特許 7390814 静電容量型センサおよび隔膜真空計並びに静電容量型センサの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-24

(45)【発行日】2023-12-04

(54)【発明の名称】静電容量型センサおよび隔膜真空計並びに静電容量型センサの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/12 20060101AFI20231127BHJP

【ＦＩ】

G01L9/12

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019130156

(22)【出願日】2019-07-12

(65)【公開番号】P2021015051

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-06-21

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉川 康秀

(72)【発明者】

【氏名】小原 圭輔

(72)【発明者】

【氏名】市原 純

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０７８６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３１３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１１８２６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－０６５１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１４０８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０７８９１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００－２７／０２

Ｇ０１Ｌ １／１４

Ｇ０１Ｐ １５／１２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測する物理量に応じて位置が変わるセンサダイアフラムとともに変位する可動電極と、前記可動電極に対向して設けられた固定電極とを組にした電極部を、検出用および参照用として複数有するセンサ素子と、
前記検出用の前記電極部および前記参照用の前記電極部の少なくとも一方の静電容量を調整する容量調整器と
を備え、
前記容量調整器は、前記物理量がゼロであるときの、前記検出用の前記電極部および前記参照用の前記電極部をそれぞれ通過した交流信号の差分が、設定した電位となるように、前記静電容量を調整する静電容量型センサ。

【請求項2】

前記容量調整器は、前記電極部に直流電圧を印加して、前記可動電極と前記固定電極との間にクーロン力を発生させ、前記センサダイアフラムを撓ませて電極間距離を調整する請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項3】

前記容量調整器は、前記電極部に送る信号に、前記直流電圧を重畳させて印加する請求項２に記載の静電容量型センサ。

【請求項4】

前記センサ素子は、直流電圧印加用の前記電極部をさらに有し、
前記容量調整器は、前記直流電圧印加用の前記電極部に、前記直流電圧を印加する請求項３に記載の静電容量型センサ。

【請求項5】

前記検出用の前記電極部および前記参照用の前記電極部を通過した信号を増幅する電荷増幅器と、
前記信号を検波する整流回路を有する検波回路器と、
前記検波回路器からの前記信号を平滑する平滑器と
をさらに備える請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の静電容量型センサを備える隔膜真空計。

【請求項7】

計測する物理量に応じて位置が変わるセンサダイアフラムとともに変位する可動電極と、前記可動電極に対向して設けられた固定電極とを組にした電極部を、検出用および参照用として複数有するセンサ素子を備える静電容量型センサの製造方法であって、
前記物理量がゼロであるときの、前記電極部に直流電圧を印加して、前記可動電極と前記固定電極との間にクーロン力を発生させ、前記センサダイアフラムを撓ませて電極間距離を調整し、前記検出用の前記電極部の静電容量を変化させる容量変化工程と、
前記容量変化工程を繰り返し、前記検出用の前記電極部および前記参照用の前記電極部をそれぞれ通過した交流信号の差分が、設定した電位となるような、前記直流電圧を決定する電圧決定工程と
を有する静電容量型センサの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被計測対象の物理量を静電容量に変換し、物理量の検出を行う静電容量型センサおよび隔膜真空計並びに静電容量型センサの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、静電容量（キャパシタンス）の変化を利用して、物理量の検出および計測を行う静電容量型センサがある。静電容量型センサは、たとえば、圧力センサなどに利用される。静電容量型センサが圧力センサとなって、隔膜真空計などに利用される場合、センサ素子は、可動電極を有するセンサダイアフラム（隔膜）を有し、物理量の大きさに基づくセンサダイアフラムの変位を信号に変換することを検出原理とする。センサダイアフラムは、被計測媒体の圧力を受けて撓み、位置が変位する。センサダイアフラムは、受ける圧力に応じて撓む。圧力センサは、センサダイアフラムに対向し、可動電極と対になって電極部を構成する固定電極を有している。圧力によるセンサダイアフラムの変位により、電極間距離が変位することで、電極における静電容量が変化する。このため、静電容量から被計測媒体の圧力を検出することができる。このような圧力センサは、ガス種依存性が少ないことから、半導体設備を始め、工業用途において使用されることが多い。

【0003】

ここで、静電容量型センサのセンサ素子において、物理量である圧力を検出するための検出側電極部と参照側電極部とを有し、２つの電極部における静電容量に基づく電位差により、検出精度を高める静電容量型センサがある（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－３５１７４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そして、圧力の検出をするときには、センサ素子に、正弦波（たとえば、センサ駆動周波数ｆ、振幅Ａ）の交流電圧を、信号として印加する。センサ素子を流れる電流は、電荷増幅回路によって増幅され、物理量の大きさに対応した信号となる。この信号は、検波回路により検波（整流）される。検波された信号は、さらに、ローパスフィルタで平滑され、直流信号が得られる。直流信号は、たとえば、ＡＤ変換器によってデジタル信号に変換される。

【0006】

ここで、ＡＤ変換器には、信号として入力可能な電圧範囲がある。そこで、電圧範囲を超えないように、信号の増幅率であるゲインが設定される。このとき、センサ素子などにおいて生じるばらつきを考慮してゲインを設定する必要がある。たとえば、静電容量型センサのセンサ素子において、製造において生じる製造ばらつきなどの関係で、検出側電極部と参照側電極部との間には、容量のばらつきが生じる。ばらつきが大きいと、電圧範囲を超える可能性がある。たとえば、信号が電圧範囲を超えることがないようにすると、ゲインを小さく設定せざるを得なくなる。ゲインが低くなると、Ｓ／Ｎ比が低くなる。

【0007】

本発明は、このような課題を解決するため、信号のゲインの改善をはかることができる静電容量型センサおよび隔膜真空計並びに静電容量型センサ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】

【0008】

このような目的を達成するために、本発明の静電容量型センサは、計測する物理量に応じて位置が変わるセンサダイアフラムとともに変位する可動電極と、可動電極に対向して設けられた固定電極とを組にした電極部を、検出用および参照用として複数有するセンサ素子と、検出用の電極部および参照用の電極部の少なくとも一方の静電容量を調整する容量調整器とを備え、容量調整器は、物理量がゼロであるときの、検出用の電極部および参照用の電極部をそれぞれ通過した交流信号の差分が、設定した電位となるように、静電容量を調整するものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、容量調整器は、検出用の電極部および参照用の電極部の少なくとも一方の静電容量を調整するようにしたので、各電極部における静電容量のばらつきを吸収し、信号のゲインを大きくすることができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る静電容量型センサを有する隔膜真空計の外観を示す図である。

【図2】実施の形態１に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る静電容量型センサの回路部を中心とする構成を示す図である。

【図4】実施の形態２に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態に係る静電容量型センサなどについて、図面などを参照しながら説明する。各図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では、各構成部材の大きさの関係が、実際のものとは異なる場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。そして、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る静電容量型センサを有する隔膜真空計の外観を示す図である。隔膜真空計１は、下部に、後述する静電容量型センサ検出部１０のセンサ部１００と上部に静電容量型センサ検出部１０の回路部２００とを有する。センサ部１００は、静電容量型センサとなる静電容量型センサ検出部１０のうち、実際に物理量の検出を行うセンサ部分である。また、静電容量型センサ検出部１０の回路部２００は、たとえば、回路基板を有し、センサ部１００に送る信号の出力、センサ部１００から送られる静電容量に係る信号を物理量の値（測定値）に変換などする処理を行う部分である。ここで、以下においては、特に断らない限り、静電容量型センサ検出部１０は、物理量として、被計測媒体の圧力を検出するものとする。

【0013】

図２は、実施の形態１に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。実施の形態１において、センサ部１００は、静電容量型のセンサ素子となるセンサチップで構成されている。センサ部１００は、基台１０１、センサダイアフラム１０２、可動センサ電極（第１の電極）１０４、固定センサ電極（第２の電極）１０５、可動参照電極１０６および固定参照電極１０７を備える。実施の形態１のセンサ部１００では、被計測媒体の圧力によりセンサダイアフラム１０２が圧され、センサダイアフラム１０２の位置を変化させる。センサダイアフラム１０２の位置により可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。このため、被計測媒体の圧力が静電容量に変換されることになる。

【0014】

基台１０１は、受圧部となるセンサダイアフラム１０２を支える。センサダイアフラム１０２は、たとえば、サファイア、アルミナセラミックなどの耐熱性および耐食性を有する絶縁体の材料から構成されているものとする。ただし、これに限定するものではない。センサダイアフラム１０２は、平面視中央に凹部を有する基台１０１の支持部１０１ａによって支持されている。センサダイアフラム１０２は、支持部１０１ａの内側の可動領域１０２ａにおいて、変位可能とされている。可動領域１０２ａは、圧力が均等にかかって変位させるため、たとえば、平面視において、円形状になっている。容量室１０３は、可動領域１０２ａにおけるセンサダイアフラム１０２と基台１０１との間の空間である。隔膜真空計１では、容量室１０３は、真空状態の空間である。

【0015】

可動センサ電極１０４は、容量室１０３の内部でセンサダイアフラム１０２の可動領域１０２ａに形成されている。また、固定センサ電極１０５は、可動センサ電極１０４と、容量室１０３の内部で基台１０１の上に可動センサ電極１０４に対向して設置されている。実施の形態１のセンサ部１００は、さらに、可動参照電極１０６および固定参照電極１０７を備える。可動参照電極１０６は、容量室１０３の内部でセンサダイアフラム１０２の可動領域１０２ａにおいて可動センサ電極１０４の周囲（センサダイアフラム１０２の周縁部分）に形成されている。固定参照電極１０７は、容量室１０３の内部で固定センサ電極１０５の周囲の基台１０１の上に形成されている。可動参照電極１０６と固定参照電極１０７とは対向して設置されている。ここで、可動センサ電極１０４と可動参照電極１０６とでは、可動センサ電極１０４の方がよく撓むため、可動参照電極１０６よりも変位が大きくなる。ここで、可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との組は、後述する検出用の検出側電極部１０８となる。また、可動参照電極１０６と固定参照電極１０７との組は、後述する参照用の参照側電極部１０９となる。したがって、２つのセンサ信号が出力される。

【0016】

図３は、実施の形態１に係る静電容量型センサの回路部を中心とする構成を示す図である。回路部２００は、信号発生装置２１０、電荷増幅器２２０、検波回路器２３０、平滑器２４０およびＡＤ変換器２５０を有する。

【0017】

信号発生装置２１０は、センサ部１００に、交流信号となる正弦波の交流電圧を印加する。特に、実施の形態１における信号発生装置２１０は、信号発生器２１１および容量調整器２１２を有する。

【0018】

信号発生器２１１は、専用のＩＣ回路を備え、所定の発振周波数で発振し、正弦波の交流信号を発生させる。また、容量調整器２１２は、信号発生器２１１が発生した信号を変化させて、検出側電極部１０８の容量を調整する。ここでは、信号発生器２１１が発生した信号のうち、検出側電極部１０８に送られる信号に対して、直流電圧の成分を重畳する。このため、検出側電極部１０８には、交流信号に係る電圧に加え、直流電圧が印加される。ここで、信号発生装置２１０からの信号は、交流信号の成分が含まれていれば、特に限定するものではない。

【0019】

電荷増幅器２２０は、センサ部１００における静電容量に応じた増幅を行う。電荷増幅器２２０は、検出側増幅器２２１Ａおよび参照側増幅器２２１Ｂの帰還部に、それぞれ検出側コンデンサ２２２Ａおよび参照側コンデンサ２２２Ｂが配置されている。検出側増幅器２２１Ａは、センサ部１００の検出側電極部１０８に係る静電容量に応じて増幅した電流を検出信号として出力する。また、参照側増幅器２２１Ｂは、センサ部１００の参照側電極部１０９に係る静電容量に応じて増幅した電流を参照信号として出力する。そして、差分増幅器２２３は、検出信号と参照信号との差分を増幅した差分信号を出力する。

【0020】

ノイズ除去部２６０は、バンドパスフィルタ２６１Ａ～バンドパスフィルタ２６１Ｃを有する。バンドパスフィルタ２６１Ａ～バンドパスフィルタ２６１Ｃは、電荷増幅器２２０からの検出信号、参照信号および差分信号において、設定された周波数帯域の信号を通過させ、ノイズを除去するフィルタである。また、検波回路器２３０は、ノイズ除去部２６０を通過した検出信号、参照信号および差分信号を検波（整流）する。検波回路器２３０は、整流回路２３１Ａ～整流回路２３１Ｃを有する。また、整流回路２３１Ａ～整流回路２３１Ｃは、バンドパスフィルタ２６１Ａ～バンドパスフィルタ２６１Ｃを通過した信号を半波整流または全波整流する。ここで、整流回路２３１Ａは、差分信号の整流を行う。また、整流回路２３１Ｂは、検出信号の整流を行う。そして、整流回路２３１Ｃは、参照信号の整流を行う。

【0021】

平滑器２４０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４１Ａ～ローパスフィルタ２４１Ｃを有し、検波回路器２３０において検波された信号を平滑し、平均化した直流信号を、前述したＡＤ変換器２５０に出力する。ここで、ローパスフィルタ２４１Ａは、差分信号を平滑し、直流信号Ｖ１として出力する。また、ローパスフィルタ２４１Ｂは、検出信号を平滑し、直流信号Ｖ２として出力する。そして、ローパスフィルタ２４１Ｃは、参照信号を平滑し、直流信号Ｖ３として出力する。

【0022】

ＡＤ変換器２５０は、被計測媒体の圧力を検出して得られるアナログ信号である直流信号を、信号の大きさに基づく数値を表した二値データを含むデジタル信号に変換し、たとえば、コンピュータなど、外部の処理装置に出力する。ここで、特に限定するものではないが、実施の形態１のＡＤ変換器２５０は、ΔΣ型ＡＤ変換器であるとする。ΔΣ型ＡＤ変換器は、入力された直流信号に対して、差分および積分による演算を行うことで、高速および高精度の変換を行うことができる変換器である。

【0023】

実施の形態１の隔膜真空計１が有する静電容量型センサ検出部１０は、信号発生装置２１０において、容量調整器２１２を有するものである。容量調整器２１２が検出側電極部１０８に直流電圧の成分を印加することにより、検出側電極部１０８の可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との間にクーロン力が発生する。可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との間で異符号の電荷が蓄積し、互いに引き合うクーロン力が発生することで、可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との距離が変化する。実施の形態１の容量調整器２１２は、可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との距離を変化させ、検出側電極部１０８の静電容量を調整する。

【0024】

ここで、センサ部１００において、検出側電極部１０８における静電容量をＣＸ［ｐＦ］とする。また、参照側電極部１０９における静電容量をＣＲ［ｐＦ］とする。容量調整器２１２は、検出側電極部１０８の可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との間に、互いに引き合うクーロン力を発生させる。このため、容量調整器２１２は、電極間距離を狭くし、静電容量が高くなる方向にしか調整することができない。そこで、センサ部１００において、製造ばらつきも含め、調整前の静電容量ＣＸと静電容量ＣＲとが、ＣＸ＜ＣＲの関係が成立するようにしておく。さらに、電荷増幅器２２０において、検出側コンデンサ２２２Ａの帰還容量をＣｆｘ［ｐＦ］とする。また、参照側コンデンサ２２２Ｂの帰還容量をＣｆｒ［ｐＦ］とする。さらに、信号の振幅をＥ・ｓｉｎ（ｗｔ）［Ｖ］とする。このとき、検出側増幅器２２１Ａからの検出信号ＶＸ［Ｖ］は、式（１）で表される。また、参照側増幅器２２１Ｂからの参照信号ＶＲ［Ｖ］は、式（２）で表される。ここで、ｓｉｎ（ｗｔ）は、－１以上１以下の値となる。

【0025】

ＶＸ＝Ｅ・ｓｉｎ（ｗｔ）×ＣＸ／Ｃｆｘ …（１）
ＶＲ＝Ｅ・ｓｉｎ（ｗｔ）×ＣＲ／Ｃｆｒ …（２）

【0026】

また、差分増幅器２２３の増幅率をＧａｉｎとすると、差分増幅器２２３の差分信号Ｖｏｕｔ［Ｖ］は、式（３）で表される。ｓｉｎ（ｗｔ）は、

【0027】

Ｖｏｕｔ＝（ＶＸ－ＶＲ）×Ｇａｉｎ
＝Ｅ×ｓｉｎ（ｗｔ）×（ＣＸ／Ｃｆｘ－ＣＲ／Ｃｆｒ）×Ｇａｉｎ
…（３）

【0028】

前述したように、検出側電極部１０８と参照側電極部１０９とにおいて、製造ばらつきなどにより、静電容量がそれぞれ異なる可能性がある。たとえば、圧力が加わっていないゼロ圧力のときの検出側電極部１０８における静電容量ＣＸが４０［ｐＦ］であるものとし、参照側電極部１０９における静電容量ＣＲが５０［ｐＦ］であるものとする。また、計測可能な最大圧力（以下、ＦＳ圧力という）を加えたときの静電容量ＣＸは、４１［ｐＦ］に増え、参照側電極部１０９における静電容量ＣＲが、５０［ｐＦ］のままであるものとする。そして、検出側コンデンサ２２２Ａの帰還容量Ｃｆｘが１０３［ｐＦ］であり、参照側コンデンサ２２２Ｂの帰還容量Ｃｆｒが１００［ｐＦ］であり、振幅Ｅが２［Ｖ］の場合、ゼロ圧力のときの検出信号ＶＸと参照信号ＶＲとの差分は、振幅が最大となるｓｉｎ（ｗｔ）＝１としたときに、－０．２２３［Ｖ］となる。また、ＦＳ圧力を加えたときの検出信号ＶＸと参照信号ＶＲとの差分は、－０．２０４［Ｖ］となる。以後、ｓｉｎ（ｗｔ）＝１であるものとして説明する。

【0029】

差分増幅器２２３のＧａｉｎは、ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲の電圧を超えないように設定する必要がある。ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲が±２．５［Ｖ］であるとき、電圧範囲を考慮して、ゲインが１１倍であるものとして、Ｇａｉｎを１１とすると、ゼロ圧力のときの差分信号Ｖｏｕｔは、－２．４５６［Ｖ］となる。また、ＦＳ圧力を加えたときの差分信号Ｖｏｕｔは、－２．４３３［Ｖ］となる。

【0030】

このとき、ゼロ圧力のときの差分信号ＶｏｕｔとＦＳ圧力を加えたときの差分信号Ｖｏｕｔとの差は、約Δ０．２１４［Ｖ］となる。これは、ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲である±２．５［Ｖ］に対して、約４％の大きさの電圧である。狭い電圧幅で圧力の計測を行わなければならず、Ｓ／Ｎ比は低い。

【0031】

そこで、実施の形態１の隔膜真空計１の静電容量型センサ検出部１０は、容量調整器２１２を有し、検出側電極部１０８における静電容量の調整を行う。容量調整器２１２は、検出側電極部１０８の電極間に直流電圧を印加し、クーロン力を発生させることで、可動センサ電極１０４と固定センサ電極１０５との距離を変化させ、検出側電極部１０８の静電容量を調整する。ここでは、静電容量ＣＸを５１．５［ｐＦ］にする調整を行う。そして、他の条件が同じであるものとすると、ゼロ圧力のときの検出信号ＶＸと参照信号ＶＲとの差分は、０．００００［Ｖ］となる。また、ＦＳ圧力を加えたときの検出信号ＶＸと参照信号ＶＲとの差分は、０．０１９４［Ｖ］となる。

【0032】

この場合、差分増幅器２２３のゲインを１２５倍にしても、ゼロ圧力のときの差分信号Ｖｏｕｔは、０．０００［Ｖ］となる。また、ＦＳ圧力を加えたときの差分信号Ｖｏｕｔは、２．４２７［Ｖ］となる。したがって、ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲の±２．５Ｖを超えない。ゼロ圧力のときの差分信号ＶｏｕｔとＦＳ圧力を加えたときの差分信号Ｖｏｕｔとの差は、Δ２．４２７［Ｖ］となる。これは、ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲である±２．５［Ｖ］に対して、４９％の大きさの電圧であり、前述した信号の振幅が同じである場合に比べて、約１１倍のＳ／Ｎ比となる。

【0033】

静電容量型センサ検出部１０の製造方法について、静電容量調整を行う場合、生産ラインにおいて、静電容量型センサ検出部１０について、被測定物体の圧力が加わっていないゼロ圧力の状態とする。そして、静電容量型センサ検出部１０を動作させて、容量調整器２１２が印加する直流電圧を変化させていく容量変化工程を行う。そして、容量変化を繰り返し行い、差分信号Ｖｏｕｔが０になるような直流電圧を決定する電圧決定工程を行って、検出側電極部１０８における静電容量の調整を行う。静電容量の調整は、生産ラインにおける各静電容量型センサ検出部１０に対して行う。

【0034】

以上のように、実施の形態１の隔膜真空計１の静電容量型センサ検出部１０は、容量調整器２１２を有し、直流電圧を印加して電極間の距離を変化させ、検出側電極部１０８における静電容量を調整することができる。このため、検出用の信号経路に配置された素子と参照用の信号経路に配置された素子とにおける容量のばらつきを抑え、ゼロ圧力のときの差分信号ＶｏｕｔとＦＳ圧力を加えたときの差分信号Ｖｏｕｔとの差を広げることができる。したがって、差分増幅器２２３におけるゲインを大きくすることができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。このとき、生産ラインの静電容量型センサ検出部１０に対して、それぞれ検出側電極部１０８における静電容量の調整を行うことで、個々の静電容量型センサ検出部１０に生じる容量のばらつきに合わせた静電容量の調整を行うことができる。ここで、電極間に発生させることができるクーロン力には限りがある。また、クーロン力を発生させるには電圧が必要となる。電圧を印加しすぎると、電極が張り付く場合もある。以上のことから考えると、静電容量の調整は、微小な圧力変化を検出する静電容量型センサ検出部１０である場合に、特に有効である。

【0035】

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係るセンサ部の要部の構成を示す図である。図４において、図２と同じ符号を付しているものについては、実施の形態１において説明したことと同様の機能などを有する。

【0036】

前述した実施の形態１の静電容量型センサ検出部１０は、信号発生器２１１が発生した交流信号のうち、検出側電極部１０８に送られる信号に対して、容量調整器２１２が直流電圧の成分を重畳するものであった。

【0037】

実施の形態２の静電容量型センサ検出部１０は、可動直流印加電極１１０および固定直流印加電極１１１を有する直流電圧印加用電極部１１２をさらに有する。そして、容量調整器２１２は、直流電圧印加用電極部１１２に直流電圧を印加して、クーロン力を発生させ、センサダイアフラム１０２を撓ませる。これにより、検出側電極部１０８の電極間距離が変化し、静電容量を調整することができる。

【0038】

実施の形態３．
前述した実施の形態１では、静電容量調整の方法について、差分信号Ｖｏｕｔが０になるように、静電容量の調整を行った。差分信号Ｖｏｕｔに基づいた静電容量の調整を行うことで、電荷増幅器２２０の検出側コンデンサ２２２Ａと参照側コンデンサ２２２Ｂとにおける容量のばらつきなども含めた設定を行うことができるが、これに限定するものではない。

【0039】

たとえば、センサ部１００内の検出側電極部１０８の検出信号および参照側電極部１０９の参照信号とを比較して、検出側電極部１０８における静電容量の調整を別々に行うようにしてもよい。

【0040】

また、前述した実施の形態１では、ゼロ圧力のときの静電容量型センサ検出部１０において、差分信号Ｖｏｕｔが０になるように、容量調整器２１２による検出側電極部１０８における静電容量の調整に係る工程を行うようにしたが、これに限定するものではない。たとえば、ＡＤ変換器２５０の入力電圧範囲が±２．５［Ｖ］であるものとする。このとき、計測を行っていないときの基準の電位が－２［Ｖ］であるものとして設定し、ゼロ圧力のときに、たとえば、－２［Ｖ］の直流信号Ｖ１がＡＤ変換器２５０に送られるような、差分信号Ｖｏｕｔが出力される振幅調整を行うようにしてもよい。このため、広い電圧幅で、ゼロ圧力からＦＳ圧力に到る圧力を計測することができる。

【0042】

上述した実施の形態１～実施の形態３においては、物理量として圧力を計測する静電容量型センサ検出部１０について説明したが、被計測対象および物理量は、重量、加速度など、圧力に限定するものではない。また、静電容量型センサ検出部１０は、隔膜真空計１だけでなく、他の計測装置に適用することができる。

【0043】

以上、実施の形態を参照して、本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態の内容に限定されるものではない。本発明の構成、詳細などには、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0044】

１ 隔膜真空計、１０ 静電容量型センサ検出部、１００ センサ部、１０１ 基台、１０１ａ 支持部、１０２ センサダイアフラム、１０２ａ 可動領域、１０３ 容量室、１０４ 可動センサ電極、１０５ 固定センサ電極、１０６ 可動参照電極、１０７ 固定参照電極、１０８ 検出側電極部、１０９ 参照側電極部、２００ 回路部、２１０ 信号発生装置、２１１ 信号発生器、２１２ 容量調整器、２２０ 電荷増幅器、２２１Ａ 検出側増幅器、２２１Ｂ 参照側増幅器、２２２Ａ 検出側コンデンサ、２２２Ｂ 参照側コンデンサ、２２３ 差分増幅器、２３０ 検波回路器、２３１Ａ，２３１Ｂ，２３１Ｃ 整流回路、２４０ 平滑器、２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ ローパスフィルタ、２５０ ＡＤ変換器、２６０ ノイズ除去部、２６１Ａ，２６１Ｂ，２６１Ｃ バンドパスフィルタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】