(57)【要約】駆動中に相互に相対的に運動して摩擦学的に高い負荷を受けるボディ（１０、２０）の物理測定量、例えば圧力、温度、容量または空隙幅などを検出するセンサエレメント（５）を提供する。ここで相互に相対的に運動するボディ（１０、２０）の表面間において少なくとも１つのボディ（１０）の表面領域に感応層（１３、３０）、特にセンサスタブ（１３）が設けられ、この感応層は絶縁層（１２）を介してボディ（１０）から分離されている。絶縁層（１２）はここでは少なくとも２つの部分層（３１、３２）から成り、第１の部分層（３１）は感応層（１３）に比べて少なくとも低導電性の層（３１）であり、第２の部分層（３２）は第１の部分層（３１）に比べて摩擦学的に高い負荷に耐えうる層である。さらに絶縁層（１２）は少なくともほぼ炭素から成る層であるかまたは炭素、酸素およびケイ素を有する層である。ここで提案されるセンサエレメント（５）は特に摩擦学的に高い負荷を受ける潤滑化モジュールの接触領域の測定量を検出するのに適している。
2005502892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動中に相互に相対的に運動して摩擦学的に高い負荷を受けるボディ（１０、２０）の物理測定量、例えば圧力、温度、容量または空隙幅などを検出するセンサエレメント（５）であって、
相互に相対的に運動するボディ（１０、２０）の表面間で少なくとも１つのボディ（１０）の表面領域に感応層（１３、３０）が設けられ、
該感応層は絶縁層（１２）を介してボディ（１０）から分離されている
センサエレメントにおいて、
絶縁層（１２）は少なくともほぼ炭素から成る層であるかまたは炭素、酸素およびケイ素を含む
ことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項２】
駆動中に相互に相対的に運動して摩擦学的に高い負荷を受けるボディ（１０、２０）の物理測定量、例えば圧力、温度、または容量などを検出するセンサエレメント（５）であって、
相互に相対的に運動するボディ（１０、２０）の表面間で少なくとも１つのボディ（１０）の表面領域に感応層（１３、３０）が設けられ、
該感応層は絶縁層（１２）を介してボディ（１０）から分離されている
センサエレメントにおいて、
絶縁層（１２）はここでは少なくとも２つの部分層（３１、３２）を有しており、第１の部分層（３１）は感応層（１３）よりも少なくとも低い導電率を有する層（３１）であり、第２の部分層（３２）は低導電性の第１の部分層（３１）に比べて摩擦学的に高い負荷に耐えうる層である
ことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項３】
摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層（３２）は低導電性の第１の部分層（３１）に比べて高い硬度および／または低い摩擦値を有する、請求項２記載のセンサエレメント。
【請求項４】
摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層（３２）は低導電性の第１の部分層（３１）に比べて良好な導電率を有する、請求項２または３記載のセンサエレメント。
【請求項５】
摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層（３２）は少なくとも主として炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素から成り、低導電性の第１の部分層（３１）は炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素、酸素およびケイ素から成る、請求項２から４までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項６】
絶縁層（１２）は上下に並べて配置された反復性の複数の部分層の組を有しており、ここで感応層（１３）の直下にはまず摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層（３２）が設けられており、さらのその下方に感応層（１３、３０）に比べて低導電性の第１の部分層（３１）が設けられており、これら２つの部分層（３１、３２）が部分層の組を形成している、請求項２から５までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項７】
摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層（３２）は５０ｎｍ〜５μｍ、例えば３００ｎｍ〜１μｍの層厚さを有しており、低導電性の第１の部分層（３１）は５０ｎｍ〜５μｍ、例えば３００ｎｍ〜１μｍの層厚さを有している、請求項２から６までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項８】
感応層（１３、３０）には、摩耗耐性を有しかつ感応層（１３、３０）に比べて低導電性のカバー層（１４）または絶縁性のカバー層が設けられており、該カバー層の厚さは少なくとも５００ｎｍ以下、例えば２００ｎｍ以下である、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項９】
カバー層（１４）は炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素を含むか、または少なくとも主として炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素、酸素およびケイ素から成る、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１０】
感応層（１３、３０）は金属、例えばクロム、白金、チタン、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｕＭｎ合金から成り、５００Ω〜３ｋΩの電気抵抗を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１１】
感応層（１３、３０）は、絶縁層（１２）を介してボディ（１０）から分離された２つの端部の接触面（１１）、および場合により電気測定ブリッジの一部としての別の導体路を介して外部の電子モジュールに接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１２】
感応層（１３、３０）は接触面（１１）とは異なる厚さ、例えば接触面よりも格段に小さな厚さを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１３】
感応層（１３、３０）は１０μｍ〜５ｍｍの長さ、５０ｎｍ〜５０μｍの幅、２００ｎｍ以下、例えば１０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１４】
絶縁層（１２）とボディ（１０）とのあいだ、および／または感応層（１３、３０）とカバー層（１４）とのあいだに接着層（３３）が設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１５】
絶縁層（１２）とボディ（１０）とのあいだの接着層（３３）は２０ｎｍ〜１μｍの厚さを有し、および／または感応層（１３、３０）とカバー層（１４）とのあいだの接着層（３３）は２０ｎｍ〜１μｍの厚さを有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１６】
接着層（３３）は炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素、酸素およびケイ素を含むか、金属、例えばクロム、チタン、またはケイ素などの半導体から成るか、または上下に並べて配置された異なる組成の少なくとも２つの部分層を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１７】
２つのボディのうち少なくとも１つ（１０）は表面領域内に切欠（２３）を有しており、該切欠内の絶縁層（１２）上に感応層（１３、３０）が配置されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１８】
感応層（１３、３０）の上方エッジまたはカバー層（１４）を備えた感応層（１３、３０）の上方エッジは少なくともボディ（１０）の表面にほぼ一致するように接続されており、最大で５００ｎｍ、例えば１００ｎｍ以下の高さで突出しているか、または当該の面に対して最大で５００ｎｍ、例えば１００ｎｍ以下の深さでセットバックされている、請求項１から１７までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１９】
切欠（２３）内では感応層（１３、３０）の２つの端部に接触面（１１）が設けられており、接触面（１１）および感応層（１３、３０）は例えば切欠（２３）の個所のみを基礎として設けられた絶縁層（１２）を介してボディ（１０）から分離されている、請求項１７記載のセンサエレメント。
【請求項２０】
感応層（１３、３０）は物理測定量、例えば変化する圧力および／または変化する温度の影響のもとで、少なくとも１つの測定物理特性、例えば電気抵抗値を変化させる、請求項１から１９までのいずれか記載のセンサエレメント。
【請求項２１】
相互に相対的に運動する２つのボディ（１０、２０）は空隙（２１）を介して相互に分離されており、該空隙内に潤滑剤（２２）が存在する、請求項１から２０までのいずれか記載のセンサエレメント。
【請求項２２】
請求項１から２０までのいずれか記載のセンサエレメントの使用法において、
接触圧および／または接触温度および／または摩擦学的に高い負荷を受ける潤滑化モジュールの接触領域の空隙幅を検出する
ことを特徴とするセンサエレメントの使用法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念記載の駆動中に相互に相対的に運動して摩擦学的に高い負荷を受けるボディの物理測定量、例えば圧力、温度、容量または空隙幅などを検出するセンサエレメントに関する。
【０００２】
従来の技術
例えば軸受（ボールベアリング、ローラベアリングまたは滑り軸受）その他の潤滑化された接触部材またはエラスティックハイドロダイナミック接触部材は相互に歯車の接触部、カム‐プランジャの接触部などに存在しているが、これらはきわめて高い摩擦負荷を受ける。このような駆動条件のもとでは、相互に相対的に運動するボディ間の潤滑膜が局所的に不充分となったり、または欠落したりする。つまりいわゆる“混合摩擦”の状態が生じ、使用される材料の負荷耐性が急速に限界に達してこれを超えてしまい、相応の構成部材の損傷を引き起こす。高負荷の潤滑接触部材での接触温度・圧力・応力などを駆動中に監視することは重要である。なぜならクリティカルな応答が発生すると、高い摩擦エネルギ密度のために限界値が超過され、例えば車両技術における付着性摩耗（“食”）が発生するなど、噴射システムのコンポーネントが故障することさえあるからである。少なくとも前述のパラメータを検出し、損傷のメカニズムを調べて、これを回避することが理想である。
【０００３】
特に混合摩擦が生じているときには接触位置にきわめて高い摩擦負荷がかかっているので、使用されるセンサエレメントは大きな機械的耐性または摩擦耐性を有するように構成しなければならない。またこれらのセンサエレメントは検出すべき測定量または摩擦条件になるべく影響を与えないものでなければならない。
【０００４】
Ｈ．Ｐｅｅｋｅｎ， Ａ．Ｋｏｅｈｌｅｒ， ’Ｍｏｄｅｒｎｅ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ ｍｉｔｔｅｌｓ ａｕｆｇｅｄａｍｐｆｔｅｒ Ｇｅｂｅｒ ｉｎ Ｇｌｅｉｔ− ｕｎｄ Ｗａｅｌｔｚｌａｇｅｒｎ’， ｉｎ：”Ｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ ３２”， ６／１９８０ ２４１頁〜２４６頁から、相互に相対的に運動するために摩擦学的にきわめて高い負荷を受ける２つのボディ間の温度または圧力を検出するセンサエレメントが知られている。ここでは多数の材料において電気抵抗が温度および圧力に依存することから、簡単な抵抗測定を通してキャリブレーション測定を行い、圧力または温度が求められている。
【０００５】
詳細に云えば、前述の刊行物では、検査すべきモジュール上に金属層が被着されており、この金属層の形状設定と位置決めとにより測定信号を所望の位置で記録することができる。さらに本来のセンサスタブ、ひいてはこれに接続された接触面または導体路がその下方に位置する（通常は金属から成る）構成部材に対して電気的に絶縁されている。このためにセンサスタブとそこに設けられた構成部材とのあいだにガラス層またはセラミクス層、例えばケイ素酸化物層またはアルミニウム酸化物層が中間絶縁層として形成される。このほか、Ｃｒ２Ｏ３層を中間絶縁層として設けることも既に知られている。
【０００６】
センサスタブとそこに設けられた構成部材とのあいだの公知の絶縁層の欠点は、種々に異なる熱膨張係数のために、例えば金属に対して接着性がさまざまに異なってしまい、付加的な接着媒介層を設けないと充分な接着が達成されないことであった。さらに、これまで公知の絶縁層には、相対的に脆く、摩擦学的に不充分な耐性しか有さない欠点も存在する。
【０００７】
本発明の課題は、駆動中に相互に相対的に運動して摩擦学的に高い負荷を受けるボディの物理測定量、例えば圧力、温度、容量または空隙幅などを検出するセンサエレメントであって、本来のセンサスタブまたは本来の感応層は絶縁層を介して下方のボディから分離されているタイプのセンサエレメントを提供し、充分な電気的絶縁性を保証し、また高い摩擦耐性を実現することである。
【０００８】
ここで充分な電気的絶縁性を有する絶縁層とは、必ずしもゼロでなくてよいが、感応層に比べて格段に低く、無視できるほど小さい導電率を有する層であると解されたい。
【０００９】
本発明の利点
本発明のセンサエレメントは、従来技術に比べて、ボディ上の絶縁層がきわめて高い機械的耐性を有しており、しかも良好に接着し、温度変化による一時的な温度上昇があっても剥離しないという利点を有する。さらに本発明は従来技術から周知の絶縁層に比べて格段に強靱で摩耗しにくい。
【００１０】
特に有利には、絶縁層は少なくとも２つの部分層から成る。ここで摩擦負荷に高い耐性を有する第１の部分層は少なくとも１０００ＨＶの硬度、有利には３０００ＨＶ以上の高い硬度を有し、比較的低い摩擦値を有する。これに対して第２の部分層は第１の部分層よりも格段に低い導電率を有する。このようにして絶縁層が同時に満足しなければならない“電気的絶縁性”の機能と“摩擦耐性”の機能とを２つの部分層に分割して達成することができる。
【００１１】
摩擦学的に高い負荷を受ける層（高い摩擦耐性を要求される層）とは、以下本発明の範囲では、少なくとも１ＭＰａ、例えば１０ＭＰａ〜２０ＧＰａの接触圧に耐え、特にこれを持続的に持ちこたえるものであると解されたい。
【００１２】
本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載された手段から得られる。
【００１３】
有利には、摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層は少なくともほぼ炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素から成る。さらに有利には、低導電性の第１の部分層は炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素を主成分として有するほか、酸素およびケイ素を副次的な成分として有する。これにより通常であれば良好な導電性を有するアモルファスダイヤモンド状炭素の導電率は低減される。
【００１４】
特に、接着性と摩擦耐性との改善の点で有利な手段として、絶縁層が上下に並べて配置された反復性の複数の部分層の組を有しており、感応層またはセンサスタブの下方にまず摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層が設けられており、さらのその下方に感応層に比べて低導電性の第１の部分層が設けられている。
【００１５】
少なくとも２つの部分層から成る絶縁層を使用することに代えて、別の実施形態では、有利には絶縁層を異なる組成の２つの部分層から形成するのではなく、これが少なくともほぼ炭素から成る層または炭素のほかに酸素およびケイ素を有するように構成する。この場合“高い摩擦耐性”および“電気的絶縁性”への要求が層平面に対して垂直な方向で均一な組成または段階的に変化する組成を有する１つの層から実現される。これにより複数の部分層を備えた絶縁層への移行部が滑らかになる。
【００１６】
有利にはセンサスタブのかたちで構成された感応層の摩耗耐性および機械的耐性を改善するために、センサスタブの下方にミアンダ状にパターニングされたスタブを設け、これを特に急激な破壊の生じることのある混合摩擦から保護すると有利である。このとき有利には、センサスタブまたは感応層には摩耗耐性を有しかつ感応層よりも導電率が低いカバー層または絶縁性のカバー層が設けられる。このカバー層の厚さは少なくとも５００ｎｍ以下である。このカバー層は、有利には、主成分として炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素を含むほか、付加的に酸素およびケイ素を有する。この場合、カバー層または絶縁層の部分層は相互に等しく、またはきわめて類似した形態で構成され、有利には相応する同一の製造プロセスまたはきわめて類似した製造プロセスで被着される。
【００１７】
本来の感応層に対する材料は、特別に選定された数種の金属、例えばクロム、白金、チタン、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｕＭｎ合金から成る。合金の組成は、有利には、ＮｉＣｒ合金が８０重量％Ｎｉおよび２０重量％Ｃｒ、またはＮｉＣｕＭｎ合金が８６重量％Ｃｕ、１２重量％Ｍｎおよび２重量％Ｎｉ（マンガニン）である。
【００１８】
本来の感応層はさらに有利にはできる限り小さく構成され、平坦に保持されている。これにより接触位置の領域で検出すべき物理測定量に対するジオメトリの影響は最小限となる。特に有利には、感応層は１０μｍ〜５ｍｍの長さ、５０ｎｍ〜５０μｍの幅、２００ｎｍ以下、例えば１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００１９】
感応層を特にクリティカルな駆動状態における急激な摩耗から保護し、駆動中の摩擦負荷を低減する有利な手段として、絶縁層上の感応層を相応のボディの表面領域または絶縁層内に形成された切欠内に配置する。
【００２０】
所望の物理測定量をできる限り正確に検出できるようにするために、感応層、またはカバー層の設けられた感応層の上方エッジは少なくともボディの表面とできるだけ一致するように接続され、最大で５００ｎｍ、例えば１００ｎｍ以下の高さで突出しているか、または当該の面に対して最大で５００ｎｍ、例えば１００ｎｍ以下だけセットバックされている。特に有利には、感応層はボディの表面に粗面性のオーダー、すなわち最大でも２００ｎｍ以下の範囲で突出またはセットバックしている。
【００２１】
図面
本発明を図に則して以下に詳細に説明する。図１にはボディおよびその上方に配置されたセンサエレメントの平面図が示されている。図２には図１の切断線に沿って切断された断面図が示されている。ここには第１のボディから離間され、これに対して相対的に運動する付加的な第２のボディが示されている。図３には図２に代わる実施例が同様に図１の切断線に沿って切断された断面図で示されている。図４には図２、図３のボディ上のセンサエレメントにカバー層を設けた層構造の詳細が断面図で示されている。
【００２２】
実施例の説明
図１には金属の基板１０が示されている。これは例えば車両の高圧噴射システム内の金属のディストリビュータシャフトであるか、または数μｍまでのオーダーの粗面性を有するその他の技術的な表面であり、この表面上に領域として絶縁層１２が堆積されている。絶縁層上には２つの接触面１１が存在しており、これらはセンサスタブ１３として構成された感応層３０の上方で相互に接続されている。これにより接触面１１とセンサスタブ１３とはダブルＴ型パターンを形成しており、センサエレメント５として図示されていない導体路とともに電子測定ブリッジ回路の一部として外部の電子モジュールに接続されている。またセンサスタブ１３は検出すべき物理測定量、特に変化する圧力の影響のもとで、機械的応力の変化または温度の変化、ひいては電気抵抗値の変化など、少なくとも１つの物理特性を変化させる。変化する電気容量または変化する空隙幅をキャパシタの一部に接続されたセンサエレメント５によって検出することもできる。
【００２３】
接触面１１間の接触領域の温度および／または圧力のほか、例えば容量によって接触面１１間の空隙２１の幅を特に時間の関数として検出可能である。この場合、接触面１１間の媒体または潤滑剤、誘電体および接触面１１がキャパシタのプレートを形成し、相応に接続が行われる。
【００２４】
図２には基板１０のほか、その反対側に配置された金属のボディ２０、例えばディストリビュータシャフトのスリーブが示されている。基板１０およびボディ２０は空隙２１を介して相互に分離されており、この空隙内に潤滑剤２２、例えばオイルまたは燃料が存在している。さらに図２では、相互に相対的に運動する摩擦学的に高い負荷を受けるボディ１０、２０の間の例えば接触圧および／または接触温度を検出するためにセンサエレメント５が配置されている。ここでは接触面１１およびセンサスタブ１３が絶縁層１２上に配置され、センサスタブ１３には付加的なカバー層１４が設けられている。つまり絶縁層１２上に存在するセンサスタブ１３はカバー層１４と検出すべき物理測定量に対して感応性を有する感応層３０とから成る。
【００２５】
カバー層１４は、この実施例では、摩耗耐性を有しかつ低導電性または絶縁性の層であり、５００ｎｍ以下の厚さを有する。このカバー層は有利には主成分としてアモルファスダイアモンド状炭素を含み、副次的な成分として酸素およびケイ素を含む。これに代えてカバー層１４を主として炭素、特にアモルファスダイアモンド状炭素のみから形成することもできる。なぜならアモルファスダイアモンド状炭素は感応層３０に対してつねに格段に低い導電率を有しているからである。
【００２６】
センサスタブ１３を形成する感応層３０は、この実施例では、クロム、白金、チタン、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＣｕＭｎ合金から成る。合金の組成は、有利には、ＮｉＣｒ合金が８０重量％Ｎｉおよび２０重量％Ｃｒ、またはＮｉＣｕＭｎ合金が８６重量％Ｃｕ、１２重量％Ｍｎおよび２重量％Ｎｉ（マンガニン）である。この層は５００Ω〜３ｋΩの電気抵抗を有する。
【００２７】
全体ではセンサスタブ１３は、この実施例では、１０μｍ〜５ｍｍの長さ、５０ｎｍ〜５０μｍの幅、２００ｎｍ以下、例えば１０ｎｍ以下の厚さを有する。さらに図２からわかるように、センサスタブ１３は有利には接触面１１とは異なる厚さを有する。すなわちセンサスタブは接触面１１よりも格段に小さい厚さを有する。
【００２８】
図３の実施例は図２の実施例とは、接触面１１またはセンサスタブ１３の寸法に相応に設計された切欠２３が基板１０の表面の領域に設けられており、ここでセンサスタブ１３および接触面１１が絶縁層１２上に存在しており、切欠２３の底部をカバーしている点のみが異なっている。この場合、センサスタブ１３の上方エッジは場合によっては付加的なカバー層１４を有しているが、その面ができる限りボディ１０の表面に一致するように接続されている。切欠２３はこのためにまず相応に構成されたマスクを介して基板１０内へエッチングされ、その後、絶縁層１２がちょうどこの切欠２３を完全に充填するように切欠の領域に被着される。切欠２３は、接触面１１とこれに属する導体路、および絶縁層１２上のセンサスタブ１３がきちんと配置できる大きさに選定されている。続いて相応に構成された第２のマスクを介して接触面１１とこれに属する導体路のための第２の切欠が絶縁層１２内へエッチングされる。この第２の切欠内に接触面１１とこれに属する導体路とが被着され、第２の切欠は有利には新たに完全に充填される。その後、必要であればセンサスタブ１３に対して相応のマスクを用いて第３の切欠が絶縁層１２内へエッチングされ、そこにセンサスタブ１３または感応層３０が堆積される。続いて付加的なカバー層１４および／または接着層３３が被着されるあいだ、特に第１の切欠がエッチングされる際には、次のことを相応に考慮しなければならない。カバー層１３は有利には接触面１１と場合によりこれに属する導体路との上方に延在し、この領域内で駆動中にボディ２０との接触が達成されるようにする。
【００２９】
これに代えてセンサスタブ１３またはカバー層１４の上方エッジは基板１０の表面に最大で５００ｎｍほど突出しているか、またはこの表面からセットバックされている。有利にはセンサスタブ１３またはカバー層１４が基板１０の表面に突出する高さまたはセットバックされる深さは基板１０の表面の粗面性のオーダーよりも小さく選定される。
【００３０】
図示の別の実施例では、基板１０上にはまず絶縁層１２が堆積され、次に切欠２３が絶縁層１２内に形成される。さらにこの切欠内でのセンサスタブ１３および接触面１１の堆積または形成が続いて行われる。
【００３１】
図４には基板１０上の絶縁層１２の構造が示されている。ここでは基板１０と絶縁層１２とのあいだに付加的に接着層３３が設けられ、絶縁層１２上に感応層３０のほかにカバー層１４が設けられる。絶縁層１２の電気比抵抗は全体で約３＊１０７Ωｍである。
【００３２】
図４の接着層３３は２０ｎｍ〜１μｍの厚さを有しており、場合によっては付加的にセンサスタブ１３すなわち感応層３０とカバー層１４とのあいだにも２０ｎｍ〜１μｍの厚さで設けることができる。この実施例では感応層３０とカバー層１４とのあいだの付加的な接着層は必要ない。
【００３３】
接着層３３は、有利には、炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素、酸素およびケイ素を主成分の元素として含む。これに代えて接着層を、金属、例えばクロム、チタン、またはケイ素などの半導体から形成するか、または上下に並べて配置された異なる組成の少なくとも２つの部分層を有するように構成してもよい。この場合、一方の層は少なくともほぼ炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素およびケイ素から成るかこれらを主成分として含み、また他方の層は金属、例えばクロム、チタン、または金属合金から成る。ただし他の材料の組み合わせ、例えば接着層３３に対する上述の材料を部分層に対して用いてもよい。
【００３４】
図４の絶縁層１２は全部で６つの部分層から成っており、これらを３つの部分層の組にまとめることができる。６つの部分層の各組はこの実施例では約６６０ｎｍの厚さを有する。絶縁層１２を形成する層はセンサスタブ１３よりも低導電性の第１の部分層３１と、この低導電性の第１の部分層に比べて摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２とを有する。このとき摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２は同時に第１の部分層３１よりも高導電性または良導性を有する。特に摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２は、低導電性の第１の部分層３１と比べてできるだけ高い硬度、有利には１０００ＨＶ以上、特に有利には３０００ＨＶ以上の硬度と、最小限の摩擦値、有利には０．０１以下の摩擦値とを有する。
【００３５】
摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２は、少なくともほぼ炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素から成る。低導電性の第１の部分層３１は炭素、例えばダイヤモンド状炭素またはアモルファスダイヤモンド状炭素から成り、特に導電率を低下させるために、酸素およびケイ素を含むこともある。
【００３６】
そのほか、センサスタブ１３または感応層３０の直下に摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２が配置され、その下方にセンサスタブ１３よりも低導電性の第１の部分層３１が配置されることが重要である。これら２つの部分層３１、３２は図４に示されているように部分層の組を形成しており、この組が反復的に複数個配置されている。
【００３７】
一般に摩擦学的に高い負荷に耐えうる第２の部分層３２および低導電性の第１の部分層３１はそれぞれ５０ｎｍ〜５μｍの層厚さ、特に３００ｎｍ〜１μｍの層厚さを有する。
【００３８】
アモルファスダイアモンド状炭素の層を形成するために、前述の絶縁層１２、カバー層１４および接着層３３を製造する実施例と同様に、従来技術の多様な製造プロセスが公知となっている。
【００３９】
アモルファスダイアモンド状炭素の層の特性については、例えば Ｊ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ， ”Ｈａｒｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ （Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ） Ｃａｒｂｏｎ”， Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， ２１， ４， １９９１ １９９頁〜３３３頁、または Ｕ．Ｍｕｅｌｌｅｒ， Ｒ．Ｈａｕｅｒｔ ＆Ｍ．Ｔｏｂｌｅｒ， ”Ｕｌｔｒａｈａｒｔｓｔｏｆｆ Ｂｅｓｃｈｉｃｈｔｕｎｇｅｎ ａｕｓ Ｋｏｈｌｅｎｓｔｏｆｆ”， Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎ ｕｎｄ Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ， ３８， １９９７ ８頁〜１５頁から概観が得られる。
【００４０】
摩耗耐性を有する保護層の機能を果たすために、特にＰＡＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で堆積されたアモルファスダイアモンド状炭素の層が設けられる。ここでデポジションチャンバでは１０ｋＰＡ以下の低ガス圧で充分に高い電圧（数Ｈｚ〜数ＧＨｚまでの直流電圧または交流電圧、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波数電圧）を印加することによりプラズマが形成される。反応ガスとしては例えばアセチレンまたは他の炭化水素ガス、例えば標準条件で気体状のメタン、エタン、プロパン、ブタンなどのアルカン、またはエテン、プロペン、ブテンなどのアルケン、またはアルキン、または標準条件で液体状の化合物、例えばベンゾール、キクロヘキサン、またはトルオールなどが供給される。有利にはアセチレンが用いられる。なぜならこの気体は最高度の炭素水素比を有しており、最も密度が高く最も硬い層が得られるからである。
【００４１】
このようにして形成されたアモルファスダイアモンド状炭素の層は炭化水素層とも称され、一般に１０４Ωｍのオーダーのあまり高くない比抵抗を有する。典型的な層厚さ約１μｍ、接触面の面積約０．５ｃｍ２では短絡抵抗は約２００Ωである。この値は１ｋΩのオーダーのセンサスタブ１３の所望の電気抵抗と比較可能である。センサスタブ１３と絶縁層１２との絶縁を充分に行うためには、絶縁層１２が少なくとも３オーダー大きい比抵抗、すなわち約１０７Ωｍの比抵抗を有するようにする。
【００４２】
絶縁層１２の比抵抗は絶縁層１２の組成を調整するかおよび／または前述の部分層３１、３２を分割することにより高められる。ここで絶縁層１２については全体として純粋なアモルファスダイアモンド状炭素の機械的特性が一貫して保持される。
【００４３】
アモルファスダイアモンド状炭素の層の比抵抗を所望の大きさに高めて導電率の低い第１の部分層３１を構成するために、最も簡単には、製造プロセスにおける堆積パラメータを変更する。例えば層堆積プロセスにおけるオルガノシラノールなど反応ガスの混入量を変更する。その際に、例えばケイ酸化合物をアモルファスダイアモンド状炭素の層へ注入することにより導電率を低下させることができる。
【００４４】
ただしこの手段には、添加される化合物または元素の注入により比抵抗が高くなり、また出来上がった層の摩擦特性が許容不能なまでに劣化することがあるという限界を有している。つまりアモルファスダイアモンド状炭素の層はヘキサメチルジシロキサンを添加することによりガラス化する。これによりきわめて脆く、高い機械的負荷には耐えられない層が生じてしまう。
【００４５】
絶縁層１２を異なる機能を有する２つの部分層３１、３２へ分割することにより、全体としてきわめて良好かつ簡単に、絶縁層１２へ課される導電率および機械的耐性に関する要求を満足することができる。特に低導電性の第１の部分層３１と、摩擦学的に高い負荷に耐えうる高導電性の第２の部分層３２とを並べて配置することにより、全体として機械的に高い負荷に耐え、また充分な延性および接着性を有し、電気的に充分に絶縁された絶縁層１２を得ることができる。
【００４６】
こうした考察に基づいて、接着層３３の形成は有利には１種類の金属または種々の金属の組み合わせをＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＡＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって堆積することにより行われる。これは金属を含むガス、例えば塩化金属または有機金属を反応ガスとして使用して行われる。そのほかに反応ガスとして接着層３３を堆積させるためにテトラメチルシランまたは前述の炭化水素ガスが用いられる。
【００４７】
低導電性の第１の部分層３１は前述のＰＡＣＶＤプロセスを用い、酸素、シラン（特にモノシラン）、オルガノシラン（特にテトラメチルシラン）、オルガノシラノール（特にヘキサメチルジオキソシロキサン）、および炭化水素ガスなどから成る１つまたは複数のガスの混合体を反応ガスとして使用して堆積される。有利にはヘキサメチルジオキソシロキサンおよびアセチレンを反応ガスとして使用する。特に有利には７５重量％のヘキサメチルジオキソシロキサンと２５重量％のアセチレンから成るガスを使用する。これに代えてヘキサメチルジオキソシロキサンのみを用いてもよい。摩擦学的に高い負荷に耐え、高導電性を有する第２の部分層３２を堆積するには、前述のＰＡＣＶＤプロセスにおいて有利にはアセチレンを反応ガスとして使用する。
【００４８】
絶縁層１２となるべき部分層３１、３２から成る層列は、有利には、前述のＰＡＣＶＤプロセスで全てのコーティングが１回の行程で、つまりプラズマの中断なしに形成される。このとき一方の部分層から他方の部分層への移行のときに反応ガスの交換が行われる。これは急激に、または複数の段階に分けて段階的に、または連続的に行ってもよいし、または多数の小さな段階を設けて準連続的に行ってもよい。通常は絶縁層１２の層厚さは全体で６μｍを超えない程度となる。
【００４９】
センサエレメント５が物理測定量の検出の際に測定結果へ及ぼす影響はできる限り小さくすべきであることから、センサエレメント５の平面面積、特に絶縁層１２の面積はつねにできる限り小さく保持される。これにより潤滑化された接触部は本来の表面のあいだのみで生じる。このためにセンサエレメント５が検査すべき基板１０の表面への埋め込まれることもある。またセンサスタブ１３またはカバー層１４の表面が基板１０の上方エッジとできる限り等しい高さとなることが要求される。
【００５０】
さらにできる限り薄いカバー層１４を構成することによりセンサエレメント５の測定信号の誤りが低減される。
【００５１】
また基板１０および／またはボディ２０は例えば硬化鋼（ＤＩＮ材料番号１．４１２５または１．３５０５）から形成されることを付言しておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ボディおよびその上方に配置されたセンサエレメントの平面図である。
【図２】
図１の切断線に沿って切断された断面図である。
【図３】
図２に代わる実施例についての断面図である。
【図４】
カバー層を設けた層構造の詳細を示す断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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