專利名稱：雙音叉型壓電振動元件及壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雙音叉型壓電振動元件及使用了該雙音叉型壓電振動元 件的壓力傳感器。
背景技術：
以往，作為水壓計、氣壓計、差壓計等，己知有使用水晶振動元件 來作為壓敏元件的壓力傳感器。水晶振動元件具有在板狀的水晶基板上 形成有電極圖案的結構，壓力傳感器是利用在水晶振動元件的軸向上施 加壓力時共振頻率發(fā)生變化的性質來檢測壓力的變化的。在使用了水晶振動元件的壓力傳感器中，由于共振頻率與所施加的 壓力大致成比例(二次曲線)地變化，所以通過使用二次方程式來修正 頻率變化量與施加壓力的關系，能夠進行高精度的壓力測定。但是，為了實現(xiàn)高精度的壓力測定，產(chǎn)生了構造的復雜化、制造成 本的增大這樣的問題。即，專利文獻1中公開的現(xiàn)有壓力傳感器具有 盒體，其在對置的兩個壁面上分別具有第一和第二壓力輸入口，并且將 內(nèi)部保持為真空或惰性氣氛；第一電沉積波紋管，其一端開口側固定在 第一壁面上；第二電沉積波紋管，其一端開口側固定在第二壁面上，并 且該第二電沉積波紋管與第一電沉積波紋管串聯(lián)配置；力傳遞部件，其 介于兩波紋管的另一端之間；振動元件支撐部件，其通過撓性鉸鏈與力 傳遞部件連接；以及板狀的水晶振動元件，其由力傳遞部件和振動元件 支撐部件來分別支撐兩端部。振動元件支撐部件其基部固定在盒體內(nèi)壁 上，并且在與力傳遞部件的連接部處具有撓性鉸鏈(樞軸)。在該現(xiàn)有例中，為了實現(xiàn)高精度的測定，需要使用用于將氣體或液 體的壓力轉換為機械力的彈簧常數(shù)非常小的電沉積波紋管和縮頸部細的 撓性鉸鏈，由于這些部件成本高，所以無法避免產(chǎn)品整體的高成本化。此外，雖然為了實現(xiàn)低價格化，而提出了使用低價格的成形波紋管 和沒有撓性鉸鏈的構造的力傳遞部件的類型，但在這樣的型的壓力傳感 器中，當增加施加的壓力時，除了對水晶振動元件作用的軸向力之外， 還產(chǎn)生了彎曲應力成分，所以無法得到直線性的頻率變化(二次方程式)， 而產(chǎn)生了含有三次系數(shù)的三次曲線的關系，具有在通過二次方程式來修 正頻率變化量和施加壓力的關系的方式下精度惡化的缺點。為消除這樣的不良情況，本申請人在專利文獻2中提出了這樣的壓 力傳感器在氣密的盒體內(nèi)呈串聯(lián)狀或同心圓狀地配置低價格的兩個圓 筒形的成形波紋管，并且通過配置于兩波紋管的端部間的基座來支撐水 晶振動元件。但是，該類型的壓力傳感器已判明具有這樣的缺點針對來自與圓 筒形波紋管的軸向正交的方向(X軸方向)的沖擊的強度弱。接著，本申請人在專利文獻3中提出了以下的薄板形狀的雙音叉型 壓電振動元件將兩個窄寬度的帶狀的振子部隔著預定的狹槽并聯(lián)配置， 并且將兩個振動部的兩端部分別經(jīng)小面積的連接部件用大面積的保持部 件保持。該雙音叉型壓電振動元件由于不需要波紋管和擺動臂及支撐體 等復雜的機構部件，所以通過用作壓力傳感器的壓敏元件，能夠有助于 傳感器的小型化、簡化、低價格化和高靈敏度化。但是，該雙音叉型壓電振動元件具有在兩個振子部的兩端分別呈串 聯(lián)狀地連接設置有連接部件和保持部件的結構，所以為了構建將該雙音 叉型壓電振動元件用作壓敏元件的壓力傳感器，需要在形成于兩片水晶 薄膜之間的氣密空間內(nèi)將雙音叉型壓電振動元件以架設的狀態(tài)保持，存 在支撐構造復雜化、組裝手續(xù)增加的可能。專利文獻1日本特開昭56 — 119519號公報 專利文獻2日本特開2005 —121628號公報 專利文獻3日本特公平7 —109970號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的是提供一種雙音叉型壓電振動元件，該雙音叉型壓電振動元件具有壓電元件，其具有并聯(lián)地配置的 兩個臂部、和分別支撐該各臂部的兩端的第一和第二支撐部；以及激勵 用電極，其形成在上述各臂部的表面，該雙音叉型壓電振動元件具有適 于作為壓敏元件組裝到壓力傳感器中的構造。再有，其目的是提供一種將上述雙音叉型壓電振動元件組裝到形成 于薄膜基板之間的氣密空間內(nèi)的壓力傳感器。為實現(xiàn)上述目的，方案1的發(fā)明的雙音叉型壓電振動元件具有壓 電元件，其具有并聯(lián)地分離配置的兩個臂部、和分別支撐該各臂部的兩 端的第一和第二支撐部；以及激勵用電極，其形成在上述各臂部的表面， 其特征在于，通過用環(huán)狀連接設置片將上述第一和第二支撐部之間連接 起來設置，來將上述兩個臂部配置在上述環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部空間內(nèi)。方案2的本發(fā)明的壓力傳感器，具有方案1所述的雙音叉型壓電 振動元件；以及第一和第二薄膜基板，它們通過分別接合在該雙音叉型壓電振動元件的表背兩面?zhèn)龋瑏須饷苊芊馍鲜鰞蓚€臂部，其特征在于，上述第一和第二薄膜基板通過分別接合在上述雙音叉型壓電振動元 件的環(huán)狀連接設置片的表背兩面，而在形成于該環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部 空間中的氣密空間內(nèi)，以上述兩個臂部不與上述氣密空間的內(nèi)壁接觸的 狀態(tài)收納上述兩個臂部。方案3的發(fā)明，在方案2中，其特征在于，上述第一和第二薄膜基板具有在上述雙音叉型壓電振動元件的兩個臂部的表背兩面?zhèn)确謩e分 離地對置配置的板狀部；和設置在該各板狀部的外周緣、且分別緊貼在 上述環(huán)狀連接設置片的表背兩面的環(huán)狀較厚部。方案4的發(fā)明，在方案2中，其特征在于，上述環(huán)狀連接設置片比上述兩個臂部要厚，上述第一和第二薄膜基板由在上述雙音叉型壓電振 動元件的兩個臂部的表背兩面?zhèn)确謩e分離地對置配置的平板狀的板狀部 構成，該各板狀部的沿著外周緣的內(nèi)側面分別緊貼在上述較厚的環(huán)狀連 接設置片的表背兩面上。方案5的發(fā)明，在方案2 4中的任一項中，其特征在于，在上述第 一和第二薄膜基板的各外側面，形成有用于在壓力施加時使拉伸應力集中在上述兩個臂部的凹部。根據(jù)本發(fā)明，雙音叉型壓電振動元件具有壓電元件，其具有并聯(lián) 地配置的兩個臂部、和分別支撐該各臂部的兩端的第一和第二支撐部；以 及激勵用電極，其形成在上述各臂部的表面上，在該雙音叉型壓電振動元 件中，通過用環(huán)狀連接設置片將第一和第二支撐部之間連接起來設置，來 將兩個臂部配置在環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部空間內(nèi)，所以能夠提供具有適 于作為壓敏元件組裝到壓力傳感器中的構造的雙音叉型壓電振動元件。再有，能夠提供將雙音叉型壓電振動元件組裝在形成于薄膜基板之 間的氣密空間內(nèi)的高靈敏度的壓力傳感器。


圖la是使用本發(fā)明的一個實施方式的雙音叉型壓電振動元件構建而成的壓力傳感器的分解立體圖，圖lb是表示各構成要素的組裝狀態(tài)的外觀圖，圖lc是沿圖lb中的A—A線的剖視圖。圖2a和圖2b是雙音叉型壓電振動元件的俯視圖及沿B—B線的剖 視圖。圖3a和圖3b是表示壓力傳感器的組裝狀態(tài)的俯視圖和主視圖。 圖4a是使用本發(fā)明的另一實施方式的雙音叉型壓電振動元件構建而成的壓力傳感器的分解立體圖，圖4b是表示各構成要素的組裝狀態(tài)的外觀圖，圖4c是沿圖4b中的C一C線的剖視圖。圖5a是使用本發(fā)明的其它實施方式的雙音叉型壓電振動元件構建而成的壓力傳感器的分解立體圖，圖5b是表示各構成要素的組裝狀態(tài)的外觀圖，圖5c是沿圖5b中的D—D線的剖視圖。
具體實施方式
下面根據(jù)圖示的實施方式示例來詳細說明本發(fā)明。 圖la是使用本發(fā)明的一個實施方式的雙音叉型壓電振動元件構建而 成的壓力傳感器的分解立體圖，圖lb是表示各構成要素的組裝狀態(tài)的外 觀圖，圖lc是沿圖lb中的A—A線的剖視圖，圖2a和圖2b是雙音叉型壓電振動元件的俯視圖和沿B—B線的剖視圖，圖3a和圖3b是表示壓力 傳感器的組裝狀態(tài)的俯視圖和主視圖。該壓力傳感器1具有這樣的結構將雙音叉型壓電振動元件2通過 第一和第二薄膜基板20、 30呈夾層狀地層疊成一體。即，壓力傳感器l 具有雙音叉型壓電振動元件2;以及第一和第二薄膜基板20、 30，它 們通過分別接合在構成雙音叉型壓電振動元件2的外周部的環(huán)狀連接設 置片8的表背兩面，而在形成于環(huán)狀連接設置片8的內(nèi)部空間S中的氣 密空間S內(nèi)，以兩個臂部4、 4不與氣密空間內(nèi)壁接觸的狀態(tài)收納兩個臂 部4、 4。在該示例中，雙音叉型壓電振動元件2和第二薄膜基板30以外 形輪廓線匹配的方式構成，另一方面，第一薄膜基板20構成為短尺寸， 以使雙音叉型壓電振動元件2的一個端部側上表面露出。在雙音叉型壓 電振動元件2的露出的一端伸出面上，露出配置后述的與外部導通用的 導線圖案的焊盤7d。雙音叉型壓電振動元件2具有壓電元件3，其具有由水晶等壓電 材料構成且并聯(lián)配置的兩個臂部(振動部)4、 4，和支撐各臂部4、 4的 長度方向兩端部并連接為一體的第一和第二支撐部5、 6;激勵用電極7， 其形成在各臂部4、 4的表面上；以及環(huán)狀連接設置片8，其連續(xù)設置在 第一和第二支撐部5、 6之間，雙音叉型壓電振動元件2具有將兩個臂部 4、 4配置在環(huán)狀連接設置片8的內(nèi)部空間S內(nèi)的結構。各臂部4、 4的厚 度、第一和第二支撐部5、 6以及環(huán)狀連接設置片8的厚度相同。在該實施方式中，激勵用電極7具有如圖2b所示分別形成在截面 形狀為矩形的各臂部4、 4的四面上的主圖案7a;在第二支撐部6側將各 主圖案7a的一個端部之間連接起來的導線圖案7b;從各主圖案7a的另 一端部分別導出到環(huán)狀連接設置片8上的導線圖案7c;以及位于各導線 圖案7c的終端部的焊盤7d。各焊盤7d露出配置在從雙音叉型壓電振動 元件2的一個端緣伸出的伸出面上。第一和第二薄膜基板20、 30具有在雙音叉型壓電振動元件的兩個 臂部的表背兩面?zhèn)确謩e分離地對置配置的板狀部21、 31;和設置在各板 狀部21、 31的外周緣、且分別緊貼在環(huán)狀連接設置片8的表背兩面的環(huán)狀較厚部22、 32。第一和第二薄膜基板20、 30由水晶等壓電材料構成。 該實施方式的壓力傳感器1將構成雙音叉型壓電振動元件2的壓電 元件3構成為厚度均一，并且將與第一和第二薄膜基板20、 30的板狀部21、 31的外周緣一體化的環(huán)狀較厚部22、 32，緊密接合在雙音叉型壓電 振動元件2的環(huán)狀連接設置片8的表背兩面?zhèn)龋阅軌蚴弓h(huán)狀較厚部22、 32作為墊片發(fā)揮功能從而形成氣密空間S。 g卩，各臂部4、 4可在氣 密空間內(nèi)維持與構成氣密空間內(nèi)壁的板狀部21、 31非接觸的狀態(tài)，所以 保證了自由振動，能夠作為高靈敏度的壓敏元件發(fā)揮功能。此外，該壓力傳感器l構成為收納在未圖示的殼體內(nèi)，從設置在 殼體上的壓力導入孔向內(nèi)部的第一和第二薄膜基板20、 30的外表面施加 壓力。當向各薄膜基板20、 30的外表面施加壓力時，薄膜向內(nèi)側撓曲， 在周邊部會產(chǎn)生向外周方向的應力，所以通過該應力，產(chǎn)生向各臂部4、 4的長軸方向的拉伸力，共振頻率上升，從而能夠將所施加的壓力作為電 信號檢測出來。再有，露出配置在環(huán)狀連接設置片8的一端伸出部上的焊盤7d成為向 主圖案7a的輸入輸出端子，其被用作與傳感器外部的導通用的導線端子。這樣，本發(fā)明的雙音叉型壓電振動元件2具有適于作為壓敏元件組 裝到壓力傳感器中的環(huán)狀構造，所以壓力傳感器的構建變得容易。艮口， 通過將薄膜基板20、 30與雙音叉型壓電振動元件2的環(huán)狀連接設置片8 接合成一體，組裝操作性得以提高，并能夠實現(xiàn)小型化、部件數(shù)量的減 少所帶來的低成本化。此外，可通過構造的簡化來發(fā)揮與耐沖擊性和耐 振動性有關的大幅度的改善效果，能夠提高可靠性。再有，通過用由水晶構成的薄膜基板來對作為壓敏元件的臂部4、 4 進行氣密密封，能夠減小外部溫度變化所產(chǎn)生的影響。下面，圖4a是使用本發(fā)明的另一實施方式的雙音叉型壓電振動元件 構建而成的壓力傳感器的分解立體圖，圖4b是表示各構成要素的組裝狀 態(tài)的外觀圖，圖4c是沿圖4b中的C一C線的剖視圖，對于與圖1中的壓 力傳感器的各構成要素相同的部分標以相同標號來進行說明。再有，圖2 所示的雙音叉型壓電振動元件的構成圖及圖3所示的壓力傳感器的組裝狀態(tài)的說明圖直接沿用到本實施方式的說明中。本實施方式的雙音叉型壓電振動元件2的各臂部4、 4的厚度構成為比位于外周的環(huán)狀連接設置片8的厚度要薄。另一方面，第一和第二薄 膜基板20、 30的至少一方僅由在雙音叉型壓電振動元件的兩個臂部4、 4 的表背兩面?zhèn)确謩e分離地對置配置的平板狀的板狀部21、 31構成(沒有 圖1的實施方式中的環(huán)狀較厚部22、 32)。因此，通過使各板狀部21、 31的沿著外周緣的內(nèi)側面分別緊貼在較厚的環(huán)狀連接設置片8的表背兩 面，能夠在兩薄膜基板20、 30間形成具有足夠的上下寬度的氣密空間S， 能夠使作為壓敏元件的臂部4、 4與氣密空間內(nèi)壁分離，從而保證其自由 振動。因此，能夠提高臂部4、 4的檢測靈敏度。 除上述以外的結構與圖1的實施方式相同。接下來，圖5a是使用本發(fā)明的其它實施方式的雙音叉型壓電振動元 件構建而成的壓力傳感器的分解立體圖，圖5b是表示各構成要素的組裝 狀態(tài)的外觀圖，圖5c是沿圖5b中的D—D線的剖視圖，對于與圖1中 的壓力傳感器的各構成要素相同的部分標以相同標號并進行說明。再有， 圖2所示的雙音叉型壓電振動元件的構成圖以及圖3所示的壓力傳感器 的組裝狀態(tài)的說明圖直接沿用到本實施方式的說明中。本實施方式的構成壓力傳感器l的雙音叉型壓電振動元件2，與圖1 的實施方式的雙音叉型壓電振動元件2—樣，各臂部4、 4的厚度與環(huán)狀 連接設置片8的厚度相等。另一方面，第一和第二薄膜基板20、 30在外 周緣具有環(huán)狀較厚部22、 32，并且在各薄膜基板的各外側面形成有用于 在壓力施加時使拉伸應力集中在兩個臂部的凹部25、 35、較厚部26、 36。這樣，通過在第一和第二薄膜基板20、 30的外側面分別將兩個-字 狀的凹部25、 35以成為對稱位置關系的方式配置，與各臂部4、 4相對 的板狀部21、 31局部地變厚，并且在-字狀的凹部內(nèi)底面形成較薄部。 這樣，由于在各薄膜基板20、 30設置較薄部25、 35和較厚部26、 36， 所以在對薄膜基板外表面施加壓力的情況下，施加在各臂部4、 4的長軸 方向上的拉伸應力集中，從而能夠提高壓力檢測靈敏度。
權利要求
1.一種雙音叉型壓電振動元件，其具有壓電元件，其具有并聯(lián)地分離配置的兩個臂部、和分別支撐該各臂部的兩端的第一和第二支撐部；以及激勵用電極，其形成在上述各臂部的表面上，其特征在于，通過用環(huán)狀連接設置片將上述第一和第二支撐部之間連接起來設置，來將上述兩個臂部配置在上述環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部空間內(nèi)。
2. —種壓力傳感器，其具有權利要求l所述的雙音叉型壓電振動 元件；以及第一和第二薄膜基板，它們通過分別接合在該雙音叉型壓電振動元件的表背兩面?zhèn)?，來氣密密封上述兩個臂部，其特征在于，上述第一和第二薄膜基板通過分別接合在上述雙音叉型壓電振動元 件的環(huán)狀連接設置片的表背兩面，而在形成于該環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部 空間中的氣密空間內(nèi)，以上述兩個臂部不與上述氣密空間的內(nèi)壁接觸的 狀態(tài)收納上述兩個臂部。
3. 根據(jù)權利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于， 上述第一和第二薄膜基板具有在上述雙音叉型壓電振動元件的兩個臂部的表背兩面?zhèn)确謩e分離地對置配置的板狀部；和設置在該各板狀 部的外周緣、且分別緊貼在上述環(huán)狀連接設置片的表背兩面的環(huán)狀較厚 部。
4. 根據(jù)權利要求2所述的壓力傳感器，其特征在于， 上述環(huán)狀連接設置片比上述兩個臂部要厚，上述第一和第二薄膜基板由在上述雙音叉型壓電振動元件的兩個臂 部的表背兩面?zhèn)确謩e分離地對置配置的平板狀的板狀部構成，該各板狀 部的沿著外周緣的內(nèi)側面分別緊貼在上述較厚的環(huán)狀連接設置片的表背 兩面上。
5. 根據(jù)權利要求2至4中的任一項所述的壓力傳感器，其特征在于， 在上述第一和第二薄膜基板的各外側面，形成有用于在壓力施加時使拉伸應力集中在上述兩個臂部的凹部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙音叉型壓電振動元件及壓力傳感器，雙音叉型壓電振動元件具有壓電元件，其具有并聯(lián)配置的兩個臂部、及支撐該各臂部的兩端的第一和第二支撐部；以及激勵用電極，其形成在該各臂部的表面，該雙音叉型壓電振動元件具有適于作為壓敏元件組裝到壓力傳感器中的構造。雙音叉型壓電振動元件具有壓電元件(3)，其具有并聯(lián)地分離配置的兩個臂部(4、4)，和分別支撐各臂部的兩端部的第一和第二支撐部(5、6)；以及激勵用電極(7)，其形成在各臂部的表面上，通過用環(huán)狀連接設置片(8)將第一和第二支撐部之間連接起來設置，來將兩個臂部配置在環(huán)狀連接設置片的內(nèi)部空間內(nèi)。
文檔編號H03H9/00GK101273256SQ20068003548
公開日2008年9月24日 申請日期2006年9月25日 優(yōu)先權日2005年9月26日
發(fā)明者石井修 申請人:愛普生拓優(yōu)科夢株式會社