專利名稱：壓力傳感器用膜片和壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力傳感器用膜片和搭載了該膜片的壓力傳感器，特別 適合于改善膜片的經(jīng)年劣化。
背景技術(shù)：
以往，公知有水壓計(jì)、氣壓計(jì)、壓力差計(jì)等使用壓電振動(dòng)元件作為 感壓元件的壓力傳感器。所述壓電振動(dòng)元件例如在板狀的壓電基板上形 成電極圖案，將力的檢測(cè)方向設(shè)定成檢測(cè)軸，當(dāng)在該檢測(cè)軸的方向上作 用有壓力時(shí)，所述壓電振子的諧振頻率變化，根據(jù)該諧振頻率的變化來(lái)
檢測(cè)壓力。在專利文獻(xiàn)1 3中，公開(kāi)了使用壓電振動(dòng)元件作為感壓元件 的壓力傳感器。通過(guò)壓力導(dǎo)入口對(duì)波紋管施加壓力時(shí)，與該波紋管的有 效面積對(duì)應(yīng)的力經(jīng)由以樞軸(撓曲鉸鏈)為支點(diǎn)的力傳遞單元，以壓縮 力或拉伸力的形式將力F施加到壓電振動(dòng)元件上。在所述壓電振子上產(chǎn) 生與該力F對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，通過(guò)該應(yīng)力使諧振頻率變化。該壓力傳感器通 過(guò)檢測(cè)在壓電振子上產(chǎn)生的諧振頻率的變化來(lái)測(cè)定壓力。
使用專利文獻(xiàn)1等中公開(kāi)的例子說(shuō)明現(xiàn)有的壓力傳感器。圖10是示 出現(xiàn)有的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10所示的現(xiàn)有的壓力傳感器501具有具有對(duì)置配置的第1和第 2壓力輸入口 502、 503的框體504;和框體504內(nèi)部的力傳遞部件505， 以?shī)A持力傳遞部件505的一端的方式連接第1波紋管506和第2波紋管 507。而且，第1波紋管506的另一端與第1壓力輸入口 502連接，第2 波紋管507的另一端與第2壓力輸入口 503連接。進(jìn)而，在力傳遞部件 505的另一端和基板508的不是樞軸(支點(diǎn))側(cè)的端部之間配置有雙音叉 型振子509作為感壓元件。
這里，在壓力傳感器中，在高精度地檢測(cè)壓力的情況下，在波紋管
5內(nèi)部填充有液體。作為所述液體， 一般使用粘性高的硅油等油，以防止 氣泡進(jìn)入波紋管的內(nèi)部或內(nèi)部的波紋部分或者積存。
這樣，在第1波紋管506內(nèi)部填充具有粘性的油510，并構(gòu)成為在 壓力測(cè)定的對(duì)象為液體的情況下，通過(guò)在第1壓力輸入口 502上開(kāi)設(shè)的 開(kāi)口部511使液體與油510接觸并相對(duì)。另外，開(kāi)口部511的開(kāi)口直徑 被設(shè)定為不會(huì)使油510泄漏到外部。
在這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器501中，在通過(guò)作為壓力測(cè)定對(duì)象的液體 對(duì)填充在第1波紋管506內(nèi)部的油510施加壓力F時(shí)，壓力F經(jīng)由第1 波紋管506施加到力傳遞部件505 (被樞軸支承的擺動(dòng)桿)的一端。另一 方面，在第2波紋管507上施加大氣壓，與大氣壓相當(dāng)?shù)牧κ┘釉诹?遞部件505的一端。
其結(jié)果，經(jīng)由力傳遞部件505的另一端，與通過(guò)作為壓力測(cè)定對(duì)象 的液體施加的壓力F和大氣壓之間的壓力差相當(dāng)?shù)牧σ曰?08的樞軸 為支點(diǎn)，作為壓縮力或者拉伸力施加到雙音叉型振子509上。對(duì)雙音叉 型振子509施加壓縮力或者拉伸力時(shí)，在雙音叉型振子509上產(chǎn)生應(yīng)力， 諧振頻率根據(jù)所述應(yīng)力的大小而變化，所以，通過(guò)測(cè)定該諧振頻率，能
夠檢測(cè)壓力F的大小。
另一方面，在專利文獻(xiàn)4中提出了如下結(jié)構(gòu)的壓力傳感器采用在 所述壓力傳感器中使用的以樞軸(撓曲鉸鏈)為支點(diǎn)的擺動(dòng)桿，而不采 用高價(jià)的力傳遞單元(懸臂)。在傳感器外殼內(nèi)，在一條直線上排列2個(gè) 波紋管，并在波紋管之間夾入支座，利用沿著波紋管的伸縮方向的支座 的動(dòng)作，來(lái)檢測(cè)由于被導(dǎo)入到各個(gè)波紋管中的壓力差所引起的壓力變動(dòng)。 因此，在第1波紋管的一端和第2波紋管的一端之間夾入振子粘接用支 座，利用第2波紋管的外周側(cè)，將感壓元件的兩端分別固定于所述支座 和第2波紋管的另一端側(cè)的外殼壁面上。而且，采用如下結(jié)構(gòu)在之間 夾持第2波紋管的線對(duì)稱位置上配置加強(qiáng)板，將該加強(qiáng)板的兩端分別固 定于所述支座和所述外殼壁面上。
進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)5中，關(guān)于專利文獻(xiàn)4中公幵的所述壓力傳感器， 為了解決針對(duì)來(lái)自與波紋管的壓力檢測(cè)軸方向正交的方向的沖擊的強(qiáng)度較弱的課題，提出了如下的壓力傳感器在與壓力檢測(cè)軸方向正交的方 向上，使用加強(qiáng)用彈性部件(所謂的彈簧)連接所述支座和外殼。
接著，在專利文獻(xiàn)6、 7中，公開(kāi)了為了檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的油壓而固 定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上使用的壓力傳感器。該壓力傳感器由輸出與所施加的 壓力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的傳感部、承受壓力的受壓用膜片部、以及用于從膜 片向傳感部傳遞壓力的壓力傳遞部件構(gòu)成，具體而言，在中空金屬管的 一個(gè)端面設(shè)置受壓用的第1膜片，在另一端面設(shè)置檢測(cè)用的第2膜片，
在管內(nèi)，在所述第l、第2膜片之間夾設(shè)力傳遞部件。力傳遞部件是由金
屬或陶瓷構(gòu)成的中心軸，將其以施加有預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)夾設(shè)于一對(duì)膜片之
間。而且，在第2膜片的外端面上貼附有作為壓力檢測(cè)元件的具有應(yīng)變 儀功能的芯片，通過(guò)力傳遞部件將由第1膜片承受的壓力傳遞到第2膜 片，并通過(guò)應(yīng)變儀芯片將第2膜片的變形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而檢測(cè)發(fā)動(dòng) 機(jī)油壓。
進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)8、 9中，示出具有如下結(jié)構(gòu)的壓力傳感器通過(guò) 膜片對(duì)內(nèi)置了感壓元件的外殼的壓力輸入口進(jìn)行密封，其中公開(kāi)了通過(guò) 激光熔接或電子束熔接等對(duì)膜片進(jìn)行焊接的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，在膜片和外殼 的熔接部位呈環(huán)狀地形成板條(熔接凝固部)。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)昭56-119519號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)昭64-9331號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)平2-228534號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2005-121628號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2007-57395號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)2006-194736號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)7日本特開(kāi)2007-132697號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)8日本特開(kāi)2005-106527號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)9日本特開(kāi)2005-106528號(hào)公報(bào)
但是，在專利文獻(xiàn)1 3的發(fā)明中，如圖IO所示的壓力傳感器那樣， 填充于第1波紋管506中的油510與構(gòu)成壓力傳感器501的要素、例如 力傳遞部件505、雙音叉型振子509等相比，熱膨脹系數(shù)較大，所以，構(gòu)成壓力傳感器501的各部件因溫度變化而產(chǎn)生熱應(yīng)變。這樣的熱應(yīng)變作
為不必要的應(yīng)力而作用在雙音叉型振子509上，因此，存在所測(cè)定的壓 力值產(chǎn)生誤差從而使壓力傳感器的特性惡化的問(wèn)題。
并且，填充于第1波紋管506中的油610與作為壓力測(cè)定對(duì)象的液 體接觸并相對(duì)，但是，根據(jù)壓力傳感器的設(shè)置方法不同，有時(shí)油510會(huì) 流出到作為壓力測(cè)定對(duì)象的液體側(cè)，或者液體流入到第1波紋管506偵ij， 所以，有時(shí)會(huì)在填充于第1波紋管506中的油510內(nèi)產(chǎn)生氣泡。當(dāng)在油 510內(nèi)產(chǎn)生氣泡時(shí)，作為壓力的傳遞介質(zhì)發(fā)揮功能的油510無(wú)法經(jīng)由力傳 遞部件505將力穩(wěn)定地傳遞到雙音叉型振子，因此，壓力測(cè)定有可能產(chǎn) 生誤差。
進(jìn)而，如上所述，由于油510與作為壓力測(cè)定對(duì)象的液體接觸并相 對(duì)，因此根據(jù)壓力傳感器的設(shè)置方法不同，油510可能會(huì)流出到作為壓 力測(cè)定對(duì)象的液體側(cè)，在用于對(duì)忌諱有異物混入的潔凈液體進(jìn)行壓力測(cè) 定時(shí)，存在無(wú)法使用采用了油510的現(xiàn)有壓力傳感器的問(wèn)題。
進(jìn)而，現(xiàn)有的壓力傳感器501的力傳遞部件505具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在 使壓力傳感器小型化時(shí)成為障礙。并且，由于力傳遞部件505構(gòu)成為需 要有徑部較細(xì)的撓曲鉸鏈，因此成為高成本的部件，存在使壓力傳感器 的制造成本升高的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)4和5中提出的壓力傳感器在姿勢(shì)傾斜時(shí)，波紋管會(huì)發(fā)生 下垂，所以，對(duì)感壓元件(雙音叉振子)施加的力產(chǎn)生變化，由此，存 在諧振頻率也發(fā)生變動(dòng)的問(wèn)題。
進(jìn)而，由于構(gòu)成為將內(nèi)部填充有油的管與壓力傳感器的壓力導(dǎo)入口 連接，并使該管的另一端與被測(cè)定液體接觸，因此如專利文獻(xiàn)1 3中所 揭示的那樣，填充于波紋管或管中的油與作為壓力測(cè)定對(duì)象的液體接觸 并相對(duì)，因而根據(jù)壓力傳感器的設(shè)置方法不同，有時(shí)油會(huì)流出到作為壓 力測(cè)定對(duì)象的液體側(cè)，或者液體流入到波紋管側(cè)，所以，有時(shí)在填充于 波紋管中的油內(nèi)產(chǎn)生氣泡，當(dāng)在油內(nèi)產(chǎn)生氣泡時(shí)，作為壓力的傳遞介質(zhì) 發(fā)揮功能的油無(wú)法經(jīng)由支座將力穩(wěn)定地傳遞到雙音叉型振子，所以，存 在壓力測(cè)定產(chǎn)生誤差的問(wèn)題。
8在專利文獻(xiàn)5中，構(gòu)成為利用由板簧構(gòu)成的加強(qiáng)用彈性部件將夾在 波紋管之間的支座支承在外殼側(cè)面，因此不可否認(rèn)的是會(huì)作用有抑制支 座伴隨波紋管的軸向移動(dòng)而動(dòng)作的力。因此，有可能導(dǎo)致壓力檢測(cè)靈敏 度劣化。并且，當(dāng)為了使支承變得堅(jiān)固而增大加強(qiáng)用彈性部件的硬度時(shí)， 存在抑制波紋管的運(yùn)動(dòng)從而使壓力檢測(cè)靈敏度劣化的問(wèn)題。
進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)4、 5中，由于加強(qiáng)板與感壓元件隔著波紋管對(duì)置 配置于線對(duì)稱位置上，因此存在抑制波紋管的運(yùn)動(dòng)從而使壓力檢測(cè)靈敏 度劣化的問(wèn)題。
在專利文獻(xiàn)6、 7中，雖然膜片和軸以施加有預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)接觸，但 是，由于壓力傳感器在高溫高壓下使用，因此進(jìn)行剛性固定時(shí)，有可能 因各部件的熱膨脹的不同而使機(jī)構(gòu)被破壞，所以，考慮到該熱膨脹，只 不過(guò)將膜片和軸點(diǎn)接觸，并未使用粘接劑等粘接單元進(jìn)行粘接。因此， 由于壓力變動(dòng)而使膜片和軸工作時(shí)，點(diǎn)接觸部偏離的可能性非常高，在 接觸點(diǎn)偏離的過(guò)程中，作用于膜片和軸兩者上的力會(huì)泄漏，因而存在無(wú) 法進(jìn)行高精度的壓力檢測(cè)的問(wèn)題。并且，由于專利文獻(xiàn)6、 7中記載的壓 力傳感器原本就是在高溫高壓下使用的壓力傳感器，因此為了在受壓部 和傳感部之間留出距離以避免對(duì)傳感部的芯片等產(chǎn)生熱影響，優(yōu)選力傳 遞部件盡量長(zhǎng)，因此，并不優(yōu)選應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)小型化的技術(shù)。此外，在專 利文獻(xiàn)6、 7的情況下，在一對(duì)膜片之間夾設(shè)有軸來(lái)進(jìn)行力的傳遞，但是， 由于構(gòu)成為在傳感部的膜片上安裝傳感器芯片，因此膜片的性狀在受壓 側(cè)和傳感部側(cè)是不同的，因而存在無(wú)法提高計(jì)測(cè)精度的較大缺點(diǎn)。
進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)8、 9所記載的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)停止熔接 用的激光或電子束的照射時(shí)，在板條上產(chǎn)生急冷導(dǎo)致的熱應(yīng)變，特別容 易產(chǎn)生裂縫等，所以，在使用搭載了這種膜片的壓力傳感器的情況下， 承受來(lái)自外部的壓力的膜片反復(fù)變形，在板條上反復(fù)產(chǎn)生應(yīng)變，所以， 裂縫成長(zhǎng)，產(chǎn)生膜片的經(jīng)年劣化和破損的問(wèn)題。
進(jìn)而，由于激光照射時(shí)的熱而膨脹的膜片在激光照射停止后隨著冷 卻而收縮，所以，此時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力集中于膜片的受壓部中央?yún)^(qū)域， 因此，所述中央?yún)^(qū)域不均勻地產(chǎn)生應(yīng)變，存在壓力傳感器的靈敏度劣化的問(wèn)題。
進(jìn)而，熔接部位由于激光照射的熔接溫度高而進(jìn)一步成為高熱，因 此，存在容易引起脆性破壞的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明用于解決上述問(wèn)題點(diǎn)，其目的在于提供如下的壓力傳 感器用的膜片該膜片承受壓力而撓曲變形，特別地，該膜片成為在膜 片和安裝有膜片的外殼的接合部難以受到應(yīng)力的形狀，改善經(jīng)年劣化， 抑制不均勻的壓縮應(yīng)力的產(chǎn)生，難以引起脆性破壞。并且，其目的在于 提供如下的壓力傳感器該壓力傳感器搭載有上述膜片，不使用作為受 壓介質(zhì)的油，能夠以很少的工序進(jìn)行制造，成品率良好且能夠?qū)崿F(xiàn)小型 化，難以引起經(jīng)年劣化，靈敏度良好。
本發(fā)明正是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為下 面的應(yīng)用例來(lái)實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)用例1
一種壓力傳感器用膜片，該壓力傳感器用膜片呈同心 圓狀一體地具有中央部和周緣部，該中央部的外表面受到外部壓力而變 形，內(nèi)表面形成向外殼內(nèi)部的感壓元件傳遞力的膜片主體，該周緣部在 所述中央部的外側(cè)，與形成在外殼上的壓力輸入口的外周熔接，所述壓 力傳感器用膜片封閉所述壓力輸入口，其特征在于，在所述中央部和所 述周緣部之間形成有階梯壁。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于膜片變形導(dǎo)致的應(yīng)力集中于中央部和階梯壁的 邊界，能夠使熔接部分和應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠抑 制所述應(yīng)力傳遞到外殼的熔接對(duì)象的周緣部。因此，即使在熔接時(shí)在板 條上產(chǎn)生裂縫，也能夠抑制由于所述應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善 膜片的經(jīng)年劣化即能夠延長(zhǎng)壽命。并且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在階梯區(qū)域中 緩和周緣部中由于熔接后的冷卻而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，所以，能夠抑制中 央部不均勻地產(chǎn)生應(yīng)變，能夠抑制膜片的靈敏度的劣化。
應(yīng)用例2根據(jù)應(yīng)用例1所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于.. 在形成所述膜片主體的中央部，以與所述階梯壁為同心圓狀的方式形成有壁。
在針對(duì)膜片的壓力急劇變化的情況下，膜片振動(dòng)。但是，通過(guò)設(shè)置 壁，壁向內(nèi)側(cè)反射所述振動(dòng)，將所述振動(dòng)封閉在內(nèi)側(cè)的區(qū)域中，因此， 能夠抑制所述振動(dòng)傳遞到板條而使板條中的裂縫成長(zhǎng)。
應(yīng)用例3根據(jù)應(yīng)用例1或2所述的壓力傳感器用膜片，其特征 在于，在所述階梯壁的內(nèi)周面嵌入具有模仿所述階梯壁的內(nèi)周的形狀的 外形的環(huán)，能夠約束所述階梯壁的變形。
由此，環(huán)可抑制階梯壁向中央部側(cè)位移，所以，與應(yīng)用例1的情況 相比，能夠有效地使基于膜片變形的應(yīng)力集中于膜片主體即中央部和階 梯壁之間，能夠抑制應(yīng)力傳遞到與外殼熔接的周緣部。
應(yīng)用例4根據(jù)應(yīng)用例1 3中的任一項(xiàng)所述的壓力傳感器用膜片， 其特征在于，所述膜片由與所述外殼相同的材料形成。
通過(guò)使膜片的材料與外殼的材料相同，能夠抑制由于從外殼到膜片 的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠抑制膜片的經(jīng)年劣化。
應(yīng)用例5
一種壓力傳感器用膜片，其特征在于，該壓力傳感器 用膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣部之間形成有階梯， 該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一體地設(shè)于該膜片主體 的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的內(nèi)壁面中，該熔接部 與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該周緣部成為所述膜片 主體的撓曲基點(diǎn)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，基于膜片撓曲變形的應(yīng)力集中于膜片主體和圓筒部 的邊界，能夠使熔接部分和應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠 抑制所述應(yīng)力傳遞到圓筒部端緣的熔接部。因此，即使在熔接時(shí)在板條 上產(chǎn)生裂縫，也能夠抑制由于所述應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善膜 片的經(jīng)年劣化即能夠延長(zhǎng)壽命。并且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，針對(duì)膜片主體外 緣緩和由于熔接圓筒體緣部后的冷卻而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，所以，能夠抑 制膜片主體不均勻地產(chǎn)生應(yīng)變，能夠抑制膜片的靈敏度的劣化。
應(yīng)用例6根據(jù)應(yīng)用例5所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于， 在所述圓筒部端緣形成凸緣而成為帽形膜片，將所述凸緣部作為與所述外殼熔接的熔接部。
在這種結(jié)構(gòu)中，能夠增大熔接部和膜片主體的撓曲基點(diǎn)部之間的分 離距離，所以，能夠抑制基于膜片主體的撓曲變形的應(yīng)力作用于熔接部， 劣化防止效果高。
應(yīng)用例7根據(jù)應(yīng)用例5所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于， 將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述傳感 器外殼熔接的熔接部。
在這種結(jié)構(gòu)中，能夠通過(guò)階梯防止由于膜片主體變形引起的應(yīng)力作 用于熔接部，同時(shí)，熔接部為圓筒部的外緣，所以，為了在熔接時(shí)進(jìn)行 散熱，能夠使形成于外殼側(cè)的隔熱槽接近圓筒部，能夠減小膜片安裝用 的尺寸，從而能夠減小安裝有該膜片的壓力傳感器的尺寸。
應(yīng)用例8
一種壓力傳感器，其特征在于，以使應(yīng)用例1 7中的
任一項(xiàng)所述的壓力傳感器用膜片覆蓋所述壓力輸入口的外周的方式，將 所述膜片的周緣部熔接。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在階梯區(qū)域中緩和周緣部中由于熔接后的冷卻而產(chǎn) 生的殘留應(yīng)力，能夠抑制中央部的膜片主體不均勻地產(chǎn)生應(yīng)變。由此， 與中央部連接的力傳遞單元的位移方向不會(huì)產(chǎn)生偏離，防止了從膜片到 感壓元件的力傳遞的損失，成為不會(huì)對(duì)靈敏度特性造成不良影響的壓力 傳感器。
應(yīng)用例9根據(jù)應(yīng)用例8所述的壓力傳感器，其特征在于，在所 述周緣部的附近形成有隔熱槽。
通過(guò)隔熱槽來(lái)減小壓力輸入口的熔接部位的體積而降低熱容量，所 以，能夠降低熔接時(shí)的熱量，由此，能夠?qū)⑷劢訙囟纫种频幂^低，所以， 能夠抑制由于熔接部位的熱應(yīng)變而導(dǎo)致的脆性破壞。而且，還能夠減小 熔接結(jié)束后的冷卻過(guò)程中的膜片的收縮率，所以，成為降低殘留應(yīng)力的 壓力傳感器。
應(yīng)用例IO根據(jù)應(yīng)用例8所述的壓力傳感器，其特征在于，在所 述壓力輸入口的內(nèi)壁上形成有锪孔，所述中央部和所述緩沖部與所述锪 孔相接。由此，當(dāng)膜片向外側(cè)變形時(shí)，應(yīng)力集中于中央部和階梯區(qū)域的邊界， 當(dāng)膜片向內(nèi)側(cè)變形時(shí)，應(yīng)力集中于中央部和锪孔的角的抵接部分。由此， 減少了對(duì)中央部和階梯區(qū)域的邊界施加的應(yīng)力的頻度，成為抑制了經(jīng)年 劣化的壓力傳感器。
應(yīng)用例11
一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有 外殼，其具有壓力輸入口；外表面為受壓面的膜片，其封閉該外殼的所 述壓力輸入口；力傳遞單元，其在所述外殼內(nèi)部與所述膜片的中央?yún)^(qū)域 連接，與該膜片連動(dòng)地在與該膜片的受壓面垂直的方向上運(yùn)動(dòng)；以及感 壓部，其與該力傳遞單元和所述外殼連接，沿著與所述膜片的受壓面垂 直的軸設(shè)定檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和 周緣部之間形成有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒 部一體地設(shè)于該膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入 口的內(nèi)壁面中，該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接， 該周緣部成為所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，將承受被壓力測(cè)定環(huán)境的壓力的受壓介質(zhì)作為膜片， 壓力傳感器不需要作為接收介質(zhì)的油，所以，油不會(huì)流出到壓力被測(cè)定 環(huán)境側(cè)，例如，能夠用于對(duì)作為壓力被測(cè)定環(huán)境忌諱有異物混入的潔凈 液體進(jìn)行壓力測(cè)定等的用途。并且，停止使用熱膨脹系數(shù)大的受壓介質(zhì) 即油，所以，能夠大幅提高壓力傳感器的溫度特性。特別地，基于膜片 的撓曲變形的應(yīng)力集中于膜片主體和圓筒部的邊界，能夠使熔接部分和 應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠抑制所述應(yīng)力傳遞到圓筒部 端緣的熔接部。因此，即使在熔接時(shí)在板條上產(chǎn)生裂縫，也能夠抑制由 于所述應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善膜片的經(jīng)年劣化即能夠延長(zhǎng)壽 命。并且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，針對(duì)膜片主體外緣緩和由于熔接圓筒體緣部 后的冷卻而產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，所以，能夠抑制膜片主體不均勻地產(chǎn)生應(yīng) 變，能夠抑制膜片的靈敏度的劣化。
應(yīng)用例12根據(jù)應(yīng)用例10所述的壓力傳感器，其特征在于，將 與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述傳感器 外殼熔接的熔接部。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)階梯防止由于膜片主體變形引起的應(yīng)力作用 于熔接部，同時(shí)，熔接部為圓筒部的外緣，所以，為了在熔接時(shí)進(jìn)行散 熱，能夠使形成于外殼側(cè)的隔熱槽接近圓筒部，能夠減小膜片安裝用的 尺寸，從而能夠減小安裝有該膜片的壓力傳感器的尺寸。
應(yīng)用例13
一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有 外殼； 一對(duì)壓力輸入口，其同軸地設(shè)置在該外殼的對(duì)置的端面板上；外 表面為受壓面的第l、第2膜片，其封閉所述壓力輸入口；力傳遞單元， 其在所述外殼內(nèi)部連接所述膜片的內(nèi)表面的中央?yún)^(qū)域彼此；以及感壓元
件，其一端與該力傳遞單元的中途連接，另一端與所述外殼連接，并且， 與垂直于所述膜片的受壓面的軸平行地排列檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀 的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣部之間形成有階梯，該膜片主體受 到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一體地設(shè)于該膜片主體的周緣，且能 夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的內(nèi)壁面中，該熔接部與設(shè)于該圓筒 部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該周緣部成為所述膜片主體的撓曲基 點(diǎn)，將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述 傳感器外殼熔接的熔接部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，作為相對(duì)壓傳感器，能夠使用無(wú)油的小型壓力傳感器， 并且，基于膜片撓曲變形的應(yīng)力集中于膜片主體和圓筒部的邊界，能夠 使熔接部分和應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠抑制所述應(yīng)力 傳遞到圓筒部端緣的熔接部。因此，即使在熔接時(shí)在板條上產(chǎn)生裂縫， 也能夠抑制由于所述應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善膜片的經(jīng)年劣化 即能夠延長(zhǎng)壽命。
應(yīng)用例14
一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有 外殼；壓力輸入口，其設(shè)置在該外殼的端面板上；外表面為受壓面的膜 片，其封閉所述壓力輸入口；力傳遞單元，其在所述外殼內(nèi)部，在所述 膜片的內(nèi)表面的中央?yún)^(qū)域配置在與該膜片的受壓面垂直的軸線上，且與 對(duì)置的外殼端面板連接；以及感壓元件，其一端與該力傳遞單元的中途 連接，另一端與所述外殼連接，并且，與垂直于所述膜片的受壓面的軸 同軸地設(shè)定檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和
14周緣部之間形成有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒 部一體地設(shè)于該膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入 口的內(nèi)壁面中，該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接， 該周緣部成為所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)，將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣 部相接的所述圓筒部端緣作為與所述傳感器外殼熔接的熔接部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，作為絕對(duì)壓傳感器，能夠使用無(wú)油的小型壓力傳感 器，并且，基于膜片撓曲變形的應(yīng)力集中于膜片主體和圓筒部的邊界， 能夠使熔接部分和應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠抑制所述 應(yīng)力傳遞到圓筒部端緣的熔接部。因此，即使在熔接時(shí)在板條上產(chǎn)生裂 縫，也能夠抑制基于所述應(yīng)力的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善膜片的經(jīng)年劣化 即能夠延長(zhǎng)壽命。


圖1是示出第1實(shí)施方式的壓力傳感器和該壓力傳感器所使用的膜 片的示意剖面圖和主要部分放大剖面圖。
圖2是第1實(shí)施方式的壓力傳感器用膜片的平面圖和剖面圖。
圖3是第2實(shí)施方式的壓力傳感器用膜片的剖面圖和壓力傳感器安
裝部的放大剖面示意圖。
圖4是第3實(shí)施方式的膜片的平面圖和外殼裝配部的主要部分放大 剖面圖。
圖5是第4實(shí)施方式的膜片的平面圖和剖面圖。
圖6是第5實(shí)施方式的壓力傳感器的主要部分詳細(xì)剖面圖。
圖7是第6實(shí)施方式的壓力傳感器的主要部分詳細(xì)剖面圖。
圖8是第7實(shí)施方式的壓力傳感器的概略剖面圖。
圖9是第8實(shí)施方式的壓力傳感器的概略剖面圖。
圖IO是示出現(xiàn)有例的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
10:壓力傳感器；12:外殼；14:第1部件；16:第2部f卜"、 支承桿；20:第3部件；22:接頭；24:第1壓力輸入口； 2.5:閎緣锪孑L; 26:第2壓力輸入口； 27:隔熱槽；28:貫通孔；30:固定部件； 32:膜片；34:力傳遞單元；36:軸；38:感壓元件；40:中央部；41: 邊界；42:緩沖部；44:周緣部；46:板條；50:壓力傳感器；52:外 殼；54:第l壓力輸入口； 56:第2壓力輸入口； 58:锪孔；60:貫通 孔；70:膜片；72:中央部；73:邊界；74:緩沖部；76:周緣部；78.-環(huán)；79:板條；80:膜片；82:中央部；84:緩沖部；86:周緣部；88: 壁；90:壓力傳感器；92:膜片；94:外殼；96:膜片主體(中央部)； 98:壓力輸入口； 100:圓筒部(緩沖部)；102:熔接部(板條)；104: 膜片主體外周緣部；106:隔熱槽；110:壓力傳感器；112:膜片；114: 膜片主體；116:中心區(qū)域；118:環(huán)狀槽；120:壓力傳感器(第7); 122: 外殼；124:密封端子板；126:凸緣端面板；128:圓筒側(cè)壁；130:第1 壓力輸入口； 132:第2壓力輸入口； 134:貫通孔；112A:第l膜片； 112B:第2膜片；136:軸(力傳遞單元)；138:可動(dòng)部；140:感壓元 件；142:凸臺(tái)部；144:支承桿；150:壓力傳感器(第7); 152:外殼； 154:密封端子板；156:凸緣端面板；158:圓筒側(cè)壁；160:壓力輸入 口； 164:貫通孔；112:膜片；166:軸(力傳遞單元)；168:可動(dòng)部； 170:感壓元件；172:支座。
具體實(shí)施例方式
下面，使用圖示的實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的壓力傳感器用膜片和 搭載了該膜片的壓力傳感器。但是，該實(shí)施方式所記載的結(jié)構(gòu)要素、種 類、組合、形狀及其相對(duì)配置等只要沒(méi)有特定記載，則不是將本發(fā)明的 范圍僅限定于其中的主旨，只不過(guò)是簡(jiǎn)單的說(shuō)明例。
圖1示出本發(fā)明的壓力傳感器的第1實(shí)施方式。圖1 (a)是示出壓 力傳感器的概要的示意剖面圖，圖l (b)是示出圖l (a)的膜片的熔接 部位的局部詳細(xì)圖。第1實(shí)施方式的壓力傳感器IO具有圓筒形的外形， 由外殼12、膜片32、力傳遞單元34即軸36、以及感壓元件38等構(gòu)成。
外殼12將內(nèi)部真空密封并收納后述的各結(jié)構(gòu)要素。由此，壓力傳感 器10能夠提高感壓元件38的Q值，確保穩(wěn)定的諧振頻率，因此能夠確保壓力傳感器10的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
并且，外殼12整體的外形由以下部分構(gòu)成構(gòu)成上端面板的圓盤(pán)狀
的第1部件14、構(gòu)成下端面板的圓盤(pán)上的第2部件16、接合第1部件14 和第2部件16的支承桿18、以及形成覆蓋第1部件14和第2部件16的 側(cè)面的圓筒側(cè)壁的第3部件20。第1部件14和第2部件16是具有同一 直徑的部件。第1部件14和第2部件16使分別向外部突出的接頭22在 構(gòu)成同心圓的位置突出，使第1壓力輸入口24、第2壓力輸入口26在該 接頭22上開(kāi)口。而且，連通第1部件14和第1壓力輸入口24 (第2部 件16和第2壓力輸入口 26)的貫通孔28形成在所述同心圓的中心位置。
支承桿18具有一定的剛性，形成在第1部件14和第2部件16相互 對(duì)置的位置，通過(guò)插入到模仿支承桿18的截面外形的形狀的細(xì)長(zhǎng)孔(未 圖示)中來(lái)進(jìn)行接合，由此，在第1部件14、第2部件16和支承桿18 之間獲得剛性，能夠在壓力傳感器10的組裝時(shí)和使用時(shí)，抑制相對(duì)于后 述感壓元件38的不必要的應(yīng)變。另外，在圖示中記載了2根支承桿18， 但是，也可以使用1根或3根以上。
關(guān)于外殼12的材質(zhì)，為了緩和由于熱膨脹而引起的壓力傳感器10 的誤差，優(yōu)選收納支承桿18和感壓元件38的部分的周圍為熱膨脹系數(shù) 小的金屬或陶瓷。
而且，在第1壓力輸入口 24和第2壓力輸入口 26上安裝有根據(jù)測(cè) 定對(duì)象的液體或氣體的壓力而撓曲的膜片32 (第1膜片32a、第2膜片 32b)，將貫通孔28密封并露出于外部。
膜片32 (第l膜片32a、第2膜片32b)從內(nèi)側(cè)起由中央部(膜片主 體)40、形成于該中央部(膜片主體)40的外緣的圓筒狀的緩沖部(圓 筒部)42、以及形成于該緩沖部(圓筒部)42的前端外緣的由凸緣構(gòu)成 的周緣部(凸緣)44呈同心圓狀地構(gòu)成，整體形成為帽形的煙灰缸那樣 的形狀。圓盤(pán)狀的中央部(膜片主體)40的一面為面向外部的受壓面， 所述受壓面承受作為被測(cè)定壓力的外部壓力而撓曲變形，對(duì)與膜片32的 另一面的中央部(膜片主體)40接觸(連接)的后述的力傳遞單元34即 軸36的端面施加力。環(huán)形狀的周緣部(凸緣)44是通過(guò)激光熔接等與外
17殼12的接頭22的外周熔接的部分。圓筒形狀的緩沖部(圓筒部)42分 別與中央部(膜片主體)40的外周和周緣部(凸緣)44的內(nèi)周垂直連接， 在中央部(膜片主體)40的外周和周緣部(凸緣)44之間形成階梯而分 離。由此，在中央部(膜片主體)40和周緣部(凸緣)44之間形成階梯 壁(緩沖部42)。另一方面，在外殼12的接頭22上形成有模仿周緣部(凸 緣)44的外形的形狀的周緣锪孔25，能夠在周緣锪孔25中嵌入周緣部 (凸緣)44。而且，嵌入到周緣锪孔25中的周緣部(凸緣)44通過(guò)熔接 與周緣锪孔25連接，此時(shí)，形成環(huán)狀的板條46。進(jìn)而，在周緣锪孔25 的附近(外周)進(jìn)行雕刻以使隔熱槽27形成同心圓。
外殼12和膜片32的材料可以是不銹鋼這種金屬、或陶瓷等耐腐蝕 性優(yōu)良的材料，也可以是石英這種單結(jié)晶體或其他非結(jié)晶體，但是，優(yōu) 選以相同材料形成。通過(guò)使膜片的材料與外殼的材料相同，能夠抑制由 于從外殼到膜片的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠抑制膜片的經(jīng)年劣化。
膜片32可以利用沖壓加工來(lái)形成，也可以通過(guò)不會(huì)產(chǎn)生殘留應(yīng)力且 有利于小型化的影印石版技法和蝕刻技法(以下兼用兩者并將其稱為影 印石版蝕刻加工)來(lái)形成。特別地，在中央部(膜片主體)和周緣部(凸 緣)的厚度相同的情況下，能夠利用一次蝕刻工序來(lái)形成膜片。并且， 可以對(duì)膜片32的露出于外部的表面實(shí)施涂敷，以使膜片不會(huì)被液體或氣 體等腐蝕。例如，如果是金屬制的膜片，則可以涂敷鎳的化合物。
在第1膜片32a和第2膜片32b之間，以插通于貫通孔28中的方式 安裝有力傳遞單元34即軸36，軸36的兩端部分別與第1膜片32a和第 2膜片32b的中央部(膜片主體)40的中央?yún)^(qū)域的面垂直接觸(連接)。 由此，即使對(duì)膜片32施加壓力，軸36與第1膜片32a和第2膜片32b 的位移方向也相同。此時(shí)，壓力高的一側(cè)的膜片32向外殼12的內(nèi)側(cè)位 移，壓力低的一側(cè)的膜片32向外殼12的外側(cè)位移，但是，由于軸36的 長(zhǎng)度沒(méi)有變化，因此位移的絕對(duì)值在兩側(cè)是一致的。并且，在軸36的規(guī) 定位置固定有可動(dòng)部件36a，該可動(dòng)部件36a也具有與軸36相同的位移 方向。
軸36根據(jù)壓力傳感器的用途，選擇使用強(qiáng)度穩(wěn)定的材質(zhì)即不銹鋼或鋁、或者容易加工的陶瓷等，從而能夠構(gòu)成精度高且穩(wěn)定的壓力傳感器。 特別地，當(dāng)使軸36的材料為陶瓷時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)小，因此壓力傳感
器的溫度特性幾乎依賴于感壓元件38的溫度特性。進(jìn)而，軸36的兩端 部?jī)?yōu)選為圓形，且連接成與膜片32的中央部(膜片主體)40形成同心圓。
感壓元件38使用石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電材料，形成為雙音叉 型壓電振子、SAW諧振振子、厚度剪切振子等。將感壓元件38的兩端 部分別與可動(dòng)部件36a和第1部件14的固定部件30連接來(lái)支承感壓元 件38。此時(shí)，感壓元件38將力的檢測(cè)方向設(shè)定為檢測(cè)軸，連接感壓元件 38的所述兩端部的方向與所述檢測(cè)軸為平行關(guān)系。并且，感壓元件38與 安裝在外殼12上的振蕩電路(未圖示)電連接，通過(guò)來(lái)自振蕩電路(未 圖示)的交流電壓而以固有的諧振頻率進(jìn)行振動(dòng)。并且，感壓元件38承 受來(lái)自可動(dòng)部件38a的伸長(zhǎng)(拉伸)應(yīng)力或者壓縮應(yīng)力，從而使諧振頻 率變化。特別地，與厚度剪切振子等相比，雙音叉型壓電振動(dòng)片的諧振 頻率相對(duì)于伸長(zhǎng)/壓縮應(yīng)力的變化極大、且諧振頻率的可變幅度大，所以， 適用于檢測(cè)微小的壓力差這樣的分解能力優(yōu)良的壓力傳感器。雙音叉型 壓電振子承受伸長(zhǎng)應(yīng)力時(shí)，振幅臂(振動(dòng)部)的振幅幅度減小，因而諧 振頻率變高，承受壓縮應(yīng)力時(shí)，振幅臂(振動(dòng)部)的振幅幅度增大，因 而諧振頻率降低。另外，優(yōu)選采用溫度特性優(yōu)良的石英作為雙音叉型壓 電振子的壓電基板。
由于上述結(jié)構(gòu)的膜片32 (圖1 (b)斜線部分)壓入到接頭22中， 因此，中央部(膜片主體)40和緩沖部(圓筒部)42通過(guò)接頭22的內(nèi) 壁而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。所述壓縮應(yīng)力在膜片32的受壓部即中央部(膜片主 體)40中以同心圓狀均勻地分布，所以，不會(huì)對(duì)膜片所具有的撓曲靈敏 度造成不良影響。因此，由于膜片的變形使應(yīng)力集中于中央部(膜片主 體)40和緩沖部(圓筒部)42的邊界41，但是，熔接部分(周緣部(凸 緣)44)和上述應(yīng)力集中部分在位置上相分離，所以，能夠抑制所述應(yīng) 力傳遞到周緣部(凸緣)44。因此，即使在熔接時(shí)在板條46上產(chǎn)生裂縫， 也能夠抑制由所述應(yīng)力導(dǎo)致的裂縫的成長(zhǎng)，能夠改善膜片32的經(jīng)年劣化 即能夠延長(zhǎng)壽命。并且，周緣部(凸緣)44的在基于激光照射進(jìn)行熔接時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力在階梯區(qū)域即緩沖部(圓筒部)42被緩和，不會(huì)集中 于膜片的受壓部即中央部(膜片主體)40，所以，能夠防止中央部(膜 片主體)40不均勻地產(chǎn)生應(yīng)變。
因此，在本申請(qǐng)發(fā)明人提出的圖l (a)的壓力傳感器10中，不會(huì)由 于膜片32的不均勻的應(yīng)變而使軸36傾斜從而使位移方向偏離，軸36在 力的檢測(cè)軸方向上可靠地位移，所以，防止了由于位移方向的偏離而導(dǎo) 致的從膜片32到感壓元件38的力傳遞的損失，不會(huì)對(duì)壓力傳感器10的 靈敏度特性造成不良影響。
進(jìn)而，通過(guò)隔熱槽27來(lái)減小接頭22的熔接部位的體積而降低熱容 量，所以，能夠降低熔接時(shí)的熱量，由此，能夠?qū)⑷劢訙囟纫种频幂^低， 所以，能夠抑制由于熔接部位的熱應(yīng)變而導(dǎo)致的脆性破壞。而且，還能 夠減小熔接停止后的冷卻過(guò)程中的膜片的收縮率，所以，能夠降低殘留 應(yīng)力。
圖3示出第2實(shí)施方式的壓力傳感器用膜片和搭載了該膜片的壓力 傳感器。圖3 (a)是壓力傳感器的概要圖，圖3 (b)是示出圖3 (a)的 膜片的熔接部位的局部詳細(xì)圖。第2實(shí)施方式的膜片32與第1實(shí)施方式 相同。另一方面，第2實(shí)施方式的壓力傳感器50基本上與第1實(shí)施方式 的壓力傳感器10類似，但是，壓力傳感器50在第1壓力輸入口 54和第 2壓力輸入口 56的內(nèi)壁的開(kāi)口端形成有锪孔58。即，貫通孔60具有其 內(nèi)徑在所述開(kāi)口端附近變大的結(jié)構(gòu)。在該锪孔58上連接有膜片32。這里， 中央部(膜片主體)40的外周部分與锪孔58的環(huán)狀的端面58b相接，緩 沖部42的外周與锪孔58的側(cè)面58c相接。
由此，當(dāng)膜片32向外殼52的外側(cè)變形時(shí)，應(yīng)力集中于中央部(膜 片主體)40和緩沖部42的邊界41，當(dāng)膜片32向外殼52的內(nèi)側(cè)變形時(shí)， 應(yīng)力集中于中央部(膜片主體)40和锪孔58的角58a的抵接部分。由此， 減少了對(duì)中央部(膜片主體)40和緩沖部42的邊界41施加的應(yīng)力的頻 度，能夠抑制經(jīng)年劣化。
圖4示出第3實(shí)施方式的膜片。圖4 (a)是熔接時(shí)的膜片的平面圖， 圖4 (b)是熔接時(shí)的詳細(xì)圖。第3實(shí)施方式的膜片70與第1實(shí)施方式的
20膜片32的形態(tài)相同，但是，嵌入具有模仿作為階梯壁的緩沖部(圓筒部) 74的內(nèi)周的形狀外形的環(huán)78 (圖4的斜線部分)，能夠約束所述緩沖部
(圓筒部)74的變形。 一邊在接頭22上形成板條79—邊熔接膜片32， 然后嵌入環(huán)78。由此，環(huán)78抑制緩沖部(圓筒部)74向中央部72側(cè)位 移，所以，與第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方式的情況相比，能夠有效地使 基于伴隨膜片72的受壓而產(chǎn)生的變形的應(yīng)力集中于中央部72和緩沖部 74的邊界73，能夠抑制應(yīng)力傳遞到周緣部76。另外，由于上述同樣的理 由，該環(huán)78也可以使用與膜片72和外殼相同的材料。
圖5示出第4實(shí)施方式的膜片80。圖5 (a)是平面圖，圖5 (b)是 圖5 (a)的A-A線剖面圖。第4實(shí)施方式的膜片80與第1實(shí)施方式的 膜片類似，但是，在膜片80的中央部(膜片主體)82上以同心圓狀形成 有壁88 (圖5 (a)的斜線部分)。在壁88的外周和緩沖部(圓筒部)84 之間形成有間隙。在壁88的敞開(kāi)端88a和周緣部(凸緣)86形成同一平 面的情況下，膜片80能夠在影印石版蝕刻加工中利用一次蝕刻工序形成。
在針對(duì)膜片的壓力急劇變化的情況下，膜片振動(dòng)。但是，通過(guò)設(shè)置 壁88，壁88向內(nèi)側(cè)反射所述振動(dòng)，將所述振動(dòng)封閉在中央部(膜片主體) 82的壁88的內(nèi)側(cè)的區(qū)域中，因此，能夠抑制所述振動(dòng)傳遞到板條而使板 條中的裂縫成長(zhǎng)。
第3實(shí)施方式和第4實(shí)施方式的膜片與第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方 式的壓力傳感器沒(méi)有任何抵觸，所以，能夠?qū)⑺鼈儜?yīng)用于第1實(shí)施方式 和第2實(shí)施方式。另外，在將第3實(shí)施方式應(yīng)用于第2實(shí)施方式的情況 下，需要在環(huán)78和中央部72之間形成間隙來(lái)嵌入環(huán)78，以使環(huán)78不與 中央部72抵接。并且，在將第3實(shí)施方式應(yīng)用于第4實(shí)施方式的情況下， 只要設(shè)計(jì)成環(huán)78的厚度小于等于壁88的外周和緩沖部84的內(nèi)周之間的 間隙的寬度即可。
圖6示出第5實(shí)施方式。該圖示出第5實(shí)施方式的壓力傳感器90將 膜片92安裝在壓力傳感器的外殼94上的狀態(tài)的剖面圖。該膜片92由圓 盤(pán)狀的膜片主體(中央部)96和圓筒部(緩沖部)100構(gòu)成，該膜片」:: 體96承受外部壓力而撓曲變形，該圓筒部100—體地設(shè)置在該膜片—卞體(中央部)96的周緣，能夠嵌入到傳感器外殼94的壓力輸入口 98的內(nèi) 壁面中。而且，在設(shè)于該圓筒部(緩沖部)100端緣的與所述傳感器外殼 94熔接的熔接部(板條)102和作為所述膜片主體96的撓曲基點(diǎn)的外周 緣部104之間形成階梯壁。特別地，在該實(shí)施方式中，將熔接部(板條) 102作為與傳感器外殼94的壓力輸入口98的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部 端緣，熔接在所述傳感器外殼94的開(kāi)口緣上。g卩，該實(shí)施方式的膜片92 成為省略了上述第1 第4實(shí)施方式中作為膜片的周緣部進(jìn)行說(shuō)明的凸緣 的圓筒容器形膜片，在壓力輸入口98的內(nèi)壁面中嵌入圓筒部(緩沖部) 100，并在壓力輸入口 98的開(kāi)口端進(jìn)行熔接。這樣，與使用帶凸緣的膜 片的情況相比，能夠減小為了避免熔接時(shí)的熱的影響而形成為包圍熔接 部(板條)102的外周的隔熱槽160的半徑，進(jìn)而能夠減小壓力傳感器的 尺寸。
圖7示出第6實(shí)施方式。其與圖6的第5實(shí)施方式的壓力傳感器110 的不同點(diǎn)僅在于，在膜片112中形成受壓面的膜片主體114的結(jié)構(gòu)不同。 即，通過(guò)平板面來(lái)形成膜片主體114，該膜片主體114連接有用于將壓力 傳感器110承受壓力而撓曲的變形傳遞到感壓部件的力傳遞部件即軸36。 而且，在連接有軸36的膜片主體114的中心區(qū)域116的周圍形成環(huán)狀槽 118，使中心區(qū)域116相對(duì)地成為厚壁。其他結(jié)構(gòu)與第5實(shí)施方式相同， 所以，對(duì)同一部件標(biāo)注同一編號(hào)并省略說(shuō)明。
根據(jù)該實(shí)施方式，除了上述第5實(shí)施方式的壓力傳感器的效果以外， 還得到以下的效果。即，承受壓力而使應(yīng)力集中于薄壁部和厚壁部的階 梯部分，雖然厚壁的中心區(qū)域116承受壓力而上下位移，但是，中心區(qū) 域116的彎曲變形小，所以，避免了中心軸36和膜片112的接合部分的 應(yīng)力集中。由此，不對(duì)中心軸36作用與軸方向力不同方向的不必要的力， 能夠提高壓力檢測(cè)精度。
圖8示出使用了圖7所示的膜片112的第7實(shí)施方式的相對(duì)壓檢測(cè) 用的壓力傳感器120。
該壓力傳感器120具有由中空?qǐng)A筒體構(gòu)成的外殼122。該外殼122 將第1部件(上端面板)作為密封端子板124，并且將第2部件(下端面板)作為凸緣端面板126，通過(guò)第3部件即圓筒側(cè)壁128將隔開(kāi)配置的端 面板周圍包圍起來(lái)，從而構(gòu)成中空密閉容器。在密封端子板124和凸緣 端面板126的各外表面部，形成有與外殼內(nèi)部空間連通的第1壓力輸入 口 130、第2壓力輸入口 132作為凹陷部，在其底板部分穿設(shè)有與外殼 122的軸芯同芯的貫通孔134 (134A、 134B)，將內(nèi)外連通。在該壓力輸 入口 130、 132的凹陷部分別嵌入第l膜片112A、第2膜片U2B，其周 圍與密封端子板124和凸緣端面板126 —體地熔接結(jié)合，由此，遮蔽內(nèi) 外。密封端子板124側(cè)的第1膜片112A為大氣壓設(shè)定用，凸緣端面板 126的第2膜片112B為受壓用。這種外殼122也形成為遮斷內(nèi)外的狀態(tài)， 并且，能夠通過(guò)未圖示的空氣抽取單元將內(nèi)部保持為真空狀態(tài)，這一點(diǎn) 與其他實(shí)施方式相同。
各膜片112 (112A、 112B)為圖7所示的結(jié)構(gòu)，其由圓盤(pán)狀的膜片 主體(中央部)114和圓筒部(緩沖部)100構(gòu)成，該膜片主體114承受 外部壓力而撓曲變形，該圓筒部100—體地設(shè)置在該膜片主體(中央部) 114的周緣，能夠嵌入到傳感器外殼122的壓力輸入口 130、 132的內(nèi)壁 面中。而且，通過(guò)熔接了該圓筒部(緩沖部)100的端緣和壓力輸入口 130、 132的開(kāi)口緣的熔接部102 (熔接板條)而結(jié)合。以包圍熔接部102 的周圍的方式形成隔熱槽106。由此，在與所述傳感器外殼122熔接的熔 接部(熔接板條)102和作為所述膜片主體114的撓曲基點(diǎn)的外周緣部 104之間形成階梯壁。特別地，在該實(shí)施方式中，雖然連接了作為與膜片 主體114的中心區(qū)域連接的力傳遞單元的軸136，但是，在其周圍形成圓 周槽118以使該中心區(qū)域116為厚壁。
在所述外殼122的內(nèi)部，沿外殼122的軸芯配置有軸(力傳遞單元) 136，該軸136將所述第1、第2膜片112A、 112B的內(nèi)表面的中央?yún)^(qū)域 相互連接起來(lái)，貫通所述貫通孔134，將兩者粘接連接起來(lái)。而且，在該 軸136的中途一體地設(shè)有作為感壓元件支承臺(tái)的可動(dòng)部138，在該可動(dòng)部 138上安裝有由雙音叉型振子構(gòu)成的感壓元件140的一端部，所述感壓元 件140將檢測(cè)軸設(shè)定為平行于與所述第1、第2膜片112 (112A、 112B) 的受壓面垂直的軸。感壓元件140的另一端部與作為感壓元件支承臺(tái)的凸臺(tái)部142連接，所述凸臺(tái)部142設(shè)于所述外殼122的密封端子板124 上并向內(nèi)側(cè)突出。由此，當(dāng)通過(guò)受壓用第2膜片112B和大氣壓用第1膜 片112A的差壓使軸136沿軸向移動(dòng)時(shí)，可動(dòng)部138的位置隨之變動(dòng)，該 力對(duì)感壓元件140產(chǎn)生檢測(cè)軸方向的作用力。
在上述外殼122的內(nèi)部，與所述軸136平行地在其周圍配置有多個(gè) 支承桿144。這些支承桿144將第2部件即凸緣端面板126和第1部件即 密封端子板124之間的間隔保持為恒定，檢測(cè)精度不會(huì)由于外力造成的 外殼122的變形或任意姿勢(shì)而降低。
根據(jù)這種第7實(shí)施方式，通過(guò)中心軸136連接一對(duì)膜片112彼此， 設(shè)于中心軸136中途的可動(dòng)部138根據(jù)膜片112的動(dòng)作而一體地沿軸方 向移動(dòng)(這是由一對(duì)膜片112A、 112B受到的壓力差引起的運(yùn)動(dòng))，成為 與對(duì)雙音叉型振子即感壓元件140的檢測(cè)軸方向作用的力對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 因而，能夠不使用油而構(gòu)成檢測(cè)精度高的壓力傳感器，并且，成為小型 且容易組裝的結(jié)構(gòu)。并且，凸緣端面板126、密封端子板124以及圓筒側(cè) 壁128形成作為真空容器的外殼122，密封端子板124與第1膜片112A 成為一體，凸緣端面板126與第2膜片112B成為一體，能夠簡(jiǎn)便地進(jìn)行 組裝。為了將該壓力傳感器120安裝到下沉(浸入)于測(cè)定對(duì)象液體中 的容器上，將凸緣端面板126經(jīng)由O型密封圈面接合并通過(guò)螺栓緊固而 安裝到測(cè)定對(duì)象液體容器上，所述0型密封圈配置成包圍第2膜片112B 的周圍。O型密封圈可以利用所述隔熱槽106來(lái)裝配。
特別地，在該第7實(shí)施方式中， 一對(duì)膜片112的連接有軸136的中 心區(qū)域116 (參照?qǐng)D7)與其周邊部相比為厚壁，所以，承受壓力而使應(yīng) 力集中于薄壁部和厚壁部的階梯部分，雖然厚壁的中心區(qū)域116承受壓 力而上下位移，但是中心區(qū)域116的彎曲變形小，所以，避免了軸136 和膜片112的接合部分的應(yīng)力集中。由此，不會(huì)對(duì)中心軸136作用與軸 方向力不同方向的不必要的力，能夠提高壓力檢測(cè)精度。
并且，在第7實(shí)施方式中，將膜片112嵌入安裝于在密封端子板124 和凸緣端面板126的外表面上作為凹陷部形成的壓力輸入口 130、132 '」、 所以，在外殼122上沒(méi)有向外部突出的部分，能夠縮短高度尺寸，能夠促進(jìn)小型化。
除此之外，在該實(shí)施方式中，將膜片112安裝到外殼122上時(shí)，在 壓力輸入口130、 132的開(kāi)口緣熔接圓筒部IOO的前端緣，所以，能夠使 隔熱槽106的形成位置接近外殼中心側(cè)，由此，與其他實(shí)施方式相比， 能夠相應(yīng)地減小膜片凸緣尺寸，更加有助于小型化。
接著，圖9示出第8實(shí)施方式的壓力傳感器150的剖面圖。圖示的 例子是使用了圖7所示的膜片112的用作絕對(duì)壓檢測(cè)用的壓力傳感器的 例子。
該壓力傳感器150具有由中空?qǐng)A筒體構(gòu)成的外殼152。該外殼152
將第1部件(上端面板)作為密封端子板154，并且將構(gòu)成第2部件(下
端面板)的端面板作為與第7實(shí)施方式相同的凸緣端面板156，通過(guò)第3
殼體即圓筒側(cè)壁158將隔開(kāi)配置的端面板周圍包圍起來(lái)，從而構(gòu)成中空
密閉容器。在凸緣端面板156上，與外殼152的軸芯同芯地貫通有與內(nèi)
部空間連通的壓力輸入口 160，形成凹陷部并在其中央部形成貫通孔164,
在凹陷部中嵌入膜片112對(duì)外殼152的內(nèi)外進(jìn)行遮蔽。膜片112與第7
實(shí)施方式同樣，與壓力輸入口 160的凹陷部?jī)?nèi)壁熔接結(jié)合而一體地結(jié)合。
該膜片112是測(cè)定對(duì)象液體的受壓用膜片。在密封端子板154上，構(gòu)成
為省略了壓力流入口和膜片的端面板。這種外殼152也形成為遮斷內(nèi)外
的狀態(tài)，并且，能夠通過(guò)未圖示的空氣抽取單元將內(nèi)部保持為真空狀態(tài)， 這一點(diǎn)與其他實(shí)施方式相同。
在所述外殼152的內(nèi)部，在所述膜片112的內(nèi)表面的中心區(qū)域116 (參照?qǐng)D9)上垂直立設(shè)有軸(力傳遞單元)166，該軸166沿著外殼152 的軸芯配置。而且，在該軸166的前端部一體地設(shè)有作為感壓元件支承 臺(tái)的可動(dòng)部168，在該可動(dòng)部168上安裝有由雙音叉型振子構(gòu)成的感壓元 件170的一端部，所述感壓元件170將檢測(cè)軸設(shè)定為與軸166同軸。感 壓元件170的另一端部與支座172連接，所述支座172設(shè)于所述外殼152 的密封端子板154的中心區(qū)域并向內(nèi)側(cè)突出。由此，當(dāng)受壓用膜片112 承受測(cè)定對(duì)象液體的壓力而撓曲時(shí)，軸336沿軸向移動(dòng)，追隨于此，與 可動(dòng)部168連接的感壓元件170產(chǎn)生檢測(cè)軸方向的作用力。
25其他與第7實(shí)施方式所示的壓力傳感器相同，所以，對(duì)同一部件標(biāo) 注同一編號(hào)并省略說(shuō)明。
根據(jù)這種第8實(shí)施方式，作為絕對(duì)壓檢測(cè)用的壓力傳感器，其小型 且檢測(cè)精度高。
另外，上述任意實(shí)施方式的膜片的結(jié)構(gòu)要素能夠自由組合。即，也
能夠在圖6、圖7所示的膜片中設(shè)置圖4、圖5所示的環(huán)78或壁88。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器用膜片，該壓力傳感器用膜片呈同心圓狀一體地具有中央部和周緣部，該中央部的外表面受到外部壓力而變形，內(nèi)表面形成向外殼內(nèi)部的感壓元件傳遞力的膜片主體，該周緣部在所述中央部的外側(cè)，與形成在外殼上的壓力輸入口的外周熔接，所述壓力傳感器用膜片封閉所述壓力輸入口，其特征在于，在所述中央部和所述周緣部之間形成有階梯壁。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于，在形成所述膜片主體的中央部，以與所述階梯壁為同心圓狀的方式 形成有壁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于， 在所述階梯壁的內(nèi)周面嵌入具有模仿所述階梯壁的內(nèi)周的形狀的外形的環(huán)，能夠約束所述階梯壁的變形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的壓力傳感器用膜片，其特 征在于，所述膜片由與所述外殼相同的材料形成。
5. —種壓力傳感器用膜片，其特征在于，該壓力傳感器用膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣 部之間形成有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一 體地設(shè)于該膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的 內(nèi)壁面中，該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該 周緣部成為所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于， 在所述圓筒部端緣形成凸緣而成為帽形膜片，將所述凸緣部作為與所述外殼熔接的熔接部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器用膜片，其特征在于， 將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述傳感器外殼熔接的熔接部。
8. —種壓力傳感器，其特征在于，以使權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)所述的壓力傳感器用膜片覆蓋所述壓力輸入口的外周的方式，將所述膜片的周緣部熔接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力傳感器，其特征在于， 在所述周緣部的附近形成有隔熱槽。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓力傳感器，其特征在于， 在所述壓力輸入口的內(nèi)壁上形成有锪孔，所述中央部和所述緩沖部與所述锪孔相接。
11. 一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有 外殼，其具有壓力輸入口；外表面為受壓面的膜片，其封閉該外殼的所述壓力輸入口；力傳遞單元，其在所述外殼內(nèi)部與所述膜片的中央?yún)^(qū)域連接，與該 膜片連動(dòng)地在與該膜片的受壓面垂直的方向上運(yùn)動(dòng)；以及感壓部，其與該力傳遞單元和所述外殼連接，沿著與所述膜片的受 壓面垂直的軸設(shè)定檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣部之間形成 有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一體地設(shè)于該 膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的內(nèi)壁面中， 該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該周緣部成為 所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳感器，其特征在于， 將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述傳感器外殼熔接的熔接部。
13. —種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有 外殼；一對(duì)壓力輸入口，其同軸地設(shè)置在該外殼的對(duì)置的端面板上； 外表面為受壓面的第l、第2膜片，其封閉所述壓力輸入口； 力傳遞單元，其在所述外殼內(nèi)部連接所述膜片的內(nèi)表面的中央?yún)^(qū)域 彼此；以及感壓元件，其一端與該力傳遞單元的中途連接，另一端與所述外殼 連接，并且，與垂直于所述膜片的受壓面的軸平行地排列檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣部之間形成 有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一體地設(shè)于該 膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的內(nèi)壁面中， 該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該周緣部成為 所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)，將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述 傳感器外殼熔接的熔接部。
14. 一種壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器具有外殼；壓力輸入口，其設(shè)置在該外殼的端面板上； 外表面為受壓面的膜片，其封閉所述壓力輸入口；力傳遞單元，其在所述外殼內(nèi)部，在所述膜片的內(nèi)表面的中央?yún)^(qū)域配置在與該膜片的受壓面垂直的軸線上，且與對(duì)置的外殼端面板連接； 以及感壓元件，其一端與該力傳遞單元的中途連接，另一端與所述外殼 連接，并且，與垂直于所述膜片的受壓面的軸同軸地設(shè)定檢測(cè)軸，所述膜片在圓盤(pán)狀的膜片主體、圓筒部、熔接部和周緣部之間形成 有階梯，該膜片主體受到外部壓力而撓曲變形，該圓筒部一體地設(shè)于該 膜片主體的周緣，且能夠嵌入到傳感器外殼的壓力輸入口的內(nèi)壁面中， 該熔接部與設(shè)于該圓筒部的端緣的所述傳感器外殼熔接，該周緣部成為 所述膜片主體的撓曲基點(diǎn)，將與所述壓力輸入口的開(kāi)口緣部相接的所述圓筒部端緣作為與所述 傳感器外殼熔接的熔接部。
全文摘要
本發(fā)明提供抑制了對(duì)熔接后的受壓面造成的殘留應(yīng)力并改善了經(jīng)年劣化的壓力傳感器用膜片和搭載了該膜片的壓力傳感器。壓力傳感器(10)用膜片(32)呈同心圓狀一體地具有中央部(膜片主體)(40)和周緣部(凸緣)(44)，該中央部(40)的外表面受到外部壓力而變形，內(nèi)表面向外殼(12)內(nèi)部的感壓元件(38)傳遞力，該周緣部(44)在所述中央部(膜片主體)(40)的外側(cè)，與形成在外殼(12)上的接頭(22)的外周熔接，所述壓力傳感器(10)用膜片(32)封閉所述接頭(22)，設(shè)置有在所述中央部(膜片主體)(40)和所述周緣部(凸緣)(44)之間形成階梯的緩沖部(42)。
文檔編號(hào)G01L9/08GK101603870SQ20091014741
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者本山久雄 申請(qǐng)人:愛(ài)普生拓優(yōu)科夢(mèng)株式會(huì)社