JP2000292291A

JP2000292291A - 密閉容器の内部圧力検出用センサ

Info

Publication number: JP2000292291A
Application number: JP11097263A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yoshida; 哲男吉田; Toru Ueno; 亨上野
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造でかつ安定した詳細な特性を得る
ことができる。【解決手段】密閉容器の内部圧力変化を歪で表わすセ
ンサ１１は、金属基板の底面部表面に形成した誘電体層
２１を絶縁体層として更にその表面に、キャパシタとな
る交差指電極が形成される。交差指電極は、平行に交互
に配列された複数の二組の線状導電体３１Ａ、３１Ｂが
一つ置きに各共通電極４１Ａ、４１Ｂにより接続されて
おり、各共通電極４１Ａ、４１Ｂにおける一端に入出力
端子５１Ａ、５１Ｂが接続されている。この構造によ
り、隣り合う線状導電体３１Ａ、３１Ｂそれぞれの間に
静電容量を有する。底面部板材が変形した場合、交差指
電極の静電容量の変化は、発振周波数の変化により検出
することができる。底面部が中心点を有する円形または
正多角形の場合、交差指電極を、中心点を一致させた環
状に形成することにより効率よく歪を検出することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉容器における
ほぼ平面をなす底面部に形成してこの底面部の歪により
密閉容器の内部圧力変化を検出する密閉容器の内部圧力
検出用センサに関し、特に、簡単な構造でかつ詳細な安
定した特性が得られる密閉容器の内部圧力検出用センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の密閉容器の内部圧力検出
用センサでは、底部面の変形を検出する手段として歪に
より抵抗値が変化するいわゆる歪ゲージが知られてい
る。

【０００３】図４は、密閉容器１に内部圧力検出用のセ
ンサ１０を装着した一例を示す構造図である。また、図
５は図４におけるセンサ１０として用いる歪ゲージ１１
０の一例を示す斜視図である。

【０００４】図４および図５に示されるように、円筒状
の密閉容器１が有する板状の上底部２の中央部に、圧力
検出用センサとして歪ゲージ１１０が接着されている。
歪ゲージ１１０は鉄ニッケル系合金による線状導電体１
３０の薄膜パターンで上底部２の表面に平面状に形成さ
れている。

【０００５】ここで、歪ゲージ１１０により密閉容器１
の内部圧力を検出する原理について説明する。ここで、
密閉容器１の上底部２に歪ゲージ１１０が接着され、上
底部２の板厚は密閉容器１の下底部３および側面４それ
ぞれの板厚と比較して、機能上満足できる安全な範囲で
多少薄い板厚であるものとする。

【０００６】密閉容器１の内部圧力が通常状態から増加
した場合、密閉容器１の上下底部２，３および側面４が
膨らむように変形し、他方、内部圧力が通常の状態から
減少した場合には密閉容器１の上下底部２，３および側
面４がへこむように変形する。

【０００７】この変形は、薄めの板厚を有する上底部２
に集中する。歪ゲージ１１０が薄膜パターンで形成され
る線状導電体１３０の平面に対して線状導電体１３０の
長さ方向、すなわち平行線を接続して形成されている場
合には平行な方向に歪が加わった際に、線状導電体１３
０の抵抗値が変化する。密閉容器１の内部圧力が変化し
た場合、まず上底部２が変形し、次いで上底部２に接着
されている歪ゲージ１１０が同様に変形する。この結
果、歪ゲージ１１０の入出力端子１４０、１５０間の電
気抵抗が変化するので、この電気抵抗の変化を入出力端
子１４０、１５０から取り出すことにより密閉容器１の
内部圧力の変化が検出されている。

【０００８】このような歪ゲージ１１０は、ポリイミド
などの薄い基板１２０の面上に蒸着などの手段により、
歪により抵抗値が変化する金属薄膜を線状導電体１３０
として形成しており、かつ薄い基板１２０が歪を検出す
る場所に接着剤を用いて接着されている。

【０００９】また、密閉容器で対向する面の変形を検出
する別の歪検出手段として、対向する面の少なくとも一
方で変形を検出する材質および形状を有する金属板を配
置し、金属板の変形に伴なう対向金属板の間隔の変化を
二つの電極間における静電容量の変化として検出するも
のがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の密閉容
器における内部圧力検出用センサのうち前者の歪ゲージ
によるものでは、歪を検出しようとする薄い板に接着剤
を用いて歪ゲージを接着する必要があるので、接着位置
または接着層の厚みにおけるばらつきのため検出特性が
変化し、接着の都度、特性を確認する必要があるという
問題点がある。

【００１１】また、対向する金属板を用いる場合には両
者の位置関係を高精度で維持する必要があるので、構造
的に複雑になるという問題点がある。

【００１２】本発明の課題は、このような問題点を解決
して、簡単な構造でかつ安定した詳細な特性が得られる
密閉容器の内部圧力検出用センサを提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による密閉容器の
内部圧力検出用センサは、密閉容器におけるほぼ平面を
なす底面部に形成してこの底面部の歪により密閉容器の
内部圧力変化を検出するものであって、底面部に形成さ
れる基板と、この基板のほぼ中央部に形成されこの基板
の歪を静電容量の変化により検出するキャパシタとを有
している。

【００１４】この構成により、底面部の歪が静電容量の
変化に変換されるので、キャパシタを発振回路の素子と
して組み込むことにより、歪の大きさを発振周波数の変
化に容易に変換することができる。

【００１５】好ましくは、基板の形状は円形および正多
角形のうちの一つであり、キャパシタは基板のほぼ中央
部に形成された厚膜および薄膜いずれか一方の誘電体層
の表面に少なくとも一対の交差指電極を形成した構成を
有している。

【００１６】また、少なくとも一対の交差指電極は基板
を形成する底面部の中心点に対して同心円状に配置され
るていることが好ましい。

【００１７】この構成により、底面部の変形に伴なう誘
電体層の変形を効率よく検出することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明によるキャパシタを有する
センサ１１において、特にキャパシタを形成する交差指
電極の基本形態を示す平面図である。

【００２０】図示される密閉容器の内部圧力検出用のセ
ンサ１１は、図４に示される密閉容器１の上面部２を底
面部とし、上面部２に形成されるセンサ１０であるもの
とする。

【００２１】従って、センサ１１は、図４に示されるセ
ンサ１０と同様、平行面をなす板状の上底部２および下
底部３を有する筒状の密閉容器１で多少薄めの板厚を有
する上底部２に形成され、密閉容器１の内部圧力変化
を、上底部２の歪により検出している。上底部２を構成
する材料は強度と可透性との面から金属が望ましい。こ
の上底部２の表面に誘電率の大きな誘電体層２１が絶縁
体層としてこの絶縁体層の表面にキャパシタとなる交差
指電極を構成する二組の線状導電体３１Ａ、３１Ｂが形
成されている。

【００２２】図１を参照してキャパシタとなる交差指電
極について説明する。

【００２３】交差指電極は、正方形の金属基板の一表面
に形成された誘電体層２１の表面に形成される。交差指
電極は、平行に交互に配列された複数の二組の線状導電
体３１Ａ、３１Ｂが一つ置きに共通電極４１Ａ、４１Ｂ
それぞれにより接続されており、共通電極４１Ａ、４１
Ｂそれぞれにおける一端に入出力端子５１Ａ、５１Ｂが
接続されている。この構造により、隣接し合う線状導電
体３１Ａ、３１Ｂそれぞれの間に静電容量を有するキャ
パシタが形成される。

【００２４】この交差指電極が形成された底面部を線状
導電体３１Ａ、３１Ｂの長さ方向に直角な方向に屈曲さ
せると、互いに隣り合う線状導電体３１Ａ、３１Ｂの間
隔が変化し、この結果、入出力端子５１Ａ、５１Ｂ間の
静電容量値が変化する。

【００２５】一方、底面部を線状導電体３１Ａ、３１Ｂ
の長さ方向と平行な方向に屈曲させた場合には、線状導
電体３１Ａ、３１Ｂの長さが僅かに変化するが、互いに
隣り合う線状導電体３１Ａ、３１Ｂ間の間隔はほとんど
変化しないため、入出力端子５１Ａ、５１Ｂ間の静電容
量値は殆ど変化しない。

【００２６】従って、図示されるような交差指電極のパ
ターンの場合には、一つの軸方向の変形に対しては感度
のよいセンサとして作用するが、これと直交する軸方向
の変形に対しては感度が大幅に低下する。

【００２７】この問題を解決するため、センサを形成す
る底面部となる上底部の周辺が図４に示されるように固
定された状態で変形する板材における変形歪を効率よく
検出するためには、その歪分布に合わせた形状の交差指
電極を形成することがよい。

【００２８】次に、図２を参照して筒状の密閉容器の横
断面形状、すなわち底面部の形状が正方形の場合につい
て説明する。従って、図示されるセンサ１２も正方形の
金属材料による基板６２の表面に形成されるものとす
る。

【００２９】この正方形の底面部では、その中央部の歪
が最大値を示し、その向きは放射状で、その大きさはほ
ぼ同心円状の等高線で表される歪分布を示す。従って、
このような歪分布の変形を静電容量の変化として効率よ
く検出するためには、図１に示す交差指電極を環状に丸
めた図２における交差指電極３０の形状が適している。

【００３０】交差指電極３０は正方形の金属材料による
基板６２の表面に形成された誘電体層２２の表面に形成
されている。

【００３１】この構成において、底面部に外力が作用し
て基板６２が変形した場合、隣り合う線状導電体の間隔
が変化して交差指電極３０の静電容量が変化する。この
変化により、筒形の密閉容器内における圧力の変化によ
り生じる密閉容器の底面部表面に形成される基板６２の
変形を効率よく検出することができる。

【００３２】次に、図３を参照して筒状の密閉容器の横
断面形状、すなわち底面部の形状が円形の場合について
説明する。従って、図示されるセンサ１３も円形の金属
材料による基板６３の表面に形成されるものとする。

【００３３】この円形の底面部でも、その中央部の歪が
最大値を示し、その向きは放射状で、その大きさはほぼ
同心円状の等高線で表される歪分布を示す。従って、こ
のような歪分布の変形を静電容量の変化として効率よく
検出するためには、図２に示すと同様、交差指電極を環
状に丸めた交差指電極３０の形状が適している。

【００３４】この交差指電極３０は円形の金属材料によ
る基板６３の表面に形成された誘電体層２３の表面に形
成されている。

【００３５】この構成において、底面部に外力が作用し
て基板６３変形した場合、上述したと同様、隣り合う線
状導電体の間隔が変化して交差指電極３０の静電容量が
変化する。この変化により、筒形の密閉容器内における
圧力の変化により生じる密閉容器の底面部表面に形成さ
れる基板６３の変形を効率よく検出することができる。

【００３６】図３では、センサとして円形の底面部およ
び環状の交差指電極を示して説明したが、センサを形成
する底面部の形状が正方形の場合にはセンサの形状は真
円より、むしろ多少角丸状の円形がより効果的に歪変形
を検出することができる。

【００３７】上記説明では、密閉容器の上底部または底
面部の形状を正方形または円形としたが、効率よく変形
を検出するため、センサの基板となる密閉容器の底面部
が中心点を有する形状である円形または正方形を含む正
多角形が望ましい。

【００３８】また、底面部または基板の材質を金属とし
たが金属以外でも可とう性を有するセラミックを用いる
こともできる。可とう性を有しかつ誘電率の大きなセラ
ミック材が用いられた場合には底面部または基板の板材
に交差指電極を直接形成するのみで歪を検出するセンサ
を構成することが可能になるので、構造を更に簡単にす
ることができる。

【００３９】また、上記説明では密閉容器を筒形とした
が、内部の圧力に従って変形する板材部分が備わる形状
であれば、いかなる形状でも本発明が適用できることは
明らかである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、密
閉容器におけるほぼ平面をなす底面部のほぼ中央部に形
成されこの底面部板材の歪を静電容量の変化により検出
するキャパシタとを有する密閉容器の内部圧力検出用セ
ンサが得られる。

【００４１】この構成により、底面部の歪が静電容量の
変化に変換されるので、キャパシタをＬＣ発振回路また
はＲＣ発振回路のＣ素子として組み込むことにより、歪
の大きさを発振周波数の変化に容易に変換することがで
きる。従って、歪を簡単な構造で詳細にかつ安定して検
出できるという効果が得られる。

【００４２】また、本発明により、基板の形状が円形お
よび正多角形のうちの一つであり、キャパシタは底面部
板材のほぼ中央部に形成された環状をなす交差指電極に
より構成されるセンサを得ることができる。

【００４３】この結果、特に密閉容器の底面部および基
板が中心点を有する円形または正方形を含む正多角形
で、交差指電極と中心点を一致させる場合、底面部の変
形を効率よく検出できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセンサのキャパシタを形成する交
差指電極の基本形態を示す平面図である。

【図２】（ａ）は図１を基本とした実施の一形態を示す
平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図３】（ａ）は図２とは別の実施の一形態を示す平面
図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図４】センサを装着する密閉容器の一形態を示す斜視
図である。

【図５】従来の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１密閉容器２上底部（底面部）１０、１１、１２、１３センサ２１、６２、６３誘電体層（絶縁体層）２２、２３基板３０交差指電極３１Ａ、３１Ｂ線状導電体４１Ａ、４１Ｂ共通電極５１Ａ、５１Ｂ入出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器におけるほぼ平面をなす底面部
に形成してこの底面部の歪により前記密閉容器の内部圧
力変化を検出する密閉容器の内部圧力検出用センサにお
いて、前記底面部のほぼ中央部にに形成される基板と、
この基板上に形成されこの基板の歪を静電容量の変化に
より検出するキャパシタとを有することを特徴とする密
閉容器の内部圧力検出用センサ。
【請求項２】請求項１において、基板の形状は、円形
および正多角形のうちの一つであることを特徴とする密
閉容器の内部圧力検出用センサ。
【請求項３】請求項１において、キャパシタは、前記
基板のほぼ中央部に形成された厚膜および薄膜いずれか
一方の誘電体層の表面に少なくとも一対の交差指電極を
形成した構成を有することを特徴とする密閉容器の内部
圧力検出用センサ。
【請求項４】請求項３において、少なくとも一対の交
差指電極は前記基板を形成する前記底面部の中心点に対
してほぼ同心円状に配置されることを特徴とする密閉容
器の内部圧力検出用センサ。
【請求項５】請求項１、２、３または４において、前
記基板の材質は、金属板および可とう性に優れたセラミ
ックス板のいずれか一方であることを特徴とする密閉容
器の内部圧力検出用センサ。
【請求項６】請求項１、２、３または４において、前
記底面部の材質が、金属板および可とう性に優れたセラ
ミックス板のいずれか一方であり、前記基板を兼ねるこ
とを特徴とする密閉容器の内部圧力検出用センサ。