(57)【要約】【課題】  圧力変化に対する静電容量変化が大きく、且つ、静電容量変化のバラツキの小さい圧力センサ、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の圧力センサは、固定電極２を設けた絶縁基体１と、固定電極２を覆うように積層された誘電体３と、固定電極２と対向して配設された可動電極６とを備え、可動電極６は、固定電極２と対向した状態で、可動可能な塑性変形状態の可動部８を有し、可動部８に圧力が加わった時、塑性変形状態にある可動部８が撓むことにより固定電極２間の静電容量の変化を検出するようにしたため、塑性変形状態の可動部８とした場合、圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化は、図１１の曲線Ａ２で示すように、変化の大きなカーブを備え、圧力変化に対する静電容量変化が大きくなって、明確な検出ができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、前記固定電極を覆うように積層された誘電体と、前記固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極とを備え、前記可動電極は、前記固定電極と対向した状態で、前記固定電極の方向に圧力によって可動可能な塑性変形状態の可動部を有し、前記可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある前記可動部が撓むことにより前記固定電極間の静電容量の変化を検出するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記可動部の初期位置においては、前記可動部の中央部が前記誘電体に接触、或いは近接すると共に、前記可動部の外周部が前記誘電体から離れた状態にしたことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記可動電極は、前記絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された前記可動部を有したことを特徴とする請求項１、又は２記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記可動電極の前記基台と前記可動部は別部品で形成され、前記可動部が前記基台の上部に結合されたことを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記可動電極の前記基台と前記可動部が同一材料で一体に形成されたことを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
【請求項６】
固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、前記固定電極を覆うように積層された誘電体と、前記固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極と、前記固定電極と対向した状態で、前記固定電極の方向に圧力によって可動可能に前記可動電極に設けられた可動部とを備え、前記可動部は、空気圧、或いはプレス加工によって塑性変形状態となして、塑性変形状態の前記可動部が形成され、前記可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある前記可動部が撓むことにより前記固定電極間の静電容量の変化を検出するようにしたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記可動電極は、前記絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された前記可動部を有し、前記基台が前記絶縁基体に取り付けられた状態で、前記可動部を塑性変形状態にしたことを特徴とする請求項６記載の圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記可動部が塑性変形状態にされた時、前記可動部の中央部は前記誘電体に接触、或いは近接すると共に、前記可動部の外周部は前記誘電体から離れた状態にしたことを特徴とする請求項７記載の圧力センサの製造方法。
【請求項９】
前記可動電極の前記基台と前記可動部は別部品で形成され、前記可動部が前記基台の上部に結合されたことを特徴とする請求項７，又は８記載の圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
前記可動電極の前記基台と前記可動部が同一材料で一体に形成されたことを特徴とする請求項７，又は８記載の圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のタイヤ等に使用され、可動電極の撓み量に伴う静電容量変化を利用して圧力を検出する圧力センサ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧力センサの図面を説明すると、図１２は従来の圧力センサの平面図、図１３は従来の圧力センサの要部断面図、図１４は従来の圧力センサに係る絶縁基体の平面図である。
【０００３】
次に、従来の圧力センサの構成を図１２〜図１４に基づいて説明すると、絶縁基体５１の表面には、固定電極５２が設けられると共に、この固定電極５２の上方を覆う誘電体５３が設けられている。
【０００４】
導電材からなる可動電極５４は、基台５４ａと、この基台５４ａの中央部に設けられた弾性を有する平板状の可動部（ダイヤフラム）５４ｂを有し、この可動電極５４は、基台５４ａが絶縁基体５１の表面に取り付けられると共に、可動電極５４が絶縁基体５１に取り付けられた際、可動部５４ｂの全体が固定電極５２と平行な状態で対向し、且つ、誘電体５３から間隔を持って配設されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
このような構成を有する従来の圧力センサは、外気圧変動に応じて可動部５４ｂが自体の弾性に抗して誘電体５３側に撓んで、可動体５４ｂと固定電極５２との間の距離が変化し、その結果、可動電極５４と固定電極５２間の静電容量の変化を検出するようになっている。
【０００６】
そして、従来の圧力センサは、可動電極５４が弾性を有する平板状の可動部（ダイヤフラム）５４ｂを有し、この平板状の可動部５４ｂが外気圧によって撓むようにしたものにおいて、圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化を有限要素法等によるシミュレーションによって求めた結果、図１１の曲線Ａ１で示すように、緩やかなカーブを備え、圧力変化に対する静電容量変化が小さく、従って、静電容量の変化による検出が明確にできない。
【０００７】
また、従来の圧力センサは、可動電極５４が弾性を有する平板状の可動部（ダイヤフラム）５４ｂを有するため、可動電極５４が絶縁基体５１に取り付けられた際の、可動部５４ｂと固定電極５２間の間隔の誤差や、可動部５４ｂの厚みの誤差等によって、可動部５４ｂの撓みによる静電容量変化のバラツキが大きい。
【０００８】
また、従来の圧力センサの製造方法は、可動電極５４を形成するための導電材（シリコン、金属材等）にエッチングを行って、導電材の中央部に平板状の可動部５４ｂが形成されると共に、基台５４ａが形成され、そして、このようにエッチングによって形成された可動電極５４の基台５４ａが絶縁基体５１に取り付けられると、その製造が完了する。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１９５９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の圧力センサは、可動電極５４が弾性を有する平板状の可動部（ダイヤフラム）５４ｂを有し、この平板状の可動部５４ｂが外気圧によって撓むようにしたため、圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化は、図１１の曲線Ａ１で示すように、緩やかなカーブを備え、圧力変化に対する静電容量変化が小さく、従って、静電容量の変化による検出が明確にできないという問題がある。
また、可動電極５４が弾性を有する平板状の可動部（ダイヤフラム）５４ｂを有するため、可動電極５４が絶縁基体５１に取り付けられた際の、可動部５４ｂと固定電極５２間の間隔の誤差や、可動部５４ｂの厚みの誤差等によって、可動部５４ｂの撓みによる静電容量変化のバラツキが大きいという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明では圧力変化に対する静電容量変化が大きく、且つ、静電容量変化のバラツキの小さい圧力センサ、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための第１の解決手段として、固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、前記固定電極を覆うように積層された誘電体と、前記固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極とを備え、前記可動電極は、前記固定電極と対向した状態で、前記固定電極の方向に圧力によって可動可能な塑性変形状態の可動部を有し、前記可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある前記可動部が撓むことにより前記固定電極間の静電容量の変化を検出するようにした構成とした。
【００１３】
また、第２の解決手段として、前記可動部の初期位置においては、前記可動部の中央部が前記誘電体に接触、或いは近接すると共に、前記可動部の外周部が前記誘電体から離れた状態にした構成とした。
また、第３の解決手段として、前記可動電極は、前記絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された前記可動部を有した構成とした。
【００１４】
また、第４の解決手段として、前記可動電極の前記基台と前記可動部は別部品で形成され、前記可動部が前記基台の上部に結合された構成とした。
また、第５の解決手段として、前記可動電極の前記基台と前記可動部が同一材料で一体に形成された構成とした。
【００１５】
また、第６の解決手段として、固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、前記固定電極を覆うように積層された誘電体と、前記固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極と、前記固定電極と対向した状態で、前記固定電極の方向に圧力によって可動可能に前記可動電極に設けられた可動部とを備え、前記可動部は、空気圧、或いはプレス加工によって塑性変形状態となして、塑性変形状態の前記可動部が形成され、前記可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある前記可動部が撓むことにより前記固定電極間の静電容量の変化を検出するようにした製造方法とした。
【００１６】
また、第７の解決手段として、前記可動電極は、前記絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された前記可動部を有し、前記基台が前記絶縁基体に取り付けられた状態で、前記可動部を塑性変形状態にした製造方法とした。
また、第８の解決手段として、前記可動部が塑性変形状態にされた時、前記可動部の中央部は前記誘電体に接触、或いは近接すると共に、前記可動部の外周部は前記誘電体から離れた状態にした製造方法とした。
【００１７】
また、第９の解決手段として、前記可動電極の前記基台と前記可動部は別部品で形成され、前記可動部が前記基台の上部に結合された製造方法とした。
また、第１０の解決手段として、前記可動電極の前記基台と前記可動部が同一材料で一体に形成された製造方法とした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧力センサは、固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、固定電極を覆うように積層された誘電体と、固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極とを備え、可動電極は、固定電極と対向した状態で、固定電極の方向に圧力によって可動可能な塑性変形状態の可動部を有し、可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある可動部が撓むことにより固定電極間の静電容量の変化を検出するようにしたため、塑性変形状態の可動部とした場合、圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化は、図１１の曲線Ａ２で示すように、変化の大きなカーブを備え、圧力変化に対する静電容量変化が大きくなって、明確な検出ができる。
また、可動部と固定電極間の間隔の誤差や、可動部の厚みの誤差等があっても、可動部を塑性変形状態させることによって、可動部が圧力を受けて一定の変形状態となることから、可動部の撓みによる静電容量変化のバラツキを小さくできるばかりか、検出に使用される圧力（例えば、１００〜５００（ｋＰａ））のスタート容量とエンド容量との容量比を従来に比べて大きな値にできて、検出の確実なものが得られる。
【００１９】
また、可動部の初期位置においては、可動部の中央部が誘電体に接触、或いは近接すると共に、可動部の外周部が誘電体から離れた状態にしたため、検出に使用される圧力（例えば、１００〜５００（ｋＰａ））のスタート容量を従来に比べて大きな値にできる。
【００２０】
また、可動電極は、絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された可動部を有したため、可動部の塑性変形加工が容易となって、生産性の良好なものが得られる。
【００２１】
また、可動電極の基台と可動部は別部品で形成され、可動部が基台の上部に結合されたため、可動部の使用材料に自由度を持たせることができる。
【００２２】
また、可動電極の基台と可動部が同一材料で一体に形成されたため、製造が容易となって、生産性の良好なものが得られる。
【００２３】
また、固定電極が表面に設けられた絶縁基体と、固定電極を覆うように積層された誘電体と、固定電極と対向して配設された導電材からなる可動電極と、固定電極と対向した状態で、固定電極の方向に圧力によって可動可能に可動電極に設けられた可動部とを備え、可動部は、空気圧、或いはプレス加工によって塑性変形状態となして、塑性変形状態の可動部が形成され、可動部に圧力が加わった時、塑性変形状態にある可動部が撓むことにより固定電極間の静電容量の変化を検出するようにしたため、可動部の塑性変形加工が容易で、生産性が良好となるばかりか、空気圧を使用した場合は、可動電極を絶縁基体に取り付けた状態で塑性変形加工を行っても、絶縁基体の損傷の無い状態で加工できて、生産性の良好なものが得られる。
【００２４】
また、可動電極は、絶縁基体に支持される環状の基台と、この基台に支持された可動部を有し、基台が絶縁基体に取り付けられた状態で、可動部を塑性変形状態にしたため、生産性の良好なものが得られる。
【００２５】
また、可動部が塑性変形状態にされた時、可動部の中央部は誘電体に接触、或いは近接すると共に、可動部の外周部は誘電体から離れた状態にしたため、検出に使用される圧力のスタート容量とエンド容量との容量比を従来に比べて大きな値にできて、検出の確実なものが得られる。
【００２６】
また、可動電極の基台と可動部は別部品で形成され、可動部が基台の上部に結合されたため、可動部の使用材料に自由度を持たせることができる。
【００２７】
また、可動電極の基台と可動部が同一材料で一体に形成されたため、製造が容易となって、生産性の良好なものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の圧力センサ、及びその製造方法の図面を説明すると、図１は本発明の圧力センサの第１実施例に係る平面図、図２は本発明の圧力センサの第１実施例に係る要部断面図、図３は本発明の圧力センサの製造方法の第１実施例に係り、第１工程を示す説明図、図４は本発明の圧力センサの製造方法の第１実施例に係り、第２工程を示す説明図である。
【００２９】
また、図５は本発明の圧力センサの第２実施例に係る要部断面図、図６は本発明の圧力センサの製造方法の第２実施例に係り、第１工程を示す説明図、図７は本発明の圧力センサの製造方法の第２実施例に係り、第２工程を示す説明図である。
【００３０】
また、図８は本発明の圧力センサの第３実施例に係る要部断面図、図９は本発明の圧力センサの製造方法の第３実施例に係り、第１工程を示す説明図、図１０は本発明の圧力センサの製造方法の第３実施例に係り、第２工程を示す説明図、図１１は圧力センサの圧力と静電容量の関係を示すグラフである。
【００３１】
次に、本発明の圧力センサの第１実施例に係る構成を図１〜図４に基づいて説明すると、絶縁基体１は、セラミック等の絶縁材で厚肉の方形状に形成され、この絶縁基体１の表面（上面）には、導電性の板状金属材からなる円形状等の固定電極２が設けられている。
この固定電極２の金属材料としては、一般に使用される各種の金属（例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなど）が使用されている。
【００３２】
また、固定電極２上には、この固定電極２を覆うように誘電体３が積層され、この誘電体３は、硝子、セラミック、ポリイミド、シリコン等の絶縁材で形成されている。
絶縁基体１の下面には、導電材からなる一対の端子４ａ、４ｂが設けられると共に、絶縁基体１には、上下方向に貫通する孔内に充填された一対の接続導体５ａ、５ｂが設けられ、接続導体５ａは固定電極２と端子４ａ間を接続し、又、接続導体５ｂは端子４ｂに接続されている。
【００３３】
コバール等の金属材である導電材からなる可動電極６は、環状の基台７と、この基台７と別部品で形成され、基台７の上面に結合（取付）された板状の可動部（ダイヤフラム）８で構成され、この可動電極６は、固定電極２の外周を囲むように、基台７の下面が絶縁基体１に配置された状態で、絶縁基体１の上面に取り付けられる。
【００３４】
可動電極６が取り付けられた際、基台７が接続導体５ｂに接触して、端子４ｂに接続されると共に、可動部８は、誘電体３を介して固定電極２に対向した状態となる。
また、可動部８は、空気圧やプレス加工によって塑性変形状態に形成されており、このため、中央部が膨出したドーム状となって、中央部が誘電体２に接触すると共に、外周部が誘電体２から離れた状態になっている。
【００３５】
そして、可動部８は、外気圧等の変動に応じて固定電極２側に撓み、固定電極２との間の距離を変えることによって静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することによって測定されるものとなっている。
【００３６】
次に、本発明の圧力センサの動作を説明すると、圧力がかかっていない初期位置において、可動部８は、図１に示すように、中央部が誘電体２に接触すると共に、外周部が誘電体２から離れた状態になっている。
また、図１１は、可動部８が塑性変形される前と、塑性変形された後における圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化をシミュレーションによって求めたもので、曲線Ａ１は可動部８が塑性変形される前を示し、曲線Ａ２は可動部８が塑性変形された後を示し、この図１１の曲線Ａ２から分かるように、可動部８が塑性変形された場合、スタート容量とエンド容量との容量比が大きくなっている。
【００３７】
次に、この状態で圧力がかかると、可動部８は、中央部の周辺が誘電体３に接触するようになると共に、この周辺外の部分が固定電極２に近づくように撓むため、図１１の曲線Ａ２に示すように、静電容量の変化の大きなものとなる。
【００３８】
また、可動部８への圧力が弱められると、可動部８は自己の弾性によって初期位置の状態に戻るようになり、この時の静電容量の変化は、図１１の曲線Ａ２に沿って変化するようになっている。
そして、可動部８が圧力によって撓んだり、戻ったりすることによって、曲線Ａ２に沿って静電容量が変化し、この静電容量の変化を検出することによって測定されるものである。
【００３９】
次に、本発明の圧力センサの製造方法における第１実施例を図３，図４に基づいて説明すると、先ず、図３に示すように、平板状の可動部８が基台７に取り付けられた状態の可動電極６を絶縁基体１に取り付ける。
【００４０】
次に、図４に示すように、絶縁基体１の下面が支持された状態で、例えば、５（ＭＰａ）の空気圧を可動部８にかけて、可動部８を塑性変形させると、可動部８の大部分は、誘電体３に接触した状態になる。
しかる後、この空気圧を除去すると、図２に示すように、可動体８自体の弾性によって、可動体８は、中央部が誘電体３に接触すると共に、外周部が誘電体３から離れた状態になって、その製造が完了する。
【００４１】
そして、図１１の曲線Ａ１、Ａ２は、このような方法で製造される圧力センサにおいて、可動部８が塑性変形する前と塑性変形した後の圧力（ｋＰａ）に対する静電容量（ｐＦ）の変化を示したものである。
【００４２】
なお、上記実施例は、可動電極６が絶縁基体１に取り付けられた状態で、可動部８の塑性変形加工を行ったもので説明したが、可動部８の塑性変形加工を空気圧やプレス加工等によって行った後、この可動電極６を絶縁基体１に取り付けるようにしても良い。
【００４３】
また、図５は本発明の圧力センサの第２実施例を示し、この第２実施例の構成を説明すると、可動電極６の基台７と可動部８が同一材料で一体に形成されると共に、１枚の金属材をプレス加工して、平板状の可動部８を基台７から突出形成し、この可動部８は、前記第１実施例と同様に、空気圧やプレス加工によって塑性変形状態に形成されて、中央部が膨出したドーム状となって、中央部が誘電体２に接触すると共に、外周部が誘電体２から離れた状態となっている。
【００４４】
その他の構成は、前記第１実施例と同様であるので、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。
【００４５】
また、図６，図７は本発明の圧力センサの製造方法に係る第２実施例を示し、この第２実施例の製造方法を説明すると、先ず、図６に示すように、平板状の可動部８と基台７が一体となった可動電極６を絶縁基体１に取り付ける。
【００４６】
次に、図７に示すように、絶縁基体１の下面が支持された状態で、例えば、５（ＭＰａ）の空気圧を可動部８にかけて、可動部８を塑性変形させると、可動部８の大部分は、誘電体３に接触した状態になる。
しかる後、この空気圧を除去すると、図５に示すように、可動体８自体の弾性によって、可動体８は、中央部が誘電体３に接触すると共に、外周部が誘電体３から離れた状態になって、その製造が完了する。
【００４７】
なお、この第２実施例は、可動電極６が絶縁基体１に取り付けられた状態で、可動部８の塑性変形加工を行ったもので説明したが、可動部８の塑性変形加工を空気圧やプレス加工等によって行った後、この可動電極６を絶縁基体１に取り付けるようにしても良い。
【００４８】
また、図８は本発明の圧力センサの第３実施例を示し、この第３実施例の構成を説明すると、可動電極６の基台７と可動部８が同一材料で一体に形成されると共に、１枚の金属材が切削やエッチング加工されて、基台７よりも薄肉の平板状の可動部８を形成し、この可動部８は、前記第１実施例と同様に、空気圧やプレス加工によって塑性変形状態に形成されて、中央部が膨出したドーム状となって、中央部が誘電体３に接触すると共に、外周部が誘電体３から離れた状態となっている。
【００４９】
その他の構成は、前記第１実施例と同様であるので、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。
【００５０】
また、図９，図１０は本発明の圧力センサの製造方法に係る第３実施例を示し、この第３実施例の製造方法を説明すると、先ず、図９に示すように、平板状の可動部８と基台７が一体となった可動電極６を絶縁基体１に取り付ける。
【００５１】
次に、図１０に示すように、絶縁基体１の下面が支持された状態で、例えば、５（ＭＰａ）の空気圧を可動部８にかけて、可動部８を塑性変形させると、可動部８の大部分は、誘電体３に接触した状態になる。
しかる後、この空気圧を除去すると、図８に示すように、可動体８自体の弾性によって、可動体８は、中央部が誘電体３に接触すると共に、外周部が誘電体３から離れた状態になって、その製造が完了する。
【００５２】
なお、この第３実施例は、可動電極６が絶縁基体１に取り付けられた状態で、可動部８の塑性変形加工を行ったもので説明したが、可動部８の塑性変形加工を空気圧やプレス加工等によって行った後、この可動電極６を絶縁基体１に取り付けるようにしても良い。
【００５３】
また、上記第１〜第３実施例では、可動電極６の中央部が初期状態で誘電体３に接触したもので説明したが、基台６の高さを変える（高くする）ことによって、可動電極６の中央部が初期状態で誘電体３に近接するようにしても良い。
この場合、静電容量の変化は、図１１の曲線Ａ２の全体が下方（容量値が小さくなる方向）にシフトされ、検出に使用される圧力を容易に変更できるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の圧力センサの第１実施例に係る平面図。
【図２】本発明の圧力センサの第１実施例に係る要部断面図。
【図３】本発明の圧力センサの製造方法の第１実施例に係り、第１工程を示す説明図。
【図４】本発明の圧力センサの製造方法の第１実施例に係り、第２工程を示す説明図。
【図５】本発明の圧力センサの第２実施例に係る要部断面図。
【図６】本発明の圧力センサの製造方法の第２実施例に係り、第１工程を示す説明図。
【図７】本発明の圧力センサの製造方法の第２実施例に係り、第２工程を示す説明図。
【図８】本発明の圧力センサの第３実施例に係る要部断面図。
【図９】本発明の圧力センサの製造方法の第３実施例に係り、第１工程を示す説明図。
【図１０】本発明の圧力センサの製造方法の第３実施例に係り、第２工程を示す説明図。
【図１１】圧力センサの圧力と静電容量の関係を示すグラフ。
【図１２】従来の圧力センサの平面図。
【図１３】従来の圧力センサの要部断面図。
【図１４】従来の圧力センサに係る絶縁基体の平面図。
【符号の説明】
【００５５】
１：絶縁基体
２：固定電極
３：誘電体
４ａ、４ｂ：端子
５ａ、５ｂ：接続導体
６：可動電極
７：基台
８：可動部
【図１】
2005351640.tif 000003
【図２】
2005351640.tif 000004
【図３】
2005351640.tif 000005
【図４】
2005351640.tif 000006
【図５】
2005351640.tif 000007
【図６】
2005351640.tif 000008
【図７】
2005351640.tif 000009
【図８】
2005351640.tif 000010
【図９】
2005351640.tif 000011
【図１０】
2005351640.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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