(57)【要約】【課題】低コストで正確な圧力が良好に検出できる圧力検出装置と、その圧力検出装置に使用するセンサを提供する。【解決手段】圧力に応じて可動する電極を有する第１のキャパシタ１１と、電極が固定された第２のキャパシタ１２と、第１および第２の発振回路３１，３２と、差周波数検出部と、変換部とを備える。２つのキャパシタは、例えば、導電性の箔を配置した基板を複数枚積層したものに、空洞を設けて形成する。【選択図】図１
2014009950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から加わる圧力に応じて可動する電極を有する第１のキャパシタと、
電極が固定された第２のキャパシタと、
前記第１のキャパシタの静電容量値に応じた周波数の信号を出力する第１の発振回路と、
前記第２のキャパシタの静電容量値に応じた周波数の信号を出力する第２の発振回路と、
前記第１の発振回路が出力する信号の周波数と、前記第２の発振回路が出力する信号の周波数との差の周波数を検出する差周波数検出部と、
前記差周波数検出部が検出した差の周波数を、外部から加わる圧力に対応した圧力検出データに変換する変換部と、
を備える圧力検出装置。
【請求項２】
表面と裏面のいずれか一方または双方に導電性の箔を配置した基板を複数枚積層し、その複数枚積層した基板内に、前記導電性の箔が対向して配置された第１および第２の空洞を設け、
前記第１のキャパシタは、前記第１の空洞に対向して配置された２つの箔の内の一方の箔を、外部から加わる圧力に応じて可動する電極とし、
前記第２のキャパシタは、前記第２の空洞に対向して配置された２つの箔を、いずれかの前記基板と接することで固定された電極とした
請求項１記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記差周波数検出部は、前記第１の発振回路が出力する周波数の信号と、前記第２の発振回路が出力する周波数の信号とを混合して差の周波数信号を出力する混合器と、前記混合器が出力する信号の周波数をカウントするカウンタとを備える
請求項１または２記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記差周波数検出部は、前記第１の発振回路が出力する信号の周波数をカウントする第１のカウンタと、前記第２の発振回路が出力する信号の周波数をカウントする第２のカウンタと、前記第１のカウンタで得られたカウント値と前記第２のカウンタで得られたカウント値とを比較して、差の周波数を検出する検出部とを備える
請求項１または２記載の圧力検出装置。
【請求項５】
圧力検出用の静電容量値を得る第１のキャパシタと、基準となる静電容量値を得る第２のキャパシタとを有する圧力検出センサであって、
表面と裏面のいずれか一方または双方に導電性の箔を配置した基板を複数枚積層し、その複数枚積層した基板内に、前記導電性の箔が対向して配置された第１および第２の空洞を設け、
前記第１のキャパシタは、前記第１の空洞に対向して配置された２つの箔の内の一方の箔を、外部から加わる圧力に応じて可動する電極とし、
前記第２のキャパシタは、前記第２の空洞に対向して配置された２つの箔を、いずれかの前記基板と接することで固定された電極とする
圧力検出センサ。
【請求項６】
前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタは、内部に誘電体を備える
請求項５項に記載の圧力検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を検出して圧力を検出する圧力検出装置、およびその圧力検出装置に使用される圧力検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から加わる圧力を検出する圧力検出装置には、キャパシタをセンサとして使用した静電容量方式のものと、圧電素子をセンサとして使用したものが一般的である。
静電容量方式の圧力検出装置は、外部から加わる圧力に応じたキャパシタの静電容量の変化を電気的に検出するものである。このような静電容量方式の圧力検出装置は、検出する圧力変化に対する静電容量値の変化が比較的小さい。このため、静電容量方式の圧力検出装置は、比較的小さな静電容量値の変化を正確に検出する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、圧力変化を検出するキャパシタに共振回路を接続し、キャパシタの静電容量の変化による共振周波数を測定して、圧力の変化を検出することについての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１４６１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載されるような、キャパシタの静電容量の変化による共振周波数を検出する圧力検出装置は、検出精度が高くないという問題があった。すなわち、このような圧力検出装置は、圧力変化に対応したキャパシタの静電容量値の変化量が比較的少なく、検出される共振周波数の変化が微小なものになってしまうので、圧力の検出精度が良くないという問題がある。
【０００６】
ところで、圧力検出装置が使用される用途の１つとして、車両が備える走行用のタイヤの空気圧を検出するものがある。タイヤは走行時には常に回転して振動が加わるため、タイヤ内に設置された圧力検出装置は、振動が加わる過酷な環境で長期間安定して、正確な空気圧を検出する必要がある。したがって、現在実用化されているタイヤ用の圧力検出装置は、比較的高価な構成であるという問題があった。
なお、タイヤの空気圧検出以外の用途でも、低コストで精度のよい圧力検出が行えるようにする要望がある。
【０００７】
本発明の目的は、低コストで正確な圧力検出を安定かつ良好に行うことができる圧力検出装置および圧力検出センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧力検出装置は、外部から加わる圧力に応じて可動する電極を有する第１のキャパシタと、電極が固定された第２のキャパシタと、第１および第２の発振回路と、差周波数検出部と、変換部とを備える。
第１の発振回路は、第１のキャパシタの静電容量値に応じた周波数の信号を出力する。第２の発振回路は、第２のキャパシタの静電容量値に応じた周波数の信号を出力する。差周波数検出部は、第１の発振回路が出力する信号の周波数と、第２の発振回路が出力する信号の周波数との差の周波数を検出する。変換部は、差周波数検出部が検出した差の周波数を、外部から加わる圧力に対応した圧力検出データに変換する。
【０００９】
本発明の圧力検出センサは、圧力検出用の静電容量値を得る第１のキャパシタと、基準となる静電容量値を得る第２のキャパシタとを有する。
そして、本発明の圧力検出センサは、表面と裏面のいずれか一方または双方に導電性の箔を配置した基板を複数枚積層し、その複数枚積層した基板内に、導電性の箔が対向して配置された第１および第２の空洞を設ける。
第１のキャパシタは、第１の空洞に対向して配置された２つの導電性の箔の内の一方の導電性の箔を、外部から加わる圧力に応じて可動する箔として形成される。
また、第２のキャパシタは、第２の空洞に対向して配置された２つの導電性の箔を、いずれかの基板と接することで固定された箔として形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧力検出装置によれば、差周波数検出部や変換部は、周波数を扱う回路であるため、簡単な回路で正確な処理を行うことができるので、２つのキャパシタの静電容量値に基づいた周波数の差から、正確な圧力を検出することができる。
【００１１】
また、本発明の圧力検出センサによると、基板を複数枚積層させたものから圧力検出用の２つのキャパシタが配置された圧力検出センサを簡単に得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による圧力検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるセンサ部の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による発振回路の例を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による周波数と圧力の変換例を示す特性図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるシステム全体の例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるシステムを車両に搭載した例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に適用されるセンサの例（例１）を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に適用されるセンサの例（例２）を示す断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に適用されるセンサの例（例３）を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に適用されるセンサの例（例４）を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による圧力検出装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜１．第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１０を参照して説明する。
【００１４】
［１−１．圧力検出装置の構成］
図１は、圧力検出装置の構成を示す図である。圧力検出装置は、第１のキャパシタ１１と第２のキャパシタ１２を持つセンサ部１０を検出素子として使用する。第１のキャパシタ１１は、外部から加わる圧力に応じて電極が可動して、静電容量値が変化する。第２のキャパシタは、電極が固定されているため、外部圧力が変動しても静電容量値は変化しない。それぞれのキャパシタ１１，１２は、例えば１ｐＦ以下の微小な容量値のキャパシタであり、外部から圧力が加わらない状態では、２つのキャパシタ１１，１２の静電容量値がほぼ同じになるように設定されている。
【００１５】
図２は、第１のキャパシタ１１と第２のキャパシタ１２を持つセンサ部１０の原理を示す断面図である。第１のキャパシタ１１は、２つの電極１１ａ，１１ｂが一定の間隔を開けて対向配置した形状になっている。２つの電極１１ａ，１１ｂの間は、空洞１１ｃになっており、その２つの電極１１ａ，１１ｂの大きさと間隔に対応した静電容量が生じる。
２つの電極１１ａ，１１ｂの内の一方の電極１１ａは、センサ部１０の外部から加わる圧力で可動する薄膜である。このため、第１のキャパシタ１１は、外部から加わる圧力に対応して一方の電極１１ａが変形することで、静電容量値が変化する。
【００１６】
第２のキャパシタ１２は、２つの電極１２ａ，１２ｂが一定の間隔を開けて対向配置した形状になっている。２つの電極１２ａ，１２ｂの間は、空洞１２ｃになっており、その２つの電極１２ａ，１２ｂの間に静電容量が生じる。
この場合、第２のキャパシタ１２の２つの電極１２ａ，１２ｂは、外部から加わる圧力によっては変形しない固定電極である。このため、第２のキャパシタ１２の静電容量値は、外部から加わる圧力によって変化しない。
なお、図２に示す例では、第１のキャパシタ１１と第２のキャパシタ１２は、接続部１３で接続された一体形状になっている。
【００１７】
そして、図１に示すように、第１のキャパシタ１１は、第１の発振回路３１に接続される。また、第２のキャパシタ１２は、第２の発振回路３２に接続される。これら第１，第２の発振回路３１，３２は、接続されたキャパシタ１１，１２の静電容量値に対応した周波数信号を出力する回路である。
【００１８】
図３は、第１および第２の発振回路３１，３２の回路の一例を示す図である。第１の発振回路３１と第２の発振回路３２は、同じ回路構成である。
図３に示すように、それぞれの発振回路３１，３２は、入力信号を反転するインバータ回路３０ａと、抵抗器３０ｂとを備える。
インバータ回路３０ａの入力端には、キャパシタ１１（またはキャパシタ１２）の一方の電極１１ａ（または電極１２ａ）が接続される。キャパシタ１１（またはキャパシタ１２）の他方の電極１１ｂ（または電極１２ｂ）は、接地電位部に接続される。
そして、インバータ回路３０ａの入力端と出力端との間に、抵抗器３０ｂが接続される。抵抗器３０ｂは、例えば１０ＭΩのような抵抗値とする。そして、インバータ回路３０ａの出力端に得られる信号が、出力端子３０ｃから後段の回路に供給される。
また、電源入力端子３０ｄに得られる直流電位が、インバータ回路３０ａに供給される。
【００１９】
このような回路構成の発振回路３１，３２は、各キャパシタ１１，１２の静電容量値と、抵抗器３０ｂの抵抗値とで発振周波数が決まる矩形波発振回路となる。例えば、各キャパシタ１１，１２の静電容量値が１ｐＦで、抵抗器３０ｂの抵抗値が１０ＭΩであるとき、１ＭＨｚの周波数信号が出力端子３０ｃに得られる。そして、外部から加わる圧力の変化に応じて、第１のキャパシタ１１に接続された発振回路３１は、例えば１ＭＨｚ±１０ｋＨｚの発振周波数になる。
【００２０】
そして、図１に示すように、それぞれの発振回路３１，３２の出力端子３０ｃに得られる周波数信号が、混合器３３に供給される。混合器３３は、２つの発振回路３１，３２が出力する周波数信号を混合して、差の周波数を出力するミキサである。すなわち、第１の発振回路３１の出力周波数をｆ１、第２の発振回路３２の出力周波数をｆ２としたとき、混合器３３は、ｆ１−ｆ２の差周波数を出力する。
【００２１】
そして、混合器３３が出力する差周波数の信号が、ローパスフィルタ３４に供給される。ローパスフィルタ３４は、差周波数の信号から高周波成分を除去する。ローパスフィルタ３４が出力する周波数信号が、圧力検出部４０内の計測用カウンタ４１に供給される。
計測用カウンタ４１は、供給される信号の周波数をカウントする。この計測用カウンタ４１で得られたカウント値が、平均化部４２に供給される。平均化部４２は、移動平均処理を行い、カウント値の直近の所定期間内の平均値を得る。平均化部４２が平均値を得る期間は、例えば１秒から２秒程度の期間である。
【００２２】
平均化部４２で得られた周波数のカウント値の平均値が、周波数検出部４３に供給される。周波数検出部４３は、周波数のカウント値の平均値から周波数値を検出する。周波数検出部４３が検出した周波数値が、圧力計算部４４に供給される。圧力計算部４４は、圧力変換テーブル４５の記憶データを参照して、周波数値に対応した圧力値を算出する。圧力計算部４４が算出した圧力値は、圧力検出部４０の出力端子４６から後段の回路に供給される。
【００２３】
また、圧力変換テーブル４５には、周波数値と圧力値との対応関係が記憶されている。周波数値と圧力値との対応は、導電膜（電極）の特性に基づいて得られる。
図４は、横軸が気圧（圧力）による導電膜（電極）の変動距離［μｍ］を示し、縦軸が気圧を示す。特性Ｐａは、直径１０ｍｍの導電膜に加わる気圧で、導電膜の変位距離が変化する特性を示す。特性Ｐｂは、直径４ｍｍの導電膜に加わる気圧で、導電膜の変位距離が変化する特性を示す。この特性Ｐａ，Ｐｂを比較すると判るように、導電膜のサイズと気圧で変位距離が変化し、検出される周波数についても対応して変化する。圧力変換テーブル４５は、これらの圧力と、導電膜の変位から生じた静電容量値の変化で得られる周波数との対応値を記憶する。例えば、図４の特性Ｐａの場合には、１気圧から７気圧程度の範囲で導電膜の変位が比較的大きく変化している。このため、特性Ｐａのサイズの導電膜を備えた圧力検出装置は、１気圧から７気圧の程度の範囲内の圧力が検出可能である。この１気圧から７気圧までの検出が行えるようにしたのは一例であり、導電膜のサイズや形状により、検出可能な圧力範囲を自在に設定できる。但し、後述する車両のタイヤの空気圧検出システムが備える圧力検出装置の場合には、この１気圧から７気圧程度の範囲が検出できれば、システムとして十分である。
なお、図４の特性図は、円形の導電膜を使用して測定した例を示すが、導電膜は円形でなくてもよい。
周波数検出部４３が検出した周波数値が、圧力変換テーブル４５に記憶されていない場合には、例えば、圧力計算部４４が、圧力変換テーブル４５に記憶された値を補間する計算を行って、その周は数値に対応する圧力値を得る。
【００２４】
図１に示す圧力検出装置によると、比較的簡単な構成で、良好に圧力を検出することができる。すなわち、センサ部１０として、導電膜が可動する圧力検出用の第１のキャパシタ１１と、電極が固定された基準となる第２のキャパシタ１２が設けられている。そして、それぞれの静電容量値から生成された周波数信号に基づいて、圧力値を得ることで良好な圧力検出を行うようにしている。ここで、第１のキャパシタ１１の静電容量値は１ｐＦ以下であるから、圧力変化によるキャパシタ１１の静電容量値の変化は１ｐＦ以下の非常に小さな値となる。このため、それぞれのキャパシタ１１，１２の静電容量値を直接変換して発振回路３１，３２が出力する周波数は、１ＭＨｚのような非常に高い周波数である。このような高い周波数を精度良く検出するためには、回路構成が複雑なカウンタが必要になる。これに対して、本実施の形態では、混合器３３で得た、発振回路３１と発振回路３２からの差の周波数（例えば１０ｋＨｚ程度の低周波数）を計測用カウンタ４１が計測すればよいので、圧力検出部４０は、簡単な構成で混合器３３からの差の周波数を圧力に変換することができる。
【００２５】
また、それぞれの発振回路３１，３２は温度特性を持つが、本実施の形態の場合には、２つの発振回路３１，３２の出力周波数の差を検出するため、温度特性による周波数変動がキャンセルされ、温度特性のない正確な圧力検出が可能になる。したがって、圧力検出部４０は、精度の高い圧力検出を行うことができる。
【００２６】
［１−２．システム全体の例］
図５は、圧力検出装置が適用されるシステム全体の例を示す図である。
この図５の例は、車両のタイヤの空気圧検出システムを示したものである。図１に示した圧力検出部４０が出力する圧力値は、無線送信部５０に供給され、無線送信部５０に接続されたアンテナ５１から無線送信される。センサ部１０から圧力検出部４０までの圧力検出装置と無線送信部５０は、車両が備えるタイヤ８１〜８４の個数だけ用意され、それぞれのタイヤ８１〜８４に内蔵される。なお、タイヤ８１〜８４内の圧力検出装置は電池を内蔵し、電池からの電源で圧力検出処理を行うと共に、無線送信部５０が無線送信処理を行う。
【００２７】
そして、それぞれのアンテナ５１から無線送信された圧力値が、車両の特定箇所に設置された無線受信部９２に接続されたアンテナ９１で受信される。無線受信部９２は、アンテナ９１で受信された信号の受信処理を行って圧力値を取得する。また、無線受信部９２が受信して得た圧力値は、空気圧監視部９３に供給される。空気圧監視部９３は、供給されたそれぞれの圧力値が正常範囲内の値か、あるいは異常な値であるかを判断する。そして、空気圧監視部９３が判断した結果に基づいて、空気圧監視部９３が、表示部９４の表示を制御する。例えば、空気圧監視部９３が異常な値であると判断したとき、表示部９４が異常を警告する表示を行う。表示部９４が、無線受信部９２が受信した圧力値を数値などで表示するようにしてもよい。表示部９４は、例えば車両のインストルメント・パネルに配置する。
【００２８】
図６は、車両に圧力検出システムを搭載した例を示す図である。車両に装着されたタイヤ８１〜８４が、図５に示した圧力検出装置と無線送信部５０を内蔵する。そして、車両のインストルメント・パネル９５に配置された表示部９４が、圧力検出装置で検出された圧力値が正常値か異常値かの表示を行う。
このような圧力検出装置を備えた車両によると、タイヤ８１〜８４の空気圧を良好に監視することができる。
【００２９】
［１−３．センサ部の形状の例］
次に、本実施の形態の圧力検出装置が備えるセンサ部１０の別の構成例について、図７〜図１０を参照して説明する。図７〜図１０のそれぞれの例に示すセンサ部１００，２００，３００，４００が、図１に示すセンサ部１０の代わりに適用可能である。
【００３０】
図７に示すセンサ部１００は、絶縁性の基板１０１，１０２，１０３，１０４を４枚重ねた４層基板を使用する。それぞれの基板１０１〜１０４は、例えば厚さが１６００μなどのガラスエポキシ樹脂などで形成される。各層の基板１０１〜１０４には、表面と裏面の双方または何れか一方に、銅やアルミニウムなどの導電性の箔が配置される。このような基板１０１〜１０４を積層することで、各層の間と表面および裏面が、導電性の箔１１１〜１１５を備える。これらの導電性の箔１１１〜１１５は、例えば厚さが１００μ程度の銅，アルミニウムなどで形成される。
基板１０１の下側の導電性の箔１１１と、基板１０４の上側の導電性の箔１１５は、接地電位部とされる。
【００３１】
そして、図７に示すように、センサ部１００には、下から３層目の基板１０３と４層目の基板１０４とに、第１の空洞１２１が形成される。この第１の空洞１２１に対向した箔１１３（基板１０２と基板１０３の間の箔）と箔１１５（基板１０４の上の箔）が、第１のキャパシタの電極として機能する。この場合、基板１０４の上の箔１１５の空洞１２１と接した箇所が可動部１１５ａになり、この可動部１１５ａが外部から加わる圧力で変形する。
【００３２】
また、センサ部１００には、下から２層目の基板１０２と３層目の基板１０３に、第２の空洞１２２が形成される。第１の空洞１２１と第２の空洞１２２は、横方向にずれた位置に配置されている。この第２の空洞１２２に対向した箔１１２（基板１０１と基板１０２の間の箔）と箔１１４（基板１０３と基板１０４の間の箔）とが、第２のキャパシタの電極として機能する。この場合、それぞれの箔１１２，１１４は、下または上の基板１０１または１０３により固定されているので、外部からの圧力によって変形することがない。
【００３３】
それぞれの空洞１２１，１２２は、同じ大きさになるように形成される。例えば、空洞１２１，１２２は、１辺の長さが１００μから５００μ程度の微小なサイズに形成され、１ｐＦ程度の微小な静電容量値を持つように形成される。
なお、図７の例のセンサ部１００には、箔１１１と箔１１２とを導通させる導電接続部１３１が、スルーホールにメッキ処理などを施すことにより形成されている。図７において、導電接続部１３１を設ける位置は、あくまでも一例を示しただけであり、その位置は任意に設定できるものである。
【００３４】
この図７に示すようなセンサ部１００は、例えば導電性の箔を備えた回路基板と同等の素材を複数枚積層させて形成させることができ、比較的簡単かつ安価に形成できる。実際にセンサ部１００を製造する際には、例えば図７に示すような空洞１２１，１２２や箔１１１〜１１５が連続して複数箇所に形成された積層基板を用意し、その積層基板を切り出すことによって製造することができる。このようにすることで、複数個のセンサ部１００を同時に製造することができ、これによってセンサ部１００の製造コストが非常に安価になる。
【００３５】
図８に示すセンサ部２００と図７に示すセンサ部１００との違いは、各キャパシタの形成位置である。すなわち、図８に示すように、センサ部２００は、絶縁性の基板２０１，２０２，２０３，２０４を４枚重ねた４層基板を使用し、各層の間と表面および裏面が、導電性の箔２１１〜２１５を備えている。
そして、基板２０１の下側の導電性の箔２１１と、基板２０４の上側の導電性の箔２１５は、接地電位部とされる。
【００３６】
また、センサ部２００には、図８に示すように、下から４層目の基板２０４に、第１の空洞２２１が形成される。この第１の空洞２２１に対向した箔２１４（基板２０３と基板２０４の間の箔）と箔２１５（基板２０４の上の箔）が、第１のキャパシタの電極として機能する。この場合、基板２０４の上の箔２１５の空洞２２１と接した箇所が、外部からの圧力変化で変動する可動部２１５ａになる。
【００３７】
また、図８に示すように、センサ部２００は、下から２層目の基板２０２に、第２の空洞２２２が形成されている。この第２の空洞２２２は、第１の空洞２２１と上下方向に重なる位置に形成される。この第２の空洞２２２に対向した箔２１２（基板２０１と基板２０２の間の箔）と箔２１３（基板２０２と基板２０３の間の箔）とが、第２のキャパシタの電極として機能する。ここで、それぞれの箔２１２，２１３は、下または上の基板２０１または２０３により固定されているので、外部からの圧力変動によって変形することはない。
【００３８】
それぞれの空洞２２１，２２２は、上下方向に重なる位置に設けられ、同じ大きさになるように形成される。なお、図８の例のセンサ部２００は、箔１１１と箔１１２とを導通させる導電接続部１３１が、スルーホールにメッキ処理を施すことにより形成されている。
【００３９】
この図８に示すようなセンサ部２００は、図７に示すセンサ部１００と同様に、導電性の箔を備えた回路基板と同等の素材を複数枚積層させて形成させることができ、比較的簡単かつ安価に形成できる。
【００４０】
なお、センサ部が備えるキャパシタは、空洞内に誘電体を配置して、静電容量を大きくするようにしてもよい。例えば図９に示すように、センサ部３００が備える第１のキャパシタ３１１の空洞３１１ｃと、第２のキャパシタ３１２の空洞３１２ｃの中に、それぞれ誘電体３２１，３２２を配置する。第１のキャパシタ３１１には、電極３１１ａ，３１１ｂが対向配置されており、その内の一方の電極３１１ａが可動電極となっている。第２のキャパシタ３１２は、対向配置された電極３１２ａ，３１２ｂが固定されている。
【００４１】
誘電体３２１，３２２としては、チタン酸バリウムなどの従来から知られた誘電体材料が使用される。図９の例では、２つの誘電体３２１，３２２は、ほぼ同じ大きさになっている。
図９の例のセンサ部３００は、第１のキャパシタ３１１内の空洞３１１ｃが、図２の例のセンサ部１０の空洞１１ｃよりも大きく形成されており、空洞３１１ｃ内には、誘電体３２１が配置されない空隙部分３１１ｄが設けられている。
図９に示すように、それぞれのキャパシタ３１１，３１２が誘電体を備えることで、キャパシタ３１１，３１２の静電容量値を大きくすることができる。図９に示すセンサ部３００の静電容量値が図２に示したセンサ部１０の静電容量値と同じ場合には、空洞内に誘電体を設けたことによってセンサ部３００のサイズをセンサ部１０のサイズよりも小さくすることができ、圧力検出装置の小型化を図ることができる。
【００４２】
図１０に示すセンサ部４００は、図７に示した形状のセンサ部１００に、誘電体を配置した場合の例である。
すなわち、図１０に示すように、センサ部４００には、絶縁性の基板４０１，４０２，４０３，４０４を４枚重ねた４層基板が使用され、各層の間と表面および裏面に、導電性の箔４１１〜４１５が設けられる。
なお、基板４０１の下側の箔４１１と、基板４０４の上側の箔４１５は、接地電位部とされる。
【００４３】
そして、センサ部４００には、図１０に示すように、下から２層目の基板４０２と３層目の基板４０３と４層目の基板４０４とに、第１の空洞４２１が形成される。この第１の空洞４２１に対向した箔４１２ａ（基板１０１と基板１０２の間の箔の一部）と箔４１５（基板４０４の上の箔）が、第１のキャパシタの電極として機能する。ここで、基板４０４の上の箔４１５の空洞１２１と接した箇所が、外部からの圧力変化で変動する可動部４１５ａになっている。
【００４４】
また、センサ部４００には、下から２層目の基板４０２と３層目の基板４０３とに、第２の空洞４２２が形成されている。この第２の空洞４２２に対向した箔４１２ｂ（基板４０１と基板４０２の間の箔の一部）と箔４１４（基板４０３と基板４０４の間の箔）とが、第２のキャパシタの電極として機能する。この場合、それぞれの箔４１２ｂ，４１４は、下または上の基板４０１または４０３により固定され、外部からの圧力変動では変形されない電極になっている。
【００４５】
そして、センサ部４００には、第１の空洞４２１内に誘電体４４１が配置され、第２の空洞４２２内に誘電体４４２が配置される。図１０の例では、２つの誘電体４４１，４４２は、ほぼ同じサイズとされる。そして、センサ部４００は、第１の空洞４２１が第２の空洞４２２より大きくなるように形成され、第１の空洞４２１内には誘電体が配置されない空間部（誘電体非配置箇所）４４３が形成されるようになっている。
【００４６】
この図１０に示す形状のセンサ部４００によると、図７に示す形状のセンサ部１００よりも静電容量値を増やすことができる。
【００４７】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を、図１１を参照して説明する。この図１１において、第１の実施の形態で説明した図１〜図１０に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。なお、図１１に示す圧力検出装置の場合にも、センサ部１０は、図７〜図１０に示したセンサ部１００〜４００のいずれかが適用可能である。
【００４８】
［２−１．圧力検出装置の構成］
図１１は、圧力検出装置の構成を示す図である。センサ部１０が備える第１のキャパシタ１１は、第１の発振回路３１に接続し、センサ部１０が備える第２のキャパシタ１２は、第２の発振回路３２に接続する。そして、第１，第２の発振回路３１，３２が、接続されたキャパシタ１１，１２の静電容量値に対応した周波数信号を出力する。
【００４９】
そして、それぞれの発振回路３１，３２が出力する周波数信号が、圧力検出部６０に供給される。圧力検出部６０は、２つの計測用カウンタ６１，６２を備える。一方の計測用カウンタ６１が、第１の発振回路３１の出力信号の周波数をカウントし、他方の計測用カウンタ６２が、第２の発振回路３２の出力信号の周波数をカウントする。
【００５０】
計測用カウンタ６１で得られたカウント値が平均化部６３に供給され、計測用カウンタ６２で得られたカウント値が平均化部６４に供給される。この２つの平均化部６３，６４は、移動平均処理を行い、カウント値の直近の所定期間内の平均値を得る。平均化部６３，６４が平均値を得る期間は、例えば１秒から２秒程度の期間である。
【００５１】
そして、それぞれの平均化部６３，６４で得られた平均のカウント値が、差周波数検出部６５に供給される。差周波数検出部６５は、供給される２つのカウント値の減算処理を行い、差のカウント値を得る。この差周波数検出部６５で得られる差のカウント値が、差の周波数値になる。
そして、差周波数検出部６５で得た差の周波数値が、圧力計算部６６に供給される。圧力計算部６６は、圧力変換テーブル６７の記憶データを参照して、周波数値に対応した圧力値を算出する。圧力計算部６６で算出される圧力値が、圧力検出部６０の出力端子６８から後段の回路に供給される。圧力変換テーブル６７としては、例えば図４に示した周波数値と圧力値との対応関係を記憶したものが用いられる。
【００５２】
この図１１に示す圧力検出装置は、例えば図５に示すシステムに適用することで、タイヤの空気圧検出を行うことができる。
【００５３】
この図１１に示す第２の実施の形態の圧力検出装置は、図１に示す第１の実施の形態の圧力検出装置と同様に、センサ部１０の２つのキャパシタ１１，１２の静電容量値に基づいて、正確な圧力を検出することができる。但し、図１１に示す圧力検出装置の場合には、それぞれの計測用カウンタ６１，６２が、各発振回路３１，３２の発振周波数を直接カウントするため、１ＭＨｚのような比較的高い周波数をカウントする必要がある。
【００５４】
＜３．変形例＞
上述した各実施の形態の例として示した圧力検出装置は、車両のタイヤの空気圧検出システムに適用した例について説明した。なお、本発明の圧力検出装置は、タイヤの空気圧以外の各種圧力を検出する圧力検出システムに適用することも可能である。
また、上述した各実施の形態の例で説明したキャパシタの静電容量や、発振回路が発振する周波数の値は、一例を示したものであり、上述した値に限定されるものではない。発振回路についても、図３に示した回路に限定されるものではない。
【００５５】
また、図１や図１１に示した圧力検出装置は、２つのキャパシタ１１，１２を備えたセンサ部１０（あるいはセンサ部１００，２００，３００，４００）を使用した。これに対して、圧力検出装置が使用するセンサ部が、一体化されていない２つの個別のキャパシタを使用してもよい。
【００５６】
また、図１に示した圧力計算部４４や、図１１に示した圧力計算部６６は、圧力変換テーブル４５または６７の記憶データを使用して、周波数から圧力値に変換するようにした。これに対して、圧力計算部４４や圧力計算部６６が、周波数から圧力値に変換する計算式に基づいた演算処理で、周波数から圧力値に変換するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、本発明の請求項に記載した構成や処理は、上述した実施の形態の例に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載される本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の改変、組み合わせ、他の実施の形態例が生じうることは、当業者にとって当然のことと理解される。
【符号の説明】
【００５８】
１０…センサ部、１１…第１のキャパシタ、１２…第２のキャパシタ、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…電極、１１ｃ，１２ｃ…空洞、１３…接続部、３０ａ…インバータ回路、３０ｂ…抵抗器、３０ｃ…出力端子、３０ｄ…電源入力端子、３１…第１の発振回路、３２…第２の発振回路、３３…混合器、３４…ローパスフィルタ、４０…圧力検出部、４１…計測用カウンタ、４２…平均化部、４３…周波数検出部、４４…圧力計算部、４５…圧力変換テーブル、４６…出力端子、５０…無線送信部、５１…アンテナ、６０…圧力検出部、６１，６２…計測用カウンタ、６３，６４…平均化部、６５…差周波数検出部、６６…圧力計算部、６７…圧力変換テーブル、６８…出力端子、８１〜８４…タイヤ、９１…アンテナ、９２…無線受信部、９３…空気圧監視部、９４…表示部、９５…インストルメント・パネル、１００…センサ部、１０１〜１０４…基板、１１１〜１１５…導電箔、１１５ａ…可動部、１２１…第１の空洞（第１のキャパシタ）、１２２…第２の空洞（第２のキャパシタ）、１３１…導電接続部、２００…センサ部、２０１〜２０４…基板、２１１〜２１５…導電箔、２１５ａ…可動部、２２１…第１の空洞（第１のキャパシタ）、２２２…第２の空洞（第２のキャパシタ）、２３１…導電接続部、３００…センサ部、３１１…第１のキャパシタ、３１２…第２のキャパシタ、３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ…電極箔、３１１ｃ，３１２ｃ…空洞、３１１ｄ…誘電体非配置箇所、３２１，３２２…誘電体、４００…センサ部、４０１〜４０４…基板、４１１〜４１５…導電箔、４１５ａ…可動部、４２１…第１の空洞（第１のキャパシタ）、４２２…第２の空洞（第２のキャパシタ）、４３１…導電接続部、４４１，４４２…誘電体、４４３…空間部（誘電体非配置箇所）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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