(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主容量電極と、該主容量電極に接続されたリード線部と、前記主容量電極の外側に形成された基準容量電極と、前記基準容量電極に接続されたリード線部とが一方の面に形成されたベース基板と、
前記主容量電極、前記リード線部及び前記基準容量電極と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に備えたダイアフラム基板と、
前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間に配置されて両基板を接合するとともに前記所定の間隔を形成する絶縁性材料からなる接合パターンとからなり、
前記接合パターンが前記基準容量電極の外側に位置して前記基準容量電極の周囲を囲む第１のパターンと、前記主容量電極と前記基準容量電極との間に位置して前記基準容量電極と前記対向電極との間における前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパターンとを有しており、
前記主容量電極に接続された前記リード線部に接続される主容量電極端子が前記一方の面上において前記第２のパターンの外側に形成されている静電容量型圧力センサであって、
前記第２のパターンが前記主容量電極に接続された前記リード線部と前記一方の面上において交差しないように形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
環状の主容量電極と、該主容量電極に接続されたリード線部と、前記主容量電極の外側に形成され前記リード線部と交差しないように形成された円弧状の基準容量電極と、前記基準容量電極に接続されたリード線部とが一方の面に形成されたセラミックス製のベース基板と、
前記主容量電極、前記リード線部及び前記基準容量電極と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に備えたセラミックス製のダイアフラム基板と、
前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間に配置されて両基板を接合するとともに前記所定の間隔を形成するガラスを主成分とする絶縁製材料からなる接合パターンとからなり、
前記接合パターンが前記基準容量電極の外側に位置して前記基準容量電極の周囲を囲み且つ２つの前記リード線部と交差する第１のパターンと、前記主容量電極と前記基準容量電極との間に位置して前記基準容量電極と前記対向電極との間における前記ベース基板と前記ダイアフラム基板との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパターンとを有しており、
前記主容量電極に接続された前記リード線部に接続される主容量電極端子が前記一方の面上において前記第２のパターンの外側に形成されている静電容量型圧力センサであって、
前記第２のパターンは前記主容量電極に接続された前記リード線部が前記第２のパターンと接触しないように通る切欠き部を備えた一部切り欠き付きの環状形状を有しており、且つ前記第２のパターンが前記主容量電極に接続された前記リード線部と前記一方の面上において交差しないように形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記主容量電極に接続された前記リード線部の幅寸法は、前記基準容量電極に接続された前記リード線部の幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の静電容量型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量の変化により圧力値を測定する静電容量型圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型圧力センサとして、ベース基板上に間隔をあけて形成された環状の主容量電極及び主容量電極の外側に形成された円弧状の基準容量電極と、ダイアフラム基板上に形成された対向電極とが対向するように、ベース基板とダイアフラム基板とを絶縁製材料からなる接合パターンを介して接合したものが知られている。この種の静電容量型圧力センサでは、外部から圧力が加えられてダイアフラム基板が撓み、主容量電極と対向電極との間の間隔が変化することにより、主容量電極と対向電極との間の静電容量が変化する。この静電容量型圧力センサを用いて圧力を測定する場合には、主容量電極と対向電極との間で変化する静電容量と、基準容量電極と対向電極との間の基準静電容量とに基づいて圧力の値を算出する。しかしながら、このような静電容量型圧力センサでは、圧力がダイアフラム基板に加えられると、わずかではあるが基準容量電極と対向電極との間の間隔が変化して、基準容量電極と対向電極との間の基準静電容量も変化する。そのため、圧力値の測定精度を高めることには限界があった。
【０００３】
そこで、本発明者は図７の概略断面図に示すように、基準容量電極１０１の外側に位置して基準容量電極１０１の周囲を囲む第１のパターン１０２と、主容量電極１０３と基準容量電極１０１との間に位置して基準容量電極１０１と対向電極１０４との間におけるベース基板１０５とダイアフラム基板１０６との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパターン１０７とを有する接合パターンを用いることを提案した（特願平７−２１８７７７号）。なお、図７は、主容量電極１０３のリード線部１０８の位置において静電容量型圧力センサを切断した断面を示す概略図であり、環状の主容量電極１０３と主容量電極１０３から圧力センサの外部に延びるリード線部１０８とは破線Ｌで区分されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７の構成の静電容量型圧力センサを実際に製造して特性を調べたとろこ、この圧力センサの感度が理論値よりも低いことが分かった。そしてその原因を探求した結果、接合パターンの第２のパターン１０７が主容量電極１０３のリード線部１０８と交差することにより圧力センサの感度が低下することに原因があることが分かった。圧力センサの感度即ち主容量の感度は、（ある圧力における静電容量の変化量ΔＣｎ）／（初期値Ｃｏ）と定義される。この初期値は、圧力が加わっていない状態における主容量電極１０３と対向電極１０４との間の発生する主容量Ｃｍと、リード線部１０８と対向電極１０４との間の発生する容量Ｃｘとの和（Ｃｍ＋Ｃｘ）とみなすことができる。しかしながら第２のパターン１０７を形成するガラス材料のような絶縁材料は誘電率が高いため、第２のパターン１０７がリード線部１０８と交差する部分では、容量Ｃｘが大きくなり、その結果上記感度の式の分母が大きくなって圧力センサの感度は低下するのである。
【０００５】
本発明の目的は、圧力センサの感度が低下するのを抑制できる静電容量型圧力センサを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、感度の低下を抑制することができて、しかも第２のパターンの内側のガス抜きを行える静電容量型圧力センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主容量電極と、この主容量電極に接続されたリード線部と、主容量電極の外側に形成された基準容量電極と、この基準容量電極に接続されたリード線部とが一方の面に形成されたベース基板と、主容量電極、リード線部及び基準容量電極と所定の間隔をあけて対向する対向電極を一方の面に備えたダイアフラム基板と、ベース基板とダイアフラム基板との間に配置されて両基板を接合するとともに所定の間隔を形成する絶縁性材料からなる接合パターンとからなり、接合パターンが基準容量電極の外側に位置して基準容量電極の周囲を囲む第１のパターンと主容量電極と基準容量電極との間に位置して基準容量電極と対向電極との間におけるベース基板とダイアフラム基板との間の間隔が変化するのを抑制する第２のパターンとを有している静電容量型圧力センサを改良の対象にする。
【０００８】
本発明では、主容量電極に接続されたリード線部と交差しないように第２のパターンを形成する。このように構成すると、リード線部と対向電極とが誘電率の高い第２のパターンを介して対向する部分がなくなり、リード線部と対向電極との間の容量Ｃｘを小さくできて、圧力センサの感度の低下を抑制できる。
【０００９】
主容量電極は環状に形成し、基準容量電極は主容量電極に接続されたリード線部と交差しないように円弧状に形成することができる。また、接合パターンは、ガラスを主成分とする絶縁製材料により形成することができる。この場合、第２のパターンは主容量電極に接続されたリード線部が第２のパターンと接触しないように通る切欠き部を備えた一部切り欠き付きの環状形状に形成すればよい。このようにすれば、第２のパターンの切欠き部は、第２のパターンの内側のガス抜き通路を兼ねることができる。このような通路がないと、ダイアフラム部に圧力が加わったときのダイアフラム部の変形度合いが悪くなる。
【００１０】
主容量電極に接続されたリード線部の幅寸法は、基準容量電極に接続されたリード線部の幅寸法よりも小さくするのが好ましい。第２のパターンとリード線部とが交差しないことにより、容量Ｃｘは小さくなるが、更に対向電極と対向するリード線部の幅寸法を小さくすると容量Ｃｘは更に小さくなる。したがって感度が更に上がる。しかしながら、幅寸法が小さくなり過ぎると、リード線部の抵抗が大きくなって、主静電容量とリード線部の抵抗値とにより定まるｔａｎδが必要以上に大きくなりすぎてエネルギー損失が大きくなる。そのため、リード線部の幅寸法は、ｔａｎδが必要以上に大きくなりすぎない程度に小さく設定する必要がある。具体的には、主容量電極に接続されたリード線部の幅寸法を０．４〜０．６ｍｍとすると、感度を上げることができて、しかもｔａｎδを大きくし過ぎることがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施の形態の一例の静電容量型圧力センサの平面図及び側面図であり、図２は本実施例の静電容量型圧力センサの断面を概略的に表した図である。これらの図に示すように、本実施例の静電容量型圧力センサは、ベース基板１とダイアフラム基板２とが接合パターン３を介して結合された構造を有している。なお、接合パターン３の厚みは極めて薄いため、図２の概略図では、接合パターン３の厚み寸法及びベース基板１とダイアフラム基板２との間の寸法を誇張して描いている。
【００１２】
ベース基板１は、セラミックスにより形成されており、側部にカット端面１ａを有する円柱に近い形状を有している。ベース基板１のダイアフラム基板２と対向する面と反対の表面１ｂ上には、信号回路（図示せず）が形成されている。ベース基板１のダイアフラム基板２と対向する面には、図３の平面図に詳細に示すように主容量電極４及び基準容量電極５が径方向に間隔をあけて形成されている。主容量電極４は、Ａｕペースト（金ペースト）を用いてスクリーン印刷により形成されており、厚みが０．７μｍで円環状の形状を有している。主容量電極４の一部はリード線部６により主容量電極端子７に電気的に接続されている。リード線部６の幅寸法は、基準容量電極５に接続されたリード線部８の幅寸法（１ｍｍ）よりも小さく、しかも、主容量電極４と対向電極１０との間の主静電容量とリード線部６の抵抗分を含む抵抗値とにより定まるｔａｎδが、必要以上に大きくなり過ぎない程度に設定されており、この例ではリード線部６は０．４〜０．６ｍｍの幅寸法を有している。また、リード線部６は５．４ｍｍの長さ寸法を有している。
【００１３】
リード線部６及び主容量電極端子７は主容量電極４を形成するときにＡｕペーストを用いて同時に形成されている。主容量電極４の中心の空隙部Ｓは、主容量電極４と対向電極１０との間の静電容量をダイアフラム基板２に加わる圧力に応じてより正確に比例変化させる役割と、ダイアフラム基板２が強く加圧されても対向電極１０が主容量電極４と接触して短絡するのを防ぐ役割とを果している。基準容量電極５は、主容量電極４と同様にＡｕペーストを用いてスクリーン印刷により形成されており、その厚みは０．７μｍである。基準容量電極５は、リード線部６と交差しないように主容量電極４と同心的に該主容量電極４を部分的に囲む円弧形状を有している。基準容量電極５の一端はリード線部８により基準容量電極端子９に接続されている。基準容量電極端子９も基準容量電極５を形成するときに同時に形成される。なお実際には、主容量電極４、基準容量電極５、リード線部６，８、主容量電極端子７及び基準容量電極端子９のパターンは同時に形成される。主容量電極端子７及び基準容量電極端子９は、ベース基板１のカット端面１ａに形成された接続部Ｃ1 ，Ｃ2 を通してベース基板１の表面１ｂに形成された信号回路に電気的に接続されている（図１）。
【００１４】
ダイアフラム基板２はセラミックスにより形成されており、厚み０．４６ｍｍの円板形状を有している。ダイアフラム基板２のベース基板１と対向する面には、図４の平面図に詳細に示すように対向電極１０が形成されている。対向電極１０は、Ａｕペーストを用いてスクリーン印刷により形成されており、その厚みは０．７μｍである。この対向電極１０は、ベース基板１に形成された主容量電極４、リード線部６及び基準容量電極５と所定の間隔をあけて対向するように円形に形成されている。対向電極１０の一部から接続用端子１１が突出している。対向電極１０及び接続用端子１１は一回のスクリーン印刷により同時に形成する。この接続用端子１１は、ベース基板１のカット端面１ａに形成された接続部Ｃ3 を通してベース基板１の表面１ｂに形成された信号回路に電気的に接続されている（図１）。
【００１５】
接合パターン３は、ガラスを主成分とする絶縁材料（接合材料）により形成されており、１０〜１５μｍの厚みを有している。この接合パターン３は、図５の平面図に詳細に示すように、第１のパターン１２と第２のパターン１３とを有している。第１のパターン１２は基準容量電極５の外側に位置して基準容量電極５の周囲を囲み且つ２つのリード線部６，８と交差するように、ベース基板１の輪郭に沿った形状に形成されている。また、第１のパターン１２は、内径部１２ａと外径部１２ｂとが複数の接続パターン部１２ｃ…により連結された形状に形成されている。このような形状にすると接合パターンを形成する際に接合パターン内にボイド（クラック）が発生するのを防ぐことができる。
【００１６】
第２のパターン１３は、主容量電極４と基準容量電極５との間に位置して基準容量電極５と対向電極１０との間におけるベース基板１とダイアフラム基板２との間の間隔が変化するのを抑制している。第２のパターン１３は主容量電極５に接続されたリード線部６が第２のパターン１３と接触しないように通る切欠き部１３ａを備えた一部切り欠き付きの環状形状を有している。切欠き部１３ａは、第２のパターン１３の内側のガス抜き通路を兼ねている。図２及びガラス封着材料パターン３´（接合パターン３と同じ形状のパターン）とリード線部６との交差部を示している図６に示すように、切欠き部１３ａを設けると、リード線部６と対向電極１０とが誘電率の高い接合パターン３を介して対向する部分がなくなり、リード線部６と対向電極１０との間の容量を小さくでき、圧力センサの感度の低下を抑制できる。
【００１７】
本実施例の静電容量型圧力センサは次のようにして製造した。まず、ベース基板１のダイアフラム基板２と対向する面（対向面）に主容量電極４、基準容量電極５、リード線部６，８、主容量電極端子７及び基準容量電極端子９のパターンを形成する。次にベース基板１の対向面上にマスクを施して、図６に示すように、スクリーン印刷により溶融したガラス封着材料を用いてガラス封着材料パターン３´を形成する。そして、このガラス封着材料パターン３´を介して対向電極１０を形成したダイアフラム基板２をベース基板１の上に重ね合わせ、全体を炉に入れてガラス封着材料パターン３´を溶融させてベース基板１とダイアフラム基板２とを接合して静電容量型圧力センサを完成した。
【００１８】
次に実施例１，２と比較例１，２の静電容量型圧力センサを用意して、各静電容量型圧力センサの初期値及び感度を測定した。ここで、実施例１は前述した本実施例の静電容量型圧力センサである。また、実施例２はリード線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続されたリード線部８と同じ幅寸法（１ｍｍ）とし、その他は本実施例の静電容量型圧力センサと同じ構造を有する静電容量型圧力センサである。また、比較例１の静電容量型圧力センサは、切欠き部１３ａを設けずに、リード線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続されたリード線部８と同じ幅寸法（１ｍｍ）とし、その他は本実施例の静電容量型圧力センサと同じ構造を有する静電容量型圧力センサである。また、比較例２の静電容量型圧力センサは、切欠き部１３ａを設けず、その他は本実施例の静電容量型圧力センサと同じ構造を有する静電容量型圧力センサである。表１は、その測定結果を示している。
【００１９】
【表１】
0003967788.tif 000002
本表より、実施例１，２の静電容量型圧力センサは、比較例１，２の静電容量型圧力センサに比べて初期値を小さくして感度を高められるのが分る。特にリード線部６の幅寸法を小さくしただけの比較例２の静電容量型圧力センサは、比較例１の静電容量型圧力センサに比べれば感度を高められるものの、実施例１，２の静電容量型圧力センサと比べると感度が低いのが分る。
【００２０】
なお本実施例では、接合パターン３をガラス封着パターンにより形成したが、接合パターン３はセラミックス，樹脂等により形成することができる。また、第１のパターン１２と第２のパターン１３とを別々の材質により形成してもよい。
また、本実施例では、リード線部６の幅寸法を基準容量電極５に接続されたリード線部８の幅寸法よりも小さくしたが、リード線部６の幅寸法を任意に選択した寸法に設定しても構わない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、主容量電極に接続されたリード線部と交差しないように第２のパターンを形成するので、リード線部と対向電極とが誘電率の高い第２のパターンを介して対向する部分がなくなり、リード線部と対向電極との間の容量を小さくでき、コンデンサ感度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）及び（Ｂ）は本実施例の静電容量型圧力センサの平面図及び側面図である。
【図２】  本実施例の静電容量型圧力センサの概略断面図である。
【図３】  本実施例の静電容量型圧力センサのベース基板を示す平面図である。
【図４】  本実施例の静電容量型圧力センサのダイアフラム基板を示す平面図である。
【図５】  本実施例の静電容量型圧力センサの接合パターンを示す平面図である。
【図６】  本実施例の静電容量型圧力センサを製造する際のガラス封着材料パターンを示す平面図である。
【図７】  従来の静電容量型圧力センサの概略断面図である。
【符号の説明】
１  ベース基板
２ダイアフラム基板
３  接合パターン
４  主容量電極
５  基準容量電極
６，８  リード線部
１０  対向電極
１２  第１のパターン
１３  第２のパターン
１３ａ  切欠き部
【図１】
0003967788.tif 000003
【図２】
0003967788.tif 000004
【図３】
0003967788.tif 000005
【図４】
0003967788.tif 000006
【図５】
0003967788.tif 000007
【図６】
0003967788.tif 000008
【図７】
0003967788.tif 000009