JPH08211092A - 容量式センサ - Google Patents

容量式センサ

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JPH08211092A
JPH08211092A JP7014912A JP1491295A JPH08211092A JP H08211092 A JPH08211092 A JP H08211092A JP 7014912 A JP7014912 A JP 7014912A JP 1491295 A JP1491295 A JP 1491295A JP H08211092 A JPH08211092 A JP H08211092A
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sensor
conductive
capacitive sensor
lead frame
electronic circuit
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Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Masayuki Miki
政之 三木
Masayoshi Suzuki
政善 鈴木
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
Norio Ichikawa
範男 市川
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】センサ本体を合成樹脂等で包封し、軽量で、且
つ、誤差の生じない容量式センサを提供する。 【構成】本発明の容量式センサは、リードフレーム8に
センサ本体3と電子回路5とを固定し、センサ本体3と
電子回路5間を金線4で、電子回路5とリードフレーム
8間を金線6で接続し、これらをエポキシ樹脂2により
充填モールド成形し、該エポキシ樹脂2を接地等するた
めにエポキシ樹脂2と電気的に接続されている導電性塗
料接地用電極7と リードフレーム8とを介し接地等す
ることにより、容量式センサの周囲に対して一定電位に
保持される導電性塗料1で、上記のエポキシ樹脂2の表
面を、リードフレーム8のリード取出部9を除いて、被
覆したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は容量式センサに係り、特
に、容量式センサ周辺の導体の影響を受けない合成樹脂
製の軽量な容量式センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術の容量式センサについては、特
開平5−340962号公報に開示されたものがある。
これに開示された容量式の加速度センサは、センサ本体
を金属ケースにてパッケージしたものである。すなわ
ち、センサ本体を金属ケースでパッケージすることによ
り、センサの信頼性や安定性を確保しているが、反面金
属ケースを使用した場合、センサ自体の軽量化に限界が
ある。そして、容量式センサにおいてセンサ自体を軽量
化することは、次の2点から特に必要である。第1点
は、加速度を測定するために測定体に容量式の加速度セ
ンサを取り付けるが、加速度センサ自体の重量が大きい
とそれにより測定体の重量を変化させ、測定体の加速度
を変化させてしまう場合がある。この影響を低減するた
めにセンサ自体を軽量にする必要がある。
【0003】第2点は、加速度センサを測定体に固定す
る場合、センサを測定体に固定する固定材が必要で、該
固定材の弾性とセンサ自体の重量とでバネ系が構成され
る。このバネ系は、共振現象を起こし加速度の測定に誤
差を生じさせる。この影響を低減するためセンサ自体を
軽量化し、バネ系の共振点を高くする必要性がある。
【0004】そして近年、軽量化を図るために、合成樹
脂、セラミック等でパッケージされた、すなわち、包封
された容量式センサが出現して来ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成樹
脂等で包封された容量式センサには、次のような問題が
ある。すなわち、静電容量の変化を検出する容量式セン
サでは、数fFの極く小さな静電容量の変化を検出する
必要がある。そして、容量式センサのセンサ本体には信
号を取り出すための電極や電子回路とセンサ本体間を接
続するための配線があり、これらに大きな浮遊容量が形
成されている。これらの浮遊容量は、周囲の状態により
大きく変化する。
【0006】例えば、浮遊容量を形成する電極間に導体
が近づくと、等価的に浮遊容量を形成している電極間の
ギャップが小さくなるため、浮遊容量が大きくなる。こ
れによる浮遊容量の変化は、優に数10fFを越え、容
量式センサに大きな誤差を発生させる要因となってい
る。
【0007】上記影響は、従来のように金属ケースでパ
ッケージされた場合は、該金属ケースが浮遊容量の変化
を少なくし大きな問題にはならなかった。しかし、軽量
化から合成樹脂等を用いた場合に、上記影響が大きく浮
かび上がり問題となったものである。即ち、合成樹脂、
セラミック等は絶縁物であるため、浮遊容量を形成する
電極あるいは配線間の電気力線が、容易に合成樹脂等の
包封体の外へ 透過する。そして、人体等の導体が該包
封体に接近すれば浮遊容量が変化し、容量式センサに大
きな誤差を発生させることになる。
【0008】従って、本発明の目的は、センサ本体を合
成樹脂等で包封し、軽量で、且つ、誤差の生じない容量
式センサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する容量
式センサは、センサ本体を絶縁材により包封し、該絶縁
材の表面を導電性材あるいは半導電性材で被覆被覆する
ものである。
【0010】また、容量式センサのセンサ本体を絶縁材
により包封し、該絶縁材の原材料に導電性材あるいは半
導電性材を混合するものであってもよい。
【0011】そして、上記の導電性材あるいは半導電性
材は、前記容量式センサの周囲に対して一定電位に保持
するための電位接続手段を含むものである。
【0012】
【作用】上記のように、合成樹脂、セラミック等の絶縁
材によりセンサ本体が包封される構成であれば、センサ
自体を軽量化することができる。また、該絶縁材の表面
の一部あるいは全面が導電性材あるいは半導電性材で被
覆されている。そして、容量式センサは、該導電性材ま
たは半導電性材が容量式センサの周囲に対して一定電位
に保持するための電位接続手段を介し所定電位に電気的
に接続されるように、取り付けられることにより、次の
3つの作用を満足することができる。
【0013】すなわち、第1は、浮遊容量を形成するセ
ンサ電極や電子回路配線の周囲にある 導電性材あるい
は半導電性材が、センサ電極や電子回路配線からの構造
的な相対位置が変化しないように、配置されている。第
2は、該導電性材あるいは半導電性材は一定電位に保持
されている。そして、第3に、導電性材あるいは半導電
性材により浮遊容量を形成する電極あるいは配線間の電
気力線が包封体の外へ透過するのを防いでいる。したが
って、これらの作用により、人体等の導体が該包封体に
接近しても、浮遊容量の変化を抑えることができ、容量
式センサの出力誤差を抑えることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明による実施例について図面を参
照し説明する。図1は、第1の実施例による容量式セン
サの断面図である。図示の容量式センサは、計測する物
理量を静電容量の変化信号に変換するセンサ本体3と、
該センサ本体3からの該変化信号をアナログ信号に変換
する電子回路5とが、リードフレーム8に固定され、セ
ンサ本体3と電子回路5間 及び 電子回路5とリードフ
レーム8間はそれぞれ金線4,6で接続され、これらの
センサ本体3等は絶縁材としてのエポキシ樹脂2により
包封されている。更に、リードフレーム8のリード取出
部9を除いて、エポキシ樹脂2の表面の一部あるいは全
面が、導電性材あるいは半導電性材としての導電性塗料
1で被覆されている構成である。また、第1の実施例で
は、リードフレーム8の一方端(図示の左端)は、エポキ
シ樹脂2の外表面部に露出し導電性塗料接地用電極7を
形成しており、導電性塗料1は、該導電性塗料接地用電
極7に電気的に接続されている。
【0015】そして最終的には、このような容量式セン
サが実装されるとき、導電性を有する導電性塗料1は、
容量式センサの周囲に対して一定電位に保持されるよう
に上記の導電性塗料接地用電極7とリードフレーム8の
出力端(図示の右端)とを介し、アースに接地される あ
るいは低インピーダンスの所定電位に接続される構成と
なる。ここにおいて、導電性塗料接地用電極7あるいは
リードフレーム8は電位接続手段に該当する。
【0016】上記構成とすることにより、浮遊容量を形
成するセンサ本体3の電極や、電子回路5への配線であ
る金線4の周囲に配置された 導電性塗料1の電位が 一
定に保持されるので、浮遊容量の一定化が図られ、容量
式センサの出力誤差を生じさせる浮遊容量の変化が抑え
られる。従って、軽量化するために合成樹脂等でセンサ
本体を包封しても誤差の生じない容量式センサを提供す
ることができる。
【0017】一方、エポキシ樹脂2でセンサ本体3など
を、充填モールド成形し包封するので、センサ本体3と
電子回路5とが固定され、センサ本体3や金線4などの
振動が抑止され、振動による浮遊容量の変化が防止され
るという効果もある。
【0018】なお、導電性塗料1は、塗料に銀やカーボ
ン等のフィラーあるいは短繊維を混入したものが用いら
れる。即ち、導電性材あるいは半導電性材としての導電
性塗料1は、非導電性材としての塗料に、例えば銀やカ
ーボン等のような導電性あるいは半導電性を有する粒状
または繊維状の充填材を混入したもので可である。
【0019】図2は、本発明による一実施例の導電性塗
料の塗布方法を示す図である。図2により導電性塗料1
の塗布方法を説明する。導電性塗料1の塗布方法は、導
電性塗料1を入れた容器10に、第1の実施例の容量式
センサ11を浸漬し、乾燥するものである。なお、他の
塗布方法として、スプレー、スパッタ、筆塗り等が考え
られる。
【0020】次に、本発明による第2の実施例について
次図により説明する。図3は、第2の実施例による容量
式センサの断面図である。本容量式センサも第1の実施
例と同様に、リードフレーム8にセンサ本体3と電子回
路5とを固定し、センサ本体3と電子回路5とリードフ
レーム8とを金線4,6で接続し、これらをエポキシ樹
脂2でモールドし、エポキシ樹脂2の表面を導電性塗料
1により、リードフレーム8のリード取出部9を除いて
コーティングしたものである。また、導電性塗料1とリ
ードフレーム8との電気的な接続は、導電性塗料接地用
穴13を介して行われ、最終的には、導電性塗料1は、
容量式センサの周囲に対して一定電位に保持されるよう
に、さらにリードフレーム8を介し、アースに接地され
るあるいは低インピーダンスの所定電位に接続される構
成である。したがって、導電性塗料接地用穴13あるい
はリードフレーム8は、電位接続手段に該当する。
【0021】これらにより、浮遊容量を形成するセンサ
本体3の電極や電子回路5への配線である金線4の周囲
に、導電材である導電性塗料1を配置し、且つ、導電性
塗料1を接地するまたは低インピーダンス電位に接続す
ることで、導電性塗料1の電位を一定にし、浮遊容量の
一定化を図り、センサの出力誤差を低減することができ
る。また、センサ本体3や電子回路5などをエポキシ樹
脂2により充填モールドすることで、センサ本体3や金
線4などの振動を抑止し、振動による浮遊容量の変化を
防止している。
【0022】図4は、第3の実施例による容量式センサ
の断面図である。本容量式センサも第1の実施例と同様
リードフレーム8にセンサ本体3と電子回路5を固定
し、センサ本体3と電子回路5とリードフレーム8とを
金線4,6で接続し、これらをエポキシ樹脂2によりモ
ールドし、エポキシ樹脂2の表面を半導電性塗料14で
全面コーティングしたものである。
【0023】そして、半導電性塗料14は、リードフレ
ーム8にて形成されエポキシ樹脂2の外表面に露出させ
られた 半導電性塗料接地用電極15からリードフレー
ム8を介し、アースあるいは低インピーダンス電位に接
続され、容量式センサの周囲に対して一定電位に保持さ
れる構造である。したがって、半導電性塗料接地用電極
15あるいはリードフレーム8は、電位接続手段に該当
する。作用と効果は第1、2の実施例と同様であり、説
明は省略する。
【0024】なお、半導電性塗料14は、塗料に酸化銅
や酸化クロム等のフィラーを混ぜ合わせ、表面抵抗が1
4から109Ωの範囲となるようにしたものである。本
実施例のように半導電性塗料14を用いる利点は、表面
抵抗が大きいので、リード取出部9も一緒に 半導電性
塗料14を全面浸漬塗布できることである。即ち、図2
で示した半導電性塗料14の塗布作業において、リード
取出部9をマスキングする等の工程が省け、即ち全面浸
漬が可能であり、塗布作業が容易になることである。
【0025】そして、数fFの極く小さな静電容量の変
化を検出する容量式センサであるからこそ、表面抵抗が
104から 109Ωである半導電性材であっても、充分
に浮遊容量を一定化することができると言える。すなわ
ち、104Ω以下であれば、導電性が良くなりすぎて全
面浸漬(即ち、全面被覆または全部混合)した場合に、リ
ードフレーム8同志の短絡不具合に繋がり、109Ω以
上であれば、導電性がなくなり一定電位を保持できなく
なるからである。
【0026】図5は、第4の実施例による容量式センサ
の断面図である。本容量式センサも第1の実施例と同様
リードフレーム8にセンサ本体3と電子回路5を固定
し、センサ本体3と電子回路5間を金線4で、電子回路
5とリードフレーム8間を金線6で接続し、これらをエ
ポキシ樹脂2により充填モールド成形する。更に、本実
施例では、エポキシ樹脂2の外表面部を、銀やカーボン
等のフィラーあるいは短繊維を混合し導電性を持たせた
導電性エポキシ樹脂16で追加モールド成形したもの
である。そして、導電性エポキシ樹脂16は、リードフ
レーム8に形成されている 電位接続手段としての導電
性エポキシ樹脂接地用電極17等を介し、アースあるい
は低インピーダンス電位に接続される(以下、接地等と
呼称する)構造である。作用と効果は 第1、2の実施
例と同様であり、説明は省略する。
【0027】図6は、第5の実施例による容量式センサ
の断面図である。第5の実施例の容量式センサ12も、
第1の実施例と同様リードフレーム8にセンサ本体3と
電子回路5を固定し、センサ本体3と電子回路5間を金
線4で、電子回路5とリードフレーム8間を金線6で接
続する。本実施例では、エポキシ樹脂2をモールド成形
するときに、導電性材としての金属板18も同時にモー
ルド成形し、リードフレーム8と金属板18との間に、
センサ本体3と電子回路5とが配置される構成である。
なお、リードフレーム8は金属板製であり、金属板18
とは、例えば導通線63で電気的に接続されている。
【0028】そして図示のように、浮遊容量を形成する
センサ本体3の電極や電子回路5への配線である金線4
などを間に挟み、リードフレーム8と金属板18との2
枚以上の金属板を配設し、且つ、リードフレーム8と金
属板18とを接地等することにより、リードフレーム8
と金属板18間の電位を、容量式センサの周囲に対して
一定にすることができるので、浮遊容量の一定化が図ら
れ、センサ誤差の発生が抑えられる。なお、第5の実施
例の場合、電位接続手段は導通線63とリードフレーム
8とに該当する。
【0029】次に、第6の実施例について、図7と図8
により説明する。図7は、第6の実施例による容量式セ
ンサの断面図である。図8は、図7の容量式センサの斜
視図である。本容量式センサも第1の実施例と同様リー
ドフレーム8にセンサ本体3と電子回路5を固定し、セ
ンサ本体3と電子回路とリードフレーム8とを金線4,
6で接続し、これらをエポキシ樹脂2によりモールド成
形する構成である。更に、本実施例では、エポキシ樹脂
2の表面の一部に(たとえば、図8に示すような溝64
に)、導電性塗料1を塗布し または導電性エポキシ樹脂
16を追加モールド成形し、リードフレーム8と 導電
性塗料1または導電性エポキシ樹脂16(以下、導電性
塗料1等と略す)との間にセンサ本体3と電子回路5と
が配置されるようにしたものである。
【0030】この時、図8に示すように導電性塗料1等
を、接地用リードフレーム8aの一端まで導き、導電性
塗料1等と接地用リードフレーム8aとを電気的に接続
し、導電性塗料1等の接地等が行われる。これらによ
り、センサ本体3の電極や電子回路5への配線である金
線4により形成される浮遊容量の変化が抑えられ、セン
サの出力誤差が低減される。なお、導電性塗料1等は、
浮遊容量の変化を低減するに効果の大きい部分に選択的
に配設されることが望ましい。また、導電性塗料1の塗
布の代わりに導電性を有するフィルム等を貼付ることに
よっても、同様の効果を得ることは可能である。特にフ
ィルムの場合は、選択的貼付作業が容易で作業性の点で
有利である。
【0031】図9は、第7の実施例による容量式センサ
の断面図である。本実施例の 第1〜第6の実施例との
違いは、センサ本体を包封する方法が プラスチックの
充填モールド方式からケース方式に 変わった点にあ
る。即ち、本容量式センサは、物理量を静電容量の変化
に変換するセンサ本体23と、センサ本体23からの信
号を アナログ電圧に変換する電子回路25と、センサ
本体23及び電子回路25を実装するセラミック基板2
9と、これらを収納するプラスチックケース21と、プ
ラスチックケース21の表面に塗布される導電性塗料2
0と、該導電性塗料20を接地等するために導電性塗料
20と電気的に接続され プラスチックケース21に取
付けられた導電性塗料接地用電極27と、電子回路25
からの信号をプラスチックケース21の外部に取り出す
ためのリード28と、導電性塗料接地用電極27、セン
サ本体23、電子回路25及びリード28の相互間を結
線する 金線22,24,26とから構成される。
【0032】そして、第1〜第6の実施例と同様な動作
で、浮遊容量の一定化が図られ、センサの出力誤差の発
生が回避される。
【0033】図10は、第8の実施例による容量式セン
サの断面図である。本実施例は、プラスチックケース方
式の他の実施例を示したものである。すなわち、本容量
式センサは、物理量を静電容量の変化に変換するセンサ
本体23と、センサ本体23からの信号をアナログ電圧
に変換する電子回路25と、センサ本体23及び電子回
路25を実装するセラミック基板29と、これらを収納
する導電性プラスチックケース30と、導電性プラスチ
ックケース30を接地するために導電性プラスチックケ
ース30と電気的に接続されている導電性プラスチック
ケース接地用電極31と、電子回路25からの信号を導
電性プラスチックケース30の外部に取り出すためのリ
ード28と、導電性プラスチックケース接地用電極3
1、センサ本体23、電子回路25及びリード28の相
互間を結線する 金線22,24,26とから構成され
る。そして、導電性プラスチックケース30とリード2
8とが接地等される。作用と効果の説明は省略する。
【0034】なお、第8の実施例の構成では、リード2
8同志が導電性プラスチックケース30で電気的に接続
されてしまうので、接続されても容量式センサの検出性
能を阻害しないように、すなわち、表面抵抗が104
ら109Ωとなるように、導電性プラスチックケース3
0の体積抵抗率を充分大きくしている。
【0035】したがって、絶縁材としての導電性プラス
チックケース30は、原材料の一部あるいは全部に、一
定電位に保持するための導電性材あるいは半導電性材を
混合した材料から構成されている。また、第8の実施例
と同じ考え方で、図5に示した第4の実施例において、
導電性エポキシ樹脂16の単独を、あるいはエポキシ樹
脂2及び導電性エポキシ樹脂16の両方を、原材料の一
部あるいは全部に 一定電位に保持するための導電性材
あるいは半導電性材を混合した絶縁材としての導電性プ
ラスチックケース30と同じ材料とし、全面的に充填モ
ールド成形しても可である。
【0036】ところで、上記第1から第8までの実施例
では、アースあるいは低インピーダンス電位に接続する
方法として、リードフレーム8を介し行う方法を示した
が、次図の方法もある。
【0037】図11は、容量式センサの接地等を行う方
法の他の実施例を示す図である。図示の方法は、図6に
示した第5の実施例の 容量式センサ12の金属板18
が、すなわち、容量式センサの外表面が、例えば、導電
性あるいは半導電性を有する接着剤からなる固定材とし
てのセンサ固着手段61を介し、測定体としてのセンサ
取付手段62に 電気的に接続され、且つ、固着されて
いるものである。そして、センサ取付手段62は、別途
アースあるいは低インピーダンス電位に接続されてい
る。従って、金属板18などの導電性材あるいは半導電
性材は、電位接続手段としての センサ固着手段61 あ
るいは センサ取付手段 62を介し、接地等され、一定
電位に保持される。
【0038】この方法の場合は、容量式センサ自体に電
位接続手段がなくても、一定電位に保持することが可能
である。これを広義に解釈すれば、本発明による容量式
センサの包封体そのものが、電位接続手段であるとも言
える。そしてこの方法は、第1の実施例など他の実施例
にも利用することができる。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、合成樹脂やセラミック
等でパッケージして軽量化を図り、且つ、パッケージ外
部に導体が接近した状態でも誤差が生じない容量式セン
サを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図2】本発明による一実施例の導電性塗料の塗布方法
を示す図である。
【図3】第2の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図4】第3の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図5】第4の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図6】第5の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図7】第6の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図8】図7の容量式センサの斜視図である。
【図9】第7の実施例による容量式センサの断面図であ
る。
【図10】第8の実施例による容量式センサの断面図で
ある。
【図11】容量式センサの接地等を行う方法の他の実施
例を示す図である。
【符号の説明】
1…導電性塗料、2…エポキシ樹脂、3…センサ本体、
4…金線、5…電子回路、6…金線、7…導電性塗料接
地用電極、8…リードフレーム、8a…接地用リードフ
レーム、9…リード取出部、10…容器、11…第1の
実施例の容量式センサ、12…第5の実施例の容量式セ
ンサ、13…導電性塗料接地用穴、14…半導電性塗
料、15…半導電性塗料接地用電極、16…導電性エポ
キシ樹脂、17…導電性エポキシ樹脂接地用電極、18
…金属板、20…導電性塗料、21…プラスチックケー
ス、22…金線、23…センサ本体24…金線、25…
電子回路、26…金線、27…導電性塗料接地用電極、
28…リード、29…セラミック基板、30…導電性プ
ラスチックケース、31…導電性プラスチックケース接
地用電極、61…センサ固着手段、62…センサ取付手
段、63…導通線、64…溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三木 政之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 政善 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地3日立オートモティブエンジニア リング株式会社内 (72)発明者 市川 範男 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地3日立オートモティブエンジニア リング株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容量式センサのセンサ本体を絶縁材により
    包封し、該絶縁材の表面を導電性材あるいは半導電性材
    で被覆したことを特徴とする容量式センサ。
  2. 【請求項2】容量式センサのセンサ本体を絶縁材により
    包封し、該絶縁材の原材料に導電性材あるいは半導電性
    材を混合したことを特徴とする容量式センサ。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、前記導
    電性材あるいは半導電性材は、前記容量式センサの周囲
    に対して一定電位に保持するための電位接続手段を含む
    ものであることを特徴とする容量式センサ。
  4. 【請求項4】請求項1ないし請求項3において、前記導
    電性材あるいは半導電性材は、非導電性材に 導電性あ
    るいは半導電性を有する粒状または繊維状の充填材を混
    入したものであることを特徴とする容量式センサ。
  5. 【請求項5】請求項1ないし請求項3において、前記半
    導電性材は、表面抵抗が104から109Ωの範囲である
    ことを特徴とする容量式センサ。
  6. 【請求項6】請求項1ないし請求項3において、前記導
    電性材は、金属板であることを特徴とする容量式セン
    サ。
  7. 【請求項7】請求項1ないし請求項6記載の容量式セン
    サを、導電性あるいは半導電性を有する固定材で測定体
    に固定することを特徴とする容量式センサの固定方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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