專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，尤其是涉及一種采用兩個壓敏元件并且使這兩個壓敏元件差動工作，從而改善了檢測靈敏度、溫度特性等的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
目前，作為水壓計、氣壓計、差壓計等，已知一種將壓電振動元件用作壓敏元件的壓力傳感器。在采用了壓電振動元件的壓力傳感器中，當(dāng)向壓電振動元件施加檢測軸方向上的壓力時，壓電振動元件的共振頻率將發(fā)生變化，并根據(jù)該共振頻率的變化來檢測被施加在壓力傳感器上的壓力。在專利文獻1-3中，公開了將壓電振動元件用于壓敏元件中的壓力傳感器。當(dāng)通過壓力導(dǎo)入口向波紋管內(nèi)施加壓力時，與該波紋管的有效面積相對應(yīng)的力將作為壓縮力或拉力(伸長力)F，而通過以樞軸(撓性鉸鏈)為支點的力傳遞單元施加于壓電振動元件上。 在壓電振動元件上產(chǎn)生與該力F相對應(yīng)的應(yīng)力，通過該應(yīng)力使得壓電振動元件的共振頻率發(fā)生變化。壓力傳感器能夠通過檢測壓力振動元件的共振頻率的變化從而求出所施加的壓力。圖10為表示專利文獻1中所公開的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖，該傳感器具有 筐體104，其具有對置配置的第1和第2壓力輸入口 102、103 ；力傳遞部件105，其被配置在筐體104的內(nèi)部，第1波紋管106和第2波紋管107以夾持力傳遞部件105的一端的方式而連接。而且，第1波紋管106的另一端開口與第1壓力輸入口 102相連接，第2波紋管107 的另一端開口與第2壓力輸入口 103相連接。并且，在力傳遞部件105的另一端與基板108 的非樞軸(支點)側(cè)的端部之間，配置有作為壓敏元件的雙音叉型振動元件109。在對壓力進行高精度檢測的情況下，向波紋管的內(nèi)部填充液體。為了防止氣泡進入、滯留在波紋管內(nèi)部的褶皺部分，從而一般采用粘性較高的硅油等以作為該液體。如此便構(gòu)成了下述結(jié)構(gòu)，即，在第1波紋管106的內(nèi)部填充有具有粘性的油110，從而當(dāng)壓力測定的對象為液體時，通過向第1壓力輸入口 102敞開的開口部111而使液體與所述油接觸并對置。另外，開口部111的開口直徑被設(shè)定為，不會使油漏出至外部。另外，專利文獻3中公開了一種如圖11中的剖視圖所示的壓力傳感器150。在圖 11中，120為外殼，121為壓力導(dǎo)入口，122a、122b為波紋管，該波紋管122a、122b與力傳遞部件125相連接，在該力傳遞部件125的可撓部12 和固定部12 之間粘結(jié)固定有壓敏元件130。當(dāng)通過圖11所示的壓力傳感器150的壓力導(dǎo)入口 121向波紋管12加、122b施加壓力時，與波紋管122a、122b的有效面積相對應(yīng)的力將施加于力傳遞部件125的上下兩側(cè)， 從而與差壓相當(dāng)?shù)牧⒆鳛閴嚎s力或拉力(伸長力)而以樞軸135為支點施加于壓敏元件 130上，壓敏元件130的共振頻率根據(jù)該力而發(fā)生變化，通過檢測該變化從而對壓力進行測定。由于波紋管12加、122b、力傳遞部件125、壓敏元件130和外殼120分別由不同的材料構(gòu)成，因此由于使用環(huán)境的溫度變化等會產(chǎn)生熱變形，從而使壓力測定精度惡化。因此，采用了如下結(jié)構(gòu)，即，通過將壓敏元件130的支承部跨接固定在，力傳遞部件125的可撓部12 與壓敏元件130的固定部件140之間，從而避免隨著周圍溫度的變化而產(chǎn)生的熱變形對壓敏元件130產(chǎn)生影響，其中，所述壓敏元件130的固定部件140與該力傳遞部件125 隔開設(shè)置，且被設(shè)置在外殼120內(nèi)。另外，分別對波紋管線、力傳遞部件、力傳遞部支柱和壓敏元件固定部進行熱變形的分析。例如，公開了如下內(nèi)容，即，外殼采用不銹鋼，波紋管采用鎳，力傳遞部件采用磷青銅，壓敏元件采用水晶，將各自的線膨脹系數(shù)應(yīng)用于分析中，從而設(shè)定各個部件的尺寸，在設(shè)定了壓敏元件130的固定部件的線膨脹系數(shù)的情況下，則能夠求出其最佳的長度，從而構(gòu)成不會受到熱變形的影響的壓力傳感器。然而，在專利文獻1所公開的壓力傳感器101中，圖10所示的第1波紋管106中所填充的油110與其他結(jié)構(gòu)要素、例如力傳遞部件105和雙音叉型振動元件109等相比，其熱膨脹系數(shù)較大，從而使得構(gòu)成壓力傳感器101的各個部件上會產(chǎn)生由于溫度變化而導(dǎo)致的熱變形。由該熱變形所產(chǎn)生的應(yīng)力將作為噪音而與雙音叉型振動元件109的信號重疊， 從而存在使壓力傳感器的測定精度惡化的問題。另外，雖然第1波紋管106中所填充的油110與作為壓力測定對象的液體接觸并對置，但根據(jù)壓力傳感器的設(shè)置方法的不同，存在油110向作為壓力測定對象的液體側(cè)流出的情況、或液體向第1波紋管106流入的情況，從而存在于第1波紋管106中所填充的油 110內(nèi)產(chǎn)生氣泡的可能性。當(dāng)在油110中產(chǎn)生氣泡時，存在由于氣泡吸收壓力而導(dǎo)致油110 作為壓力的傳遞介質(zhì)的功能惡化，進而導(dǎo)致壓力測定值產(chǎn)生誤差的可能性。而且，由于油110與壓力測定對象的液體接觸，因此根據(jù)壓力傳感器的設(shè)置方法的不同，存在油110向壓力測定對象的液體側(cè)流出的可能性，從而在對需避免異物混入的液體進行壓力測定時，存在無法使用現(xiàn)有這樣的采用了油110的壓力傳感器的問題。另外，專利文獻1、3中公開的壓力傳感器的力傳遞部件105、125采用了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，從而在使壓力傳感器小型化時會成為障礙。而且，在力傳遞部件105、125中，縮頸部的較細(xì)的撓性鉸鏈為不可缺少的部件，從而由于該部件而存在壓力傳感器的制造成本上升的問題。為了解決這樣的問題，專利文獻4中所公開的壓力傳感器210如圖12中的剖視圖所示，具有外殼212 ；受壓單元(隔板224)，其封閉外殼212的開口部222，并具有可撓部 (中央?yún)^(qū)域224a)和所述可撓部外側(cè)的邊緣區(qū)域22 ，并且所述可撓部的一側(cè)主面為受壓面；壓敏元件M0，其具有壓敏部和與所述壓敏部的兩端分別連接的第1基部MOa和第2 基部MOb，并且所述第1基部MOa和所述第2基部MOb的排列方向與所述受壓單元的位移方向平行，壓力傳感器210采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，所述第1基部MOa與成為所述受壓面的背面?zhèn)鹊乃鍪軌簡卧闹醒雲(yún)^(qū)域22 相連接，所述第2基部MOb通過連接部件242而連接于所述背面?zhèn)鹊乃鲞吘墔^(qū)域22 上、或連接于與所述第1基部MOa對置的所述外殼 212的內(nèi)壁上。由于通過采用此種結(jié)構(gòu)，從而能夠在無需通過上述撓性鉸鏈的條件下，以隨著受壓單元的位移所產(chǎn)生的力作為壓縮力而直接施加在壓敏元件240上，因此，提高了靈敏度， 且由于無需使用油從而能夠擴大測定對象的范圍。另外，在壓敏元件240中，由于不僅將第 1基部MOa固定在受壓單元上，而且第2基部MOb也通過連接部件242而固定于受壓單元側(cè)，因此能夠減輕熱變形的問題。另外，由于利用壓電材料而將連接部件242和壓敏元件 240 一體形成，因此能夠進一步減輕熱變形。另外，上述結(jié)構(gòu)還能夠作為將測定對象設(shè)定為液體，并將外殼212內(nèi)暴露于大氣壓中，從而以大氣壓為基準(zhǔn)的液壓傳感器而使用，此時， 不僅能夠向壓敏元件240施加壓縮力，還能夠施加拉力。然而，在上述結(jié)構(gòu)中也存在由于壓敏元件和連接裝置兩者的溫度變化而產(chǎn)生的熱膨脹和熱收縮，因此存在無法避免由于該熱膨脹所導(dǎo)致的壓敏元件的共振頻率發(fā)生變化的問題。另外，還存在壓敏元件的共振頻率的隨年月而變化等的問題。在先專利文獻專利文獻1日本特開昭56-119519號公報專利文獻2日本特開昭64-9331號公報專利文獻3日本特開平2-228534號公報專利文獻4日本特開2010-48798號公報

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明著眼于上述問題點，其目的在于，提供一種能夠避免溫度變化和隨年月而變化等的問題，從而能夠穩(wěn)定地測定壓力的壓力傳感器。本發(fā)明是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，其可以作為下述應(yīng)用例來實現(xiàn)。應(yīng)用例1一種壓力傳感器，其特征在于，具有受壓單元，其具有受到力而發(fā)生位移的可撓部、和與所述可撓部的外周相連接的邊緣部；第1壓敏元件和第2壓敏元件，其具有壓敏部和被連接在所述壓敏部的兩端的一對基部，且具有與對所述基部之間進行連接的線平行的檢測軸，所述檢測軸的方向以與所述可撓部的位移方向平行的方式而配置，所述第1壓敏元件的一個基部被固定在所述可撓部上，且另一個基部被固定在支承于所述邊緣部上的第 1支承部件上，所述第2壓敏元件的一個基部被固定在所述邊緣部上，且另一個基部被固定在支承于所述可撓部上的第2支承部件上。通過上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)可撓部向外殼的外側(cè)位移時，第1壓敏元件將通過可撓部和被支承在邊緣部上的第1支承部件而受到牽拉應(yīng)力，而第2壓敏元件將通過被支承在可撓部上的第2支承部件而受到來自可撓部的壓縮應(yīng)力。反之，當(dāng)可撓部向外殼的內(nèi)側(cè)位移時，第 1壓敏元件將通過第1支承部件而受到壓縮應(yīng)力，而第2壓敏元件將通過第2支承部件而受到來自可撓部的牽拉應(yīng)力。各個壓敏元件在受到牽拉應(yīng)力時共振頻率將增加，而在受到壓縮應(yīng)力時共振頻率將減小。由此，通過求出第1壓敏元件和第2壓敏元件之間的共振頻率的差分，從而能夠檢測出被施加在可撓部上的壓力。而且，當(dāng)?shù)?壓敏元件與第2壓敏元件互為相同的結(jié)構(gòu)要素時，關(guān)于共振頻率而言由于具有相同的溫度特性和隨年月的變化特性，因此在上述差分中這種特性將被抵消。因此，成為與溫度特性和隨年月的變特性等無關(guān)而能夠進行穩(wěn)定的壓力測定的壓力傳感器。另外，由于通過兩個壓敏元件的共振頻率的差分來測定壓力，因此與采用一個壓敏元件的情況相比，能夠獲得更高的靈敏度。而且，由于第1壓敏元件和第2壓敏元件中的至少一方的基部被固定于受壓單元側(cè)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器整體的小型化。
應(yīng)用例2如應(yīng)用例1所述的壓力傳感器，其特征在于，所述壓敏部由至少一個以上的柱狀梁構(gòu)成。通過上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)由例如一根柱狀梁構(gòu)成壓敏部時，由于作用于梁上的應(yīng)力將增大，因此能夠提高壓力傳感器的靈敏度。應(yīng)用例3如應(yīng)用例1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第1壓敏元件、所述第2壓敏元件、所述第1支承部件、所述第2支承部件通過壓電材料而一體地形成。通過上述結(jié)構(gòu)，由于各個壓敏元件和各個支承部件的熱膨脹系數(shù)相一致，因此能夠消除各個壓敏元件和各個支承部件之間的熱變形從而提高溫度特性。另外，通過一體地形成各個壓敏元件和各個支承部件，從而能夠減少壓力傳感器的部件數(shù)量，且提高壓力傳感器的組裝的成品率，進而抑制成本。應(yīng)用例4如應(yīng)用例3所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第1壓敏元件、所述第2壓敏元件、所述第1支承部件、所述第2支承部件各自與所述受壓單元相連接的一側(cè)的端部被形成為，配置在與所述可撓部的位移方向垂直的直線上。通過上述結(jié)構(gòu)，由于在各個壓敏元件和各個支承部件中不會受到來自受壓單元的熱變形，因此成為了相對于溫度變化精度較高且較穩(wěn)定的壓力傳感器。


圖1為第1實施方式所涉及的壓力傳感器的立體圖(以)(Z面為切斷面的剖視圖)。圖2圖示了第1實施方式所涉及的壓力傳感器的剖視圖，其中，圖2(a)為以)(Z面為切斷面的剖視圖，圖2(b)為以H面為切斷面的剖視圖。圖3為由金屬來形成隔板時的模式圖。圖4為由水晶來形成隔板時的模式圖。圖5為由水晶來形成隔板時的改變例。圖6圖示了第1實施方式中的壓力傳感器的改變例，其中，圖6(a)為以)(Z面為切斷面的剖視圖，圖6(b)為以H面為切斷面的剖視圖。圖7為第2實施方式所涉及的壓力傳感器以TL面為切斷面的立體圖。圖8圖示了第2實施方式所涉及的壓力傳感器的剖視圖，其中，圖8(a)為以)(Z面為切斷面的剖視圖，圖8(b)為以H面為切斷面的剖視圖。圖9圖示了由水晶形成一體部件時的模式圖，所述一體部件為，將第1壓敏元件、 第2壓敏元件、第1支承部件、第2支承部件一體地形成而獲得的部件。圖10為表示專利文獻1中所公開的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖11為專利文獻3中所公開的壓力傳感器的剖視圖。圖12為專利文獻4中所公開的壓力傳感器的剖視圖。符號說明10…壓力傳感器；12…外殼；14…凸緣部；1 …外周部；14b…內(nèi)周部；Hc…孔； 14d…外周；He…大氣導(dǎo)入口 ；16…環(huán)部；16a...孔；1 …外周；18…支承軸；20…側(cè)面部；22…開口部；24…隔板；2 …中央?yún)^(qū)域；24b…可撓區(qū)域；Mc…邊緣部；30…金屬母材； 32…母基板；34…光刻膠；3 …光刻膠；35…光掩膜；36…密封端子；38…導(dǎo)線；40…第1 壓敏元件；40a…第1基部；40b…第2基部；40c…振動臂；42…第2壓敏元件；42a…第1基部；42b…第2基部；42c…振動臂；44…第1支承部件；4 …支座部；44b…支柱部；44c-臂部；45…第1支承部件；45c…臂部；46…第2支承部件；46a…支座部；46b…支柱部； 46c…臂部；47···第2支承部件；47a…支座部；47c…臂部；48···固定部；49···固定部；50··· 壓力傳感器；52…第1壓敏元件；5 …第1基部；52b…第2基部力4…第2壓敏元件；54a-第1基部；54b…第2基部；56···第1支承部件；56a…支座部；56^··臂部；58···第2支承部件；58a…支座部；58c…臂部；60…固定部；62…固定部；64…固定部；66…母基板；68…光刻膠；68a…光刻膠；102…第1壓力輸入口 ；103…第2壓力輸入口 ；104…筐體；105…力傳遞部件；106…第1波紋管；107…第2波紋管；108…基板；109…雙音叉型振動元件；110... 油；111…開口部；120…外殼；121…壓力輸入口 ；12 …波紋管；12 …波紋管；125…力傳遞部件；12 …可撓部；12 …固定部；130…壓敏元件；140…固定部件；150…壓力傳感器；210…壓力傳感器；212…外殼；222…開口部；224…隔板；22 …中央?yún)^(qū)域；22 …邊緣區(qū)域；240…壓敏元件；MOa…第1基部；MOb…第2基部；242…連接部件。
具體實施例方式下面利用附圖所示的實施方式對本發(fā)明所涉及的壓力傳感器進行詳細(xì)說明。但是，只要該實施方式中所記載的結(jié)構(gòu)要素、種類、組合、形狀、其相對配置等沒有特定的記載，則其只不過是單純的說明示例，而并不表示將本發(fā)明的范圍限定于此。圖1圖示了第1實施方式所涉及的壓力傳感器的立體圖(以TL面為切斷面)。圖 2圖示了第1實施方式所涉及的壓力傳感器的剖視圖，其中，圖2(a)為以)(Z面為切斷面的剖視圖，圖2(b)為以H面為切斷面的剖視圖。另外，圖1、2所示的CTZ形成直角坐標(biāo)系， 并且對于以后所使用的附圖也同樣適用。第1實施方式所涉及的壓力傳感器10具有外殼12、作為受壓單元的隔板部24、第1壓敏元件40、第2壓敏元件42、第1支承部件44、第 2支承部件46等。并且，壓力傳感器10為如下結(jié)構(gòu)，即，將外殼12和隔板M作為容器，并在具有該隔板M的容器的收容空間中收納第1壓敏元件40和第2壓敏元件42，該壓力傳感器10可以用作例如液壓傳感器，在該液壓傳感器中外殼12內(nèi)部向大氣開放，從而以大氣壓為基準(zhǔn)并自隔板M的外側(cè)受到液壓。外殼12具有圓形的凸緣部14、圓形的環(huán)部16、支承軸18和圓筒形的側(cè)面部(側(cè)壁部)20。凸緣部14具有外周部14a，其與圓筒形的側(cè)面部(側(cè)壁部)20的端部相接；內(nèi)周部14b，其以同心圓狀而形成在外周部1 上，并突出為與環(huán)部16具有相同直徑的環(huán)狀。環(huán)部16具有由其內(nèi)邊緣所形成的圓形的開口部22，在開口部22上以封閉開口部22的方式而連接有隔板M。在凸緣部14的內(nèi)周部14b與環(huán)部16之間的相互對置的面的預(yù)定位置上，形成有用于嵌入支承軸18的孔14c、16a。另外，孔Hc和16a被形成在相互對置的位置上。由此， 通過將支承軸18嵌入到孔14c和16a中，從而使凸緣部14和環(huán)部16通過支承軸18而被連接在一起。支承軸18為具有一定剛性并以士Z方向為長度方向的棒狀部件，并且被配置在由外殼12和隔板M所構(gòu)成的容器的內(nèi)部，通過使支承軸18的一端嵌入到凸緣部14的孔14c中，且使另一端嵌入到環(huán)部16的孔16a中，從而在凸緣部14、支承軸18和環(huán)部16之間獲得了一定的剛性。并且，雖然采用了多個支承軸18，但是可根據(jù)各個孔的位置的設(shè)計而任意地進行配置。另外，在凸緣部14上安裝有密封端子36。該密封端子36能夠?qū)⒑笪臄⑹龅牡? 壓敏元件40和第2壓敏元件42兩者的電極部(未圖示)、與IC(集成電路，未圖示)電連接，所述IC為，用于使第1壓敏元件40、以及第2壓敏元件42發(fā)生震蕩并對第1壓敏元件 40和第2壓敏元件42之間的共振頻率的差分進行計算的構(gòu)件，其被安裝于外殼12的外部面上、或者在外殼12的外部與外殼12分離配置。另外，雖然在圖1、2中繪有兩個密封端子36，但密封端子36是根據(jù)下述的第1壓敏元件40和第2壓敏元件42兩者的電極部的總數(shù)而被安裝在凸緣部14上的。另外，在凸緣部14上形成有大氣導(dǎo)入口 14e，從而能夠使外殼12內(nèi)部向大氣開放。而且，密封端子36 和大氣導(dǎo)入口 14e被任意配置在凸緣部中的互不干涉的位置上。通過使側(cè)面部20的兩端分別與凸緣部14的內(nèi)周部14b的外周14d、以及被隔板 M堵住了開口部22的環(huán)部16的外周16b相連接，從而使所述容器被密封。凸緣部14、環(huán)部16、側(cè)面部20優(yōu)選由不銹鋼等的金屬形成，支承軸18優(yōu)選使用具有一定的剛性且熱膨脹系數(shù)較小的陶瓷等。隔板M以面向外殼12的外部的一側(cè)主面為受壓面，并具有通過所述受壓面受到被測定壓力環(huán)境(例如液體)的壓力而發(fā)生撓曲變形的可撓部，通過該可撓部以向外殼12 的內(nèi)部側(cè)或外部側(cè)(Z軸方向)發(fā)生位移的方式而進行撓曲變形，從而向第1壓敏元件40和第2壓敏元件42傳遞沿著Z軸的壓縮力或拉力。另外，隔板M具有所述可撓部，其由根據(jù)來自外部的壓力而發(fā)生位移的中央?yún)^(qū)域Ma、和位于所述中央?yún)^(qū)域Ma的外周且以使所述中央?yún)^(qū)域2 能夠發(fā)生位移的方式通過來自外部的壓力而進行撓曲變形的可撓區(qū)域24b 所構(gòu)成；邊緣部Mc，其位于所述可撓部的外側(cè)、即所述可撓區(qū)域24b的外周，并被接合固定在形成于環(huán)部16上的開口部22的內(nèi)壁上。另外，在理想的情況下，邊緣部2 即使受到壓力也不發(fā)生位移，而中央?yún)^(qū)域Ma即使受到壓力也不發(fā)生變形。在隔板M的中央?yún)^(qū)域2 處，且在受壓面的相反一側(cè)的面上，連接有下述的第1 壓敏元件40的長度方向(檢測軸方向)上的一端，而且，在中央?yún)^(qū)域2 處，且在與受壓面相反的面上，通過粘合劑等粘合有下述的第2支承部件46，并通過粘合劑等固定材料將下述的第1壓敏元件40的一端(第1基部40a)固定在第2支承部件46上。另外，在隔板M 的邊緣部2 處，且在與受壓面相反的面上通過粘合劑等固定材料連接有后文敘述的第一支承部件44和后文敘述的固定部48。另外，優(yōu)選為，第1支承部件44、第2支承部件46、固定部48采用與隔板M相同的材料。隔板M的材質(zhì)可以采用如不銹鋼這樣的金屬或陶瓷等耐腐蝕性較好的材料，另外，也可以采用如水晶這樣的單結(jié)晶體或其他非結(jié)晶體。在由金屬形成隔板M的情況下， 可以通過沖壓加工而形成金屬母材。在由金屬來形成隔板M的情況下，只需通過具有凹部(未圖示)的一對壓板(未圖示)從金屬母材(未圖示)的兩面進行沖壓即可，其中，所述凹部與對應(yīng)于隔板M的可撓區(qū)域Mb的波浪型的同心圓形狀相對應(yīng)。
圖3(a)_(e)圖示了由金屬來形成隔板時的模式圖。另外，圖3(d)為圖3(c)的仰視圖。為了抑制由于第1壓敏元件的振動而導(dǎo)致隔板M發(fā)生振動的情況，只需將隔板M的中央?yún)^(qū)域Ma形成為厚于其他區(qū)域即可。在這種情況下，準(zhǔn)備金屬母材30(圖3(a))，以保留中央?yún)^(qū)域Ma的方式而進行半蝕刻(圖3 (b))，并通過由與中央?yún)^(qū)域Ma、可撓區(qū)域Mb、 邊緣部2 的形狀相對應(yīng)的一對壓板(未圖示)對蝕刻后的金屬母材30進行沖壓，從而形成隔板M (圖3 (c))。之后，如圖1、圖2所示，通過粘合劑等固定材料，將第1支承部件、第 2支承部件、固定部48分別連接于隔板M的預(yù)定位置上。圖4圖示了由水晶來形成隔板時的模式圖。在由水晶形成隔板M的情況下，優(yōu)選為，以同樣方式通過光刻加工來形成隔板對。在這種情況下，通過如下步驟來形成隔板 24，即，準(zhǔn)備作為素材的母基板32，在母基板32的表面上涂布正型的光刻膠34(圖4(a))， 并利用與中央?yún)^(qū)域Ma、可撓區(qū)域Mb、邊緣區(qū)域(未圖示)的配置以及形狀相對應(yīng)的光掩膜35而進行曝光，從而使所述光刻膠34感光(圖4(b))，再進行顯影并去除感光后的光刻膠34a(圖4(c))，通過對母基板32所暴露出的區(qū)域進行半蝕刻，從而以一體的方式形成中央?yún)^(qū)域Ma、可撓區(qū)域Mb、邊緣區(qū)域(未圖示)(圖4(d))，再通過將光刻膠34剝離(圖 4(e))，從而形成了隔板M。圖5圖示了由水晶來形成隔板時的改變例。作為對隔板M進行光刻加工的改變例，如圖5(a)所示，既優(yōu)選為，僅對可撓區(qū)域Mb的一面進行蝕刻加工，另外，如圖5(b)所示，也優(yōu)選為，在可撓區(qū)域Mb的表面和背面于相互對置的位置上進行蝕刻加工。另外，為使隔板M不會被液體或氣體等腐蝕，可以通過耐腐蝕膜來涂敷隔板M的暴露于外部的表面。例如，當(dāng)為金屬制的隔板時，則可以涂敷鎳的化合物，而當(dāng)隔板為如水晶這樣的壓電結(jié)晶體時，則涂敷硅即可。如圖1、圖2所示，第1支承部件44為，用于固定下述的第1壓敏元件40的第2基部40b的構(gòu)件。第1支承部件44具有支座部44a，其被固定在隔板M的邊緣部2 上；支柱部44b，其從支座部4 起向隔板M的中央?yún)^(qū)域2 進行位移的方向(Z軸方向)延伸； 臂部44c，其從支柱部44b的頂端起向中央?yún)^(qū)域Ma的方向延伸并與第1壓敏元件40的第 2基部40b相連接而支承第2基部40b。第2支承部件46為，用于固定下述的第2壓敏元件42的第2基部42b和第1壓敏元件的第1基部40a的構(gòu)件。第2支承部件46具有支座部46a，其被固定在隔板M的中央?yún)^(qū)域2 上且被固定在第1壓敏元件40的第1基部40a上；支柱部46b，其從支座部46a 起向隔板M的中央?yún)^(qū)域2 進行位移的方向延伸；臂部46c，其從支柱部46b的頂端起向邊緣部Mc的方向延伸并與第2壓敏元件42的第2基部42b相連接而支承第2基部42b。固定部48被固定在隔板M的邊緣部2 上，且被固定在與第2支承部件的臂部的頂端對置的位置上，從而使第2壓敏元件42的第1基部4 被固定。另外，第1支承部件、第2支承部件、固定部具有一定的剛性，從而不會向隔板的中央?yún)^(qū)域Ma的位移方向以外的方向變形。關(guān)于第1支承部件44、第2支承部件46的材質(zhì)，只要是能夠在支座部44a、支柱部 44b、臂部Mc之間，并且在支座部46a、支柱部46b、臂部46c之間獲得一定的剛性的材質(zhì)， 則沒有特別的限制。但是，為了緩和相對于第1壓敏元件40和第2壓敏元件42的熱應(yīng)力， 第1支承部件44、第2支承部件46優(yōu)選采用與上述壓敏元件相同的材料。同樣地，固定部48基于相同理由也優(yōu)選采用與各個壓敏元件相同的材料。第1壓敏元件40和第2壓敏元件42可以由水晶、鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電材料形成。如圖1、圖2所示，第1壓敏元件40具有振動臂40c和形成于振動臂40c兩端的第 1基部40a和第2基部40b。第2壓敏元件42也同樣具有振動臂42c和形成于振動臂42c 兩端的第1基部4 和第2基部42b。而且，在各個壓敏元件的振動臂40c、42c上形成有激勵電極(未圖示)，并具有與激勵電極(未圖示)電連接的電極部(未圖示)。第1壓敏元件40將其長度方向、即第1基部4 與第2基部40b的排列方向配置成，與隔板M的位移方向同軸或平行，并將該位移方向作為檢測軸方向。第1壓敏元件40 的第1基部40a被固定在第2支承部件46的支座部46a上，并抵接于隔板M的中央?yún)^(qū)域 24a0并且，隔著振動臂40c而位于第1基部40a的相反側(cè)的第2基部40b，與第1支承部件 44的臂部Mc的頂端相連接。第2壓敏元件42與第1壓敏元件40相同地，具有振動臂42c和形成于振動臂42c 兩端的第1基部4 和第2基部42b，且與第1壓敏元件40相同地，具有與連接第1基部 42a和第2基部42b的線平行的檢測軸。另外，第2壓敏元件42為，與第1壓敏元件40的材料和尺寸相同，從而具有相同的溫度特性和隨年月的變化特性。另外，第2壓敏元件42 以與第1壓敏元件40平行的方式而配置，其第1基部4 與被固定在邊緣部2 上的固定部48相連接且抵接于邊緣部Mc。另外，第2壓敏元件42的第2基部42b與第2支承部件 46的臂部46c的頂端相連接。另外，通過將第1壓敏元件40、第2壓敏元件42固定在第1支承部件44、第2支承部件46和固定部48上，從而能夠容易地將各個壓敏元件固定在隔板M側(cè)，且由于第1 壓敏元件40和第2壓敏元件42不會向檢測軸方向以外的方向彎曲，因此能夠阻止第1壓敏元件40和第2壓敏元件42向檢測軸方向以外的方向運動，從而提高第1壓敏元件40和第2壓敏元件42在檢測軸方向上的靈敏度。第1壓敏元件40和第2壓敏元件42通過導(dǎo)線38和上述的密封端子36而與IC (未圖示)電連接，并通過由IC(未圖示)所供給的交流電壓而以固有的共振頻率進行振動。并且，第1壓敏元件40和第2壓敏元件42的共振頻率由于從長度方向上受到伸長應(yīng)力或壓縮應(yīng)力而發(fā)生變化。在本實施方式中，可以應(yīng)用雙音叉型振子以作為成為壓敏部的振動臂 40c、42c。雙音叉型振子具有下述特性，即，當(dāng)在作為振動臂40c和42c的所述兩個振動梁上施加牽拉應(yīng)力(伸長應(yīng)力)或壓縮應(yīng)力時，雙音叉型振子的共振頻率將與所施加的應(yīng)力大致成比例地變化。并且，由于與厚度剪切振子相比，雙音叉型壓電振動片的共振頻率相對于伸長和壓縮應(yīng)力的變化極大，從而共振頻率的可變幅度較大，因此在對細(xì)微的壓力差進行檢測這種的、具有優(yōu)良的分解能力的壓力傳感器中為優(yōu)選。雙音叉型振子在受到伸長應(yīng)力時振動臂的共振頻率將升高，而在受到壓縮應(yīng)力時振動臂的共振頻率將降低。另外，在本實施方式中，不僅可以采用具有兩根柱狀的振動梁的壓敏部，還可以采用由一根振動梁(單梁)構(gòu)成的壓敏部。當(dāng)將壓敏部(振動臂40c、42c)構(gòu)成為單梁型的振子時，在從長度方向上受到相同的應(yīng)力的情況下，由于其位移將達到原來的2倍，因此與雙音叉的情況相比，能夠獲得靈敏度更高的壓力傳感器。另外，作為雙音叉型或單梁型的壓電振子的壓電基板，優(yōu)選采用溫度特性優(yōu)良的水晶。關(guān)于第1實施方式中的壓力傳感器10的組裝，首先，將環(huán)部16與隔板24相連接，并將第1支承部件44、第2支承部件46和固定部48連接在隔板M的預(yù)定位置上。并且， 將第1壓敏元件40的第1基部40a與第2支承部件46的支座部46a相連接，并將第2基部40b與第1支承部件44的臂部46c相連接。再將第2壓敏元件42的第1基部4 與固定部48相連接，并將第2基部42b與第2支承部件46的臂部46c相連接。接下來，將支承軸18插入到環(huán)部16的孔16a中并固定，且將一端已插入到環(huán)部16 中的支承軸18的另一端插入到凸緣部14的孔Hc中并固定，且通過導(dǎo)線38將密封端子36 的外殼內(nèi)部側(cè)、第1壓敏元件40和第2壓敏元件42兩者的電極部(未圖示)電連接。此時，密封端子36的外殼12外部側(cè)與IC(未圖示)相連接。最后，通過從環(huán)部16側(cè)插入側(cè)面部20，并將環(huán)部16的內(nèi)周與凸緣部14的外周14d、以及環(huán)部16的外周16b相接合，從而形成外殼12，由此組裝成壓力傳感器10。下面對第1實施方式中的壓力傳感器10的動作進行說明。在第1實施方式中， 在以大氣壓為基準(zhǔn)而對液壓進行測定的情況下，當(dāng)液壓低于大氣壓時，隔板M的中央?yún)^(qū)域 2 將向外殼12的外側(cè)進行位移，反之，當(dāng)液壓高于大氣壓時，中央?yún)^(qū)域2 將向外殼12的內(nèi)側(cè)進行位移。而且，當(dāng)隔板M的中央?yún)^(qū)域Ma向外殼12的外側(cè)進行位移時，第1壓敏元件40 將通過中央?yún)^(qū)域2 和被支承在邊緣部2 (固定部48)上的第1支承部件44而受到牽拉應(yīng)力，第2壓敏元件42將通過被支承在隔板M的中央?yún)^(qū)域2 上的第2支承部件46而受到來自中央?yún)^(qū)域Ma的壓縮應(yīng)力。反之，當(dāng)中央?yún)^(qū)域Ma向外殼12的內(nèi)側(cè)進行位移時，第 1壓敏元件40將通過第1支承部件44而受到壓縮應(yīng)力，第2壓敏元件42將通過第2支承部件46而受到來自中央?yún)^(qū)域Ma的牽拉應(yīng)力。各個壓敏元件在受到牽拉應(yīng)力時共振頻率將增加，而在受到壓縮應(yīng)力時共振頻率將減少。由此，通過求出第1壓敏元件40和第2壓敏元件42之間的共振頻率的差分，從而能夠檢測出被施加在中央?yún)^(qū)域Ma上的壓力。并且，由于當(dāng)?shù)?壓敏元件40和第2壓敏元件42互為相同的結(jié)構(gòu)要素時，關(guān)于共振頻率會具有相同的溫度特性和隨年月的變化特性， 因此在上述差分中這種特性將被抵消。因此，構(gòu)成與溫度特性和隨年月的變化特性等無關(guān)的、能夠進行穩(wěn)定的壓力測定的壓力傳感器10。另外，由于通過兩個壓敏元件的共振頻率的差分來測定壓力，因此與采用一個壓敏元件的情況相比，能夠獲得更高的靈敏度。另外，由于第1壓敏元件40和第2 壓敏元件42中的至少一方的基部被固定于隔板M側(cè)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器10整體的小型化。在此，對第1壓敏元件40相對于第2壓敏元件42的共振頻率的變化進行探討。 各個壓敏元件的共振頻率的變化AF可以表示為，由來自隔板的壓力P所引起的頻率變化AF(P)、由溫度T所引起的頻率變化AF(T)、由隨年月的變化(τ)所引起的頻率變化 AF(T)和由空氣粘性(μ)所引起的頻率變化的總和。S卩，第1壓敏元件40的共振頻率的變化AF1、第2壓敏元件42的共振頻率的變化AF2如下式所示，公式1 在此，雖然由于第1壓敏元件40和第2壓敏元件42采用具有相同特性的元件，因
AFi = AFi(P) + AFi(T) + AFi( τ) + Α￥ι(μ) AF2 = AF2(P) + AF2( Γ) + AFz( r) + AFii μ)此AF(T)、AF(T)和分別相等，但是在本實施方式的結(jié)構(gòu)上，由壓力P所引起的頻率變化AF(P)的正負(fù)相反。艮P，公式權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，其特征在于，具有受壓單元，其具有受到力而發(fā)生位移的可撓部、和與所述可撓部的外周相連接的邊緣部；第1壓敏元件以及第2壓敏元件，其具有壓敏部和被連接在所述壓敏部的兩端的一對基部，且具有與對所述基部之間進行連接的線平行的檢測軸，所述檢測軸的方向以與所述可撓部的位移方向平行的方式而配置，所述第1壓敏元件的一個基部被固定在所述可撓部上，且另一個基部被固定在支承于所述邊緣部上的第1支承部件上，所述第2壓敏元件的一個基部被固定在所述邊緣部上，且另一個基部被固定在支承于所述可撓部上的第2支承部件上。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于， 所述壓敏部由至少一個以上的柱狀梁構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第1壓敏元件、所述第2壓敏元件、所述第1支承部件、所述第2支承部件通過壓電材料而一體地形成。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其特征在于，所述第1壓敏元件、所述第2壓敏元件、所述第1支承部件、所述第2支承部件各自與所述受壓單元相連接的一側(cè)的端部被形成為，配置在與所述可撓部的位移方向垂直的直線上。
全文摘要
一種壓力傳感器，其減少了隨溫度變化和壓敏元件的年月變化而產(chǎn)生的壓力測定值的誤差。壓力傳感器(10)的特征在于，具有受壓單元(隔板(24))，其具有受力而位移的可撓部(中央?yún)^(qū)域(24a))和與可撓部的外周連接的邊緣部(24c)；第1壓敏元件(40)及第2壓敏元件(42)，其具有壓敏部和連接于壓敏部兩端的一對基部，且具有與對基部間進行連接的線平行的檢測軸，檢測軸的方向與可撓部的位移方向平行地配置，第1壓敏元件(40)的一個基部(第1基部(40a))被固定在可撓部上，且另一個基部(第2基部(40b))被固定在支承于邊緣部(24c)上的第1支承部件(44)上，第2壓敏元件(42)的一個基部(第1基部(42a))被固定在邊緣部(24c)上，且另一個基部(第2基部(42b))被固定在支承于可撓部上的第2支承部件(46)上。
文檔編號G01L9/08GK102374919SQ20111022564
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者佐藤健太 申請人:精工愛普生株式會社