DE69306019T2

DE69306019T2 - Drucksensor

Info

Publication number: DE69306019T2
Application number: DE69306019T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Handa; Masahiro Hiraka; Masaki Ikeda; Akihiko Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: EP0561397A2; US5406852A; EP0561397B1; DE69306019D1; EP0561397A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor mit einem Widerstandselement. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Drucksensor zum Detektieren eines relativ geringen Drucks von ungefähr 0 bis 2.000 mm H&sub2;O oder einer ziemlich geringen Last von ungefahr 0 bis 100 g mit hoher Genauigkeit. Desweiteren werden eine Vorrichtung und ein System geschaffen - Ansprüche 11 bis 14.
Drucksensoren werden weithin verwendet zum Detektieren einer Belastung oder Last, die auf Teile von Maschinen, Schiffe und Fahrzeuge wirkt, oder zum Detektieren eines Umgebungsdrucks. In dieser Beschreibung wird auf einen Drucksensor auch als Belastungssensor oder Belastungsmeßgerät Bezug genommen.
Ein typischer Belastungssensor umfaßt einen Film, der aus einem Harz wie Polyester, Epoxid(harz) oder Polyimid, das als ein Substrat dient, gebildet ist, und ein Dünnfilmwiderstandselement, das aus einer Cu-Ni-Legierung, einer Ni-Cr- Legierung oder ähnlichem gebildet ist und auf dem Substrat unter Verwendung von Ablagerung oder Kathodenzerstäubung bzw. Sputtern vorgesehen ist. Ein solcher Belastungssensor wird auf die folgende Weise verwendet. Sein Substrat wird auf einer Oberfläche des Elements, welches eine Belastung oder Last aufnimmt, die gemessen werden soll, unter Verwendung eines Klebstoffharzes, wie einem Cyanacrylat, angehaftet. Die Belastung oder die Last werden von dem Belastungssensor auf die folgende Art gemessen. Ein Grad der Belastung des Elements, welche durch eine äußere Kraft oder Last verursacht wird, wird auf das Widerstandselement durch das Substrat übertragen. Weil die Querschnittsfläche des Widerstandselements und die Länge des elektrischen Strompfades bzw. -weges durch die Belastung leicht verändert werden, wird der elektrische Widerstand des Widerstandselements verändert. Die Veränderung des elektrischen Widerstands wird detektiert als ein elektrisches Signal, um den Grad der Belastung zu messen, und die Belastung und die Last, die auf das Element wirken, werden detektiert, basierend auf dem Grad der Belastung.
Ein solcher Belastungssensor wird zum Beispiel als ein Belastungssensor zum Messen der Last der Aufhängung für ein Fahrzeug verwendet. Das Belastungsmeßgerät wird auf einer Oberfläche einer Welle bzw. Achse der Aufhängung mit einem Klebstoffharz oder ähnlichem angehaftet, um die Last, die auf ein Rad wirkt, zu detektieren. Eine solche Verwendung des Belastungsmeßgeräts wie für die Aufhängung, nämlich die Verwendung unter harten Bedingungen in einem Temperaturbereich von -50 ºC bis 150 ºC und einer maximalen Last von 2 t während eines langen Zeitraums birgt ein Problem darin, daß die Klebstärke des Klebharzes abnimmt, und dies verursacht, daß sich das Belastungsmeßgerät von dem zu messenden Bestandteil abschält.
Aus der US-A-4,355,692 ist ein Dickfilmwiderstandskraftwandler bekannt, der ein Metall-Substrat verwendet, welches mit einem eingebrannten Porzellanemail versehen ist.
Ein teilweise entglastes Glas-Email wird in der JP-A-5-93659, veröffentlicht am 16.04.1993, beschrieben (US-A-5,242,722; veröffentlicht am 07.09.1993).
Ein solches Belastungsmeßgerät wird zum Detektieren einer Last verwendet, die an einem Rad eines Fahrzeugs anliegt, nämlich einer Last von ungefahr 0 bis 2 t. Es ist schwierig, einen relativ geringen Druck von ungefähr 0 bis 2.000 mm H&sub2;O oder eine relativ geringe Last von ungefahr 0 bis 100 g mit einem solchen Belastungsmeßgerät mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein plattenförmiges Metallsubstrat; eine Glasschicht, die auf einer Oberfläche des Metallsubstrats vorgesehen ist; ein Widerstandselement, welches auf einer Oberfläche der Glasschicht vorgesehen ist und einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von dem Belastungs- bzw. Verformungsgrad ändert; und ein Paar von Elektroden, die mit dem Widerstandselement verbunden sind. Die Glasschicht enthält hauptsächlich eine teilweise entglaste Emailzusammensetzung (partially devitrified enamel composition).
Alternativ umfaßt der Drucksensor ein plattenförmiges Metallsubstrat; Glasschichten, die jeweils auf beiden Oberflächen des Metallsubstrats vorgesehen sind, und hauptsächlich eine teilweise entglaste Emailzusammensetzung enthalten; ein Widerstandselement, welches auf einer Oberfläche von einer der Glasschichten vorgesehen ist und einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von dem Grad der darauf wirkenden Belastung verändert; und ein Paar von Elektroden, die mit dem Widerstandselement verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stimmt die Mitte einer oberen Oberfläche des Widerstandselements im wesentlichen mit der Mitte der Oberfläche des Metallsubstrats überein, und das Widerstandselement und die Elektrode sind jeweils symmetrisch im Bezug auf ihren Mittelpunkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben das Widerstandselement und die Elektrode jeweils eine solche Form, die das Widerstandselement mit keiner Richtungsabhängigkeit im Bezug auf Druck oder Belastung bzw. Verformung versieht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Oberfläche des Widerstandselements und die obere Oberfläche der Elektrode jeweils eine Form, die aus einer Gruppe, bestehend aus einer Kreisform, einer Ringform, einer Bogenform, und einer Polygonalform bzw. einem Polygon, gewählt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Oberfläche einer der Glasschichten mit einer Vielzahl von Widerstandselementen und einer Vielzahl von Elektroden, die darauf ausgebildet sind, versehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Oberflächen von beiden Glasschichten jeweils mit mindestens einem Widerstandselement versehen und mit mindestens einem Paar von Elektroden, welche darauf ausgebildet sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die teilweise entgiaste Emailzusammensetzung SiO&sub2; im Bereich von 7 - 33 Gew.-%, B&sub2;O&sub3; im Bereich von 5 bis 31 Gew.-%, MgO im Bereich von 20 bis 50 Gew.-%, CaO im Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, BaO im Bereich von 0 bis 50 Gew.-%, La&sub2;O&sub3; im Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, P&sub2;O&sub5; im Bereich von 0 bis 5 Gew.-%, und Mo&sub2; im Bereich von 0 bis 5 Gew.-% auf, wobei M ein Element ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Ti und Sn, gewählt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Elektroden jeweils eine Dicke der Hälfte oder weniger der Dicke des Widerstandselements.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Elektroden Gold.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Widerstandselement eine Länge auf, die größer ist, als das 1,4-fache der Länge des Zwischenraums zwischen den Elektroden und wird durch Entfernen eines Vorsprungs an ihrem Umfang ausgebildet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Widerstandselement eine durchschnittliche Dicke von 10 µm oder weniger, außer an einem Vorsprung an ihrem Umfang.
Eine Druckmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher in einem Motor-Rohrkrümmer bzw. einem Druckluftverteiler eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Luftmenge, die in das Aunsaug- bzw. Auspuffrohr eingesaugt wird, wird durch das Erreichen bzw. Erhalten der Differenz zwischen dem Druck in dem Rohr und dem Umgebungsdruck bzw. Luftdruck gesteuert bzw. geregelt.
Alternativ umfaßt eine Ansaugluft- bzw. Zufuhrdruckmeßvorrichtung gemäß der Erfindung einen Drucksensor gemäß der Erfindung, welcher auf einer Wand einer Verbrennungskammer eines Fahrzeugmotors vorgesehen ist. Der Druck in der Verbrennungskammer wird direkt detektiert bzw. gemessen.
Ein Druckmeßsystem gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Fahrzeug umfaßt eine Kombination von Druckmeßvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Alternativ umfaßt eine Ansaug- bzw. Zufuhrdruckrneßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Drucksensor gemaß der vorliegenden Erfindung, welcher in einer Hauptrohrleitung eines Klimaanlagensystems vorgesehen ist. Die Veränderung in der Luftmenge in der Hauptrohrleitung wird als Druck erfaßt.
Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile des Schaffens (1) eines Drucksensors zum Detektieren eines ziemlich kleinen Drucks von ungefahr 0 bis 2.000 mm H&sub2;O oder einer ziemlich geringen Last von ungefähr 0 bis 100 g mit einer großen Genauigkeit selbst unter harten Bedingungen, (2) eines Drucksensors, der keine Abweichung in dem Widerstand oder dem TCR (temperature dependent change in resistance; temperaturabhängige Veränderung des Widerstands) hat, wenn er in großen Stückzahlen produziert wird, und auch in einem Umgebung verwendet werden kann, wo sich die Temperatur dynamisch verändert, und (3) eines Drucksensors, der einen weiter verbesserten niedrigen TCR hat.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich werden nach dem Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gezeigt, wobei:
Figur 1A eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 1B eine Querschnittsansicht des Drucksensors, der in Figur 1A gezeigt ist, ist.
Figur 2 eine Ansicht ist, die ein Verfahren zum Messen einer Veränderung des Widerstands eines Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Beaufschlagung mit einer Last ist.
Figur 3 eine Ansicht ist, welche ein Verfahren zum Messen einer Veränderung des Widerstands eines Drucksensors gemäß einem Vergleichsbeispiel unter Beaufschlagung mit einer Last veranschaulicht.
Figur 4 eine Ansicht ist, die ein Verfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht zum Messen einer Veränderung des Widerstands eines Drucksensors unter Beaufschlagung mit einer Last.
Figur 5A eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 5B eine Querschnittsansicht des Drucksensors ist, der in Figur 5A gezeigt ist.
Figur 6 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 7 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 8 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 9 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem Vergleichsbeispiel ist.
Figur 10 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Vergleichsbeispiel ist.
Figur 11 eine Querschnittsansicht des Drucksensors gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 12 eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 13 eine Ansicht ist, die ein Verfahren zum Messen einer Veränderung des Widerstands des Drucksensors unter Beaufschlagung mit einer Last veranschaulicht.
Figur 14 eine Ansicht ist, die eine Belastung eines Drucksensors veranschaulicht, wenn er mit einer Last beaufschlagt wird.
Figur 15 eine Querschnittsansicht einer Druckmeßvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug ist, bei welcher ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Figur 16 eine Ansicht ist, die eine Vielzahl von Druckmeßvorrichtungen, welche in Figur 15 gezeigt sind, veranschaulicht, die in einem Fahrzeug vorgesehen sind.
Figur 17 eine Querschnittsansicht einer statischen Druckmeßvorrichtung ist, welche mit einem Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Figur 18 eine Ansicht ist, die die statische Druckmeßvorrichtung veranschaulicht, welche in Figur 17 gezeigt ist und in einem Klimaanlagensystem vorgesehen ist.
Figur 19A eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 19B eine Querschnittsansicht des Drucksensors entlang der Linie A-A von Figur 19A ist.
Figur 19C eine Querschnittsansicht des Drucksensors entlang der Linie B-B von Figur 19A ist.
Figur 20A eine Draufsicht auf einen Drucksensor gemäß einem anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 20B eine Querschnittsansicht des Drucksensors entlang der Linie A-A von Figur 20A ist.
Figur 20C eine Querschnittsansicht des Drucksensors entlang der Linie B-B von Figur 20A ist.
Im folgenden werden die Bestandteile eines Drucksensors gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Material oder seine Zusammensetzung, und ein Verfahren zum Ausbilden der Bestandteile praktisch beschrieben.

(1) Substrat

Ein Substrat zur Verwendung in einem Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus einem Metall oder einer Legierung ausgebildet, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu nutzen. In dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "Metall" auch auf eine Legierung; und ein Substrat, das aus einem Metall oder einer Legierung gebildet ist, wird als "Metallsubstrat" bezeichnet werden. Das Metallsubstrat kann aus Stahl für ein glasartiges bzw. gläsernes Email, rostfreiem Stahl, Siliziumstahl, einer Legierung wie Ni-Cr-Fe, Ni-Fe, Covar oder Invar, oder einem Verbund von diesen Substanzen bestehen. Es wird bevorzugt, daß das Material, das für das Metallsubstrat verwendet wird, und die Glasschicht, die darauf ausgebildet wird, ungefahr die gleichen Ausdehnungskoeffizienten im Bezug zueinander haben. In dem Fall, wenn die Glasschicht auf einem nicht-alkalischen teilweise entglasten Email ausgebildet wird, wie unten beschrieben, weist das Material, das für das Metallsubstrat verwendet wird, vorzugsweise einen Ausdehnungskoeffizienten von 100 bis 140 x 10&supmin;&sup7;/ºC auf, und ist weiter bevorzugt ein rostfreier Stahl.
Das Metallsubstrat kann in einer willkürlichen Form in Abhängigkeit bzw. Übereinstimmung mit dem Druck, der angelegt wird und der Verwendung ausgebildet werden. Falls nötig, kann das Metallsubstrat in einer gewünschten Form ausgebildet werden, kann ein Lech von einer gewünschten Form aufweisen, oder kann einem anderen Verfahren unterworfen werden unter Verwendung von üblichen mechanischen Verfahrensschritten, Ätzen, Laserbearbeitung oder ahnlichem.
Um die Haftwirkung zwischen dem Metallsubstrat und der Glasschicht zu verbessern, kann das Metallsubstrat oberflächenstabilisiert werden durch Entfetten einer Oberfläche davon und anschließendem Plattieren bzw. Beschichten der entfetteten Oberfläche mit Nickel oder Kobalt, oder durch Erhitzen der Oberfläche, um einen Oxidfilm auszubilden.

(2) Glasschicht

Die Glasschicht ist aus einem Material ausgebildet, welches eine hervorragende elektrische Isolation und Hitzebeständigkeit aufweist, zum Beispiel einer nichtalkalischen teilweise entglasten Emailzusammensetzung (partially devitrified enamel composition). Wenn die nicht-alkalische entglaste Emailzusammensetzung gesintert und abgekühlt wird, wird zum Beispiel eine MgO teilweise entglaste kristalline Phase abgelagert. Das nicht-alkalische teilweise entglaste Email, das für die Glasschicht verwendet wird, kann verschiedene Zusammensetzungen haben. Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten MgO zu 20 bis 50 Gew.-%, SiO&sub2; zu 7 bis 33 Gew.-%, B&sub2;O&sub3; zu 5 bis 31 Gew.-%, BaO zu 0 bis 50 Gew.-%, La&sub2;O&sub3; zu 0 bis 40 Gew.-%, CaO zu 0 bis 20 Gew.-%, P&sub2;O&sub5; zu 0 bis 5 Gew.-% und MO&sub2; zu 0 bis 5 Gew.-% (wobei M zumindest ein Element ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Zr, Ti und Sn ausgewählt wird).
Einer der Gründe, warum ein teilweise entglastes Email als ein Material für die Glasschicht bevorzugt wird, ist, daß dieses Material eine starke Anhaftung bzw. Adhäsion bzw. Haftfähigkeit zwischen dem Metallsubstrat und der Glasschicht zur Verfügung stellt . Die teilweise entglasten Emails mit den oben erwähnten Zusammensetzungen haben eine besonders starke Haftfahigkeit bzw. Haftung mit dem Metallsubstrat.
Ein anderer Grund für die Bevorzugung von teilweise entglastem Email ist, daß dieses Material die Glasschicht mit einer Widerstandsfähigkeit bzw. Beständigkeit gegen hohe Temperaturen versieht. In dem Fall, wenn ein Widerstandselement durch Sintern auf der Glasschicht ausgebildet wird, wird eine hohe Temperatur benötigt. Entsprechend soll die Glasschicht eine Widerstandsfähigkeit gegen eine Temperatur von mindestens 900 ºC aufweisen. Eine teilweise entgiaste Emailzusammensetzung ist widerstandsfähig gegen eine Temperatur von ungefähr bis zu 650 ºC, weil sie nicht kristallisiert ist bzw. wird, jedoch ist ein teilweise entgiastes Email widerstandsfähig gegen eine Temperatur von mindestens 900 ºC. Die Glasschicht, die aus dem teilweise entglasten Email gebildet wird, wird selbst bei einer Temperatur von 900 ºC nicht verflüssigt. Aufgrund einer solchen Eigenschaft wird die Glasschicht nicht belastet, selbst wenn das Widerstandselement durch Sintern bei einer Temperatur von 850 ºC ausgebildet wird. Im Gegensatz dazu wird ein gewöhnliches nicht-kristallines Glas nicht kristallisiert und hat demzufolge eine schlechte Temperaturwiderstandsfähigkeit bzw. -beständigkeit. Weil ein solches gewöhnliches Glas bei einer so niedrigen Temperatur von 600 ºC verflüssigt wird, kann das Widerstandselement nicht durch Sintern bei einer Temperatur von 850 ºC ausgebildet werden, oder die Bestandteile der Glasschicht und des Widerstandselements werden miteinander gemischt, so daß die Eigenschaften des Widerstandselements verändert werden.
Die Glasschicht wird auf dem Metallsubstrat durch ein gewöhnliches Verfahren von Versprühen bzw. Zerstäuben, elektrostatisches Pulveremaillieren, elektrophoretisches Tauchlackieren bzw. Elektrotauchlackieren oder ähnliches ausgebildet. Elektrophoretisches Tauchlackieren (electric phorefic enameling) wird bevorzugt, da dieses Verfahren eine hervorragende Haftung zwischen dem Metallsubstrat und der Glasschicht, eine hohe elektrische Isolation, und ähnliches bewirkt.
Die Glasschicht wird auf dem Metallsubstrat unter Verwendung von elektrophoretischem Tauchlackieren auf die folgende Art ausgebildet.
Als erstes werden Glas, Alkohol und eine geringe Menge von Wasser pulverisiert und werden 20 Stunden in einer Schüsselmühle gemischt, um eine durchschnittliche Korngröße von Glas von 1 bis 5 µm zu erhalten. Der erhaltene Brei bzw. Schlamm wird in ein elektrolytisches Hohlgefäß bzw. einen Behälter gegeben und umgewälzt bzw. zirkuliert. Als nächstes wird das Metallsubstrat in den Schlamm als eine Kathode eingetaucht und bei einer Spannung von 100 bis 400 V polarisiert bzw. geregelt, wodurch es den Glaspartikeln ermöglicht wird, sich auf einer Oberfläche des Metallsubstrats abzulagern. Dann wird das erhaltene Metallsubstrat getrocknet und dann bei einer Temperatur von 850 bis 900 ºC während eines Zeitraums von 10 min bis zu einer Stunde gesintert. Durch dieses Sintern werden die Glaspartikel geschmolzen und gleichzeitig werden die Bestandteile des Glases und des Metallsubstrats ausreichend verteilt bzw. diffundiert und miteinander gemischt. Als ein Ergebnis davon kann eine zufriedenstellende Verbundwirkung bzw. Haftung zwischen der Glasschicht und dem Metallsubstrat erhalten werden.
In dem Fall, wenn das oben erwähnte Sintern durchgeführt wird, während allmählich die Temperatur von Raumtemperatur auf eine gewünschte Temperatur angehoben wird, werden eine große Anzahl von feinen Nadelkristallen abgelagert. Solche Kristalle schaffen eine Ankerwirkung, und gleichzeitig wird die Verbundwirkung zwischen der Glasschicht und dem Metallsubstrat verbessert, welches mehr bevorzugt wird.

(3) Widerstandselement

Für das Widerstandselement können verschiedene Materialien verwendet werden, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von dem Grad der Belastung ändert. Zum Beispiel kann ein Metall wie Nickel, Chrom, Kupfer, Eisen oder Ruthenium, eine Legierung wie eine Cu-Ni-Legierung oder eine Ni-Cr-Legierung, oder ein Metalloxid wie Rutheniumoxid verwendet werden.
Das Widerstandselement wird durch Aufdrucken, Galvanisieren bzw. Plattieren (nicht-elektrisches Plating), Übertragungsdrucken oder ähnliches, wie unten beschrieben, ausgebildet.
Gemäß einem der Druckverfahren wird das Widerstandselement auf der Glasschicht auf die folgende Art ausgebildet. Als erstes wird eine Masse bzw. Paste, welche eine organische Metallverbindung enthält, die hauptsächlich aus einem Element aus der Gruppe Bi, Rh, V und Sb besteht, ausgebildet. Die Paste wird auf einer Oberfläche der Glasschicht aufgedruckt und wird dann einer thermischen Zersetzung unterworfen. Demzufolge wird ein Metallfilm oder ein Legierungsfilm erhalten, der als ein Widerstandselement wirkt. Die Paste, die für dieses Verfahren verwendet wird, enthält vorzugsweise ein Metall aus der Gruppe, bestehend aus Nickel, Chrom, Kupfer, Eisen und Ruthenium, und zumindest zwei weiteren Typen von thermisch zersetzbaren organischen Verbindungen enthaltend eines von Bi, Rh, V und Sb als Additiven.
Gemäß einem anderen Druckverfahren wird das Widerstandselement auf der Glasschicht in der folgenden Art ausgebildet. Als erstes wird eine Paste, die Rutheniumoxid und Fritte bzw. Glasmasse (glass frit) wie Borsilicatglas als Hauptbestandteile enthält, ausgebildet. Die Paste wird auf die Glasschicht aufgedruckt und dann gesintert. Die Paste enthält vorzugsweise ein Füllmaterial (ZrO&sub2; oder ähnliches), Wismuthoxid, Ethylcellulose, Acetatester von Butylcarbitol (oder Terpineol) und ähnliches zusätzlich zu den oben erwähnten Hauptbestandteilen.
Zum Ausbilden eines Widerstandselements durch nicht-elektrisches Plattieren wird ein Zusammenbau aus dem Metallsubstrat und der Glasschicht in eine Plattierungsflüssigkeit eingetaucht. Die Plattierungsflüssigkeit umfaßt einen Metallkomplex und ein Reduktionsmittel wie hypophosphorige Säure. Der Metallkomplex kann einen Metallkomplex wie Cu-Ni-P, Ni-Cr-P oder Ni-Fe-P enthalten. Diese Materialien sind ausreichend in der Empfindlichkeit auf Belastung und Widerstand gegen hohe Temperaturen und sind demzufolge zur Verwendung als ein Drucksensor zum Detektieren eines ziemlich geringen Drucks oder einem Drucksensor der in einer Umgebung verwendet wird, wo die Temperatur dynamisch verändert wird, geeignet.
Elektronen, die durch die Oxidation des Reduktionsmittels freigesetzt werden, reduzieren die Metallionen in dem Metallkomplex, um es dem Metall zu ermöglichen, sich auf einer Oberfläche abzulagern, welche plattiert werden soll. Eine allgemeine Reaktion, die in dem Fall auftritt, wenn Ni abgelagert wird, wird in Bild 1 gezeigt. Komplex Oberfläche

Bild I

Wenn die Oberfläche, die plattiert werden soll, ein Metall ist, werden die Metallionen in der Plattierungsflüssigkeit und die Ionen der zu plattierenden Oberfläche zuerst ersetzt wänrend eines anfänglichen Stadiums des Eintauchens und dann tritt die Reduktion auf. Weil die Atome des Plattierungsmetalls, die auf der Oberfläche abgelagert werden, danach als ein Auto-Katalysator wirken, schreitet die Reduktion des Plattierungsmetalls langsam bzw. reibungslos voran.
Wenn die zu plattierende Oberfläche ein Isolationsmaterial ist, tritt die Substitution der Ionen nicht bei einer anfänglichen Stufe des Eintauchens auf. In diesem Fall, durch vorheriges Absorbieren der Sn-Ionen von Zinnchlorid und Pd-Ionen von Palladiumchlorid auf das isolierende Material, ereignet sich die lonensubstitution bei einer anfänglichen Stufe beim Eintauchen und dann tritt die Reduktion auf. Danach wirkt das Metall, das auf der Oberfläche abgelagert wurde, als ein Auto-Katalysator wie in dem Fall, wenn die zu plattierende Oberfläche ein Metall ist, wodurch die Reduktion voranschreitet.
Das nicht-elektrische Plattieren wird aus dem folgenden Grund bevorzugt zur Herstellung eines Drucksensors mit einer Glasschicht, die aus einem teilweise entglasten Email gebildet ist. Die Glasschicht, die aus einem teilweise entglasten Email gebildet ist, hat feine Nadelkristalle auf einer Oberfläche davon und ist demzufolge porös. Wenn eine solche Glasschicht plattiert wird, fängt die Reduktion in einem inneren Teil der Glasschicht an. Die resultierende Plattierungsschicht stellt einen Ankereffekt zur Verfügung, wodurch die Haftwirkung zwischen der Plattierungsschicht und der Glasschicht verbessert wird. Im Gegensatz dazu hat eine herkömmliche nicht-kristalline Glasschicht oder eine Kunststoffschicht eine glatte Oberfläche. Weil kein Ankereffekt durch die glatte Oberfläche zur Verfügung gestellt wird, ist die Haftwirkung davon mit der Plattierungsschicht schlecht.
Es wird bevorzugt eine Katalysatorschicht die Zinn, Palladium oder ähnliches enthält, auf einer Oberfläche der Glasschicht vorher vorzusehen und danach das Widerstandselement auf einer Oberfläche der Katalysatorschicht auszubilden. So wird ein besserer Ankereffekt erzielt, wodurch die Haftwirkung zwischen der Glasschicht und dem Widerstandselement erheblich verbessert wird.
Nachdem ein Widerstandselement ausgebildet worden ist durch eine der oben erwähnten Methoden, wird es bevorzugt, das Widerstandselement zu einem feinen Muster zu verarbeiten. Ein Widerstandselement, das durch nicht-elektrisches Plattieren ausgebildet wurde, kann verarbeitet werden entweder durch:
Verfahren (1) Das Widerstandselement wird in ein spezifiziertes Muster durch einen Laser geschnitten, oder
Verfahren (2) Durch Photolithographie werden nicht benötigte Teile des Widerstandselements entfernt. Es ist auch möglich, das Widerstandselement durch nicht-elektrisches Plattieren in Verbindung mit einem Abnahmeverfahren durchzuführen, der eine Abdeckung (resist) verwendet, die widerstandsfähig ist gegen Plattierungsbedingungen und eine hervorragende Widerstandskraft gegen eine Plattierungsflüssigkeit aufweist, welche eine starke Säure oder eine starke Lauge ist und bei hohen Temperaturen von 80 bis 95 ºC verwendet wird. Die Abdeckung, die widerstandsfähig gegen die Plattierungsbedingungen ist, wird vorzugsweise aus einem UV-härtbaren Acrylharz geformt, das eine zufriedenstellende Druckeigenschaft und eine kurze Aushärtzeit hat.
Zum Ausbilden eines Widerstandselements durch Übertragsdrucken bzw. Umdrucken wird eine Folie aus einer Cu-Ni-Legierung oder einer Ni-Cr-Legierung vorzugsweise verwendet. Gemäß diesem Verfahren wird eine der Oberflächen der Folie mit einem Harz beschichtet, und dann wird eine Abdeckung bzw. ein Abdecklack (resist) auf die andere Oberfläche der Folie gemalt. Dann wird ein Ätzprozeß durchgeführt, so daß ein Widerstandselement mit einem spezifizierten bzw. vorgegebenen Muster erhalten wird. Das erhaltene Widerstandselement wird auf der Glasschicht auf dem Metallsubstrat mit dem Harz befestigt und dann gesintert.
Das Muster wird auf die Glasschicht mit hoher Genauigkeit übertragen unter Verwendung des Harzes zum Befestigen des Widerstandselements. Das Harz wird in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und angepaßt, um so eine gewünschte Viskosität zu besitzen, bevor es auf die Folie gesprüht oder gedruckt wird. Alternativ wird eine Schicht des Harzes auf der Folie geschichtet. Das Harz wird durch das Sintern entfernt. Bevorzugte Harze umfassen Acrylharze wie Polyacrylat und Polymethacrylat, Vinylchlorid, ein Copolymer bzw. Mischpolymer von Vinylchlorid und Polyacrylat, und ähnliches. Solche Harze besitzen eine hervorragende Verbrennbarkeit und haben keine nachteilige Auswirkung auf die Glasschicht oder die Legierungsfolie. Desweiteren unterstützen diese Harze das Übertragen des Musters der Folie mit großer Genauigkeit, da der Grad des Zusammenschrumpfens aufgrund der Wärme gering ist.
Das Drucken, das Plattieren, und die Umdruckverfahren sind einfach und Verfahren zu geringen Kosten zum Ausbilden eines Widerstandselements auf einer Glasschicht, welche auch für die Massenherstellung geeignet sind.

(4) Elektrode

Eine Elektrode wird erzeugt bzw. vorbereitet durch Drucken einer Paste, die aus verschiedenen Metallen und einer Glaspaste gebildet ist, auf eine Oberfläche der Glasschicht und Sintern der Glasschicht mit der Paste. Als die Glaspaste können eine Ag-Pd oder eine Ag-Glaspaste verwendet werden. Als die Paste, die aus Metallen gebildet ist, wird eine Paste bevorzugt, die eine organische Metaliverbindung umfaßt, die hauptsächlich Au als leitenden Bestandteil und zumindest zwei Arten von thermisch zersetzbaren organischen Bestandteilen enthält, wobei diese ein Element aus der Gruppe von Si, Bi, Rh, V und Sb als Additive enthalten. Zusätzlich zu Au kann eine organische Metallverbindung, die Pd enthält, frei wählbar als ein leitender Bestandteil dazugegeben werden.
Elektroden, die mit dem Widerstandselement verbunden sind, können mit verschiedenen herkömmlichen Verfahren vorher, nachher oder gleichzeitig mit dem Ausbilden des Widerstandselements ausgebildet werden.
Wenn notwendig, kann eine Überzugsdeckschicht aus Glas oder einem Harz auf dem Widerstandselement ausgebildet werden.
Ein Drucksensor wird auf verschiedene Arten verwendet in Abhängigkeit von dem Objekt zur Messung. Einige Beispiele werden hiernach beschrieben.
(1) Zum Detektieren einer Last oder einer Belastung von ungefahr 0 bis 2 t, die auf ein Rad eines Automobils wirken, wird ein Drucksensor auf einer Welle oder anderen Teilen angeheftet, welche die Last aufnehmen und belastet werden. Auf diese Art kann die Belastung, die auf den Drucksensor übertragen wird, indirekt detektiert werden. In diesem Fall kann der Drucksensor sogar eine ziemlich große Belastung aushalten, da der Drucksensor nur indirekt die Belastung aufnimmt. Obwohl die Glasschicht, die in dem Drucksensor verwendet wird, zerbrechlich ist gegen eine Zugbelastung, schrumpft in diesem Fall der Teil des Objekts, auf welchem der Drucksensor angeheftet ist. Demzufolge nimmt der Drucksensor eine Druckbelastung auf und kann demzufolge auch einer relativ großen Belastung standhalten.
(2) Zum Detektieren eines Umgebungsdrucks wird ein Drucksensor auf einem Material in der zu messenden Umgebung befestigt. Weil der Druck gleichförmig auf dem Drucksensor aus allen Richtungen anliegt, ist der Sensor relativ stark widerstandsfähig gegen Bruch.
(3) Für das direkte Detektieren einer Last wird ein Drucksensor so angeordnet, daß er die Last direkt aufnimmt, wie in den Figuren 2 oder 3 gezeigt. In diesem Fall ist selbst eine geringe Last von einigen 100 g ausreichend, um den Drucksensor zu brechen, weil die ganze Last direkt auf das Widers?andselement des Drucksensors wirkt.
Weil ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten in verschiedenen Beispielen verwendet wird, wird ein Drucksensor, der bei einem Beispiel nicht geeignet ist, als ausreichend in einem anderen Beispiel angesehen. Bei der Verwendung von (2) ist es nicht erforderlich, daß der Mittelpunkt des Metallsubstrats oder einer Glasschicht dem Mittelpunkt des Widerstandselements entspricht, weil eine Belastung oder ein Druck direkt auf dem Widerstandselement anliegt. Jedoch ist es bei der Verwendung von (1) und (3) erforderlich, daß der Mittelpunkt des Metallsubstrats oder der Glasschicht dem Mittelpunkt des Widerstandselements entsprechen.
Hiernach wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Beispiele und Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Auf einer Oberfläche eines Metallsubstrats, das aus SUS430 (100 mm x 100 mm x 0,5 mm) gebildet ist, wurde eine Glasschicht, die aus einem teilweise entglasten Email gebildet ist, das jede der in den Tabellen 1 bis 5 gezeigte Zusammensetzungen aufweist, mit einer Dicke von 100 µm ausgebildet, und wurde bei einer Temperatur von 880 ºC während 10 min gesintert. Proben, die so erhalten wurden, wurden ausgewertet nach Oberflächeneigenschaften der Glasschicht wie Oberflächenrauhigkeit und Oberflächenkrümmung, Wärmewiderstandsfähigkeit bzw. Hitzebeständigkeit der Glasschicht, Haftung zwischen dem Metallsubstrat und der Glasschicht (auch einfach als "Haftung" bezeichnet). Die Ergebnisse sind auch in den Tabellen 1 bis 5 gezeigt.
Die Oberflächenrauhigkeit wurde miteinem Talysurf-Oberflächenrauhigkeitsmeßgerät gemessen und ist als Ra gezeigt, einer durchschnittlichen Rauhigkeit bei einer zentralen bzw. Mittellinie der Oberfläche. Ein geringerer Wert von Ra wird eher bevorzugt. Die Oberflächenkrümmung ist gezeigt als Rmax, dem maximalen Unterschied zwischen einer Spitze mit einer maximalen Höhe und einer Mulde mit einer minimalen Höhe, gemessen mit dem Talysurf-Oberflächenrauhigkeitsmeßgerät. Ein geringer Wert von Rmax wird eher bevorzugt.
Um die Wärmewiderstandsfähigkeit herauszufinden, wurde eine Temperaturwechselbeständigkeitsprüfung (spalling test) wiederholt, wobei die Proben in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 850 ºC während 10 min gehalten wurden und dann natürlich außerhalb des Ofens während 30 min abgekühlt wurden. Unregelmäßigkeiten wie Sprünge und ein Abschälen, das in den Proben erzeugt wurde, wurden untersucht. Die Sprünge wurden visuell geprüft, nachdem die Proben in eine rote Tinte getaucht wurden, aus der Tinte genommen wurden, und anschließend die Tinte von der Oberfläche abgewischt wurde. In den Tabellen 1 bis 5 zeigen ο, daß keine Unregelmäßigkeit erzeugt wurde nach 10 Zyklen der Temperaturwechselbeständigkeitsprüfung; ein Δ zeigt an, daß eine Unregelmäßigkeit nach 5 bis 9 Zyklen erzeugt wurde; und X zeigt an, daß eine Unregelmäßigkeit nach 4 Zyklen oder weniger erzeugt wurde.
Die Haftung wurde durch Biegen der Proben untersucht. In den Tabellen 1 bis 5 zeigt ein X an, daß die Glasschicht sich abschälte, so daß die Oberfläche des Metallsubstrats freigelegt wurde; ein Δ zeigt an, daß die Oberfläche des Metallsubstrats teilweise freigelegt wurde; und ein ο zeigt an, daß die Oberfläche des Metallsubstrats nicht freigelegt wurde. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 4 23 Tabelle 5
Die Proben 1 bis 8 weisen verschiedene Mengen von SiO&sub2; und B&sub2;O&sub3; auf, wobei die Mengen der anderen Bestandteile einander identisch sind.
Die Proben 9 bis 15 weisen verschiedene Mengen von MgO auf, wobei das SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis im wesentlichen zueinander identisch ist.
Die Proben 16 bis 19 weisen verschiedene Mengen von CaO auf, wobei das SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis im wesentlichen zueinander identisch ist.
Die Proben 20 bis 24 weisen verschiedene Mengen von BaO auf, wobei das SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis im wesentlichen zueinander identisch ist.
Die Proben 25 bis 29 weisen verschiedene Mengen von La&sub2;O&sub3; auf, wobei das SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis im wesentlichen zueinander identisch ist.
Die Proben 30 bis 42 weisen verschiedene Mengen von ZrO&sub2;, TiO&sub2;, SnO&sub2; oder ZnO auf, wobei das SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis im wesentlichen zueinander identisch ist.
SiO&sub2; und B&sub2;O&sub3; sind Oxide, welche das zugrundelegende Gerüst bzw. die Basis von Glas darstellen. MgO, BaO und CaO, auf welche Bezug genommen wird als Netzwerkmodifikationsoxide (network modifier oxide) beeinflussen erheblich den Schmelzpunkt und die kristallinischen Eigenschaften von Glas. La&sub2;O&sub3; verbessert die Haftwirkung zwischen dem Metallsubstrat und der Glasschicht. ZrO&sub2;, TiO&sub2;, SnO&sub2; oder P&sub2;O&sub5; bilden einen Kern eines Kristalls.
Wie aus den Tabellen 1 bis 5 hervorgeht, weist eine Probe mit einem hohen SiO&sub2;- Anteil eine starke Hitzebeständigkeit auf, jedoch schlechte Oberflächeneigenschaften und Haftwirkung. Es ist überflüssig zu erwähnen, daß eine Probe, die ein geringes SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis aufweist, eine schlechte Hitzebeständigkeit aufweist, jedoch gute Oberflächeneigenschaften und Haftwirkung besitzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Material für die Glasschicht vorzugsweise SiO&sub2; in dem Bereich von 7 bis 33 Gew.-% und B&sub2;O&sub3; in dem Bereich von 5 bis 31 Gew.-%, mit einem bevorzugten SiO&sub2;/B&sub2;O&sub3;-Verhältnis von 0,22 bis 6,6.
Die Menge von MgO ist relevant für den Grad der Entglasung. Wenn MgO zu weniger als 20 Gew.-% enthalten ist, ist die Kristallablagerung nicht ausreichend, wodurch die Hitzebeständigkeit der Glasschicht verschlechtert wird. Wenn MgO zu mehr als 50 Gew.-% enthalten ist, werden Kristalle leicht abgelagert, wenn das Glas geschmolzen wird. In einem solchen Fall erhält das Glas schwer eine gleichförmige Qualität, und hat weiter eine hohe Oberflächenrauhheit und eine schlechte Haftwirkung. Dementsprechend ist MgO vorzugsweise im Bereich von 20 bis 50 Gew.-% enthalten.
Wenn CaO zu mehr als 20 Gew.-% enthalten ist, weist die Glasschicht schlechte Oberflächeneigenschaften auf, jedoch wenn CaO zu 20 Gew.-% oder weniger enthalten ist, tritt keine ungünstige Auswirkung auf. Demzufolge ist CaO vorzugsweise zu 0 bis 20 Gew.-% enthalten.
Wenn BaO zu mehr als 50 Gew.-% enthalten ist, ist die Hitzebeständigkeit der Glasschicht und die Haftwirkung verschlechtert, jedoch wenn BaO zu 50 Gew.-% oder weniger enthalten ist, tritt keine ungünstige Auswirkung auf. Demzufolge ist BaO vorzugsweise zu 0 bis 50 Gew.-% enthalten.
Wenn La&sub2;O&sub3; zu mehr als 40 Gew.-% enthalten ist, verschlechtert sich die Hitzebeständigkeit der Glasschicht, jedoch wenn La&sub2;O&sub3; zu 40 Gew.-% oder weniger enthalten ist, tritt keine nachteilige Auswirkung auf. Demzufolge ist La&sub2;O&sub3; vorzugsweise zu 0 bis 40 Gew.-% enthalten.
Obwohl alle Proben P&sub2;O&sub5; zu einer identischen Menge in Beispiel 1 enthalten wurde es bestätigt, daß gewünschte Eigenschaften erhalten werden, wenn P&sub2;O&sub5; zu 0 bis 5 Gew.-% enthalten ist. Wenn P&sub2;O&sub5; zu mehr als 5 Gew.-% enthalten ist, werden die Oberflächeneigenschaften verschlechtert.
Andere Bestandteile, welche hinzugefügt werden können, nämlich ZrO&sub2;, TiO&sub2;, SnO&sub2; und ZnO sind jeweils vorzugsweise zu 0 bis 5 Gew.-% enthalten. Wenn diese Bestandteile jeweils zu mehr als 5 Gew.-% enthalten sind, verschlechtern sich die Oberflächeneigenschaften.

Beispiel 2

Ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung, der nach einer der allgemeinen Verfahren, die in der Einleitung der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hergestellt wurde, wird beschrieben unter Bezugnahme auf die Figuren 1A und 1B.
Ein plattenförmiges Metallsubstrat 1 mit einem äußeren Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von 60 µm wurde durch Entfetten, Spülen, Säurewaschen, Spülen, Nickelplattieren, und dann Spülen vorbehandelt. Das daraus resultierende Metallsubstrat 1 wurde in eine Aufschlämmung bzw. einen Brei, der teilweise entglaste Emailpartikel enthält, die die Zusammensetzung von Probe 7 in Tabelle 1 haben, getaucht, und eine Spannung wurde direkt zwischen einer Gegenelektrode und den Metallsubstrat 1 angelegt, so daß das Metallsubstrat 1 mit den Glaspartikeln überzogen wurde, unter Verwendung des oben erwähnten elektrophoretischen Emaillierens bzw. Tauchlackierens. Die Temperatur wurde von Raumtemperatur auf 880 ºC in 4 Stunden angehoben, und das daraus resultierende Metallsubstrat 1, das mit den Glaspartikeln überzogen ist, wurde bei dieser Temperatur für 10 min gesintert, wodurch eine Glasschicht 2 aus teilweise entglastem Email gebildet wurde. Eine Ag-Pd-Paste wurde in einem bestimmten Muster auf eine Oberfläche der Glasschicht 2 gedruckt, und dann bei einer Temperatur von 850 ºC gesintert, wodurch ein Paar von Elektroden 3 ausgebildet wurde. Eine Paste, die hauptsächlich Rutheniumoxid und Glasurmasse enthält, wurde mit einem spezifizierten Muster zwischen die Elektroden 3 gedruckt, und dann bei einer Temperatur von 830 ºC gesintert, wodurch ein Widerstandselement 4 ausgebildet wurde. Demzufolge wurde ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Figur 1A ist eine Draufsicht auf den erhaltenen Drucksensor, und Figur iB ist eine Querschnittsansicht davon.

Beispiel 3

Ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß eine Metallfolie mit einer Dicke von 200 µm statt des plattenförmigen Metallsubstrats 1 verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Glasschicht wurde auf beiden Oberflächen einer Metallfolie, die eine Dicke von 60 µm anstatt des plattenförmigen Metallsubstrats 1 hat, ausgebildet, und dann wurde ein Widerstandselement, welches mit dem von Beispiel 2 identisch ist, auf einer der Oberflächen der Glasschicht ausgebildet, wodurch ein Drucksensor als ein Vergleichsbeispiel hergestellt wurde.

Beispiel 4

Wie in Figur 2 gezeigt, wurden die Drucksensoren, die in den Beispielen 2 und 3 hergestellt wurden, jeweils auf einer Befestigungstafel 5 befestigt, so daß eine Last senkrecht zu einer Oberfläche des Widerstandselements 4 angelegt würde. Die Elektroden 3 haben jeweils eine Leitung 6, die damit verbunden ist, so daß der Widerstand des Widerstandselements 4 gemessen werden kann.
Wie in Figur 3 gezeigt, wurde der Drucksensor, der im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, auf der Befestigungstafel 5 befestigt, so daß eine Last senkrecht zur Oberfläche des Widerstandselements 4 anliegen würde.

Vergleichsbeispiel 2

Als Vergleichsbeispiel 2 wurde der Drucksensor, der in Beispiel 2 hergestellt wurde, auf der Befestigungstafel 5 befestigt, so daß eine Last senkrecht zu einer Oberfläche des Drucksensors anliegen würde, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher das Widerstandselement 4 ausgebildet ist.
Die Sensoren gemäß den Beispielen 2 und 3 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden mit Gewichten von 500 mg, 1 g, 5 g, 10 g und 50 g beaufschlagt, und ausgewertet bezüglich eines Veränderungsverhältnisses in dem Widerstand. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6 Last gegenüber dem Veränderungsverhältnis in dem Widerstand (%)
Wenn eine Last in dem Bereich von 500 mg bis 50 g an den Drucksensoren gemäß den Beispielen 2 und 3 angelegt wurde, wurde das Veränderungsverhältnis in dem Widerstand von jedem Drucksensor linear geändert. Diese Tatsache bedeutet, daß eine relativ geringe Last oder Druck gemessen werden kann. Kein Sprung oder Abschälen wurde in den Glasschichten 2 der Drucksensoren gemäß Beispielen 2 und 3 erzeugt.
In dem Drucksensor gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden Sprünge in der unteren Glasschicht 2 durch eine Last von 50 g erzeugt, weil eine Zugbelastung auf die untere Glasschicht 2 durch die Last wirkte.
Der Drucksensor gemäß Vergleichsbeispiel 2 detektierte keine Last von 5 g oder weniger, und Risse wurden in der Glasschicht 2 durch eine Last von 100 g oder mehr erzeugt, weil eine Zugbelastung an der Glasschicht 2 durch die Last anlag. Im Gegensatz dazu nimmt die Glasschicht 2 nur eine Druckbelastung, jedoch keine Zugbelastung auf, in dem Fall, wenn der Drucksensor, welcher mit dem gemäß Vergleichsbeispiel 2 identisch ist, in einer solchen Art vorgesehen ist, daß eine Last auf die Glasschicht 2 auf dem Metallsubstrat 1 anliegt, wie in Figur 2 gezeigt.
Weil die Drucksensoren gemäß Beispielen 2 und 3 jeweils eine hohe (Ansprech-) Empfindlichkeit aufweisen, wie aus den obigen Experimenten ersichtlich, können diese Drucksensoren als Sensoren zum Detektieren des Dampfdrucks einer Flüssigkeit verwendet werden. In dem Experiment, das in Beispiel 4 beschrieben ist, entspricht zum Beispiel eine Last von 1,7 g einem Dampfdruck von 1 mmHg.

Beispiel 5

Ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß die Glasschichten 2 auf beiden Oberflächen des Metallsubstrats 1 ausgebildet wurden. Es sollte festgehalten werden, daß das Widerstandselement 4 innerhalb von 1,5 mm von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 ausgebildet wurde, so daß der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 entspricht. Figur 5A weist eine Draufsicht des Drucksensors gemäß Beispiel 5 und Figur 5B ist eine Querschnittsansicht davon.

Beispiel 6

Ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß ein Widerstandselement 4 und Elektroden 3, die beide die Form eines regulären Achtecks aufweisen, innerhalb von 1,5 mm von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 ausgebildet wurden, wie in Figur 6 gezeigt. Der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Beispiel 7

Ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß das Widerstandselement 4 und die Elektroden 3 jeweils eine Kreisform haben und innerhalb von 1,5 mm von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1, wie in Figur 7 gezeigt, ausgebildet wurden. Der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Beispiel 8

Ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß ein kreisförmiges Widerstandselement 4 und bogenförmige Elektroden 3 bei dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1, wie in Figur 8 gezeigt, ausgebildet wurden. Der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Vergleichsbeispiel 3

Ein Drucksensor wurde hergestellt in der gleichen Art wie in Beispiel 5, außer daß das Widerstandselement 4 und die Elektroden 3 beide die gleiche Form wie in Beispiel 5 haben und 10 mm entfernt von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1, wie in Figur 9 gezeigt, ausgebildet wurden. Der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht nicht dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Vergleichsbeispiel 4

Ein Drucksensor wurde hergestellt in der gleichen Art wie in Beispiel 5, außer daß das Widerstandselement 4 und die Elektroden 3 10 mm entfernt von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1, wie in Figur 10 gezeigt, ausgebildet wurden. Der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Vergleichsbeispiel 5

Das Metallsubstrat 1 wurde mit einem teilweise entglasten Email in der gleichen Art wie in Beispiel 5 beschichtet, und dann wurde ein kommerziell verfügbarer Dehnungsmeßstreifen bzw. ein Dehnungsmeßgerät an das Metallsubstrat 1 angeheftet. Der Mittelpunkt des Dehnungsmeßgerätes entspricht dem Mittelpunkt des Metallsubstrates 1.

Beispiel 9

In dem Drucksensor gemäß Beispiel 5 hat das Widerstandselement 4 eine obere Oberfläche, welche symmetrisch ist im Bezug auf den Mittelpunkt davon, und der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entsprechen im wesentlichen einander.
In dem Drucksensor gemäß Beispiel 6 haben das Widerstandselement 4 und die Elektroden 3 jeweils ein Profil eines regulären Achtecks, welches symmetrisch ist im Bezug auf den Mittelpunkt davon. Desweiteren weist der Drucksensor keine Richtungsabhängigkeit auf, da der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 im wesentlichen einander entsprechen. Mit anderen Worten, die Empfindlichkeit des Drucksensors wird nicht verändert in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher eine Kraft angelegt wird.
Bei dem Drucksensor gemäß Beispiel 7 haben das Widerstandselement 4 und die Elektroden 3 jeweils eine Kreisform, welche symmetrisch ist im Bezug auf den Mittelpunkt davon. Desweiteren hat der Drucksensor keine Richtung sabhängigkeit, da der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 im wesentlichen einander entsprechen.
Bei dem Drucksensor gemäß Beispiel 8 ist das Widerstandselement 4 kreisförmig und die Elektroden 3 sind bogenförmig Desweiteren hat der Drucksensor keine Richtungsabhängigkeit, da der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 im wesentlichen einander entsprechen.
In dem Drucksensor gemäß Vergleichsbeispiel 3 entsprechen der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 nicht einander, obwohl das Widerstandselement 4 symmetrisch ist im Bezug auf den Mittelpunkt davon.
In dem Drucksensor gemäß Vergleichsbeispiel 4 sind weder das Widerstandselement 4 noch die Elektroden 3 symmetrisch im Bezug auf den Mittelpunkt davon, obwohl der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 einander entsprechen. Demzufolge weist der Drucksensor eine Richtungsabhängigkeit auf.
Die Drucksensoren gemäß Beispielen 5 bis 8 und Vergleichsbeispielen 3 bis 5 wurden auf einer Einspannvorrichtung 5, wie in Figur 13 gezeigt, befestigt. Drücke von 0, 400, 800, 1.200, 1.600 und 2.000 mmH&sub2;O wurden auf einer Oberfläche jedes Drucksensors angelegt, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher das Widerstandselement ausgebildet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7 Druck gegenüber dem Verändeningsverhältnis des Widerstandes (%)
In den Drucksensoren gemäß Beispielen 5 bis 8 ist die obere Oberfläche des Widerstandselements 4 symmetrisch im Bezug auf den Mittelpunkt davon. Weil der Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 dem Mittelpunkt des Widerstandselements 4 entspricht, wird eine Belastung, die durch Druckbelastung oder Zugbelastung verursacht wird, welche erzeugt wird, wenn ein Druck an dem Drucksensor anliegt, gleichförmig verteilt von dem Mittelpunkt des Widerstandselements 4 in alle Richtungen. Desweiteren wirkt auf den Mittelpunkt des Widerstandselements 4 ein maximaler Grad der Belastung, und demzufolge hat dieser das größte Veränderungsverhältnis in dem Widerstand des Widerstandselements 4. In den Drucksensoren gemäß Vergleichsbeispielen 3 bis 5 wird die Belastung nicht gleichförmig verteilt von dem Mittelpunkt des Widerstandselements 4 in alle Richtungen, und der Mittelpunkt des Widerstandselements 4 hat nicht den maximalen Grad der Belastung. Demzufolge ist die Empfindlichkeit gering.
Die Drucksensoren gemäß Beispielen 6 bis 8 sind dem Drucksensor gemäß Beispiel 5 in den folgenden Punkten überlegen.
In dem Fall, wenn der Drucksensor gemäß Beispiel 5 auf einem solchen Element befestigt wird, daß er nur eine Belastung in einer bestimmten Richtung aufnimmt, zum Beispiel einer Aufhängung eines Fahrzeugs, wird die Empfindlichkeit verändert in Abhängigkeit von der Richtung, in welcher der Drucksensor befestigt wurde. Der Drucksensor hat nämlich eine Richtungsabhängigkeit. In dem Fall der Drucksensoren gemäß Beispielen 6 bis 8 wird im Gegensatz hierzu die Empfindlichkeiten nicht verändert. Diese Drucksensoren haben nämlich keine Richtungsabhängigkeit.
Der Unterschied zwischen den Drucksensoren gemäß Beispiel 5 und denen gemäß Beispielen 6 bis 8 wird weiter im Detail beschrieben.
Angenommen, daß Kräfte (d.h. Druck, Belastung oder Last) in verschiedene Richtungen a, b und c an dem Drucksensor gemäß Beispiel 5 angelegt werden, wie in Figur 5A gezeigt, vergrößert die Kraft in der Richtung von a eine Querschnittsfläche des Widerstandselements 4 und vermindert auch die Länge davon. Demzufolge wird der Widerstand des Widerstandselements 4 verringert. Die Kräfte aus den Richtungen b und c vermindern die Querschnittsfläche des Widerstandselements 4 und erhöhen demzufolge den Widerstand davon. Mit anderen Worten erniedrigen die Kräfte in den Richtungen b und c die Empfindlichkeit des Widerstandselements 4.
Im Fall der Drucksensoren gemäß den Beispielen 6 bis 8 vergrößern die Kraft in jeder Richtung a, b oder c die Querschnittsfläche des Widerstandselements 4 und vermindern die Lange davon, wodurch die Empfindlichkeit davon verbessert wird.
Wie aus Tabelle 7 ersichtlich, weisen die Drucksensoren gemäß den Beispielen 5 bis 8 der vorliegenden Erfindung eine größere Empfindlichkeit bezüglich eines Drucks auf, als die Drucksensoren gemäß den Vergleichsbeispielen 3 bis 5. Insbesondere haben die Drucksensoren gemäß den Beispielen 6 bis 8 ohne Richtungsabhängigkeit eine hervorragende Empfindlichkeit.

Beispiel 10

Wie in Figur 11 gezeigt, wurden beide Oberflächen des Metallsubstrats 1 mit Glasschichten 2 beschichtet, und Widerstandselemente R1 und R2 und Elektroden 3, die jeweils eine identische Form und einen identischen Widerstand mit denen in Beispiel 7 haben, wurden auf den Glasschichten 2 jeweils in der gleichen Art wie in Beispiel 5 ausgebildet, wodurch noch ein anderer Drucksensor hergestellt wurde. Die Mittelpunkte der Widerstandselemente R1 und R2 entsprechen dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1.

Beispiel 11

Wie in Figur 12 gezeigt, wurden ringförmige Widerstandselemente R3 (innen) und R4 (außen) und ringförmige Elektroden 3 auf der Glasschicht 2 in der gleichen Art wie in Beispiel 5 ausgebildet, wodurch noch ein anderer Drucksensor hergestellt wurde. Die inneren Widerstandselemente R3 wurden so ausgebildet, daß der Mittelpunkt davon innerhalb von 15 mm von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 liegt, und das äußere Widerstandselement R4 wurde innerhalb von 15 mm von dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 ausgebildet. Desweiteren wurden die Widerstandselemente R3 und R4 so ausgebildet, daß die Mittelpunkte davon dem Mittelpunkt des Metallsubstrats 1 entsprechen.

Beispiel 12

Die Drucksensoren gemäß Beispielen 10 und 11 wurden ausgewertet bezüglich des Veränderungsverhältnises des Widerstandes der Widerstandselemente R1, R2, R3 und R4. Die Widerstandselemente R1, R3 und R4 wurden mit einer Zugbelastung beaufschlagt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt. Tabelle 8 Druck gegenüber dem Veränderungsverhältnis des Widerstandes (%)
Die Widerstandselemente R1 und R2 des Drucksensors gemäß Beispiel 10 werden als ein Widerstandselement angesehen. Mit anderen Worten werden die absoluten Werte in dem Veränderungsverhältnis des Widerstandes der Widerstandselemente R1 und R2 addiert. Die Summe, die so erhalten wird, beträgt 0,296 % bei einem Druck von 400 mmH&sub2;O, 0,586 % bei 800 mmH&sub2;O, 0,881 % bei 1.200 mmH&sub2;O, 1,178 % bei 1.600 mmH&sub2;O, und 1.472 % bei 2.000 mmH&sub2;O, welche sehr hoch ist.
Die Widerstandselemente R3 und R4 des Drucksensors gemäß Beispiel 11 werden als ein Widerstandselement angesehen. In diesem Fall ist die Empfindlichkeit bezüglich eines Druckes größer als die eines Drucksensors, der nur ein Widerstandselement aufweist.
Die Veränderungsverhältnisse bezüglich der Widerstandselemente R1 und R2, und R3 und R4 weisen verschiedene Vorzeichen auf aus dem folgenden Grund. Wie in Figur 14 gezeigt, wird der äußerste Umfang bzw. Peripherie des Metallsubstrats 1 komplett von der Einspannvorrichtung 5 gehalten. Demzufolge liegt, wenn eine Druckbelastung bei dem Mittelpunkt F einer Oberfläche, die einen Druck aufnimmt, anliegt, eine Zugbelastung bei dem Mittelpunkt E einer Oberfläche, die davon gegenüberliegt, an. Dann liegt eine Druckbelastung an einem äußeren Umfangsbereich G des Metallsubstrats 1 in der Umgebung der Einspannvorrichtung an, und demzufolge wird eine Zugbelastung an den äußeren Umfangsbereich H des Metallsubstrats 1 angelegt.
Die Anordnung des Widerstandselements und der Elektroden, wie in den Beispielen 10 und 11, verbessert erheblich die Empfindlichkeit bezüglich eines Druckes. Ein Drucksensor mit einer noch größeren Empfindlichkeit kann hergestellt werden durch Ausbilden des Widerstandselements auf beiden Oberflächen des Metallsubstrats 1. Der Drucksensor gemäß Beispiel 10 kann die Summe der Drücke an zwei Punkten messen oder kann einen Unterschied zwischen den Drücken an zwei Punkten detektieren.

Beispiel 13

Ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einer Druckdetektierbzw. meßvorrichtung verwendet werden zum Detektieren eines Verbrennungsdruckes oder eines Ladeluftdrucks eines Fahrzeugmotors.
Figur 15 ist eine Querschnittsansicht einer solchen Druckdetektiervorrichtung 10, welche einen Drucksensor gemäß Beispiel 5 oder 10 verwendet. Die Druckdetektiervorrichtung 10 umfaßt einen Drucksensor 7, der an einen äußeren Rahmen 8 geschweißt ist, und einen Druckdetektionsschaltkreis 9, der mit dem Drucksensor 7 durch eine Leitung 6 verbunden ist. Der Druckdetektionsschaltkreis 9 umfaßt eine Strom- bzw. Spannungsquelle, einen Verstärker, etc. Ein Druck, welcher durch den Druckdetektionsschaltkreis 9 detektiert wird, wird an einen Maschinensteuer- bzw. -Regelcomputer 13 (Figur 16) über eine Signalleitung 26 ausgegeben. Wie in Figur 16 gezeigt, ist die Druckdetektiervorrichtung 10 mit einer Seitenwand einer Maschinenverbrennungskammer 11 verbunden, so daß sie als eine Verbrennungsdruckdetektiervorrichtung 10a zum Detektieren des Verbrennungsdruckes (Absolutdruck) verwendet werden kann. Eine identische Druckdetektiervorrichtung 10 ist in einem Ansaugstutzen bzw. Druckluftverteiler bzw. Auspuffrohr 12 befestigt, wie auch in Figur 16 gezeigt, um als eine Einlaß- bzw. Ansaugstutzendruckdetektiervorrichtung 10b zum Detektieren der Differenz zwischen dem Druck in dem Ansaugstutzen bzw. Auspuffrohr und einem atmosphärischen Druck verwendet zu werden. Für die Druckdetektiervorrichtung 10a wird ein Drucksensor gemäß Beispiel 5 verwendet, und für die Druckdetektiervorrichtung 10b wird ein Drucksensor gemäß Beispiel 10 verwendet.
Der Verbrennungsdruck und die Menge der eingesaugten Luft werden detektiert durch die Druckdetektiervorrichtungen 10a bzw. 10b, und die Signale werden von dem Maschinensteuer- bzw. -Regelcomputer 13 zu einem elektronisch gesteuerten bzw. geregelten EGR-Ventil 14 geschickt, wodurch das Mischungsverhältnis der Luft und des Brennstoffs präzise gesteuert bzw. geregelt wird. Durch dieses System kann NOx um 10 % oder mehr vermindert werden, verglichen mit dem Fall, in dem weder die Verbrennungsdruckdetektiervorrichtung 10a, noch die Ansaugstutzendruckdetektiervorrichtung 10b vorgesehen ist.
Ein Drucksensor vom Halbleiter-Typ wurde herkömmlicherweise zum Überwachen des Drucks in einer Umgebung so wie oben verwendet. Weil ein solcher Halbleiter- Typ-Drucksensor minderwertiger in der Hitzebeständigkeit ist, kann der Druck nicht mit einer hohen Genauigkeit in obiger Umgebung gemessen werden, in welcher die Umgebungstemperatur bis auf 400 ºC durch die Verbrennung des Brennstoffs angehoben wird. Im Gegensatz hierzu weist ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Hitzebeständigkeit auf, wie in Beispiel 13 beschrieben, und kann demzufolge direkt einen Verbrennungsdruck detektieren. Desweiteren weist ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf, was durch die Tatsache belegt wird, daß der Druck mit einer hohen Genauigkeit in einem Maschinenverbrennungszyklus von mehreren Tausend Umin bzw. rpm gemessen werden kann.

Beispiel 14

Ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in einer statischen Druckdetektiervorrichtung verwendet werden, welche in einer Hauptrohrleitung von großen oder mittleren Gebäuden vorgesehen ist, um die Menge von Luft, welche durch eine Klimaanlage zur Verfügung gestellt wird, zu steuern bzw. regeln.
Figur 17 zeigt eine Querschnittsansicht einer solchen statischen Druckdetektiervorrichtung 18, die einen Drucksensor gemäß Beispiel 5 verwendet.
Die statische Druckdetektiervorrichtung 18 umfaßt einen Drucksensor 7, O-Ringe 15, eine Leitung 6, einen Schaltkreis 16 mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle, einen Verstärker, etc. und einen äußeren Rahmen 17.
Wie in Figur 18 gezeigt, ist die statische Druckdetektiervorrichtung 18 an einer Hauptrohrleitung 21 eines Klimaanlagensystems befestigt zum Steuern bzw. Regeln der Temperaturen von Bereichen A und B durch ein Klimagerät 19. Eine Veränderung in der Menge der Luft in der Hauptrohrleitung 21 wird durch die statische Druckdetektiervorrichtung 18 detektiert. Durch das Steuern bzw. Regeln der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Ventilators 20 und das Offen/Geschlossen- Schalten von Dämpfern bzw. Schiebern 22 und 23, basierend auf der Menge der Luft, die durch die statische Druckdetektiervorrichtung 18 detektiert wurde, wird die Steuer- bzw. Regelgenauigkeit der Temperaturen verbessert und weiter wird elektrische Energie von 12 % oder mehr gespart.

Beispiel 15

Noch ein anderer Drucksensor wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß Elektroden 3, welche Au enthalten, verwendet wurden. Ein plattenförmiges Metallsubstrat mit einem äußeren Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von 60 µm wurde vorbehandelt durch Entfetten, Spülen, Säurewaschen, Spülen, Nickeiplattieren, und dann Spülen. Das erhaltene Metallsubstrat wurde in eine Aufschlämmung bzw. einen Brei getaucht, der das teilweise entglaste Email enthält, und die Zusammensetzung von Probe 7 in Tabelle 1 aufweist, und eine Gleichstromspannung wurde zwischen einer Gegenelektrode und dem Metallsubstrat angelegt, um das Metallsubstrat mit dem teilweise entglasten Email zu überziehen. Die Temperatur wurde von Raumtemperatur auf 880 ºC in 4 h angehoben, und das erhaltene Metallsubstrat, das mit den Glaspartikeln überzogen ist, wurde bei dieser Temperatur während 10 min gesintert, wodurch eine Glasschicht des teilweise entgiasten Emails ausgebildet wurde. Eine Paste, die eine organische Metallverbindung aufweist, welche Au enthält, wurde in einem Muster, welches in Figur 19A gezeigt ist, auf einer Oberfläche der Glasschicht durch Siebdruck bzw. Serigraphie (screen printing) gedruckt, und dann bei einer Temperatur von 850 ºC gesintert, wodurch ein Paar von Elektroden 3 ausgebildet wurde, wobei jede eine Dicke von 0,5 µm aufweist. Eine Paste, die hauptsächlich Rutheniumoxid umfaßt, und eine Glasurmasse wurden zwischen die Elektroden 3 gedruckt, und dann bei einer Temperatur von 830 ºC gesintert, wodurch ein Widerstandselement 4 mit einer Größe von 1,00 mm x 1,00 mm ausgebildet wurde. Auf diese Art wurden fünf Drucksensoren mit einer Form, wie in Figur 19A gezeigt, hergestellt. Das Widerstandselement 4 weist eine durchschnittliche Dicke von 10 µm auf, außer eines Vorsprunges 4b an einem Umfang davon (Figur 198 und 19C).

Beispiel 16

Die Elektroden 3 haben jeweils eine Dicke von 10 µm und wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 15 hergestellt, nämlich durch Drucken einer Paste, die eine organische Metallverbindung aufweist, die Au enthält, auf die Glasschicht durch Siebdruck bzw. Serigraphie und anschließendem Sintern der Glasschicht mit der Paste bei einer Temperatur von 850 ºC. Eine Paste, die hauptsächlich Rutheniumoxid und eine Glasurmasse umfaßt, wurde zwischen die Elektroden 3 gedruckt, und dann bei einer Temperatur von 830 ºC gesintert, wodurch ein Widerstandselement 4 mit einer Größe von 1,00 mm x 1,00 mm ausgebildet wurde. Auf diese Art wurden fünf Drucksensoren mit einer Form, die in Figur 19A gezeigt ist, hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine durchschnittliche Dicke von 10 µm, außer eines Vorsprungs an einem Umfang davon (Figuren 19B und 19C).

Vergleichsbeispiel 6

Elektroden 3 jeweils mit einer Dicke von 10 µm wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 15 hergestellt, außer daß eine Ag-Pd-Glaspaste verwendet wurde, anstatt der Paste, welche eine organische Metaliverbindung, welche Au enthält, enthält. Ein Widerstandselement 4 mit einer Größe von 1,00 mm x 1,00 mm wurde in der gleichen Art wie in Beispiel 15 hergestellt. Auf diese Art wurden fünf Drucksensoren mit einer Form, wie in Figur 19A gezeigt, hergestellt. Das Widerstandselement 4 weist eine durchschnittliche Dicke von 10 µm, außer einem vorspringenden Teil an einem Umfang davon, auf (Figur 19B und 19C).

Beispiel 17

Die Drucksensoren gemäß den Beispielen 15 und 16, und Vergleichsbeispiel 6 wurden ausgewertet in Bezug auf die temperaturabhängige Veränderung des Widerstandes TCR (temperature dependent change in resistance; niedriger Temperaturbereich: -30 bis 25 ºC; hoher Temperaturbereich: 25 bis 125 ºC), und das Veränderungsverhältnis des Widerstandes, wenn er mit einem Druck von 2.000 mmH&sub2;O beaufschlagt wurde (hiernach wird darauf einfach bezuggenommen als "Widerstand"). Die Probe-zu-Probe Abweichung (mit der Losabweichung) bei diesen Werten wurde auch ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt. Tabelle 9
Wie aus Tabelle 9 ersichtlich, zeigen die Drucksensoren gemäß den Beispielen 15 und 16 mit den Elektroden 3, die Au enthalten, geringe Werte in dem Veränderungsverhältnis in dem Widerstand, bei dem TCR und bei der Abweichung des TCR. Desweiteren weisen die Drucksensoren mit den Elektroden 3, die aus einer Paste gebildet sind, die ein organisches Metall umfassen, welches hauptsächlich Au enthält, einen signifikant geringeren TCR und eine signifikant geringere Abweichung davon auf, als diese Drucksensoren, welche gemäß Vergleichsbeispiel 6 hergestellt wurden und die Elektroden haben, welche eine Ag-Pd-Glaspaste enthalten.
Das Veränderungsverhältnis in dem Widerstand und der TCR der Drucksensoren gemäß Vergleichsbeispiel 6 sind groß aus den folgenden Gründen.
(1) Weil Blasen den Fluß des elektrischen Stromes blockieren bzw. hemmen, verändert sich der Widerstand des Widerstandselements 4 in Abhängigkeit von der Anzahl der Blasen darin. Gemäß Vergleichsbeispiel 6 wurden ein Paar von Elektroden 3, welche aus einer Ag-Pd-Glaspaste gebildet wurden, und jeweils eine Dicke von 10 µm aufweisen, ausgebildet, und eine Glaspaste, welche Rutheniumoxid und eine Glasurmasse umfaßt wurde zwischen die Elektroden 3 gedruckt, um so ein Widerstandselement 4 mit einer Dicke von 10 µm und einer Form, wie in Figur 19A gezeigt, auszubilden. In diesem Fall weist das Widerstandselement 4 einen Querschnitt auf, der an beiden Enden davon hervorsteht, wie in den Figuren 19B und 19C gezeigt (Meniskusform). Die Vorsprünge haben eine Dicke, welche mindestens zweimal so groß ist, wie die Dicke eines flachen Bereichs des Zentralbereichs. Der Vorsprung umfaßt mehr Blasen darin als der zentrale Bereich und die Blasen blockieren den Fluß des elektrischen Stromes. In dem Fall wo eine Vielzahl von Widerstandselementen 4 durch Drucken ausgebildet wird, hat jedes Widerstandselement 4 eine verschiedene Dicke des Vorsprunges und so kann eine Vielzahl von Widerstandselementen 4 nicht komplett identisch zueinander sein. Demzufolge hat jeder Drucksensor einen verschiedenen Widerstand und hat einen verschiedenen TCR.
(2) Glas der Ag-Pd-Glaspaste für die Elektroden 3 und Glas der Glaspaste, die hauptsächlich Rutheniumoxid, und die Glasurmasse für das Widerstandselement 4 aufweist werden miteinander während des Sinterns gemischt. Demzufolge haben Ag- Pd in den Elektroden 3 und Rutheniumoxid in dem Widerstandselement 4 jeweils eine verschiedene Größe von der Druckgröße. Als ein Ergebnis davon sind der Widerstand und der TCR verschieden für jedes Widerstandselement 4.
(3) In dem Fall, in dem eine Elektrode 3, welche aus einer Ag-Pd-Glaspaste gebildet ist, verwendet wird, reagiert Ag mit dem Material des Widerstandselements 4 oder verteilt sich und vermischt sich damit, die Zusammensetzung der Elektrode 3 wird in der Umgebung der Schnittstellen zwischen den Elektroden 3 und dem Widerstandselement 4 verändert. Das hat auch zur Folge, daß der Widerstand und der TCR für jedes Widerstandselement 4 verschieden sind.
Der Widerstand und der TCR der Drucksensoren gemäß den Beispielen 15 und 16 sind aus den folgenden Gründen im wesentlichen konstant.
(1) Weil eine Paste, die eine organische Metallverbindung, welche Au enthält, umfaßt, als ein Dünnfilm ausgebildet werden kann, kann die Elektrode 3 eine Dicke von 0,5 µm oder weniger durch Sintern der Paste haben. Selbst bei Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens zur Ausbildung eines Filmes mit einer Dicke von 5 bis 10 µm (Dickfilmtechnologie) hat der erhaltene Film eine im wesentlichen identische Dicke mit einem Film, welcher durch ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmes so dünn wie 1 µm (Dünnfilmtechnologie) ausgebildet wurde. Weil der Film dünn ausgebildet werden kann, hat die erhaltene Elektrode 3 nicht einen solchen Vorsprung, wie in den Figuren 19B und 19C gezeigt. Demzufolge ist die Anzahl der Blasen innerhalb der Elektrode 3 viel geringer als in dem Fall des Vergleichsbeispiels 6, was einen konstanten Widerstand und ein konstantes TCR zur Folge hat. Im Beispiel 15 beträgt die Dicke der Elektrode 3 0,5 µm und die des Widerstandselements 4 beträgt 10 µm. Die Dicke der Elektrode 3 ist 1/20 dessen des Widerstandselements 4. In dem Fall, wo die Dicke der Elektrode 3 die Hälfte oder geringer als die des Widerstandselements 4 ist, ist der Vorsprung des Widerstandselements 4 geringer als der in Figur 19B gezeigte. Desweiteren ragt in dem Fall, in dem die Dicke der Elektrode 3 1/3 oder weniger der Dicke des Widerstandselements 4 beträgt, das Widerstandselement 4 nicht heraus.
(2) Weil die Paste, die eine organische Metallverbindung, welche Au enthält, enthält, und in den Beispielen 15 und 16 verwendet wurde, eine extrem geringe Menge von Glas aufweist, als ein Ag-Pd-Glas, werden die Paste für die Elektrode 3 und das Glas in der Paste für das Widerstandselement 4 nicht miteinander gemischt. Demzufolge sind die Elektroden 3 und das Widerstandselement 4 beide in einer identischen Größe mit der gedruckten Größe ausgebildet, was einen konstanten Widerstand und ein konstantes TCR zur Folge hat.
(3) Gold ist extrem stabil und reagiert nicht mit anderen Materialien, wie in dem Fall von Silber, oder wird nicht in das Widerstandselement 4 diffundiert bzw. verteilt. Das hat auch einen konstanten Widerstand und ein konstantes TCR zur Folge.
Die Drucksensoren mit den Elektroden 3, die Au enthalten, gemäß Beispielen 15 und 16, haben jeweils einen geringeren TCR (Veränderungsverhältnis in dem Widerstand aufgrund einer Temperaturveränderung) als die Drucksensoren mit den Elektroden 3, die Ag-Pd gemäß Vergleichsbeispiel 6 enthalten. Deshalb können die Drucksensoren gemäß Beispielen 15 und 16 in einer rauheren Umgebung verwendet werden, wo die Temperatur dynamisch wechselt.

Beispiel 18

Eine Glasschicht wurde auf einem Metallsubstrat in der gleichen Art wie in Beispiel 5 ausgebildet. Als nächstes wurde eine Ag-Pd-Glaspaste auf einer Oberfläche der Glasschicht durch Siebdruck bzw. Serigraphie in einer Form, die in Figur 20A gezeigt ist, aufgedruckt und bei einer Temperatur von 850 ºC gesintert. Auf diese Art wurde ein Paar von Elektroden 3 ausgebildet. Jede Elektrode 3 hat eine Breite (in der Richtung der Linie B-B) von 1,0 mm. Ein Raum zwischen den Elektroden 3 ist 1,0 mm lang. Ein Widerstandselement 4 mit einer Größe von 2,0 mm x 2,0 mm wurde, wie in Figur 20A gezeigt, ausgebildet, und Teile des Vorsprunges 4b, der in Figur 208 gezeigt ist, wurden entfernt, um ein Widerstandselement 4 herzustellen. Auf diese Art wurden drei Drucksensoren hergestellt. Das Widerstandselement 4 weist eine durchschnittliche Dicke von 10 µm auf, außer dem Vorsprung 4b, welcher in Figur 20C gezeigt ist.

Beispiel 19

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine Größe von 1,5 mm x 1,5 mm, und eine durchschnittliche Dicke von 10 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 7

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine Größe von 1,3 mm x 1,3 mm, und eine durchschnittliche Dicke von 10 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Beispiel 20

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine Größe von 2,0 mm x 2,0 mm, und eine durchschnittliche Dicke von 5 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Beispiel 21

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt, außer daß Elektroden 3, welche aus einer Paste hergestellt wurden, welche eine organische Metallverbindung enthält, welche Au enthält gemäß Beispiel 15, verwendet wurden. Das Widerstandselement 4 weist eine Größe von 2,0 mm x 2,0 mm auf, und eine durchschnittliche Dicke von 5 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 8

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine Größe von 2,0 mm x 2,0 mm, und eine durchschnittliche Dicke von 15 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 9

Drei Drucksensoren mit der Form, die in Figur 20A gezeigt ist, wurden in der gleichen Art wie in Beispiel 18 hergestellt. Das Widerstandselement 4 hat eine Größe von 2,0 mm x 2,0 mm, und eine durchschnittliche Dicke von 30 µm, außer dem Vorsprung, der in Figur 20C gezeigt ist.

Beispiel 22

Die Drucksensoren gemäß den Beispielen 18 bis 21 und den Vergleichsbeispielen 7 bis 9 wurden ausgewertet in Bezug auf den TCR (niedriger Temperaturbereich: -30 bis 25 ºC; hoher Temperaturbereich: 25 bis 125 ºC) und das Veränderungsverhältnis des Widerstandes, wenn ein Druck von 2.000 mmH&sub2;O angelegt wird (hiernach wird darauf einfach als "Widerstand" bezuggenommen). Die Probe-zu-Probe Abweichung in diesen Werten wurde auch ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt. Tabelle 10
Wie aus den Meßergebnissen der Drucksensoren gemäß den Beispielen 18 und 19, und dem Vergleichsbeispiel 7, welche in Tabelle 10 gezeigt sind, ersichtlich, ist in dem Fall, wenn das Widerstandselement 4 eine Größe größer als einem Bereich von 1,0 mm x 1,0 mm aufweist, welches zwischen einem Paar von Elektroden 3 zwischengelegt ist (sandwiched) und Teile des Vorsprunges 4b entfernt werden, der TCR gering.
Diese Tatsache wird auf die Blasen in dem Vorsprung 4b, wie unten beschrieben, zurückgeführt.
In dem Fall der Drucksensoren gemäß Beispiel 15, wie in Figur 19A gezeigt, hat der Vorsprung des Widerstandselements 4 eine Länge (in einer Richtung der Linie A-A) von ungefahr 0,2 mm, während eine Lange des Raums zwischen den Elektroden 3, nämlich der beabsichtigten Lange des Widerstandselements 4, 1,0 mm beträgt. Weil unerwünschte Blasen, die in dem Vorsprung enthalten sind, auf den flachen Zentralbereich verteilt werden, wird der TCR nicht vermindert, selbst wenn die Teile des Vorsprunges entfernt werden.
In dem Fall der Drucksensoren gemäß den Beispielen 18 und 19 ist das Widerstandselement 4 so ausgebildet, daß es eine Länge aufweist, welche das 1,4-fache oder mehr der Länge des Raumes zwischen den Elektroden 3 aufweist, so daß der Vorsprung 4b nicht auf dem flachen Zentralbereich 4a ausgebildet wird. Demzufolge sind unerwünschte Blasen nicht in dem flachen Zentralbereich 4a enthalten, wodurch der TCR vermindert wird. Im Gegensatz hierzu beträgt gemäß Vergleichsbeispiel 7 die Lange des Widerstandselements 4 weniger als das 1,4-fache der Lange des Raumes zwischen den Elektroden 3. Demzufolge sind unerwünschte Blasen in dem flachen Zentralbereich 4a enthalten, wodurch der TCR hoch gehalten wird.
Wie aus den Meßergebnissen der Drucksensoren gemäß Beispielen 18 und 20, und Vergleichsbeispielen 8 und 9 in Tabelle 10 gezeigt, ersichtlich, beträgt die durchschnittliche Dicke des Widerstandselements 4, außer des Vorsprunges 4b, vorzugsweise 10 µm oder weniger. Wenn die durchschnittliche Dicke größer ist als 10 µm, steigt der TCR mit der durchschnittlichen Dicke an. Der Grund für diesen Anstieg kann möglicherweise auf die Menge der Blasen zurückgeführt werden, welche mit der durchschnittlichen Dicke ansteigt.
Wie beschrieben, ist ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung sehr empfindlich auf Druck und kann demzufolge zum Beispiel als ein Sensor zum Detektieren des Dampfdruckes einer Flüssigkeit verwendet werden. Wie in den Beispielen beschrieben, wird ein Drucksensor mit einer extrem hohen Empfindlichkeit enthalten durch Schaffen eines Widerstandselements mit einer geeigneten Form an einer geeigneten Position.
Weil ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Glasschicht umfaßt, welche aus einem teilweise entglasten Emailmaterial gebildet wurde, werden die Bestandteile des Metallsubstrats und die Bestandteile der Glasschicht verteilt bzw. diffundiert und miteinander gemischt an einer Schnittstelle dazwischen, wodurch die Haftwirkung des Metallsubstrats und der Glasschicht erheblich verbessert wird. Desweiteren ist die Glasschicht porös und umfaßt eine große Anzahl von mikroskopischem Schaumglas (foams). Das Schaumglas dient als ein Puffer gegen einen mechanischen Stoß bzw. Schlag. Demzufolge kann ein Drucksensor gemäß der vorliegenden Erfindung selbst einem starken mechanischen Stoß standhalten.
Desweiteren wird ein Drucksensor geschaffen, welcher eine geringe Abweichung in dem Widerstand und dem TCR aufweist, unter Verwendung einer Elektrode, die Au enthält, und kann demzufolge in einer rauhen Umgebung verwendet werden, wo sich die Temperatur dynamisch verändert. Desweiteren wird durch die Verwendung eines Widerstandselements 4 mit einer Dicke von 10 µm oder weniger ein Drucksensor mit einem extrem geringen TCR und einer extrem geringen Abweichung in dem TCR geschaffen.

Claims

1. Drucksensor mit:

einem plattenförmigen Metallsubstrat (1);

einer Glasschicht (2), welche auf zumindest einer Oberfläche Metallsubstrats (1) vorgesehen ist;

einem Widerstandselement (4), welches auf einer Oberfläche der Glasschicht (2) vorgesehen ist und einen elektrischen Widerstand aufweist, der sich in Abhängigkeit von ihrem Belastungs- bzw. Verformungsgrad ändert; und

einem Paar von Elektroden (3), die mit dem Widerstandselement (4) verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, daß

die Glasschicht (2) hauptsächlich eine teilweise entglaste Emailzusammensetzung (partially devitrivied enamel composition) enthält.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte einer oberen Oberfläche des Widerstandselements (4) im wesentlichen mit dem Mittelpunkt der Oberfläche des Metallsubstrats (1) übereinstimmt; und daß das Widerstandselement (4) und die Elektrode (3) jeweils symmetrisch sind im Bezug auf ihren Mittelpunkt.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (4) und die Elektrode (3) jeweils eine Form haben, die das Widerstandselement (4) mit keiner Richtungsabhängigkeit im Bezug auf Druck oder Belastung bzw. Verformung vorsieht.

4. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Widerstandselements (4) und eine obere Oberfläche der Elektrode (3) jeweils eine Form haben, die aus einer Gruppe, bestehend aus einem Kreis, einem Ring, einem Bogen, und einem Polygon, gewählt wurde.

5. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Glasschicht (2) mit einer Vielzahl von Widerstandselementen (4) und einer Vielzahl von Elektroden (3), die darauf ausgebildet sind, versehen ist.

6. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3) jeweils eine Dicke mit der Hälfte oder weniger der Dicke des Widerstandselements (4) haben.

7. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3) Gold enthalten.

8. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (4) eine Lange hat, die größer als 1,4 mal die Lange eines Raums zwischen den Elektroden (3) ist, und durch Entfernen eines Vorsprungs an ihrem Umfang.

9. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (4) eine durchschnittliche Dicke von 10 µm oder weniger hat, außer einem Vorsprung an ihrem Umfang.

10. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise entgiaste Emailzusammensetzung SiO&sub2; im Bereich von 7 bis 33 Gew.-%, B&sub2;O&sub3; in dem Bereich von 5 bis 31 Gew.-%, MgO in dem Bereich von 20 bis 50 Gew.-%, CaO in dem Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, BaO in dem Bereich von 0 bis 50 Gew.-%, La&sub2;O&sub3; in dem Bereich von 0 bis 40 Gew.-%, P&sub2;O&sub5; in dem Bereich von 0 bis 5 Gew.-%) und MO&sub2; in dem Bereich von 0 bis 5 Gew.-% aufweist, wobei M ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus Zr, Ti und Sn, ausgewählt wird.

11. Druckmeßvorrichtung mit einem Drucksensor (7) nach Anspruch 3, welcher in einem Motorauspuffrohr (12) eines Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Luftmenge, die in das Auspuffrohr (12) eingesaugt wird, durch das Erreichen einer Differenz zwischen dem Druck in dem Auspuffrohr (12) und dem Luftdruck gesteuert bzw. geregelt wird.

12. Druckrneßvorrichtung mit einem Drucksensor (7) nach Anspruch 1, welcher an einer Wand einer Verbrennungskammer (11) eines Motors eines Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei der Druck in der Verbrennungskammer (11) direkt erfaßt wird.

13. Druckmeßsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug, welches aufweist:

eine Druckmeßvorrichtung (10, 10b) nach Anspruch 11; und

eine Druckmeßvorrichung (10, 10a) nach Anspruch 12.

14. Druckrneßvorrichtung mit einem Drucksensor (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher in einer Hauptrohrleitung (21) eines Klimaanlagensystems vorgesehen ist, wobei eine Änderung der Luftmenge in der Hauptrohrleitung (21) als Druck erfaßt wird.