JP3465996B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤフラムを用いた静
電容量型の圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとして、例え
ば図１１及び図１２に示したような構造のものが知られ
ている（特開昭６３−２６２５３７号公報参照）。この
圧力センサ１は、下面中央部にエアー取入口３が突出形
成されたハウジング２と、このハウジング２の上面に配
置され且つ周縁部の３ヶ所がネジ４によって固定された
固定電極板５と、この固定電極板５の下側で所定の隙間
を設けて配置された可動電極板６と、この可動電極板６
の下面中央部に半田付けされ且つ周縁部が前記ハウジン
グ２の底部上面に接着固定されたダイヤフラム７とで構
成されている。そして、前記ハウジング２の周縁部に
は、前記固定電極板５と一体に打ち抜かれた一対の固定
電極端子８が、上記固定電極板のネジ４固定位置で下方
に折り曲げられて形成されており、またダイヤフラム７
の周縁部には可動電極端子９の一端が溶接もしくは半田
付けされている。なお、可動電極端子９の他端はハウジ
ング２の底を貫通して設けられている。

【０００３】上述のような構成からなる圧力センサ１に
あっては、測定圧力に応じた空気がエアー取入口３から
ハウジング２内に入ると、その空気圧に対応してダイヤ
フラム７が押圧変形され、さらにこのダイヤフラム７の
変形量に応じて可動電極板６が固定電極板５の方へ移動
するので、両者間の測定前後の静電容量の変化をとらえ
て圧力を測定することができる。なお、この種の圧力セ
ンサは、例えば血圧計などに利用されており、圧力セン
サ１から得られた電気的信号をＣＲ回路によって周波数
に変換し、これをマイコンなどで処理して血圧を表示す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧力センサ１にあっては、固定電極板５がハウジン
グ２に対して３ヶ所のネジ４で固定されているために、
ネジ固定の応力によるハウジング２の経時変形やネジ４
の経時緩みなどによって、固定電極板５と可動電極板６
との間の隙間が変化してしまい、これが測定誤差の原因
となるおそれがあった。また、従来の固定電極端子８は
固定電極板５と一体にプレス加工され、なおかつネジ４
により固定されており、大きなボリュームを占めている
ために、固定電極端子８及びネジ４の持つ浮遊容量が静
電容量の測定に影響して圧力感度や直線性を悪くしてし
まう等の問題があった。

【０００５】そこで、本発明は固定電極と可動電極との
間の隙間を一定に保持すると共に、電極以外の部分が静
電容量の測定に影響を及ぼさないようにして圧力感度や
直線性を向上させ、測定精度や信頼性をアップすること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧力センサ
は、測定圧力に対応して変位を発生するダイヤフラム
と、該ダイヤフラムに固着された可動電極と、該可動電
極に対向して設けられた固定電極と、これらダイヤフラ
ムに固着された可動電極および固定電極が組み込まれる
ハウジングとを備え、前記可動電極および固定電極から
延びる各電極端子をハウジングに固定することによっ
て、前記可動電極および固定電極がそれぞれハウジング
に固定されてなる圧力センサにおいて、前記固定電極の
電極端子が該固定電極とは別体で設けられると共に、こ
れら電極端子および固定電極が導電性接着剤によってハ
ウジングに一体に固定されることを特徴とする。特に、
固定電極の電極端子はピンのようなボリュームの小さな
ものが好ましい。また、上記ハウジングには固定電極を
固定するための取付孔や、電極端子を貫通させるための
貫通孔が設けられるが、これらの取付孔や貫通孔は導電
性接着剤が流れ込み易い形状となっていることが望まし
い。

【０００７】

【作用】上述の手段によれば、固定電極は導電性接着剤
によりハウジングに固定されるため、ネジ固定の応力に
よるハウジングの経時変形やネジの経時緩みなどがな
く、固定電極と可動電極との間の隙間が経時変化するこ
とがない。また、固定電極とその電極端子とを別体に構
成しネジをなくしたことで、電極端子の持つ浮遊容量が
静電容量の測定に影響を及ぼすことが非常に少ない。

【０００８】

【実施例】以下添付図面に基づいて本発明に係る圧力セ
ンサの実施例を詳細に説明する。図１乃至図９は圧力セ
ンサ１１の一実施例を示したものであり、先の実施例と
同様、下面中央部にエアー取入口１３が突出形成された
ハウジング１２を備える。そして、このハウジング１２
の上部周縁には等間隔に３ヶ所、固定電極板１４の周縁
部を固定するための円柱部１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設
けられ、その内の２ヶ所の円柱部１５ａ，１５ｂには図
６及び図９に示したように上下方向の貫通孔１６が形成
され、残りの１ヶ所の円柱部１５ｃには図４に示したよ
うに突起部１７が設けられている。

【０００９】一方、固定電極板１４は薄い金属製の円板
で構成されており、上記ハウジング１２の各円柱部１５
ａ，１５ｂ，１５ｃに対応して張出部１８ａ，１８ｂ，
１８ｃが周囲３ヶ所に形成されている．また、各張出部
１８ａ，１８ｂ，１８ｃの中央には図６及び図９に示し
たように固定電極端子１９と一緒にハウジング１２に固
定するための取付孔２０が設けられている。この取付孔
２０は、図９に示したように、左右に一対の小孔部２１
ａ，２１ｂを有する円孔であり、左右の小孔部２１ａ，
２１ｂから内部に導電性接着剤が流れ込み易い形状とな
っている。一方、上記ハウジング１２の円柱部１５ａ，
１５ｂに形成されている貫通孔１６は、図９に示したよ
うに、円柱部１５ａ，１５ｂの上面開口が上記取付孔２
０の小孔部２１ａ，２１ｂ側と同じ大きさの楕円形状を
している。そして、上面開口から下側へ向かってテーパ
２２が付けられており、さらにその下側にはハウジング
１２の底を貫通する細長い孔が形成されている。なお、
上記固定電極端子１９は、図３及び図９に示したよう
に、頭部２３と長い脚部２４とで構成されるが、この頭
部２３は上記取付孔２０の円孔の直径より小さく、また
上記貫通孔１６の上面開口の短軸径より大きい。また、
この固定電極端子１９は特にピン形状のボリュームの小
さいものが望ましい。

【００１０】上記ハウジング１２に固定電極板１４を取
り付ける場合には、先ずハウジング１２の上面に固定電
極板１４を載置し、２ヶ所の取付孔２０を円柱部１５
ａ，１５ｂの各貫通孔１６に位置合わせすると共に、１
ヶ所の取付孔２０を円柱部１５ｃの突起部１７に嵌め合
わせる。そして、固定電極板１４の上から取付孔２０内
に固定電極端子１９を挿入し、脚部２４の先端を貫通孔
１６から突出させる。この時、固定電極端子１９の頭部
２３は貫通孔１６の上面開口縁に係合する。そして、こ
の状態で取付孔２０の小孔２１ａ，２１ｂ内にエポキシ
系銀ペースト等の導電性接着剤２５を注入すると、図６
に示したように、導電性接着剤２５が貫通孔１６のテー
パ２２内に流れ込むと共に、固定電極端子１９の頭部２
３の周囲にも充填され、更に頭部２３が導電性接着剤２
５によって被覆される。なお、図４に示したように、円
柱部１５ｃの突起部１７の周囲にも導電性接着剤２５を
充填して突起部１７と固定電極板１４とを接着する。こ
のように、固定電極端子１９の周囲に導電性接着剤２５
を充填することで、ハウジング１２に対して固定電極板
１４と固定電極端子１９が一体となって確実に固定され
ると共に、固定電極板１４と固定電極端子１９との間の
導通も確実となる。

【００１１】一方、前記固定電極板１４の下面側には、
同心円状の可動電極板２６及びダイヤフラム２７がそれ
ぞれ所定の隙間を設けた状態で配置される。可動電極板
２６は固定電極板１４との間に設けられる隙間が全面に
亘って同一寸法を保持するように配置され、図４及び図
７に示したように、可動電極板２６の下面中央部がダイ
ヤフラム２７の上面中央部に半田付けされている。ダイ
ヤフラム２７は、その周縁部がハウジング１２の底部上
面にエポキシ系接着剤によって固定されていると共に、
図５及び図８に示したように、その周縁部の１ヶ所にピ
ン形状の可動電極端子２８が立設されている。この可動
電極端子２８は、上記固定電極端子１９と同様、頭部２
９と脚部３０とで構成されており、ハウジング１２に設
けられた貫通孔３１に脚部３０が挿入される。脚部３０
の先端が貫通孔３１から突出した状態で頭部２９及びダ
イヤフラム２７の周縁固定部を覆うようにして導電性接
着剤３２を充填すると、可動電極端子２８がハウジング
１２に固定されると共に、可動電極端子２８とダイヤフ
ラム２７との導通が確実にとれる。なお、上記いずれの
導電性接着剤２５，３２も、約１２０°Ｃのキュアー炉
で５分間ほど加熱することで固着する。

【００１２】このようにして完成させた圧力センサ１１
の圧力感度は、従来のものに比べて大幅に向上する。例
えば、圧力センサ１１に掛かる空気圧が０ｍｍＨｇの時
の静電容量の値と、空気圧が２８０ｍｍＨｇ（圧力セン
サを血圧計用として使用したときの最大空気圧とほぼ同
じ）の時の静電容量の値を測定した所、その容量変化が
上記実施例に係る圧力センサ１１の場合には１００サン
プル測定した平均が１５．７３８〔ｐＦ〕であったのに
対して、上述の従来例に係る圧力センサ１の場合には１
００サンプル測定した平均が１２．３０６〔ｐＦ〕であ
った。したがって、その差３．４３２（１５．７３８−
１２．３０６）となり、圧力感度が概ね２８％も向上し
たことになる。

【００１３】また、本実施例に係る圧力センサ１１は、
圧力感度だけなく直線性も大幅に向上する。直線性は、
圧力センサ１１に所定の空気圧を加えた時の入力側と出
力側の圧力をそれぞれ測定し、そのときの圧力差の大小
で善し悪しを判断することができ、圧力差が小さいほど
直線性に優れる。図１０は、上記実施例に係る圧力セン
サ１１と従来の圧力センサ１との間で直線性を比較した
ものであり、空気圧が０ｍｍＨｇから２８０ｍｍＨｇの
間の数ヶ所で入出力側双方の圧力を測定し、その圧力差
をそれぞれプロットした。これによれば、各測定圧力に
おける圧力差は、実施例の場合が従来例に比べて約１／
２の値となっている。換言すれば、本実施例の圧力セン
サ１１は、従来例の圧力センサ１に対して約２倍の直線
性があることになる。このことは測定値を補正して直線
に近づけるために用いるトリマ抵抗の抵抗値が小さくて
済むことを意味しており、その分ノイズに対する影響が
少なくなり信頼性がアップすると共にノイズ対策も容易
となる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧力
センサによれば、固定電極を導電性接着剤によりハウジ
ングに固定したから、従来のようなネジの緩みなどによ
って固定電極と可動電極との間の隙間が経時変化するこ
とがない。また、固定電極とその電極端子とを別体で構
成したので、電極端子が持つ浮遊容量が固定電極と可動
電極との間の静電容量の測定に影響を及ぼすことが少な
く、その分圧力感度や直線性が向上した。その結果、従
来の圧力センサに比べて測定精度が大幅にアップし信頼
性を一段と増すことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力センサの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】本発明に係る圧力センサの一実施例を示す平面
図である。

【図３】上記図２のＰ1 −Ｏ−Ｐ2 線断面図である。

【図４】上記図２のＯ−Ｐ3 線断面図である。

【図５】上記図２のＯ−Ｐ4 線断面図である。

【図６】上記図３のＡ部拡大図である。

【図７】上記図３のＢ部拡大図である。

【図８】上記図５のＣ部拡大図である。

【図９】上記図６の拡大斜視図である。

【図１０】圧力センサの直線性を従来例と比較したとき
のグラフである。

【図１１】従来における圧力センサの一例を示す斜視図
である。

【図１２】上記図１１における圧力センサの縦断面図で
ある。

【符号の説明】 １１ 圧力センサ １２ ハウジング １４ 固定電極板（固定電極） １９ 固定電極端子 ２５ 導電性接着剤 ２６ 可動電極板（可動電極） ２７ ダイヤフラム ２８ 可動電極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 27/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定圧力に対応して変位を発生するダイ
   ヤフラムと、該ダイヤフラムに固着された可動電極と、
   該可動電極に対向して設けられた固定電極と、これらダ
   イヤフラムに固着された可動電極および固定電極が組み
   込まれるハウジングとを備え、前記可動電極および固定
   電極から延びる各電極端子をハウジングに固定すること
   によって、前記可動電極および固定電極がそれぞれハウ
   ジングに固定されてなる圧力センサにおいて、前記固定電極の電極端子が該固定電極とは別体で設けら
   れると共に、これら電極端子および固定電極が導電性接
   着剤によってハウジングに一体に固定される ことを特徴
   とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記固定電極にはハウジングに固定する
   ための取付孔が設けられ、この取付孔は導電性接着剤が
   流れ込み易い形状となっている請求項１記載の圧力セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記ハウジングには固定電極の電極端子
   がハウジングを貫通するための貫通孔が設けられ、この
   貫通孔の上面開口から下側に向かってテーパが設けられ
   ている請求項１記載の圧力センサ。