JPS61201129A - ガス圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は気圧センサ、殊に気圧の変動に対する圧電振動
子の直列等価抵抗の変化に基づき高真空度の測定全可能
としたガス圧力センサに関する。

（従来技術） 従来から気体圧力をベローズ、リンク等適当な変位への
変換装置を用いて水晶等の圧電振動子に作用せしめ、そ
のストレスに基づく集機周波数の変化から気体圧力を検
出する気体圧力のセンサが提案されており、殊に温度変
化の影響の少ないＡＴカット系の厚みすペジ振動モード
を利用したものが一般的であるが、斯るガス圧力センサ
は圧力の変換機構が複雑且つ外的振動又は衝撃の影響上
受けやすいのみならず感度。

分解捕集満足すべきものではないという欠陥があった。

上述の如き事情に鑑み１本願発明者等は既に特願昭５７
−１４６６５３　（特開昭５９−３５１２２）に於いて
輪郭撮動モード全利用する圧電振動子がこれを包囲する
雰囲気の圧力の変動に伴いその等個直列抵抗が直線的に
変動する性質を利用し極めて高感度且つ格別のガス圧カ
ストレス変換機構すなわちダイヤフラム耳金必要としな
い圧力センサを提案している。

しかしながら上述の圧力セ／すの内最も感度良好な幅広
音叉型水晶振動子音用いてもその直列等価抵抗と圧力と
の関係が大幅に変化する範囲は既ね１０−３気圧程度ま
ででありこれより高真空領域については圧力に対する直
列等価抵抗の変化量が飽和状態となり計測子可能である
ことが判明していた。

（発明の目的） 本発明は上述した如き従来の圧力センサの欠陥を除去し
真空度の高い雰囲気中に於いても圧電機動子の直列等価
抵抗が圧力によって大幅に変化しその真空度の計測を可
能としたガス圧力センサを提供すること？ｄ的とする。

（発明の概要） 上述の目的全達成する為２本発明は輪郭圧電振動子のＱ
を高めるべくその励振電極全振動子表面に対し所要の距
離だけ離隔せしめるよう構成したものである。

（発明の実施例） 以下１本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説
明する。

本発明に係るガス圧力セ／すの実施例を説明するに先立
ってまず本願発明者が既に出願した音叉型ガス圧力セン
ナについて簡単に言及する。

第２図（ａｌは従来の音叉型水晶振動子を利用したガス
圧力センサの構成を示す斜視図であり音叉型水晶振動子
１基板の音叉脚２．３四面に夫々通常の電極付着手段音
用いて電極４，４．・・・・・・を付着したものである
。

このような音叉型水晶振動子の音叉脚間隔ｇと板厚ｔと
の比ｔ　／　ｇを変化させその直列等価抵抗Ｒ・（同図
（ｃｌ参照）がこれを包囲する雰囲気の圧力によってい
かに変化するかを調べると第３図の如くなり概ねＯ７Ｉ
　　Ｔｏｒｒより低圧側では等価抵抗が飽和し計測不能
であること前述の通りである。

この理由を考察するに振動子基板への電極付着は周知の
如くその振動子固有のＱを大幅に低下させるので高真空
下に於ける雰囲気への振動子からのエネルギ伝播に基づ
くわずかな損失はマスクされてしまい検出し得ない為で
あると考えられる。

この問題を解決する為９本発明に於いては第１因に示す
如き構成音とる。第１　崗（ａ）乃至１ｃ）は夫々本発
明に係る電極離隔音叉型水晶ガス圧力セ／すの構成を示
す側面図、Ａ−Ａ断面図及び一部破断乎面図である。

本図に於いて、音叉型水晶機動子基板１の外周四面を該
基板１と同一カットの水晶基板５乃至８にて包囲すると
共に前記音叉脚２及び３の間に同様の水晶基板９を挿入
する。

該基板５乃至８の前記音叉型水晶振動子１外周表面と対
面する側には夫々電極１０乃至１３を、又前記基板９の
両面には夫々電極１４及び１５を蒸着等の手法にて付着
する。更に前記電極付着基板５乃至８は夫々前記音叉型
水晶振動子基板ｌの基部に於いて適当な接着剤層１６゜
１６、・・・・・・にて固定すると共に前記基板１表面
との間に所要の間隙を形成するようにする。又。

前記音叉脚間に挿入する電極両面付着基板９と前記基板
５及び６との間の固定も同様とする。

表面との平行を確保する為のものである。

尚更に、前記音叉脚２．３間に挿入する北極両面付着基
板９及び音叉の側面に位置するｔａ付着基板７及び８は
前記音叉脚２．３の基部近傍にのみ配置すれば音叉の歪
が最大となる位置に電荷を供給することになるので効率
的であると同時に前記脚２及び３の屈曲に伴う前記基板
７．８及び９との干渉の懸念がなく好都合である。

ｆ前述し念水晶基板間の接着を行う接着層１６．１６．
・・・・−・とじてはアルミニウムー銀−インジウム或
はクロム−クロム金−金を積層して接着層金形成しこれ
に所要の熱と圧力を印加すればよく、斯くすることによ
って水晶基板間の固定と共に電極と振動子基板表面との
距離として必要な０．５乃至数／ｌの間隙を任意に形成
することができる。を 斯くの如く構成した電極離隔音叉型水晶振動子を用いた
ガス圧力センサについて従来のそれと比較実験を行った
結果を第４図に示す。

本図から明らかな如く上述のセンサを包囲する雰囲気の
気圧の変動に対しセ／すの等個直列抵抗の値が大幅に変
化し得る範囲は電極離隔型の方が電極付着型に比して前
記ｔ　／　ｇの値が１の場合も３の場合も共にはＹＩＯ
乃至１０”Ｔｏｒｒ程度低圧側に拡大していることが理
解されよう。

伺、高圧側については両者間等である為図示を省略した
。

このような現象の生ずる理由は前述した如く電極の離隔
によって振動子のＱが向上したことに伴い高真空下に於
いて雰囲気への振動子からのエネルギ伝播に基づくわず
かな損失全も検知し得るようになったものと解される。

従って上述した如きガス圧力センサを用いればは’：　
１０−２〜１０−３Ｔｏ　ｒ　ｒまでの真空を極めて容
易かつ精度よく測定することが可能となる。

以上、音叉型振動子を利用した実施例についてのみ説明
したが本発明は必ずしもこれに限定さるべきものではな
く輪郭振動を呈する他の振動子を利用することも可能で
ある。

例えば輪郭縦振動を呈するＸカット水晶基板を利用する
場合には第５図（ａｌ乃至（ｄ）に示す如く振動子基板
１８の撮動の節となる基板長手（Ｙ軸）方向西側縁中央
から共振波長λの（１／４＋ｎ／２）倍の長さのアーム
１９，１９ｔｌ−延長しその先に該基板１８の保持部２
０．２０’に形成するようエツチングの手法を用いて一
体成形する（同図（ａ））。

而して前記保持部２０．２０に於いて電極付着。

水晶基板２１．２１’を前記振動子基板１８の表裏に固
定すると共に前記基板２１．２１相互の平行を確保する
為その長手方向両端部にやはり水晶ブロック２２．２２
’を挿入固定すればよい（同図（ｂｌ乃至（ｄ））。

同、この際電極２３．２３は全面電極とすればよいこと
はいうまでもない。　　　− 又、ＸカットＹＺ面内屈曲振動モードの水晶振動子を利
用する場合には第６図（ａｔ及び（ｂ）に示す如くＳ＠
］の節となる振動子２４の長手（Ｙ’軸）方向に沿っ之
両側縁に於いて両端部からその全長ｌの０．２２４１の
位置にアーム２５，２５．・・・・・・全延長しその先
端に保持部２６．２６’に形成する。この際′ｆ！Ｌ極
の構造は図上一点鎖線で描く如く振動子基板２４の長手
方向に平行な２個の分割電極２７．２７となる如し同−
面内逆相且っ表裏互に逆相となるようにする必要がある
。

従って離隔電極２７．２７　、・・−・・・は同図ｆｂ
）に示す如く電極付着基板２８．２８の夫々−面に分離
平行して形成すればよい。

伺２以上はＸカッＦＹｚ面内屈曲振動の基本波モード全
使用する場合の実施例であるが振動子基板の構造かや＼
複雑となるので、二次撮動モードを利用してもよい。こ
の場合には振動子基板２４の長平方向中央が変位もスト
レスも零となるので振動子基板を第７図（ａｌに示す如
く簡単な構造とすることができる。もっともこの際には
電極配置は同図一点鎖線で示す如く四分割となり同−面
内互に逆相且つ表裏互に逆相となる。

このような四分割を極２９，２９は同図（ｂｌに示す如
く振動子基板２４の表裏に固定する電極付着基板３０．
３０の夫々−面に互に対称形の電極パターンを形成する
と共にリード３１．３１　、・・・・・・にて所要の電
極間を接続しその端子３２，３２゜・・・・・・全前記
振動子基板２４の保持部２６．２６に延長することによ
って核部から給電すればよい。

又、ＮＴカット水晶基板を利用する場合も同様の構成を
とればよく、更に輪郭すべり振動を呈するＣＴ、ＤＴ、
ＳＬ或はＨＴカットの水晶振動子を使用する場合は前述
のＸカット水晶の場合と同様である。

伺更にＧＴカット水晶撮勅子金使用する場合には図示は
省略するが基板の相対する側縁にクッ７１７を介して保
持部を延長する構成をとれば同様の離隔電極によって励
振することが可能である。

以上、水晶振動子を使用する場合についてのみ説明した
が本発明はこれに限定されるものではなく輪郭振動が可
能なあらゆる圧電振動子について適用可能であることは
いうまでもあるまい。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するものであるから゛ベ
ローズ、レバ、挺等の圧力−変位変換機構を有しないの
でセンサ自体が構造単純安価であり振動、衝撃の影響を
受けることがないのみならず圧力の測定は単に振動子の
直列等価抵抗を測定するだけで足りるので測定系を簡単
安価に構成する効果がある。

更に電極を振動子基板表面から離隔することによって比
較的高い真空度まで精密に測定可能となるので航空機用
の高度計、対気速度計或は昇降計等に好適であると共に
一般的な真空計。

希ガス流量計、流速計等に適用すればその測定系を簡素
化する上で著しい効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ　、　（ｂ）及び（ｃｌは夫々本発明に係
る電他離隔音叉型ガス圧力センサの構造を示す一部破断
側面図、Ａ−Ａ断面図及び一部破断乎面図。 ＠２図（ａｌ　、　（ｂｌ及び（ｃ）は夫々従来の電極
付着音叉型ガス圧カセノサ用撮動素子の構造を示す斜視
図、電極配置図及び等価回路図、８３図はｗｃ２図に示
し九センサ特性を示す実験結果の図、第４図は第１図に
示した本発明に係るガス圧力センナの特性を示す実験結
果の図、第５図（ａｔ乃至ｆｄｌは夫々本発明に係るガ
ス圧力センナの他の実施例を示す揚動基板構造斜視図、
一部破断側面図、Ｂ−Ｂ断面図及び一部破断乎面図、第
６図（ａ）及び（ｂｌは夫々本発明に係るガス圧力セン
サの更に他の実施例を示す振動基板の構造及び電極配置
を示す図及び正面図、第７図（ａｌ及び（ｂｌは夫々尚
、更に他の実施例を示す振動基板構造と電極配置を示す
図及び電極付着基板上の電極構造を示す展開図である。 １．１８及び２４・・・・・・・・・輪郭圧電振動子。 １０．１１，１２，１３，１４，１５，２３，２７及び
２９・・・・−・・・・離隔電極。 ５．６．７．８．９．２１．２８及び３０・・・・・・
・・・電極付着圧電基板。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 男　　１　　回 （ＩＣ）） 第　　３　　図 第　　６　　口 男　７　（２） （′０） 第　　７　　口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）輪郭圧電振動子をとりまく気体の圧力変化を前記
   振動子の等価直列抵抗の変化によって検知するセンサに
   於いて、前記振動子の励振電極を振動子を構成する圧電
   基板表面から少しく離隔することによって振動子のＱを
   向上し広範囲の気体圧力の測定を可能ならしめたことを
   特徴とするガス圧力センサ。
2. （２）前記振動子が音叉型圧電振動子であってその音叉
   脚間隔ｇと板圧ｔとの比ｔ／ｇを適当な値に選択するこ
   とによって所望のセンサ感度と分解能を得るようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲１記載のガス圧力セン
   サ。
3. （３）前記励振電極を前記圧電振動子を構成する圧電基
   板と同一材質の基板々面に付着せしめ該励振電極付着面
   が前記圧電振動子を構成する圧電基板表面と所要の間隙
   を介して対面するよう前記励振電極付着基板を前記圧電
   振動子を構成する圧電基板に固定したことを特徴とする
   特許請求の範囲（１）又は（２）記載のガス圧力センサ
   。