JP2675190B2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JP2675190B2
JP2675190B2 JP2504922A JP50492290A JP2675190B2 JP 2675190 B2 JP2675190 B2 JP 2675190B2 JP 2504922 A JP2504922 A JP 2504922A JP 50492290 A JP50492290 A JP 50492290A JP 2675190 B2 JP2675190 B2 JP 2675190B2
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    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ダイヤフラムを備えた圧力センサに関す
る。
圧力センサでは、ダイヤフラムは有利には、セラミッ
クス、ガラス、石英、単結晶材料又は非高級金属のよう
な、経済的な大量生産に適した安価な弾性材料から成っ
ている。ダイヤフラムを、オキサイドセラミックス特に
酸化アルミニウムセラミックスから製造すると、特に有
利であることが判明している。使用されるダイヤフラム
材料には、種々様々な観点から、以下に記載のような様
々な要求が課せられている： 1.高いクリープ強度、ヒステリシスの非発生などのよう
な所望の弾性特性； 2.ダイヤフラムと基体とを接合するのに用いられる、例
えばろう接、溶接、ガラスフリットによる溶着又はこれ
に類した形式のような接合技術； 3.圧力を測定される媒体の影響に対する抵抗力、特に防
腐性及び耐摩耗性。
しかしながらこれらすべての要求を同時に満たすこと
ができるようなダイヤフラム材料は、実際には存在しな
い。従って、種々様々な使用分野における要求に応じ
て、種々異なったダイヤフラム材料を備えた圧力センサ
を用意する必要があり、これによって製造及び在庫管理
にかかるコストが高くなる。そしてその他の要求に対し
ては多くの場合妥協を余儀なくされる。
ゆえに本発明の課題は、汎用の安価な弾性材料のうち
の１つ、つまり所望の弾性特性及び使用される接合技術
に応じて選択することができる弾性材料のうちの１つか
ら、経済的な大量生産によって製造することができるダ
イヤフラムを有していて、しかもこの場合ダイヤフラム
が、測定媒体の影響、特に腐食及び摩耗に対する高い抵
抗力を有している圧力センサを提供することである。
この課題を解決するために本発明の構成では、ダイヤ
フラムを備えた圧力センサにおいて、該ダイヤフラム
が、極めて粗い表面を備えた材料つまりセラミックスか
ら成っており、かつその全周範囲において、室を形成し
ながら基体と結合されており、該ダイヤフラムの、基体
とは反対側の面が、圧力を測定すべき媒体によってさら
されるようになっており、ダイヤフラムの、基体とは反
対側の面に、化学的な気相析出によって被着された炭化
ケイ素製の薄い層が設けられており、さらに炭化ケイ素
製の層がドーピングによって導電性になっている。
本発明のように化学的な気相析出によって被着された
炭化ケイ素層は、腐食に対しても摩耗に対して極めて高
い抵抗力を有している。この炭化ケイ素層は従って防食
層及び摩耗防止層として同時に働き、化学的又は機械的
に攻撃的な媒体が本来のダイヤフラム材料と接触するこ
とを阻止する。また、炭化ケイ素は半導体であるので、
本発明のようにダイヤフラムに被着された炭化ケイ素層
を適当なドーピングによって導電性にすることによっ
て、炭化ケイ素層を付加的に、静電遮蔽体として使用す
ることもできる。
炭化ケイ素から成る防食及び摩耗防止層のためには、
約１〜10μｍの層厚さで十分である。この厚さを有する
炭化ケイ素層は、ダイヤフラムの表面を化学的な気層析
出によって炭化ケイ素により被覆することによって、迅
速、安価かつ良好に再現可能に形成することができる。
この方法はCVD技術（化学蒸着法）として一般に公知で
あり、経済的な大量生産のために特に適している。既に
古くから公知であるCVD技術では炭化ケイ素を析出する
のに約1000゜Ｃの温度が使用されねばならないので、こ
の方法は、セラミックス、石英、単結晶材料及びある種
の金属のような、この温度に耐えることができるダイヤ
フラム材料を被覆するためにしか適していない。これに
対して、最近使用されているPECVD（プラズマ化学蒸着
法）によれば、約100〜200゜Ｃの著しく低い温度で炭化
ケイ素を析出することが可能であり、この結果この方法
によって、ガラスのような熱に対して弱い材料をも被覆
することが可能である。PECVD技術の使用にはダイヤフ
ラムの被覆は接合の後で初めて行うことができる。
いずれの場合でも、すべてのダイヤフラム材料におけ
る化学的な気相析出は、高い弾性度と僅かな曲げこわさ
とを有する極めて良好に固着する炭化ケイ素層を生ぜし
め、このような炭化ケイ素層は、固有応力をまったくか
又は極めて僅かしか有していない。従ってダイヤフラム
に対する炭化ケイ素層の反作用は、無視できるほどであ
る。
化学的な気相析出によって炭化ケイ素層を被着するこ
との利点としては次のことが挙げられる。つまりこの場
合、滑らかな表面においても極めて粗い表面において
も、極めて密な被覆が達成され、この結果炭化ケイ素層
はマイクロ裂け目及び欠陥箇所を有しなくなる。従って
このようにして、セラミックダイヤフラムの粗い表面を
も、該表面を予め研磨することなしに、被覆することが
できる。
本発明の別の有利の構成は、請求項２以下に記載され
ている。
本発明のその他特徴及び利点は、以下において図面を
参照しながら説明する。図面は、本発明に基づいて構成
された圧力センサの断面図である。
図面に示された圧力センサ10は、平面平行な面を備え
た円形の円板形状をしたダイヤフラム11を有している。
このダイヤフラムはその全周において、結合剤13によっ
て円形の基体12と結合されている。結合剤13はダイヤフ
ラム11を基体12から間隔をおいて保持しているので、ダ
イヤフラム11と基体12との互いに向かい合った面の間に
は室14が形成されている。ダイヤフラム11はセラミック
ス、ガラス、石英、金属又はシリコン単結晶のような単
結晶材料から成っている。基体12は同様にこのような材
料から成っており、この場合しかしながら、ダイヤフラ
ム11及び基体12が形成される材料は互いに異なっていて
もよい。ダイヤフラム11及び基体12のために有利な材料
はオキサイドセラミックス、特に酸化アルミニウムセラ
ミックスである。結合剤13は、該結合剤がダイヤフラム
11の材料及び基体12の材料と固着的にかつ密に結合され
るように、選択されている。ダイヤフラム11は弾性的で
あり、従って該ダイヤフラムは圧力の作用下において変
形することができる。基体12は例えば中実かつ剛性であ
るが、しかしながらまた基体は、所望の場合には、ダイ
ヤフラム11と同様に扁平な弾性的な円板として構成され
ていてもよい。
ダイヤフラム11及び基体12の互いに向かい合っている
面には、室14の内部において、互いに向かい合って位置
している金属製の円形の導電層15;16が取り付けられて
いる。両導電層15及び16は、コンデンサの電極を形成し
ていて、該コンデンサの容量は、導電層の間の間隔に関
連している。両導電層は図示されていない接続導体によ
って、電子回路と接続されており、この電子回路は、電
気的な測定値信号を生ぜしめ、この測定値信号は、両電
極15と16との間の容量に関連している。
運転時に圧力センサ10は、基体12とは反対側のダイヤ
フラム11面だけが、その圧力が測定される媒体にさらさ
れるように、組み込まれている。ダイヤフラム11は、媒
体の圧力に関連して変形され、これによって導電層15と
16との間の間隔ひいては圧力センサ10の容量が変化す
る。従って、接続された電子回路によって生ぜしめられ
る測定値信号は、媒体圧のための尺度である。
圧力が測定される媒体にさらされる、基体12とは反対
側のダイヤフラム11面には、炭化ケイ素SiCから成る薄
い層17が被着されている。層17の厚さは約１〜10μｍで
ある（層17は明確にするために図面では実際よりも著し
く大きく示されている）。
炭化ケイ素層17は、酸、アルカリ及び溶剤に対して耐
食性であり、機械的強度が高く、かつ耐摩耗性である。
従って炭化ケイ素層は、化学的又は機械的に攻撃的な媒
体に対する防食層及び耐摩耗性層として働く。この結
果、たとえばダイヤフラム11が、化学的又は機械的に攻
撃的な媒体に対して抵抗力を有しない材料から成ってい
たとしても、圧力センサ10をこのような媒体の圧力を測
定するために使用することができる。
炭化ケイ素層17を被着するのに有利な方法は、一般に
CVD技術（化学蒸着法）として公知である化学的な気相
析出法である。この方法によって薄い炭化ケイ素層を迅
速に、安価にかつ良好に再現可能に被着することができ
る。通常のCVD技術による炭化ケイ素の析出時には約100
0゜の温度が使用されねばならないので、従って、この
温度に耐えられる材料、例えばセラミックス特にオキサ
イドセラミックス、石英、単結晶材料及び条件付きで鋼
のような材料から成るダイヤフラムだけが被覆され得
る。これに対していわゆるPECVD技術（プラズマ化学蒸
着法）を用いると、炭化ケイ素層は約100〜200゜Ｃの著
しく低い温度で析出することができる。従ってPECVD技
術を用いると、防腐兼摩耗防止層17を、ガラス又はその
他の熱に対して敏感な材料から成るダイヤフラムにも被
着することができる。
CVD技術を用いてもPECVD技術を用いても、極めてしっ
かりとした密な炭化ケイ素層を、マイクロ裂け目及び欠
如箇所なしに、滑らかな表面においても極めて粗い表面
においても得ることができる。セラミックスの表面は、
それが研磨されていない場合には、極めて粗いので、こ
の方法は特に、被覆すべき面を予め特別な作業過程にお
いて研磨する必要なしに、セラミックス製のダイヤフラ
ム11に炭化ケイ素層17を被着するのに適している。
ダイヤフラム11に被着された炭化ケイ素層17は、高い
弾性度と小さな曲げこわさの点で傑出しており、そして
この炭化ケイ素層は事実上固有応力を有していない。ダ
イヤフラム11への反作用は従って無視できるほどなの
で、この結果圧力センサ10の特性が炭化ケイ素層17によ
って損なわれることはない。
さらにまた、炭化ケイ素層17を、該炭化ケイ素層が導
電性になるようにドーピングすることによって、炭化ケ
イ素層は付加的に静電遮蔽体として働くことができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−123283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−117906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−225591（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−3468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−142888（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−428（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ダイヤフラム（11）を備えた圧力センサ
    （10）であって、該ダイヤフラムが、極めて粗い表面を
    備えた材料つまりセラミックスから成っており、かつそ
    の全周範囲において、室（14）を形成しながら基体（1
    2）と結合されており、該ダイヤフラムの、基体とは反
    対側の面が、圧力を測定すべき媒体によってさらされる
    ようになっており、ダイヤフラム（11）の、基体とは反
    対側の面に、化学的な気相析出によって被着された炭化
    ケイ素製の薄い層（17）が設けられており、さらに炭化
    ケイ素製の層（17）がドーピングによって導電性になっ
    ていることを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項２】炭化ケイ素製の層（17）が約１μｍ〜10μ
    ｍの厚さを有している、請求項１記載の圧力センサ。
  3. 【請求項３】ダイヤフラムがオキサイドセラミックスか
    ら成っている、請求項１又は２記載の圧力センサ。
  4. 【請求項４】ダイヤフラム（11）が酸化アルミニウムセ
    ラミックスから成っている、請求項３記載の圧力セン
    サ。
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