(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラムと、ダイアフラム上に形成される歪みゲージ及び配線とを有する圧力センサにおいて、ダイアフラムの位置決めを行う位置出し治具の溝に嵌まり込む突起が、ダイアフラム上への歪みゲージ又は配線の形成後に除去可能に、ダイアフラムの円筒形外周壁上に設けられたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサにおいて、突起が球体であり、この球体がダイアフラムの円筒形外周壁上に固着されたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、歪みゲージが半導体であることを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
ダイアフラムの円筒形外周壁上に突起を設け、ダイアフラムが挿入される挿入穴と突起が嵌まり込む溝とを有する位置出し治具にダイアフラムを取り付けてダイアフラムの位置決めを行い、しかる後マスクを位置出し治具上からダイアフラムに被せてダイアフラム上に歪みゲージ又は配線を形成することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の圧力センサの製造方法において、突起を球体としたことを特徴とする圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の圧力の測定に、流体の圧力をダイアフラム等の起歪体で受け歪みを検出して電気信号に変換する歪みゲージ形圧力センサが用いられている。歪みゲージ形圧力センサは、圧力を加えることにより歪みが発生するダイアフラム表面の特定箇所に歪みゲージを設け、歪みゲージの圧力による抵抗変化を検知し、これを圧力の大きさとして知る方式の圧力センサである。また、歪みゲージの種類の中で薄膜形歪みゲージがある。これは金属製ダイアフラム上に絶縁膜を介しＮｉ−Ｃｒ等の金属薄膜抵抗やシリコン等の半導体薄膜抵抗を形成し、この薄膜抵抗を歪みゲージとして使用する形式の圧力センサである。
【０００３】
この種の圧力センサは、通常、金属製のダイアフラム、絶縁膜、薄膜抵抗、配線、保護膜から構成されており、特に薄膜抵抗と配線は所定の回路を構成するために重ね合わせの位置関係が決められている。この薄膜抵抗と配線は同時に形成することができないため、薄膜抵抗を形成したダイアフラムの向きを一定の方向に定めて固定した上で、ダイアフラム上に配線を形成する。
【０００４】
従来、ダイアフラムを一定方向に配置するには、ダイアフラムを一つ一つ人力又は機械により位置決めしたり、あるいはダイアフラムの円筒形外周壁の一部に溝やフラット部を形成しこの溝等を利用して治具に対し位置決めしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の位置決め方法によれば、作業量が多くコストが掛かり、またダイアフラムを位置合わせした後でも位置ズレを起こす可能性もある。後者の位置決め方法は、溝やフラット部を設けるための作業が増加し、また溝やフラット部の形成によりダイアフラムの外周壁の肉厚が局所的に削がれて外周壁の肉厚が不均一になり、従ってダイアフラム表面の歪みの発生が不均一となり圧力センサとしての特性を損なうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記諸問題点を解決することができる圧力センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ダイアフラム（１）と、ダイアフラム（１）上に形成される歪みゲージ（３）及び配線（４）とを有する圧力センサにおいて、ダイアフラム（１）の位置決めを行う位置出し治具（５）の溝（８）に嵌まり込む突起（２）が、ダイアフラム（１）上への歪みゲージ（３）又は配線（４）の形成後に除去可能に、ダイアフラム（１）の円筒形外周壁（１ａ）上に設けられた圧力センサを採用する。
【０００８】
この請求項１に係る発明によれば、ダイアフラム（１）の半径方向での局所的薄肉化を来たすことなくダイアフラム（１）の位置決めを適正かつ簡易に行うことができる。従って、歪みゲージ（３）と配線（４）を正確に位置合わせして精度の良い圧力センサとすることができるのはもちろんのこと、突起（２）を利用して圧力センサを圧力測定箇所に精度良く簡易に取り付けることができる。また、突起（２）がダイアフラム（１）の円筒形外周壁（１ａ）上に取り付けられることから、精度の良い小型の圧力センサを得ることができる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、突起（２）が球体（２）であり、この球体（２）がダイアフラム（１）の円筒形外周壁（１ａ）上に固着される圧力センサを採用する。
【００１０】
この請求項２に係る発明によれば、突起（２）を円筒形外周壁（１ａ）上に形成する際に突起（２）に傾きが生ずることがなくなり、従って精度の良い位置決めが可能になる。また、ダイアフラム（１）からの突起（２）の除去も簡易に行うことができる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、歪みゲージ（３）が半導体である圧力センサを採用する。
【００１２】
この請求項３に係る発明によれば、圧力センサを小型化することができる。
【００１３】
また、請求項４の発明は、ダイアフラム（１）の円筒形外周壁（１ａ）上に突起（２）を設け、ダイアフラム（１）が挿入される挿入穴（７）と突起（２）が嵌まり込む溝（８）とを有する位置出し治具（５）にダイアフラム（１）を取り付けてダイアフラム（１）の位置決めを行い、しかる後マスク（６）を位置出し治具（５）上からダイアフラム（１）に被せてダイアフラム（１）上に歪みゲージ（３）又は配線（４）を形成する圧力センサの製造方法を採用する。
【００１４】
この請求項４に係る発明によれば、ダイアフラム（１）の半径方向での局所的薄肉化を来たすことなくダイアフラム（１）の位置決めを適正かつ簡易に行い、歪みゲージ（３）と配線（４）を正確に位置合わせすることができ、圧力センサを精度良く効率的に製造することができる。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の圧力センサの製造方法において、突起を球体（２）とした圧力センサの製造方法を採用する。
【００１６】
この請求項５に係る発明によれば、突起を円筒形外周壁（１ａ）上に形成する際に突起（２）に傾きが生ぜず、従って精度の良い位置決めが可能になる。また、ダイアフラム（１）からの突起（２）の除去も簡易に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、この圧力センサは、ダイアフラム１と、ダイアフラム１上に形成される歪みゲージ３及び配線４とを有する。
【００１９】
ダイアフラム１は、円筒部と円筒部の一端を閉じる薄膜状の円盤部とを備えた形状であり、例えば金属に鍛造等の機械加工を施すことにより形成される。金属としては、破断強度が高くバネ性の良いステンレス鋼材（例えばＳＵＳ６３０）を使用することができる。ダイアフラム１は例えば直径６ｍｍ程度に形成される。
【００２０】
このダイアフラム１の円筒形外周壁１ａ上には、突起が設けられる。突起は円筒形外周壁１ａから半径方向に丸棒、角棒等を突出させることにより形成することができるが、望ましくは球体２として形成される。この球体２がダイアフラム１の円筒形外周壁１ａ上に固着され突起とされる。球体２の固着手段としては、溶接、接着剤等が利用される。球体２は、例えばステンレス鋼材（例えばＳＵＳ４３０）からなる直径１ｍｍ程度の金属製硬球であり、ダイアフラム１の円筒形外周壁１ａにスポット溶接により溶接される。このように、球体２により突起が形成されるので、溶接時に突起に傾きを生ずることがなく、後述するように突起を位置決め部材として使用する場合に支障を来たさない。
【００２１】
歪みゲージ３は、金属製のダイアフラム１の表面１ｂに絶縁膜（図示せず）を介して形成される。すなわち、ダイアフラムの表面１ｂには絶縁膜となるシリコン（二酸化珪素）の薄膜が形成され、この絶縁膜の表面にシリコン薄膜からなる歪みゲージ３が形成される。
【００２２】
配線４は、金製の薄膜により形成され、上記シリコン薄膜製の歪みゲージ３に一部重ね合わせる形でダイアフラムの表面１ｂに形成される。この配線４と上記歪みゲージ３の上には、保護膜である窒化珪素の薄膜（図示せず）が形成される。
【００２３】
このような構成を有する歪みゲージ形の圧力センサは、突起である球体２を位置決め部材として利用することにより、完成直後の圧力センサの電気的特性測定時や継手への取り付け時に容易に位置出した状態で所定箇所に固定される。また、突起である球体２はダイアフラム１から簡単に除去することが出来、圧力センサを実際に使用する直前に予め球体２を取り除いておくことにより、球体２の離脱に伴う圧力センサ等の故障が未然に防止される。球体２はダイアフラム１の円筒形外周壁１ａにスポット状に固着されるので、ダイアフラムから簡易に除去される。
【００２４】
次に、上記構成の圧力センサの製造方法について説明する。
【００２５】
まず、金属製のダイアフラム１を用意し、図１に示すように、その円筒形外周壁１ａ上に突起である球体２を溶接等により接着し固定する。また、ダイアフラムの表面１ｂに絶縁膜であるシリコンの薄膜を形成する。
【００２６】
一方、図２乃至図４に示すように、位置出し治具５と、複数種のマスクとを用意しておく。位置出し治具５は金属等で形成出来た板体であり、この板体に、ダイアフラム１が挿入される挿入穴７と突起である球体２が嵌まり込む溝８とが多数個一定ピッチで形成される。球体２が嵌まり込む溝８は、この挿入穴７の内周面に挿入穴７の軸心に平行に伸びるように形成される。マスクとしては、配線４のパターンに対応した形状の穴６ａを有する配線用マスク６、図示しないが歪みゲージ３のパターンに対応したパターンをする歪みゲージ用マスク等が用意される。
【００２７】
次いで、上記突起である球体２が取り付けられたダイアフラム１を、図２乃至図４に示すように、位置出し治具５の挿入穴７に挿入すると同時に球体２を溝８内に挿入する。球体２が溝８に案内規制されることにより、ダイアフラム１の位置出し治具５内での位置決めが行われ、ダイアフラム１は適正な向きに固定される。
【００２８】
このダイアフラム１を取り付けた位置出し治具５に図示しない歪みゲージ用マスクを位置合わせした状態で被せる等してフォトリソグラフ処理を行い、ダイアフラムの表面１ｂ上に歪みゲージ３を形成する。この薄膜歪みゲージ３は半導体として機能する。
【００２９】
次に、歪みゲージ用マスクに代えて配線用マスク６を位置出し治具５上からダイアフラム１に被せる等してフォトリソグラフ処理を行い、ダイアフラムの表面１ｂに配線４の回路を形成する。これにより、シリコン薄膜製の歪みゲージ３に一部重ね合わせる形で配線４の回路が形成される。この配線４の形成工程では他の位置出し治具を用いることも可能である。その場合も突起である球体２を位置決め手段として利用することでダイアフラム１を他の治具に簡易に位置決めし固定することができる。
【００３０】
最後に窒化珪素薄膜をダイアフラムの表面１ｂに形成し、歪みゲージ３等を保護し、圧力センサとして完成する。
【００３１】
ここで、上記位置決め用の突起をダイアフラムの円筒形外周壁に設けた場合と、従来のごとく位置決め用の溝をダイアフラムの円筒形外周壁に設けた場合とを比較して説明する。
【００３２】
図５及び図６に示すように、本発明では突起２ａをダイアフラム１の円筒形外周壁１ａに取り付けてあるので突起２ａの位置決めに使用する箇所は円筒形外周壁１ａの半径より大きく、従来のダイアフラム１の円筒形外周壁１ａに溝９を掘る形に比較し同じはめあい公差でも回転方向の位置精度が良くなる。例えば、半径３ｍｍの円筒を±０．０５ｍｍのすきま公差で回転方向に位置決めしようとする場合、半径より０．５ｍｍ離れた３．５ｍｍの位置で位置決めする時と、０．５ｍｍの深さの溝９により半径３ｍｍの付近で位置決めする時とでは、前者では回転方向に１．６６度（０．８３度×２）、後者では回転方向に１．９４度（０．９７度×２）と、０．２８度の位置合わせ精度の差が生じる。この効果はダイアフラム１の径が小さいほど効果が顕著になる。従って、本発明によれば小型の圧力センサを精度良く製造する上で有利となる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、ダイアフラムと、ダイアフラム上に形成される歪みゲージ及び配線とを有する圧力センサにおいて、ダイアフラムの位置決めを行う位置出し治具の溝に嵌まり込む突起が、ダイアフラム上への歪みゲージ又は配線の形成後に除去可能に、ダイアフラムの円筒形外周壁上に設けられたことから、ダイアフラムの半径方向での局所的薄肉化を来たすことなくダイアフラムの位置決めを適正かつ簡易に行うことができる。従って、歪みゲージと配線を正確に位置合わせして精度の良い圧力センサとすることができるのはもちろんのこと、突起を利用して圧力センサを圧力測定箇所に精度良く簡易に取り付けることができる。また、突起がダイアフラムの円筒形外周壁上に取り付けられることから、精度の良い小型の圧力センサを得ることができる。
【００３４】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の圧力センサにおいて、突起が球体であり、この球体がダイアフラムの円筒形外周壁上に固着されるものであるから、突起を円筒形外周壁上に形成する際に突起に傾きが生ずることがなくなり、従って精度の良い位置決めが可能になる。また、ダイアフラムからの突起の除去も簡易に行うことができる。
【００３５】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、歪みゲージが半導体であることから、圧力センサを小型化することができる。
【００３６】
請求項４に係る発明によれば、ダイアフラムの円筒形外周壁上に突起を設け、ダイアフラムが挿入される挿入穴と突起が嵌まり込む溝とを有する位置出し治具にダイアフラムを取り付けてダイアフラムの位置決めを行い、しかる後マスクを位置出し治具上からダイアフラムに被せてダイアフラム上に歪みゲージ又は配線を形成する圧力センサの製造方法であるから、ダイアフラムの半径方向での局所的薄肉化を来たすことなくダイアフラムの位置決めを適正かつ簡易に行い、歪みゲージと配線を正確に位置合わせすることができ、圧力センサを精度良く効率的に製造することができる。
【００３７】
請求項５に係る発明によれば、請求項４に記載の圧力センサの製造方法において、突起を球体としたことから、突起を円筒形外周壁上に形成する際に突起に傾きが生ぜず、従って精度の良い位置決めが可能になる。また、ダイアフラムからの突起の除去も簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧力センサの斜視図である。
【図２】本発明に係る圧力センサの製造方法を説明する斜視図である。
【図３】図２中、Ａ部拡大斜視図である。
【図４】図２中、Ａ部拡大平面図である。
【図５】ダイアフラムの円筒形外周壁上に突起を設けた場合の位置決め精度を説明する模式図である。
【図６】ダイアフラムの円筒形外周壁上に溝を設けた場合の位置決め精度を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…ダイアフラム
１ａ…円筒形外周壁
２…突起
３…歪みゲージ
４…配線
５…位置出し治具
６…マスク
７…挿入穴
８…溝
【図１】
0003958592.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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