JPS633234A - 圧力検出器 - Google Patents
圧力検出器Info
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- JPS633234A JPS633234A JP14729786A JP14729786A JPS633234A JP S633234 A JPS633234 A JP S633234A JP 14729786 A JP14729786 A JP 14729786A JP 14729786 A JP14729786 A JP 14729786A JP S633234 A JPS633234 A JP S633234A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は圧力検出器に関し、特に高温流体の圧力測定例
えば内燃機関の燃焼圧測定に好適な圧力検出器に関する
。
えば内燃機関の燃焼圧測定に好適な圧力検出器に関する
。
［従来の技術］
圧力検出器の一般的溝造として圧力室壁に固定する筒状
ハウジングを有し、圧力室内に臨む上記ハウジング先端
の開口内に金属製センシングボデー＠設けるとともに該
センシングボデーに歪ゲージ素子を付設した受圧ダイヤ
フラムを保持せしめて、ダイヤフラムの変形に応じた出
力信号を得るものが知られている。
ハウジングを有し、圧力室内に臨む上記ハウジング先端
の開口内に金属製センシングボデー＠設けるとともに該
センシングボデーに歪ゲージ素子を付設した受圧ダイヤ
フラムを保持せしめて、ダイヤフラムの変形に応じた出
力信号を得るものが知られている。
従来は金属歪ゲージを上記受圧ダイヤフラムに樹脂等で
接着したものが使用されてきたが、近年はリニヤかつ高
感度な出力が得られるとともに極めて小型化が可能な半
導体歪ゲージを使用したものが注目されている。
接着したものが使用されてきたが、近年はリニヤかつ高
感度な出力が得られるとともに極めて小型化が可能な半
導体歪ゲージを使用したものが注目されている。
し発明が解決しようとする問題点］
ところで、上記金属歪ゲージを使用した圧力検出器では
樹脂等の耐熱性の制約より圧力測定可能な流体温度に限
界が必り、また半導体歪ゲージを使用したものにおいて
もＰＮ接合構造型では温度上昇と共に発生するリーク電
流により使用温度に限界がおる。
樹脂等の耐熱性の制約より圧力測定可能な流体温度に限
界が必り、また半導体歪ゲージを使用したものにおいて
もＰＮ接合構造型では温度上昇と共に発生するリーク電
流により使用温度に限界がおる。
本発明はかかる問題点を解決しようとするもので、より
高温雰囲気での圧力測定が可能な圧力検出器を提供する
ことを目的とする。
高温雰囲気での圧力測定が可能な圧力検出器を提供する
ことを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明の構成を第１図で説明すると、筒状ハウジング２
の先端開口部には金属製センシングボデー３が設けてあ
り、歪ゲージ素子を付設した受圧ダイヤフラム４が上記
センシングホゾ−３に保持せしめてめる。受圧ダイヤフ
ラム４の受圧面には伝熱性良好な熱拡散層１が形成され
、該熱拡散層１を上記センシングボデー３に熱的に導通
せしめである。
の先端開口部には金属製センシングボデー３が設けてあ
り、歪ゲージ素子を付設した受圧ダイヤフラム４が上記
センシングホゾ−３に保持せしめてめる。受圧ダイヤフ
ラム４の受圧面には伝熱性良好な熱拡散層１が形成され
、該熱拡散層１を上記センシングボデー３に熱的に導通
せしめである。
［作用、効果コ
高温流体の流体圧は受圧ダイヤフラム４の受圧面に作用
してこれを変形せしめ、変形歪に応じた出力信号が歪ゲ
ージ素子より発せられる。この時、上記高温流体の熱が
受圧ダイヤフラム４に伝達するが、伝達熱は上記ダイヤ
フラム４の受圧面に設けた熱拡散層１により速やかにセ
ンシングボデー３へ伝熱せしめられて放散する。かくし
て、受圧ダイヤフラム４の温度上昇は抑制され、その結
果ダイヤフラム４上に布設した歪ゲージへの熱負荷が低
減され、高温流体の圧力測定が可能となる。
してこれを変形せしめ、変形歪に応じた出力信号が歪ゲ
ージ素子より発せられる。この時、上記高温流体の熱が
受圧ダイヤフラム４に伝達するが、伝達熱は上記ダイヤ
フラム４の受圧面に設けた熱拡散層１により速やかにセ
ンシングボデー３へ伝熱せしめられて放散する。かくし
て、受圧ダイヤフラム４の温度上昇は抑制され、その結
果ダイヤフラム４上に布設した歪ゲージへの熱負荷が低
減され、高温流体の圧力測定が可能となる。
［実施例コ
第２図には圧力検出器の全体構造を示す。検出器は筒状
の金属ハウジング２を有し、該ハウジング２は小径の下
半部外周に取付用ネジ部２ａを形成するとともに大径の
上半部外周は六角面としておる。上半部内周にはネジ部
２ｂが形成され、これに筒状カバー体２１が螺入しであ
る。カバー体２１の中心には上方よりリード線８が挿通
され、これはリードホルダ２２により支持されている。
の金属ハウジング２を有し、該ハウジング２は小径の下
半部外周に取付用ネジ部２ａを形成するとともに大径の
上半部外周は六角面としておる。上半部内周にはネジ部
２ｂが形成され、これに筒状カバー体２１が螺入しであ
る。カバー体２１の中心には上方よりリード線８が挿通
され、これはリードホルダ２２により支持されている。
上記ハウジング２の下端開口にはセンシングボデー３が
嵌着しており、その詳細を第１図に示す。
嵌着しており、その詳細を第１図に示す。
センシングボデー３は熱膨張率の小さいＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系合金よりなる筒体でおり、その下端外周縁の突壁３
ａでハウジング２の開口に溶接固定しである。センシン
グボデー３の筒内は下半部を小径として圧力導入路３１
となすとともに大径の上半部内には受圧ダイヤフラム４
が上記導入路３１の一端を塞ぐように設けて必る。受圧
ダイヤフラム４はセラミック基板よりなり、本実施例で
はＳｉ３Ｎ４にＡｌ２Ｏ３をモル比２０〜６０％混入し
た複合セラミックを使用している。
ｏ系合金よりなる筒体でおり、その下端外周縁の突壁３
ａでハウジング２の開口に溶接固定しである。センシン
グボデー３の筒内は下半部を小径として圧力導入路３１
となすとともに大径の上半部内には受圧ダイヤフラム４
が上記導入路３１の一端を塞ぐように設けて必る。受圧
ダイヤフラム４はセラミック基板よりなり、本実施例で
はＳｉ３Ｎ４にＡｌ２Ｏ３をモル比２０〜６０％混入し
た複合セラミックを使用している。
上記受圧ダイヤフラム４の受圧面たる下面には全面にＷ
２Ｃ層５１が形成され、これを介して熱拡散層たるダイ
ヤモンド層１が形成しである。ダイヤモンド層１の厚さ
は２〜１０μｍ程度で必る。
２Ｃ層５１が形成され、これを介して熱拡散層たるダイ
ヤモンド層１が形成しである。ダイヤモンド層１の厚さ
は２〜１０μｍ程度で必る。
上記Ｗ２Ｃ層５１はダイヤモンド層１とダイヤフラム基
板４との密着性向上を図るもので、他にＳｉＣなどが使
用できる。ダイヤモンド層１の下面外周にはＴｉ層５２
が形成され、これをＡｇろう付け層５３によりセンシン
グボデー３の内周段付面に接合しである。
板４との密着性向上を図るもので、他にＳｉＣなどが使
用できる。ダイヤモンド層１の下面外周にはＴｉ層５２
が形成され、これをＡｇろう付け層５３によりセンシン
グボデー３の内周段付面に接合しである。
上記受圧ダイヤフラム４の上面には半導体歪ゲージ素子
が形成しである。これを第３図、第４図に示す。図にお
いて、ダイヤフラム４０基板には上面全面に蒸着、スパ
ッタ等により０．１〜１゜０μｍの厚さで８１０２層４
１が形成され、この上に減圧ＣＶＤ等により約１μｍ厚
の多結晶シリコン層４２が形成される。該多結晶シリコ
ン層４２にはポロン（８＞ないしリン（Ｐ）を熱拡散に
よってドープし、これをドライエッチによってバターン
ニングして歪ゲージ素子４２ａ、４２ｂ、４２Ｃ１４２
ｄを形成する。
が形成しである。これを第３図、第４図に示す。図にお
いて、ダイヤフラム４０基板には上面全面に蒸着、スパ
ッタ等により０．１〜１゜０μｍの厚さで８１０２層４
１が形成され、この上に減圧ＣＶＤ等により約１μｍ厚
の多結晶シリコン層４２が形成される。該多結晶シリコ
ン層４２にはポロン（８＞ないしリン（Ｐ）を熱拡散に
よってドープし、これをドライエッチによってバターン
ニングして歪ゲージ素子４２ａ、４２ｂ、４２Ｃ１４２
ｄを形成する。
上記シリコン層４２上にはＰｉ等よりなる電極パターン
４３を形成し、ワイヤ線６２（第１図）をホンディング
するパッド部４３１を除いて全体を５１３Ｎ４等のパッ
シベーション膜４４で覆っである。上記各歪ゲージ素子
４２ａ〜４２ｄは、素子４２ａ、４２ｃが圧力導入路３
１の内端中心部の直上に位置し、素子４２ｂ、４２ｄは
上記圧力導入路３１の内端周縁部の直上に位置している
。
４３を形成し、ワイヤ線６２（第１図）をホンディング
するパッド部４３１を除いて全体を５１３Ｎ４等のパッ
シベーション膜４４で覆っである。上記各歪ゲージ素子
４２ａ〜４２ｄは、素子４２ａ、４２ｃが圧力導入路３
１の内端中心部の直上に位置し、素子４２ｂ、４２ｄは
上記圧力導入路３１の内端周縁部の直上に位置している
。
そして、これら歪ゲージ素子４２ａ〜４２ｄはフルブリ
ッジ回路を構成している。
ッジ回路を構成している。
第２図において、ハウジング２内にはガラス材よりなる
柱状絶縁体６１が配設され、該絶縁体６１の貫通孔内に
上記ワイヤ線６２が挿通しである。
柱状絶縁体６１が配設され、該絶縁体６１の貫通孔内に
上記ワイヤ線６２が挿通しである。
ワイヤ線６２は上端が上記絶縁体６１上に立設したリー
ドビン６３に接続され、下端は受圧ダイヤフラム４上の
上記パッド部４３１（第４図）に接続しておる。上記リ
ードピン６３はセラミック基板７を支持し、これに形成
した増幅及び温度補償用の信号処理回路に導通している
。そして、この信号処理回路には上記筒状カバー２１を
挿通したリード線８の一端が接続しである。
ドビン６３に接続され、下端は受圧ダイヤフラム４上の
上記パッド部４３１（第４図）に接続しておる。上記リ
ードピン６３はセラミック基板７を支持し、これに形成
した増幅及び温度補償用の信号処理回路に導通している
。そして、この信号処理回路には上記筒状カバー２１を
挿通したリード線８の一端が接続しである。
流体圧は圧力導入路３１を経て受圧ダイヤフラム４に印
加され、これを変形せしめる。この際の変形歪により上
記ダイヤフラム４上の各歪ゲージ素子４２ａ〜４２ｄの
抵抗値が変化し、信号処理回路を経てリード線８により
圧力信号として取り出される。
加され、これを変形せしめる。この際の変形歪により上
記ダイヤフラム４上の各歪ゲージ素子４２ａ〜４２ｄの
抵抗値が変化し、信号処理回路を経てリード線８により
圧力信号として取り出される。
ここで圧力測定時には、高温の流体が受圧ダイヤフラム
４の受圧面に触れるが、受圧面には上述の如く伝熱性が
極めて良好なダイヤモンド層１が形成されていることに
より、熱はダイヤモンド層１を伝導して速やかに拡散せ
しめられ、外周部のｌｉ層５２およびろう付け層５３を
経てハウジング２に放散される。かくして、ダイヤフラ
ム４の温度上昇は抑制され、その結果、上記半導体歪ゲ
ージへの熱負荷が低減され、高温流体の圧力測定が良好
になされる。ちなみに、ダイヤモンド層１、及びセラミ
ック基板４の熱伝導率はそれぞれ４゜７ （ｃａ、Ｑ
／ｃｍ−ｓ ・℃） 、０． ０３〜０． １ （ｃ
ａｇ／Ｃｍ−５・℃）でおり、また、ＡＣカロリメトリ
法による熱拡散率を測定すると２．５μｍ厚さのダイヤ
モンド薄膜では約１２ （ｃｍ／ｓｅｃ ）とＳｉ塞仮
に比べ２０倍以上の値を有しており良好な熱拡散効果が
得られる。
４の受圧面に触れるが、受圧面には上述の如く伝熱性が
極めて良好なダイヤモンド層１が形成されていることに
より、熱はダイヤモンド層１を伝導して速やかに拡散せ
しめられ、外周部のｌｉ層５２およびろう付け層５３を
経てハウジング２に放散される。かくして、ダイヤフラ
ム４の温度上昇は抑制され、その結果、上記半導体歪ゲ
ージへの熱負荷が低減され、高温流体の圧力測定が良好
になされる。ちなみに、ダイヤモンド層１、及びセラミ
ック基板４の熱伝導率はそれぞれ４゜７ （ｃａ、Ｑ
／ｃｍ−ｓ ・℃） 、０． ０３〜０． １ （ｃ
ａｇ／Ｃｍ−５・℃）でおり、また、ＡＣカロリメトリ
法による熱拡散率を測定すると２．５μｍ厚さのダイヤ
モンド薄膜では約１２ （ｃｍ／ｓｅｃ ）とＳｉ塞仮
に比べ２０倍以上の値を有しており良好な熱拡散効果が
得られる。
ざらに上記実施例では、半導体歪ゲージ素子をセラミッ
ク基板上の多結晶シリコン層に不純物をドープして形成
したから、シリコンの単結晶基板上に半導体歪ゲージ素
子を形成する場合の如きＰＮ接合は生じず、これにより
更に高温雰囲気での使用が可能でおる。
ク基板上の多結晶シリコン層に不純物をドープして形成
したから、シリコンの単結晶基板上に半導体歪ゲージ素
子を形成する場合の如きＰＮ接合は生じず、これにより
更に高温雰囲気での使用が可能でおる。
第５図にはセラミック製受圧ダイヤフラム４と金属製セ
ンシングボデー３の接合層を熱拡散層として利用した例
を示す。図において、受圧ダイヤフラム４の受圧面には
全面に順次Ｍｏメタライズ層５４、Ｎｉメッキ層５５、
およびＡｇろう付け層５６が形成され、ＡＣＩろう付け
層５６の外周部でセンシングボデー３に接合しである。
ンシングボデー３の接合層を熱拡散層として利用した例
を示す。図において、受圧ダイヤフラム４の受圧面には
全面に順次Ｍｏメタライズ層５４、Ｎｉメッキ層５５、
およびＡｇろう付け層５６が形成され、ＡＣＩろう付け
層５６の外周部でセンシングボデー３に接合しである。
かかる構造によれば、高温流体の熱は受圧ダイヤフラム
４に比して格段に熱伝導率の大きい上記各層５４〜５６
を速やかに伝導し、ハウジング２を経て放散される。本
実施例は接合層をそのまま熱拡散層として使用するから
、安価かつ製造も容易でおる。
４に比して格段に熱伝導率の大きい上記各層５４〜５６
を速やかに伝導し、ハウジング２を経て放散される。本
実施例は接合層をそのまま熱拡散層として使用するから
、安価かつ製造も容易でおる。
上記各実施例において、受圧ダイヤフラムを構成するセ
ラミックとしては他にサファイヤ、３ｉＣ等が使用でき
、また用途によってはＳｉ３Ｎ４、Ａρ２０３の単体セ
ラミックを使用しても良い。
ラミックとしては他にサファイヤ、３ｉＣ等が使用でき
、また用途によってはＳｉ３Ｎ４、Ａρ２０３の単体セ
ラミックを使用しても良い。
ダイヤモンド層とろう付け層の間に介在せしめたｌｉ層
に代えて、Ｐｉ層あるいはＡｕ１ｉＷを使用することが
できる。
に代えて、Ｐｉ層あるいはＡｕ１ｉＷを使用することが
できる。
ざらに、本発明は、センシングボデーの一部を薄肉とし
てこれを受圧ダイヤフラムとなし、３ｉ基板上に半導体
歪ゲージを形成し、該３ｉ基板を上記受圧ダイヤフラム
に接合した構造の圧力検出器にも適用することができる
。この場合にはダイヤフラムの受圧面を含むセンシング
ボデーの表面にＡＣＩやダイヤモンド薄膜等の伝熱性良
好な薄膜を形成して熱拡散層とする。
てこれを受圧ダイヤフラムとなし、３ｉ基板上に半導体
歪ゲージを形成し、該３ｉ基板を上記受圧ダイヤフラム
に接合した構造の圧力検出器にも適用することができる
。この場合にはダイヤフラムの受圧面を含むセンシング
ボデーの表面にＡＣＩやダイヤモンド薄膜等の伝熱性良
好な薄膜を形成して熱拡散層とする。
第１図は本発明の一実施例を示す検出器ハウジングの先
端部拡大断面図、第２図は圧力検出器の全体断面図、第
３図は受圧ダイヤフラムの横断面図で、第４図の■−■
線断面図、第４図は受圧ダイヤフラムの平面図、第５図
は本発明の伯の実施例を示す検出器ハウジングの先端部
拡大断面図である。 １・・・・・・熱拡散層 ２・・・・・・ハウジング 。 ３・・・・・・センシングボデー ４・・・・・・受圧ダイヤフラム ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ−−−−−−歪ゲージ
素子 第１図 第３図 第４図 第５図
端部拡大断面図、第２図は圧力検出器の全体断面図、第
３図は受圧ダイヤフラムの横断面図で、第４図の■−■
線断面図、第４図は受圧ダイヤフラムの平面図、第５図
は本発明の伯の実施例を示す検出器ハウジングの先端部
拡大断面図である。 １・・・・・・熱拡散層 ２・・・・・・ハウジング 。 ３・・・・・・センシングボデー ４・・・・・・受圧ダイヤフラム ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ−−−−−−歪ゲージ
素子 第１図 第３図 第４図 第５図
Claims (5)
- （１）圧力室壁に固定されて先端を圧力室内に臨ましめ
た筒状ハウジングには、先端開口部に金属製センシング
ボデーを設けて、歪ゲージ素子を付設した受圧ダイヤフ
ラムを上記センシングボデーに保持せしめ、上記受圧ダ
イヤフラムの受圧面には伝熱性良好な熱拡散層を形成し
て該熱拡散層を上記センシングボデーに熱的に導通せし
めたことを特徴とする圧力検出器。 - （２）上記受圧ダイヤフラムをセラミック基板で構成し
、該セラミック基板面にＷ＿２Ｃ層ないしＳｉＣ層を介
してダイヤモンド層を形成してこれを上記熱拡散層とな
した特許請求の範囲第１項記載の圧力検出器。 - （３）上記セラミック基板をＳｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２
Ｏ＿３、サフアイヤ、ないしＳｉＣの単体セラミック、
あるいはＳｉ３Ｎ４およびＡｌ２Ｏ３の複合セラミック
で構成した特許請求の範囲第２項記載の圧力検出器。 - （４）上記ダイヤモンド層をＴｉ層、Ｐｔ層、ないしＡ
ｕ層を介して上記センシングボデーにろう付け接合した
特許請求の範囲第２項記載の圧力検出器。 - （５）上記受圧ダイヤフラムをセラミック基板で構成し
、該セラミック基板面に順次Ｍｏメタライズ層、Ｎｉメ
ッキ層、およびＡｇろう付層を形成してこれらを上記熱
拡散層となし、上記Ａｇろう付層で上記センシングボデ
ーに接合した特許請求の範囲第１項記載の圧力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14729786A JPS633234A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 圧力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14729786A JPS633234A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 圧力検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS633234A true JPS633234A (ja) | 1988-01-08 |
Family
ID=15427015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14729786A Pending JPS633234A (ja) | 1986-06-24 | 1986-06-24 | 圧力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS633234A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257659A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Minebea Co Ltd | 高温計測用半導体式圧力センサ |
| JP2009186209A (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-20 | Toyota Motor Corp | 圧力センサ |
| US8528409B2 (en) | 2011-08-09 | 2013-09-10 | Honeywell International Inc. | High temperature gage pressure sensor |
-
1986
- 1986-06-24 JP JP14729786A patent/JPS633234A/ja active Pending
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