JPH0533338B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超精密圧力測定に使用される圧力セ
ンサ製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 圧力センサには、第４図に示すように、そのベ
ース１の表面に、微小間隔に設定した真空間隙
（表面凹部）３を介して薄板状の石英ガラスから
なる受圧板２を貼設するとともに、その真空間隙
３を挟むセンサベース１と受圧板２とに、固定電
極４と可変位電極５とを対設してなる構造のもの
がある。すなわち、この構造に係るものでは、そ
の受圧板２に外圧が作用すると、該受圧板２が内
面の可変位電極５と共に変位して、真空間隙３の
容量あるいは間隔が圧力に応じて変化することを
利用するようにしたものであつて、具体的には、
固定電極４と可変位電極５との間の静電容量の変
化や間隔変化による共振周波数の変化を電気的に
検出して圧力を精密測定できるようにしている。

しかして、従来この種構成、原理にもとづく圧
力センサをつくる場合では、必要な加工を施した
ベース１に別体の受圧板２を接着して貼設するよ
うにするのが通例である。しかし、接着剤を介し
貼着するようにすると、その貼着面Ａで不可避に
接着ひずみを生じ、圧力センサの高感度化が阻害
されるという不都合がある。つまり、センサの感
圧時において、受圧板２の感圧面がほぼ完全弾性
体として変形するのに対し、その接着剤の部分は
変形のヒステリシスを描くことになるためであ
る。

また、他の製造方法として、ベース１に受圧板
２を溶融接合することも行なわれている。しか
し、この方法では千数百度の高温下で受圧板２を
溶融して接合することになるため、その貼着面Ａ
に熱収縮で大きな熱ひずみを生ずることになり、
また加熱時に受圧板２の内面にコーテイングして
ある電極５を蒸発飛散せしめるという不都合も生
じている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかる事情に着目してなされたもの
であつて、既述に特定した圧力センサの製造方法
として、上記のような接着ひずみ等のトラブルを
蒙らず非常に高感度の圧力センサをつくり出すこ
とが容易に可能となり、しかもその製造工程やコ
ストにも何ら特別のものを必要としない、従来に
比類無い画期的方法提供しようとするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、センサベースに石英ガラス製受圧板
を貼着するにさいし、Siのアルコキシドを有機溶
媒に溶解せしめてなる溶液をその貼着面に塗布し
て両者を接着するようにしたことを特徴としてい
る。

［作用］ すなわち、本発明の製造方法によれば、加水分
解、焼成の段階を経て最終的に受圧板と同質の石
英ガラスを生成するところのSiのアルコキシドを
溶質とする溶液を接着剤として用い、該接着剤を
介して受圧板をセンサベースに接着することによ
り、少なくともその接着層を受圧板と均質一体の
ものとして接着するものである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

まず、第１図に図示するように、表面に所定の
表面凹部３を凹設したセンサベース１と薄板状に
成形した受圧板２とを準備する。ここに、ベース
１はシリコン（Si）または石英ガラス（SiO₂）
からなる一方、受圧板２は所定の石英ガラス
（SiO₂）からなる。そして、ベース１の表面凹部
３の底部と受圧板２の内面とに、各々前述の固定
電極４と可変電極５とを金属コーテイングして設
けている。

しかして、受圧板２を所定の位置でベース１に
貼着するにさいし、その貼着面Ａに当るベース１
側の表面に、以下に詳述するような溶液の薄膜層
（接着剤層）６を塗布する。すなわち、この溶液
はSi（OR）₄で表わされるSiのアルコキシドをエタ
ノール等の有機溶媒に溶解せしめてなるもので、
これに必要に応じ加水分解用の水および触媒用の
酸または塩基を加えたものである。今、本発明に
供するその好適な溶液配合例を掲げると、次の通
りである。

ケイ酸エチル、Si（OC₂H₅）₄ 1mol 水（H₂O） 24mol 塩酸（HCL） 0.03mol エタノール（C₂H₅OH） 200ml なお、この混合溶液は例えば80℃で１時間還流
して均一化した後、使用に供する。

さて、ベース１の貼着面Ａにかかる薄膜層６と
して塗布した溶液は、下記のような反応式で加水
分解される。そこで、第２図に示す如く、受圧板
２と共に溶液を塗布したベース１を真空加熱炉８
に収容して、例えば、120℃程度の温度で乾燥す
ると、前記溶液の薄膜層６は水酸化ケイ素からな
るゲル状の薄膜層７に変化する。

Si（OC₂H₅）₄ ―――→ 4H₂OSi（OH）₄＋4C₂H₅OH↑ この状態で、受圧板２をベース１の貼着面Ａに
真空中で接合し、第３図に示す如く、さらに適宜
の加圧手段（おもり）９で加圧しつつ、可及的低
い温度、即ち約600℃で焼成する。すると、前記
水酸化ケイ素からなる薄膜層７はさらに下記のよ
うに熱分解し、最終的に受圧板２と同質の石英ガ
ラスの接着層１０となつて、受圧板２とベース１
とを一体に結合する。

Si（OH）₄ ―――→ 焼成SiO₂＋2H₂O↑ 以上のような製造方法にしたがえば、第４図に
示す先に述べた構成の圧力センサが容易に得られ
ることになる。そして、特にこの方法で得られる
圧力センサでは、その受圧板２がベース１との貼
着面Ａにおいて同質の石英ガラスの接着層１０を
介し接合し少なくとも受圧板２と接着層１０とが
完全に均質一体化されるため（ベース１が石英ガ
ラスからなるときは三者が均質一体化されるた
め）、従来のような例えば有機系接着剤の如き異
種の接着剤を使用する場合の接着ひずみを蒙ら
ず、またその焼成温度も上記のように従来の溶融
接合に比べて非常に低い温度に抑えられるから熱
ひずみも小さいという構造上の特徴が得られるこ
とになる。このため、この種圧力センサでは接着
ひずみ等による構造上の測定誤差因子が有効に除
去されて、非常に感度の高いものとすることが可
能である。

また、この方法ではその製造工程も従来の接着
方法と別段変わりないものであるし、むしろ溶融
接合に比較すると接合温度が遥かに低くて十分な
ものであるから製造コストも廉価で足る。

以上、本発明の製造方法をその一実施例につい
て説明したが、本発明で使用するSiのアルコキシ
ド（Si（OR）₄）溶液は勿論前記実施例の成分配合
例のものに限らず、その加水分解時間や接着層
（SiO₂層）１０の膜厚等の目的、使用条件に応じ
て調整可能である。本発明者が知見したSiのアル
コキシド（特にケイ酸エチル）に対する有機溶媒
等の好ましい配合割合は、次の如くである。

Si（OC₂H₅）₄ 1mol H₂O ２〜30mol HCL（NH₄OH） 0.02〜0.2mol C₂H₅OH（CH₃OH）膜厚に応じて調整 なお、Siのアルコキシドは大気中の水分を吸着
させて自然に加水分解させることも可能である。
そして、使用条件によつて加水分解速度をあまり
高める必要がないときには、必ずしも反応促進用
の触媒を要しない。すなわち、場合によつては、
有機溶媒にSiのアルコキシドのみを溶解せしめた
溶液を用いることも可能である。

なお、上記配合成分からなる溶液では、これを
きわめて薄い膜厚（μmオーダー未満）のものと
して塗布することが可能であつて、それ故センサ
ベース１に対する受圧板２の接合にさいし、その
組立誤差を無視できるものとすることができる有
利性もある。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明はSiのアルコキシド
を有機溶媒に溶解せしめてなる溶液をその貼着面
に塗布して石英ガラス製受圧板をセンサベースに
接着するようにしたものであるから、接着層が受
圧板と同質一体化して非常に高感度の圧力検出特
性を与えるひずみのない接合構造を具備せしめる
ことが可能である。また、その製造方法自体も何
ら特別のものを要せず、むしろ溶融接合に比較す
ると低温接合が可能であるから製造コストダウン
を図れる利点をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、本発明の一実
施例を示す圧力センサの製造工程を示す各断面図
である。第４図は、上記工程で得られるところの
圧力センサの構造を示す断面図である。 １…センサベース、２…石英ガラス製受圧板、
３…真空間隙（表面凹部）、４…固定電極、５…
可変位電極、６…薄膜層（溶液）、７…薄膜層
（ゲル）、８…真空加熱炉、９…加圧手段、１０…
接着層（SiO₂）、Ａ…貼着面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ センサベースに石英ガラス製受圧板を貼着す
   るにさいし、Siのアルコキシドを有機溶媒に溶解
   せしめてなる溶液をその貼着面に塗布して両者を
   接着するようにしたことを特徴とする圧力センサ
   の製造方法。