JP4463770B2 - 物理量検出器の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
一般式:XaMbAlcM’d
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、M’はTi、C、B、Ge及びBiよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、a、b、c及びdは原子%で、25≦a≦85、5≦b≦70、0<c≦35、0≦d≦5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。
さらに、前記キャビティの起歪部外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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の外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。
<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)。
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。
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。
(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。
(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。
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
Claims (6)
- 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、下記一般式で示される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、冷却して非晶質化した後、金型から取り出し、次いで、製品部分を鋳造品から切断・分離し、その切断面のバリ取り、研磨を行なう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。
一般式:XaMbAlcM’d
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、M’はTi、C、B、Ge及びBiよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、a、b、c及びdは原子%で、25≦a≦85、5≦b≦70、0<c≦35、0≦d≦5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。 - 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外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。
- 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)が起歪部外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。
- 前記キャビティ(14,14a)の起歪部外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。
- 起歪部外表面に対応する金型のキャビティ面が、起歪部外表面よりも大きな平坦面を有することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 溶湯充填時の金型の温度が100〜350℃であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
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