JP3144647B2 - 静電容量型圧力センサ素子 - Google Patents
静電容量型圧力センサ素子Info
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Description
この発明は、油圧、空気圧などの測定に用いられるの静
電容量型圧力センサ素子に関する。
電容量型圧力センサ素子に関する。
【０００１】
【従来の技術】従来からダイヤフラムタイプの圧力セン
サが広く用いられているが、これには信頼性、感度、残
留歪み、温度特性、耐圧性、生産性、コストなどきびし
い要求がなされている。その構造は、測定すべき圧力を
ダイヤフラムに与え、この変化を電気的手段で検出する
点で共通するもので、これを図示すれば図６及び図７の
通りである。
サが広く用いられているが、これには信頼性、感度、残
留歪み、温度特性、耐圧性、生産性、コストなどきびし
い要求がなされている。その構造は、測定すべき圧力を
ダイヤフラムに与え、この変化を電気的手段で検出する
点で共通するもので、これを図示すれば図６及び図７の
通りである。
【０００２】図６で、１は例えばアルミナを主成分とす
る電気絶縁性の円板状ダイヤフラムである。このダイヤ
フラム１は、圧力を受けると変形するように、例えば厚
さを約０．５〜０．９mmと薄膜である。２はアルミナな
どの絶縁性の円板状基板である。３は第１電極でダイヤ
フラム１の内側に設けられ、また４は第２電極で基板２
の内側に取り付けられ、これらの第１電極、第２電極は
いずれも円板状である。５はシ−ル材で、ダイヤフラム
１と基板２が所定の間隔で配置されるようにその外縁に
所定の厚さで介在されてあり、中央部に気密な圧力室６
が形成されている。そして、第１電極３、第２電極４に
は、図７に示すように導電性シ−ル材でリ−ド部材７、
８に接続されている。
る電気絶縁性の円板状ダイヤフラムである。このダイヤ
フラム１は、圧力を受けると変形するように、例えば厚
さを約０．５〜０．９mmと薄膜である。２はアルミナな
どの絶縁性の円板状基板である。３は第１電極でダイヤ
フラム１の内側に設けられ、また４は第２電極で基板２
の内側に取り付けられ、これらの第１電極、第２電極は
いずれも円板状である。５はシ−ル材で、ダイヤフラム
１と基板２が所定の間隔で配置されるようにその外縁に
所定の厚さで介在されてあり、中央部に気密な圧力室６
が形成されている。そして、第１電極３、第２電極４に
は、図７に示すように導電性シ−ル材でリ−ド部材７、
８に接続されている。
【０００３】しかしながら、かかる従来の圧力センサ素
子は、シ−ル材５でシ−ル固定する際に電極間距離がバ
ラツキ、静電容量の不均一を生じるという問題が指摘さ
れていた。このため、、図６に示すように、ダイヤフラ
ム１と基板２とが常に一定の電極間で組み立てられるよ
うに、予めシ−ル材５の中に、その間隔に相当する大き
さを有しかつシ−ル時に軟化或いは溶融しない粒状物９
を埋設する方法が知られていた（特開昭５５−８００２
９号）。
子は、シ−ル材５でシ−ル固定する際に電極間距離がバ
ラツキ、静電容量の不均一を生じるという問題が指摘さ
れていた。このため、、図６に示すように、ダイヤフラ
ム１と基板２とが常に一定の電極間で組み立てられるよ
うに、予めシ−ル材５の中に、その間隔に相当する大き
さを有しかつシ−ル時に軟化或いは溶融しない粒状物９
を埋設する方法が知られていた（特開昭５５−８００２
９号）。
【０００４】確かに、この先行技術のように粒状物９を
用いる方法は電極間距離を一定とするには有効な方法で
はあるが、問題はここで使用するシリカ、アルミナなど
の粒状物の寸法精度を出すことであって、その点につい
ては、いまなお必ずしも満足すべきものではないのが実
情である。そのため従来は、シ−ル固定した後の圧力セ
ンサの静電容量を電気的に変換する回路において、その
都度回路定数を変更するなどしてこうした問題に対処し
ていた。
用いる方法は電極間距離を一定とするには有効な方法で
はあるが、問題はここで使用するシリカ、アルミナなど
の粒状物の寸法精度を出すことであって、その点につい
ては、いまなお必ずしも満足すべきものではないのが実
情である。そのため従来は、シ−ル固定した後の圧力セ
ンサの静電容量を電気的に変換する回路において、その
都度回路定数を変更するなどしてこうした問題に対処し
ていた。
【０００５】
【発明がを解決しようとする課題】この発明は、ダイヤ
フラムと固定基板とをシ−ル固定した際の電極間の不均
一に起因する静電容量のバラツキを解決して常に静電容
量が一定の静電容量型圧力センサ素子を得ようとするも
ので、補正電極を設け、或いは中央に凹所を設けた固定
基板を用い前記課題を解決しようとするものである。
フラムと固定基板とをシ−ル固定した際の電極間の不均
一に起因する静電容量のバラツキを解決して常に静電容
量が一定の静電容量型圧力センサ素子を得ようとするも
ので、補正電極を設け、或いは中央に凹所を設けた固定
基板を用い前記課題を解決しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、電気絶縁性
の固定基板と、これと対向した位置に配設し圧力で変位
する電気絶縁性のダイヤフラムと、上記固定基板と電気
絶縁性のダイヤフラムとの間で周縁にシール材を介在し
てシール固定することで上記ダイヤフラムと固定基板と
の間で気密に形成された圧力室と、ダイヤフラムの固定
基板と対向する面に設けた第１電極と、上記第１電極と
対向する面域で上記固定基板に設けた第１電極よりも小
さい第２電極と、上記固定基板に第２電極と離間して設
けた複数個の補正電極とからなり、上記第２電極及び複
数個の補正電極とはこれら電極と対向する第１電極の面
域の中に存在すると共に、上記第１電極、第２電極及び
補正電極はそれぞれ各導電性リードで電気的に外部に引
き出されており、静電容量型圧力センサ素子の静電容量
を第１電極と第２電極との間で生ずる静電容量と第１電
極と必要な個数の補正電極との間で生ずる静電容量の総
和とすることを特徴とする静電容量型圧力センサ素子で
ある。
の固定基板と、これと対向した位置に配設し圧力で変位
する電気絶縁性のダイヤフラムと、上記固定基板と電気
絶縁性のダイヤフラムとの間で周縁にシール材を介在し
てシール固定することで上記ダイヤフラムと固定基板と
の間で気密に形成された圧力室と、ダイヤフラムの固定
基板と対向する面に設けた第１電極と、上記第１電極と
対向する面域で上記固定基板に設けた第１電極よりも小
さい第２電極と、上記固定基板に第２電極と離間して設
けた複数個の補正電極とからなり、上記第２電極及び複
数個の補正電極とはこれら電極と対向する第１電極の面
域の中に存在すると共に、上記第１電極、第２電極及び
補正電極はそれぞれ各導電性リードで電気的に外部に引
き出されており、静電容量型圧力センサ素子の静電容量
を第１電極と第２電極との間で生ずる静電容量と第１電
極と必要な個数の補正電極との間で生ずる静電容量の総
和とすることを特徴とする静電容量型圧力センサ素子で
ある。
【０００７】
【作用】請求項１の発明の静電容量型圧力センサ素子
は、固定基板に第２電極と補正電極を設け、ダイヤフラ
ムと固定基板をシ−ルド後、静電容量のバラツキが存在
していても、補正電極で調整することによって、電極間
距離にバラツキのある圧力センサ素子が製造された場合
でも容易に静電容量の調整が出来るようにして、電気変
換回路における回路定数をその都度変更しなくともよい
ようにしたものである。
は、固定基板に第２電極と補正電極を設け、ダイヤフラ
ムと固定基板をシ−ルド後、静電容量のバラツキが存在
していても、補正電極で調整することによって、電極間
距離にバラツキのある圧力センサ素子が製造された場合
でも容易に静電容量の調整が出来るようにして、電気変
換回路における回路定数をその都度変更しなくともよい
ようにしたものである。
【０００８】また、請求項２の発明の静電容量型圧力セ
ンサ素子は、中央に凹所を有する電気絶縁性の固定基板
と、これと対向したダイヤフラムで構成したので、ダイ
ヤフラムと固定基板とを直接シ−ル固定し、これによっ
てダイヤフラムに固定した第１電極と固定基板の凹所に
設けた第２電極との電極間を常に一定となるようにし
て、静電容量のバラツキを回避出来るようにしたもので
ある。
ンサ素子は、中央に凹所を有する電気絶縁性の固定基板
と、これと対向したダイヤフラムで構成したので、ダイ
ヤフラムと固定基板とを直接シ−ル固定し、これによっ
てダイヤフラムに固定した第１電極と固定基板の凹所に
設けた第２電極との電極間を常に一定となるようにし
て、静電容量のバラツキを回避出来るようにしたもので
ある。
【０００９】
【実施例】図１で、１０は例えばアルミナを主成分とす
る電気絶縁性の円板状ダイヤフラムである。このダイヤ
フラム１０は、圧力を受けると変形するように、例えば
厚さを約０．５〜０．９mmと薄膜とする。１１はアルミ
ナなどの絶縁性の円板状の固定基板である。１２は第１
電極でダイヤフラム１０の内側に設けられている。この
第１電極と対向する絶縁性の固定基板１１の面には第２
電極１３が設けれているが、この第２電極１３の外側に
は補正電極１４，１４…が、所定の間隔を置いて複数個
（図では２個）設けられている。
る電気絶縁性の円板状ダイヤフラムである。このダイヤ
フラム１０は、圧力を受けると変形するように、例えば
厚さを約０．５〜０．９mmと薄膜とする。１１はアルミ
ナなどの絶縁性の円板状の固定基板である。１２は第１
電極でダイヤフラム１０の内側に設けられている。この
第１電極と対向する絶縁性の固定基板１１の面には第２
電極１３が設けれているが、この第２電極１３の外側に
は補正電極１４，１４…が、所定の間隔を置いて複数個
（図では２個）設けられている。
【００１０】これらの補正電極１４，１４…は、すべて
これらと対向する第１電極の面域の中に入るように設置
されている。１５はシ−ル材で第１電極１２と第２電極
１３及び補正電極１４，１４を所定の間隔にしてシ−ル
固定し、この間に圧力室１６を形成するようにする。
これらと対向する第１電極の面域の中に入るように設置
されている。１５はシ−ル材で第１電極１２と第２電極
１３及び補正電極１４，１４を所定の間隔にしてシ−ル
固定し、この間に圧力室１６を形成するようにする。
【００１１】なお、このシ−ル材１５の中には、電極間
を可能な範囲で一定とするように、電極間距離に近似し
た大きさの図示しない粒状物、柱状物を埋設しておくこ
とは差し支えない。１７1 ，１７2 ，１７3 ，は、第１
電極１２、第２電極１３、補正電極１４の各導電性リ−
ド部である。また１８は、第１電極１２と導電性リ−ド
部１７1 を接合するための導電性シ−ル材である。図２
は図１のＡ−Ａ矢印断面で、この発明の圧力センサ素子
の固定基板に配置される第２電極１３と補正電極１４の
関係を示したものである
を可能な範囲で一定とするように、電極間距離に近似し
た大きさの図示しない粒状物、柱状物を埋設しておくこ
とは差し支えない。１７1 ，１７2 ，１７3 ，は、第１
電極１２、第２電極１３、補正電極１４の各導電性リ−
ド部である。また１８は、第１電極１２と導電性リ−ド
部１７1 を接合するための導電性シ−ル材である。図２
は図１のＡ−Ａ矢印断面で、この発明の圧力センサ素子
の固定基板に配置される第２電極１３と補正電極１４の
関係を示したものである
【００１２】なお、この発明においては、第２電極１３
と補正電極１４の配置関係を図示したものと反対にし
て、固定基板１１の外側に第２極を、その内側に複数の
補正電極を設けるようにすることもできる。
と補正電極１４の配置関係を図示したものと反対にし
て、固定基板１１の外側に第２極を、その内側に複数の
補正電極を設けるようにすることもできる。
【００１３】静電容量型圧力センサでの静電容量Ｃは、
固定基板の電極面積をＡ、圧力室内の気体の誘電率を
ε、電極間の距離をδとすると、Ｃ＝ε・Ａ／δとな
り、静電容量は電極間の距離のバラツキに直接影響され
る。
固定基板の電極面積をＡ、圧力室内の気体の誘電率を
ε、電極間の距離をδとすると、Ｃ＝ε・Ａ／δとな
り、静電容量は電極間の距離のバラツキに直接影響され
る。
【００１４】しかるに、上記の発明のものは、第２電極
１３の外周に補正電極１４，１４…を設けるようにした
ので、ここに於ける静電容量Ｃは、第２電極との間で生
ずる静電容量Ｃ0 と、製作上の誤差から生ずる電極間の
距離をδの相違により、必要な個数の補正電極１４，１
４…との間で生ずる静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 ……との総和と
して求めることが出来る。このため、こうした必要個数
の補正電極を用いると、従来の如く製品ごとに静電容量
のバラツキがあっても、補正電極による静電容量の組合
わせで常に所定の静電容量の確保が容易にできて、これ
までのように固定した静電容量の圧力センサで、電気変
換回路の回路定数の変更といった煩わしさはしなくと
も、電極間の距離のバラツキの静電容量の補正を容易に
行うことが出来る。
１３の外周に補正電極１４，１４…を設けるようにした
ので、ここに於ける静電容量Ｃは、第２電極との間で生
ずる静電容量Ｃ0 と、製作上の誤差から生ずる電極間の
距離をδの相違により、必要な個数の補正電極１４，１
４…との間で生ずる静電容量Ｃ1 ，Ｃ2 ……との総和と
して求めることが出来る。このため、こうした必要個数
の補正電極を用いると、従来の如く製品ごとに静電容量
のバラツキがあっても、補正電極による静電容量の組合
わせで常に所定の静電容量の確保が容易にできて、これ
までのように固定した静電容量の圧力センサで、電気変
換回路の回路定数の変更といった煩わしさはしなくと
も、電極間の距離のバラツキの静電容量の補正を容易に
行うことが出来る。
【００１５】また、図示するような補正電極を用いる
と、補正電極が外側に設けられているのでダイヤフラム
の変位が小さく従って静電容量の変化も小さく、動的な
補正にも細かく対応することが出来る。
と、補正電極が外側に設けられているのでダイヤフラム
の変位が小さく従って静電容量の変化も小さく、動的な
補正にも細かく対応することが出来る。
【００１６】請求項２の発明は請求項１の発明と同様に
静電容量のバラツキの問題を解決したもので、解決すべ
き技術課題は同一であるが、そのための手段は相違し以
下の通りである。請求項２の発明の１実施例を図３ない
し図５で説明する。
静電容量のバラツキの問題を解決したもので、解決すべ
き技術課題は同一であるが、そのための手段は相違し以
下の通りである。請求項２の発明の１実施例を図３ない
し図５で説明する。
【００１７】図３は、図１と同様に圧力センサ素子の側
断面を示したものである。図３で２０は、電気絶縁性の
円板状ダイヤフラムである。このダイヤフラム２０は、
図１に示すものと同様に圧力を受けると容易に変形する
薄膜である。
断面を示したものである。図３で２０は、電気絶縁性の
円板状ダイヤフラムである。このダイヤフラム２０は、
図１に示すものと同様に圧力を受けると容易に変形する
薄膜である。
【００１８】２１はアルミナなどの電気絶縁性の円板状
の固定基板である。この固定基板２１は図示するように
中央部に凹部２２を設け、さらにこの凹部２２上縁内側
にわん曲部２３が形成されている。ダイヤフラム２０は
固定基板の凹部２２の上部周縁でシ−ル固定され、固定
基板２１の中央部に設けた凹部２２で圧力室２４が形成
されるようにする。２５はダイヤフラムに設けられた第
１電極、２６は固定基板に設けられた第２電極であり、
これらは導電性リ−ド部２７、２８にそれぞれ接続され
ている。
の固定基板である。この固定基板２１は図示するように
中央部に凹部２２を設け、さらにこの凹部２２上縁内側
にわん曲部２３が形成されている。ダイヤフラム２０は
固定基板の凹部２２の上部周縁でシ−ル固定され、固定
基板２１の中央部に設けた凹部２２で圧力室２４が形成
されるようにする。２５はダイヤフラムに設けられた第
１電極、２６は固定基板に設けられた第２電極であり、
これらは導電性リ−ド部２７、２８にそれぞれ接続され
ている。
【００１９】実施例２は上記ように、従来の所定厚さの
シ−ル材を介して固定基板とダイヤフラムをシ−ル固定
する方式に代え、固定基板に凹所を設けダイヤフラムと
固定基板を直接シ−ル固定して電極間を一定とするもの
である。従って、これによっても静電容量のバラツキの
問題を容易に解決した圧力センサ素子を得ることが出来
るようになったものである。
シ−ル材を介して固定基板とダイヤフラムをシ−ル固定
する方式に代え、固定基板に凹所を設けダイヤフラムと
固定基板を直接シ−ル固定して電極間を一定とするもの
である。従って、これによっても静電容量のバラツキの
問題を容易に解決した圧力センサ素子を得ることが出来
るようになったものである。
【００２０】さらに、この圧力センサ素子にあっては、
固定基板の凹部上縁内側にわん曲部２３が形成されてい
るので、ダイヤフラムが加圧されて変形する場合、その
変位を中央部に集中しかつその部分での変化量が大とな
ることが回避され、ダイヤフラムの変位を出来るだけ外
周側を含めて広い領域で行うことができ、従って電極が
広い範囲で平行して移動するようにしたものである。ま
た、このものはダイヤフラム周縁部に応力集中を生じな
いようにして破損が防止されるようにしたものである。
固定基板の凹部上縁内側にわん曲部２３が形成されてい
るので、ダイヤフラムが加圧されて変形する場合、その
変位を中央部に集中しかつその部分での変化量が大とな
ることが回避され、ダイヤフラムの変位を出来るだけ外
周側を含めて広い領域で行うことができ、従って電極が
広い範囲で平行して移動するようにしたものである。ま
た、このものはダイヤフラム周縁部に応力集中を生じな
いようにして破損が防止されるようにしたものである。
【００２１】図４は、ダイヤフラム２０が変位する領域
の内径２ａでこれに圧力ｐが加えられた状態を示し、図
５はその場合のダイヤフラム２０の変位の状態を示した
ものである。図５からも分かるように、固定基板の凹部
上縁内側にわん曲部を形成することによって、加圧され
たダイヤフラムは外周部を含む広い範囲で一様に変位す
る。これによってダイヤフラムに与えられた圧力によく
対応した静電容量の直線的変化を得ることが出来る。
の内径２ａでこれに圧力ｐが加えられた状態を示し、図
５はその場合のダイヤフラム２０の変位の状態を示した
ものである。図５からも分かるように、固定基板の凹部
上縁内側にわん曲部を形成することによって、加圧され
たダイヤフラムは外周部を含む広い範囲で一様に変位す
る。これによってダイヤフラムに与えられた圧力によく
対応した静電容量の直線的変化を得ることが出来る。
【００２２】
【発明の効果】以上の通り、本発明の静電容量型の圧力
センサによれば、ダイヤフラムと固定基板をシ−ルドし
た後に発生する静電容量のバラツキの問題を容易に解消
することが出来るようになった。
センサによれば、ダイヤフラムと固定基板をシ−ルドし
た後に発生する静電容量のバラツキの問題を容易に解消
することが出来るようになった。
【００２３】即ち、請求項１の発明では補正電極を組み
合わせた使用により、シ−ルド時の電極間のバラツキか
ら生じる不均一な静電容量を常に所定の静電容量とする
ことが出来るようになった。このため、従来とられてい
た電気変換回路における回路定数のその都度の変更など
が不要となるとともに、製品の歩留り、生産性を著しく
向上させることが出来るようになった。
合わせた使用により、シ−ルド時の電極間のバラツキか
ら生じる不均一な静電容量を常に所定の静電容量とする
ことが出来るようになった。このため、従来とられてい
た電気変換回路における回路定数のその都度の変更など
が不要となるとともに、製品の歩留り、生産性を著しく
向上させることが出来るようになった。
【００２４】また、請求項２の発明では固定基板に凹所
を設けたので、ダイヤフラムと固定基板とが、間隔を所
定間隔とするシ−ル材を用いないでも、電極間距離を容
易にしかも正確に所定の値にしてシ−ルすることが出来
るようになった。
を設けたので、ダイヤフラムと固定基板とが、間隔を所
定間隔とするシ−ル材を用いないでも、電極間距離を容
易にしかも正確に所定の値にしてシ−ルすることが出来
るようになった。
【００２５】しかも、この発明では固定基板の周縁に曲
面を形成したので、ダイヤフラムの最大応力の緩和が出
来、さらにダイヤフラムの変位が周縁部に向けて大きく
なり、ダイヤフラムに加えられる圧力と静電容量の関係
を一層直線的することが出来るようになった。
面を形成したので、ダイヤフラムの最大応力の緩和が出
来、さらにダイヤフラムの変位が周縁部に向けて大きく
なり、ダイヤフラムに加えられる圧力と静電容量の関係
を一層直線的することが出来るようになった。
【図１】この発明の１実施例の静電容量型圧力センサの
断面図。
断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢印方向の断面図。
【図３】この発明の他の１実施例の静電容量型圧力セン
サの断面図。
サの断面図。
【図４】図３に示す静電容量型圧力センサの加圧状態を
示す説明図。
示す説明図。
【図５】図３に示す静電容量型圧力センサのダイヤフラ
ムの周縁部の加圧状態を示す説明図。
ムの周縁部の加圧状態を示す説明図。
【図６】従来の静電容量型圧力センサの断面図。
【図７】図６に示す静電容量型圧力センサの他の部分の
断面図。
断面図。
【符号の説明】 １０，２０…ダイヤフラム、１１，２１…固定基板、１
２，２５…第１電極、１３，２６…第２電極、１４…補
正電極、１５…シ−ル材、１６，２４…圧力室、１
７1 ，１７2 ，１７3 ，２７，２８…導電性リ−ド部、
２２…凹部、２７わん曲部。
２，２５…第１電極、１３，２６…第２電極、１４…補
正電極、１５…シ−ル材、１６，２４…圧力室、１
７1 ，１７2 ，１７3 ，２７，２８…導電性リ−ド部、
２２…凹部、２７わん曲部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−21331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−198739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−55235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−300930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/12
Claims (1)
- 【請求項１】 電気絶縁性の固定基板と、これと対向し
た位置に配設し圧力で変位する電気絶縁性のダイヤフラ
ムと、上記固定基板と電気絶縁性のダイヤフラムとの間
で周縁にシール材を介在してシール固定することで上記
ダイヤフラムと固定基板との間で気密に形成された圧力
室と、ダイヤフラムの固定基板と対向する面に設けた第
１電極と、上記第１電極と対向する面域で上記固定基板
に設けた第１電極よりも小さい第２電極と、上記固定基
板に第２電極と離間して設けた複数個の補正電極とから
なり、上記第２電極及び複数個の補正電極とはこれら電
極と対向する第１電極の面域の中に存在すると共に、上
記第１電極、第２電極及び補正電極はそれぞれ各導電性
リードで電気的に外部に引き出されており、静電容量型
圧力センサ素子の静電容量を第１電極と第２電極との間
で生ずる静電容量と第１電極と必要な個数の補正電極と
の間で生ずる静電容量の総和とすることを特徴とする静
電容量型圧力センサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30054891A JP3144647B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 静電容量型圧力センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30054891A JP3144647B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 静電容量型圧力センサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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