JPH04232824A - 圧力センサ及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の分野】本発明は、圧力伝達能力を備えた圧力
センサ及びそのような圧力センサを製造する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】英国特許第１，０６５，１９２号は、比
較的小径の中実ディスクを薄い金属ダイアフラムで取り
囲んで構成したダイアフラムアセンブリによって第１室
が形成され、そのダイアフラムアセンブリによって形成
された第１室内に圧力変換器が液体で包囲された状態で
収容されているポット形ハウジングを有する圧力センサ
を開示している。ねじでハウジングに固定された環状リ
ングに第２ダイアフラムアセンブリが固着されている。 弾性Ｏリングがリングとハウジングとの間の接合面を密
封している。第２ダイアフラムアセンブリは、第１ダイ
アフラムアセンブリのディスクよりも相当に大きい直径
の中実ディスクを有しており、薄い金属ダイアフラム部
材で取り囲まれている。スペーサ支柱が大径ディスクを
小径ディスクに連結して、直接的に力を伝達できるよう
にしている。この公知の圧力センサは、構造が複雑であ
ると共に、製造が難しくて費用がかかる。

【０００３】１９８６年９月９日の日本Ｐ−４９５、第
１０巻第２６４号の特許要約の日本特許出願第６１ー８
８１２０号は、薄いダイアフラムを一方の端面に固着し
た環状の支持部材を有する圧力変換器を開示している。 感圧表面の反対側に圧力伝達ロッドがはめ付けられてい
る。ダイアフラム、支持部材及び伝達ロッドはセラミッ
ク製で、粉末ガラスによって結合接着されている。ひず
み計を設けた片持ちばりの一端部がガラスで支持部材に
接着されており、自由端部はロッドと接触しているが固
定されていない。片持ちばりは、単結晶シリコーン基材
に不純物を選択的に拡散させることによってひずみ計を
構成している。そのような構造にすることによって、ひ
ずみ計は圧力を検出しようとする媒体による汚染から保
護される。圧力伝達能力については全く記載されていな
い。

【０００４】フランス特許第１，４４７，３１７号は、
加圧流体用の入口を設けた金属ブロックを有しており、
そのブロックの外周表面には、大径の第１ダイアフラム
をさし渡した環状リングをねじ付けるためのねじが付け
られている圧力センサを開示している。第２金属リング
が第１金属リングにねじ付けられており、抵抗ブリッジ
を設けた第１ダイアフラムが第２リングにさし渡されて
いる。２つのダイアフラム間に力伝達支柱が設けられて
、その間で力を伝達できるようにしている。ねじ接合は
漏れを生じる。さらに、２つのダイアフラム間の距離を
正確に調節して前記力伝達ロッドをさし渡すことは非常
に困難である。同様のセンサが欧州特許出願第０，１４
５，１４６号にも開示されている。

【０００５】米国特許第４，８６４，２７１号は、複数
のセラミック層を互いに重ねて配置してから、この組み
合わせ体を焼結して一体部材にし、層の１つでダイアフ
ラムを形成するようにしてセラミック材で製造された圧
力センサを開示している。米国特許第３，６１１，７９
７号は、ひずみ計アセンブリを支持するストリップをさ
し渡した環状ハウジングを有するひずみ計変換器を開示
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的は
、構造が簡単で費用有効製造できる、圧力伝達能力を備
えた圧力センサを提供することである。本発明のさらな
る目的は、圧力伝達能力を備えた圧力センサを製造する
ための簡単な費用有効方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴によ
れば、圧力センサは請求項１の特徴を有している。本発
明の別の特徴による本発明の方法は、請求項２の段階を
有している。すなわち本発明は、好ましくは中央開口を
備えており、第１圧力有効面積を備えた表面形圧力変換
器を前記中央開口の一端部に一体的に設けたディスク形
ベース部と、前記中央開口の前記第１端部の反対側の第
２端部から離れた位置にほぼ平行にあり、ディスク形ベ
ース部に連結されてそれとほぼ同じ外周寸法である剛性
のリングと一体的に形成された圧力有効面積が前記圧力
変換器よりも大きいダイアフラムを設けた感圧部と、前
記ダイアフラムと前記圧力変換器との間にそれらに垂直
に配置されて、前記ダイアフラムの変形を前記圧力変換
器に伝達するスペーサ手段とを有することを特徴とする
。

【０００８】また、その製造方法は、好ましくは中央開
口を備えており、その一方の端部側がセラミック材の表
面形部分によって少なくとも部分的に覆われているディ
スク形ベース部を形成する段階と、剛性リングの一方の
端部側の開口に一体的にセラミック材のダイアフラムを
さし渡して構成される感圧部を形成する段階と、前記感
圧部の前記ダイアフラムと前記ベース部の前記表面形部
分との間にスペーサホルダを形成する段階と、前記前記
ベース部と前記感圧部とを隣接配置する段階と、前記前
記ベース部と前記感圧部との結合体を焼結する段階と、
厚膜スクリーン印刷によって圧力変換器手段を前記ベー
ス部の前記表面形部分に付着させる段階とを有すること
を特徴とする。

【０００９】

【実施例】図１及び２を参照しながら説明すると、第１
実施例の圧力センサは、中央開口１４を設けたディスク
形ベース部１２を有しており、開口は段差形であって、
狭い方の端部に比較的薄いダイアフラム１６が張られて
いる。本発明によれば、ベース部１２は、ダイアフラム
１６と一体のセラミック材で形成されている。図２は、
開口１４及びダイアフラム１６の一例を示している。図
示の実施例ではほぼ半円形が選択されている。

【００１０】ベース部１２のダイアフラム１６の反対側
の端部には、それから離して他のダイアフラム２６が、
ベース部１２と同じ外径のねじりリング２４の上にそれ
と一体に張られている。ねじりリング２４とダイアフラ
ム２６とで形成された感圧部２２もセラミック材で形成
するのが好ましい。セラミック製のスペーサ部材、好ま
しくはスペーサ支柱４０がダイアフラム１６に、好まし
くはその中央に形成されているか、金属または他の耐熱
材で製造されている場合にはダイアフラム１６及び２６
間に挿入される。

【００１１】感圧部２２及びベース部１２はセラミック
製であるから、それらは環状接触表面２７で隣接させて
から焼結で結合できる。あるいは、これらの２つの部材
は個別に焼結した後に接着剤等で接合してもよい。

【００１２】さらにダイアフラム２６はダイアフラム１
６よりも相当に大径であることに注意する必要がある。 圧力を受けてダイアフラム２６が変形して、支柱４０に
よってダイアフラム１６はダイアフラム２６と同じく変
形させられるが、直径から考えるとダイアフラム１６は
相当に大幅な変形になる。従って、実用上摩擦なしで圧
力を伝達することができ、小さい圧力を高い正確度で測
定することができる。また、高圧に対しては、ダイアフ
ラム１６は必要な面積が少ないので安定的に形成するこ
とができる。

【００１３】圧力を測定するため、ダイアフラム１６の
外表面に公知のひずみ計ブリッジ１８、好ましくは厚膜
抵抗器形のものが設けられている。ブリッジ回路１８は
、好ましくはベース部１２の下側に設けられたデータ捕
捉／評価回路２０に接続することができる。

【００１４】ダイアフラム１６及び捕捉／評価回路２０
を設ける領域は、ベース部１２の下側に取り付けられた
カバー３４の内側空間３０として形成でき、密封された
内部空間３０は管３２だけを介して大気圧、または必要
に応じて所定の低圧または高圧に連通される。

【００１５】本発明の圧力センサは、構造が非常に簡単
で、特に以下の方法に従って低コストで製造できること
は理解されるであろう。すなわち、本発明の方法は、１
．Ａｌ２Ｏ３等のセラミック粉末でベース部１２を製造
する段階と、 ２．セラミック粉末で感圧部２２を製造し、支柱４０を
製造するかそれに取り付ける段階と、 ３．ベース部１２と感圧部２２とを高温焼結によって結
合する段階と、 ４．管３２をはめ込んだ状態でセラミック材でカバー３
４を形成してから焼結する段階と、 ５．抵抗ブリッジ１８をダイアフラム１６に、捕捉／評
価回路２０をベース部１２の底面に付着させる段階と、
６．カバー３４をベース部１２の下側に固定する段階と
を有している。適当な素材及び焼結温度については、例
えば米国特許第４，８６４，２７１号を参照されたい。

【００１６】段階５及び６を結び付ければ、特に有益で
ある。厚膜スクリーン印刷によって、ブリッジ抵抗器を
ベース部１２の下側に付着させるだけでなく、例えば蒸
発性の有機合成材にスズを混合したペースト状のはんだ
用スズなどを塗布してそれに対応の増幅器素子、抵抗器
及び集積回路の脚を浸漬することによって、導電路も同
様に付けることができる。好ましくは、ベース部１２と
カバー３４との間の接触表面にもそのようなスズペース
トを設ける。焼結によって管３２をはめ込む変更例とし
て、この工程中にはんだ用ペーストを塗布した後にカバ
ー３４に予め形成された開口に管３２を挿入することも
できる。

【００１７】ベース部１２と、感圧部２２と、ベース部
１２の下側に取り付けられたカバー３４とを組み合わせ
た後、これらを加熱炉に入れて２５０℃以下、好ましく
は１５０℃以下の温度に加熱すると、はんだ用スズが溶
融し、そのためその中に含まれていた有機合成材が蒸発
する。この温度は焼結温度よりも相当に低いので、ベー
ス部１２の下側に取り付けられている電気素子が破壊さ
れることはなく、はんだ処理によってこれらの部材間に
電気的に安定した接続が得られ、ベース部１２とカバー
３４との間の接触面に安定した密封接合が得られる。

【００１８】あるいは、段階６は、ベース部１２及びカ
バー３４に接着剤を塗布することによって、好ましくは
接触面間に合成接着薄膜を挟むことによって実施するこ
ともできる。適当な出力電線及び捕捉／評価回路２０及
び抵抗器ブリッジ１８用の電源線は管３２を通過させる
ことができることに注意されたい。

【００１９】ダイアフラム２６の相対変形に比較して、
ダイアフラム１６の（その直径に対する）相対変形が相
当に大きいことから、相当に大きい抵抗変化が抵抗器ブ
リッジ１８に生じる。これは、ダイアフラム２６に作用
する圧力が小さくても、抵抗ブリッジ１８で正確に測定
できることを意味している。

【００２０】図３及び４は、本発明の第２実施例を示し
ており、これは図１及び２の実施例に類似しているが、
内側ダイアフラム及び開口の構造が異なっている。特に
図４からわかるように、第１実施例の開口１４の代わり
に、この実施例では矩形の開口５４が設けられている。 しかし、ダイアフラム１６（図１及び２）が一方側支持
の突起５６に置き換えられていることが重要である。そ
れの反対側の自由端部はスペーサ支柱４０に当接すなわ
ち接触しており、このスペーサ支柱４０は２部材形式で
、上部分４０ａはさらなるダイアフラム２６の内側に固
定され、下部分４０ｂは突起５６の上側に形成されるか
、固定されている。突起５６の下側、または好ましくは
ベース部１２への移行部に抵抗ブリッジ１８が設けられ
ている。すなわち、この移行部はそこでの最大曲がりに
特に敏感に反応する。

【００２１】同様に、図５及び６は、本発明の第３実施
例を示しており、第１実施例のダイアフラム１６の代わ
りに、正方形の開口６４に細いストリップ６６がさし渡
されており、やはり支柱４０と係合している。ストリッ
プ６６の下側に抵抗器ブリッジ１８が付着されている。

【００２２】以上に説明した好適な実施例では、圧力変
換器としてひずみ計ブリッジが使用されている。しかし
、本発明はそのようなブリッジに制限されるものではな
い。適当な変更を加えれば、他の形式の圧力変換器を用
いることもできる。例えば、ダイアフラム１６の外表面
に表面形電極を設け、それに向き合うようにして電極を
ダイアフラム１６からわずかに離して配置されたプレー
トに付着させた容量性圧力変換器を用いることができる
。図１及び２の第１実施例では、空間２８にガスクッシ
ョンを設けることができるが、他の実施例では空間２８
と３０とが連通しており、管３２の外端部に存在してい
る圧力がそれに加えられる。

【００２３】そのような密封閉鎖された圧力センサは、
管３２によってタンク内に降ろされて、その中に含まれ
ている液体の静圧を測定する。高い伝達性によって、１
／１０００バール程度の圧力差でも正確に測定できる。 従って、継続的消費量測定を実施して、対応の表示手段
に表示するか、遠隔地に配置された評価装置に出力する
ことができる。圧力センサは管３２に固定されているの
で、タンク内に新たに取り付け具を設ける必要がない。 また、管３２は捕捉／評価回路２０から外部へ延びた電
線を保護しており、圧力センサはタンクの様々な高さに
セットできる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から、本発明による構造によ
って、非常に低い圧力にも応答する圧力センサを得るこ
とができる。従って、そのような圧力センサは様々な用
途に、すなわち液体タンク内の、特に自動車の燃料タン
クの圧力測定及び質量測定に用いることができる。もち
ろん、本発明の圧力センサは、適当に位置を固定した場
合、ダイアフラム２６に作用する垂直方向の力の測定に
用いることができる。２つのダイアフラムの直径を逆に
すれば、非常に高い圧力も測定できることは当業者には
理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力センサの第１実施例の縦断面図で
ある。

【図２】図１の圧力センサの内部中央部分の平面図であ
る。

【図３】本発明の圧力センサの第２実施例の縦断面図で
ある。

【図４】図３の圧力センサの内部中央部分の平面図であ
る。

【図５】本発明の圧力センサの第３実施例の縦断面図で
ある。

【図６】図５の圧力センサの内部中央部分の平面図であ
る。

【符号の説明】

１２　　ベース部 １４　　中央開口 １６、２６　　ダイアフラム ２２　　感圧部 ２４　　ねじりリング ４０　　スペーサ支柱

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧力伝達能力を備えた圧力センサであ
   って、好ましくは中央開口を備えており、第１圧力有効
   面積を備えた表面形圧力変換器を前記中央開口の一端部
   に一体的に設けたディスク形ベース部と、前記中央開口
   の前記第１端部の反対側の第２端部から離れた位置にほ
   ぼ平行にあり、ディスク形ベース部に連結されてそれと
   ほぼ同じ外周寸法の剛性のリングと一体的に形成された
   圧力有効面積が前記圧力変換器よりも大きいダイアフラ
   ムを設けた感圧部と、前記ダイアフラムと前記圧力変換
   器との間にそれらに垂直に配置されて、前記ダイアフラ
   ムの変形を前記圧力変換器に伝達するスペーサ手段とを
   有することを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】　　圧力センサを製造する方法であって、
   （ａ）好ましくは中央開口を備えており、その一方の端
   部側がセラミック材の表面形部分によって少なくとも部
   分的に覆われているディスク形ベース部を形成する段階
   と、 （ｂ）剛性リングの一方の端部側の開口に一体的にセラ
   ミック材のダイアフラムをさし渡して構成される感圧部
   を形成する段階と、 （ｃ）前記感圧部の前記ダイアフラムと前記ベース部の
   前記表面形部分との間にスペーサホルダを形成する段階
   と、 （ｄ）前記前記ベース部と前記感圧部とを隣接配置する
   段階と、 （ｅ）前記前記ベース部と前記感圧部との結合体を焼結
   する段階と、 （ｆ）厚膜スクリーン印刷によって圧力変換器手段を前
   記ベース部の前記表面形部分に付着させる段階とを有す
   ることを特徴とする方法。