JP2718563B2 - 圧力検出器 - Google Patents

圧力検出器

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    • G01L9/0042Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
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    • G01L9/0055Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば自動車エンジンの制御に用いる、
セラミツクス製圧力、加速度、液レベル等の検知器に関
する。
〔従来の技術〕
SAEレポート860474には、セラミツクス製ダイヤフラ
ムと同じくセラミックス製固定台とをガラスによつて装
着した検出器が開示されている。しかしながら、ガラス
とセラミツクスとの熱膨脹差による、接合部の強度低下
の問題、高温での無圧力下における膨脹差による変形の
問題等があつた。
これらの解決法として特開昭57-4531号公報、特開昭6
3-292032号公報等には、ダイヤフラムとセラミツクスと
を生の状態、すなわち未焼成状態のいわゆるグリーンシ
ートの状態で積層、一体化させ、一緒に焼成することに
より強固な検出器を製造する方法が提案されている。
この方法によればガラスを使用しないことにより上記
の問題点は一応解決されるが、ダイヤフラムと固定台の
セラミツクスをほゞ同じ材料とし、かつ焼成時の収縮差
を同一にすることが必要となり、製造時におけるこれら
の管理が非常に面倒な作業となつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
グリーンシートを積層して焼成する場合、積層された
2層のシートの焼成時の収縮を充分に一致させないと焼
成体にソリや曲がりが発生する。ソリが発生した焼成体
を自動車用排ガスの圧力センサとして組付すると、排ガ
スのリークを生じたり振動を伴う排ガスが加わつた場
合、その余波により共振を発生し、圧力検出値に誤差が
避けられない。
そのため、この装置に使用するダイヤフラムおよび固
定台を極力ソリが少ないものとする必要がある。しかし
ながら、積層体はたとえば同じグリーンシートを使用し
た場合でも、シートを製造する上での工程のバラツキ等
により、また仮焼成等を加えた場合にはその温度差等に
より、製造ロツトごとに焼成収縮が異なりどうしても±
0.4%程度の収縮差が発生する。
また、印刷等による厚膜法を採用した場合には、シー
トと印刷体との焼成収縮差が大きいだけでなく電極およ
びリード用の金属部分を印刷によつて形成することによ
る影響のためソリが避けられない。
本発明の目的は、焼成時の収縮差が異なる場合でもほ
とんどソリ等のない安定した圧力検出器を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の圧力検出器は、セラミツクス製厚膜体と該厚
膜体と向かい合いかつその周辺部を互いに固定されるセ
ラミツクス製固定台とを有する圧力検出器において、前
記固定台の両側に前記厚膜体を積層し、一体成形したこ
とを特徴としている。
本発明によれば、固定台の両側に厚膜体を設けたた
め、焼成時に固定台と厚膜体との間に焼成収縮差がある
としても、その差は抑制され圧力検出器に変形を生じな
い。
〔実施例〕
本発明は、セラミツクス製厚膜体とセラミツクス製固
定台とからなる圧力検出器において、固定台の両側に厚
膜体を設けたものである。
ソリを防ぐため固定台の両側に設けられる厚膜体の層
は、たとえば95%程度同じ成分からなる層とする。固定
台を挟む外側の両厚膜体の厚みの比は1/10〜1、好まし
くは1/5〜1とされる。
固定台と厚膜体との収縮差が大きい場合には、固定台
を両側から挟むことによりその差はいくぶん減殺される
としても微かにソリが発生する。そのため、固定台が厚
膜体の収縮率をできるだけ抑制できるように、固定台に
対して厚膜体の厚みを1/2以下、好ましくは2/5以下にす
ることが望ましい。
つぎに圧力センサとして圧力に応じて変形しうるダイ
ヤフラムを設けるために厚膜体と固定台との少くとも一
方の側間に空所を設ける場合、予め空間を生状態で形成
してもよいが、焼成時の厚膜体材の軟化、変形により所
定の間隔が維持できなくなる。そのため介装体は厚膜体
の軟化しうる温度−200℃〜100℃の範囲で焼成中に消失
する物質を使用することが好ましい。消失温度が高過ぎ
る場合、軟化焼結が進みカーボンとして残留することと
なる。逆に低過ぎる場合、軟化によつて変形する。また
その厚みは、厚膜体の厚み以下好ましくは2/3以下とす
る必要がある。その理由は積層される厚膜体の介装体境
界部にキレが発生したり、介装体の存在により厚膜体の
焼成時の収縮に悪影響を及ぼしソリが発生することにな
るからである。
さらに、介装体を設け厚膜体を印刷により形成する場
合には、介装体境界部にキレが発生し易く、その対策と
してはグリーンシートとする方が良い。他方の厚膜体に
関してはダイヤフラムとして使用しない場合には介装体
を設ける必要がないため印刷等でも差し支えない。しか
しそのときに焼成時収縮差を印刷される表面に対し1%
以下にすることが必要となる。
上述の関係を守つたとしてもどうしてもソリが発生す
る収縮差は4%が限度で、好ましくは収縮差は2.5%以
下にした方が良い。
これらの条件を満足すれば、固定台と厚膜体の材質を
別のもの、たとえば、固定台に対してAl2O3厚膜体(ダ
イヤフラム)に対してヤング率の小さいZrO2の等の組合
わせも可能となる。
本発明の圧力検出器は下記の工程によつて製造され
る。すなわち 1.市販のαAl2O3(純度99%)を粒度2.5μm以下のもの
が80%以上になるまで、ムライト製ボールミルによつて
湿式粉砕する。
2.乾燥後、前記粉末に有機バインダと溶剤とを加え、脱
脂後ドクターブレード法によりキヤステイングする。
3.焼成収縮を調節するため、粉砕時間を変更したもの、
または工程1の後仮焼成を施し、バインダ等を少なくし
たものも同様にキヤステイングする。Ptを主成分とし、
有機バインダと工程1で得られた粉末10%を含むペース
トによつて所定の形状の電極をスクリーン印刷によつて
20μの厚さに形成する。
4.一部カーボンブラツクに溶剤を加え、所定厚の印刷を
行い介装体とする。
5.積層し圧着法により一体化する。
6.樹脂抜き後1520℃で2時間の焼成を行う。
以上の工程により第1図または第2図の検出器が得られ
る。
第1図は本発明の一実施例で介装体がなくかつ未焼成
の状態を示す縦断面図である。固定台1はその上下から
厚膜体2、3により挟持されている。
第2A、B図は前記工程4によつて作られた介装体4を
固定台1の上面と厚膜体2との間に設け(A図)、また
固定台1の上下面と厚膜体2、3との間に設け(B図)
た未焼成の状態を示す縦断面図である。介装体4は焼成
によつて消滅し、固定台と厚膜体2または2と3の間に
所定の空隙を形成するものである。
さらに、本発明の試験のため下記のように処理して32
個の試験片を得た。その中で試験結果1の成績のよいも
の10個につきさらに電極(第3図参照)を印刷して試験
し、試験結果2を得た。
なお一部テスト用として (i)印刷品(非検出側の厚膜体)の場合、工程2にお
ける溶剤を加えたインクによつて20μの厚みで印刷し
た。
(ii)市販のAl2O3に代え、市販のZrO2にY2O3を5mol%
を加え、1300℃(No.31)、1350℃(No.32)の熱処理
後、工程1のように粉砕した。
第3(a)図および第3(b)(c)図はテスト用に
印刷される電極の形状である。第3(a)図中のABCDは
抵抗体で、一体化後、検出側厚膜体上に焼付等により設
け、さらに完成した圧力検出装置をブリツジ回路に接続
することにより、圧力値を求めることができるものであ
る。
第4図は試験結果Iにおける焼成物に生ずるソリの発
生状態を示し、幅2cmの焼成物に対し、ソリの量が10μ
未満の場合は◎、10μ〜30μ未満の場合は○、30μ〜60
μ未満の場合は△、60μ以上の場合は×で示してある。
試験結果1、2の表からも明らかなように、セラミツ
ク製固定台の非検出側裏面にも厚膜体を設け、その厚み
が検出用厚膜体に対して1/10〜1の範囲にあり、かつ検
出用厚膜体の厚みが固定台の厚みに対し1/2以下である
本発明品(No.1〜27およびNo.31,32)は、非検出用厚膜
体を設けない従来品(No.I,II)、非検出用厚膜体を設
けても、その厚みが検出用厚膜体に対し薄すぎる本発明
品(No.29)および検出側厚膜体の厚みが固定台の厚み
の1/2を越える本発明外品(No.30)に比しソリを小さく
することができる。
またさらに本発明品は介装体の厚みを検出側厚膜体よ
り小さくしているため、キレの発生を抑制することがで
きるが、介装体の厚みを厚くするとNo.28のようにキレ
を生ずることになる。
また電極を有する構造体としても充分ソリ、キレ等の
ないものを提供することができる。
なお、本発明の圧力検出器は外圧力をうけてダイヤフ
ラムが変形し、その変形に応じて圧力を検出するものに
ついて対象として例示してきたが、振動や加速度の応力
によりダイヤフラムを変形してこれらの振動や加速度の
大きさを検出するもの、さらには、液と接触したときそ
の液圧によつてダイヤフラムに歪みを生じる液面レベル
用としても利用することができる。
〔発明の効果〕
本発明は固定台の両側に厚膜体を積層し、一体成形し
たことによりソリを抑制することができ、従来の欠点を
ほとんど解消することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2(a)(b)図は、それぞれ介装体の
ないおよび備えた場合の、本発明による圧力検出装置の
未焼成状態における縦断面図であり、第3(a)図およ
び第3(b)(c)図はテスト用に印刷される電極の構
造を示し、第4図はそりの発生した状態を示す焼成品の
縦断面図である。 1……固定台、2……検出側厚膜体、3……非検出側厚
膜体、4……介装体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘川 兼久 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−215266(JP,A) 特開 昭60−135756(JP,A) 特開 昭57−4531(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミツクス製厚膜体と該厚膜体と向かい
    合いかつその周辺部を互いに固定されるセラミツクス製
    固定台とを有する圧力検出器において、前記固定台の両
    側に前記厚膜体を積層し、一体成形したことを特徴とす
    る圧力検出器。
  2. 【請求項2】前記固定台両側の前記厚膜体の厚みの比が
    1/10〜1であることを特徴とする請求項1に記載の圧力
    検出器。
  3. 【請求項3】固定台に対する厚膜体の厚みの比が1/2以
    下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力検出
    器。
  4. 【請求項4】前記厚膜体と前記固定台との間で少くとも
    一方の側に空所を形成し、一体成形後、該厚膜体が圧力
    により変形し得るダイヤフラムとした請求項1〜3に記
    載の圧力検出器。
  5. 【請求項5】前記厚膜体と前記固定台との間で少くとも
    一方の側に空所を形成するため両者の間に介装体が積層
    され、前記介装体は加熱により消失する物質であり、前
    記介装体の厚みを厚膜体の厚み以下としたことを特徴と
    する請求項1ないし3のいずれか一項に記載の圧力検出
    器。
  6. 【請求項6】前記固定台の両側に積層される厚膜体の中
    少くとも圧力検出側の厚膜体はセラミツクスのグリーン
    シートであることを特徴とする請求項1ないし4のいず
    れか一項に記載の圧力検出器。
  7. 【請求項7】前記圧力検出側の厚膜体と前記固定台の焼
    成時の収縮差が4%以下であることを特徴とする請求項
    1ないし3のいずれか一項に記載の圧力検出器。
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