JPH10300609A

JPH10300609A - 静電容量型圧力センサ

Info

Publication number: JPH10300609A
Application number: JP11392597A
Authority: JP
Inventors: Koichi Otani; 浩一大谷; Masanaga Hashimoto; 正永橋本
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】静電容量型センサにおいて、製造時のリード
部材とサブストレイト電極との接続を確実とし、また、
サブストレイト電極のリード部材の飛出し部による浮遊
容量の変化のないようにする。【解決手段】流体の圧力が印加されるダイアフラム１
と、このダイアフラム１の裏面に平面的に形成された電
極１１と、サブストレイト２と、サブストレイト２の裏
面に形成された電極２１を備える静電容量型圧力センサ
において、ダイアフラム電極１１は、サブストレイト電
極２１よりも広い面積を有し、そして、サブストレイト
電極２１とリード部材２２との接続部に対面する部分を
有するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧力をダイア
フラムに導いて、その歪を静電容量の変化として検出
し、圧力の値を電気的に得る静電容量型圧力センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】静電容量型圧力センサは、図４に示すよ
うに、流体の圧力が印加されるダイアフラム１´と、こ
のダイアフラム１´の裏面に平面的に形成されたダイア
フラム電極１１´と、ダイアフラム１´と一定間隔を隔
てて対面して設けられたサブストレイト２´と、サブス
トレイト２´の裏面に形成され、そして、ダイアフラム
電極１１´と対面して設けられたサブストレイト電極２
１´を備えている。図４に示す圧力センサに測定する流
体を導入し、ダイアフラム１´が圧力を受けて変形する
ことにより、ダイアフラム電極１１´とサブストレイト
電極２１´との間隔の変化を静電容量の変化として測定
し、そして、静電容量型圧力センサに接続される容量・
電圧変換及び増幅回路（図示していない。）で所定の変
換及び増幅をすることにより、流体の圧力を計測するの
である。しかしながら、使用する流体が有する誘電性に
より、静電容量が変化するのである。

【０００３】従来の静電容量型センサのダイアフラム側
電極１１´及びサブストレイト電極２１´のリード端子
１２´、２２´としては、ピン形状のものが使用されて
おり、そして、これらのリード端子１２´、２２´はダ
イアフラム電極１１´又はサブストレイト電極２１´に
直角に差すようにして直接接続されていた。ダイアフラ
ム電極１１´とサブストレイト電極２１´の間隔として
は、一定であることが要求されており、通常１０〜５０
μｍの範囲になるよう設定されていたが、ピン形状のリ
ード端子２２´をサブストレイト２´に差してサブスト
レイト電極２１´に接続することは不確実になりやす
く、耐久性に問題があった。そして、確実に接続しよう
とすると、サブストレイト電極２１´より少し飛び出さ
せることが必要であるが、その際、飛び出す量が両電極
の間隔より長くなるとダイアフラム電極１１´と接続さ
れてしまう。そのため、サブストレイト電極２１´のリ
ード端子２２´との接続部に対面する部分にはダイアフ
ラム電極１１´を形成することはできなかった。

【０００４】また、図５に示すように、静電容量型圧力
センサは、Ａで示すようなダイアフラム電極１１´とサ
ブストレイト電極２１´間の静電容量を主に利用して測
定するものであり、従来の静電容量型圧力センサは、ダ
イアフラム電極１１´の径が小さいため、リード端子２
２´のサブストレイト電極２１´との接続部の飛出し部
２２ａ´と測定する流体を導入する容器Ｓ（図はその一
部を示す。）との間でＢで示すような浮遊容量が生じ、
そして、この浮遊容量は、飛出し量及び測定流体の誘電
率の違いによって変化するため、容量・電圧変換及び増
幅回路で修正することは実質的に不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの欠
点をなくし、製造時のリード部材とサブストレイト電極
との接続を確実とするものである。また、サブストレイ
ト電極のリード部材の飛出し部による浮遊容量の変化の
ないようにするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体の圧力が
印加されるダイアフラムと、このダイアフラムの裏面に
平面的に形成された電極と、ダイアフラムと一定間隔を
隔てて対面して設けられたサブストレイトと、サブスト
レイトの裏面に形成され、そして、ダイアフラム電極と
対面して設けられた電極を備える静電容量型圧力センサ
において、ダイアフラム電極は、サブストレイト電極よ
りも広い面積を有し、そして、サブストレイト電極のリ
ード部材との接続部に対応する部分を有する静電容量型
センサである。

【０００７】また、本発明は、流体の圧力が印加される
ダイアフラムと、このダイアフラムの裏面に平面的に形
成された電極と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面
して設けられたサブストレイトと、サブストレイトの裏
面に形成され、そして、ダイアフラム電極と対面して設
けられた電極を備える静電容量型圧力センサにおいて、
ダイアフラム電極のリード部材は、サブストレイトのス
ルーホール及び横壁に設けられた孔に充填された導電性
ペーストである静電容量型圧力センサである。

【０００８】そして、本発明は、流体の圧力が印加され
るダイアフラムと、このダイアフラムの裏面に平面的に
形成された電極と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対
面して設けられたサブストレイトと、サブストレイトの
裏面に形成され、そして、ダイアフラム電極と対面して
設けられた電極を備える静電容量型圧力センサにおい
て、サブストレイト電極のリード部材は、サブストレイ
トのスルーホールに設けられたものである静電容量型圧
力センサである。

【０００９】更に、本発明は、流体の圧力が印加される
ダイアフラムと、このダイアフラムの裏面に平面的に形
成された電極と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面
して設けられたサブストレイトと、サブストレイトの裏
面に形成され、そして、ダイアフラム電極と対面して設
けられた電極を備える静電容量型圧力センサにおいて、
サブストレイト電極とリード部材との接続部は、断面Ｔ
字状又はＬ字状である静電容量型圧力センサである。

【００１０】

【作用】ダイアフラム電極はサブストレイト電極のリー
ド部材との接続部に対面する部分を有しており、そし
て、この部分は、サブストレイト電極とリード部材との
接続部の飛出し部と流体との間に配置されているので、
シールド部材の役割をすることとなる。そのため、両者
間には浮遊容量が生ずることはなく、容量・電圧変換及
び増幅回路においてこの浮遊容量を考慮する必要はな
い。

【００１１】また、ダイアフラム電極のリード部材とし
てサブストレイトのスルーホール及び横壁に設けられた
孔に充填された導電性ペーストとすると、ダイアフラム
電極との接続が簡単に実施できる。

【００１２】そして、サブストレイト電極のリード部材
は、サブストレイトのスルーホールに設けられたものと
し、サブストレイト電極とリード部材との接続部を断面
Ｔ字状又はＬ字状とすると、接続部からのリード部材の
飛出し部はなくなり、サブストレイト電極のリード部材
がダイアフラム電極にあたることはなくなるので、ダイ
アフラム電極の径を大きくすることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明
する。本発明の静電容量型圧力センサの一実施例につい
て、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の
静電容量型圧力センサの一実施例の説明図である。図２
（ａ）は、本発明の静電容量型圧力センサのダイアフラ
ムの裏面の一例の説明図、図２（ｂ）は、本発明の静電
容量型圧力センサのサブストレイトの裏面の一例の説明
図、図２（ｃ）は、本発明の静電容量型圧力センサのサ
ブストレイトの表面の一例の説明図である。

【００１４】本実施例の静電容量型圧力センサは、流体
の圧力が印加されるダイアフラム１と、このダイアフラ
ム１の裏面に平面的に形成されたダイアフラム電極１１
と、ダイアフラム１と一定間隔を隔てて対面して設けら
れたサブストレイト２と、サブストレイト２の裏面に形
成され、ダイアフラム電極１１と対面して同様に設けら
れたサブストレイト電極２１とを備えている。そして、
静電容量型圧力センサのダイアフラム１に測定する流体
が印加されると、ダイアフラム１が圧力を受けて変形し
てダイアフラム電極１１とサブストレイト電極２１との
間隔は変化する。ダイアフラム電極１１とサブストレイ
ト電極２１との間に電圧を印加しておくと、この間隔の
変化を静電容量の変化として測定することができ、そし
て、容量・電圧変換及び増幅回路（図示していない。）
で間隔の変化を測定することができ、したがって流体の
圧力を測定することが可能となる。

【００１５】ダイアフラム１は、測定する流体の圧力を
受けて変形するものであり、そして流体の圧力の大きさ
に応じて変形量も変化する。材質はアルミナで、形状は
円形である。（厚さ０．２〜２．０ｍｍ、測定圧１００
ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ）ダイアフラム電極１１は、ダイアフ
ラム１の裏面のほぼ全面に、十分大きいサイズの電極と
して、平面的に円形に形成されており、サブストレイト
電極２１とリード部材２２との接続部に対面する部分を
有していて、シールド機能を有している。そして、ダイ
アフラム電極１１のリード部材１２に接続されている。
ダイアフラム電極１１の材質としては、金、銀又は銀パ
ラジウム等の導電性ペーストにより印刷形成又は真空蒸
着により形成されている。ダイアフラム電極１１のリー
ド部材１２として、ピン形状のリード端子が使用され
る。

【００１６】サブストレイト２は、アルミナ製で、形状
は円形であり、ダイアフラム１と一定間隔を隔てて対面
している。また、ダイアフラム電極１１と接続されるリ
ード部材１２の端子孔２４ａ及びサブストレイト電極２
１と接続されるリード部材２２のスルーホール部２２１
が形成されている。サブストレイト電極２１は、サブス
トレイト２の裏面にダイアフラム電極１１と同様の方法
により形成されており、ダイアフラム電極１１と対面し
て静電容量を有するようになっている。そして、サブス
トレイト電極延長部２１１を有しており、サブストレイ
ト電極延長部２１１を介して、サブストレイト２のスル
ーホール２３に形成されたリード部材２２のスルーホー
ル部２２１と接続されている。その接続部は、断面Ｔ字
状又はＬ字状となっており、リード部材２２の飛出し部
はない。サブストレイト電極のリード部材２２は、スル
ーホール２３に形成されたスルーホール部２２１、サブ
ストレイト表面に形成された配線部２２２及びピン形状
のリード端子部２２３からなり、そして、容量・電圧変
換及び増幅回路（図示されていない。）等に接続されて
いる。スルーホールの外側にはガラス２３１を封入して
おく。

【００１７】ダイアフラム１とサブストレイト２は、周
縁部にガラスフリットによる封着部材３が設けられてい
て、ダイアフラム電極１２とサブストレイト電極２１と
が互いに１０〜５０μｍの範囲で所定の間隔を隔てて対
面し、そして、その内部空間が気密状態となるように形
成されている。この封着部材３には、ダイアフラム１と
サブストレイト２との間を一定間隔に形成するために、
例えば一定の大きさのビーズが混合されている。また、
この封着部材３は、内側封着部３１と外側封着部３２か
らなっており、さらにこの間にも封着部材を点在させて
強力かつ確実に接合するように形成されている。また、
内側封着部３１には所々切り取られた切欠き部が形成さ
れている。外側封着部３２はダイアフラム１とサブスト
レイト２の周縁部全周を覆い、連続した形状でダイアフ
ラム１とサブストレイト２の空間部が密閉状態になるよ
うに形成されている。封着部材３の切欠き部にはダイア
フラム電極１１のリード部材１２の挿入孔３３ａを有し
ており、それに対応する場所のサブストレイト２には、
端子孔２４ａが位置している。ダイアフラム電極１１の
リード部材１２の挿入孔３３ａは、封着剤により内側封
着部３１と外側封着部３２でそれぞれ形成された隔離壁
によって内側封着部３１及び外側封着部３２の間の空間
部と隔離されている。

【００１８】静電容量型圧力センサの組立方法の一例を
説明する。ダイアフラム電極１１、サブストレイト電極
２１、リード部材２２のスルーホール部２２１及び配線
部２２２を印刷や真空蒸着等によりダイアフラム１及び
サブストレイト２に各々形成する。そして、このダイア
フラム１及びサブストレイト２を対面させて封着部材を
加熱溶融して封着する。ダイアフラム１とサブストレイ
ト２の内部空間が冷却した後、リード端子孔に導電性ペ
ーストとともに各々のリード部材を挿入し、各電極と電
気的に接続させるものである。この実施例の静電容量型
圧力センサによれば、流体の誘電率の違いによる容量値
の変化がなく、安定した容量値が得られるものである。

【００１９】なお、この発明の静電容量型圧力センサは
上記実施例に限定されるものではなく、ダイアフラム電
極のリード部材１２として、図３に示すようなものでも
よい。即ち、サブストレイト２にはリード物質挿入孔２
４ｂを、封止部材３にはリード物質挿入孔３３ｂをそれ
ぞれ設け、それらの孔２４ｂ、３３ｂにリード部材とな
るリード物質１２ｂを挿入することにより形成すること
も可能である。また、サブストレイト電極２のリード部
材２２としてピン形状のものを使用し、スルーホール２
３内に挿入したものでもよい。そして、サブストレイト
電極２とリード部材スルーホール部２２１との接続は、
サブストレイト電極２１の端又は端に接続したリード部
材配線部２２２に接続される。

【００２０】また、ダイアフラム１とサブストレイト２
の外形及び両電極１１、２１の形状は円形のほかに方形
や多角形状に形成してもよい。更に、ダイアフラム１の
材質は、アルミナのほか、ジルコニア、シリコン、水晶
等でもよい。また、サブストレイト２の材質として、ア
ルミナのほか、ジルコニア等の絶縁体でもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、簡単な構成で、製造時サ
ブストレイト電極とリード部材との接続を確実とするこ
とができ、そして、浮遊容量の影響をなくし、測定精度
が高く、測定流体の誘電率の違いによる影響を受けない
ようにすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電容量型圧力センサの一実施例の説
明図。

【図２】本発明の静電容量型圧力センサのダイアフラム
及びサブストレイトの表面及び裏面の一例の説明図。

【図３】本発明の静電容量型圧力センサにおけるダイア
フラム電極リード部材の一例の説明図。

【図４】従来の静電容量型圧力センサの説明図。

【図５】従来の静電容量型圧力センサにおける浮遊容量
の説明図。

【符号の説明】

１ダイアフラム１１ダイアフラム電極１２ａダイアフラム電極リードピン１２ｂダイアフラム電極リード物質２サブストレイト２１サブストレイト電極２１１サブストレイト電極延長部２２サブストレイト電極リード部材２２１リード部材スルーホール部２２２リード部材配線部２２３リード部材リードピン部２３スルーホール２３１封入ガラス２４ａダイアフラムリードピン挿入孔２４ｂダイアフラムリード物質挿入孔３封入部材３１内側封入部材３２外側封入部材３３ａ封入部材リードピン挿入孔３３ｂ封入物質リード物質挿入孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の圧力が印加されるダイアフラム
と、このダイアフラムの裏面に平面的に形成された電極
と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面して設けられ
たサブストレイトと、サブストレイトの裏面に形成さ
れ、そして、ダイアフラム電極と対面して設けられた電
極を備える静電容量型圧力センサにおいて、ダイアフラム電極は、サブストレイト電極よりも広い面
積を有し、そして、サブストレイト電極とリード部材と
の接続部に対面する部分を有することを特徴とする静電
容量型圧力センサ。
【請求項２】流体の圧力が印加されるダイアフラム
と、このダイアフラムの裏面に平面的に形成された電極
と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面して設けられ
たサブストレイトと、サブストレイトの裏面に形成さ
れ、そして、ダイアフラム電極と対面して設けられた電
極を備える静電容量型圧力センサにおいて、ダイアフラム電極のリード部材は、サブストレイトのス
ルーホール及び横壁に設けられた孔に充填された導電性
ペーストであることを特徴とする静電容量型圧力セン
サ。
【請求項３】流体の圧力が印加されるダイアフラム
と、このダイアフラムの裏面に平面的に形成された電極
と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面して設けられ
たサブストレイトと、サブストレイトの裏面に形成さ
れ、そして、ダイアフラム電極と対面して設けられた電
極を備える静電容量型圧力センサにおいて、サブストレイト電極のリード部材は、サブストレイトの
スルーホールに設けられたものであることを特徴とする
静電容量型圧力センサ。
【請求項４】流体の圧力が印加されるダイアフラム
と、このダイアフラムの裏面に平面的に形成された電極
と、ダイアフラムと一定間隔を隔てて対面して設けられ
たサブストレイトと、サブストレイトの裏面に形成さ
れ、そして、ダイアフラム電極と対面して設けられた電
極を備える静電容量型圧力センサにおいて、サブストレイト電極とリード部材との接続部は、断面Ｔ
字状又はＬ字状であることを特徴とする静電容量型圧力
センサ。