圧力センサ及び圧力検出装置
【課題】圧力センサの外部の圧力値を測定するにあたって、当該圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えること。
【解決手段】圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化するようにその長辺がＡＴカットの水晶基板２０における結晶軸方向のＸ軸に沿うように形成された主水晶振動子１４ａと共に、圧力センサの外部の圧力値によっては発振周波数がほとんど変化しないようにその長辺がＡＴカットの水晶基板２０におけるＸ軸から６０°ずれた方向と平行になるように形成された補助水晶振動子１４ｂを容器１３内に配置して、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂにより検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取る。
【解決手段】圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化するようにその長辺がＡＴカットの水晶基板２０における結晶軸方向のＸ軸に沿うように形成された主水晶振動子１４ａと共に、圧力センサの外部の圧力値によっては発振周波数がほとんど変化しないようにその長辺がＡＴカットの水晶基板２０におけるＸ軸から６０°ずれた方向と平行になるように形成された補助水晶振動子１４ｂを容器１３内に配置して、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂにより検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた圧力センサ及び圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のタイヤの空気圧をモニタリングし、設定された空気圧以下になると警報を発するＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）が知られており、このシステムにおいて空気圧を測定する圧力センサとして、例えば水晶を用いた圧電振動子を使用することが検討されている。
【０００３】
この圧力センサは、例えば上面側が開口するように概略箱型に形成されたベース体と、下面側の周縁部が周方向に亘って当該ベース体の上端面に接続されると共にベース体側（下面側）の中央領域が窪むように構成された概略板状のダイヤフラムと、これらベース体及びダイヤフラムからなる容器内に収納されるように配置された概略短冊形状の例えばＡＴカットの圧電振動子と、から構成される。この圧電振動子は、長辺方向が例えば結晶軸のＸ軸方向と平行になるように切断されており、圧力センサの外部から加えられる圧力によってダイヤフラムの下面が水平方向に伸長する時には、当該水平方向に撓むように、前記中央領域を介してダイヤフラムに固定されている。圧電振動子が撓むことによって当該圧電振動子の発振周波数が変化するので、この発振周波数の変化により、圧力センサの外部の圧力値が検出される。
【０００４】
一方、この圧力センサにおける圧電振動子は、前記圧力値以外にも、圧力センサ（圧電振動子）の置かれる雰囲気の温度によっても発振周波数が変わる。そのため、例えば圧力センサとは別に温度センサをタイヤあるいは車両に設けて、圧電振動子の発振周波数の変化分から温度に対応する変化分を差し引きして、タイヤ内部の圧力値を算出することが好ましい。
しかし、圧力センサとは別に温度センサを設けると、圧電振動子の置かれている雰囲気の温度と同じ温度を測定しているとは言えない場合があり、従ってタイヤ内部の圧力値を正確に測定できないおそれがある。また、圧力センサと別に温度センサを設けると、システム全体の構成が煩雑になったり大型化したりするおそれもある。
特許文献１〜３には、このような圧力センサが記載されており、また特許文献４には、センサ素子が記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０７０２４０
【特許文献２】特開２０１０−０１９６０６
【特許文献３】国際公開２００５／００３７１１
【特許文献４】特開２００８−０２６２５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えることができ、高い精度で圧力を検出できる圧力センサ及び圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧力センサは、
容器と、
この容器の一部をなし、外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムと、
前記圧力の大きさに応じて発振周波数が変化するように前記容器内において前記ダイヤフラムに固定され、ＡＴカットの圧電基板を含む主圧電振動子と、
温度検出用の圧電振動子として前記容器内において前記主圧電振動子に対して離間して設けられ、前記圧電基板とは切断方位の異なるＡＴカットの圧電基板を含む補助圧電振動子と、を備えたことを特徴とする。
前記主圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であり、
前記補助圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向から４０°〜７０°回転させた方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であっても良い。
前記補助圧電振動子は、前記主圧電振動子に隣接して前記ダイヤフラムに固定されていても良い。
【０００８】
本発明の圧力検出装置は、
前記いずれか一つに記載の圧力センサと、
前記主圧電振動子及び前記補助圧電振動子に夫々接続された主発振回路及び補助発振回路と、
前記主圧電振動子の発振周波数と前記補助圧電振動子の発振周波数との差分を求める周波数差演算部と、
この差分に基づいて圧力センサに加わる圧力値を推定する圧力推定部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化する主圧電振動子と共に、この主圧電振動子の圧電基板とは切断方位の異なる圧電基板を含む補助圧電振動子を温度検出用の圧電振動子として容器内に配置して、これら圧電振動子によって検出される周波数の差分を取っている。そのため、圧力センサの置かれる雰囲気の温度に対応した周波数の変化分を前記主圧電振動子の周波数の変動分から差し引きすることができるので、前記温度の影響を抑えて前記圧力値を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の圧力センサの一例を示す斜視図である。
【図２】前記圧力センサを示す縦断面図である。
【図３】前記圧力センサを示す平面図である。
【図４】前記圧力センサの水晶振動子の切断方位を示す模式図である。
【図５】前記圧力センサに用いられる水晶振動子の切断方位を示す模式図である。
【図６】前記水晶振動子の圧力に対する周波数変化を示す特性図である。
【図７】前記水晶振動子の温度に対する周波数変化を模式的に示す特性図である。
【図８】前記水晶振動子の周波数の変動量と圧力値との対応関係を模式的に示す特性図である。
【図９】前記圧力センサを備えた圧力検出装置の一例を示す回路図である。
【図１０】前記圧力センサの製造方法の一例を示す平面図である。
【図１１】前記圧力センサの他の例を示す縦断面図である。
【図１２】前記圧力センサの他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の圧力センサの実施の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。圧力センサ１０は、例えば各々水晶により構成されたベース体１１及び蓋体１２からなる容器１３と、この容器１３内に設けられ、互いに隣接するように並べられた２つの圧電振動子である短冊状（板状）の水晶振動子１４、１４と、を備えており、後述するように、これら水晶振動子１４、１４を用いて、温度の影響を抑えて外部の圧力を測定するように構成されている。ベース体１１は、例えば上方側が開口するように概略箱型に形成されており、当該ベース体１１の周縁部に蓋体１２の下面側が接着されることにより容器１３が構成される。蓋体１２は、外周面が前記ベース体１１の外周面に沿うように概略板状に形成されており、容器１３（蓋体１２の上面側）に圧力が加わると、この圧力の大きさに応じて例えば下方側に撓むと共に、下面側が当該圧力によって水平方向に伸長するダイヤフラム（弾性板）として構成されている。
【００１２】
蓋体１２の下面側における概略中央部には例えば円筒形状の凹部１５が形成されており、既述の水晶振動子１４、１４の各々の長手方向における一端側及び他端側は、この凹部１５の外縁部よりも外側の位置において蓋体１２の下面に例えば接着剤を介して各々固定されている。従って、これら水晶振動子１４、１４は、蓋体１２に対して上方側から圧力が加えられて当該蓋体１２の下面が水平方向に伸びると、各々の長さ方向に伸長しようとする応力が生じて（あるいは蓋体１２と共に伸長して）、発振周波数が各々変化することになる。尚、図３は蓋体１２を下方側から見た様子を示しており、図１は蓋体１２の一部を切り欠いて示している。
【００１３】
水晶振動子１４、１４の各々は、ＡＴカット板からなる水晶基板２０と、この水晶基板２０の上面及び下面の概略中央位置に当該水晶基板２０の内部領域を介して互いに対向するように配置された励振電極２１、２１とを備えており、励振電極２１の形成された領域が既述の凹部１５の下方に位置するように配置されている。図４に示すように、これら水晶振動子１４、１４のうち一方は長手方向（長辺方向）が水晶基板の結晶軸方向におけるＸ軸に沿うように切断され、他方は長手方向が水晶基板の結晶軸方向におけるＸ軸から６０°程度具体的には６２°ずれた方向（回転した方向）に沿うように切断されている。これら２つの水晶基板２０、２０は、後述するように、共通の水晶ウエハ５１から切り出されたものである。図１〜図３において２２は、ベース体１１と蓋体１２との間を介して圧力センサの外部から各々の励振電極２１に接続された引き回し電極である。尚、これら水晶振動子１４、１４の各々の励振電極２１、２１は、各々の水晶振動子１４、１４において発振周波数が互いに僅かにずれるように、例えば膜厚寸法や面積などが互いに異なるように形成されているが、図１〜図３では省略している。また、図４において１００は、水晶ウエハが切り出される前の水晶インゴットを示している。
【００１４】
これら２つの水晶振動子１４、１４について、長手方向がＸ軸に沿うように切断された水晶振動子１４を主水晶（圧電）振動子１４ａ、長手方向がＸ軸から６０°程度ずれた方向に沿うように切断された水晶振動子１４を補助（リファレンス用）水晶振動子１４ｂと呼ぶと、この例では図１において奥側に主水晶振動子１４ａが配置され、手前側に補助水晶振動子１４ｂが配置されている。これら主水晶振動子１４ａ及び補助水晶振動子１４ｂの間の離間寸法は、例えば０．５ｍｍとなっている。尚、図１〜図３における「ＸＹＺ」の記載は、前記結晶軸ではなく、各図における圧力センサの向きを示している。
【００１５】
続いて、この圧力センサにおいて２つの水晶振動子１４ａ、１４ｂを配置した理由を以下に説明する。即ち、既述のＡＴカットの水晶振動子１４は、基準温度Ｔ０において基準電圧Ｖ０を印加すると、ある固有の基準周波数ｆ０で発振し、この状態で当該水晶振動子１４に圧力が加わる（あるいは圧力によって伸長する）と、発振周波数が例えば周波数ｆＰに変化する。この周波数の変化量ΔｆＰ（ΔｆＰ＝ｆ０−ｆＰ）は、水晶振動子１４に加えられる圧力値Ｐに応じて変化するが、ある大きさの圧力が加えられた時に周波数が変化する割合（ΔｆＰ／Ｐ）は、水晶振動子１４の長手方向が結晶軸方向のどの方向を向いているかによって異なる。
【００１６】
図６は、ＡＴカットの水晶振動子１４について、図５のように、結晶軸方向のＸ軸に対して長手方向の辺（長辺）がなす角度θを種々変えて複数の水晶振動子１４を作製し、各々の水晶振動子１４に対して長手方向両側からある一定の大きさの圧力を加えた時に、周波数がどの程度変化したかを表す割合ｋｆ（ｋｆ＝Δｆ／ｆ０）を示している。図６から分かるように、ＡＴカットの水晶振動子１４は、その長手方向が結晶軸方向においてＸ軸と平行になっている時に、加えられる圧力に対して周波数が大きく変動し、一方長手方向が結晶軸方向においてＸ軸から６０°程度ずれた方向と平行になっている時には、圧力が加わってもほとんど周波数が変化しない。既述の図３には、各々の水晶振動子１４ａ、１４ｂの上面にこの角度θを併せて記載している。
【００１７】
ところで、ＡＴカットの水晶振動子１４は、例えば図７に概略的に示すように、その切断方位にはほぼ関係なく、当該水晶振動子１４の置かれている雰囲気の温度に応じて発振周波数が変動する。従って、既述の主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとを同じ容器１３内に収納して容器１３の外部の圧力を測定すると、主水晶振動子１４ａは外部の圧力値に応じて発振周波数が変化すると共に、圧力センサの置かれている雰囲気の温度即ち容器１３内の温度に応じて発振周波数が変化する。そのため、主水晶振動子１４ａについて、基準周波数、圧力値に応じて変化する周波数の変化量及び前記温度に応じて変化する周波数の変化量を夫々ｆ０１、ΔｆＰ１及びΔｆＴ１とすると、温度Ｔにおいて外部から圧力値Ｐを加えた時に検出される周波数ｆ１は、
ｆ１＝ｆ０１＋ΔｆＰ１＋ΔｆＴ１ ・・・（１）
となる。
【００１８】
一方、補助水晶振動子１４ｂについては、既述のように圧力によって周波数がほとんど変化しないので、即ち基準周波数、圧力値に応じて変化する周波数の変化量及び前記温度に応じて変化する周波数の変化量を夫々ｆ０２、ΔｆＰ２及びΔｆＴ２すると、ΔｆＰ２≒ゼロなので、同様に温度Ｔにおいて外部から圧力値Ｐを加えた時に検出される周波数ｆ２は、
ｆ２＝ｆ０２＋ΔｆＴ２ ・・・（２）
となる。
【００１９】
そのため、（１）式と（２）式との差分を取ると、
ｆ１−ｆ２＝ｆ０１＋ΔｆＰ１＋ΔｆＴ１−（ｆ０２＋ΔｆＴ２）・・（３）
が得られる。
ここで、主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとは同じ容器１３内に収納されており、ほとんど同じ温度の雰囲気に置かれているので、ΔｆＴ１≒ΔｆＴ２と言える。従って、（３）式は、
ｆ１−ｆ２＝ｆ０１＋ΔｆＰ１−ｆ０２ ・・・（４）
となる。この（４）式における基準周波数ｆ０１、ｆ０２はいずれも既知であることから、つまり既述のように基準温度Ｔ０において水晶振動子１４ａ、１４ｂに対して基準電圧Ｖ０を各々印加して予め求められる値であることから、（４）式の両辺から（ｆ０１−ｆ０２）を差し引くと、
δｆ＝ｆ１−ｆ２−（ｆ０１−ｆ０２）＝ΔｆＰ１ ・・・（５）
が得られる。尚、この（５）式について、圧力値Ｐを算出する度に（ｆ０１−ｆ０２）を差し引くようにしても良いし、あるいは夫々の周波数ｆ１、ｆ２からｆ０１、ｆ０２を予め差し引いた値（（ｆ１−ｆ０１）及び（ｆ２−ｆ０２））を既述の（１）〜（４）式の計算に用いて、（５）式の計算を行わないようにしても良い。更に、基準周波数ｆ０１、ｆ０２が互いに同じ値である場合には、（５）式において（ｆ０１−ｆ０２）がゼロとなることから、このようなｆ０１、ｆ０２について計算しなくても良い。即ち、このような場合には、既述の（４）式及び（５）式に代えて、以下の（５−１）式が用いられる。
δｆ＝ｆ１−ｆ２＝ΔｆＰ１ ・・・（５−１）
【００２０】
従って、この（５）式（または（５−１）式）から得られる算出結果δｆは、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えながら、外部の圧力値Ｐに応じた周波数変化を測定した値（既述の変化量ΔｆＰ）となる。即ち、この算出結果δｆは、基準温度Ｔ０において主水晶振動子１４ａに基準電圧Ｖ０を印加すると共に、外部から圧力値Ｐの圧力を加えた時に得られる周波数の変化量となる。そして、図８に示すように、この算出結果δｆを予め算出していた圧力値Ｐと周波数の変化量Δｆとの対応関係に照らし合わせることにより、圧力センサの外部の圧力値Ｐが求められる。尚、以上の各式（１）〜（４）式において、各値（基準周波数、圧力値に応じた周波数の変化量及び温度に応じた周波数の変化量）を加算したが、圧力センサに加えられる実際の圧力値や基準温度Ｔ０に対する容器１３内の温度によっては、減算される場合もある。
【００２１】
続いて、既述の圧力センサを備えた圧力検出装置について、図９を参照して説明する。この圧力検出装置は、以上において説明したように、主水晶振動子１４ａ及び補助水晶振動子１４ｂにより夫々検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取ることにより、即ち補助水晶振動子１４ｂを温度検出用のリファレンスとして用いることにより、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えて、当該圧力センサの外部の圧力値を検出するようにしている。
【００２２】
具体的には、水晶振動子１４ａ、１４ｂには、夫々主発振回路３１及び補助発振回路３２が前記引き回し電極２２を介して夫々接続されており、これら発振回路３１、３２には、基準電圧Ｖ０が印加される共通の入力端３３が接続されている。そして、これら発振回路３１、３２には、既述のように、水晶振動子１４ａ、１４ｂの夫々の周波数ｆ１、ｆ２の差分を取るための周波数差演算部３４が接続されている。周波数差演算部３４は、発振回路３１、３２からの出力が正弦波である場合には、例えば混合器（掛算器）とこの混合器の後段に接続されたローパスフィルタとにより構成しても良い。
【００２３】
この周波数差演算部３４には、加算部３５が接続されており、この加算部３５は、水晶振動子１４ａ、１４ｂの基準周波数ｆ０１から基準周波数ｆ０２を差し引いて（ｆ０１−ｆ０２）、前記周波数差演算部３４にて得られた算出結果からこの差し引いた結果（ｆ０１−ｆ０２）を減算するためのものである。加算部３５には、当該加算部３５にて得られた差分δｆと、予め求められていた周波数の変化量Δｆ及び圧力値Ｐとの相関関係と、から圧力センサに加えられる圧力値Ｐを推定する圧力推定部３６が接続されている。これら加算部３４、３５及び圧力推定部３６は、制御部４０をなす。尚、既述のように、（４）式及び（５）式に代えて（５−１）式を用いる場合には、加算部３５を設けなくても良い。
【００２４】
周波数差演算部３４が既述のように混合器（掛算器）とローパスフィルタとにより構成される場合には、圧力推定部３６は、入力された正弦波から、当該正弦波の周波数に対応する周波数の矩形パルスを作成し、この矩形パルスをカウントして、そのカウント値と、カウント値及び圧力値の関係を示すデータベースとに基づいて圧力値を推定する構成を採っても良い。また、このような構成に限られず、発振回路３１、３２の後段に、発振出力である正弦波の周波数に対応する周波数の矩形パルスを作成する回路を夫々設けると共に、各々の回路のパルス信号をカウントする２つのパルスカウンタを設け、これらカウンタのカウント値の差分を演算器により取り出すようにしても良い。この場合、パルスカウンタ及び演算器が周波数差演算部３４に相当する。
【００２５】
こうして圧力センサを例えばタイヤのバルブに取り付けると、即ちタイヤの内部の雰囲気に蓋体１２の外面が当接するように圧力センサを設けると、タイヤの内部の圧力に応じて蓋体１２が容器１３側に撓むと共に、蓋体１２の下面が水平方向に伸長する。そして、水晶振動子１４ａ、１４ｂは、蓋体１２の撓み量に応じて水平方向に撓み（あるいは応力が生じて）、この撓みや圧力センサの外部の温度により発振周波数ｆ１、ｆ２で夫々発振する。そして、既述の加算部３４、３５及び圧力推定部３６を介してタイヤ内部の圧力値Ｐが検出される。
【００２６】
ここで、圧力センサの製造方法の一例について説明する。先ず、図１０（ａ）に示すように、Ｚカットの水晶からなるウエハ５０に対して、例えば複数の蓋体１２の外形に対応するように、フォトリソグラフィー法によってマスクの形成を行い、続いて例えばフッ酸水溶液を用いたウェットエッチングを行う。そして、同様に各々の蓋体１２に凹部１５を形成する。図１０中６０は、ウエハ５０に対して各々の蓋体１２を支持する棒状の支持部であり、前記エッチングは、この支持部６０が残るように行われる。尚、図１０では円板状のウエハ５０を用いているが、既述の図４に示したように矩形（板状）のウエハ５０を用いても良い。後述のウエハ５１、５２についても同様である。
【００２７】
続いて、同図（ｂ）に示すように、ＡＴカットの水晶からなるウエハ５１に対して、マスクの形成及びエッチングにより主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとを形成する。これら水晶振動子１４ａ、１４ｂは、既述のように主水晶振動子１４ａの長手方向が結晶軸方向のＸ軸に沿うように、また補助水晶振動子１４ｂの長手方向が結晶軸方向のＸ軸から６０°ずれた方向に沿うように形成される。そして、図１０（ｃ）に示すように、同様にＺカットの水晶からなるウエハ５２に対して、ベース体１１の外形に対応するようにマスクの形成及びエッチングを行うと共に、水晶振動子１４ａ、１４ｂの収納される領域をエッチングにより形成する。
【００２８】
次いで、水晶振動子１４ａ、１４ｂに、例えば各々クロム（Ｃｒ）上に金（Ａｕ）を積層した金属膜からなる励振電極２１を形成すると共に、蓋体１２あるいはベース体１１に引き回し電極２２を形成する。そして、３枚のウエハ５０〜５２をこの順番で互いの位置合わせをしながら積層し、図示しない接着剤を用いて互いに接着する。その後、ダイシングによって支持部６０を切断することによって、各々の圧力センサが個片化される。
【００２９】
上述の実施の形態によれば、圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化する主水晶振動子１４ａと共に、この主水晶振動子１４ａの水晶基板２０とは切断方位の異なる水晶基板２０を備えた補助水晶振動子１４ｂを容器１３内に配置して、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂにより検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取っている。そのため、いわば補助水晶振動子１４ｂを温度検出用のリファレンスとして用いることができるので、圧力センサの外部の雰囲気の温度の影響を抑えて圧力値を検出できる。また、補助水晶振動子１４ｂについて、主水晶振動子１４ａに近接するように配置しているため、当該主水晶振動子１４ａの温度に極めて近い温度を測定できる。従って、例えば圧力センサの外部に温度センサを設ける場合と比較して、圧力センサの置かれている雰囲気の温度の影響をより一層抑えることができる。
【００３０】
更に、水晶振動子１４ａ、１４ｂを共通のウエハ５１から切り出しているので、水晶基板２０の物性や寸法（不純物の量、圧電性や厚み寸法などに起因する物理定数や電気的定数）が互いに揃っている。そのため、既述のようにこれら水晶振動子１４ａ、１４ｂの周波数ｆ１、ｆ２を差し引きしたときに、前記物性や寸法などに起因する周波数の誤差がキャンセルされるため、これら誤差の影響を抑えて既述の圧力値Ｐを測定できる。また、圧力センサの温度を検出する温度センサを当該圧力センサの内部に補助水晶振動子１４ｂとして設けることにより、温度センサを外部に設ける場合と比べて、システム全体の構成について簡略化及び小型化を図ることができる。
【００３１】
既述の例では、補助水晶振動子１４ｂを主水晶振動子１４ａと共に蓋体１２の下面に固定したが、補助水晶振動子１４ｂについては圧力の測定が不要であるため、図１１に示すように、ベース体１１の下面に固定するようにしても良い。図１１中７０は、補助水晶振動子１４ｂが発振できるようにするために、これら補助水晶振動子１４ｂとベース体１１との間に介設されたゴムなどの弾性体である。
また、水晶振動子１４ａ、１４ｂを個別に配置したが、図１２に示すように、水晶振動子１４ａ、１ｂを一体化しても良い。即ち、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂの基端部同士が互いに接続されると共に、当該基端部から夫々の他端部が互いに６０°ずれた方向に伸びるように、既述のウエハ５１から切り出しても良い。この場合であっても、既述の例と同様の効果が得られる。
【００３２】
更に、主水晶振動子１４ａの長辺がＸ軸に沿うと共に、補助水晶振動子１４ｂの長辺がＸ軸から６０°ずれた方向に沿うようにこれら水晶振動子１４ａ、１４ｂを形成したが、例えば主水晶振動子１４ａの長辺がＸ軸から１０°ずれた方向に沿うようにしても良いし、また補助水晶振動子１４ｂの長辺がＸ軸から４０°〜７０°ずれた方向に沿うようにしても良い。即ち、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂについて、主水晶振動子１４ａでは外部の圧力に応じて周波数が変動し、補助水晶振動子１４ｂでは当該主水晶振動子１４ａに対して圧力による周波数の変化量が小さくなるようにすれば良い。また、水晶振動子１４ａ、１４ｂについて、互いに異なるウエハ５１から切り出すようにしても良い。
【００３３】
既述の振動子１４ａ、１４ｂに用いられる基板としては、水晶基板２０に代えて、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14（ランガサイト）などからなる圧電基板を用いても良い。この場合においても、振動子１４ａについては圧力及び温度に応じて周波数が変動し、振動子１４ｂについては圧力が変動してもほとんど周波数が変化せず、一方温度に応じて周波数が変化するように夫々の切断方位が調整される。また、前記圧電基板のうち一の基板を振動子１４ａとして用いると共に、圧電基板のうち他の基板を振動子１４ｂとして用いても良い。
【００３４】
既述の圧力センサを製造するにあたって、蓋体１２、水晶振動子１４ａ、１４ｂ及びベース体１１を個片化した後接着しても良い。また、各ウエハ５０、５２としては、水晶に代えてガラス板、Ｓｉ基板あるいは金属板を用いてもよい。既述の例において、互いのウエハ５０〜５２を接着する接着剤としては、ガラスペーストなどが用いられ、例えば大気雰囲気において３００°〜５００°程度の温度で加熱することにより当該接着剤を介して各々のウエハ５０〜５２が接着される。
また、水晶振動子１４ａ、１４ｂの一端側及び他端側を夫々ベース体１１の下面に固定したが、例えば前記一端側をベース体１１の下面に固定すると共に、前記他端側を容器１３（ベース体１１）の内壁部に固定しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 圧力センサ
１１ ベース体
１２ 蓋体
１３ 容器
１４ 水晶振動子
２０ 水晶基板
３１ 主発振回路
３２ 補助発振回路
３３ 入力端
３４ 周波数差演算部
３５ 第２の加算部
３６ 圧力推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた圧力センサ及び圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のタイヤの空気圧をモニタリングし、設定された空気圧以下になると警報を発するＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）が知られており、このシステムにおいて空気圧を測定する圧力センサとして、例えば水晶を用いた圧電振動子を使用することが検討されている。
【０００３】
この圧力センサは、例えば上面側が開口するように概略箱型に形成されたベース体と、下面側の周縁部が周方向に亘って当該ベース体の上端面に接続されると共にベース体側（下面側）の中央領域が窪むように構成された概略板状のダイヤフラムと、これらベース体及びダイヤフラムからなる容器内に収納されるように配置された概略短冊形状の例えばＡＴカットの圧電振動子と、から構成される。この圧電振動子は、長辺方向が例えば結晶軸のＸ軸方向と平行になるように切断されており、圧力センサの外部から加えられる圧力によってダイヤフラムの下面が水平方向に伸長する時には、当該水平方向に撓むように、前記中央領域を介してダイヤフラムに固定されている。圧電振動子が撓むことによって当該圧電振動子の発振周波数が変化するので、この発振周波数の変化により、圧力センサの外部の圧力値が検出される。
【０００４】
一方、この圧力センサにおける圧電振動子は、前記圧力値以外にも、圧力センサ（圧電振動子）の置かれる雰囲気の温度によっても発振周波数が変わる。そのため、例えば圧力センサとは別に温度センサをタイヤあるいは車両に設けて、圧電振動子の発振周波数の変化分から温度に対応する変化分を差し引きして、タイヤ内部の圧力値を算出することが好ましい。
しかし、圧力センサとは別に温度センサを設けると、圧電振動子の置かれている雰囲気の温度と同じ温度を測定しているとは言えない場合があり、従ってタイヤ内部の圧力値を正確に測定できないおそれがある。また、圧力センサと別に温度センサを設けると、システム全体の構成が煩雑になったり大型化したりするおそれもある。
特許文献１〜３には、このような圧力センサが記載されており、また特許文献４には、センサ素子が記載されているが、既述の課題については検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０７０２４０
【特許文献２】特開２０１０−０１９６０６
【特許文献３】国際公開２００５／００３７１１
【特許文献４】特開２００８−０２６２５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えることができ、高い精度で圧力を検出できる圧力センサ及び圧力検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧力センサは、
容器と、
この容器の一部をなし、外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムと、
前記圧力の大きさに応じて発振周波数が変化するように前記容器内において前記ダイヤフラムに固定され、ＡＴカットの圧電基板を含む主圧電振動子と、
温度検出用の圧電振動子として前記容器内において前記主圧電振動子に対して離間して設けられ、前記圧電基板とは切断方位の異なるＡＴカットの圧電基板を含む補助圧電振動子と、を備えたことを特徴とする。
前記主圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であり、
前記補助圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向から４０°〜７０°回転させた方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であっても良い。
前記補助圧電振動子は、前記主圧電振動子に隣接して前記ダイヤフラムに固定されていても良い。
【０００８】
本発明の圧力検出装置は、
前記いずれか一つに記載の圧力センサと、
前記主圧電振動子及び前記補助圧電振動子に夫々接続された主発振回路及び補助発振回路と、
前記主圧電振動子の発振周波数と前記補助圧電振動子の発振周波数との差分を求める周波数差演算部と、
この差分に基づいて圧力センサに加わる圧力値を推定する圧力推定部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化する主圧電振動子と共に、この主圧電振動子の圧電基板とは切断方位の異なる圧電基板を含む補助圧電振動子を温度検出用の圧電振動子として容器内に配置して、これら圧電振動子によって検出される周波数の差分を取っている。そのため、圧力センサの置かれる雰囲気の温度に対応した周波数の変化分を前記主圧電振動子の周波数の変動分から差し引きすることができるので、前記温度の影響を抑えて前記圧力値を算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の圧力センサの一例を示す斜視図である。
【図２】前記圧力センサを示す縦断面図である。
【図３】前記圧力センサを示す平面図である。
【図４】前記圧力センサの水晶振動子の切断方位を示す模式図である。
【図５】前記圧力センサに用いられる水晶振動子の切断方位を示す模式図である。
【図６】前記水晶振動子の圧力に対する周波数変化を示す特性図である。
【図７】前記水晶振動子の温度に対する周波数変化を模式的に示す特性図である。
【図８】前記水晶振動子の周波数の変動量と圧力値との対応関係を模式的に示す特性図である。
【図９】前記圧力センサを備えた圧力検出装置の一例を示す回路図である。
【図１０】前記圧力センサの製造方法の一例を示す平面図である。
【図１１】前記圧力センサの他の例を示す縦断面図である。
【図１２】前記圧力センサの他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の圧力センサの実施の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。圧力センサ１０は、例えば各々水晶により構成されたベース体１１及び蓋体１２からなる容器１３と、この容器１３内に設けられ、互いに隣接するように並べられた２つの圧電振動子である短冊状（板状）の水晶振動子１４、１４と、を備えており、後述するように、これら水晶振動子１４、１４を用いて、温度の影響を抑えて外部の圧力を測定するように構成されている。ベース体１１は、例えば上方側が開口するように概略箱型に形成されており、当該ベース体１１の周縁部に蓋体１２の下面側が接着されることにより容器１３が構成される。蓋体１２は、外周面が前記ベース体１１の外周面に沿うように概略板状に形成されており、容器１３（蓋体１２の上面側）に圧力が加わると、この圧力の大きさに応じて例えば下方側に撓むと共に、下面側が当該圧力によって水平方向に伸長するダイヤフラム（弾性板）として構成されている。
【００１２】
蓋体１２の下面側における概略中央部には例えば円筒形状の凹部１５が形成されており、既述の水晶振動子１４、１４の各々の長手方向における一端側及び他端側は、この凹部１５の外縁部よりも外側の位置において蓋体１２の下面に例えば接着剤を介して各々固定されている。従って、これら水晶振動子１４、１４は、蓋体１２に対して上方側から圧力が加えられて当該蓋体１２の下面が水平方向に伸びると、各々の長さ方向に伸長しようとする応力が生じて（あるいは蓋体１２と共に伸長して）、発振周波数が各々変化することになる。尚、図３は蓋体１２を下方側から見た様子を示しており、図１は蓋体１２の一部を切り欠いて示している。
【００１３】
水晶振動子１４、１４の各々は、ＡＴカット板からなる水晶基板２０と、この水晶基板２０の上面及び下面の概略中央位置に当該水晶基板２０の内部領域を介して互いに対向するように配置された励振電極２１、２１とを備えており、励振電極２１の形成された領域が既述の凹部１５の下方に位置するように配置されている。図４に示すように、これら水晶振動子１４、１４のうち一方は長手方向（長辺方向）が水晶基板の結晶軸方向におけるＸ軸に沿うように切断され、他方は長手方向が水晶基板の結晶軸方向におけるＸ軸から６０°程度具体的には６２°ずれた方向（回転した方向）に沿うように切断されている。これら２つの水晶基板２０、２０は、後述するように、共通の水晶ウエハ５１から切り出されたものである。図１〜図３において２２は、ベース体１１と蓋体１２との間を介して圧力センサの外部から各々の励振電極２１に接続された引き回し電極である。尚、これら水晶振動子１４、１４の各々の励振電極２１、２１は、各々の水晶振動子１４、１４において発振周波数が互いに僅かにずれるように、例えば膜厚寸法や面積などが互いに異なるように形成されているが、図１〜図３では省略している。また、図４において１００は、水晶ウエハが切り出される前の水晶インゴットを示している。
【００１４】
これら２つの水晶振動子１４、１４について、長手方向がＸ軸に沿うように切断された水晶振動子１４を主水晶（圧電）振動子１４ａ、長手方向がＸ軸から６０°程度ずれた方向に沿うように切断された水晶振動子１４を補助（リファレンス用）水晶振動子１４ｂと呼ぶと、この例では図１において奥側に主水晶振動子１４ａが配置され、手前側に補助水晶振動子１４ｂが配置されている。これら主水晶振動子１４ａ及び補助水晶振動子１４ｂの間の離間寸法は、例えば０．５ｍｍとなっている。尚、図１〜図３における「ＸＹＺ」の記載は、前記結晶軸ではなく、各図における圧力センサの向きを示している。
【００１５】
続いて、この圧力センサにおいて２つの水晶振動子１４ａ、１４ｂを配置した理由を以下に説明する。即ち、既述のＡＴカットの水晶振動子１４は、基準温度Ｔ０において基準電圧Ｖ０を印加すると、ある固有の基準周波数ｆ０で発振し、この状態で当該水晶振動子１４に圧力が加わる（あるいは圧力によって伸長する）と、発振周波数が例えば周波数ｆＰに変化する。この周波数の変化量ΔｆＰ（ΔｆＰ＝ｆ０−ｆＰ）は、水晶振動子１４に加えられる圧力値Ｐに応じて変化するが、ある大きさの圧力が加えられた時に周波数が変化する割合（ΔｆＰ／Ｐ）は、水晶振動子１４の長手方向が結晶軸方向のどの方向を向いているかによって異なる。
【００１６】
図６は、ＡＴカットの水晶振動子１４について、図５のように、結晶軸方向のＸ軸に対して長手方向の辺（長辺）がなす角度θを種々変えて複数の水晶振動子１４を作製し、各々の水晶振動子１４に対して長手方向両側からある一定の大きさの圧力を加えた時に、周波数がどの程度変化したかを表す割合ｋｆ（ｋｆ＝Δｆ／ｆ０）を示している。図６から分かるように、ＡＴカットの水晶振動子１４は、その長手方向が結晶軸方向においてＸ軸と平行になっている時に、加えられる圧力に対して周波数が大きく変動し、一方長手方向が結晶軸方向においてＸ軸から６０°程度ずれた方向と平行になっている時には、圧力が加わってもほとんど周波数が変化しない。既述の図３には、各々の水晶振動子１４ａ、１４ｂの上面にこの角度θを併せて記載している。
【００１７】
ところで、ＡＴカットの水晶振動子１４は、例えば図７に概略的に示すように、その切断方位にはほぼ関係なく、当該水晶振動子１４の置かれている雰囲気の温度に応じて発振周波数が変動する。従って、既述の主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとを同じ容器１３内に収納して容器１３の外部の圧力を測定すると、主水晶振動子１４ａは外部の圧力値に応じて発振周波数が変化すると共に、圧力センサの置かれている雰囲気の温度即ち容器１３内の温度に応じて発振周波数が変化する。そのため、主水晶振動子１４ａについて、基準周波数、圧力値に応じて変化する周波数の変化量及び前記温度に応じて変化する周波数の変化量を夫々ｆ０１、ΔｆＰ１及びΔｆＴ１とすると、温度Ｔにおいて外部から圧力値Ｐを加えた時に検出される周波数ｆ１は、
ｆ１＝ｆ０１＋ΔｆＰ１＋ΔｆＴ１ ・・・（１）
となる。
【００１８】
一方、補助水晶振動子１４ｂについては、既述のように圧力によって周波数がほとんど変化しないので、即ち基準周波数、圧力値に応じて変化する周波数の変化量及び前記温度に応じて変化する周波数の変化量を夫々ｆ０２、ΔｆＰ２及びΔｆＴ２すると、ΔｆＰ２≒ゼロなので、同様に温度Ｔにおいて外部から圧力値Ｐを加えた時に検出される周波数ｆ２は、
ｆ２＝ｆ０２＋ΔｆＴ２ ・・・（２）
となる。
【００１９】
そのため、（１）式と（２）式との差分を取ると、
ｆ１−ｆ２＝ｆ０１＋ΔｆＰ１＋ΔｆＴ１−（ｆ０２＋ΔｆＴ２）・・（３）
が得られる。
ここで、主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとは同じ容器１３内に収納されており、ほとんど同じ温度の雰囲気に置かれているので、ΔｆＴ１≒ΔｆＴ２と言える。従って、（３）式は、
ｆ１−ｆ２＝ｆ０１＋ΔｆＰ１−ｆ０２ ・・・（４）
となる。この（４）式における基準周波数ｆ０１、ｆ０２はいずれも既知であることから、つまり既述のように基準温度Ｔ０において水晶振動子１４ａ、１４ｂに対して基準電圧Ｖ０を各々印加して予め求められる値であることから、（４）式の両辺から（ｆ０１−ｆ０２）を差し引くと、
δｆ＝ｆ１−ｆ２−（ｆ０１−ｆ０２）＝ΔｆＰ１ ・・・（５）
が得られる。尚、この（５）式について、圧力値Ｐを算出する度に（ｆ０１−ｆ０２）を差し引くようにしても良いし、あるいは夫々の周波数ｆ１、ｆ２からｆ０１、ｆ０２を予め差し引いた値（（ｆ１−ｆ０１）及び（ｆ２−ｆ０２））を既述の（１）〜（４）式の計算に用いて、（５）式の計算を行わないようにしても良い。更に、基準周波数ｆ０１、ｆ０２が互いに同じ値である場合には、（５）式において（ｆ０１−ｆ０２）がゼロとなることから、このようなｆ０１、ｆ０２について計算しなくても良い。即ち、このような場合には、既述の（４）式及び（５）式に代えて、以下の（５−１）式が用いられる。
δｆ＝ｆ１−ｆ２＝ΔｆＰ１ ・・・（５−１）
【００２０】
従って、この（５）式（または（５−１）式）から得られる算出結果δｆは、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えながら、外部の圧力値Ｐに応じた周波数変化を測定した値（既述の変化量ΔｆＰ）となる。即ち、この算出結果δｆは、基準温度Ｔ０において主水晶振動子１４ａに基準電圧Ｖ０を印加すると共に、外部から圧力値Ｐの圧力を加えた時に得られる周波数の変化量となる。そして、図８に示すように、この算出結果δｆを予め算出していた圧力値Ｐと周波数の変化量Δｆとの対応関係に照らし合わせることにより、圧力センサの外部の圧力値Ｐが求められる。尚、以上の各式（１）〜（４）式において、各値（基準周波数、圧力値に応じた周波数の変化量及び温度に応じた周波数の変化量）を加算したが、圧力センサに加えられる実際の圧力値や基準温度Ｔ０に対する容器１３内の温度によっては、減算される場合もある。
【００２１】
続いて、既述の圧力センサを備えた圧力検出装置について、図９を参照して説明する。この圧力検出装置は、以上において説明したように、主水晶振動子１４ａ及び補助水晶振動子１４ｂにより夫々検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取ることにより、即ち補助水晶振動子１４ｂを温度検出用のリファレンスとして用いることにより、圧力センサの置かれる雰囲気の温度の影響を抑えて、当該圧力センサの外部の圧力値を検出するようにしている。
【００２２】
具体的には、水晶振動子１４ａ、１４ｂには、夫々主発振回路３１及び補助発振回路３２が前記引き回し電極２２を介して夫々接続されており、これら発振回路３１、３２には、基準電圧Ｖ０が印加される共通の入力端３３が接続されている。そして、これら発振回路３１、３２には、既述のように、水晶振動子１４ａ、１４ｂの夫々の周波数ｆ１、ｆ２の差分を取るための周波数差演算部３４が接続されている。周波数差演算部３４は、発振回路３１、３２からの出力が正弦波である場合には、例えば混合器（掛算器）とこの混合器の後段に接続されたローパスフィルタとにより構成しても良い。
【００２３】
この周波数差演算部３４には、加算部３５が接続されており、この加算部３５は、水晶振動子１４ａ、１４ｂの基準周波数ｆ０１から基準周波数ｆ０２を差し引いて（ｆ０１−ｆ０２）、前記周波数差演算部３４にて得られた算出結果からこの差し引いた結果（ｆ０１−ｆ０２）を減算するためのものである。加算部３５には、当該加算部３５にて得られた差分δｆと、予め求められていた周波数の変化量Δｆ及び圧力値Ｐとの相関関係と、から圧力センサに加えられる圧力値Ｐを推定する圧力推定部３６が接続されている。これら加算部３４、３５及び圧力推定部３６は、制御部４０をなす。尚、既述のように、（４）式及び（５）式に代えて（５−１）式を用いる場合には、加算部３５を設けなくても良い。
【００２４】
周波数差演算部３４が既述のように混合器（掛算器）とローパスフィルタとにより構成される場合には、圧力推定部３６は、入力された正弦波から、当該正弦波の周波数に対応する周波数の矩形パルスを作成し、この矩形パルスをカウントして、そのカウント値と、カウント値及び圧力値の関係を示すデータベースとに基づいて圧力値を推定する構成を採っても良い。また、このような構成に限られず、発振回路３１、３２の後段に、発振出力である正弦波の周波数に対応する周波数の矩形パルスを作成する回路を夫々設けると共に、各々の回路のパルス信号をカウントする２つのパルスカウンタを設け、これらカウンタのカウント値の差分を演算器により取り出すようにしても良い。この場合、パルスカウンタ及び演算器が周波数差演算部３４に相当する。
【００２５】
こうして圧力センサを例えばタイヤのバルブに取り付けると、即ちタイヤの内部の雰囲気に蓋体１２の外面が当接するように圧力センサを設けると、タイヤの内部の圧力に応じて蓋体１２が容器１３側に撓むと共に、蓋体１２の下面が水平方向に伸長する。そして、水晶振動子１４ａ、１４ｂは、蓋体１２の撓み量に応じて水平方向に撓み（あるいは応力が生じて）、この撓みや圧力センサの外部の温度により発振周波数ｆ１、ｆ２で夫々発振する。そして、既述の加算部３４、３５及び圧力推定部３６を介してタイヤ内部の圧力値Ｐが検出される。
【００２６】
ここで、圧力センサの製造方法の一例について説明する。先ず、図１０（ａ）に示すように、Ｚカットの水晶からなるウエハ５０に対して、例えば複数の蓋体１２の外形に対応するように、フォトリソグラフィー法によってマスクの形成を行い、続いて例えばフッ酸水溶液を用いたウェットエッチングを行う。そして、同様に各々の蓋体１２に凹部１５を形成する。図１０中６０は、ウエハ５０に対して各々の蓋体１２を支持する棒状の支持部であり、前記エッチングは、この支持部６０が残るように行われる。尚、図１０では円板状のウエハ５０を用いているが、既述の図４に示したように矩形（板状）のウエハ５０を用いても良い。後述のウエハ５１、５２についても同様である。
【００２７】
続いて、同図（ｂ）に示すように、ＡＴカットの水晶からなるウエハ５１に対して、マスクの形成及びエッチングにより主水晶振動子１４ａと補助水晶振動子１４ｂとを形成する。これら水晶振動子１４ａ、１４ｂは、既述のように主水晶振動子１４ａの長手方向が結晶軸方向のＸ軸に沿うように、また補助水晶振動子１４ｂの長手方向が結晶軸方向のＸ軸から６０°ずれた方向に沿うように形成される。そして、図１０（ｃ）に示すように、同様にＺカットの水晶からなるウエハ５２に対して、ベース体１１の外形に対応するようにマスクの形成及びエッチングを行うと共に、水晶振動子１４ａ、１４ｂの収納される領域をエッチングにより形成する。
【００２８】
次いで、水晶振動子１４ａ、１４ｂに、例えば各々クロム（Ｃｒ）上に金（Ａｕ）を積層した金属膜からなる励振電極２１を形成すると共に、蓋体１２あるいはベース体１１に引き回し電極２２を形成する。そして、３枚のウエハ５０〜５２をこの順番で互いの位置合わせをしながら積層し、図示しない接着剤を用いて互いに接着する。その後、ダイシングによって支持部６０を切断することによって、各々の圧力センサが個片化される。
【００２９】
上述の実施の形態によれば、圧力センサの外部の圧力値に応じて発振周波数が変化する主水晶振動子１４ａと共に、この主水晶振動子１４ａの水晶基板２０とは切断方位の異なる水晶基板２０を備えた補助水晶振動子１４ｂを容器１３内に配置して、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂにより検出される周波数ｆ１、ｆ２の差分を取っている。そのため、いわば補助水晶振動子１４ｂを温度検出用のリファレンスとして用いることができるので、圧力センサの外部の雰囲気の温度の影響を抑えて圧力値を検出できる。また、補助水晶振動子１４ｂについて、主水晶振動子１４ａに近接するように配置しているため、当該主水晶振動子１４ａの温度に極めて近い温度を測定できる。従って、例えば圧力センサの外部に温度センサを設ける場合と比較して、圧力センサの置かれている雰囲気の温度の影響をより一層抑えることができる。
【００３０】
更に、水晶振動子１４ａ、１４ｂを共通のウエハ５１から切り出しているので、水晶基板２０の物性や寸法（不純物の量、圧電性や厚み寸法などに起因する物理定数や電気的定数）が互いに揃っている。そのため、既述のようにこれら水晶振動子１４ａ、１４ｂの周波数ｆ１、ｆ２を差し引きしたときに、前記物性や寸法などに起因する周波数の誤差がキャンセルされるため、これら誤差の影響を抑えて既述の圧力値Ｐを測定できる。また、圧力センサの温度を検出する温度センサを当該圧力センサの内部に補助水晶振動子１４ｂとして設けることにより、温度センサを外部に設ける場合と比べて、システム全体の構成について簡略化及び小型化を図ることができる。
【００３１】
既述の例では、補助水晶振動子１４ｂを主水晶振動子１４ａと共に蓋体１２の下面に固定したが、補助水晶振動子１４ｂについては圧力の測定が不要であるため、図１１に示すように、ベース体１１の下面に固定するようにしても良い。図１１中７０は、補助水晶振動子１４ｂが発振できるようにするために、これら補助水晶振動子１４ｂとベース体１１との間に介設されたゴムなどの弾性体である。
また、水晶振動子１４ａ、１４ｂを個別に配置したが、図１２に示すように、水晶振動子１４ａ、１ｂを一体化しても良い。即ち、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂの基端部同士が互いに接続されると共に、当該基端部から夫々の他端部が互いに６０°ずれた方向に伸びるように、既述のウエハ５１から切り出しても良い。この場合であっても、既述の例と同様の効果が得られる。
【００３２】
更に、主水晶振動子１４ａの長辺がＸ軸に沿うと共に、補助水晶振動子１４ｂの長辺がＸ軸から６０°ずれた方向に沿うようにこれら水晶振動子１４ａ、１４ｂを形成したが、例えば主水晶振動子１４ａの長辺がＸ軸から１０°ずれた方向に沿うようにしても良いし、また補助水晶振動子１４ｂの長辺がＸ軸から４０°〜７０°ずれた方向に沿うようにしても良い。即ち、これら水晶振動子１４ａ、１４ｂについて、主水晶振動子１４ａでは外部の圧力に応じて周波数が変動し、補助水晶振動子１４ｂでは当該主水晶振動子１４ａに対して圧力による周波数の変化量が小さくなるようにすれば良い。また、水晶振動子１４ａ、１４ｂについて、互いに異なるウエハ５１から切り出すようにしても良い。
【００３３】
既述の振動子１４ａ、１４ｂに用いられる基板としては、水晶基板２０に代えて、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14（ランガサイト）などからなる圧電基板を用いても良い。この場合においても、振動子１４ａについては圧力及び温度に応じて周波数が変動し、振動子１４ｂについては圧力が変動してもほとんど周波数が変化せず、一方温度に応じて周波数が変化するように夫々の切断方位が調整される。また、前記圧電基板のうち一の基板を振動子１４ａとして用いると共に、圧電基板のうち他の基板を振動子１４ｂとして用いても良い。
【００３４】
既述の圧力センサを製造するにあたって、蓋体１２、水晶振動子１４ａ、１４ｂ及びベース体１１を個片化した後接着しても良い。また、各ウエハ５０、５２としては、水晶に代えてガラス板、Ｓｉ基板あるいは金属板を用いてもよい。既述の例において、互いのウエハ５０〜５２を接着する接着剤としては、ガラスペーストなどが用いられ、例えば大気雰囲気において３００°〜５００°程度の温度で加熱することにより当該接着剤を介して各々のウエハ５０〜５２が接着される。
また、水晶振動子１４ａ、１４ｂの一端側及び他端側を夫々ベース体１１の下面に固定したが、例えば前記一端側をベース体１１の下面に固定すると共に、前記他端側を容器１３（ベース体１１）の内壁部に固定しても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 圧力センサ
１１ ベース体
１２ 蓋体
１３ 容器
１４ 水晶振動子
２０ 水晶基板
３１ 主発振回路
３２ 補助発振回路
３３ 入力端
３４ 周波数差演算部
３５ 第２の加算部
３６ 圧力推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
この容器の一部をなし、外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムと、
前記圧力の大きさに応じて発振周波数が変化するように前記容器内において前記ダイヤフラムに固定され、ＡＴカットの圧電基板を含む主圧電振動子と、
温度検出用の圧電振動子として前記容器内において前記主圧電振動子に対して離間して設けられ、前記圧電基板とは切断方位の異なるＡＴカットの圧電基板を含む補助圧電振動子と、を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記主圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であり、
前記補助圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向から４０°〜７０°回転させた方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記補助圧電振動子は、前記主圧電振動子に隣接して前記ダイヤフラムに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧力センサと、
前記主圧電振動子及び前記補助圧電振動子に夫々接続された主発振回路及び補助発振回路と、
前記主圧電振動子の発振周波数と前記補助圧電振動子の発振周波数との差分を求める周波数差演算部と、
この差分に基づいて圧力センサに加わる圧力値を推定する圧力推定部と、を備えたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１】
容器と、
この容器の一部をなし、外部からの圧力により撓むように構成されたダイヤフラムと、
前記圧力の大きさに応じて発振周波数が変化するように前記容器内において前記ダイヤフラムに固定され、ＡＴカットの圧電基板を含む主圧電振動子と、
温度検出用の圧電振動子として前記容器内において前記主圧電振動子に対して離間して設けられ、前記圧電基板とは切断方位の異なるＡＴカットの圧電基板を含む補助圧電振動子と、を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記主圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であり、
前記補助圧電振動子は、その長手方向がＸ軸方向から４０°〜７０°回転させた方向に沿うように矩形に切断した水晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記補助圧電振動子は、前記主圧電振動子に隣接して前記ダイヤフラムに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧力センサと、
前記主圧電振動子及び前記補助圧電振動子に夫々接続された主発振回路及び補助発振回路と、
前記主圧電振動子の発振周波数と前記補助圧電振動子の発振周波数との差分を求める周波数差演算部と、
この差分に基づいて圧力センサに加わる圧力値を推定する圧力推定部と、を備えたことを特徴とする圧力検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１５４７３９（Ｐ２０１２−１５４７３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２１７（Ｐ２０１１−１３２１７）
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２５日（２０１１．１．２５）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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