JPH0571893B2 - - Google Patents
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- JPH0571893B2 JPH0571893B2 JP62177296A JP17729687A JPH0571893B2 JP H0571893 B2 JPH0571893 B2 JP H0571893B2 JP 62177296 A JP62177296 A JP 62177296A JP 17729687 A JP17729687 A JP 17729687A JP H0571893 B2 JPH0571893 B2 JP H0571893B2
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- diaphragm
- zirconium oxide
- pressure sensor
- thin plate
- electrode
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は高感度圧力センサーに関し、詳しくは
検出部のダイアフラムに酸化ジルコニウム系薄板
を用いることによつて、検出部の小型化、薄型化
を可能とし、しかも高感度の静電容量型圧力セン
サーに関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a high-sensitivity pressure sensor, and more specifically, by using a zirconium oxide thin plate for the diaphragm of the detection part, the detection part can be made smaller and thinner. The present invention relates to a capacitive pressure sensor that enables high sensitivity and enables high sensitivity.
[従来の技術]
一般に、圧力センサーとして呼ばれているもの
には、LVDT(Linear Variable Different ial
Transformers)、静電容量型および半導体拡散型
がある。これらは、目的によつて適宜使い分けら
れているが、静電容量圧力センサーが低廉で用途
も広く、開発も盛んである。[Prior Art] Generally, what is called a pressure sensor is a LVDT (Linear Variable Differential).
Transformers), capacitive type and semiconductor diffusion type. These are used appropriately depending on the purpose, but capacitance pressure sensors are inexpensive, have a wide range of uses, and are being actively developed.
また、静電容量型圧力センサーの利点として
は、以下の点が挙げられている、
広い温度範囲に亘り高い精度を持つており、
高温度での使用が可能である(−30〜120℃)。 In addition, the advantages of capacitive pressure sensors include the following: High accuracy over a wide temperature range;
Can be used at high temperatures (-30 to 120℃).
検知カプセル部の構成上、汚染に対して強
く、過大圧が加わつても破壊することがない。 Due to the structure of the detection capsule, it is resistant to contamination and will not break even if excessive pressure is applied.
耐久性が優れている。 Excellent durability.
しかるに、この静電容量型センサーにあつて
は、
ダイアフラムとしてアルミナを使用するた
め、加圧に対する弾性変形能が低く、感度が悪
い。すなわち、微少の圧力変化に追随できな
い。 However, since this capacitive sensor uses alumina as a diaphragm, it has low elastic deformability under pressure and poor sensitivity. In other words, it cannot follow minute pressure changes.
アルミナの強度上、0.3mm以下の薄板を使用
すると破壊し易くなる。検出部は薄型かつ小型
のものが求められているが、ダイアフラムとし
てアルミナを用いるため厚く、大型となつてい
る。 Due to the strength of alumina, if a thin plate of 0.3 mm or less is used, it will easily break. The detection part is required to be thin and small, but because alumina is used for the diaphragm, it is thick and large.
〔発明が解決しようとする課題]
本発明は、かかる課題に鑑み、高感度で、しか
も小型かつ薄型の圧力センサーを提供することを
目的とする。[Problems to be Solved by the Invention] In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a highly sensitive, small and thin pressure sensor.
[課題を解決するための手段]
本発明のこの目的は、圧力センサーの検出部の
ダイアフラムに酸化ジルコニウム系薄板を用いる
ことにより達成される。[Means for Solving the Problems] This object of the present invention is achieved by using a zirconium oxide thin plate for the diaphragm of the detection section of the pressure sensor.
本発明の圧力センサーは、検出部の少なくとも
ダイアフラムが酸化ジルコニウム系薄板からなる
ことを特徴とするものである。 The pressure sensor of the present invention is characterized in that at least the diaphragm of the detection section is made of a zirconium oxide thin plate.
本発明の圧力センサーの検出部の断面図を第1
図に示す。第1図において、1はセラミツクダイ
アフラム、2はセラミツク基板、3はガラス、4
は電極、5はリード線をそれぞれ示す。 The first cross-sectional view of the detection part of the pressure sensor of the present invention is
As shown in the figure. In FIG. 1, 1 is a ceramic diaphragm, 2 is a ceramic substrate, 3 is glass, and 4 is a ceramic diaphragm.
5 represents an electrode, and 5 represents a lead wire.
この検出部はカプセル構造となつており、ダイ
アフラム1と下部基板2は、対向して平行に張り
合せ、その〓間を真空にしてガラス3で封印され
ている。この検出部のダイアフラム1に圧力がか
かると、ダイアフラム1は圧力に比例して弾性変
形するが、中心の変位は、外側の変位より大き
い。そこで、カプセル内のダイアフラム1には、
ダイアフラム用電極4a、下部基板2には、内側
電極4b、外側電極4cがそれぞれ設けられてお
り、外側電極4cで構成されている容量(Cr)
を基準とし、これと圧力により大きく変化する容
量(Cp)を比較して圧力に比例する直流電流と
して取り出す。また、ダイアフラム用電極4aは
ダイアフラム用リード線5aに、内側電極4bは
内側電極用リード線5bに、外側電極4cは外側
電極用リード線5cにそれぞれ接続している。 This detection section has a capsule structure, and a diaphragm 1 and a lower substrate 2 are pasted together in parallel to each other, and a vacuum is created between them and sealed with a glass 3. When pressure is applied to the diaphragm 1 of this detection part, the diaphragm 1 deforms elastically in proportion to the pressure, but the displacement at the center is larger than the displacement at the outside. Therefore, in diaphragm 1 inside the capsule,
The diaphragm electrode 4a and the lower substrate 2 are provided with an inner electrode 4b and an outer electrode 4c, respectively, and the capacitance (Cr) formed by the outer electrode 4c is
Compare this with the capacitance (Cp), which varies greatly depending on pressure, and extract it as a direct current proportional to pressure. Further, the diaphragm electrode 4a is connected to a diaphragm lead wire 5a, the inner electrode 4b is connected to an inner electrode lead wire 5b, and the outer electrode 4c is connected to an outer electrode lead wire 5c.
検出部の厚みは、ダイアフラムに酸化ジルコニ
ウム系薄板を使用することにより薄板化が可能で
あり、また、10mm角または丸形のカプセルも制作
可能である。 The thickness of the detection part can be reduced by using a zirconium oxide thin plate for the diaphragm, and it is also possible to manufacture capsules with a 10 mm square or round shape.
本発明においては、このダイアフラム1に酸化
ジルコニウム系薄板を用いる。この酸化ジルコニ
ウム系薄板は、酸化イツトリウム(Y2O3)を2.0
〜6.0%を含有することが望ましく、この範囲を
外れると弾力性に劣る傾向がある。 In the present invention, a zirconium oxide thin plate is used for the diaphragm 1. This zirconium oxide thin plate contains 2.0 yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
It is desirable that the content be 6.0%, and if it is outside this range, elasticity tends to be poor.
このような酸化ジルコニウム系薄板の製造方法
としては、ドクターブレード法が用いられる。こ
の方法として、例えば平均粒径1.0μm以下、好ま
しくは0.5μm以下の安定化剤としての酸化イツト
リウムが均一に分散した平均結晶粒径1.2μm以下
の酸化ジルコニウム粉末の用い、ドクターブレー
ド法で焼結後の成形体の厚さが150μm以下にな
るように成形し、次いで必要に応じ乾燥した後、
1300〜1600℃で焼結し、基板とする。このような
ドクターブレード法の製造にあつては、酸化ジル
コニウムの平均結晶粒径を調整したり、安定化剤
としての酸化イツトリウムに加えて、ポリビニル
ブチラール等の結合剤、トリオレイン等の解膠
剤、可塑剤、メチルエチルケトン等の有機溶剤を
適宜選択し、適量配合することによつて、細かい
欠陥や肉厚の不均一がなく、しかも高弾力性を有
する極薄板が得られる。 A doctor blade method is used as a method for manufacturing such a zirconium oxide thin plate. This method uses, for example, zirconium oxide powder with an average crystal grain size of 1.2 μm or less in which yttrium oxide as a stabilizer with an average grain size of 1.0 μm or less, preferably 0.5 μm or less is uniformly dispersed, and sintering is performed using a doctor blade method. After molding so that the thickness of the subsequent molded product is 150 μm or less, and then drying as necessary,
It is sintered at 1300-1600℃ and used as a substrate. In manufacturing by such a doctor blade method, the average crystal grain size of zirconium oxide is adjusted, and in addition to yttrium oxide as a stabilizer, binders such as polyvinyl butyral and peptizers such as triolein are used. By appropriately selecting organic solvents such as , plasticizers, and methyl ethyl ketone and blending them in appropriate amounts, it is possible to obtain ultrathin plates that are free from fine defects and uneven thickness and have high elasticity.
このようにして得られた、酸化ジルコニウム系
薄板をダイアフラムおよび基板に用いることによ
つて0.5mm以下の厚みの超薄型検出部を有する静
電容量型圧力センサーの製造が可能となる。 By using the zirconium oxide thin plate thus obtained for the diaphragm and substrate, it becomes possible to manufacture a capacitive pressure sensor having an ultra-thin detection section with a thickness of 0.5 mm or less.
[実施例]
以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に
説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples.
実施例 1
1インチ角、厚み0.1mmの酸化ジルコニウム薄
板に高精度のパターンでスクリーン印刷し、厚さ
数ミクロンのダイアフラム用電極4aを第2図a
のように形成してダイアフラムとした。また、1
インチ角、厚み0.4mmのアルミナ基板に第2図b
のようなパターンの内側電極4bおよび外側電極
4cを同方法でそれぞれ形成した。電極材料は、
銀パラジウム合金(Ag−Pd)である。つぎに、
両基板を12μm±1μmのギヤツプで平行に張り合
わせ、間〓を真空にしたまま、ガラス3で封印し
た。それぞれの電極をリード線で導き、1インチ
角の検出用カプセルを作製し、コンパレータのパ
ルス幅決定、積分回路および増幅回路を経由し、
電圧変化としてモニターした。Example 1 A highly accurate pattern is screen printed on a 1 inch square, 0.1 mm thick zirconium oxide thin plate, and a diaphragm electrode 4a with a thickness of several microns is made as shown in Figure 2a.
It was formed as a diaphragm. Also, 1
Figure 2b on an inch square, 0.4mm thick alumina substrate.
An inner electrode 4b and an outer electrode 4c having the following patterns were respectively formed by the same method. The electrode material is
It is a silver-palladium alloy (Ag-Pd). next,
Both substrates were pasted together in parallel with a gap of 12 μm±1 μm, and sealed with glass 3 while leaving the gap in vacuum. Each electrode is guided with a lead wire, a 1-inch square detection capsule is made, the pulse width of the comparator is determined, and the signal is passed through an integration circuit and an amplification circuit.
It was monitored as a voltage change.
得られた高感度圧力センサーの出力特性を、ダ
イアフラムにアルミナを用いた従来の同型のセン
サーと比較して第3図に示した。 The output characteristics of the resulting high-sensitivity pressure sensor are shown in Figure 3 in comparison with a conventional sensor of the same type using alumina for the diaphragm.
第3図の圧力に対する出力電圧特性から明らか
なように、従来からのアルミナをダイアフラムと
する圧力センサーと比較して、本発明の圧力セン
サーは低圧力側における感度の顕著な向上が見ら
れる。 As is clear from the output voltage characteristics with respect to pressure shown in FIG. 3, the pressure sensor of the present invention exhibits a remarkable improvement in sensitivity on the low pressure side compared to a conventional pressure sensor using an alumina diaphragm.
[発明の効果]
以上のように、ダイアフラムとして酸化ジルコ
ニウム系薄板からなる検出部を有する本発明の圧
力センサーは、以下に示すような効果を奏する。[Effects of the Invention] As described above, the pressure sensor of the present invention having a detection portion made of a zirconium oxide thin plate as a diaphragm has the following effects.
弾力性のよい薄板酸化ジルコニウムを検出器
のダイアフラムとして使用するため、従来の同
型センサーの感度を大巾に向上できる。 Since a highly elastic thin plate of zirconium oxide is used as the detector diaphragm, the sensitivity of conventional sensors of the same type can be greatly improved.
弾性変形能の大きい酸化ジルコニウム薄板を
ダイアフラムとして用いるため、検出部の薄型
化が可能となつたばかりでなく、セツト面積も
小さくできる。 Since a zirconium oxide thin plate with high elastic deformability is used as the diaphragm, not only can the detection section be made thinner, but the set area can also be made smaller.
検出感度の向上により、S/N比が大きくな
り、圧力センサーとしての信頼性の向上、およ
び付属回路処理の容易化が図れる。 The improved detection sensitivity increases the S/N ratio, improves reliability as a pressure sensor, and facilitates processing of attached circuits.
酸化ジルコニウムは高い強度と高い靱性を持
つため、0.3mm厚以下に薄板化しても割れ難く、
弾性変形能も大きい。また曲げ等の弾性変型量
は、薄くするほど大きくなるから、酸化ジルコ
ニウムは薄板化して圧力に対する変型量を著し
く大きくし、それだけセンサーの検出感度も高
めることができる。 Zirconium oxide has high strength and toughness, so it is difficult to break even when thinned to 0.3 mm or less.
It also has a large elastic deformability. Furthermore, since the amount of elastic deformation such as bending increases as the thickness is reduced, zirconium oxide can be made thinner to significantly increase the amount of deformation in response to pressure, and the detection sensitivity of the sensor can be increased accordingly.
LVDT型に比べ構造が簡単であり、半導体
拡散型に比べ拡散処理やエツチングの繰返しな
どの複雑高度の技術を必要としない。そのた
め、本発明にの圧力センサーは、これらの型に
比べ低廉であり、従来の静電容量型圧力センサ
ーと同程度のコストである。 It has a simpler structure than the LVDT type, and does not require complex and sophisticated techniques such as diffusion processing and repeated etching compared to the semiconductor diffusion type. Therefore, the pressure sensor of the present invention is less expensive than these types and costs about the same as a conventional capacitive pressure sensor.
第1図は、本発明の圧力検出用カプセルの構造
図、第2図aは、ダイアフラム部の電極形状図、
第2図bは、基板部の電極形状図、第3図は、圧
力センサーの出力特性の測定結果を示す図であ
る。
1:セラミツクダイアフラム、2:セラミツク
基板、3:ガラス、4a:ダイアフラム用電極、
4b:内側電極、4c:外側電極、5a:ダイア
フラム用リード線、5b:内側電極用リード線、
5c:外側電極用リード線。
Fig. 1 is a structural diagram of the pressure detection capsule of the present invention, Fig. 2a is a diagram of the electrode shape of the diaphragm part,
FIG. 2b is a diagram showing the electrode shape of the substrate part, and FIG. 3 is a diagram showing the measurement results of the output characteristics of the pressure sensor. 1: Ceramic diaphragm, 2: Ceramic substrate, 3: Glass, 4a: Electrode for diaphragm,
4b: inner electrode, 4c: outer electrode, 5a: diaphragm lead wire, 5b: inner electrode lead wire,
5c: Lead wire for outer electrode.
Claims (1)
コニウム系薄板からなることを特徴とする、圧力
ゼンサー。 2 前記検出部の下部基板が酸化ジルコニウム系
薄板からなる、特許請求の範囲第1項記載の圧力
センサー。 3 前記酸化ジルコニウム系薄板が酸化イツトリ
ウムを2.0〜6.0モル%含有する酸化ジルコニウム
からなる、特許請求の範囲第1項または第2項記
載の圧力センサー。 4 前記検出部の厚みが0.3mm以下である、特許
請求の範囲第1項、第2項または第3項記載の圧
力センサー。[Claims] 1. A pressure sensor, characterized in that at least the diaphragm of the detection section is made of a zirconium oxide thin plate. 2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the lower substrate of the detection section is made of a zirconium oxide thin plate. 3. The pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the zirconium oxide thin plate is made of zirconium oxide containing 2.0 to 6.0 mol% of yttrium oxide. 4. The pressure sensor according to claim 1, 2, or 3, wherein the detecting portion has a thickness of 0.3 mm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17729687A JPS6421331A (en) | 1987-07-17 | 1987-07-17 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17729687A JPS6421331A (en) | 1987-07-17 | 1987-07-17 | Pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6421331A JPS6421331A (en) | 1989-01-24 |
| JPH0571893B2 true JPH0571893B2 (en) | 1993-10-08 |
Family
ID=16028530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17729687A Granted JPS6421331A (en) | 1987-07-17 | 1987-07-17 | Pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6421331A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0441644U (en) * | 1990-08-08 | 1992-04-08 | ||
| JP2547950Y2 (en) * | 1990-08-24 | 1997-09-17 | ナイルス部品株式会社 | Thick film pressure sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5534222B2 (en) * | 1974-05-24 | 1980-09-05 | ||
| JPS6075555A (en) * | 1983-09-30 | 1985-04-27 | Toshiba Corp | Diaphragm |
-
1987
- 1987-07-17 JP JP17729687A patent/JPS6421331A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6421331A (en) | 1989-01-24 |
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