JP2014173976A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出する。
【解決手段】圧力センサ１は、内部にキャビティ１０を形成し、キャビティ１０と外部とを連通する連通開口１１を有する中空のセンサ本体３と、先端部４ｂが自由端かつ基端部４ａがセンサ本体３に片持ち状に支持された状態で連通開口１１を塞ぐように配置され、キャビティ１０とセンサ本体３の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバー４と、カンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部５と、圧力差を低下または撓み変形を抑制させるようにキャビティ１０の圧力を制御する圧力制御部６と、を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧力センサに関する。

従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、たとえば、透孔又は凹部を有する基板と、通気孔を有する収納容器と、収納容器内に配設され、透孔又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力変動と、この圧力変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力との差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。その結果、上記圧力センサは、圧電素子に生ずる電圧変化に基づいて、収納容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。

特開平４−２０８８２７号公報

ところで、上記従来技術に係る圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状や、透孔又は凹部の容積や、透孔又は凹部と外気との間を出入りする流量等に応じて変化する。しかしながら、圧電素子は、圧電体の両面に電極膜等を具備する両面電極構造を有するので、厚みを小さくすることによって大きな変形量を確保することが難しいという問題が生じる。これによって、共振周波数を低下させつつ感度を増大させることが困難であり、測定できる下限周波数を下げることが難しいうえ、例えば１Ｈｚ以下等の低周波帯域における所望の感度を確保することが難しいという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる圧力センサを提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る圧力センサは、圧力変動を検出する圧力センサであって、内部にキャビティを形成し、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持された状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、前記圧力差を低下または前記撓み変形を抑制させるように前記キャビティの圧力を制御する圧力制御手段と、を備える。

（２）上記（１）に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能なアクチュエータを備え、前記アクチュエータの変形を制御してもよい。

（３）上記（１）に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形または変位によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な可変部材と、駆動力の発生または変形によって前記可変部材を変形または変位させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータの駆動力の発生または変形を制御してもよい。

（４）上記（１）〜（３）の何れか一項に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、放熱または吸熱によって前記キャビティの温度を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な温度変更部を備え、前記温度変更部の放熱または吸熱を制御してもよい。

（５）上記（１）〜（４）の何れか一項に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記圧力差または前記撓み変形が所定上限値よりも大きい場合に、前記キャビティの圧力に対する制御状態を初期状態にリセットしてもよい。

本発明の一態様に係る圧力センサによれば、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる。

本発明の実施形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態および比較例に係る圧力センサのセンサ出力、キャビティの内圧、外圧と内圧との差圧およびキャビティ容積の変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態および比較例に係る圧力センサのセンサ感度を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧力センサの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る圧力センサの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第４変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第５変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第６変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第７変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施形態の第８変形例に係る圧力センサの圧力制御部の主要部の構成図である。

（圧力センサの構成）
以下、本発明の実施形態に係る圧力センサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサであり、適宜の圧力伝達媒体（例えば、空気などの気体や液体など）が存在する空間などに配置されている。
図１および図２に示すように、圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板２とセンサ本体３とを一体的に固定した形状からなり、ＳＯＩ基板２に形成されたカンチレバー４と、カンチレバー４に接続されてカンチレバー４の変位を測定する変位検出部５と、圧力制御部６と、を備えている。

ＳＯＩ基板２は、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせて形成されている。
センサ本体３は、例えば樹脂材で構成された中空の箱型の形状を有し、内部に形成されたキャビティ１０と、キャビティ１０と外部とを連通する連通開口１１と、を備えている。センサ本体３は、キャビティ１０として機能する凹部１０ａを備え、この凹部１０ａの開口をキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１としている。これに伴い、例えば、ＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃには、センサ本体３の連通開口１１に臨んで連通する連通開口２Ａが形成されている。

カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃからなり、平板状のシリコン活性層２ｃからカンチレバー４と枠部１２とを形成するようにギャップ１３を切り出すことによって形成されている。カンチレバー４は、基端部４ａを固定端とし、先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造を形成し、基端部４ａを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差（つまりギャップ１３を介してキャビティ１０の内部と外部との間を流通可能な圧力伝達媒体による圧力の差）に応じて撓み変形可能とされている。
カンチレバー４の基端部４ａには、該カンチレバー４が撓み変形し易くなるようにして、貫通孔１５が形成されている。

変位検出部５は、カンチレバー４の基端部４ａの表面上に設けられたピエゾ抵抗２０と、ピエゾ抵抗２０に接続された配線部２１と、カンチレバー４の変位を検出する検出回路２２と、を備えている。
ピエゾ抵抗２０は、カンチレバー４の撓み量（変位量）に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子であり、図１におけるカンチレバー４の短手方向において、貫通孔１５を挟んだ両側に対となって配置されている。これら一対のピエゾ抵抗２０は、導電性材料からなる配線部２１を介して相互に電気的に接続されている。検出回路２２は一対のピエゾ抵抗２０に接続され、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化に基づいてカンチレバー４の変位を検出する。

この変位検出部５において、検出回路２２を通じてピエゾ抵抗２０に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、貫通孔１５を回り込むようにして、一方のピエゾ抵抗２０から配線部２１を経由して他方のピエゾ抵抗２０に流れる。これによって、検出回路２２は、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化するピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化を電気的な出力信号として取り出すことが可能である。変位検出部５は、この出力信号（センサ出力）に基づいて、カンチレバー４の変位を測定可能であり、キャビティ１０の内部と外部との間に発生した圧力差を検出する。

なお、ピエゾ抵抗２０は、例えばリンなどのドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法などの各種の方法によりドーピングされることで形成される。また、双方のピエゾ抵抗２０は配線部２１のみで電気的に導通するように形成されている。これによって、カンチレバー４周囲のシリコン活性層２ｃは、配線部２１以外でピエゾ抵抗２０双方が導通しないよう、エッチングされている。
また、ピエゾ抵抗２０は、圧電薄膜であってもよい。この場合、カンチレバー４の基端部４ａに加わる応力に応じて、起電力が発生する。検出回路２２は、この起電力を検出することで、カンチレバー４の変位を検出する。

圧力制御部６は、所定値記憶部２３と、比較回路２４と、信号処理回路２５と、駆動回路２６と、駆動回路２６から出力される信号に応じて駆動されることによってキャビティ１０の内部の圧力を変更する内圧変更部２７と、を備えている。

所定値記憶部２３は、カンチレバー４の変位に対する目標値とされる所定値を記憶している。所定値記憶部２３に記憶されている所定値は、例えばキャビティ１０の内部と外部との間の圧力差がゼロ（またはゼロを含む所定値以下）である場合または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無い場合（または撓み変形が所定程度以下である場合）に、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値などである。なお、所定値記憶部２３に記憶されている所定値は、圧力センサ１の状態などに応じて適宜に変更されてもよい。
比較回路２４は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値と、所定値記憶部２３に記憶されている所定値とを比較し、比較結果（例えば、検出値と所定値との差など）を出力する。

信号処理回路２５は、比較回路２４から出力された比較結果に基づき、検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させるようにして、フィードバック制御などを行ない、この検出値を所定値に追従させるために必要とされる指令値（例えば、キャビティ１０の内部の圧力に対する指令値など）を出力する。つまり、この指令値は、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力差または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形を、ゼロに向かい低下させることを指示する。

なお、信号処理回路２５は、指令値が所定の上限値を超えた場合、または指令値に応じて後述する駆動回路２６から内圧変更部２７に出力される駆動出力の値が所定上限値を超える場合には、内圧変更部２７によるキャビティ１０の内部の圧力に対する制御状態を所定の初期状態に戻すことを指示するリセット信号を出力する。
また、信号処理回路２５は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値が、所定の下限閾値を超えた場合、または所定の許容範囲内の値となった場合、または所定条件を満たした場合などにおいて、圧力制御部６による制御動作を許可し、この制御動作を開始する。

駆動回路２６は、信号処理回路２５から出力された指令値に応じて内圧変更部２７を作動させるための信号（駆動出力）を出力する。
内圧変更部２７は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた板状の圧電アクチュエータ３１を備えている。圧電アクチュエータ３１は、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられている。圧電アクチュエータ３１は、例えばピエゾアクチュエータなどであって、駆動回路２６から出力された信号に応じて、キャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形する。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値記憶部２３に記憶されている所定値に追従させる。

（圧力センサの動作）
まず、上述した圧力センサ１を用いて、微小な圧力変動を検出する場合について、図３を用いて説明する。なお、図３においては、上述した本実施形態と、本実施形態の圧力センサ１から圧力制御部６が省略された比較例とに対して、センサ出力、キャビティ１０の内圧、外圧と内圧との差圧およびキャビティ容積の変化を示した。

先ず、図３に示す時刻ｔ１以前の期間のように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外圧）と、キャビティ１０の内部の圧力（以下、内圧）との圧力差がゼロである場合には、カンチレバー４は圧力差によって撓み変形せず、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値は所定値である。
そして、時刻ｔ１以降の期間のように、外圧が上昇すると、キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じるので、カンチレバー４はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。これに伴い、カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に歪みが生じ、電気抵抗値が変化するので、圧力センサ１のセンサ出力が増大する。

ここで、本実施形態の圧力センサ１では、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力差がゼロ（またはゼロを含む所定値以下）となるように、または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなる（または撓み変形が所定程度以下となる）ように、圧電アクチュエータ３１が駆動される。すると、圧電アクチュエータ３１がキャビティ１０の内部に向かい撓み変形し、キャビティ１０の容積が減少し、キャビティ１０の内部の圧力が増大し、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差の増大が抑制される。
これに対して、圧力制御部６が省略された比較例では、キャビティ１０の容積は不変であり、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差は本実施形態よりも増大する。

また、本実施形態および比較例においては、外圧の上昇開始に伴い、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差に応じて、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動を開始する。この圧力伝達媒体の流動量は、ギャップ１３の開きが大きくなることに伴って増大し、ギャップ１３の開きは、カンチレバー４の撓み変形の増大に伴って大きくなる。これによって、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差の増大が抑制される本実施形態の圧力センサ１に比べて、より圧力差が増大する比較例では、ギャップ１３の開きの増大によってキャビティ１０の外部から内部への圧力伝達媒体の流動量が増大する。これに伴い、本実施形態に比べて、比較例では、外圧の上昇がカンチレバー４の変位に適正に反映されずに内圧が上昇して、センサ出力がより小さくなる。

さらに、本実施形態および比較例において、外圧の上昇終了後には、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動することに伴い、内圧は時間の経過とともに、外圧よりも遅れながら、かつ外圧の変動よりも緩やかな応答で上昇する。その結果、内圧が外圧に徐々に近づくので、キャビティ１０の外部と内部との圧力が均衡状態になり始め、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、センサ出力が徐々に低下する。そして、内圧が外圧に等しくなると、圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、圧力センサ１のセンサ出力が再びゼロになる。

ここで、カンチレバー４の撓み変形およびギャップ１３の開きの増大が抑制されることによって、キャビティ１０の外部から内部への圧力伝達媒体の流動量の増大が抑制される本実施形態の圧力センサ１では、カンチレバー４の撓み変形は緩やかに解消され、元の状態に戻るまで（つまり圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなるまで）の緩和時間が長く確保され、圧力変動が長時間に亘って維持される。
これに対して、圧力制御部６が省略された比較例では、カンチレバー４の撓み変形は急速に解消され、元の状態に戻るまで（つまり圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなるまで）の緩和時間がより短くなる。

このように、本実施形態の圧力センサ１では、図４に示すように、圧力制御部６が省略された比較例に比べて、より低い、例えば０．１以上かつ１Ｈｚ以下の周波数帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができる。さらに、検出できる下限周波数（例えば、所望のセンサ感度Ａに対する下限周波数Ｆｃ）を比較例の下限周波数（例えば、所望のセンサ感度Ａに対する下限周波数Ｆｃ０＞Ｆｃ）よりも下げることができる。
そして、カンチレバー４の変位に基づいたセンサ出力（出力信号）の変動をモニタすることで、キャビティ１０の外部の圧力変動を検出することができる。
特に、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを用いて半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、従来の圧電素子に比べて薄型化（例えば、数十〜数百ｎｍ）し易い。したがって、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

以下に、本実施形態の圧力センサ１の動作について説明する。なお、以下に説明するステップＳ０１からステップＳ０５の処理と、ステップＳ１１からステップＳ１３の処理とは、所定周期などによって繰り返し実行される。
先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、検出回路２２から出力された検出出力、つまりカンチレバー４の変位の検出値と、所定値記憶部２３に記憶されている所定値とを比較し、比較結果（例えば、検出値と所定値との差など）を出力する。

次に、ステップＳ０２においては、カンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させるフィードバック制御などによって、この検出値を所定値に追従させるために必要とされる指令値を出力し、この指令値に応じてキャビティ１０の内部の圧力を変更する内圧変更部２７を動作させる。

次に、ステップＳ０３においては、信号処理回路２５から出力される指令値（信号処理出力）が所定の上限値を超えるか否か、または指令値に応じて駆動回路２６から内圧変更部２７に出力される駆動出力の値が所定上限値を超えるか否かなどの判定によって、駆動出力または信号処理出力が飽和したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、リターンに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
そして、ステップＳ０４においては、内圧変更部２７を所定の初期状態に戻すことを指示するリセット信号を信号処理回路２５から駆動回路２６に出力する。
そして、ステップＳ０５においては、内圧変更部２７を所定の初期状態に戻し、リターンに進む。

また、例えば図６に示すステップＳ１１においては、所定の停止指示に応じて圧力制御部６による制御動作を停止させる。

次に、ステップＳ０２においては、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値が、所定の下限閾値を超えたか否か、または所定の許容範囲内の値となったか否か、または所定条件を満たしたか否かなどを判定する。
これらの判定結果の何れかが「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３においては、圧力制御部６による制御動作を開始し、上述したステップＳ１２に戻る。
一方、これらの判定結果の全てが「ＮＯ」の場合には、リターンに進む。

上述したように本実施形態の圧力センサ１によれば、外圧の圧力変動に対してカンチレバー４の変位を抑制することができ、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる。さらに、ダイナミックレンジを増大させることができるとともに、カンチレバー４の変位とキャビティ１０の外部の圧力変動の検出値との対応関係の線形性を向上させることができる。
また、センサ本体３の少なくとも一部を成すように圧電アクチュエータ３１を備えるだけの単純な構成によって、キャビティ１０の内部の圧力を変更することができ、構成が複雑化することを防止することができる。

なお、上述した実施形態において、信号処理回路２５がリセット信号を出力する機能は省略されてもよい。

（第１変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図７に示す第１変形例のように、内圧変更部２７は、板状の圧電アクチュエータ３１の代わりに、センサ本体３の周壁部３ｂの少なくとも一部を成すようにして設けられた環板状の圧電アクチュエータ３２を備えてもよい。
この第１変形例の圧電アクチュエータ３２は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、センサ本体３の周壁部３ｂを伸縮させるようにして変形する。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させる。
この第１変形例によれば、圧力センサ１の構成が複雑化することを防止しつつ、剛性を向上させることができる。

（第２変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図８に示す第２変形例のように、内圧変更部２７は、センサ本体３の少なくとも一部を成し、変形または変位によってキャビティ１０の容積を変更することによってキャビティ１０の圧力を変更可能な可変部材３３と、駆動力の発生または変形によって可変部材３３を変形または変位させるアクチュエータ３４と、を備えてもよい。
この第２変形例の可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた膜状部材３３ａを備え、膜状部材３３ａは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形可能である。
アクチュエータ３４は、例えば圧電アクチュエータまたは電磁アクチュエータなどであって、センサ本体３に固定された固定部材３５によって支持されるとともに、膜状部材３３ａに接続されている。アクチュエータ３４は、駆動回路２６から出力された信号に応じて伸縮変形することによって、膜状部材３３ａをキャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させる。
この第２変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができ、圧力センサ１の剛性を向上させることができる。

（第３変形例）
なお、上述した第２変形例においては、例えば図９に示す第３変形例のように、可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた板状部材３３ｂを備えてもよい。この第３変形例の板状部材３３ｂは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部に向かいまたはキャビティ１０の外部に向かい変位可能である。
この第３変形例のアクチュエータ３４は、センサ本体３に固定された固定部材３５によって支持されるとともに、板状部材３３ｂに接続され、例えば、ベローズ型の伸縮管３４ａと、伸縮管３４ａを伸縮変形させるアクチュエータ部３４ｂと、を備えている。伸縮管３４ａの内部にはアクチュエータ部３４ｂが配置され、伸縮管３４ａおよびアクチュエータ部３４ｂの伸縮方向の両端が１対の端面板３４ｃによって挟み込まれている。アクチュエータ部３４ｂは、例えば圧電アクチュエータまたは電磁アクチュエータなどであって、駆動回路２６から出力された信号に応じて伸縮変形することによって、伸縮管３４ａを伸縮変形させ、端面板３４ｃを介して板状部材３３ｂをキャビティ１０の内部または外部に向かい変位させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。
この第３変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができ、圧力センサ１の剛性を向上させることができる。

（第４変形例）
なお、上述した第３変形例においては、例えば図１０に示す第４変形例のように、アクチュエータ３４は、固定部材３５によって支持されたモータ３４ｄを備えてもよい。この第４変形例の可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた筒状部材３３ｃを備えている。この第４変形例の筒状部材３３ｃは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部に向かいまたはキャビティ１０の外部に向かい変位可能である。
この第４変形例のモータ３４ｄは、回転軸に形成された雄ねじ部３４ｅを、筒状部材３３ｃの凹部に形成された雌ねじ部３３ｄに噛み合わせて、モータ３４ｄの回転運動を筒状部材３３ｃの直線運動に変換可能である。モータ３４ｄは、駆動回路２６から出力された信号に応じて回転軸を回転駆動する駆動力を発生させ、筒状部材３３ｃをキャビティ１０の内部または外部に向かい変位させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。
この第４変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができる。

（第５変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１１に示す第５変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能なヒータ３６を備えてもよい。
この第５変形例のヒータ３６は、センサ本体３に設けられ、駆動回路２６から出力された信号に応じて、放熱することによってキャビティ１０の温度を上昇させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第５変形例においては、ヒータ３６に近接するセンサ本体３の内面上に熱交換用のフィン３６ａを備えてもよい。
この第５変形例によれば、圧力センサ１が大型化したり、構成が複雑化することを防止することができる。

（第６変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１２に示す第６変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能なペルチェ素子などの熱電素子３７を備えてもよい。内圧変更部２７は、センサ本体３の少なくとも一部を成し、環板状の熱絶縁層３７ａと、熱絶縁層３７ａの内部に配置された熱電素子３７とともに熱絶縁層３７ａを厚さ方向の両側から挟み込む１対の熱伝導層３７ｂと、を備えている。
この第６変形例の熱電素子３７は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、放熱または吸熱することによってキャビティ１０の温度を上昇または下降させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第６変形例においては、センサ本体３の内面の一部を成す熱伝導層３７ｂの表面上に熱交換用のフィン３７ｃを備えてもよい。
この第６変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を詳細かつ精度良く制御することができる。

（第７変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１３に示す第７変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能な赤外線源３８を備えてもよい。
この第７変形例の赤外線源３８は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、センサ本体３の内部に赤外線を放射することによってキャビティ１０の温度を上昇させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第７変形例においては、センサ本体３の内面上にフィン状などの形状を有する赤外線吸収部材３８ａを備えてもよい。
この第７変形例によれば、圧力センサ１が大型化することを防止し、キャビティ１０の内部の圧力を遠隔的に制御することができる。

（第８変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１４に示す第８変形例のように、所定値記憶部２３の代わりに、ローパスフィルタ４１を備えてもよい。
この第８変形例のローパスフィルタ４１は、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値に対して、所定の低域通過処理を行ない、処理後の検出値を比較回路２４に出力する。比較回路２４は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値と、ローパスフィルタ４１から出力された処理後の検出値とを比較し、比較結果（例えば、差など）を出力する。
この第８変形例によれば、圧力センサ１の出力が不安定な場合などであっても、フィードバック制御を適正に行なうことができる。

（第９変形例）
なお、上述した実施形態においては、内圧変更部２７は、キャビティ１０の内部と外部とに存在する圧力伝達媒体を、キャビティ１０の内部と外部との間で流通させることによってキャビティ１０の圧力を変更可能なポンプなどを備えてもよい。
この第９変形例によれば、内圧変更部２７は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力伝達媒体の流通を制御することによって、キャビティ１０の内部の圧力を制御する。これによって、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。

１…圧力センサ ３…センサ本体 ４…カンチレバー ４ａ…基端部 ４ｂ…先端部
５…変位検出部 ６…圧力制御部（圧力制御手段） １０…キャビティ １１…連通開口 ３１…圧電アクチュエータ（アクチュエータ） ３２…圧電アクチュエータ（アクチュエータ） ３３…可変部材 ３４…アクチュエータ（アクチュエータ） ３６…ヒータ（部材） ３７…熱電素子（温度変更部） ３８…赤外線源（温度変更部）

Claims (5)

1. 圧力変動を検出する圧力センサであって、
   内部にキャビティを形成し、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、
   先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持された状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、
   前記圧力差を低下または前記撓み変形を抑制させるように前記キャビティの圧力を制御する圧力制御手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記圧力制御手段は、
   前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能なアクチュエータを備え、
   前記アクチュエータの変形を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記圧力制御手段は、
   前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形または変位によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な可変部材と、
   駆動力の発生または変形によって前記可変部材を変形または変位させるアクチュエータと、を備え、
   前記アクチュエータの駆動力の発生または変形を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
4. 前記圧力制御手段は、
   放熱または吸熱によって前記キャビティの温度を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な温度変更部を備え、
   前記温度変更部の放熱または吸熱を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の圧力センサ。
5. 前記圧力制御手段は、前記圧力差または前記撓み変形が所定上限値よりも大きい場合に、前記キャビティの圧力に対する制御状態を初期状態にリセットする、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の圧力センサ。

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