JP2861452B2 - 耐環境性センサー - Google Patents
耐環境性センサーInfo
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- JP2861452B2 JP2861452B2 JP8554791A JP8554791A JP2861452B2 JP 2861452 B2 JP2861452 B2 JP 2861452B2 JP 8554791 A JP8554791 A JP 8554791A JP 8554791 A JP8554791 A JP 8554791A JP 2861452 B2 JP2861452 B2 JP 2861452B2
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- Japan
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- film
- sensor
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- insulating film
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー，航空宇
宙，地上海上輸送，素材製造加工，資源採掘，建設等の
分野において、高温、腐蝕、摩耗等の悪環境下で使用さ
れる構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態を直接
計測する耐環境性センサーに関するものである。
宙，地上海上輸送，素材製造加工，資源採掘，建設等の
分野において、高温、腐蝕、摩耗等の悪環境下で使用さ
れる構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態を直接
計測する耐環境性センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、エネルギー，航空宇宙，地上海上
輸送，素材製造加工，資源採掘，建設等の分野において
使用される構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態
の把握は、 100μｍオーダー又はそれ以上の厚さや太さ
を有するセンサー（歪ゲージ、熱電対等）を構造部材表
面に接触させることにより行われている。
輸送，素材製造加工，資源採掘，建設等の分野において
使用される構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態
の把握は、 100μｍオーダー又はそれ以上の厚さや太さ
を有するセンサー（歪ゲージ、熱電対等）を構造部材表
面に接触させることにより行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、構造部
材が例えばガスタービン等の高速で作動する場合には、
上述の 100μｍオーダー以上の厚さや太さを有するセン
サーを、その表面に固定して用いるため、センサー自体
が構造部材の作動に影響を与え、構造部材の性能を変え
てしまうことがあると共に、構造部材そのものの歪又は
温度を直接精密に計測することが困難である。また、特
に歪計測では、センサーを接着剤で構造部材に接着する
ため、高温環境下では構造部材の変形等に追随できずに
使用不能となってしまう。
材が例えばガスタービン等の高速で作動する場合には、
上述の 100μｍオーダー以上の厚さや太さを有するセン
サーを、その表面に固定して用いるため、センサー自体
が構造部材の作動に影響を与え、構造部材の性能を変え
てしまうことがあると共に、構造部材そのものの歪又は
温度を直接精密に計測することが困難である。また、特
に歪計測では、センサーを接着剤で構造部材に接着する
ため、高温環境下では構造部材の変形等に追随できずに
使用不能となってしまう。
【０００４】このため、近年、それらのセンサーを10μ
ｍオーダーに薄膜化することが試みられているが、高温
（ 400℃以下）、摩耗、腐蝕等の悪環境下で使用可能な
ものは実現されていない。
ｍオーダーに薄膜化することが試みられているが、高温
（ 400℃以下）、摩耗、腐蝕等の悪環境下で使用可能な
ものは実現されていない。
【０００５】そこで、本発明は、このような事情を考慮
してなされたものであり、その目的は、悪環境下でも薄
膜センサで構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態
を計測することを可能にした耐環境性センサーを提供す
ることにある。
してなされたものであり、その目的は、悪環境下でも薄
膜センサで構造部材に作用する歪・温度・応力等の状態
を計測することを可能にした耐環境性センサーを提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の耐環境性センサーは、歪・温度・応力等の
状態を計測すべき構造部材の表面に、その構造部材の構
成材料とセラミック材料との割合（構造部材／セラミッ
クス）が内側から外側に 100/0〜0/100 である傾斜組成
膜を形成し、その傾斜組成膜上に高熱伝導性電気絶縁性
膜を介してセンサー膜を形成し、そのセンサー膜上に保
護膜を形成して構成されたものである。
に、本発明の耐環境性センサーは、歪・温度・応力等の
状態を計測すべき構造部材の表面に、その構造部材の構
成材料とセラミック材料との割合（構造部材／セラミッ
クス）が内側から外側に 100/0〜0/100 である傾斜組成
膜を形成し、その傾斜組成膜上に高熱伝導性電気絶縁性
膜を介してセンサー膜を形成し、そのセンサー膜上に保
護膜を形成して構成されたものである。
【０００７】
【作用】構造部材の表面に、ＣＶＤ法により傾斜組成膜
及び高熱伝導性電気絶縁性膜を介してセンサー膜を形成
しこの上に保護膜を形成することで、センサーを薄膜と
して構造部材上に密着させられる。このため、高速で作
動する構造部材に適用しても、構造部材の作動に影響が
ほとんどなく、その性能上の妨害とならない。また、構
造部材の表面に傾斜組成膜が形成されているため、構造
部材と高熱伝導性電気絶縁性膜又はセンサー膜との熱膨
張率や弾性率の差があっても、高温環境下ではセンサー
膜が剥離することなく構造部材の歪に追随する。さら
に、センサー膜上に保護膜を形成することで、センサー
の使用環境に応じて保護膜の形成を行えるので、外部環
境からセンサーを保護することができる。従って、この
薄膜のセンサは悪環境下でも構造部材に作用する歪・温
度・応力等の状態を計測することが可能となる。
及び高熱伝導性電気絶縁性膜を介してセンサー膜を形成
しこの上に保護膜を形成することで、センサーを薄膜と
して構造部材上に密着させられる。このため、高速で作
動する構造部材に適用しても、構造部材の作動に影響が
ほとんどなく、その性能上の妨害とならない。また、構
造部材の表面に傾斜組成膜が形成されているため、構造
部材と高熱伝導性電気絶縁性膜又はセンサー膜との熱膨
張率や弾性率の差があっても、高温環境下ではセンサー
膜が剥離することなく構造部材の歪に追随する。さら
に、センサー膜上に保護膜を形成することで、センサー
の使用環境に応じて保護膜の形成を行えるので、外部環
境からセンサーを保護することができる。従って、この
薄膜のセンサは悪環境下でも構造部材に作用する歪・温
度・応力等の状態を計測することが可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
【０００９】図１において、１は歪・温度・応力等の状
態の計測対象であるガスタービン等の構造部材を示して
いる。
態の計測対象であるガスタービン等の構造部材を示して
いる。
【００１０】この構造部材１上には傾斜組成膜２が形成
され、この傾斜組成膜２は、内側（構造部材表面側）が
構造部材の構成材料で、外側がセラミック材料（傾斜組
成膜上に形成される高熱伝導性電気絶縁性膜３の材料又
はこの材料となじみやすい材料）で、その間が外側にい
くにつれてセラミック材料の量が連続的あるいは階段状
に多くなっている。すなわち、構造部材とセラミックス
との割合（構造部材／セラミックス）が内側から外側へ
100/0〜0/100 となるように、プラズマＣＶＤ法により
原料ガスを個別に活性化するか、又は熱ＣＶＤ法により
原料ガスの組成を適宜変化させることにより形成されて
いる。
され、この傾斜組成膜２は、内側（構造部材表面側）が
構造部材の構成材料で、外側がセラミック材料（傾斜組
成膜上に形成される高熱伝導性電気絶縁性膜３の材料又
はこの材料となじみやすい材料）で、その間が外側にい
くにつれてセラミック材料の量が連続的あるいは階段状
に多くなっている。すなわち、構造部材とセラミックス
との割合（構造部材／セラミックス）が内側から外側へ
100/0〜0/100 となるように、プラズマＣＶＤ法により
原料ガスを個別に活性化するか、又は熱ＣＶＤ法により
原料ガスの組成を適宜変化させることにより形成されて
いる。
【００１１】高熱伝導性電気絶縁性膜３は、電気絶縁性
があると共に熱伝導性の高い材質（ダイアモンド、窒化
アルミニウム等）でプラズマＣＶＤ法により形成された
セラミックス膜である。この高熱伝導性電気絶縁性膜３
上には、センサー膜４が形成されている。
があると共に熱伝導性の高い材質（ダイアモンド、窒化
アルミニウム等）でプラズマＣＶＤ法により形成された
セラミックス膜である。この高熱伝導性電気絶縁性膜３
上には、センサー膜４が形成されている。
【００１２】センサー膜４は、その材料が耐熱金属又は
セラミックス（耐熱半導体）で、プラズマＣＶＤ法とイ
オン注入を複合した複合プロセスによりその材料に特定
の他元素がドープされて歪センサー又は温度センサーと
して形成されている。このセンサー膜４上には、プラズ
マＣＶＤ法によりセラミックスの保護膜５が形成されて
いる。この保護膜５は、緻密な電気絶縁膜６、耐摩耗耐
蝕性膜７あるいは低熱伝導性膜８よりなり、センサー膜
４上に電気絶縁膜６、低熱伝導性膜８、耐摩耗耐蝕性膜
７が順次形成されている。
セラミックス（耐熱半導体）で、プラズマＣＶＤ法とイ
オン注入を複合した複合プロセスによりその材料に特定
の他元素がドープされて歪センサー又は温度センサーと
して形成されている。このセンサー膜４上には、プラズ
マＣＶＤ法によりセラミックスの保護膜５が形成されて
いる。この保護膜５は、緻密な電気絶縁膜６、耐摩耗耐
蝕性膜７あるいは低熱伝導性膜８よりなり、センサー膜
４上に電気絶縁膜６、低熱伝導性膜８、耐摩耗耐蝕性膜
７が順次形成されている。
【００１３】例えば、ガスタービンの翼に歪センサーを
形成させるには、ニッケル合金製の翼である構造部材１
上に、ニッケルと炭化ケイ素の割合が内側から外側に 1
00/0〜0/100 となるようにプラズマＣＶＤ法により原料
ガスを個別に活性化して傾斜組成膜２を形成し、この上
にプラズマＣＶＤ法によりダイアモンドの高熱伝導性電
気絶縁性膜３を形成する。次に、高熱伝導性電気絶縁性
膜３の上に、プラズマＣＶＤ法とイオン注入を複合した
複合プロセスにより他元素ドープダイアモンド膜（セン
サー膜）４を形成する。そして、センサー膜４上に、プ
ラズマＣＶＤ法により、順次、緻密質電気絶縁膜である
アルミナ膜６、低熱伝導性膜であるアルミナ＋ジルコニ
アからなる混合膜８、耐摩耗耐蝕性膜であるジルコニア
膜７を形成する。これにより、ガスタービンの翼に歪セ
ンサーが形成される。
形成させるには、ニッケル合金製の翼である構造部材１
上に、ニッケルと炭化ケイ素の割合が内側から外側に 1
00/0〜0/100 となるようにプラズマＣＶＤ法により原料
ガスを個別に活性化して傾斜組成膜２を形成し、この上
にプラズマＣＶＤ法によりダイアモンドの高熱伝導性電
気絶縁性膜３を形成する。次に、高熱伝導性電気絶縁性
膜３の上に、プラズマＣＶＤ法とイオン注入を複合した
複合プロセスにより他元素ドープダイアモンド膜（セン
サー膜）４を形成する。そして、センサー膜４上に、プ
ラズマＣＶＤ法により、順次、緻密質電気絶縁膜である
アルミナ膜６、低熱伝導性膜であるアルミナ＋ジルコニ
アからなる混合膜８、耐摩耗耐蝕性膜であるジルコニア
膜７を形成する。これにより、ガスタービンの翼に歪セ
ンサーが形成される。
【００１４】また、窒化ケイ素セラミックスに温度セン
サーを形成させるには、構造部材１上に、窒化ケイ素と
窒化アルミニウムの割合が内側から外側に 100/0〜0/10
0 となるように熱ＣＶＤ法により原料ガスの組成を変化
させて傾斜組成膜２を形成し、この上にプラズマＣＶＤ
法により窒化アルミニウムの高熱伝導性電気絶縁性膜３
を形成する。次に、高熱伝導性電気絶縁性膜３の上に、
プラズマＣＶＤ法とイオン注入を複合した複合プロセス
により他元素ドープ炭化ケイ素のサーモスタ（センサー
膜）４を形成する。そして、センサー膜４上に、プラズ
マＣＶＤ法により、順次、緻密質電気絶縁膜である高純
度アルミナ膜６、耐摩耗耐蝕性膜であるアルミナ膜７を
形成する。これにより、窒化ケイ素セラミックスに温度
センサーが形成される。
サーを形成させるには、構造部材１上に、窒化ケイ素と
窒化アルミニウムの割合が内側から外側に 100/0〜0/10
0 となるように熱ＣＶＤ法により原料ガスの組成を変化
させて傾斜組成膜２を形成し、この上にプラズマＣＶＤ
法により窒化アルミニウムの高熱伝導性電気絶縁性膜３
を形成する。次に、高熱伝導性電気絶縁性膜３の上に、
プラズマＣＶＤ法とイオン注入を複合した複合プロセス
により他元素ドープ炭化ケイ素のサーモスタ（センサー
膜）４を形成する。そして、センサー膜４上に、プラズ
マＣＶＤ法により、順次、緻密質電気絶縁膜である高純
度アルミナ膜６、耐摩耗耐蝕性膜であるアルミナ膜７を
形成する。これにより、窒化ケイ素セラミックスに温度
センサーが形成される。
【００１５】上述のように、構造部材１の表面に、ＣＶ
Ｄ法により、傾斜組成膜２及び高熱伝導性電気絶縁性膜
３を介してセンサー膜４を形成しこの上に保護膜５を形
成することで、センサー９を10μｍ以下の薄膜として形
成することができる。このように、センサー９を薄膜と
して構造部材１上に密着させられることにより、高速で
作動する構造部材１に適用しても、構造部材１の作動に
影響がほとんどなく、その性能上の妨害とならない。ま
た、センサー膜４の下地には、高熱伝導性電気絶縁性膜
３を形成したので、構造部材１の温度変化に対して速や
かに追随した温度計測等が可能となる。さらに、センサ
ー膜４及び高熱伝導性電気絶縁性膜３の下には、接着剤
ではなく傾斜組成膜２を形成してあるため、構造部材１
と高熱伝導性電気絶縁性膜３又はセンサー膜４との熱膨
張率や弾性率の差があっても、高温環境下ではセンサー
膜４が剥離することなく構造部材１の歪に速やかに追随
する。さらに、センサー膜４の材料としては、耐熱金属
又はセラミックスが用いられているため、高温での使用
が可能となる。さらにまた、センサー膜４上には、保護
膜５を形成したので、外部環境からセンサー膜４を保護
することができる。すなわち、センサー膜４上には、緻
密質電気絶縁膜６が形成されているので、センサー７の
電気的信頼性及び耐環境性信頼性が得られる。また、そ
の電気絶縁膜６の上に、必要に応じ低熱伝導性膜８が形
成され、かつ、この厚さを制御することにより、センサ
ー膜４及び構造部材１を環境温度よりも低く保ち、熱的
に寿命を向上させることができる。さらに、その上に耐
摩耗耐蝕性膜７が形成されているので、センサー膜４及
び構造部材１表面等を外部環境から保護し寿命と信頼性
を向上させることができる。
Ｄ法により、傾斜組成膜２及び高熱伝導性電気絶縁性膜
３を介してセンサー膜４を形成しこの上に保護膜５を形
成することで、センサー９を10μｍ以下の薄膜として形
成することができる。このように、センサー９を薄膜と
して構造部材１上に密着させられることにより、高速で
作動する構造部材１に適用しても、構造部材１の作動に
影響がほとんどなく、その性能上の妨害とならない。ま
た、センサー膜４の下地には、高熱伝導性電気絶縁性膜
３を形成したので、構造部材１の温度変化に対して速や
かに追随した温度計測等が可能となる。さらに、センサ
ー膜４及び高熱伝導性電気絶縁性膜３の下には、接着剤
ではなく傾斜組成膜２を形成してあるため、構造部材１
と高熱伝導性電気絶縁性膜３又はセンサー膜４との熱膨
張率や弾性率の差があっても、高温環境下ではセンサー
膜４が剥離することなく構造部材１の歪に速やかに追随
する。さらに、センサー膜４の材料としては、耐熱金属
又はセラミックスが用いられているため、高温での使用
が可能となる。さらにまた、センサー膜４上には、保護
膜５を形成したので、外部環境からセンサー膜４を保護
することができる。すなわち、センサー膜４上には、緻
密質電気絶縁膜６が形成されているので、センサー７の
電気的信頼性及び耐環境性信頼性が得られる。また、そ
の電気絶縁膜６の上に、必要に応じ低熱伝導性膜８が形
成され、かつ、この厚さを制御することにより、センサ
ー膜４及び構造部材１を環境温度よりも低く保ち、熱的
に寿命を向上させることができる。さらに、その上に耐
摩耗耐蝕性膜７が形成されているので、センサー膜４及
び構造部材１表面等を外部環境から保護し寿命と信頼性
を向上させることができる。
【００１６】したがって、構造部材１の表面に、ＣＶＤ
法により傾斜組成膜２及び高熱伝導性電気絶縁性膜３を
介してセンサー膜４を形成しこの上に保護膜５を形成し
た薄膜のセンサー９を悪環境下で使用しても、剥離等の
不具合が生じることなく構造部材１に作用する歪・温度
等の状態を計測することができる。
法により傾斜組成膜２及び高熱伝導性電気絶縁性膜３を
介してセンサー膜４を形成しこの上に保護膜５を形成し
た薄膜のセンサー９を悪環境下で使用しても、剥離等の
不具合が生じることなく構造部材１に作用する歪・温度
等の状態を計測することができる。
【００１７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、構造部材
の表面に、傾斜組成膜及び高熱伝導性電気絶縁性膜を介
してセンサー膜を形成し、そのセンサー膜上に保護膜を
形成して薄膜のセンサを構成したので、悪環境下でも構
造部材に作用する歪・温度等の状態を計測できるという
優れた効果を発揮する。
の表面に、傾斜組成膜及び高熱伝導性電気絶縁性膜を介
してセンサー膜を形成し、そのセンサー膜上に保護膜を
形成して薄膜のセンサを構成したので、悪環境下でも構
造部材に作用する歪・温度等の状態を計測できるという
優れた効果を発揮する。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
１ 構造部材 ２ 傾斜組成膜 ３ 高熱伝導性電気絶縁性膜 ４ センサー膜 ５ 保護膜
フロントページの続き (72)発明者 熊本 雅俊 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 ▲桑▼原 一 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 実開 平３−8732（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01D 21/00 G01K 1/08 G01L 1/00 G01L 19/06
Claims (1)
- 【請求項１】 歪・温度・応力等の状態を計測すべき構
造部材の表面に、その構造部材の構成材料とセラミック
材料との割合（構造部材／セラミックス）が内側から外
側に 100/0〜0/100 である傾斜組成膜を形成し、その傾
斜組成膜上に高熱伝導性電気絶縁性膜を介してセンサー
膜を形成し、そのセンサー膜上に保護膜を形成したこと
を特徴とする耐環境性センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8554791A JP2861452B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 耐環境性センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8554791A JP2861452B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 耐環境性センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318420A JPH04318420A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2861452B2 true JP2861452B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=13861876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8554791A Expired - Lifetime JP2861452B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 耐環境性センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861452B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2915493B1 (fr) * | 2007-04-30 | 2009-07-24 | Snecma Sa | Procede pour realiser un depot sur un substrat recouvert de sic |
| JP5713615B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2015-05-07 | 大和製衡株式会社 | ロードセル |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP8554791A patent/JP2861452B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04318420A (ja) | 1992-11-10 |
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