JPH0915201A - 出力補正機能付きセンサ - Google Patents

出力補正機能付きセンサ

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JPH0915201A
JPH0915201A JP7159684A JP15968495A JPH0915201A JP H0915201 A JPH0915201 A JP H0915201A JP 7159684 A JP7159684 A JP 7159684A JP 15968495 A JP15968495 A JP 15968495A JP H0915201 A JPH0915201 A JP H0915201A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 電圧出力回路と、電圧出力回路の電圧を分圧
するための分圧抵抗体とを有するセンサであって、セン
サの出力電圧を調整するために、分圧抵抗体の抵抗がト
リミングにより調整されているセンサ。電圧出力回路
と、電圧出力回路に直列に接続する直列抵抗体とを有す
るセンサであって、電圧出力回路の出力電圧と一定の関
係を有するように、出力電圧回路及び直列抵抗体の抵抗
の合計が直列抵抗体のトリミングにより調整されている
センサ。分圧抵抗体又は直列抵抗体の抵抗は、電圧出力
回路の抵抗の１００倍以上であってもよい。電圧出力回
路は、正の抵抗温度係数を有する抵抗体、ガス濃度によ
り抵抗が変化する半導体、又は、応力を圧電信号に変換
する圧電素子を有していてもよい。 【効果】 出力電圧のバラツキを減少しうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、電圧を出力するセン
サに関し、より詳しくは、電圧出力のバラツキが補正さ
れたセンサに関する。本発明のセンサは、温度、ガス流
量等の測定、ガス濃度の測定、歪み、粒子の検出等に用
いることができる。
【０００２】
【従来の技術】 従来より、各種の電圧を出力するセン
サが知られている。例えば、金属酸化物半導体を用いた
ガスセンサでは、ガスの濃度により金属酸化物半導体の
抵抗値が変化するところ、金属酸化物半導体に電流を印
加し、金属酸化物半導体に発生した電圧を出力として、
ガス濃度を測定する。白金等の正の抵抗温度係数を有す
る抵抗体を用いた温度センサでは、抵抗体に電流を印加
して、抵抗体に発生する電圧を出力として、温度を測定
する。圧電素子を用いたセンサでは、圧電素子が機械的
な応力を圧電信号に変換して、その電圧を出力する。
【０００３】 これらのセンサを使用するときには、セ
ンサの電圧出力が、センサとは別個の電子デバイス、中
央演算処理装置等に接続され、これらの電子デバイス、
中央演算処理装置等が電圧信号を変換することが多い。
例えば、正の抵抗温度係数を有する抵抗体の抵抗値Ｒ
（一定の電流を印加して測定されるときには、電圧値と
同義である）は、Ｒ＝Ｒ0（１＋αｔ−βｔ2）で表さ
れ、ｔは温度であり、Ｒ0は０℃での抵抗値である。な
お、０℃における抵抗値には限られず、ある特定の温度
における抵抗値が判明していればよい。従って、電子デ
バイス、中央演算処理装置等が温度等を測定する前提と
して、その電子デバイス等に接続する特定のセンサにお
ける抵抗体のある特定の温度における抵抗値が当該電子
デバイス等に入力されていることを要する。また、セン
サが自動車の組立工場のような大量生産により取りつけ
られるときには、個々のセンサにおける抵抗体の抵抗値
を素早く電子デバイス等に入力することが求められる。
例えば、キーボードにより自動車のコンピュータに抵抗
体の抵抗値を入力することは非現実的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかし、センサを製
造する工程において、抵抗体、半導体、圧電素子等の出
力電圧にある程度の誤差が生じることはやむを得ない。
例えば、抵抗体、半導体、圧電素子等が層形状をしてい
るときには、セラミック製のグリーンシートの表面に印
刷付与されて、グリーンシートと共に焼成されて形成さ
れることが多い。こうして形成された抵抗体、半導体、
圧電素子等は、典型的には、抵抗値等が±１０％のバラ
ツキを有する。特開平４−２７９８３１号公報は、白金
抵抗体のバラツキを調整するために、レーザー照射で抵
抗体をトリミングすることを記載する。しかし、抵抗体
がレーザー照射を受けてトリミングされるときに、抵抗
体の温度が上昇する。抵抗体は抵抗温度係数が大きいた
め、抵抗体の抵抗値の精度を高くすることが難しく、個
々のセンサの抵抗値はバラツキが大きくなる場合があっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 本発明の第一の側面
は、センサ全体の抵抗値のバラツキを小さいセンサを提
供することを目的とする。更に、本発明の第二の側面で
は、抵抗体の抵抗値を他の電子デバイス、中央演算処理
装置等に正確に、かつ、素早く入力しうるセンサを提供
することを目的とする。
【０００６】 本発明の第一の側面は、電圧出力回路
と、当該電圧出力回路の電圧を分圧するための分圧抵抗
体とを有するセンサであって、当該センサの出力電圧を
調整するために、当該分圧抵抗体の抵抗がトリミングに
より調整されていることを特徴とするセンサが提供され
る。本発明において、当該分圧抵抗体の抵抗は、当該電
圧出力回路の抵抗の１００倍以上であることが好まし
く、１０００倍以上であることが更に好ましい。また、
当該電圧出力回路が、正の抵抗温度係数を有する抵抗体
と、当該抵抗体に電流を印加するための電流リードと、
当該抵抗体の電圧を検出するための電圧リードとを有し
ていて、当該抵抗体に所定の電流を流した際の出力電圧
が所定の値となるように当該分圧抵抗体の抵抗がトリミ
ングにより調整されていることが好ましい。更に、当該
電圧出力回路が、ガス濃度により抵抗が変化する半導体
と、当該半導体の電圧を検出するための電圧リードとを
有していて、当該半導体が所定のガス濃度に晒された際
の出力電圧が所定の値となるように当該分圧抵抗体の抵
抗がトリミングにより調整されていることが好ましい。
更にまた、当該電圧出力回路が、応力を圧電信号に変換
する圧電素子と、当該圧電素子の圧電信号を検出するた
めの電圧リードとを有していて、当該圧電素子が所定の
応力を受けた際の出力電圧が所定の値となるように当該
分圧抵抗体の抵抗がトリミングにより調整されているこ
とが好ましい。
【０００７】 本発明の第二の側面によれば、電圧出力
回路と、当該電圧出力回路に直列に接続する直列抵抗体
とを有するセンサであって、当該電圧出力回路の出力電
圧と一定の関係を有するように、当該出力電圧回路及び
当該直列抵抗体の抵抗の合計が当該直列抵抗体のトリミ
ングにより調整されていることを特徴とするセンサが提
供される。本発明において、当該電圧出力回路の出力電
圧が、当該出力電圧回路及び当該直列抵抗体の抵抗の合
計に比例することが好ましい。また、当該直列抵抗体の
抵抗は、当該電圧出力回路の抵抗の１００倍以上である
ことが好ましい。更に、当該電圧出力回路が、正の抵抗
温度係数を有する抵抗体と、当該抵抗体に電流を印加す
るための電流リードと、当該抵抗体の電圧を検出するた
めの電圧リードとを有していることが好ましい。当該抵
抗体、当該直列抵抗体及び当該電圧リードの抵抗の合計
が、当該抵抗体の抵抗と比例するように、当該直列抵抗
体の抵抗がトリミングにより調整されていてもよい。当
該電圧出力回路が、ガス濃度により抵抗が変化する半導
体を有することが好ましい。当該電圧出力回路が、応力
を圧電信号に変換する圧電素子を有することが好まし
い。
【０００８】 本発明において、分圧抵抗体又は直列抵
抗体はセラミック基体の表面の少なくとも一部を被覆す
ることが好ましい。また、抵抗体がセラミック基体の端
部に位置し、分圧抵抗体又は直列抵抗体がセラミック基
体の他の端部に位置することが好ましい。更に、本発明
において、分圧抵抗体又は直列抵抗体がガラスで被覆さ
れていることが好ましい。更にまた、分圧抵抗体又は直
列抵抗体の抵抗値は、該抵抗体の抵抗値の１００倍以上
であることが好ましく、１０００倍以上であることが更
に好ましい。
【０００９】
【作用】 本発明の第一の側面では、分圧抵抗体は抵抗
体に並列に接続してもよい。そして、電流リードへ所定
電流を印加したときのセンサの出力電圧が、分圧抵抗体
のレーザートリミングにより所定の値に揃えられてい
る。従って、センサの出力電圧のバラツキが小さいの
で、電子デバイス、中央演算処理装置等は、センサの出
力電圧がある特定の値であると一括して入力しておけば
たりる。又は、電子デバイス、中央演算処理装置等は、
センサの出力電圧がある特定の値に対応する条件に調整
しておけば足りる。また、分圧抵抗体は、抵抗体よりも
抵抗温度係数が小さいので、レーザーで抵抗体をトリミ
ングすることと比較すると、レーザー照射を受ける分圧
抵抗体に発生する熱に起因する分圧抵抗体の抵抗値の誤
差が小さくなる。
【００１０】 本発明の第二の側面では、抵抗体、直列
抵抗体及び電圧リードの抵抗の合計が、当該抵抗体の抵
抗と一定の関係を有するように、直列抵抗体の抵抗がト
リミングにより調整されていてもよい。例えば、抵抗体
の抵抗が１０オームのときに、合計抵抗がその１０００
倍の１０キロオームになるように直列抵抗体の抵抗が調
整されている。そして、電子デバイス、中央演算処理装
置等は、センサの当該合計抵抗を検出して、当該一定の
関係より抵抗体の抵抗を演算しうる。例えば、抵抗体素
子の当該合計抵抗が１０キロオームであると検出したと
きには、抵抗体の抵抗が１０オームであると演算する。
この一定の関係として、抵抗体、直列抵抗体及び電圧リ
ードの抵抗の合計が、抵抗体の抵抗と比例することが好
ましい。
【００１１】 分圧抵抗体は、抵抗体に並列に接続して
もよく、例えば、電圧リードを介して抵抗体に接続す
る。分圧抵抗体は、抵抗体と異なって、抵抗温度係数が
小さいことが好ましい。また、直列抵抗体も、抵抗体と
異なって、抵抗温度係数が小さいことが好ましい。分圧
抵抗体又は直列抵抗体は、例えば、金属又は金属酸化物
がセラミック基体に印刷付与されたもの、金属又は金属
酸化物の粒子がガラスに分散したもの、金属又は金属酸
化物からなる薄膜、金属細線等を用いることができる。
分圧抵抗体又は直列抵抗体は、基体の表面の少なくとも
一部を被覆することが好ましい。分圧抵抗体をレーザー
等でトリミングすることができ、電流印加時の抵抗体か
らの出力電圧を調整することができる。例えば、感温抵
抗体のときには、所定温度（例えば、２５℃）で抵抗体
に所定の電流を印加したときに発生する逆起電力を出力
電圧として検出しながら、分圧抵抗体をレーザーでトリ
ミングすることで、出力電圧が一定になるように分圧抵
抗体の抵抗値を調整することができる。従って、所定温
度におけるセンサの出力電圧を実質的に一定値に揃える
ことができる。
【００１２】 更にまた、分圧抵抗体又は直列抵抗体
は、温度を測定する雰囲気には接触しない部位に配置で
きるので、分圧抵抗体が劣化し難くなり、分圧抵抗体は
抵抗値が経時変化し難い。
【００１３】 分圧抵抗体又は直列抵抗体の抵抗値は、
センサの精度を高めるために、抵抗体の抵抗値の１００
倍以上であることが好ましく、１０００倍以上であるこ
とは更に好ましい。また、温度を測定する環境又は抵抗
体からの伝熱を避けるため、分圧抵抗体又は直列抵抗体
は、抵抗体からある程度離れた位置に配置することが好
ましい。例えば、抵抗体は、セラミック基体の端部に配
置し、分圧抵抗体又は直列抵抗体は、セラミック基体の
他の端部に配置することが好ましい。
【００１４】 また、分圧抵抗体又は直列抵抗体は、耐
久性を向上させるため、ガラスで被覆されていることが
好ましい。センサで高温を測定するときであっても、分
圧抵抗体又は直列抵抗体は、その高温の影響を被り難い
部位に配置できるので、分圧抵抗体のガラス被覆層は、
十分に耐久性を保つことができる。ガラスで被覆する方
法は、例えば、ホウケイ酸鉛ガラス等のガラス粉末をス
ラリーとし、このスラリーを浸漬、ブレード塗布、スプ
レー塗布等によって分圧抵抗体の表面に付着させ、この
表面に付着しているスラリーを乾燥させ、次いで、焼成
することが挙げられる。
【００１５】 以下、正の抵抗温度係数を有する抵抗体
を用いる態様を中心に説明する。基体全体がセラミック
から構成されることが好ましい。ただし、本発明では、
抵抗体を埋設する感温部がセラミックスから構成されて
いれば十分である。セラミック基体に用いてもよいセラ
ミックスは、抵抗体の抵抗値と比較して、電気的に絶縁
性であることが好ましい。また、熱伝導率が小さい方
が、センサの精度を高めるので好ましい。セラミック基
体は、例えば、アルミナ、ステアタイト、ムライト等を
用いることができる。セラミック基体は、全体が同一の
材料からなることが好ましいが、セラミック基体のある
部分が他の部分と異なる材料であってもよい。また、セ
ラミック基体は、ガス分子が透過しないように、緻密で
あることが好ましい。セラミック基体の形状又は感温部
の形状は、板状に限らず、棒状、パイプ状であってもよ
い。セラミック基体の形状は、抵抗体で測定する温度
が、分圧抵抗体に影響を及ぼし難い形状、即ち、熱伝導
率が小さくなるような形状が好ましい。
【００１６】 抵抗体は、正の抵抗温度係数を有する金
属を含有する。この金属として白金、ロジウム、ニッケ
ル、タングステン等を用いることができ、特に白金は好
ましい。抵抗体は、これらの金属又はこれらの金属を含
有する合金とセラミックとのサーメットであってもよ
い。また、抵抗体がこれらの金属の単体又はこれらの金
属を含有する合金であってもよいことはいうまでもな
い。このセンサは、温度変化によって抵抗体の抵抗値が
変化する特性を利用して、温度を測定するものである。
【００１７】 本発明のセンサでは、電流を抵抗体に印
加して電圧を検出してもよい。この場合、リード、端子
パッド等は、抵抗値がかなり高くても、温度を測定する
精度は維持できる。この場合、抵抗体に電流を印加した
ときに発生する電圧を検出するための電圧検出リードを
有することが好ましい。この電圧検出リードは抵抗体に
電気的に接続する。一方、電圧を抵抗体に印加して電流
を検出してもよい。抵抗体、リード、端子パッドは、セ
ラミック基体に印刷塗布されることが好ましい。しか
し、ブレード塗布、スプレー塗布等されてもよい。
【００１８】
【実施例】 以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。ただし、本発明は下記実施例により制限されるもの
ではない。まず、本発明の第一の側面に係るセンサにつ
いて、図面を参照しながら説明する。
【００１９】（実施例１）図１は、本発明の一実施例の
分解斜視図である。また、図１は、本発明の一実施例を
製造する過程における斜視図として把握することもでき
る。セラミック基板１の表面に、白金とアルミナとの混
合ペーストから構成される抵抗体２が印刷付与される。
図１において、セラミック基板１は、生素地のアルミナ
であって、焼成されていないものである。
【００２０】 セラミック基板１の表面には、抵抗体２
の両端に接続された電流リード３、４が印刷付与され
る。電流リード３、４の他方の端部には、セラミック基
板１の側面１ｓでの導通を確保するための接続パッド
９、１０が設けられている。セラミック基板１の表面に
は、抵抗体２の両端に接続された電圧検出リード５、６
が印刷付与される。電圧検出リード５、６の他方の端部
には、セラミック基板１の側面１ｓでの導通を確保する
ための接続パッド７、８が設けられている。なお、抵抗
体２の端部２ａは、電流リード３及び電圧検出リード５
に分枝し、抵抗体２の端部２ｂは、電流リード４及び電
圧検出リード６に分枝する。
【００２１】 電流リード３、４、電圧検出リード５、
６及び接続パッド７、８、９、１０は、例えば、白金と
アルミナとの混合ペーストで構成される。これらは、抵
抗体が印刷付与される工程で、同時に印刷付与されるこ
とが好ましい。しかし、電流リード３、４、電圧検出リ
ード５、６及び接続パッド７、８、９、１０の材料は、
抵抗体２と電気的に接続する限り、抵抗体２の材料と同
一性を有する必要はない。セラミック基板１１は、セラ
ミック基板１と同一の材料で構成されていることが好ま
しい。図１において、セラミック基板１１は、例えば、
生素地のアルミナである。セラミック基板１１の側面１
１ｓには、接続パッド７、８に電気的に接続するための
側面導通１２、１３が、印刷付与されている。
【００２２】 端子パッド１５は、側面導通１２に電気
的に接続する。また、側面導通１２、１３の間には、分
圧パッド１６が印刷付与される。分圧パッドは、側面導
通１２、１３のほぼ中央に配置してもよい。分圧パッド
１６は、端子パッド１７に接続する。端子パッド１５
と、端子パッド１７とは互いに交わらない。端子パッド
１５、１７及び分圧パッド１６は、セラミック基板１１
の端部１１ａの表面に印刷付与される。端子パッド１
５、１７及び分圧パッド１６は、例えば、白金とアルミ
ナとの混合ペーストで構成される。端子パッド１５、１
７及び分圧パッド１６の材料は、抵抗体２の材料と同一
性を有する必要はない。
【００２３】 セラミック基板１８は、セラミック基板
１と同一の材料で構成されていることが好ましい。図１
において、セラミック基板１８は、例えば、生素地のア
ルミナである。セラミック基板１８の側面１８ｓには、
接続パッド９、１０に電気的に接続するための側面導通
１９、２０が、アルミナ基板１８の裏面に延びるように
印刷付与されている。それぞれの側面導通１９、２０
は、アルミナ基板１８の裏面に印刷付与される端子パッ
ド２１、２２に接続する。側面導通１９、２０及び端子
パッド２１、２２は、例えば、白金とアルミナとの混合
ペーストで構成される。しかし、側面導通１９、２０及
び端子パッド２１、２２の材料は、抵抗体２の材料と同
一性を有する必要はない。
【００２４】 これらの３つのセラミック基板１、１
１、１８を互いに積層して、圧着し、次いで、１６００
℃で焼成して一体化する。焼成するときの雰囲気は、抵
抗体２がタングステン、ニッケルのとき、還元雰囲気が
好ましく、抵抗体２が白金、ロジウム等のとき、還元雰
囲気でもよければ酸化雰囲気でもよい。側面導通１２、
１３を接続するため、酸化ルテニウムとガラスとの混合
体からなる分圧抵抗体１４が印刷焼き付けされる。この
分圧抵抗体１４は、分圧パッド１６の少なくとも一部を
被覆し、分圧パッドと電気的に接続する。
【００２５】 次いで、抵抗体に端子パッド２１、２２
より所定の電流を流して、端子パッド１５、１７で電圧
を検出しながら、分圧抵抗体をレーザーでトリミング
し、検出する電圧が所定の値となるようにして、分圧抵
抗体の抵抗値を調整した。このとき印加する電流は、直
流でもよければ、交流でもよい。図２では、分圧抵抗体
１４は、抵抗体２と並列になっている。そして、分圧抵
抗体１４の一部の電圧が端子パッド１５、１７より出力
される。
【００２６】 本発明の第二の側面に係るセンサの一実
施態様では、図１の分圧抵抗体１４の位置に、直列抵抗
体２５が設けられる。そして、抵抗体２と直列抵抗体２
５が電圧リード２７ｂを介して直列になるように、リー
ド、側面導通が形成される。例えば、電圧リードの一方
２７ｂが、直列抵抗体２５を介して一方の電圧端子２９
ｂに接続し、電圧リードの他方２７ａが直列抵抗体２５
に接続することなく、他方の電圧端子２９ａに接続す
る。図３では、抵抗体２が電圧リード２７ｂを介して直
列抵抗体２５と直列になっている。そして、本発明の第
二の側面では、この直列抵抗体２５が、抵抗体２の抵抗
値にあわせてレーザー照射でトリミング調整されてい
る。例えば、抵抗体２の抵抗値が１０Ωの場合には、直
列抵抗体は１０ｋΩに調整し、抵抗体２の抵抗値が２０
Ωの場合には、直列抵抗体は２０ＫΩに調整する。
【００２７】 調整の方法としては、まず、電流リード
２６ａ、２６ｂを介して抵抗体２に定電流を流して、電
圧リード２７ａ、２７ｂを介して電圧を検出して、抵抗
体２の抵抗を求めうる。例えば、抵抗体２のＲ0を求め
ることができる。ここで、電圧リードには実質的に電流
が流れていないので、直列抵抗体２５にかかる電圧は無
視しうる。次いで、直列抵抗体２５の抵抗値をトリミン
グ調整する。抵抗計を電圧端子２９ａ、２９ｂに接続し
て、抵抗体２、直列抵抗体２５及び電圧リード２７ａ、
２７ｂの合計の抵抗を検出する。そして、この合計抵抗
が抵抗体２の抵抗と一定の関係を有するように直列抵抗
体２５の抵抗値をトリミング調整する。典型的には、こ
の合計抵抗は抵抗体２の抵抗に比例するように調整す
る。
【００２８】 センサの情報を別個の電気回路、中央演
算処理装置、インターフェース等に取り込むときには、
電圧端子２９ａ、２９ｂに当該電気回路等を接続して、
抵抗体２、直列抵抗体２５及び電圧リード２７ａ、２７
ｂの合計の抵抗を検出する。そして、その合計抵抗より
当該一定の関係より抵抗体の抵抗を逆算する。センサを
使用して、温度を測定するときには、電流端子２８ａ、
２８ｂより電流を印加して、電圧端子２９ａ、２９ｂよ
り抵抗体２の抵抗を検出する。
【００２９】 直列抵抗の抵抗値は抵抗体の抵抗に対し
て十分に大きくしておくのが好ましく、１００倍以上で
あることが好ましく、５００倍以上であることが更に好
ましく、１０００倍以上であることが更になお好まし
い。抵抗体２の温度変化による抵抗変化が、読み取り抵
抗（合成抵抗）に影響を与えないようにするためであ
る。
【００３０】 本発明のセンサ３０を自動車の排気管３
１に使用する態様を図４に例示する。センサ３０は、本
発明の第一の側面に係るものでもよいし、本発明の第二
の側面に係るものであってもよい。センサ３０は、ハウ
ジング３２を介して、排気管３１に装着される。このと
き、抵抗体２が埋設する端部３０ａが排気管３１の内部
に突出させ、分圧抵抗体１４を有する端部３０ｂが排気
管３１の外部になるように配置する。ハウジング３２の
内部には、センサ３０との緩衝部材３３が設けられてい
る。センサ３０の基体がセラミックであって、衝撃に弱
いため、端部３０ａは保護カバー３４で覆われている。
保護カバー３４には、複数個の貫通孔が設けられ、排気
ガス等の被測定ガスを保護カバー３４の内部に導入でき
るようにする。
【００３１】 センサ３０の他方の端部３０ｂは、コネ
クタ３６に接続し、端子パッド１５、１７、２１、２２
で検出する電気信号をコネクタ３６を介してライン３７
に伝えることができる。センサ３０の端部３０ｂ及びコ
ネクタ３６はケーシング３５に挿入されている。
【００３２】 上記実施例では、３つのセラミック基板
を積層圧着して、次いで、焼成することで一体化してセ
ラミック基体を形成する。しかし、３つのセラミック基
板が必須であるわけではない。例えば、セラミック基板
１８を省略し、セラミック基板１の裏面に、それぞれの
接続パッド９、１０に電気的に接続する端子パッドを印
刷付与してもよい。
【００３３】 好ましい実施態様を以下に説明する。セ
ラミック基体はＡｌ2Ｏ3等の電気絶縁性の酸化物セラミ
ックスから構成されることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3等の純
度は９９％以上が好ましく、９９．９％以上が更に好ま
しい。不純物と抵抗体が高温で反応し、抵抗体の抵抗
値、抵抗温度特性が変化することを防止するためであ
る。特に、ＳｉＯ2の量は極力少なくするのが所望され
る。Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2を添加することでセラミックの焼
結性を高めることができる。Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2は、抵抗
体として用いられる貴金属と反応しないので、添加され
ていてもよい。ＺｒＯ2のような導電性のセラミック基
体を用いる場合は、Ａｌ2Ｏ3のような電気絶縁性のセラ
ミックで抵抗体を包みこむような構造にしても良い。
【００３４】 グリーンシートとその表面に印刷付与さ
れた抵抗体、リード等を同時に焼成するときの温度は１
５００℃以上であることが好ましい。センサを高温で使
用するときに、抵抗体に含有する金属が再焼結すること
による抵抗変化が小さくなるからである。抵抗体は、セ
ラミック基体と同じセラミックと、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等
の正の抵抗温度係数を有する貴金属又はそれらの合金と
からなるサーメットが好ましい。セラミック基体と同じ
セラミックスを用いることにより、抵抗体とセラミック
基体との密着度が高まるからである。抵抗体に、正の抵
抗温度係数を有するＡｕ、Ａｇ等の低融点貴金属又はＮ
ｉ等を含有するときには、セラミック基体の焼成時にサ
ーメット抵抗体が焼結しやすくなり、また、高温で使用
の際に抵抗値の変化が小さくなり、好ましい。
【００３５】 以上、感温抵抗体を有するセンサを中心
に説明した。以下、圧電素子を有するセンサの場合につ
いて説明する。例えば、粒子を検出するときには、流体
中の粒子が検出部又は振動部に接触することで、検出部
及び振動部が振動し、検出部の圧電体膜がこの振動を電
気信号に変換し、圧電体膜を挟んでいる電極がこの電気
信号を出力する。
【００３６】 図５は、圧電素子を有するセンサ４０の
説明断面図である。また、図６は、図１のセンサ４０を
斜視図としたものであるが、説明の便宜のため、圧電体
膜５２及び上部電極５４の一部を欠いてある。センサ素
子４０では、圧電体膜５２が図２又は図３の抵抗体２に
相当する。そして、電流リード３、４、９、１０、１
９、２０、電流端子２１、２２は不要である。圧電体膜
５２が、電圧リード５８、６０を介して分圧抵抗体に並
列に接続する。又は、圧電体膜５２が、リード５８、６
０の何れかを介して直列抵抗体に直列に接続する。図５
の電圧リード５８、６０が、図２又は図３の電圧リード
２７ａ、２７ｂに相当する。分圧抵抗体又は直列抵抗体
としては、例えば、酸化ルテニウム等の金属酸化物とセ
ラミックとのサーメットを印刷付与して焼成した薄膜を
用いることができる。ガラス層により、分圧抵抗体又は
直列抵抗体が被覆されていることが好ましい。
【００３７】 センサ４０は、基体４２と、基体４２の
振動部４４に載置する検出部２０とを有する。基体４２
では、振動部４４及び固定部４６が一体となっていて、
振動部４４及び固定部４６は基体４２の部分である。振
動部４４の上側に検出部２０が載置し、一方、振動部４
４の下側に固定部４６が、振動部４４の外周を囲むよう
に位置する。しかし、振動部と固定部とが基体の部分で
ある必要はなく、例えば、金属である固定部が、セラミ
ックスである別個の振動部を固定していてもよい。固定
部が金属の場合、固定部に接続する振動部の表面をメタ
ライズし、そのメタライズ層を固定部にろうづけする。
または、単なる金属の押圧により、振動部を固定しても
よい。固定部は、ステンレス鋼、鉄等の金属を用いても
よい。基体４２には、振動部４４が肉薄になるように、
空所として、閉塞空間４８が形成されている。閉塞空間
４８の位置に対応して、検出部５０が設けられている。
しかし、本発明では、空所は閉塞空間に限られず、空所
が、例えば、基体４２の表面４２ｔから振動部４４に向
かう凹部であってもよい。
【００３８】 振動部４４は、センサ４０が粒子を検出
するとき、検出部５０と共に、上下方向、即ち、検出部
５０及び空所４８の方向に振動する。振動に好適な形状
のため、振動部４４は、板形状であることが好ましく、
この場合、板の厚さは、１〜４００μｍであることが好
ましく、３〜５０μｍが更に好ましく、５〜２０μｍが
更になお好ましい。厚さが４００μｍより大きいときに
は、感度が低下し、厚さが１μｍより小さいときには機
械的強度が低下するからである。振動部４４は、高耐熱
性材料からなることが好ましい。検出部５０を、有機接
着剤等の耐熱性に劣る材料を介することなく、直接に振
動部４４に載置させる場合において、少なくとも圧電体
膜５２を形成するときに、振動部４４が熱により、変質
しないようにするためである。また、センサをオイル等
の潤滑剤に用いるとき、振動部が、潤滑剤に含有する有
機溶剤に接触すること、又は、潤滑剤が酸性若しくは塩
基性に変性することもあるので、振動部は化学的に安定
である材料からなることが好ましい。また、振動部４４
の少なくとも一部を被覆する第二電極、第一電極及び第
二電極に接続するリード、リード端子等が導電性である
ため、振動部４４は、電気絶縁材料であることが好まし
い。従って、振動部４４は、高耐熱性の金属であって、
その金属表面をガラス等のセラミックスで被覆したもの
であってもよいが、最適には、セラミックスからなるこ
とが好ましい。振動部を構成するセラミックスとして
は、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、ガラス等を用いることができる。安定
化された酸化ジルコニウムは、振動部が薄くても機械強
度が高いこと、靱性が高いこと、圧電体膜及び電極と化
学反応性が小さいこと等のため、好ましい。
【００３９】 安定化された酸化ジルコニウムとは、安
定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジルコニウム
を包含する。安定化された酸化ジルコニウムでは、立方
晶等の結晶構造をとるので、相転移を起こさない。一
方、酸化ジルコニウムは、１０００℃前後で、単斜晶と
正方晶とで相転移し、この相転移のときクラックが発生
したりする。安定化された酸化ジルコニウムは、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化
スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は
希土類金属の酸化物等の安定化剤を、１〜３０モル％含
有する。振動部の機械強度を高めるため、安定化剤が、
酸化イットリウムを含有することが好ましい。このと
き、酸化イットリウムは、好ましくは１．５〜６モル％
含有し、更に好ましくは２〜４モル％含有する。更に主
なる結晶相は、正方晶、正方晶及び立方晶の混合相、立
方晶及び単斜晶の混合相、正方晶及び単斜晶の混合相、
又は、立方晶、正方晶及び単斜晶の混合相であってもよ
い。この中でも、主なる結晶相が、正方晶、又は、正方
晶及び立方晶の混合相であるときが、機械強度、靱性及
び耐久性の観点から好ましい。振動部４４を構成するセ
ラミックスが、０．５〜５重量％の酸化珪素を含有する
ことが好ましく、１〜３重量％の酸化珪素を含有するこ
とが更に好ましい。これは、検出部５０を熱処理して形
成するとき、酸化珪素が、振動部４４と検出部５０との
過剰な反応を避けて、良好な圧電体特性を得ることがで
きるからである。また、振動部４４がセラミックスから
なるとき、多数の結晶粒が振動部を構成するが、振動部
の機械強度を高めるため、結晶粒の平均粒径は、０．０
５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍであ
ることが更に好ましい。
【００４０】 固定部４６は、振動部４４が振動できる
ように、振動部４４の少なくとも一部分又は振動部４４
の周囲の少なくとも一部分を固定する。図１の実施態様
では、固定部４６は、セラミックスからなることが好ま
しいが、振動部４４の材料と同一のセラミックスでもよ
ければ、異なっていてもよい。固定部を構成するセラミ
ックスとしては、振動部４４の材料と同様に、例えば、
安定化された酸化ジルコニウム、ムライト、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪
素、ガラス等を用いることができる。空所である閉塞空
間４８の形状は制限されない。空所の水平断面又は垂直
断面の形状は、例えば、円形、楕円形、若しくは、正方
形及び長方形を含む多角形、又は、これらの形状を組み
合わせた複合形状であってもよい。しかし、多角形等の
形状のとき、コーナーが丸みを帯びるように縁どりされ
ていることが好ましい。
【００４１】 検出部５０は、圧電体膜５２と、圧電体
膜５２の外表面５２ｓの少なくとも一部を被覆する第一
電極２４と、圧電体膜の内表面５２ｔの少なくとも一部
を被覆する第二電極５６とを有する。第二電極５６は、
振動部４４の表面４４ｓの少なくとも一部を被覆する。
圧電体膜５２は、微視的には、応力に対応して誘電分極
を生じ、巨視的には、応力に応じて、電気信号、例え
ば、電荷又は電圧を出力する。このとき、圧電体膜は、
その厚さ方向に屈曲変位が発現するものであることが好
ましい。圧電体膜５２は、粒子が第一電極及び／又は振
動部に接触するとき、振動部４４と共に、圧電体膜５２
の膜厚さの方向に振動し、この振動が圧電体膜５２に応
力を加える。圧電体膜の厚さは、１〜１００μｍである
ことが好ましく、５〜５０μｍが更に好ましく、５〜３
０μｍが更になお好ましい。厚さが１００μｍより大き
いときには、感度が低下し、厚さが１μｍより小さいと
きには信頼性が確保し難いからである。
【００４２】 圧電体膜には、好適には、圧電性セラミ
ックスを用いることができるが、電歪セラミックス又は
強誘電体セラミックスであってもよく、更には、分極処
理が必要な材料であっても、必要がない材料であっても
よい。圧電体膜に用いるセラミックスは、例えば、ジル
コン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸
鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモン
スズ酸鉛、チタン酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コ
バルトニオブ酸鉛、チタン酸バリウム等、又はこれらの
何れかを組み合わせた成分を含有するセラミックスが挙
げられる。これらの化合物が５０重量％以上をしめる主
成分であってもよいことはいうまでもない。また、ジル
コン酸鉛を含有するセラミックスは、好ましく用いれ
る。上記セラミックスに、更に、ランタン、カルシウ
ム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリ
ウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、
若しくはこれらの何れかの組み合わせ、又は他の化合物
を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。例え
ば、マグネシウムニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛と、チタ
ン酸鉛とからなる成分を主成分とし、更にランタンやス
トロンチウムを含有するセラミックスを用いることが好
ましい。
【００４３】 圧電体膜は、緻密であっても、多孔質で
あってもよく、多孔質のとき、気孔率は４０％以下であ
ることが好ましい。また、圧電体膜５２は、１層であっ
てもよければ、２層以上の積層構造であってもよい。２
層以上の積層構造であるとき、各層は横設してもよい
し、また、立設してもよい。また、振動部の片側のみで
なく、両側に検出部を設けてもよい。
【００４４】 第一電極５４及び第二電極５６は、圧電
体膜５２の電気信号を、リード５８及びリード６０を介
して、一対の端子パッドに出力する。第一電極５４は、
接続部５５によりリード５８に接続する。接続部５５
は、圧電体膜５２に接触するが、第二電極５６及びリー
ド６０とは接触しない。なお、薄膜法、例えば、印刷付
与により、第二電極５６、リード５８、６０、及び端子
パッドを同時に形成してもよい。第一電極及び第二電極
は、用途に応じて適宜な厚さとするが、０．１〜５０μ
ｍの厚さであることが好ましい。第一電極は、室温で固
体であって、導電性の金属で構成されていることが好ま
しい。例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コ
バルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ル
テニウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステ
ン、イリジウム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又
は合金が挙げられる。これらの元素が任意の組み合わせ
で含有していてもよいことはいうまでもない。また、白
金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属、又はこれら
の白金族金属を含有する、銀−白金、白金−パラジウム
等の合金を主成分とする電極材料が好適に用いられる。
また、銅、銀及び金は耐久性があるので、より好まし
い。
【００４５】 第二電極は、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブ
デン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等
の高融点の金属を含有する単体又は合金からなることが
好ましい。また、これらの高融点金属が任意の組み合わ
せで含有していてもよいことはいうまでもない。また、
白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属、又はこれ
らの白金族金属を含有する、銀−白金、白金−パラジウ
ム等の合金を主成分とする電極材料が好適に用いられ
る。第二電極は、圧電体膜の熱処理の時に高温に晒され
る場合があるので、高温酸化雰囲気に耐えられる金属で
あることが好ましいからである。また、これらの高融点
金属と、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、ガ
ラス等のセラミックスとを含有するサーメットであって
もよい。セラミック基体の形状は、特に限定されず、用
途に応じて適宜選ばれる。セラミック基体の形状は、板
状が好ましいが、棒状、パイプ状であってもよい。
【００４６】
【発明の効果】 本発明の第一の側面では、分圧抵抗体
の抵抗値をトリミング調整することにより、センサの出
力電圧のバラツキを補正することができる。本発明の第
二の側面では、直列抵抗の抵抗値をトリミング調整する
ことにより、センサの出力電圧のバラツキを補正するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の側面に係るセンサの一実施例
の分解斜視図である。
【図２】 本発明の第一の側面に係るセンサの電気回路
図である。
【図３】 本発明の第二の側面に係るセンサの電気回路
図である。
【図４】 本発明のセンサの使用態様を示す断面図であ
る。
【図５】 本発明を適用しうるセンサの断面図である。
【図６】 図５のセンサの斜視説明図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック基板、１ｓ・・・側面、２・・・抵抗体、３・
・・電流リード、４・・・電流リード、５・・・電圧検出リー
ド、６・・・電圧検出リード、７・・・接続パッド、８・・・接
続パッド、９・・・接続パッド、１０・・・接続パッド、１１
・・・セラミック基板、１１ｓ・・・側面、１２・・・側面導
通、１３・・・側面導通、１４・・・分圧抵抗体、１５・・・端
子パッド、１６・・・分圧パッド、１７・・・端子パッド、１
８・・・セラミック基板、１８ｓ・・・側面、１９・・・側面導
通、２０・・・側面導通、２１・・・端子パッド、２２・・・端
子パッド、２３ａ・・・電流端子、２３ｂ・・・電流端子、２
４ａ・・・電圧端子、２４ｂ・・・電圧端子、２５・・・直列抵
抗、２６ａ・・・電流リード、２６ｂ・・・電流リード、２７
ａ・・・電圧リード、２７ｂ・・・電圧リード、２８ａ・・・電
流端子、２８ｂ・・・電流端子、２９ａ・・・電圧端子、２９
ｂ・・・電圧端子、３０・・・センサ、３１・・・排気管、３２・
・・ハウジング、３３・・・緩衝部材、３４・・・保護カバー、
３５・・・ケーシング、３６・・・コネクタ、３７・・・ライ
ン、４０・・・センサ素子、４０ａ・・・センサ素子の端部、
４０ｂ・・・センサ素子の端部、４２・・・基体、４２ｓ・・・
基体の表面、４２ｔ・・・基体の表面、４４・・・振動部、４
４ｓ・・・振動部の表面、４６・・・固定部、４８・・・閉塞空
間、５０・・・検出部、５２・・・圧電体膜、５２ｓ・・・圧電
体膜の外表面、５２ｔ・・・圧電体膜の内表面、５４・・・第
一電極、５５・・・接続部、５６・・・第二電極、５８・・・リ
ード、６０・・・リード

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧出力回路と、当該電圧出力回路の電
    圧を分圧するための分圧抵抗体とを有するセンサであっ
    て、当該センサの出力電圧を調整するために、当該分圧
    抵抗体の抵抗がトリミングにより調整されていることを
    特徴とするセンサ。
  2. 【請求項２】 当該分圧抵抗体の抵抗は、当該電圧出力
    回路の抵抗の１００倍以上であることを特徴とする請求
    項１に記載のセンサ。
  3. 【請求項３】 当該電圧出力回路が、正の抵抗温度係数
    を有する抵抗体と、当該抵抗体に電流を印加するための
    電流リードと、当該抵抗体の電圧を検出するための電圧
    リードとを有していて、当該抵抗体に所定の電流を流し
    た際の出力電圧が所定の値となるように当該分圧抵抗体
    の抵抗がトリミングにより調整されていることを特徴と
    する請求項１又は２に記載のセンサ。
  4. 【請求項４】 当該電圧出力回路が、ガス濃度により抵
    抗が変化する半導体と、当該半導体の電圧を検出するた
    めの電圧リードとを有していて、当該半導体が所定のガ
    ス濃度に晒された際の出力電圧が所定の値となるように
    当該分圧抵抗体の抵抗がトリミングにより調整されてい
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
  5. 【請求項５】 当該電圧出力回路が、応力を圧電信号に
    変換する圧電素子と、当該圧電素子の圧電信号を検出す
    るための電圧リードとを有していて、当該圧電素子が所
    定の応力を受けた際の出力電圧が所定の値となるように
    当該分圧抵抗体の抵抗がトリミングにより調整されてい
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
  6. 【請求項６】 電圧出力回路と、当該電圧出力回路に直
    列に接続する直列抵抗体とを有するセンサであって、当
    該電圧出力回路の出力電圧と一定の関係を有するよう
    に、当該出力電圧回路及び当該直列抵抗体の抵抗の合計
    が当該直列抵抗体のトリミングにより調整されているこ
    とを特徴とするセンサ。
  7. 【請求項７】 当該電圧出力回路の出力電圧が、当該出
    力電圧回路及び当該直列抵抗体の抵抗の合計に比例する
    ことを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
  8. 【請求項８】 当該直列抵抗体の抵抗は、当該電圧出力
    回路の抵抗の１００倍以上であることを特徴とする請求
    項６又は７に記載のセンサ。
  9. 【請求項９】 当該電圧出力回路が、正の抵抗温度係数
    を有する抵抗体と、当該抵抗体に電流を印加するための
    電流リードと、当該抵抗体の電圧を検出するための電圧
    リードとを有していることを特徴とする請求項６、７又
    は８に記載のセンサ。
  10. 【請求項１０】 当該電圧出力回路が、ガス濃度により
    抵抗が変化する半導体を有することを特徴とする請求項
    ６、７又は８に記載のセンサ。
  11. 【請求項１１】 当該電圧出力回路が、応力を圧電信号
    に変換する圧電素子を有することを特徴とする請求項
    ６、７又は８に記載のセンサ。
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