JP2005037383A - Ceramic diaphragm, method of manufacture thereof and pressure sensor - Google Patents

Ceramic diaphragm, method of manufacture thereof and pressure sensor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic diaphragm which is excellent in a pressure resistance and is reduced in a stress generated in a coupling section of a diaphragm body and an annular support member, and to provide a method of manufacture and a pressure sensor. <P>SOLUTION: The ceramic diaphragm 1 comprises the plate diaphragm body 3 and the annular support member 4 which supports the diaphragm body 3, and it is characterized that an inside center of the diaphragm body 3 has a concave shape. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、セラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサに関し、特に板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサに関する。   The present invention relates to a ceramic diaphragm, a manufacturing method thereof, and a pressure sensor, and more particularly to a ceramic diaphragm having a plate-like diaphragm body and an annular support portion for supporting the diaphragm body, a manufacturing method thereof, and a pressure sensor.

従来の圧力センサは、板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラムと、ダイアフラム本体の外面中央部に設けられ、ダイアフラム本体の変形に基づく信号を出力するセンサ素子とを備え、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体の変形に基づくセンサ素子からの信号によって圧力検出、測定を行うようにしている。   A conventional pressure sensor includes a plate-like diaphragm main body and a ceramic diaphragm having an annular support portion that supports the diaphragm main body, a sensor element that is provided at the center of the outer surface of the diaphragm main body and outputs a signal based on deformation of the diaphragm main body. When a pressure medium is introduced into the ceramic diaphragm, pressure is detected and measured by a signal from a sensor element based on deformation of the diaphragm body.

従来、キャップ状のセラミックダイアフラムの耐圧力性を確保するために、ダイアフラム本体と環状支持部の連結部の内面を、円弧面等によって滑らかに形成し、連結部における応力集中を抑制していた(特許文献1参照)。   Conventionally, in order to secure the pressure resistance of the cap-shaped ceramic diaphragm, the inner surface of the connecting portion between the diaphragm main body and the annular support portion is formed smoothly by an arc surface or the like to suppress stress concentration in the connecting portion ( Patent Document 1).

従来の圧力センサの製法として、一般にセラミックダイアフラムは、セラミック粉末を乾式プレスして形成することが知られており、この成形工程により所望の形状を形成し、続く焼成工程により、有機成分の除去、焼結による完全な一体化がなされる。その後、研磨工程により、前記ダイアフラム本体外面側を研磨し、所望の厚さ寸法、平坦度に仕上げられていた。
特開平5−5664号公報
As a conventional method for producing a pressure sensor, it is generally known that a ceramic diaphragm is formed by dry pressing a ceramic powder. A desired shape is formed by this molding process, and organic components are removed by a subsequent firing process. Complete integration is achieved by sintering. Thereafter, the outer surface side of the diaphragm main body was polished by a polishing process, and finished to a desired thickness dimension and flatness.
JP-A-5-5664

しかしながら、従来の圧力センサでは、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体とその環状支持部の連結部に大きな応力が発生し、耐圧力性を十分確保できないという問題があった。   However, in the conventional pressure sensor, when a pressure medium is introduced into the ceramic diaphragm, there is a problem that a large stress is generated in the connecting portion between the diaphragm main body and the annular support portion, and sufficient pressure resistance cannot be secured. .

即ち、従来の圧力センサでは、成形時にダイアフラム本体とその環状支持部の成形体密度に差が生じ、これが焼成工程において、焼結による収縮量の差を発生させる。通常、同一成形体内に、ダイアフラム本体のような薄肉部と環状支持部のような厚肉部が共存するような形状では、乾式プレス成形過程における原料粉体の流れや粉体−金型間の摩擦の影響で、薄肉部の成形体密度が高くなる傾向になる。一方、焼成による外形寸法の収縮量は、成形体密度が低いほど大きい傾向になる。このため、焼成工程を経たダイアフラム本体の形状は、成形工程で得られた形状に比べ、図6に示すように、ダイアフラム本体33の内面中央部がa’だけ凸形状に膨らんだ形状となる。つまり、成形体密度の高かったダイアフラム本体33の中央が厚く、成形体密度の低かった環状支持部34との連結部近傍で薄い形状となる。尚、符号35はセンサ素子である。   That is, in the conventional pressure sensor, a difference occurs in the density of the molded body between the diaphragm main body and the annular support portion during molding, and this causes a difference in shrinkage due to sintering in the firing process. Normally, in the same molded body, a thin part such as a diaphragm main body and a thick part such as an annular support part coexist, and the flow of the raw material powder in the dry press molding process or between the powder and mold Under the influence of friction, the density of the compact in the thin portion tends to increase. On the other hand, the shrinkage amount of the outer dimension due to firing tends to increase as the density of the molded body decreases. For this reason, the shape of the diaphragm main body that has undergone the firing process becomes a shape in which the central portion of the inner surface of the diaphragm main body 33 swells into a convex shape by a ', as shown in FIG. That is, the center of the diaphragm main body 33 having a high density of the molded body is thick and has a thin shape in the vicinity of the connection portion with the annular support portion 34 having a low density of the molded body. Reference numeral 35 denotes a sensor element.

このような形状では、セラミックダイアフラム内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体中央部に比べて肉厚の薄いダイアフラム本体と環状支持部の連結部に、応力集中による比較的大きな応力が発生しやすく、結果的に耐圧力性に欠けるという問題があった。   In such a shape, when a pressure medium is introduced into the ceramic diaphragm, relatively large stress is generated due to stress concentration at the connecting part of the diaphragm main body that is thinner than the central part of the diaphragm main body and the annular support part. As a result, there was a problem that the pressure resistance was insufficient.

本発明は、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力を低減し、耐圧力性に優れたセラミックダイアフラム及びその製法並びに圧力センサを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a ceramic diaphragm, a method for manufacturing the same, and a pressure sensor that reduce stress generated in a connecting portion between a diaphragm main body and an annular support portion and have excellent pressure resistance.

本発明のセラミックダイアフラムは、板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラムであって、内面の上面部が凹形状であることを特徴とする。   The ceramic diaphragm of the present invention is a ceramic diaphragm having a plate-like diaphragm main body and an annular support portion for supporting the diaphragm main body, wherein the upper surface of the inner surface is concave.

また、本発明のセラミックダイアフラムは、前記内面の上面部における中央部が凹形状であることを特徴とする。   The ceramic diaphragm of the present invention is characterized in that a central portion of the upper surface portion of the inner surface is concave.

さらに、本発明のセラミックダイアフラムは、前記内面の上面部が全面にわたって凹形状であり、その凹み量bと、前記上面部の厚みtの比(b/t)が、1.2〜6.0であることを特徴とする。   Furthermore, in the ceramic diaphragm of the present invention, the upper surface portion of the inner surface has a concave shape over the entire surface, and the ratio (b / t) of the amount b of the recess to the thickness t of the upper surface portion is 1.2 to 6.0. It is characterized by being.

またさらに、本発明のセラミックダイアフラムは、前記内面の上面部における中央部の凹み量aと、前記上面部の厚みtの比(a/t)が、0.02〜0.20であることを特徴とする。   Still further, in the ceramic diaphragm of the present invention, the ratio (a / t) of the recess amount “a” at the center of the upper surface of the inner surface to the thickness t of the upper surface is 0.02 to 0.20. Features.

さらにまた、本発明のセラミックダイアフラムは、前記ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.2μm〜0.6μmであることを特徴とする。   Furthermore, the ceramic diaphragm of the present invention is characterized in that the surface roughness of the diaphragm main body is 0.2 μm to 0.6 μm in terms of arithmetic average roughness (Ra).

また、本発明のセラミックダイアフラムは、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることを特徴とする。   The ceramic diaphragm of the present invention is characterized in that at least the diaphragm body is made of an alumina-zirconia ceramic.

本発明のセラミックダイアフラムの製造方法は、セラミック粉末を乾式プレスして、セラミックダイアフラム成形体を作製する工程と、該セラミックダイアフラム成形体を焼成する工程とを具備するセラミックダイアフラムの製法であって、前記乾式プレスに用いるプレス用金型のダイアフラム本体内面の上面部を形成する面が凸形状であることを特徴とするセラミックダイアフラムの製法。   The method for producing a ceramic diaphragm of the present invention is a method for producing a ceramic diaphragm comprising a step of dry-pressing ceramic powder to produce a ceramic diaphragm molded body and a step of firing the ceramic diaphragm molded body. A method for producing a ceramic diaphragm, characterized in that a surface forming an upper surface portion of an inner surface of a diaphragm main body of a press mold used in a dry press is convex.

また、本発明のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサは、前記ダイアフラム本体の外面中央部にセンサ素子を設けてなることを特徴とする。   The pressure sensor using the ceramic diaphragm of the present invention is characterized in that a sensor element is provided at the center of the outer surface of the diaphragm body.

さらに、本発明のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサは、前記ダイアフラム本体の外面に厚膜抵抗体を設けてなることを特徴とする圧力センサ。   Further, the pressure sensor using the ceramic diaphragm of the present invention is characterized in that a thick film resistor is provided on the outer surface of the diaphragm body.

本発明のセラミックダイアフラムでは、ダイアフラム本体の内面の上面部が凹形状であるため、ダイアフラム本体と環状支持部の連結部近傍の厚みよりも、ダイアフラム本体中央部の厚みの方が薄くなるような形状となり、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力を低減することができ、耐圧力を向上できる。   In the ceramic diaphragm of the present invention, since the upper surface portion of the inner surface of the diaphragm main body is concave, the shape of the central portion of the diaphragm main body is thinner than the thickness in the vicinity of the connecting portion between the diaphragm main body and the annular support portion. Thus, the stress generated at the connecting portion between the diaphragm main body and the annular support portion can be reduced, and the pressure resistance can be improved.

また、内面の中央部を凹形状とすることでダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力をより確実に低減でき、ダイアフラム本体中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立することができる。   In addition, by making the central part of the inner surface concave, the stress generated at the connecting part between the diaphragm main body and the annular support part can be reduced more reliably, and both strength prevention due to the thinned central part of the diaphragm main body is achieved. can do.

さらに、前記内面の上面部が全面にわたって凹形状であり、その凹み量bと、前記上面部の厚みtの比(b/t)が、1.2〜6.0であること、内面の上面部における中央部が凹形状の場合、その中央部の凹み量aと、前記上面部の厚みtの比(a/t)が、0.02〜0.20であることから、ダイアフラム本体と環状支持部との連結部に発生する応力の低減と、ダイアフラム本体中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立でき、耐圧力性を最も高くできる。   Further, the upper surface portion of the inner surface has a concave shape over the entire surface, and the ratio (b / t) of the amount b of the recess to the thickness t of the upper surface portion is 1.2 to 6.0, the upper surface of the inner surface In the case where the central part of the part has a concave shape, the ratio (a / t) of the concave amount a of the central part and the thickness t of the upper surface part is 0.02 to 0.20. It is possible to achieve both the reduction of the stress generated in the connecting portion with the support portion and the prevention of the strength reduction due to the thin central portion of the diaphragm main body, and the highest pressure resistance.

また、前記ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.2〜0.6μmとすることで、圧力センサを形成する場合にその外面に形成するセンサ素子や厚膜抵抗体を弾きや滲みが無く設けることができる。   Moreover, when the surface roughness of the diaphragm body is 0.2 to 0.6 μm in terms of arithmetic average roughness (Ra), when forming a pressure sensor, a sensor element or a thick film resistor formed on the outer surface thereof It can be provided without playing or bleeding.

また、本発明のセラミックダイアフラムは、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることから、曲げ強度が大きいため、圧力センサを形成した際に、そのダイアフラム本体に作用する圧力に対し、大きな耐圧強度を有するため、長期間高精度を保持することができる。   Further, the ceramic diaphragm of the present invention has a large bending strength because at least the diaphragm main body is made of alumina-zirconia-based ceramics. Therefore, when the pressure sensor is formed, the ceramic diaphragm has a large pressure resistance against the pressure acting on the diaphragm main body. Since it has strength, high accuracy can be maintained for a long time.

また、このようなセラミックダイアフラムの製法では、ダイアフラム本体内面を形成する面の中央部が凸形状であるプレス用金型を用いて乾式プレスするため、ダイアフラム本体成形体の内面の形状に合致するような凹形状とすることで焼結後においてもこの形状を維持できる。   Further, in such a manufacturing method of the ceramic diaphragm, since the center part of the surface forming the diaphragm main body is dry-pressed using a pressing mold having a convex shape, it matches the shape of the inner surface of the diaphragm main body molded body. By adopting a concave shape, this shape can be maintained even after sintering.

また、本発明のダイアフラムを使用した圧力センサは、ダイアフラム本体の外面中央部にセンサ素子または外面に厚膜抵抗体を設けてなることから、上述のように内面の上面部が凹形状であるため、高圧域で使用される圧力センサに適している。また、厚膜抵抗体を用いた場合、厚膜印刷ではセンサ素子に比べ膜厚が薄いためダイアフラム本体を形成するセラミックの歪み量に影響を与えることなく低圧域から高圧域までの広範囲をカバーできる圧力センサ信頼性を高めることができる。   In addition, the pressure sensor using the diaphragm of the present invention has a sensor element at the center of the outer surface of the diaphragm body or a thick film resistor on the outer surface, so that the upper surface of the inner surface is concave as described above. Suitable for pressure sensors used in high pressure range. In addition, when thick film resistors are used, thick film printing can cover a wide range from low pressure to high pressure without affecting the amount of distortion of the ceramic that forms the diaphragm body because the film thickness is thinner than the sensor element. The reliability of the pressure sensor can be improved.

本発明のセラミックダイアフラムの実施形態について図を用いて説明する。   An embodiment of a ceramic diaphragm of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のセラミックダイアフラムは、図1(a)に示すように、アルミナ等のセラミックスからなる円形等の板状のダイアフラム本体3及び該ダイアフラム本体3を支持する円筒状の環状支持部4を有するキャップ状であり、ダイアフラム本体3と環状支持部4の内面の連結部5を円弧面等の曲面状に滑らかに形成し、連結部5における応力集中を抑制する構造となっている。   As shown in FIG. 1A, the ceramic diaphragm of the present invention is a cap having a plate-like diaphragm main body 3 made of ceramics such as alumina and a cylindrical annular support portion 4 for supporting the diaphragm main body 3. The connecting portion 5 between the inner surfaces of the diaphragm main body 3 and the annular support portion 4 is smoothly formed in a curved shape such as an arcuate surface, and the stress concentration in the connecting portion 5 is suppressed.

このセラミックダイアフラムは、詳細を後述するように、図4、5に示すような圧力センサとして用いられるものであり、図4に示すように、セラミックダイアフラム1にセンサ素子2を設けて構成されたもの、また図5に示すように、セラミックダイアフラム1に厚膜抵抗体6が印刷されて構成されたものである。   As will be described in detail later, this ceramic diaphragm is used as a pressure sensor as shown in FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the ceramic diaphragm 1 is provided with a sensor element 2. As shown in FIG. 5, the thick film resistor 6 is printed on the ceramic diaphragm 1.

このような圧力センサは、環状支持部4内の圧力と、特定の圧力に維持された環状支持部4の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体3のたわみ歪みをセンサ素子2または厚膜抵抗体6により検出するものである。   Such a pressure sensor detects the deflection distortion of the diaphragm body 3 caused by the differential pressure between the pressure in the annular support 4 and the outside of the annular support 4 maintained at a specific pressure. It is detected by the body 6.

ここで、本発明のセラミックダイアフラム1は、図1(a)に示すように、内面の上面部1aが凹形状であることが重要である。   Here, in the ceramic diaphragm 1 of the present invention, it is important that the upper surface portion 1a of the inner surface has a concave shape as shown in FIG.

これにより、セラミックダイアフラム1の外面の上面部が平坦であるため、ダイアフラム本体3と環状支持部4の連結部5の近傍の厚みよりも、内面の上面部1aの中央部の厚みの方が薄くなるような形状となり、ダイアフラム本体3と環状支持部4との連結部5に発生する応力を低減することができ、耐圧力を向上できる。   Thereby, since the upper surface portion of the outer surface of the ceramic diaphragm 1 is flat, the thickness of the central portion of the upper surface portion 1a of the inner surface is thinner than the thickness in the vicinity of the connecting portion 5 of the diaphragm main body 3 and the annular support portion 4. Thus, the stress generated in the connecting portion 5 between the diaphragm main body 3 and the annular support portion 4 can be reduced, and the pressure resistance can be improved.

また、内面の上面部1aは、ダイアフラム本体3の中心部が凹形状の底面となるような断面形状が段付きのものや、ダイアフラム本体3の中心に向かって滑らかな断面円弧状の凹形状等、一部が凹形状であれば、種々の形状を用いることができるが、特に、図1(a)に示すような断面円弧状とすることが好ましく、応力がより均等に作用させることができる。   Further, the upper surface portion 1a of the inner surface has a stepped cross-sectional shape such that the center portion of the diaphragm main body 3 becomes a concave bottom surface, or a concave shape having a circular arc shape that is smooth toward the center of the diaphragm main body 3. As long as a part is concave, various shapes can be used. In particular, it is preferable to have a cross-sectional arc shape as shown in FIG. 1A, and stress can be applied more evenly. .

さらに、内面の上面部1aが全面にわたって凹形状の場合、その凹み量bと、前記上面部の厚みtの比(b/t)が1.2〜6.0とすることが好ましい。   Furthermore, when the upper surface portion 1a of the inner surface is concave over the entire surface, it is preferable that the ratio (b / t) between the amount of the recess b and the thickness t of the upper surface portion is 1.2 to 6.0.

なお、この凹み量bとは、図1(a)に示すように、環状支持部4の内面の側面と連結部5の始点である境界7から内面の上面部1aの最も凹んだ点までの量を示すものである。   As shown in FIG. 1 (a), the amount of recess b is from the side surface of the inner surface of the annular support portion 4 and the boundary 7 that is the starting point of the connecting portion 5 to the most recessed point of the upper surface portion 1a of the inner surface. It shows the amount.

これにより、ダイアフラム本体3と環状支持部4との連結部5に発生する応力をより一層低減でき、ダイアフラム本体3に一定圧力、例えば3MPaをセラミックダイアフラム1のキャップ形状内側から水圧としてかけた場合、歪み量が0.02前後となり圧力センサとして必要な歪み範囲内に安定して入れることができる。   Thereby, the stress which generate | occur | produces in the connection part 5 of the diaphragm main body 3 and the cyclic | annular support part 4 can further be reduced, and when applying a fixed pressure, for example, 3 MPa, to the diaphragm main body 3 from the cap shape inner side of the ceramic diaphragm 1, The strain amount is around 0.02, and can be stably put in the strain range required for the pressure sensor.

上記比(b/t)が1.2未満となると、耐圧強度が弱くなるり、強度バラツキが大きくなるため安定した品質が保てなくなる。一方、6.0を超えると耐圧強度が強くなる反面、歪み量が極端に少なくなり圧力センサとして用いた際に圧力が作用した際の応答性が悪くなる。   When the ratio (b / t) is less than 1.2, the pressure resistance is weak or the strength variation is large, so that stable quality cannot be maintained. On the other hand, if it exceeds 6.0, the pressure resistance strength becomes strong, but the amount of distortion becomes extremely small, and the responsiveness when pressure is applied when used as a pressure sensor is deteriorated.

また、圧力センサとして必要な歪み量としては、0.004mm〜0.045mmとなっており比b/tについては1.25〜5.5であることがより好ましい。   Further, the amount of strain necessary for the pressure sensor is 0.004 mm to 0.045 mm, and the ratio b / t is more preferably 1.25 to 5.5.

さらに、本発明のセラミックダイアフラム1は、図1(b)に示すように内面の上面部1aにおける中央部が凹形状であることが好ましい。   Furthermore, as for the ceramic diaphragm 1 of this invention, as shown in FIG.1 (b), it is preferable that the center part in the upper surface part 1a of an inner surface is concave shape.

これにより、ダイアフラム本体3と環状支持部4との連結部5に発生する応力をさらに低減することができ、耐圧力を向上できる。   Thereby, the stress which generate | occur | produces in the connection part 5 of the diaphragm main body 3 and the cyclic | annular support part 4 can further be reduced, and a pressure resistance can be improved.

また、内面の上面部1aにおける中央部の凹み量aと、上面部の厚みtの比(a/t)を0.02〜0.20とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable that ratio (a / t) of the amount of recesses a in the central portion of the upper surface portion 1a of the inner surface and the thickness t of the upper surface portion is 0.02 to 0.20.

ここで、ダイアフラム本体3の内面の上面部1aにおける中央部の凹み量aとは、図1(b)に示したように、ダイアフラム本体3外縁部、すなわちダイアフラム本体3と環状支持部4の連結部5の境界線で構成される平面を基準にして、外側に凹んでいる量を示すもので、ダイアフラム本体3の中央部の厚みtとは、凹んだ部分の中央部におけるダイアフラム本体3の厚みである。   Here, the recess amount “a” at the center of the upper surface portion 1 a of the inner surface of the diaphragm body 3 is the outer edge of the diaphragm body 3, that is, the connection between the diaphragm body 3 and the annular support portion 4, as shown in FIG. The thickness of the diaphragm body 3 is indicated on the basis of the plane formed by the boundary line of the portion 5, and the thickness t of the center portion of the diaphragm body 3 is the thickness of the diaphragm body 3 at the center portion of the recessed portion. It is.

これにより、ダイアフラム本体3と環状支持部4との連結部5に発生する応力の低減と、ダイアフラム本体3中央部が薄肉になることによる強度低下の防止を両立でき、耐圧力性を最も高くできると共にダイアフラム本体3に一定圧力、例えば3MPaをセラミックダイアフラム1のキャップ形状内側から水圧としてかけた場合、歪み量が0.02前後となり圧力センサとして必要な歪み範囲内に安定して入れることができる。さらに、比a/tは、特に0.05〜0.15であることがより好ましい。   Thereby, it is possible to achieve both the reduction of the stress generated in the connecting portion 5 between the diaphragm main body 3 and the annular support portion 4 and the prevention of the strength reduction due to the thin central portion of the diaphragm main body 3, and the highest pressure resistance. At the same time, when a constant pressure, for example, 3 MPa, is applied to the diaphragm main body 3 as a water pressure from the inside of the cap shape of the ceramic diaphragm 1, the strain amount becomes around 0.02, and can be stably put in the strain range necessary for the pressure sensor. Furthermore, the ratio a / t is more preferably 0.05 to 0.15.

上記比(a/t)が0.02未満となると、耐圧強度が弱くなり、強度バラツキが大きくなり安定した品質が保てなくなる。一方、0.20を超えると耐圧強度が強くなる反面、歪み量が極端に少なくなり圧力センサとして用いた際に圧力が作用した際の応答性が悪くなる。   When the ratio (a / t) is less than 0.02, the pressure resistance becomes weak, the strength variation becomes large, and stable quality cannot be maintained. On the other hand, if it exceeds 0.20, the pressure resistance becomes strong, but the amount of strain becomes extremely small, and the responsiveness when pressure is applied when used as a pressure sensor deteriorates.

さらに、ダイアフラム本体3の中央部の厚みtは、ダイアフラム本体3の強度を確保するため、0.10〜3mmであり、特に、0.15mm以上であることが望ましい。また、環状支持部4の厚みは0.5〜20.0mmとされている。   Further, the thickness t of the central portion of the diaphragm main body 3 is 0.10 to 3 mm, particularly 0.15 mm or more in order to ensure the strength of the diaphragm main body 3. Further, the thickness of the annular support portion 4 is set to 0.5 to 20.0 mm.

また、本発明のセラミックダイアフラム1は、少なくともダイアフラム本体3の表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.2〜0.6μmであることが好ましい。   In the ceramic diaphragm 1 of the present invention, at least the surface roughness of the diaphragm main body 3 is preferably 0.2 to 0.6 μm in terms of arithmetic average roughness (Ra).

これは、圧力センサとして用いた際に、ダイアフラム本体3に作用する圧力による歪み量が均一に作用し、耐圧強度のバラツキもなく安定化するためである。   This is because when used as a pressure sensor, the amount of strain due to the pressure acting on the diaphragm main body 3 acts uniformly and stabilizes without any variation in pressure resistance.

さらに、このような表面粗さの範囲で安定した表面状態を得るためには、砥石の目立てをした後、必ずダミーの基板を使用して砥石表面の調整を行って仕上がりの表面粗さを確認した後、セラミックダイアフラム1に加工を行うことが好ましい。   Furthermore, in order to obtain a stable surface condition in such a range of surface roughness, after grinding the wheel, be sure to use a dummy substrate to adjust the wheel surface and check the finished surface roughness. Then, it is preferable to process the ceramic diaphragm 1.

なお、ダイアフラム本体3の表面粗さは、少なくとも外面が上記の範囲となっていればよいが、好ましくは内面、外面が上記の範囲とすることがよい。さらには、環状支持部4の表面、すなわち、セラミックダイアフラム1の表面全体が算術平均粗さ(Ra)で0.2〜0.6μmとなっていることが好ましい。   The surface roughness of the diaphragm body 3 may be at least the outer surface within the above range, but the inner surface and the outer surface are preferably within the above range. Furthermore, it is preferable that the surface of the annular support portion 4, that is, the entire surface of the ceramic diaphragm 1 has an arithmetic average roughness (Ra) of 0.2 to 0.6 μm.

特に、図5に示すようなセラミックダイアフラム1に厚膜抵抗体6が印刷されている圧力センサの場合は、ダイアフラム本体3の外面の上面の表面粗さが良すぎると厚膜抵抗体6の印刷時に滲みや弾き現象が発生することから印刷状態が悪く製品として使用することができなくなる。また、表面粗さによる耐圧強度を見ると表面粗さが良くなるほど強度も上がる傾向がある。したがって、厚膜抵抗体6の印刷性と耐圧強度との関係からダイアフラム本体3の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で0.2〜0.6μm、さらには0.3〜0.5μmがより好ましい。   In particular, in the case of a pressure sensor in which the thick film resistor 6 is printed on the ceramic diaphragm 1 as shown in FIG. 5, if the surface roughness of the upper surface of the outer surface of the diaphragm body 3 is too good, the printing of the thick film resistor 6 is performed. Occasionally bleeding or flipping occurs, and the printing state is poor and the product cannot be used. Further, when the pressure strength due to the surface roughness is seen, the strength tends to increase as the surface roughness improves. Therefore, the surface roughness of the diaphragm body 3 is 0.2 to 0.6 μm in terms of arithmetic average roughness (Ra), and further 0.3 to 0. 0 .mu.m from the relationship between the printability of the thick film resistor 6 and the pressure resistance. 5 μm is more preferable.

さらに、本発明のセラミックダイアフラム1は、少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることが好ましい。   Furthermore, in the ceramic diaphragm 1 of the present invention, it is preferable that at least the diaphragm body is made of an alumina-zirconia ceramic.

アルミナ−ジルコニア系セラミックスは、曲げ強度が非常に高く、耐圧強度が高いため、圧力センサとして用いた際に長期間にわたって安定して使用することができる。また、ダイアフラム本体3を薄くしても強度を高く保持できるため、セラミックダイアフラム1を利用したセンサ感知範囲を拡大することができ、破壊安全性においても高い品質を確保できる。   Alumina-zirconia ceramics have a very high bending strength and a high pressure resistance, and therefore can be used stably over a long period of time when used as a pressure sensor. In addition, since the strength can be kept high even if the diaphragm body 3 is made thin, the sensor sensing range using the ceramic diaphragm 1 can be expanded, and high quality can be ensured in terms of destruction safety.

このアルミナ−ジルコニアセラミックスは、アルミナを90〜99.7重量%、ジルコニアを0.3〜10重量%の組成比を有するものであり、例えば、平均粒径1μm〜6μmのアルミナ粉末、平均粒径0.1μm〜1.6μmのジルコニア粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体を用いることが好ましい。   This alumina-zirconia ceramic has a composition ratio of 90 to 99.7% by weight of alumina and 0.3 to 10% by weight of zirconia. For example, an alumina powder having an average particle diameter of 1 to 6 μm, an average particle diameter It is preferable to use a raw material powder granulated with a spray dryer by adding a predetermined organic binder, lubricant, plasticizer and water to a zirconia powder of 0.1 μm to 1.6 μm.

(製造方法)
次に、本発明のセラミックダイアフラムの製法を、概略断面図である図2、3を基に説明する。
(Production method)
Next, the manufacturing method of the ceramic diaphragm of this invention is demonstrated based on FIG. 2, 3 which is schematic sectional drawing.

先ず、セラミック粉末(ガラスセラミックス粉末を含む)を用いてセラミックダイアフラム成形体を作製する。   First, a ceramic diaphragm molded body is prepared using ceramic powder (including glass ceramic powder).

セラミック粉末としてアルミナ−ジルコニア系セラミックスを用いる際は、例えばジルコニア5重量%、アルミナを95重量%とし、平均粒径0.5μmのジルコニア粉末、平均粒径1.5μmのアルミナ粉末を用いる。また、アルミナセラミックスを用いる際は、純度99.9%、平均粒径1.5μmのアルミナ粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体を使用した。   When using alumina-zirconia ceramics as the ceramic powder, for example, zirconia 5 wt%, alumina 95 wt%, zirconia powder having an average particle diameter of 0.5 μm, and alumina powder having an average particle diameter of 1.5 μm are used. In addition, when using alumina ceramics, a predetermined organic binder, lubricant, plasticizer and water are added to alumina powder having a purity of 99.9% and an average particle size of 1.5 μm, and are granulated with a spray dryer. The raw material powder was used.

セラミックダイアフラム成形体は、図2(a)に示すプレス装置を用いて作製する。このプレス装置は、センサ素子2または厚膜抵抗体6を貼り付ける面を形成する上パンチ9と、環状支持部4の外側面を形成する環状のダイス10と、環状支持部4の内側面を形成するための浮動する浮動下パンチ11と、環状支持部4の底面を形成するための固定した固定下パンチ12とを具備して構成されている。固定下パンチ12内には貫通孔が形成されており、この貫通孔には浮動下パンチ11が挿入されている。   The ceramic diaphragm molded body is produced using a press apparatus shown in FIG. The pressing device includes an upper punch 9 that forms a surface to which the sensor element 2 or the thick film resistor 6 is attached, an annular die 10 that forms an outer surface of the annular support 4, and an inner surface of the annular support 4. A floating lower punch 11 for floating and a fixed fixed lower punch 12 for forming the bottom surface of the annular support portion 4 are provided. A through hole is formed in the fixed lower punch 12, and the floating lower punch 11 is inserted into the through hole.

浮動下パンチ11と固定下パンチ12は、原料粉体を均一に圧縮するために分割されたものであって、粉体の特性によっては一体型であってもよい。また、より精密な制御を行うためにダイス10やしたパンチ12を可動型とする場合もある。また、これらのパンチ9、11、12およびダイス10の稼動部は油圧などにより駆動される。   The floating lower punch 11 and the stationary lower punch 12 are divided in order to uniformly compress the raw material powder, and may be an integrated type depending on the characteristics of the powder. Further, in order to perform more precise control, the die 12 or the punch 12 may be a movable type. Further, the punches 9, 11, 12 and the working part of the die 10 are driven by hydraulic pressure or the like.

このプレス装置を用いてダイアフラム成形体を作製する。先ず、パンチ9、11、12およびダイス10は、図2(b)のような位置関係に移動され、形成された空間にセラミック原料粉末13が充填される。次に図2(c)に示すように、上パンチ9を下降させ、セラミック原料粉末13を圧縮してダイアフラム成形体14を形成する。   A diaphragm molded body is produced using this press apparatus. First, the punches 9, 11, 12 and the die 10 are moved to a positional relationship as shown in FIG. 2B, and the formed ceramic material powder 13 is filled in the formed space. Next, as shown in FIG. 2 (c), the upper punch 9 is lowered and the ceramic raw material powder 13 is compressed to form a diaphragm molded body 14.

ダイアフラム成形体14における、環状支持部4に相当する部分(環状支持部成形体)とダイアフラム本体3に相当する部分(ダイアフラム本体成形体)の成形体密度のバラツキをできるだけ低減するよう、下パンチ11もわずかに下降させることが望ましい。最後に図2(d)に示すように、上パンチ9を上昇させ、ダイス10から引き上げるとともに、下パンチ11、12もその上面がダイス10の上面に一致する位置まで上昇させ、ダイアフラム本体成形体を取り出す。   In the diaphragm molded body 14, the lower punch 11 is designed so as to reduce variations in the molded body density between the portion corresponding to the annular support portion 4 (annular support portion molded body) and the portion corresponding to the diaphragm body 3 (diaphragm body molded body) as much as possible. It is also desirable to lower it slightly. Finally, as shown in FIG. 2 (d), the upper punch 9 is raised and pulled up from the die 10, and the lower punches 11 and 12 are also raised to a position where the upper surface thereof coincides with the upper surface of the die 10. Take out.

通常は図2(a)〜(d)を繰り返すことで、多数のダイアフラム成形体14を作製する。最終的にこれらの成形体は、焼成炉などで適切な条件において焼成され、キャップ状のセラミックダイアフラム1となる。   Usually, a large number of diaphragm molded bodies 14 are produced by repeating FIGS. 2 (a) to 2 (d). Finally, these compacts are fired under appropriate conditions in a firing furnace or the like to form a cap-shaped ceramic diaphragm 1.

そして、本発明では、図3(a)、(b)に示すように、浮動下パンチ11の上端面(ダイアフラム本体3の内面の上面部1aを形成する浮動下パンチ11の面)が凸形状とされている。   And in this invention, as shown to Fig.3 (a), (b), the upper end surface (surface of the floating lower punch 11 which forms the upper surface part 1a of the inner surface of the diaphragm main body 3) is convex shape as the floating lower punch 11 It is said that.

この浮動下パンチ11の上端面は、ダイアフラム本体3の内面の上面部1aの形状に合致するように上に凸形状となっており、図1(a)に示すような内面の上面部1aが全面にわたって滑らかな球面状に凹形状となっている場合、図3(a)に示すように、滑らかな球面形状とされている。また、上端面と側面との境界、すなわちセラミックダイアフラム1の連結部5にあたる部分は、R面状となっており、側面とR面との境界から頂点までの距離である破線間距離b”が焼成後にダイアフラム本体3の内面の上面部1aの凹み量bを形成することになる。   The upper end surface of the floating lower punch 11 is convex upward so as to match the shape of the upper surface portion 1a of the inner surface of the diaphragm body 3, and the upper surface portion 1a of the inner surface as shown in FIG. In the case where the entire surface has a concave shape that is a smooth spherical surface, as shown in FIG. In addition, the boundary between the upper end surface and the side surface, that is, the portion corresponding to the connecting portion 5 of the ceramic diaphragm 1 has an R surface shape, and the distance b ″ between the broken lines, which is the distance from the boundary between the side surface and the R surface to the apex. After the firing, a recess amount b of the upper surface portion 1a of the inner surface of the diaphragm body 3 is formed.

また、図1(b)に示すような上面の中央部が滑らかな球面状に凹形状となっている場合、図3(b)に示すように、浮動下パンチ11の上端面は同様に中央部に球面状の凸部15を形成している。また、凸部15の上端面から平坦面までの距離である破線間距離距離a”が焼成後にダイアフラム本体3の内面の中央部の凹み量aを形成することになる。   In addition, when the central portion of the upper surface as shown in FIG. 1B has a concave shape with a smooth spherical surface, the upper end surface of the floating lower punch 11 is similarly centered as shown in FIG. 3B. A spherical convex portion 15 is formed in the portion. Further, the distance a ″ between the broken lines, which is the distance from the upper end surface of the convex portion 15 to the flat surface, forms the concave amount a at the center portion of the inner surface of the diaphragm body 3 after firing.

なお、本発明では、上パンチ9に油圧装置でプレス圧を印加し、さらに別の油圧系統により、下パンチ12にプレス圧を印加する。下パンチ12部分にかかるプレス圧が、下パンチ11部分にかかるプレス圧よりも高くすることが望ましい。下パンチ12部分にかかるプレス圧P1と、下パンチ11部分にかかるプレス圧P0の比P1/P0は、1.01〜3.5である場合に特に有効である。このために各パンチに圧力センサを取り付け個々に受圧を管理する。   In the present invention, a press pressure is applied to the upper punch 9 by a hydraulic device, and a press pressure is further applied to the lower punch 12 by another hydraulic system. It is desirable that the press pressure applied to the lower punch 12 portion is higher than the press pressure applied to the lower punch 11 portion. The ratio P1 / P0 between the press pressure P1 applied to the lower punch 12 portion and the press pressure P0 applied to the lower punch 11 portion is particularly effective when it is 1.01 to 3.5. For this purpose, a pressure sensor is attached to each punch to manage the pressure received individually.

また、焼結後にダイアフラム1の内面の上面部1aを研磨することが望ましい。これにより、強度低下の原因となる局所的な応力集中を起こしやすい内面の微細な凹凸を除去し、耐圧力性を向上させることができる。なお、焼結後においても凹形状を維持するためには、環状支持部成形体をプレスするプレス用金型によるプレス圧を、ダイアフラム本体成形体をプレスするプレス用金型によるプレス圧より高く設定することが望ましい。これにより、ダイアフラム本体と環状支持部の成形体密度の差を小さくすることができ、結果的に所望の凹形状を精度よく得ることができる。   Further, it is desirable to polish the upper surface portion 1a of the inner surface of the diaphragm 1 after sintering. Thereby, the fine unevenness | corrugation of the inner surface which is easy to raise | generate the local stress concentration which causes a strength fall can be removed, and pressure resistance can be improved. In order to maintain the concave shape even after sintering, the pressing pressure by the pressing mold for pressing the annular support molded body is set higher than the pressing pressure by the pressing mold for pressing the diaphragm body molded body. It is desirable to do. Thereby, the difference of the molded object density of a diaphragm main body and an annular support part can be made small, and, as a result, a desired concave shape can be obtained accurately.

このようにして作製されたセラミックダイアフラムは、上述したような圧力センサとして好適に用いる。   The ceramic diaphragm thus produced is suitably used as a pressure sensor as described above.

本発明の圧力センサについて図4、5を用いて詳細に説明する。   The pressure sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

先ず、図4に示すように、ダイアフラム本体3の外面の中央部にセンサ素子2を設けて構成されており、セラミックダイアフラム1は、圧力検出用の板状のダイアフラム本体3及びダイアフラム本体3を支持する円筒状の環状支持部4を有するキャップ状とされ、ダイアフラム本体3の外面の中央部にセンサ素子2を配設して構成されている。   First, as shown in FIG. 4, the sensor element 2 is provided at the center of the outer surface of the diaphragm body 3, and the ceramic diaphragm 1 supports the plate-shaped diaphragm body 3 for detecting pressure and the diaphragm body 3. It is made into the cap shape which has the cylindrical cyclic | annular support part 4 to which the sensor element 2 is arrange | positioned in the center part of the outer surface of the diaphragm main body 3, and is comprised.

このような圧力センサは、環状支持部4内の圧力と特定の圧力に維持された環状支持部4の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体3のたわみ歪みをセンサ素子2により検出する。   Such a pressure sensor detects the deflection distortion of the diaphragm main body 3 caused by the differential pressure between the pressure inside the annular support portion 4 and the outside of the annular support portion 4 maintained at a specific pressure by the sensor element 2.

また、圧力センサとして図5に示すように、ダイアフラム本体3の外面に厚膜抵抗体6を設けたものがより好ましい。この厚膜抵抗体6は酸化ルテニウム等からなり、印刷によって厚み10〜50μmで形成されている。このような圧力センサは、上述と同様、環状支持部4内の圧力と特定の圧力に維持された環状支持部4の外側との差圧によって発生するダイアフラム本体3のたわみ歪みを、厚膜抵抗体6の抵抗値の変化により検出する。   Further, as shown in FIG. 5, the pressure sensor is more preferably provided with a thick film resistor 6 on the outer surface of the diaphragm body 3. The thick film resistor 6 is made of ruthenium oxide or the like and is formed with a thickness of 10 to 50 μm by printing. Similar to the above, such a pressure sensor detects the deflection strain of the diaphragm main body 3 caused by the differential pressure between the pressure inside the annular support 4 and the outside of the annular support 4 maintained at a specific pressure. It is detected by a change in the resistance value of the body 6.

したがって、これらセンサ素子2または厚膜抵抗体6を備えた圧力センサは、上述のようにセラミックダイアフラム1の内面の上面部1aが凹形状となっていることで、セラミックダイアフラム1の内部へ圧力媒体が導入されたときに、ダイアフラム本体3の中央部に比べて肉厚の薄いダイアフラム本体3と環状支持部4の連結部5に応力が集中しないため、耐圧力性が高くなり、長期間にわたって使用することができる。   Therefore, the pressure sensor including the sensor element 2 or the thick film resistor 6 has a concave shape on the upper surface 1a of the inner surface of the ceramic diaphragm 1 as described above, so that the pressure medium is introduced into the ceramic diaphragm 1. When pressure is introduced, stress is not concentrated on the connecting part 5 between the diaphragm main body 3 and the annular support part 4 which is thinner than the central part of the diaphragm main body 3, so that the pressure resistance is increased and used for a long period of time. can do.

また、図5に示すように、厚膜抵抗体6を用いた場合、厚膜印刷ではセンサ素子2に比べ膜厚が薄いためダイアフラム本体3を形成するセラミックの歪み量に影響を与えることなく低圧域から高圧域までの広範囲をカバーできる圧力センサとなり、より耐圧力性を向上することができる。   Further, as shown in FIG. 5, when the thick film resistor 6 is used, the film thickness is smaller than that of the sensor element 2 in the thick film printing, so that the low pressure without affecting the distortion amount of the ceramic forming the diaphragm body 3. The pressure sensor can cover a wide range from the high pressure range to the high pressure range, and the pressure resistance can be further improved.

次いで、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

先ず、本発明の実施例として図1(a)、(b)に示すようなセラミックダイアフラムを作製した。   First, as an example of the present invention, a ceramic diaphragm as shown in FIGS. 1A and 1B was produced.

先ず、アルミナセラミックスとして、純度99.9%、平均粒径1.5μmのアルミナ粉末に所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体、またアルミナ−ジルコニア系セラミックスとして、アルミナ平均粒径1.5μm、ジルコニア0.5μmのアルミナを95重量%、ジルコニアを5重量%を含有するセラミックス粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加し、スプレードライヤーで顆粒状にした原料粉体をそれぞれ図2、3に示したプレス装置により成形した。   First, as alumina ceramics, a raw material powder made by adding a predetermined organic binder, lubricant, plasticizer and water to alumina powder having a purity of 99.9% and an average particle diameter of 1.5 μm, and granulating with a spray dryer, As an alumina-zirconia ceramic, predetermined organic binder, lubricant, plasticizer for ceramic powder containing alumina having an average particle diameter of 1.5 μm, zirconia 0.5 μm and 95% by weight of alumina and 5% by weight of zirconia And water were added, and the raw material powders granulated with a spray dryer were molded by the pressing devices shown in FIGS.

先ず図1(a)に示すようなセラミックダイアフラム1の内面の上面部1aが球面状の凹形状となった試料を得るため、固定下パンチ12の外径23.5mm、内径11.6mm、浮動下パンチ11の上端面は図3(a)に示すように突出量がb’’が0.7〜0.75mmの金型を用いて、上パンチ9による成形圧を150MPaとし、上パンチ9による加圧と同時に浮動下パンチ11を僅かに下降させ、キャップ形状のダイアフラム成形体を作製した。その後、1570℃にて焼成して外径20.0mm、内径10.2mmの焼結体を得た後、ダイアフラム本体の上面を厚さtが0.28〜0.3mmとなるよう研磨仕上げし、キャップ状のダイアフラムの試料を作製した後、ダイアフラム本体3の外面の中央部にセンサ素子2を貼り付けて圧力センサを作製した。   First, in order to obtain a sample in which the upper surface portion 1a of the inner surface of the ceramic diaphragm 1 has a spherical concave shape as shown in FIG. 1A, the outer diameter of the fixed lower punch 12 is 23.5 mm, the inner diameter is 11.6 mm, the floating As shown in FIG. 3A, the upper end surface of the lower punch 11 is a mold having a protruding amount b ″ of 0.7 to 0.75 mm, the molding pressure by the upper punch 9 is 150 MPa, and the upper punch 9 The floating lower punch 11 was slightly lowered at the same time as the pressurization by a cap to produce a cap-shaped diaphragm molded body. Then, after firing at 1570 ° C. to obtain a sintered body having an outer diameter of 20.0 mm and an inner diameter of 10.2 mm, the upper surface of the diaphragm main body is polished and finished so that the thickness t becomes 0.28 to 0.3 mm. After producing a cap-shaped diaphragm sample, the sensor element 2 was attached to the center of the outer surface of the diaphragm body 3 to produce a pressure sensor.

また、図1(b)に示すようにセラミックダイアフラム1の内面の上面部1aの中央部のみが凹形状となった試料を得るため、上述と同様な成形において、浮動下パンチ11の上端面が図3(b)に示すように突出量a’’が0.03mmの金型を用いて、ダイアフラム本体の上面の厚さtが0.28mmとなるよう研磨仕上げし、キャップ状のダイアフラムの試料を作製し、ダイアフラム本体3の外面中央部にセンサ素子2を貼り付けて圧力センサを作製した。   Further, as shown in FIG. 1B, in order to obtain a sample in which only the central portion of the upper surface portion 1a of the inner surface of the ceramic diaphragm 1 has a concave shape, the upper end surface of the floating lower punch 11 is formed in the same molding as described above. As shown in FIG. 3 (b), a die having a protrusion amount a ″ of 0.03 mm is polished and finished so that the thickness t of the upper surface of the diaphragm body is 0.28 mm, and a cap-shaped diaphragm sample is obtained. And a sensor element 2 was attached to the center of the outer surface of the diaphragm body 3 to produce a pressure sensor.

各試料のセラミックダイアフラム1の内面の凹み量b、a、厚みtをダイヤルゲージによって測定し、厚みtとの比b/t、a/tを算出した。   Recesses b and a and thickness t on the inner surface of the ceramic diaphragm 1 of each sample were measured with a dial gauge, and ratios b / t and a / t with respect to thickness t were calculated.

また、比較例として、従来のように浮動下パンチ11の上端面14の突出量b”、a”が0.0mm(平坦)の金型を用いて上述と同様に圧力センサを作製した。研磨後のダイアフラム本体3の内面の中央部は凸形状をなしており、その突出量を測定したところ図6に示すようにa’が0.030mmであった。   Further, as a comparative example, a pressure sensor was manufactured in the same manner as described above using a mold having protrusions b ″ and a ″ of 0.0 mm (flat) on the upper end surface 14 of the floating lower punch 11 as in the past. The central portion of the inner surface of the diaphragm body 3 after polishing has a convex shape, and the amount of protrusion measured was a 'was 0.030 mm as shown in FIG.

なお、各試料の連結部は曲率半径Rが115mmの曲面状とし、それぞれアルミナセラミックス、アルミナ−ジルコニアセラミックスで作製し、ダイアフラム本体の表面粗さを
Raで0.4μmとした。
In addition, the connection part of each sample was made into the curved surface shape whose curvature radius R is 115 mm, respectively, It produced with the alumina ceramic and the alumina- zirconia ceramic, respectively, and the surface roughness of the diaphragm main body was 0.4 micrometer by Ra.

そして、作製した圧力センサの内部に水圧を6.5MPaまで徐々に印加して、圧力センサが破損するまでの圧力を測定する耐水圧テストを実施した。   Then, a water pressure test was performed in which the water pressure was gradually applied to the inside of the manufactured pressure sensor to 6.5 MPa, and the pressure until the pressure sensor was damaged was measured.

結果を表1に示す。

Figure 2005037383
The results are shown in Table 1.
Figure 2005037383

表1より、本発明のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサ試料(No.1〜14)は、破水圧力が5.7MPa以上で破損し、高い耐圧強度を有することが判った。   From Table 1, it was found that the pressure sensor samples (Nos. 1 to 14) using the ceramic diaphragm of the present invention were damaged when the water break pressure was 5.7 MPa or more and had high pressure resistance.

特に、内面の上面部の中央部のみ凹形状とした試料(No.8〜14)はより高い耐圧強度を有することが判った。   In particular, it was found that samples (Nos. 8 to 14) having a concave shape only at the center of the upper surface portion of the inner surface had higher pressure resistance.

また、図1(a)に示す形状の試料のうち、比b/tが1.2〜6の範囲の試料(No.2〜5)は、破水圧力が10.6〜11.2MPaと高く安定した強度を示すことができた。同様に、図1(b)に示す形状の試料のうち、比a/tが0.02〜0.2の範囲の試料(No.9〜12)は、破水圧力が10.8〜11.8MPaとさらに高い強度を示すことが判った。   Moreover, among the samples having the shape shown in FIG. 1A, the samples having the ratio b / t in the range of 1.2 to 6 (Nos. 2 to 5) have a high water break pressure of 10.6 to 11.2 MPa. Stable strength could be shown. Similarly, among the samples having the shape shown in FIG. 1 (b), the samples having the ratio a / t in the range of 0.02 to 0.2 (Nos. 9 to 12) have a breaking pressure of 10.8 to 11. It was found to show a higher strength of 8 MPa.

また、各形状においてアルミナ−ジルコニアセラミックスからなる試料(No.1〜6、No.8〜13)と、アルミナからなる試料(No.7、14)をそれぞれ比較した場合、
1.7倍以上の強度を示す結果となった。
Moreover, when the sample (No. 1-6, No. 8-13) which consists of alumina zirconia ceramics in each shape, and the sample (No. 7, 14) which consist of alumina are each compared,
The result showed a strength of 1.7 times or more.

(a)、(b)は本発明のセラミックダイアフラムの一例を示す概略断面図である。(A), (b) is a schematic sectional drawing which shows an example of the ceramic diaphragm of this invention. (a)〜(d)は本発明のセラミックダイアフラムの製法を説明するための工程図である。(A)-(d) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the ceramic diaphragm of this invention. (a)、(b)は下パンチの頂面中央部が突出している状態を示す説明図である。(A), (b) is explanatory drawing which shows the state which the top surface center part of the lower punch protrudes. 本発明の圧力センサの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the pressure sensor of this invention. 本発明の圧力センサの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the pressure sensor of this invention. 従来の圧力センサを説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the conventional pressure sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・セラミックダイアフラム
1a・・セラミックダイアフラムの内面の上面部
2・・・圧力センサ
3・・・ダイアフラム本体
4・・・環状支持部
5・・・ダイアフラム本体と環状支持部の連結部
6・・・厚膜抵抗体
7・・・連結部と側面の境界
8・・・開口部
9・・・上パンチ
10・・・ダイス
11・・・浮動下パンチ
12・・・固定下パンチ
13・・・セラミック原料粉末
14・・・ダイアフラム成形体
15・・・凸部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic diaphragm 1a .. Upper surface part 2 of inner surface of ceramic diaphragm 2 ... Pressure sensor 3 ... Diaphragm main body 4 ... Annular support part 5 ... Connection part 6 of a diaphragm main body and an annular support part ··· Thick film resistor 7 ··· Border 8 between connecting portion and side ··· Opening portion 9 · · · Upper punch 10 · · · Die 11 · Floating lower punch 12 · · · Fixed lower punch 13 · · · -Ceramic raw material powder 14 ... Diaphragm compact 15 ... Convex part

Claims (9)

板状のダイアフラム本体及び該ダイアフラム本体を支持する環状支持部を有するセラミックダイアフラムであって、内面の上面部が凹形状であることを特徴とするセラミックダイアフラム。 A ceramic diaphragm having a plate-like diaphragm main body and an annular support portion for supporting the diaphragm main body, wherein the upper surface of the inner surface is concave. 前記内面の上面部における中央部が凹形状であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックダイアフラム。 The ceramic diaphragm according to claim 1, wherein a central portion of the upper surface portion of the inner surface has a concave shape. 前記内面の上面部が全面にわたって凹形状であり、その凹み量bと、前記上面部の厚みtの比(b/t)が、1.2〜6.0であることを特徴とする請求項1記載のセラミックダイアフラム。 The upper surface portion of the inner surface has a concave shape over the entire surface, and the ratio (b / t) between the amount of recess b and the thickness t of the upper surface portion is 1.2 to 6.0. The ceramic diaphragm according to 1. 前記内面の上面部における中央部の凹み量aと、前記上面部の厚みtの比(a/t)が、0.02〜0.20であることを特徴とする請求項2記載のセラミックダイアフラム。 3. The ceramic diaphragm according to claim 2, wherein a ratio (a / t) of a recess amount “a” at the center of the upper surface portion of the inner surface to a thickness t of the upper surface portion is 0.02 to 0.20. . 少なくとも前記ダイアフラム本体の表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.2μm〜0.6μmであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のセラミックダイアフラム。 5. The ceramic diaphragm according to claim 1, wherein at least a surface roughness of the diaphragm main body is 0.2 μm to 0.6 μm in arithmetic mean roughness (Ra). 少なくとも前記ダイアフラム本体がアルミナ−ジルコニア系セラミックスからなることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のセラミックダイアフラム。 The ceramic diaphragm according to any one of claims 1 to 5, wherein at least the diaphragm main body is made of alumina-zirconia ceramics. セラミック粉末を乾式プレスして、セラミックダイアフラム成形体を作製する工程と、該セラミックダイアフラム成形体を焼成する工程とを具備するセラミックダイアフラムの製法であって、前記乾式プレスに用いるプレス用金型のダイアフラム本体内面の上面部を形成する面が凸形状であることを特徴とするセラミックダイアフラムの製造方法。 A method of manufacturing a ceramic diaphragm comprising a step of dry pressing a ceramic powder to produce a ceramic diaphragm molded body, and a step of firing the ceramic diaphragm molded body, wherein the diaphragm for a press mold used in the dry press A method for producing a ceramic diaphragm, wherein a surface forming an upper surface portion of the inner surface of the main body is convex. 請求項1〜6の何れかに記載のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、前記ダイアフラム本体の外面中央部にセンサ素子を設けてなることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor using the ceramic diaphragm according to any one of claims 1 to 6, wherein a sensor element is provided at a central portion of the outer surface of the diaphragm main body. 請求項1〜6の何れかに記載のセラミックダイアフラムを用いた圧力センサであって、前記ダイアフラム本体の外面に厚膜抵抗体を設けてなることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor using the ceramic diaphragm according to claim 1, wherein a thick film resistor is provided on an outer surface of the diaphragm main body.
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