WO2012165486A1 - 圧力センサ - Google Patents

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WO2012165486A1
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pressure sensor
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piezoelectric
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雄亮 西岡
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京セラ株式会社
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor element for measuring a pressure of a gas, a liquid, etc., particularly a combustion pressure of an automobile engine, and a pressure sensor provided with the pressure sensor element.
  • Patent Document 1 a sensor in which flat electrodes and piezoelectric films are alternately stacked is known (see Patent Document 1).
  • This pressure sensor is used, for example, for measuring a pressure change caused by an explosion of an engine or the like, specifically, a stress due to a repeated pressure change.
  • the piezoelectric film is arranged only between the principal surfaces of the plate-like electrode, the end portion of the piezoelectric film that becomes the starting point of peeling increases. Therefore, when a repeated load is applied, the piezoelectric film may peel off from the end of the piezoelectric film.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that is less likely to cause peeling of the piezoelectric film due to repeated load and has excellent durability.
  • the present invention relates to a pressure sensor including a first electrode and a second electrode having different poles, and a piezoelectric film disposed between a main surface of the first electrode and a main surface of the second electrode.
  • the piezoelectric film is deposited on at least the main surface of the first electrode, and there is an interdiffusion layer between the end of the piezoelectric film and the first electrode.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows an example of embodiment of the pressure sensor of this invention.
  • (A) is a side view showing an example of a region X shown in FIG. 1, and (b) is a partially enlarged cross-sectional view taken along line AA shown in (a).
  • (A) is the side view which shows the other example of the area
  • (b) is the partially expanded sectional view cut
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing another example cut along line BB shown in FIG.
  • FIG. 4 It is a schematic sectional drawing which shows the other example of embodiment of the pressure sensor of this invention.
  • (A) is a side view showing an example of a region Y shown in FIG.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing another example cut along line CC shown in FIG. It is a partially expanded sectional view which shows an example of the conventional pressure sensor.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a pressure sensor of the present invention.
  • 2 (a) is a side view showing an example of the region X shown in FIG. 1, and
  • FIG. 2 (b) is a partially enlarged sectional view cut along the line AA shown in FIG. 2 (a). .
  • the pressure sensor 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 12 of different poles, and the main surface of the first electrode 11 and the main surface of the second electrode 12.
  • the piezoelectric film 13 is attached to at least the main surface of the first electrode 11, and the interdiffusion layer 14 is provided between the end of the piezoelectric film 13 and the first electrode 11. It is characterized by that.
  • a laminated body in which piezoelectric films 13 are arranged alternately between the main surface of the first electrode 11 and the main surface of the second electrode 12 is housed in a case 15. It is a thing of composition.
  • the pressure sensor 10 when the pressure sensor 10 is mounted on a spark plug mounting portion of an automobile engine and used for measuring the cylinder internal pressure of the engine, the pressure sensor 10 has a diameter of about 12 to 25 mm and a height of about 0.5 to 6 mm. .
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are made of a metal such as stainless steel, copper, Ni—Cr—Fe alloy or the like in a flat plate shape.
  • a metal such as stainless steel, copper, Ni—Cr—Fe alloy or the like in a flat plate shape.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 have different polarities from each other, and the amount of electric charge generated by applying pressure to the piezoelectric film 13 to be described later is set to the respective electrodes (the first electrode 11 and the second electrode 12). The pressure is determined by measurement through the electrode 12).
  • positioning of the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 12 the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 12 may be arrange
  • the second electrode 12 is disposed on the same layer as the first electrode 11 so as to be insulated from the first electrode 11, and the upper and lower second electrodes 12 are welded to weld the welded part 121.
  • the second electrodes 12 are electrically connected to each other via the case 15, and the second electrode 12 is electrically connected to the case 15.
  • the configuration is not limited to this, and the case 15 is not necessarily provided. May be.
  • the piezoelectric film 13 is arrange
  • the piezoelectric film 13 is made of a piezoelectric material having piezoelectricity in the thickness direction of the film, such as quartz, lead zirconate titanate, langasite, aluminum nitride (AlN), etc., and has a thickness of 0.3 ⁇ m to 100 ⁇ m. Is.
  • the piezoelectric film 13 is preferably oriented in a crystal direction having a particularly large piezoelectric constant in the film thickness direction.
  • the structure form may be either single crystal or polycrystalline, and is not limited at all.
  • the first electrode 11 whose surface is covered with the piezoelectric film 13 and the second electrode 12 which is not covered with the piezoelectric film 13 are adjacent to each other in the stacking direction.
  • the present invention is not limited to such an example.
  • the configuration in which the piezoelectric film 13 is deposited on at least the main surface of the first electrode 11 includes a configuration (not shown) in which the piezoelectric film 13 is deposited only on the main surface of the first electrode 11. It is done.
  • the end portion of the piezoelectric film 13 is in the vicinity of the outer periphery (side surface) of the piezoelectric film 13, and a connection portion for taking out an electric signal (for electrical connection) is provided on a part of the side surface of the first electrode 11. It becomes composition.
  • an electrical signal is applied to the side surface of the first electrode 11 as a configuration in which the piezoelectric film 13 is attached to at least the main surface of the first electrode 11.
  • a configuration in which a connecting portion for taking out (for electrical connection) is provided and the piezoelectric film 13 is attached to the main surface and the side surface of the first electrode 11 excluding the connecting portion is also exemplified.
  • the piezoelectric film 13 is attached to all regions of the side surface and the main surface of the first electrode 11, and an opening is provided in the piezoelectric film 13 on the side surface of the first electrode 11.
  • the connecting portion is a part of the first electrode 11 exposed from the opening of the piezoelectric film 13, and the end of the piezoelectric film 13 is an edge of the piezoelectric film 13 positioned at the periphery of the opening.
  • the piezoelectric film 13 is deposited on almost the entire surface of the first electrode 11 (the main surface and side surfaces of the first electrode 11) except for the connecting portion. Therefore, it is possible to reduce the number of end portions of the piezoelectric film 13 that serve as a starting point of peeling, as compared with the configuration provided only between the main surface of the first electrode 11 and the main surface of the second electrode 12. Can do. Furthermore, the formation region of the interdiffusion layer 14 to be described later can be reduced.
  • connection portion for electrical connection
  • the reason why the first electrode 11 is not exposed is that the connection portion (exposed portion) is conductive.
  • the size of the exposed portion is not limited as long as the lead wire can be joined by laser welding. For example, the diameter is 0.1 to 2 mm in the case of a circle, and the length of one side is 0.1 to 2 mm in the case of a rectangle. It is.
  • the electrical connection of the first electrodes 11 is omitted, but all the first electrodes 11 may be directly electrically connected by wire bonding, and the lead wires are connected to the first electrodes 11.
  • the electrode 11 may be connected.
  • the interdiffusion layer 14 is a layer in which the component of the first electrode 11 and the component of the piezoelectric film 13 are diffused and mixed with each other, and is formed by, for example, high-temperature heat treatment.
  • the width of the interdiffusion layer 14 (horizontal width in FIG. 2A) is, for example, 5 ⁇ m or more, the distance d shown in FIG. 2B is, for example, 10 ⁇ m to 2 mm, and the thickness of the interdiffusion layer 14 is, for example, 5 nm. ⁇ 5 ⁇ m.
  • the end of the piezoelectric film 13 located around the connecting portion (the portion where the first electrode 11 is exposed) on the side surface of the first electrode 11 is likely to be a starting point of peeling, but becomes the starting point of peeling of the piezoelectric film 13.
  • the presence of the interdiffusion layer 14 at the end of the piezoelectric film 13 increases the adhesion of this part, suppresses the occurrence of peeling of the piezoelectric film 13 on the side surface, and improves the durability when a load is repeatedly applied.
  • the interdiffusion layer 14 is provided at a part between the end of the piezoelectric film 13 and the first electrode 11, the regularity of the structure of the piezoelectric film 13 and the first electrode 11 is lost and repeated.
  • the resonance of vibration due to the load is suppressed, the piezoelectric film 13 is hardly peeled off due to the resonance, and the durability is improved.
  • an interdiffusion layer is provided between the entire region of the end portion of the piezoelectric film 13 and the first electrode 11.
  • the presence of the interdiffusion layer 14 at all the end portions of the piezoelectric film 13 that is the starting point of the peeling of the piezoelectric film 13 increases the adhesion force, suppresses the occurrence of peeling of the piezoelectric film 23 on the side surface, and can withstand repeated loads. More improved. Further, vibration during operation is transmitted from the engine housing to the pressure sensor 10 via the plug, and a surface wave is generated at the interface between the piezoelectric film 13 and the first electrode 11 in the pressure sensor 10, so that the piezoelectric film is easily peeled off.
  • the interdiffusion layer 14 is formed between the first electrode 11 and the entire region of the end of the piezoelectric film 13, and the clear piezoelectric film 13 and the first electrode are formed.
  • the end portion of the piezoelectric film 13 located on the side surface of the first electrode 11 is covered with a covering material 15. Since the covering material 15 coated on the end portion of the piezoelectric film 13 serves as a press against the peeling of the end portion of the piezoelectric film 13 and the piezoelectric film 13 is hardly peeled off from the end portion, durability in repeated load application is further improved.
  • the covering material 15 include a resin such as epoxy and a metal having good wettability with respect to the piezoelectric film 13, but the first electrode 11 is melted to cover the end of the piezoelectric film 13. But you can.
  • the width is 5 ⁇ m or more
  • the distance from the periphery of the connection portion (exposed portion) is 10 ⁇ m to 2 mm
  • the thickness Is from 5 ⁇ m to 2 mm.
  • connection portion (exposed portion) is provided from the side surface to the main surface of the first electrode 11, and the end portion of the piezoelectric film 23 is the first electrode.
  • the piezoelectric film 23 is deposited on the side surface of the first electrode 11 and all regions of the main surface.
  • An opening is provided in the piezoelectric film 23 from the side surface to the main surface, the connection portion is a part of the first electrode 11 exposed from the opening portion of the piezoelectric film 23, and the end portion of the piezoelectric film 23 is the opening portion.
  • the interdiffusion layer 24 is also present between the end of the piezoelectric film 23 on the main surface of the first electrode 21 and the first electrode 21. .
  • the presence of the interdiffusion layer 24 not only on the side surface but also on the end portion of the piezoelectric film 23 on the main surface enhances the adhesion, suppresses the occurrence of peeling of the piezoelectric film 23, and improves the durability in repeated load application. .
  • the pressure sensor 20 shown in FIG. 5 is disposed so that the first electrode 21 and the second electrode 22 adjacent to each other in the stacking direction face each other with the piezoelectric film 23 therebetween, and are adjacent to each other in the stacking direction.
  • the first electrode 21 is partially opposed, and the second electrode 22 adjacent in the stacking direction is partially opposed.
  • a piezoelectric film 23 is deposited on almost the entire surface of the first electrode 21 (the main surface and side surfaces of the first electrode 21) except for the connecting portion.
  • the upper and lower first electrodes 21 are welded and electrically connected to each other via the welded portion 211, and the upper and lower second electrodes 22 are welded and electrically connected to each other via the welded portion 221, All the first electrodes 21 are configured to be electrically connected to the case 25. That is, in this example, the connection part for electrical connection is formed by the welding part 211. An insulating plate 26 is disposed between the second electrode 22 and the case 25 so that the insulation between the second electrode 22 and the case 25 is maintained.
  • the thickness decreases as the interdiffusion layer 24 moves away from the connection portion. Since the interdiffusion layer 24 is different in rigidity from the surroundings, stress is generated at the boundary of the interdiffusion layer 24 when a load is applied. As the interdiffusion layer 24 moves away from the end of the piezoelectric film 23, the thickness gradually decreases, so that the generation of stress when a load is applied is alleviated, the occurrence of breakage of the piezoelectric film 23 is suppressed, and the durability when a repeated load is applied. More improved.
  • FIGS. 1 and 2 Next, an example of a method for manufacturing the pressure sensor 10 of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 can be obtained, for example, by forming a rolled metal material into a desired shape by die punching or etching.
  • the piezoelectric film 13 deposited on the first electrode 11 is formed directly on the first electrode 11 by a film forming method such as an evaporation method, a sputtering method, a dipping method, or a spin coating method. It can also be manufactured by forming a desired piezoelectric body through a heat treatment such as a firing step. In the case of a polycrystalline material, in order to increase the piezoelectric sensitivity of the piezoelectric film 13, the crystal orientation can be increased by applying a voltage in the thickness direction of the film. Further, the piezoelectric film 13 may be manufactured separately from the first electrode 11 and bonded together with a close-contact machine, or laminated with the first electrode 11 with a laminating machine.
  • a film forming method such as an evaporation method, a sputtering method, a dipping method, or a spin coating method. It can also be manufactured by forming a desired piezoelectric body through a heat treatment such as a firing step. In the case of
  • the positioning includes aligning the side surfaces of the first electrode 11, the second electrode 12, and the piezoelectric film 13 with a mold or a jig.
  • each electrode is connected with a heat-solidifying or reaction-solidifying conductive paste.
  • the interdiffusion layer 14 between the end portion of the piezoelectric film 13 and the first electrode 11 can be formed by high-temperature heat treatment.
  • the method may be heating such as an electric furnace or laser annealing, contact with a high-temperature body such as a soldering iron, or a method of bringing the melted portion and the piezoelectric film 13 into contact by laser welding.
  • a high-temperature body such as a soldering iron
  • Heating may be used, but in the case of other methods, it is preferable to heat at a temperature lower than the melting point so that the original shape does not collapse due to melting.
  • the piezoelectric film 13 formed on the entire surface of the first electrode 11 (the main surface and the side surface of the first electrode 11) is drilled with a laser to form a connection portion, and at the same time, piezoelectric
  • the interdiffusion layer 14 can also be formed by melting the first electrode 11 below the film 13 and bringing the end of the piezoelectric film 13 into contact with the melted portion of the first electrode 11.
  • the covering material 15 can be formed by crawling up on the end of the piezoelectric film 13 and solidifying.
  • the entire region where the interdiffusion layers 14 and 24 are formed is not heat-treated at a constant temperature, but the interdiffusion layer 14 , 24 may be heat-treated at a higher temperature on the connection portion side of the formation region.
  • the pressure sensor 10 capable of outputting the charges generated in the piezoelectric film 13 and collected in the first electrode 11 and the second electrode 12 to the outside of the pressure sensor 10 with a coaxial cable or the like is obtained. It is done.
  • the pressure sensor of the present invention manufactured by such a manufacturing method is disposed, for example, in a mounting portion of a device such as a spark plug or a fuel injection device that is inserted into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • a device such as a spark plug or a fuel injection device that is inserted into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • These devices are fixed to a cylinder (cylinder) of the internal combustion engine by tightening screws or pressing them with an elastic material such as a spring.
  • This fixing force fluctuates due to a change in pressure in the cylinder (cylinder) due to a change in the volume of the combustion chamber due to the movement of the piston, an expansion of the gas in the combustion chamber due to a fuel explosion, a supply / exhaust gas, and the like.
  • the internal combustion engine includes a cylinder, a spark plug, a fuel injection device, a piston, a glow plug, a valve for supplying and exhausting fuel, and the like.
  • a gasoline engine, an alcohol-mixed gasoline engine, a diesel engine, an alcohol engine, a hydrogen gas engine, or the like used for a vehicle such as an automobile or a freight transport vehicle.
  • the pressure sensor of the present invention functions as a combustion pressure sensor for measuring the pressure of the combustion chamber of the internal combustion engine, and is excellent against repetitive loads caused by the piston motion of the internal combustion engine and vibrations when operating as a vehicle or the like. It has durability.
  • a plate-like second electrode having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.5 mm was cut from a stainless material (SUS304).
  • first electrode having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.5 mm was produced. Further, both main surfaces of the first electrode were subjected to mirror finishing to finish the surface roughness Ra 0.02 ⁇ m.
  • a high-purity lead zirconate titanate plate having a diameter of 50 is used as a target on the surface thereof by a high-frequency magnetron sputtering method, the substrate temperature is 750 ° C., the ultimate vacuum is 2 ⁇ 10 ⁇ After preheating at 4 Pa, an argon gas was introduced, a film formation pressure of 3.0 Pa, a current density of 70 W / m 2 was formed for 10 hours, a 1 ⁇ m-thick lead zirconate titanate thin film was formed, and a piezoelectric film It was.
  • the electrode exposure part (connection part) in which the piezoelectric film was not formed was provided by sputtering in the masked state.
  • first electrode and the second electrode were alternately laminated so that the piezoelectric film was disposed between the first electrode and the second electrode.
  • the exposed electrode was irradiated with laser, and the branched lead wires were welded so that the melted first electrode did not contact the end of the piezoelectric film.
  • the side surface of the second electrode was irradiated with laser, and branched leads with different polarities were welded.
  • a laser annealing treatment is performed at 1200 ° C., and the part of the end of the piezoelectric film and the first electrode are An interdiffusion layer was formed between them.
  • a DC voltage of 60 V was applied between the first electrode and the second electrode, and the piezoelectric film was subjected to polarization treatment to produce a pressure sensor (sample 1) having a configuration as shown in FIG.
  • the interdiffusion layer had a width of 150 ⁇ m, a distance from the connection portion of 100 ⁇ m, and a thickness of 100 nm.
  • the piezoelectric characteristics were confirmed by measuring the generated charge when a load of 1000 N was applied to the pressure sensor with a hydraulic press device, and an average of 101 pC / N was obtained.
  • a pressure sensor (sample 2) having a configuration as shown in FIG. 3 was produced. Specifically, a plate-like first electrode and a second electrode are prepared, and both main surfaces of the first electrode are mirror-finished, and then titanium having a film thickness of 1 ⁇ m is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • a lead zirconate acid thin film (piezoelectric film) is formed, and the first electrode and the second electrode are alternately laminated in the order that the piezoelectric film becomes an intermediate layer, and then the laminated first electrodes
  • the end of the piezoelectric film attached to the side surface is welded with a branched lead wire so that the exposed electrode (connection portion) on the side surface of the substrate is irradiated with laser, and the melted first electrode is not in contact with the end portion of the piezoelectric film.
  • laser annealing treatment is performed at 1200 ° C.
  • a pressure sensor (sample 2) having a form as shown in FIG.
  • the interdiffusion layer was formed all around the exposed portion, the distance from the connection portion was 100 ⁇ m, and the thickness was 100 nm.
  • the average piezoelectric property was 102 pC / N.
  • a pressure sensor (sample 3) having a configuration as shown in FIG. 4 was produced. Specifically, a plate-like first electrode and a second electrode are prepared, and both main surfaces of the first electrode are mirror-finished, and then titanium having a film thickness of 1 ⁇ m is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • a lead zirconate acid thin film (piezoelectric film) is formed, and the first electrode and the second electrode are alternately laminated in the order that the piezoelectric film becomes an intermediate layer, and then the laminated first electrodes
  • the exposed electrode (connecting part) on the side surface is irradiated with a laser, the melted first electrode is crawled up on the end of the piezoelectric film to form a covering material, the branched lead wire is welded, and the side surface is covered.
  • laser annealing is performed at 1200 ° C. to generate an interdiffusion layer between all of the piezoelectric film edges and the first electrode.
  • the pressure sensor (sample 3) in the form as shown in FIG. It was produced. The piezoelectric characteristics averaged 101 pC / N.
  • a pressure sensor (sample 4) having a configuration as shown in FIG. 6 was produced. Specifically, a plate-like first electrode and a second electrode are prepared, and both main surfaces of the first electrode are mirror-finished, and then titanium having a film thickness of 1 ⁇ m is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • a lead zirconate acid thin film (piezoelectric film) is formed, and the first electrode and the second electrode are alternately laminated in the order that the piezoelectric film becomes an intermediate layer, and then the laminated first electrodes
  • the exposed electrodes (connecting portions) on the side surfaces were irradiated with laser, and the first electrodes were welded so that the melted first electrodes did not contact the end portions of the piezoelectric film.
  • a pressure sensor (sample 5) having a configuration as shown in FIG. 7 was produced. Specifically, a plate-like first electrode and a second electrode are prepared, and both main surfaces of the first electrode are mirror-finished, and then titanium having a film thickness of 1 ⁇ m is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • a lead zirconate acid thin film (piezoelectric film) is formed, and the first electrode and the second electrode are alternately laminated in the order that the piezoelectric film becomes an intermediate layer, and then the laminated first electrodes
  • the main electrode and the exposed electrode portions (connecting portions) on the side surfaces were irradiated with laser, and the first electrodes were welded so that the melted first electrode was in contact with the piezoelectric film end portion from the back side.
  • an interdiffusion layer having a thickness that decreases with increasing distance from the end portion is generated between all the ends of the piezoelectric film on the main surface and the side surface and the first electrode, and a voltage of 60 V is applied and shown in FIG.
  • a pressure sensor (sample 5) having such a shape was produced.
  • the piezoelectric characteristics averaged 103 pC / N.
  • a conventional pressure sensor (sample 6) having a configuration as shown in FIG. 8 was produced. Specifically, a plate-like first electrode and a second electrode are prepared, and both main surfaces of the first electrode are mirror-finished, and then titanium having a film thickness of 1 ⁇ m is formed by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • a lead zirconate acid thin film (piezoelectric film) is formed, and the first electrode and the second electrode are alternately laminated in the order that the piezoelectric film becomes an intermediate layer, and then the laminated first electrodes
  • the exposed electrode portion (connection portion) on the side surface of the substrate is irradiated with laser, the branched lead wire is welded so that the melted first electrode does not contact the end of the piezoelectric film, and a voltage of 60 V is applied.
  • a pressure sensor (sample 6) having a configuration as shown in FIG. The average piezoelectric property was 104 pC / N.

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Abstract

　【課題】　繰り返し荷重による圧電膜の剥離が起こりにくく、耐久性に優れた圧力センサを提供する。　【解決手段】　本発明の圧力センサは、異なる極の第１の電極１１および第２の電極１２と、第１の電極１１の主面と第２の電極１２の主面との間に配置された圧電膜１３とを含む圧力センサにおいて、少なくとも第１の電極１１の主面には圧電膜１３が被着されており、圧電膜１３の端部と第１の電極１１との間に相互拡散層１４があることを特徴とする。

Description

圧力センサ
　本発明は、気体、液体等の圧力、特に自動車用エンジンの燃焼圧力を計測するための圧力センサ素子およびこれを備えた圧力センサに関する。
　圧力センサとして、平板状の電極と圧電膜とを交互に積層した形態のものが知られている（特許文献１を参照）。この圧力センサは、例えばエンジン等の爆発に伴う圧力の変化、具体的には繰り返し圧力の変化による応力の測定に使われる。
特開２００８－１２８８０５号公報
　ここで、平板状の電極の主面間にのみ圧電膜が配置された構成であると、剥離の起点となる圧電膜端部が多くなる。したがって、繰り返し荷重が加わると、圧電膜端部から圧電膜が剥離するおそれがある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、繰り返し荷重による圧電膜の剥離が起こりにくく、耐久性に優れた圧力センサを提供することを目的とする。
　本発明は、異なる極の第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極の主面と前記第２の電極の主面との間に配置された圧電膜とを含む圧力センサにおいて、少なくとも前記第１の電極の主面には前記圧電膜が被着されており、該圧電膜の端部と前記第１の電極との間に相互拡散層があることを特徴とする。
　本発明によれば、圧電膜の端部と第１の電極との間に相互拡散層があることで、繰り返し荷重付加に対する耐久性が向上する。
本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す概略断面図である。 （ａ）は図１に示す領域Ｘの一例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ－Ａ線で切断した一部拡大断面図である。 （ａ）は図１に示す領域Ｘの他の例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ－Ｂ線で切断した一部拡大断面図である。 図３（ａ）に示すＢ－Ｂ線で切断した他の例を示す一部拡大断面図である。 本発明の圧力センサの実施の形態の他の例を示す概略断面図である。 （ａ）は図５に示す領域Ｙの一例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ－Ｃ線で切断した一部拡大断面図である。 図６（ａ）に示すＣ－Ｃ線で切断した他の例を示す一部拡大断面図である。 従来の圧力センサの一例を示す一部拡大断面図である。
　以下、本発明の圧力センサの実施の形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の圧力センサの実施の形態の一例を示す概略断面図である。また、図２（ａ）は図１に示す領域Ｘの一例を示す側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ－Ａ線で切断した一部拡大断面図である。
　図１および図２に示す圧力センサ１０は、異なる極の第１の電極１１および第２の電極１２と、第１の電極１１の主面と第２の電極１２の主面との間に配置された圧電膜１３とを含み、少なくとも第１の電極１１の主面には圧電膜１３が被着されており、圧電膜１３の端部と第１の電極１１との間に相互拡散層１４があることを特徴とする。
　図１に示す圧力センサ１０は、第１の電極１１の主面と第２の電極１２の主面との間に圧電膜１３を配置して交互に積層した積層体がケース１５に収容された構成のものである。この圧力センサ１０は、例えば自動車エンジンの点火プラグ取付部に実装してエンジンのシリンダ内圧を測定するために使用する場合、直径１２～２５ｍｍ程度、高さ０．５～６ｍｍ程度の大きさとされる。
　第１の電極１１および第２の電極１２は、ステンレス、銅、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ合金などの金属で平板状に形成されたものである。平板状の第１の電極１１および第２の電極１２としては、その用途に応じて円環状、円板状および矩形板状のものなどを採用することができる。また、第１の電極１１および第２の電極１２は互いに異なる極性であり、後述する圧電膜１３への圧力の印加により発生した電荷の量をそれぞれの電極（第１の電極１１および第２の電極１２）を介して測定して圧力を求めるようになっている。なお、第１の電極１１および第２の電極１２の配置としては、例えば第１の電極１１と第２の電極１２とが交互に配置されていてもよく、交互ではなく一定の規則性をもたせた配置になっていてもよい。
　また、図１では、第１の電極１１と同じ層に第１の電極１１とは絶縁されて第２の電極１２が配置されていて、上下の第２の電極１２が溶接されて溶接部１２１を介して互いに電気的に接続され、全ての第２の電極１２がケース１５と電気的に接続された構成になっているが、このような構成に限定はされず、また必ずしもケース１５はなくてもよい。
　そして、第１の電極１１の主面と第２の電極１２の主面との間に圧電膜１３が配置された構成とするために、少なくとも第１の電極１１の主面には圧電膜１３が被着されている。
　圧電膜１３は、膜の厚さ方向に圧電性を有する圧電材料、例えば水晶、チタン酸ジルコン酸鉛、ランガサイト、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなり、０．３μｍ～１００μｍの厚みに形成されたものである。この圧電膜１３に圧力が伝達されると、その圧電的性質により印加された圧力に応じた量だけ圧電膜１３の両面に電荷が発生するようになっている。圧電膜１３としては、膜の厚さ方向に特に大きな圧電定数を有する結晶方向で配向されていることが好ましい。ただし、その組織形態は単結晶、多結晶のいずれでもよく、なんら限定されるものではない。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）は、表面に圧電膜１３が被覆された第１の電極１１と圧電膜１３の被覆されていない第２の電極１２とが積層方向に隣り合って配置された例を示しているが、このような例に限定はされない。
　そして、少なくとも第１の電極１１の主面に圧電膜１３が被着された構成としては、圧電膜１３は第１の電極１１の主面のみに被着された構成（図示せず）が挙げられる。この場合の圧電膜１３端部は圧電膜１３の外周（側面）付近となり、電気信号を取り出すための（電気的接続のための）接続部は第１の電極１１の側面の一部に設けられる構成となる。
　また、少なくとも第１の電極１１の主面に圧電膜１３が被着された構成として、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１の電極１１の側面に電気信号を取り出すための（電気的接続のための）接続部を有し、圧電膜１３が接続部を除く第１の電極１１の主面および側面に被着された構成も挙げられる。このものは、第１の電極１１の側面および主面の全ての領域に圧電膜１３が被着されているとともに、第１の電極１１の側面において圧電膜１３に開口部が設けられていて、接続部は圧電膜１３の開口部から露出する第１の電極１１の一部であり、圧電膜１３の端部が開口部の周縁に位置する圧電膜１３の縁である構成になっている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１の電極１１のほぼ表面全体（第１の電極１１の主面および側面）に接続部を除いて圧電膜１３が被着されていることで、第１の電極１１の主面と第２の電極１２の主面との間にのみ設けた構成よりも、剥離の起点となるような圧電膜１３の端部を少なくすることができる。さらに、後述する相互拡散層１４の形成領域を少なくすることもできる。
　第１の電極１１の側面に位置する電気信号を取り出すための（電気的接続のための）接続部を除いて圧電膜１３が被着された構成、すなわち、この接続部で圧電膜１３が形成されておらず第１の電極１１を露出させた構成になっているのは、この接続部（露出させた部位）で導通をとるためである。露出させる部位の大きさとしては、リード線がレーザー溶接で接合できる大きさであればよく、例えば円形の場合は直径０．１～２ｍｍ、四角形の場合は１辺の長さ０．１～２ｍｍである。なお、図１では第１の電極１１の電気的な接続について省略しているが、全ての第１の電極１１がワイヤボンディングで直接電気的に接続されてもよく、リード線がそれぞれの第１の電極１１に接続されてもよい。
　そして、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、圧電膜１３の端部と第１の電極１１との間に相互拡散層１４がある。
　相互拡散層１４とは、第１の電極１１の成分と圧電膜１３の成分とが相互に拡散して混ざりあった層のことであり、例えば高温熱処理によって形成される。相互拡散層１４の幅（図２（ａ）の水平方向の幅）は例えば５μｍ以上であり、図２（ｂ）に示す距離ｄが例えば１０μｍ～２ｍｍ、相互拡散層１４の厚さは例えば５ｎｍ～５μｍである。
　第１の電極１１の側面における接続部（第１の電極１１が露出した部位）の周囲に位置する圧電膜１３の端部は剥離の起点となりやすいが、この圧電膜１３の剥離の起点となる圧電膜１３の端部に相互拡散層１４があることで、この部位の密着力が高まり、側面の圧電膜１３の剥離の発生が抑えられ、繰り返し荷重付加における耐久性が向上する。
　さらに、圧電膜１３の端部と第１の電極１１との間の一部に相互拡散層１４があることで、圧電膜１３と第１の電極１１との構造の規則性が失われ、繰り返し荷重における振動の共振が抑えられ、共振による圧電膜１３の剥離がおきにくくなり、耐久性が向上する。
　ここで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、圧電膜１３の端部の全ての領域と第１の電極１１との間に相互拡散層があるのが好ましい。この圧電膜１３の剥離の起点となる圧電膜１３の端部の全てに相互拡散層１４があることで、密着力が高まり、側面の圧電膜２３の剥離の発生が抑えられ、繰り返し荷重の耐久性がより向上する。さらに、運転時の振動はエンジン筐体よりプラグを介して圧力センサ１０に伝わり、圧力センサ１０内の圧電膜１３と第１の電極１１との界面に表面波を発生させ、剥離しやすい圧電膜１３の端部を剥離させようとするが、圧電膜１３の端部の全ての領域と第１の電極１１との間に相互拡散層１４を形成し、明確な圧電膜１３と第１の電極１１との界面を無くすことで、発生した表面波は減衰して剥離が抑えられ、振動に対する耐久性が向上する。
　また、図４に示すように、第１の電極１１の側面に位置する圧電膜１３の端部は被覆材１５にて被覆されているのが好ましい。圧電膜１３の端部上に被覆された被覆材１５が圧電膜１３の端部の剥離に対する押さえとなり、圧電膜１３が端部から剥がれにくくなるため、繰り返し荷重付加における耐久性がより向上する。なお、被覆材１５は、エポキシなどの樹脂、圧電膜１３に対して塗れ性のよい金属などが挙げられるが、第１の電極１１が溶けて圧電膜１３の端部まで覆うようになったものでもよい。例えば、レーザー溶接で溶融した第１の電極１１を流動させ、圧電膜１３の上に這い上がらせる場合、例えば幅は５μｍ以上、接続部（露出部位）の周囲からの距離は１０μｍ～２ｍｍ、厚みは５μｍ～２ｍｍである。
　また、図５および図６に示す圧力センサ２０のように、接続部（露出部位）が第１の電極１１の側面から主面にかけて設けられていて、圧電膜２３の端部が第１の電極２１の側面から主面にかけて設けられている場合、具体的には、第１の電極１１の側面および主面の全ての領域に圧電膜２３が被着されているとともに、第１の電極１１の側面から主面にかけて圧電膜２３に開口部が設けられていて、接続部は圧電膜２３の開口部から露出する第１の電極１１の一部であり、圧電膜２３の端部が開口部の周縁に位置する圧電膜２３の縁である場合には、第１の電極２１の主面における圧電膜２３の端部と第１の電極２１との間にも相互拡散層２４があることが好ましい。側面だけでなく主面における圧電膜２３の端部にも相互拡散層２４があることで、密着力が高まり、圧電膜２３の剥離の発生が抑えられ、繰り返し荷重付加における耐久性がより向上する。
　ここで、図５に示す圧力センサ２０は、積層方向に隣り合う第１の電極２１と第２の電極２２とが圧電膜２３を介して対向するように配置されていて、積層方向に隣り合う第１の電極２１が一部で対向するとともに積層方向に隣り合う第２の電極２２が一部で対向している。また、第１の電極２１のほぼ表面全体（第１の電極２１の主面および側面）には接続部を除いて圧電膜２３が被着されている。そして、上下の第１の電極２１が溶接されて溶接部２１１を介して互いに電気的に接続され、上下の第２の電極２２が溶接されて溶接部２２１を介して互いに電気的に接続され、全ての第１の電極２１がケース２５と電気的に接続された構成になっている。すなわち、本例では、電気的接続のための接続部が溶接部２１１によって形成されている。なお、第２の電極２２とケース２５との間には絶縁板２６が配置されていて、第２の電極２２とケース２５との絶縁が保たれている。
　また、図７に示すように、相互拡散層２４が接続部から遠ざかるにしたがって厚みが薄くなるのが好ましい。相互拡散層２４は周囲と剛性が異なるため、荷重付加時に相互拡散層２４の境目で応力が発生する。相互拡散層２４が圧電膜２３の端部から離れるに従い、厚みが徐々に薄くなることによって、荷重付加時の応力発生が緩和され、圧電膜２３の破損の発生が抑えられ、繰り返し荷重付加における耐久性がより向上する。
　次に、図１および図２に示す本発明の圧力センサ１０の製造方法の例を説明する。
　第１の電極１１および第２の電極１２は、例えば、圧延加工された金属材を金型打ち抜き加工やエッチング加工で所望の形状に成形することで得られる。
　第１の電極１１に被着される圧電膜１３は、蒸着法、スパッタリング法、ディッピング法、スピンコート法などの成膜法によって第１の電極１１に直接形成するほか、原材料を成膜後、焼成工程などの熱処理を経て所望の圧電体とすることによって製造することもできる。また、多結晶性の材料においては、圧電膜１３の圧電感度を高めるため、膜の厚さ方向に電圧を印加することで結晶配向性を高くすることもできる。さらに、圧電膜１３を第１の電極１１とは別に製作し、密着機で貼り合わせたり、積層機で第１の電極１１とともに積層したりするなどしてもよい。
　そして、これらの部材を位置決め機能を有する積層機で所望の順序に積層する。なお、位置決めは金型やジグにより第１の電極１１、第２の電極１２および圧電膜１３の側面を整列させることなどを含む。
　また、第１の電極１１の側面における圧電膜１３の形成されていない部位（接続部）同士および第２の電極１２同士を、例えばワイヤボンディングで直接接続したり、リード線をレーザー溶接、抵抗溶接、熱固化性あるいは反応固化性の導電ペーストで各電極に接続したりする。
　なお、圧電膜１３の端部と第１の電極１１との間の相互拡散層１４は、高温熱処理によって形成することができる。その方法は電気炉、レーザーアニールのような加熱でも、半田ごてのような高温体との接触でも、レーザー溶接によって溶融部と圧電膜１３とを接触させる方法でも構わない。ここで、レーザーアニールのように短時間で熱処理が終わるか、またはレーザー溶接のように加熱・溶融部分が狭い範囲内に限定される場合は、第１の電極１１または圧電膜１３の融点以上の加熱でよいが、それ以外の方法による場合は溶融して原形が崩れないように融点未満の温度で加熱するのがよい。また、レーザー溶接を用いる場合、第１の電極１１の表面全体（第１の電極１１の主面および側面）に形成された圧電膜１３にレーザーで穴を開けて接続部を形成すると同時に、圧電膜１３の下の第１の電極１１を溶融させ圧電膜１３の端部と第１の電極１１の溶融部とを接触させることで、相互拡散層１４を形成することもできる。
　また、圧電膜１３の端部が被覆材１５で被覆された構成とするには、レーザー照射面を傾けた状態で第１の電極１１の露出部分にレーザーを照射するのがよく、溶融した電極が傾きによって流動するので、圧電膜１３の端部の上に這い上がらせ、凝固させることで被覆材１５を形成することができる。
　また、相互拡散層１４、２４が接続部から遠ざかるにしたがって厚みが薄くなる構成とするには、相互拡散層１４、２４の形成領域全体を一定の温度で熱処理するのではなく、相互拡散層１４、２４の形成領域の接続部側をより高温にして熱処理すればよい。
　以上の方法により、圧電膜１３に発生し第１の電極１１、第２の電極１２に集められた電荷を、同軸ケーブルなどで圧力センサ１０の外部に出力することが可能な圧力センサ１０が得られる。
　このような製造方法で作製された本発明の圧力センサは、例えば、内燃機関の気筒（シリンダ）の燃焼室に挿入される、点火プラグ、燃料噴射装置等の装置の取り付け部分に配置される。これらの装置はネジの締め込みやバネなどの弾性材による押さえ込みにより内燃機関の気筒（シリンダ）に固定されている。この固定力は、気筒（シリンダ）内における、ピストンの運動による燃焼室体積の変動、燃料の爆発による燃焼室内ガスの膨張、給排気などに伴う圧力変化により変動する。圧力センサはそれを挿入された装置の固定力変動に伴って電荷を生じるため、結果的に間接的に内燃機関の燃焼室内の圧力を計測することが可能となる。なお、内燃機関とは、前述の気筒（シリンダ）、点火プラグ、燃料噴射装置、ピストンのほか、グロープラグ、燃料供給や給排気のためのバルブなどを有するものである。具体的には、自動車等の乗物あるいは貨物運搬車両等に用いられるガソリンエンジン、アルコール混合ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、アルコールエンジンまたは水素ガスエンジン等である。
　本発明の圧力センサは、内燃機関の燃焼室の圧力を測定する燃焼圧センサとして機能し、内燃機関のピストン運動により生じる繰り返し荷重および自動車等の乗物等として動作したときの振動に対して優れた耐久性を有するものである。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　φ３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板状の第２の電極を１枚、ステンレス材（ＳＵＳ３０４）から切り出して作製した。
　また同様の方法で、φ３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板状の第１の電極を１枚作製した。さらに、第１の電極の両主面には鏡面加工処理を施し、面粗さＲａ０．０２μｍに仕上げた。
　次に、第１の電極を基板として、その表面に、高周波マグネトロンスパッタリング法にて、ターゲットにはφ５０の高純度チタン酸ジルコン酸鉛板を用い、基板温度７５０℃、到達真空度２×１０－４Ｐａで予熱を行った後、アルゴンガスを導入し、成膜圧力３．０Ｐａ、電流密度７０Ｗ／ｍ２で１０ｈｒ成膜し、膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜を形成し、圧電膜とした。なお、各第１の電極の側面にはリード線をレーザー溶接する箇所を設けるために、マスクした状態でスパッタリングすることで、圧電膜が形成されていない電極露出部分（接続部）を設けた。
　次に、第１の電極と第２の電極との間に圧電膜が配置されるように、第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層した。そして、電極露出部分にレーザーを照射し、溶融した第１の電極が圧電膜端部に接触しないように、分岐させたリード線を溶接した。同様に第２の電極の側面にレーザーを照射し、異なる極性の分岐させたリード線を溶接した。
　次に、側面に被着した圧電膜端部の一部を除いて、レーザーが照射されないよう被覆した後、１２００℃でレーザーアニール処理し、圧電膜端部の一部と第１の電極との間に相互拡散層を生成した。
　第１の電極と第２の電極との間に直流電圧６０Ｖを印加し、圧電膜に分極処理を施して、図２に示すような形態の圧力センサ（試料１）を作製した。なお、相互拡散層は幅１５０μｍ、接続部からの距離は１００μｍ、厚みは１００ｎｍであった。圧電特性は、圧力センサに油圧プレス装置で荷重１０００Ｎを印加したときの発生電荷を測定して確認し、平均１０１ｐＣ／Ｎを得た。
　同様に図３に示すような形態の圧力センサ（試料２）を作製した。具体的には、平板状の第１の電極と第２の電極とを作製し、第１の電極の両主面に鏡面加工処理を施した後、高周波マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜（圧電膜）を形成し、圧電膜が中間層となるような順番で第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層後、積層した各第１の電極の側面の電極露出部分（接続部）にレーザーを照射し、溶融した第１の電極が圧電膜端部に接触しないように、分岐させたリード線を溶接し、側面に被着した圧電膜端部の全てを除いて、レーザーが照射されないよう被覆した後、１２００℃でレーザーアニール処理し、圧電膜端部の全てと第１の電極との間に相互拡散層を生成し、６０Ｖの電圧を印加して図３に示すような形態の圧力センサ（試料２）を作製した。なお、相互拡散層は露出部分周囲全てに形成し、接続部からの距離は１００μｍ、厚みは１００ｎｍであった。圧電特性は、平均１０２ｐＣ／Ｎであった。
　同様に図４に示すような形態の圧力センサ（試料３）を作製した。具体的には、平板状の第１の電極と第２の電極とを作製し、第１の電極の両主面に鏡面加工処理を施した後、高周波マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜（圧電膜）を形成し、圧電膜が中間層となるような順番で第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層後、積層した各第１の電極の側面の電極露出部分（接続部）にレーザーを照射し、溶融した第１の電極を圧電膜端部の上に這い上がらせて被覆材とし、分岐させたリード線を溶接し、側面に被着した圧電膜端部の全てを除いて、レーザーが照射されないよう被覆した後、１２００℃でレーザーアニール処理し、圧電膜端部の全てと第１の電極との間に相互拡散層を生成し、６０Ｖの電圧を印加して図４に示すような形態の圧力センサ（試料３）を作製した。圧電特性は、平均１０１ｐＣ／Ｎであった。
　同様に図６に示すような形態の圧力センサ（試料４）を作製した。具体的には、平板状の第１の電極と第２の電極とを作製し、第１の電極の両主面に鏡面加工処理を施した後、高周波マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜（圧電膜）を形成し、圧電膜が中間層となるような順番で第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層後、積層した各第１の電極の側面の電極露出部分（接続部）にレーザーを照射し、溶融した第１の電極が圧電膜端部に接触しないように、各第１の電極同士を溶接した。そして、主面および側面に被着した圧電膜端部の全てを除いて、レーザーが照射されないよう被覆した後、１２００℃でレーザーアニール処理し、主面と側面の圧電膜端部の全てと第１の電極の間に相互拡散層を生成し、６０Ｖの電圧を印加して図６に示すような形態の圧力センサ（試料４）を作製した。圧電特性は、平均１０４ｐＣ／Ｎであった。
　同様に図７に示すような形態の圧力センサ（試料５）を作製した。具体的には、平板状の第１の電極と第２の電極とを作製し、第１の電極の両主面に鏡面加工処理を施した後、高周波マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜（圧電膜）を形成し、圧電膜が中間層となるような順番で第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層後、積層した各第１の電極の主面および側面の電極露出部分（接続部）にレーザーを照射し、溶融した第１の電極が圧電膜端部に裏側から接触するように、各第１の電極同士を溶接した。そして、主面と側面の圧電膜端部全てと第１の電極との間に、端部から遠ざかるにしたがって厚みが薄くなる相互拡散層を生成し、６０Ｖの電圧を印加して図７に示すような形態の圧力センサ（試料５）を作製した。圧電特性は、平均１０３ｐＣ／Ｎであった。
　同様に図８に示すような形態の従来の圧力センサ（試料６）を作製した。具体的には、平板状の第１の電極と第２の電極とを作製し、第１の電極の両主面に鏡面加工処理を施した後、高周波マグネトロンスパッタリング法にて膜厚１μｍのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜（圧電膜）を形成し、圧電膜が中間層となるような順番で第１の電極と第２の電極とを交互に３層ずつ積層後、積層した各第１の電極の側面の電極露出部分（接続部）にレーザーを照射し、溶融した第１の電極が圧電膜端部に接触しないように、分岐させたリード線を溶接し、６０Ｖの電圧を印加して図８に示すような形態の圧力センサ（試料６）を作製した。圧電特性は、平均１０４ｐＣ／Ｎであった。
　そして、試料１～６の圧力センサ（各ｎ＝２０個）について、長時間繰り返し荷重試験を行い、繰り返し荷重付加に対する耐久性を評価した。評価条件は、０．５Ｈｚ、２００～８０００Ｎの繰り返し荷重試験を１６８０時間（７０日間）実施した。
　その結果、本発明の実施例である試料１の圧力センサは、ｎ＝２０個中７個に抵抗の低下が見られ、圧電特性は平均７３ｐＣ／Ｎに低下していた。分解したところ、圧電膜端部に微細なクラックが生じていた。抵抗の低下が見られなかった残り１３個の圧電特性は試験前と同等の１０２ｐＣ／Ｎであった。
　また、本発明の実施例である試料２の圧力センサは、ｎ＝２０個中４個に抵抗の低下が見られ、圧電特性は平均８１ｐＣ／Ｎに低下していた。分解したところ、圧電膜端部に微細なクラックが生じていた。抵抗の低下が見られなかった残り１６個の圧電特性は試験前と同等の１０３ｐＣ／Ｎであった。
　また、本発明の実施例である試料３の圧力センサは、ｎ＝２０個中２個に抵抗の低下が見られ、圧電特性は平均７９ｐＣ／Ｎに低下していた。分解したところ、圧電膜端部に微細なクラックが生じていた。被覆材に覆われていた領域ではクラックは確認されなかった。抵抗の低下が見られなかった残り１８個の圧電特性は試験前と同等の１０２ｐＣ／Ｎであった。
　また、本発明の実施例である試料４の圧力センサは、ｎ＝２０個中１個に抵抗の低下が見られ、圧電特性は８３ｐＣ／Ｎに低下していた。分解したところ、主面における圧電膜端部に微細なクラックが生じていた。抵抗の低下が見られなかった残り１９個の圧電特性は試験前と同等の１０３ｐＣ／Ｎであった。
　また、本発明の実施例である試料５の圧力センサは、すべてのサンプルで抵抗の低下が見られず、圧電特性は試験前と同じ１０３ｐＣ／Ｎであった。
　これに対し、比較例の圧力センサ(試料６)はｎ＝２０個中１８個に抵抗の低下が見られ、圧電特性は平均７７ｐＣ／Ｎに低下していた。分解したところ、圧電膜端部に微細なクラックが生じていた。抵抗の低下が見られなかった残り２個の圧電特性は試験前と同等の１０４ｐＣ／Ｎであった。
１０、２０：圧力センサ
１１、２１：第１の電極
１２、２２：第２の電極
１３、２３：圧電膜
１４、２４：相互拡散層
１５：被覆材

Claims (6)

  1. 　異なる極の第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極の主面と前記第２の電極の主面との間に配置された圧電膜とを含む圧力センサにおいて、少なくとも前記第１の電極の主面には前記圧電膜が被着されており、該圧電膜の端部と前記第１の電極との間に相互拡散層があることを特徴とする圧力センサ。
  2. 　前記第１の電極の側面または側面から主面にかけて電気的接続のための接続部を有し、前記圧電膜は前記接続部を除く前記第１の電極の主面および側面に被着されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 　前記第１の電極の側面および主面の全ての領域に前記圧電膜が被着されているとともに、前記第１の電極の側面または側面から主面にかけて前記圧電膜に開口部が設けられていて、前記接続部は前記圧電膜の開口部から露出する前記第１の電極の一部であり、前記圧電膜の端部が前記開口部の周縁に位置する前記圧電膜の縁であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
  4. 　前記圧電膜の端部の全ての領域と前記第１の電極との間に相互拡散層があることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の圧力センサ。
  5. 　前記第１の電極の側面に位置する前記圧電膜の端部は被覆材にて被覆されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の圧力センサ。
  6. 　前記相互拡散層は前記接続部から遠ざかるにしたがって厚みが薄くなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の圧力センサ。
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