(57)【要約】【課題】従来の圧力センサは、静圧と動圧を同一センサでに高精度で検知できないという課題があった。【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、一方の面に第一の電極１１、他方の面に第二の電極１２が形成された圧電材料からなる固定基板１３と、一方の面に第三の電極１４が形成された絶縁材料からなるダイアフラム１５と、前記第二１２の電極と前記第三の電極１３の少なくとも一方の周縁部に接着層１６を備え、前記第二の電極１２と前記第三の電極１４が対向するように前記固定基板１３と前記ダイアフラム１５とを接合して静圧動圧検知センサを構成し、第二の電極１２と第三の電極１３間の静電容量により静圧を検知し、第一の電極１１と第二の電極１２間の発生電圧により振動を検知することができるため、一つのセンサで精度良く静圧と動圧を検知することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に第一の電極、他方の面に第二の電極が形成された圧電材料からなる固定基板と、一方の面に第三の電極が形成された絶縁材料からなるダイアフラムと、前記第二の電極と前記第三の電極の少なくとも一方の周縁部に接着層を備え、前記第二の電極と前記第三の電極が対向するように前記固定基板と前記ダイアフラムとを接合した静圧動圧検知センサ。
【請求項２】
第二の電極と第三の電極間の静電容量を検知する静電容量検知手段を設けて静圧を検知する請求項１記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項３】
第一の電極と第二の電極間の電圧を検知する電圧検知手段を設けて動圧を検知する請求項１または２記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項４】
固定基板はチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体である請求項１または３のいずれか１項記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項５】
ダイアフラムをアルミナで形成した請求項１または４のいずれか１項記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項６】
少なくとも第二の電極と第三の電極は金属レジネ−トペ−ストを用いて印刷形成した請求項１または５のいずれか１項記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項７】
接着層にスペ−サを設けた請求項１または６のいずれか１項記載の静圧動圧検知センサ。
【請求項８】
第二の電極または第三の電極を主電極と参照電極とから構成した請求項１または７のいずれか１項記載の静圧動圧検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静圧動圧検知センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧力検知センサは図９に示すように一方の面に第一の電極１が形成された電気絶縁性材料からなる固定基板２と、第二の電極３が表面に形成された電気絶縁性材料からなるダイアフラム４と、前記第一の電極と前記第二の電極とが対向配置するように接着層５を介して前記固定基板と前記ダイアフラムとを接合して構成されている。そして圧力印加によって前記ダイアフラムが変形し、電極間距離が変化することによって電極間に生ずる静電容量が変化し印加圧力を検知するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−９７４２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧力検知については、ダイアフラムの撓みを検知するため、静圧のみの検知であり、動圧を高精度に検知することはできなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、一方の面に第一の電極、他方の面に第二の電極が形成された圧電材料からなる固定基板と、一方の面に第三の電極が形成された絶縁材料からなるダイアフラムと、前記第二の電極と前記第三の電極の少なくとも一方の周縁部に接着層を備え、前記第二の電極と前記第三の電極が対向するように前記固定基板と前記ダイアフラムとを接合した静圧動圧検知センサである。
【０００６】
上記発明によれば、第二の電極と第三の電極間の静電容量によって静圧を検知し、動圧は固定基板を構成している圧電材料の圧電効果によって電圧が発生するため、この固定基板の両面に形成された第一の電極と第二の電極間に発生する出力電圧を検知することによって、１つのセンサで容易に静圧と動圧が検知できる。また固定基板とダイアフラムの動圧が検知できるため、同時に上下の振動検知ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、一方の面に第一の電極、他方の面に第二の電極が形成された圧電材料からなる固定基板と、一方の面に第三の電極が形成された絶縁材料からなるダイアフラムと、前記第二の電極と前記第三の電極の少なくとも一方の周縁部に接着層を備え、前記第二の電極と前記第三の電極が対向するように前記固定基板と前記ダイアフラムとを接合した静圧動圧検知センサである。
【０００８】
そして第二の電極と第三の電極間の静電容量により静圧を検知し、第一の電極と第二の電極間あるいは第三の電極と第四の電極間の発生電圧により振動を検知することができるため、一つのセンサで精度良く静圧と動圧を検知することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、静電容量検知手段によって第二の電極と第三の電極間の静電容量を検知する構成とした静圧動圧検知センサである。
【００１０】
そして、静電容量検知手段を設けることによって、静圧力印加によって変化した静電容量を簡単な構成で容易に検知することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、第一の電極と第二の電極間の電圧を検知する第一の電圧検知手を設けて動圧を検知する構成とした静圧動圧検知センサである。
【００１２】
そして、電圧検知手段を設けることによって圧電材料である固定基板に動圧力が印加されたとき、圧電効果によって固定基板に電圧が発生するため、固定基板の両面に配置された第一の電極と第二の電極間に発生する出力電圧を容易に検出することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、固定基板をチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体で構成した静圧動圧検知センサである。
【００１４】
そして、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体の圧電セラミック粉体は工業的に多量に利用されているので、安価であり、入手も容易であるため、高感度で安価な静圧動圧検知センサが提供できる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ダイアフラムをアルミナで構成した静圧動圧検知センサである。
【００１６】
そして、アルミナは工業的に多量に利用されているので、安価であり、入手も容易であるため、高感度で安価な静圧動圧検知センサが提供できる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、少なくとも第二の電極と第三の電極は金属レジネ−トペ−ストを用いて印刷形成した静圧動圧検知センサである。
【００１８】
そして、電極を金属レジネ−トペ−ストを用いて印刷形成することによって薄膜の電極が容易に形成できるため、第二の電極と第三の電極間距離に及ぼす電極膜厚の影響を低減できるため初期容量のばらつきを低減できる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、接着層にスペ−サを設けた固定基板をチタン酸鉛で構成した静圧動圧検知センサである。
【００２０】
そして、接着層にスペ−サを設けることによって第二の電極と第三の電極との間の電極間距離が管理できるため初期容量のばらつきを低減できる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、第二の電極または第三の電極を主電極と参照電極とから構成した静圧動圧検知センサである。
【００２２】
そして、主電極と参照電極の各々の静電容量比を出力として得ることによって温度特性の影響を除去することができるため信頼性の高い出力が得られる。
【００２３】
【実施例】
以下、本説明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における静圧動圧検知センサの断面図である。
【００２５】
この静圧動圧検知センサは、一方の面に第一の電極１１、他方の面に第二の電極１２が形成された圧電材料からなる固定基板１３と、一方の面に第三の電極１４が形成された絶縁材料からなるダイアフラム１５と、前記第二の電極１２と前記第三の電極１４との少なくとも一方の周縁部に形成した接着層１６とを備え、前記第二の電極１２と前記第三の電極１４とが対向配置しかつ前記接着層１６を介して前記固定基板１３と前記ダイアフラム１５とを接合して構成した。ここで、第一の電極１１、第二の電極１２、第三の電極１４は金レジネートをスクリーン印刷法で２５μｍの厚みで形成し、脱脂・焼成して０．１μｍの厚みとした。このため電極膜厚は１μｍ以下で形成可能となり、電極膜厚が第二の電極１２と第三の電極１４の電極間距離に及ぼす影響を低減できる。このためセンサばらつきを抑制できる。また第一の電極１１と第二の電極１２が形成された固定基板１３は圧電材料としてチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体である圧電セラミックを使用した。また一方の面に第三の電極１４が形成されたダイアフラム１５は、絶縁材料としてアルミナを使用した。固定基板１３とダイアフラム１５で使用した圧電セラミックとアルミナは工業的に多量に利用されているので、安価であり、入手も容易であるため、高感度で安価な静圧動圧検知センサが提供できる。
【００２６】
さらに固定基板１３とダイアフラム１５との接着は固定基板１３の周縁部に形成した接着層１６によって行った。本実施例では接着層１６として固定基板１３及びダイアフラム１５と同程度の熱膨張係数を有するガラスペ−ストを使用した。
【００２７】
次に本発明の静圧動圧検知センサの動作を説明する。
【００２８】
この静圧動圧検知センサに静圧が印加された場合、図２に示すようにダイアフラム１５は撓み、第二の電極１２と第三の電極１４の電極間距離は小さくなる。静電容量はＣ＝εＳＸ−１（εは誘電率、Ｓは電極面積、Ｘは電極間距離）で表され、圧力が印加されるとＸが小さくなるため出力である静電容量は増加する。
【００２９】
このため容量値を検出することによって静圧を検出することができる。
【００３０】
また、動圧が印加された場合においてはその動圧が圧電材料である固定基板１３に伝達され、圧電効果によって電圧が発生する。この固定基板１３の両面に形成された第一の電極１１と第二の電極間１２に発生する出力電圧を検知することによって容易かつ高精度に動圧が検知可能となる。
【００３１】
図３に第二の電極１２と第三の電極１４間の静電容量を検知する静電容量検知手段１７を設けて静圧を検知する静圧動圧検知センサの構成図を示す。この容量検知手段１７は第二の電極１２と第三の電極１４間の静電容量によって静圧を検出するもので、図４に荷重と静電容量検知手段１７の出力との関係を示した。この結果から、第二の電極１２と第三の電極１４間の静電容量を静圧検知手段１７によって検出することで容易に静圧を検出できることが解る。
【００３２】
図５に固定基板１３の両面に形成された第一の電極１１と第二の電極間１２に発生する出力電圧を検知する電圧検知手段１８を設けた静圧動圧検知センサの構成図を示す。この電圧検知手段１８は動圧印加時に圧電効果によって電圧が発生する電圧値を検出する。図６に本発明の静圧動圧検知センサを布団の下に配設し、その上に人間が寝たときの電圧検知手段１８の出力結果を示す。この結果、人体からの振動である呼吸振動、心拍振動が検知できるほど高感度であることが解った。このため本発明の静圧動圧検知センサは、一つのセンサで静圧と動圧が精度良く検知できる。
【００３３】
（実施例２）
図７は本発明の実施例２の静圧動圧検知センサの断面図である。
【００３４】
本実施例２において、実施例１と異なる点は接着層１６にスペ−サ１９を設けた点である。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３５】
本実施例においてスペ−サ１９は接着層１６と同じ熱膨張係数を有するガラスビ−ズ（Φ４５μｍ）を使用した。このスペ−サ１９によって第二の電極１２と第三の電極１４間の電極間距離がスペ−サ１９によって管理できるため固定基板１３とダイアフラム１５間の静電容量のばらつきを低減することが出来る。スペ−サ１９を設けた静圧動圧検知センサとスペーサ１９を設けない静圧動圧センサを各１００個作成しその初期容量のばらつきを評価した。スペーサ１９がない静圧動圧検知センサは標準偏差が約１０％あるのに対しスペーサ１９を設けた静圧動圧検知センサの標準偏差は約１．５％になり、１／６に低減することが出来た。この結果ばらつきのない精度良い静圧動圧検知センサが容易に実現できる。
【００３６】
（実施例３）
図８（ａ）は本発明の実施例３の静圧動圧検知センサの断面図であり、図８（ｂ）は第三の電極の上面図である。本実施例３において、実施例１及び２と異なる点は第三の電極１４を主電極２０と参照電極２１で構成した点である。本実施例において主第三の電極１４である主電極２０と参照電極２１は金レジネ−トで印刷成形し、参照電極２１は主電極２０の円周部に形成した。各々の出力の比を出力とすることによって、ダイアフラム１５の温度特性をキャンセルすることが可能となる。つまり第三の電極１４として一つの容量値のみを出力とした場合、ダイアフラム１５自身の温度特性によって第二の電極１２と第三の電極１４間の静電容量値は変化してしまう。しかし本実施例のように第三の電極１４を主電極２０と参照電極２１で構成し、出力として主電極２０と参照電極２１の比をとることによって、温度特性をキャンセルすることが可能となる。このため容易な構成で精度の良いセンサ出力を得ることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一方の面に第一の電極、他方の面に第二の電極が形成された圧電材料からなる固定基板と、一方の面に第三の電極が形成された絶縁材料からなるダイアフラムと、前記第二の電極と前記第三の電極の少なくとも一方の周縁部に接着層を備え、前記第二の電極と前記第三の電極が対向するように前記固定基板と前記ダイアフラムとを接合して静圧動圧検知センサを構成し、第二の電極と第三の電極間の静電容量によって静圧を検知し、圧電材料で構成された固定基板あるいはダイアフラムの圧電効果によって動圧を検知可能となり、１つのセンサで静圧と動圧が同時に検知可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における静圧動圧検知センサの断面図
【図２】同静圧動圧検知センサの静力印加時の断面図
【図３】同可撓性圧電素子の断面図と静電容量を検出するための構成図
【図４】同可撓性圧電素子の静圧とセンサ出力の特性図
【図５】同可撓性圧電素子の断面図と第一の電圧を検出するための構成図
【図６】同可撓性圧電素子の動圧とセンサ出力の特性図
【図７】本発明の実施例２における静圧動圧検知センサの断面図
【図８】（ａ）本発明の実施例３における静圧動圧検知センサの断面図
（ｂ）同静圧動圧検知センサの第三の電極の上面図
【図９】従来の可撓性圧電素子の断面図
【符号の説明】
１１　第一の電極
１２　第二の電極
１３　固定基板
１４　第三の電極
１５　ダイアフラム
１６　接着層
１７　静電容量検知手段
１８　電圧検知手段
１９　スペ−サ
２０　主電極
２１　参照電極
【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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