JP2002195904A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
センサを提供することにある。 【解決手段】 対向する電極11,14間に、圧力によ
って誘電率を変化させる感圧膜13を積層一体化した。
Description
超薄型の静電容量式圧力センサに関する。
例えば、特開平7−55615号公報に記載のものがあ
る。すなわち、コンデンサ素子の対向電極間に、加圧に
より弾性変化する弾性誘電体を介装したことを特徴とす
る静電容量型力センサである。そして、このセンサに圧
力が加わると、弾性誘電体が弾性変化し、対向電極間の
距離が変化する。このため、コンデンサ素子の静電容量
が変化し、この静電容量の変化を測定することにより、
圧力を検出できる。
圧力センサでは、弾性誘電体を厚さ方向に弾性変形させ
る必要があるので、弾性誘電体に所定の厚さを必要と
し、圧力センサの薄型化に限界がある。また、弾性誘電
体の厚さ方向の弾性変形に応じて片側の対向電極も変形
し、機械的疲労が蓄積するので、所望の寿命が得られな
い。さらに、前記弾性誘電体の誘電率は外部温度の影響
によって変化しやすく、特性が不安定である。このた
め、温度変化による影響を回避するための工夫が必要と
なり、構造が複雑になるという問題点がある。
単で、耐久性に優れた超薄型の圧力センサを提供するこ
とを目的とする。
サは、前記目的を達成するため、圧力によって誘電率を
変化させる感圧膜を、対向する電極間に配置して積層一
体化した構成としてある。したがって、本発明によれ
ば、従来例のように厚さ方向の弾性変形を考慮する必要
がなく、超薄型の圧力センサが得られる。また、従来例
のように弾性変形する部分がないので、対向電極に機械
的疲労が蓄積せず、耐久性が向上する。さらに、従来例
のように温度の影響を受けやすい弾性誘電体を使用する
必要がなく、外部温度の影響を考慮する必要がない。こ
のため、構造が簡単で、製造が容易な圧力センサを得ら
れるという効果がある。
ク製基材の表面、あるいは、フレキシブルなフィルムの
表面に積層一体化して圧力センサを構成してもよい。本
実施形態によれば、前述の効果に加え、使い勝手の良い
圧力センサを得られるという効果がある。
形態を図1ないし図7の添付図面に従って説明する。第
1実施形態は、図1に示すように、セラミック製基材1
0の表面に圧力センサを形成した場合である。すなわ
ち、基材10の表面中央に第1電極11、感圧膜13、
第2電極14を順次積層一体化した後、保護膜16で被
覆した場合である。なお、説明の便宜上、図1(A)に
おいて保護膜16は図示されていない。
ラミック、多結晶セラミック(MoSi2,Al2O3,
SiC,Si3N4)、あるいは、ガラス等の無機質材が
挙げられる。なお、基材10は板状無機質材に限らず、
例えば、金属フィルム,樹脂フィルムであってもよい。
金属フィルムとしては、例えば、ステンレス,りん青銅
を代表とする銅合金,アルミニウム,チタン等のフィル
ムが挙げられる。また、樹脂フィルムとしては、例え
ば、ポリイミド,ポリエチレンテレフタレート,ポリカ
ーボネイト,ポリフェニレンサルファイド等のフィルム
が挙げられる。
構成するものであり、前記基材10および後述する感圧
膜13との相性を考慮して選択すればよく、例えば、C
r,Au,Cu,Ag,Al,Ta等の他、AgNi等
の合金が挙げられる。第1電極11の形成方法として
は、例えば、印刷,薄膜処理,スパッタ,蒸着,イオン
プレーティングが挙げられる。
るものであり、例えば、AlN(窒化アルミニウム)の
他、GaN,InN,NbN,TaNが挙げられる。な
お、感圧膜13は、必ずしも単一の素材で形成する必要
はなく、必要に応じて前述の材料を組み合わせ、あるい
は、積層して形成してもよい。また、感圧膜13の厚さ
は必要に応じて選択できるが、厚さ1μmないし10μ
m、特に、2μmないし5μmが好適である。1μm未
満であると、絶縁不良を発生するからであり、10μm
を越えると、静電容量が小さく、製造コストがアップす
るからである。特に、窒化アルミニウムで感圧膜13を
形成する場合には、厚さ3μmないし5μmが好適であ
る。3μm未満であると、ピンホールが発生し、絶縁不
良が発生するからであり、5μmを越えると、静電容量
が小さく、製造コストがアップするからである。さら
に、感圧膜13の形成方法としては、任意の方法を選択
でき、例えば、スパッタリング法,イオンプレーティン
グ法,CVD法,PVD法などが挙げられる。
ンデンサー素子の一部を構成するものであり、第1電極
11と同一の材料および方法で形成できる。ただし、必
ずしも常に第1電極11と同一の材料,方法で形成する
必要はなく、必要に応じて異なる材料,方法で形成して
もよい。
めとする樹脂フィルム,ガラス材,SiO2からなるも
のが挙げられる。ただし、第1電極11,第2電極14
のリード線12,15の端部は保護膜16に被覆されて
いない。
作について説明する。圧力センサに外部圧力が負荷され
ていない場合には、感圧膜13は誘電率が一定であり、
静電容量も一定である。そして、保護膜16に所定の外
部圧力が負荷されると、感圧膜13の誘電率が変化し、
静電容量が変化する。このため、電極11,14で静電
容量を測定することにより、圧力の大きさを測定でき
る。
の第1実施形態とほぼ同様であり、異なる点は第1,第
2電極11,14のリード線12,15を基材10の下
面まで延在させた点、および、前記基材10の下面を除
いて保護膜16で被覆した点である。他は前述の実施形
態とほぼ同様であるので、説明を省略する。本実施形態
によれば、プリント基板に表面実装できるので、組立作
業が容易になるという利点がある。
実施形態とほぼ同様であり、異なる点は、基材10を貫
通する一対の接続端子17,18を第1,第2電極1
1,14のリード線12,15にそれぞれ接続した点で
ある。他は前述の実施形態と同様であるので、説明を省
略する。本実施形態によれば、センサ素子を汎用リード
部品と同様に扱うことができ、構成部品すべてを同一方
向から組立てられるという利点がある。
の第3実施形態とほぼ同様であり、異なる点は基材10
の上方全面を保護膜16で被覆した点である。本実施形
態によれば、基材10の上方全面が保護膜16で被覆さ
れている一方、接続端子17,18の下端部が基材10
の下面から突出している。このため、本実施形態にかか
る圧力センサをプリント基板に実装すれば、絶縁性の高
い圧力センサが得られる。
電極11を中心電極19aと環状電極19bとからなる
同心円状に形成した場合である。そして、基材10を貫
通する一対の接続端子18,17が前記中心電極19a
および環状電極19bにそれぞれ接続されている。な
お、本実施形態にかかる中心電極19aおよび環状電極
19bの大きさ,比率等は必要に応じて変更できること
は勿論である。本実施形態によれば、同一表面に形成し
た第1電極11の中心電極19aおよび環状電極19b
に接続端子18,17をそれぞれ接続できるので、第2
電極14の形状が簡単になり、製造が容易になる。ま
た、圧力と誘電率との相関関係が線形になり、測定しや
すいという利点がある。
電極11を一対の半円形状の分割電極20a,20bで
構成した場合である。本実施形態によれば、第1実施形
態にかかる第1電極11にスリットを入れて分割電極2
0a,20bを形成し、それぞれに接続端子17,18
を接続する。このため、第1電極11の形状を複雑にす
ることなく、一対の接続端子17,18を接続できるの
で、製造が容易になるという利点がある。
ルム状基材21の表面に圧力センサとIC部品24とを
配置し、接続した場合である。すなわち、平面長方形の
ポリイミドフィルムからなる基材21の表面に第1電極
11、リード線12,15、および、接続パッド22a
ないし22d、23aないし23dを形成した(図
A)。ついで、第1電極11の上面に強誘電体、例え
ば、窒化アルミニウムからなる感圧膜13をスパッタリ
ングで形成する(図B)。さらに、前記感圧膜13の表
面に第2電極14を形成するとともに、この第2電極1
4をリード線15に接続する(図C)。最後に、前記接
続パッド22aないし22d、23aないし23dにI
C部品24の接続端子をそれぞれ位置決めし、電気接続
する(図Dおよび図E)。本実施形態によれば、通常、
圧力センサを設置しにくい狭い空間、あるいは、密閉し
た空間内の圧力をも容易に検知できるという利点があ
る。例えば、自動車タイヤ内の圧力測定、あるいは、腕
時計内に組み込んで外気圧を測定,表示するという使用
方法が挙げられる。
来例のように厚さ方向の弾性変形を考慮する必要がな
く、超薄型の圧力センサが得られる。また、従来例のよ
うに弾性変形する部分がないので、対向電極に機械的疲
労が蓄積せず、耐久性が向上する。さらに、従来例のよ
うに温度の影響を受けやすい弾性誘電体を使用しないの
で、外部温度の影響を考慮する必要がなくなり、構造が
簡単で、製造が容易な圧力センサを得られるという効果
がある。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aは平面図、図Bは縦断面図である。
を示し、図Aないし図Dは製造工程を示す平面図、図E
は縦断面図である。
感圧膜、14…第2電極、15…リード線、16…保護
膜、17,18…接続端子、19a…中心電極、19b
…環状電極、20a,20b…分割電極、21…基材、
24…IC部品。
Claims (3)
- 【請求項1】 圧力によって誘電率を変化させる感圧膜
を、対向する電極間に配置して積層一体化したことを特
徴とする圧力センサ。 - 【請求項2】 最下層に位置する電極を、セラミック製
基材の表面に積層一体化した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】 最下層に位置する電極を、フレキシブル
なフィルムの表面に積層一体化したことを特徴とする請
求項1に記載の圧力センサ。
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