JPH03501062A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力センサ 本発明は、ダイヤフラムを備えた圧力センサであって、該ダイヤフラムがその全 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形式のものに 関する。

このような形式の圧力センサでは、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、　ダイヤプ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頻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、嘗順に述べた形式の圧力センサを改良して、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プラム 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、ダイヤプラムの、基体とは反対側 の面に、炭化ケイ素振の層が被着されている。

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は、腐食に対しても摩耗 に対しても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 ヤプラム材料と接触することを阻止する。ダイヤフラム自体は従って、その他の 要求例えば弾性特性及び接合技術のような要求を考慮して選、択する、ことがで 遭る。汎用の安価な材料から製造することができる。

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って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ｌＯＯ〜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 用時にはダイヤプ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は目及び 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。

炭化ケイ素は半導体であるので、ダイヤフラムに被着された炭化ケイ素層は適当 なドーピングによって導電状にすることができる。このような炭化ケイ素層はこ の場合付加的に、静電遮蔽体として使用することも可能である。

本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明のその他の特徴及び利点は、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ｔ；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はダイヤスラム＋ １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ｌｌ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１．１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 溝電層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。両溝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、媒体圧のだめの尺度である。

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〜ｌｏｐｍ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１０００°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プラムだけが被覆され得る。これに対していわゆるＰ ＥＣＶＤ技術（プラズマ化学蒸着法）を用いると、炭化ケイ素層は約１００〜２ ００°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 ら成るダイヤプ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、マイクロ裂は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 特別な作業過積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１ １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。

所望とあらば、炭化ケイ素層１７を、該炭化ケイ素層が導電的になるようにドー ピングすることも可能である。この場合には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。

■際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ダイヤアラム（１１）を備えた圧力センサ（１０）であって、該ダイヤフラ ムがその全周範囲において、室（１４）を形成しながら基体（１２）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 ってさらされる形式のものにおいて、ダイヤフラム（１１）の、基体とは反対側 の面に、炭化ケイ素相の層（１７）が被着されていることを特徴とする圧力セン サ。
2. ２．炭化ケイ素層（１７）が、化学的な気相析出によって被着されている、請求 項１記載の圧力センサ。
3. ３．炭化ケイ素相（１７）が約１μｍ〜１０μｍの厚さを有している、請求項１ 又は２記載の圧力センサ。
4. ４．炭化ケイ素相（１７）がドーピングによって導電的になっている、請求項１ から３までのいずれか１項記載の圧力センサ。
5. ５．ダイヤフラムがセラミックスから成っている、請求項１から４までのいずれ か１項記載の圧力センサ。
6. ６．ダイヤアラムがオキサイドセラミックスから成っている、請求項５記載の圧 力センサ。
7. ７．ダイヤフラム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６記 載の圧力センサ。
8. ８．ダイヤフラムがガラスから成っている、請求項１から４までのいずれか１項 記載の圧力センサ。
9. ９．ダイヤアラムが石英から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記 載の圧力センサ。
10. １０．ダイヤフラムが単結晶材料から成っている、請求項１から４までのいずれ か１項記載の圧力センサ。
11. １１．ダイヤフラムがシリコン単結晶から成っている、請求項１０項記載の圧力 センサ。
12. １２．ダイヤフラムが金属から成っている、請求項１から４までのいずれか１項 記載の圧力センサ。