(57)【要約】【課題】メンブレンへの圧力の変化に対する該メンブレンと固定電極との間の静電容量の変化について所望の線形性を得ることにより、高精度に圧力を測定する。【解決手段】圧力センサモジュール１０の圧力センサ素子２０は、圧力を受けて変形するメンブレン２２と、メンブレン２２と対向する電極面２４ａ、２６ａをそれぞれ備える複数の固定電極２４、２６と、複数の固定電極２４、２６のそれぞれの電極面２４ａ、２６ａ上に設けられた誘電体膜２８と、を有する。複数の固定電極２４、２６は、メンブレン２２の中央から外側に向かう方向に並んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を受けて変形するメンブレンと、
前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極と、
前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜と、
を有し、
前記複数の固定電極が、前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる、圧力センサ素子。
【請求項２】
前記複数の固定電極が、前記メンブレンの中央部に対向する中央固定電極を含んでいる、請求項１に記載の圧力センサ素子。
【請求項３】
前記複数の固定電極が、前記中央固定電極と、前記中央固定電極を囲む環状の外側固定電極とを含んでいる、請求項２に記載の圧力センサ素子。
【請求項４】
前記複数の固定電極における隣接し合う固定電極の間に設けられ、前記隣接し合う固定電極に対して電気的に非接続のフロート電極を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサ素子。
【請求項５】
圧力を測定する圧力センサモジュールであって、
圧力を受けて変形するメンブレン、前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極、および、前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜を備え、且つ、前記複数の固定電極が前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる圧力センサ素子と、
前記複数の固定電極のいずれかと前記メンブレンとの間の静電容量に基づいて前記メンブレンへの圧力を算出し、その算出値を出力圧力値として外部に出力するセンサコントローラと、を有し、
圧力測定範囲が複数の圧力区分に分割され、
各圧力区分内の圧力を算出するとき、前記センサコントローラが、当該圧力区分においては圧力の変化に対して静電容量が他の固定電極に比べてより線形的に変化する固定電極を使用する、圧力センサモジュール。
【請求項６】
前記複数の固定電極が、前記中央固定電極と、前記中央固定電極を囲む環状の外側固定電極とを含んでおり、
前記複数の圧力区分として、前記メンブレンと前記中央固定電極とが接触する圧力までの第１の圧力区分と、前記メンブレンと前記中央固定電極とが接触した圧力から前記メンブレンと前記外側固定電極とが接触する圧力までの第２の圧力区分と、前記メンブレンと前記外側固定電極とが接触した圧力からの第３の圧力区分とを含み、
前記出力圧力値が、前記静電容量に対して補正式を使用することによって算出され、
前記第１〜第３の圧力区分のそれぞれにおいて使用される前記補正式が異なる、請求項５に記載の圧力センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気圧などの圧力を測定するための圧力センサ素子およびそれを用いた圧力センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に記載するように、静電容量式の圧力センサが知られている。特に、特許文献１に記載する圧力センサは、タッチモード型圧力センサと呼ばれる。タッチモード型圧力センサは、圧力を受けて変形するメンブレンと、メンブレンと間隔をあけて対向する電極面を備える固定電極と、電極面上に設けられた誘電体層とを有する。また、特許文献１に記載する圧力センサの場合、メンブレンの中央部と対向する誘電体層の表面部分に凹部が形成されている。
【０００３】
このようなタッチモード型圧力センサでは、メンブレンへの圧力が増加すると、まず、メンブレンと誘電体層との間の距離が短くなることによってメンブレンと固定電極との間の静電容量が増加する。メンブレンと誘電体層とが接触した後においては、メンブレンへの圧力がさらに増加すると、メンブレンと誘電体層との接触面積が増加することによってメンブレンと固定電極との間の静電容量が増加する。
【０００４】
特許文献１に記載された圧力センサの場合、誘電体層に凹部を形成することにより、メンブレンと誘電体層との接触前後において、メンブレンへの圧力と静電容量との間の線形性が大きく変化しないようにしている。これにより、特許文献１に記載された圧力センサは、高い測定精度を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０４７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された圧力センサの場合、固定電極の電極面上に誘電体層を形成し、その後、誘電体層を部分的に除去して（エッチングして）該誘電体層に凹部を形成する必要がある。そのため、誘電体層に形成された凹部の形状について加工のバラツキが生じやすい。例えば、凹部の深さ、凹部の底面の平滑度などにバラツキが生じる。そのため、メンブレンと固定電極との間の静電容量についてバラツキが生じ、メンブレンへの圧力の変化に対する静電容量の変化の線形性についてもバラツキが生じる。その結果、所望の線形性を得ることができず、高い精度で圧力を測定できない可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、メンブレンへの圧力の変化に対する該メンブレンと固定電極との間の静電容量の変化について所望の線形性を得ることができ、それにより高精度に圧力を測定することを可能にする圧力センサ素子とそれを備える圧力センサモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
圧力を受けて変形するメンブレンと、
前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極と、
前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜と、
を有し、
前記複数の固定電極が前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる、圧力センサ素子が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、前記複数の固定電極が、前記メンブレンの中央部に対向する中央固定電極を含んでいる、第１の態様の圧力センサ素子が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、前記複数の固定電極が、前記中央固定電極と、前記中央固定電極を囲む環状の外側固定電極とを含んでいる、第２の態様の圧力センサ素子が提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、前記複数の固定電極における隣接し合う固定電極の間に設けられ、前記隣接し合う固定電極に対して電気的に非接続のフロート電極を有する、第１から第３の態様のいずれか一の圧力センサ素子が提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、
圧力を測定する圧力センサモジュールであって、
圧力を受けて変形するメンブレン、前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極、および、前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜を備え、且つ、前記複数の固定電極が前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる圧力センサ素子と、
前記複数の固定電極のいずれかと前記メンブレンとの間の静電容量に基づいて前記メンブレンへの圧力を算出し、その算出値を出力圧力値として外部に出力するセンサコントローラと、を有し、
圧力測定範囲が複数の圧力区分に分割され、
各圧力区分内の圧力を算出するとき、前記センサコントローラが、当該圧力区分においては圧力の変化に対して静電容量が他の固定電極に比べてより線形的に変化する固定電極を使用する、圧力センサモジュールが提供される。
【００１３】
本発明の第６の態様によれば、
前記複数の固定電極が、前記中央固定電極と、前記中央固定電極を囲む環状の外側固定電極とを含んでおり、
前記複数の圧力区分として、前記メンブレンと前記中央固定電極とが接触する圧力までの第１の圧力区分と、前記メンブレンと前記中央固定電極とが接触した圧力から前記メンブレンと前記外側固定電極とが接触する圧力までの第２の圧力区分と、前記メンブレンと前記外側固定電極とが接触した圧力からの第３の圧力区分とを含み、
前記出力圧力値が、前記静電容量に対して補正式を使用することによって算出され、
前記第１〜第３の圧力区分のそれぞれにおいて使用される前記補正式が異なる、第５の態様の圧力センサモジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、メンブレンへの圧力の変化に対する該メンブレンと固定電極との間の静電容量の変化について所望の線形性を得ることができ、それにより高精度に圧力を測定することを可能にする圧力センサ素子とそれを備える圧力センサモジュールとが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧力センサモジュールの構成図
【図２】複数の固定電極の形状およびレイアウトを示す上面図
【図３】メンブレンと中央固定電極との間の静電容量の変化を示す圧力−静電容量曲線と、メンブレンと外側固定電極との間の静電容量の変化を示す圧力−静電容量曲線とを示す図
【図４】圧力センサモジュールの出力圧力値の算出に使用する圧力−静電容量曲線の部分を示す図
【図５】実圧力値と圧力センサモジュールの出力圧力値との差を示す図
【図６】別の実施の形態に係る圧力センサモジュールにおける、中央固定電極と外側固定電極との間に配置されたフロート電極を示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る圧力センサモジュールの構成の概略図である。なお、図において、示すＸ−Ｙ−Ｚは理解を容易にするためのものであって、発明を限定するものではない。Ｘ軸方向は圧力センサモジュールの奥行き方向を示し、Ｙ軸方向は幅方向を示し、Ｚ軸は厚さ（高さ）方向を示している。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る圧力センサモジュール１０は、静電容量式、特にタッチモード型の圧力センサモジュールであって、圧力センサ素子２０と、センサコントローラ５０とを有する。
【００１９】
図１に示すように、圧力センサ素子２０は、大気圧などの測定対象の圧力を受けて変形するメンブレン２２と、そのメンブレン２２と対向する複数の固定電極２４、２６と、その複数の固定電極２４、２６上に設けられた誘電体膜２８とを有する。なお、図中において、Ｐｉｎは測定対象の圧力の実値（実圧力値）であり、Ｐｏｕｔは圧力センサモジュール１０の圧力の検出値（算出値）であって、外部に出力される出力値（出力圧力値）である。
【００２０】
また、圧力センサ素子２０は、メンブレン２２と電気的に接続されたメンブレン用端子３０と、固定電極２４、２６それぞれに電気的に接続された電極用端子３２、３４とを有する。
【００２１】
圧力センサ素子２０のメンブレン２２は、例えば導電性シリコン材料から作製されることにより、弾性と導電性を備える。また、メンブレン２２の外周縁は、基板３６上に設けられた枠状のスペーサ３８によって支持されている。さらに、メンブレン２２は、圧力センサモジュール１０の外部に露出して測定対象の圧力を受ける受圧面２２ａを備える。受圧面２２ａが圧力を受けると、メンブレン２２は、反受圧面側、すなわち固定電極側にたわみ変形する。
【００２２】
固定電極２４、２６それぞれは、例えば導電性ポリシリコン材料から作製された導体であって、スペーサ３８内に配置されて基板３６上に設けられている。また、固定電極２４、２６それぞれは、メンブレン２２と対向する電極面２４ａ、２６ａを備える。
【００２３】
図２に示すように、固定電極２４、２６をメンブレン２２側から見た場合（Ｚ軸方向に見た場合）、本実施の形態の場合、固定電極２４は、メンブレン２２の中央部に対して対向する位置に配置されている。以下、固定電極２４を中央固定電極２４と称する。本実施の形態の場合、中央固定電極２４は正方形状である。
【００２４】
一方、固定電極２６は、中央固定電極２４を間隔をあけて囲む環状の電極であって、すなわち、中央固定電極２４に対して外側に位置する電極である。以下、固定電極２６を外側固定電極２６と称する。本実施の形態の場合、外側固定電極２６は、外周輪郭と内周輪郭とが正方形状の電極である。
【００２５】
図１に示すように、誘電体膜２８は、誘電体材料から作製された薄膜であって、中央固定電極２４の電極面２４ａ上と外側固定電極２６の電極面２６ａ上とにそれぞれ設けられている。本実施の形態の場合、誘電体膜２８は、電極面２４ａ、２６ａのみならず、中央固定電極２４と外側固定電極２６の全体を覆っている。
【００２６】
なお、中央固定電極２４と外側固定電極２６とが十分な距離をあけてそれらの間にリーク電流が発生しないのであれば、誘電体膜２８は電極面２４ａ、２６ａ上に設けるだけでよい。また、中央固定電極２４と外側固定電極２６それぞれに独立した誘電体膜２８を設けることに代わって、１つの誘電体層の中に中央固定電極２４と外側固定電極２６とが埋設されてもよい。
【００２７】
図１に示すように、メンブレン用端子３０は、メンブレン２２上に設けられ、メンブレン２２に電気的に接続されている。電極用端子３２、３４は、基板３６上に設けられている。また、電極用端子３２は、基板内配線４０を介して中央固定電極２４に電気的に接続されている。電極用端子３４は、基板内配線４２を介して外側固定電極２６に電気的に接続されている。これらのメンブレン用端子３０、および電極用端子３２、３４は、センサコントローラ５０に接続されている。
【００２８】
センサコントローラ５０は、メンブレン２２と複数の固定電極（中央および外側固定電極）２４、２６それぞれとの間の静電容量に基づいてメンブレン２２が受ける圧力の検出値として出力圧力値Ｐｏｕｔを算出し、その算出した出力圧力値Ｐｏｕｔを外部に出力するように構成されている。
【００２９】
具体的には、センサコントローラ５０は、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａとメンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂとを検出する静電容量検出部５２を有する。また、静電容量検出部５２によって検出された静電容量に基づいて出力圧力値Ｐｏｕｔを算出するための複数の補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３を記憶する記憶部５４を有する。さらに、静電容量検出部５２によって検出された静電容量を記憶部５４に記憶された補正式を用いて出力圧力値Ｐｏｕｔに補正（算出）する圧力算出部５６を有する。
【００３０】
静電容量検出部５２は、メンブレン用端子３０と固定電極（中央および外側固定電極）２４、２６それぞれとの間の静電容量Ｃａ、Ｃｂを検出する静電容量センサまたは回路の一部として組み込まれているコンデンサで構成される。メンブレン２２が受ける圧力（実圧力値Ｐｉｎ）の変化に応じて、静電容量検出部５２によって検出される静電容量Ｃａ、Ｃｂも変化する。
【００３１】
記憶部５４は、例えばメモリなどの記憶装置であって、静電容量検出部５２によって検出された静電容量Ｃａ、Ｃｂを出力圧力値Ｐｏｕｔに補正（算出）するための複数の補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３を記憶している。出力圧力値Ｐｏｕｔを算出するための補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３は、静電容量の関数であって、例えば高次多項式である。なお、複数の補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３が用意されている理由については後述する。
【００３２】
圧力算出部５６は、静電容量検出部５２によって検出された静電容量Ｃａ、Ｃｂを取得し、記憶部５４から補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３（補正式データ）を取得し、これらの静電容量信号と補正式データとに基づいて出力圧力値Ｐｏｕｔを算出することができる、例えばプロセッサである。プロセッサは、例えば、記憶部５４に記憶されている、補正式Ｅｑ１〜Ｅｑ３を用いて静電容量Ｃａ、Ｃｂを出力圧力値Ｐｏｕｔに補正するためのプログラムを実行することにより、出力圧力値Ｐｏｕｔを算出する。
【００３３】
さらに具体的には、センサコントローラ５０は、出力圧力値Ｐｏｕｔを算出するために、メンブレン２２と複数の固定電極（中央および外側固定電極）２４、２６のいずれかとの間の静電容量を使用するように構成されている。すなわち、実圧力値Ｐｉｎと略同一の出力圧力値Ｐｏｕｔを高精度に算出するために、複数の固定電極２４、２６の中から適当ないずれかの固定電極を使用する。このことについて具体的に説明する。
【００３４】
図３は、メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値Ｐｉｎの変化に対する、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａの変化を示す圧力−静電容量曲線Ｌ１（一点鎖線）と、メンブレン２２と外側固定電極２６の静電容量Ｃｂとの間の変化を示す圧力−静電容量曲線Ｌ２（二点鎖線）とを示している。
【００３５】
前提として、メンブレン２２は、その受圧面２２ａが圧力を受け始めると、その中央部から変位し始める。そして、圧力が増加すると、メンブレン２２は、その受圧面２２ａが凹状にたわみ、中央固定電極２４上の誘電体膜２８に接触し、最終的には外側固定電極２６上の誘電体膜２８にも接触する。
【００３６】
メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値Ｐｉｎがゼロから増加すると、まず、メンブレン２２の中央部が中央固定電極２４に向かって接近する。これにより、圧力の増加に対して、メンブレン２２の中央部と中央固定電極２４との間の距離が実質的に線形的に減少し、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａが実施的に線形的に増加する。なお、このとき、メンブレン２２と外側固定電極２６との間の距離も減少するが、その減少程度がメンブレン２２と中央固定電極２４との間の距離の減少程度に比べて小さい。そのため、メンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂはわずかに実質的に線形的に増加する。
【００３７】
なお、本明細書で言う、ある期間におけるＡの変化に対するＢの「線形的」な変化は、その期間において、例えばＡとＢが実質的に比例関係にあることを含んでいる。
【００３８】
メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値Ｐｉｎがさらに増加してＰ１に達すると、メンブレン２２の中央部と中央固定電極２４とが誘電体膜２８を介して接触する。なお、このとき、中央固定電極２４に対して外側に位置する外側固定電極２６は、まだメンブレン２２に接触していない。
【００３９】
メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値ＰｉｎがＰ１から増加すると、その圧力の増加に対して、メンブレン２２と中央固定電極２４上の誘電体膜２８との接触面積が実質的に非線形的に増加する。その結果、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａの変化は、メンブレン２２と中央固定電極２４上の誘電体膜２８とが接触する前に比べて（実圧力値ＰｉｎがＰ１に達する前に比べて）線形性が低下する（すなわち非線形的な変化になる）。なお、このとき、外側固定電極２６は、まだメンブレン２２に接触しておらず、圧力の増加に対してメンブレン２２との間の距離が線形的に減少し、静電容量Ｃｂが線形的に増加している。
【００４０】
メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値Ｐｉｎがさらに増加してＰ２に達すると、メンブレン２２と外側固定電極２６とが誘電体膜２８を介して接触する。そして、実圧力値ＰｉｎがＰ２からさらに増加すると、その圧力増加に対してメンブレン２２と外側固定電極２６上の誘電体膜２８との接触面積が実質的に非線形に増加する。その結果、メンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂの変化は、メンブレン２２と外側固定電極２６上の誘電体膜２８とが接触する前に比べて（実圧力値ＰｉｎがＰ２に達する前に比べて）線形性が低下する（すなわち非線形的な変化になる）。
【００４１】
このように、圧力の変化に対する静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化は、固定電極（中央および外側固定電極）２４、２６上の誘電体膜２８とメンブレン２２とが接触する前においては、固定電極（中央および外側固定電極）２４、２６とメンブレン２２との間の距離の減少によって比較的に高い線形性で増加する。一方、メンブレン２２と接触した後においては、圧力の変化に対する静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化は、固定電極２４，２６上の誘電体膜２８とメンブレン２２との間の接触面積の増加によって比較的に低い線形性で（非線形的に）増加する。特に、メンブレン２２と接触した直後においては、その線形性が著しく低い。
【００４２】
また、図３に示すように、メンブレン２２と中央固定電極２４上の誘電体膜２８との接触とメンブレン２２と外側固定電極２６上の誘電体膜２８との接触は、異なる実圧力値Ｐｉｎで起こる。前者がＰ１で起こり、後者がＰ１に比べて高いＰ２で起こる。これは、メンブレン２２が中央部から変位し始めることによる。また、メンブレン２２の中央部に中央固定電極２４が対向し、その中央固定電極２４を外側固定電極２６が囲んでいること、すなわちメンブレン２２の中央から外側に向かう方向に中央固定電極２４と外側固定電極２６とが実質的に並んでいることによる。
【００４３】
これらのことを考慮して、圧力センサモジュール１０の圧力測定範囲が複数の圧力区分ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ（第１〜第３の圧力区分）に分割されている。また、圧力区分ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ内の圧力を測定（算出）するときに、当該圧力区分においては圧力の変化に対して静電容量が他の固定電極に比べてより線形的に変化する固定電極が使用される。
【００４４】
図３に示すように、圧力区分ＳＡは、メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値ＰｉｎがゼロからＰ１の範囲である。この圧力区分ＳＡでは、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａとメンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂは、両者とも、圧力の変化にともなって実質的に線形的に変化する。しかしながら、その変化幅は、静電容量Ｃａの方が大きい。すなわち、感度（単位圧力あたりの静電容量の変化量）が高い。そのため、圧力センサモジュールの出力圧力値の算出に使用する静電容量を提示する図４に示すように、この圧力区分ＳＡ内では、圧力−静電容量曲線Ｌ１の部分Ｌａを出力圧力値Ｐｏｕｔの算出に使用する。すなわち、この部分Ｌａが補正式Ｅｑ１に相当する。したがって、この圧力区分ＳＡ内の圧力を測定するために、中央固定電極２４と補正式Ｅｑ１とが使用される。
【００４５】
図３に示すように、圧力区分ＳＢは、メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値ＰｉｎがＰ１からＰ２の範囲である。この圧力区分ＳＢでは、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａは、実質的に非線形的に変化する。一方、メンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂの変化は、静電容量Ｃａに比べて高い線形性を備える。そのため、図４に示すように、この圧力区分ＳＢ内では、圧力−静電容量曲線Ｌ２の部分Ｌｂを出力圧力値Ｐｏｕｔの算出に使用する。すなわち、この部分Ｌｂが補正式Ｅｑ２に相当する。したがって、この圧力区分ＳＢ内の圧力を測定するために、外側固定電極２６と補正式Ｅｑ２とが使用される。
【００４６】
図３に示すように、圧力区分ＳＣは、メンブレン２２が受ける圧力の実圧力値ＰｉｎがＰ２から圧力センサモジュール１０の測定上限圧力までの範囲である。測定上限圧力は、これ以上圧力が増加しても静電容量Ｃａ、Ｃｂが変化しない、すなわちメンブレン２２と固定電極２４、２６上の誘電体膜２８との接触面積が増加しない圧力である。
【００４７】
この圧力区分ＳＣでは、メンブレン２２と中央固定電極２４との間の静電容量Ｃａはほとんど変化しない。これは、メンブレン２２が、中央固定電極２４の電極面２４ａの略全体にわたって、誘電体膜２８を介して接触しているからである。一方、メンブレン２２と外側固定電極２６との間の静電容量Ｃｂは、圧力の変化に対して実質的に非線形的に変化する。しかし、外側固定電極２６と接触するメンブレン２２の外側部分（スペーサ３８近傍部分）では、圧力の増加による変位量が小さいために、静電容量Ｃｂの変化幅は小さい（例えば圧力区分ＳＢにおける静電容量Ｃａの変化幅に比べて）。したがって、圧力区分ＳＣにおいては、静電容量Ｃａ、Ｃｂそれぞれは、圧力の変化に対する感度が低い。
【００４８】
そのため、図４に示すように、この圧力区分ＳＣでは、感度を高めるために、静電容量Ｃａと静電容量Ｃｂの合計（トータル静電容量）の変化を示す圧力−静電容量曲線Ｌ３の部分Ｌｃを出力圧力値Ｐｏｕｔに使用する。すなわち、この部分Ｌｃが補正式Ｅｑ３に相当する。したがって、この圧力区分ＳＣ内の圧力を測定するために、中央固定電極２４と外側固定電極２６との両方および補正式Ｅｑ３が使用される。
【００４９】
このように、圧力測定範囲を複数の圧力区分に分割し、その圧力区分によって中央固定電極２４と外側固定電極２６とを適切に使い分ける。また、その中央固定電極２４と外側固定電極２６は、実質的に、メンブレン２２の中央から外側に向かって並んでいる。さらに、圧力区分のそれぞれにおいて使用される補正式が異なる。それにより、固定電極上の誘電体膜２８に対して凹部を形成することなく、圧力センサモジュール１０は、実質的に、圧力測定範囲のほぼ全体にわたって圧力の変化に対して静電容量が線形的に変化するという所望の圧力−静電容量特性（所望の線形性）を備えることができる。
【００５０】
その結果として、本実施の形態の圧力センサモジュール１０は、図５に示すように、圧力測定範囲のほぼ全体にわたって、実圧力値Ｐｉｎとの差が略ゼロになるような出力圧力値Ｐｏｕｔを算出することができる。したがって、圧力センサモジュール１０は、広い圧力測定範囲で、高精度に圧力を測定することができる。
【００５１】
なお、図５に示す破線は、実圧力値と比較例の圧力センサモジュールの出力圧力値との差を示している。この比較例の圧力センサモジュールにおける圧力センサ素子は、本実施の形態と異なり、単一の固定電極を用いて静電容量を検出している。また、メンブレンと単一の固定電極との間の静電容量を、単一の補正式を用いて出力圧力値に補正している。
【００５２】
比較例の圧力センサモジュールは、図５に示すように、実圧力値が高い範囲では高精度に圧力を測定することができるが、実圧力値が低い範囲では測定精度が低い。すなわち、メンブレンが固定電極に接触するまで、また、メンブレンと固定電極とが接触した直後からしばらくの間は、測定精度が低い。
【００５３】
これは、実圧力値が高い範囲では静電容量を実圧力値に略等しい出力圧力値に補正できる単一の補正式を、圧力の変化に対する静電容量の変化の線形性が低い実圧力値が低い範囲で用いたことによる。すなわち、単一の固定電極を用いる場合、圧力の変化に対する静電容量の変化において、程度に違いはあっても線形性が低い部分が存在する。例えば、図３に示す圧力区分ＳＢにおける静電容量Ｃａのように、メンブレンが固定電極に接触した直後からしばらくの間においては、線形性が低い。このような線形性が低い実圧力値が低い範囲に、実圧力値が高い範囲に適する単一の補正式を用いたために、比較例の圧力モジュールは、実圧力値が低い範囲では測定精度が低い。
【００５４】
したがって、比較例の圧力センサモジュールのように、単一の固定電極、すなわち単一の補正式を用いる圧力センサモジュールは、高精度に圧力を測定できる測定範囲が狭い（複数の固定電極を選択的に使用し、それぞれの固定電極に対応する補正式を用いる本実施の形態の圧力センサモジュール１０に比べて）。
【００５５】
以上、このような本実施の形態によれば、メンブレン２２への圧力の変化に対する該メンブレン２２と固定電極との間の静電容量の変化について所望の線形性を得ることができ、それより高精度に圧力を測定することができる圧力センサ素子２０とそれを備える圧力センサモジュール１０を提供することができる。
【００５６】
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
【００５７】
例えば、上述の実施の形態の場合、図２に示すように、中央固定電極２４と外側固定電極２６は、これらの間にリーク電流が発生しないように離れている。このリーク電流の発生をさらに抑制するために、図６に示す別の実施の形態に係る圧力センサモジュールのように、中央固定電極２４と外側固定電極２６との間に、環状のフロート電極２４０を設けてもよい。
【００５８】
フロート電極２４０は、中央固定電極２４と外側固定電極２６とに対して電気的に非接続であって、例えば基板３６に形成されたグラウンドパターン（図示せず）に接続されてグラウンド電位を備える。
【００５９】
また、メンブレン２２に対向するフロート電極２４０の電極面２４０ａ上には、絶縁体膜が形成される。これにより、メンブレン２２がフロート電極２４０に接触してグラウンド電位になることが抑制される。
【００６０】
すなわち、フロート電極は、複数の固定電極における隣接し合う固定電極の間に設けられ、その隣接し合う電極に対して電気的に非接続な電極であって、その隣接し合う固定電極間でのリーク電流の発生を抑制する。
【００６１】
また、上述の実施の形態の場合、図２に示すように、圧力センサ素子２０は２つの固定電極２４、２６を備える。しかしながら、本発明の実施の形態は、２つ以上であれば、固定電極の数を限定しない。
【００６２】
さらに、上述の実施の形態の場合、図２に示すように、中央固定電極２４が正方形状であって、その中央固定電極２４を囲む外側固定電極２６は四角枠状であるが、本発明の実施の形態はこれに限らない。例えば、中央固定電極が円形状であって、その中央固定電極を囲む外側電極がドーナツ状であってもよい。
【００６３】
すなわち、複数の固定電極は、実質的に、メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいればよい。
【００６４】
したがって、本発明に係る実施の形態の圧力センサ素子は、広義には、圧力を受けて変形するメンブレンと、前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極と、前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜と、を有し、前記複数の固定電極が、前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる。
【００６５】
また、本発明に係る実施の形態の圧力センサモジュールは、広義には、圧力を受けて変形するメンブレン、前記メンブレンと対向する電極面をそれぞれ備える複数の固定電極、および、前記複数の固定電極のそれぞれの電極面上に設けられた誘電体膜を備え、且つ、前記複数の固定電極が前記メンブレンの中央から外側に向かう方向に並んでいる圧力センサ素子と、前記複数の固定電極のいずれかと前記メンブレンとの間の静電容量に基づいて前記メンブレンへの圧力を算出し、その算出値を出力圧力値として外部に出力するセンサコントローラと、を有し、圧力測定範囲が複数の圧力区分に分割され、各圧力区分内の圧力を算出するとき、前記センサコントローラが、当該圧力区分においては圧力の変化に対して静電容量が他の固定電極に比べてより線形的に変化する固定電極を使用する。
【００６６】
以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、ある実施の形態に対して少なくとも１つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、静電容量式の圧力センサモジュールに適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０圧力センサモジュール
２０      圧力センサ素子
２２      メンブレン
２４      固定電極（中央固定電極）
２４ａ    電極面
２６      固定電極（外側固定電極）
２６ａ    電極面
２８      誘電体膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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