(57)【要約】【課題】誘電体素子１０を用いた圧力変化検出装置において、誘電体素子１０が経年劣化することを抑制する。【解決手段】センシング部を構成する誘電体素子１０と、内部に検出室２０を備え、検出室２０に誘電体素子１０を収容する容器２１と、誘電体素子１０と電気的に接続され、容器２１の外部に引き出される導体１２と、を有し、容器２１によって、検出室２０を気密封止し、容器２１の少なくとも一部を外気の圧力変動に伴って変位することにより検出室２０の体積を変化させるダイヤフラム２３ａで構成し、誘電体素子１０に、検出室２０の体積変化に伴って変化する検出室２０における気体の圧力変化、または、温度変化に応じた電気的信号を出力させる。【選択図】図１
2010169512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センシング部を構成する誘電体素子（１０）と、
内部に検出室（２０）を備え、前記検出室（２０）に前記誘電体素子（１０）を収容する容器（２１）と、
前記誘電体素子（１０）と電気的に接続され、前記容器（２１）の外部に引き出される導体（１２）と、を有し、
前記容器（２１）によって、前記検出室（２０）は気密封止されており、前記容器（２１）の少なくとも一部が外気の圧力変動に伴って変位することにより前記検出室（２０）の体積を変化させるダイヤフラム（２３ａ）で構成されており、
前記誘電体素子（１０）は、前記検出室（２０）の体積変化に伴って変化する前記検出室（２０）における気体の圧力変化、または、温度変化に応じた電気的信号を出力することを特徴とする圧力変化検出装置。
【請求項２】
前記容器（２１）には、前記ダイヤフラム（２３ａ）を覆いつつ、前記容器（２１）の外壁面と共に所定の空間（４０）を形成し、かつ、前記空間（４０）に前記外気の流動を許容する貫通孔（３１）が形成されている保護部材（３０）が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力変化検出装置。
【請求項３】
前記容器（２１）のうち、前記ダイヤフラム（２３ａ）を構成する部分が絶縁材料を用いて構成され、前記ダイヤフラム（２３ａ）を構成する部分を除く部分、および前記保護部材（３０）が導体材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力変化検出装置。
【請求項４】
前記誘電体素子（１０）は焦電素子であり、前記容器（２１）は、前記検出室（２０）と前記外気との伝熱を遮断する断熱材料を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力変化検出装置。
【請求項５】
前記誘電体素子（１０）は焦電素子であり、前記容器（２１）のうち前記容器（２１）の外部と接触する部分には、前記検出室（２０）と前記外気との伝熱を遮断する断熱材料が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力変化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気密封止された容器の内部に誘電体素子を備え、容器の内部における物理量の変化に基づいて外気の圧力変化を検出する圧力変化検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、温度変化を検出する焦電素子を用いて圧力変化検出装置を構成することが知られている。例えば、特許文献１には、基板と、基板上に配置される焦電素子と、焦電素子を覆うように基板上に配置される容器とを有する圧力変化検出装置が開示されている。この圧力変化検出装置では、容器を、底部、側壁および中空部にて構成し、側壁に通気孔を形成すると共に、中空部に焦電素子を収容した構成としている。
【０００３】
上記のような圧力変化検出装置では、外気の圧力が変化すると、通気孔を通じて中空部と外気との間で気体が流動するため焦電素子の周囲の温度が変化し、焦電素子から温度変化に応じた電気信号を出力させることにより外気の圧力変化を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６００９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような圧力変化検出装置では、焦電素子が通気孔から容器の中空部に侵入した外気に直接曝されることになるため経年劣化しやすいという問題がある。なお、このような問題は、焦電素子を用いた圧力変化検出装置にのみ起こり得るものではなく、例えば、圧電素子を用いた圧力変化検出装置においても同様の問題となる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、誘電体素子を用いた圧力変化検出装置において、誘電体素子が経年劣化することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、センシング部を構成する誘電体素子（１０）と、内部に検出室（２０）を備え、検出室（２０）に誘電体素子（１０）を収容する容器（２１）と、誘電体素子（１０）と電気的に接続され、容器（２１）の外部に引き出される導体（１２）と、を有し、容器（２１）によって、検出室（２０）は気密封止されており、容器（２１）の少なくとも一部が外気の圧力変動に伴って変位することにより検出室（２０）の体積を変化させるダイヤフラム（２３ａ）で構成されており、誘電体素子（１０）は、検出室（２０）の体積変化に伴って変化する検出室（２０）における気体の圧力変化、または、温度変化に応じた電気的信号を出力することを特徴としている。
【０００８】
このような圧力変化検出装置では、誘電体素子（１０）を気密封止した検出室（２０）に収容し、検出室（２０）における気体の圧力変化、または、温度変化に基づいて外気の圧力変化を検出しており、誘電体素子（１０）が外気に曝されることはない。このため、誘電体素子（１０）が経年劣化することを抑制することができる。
【０００９】
例えば、請求項２に記載の発明のように、容器（２１）に、ダイヤフラム（２３ａ）を覆いつつ、容器（２１）の外壁面と共に所定の空間（４０）を形成し、かつ、この空間（４０）に外気の流動を許容する貫通孔（３１）が形成されている保護部材（３０）を備えることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、容器（２１）のうち、ダイヤフラム（２３ａ）を構成する部分を絶縁材料を用いて構成し、ダイヤフラム（２３ａ）を構成する部分を除く部分、および保護部材（３０）を導体材料を用いて構成することができる。
【００１１】
そして、請求項４に記載の発明のように、誘電体素子（１０）を焦電素子とし、容器（２１）を、検出室（２０）と外気との伝熱を遮断する断熱材料を含んで構成することができる。
【００１２】
さらに、請求項５に記載の発明のように、誘電体素子（１０）を焦電素子とし、容器（２１）のうち容器（２１）の外部と接触する部分に、検出室（２０）と外気との伝熱を遮断する断熱材料を塗布することもできる。
【００１３】
請求項４および５に記載の圧力変化検出装置によれば、外気の温度変化が検出室（２０）に伝熱されることを抑制することができ、外気の圧力変動に伴う検出室（２０）の温度変化のみを焦電素子にて検出することができるため、外気の圧力変化の検出精度を向上させることができる。
【００１４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態における圧力変化検出装置の断面構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態における圧力変化検出装置の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の圧力変化検出装置の断面構成を示す図であり、この図に基づいて説明する。なお、本実施形態の圧力変化検出装置は、例えば、車室内に搭載され、車内侵入検出装置等の防犯装置として用いられると好適である。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態の圧力変化検出装置は、焦電素子１０と、焦電素子を搭載する基板１１と、内部に検出室２０を備え、検出室２０に焦電素子１０および基板１１を収容する容器２１と、焦電素子１０と電気的に接続され、容器２１の外部に引き出されるリード１２とを備えた構成とされている。なお、本実施形態では、焦電素子１０が本発明のセンシング部を構成する誘電体素子に相当し、リード１２が本発明の導体に相当している。
【００１８】
焦電素子１０は、例えば、ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＬｉＮｂＯ2 、ＬｉＴａＯ3 、ＳＢＮ、ＢａＳｒＮｂＯ6 、Ｐｂ5Ｇｅ3Ｏ等の焦電効果を有する材料の表裏に電極を配設することにより構成された周知のものを用いることができ、基板１１上に搭載されている。
【００１９】
そして、基板１１には、焦電素子１０の他に、例えば、図示しない電界効果型トランジスタとリーク抵抗器から成り、焦電素子１０に焦電効果が発生した際に電荷を電圧に変換するインピーダンス変換回路、フィルタ機能および増幅機能を備えるバンドパスフィルタ、バンドパスフィルタにて増幅された出力信号から外気の圧力変化を検出する比較器等が搭載されている。比較器は、例えば、予め閾値が設定されており、バンドパスフィルタにて増幅された出力信号と閾値とを比較して、増幅された出力信号が閾値より大きい場合にこの出力信号を出力するものである。さらに、基板１１には、焦電素子１０と電気的に接続されるリード１２が備えられている。
【００２０】
容器２１は、検出室２０を備えていると共に、検出室２０を気密封止しており、一部が外気の圧力変動に伴って変位することにより検出室２０の体積を変化させるダイヤフラム２３ａで構成されている。本実施形態では、容器２１は、収容部材２２と薄肉部材２３とを有した構成とされており、後述するように薄肉部材２３の一部がダイヤフラム２３ａを構成している。
【００２１】
収容部材２２は、底部、側壁および中空部を有した有底円筒状とされ、底部と反対側の端部に開口部２２ａを備えていると共に、底部には貫通孔２２ｂが形成されている。そして、収容部材２２の底部には、基板１１に備えられているリード１２が貫通孔２２ｂを通じて収容部材２２の外部に引き出され、かつ貫通孔２２ｂが閉塞されるように、焦電素子１０等を搭載した基板１１が図示しない絶縁性接着剤等を介して配置されている。
【００２２】
薄肉部材２３は、開口部２２ａを覆うように収容部材２２に備えられており、収容部材２２の中空部を気密封止している。すなわち、容器２１に備えられている検出室２０は、収容部材２２と薄肉部材２３とにより囲まれる部分にて構成されている。本実施形態では、薄肉部材２３のうち中空部を閉塞する部分が本発明の外部の圧力変動に伴って変位することにより検出室２０の体積を変化させるダイヤフラム２３ａに相当している。また、本実施形態では、検出室２０に充填されている気体の圧力は大気圧とされている。
【００２３】
なお、収容部材２２および薄肉部材２３を構成する材料は特に限定されるものではなく、例えば、金属等の導体材料や樹脂等の絶縁材料を用いて構成することができるが、本実施形態では金属等の導体材料を用いることが好ましい。すなわち、焦電素子１０やインピーダンス回路等は外部の電磁ノイズに弱いため、収容部材２２および薄肉部材２３を金属等の導体材料を用いて構成することにより、容器２１に電磁シールド効果を備えることができ、外部の電磁ノイズが焦電素子１０やインピーダンス回路等に影響することを防止することができる。
【００２４】
次に、このような圧力変化検出装置の作動について説明する。
【００２５】
このような圧力変化検出装置では、圧力変化検出装置の外気の圧力が検出室２０よりも高くなると、ダイヤフラム２３ａは検出室２０側に変位し（撓み）、検出室２０の体積が変化することに伴って検出室２０における気体の温度も変化する。同様に、圧力変化検出装置の外気の圧力が検出室２０よりも低くなると、ダイヤフラム２３ａは検出室２０側と反対側に変位し（撓み）、検出室２０の体積が変化することに伴って検出室２０における気体の温度も変化する。これらのとき、焦電素子１０には検出室２０の温度変化によって焦電効果が起こり、発生した電荷に基づく電気的信号が焦電素子１０から出力される。
【００２６】
そして、上記のように、基板１１上に、インピーダンス変換回路、バンドパスフィルタおよび比較器が搭載されている場合には、例えば、次のように焦電素子１０から出力された信号が処理される。まず、インピーダンス変換回路にて焦電素子１０に発生した電荷が電圧信号に変換され、バンドパスフィルタにてこの電圧信号のうち所望の周波数帯域の信号が増幅される。そして、増幅された信号が比較器で予め設定された閾値と比較され、増幅された信号が閾値を超えている場合には検出信号が出力される。以上のようにして、圧力変化検出装置の外気の圧力変化が検出される。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態の圧力変化検出装置では、焦電素子１０を気密封止した検出室２０に収容し、検出室２０における気体の温度変化に基づいて外気の圧力変化を検出しており、焦電素子１０が外気に曝されることがない。このため、焦電素子１０が経年劣化することを抑制することができる。
【００２８】
また、収容部材２２および薄肉部材２３を金属等の導体材料で構成した場合には、容器２１に電磁シールド効果を備えることができ、容器２１の外部における電磁ノイズが焦電素子１０等に影響することを防止することができるため、外気の圧力変化を高精度に検出することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の圧力変化検出装置は、第１実施形態に対して薄肉部材２３を樹脂等の絶縁材料で構成し、容器２１に保護部材を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図２は、本実施形態にかかる圧力変化検出装置の断面構成を示す図である。
【００３０】
図２に示されるように、本実施形態の圧力変化検出装置では、容器２１のうち、薄肉部材２３が樹脂等の絶縁材料を用いて構成されていると共に、収容部材２２が金属等の導体材料を用いて構成されている。また、収容部材２２には、側壁のうち外壁に雄ネジ部２４が形成されている。なお、本実施形態では、薄肉部材２３が本発明の容器２１のうちダイヤフラム２３ａを構成する部分に相当し、収容部材２２が本発明の容器２１のうちダイヤフラム２３ａを構成する部分を除く部分に相当する。
【００３１】
そして、容器２１には、薄肉部材２３を覆いつつ、容器２１の外壁面と共に所定の空間４０を形成し、かつ、この空間４０と外気の流動を許容する貫通孔３１が形成されている保護部材３０が備えられている。
【００３２】
具体的には、この保護部材３０は、電磁シールド効果を有する金属等の導体材料からなり、底部、側壁および中空部を有した有底円筒状とされている。そして保護部材３０は、底部と反対側の端部が開口部３２とされていると共に、側壁のうち内壁に、収容部材２２に形成された雄ネジ部２４と対応する形状の雌ネジ部３３が形成されている。つまり、本実施形態では、収容部材２２に形成された雄ネジ部２４と保護部材３０に形成された雌ネジ部３３とが螺合されることにより、保護部材３０が容器２１に備えられている。また、本実施形態では、保護部材３０に形成されている貫通孔３１は、底部のうち、収容部材２２の開口部２２ａと対向する領域と異なる領域に形成されている。
【００３３】
かかる圧力変化検出装置では、圧力変化検出装置の外気の圧力が変化すると、外気と保護部材３０の中空部との間で貫通孔３１を通じて気体が流動し、上記第１実施形態と同様に、ダイヤフラム２３ａが変位して検出室２０の体積が変化する。そして、検出室２０の体積変化に伴って検出室２０における気体の温度が変化するため、焦電素子１０にて焦電効果が起こり、焦電素子１０から発生した電荷に基づく電気的信号が出力されることで、外気の圧力変化の検出が行われる。
【００３４】
このような圧力変化検出装置では、焦電素子１０を気密封止した検出室２０に収容し、検出室２０における気体の温度変化に基づいて外気の圧力変化を検出しているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
さらに、かかる圧力変化検出装置は、薄肉部材２３が樹脂等の絶縁材料を用いて構成されているが、金属等の導体材料で構成されている保護部材３０がダイヤフラム２３ａを覆うように容器２１に備えられているため、外部の電磁ノイズが焦電素子１０等に影響することを抑制することができる。すなわち、薄肉部材２３を、金属等の導体材料より撓みやすい、例えば、樹脂を用いて構成することができる。そして、薄肉部材２３を、例えば、樹脂を用いて構成した場合には、金属等の導体材料よりもダイヤフラム２３ａが変位しやすいため、外気の圧力変化に伴う検出室２０の体積変化を高精度に発生させることができ、外気の圧力変化を高精度に検出することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、保護部材３０の底部のうち、収容部材２２の開口部２２ａに対向する領域と異なる領域に貫通孔３１が形成されている。したがって、外気は貫通孔３１を通過した後に、そのままダイヤフラム２３ａに印加されるのではなく、進行方向を変化した後にダイヤフラム２３ａに印加されることになる。このため、外気に異物が混入していた場合には、異物が進行方向を変えた後にダイヤフラム２３ａと接触することになり、異物が貫通孔３１を通過した後にそのままダイヤフラム２３ａと接触する場合と比較してダイヤフラム２３ａに印加される衝撃を低減することができ、ダイヤフラム２３ａが破壊されることを抑制することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、薄肉部材２３が外気の圧力変動に伴って変位することにより検出室２０の体積を変化させるダイヤフラム２３ａを構成する例について説明したが、さらに、収容部材２２の全部または一部を外部の圧力変動により変位することができるダイヤフラム２３ａとすることもできる。
【００３８】
また、上記各実施形態では、金属等の導体材料や樹脂等の絶縁材料にて容器２１が構成されている例について説明したが、例えば、容器２１を、検出室２０と外気との伝熱を遮断する断熱材料を含んで構成することもできる。断熱材料を含んで容器２１を構成した場合には、外気の温度変化が検出室２０に伝熱されることを抑制することができ、外気の圧力変動に伴う検出室２０の温度変化のみを検出することができるため、外気の圧力変化の検出精度を向上させることができる。また、容器２１のうち容器２１の外部と接触する部分に、検出室２０と外気との伝熱を遮断する断熱材料を塗布することもできる。
【００３９】
さらに、上記各実施形態では、センシング部を構成する誘電体素子として焦電素子１０を用いた圧力変化検出装置について説明したが、例えば、誘電体素子として圧電素子を用いて圧力変化検出装置を構成することもできる。なお、誘電体素子として圧電素子を用いて圧力変化検出装置を構成した場合には、検出室２０における気体の圧力変化に基づいて外気の圧力変化を検出することになる。
【００４０】
また、上記各実施形態では、収容部材２２のうち開口部２２ａを覆うように薄肉部材２３を配置する例について説明したが、さらに、収容部材２２に貫通孔を形成し、この貫通孔を覆うように薄肉部材２３を配置してダイヤフラム２３ａとすることもできる。
【００４１】
そして、上記各実施形態では、インピーダンス回路、バンドパスフィルタおよび比較器等が基板１１上に搭載されている例を説明したが、これらを容器２１の外部に備えることもできる。
【００４２】
また、上記第２実施形態では、底部に貫通孔３１が形成されている例を説明したが、例えば、側壁に貫通孔３１が形成されている構成とすることもできる。
【００４３】
さらに、上記第２実施形態では、収容部材２２と保護部材３０とを螺合することにより保護部材３０が容器２１に備えられている例を説明したが、例えば、圧入、溶接または接着剤等により保護部材３０を容器２１に備えることもできる。
【００４４】
そして、上記第２実施形態では、薄肉部材２３が樹脂等の絶縁材料を用いて構成されていると共に、収容部材２２が金属等の導体材料を用いて構成されている容器２１に保護部材３０を備える例を説明したが、例えば、薄肉部材２３および収容部材２２が金属等の導体材料を用いて構成されている容器２１に保護部材３０を備えることもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    焦電素子
１１    基板
１２    リード
２０    検出室
２１    容器
２２    収容部材
２３    薄肉部材
【図１】
2010169512.tif 000003
【図２】
2010169512.tif 000004