JP6184006B2

JP6184006B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP6184006B2
Application number: JP2013208424A
Authority: JP
Inventors: 内山　武; 武内山; 大海　学; 学大海; 篠原　陽子; 陽子篠原
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2014089183A

Description

本発明は、圧力差に基づいて圧力変動を検出する圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor that detects pressure fluctuations based on a pressure difference.

従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、例えば、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、透孔内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（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に反応して圧電素子が振動するので、この圧電素子の電圧変化に基づいて圧力変動を検出することが可能とされる。 Conventionally, as a pressure sensor (differential pressure sensor) for detecting pressure fluctuation, for example, a substrate having a through hole or a recess, a storage container having a vent hole, and a storage container are disposed in the storage container. A pressure sensor including a piezoelectric element that is cantilevered on a substrate so as to vibrate is known (see Patent Document 1).
According to this pressure sensor, since the piezoelectric element vibrates in response to the pressure fluctuation transmitted through the ventilation hole into the storage container, the pressure fluctuation can be detected based on the voltage change of the piezoelectric element. .

特開平４−２０８８２７号公報JP-A-4-208827

ところで、上記特許文献１の圧力センサの検出感度としては、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よって決定がなされ、特に圧電素子の形状によって大きく左右され易い。この点、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とされるので、その構造上、厚みが増してしまい大きな変形量を確保することが難しい。従って、共振周波数が高くなり且つ感度を上げ難かった。また、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感度が低いものであった。 By the way, the detection sensitivity of the pressure sensor disclosed in Patent Document 1 is determined by the shape of the piezoelectric element, the volume of the through hole or the recess, the flow rate between the through hole or the recess and the outside air, and the like. It is easily affected by the shape of the element. In this respect, since the piezoelectric element has a double-sided electrode structure including electrode films on both sides of the piezoelectric body, the thickness increases due to the structure, and it is difficult to ensure a large amount of deformation. Therefore, it is difficult to increase the resonance frequency and increase the sensitivity. In addition, it is difficult to lower the lower limit frequency that can be measured, and the sensitivity in a low frequency band such as 1 Hz or less is low.

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、圧力変動の検出を精度良く行うことができると共に、検出できる下限周波数を下げることができ、且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である。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the purpose thereof is to accurately detect pressure fluctuations, to lower the lower limit frequency that can be detected, and to reduce pressure in a low frequency band. It is an object of the present invention to provide a pressure sensor that can detect fluctuations with high sensitivity.

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、キャビティと、該キャビティの内部と外部とを連通する連通開口と、が形成されたセンサ本体と、先端部が自由端とされると共に、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設され、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する複数のレバー片と、複数の前記レバー片のうち、少なくともいずれか１つのレバー片の変位を測定する変位測定部と、を備え、複数の前記レバー片は、それぞれの前記先端部同士が所定のギャップをあけて向かい合うように配設されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) A pressure sensor according to an aspect of the present invention is a pressure sensor that detects pressure fluctuation, and includes a sensor body in which a cavity and a communication opening that communicates the inside and the outside of the cavity are formed. The distal end is a free end and the base end is cantilevered by the sensor body so as to close the communication opening, and according to the pressure difference between the inside and the outside of the cavity A plurality of lever pieces that are bent and deformed, and a displacement measuring unit that measures the displacement of at least one of the plurality of lever pieces, and each of the plurality of lever pieces includes a tip portion thereof. They are arranged so as to face each other with a predetermined gap.

この態様に係る圧力センサによれば、センサ外部の圧力が変動すると、キャビティの外部と内部との間に圧力差が生じ、この圧力差に応じて複数のレバー片が同時且つ同方向に撓み変形する。また、この変形後、時間の経過と共にギャップを通じて圧力伝達媒体がキャビティの内部と外部との間を流動するので、キャビティの内部と外部との圧力が徐々に均衡状態となる。そのため、複数のレバー片の撓みが徐々に小さくなって元の状態に復元変形する。従って、変位測定部により、少なくとも１つのレバー片の変位測定（撓み変形測定）を行うことで、その測定結果から圧力変動を検出することができる。 According to the pressure sensor according to this aspect, when the pressure outside the sensor fluctuates, a pressure difference is generated between the outside and the inside of the cavity, and a plurality of lever pieces bend and deform simultaneously and in the same direction according to the pressure difference. To do. In addition, after the deformation, the pressure transmission medium flows between the inside and the outside of the cavity through the gap as time passes, so that the pressures inside and outside of the cavity gradually become balanced. Therefore, the bending of the plurality of lever pieces is gradually reduced and restored to the original state. Therefore, by measuring the displacement of the at least one lever piece (deflection measurement) by the displacement measuring unit, the pressure fluctuation can be detected from the measurement result.

特に、上記圧力差が生じた際に、複数のレバー片が同時且つ同方向に変形する。そのため、各レバー片の先端部同士の間に形成されているギャップが、レバー片の変形に伴って大きくなることを抑制することができる。つまり、レバー片の変形が進むにしたがって大きくなるギャップの開きを小さく抑えることができる。
従って、ギャップを通じた圧力伝達媒体の流動量（出入り量）を小さくすることができ、キャビティ内部の圧力上昇をできるだけ抑えて、レバー片を十分に変形させることができる。従って、センサ感度を向上でき、圧力変動の検出を精度良く行うことができる。 In particular, when the pressure difference occurs, the plurality of lever pieces are deformed simultaneously and in the same direction. Therefore, it can suppress that the gap formed between the front-end | tip parts of each lever piece becomes large with a deformation | transformation of a lever piece. That is, the gap opening that increases as the deformation of the lever piece proceeds can be kept small.
Therefore, the flow amount (in / out amount) of the pressure transmission medium through the gap can be reduced, and the lever piece can be sufficiently deformed while suppressing the pressure rise inside the cavity as much as possible. Therefore, the sensor sensitivity can be improved, and the pressure fluctuation can be detected with high accuracy.

しかも、レバー片の変形後、該レバー片をゆっくりと復元変形させることができ、元の状態に戻るまでの緩和時間を大きく確保できる。従って、圧力差を長い時間に亘って維持できるので、従来よりも低い例えば１Ｈｚ以下の低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可能となり、検出できる下限周波数を下げることができる。
以上のことから、特に低周波帯域の圧力変動の検出を感度良く行うことができる高性能な圧力センサを得ることができる。 Moreover, after the lever piece is deformed, the lever piece can be slowly restored and deformed, and a large relaxation time can be secured until the lever piece returns to its original state. Therefore, since the pressure difference can be maintained for a long time, even a pressure fluctuation in a low frequency band lower than the conventional frequency, for example, 1 Hz or less can be detected with high sensitivity, and the lower limit frequency that can be detected can be lowered. .
From the above, it is possible to obtain a high-performance pressure sensor that can detect pressure fluctuation particularly in a low frequency band with high sensitivity.

（２）上記（１）に記載の圧力センサにおいて、複数の前記レバー片は、前記圧力差に対して同一の変位特性を有していることが好ましい。 (2) In the pressure sensor according to (1) above, it is preferable that the plurality of lever pieces have the same displacement characteristics with respect to the pressure difference.

この場合には、キャビティの内部と外部との間に圧力差が生じた際、圧力差に応じて複数のレバー片を同一の変形量で撓み変形させることができる。従って、各レバー片の先端部同士の間に形成されているギャップの開き具合を、より小さく抑えることができる。そのため、上述した作用効果をより効果的に奏効させることができる。 In this case, when a pressure difference is generated between the inside and the outside of the cavity, the plurality of lever pieces can be bent and deformed with the same deformation amount according to the pressure difference. Therefore, the opening degree of the gap formed between the tip portions of the lever pieces can be further reduced. For this reason, the above-described effects can be more effectively achieved.

（３）上記（１）または（２）に記載の圧力センサにおいて、複数の前記レバー片は、該レバー片の外周縁と前記連通開口における内周縁との間に隙間が形成されることを防止するように配設されていることが好ましい。 (3) In the pressure sensor according to (1) or (2), the plurality of lever pieces prevent a gap from being formed between an outer peripheral edge of the lever piece and an inner peripheral edge of the communication opening. It is preferable to arrange so as to.

この場合には、キャビティの内部と外部とが、各レバー片の先端部同士の間に形成されているギャップを通じてのみ連通することになるので、キャビティの内部と外部との間における圧力伝達媒体の流動量をさらに小さくできる。従って、センサ感度をさらに向上でき、圧力変動の検出をより精度良く行い易い。 In this case, since the inside and the outside of the cavity communicate with each other only through the gap formed between the tip portions of the lever pieces, the pressure transmission medium between the inside and the outside of the cavity is communicated. The flow rate can be further reduced. Therefore, the sensor sensitivity can be further improved, and the pressure fluctuation can be detected more accurately.

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の圧力センサにおいて、前記変位測定部は、前記レバー片の基端部に形成されたピエゾ抵抗を備えることが好ましい。 (4) In the pressure sensor according to any one of (1) to (3), the displacement measuring unit preferably includes a piezoresistor formed at a base end portion of the lever piece.

この場合には、ピエゾ抵抗を利用して自己変位検出型のレバー片とすることができ、レバー片の変位測定をより精度良く行うことが可能であり、圧力変動の検出を高精度に行い易い。 In this case, it is possible to obtain a self-displacement detection type lever piece by using a piezoresistor, and it is possible to measure the displacement of the lever piece with higher accuracy and to easily detect pressure fluctuation with high accuracy. .

（５）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の圧力センサにおいて、前記変位測定部は、前記レバー片の基端部に圧電センサを備えることが好ましい。 (5) In the pressure sensor according to any one of (1) to (3), the displacement measurement unit preferably includes a piezoelectric sensor at a base end portion of the lever piece.

この場合には、圧電センサを利用して自己変位検出型のレバー片とすることができ、レバー片の変位測定をより精度良く行うことが可能であり、圧力変動の検出を高精度に行い易い。 In this case, a self-displacement detection type lever piece can be obtained using a piezoelectric sensor, and the displacement of the lever piece can be measured with higher accuracy, and pressure fluctuation can be detected with high accuracy. .

（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の圧力センサにおいて、前記レバー片の基端部には、該レバー片を貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。 (6) In the pressure sensor according to any one of (1) to (5), it is preferable that a through hole penetrating the lever piece is formed in a base end portion of the lever piece.

この場合には、レバー片の基端部に貫通孔が形成されているので、該レバー片を撓み変形させ易くすることができる。そのため、キャビティの内部と外部との間に圧力差が生じた際、レバー片をより大きく変形させることができ、センサ感度をさらに向上させることができる。
また、各レバー片が容易に撓み変形し易いので、上記圧力差が生じた際に、複数のレバー片をより同期させた状態で同時且つ同方向に撓み変形することが可能になる。従って、変形の違いに起因するギャップ変化を防止でき、センサ感度のより一層の向上を期待できる。 In this case, since the through hole is formed in the base end portion of the lever piece, the lever piece can be easily bent and deformed. Therefore, when a pressure difference occurs between the inside and the outside of the cavity, the lever piece can be deformed more greatly, and the sensor sensitivity can be further improved.
Further, since each lever piece is easily bent and deformed, when the pressure difference is generated, the plurality of lever pieces can be bent and deformed simultaneously and in the same direction in a more synchronized state. Therefore, it is possible to prevent a gap change due to a difference in deformation, and to further improve the sensor sensitivity.

上記の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共に、検出できる下限周波数を下げることができ、且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。 According to the pressure sensor which concerns on said aspect, while being able to detect a pressure fluctuation accurately, the lower limit frequency which can be detected can be lowered | hung, and the pressure fluctuation of a low frequency band can be detected with sufficient sensitivity.

本発明に係る実施形態を示す図であって、圧力センサの平面図である。It is a figure which shows embodiment which concerns on this invention, Comprising: It is a top view of a pressure sensor. 図１に示すＡ−Ａ線に沿った圧力センサの断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor along the AA line shown in FIG. 図１に示す検出回路の構成図である。It is a block diagram of the detection circuit shown in FIG. 図１に示す圧力センサの出力の一例を示す図であり、（Ａ）は外気圧と内気圧との関係を示し、（Ｂ）は（Ａ）に対応したセンサ出力を示す図である。It is a figure which shows an example of the output of the pressure sensor shown in FIG. 1, (A) shows the relationship between external pressure and internal pressure, (B) is a figure which shows the sensor output corresponding to (A). 図１に示す圧力センサの動作の一例を示す図であり、（Ａ）は外気圧と内気圧とが同じ状態における圧力センサの状態を示し、（Ｂ）は外気圧が内気圧よりも上昇したときの圧力センサの状態を示し、（Ｃ）は外気圧と内気圧とが平衡状態になったときの圧力センサの状態を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of the pressure sensor shown in FIG. 1, (A) shows the state of the pressure sensor in the state where external pressure and internal pressure are the same, (B) has increased external pressure from internal pressure (C) is a figure which shows the state of a pressure sensor when an external pressure and an internal pressure are in an equilibrium state. （Ａ）は比較例としてレバー片を１つだけ具備する圧力センサの断面図であり、（Ｂ）は本実施形態の圧力センサの断面図である。(A) is sectional drawing of the pressure sensor which comprises only one lever piece as a comparative example, (B) is sectional drawing of the pressure sensor of this embodiment. （Ａ）は図６（Ａ）に示す圧力センサのレバー片が撓み変形した図であり、（Ｂ）は図６（Ｂ）に示す圧力センサのレバー片が撓み変形した図である。(A) is the figure which the lever piece of the pressure sensor shown in Drawing 6 (A) bent and changed, and (B) is the figure which the lever piece of the pressure sensor shown in Drawing 6 (B) bent and changed. 図７（Ａ）、（Ｂ）に示す差圧センサのそれぞれにおいて、ギャップ幅が差圧によってどのように変化するかを示す図である。It is a figure which shows how the gap width changes with differential pressure | voltage in each of the differential pressure | voltage sensor shown to FIG. 7 (A), (B). 図７（Ａ）、（Ｂ）に示す差圧センサのそれぞれにおいて、ギャップ幅が差圧によってどのように変化するかを示す別の図である。It is another figure which shows how the gap width changes with differential pressure | voltage in each of the differential pressure | voltage sensor shown to FIG. 7 (A), (B). 図７（Ａ）、（Ｂ）に示す差圧センサのそれぞれが出力するセンサ出力の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor output which each of the differential pressure | voltage sensor shown to FIG. 7 (A) and (B) outputs. 本発明に係る圧力センサの第１変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification of the pressure sensor which concerns on this invention. 本発明に係る圧力センサの第２変形例を示す図であり、３つのレバー片を具備する圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 2nd modification of the pressure sensor which concerns on this invention, and is a top view of the pressure sensor which comprises three lever pieces. 本発明に係る圧力センサの第３変形例を示す図であり、４つのレバー片を具備する圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 3rd modification of the pressure sensor which concerns on this invention, and is a top view of the pressure sensor which comprises four lever pieces. 本発明に係る圧力センサの第４変形例を示す図であり、５つのレバー片を具備する圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 4th modification of the pressure sensor which concerns on this invention, and is a top view of the pressure sensor which comprises five lever pieces. 本発明に係る圧力センサの第５変形例を示す図であって、圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 5th modification of the pressure sensor which concerns on this invention, Comprising: It is a top view of a pressure sensor. 図１５に示すＢ−Ｂ線に沿った圧力センサの断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor along the BB line shown in FIG. 図１５に示す検出回路の一例の構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of an example of a detection circuit shown in FIG. 15. 図１５に示す検出回路の一例の構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of an example of a detection circuit shown in FIG. 15. 本発明に係る圧力センサの第６変形例を示す図であり、３つのレバー片を具備する圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 6th modification of the pressure sensor which concerns on this invention, and is a top view of the pressure sensor which comprises three lever pieces. 本発明に係る圧力センサの第６変形例を示す図であり、４つのレバー片を具備する圧力センサの平面図である。It is a figure which shows the 6th modification of the pressure sensor which concerns on this invention, and is a top view of the pressure sensor which comprises four lever pieces. 本発明に係る圧力センサの第６変形例での検出回路の一例の構成図である。It is a block diagram of an example of the detection circuit in the 6th modification of the pressure sensor which concerns on this invention. 本発明に係る圧力センサの第６変形例での検出回路の一例の構成図である。It is a block diagram of an example of the detection circuit in the 6th modification of the pressure sensor which concerns on this invention.

以下、本発明に係る圧力センサの実施形態について図面を参照して説明する。
（圧力センサの構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、圧力変動を検出するセンサであって、例えばシリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂ、及びシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせたＳＯＩ基板２を利用して形成され、センサ本体３と、２つのレバー片４Ａ、４Ｂ（カンチレバー）と、変位測定部５と、を備えている。 Hereinafter, embodiments of a pressure sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Configuration of pressure sensor)
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressure sensor 1 of the present embodiment is a sensor that detects pressure fluctuations. For example, a silicon support layer 2a, an oxide layer 2b such as a silicon oxide film, and a silicon active layer 2c are provided. It is formed using a thermally bonded SOI substrate 2 and includes a sensor body 3, two lever pieces 4 </ b> A and 4 </ b> B (cantilever), and a displacement measuring unit 5.

上記センサ本体３は、ＳＯＩ基板２によって、上方に開口する有底筒状に形成されている。センサ本体３の内部空間は、キャビティ（空気室）１０として機能し、上方に開口した部分はキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１として機能する。
なお、図示の例では、センサ本体３は平面視長方形状に形成されているが、この形状に限定されるものではない。 The sensor body 3 is formed in a bottomed cylindrical shape opened upward by the SOI substrate 2. The internal space of the sensor body 3 functions as a cavity (air chamber) 10, and the portion opened upward functions as a communication opening 11 that communicates the inside and the outside of the cavity 10.
In the illustrated example, the sensor body 3 is formed in a rectangular shape in plan view, but is not limited to this shape.

上記レバー片４Ａ、４Ｂは、それぞれセンサ本体３の長手方向に沿いながら基端部４ａから自由端とされた先端部４ｂに向けて一方向に延びる板状に形成されており、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を塞ぐように配設されている。
より具体的には、レバー片４Ａ、４Ｂは、例えばＳＯＩ基板２におけるシリコン活性層２ｃにより、それぞれ平面視長方形状に形成され、基端部４ａを介してセンサ本体３における周壁部３ａの開口端の内側（連通開口１１の内周端）に一体的に固定されることで、片持ち支持されている。 The lever pieces 4A and 4B are each formed in a plate shape extending in one direction from the base end portion 4a toward the free end portion 4b along the longitudinal direction of the sensor body 3, and the base end portion 4a. Is arranged so as to close the communication opening 11 while being supported by the sensor body 3 in a cantilevered manner.
More specifically, the lever pieces 4A and 4B are each formed in a rectangular shape in plan view, for example, by the silicon active layer 2c in the SOI substrate 2, and the opening end of the peripheral wall portion 3a in the sensor body 3 through the base end portion 4a. Is integrally fixed to the inner side (the inner peripheral end of the communication opening 11), and is cantilevered.

この際、２つのレバー片４Ａ、４Ｂは、それぞれの先端部４ｂ同士が微小なギャップ１２をあけて向かい合うように配設されている。また、各レバー片４Ａ、４Ｂの外周縁と連通開口１１における内周端との間にも、微小な隙間であるギャップ１３があいている。
つまり、２つのレバー片４Ａ、４Ｂは、上記した微小なギャップ１２、１３を僅かにあけた状態で、連通開口１１を略閉塞している。これにより、２つのレバー片４Ａ、４Ｂは、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に応じて撓み変形可能とされている。 At this time, the two lever pieces 4A and 4B are disposed so that the respective front end portions 4b face each other with a minute gap 12 therebetween. A gap 13, which is a minute gap, is also formed between the outer peripheral edge of each lever piece 4 </ b> A, 4 </ b> B and the inner peripheral end of the communication opening 11.
That is, the two lever pieces 4A and 4B substantially close the communication opening 11 with the minute gaps 12 and 13 slightly opened. As a result, the two lever pieces 4A and 4B can be bent and deformed according to the pressure difference between the inside and the outside of the cavity 10 with the base end portion 4a as the center.

なお、２つのレバー片４Ａ、４Ｂは、材質、外形形状及び厚みが同じであり、上記圧力差に対して同一の変位特性（応答特性）を有するように形成されている。また、図示の例では、レバー片４Ａ、４Ｂの先端部４ｂ同士の間に形成されているギャップ１２の幅と、レバー片４Ａ、４Ｂと連通開口１１の内周端との間のギャップ１３の幅とは、共に同じギャップ幅Ｇで形成されている場合を例にしている。 The two lever pieces 4A and 4B have the same material, outer shape, and thickness, and are formed to have the same displacement characteristics (response characteristics) with respect to the pressure difference. In the illustrated example, the width of the gap 12 formed between the tip portions 4b of the lever pieces 4A and 4B and the gap 13 between the lever pieces 4A and 4B and the inner peripheral end of the communication opening 11 are illustrated. As an example, the width is the same gap width G.

各レバー片４Ａ、４Ｂの基端部４ａには、該レバー片４Ａ、４Ｂを貫通する平面視コの字状の貫通孔１５が形成されており、該レバー片４Ａ、４Ｂが撓み変形し易い設計とされている。但し、この貫通孔１５は必須なものではなく形成されていなくても構わないし、その形状は上記形状に限定されるものではない。
なお、上記貫通孔１５は、連通開口１１の内側に位置しており、レバー片４Ａ、４Ｂを撓み易くしている。 The base end portion 4a of each lever piece 4A, 4B is formed with a U-shaped through hole 15 passing through the lever pieces 4A, 4B, and the lever pieces 4A, 4B are easily bent and deformed. Designed. However, the through hole 15 is not essential and may not be formed, and the shape thereof is not limited to the above shape.
The through hole 15 is located inside the communication opening 11 and makes the lever pieces 4A and 4B bend easily.

更に、各レバー片４Ａ、４Ｂの基端部４ａには、該レバー片４Ａ、４Ｂの撓み量（変位量）に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗２０が、貫通孔１５をセンサ本体３の短手方向から挟み込むようにそれぞれ形成されている。そして、これらピエゾ抵抗２０には、該ピエゾ抵抗２０の抵抗値変化に基づいてレバー片４Ａ、４Ｂの変位を測定する検出回路２２が接続されている。 Furthermore, a piezoresistor 20 whose resistance value changes according to the amount of deflection (displacement amount) of the lever pieces 4A and 4B is provided at the base end portion 4a of each lever piece 4A and 4B. Each is formed so as to be sandwiched from the short side direction. The piezoresistors 20 are connected to a detection circuit 22 that measures the displacement of the lever pieces 4A and 4B based on a change in the resistance value of the piezoresistors 20.

なお、図示の例では、上記２つのピエゾ抵抗２０を接続するように銅等の導電性材料からなる配線部２１が接続されており、配線部２１及び２つのピエゾ抵抗２０を含む全体的な形状が平面視Ｕ字状とされている。但し、この配線部２１は、必須なものではなく具備しなくても構わない。この場合には、シリコン活性層２ｃを通じて２つのピエゾ抵抗２０が導通する。しかしながら、必要以上に抵抗値が大きくならないようにピエゾ抵抗２０を配線部２１で接続することが好ましい。 In the illustrated example, a wiring portion 21 made of a conductive material such as copper is connected so as to connect the two piezoresistors 20, and the overall shape including the wiring portion 21 and the two piezoresistors 20 is connected. Is U-shaped in plan view. However, the wiring portion 21 is not essential and may not be provided. In this case, the two piezoresistors 20 are conducted through the silicon active layer 2c. However, it is preferable to connect the piezoresistor 20 with the wiring portion 21 so that the resistance value does not increase more than necessary.

これにより、検出回路２２を通じて、例えば各レバー片４Ａ、４Ｂにおける一方のピエゾ抵抗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。
そのため、検出回路２２は、レバー片４Ａ、４Ｂの変位（撓み変形）に応じて変化するピエゾ抵抗２０の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とされている。従って、この出力信号（センサ出力）に基づいて各レバー片４Ａ、４Ｂの変位を測定でき、圧力変動を検出することが可能となる。 Accordingly, when a predetermined voltage is applied to one piezoresistor 20 in each lever piece 4A, 4B, for example, through the detection circuit 22, the current resulting from this voltage application flows around the through hole 15 and The current flows from the piezoresistor 20 to the other piezoresistor 20 via the wiring portion 21.
Therefore, the detection circuit 22 can extract a change in the resistance value of the piezoresistor 20 that changes in accordance with the displacement (flexure deformation) of the lever pieces 4A and 4B as an electrical output signal. Therefore, the displacement of each lever piece 4A, 4B can be measured based on this output signal (sensor output), and the pressure fluctuation can be detected.

なお、上記ピエゾ抵抗２０は、例えばリン等のドープ剤（不純物）をイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。また、ピエゾ抵抗２０及び配線部２１上には、図示しない絶縁膜が保護膜として被膜されており、外部との電気的な接触の防止がなされている。
また、上記したピエゾ抵抗２０、配線部２１及び検出回路２２は、レバー片４Ａ、４Ｂの変位を測定する変位測定部５として機能する。 The piezoresistor 20 is formed by doping a dopant (impurity) such as phosphorus by various methods such as an ion implantation method and a diffusion method. Further, an insulating film (not shown) is coated as a protective film on the piezoresistor 20 and the wiring portion 21 to prevent electrical contact with the outside.
The piezoresistor 20, the wiring part 21, and the detection circuit 22 described above function as the displacement measuring part 5 that measures the displacement of the lever pieces 4A and 4B.

上記検出回路２２は、図３に示すように、ブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）と、基準電圧発生回路３１と、作動増幅回路３２と、を備えている。 As shown in FIG. 3, the detection circuit 22 includes a bridge circuit 30 (Wheatstone bridge circuit), a reference voltage generation circuit 31, and an operation amplification circuit 32.

ブリッジ回路３０は、一方のレバー片４Ａのピエゾ抵抗２０〔以下、第１ピエゾ抵抗３５（抵抗値Ｒ１）と称する〕、及び固定抵抗３６（抵抗値Ｒ２）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗３７（抵抗値Ｒ３）、及び他方のレバー片４Ｂのピエゾ抵抗２０〔以下、第２ピエゾ抵抗３８（抵抗値Ｒ４）と称する〕が直列接続されてなる枝辺と、が基準電圧発生回路３１に対して並列に接続されている。 The bridge circuit 30 includes a branch edge formed by connecting a piezo resistor 20 (hereinafter referred to as a first piezo resistor 35 (resistance value R1)) and a fixed resistor 36 (resistance value R2) of one lever piece 4A. A reference voltage generating circuit includes a fixed resistor 37 (resistance value R3) and a branch side in which a piezoresistor 20 (hereinafter referred to as a second piezoresistor 38 (resistance value R4)) of the other lever piece 4B is connected in series. 31 is connected in parallel.

また、ブリッジ回路３０において、第１ピエゾ抵抗３５と固定抵抗３６との接続点（中点電圧Ｅ１）は、作動増幅回路３２の反転入力端子（−端子）に接続され、第２ピエゾ抵抗３８と固定抵抗３７との接続点（中点電圧Ｅ２）は、作動増幅回路３２の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。 In the bridge circuit 30, the connection point (midpoint voltage E 1) between the first piezoresistor 35 and the fixed resistor 36 is connected to the inverting input terminal (−terminal) of the operational amplifier circuit 32, and the second piezoresistor 38 A connection point (middle point voltage E2) with the fixed resistor 37 is connected to a non-inverting input terminal (+ terminal) of the operation amplification circuit 32.

基準電圧発生回路３１は、ブリッジ回路３０に対して所定の基準電圧Ｖｃｃを印加する。作動増幅回路３２は、上記した中点電圧Ｅ１と中点電圧Ｅ２との間の電位差を検出し、その電位差を所定増幅率にて増幅して出力する。なお、この電位差は、２つのレバー片４Ａ、４Ｂの変位に基づいた出力信号に応じた値となる。 The reference voltage generation circuit 31 applies a predetermined reference voltage Vcc to the bridge circuit 30. The operational amplifier circuit 32 detects the potential difference between the midpoint voltage E1 and the midpoint voltage E2 described above, amplifies the potential difference with a predetermined amplification factor, and outputs it. This potential difference is a value corresponding to the output signal based on the displacement of the two lever pieces 4A, 4B.

この点、詳細に説明する。
キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じ、２つのレバー片４Ａ、４Ｂが撓み変形すると、第１ピエゾ抵抗３５及び第２ピエゾ抵抗３８の抵抗値は共に変化する。この時の変化分（抵抗増加量）を△Ｒ１、△Ｒ４とすると、第１ピエゾ抵抗３５に関しては電源側である基準電圧発生回路３１側に接続されているので、△Ｒ１が増加した分、中点電圧Ｅ１が低下する。これに対して、第２ピエゾ抵抗３８に関してはグランド側に接続されているので、△Ｒ４が増加した分、中点電圧Ｅ２が増加する。
このように中点電圧Ｅ１が低下し、中点電圧Ｅ２が増加するので、その差は両方の変化電圧の和となる。そして、作動増幅回路３２により、この差を任意の倍率で増幅することで、２つのレバー片４Ａ、４Ｂの変位に基づいた出力信号を得ることができる。特に、この検出回路２２によれば、ブリッジ回路３０に２つのレバー片４Ａ、４Ｂのピエゾ抵抗２０を組み込んでいるので、レバー片を１つだけ組み込む場合よりも２倍の出力信号を得ることが可能である。 This point will be described in detail.
When a pressure difference is generated between the outside and the inside of the cavity 10 and the two lever pieces 4A and 4B are bent and deformed, both the resistance values of the first piezoresistor 35 and the second piezoresistor 38 change. Assuming that changes (resistance increase amounts) at this time are ΔR1 and ΔR4, since the first piezoresistor 35 is connected to the reference voltage generating circuit 31 side which is the power supply side, ΔR1 is increased. The midpoint voltage E1 decreases. On the other hand, since the second piezoresistor 38 is connected to the ground side, the midpoint voltage E2 increases as ΔR4 increases.
In this way, the midpoint voltage E1 decreases and the midpoint voltage E2 increases, so the difference is the sum of both change voltages. And the output signal based on the displacement of the two lever pieces 4A and 4B can be obtained by amplifying this difference by an arbitrary magnification by the operation amplification circuit 32. In particular, according to the detection circuit 22, since the piezoresistors 20 of the two lever pieces 4A and 4B are incorporated in the bridge circuit 30, it is possible to obtain an output signal that is twice that of the case where only one lever piece is incorporated. Is possible.

（圧力センサの作動）
次に、上述した圧力センサ１を利用して、圧力変動を検出する場合について説明する。
はじめに、図４（Ａ）に示す期間Ａのように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外気圧Ｐ_ｏｕｔと称する）と、キャビティ１０の内部の圧力（以下、内気圧Ｐ_ｉｎと称する）との圧力差がゼロである場合には、図５（Ａ）に示すように、各レバー片４Ａ、４Ｂは撓み変形することがない。 (Pressure sensor operation)
Next, a case where pressure fluctuation is detected using the pressure sensor 1 described above will be described.
First, as in the period A shown in FIG. 4 (A), the external pressure of the cavity 10 (hereinafter, referred to as the outside pressure _{P out),} the pressure in the cavity 10 (hereinafter, referred to as the inner pressure _{P in)} and When the pressure difference is zero, the lever pieces 4A and 4B do not bend and deform as shown in FIG.

ここで、図４（Ａ）に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、例えば外気圧Ｐ_ｏｕｔがステップ状に上昇すると、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、図５（Ｂ）に示すように２つのレバー片４Ａ、４Ｂは同時、且つ同方向に（キャビティ１０の内部に向けて）撓み変形する。なお、図５で示す黒矢印は圧力を示し、白矢印はレバー片４Ａ、４Ｂの動きを示している。
すると、各レバー片４Ａ、４Ｂの撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に歪が生じ、それにより抵抗値が変化するので、図４（Ｂ）に示すように出力信号が増大する。 Here, as in the period B after time t1 shown in FIG. 4A, for example, when the external air pressure _Pout rises stepwise, a pressure difference is generated between the outside and the inside of the cavity 10, so that FIG. As shown in (B), the two lever pieces 4A, 4B are bent and deformed simultaneously and in the same direction (toward the inside of the cavity 10). In addition, the black arrow shown in FIG. 5 has shown the pressure, and the white arrow has shown the motion of lever piece 4A, 4B.
Then, distortion occurs in the piezoresistor 20 according to the bending deformation of the lever pieces 4A and 4B, and the resistance value changes accordingly, so that the output signal increases as shown in FIG. 4B.

また、外気圧Ｐ_ｏｕｔの上昇以降、ギャップ１２、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ので、図４（Ａ）に示すように、内気圧Ｐ_ｉｎが時間の経過と共に外気圧Ｐ_ｏｕｔよりも遅れながら、且つ外気圧Ｐ_ｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
これにより、内気圧Ｐ_ｉｎが外気圧Ｐ_ｏｕｔ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はじめ、各レバー片４Ａ、４Ｂの撓みが徐々に小さくなり、図４（Ｂ）に示すように上記出力信号が徐々に低下する。 Further, since increase in the outside air pressure _{P out,} the pressure transmission medium from the outside to the inside of the cavity 10 through the gap 12, 13 to flow, as shown in FIG. 4 (A), the inner pressure _{P in} the time while slower than the outside air pressure P _out over and than the variation of the outside air pressure P _out increases at a gradual response.
Thus, the inner pressure P _in gradually approaches the external atmospheric pressure P _out, initially becomes pressure equilibrium between the external and internal cavity 10, each lever piece 4A, 4B deflection gradually reduced in, FIG. 4 As shown in (B), the output signal gradually decreases.

そして、内気圧Ｐ_ｉｎが外気圧Ｐ_ｏｕｔに等しくなると、図５（Ｃ）に示すように、レバー片４Ａ、４Ｂの撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、図４（Ｂ）に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように上記出力信号が再びゼロになる。 When the inner pressure _{P in} is equal to the outside pressure _{P out,} as shown in FIG. 5 (C), the lever piece 4A, bending deformation of 4B is eliminated returns to the original state, in FIG. 4 (B) The output signal becomes zero again during period C after time t2 shown.

このように、変位測定部５により、２つのレバー片４Ａ、４Ｂの変位に基づいた出力信号の変動をモニタすることで、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を利用して半導体プロセス技術によりレバー片４Ａ、４Ｂ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。従って、微小な圧力変動の検出を精度良く行うことができる。 As described above, the displacement measuring unit 5 can detect the pressure fluctuation by monitoring the fluctuation of the output signal based on the displacement of the two lever pieces 4A and 4B. In particular, since the lever pieces 4A and 4B can be formed by a semiconductor process technique using the silicon active layer 2c of the SOI substrate 2, it is easy to reduce the thickness (for example, several tens to several hundreds nm) as compared with the conventional piezoelectric element. Therefore, it is possible to detect minute pressure fluctuations with high accuracy.

しかも、本実施形態の圧力センサ１によれば、２つのレバー片４Ａ、４Ｂが同時且つ同方向に変形するので、各レバー片４Ａ、４Ｂの先端部４ｂ同士の間に形成されているギャップ１２が、レバー片４Ａ、４Ｂの変形に伴って大きくなることを抑制することができる。つまり、レバー片４Ａ、４Ｂの変位が進むにしたがって大きくなるギャップ１２の開きを小さく抑えることができる。 Moreover, according to the pressure sensor 1 of the present embodiment, since the two lever pieces 4A and 4B are deformed simultaneously and in the same direction, the gap 12 formed between the tip portions 4b of the lever pieces 4A and 4B. However, it can suppress that it becomes large with the deformation | transformation of lever piece 4A, 4B. That is, the opening of the gap 12 that increases as the displacement of the lever pieces 4A and 4B progresses can be reduced.

この点、詳細に説明する。
比較例として、図６（Ａ）に示すように、センサ本体３に基端部４１ａが片持ち支持されたレバー片４１が１つだけ配設された圧力センサ４０を例に挙げる。この圧力センサ４０においては、レバー片４１の先端部４１ｂと連通開口１１の内周端との間にギャップ１２が形成される。
ここで、図６（Ａ）に示す比較例における圧力センサ４０のギャップ１２と、図６（Ｂ）に示す本実施形態の圧力センサ１のギャップ１２と、が共に同じギャップ幅Ｇ０である場合において、キャビティ１０の内部と外部との間に圧力差が生じて各レバー片４Ａ、４Ｂ、４１が変形した状態を図７（Ａ）、（Ｂ）に示す。 This point will be described in detail.
As a comparative example, as shown in FIG. 6A, a pressure sensor 40 in which only one lever piece 41 having a base end portion 41a cantilevered on the sensor body 3 is provided as an example. In the pressure sensor 40, a gap 12 is formed between the tip 41 b of the lever piece 41 and the inner peripheral end of the communication opening 11.
Here, in the case where the gap 12 of the pressure sensor 40 in the comparative example shown in FIG. 6A and the gap 12 of the pressure sensor 1 of the present embodiment shown in FIG. 6B have the same gap width G0. 7A and 7B show a state in which a pressure difference is generated between the inside and the outside of the cavity 10 and the lever pieces 4A, 4B, and 41 are deformed.

なお、比較例における圧力センサ４０のキャビティ１０と、本実施形態の圧力センサ１のキャビティ１０とは、同じ容積とされる。また、比較例における圧力センサ４０のレバー片４１と、本実施形態における圧力センサ１のレバー片４Ａ、４Ｂとは、同一の変位特性とされている。 Note that the cavity 10 of the pressure sensor 40 in the comparative example and the cavity 10 of the pressure sensor 1 of the present embodiment have the same volume. Further, the lever piece 41 of the pressure sensor 40 in the comparative example and the lever pieces 4A and 4B of the pressure sensor 1 in the present embodiment have the same displacement characteristics.

図７（Ａ）に示すように、比較例における圧力センサ４０においては、連通開口１１の内周端に対してレバー片４１の先端部４１ｂが変位するので、ギャップ幅Ｇ０がギャップ幅ＧＡまで大きく広がってしまう。
これに対して、図７（Ｂ）に示すように、本実施形態の圧力センサ１においては、２つのレバー片４Ａ、４Ｂが同時且つ同方向に変形するので、ギャップ幅Ｇ０がほとんど変化せず、上記ギャップ幅ＧＡよりも遥かに小さいギャップ幅ＧＢとなる。しかも、２つのレバー片４Ａ、４Ｂは、圧力差に対して同一の変位特性を有しているので同期して撓み変形する。よって、ギャップ１２の開きを極力抑えることができ、上記したようにギャップ幅ＧＢとすることができる。 As shown in FIG. 7A, in the pressure sensor 40 in the comparative example, the tip end portion 41b of the lever piece 41 is displaced with respect to the inner peripheral end of the communication opening 11, so that the gap width G0 is increased to the gap width GA. It spreads.
On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the pressure sensor 1 of this embodiment, the two lever pieces 4A and 4B are deformed simultaneously and in the same direction, so that the gap width G0 hardly changes. The gap width GB is much smaller than the gap width GA. Moreover, since the two lever pieces 4A and 4B have the same displacement characteristics with respect to the pressure difference, they are flexibly deformed. Therefore, the opening of the gap 12 can be suppressed as much as possible, and the gap width GB can be set as described above.

ここで、比較例における圧力センサ４０と、本実施形態における圧力センサ１と、でギャップ幅の開きがどの程度異なるかという点について、実際に試験を行った結果を図８及び図９に示す。 Here, FIG. 8 and FIG. 9 show the results of actual tests on the difference in opening of the gap width between the pressure sensor 40 in the comparative example and the pressure sensor 1 in the present embodiment.

図８は、圧力センサ１、４０においてギャップ幅Ｇ０を共に５μｍに設定し、その状態から外気圧Ｐ_ｏｕｔが△Ｐ（Ｐａ）上昇、即ち△Ｐの圧力差が生じたときに、それぞれのギャップ幅Ｇ０が増大して、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４１の変形後にギャップ幅ＧＡ、ＧＢとしての値がその程度になったかを試験した結果である。
図９は、ギャップ幅Ｇ０を共に１μｍに設定した場合において、上記と同様の試験を行った結果である。 8, when both set to 5μm gap width G0 in the pressure sensor 1, 40, from its state outside air pressure _{P out} △ P (Pa) increases, i.e. the △ pressure difference P has occurred, each gap This is a result of testing whether the widths G0 are increased and the values of the gap widths GA and GB are about that after the deformation of the lever pieces 4A, 4B, and 41, respectively.
FIG. 9 shows the results of tests similar to those described above when both gap widths G0 are set to 1 μm.

これら図８及び図９から明らかなように、比較例における圧力センサ４０に比べて、本実施形態の圧力センサ１の方がギャップ幅の開きが遥かに小さいことが実際に確認できた。しかも、ギャップ幅Ｇ０が小さいほど、その効果が顕著であることが確認できた。 As can be seen from FIGS. 8 and 9, it was actually confirmed that the gap width of the pressure sensor 1 of the present embodiment is much smaller than that of the pressure sensor 40 in the comparative example. Moreover, it was confirmed that the effect is more remarkable as the gap width G0 is smaller.

このように、本実施形態の圧力センサ１によれば、先端部４ｂ同士が向かい合うように２つのレバー片４Ａ、４Ｂを具備しているので、レバー片４Ａ、４Ｂの変位が進むにしたがって大きくなるギャップ１２の開きを小さく抑えることができる。
従って、このギャップ１２を通じた圧力伝達媒体の流動量（出入り量）を小さくすることができ、キャビティ１０内部の圧力上昇をできるだけ抑えてレバー片４Ａ、４Ｂを十分に変形させることができる。そのため、図４（Ｂ）に示すように、大きなセンサ出力を得ることができる。従って、本実施形態の圧力センサ１によれば、センサ感度を向上でき、圧力変動の検出を精度良く行うことができる。
なお、図４（Ｂ）で示す点線は、上記した比較例における圧力センサ４０のように、レバー片を１つだけ具備する場合のセンサの出力信号を示している。 Thus, according to the pressure sensor 1 of this embodiment, since the two lever pieces 4A and 4B are provided so that the front end portions 4b face each other, the displacement increases as the lever pieces 4A and 4B move. The opening of the gap 12 can be kept small.
Accordingly, the flow amount (in / out amount) of the pressure transmission medium through the gap 12 can be reduced, and the pressure increase in the cavity 10 can be suppressed as much as possible to sufficiently deform the lever pieces 4A and 4B. Therefore, a large sensor output can be obtained as shown in FIG. Therefore, according to the pressure sensor 1 of this embodiment, sensor sensitivity can be improved and pressure fluctuation can be detected with high accuracy.
The dotted line shown in FIG. 4B indicates the output signal of the sensor when only one lever piece is provided like the pressure sensor 40 in the comparative example described above.

更に、図４（Ｂ）で示すように、レバー片４Ａ、４Ｂの変形後、該レバー片４Ａ、４Ｂをゆっくりと復元変形させることができ、元の状態に戻るまでの緩和時間を大きく確保できる。従って、圧力変動を長時間に亘って維持することが可能となり、図１０に示すように、従来よりも低い、例えば０．１以上、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、検出できる下限周波数を下げることができる。
なお、図１０で示す点線は、上記した比較例における圧力センサ４０のように、レバー片を１つだけ具備する場合のセンサの出力信号を示している。 Furthermore, as shown in FIG. 4B, after the lever pieces 4A and 4B are deformed, the lever pieces 4A and 4B can be slowly restored and deformed, and a large relaxation time until returning to the original state can be secured. . Therefore, it is possible to maintain the pressure fluctuation for a long time, and as shown in FIG. 10, even if the pressure fluctuation is in a frequency band lower than the conventional one, for example, 0.1 to 1 Hz, it is detected with high sensitivity. The lower limit frequency that can be detected can be lowered.
In addition, the dotted line shown in FIG. 10 has shown the output signal of the sensor in case only one lever piece is provided like the pressure sensor 40 in the above-mentioned comparative example.

以上のことから、本実施形態の圧力センサ１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共に、検出できる下限周波数を下げることができ、且つ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出できる高性能なセンサとすることができる。 From the above, according to the pressure sensor 1 of the present embodiment, the pressure fluctuation can be detected with high accuracy, the lower limit frequency that can be detected can be lowered, and the pressure fluctuation in the low frequency band can be detected with high sensitivity. It can be a high-performance sensor.

なお、ギャップ幅を小さくするほど、キャビティ１０の内部と外部との圧力差を維持し易いので、微小な圧力変動であっても検出し易く、圧力変動の下限周波数が低下することが理論上知られているが、本発明によれば、複数のレバー片４Ａ、４Ｂを利用した具体的な構成により、この理論通りの効果を奏効できる。 Note that the smaller the gap width, the easier it is to maintain the pressure difference between the inside and outside of the cavity 10, so it is easy to detect even minute pressure fluctuations, and the lower limit frequency of pressure fluctuations is theoretically known to decrease. However, according to the present invention, this theoretical effect can be achieved by a specific configuration using the plurality of lever pieces 4A and 4B.

そして、本実施形態の圧力センサ１は、上記したような作用効果を発揮できるため、以下の各種用途に適用することができる。
例えば、自動車用ナビゲーション装置に適用することが可能である。この場合、例えば圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、高架道路と高架下道路とを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。
また、携帯用ナビゲーション装置に適用することも可能である。この場合、例えば圧力センサ１を利用して高低差に基づく気圧差を検出できるので、ユーザが建物内の何階に位置しているのかを正確に判別してナビゲーション結果に反映させることができる。 And since the pressure sensor 1 of this embodiment can exhibit the above effect, it can be applied to the following various uses.
For example, the present invention can be applied to a car navigation device. In this case, for example, the pressure difference based on the height difference can be detected by using the pressure sensor 1, so that the elevated road and the elevated road can be accurately discriminated and reflected in the navigation result.
Further, the present invention can be applied to a portable navigation device. In this case, for example, the pressure difference based on the height difference can be detected by using the pressure sensor 1, so that it is possible to accurately determine on which floor the user is located in the building and reflect it in the navigation result.

更には、室内の気圧変化を検出することが可能であるので、例えば建物や自動車の防犯装置に適用することも可能である。特に、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ので、ドアや引き戸の開閉等に基づく圧力変動であっても検出することが可能であり、防犯装置等の適用に好適である。 Furthermore, since it is possible to detect a change in the atmospheric pressure in the room, the present invention can be applied to a crime prevention device for a building or an automobile, for example. In particular, even pressure fluctuations in a frequency band of 1 Hz or less can be detected with high sensitivity. Therefore, even pressure fluctuations based on opening and closing of doors and sliding doors can be detected. It is suitable for.

（変形例）
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 (Modification)
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、２つのレバー片４Ａ、４Ｂを圧力差に対して同一の変位特性を有するように形成したが、変位特性が異なっていても構わない。つまり、一方のレバー片４Ａが他方のレバー片４Ｂよりも若干大きく撓み変形するように設計しても構わない。この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。
但し、２つのレバー片４Ａ、４Ｂを、同一の変位特性を有するように形成することで、各レバー片４Ａ、４Ｂの先端部４ｂ同士の間に形成されているギャップ１２の開き具合をより小さくできるので好ましい。 For example, in the above embodiment, the two lever pieces 4A and 4B are formed to have the same displacement characteristics with respect to the pressure difference, but the displacement characteristics may be different. That is, one lever piece 4A may be designed to bend and deform slightly larger than the other lever piece 4B. Even in this case, the same effect can be obtained.
However, by forming the two lever pieces 4A and 4B so as to have the same displacement characteristics, the degree of opening of the gap 12 formed between the tip portions 4b of the lever pieces 4A and 4B can be made smaller. It is preferable because it is possible.

（第１変形例）
また、上記実施形態では、２つのレバー片４Ａ、４Ｂの先端部４ｂ同士の間に形成されているギャップ１２の幅と、レバー片４Ａ、４Ｂと連通開口１１の内周端との間のギャップ１３の幅とを同じギャップ幅Ｇで形成したが、図１１に示すように、上記ギャップ１２のギャップ幅Ｇよりも、上記ギャップ１３のギャップ幅Ｇ１を小さくしても良い。
このようにすることで、ギャップ１３を通じた圧力伝達媒体の流動量を小さくできるので、上述した作用効果をより効果的に奏効することができる。 (First modification)
In the above embodiment, the width of the gap 12 formed between the tip portions 4b of the two lever pieces 4A and 4B and the gap between the lever pieces 4A and 4B and the inner peripheral end of the communication opening 11 are used. 13, the gap width G1 of the gap 13 may be made smaller than the gap width G of the gap 12, as shown in FIG.
By doing in this way, since the flow amount of the pressure transmission medium through the gap 13 can be reduced, the above-described operational effects can be more effectively exerted.

（第２変形例）
また、上記実施形態では、２つのレバー片４Ａ、４Ｂを具備する構成としたが、３つ以上のレバー片を具備する構成としても構わない。
例えば、図１２に示すように、３つのレバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃを具備し、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃの先端部４ｂ同士がギャップ１２をあけて向かい合うように配設された圧力センサ５０としても構わない。なお、図示の例では、平面視六角形状のセンサ本体３としている。
この場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。それに加え、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃと連通開口１１の内周端との間のギャップ１３の形成領域を上記実施形態の圧力センサ１よりも小さくし易いので、このギャップ１２を通じた圧力伝達媒体の流動量を小さくでき好ましい。 (Second modification)
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which comprises two lever pieces 4A and 4B, it is good also as a structure which comprises three or more lever pieces.
For example, as shown in FIG. 12, the pressure sensor includes three lever pieces 4A, 4B, and 4C, and is disposed so that the tip portions 4b of the lever pieces 4A, 4B, and 4C face each other with a gap 12 therebetween. 50 is also acceptable. In the illustrated example, the sensor body 3 has a hexagonal shape in plan view.
Even in this case, the same effect can be obtained. In addition, since the formation region of the gap 13 between each lever piece 4A, 4B, 4C and the inner peripheral end of the communication opening 11 can be easily made smaller than the pressure sensor 1 of the above embodiment, the pressure transmission through the gap 12 is facilitated. This is preferable because the flow amount of the medium can be reduced.

（第３および第４変形例）
また、図１３に示すように、４つのレバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを具備し、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの先端部４ｂ同士がギャップ１２をあけて向かい合うように配設された圧力センサ６０としても構わない。なお、図示の例では、平面視正方形状のセンサ本体３としている。
更には、図１４に示すように、５つのレバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅを具備し、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの先端部４ｂ同士がギャップ１２をあけて向かい合うように配設された圧力センサ７０としても構わない。なお、図示の例では、平面視五角形形状のセンサ本体３としている。 (Third and fourth modified examples)
Further, as shown in FIG. 13, four lever pieces 4A, 4B, 4C, and 4D are provided, and the end portions 4b of the lever pieces 4A, 4B, 4C, and 4D are arranged to face each other with a gap 12 therebetween. The pressure sensor 60 may be used. In the example shown in the figure, the sensor body 3 has a square shape in plan view.
Furthermore, as shown in FIG. 14, it has five lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E, and the end portions 4b of the lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E have a gap 12 therebetween. The pressure sensor 70 may be disposed so as to face each other. In the illustrated example, the sensor main body 3 has a pentagonal shape in plan view.

図１３及び図１４に示す場合であっても、同様の作用効果を奏効することができる。それに加え、図示のように各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅを平面視三角形状にすることで、連通開口１１における各辺に対して各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの基端部４ａを接続することが可能であるので、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの外周縁と連通開口１１の内周端との間に形成されていた上記ギャップ１３を無くすことができる。従って、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの先端部４ｂ同士の間で形成されるギャップ１２を通じてのみ、圧力伝達媒体を流通させることができるので、流動量をさらに小さくできる。 Even in the case shown in FIGS. 13 and 14, the same effect can be obtained. In addition, the lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E are formed in a triangular shape in plan view, as shown in the figure, so that the lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E are connected to the sides of the communication opening 11. Therefore, the gap 13 formed between the outer peripheral edge of each lever piece 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E and the inner peripheral end of the communication opening 11 is formed. It can be lost. Therefore, since the pressure transmission medium can be circulated only through the gap 12 formed between the tip portions 4b of the lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E, the flow amount can be further reduced.

従って、センサ感度をさらに向上でき、圧力変動の検出をより精度良く行い易い。さらにこの場合には、各レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの形状が平面視三角形状であるので、剛性を高めることができ、レバー片４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅの作動信頼性を高めることができる。 Therefore, the sensor sensitivity can be further improved, and the pressure fluctuation can be detected more accurately. Furthermore, in this case, since the shape of each lever piece 4A, 4B, 4C, 4D, 4E is a triangular shape in plan view, the rigidity can be increased, and the operation reliability of the lever pieces 4A, 4B, 4C, 4D, 4E can be increased. Can increase the sex.

（他の変形例）
なお、本実施形態においてレバー片の数は６つ以上としても良いし、形状も片持ち支持されるのであれば自由に設計して構わない。また、センサ本体３の形状としては、レバー片の数や形状等に適宜変更して構わない。 (Other variations)
In the present embodiment, the number of lever pieces may be six or more, and the shape may be freely designed as long as the shape is cantilevered. Further, the shape of the sensor body 3 may be appropriately changed to the number or shape of the lever pieces.

また、上記実施形態では、ピエゾ抵抗２０を利用してレバー片の変位を測定する構成としたが、例えば、レバー片に検出光を照射し、その反射光の受光位置に基づいてレバー片の変位を測定する方式（いわゆる光てこ方式）であっても構わない。
但し、上記実施形態のように、ピエゾ抵抗２０を利用することで自己変位検出型のレバー片とすることができるので、外光等の影響を受けることなく、圧力変動の検出を高精度に行い易い。 Moreover, in the said embodiment, it was set as the structure which measures the displacement of a lever piece using the piezoresistor 20, For example, a detection light is irradiated to a lever piece and the displacement of a lever piece is based on the light reception position of the reflected light. It is also possible to use a method for measuring (so-called optical lever method).
However, as in the above-described embodiment, a self-displacement detection type lever piece can be obtained by using the piezoresistor 20, so that pressure fluctuations can be detected with high accuracy without being affected by external light or the like. easy.

また、本実施形態では、複数のレバー片が同時且つ同方向に撓み変形するので、変位測定部５により、複数のレバー片のうち少なくともいずれか１つのレバー片の変位を測定すれば良く、圧力変動を検出することができる。
例えば、図３に示す検出回路２２において、２つのレバー片４Ａ、４Ｂのうちの、どちらか一方のピエゾ抵抗２０だけをブリッジ回路３０に組み込んでも構わない。この場合であっても、同様に検出信号を得ることができる。但し、上述したように、同一の変位特性を有する２つのレバー片４Ａ、４Ｂのピエゾ抵抗２０をブリッジ回路３０に組み込むことで、レバー片を１つだけ組み込む時よりも２倍の出力信号を得ることができるので、より好ましい。 In the present embodiment, since the plurality of lever pieces bend and deform simultaneously and in the same direction, the displacement measuring unit 5 may measure the displacement of at least one of the plurality of lever pieces. Variations can be detected.
For example, in the detection circuit 22 shown in FIG. 3, only one of the piezoresistors 20 of the two lever pieces 4A and 4B may be incorporated in the bridge circuit 30. Even in this case, a detection signal can be similarly obtained. However, as described above, by incorporating the piezoresistors 20 of the two lever pieces 4A and 4B having the same displacement characteristics into the bridge circuit 30, an output signal twice as large as that obtained when only one lever piece is incorporated is obtained. This is more preferable.

（第５変形例）
なお、上記実施形態では、図１５および図１６に示すように、ピエゾ抵抗２０の代わりに圧電センサを用いてレバー片の変位を測定してもよい。つまり、上記実施形態では、ピエゾ抵抗２０の抵抗値変化に基づいてレバー片４Ａ、４Ｂの変位を測定する構成としたが、レバー片４Ａ、４Ｂの変位に応じて撓む圧電素子より生ずる起電力を検出することで、レバー片４Ａ、４Ｂの変位を測定する構成とすることも可能である。この第５変形例の圧力センサ８０は、図１および図２に示す圧力センサ１においてピエゾ抵抗２０の代わりに圧電センサ８１を備えたものである。
圧電センサ８１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）またはＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの薄膜圧電体８２と、薄膜圧電体８２を厚さ方向の両側から挟み込むＰｔ／Ｔｉ電極（チタン基材の表面にプラチナがめっきされた電極）などの第１および第２電極８３，８４と、第１および第２電極８３，８４の各々と検出回路２２とを接続するＡｕ（金）などからなる第１および第２取り出し電極８５，８６と、を備えている。圧電センサ８１は、２つのレバー片４Ａ、４Ｂの各々の基端部４ａに第２電極８４が装着されることによって実装されている。 (5th modification)
In the above embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the displacement of the lever piece may be measured using a piezoelectric sensor instead of the piezoresistor 20. That is, in the above embodiment, the displacement of the lever pieces 4A and 4B is measured based on the change in the resistance value of the piezoresistor 20, but the electromotive force generated by the piezoelectric element that bends according to the displacement of the lever pieces 4A and 4B. It is also possible to adopt a configuration in which the displacement of the lever pieces 4A, 4B is measured by detecting. The pressure sensor 80 according to the fifth modification is provided with a piezoelectric sensor 81 instead of the piezoresistor 20 in the pressure sensor 1 shown in FIGS.
The piezoelectric sensor 81 includes a thin film piezoelectric body 82 such as PZT (lead zirconate titanate) or AlN (aluminum nitride) and a Pt / Ti electrode (on the surface of the titanium base material) sandwiching the thin film piezoelectric body 82 from both sides in the thickness direction. First and second electrodes 83 and 84 such as platinum-plated electrodes), and first and second electrodes made of Au (gold) for connecting each of the first and second electrodes 83 and 84 to the detection circuit 22. 2 take-out electrodes 85 and 86. The piezoelectric sensor 81 is mounted by mounting a second electrode 84 on the base end portion 4a of each of the two lever pieces 4A and 4B.

この第５変形例において、検出回路２２は、例えば図１７に示す電荷電圧変換型の検出回路２２Ａまたは図１８に示す電圧増幅型の検出回路２２Ｂであって、各圧電センサ８１の第１取り出し電極８５を正極かつ第２取り出し電極８６を負極として、２つのレバー片４Ａ、４Ｂに装着された２つの圧電センサ８１，８１を直列に接続して、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。 In the fifth modification, the detection circuit 22 is, for example, a charge-voltage conversion type detection circuit 22A shown in FIG. 17 or a voltage amplification type detection circuit 22B shown in FIG. Two piezoelectric sensors 81 and 81 mounted on the two lever pieces 4A and 4B are connected in series with 85 as a positive electrode and the second extraction electrode 86 as a negative electrode, and an output voltage Vout is output.

図１７に示す電荷電圧変換型の検出回路２２Ａは、オペアンプ９１と、帰還抵抗（抵抗値Ｒａ）９２と、帰還抵抗９２に並列に接続されたコンデンサ（容量値Ｃａ）９３と、を備えている。直列に接続された２つの圧電センサ８１，８１の正極はオペアンプ９１の反転入力端子（−）に接続され、負極はオペアンプ９１の非反転入力端子（＋）に接続されるとともに接地されている。この検出回路２２Ａの出力電圧Ｖｏｕｔは、直列に接続された２つの圧電センサ８１，８１の正極に生じる正電荷（＋ｑ）により、例えば下記数式（１）に示すように記述される。 The charge-voltage conversion type detection circuit 22A shown in FIG. 17 includes an operational amplifier 91, a feedback resistor (resistance value Ra) 92, and a capacitor (capacitance value Ca) 93 connected in parallel to the feedback resistor 92. . The positive electrodes of the two piezoelectric sensors 81, 81 connected in series are connected to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 91, and the negative electrode is connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 91 and grounded. The output voltage Vout of the detection circuit 22A is described by the positive charge (+ q) generated at the positive electrodes of the two piezoelectric sensors 81 and 81 connected in series, for example, as shown in the following formula (1).

図１８に示す電圧増幅型の検出回路２２Ｂは、オペアンプ９５と、帰還抵抗（抵抗値Ｒｄ）９６と、オペアンプ９１の非反転入力端子（＋）と接地点との間に接続された第１抵抗（抵抗値Ｒｂ）９７と、オペアンプ９１の反転入力端子（−）と接地点との間に接続された第２抵抗（抵抗値Ｒｃ）９８と、を備えている。直列に接続された２つの圧電センサ８１，８１の正極はオペアンプ９５の非反転入力端子（＋）に接続され、負極は接地点にて接地されている。この検出回路２２Ｂの出力電圧Ｖｏｕｔは、直列に接続された２つの圧電センサ８１，８１の正極の電位Ｖｉｎにより、例えば下記数式（２）に示すように記述される。 18 includes an operational amplifier 95, a feedback resistor (resistance value Rd) 96, a first resistor connected between the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 91 and a ground point. (Resistance value Rb) 97 and a second resistance (resistance value Rc) 98 connected between the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 91 and the ground point. The positive electrodes of the two piezoelectric sensors 81, 81 connected in series are connected to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 95, and the negative electrode is grounded at the ground point. The output voltage Vout of the detection circuit 22B is described by the positive potential Vin of the two piezoelectric sensors 81 and 81 connected in series as shown in the following formula (2), for example.

（第６変形例）
なお、上述した第６変形例においては、図１９および図２０に示すように、上述した第２〜第４変形例と同様に３つ以上のレバー片を備えてもよく、３つ以上のレバー片の各々に圧電センサ８１を備えてもよい。この場合の検出回路２２は、図２１に示す電荷電圧変換型の検出回路２２Ａまたは図２２に示す電圧増幅型の検出回路２２Ｂのように、３つ以上のレバー片に装着された３つ以上の圧電センサ８１，…，８１を直列に接続して、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。 (Sixth Modification)
In the sixth modification described above, as shown in FIGS. 19 and 20, three or more lever pieces may be provided as in the second to fourth modifications described above, and three or more levers may be provided. Each piece may include a piezoelectric sensor 81. In this case, the detection circuit 22 includes three or more lever pieces mounted on three or more lever pieces, like the charge-voltage conversion type detection circuit 22A shown in FIG. 21 or the voltage amplification type detection circuit 22B shown in FIG. The piezoelectric sensors 81,... 81 are connected in series to output an output voltage Vout.

第５変形例および第６変形例によれば、複数の圧電センサ８１を直列に接続して出力電圧Ｖｏｕｔを増大させることができ、検出感度を向上させることができる。
なお、第５変形例および第６変形例において、圧電センサ８１の厚さに起因する感度低下が生じる場合には、各レバー片を長くしたり、各レバー片の先端部を基端部に比べて幅広に形成することによって、感度上昇に対するレバー片の寄与を増大させてもよい。 According to the fifth modification and the sixth modification, the plurality of piezoelectric sensors 81 can be connected in series to increase the output voltage Vout, and the detection sensitivity can be improved.
In the fifth and sixth modifications, when the sensitivity is reduced due to the thickness of the piezoelectric sensor 81, each lever piece is lengthened, or the distal end portion of each lever piece is compared with the base end portion. Therefore, the contribution of the lever piece to the sensitivity increase may be increased.

１、５０、６０、７０、８０…圧力センサ３…センサ本体４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ…レバー片４ａ…レバー片の基端部４ｂ…レバー片の先端部５…変位測定部１０…キャビティ１１…連通開口１２…ギャップ１３…ギャップ（間隔）１５…貫通孔２０…ピエゾ抵抗８１…圧電センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 50, 60, 70, 80 ... Pressure sensor 3 ... Sensor main body 4A, 4B, 4C, 4D, 4E ... Lever piece 4a ... Lever piece base end part 4b ... Lever piece tip part 5 ... Displacement measurement part 10 ... Cavity 11 ... Communication opening 12 ... Gap 13 ... Gap (interval) 15 ... Through hole 20 ... Piezoresistor 81 ... Piezoelectric sensor

Claims

A pressure sensor for detecting pressure fluctuations,
A sensor body in which a cavity and a communication opening for communicating the inside and the outside of the cavity are formed;
The distal end is a free end and the base end is cantilevered by the sensor body so as to close the communication opening, and according to the pressure difference between the inside and the outside of the cavity A plurality of lever pieces that bend and deform,
A displacement measuring unit that measures the displacement of at least one of the plurality of lever pieces;
The pressure sensor, wherein the plurality of lever pieces are arranged such that the tip portions thereof face each other with a predetermined gap therebetween.

The pressure sensor according to claim 1.
The plurality of lever pieces have the same displacement characteristics with respect to the pressure difference.

The pressure sensor according to claim 1 or 2,
The pressure sensor, wherein the plurality of lever pieces are disposed so as to prevent a gap from being formed between an outer peripheral edge of the lever pieces and an inner peripheral edge of the communication opening.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The displacement sensor includes a piezoresistor formed at a base end of the lever piece.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The displacement measuring unit includes a piezoelectric sensor at a base end portion of the lever piece.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 5,
A pressure sensor, wherein a base hole of the lever piece is formed with a through-hole penetrating the lever piece.