JPH10170373A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度が低下するのを抑制できる静電容量型圧
力センサを得る。 【解決手段】 ベース基板１とダイアフラム基板２とを
ガラスを主成分とする絶縁材料からなる接合パターン３
を用いて接合する。接合パターン３は、主容量電極４と
基準容量電極５との間に位置して基準容量電極５と対向
電極１０との間におけるベース基板１とダイアフラム基
板２との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパター
ン１３を有する。第２のパターン１３は、主容量電極４
に接続されたリード線部６が第２のパターン１３と接触
しないように通る切欠き部１３ａを有する。これにより
第２のパターン１３は主容量電極４に接続されたリード
線部６と交差しない状態となって、感度の低下を抑制で
きる。

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型圧力センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】静電容量型圧力センサとして、ベース基
板上に間隔をあけて形成された環状の主容量電極及び主
容量電極の外側に形成された円弧状の基準容量電極と、
ダイアフラム基板上に形成された対向電極とが対向する
ように、ベース基板とダイアフラム基板とを絶縁製材料
からなる接合パターンを介して接合したものが知られて
いる。この種の静電容量型圧力センサでは、外部から圧
力が加えられてダイアフラム基板が撓み、主容量電極と
対向電極との間の間隔が変化することにより、主容量電
極と対向電極との間の静電容量が変化する。この静電容
量型圧力センサを用いて圧力を測定する場合には、主容
量電極と対向電極との間で変化する静電容量と、基準容
量電極と対向電極との間の基準静電容量とに基づいて圧
力の値を算出する。しかしながら、このような静電容量
型圧力センサでは、圧力がダイアフラム基板に加えられ
ると、わずかではあるが基準容量電極と対向電極との間
の間隔が変化して、基準容量電極と対向電極との間の基
準静電容量も変化する。そのため、圧力値の測定精度を
高めることには限界があった。

【０００３】そこで、本発明者は図７の概略断面図に示
すように、基準容量電極１０１の外側に位置して基準容
量電極１０１の周囲を囲む第１のパターン１０２と、主
容量電極１０３と基準容量電極１０１との間に位置して
基準容量電極１０１と対向電極１０４との間におけるベ
ース基板１０５とダイアフラム基板１０６との間の間隔
が変化するのを抑制する第２のパターン１０７とを有す
る接合パターンを用いることを提案した（特願平７−２
１８７７７号）。なお、図７は、主容量電極１０３のリ
ード線部１０８の位置において静電容量型圧力センサを
切断した断面を示す概略図であり、環状の主容量電極１
０３と主容量電極１０３から圧力センサの外部に延びる
リード線部１０８とは破線Ｌで区分されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７の構成の静電容量
型圧力センサを実際に製造して特性を調べたとろこ、こ
の圧力センサの感度が理論値よりも低いことが分かっ
た。そしてその原因を探求した結果、接合パターンの第
２のパターン１０７が主容量電極１０３のリード線部１
０８と交差することにより圧力センサの感度が低下する
ことに原因があることが分かった。圧力センサの感度即
ち主容量の感度は、（ある圧力における静電容量の変化
量ΔＣｎ）／（初期値Ｃｏ）と定義される。この初期値
は、圧力が加わっていない状態における主容量電極１０
３と対向電極１０４との間の発生する主容量Ｃｍと、リ
ード線部１０８と対向電極１０４との間の発生する容量
Ｃｘとの和（Ｃｍ＋Ｃｘ）とみなすことができる。しか
しながら第２のパターン１０７を形成するガラス材料の
ような絶縁材料は誘電率が高いため、第２のパターン１
０７がリード線部１０８と交差する部分では、容量Ｃｘ
が大きくなり、その結果上記感度の式の分母が大きくな
って圧力センサの感度は低下するのである。

【０００５】本発明の目的は、圧力センサの感度が低下
するのを抑制できる静電容量型圧力センサを提供するこ
とにある。

【０００６】本発明の他の目的は、感度の低下を抑制す
ることができて、しかも第２のパターンの内側のガス抜
きを行える静電容量型圧力センサを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主容量電極
と、この主容量電極に接続されたリード線部と、主容量
電極の外側に形成された基準容量電極と、この基準容量
電極に接続されたリード線部とが一方の面に形成された
ベース基板と、主容量電極、リード線部及び基準容量電
極と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に
備えたダイアフラム基板と、ベース基板とダイアフラム
基板との間に配置されて両基板を接合するとともに所定
の間隔を形成する絶縁性材料からなる接合パターンとか
らなり、接合パターンが基準容量電極の外側に位置して
基準容量電極の周囲を囲む第１のパターンと主容量電極
と基準容量電極との間に位置して基準容量電極と対向電
極との間におけるベース基板とダイアフラム基板との間
の間隔が変化するのを抑制する第２のパターンとを有し
ている静電容量型圧力センサを改良の対象にする。

【０００８】本発明では、主容量電極に接続されたリー
ド線部と交差しないように第２のパターンを形成する。
このように構成すると、リード線部と対向電極とが誘電
率の高い第２のパターンを介して対向する部分がなくな
り、リード線部と対向電極との間の容量Ｃｘを小さくで
きて、圧力センサの感度の低下を抑制できる。

【０００９】主容量電極は環状に形成し、基準容量電極
は主容量電極に接続されたリード線部と交差しないよう
に円弧状に形成することができる。また、接合パターン
は、ガラスを主成分とする絶縁製材料により形成するこ
とができる。この場合、第２のパターンは主容量電極に
接続されたリード線部が第２のパターンと接触しないよ
うに通る切欠き部を備えた一部切り欠き付きの環状形状
に形成すればよい。このようにすれば、第２のパターン
の切欠き部は、第２のパターンの内側のガス抜き通路を
兼ねることができる。このような通路がないと、ダイア
フラム部に圧力が加わったときのダイアフラム部の変形
度合いが悪くなる。

【００１０】主容量電極に接続されたリード線部の幅寸
法は、基準容量電極に接続されたリード線部の幅寸法よ
りも小さくするのが好ましい。第２のパターンとリード
線部とが交差しないことにより、容量Ｃｘは小さくなる
が、更に対向電極と対向するリード線部の幅寸法を小さ
くすると容量Ｃｘは更に小さくなる。したがって感度が
更に上がる。しかしながら、幅寸法が小さくなり過ぎる
と、リード線部の抵抗が大きくなって、主静電容量とリ
ード線部の抵抗値とにより定まるｔａｎδが必要以上に
大きくなりすぎてエネルギー損失が大きくなる。そのた
め、リード線部の幅寸法は、ｔａｎδが必要以上に大き
くなりすぎない程度に小さく設定する必要がある。具体
的には、主容量電極に接続されたリード線部の幅寸法を
０．４〜０．６ｍｍとすると、感度を上げることができ
て、しかもｔａｎδを大きくし過ぎることがない。

【００１１】

【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。図１（Ａ）及び
（Ｂ）は本発明の実施の形態の一例の静電容量型圧力セ
ンサの平面図及び側面図であり、図２は本実施例の静電
容量型圧力センサの断面を概略的に表した図である。こ
れらの図に示すように、本実施例の静電容量型圧力セン
サは、ベース基板１とダイアフラム基板２とが接合パタ
ーン３を介して結合された構造を有している。なお、接
合パターン３の厚みは極めて薄いため、図２の概略図で
は、接合パターン３の厚み寸法及びベース基板１とダイ
アフラム基板２との間の寸法を誇張して描いている。

【００１２】ベース基板１は、セラミックスにより形成
されており、側部にカット端面１ａを有する円柱に近い
形状を有している。ベース基板１のダイアフラム基板２
と対向する面と反対の表面１ｂ上には、信号回路（図示
せず）が形成されている。ベース基板１のダイアフラム
基板２と対向する面には、図３の平面図に詳細に示すよ
うに主容量電極４及び基準容量電極５が径方向に間隔を
あけて形成されている。主容量電極４は、Ａｕペースト
（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４の一部はリード線部６により主容量電
極端子７に電気的に接続されている。リード線部６の幅
寸法は、基準容量電極５に接続されたリード線部８の幅
寸法（１ｍｍ）よりも小さく、しかも、主容量電極４と
対向電極１０との間の主静電容量とリード線部６の抵抗
分を含む抵抗値とにより定まるｔａｎδが、必要以上に
大きくなり過ぎない程度に設定されており、この例では
リード線部６は０．４〜０．６ｍｍの幅寸法を有してい
る。また、リード線部６は５．４ｍｍの長さ寸法を有し
ている。

【００１３】リード線部６及び主容量電極端子７は主容
量電極４を形成するときにＡｕペーストを用いて同時に
形成されている。主容量電極４の中心の空隙部Ｓは、主
容量電極４と対向電極１０との間の静電容量をダイアフ
ラム基板２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、ダイアフラム基板２が強く加圧されても対
向電極１０が主容量電極４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５は、主容量電極４
と同様にＡｕ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５は、リード線部６と交差しないように主容量電極
４と同心的に該主容量電極４を部分的に囲む円弧形状を
有している。基準容量電極５の一端はリード線部８によ
り基準容量電極端子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５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４、基準容量電極５、
リード線部６，８、主容量電極端子７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。主容量電極端子
７及び基準容量電極端子９は、ベース基板１のカット端
面１ａに形成された接続部Ｃ1 ，Ｃ2 を通してベース基
板１の表面１ｂに形成された信号回路に電気的に接続さ
れている（図１）。

【００１４】ダイアフラム基板２はセラミックスにより
形成されており、厚み０．４６ｍｍの円板形状を有して
いる。ダイアフラム基板２のベース基板１と対向する面
には、図４の平面図に詳細に示すように対向電極１０が
形成されている。対向電極１０は、Ａｕ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。この対向電極１０は、ベース基板１
に形成された主容量電極４、リード線部６及び基準容量
電極５と所定の間隔をあけて対向するように円形に形成
されている。対向電極１０の一部から接続用端子１１が
突出している。対向電極１０及び接続用端子１１は一回
のスクリーン印刷により同時に形成する。この接続用端
子１１は、ベース基板１のカット端面１ａに形成された
接続部Ｃ3を通してベース基板１の表面１ｂに形成され
た信号回路に電気的に接続されている（図１）。

【００１５】接合パターン３は、ガラスを主成分とする
絶縁材料（接合材料）により形成されており、１０〜１
５μｍの厚みを有している。この接合パターン３は、図
５の平面図に詳細に示すように、第１のパターン１２と
第２のパターン１３とを有している。第１のパターン１
２は基準容量電極５の外側に位置して基準容量電極５の
周囲を囲み且つ２つのリード線部６，８と交差するよう
に、ベース基板１の輪郭に沿った形状に形成されてい
る。また、第１のパターン１２は、内径部１２ａと外径
部１２ｂとが複数の接続パターン部１２ｃ…により連結
された形状に形成されている。このような形状にすると
接合パターンを形成する際に接合パターン内にボイド
（クラック）が発生するのを防ぐことができる。

【００１６】第２のパターン１３は、主容量電極４と基
準容量電極５との間に位置して基準容量電極５と対向電
極１０との間におけるベース基板１とダイアフラム基板
２との間の間隔が変化するのを抑制している。第２のパ
ターン１３は主容量電極５に接続されたリード線部６が
第２のパターン１３と接触しないように通る切欠き部１
３ａを備えた一部切り欠き付きの環状形状を有してい
る。切欠き部１３ａは、第２のパターン１３の内側のガ
ス抜き通路を兼ねている。図２及びガラス封着材料パタ
ーン３´（接合パターン３と同じ形状のパターン）とリ
ード線部６との交差部を示している図６に示すように、
切欠き部１３ａを設けると、リード線部６と対向電極１
０とが誘電率の高い接合パターン３を介して対向する部
分がなくなり、リード線部６と対向電極１０との間の容
量を小さくでき、圧力センサの感度の低下を抑制でき
る。

【００１７】本実施例の静電容量型圧力センサは次のよ
うにして製造した。まず、ベース基板１のダイアフラム
基板２と対向する面（対向面）に主容量電極４、基準容
量電極５、リード線部６，８、主容量電極端子７及び基
準容量電極端子９のパターンを形成する。次にベース基
板１の対向面上にマスクを施して、図６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´を介して対向電極１０を形
成したダイアフラム基板２をベース基板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
溶融させてベース基板１とダイアフラム基板２とを接合
して静電容量型圧力センサを完成した。

【００１８】次に実施例１，２と比較例１，２の静電容
量型圧力センサを用意して、各静電容量型圧力センサの
初期値及び感度を測定した。ここで、実施例１は前述し
た本実施例の静電容量型圧力センサである。また、実施
例２はリード線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続さ
れたリード線部８と同じ幅寸法（１ｍｍ）とし、その他
は本実施例の静電容量型圧力センサと同じ構造を有する
静電容量型圧力センサである。また、比較例１の静電容
量型圧力センサは、切欠き部１３ａを設けずに、リード
線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続されたリード線
部８と同じ幅寸法（１ｍｍ）とし、その他は本実施例の
静電容量型圧力センサと同じ構造を有する静電容量型圧
力センサである。また、比較例２の静電容量型圧力セン
サは、切欠き部１３ａを設けず、その他は本実施例の静
電容量型圧力センサと同じ構造を有する静電容量型圧力
センサである。表１は、その測定結果を示している。

【００１９】

【表１】 本表より、実施例１，２の静電容量型圧力センサは、比
較例１，２の静電容量型圧力センサに比べて初期値を小
さくして感度を高められるのが分る。特にリード線部６
の幅寸法を小さくしただけの比較例２の静電容量型圧力
センサは、比較例１の静電容量型圧力センサに比べれば
感度を高められるものの、実施例１，２の静電容量型圧
力センサと比べると感度が低いのが分る。

【００２０】なお本実施例では、接合パターン３をガラ
ス封着パターンにより形成したが、接合パターン３はセ
ラミックス，樹脂等により形成することができる。ま
た、第１のパターン１２と第２のパターン１３とを別々
の材質により形成してもよい。また、本実施例では、リ
ード線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続されたリー
ド線部８の幅寸法よりも小さくしたが、リード線部６の
幅寸法を任意に選択した寸法に設定しても構わない。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、主容量電極に接続され
たリード線部と交差しないように第２のパターンを形成
するので、リード線部と対向電極とが誘電率の高い第２
のパターンを介して対向する部分がなくなり、リード線
部と対向電極との間の容量を小さくでき、コンデンサ感
度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）及び（Ｂ）は本実施例の静電容量型圧
力センサの平面図及び側面図である。

【図２】 本実施例の静電容量型圧力センサの概略断面
図である。

【図３】 本実施例の静電容量型圧力センサのベース基
板を示す平面図である。

【図４】 本実施例の静電容量型圧力センサのダイアフ
ラム基板を示す平面図である。

【図５】 本実施例の静電容量型圧力センサの接合パタ
ーンを示す平面図である。

【図６】 本実施例の静電容量型圧力センサを製造する
際のガラス封着材料パターンを示す平面図である。

【図７】 従来の静電容量型圧力センサの概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１ ベース基板 ２ダイアフラム基板 ３ 接合パターン ４ 主容量電極 ５ 基準容量電極 ６，８ リード線部 １０ 対向電極 １２ 第１のパターン １３ 第２のパターン １３ａ 切欠き部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主容量電極と、該主容量電極に接続され
   たリード線部と、前記主容量電極の外側に形成された基
   準容量電極と前記基準容量電極に接続されたリード線部
   とが一方の面に形成されたベース基板と、 前記主容量電極、前記リード線部及び前記基準容量電極
   と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に備
   えたダイアフラム基板と、 前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間に配置さ
   れて両基板を接合するとともに前記所定の間隔を形成す
   る絶縁性材料からなる接合パターンとからなり、 前記接合パターンが前記基準容量電極の外側に位置して
   前記基準容量電極の周囲を囲む第１のパターンと前記主
   容量電極と前記基準容量電極との間に位置して前記基準
   容量電極と前記対向電極との間における前記ベース基板
   と前記ダイアフラム基板との間の間隔が変化するのを抑
   制する第２のパターンとを有している静電容量型圧力セ
   ンサであって、 前記第２のパターンが前記主容量電極に接続された前記
   リード線部と交差しないように形成されていることを特
   徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 【請求項２】 環状の主容量電極と、該主容量電極に接
   続されたリード線部と、前記主容量電極の外側に形成さ
   れ前記リード線部と交差しないように形成された円弧状
   の基準容量電極と前記基準容量電極に接続されたリード
   線部とが一方の面に形成されたセラミックス製のベース
   基板と、 前記主容量電極、前記リード線部及び前記基準容量電極
   と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に備
   えたセラミックス製のダイアフラム基板と、 前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間に配置さ
   れて両基板を接合するとともに前記所定の間隔を形成す
   るガラスを主成分とする絶縁製材料からなる接合パター
   ンとからなり、 前記接合パターンが前記基準容量電極の外側に位置して
   前記基準容量電極の周囲を囲み且つ２つの前記リード線
   部と交差する第１のパターンと前記主容量電極と前記基
   準容量電極との間に位置して前記基準容量電極と前記対
   向電極との間における前記ベース基板と前記ダイアフラ
   ム基板との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパタ
   ーンとを有している静電容量型圧力センサであって、 前記第２のパターンは前記主容量電極に接続された前記
   リード線部が前記第２のパターンと接触しないように通
   る切欠き部を備えた一部切り欠き付きの環状形状を有し
   ていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記主容量電極に接続された前記リード
   線部の幅寸法は、前記基準容量電極に接続された前記リ
   ード線部の幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項
   １または２のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記主容量電極に接続された前記リード
   線部の幅寸法は、主容量電極と対向電極との間の主静電
   容量と前記主容量電極に接続された前記リード線部の抵
   抗分を含む抵抗値とにより定まるｔａｎδが、必要以上
   に大きくなり過ぎない程度に小さく設定されている請求
   項３に記載の静電容量型圧力センサ。
5. 【請求項５】 前記主容量電極に接続された前記リード
   線部の幅寸法は、０．４〜０．６ｍｍである請求項４に
   記載の静電容量型圧力センサ。