压力传感器

摘要

本发明提供能够实现小型化且具有良好的灵敏度的压力传感器。压力传感器具有：外壳(12)；一面为受压面的膜片(32)，其封闭所述外壳(12)的接头(22)；力传递单元(34)，其从所述外壳(12)内部连接到所述膜片(32)的另一面的中央部；以及感压元件(38)，其以力的检测方向为检测轴，所述力传递单元(34)的位移方向和所述检测轴的方向与所述受压面大致垂直，所述感压元件(38)的一端经由粘接单元支承固定在所述外壳(12)上，另一端经由粘接单元支承固定在所述力传递单元(34)上，所述粘接单元是无机粘接剂(40)。

权利要求

1.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；

压力输入口，其在形成于所述外壳上的接头部开口；

一面为受压面的膜片，其封闭所述压力输入口；

力传递单元，其从所述外壳内部连接到所述膜片的另一面的中央部；以及感压元件，其以力的检测方向为检测轴，所述力传递单元的位移方向和所述检测轴的方向与所述受压面大致垂直，所述感压元件的一端经由粘接单元支承固定在所述外壳上，另一端经由粘接单元支承固定在所述力传递单元上，所述粘接单元是无机粘接剂，

所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述无机粘接剂包含氧化铝和Si化合物。

3.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其具有压力输入口，该外壳的内部保持为真空状态；

外表面为受压面的膜片，其封闭该外壳的所述压力输入口；

力传递单元，其在所述外壳内部与所述膜片的中央区域连接，与该膜片连动地在与该膜片的受压面垂直的方向上运动；以及感压元件，其与该力传递单元和所述外壳连接，沿着与所述膜片的受压面垂直的轴设定检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

4.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；

一对压力输入口，其同轴地设置在该外壳的对置的端面板上；

外表面为受压面的第1、第2膜片，其封闭所述压力输入口；

力传递单元，其在所述外壳内部将所述膜片的内表面的中央区域彼此连接；以及感压元件，其一端与该力传递单元的中途连接，另一端与所述外壳连接，并且，与垂直于所述膜片的受压面的轴平行地排列检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

5.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；

压力输入口，其设置在该外壳的端面板上；

外表面为受压面的膜片，其封闭所述压力输入口；

力传递单元，其在所述外壳内部，在所述膜片的内表面的中央区域配置在与该膜片的受压面垂直的轴线上，且与对置的外壳端面板连接；以及感压元件，其一端与该力传递单元的中途连接，另一端与所述外壳连接，并且，与垂直于所述膜片的受压面的轴同轴地设定检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

6.根据权利要求3～5中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，在所述外壳的内部与所述检测轴平行地设置有支柱。

7.根据权利要求3～5中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，通过中心轴形成所述力传递单元，

与所述中心轴平行地配置感压元件。

8.根据权利要求3～5中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述膜片嵌入到形成于所述外壳的端面板的外表面上的凹陷部中，与所述端面板排列在同一平面上。

9.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其由形成相互对置的端面板的第1、第2部件以及包围该第1、第2部件的周围而形成侧面部件的第3部件形成，该外壳的内部保持为真空状态；

第1、第2膜片，其封闭在所述第1、第2部件上开口的压力输入口；

中心轴，其在所述外壳内，在所述第1、第2膜片的中央区域连接所述第1、第2膜片彼此而一体化，能够进行力的传递；

感压元件，其两端部安装在固定于该中心轴上的可动台和设置于所述外壳内表面部上的固定台上，与所述中心轴平行地设定检测轴；以及多个引导中心轴，其配置在所述中心轴的周围，连接第1、第2部件彼此，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述可动台和所述固定台粘接。

10.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其由形成相互对置的端面板的第1、第2部件以及包围该第1、第2部件的周围而形成侧面部件的第3部件形成，该外壳的内部保持为真空状态；

第1膜片，其封闭在所述第1部件上开口的压力输入口；

中心轴，其在所述外壳内，在所述第1膜片的中央区域连接而一体化，能够进行力的传递；

感压元件，其两端部安装在固定于该中心轴的端部的可动支承台和设置于所述第2部件内表面部上的固定支承台上，与所述中心轴同轴地设定检测轴；以及多个引导轴，其配置在所述中心轴的周围，连接第1、第2部件彼此，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述可动支承台和所述固定支承台粘接。

说明书

压力传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及压力传感器，特别是不使用作为受压介质的油的压力传感器，涉及减少由感压元件的支承部引起的压力检测的误差的技术。

背景技术

[0002] 以往，公知有水压计、气压计、压力差计等使用压电振动元件作为感压元件的压力传感器。所述压电振动元件例如在板状的压电基板上形成电极图案，在力的检测方向上设定检测轴，当在所述检测轴的方向施加压力时，所述压电振子的谐振频率变化，根据所述谐振频率的变化来检测压力。在专利文献1～3中，公开了使用压电振动元件作为感压元件的压力传感器。通过压力导入口对波纹管施加压力时，与所述波纹管的有效面积对应的力经由以枢轴(挠曲铰链)为支点的力传递单元，以压缩力或拉伸力的形式将力F施加到压电振动元件上。在所述压电振子中产生与所述力F对应的应力，通过所述应力使谐振频率变化。所述压力传感器通过检测在压电振子上产生的谐振频率的变化来测定压力。

[0003] 下面，使用专利文献1等中公开的例子说明现有的压力传感器。图8是示出现有的压力传感器的结构的示意图。

[0004] 图8(a)所示的现有的压力传感器501具有：具有对置配置的第1和第2压力输入口502、503的框体504；和框体504内部的力传递部件505，以夹持力传递部件505的一端的方式连接第1波纹管506和第2波纹管507。而且，第1波纹管506的另一端与第1压力输入口502连接，导入测定对象压力，第2波纹管507的另一端与第2压力输入口503连接，导入大气压。进而，在力传递部件505的另一端和基板508的不是枢轴(支点)侧的端部之间配置有双音叉型振子509作为感压元件。

[0005] 这里，在压力传感器中，在高精度地检测压力的情况下，在检测对象侧的波纹管内部填充有液体。作为所述液体，一般使用粘性高的硅油等油，以防止气泡进入波纹管的内部或内部的波纹部分或者积存。

[0006] 这样，在第1波纹管506内部填充具有粘性的油510，并构成为在压力测定的对象为液体的情况下，通过在第1压力输入口502上开设的开口部511使液体与油510接触并相对。另外，开口部511的开口直径被设定为不会使油510泄漏到外部。

[0007] 在这种结构的压力传感器501中，在通过作为压力测定对象的液体对填充在第1波纹管506内部的油510施加压力F时，压力F经由第1波纹管506施加到力传递部件505的一端。另一方面，在第2波纹管507上施加大气压，与大气压相当的力施加在力传递部件505的一端。

[0008] 其结果，经由力传递部件505的另一端，与通过作为压力测定对象的液体施加的压力F和大气压之间的压力差相当的力以基板508的枢轴为支点，作为压缩力或者拉伸力施加到双音叉型振子509上。对双音叉型振子509施加压缩力或者拉伸力时，在双音叉型振子509上产生应力，谐振频率根据所述应力的大小而发生变化，所以，通过测定该谐振频率，能够检测压力F的大小。

[0009] 另一方面，在专利文献4中提出了如下结构的压力传感器：采用在所述压力传感器中使用的以枢轴(挠曲铰链)为支点的摆动杆，而不采用高价的力传递单元(悬臂)。在传感器外壳内，在一条直线上排列2个波纹管，并在波纹管之间夹入支座，利用支座的动作来检测由于被导入到各个波纹管中的压力差所引起的压力变动。因此，在第1波纹管的一端和第2波纹管的一端之间夹入振子粘接用支座，利用第2波纹管的外周侧，将感压元件的两端分别固定于所述支座和第2波纹管的另一端侧的外壳壁面上。而且，采用如下结构：在之间夹持第2波纹管的线对称位置上配置加强板，将该加强板的两端分别固定于所述支座和所述外壳壁面上。

[0010] 进而，在专利文献5中，关于专利文献4中公开的所述压力传感器，为了解决针对来自与波纹管的压力检测轴方向正交的方向的冲击的强度较弱的课题，提出了如下的压力传感器：在与压力检测轴方向正交的方向上，使用加强用弹性部件(所谓的弹簧)连接所述支座和外壳。

[0011] 接着，在专利文献6、7中，公开了为了检测发动机内部的油压而固定在发动机机体上使用的压力传感器。该压力传感器由输出与所施加的压力对应的电信号的传感部、承受压力的受压用膜片部、以及用于从膜片向传感部传递压力的压力传递部件构成，具体而言，在中空金属管的一个端面设置受压用的第1膜片，在另一端面设置检测用的第2膜片，在管内，在所述第1、第2膜片之间夹设力传递部件。力传递部件是由金属或陶瓷构成的轴，将其以施加有预应力的状态夹设于一对膜片之间。而且，在第2膜片的外端面上贴附有作为压力检测元件的具有应变仪功能的芯片，通过力传递部件将由第1膜片承受的压力传递到第2膜片，并通过应变仪芯片将第2膜片的变形转换成电信号，从而检测发动机油压。

[0012] 【专利文献1】日本特开昭56-119519号公报

[0013] 【专利文献2】日本特开昭64-9331号公报

[0014] 【专利文献3】日本特开平2-228534号公报

[0015] 【专利文献4】日本特开2005-121628号公报

[0016] 【专利文献5】日本特开2007-57395号公报

[0017] 【专利文献6】日本特开2006-194736号公报

[0018] 【专利文献7】日本特开2007-132697号公报

[0019] 但是，在专利文献1～3的发明中，如图8所示的压力传感器501那样，填充于第1波纹管506中的油510与构成压力传感器501的要素，例如力传递部件505、双音叉型振子509等相比，热膨胀系数较大，所以，构成压力传感器501的各部件因温度变化而产生热应变。这样的热应变作为不必要的应力而作用在双音叉型振子509上，因此，存在所测定的压力值产生误差从而使压力传感器的特性恶化的问题。

[0020] 并且，填充于第1波纹管506中的油610与作为压力测定对象的液体接触并相对，但是，根据压力传感器的设置方法不同，有时油510会流出到作为压力测定对象的液体侧，或者液体流入到第1波纹管506侧，所以，有时会在填充于第1波纹管506中的油510内产生气泡。当在油510内产生气泡时，作为压力的传递介质发挥功能的油510无法经由力传递部件505将力稳定地传递到双音叉型振子，因此，压力测定有可能产生误差。

[0021] 进而，如上所述，由于油510与作为压力测定对象的液体接触并相对，因此根据压力传感器的设置方法不同，油510可能会流出到作为压力测定对象的液体侧，在用于对忌讳有异物混入的洁净液体进行压力测定时，存在无法使用采用了油510的现有压力传感器的问题。

[0022] 进而，现有的压力传感器501的力传递部件505具有复杂结构，在使压力传感器小型化时成为障碍。并且，由于力传递部件505构成为需要有径部较细的挠曲铰链，因此成为高成本的部件，存在使压力传感器的制造成本升高的问题。

[0023] 进而，现有的压力传感器501的悬臂型的力传递部件505具有复杂结构，在使压力传感器小型化时成为障碍。并且，由于力传递部件505构成为需要有径部较细的挠曲铰链，因此成为高成本的部件，存在使压力传感器的制造成本升高的问题。

[0024] 专利文献4和5中提出的压力传感器在姿势倾斜时，波纹管会发生下垂，所以，对感压元件(双音叉型振子)施加的力产生变化，由此，存在谐振频率也变动的问题。

[0025] 进而，由于构成为将内部填充有油的管与压力传感器的压力导入口连接，并使该管的另一端与被测定液体接触，因此如专利文献1～3中所揭示的那样，填充于波纹管或管中的油与作为压力测定对象的液体接触并相对，因而根据压力传感器的设置方法不同，有时油会流出到作为压力测定对象的液体侧，或者液体流入到波纹管侧，所以，有时在填充于波纹管中的油内产生气泡，当在油内产生气泡时，作为压力的传递介质发挥功能的油无法经由支座将力稳定地传递到双音叉型振子，所以，存在压力测定产生误差的问题。

[0026] 在专利文献5中，构成为利用由板簧构成的加强用弹性部件将夹在波纹管之间的支座支承在外壳侧面，因此不可否认的是会作用有抑制支座伴随波纹管的轴向移动而动作的力。因此，有可能导致压力检测灵敏度劣化。并且，当为了使支承变得坚固而增大加强用弹性部件的硬度时，存在抑制波纹管的运动从而使压力检测灵敏度劣化的问题。

[0027] 进而，在专利文献4、5中，由于加强板与感压元件隔着波纹管对置配置于线对称位置上，因此存在抑制波纹管的运动从而使压力检测灵敏度劣化的问题。

[0028] 在专利文献6、7中，虽然膜片和轴以施加有预应力的状态接触，但由于压力传感器在高温高压下使用，因此进行刚性固定时，有可能因各部件的热膨胀的不同而使机构被破坏，所以，考虑到该热膨胀，只不过将膜片和轴点接触，并未使用粘接剂等粘接单元进行粘接。因此，由于压力变动而使膜片和轴工作时，点接触部偏离的可能性非常高，在接触点偏离的过程中，作用于膜片和轴两者上的力会泄漏，因而存在无法进行高精度的压力检测的问题。并且，由于专利文献6、7中记载的压力传感器原本就是在高温高压下使用的压力传感器，因此为了在受压部和传感部之间留出距离以避免对传感部的芯片等产生热影响，优选力传递部件尽量长，因此，并不优选应用于实现小型化的技术。此外，在专利文献6、7的情况下，在一对膜片之间夹设有轴来进行力的传递，但是，由于构成为在传感部的膜片上安装传感器芯片，因此膜片的性状在受压侧和传感部侧是不同的，因而存在无法提高计测精度的较大缺点。

发明内容

[0029] 因此，本发明正是鉴于如上所述的各种问题点而完成的，即，其目的在于提供成品率良好、能够实现小型化、灵敏度良好的高精度的压力传感器。特别地，其目的在于提供不使用作为受压介质的油的压力传感器，该压力传感器的感压元件的安装部进行刚性结合，结合部的弹性作用不会降低感压元件的灵敏度。

[0030] 本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为下面的应用例来实现。

[0031] 【应用例1】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；压力输入口，其在形成于所述外壳上的接头部开口；一面为受压面的膜片，其封闭所述压力输入口；力传递单元，其从所述外壳内部连接到所述膜片的另一面的中央部；以及感压元件，其以力的检测方向为检测轴，所述力传递单元的位移方向和所述检测轴的方向与所述受压面大致垂直，所述感压元件的一端经由粘接单元支承固定在所述外壳上，另一端经由粘接单元支承固定在所述力传递单元上，所述粘接单元是无机粘接剂，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部。

[0032] 根据上述结构，在感压元件与外壳和力传递元件之间形成有由无机粘接剂构成的粘接层。而且，膜片承受的压力经由力传递单元作为压缩力或拉伸力施加到感压元件，此时，在与粘接层的粘接面平行的方向上对粘接层施加剪切应力。但是，粘接层通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述剪切应力不被粘接层吸收/缓和，而可靠地传递到感压元件，因此，能够构筑改善了压力检测的误差的高精度的压力传感器。

[0033] 【应用例2】根据应用例1所述的压力传感器，其特征在于，所述无机粘接剂包含氧化铝和Si化合物。

[0034] 这些无机粘接剂具有的热膨胀系数具有接近石英等压电元件的热膨胀系数的值，所以，使用这些无机粘接剂，能够构筑温度特性优良的压力传感器。

[0035] 【应用例3】根据应用例1或2所述的压力传感器，其特征在于，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部。

[0036] 这样构成的感压元件的谐振频率相对于伸长/压缩应力的变化极大，谐振频率的可变幅度大，所以，能够构筑检测微小压力差的分解能力优良的压力传感器。

[0037] 【应用例4】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其具有压力输入口，该外壳的内部保持为真空状态；外表面为受压面的膜片，其封闭该外壳的所述压力输入口；力传递单元，其在所述外壳内部与所述膜片的中央区域连接，与该膜片连动地在与该膜片的受压面垂直的方向上运动；以及感压元件，其与该力传递单元和所述外壳连接，沿着与所述膜片的受压面垂直的轴设定检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

[0038] 根据上述结构，在感压元件与外壳和力传递元件之间形成有由无机粘接剂构成的粘接层。而且，膜片承受的压力经由力传递单元作为压缩力或拉伸力施加到感压元件，此时，在与粘接层的粘接面平行的方向上对粘接层施加剪切应力，或者在粘接层的厚度方向上对粘接层施加压缩或拉伸力。但是，粘接层通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述剪切应力以及压缩/拉伸力不被粘接层吸收/缓和，而可靠地传递到感压元件，因此，能够构筑改善了压力检测的误差的高精度的压力传感器。

[0039] 【应用例5】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；一对压力输入口，其同轴地设置在该外壳的对置的端面板上；外表面为受压面的第1、第2膜片，其封闭所述压力输入口；力传递单元，其在所述外壳内部将所述膜片的内表面的中央区域彼此连接；以及感压元件，其一端与该力传递单元的中途连接，另一端与所述外壳连接，并且，与垂直于所述膜片的受压面的轴平行地排列检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

[0040] 根据上述结构，在感压元件与外壳和力传递元件之间形成有由无机粘接剂构成的粘接层。而且，膜片承受的压力经由力传递单元作为压缩力或拉伸力施加到感压元件，此时，在与粘接层的粘接面平行的方向上对粘接层施加剪切应力。但是，粘接层通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述剪切应力不被粘接层吸收/缓和，而可靠地传递到感压元件，因此，能够构筑改善了压力检测的误差的高精度的压力传感器。

[0041] 【应用例6】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其内部保持为真空状态；压力输入口，其设置在该外壳的端面板上；外表面为受压面的膜片，其封闭所述压力输入口；力传递单元，其在所述外壳内部，在所述膜片的内表面的中央区域配置在与该膜片的受压面垂直的轴线上，且与对置的外壳端面板连接；以及感压元件，其一端与该力传递单元的中途连接，另一端与所述外壳连接，并且，与垂直于所述膜片的受压面的轴同轴地设定检测轴，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述力传递单元和所述外壳粘接。

[0042] 根据上述结构，在感压元件与外壳和力传递元件之间形成有由无机粘接剂构成的粘接层。而且，膜片承受的压力经由力传递单元作为压缩力或拉伸力施加到感压元件，此时，在粘接层的厚度方向上对粘接层施加压缩或拉伸力。但是，粘接层通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述剪切应力不被粘接层吸收/缓和，而可靠地传递到感压元件，因此，能够构筑改善了压力检测的误差的高精度的压力传感器。

[0043] 【应用例7】根据应用例4～6中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，在所述外壳的内部与所述检测轴平行地设置有支柱。

[0044] 根据该结构，能够仅使检测轴方向的力作用于感压元件，所以，能够提高检测精度。

[0045] 【应用例8】根据应用例4～6中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，通过中心轴形成所述力传递单元，与所述中心轴平行地配置感压元件。

[0046] 根据该结构，能够减小外壳高度，能够促进小型化。

[0047] 【应用例9】根据应用例4～7中的任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述膜片嵌入到形成于所述外壳的端面板的外表面上的凹陷部中，与所述端面板排列在同一平面上。

[0048] 由此，不需要在外壳上设置突起部，能够减小外壳高度，能够促进小型化。

[0049] 【应用例10】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其由形成相互对置的端面板的第1、第2部件以及包围该第1、第2部件的周围而形成侧面部件的第3部件形成，该外壳的内部保持为真空状态；第1、第2膜片，其封闭在所述第1、第2部件上开口的压力输入口；中心轴，其在所述外壳内，在所述第1、第2膜片的中央区域连接所述第1、第2膜片彼此而一体化，能够进行力的传递；感压元件，其两端部安装在固定于该中心轴上的可动台和设置于所述外壳内表面部上的固定台上，与所述中心轴平行地设定检测轴；以及多个引导中心轴，其配置在所述中心轴的周围，连接第1、第2部件彼此，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述可动台和所述固定台粘接。

[0050] 根据该结构，作为相对压传感器，能够使用无油的小型压力传感器，并且，能够仅使检测轴方向的力作用于感压元件，检测精度提高。

[0051] 【应用例11】一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器具有：外壳，其由形成相互对置的端面板的第1、第2部件以及包围该第1、第2部件的周围而形成侧面部件的第3部件形成，该外壳的内部保持为真空状态；第1膜片，其封闭在所述第1部件上开口的压力输入口；中心轴，其在所述外壳内，在所述第1膜片的中央区域连接而一体化，能够进行力的传递；感压元件，其两端部安装在固定于该中心轴的端部的可动支承台和设置于所述第2部件内表面部上的固定支承台上，与所述中心轴同轴地设定检测轴；以及多个引导轴，其配置在所述中心轴的周围，连接第1、第2部件彼此，所述感压元件具有设置于该感压元件的两端部上的基部，在设置于所述两端部上的基部之间具有振动部，所述感压元件的基部通过无机粘接剂与所述可动支承台和所述固定支承台粘接。

[0052] 根据这种结构，作为绝对压传感器，能够使用无油的小型压力传感器，并且，能够仅使检测轴方向的力作用于感压元件，检测精度提高。

附图说明

[0053] 图1是第1实施方式的压力传感器。

[0054] 图2是示出压力传感器的磁滞特性的图。

[0055] 图3是第2实施方式的压力传感器。

[0056] 图4是第3实施方式的压力传感器的剖面图。

[0057] 图5是该压力传感器的局部剖切立体图。

[0058] 图6是该压力传感器的主要部件的概略立体图。

[0059] 图7是第4实施方式的压力传感器的剖面图。

[0060] 图8是示出现有的压力传感器的结构的示意图。

[0061] 标号说明

[0062] 10：压力传感器；12：外壳；14：第1部件；16：第2部件；18：支柱；20：第3部件；22：接头；24：第1压力输入口；26：第2压力输入口；28：贯通孔；30：固定部件；32：膜片；
34：力传递单元；36：中心轴；38：感压元件；40：无机粘接剂；42：安装零件；50：压力传感器；52：外壳；54：膜片；56：力传递单元；58：中心轴；60：感压元件；100：压力传感器；102：
第1压力输入口；103：第2压力输入口；104：框体；105：力传递部件；106：第1波纹管；
107：第2波纹管；108：基板；109：双音叉型振子；110：油；111：开口部；112：外壳；114：密封端子板；116：凸缘端面板；124：第1压力输入口；126：第2压力输入口；128：贯通孔；
130：板条部；132A：第1膜片；132B：第2膜片；136：中心轴；137：可动部；138：感压元件；
139：凸台部；140：膜片主体；142：圆筒部；144：膜片主体外周缘部；146：支柱；148：密封端子；150：粘接层；200：压力传感器；212：外壳；214：密封端子板；215：支座；216：凸缘端面板；226：压力输入口；228：贯通孔；232：膜片；236：中心轴；237：可动部；238：感压元件；246：支柱；248：密封端子；250：粘接层。

具体实施方式

[0063] 下面，使用图示的实施方式详细说明本发明的压力传感器。但是，该实施方式所记载的结构要素、种类、组合、形状及其相对配置等只要没有特定记载，则不是将本发明的范围仅限定于其中的主旨，只不过是简单的说明例。

[0064] 图1示出本发明的压力传感器的第1实施方式。图1(a)是压力传感器的概要图，图1(b)是示出感压元件38的支承结构的局部详细图。第1实施方式的压力传感器10具有圆筒形的外形，由外壳12、膜片32、力传递单元34即中心轴36、以及感压元件38等构成。

[0065] 外壳12将内部真空密封并收纳后述的各结构要素。由此，压力传感器10能够提高感压元件38的Q值，确保稳定的谐振频率，因此能够确保压力传感器10的长期稳定性。

[0066] 并且，外壳12整体的外形由以下部分构成：构成上端面板的圆盘状的第1部件14、构成下端面板的圆盘上的第2部件16、接合第1部件14和第2部件16的支柱18、以及形成覆盖第1部件14和第2部件16的侧面的圆筒侧壁的第3部件20。第1部件14和第
2部件16是具有同一直径的部件。第1部件14和第2部件16使分别向外部突出的接头
22在构成同心圆的位置突出，使第1压力输入口24、第2压力输入口26在该接头22上开口。而且，连通第1部件14和第1压力输入口24(第2部件16和第2压力输入口26)的贯通孔28形成在所述同心圆的中心位置。

[0067] 支柱18具有一定的刚性，形成在第1部件14和第2部件16相互对置的位置，通过插入到模仿支柱18的截面外形的形状的细长孔(未图示)中来进行接合，由此，在第1部件14、第2部件16和支柱18之间获得刚性，能够在压力传感器10的组装时和使用时，抑制相对于后述感压元件38的不必要的应变。另外，在图示中记载了2根支柱18，但是，也可以使用1根或3根以上。

[0068] 关于外壳12的材质，为了缓和由于热膨胀而引起的压力传感器10的误差，优选收纳支柱18和感压元件38的部分的周围为热膨胀系数小的金属或陶瓷。

[0069] 而且，在第1压力输入口24和第2压力输入口26上安装有根据测定对象的液体或气体的压力而挠曲的膜片32(第1膜片32a、第2膜片32b)，将贯通孔28密封并露出于外部。

[0070] 膜片32(第1膜片32a、第2膜片32b)的一面为面向外部的受压面，所述受压面承受作为被测定压力的来自外部的压力而挠曲变形，对与膜片32的另一面的中央部32c、32d接触(连接)的后述的力传递单元34即中心轴36的端面施加力。膜片32的材料可以是不锈钢这种金属、陶瓷等耐腐蚀性优良的材料，也可以是石英这种单结晶体及其他非结晶体。并且，可以使用不会像冲压加工那样产生残留应力、有利于小型化的影印石版技法和蚀刻技法来形成这种膜片32。

[0071] 另外，可以对露出于外部的表面实施涂敷，以使膜片不会被液体或气体等腐蚀。例如，如果是金属制的膜片，则可以涂敷镍的化合物，如果膜片是石英这种压电结晶体，则只要涂敷硅即可。

[0072] 在第1膜片32a和第2膜片32b之间，以插通贯通孔28的方式安装有力传递单元34即中心轴36，中心轴36的两端部分别与第1膜片32a的中央部32c和第2膜片32b的中央部32d的面垂直接合。由此，即使对膜片32施加压力，中心轴36与第1膜片32a和第
2膜片32b的位移方向也相同。此时，压力高的一侧的膜片32向外壳12的内侧位移，压力低的一侧的膜片32向外壳12的外侧位移，但是，由于中心轴36的长度没有变化，因此位移的绝对值在两侧是一致的。并且，在中心轴36的规定位置固定有可动部件36a，该可动部件
36a也具有与中心轴36相同的位移方向。

[0073] 中心轴36根据压力传感器的用途，选择使用强度稳定的材质即不锈钢或铝、或者容易加工的陶瓷等，从而能够构成精度高且稳定的压力传感器。特别地，当使中心轴36的材料为热膨胀系数小的金属或陶瓷时，压力传感器的温度特性几乎依赖于感压元件的温度特性。进而，中心轴36的两端部优选为圆形，且其中心与膜片32的中心(中央部32c、32d的中心)匹配连接。

[0074] 感压元件38使用石英、铌酸锂、钽酸锂等压电材料，形成为双音叉型压电振子、SAW谐振振子、厚度剪切振子等。使感压元件38的两端部分别与可动部件36a和第1部件14的固定部件30连接来支承感压元件38。此时，感压元件38将力的检测方向设定为检测轴，连接感压元件38的所述两端部的方向与所述检测轴为平行关系。并且，感压元件38与安装在外壳12上的振荡电路(未图示)电连接，通过来自振荡电路(未图示)的交流电压而以固有的谐振频率进行振动。并且，感压元件38承受来自可动部件38a的伸长(拉伸)应力或者压缩应力，从而使谐振频率发生变化。特别地，与厚度剪切振子等相比，双音叉型压电振子的谐振频率相对于伸长/压缩应力的变化极大、且谐振频率的可变幅度大，所以，适用于检测微小的压力差这样的分解能力优良的压力传感器。双音叉型压电振子承受伸长应力时，振幅臂(振动部)的振幅幅度减小，因而谐振频率变高，承受压缩应力时，振幅臂(振动部)的振幅幅度增大，因而谐振频率降低。另外，优选采用温度特性优良的石英作为双音叉型压电振子的压电基板。

[0075] 如图1所示，例如使接头22的外周为外螺纹结构，使用具有与所述外螺纹对应的内螺纹的安装零件42等，将这样构成的压力传感器安装到作为测定对象的液体或气体的收纳容器上，使任意一个膜片32直接与测定对象接触。安装零件42需要根据作为测定对象的液体等的压力的大小以及收纳容器的结构而具有规定的形状和壁厚。

[0076] 如以上说明的那样，根据第1实施方式的压力传感器，由于不使用油作为结构要素，因此不产生漏油等问题。而且，力传递单元34进行仅传递来自感压元件38的端面方向的力的运动，所以，能够提高压力传感器10的灵敏度。

[0077] 但是，这里，压力传感器的灵敏度提高，另一方面，出现内在的如下所述的其他问题。

[0078] 如图1(b)所示，使感压元件38的两端部分别与可动部件36a和第1部件14的固定部件30连接，经由粘接层40a支承感压元件38。本申请发明人当初尝试使用在所述专利文献1～3中记载的压力传感器中普遍使用的环氧系和硅酮系的树脂粘接剂，来进行感压元件38的支承固定。图2(a)是示出使用环氧系粘接剂时的压力传感器10的灵敏度的磁滞特性的图表。将压力传感器10的第1压力输入口24设置在大气氛围中，设对第1膜片32a施加的压力为大气压 另一方面，将第2压力输入口26浸入作为被测定压力对象的液体中，设对第2膜片32b施加的压力为101.3kPa，将对第
1膜片32a和第2膜片32b施加的压力的差即差压为零的情况作为基准。在图2(a)中，在纵轴上描绘如下的值：从所述差压0Pa的状态开始到100kPa为止对第2压力输入口26的第2膜片32b施加压力，利用100kPa去除此时由感压元件38检测出的压力和所述差压的检测误差、以及到达100kPa后使所述差压从100kPa降低到0Pa时由感压元件38检测出的压力和所述差压的检测误差而得到的全刻度(F.S.)的值。

[0079] 在使用环氧系粘接剂的情况下，在施加压力的阶段没有观测到检测误差，但是，相反地，随着从100kPa开始降低，可以观测到检测误差显著增大，从而可以判明具有磁滞特性。

[0080] 究其原因，如图1(b)所示，当设力的检测轴方向为x轴，粘接层40a的厚度方向为y轴时，膜片32承受的压力经由中心轴36和可动部件36a作为压缩力或拉伸力F施加到感压元件38，此时，施加到粘接层40a的力F是在与x轴平行的方向(与粘接层40a的粘接面平行的方向)上施加的，所以作用为剪切力，在粘接层40a上产生剪切应力。另一方面，粘接层40a是环氧系的柔软的树脂粘接剂，所以具有容易粘弹性变形的性质，从而吸收并缓和所述剪切应力，因此，认为会引起使感压元件38的灵敏度相应变得迟钝的问题。

[0081] 与此相对，在图8的现有结构中，如图8(b)所示，波纹管506承受的压力经由力传递部件505而作为力F传递到感压元件38，但是，此时施加给粘接层40b的力F作用于以枢轴P为支点并以与纸面垂直的方向为旋转轴描绘圆弧的方向上，所以，力F被分力为x轴方向的分量和y轴方向的分量。在与x轴平行的方向上施加的力Fx作用为剪切力，在与y轴平行的方向上施加的力Fy作用为压缩力(或拉伸力)。因此，在粘接层40b上产生剪切应力和压缩应力(或拉伸应力)。此时，如上所述，所述剪切应力由于粘接层40b的树脂粘接剂的粘弹性变形的影响而被吸收并缓和，但是，关于粘接层40b的厚度方向，粘接层40b被感压元件509和力传递部件505夹持而难以粘弹性变形，所以，压缩应力(或拉伸应力)几乎直接传递到感压元件509，所以，与图1的结构相比，推测到不会产生对压力检测造成影响的程度的灵敏度的劣化。

[0082] 本申请发明人认为，在具有图1所示的结构的压力传感器10中，作为形成对感压元件38进行支承固定的粘接层40a的粘接单元的种类，刚性地固定感压元件38是妥当的，认为通过采用无机粘接剂能够克服上述课题。

[0083] 如以下详细说明的那样，本申请发明人反复进行模拟和实验的结果是，认为作为无机粘接剂40，优选为包含氧化铝和Si化合物的粘接剂。特别地，在本实施方式中，用商品名表示时，优选为(株式会社)THREEBOND公司制造的ThreeBondo3732(以氧化铝、有机聚硅氧烷缩合物为主要成分的无机粘接剂)、东亚合成(株式会社)制造的阿龙(ALON)陶瓷C、D(以氧化铝、硅酸盐、石英砂地无机聚集体、水为主要成分的无机粘接剂)、TELNIK工业(株式会社)公司制造的BETACK820NF(W)、840A、900C(以硅酸钠、氧化铝、二氧化硅为主要成分的无机粘接剂)、BETACK1800LB(以包含第一磷酸铝、二氧化硅、无机颜料的水悬浊液为主要成分的无机粘接剂)、アレムコプロダクト公司制造(进口方：(株式会社)AUDEC)的CERAMABOND503(以氧化铝、第一磷酸铝、水为主要成分的无机粘接剂)、CERAMABON552(以矾土、硅酸盐为主要成分的无机粘接剂)、CERAMABOND569(以氧化铝、硅酸钾为主要成分的无机粘接剂)、CERAMABOND571(以偏硅酸钠为主要成分的无机粘接剂)、CERAMABOND671(以氧化镁、矾土为主要成分的无机粘接剂)、アレムコプロダクト公司制造(进口方：(株式会社)AUDEC)的Ultra-Temp(以氧化锆、硅酸锆、硅酸盐为主要成分的无机粘接剂)等。

[0084] 这些无机粘接剂40具有的热膨胀系数具有接近石英等的压电元件的热膨胀系数的值，所以，使用这些无机粘接剂，能够构筑温度特性优良的压力传感器。图2(b)示出使用无机粘接剂40时的与压力传感器10的压力检测的灵敏度相关的磁滞特性。这样，当使用无机粘接剂时，能够确认到：在施加压力的过程以及压力从100kPa降低的过程中，都没有观测到检测误差，磁滞特性大幅改善。即，即使在粘接层40a的x轴方向上产生剪切力，也不会被粘接层40a吸收、缓和，而是作为压缩力(或拉伸力)可靠地传递到感压元件38。

[0085] 由此，如本实施方式那样，在对形成于感压元件和其他部件之间的粘接层施加剪切方向的应力的情况下，通过使用无机粘接剂，从而消除了磁滞特性，改善了压力传感器的压力检测的误差，特别地，在低压力区域(微小的压力变化)中，能够显著改善误差，所以，能够提供精度极高的压力传感器。

[0086] 图3示出第2实施方式的压力传感器50。第1实施方式的压力传感器10测定以大气压为零基准进行表示的标准压力，但是，第2实施方式的压力传感器50测定以真空状态为零基准的绝对压力，所以压力传感器50具有：与外壳52连接的一个膜片54；与膜片54连接的力传递单元56即中心轴58、固定在中心轴58上的可动部件58a、固定在外壳52上的固定部件52a、使两端与可动部件58a和固定部件52a连接而被支承的感压元件60，是外壳52内部被真空密封的结构。

[0087] 在外部压力为真空的情况下，施加给膜片54的压力为零，膜片54为平板状。而且，在外部压力具有一定的压力的情况下，膜片54向外壳52内部侧位移，与此相伴，中心轴58和可动部件58a位移，由此，从感压元件60的端面方向作为压缩力进行施加。

[0088] 粘接层40a的结构和材料与所述第1实施方式相同，所以省略说明。

[0089] 图4示出第3实施方式的压力传感器100，图5、图6示出该压力传感器的局部剖切立体图、主要部件立体图。图示的第3实施方式的例子是第1实施方式所示的用于检测相对压力的压力传感器(图1)的变形例。

[0090] 该压力传感器100具有由中空圆筒体构成的外壳112。该外壳112将第1部件(上端面板)作为密封端子板114，并且将第2部件(下端面板)作为凸缘端面板116，通过第3部件即圆筒侧壁120将隔开配置的端面板周围包围起来，从而构成中空密闭容器。在密封端子板114和凸缘端面板116的各外表面部，形成有与外壳内部空间连通的第1压力输入口124、第2压力输入口126作为凹陷部，在其底板部分穿设有与外壳112的轴芯同芯的贯通孔128，将内外连通。在该压力输入口124、126的凹陷部分别嵌入第1膜片132A、第2膜片132B，其周围的圆筒部端缘与密封端子板114和凸缘端面板116一体地熔接结合(板条部130)，由此，遮蔽内外。密封端子板114侧的第1膜片132A为大气压设定用。凸缘端面板116的第2膜片132B为受压用。这种外壳112也形成为遮断内外的状态，并且，能够通过未图示的空气抽取单元将内部保持为真空状态，这一点与第1实施方式相同。

[0091] 在所述外壳112的内部，沿外壳112的轴芯配置有中心轴(力传递单元)136，该中心轴136将所述第1、第2膜片132A、132B的内表面的中央区域相互连接起来，贯通于所述贯通孔128中，将两者粘接连接起来。而且，在该中心轴136的中途一体地设有作为感压元件支承台的可动部137，在该可动部137上安装有由双音叉型振子构成的感压元件138的一个基部，所述感压元件138将检测轴设定为平行于与所述第1、第2膜片132(132A、132B)的受压面垂直的轴。感压元件138的另一个基部与作为感压元件支承台的凸台部139连接，所述凸台部139设于所述外壳112的密封端子板114上并向内侧突出。由此，当通过受压用第2膜片132B和大气压用第1膜片132A承受的压力的差压使中心轴136沿轴向移动时，可动部137的位置随之变动，该力对感压元件138产生检测轴方向的作用力。

[0092] 膜片132(132A、132B)由圆盘状的膜片主体(中央部)140和圆筒部142构成，该膜片主体140承受外部压力而挠曲变形，该圆筒部142能够嵌入到在该膜片主体(中央部)140的周缘一体设置的传感器外壳112的压力输入口124、126的内壁面中。而且，在与设于该圆筒部142的端缘的所述传感器外壳112熔接的熔接部(板条部130)和作为所述膜片主体140的挠曲基点的膜片主体外周缘部144之间形成阶梯壁。特别地，在该实施方式中，将熔接部(板条部)130作为与传感器外壳112的压力输入口124、126的开口缘部接触的所述圆筒部前端缘，熔接在所述传感器外壳112的开口缘上。

[0093] 在上述外壳112的内部，与所述中心轴136平行地在其周围配置有多个支柱146。这些支柱146将第2部件即凸缘端面板116和第1部件即密封端子板114之间的间隔保持为恒定，检测精度不会由于外力造成的外壳112的变形或任意姿势而降低，这一点与第1实施方式相同。

[0094] 在该第3实施方式中，特别地，将上部端面板作为密封端子板114，使密封端子148贯通端子板114，将感压元件138的信号取出到外部。

[0095] 在这种结构的基础上，在本实施方式中，将由双音叉型振子构成的实施方式的感压元件138的一端侧的安装基部固定在上述可动部137上，将另一端侧的安装基部固定在上述密封端子板114的凸台部139上。为了固定感压元件138，使用包含氧化铝和Si化合物的无机粘接剂，作为粘接层150而夹设在感压元件138的基部和该接合对象面之间。由此，通过压力检查，可动部137相对于凸台部139反复进行接近离开动作，在与该粘接层150的粘接面平行的方向上对粘接层150施加剪切应力。但是，粘接层150通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述剪切应力不被粘接层吸收/缓和，而可靠地传递到感压元件138，因此，能够成为改善了压力检测的误差的高精度的压力传感器。因此，作为相对压传感器，能够使用无油的小型压力传感器，并且，能够仅使检测轴方向的力作用于感压元件138，检测精度提高。

[0096] 根据这种第3实施方式，通过中心轴136连接一对膜片132彼此，设于中心轴136中途的可动部137根据膜片132的动作而一体地沿轴方向移动(这是由一对膜片132A、132B承受的压力差引起的运动)，成为与对双音叉型振子即感压元件138的检测轴方向作用的力对应的运动。因而，能够不使用油而构成检测精度高的压力传感器，并且，成为小型且容易组装的结构。并且，凸缘端面板116、密封端子板114以及圆筒侧壁120形成作为真空容器的外壳112，密封端子板114与第1膜片132A成为一体，凸缘端面板116与第2膜片
132B成为一体，能够简便地进行组装。为了将该压力传感器100安装到下沉(浸入)于测定对象液体中的容器上，将凸缘端面板116经由O型密封圈面接合并通过螺栓紧固而安装到测定对象液体容器上，所述O型封闭圈配置成包围第2膜片132B的周围。该安装作业时，由于不是像第1实施方式那样利用具有与中心轴连接的膜片的接头部分来拧入的结构，因此能够防止由于中心轴的伸长而引起对感压元件赋予拉伸力的不良情况。

[0097] 另外，在该第3实施方式中，中心轴136和作为感压元件固定用支承台的可动部137也可以由一个部件经过切削加工而一体形成。这样，可动部137不会在轴的固定部晃动、偏移。

[0098] 并且，在第3实施方式中，将膜片132嵌入安装于在密封端子板114和凸缘端面板116的外表面上作为凹陷部形成的压力输入口124、126上，所以，在外壳112上没有向外部突出的部分，能够缩短高度尺寸，能够促进小型化。

[0099] 接着，图7示出第4实施方式的压力传感器200的剖面图。图示的例子是用于绝对压检测的压力传感器的例子。即，去除第3实施方式的大气压检测用的第1膜片132A，仅将第1部件形成为密封端子板来密闭外壳。而且，特别地，同芯地配置中心轴和感压元件，将它们配置在通过受压用膜片的中央区域的轴线上，这一点与之前的实施方式不同。

[0100] 该压力传感器200具有由中空圆筒体构成的外壳212。该外壳212将第1部件(上端面板)作为密封端子板214，并且将构成第2部件(下端面板)的端面板作为与第3实施方式相同的凸缘端面板216，通过第3壳体即圆筒侧壁220将隔开配置的端面板周围包围起来，从而构成中空密闭容器。在凸缘端面板216上，与外壳212的轴芯同芯地贯通有与内部空间连通的压力输入口226，形成凹陷部并在其中央部形成贯通孔228，在凹陷部中嵌入膜片232对外壳的内外进行遮蔽。膜片232与压力输入口226的凹陷部内壁粘接而一体结合。膜片232是测定对象液体的受压用膜片。在密封端子板214上，构成为省略了压力流入口和膜片的端面板。这种外壳212也形成为遮断内外的状态，并且，能够通过未图示的空气抽取单元将内部保持为真空状态，这一点与其他实施方式相同。

[0101] 在所述外壳212的内部，在所述膜片232的内表面的中央区域240上垂直立设有中心轴(力传递单元)236，该中心轴236沿着外壳212的轴芯配置。而且，在该中心轴236的前端部一体地设有作为感压元件支承台的可动部237，在该可动部237上安装有由双音叉型振子构成的感压元件238的一端部，所述感压元件238将检测轴设定为与中心轴236同轴。感压元件238的另一端部与支座215连接，所述支座215设于所述外壳212的密封端子板214的中央区域并向内侧突出。由此，当受压用膜片232承受测定对象液体的压力而挠曲时，中心轴236沿轴向移动，追随于此，与可动部237连接的感压元件238产生检测轴方向的作用力。

[0102] 在该第4实施方式中，为了固定感压元件238，使用包含氧化铝和Si化合物的无机粘接剂，粘接层250夹设在感压元件238的检测轴方向的两端基部前端部和该接合对象面之间。由此，即使通过压力检查而使感压元件238承受压缩/拉伸力，也在粘接层250的厚度方向上施加压缩或拉伸力。但是，粘接层250通过无机粘接剂形成为刚性，所以，上述压缩或拉伸力不被粘接层250吸收/缓和，粘接层250成为刚体结合层而可靠地将上述压缩或拉伸力传递到感压元件238，因此，能够改善压力检测的误差，较高地确保灵敏度。这样，作为绝对压传感器，能够使用无油的小型压力传感器，并且，能够仅使检测轴方向的力作用于感压元件，检测精度提高。

[0103] 另外，在上述外壳212的内部，与所述中心轴236平行地在其周围配置有多个支柱246。这些支柱246将第2部件即凸缘端面板216和第1壳体即密封端子板214之间的间隔保持为恒定，检测精度不会由于外力造成的外壳212的变形或任意姿势而降低，这一点与其他实施方式相同。

[0104] 该第4实施方式与第3实施方式同样，将上部端面板作为密封端子板214，使未图示的密封端子248贯通端子板214，将感压元件238的信号取出到外部。

[0105] 根据这种第4实施方式，凸缘端面板216、密封端子板214以及圆筒侧壁220形成作为真空容器的外壳212，凸缘端面板216与膜片232成为一体，能够简便地进行组装。受压用的膜片232和中心轴236同心地连接在一条直线上，设于中心轴236前端的可动部237根据膜片232的动作而沿轴方向移动，产生对双音叉型振子即感压元件238的检测轴方向作用的力。因而，能够不使用油而构成检测精度高的压力传感器，并且，成为小型且容易组装的结构。

[0106] 另外，在该第4实施方式中，中心轴236和作为感压元件固定用支承台的可动部237也可以由一个部件经过切削加工而一体形成。这样，可动部237不会在轴的固定部晃动、偏移。