JPH09280987A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents
静電容量型圧力センサInfo
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- JPH09280987A JPH09280987A JP8790096A JP8790096A JPH09280987A JP H09280987 A JPH09280987 A JP H09280987A JP 8790096 A JP8790096 A JP 8790096A JP 8790096 A JP8790096 A JP 8790096A JP H09280987 A JPH09280987 A JP H09280987A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】少ない部品点数,組立工数で低コスト,かつ精
度よく製品を組立てることができ、しかも取付時に加わ
る機械的な応力,および温度サイクルなどの周囲条件に
よる特性変化の影響が小さい静電容量型圧力センサを提
供する。 【解決手段】導圧孔1bを開口した下部ケース1,キャ
ップ2とからなる外ケースと、下部ケースの底壁に支持
脚5aを介して固定した樹脂成形品の電極ホルダ5と、
電極ホルダの底壁周縁部と下部ケースの底壁との間にO
リング4を介して挟持固定した断面波形状のダイヤフラ
ム3と、ダイヤフラムに連係して電極ホルダ内の底部側
に配した可動電極6と、可動電極と組合せて可変容量部
を構成する固定電極7a,および固定容量部を構成する
一対の固定電極7b,7cを一体にインサート成形した
固定電極ユニット7と、電極ホルダの頂部に装着したプ
リント板8とを組み合わせて圧力センサを組立て構成す
る。
度よく製品を組立てることができ、しかも取付時に加わ
る機械的な応力,および温度サイクルなどの周囲条件に
よる特性変化の影響が小さい静電容量型圧力センサを提
供する。 【解決手段】導圧孔1bを開口した下部ケース1,キャ
ップ2とからなる外ケースと、下部ケースの底壁に支持
脚5aを介して固定した樹脂成形品の電極ホルダ5と、
電極ホルダの底壁周縁部と下部ケースの底壁との間にO
リング4を介して挟持固定した断面波形状のダイヤフラ
ム3と、ダイヤフラムに連係して電極ホルダ内の底部側
に配した可動電極6と、可動電極と組合せて可変容量部
を構成する固定電極7a,および固定容量部を構成する
一対の固定電極7b,7cを一体にインサート成形した
固定電極ユニット7と、電極ホルダの頂部に装着したプ
リント板8とを組み合わせて圧力センサを組立て構成す
る。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばLPガス用
のガスメータに搭載してガス漏れを監視する微圧領域の
圧力検出用として好適な静電容量型圧力センサ、特にそ
の組立構造に関する。
のガスメータに搭載してガス漏れを監視する微圧領域の
圧力検出用として好適な静電容量型圧力センサ、特にそ
の組立構造に関する。
【従来の技術】頭記した静電容量型圧力センサとして従
来より各種方式のものが数多く提案,製品化されてお
り、その一つに特開平7−286925号公報に開示さ
れた構成のものがある。上記開示技術でのセンサ組立構
造では、ケース内に、金属薄板で作られた断面波形状の
ダイヤフラムを含む受圧ユニット,二枚の固定電極間に
可動電極を介挿した差動型のセンサユニット,信号処理
ユニットなど組み込んで組立てた構成であり、特にダイ
ヤフラムは、その周縁に深絞り加工を施して形成したフ
ランジ部をケース底壁とダイヤフラム押さえ部材との間
に挟持固定している。また、センサユニットは、独立部
品としてなる筒形電極ホルダの内方に、固定電極,可動
電極をその上下に配したシールド板ととにも各部品の相
互間にスペーサを挟んで積み上げ収容し、上方より押さ
えばねを介して電極押さえ部材により各電極を定位置に
保持するようにしている。一方、静電容量型圧力センサ
について、周囲温度などの変動に伴うセンサ出力の変化
を補償する方式として、ダイヤフラムの変位に従動する
可動電極と固定電極とで構成した可変容量部の他に、一
対の固定電極で構成した固定容量部を併設し、前記の可
変容量を検出する発振回路と固定容量を検出する発振回
路の発振周波数の比を演算することによりオフセットを
補償するようにした方式ものが、例えば特開昭55−1
59110号公報で公知である。
来より各種方式のものが数多く提案,製品化されてお
り、その一つに特開平7−286925号公報に開示さ
れた構成のものがある。上記開示技術でのセンサ組立構
造では、ケース内に、金属薄板で作られた断面波形状の
ダイヤフラムを含む受圧ユニット,二枚の固定電極間に
可動電極を介挿した差動型のセンサユニット,信号処理
ユニットなど組み込んで組立てた構成であり、特にダイ
ヤフラムは、その周縁に深絞り加工を施して形成したフ
ランジ部をケース底壁とダイヤフラム押さえ部材との間
に挟持固定している。また、センサユニットは、独立部
品としてなる筒形電極ホルダの内方に、固定電極,可動
電極をその上下に配したシールド板ととにも各部品の相
互間にスペーサを挟んで積み上げ収容し、上方より押さ
えばねを介して電極押さえ部材により各電極を定位置に
保持するようにしている。一方、静電容量型圧力センサ
について、周囲温度などの変動に伴うセンサ出力の変化
を補償する方式として、ダイヤフラムの変位に従動する
可動電極と固定電極とで構成した可変容量部の他に、一
対の固定電極で構成した固定容量部を併設し、前記の可
変容量を検出する発振回路と固定容量を検出する発振回
路の発振周波数の比を演算することによりオフセットを
補償するようにした方式ものが、例えば特開昭55−1
59110号公報で公知である。
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記方式
(特開昭55−159110号公報の開示技術)の圧力
センサを製品化する場合に、先記した特開平7−286
925号公報に開示されているものと同様な組立構造を
採用すると、組立性,特性面で次記のような問題点が残
る。すなわち、 1)可変容量部と固定容量部を併設したものでは、先記
した差動型方式に比べてセンサユニットの電極ホルダ内
に組み込む電極枚数が多くなるため、電極板の間に介挿
するスペーサ,押さえばね等を含めた部品点数,組立工
数が増加してコスト高となるほか、組立精度の面でも電
極の固定位置にばらつきが生じ易く、製品の歩留りが低
下する。 2)また、前記のセンサユニットとは別に、ダイヤフラ
ムを専用の押さえ部材で固定するようにした組立構造で
は、製品の部品点数,組立工数が増えてコストを高める
要因となる。 3)また、ダイヤフラムに関して、その周縁にフランジ
部を深絞り形成したものでは、フランジ部の絞り加工に
伴う歪みの影響でダイヤフラム自身の平坦度が低下して
歩留りが低下するほか、ケース内に組み込んで固定した
際にフランジ部に加わる張力でダイヤフラムの中心高さ
の初期位置がばらつき、このために可動容量部の可動電
極と固定電極との間の距離が一定しないといった問題が
ある。 4)一方、電極を組み込んだセンサユニットに対して、
外部からの電界変化の影響を抑えるためにシールド板を
付設するようにしているが、このシールド板が電極板に
近づき過ぎると寄生容量が増大してセンサ出力特性の線
形性が悪化するほか、寄生容量の周囲温度による変化が
センサ出力を変動させる原因となる。 5)さらに、ケースのキャップ上面には信号処理ユニッ
ト(プリント板)に対向する箇所にドライバ,テスト用
プローブなどを挿入する小穴を開けておき、該小穴を通
じて製品組立後にセンサ感度,オフセット調整などの調
整作業を行うようにしているが、塵埃などの侵入を防ぐ
ためにテスト,調整後にこの小穴を別部品で閉塞する
と、その材質によっては寄生容量が増加してセンサ特性
を変化させるおそれがある。また、樹脂成形品として作
られたキャップの上面にはモールド金型のゲート跡が残
っており、このゲート跡をそのまま露呈させたままでは
外観上で見栄えが悪い。本発明は上記の点にかんがみな
されたものであり、その目的は前記課題を解決し、部品
点数の削減,組立性の改善と併せて、使用機器に取付け
た際の機械的な応力,温度サイクルなどの周囲条件の影
響を受けずに安定した出力が得られるようにした低コス
トで高信頼性の静電容量型圧力センサを提供することに
ある。
(特開昭55−159110号公報の開示技術)の圧力
センサを製品化する場合に、先記した特開平7−286
925号公報に開示されているものと同様な組立構造を
採用すると、組立性,特性面で次記のような問題点が残
る。すなわち、 1)可変容量部と固定容量部を併設したものでは、先記
した差動型方式に比べてセンサユニットの電極ホルダ内
に組み込む電極枚数が多くなるため、電極板の間に介挿
するスペーサ,押さえばね等を含めた部品点数,組立工
数が増加してコスト高となるほか、組立精度の面でも電
極の固定位置にばらつきが生じ易く、製品の歩留りが低
下する。 2)また、前記のセンサユニットとは別に、ダイヤフラ
ムを専用の押さえ部材で固定するようにした組立構造で
は、製品の部品点数,組立工数が増えてコストを高める
要因となる。 3)また、ダイヤフラムに関して、その周縁にフランジ
部を深絞り形成したものでは、フランジ部の絞り加工に
伴う歪みの影響でダイヤフラム自身の平坦度が低下して
歩留りが低下するほか、ケース内に組み込んで固定した
際にフランジ部に加わる張力でダイヤフラムの中心高さ
の初期位置がばらつき、このために可動容量部の可動電
極と固定電極との間の距離が一定しないといった問題が
ある。 4)一方、電極を組み込んだセンサユニットに対して、
外部からの電界変化の影響を抑えるためにシールド板を
付設するようにしているが、このシールド板が電極板に
近づき過ぎると寄生容量が増大してセンサ出力特性の線
形性が悪化するほか、寄生容量の周囲温度による変化が
センサ出力を変動させる原因となる。 5)さらに、ケースのキャップ上面には信号処理ユニッ
ト(プリント板)に対向する箇所にドライバ,テスト用
プローブなどを挿入する小穴を開けておき、該小穴を通
じて製品組立後にセンサ感度,オフセット調整などの調
整作業を行うようにしているが、塵埃などの侵入を防ぐ
ためにテスト,調整後にこの小穴を別部品で閉塞する
と、その材質によっては寄生容量が増加してセンサ特性
を変化させるおそれがある。また、樹脂成形品として作
られたキャップの上面にはモールド金型のゲート跡が残
っており、このゲート跡をそのまま露呈させたままでは
外観上で見栄えが悪い。本発明は上記の点にかんがみな
されたものであり、その目的は前記課題を解決し、部品
点数の削減,組立性の改善と併せて、使用機器に取付け
た際の機械的な応力,温度サイクルなどの周囲条件の影
響を受けずに安定した出力が得られるようにした低コス
トで高信頼性の静電容量型圧力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】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、底部中央に導圧孔が開口した下部
ケースとキャップとの組合せからなる外ケースと、前記
下部ケース内に収容し、かつ該ケースの周壁と接触しな
いように遊嵌してケースの底壁に固定した樹脂成形品と
してなる箱形の電極ホルダと、該電極ホルダの底壁周縁
部と下部ケースの底壁との間にOリングを介して挟持固
定した断面波形状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに
連係して電極ホルダ内の底部側に配した板状の可動電極
と、該可動電極と組合せて可変容量部を構成する固定電
極,および固定容量部を構成する一対の固定電極を一体
にインサート成形して前記電極ホルダ内に収容した固定
電極ユニットと、電極ホルダの頂部に装着した信号処理
用のプリント板とで圧力センサを組立て構成するものと
する。また、本発明によれば、前記構成を基本として、
各部を次記のような形態で構成することができる。 1)ダイヤフラムの周縁部に波形の山,もしくは谷の高
さにレベルを合わせて側方に延在する平坦なフランジ部
を形成し、該フランジ部をOリングを介して下部ケース
と電極ホルダとの間に挟持する。 2)電極ホルダは、ダイヤフラム保持部材を兼ねた固定
脚付きの底壁部と、該底壁部上に連なる電極収容部とか
らなり、かつダイヤフラム支持点近傍より外周側の領域
で底壁部と電極収容部との間が上下に分離した構造とす
る。そして、電極ホルダの底面域を覆って、その底壁部
と電極収容部との分離境界面に金属製のシールド板をイ
ンサート成形する。 3)キャップの上面にプリント板に設けたボリュウムの
調整用穴を開口するとともに、調整後に前記穴,および
モールド成形時に生じたゲート跡を覆ってキャップ上面
に誘電率の低い絶縁材料で作られた銘板を貼着する。 4)ダイヤフラム自身を接地するか,もしくは回路側か
ら特定電位を与えて電極に対するシールド板の機能を持
たせる。 5)ダイヤフラムの変位を可動電極に伝えるプランジャ
を、周囲温度の変化によるオフセット変動を補正するよ
うな線膨張率の材質に選定する。 6)可変容量部,および固定容量部の各固定電極板を電
極ユニットと一体にインサート成形する代わりに、電極
ホルダの内周面に形成した電極板取付段部に固定電極板
を直接係止して所定位置に固定する。 上記の構成によれば、可動容量部,固定容量部の各電極
を組み込んだ電極ホルダを用いてダイヤフラムを下部ケ
ースとの間に挟持するようにしたので、ダイヤフラム専
用の押さえ部材が不要となり、その分だけ部品点数,組
立工数が少なくて済む。また、複数枚の電極板は、電極
ユニットと一体にインサート成形するか、あるいは電極
ホルダに直接固定するようにしたので、電極間にスペー
サを介挿する必要がなく、これにより部品点数,組立工
数も少なくて済み、かつ組立精度が向上する。しかも、
前記2)項のように電極ホルダを下部ケースに固定する
底壁部と電極収容部との間を外周域で分離してここにシ
ールド板をインサート成形し、かつ電極収容部を下部ケ
ース内に遊嵌させたことにより、圧力センサを機器に取
付けた際に加わる機械的な応力でケース自身に歪み,変
形が生じても、その影響が電極ホルダの電極収納部に及
んで電極間の相対的な距離を変化させることがなく、こ
れによりセンサの出力誤差を防止できる。また、シール
ド板があらかじめ電極ホルダに一体化されているので組
立てが容易である。また、前記1)項のようにダイヤフ
ラムのフランジ部を形成することにより、フランジ部の
平坦度が高まって歩留りが向上する。さらに、ダイヤフ
ラムをケース内に組み込んだ状態でダイヤフラムの外周
部に張力を加えた場合におけるダイヤフラム中心部の初
期位置変化が、周縁フランジ部を深絞りした従来構成の
ものと比べて小さくなることが、発明者等が行ったコン
ピュータによる構造解析の結果からも確認されている。
また、3)項のようにキャップに開口した穴を誘電率の
低い材料の銘板で閉塞すれば、銘板を貼着する前後での
寄生容量の変化が殆どなく、これによりオフセット調整
が精度よく行える。また、この銘板でキャップのモール
ド成形時に生じた金型のゲート跡(ゲート跡がそのまま
露呈していると外観上での体裁を損なう)を隠すことが
できる。また、4)項のようにダイヤフラム自身を接地
するか,もしくは回路側から特定電位を与えて電極に対
するシールドの機能を持たせることで、専用のシールド
板を省略して部品点数が削減でき、かつ寄生容量も小さ
くなってセンサ特性の直線性が向上する。また、5)項
のようにダイヤフラムの変位を可動電極に伝えるプラン
ジャの材質を、周囲温度の変化によるオフセット変動を
補正するような線膨張率に選定するすることで、オフセ
ット調整に関する微調整が可能となる。また、6)項の
ように、可変容量部,固定容量部の各固定電極板を電極
ユニットと一体にインサート成形する代わりに、電極ホ
ルダの内周面に形成した取付段部に固定電極板を直接係
止して所定位置に固定した構成を採用することで、高価
なインサート成形設備の導入が不要となり、コスト面で
少数生産の場合に有利である。
に、本発明によれば、底部中央に導圧孔が開口した下部
ケースとキャップとの組合せからなる外ケースと、前記
下部ケース内に収容し、かつ該ケースの周壁と接触しな
いように遊嵌してケースの底壁に固定した樹脂成形品と
してなる箱形の電極ホルダと、該電極ホルダの底壁周縁
部と下部ケースの底壁との間にOリングを介して挟持固
定した断面波形状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに
連係して電極ホルダ内の底部側に配した板状の可動電極
と、該可動電極と組合せて可変容量部を構成する固定電
極,および固定容量部を構成する一対の固定電極を一体
にインサート成形して前記電極ホルダ内に収容した固定
電極ユニットと、電極ホルダの頂部に装着した信号処理
用のプリント板とで圧力センサを組立て構成するものと
する。また、本発明によれば、前記構成を基本として、
各部を次記のような形態で構成することができる。 1)ダイヤフラムの周縁部に波形の山,もしくは谷の高
さにレベルを合わせて側方に延在する平坦なフランジ部
を形成し、該フランジ部をOリングを介して下部ケース
と電極ホルダとの間に挟持する。 2)電極ホルダは、ダイヤフラム保持部材を兼ねた固定
脚付きの底壁部と、該底壁部上に連なる電極収容部とか
らなり、かつダイヤフラム支持点近傍より外周側の領域
で底壁部と電極収容部との間が上下に分離した構造とす
る。そして、電極ホルダの底面域を覆って、その底壁部
と電極収容部との分離境界面に金属製のシールド板をイ
ンサート成形する。 3)キャップの上面にプリント板に設けたボリュウムの
調整用穴を開口するとともに、調整後に前記穴,および
モールド成形時に生じたゲート跡を覆ってキャップ上面
に誘電率の低い絶縁材料で作られた銘板を貼着する。 4)ダイヤフラム自身を接地するか,もしくは回路側か
ら特定電位を与えて電極に対するシールド板の機能を持
たせる。 5)ダイヤフラムの変位を可動電極に伝えるプランジャ
を、周囲温度の変化によるオフセット変動を補正するよ
うな線膨張率の材質に選定する。 6)可変容量部,および固定容量部の各固定電極板を電
極ユニットと一体にインサート成形する代わりに、電極
ホルダの内周面に形成した電極板取付段部に固定電極板
を直接係止して所定位置に固定する。 上記の構成によれば、可動容量部,固定容量部の各電極
を組み込んだ電極ホルダを用いてダイヤフラムを下部ケ
ースとの間に挟持するようにしたので、ダイヤフラム専
用の押さえ部材が不要となり、その分だけ部品点数,組
立工数が少なくて済む。また、複数枚の電極板は、電極
ユニットと一体にインサート成形するか、あるいは電極
ホルダに直接固定するようにしたので、電極間にスペー
サを介挿する必要がなく、これにより部品点数,組立工
数も少なくて済み、かつ組立精度が向上する。しかも、
前記2)項のように電極ホルダを下部ケースに固定する
底壁部と電極収容部との間を外周域で分離してここにシ
ールド板をインサート成形し、かつ電極収容部を下部ケ
ース内に遊嵌させたことにより、圧力センサを機器に取
付けた際に加わる機械的な応力でケース自身に歪み,変
形が生じても、その影響が電極ホルダの電極収納部に及
んで電極間の相対的な距離を変化させることがなく、こ
れによりセンサの出力誤差を防止できる。また、シール
ド板があらかじめ電極ホルダに一体化されているので組
立てが容易である。また、前記1)項のようにダイヤフ
ラムのフランジ部を形成することにより、フランジ部の
平坦度が高まって歩留りが向上する。さらに、ダイヤフ
ラムをケース内に組み込んだ状態でダイヤフラムの外周
部に張力を加えた場合におけるダイヤフラム中心部の初
期位置変化が、周縁フランジ部を深絞りした従来構成の
ものと比べて小さくなることが、発明者等が行ったコン
ピュータによる構造解析の結果からも確認されている。
また、3)項のようにキャップに開口した穴を誘電率の
低い材料の銘板で閉塞すれば、銘板を貼着する前後での
寄生容量の変化が殆どなく、これによりオフセット調整
が精度よく行える。また、この銘板でキャップのモール
ド成形時に生じた金型のゲート跡(ゲート跡がそのまま
露呈していると外観上での体裁を損なう)を隠すことが
できる。また、4)項のようにダイヤフラム自身を接地
するか,もしくは回路側から特定電位を与えて電極に対
するシールドの機能を持たせることで、専用のシールド
板を省略して部品点数が削減でき、かつ寄生容量も小さ
くなってセンサ特性の直線性が向上する。また、5)項
のようにダイヤフラムの変位を可動電極に伝えるプラン
ジャの材質を、周囲温度の変化によるオフセット変動を
補正するような線膨張率に選定するすることで、オフセ
ット調整に関する微調整が可能となる。また、6)項の
ように、可変容量部,固定容量部の各固定電極板を電極
ユニットと一体にインサート成形する代わりに、電極ホ
ルダの内周面に形成した取付段部に固定電極板を直接係
止して所定位置に固定した構成を採用することで、高価
なインサート成形設備の導入が不要となり、コスト面で
少数生産の場合に有利である。
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。まず、図1,図2において、1は樹脂
成形品としてなる下部ケース、2は下部ケース1に被せ
たキャップ、3はダイヤフラム、4はOリング、5は電
極ホルダ、6は可動電極、7は固定電極ユニット、8は
信号処理用のプリント板、9はキャップ2に上面に貼着
した銘板であり、これら部品で図2に示す圧力センサを
組立て構成している。ここで、下部ケース1は底壁部の
中央より下方に膨出した取付部1aに導圧孔1bが開口
しており、さらに底壁の上面周域に円形状の凹溝を形成
してここにOリング4が嵌合されている。またダイヤフ
ラム3は薄金属板で作られた断面波形状のダイヤフラム
であり、図3(a),(b)で示すようにダイヤフラム3
の周縁部には波形の山3a,もしくは谷3bの高さにレ
ベルを合わせて側方に延在するフランジ部3cが形成さ
れており、このフランジ部3cを前記Oリング4を介し
て下部ケース1と後記する電極ホルダ5の底壁周縁部と
の間に挟み込んで定位置に固定保持している。次に電極
ホルダ5の詳細な構造を図4に示す。この電極ホルダ5
は可動,固定電極を収容するとともに、ダイヤフラム3
の押さえ部材も兼ねたものであり、図示のように下面側
の周縁複数箇所に支持脚5aを備えた底壁部5bと、該
底壁部5bと局部的に連なる上部側の電極収容部5c
と、底壁部5bと電極収容部5cとの間の境界面に金属
製のシールド板5dをインサート成形してなる樹脂成形
品で、底壁部5bの下面側にはダイヤフラム3を収容す
る凹所5e,および中心穴5fが形成されている。そし
て、組立時には前記支持脚5aを下部ケース1の底壁に
穿孔した穴へ挿入した上で熱かしめして固定し、ダイヤ
フラム3を下部ケース1との間に挟持する。ここで、底
壁部5bと電極収容部5cはシールド板5dの板面上に
分散して穿孔した穴5d-1を通して樹脂が上下に連なっ
ている。そして、このシールド板5dを境にして、少な
くともダイヤフラム3の支持点近傍より外周側の領域が
上下に分離しており、かつ電極収容部5cは下部ケース
1の周壁と接触し合わないように遊び間隙を残して遊嵌
されている。次に、前記の電極ホルダ5に収容保持した
固定電極ユニット7の構成、並びにその製作方法を図5
(a)〜(d)で説明する。この固定電極ユニット7
は、先記した可動電極6(図1参照)と組合せて可変容
量部を構成する固定電極7aと、固定容量部を構成する
二枚の固定電極7b,7cを上下に所定間隔に保って樹
脂製の円筒形のユニット基体7dと一体にインサート成
形したものである。なお、ユニット基体7dの周面には
電極ホルダ5に固定するための係止爪部7eが形成され
ている。そして、製品組立時には、電極ホルダ5の底部
側に可動電極6を装着した上で、電極ホルダ5の中に固
定電極ユニット7を挿入し、その係止爪部7eと電極ホ
ルダ5の四隅に形成した爪嵌合部とに熱を加えて両者を
一体に溶着させるなどして一体に結合させる。なお、可
動電極6は円板状の周縁部分に切込みを入れて外周支持
部に中央の電極部を上下に変位可能に支持されており、
図2で示すようにその中心部にプランジャ6aを結合
し、該プランジャ6aの先端をダイヤフラム3の上面中
心部に当接させて、ダイヤフラム3の変位に可動電極6
が従動して固定電極7aの間の間隙を変化させるように
している。ここで、固定電極7a〜7cをユニット基体
7dにインサート成形する方法を図5(d)で説明す
る。まず、10a,10bは固定電極の組立用治具であ
る上型,下型であって、その周縁四箇所には階段状の段
部10cが形成されており、ここへ固定電極7a〜7c
(電極板の周縁数箇所には耳状突起7gが形成されてい
る)を一枚ずつ挟み込んで保持する。この状態で、次に
治具とともに各固定電極を樹脂成形金型にインサート
し、前記上型10a,下型10bの外周側に注型樹脂を
注入して固定電極7a〜7cとユニット基体7dとを一
体成形する。なお、図中で7fは固定電極のリード端子
である。また、可動容量部と固定容量部との間の静電的
な干渉を避けるためには固定電極7aと7bとの間にシ
ールド板を介挿するのがよい。また、図1に戻って、プ
リント板8には、信号処理回路とともに、オフセット調
整用のボリウム8aを搭載しており、さらに信号を外部
に取り出す配線8bが接続されている。このプリント板
8は電極ホルダ5の頂面へ嵌め込み装着し、前記した固
定電極のリード端子7fとの間をはんだ付けする。さら
に、プリント板8の上方を覆うキャップ2には、前記ボ
リウム8a,配線8bの接続部に対向して外部からドラ
イバ,テスト用プローブなどを差し込むボリウム調整
用,テスト用の小穴2a,2bが開口しており、下部ケ
ース1内に各種部品を組み込んだ後に、下部ケース1に
キャップ2を被せ、両者の間をスナップフィットにより
結合した組立て状態で、オフセット調整,動作特性確認
の製品テストなどが行えるようにしている。なお、プリ
ント板8と固定電極ユニット7に組み込まれた電極との
間の電界干渉を避けるためには、両者間にもシールド板
を介挿するのが効果的である。そして、製品テストが終
了した後に、前記の小穴2a,2b,およびキャップ2
をモールド成形する際に生じた成形金型のゲート跡2c
を覆ってキャップ2の上面に銘板9を貼着する。ここ
で、銘板9はできるだけ誘電率の低い材質で作ってお
き、オフセット調整済の製品に対する浮遊容量変化の影
響を最小限に抑えて特性変化が生じないようにしてい
る。次に、先記した構造の電極ホルダ5を採用したこと
による作用効果を図6にて説明する。図6は図2に示し
た圧力センサの製品を例えばガスメータなどの機器に取
付けた使用状態を表しており、下部ケース1の取付部1
aを相手側機器11にねじ込み,圧入するなどして固定
すると、その際に加わる応力で樹脂製の下部ケース自身
に歪み,変形が生じ、これに伴ってダイヤフラム3の拘
束点高さが変位する。同様な下部ケース1の歪み,変
形、ダイヤフラム3の不要な変位は実使用時のヒートサ
イクルによっても生じる。しかして、先記のように可
動,固定電極を収容した電極ホルダ5の電極収容部5c
と底壁部5bとはその外周領域で上下に分離しており、
かつ下部ケース1に対して底壁部5bが支持脚5aを介
して固定されているのみで、電極収容部5cは下部ケー
ス1の周壁との機械的干渉を避けるように遊び間隙を隔
てて遊嵌されている。したがって、底壁部5bと電極収
容部5cとの分離領域を適正に設定しておけば、図示の
ように応力で下部ケース1が反るなどして変形(図示に
は変形が誇張して描かれている)した場合でも、その変
形は電極ホルダ5の底壁部5bに及ぶだけで、電極収容
部5cには何らの影響もない。また、下部ケース1の底
壁部が変形し、これに伴ってダイヤフラム3の拘束点高
さが図示のように上方へ変位しても、この変位に追随す
る形で電極ホルダ5の電極収容部5cが固定電極ユニッ
ト7ととにも上方へ持ち上げられるので、ダイヤフラム
3と可動電極6との相対的な変位はなく、かつ可動容量
部,固定容量部の電極相互間の距離も不変である。これ
により、圧力センサでは安定した出力が得られる。ま
た、僅かに残るオフセット変動が問題になる場合には、
可動電極6に取付けたプランジャ6aを線膨張率の異な
る材質のものに変更することでオフセットを補償する微
調整が可能となる。なお、この場合にプランジャ6aの
線膨張係数が変わっても可動電極6の機能には影響しな
い。次に、本発明の応用実施例について述べる。まず、
図7は金属製のダイヤフラムにシールド板としての機能
を持たせるようにしたものであり、ダイヤフラム3の外
周フランジ部3cからリード端子3dを引出しておき、
この端子3dをプリント板8(図1参照)のGNDに接
続して接地するか、あるいは特定電位を与えてダイヤフ
ラム自身をシールド板兼用とする。これにより、図4の
電極ホルダ5に備えた専用のシールド板5dが省略可能
となるほか、該シールド板5dと比べて可動電極6との
間の距離が遠くなるので、その分だけ可動電極6とGN
Dとの間の寄生容量が減少する。図8は、図1の構成で
独立部品としてなる固定電極ユニット7を用いる代わり
に、3枚の固定電極7a〜7cを電極ホルダ5へ直接取
付けるようにした応用実施例を示すものである。この実
施例では、電極ホルダ5の内周壁面に階段状に並ぶ係止
突起付きの電極取付部5gを形成し、一方、固定電極7
a〜7cの周縁から突出する耳状突起7gには係止溝を
形成しておく。そして、電極ホルダ5の底部側に可動電
極6を組み込んだ後、固定電極7a〜7cを一枚ずつ階
段状に段差を付した電極取付部5gに載せ、図8(b)
で示すように電極取付部5gの係止突起に耳状突起7g
の係止溝を係止した上で、係止突起の先端を熱で溶かし
てかしめ、固定電極を所定位置に固定する。この固定方
法を採用することにより、製品の製造ラインに固定電極
ユニットを製作する高価なインサート成形設備を初期投
資する必要がなく、したがって月産数百〜数千個程度の
少数生産規模で圧力センサを生産する場合にはコスト低
減化に有利である。
づいて説明する。まず、図1,図2において、1は樹脂
成形品としてなる下部ケース、2は下部ケース1に被せ
たキャップ、3はダイヤフラム、4はOリング、5は電
極ホルダ、6は可動電極、7は固定電極ユニット、8は
信号処理用のプリント板、9はキャップ2に上面に貼着
した銘板であり、これら部品で図2に示す圧力センサを
組立て構成している。ここで、下部ケース1は底壁部の
中央より下方に膨出した取付部1aに導圧孔1bが開口
しており、さらに底壁の上面周域に円形状の凹溝を形成
してここにOリング4が嵌合されている。またダイヤフ
ラム3は薄金属板で作られた断面波形状のダイヤフラム
であり、図3(a),(b)で示すようにダイヤフラム3
の周縁部には波形の山3a,もしくは谷3bの高さにレ
ベルを合わせて側方に延在するフランジ部3cが形成さ
れており、このフランジ部3cを前記Oリング4を介し
て下部ケース1と後記する電極ホルダ5の底壁周縁部と
の間に挟み込んで定位置に固定保持している。次に電極
ホルダ5の詳細な構造を図4に示す。この電極ホルダ5
は可動,固定電極を収容するとともに、ダイヤフラム3
の押さえ部材も兼ねたものであり、図示のように下面側
の周縁複数箇所に支持脚5aを備えた底壁部5bと、該
底壁部5bと局部的に連なる上部側の電極収容部5c
と、底壁部5bと電極収容部5cとの間の境界面に金属
製のシールド板5dをインサート成形してなる樹脂成形
品で、底壁部5bの下面側にはダイヤフラム3を収容す
る凹所5e,および中心穴5fが形成されている。そし
て、組立時には前記支持脚5aを下部ケース1の底壁に
穿孔した穴へ挿入した上で熱かしめして固定し、ダイヤ
フラム3を下部ケース1との間に挟持する。ここで、底
壁部5bと電極収容部5cはシールド板5dの板面上に
分散して穿孔した穴5d-1を通して樹脂が上下に連なっ
ている。そして、このシールド板5dを境にして、少な
くともダイヤフラム3の支持点近傍より外周側の領域が
上下に分離しており、かつ電極収容部5cは下部ケース
1の周壁と接触し合わないように遊び間隙を残して遊嵌
されている。次に、前記の電極ホルダ5に収容保持した
固定電極ユニット7の構成、並びにその製作方法を図5
(a)〜(d)で説明する。この固定電極ユニット7
は、先記した可動電極6(図1参照)と組合せて可変容
量部を構成する固定電極7aと、固定容量部を構成する
二枚の固定電極7b,7cを上下に所定間隔に保って樹
脂製の円筒形のユニット基体7dと一体にインサート成
形したものである。なお、ユニット基体7dの周面には
電極ホルダ5に固定するための係止爪部7eが形成され
ている。そして、製品組立時には、電極ホルダ5の底部
側に可動電極6を装着した上で、電極ホルダ5の中に固
定電極ユニット7を挿入し、その係止爪部7eと電極ホ
ルダ5の四隅に形成した爪嵌合部とに熱を加えて両者を
一体に溶着させるなどして一体に結合させる。なお、可
動電極6は円板状の周縁部分に切込みを入れて外周支持
部に中央の電極部を上下に変位可能に支持されており、
図2で示すようにその中心部にプランジャ6aを結合
し、該プランジャ6aの先端をダイヤフラム3の上面中
心部に当接させて、ダイヤフラム3の変位に可動電極6
が従動して固定電極7aの間の間隙を変化させるように
している。ここで、固定電極7a〜7cをユニット基体
7dにインサート成形する方法を図5(d)で説明す
る。まず、10a,10bは固定電極の組立用治具であ
る上型,下型であって、その周縁四箇所には階段状の段
部10cが形成されており、ここへ固定電極7a〜7c
(電極板の周縁数箇所には耳状突起7gが形成されてい
る)を一枚ずつ挟み込んで保持する。この状態で、次に
治具とともに各固定電極を樹脂成形金型にインサート
し、前記上型10a,下型10bの外周側に注型樹脂を
注入して固定電極7a〜7cとユニット基体7dとを一
体成形する。なお、図中で7fは固定電極のリード端子
である。また、可動容量部と固定容量部との間の静電的
な干渉を避けるためには固定電極7aと7bとの間にシ
ールド板を介挿するのがよい。また、図1に戻って、プ
リント板8には、信号処理回路とともに、オフセット調
整用のボリウム8aを搭載しており、さらに信号を外部
に取り出す配線8bが接続されている。このプリント板
8は電極ホルダ5の頂面へ嵌め込み装着し、前記した固
定電極のリード端子7fとの間をはんだ付けする。さら
に、プリント板8の上方を覆うキャップ2には、前記ボ
リウム8a,配線8bの接続部に対向して外部からドラ
イバ,テスト用プローブなどを差し込むボリウム調整
用,テスト用の小穴2a,2bが開口しており、下部ケ
ース1内に各種部品を組み込んだ後に、下部ケース1に
キャップ2を被せ、両者の間をスナップフィットにより
結合した組立て状態で、オフセット調整,動作特性確認
の製品テストなどが行えるようにしている。なお、プリ
ント板8と固定電極ユニット7に組み込まれた電極との
間の電界干渉を避けるためには、両者間にもシールド板
を介挿するのが効果的である。そして、製品テストが終
了した後に、前記の小穴2a,2b,およびキャップ2
をモールド成形する際に生じた成形金型のゲート跡2c
を覆ってキャップ2の上面に銘板9を貼着する。ここ
で、銘板9はできるだけ誘電率の低い材質で作ってお
き、オフセット調整済の製品に対する浮遊容量変化の影
響を最小限に抑えて特性変化が生じないようにしてい
る。次に、先記した構造の電極ホルダ5を採用したこと
による作用効果を図6にて説明する。図6は図2に示し
た圧力センサの製品を例えばガスメータなどの機器に取
付けた使用状態を表しており、下部ケース1の取付部1
aを相手側機器11にねじ込み,圧入するなどして固定
すると、その際に加わる応力で樹脂製の下部ケース自身
に歪み,変形が生じ、これに伴ってダイヤフラム3の拘
束点高さが変位する。同様な下部ケース1の歪み,変
形、ダイヤフラム3の不要な変位は実使用時のヒートサ
イクルによっても生じる。しかして、先記のように可
動,固定電極を収容した電極ホルダ5の電極収容部5c
と底壁部5bとはその外周領域で上下に分離しており、
かつ下部ケース1に対して底壁部5bが支持脚5aを介
して固定されているのみで、電極収容部5cは下部ケー
ス1の周壁との機械的干渉を避けるように遊び間隙を隔
てて遊嵌されている。したがって、底壁部5bと電極収
容部5cとの分離領域を適正に設定しておけば、図示の
ように応力で下部ケース1が反るなどして変形(図示に
は変形が誇張して描かれている)した場合でも、その変
形は電極ホルダ5の底壁部5bに及ぶだけで、電極収容
部5cには何らの影響もない。また、下部ケース1の底
壁部が変形し、これに伴ってダイヤフラム3の拘束点高
さが図示のように上方へ変位しても、この変位に追随す
る形で電極ホルダ5の電極収容部5cが固定電極ユニッ
ト7ととにも上方へ持ち上げられるので、ダイヤフラム
3と可動電極6との相対的な変位はなく、かつ可動容量
部,固定容量部の電極相互間の距離も不変である。これ
により、圧力センサでは安定した出力が得られる。ま
た、僅かに残るオフセット変動が問題になる場合には、
可動電極6に取付けたプランジャ6aを線膨張率の異な
る材質のものに変更することでオフセットを補償する微
調整が可能となる。なお、この場合にプランジャ6aの
線膨張係数が変わっても可動電極6の機能には影響しな
い。次に、本発明の応用実施例について述べる。まず、
図7は金属製のダイヤフラムにシールド板としての機能
を持たせるようにしたものであり、ダイヤフラム3の外
周フランジ部3cからリード端子3dを引出しておき、
この端子3dをプリント板8(図1参照)のGNDに接
続して接地するか、あるいは特定電位を与えてダイヤフ
ラム自身をシールド板兼用とする。これにより、図4の
電極ホルダ5に備えた専用のシールド板5dが省略可能
となるほか、該シールド板5dと比べて可動電極6との
間の距離が遠くなるので、その分だけ可動電極6とGN
Dとの間の寄生容量が減少する。図8は、図1の構成で
独立部品としてなる固定電極ユニット7を用いる代わり
に、3枚の固定電極7a〜7cを電極ホルダ5へ直接取
付けるようにした応用実施例を示すものである。この実
施例では、電極ホルダ5の内周壁面に階段状に並ぶ係止
突起付きの電極取付部5gを形成し、一方、固定電極7
a〜7cの周縁から突出する耳状突起7gには係止溝を
形成しておく。そして、電極ホルダ5の底部側に可動電
極6を組み込んだ後、固定電極7a〜7cを一枚ずつ階
段状に段差を付した電極取付部5gに載せ、図8(b)
で示すように電極取付部5gの係止突起に耳状突起7g
の係止溝を係止した上で、係止突起の先端を熱で溶かし
てかしめ、固定電極を所定位置に固定する。この固定方
法を採用することにより、製品の製造ラインに固定電極
ユニットを製作する高価なインサート成形設備を初期投
資する必要がなく、したがって月産数百〜数千個程度の
少数生産規模で圧力センサを生産する場合にはコスト低
減化に有利である。
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、特にセンサ内部に可動容量部と固定容量部を組み込
み、その発振周波数の比から被測定圧を求めるようして
周囲温度などの変動に伴うセンサ出力の変化を補償し、
出力特性の直線性を改善するようにした方式の圧力セン
サを対象に、少ない部品点数,組立工数で低コスト,か
つ精度よく製品を組立てることができ、しかも圧力セン
サを使用機器へ取付けた際に加わる機械的な応力,およ
び実使用時の温度サイクルなどの周囲条件による特性変
化の影響を受け難い高信頼性の静電容量型圧力センサを
提供することができる。
ば、特にセンサ内部に可動容量部と固定容量部を組み込
み、その発振周波数の比から被測定圧を求めるようして
周囲温度などの変動に伴うセンサ出力の変化を補償し、
出力特性の直線性を改善するようにした方式の圧力セン
サを対象に、少ない部品点数,組立工数で低コスト,か
つ精度よく製品を組立てることができ、しかも圧力セン
サを使用機器へ取付けた際に加わる機械的な応力,およ
び実使用時の温度サイクルなどの周囲条件による特性変
化の影響を受け難い高信頼性の静電容量型圧力センサを
提供することができる。
【図1】本発明の実施例による圧力センサの各構成部品
の分解斜視図
の分解斜視図
【図2】図1の組立構造を表す断面図
【図3】図1に採用するダイヤフラムの構成図であり、
(a),(b)はそれぞれ平坦フランジ部を波形の山,谷
の高さに合わせて形成した実施例の部分断面図
(a),(b)はそれぞれ平坦フランジ部を波形の山,谷
の高さに合わせて形成した実施例の部分断面図
【図4】図1における電極ホルダの詳細構造を表す図で
あり、(a)は電極ホルダ本体とシールド板との分解斜
視図、(b)はインサート成形後の縦断面図
あり、(a)は電極ホルダ本体とシールド板との分解斜
視図、(b)はインサート成形後の縦断面図
【図5】図1における固定電極ユニットの構成,並びに
その組立方法の説明図であり、(a)は平面図、(b)
は側面図、(c)は断面図、(d)は電極組立用治具と
ともに表したユニット組立方法の説明図
その組立方法の説明図であり、(a)は平面図、(b)
は側面図、(c)は断面図、(d)は電極組立用治具と
ともに表したユニット組立方法の説明図
【図6】図2に示した圧力センサを機器へ取付けた際の
応力で生じたケースの変形状態を模式的に表した図
応力で生じたケースの変形状態を模式的に表した図
【図7】本発明の応用実施例として、シールド板を兼ね
たダイヤフラムの構成斜視図
たダイヤフラムの構成斜視図
【図8】本発明の応用実施例として、固定電極を直接組
み込んだ電極ホルダの構成図であり、(a)は電極ホル
ダと各電極の分解斜視図、(b)は固定電極の取付部の
拡大平面図
み込んだ電極ホルダの構成図であり、(a)は電極ホル
ダと各電極の分解斜視図、(b)は固定電極の取付部の
拡大平面図
1 下部ケース 1a 取付部 1b 導圧孔 2 キャップ 2a,2b 小穴 3 ダイヤフラム 3a 波形の山 3b 波形の谷 3c 平坦フランジ部 4 Oリング 5 電極ホルダ 5a 支持脚 5b 底壁部 5c 電極収容部 5d シールド板 6 可動電極 7 固定電極ユニット 7a 可動容量部の固定電極 7b,7c 固定容量部の固定電極 7d ユニット基体 8 プリント板 9 銘板
Claims (8)
- 【請求項1】底部中央に導圧孔が開口した下部ケースと
キャップとの組合せからなる外ケースと、前記下部ケー
ス内に収容し、かつ該ケースの周壁と接触しないように
遊嵌してケースの底壁に固定した樹脂成形品としてなる
箱形の電極ホルダと、該電極ホルダの底壁周縁部と下部
ケースの底壁との間にOリングを介して挟持固定した断
面波形状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに連係して
電極ホルダ内の底部側に配した板状の可動電極と、該可
動電極と組合せて可変容量部を構成する固定電極,およ
び固定容量部を構成する一対の固定電極を一体にインサ
ート成形して電極ホルダ内に収設した固定電極ユニット
と、電極ホルダの頂部に装着した信号処理用のプリント
板とで構成したことを特徴とする静電容量型圧力セン
サ。 - 【請求項2】請求項1記載の圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラムの周縁部に、波形の山,もしくは谷の高さにレ
ベルを合わせて側方に延在する平坦なフランジ部を形成
し、該フランジ部をOリングを介して下部ケースと電極
ホルダとの間に挟持したことを特徴とする静電容量型圧
力センサ。 - 【請求項3】請求項1記載の圧力センサにおいて、電極
ホルダが、ダイヤフラム保持部材を兼ねた固定脚付きの
底壁部と、該底壁部上に連なる電極収容部とからなり、
かつダイヤフラム支持点近傍より外周側の領域で底壁部
と電極収容部との間が上下に分離していることを特徴と
する静電容量型圧力センサ。 - 【請求項4】請求項3記載の圧力センサにおいて、電極
ホルダの底面域を覆って、その底壁部と電極収容部との
分離境界面に金属製のシールド板をインサート成形した
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 【請求項5】請求項1記載の圧力センサにおいて、キャ
ップの上面にプリント板に設けたボリュウムの調整用穴
を開口するとともに、調整後に前記穴,およびモールド
成形時に生じたゲート跡を覆ってキャップ上面に誘電率
の低い絶縁材料で作られた銘板を貼着したことを特徴と
する静電容量型圧力センサ。 - 【請求項6】請求項1記載の圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラム自身を接地するか,もしくは回路側から特定電
位を与えて電極に対するシールドの機能を持たせたこと
を特徴とする静電容量型圧力センサ。 - 【請求項7】請求項1記載の圧力センサにおいて、ダイ
ヤフラムの変位を可動電極に伝えるプランジャを、周囲
温度の変化によりオフセット変動を補正するような線膨
張率の材質に選定したことを特徴とする静電容量型圧力
センサ。 - 【請求項8】請求項1記載の圧力センサにおいて、可変
容量部,および固定容量部の各固定電極板を電極ユニッ
トと一体にインサート成形する代わりに、電極ホルダの
内周面に形成した電極板取付段部に固定電極板を直接係
止して所定位置に固定したことを特徴とする静電容量型
圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8790096A JPH09280987A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 静電容量型圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8790096A JPH09280987A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 静電容量型圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09280987A true JPH09280987A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=13927779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8790096A Pending JPH09280987A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 静電容量型圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09280987A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004518984A (ja) * | 2001-03-22 | 2004-06-24 | クルツ ゲルハルト | 圧力センサ |
| JP2005140779A (ja) * | 2003-11-03 | 2005-06-02 | Texas Instruments Inc | 容量性圧力トランスジューサ |
| ITUD20130069A1 (it) * | 2013-05-22 | 2014-11-23 | Eliwell Controls S R L Con Unico S Ocio | Sensore digitale di pressione per un elettrodomestico ed elettrodomestico provvisto di detto sensore digitale di pressione |
| WO2014188374A1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Eliwell Controls S.R.L. Con Unico Socio | Pressure sensor, assembly method and domestic appliance provided with said pressure sensor |
| CN107655620A (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-02 | 盾安传感有限公司 | 封装件以及封装传感器的方法 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP8790096A patent/JPH09280987A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004518984A (ja) * | 2001-03-22 | 2004-06-24 | クルツ ゲルハルト | 圧力センサ |
| JP2005140779A (ja) * | 2003-11-03 | 2005-06-02 | Texas Instruments Inc | 容量性圧力トランスジューサ |
| ITUD20130069A1 (it) * | 2013-05-22 | 2014-11-23 | Eliwell Controls S R L Con Unico S Ocio | Sensore digitale di pressione per un elettrodomestico ed elettrodomestico provvisto di detto sensore digitale di pressione |
| WO2014188374A1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Eliwell Controls S.R.L. Con Unico Socio | Pressure sensor, assembly method and domestic appliance provided with said pressure sensor |
| CN107655620A (zh) * | 2016-07-26 | 2018-02-02 | 盾安传感有限公司 | 封装件以及封装传感器的方法 |
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