure and negative pressure can be detected, the number of components can be reduced from Patent Document 1, and the essential low profile as a device element is possible. A pressure sensor capable of measuring relative pressure is realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 56-119519 JP 2004-132913 A

しかしながら、特許文献2の構成とすることで新たな問題が生じた。すなわち、特許文献1の圧力センサは、水平を保ったまま使用することを前提に構成されたものであり、力伝達手段はピボット(支点)で釣り合いが取れていれば何ら支障は生じない。   However, the configuration of Patent Document 2 has caused a new problem. That is, the pressure sensor of Patent Document 1 is configured on the premise that the pressure sensor is used while being kept horizontal, and there is no problem as long as the force transmission means is balanced by a pivot (fulcrum).

一方、特許文献2の圧力センサ121において、上下の水晶ダイアフラムは地球の重力により、下方向に力を受ける。また圧力センサ121の上下をひっくり返して設置すれば上下の水晶ダイアフラムは地球の重力により先ほどの反対方向に力が働く。このように、本来は気体・液体の圧力だけを測定することを目的とする圧力センサであるが、設置姿勢により圧力測定値に誤差が生じてしまう。感圧素子である双音叉振動子の保持を直接に受けているのは、下側の水晶ダイアフラム123に形成された載置部127a、127bであり、前記載置部とはまったく異なった場所から上の水晶ダイアフラム128へ力伝達用柱部126による連結を行っているため正確な差圧の測定を行うことはできない。   On the other hand, in the pressure sensor 121 of Patent Document 2, the upper and lower quartz diaphragms receive a downward force due to the gravity of the earth. If the pressure sensor 121 is turned upside down, the upper and lower quartz diaphragms will act in the opposite direction due to the gravity of the earth. Thus, the pressure sensor is originally intended to measure only the pressure of gas / liquid, but an error occurs in the pressure measurement value depending on the installation posture. The mounting portions 127a and 127b formed on the lower quartz diaphragm 123 directly receive the holding of the double tuning fork vibrator, which is a pressure-sensitive element, from a place completely different from the mounting portion described above. Since the force transmission column 126 is connected to the upper crystal diaphragm 128, accurate differential pressure measurement cannot be performed.

そこで、本発明は上記問題点に着目し、重力加速度の掛かりかたの変化、及びこれによって発生する振動の影響を低減した高精度な圧力センサを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention focuses on the above-described problems, and an object thereof is to provide a high-accuracy pressure sensor in which the change in how gravity acceleration is applied and the influence of vibrations generated thereby are reduced.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]筒型のハウジングの両端の開口部を封止するダイアフラムと、
力の検出方向を検出軸とし、長手方向の両端を前記ダイアフラムに接続した感圧素子と、を有する圧力センサであって、前記ダイアフラムに接続され、梃子の原理により前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに掛ける反力生成部を有することを特徴とする圧力センサ。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[Application Example 1] A diaphragm for sealing openings at both ends of a cylindrical housing;
A pressure sensor having a force detection direction as a detection axis and both ends in the longitudinal direction connected to the diaphragm, the pressure sensor being connected to the diaphragm and in a direction opposite to the gravity that the diaphragm receives according to the principle of an insulator A pressure sensor, comprising: a reaction force generation unit that applies a force to the diaphragm.

上記構成によりダイアフラムは、ダイアフラムが受ける重力と反対方向からの力を反力生成部から受けるため、重力によるダイアフラムの変位は相殺され、これに伴い、前記変位に起因する感圧素子への応力も相殺される。よって重力に起因する圧力誤差を低減した圧力センサとなる。   With the above configuration, the diaphragm receives a force from the reaction force generating unit in the opposite direction to the gravity received by the diaphragm, so the displacement of the diaphragm due to the gravity is canceled, and accordingly, the stress to the pressure sensitive element due to the displacement is also reduced. Offset. Therefore, a pressure sensor with reduced pressure error due to gravity is obtained.

[適用例2]筒型のハウジングと、前記ハウジングの両端の開口部をそれぞれ封止する第1ダイアフラム、及び第2ダイアフラムと、前記第1ダイアフラムに接続され、第1ウエイトを用いて梃子の原理により前記第1ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記第1ダイアフラムに掛ける第1反力生成部と、前記第2ダイアフラムに接続され、第2ウエイトを用いて梃子の原理により前記第2ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記第2ダイアフラムに掛ける第2反力生成部と、前記ハウジング内部に配置され、力の検出方向を検出軸とし、一端を前記第1ダイアフラムに接続し、他端を前記第2ウエイトに接続した感圧素子と、を有することを特徴とする圧力センサ。   Application Example 2 Principle of an insulator using a first housing and a cylindrical housing, a first diaphragm and a second diaphragm for sealing openings at both ends of the housing, and the first diaphragm The first diaphragm is applied to the first diaphragm by a force in the direction opposite to the gravity received by the first diaphragm, and the second diaphragm is connected to the second diaphragm by a lever principle using a second weight. A second reaction force generating unit that applies a force in the direction opposite to the gravity received by the second diaphragm, the inside of the housing, the detection direction of the force as a detection shaft, one end connected to the first diaphragm, and the like A pressure sensor having an end connected to the second weight.

上記構成において、第1ダイアフラムが受けた圧力により感圧素子は第1ダイアフラムから押し出される方向に応力が掛かり、第2ダイアフラムを受けた圧力により感圧素子は第2ダイアフラムに引き寄せられる方向に応力が掛かる。しかし、第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムが受ける圧力が同じ場合には、感圧素子は、その位置が移動するものの何ら負荷が掛かることは無い。よって第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムの圧力差を検知する相対圧を測定することができる圧力センサとなる。また感圧素子の検出軸と第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムの変位方向が同軸上に並ぶため第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムの圧力差を正確に測定することができる。   In the above configuration, the pressure is applied in the direction in which the pressure sensitive element is pushed out of the first diaphragm by the pressure received by the first diaphragm, and the pressure is applied in the direction in which the pressure sensitive element is attracted to the second diaphragm by the pressure received by the second diaphragm. It takes. However, when the pressures received by the first diaphragm and the second diaphragm are the same, the pressure-sensitive element is not loaded even though its position moves. Therefore, it becomes a pressure sensor which can measure the relative pressure which detects the pressure difference of the 1st diaphragm and the 2nd diaphragm. In addition, since the detection axis of the pressure sensitive element and the displacement directions of the first diaphragm and the second diaphragm are aligned on the same axis, the pressure difference between the first diaphragm and the second diaphragm can be accurately measured.

さらに、上記構成により、第1反力生成部は第1ダイアフラムが受ける重力による撓み変形の応力及び感圧素子が受ける重力を足し合わせた合力と常に逆方向の力を与え、第2反力生成部は第2ダイアフラムが受ける重力による撓み変形の応力から感圧素子が受ける重力を差し引いた合力と常に逆方向の力を与えるため、第1ダイアフラム及び、第2ダイアフラムが受ける重力による変位が相殺されるとともに、感圧素子に第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムが受ける重力に起因する応力が相殺される。よって感圧素子は第1ダイアフラムと第2ダイアフラムとの圧力差のみを検出し、重力加速度の掛かりかたの変化、及びこれによって発生する振動の影響を低減した圧力センサとなる。   Further, with the above configuration, the first reaction force generation unit always applies a force in the opposite direction to the combined force of the bending deformation stress caused by the gravity received by the first diaphragm and the gravity received by the pressure sensitive element, thereby generating the second reaction force. Since the unit always gives a force in the opposite direction to the resultant force obtained by subtracting the gravity received by the pressure sensitive element from the stress of the bending deformation caused by the gravity received by the second diaphragm, the displacement due to the gravity received by the first diaphragm and the second diaphragm is offset. In addition, the stress caused by the gravity applied to the first diaphragm and the second diaphragm is offset by the pressure sensitive element. Therefore, the pressure-sensitive element detects only the pressure difference between the first diaphragm and the second diaphragm, and becomes a pressure sensor that reduces the influence of the change of the gravitational acceleration and the vibration generated thereby.

[適用例3]前記第1反力生成部は、前記感圧素子を挟んで一対に形成されたことを特徴とする適用例2に記載の圧力センサ。
これにより、感圧素子の検出軸上に無い第1反力生成部に対して、感圧素子を挟んで対称な位置にもうひとつの第1反力生成部が配置されるため、第1ダイアフラム側の重力バランスが保たれ、圧力センサの測定誤差の傾斜角依存性が改善される。さらに一対の第1反力生成部が感圧素子に掛ける検出軸方向以外の応力が相殺されるため、より高精度な圧力センサとなる。
Application Example 3 The pressure sensor according to Application Example 2, wherein the first reaction force generation unit is formed in a pair with the pressure sensitive element interposed therebetween.
As a result, another first reaction force generator is arranged at a symmetrical position with respect to the first reaction force generator that is not on the detection axis of the pressure sensitive element. The gravity balance on the side is maintained, and the inclination angle dependency of the measurement error of the pressure sensor is improved. Further, since the stresses other than the detection axis direction applied to the pressure sensitive element by the pair of first reaction force generation units are canceled out, a more accurate pressure sensor is obtained.

[適用例4]前記第2反力生成部は、前記感圧素子を挟んで一対に形成されたことを特徴とする適用例2または3に記載の圧力センサ。
これにより、一対の第2反力生成部が感圧素子に掛ける検出軸方向以外の方向の力が相殺されるため、より高精度な圧力センサとなる。特に本適用例と適用例2とを合わせた場合、感圧素子は検出軸方向以外の方向の力をほとんど受けなくなるので極めて高精度な圧力センサを構築できる。
Application Example 4 The pressure sensor according to Application Example 2 or 3, wherein the second reaction force generation unit is formed in a pair with the pressure-sensitive element interposed therebetween.
As a result, the force in the direction other than the detection axis direction applied by the pair of second reaction force generation units to the pressure sensitive element is canceled out, so that a pressure sensor with higher accuracy can be obtained. In particular, when the present application example and the application example 2 are combined, the pressure sensitive element hardly receives a force in a direction other than the detection axis direction, so that a highly accurate pressure sensor can be constructed.

[適用例5] 前記第1反力生成部、及び前記第2反力生成部は、前記ハウジングに固定された固定部を介して支持されるとともに、前記固定部は前記ハウジングの側面中央部に固定されたことを特徴とする適用例2乃至4のいずれか1例に記載の圧力センサ。   Application Example 5 The first reaction force generation unit and the second reaction force generation unit are supported via a fixing unit fixed to the housing, and the fixing unit is provided at the center of the side surface of the housing. The pressure sensor according to any one of Application Examples 2 to 4, wherein the pressure sensor is fixed.

これにより、ハウジング内部の構成要素とハウジングの材料が異なる場合でも、線膨張係数の違いによって生じる温度変化に伴う圧力の測定誤差を軽減することができる。   Thereby, even when the components inside the housing and the material of the housing are different, it is possible to reduce the measurement error of the pressure accompanying the temperature change caused by the difference in the linear expansion coefficient.

[適用例6]前記第1ウエイト、及び前記第2ウエイトの少なくともいずれか一つの表面には金属膜が配設されたことを特徴とする適用例2乃至5のいずれか1例に記載の圧力センサ。   [Application Example 6] Pressure according to any one of Application Examples 2 to 5, wherein a metal film is disposed on at least one surface of the first weight and the second weight. Sensor.

第1ウエイト、及び第2ウエイトの構築後、金属膜を配設することになるので、ウエイト側の重量を調節する機会が増えるとともに、適切な量の金属膜を配設することによりウエイト側の重量の微調整を行い、各ウエイトと各ダイアフラムとのバランス調整を容易に行うことができる。   Since the metal film is disposed after the construction of the first weight and the second weight, an opportunity to adjust the weight on the weight side is increased, and by arranging an appropriate amount of the metal film, the metal film is disposed on the weight side. By finely adjusting the weight, the balance between each weight and each diaphragm can be easily adjusted.

[適用例7]前記金属膜は、その一部または全部を剥ぎ取り可能であることを特徴とする適用例6に記載の圧力センサ。
金属膜の配設後、金属膜を剥ぎ取るので、ウエイト側の重量の調整する機会がさらに増えると共に、金属膜はレーザ等で剥ぎ取ることが可能なので、ハウジングがレーザを透過する材料であれば、圧力センサの構築後においてもウエイト側の重量の調整が可能となるため、圧力センサ歩留まりが向上する。
Application Example 7 The pressure sensor according to Application Example 6, wherein the metal film can be partially or completely peeled off.
Since the metal film is peeled off after the metal film is disposed, the weight side weight is further increased, and the metal film can be peeled off with a laser or the like. Since the weight on the weight side can be adjusted even after the pressure sensor is constructed, the pressure sensor yield is improved.

以下、本発明に係る圧力センサを図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, a pressure sensor according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .

第1実施形態に係る、圧力センサ10を図1に示す。第1実施形態に係る圧力センサ10は、相対圧を測定するものであり、ハウジング12、第1ダイアフラム14、第2ダイアフラム16、感圧素子18、第1反力生成部20、第2反力生成部22、固定部24を有する。   A pressure sensor 10 according to the first embodiment is shown in FIG. The pressure sensor 10 according to the first embodiment measures relative pressure, and includes a housing 12, a first diaphragm 14, a second diaphragm 16, a pressure-sensitive element 18, a first reaction force generator 20, and a second reaction force. A generation unit 22 and a fixing unit 24 are included.

ハウジング12は、内部を真空に封止して後述の各構成要素を収容するものである。これにより圧力センサ10は、感圧素子18のQ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサ10の長期安定性を確保することができる。   The housing 12 seals the inside to a vacuum and accommodates each component described later. As a result, the pressure sensor 10 can increase the Q value of the pressure-sensitive element 18 and ensure a stable resonance frequency, so that the long-term stability of the pressure sensor 10 can be ensured.

ハウジング12は、両端部が開口した筒型の形状を有しており、それぞれの開口部12a、12bに後述の第1ダイアフラム14、第2ダイアフラム16が接続される。またハウジング12の側面中央部にはハーメチック端子26が配設され、ハウジング12内部にある後述の感圧素子18からの配線(配線18c、配線20d、配線24c)と、ハウジング12外部にある感圧素子18の発振回路(不図示)からの配線(不図示)を接続することができる。ハウジング12の材料は、一定の剛性を有するものであればどのような材料でもよいが、線膨張係数の小さい金属もしくはセラミックとすることが望ましい。   The housing 12 has a cylindrical shape with both ends opened, and a first diaphragm 14 and a second diaphragm 16 described later are connected to the respective openings 12a and 12b. A hermetic terminal 26 is disposed at the center of the side surface of the housing 12, and wiring (wiring 18 c, wiring 20 d, wiring 24 c) from the pressure-sensitive element 18 described later inside the housing 12 and pressure-sensitive outside the housing 12. A wiring (not shown) from an oscillation circuit (not shown) of the element 18 can be connected. The material of the housing 12 may be any material as long as it has a certain rigidity, but is preferably a metal or ceramic having a small linear expansion coefficient.

第1ダイアフラム14、及び第2ダイアフラム16は、それぞれ外部に面した一面が受圧面となっており、前記受圧面が被測定圧力環境の圧力を受けて撓み変形し、ハウジング12内部側に撓み変形に係る応力を伝達するものである。また第1ダイアフラム14、及び第2ダイアフラム16は、外部からの圧力によって変位する中央領域14a、16aと、前記中央領域14a,16aの外周にあり、外部からの圧力により撓み変形する可撓部14b、16bと、前記可撓部14b、16bの外周にあり、ハウジング12と接合する外周部14c、16cと、を有している。第1ダイアフラム14の内側の中央領域14aは後述の感圧素子18の長手方向の一端18aと接続され、第2ダイアフラム16の中央領域16aは後述の第2反力生成部22の接続部材22dと接続される。第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16の材質は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものがよく、また、水晶のような単結晶体やその他の非結晶体でもよい。金属で形成する場合は、金属母材をプレス加工して形成してもよい。またフォトリソグラフィー技法とエッチング技法(以下、両者を併せてフォトリソ・エッチング加工と称す)とを用いて形成すればプレス加工における残留応力の発生が抑制され、感度のよいダイアフラムが形成される。水晶で形成する場合も同様にフォトリソ・エッチング加工により形成することが好適である。なお、ダイアフラムは、液体やガス等により腐食しないように、外部に露出する表面をコーティングしてもよい。例えば、金属製のダイアフラムであれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよいし、ダイアフラムが水晶のような圧電結晶体であれば珪素をコーティングすればよい。   The first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 each have a pressure-receiving surface that faces the outside, and the pressure-receiving surface is bent and deformed by receiving the pressure of the measured pressure environment, and is bent and deformed inside the housing 12. The stress which concerns on is transmitted. The first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 are center regions 14a and 16a that are displaced by pressure from the outside, and a flexible portion 14b that is located at the outer periphery of the center regions 14a and 16a and bends and deforms by pressure from the outside. 16b and outer peripheral portions 14c and 16c which are on the outer periphery of the flexible portions 14b and 16b and are joined to the housing 12. A central region 14a inside the first diaphragm 14 is connected to one end 18a in the longitudinal direction of a pressure sensitive element 18 described later, and a central region 16a of the second diaphragm 16 is connected to a connecting member 22d of a second reaction force generating unit 22 described later. Connected. The material of the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 is preferably excellent in corrosion resistance, such as a metal such as stainless steel or ceramic, and may be a single crystal such as quartz or other non-crystalline material. When forming with a metal, you may form by pressing a metal base material. Further, if it is formed by using a photolithography technique and an etching technique (hereinafter referred to as photolithography etching process together), the generation of residual stress in the press working is suppressed, and a sensitive diaphragm is formed. Similarly, in the case of forming with quartz, it is preferable to form by photolithography / etching. The diaphragm may be coated on the surface exposed to the outside so as not to be corroded by liquid or gas. For example, a nickel diaphragm may be coated with a nickel compound, and if the diaphragm is a piezoelectric crystal such as quartz, silicon may be coated.

感圧素子18は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用い、双音叉型圧電振動子、SAW共振子、厚みすべり振動子等として形成されたものである。感圧素子18は、その長手方向を第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16の変位方向と同軸になるように配置し、その変位方向を検出軸としている。   The pressure sensitive element 18 is formed as a double tuning fork type piezoelectric vibrator, a SAW resonator, a thickness shear vibrator, or the like using a piezoelectric material such as quartz, lithium niobate, or lithium tantalate. The pressure sensitive element 18 is arranged so that its longitudinal direction is coaxial with the displacement directions of the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16, and the displacement direction is used as a detection axis.

感圧素子18は上述の発振回路(不図示)と電気的に接続され、発振回路(不図示)から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動するものである。そして感圧素子18は、その長手方向から伸長応力または圧縮応力を受けることにより共振周波数が変動する。特に双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動腕(振動部)の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動腕(振動部)の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。なお、双音叉型圧電振動子の圧電基板としては温度特性に優れた水晶が望ましい。   The pressure-sensitive element 18 is electrically connected to the above-described oscillation circuit (not shown), and vibrates at an inherent resonance frequency by an alternating voltage supplied from the oscillation circuit (not shown). The pressure frequency of the pressure-sensitive element 18 fluctuates by receiving an elongation stress or a compressive stress from the longitudinal direction. In particular, the double tuning fork type piezoelectric resonator element has a very large change in resonance frequency with respect to elongation / compression stress and a wide variable range of resonance frequency compared to a thickness shear vibrator, etc., so it can be decomposed to detect a slight pressure difference. It is suitable for a pressure sensor that excels. When the double tuning fork type piezoelectric vibrator is subjected to an extension stress, the amplitude width of the vibrating arm (vibrating part) is reduced, so that the resonance frequency is increased. When the compressive stress is applied, the amplitude width of the vibrating arm (vibrating part) is increased. The resonance frequency is lowered. As the piezoelectric substrate of the double tuning fork type piezoelectric vibrator, quartz having excellent temperature characteristics is desirable.

感圧素子18の長手方向の一端18aは第1ダイアフラム14の中央領域14aに接続され、前記一端18aの反対側の他端18bは後述の第2反力生成部22に接続される。なお、図1で他端18bと第2ウエイト30は一体化している。また感圧素子18の一端18a側の配線18cは第1反力生成部20の作用点20c側にまで伸びている。よって感圧素子18はその長手方向を検出軸とし、力の検出方向と第1ダイアフラム14(第2ダイアフラム16)の変位方向とが同軸の関係となる。   One end 18a in the longitudinal direction of the pressure-sensitive element 18 is connected to the central region 14a of the first diaphragm 14, and the other end 18b on the opposite side of the one end 18a is connected to a second reaction force generator 22 described later. In FIG. 1, the other end 18b and the second weight 30 are integrated. Further, the wiring 18 c on the one end 18 a side of the pressure sensitive element 18 extends to the action point 20 c side of the first reaction force generation unit 20. Therefore, the pressure-sensitive element 18 has the longitudinal direction as a detection axis, and the force detection direction and the displacement direction of the first diaphragm 14 (second diaphragm 16) have a coaxial relationship.

固定部24は、ハウジング12の側面中央の内側(内壁)に固定された部材であって、固定部24には後述の第1反力生成部20の第1支点20aとなる第1突起部24a、及び第2反力生成部22の第2支点22aとなる第2突起部24bを有する。固定部24をハウジング12の側面中央の内壁に固定することにより、固定部24を含むハウジング12内部の構成要素とハウジング12の材料が異なる場合でも、線膨張係数の違いによって生じる温度変化に伴う圧力の測定誤差を軽減することができる。もちろんハウジング12と、ハウジング12内部の構成要素とが同じ材料であれば、固定部24はハウジング12の側面中央に固定する必要はない。なお、固定部24には配線24cが配設され、前記配線24cは第1突起部24aから固定部24のハウジング12との接続位置の外側にあるハーメチック端子26にまで延びている。   The fixing portion 24 is a member fixed to the inner side (inner wall) at the center of the side surface of the housing 12, and the fixing portion 24 includes a first protrusion 24 a serving as a first fulcrum 20 a of a first reaction force generating portion 20 described later. , And a second protrusion 24b serving as a second fulcrum 22a of the second reaction force generator 22. By fixing the fixing portion 24 to the inner wall at the center of the side surface of the housing 12, even when the components inside the housing 12 including the fixing portion 24 and the material of the housing 12 are different, the pressure due to the temperature change caused by the difference in the linear expansion coefficient The measurement error can be reduced. Of course, if the housing 12 and the components inside the housing 12 are the same material, the fixing portion 24 does not need to be fixed to the center of the side surface of the housing 12. The fixed portion 24 is provided with a wiring 24c, and the wiring 24c extends from the first protruding portion 24a to the hermetic terminal 26 outside the connection position of the fixed portion 24 with the housing 12.

第1反力生成部20は、第1ウエイト28を用いて、梃子の原理により第1ダイアフラム14の自重による力の方向と反対方向の力を第1ダイアフラム14に掛けるものである。第1反力生成部20は、第1突起部24aとの接続部分を第1支点20aとして第1突起部24aに保持されている。第1反力生成部20の第1力点20bには第1ウエイト28が配置される。なお図1において第1力点20bと第1ウエイト28は一体化している。そして第1反力生成部20の第1作用点20cは第1ダイアフラム14の内側の中央領域14a、または前記感圧素子18の前記一端18aに接続される。なお、第1支点20aと第1突起部24aとの接続位置、及び第1力点20bと第1ダイアフラム14との接続位置はそれぞれ細めに設計され、ある程度可動できるようになっている。これにより第1反力生成部20は第1支点20aを挟んで、梃子の原理により第1力点20bからの力の方向を反転させ第1作用点20cに伝達することができるとともに、感圧素子18(第1ダイアフラム14)が検出軸方向以外の方向の力を第1反力生成部20から受けることを抑制することができる。第1反力生成部20の第1力点20b側の長さ及び第1ウエイト28の重量は、第1力点20b側が有する第1支点20aに対する慣性モーメントと、第1作用点20c側の第1支点20aに対する慣性モーメントとが釣り合うように調整される。なお、第1反力生成部20において第1作用点20cから第1支点20aに掛けて配線20dが配設される。よって感圧素子は導通する配線18c、20d、24cを通じて外部にある発振回路(不図示)と電気的に接続される。なお、配線18c、20d、24cは、一端18a、第1反力生成部20、固定部24のそれぞれ裏面(不図示)にも配設されている。   The first reaction force generator 20 uses the first weight 28 to apply a force in the direction opposite to the direction of the force due to the weight of the first diaphragm 14 to the first diaphragm 14 according to the principle of leverage. The 1st reaction force generation part 20 is hold | maintained at the 1st projection part 24a by making the connection part with the 1st projection part 24a into the 1st fulcrum 20a. A first weight 28 is disposed at the first force point 20 b of the first reaction force generator 20. In FIG. 1, the first force point 20b and the first weight 28 are integrated. The first action point 20 c of the first reaction force generator 20 is connected to the central region 14 a inside the first diaphragm 14 or the one end 18 a of the pressure sensitive element 18. Note that the connection position between the first fulcrum 20a and the first protrusion 24a and the connection position between the first force point 20b and the first diaphragm 14 are designed to be narrow and movable to some extent. As a result, the first reaction force generating unit 20 can transmit the force direction from the first force point 20b to the first action point 20c by reversing the direction of the force from the first force point 20b with the first fulcrum 20a interposed therebetween, and the pressure sensitive element. It can suppress that 18 (1st diaphragm 14) receives the force of directions other than a detection-axis direction from the 1st reaction force production | generation part 20. FIG. The length of the first reaction force generator 20 on the first force point 20b side and the weight of the first weight 28 are the moment of inertia with respect to the first fulcrum 20a on the first force point 20b side and the first fulcrum on the first action point 20c side. Adjustment is made so that the moment of inertia relative to 20a is balanced. In the first reaction force generator 20, a wiring 20d is provided from the first action point 20c to the first fulcrum 20a. Therefore, the pressure sensitive element is electrically connected to an external oscillation circuit (not shown) through the conductive wirings 18c, 20d, and 24c. The wirings 18c, 20d, and 24c are also disposed on the back surfaces (not shown) of the one end 18a, the first reaction force generation unit 20, and the fixing unit 24, respectively.

第2反力生成部22は、第2ウエイト30を用いて、梃子の原理により第2ダイアフラム16の自重による力の方向と反対方向の力を第2ダイアフラム16に掛けるものである。第2反力生成部22は、第2ウエイト30、梃子部22e接続部材22dとから構成されている。梃子部22eは、第2突起部24bとの接続部分を第2支点22aとして第2突起部24bに保持されている。梃子部22eの第2力点22bには第2ウエイト30が接続され、梃子部22eの作用点22cにはカギ型に屈曲した接続部材22dが接続される。また接続部材22dは第2ダイアフラム16の中央領域16aに接続される。よって梃子部22eの作用点22cと、第2ダイアフラム16は、接続部材22dを介して接続されることになる。第2反力生成部22において、梃子部22eの第2支点22aと第2突起部24bとの接続位置、第2作用点22cと接続部材22dとの接続位置、第2力点22bと第2ウエイト30との接続位置はそれぞれ細めに設計され、ある程度可動できるようになっている。これにより第2反力生成部22(梃子部22e)は第2支点22aを挟んで、梃子の原理により第2力点22bからの力の方向を反転させ第2作用点22cに伝達することができるととともに、第2ウエイト30、すなわち、これと一体化した感圧素子18が検出軸方向以外の方向の力を第2反力生成部22から受けることを抑制することができる。第2反力生成部22の第2力点22b側の長さ、第2ウエイト30の重量、及び第2作用点22c側の第2支点22aからの長さは、第1力点20b側が有する第1支点22aに対する慣性モーメントと、第1作用点22c側の第1支点20aに対する慣性モーメントとが釣り合うように調整される。   The second reaction force generator 22 uses the second weight 30 to apply a force in the direction opposite to the direction of the force due to the weight of the second diaphragm 16 to the second diaphragm 16 according to the principle of leverage. The second reaction force generation unit 22 includes a second weight 30 and a lever portion 22e connecting member 22d. The insulator 22e is held by the second protrusion 24b with the connection portion with the second protrusion 24b as a second fulcrum 22a. A second weight 30 is connected to the second force point 22b of the lever portion 22e, and a connection member 22d bent in a key shape is connected to the action point 22c of the lever portion 22e. Further, the connection member 22 d is connected to the central region 16 a of the second diaphragm 16. Therefore, the action point 22c of the lever portion 22e and the second diaphragm 16 are connected via the connection member 22d. In the second reaction force generator 22, the connection position between the second fulcrum 22a and the second protrusion 24b of the lever 22e, the connection position between the second action point 22c and the connection member 22d, the second force point 22b and the second weight. Each of the connection positions with 30 is designed to be narrow and movable to some extent. As a result, the second reaction force generator 22 (insulator 22e) can invert the direction of the force from the second force point 22b and transmit it to the second action point 22c by sandwiching the second fulcrum 22a. In addition, the second weight 30, that is, the pressure sensitive element 18 integrated with the second weight 30, can be prevented from receiving a force in a direction other than the detection axis direction from the second reaction force generator 22. The length of the second reaction force generator 22 on the second force point 22b side, the weight of the second weight 30, and the length from the second fulcrum 22a on the second action point 22c side are the first force point on the first force point 20b side. Adjustment is made so that the moment of inertia with respect to the fulcrum 22a and the moment of inertia with respect to the first fulcrum 20a on the first action point 22c side are balanced.

感圧素子18(第2ウエイト30)、第1反力生成部20(第1ウエイト28)、第2反力生成部22、固定部24がそれぞれ水晶で形成されている場合、これらをフォトリソ・エッチング加工により一体として製造することが好適である。   When the pressure-sensitive element 18 (second weight 30), the first reaction force generation unit 20 (first weight 28), the second reaction force generation unit 22, and the fixing unit 24 are each formed of quartz, these are referred to as photolithographic It is preferable to manufacture as a single body by etching.

図2に第1実施形態におけるフォトリソ・エッチング加工の工程図を示す。
感圧素子18、第1反力生成部20、第2反力生成部22、固定部24をフォトリソ・エッチング加工により一体で形成する場合、まず図2に示すように、[1]材料となる母基板32を用意する、[2]母基板32の表面にポジ型のフォトレジスト34を塗布する、[3]感圧素子18、第1反力生成部20、第2反力生成部22、固定部24の形状に対応したフォトマスク36を用いて露光し、[4]前記フォトレジスト34を感光させる、[5]現像を行い感光したフォトレジスト34aを除去する、[6]母基板32が露出した領域を母基板32を貫通させるまでエッチングすることにより感圧素子18、第1反力生成部20、第2反力生成部22、固定部24を形成する、[7]フォトレジスト34を剥離する、というように工程[1]〜[7]なるプロセスを経ることになる。
FIG. 2 shows a process diagram of the photolithographic etching process in the first embodiment.
When the pressure-sensitive element 18, the first reaction force generation unit 20, the second reaction force generation unit 22, and the fixing unit 24 are integrally formed by photolithography / etching, first, as shown in FIG. Prepare a mother substrate 32, [2] apply a positive photoresist 34 to the surface of the mother substrate 32, [3] a pressure sensitive element 18, a first reaction force generator 20, a second reaction force generator 22, Exposure is performed using a photomask 36 corresponding to the shape of the fixing portion 24, [4] the photoresist 34 is exposed, [5] development is performed, and the exposed photoresist 34a is removed. [6] a mother substrate 32 is provided. The exposed region is etched until it penetrates the mother substrate 32 to form the pressure sensitive element 18, the first reaction force generation unit 20, the second reaction force generation unit 22, and the fixing unit 24. [7] The photoresist 34 is formed. Peeling, and so on 1] it goes through to [7] becomes process.

そして感圧素子18、第1反力生成部20、第2反力生成部22、固定部24が一体となった状態で固定部をハウジング12の内壁に固定し、ハウジング12の開口部12aを第1ダイアフラム14の周縁部14cと接続し、中央領域14aと感圧素子18の一端18aと接合し、開口部12bを第2ダイアフラム16の周縁部16cと接続し、中央領域16aを第2反力生成部22の接続部材22dと接続する。最後にハウジング12に形成した真空封止穴12cから空気を吸引して封止することにより第1実施形態に係る圧力センサ10が構築される。   Then, in a state where the pressure sensitive element 18, the first reaction force generation unit 20, the second reaction force generation unit 22, and the fixing unit 24 are integrated, the fixing unit is fixed to the inner wall of the housing 12, and the opening 12 a of the housing 12 is formed. It connects with the peripheral part 14c of the 1st diaphragm 14, joins the center area | region 14a and the one end 18a of the pressure-sensitive element 18, connects the opening part 12b with the peripheral part 16c of the 2nd diaphragm 16, and the center area | region 16a is made into 2nd reaction. It connects with the connection member 22d of the force generation part 22. Finally, the pressure sensor 10 according to the first embodiment is constructed by sucking air from the vacuum sealing hole 12c formed in the housing 12 and sealing it.

このように構築された圧力センサ10を端的に見ると、筒型のハウジング12の両端の開口部(開口部12a、開口部12b)を封止するダイアフラム(第1ダイアフラム14、第2ダイアフラム16)と、力の検出方向を検出軸とし、長手方向の両端を前記ダイアフラムに接続した(一端は第2反力生成部22を介して接続した)感圧素子18と、を有する圧力センサ10であって、前記ダイアフラムに接続され、梃子の原理により前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに掛ける反力生成部(第1反力生成部20、第2反力生成部22)を有する圧力センサ10、と見ることができる。これによりダイアフラムは、ダイアフラムが受ける重力と反対方向からの力を反力生成部から受けるため、重力によるダイアフラムの変位は低減され、これに伴い、前記変位に起因する感圧素子への応力も低減される。よって重力に起因する圧力誤差を低減した圧力センサ10となることが理解できる。   When the pressure sensor 10 constructed in this way is viewed directly, the diaphragms (first diaphragm 14 and second diaphragm 16) that seal the openings (opening 12 a and opening 12 b) at both ends of the cylindrical housing 12. A pressure sensor 10 having a detection axis as a detection axis and both ends in the longitudinal direction connected to the diaphragm (one end connected via the second reaction force generator 22). And a reaction force generation unit (first reaction force generation unit 20 and second reaction force generation unit 22) that is connected to the diaphragm and applies a force in a direction opposite to the gravity that the diaphragm receives on the basis of the principle of leverage. It can be seen as a pressure sensor 10. As a result, the diaphragm receives a force from the reaction force generating portion in the opposite direction to the gravity received by the diaphragm, so that the displacement of the diaphragm due to the gravity is reduced, and accordingly, the stress to the pressure sensitive element due to the displacement is also reduced. Is done. Therefore, it can be understood that the pressure sensor 10 has a reduced pressure error due to gravity.

第1実施形態に係る圧力センサ10において、第1ダイアフラム14が受けた圧力により感圧素子18は第1ダイアフラム14から押し出される方向に力が掛かり、第2ダイアフラム16が受けた圧力により感圧素子18は第2ダイアフラム16に引き寄せられる方向に力が掛かる。よって、第1ダイアフラム及び第2ダイアフラムが感圧素子18に与える力が同じ場合には、感圧素子18は、その位置は移動するものの何ら応力が掛かることは無い。そして第1ダイアフラム14側の圧力が高い場合は、感圧素子18には圧縮応力が掛かり、第2ダイアフラム16側の圧力が高い場合は、感圧素子18には伸長応力が掛かることになる。よって、第1実施形態に係る圧力センサ10は第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16の圧力差を検知する相対圧を測定することができる。また感圧素子18の検出軸と第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16の変位方向が同軸上に並ぶため第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16の圧力差を正確に測定することができる。   In the pressure sensor 10 according to the first embodiment, the pressure-sensitive element 18 is pressed in the direction pushed out from the first diaphragm 14 by the pressure received by the first diaphragm 14, and the pressure-sensitive element is generated by the pressure received by the second diaphragm 16. A force is applied in the direction in which 18 is attracted to the second diaphragm 16. Therefore, when the force applied to the pressure sensitive element 18 by the first diaphragm and the second diaphragm is the same, the pressure sensitive element 18 does not receive any stress although its position moves. When the pressure on the first diaphragm 14 side is high, compressive stress is applied to the pressure sensitive element 18, and when the pressure on the second diaphragm 16 side is high, extension stress is applied to the pressure sensitive element 18. Therefore, the pressure sensor 10 according to the first embodiment can measure the relative pressure for detecting the pressure difference between the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16. Further, since the detection axis of the pressure-sensitive element 18 and the displacement directions of the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 are coaxially arranged, the pressure difference between the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 can be accurately measured.

ところで、第1ダイアフラム14側を上にし、第2ダイアフラム16側を下にした場合には、第1ダイアフラム14は自重によりハウジング12内部側に変位し、第2ダイアフラム16は自重によりダイアフラム12外部側に変位し、また第1ダイアフラム14側を下にし、第2ダイアフラム16側を上にした場合には、第1ダイアフラム14は自重によりハウジング12外部側に変位し、第2ダイアフラム16は自重によりハウジング12内部側に変位するとも思われる。   By the way, when the first diaphragm 14 side is up and the second diaphragm 16 side is down, the first diaphragm 14 is displaced to the inside of the housing 12 by its own weight, and the second diaphragm 16 is outside the diaphragm 12 by its own weight. When the first diaphragm 14 side is down and the second diaphragm 16 side is up, the first diaphragm 14 is displaced to the outside of the housing 12 by its own weight, and the second diaphragm 16 is housing by its own weight. 12 seems to be displaced inward.

しかし、第1ウエイト28は第1ダイアフラム14が受ける重力による撓み変形の応力及び感圧素子18が受ける重力を足し合わせた合力と常に逆方向の力を与えて釣り合いをとり、第2ウエイト30は第2ダイアフラム16が受ける重力による撓み変形の応力から感圧素子18が受ける重力を差し引いて得られる合力と常に逆方向の力を与えて釣り合いをとるため、第1ダイアフラム14及び、第2ダイアフラム16が受ける重力による変位が相殺されるとともに、感圧素子18に第1ダイアフラム14及び第2ダイアフラム16が受ける重力に係る応力が相殺される。よって感圧素子18は第1ダイアフラム14と第2ダイアフラム16との圧力差のみを検出し、重力加速度の掛かりかたの変化、及びこれによって発生する振動の影響を低減した圧力センサ10となる。   However, the first weight 28 is always balanced by applying a force in the opposite direction to the combined force of the bending deformation stress received by the first diaphragm 14 and the gravity received by the pressure-sensitive element 18, and the second weight 30 is In order to balance the resultant force obtained by subtracting the gravity received by the pressure-sensitive element 18 from the stress of the bending deformation caused by the gravity received by the second diaphragm 16, the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 are balanced. The displacement due to the gravitational force received by the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 is canceled by the pressure-sensitive element 18. Therefore, the pressure-sensitive element 18 detects only the pressure difference between the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 and becomes the pressure sensor 10 in which the change in the method of applying gravitational acceleration and the influence of vibrations generated thereby are reduced.

第2実施形態に係る圧力センサ40を図3に示す。第2実施形態に係る圧力センサ40は、第1実施形態における第1反力生成部20(第1ウエイト28)、及び第2反力生成部22がそれぞれ一対形成された構成を有する。これに伴い固定部24も一対形成された構成を有する。第1反力生成部20、42、第2反力生成部22、44及び固定部24、46はそれぞれ感圧素子18を挟み、左右対称に形成されている。   FIG. 3 shows a pressure sensor 40 according to the second embodiment. The pressure sensor 40 according to the second embodiment has a configuration in which a pair of the first reaction force generation unit 20 (first weight 28) and the second reaction force generation unit 22 in the first embodiment are formed. Along with this, a pair of fixing portions 24 are also formed. The first reaction force generation units 20 and 42, the second reaction force generation units 22 and 44, and the fixing units 24 and 46 are symmetrically formed with the pressure sensitive element 18 interposed therebetween.

固定部46は感圧素子18の長手方向を中心線として固定部24と対称に配置されてハウジング12の側面中央部の内壁に接続され、第1突起46a及び第2突起46bが形成されている。第1突起46aは第1反力生成部42の第1支点42aに接続され、第2突起46bは第2反力生成部44の梃子部44fの第2支点44aに接続される。   The fixing portion 46 is disposed symmetrically with the fixing portion 24 with the longitudinal direction of the pressure-sensitive element 18 as the center line, and is connected to the inner wall of the central portion of the side surface of the housing 12 to form a first protrusion 46a and a second protrusion 46b. . The first protrusion 46 a is connected to the first fulcrum 42 a of the first reaction force generator 42, and the second protrusion 46 b is connected to the second fulcrum 44 a of the lever part 44 f of the second reaction force generator 44.

第1反力生成部42は感圧素子18の長手方向を中心線として第1反力生成部20と対称に配置されている。第1反力生成部42の第1力点42bには第1ウエイト54が配置され、第1力点42b及び第1ウエイト54は一体化している。第1反力生成部42の作用点42cは感圧素子18の一端18aと接続される。   The first reaction force generator 42 is arranged symmetrically with the first reaction force generator 20 with the longitudinal direction of the pressure sensitive element 18 as the center line. A first weight 54 is disposed at the first force point 42b of the first reaction force generator 42, and the first force point 42b and the first weight 54 are integrated. The action point 42 c of the first reaction force generator 42 is connected to one end 18 a of the pressure sensitive element 18.

第2反力生成部44は、感圧素子18の長手方向を中心線として第2反力生成部22と対称に配置される。第2反力生成部44は、第2反力生成部22と同様に、第2ウエイト44e、梃子部44f、接続部材44dから構成され、第2反力生成部22と同様に固定部46に接続される。   The second reaction force generation unit 44 is arranged symmetrically with the second reaction force generation unit 22 with the longitudinal direction of the pressure sensitive element 18 as a center line. Similar to the second reaction force generation unit 22, the second reaction force generation unit 44 includes a second weight 44e, a lever portion 44f, and a connection member 44d. Connected.

第2反力生成部44の梃子部44fの第2力点44bには第2ウエイト44eが配置され、第2力点44b及び第2ウエイト44eは一体化している。さらに第2ウエイト44eは第2ウエイト30と一体化している。また梃子部44fの作用点44cにはカギ型の形状を有する接続部材44dが接続され、接続部材44dは第2ダイアフラム16の中央領域16aと接続されるとともに、接続部材22dと一体化している。   A second weight 44e is disposed at the second force point 44b of the lever portion 44f of the second reaction force generation unit 44, and the second force point 44b and the second weight 44e are integrated. Further, the second weight 44 e is integrated with the second weight 30. A connection member 44d having a key shape is connected to the action point 44c of the lever portion 44f. The connection member 44d is connected to the central region 16a of the second diaphragm 16 and is integrated with the connection member 22d.

第1反力生成部42(第1ウエイト54)、第2反力生成部44、及び固定部46は、感圧素子18(第2ウエイト30、44e)、第1反力生成部20(第1ウエイト28)、第2反力生成部22、及び固定部24と同一平面上に形成されるので、これらを一体でフォトリソ・エッチング加工により形成することが好適である。   The first reaction force generation unit 42 (first weight 54), the second reaction force generation unit 44, and the fixing unit 46 include the pressure sensitive element 18 (second weights 30, 44e) and the first reaction force generation unit 20 (first reaction force generation unit 20). Since the first weight 28), the second reaction force generating portion 22, and the fixing portion 24 are formed on the same plane, it is preferable to integrally form them by photolithography and etching.

図4、図5に第2実施形態におけるフォトリソ・エッチング加工の工程図を示す。
感圧素子18、第1反力生成部20、42、第2反力生成部22、44、固定部24、46をフォトリソ・エッチング加工により一体で形成する場合、図4に示すように、[1]材料となる母基板48を用意する、[2]母基板48の表面にポジ型のフォトレジスト50を塗布する、[3]感圧素子18、第1反力生成部20、42、第2反力生成部22、44、固定部24、46の形状に対応したフォトマスク52を用いて露光し、[4]前記フォトレジスト48を感光させる、[5]現像を行い感光したフォトレジスト50aを除去する、[6]母基板48が露出した領域を母基板48を貫通させるまでエッチングすることにより感圧素子18、第1反力生成部20、42、第2反力生成部22、44、固定部24、46を形成する、[7]フォトレジスト50を剥離する、というように工程[1]〜[7]なるプロセスを経ることになる。以下、第1実施形態と同様のプロセスを経ることによって第2実施形態に係る圧力センサ40が構築される。なお、第1実施形態において配線18c、20d、24cは感圧素子18、第1反力生成部20、固定部24において表面と裏面に形成し、2つの配線を感圧素子18から外部に接続していたが、第2実施形態においては、図2の破線で示すように同じ面上に2つの配線を形成し、一方を感圧素子から第1反力生成部42、固定部46を通じて配線し、固定部46とハウジング12との接続箇所の反対側にハーメチック端子26を取り付けて外部と電気的に接続してもよい。
4 and 5 show process diagrams of photolithography / etching in the second embodiment.
When the pressure sensitive element 18, the first reaction force generation units 20 and 42, the second reaction force generation units 22 and 44, and the fixing units 24 and 46 are integrally formed by photolithography and etching, as shown in FIG. 1) Prepare a mother substrate 48 as a material, [2] Apply a positive photoresist 50 on the surface of the mother substrate 48, [3] Pressure-sensitive element 18, first reaction force generators 20, 42, first 2 Exposure is performed using a photomask 52 corresponding to the shapes of the reaction force generation units 22 and 44 and the fixing units 24 and 46, [4] the photoresist 48 is exposed, and [5] development and exposure of the photoresist 50a. [6] The region where the mother substrate 48 is exposed is etched until it penetrates the mother substrate 48, whereby the pressure-sensitive element 18, the first reaction force generators 20, 42, and the second reaction force generators 22, 44 are removed. Forming the fixing parts 24, 46, [ ] Peeling the photoresist 50, the process and so [1] - goes through [7] becomes processes. Hereinafter, the pressure sensor 40 according to the second embodiment is constructed through a process similar to that of the first embodiment. In the first embodiment, the wirings 18c, 20d, and 24c are formed on the front and back surfaces of the pressure sensitive element 18, the first reaction force generating unit 20, and the fixing unit 24, and the two wirings are connected to the outside from the pressure sensitive element 18. However, in the second embodiment, two wirings are formed on the same surface as shown by a broken line in FIG. 2, and one is wired from the pressure sensitive element through the first reaction force generation unit 42 and the fixing unit 46. Then, the hermetic terminal 26 may be attached to the opposite side of the connecting portion between the fixed portion 46 and the housing 12 and electrically connected to the outside.

第2実施形態に係る圧力センサ40において、感圧素子18の検出軸上に無い第1ウエイト28に対して、感圧素子18を挟んで対称な位置にもうひとつの第1ウエイト52が配置されるため、第1ダイアフラム14側の重力バランスが保たれ、圧力センサ40の測定誤差の傾斜角依存性が改善される。さらに一対の第1反力生成部20、42が感圧素子18に掛ける検出軸方向以外の応力が相殺されるため、より高精度な圧力センサ40となる。さらに、一対の第2反力生成部22、44が感圧素子18に掛ける検出軸方向以外の方向の力も相殺されるため、より高精度な圧力センサ40となる。このように第1反力生成部20、42及び第2反力生成部22、44をそれぞれ一対設けることにより、感圧素子18は検出軸方向以外の方向の力をほとんど受けなくなるので極めて高精度な圧力センサ40を構築できる。   In the pressure sensor 40 according to the second embodiment, another first weight 52 is arranged at a symmetrical position with respect to the first weight 28 not on the detection axis of the pressure sensitive element 18 with the pressure sensitive element 18 interposed therebetween. Therefore, the gravity balance on the first diaphragm 14 side is maintained, and the inclination angle dependency of the measurement error of the pressure sensor 40 is improved. Furthermore, since the stresses other than the direction of the detection axis applied to the pressure sensitive element 18 by the pair of first reaction force generation units 20 and 42 are canceled out, the pressure sensor 40 is more highly accurate. Further, since the force in the direction other than the detection axis direction applied to the pressure sensitive element 18 by the pair of second reaction force generation units 22 and 44 is also canceled, the pressure sensor 40 is more highly accurate. By providing a pair of the first reaction force generators 20 and 42 and the second reaction force generators 22 and 44 in this way, the pressure sensitive element 18 hardly receives a force in a direction other than the detection axis direction, so that it has extremely high accuracy. A simple pressure sensor 40 can be constructed.

図6に第1実施形態及び第2実施形態の変形例を示す。図6(a)は第1実施形態の変形例、図6(b)は第2実施形態の変形例である。第1実施形態及び第2実施形態に係る圧力センサ10、40において、第2ウエイト30、44eは感圧素子18と一体化した構成であったが、第1ウエイト28、54と同様に、感圧素子18から分離した構成とすることができる。   FIG. 6 shows a modification of the first embodiment and the second embodiment. FIG. 6A shows a modification of the first embodiment, and FIG. 6B shows a modification of the second embodiment. In the pressure sensors 10 and 40 according to the first embodiment and the second embodiment, the second weights 30 and 44e are configured to be integrated with the pressure-sensitive element 18, but in the same manner as the first weights 28 and 54, A configuration separated from the pressure element 18 can be adopted.

図6(a)において固定部60はハウジング12の側面の中央部の内壁に固定され、第1反力生成部20と第2反力生成部58との間で対称な形に形成され、第1突起60a及び第2突起60bが形成されている。第1突起60aは第1反力生成部20の第1支点20aと接続され、第2突起60bは第2反力生成部58の第2支点58aと接続される。   6A, the fixing portion 60 is fixed to the inner wall of the central portion of the side surface of the housing 12, and is formed in a symmetrical shape between the first reaction force generation portion 20 and the second reaction force generation portion 58. A first protrusion 60a and a second protrusion 60b are formed. The first protrusion 60 a is connected to the first fulcrum 20 a of the first reaction force generator 20, and the second protrusion 60 b is connected to the second fulcrum 58 a of the second reaction force generator 58.

第1反力生成部20の第1力点20bには第1ウエイト28が配置され、第1力点20b及び第1ウエイト28は一体化している。第1反力生成部20の作用点20cは感圧素子18の一端18aと接続される。
第2反力生成部58の第2力点58bには第2ウエイト62が配置され、第2力点58b及び第2ウエイト62は一体化している。第2反力生成部58の作用点58cは感圧素子18の他端18bと接続される。
A first weight 28 is disposed at the first force point 20b of the first reaction force generator 20, and the first force point 20b and the first weight 28 are integrated. The action point 20 c of the first reaction force generator 20 is connected to one end 18 a of the pressure sensitive element 18.
A second weight 62 is disposed at the second force point 58b of the second reaction force generator 58, and the second force point 58b and the second weight 62 are integrated. The action point 58 c of the second reaction force generator 58 is connected to the other end 18 b of the pressure sensitive element 18.

図6(b)おいて、固定部66は感圧素子18を中心線として固定部60と対称な配置でハウジング12の側面中央部の内壁に接続されている。固定部66には第1突起66a及び第2突起66bが形成されている。第1突起66aは第1反力生成部42の第1支点42aに接続され、第2突起66bは第2反力生成部64の第2支点64aに接続される。   In FIG. 6B, the fixing portion 66 is connected to the inner wall of the central portion of the side surface of the housing 12 in a symmetrical arrangement with the fixing portion 60 with the pressure sensitive element 18 as the center line. A first protrusion 66 a and a second protrusion 66 b are formed on the fixing portion 66. The first protrusion 66 a is connected to the first fulcrum 42 a of the first reaction force generator 42, and the second protrusion 66 b is connected to the second fulcrum 64 a of the second reaction force generator 64.

第1反力生成部42は、感圧素子18の長手方向を中心線として第1反力生成部20と対称に配置されている。第1反力生成部42の第1力点42bには第1ウエイト54が配置され、第1力点42b及び第1ウエイト54は一体化している。第1反力生成部42の作用点42cは感圧素子18の一端18aと接続される。   The first reaction force generation unit 42 is arranged symmetrically with the first reaction force generation unit 20 with the longitudinal direction of the pressure sensitive element 18 as the center line. A first weight 54 is disposed at the first force point 42b of the first reaction force generator 42, and the first force point 42b and the first weight 54 are integrated. The action point 42 c of the first reaction force generator 42 is connected to one end 18 a of the pressure sensitive element 18.

第2反力生成部66は、感圧素子18の長手方向を中心線として第2反力生成部58と対称に配置されている。第2反力生成部66の第2力点66bには第2ウエイト68が配置され、第2力点66b及び第2ウエイト68は一体化している。第2反力生成部66の作用点66cは感圧素子18の他端18bと接続される。   The second reaction force generator 66 is disposed symmetrically with the second reaction force generator 58 with the longitudinal direction of the pressure sensitive element 18 as the center line. A second weight 68 is disposed at the second force point 66b of the second reaction force generator 66, and the second force point 66b and the second weight 68 are integrated. The action point 66 c of the second reaction force generator 66 is connected to the other end 18 b of the pressure sensitive element 18.

そして感圧素子18の他端18bは第2ダイアフラム16の中央領域16aに接続される。なお、第1作用点20c及び第1作用点42cは、第1ダイアフラム14の中央領域14aに接続し、第2作用点58c及び第2作用点66cは、第2ダイアフラム16の中央領域16aに接続するように構成してもよい。   The other end 18 b of the pressure sensitive element 18 is connected to the central region 16 a of the second diaphragm 16. The first action point 20c and the first action point 42c are connected to the center area 14a of the first diaphragm 14, and the second action point 58c and the second action point 66c are connected to the center area 16a of the second diaphragm 16. You may comprise.

このように構成することにより、第1実施形態及び第2実施形態の変形例に係る圧力センサ10、40は、筒型のハウジング12の両端の開口部(開口部12a、開口部12b)を封止するダイアフラム(第1ダイアフラム14、第2ダイアフラム16)と、力の検出方向を検出軸とし、長手方向の両端を前記ダイアフラムに接続した感圧素子18と、を有する圧力センサ10、40であって、前記ダイアフラムに接続され、梃子の原理により前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに掛ける反力生成部(第1反力生成部20、42、第2反力生成部58、66)を有するものとなる。なお、上記変形例の製造方法はそれぞれ第1実施形態、第2実施形態と同様であるので説明を省略する。
図6(a)の変形例に係る効果は、基本的に第1実施形態と同様であり、図6(b)の変形例に係る効果は、基本的に第2実施形態と同様である。
With this configuration, the pressure sensors 10 and 40 according to the modification of the first embodiment and the second embodiment seal the openings (opening 12a and opening 12b) at both ends of the cylindrical housing 12. Pressure sensors 10 and 40 having diaphragms to be stopped (first diaphragm 14 and second diaphragm 16) and pressure-sensitive elements 18 having the detection direction of force as a detection axis and both ends in the longitudinal direction connected to the diaphragm. The reaction force generators (first reaction force generators 20, 42, second reaction force generators 58, 58) that are connected to the diaphragm and apply a force in the opposite direction to the gravity that the diaphragm receives on the principle of the lever. 66). In addition, since the manufacturing method of the said modification is the same as that of 1st Embodiment and 2nd Embodiment, respectively, description is abbreviate | omitted.
The effect according to the modified example of FIG. 6A is basically the same as that of the first embodiment, and the effect according to the modified example of FIG. 6B is basically the same as that of the second embodiment.

第1実施形態及び第2実施形態おいて、図1、図3、図6に示すように、第1ウエイト28、54、第2ウエイト30、44e、62、68の表面にはAu等の金属膜56を配設することができる。Au等の金属膜56は第1ウエイト28、52、第2ウエイト30、44eの表面の形状に対応したマスク(不図示)を各ウエイト上に載せ、スパッタ等により形成することができる。このとき金属膜56は第1ウエイト28、54、第2ウエイト30、44eの片面若しくは両面いずれに配設してもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIGS. 1, 3 and 6, the surface of the first weights 28 and 54 and the second weights 30, 44e, 62 and 68 is made of a metal such as Au. A membrane 56 can be provided. The metal film 56 of Au or the like can be formed by sputtering on a mask (not shown) corresponding to the shape of the surface of the first weights 28 and 52 and the second weights 30 and 44e. At this time, the metal film 56 may be disposed on one side or both sides of the first weights 28 and 54 and the second weights 30 and 44e.

これにより、第1ウエイト28、54、第2ウエイト30、44e、62、68の構築後、金属膜56を配設することになるので、第1ウエイト側、第2ウエイト側の重量を調節する機会が増えるとともに、適切な量の金属膜56を配設することにより第1ウエイト側、第2ウエイト側の重量の微調整を行い、第1ダイアフラム14、及び第2ダイアフラム16の重力による撓み変形に起因する感圧素子に掛かる応力の低減を図ることができる。   As a result, the metal film 56 is disposed after the construction of the first weights 28 and 54 and the second weights 30, 44 e, 62 and 68, so the weights on the first weight side and the second weight side are adjusted. As the opportunity increases, the weights of the first weight side and the second weight side are finely adjusted by disposing an appropriate amount of the metal film 56, and the first diaphragm 14 and the second diaphragm 16 are deformed by gravity. It is possible to reduce the stress applied to the pressure sensitive element due to the above.

また、金属膜56はレーザ等を照射することにより、剥ぎ取ることが可能である。よって圧力センサ10、40全体が水晶のようにレーザ光を透過する材料で形成されている場合は、圧力センサ10、40の構築後においても第1ウエイト28、54、及び第2ウエイト30、44e、62、68の微調整が可能となり、圧力センサ10、40の歩留まりが向上する。   Further, the metal film 56 can be peeled off by irradiation with a laser or the like. Therefore, when the pressure sensors 10 and 40 are entirely made of a material that transmits laser light, such as quartz, the first weights 28 and 54 and the second weights 30 and 44e even after the pressure sensors 10 and 40 are constructed. , 62, 68 can be finely adjusted, and the yield of the pressure sensors 10, 40 is improved.

第1実施形態に係る圧力センサの模式図である。1 is a schematic diagram of a pressure sensor according to a first embodiment. 第1実施形態におけるフォトリソ・エッチング加工の工程図である。It is process drawing of the photolitho etching process in 1st Embodiment. 第2実施形態に係る圧力センサの模式図である。It is a schematic diagram of the pressure sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるフォトリソ・エッチング加工の工程図である。It is process drawing of the photolithography etching process in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるフォトリソ・エッチング加工の工程図である。It is process drawing of the photolithography etching process in 2nd Embodiment. 第1実施形態及び第2実施形態の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第1の従来技術に係る圧力センサの模式図である。It is a schematic diagram of the pressure sensor which concerns on a 1st prior art. 第2の従来技術に係る圧力センサの模式図である。It is a schematic diagram of the pressure sensor which concerns on a 2nd prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10………圧力センサ、12………ハウジング、14………第1ダイアフラム、16………第2ダイアフラム、18………感圧素子、20………第1反力生成部、22………第2反力生成部、24………固定部、26………ハーメチック端子、28………第1ウエイト、30………第2ウエイト、32………母基板、34………フォトレジスト、36………フォトマスク、40………圧力センサ、42………第1反力生成部、44………第2反力生成部、46………固定部、48………母基板、50………フォトレジスト、52………フォトマスク、54………第1ウエイト、56………金属膜、58………第2反力生成部、60………固定部、62………第2ウエイト、64………第2反力生成部、66………固定部、68………第2ウエイト、101………圧力センサ、102………圧力入力口、103………圧力入力口、104………筐体、105………力伝達手段、106………第1のベローズ、107………第2のベローズ、108………基板、109………双音叉型振動子、110………オイル、111………開口部、121………圧力センサ、122………双音叉振動子、123………水晶ダイアフラム、124………凹部、125………内部底面、126………力伝達用柱部、128………水晶ダイアフラム、129………凹部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Pressure sensor, 12 ......... Housing, 14 ......... 1st diaphragm, 16 ......... 2nd diaphragm, 18 ......... Pressure sensitive element, 20 ...... 1st reaction force production | generation part, 22 ... …… Second reaction force generator 24 …… Fixed part 26 ...... Hermetic terminal 28 …… First weight 30 …… Second weight 32 …… Mother substrate 34 …… Photoresist 36... Photomask 40... Pressure sensor 42... First reaction force generator 44... Second reaction force generator 46. Mother substrate, 50... Photoresist, 52... Photomask, 54... First weight, 56... Metal film, 58. 62 ......... Second weight, 64 ......... Second reaction force generating portion, 66 ......... Fixed portion, 68 ......... Second weight 101 ......... Pressure sensor, 102 ......... Pressure input port, 103 ......... Pressure input port, 104 ...... Case, 105 ...... Force transmitting means, 106 ...... First bellows, 107 ......... Second bellows, 108 ...... Substrate, 109 ...... Double tuning fork vibrator, 110 ......... Oil, 111 ......... Opening, 121 ......... Pressure sensor, 122 ...... Double tuning fork Resonator, 123... Quartz diaphragm, 124... Recess, 125... Internal bottom surface, 126... Force transmission column, 128.

Claims (7)

筒型のハウジングの両端の開口部を封止するダイアフラムと、
力の検出方向を検出軸とし、長手方向の両端を前記ダイアフラムに接続した感圧素子と、を有する圧力センサであって、
前記ダイアフラムに接続され、梃子の原理により前記ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記ダイアフラムに掛ける反力生成部を有することを特徴とする圧力センサ。
A diaphragm that seals the openings at both ends of the cylindrical housing;
A pressure sensor having a detection direction of force as a detection axis and a pressure sensitive element having both ends in the longitudinal direction connected to the diaphragm,
A pressure sensor, comprising: a reaction force generating unit that is connected to the diaphragm and applies a force on the diaphragm in a direction opposite to the gravity that the diaphragm receives according to the principle of an insulator.
筒型のハウジングと、
前記ハウジングの両端の開口部をそれぞれ封止する第1ダイアフラム、及び第2ダイアフラムと、
前記第1ダイアフラムに接続され、第1ウエイトを用いて梃子の原理により前記第1ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記第1ダイアフラムに掛ける第1反力生成部と、
前記第2ダイアフラムに接続され、第2ウエイトを用いて梃子の原理により前記第2ダイアフラムが受ける重力と反対方向の力を前記第2ダイアフラムに掛ける第2反力生成部と、
前記ハウジング内部に配置され、力の検出方向を検出軸とし、一端を前記第1ダイアフラムに接続し、他端を前記第2ウエイトに接続した感圧素子と、を有することを特徴とする圧力センサ。
A cylindrical housing;
A first diaphragm and a second diaphragm for sealing the openings at both ends of the housing;
A first reaction force generator connected to the first diaphragm and applying a force in a direction opposite to the gravity applied to the first diaphragm on the first diaphragm by the principle of an insulator using a first weight;
A second reaction force generator connected to the second diaphragm and applying a force in the direction opposite to the gravity applied to the second diaphragm on the second diaphragm according to the principle of lever by using a second weight;
A pressure sensor, which is disposed inside the housing, includes a pressure sensing element having a detection direction as a force detection axis, one end connected to the first diaphragm, and the other end connected to the second weight. .
前記第1反力生成部は、前記感圧素子を挟んで一対に形成されたことを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 2, wherein the first reaction force generation unit is formed in a pair with the pressure sensitive element interposed therebetween. 前記第2反力生成部は、前記感圧素子を挟んで一対に形成されたことを特徴とする請求項2または3に記載の圧力センサ。   4. The pressure sensor according to claim 2, wherein the second reaction force generation unit is formed in a pair with the pressure sensitive element interposed therebetween. 前記第1反力生成部、及び前記第2反力生成部は、前記ハウジングに固定された固定部を介してハウジングに固定されるとともに、前記固定部は前記ハウジングの側面中央部に固定されたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の圧力センサ。   The first reaction force generation part and the second reaction force generation part are fixed to the housing via a fixing part fixed to the housing, and the fixing part is fixed to the center of the side surface of the housing. The pressure sensor according to any one of claims 2 to 4, wherein the pressure sensor is provided. 前記第1ウエイト、及び前記第2ウエイトの少なくともいずれか一つの表面には金属膜が配設されたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の圧力センサ。   6. The pressure sensor according to claim 2, wherein a metal film is disposed on at least one surface of the first weight and the second weight. 7. 前記金属膜は、その一部または全部を剥ぎ取り可能であることを特徴とする請求項6に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 6, wherein a part or all of the metal film can be peeled off.
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