JPH04350550A - 静電容量型センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルコール混合比センサ
（ＦＦセンサ）、液レベルセンサ、オイル汚れセンサ等
に利用される静電容量型センサに関する。

【０００２】

【従来の技術・課題】近年、ガソリンにメタノールを混
合してなるアルコール燃料によって走行できるアルコー
ル燃料自動車（ＦＦＶ）が脚光を浴びている。この場合
、ガソリンとアルコールの理論空燃比が異なるため、燃
料中のガソリンとアルコールの混合率を測定し、最適な
エンジン制御により完全燃焼させる必要がある。そのた
めの混合比検出センサとして、ガソリンとメタノールの
比誘電率の違いを利用した静電容量型センサが用いられ
る。

【０００３】従来、この静電容量型センサとしては、二
枚の金属板を所定の間隔をもって配置したものが周知で
あるが、金属板間の短絡対策が難しい。また、図６に示
すように、二枚の絶縁基板（１）、（１）を所定の間隔
をもって配置し、その基板同士の対向面に夫々電極（２
）、（２）を備えたものがある。この場合、被測定液の
アルコール−ガソリン混合比を電極間の静電容量変化を
もって検知するためには、その被測定液が二枚の基板（
１）、（１）の間隔に入り込んで電極（２）、（２）に
接触しなければならないことから、通常その間隔は１ｍ
ｍ以上とされる。

【０００４】しかし、正確にアルコール濃度（ガソリン
とアルコールとの混合率）を測定するためには得られる
静電容量の絶縁値が大きい方がよいのであるが、上記の
ように基板間の間隔を大きくすると静電容量値が小さく
なり、測定精度が低くならざるを得ないし、静電容量値
を高めるために電極（２）、（２）面積を大きくすると
、大型化してしまう。また、間隔を狭めると電極曲り等
による製品バラツキが大きくなり、使用時において被測
定液中の不純物等により目詰りし易い。更に、基板（１
）、（１）のソリや温度変化による変形によって基板の
間隔にバラツキを生じるので、同じ濃度の被測定液を流
しても静電容量値が変化し、被測定液の濃度に対応した
静電容量値とならない。燃料管にシール性良く組付ける
ことも容易ではなかった。従って、被測定液の正確な濃
度を測定できず、簡易な組付構造とならないため量産性
にも乏しいものとなっていた。

【０００５】

【解決手段・作用】上述した課題を解決するために、本
発明の静電容量型センサは一の絶縁基体表面に、互いに
離間させて一対の電極を備えていることを特徴とする。

【０００６】例えば、図１に示すように一の絶縁基体（
１）表面に両電極（２）、（２）が存在するので、被測
定液は狭い間隔には入り込む必要がない。又、一対の電
極（２）、（２）は通常のスクリーン印刷法などにより
、その離間距離が一定のものを一の基板表面に簡易に形
成でき、しかも仮に絶縁基体（１）にソリ、変形等が生
じても一対の電極（２）、（２）間距離には殆ど影響を
及ぼさない。そして、液濃度の測定時には、浸漬などに
よって被測定液を両電極（２）、（２）に接触させるこ
とにより一対の電極（２）、（２）間の静電容量変化に
よって、液濃度ないしは混合比を検出できる。

【０００７】

【好適な態様】一の絶縁基板（１）としては取付状況に
応じて平板状、円柱状、角状など種々の形状のものを使
用できる。絶縁基板材料としてはセラミックス例えばＡ
ｌ２Ｏ３系、ステアタイト系などが好ましい。

【０００８】一対の電極（２）、（２）の形成はスクリ
ーン印刷法によることが好ましい。各電極の幅や一対の
電極の離間距離などを所望の寸法形状に形成でき、その
再現性も良く、量産性に優れる。検出部Ａ（図５参照）
における一対の電極パターンの離間距離は例えば０．１
５〜０．４ｍｍ程度にするとよい。この電極間距離は検
出部（Ａ）における電極パターン全域において一定とす
ることが高い検出精度を維持する上で好ましい。又、検
出部における各電極長はできるかぎり長くすると良く、
その為にくし状電極とか旋回状電極にするとよい。電極
を絶縁基板と強固に固着させるためには、生状態ないし
は仮焼後の基板材料に電極材料として有機系バインダを
含有する金属インキを印刷した後基板材料の焼成と電極
の焼付けとを同時に行なうことが好ましいが、焼成後の
基板材料に電極材料として有機インク（メタルオーガニ
ックペースト）を印刷、焼付けてもよい。但し、スパッ
タリング、蒸着など物理的固着方法にすることにより小
型化することもできる。この場合、電極の離間距離を０
．５μｍ程度にすることが可能である。

【０００９】被測定液が導電性液である場合、電極を被
覆して絶縁層（３）を備えることが必要である。何故な
ら、導電性液が電極に接触すると、電極同士が導通して
しまい、静電容量が計れなくなるからである。被測定液
としてアルコールとガソリンとの混合燃料には水分（Ｈ
２Ｏ）など導電性物質が不純物として混入することがあ
り、そのような場合にも、またオイルレベルセンサに用
いた場合にも使用液中に含まれる金属粉による影響を防
止できる。絶縁層材料としては耐久性、耐食性等の見地
から選択すれば良く、セラミックス例えばＡｌ２Ｏ３質
や樹脂（例えばポリイミド、フッ素樹脂（テフロン）、
シリコーン樹脂）等を広く使用できる。セラミックスを
使用する場合、焼成前の基板材料（及び電極材料）に積
層し同時焼成することが好ましく、又樹脂を使用する場
合、焼成後の基板（及び電極）に付着させるとよい。絶
縁層の厚みは１５０μｍ以下、より好ましくは１２０μ
ｍ以下にするとよく、セラミックの場合には１５μｍ以
上にするとよい。１５μｍ未満では絶縁層に存在するピ
ンホール（通常２〜４μｍ程度）によりショートしてし
まい、絶縁層としての機能を果せないおそれがある。１
５０μｍより厚くすると、被測定液の濃度に対応した静
電容量が小さくなり、センサとして測定精度が低下する
。

【００１０】その他、電極（２）、（２）材料がタング
ステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）など酸化され易い材
料である場合、耐酸化層で被覆することが好ましい。例
えばニッケル（Ｎｉ）をメッキ等して形成する。

【００１１】

【実施例】Ａｌ２Ｏ３　　９０％、ＳｉＯ２　　６％Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ等４％を調合し、４０時間湿式混合した。 乾燥後ほぐし（２０メッシュパス）、溶剤を加え、１０
時間粉砕した後、有機バインダーを加え更に５時間混合
した。 ドクターブレード法により厚みが夫々５０μｍ、１２０
μｍ、２００μｍ及び７００μｍの各シートに成形した
。自然乾燥後、２００℃で２時間さらに乾燥させた。 その後、６０×９０ｍｍの寸法に切断してＡｌ２Ｏ３質
シートを得た。

【００１２】次に、厚み７００μｍのＡｌ２Ｏ３質シー
トを基体シートとして用い、このシート表面に、図１、
図５に示すようなパターン（図１はラセン状、図５はク
シ状パターン）が多数形成されるように、電極材料とし
てタングステン（Ｗ）又は白金（Ｐｔ）をスクリーン印
刷した。この場合、電極パターンの幅０．３５ｍｍ、一
対の電極パターン間の離間距離０．２ｍｍ、厚み２０μ
ｍとした。そして、この電極パターンが多数形成された
シートを各電極パターン毎のシートになるように切断し
た（４０×１２ｍｍ）。さらに、一部の試料（Ｎｏ．２
〜４；Ｎｏ．９）については、前記Ａｌ２Ｏ３質シート
のうち厚み５０μｍ、１２０μｍ及び２００μｍのもの
を、電極パターンを被覆して積層した。そして、この積
層体を同様に所定の寸法（４０×１２ｍｍ）に切断して
各電極パターン毎の積層体を得た（図３，４）。３００
℃で２４時間加熱して樹脂抜きを行なった後、１６００
℃で１時間大気中にて焼成した。又、他の一部の試料（
Ｎｏ．５〜７：Ｎｏ．１０）については、ポリイミドフ
ィルムを積層するか又はテフロンを塗布した後、その後
乾燥して絶縁層を形成し、その積層体を所定寸法に切断
した。この場合、ポリイミドフィルムとしては厚み４０
μｍのものを用い、このフィルム１〜３枚をポリイミド
ワニスを用いて積層させた。尚、各電極パターン毎の積
層体は焼成後において３５×１０ｍｍの寸法に収縮した
。 又、各シート（５０，１２０，２００及び７００μｍ）
は、焼成後において夫々４０，９５，１６０及び５６０
μｍの厚みとなった。

【００１３】得られた静電容量型センサ本体を図１〜５
に示す。従来のセンサ本体とは異なり、基板（１）が一
つのみであり、この一の基板（１）表面に両電極（２）
、（２）が備えられている。尚、図３，４において（３
）は絶縁層であり、電極パターンのうち特に検知部（Ａ
）即ち電極同士が近接している部分を被覆している。

【００１４】こうして得られた静電容量型センサ本体の
特性を次のようにして調べた。即ち、センサ本体の電極
端子から絶縁被覆されたシールドリードを引き出し、市
販のＬ．Ｃ．Ｒ．メータ（Ｌ：インダクタンス、Ｃ：容
量、Ｒ：抵抗）に接続する。そして、５ＭＨｚの周波数
により、先ず、ａ：空気中（液に接触しない状態）にて
、電極間の静電容量を調べた。次に、センサ本体のうち
検出部全体をｂ：ガソリン１００％液、ｃ：アルコール
１００％液に浸漬して、電極間の静電容量を測定した。 その結果を表１に示す。

【００１５】又、評価は次のように行なった。尚、各式
において、ａは空気中において得られた電極間の静電容
量、ｂはガソリン１００％液において得られた電極間の
静電容量、ｃはアルコール１００％液において得られた
電極間の静電容量とする。

【００１６】○：ａ≦（ｃ−ｂ） △：ａ／４≦（ｃ−ｂ）＜ａ ×：（ｃ−ｂ）＜ａ／４ ここで、（ｃ−ｂ）が高い値になる程優れているのは、
メタノール液に接触した時の静電容量とガソリン液に接
触したときの静電容量との差が大きい方がそれらの混合
液の混合比を明確に判定できるからである。又、ａやａ
／４との関係も考慮したのは、被測定液そのものについ
ての静電容量を問題にすべきだからである。

【００１７】

【表１】 表１によれば、いずれの試料も静電容量型のＦＦセンサ
として優れた静電容量特性を示している。但し、絶縁層
の厚みが２００μｍになると（ｃ−ｂ）差が僅か２ｐＦ
（ピコファラツド）となり、浮遊容量レベルとなるため
、有効でない。従って、絶縁層の厚みは１５０μｍ程度
以下にすることが好ましいことがわかる。

【００１８】この静電容量型センサ本体をＦＦセンサと
して使用する場合の取付状態の一例を図７に示す。同図
において、センサ本体（１０）はホルダ（１１）に耐蝕
性鋼シールパッキン（１２）及びシールガラス（１３）
を介して所定位置に保持されている。本体（１０）検出
部側は穴あきプロテクタ（１４）で覆われる一方、電極
（２）端子はリード（１５）にロー付又はハンダ付され
ている。そして、ホルダ（１１）が燃料管（１６）に取
り付けられ、又リード（１５）が制御装置（１７）に接
続されている。

【００１９】尚、ＦＦセンサとして使用する場合を例に
とって説明したが、本発明品はその他各種の静電容量型
センサとして広く適用できることは自明であろう。

【００２０】

【発明の効果】静電容量特性に優れ、被測定液の濃度や
混合比を正確に検知できる静電容量型センサを量産性良
く提供できる。従来センサにおける種々の問題、即ち使
用時における目詰りや一対の電極間距離のバラツキ等を
解消し、しかも静電容量型センサを小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電容量型センサ本体の一実施例を示
す平面図（左図）、及び側面図（右図）

【図２】図１の
ＩＩ−ＩＩ断面図

【図３】本発明センサ本体の他の実施例を示す平面図

【
図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図

【図５】本発明のセンサ本体の他の実施例を示す平面図

【図６】従来の静電容量型センサ本体の例を示す側面図

【図７】本発明の静電容量型センサについてＦＦセンサ
としての使用状態の一例を示す断面図

【符号の説明】

１　　絶縁基体 ２　　電極 ３　　絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一の絶縁基体表面に、互いに離間させて一
   対の電極を備えていることを特徴とする静電容量型セン
   サ。