JPH0746070B2 - 静電溶量型圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２枚の平行平板により形成される静電容量
が、加えられた圧力に応じて変化する静電容量型圧力セ
ンサに関する。

従来の技術 ２枚の平行平板により形成された静電容量が、加えられ
た圧力により変化することを利用した静電容量型圧力セ
ンサとしては、例えば特開昭56−27630号公報に記載の
圧力感知素子に示されているように、それぞれに電極を
備えた固定板とダイアフラムより成り、固定板は固着さ
れ、ダイアフラム側に圧力が加えられる構成が一般的で
ある。

また同公報には、２枚のダイアフラムの厚みを揃えた例
も図示されている。これは製造のし易さという利点があ
り、やはり汎用さている構成である。

発明が解決しようとする問題点 ところがこのような従来の構成では、荷重に対する静電
容量の変化量、すなわち感度が固定となり、感度の異な
る圧力センサはダイアフラムの厚みや絶縁層のギャップ
などを変更して、新たに設計し直さなければならなかっ
た。このため感度や最大秤量の異なる用途ごとに、その
仕様にふさわしい圧力センサを製造しなければならず、
材料の種別の増加や工程の切換など、生産管理面でのロ
スが大きかった。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、厚みの異なる
２枚のダイアフラムを絶縁層を介してある距離をもって
対向位置させ、かつその厚みの大なるダイアフラムに貫
通孔を設ける構成である。

作用 本発明の静電容量型圧力センサは、厚みの異なるダイア
フラムのいずれの側からでも加圧でき、ダイアフラムの
たわみ量が可変にできるので、１個の圧力センサにより
２種類の感度、最大秤量を選択的に使用でき、また厚み
の大なるダイアフラム側に貫通孔を設けているので、熱
容量の大きい厚みの大なるダイアフラムを速やかに外気
温の変化になじませることができ、温度の変化に伴うダ
イアフラムの熱伸縮の差を最小に抑えて、圧力センサの
温度特性を改善する。

実施例 以下、本発明の一実施例の静電容量型圧力センサを図面
を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す静電容量型圧力センサ
の断面図である。（Ａ）図は高感度側ダイアフラムに圧
力Ｐを加える場合を、（Ｂ）図は低感度・大秤量側に圧
力Ｐを加える場合をそれぞれ示している。

第１図において、ダイアフラム１はその内面に電極２を
備えており、絶縁層３を介してある距離をもってダイア
フラム４と対向している。一方、ダイアフラム４にも電
極５が設けられており、このわずかな距離をもって対向
する電極２と電極５との間にギャップ６が形成される。
（Ａ）図に示すようにダイアフラム１に圧力Ｐが加わ
り、ダイアフラム１がたわむと、その圧力に応じてギャ
ップ６、すなわち静電容量が変化し、圧力Ｐを電気信号
として取り出すことができる。

さてダイアフラム１はt₁なる厚みを有しており、またダ
イアフラム２はt₂なる厚みを有している。ここでt₁＜t₂
とすれば、当然ダイアフラム１の方がたわみやすい。従
ってダイアフラム１側に荷重を加えた時（Ａ図）の方
が、ダイアフラム４に荷重を加えた時（Ｂ図）よりも、
ギャップ５が小さくなり、すなわち静電容量の変化が大
きくとれ、感度を増すことができる。

ただこのようにダイアフラムの厚みを異ならせると、圧
力センサ近傍の温度が急変した際に、両者の熱膨張が異
なるので、板厚の薄いダイアフラム１が速やかに温度変
化に対応して伸縮を終えた時、板厚の厚いダイアフラム
４はまだ十分に温度変化に伴う熱伸縮を終えておらず、
この熱伸縮のアンバランスのため、圧力センサ自体が微
妙にそってしまい、測定誤差が増大するという問題があ
る。もともと絶縁層によるギャップは、数十ミクロン程
度に形成されるので、かかる微妙な変形は圧力センサの
誤差としては無視できない。また機器に内蔵されれば圧
力センサ近傍の温度の急変をまぬがれることもできな
い。

本発明ではかかる問題点を解決するため、板厚の厚いダ
イアフラム４側に貫通孔７を設けている。この貫通孔７
により外気は圧力センサの内部に流入し、ダイアフラム
４を速やかに雰囲気温度になじませる効果を現わす。す
なわち熱容量の大きなダイアフラム４が、貫通孔７によ
ってこの周辺を強制的に外気温になじませられ、またこ
のような貫通孔を設けること自体が、ダイアフラム４の
体積を低減し、実質熱容量を減らすので、この二つの効
果によって熱伸縮を速やかに終えるよう構成できる。

次に第２図を用いて本発明の構成をさらに詳細に説明す
る。

第２図は本発明の一実施例である静電容量型圧力センサ
の具体的な構成を示す分解斜視図である。ダイアフラム
１およびダイアフラム４は、アルミナ焼結体によって構
成され、内面に電極２および電極５が設けられる。電極
は金ペーストをアルミナ焼結体に印刷後、焼成して形成
される。電極２および５からは引き出し部８、９を経て
半田づけ電極10、11に接続される。半田づけ電極は銀パ
ラジウムを塗布して形成される。

絶縁層３はビーズ入りガラスによって構成され、ビーズ
の粒径によってギャップが決定される。

ビーズ径は、例えば45ミクロン程度が選択され、電極が
焼成された後、電極の上に重ねて印刷される。次いで２
枚のダイアフラムは重ねられ、荷重を加えながら焼成さ
れる。

10、11は電極２、５の引き出し部８、９上に構成された
半田電極であり、銀パラジウムを塗布して形成される。
静電容量の変化は、この半田電極10、11を経て、リード
線等で制御部に入力される。

ダイアフラム１と４は図示した通り、貫通孔７を除き完
全に対称形であり、重ね合わせて焼成された後は、表裏
どちらからでも荷重を加えることができる。また貫通孔
７によって、板厚の厚い低感度・大秤量側を容易に識別
でき、２種類の感度を選択する時に誤りを犯す心配が少
ない。

第３図はかかる静電容量型重量センサの荷重−静電容量
特性を示す線図である。

本データを採取したサンプルの条件は、ギャップ（粒
径）が45μｍ、電極２および５の直径が12mm、アルミナ
焼結体より成るダイアフラムの厚みがt₁＝0.500mm、t₂
＝0.635mmである。

かかる条件で作成したサンプルの平均値が第３図に示す
特性であり、荷重をダイアフラム１側に加えた時の静電
容量の変化は、荷重をダイアフラム４側に加えた時の容
量変化の約３倍になった。

つまり静電容量型センサの表裏を返して固定すれば、加
圧力に対して２種類の感度が選べるわけである。

発明の効果 以上のように本発明の静電容量型センサは、板厚の異な
るダイアフラムから構成され、一個のセンサで２種類の
感度および最大秤量が選べる。

よって搭載する機器の仕様に応じて適切な感度が選べ、
センサの種類を半減できるので、工程の切換などの生産
管理面のロスを半減でき、材料や完成品の在庫管理面で
も有利である。

またダイアフラムの厚い方に貫通孔を設けるので、熱容
量の大きい厚いダイアフラム側を速やかに外気温の変化
になじませることができ、薄型ダイアフラムに対して、
遅滞なく熱収縮を終えることができ、両者の熱収縮のア
ンバランスに伴う圧力センサ全体の微妙なソリを抑える
ことができる。

またこの貫通孔により、低感度・大秤量側を容易に識別
でき、２種類の感度を選択して機器に組み込む時に誤り
を犯す心配が少ない。

さらにギャップ内が外気と連通するので、雰囲気温度が
急激に低下した時にも、センサ内面に結露しにくくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す静電容量型圧力センサ
の断面図、第２図は同構成を示す分解斜視図、第３図は
同圧力センサの荷重−静電容量特性を示す線図である。 １……ダイアフラム、２……電極、３……絶縁層、４…
…ダイアフラム、５……電極、６……ギャップ、７……
貫通孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極を備えた一対のダイアフラムと、これ
   らダイアフラムの外周部において両者を結合する絶縁層
   とより成り、前記一対のダイアフラムの厚みを異なら
   せ、かつその厚みが大なるダイアフラムに外気と連通す
   る貫通孔を設け、いずれのダイアフラムからでも加圧可
   能とするとともに、その加圧に対して静電容量の変化量
   および最大過重値が、前記加圧を加えたダイアフラムに
   よって異なる構成とした静電容量型圧力センサ。