JP2010043871A - 静電容量式圧力センサおよび静電容量式圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度を維持したままで小型化することを可能とした絶対圧を検出する静電容量式圧力センサを提供することである。
【解決手段】提案する静電容量式圧力センサ４は、絶対圧を検出する圧力センサであり、静電容量検出手段、寄生容量検出手段、を有する。そして、寄生容量検出のための、ダイアフラム４５と同電位である導電性の部材の窪みの平坦部６４に対する固定電極６１の形状を、静電容量検出手段のダイアフラム４５に対する固定電極５８の円形または略円形の形状に相補的に嵌合する形状とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、絶対圧を検出する静電容量式圧力センサ、その圧力センサを含む静電容量式圧力検出装置に関する。

圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムを使用して圧力を計測する技術がある。すなわち、計測したい圧力を伝える封入液（一般に「圧力伝達流体」という）によりダイアフラムが変位し、ダイアフラムと対向する電極とにより形成される静電容量がそのダイアフラムの変位に応じて変化する。

例えば、配管内の流体について流量等の物理量を計測する場合、配管内に絞り機構を設け、その絞り機構の上流側（高圧側）の配管内の流体が所定の流路に導かれて、その高圧に相当する圧力を圧力検出部の必要な部位に与える。また、配管内に設けた絞り機構の下流側（低圧側）の配管内の流体が所定の流路に導かれて、その低圧に相当する圧力を圧力検出部の必要な部位に与える。

このような場合、配管内の流体の圧力を計測するに際して、差圧（＝高圧側圧力−低圧側圧力）を差圧センサにより求めるとともに、高圧側圧力を絶対圧センサ（単に「圧力センサ」ということもある）により求める。

例えば、特許文献１では、測定電極対と参照電極対の形状および寸法を全く同一とした静電容量式圧力センサが示されている。そして、これにより、測定電極対における誘電率、シリコン−ガラスの膨張、歪み、浮遊容量の変化など温度によって変化するファクターを、簡素な構成においてキャンセルしている。

しかしながら、測定電極対と参照電極対の形状および寸法を全く同一としたために、省スペース化（小型化）が十分に達成されているとはいえない、という問題がある。
特開平６−６６６５８号公報

本発明は、精度を維持したままで小型化することを可能とした絶対圧を検出する静電容量式圧力センサおよびその圧力センサを含む静電容量式圧力検出装置を提供することを目的とする。

提案する第１の静電容量式圧力センサは、圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、上記ダイアフラムと上記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、上記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を上記所定の間隔を隔てて配置し、上記窪みの平坦部と上記第２の固定電極との間に上記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、上記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、を有する。そして、上記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、上記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、上記固定電極の円形または略円形の形状に相補的に嵌合する形状である。

提案する第２の静電容量式圧力センサは、第１の静電容量式圧力センサにおいて、上記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、上記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたものである。

提案する第３の静電容量式圧力センサは、第１の静電容量式圧力センサにおいて、上記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の複数箇所に窪みを上記ダイアフラムに対する固定電極の円形または略円形の形状を相補的に囲繞するように形成し、各窪みの平坦部に上記所定の間隔を隔てて第２の固定電極を形成し、それら複数箇所の第２の固定電極を電気的に接続して上記寄生容量検出手段を形成し、各箇所の第２の固定電極の各電極面積の和を、上記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と一致または略一致させたものである。

提案する第４の静電容量式圧力センサは、圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、上記ダイアフラムと上記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、上記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を上記所定の間隔を隔てて配置し、上記窪みの平坦部と上記第２の固定電極との間に上記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、上記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、を有する。そして、上記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、上記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、静電容量式圧力センサの長手方向とは直交する方向を長手方向に持つ矩形である。

提案する第５の静電容量式圧力センサは、第４の静電容量式圧力センサにおいて、上記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、上記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたものである。

提案する第１の静電容量式圧力センサによれば、寄生容量検出のための、ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状を、ダイアフラムに対する固定電極の円形または略円形の形状に相補的に嵌合する形状とした。これにより、静電容量式圧力センサの長手方向に詰めて固定電極および第２の固定電極を設けることが可能となり、静電容量式圧力センサの長手方向を詰めることが可能となる。よって、静電容量式圧力センサを小型化することが可能となる。

提案する第２の静電容量式圧力センサによれば、第１の静電容量式圧力センサにおいて、静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させた。これにより、ダイアフラムの変位量を補正して求めるに際して、その補正演算を精度よく行なうことができる。

提案する第３の静電容量式圧力センサによれば、ダイアフラムと同電位である導電性の部材の複数箇所に窪みを上記ダイアフラムに対する固定電極の円形または略円形の形状を相補的に囲繞するように形成し、各窪みの平坦部に上記所定の間隔を隔てて第２の固定電極を形成し、それら複数箇所の第２の固定電極を電気的に接続して寄生容量検出手段を形成している。よって、各電極を一層、静電容量式圧力センサの長手方向に詰めて構成することが可能となり、静電容量式圧力センサをさらに小型化することが可能となる。また、各箇所の第２の固定電極の各電極面積の和を、上記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と一致または略一致させたので、ダイアフラムの変位量を補正して求めるに際して、その補正演算を精度よく行なうことができる。

提案する第４の静電容量式圧力センサによれば、寄生容量検出のための、ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状を、静電容量式圧力センサの長手方向とは直交する方向を長手方向に持つ矩形形状とした。これにより、静電容量式圧力センサの長手方向に詰めて固定電極および第２の固定電極を設けることが可能となり、静電容量式圧力センサの長手方向を詰めることが可能となる。よって、静電容量式圧力センサを小型化することが可能となる。

提案する第５の静電容量式圧力センサによれば、第４の静電容量式圧力センサにおいて、静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させた。これにより、ダイアフラムの変位量を補正して求めるに際して、その補正演算を精度よく行なうことができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。なお、本願は、特願２００７−１３７２５２号を利用する。
提案する絶対圧を検出する静電容量式圧力センサ、その圧力センサを含む静電容量式圧力検出装置は、例えば、配管を流れる流体の流量等を計測する際に使用されるものである。配管内の流体の流量計測技術については、下記特許文献２等に示されている。
特開２００５−６９７０５号公報

この流量計測技術では、配管内に設けた絞り機構の上流側（高圧側）の配管内の流体が所定の流路に導かれて、その高圧に相当する圧力（ここでは、高圧側圧力をＰ２とする）を圧力検出部の必要な部位に与える。また、配管内に設けた絞り機構の下流側（低圧側）の配管内の流体が所定の流路に導かれて、その低圧に相当する圧力（ここでは、低圧側圧力をＰ１とする）を圧力検出部の必要な部位に与える。

なお、配管内の流体を計測するに際しては、差圧（＝Ｐ２−Ｐ１）を差圧センサにより求めるとともに、高圧側圧力（絶対圧）（＝Ｐ２）を圧力センサにより求める。
図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量式圧力検出装置の構成を示す図である。この装置は高さと幅が数ｃｍ程度で、円柱形状を有している。図１はその拡大断面図である。

図１の静電容量式圧力検出装置１は、基台２により差圧センサ部３および絶対圧センサ部４が設けられた側（基台２、容器５、および圧力伝達隔壁７で囲まれた側）とその反対側（すなわち、差圧センサ部３に通じる流路以外には何も設けられない側、あるいは、基台２、容器６、および圧力伝達隔壁１１で囲まれた側）とに分けられる。

上述の配管内の上流側の流体は、所定の流路に導かれて、その高圧に相当する圧力Ｐ２を差圧センサ部３および絶対圧センサ部４が設けられた側に設けられた圧力伝達隔壁７に伝える。圧力伝達隔壁７は、配管内の流体も、圧力検出装置内の圧力伝達流体８も互いに他方の側には通さない可動性の膜であり、配管内の上流側の流体が持つ圧力のみを差圧センサ部３および絶対圧センサ部４が設けられた側の圧力伝達流体８に伝える。

また、上述の配管内の下流側の流体は、所定の流路に導かれて、その低圧に相当する圧力Ｐ１を差圧センサ部３に通じる流路以外には何も設けられない側に設けられた圧力伝達隔壁１１に伝える。圧力伝達隔壁１１は、配管内の流体も、圧力検出装置内の圧力伝達流体１２も互いに他方の側には通さない可動性の膜であり、配管内の下流側の流体が持つ圧力のみを差圧センサ部３に通じる流路以外には何も設けられない側の圧力伝達流体１２に伝える。

基台２は、差圧センサ部３および絶対圧センサ部４を保持する基台である。
基台２には、１箇所に、反対側の圧力伝達隔壁７がある側に通じる孔（圧力ポート）１５が設けられている。そして、この圧力ポート１５が設けられた位置と差圧センサ部３の孔（導圧口）３５−２が設けられた位置との間に、内部が空洞である（内部に導圧口１７を有する）絶縁板１６が設けられ、差圧センサ部３の電極３７−２と基台２とを絶縁している。なお、絶縁板１６は、基台２および差圧センサ部３の電極３７−２に気密に接合される。

差圧センサ部３は、図１に示すように、シリコン基板２４の両面に対してエッチングにより円環状あるいはほぼ円環状の窪み（図では、空隙として示される）を形成するとともに、その窪みによって囲まれた円柱状あるいはほぼ円柱状の部分に対し、エッチングを行って、その円筒状あるいはほぼ円柱状の部分の厚みを、シリコン基板２４の厚みよりやや薄くする。すなわち、ダイアフラム２５は、その厚みがシリコン基板２４の厚みとほぼ同じで若干薄い円柱状あるいはほぼ円柱状の平坦部２６と、その平坦部２６の円柱の上下方向の所定範囲を囲う、円環状あるいはほぼ円環状の薄肉部２７と、を有する。

静電容量式圧力センサにおいては、このようなダイアフラムの形状が、圧力伝達流体の圧力をダイアフラムに一様に伝え、検出された静電容量から変位を求め、その変位から圧力を算出する際に有利であり、広く採用されている。

絶縁基板３１−１および３１−２は、シリコン基板２４とほぼ等しい熱膨張係数を有する絶縁材料により構成された板状の部材である。シリコン基板２４の両面の、ダイアフラム２５が形成された部分以外の周辺部において、それら各周辺部と、絶縁基板３１−１および３１−２とが静電接合等の方法により、互いに気密に接合されて、差圧センサ部３が構成される。

この結果、ダイアフラム２５と絶縁基板３１−１との間に、圧力伝達流体によって満たされることになる空隙３２−１が形成され、ダイアフラム２５と絶縁基板３１−２との間に、圧力伝達流体によって満たされることになる空隙３２−２が形成される。

図１に示すように、絶縁基板３１−１には孔（導圧口）３５−１が設けられ、絶縁基板３１−２には孔（導圧口）３５−２が設けられている。
絶縁基板３１−１の孔（導圧口）３５−１の内面、その孔３５−１の内面につながる絶縁基板３１−１の差圧センサ部３外側表面の所定範囲、および、その孔３５−１の内面につながる絶縁基板３１−１のダイアフラム２５との空隙側表面の所定範囲、を覆うようにスパッタ等の方法により電極を設け、その電極の外側表面部分を電極３７−１、空隙側表面部分を電極３６−１とする。

また、絶縁基板３１−２の孔（導圧口）３５−２の内面、その孔３５−２の内面につながる絶縁基板３１−２の差圧センサ部３外側表面の所定範囲、および、その孔３５−２の内面につながる絶縁基板３１−２のダイアフラム２５との空隙側表面の所定範囲、を覆うようにスパッタ等の方法により電極を設け、その電極の外側表面部分を電極３７−２、空隙側表面部分を電極３６−２とする。また、図において、シリコン基板２４は接地されている。

すなわち、接地されたシリコン基板２４の一部であるダイアフラム２５の平坦部２６の電極３６−１側表面（円形あるいはほぼ円形）と、それと同心でサイズが若干小さい円形あるいはほぼ円形の電極３６−１とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量（図では「Ｃ１」と表記）が形成される。

また、接地されたシリコン基板２４の一部であるダイアフラム２５の平坦部２６の電極
３６−２側表面（円形あるいはほぼ円形）と、それと同心でサイズが若干小さい円形あるいはほぼ円形の電極３６−２とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量（図では「Ｃ２」と表記）が形成される。

上述したように、ダイアフラム２５の空隙３２−１側は、圧力伝達流体８により、高圧側圧力Ｐ２に相当する圧力で押され、ダイアフラム２５の空隙３２−２側は、圧力伝達流体１２により、低圧側圧力Ｐ１に相当する圧力で押される。この結果、ダイアフラム２５は、その差に相当する分だけ、図１の矢印ａ方向に変位する。

そして、このダイアフラム２５の変位に応じて、電極３６−１と、接地されたシリコン基板２４の一部であるダイアフラム２５の平坦部２６の電極３６−１側表面との距離、電極３６−２と、接地されたシリコン基板２４の一部であるダイアフラム２５の平坦部２６の電極３６−２側表面との距離が調整されて、それら距離に応じた静電容量Ｃ１およびＣ２が検出される。

補正演算部（不図示）は、検出された静電容量Ｃ１およびＣ２を、下記（１）に代入してダイフラム２５の変位量Δｄ１を求める。なお、（１）式を用いることにより、圧力伝達流体８および１２の誘電率の温度や圧力による影響を除去できる。
（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２） ＝ Δｄ１／ｄ１ ・・・（１）
ここで、ｄ１は、圧力伝達流体８および１２の圧力がともにゼロであるときの、ダイアフラム２５の平坦部２６と、電極３６−１または３６−２との距離である。

そして、圧力算出部（不図示）により、予め求められている変位量Δｄ１と圧力との関係を用いて、求められた変位量Δｄ１に対応する圧力（差圧）を求める。
続いて、上述の特願２００７−１３７２５２号と比較し、本実施形態において新規な点である絶対圧センサ部４について説明する。

絶対圧センサ部４は、基台２にハンダや接着剤等が固まった接合部４１を介して固定される。なお、接合部４１は図に示される位置に限らず、絶対圧センサ部４のダイアフラム４５の近傍を避ける位置に設置することができる。

絶対圧センサ部４は、図１に示すように、シリコン基板４４の両面に対してエッチングにより円環状あるいはほぼ円環状の窪み（図では、空隙として示される）を形成するとともに、その窪みによって囲まれた円柱状あるいはほぼ円柱状の部分に対し、エッチングを行って、その円柱状あるいはほぼ円柱状の部分の厚みを、シリコン基板４４の厚みよりやや薄くする。すなわち、ダイアフラム４５は、その厚みがシリコン基板４４の厚みとほぼ同じで若干薄い円柱状あるいはほぼ円柱状の平坦部４６と、その平坦部４６の円柱の上下方向の所定範囲を囲う、円環状あるいはほぼ円環状の薄肉部４７と、を有する。

静電容量式圧力センサにおいては、このようなダイアフラムの形状が、圧力伝達流体の圧力をダイアフラムに一様に伝え、検出された静電容量から変位を求め、その変位から圧力を算出する際に有利であり、広く採用されている。

また、シリコン基板４４の片面に対して誘電率検出のための窪み（接合後は、空隙となる）４８をエッチングにより形成する。
絶縁基板５１−１および５１−２は、シリコン基板４４とほぼ等しい熱膨張係数を有する絶縁材料により構成された板状の部材である。シリコン基板４４の絶縁基板５１−１と接合する側の面の、ダイアフラム４５および窪み４８が形成された部分以外の周辺部において、その周辺部と、絶縁基板５１−１とが静電接合等の方法により気密に接合される。また、シリコン基板４４の絶縁基板５１−２と接合する側の面の、ダイアフラム４５が形
成された部分以外の周辺部において、その周辺部と、絶縁基板５１−２とが真空雰囲気で拡散接合または静電接合等の方法により気密に接合される。これにより、絶対圧センサ部４が形成される。

この結果、ダイアフラム４５と絶縁基板５１−１との間に、圧力伝達流体によって満たされることになる空隙５２−１が形成され、ダイアフラム４５と絶縁基板５１−２との間に、真空である空隙５２−２が形成される。

図１に示すように、絶縁基板５１−１にはダイアフラム４５へと通じる孔（導圧口）５５と、空隙４８に通じる孔５６とが設けられる。
絶縁基板５１−１の孔（導圧口）５５の内面、その孔５５の内面につながる絶縁基板５１−１の絶対圧センサ部４外側表面の所定範囲、および、その孔５５の内面につながる絶縁基板５１−１のダイアフラム４５との空隙側表面の所定範囲、を覆うようにスパッタ等の方法により電極を設け、その電極の外側表面部分を電極５９、空隙側表面部分を電極５８とする。

また、絶縁基板５１−１の孔５６の内面、その孔５６の内面につながる絶縁基板５１−１の絶対圧センサ部４外側表面の所定範囲、および、その孔５６の内面につながる絶縁基板５１−１のダイアフラム４５との空隙側表面の所定範囲、を覆うようにスパッタ等の方法により電極を設け、その電極の外側表面部分を電極６２、空隙側表面部分を電極６１とする。また、図において、シリコン基板４４は接地されている。

すなわち、接地されたシリコン基板４４の一部であるダイアフラム４５の平坦部４６の電極５８側表面（円形あるいはほぼ円形）と、それと同心でサイズが若干小さい円形あるいはほぼ円形の電極５８とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量（図では「Ｃ５」と表記）が形成される。

また、接地されたシリコン基板４４の空隙４８の平坦部６４（図２および図３において後述するように、この平坦部６４の形状は矩形である）と、それと相似あるいはほぼ相似でサイズが若干小さい矩形形状の電極６１とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量（図では「Ｃ７」と表記）が形成される。ダイアフラム部の圧力変化による静電容量は、圧力と温度に依存する静電容量も含まれており、それを補正する静電容量がＣ７である。

上述したように、ダイアフラム４５の空隙５２−１側は、圧力伝達流体８により、高圧側圧力Ｐ２に相当する圧力で押され、ダイアフラム４５の空隙５２−２側は真空である。この結果、ダイアフラム４５は、その差に相当する分だけ、図１の矢印ｂ方向に変位する。

そして、このダイアフラム４５の変位に応じて、電極５８と、接地されたシリコン基板４４の一部であるダイアフラム４５の平坦部４６の電極５８側表面との距離が調整されて、その距離に応じた静電容量Ｃ５が検出される。

また、電極６１と、接地されたシリコン基板４４の空隙４８に接する平坦部６４との間に、その間隔（固定値）と、封入された圧力伝達流体の誘電率とに応じた静電容量Ｃ７が検出される。

なお、絶縁基板５１−１は、パイレックス（登録商標）ガラス等の材料により構成されている。一般に、パイレックス（登録商標）ガラス等の材料では、温度に比例して誘電率が増加し、静電容量が変化する。そこで、電極６５を絶縁基板５１−１の外側表面上の電極５９と電極６２の間に設けて、その電極６５と、絶縁基板５１−１の厚みだけ隔てたシリコン基板４４の対応する表面部分とにより形成される静電容量Ｃ６を検出することで温度センサ部を構成することができる。

補正演算部（不図示）は、検出された静電容量Ｃ５およびＣ７を、下記（２）に代入してダイフラム４５の変位量Δｄ３を求める。なお、（２）式を用いることにより、圧力伝達流体８の誘電率の温度や圧力による影響を除去できる。
（Ｃ７−Ｃ５）／Ｃ５ ＝ Δｄ３／ｄ３ ・・・（２）
ここで、ｄ３は、圧力伝達流体による圧力がゼロのときの、ダイアフラム４５の平坦部４６と、電極５８との距離である。

そして、圧力算出部（不図示）により、予め求められている変位量Δｄ３と圧力との関係を用いて、求められた変位量Δｄ３に対応する圧力（絶対圧）を求める。
（２）式において、圧力ゼロの場合、ダイアフラム４５の変位量はゼロであることから、左辺の分子がゼロである必要がある。すなわち、静電容量（寄生容量補正容量）Ｃ７と静電容量Ｃ５とが等しい必要がある。

静電容量Ｃの算出式（３）を以下に示す。
Ｃ＝ε_０×ε_Ｓ×Ａ／ｄ ・・・（３）
ここで、ε_０は真空の誘電率、ε_Ｓは封入液（圧力伝達流体、シリコンオイル等）の誘電率、Ａは固定電極面積、ｄは固定電極間隔である。

（３）式において、ε_０とε_Ｓは定数であるから、圧力ゼロのときに、寄生容量補正容量Ｃ７と静電容量Ｃ５とを等しくするには、電極面積Ａと電極間隔ｄとを等しくする必要がある。

絶対圧センサ部４において、このような電極面積Ａと電極間隔ｄとを静電容量Ｃ５の検出部分と寄生容量補正容量Ｃ７の検出部分とで一致させた上で、寄生容量補正容量Ｃ７の検出部分の電極形状を後述するように最適なものにすることで、絶対圧センサ部４の精度を維持したままで絶対圧センサ部４を小型化することが可能となる。

続いて、図２、図４、図５を参照して、本実施形態の絶対圧センサ部の構成例について説明する。
なお、上述したように、接合部４１を、絶対圧センサ部４のダイアフラム４５の近傍を避ける位置に設置することから、図１では、絶対圧センサ部４の長手方向を立てるように絶対圧センサ部４を接合部４１に接合しているのに対し、以下に説明する図２（あるいは、図３、図４、図５）では、絶対圧センサ部４の長手方向を寝かせるように絶対圧センサ部４を接合部４１に接合している。いずれの接合形式も可能である。

図２は、本実施形態の絶対圧センサ部の構成図である。これは、図１の静電容量式圧力検出装置を右前方から見たときの正面図でもある。また、図３は図２の上面図である。
図２および図３において、電極５８と、接地されたシリコン基板４４の一部であるダイアフラム４５の平坦部４６の電極５８側表面とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量Ｃ５が形成される。また、電極６１と、接地されたシリコン基板４４の空隙４８の平坦部６４とにより、その間隔およびその間隔を満たす流体の誘電率に応じた静電容量Ｃ７が形成される。

静電容量の形成に寄与するのは、シリコン基板４４側に設けられた電極と、それに対向するシリコン基板４４の平坦部である。この場合、平坦部としては、ダイアフラム４５の平坦部４６と、空隙４８の平坦部６４があり、それぞれ、電極５８、電極６１と対となることで、静電容量Ｃ５、静電容量（寄生容量）Ｃ７を形成する。

すなわち、シリコン基板４４側に設けられた電極５８と電極６１の電極面積を等しくさせる、あるいは、ほぼ等しくさせるとともに、図２に示すように、誘電率検出のための矩形形状の電極６１の長手方向を、絶対圧センサ部４の長手方向と直交した方向にとることにより、絶対圧センサ部４の長手方向に詰めて、電極６１、電極６５、および電極５８を形成することができ、絶対圧センサ部４を小型化することが可能となる。

図４は、本実施形態の絶対圧センサ部の変形例（その１）である。
図４では、絶対圧センサ部４から温度センサとしての電極６５を省いた構成の絶対圧センサ部７０が示されている。そして、図２では電極６１は、矩形形状であり、その長手方向が絶対圧センサ部４の長手方向と直交した方向にとられていたのに対し、図４では、電極７２は、ダイアフラム４５の、圧力伝達流体の圧力導入方向から見た円形またはほぼ円形の断面形状に近い側が、そのダイアフラム４５の円形またはほぼ円形の断面形状に相補的に嵌合する形状を有している。

また、この電極７２の形状と同じまたはほぼ同じ形状をこの電極７２と一定間隔隔てて形成された底部に平坦部７４として持つ空隙をエッチングによりシリコン基板上に形成する。

図４の電極５８と電極７２の電極面積を等しくさせる、あるいは、ほぼ等しくさせることにより、絶対圧センサ部７０の長手方向に詰めて、電極７２および電極５８を形成することができ、絶対圧センサ部４を小型化することが可能となる。

図５は、本実施形態の絶対圧センサ部の変形例（その２）である。
図２では電極６１は、矩形形状であり、その長手方向が絶対圧センサ部４の長手方向と直交した方向にとられていたのに対し、図５では、電極８１−１、８１−２、８１−３、８１−４は、ダイアフラム４５の、圧力伝達流体の圧力導入方向から見た円形またはほぼ円形の断面形状を相補的に囲繞するように配置されるとともに、電極８１−１、８１−２、８１−３、８１−４は、電気的に接続される。なお、図５には示されていないが、実際には、電極８１−１〜８１−４には中心部に圧力伝達流体が通る孔（導圧口）がそれぞれ設けられている。

図５の電極８１−１、８１−２、８１−３、８１−４の各電極面積の和と、電極５８の電極面積を等しくさせる、あるいは、ほぼ等しくさせることにより、絶対圧センサ部８０を例えば図２の場合と比較して長手方向にさらに詰めて、電極８１−１〜８１−４および電極５８を形成することができ、絶対圧センサ部８０を小型化することが可能となる。

なお、図５では、温度センサとしての電極６５を含む構成が示されているが、電極６５を省いた構成とすることも可能である。この場合、例えば図４の場合と比較して長手方向にさらに詰めて、電極８１−１〜８１−４および電極５８を形成することができ、絶対圧センサ部８０をさらに小型化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る静電容量式圧力検出装置の構成を示す図である。 本実施形態の絶対圧センサ部の構成図である。 図２の上面図である。 本実施形態の絶対圧センサ部の変形例（その１）である。 本実施形態の絶対圧センサ部の変形例（その２）である。

符号の説明

１ 静電容量式圧力検出装置
２ 基台
３ 差圧センサ部
４、７０、８０ 絶対圧センサ部
５、６ 容器
８、１２ 圧力伝達流体
１５ 圧力ポート
１６ 絶縁板
１７、３５−１、３５−２、５５ 導圧口
２４、４４ シリコン基板
２５、４５ ダイアフラム
２６、４６、６４、７４ 平坦部
２７、４７ 薄肉部
３１−１、３１−２、５１−１、５１−２ 絶縁基板
３２−１、３２−２、４８、５２−１、５２−２ 空隙
３６−１、３６−２、３７−１、３７−２、５８、５９、６１、６２、６５、７２、８１−１、８１−２、８１−３、８１−４ 電極
４１ 接合部
５６ 孔

Claims (10)

1. 圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、前記ダイアフラムと前記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を前記所定の間隔を隔てて配置し、前記窪みの平坦部と前記第２の固定電極との間に前記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、
   前記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、を有し、
   前記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、
   前記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、前記固定電極の円形または略円形の形状に相補的に嵌合する形状であることを特徴とする静電容量式圧力センサ。
2. 前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、前記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたことを特徴とする請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
3. 前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の複数箇所に窪みを前記ダイアフラムに対する固定電極の円形または略円形の形状を相補的に囲繞するように形成し、各窪みの平坦部に前記所定の間隔を隔てて第２の固定電極を形成し、それら複数箇所の第２の固定電極を電気的に接続して前記寄生容量検出手段を形成し、
   各箇所の第２の固定電極の各電極面積の和を、前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と一致または略一致させたことを特徴とする請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
4. 圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、前記ダイアフラムと前記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を前記所定の間隔を隔てて配置し、前記窪みの平坦部と前記第２の固定電極との間に前記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、
   前記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、を有し、
   前記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、
   前記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、静電容量式圧力センサの長手方向とは直交する方向を長手方向に持つ矩形であることを特徴とする静電容量式圧力センサ。
5. 前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、前記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたことを特徴とする請求項４記載の静電容量式圧力センサ。
6. 圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、前記ダイアフラムと前記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を前記所定の間隔を隔てて配置し、前記窪みの平坦部と前記第２の固定電極との間に前記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、
   前記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、
   前記静電容量検出手段により検出された静電容量と、前記寄生容量検出手段により検出された静電容量とから前記ダイアフラムの変位量を、前記圧力伝達流体の誘電率の温度・
   圧力依存性を除去するように補正して求める補正演算手段と、
   求められた変位量から前記圧力伝達流体の圧力を求める圧力算出手段と、を有し、
   前記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、
   前記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、前記固定電極の円形または略円形の形状に相補的に嵌合する形状であることを特徴とする静電容量式圧力検出装置。
7. 前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、前記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたことを特徴とする請求項６記載の静電容量式圧力検出装置。
8. 前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の複数箇所に窪みを前記ダイアフラムに対する固定電極の円形または略円形の形状を相補的に囲繞するように形成し、各窪みの平坦部に前記所定の間隔を隔てて第２の固定電極を形成し、それら複数箇所の第２の固定電極を電気的に接続して前記寄生容量検出手段を形成し、
   各箇所の第２の固定電極の各電極面積の和を、前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と一致または略一致させたことを特徴とする請求項６記載の静電容量式圧力検出装置。
9. 圧力に応じて変形する導電性のダイアフラムの片側に固定電極を所定の間隔を隔てて配置し、前記ダイアフラムと前記固定電極との間に圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する静電容量検出手段と、
   前記ダイアフラムと同電位である導電性の部材の窪みの平坦部の片側に第２の固定電極を前記所定の間隔を隔てて配置し、前記窪みの平坦部と前記第２の固定電極との間に前記圧力伝達流体が封入された状態で形成された静電容量を検出する寄生容量検出手段と、
   前記ダイアフラムのもう片側に設けられた基準圧力室と、
   前記静電容量検出手段により検出された静電容量と、前記寄生容量検出手段により検出された静電容量とから前記ダイアフラムの変位量を補正して求める補正演算手段と、
   求められた変位量から圧力を求める圧力算出手段と、を有し、
   前記ダイアフラムに対する固定電極の形状は、前記ダイアフラムの円柱状または略円柱状の平坦部と同心の円形または略円形であり、
   前記窪みの平坦部に対する第２の固定電極の形状は、静電容量式圧力センサの長手方向とは直交する方向を長手方向に持つ矩形であることを特徴とする静電容量式圧力検出装置。
10. 前記静電容量検出手段の固定電極の電極面積と、前記寄生容量検出手段の第２の固定電極の電極面積とを、一致または略一致させたことを特徴とする請求項９記載の静電容量式圧力検出装置。

Images