JPH04104029A - 圧力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミックス製圧力検出器に関するもの−で
ある。

［従来の技術］ この種の圧力検出器としては静電容量型のものや抵抗変
化型のものが知られており、前者は、ダイヤフラム及び
基板上にそれぞれ電極を形成し、圧力によりダイヤフラ
ムを変形させることによって電極間に生じた静電容量に
変化を生じさせ、圧力と静電容量とか相関することを利
用して圧力を検出するよう１こされている。

その具体例としては例えば特開昭５９−２１４７２７号
公報または特開昭５９−１４８８４３号公報に記載のも
のを挙げることができ、それにおいては添付図面の第１
Ｏ図に示すようにセラミックス製ダイヤフラムＡとセラ
ミックス製基板Ｂとの対向する面上にそれぞれ薄膜電極
Ｃ，Ｄが形成され、セラミックス製ダイヤフラムＡの周
縁部をセラミックス製基板ＢにガラスＥにより所定の間
隔を隔てて接着している。

このような構造の圧力検出器の動作においては、セラミ
ックス製ダイヤフラムＡの外表面側に被測定圧力が作用
するように設定され、被測定圧力の作用でセラミックス
製ダイヤフラムＡは変形し、それによりダイヤフラムＡ
の内側表面に形成された電極Ｃがセラミックス製基板Ｂ
に形成された電極りに対して変位することによってこれ
ら電極間の容量が変化し、この容量の変化から圧力を検
出している。

同様な構造の静電容量型圧力検出器の従来例としては他
に実開昭５８−８０５４０号公報、実開昭５９４２９３
１１号公報及び実開昭６０−５１４４４号公報等に記載
のものを挙げることができる。

一方、抵抗変化型圧力検出器は、ダイヤフラム上に抵抗
体を形成し、圧力によるダイヤフラムの変形に応じて変
化する抵抗体の抵抗値に基いて圧力を検出するようにさ
れている。

ところで、このような従来のセラミックス製圧力検出器
においては、個別に成形、焼成したダイヤフラムを基板
にガラス等で接合する構造であるため、ガラス等の接合
材とダイヤフラムまたは基板との間の熱膨脹係数の違い
により、圧力測定を繰返していくうちにガラス等の接合
材の強度が低下して圧力検出器の耐圧性が低下するとい
う欠点があった。

また圧力検出器が比較的高温雰囲気で使用される場合に
は、ガラス等の接合材とダイヤフラムまたは基板との間
の熱膨脹係数が違うことにより、実際には圧力が作用し
ていなくてもダイヤフラムが変形する恐れがあり、その
ため誤検出や検出誤差が生じるという欠点があった。

このような欠点を解消するため、特開昭６３−２９２０
３２号公報や特公昭８３−９１７４号公報に開示されて
いるようにダイヤフラムと基板との間に所定の空間を形
成するため焼成の加熱により昇華する物質から成る介装
体を挟み込んで一体焼成することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このような一体焼成体から成る圧力検出器で
は、その製造時にダイヤフラムと基板との間に所定の空
間を形成するために挿入される介装体として用いられる
材料は比較的高価であり、しかも形成すべき空間の寸法
に合わせて予め所定の形状に成形しておく必要があり、
またダイヤフラムと基板との一体焼成時にこのような介
装体を完全に昇華、消失させるために比較的長−い加熱
時間が必要であり、そのため製造工程が繁雑化し、コス
トが高くつく等の問題がある。

そこで、本発明は、このような従来技術のもつ問題点を
解決して、製造工程を簡略化てきしかも製造コストを大
幅に低減できる圧力検出器を提供することを目的として
いる。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の圧力検出器は、
未焼成セラミック材料から成るダイヤフラムと、このダ
イヤフラムに比べて焼成収縮率の大きい未焼成セラミッ
ク材料から成る基板とをそれらの周辺部分において接着
し、一体焼成してダイヤフラムと基板との間に空洞を形
成したことを特徴としている。

圧力検出素子は少なくともダイヤフラムに設けることに
より圧力測定をすることができる静電容量型の圧力検出
器として実施する場合には、ダイヤフラムと基板との間
の空洞を挾んでダイヤフラム及び基板に設けられた一対
の電極から成ることができ、また抵抗変化型圧力検出器
として実施する場合にはダイヤフラムの外面に形成した
抵抗体から成ることができる。いずれの場合も未焼成セ
ラミック材料に圧力検出素子を設け、一体焼成により形
成することにより、セラミックスと圧力検出素子との密
着を強固にすることができる。たたし、圧力検出素子が
抵抗体である場合には、抵抗体の焼成時における酸化等
の問題を避けるために一体焼成後に抵抗体のみを設ける
のが好ましい。

［作　　用］ このように構成した本発明の圧力検出器においては、未
焼成セラミック材料から成るダイヤフラムと、未焼成セ
ラミック材料から成る基板とは、同時焼成によりそれら
の周辺部分において比較的短時間で一体化される。その
際、焼成する前に未焼成セラミックペーストを周辺部分
に介在させたり、熱圧着して周辺部分を仮接着しておく
ことにより密着性が向上し、焼成後にダイヤフラムと基
板とは完全に同化して強固となり、熱膨張により接合部
の接合強度は変化せず、それにより耐圧性の低下や高温
下での無圧力時の変形は避けられ、検出誤差をなくすこ
とができる。

また、ダイヤフラムに収縮率の小さい未焼成セラミック
材料を、基板に収縮率の大きい未焼成セラミック材料を
用いたことにより、一体焼成後の冷却過程で基板の収縮
に伴う応力を受けてダイヤフラムの中央部分は膨らみ、
基板との間に所要の空洞が形成される。この場合、収縮
率はて表せるので、ダイヤフラム及び基板の寸法を適宜
選択することにより収縮率すなわち形成すべき空洞の大
きさを調整することができる。

また、この収縮率の制御は、セラミック粉末の粒度やセ
ラミック粉末の含有量を調整することによって簡単に行
うことができ、セラミック粉末の粒度か小さい程またセ
ラミック粉末の含有量か少ない程、収縮率を大きくする
ことかできる。

従って、従来の一体焼成によるもものように高価で予め
予定の寸法に成形する必要のある介装体を用いずにダイ
ヤフラムと基板との間に所定の空洞を形成することがで
きる。

更に、ダイヤフラム上に設けられる保護層は、圧力検出
素子を汚染物質による汚染や劣化から保護する働きをし
、長期間安定した動作を保障する。

［実施例］ 以下、添付図面の第１図〜第９図を参照して本発明の実
施例について説明する。

第１図及び第２図には本発明の一実施例が示され、１は
焼成収縮率１６．７％の組成をもつ純度９２％ノＡ　Ｑ
２０３材料から成る厚さ０．８０１ｍｍ０１ｍｍノブリ
ーンシート２は基板１と同じセラミック材料であるか焼
成収縮率か基板より小さい１５．３％の組成をもつ厚さ
０．１ｈｉのグリーンシートがら成るダイアフラムであ
る。基板１の上面及びダイヤフラム２の下面にはそれぞ
れ圧力検出素子を成すｐｔ製の円形状の電極３．４がそ
れぞれスクリーン印刷法により形成されている。これら
の円形状の電極３．４から図示されたように一辺部に向
がって端子３ａ、４ａがのびており、また基板１上には
、基板１上にダイヤフラム２を積層した際にダイヤフラ
ム２の電極４の端子４ａに結合される端子４ｂが形成さ
れている。

その後、それの円形状の電極部分４を除いた面部分、好
ましくは電極の周りの周辺部分に相当する基板１上に基
板１と同質の材料から成り有機系バインダを添加した未
焼成セラミックペーストがスクリーン印刷法により厚さ
２０ｕｍに印刷される。

そして、印刷されたセラミックペーストが乾かない内に
基板１上に電極３．４とを対向させてダイヤフラム２を
積層し、こうして得られた積層体は２５０℃で樹脂抜き
しだ後１５５０”Ｃの温度で大気圧雰囲気中で焼成され
る。その結果第２図に断面図で示されるように電極３．
４間に基板１とダイヤフラム２の収縮率の差により空間
５が形成され、そして基板１とダイヤフラム２はそれら
の周辺部において堅固に接合される。

第３図及び第４図は本発明の別の実施例を示し、第１図
及び第２図と対応した部分は同じ符号で示す。この実施
例では、ダイヤフラム２に形成される電極４が基板１の
電極３に対向した面上ではなく外面に形成されている。

その他の構成及び製造工程は第１図及び第２図の実施例
と実質的に同じである。

第５図及び第６図には本発明の更に別の実施例が示され
、第３図及び第４図の実施例の場合と同様に前記各実施
例の装置と対応した部分は同じ符号で示す。

この実施例においては、ダイヤフラム２は厚さ５０μｍ
に形成され、そして第３図及び第４図の場合と同様に電
極４は、ダイヤフラム２が基板１上に積層された際に外
面上で基板１における電極３に対応して位置するように
形成されている。またダイヤフラム２の上にはダイヤフ
ラム２上の電極４の汚染物質による汚染や電極の劣化を
防ぐため厚さ５０μｍの同じ材質から成る保護層６が設
けられている。この場合保護層６は強度を保つため基板
１及びダイヤフラム２と共に一体成形体として一体焼成
される。

上記の各実施例において焼成により内部に形成される空
洞の大きさは、上述のように基板１及びダイヤフラム２
に使用する未焼成セラミック材料の組成すなわち含有量
や粒度を適当に選択することにより所望のように設定す
ることができる。

このように構成した圧力検出器を第１Ｏ図に示すような
従来構造のものと構造上の強度を比較するため、電気炉
で８００℃に１０分、室温で１０分の冷熱サイクルテス
トを１０００回繰返し行った結果、第１０図に示す構造
のものは２００サイクルで接合部のガラスＥに亀裂が生
じたが、本発明によるものでは何の変化も認められなか
った。

ところで、図示実施例では、圧力検出素子として基板及
びダイヤフラムにそれぞれ電極を設け、これらの電極間
の容量の変化として圧力を検出する容量変化型圧力検出
器について説明してきたが、各実施例において基板及び
ダイヤフラムに電極を設ける代わりに、ダイヤフラム上
に圧力検出素子として抵抗体を形成し、その抵抗の変化
として圧力を検出するように構成することもできる。そ
の−例を第７図〜第９図に示す。これらの図面において
第３図及び第４図の実施例と同様に前記各実施例の装置
と対応した部分は同じ符号で示す。

ダイヤフラム２上には第７図に示すように基板１と同じ
セラミック材料を１０重量％含んだ貴金属（Ｐｔ）粉末
に有機系バインダを添加して得たペーストをスクリーン
印刷し、導体端子層７が形成される。その後１１００℃
にて仮焼し、周辺部を有機バインダを添加した未焼成セ
ラミックペースト付けした基板１に積層し、樹脂抜き後
焼成が行なわれる。こうして得られた焼成体すなわち導
体端子層７の所望の位置に第９図に示すように主に酸化
ルテニウムから成る抵抗体８が転写により５μの厚さに
形成され、そして８５０℃にて焼付けられる。

また基板及びダイヤフラムの構成材料として図示実施例
ではＡＱ□０．を用いているが、当然能の適当な未焼成
セラミック材料例えばジルコニアやシリマナイトを用い
ることもてきる。

更に、図示実例において、各部の寸法、形状は実際の適
用に合わせて任意に設定することができる。

更にまた、本発明の圧力検出器は外圧力を受けてダイヤ
フラムが変形し、その変形に応じて圧力を検出するもの
について対象として例示してきたが、振動や加速度の応
力によりダイヤフラムを変形してこれらの振動や加速度
の大きさを検出するものとしても利用され得る。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の圧力検出器において
は、未焼成セラミック材料から成るダイヤフラムと、こ
のダイヤフラムに比べて焼成収縮率の大きい未焼成セラ
ミック材料から成る基板とをそれらの周辺部分において
接着し、一体焼成しているので、従来のようにダイヤフ
ラムと基板との間に所定の空間を形成するための高価な
介装体を使用することなく所望の空洞を形成することが
でき、製造工程を大幅に簡単化できるだけでなく製造コ
ストも大幅に低減することができる。

またダイヤフラムと基板と間の積層された部分は同化し
て強固となり、熱膨張による接合強度の低下は防止でき
、例えば自動車のエンジン周辺等のような過酷な条件下
で使用される場合でも高温下において接合部分の熱膨張
が除去されるため無圧力状態で変形が生しることはなく
誤差なく安定して圧力検出を行うことかできる。

更に、ダイヤフラム上に保護層を設けた場合には、汚染
物質よる圧力検出素子の汚染や劣化を防ぐことかでき、
長期間安定して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、第２図は
第１図の装置を組立てた状態で示す第１図のＩ−Ｉ線に
沿った拡大線断面図、第３図は本発明の別の実施例を示
す分解斜視図、第４図は第３図の装置を組立てた状態で
示す第１図の■−■線に沿った拡大線断面図、第５図は
本発明のさらに別の実施例を示す分解斜視図、第６図は
第５図の装置を組立てた状態て示す第１図の■−■線に
沿った拡大線断面図、第７図は検出素子として抵抗体を
利用した本発明の実施例を示す分解斜視図、第８図は第
７図の装置を組立てた状態で示す第７図のｒＶ−ｒＶ線
に沿った拡大線断面図、第９図は抵抗体を形成して完成
させた装置の概略斜視図、第１０図は従来の静電容量変
化型圧力検出器の一例を示す概略断面図である。 図　　　中 基板 ダイヤフラム 電極 電極 空洞 保護層 導体端子層 抵抗体 第１図 第３図 ｄ 第２図 第４図 第５図 第６図 第９図 第１０図 第７図 第８図 手続補正書 （自発） 平成 ２年 ９月１９日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．圧力により変形し得るセラミック製ダイヤフラムと
   、該ダイヤフラムの周縁部を固定するセラミック製基板
   とを有する圧力検出器において、未焼成セラミック材料
   から成るダイヤフラムと、このダイヤフラムに比べて焼
   成収縮率の大きい未焼成セラミック材料から成る基板と
   をそれらの周辺部分において接着し、一体焼成してダイ
   ヤフラムと基板との間に空洞を形成したことを特徴とす
   る圧力検出器。
2. ２．ダイヤフラムが少なくとも圧力検出素子を備えてい
   る請求項１に記載の圧力検出器。
3. ３．圧力検出素子がダイヤフラムと基板との間の空洞を
   挟んてダイヤフラム及び基板に設けられた一対の電極か
   ら成る請求項２に記載の圧力検出器。
4. ４．圧力検出素子が未焼成セラミック材料から成るダイ
   ヤフラムに形成されている請求項２または３に記載の圧
   力検出器。
5. ５．圧力検出素子が、ダイヤフラムの外面に形成され、
   歪みにより抵抗値の変化する抵抗体である請求項２に記
   載の圧力検出器。
6. ６．圧力検出素子を覆う保護層を備えている請求項２ま
   たは５に記載の圧力検出器。
7. ７．圧力により変形し得るセラミック製ダイヤフラムと
   、該ダイヤフラムの周縁部を固定するセラミック製基板
   とを有する圧力検出器において、未焼成セラミック材料
   から成るダイヤフラムと、このダイヤフラムに比べて焼
   成収縮率の大きい未焼成セラミック材料から成る基板と
   、ダイヤフラムの外面に設けられた圧力検出素子と、ダ
   イヤフラム上の圧力検出素子を覆う保護膜とを有し、ダ
   イヤフラムと基板とをそれらの周辺部分において未焼成
   セラミックベーストを介して互いに接着し、保護膜と共
   に一体焼成してダイヤフラムと基板との間に空洞を形成
   したことを特徴とする圧力検出器。