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JP3706903B2 - フレキシブル高感度セラミックスセンサー - Google Patents

フレキシブル高感度セラミックスセンサー Download PDF

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JP3706903B2
JP3706903B2 JP2000243053A JP2000243053A JP3706903B2 JP 3706903 B2 JP3706903 B2 JP 3706903B2 JP 2000243053 A JP2000243053 A JP 2000243053A JP 2000243053 A JP2000243053 A JP 2000243053A JP 3706903 B2 JP3706903 B2 JP 3706903B2
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Japan
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aluminum nitride
ceramic sensor
aluminum foil
electrode
flexible high
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守人 秋山
直広 上野
喜一 池田
一洋 野中
博 立山
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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    • 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

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエアバッグシステムに用いられる加速度センサーや高振動数の測定に用いられる振動センサーなどとして有用なフレキシブル高感度セラミックスセンサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエアバッグシステムにおいて衝突加速度を検知する加速度センサーや、ガスタービンの羽翼、高速車両の車輪及びエンジンの異常を検知する振動センサーなどにはセラミックスセンサーが使用されている。
【０００３】
しかしながら、これらのセラミックスを素子材料として用いたセンサーは、機械的強度や熱衝撃特性が低く、使用時に破壊するおそれがあるため、これをプラスチックと複合化して強化することが行われているが、このようにするとセンサーの感度が低下するのを免れない。
したがって、セラミックスセンサーの分野においては、機械的、熱的衝撃に対し、安定でしかも高感度のフレキシブルセンサーが要望されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、機械的、熱的衝撃に対し、安定で高感度のフレキシブルなセラミックスセンサーを提供することを目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、フレキシブルセラミックスセンサーについて、感度をそこなうことなく、その機械的、熱的衝撃に対する強度を向上させる方法について種々研究を重ねた結果、アルミニウム箔上に窒化アルミニウムを単結晶状に成長させて薄膜を形成させたものを素子として用いることにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、厚さ１０〜１００μｍのアルミニウム箔を基板とし、その上に厚さ０．２〜５μｍの窒化アルミニウム単結晶薄膜を形成させ、その表面に電極を付設し、アルミニウム箔と電極間に検出手段を介して電気回路を形成し、かつ全体として柔軟性を有する構造としたことを特徴とするフレキシブル高感度セラミックスセンサーを提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に添付図面に従って、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のセラミックスセンサーの構造の１例を示す斜視図であって、その要部は、アルミニウム箔１とその上に設けられた単結晶化した窒化アルミニウム２から構成されている。
【０００８】
このアルミニウム箔の厚さとしては１０〜１００μｍにする必要がある。
【０００９】
【００１０】
窒化アルミニウムは、比較的低温で薄膜形成しうるので、融点の低いアルミニウムに対して好適に適用できる。
【００１１】
本発明のセンサー素子材料とするには、窒化アルミニウムを、アルミニウム箔上に単結晶薄膜として形成することが必要である。これには、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法のような物理的方法や、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法のような化学的方法を用いることができるが、比較的低温で単結晶窒化アルミニウムを薄膜状に形成しうるという点でスパッタリング法が有利である。
このようにして形成される窒化アルミニウム単結晶薄膜の厚さとしては、０．２〜５μｍの範囲が選ばれる。
【００１２】
このようにして形成された窒化アルミニウム単結晶薄膜の表面には、金、銀、白金、銅、アルミニウムなどの導電性材料により電極３が付設される。一方の電極としては、アルミニウム箔１が用いられる。
そして、この電極３とアルミニウム箔１との間に電気回路４を形成すると、窒化アルミニウムに機械的刺激を加えたときに、この回路に電流や電圧の変化が現われるので、この回路中に検出手段５、例えば電流計や電圧計を間挿しておけば、センサーとして機能する。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、窒化アルミニウムとアルミニウムとを複合させた全く新しい材料をセンサー素子として用いた、機械的、熱的衝撃に対し、安定なフレキシブル高感度セラミックスセンサーである。
【００１４】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
実施例
アルミニウム箔（縦１５ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ１５μｍ）の一方の表面に、スパッタリング法により、厚さ約１μｍの窒化アルミニウム単結晶薄膜を形成した。このものの機械的物性を測定し、その結果を表１に示す。なお、比較のために対応する窒化アルミニウムバルク体の機械的物性も併記した。
【００１６】
【表１】
Figure 0003706903
【００１７】
次に、この窒化アルミニウム単結晶薄膜上に、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍの銀めっき層を設け、電極とした。次いで、この電極及びアルミニウム箔に銅線をはんだ付けし、それぞれの端部を電圧計に接続することにより、加速度センサーを作製した。次いで、このようにして得た加速度センサー表面に絶縁板を介在させて１ｋｇの重錘を載置し、経時的に電圧変化を測定して応答曲線を作成し、図２に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセラミックスセンサーの１例の斜視図。
【図２】 実施例の加速度センサーの応答曲線グラフ。
【符号の説明】
１ アルミニウム箔
２ 窒化アルミニウム
３ 電極
４ 電気回路
５ 検出手段

Claims (1)

  1. 厚さ１０〜１００μｍのアルミニウム箔を基板とし、その上に、厚さ０．２〜５μｍの窒化アルミニウム単結晶薄膜を形成させ、その表面に電極を付設し、アルミニウム箔と電極間に検出手段を介して電気回路を形成し、かつ全体として柔軟性を有する構造としたことを特徴とするフレキシブル高感度セラミックスセンサー。
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