JPH11237292A - 圧力検出素子及び圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導電性付着物による影響を受けない圧力検出素
子、及び、その圧力検出素子を用いた圧力センサを提供
する。 【解決手段】 この圧力検出素子３０は、基台３１と基
板３２とがスペーサ３３を介して互いに固定され、基台
３１と基板３２とが平行に対向する表面に形成された固
定電極３５と可動電極３６との間に静電容量が生じるよ
うに構成されている。静電容量値は、基板３２裏面に加
わる圧力の大きさに応じた値になるので、静電容量を測
定することで圧力を求めることができる。この圧力検出
素子３０では、基板３２裏面の圧力が加わる部分にシー
ルド電極３７が形成されているので、測定対象の装置か
ら異物３９が侵入し、シールド電極３７表面に付着して
も、浮遊容量の大きさに変化はないので、圧力測定に異
物３９の影響がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサの技術分
野にかかり、特に、静電容量型の圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧力センサは油圧機器や自動
車等の部品として広く用いられており、一般には、圧力
変化に応じて変化する抵抗値や静電容量の値を検出し、
加わった圧力を測定する圧力センサが行用いられてい
る。

【０００３】従来技術の圧力センサのうち、静電容量型
の圧力センサに用いられる圧力検出素子を図３の符号１
３０に示す。

【０００４】この圧力検出素子１３０は、円柱状の基台
１３１と、リング状のスペーサ１３３と、薄板状の基板
１３９とを有しており、基台１３１と基板１３９とが、
スペーサ１３２を挟んで、表面が平行に対向するように
近接配置されている。

【０００５】基台１３１の、基板１３９に対向する表面
には、固定電極１３５が形成されており、また、基板１
３９の固定電極１３５と対向する表面には、可動電極１
３６が形成され、固定電極１３５と可動電極１３６との
間に静電容量が生じるように構成されている。

【０００６】スペーサ１３３は、非弾性材料で構成され
ており、他方、基板１３９は薄板状に成形され、可撓性
を有するため、基板１３２の裏面に圧力が加わった場
合、基板１３９が変位し、それによって固定電極１３５
と可動電極１３６との間に形成される静電容量の値が変
化するようになっている。

【０００７】図４の符号１５６は、その静電容量を示し
ており、静電容量測定回路１５５によって、その値を測
定できるようにされている。そして、静電容量１５６の
値が測定されると、逆に、基板１３２に加えられた圧力
を算出することが可能となる。

【０００８】このような構成の圧力検出素子１３０で
は、静電容量１５６の値の変動成分は微小であるため、
静電容量１５６を検出する際に、リーク電流等による誤
差成分が一緒に検出されると、圧力測定の精度が悪化し
てしまう。

【０００９】そこで従来技術でも対策が採られており、
固定電極１３５の周囲にガード電極１３７を形成し、固
定電極１３５からリーク電流が流れ出した場合であって
も、静電容量１５６の検出結果に悪影響を与えないよう
に構成されていた。

【００１０】しかしながら静電容量１５６の検出精度は
リーク成分に影響を与えられるだけではない。圧力セン
サの使用環境によっては、基板１３２の裏面に液体等の
導電性の異物１３９が付着する場合があるが、その導電
性の異物１３９は、可動電極１３６との間で浮遊容量１
５８を形成する他、付着した場所によっては固定電極１
３５との間にも浮遊容量１５９を形成してしまう。そし
て、それらの浮遊容量１５８、１５９は直列接続された
状態になり、全体の浮遊容量１５７が、固定電極１３５
と可動電極１３６とで構成される静電容量１５６に対
し、並列に接続されてしまう。

【００１１】基板１３８が変位し、固定電極１３５と可
動電極１３６との間の静電容量１５６が変化する場合、
可動電極１３６と異物１３９との間の浮遊容量１５８の
大きさは変化しないが、固定電極１３５と異物１３９と
の間の浮遊容量１５９は変化するため、固定電極１３５
と可動電極１３６との間の静電容量１５６の検出精度が
悪化するという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、導電性の付着物による浮遊容量の影響を受けな
い圧力検出素子、及び、その圧力検出素子を用いた圧力
センサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基台上に形成された固定電
極と、基板表面に形成され、前記固定電極と対向配置さ
れた可動電極とを有し、前記基板裏面に加わる圧力によ
って、前記基板が前記基台に対して相対的に変位する
と、前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量が変
化するように構成され、圧力検出素子であって、前記基
板裏面にはシールド電極が形成されたことを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の圧力検出素子が筺体内に設けられ、前記筺体に形成
された開口部底面には、前記シールド電極表面が露出す
るように構成された圧力センサである。

【００１５】本発明は上述のように構成されて、基台上
に固定電極が形成され、基板表面に可動電極が形成され
ており、基台裏面に圧力が加わると、基板が変位するよ
うになっている。基板が変位する結果、固定電極と可動
電極とで構成されるコンデンサの静電容量が変化するの
で、その容量変化を検出すると、基板裏面に加わった圧
力を求めることが可能となる。

【００１６】基板裏面には、シールド電極が形成されて
おり、シールド電極と可動電極との間にも静電容量が形
成されるようになっている。そして、基板裏面の圧力が
加わる部分はシールド電極で覆われており、基板が露出
していないので、圧力センサ内に異物が侵入した場合に
はシールド電極表面に付着する。この場合、異物が導電
性物質であっても、シールド電極と可動電極との間の静
電容量値には影響が無く、従って、可動電極と固定電極
との間に形成される静電容量の変化成分を検出し、圧力
を求める際にも誤差は生じない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。図１(ａ)、(ｂ)を参照し、符号５は本発明の
一例の圧力センサであり、内部に導入路１５が形成され
た筺体１１を有している。該筺体１１の内部には、台座
１８と、該台座１８上に着座された圧力検出素子３０と
が配置されている。

【００１８】その圧力検出素子３０は、本発明の一実施
形態を示すものであり、図２に示すように、それぞれセ
ラミックスで構成された基台３１、基板３２、スペーサ
３３を有している。

【００１９】基台３１は、直径約２２ｍｍ、厚さ約５ｍ
ｍの円柱状に成形されており、基板３２は、直径約２２
ｍｍ、厚さ約１ｍｍの薄板状に成形されている。また、
スペーサ３３は、基台３１や基板３２よりもやや小径の
リング状に成形されている。

【００２０】基台３１と基板３２とは、そのスペーサ３
３を間に挟み、互いの表面が平行に対向するように固定
されている。基台３１の、基板３２に対向する表面に
は、固定電極３５が形成されており、基板３２の、固定
電極３５と対向する表面には、可動電極３６が形成され
ている。また、固定電極３５の周囲には、リング状に配
置された導電性のガード電極３７が形成されており、基
板３２の裏面には、シールド電極３８が全面に形成され
ている。

【００２１】この圧力検出素子３０は、基台３１が台座
１８上に乗せられており、基板３２裏面のシールド電極
３８が導入路１５側に向けられている。

【００２２】シールド電極３８と、筺体１１の導入路１
５底部の周囲に設けられた押圧部１９との間には、オー
リング１７が配置されており、オーリング１７は、シー
ルド電極３８表面と押圧部１９表面によって押圧され、
基板３２と筺体１１とがオーリング１７を介して気密に
密着固定されている。導入路１５の上端部は開口１６に
なっており、圧力検出素子３０が筺体１１内に固定され
た状態では、導入路１５の底面に、シールド電極３８が
露出するようになっている。

【００２３】台座１８には、孔１３が複数個設けられて
おり、孔１３内には、図示しないピンがそれぞれ挿入さ
れている。各ピンの下端部は、図示しない測定回路に接
続されており、先端部は、固定電極３５と、可動電極３
６と、ガード電極３７にそれぞれ当接されている。この
ようなピンが測定回路に接続されているため、固定電極
３５と可動電極３６との間の静電容量を測定できるよう
に構成されている。

【００２４】この圧力センサ５を使用する場合、筺体１
１の先端部１２を測定対象である図示しない装置に気密
に取り付け、導入路１５と測定対象の装置の内部とが、
開口１６を介して互いに連通するように構成しておく。

【００２５】圧力センサ５内部では、オーリング１７に
よって、基板３２の導入路１５側の雰囲気と、基板３２
と基台３１との間の雰囲気は互いに遮断されているの
で、測定対象の装置内の圧力が変化した場合、圧力は導
入路１５を介して基板３２に加わる。

【００２６】基板３２周囲はスペーサ３３によって基台
３１表面に固定されているため、例えば圧力が増大した
場合には、基板３２の中央部分がへこむ。逆に圧力が減
少した場合には、へこみ量は少なくなる。このように、
基板３２の中央部分が、基台３１に対して相対的に変位
する。

【００２７】その結果、固定電極３５と可動電極３６と
の間の距離が変化し、固定電極３５と可動電極３６との
間の静電容量が変化する。

【００２８】その静電容量の値と圧力との間の関係を予
め求めておき、静電容量の値を図示しない測定回路によ
って検出すると、基板３２に加えられた圧力を求めるこ
とが可能となる。

【００２９】その場合、測定対象の装置の種類によって
は、圧力変化に伴って導入路１５内に異物が侵入するこ
とがある。この圧力センサ５では、導入路１５底面にシ
ールド電極３８が露出しているので、導入路１５内に異
物が侵入した場合には、異物はシールド電極３８表面の
付着するようになっている。

【００３０】図２の符号３９はその異物を示しており、
従来技術の圧力検出素子１３０とは異なり、固定電極３
５とシールド電極３８との間には予めコンデンサが形成
されているため、異物３９の有無によって浮遊容量の値
が変化することはない。従って、固定電極３５と可動電
極３６との間の静電容量値を測定する場合、浮遊容量変
化による検出精度の低下がなく、圧力を精度よく求める
ことが可能となっている。

【００３１】なお、上記シールド電極３８は、基板３２
裏面の全面に形成したが、本発明はそれに限定されるも
のではない。例えば基板３２の裏面のうち、オーリング
１７の内側部分だけシールド電極を形成してもよい。要
するに、導入路１５から侵入した液体等の異物が付着す
る可能性がある範囲内にシールド電極を形成し、その範
囲内に基板３２表面が露出しないようにしておけばよ
い。

【００３２】

【発明の効果】圧力検出素子に導電性物質等の異物が付
着した場合でも圧力を正確に求められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)：本発明の一例の圧力センサの外形図 (ｂ)：その内部構造図

【図２】本発明の一例の圧力検出素子の断面図

【図３】従来技術の圧力検出素子の断面図

【図４】圧力検出素子の静電容量の等価回路図

【符号の説明】

５……圧力センサ ３０……圧力検出素子 ３１…
…基台 ３５……固定電極 ３６……可動電極
３８……シールド電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基台上に形成された固定電極と、基板表面
   に形成され、前記固定電極と対向配置された可動電極と
   を有し、前記基板裏面に加わる圧力によって、前記基板
   が前記基台に対して相対的に変位すると、前記固定電極
   と前記可動電極との間の静電容量が変化するように構成
   された圧力検出素子であって、 前記基板裏面にはシールド電極が形成された圧力検出素
   子。
2. 【請求項２】請求項１記載の圧力検出素子が筺体内に設
   けられ、前記筺体に形成された開口部底面には、前記シ
   ールド電極表面が露出するように構成された圧力セン
   サ。