JP2003106918A - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数が少なく、密閉空間の内圧を高精度
で測定できるとともに、動作不良が生じくい小型の圧力
センサを提供することにある。 【解決手段】 上方に膨出するダイヤフラム２０の周辺
縁部２１をベース部材１０に固着一体化して密閉した基
準圧力室２９を形成するとともに、前記ダイヤフラム２
０の下面に絶縁材２７を介して可動電極２４を一体化す
る一方、前記基準圧力室２９内で前記可動電極２４に所
定間隔で対向するように固定電極１５を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサ、特に、
密閉空間の内圧、例えば、自動車タイヤ内の空気圧、コ
ンプレッサーのタンク内の圧力を測定するだけでなく、
エアコン，掃除機，給湯器，サニターにも適用できる静
電容量式圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、気
圧を測定する通常の圧力センサは大気圧を基準とし、そ
れとの差圧を測定して圧力を測定していた。このため、
大気を導入する開放機構を設ける必要があり、密閉空間
の内圧測定は極めて困難であった。また、前記開放機構
を設けると、部品点数が多くなるとともに、小型化が困
難であった。特に、可動電極,固定電極が露出している
と、塵埃等の付着によって動作不良が生じやすいという
問題点があった。

【０００３】本願発明は、前記問題点に鑑み、部品点数
が少なく、密閉空間の内圧を高精度で測定できるととも
に、動作不良が生じくい小型の圧力センサを提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる圧力セン
サは、前記目的を達成するため、上方に膨出する隔膜の
周辺縁部をベース部材に固着一体化して密閉した基準圧
力室を形成するとともに、前記隔膜の下面に絶縁材を介
して可動電極を一体化する一方、前記基準圧力室内で前
記可動電極に所定間隔で対向するように固定電極を配置
した構成としてある。

【０００５】したがって、本発明によれば、外部圧力の
変化に対して基準圧力室を形成する隔膜が板厚方向に変
位し、基準圧力室内で対向する可動電極および固定電極
間の距離が変化する。このため、静電容量の変化を測定
して密閉された外部空間の内圧を検出できる。また、隔
膜に絶縁材を介して可動電極を一体化し、密閉している
ので、従来例のような開放機構を必要とせず、部品点数
の少ない小型の圧力センサが得られる。さらに、可動電
極および固定電極のいずれもが密閉された基準圧力室内
に配置されている。このため、外部環境の影響、例え
ば、塵埃の付着や酸等による腐蝕が生じず、動作不良を
防止できる。この結果、耐久性，信頼性に優れた圧力セ
ンサが得られる。特に、隔膜およびベース部材が金属材
であれば、その効果はより一層向上する。

【０００６】また、上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベ
ース部材に固着一体化して密閉した基準圧力室を形成す
るとともに、前記隔膜の下面に固体の絶縁材を介して可
動電極を固定する一方、前記基準圧力室内で前記可動電
極に所定間隔で対向するように固定電極を配置した構成
としてある。したがって、本発明によれば、前述の効果
に加え、隔膜の下面に固体絶縁材を介して可動電極を固
定するので、隔膜と可動電極との距離を大きくでき、絶
縁性の高い圧力センサが得られる。

【０００７】さらに、前記圧力センサは、前記基準圧力
室内に液体を充填した構成であってもよい。一般に基準
圧力室内に充填した液体は気体よりも温度変化による影
響を受けにくい。このため、外部温度による外乱を受け
にくく、信頼性のより一層高い圧力センサが得られる。

【０００８】そして、ベース部材と固定電極との間に絶
縁材を配置しておいてもよい。前記絶縁材の配置によ
り、回路の短絡を防止でき、信頼性をより一層高めるこ
とができるという効果がある。

【０００９】本発明にかかる圧力センサの製造方法は、
スペーサを介して所定間隔で対向したままの状態で可動
電極および固定電極をベース部材に一体化した後、治具
の位置決め用凹部に位置決めしたダイヤフラムに前記可
動電極を対向せしめるとともに、絶縁材を介して前記ダ
イヤフラムと前記可動電極とを一体化した工程からなる
ものである。

【００１０】本発明にかかる製造方法によれば、スペー
サを介して所定間隔で対向したままの状態で可動電極お
よび固定電極をベース部材に一体化した後、治具の位置
決め用凹部に位置決めしたダイヤフラムと前記可動電極
とを絶縁材を介して一体化する。このため、高い位置決
め精度で製造できる。特に、前記絶縁材が固体であれ
ば、可動電極と絶縁材との距離を大きくでき、絶縁性の
高い圧力センサが得られるという効果がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の圧力センサにかかる実施
形態を図１ないし図８の添付図面に従って説明する。第
１実施形態は、図１ないし図６に示すように、ベース部
材１０の環状縁部１１にダイヤフラム２０の環状縁部２
１を一体化して形成した基準圧力室２９内で、固定電極
１５および可動電極２４が所定間隔で対向するように配
置したものである。

【００１２】前記ベース部材１０は、断面略ハット形状
の導電性金属材からなる。そして、前記ベース部材１０
は、その底部１２の中央に後述する固定電極１５の軸部
１６を挿通するための貫通孔１３を有するとともに、前
記底部１２の隅部に可動電極端子２６を挿通するための
貫通孔１４を有している。なお、前記貫通孔１３は、図
１に示すように、環状段部１３ａを有している。これ
は、シール材を注入した場合に不要なシール材の流入を
防止するとともに、前記固定電極１５の軸部１６とベー
ス部材１０とを出来る限り離すことにより、初期浮遊容
量を低減させるためである。このため、初期浮遊容量の
低減を図るべく、ベース部材１０の貫通孔１３のうち、
固定電極１５の軸部１６に接近する部分は薄くなってい
る。

【００１３】固定電極１５は、その下面中央部に軸部１
６を突設した断面略Ｔ字形状を有する。そして、この軸
部１６を、ベース部材１０の貫通孔１３に挿通した後、
シール材１７を注入，固化することにより、固定電極１
５がベース部材１０に支持される。

【００１４】前記ダイヤフラム２０の中央部は上方に膨
出した形状を有し、その中央部の中心は平坦面２２であ
るとともに、その周囲に同心円状の凹凸面２３が形成さ
れている。ただし、前記平坦面２２の大きさは必要に応
じて変更できる。

【００１５】前記可動電極２４は、図２に示すように、
その周辺縁部から延在した平面略Ｃ字形状の弾性アーム
部２５を介して端子２６に連結されている。そして、前
記ダイヤフラム２０の平坦面２２の下面に接着剤２７を
介して固着一体化され、前記ダイヤフラム２０から電気
的に絶縁されている。

【００１６】シールドカバー３０は、前述のベース部材
１０を収納可能な断面略コ字形状を有し、その開口縁部
から下方に端子３１を突設してある。さらに、前記シー
ルドカバー３０は、その天井面の中央部に中心孔３２が
形成されている。そして、前記シールドカバー３０は、
前記ベース部材１０の環状縁部１１に組み付けることに
より、前記ベース部材１０の環状縁部１１とで前記ダイ
ヤフラム２０の環状縁部２１を挟持するとともに、その
中心孔３２からダイヤフラム２０の中央部が突出する。
なお、端子３１を除いた前記シールドカバー３０は、直
径６ｍｍ、高さ２．６ｍｍの外形寸法を有している。

【００１７】次に、本実施形態にかかる圧力センサーの
組立方法について説明する。まず、図３に示すように、
平面略Ｃ字形状の基準突部４２が形成された第１組立治
具４０の位置決め用凹部４１に、可動電極２４を位置決
めする。そして、前記基準突部４２にスペーサ４３を組
み付けた後、固定電極１５を位置決めする（図４）。つ
いで、前記位置決め用凹部４１にベース部材３０を組み
付けた後、貫通孔１３，１４にシール剤１７をそれぞれ
注入，固化することにより、ベース３０に固定電極１５
および可動電極２４を一体化するとともに、シールする
（図５Ａ）。

【００１８】次に、図５Ｂに示すように、第２組立治具
４５の位置決め用凹部４６に設けた環状段部４７にダイ
ヤフラム２０を位置決めする。ついで、前記ダイヤフラ
ム２０の上面中央部に絶縁材２７となる接着剤を滴下
し、固定電極１５および可動電極２４を一体化したベー
ス部材１０を位置決めする。そして、前記接着剤が固化
した後、第２治具４５から中間製品を取り出し、前記ダ
イヤフラム２０を少し持ち上げてスペーサ４３を取り出
す。さらに、前記ベース部材１０にシールドカバー２９
を組み付け、その周辺縁部を溶接一体化して密閉するこ
とにより、組立作業が完了する。

【００１９】次に、前述の構成からなる圧力センサの動
作について説明する。基準圧力室２９が外部圧力と釣り
合っている場合には、可動電極２４が固定電極１５に所
定の間隔で対向している。そして、前述の外部圧力が低
下すると、前記ダイヤフラム２０が膨張し、可動電極２
４が固定電極１５から離れて静電容量が減少し、外部圧
力の低下を検出できる。一方、外部圧力が増大すると、
前記ダイヤフラム２０が押し込まれ、可動電極２４が固
定電極１５に接近して静電容量が増大し、外部圧力の増
大を検出できる。

【００２０】本実施形態では、ダイヤフラム２０の表面
は露出しているが、ダイヤフラム２０と可動電極２４と
は絶縁材２７を介して絶縁されている。このため、ダイ
ヤフラム２０の表面近傍に保護用シールド材（図示せ
ず）を配置した場合に、前記ダイヤフラム２０と前記シ
ールド材との間に水滴が溜まって導通しても、電気容量
とならない。この結果、湿度に強い圧力センサが得られ
るという利点がある。

【００２１】第２実施形態は、図７および図８に示すよ
うに、可動電極２４とダイヤフラム２０とを固体の絶縁
材からなるプランジャ２８を介して一体化した場合であ
る。前記プランジャ２８としては、ガラス、ゴム、樹
脂、セラミック等からなるものが挙げられる。他は前述
の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一番
号を附して説明を省略する。

【００２２】なお、前記ダイヤフラム２０は前述の形状
に限らず、中央部の周囲に同心円状の凹凸面を設けない
ものであってもよい。

【００２３】また、前述の実施形態では、基準圧力室２
９内に気体を充填した場合について説明したが、液体を
充填してもよい。液体としては、例えば、シリコンオイ
ル等が挙げられる。このように液体を基準圧力室２９内
に充填しておくと、前記液体は温度の影響を気体よりも
受けにくいので、温度変化による外乱を受けにくく、測
定精度が向上するという利点がある。

【００２４】

【発明の効果】本発明の圧力センサによれば、外部圧力
の変化に対して基準圧力室を形成する隔膜が板厚方向に
変位し、基準圧力室内で対向する固定電極および可動電
極間の距離が変化する。このため、静電容量の変化を測
定して外部空間の圧力を検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明にかかる圧力センサの第１実施形態
を示す組立断面図である。

【図２】 図１で示した圧力センサの分解斜視図であ
る。

【図３】 第１実施形態にかかる圧力センサの組立方法
を説明するための断面図である。

【図４】 第１実施形態にかかる圧力センサの組立方法
を説明するための断面図である。

【図５】 第１実施形態にかかる圧力センサの組立方法
を説明するための断面図である。

【図６】 第１実施形態にかかる圧力センサの組立方法
を説明するための断面図である。

【図７】 本願発明にかかる圧力センサの第２実施形態
を示す組立断面図である。

【図８】 図７で示した圧力センサの分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…ベース部材、１１…環状縁部、１２…底部、１
３，１４…貫通孔、１５…固定電極、１６…軸部、１７
…シール材、２０…ダイヤフラム、２１…環状縁部、２
２…平坦面、２３…凹凸面、２４…可動電極、２５…弾
性アーム部、２６…端子、２７…絶縁材、２８…プラン
ジャ、２９…基準圧力室、３０…シールドカバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD01 EE25 FF01 FF43 GG01 GG11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベース
   部材に固着一体化して密閉した基準圧力室を形成すると
   ともに、前記隔膜の下面に絶縁材を介して可動電極を一
   体化する一方、前記基準圧力室内で前記可動電極に所定
   間隔で対向するように固定電極を配置したことを特徴と
   する圧力センサ。
2. 【請求項２】 上方に膨出する隔膜の周辺縁部をベース
   部材に固着一体化して密閉した基準圧力室を形成すると
   ともに、前記隔膜の下面に固体の絶縁材を介して可動電
   極を固定する一方、前記基準圧力室内で前記可動電極に
   所定間隔で対向するように固定電極を配置したことを特
   徴とする圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記基準圧力室内に液体を充填したこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 ベース部材と固定電極との間に絶縁材を
   配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   １項に記載の圧力センサ。
5. 【請求項５】 スペーサを介して所定間隔で対向したま
   まの状態で可動電極および固定電極をベースに一体化し
   た後、治具の位置決め用凹部に位置決めしたダイヤフラ
   ムに前記可動電極を対向せしめるとともに、絶縁材を介
   して前記ダイヤフラムと前記可動電極とを一体化したこ
   とを特徴とする圧力センサの製造方法。