JPH109984A - 静電容量式圧力センサおよびこれを用いたガス異常監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スルーホールで導通をとるために、このスル
ーホールに挿入する導線の断線を防止して信頼性を確保
する。 【解決手段】 第一の電極１を取り付けたダイアフラム
２と、第二の電極３を取り付けた固定基板４とを一定間
隔に保持し、この固定基板４に形成したスルーホール６
の端面に曲面状部８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス圧等の流体の
圧力を検知する高信頼性の静電容量式圧力センサおよび
この静電容量式圧力センサを用いたガス異常監視装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】静電容量式圧力センサは、温度による空
気の誘電率の変化が少ないことを利用したもので、圧力
によってダイアフラムが変形し、このダイアフラムに設
けた電極と他方の電極との電極間の距離が変化すること
によって電極間に生じる静電容量が変化することを利用
して圧力を検知するものである。図６を参照して従来の
静電容量式圧力センサについて説明する。

【０００３】第一の電極１が形成されたダイアフラム２
と第二の電極３が形成された固定基板４とを備え、前記
第一の電極１と前記第二の電極３とは対向して配置し、
前記電極１、３の外周部において前記ダイアフラム２と
固定基板４とは接着層５により接着し、固定基板４に
は、円柱状のスルーホール６を設け、このスルーホール
６の端面には角状のエッジ部７が存在していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の静電容量式圧力
センサにおいては、第一の電極１および第二の電極３の
出力を固定基板４の裏面に引き出すために、スルーホー
ル６を設け、これに導線を挿入して導通をとっている
が、スルーホール６の端面に有在するエッジ部７で導線
の断線を起こし易く、出力がとれなくなることがあり、
歩留まりがわるいという問題点があった。さらに温度変
化に伴って、固定基板４が膨張収縮し、膨張収縮のない
常温では出力がとれるが、温度が変化して膨張収縮が発
生すると導線が断線を起こしやすく、長期の信頼性にか
けるという問題点もあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明の静電容量式圧力センサは、ガス異常監
視装置などに用いるもので、表面に第一の電極が形成さ
れたダイアフラムと、第二の電極が表面に形成された固
定基板とを、接着層により接着することにより一定間隔
に保持し、前記第一の電極と前記第二の電極とは対向し
て配置させ、前記固定基板に設けたスルーホールの端面
は曲面状、Ｃ面状あるいはテーパ面状に形成してエッジ
部を取り除くこととしている。そして、導線を挿入する
スルーホールの端面にエッジ部が存在しないことによ
り、導線の断線を防止して歩留まりを向上させ、長期の
信頼性を確保することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、表面に第一の電極が形
成されたダイアフラムと、第二の電極が表面に形成され
た固定基板とを備え、前記第一の電極と前記第二の電極
とは、前記ダイアフラムと前記固定基板とを一定間隔に
保持して対向させ、前記固定基板には、端面のエッジ部
を除去したスルーホールを設けたものである。

【０００７】そして、スルーホールのエッジ部分を取り
除くことによって、断線を防ぐことができるので歩留ま
りが向上し、長期の信頼性を確保することができる。

【０００８】また、スルーホールの端面に曲面状部、Ｃ
面状部を形成したり、スルーホールの内壁にテーパ部を
設けたものである。

【０００９】そして、電極あるいは導電ペーストは、曲
面状部、Ｃ面状部、テーパ部を設けることによって、ス
ルーホールの端面による影響を低減することができ、か
つ、導線がスルーホール内を通りやすくなり、さらに接
触面積も増加するため、断線率が低下して歩留まりが向
上する。

【００１０】また、スルーホールのエッジ部を除去する
には、金型成形によりスルーホールを有する固定基板を
形成し、レーザ加工あるいは超音波加工で処理すれば良
い。

【００１１】そして、金型成形された固定基板の端面を
レーザあるいは超音波加工することによって容易にスル
ーホールの端面のエッジ部を除去することができる。

【００１２】さらに、上記のように形成した静電容量式
圧力センサにより構成したセンサ素子と、圧力導入孔を
有し、かつ前記センサ素子を内包するケースと、前記セ
ンサ素子と前記ケースとを固定するシール材とを有する
ガス設備内のガス圧を検出するシール材とを有するガス
設備内のガス圧を検出する圧力検出手段、ガス設備内の
ガス流量を検出する流量検出手段、前記圧力検出手段と
前記流量検出手段からの電気信号でガス設備内の異常を
判定する判定手段およびこの判定手段からの信号により
動作する出力手段を備えるガス異常監視装置としたもの
である。

【００１３】そして、歩留まりの良い長期信頼性を確保
したセンサ素子をガス異常監視装置に使用することによ
って、ガス設備内のガス圧を検出する圧力検出手段の定
期的な信頼性評価を行う必要がなくなり、消費電力削減
およびコスト低減に寄与することができる。

【００１４】以下、本発明の実施例について、図１〜図
５を参照しながら説明する。 （実施例１）本発明における静電容量式圧力センサの実
施例１について図１を用いて説明する。

【００１５】図１において、１は第一の電極で例えば
０．１５mmの板厚のアルミナ基板からなるダイアフラム
２の表面に取り付けられている。３は第二の電極で、例
えば１．５mmの板圧のアルミ基板からなる固定基板４の
表面に取り付けられている。５は、前記第一の電極１と
前記第二の電極とが対向して配置されるように前記電極
１、２の外周部において、前記ダイアフラム２と前記固
定基板４とを一定間隔に保持する例えばシールガラスよ
りなる接着層６は、前記固定基板４に形成された導線を
挿入するスルーホールで、ダイアフラム２と対向する端
面には曲面状部８を形成することにより前記電極３が取
り付けられた表面にはエッジ部が存在しない構成として
いる。

【００１６】このとき、第一の電極１および第二の電極
３は、金のレジネートを用い、スクリーン印刷により電
極状に形成し、ついで約８５０℃で脱媒焼成して焼成膜
厚が約０．０００３〜０．０００５mmになるようにして
いる。さらに、第二の電極３の印刷時に、電極３の導線
をスルーホール６内に真空吸引することによって電極３
を固定基板４の裏面と導通させている。

【００１７】また、スルーホール６を有する固定基板４
は金型成形により形成し、そのスルーホール６の端面
は、レーザ加工によって曲面状部８を形成することでエ
ッジ部を除去した構成としている。金型成形した後のス
ルーホール６の直径は約０．４mmであったが、レーザ加
工を行って端面に曲面状部８を形成することにより、端
子部の直径は０．６mmとした。

【００１８】この曲面状部８を有するスルーホール６を
設けた固定基板４を備えた静電容量式圧力センサを５０
個製作し、−３０度〜６０度のヒートサイクル試験にか
けた後の断線率を評価した。その結果、５０個の静電容
量式圧力センサのうち全部が断線することなく導通し、
正常に作動していた。なお、スルーホール６をレーザ加
工することによって曲面状部８を形成したが、超音波加
工することによってもレーザ加工した場合と同様に曲面
状部８を形成してエッジ部を除去することができ。断線
を生じなかった。

【００１９】（実施例２）図２に示す静電容量式圧力セ
ンサの場合は、スルーホール６のダイアフラム２と対向
する端面にＣ面状部９を形成したものである。スルーホ
ール６の端面にＣ面状部９を形成するには、実施例１の
場合と同様にレーザ加工あるいは超音波加工により形成
することができる。実施例１と同様にレーザ加工により
Ｃ面状部９を形成した静電容量式圧力センサを５０個製
作し、−３０度〜６０度のヒートサイクル試験にかけた
後の断線率を評価した結果、５０個の静電容量式圧力セ
ンサのうち全部が断線することなく導通し、正常に作動
していた。

【００２０】（実施例３）図３に示す静電容量式圧力セ
ンサの場合は、スルーホール６の内壁にダイアフラム２
と対向する端部の径を大きくしたテーパ部１０を形成し
たものである。

【００２１】内壁にテーパ部１０を形成したスルーホー
ル６を有する固定基板４は金型成形によって形成し、ス
ルーホール６の端面には実施例２の場合と同様にレーザ
加工によりＣ面状部９を形成している。このような構成
の静電容量式圧力センサを５０個製作し、−３０度〜６
０度のヒートサイクル試験にかけた後の断線率を評価し
た結果、５０個の静電容量式圧力センサのうち全部が断
線することなく導通し、正常に作動していた。

【００２２】以上説明した実施例１〜３における評価結
果、および図６に示した従来の静電容量式圧力センサを
用いて実施例１の場合と同様のヒートサイクル試験を行
った評価結果は（表１）に示す通りである。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例４）図４及び図５を用いて上記の
実施例による静電容量式圧力センサをガス異常監視装置
に適用した場合について説明する。

【００２５】近年、都市ガスあるいはＬＰガスを用いる
設備の安全性を向上するために、例えばガスメータにつ
いては、ガスメータから下流側で異常事態が発生した場
合、ガスの供給を自動的に遮断するガス異常監視装置を
ガスメータの中に組み込むことが検討されている。また
圧力調整器については、圧力調整手段の調整圧異常やＬ
Ｐガスボンベからガスメータまでのガス漏洩検出等の安
全管理のチェックを自動的に行うことができるガス異常
監視装置の組み込みが検討されている。

【００２６】ＬＰガスの圧力調整器の圧力調整機能が正
常に動作している場合、ガス器具の使用状態では、ガス
の供給圧力は２３０〜３３０mmＨ₂Ｏの間に保たれてお
り、ガス供給圧が正常であるかは圧力センサにより監視
している。またガス設備内でガス漏れ等の異常がある場
合、例えば遮断弁を動作させてガス配管を閉じると、ガ
ス圧がガス漏れによって徐々に低下（数mmＨ₂Ｏ〜数１
０mmＨ₂Ｏ）するので、このガス圧の低下を監視するこ
とによってガス設備にガス等の異常が起こっているかど
うかは検知できる。

【００２７】圧力センサが組み込まれるこれらの装置
は、低温（−３０℃）から高温（７０℃）の温度環境、
高湿度（９５％ＲＨ）の環境や結露等の過酷な雰囲気に
暴露されるので、長期間（約１０年間）にわたって電池
で駆動することができ、その間センサ特性が変動しない
ことが要求される。従来では圧力センサの長期信頼性に
かけていたため、定期的に圧力センサが正常に動作して
いるか否かの確認検査が必要となり、消費電力を増加さ
せる傾向にあり、さらに断線などの影響によって歩留ま
りも低下させていた。

【００２８】図４はガス異常監視装置として圧力調整器
における圧力検出手段に静電容量式圧力センサを適用し
た場合のブロック図を示すものである。図４において、
３１はガス供給源、３２は圧力調整器、３３はガスメー
タである。圧力調整器３２は、圧力調整手段４０、上記
実施例による静電容量式圧力センサを用いた圧力検出手
段４１、流量計からなる流量検出手段４２、マイコンか
らなる判定手段４３および遮断弁からなる出力手段４４
を備えている。

【００２９】また、図５は圧力調整器３２によるガス漏
れ検知の動作を示すフローチャートである。ガス異常監
視装置がスタートしている状態において、出力手段４４
を動作し（ステップ１）、ガス供給源３１から供給さ
れ、圧力調整手段４０で調整されたガス圧は圧力検出手
段４１で測定され（ステップ２）、流量検出手段４２で
流量を測定してガス流量が０であることを確認する（ス
テップ３）。

【００３０】微少のガスが漏れている場合、ガス流量が
０のときには、配管内のガス圧は時間と共に僅かずつ低
下するので、ガス圧の変化を圧力検出手段４１でモニタ
ーし、判定手段４３で判定し、圧力低下が所定の値より
大きければ、ガス漏れと判断する（ステップ４）。ガス
漏れと判断すると、出力手段４４を動作させてガス供給
をストップする（ステップ５）。また判定手段４３がガ
ス漏れがないと判定したときは再び出力動作（ステップ
１）に戻り、継続して判定・測定を行うことにより、圧
力調整器３２の長時間のガス漏れをモニターすることが
できる。

【００３１】圧力検出手段４１として上記実施例による
静電容量式圧力センサを用いた場合、定期的に圧力検出
手段４１を検査することが不要となり、電池を１０年間
交換しなくとも正確に動作し、ガス異常監視装置に組み
込んだ場合での歩留まりも向上した。

【００３２】また、以上ではガス異常監視装置として圧
力調整器を用いた場合について説明したが、ガスメータ
などに適用しても同様の効果は得られる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の静電容量式圧力センサは、以上
説明したような形態で実施され、以下に説明するような
効果が得られる。

【００３４】スルーホールの端面のエッジを取り除くこ
とにより、電極や導電ペーストなどの断線を防ぐことが
でき、歩留まりが向上し、長期の信頼性を確保すること
ができる。

【００３５】また、スルーホールの端面に、曲面状部Ｃ
面状部を設けることによって、エッジの影響を低減する
ことができ、電極あるいは導電ペーストとの接触面積を
増加することができるため、断線率が低下し、歩留まり
が向上して長期の信頼性を確保することができる。

【００３６】また、スルーホールの内壁にテーパ部を設
けることによって、エッジの影響が低減され、かつ電極
および導電ペーストが基本の裏面まで引き易くなり、さ
らに接触面積も増加するため断線率が低下し、歩留まり
が向上して長期の信頼性を確保することができる。

【００３７】さらに、このように長期信頼性が確保され
た静電容量式圧力センサを圧力検出手段としてガス異常
監視装置に適用すると、ガス異常監視装置の定期的な検
査を行う必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における静電容量式圧力セン
サの模式断面図

【図２】本発明の実施例２における静電容量式圧力セン
サの模式断面図

【図３】本発明の実施例３における静電容量式圧力セン
サの模式断面図

【図４】本発明の実施例４による静電容量式圧力センサ
を用いたガス異常監視装置のブロック図

【図５】同ガス異常監視装置の動作を示すフローチャー
ト

【図６】従来の静電容量式圧力センサの模式断面図

【符号の説明】

１ 第一の電極 ２ ダイアフラム ３ 第二の電極 ４ 固定基板 ６ スルーホール ８ 曲面状部 ９ Ｃ面状部 １０ テーパ部 ３２ 圧力調整器 ４１ 圧力検出手段 ４２ 流量検出手段 ４３ 判定手段 ４４ 出力手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に第一の電極が形成されたダイアフラ
   ムと、第二の電極が表面に形成された固定基板とを一定
   間隔に保持して前記第一の電極および第二の電極を対向
   させ、前記固定基板に設けたスルーホールの端面のエッ
   ジ部を除去した静電容量式圧力センサ。
2. 【請求項２】スルーホールの端面に局面状部を形成した
   請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
3. 【請求項３】スルーホールの端面にＣ面状部を形成した
   請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
4. 【請求項４】スルーホールの内壁にテーパ部を形成した
   請求項１記載の静電容量式圧力センサ。
5. 【請求項５】金型成形によりスルーホールを有する固定
   基板を形成し、スルーホールの端面のエッジ部をレーザ
   加工あるいは超音波加工で除去した請求項１記載の静電
   容量式圧力センサ。
6. 【請求項６】ダイアフラムに取り付けた第一の電極と、
   スルーホールを有する固定基板に取り付けた第二の電極
   とを対向させ、前記スルーホールの端面のエッジ部を除
   去した静電容量式圧力センサを備えたガス設備内のガス
   圧を検出する圧力検出手段と、ガス設備内のガス流量を
   検出する流量検出手段と、前記圧力検出手段および前記
   流量検出手段からの電気信号でガス設備内の異常を判定
   する判定手段と、この判定手段からの信号により動作す
   る出力手段とを有するガス異常監視装置。