JPH06137979A

JPH06137979A - 圧力センサおよびそれを用いた圧力検出装置

Info

Publication number: JPH06137979A
Application number: JP5821993A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hiraga; 将浩平賀; Haruhiko Handa; 晴彦半田; Masaki Ikeda; 正樹池田; Akihiko Yoshida; 昭彦吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の圧力センサは、板状金属基体、前記
金属基体の少なくとも片面に形成された結晶化ガラス材
料を主体として含むガラス層、前記ガラス層の表面に形
成された歪の大きさによりその電気抵抗が変化する抵抗
素子、および前記抵抗素子に接続された電極を具備する
異を特徴とする。また、本発明の圧力センサは、抵抗素
子および電極が、圧力あるいは応力に対して方向依存性
が無い形状である異を特徴とする。さらに、本発明の圧
力センサは、抵抗素子および電極が、ガラス層の同一面
上に複数形成されたことを特徴とする。【効果】上記構成により、高温下においても損傷せ
ず、また抵抗素子が剥離することがない圧力センサを実
現できる。更にこのことにより、抵抗値およびＴＣＲの
値にばらつきが無く、温度変化の激しい環境下で使用し
得る圧力センサが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、応力あるいは荷重によ
る歪で生じる電気抵抗変化から圧力を検出する圧力セン
サおよびそれを用いた圧力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力センサは、機械、船舶、自動車等の
各部材に加えられた応力や荷重の大きさを検出するため
に、あるいは環境の圧力を検出するために広く用いられ
ている。

【０００３】代表的な従来のこの種センサである歪セン
サは、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド等の樹脂か
らなるフィルム（基体）と、このフィルム上に蒸着また
はスパッタリングにより形成された、Cu-Ni合金、Ni-Cr
合金等からなる薄膜状の抵抗素子とを有する。このよう
な歪センサは通常、応力や荷重の大きさを測定しようと
する部材の表面に歪センサのフィルムをシアノアクリレ
ート系等の接着樹脂で張り付けて使用される。

【０００４】応力や荷重の大きさは、次のようにして測
定される。外部からの力や荷重により発生した部材の歪
は、フィルムを介して抵抗素子に伝わる。この伝達され
た歪により、抵抗素子の断面積および電流の流れる経路
長がわずかに変化するため、その抵抗素子の電気抵抗値
が変化する。この電気抵抗値の変化を電気信号として検
出することにより、歪の大きさが測定でき、この歪の大
きさから部材に加わった応力や荷重力の大きさが測定で
きる。

【０００５】歪センサの用途の１つとして、自動車等に
使用される車両用サスペションの荷重測定がある。車両
用サスペションの場合は、例えばそのシャフトの表面に
接着樹脂等で貼り付けられた歪ゲージにより、車輪に加
わる荷重が検出される。しかし、この歪ゲージを、車両
用サスペションでのように温度範囲が-50℃から150℃、
最大荷重が２トンにも達する過酷な環境条件下で長期間
使用すると、接着剤の接着強度が劣化して歪ゲージが部
材から剥離する。

【０００６】上記の剥離の問題を解決した歪センサを、
本願の発明者らは特願平3-282663号で提案した。この歪
センサは、円筒状の金属基体、その外側の表面に形成さ
れた部分結晶化したガラス材料からなるガラス層と、そ
のガラス層の表面に形成された歪が加わると電気抵抗が
変化する抵抗素子とを有する。この発明の荷重センサ
は、シャフトに組み込んで用いるので、剥離の問題は解
決される。この歪センサは、金属基板と部分結晶化ガラ
ス層、部分結晶化ガラス層と抵抗素子間でそれぞれの成
分元素が相互拡散しているため密着性が非常に強く、過
酷な環境条件でも剥離が起きない。

【０００７】しかしながら、上記のセンサは自動車の車
輪にかかる荷重（0〜2トン程度）を検知するものである
ため、0〜2000 mmH₂O程度の微小な圧力、あるいは0-100
g程度の微小な荷重を精度良く検知することは構造上困
難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
における過酷な環境下において安定した性能が得られ、
かつ微小な圧力を検出できる圧力センサおよびその応用
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
板状金属基体、前記金属基体の少なくとも片面に形成さ
れた結晶化ガラス材料を主体として含むガラス層、前記
ガラス層の表面に形成された歪の大きさによりその電気
抵抗が変化する抵抗素子、および前記抵抗素子に接続さ
れた電極を具備する異を特徴とする。

【００１０】また、本発明のは圧力センサは、抵抗素子
および電極が、圧力あるいは応力に対して方向依存性が
無い形状である異を特徴とする。

【００１１】さらに、本発明の圧力センサは、抵抗素子
および電極が、ガラス層の同一面上に複数形成されたこ
とを特徴とする。

【００１２】また、本発明の圧力センサは、ガラス層を
形成する結晶化ガラス材料が、SiO₂が7-33 wt%、B₂O₃が
5-31 wt%、MgOが20-50 wt%、CaOが0-20 wt%、BaOが0-50
wt%、La₂O₃が0-40 wt%、P₂O₅が0-5 wt%、MO₂が0-5 wt%
を包含し、MがZr,Ti,Snのうち少なくとも一種の元素で
あることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の圧力センサは、金属基体の上に抵抗素
子を形成し、特殊なガラス層を介在させているので、高
温においても損傷せず、また抵抗素子が剥離することが
ない。また金属基体の両面に抵抗素子を形成できるので
感度のよいセンサを実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の圧力センサの構成要素、その
組成およびそれらを形成する方法を具体的に説明する。

【００１５】（１）基体本発明に使用される金属基体は、金属あるいは合金の板
状のものである。例えば、金属基体は、ホーロー用鋼、
ステンレス鋼、珪素鋼、Ni-Cr-Fe、Ni-Fe、コバール、
インバー等の合金、およびそのクラッド材等で形成し得
る。金属基体を形成する材料とその上面に設けられるガ
ラス層との膨張率は、整合していることが好ましい。以
下に説明する部分的に結晶化した無アルカリガラス層を
形成する場合には、金属基体を形成する材料は膨張率10
0〜140×10^-7/℃のものが好ましく、特にステンレス鋼
が好ましい。

【００１６】金属基体は、負荷圧力の大きさや用途等に
より、任意に形状に加工することができる。必要に応じ
て金属基体に、所望の形状加工、穴加工等を、通常の機
械加工、エッチング加工、レーザー加工等で施すことが
できる。

【００１７】金属基体はガラス層との密着性を向上させ
る目的で、金属基体の表面を脱脂した後、その表面にニ
ッケル、コバルトなどのメッキを施したり、あるいは、
熱酸化処理によって酸化被覆層を形成して表面を安定化
しても良い。

【００１８】（２）ガラス層ガラス層の材質は、電気絶縁性、耐熱性に優れたものが
好ましい。その様な材質として、無アルカリ部分結晶化
ガラスが好ましい。この無アルカリ部分結晶化ガラスを
焼成すると、例えばMgO系の部分結晶相が析出する。種
々の組成の部分結晶化ガラスが使用し得る。無アルカリ
部分結晶化ガラスの組成は、特に、MgOが16-50重量%、S
iO₂が7-30重量%、B₂O₃が5-34重量%、BaOが0-50重量%、L
a₂O₃が0-40重量%、CaOが0-20重量%、P₂O₅が0-5重量%、M
O₂が0-5重量%（但し、MはZr,Ti,Snのうち少なくとも一
種の元素）のものが好ましい。

【００１９】前記ガラス層が好ましい理由の１つは、金
属基体と前記ガラス層との密着性が高いことである。も
う１つの理由は、その材料で形成されるガラス層の耐熱
温度が高いことである。焼成によりガラス層上に抵抗素
子を設ける場合には、一般に焼成温度が高いので、ガラ
ス層の耐熱温度は少なくとも900℃以上必要である。前
記組成のガラスは非結晶質の時には耐熱温度が650℃程
度であるが、結晶化すると耐熱温度が900℃以上にな
る。このガラスを用いると900℃でもガラスが流動しな
いので、850℃で抵抗素子を焼成してもガラス層が変形
しない。それに対して、一般の非結晶質ガラスは、結晶
化しないので耐熱性が悪く、約600℃以上で流動するた
め、抵抗素子を850℃で焼成することができない、ある
いはガラスと抵抗素子の成分と混合するので、抵抗素子
の特性が変化してしまう。

【００２０】本実施例におけるガラス層を金属基体上に
形成する方法は、通常のスプレー法、粉末静電塗装法、
電気泳動電着法等がある。ガラス層の密着性、電気絶縁
性、等に優れているので電気泳動法が好ましい。

【００２１】電気泳動電着法を用いて金属基体にガラス
層を被覆するには、以下の様に行う。ガラス、アルコー
ルおよび少量の水をボールミル中で約２０時間粉砕、混
合し、ガラスの平均粒径を１〜５μm程度にする。得ら
れたスラリーを電解槽に入れて、スラリーを循環する。
次に、金属基体をスラリー中に浸漬し、100〜400Ｖで陰
分極させ、金属基体表面にガラス粒子を析出させる。次
にガラス粒子がその表面に析出した金属基体を乾燥し、
そして850〜900℃で10分〜１時間焼成する。この焼成に
より、ガラスの微粒子が溶融し、同時に、ガラスの成分
と金属基体の成分とが、充分に相互拡散するため、ガラ
ス層と金属基体との密着性が高くなる。

【００２２】上記焼成を、常温から設定温度まで徐々に
昇温することにより行うと、微細針状結晶が無数に析出
するため、結晶によるアンカー効果が得られ、ガラス層
と抵抗素子との密着性も同時に向上し、より好ましい。

【００２３】（３）抵抗素子抵抗素子の構成元素は、歪が生じることによって電気抵
抗が変化する種々の材料が使用し得る。例えば、ニッケ
ル、クロム、銅、鉄、ルテニウムからなる群から選択さ
れた金属が使用でき、さらに、Cu-Ni合金、Ni-Cr合金、
酸化ルテニウム等の合金、金属酸化物も使用できる。ペ
ーストを用いて印刷法で抵抗素子を作成するときには、
Bi,Rh,V,Sbを含む熱分解有機化合物の添加剤を少なくと
も２種以上を添加することが好ましい。

【００２４】本発明の圧力センサに用いる抵抗素子の形
成法は、以下に説明する印刷法、メッキ法（無電解メッ
キ法）、転写法等が使用し得る。

【００２５】抵抗素子を印刷法で形成する方法の１つ
は、上記金属を含む有機金属化合物を主成分とするペー
ストを作成し、ガラス層の表面に該ペーストを印刷し、
次いで熱分解を行うことによって、抵抗素子となる金属
あるいは合金膜を形成する。この方法で用いるペースト
は、ニッケル、クロム、銅、鉄、ルテニウムからなる群
から選択された金属、および、Bi,Rh,V,Sbを含む熱分解
有機化合物の添加剤を少なくとも２種以上を含むものが
好ましい。

【００２６】抵抗素子を印刷法で形成するもう１つの方
法は、酸化ルテニウムおよびガラスフリットを主成分と
するペーストを作成し、該ペーストをガラス層上に印刷
し、そして、焼成する。このペーストは、主成分の酸化
ルテニウムおよびガラスフリット（ホウケイ酸系ガラス
等）の他に、フィラー（ZrO₂等）、酸化ビスマス、エチ
ルセルロース、ブチルカルビトールアセテート（あるい
はテルピネオール）等を含むのが好ましい。

【００２７】抵抗素子を無電解メッキ法で形成する場合
には、Cu-Ni-P、Ni-Cr-P、あるいは、Ni-Fe-P系の金属
錯体を用い得る。これらの材料は、歪感度、抵抗温度係
数等の特性が良好なので、微小圧力を検出する圧力セン
サ、あるいは環境の温度変化の大きい場合に用いる圧力
センサに適している。

【００２８】この方法では、メッキ液中には金属錯体
と、還元剤（例えば、次亜燐酸等）が含まれている。こ
の還元剤の酸化により放出される電子が、錯体中の金属
イオンを還元して被メッキ物上に金属を析出させる。そ
の概略の反応は、例えばNiを析出する金属錯体を用いる
場合、（化１）のようになる。

【００２９】

【化１】

【００３０】被メッキ物が金属である場合は、浸漬初期
の段階で、溶液中のメッキ金属イオンと被メッキ物との
置換が優先し、その後に還元反応が起こる。以後析出し
たメッキ金属が自己触媒的働きをしてスムーズにメッキ
金属の還元が進む。被メッキ物が金属ではなく絶縁物の
場合には、浸漬初期の段階での置換が起こらない。絶縁
物上に予めSn（塩化すず）とPd（塩化パラジウム）のイ
オンを吸着させておくことにより、浸漬初期の置換を起
こさせ、次いで還元反応を起こさせる。その後は被メッ
キ物が金属の場合と同様に、析出した金属が自己触媒的
働きをし、反応が進む。

【００３１】無電解メッキ法は、部分的に結晶化してい
るガラス層を構成要素とする圧力センサの作成には好ま
しい方法である。その理由は次の通りである。このガラ
ス層は、表面に微小な針状結晶があるため多孔体であ
る。そのようなガラス層上にメッキを行うと還元反応が
ガラス層の内部から始まるのでメッキ層のアンカー効果
が働きメッキ層とガラス層との密着強度が強くなる。そ
れに対して、一般の非晶質ガラスからなる層やプラスッ
チックなどの表面は非常に滑らかであるため上記のよう
なアンカー効果は働かず、これらの層に対するメッキ層
の密着性は悪い。

【００３２】なお、無電解メッキ法で抵抗素子を形成す
る際にも、ガラス層の表面にスズ、パラジウム等からな
る触媒層を形成するのが好ましい。その触媒層の表面に
抵抗素子を形成すると、アンカー効果がより強くなるの
でガラス層と抵抗素子との間の密着強度がより強くな
る。

【００３３】微圧用の圧力センサに使用される抵抗素子
は、以下の方法で微細パターン化するのが好ましい。無
電解メッキ法を用いて作成した抵抗素子は、レーザで所
定のパターンにカッティングする、あるいはホトリソグ
ラフィーで不要な部分を除去する。あるいは、強酸また
は強アルカリで高温の（80-95℃）メッキ液に対する耐
薬品性に優れた耐メッキレジストを用いるリフトオフ法
を併用した無電解メッキ法を用いても抵抗素子を形成し
得る。最後の方法に用いる耐メッキレジストには、印刷
性が良好で硬化時間の短い紫外線硬化型のアクリル系樹
脂を使用するのが好ましい。

【００３４】転写法で抵抗素子を形成する場合、抵抗素
子の材料はCu-Ni合金またはNi-Cr合金の箔が好ましい。
この方法では、まず箔の一方の面に樹脂を印刷し、次に
他方の面にレジストを塗布し、エッチングを行い所定の
パターンの抵抗素子を作成する。得られた抵抗素子を前
記樹脂によって金属基本上のガラス層の表面に固定し、
そして、焼成することで、圧力センサが得られる。

【００３５】前記樹脂を合金箔の固定のために用いる
と、合金箔の回路パターンを高精度にガラス層上に形成
し得る。該樹脂は適当な溶剤に溶解され、粘度を調節
し、スプレ−または印刷法で合金箔に被覆される。ある
いは、これらの樹脂の膜を合金箔とラミネートしても良
いその樹脂は、焼成の際に除去される。好ましい樹脂
は、ポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸
エステル等のアクリル樹脂、塩化ビニル、あるいは、塩
化ビニルとポリアクリル酸エステルの共重合体、等であ
る。これらの樹脂は燃焼性が良く、またガラス層あるい
は合金箔に悪影響を与えない。また、これらの樹脂は熱
収縮が小さいので、箔のパターンを高精度にガラス層上
に形成し得る。

【００３６】印刷法、メッキ法および転写法による抵抗
素子形成法は、ガラス層表面に容易に抵抗素子を形成す
ることができ、安価でかつ量産性に富む方法である。

【００３７】（４）電極抵抗素子に接続される電極は従来の種々の方法で、抵抗
素子の形成前、抵抗素子の形成後、あるいは、抵抗素子
と同時に形成し得る。電極は、種々の金属を含むペース
トあるいはガラスペーストをガラス面上に印刷し、焼成
して形成する。前記ガラスペーストとして、Ag-Pdある
いはAg系のガラスペーストが使用できる。前記ペースト
としては、金を導体の主成分とする有機金属化合物、お
よび、添加剤としてSi,Bi,Rh,V,Sbからなる熱分解有機
化合物を少なくとも２種以上添加したペーストが好まし
い。さらに導体成分として金の他に、Pdの有機金属化合
物を任意に添加することができる。必要に応じて、抵抗
素子上にガラスまたは樹脂等からなるオーバーコート層
を施しても良い。

【００３８】圧力センサは、測定対象により様々な使用
方法が採用される。例えば、（ａ）自動車の車輪にかか
る荷重や応力（0〜2トン程度）を検知する場合には、シ
ャフト等の荷重がかかり歪が発生する部分にセンサを貼
付け、該センサに伝達される歪の大きさを間接的に測定
し得る。（ｂ）環境圧力を検出する場合には測定環境の
部材に取り付けて用いられる。（ｃ）荷重を直接検出す
る場合には、図２の様に荷重を直接受けるように設置さ
れる。（ｃ）の様な使用方法では、荷重が全て直接圧力
センサの抵抗素子にかかるため、数百gの荷重でもセン
サは壊れてしまう。（ｂ）の様な使用方法ではセンサ全
体に全方向から均等に圧力がかかるためセンサは比較的
壊れにくい。（ａ）の場合には、間接的な力を受けるだ
けであるので比較的大きな応力でも耐えられる。センサ
に用いるガラス層は、引っ張り応力には弱いが、（ａ）
の場合張り付けられた部分が縮むことでセンサは圧縮応
力を受けるので、該センサは、比較的大きな応力でも耐
えられる。本発明の圧力センサは実施例毎に、この様な
種々の使用方法で比較されているために、ある実施例の
特定の使用法では壊れてしまい不適当とされるものも、
他の実施例の他の使用法では良好なものとして記載され
ている場合がある。また、（ｂ）の様な使用方法では抵
抗素子に直接、歪、応力、圧力がかかるために、基体あ
るいはガラス層の歪の中心と抵抗素子の中心とが一致し
ている必要はないが、（ａ）あるいは3)の様な使用方法
では、最大の感度を得るためには、基体あるいはガラス
層の歪の中心と抵抗素子の中心とが一致している必要が
ある。

【００３９】以下のより具体的実施例に基づいて説明す
る。（実施例１）前述した電気泳動電着法を用い、SUS430か
ならる基体（100mm×100mm×0.5mm）の表面に、（表
１）〜（表５）に示した組成を有する部分結晶化ガラス
材料からなるガラス層を厚さ100μmに被覆し、880℃で1
0分間焼成してサンプルを得た。得られたサンプルの表
面粗度、表面のうねり性、ガラス層の耐熱性等の諸特性
を調べた。その結果も表（表１）〜（表５）に示してあ
る。

【００４０】なお、表面粗度はタリサーフ表面粗さ計で
測定し、表面中心線平均粗さRaで示した。表面粗度はこ
の表面中心線平均粗さRaの値が小さいほど好ましい。表
面のうねり性はタリサーフ表面粗さ計で測定した山と谷
の差の最大値Rmaxで表した。値が小さいほど好ましい。
耐熱性は、サンプルを850℃の電気炉中に10分間入れ、
炉から取り出し30分間、自然放冷を繰り返すスポーリン
グテストを行って、サンプルに生じたクラックや剥離等
の異常の発生状態を調べた。クラックの有無は、サンプ
ルを赤インク中に浸漬し、表面を拭き取った後、目視観
察して調べた。表中の記号○、△、×は：○が10サイク
ル以上行っても異常が発生しないもの、△は５〜９サイ
クルで異常が発生したもの、×は４サイクル以下で異常
が発生したものを示す。密着性は、基体の曲げ試験を行
い、ガラス層が剥離して基体の金属部が露出したものを
×、金属部が一部露出したものを△、金属部が露出しな
いものを○とした。

【００４１】以上の評価に基づき総合評価を行い、その
結果を○、△、×で示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【表５】

【００４７】ただし、サンプルNo1〜8は、他の成分を一
定として、SiO₂とB₂O₃を変化させた。サンプルNo9〜15
は、SiO₂/B₂O₃の比をほぼ一定にし、MgO量を変化させ
た。サンプルNo16〜19は、SiO₂/B₂O₃の比をほぼ一定に
し、CaO量を変化させた。サンプルNo20〜24は、SiO₂/B₂
O₃の比をほぼ一定にし、BaO量を変化させた。サンプルN
o25〜29は、SiO₂/B₂O₃の比をほぼ一定にし、La₂O₃を変
化させた。サンプルNo30〜42は、SiO₂/B₂O₃の比をほぼ
一定にし、各々ZrO₂、TiO₂、SnO₂、P₂O₅、ZnOの量を変
化させた。

【００４８】SiO₂,B₂O₃はガラスを形成する酸化物でガ
ラスの基本骨格を形成する。MgO,BaO,CaOは網目修飾酸
化物と呼ばれ、ガラスの溶融温度、ガラスの結晶性に大
きく影響を及ぼす。La₂O₃は金属基板とガラス層との密
着性を向上させる働きをし、ZrO ₂,Tio₂,SnO₂,P₂O₅ は結
晶核形成剤の働きがある。

【００４９】表から明らかなように、SiO₂の含有量が多
いと、サンプルの耐熱性は良いが、表面の特性（表面粗
度、およびうねり）、および密着性が悪くなる。B₂O₃の
含有量は、SiO₂の含有量と逆の関係である。従って本発
明では、ガラス層を形成するガラス材料の組成は、SiO₂
が7-33 wt%、B₂O₃が5-31 wt%の範囲内が好ましく、SiO₂
/B₂O₃の比が0.22-6.6の範囲が好ましい。

【００５０】MgO量は部分結晶性に関係し、20 wt%以下
では結晶析出が不十分で、ガラス層の耐熱性が劣る。50
wt%以上では、ガラス溶融時に結晶が析出し易いため、
均質なガラス層を得ることが難しい。また表に示した様
に、ガラス層の表面粗度が大きく、ガラス層の基体に対
する密着性が悪くなる。従って、MgO量は20-50 wt%が好
ましい。ガラス層のCaO含有量が20 wt%を超えると、ガ
ラス層の表面特性が悪くなるが、それ以下では、特性に
悪い影響は与えない。従って、CaO含有量は0-20 wt%が
好ましい。BaO含有量は、50 wt%を超えると、ガラス層
の耐熱性および密着性が悪くなり好ましくない。それ以
下では、特性に悪い影響は与えない。従って、BaO含有
量は0-50 wt%が好ましい。La₂O₃含有量は、40 wt%を超
えると、ガラス層の耐熱性が劣化し好ましくない。それ
以下では、特性に悪い影響は与えない。従って、La₂O₃
含有量は0-40 wt%が好ましい。P₂O₅含有量は、この実施
例では示してはいないが、0-5 wt%の範囲で好ましい特
性が得られることが確認されている。5 wt%を超える
と、ガラス層の表面特性が劣化し好ましくない。その他
の添加可能な成分ZrO₂、TiO₂、SnO₂、P₂O₅、ZnOの含有
量は、0-5 wt%の範囲が好ましい。5 wt%を超えると、ガ
ラス層の表面特性が劣化し好ましくない。なお、組成範
囲は表に記載の数値に変更している。

【００５１】（実施例２）前述した一般的な製造方法を
用いて形成した圧力センサを図１に基づいて説明する。
外径φ40mm、厚さ100μmの板状金属基体１を脱脂・水洗
・酸洗・水洗・ニッケルメッキ・水洗することにより前
処理を行った。前述の電気泳動電着法を用い、この基体
を（表１）の組成のNo7の部分結晶化したガラス粒子を
含むスラリー中に浸漬して、対極と金属基体間に直接電
圧を印加して、金属基体上にガラス粒子を被覆した。常
温から880℃まで4時間かけて昇温し、この温度で10分間
焼成を行うことで部分結晶化したガラス層２を形成し
た。部分結晶化したガラス層２の表面にAg-Pdペースト
をスクリーン印刷法でパターン印刷し、850℃で焼成し
て１対の電極３を形成した。この１対の電極間に酸化ル
テニウムとガラスフリットを主成分とするペーストを所
定のパターンに印刷し、830℃で焼成することにより、
抵抗素子４を形成して圧力センサを得た。図１（ａ）
は、その圧力センサの平面図、図１（ｂ）は、その圧力
センサの断面図である。

【００５２】（実施例３）厚さ100μmの板状金属基体１
の代わりに厚さ200μmの金属箔を使用した他は、実施例
２と同様にして圧力センサを得た。

【００５３】（比較例１）厚さ100μmの板状金属基体１
の代わりに厚さ60μmの金属箔の両面にガラス層を形成
し、その片方の面上に実施例２と同様の抵抗素子を形成
し、圧力センサを作成した。

【００５４】（実施例４）実施例２および３のセンサ
を、図２に示すように荷重の方向に対して、センサの抵
抗素子表面が垂直となるように固定台５上に固定した。
センサの１対の電極３、３に、リード線６、６をそれぞ
れ連結して、抵抗素子４の抵抗が測定できるようにし
た。比較例１のセンサも同様に、図３に示すように荷重
の方向に垂直となるように固定台５上に固定した。また
比較例２として、実施例２のセンサを、図４に示すよう
に荷重の方向と逆になるように固定台５に固定した。上
記の実施例２、３および比較例１、２のセンサに、500m
g,1g,5g,10g,50gの分銅を載せ、抵抗値の変化率をしら
べた。その結果を（表６）に示した。

【００５５】

【表６】

【００５６】実施例２、３の圧力センサは、500mg-50g
の荷重をかけると、抵抗値の変化率が直線的に変化し、
微小な荷重あるいは圧力が測定し得る。実施例２、３の
センサは、そのガラス層にクラックや剥離は生じなかっ
た。比較例１のセンサは、50gの荷重で下側のガラス層
にクラックが生じた。これは、荷重により下側のガラス
層に引っ張り応力が生じたためである。比較例２のセン
サを用いて、5g以下の荷重は検知できず、100g以上の荷
重をセンサ上に負荷するとガラス層にクラックが生じ
た。これは、荷重によりガラス層に引っ張り応力が生じ
たためである。図２の様に基体の荷重が作用する側にガ
ラス面を配置するとガラス面には圧縮応力のみが負荷さ
れ、引っ張り応力は負荷されない。この様に、実施例
２、３の圧力センサは高感度であるので、例えば液体の
蒸気圧を検知するセンサにも応用可能である。例えば上
記の実施例では、1.7gの荷重が1mmHgの圧力に相当す
る。

【００５７】（実施例５）金属基体の両側にガラス層２
を形成したこと以外は実施例２と同様の構造の圧力セン
サを作成した。ただし、抵抗素子４を板状金属体１の中
心から1.5mm以内に形成し、抵抗素子４の中心と板状金
属体１の中心とを一致させた。

【００５８】（実施例６）実施例５と同様な方法で図６
に示した様な正８角形の抵抗素子４および電極３を板状
金属体の中心から1.5mm以内に形成し、圧力センサとし
た。この抵抗素子４の中心と板状金属体１の中心は一致
している。

【００５９】（実施例７）実施例５と同様な方法で図７
に示した様な円形の抵抗素子４および電極３を板状金属
体１の中心から1.5mm以内にリング状に形成し、圧力セ
ンサとした。この抵抗素子４の中心と板状金属体１の中
心とは一致している。

【００６０】（実施例８）実施例５と同様な方法で図８
に示した様な円形の抵抗素子４および円弧状の電極３を
板状金属体の中心に形成し、圧力センサとした。この抵
抗素子４の中心と板状金属体１の中心とは一致してい
る。

【００６１】（比較例３）実施例５と同様な方法で、実
施例５と同じ形状の抵抗素子４および電極３を図９に示
した様に板状金属体の中心から10mm離れたところに形成
し、圧力センサとした。この抵抗素子４の中心と板状金
属体１の中心と抵抗素子の中心とは一致していない。

【００６２】（比較例４）比較例５と同様な方法で抵抗
素子４および電極３を図１０に示した様に板状金属体の
中心から10mm離れたところに形成し、圧力センサを形成
した。この抵抗素子４の中心と板状金属体１の中心とは
一致している。

【００６３】（比較例５）実施例５と同様な方法で結晶
化ガラスを被覆した板状金属基体上に市販の歪ゲージを
貼つけた。このときゲージの中心と板状金属体の中心が
同一になるように貼りつけた。

【００６４】実施例５の圧力センサは、抵抗素子４の平
面形状がその中心に対して対称で、かつ、金属基体１の
中心点と抵抗素子４の中心が実質的に一致している。実
施例６の圧力センサは、平面形状の外形が正８角形の抵
抗素子４および電極３を有し、その形状の中心に対して
対称で、かつ、板状金属体の中心と抵抗素子４の中心が
一致し、方向依存性が無い。実施例７の圧力センサは、
平面形状が円形の抵抗素子４および電極３を有し、その
形状の中心に対して対称で、かつ、板状金属体の中心と
抵抗素子４の中心が一致し、方向依存性が無い。実施例
８の圧力センサは、平面形状が円状の抵抗素子４および
円弧状の電極３を有し、かつ、板状金属体の中心と抵抗
素子４の中心が一致し、方向依存性が無い。

【００６５】比較例３の圧力センサは、抵抗素子４の形
状がその中心に対して対称であるが、板状金属体の中心
と抵抗素子の中心は一致していない。比較例４の圧力セ
ンサは板状金属体の中心と抵抗素子の中心を一致させた
ものであるが、抵抗素子および電極の形状はその中心に
対して対称ではなく、方向依存性がある。

【００６６】（実施例９）上述の実施例５、６、７、８
および比較例３、４、５の圧力センサを図１３に示す治
具に装着し、抵抗素子４に引っ張りの応力歪が負荷され
るように、抵抗素子形成面とは反対面に0,400,800,120
0,1600,2000 mmH₂Oの圧力を負荷した。その時のそれぞ
れのセンサの圧力に対する抵抗変化率を調べた。結果を
（表７）に示した。

【００６７】

【表７】

【００６８】実施例５〜８の圧力センサは抵抗素子４の
平面形状がその中心に対して対称で、かつ、金属基体１
の中心と抵抗素子４の中心が一致している。金属基体１
の変形の中心と抵抗素子４の中心が一致しているため、
センサに圧力を負荷した時に生じる圧縮または引っ張り
応力歪は、抵抗素子４の中心から全方向に均等に抵抗素
子４に加わるようになり、かつ、中心は歪の程度が最大
であるために、抵抗素子４の抵抗率変化は大きくなる。
このように配置していない比較例３〜５の圧力センサは
抵抗素子４に上記のような均等で最大の応力が加わらな
いため、感度が小さくなる。

【００６９】実施例６〜８の圧力センサは、以下の点で
実施例５の圧力センサよりも優れている。車両用のサス
ペンジョン等の様に、特定の方向だけに応力が負荷され
る部材に、実施例５の圧力センサを張り付ける場合に
は、圧力センサを張り付ける方向により感度が変化して
しまう。即ち、方向依存性がある。しかし、実施例６〜
８の圧力センサでは、方向による感度変化がない、即
ち、方向依存性が無い。

【００７０】詳しく説明すると、図５（ａ）に示す様に
ａ、ｂ、ｃの異なった方向の応力が負荷された場合、方
向ａからの力は抵抗素子４の断面積を大きくし、しかも
長さを短くするために、抵抗素子４の抵抗値は小さくな
る。方向ｂおよびｃからの力は抵抗素子の断面積を小さ
くする力が働くため抵抗値を大きくする。即ち、方向ｂ
およびｃからの力は、抵抗素子の感度を小さくする。そ
れに対して、図６〜８の形状の抵抗素子および電極を有
する圧力センサでは、ａ，ｂ，ｃ何れの方向からの力で
も、抵抗素子４の断面積を大きくし、かつ長さを短くす
るので、感度は大きくなる。なお、図５（ｂ）は図５
（ａ）側断面図である。

【００７１】（表７）の結果から明らかなように本発明
の実施例５、６、７、８の圧力センサは比較例３、４、
５の圧力センサよりも圧力に対する感度が大きいことが
わかる。特に、方向依存性の無い実施例６、７、８の圧
力センサはより高感度である。

【００７２】（実施例１０）実施例５と同様な方法で、
図１１に示す様に実施例７と同じ形状で、かつ同じ抵抗
値の抵抗素子Ｒ１，Ｒ２および電極３を、金属基体１の
両面に形成したガラス層２の上に各々形成した。両面の
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の中心は各々、板状金属体の中心と
一致するように配置した。

【００７３】（実施例１１）実施例５と同様な方法で、
図１２に示す様な形状で、かつ同じ抵抗値の抵抗素子Ｒ
３，Ｒ４および電極３を形成した。なお、このとき内側
の抵抗素子Ｒ３の中心は金属基体２の中心から15mm以内
に形成し、外側の抵抗素子Ｒ４は金属基体２の中心から
15mm以内に形成し、なおかつその中心と金属体２の中心
は一致するように配置した。

【００７４】（実施例１２）実施例１０、１１の各々の
抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の圧力に対する抵抗変
化率を測定した。Ｒ１およびＲ３には引っ張り応力を負
荷した。その結果を（表８）に示す。

【００７５】

【表８】

【００７６】実施例１０のＲ１とＲ２の抵抗素子を１つ
の抵子素子として考える、即ち、Ｒ１とＲ２の抵抗変化
率の絶対値の和を計算すると、圧力に対する抵抗変化率
は400mmH₂0で0.296%、800mmH₂0で0.586%、1200mmH₂0で
0.881%、1600mmH₂0で1.178%、2000mmH₂0で1.472%とな
り、非常に大きい感度となる。

【００７７】また同様に、実施例１１でもＲ３とＲ４の
抵抗素子を１つの抵子素子として考えると、抵抗素子１
つの実施例に比べ、圧力に対する感度は大きくなる。Ｒ
３とＲ４で変化率の符号が異なる理由は、図１４に示し
た様に金属基体４の最外周部は治具によって完全に保持
されているため、圧力のかかる面の中心部Ｆに圧縮応力
がかかると、反対の面の中心部Ｅに引っ張り応力が負荷
され、治具近傍の金属基体の外周部Ｇには圧縮応力が負
荷され、金属基体の外周部Ｈに引っ張り応力がかかるた
めである。

【００７８】実施例１０、１１の様に抵抗素子および電
極を配置すると、圧力に対する感度が大幅に向上する。
また、板状金属体の両面に実施例１１の抵抗素子を形成
することにより、さらに大きな感度を有する圧力センサ
を形成し得る。また、実施例１０の圧力センサは、２箇
所の圧力の和、あるいは、２箇所の圧力の差を検出し得
る。

【００７９】（実施例１３）上記実施例５あるいは実施
例１０の圧力センサを、自動車エンジンの燃焼圧をセン
シングする燃焼圧力センサ、および、マニホールド内の
空気量をセンシングする吸気センサとして応用した例に
ついて説明する。図１５は、燃焼圧あるいは吸入空気量
を検知する圧力センサを有する自動車用圧力検出装置１
０の構造断面図である。圧力センサ７は、実施例５ある
いは実施例１０のものを使用し、外枠８に溶接されてい
る。電源、アンプ等から構成される圧力検出回路９は、
リード線６で圧力センサ７と結合されている。圧力検出
回路９からの信号線２６は、検出した圧力をエンジン制
御コンピュータ１３に出力する。

【００８０】この圧力検出装置１０を図１６の様にエン
ジン燃焼室１１の側面に取り付けて燃焼圧力（絶対圧
力）を検知する燃焼圧センサ１０ａとした。また、同様
に圧力検出装置１０を図１６の様に吸気マニホールド１
２内に取り付けて、マニホールド内の圧力と大気圧との
差を検知する吸気圧センサ１０ｂとした。図１６の圧力
検出装置１０ａは、実施例５の圧力センサを使用し、図
１６の圧力検出装置１０ｂは、実施例１０の圧力センサ
を使用している。燃焼圧力と空気量を１０ａ，１０ｂで
センシングして、エンジン制御コンピュータ１３から、
電子制御ＥＧＲバルブ１４に信号を送り、空気と燃料の
混合比（空燃比）を精密に制御することにより、燃焼圧
センサ１０ａと吸気圧センサ１０ｂを備えていない場合
に比べ、10%以上NOxが低減できた。

【００８１】上記の様な圧力のモニターには、従来は半
導体式の圧力センサの使用が試みられていた。しかし、
その様なセンサは耐熱性に劣るため、燃焼によって400
℃まで雰囲気温度が上昇する上記の様な環境では、正し
い圧力が得られなかった。それに対して本発明の圧力セ
ンサは、この実施例１３に示した通り、耐熱性に優れて
いるため燃焼圧力をダイレクトに検知することができ
る。しかも、数1000 rpmに及ぶエンジンの燃焼サイクル
でも、正しい圧力が得られることが示す様に、応答速度
が速い。

【００８２】（実施例１４）上記実施例５の圧力センサ
を有する静圧センサを、大、中規模ビル用のメインダク
ト内に配置し、システムパッケージエアコンの風量をコ
ントロールする様にした例について説明する。図１７は
静圧センサ１８の構成断面図である。静圧センサ１８
は、圧力センサ７、Ｏリング１５、リード線６、電源、
アンプ等の回路１６、外枠１７を有する。この静圧セン
サ１８を、図１８に示す様に一台のエアコン１９で各空
調ゾーンＡ、Ｂを温度制御するシステムのメインダクト
２１に取り付け、メインダクト２１内の風量の変化を静
圧センサ１８で検知した。ファン２０の回転数とダンパ
ー２２、２３の開閉を、静圧センサ１８で検知した風量
に基づいてコントロールすることにより、温度制御の精
度を上げるとともに１２％以上省エネルギーを図れる。

【００８３】（実施例１５）Auを含有する電極を形成し
たこと以外は実施例５と同様にして、本発明のさらに別
の実施例である圧力センサを作成した。外形40φmm、厚
さ100μmの板状金属基体を脱脂・水洗・酸洗・水洗・ニ
ッケルメッキ・水洗として前処理を行った後、表１の組
成のNo7ガラス粒子からなるスラリー中に浸漬して対極
と金属体間に直流電圧を印加して、金属体上に部分結晶
化ガラス粒子を被覆し、常温から880℃まで4時間かけて
昇温し、さらにこの温度で10分間保持する焼成を行い結
晶化ガラス層を形成した。次に、部分結晶化ガラス層の
表面にAu含有有機金属化合物のペーストをスクリーン印
刷法で図１９の形状に印刷し、850℃で焼成して膜厚0.5
μmの電極３を形成した。この１対の電極間に酸化ルテ
ニウムとガラスフリットを主成分とするペーストを印刷
し、そして830℃で焼成して、1.00mm×1.00mmの大きさ
の抵抗素子４を形成し、図１９（ａ）の形状の圧力セン
サを5個作製した。この場合、抵抗素子の周縁部の盛り
上がり部分を除いた平均の膜厚は10μmであった。

【００８４】（実施例１６）実施例１５と同様の方法
で、Au含有有機金属化合物のペーストをスクリーン印刷
法で印刷し、850℃で焼成して膜厚10μmの電極３を形成
した。この電極間に酸化ルテニウムとガラスフリットを
主成分とするペーストを印刷し、そして830℃で焼成し
て、1.0mm×1.0mmの抵抗素子４を形成し、図１９（ａ）
の形状の圧力センサを５個作製した。この場合、抵抗素
子の周縁部の盛り上がり部分を除いた平均の膜厚は10μ
mであった。

【００８５】（比較例６）Ag-Pdガラスペーストを用い
た以外は実施例１５と同様にして、膜厚10μmの電極３
を形成し、そして1.0mm×1.0mmの抵抗素子４を形成し、
図１１の形状の圧力センサを５個作製した。この場合、
抵抗素子の両端の盛り上がり部分を除いた平均の膜厚は
10μmであった。

【００８６】（実施例１７）以上実施例１５および１
６、および比較例６の各5個の圧力センサに関して、温
度に対する抵抗値変化率ＴＣＲ(COLD側ＴＣＲ:-30〜25
℃、HOT側ＴＣＲ:25〜125℃)、および、2000mmH20の圧力
をかけたときの抵抗変化率を測定し、併せて、その測定
値のバラツキを調べた。この結果を（表９）に示す。

【００８７】

【表９】

【００８８】表からわかるように、金を含有する電極を
用いた実施例１５および１６の圧力センサは抵抗値、Ｔ
ＣＲの値、ＴＣＲの値のバラツキとも小さい。さらに金
の有機金属化合物を主成分とするペーストを用いて電極
とするとAg-Pdガラスペーストを用いたものよりＴＣＲ
の値、ＴＣＲの値のバラツキとも非常に小さく、優れて
いる。

【００８９】比較例６の圧力センサの抵抗値およびＴＣ
Ｒの値が、個々に異なる理由を以下に説明する。（１）
気泡が電流の流れを阻害するために、抵抗素子４の抵抗
値は、内部の気泡の数に依存して変化する。比較例６の
様にAg-Pdガラスペーストからなる膜厚10μmの一対の電
極を形成し、その間に酸化ルテニウム−ガラスペースト
を印刷し、膜厚10μmの抵抗素子を図１９Ａの形状に形
成すると、抵抗素子４の断面は図１９（ｂ）、あるいは
と図１９（ｃ）のように両端が盛り上がった形（メニス
カス形状）になる。その盛り上がった周縁の部分の厚さ
は、中心部分の厚さのおよそ２倍以上となり、盛り上が
った部分には中心部分よりも、内部に気泡が多くなり、
この気泡が電流の流れを阻害する。印刷法で複数個の圧
力センサの抵抗素子４を形成する場合には、この両端部
の盛り上がり部分の厚さは抵抗素子毎に異なり、全く同
一な抵抗素子４は得られない。それが原因で抵抗値が変
動し、その結果ＴＣＲ（温度に対する抵抗値変化）がバ
ラツク。（２）電極用のAg-Pdガラスペーストのガラ
ス、および、抵抗素子用の酸化ルテニウムとガラスフリ
ットを主成分とするペーストのガラス、とが焼成中に混
合し、その結果、電極のAg-Pdと、抵抗素子の酸化ルテ
ニウムは印刷した大きさとは異なった大きさに形成され
てしまい、抵抗素子毎に抵抗値およびＴＣＲ値が異な
る。（３）Ag-Pdを用いた電極では、Agが抵抗素子の材
料と反応するため、あるいは、拡散するために、電極と
抵抗素子の境界の付近では、電極の組成が変化してい
る。その結果、抵抗素子毎に抵抗値およびＴＣＲ値が異
なる。

【００９０】実施例１５および１６の圧力センサの抵抗
値およびＴＣＲの値が一定になる理由を以下に説明す
る。（１）Au含有有機金属化合物のペーストは、薄く形
成し得るので、焼成すると、電極３の厚さを0.5μm以下
にし得る。通常の5-10μmも厚い膜を形成する方法（厚
膜技術）で、1μm以下の薄い膜を形成する方法（薄膜技
術）と同じ程度の厚さの膜が形成し得る。実施例１５の
様に、電極３の厚さを薄くすると、抵抗素子４には、図
１９Ｂのような盛り上がりがなくなる。その結果、内部
に気泡が少なくなり、各抵抗素子は抵抗値およびＴＣＲ
値が一定になる。実施例１５では、電極３は0.5μmで、
抵抗素子４の厚みは10μmであり、電極３は抵抗素子４
の1/20の厚みである。電極３が抵抗素子４の1/2以下の
厚みであれば、図１９Ｂのような盛り上がりは少なくな
る。さらに電極３が抵抗素子４の1/3以下の厚みであれ
ば、図１９Ｂのような盛り上がりはｕ無くなる。（２）
実施例１５および１６で用いたAu含有有機金属化合物の
ペーストは、Ag-Pdガラスと異なり、ガラス含有量が非
常に少ないので、該ペーストと抵抗素子内のガラスとが
混合することはない。従って、電極と、抵抗素子は印刷
した大きさに形成され、各抵抗素子は抵抗値およびＴＣ
Ｒ値が一定になる。（３）金は非常に安定で、銀の様に
反応することも、抵抗素子内部に拡散することもない。
従って、各抵抗素子は抵抗値およびＴＣＲ値が一定にな
る。

【００９１】この様に形成した、実施例１５および１６
の金の電極を用いた圧力センサでは、比較例６のAg-Pd
の電極を用いた圧力センサよりも、温度変化による抵抗
値の変化ＴＣＲが少ないため、ＴＣＲ値が低い。これら
のセンサは、温度が急激に変化する過酷な環境下でも使
用し得る。

【００９２】（実施例１８）実施例５と同様に、金属基
体上に、ガラス層を形成した。次に、ガラス層の表面に
Ag-Pdガラスペーストをスクリーン印刷法で図２０
（ａ）の形状に印刷し、850℃で焼成して電極３を形成
した。電極３の幅（図２０中のＢ−Ｂ方向の長さ）は、
1.0 mmであり、その間隔は、1.0 mmである。次に、図２
０（ａ）の様に、2.0 mm × 2.0 mmの抵抗素子を形成
し、そして、図２０（ｂ）の断面に示した４ｂの部分の
抵抗素子を除去し、３個の圧力センサを作成した。図２
０（ｃ）の盛り上がった周縁の部分を除いた抵抗素子４
ｂの平均の膜厚は10μmである。

【００９３】（実施例１９）実施例１８と同様に、図２
０（ａ）の形状の圧力センサを３個作成した。抵抗素子
の大きさは1.5 mm × 1.5 mmであり、図２０（ｃ）の盛
り上がった周縁の部分を除いた抵抗素子４ｂの平均の膜
厚は10μmである。

【００９４】（比較例７）実施例１８と同様に、図２０
（ａ）の形状の圧力センサを３個作成した。抵抗素子４
の大きさは1.3 mm × 1.3 mmであり、図２０（ｃ）の盛
り上がった周縁の部分を除いた抵抗素子４ｂの平均の膜
厚は10μmである。

【００９５】（実施例２０）実施例１８と同様に、図２
０Ａの形状の圧力センサを３個作成した。抵抗素子４の
大きさは2.0 mm × 2.0 mmであり、図２０Ｃの盛り上が
った周縁の部分を除いた抵抗素子４ｂの平均の膜厚は5
μmである。

【００９６】（実施例２１）実施例１５のAu含有有機金
属化合物のペーストを用いて電極３を形成したこと以外
は実施例１８と同様に、図２０（ａ）の形状の圧力セン
サを３個作成した。抵抗素子４の大きさは2.0 mm × 2.
0 mmであり、図２０（ｃ）の盛り上がった周縁の部分を
除いた抵抗素子４ｂの平均の膜厚は5μmである。

【００９７】（比較例８）実施例１８と同様に、図２０
（ａ）の形状の圧力センサを３個作成した。抵抗素子４
の大きさは2.0 mm × 2.0 mmであり、図２０（ｃ）の盛
り上がった周縁の部分を除いた抵抗素子４ｂの平均の膜
厚は15μmである。

【００９８】（比較例９）実施例１８と同様に、図２０
（ａ）の形状の圧力センサを３個作成した。抵抗素子４
の大きさは2.0 mm × 2.0 mmであり、図２０（ｃ）の盛
り上がった周縁の部分を除いた抵抗素子４ｂの平均の膜
厚は30μmである。

【００９９】（実施例２２）以上実施例１８〜２１と比
較例７〜９の各3個の圧力センサの温度に対する抵抗値
変化ＴＣＲ(COLD側ＴＣＲ:-30℃〜25℃、HOT側ＴＣＲ:25
〜125℃)を測定し、併せて、そのバラツキを調べた。こ
の結果を（表１０）に示す。

【０１００】

【表１０】

【０１０１】（表１０）の実施例１８および１９、およ
び比較例７が示す様に、抵抗素子４のサイズを、一対の
電極３に囲まれた1.0 mm × 1.0 mmの部分より大きく
し、周縁の突出した部分４ｂを除去すると、ＴＣＲが小
さくなる。このことは、以下に説明する様に盛り上がっ
た周縁の部分４ｂ中に存在する気泡に関係していると考
えられる。図１９（ｂ）に示した実施例１５の圧力セン
サを例にすると、電極３の間隔および抵抗素子４の意図
した長さ1 mmに対して、抵抗素子４の盛り上がった周縁
の部分は、約0.2mm程の長さである。図１９（ｂ）の様
に、中央の平坦な抵抗素子部分の上に、望ましくない気
泡を含んだ盛り上がった周縁の部分が存在すると、中央
の平坦な抵抗素子部分の中にも望ましくない気泡が存在
する。従ってこの場合には、たとえ盛り上がった周縁の
部分のみを除去しても、ＴＣＲが小さくならない。

【０１０２】実施例１８および１９では、図２０（ｂ）
に示した様に、中央の平坦な抵抗素子４ａの上に、盛り
上がった周縁の部分４ｂが形成されないように、抵抗素
子の長さを１対の電極の間隔の1.4倍以上としているた
め、中央の平坦な抵抗素子４ａ部分の中には望ましくな
い気泡が存在せず、従って、ＴＣＲが小さくなる。逆
に、比較例７では、抵抗素子４の長さを１対の電極の間
隔の1.4倍以下としているため、中央の平坦な抵抗素子
部分４ａの中には望ましくない気泡が存在し、従って、
ＴＣＲが大きい。

【０１０３】また（表１０）の実施例９および１１、お
よび比較例８および９に示した様に、盛り上がった周縁
の部分を除いた抵抗素子４ａの平均の膜厚は、10μm以
下が好ましい。10μmを超えると、膜厚が厚くなるにつ
れてＴＣＲも大きくなる。この理由は、抵抗素子４ａの
膜厚を厚すると、抵抗素子内部に気泡が多く含まれるた
め、ＴＣＲも大きくなったと思われる。

【０１０４】以上のように本発明の圧力センサは、圧力
に対して高感度であり、例えば、液体の蒸気圧を検知す
るセンサとしても使用可能である。実施例に示した通
り、抵抗素子を適切な形状で、適切な場所に配置するこ
とにより、非常に高感度な圧力センサとなる。

【０１０５】また、本発明の圧力センサは、部分結晶化
ガラス材料からなるガラス層を用いているために金属基
体の成分とガラス層の成分とがその境界面で相互に拡散
し、両者の接合が非常に強固である。さらに、前記ガラ
ス層は多孔性であるため、その内部に無数の小さな泡を
有し、その泡が機械的衝撃に対する緩衝材の役割を果た
す。このため、本発明の圧力センサは強い機械的衝撃に
対しても耐えることができる。

【０１０６】さらに、Auを含有する電極を用いること
で、抵抗値およびＴＣＲの値にばらつきが無く、温度変
化の激しい環境下で使用し得る圧力センサが提供され
る。さらに、抵抗素子の膜厚を10μm以下にすること
で、ＴＣＲとそのバラツキが極めて小さい圧力センサが
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例の圧力センサの平面
図（ｂ）は同圧力センサの断面図

【図２】本発明の圧力センサに荷重をかけそのセンサに
生じた抵抗変化を測定する方法を説明する図

【図３】圧力センサに荷重をかけそのセンサに生じた抵
抗変化を測定する方法を説明する図

【図４】圧力センサに荷重をかけそのセンサに生じた抵
抗変化を測定する方法を説明する図

【図５】（ａ）は本発明の他の実施例の圧力センサの平
面図（ｂ）は同圧力センサの断面図

【図６】本発明の異なる実施例の圧力センサの平面図

【図７】本発明の異なる実施例の圧力センサの平面図

【図８】本発明の異なる実施例の圧力センサの平面図

【図９】比較例の圧力センサのの平面図

【図１０】他の比較例の圧力センサ平面図

【図１１】本発明の異なる実施例の圧力センサの断面図

【図１２】本発明の異なる実施例の圧力センサの平面図

【図１３】圧力センサに荷重をかけ、センサに生じた抵
抗変化を測定する方法を説明する図

【図１４】板状金属基体に圧力を負荷した時の該板状金
属基体の変形を説明する模式図

【図１５】本発明の異なる実施例の圧力センサの構成断
面図

【図１６】本発明の一実施例の圧力センサを自動車用エ
ンジンに取り付けた状態を示す断面図

【図１７】本発明の異なる実施例の圧力センサの構成断
面図

【図１８】本発明の一実施例の圧力センサを使用した、
ビル用パッケージエアコンの断面図

【図１９】（ａ）は本発明の異なる実施例の圧力センサ
の平面図（ｂ）は同圧力センサの断面図（ｃ）は同圧力センサの異なる面の断面図

【図２０】（ａ）は本発明の圧力センサのさらに他の実
施例の平面図（ｂ）は同圧力センサの断面図（ｃ）は同圧力センサの異なる面の断面図

【符号の説明】

１板状金属基体２ガラス層３電極４抵抗素子５固定台６リ−ド線７圧力センサ９圧力検出回路１０ａ吸気センサ１０ｂ燃焼圧センサ１１エンジン燃焼室１２吸気マニホ−ルド１８静圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田昭彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状金属基体、前記金属基体の少なくとも
片面に形成された結晶化ガラス材料を主体として含むガ
ラス層、前記ガラス層の表面に形成された歪の大きさに
よりその電気抵抗が変化する抵抗素子、および前記抵抗
素子に接続された電極を具備する圧力センサ。
【請求項２】抵抗素子の平面形状の中心が、金属基体の
平面形状の中心点と実質的に一致し、かつ、前記抵抗素
子および電極の形状がその中心に対して対称である請求
項１記載の圧力センサ。
【請求項３】抵抗素子および電極が、圧力あるいは応力
に対して方向依存性が無い形状である請求項１記載の圧
力センサ。
【請求項４】抵抗素子および電極の平面形状が、円、リ
ング状、円弧状、あるいは多角形である請求項１記載の
圧力センサ。
【請求項５】抵抗素子および電極が、ガラス層の同一面
上に複数形成された請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項６】少なくとも抵抗素子および一対の電極を前
記板状金属基体の両面に形成されたガラス層に各々形成
した請求項１記載の圧力センサ。
【請求項７】結晶化ガラス材料が、SiO₂が7-33 wt%、B₂
O₃が5-31 wt%、MgOが20-50 wt%、CaOが0-20 wt%、BaOが
0-50 wt%、La₂O₃が0-40 wt%、P₂O₅が0-5 wt%、MO₂が0-5
wt%を包含し、MがZr,Ti,Snのうち少なくとも一種の元
素である請求項１記載の圧力センサ。
【請求項８】電極の厚みが、抵抗素子の厚みの1/2以下
である請求項１記載の圧力センサ。
【請求項９】電極が、金を含有する請求項１記載の圧力
センサ。
【請求項１０】抵抗素子が、一対の電極の間隔の1.4倍
よりも大きく形成され周縁の盛り上がった部分を削除さ
れた請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項１１】前記抵抗素子の両端の盛り上がり部を除
いた部分の厚さの平均が、１０μｍ以下である請求項１
０記載の圧力センサ。
【請求項１２】板状金属基体、前記金属基体の少なくと
も片面に形成された結晶化ガラス材料を主体として含む
ガラス層、前記ガラス層の表面に形成された歪の大きさ
によりその電気抵抗が変化する抵抗素子、および前記抵
抗素子に接続された電極を具備する圧力センサを、自動
車エンジンの吸入空気マニホールド内に装着し、マニホ
ールド内の圧力と大気圧との差圧を検知することによ
り、吸入空気量を制御する圧力検出装置。
【請求項１３】板状金属基体、前記金属基体の少なくと
も片面に形成された結晶化ガラス材料を主体として含む
ガラス層、前記ガラス層の表面に形成された歪の大きさ
によりその電気抵抗が変化する抵抗素子、および前記抵
抗素子に接続された電極を具備する圧力センサを、自動
車エンジンの燃焼室側面に取り付け、燃焼室の圧力をダ
イレクトに検知する圧力検出装置。
【請求項１４】請求項２の圧力センサを用い、空調シス
テムのメインダクト内に取り付け、メインダクト内の風
量変化を圧力として検知する静圧センサ、を内蔵するエ
アコン用圧力検出装置。