(57)【要約】  センサアセンブリは、導電性の電極ブリッジ（２６）と、多層の完成されたセンサ本体（１）を含んでいる。かかるセンサ本体（１）は、中心層（２）と、中心層（２）を実質的に取り囲む外側絶縁層（４）と、中心層（２）と外側絶縁層（４）の間に導電性の電極層（６）を有している。センサ本体（１）はまた、センサ本体（１）の後面（１２）にあって電極層（６）と電気的に接触する導電性の電極境界層（１４）を含んでいる。電極ブリッジ（２６）は、使用時に電極境界層（１４）と圧縮電気接触状態で保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の電極ブリッジ（１４）と、センサ本体（１）を備え、
前記センサ本体（１）は、中心層（２）と、前記中心層を実質的に取り囲む外側絶縁層（４）と、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）との間の導電性の電極層（６）と、前記センサ本体（１）の後面（１２）にあって前記電極層（６）と電気的に接触している導電性の電極境界層（１４）を有しており、
前記電極ブリッジ（２６）が前記電極境界層（１４）と圧縮電気接触している
ことを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記中心層（２）および前記外側絶縁層（４）が、同じ非導電性のセラミック材料から別々の構成層として予め形成され、互いに接合されて一体化された多層のセラミック製の本体を構成している請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記中心層（２）および前記外側絶縁層（４）が、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項１または２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記電極境界層（１４）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項１〜３の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記センサ本体（１’）は、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）との間に配置された導電性のシールド層（１６）をさらに備えている請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記シールド層（１６）は、内側絶縁層（１８）によって前記電極層（６）から離隔されている請求項５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記内側絶縁層（１８）は、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）の両方と同じ非導電性のセラミック材料から形成されている請求項６に記載のセンサアセンブリ。
【請求項８】
前記内側絶縁層が、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項９】
導電性のシールドブリッジ（２８）をさらに備え、前記センサ本体は、前記センサ本体（１’）の前記後面（１２）にあって前記シールド層（１８）と電気的に接触している導電性のシールド境界層（２０）をさらに備えており、前記シールドブリッジ（２８）は、前記シールド境界層（２０）と圧縮電気接触している請求項５〜８の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記シールド境界層（２０）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記外側絶縁層（４）は、前記センサ本体の前面に沿って延在し、前記センサ本体の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供する窓層（１０）を画定している請求項１〜１０の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１２】
前記窓層（１０）が、電磁放射線に対して実質的に透明である請求項１１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記電極層（６）が、前記中心層（２）と前記窓層（１０）との間に延在している請求項１１または１２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記センサ本体（１”）は、前記センサ本体（１”）の前面にあって前記電極層（６）と電気的に接触する導電性の前面層（２４）をさらに備えている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（１”）の前記前面の実質的に全体にわたって延在している請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記前面層（２４）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項１４または１５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１７】
前記前面層（２４）が、前記センサ本体（１”）の前記構成層の間のいずれの境界からもガスを排除するハーメチックシールを提供する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記窓層（１０）または前記前面層（２４）上に形成された遮熱コーティング（３０）をさらに備えている請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１９】
導電性の電極ブリッジ（２６）と、センサ本体（１’’’）を備え、
前記センサ本体（１’’’）は、導電性の中心層（２’）と、前記中心層（２’）を実質的に取り囲む外側絶縁層（４）と、前記センサ本体（１’’’）の後面（１２）にあって前記中心層（２’）と電気的に接触している導電性の電極境界層（１４）を有しており、
前記電極ブリッジ（２６）が前記電極境界層（１４）と圧縮電気接触している
ことを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項２０】
前記中心層（２’）および前記外側絶縁層（４）は、セラミック材料から別個の構成層として予め形成され、互いに接合されて一体化された多層のセラミック製の本体を形成する請求項１９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記中心層（２’）がＳｉＣから形成され、前記外側絶縁層（４）がＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項１９または２０に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２２】
前記電極境界層（１４）が、ＳｉＣ、ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２３】
前記センサ本体（１’’’）が、前記中心層（２’）と前記外側絶縁層（４）との間に配置された導電性のシールド層（１６）をさらに備えている請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２４】
前記シールド層（１６）は、内側絶縁層（１８）によって前記中心層（２’）から離隔している請求項２３に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２５】
前記内側絶縁層（１８）は、前記外側絶縁層（４）と同じ非導電性のセラミック材料から形成されている請求項２４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２６】
前記内側絶縁層は、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項２５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２７】
導電性のシールドブリッジ（２８）をさらに備え、前記センサ本体（１’’’）が、前記センサ本体（１’’’）の前記後面（１２）にあって前記シールド層（１６）と電気的に接触している導電性のシールド境界層（２０）をさらに備えており、前記シールドブリッジ（２８）が前記シールド境界層（２０）と圧縮電気接触している請求項２３〜２６のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２８】
前記シールド境界層（２０）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項２７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２９】
前記外側絶縁層は、前記センサ本体の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供する窓層を画定するために前記センサ本体の前面に沿って延在している請求項１９〜２８のいずれか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３０】
前記窓層は、電磁放射線に対して実質的に透明である請求項２９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３１】
前記センサ本体は、前記センサ本体（１’’’）の前面にあって前記中心層（２’）と電気的に接触する導電性の前面層（２４）をさらに備えている請求項１９〜２７のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３２】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（２’）の前記前面の実質的に全体にわたって延在している請求項３１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３３】
前記前面層（２４）は、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項３１または３２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３４】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（１’’’）の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供している請求項３１〜３３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３５】
前記窓層（２４）または前記前面層上に形成された遮熱層（３０）をさらに備えている請求項２９〜３４のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサアセンブリに係り、特に、セラミック製のセンサ本体を組み込んだ、高温の動作環境で使用可能なセンサアセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
公知のセンサアセンブリは一般的に、セラミック製の構成層と金属製の構成層の複合物から構成されており、これらの構成層は従来のろう付け工程を用いて互いにろう付けされている。このような公知のセンサアセンブリには、金属製のハウジングが含まれていてもよい。かかる金属製のハウジングの内径には、金属でコーティングされたアルミナ製ブッシュがろう付けされている。また、ブッシュの内径には、センサ本体がろう付けされている。
【０００３】
センサ本体には、例えば、金属や，導電性のセラミックや，表面に導電性の材料（例えば、金属）からなる層が堆積されることにより導電性とされた非導電性のセラミックや，導電性のセラミックと金属の複合物、からなる層が一層以上設けられていてもよい。かかる導電性の層が、電極や他の感知エレメントやシールド層を画定していてもよい。一方、非導電性の層は、導電性の層の間に配設されて、絶縁性のスペーサを画定していてもよい。センサ本体を構成する層は、予め形成された後、隣接する層と接合されていてもよし、あるいは任意の適当な堆積工程を用いて隣接する層上に堆積されていてもよい。センサ本体の外側の層が実質的にセラミック材料により構成されている場合には、その外面は、センサ本体が中間ブッシュを必要とすることなく従来のろう付け工程を用いてハウジングに直接ろう付けできるように、金属でコーティングされていてもよい。
【０００４】
センサアセンブリの金属製のハウジングの部分は、ブッシュやセンサ本体と熱膨張係数が略等しいように特別に作られた低膨張合金から構成されていてもよい。これにより、もしセンサアセンブリが動作中高温にさらされても、ハウジングやブッシュやセンサ本体全てが同じ割合で膨張して、個々の構成層間の熱ストレスを最小にする。
【０００５】
低膨張合金使用時の問題は、５００℃付近で酸化され易いことである。このことは、センサアセンブリの動作温度の上限を決めることになる。より高温での使用が可能で、熱膨張係数がブッシュやセンサ本体と略等しいような金属を見つけるのは困難である。そこで従来は、「アクティブブレーズ（活性ろう付け）」と呼ばれるプロセスを用いて行われてきた。このプロセスでは、金属のコーティングを必要とすることなくセラミック材料を金属にろう付けすることを可能とすると共に、２つの異なる材料が異なる熱膨張係数を持つことをある程度可能にする。しかしながら、実際には、アクティブブレーズによる合金の動作温度の上限は、およそ８００℃が限界であり、未だ不十分である。また使用をある程度可能にするために必要とされるコーティングは５００℃以下で酸化され易くなる上に、酸化の影響を最小限に抑えるためにはろう付けの境界面を密封することが必要となる。
【０００６】
さらなる問題は、熱膨張の結果、センサアセンブリの構成層間に大きなズレが生じることである。この大きなズレは、コーティングの厚さを増やすことによってのみ調整が可能であるが、これによりセンサアセンブリの設計の自由度を狭めることになってしまう。
【０００７】
多くの産業用の測定分野では、静止している物体や動いている物体までの距離を高い動作温度で測れるセンサアセンブリが必要とされている。例えば、ガスタービンエンジンの羽根の先端とそれを取り囲むケースとの間の隙間の測定である。この場合のセンサアセンブリの動作温度は１５００℃に達する。この他、例えば、溶けた金属や溶けたガラスのレベルの測定にも、同程度の動作温度が必要とされる。
【０００８】
米国特許第５７６０５９３号や米国特許第４８０４９０５号に、静止している物体や動いている物体と静電結合する電極を有するセンサアセンブリが記載されている。なお、電極は、必要に応じて金属コーティングであってもよいし金属層であってもよい。また、電極は、標準的な三重同軸の伝送ケーブルの中間導体と接続されている一方、金属製のシールドと金属製の外側のハウジングによって囲まれている。このシールドと外側のハウジングは、三重同軸の伝送ケーブルの中間導体と外部導体に、それぞれ直接接続されている。絶縁層は、電極とシールドの間、およびシールドと外部ハウジングの間、に設けられている。絶縁層は、例えば、機械加工されたセラミック製のスペーサであってもよいし、堆積されたセラミック製の層であってもよい。
【０００９】
このような従来のセンサでは、１つの問題として、通常金属材料とセラミック材料が交互に組み合わされて用いられていることがある。センサアセンブリの動作温度が高くなるに従って、金属製の構成層がセラミック製の構成層よりも膨張する傾向にある。このことはしばしばセラミック製のスペーサや層に割れ目を生じることとなり、それらの電気的特性を劣化させ、さらにはセラミック製の構成層の分離や剥離が生じるおそれがある。このことは、センサアセンブリに電気的な不具合を生じさせるだけでなく、セラミック製の構成層の分離や剥離は、金属製の構成層が振動したり、センサアセンブリに機械的な故障を生じる原因となる。同様の問題は、導電性のセラミックが使われている場合にも発生する、というのは、それぞれの熱膨張係数（ＣＴＥ）の少しの違いがセンサアセンブリの予測される寿命に対して重要であるからである。
【００１０】
ガスタービンエンジン製造業は、今や量産に適したセンサとして少なくとも２万時間以上の動作寿命を要求している。従来のセンサは短時間であれば高い動作温度でも使用可能であるが、金属とセラミック（もしくはセラミックとセラミック）の熱膨張特性の違いに起因するセンサアセンブリ固有の弱点のため、要求される寿命は達成できそうもない。
【００１１】
さらに、従来のセンサアセンブリでは、センサの特性を低下させる湿気が浸透し易い。
【００１２】
国際特許出願ＷＯ２００４／０４９４４３（フューチャー  テクノロジー（センサーズ）社）には、中心層と絶縁層との間に導電性の電極層を有するセンサ本体が記載されている。かかる電極層は、センサ本体の後面に露出して、直接的あるいは間接的に中間の導電性の金属ブリッジによって、同軸あるいは三重同軸の伝送ケーブルの内側の導体に接続可能とされていてもよい。かかる金属ブリッジは、通常、センサ本体にろう付けされている。しかし、セラミック製および金属製の構成層が互いにろう付けされるときに形成されるこのようなろう付け層は、状況によっては、ＣＴＥの違いにより動作寿命および動作温度を制限する可能性がある。このことは、繰り返しの熱サイクルの後でろう付け層の破損を引き起こすことがある。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、導電性の電極ブリッジと、センサ本体を備え、前記センサ本体は、中心層と、前記中心層を実質的に取り囲む外側絶縁層と、前記中心層と前記外部絶縁層との間の導電性の電極層と、前記センサ本体の後面にあって前記電極層と電気的に接触している導電性の電極境界層を有しており、前記電極ブリッジが前記電極境界層と圧縮電気接触している、センサアセンブリを提供する。
【００１４】
センサ本体の前面は、通常、例えば高い動作温度に直接晒されるセンサ本体の部分になる。電極層は、センサ本体の前面から離隔して配設されていてもよいし、絶縁層によって実質的に囲まれていてもよい（すなわち、一体化されたセンサ本体内に実質的に埋め込まれていてもよい）。
【００１５】
電極層は、センサ本体の後面で電極境界層と電気的に接続されている。
【００１６】
電極ブリッジは、使用時には、センサアセンブリからの測定信号を外部信号処理電子回路に運ぶ同軸あるいは三重同軸の伝送ケーブルの内側の導体に電気的に接続されている。センサ本体が金属製の外側ハウジング（以下を参照）に取り付けられている場合には、外側ハウジングは同軸あるいは三重同軸の伝送ケーブルの外側の導体に接続されていてもよい。
【００１７】
三重同軸のセンサ本体の場合、導電性のシールド（またはガード）層が、中心層と外側絶縁層の間に配置されていてもよい。かかるシールド層は、内側絶縁層によって電極層から離隔されていてもよい。かかる内側絶縁層は、中心層および外側絶縁層の両方と同じ非導電性のセラミック材料から形成されていてもよい。センサ本体は、センサ本体の後面にあってシールド層と電気的に接触する導電性のシールド境界層を含んでいてもよい。かかるシールド層は、センサ本体の後面においてシールド境界層に電気的に接続されている。センサアセンブリは、シールド境界層と圧縮電気接触するシールドブリッジを含んでいてもよい。かかるシールドブリッジは、三重同軸の伝送ケーブルの中間導体に電気的に接続されていてもよい。電極ブリッジとシールドブリッジは、互いに電気的に絶縁されている。１つの構成では、シールドブリッジは、実質的に円筒形であってもよく、内側の電極ブリッジの径方向外側に位置して、環状ギャップによって電極ブリッジから離隔して配置されている。これにより、電極ブリッジ間に測定信号を妨害する電気的接触がないことが保証されている。
【００１８】
各ブリッジは、一般的に酸化に耐性があり、高い動作温度で構造的完全性を維持できる任意の適切な導電性材料、例えば金属、特にインコネル（登録商標）６００または６２５あるいはヘインズ（登録商標）２３０などのニッケルクロム系合金によって形成されていてもよい。各ブリッジは、それぞれの境界層に対して接合されていないか、さもなければ物理的に固定されておらず、単にそれと圧接しているだけであることが理解されるであろう。各ブリッジとそれぞれの境界層の間に加えられる圧縮力は、一般的には、隣接する表面上の凹凸または僅かな突起が塑性変形を経験するのに十分であり、それにより構成層間の電気的接触抵抗を減少するように接触面積を増加させる。
【００１９】
中心層および外側絶縁層は、好ましくは、同じ非導電性のセラミック材料から別々の構成層として予め形成され、互いに接合されて一体化された多層のバルクセラミック製の構成層部品を構成していることが望ましい。また、任意の適切な非導電性を有し、好ましくは非多孔質のセラミック材料、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）やＳｉＡｌＯＮを用いて形成されていることが望ましい。センサ本体のバルク構成層（例えば、中心層や絶縁層）は同じ非導電性のセラミック材料から形成されていることから、熱膨張係数が異なるという問題は事実上排除されている。
【００２０】
各境界層は、１つ以上の層やコーティングから形成されていてもよい。各境界層は、必要に応じて、導電性のセラミック材料、セラミック複合材料、金属または金属合金、またはそれらの任意の組み合わせから形成されている。例としては、ＳｉＣ、ＣｒＡｌＴｉＮやＭＣｒＡｌＹベースのコーティングを含んでいてもよい。各境界層は、いくつかの構成では約１００μｍより大きい全体厚さを有していてもよい。
【００２１】
各境界層は、必要に応じて、適切な堆積プロセス、例えば、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）や化学気相堆積（ＣＶＤ）やプラズマ溶射などを用いて、センサ本体の後面（あるいはバルクセラミック製の構成層の後面）にコーティングとして用いられていてもよい。各境界層の形状は、使用時に圧縮電気接触しているそれぞれのブリッジの形状と一致している。各境界層の後面は、好ましくは、それぞれのブリッジの前面のために適切な接触領域を提供するように実質的に平面であることが望ましい。電極界面層とシールド界面層は、例えばエアギャップや他の絶縁層によって離隔配置されて互いに電気的に絶縁されている。１つの構成では、塗布されるシールド境界層は実質的に円筒形であってもよく、実質的に円形であり且つシールド境界層と電極境界層が環状ギャップによって離隔配置されている塗布される電極境界層の径方向外側に配置されている。
【００２２】
共通のベース材料としてシリコンが存在することから、センサ本体の中心層および絶縁層用のセラミック材料がＳｉＮあるいはＳｉＡｌＯＮである場合には、ＳｉＣベースのコーティング（好ましくはＣＶＤプロセスを用いて塗布されることが望ましい）が特に有利であり得る。かかる材料は、ガス（例えば、空気）がすべての内部境界から排除されるように、センサ本体の後面にハーメチックシールを提供する丈夫な導電層を形成するためのコーティングプロセスの間に容易に互いに接合される。ＳｉＣベースのコーティングおよびシリコンベースのセラミック材料はまた、２つの材料間の境界における応力を最小にする非常に類似したＣＴＥ特性を有している。
【００２３】
ブリッジをセンサ本体に直接ろう付けする代わりに境界層を使用することにより、センサアセンブリの構造が簡単になることから、より高い温度で動作し且つ動作寿命を延ばすことができる。特に、提案されたコーティングは、ブリッジをセンサ本体の後面にろう付けするためにしばしば使用される活性ろう合金よりもはるかに高い動作温度で使用することができる。活性ろう合金の最高動作温度は約８００℃であるが、ＳｉＣベースのコーティングでは、例えばおよそ１６００℃に達するような温度まで動作することができ、かかる温度はガスタービン用途で経験される典型的な温度を超えている。
【００２４】
電極層は、１つ以上の層またはコーティングから形成されていてもよい。電極層は、導電性のセラミック材料やセラミック複合材料や金属または金属合金、またはそれらの任意の組み合わせから任意に形成されており、ろう合金層単独または前述の１つ以上の材料を組み合わせたものを含み得る。電極層は、少なくとも部分的に、チタンやチタン合金または窒化チタンから形成されていてもよい。電極層は、中心層を画定するセラミック製の構成層や外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層に対して、必要に応じて適切な堆積プロセスを用いてコーティングとして塗布されていてもよい。
【００２５】
シールド層は、１つ以上の層またはコーティングから形成されていてもよい。シールド層は、必要に応じて、導電性のセラミック材料やセラミック複合材料や金属または金属合金、またはそれらの任意の組み合わせから形成されており、ろう合金層単独または前述の１つ以上の材料を組み合わせたものを含み得る。シールド層は、少なくとも部分的には、チタン、合金またはチタンまたは窒化チタンから形成されていてもよい。シールド層は、内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層や外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層に対して、必要に応じて適切な堆積プロセスを用いてコーティングとして塗布されていてもよい。かかるコーティングが、電極層と同軸且つ内側絶縁層によって離隔配置された、実質的に円筒形のシールド層を画定していてもよい。
【００２６】
電極層やシールド層の一部としてのチタンやチタン合金または窒化チタンの使用は、完成したセンサ本体の品質を大幅に改善することができる。
【００２７】
１つの構成では、外側絶縁層はセンサ本体の前面に沿って延びて、センサ本体の構成層間の任意の境界からガス（例えば空気）を排除するハーメチックシールを提供する窓層を画定しており、かかる窓層は電磁放射線に対して実質的に透明であってもよい。これにより、センサ本体に使用される設計および材料の柔軟性を高めることができる。センサ本体の構成層が酸化作用に晒されないことから、センサアセンブリはさらに高い動作温度（例えば、およそ１５００℃に達するような）に晒され得る。電極層は、中心層と窓層との間に延在していてもよい。
【００２８】
外側絶縁層を形成するセラミック製の構成層（または本体）は、本体部分と、センサ本体の窓層を画定する窓部分とを有する一体品であってもよい。窓部分は、構成層内の盲穴の閉鎖端であってもよい。あるいは、セラミック製の構成層は、主要部分と、主要部分に結合され、センサ本体の窓層を画定する別個のディスク部分とを有するツーピース品であってもよい。ディスク部分は本体部分の穴内に配置されて穴の一端を閉鎖して、ディスク部分の外端面が主要部分の対向する内面に結合されるかあるいは主要部分の環状の前面に結合されるようになっていてもよい。ディスク部分は、主要部分と同じ非導電性で、好ましくは非多孔質のセラミック材料から作製されていてもよいし、主要部分に結合された後に機械加工されていてもよい。
【００２９】
別の構成では、電極層は、センサ本体の前面で導電性の前面層に電気的に接続されている。かかる前面層は、１つ以上の層またはコーティングから形成されていてもよく、センサ本体の前面の実質的に全体にわたって延在していてもよい。前面層は、センサアセンブリの測定範囲を増やすことができる、大きな電極面積を画定している。
【００３０】
前面層は、導電性のセラミック材料やセラミック複合材料や金属または金属合金、またはそれらの任意の組み合わせから任意に形成されている。例としては、ＳｉＣやＣｒＡｌＴｉＮやＭＣｒＡｌＹベースのコーティングを含んでいてもよい。前面層は、いくつかの構成では約１００μｍより大きい全体厚さを有していてもよい。前面層は、必要に応じて、適切な堆積プロセス、例えば、ＰＶＤやＣＶＤやプラズマ溶射などを用いて、センサ本体の前面（あるいはバルクセラミック製の構成層の前面）にコーティングとして用いられていてもよい。共通のベース材料としてシリコンが存在することから、センサ本体の中心層および絶縁層用のセラミック材料がＳｉＮである場合には、ＳｉＣベースのコーティング（好ましくはＣＶＤプロセスを用いて塗布されることが望ましい）が前面層に対して特に有利であり得る。かかる材料は、ガス（例えば、空気）がすべての内部境界から排除されるように、センサ本体の前面にハーメチックシールを提供する丈夫な導電層を形成するためのコーティングプロセスの間に容易に互いに接合される。したがって、前面層は、窓層と同じ気密封止機能を提供する。また、ＳｉＣベースのコーティングおよびシリコンベースのセラミック材料は、２つの材料間の境界における応力を最小にする非常に類似したＣＴＥ特性を有している。
【００３１】
前面層および各境界層は、同じコーティング材料から形成されていてもよい。
【００３２】
電極領域を画定する前面層を設けることにより、中心層の直径を縮小できると共に、センサ本体の静電容量を大幅に低減でき、感度を改善することができる。前面層は、センサ本体の前面における電気的に非導電性のセラミック材料の窓層の必要性を排除するが、気密封止は維持する。
【００３３】
遮熱コーティングまたは遮熱層は、外側絶縁層によって画定された前面層または窓層上に設けられていてもよい。遮熱コーティングは、例えば、熱伝導性の金属製サブレイヤーを有するセラミックベースの遮熱層を含む多層コーティングとして塗布されていてもよい。遮熱層は、任意の適切な材料、例えば、イットリア安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）から形成されていてもよく、任意の適切なプロセスを用いて塗布されていてもよい。遮熱コーティングは、センサ本体の前面の円筒外面の少なくとも一部に沿って（すなわち、前面層または窓層のいずれか一方の前面だけでなく）センサ本体の前面に対する追加の熱防御を提供するように任意に延在していてもよい。
【００３４】
同軸のセンサ本体の場合（すなわち、シールド層がない場合）、中心層を画成するセラミック製の構成層は、電極層でプレコートされて、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。あるいは、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴は、中心層を画定するセラミック製の構成層がその中に配置される前に、電極層でプレコートされていてもよい。そして、中心層および外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極層として使用される材料のタイプに応じて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。
【００３５】
三重同軸のセンサ本体（すなわち、シールド層を有する）の場合、中心層を画定するセラミック製の構成層は、電極層でプレコートされて、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。あるいは、内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴は、中心層を画定するセラミック製の構成層がその中に配置される前に、電極層でプレコートされていてもよい。そして、中心層および内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極層として使用される材料のタイプに応じて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、シールド層でプレコートされて、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。あるいは、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴は、中心層と内側絶縁層を画定する接合されたセラミック製の構成層がその中に配置される前に、シールド層でプレコートされていてもよい。そして、内側絶縁層と外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極やシールド層として使用される材料のタイプに応じて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。別のプロセスでは、電極層やシールド層で適切にプレコートされた、中心層や内側絶縁層や外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けのような適切なプロセスを用いて単一ステップで互いに接合されている。
【００３６】
本発明は、電極層を含まないが導電性の中心層または電極を含む代案のセンサアセンブリをさらに提供する。かかるセンサアセンブリは、導電性の電極ブリッジと、導電性の中心層（または電極）、中心層を実質的に取り囲む外側絶縁層を含むセンサ本体と、センサ本体の後面にあって中心層と電気的に接触している導電性の電極境界層とを備え、電極ブリッジが電極境界層と圧縮電気接触するようになっている。
【００３７】
中心層は、例えば、金属やセラミック／金属の複合物やセラミック（例えば、ＳｉＣ）やそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な導電性材料から形成されていてもよい。
【００３８】
導電性の中心層は、センサ本体の前面から離隔して配設されていてもよいし、絶縁層によって実質的に囲まれていてもよい（すなわち、一体化されたセンサ本体内に実質的に埋め込まれていてもよい）。
【００３９】
中心層は、センサ本体の後面で電極境界層と電気的に接続されている。
【００４０】
電極ブリッジは、使用時には、センサアセンブリからの測定信号を外部信号処理電子回路に運ぶ同軸あるいは三重同軸の伝送ケーブルの内側の導体に電気的に接続されている。センサ本体が金属製の外側ハウジング（以下を参照）に取り付けられている場合には、外側ハウジングは同軸あるいは三重同軸の伝送ケーブルの外側の導体に接続されていてもよい。
【００４１】
三重同軸のセンサ本体の場合、導電性のシールド（またはガード）層が、中心層と外側絶縁層の間に配置されていてもよい。かかるシールド層は、好ましくは外側絶縁層と同じ非導電性のセラミック材料から形成されている内側絶縁層によって導電性の中心層から離隔配置されていてもよい。センサ本体は、センサ本体の後面にあってシールド層と電気的に接触する導電性のシールド境界層を含んでいてもよい。シールド層は、センサ本体の後面においてシールド境界層に電気的に接続されている。センサアセンブリは、シールド境界層と圧縮電気接触するシールドブリッジを含んでいてもよい。かかるシールドブリッジは、三重同軸の伝送ケーブルの中間導体に電気的に接続されていてもよい。電極ブリッジとシールドブリッジは、互いに電気的に絶縁されている。
【００４２】
ブリッジ層と境界層は、一般的に上記の通りである。共通のベース材料としてシリコンが存在することから、センサ本体の中心層用のセラミック材料がＳｉＣであり且つセンサ本体の絶縁層用のセラミック材料がＳｉＮあるいはＳｉＡｌＯＮである場合には、ＳｉＣベースのコーティング（好ましくはＣＶＤプロセスを用いて塗布されることが望ましい）が特に有利であり得る。かかる材料は、ガス（例えば、空気）がすべての内部境界から排除されるようにセンサ本体の後面にハーメチックシールを提供する丈夫な導電層を形成するためのコーティングプロセスの間に、容易に一緒に接合される。ＳｉＣベースのコーティングおよびシリコンベースのセラミック材料はまた、２つの材料間の境界における応力を最小にする非常に類似したＣＴＥ特性を有している。
【００４３】
中心層および外側絶縁層は、（それぞれ導電性と非導電性のセラミック材料から）別個のセラミック製の構成層として予め形成され、互いに結合されて一体化された多層のバルクセラミック製の構成層を構成していてもよい。任意の適切な導電性を有し、好ましくは非多孔質のセラミック材料である、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）が、中心層として用いられていてもよい。同様に、任意の適切な非導電性を有し、好ましくは非多孔質のセラミック材料である、例えば窒化珪素（ＳｉＮ）やＳｉＡｌＯＮが、外側絶縁層として用いられていてもよい。センサ本体のバルク構成層（例えば、中心層や絶縁層）がセラミック材料から形成されていることから、熱膨張係数が異なるという問題は事実上排除されている。
【００４４】
シールド層は通常上述した通りである。
【００４５】
１つの構成では、外側絶縁層はセンサ本体の前面に沿って延びて、センサ本体の構成層間の任意の境界からガス（例えば空気）を排除するハーメチックシールを提供する窓層を画定しており、かかる窓層は電磁放射線に対して実質的に透明であってもよい。別の構成では、導電性の中心層は、導電性の前面層に電気的に接続されている。かかる前面層は、通常上述した通りであり、電極領域を画定している。
【００４６】
遮熱コーティングは、上述したように、センサ本体の前面（例えば、前面層や窓層）に必要に応じて塗布されていてもよい。
【００４７】
同軸のセンサ本体の場合（すなわち、シールド層がない場合）、中心層を画定するセラミック製の構成層は、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。そして、中心層および外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極層として使用される材料のタイプに応じて、例えば、焼結や拡散接合やろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。中心層が非セラミック材料（例えば金属）から形成されている場合には、適切なプロセスを用いて、中心層と、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層が、接合されていてもよい。
【００４８】
三重同軸のセンサ本体（すなわち、シールド層を有する）の場合、中心層を画定するセラミック製の構成層は、内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。そして、中心層および内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極層として使用される材料の種類に応じて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。中心層が非セラミック材料（例えば金属）から形成されている場合には、適切なプロセスを用いて、中心層と、内側絶縁層を画成するセラミック製の構成層が、接合されていてもよい。内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、シールド層でプレコートされ、外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層の穴内に配置されていてもよい。あるいは、外側絶縁層を画成するセラミック材料内の穴は、中心層および内側絶縁層を画定する接合されたセラミック製の構成層がその中に配置される前に、シールド層でプレコートされていてもよい。そして、内側及び外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、電極及びシールド層として使用される材料のタイプに応じて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。上述のプロセスの代わりとなるプロセスでは、中心層や内側絶縁層や外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層は、シールド層で適切にプレコートされ、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて単一ステップで互いに接合されている。
【００４９】
上述した様々な同軸および三重同軸のセンサ本体を形成するために用いられる様々なセラミック製の構成層（または本体）は、例えば、未焼結（または「未焼成」）、部分的にまたは完全に焼結されたセラミック材料から形成されていてもよい。
【００５０】
センサ本体、より具体的には外側絶縁層は、センサアセンブリの一部を形成する外側ハウジング内に嵌合することを可能にする径方向フランジを含んでいてもよい。かかるハウジングは、センサ本体の径方向フランジが受容される環状溝を有しており、かかる環状溝は、環状面と実質的に円筒形の面をそれぞれ有する、対向する一対の肩部によって画定されていてもよい。かかる肩部の環状面は、好ましくは、フランジの環状面と摺動接触して、フランジに圧縮荷重を加えるようになっていることが望ましい。
【００５１】
センサ本体は、ハウジングに物理的に（例えばろう付けにより）固定されていないが、肩部の環状面によってフランジに加わる圧縮荷重の結果としてハウジング内にしっかりと保持されている。センサアセンブリの特定の構成は、熱膨張係数の違いによる重大な問題がないことを意味しており、それゆえセンサアセンブリは高温動作に本質的に適している。センサアセンブリは、以下でより詳細に説明するように、従来のろう付けプロセスを用いてコスト効率の良い方法で製造されていてもよい。
【００５２】
ハウジングは、一般的に欧州特許出願第２３３０４０８号（フューチャー  テクノロジー（センサーズ）社）に記載されているように、好ましくは、高温金属から形成され、２つの部分からなることが望ましい。より詳細には、対向する肩部のうちの１つは、好ましくは第１のハウジング部に形成されている一方、対向する肩部のうちの他方は第２のハウジング部に形成されていることが望ましい。第１及び第２のハウジング部は、肩部が整合してセンサ本体の径方向フランジが受容される環状溝を画定し、２つの部分からなるハウジングを形成するように互いに固定されている。それゆえ、フランジは、通常、加えられた圧縮荷重によって２つのハウジング部分の間に保持されている。
【００５３】
第１のハウジング部は、好ましくは、ろう付け材料によって第２のハウジング部にろう付けされていることが望ましい。任意の適切なろう材を使用可能である。
【００５４】
圧縮荷重下における、ハウジングと、フランジの環状面との間の摺動接触は、好ましくは、ハウジングとセンサ本体との間のハーメチックシールを提供していることが望ましい。かかるハーメチックシールは、センサアセンブリが高い動作温度に晒されても維持されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明を、添付図面を参照して説明する。
【図１】本発明に従う第１の同軸のセンサアセンブリを示す軸方向断面図。
【図２】本発明に従う第１の三重同軸のセンサアセンブリを示す軸方向断面図。
【図３】図２の第１の三重同軸のセンサアセンブリの境界層を通る径方向断面図。
【図４】図２の第１の三重同軸のセンサアセンブリの後面の端面図。
【図５】本発明に従う第２の同軸のセンサアセンブリを示す軸方向断面図。
【図６】本発明に従う第２の三重同軸のセンサアセンブリを示す軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１〜図６に示した様々な層、コーティング等の相対的なサイズ及び厚さは、何ら実用的なセンサアセンブリを示すものではなく、単に本発明の様々な構成部品を例示するためのものであることは容易に理解されるであろう。
【００５７】
図１は、本発明による第１の同軸のセンサアセンブリを示す。同軸のセンサ本体１は、窒化珪素（ＳｉＮ）またはＳｉＡｌＯＮのような同じ非導電性のセラミック材料からなる中心層２および外側絶縁層４を含んでいる。チタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属、チタンの合金、窒化チタン（ＴｉＮ）や二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）等の導電性のセラミックスからなる電極層６は、コーティングによって塗布され、中心層２の円筒外面２ａ（または外側絶縁層４の円筒状の内面）を覆っている。電極層６は、中心層２の前面平坦面２ｂおよび必要に応じて中心層２の後面平坦面２ｃを覆っている。
【００５８】
外側絶縁層４はセンサ本体１の前面８に沿って延び、使用時には高い動作温度に直接晒される。例えば、センサアセンブリが、ガスタービンエンジンの羽根の先端とそれを取り囲むケースとの間の隙間を測定するために使用される容量性センサの一部を形成している場合、センサ本体１の前面８は、羽根の先端に面しており、およそ１５００℃に達するような温度に晒されるかもしれない。前面８に沿って、外側絶縁層４は、電磁放射線に対して実質的に透明な窓層１０を画定している。電極層６は、電極層６がセンサ本体１の前面８内に実質的に埋め込まれて露出しないように、窓層１０と、中心層２の前面平坦面２ｂとの間に延在している。
【００５９】
窓層１０は、外側絶縁層４の一体化された一部であって、センサ本体１の前面８においてハーメチックシールを提供しており、このことはガスが全ての内部境界から排除されていることを意味している。センサ本体１の後面１２における電極境界層１４（以下参照）もまた、ハーメチックシールを提供している。
【００６０】
中心層２および外側絶縁層４は、別個のセラミック製の構成層または本体として予め形成されている。電極層６は、中心層２を画成する予め形成されたセラミック製の本体の、円筒外面２ａと前面平坦面２ｂと後面平坦面２ｃ上にコーティングとして堆積されている。プレコートされた中心体は、外側絶縁層４を画成する予め形成されたセラミック製の本体内の盲穴に挿入されている。そして、プレコートされた中心体および外側絶縁体は、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。かかる接合プロセスは、一体化された多層のバルクセラミック製の構成層を製造している。電極層６は、中心層２を画成するセラミック製の本体が盲穴内に挿入される前に、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の盲穴の円筒状の内面上にコーティングとして上述の形態に代えてあるいは加えて堆積されていてもよい。
【００６１】
電極層６は、センサ本体１の後面１２において電極境界層１４に電気的に接続されている。電極境界層１４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを用いてバルクセラミック製の構成層の背面に塗布されたＳｉＣベースのコーティング（またはＣｒＡｌＴｉＮまたはＭＣｒＡｌＹベースのコーティング）のいくつかの層から形成されている。
【００６２】
ニッケルクロム系合金（例えば、インコネル（登録商標）６００）からなる電極ブリッジ２６は、電極境界層１４と圧縮電気接触された状態で保持されている。電極ブリッジ２６は、電極境界層１４に接合されていないか、さもなければ物理的に固定されていない。電極ブリッジ２６は、圧縮力（ブロック矢印によって図１に示されている）の印加によって電極境界層１４に隣接して保持されている平坦部分２６ａと、図示しない同軸（または三重同軸）の伝送ケーブルの内側導体に接続されている後方延在部分２６ｂを含んでいる。
【００６３】
図２〜図４は、本発明による第１の三重同軸のセンサアセンブリを示す。三重同軸のセンサ本体１’は、図１に示す同軸のセンサ本体１と同様であり、同様の部品には同じ参照番号を付している。三重同軸のセンサ本体１’は、チタンまたはモリブデンなどの金属、チタンの合金、または窒化チタンまたは二珪化モリブデンなどの導電性セラミックからなる、円筒状のシールド（またはガード）層１６を含んでおり、図示しない三重同軸の伝送ケーブルの中間導体に接続されている。
【００６４】
シールド層１６は、内側絶縁層１８によって電極層６から隔てられていると共に、外側絶縁層４によって囲まれている。シールド層１６は、コーティングとして施され、内側絶縁層１８の円筒外面１８ａ（または外側絶縁層４の円筒状の内面）を覆っている。
【００６５】
シールド層１６は、窓層１０によってセンサ本体１’の前面８から離隔されている。
【００６６】
中心層２、内側絶縁層１８および外側絶縁層４は、別個のセラミック製の構成層または本体として形成されている。電極層６は、中心層２を画成する予め形成されたセラミック製の本体の、円筒外面２ａと前面平坦面２ｂと後面平坦面２ｃ上にコーティングとして堆積されている。プレコートされた本体は、内側絶縁層１８を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴に挿入されている。そして、プレコートされた中心体および内側絶縁体が、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。電極層６はまた、中心層２を画成するセラミック製の本体がその中に挿入される前に、開放された穴の円筒状の内面上にコーティングとして上述の形態に代えてあるいは加えて堆積されていてもよい。シールド層１６は、内側絶縁体の円筒外面上にコーティングとして堆積されている。プレコートされた内側絶縁体および接合された中心体は、外側絶縁層４を画成する予め形成されたセラミック製の本体内の盲穴に挿入されている。そして、プレコートされた内側絶縁層１８および外側絶縁体は、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。接合プロセスは、一体化された多層のバルクセラミック製の構成層を製造している。シールド層１６はまた、内側絶縁層１８を画定するセラミック製の本体が盲穴に挿入される前に、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の盲穴の円筒状の内面上に、コーティングとして上述の形態に代えてあるいは加えて堆積されていてもよい。上述のプロセスの代わりとなるプロセスでは、様々なセラミック製の本体が電極層６およびシールド層１６でコーティングされ、そして例えば焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて単一ステップで互いに接合されている。
【００６７】
シールド層１６は、センサ本体１’の後面１２においてシールド境界層２０に電気的に接続されている。かかるシールド境界層２０は、ＣＶＤプロセスを使用してバルクセラミック製の構成層の後面に塗布されたＳｉＣベースのコーティング（またはＣｒＡｌＴｉＮまたはＭＣｒＡｌＹベースのコーティング）のいくつかの層で形成されている。図３に最もよく示されているように、シールド境界層２０は環状であり、環状ギャップ２２によって径方向に延びる内側の環状の電極境界層１４から離隔されている。
【００６８】
ニッケルクロム系合金（例えば、インコネル（登録商標）６００）からなるシールドブリッジ２８は、シールド境界層２０と圧縮電気接触した状態で保持されている。シールドブリッジ２８は、シールド境界層２０に接合されていないか、さもなければ物理的に固定されていない。図４に最もよく見られるように、シールドブリッジ２８は円筒状であり、平坦部分２６ａおよび後方延在部分２６ｂを含む放射状の内側の電極ブリッジ２６から離隔されている。 電極ブリッジ２６およびシールドブリッジ２８は、圧縮力（ブロック矢印によって図２に示されている）の印加によって、電極境界層１４およびシールド境界層２０にそれぞれ隣接した状態で保持されている。電極ブリッジ２６の後方延在部分２６ｂは、図示しない三重同軸の伝送ケーブルの内側導体に接続されている一方、シールドブリッジ２８は、三重同軸の伝送ケーブルの中間導体に接続されている。
【００６９】
図５は、本発明による第２の同軸のセンサアセンブリを示す。かかる同軸のセンサ本体１’’は、図１に示す同軸のセンサ本体１と同様であり、同様の部品には同じ参照番号を付している。センサ本体１’’は、窓層１０の代わりに前面層２４を備えている。かかる前面層２４は、センサ本体１’’の前面８のほぼ全体にわたって延びて、電極領域を画定している。電極層６は、前面層２４と電気的に接触している。同軸のセンサ本体１’’の中心層２は、図１に示す同軸のセンサ本体１の対応する中心層２よりも小さい直径を有することが分かるであろう。電極層６の直径も小さい。これにより、センサ本体１’’の静電容量が減少し、システム感度が向上している。
【００７０】
プレコートされた中心体は、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴に挿入されている。そして、プレコートされた中心体および外側絶縁体は、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。接合プロセスは、一体化された多層のバルクセラミック製の構成層を製造している。電極層６はまた、中心層２を画成するセラミック製の本体がその中に挿入される前に、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴の円筒状の内面上にコーティングとして上述の形態に代えてあるいは加えて堆積されていてもよい。
【００７１】
前面層２４は、センサ本体１’’の前面８において、ガスが全ての内部界面から排除されることを意味するハーメチックシールを提供している。
【００７２】
前面層２４は、ＣＶＤプロセスを用いてバルクセラミック製の構成層の前面に塗布されたＳｉＣベースのコーティング（またはＣｒＡｌＴｉＮまたはＭＣｒＡｌＹベースのコーティング）のいくつかの層から形成されている。
【００７３】
図６は、本発明による第２の三重同軸のセンサアセンブリを示す。三重同軸のセンサ本体１’’’は、図２〜図４に示す三重同軸のセンサ本体１’および図３に示す同軸のセンサ本体１’’と同様であり、同様の部品には同じ参照番号を付している。
【００７４】
中心層２’が導電性のセラミック材料（例えばＳｉＣ）からなり、中心電極を画定していることから、センサ本体１’’’は電極層６を備えていない。他の構成では、中心層２’は、金属またはセラミック／金属の複合物で形成されていてもよい。中心層２’は、図５に示されているセンサ本体１’’のようにセンサ本体１’’’の前面８のほぼ全体にわたって延在する前面層２４と電気的に接触している。
【００７５】
中心層２’、内側絶縁層１８および外側絶縁層４は、別個のセラミック製の構成層または本体として形成されている。中心層２’を画定する導電性のセラミック製の本体は、内側絶縁層１８を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴に挿入されている。そして、中心体と内側絶縁体は、例えば、焼結、拡散接合、ろう付け等の適切なプロセスを用いて、互いに接合されている。シールド層１６は、内側絶縁体の円筒外面上にコーティングとして堆積されている。プレコートされた内側絶縁体および接合された中心体は、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴に挿入されている。そして、プレコートされた内側絶縁層１８および外側絶縁体は、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて互いに接合されている。接合プロセスは、一体化された多層のバルクセラミック製の構成層を製造する。シールド層１６はまた、内側絶縁層１８を画定するセラミック製の本体が挿入される前に、外側絶縁層４を画定する予め形成されたセラミック製の本体内の開放された穴の円筒状の内面上に、コーティングとして上述の形態に代えてあるいは加えて堆積されていてもよい。別のプロセスでは、様々なセラミック製の本体がシールド層１６でコーティングされて、例えば、焼結、拡散接合またはろう付けなどの適切なプロセスを用いて単一ステップで互いに接合されている。
【００７６】
前面層２４は、ＣＶＤプロセスを用いてバルクセラミック製の構成層の前面に塗布されたＳｉＣベースのコーティング（またはＣｒＡｌＴｉＮまたはＭＣｒＡｌＹベースのコーティング）のいくつかの層から形成されている。
【００７７】
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の層を含む遮熱コーティング３０が、任意の適切なプロセスを用いて前面層２４に施されている。かかる遮熱コーティング３０は、図６において、前面層２４の前面のみに延在するように示されているが、遮熱コーティング３０はまた、高い動作温度からのセンサ本体１’’’に対する追加の保護を提供するために、センサ本体１’’’の前面８の外側円筒状面の一部に沿って延在していてもよい。同様の遮熱コーティングは、図５に示すセンサ本体１’’の前面８に提供されていてもよく、また窓層１０を備えた図１〜図４に示すセンサ本体１および１’にも設けることができることも理解されるであろう。
【図１】
2019504296.tif 000003
【図２】
2019504296.tif 000004
【図３】
2019504296.tif 000005
【図４】
2019504296.tif 000006
【図５】
2019504296.tif 000007
【図６】
2019504296.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月25日(2018.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の電極ブリッジ（２６）と、センサ本体（１）を備え、
前記センサ本体（１）は、中心層（２）と、前記中心層を実質的に取り囲む外側絶縁層（４）と、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）との間の導電性の電極層（６）と、前記センサ本体（１）の後面（１２）にあって前記電極層（６）と電気的に接触している導電性の電極境界層（１４）を有しており、
前記電極ブリッジ（２６）が前記電極境界層（１４）と圧縮電気接触している
ことを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記中心層（２）および前記外側絶縁層（４）が、同じ非導電性のセラミック材料から別々の構成層として予め形成され、互いに接合されて一体化された多層のセラミック製の本体を構成している請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記中心層（２）および前記外側絶縁層（４）が、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項１または２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記電極境界層（１４）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項１〜３の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記センサ本体（１’）は、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）との間に配置された導電性のシールド層（１６）をさらに備えている請求項１〜４の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記シールド層（１６）は、内側絶縁層（１８）によって前記電極層（６）から離隔されている請求項５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記内側絶縁層（１８）は、前記中心層（２）と前記外側絶縁層（４）の両方と同じ非導電性のセラミック材料から形成されている請求項６に記載のセンサアセンブリ。
【請求項８】
前記内側絶縁層が、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項９】
導電性のシールドブリッジ（２８）をさらに備え、前記センサ本体は、前記センサ本体（１’）の前記後面（１２）にあって前記シールド層（１６）と電気的に接触している導電性のシールド境界層（２０）をさらに備えており、前記シールドブリッジ（２８）は、前記シールド境界層（２０）と圧縮電気接触している請求項５〜８の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記シールド境界層（２０）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記外側絶縁層（４）は、前記センサ本体の前面に沿って延在し、前記センサ本体の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供する窓層（１０）を画定している請求項１〜１０の何れか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１２】
前記窓層（１０）が、電磁放射線に対して実質的に透明である請求項１１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記電極層（６）が、前記中心層（２）と前記窓層（１０）との間に延在している請求項１１または１２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記センサ本体（１”）は、前記センサ本体（１”）の前面にあって前記電極層（６）と電気的に接触する導電性の前面層（２４）をさらに備えている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（１”）の前記前面の実質的に全体にわたって延在している請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記前面層（２４）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層コーティングである請求項１４または１５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１７】
前記前面層（２４）が、前記センサ本体（１”）の前記構成層の間のいずれの境界からもガスを排除するハーメチックシールを提供する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記窓層（１０）または前記前面層（２４）上に形成された遮熱コーティング（３０）をさらに備えている請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１９】
導電性の電極ブリッジ（２６）と、センサ本体（１’’’）を備え、
前記センサ本体（１’’’）は、導電性の中心層（２’）と、前記中心層（２’）を実質的に取り囲む外側絶縁層（４）と、前記センサ本体（１’’’）の後面（１２）にあって前記中心層（２’）と電気的に接触している導電性の電極境界層（１４）を有しており、
前記電極ブリッジ（２６）が前記電極境界層（１４）と圧縮電気接触している
ことを特徴とするセンサアセンブリ。
【請求項２０】
前記中心層（２’）および前記外側絶縁層（４）は、セラミック材料から別個の構成層として予め形成され、互いに接合されて一体化された多層のセラミック製の本体を形成する請求項１９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記中心層（２’）がＳｉＣから形成され、前記外側絶縁層（４）がＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項１９または２０に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２２】
前記電極境界層（１４）が、ＳｉＣ、ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項１９〜２１のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２３】
前記センサ本体（１’’’）が、前記中心層（２’）と前記外側絶縁層（４）との間に配置された導電性のシールド層（１６）をさらに備えている請求項１９〜２２のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２４】
前記シールド層（１６）は、内側絶縁層（１８）によって前記中心層（２’）から離隔している請求項２３に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２５】
前記内側絶縁層（１８）は、前記外側絶縁層（４）と同じ非導電性のセラミック材料から形成されている請求項２４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２６】
前記内側絶縁層は、ＳｉＮまたはＳｉＡｌＯＮから形成されている請求項２５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２７】
導電性のシールドブリッジ（２８）をさらに備え、前記センサ本体（１’’’）が、前記センサ本体（１’’’）の前記後面（１２）にあって前記シールド層（１６）と電気的に接触している導電性のシールド境界層（２０）をさらに備えており、前記シールドブリッジ（２８）が前記シールド境界層（２０）と圧縮電気接触している請求項２３〜２６のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２８】
前記シールド境界層（２０）が、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項２７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項２９】
前記外側絶縁層は、前記センサ本体の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供する窓層を画定するために前記センサ本体の前面に沿って延在している請求項１９〜２８のいずれか１項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３０】
前記窓層は、電磁放射線に対して実質的に透明である請求項２９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３１】
前記センサ本体は、前記センサ本体（１’’’）の前面にあって前記中心層（２’）と電気的に接触する導電性の前面層（２４）をさらに備えている請求項１９〜２７のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３２】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（１’’’）の前記前面の実質的に全体にわたって延在している請求項３１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３３】
前記前面層（２４）は、ＳｉＣ，ＣｒＡｌＴｉＮおよびＭＣｒＡｌＹの１つまたは複数に基づく単層または多層のコーティングである請求項３１または３２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３４】
前記前面層（２４）は、前記センサ本体（１’’’）の前記構成層の間の任意の境界からガスを排除するハーメチックシールを提供している請求項３１〜３３のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３５】
前記窓層（２４）または前記前面層上に形成された遮熱層（３０）をさらに備えている請求項２９〜３４のいずれか一項に記載のセンサアセンブリ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
シールド層は、１つ以上の層またはコーティングから形成されていてもよい。シールド層は、必要に応じて、導電性のセラミック材料やセラミック複合材料や金属または金属合金、またはそれらの任意の組み合わせから形成されており、ろう合金層単独または前述の１つ以上の材料を組み合わせたものを含み得る。シールド層は、少なくとも部分的には、チタン、チタン合金または窒化チタンから形成されていてもよい。シールド層は、内側絶縁層を画定するセラミック製の構成層や外側絶縁層を画定するセラミック製の構成層に対して、必要に応じて適切な堆積プロセスを用いてコーティングとして塗布されていてもよい。かかるコーティングが、電極層と同軸且つ内側絶縁層によって離隔配置された、実質的に円筒形のシールド層を画定していてもよい。
【国際調査報告】
2019504296.tif 000009
2019504296.tif 000010