(57)【要約】【課題】圧力変化を適正な感度域で検出することが可能で、高い信頼性を有する微気圧センサを提供する。【解決手段】気圧の変化を、通気孔を介した空気の出入りに伴う温度変化を焦電素子により検出することができる微気圧センサにおいて、検出素子である焦電素子と信号処理部を樹脂保護膜によりコーティングすることにより酸化、湿度影響を受けにくい微気圧センサを提供することが可能となる。さらに、樹脂保護膜の厚みを制御することにより微気圧センサの過敏な反応を抑え、感度の適正化を行うことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のキャップとベースからなる容器に気体が通過する通気孔を有し、前記容器内に焦電素子と、該焦電素子から電荷を取り出す電極と取り出した電荷を電気信号として処理する信号処理部からなり、微弱な気圧の変化を、通気孔を介した空気の出入りに伴う温度変化を検出する微気圧センサにおいて、金属製容器中の焦電素子、電極、信号処理部が樹脂保護膜によりコーティングされたことを特徴とした微気圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気圧変化を熱変化として検知する微気圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家屋（部屋）等のドア、窓の開閉、窓破壊に伴う微弱な圧力の変化を検出する微気圧として、撓み量を歪みゲージの抵抗変化を利用するダイアフラム式、電極間の静電容量の変化を利用するコンデンサマイクロフォン、圧電特性を利用した圧電式等のさまざまな方法利用したセンサ知られている。
【０００３】
微気圧変化を検出する検出器として、焦電素子を利用し、センサ容器に通気孔を有し、前記センサ容器に焦電素子と信号処理回路からなる風速変位センサが開示されている（特開昭６２−３８３６７）。図５に示すように複数の通気孔８を有する容器９内において、焦電素子１０と温度補償素子１１がホルダー１２に支持され、内部配線によりインピーダンス変換器の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と接続されている。外部の圧力変化によって生じる空気が通気孔８より進入することで焦電素子１０表面の電荷が変化し、これが電気的信号に変換されリード１３を介して出力される。
【特許文献１】特開昭６２−３８３６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような通気孔を持つセンサは、パッケージ内部が常に大気にさらされているため、検出素子、内部回路等が酸化、湿度の特性への影響を受けやすいなどの問題がある。また、気圧の変化に対し過敏な反応を示してしまうといった問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信頼性の高い微気圧センサを提供するため、検出素子である焦電素子と信号処理部を樹脂保護膜によるコーティングを施す。また、樹脂保護膜の厚みを制御することにより微気圧センサの感度の適正化を行う。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、微弱な気圧の変化を、通気孔を介した空気の出入りに伴う温度変化を焦電素子により検出することができる。焦電素子と信号処理部を樹脂保護膜によりコーティングすることにより酸化、湿度影響を受けにくい微気圧センサを提供することが可能となる。さらに、樹脂保護膜の厚みを制御することにより微気圧センサの感度の適正化を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するための最良の形態(以下実施形態)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の実施例における微気圧センサの断面構造図である。
本発明の微気圧センサは基本的にＣＡＮ１とＳＴＥＭ２からなるセンサ容器と、センサ容器中に焦電素子３、基板４に実装された信号処理部に当たる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５という構成からなり、焦電素子３,基板４、ＦＥＴ５を含む信号処理部は樹脂保護膜７が施されている。
【０００９】
ＣＡＮ１は金属製であり、外部の気圧変化から生ずる空気の流れをパッケージ内部に取り込むための通気孔６を１つ有する。図中１では通気孔６はＣＡＮ１天面にあるが必ずしもＣＡＮ天面にある必要はない。外部の気圧変化から生ずる空気の流れをパッケージ内部に取り込めれば良い。また、通気孔の大きさは１ｍｍ程度が好ましい。
【００１０】
ＳＴＥＭ２はガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベースである。
ＣＡＮ１とＳＴＥＭ２は抵抗溶接、もしくは半田等で接合され微気圧センサ容器を形成する。
焦電素子３はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ２）で、両面にＮｉＣｒ、Ａｇ等を蒸着し、信号取り出し用の電極を形成してある。焦電素子は前記以外にもＬｉＴｉＯ３等その他焦電素子でも良い。
基板４はセラミック等からなる基板であり、ＳＴＥＭ２の接続端子に半田により接続される。基板４は焦電素子支持台を有し、基板より距離を確保した状態で焦電素子両端を導電性エポキシ接着剤にて固定される。また、基板4には焦電素子より出た信号を処理するための電界効果トランジスタＦＥＴ５、必要に応じてＲｇ（図示せず。）がハンダ等を用いて実装されている。焦電素子２、ＦＥＴ５、Ｒｇは基板４表面に配置される配線にて内部回路を形成している。
【００１１】
焦電素子３,基板４、ＦＥＴ５を含む信号処理部は樹脂保護膜７によりコーティングされている。樹脂保護膜７は、コーティング或は、希釈な被膜構成材を溶解させた溶液にデッピング（ＤＩＰＰＩＮＧ）法で処理をして生成される。樹脂保護膜７を施すことにより、外気の湿度やガスの影響からセンサを保護する機能を持つ。同時に、樹脂保護膜７の厚さを制御することによってセンサとしての感度の適正化を図る機能の併用効果を有する。
保護樹脂膜に使用される樹脂はフッ素系ポリマー、ポリオレフィン系、パラキシレン系ポリマー等が使用される。
【００１２】
次に本発明の微気圧センサを用いて実際の圧力検出を行った実験例を説明する。
密閉空間（０．１ｍ３）に本発明の微気圧センサを設置し図２に示すように正圧、負圧をかけた。正圧時出力波形を図３、負圧時出力波形を図４に示す。このとき焦電素子の極性は表が正とした。正圧時の出力波形立ち上がりは負、負圧時の出力波形の立ち上がりは正と区別された。
また、焦電素子の極性を逆転させ表を負とした場合図、上記と同様に図２の様に示すように正圧、負圧をかけた際の出力波形、正圧、負圧時出力波形は正圧時の立ち上がりは正、負圧時の立ち上がりは負となり、極性を逆転させることにより出力波形の立ち上がりが逆転した。
また、本発明の微気圧センサをコンクリート構造の建物の室内（１２０ｍ３）に設置し、ドアの開(負圧)閉(正圧)を行った際も上記と同様な結果が得られた。
【００１３】
次に本発明の微気圧センサに樹脂保護膜を施した効果を実際の実験例を説明する。
焦電素子３,基板４、ＦＥＴ５を含む信号処理部に樹脂保護膜７を施した際、上記図２に示したような圧力検出実験を行った。樹脂保護膜を施した微気圧センサ出力は、樹脂保護膜を施していない微気圧センサ出力の約９割の出力となった。樹脂保護を施すことにより、1割程度検出感度が低下する。
従来、樹脂保護膜をコーティングしていない微気圧センサにおいて検知する必要のないレベルの気圧の変化に対し反応を示していたが、樹脂保護膜を施すことにより、感度を抑制することができ、センサ感度域を適正なレベルに調節することを可能となる。
【００１４】
次に温度８０℃、湿度９０〜９５RH環境下で１００時間の通電し、信頼性試験を行った。コーティングを施した微気圧センサと施していない微気圧センサに実施した結果を下記表に示す。判定は試験後圧力検出試験を行い、正常動作するかの確認を行った。
【表１】
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上記表のとおりコーティングを施していない微気圧センサは９ｐｃｓ．／１０ｐｃｓ．動作不良となった。コーティングを施した微気圧センサは１０ｐｃｓ．／１０ｐｃｓ．正常動作した。このことより、本発明の微気圧センサはコーティングを施すことにより酸化、湿度に対する信頼性が向上する。
本発明による微気圧センサは以上のように構成されていることにより、正、負圧を検出することができ、高信頼性で、センサ感度域の適正化が可能なものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による微気圧センサの断面図
【図２】圧力検出実験概要図
【図３】焦電素子極性表（＋）の際の正圧検出時出力波形
【図４】焦電素子極性表（＋）の際の負圧検出時出力波形
【図５】従来の圧力センサの一例を示す断面図
【符号の説明】
【００１６】
１    ＣＡＮ
２    ＳＴＥＭ
３ 焦電素子
４ 基板
５ ＦＥＴ
６ 通気孔
７ 樹脂保護膜
８ 通気孔
９ センサ容器
１０    焦電素子
１１    温度補償素子
１２    ホルダー
１３    リード
【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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