JP4052716B2

JP4052716B2 - 圧力検出素子及び圧力センサ

Info

Publication number: JP4052716B2
Application number: JP05298998A
Authority: JP
Inventors: 裕也石黒; 修三串田
Original assignee: 株式会社センサータ・テクノロジーズジャパン
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11237292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力センサの技術分野にかかり、特に、静電容量型の圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧力センサは油圧機器や自動車等の部品として広く用いられており、一般には、圧力変化に応じて変化する抵抗値や静電容量の値を検出し、加わった圧力を測定する圧力センサが行用いられている。
【０００３】
従来技術の圧力センサのうち、静電容量型の圧力センサに用いられる圧力検出素子を図３の符号１３０に示す。
【０００４】
この圧力検出素子１３０は、円柱状の基台１３１と、リング状のスペーサ１３３と、薄板状の基板１３２とを有しており、基台１３１と基板１３２とが、スペーサ１３３を挟んで、表面が平行に対向するように近接配置されている。
【０００５】
基台１３１の、基板１３２に対向する表面には、固定電極１３５が形成されており、また、基板１３２の固定電極１３５と対向する表面には、可動電極１３６が形成され、固定電極１３５と可動電極１３６との間に静電容量が生じるように構成されている。
【０００６】
スペーサ１３３は、非弾性材料で構成されており、他方、基板１３２は薄板状に成形され、可撓性を有するため、基板１３２の裏面に圧力が加わった場合、基板１３２が変位し、それによって固定電極１３５と可動電極１３６との間に形成される静電容量の値が変化するようになっている。
【０００７】
図４の符号１５６は、その静電容量を示しており、静電容量測定回路１５５によって、その値を測定できるようにされている。そして、静電容量１５６の値が測定されると、逆に、基板１３２に加えられた圧力を算出することが可能となる。
【０００８】
このような構成の圧力検出素子１３０では、静電容量１５６の値の変動成分は微小であるため、静電容量１５６を検出する際に、リーク電流等による誤差成分が一緒に検出されると、圧力測定の精度が悪化してしまう。
【０００９】
そこで従来技術でも対策が採られており、固定電極１３５の周囲にガード電極１３７を形成し、固定電極１３５からリーク電流が流れ出した場合であっても、静電容量１５６の検出結果に悪影響を与えないように構成されていた。
【００１０】
しかしながら静電容量１５６の検出精度はリーク成分に影響を与えられるだけではない。圧力センサの使用環境によっては、基板１３２の裏面に液体等の導電性の異物１３９が付着する場合があるが、その導電性の異物１３９は、可動電極１３６との間で浮遊容量１５８を形成する他、付着した場所によっては固定電極１３５との間にも浮遊容量１５９を形成してしまう。そして、それらの浮遊容量１５８、１５９は直列接続された状態になり、全体の浮遊容量１５７が、固定電極１３５と可動電極１３６とで構成される静電容量１５６に対し、並列に接続されてしまう。
【００１１】
基板１３８が変位し、固定電極１３５と可動電極１３６との間の静電容量１５６が変化する場合、可動電極１３６と異物１３９との間の浮遊容量１５８の大きさは変化しないが、固定電極１３５と異物１３９との間の浮遊容量１５９は変化するため、固定電極１３５と可動電極１３６との間の静電容量１５６の検出精度が悪化するという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、導電性の付着物による浮遊容量の影響を受けない圧力検出素子、及び、その圧力検出素子を用いた圧力センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、基台上に形成された固定電極と、基板表面に形成され、前記固定電極と対向配置された可動電極とを有し、前記基板裏面に加わる圧力によって、前記基板が前記基台に対して相対的に変位すると、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量が変化するように構成された圧力検出素子と、圧力検出素子を含む筐体とを有し、前記基板裏面にはシールド電極が形成され、筐体の先端部には開口が形成され、当該開口から筐体内部に導入路が形成され、当該導入路は筐体内部の台座に通じ、圧力検出素子の基台が台座上にのせられ、基板裏面のシールド電極が導入路側に向けられ、シールド電極と導入路底部の周囲に設けられた押圧部との間にはオーリングが配置され、オーリングはシールド電極表面と押圧部表面によって押圧され、基板と筐体がオーリングを介して気密に固定され、シールド電極はオーリングよりも外側部分まで延びている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、前記シールド電極が基板裏面の全面に形成され、前記基台には固定電極から離間してガード電極が形成されている。
【００１５】
本発明は上述のように構成されて、基台上に固定電極が形成され、基板表面に可動電極が形成されており、基台裏面に圧力が加わると、基板が変位するようになっている。基板が変位する結果、固定電極と可動電極とで構成されるコンデンサの静電容量が変化するので、その容量変化を検出すると、基板裏面に加わった圧力を求めることが可能となる。
【００１６】
基板裏面には、シールド電極が形成されており、シールド電極と可動電極との間にも静電容量が形成されるようになっている。そして、基板裏面の圧力が加わる部分はシールド電極で覆われており、基板が露出していないので、圧力センサ内に異物が侵入した場合にはシールド電極表面に付着する。この場合、異物が導電性物質であっても、シールド電極と可動電極との間の静電容量値には影響が無く、従って、可動電極と固定電極との間に形成される静電容量の変化成分を検出し、圧力を求める際にも誤差は生じない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１(ａ)、(ｂ)を参照し、符号５は本発明の一例の圧力センサであり、内部に導入路１５が形成された筺体１１を有している。該筺体１１の内部には、台座１８と、該台座１８上に着座された圧力検出素子３０とが配置されている。
【００１８】
その圧力検出素子３０は、本発明の一実施形態を示すものであり、図２に示すように、それぞれセラミックスで構成された基台３１、基板３２、スペーサ３３を有している。
【００１９】
基台３１は、直径約２２ｍｍ、厚さ約５ｍｍの円柱状に成形されており、基板３２は、直径約２２ｍｍ、厚さ約１ｍｍの薄板状に成形されている。また、スペーサ３３は、基台３１や基板３２よりもやや小径のリング状に成形されている。
【００２０】
基台３１と基板３２とは、そのスペーサ３３を間に挟み、互いの表面が平行に対向するように固定されている。基台３１の、基板３２に対向する表面には、固定電極３５が形成されており、基板３２の、固定電極３５と対向する表面には、可動電極３６が形成されている。また、固定電極３５の周囲には、リング状に配置された導電性のガード電極３７が形成されており、基板３２の裏面には、シールド電極３８が全面に形成されている。
【００２１】
この圧力検出素子３０は、基台３１が台座１８上に乗せられており、基板３２裏面のシールド電極３８が導入路１５側に向けられている。
【００２２】
シールド電極３８と、筺体１１の導入路１５底部の周囲に設けられた押圧部１９との間には、オーリング１７が配置されており、オーリング１７は、シールド電極３８表面と押圧部１９表面によって押圧され、基板３２と筺体１１とがオーリング１７を介して気密に密着固定されている。導入路１５の上端部は開口１６になっており、圧力検出素子３０が筺体１１内に固定された状態では、導入路１５の底面に、シールド電極３８が露出するようになっている。
【００２３】
台座１８には、孔１３が複数個設けられており、孔１３内には、図示しないピンがそれぞれ挿入されている。各ピンの下端部は、図示しない測定回路に接続されており、先端部は、固定電極３５と、可動電極３６と、ガード電極３７にそれぞれ当接されている。このようなピンが測定回路に接続されているため、固定電極３５と可動電極３６との間の静電容量を測定できるように構成されている。
【００２４】
この圧力センサ５を使用する場合、筺体１１の先端部１２を測定対象である図示しない装置に気密に取り付け、導入路１５と測定対象の装置の内部とが、開口１６を介して互いに連通するように構成しておく。
【００２５】
圧力センサ５内部では、オーリング１７によって、基板３２の導入路１５側の雰囲気と、基板３２と基台３１との間の雰囲気は互いに遮断されているので、測定対象の装置内の圧力が変化した場合、圧力は導入路１５を介して基板３２に加わる。
【００２６】
基板３２周囲はスペーサ３３によって基台３１表面に固定されているため、例えば圧力が増大した場合には、基板３２の中央部分がへこむ。逆に圧力が減少した場合には、へこみ量は少なくなる。このように、基板３２の中央部分が、基台３１に対して相対的に変位する。
【００２７】
その結果、固定電極３５と可動電極３６との間の距離が変化し、固定電極３５と可動電極３６との間の静電容量が変化する。
【００２８】
その静電容量の値と圧力との間の関係を予め求めておき、静電容量の値を図示しない測定回路によって検出すると、基板３２に加えられた圧力を求めることが可能となる。
【００２９】
その場合、測定対象の装置の種類によっては、圧力変化に伴って導入路１５内に異物が侵入することがある。この圧力センサ５では、導入路１５底面にシールド電極３８が露出しているので、導入路１５内に異物が侵入した場合には、異物はシールド電極３８表面の付着するようになっている。
【００３０】
図２の符号３９はその異物を示しており、従来技術の圧力検出素子１３０とは異なり、固定電極３５とシールド電極３８との間には予めコンデンサが形成されているため、異物３９の有無によって浮遊容量の値が変化することはない。従って、固定電極３５と可動電極３６との間の静電容量値を測定する場合、浮遊容量変化による検出精度の低下がなく、圧力を精度よく求めることが可能となっている。
【００３１】
なお、上記シールド電極３８は、基板３２裏面の全面に形成したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば基板３２の裏面のうち、オーリング１７の内側部分だけシールド電極を形成してもよい。要するに、導入路１５から侵入した液体等の異物が付着する可能性がある範囲内にシールド電極を形成し、その範囲内に基板３２表面が露出しないようにしておけばよい。
【００３２】
【発明の効果】
圧力検出素子に導電性物質等の異物が付着した場合でも圧力を正確に求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)：本発明の一例の圧力センサの外形図
(ｂ)：その内部構造図
【図２】本発明の一例の圧力検出素子の断面図
【図３】従来技術の圧力検出素子の断面図
【図４】圧力検出素子の静電容量の等価回路図
【符号の説明】
５……圧力センサ３０……圧力検出素子３１……基台３５……固定電極３６……可動電極３８……シールド電極

Claims

基台上に形成された固定電極と、基板表面に形成され、前記固定電極と対向配置された可動電極とを有し、前記基板裏面に加わる圧力によって、前記基板が前記基台に対して相対的に変位すると、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量が変化するように構成された圧力検出素子と、
圧力検出素子を含む筐体とを有し、
前記基板裏面にはシールド電極が形成され、
筐体の先端部には開口が形成され、当該開口から筐体内部に導入路が形成され、当該導入路は筐体内部の台座に通じ、圧力検出素子の基台が台座の一方の面上にのせられ、基板裏面のシールド電極が導入路側に向けられ、シールド電極と導入路底部の周囲に設けられた押圧部との間にはオーリングが配置され、オーリングはシールド電極表面と押圧部表面によって押圧され、基板と筐体がオーリングを介して気密に固定され、シールド電極はオーリングよりも外側部分まで延び、かつ前記導入路内において露出され、前記台座の一方の面と対向する他方の面側には測定回路が設けられ、測定回路は台座に形成された複数の孔を介して前記固定電極および前記可動電極に電気的に接続される、圧力センサ。
前記シールド電極は、基板裏面の全面に形成され、前記基台には固定電極から離間してガード電極が形成されている、請求項１に記載の圧力センサ。