JPH0961273A - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準静電容量の変化が少ない静電容量式圧力
センサを得る。 【解決手段】 主容量電極５及び基準容量電極６との間
にベース基板４とダイアフラム１０とを結合する絶縁性
スペーサ３ｂを設ける。絶縁性スペーサ３ｂのパターン
を基準容量電極６とダイアフラム電極１１との間の距離
の変化を抑制するように定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電容量の変化によ
り圧力値を測定する静電容量式圧力センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図６（Ａ）は従来の静電容量式圧力セン
サの断面図を示している。この種の静電容量式圧力セン
サは、ベース基板１０１上に間隔をあけて形成された主
容量電極１０２及び基準容量電極１０３と、ダイアフラ
ム１０４上に形成されたダイアフラム電極１０５とを対
向させた構造を有している。図６（Ｂ）に示すように、
外部から圧力Ｐが加えられてダイアフラム１０４が撓
み、主容量電極１０２とダイアフラム電極１０５との間
の間隔がＤ0 からＤ1 に変化することにより、主容量電
極１０２とダイアフラム電極１０５との間の静電容量が
変化する。この静電容量式圧力センサを用いて圧力Ｐを
測定する場合には、主容量電極１０２とダイアフラム電
極１０５との間の変化する静電容量と、基準容量電極１
０３とダイアフラム電極１０５との間の基準静電容量と
に基づいて圧力Ｐの値を算出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】圧力Ｐの値を感度よく
測定するには、基準容量電極１０３とダイアフラム電極
１０５との間の基準静電容量は、圧力が加えられても変
化しないのが望ましい。しかしながら、図６（Ｂ）に示
すように、圧力Ｐがダイアフラム１０４に加えられる
と、わずかではあるが基準容量電極１０３とダイアフラ
ム電極１０５との間の間隔はＤ0 からＤ2 に変化して、
基準容量電極１０３とダイアフラム電極１０５との間の
基準静電容量も変化する。そのため、従来の静電容量式
圧力センサを用いて圧力値を測定しても、圧力値の測定
精度を高めることには限界があった。本発明の目的は、
基準静電容量の変化が少ない静電容量式圧力センサを提
供することにある。

【０００４】本発明の他の目的は、ダイアフラムの撓み
を大幅に妨げることなく、基準静電容量の変化を小さく
できる静電容量式圧力センサを提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、基準静電容量の変化
を少なくして、しかも簡単に製造できる静電容量式圧力
センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、間隔をあけて
配置された主容量電極及び基準容量電極を備えたベース
基板と、主容量電極及び基準容量電極と対向するダイア
フラム電極を備えたダイアフラムと、ベース基板とダイ
アフラムとを外周部において結合する封着絶縁層とを具
備する静電容量式圧力センサを発明の対象とする。本発
明では、主容量電極及び基準容量電極との間に配置され
てベース基板とダイアフラムとを結合する絶縁性スペー
サを設ける。そして、絶縁性スペーサのパターンを基準
容量電極とダイアフラム電極との間の距離の変化を抑制
するように定める。

【０００７】主容量電極とダイアフラム電極との間の空
間（主容量電極が位置する空間）が密閉されるように絶
縁性スペーサのパターンを形成すると、該空間内に空気
が封止されている場合には、ダイアフラムに圧力が加え
られても、ダイアフラムは撓み難くなる。そこで、絶縁
性スペーサのパターンは、主容量電極が位置する空間と
基準容量電極が位置する空間とが連通するように定める
のが好ましい。このようにすると、ダイアフラムに圧力
が加えられた場合、主容量電極が位置する空間と基準容
量電極が位置する空間との間で空気が流動することによ
り、ダイアフラムが撓み難くなるのを抑制することがで
きる。

【０００８】また絶縁性スペーサと封着絶縁層とを同じ
絶縁材料により形成すれば、絶縁性スペーサと封着絶縁
層とを、印刷等により同時にしかも容易に形成できる。

【０００９】また主容量電極と対向する第１の電極部と
基準容量電極と対向する第２の電極部とを備えるように
ダイアフラム電極を形成すれば、第１の電極部と第２の
電極部との間に露出するダイアフラム表面に絶縁性スペ
ーサを接合することができる。このようにすると、絶縁
性スペーサをダイアフラム表面にしっかりと接合させる
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して詳細に説明する。

【００１１】図１は本実施例の静電容量式圧力センサの
概略断面図を示している。本実施例の静電容量式圧力セ
ンサは、ベース電極部１とダイアフラム電極部２とが、
ガラス封着パターン３により結合された構造を有してい
る。

【００１２】ベース電極部１は図２の平面図に詳細に示
すように、セラミックからなるベース基板４の上に主容
量電極５及び基準容量電極６が径方向に間隔をあけて形
成されて構成されている。主容量電極５は、金ペースト
を用いてスクリーン印刷により形成されており、厚みが
０．７μｍで円環状の形状を有している。主容量電極５
の一部は接続部７により主容量電極端子８に電気的に接
続されている。接続部７及び主容量電極端子８は主容量
電極５を形成するときに金ペーストを用いて同時に形成
されている。主容量電極５の中心の空隙部４ａは、後に
説明する主容量電極５とダイアフラム電極１１の第１の
電極部１１ａとの間の静電容量をダイアフラム１０に加
わる圧力に応じてより正確に比例変化させる役割と、ダ
イアフラム１０が強く加圧されてもダイアフラム電極１
１が主容量電極５と接触して短絡するのを防ぐ役割とを
果している。基準容量電極６は、主容量電極５と同様に
金ペーストを用いてスクリーン印刷により形成されてお
り、その厚みは０．７μｍである。基準容量電極６は、
主容量電極５と同心的に該主容量電極５を部分的に囲む
円弧形状を有している。基準容量電極６の一端は基準容
量電極端子９に接続されている。基準容量電極端子９も
基準容量電極６を形成するときに同時に形成される。な
お実際には、主容量電極５、基準容量電極６、接続部
７、主容量電極端子８及び基準容量電極端子９のパター
ンは同時に形成される。

【００１３】ダイアフラム電極部２は図３の背面図に詳
細に示すように、セラミックからなる厚み０．８ｍｍの
ダイアフラム１０上にダイアフラム電極１１が形成され
て構成されている。ダイアフラム電極１１は、金ペース
トを用いてスクリーン印刷により形成されており、その
厚みは０．７μｍである。ダイアフラム電極１１は、第
１の電極部１１ａと第２の電極部１１ｂとを備えてい
る。第１の電極部１１ａは主容量電極５と対向するよう
に円形に形成されており、第２の電極部１１ｂは基準容
量電極６と対向するように円弧形状を有している。第２
の電極部１１ｂの一端はダイアフラム電極端子１２に接
続されており、第１の電極部１１ａの一部も接続部１３
を介してダイアフラム電極端子１２に電気的に接続され
ている。なおダイアフラム電極１１、ダイアフラム電極
端子１２及び接続部１３は一回のスクリーン印刷により
同時に形成する。本実施例では、第１の電極部１１ａと
主容量電極５との間の距離及び第２の電極部１１ｂと基
準容量電極６との間の距離が約１０μｍになるようにガ
ラス封着パターン３の厚みを定めている。

【００１４】ガラス封着パターン３は、ガラスを主成分
とする絶縁材により形成されており、図４の平面図に詳
細に示すように、封着絶縁層３ａと、絶縁性スペーサ３
ｂと、連結部３ｃ〜３ｆとから構成されている。封着絶
縁層３ａはベース基板４とダイアフラム１０とを外周部
において結合するように環状の形状を有している。絶縁
性スペーサ３ｂは、主容量電極５と基準容量電極６との
間に配置されるように形成されている。絶縁性スペーサ
３ｂは基準容量電極６とダイアフラム電極１０との間の
距離の変化を抑制する寸法及び形状を有している。具体
的には、絶縁性スペーサ３ｂは、主容量電極５が位置す
る空間と基準容量電極６が位置する空間とを連通するた
めのスリットＳ1 ，Ｓ2 を形成するように、対向する半
円弧状の第１のスペーサ半部３ｂ1 と半円弧状の第２の
スペーサ半部３ｂ2 とから構成されている。

【００１５】本実施例の静電容量式圧力センサは、絶縁
性スペーサを設けない静電容量式圧力センサに比べて基
準容量電極６とダイアフラム電極１１の第２の電極部１
１ｂとの間の距離の変化を４０分の１〜５０分の１に抑
制できることが確認された。なお、絶縁性スペーサ３ｂ
を設けることによりダイアフラム１０は撓み難くなる。
しかしながら、この問題はダイアフラム１０の厚みを薄
くして、ダイアフラム１０の可撓性を適宜に調整するこ
とにより解消できる。またダイアフラム１０の材質を変
更することにより対処してもよい。連結部３ｃ〜３ｆは
第２のスペーサ半部３ｂ2 から封着絶縁層３ａに向って
放射状に延びるようにして第２のスペーサ半部３ｂ2 と
封着絶縁層３ａとを連結している。第２のスペーサ半部
３ｂ2 と連結部３ｃと封着絶縁層３ａと連結部３ｄとに
よって囲まれた位置にダイアフラム電極端子１２が形成
されている。また第２のスペーサ半部３ｂ2 と連結部３
ｄと封着絶縁層３ａと連結部３ｅとによって囲まれた位
置に主容量電極端子８が形成されている。更に第２のス
ペーサ半部３ｂ2 と連結部３ｅと封着絶縁層３ａと連結
部３ｆとによって囲まれた位置に基準容量電極端子９が
形成されている。

【００１６】本実施例では、まずベース電極部１上にマ
スクを施して、図５に示すように、スクリーン印刷によ
り溶融したガラス封着材料を用いてガラス封着材料パタ
ーン３´を形成する。そして、このガラス封着材料パタ
ーン３´を介してダイアフラム電極部２をベース電極部
１の上に重ね合わせ、全体を炉に入れてガラス封着材料
パターン３´を溶融させてベース電極部１とダイアフラ
ム電極部２とを接合して静電容量式圧力センサを完成し
た。

【００１７】なお本実施例では、２つのスリットＳ1 ，
Ｓ2 を形成するように、２つの半円弧状のスペーサ半部
３ｂ1 ，３ｂ2 により絶縁性スペーサ３ｂを形成した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイアフ
ラム１０が圧力により撓み、しかも基準容量電極６とダ
イアフラム電極１１との間の距離の変化を抑制できるも
のであれば、スリットの数及び絶縁性スペーサの形状は
任意である。

【００１８】また本実施例では、封着絶縁層３ａと絶縁
性スペーサ３ｂとをガラス封着パターンにより形成した
が、封着絶縁層３ａ及び絶縁性スペーサ３ｂはセラミッ
ク，樹脂等により形成することができる。また、封着絶
縁層３ａと絶縁性スペーサ３ｂとを別々の材質により形
成してもよい。

【００１９】以下、明細書に記載した複数の発明の中で
いくつかの発明についてその構成を示す。

【００２０】（１）間隔をあけて配置された主容量電極
及び基準容量電極を備えたベース基板と、前記主容量電
極及び基準容量電極と対向するダイアフラム電極を備え
たダイアフラムと、前記ベース基板と前記ダイアフラム
とを外周部において結合する封着絶縁層とを具備し、前
記主容量電極が環状形状を有しており、前記基準容量電
極が前記主容量電極と同心的に前記主容量電極を部分的
に囲む円弧形状を有している静電容量式圧力センサにお
いて、前記ダイアフラム電極は、前記主容量電極と対向
する第１の電極部と前記基準容量電極と対向する第２の
電極部とを備えており、前記主容量電極及び基準容量電
極との間に配置されて前記ベース基板と前記ダイアフラ
ムとを結合する絶縁性スペーサが設けられ、前記絶縁性
スペーサは、前記第１の電極部と前記第２の電極部との
間の前記ダイアフラム表面に接合されてなり、前記絶縁
性スペーサのパターンは、前記基準容量電極と前記ダイ
アフラム電極との間の距離の変化を抑制するように定め
られていることを特徴と静電容量式圧力センサ。

【００２１】（２）前記主容量電極の端子、前記基準容
量電極の端子及び前記ダイアフラム電極の端子は、前記
絶縁性スペーサと前記封着絶縁層との間に配置されてい
ることを特徴とする上記（１）に記載の静電容量式圧力
センサ。

【００２２】（３）前記絶縁性スペーサのパターンは、
前記主容量電極が位置する空間と前記基準容量電極が位
置する空間とが連通するように定められている上記
（１）に記載の静電容量式圧力センサ。

【００２３】（４）前記絶縁性スペーサと前記封着絶縁
層とはガラス封着パターンにより形成されている上記
（１）に記載の静電容量式圧力センサ。

【００２４】（５）間隔をあけて配置された主容量電極
及び基準容量電極を備えたベース基板と、前記主容量電
極及び基準容量電極と対向するダイアフラム電極を備え
たセラミック製のダイアフラムと、前記ベース基板と前
記ダイアフラムとを外周部において結合する封着絶縁層
とを具備し、前記主容量電極が金により形成され且つ環
状形状を有しており、前記基準容量電極が金により形成
され且つ前記主容量電極と同心的に前記主容量電極を部
分的に囲む円弧形状を有しいる静電容量式圧力センサに
おいて、前記ダイアフラム電極は、前記主容量電極と対
向する第１の電極部と前記基準容量電極と対向する第２
の電極部とを備えており、前記主容量電極及び基準容量
電極との間に配置されて前記ベース基板と前記ダイアフ
ラムとを結合する絶縁性スペーサが設けられ、前記絶縁
性スペーサは、前記第１の電極部と前記第２の電極部と
の間の前記ダイアフラム表面に接合されてなり、前記絶
縁性スペーサのパターンは、前記基準容量電極と前記ダ
イアフラム電極との間の距離の変化を抑制し、且つ前記
主容量電極が位置する空間と前記基準容量電極が位置す
る空間とが連通するように定められており、前記主容量
電極の端子、前記基準容量電極の端子及び前記ダイアフ
ラム電極の端子は、前記絶縁性スペーサと前記封着絶縁
層との間に配置されており、前記絶縁性スペーサと前記
封着絶縁層とはガラス封着パターンにより形成されてい
る静電容量式圧力センサ。

【００２５】

【発明の効果】本発明のように、主容量電極及び基準容
量電極との間に配置されてベース基板とダイアフラムと
を結合する絶縁性スペーサを設けると、絶縁性スペーサ
によって囲まれた内部でダイアフラムが撓むため、ダイ
アフラムに圧力が加わっても、基準容量電極とダイアフ
ラム電極との間の距離の変化を抑制することができる。
そのため、基準容量電極とダイアフラム電極との間の静
電容量の変化を小さくすることができ、圧力の測定精度
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の静電容量式圧力センサの一実施例の
断面図である。

【図２】 本実施例の静電容量式圧力センサのベース電
極部を示す平面図である。

【図３】 本実施例の静電容量式圧力センサのダイアフ
ラム電極部を示す背面図である。

【図４】 本実施例の静電容量式圧力センサのガラス封
着パターンを示す平面図である。

【図５】 本実施例の静電容量式圧力センサのベース電
極部上にガラス封着パターンを形成した際の平面図であ
る。

【図６】 （Ａ）及び（Ｂ）は従来の静電容量式圧力セ
ンサの断面図を示している。

【符号の説明】

３ａ 封着絶縁層 ３ｂ 絶縁性スペーサ １０１，４ ベース基板 １０２，５ 主容量電極 １０３，６ 基準容量電極 １０４，１０ ダイアフラム １０５，１１ ダイアフラム電極 １１ａ 第１の電極部 １１ｂ 第２の電極部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷上 英樹 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 間隔をあけて配置された主容量電極及び
   基準容量電極を備えたベース基板と、前記主容量電極及
   び基準容量電極と対向するダイアフラム電極を備えたダ
   イアフラムと、前記ベース基板と前記ダイアフラムとを
   外周部において結合する封着絶縁層とを具備する静電容
   量式圧力センサにおいて、 前記主容量電極及び基準容量電極との間に配置されて前
   記ベース基板と前記ダイアフラムとを結合する絶縁性ス
   ペーサが設けられ、 前記絶縁性スペーサのパターンは、前記基準容量電極と
   前記ダイアフラム電極との間の距離の変化を抑制するよ
   うに定められていることを特徴とする静電容量式圧力セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記絶縁性スペーサのパターンは、前記
   主容量電極が位置する空間と前記基準容量電極が位置す
   る空間とが連通するように定められている請求項１に記
   載の静電容量式圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記絶縁性スペーサと前記封着絶縁層と
   は同じ絶縁材料により形成されている請求項１に記載の
   静電容量式圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記ダイアフラム電極は、前記主容量電
   極と対向する第１の電極部と前記基準容量電極と対向す
   る第２の電極部とを備えている請求項１に記載の静電容
   量式圧力センサ。