物理量検出器の製造方法
【課題】内部のポア（気泡）や充填不良などがなく、起歪部を高い寸法精度及び表面平滑性で形成でき、かつ、少ない加工工程及び低い加工コストでセンサ特性に優れた物理量検出器を製造できる方法を提供する。
【解決手段】一端が起歪部で閉鎖された筒部と、起歪部の上に形成されたセンサ部を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型（１０）内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造する。前記金型は、キャビティ（１４）を形成する２つ以上の割り型（１１，１２）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成され、さらにキャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコア（１６）を備えている。別の態様においては、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成される。
【解決手段】一端が起歪部で閉鎖された筒部と、起歪部の上に形成されたセンサ部を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型（１０）内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造する。前記金型は、キャビティ（１４）を形成する２つ以上の割り型（１１，１２）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成され、さらにキャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコア（１６）を備えている。別の態様においては、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧や加重等を測定するための物理量検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、物理量検出器の代表的な例である圧力センサは、円筒部の一端を起歪部で閉鎖したセンサ部材を備え、起歪部をダイアフラムとして使用するようになっている。
この圧力センサは、例えば特開２００４−４５０４８号公報（特許文献１）に記載のように、次のような工程で作られる。
【０００３】
まず、図４に示されるように、機械加工や鍛造で製造したセンサ部材１としての筒部２の起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａをポリッシングにより鏡面仕上げする。ポリッシングした起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａにＳｉＯ２等の絶縁膜５をＣＶＤ法やスパッタリング法などにより成膜する。その後、該絶縁膜５の上に金属又は半導体薄膜等をＣＶＤ法やスパッタリング法などにより成膜し、フォトリソグラフィ法により所定の形状にパターンエッチングして金属又は半導体薄膜等からなる歪みゲージ６を形成した後、該歪みゲージ６の上に、回路に接続するための電極７を金、アルミニウム等で形成し、さらに歪みゲージ６を水蒸気等から保護するためのＳｉＮ等の保護膜８を形成してセンサ部４を形成し、圧力センサ、荷重センサ等の物理量検出器として仕上げる。
【０００４】
このように作製された圧力センサは、そのセンサ部材１の筒部２が配管等に固定されることにより、所望の圧力検出箇所に設置される。圧力検出箇所を流れるガス、液体等の流体は、筒部２内部の穴部２ａを導入孔としてセンサ部材１内に導入され、起歪部（ダイアフラム）３の裏面に至る。起歪部（ダイアフラム）３が流体の圧力により弾性変形すると、その歪みは絶縁膜５を介して歪みゲージ６に伝えられ、歪みゲージ６はその歪みにより抵抗値を変える。これにより、歪みゲージ６は圧力の変化を抵抗の変化に変換して電気信号として出力する。歪みゲージ６の出力は、図示しないボンドワイヤ、中継基板、入出力端子等を経て圧力センサ外に取り出され、流体の圧力情報として所定の制御装置へと送られる。
【０００５】
また、前記センサ部４を２層の導体薄膜で構成することも知られている。例えば、前記特許文献１に開示されているように、センサ部材１の起歪部（ダイアフラム）３の表面に形成された絶縁膜５の上に、第一の導体薄膜が形成され、さらに第二の導体薄膜が第一の導体薄膜と対向するように所定高さだけ上部に配置される。第二の導体薄膜は絶縁膜上に固着されるキャップの内面に形成され、キャップの外面には第二の導体薄膜に電気的に導通する電極が形成される。この圧力センサによれば、第一と第二の導体薄膜はコンデンサを形成し、センサ部材内に流入した流体の圧力によりダイアフラムに弾性変形が生じると共に、ダイアフラム上に形成された絶縁膜と第一の導体薄膜も変形する。第一の導体薄膜の変形により第一と第二の導体薄膜の間隔が変化して静電容量が増減し、この静電容量の変化により圧力、荷重の変化が出力される。
【０００６】
従来、圧力センサは、センサ部材の外径寸法を同じにしてダイアフラムの厚さを変えることにより、各種圧力レンジに対応できるようにしている。このセンサ部材には析出硬化型のステンレス鋼ＳＵＳ６３０が多く使用され、機械加工により製造されているが、ダイアフラムの厚さが薄くなるに従って加工精度の確保が困難になり、また、センサ部材を所定の形状に仕上げるためには、機械加工、ラッピング加工が必要であることから、加工コストが高くなるという問題があった。
このような問題を解決すべく、前記特許文献１には、圧力センサのダイヤフラムの部分をＺｒ、Ｔｉ又はＰｄを主成分とした金属ガラス（非晶質合金）を生成する組成の合金を過冷却液体領域で鍛造して起歪部を形成することが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−４５０４８号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載の方法によれば、従来の切削、研削加工等の機械加工で作製する方法に比べて、非晶質合金の過冷却液体領域を利用した加圧鍛造法を採用することにより、大幅に製造工程を削減できるというメリットがある。しかしながら、このような加圧鍛造法においては、金型凹部内に合金のバルクを挿入し、過冷却液体領域まで加熱した後、成形パンチを凹部内に押し込んでバルクを鍛造加工するが、センサ部材の起歪部内面（筒部内部の穴部側の裏面）にしわ等が入るなど、内面の転写性不良を発生し易く、起歪部の表面平滑性の点でさらに改善する必要があり、さらに加圧鍛造できる起歪部の厚さにも限界がある。また、成形条件の制御が困難であり、鍛造材内部のポア（気泡）や充填不良などの発生率を少なくするためにはさらなる改善の余地がある。特に、圧力センサとして重要な部分である起歪部については、高い寸法精度及び表面平滑性が要求され、さらなる転写精度の向上が望まれている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、前記したような従来技術の問題を解消し、内部のポア（気泡）や充填不良などの発生がなく、特に圧力センサとして重要な部分である起歪部を高い寸法精度及び表面平滑性で形成でき、かつ、少ない加工工程及び低い加工コストでセンサ特性に優れた物理量検出器を製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によれば、一端が起歪部で閉鎖された筒部と、起歪部の上に形成されたセンサ部を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造することを特徴とする物理量検出器の製造方法が提供される。
【００１０】
好適な態様においては、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアと、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成されている。また、別の好適な態様においては、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されている。さらに好適な態様においては、前記キャビティの起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の物理量検出器の製造方法によれば、センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化する方法、所謂、真空ダイカスト法もしくは高圧ダイカスト法により製造するものであるため、製造工程が大幅に低減できると共に、転写性が高く、内部のポア（気泡）や充填不良などの発生がなく、特に圧力センサとして重要な部分である起歪部を高い寸法精度及び表面平滑性で形成でき、センサ特性に優れた圧力センサ等の物理量検出器を生産性良く比較的低コストで製造することができる。従って、外径が約５ｍｍ以下である圧力センサのような小さい物理量検出器であっても、高精度で製造することができる。
【００１２】
また、本発明の第一の好適な態様によれば、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアと、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成されている。従って、インサートコアの起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた物理量検出器を製造することが可能となる。
【００１３】
本発明の第二の好適な態様によれば、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されているため、金型の起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた圧力センサ等の物理量検出器を製造することが可能となる。
さらに、前記キャビティの起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されている好適な態様によれば、起歪部が平坦で表面平滑性に優れた物理量検出器を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
前記したように、本発明の物理量検出器の製造方法は、センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化する方法、所謂、真空ダイカスト法もしくは高圧ダイカスト法により製造するものであるが、上記金型は、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、第一の好適な態様によれば、さらにキャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアを備えており、一方、第二の好適な態様によれば、インサートコアを使用せずに、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されている。
【００１５】
上記第二の好適な態様によれば、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されており、起歪部に対応するキャビティ部分の位置がゲート付近にあるため、膜厚の薄い起歪部に対応するキャビティ部分にも合金溶湯の充填が容易であるというメリットがある。但し、図４に示すような圧力センサの場合、筒部２の外周に段差部３ｂがあり、鋳造品の金型からの取出しの点で、この段差部３ｂの後加工が必要になる。これに対し、上記第一の好適な態様によれば、このような後加工は必要ないというメリットがあるが、起歪部に対応するキャビティ部分の位置がゲートから遠いため、合金溶湯の充填が第二の好適な態様に比べて困難となり易い。そのため、鋳造された起歪部内面に湯ジワを生じる場合がある。このような湯ジワは、溶湯温度を高くしたり、金型温度や射出速度を上げるなどの方策により解消できる。
【００１６】
上記のような合金溶湯の充填性等の点から、金型の温度は、常温〜３５０℃、好ましくは１００℃〜３５０℃に設定することが望ましい。
金型の温度が高いほど、圧力センサのような小さい製品を鋳造したときの気泡等の欠陥が少なくなる。金型の温度が低すぎる場合、射出・充填時に急速冷却されるので鋳造性が低下し、キャビティ内にうまく溶湯が充填し難くなる。逆に、３５０℃を越える場合、金型が酸化され易くなり、耐久性が悪くなる。さらに、非晶質合金（金属ガラス）が結晶化に近づくことによる物性の低下現象が起こり易くなる。
【００１７】
このような方法により、キャビティ内に充填された合金溶湯は射出圧により加圧されているため、圧力センサのような薄膜の起歪部を有するセンサ部材であっても、高い寸法精度でキャビティ形状を忠実に再現した緻密で表面平滑なセンサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を量産性良く、従って低コストで製造することができる。
また、前記工程を真空中又は不活性ガス雰囲気下において行うことにより、合金溶湯の酸化皮膜の形成を防止し、良好な品質の非晶質合金成形品を製造することができる。なお、溶湯の酸化皮膜形成を防止するためには、装置全体を真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中に配置するか、あるいは少なくとも合金溶湯が露出している溶解用容器の上部に不活性ガスを流すことが好ましい。
【００１８】
上記センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）の材質としては、実質的に非晶質の合金からなる製品を得ることができる材料であれば全て使用可能であり、特定の材料に限定されるものではないが、中でも、下記一般式で示されるガラス遷移温度（Ｔｇ）と結晶化温度（Ｔｘ）の温度差が極めて広いＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系（ＴＭ：遷移金属）非晶質合金を用いることが好ましい。
一般式：ＸａＭｂＡｌｃ
但し、ＸはＺｒ及びＨｆから選ばれる１種又は２種の元素、ＭはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ａ、ｂ、ｃは原子％で、２５≦ａ≦８５、５≦ｂ≦７０、０＜ｃ≦３５で示される組成を有し、少なくとも体積率５０％以上の非晶質相を含む非晶質合金。
【００１９】
このようなＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は、高強度、高耐食性であると共に、過冷却液体領域（ガラス遷移領域）ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇが３０Ｋ以上、特にＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は６０Ｋ以上と極めて広く、この温度領域では粘性流動により数１０ＭＰａ以下の低応力でも非常に良好な加工性を示す。また、冷却速度が数１０Ｋ／ｓ程度の鋳造法によっても非晶質バルク材が得られるなど、非常に安定で製造し易い特徴を持っている。これらの合金は、溶湯からの金型鋳造によっても、金型形状及び寸法を極めて忠実に再現する。
従って、高い寸法精度でキャビティ形状を忠実に再現した緻密で表面平滑なセンサ部材を量産性良く製造することができ、またそのヤング率が低いことにより、通常の圧力センサよりも高い感度が得られ、さらに、強度が高いために通常の圧力センサよりも高い圧力までセンサとして使用できる。
【００２０】
本発明に利用されるこのＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は、合金組成、測定法によっても異なるが、非常に大きなΔＴｘの範囲を持っている。例えばＺｒ６０Ａｌ１５Ｃｏ２．５Ｎｉ７．５Ｃｕ１５合金（Ｔｇ：６５２Ｋ、Ｔｘ：７６８Ｋ）のΔＴｘは１１６Ｋと極めて広い。耐酸化性も極めて良く、空気中でＴｇまでの高温に熱してもほとんど酸化されない。硬度は室温からＴｇ付近までビッカース硬度（Ｈｖ）で４６０（ＤＰＮ）、引張強度は１，６００ＭＰａ、曲げ強度は３，０００ＭＰａに達する。熱膨張率αは室温からＴｇ付近まで１×１０−５／Ｋと小さく、ヤング率は９１ＧＰａ、圧縮時の弾性限界は４〜５％を超える。さらに靭性も高く、シャルピー衝撃値で６〜７Ｊ／ｃｍ２を示す。このように非常に高強度の特性を示しながら、ガラス遷移領域まで加熱されると、流動応力は１０ＭＰａ程度まで低下する。しかも、いわゆるガラス（非晶質）としての特性から加工（変形）表面は極めて平滑性が高く、結晶合金を変形させたときのように滑り帯が表面に現われるステップなどは実質的に発生しない特徴を持っている。
【００２１】
一般に、非晶質合金はガラス遷移領域まで加熱すると長時間の保持によって結晶化が始まるが、本合金のようにΔＴｘが広い合金は非晶質相が安定であり、ΔＴｘ内の温度を適当に選べば２時間程度までは結晶が発生せず、通常の成形加工においては結晶化を懸念する必要はない。
また、本合金は溶湯からの凝固においてもこの特性を如何なく発揮する。一般に非晶質合金の製造には急速な冷却が必要とされるが、本合金は冷却速度１０Ｋ／ｓ程度の冷却で溶湯から容易に非晶質単相からなるバルク材を得ることができる。その凝固表面はやはり極めて平滑であり、金型表面のミクロンオーダーの研磨傷でさえも忠実に再現する転写性を持っている。
【００２２】
なお、前記一般式ＸａＭｂＡｌｃで示される非晶質合金は、５原子％以下の割合でＴｉ、Ｃ、Ｂ、Ｇｅ、Ｂｉなどの元素を含有する場合でも、上記と同様の特性を示す非晶質合金が得られる。
【実施例】
【００２３】
以下、添付図面に示す実施例を説明しながら本発明についてさらに具体的に説明する。
図１は、本発明の方法により非晶質合金製のセンサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を製造する装置の一実施例の概略構成を示している。
金型１０は上型１１と下型１２とからなり、上型１１には鋳造品の外形寸法を規制する４個のキャビティ１４が対称的に形成されている。これらのキャビティ１４は、上型１１と下型１２の分割面Ｐに沿って上型１１下面に形成された湯道１３によって連通されており、射出された合金溶湯が各キャビティ１４内に湯道１３を通して流入されるように構成されている。また、上型１１内には、各キャビティ１４の上に孔部１５が形成されており、各孔部１５にはインサートコア１６が挿入され、充填された合金溶湯をインサートコア１６で上面より押える設計とされている。これにより、シール圧を高め、先端方向へのバリの発生を抑える構造となっている。
【００２４】
一方、下型１２の所定箇所には上記湯道１３と連通する注湯口１７が形成されていると共に、上記キャビティ１４に対応する位置に孔部１８が形成され、この孔部１８に鋳造品の内部寸法を規制するインサートピン１９が挿入されている。なお、下型１２の注湯口１７には、セラミックス、熱伝導率の小さな金属などの断熱材から作製された口金を装着したり、合金溶湯を充填し易いように下方に向って拡げられた逆テーパ状に形成したり、あるいは、後述する溶解用容器２０の上端部を収容するための凹部を形成したりすることができる。
【００２５】
なお、金型１０は、銅、銅合金、又は超硬合金その他の金属材料から作製することができるが、キャビティ１４内に充填された溶湯の冷却速度を速くするために、熱容量が大きくかつ熱伝導率の高い材料、例えば銅合金製等とすることが好ましい。また上型１１には冷却水、冷媒ガス等の冷却媒体を流通させる流路が配設されているが、それらの図示は省略する。
【００２６】
溶解用容器２０は、円筒状の原料収容部２１と、該原料収容部２１内に摺動自在に配置された溶湯移動具２２とからなり、前記下型１２の注湯口１７の真下に昇降自在に配設されている。溶湯移動具２２は原料収容部２１の内径と略等しい径を有し、図示しない油圧シリンダ（又は空圧シリンダ）のプランジャ２３により上下動される。また、溶解用容器２０の原料収容部２１の周囲には、加熱源として誘導コイル２４が配設されている。加熱源としては、高周波誘導加熱の他、抵抗加熱等の任意の手段を採用できる。上記原料収容部２１及び溶湯移動具２２の材質としては、セラミックス、耐熱皮膜コーティング金属材料などの耐熱性材料が好ましい。
なお、溶湯の酸化皮膜形成を防止するために、装置全体を真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中に配置するか、あるいは少なくとも下型１２と溶解用容器２０の原料収容部２１上部との間に不活性ガスを流すことが好ましい。
【００２７】
本発明の物理量検出器、例えば圧力センサのセンサ部材の製造に際しては、まず、溶解用容器２０が金型１０の下方に離間した状態において、原料収容部２１内の溶湯移動具２２上の空間内に前記したような非晶質合金を生じ得る組成の合金原料Ａを装填する。合金原料Ａとしては棒状、ペレット状、粉末状等の任意の形態のものを使用できる。
【００２８】
次いで、誘導コイル２４を励磁して合金原料Ａを急速に加熱する。合金原料Ａが溶解したかどうかを溶湯温度を検出して確認した後、誘導コイル２４を消磁し、溶解用容器２０をその上端が下型１２の下面に当接するまで上昇させ（図１に示す状態）、次いで油圧シリンダを作動させて溶湯移動具２２を急速に上昇させ、溶湯を金型１０の注湯口１７から射出する。射出された溶湯は湯道１３を経て各キャビティ１４内に注入、加圧される。この際、射出温度、射出速度等を適宜設定することにより、１０３Ｋ／ｓ以上の冷却速度が得られる。その後、溶解用容器２０を下降させ、上型１１と下型１２を分離して製品を取り出す。
【００２９】
前記の方法で製造された鋳造後の製品形状を図２に示す。鋳造品３０から筒体３１を切断・分離し（切断線は図１に２点鎖線Ｌ１で示す）、その切断面のバリ取り、研磨を行なうことにより、鋳型のキャビティ面を忠実に再現した平滑な表面を有する図４に示すようなセンサ部材１（一端が起歪部３で閉鎖された筒部２）が得られる。
このようなダイカスト法を使用すれば、図４に示す起歪部３の表面を研磨することなく、そのまま製品とすることができる。
【００３０】
前記図１に示す装置の場合、キャビティ１４は上型１１に形成され、起歪部３の表面に対応する面はインサートコア１６の下面となっている。従って、インサートコア１６の起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた製品を製造することが可能となる。しかしながら、キャビティ１４が上型１１と下型１２にまたがって形成された場合、起歪部３の表面に対応する面はキャビティの凹面となるため、この面の鏡面研磨はし難くなる。従って、前記のようなインサートコア１６を用いない場合、起歪部表面に対応する面は、上型１１と下型１２の分割面Ｐに配されるようにすることが好ましい。そのような例を図３に示す。
【００３１】
図３に示す装置の金型１０ａでは、上型１１ａに形成されたキャビティ１４ａは、起歪部表面に対応する面が上型１１ａと下型１２ａの分割面Ｐに配されるように形成されていると共に、上記キャビティ１４ａの上に形成された孔部１８ａにインサートピン１９が上方から挿入されている点において、図１に示す装置と異なるが、他の構造や溶解容器等及び作業手順は図１に示す装置と実質的に同一であるので、それらの説明は省略する。このように、起歪部表面に対応する面が上型１１ａと下型１２ａの分割面Ｐに配されるようにキャビティ１４ａを形成することにより、下型１２ａの平坦な分割面Ｐの鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた製品を製造することが可能となる。但し、図４に示すような圧力センサの場合、筒部２の外周に段差部３ｂがあり、鋳造品の金型からの取出しの点で、筒部に対応するキャビティ部分１４ｂは、図３に示されるように拡大された構造とするか、あるいは柱状構造とする必要がある。従って、合金溶湯Ａ’がこの拡大されたキャビティ部分１４ｂにも充填された鋳造品について、図３に鎖線Ｌ２で示す部分まで切削加工して、段差部３ｂを後加工する必要がある。
【００３２】
以上のようにして製造されたセンサ部材１としての筒部２の起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａには、従来と同様にして絶縁膜５、金属又は半導体薄膜等の歪みゲージ６、電極７、保護膜８等が積層形成され、図４に示すような圧力センサが作製される。尚、本発明の方法により製造されたダイアフラムは、一発転写成形したものをそのまま利用してもよいが、必要によっては起歪部外表面に研磨加工を施し、より平滑度の精度を向上させてもよい。
【００３３】
以下、本発明の効果を具体的に確認した試験例について説明する
＜サンプルの作製＞
図１に示されるような装置を用い、１×１０−４Ｔｏｒｒの真空雰囲気下において、予め溶製したＺｒ５５Ａｌ１０Ｎｉ５Ｃｕ３０合金インゴットを１１００℃〜１３００℃の範囲で高周波溶解し、キャビティ１４を有する金型１０内に射出して充填させた。１００℃／秒以上の速度で急冷させた後、取り出し、図２に示されるような鋳造品３０のランナー部を切断除去し（図１の２点鎖線の位置）、切断面のバリ取り、端面研削を行った後、洗浄、乾燥工程を経て、図４に示すようなセンサ部材１を作製した（最外径５ｍｍ以下）。
【００３４】
上記のようにして作製された５個のセンサ部材について、以下の評価試験を行った。
構造試験：
（株）島津製作所製ＸＲＤ装置（ＸＲＤ−６１００）を用い、Ｘ線回折法によりサンプル（センサ部材）の起歪部表面の構造解析を行った。その結果、サンプルは全て非晶質合金であった。
【００３５】
同心度（外径と内径の差）評価試験：
ＤＧＰ社製スマートコープＺＩＰ２５０Ｓ型を使用し、サンプル上方から光を照射し、上部検出器に映し出されたサンプルの影のエッジの集合体から形状を測定し、円筒部の外径と円筒部の内径の同心度のずれを測定した。
【００３６】
起歪部厚み評価試験：
（株）ミツトヨ製デジマチックインジケータＩＤ−Ｆ１２５を使用し、定盤上にサンプルを置き、定盤表面をゼロ点として、定盤からサンプル上部までの距離を測定した。
【００３７】
表面粗さ試験：
（株）東京精密製の表面粗さ測定機サーフコム１４００Ｄを使用し、測定子を起歪部外表面にあて移動させることで起歪部表面の表面粗さを測定した。
【００３８】
前記各試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００３９】
前記表１に示されるように、起歪部厚さは０．２ｍｍ以下と非常に薄肉なものとすることができた（それにより、感度向上が期待できる）。また、いずれのサンプルにおいても、起歪部表面が非常に平滑度の高いものとなり、歪ゲージを取り付けるのには非常に良好な結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のセンサ部材の製造に用いる装置の一実施形態の概略部分断面図である。
【図２】図１に示す装置で製造された鋳造品の斜視図である。
【図３】本発明のセンサ部材の製造に用いる装置の他の実施形態の概略部分断面図である。
【図４】物理量検出器である圧力センサの一例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：センサ部材
２：筒部
３：起歪部（ダイアフラム）
４：センサ部
５：絶縁膜
６：歪みゲージ
７：電極
８：保護膜
１０，１０ａ：金型
１１，１１ａ：上型
１２，１２ａ：下型
１４，１４ａ：キャビティ
１６：インサートコア
１９：インサートピン
２０：溶解用容器
２１：原料収容部
２２：溶湯移動具
３０：鋳造品
Ａ：合金原料
Ａ’：合金溶湯
Ｐ：分割面
Ｌ１，Ｌ２：切断線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧や加重等を測定するための物理量検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、物理量検出器の代表的な例である圧力センサは、円筒部の一端を起歪部で閉鎖したセンサ部材を備え、起歪部をダイアフラムとして使用するようになっている。
この圧力センサは、例えば特開２００４−４５０４８号公報（特許文献１）に記載のように、次のような工程で作られる。
【０００３】
まず、図４に示されるように、機械加工や鍛造で製造したセンサ部材１としての筒部２の起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａをポリッシングにより鏡面仕上げする。ポリッシングした起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａにＳｉＯ２等の絶縁膜５をＣＶＤ法やスパッタリング法などにより成膜する。その後、該絶縁膜５の上に金属又は半導体薄膜等をＣＶＤ法やスパッタリング法などにより成膜し、フォトリソグラフィ法により所定の形状にパターンエッチングして金属又は半導体薄膜等からなる歪みゲージ６を形成した後、該歪みゲージ６の上に、回路に接続するための電極７を金、アルミニウム等で形成し、さらに歪みゲージ６を水蒸気等から保護するためのＳｉＮ等の保護膜８を形成してセンサ部４を形成し、圧力センサ、荷重センサ等の物理量検出器として仕上げる。
【０００４】
このように作製された圧力センサは、そのセンサ部材１の筒部２が配管等に固定されることにより、所望の圧力検出箇所に設置される。圧力検出箇所を流れるガス、液体等の流体は、筒部２内部の穴部２ａを導入孔としてセンサ部材１内に導入され、起歪部（ダイアフラム）３の裏面に至る。起歪部（ダイアフラム）３が流体の圧力により弾性変形すると、その歪みは絶縁膜５を介して歪みゲージ６に伝えられ、歪みゲージ６はその歪みにより抵抗値を変える。これにより、歪みゲージ６は圧力の変化を抵抗の変化に変換して電気信号として出力する。歪みゲージ６の出力は、図示しないボンドワイヤ、中継基板、入出力端子等を経て圧力センサ外に取り出され、流体の圧力情報として所定の制御装置へと送られる。
【０００５】
また、前記センサ部４を２層の導体薄膜で構成することも知られている。例えば、前記特許文献１に開示されているように、センサ部材１の起歪部（ダイアフラム）３の表面に形成された絶縁膜５の上に、第一の導体薄膜が形成され、さらに第二の導体薄膜が第一の導体薄膜と対向するように所定高さだけ上部に配置される。第二の導体薄膜は絶縁膜上に固着されるキャップの内面に形成され、キャップの外面には第二の導体薄膜に電気的に導通する電極が形成される。この圧力センサによれば、第一と第二の導体薄膜はコンデンサを形成し、センサ部材内に流入した流体の圧力によりダイアフラムに弾性変形が生じると共に、ダイアフラム上に形成された絶縁膜と第一の導体薄膜も変形する。第一の導体薄膜の変形により第一と第二の導体薄膜の間隔が変化して静電容量が増減し、この静電容量の変化により圧力、荷重の変化が出力される。
【０００６】
従来、圧力センサは、センサ部材の外径寸法を同じにしてダイアフラムの厚さを変えることにより、各種圧力レンジに対応できるようにしている。このセンサ部材には析出硬化型のステンレス鋼ＳＵＳ６３０が多く使用され、機械加工により製造されているが、ダイアフラムの厚さが薄くなるに従って加工精度の確保が困難になり、また、センサ部材を所定の形状に仕上げるためには、機械加工、ラッピング加工が必要であることから、加工コストが高くなるという問題があった。
このような問題を解決すべく、前記特許文献１には、圧力センサのダイヤフラムの部分をＺｒ、Ｔｉ又はＰｄを主成分とした金属ガラス（非晶質合金）を生成する組成の合金を過冷却液体領域で鍛造して起歪部を形成することが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−４５０４８号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載の方法によれば、従来の切削、研削加工等の機械加工で作製する方法に比べて、非晶質合金の過冷却液体領域を利用した加圧鍛造法を採用することにより、大幅に製造工程を削減できるというメリットがある。しかしながら、このような加圧鍛造法においては、金型凹部内に合金のバルクを挿入し、過冷却液体領域まで加熱した後、成形パンチを凹部内に押し込んでバルクを鍛造加工するが、センサ部材の起歪部内面（筒部内部の穴部側の裏面）にしわ等が入るなど、内面の転写性不良を発生し易く、起歪部の表面平滑性の点でさらに改善する必要があり、さらに加圧鍛造できる起歪部の厚さにも限界がある。また、成形条件の制御が困難であり、鍛造材内部のポア（気泡）や充填不良などの発生率を少なくするためにはさらなる改善の余地がある。特に、圧力センサとして重要な部分である起歪部については、高い寸法精度及び表面平滑性が要求され、さらなる転写精度の向上が望まれている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、前記したような従来技術の問題を解消し、内部のポア（気泡）や充填不良などの発生がなく、特に圧力センサとして重要な部分である起歪部を高い寸法精度及び表面平滑性で形成でき、かつ、少ない加工工程及び低い加工コストでセンサ特性に優れた物理量検出器を製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明によれば、一端が起歪部で閉鎖された筒部と、起歪部の上に形成されたセンサ部を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造することを特徴とする物理量検出器の製造方法が提供される。
【００１０】
好適な態様においては、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアと、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成されている。また、別の好適な態様においては、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されている。さらに好適な態様においては、前記キャビティの起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の物理量検出器の製造方法によれば、センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化する方法、所謂、真空ダイカスト法もしくは高圧ダイカスト法により製造するものであるため、製造工程が大幅に低減できると共に、転写性が高く、内部のポア（気泡）や充填不良などの発生がなく、特に圧力センサとして重要な部分である起歪部を高い寸法精度及び表面平滑性で形成でき、センサ特性に優れた圧力センサ等の物理量検出器を生産性良く比較的低コストで製造することができる。従って、外径が約５ｍｍ以下である圧力センサのような小さい物理量検出器であっても、高精度で製造することができる。
【００１２】
また、本発明の第一の好適な態様によれば、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアと、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成されている。従って、インサートコアの起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた物理量検出器を製造することが可能となる。
【００１３】
本発明の第二の好適な態様によれば、前記金型が、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されているため、金型の起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた圧力センサ等の物理量検出器を製造することが可能となる。
さらに、前記キャビティの起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されている好適な態様によれば、起歪部が平坦で表面平滑性に優れた物理量検出器を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
前記したように、本発明の物理量検出器の製造方法は、センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型内に充填した後、冷却して非晶質化する方法、所謂、真空ダイカスト法もしくは高圧ダイカスト法により製造するものであるが、上記金型は、キャビティを形成する２つ以上の割り型と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピンとから構成され、第一の好適な態様によれば、さらにキャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコアを備えており、一方、第二の好適な態様によれば、インサートコアを使用せずに、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されている。
【００１５】
上記第二の好適な態様によれば、金型の分割面が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されており、起歪部に対応するキャビティ部分の位置がゲート付近にあるため、膜厚の薄い起歪部に対応するキャビティ部分にも合金溶湯の充填が容易であるというメリットがある。但し、図４に示すような圧力センサの場合、筒部２の外周に段差部３ｂがあり、鋳造品の金型からの取出しの点で、この段差部３ｂの後加工が必要になる。これに対し、上記第一の好適な態様によれば、このような後加工は必要ないというメリットがあるが、起歪部に対応するキャビティ部分の位置がゲートから遠いため、合金溶湯の充填が第二の好適な態様に比べて困難となり易い。そのため、鋳造された起歪部内面に湯ジワを生じる場合がある。このような湯ジワは、溶湯温度を高くしたり、金型温度や射出速度を上げるなどの方策により解消できる。
【００１６】
上記のような合金溶湯の充填性等の点から、金型の温度は、常温〜３５０℃、好ましくは１００℃〜３５０℃に設定することが望ましい。
金型の温度が高いほど、圧力センサのような小さい製品を鋳造したときの気泡等の欠陥が少なくなる。金型の温度が低すぎる場合、射出・充填時に急速冷却されるので鋳造性が低下し、キャビティ内にうまく溶湯が充填し難くなる。逆に、３５０℃を越える場合、金型が酸化され易くなり、耐久性が悪くなる。さらに、非晶質合金（金属ガラス）が結晶化に近づくことによる物性の低下現象が起こり易くなる。
【００１７】
このような方法により、キャビティ内に充填された合金溶湯は射出圧により加圧されているため、圧力センサのような薄膜の起歪部を有するセンサ部材であっても、高い寸法精度でキャビティ形状を忠実に再現した緻密で表面平滑なセンサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を量産性良く、従って低コストで製造することができる。
また、前記工程を真空中又は不活性ガス雰囲気下において行うことにより、合金溶湯の酸化皮膜の形成を防止し、良好な品質の非晶質合金成形品を製造することができる。なお、溶湯の酸化皮膜形成を防止するためには、装置全体を真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中に配置するか、あるいは少なくとも合金溶湯が露出している溶解用容器の上部に不活性ガスを流すことが好ましい。
【００１８】
上記センサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）の材質としては、実質的に非晶質の合金からなる製品を得ることができる材料であれば全て使用可能であり、特定の材料に限定されるものではないが、中でも、下記一般式で示されるガラス遷移温度（Ｔｇ）と結晶化温度（Ｔｘ）の温度差が極めて広いＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系（ＴＭ：遷移金属）非晶質合金を用いることが好ましい。
一般式：ＸａＭｂＡｌｃ
但し、ＸはＺｒ及びＨｆから選ばれる１種又は２種の元素、ＭはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、ａ、ｂ、ｃは原子％で、２５≦ａ≦８５、５≦ｂ≦７０、０＜ｃ≦３５で示される組成を有し、少なくとも体積率５０％以上の非晶質相を含む非晶質合金。
【００１９】
このようなＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は、高強度、高耐食性であると共に、過冷却液体領域（ガラス遷移領域）ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇが３０Ｋ以上、特にＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は６０Ｋ以上と極めて広く、この温度領域では粘性流動により数１０ＭＰａ以下の低応力でも非常に良好な加工性を示す。また、冷却速度が数１０Ｋ／ｓ程度の鋳造法によっても非晶質バルク材が得られるなど、非常に安定で製造し易い特徴を持っている。これらの合金は、溶湯からの金型鋳造によっても、金型形状及び寸法を極めて忠実に再現する。
従って、高い寸法精度でキャビティ形状を忠実に再現した緻密で表面平滑なセンサ部材を量産性良く製造することができ、またそのヤング率が低いことにより、通常の圧力センサよりも高い感度が得られ、さらに、強度が高いために通常の圧力センサよりも高い圧力までセンサとして使用できる。
【００２０】
本発明に利用されるこのＺｒ−ＴＭ−Ａｌ系及びＨｆ−ＴＭ−Ａｌ系非晶質合金は、合金組成、測定法によっても異なるが、非常に大きなΔＴｘの範囲を持っている。例えばＺｒ６０Ａｌ１５Ｃｏ２．５Ｎｉ７．５Ｃｕ１５合金（Ｔｇ：６５２Ｋ、Ｔｘ：７６８Ｋ）のΔＴｘは１１６Ｋと極めて広い。耐酸化性も極めて良く、空気中でＴｇまでの高温に熱してもほとんど酸化されない。硬度は室温からＴｇ付近までビッカース硬度（Ｈｖ）で４６０（ＤＰＮ）、引張強度は１，６００ＭＰａ、曲げ強度は３，０００ＭＰａに達する。熱膨張率αは室温からＴｇ付近まで１×１０−５／Ｋと小さく、ヤング率は９１ＧＰａ、圧縮時の弾性限界は４〜５％を超える。さらに靭性も高く、シャルピー衝撃値で６〜７Ｊ／ｃｍ２を示す。このように非常に高強度の特性を示しながら、ガラス遷移領域まで加熱されると、流動応力は１０ＭＰａ程度まで低下する。しかも、いわゆるガラス（非晶質）としての特性から加工（変形）表面は極めて平滑性が高く、結晶合金を変形させたときのように滑り帯が表面に現われるステップなどは実質的に発生しない特徴を持っている。
【００２１】
一般に、非晶質合金はガラス遷移領域まで加熱すると長時間の保持によって結晶化が始まるが、本合金のようにΔＴｘが広い合金は非晶質相が安定であり、ΔＴｘ内の温度を適当に選べば２時間程度までは結晶が発生せず、通常の成形加工においては結晶化を懸念する必要はない。
また、本合金は溶湯からの凝固においてもこの特性を如何なく発揮する。一般に非晶質合金の製造には急速な冷却が必要とされるが、本合金は冷却速度１０Ｋ／ｓ程度の冷却で溶湯から容易に非晶質単相からなるバルク材を得ることができる。その凝固表面はやはり極めて平滑であり、金型表面のミクロンオーダーの研磨傷でさえも忠実に再現する転写性を持っている。
【００２２】
なお、前記一般式ＸａＭｂＡｌｃで示される非晶質合金は、５原子％以下の割合でＴｉ、Ｃ、Ｂ、Ｇｅ、Ｂｉなどの元素を含有する場合でも、上記と同様の特性を示す非晶質合金が得られる。
【実施例】
【００２３】
以下、添付図面に示す実施例を説明しながら本発明についてさらに具体的に説明する。
図１は、本発明の方法により非晶質合金製のセンサ部材（一端が起歪部で閉鎖された筒部）を製造する装置の一実施例の概略構成を示している。
金型１０は上型１１と下型１２とからなり、上型１１には鋳造品の外形寸法を規制する４個のキャビティ１４が対称的に形成されている。これらのキャビティ１４は、上型１１と下型１２の分割面Ｐに沿って上型１１下面に形成された湯道１３によって連通されており、射出された合金溶湯が各キャビティ１４内に湯道１３を通して流入されるように構成されている。また、上型１１内には、各キャビティ１４の上に孔部１５が形成されており、各孔部１５にはインサートコア１６が挿入され、充填された合金溶湯をインサートコア１６で上面より押える設計とされている。これにより、シール圧を高め、先端方向へのバリの発生を抑える構造となっている。
【００２４】
一方、下型１２の所定箇所には上記湯道１３と連通する注湯口１７が形成されていると共に、上記キャビティ１４に対応する位置に孔部１８が形成され、この孔部１８に鋳造品の内部寸法を規制するインサートピン１９が挿入されている。なお、下型１２の注湯口１７には、セラミックス、熱伝導率の小さな金属などの断熱材から作製された口金を装着したり、合金溶湯を充填し易いように下方に向って拡げられた逆テーパ状に形成したり、あるいは、後述する溶解用容器２０の上端部を収容するための凹部を形成したりすることができる。
【００２５】
なお、金型１０は、銅、銅合金、又は超硬合金その他の金属材料から作製することができるが、キャビティ１４内に充填された溶湯の冷却速度を速くするために、熱容量が大きくかつ熱伝導率の高い材料、例えば銅合金製等とすることが好ましい。また上型１１には冷却水、冷媒ガス等の冷却媒体を流通させる流路が配設されているが、それらの図示は省略する。
【００２６】
溶解用容器２０は、円筒状の原料収容部２１と、該原料収容部２１内に摺動自在に配置された溶湯移動具２２とからなり、前記下型１２の注湯口１７の真下に昇降自在に配設されている。溶湯移動具２２は原料収容部２１の内径と略等しい径を有し、図示しない油圧シリンダ（又は空圧シリンダ）のプランジャ２３により上下動される。また、溶解用容器２０の原料収容部２１の周囲には、加熱源として誘導コイル２４が配設されている。加熱源としては、高周波誘導加熱の他、抵抗加熱等の任意の手段を採用できる。上記原料収容部２１及び溶湯移動具２２の材質としては、セラミックス、耐熱皮膜コーティング金属材料などの耐熱性材料が好ましい。
なお、溶湯の酸化皮膜形成を防止するために、装置全体を真空中又はＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中に配置するか、あるいは少なくとも下型１２と溶解用容器２０の原料収容部２１上部との間に不活性ガスを流すことが好ましい。
【００２７】
本発明の物理量検出器、例えば圧力センサのセンサ部材の製造に際しては、まず、溶解用容器２０が金型１０の下方に離間した状態において、原料収容部２１内の溶湯移動具２２上の空間内に前記したような非晶質合金を生じ得る組成の合金原料Ａを装填する。合金原料Ａとしては棒状、ペレット状、粉末状等の任意の形態のものを使用できる。
【００２８】
次いで、誘導コイル２４を励磁して合金原料Ａを急速に加熱する。合金原料Ａが溶解したかどうかを溶湯温度を検出して確認した後、誘導コイル２４を消磁し、溶解用容器２０をその上端が下型１２の下面に当接するまで上昇させ（図１に示す状態）、次いで油圧シリンダを作動させて溶湯移動具２２を急速に上昇させ、溶湯を金型１０の注湯口１７から射出する。射出された溶湯は湯道１３を経て各キャビティ１４内に注入、加圧される。この際、射出温度、射出速度等を適宜設定することにより、１０３Ｋ／ｓ以上の冷却速度が得られる。その後、溶解用容器２０を下降させ、上型１１と下型１２を分離して製品を取り出す。
【００２９】
前記の方法で製造された鋳造後の製品形状を図２に示す。鋳造品３０から筒体３１を切断・分離し（切断線は図１に２点鎖線Ｌ１で示す）、その切断面のバリ取り、研磨を行なうことにより、鋳型のキャビティ面を忠実に再現した平滑な表面を有する図４に示すようなセンサ部材１（一端が起歪部３で閉鎖された筒部２）が得られる。
このようなダイカスト法を使用すれば、図４に示す起歪部３の表面を研磨することなく、そのまま製品とすることができる。
【００３０】
前記図１に示す装置の場合、キャビティ１４は上型１１に形成され、起歪部３の表面に対応する面はインサートコア１６の下面となっている。従って、インサートコア１６の起歪部表面に対応する表面の鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた製品を製造することが可能となる。しかしながら、キャビティ１４が上型１１と下型１２にまたがって形成された場合、起歪部３の表面に対応する面はキャビティの凹面となるため、この面の鏡面研磨はし難くなる。従って、前記のようなインサートコア１６を用いない場合、起歪部表面に対応する面は、上型１１と下型１２の分割面Ｐに配されるようにすることが好ましい。そのような例を図３に示す。
【００３１】
図３に示す装置の金型１０ａでは、上型１１ａに形成されたキャビティ１４ａは、起歪部表面に対応する面が上型１１ａと下型１２ａの分割面Ｐに配されるように形成されていると共に、上記キャビティ１４ａの上に形成された孔部１８ａにインサートピン１９が上方から挿入されている点において、図１に示す装置と異なるが、他の構造や溶解容器等及び作業手順は図１に示す装置と実質的に同一であるので、それらの説明は省略する。このように、起歪部表面に対応する面が上型１１ａと下型１２ａの分割面Ｐに配されるようにキャビティ１４ａを形成することにより、下型１２ａの平坦な分割面Ｐの鏡面研磨がし易く、起歪部の表面平滑性に優れた製品を製造することが可能となる。但し、図４に示すような圧力センサの場合、筒部２の外周に段差部３ｂがあり、鋳造品の金型からの取出しの点で、筒部に対応するキャビティ部分１４ｂは、図３に示されるように拡大された構造とするか、あるいは柱状構造とする必要がある。従って、合金溶湯Ａ’がこの拡大されたキャビティ部分１４ｂにも充填された鋳造品について、図３に鎖線Ｌ２で示す部分まで切削加工して、段差部３ｂを後加工する必要がある。
【００３２】
以上のようにして製造されたセンサ部材１としての筒部２の起歪部（ダイアフラム）３の表面３ａには、従来と同様にして絶縁膜５、金属又は半導体薄膜等の歪みゲージ６、電極７、保護膜８等が積層形成され、図４に示すような圧力センサが作製される。尚、本発明の方法により製造されたダイアフラムは、一発転写成形したものをそのまま利用してもよいが、必要によっては起歪部外表面に研磨加工を施し、より平滑度の精度を向上させてもよい。
【００３３】
以下、本発明の効果を具体的に確認した試験例について説明する
＜サンプルの作製＞
図１に示されるような装置を用い、１×１０−４Ｔｏｒｒの真空雰囲気下において、予め溶製したＺｒ５５Ａｌ１０Ｎｉ５Ｃｕ３０合金インゴットを１１００℃〜１３００℃の範囲で高周波溶解し、キャビティ１４を有する金型１０内に射出して充填させた。１００℃／秒以上の速度で急冷させた後、取り出し、図２に示されるような鋳造品３０のランナー部を切断除去し（図１の２点鎖線の位置）、切断面のバリ取り、端面研削を行った後、洗浄、乾燥工程を経て、図４に示すようなセンサ部材１を作製した（最外径５ｍｍ以下）。
【００３４】
上記のようにして作製された５個のセンサ部材について、以下の評価試験を行った。
構造試験：
（株）島津製作所製ＸＲＤ装置（ＸＲＤ−６１００）を用い、Ｘ線回折法によりサンプル（センサ部材）の起歪部表面の構造解析を行った。その結果、サンプルは全て非晶質合金であった。
【００３５】
同心度（外径と内径の差）評価試験：
ＤＧＰ社製スマートコープＺＩＰ２５０Ｓ型を使用し、サンプル上方から光を照射し、上部検出器に映し出されたサンプルの影のエッジの集合体から形状を測定し、円筒部の外径と円筒部の内径の同心度のずれを測定した。
【００３６】
起歪部厚み評価試験：
（株）ミツトヨ製デジマチックインジケータＩＤ−Ｆ１２５を使用し、定盤上にサンプルを置き、定盤表面をゼロ点として、定盤からサンプル上部までの距離を測定した。
【００３７】
表面粗さ試験：
（株）東京精密製の表面粗さ測定機サーフコム１４００Ｄを使用し、測定子を起歪部外表面にあて移動させることで起歪部表面の表面粗さを測定した。
【００３８】
前記各試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００３９】
前記表１に示されるように、起歪部厚さは０．２ｍｍ以下と非常に薄肉なものとすることができた（それにより、感度向上が期待できる）。また、いずれのサンプルにおいても、起歪部表面が非常に平滑度の高いものとなり、歪ゲージを取り付けるのには非常に良好な結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のセンサ部材の製造に用いる装置の一実施形態の概略部分断面図である。
【図２】図１に示す装置で製造された鋳造品の斜視図である。
【図３】本発明のセンサ部材の製造に用いる装置の他の実施形態の概略部分断面図である。
【図４】物理量検出器である圧力センサの一例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：センサ部材
２：筒部
３：起歪部（ダイアフラム）
４：センサ部
５：絶縁膜
６：歪みゲージ
７：電極
８：保護膜
１０，１０ａ：金型
１１，１１ａ：上型
１２，１２ａ：下型
１４，１４ａ：キャビティ
１６：インサートコア
１９：インサートピン
２０：溶解用容器
２１：原料収容部
２２：溶湯移動具
３０：鋳造品
Ａ：合金原料
Ａ’：合金溶湯
Ｐ：分割面
Ｌ１，Ｌ２：切断線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が起歪部（３）で閉鎖された筒部（２）と、起歪部の上に形成されたセンサ部（４）を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型（１０，１０ａ）内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造することを特徴とする物理量検出器の製造方法。
【請求項２】
前記金型（１０）が、キャビティ（１４）を形成する２つ以上の割り型（１１，１２）と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコア（１６）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金型（１０ａ）が、キャビティ（１４ａ）を形成する２つ以上の割り型（１１ａ，１２ａ）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成され、金型の分割面（Ｐ）が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャビティ（１４，１４ａ）の起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項１】
一端が起歪部（３）で閉鎖された筒部（２）と、起歪部の上に形成されたセンサ部（４）を有する物理量検出器の製造において、上記筒部を、非晶質合金を生成し得る組成の合金材料の溶湯を金型（１０，１０ａ）内に充填した後、冷却して非晶質化することにより製造することを特徴とする物理量検出器の製造方法。
【請求項２】
前記金型（１０）が、キャビティ（１４）を形成する２つ以上の割り型（１１，１２）と、キャビティの起歪部表面に対応する面を形成するように金型内に挿入されるインサートコア（１６）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金型（１０ａ）が、キャビティ（１４ａ）を形成する２つ以上の割り型（１１ａ，１２ａ）と、キャビティ内に挿入され、前記筒部の内部形状を規制するインサートピン（１９）とから構成され、金型の分割面（Ｐ）が起歪部表面に対応するようにキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記キャビティ（１４，１４ａ）の起歪部表面に対応する面が平坦面に構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１９６２５１（Ｐ２００７−１９６２５１Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６０９３（Ｐ２００６−１６０９３）
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、革新的部材産業創出プログラム 「金属ガラスの成形加工技術プロジェクト」に係る委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６８２８）ＹＫＫ株式会社 (263)
【出願人】（０００１５０７０７）長野計器株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構、革新的部材産業創出プログラム 「金属ガラスの成形加工技術プロジェクト」に係る委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６８２８）ＹＫＫ株式会社 (263)
【出願人】（０００１５０７０７）長野計器株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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