JPH0365852B2 - - Google Patents
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- JPH0365852B2 JPH0365852B2 JP58219223A JP21922383A JPH0365852B2 JP H0365852 B2 JPH0365852 B2 JP H0365852B2 JP 58219223 A JP58219223 A JP 58219223A JP 21922383 A JP21922383 A JP 21922383A JP H0365852 B2 JPH0365852 B2 JP H0365852B2
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- pressure sensor
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- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0007—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using photoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/37—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using pneumatic detection
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、圧力変化を可動板の変位あるいはト
ルクとして検出する圧力センサに関するものであ
る。更に詳しくは、本発明は、例えば0.01μm水
柱といつた程度の微小圧力測定を行なう場合に使
用して特に有効な圧力センサに関するものであ
る。
ルクとして検出する圧力センサに関するものであ
る。更に詳しくは、本発明は、例えば0.01μm水
柱といつた程度の微小圧力測定を行なう場合に使
用して特に有効な圧力センサに関するものであ
る。
従来、微小圧力測定の可能な圧力センサとし
て、コンデンサマイクロホンが知られている。こ
れは、圧力を受ける金属膜と、この金属膜に対向
設置された固定電極とで構成されており、圧力に
よる金属膜の変位を金贈膜と固定電極の間の静電
容量変化として検出するものである。
て、コンデンサマイクロホンが知られている。こ
れは、圧力を受ける金属膜と、この金属膜に対向
設置された固定電極とで構成されており、圧力に
よる金属膜の変位を金贈膜と固定電極の間の静電
容量変化として検出するものである。
しかしながら、この装置においては、金属膜を
全面に亘つて均一に張力がかかるように張らない
と、検出感度にばらつきを生じ良好な特性が得ら
れないという問題点がある。また、検出感度が高
いが故に、振動雑音や姿勢変化の影響を受けやす
いという欠点がある。
全面に亘つて均一に張力がかかるように張らない
と、検出感度にばらつきを生じ良好な特性が得ら
れないという問題点がある。また、検出感度が高
いが故に、振動雑音や姿勢変化の影響を受けやす
いという欠点がある。
本発明は、従来技術におけるこれらの問題点や
欠点に鑑みてなされたもので、構成が簡単で検出
感度にバラツキが生ずること無く、従つて安価に
大量生産が可能な圧力センサを実現することを目
的とする。
欠点に鑑みてなされたもので、構成が簡単で検出
感度にバラツキが生ずること無く、従つて安価に
大量生産が可能な圧力センサを実現することを目
的とする。
本発明に係る装置は、スリツト孔を有した固定
板と、この固定板と対向配置され測定すべき圧力
が与えられる可動板と、この可動板が回転できる
ようにその重心を通る直線上の２点で当該可動板
を支持する支持部と、可動板の変位又はトルクを
検出する検出手段とで構成される。
板と、この固定板と対向配置され測定すべき圧力
が与えられる可動板と、この可動板が回転できる
ようにその重心を通る直線上の２点で当該可動板
を支持する支持部と、可動板の変位又はトルクを
検出する検出手段とで構成される。
第１図は、本発明に係る圧力センサの一例を示
す構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜
視図、第３図は要部の組立構成図である。ここで
は圧力P1と圧力P2の差圧を検出する場合を例示
する。これらの図において、１は容器、２１，２
２はこの容器内を２部分に仕切る隔壁である。隔
壁２１，２２で仕切られた各部屋１ａ，１ｂ内に
は、圧力導入孔１１，１２から測定すべき圧力
P1，P2が導入されている。
す構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜
視図、第３図は要部の組立構成図である。ここで
は圧力P1と圧力P2の差圧を検出する場合を例示
する。これらの図において、１は容器、２１，２
２はこの容器内を２部分に仕切る隔壁である。隔
壁２１，２２で仕切られた各部屋１ａ，１ｂ内に
は、圧力導入孔１１，１２から測定すべき圧力
P1，P2が導入されている。
３は本発明において特徴としている圧力検知部
で、隔壁２１，２２に固定された固定板４と、ス
ペーサ５を介して固定板４と僅かな間隔ｄを隔て
て対向配置された可動部６とで構成されている。
なお、スペーサ５は、固定板４上に設けたメツキ
層を利用し、僅かな間隔ｄを得るようにしてもよ
い。
で、隔壁２１，２２に固定された固定板４と、ス
ペーサ５を介して固定板４と僅かな間隔ｄを隔て
て対向配置された可動部６とで構成されている。
なお、スペーサ５は、固定板４上に設けたメツキ
層を利用し、僅かな間隔ｄを得るようにしてもよ
い。
固定板４には、部屋１ｂの圧力を導びく複数個
ののスリツト（ここでは５個のスリツト）が設け
られている。また可動部６は、フレーム６１、こ
のフレーム６１に支持部６３を介して支持される
とともに、固定板４に対して対向するように設置
された可動板６２とから成り、可動板６２には複
数個のスリツト（ここでは５個のスリツト）６４
が固定板４の複数個のスリツト４１とは対向しな
い位置に設けられている。ここで、可動板６２を
支持する支持部６３は、ばねとしても機能するも
のであり、この可動板が回転できるように、可動
部６２の重心Ｐ（第３図参照）を通る直線1上の
２点でこの可動板６２を支持している。
ののスリツト（ここでは５個のスリツト）が設け
られている。また可動部６は、フレーム６１、こ
のフレーム６１に支持部６３を介して支持される
とともに、固定板４に対して対向するように設置
された可動板６２とから成り、可動板６２には複
数個のスリツト（ここでは５個のスリツト）６４
が固定板４の複数個のスリツト４１とは対向しな
い位置に設けられている。ここで、可動板６２を
支持する支持部６３は、ばねとしても機能するも
のであり、この可動板が回転できるように、可動
部６２の重心Ｐ（第３図参照）を通る直線1上の
２点でこの可動板６２を支持している。
なお、この例では、可動板６２には、２つの支
持部６３を結ぶ直線1（回転軸に相当）に対し
て、左片側にのみスリツト孔６４が設けてある。
持部６３を結ぶ直線1（回転軸に相当）に対し
て、左片側にのみスリツト孔６４が設けてある。
７１は固定板４に設けた電極板、７２は電極板
７１に対向して、可動板６２に設けた電極板で、
これらは可動板６２の変位検出手段を構成してい
る。
７１に対向して、可動板６２に設けた電極板で、
これらは可動板６２の変位検出手段を構成してい
る。
この様に構成した装置の動作を次に説明する。
圧力導入孔１１，１２に圧力を導入しない状態
（部屋１ａと１ｂ内の圧力が等しい状態）では、
可動板６２は固定板４との間でスペーサ５の厚さ
と等しい僅かな間隔ｄを保つて保持されている。
圧力導入孔１１，１２に圧力を導入しない状態
（部屋１ａと１ｂ内の圧力が等しい状態）では、
可動板６２は固定板４との間でスペーサ５の厚さ
と等しい僅かな間隔ｄを保つて保持されている。
圧力導入孔１１から圧力Ｐ１が、圧力導入孔１
２から圧力Ｐ２が導入された場合（Ｐ１＜Ｐ２と
する）、２つの部屋１ａ，１ｂを仕切つている圧
力検出部３の両側には、差圧（Ｐ２−Ｐ１）が加
わる。この様な圧力差が存在すると、圧力の高い
方の部屋１ｂからの圧力流体が、固定板４に形成
したスリツト孔を通過し、さらに固定板と可動板
の僅かな隙間を通過して、可動板６２に形成した
スリツト孔を通つて部屋１ａ側に移動しようとす
る。
２から圧力Ｐ２が導入された場合（Ｐ１＜Ｐ２と
する）、２つの部屋１ａ，１ｂを仕切つている圧
力検出部３の両側には、差圧（Ｐ２−Ｐ１）が加
わる。この様な圧力差が存在すると、圧力の高い
方の部屋１ｂからの圧力流体が、固定板４に形成
したスリツト孔を通過し、さらに固定板と可動板
の僅かな隙間を通過して、可動板６２に形成した
スリツト孔を通つて部屋１ａ側に移動しようとす
る。
第４図ａは、可動板６２に加わる圧力の状態を
示す図であり、第４図ｂはこの状態を電気回路で
等価的に示した図である。
示す図であり、第４図ｂはこの状態を電気回路で
等価的に示した図である。
固定板４と可動板６２との間の微小な隙間（間
隔）に流体が流れると、その流体の速度に比例し
た流体抵抗が発生する。すなわち、固定板４と可
動板６２との間であつて、固定板と可動板６２の
いずれの側にもスリツト孔が形成されていない回
転軸を横切る位置付近や、スリツト孔４１からフ
レーム６１と可動板６２との隙間に至る部分に
は、ｂ図に示すように、流体抵抗Ｒ１，Ｒ２が生
ずることとなる。これに対して、複数のスリツト
孔が形成された部分は、流体抵抗の発生はほとん
ど無い。
隔）に流体が流れると、その流体の速度に比例し
た流体抵抗が発生する。すなわち、固定板４と可
動板６２との間であつて、固定板と可動板６２の
いずれの側にもスリツト孔が形成されていない回
転軸を横切る位置付近や、スリツト孔４１からフ
レーム６１と可動板６２との隙間に至る部分に
は、ｂ図に示すように、流体抵抗Ｒ１，Ｒ２が生
ずることとなる。これに対して、複数のスリツト
孔が形成された部分は、流体抵抗の発生はほとん
ど無い。
このために、可動板６２において、可動板６２
が受ける部屋１ａ内の圧力Ｐ１は、複数のスリツ
ト孔６４をそのまま通過し、ａに示すように、回
転軸に対して可動板６２のスリツト孔が設けられ
ている一方の側の裏面にも加わる。
が受ける部屋１ａ内の圧力Ｐ１は、複数のスリツ
ト孔６４をそのまま通過し、ａに示すように、回
転軸に対して可動板６２のスリツト孔が設けられ
ている一方の側の裏面にも加わる。
また、固定板４において、固定板４が受ける部
屋１ｂ内の圧力Ｐ２は、複数のスリツト孔４１を
そのまま通過して、回転軸に対して可動板６２の
スリツト孔が設けられていない他方の側の裏面に
加わる。従つて、ａに示すように、可動板６２に
おいて、スリツト孔が形成されている一方の側
（回転軸に対して左側）の両面（表面と裏面）は、
同じ圧力Ｐ１が加わり、スリツト孔が形成されて
いない他方の側（回転軸に対して右側）の両面
（表面と裏面）には、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２が加る
こととなる。
屋１ｂ内の圧力Ｐ２は、複数のスリツト孔４１を
そのまま通過して、回転軸に対して可動板６２の
スリツト孔が設けられていない他方の側の裏面に
加わる。従つて、ａに示すように、可動板６２に
おいて、スリツト孔が形成されている一方の側
（回転軸に対して左側）の両面（表面と裏面）は、
同じ圧力Ｐ１が加わり、スリツト孔が形成されて
いない他方の側（回転軸に対して右側）の両面
（表面と裏面）には、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２が加る
こととなる。
このため、可動板６２には圧力Ｐ１と圧力Ｐ２
の差に比例したトルクが発生し、支持部６３のね
じりバネ剛さと釣り合う角度まで傾斜（回転）す
る。
の差に比例したトルクが発生し、支持部６３のね
じりバネ剛さと釣り合う角度まで傾斜（回転）す
る。
なお、可動板６２と固定板４との間隔ｄは、例
えば10ミクロン程度の微小間隔で、可動板６２や
固定板４に形成するスリツト孔の大きさや、可動
板６２とフレーム６１との間隔ｄ１に比べて充分
小さくなつており、第４図ｂのような等価回路が
構成でき、可動板６２を圧力差（Ｐ２−Ｐ１）に
対応して傾斜させることができる。そして、可動
板６２と固定板４との微小間隔で形成される流体
抵抗の値は、非常に大きく等価的にここでシール
された状態になつている。
えば10ミクロン程度の微小間隔で、可動板６２や
固定板４に形成するスリツト孔の大きさや、可動
板６２とフレーム６１との間隔ｄ１に比べて充分
小さくなつており、第４図ｂのような等価回路が
構成でき、可動板６２を圧力差（Ｐ２−Ｐ１）に
対応して傾斜させることができる。そして、可動
板６２と固定板４との微小間隔で形成される流体
抵抗の値は、非常に大きく等価的にここでシール
された状態になつている。
可動板６２の変位（傾斜角変化）は、電極板７
１と７２間の静電容量の変化となるもので、この
静電容量変化を測定することにより、P1とP2の
圧力差を知ることができる。
１と７２間の静電容量の変化となるもので、この
静電容量変化を測定することにより、P1とP2の
圧力差を知ることができる。
このように構成した装置は、可動板６２がその重
心を通る直線上の２点で回転可能に支持される構
成であり、従来のコンデンサマイクロホンのよう
に金属膜を全面で一様に張力がかかるように張る
必要はない。このため、検出感度にバラツキが生
ずることはなく、また、張力が温度によつて変わ
ると言うこともない。
心を通る直線上の２点で回転可能に支持される構
成であり、従来のコンデンサマイクロホンのよう
に金属膜を全面で一様に張力がかかるように張る
必要はない。このため、検出感度にバラツキが生
ずることはなく、また、張力が温度によつて変わ
ると言うこともない。
なお、上記の実施例において、測定すべき圧力
が所定の周波数で脈動する場合、可動板６２の慣
性モーメントＩと支持部６３のばね定数により定
まる可動部の共振周波数f0を、測定すべき圧力の
脈動周波数と一致させると、Ｓ／Ｎ比が良好にな
るとともに、検出感度を高くすることができる。
が所定の周波数で脈動する場合、可動板６２の慣
性モーメントＩと支持部６３のばね定数により定
まる可動部の共振周波数f0を、測定すべき圧力の
脈動周波数と一致させると、Ｓ／Ｎ比が良好にな
るとともに、検出感度を高くすることができる。
すなわち、可動板６２に脈動圧力が与えられる
場合、この可動板はこの脈動圧力に応じてある振
幅で振動（回動変位）するが、可動部の共振周波
数f0を脈動圧力の周波数と一致させておくと、共
振現象によつて可動部の振動振幅がＱ倍されるか
らである。ここで、Ｑは(1)式で表わすことができ
る。
場合、この可動板はこの脈動圧力に応じてある振
幅で振動（回動変位）するが、可動部の共振周波
数f0を脈動圧力の周波数と一致させておくと、共
振現象によつて可動部の振動振幅がＱ倍されるか
らである。ここで、Ｑは(1)式で表わすことができ
る。
Ｑ＝Iω0／Ｒ (1)
Ｒは制動抵抗
ただしω0は共振時の角周波数で、ω0＝
Ｋ／Ｉで表わされる。
Ｋ／Ｉで表わされる。
可動部の共振周波数f0は、可動板６２のスリツ
ト６４の数や形状あるいは材料を、また支持部６
３のばね定数Ｋを選定することにより調整でき
る。また、可動部の共振に対する制動抵抗Ｒは、
可動板６２及び固定板４に設けるスリツトの数や
大きさを変更したり、可動部６と固定板４との間
隔ｄを変更することにより調整できる。
ト６４の数や形状あるいは材料を、また支持部６
３のばね定数Ｋを選定することにより調整でき
る。また、可動部の共振に対する制動抵抗Ｒは、
可動板６２及び固定板４に設けるスリツトの数や
大きさを変更したり、可動部６と固定板４との間
隔ｄを変更することにより調整できる。
上記の実施例では、可動板６２のトルク（回転
変位）を検出するのに、可動板６１の回転軸に対
して片側に設けた電極板７１，７２の静電容量変
化を検出するようにしたが、可動板６１の回転軸
に対して両側にそれぞれ電極板を設けるととも
に、これらの電極板に対向して固定板４側にもそ
れぞれ電極板を設け、各対向電極板間の静電容量
C1，C2の差を検出するようにしてもよい。この
場合、上記の実施例に比べて検出感度が２倍向上
するとともに、重力や振動の影響を効果的にキヤ
ンセルできる。
変位）を検出するのに、可動板６１の回転軸に対
して片側に設けた電極板７１，７２の静電容量変
化を検出するようにしたが、可動板６１の回転軸
に対して両側にそれぞれ電極板を設けるととも
に、これらの電極板に対向して固定板４側にもそ
れぞれ電極板を設け、各対向電極板間の静電容量
C1，C2の差を検出するようにしてもよい。この
場合、上記の実施例に比べて検出感度が２倍向上
するとともに、重力や振動の影響を効果的にキヤ
ンセルできる。
なお、可動板６２のトルク又は回動変位の検出
手段としては、静電容量を利用するもの以外、公
知の各技術手段を利用することができる。
手段としては、静電容量を利用するもの以外、公
知の各技術手段を利用することができる。
第５図、第６図、第８図及び第９図は可動板６
２の回動変位又はトルクの検出手段の例を示す構
成説明図である。
２の回動変位又はトルクの検出手段の例を示す構
成説明図である。
第５図の実施例においては、容器１に光透過用
の窓１３を設け、ランプ８１からの光をレンズ８
２、窓１３を介して可動板６２の表面に照射さ
せ、可動板６２の回動変位に基づく反射光の変位
を受光器８３で検出するようにしたものである。
なお、可動板６２の表面は光を反射するように構
成され、また、レンズ８２は受光器８３上に焦点
を結ぶように設置されている。
の窓１３を設け、ランプ８１からの光をレンズ８
２、窓１３を介して可動板６２の表面に照射さ
せ、可動板６２の回動変位に基づく反射光の変位
を受光器８３で検出するようにしたものである。
なお、可動板６２の表面は光を反射するように構
成され、また、レンズ８２は受光器８３上に焦点
を結ぶように設置されている。
この例によれば、容器１の内部にリード線等を
介して電気信号を導びく必要がないので、構成が
簡単で、また本質安全防爆上有利であるという利
点がある。
介して電気信号を導びく必要がないので、構成が
簡単で、また本質安全防爆上有利であるという利
点がある。
第６図に示す実施例においては、可動板６２の
支持部６３にストレンゲージ７５を取付け、可動
板６２の回動変位によつて生ずる支持部６３の歪
変化を、ストレンゲージ７５の抵抗変化として検
出するようにしたものである。ここで、ストレン
ゲージ７５は、支持部６３の回転軸1に対して
45゜傾けて取付けてある。
支持部６３にストレンゲージ７５を取付け、可動
板６２の回動変位によつて生ずる支持部６３の歪
変化を、ストレンゲージ７５の抵抗変化として検
出するようにしたものである。ここで、ストレン
ゲージ７５は、支持部６３の回転軸1に対して
45゜傾けて取付けてある。
支持部６３に捩れが生じてない状態（可動板６
２にトルクが生じてない状態）では、ストレンゲ
ージ７５には、第７図ａに示すように歪が与えら
れず、抵抗値変化は生じない。支持部６３に第７
図ｂに示すように可動板６２の回動に基づいて捩
れωが生じると、ストレンゲージ７５には同図の
矢印STに示すような歪が与えられ、その抵抗値
が変化することとなる。
２にトルクが生じてない状態）では、ストレンゲ
ージ７５には、第７図ａに示すように歪が与えら
れず、抵抗値変化は生じない。支持部６３に第７
図ｂに示すように可動板６２の回動に基づいて捩
れωが生じると、ストレンゲージ７５には同図の
矢印STに示すような歪が与えられ、その抵抗値
が変化することとなる。
第８図に示す実施例においては、支持部６３に
回転軸1といずれも45゜の角度をなすように４個
のストレンゲージ７５を取付けるとともに、これ
らをブリツジ接続させ、このブリツジの電源端に
直流電源Ｅを接続し、検電端からの電圧信号ｅを
出力信号として得るものである。
回転軸1といずれも45゜の角度をなすように４個
のストレンゲージ７５を取付けるとともに、これ
らをブリツジ接続させ、このブリツジの電源端に
直流電源Ｅを接続し、検電端からの電圧信号ｅを
出力信号として得るものである。
第９図に示す実施例においては、支持部６３を
例えば圧電効果を持つた水晶で構成し、これに電
極７６，７７を図示するように対向設置し、支持
部６３に生ずる応力変化を、電極７６，７７間の
電荷の変化として検出するものである。
例えば圧電効果を持つた水晶で構成し、これに電
極７６，７７を図示するように対向設置し、支持
部６３に生ずる応力変化を、電極７６，７７間の
電荷の変化として検出するものである。
すなわち、支持部６３を矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示す
方向に結晶軸を有する水晶で構成した場合、第１
０図に示すように支持部６３が捩れると、Ｘ軸方
向に電荷が生じ、しかもこの電荷の極性は、捩れ
の中心から＋Ｘ方向と−Ｘ方向とではせん断歪の
向きが逆となるために図示するように逆極性とな
る。よつて、電極７６，７７から支持部６３に捩
れに基づいて発生する電荷を検出することができ
る。
方向に結晶軸を有する水晶で構成した場合、第１
０図に示すように支持部６３が捩れると、Ｘ軸方
向に電荷が生じ、しかもこの電荷の極性は、捩れ
の中心から＋Ｘ方向と−Ｘ方向とではせん断歪の
向きが逆となるために図示するように逆極性とな
る。よつて、電極７６，７７から支持部６３に捩
れに基づいて発生する電荷を検出することができ
る。
なお、第９図、第１０図では支持部６３を圧電
材料で構成したものであるが、これを圧電材料以
外の材料で構成し、ここにPZTのような圧電素
子を設置し、支持部６３に生ずる応力又は歪を検
出してもよい。
材料で構成したものであるが、これを圧電材料以
外の材料で構成し、ここにPZTのような圧電素
子を設置し、支持部６３に生ずる応力又は歪を検
出してもよい。
第１１図は、本発明に係る装置において、可動
板６２の他の形状例を示す要部の平面図及び断面
図である。
板６２の他の形状例を示す要部の平面図及び断面
図である。
第１１図の実施例は、可動板６２に、回転軸
１に対して左側片面６２ａのほぼ全面に亘るよう
にピツチP1で並ぶ複数個（ここでは９個）のス
リツト孔６４ａを形成するとともに、右側片面６
２ｂの上下周縁部分に分けて、合計してスリツト
孔６４ａと同じ数で、同じ形状のスリツト孔６４
ｂを形成したものである。
１に対して左側片面６２ａのほぼ全面に亘るよう
にピツチP1で並ぶ複数個（ここでは９個）のス
リツト孔６４ａを形成するとともに、右側片面６
２ｂの上下周縁部分に分けて、合計してスリツト
孔６４ａと同じ数で、同じ形状のスリツト孔６４
ｂを形成したものである。
可動板６２をこの様な構成とすると、可動板６
２の回転軸1を可動板６２の左右対称位置にも
つてくることができる。また、スリツト孔６４ａ
の形状ぎ多少変化しても、スリツト孔６４ｂ側で
これを補償するので、左右のバランスを容易にと
ることができる。
２の回転軸1を可動板６２の左右対称位置にも
つてくることができる。また、スリツト孔６４ａ
の形状ぎ多少変化しても、スリツト孔６４ｂ側で
これを補償するので、左右のバランスを容易にと
ることができる。
なお、この実施例ではスリツト孔６４ａ，６４
ｂを、いずれも回転軸1に対して直角方向に延
びる形状としたものであるが、回転軸1に対し
て平行又は他の角度で延びる様ような形状として
もよい。
ｂを、いずれも回転軸1に対して直角方向に延
びる形状としたものであるが、回転軸1に対し
て平行又は他の角度で延びる様ような形状として
もよい。
第１２図は本発明に係る装置において、可動部
６を、異方性エツチングのできるSi基板、ガラス
あるいはSiO2の単結晶であるα水晶板で構成し
た場合の一例を示す平面図である。この実施例で
は支持部６３を結ぶ回転軸1に対して左側片面
６２ａと右側片面６２ｂの形状をいずれも六角形
状とするとともに、一方の片面６２ａ側全面に複
数個のスリツト孔６４ａを、他方の片面６２ｂ側
の上下の周縁部分に、スリツト孔６４ａと同じ数
で同じ形状のスリツト孔６４ｂを形成させたもの
である。また可動板６２ａ，６２ｂの各先端部
（回転軸1から最も遠い部分）には、オーバレン
ジストツパーとしての役目をする突起部６５を形
成してある。
６を、異方性エツチングのできるSi基板、ガラス
あるいはSiO2の単結晶であるα水晶板で構成し
た場合の一例を示す平面図である。この実施例で
は支持部６３を結ぶ回転軸1に対して左側片面
６２ａと右側片面６２ｂの形状をいずれも六角形
状とするとともに、一方の片面６２ａ側全面に複
数個のスリツト孔６４ａを、他方の片面６２ｂ側
の上下の周縁部分に、スリツト孔６４ａと同じ数
で同じ形状のスリツト孔６４ｂを形成させたもの
である。また可動板６２ａ，６２ｂの各先端部
（回転軸1から最も遠い部分）には、オーバレン
ジストツパーとしての役目をする突起部６５を形
成してある。
第１３図は第１２図に示す可動部を製作する製
造方法の一例を示す簡略工程図である。この例で
は基板材料として、α水晶のＺ板を使用する場合
であつて、イは、この水晶基板６０の光学軸Ｚ、
機械軸Ｙ、電気軸Ｘの方向をそれぞれ示してい
る。
造方法の一例を示す簡略工程図である。この例で
は基板材料として、α水晶のＺ板を使用する場合
であつて、イは、この水晶基板６０の光学軸Ｚ、
機械軸Ｙ、電気軸Ｘの方向をそれぞれ示してい
る。
先ずはじめに、ロに示すように水晶のＺ基板の
両面に例えばCrあるいはNi等のマスク物質層６
７をスパツタあるいは蒸着等により被着し、その
上にレジスト層６８を例えば塗布して、被着す
る。
両面に例えばCrあるいはNi等のマスク物質層６
７をスパツタあるいは蒸着等により被着し、その
上にレジスト層６８を例えば塗布して、被着す
る。
次にハに示すように、水晶基板６０に構成すべ
きフレーム６１、可動板６２、スリツト孔６４、
図示されていないが支持部等の所定形状をホトリ
ソグラフイー（写真食刻）の技術により作成す
る。ここで、フレーム６１と可動板６４の間隔
L1、スリツト６４の幅L2は、いずれも所定時間
以上に選定しておくものとする。
きフレーム６１、可動板６２、スリツト孔６４、
図示されていないが支持部等の所定形状をホトリ
ソグラフイー（写真食刻）の技術により作成す
る。ここで、フレーム６１と可動板６４の間隔
L1、スリツト６４の幅L2は、いずれも所定時間
以上に選定しておくものとする。
続いて、水晶基板６０を水晶加工剤、例えばフ
ツ化水素酸水溶液に入れ、エツチングすると、ニ
に示すように基板６０が選択的に除去され、所定
の形状をもつた可動部６を完成することができ
る。
ツ化水素酸水溶液に入れ、エツチングすると、ニ
に示すように基板６０が選択的に除去され、所定
の形状をもつた可動部６を完成することができ
る。
ここで、ニに示すように、エツチングされる理
由は次の通りである。すなわち、水晶基板６０に
おいて、そのＺ軸方向からのエツチング速度が、
ニに示す結晶面Ａ及びＢのエツチング速度より数
十倍以上速いためで、この場合図示する角度θA
が30゜、θBが80゜となつて横方向のエツチングがそ
れ以上進まなくなるからである。このことから、
水晶基板６０を切り離す場合（除去する場合）、
パターンとパターンとの間隔L1，L2は、 L0＝ｔ／２・tan（90−θA）＋tan（90−θB） ただし、ｔ：水晶基板１０の厚さ 以上の長さL0に選定しておけばよい。
由は次の通りである。すなわち、水晶基板６０に
おいて、そのＺ軸方向からのエツチング速度が、
ニに示す結晶面Ａ及びＢのエツチング速度より数
十倍以上速いためで、この場合図示する角度θA
が30゜、θBが80゜となつて横方向のエツチングがそ
れ以上進まなくなるからである。このことから、
水晶基板６０を切り離す場合（除去する場合）、
パターンとパターンとの間隔L1，L2は、 L0＝ｔ／２・tan（90−θA）＋tan（90−θB） ただし、ｔ：水晶基板１０の厚さ 以上の長さL0に選定しておけばよい。
なお、ここでは両方の面からエツチングする場
合を示しているが、片方の面からエツチングする
こともでき、この場合、L1，L2は前記した長さ
L0の２倍以上に選定される。
合を示しているが、片方の面からエツチングする
こともでき、この場合、L1，L2は前記した長さ
L0の２倍以上に選定される。
このような製造工程によるものは、フレームや
可動板及びスリツト孔の形状の形成を少ない工程
でしかも多数同時に実現することができる利点が
ある。また、基板６０上に電極板を形成させる場
合も、この工程の中で作ることができる。
可動板及びスリツト孔の形状の形成を少ない工程
でしかも多数同時に実現することができる利点が
ある。また、基板６０上に電極板を形成させる場
合も、この工程の中で作ることができる。
なお、第１３図で示す製作方法は、固定板４を
作る場合にも基板材料を異方性エツチング可能な
材料とすることにより同様に適用することができ
る。
作る場合にも基板材料を異方性エツチング可能な
材料とすることにより同様に適用することができ
る。
以上説明したように、本発明によれば、容器内
に設置される検知部は、可動板や固定板を例えば
単結晶の水晶基板等を利用して構成することが可
能であり、また可動板と固定板との間隔を維持さ
せるスペーサはメツキ膜等を利用して構成するこ
とができるので、全体構成が簡単で、検出感度に
バラツキが生ずることもなく、従つて安価に大量
生産を行うことができる。
に設置される検知部は、可動板や固定板を例えば
単結晶の水晶基板等を利用して構成することが可
能であり、また可動板と固定板との間隔を維持さ
せるスペーサはメツキ膜等を利用して構成するこ
とができるので、全体構成が簡単で、検出感度に
バラツキが生ずることもなく、従つて安価に大量
生産を行うことができる。
第１図は本発明に係る圧力センサの一例を示す
構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜視
図、第３図は要部の組立構成図、第４図は可動板
に加わる圧力の状態を示す説明図、第５図、第６
図、第８図及び第９図は可動板の回動変位又はト
ルクの検出手段の一例を示す構成説明図、第７図
は第６図の動作説明図、第１０図は第９図の動作
説明図、第１１図は可動板の他の形状例を示す要
部の平面図、第１２図は可動部を異方性エツチン
グできる材料で構成した場合の一例を示す平面
図、第１３図は第１２図に示す可動部を製作する
方法の一例を示す簡略工程図である。 １…容器、３…圧力検知部、４…固定板、４１
…スリツト孔、５…スペーサ、６…可動部、６１
…フレーム、６２…可動板、６３…支持部、６４
…スリツト、７１，７２…電極板。
構成断面図、第２図は一部を断面で示す要部斜視
図、第３図は要部の組立構成図、第４図は可動板
に加わる圧力の状態を示す説明図、第５図、第６
図、第８図及び第９図は可動板の回動変位又はト
ルクの検出手段の一例を示す構成説明図、第７図
は第６図の動作説明図、第１０図は第９図の動作
説明図、第１１図は可動板の他の形状例を示す要
部の平面図、第１２図は可動部を異方性エツチン
グできる材料で構成した場合の一例を示す平面
図、第１３図は第１２図に示す可動部を製作する
方法の一例を示す簡略工程図である。 １…容器、３…圧力検知部、４…固定板、４１
…スリツト孔、５…スペーサ、６…可動部、６１
…フレーム、６２…可動板、６３…支持部、６４
…スリツト、７１，７２…電極板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 内部が圧力検知部で仕切られる２つの部屋を
有し、各部屋に変動する被測定圧力が導入される
ようにした容器を備え、 前記圧力検知部は、 重心を通る直線上の２点でフレームに回転可能
に支持部によつて支持されると共に、回転軸に対
して少なくとも一方の側に被測定圧力流体を通す
複数のスリツト孔が形成された可動板と、 この可動板との間でシール状態が維持されるよ
うな僅かな間隔を隔てて設置され、可動板の回転
軸に対して他方の側に面した部分に被測定圧力流
体を通す複数のスリツト孔が形成された固定板
と、 前記可動板の変位または前記支持部のトルクを
検出し前記２つの部屋に導入された圧力の差に対
応した信号を出力する検出手段と で構成されたことを特徴とする圧力センサ。 ２ 圧力検知部で仕切られる２つの部屋に導入さ
れる被測定圧力は、所定周期で脈動するものであ
つて、可動板の慣性モーメントと支持部のばね定
数とにより定まる可動部分の共振周波数を、２つ
の部屋に導入される被測定圧力の脈動周波数と一
致させるようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の圧力センサ。 ３ 可動板は、支持部を結ぶ回転軸に対して一方
の側にほぼ全面に配列する複数個のスリツト孔を
形成すると共に、他方の側の周縁部付近に一方の
側に形成したスリツト孔の数と同じ数であつて同
じ形状のスリツト孔を形成し、前記回転軸に対し
て左右のバランスをとるようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の圧力センサ。 ４ 可動板は、支持部を結ぶ回転軸から最も離れ
た部分にオーバレンジストツパとしての役目をす
る突起部を有することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の圧力センサ。 ５ 固定板は、可動板の支持部を結ぶ回転軸に対
して一方の側に対向する部分に複数個のスリツト
孔を有すると共に、他方の側に対向する部分に凹
部を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の圧力センサ。 ６ 検出手段は、固定板と可動板にそれぞれ対向
するように設けられた電極板であつて、この電極
板間の静電容量の変化または、差動的に変化する
静電容量の変化を検出して２つの部屋に導入され
た圧力の差に対応した信号を得るようにした特許
請求の範囲第１項記載の圧力センサ。 ７ 検出手段は、可動板に光を照射する光学手段
と可動板からの反射光を受光する受光素子とで構
成されている特許請求の範囲第１項記載の圧力セ
ンサ。 ８ 検出手段は、支持部に取付けられた当該支持
部に生じる歪みまたは応力を検出するストレーン
ゲージまたは圧電素子である特許請求の範囲第１
項記載の圧力センサ。 ９ 支持部を圧電材料で構成し、検出手段は前記
支持部に設けた一対の電極である特許請求の範囲
第１項記載の圧力センサ。 １０ 少なくとも可動板及び支持部を異方性エツ
チングのできる材料基板で構成し、前記可動板と
支持部の形成をホトリソグラフイとエツチングの
技術を利用して行うようにした特許請求の範囲第
１項記載の圧力センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219223A JPS60111129A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 圧力センサ |
| US06/785,909 US4628740A (en) | 1983-11-21 | 1985-10-09 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219223A JPS60111129A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111129A JPS60111129A (ja) | 1985-06-17 |
| JPH0365852B2 true JPH0365852B2 (ja) | 1991-10-15 |
Family
ID=16732130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58219223A Granted JPS60111129A (ja) | 1983-11-21 | 1983-11-21 | 圧力センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4628740A (ja) |
| JP (1) | JPS60111129A (ja) |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5146435A (en) * | 1989-12-04 | 1992-09-08 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Acoustic transducer |
| US5736430A (en) * | 1995-06-07 | 1998-04-07 | Ssi Technologies, Inc. | Transducer having a silicon diaphragm and method for forming same |
| US6021675A (en) * | 1995-06-07 | 2000-02-08 | Ssi Technologies, Inc. | Resonating structure and method for forming the resonating structure |
| CA2176052A1 (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-08 | James D. Seefeldt | Transducer having a resonating silicon beam and method for forming same |
| WO1999063652A1 (en) | 1998-06-05 | 1999-12-09 | Knowles Electronics, Inc. | Solid-state receiver |
| US6987859B2 (en) | 2001-07-20 | 2006-01-17 | Knowles Electronics, Llc. | Raised microstructure of silicon based device |
| US6535460B2 (en) | 2000-08-11 | 2003-03-18 | Knowles Electronics, Llc | Miniature broadband acoustic transducer |
| US7434305B2 (en) | 2000-11-28 | 2008-10-14 | Knowles Electronics, Llc. | Method of manufacturing a microphone |
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| DE102005008511B4 (de) | 2005-02-24 | 2019-09-12 | Tdk Corporation | MEMS-Mikrofon |
| DE102005053767B4 (de) | 2005-11-10 | 2014-10-30 | Epcos Ag | MEMS-Mikrofon, Verfahren zur Herstellung und Verfahren zum Einbau |
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| US20080083957A1 (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-10 | Wen-Chieh Wei | Micro-electromechanical system package |
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| US20100303274A1 (en) * | 2009-05-18 | 2010-12-02 | William Ryan | Microphone Having Reduced Vibration Sensitivity |
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| US8353215B2 (en) * | 2009-07-13 | 2013-01-15 | Delatorre Leroy C | Torque output differential pressure sensor |
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1985
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