JP2002310814A - 圧力センサ素子 - Google Patents
圧力センサ素子Info
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- JP2002310814A JP2002310814A JP2001118620A JP2001118620A JP2002310814A JP 2002310814 A JP2002310814 A JP 2002310814A JP 2001118620 A JP2001118620 A JP 2001118620A JP 2001118620 A JP2001118620 A JP 2001118620A JP 2002310814 A JP2002310814 A JP 2002310814A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感圧部自体の強度に優れ，構造が簡単な圧力
センサ素子を提供すること。 【解決手段】 電気絶縁性セラミック材料よりなるマト
リックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する
材料を分散してなる複合材料よりなる感圧部１０と，感
圧部１０に配設された一対の電極２と，電極２に配設さ
れたリード線２５とを有する。
センサ素子を提供すること。 【解決手段】 電気絶縁性セラミック材料よりなるマト
リックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する
材料を分散してなる複合材料よりなる感圧部１０と，感
圧部１０に配設された一対の電極２と，電極２に配設さ
れたリード線２５とを有する。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は，圧力センサ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来，圧力センサ素子を構成するセンサ材
料としては，圧力抵抗効果を有する材料である，半導体
のシリコン単結晶及び炭化珪素等が使用されている。ま
た，圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト型複合
酸化物であるＬａ1- xＳｒxＭｎＯ3粒子等も知られてい
る。ここに，圧力抵抗効果とは，材料に圧縮応力，引張
応力，剪断応力，静水圧応力が加わった際に，材料の電
気抵抗が変化する現象のことである。
料としては，圧力抵抗効果を有する材料である，半導体
のシリコン単結晶及び炭化珪素等が使用されている。ま
た，圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト型複合
酸化物であるＬａ1- xＳｒxＭｎＯ3粒子等も知られてい
る。ここに，圧力抵抗効果とは，材料に圧縮応力，引張
応力，剪断応力，静水圧応力が加わった際に，材料の電
気抵抗が変化する現象のことである。
【０００３】
【解決しようとする課題】ところで，これら従来の圧力
抵抗効果材料は，それ自体の機械的強度が弱いという欠
点を有する。そのため，これら従来の圧力抵抗効果材料
をセンサ材料として用いる場合には，センサ材料を保護
するための構造が必要となり，センサ全体の構造が複雑
となってしまう。
抵抗効果材料は，それ自体の機械的強度が弱いという欠
点を有する。そのため，これら従来の圧力抵抗効果材料
をセンサ材料として用いる場合には，センサ材料を保護
するための構造が必要となり，センサ全体の構造が複雑
となってしまう。
【０００４】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので，感圧部自体の強度に優れ，構造が簡単な圧
力センサ素子を提供しようとするものである。
れたもので，感圧部自体の強度に優れ，構造が簡単な圧
力センサ素子を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】第１の発明は，電気絶縁性セラミッ
ク材料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁
気抵抗効果を有する材料を分散してなる複合材料よりな
る感圧部と，該感圧部に配設された一対の電極とを有す
ることを特徴とする圧力センサ素子にある（請求項
１）。
ク材料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁
気抵抗効果を有する材料を分散してなる複合材料よりな
る感圧部と，該感圧部に配設された一対の電極とを有す
ることを特徴とする圧力センサ素子にある（請求項
１）。
【０００６】本発明においては，上記感圧部として，上
記構成を有する特殊な複合材料を採用している。即ち，
上記感圧部を構成する材料は，電気絶縁性セラミック材
料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵
抗効果を有する材料（以下，適宜，単に圧力抵抗効果材
料という）を分散してなる複合材料よりなる。そして，
上記マトリックスを構成する電気絶縁性セラミックス材
料は，高い圧縮強度を有しているので，センサ素子全体
の強度を高めることができる。それ故，複合材料自体が
直接高い圧力を受ける構造を容易に実現することができ
る。
記構成を有する特殊な複合材料を採用している。即ち，
上記感圧部を構成する材料は，電気絶縁性セラミック材
料よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵
抗効果を有する材料（以下，適宜，単に圧力抵抗効果材
料という）を分散してなる複合材料よりなる。そして，
上記マトリックスを構成する電気絶縁性セラミックス材
料は，高い圧縮強度を有しているので，センサ素子全体
の強度を高めることができる。それ故，複合材料自体が
直接高い圧力を受ける構造を容易に実現することができ
る。
【０００７】さらに，上記マトリックス中には，上記圧
力抵抗効果材料が分散している。そのため，マトリック
ス中には上記圧力抵抗効果材料が連なってなる導電パス
が形成され，圧力を受けた際に生じる圧力によって圧力
抵抗効果あるいは磁気抵抗効果を得ることができる。
力抵抗効果材料が分散している。そのため，マトリック
ス中には上記圧力抵抗効果材料が連なってなる導電パス
が形成され，圧力を受けた際に生じる圧力によって圧力
抵抗効果あるいは磁気抵抗効果を得ることができる。
【０００８】また，上記感圧部には上記電極が配設され
ている。これにリード線等を配設することにより，これ
らを介して上記電極の圧力抵抗効果を測定する外部回路
に容易に接続することができる。このように，本発明に
よれば，感圧部自体の強度に優れ，構造が簡単な圧力セ
ンサ素子を提供することができる。
ている。これにリード線等を配設することにより，これ
らを介して上記電極の圧力抵抗効果を測定する外部回路
に容易に接続することができる。このように，本発明に
よれば，感圧部自体の強度に優れ，構造が簡単な圧力セ
ンサ素子を提供することができる。
【０００９】第２の発明は，電気絶縁性を有するダイヤ
フラムと，該ダイヤフラムの表面または内部に一体的に
配設された感圧部と，該感圧部に配設された一対の電極
とを有し，上記感圧部は，電気絶縁性セラミック材料よ
りなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効
果を有する材料を分散してなる複合材料よりなることを
特徴とする圧力センサ素子にある（請求項４）。
フラムと，該ダイヤフラムの表面または内部に一体的に
配設された感圧部と，該感圧部に配設された一対の電極
とを有し，上記感圧部は，電気絶縁性セラミック材料よ
りなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効
果を有する材料を分散してなる複合材料よりなることを
特徴とする圧力センサ素子にある（請求項４）。
【００１０】本発明においては，上記感圧部として上記
構成の複合材料を採用し，これを上記ダイヤフラムに一
体的に配設してある。そのため，上記ダイヤフラムが測
定すべき圧力を受けた際に変形した場合には，上記感圧
部に応力が生じる。それ故，感圧部の圧力抵抗効果を測
定することによって容易に圧力測定を行うことができ
る。
構成の複合材料を採用し，これを上記ダイヤフラムに一
体的に配設してある。そのため，上記ダイヤフラムが測
定すべき圧力を受けた際に変形した場合には，上記感圧
部に応力が生じる。それ故，感圧部の圧力抵抗効果を測
定することによって容易に圧力測定を行うことができ
る。
【００１１】また，本発明では，上記感圧部を上記ダイ
ヤフラムの表面または内部に一体的に配設してある。こ
れにより，高圧力部のみに感圧部を設けることができ，
センサ素子の感度を高くできるという作用効果が得られ
る。
ヤフラムの表面または内部に一体的に配設してある。こ
れにより，高圧力部のみに感圧部を設けることができ，
センサ素子の感度を高くできるという作用効果が得られ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】上記第１の発明（請求項１）にお
いて，上記感圧部の外表面には，これを覆う絶縁被覆部
を有していることが好ましい（請求項２）。この場合に
は，この絶縁被覆部によって，測定すべき圧力環境が電
気導電性であっても，上記感圧部と外部との短絡を確実
に防止することができ，正確な圧力測定を行うことがで
きる。
いて，上記感圧部の外表面には，これを覆う絶縁被覆部
を有していることが好ましい（請求項２）。この場合に
は，この絶縁被覆部によって，測定すべき圧力環境が電
気導電性であっても，上記感圧部と外部との短絡を確実
に防止することができ，正確な圧力測定を行うことがで
きる。
【００１３】また，上記感圧部の形状は略立方体である
ことが好ましい（請求項３）。この場合には，感圧部の
作製が容易であると共に，静水圧を受ける際に，等方的
な圧力受理を実現することができる。
ことが好ましい（請求項３）。この場合には，感圧部の
作製が容易であると共に，静水圧を受ける際に，等方的
な圧力受理を実現することができる。
【００１４】上記第２の発明（請求項４）において，上
記ダイヤフラムと上記感圧部とは，その作製時において
一体的に作製してもよいし，別個に作製して接合しても
よい。特に，上記ダイヤフラムと上記感圧部とは一体焼
成することにより作製されていることが好ましい（請求
項５）。この場合には，上記ダイヤフラムと感圧部との
一体性が高く，ダイヤフラムの変形を確実に上記感圧部
に伝えることができる。この場合のダイヤフラムとして
は，感圧部における電気絶縁性セラミックスと同系の材
質であることが好ましい。これにより，両者の一体焼成
を容易に行うことができる。なお，上記ダイヤフラムと
感圧部とを接合する方法としては，接着，ろう接，拡散
接合，その他の方法がある。
記ダイヤフラムと上記感圧部とは，その作製時において
一体的に作製してもよいし，別個に作製して接合しても
よい。特に，上記ダイヤフラムと上記感圧部とは一体焼
成することにより作製されていることが好ましい（請求
項５）。この場合には，上記ダイヤフラムと感圧部との
一体性が高く，ダイヤフラムの変形を確実に上記感圧部
に伝えることができる。この場合のダイヤフラムとして
は，感圧部における電気絶縁性セラミックスと同系の材
質であることが好ましい。これにより，両者の一体焼成
を容易に行うことができる。なお，上記ダイヤフラムと
感圧部とを接合する方法としては，接着，ろう接，拡散
接合，その他の方法がある。
【００１５】次に，上記第１，第２の発明において，上
記感圧部を構成する上記電気絶縁性セラミックスはジル
コニアであることが好ましい（請求項６）。ここでいう
ジルコニアは，ＺｒＯ2に各種の添加物を添加したもの
も含む。例えば３Ｙ−ＺｒＯ2，１２Ｃｅ−ＺｒＯ2等が
ある。ジルコニアは，強度が高く，かつ電気絶縁性を有
し，上記マトリックスとして有効に利用することができ
る。なお，上記マトリックス用のセラミックスとして
は，ジルコニア以外にも，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｓ
ｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌ
ａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4などのセラミックスを適用することも
可能である。
記感圧部を構成する上記電気絶縁性セラミックスはジル
コニアであることが好ましい（請求項６）。ここでいう
ジルコニアは，ＺｒＯ2に各種の添加物を添加したもの
も含む。例えば３Ｙ−ＺｒＯ2，１２Ｃｅ−ＺｒＯ2等が
ある。ジルコニアは，強度が高く，かつ電気絶縁性を有
し，上記マトリックスとして有効に利用することができ
る。なお，上記マトリックス用のセラミックスとして
は，ジルコニア以外にも，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，Ｓ
ｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌ
ａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4などのセラミックスを適用することも
可能である。
【００１６】また，上記感圧体を構成する圧力抵抗効果
もしくは磁気抵抗効果を有する材料は，ペロブスカイト
構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z，層状ペロブスカ
イト構造の（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-w，Ｓｉ及
びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種
以上よりなること（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦
０．２，０≦ｚ≦０．６，０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦
０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１
種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類
またはそれ以上の遷移金属元素）が好ましい（請求項
７）。
もしくは磁気抵抗効果を有する材料は，ペロブスカイト
構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z，層状ペロブスカ
イト構造の（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-w，Ｓｉ及
びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種
以上よりなること（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦
０．２，０≦ｚ≦０．６，０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦
０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１
種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類
またはそれ以上の遷移金属元素）が好ましい（請求項
７）。
【００１７】（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-zにおいて，
ｘが０もしくは０．５を越えた場合には，圧力抵抗効果
を発現しない，もしくは発現したとしても充分な値の圧
力抵抗効果ではないという問題が生じるおそれがある。
ｘが０もしくは０．５を越えた場合には，圧力抵抗効果
を発現しない，もしくは発現したとしても充分な値の圧
力抵抗効果ではないという問題が生じるおそれがある。
【００１８】（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-zにおいて，
ｙはペロブスカイト構造のＡサイト欠損量を示す。０≦
ｙ≦０．２ならば，前記組成範囲内の圧力抵抗効果材料
は上記複合材料を構成した場合に，適切な圧力抵抗効果
を発揮できる。ｙが０．２を越えた場合には，圧力抵抗
効果が小さくなるおそれがある。
ｙはペロブスカイト構造のＡサイト欠損量を示す。０≦
ｙ≦０．２ならば，前記組成範囲内の圧力抵抗効果材料
は上記複合材料を構成した場合に，適切な圧力抵抗効果
を発揮できる。ｙが０．２を越えた場合には，圧力抵抗
効果が小さくなるおそれがある。
【００１９】（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-zにおいて，
酸素欠損量ｚは，０≦ｚ≦０．６の範囲であっても，適
切な圧力抵抗効果を発現し，優れた感圧部を構成しうる
上記複合材料を構成することができる。ｚが０．６を越
えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしくは発
現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないという
問題が生じるおそれがある。
酸素欠損量ｚは，０≦ｚ≦０．６の範囲であっても，適
切な圧力抵抗効果を発現し，優れた感圧部を構成しうる
上記複合材料を構成することができる。ｚが０．６を越
えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしくは発
現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないという
問題が生じるおそれがある。
【００２０】また，（Ｌｎ2-uＭａ1+u）2-vＭｂ2Ｏ7-w
において，ｕが０もしくは１．０を越えた場合には，圧
力抵抗効果を発現しない，もしくは発現したとしても充
分な値の圧力抵抗効果ではないおそれがある。
において，ｕが０もしくは１．０を越えた場合には，圧
力抵抗効果を発現しない，もしくは発現したとしても充
分な値の圧力抵抗効果ではないおそれがある。
【００２１】（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-wにおい
て，０≦ｖ≦０．２ならば，優れた上記複合材料を構成
するに適切な圧力抵抗効果を発現できる。ｖが０．２を
越えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしくは
発現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないとい
う問題が生じるおそれがある。
て，０≦ｖ≦０．２ならば，優れた上記複合材料を構成
するに適切な圧力抵抗効果を発現できる。ｖが０．２を
越えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしくは
発現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないとい
う問題が生じるおそれがある。
【００２２】また，（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-w
において，酸素欠損量ｗは０≦ｗ≦１．０の範囲であっ
ても，適切な圧力抵抗効果を発現し，優れた感圧部とし
ての上記複合材料を構成することができる。ｚが１．０
を越えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしく
は発現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないと
いう問題が生じるおそれがある。
において，酸素欠損量ｗは０≦ｗ≦１．０の範囲であっ
ても，適切な圧力抵抗効果を発現し，優れた感圧部とし
ての上記複合材料を構成することができる。ｚが１．０
を越えた場合には，圧力抵抗効果を発現しない，もしく
は発現したとしても充分な値の圧力抵抗効果ではないと
いう問題が生じるおそれがある。
【００２３】
【実施例】（実施例１）本発明の実施例にかかる圧力セ
ンサ素子につき，図１，図２を用いて説明する。本例の
圧力センサ素子１は，図１，図２に示すごとく，電気絶
縁性セラミック材料１１よりなるマトリックスに圧力抵
抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する材料１２を分散し
てなる複合材料よりなる感圧部１０と，該感圧部１０に
配設された一対の電極２と，該電極２に配設されたリー
ド線２５とを有する。また，本例では，感圧部１０の形
状は略立方体とし，その外表面にはこれを覆う絶縁被覆
部３を設けた。
ンサ素子につき，図１，図２を用いて説明する。本例の
圧力センサ素子１は，図１，図２に示すごとく，電気絶
縁性セラミック材料１１よりなるマトリックスに圧力抵
抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する材料１２を分散し
てなる複合材料よりなる感圧部１０と，該感圧部１０に
配設された一対の電極２と，該電極２に配設されたリー
ド線２５とを有する。また，本例では，感圧部１０の形
状は略立方体とし，その外表面にはこれを覆う絶縁被覆
部３を設けた。
【００２４】感圧部１０は，上記のごとく，特定の構成
の複合材料よりなる。具体的には，図２に示すごとく，
電気絶縁性セラミック材料１１を用いてマトリックスを
構成し，その中に圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を
有する材料１２（以下，圧力抵抗効果材料１２という）
を分散させた。そして，圧力抵抗効果材料１２は，電気
的に連続に繋がるように配設した。なお，同図に示すご
とく，孤立して他の圧力抵抗効果材料１２と繋がらない
ように存在する圧力抵抗効果材料１２もある。また，図
２は，模式的に構造を示したものであり，実際の感圧部
１０の複合材料は，電気絶縁性セラミック材料１１の各
粒子と圧力抵抗効果材料１２の各粒子がそれぞれ焼結さ
れた状態で存在する。
の複合材料よりなる。具体的には，図２に示すごとく，
電気絶縁性セラミック材料１１を用いてマトリックスを
構成し，その中に圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を
有する材料１２（以下，圧力抵抗効果材料１２という）
を分散させた。そして，圧力抵抗効果材料１２は，電気
的に連続に繋がるように配設した。なお，同図に示すご
とく，孤立して他の圧力抵抗効果材料１２と繋がらない
ように存在する圧力抵抗効果材料１２もある。また，図
２は，模式的に構造を示したものであり，実際の感圧部
１０の複合材料は，電気絶縁性セラミック材料１１の各
粒子と圧力抵抗効果材料１２の各粒子がそれぞれ焼結さ
れた状態で存在する。
【００２５】このような複合材料よりなる感圧部１０
は，次のようにして作製する。上記電気絶縁性のセラミ
ック材料１１としては，１２ｍｏｌ％のＣｅＯ2を添加
したＺｒＯ2，圧力抵抗効果材料１２としてはＬａ0.75
Ｓｒ0.25ＭｎＯ3を適用する。
は，次のようにして作製する。上記電気絶縁性のセラミ
ック材料１１としては，１２ｍｏｌ％のＣｅＯ2を添加
したＺｒＯ2，圧力抵抗効果材料１２としてはＬａ0.75
Ｓｒ0.25ＭｎＯ3を適用する。
【００２６】まず，Ｌａ2Ｏ3粉末，ＳｒＣＯ3粉末，Ｍ
ｎＣＯ3粉末を，Ｌａ：Ｓｒ：Ｍｎの組成比で，０．７
５：０．２５：１となるように秤量した。それらの粉末
を，混合用ＺｒＯ2ボール，混合溶媒エタノールと一緒
にポリポットに投入して，２０時間混合した。混合粉末
を，乾燥，解砕して，大気中で，１３００℃で４時間仮
焼して，圧力抵抗効果を有するぺロブスカイト型複合酸
化物粉末Ｌａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3を合成した。
ｎＣＯ3粉末を，Ｌａ：Ｓｒ：Ｍｎの組成比で，０．７
５：０．２５：１となるように秤量した。それらの粉末
を，混合用ＺｒＯ2ボール，混合溶媒エタノールと一緒
にポリポットに投入して，２０時間混合した。混合粉末
を，乾燥，解砕して，大気中で，１３００℃で４時間仮
焼して，圧力抵抗効果を有するぺロブスカイト型複合酸
化物粉末Ｌａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3を合成した。
【００２７】引き続いて市販の，ＣｅＯ2を添加してな
るＺｒＯ2粉末（住友大阪セメント（株），ＯＺＣ−１
２ＣＥＢ）と，合成したＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3粉末
とを，全重量に対するＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3の重量
割合が２６重量％となるように秤量した。それらの粉末
を，混合用ＺｒＯ2ボール，混合溶媒エタノールと一緒
にポリポットに投入して，４時間混合し，さらに乾燥，
解砕した。解砕した混合粉末を，金型で直径φ１８ｍｍ
の円盤形状にプレス成形し，その後３０００ｋｇ／ｃｍ
2の圧力でＣＩＰ処理した。そして成形体を１４００℃
で４時間焼結した。
るＺｒＯ2粉末（住友大阪セメント（株），ＯＺＣ−１
２ＣＥＢ）と，合成したＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3粉末
とを，全重量に対するＬａ0.75Ｓｒ0.25ＭｎＯ3の重量
割合が２６重量％となるように秤量した。それらの粉末
を，混合用ＺｒＯ2ボール，混合溶媒エタノールと一緒
にポリポットに投入して，４時間混合し，さらに乾燥，
解砕した。解砕した混合粉末を，金型で直径φ１８ｍｍ
の円盤形状にプレス成形し，その後３０００ｋｇ／ｃｍ
2の圧力でＣＩＰ処理した。そして成形体を１４００℃
で４時間焼結した。
【００２８】得られた焼結体の密度は理論密度の９８％
に緻密化しており，導電性を有している。また，焼結体
の比抵抗は約２５Ωｃｍであった。この焼結体を立方体
形状に切り出したものが，上記感圧部１０である。
に緻密化しており，導電性を有している。また，焼結体
の比抵抗は約２５Ωｃｍであった。この焼結体を立方体
形状に切り出したものが，上記感圧部１０である。
【００２９】また，感圧部１０の対向する側面には，電
極２を配置した。電極２としては，Ａｇペースト（昭栄
化学工業（株），Ｈ−５９９７）を用い，温度８５０℃
に１０分間保持して焼き付けた。さらに，電極２には，
リード線２５を半田付けにより配設した。
極２を配置した。電極２としては，Ａｇペースト（昭栄
化学工業（株），Ｈ−５９９７）を用い，温度８５０℃
に１０分間保持して焼き付けた。さらに，電極２には，
リード線２５を半田付けにより配設した。
【００３０】そして，この感圧部１０の外表面全体に
は，図１（ａ）（ｂ）に示すごとく，絶縁被覆部３を配
設した。具体的には，エポキシ樹脂（アラルダイト：ニ
チバン（株））を外表面に全体に塗布し，１２時間硬化
させるという手順により配設した。
は，図１（ａ）（ｂ）に示すごとく，絶縁被覆部３を配
設した。具体的には，エポキシ樹脂（アラルダイト：ニ
チバン（株））を外表面に全体に塗布し，１２時間硬化
させるという手順により配設した。
【００３１】次に，本例の作用効果につき説明する。本
例においては，上記感圧部１０として，上記構成を有す
る特殊な複合材料を採用している。即ち，上記感圧部１
０を構成する材料は，電気絶縁性セラミック材料１１よ
りなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効
果を有する材料１２を分散してなる複合材料よりなる。
そして，上記マトリックスを構成する電気絶縁性セラミ
ックス材料１１は，高い圧縮強度を有しているので，セ
ンサ素子全体の強度を高めることができる。それ故，複
合材料自体が直接高い圧力を受ける構造を容易に実現す
ることができる。
例においては，上記感圧部１０として，上記構成を有す
る特殊な複合材料を採用している。即ち，上記感圧部１
０を構成する材料は，電気絶縁性セラミック材料１１よ
りなるマトリックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効
果を有する材料１２を分散してなる複合材料よりなる。
そして，上記マトリックスを構成する電気絶縁性セラミ
ックス材料１１は，高い圧縮強度を有しているので，セ
ンサ素子全体の強度を高めることができる。それ故，複
合材料自体が直接高い圧力を受ける構造を容易に実現す
ることができる。
【００３２】さらに，上記マトリックス中には，上記圧
力抵抗効果材料１２を分散してある。そのため，マトリ
ックス中には上記圧力抵抗効果材料１２が連なってなる
導電パスが形成され，圧力を受けた際に生じる圧力によ
って圧力抵抗効果を得ることができる。
力抵抗効果材料１２を分散してある。そのため，マトリ
ックス中には上記圧力抵抗効果材料１２が連なってなる
導電パスが形成され，圧力を受けた際に生じる圧力によ
って圧力抵抗効果を得ることができる。
【００３３】また，本例では，感圧部１０の外表面を絶
縁被覆部３により覆っているので，測定すべき圧力環境
が電気導電性であっても問題なく，正確な圧力測定を行
うことができる。また，感圧部１０の形状が立方体であ
るので，その作製が容易であると共に，静水圧を受ける
際に，等方的な変形が生じ，感度の向上を図ることがで
きる。
縁被覆部３により覆っているので，測定すべき圧力環境
が電気導電性であっても問題なく，正確な圧力測定を行
うことができる。また，感圧部１０の形状が立方体であ
るので，その作製が容易であると共に，静水圧を受ける
際に，等方的な変形が生じ，感度の向上を図ることがで
きる。
【００３４】（実施例２）本例は，図３に示すごとく，
電気絶縁性を有するダイヤフラム５と，ダイヤフラム５
の表面に一体的に配設された感圧部１０と，感圧部１０
に配設された一対の電極２と，電極２に配設されたリー
ド線２５とを有する圧力センサ素子１の例である。上記
感圧部１０は，実施例１と同様に，電気絶縁性セラミッ
ク材料１１よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしく
は磁気抵抗効果を有する材料１２を分散してなる複合材
料よりなる。
電気絶縁性を有するダイヤフラム５と，ダイヤフラム５
の表面に一体的に配設された感圧部１０と，感圧部１０
に配設された一対の電極２と，電極２に配設されたリー
ド線２５とを有する圧力センサ素子１の例である。上記
感圧部１０は，実施例１と同様に，電気絶縁性セラミッ
ク材料１１よりなるマトリックスに圧力抵抗効果もしく
は磁気抵抗効果を有する材料１２を分散してなる複合材
料よりなる。
【００３５】本例では，ダイヤフラム５の材料として，
１２％Ｃｅ添加ＺｒＯ2を用いた。そして，上記感圧部
１０と一体的に焼成することにより作製した。具体的に
は，ドクターブレード法により，１００μｍ厚さのＣｅ
−ＺｒＯ2シートを成形し，さらにその表面に円形の感
圧部（２６％Ｌａ0.75Ｓｒ0.25−７４％Ｃｅ−Ｚｒ
Ｏ2）をスクリーン印刷し，脱脂，焼成してダイヤフラ
ム５と感圧部１０の一体部品を作製した。
１２％Ｃｅ添加ＺｒＯ2を用いた。そして，上記感圧部
１０と一体的に焼成することにより作製した。具体的に
は，ドクターブレード法により，１００μｍ厚さのＣｅ
−ＺｒＯ2シートを成形し，さらにその表面に円形の感
圧部（２６％Ｌａ0.75Ｓｒ0.25−７４％Ｃｅ−Ｚｒ
Ｏ2）をスクリーン印刷し，脱脂，焼成してダイヤフラ
ム５と感圧部１０の一体部品を作製した。
【００３６】そして，感圧部１０の両端には，実施例１
と同様に電極２及びリード線２５を配設した。また，上
記ダイヤフラム５の形状および感圧部１０の形状はいず
れも円盤状とした。そして，円筒状の側壁部材６の先端
に上記ダイヤフラム５を配設することにより，本例の圧
力センサ素子１が得られた。
と同様に電極２及びリード線２５を配設した。また，上
記ダイヤフラム５の形状および感圧部１０の形状はいず
れも円盤状とした。そして，円筒状の側壁部材６の先端
に上記ダイヤフラム５を配設することにより，本例の圧
力センサ素子１が得られた。
【００３７】本例の場合には，感圧部１０として上記構
成の複合材料を採用し，これをダイヤフラム５に一体的
に配設してある。そのため，ダイヤフラム５が測定すべ
き圧力を受けた際に変形した場合には，上記感圧部１０
に応力が生じる。それ故，感圧部１０の圧力抵抗効果を
測定することによって容易に圧力測定を行うことができ
る。
成の複合材料を採用し，これをダイヤフラム５に一体的
に配設してある。そのため，ダイヤフラム５が測定すべ
き圧力を受けた際に変形した場合には，上記感圧部１０
に応力が生じる。それ故，感圧部１０の圧力抵抗効果を
測定することによって容易に圧力測定を行うことができ
る。
【００３８】また，感圧部１０をダイヤフラム５の表面
の高い応力が発生する領域に一体的に配設してあるの
で，センサ素子の感度を高くすることができる。
の高い応力が発生する領域に一体的に配設してあるの
で，センサ素子の感度を高くすることができる。
【図１】実施例１における，圧力センサ素子の構造を示
す，（ａ）斜視図，（ｂ）Ａ−Ａ線矢視断面図。
す，（ａ）斜視図，（ｂ）Ａ−Ａ線矢視断面図。
【図２】実施例１における，感圧部の内部構成を示す説
明図。
明図。
【図３】実施例２における，圧力センサ素子の構造を示
す，（ａ）斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視断面図。
す，（ａ）斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視断面図。
１．．．圧力センサ素子， １０．．．感圧部， ２．．．電極， ３．．．絶縁被覆部， ５．．．ダイヤフラム，
フロントページの続き (72)発明者 牧野 浩明 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 田島 伸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 浅井 満 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 神谷 信雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 木下 清隆 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 桑原 史郎 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 三上 俊春 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 藤田 かおり 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB19 CC02 DD09 EE18 FF11 FF43 GG01 GG12
Claims (7)
- 【請求項１】 電気絶縁性セラミック材料よりなるマト
リックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する
材料を分散してなる複合材料よりなる感圧部と，該感圧
部に配設された一対の電極とを有することを特徴とする
圧力センサ素子。 - 【請求項２】 請求項１において，上記感圧部の外表面
には，これを覆う絶縁被覆部を有していることを特徴と
する圧力センサ素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２において，上記感圧部の
形状は略立方体であることを特徴とする圧力センサ素
子。 - 【請求項４】 電気絶縁性を有するダイヤフラムと，該
ダイヤフラムの表面または内部に一体的に配設された感
圧部と，該感圧部に配設された一対の電極とを有し，上
記感圧部は，電気絶縁性セラミック材料よりなるマトリ
ックスに圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効果を有する材
料を分散してなる複合材料よりなることを特徴とする圧
力センサ素子。 - 【請求項５】 請求項４において，上記ダイヤフラムと
上記感圧部とは一体焼成することにより作製されている
ことを特徴とする圧力センサ素子。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において，
上記感圧部を構成する上記電気絶縁性セラミックスはジ
ルコニアであることを特徴とする圧力センサ素子。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項において，
上記感圧体を構成する圧力抵抗効果もしくは磁気抵抗効
果を有する材料は，ペロブスカイト構造の（Ｌｎ1-xＭ
ａx）1-yＭｂＯ3-z，層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ
2-uＭａ1+u）1- vＭｂ2Ｏ7-w，Ｓｉ及びこれらに微量の
添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなること
（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦
０．６，０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦
１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以
上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の
遷移金属元素）を特徴とする圧力センサ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118620A JP2002310814A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 圧力センサ素子 |
| EP01979014A EP1340970A4 (en) | 2000-11-06 | 2001-11-05 | SENSOR ELEMENT FOR A MECHANICAL SIZE, LOAD SENSOR ELEMENT, ACCELERATION SENSOR ELEMENT, AND PRESSURE SENSOR ELEMENT |
| PCT/JP2001/009669 WO2002037073A1 (fr) | 2000-11-06 | 2001-11-05 | Capteur de grandeur mecanique, capteur de charge, capteur d'acceleration et capteur de pression |
| US10/415,352 US7007553B2 (en) | 2000-11-06 | 2001-11-05 | Mechanical quantity sensor element, load sensor element, acceleration sensor element, and pressure sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118620A JP2002310814A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 圧力センサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310814A true JP2002310814A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18968989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118620A Pending JP2002310814A (ja) | 2000-11-06 | 2001-04-17 | 圧力センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002310814A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63293432A (ja) * | 1987-05-27 | 1988-11-30 | Ngk Insulators Ltd | 歪検出器 |
| JPH06201492A (ja) * | 1992-12-29 | 1994-07-19 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 力変換素子 |
| JPH10190092A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-21 | Ykk Corp | 磁気抵抗効果素子および磁気検出器並びにその使用方法 |
| JPH11201836A (ja) * | 1998-01-16 | 1999-07-30 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 高感度力学量センサ材料 |
| JP2001083176A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Tokin Corp | 加速度センサ |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118620A patent/JP2002310814A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2001083176A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Tokin Corp | 加速度センサ |
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