WO1990001153A1 - Pressure sensor, its production method and hydraulic apparatus equipped with the pressure sensor - Google Patents

Description

明 細 書 圧力セ ンサ及びその製造方法、 並びに

圧力セ ンサを備える油圧機器 技術分野

本発明は、 油圧機械の構成要素である油圧パイ プや 油圧パイ プ用継手等の油圧機器に組付けるに当って好 ま しい構造を有し、 且つ歪み検出部を備えたダイ ヤフ ラムの歪みゲージの位置が最適となるよ う にダイ ヤフ ラムを位置決めする こ とによ り高い測定精度を有する 圧力センサと、 この圧力セ ンサを半導体製造技術を利 用 して製造する こ とによ り簡易な且つ大量の製造を可 能にする圧力セ ンサ製造方法と、 予め前記圧力セ ンサ を組付けて製品化される構造を有した実用性の高い油 圧機器に関する ものである。 背景技術

圧力セ ンサは、 歪みセ ンサ、 トルク セ ンサ、 荷重セ ンサなどを概念的に含む広義の応力セ ンサのカテゴ リ の中に含まれるセ ンサの一種であ り、 液圧や気圧等を 測定するのに利用される。 かかる圧力セ ンサは、 例え ば土木 · 建設用の油圧機械において、 機械各部の動作 油圧を検出するための検出手段と して多 く 使用されて いる。 圧力センサにはその構造と して様々なタイ プの ものが存在する。 こ こでは、 ダイヤフ ラム式圧力セ ン ザについて説明する。

従来のダイヤフ ラ ム式圧力セ ンサの構造を第 3 9 図 に示す。 圧力セ ンサは、 油圧等の圧力 Pを直接的に受 ける金属ダイヤフラ ム基体 3 0 0 と、 シラ ンガス等を 使用 し C V D等の成膜技術によって形成される絶縁膜 3 0 1 と、 圧力 P に起因して生じるダイ ヤフ ラ ムの歪 みに応じて抵抗値がそれぞれ変化する 4個の歪みゲー ジ 3 0 2 と、 電気配線用端子である薄膜導体 3 0 3 と、 気密保護膜と して機能するパッ シベーシ ョ ン膜 3 0 4 とから構成される。 金属ダイヤフ ラ ム基体 3 0 0 は機 能的に 2つの部分からなる。 1 つは圧力 Pを受けこの 圧力に応じて歪みを生じるダイ ヤフ ラ ム部 3 0 5 であ り、 他の 1 つはダイヤフ ラ ム部 3 0 5 を支持する と共 に所定の取付け箇所に圧力セ ンサを固定せしめるため の機能を有する筒体形状の支持部 3 0 6である。 ダイ ャフ ラム部 3 0 5 は筒体状の支持部 3 0 6の 1 つの端 面を閉塞するよ う に頂部位置に形成される。 歪みゲー ジ 3 0 2、 薄膜導体 3 0 3 は S i N _x 膜、 S i 0 ₂ 膜 等のパッ シベーシ ョ ン膜 3 0 4 によって被覆され、 薄 膜導体 3 0 3， 3 0 3 のそれぞれにはワイヤ 3 0 7， 3 0 7 の図中下端が接続されている。 各ワ イ ヤ 3 0 7 の他端は、 図示しない リ ー ド線を介して電圧計、 電流 計等の電気的測定器に接続され、 ダイ ヤフ ラ ム部 3 0 5 に生じる歪みを電気的に測定する。 すなわち、 ダイ ャフ ラ ム部 3 0 5 に圧力 Pが作用 しない無負荷状態の と きには、 歪みゲー ジ 3 0 2 の比抵抗が変化する こ と はないから、 ワイヤ 3 0 7 , 3 0 7 の間に電位差が生 ぜず、 測定器側において電流は流れない。 一方、 ダイ ャフ ラ ム部 3 0 5 に圧力 Pが作用 して歪みが生じたと きには、 各歪みゲー ジ 3 0 2 の比抵抗が変化してワ イ ャ 3 0 7， 3 0 7の間に電位差が生じ、 測定器によ つ てダイヤフ ラム部 3 0 5 に加わっ た圧力を測定する こ とができ る。

第 3 9 図に示された構造を有する圧力セ ンサでは、 ダイヤフ ラ ム部 3 0 5 と支持部 3 0 6 は金属ダイ ヤフ ラム基体 3 0 0 と して一体化されている。 しかし、 従 来、 例えば実開昭 6 1 — 1 3 7 2 4 2号公報に示され るよ う に、 ダイ ヤフ ラ ム部 3 0 5 と支持部 3 0 6 が別 部材と して構成されている圧力セ ンサも提案されてい る。 このよ う な圧力セ ンサでは、 ダイ ヤフ ラム部 3 0 5 はそれ自体単独部材で薄板状の金属ダイ ヤフ ラ ム と して形成され、 その後支持部材である金属筒体と溶接 で結合される。 支持部 3 0 6 は、 圧力セ ンサの実際上 の使用状況を考慮にいれれば、 圧力セ ンサが取り付け られる対象物との関係において要求される ものである。 従っ て、 ダイ ヤフ ラ ム部 3 0 5 と支持部 3 0 6 とが別 部材と して構成される圧力セ ンサであっても、 ダイヤ フラムを支持するための支持要素が不要となる こ とは な く 、 別部材の支持部材は圧力セ ンサに付加され、 最 終的に第 3 9図に示された圧力セ ンサとほぼ同様な構 造を有している。 そ して、 薄板状ダイ ヤフ ラ ム と筒体 とが結合された状態のものに対して半導体製造技術が 適用されダイヤフ ラ ムの上面に半導体歪みゲージが形 成される。

前述した歪みゲージ 3 0 2 には、 金属歪みゲージや 半導体歪みゲージが使用される。 特に半導体歪みゲー ジは、 金属歪みゲージに比較してゲージ率が大き く 、 わずかな機械的歪みに応じて大きな抵抗値変化を生じ る こ とができるから、 圧力の測定精度が高く 、 近年広 く利用されている。 第 3 9図に示された歪みゲージ 3 0 2 は絶縁膜 3 0 1 の上面に形成された薄膜半導体歪 みゲージである。 また実開昭 6 1 — 1 3 7 2 4 2号公 報の歪みゲージも前述した通り半導体歪みゲージであ る。 歪みゲージ 3 0 2 は、 例えばプラズマ C V D法に よって絶縁膜 3 0 1上に リ ン又はホウ素等の不純物を 含むゲージ用シ リ コ ン薄膜を形成し、 その後ホ ト リ ソ グラ フ ィ 法によ りパターン形成を行い、 も って外力を 受けて歪みが生じたと き比抵抗が変化する ピエゾ抵抗 素子と して形成される。 また、 端子 3 0 3 を形成する 薄膜導体は、 例えば真空蒸着法を用いて金、 銅、 アル ミ ニゥム等の良導体材料からなる薄膜を形成し、 その 後ホ ト リ ソグラ フィ 法によ り各歪みゲージ 3 0 2 を接 続するパター ンを形成し、 ホイ ー ト ス ト ンブリ ッ ジ回 路を構成する。 以上のよ う に、 絶縁膜 3 0 1 、 歪みゲ ージ 3 0 2、 薄膜導体 3 0 3、 更にパッ シベーシ ヨ ン 膜 3 0 4 は、 すべて半導体製造技術を適用する こ と に よ っ て製造される。 こ のよ う に半導体歪みゲー ジを備 える圧力セ ンサを製造する に際しては、 半導体製造技 術が利用されている。

しかしながら、 かかる製造事情にもかかわ らず、 第 3 9図の構造を有する圧力セ ンサは、 金属ダイ ヤフ ラ ム基体 3 0 0 の上面に歪みゲー ジ 3 0 2等を直接成形 しょ う とする場合、 金属ダイヤフ ラム基体 3 0 0 の厚 さが約 3 〜 6 腿あるのに対して歪みゲー ジ 3 0 2等を 含む歪み検出部は 2 mm以下の厚みの薄板に形成される ため、 金属ダイヤフ ラム基体 3 0 0 の厚みが障害とな つて半導体製造技術を十分に活用する こ とができない という問題が生じていた。 このよ うな問題は、 ダイ ヤ フラムと筒体が别部材と して形成される前記実開昭 6 1 一 1 3 7 2 4 2号公報に開示された圧力セ ンサであ つても同様に生じる。 すなわち、 半導体製造技術を適 用 して歪みゲー ジを形成する と きにはダイヤフ ラム と 筒体が一体化された状態にあ り、 そのため前記従来例 と同様に所定の厚みを有するので、 その製造において 半導体製造技術を十分に活用する こ とができないとい う同様な問題が生じる。

次に、 従来の圧力セ ンサでは、 その構造及び当該構 造に制約された製造方法に起因してダイ ヤフ ラ ムにお いて歪みゲージの歪み検出感度を高く 保つこ とが難し く 且つ歪みゲー ジの位置決めが難し く 、 位置決め精度 が低く なる とい う問題について説明する。

第 3 9図に示された圧力セ ンサでは、 切削加工によ つて断面ほぼコ字型の金属ダイャフ ラ ム部 3 0 0 を形 成し、 そのダイヤフ ラム部 3 0 5の起歪部上に 4個の 歪みゲージ 3 0 2 を形成する。 歪みゲージ 3 0 2 は半 導体成膜技術によって 2 # m以下の極薄の膜と して形 成される ものであるので、 本来高い歪み検出感度を有 する半導体歪みゲージ 3 0 2 の性能を維持するために はダイヤフ ラ ム部 3 0 5の厚みは高精度で均一となる よう に形成される こ とが要求される。 しかし、 現在の 切削加工技術ではかかる要求を満たすこ とが困難であ る o

また、 4個の前記歪みゲージ 3 0 2 は、 その高い歪 み検出感度を有効に発揮させるため、 圧力ダイヤフ ラ ム部 3 0 5 の上面において筒体状支持部 3 0 6 の内径 で決ま る と考えられる起歪部範囲内に最大限距離をあ けて配置される こ とが望まれる。 しかし、 従来の切削 加工技術によれば、 ダイヤフ ラ ム基体 3 0 0 の図中下 側から穿設される穴の天井部周縁に丸みが生じ、 その 切削精度を高く する こ とができない。 それ故、 ダイヤ フラム部 3 0 5 の起歪部の範囲を前記支持部 3 0 6 の 内径の寸法のみで厳密に規定する こ とができず、 歪み ゲージ 3 0 2の位置決めを高精度に行う こ とが困難と な り、 結果的に上記構造で製造された圧力セ ンサの歪 みゲージの位置決め精度が低い ものとなる こ とを免れ る こ とができない。

前記実開昭 6 1 — 1 3 7 2 4 2号公報に開示された 圧力セ ンサでは、 ダイ ヤフ ラム と しての薄板と支持部 と しての筒体を别体と して製造し、 薄板と支持部を溶 接で結合し、 その後薄板の上面に歪みゲージを形成す る。 起歪部を有する薄板部材によ り単独で作る こ とが でき るので、 薄板の厚みは均一に作る こ とができ る。 しかし、 その後薄板は别部材と して形成された筒体と 溶接によ っ て結合されるため、 溶接工程の熱等に起因 して薄板の起歪部が変形を受ける こ と とな り、 その結 果誤差が生じて最終的に圧力セ ンサにおける起歪部範 囲の寸法を厳密に規定する こ とができない。 それ故、 起歪部上に形成される歪みゲー ジの位置決め精度を高 く する こ とが難し く 、 当該位置決め精度が低い ものと なる。

ま た、 圧力セ ンサの使用 とい う観点を重視 してユー ザ一側の立場から圧力セ ンサを考える と以下のよ う な 問題がある。 圧力セ ンサの構造は、 常に圧力セ ンサの 取付け場所の環境を考慮して決定される必要がある。 圧力セ ンサの通常の取付け状態では、 ダイヤフ ラ ム部 支持する支持部材は、 ダイ ヤフ ラム部を設置せしめる と共に外乱的な変形力から保護する役割を要求される。 このよ う な観点で第 3 9図に示された従来の圧力セ ン サを見てみる と、 ダイヤフラム部 3 0 5 と支持部 3 0 6 は金属ダイヤフ ラム基体 3 0 0 と してメ ーカー側で 予め一体に形成され、 圧力セ ンサの使用環境を配慮し て製作されていないので、 ユーザーにと って利用 し易 いものとい う こ とができない。 また、 金属ダイヤフ ラ ム基体 3 0 0 の支持部 3 0 6 の形態、 圧力セ ンサ自体 の構造は一般的にメ 一力一側で規格化されたものであ り、 ユーザー側の使'用環境に最適なものと して形成さ れていない。

本発明の第 1 の目的は、 圧力を受けるダイヤフ ラ ム 上において、 起歪部範囲を明確に規定でき、 その起歪 部に対し高い検出感度を有する複数の半導体歪みゲー ジをその性能が発揮し得る よ う高い位置決め精度で形 成する こ とができる構造を有し、 且つかかる構造を採 用 したため半導体製造技術を有効に利用 して簡易な成 膜工程で製造する こ とができる と共に大量に製造する こ とができ る圧力セ ンサ及び圧力セ ンサの製造方法を 提供する こ とにある。 本発明の第 2 の目的は、 薄板状のダイ ヤフ ラ ムを金 属製支持部材の段付き孔に収容設置せ しめ、 段付き孔 で高精度のダイヤフ ラ ム位置決めを行う と共に、 油圧 機器等の組付けにおいて支持部材によ ってダイ ヤフ ラ ムを強固に支持する構造とする こ とによ り高圧力の検 出に対応でき、 油圧機器の壁部に固定してもダイ ヤフ ラ ムに直接的に固定力が加わらないため壁部組付けに 当り最適な構造を有する圧力セ ンサを提供する こ とに あ 。

本発明の第 3 の目的は、 歪みゲージ等からなる歪み 検出部が設けられた一枚の薄板状のダイ ヤフ ラ ムを有 し、 このダイヤフ ラ ムの両面に異なる圧力を加え られ るよ う に構成する こ とによ って 1 つのダイヤフ ラムで 応答性のよい且つ簡易な構成を有する差圧セ ンサを実 現する圧力センサを提供する こ とにある。

本発明の第 4の目的は、 単独に薄板状に形成される ダイヤフ ラムに対し半導体製造技術を有効に適用する こ とによって、 ダイ ヤフ ラ ムの起歪部に対し高精度の 位置決め状態で半導体歪みゲー ジ等を含む歪み検出部 を形成して圧力セ ンサを製造する こ とができ、 かかる 高い位置決め精度を有する圧力セ ンサを簡単に且つ大 量に製造する こ とができ る圧力セ ンサの製造方法を提 供する こ と にある。

本発明の第 5 の目的は、 半導体製造技術を利用する と共に 1 回の熱処理で拡散接合と非晶質歪みゲージの 結晶質化を行う こ とによ り、 製造工程を簡略化して製 造する こ とができ る圧力セ ンサの製造方法を提供する と め る。

本発明の第 6 の目的は、 簡易な構成で組付けられ且 つ外観上も不都合がない形態にて形成され、 更に油圧 等の測定位置を自由に選択する こ とができ、 しかも低 ぃコス トで信頼性の高い圧力測定を行える圧力セ ンサ を備えた油圧機器を提供する こ とにある。 発明の開示

本発明に係る第 1 の圧力セ ンサは、 薄板状に形成さ れ、 一方の面に歪み検出部が設けられ且つ少な く と も 1つの面が受圧面となるダイヤフラムと、 大径孔とそ れに同軸に連なる小径孔とを有する支持部材とからな り、 前記大径孔はダイヤフ ラムを収容し且つ大径孔の 内壁面がダイヤフ ラ ムの外端部の位置を制限する位置 関係に基づき小径孔に対してダイヤフラ ムの設置位置 を決定し、 小径孔はダイヤフ ラ ムの起歪部寸法を規定 し、 大径孔と小径孔との間に形成される段部がダイ ヤ フラムとの結合面とな り、 更に大径孔に収容されたダ ィャフ ラ ムの受圧面に圧力媒体が導入される よ う に構 成される。

本発明に係る第 2 の圧力セ ンサは、 上記構成を有す る ものにおいて、 小径孔に対するダイ ヤフ ラ ムの位置 決めは、 ダイヤフ ラ ムの外端部を大径部の内壁面に接 触させる こ とによ り行われるよ う に構成される。

本発明に係る第 3 の圧力セ ンサは、 前記第 1 の構成 を有する ものにおいて、 ダイヤフ ラムが矩形薄板状に 形成され、 大径孔の内壁面がダイ ヤフ ラ ムの各頂点の 位置を制限する位置関係に基づいてダイ ヤフ ラ ムの前 記位置決めが行われるよ う に構成される。

本発明に係る第 4 の圧力セ ンサは、 前記第 1 の構成 を有する ものにおいて、 ダイヤフ ラ ムは接着剤によ つ て支持部材に結合されるよ う に構成される。

本発明に係る第 5 の圧力セ ンサは、 前記第 1 の構成 を有する ものにおいて、 ダイヤフ ラ ム と支持部材が共 に金属材料によ って作られ、 ダイヤフ ラムは、 歪み検 出部の外周囲の周辺表面と支持部材の段部表面とを拡 散接合させる こ とによ り前記支持部材に結合されるよ う に構成される。

本発明に係る第 6 の圧力セ ンサは、 薄板状に形成さ れ、 一方の面に歪み検出部が設け られ、 他方の面が受 圧面となる 2個のダイ ヤフ ラ ム と、 大径孔とそれに同 軸に連なる小径孔とを 2組有する支持部材とからな り、 前記 2組の う ちの各大径孔は前記 2個のダイ ヤフ ラ ム の う ちの各 1個をそれぞれ収容 し且つ大径孔の内壁面 が各ダイ ヤフ ラ ムの外端部の位置を制限する位置関係 に基づき各小径孔に対して各ダイヤフ ラ ムの設置位置 を決定し、 各小径孔は各ダイヤフ ラムの起歪部寸法を 規定し、 各大径孔と各小径孔との間に形成される各段 部が各ダイヤフ ラムとの結合面とな り、 更に各大径孔 に収容された各ダイヤフラ ムの受圧面に異なる圧力の 圧力媒体が導入され、 差圧セ シサと して構成される。

本発明に係る第 7 の圧力セ ンサは、 一方の面に歪み 検出部が設けられ、 一方の面と他方の面が共に受圧面 となるダイ ヤフ ラム と、 大径孔とそれに同軸に連なる 小径孔とを有する支持部材とからな り、 大径孔はダイ ャフ ラムを収容し且つ大径孔の内壁面が各ダイヤフラ ムの外端部の位置を制限する位置関係に基づき小径孔 に対してダイヤフ ラムの設置位置を決定し、 小径孔は ダイヤフ ラ ムの起歪部寸法を規定し、 大径孔と小径孔 との間に形成される段部がダイ ヤフラムとの結合面と な り、 更に大径孔に収容されたダイヤフ ラムの一方の 面と他方の面とに異なる圧力の圧力媒体が導入され、 差圧センサと して構成される。

本発明に係る第 1 の圧力セ ンサの製造方法は、 金属 材料で薄板状のダイャフラムを形成するダイ ヤフ ラム 形成工程と、 ダイヤフ ラ ムの一方の面の中央部付近に 絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 絶縁膜の上面に シ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シリ コ ン薄膜 形成工程と、 非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処理し結晶化 する熱処理工程と、 結晶化されたシ リ コ ン薄膜を歪み ゲージにパター ン形成するゲージパター ン形成工程と、 ダイヤフ ラ ム と このダイ ヤフ ラ ムを収容し位置決めす る支持部材とを結合させる結合工程とから構成される。 本発明に係る第 2 の圧力セ ンサの製造方法は、 上記 圧力セ ンサの製造方法において、 上記熱処理工程と上 記ゲージパター ン形成工程の実施順序を反対に して構 成される ものである。

本発明に係る第 3 の圧力セ ンサの製造方法は、 金属 材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成するダイ ヤフ ラ ム 形成工程と、 ダイ ヤフ ラ ムの一方の面に絶縁膜を形成 する絶縁膜形成工程と、 絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜 を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処理し結晶化する熱処理ェ 程と、 結晶化されたシ リ コ ン薄膜を歪みゲー ジにパタ ー ン形成するゲージパター ン形成工程と、 ダイ ヤフ ラ ム と このダイヤフ ラ ムを収容し位置決めする支持部材 とを結合させる結合工程とから構成される。

本発明に係る第 4の圧力セ ンサの製造方法は、 上記 の圧力セ ンサの製造方法において、 上記熱処理工程と 上記ゲー ジパター ン形成工程の実施順序を反対に して 構成される ものである。

本発明に係る第 5 の圧力セ ンサの製造方法は、 ダイ ャフ ラムを複数形成でき る よ う に、 金属材料によ っ て 任意の面積を有する薄板基材を成形する基材成形工程 と、 各ダイヤフ ラムの歪み検出部が形成されるスぺー スを確保するためのマスクを薄板基材に載置するマス ク載置工程と、 薄板基材の上面のマス ク によ って生じ た前記スペース内に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程 と、 絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形 成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 薄板基材からマスク を除去する マス ク除去工程と、 非晶質状シ リ コ ン薄膜 を熱処理し結晶化する熱処理工程と、 結晶化されたシ リ コ ン薄膜を複数の歪みゲージにパター ン形成するゲ ージパター ン形成工程と、 歪みゲージごとに薄板基材 を切断し歪み検出部が設けられた複数のダイャフ ラ ム を形成する切断工程と、 ダイヤフ ラム と このダイヤフ ラムを収容し位置決めする支持部材とを結合させる結 合工程とから構成される。

本発明に係る第 6 の圧力セ ンサの製造方法は、 上記 圧力セ ンサの製造方法において、 上記熱処理工程と上 記ゲージパター ン形成工程の実施順序を反対にして構 成される される ものである。

本発明に係る第 7 の圧力セ ンサの製造方法は、 ダイ ャフラムを複数形成できるよ う に、 金属材料によって 任意の面積を有する薄板基材を成形する基材成形工程 と、 薄板基材の上面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ェ 程と、 絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて 形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 非晶質状シ リ コ ン 薄膜を熱処理し結晶化する熱処理工程と、 結晶化され たシ リ コ ン薄膜を複数の歪みゲー ジにパター ン形成す るゲージパター ン形成工程と、 歪みゲー ジごとに薄板 基材を切断し歪み検出部が設け られた複数のダイ ヤフ ラムを形成する切断工程と、 ダイ ヤフ ラムと このダイ ャフ ラ ムを収容し位置決めする支持部材とを結合させ る結合工程とから構成される。

本発明に係る第 8 の圧力セ ンサの製造方法は、 上記 圧力セ ンサの製造方法において、 上記熱処理工程と上 記ゲージパター ン形成工程の実施順序を反対に して構 成される ものである。

本発明に係る第 9 の圧力セ ンサの製造方法は、 金属 材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成するダイ ヤフ ラ ム 形成工程と、 ダイヤフラムの一方の面の中央部付近に 絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 絶縁膜の上面に シ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜 形成工程と、 シ リ コ ン薄膜を非晶質状歪みゲージにパ ター ン形成するゲージパタ ー ン形成工程と、 非晶質状 歪みゲー ジがパター ン形成されているダイ ヤフ ラムと こ のダイ ヤフ ラ ムを収容し位置決めする支持部材とを 拡散接合する と共にダイヤフ ラ ムの非晶質歪みゲー ジ を結晶化するため、 支持部材と ダイ ヤフ ラ ム と非晶質 状ゲー ジを同時に熱処理する熱処理工程とから構成さ れる o

本発明に係る第 1 0 の圧力セ ンサの製造方法は、 ダ ィャフ ラ ムを複数成形でき る よ う に、 任意の面積を有 する薄板基材を成形する基材成形工程と、 各ダイ ヤフ ラ ムの歪み検出部が形成されるスペースを確保するた めのマスク を薄板基材に載置するマス ク載置工程と、 薄板基材の上面のマスク によって生じたスペース内に 絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 絶縁膜の上面に シ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜 形成工程と、 薄板基材からマスクを除去するマスク除 去工程と、 シ リ コ ン薄膜を複数の非晶質状歪みゲージ にパター ン形成するゲージパター ン形成工程と、 非晶 質状歪みゲージごとに薄板基材を切断し歪み検出部が 設け られた複数のダイ ヤフ ラムを形成する切断工程と、 非晶質状歪みゲージがバタ一ン形成されているダイ ヤ フ ラ ム と このダイ ヤフ ラ ムを収容し位置決めする支持 部材を拡散接合する と共にダイ ヤフ ラムの非晶質歪み ゲージを結晶化するため、 支持部材とダイヤフラムと 穽晶質状ゲージを同時に熱処理する熱処理工程とから 構成される（3

本発明に係る圧力セ ンサ付き油圧機器は、 内壁面が 圧油と接触する壁部を有する油圧機器において、 壁部 の外壁面から内壁面に向けて形成された圧力セ ンサ設- 置孔と、 圧力セ ンサ設置孔と圧油接触面とを連通する よ う に壁部に形成された圧油導入孔とを有し、 圧力セ ンサ設置孔に、 歪み検出部を備えたダイ ヤフ ラムと こ のダイヤフ ラムを収容し位置決めする支持部材とから なる圧力セ ンサを配設し、 押え部材で支持部材を固定 して圧力セ ンサを壁部の圧力セ ンサ設置孔に固定する よ う に構成される。 図面の簡単な説明

第 1 図は本発明に係る圧力セ ンサ （広義の圧力セ ン サ、 実施例では圧力セ ンサュニ ッ ト と いい、 こ こで も 以下圧力セ ンサュニ ッ ト と記す） の構造を拡大して示 す縦断面図、 第 2図は第 1 図で示す圧力セ ンサュニッ 卜の下面図、 第 3図は狭義の圧力セ ンサの構造を歪み 検出部を拡大する こ とによ り示した縦断面図、 第 4図 は電気回路部の構成を具体的に示した回路図、 第 5 図 は圧力セ ンサュニッ ト を壁部等に組付けた状態を示す 縦断面図、 第 6 図は第 5図中^!一 VI線断面図、 第 7 図 乃至第 1 6 図は本発明に係る圧力セ ンサの製造方法の 一実施例を示す工程図、 第 1 7図は本発明に係る圧力 セ ンサの他の実施例を示す縦断面図、 第 1 8 図乃至第 2 3図は第 1 7 図に示された圧力セ ンサの製造方法を 示す工程図、 第 2 4図は本発明に係る圧力セ ンサュニ ッ トの他の実施例を示す縦断面図、 第 2 5 図は本発明 に係る圧力セ ンサュニ ッ トの更なる他の実施例を示す 縦断面図、 第 2 6図はコ ンパク ト に形成された本発明 に係る圧力センサュニッ トの更なる実施例を示す縦断 面図、 第 2 7図は差圧セ ンサと して構成された本発明 に係る圧力セ ンサュニッ トを壁部等に組付けた実施例 を示す縦断面図、 第 2 8図は差圧センサと して構成さ れた本発明に係る圧力センサュニッ トの他の実施例を 示す第 2 7図と同様な図、 第 2 9図は第 2 8図中の要 部拡大図、 第 3 0図は第 2 8図で示された差圧セ ンサ の変更実施例を示す要部縱断面図、 第 3 1図は本発明 に係る圧力センサ付き油圧機器の第 1実施例を示す縦 断面図、 第 3 2図は第 3 1図の要部拡大平面図、 第 3 3図は本発明に係る圧力センサ付き油圧機器の第 2実 施例を示す縦断面図、 第 3 4図は第 3 3図の要部拡大 平面図、 第 3 5図は本発明に係る圧力セ ンサ付き油圧 機器の第 3実施例を示す側面図、 第 3 6図は第 3 5図 中の X XX V— XX X V線断面図、 第 3 7図は本発明 に係る圧力セ ンサ付き油圧機器の第 4実施例を示す側 面図、 第 3 8図は第 3 7図中の X XXW— X X XW線 断面図、 第 3 9図は従来の圧力セ ンサの構造を説明す るための縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す る O

第 1 図において、 1 は本発明の第 1 実施例に係る圧 力セ ンサユニッ トであ り、 この圧力セ ンサユニ ッ ト 1 は、 その中央部に起歪部を有する金属ダイ ヤフ ラ ム 2 と、 この金属ダイヤフ ラ ム 2 を下部において収容、 設 置して保持する金属製支持部材 3 と、 支持部材 3 の上 部に配設される電気回路部 4 とから構成される。 圧力 セ ンサュニ ッ ト 1 は、 上記の通り金属ダイ ヤフラム 2 と金属支持部材 3 と電気回路部 4 からな り、 広義の圧 力セ ンサを構成する。 また、 圧力セ ンサュニ ヅ ト 1 の 中で、 特に金属ダイヤフ ラ ム 2 は、 その上面に半導体 歪みゲージ等からなる歪み検出部 2 Aが設け られる。 そのため、 これらの金属ダイ ヤフ ラ ム 2及び歪み検出 部 2 Aは狭義の圧力セ ンサ 1 Aを構成する。 支持部材 3 は、 軸方向の長さが短いほぼ円柱状の外観形状を有 し、 その中心軸部分に部分的に径を異な らせた円形の 段付き孔 5 が形成されている。 支持部材 3 は一般に金 属で作られる。 孔 5 において、 第 1 図中、 下面側に円 形凹部状の大径孔 5 a、 中央部に小径孔 5 b、 上面側 に円形凹部状の大径孔 5 c の 3つの孔部が形成され、 孔部 5 a， 5 c , 5 b と は同軸的な位置関係にて形成 されている。 大径孔 5 a は金属ダイ ヤ.フ ラム 2 を収容 し設置するためのスペースであ り、 大径孔 5 c は電気 回路部 4を収容するためのスペースであ り、 小径孔 5 b は電気配線が揷通されるスペースである。 また支持 部材 3 の下面部には、 第 1 図及び第 2図に示されるよ う に大径孔 5 a を囲んで円形環状の溝部 6が形成され る Ο

ダイヤフ ラム 2 は支持部材 3 の大径孔 5 a 内に配設 され、 その厚みが約 0 . 0 5 〜 2 腿の金属製薄板であ り、 第 2図に示されるよ う に例えば正方形の平面形状 を有している。 ダイヤフラム 2 の材料と しては例えば S U S 6 3 0等の金属又は剛性を有するその他の板材 が使用される。 この例においては、 ダイヤフ ラ ム 2 の 対角線の長さが大径孔 5 a の直径とほぼ等し く 、 ダイ ャフ ラ ム 2が大径孔 5 a 内にぴっ たり と嵌合し、 収容 • 設置されるよ う にダイヤフ ラ ム 2 は形成される。 ダ ィャフラ ム 2 は、 その上面の周辺部分が大径孔 5 a の 段部面に拡散接合による結合部 7 によって固着される こ とによ り、 支持部材 3 に強固に固定される。 ダイ ヤ フ ラ ム 2 が大径孔 5 a 内に設置された状態では両者の 中心軸は一致している。

上記構成によれば、 薄板状のダイヤフ ラ ム 2 は支持 部材 3 の大径孔 5 a の中に収容され、 こ の収容状態に おいて、 ダイヤフ ラ ム 2 の外端部である 4つの頂点が 大径孔 5 a の内壁面に接触する こ と によ っ てダイ ヤフ ラム 2 は大径孔 5 a 内に位置決めされる。 その結果、 ダイ ヤフ ラ ム 2 は、 支持部材 3 において、 大径孔 5 a に対して同軸的に形成された小径孔 5 b に対して高い 精度で位置決めされる こ とになる。 ダイ ヤフ ラ ム 2 は 上記のよ う に大径孔 5 a の段部面に結合されるため、 ダイヤフ ラ ム 2上非結合部が起歪部となる。 こ の段部 面は小径孔 5 b によ って決ま るから、 ダイヤフ ラ ム 2 における起歪部の範囲は、 小径孔 5 b に対するダイ ヤ フ ラ ム 2 の位置決め精度が高い以上、 小径孔 5 b によ つて高い精度で厳密に規定される。 こ のよ う に、 本発 明による圧力セ ンサユニッ ト 1 の構成によれば、 ダイ ャフ ラ ム 2 を支持部材 3 に組付ける とい う製造上のプ ロセスと、 その組付け構成のためにダイ ヤフ ラム 2 と 支持部材 3 のそれぞれが有する構造と によ っ て、 ダイ ャフ ラム 2 における起歪部範囲を寸法的に厳密に決め る こ とができるのである。

以上において、 支持部材 3 におけるダイ ヤフ ラ ム 2 の位置決めに関し、 ダイヤフ ラム 2 の各頂点のすべて が大径孔 5 a の内壁面に接触する必要はない。 たとえ 非接触の状態であっても、 ダイ ヤフ ラ ム 2 の各頂点の 位置が、 各頂点と大径孔 5 a の内壁面との位置関係に 基づき当該内壁面によ っ て制限を受け、 ダイ ヤフ ラ ム 2が大径孔 5 a 内にて所要範囲に収まれば小径孔 5 b との位置関係によ り起歪部範囲を規定する こ とができ る。 なお、 ダイ ヤフ ラ ム 2の平面形状は正方形に限定 される ものではな く 、 円形或いは多角形など任意な形 状が採用される。 円形の場合には外端部は周縁となる。 第 1 図の図示例で明らかなよう にダイヤフ ラ ム 2 の厚 みは大径孔 5 a の深さよ り も小さ く なつているが、 こ れらを等し く する こ と もできる。

第 3図にダイ ヤフラム 2 の上面に形成される歪み検 出部 2 Aの構造を拡大して示す。 前述した通り ダイヤ フラム 2 と歪み検出部 2 Aとによって狭義の圧力セ ン サ 1 Aが形成される。 歪み検出部 2 Aは、 ダイ ヤフ ラ ム 2の上面に形成される絶縁膜 8 と、 この絶縁膜 8の 上に形成される 4個の半導体歪みゲージ 9 (図示例で は 2個のみが示される） と、 歪みゲージ 9 のそれぞれ に備えられた端子用の薄膜導体 1 0 と、 薄膜導体 1 0 から引き出される ワイヤ 1 1 と、 すべての歪みゲージ 9 と薄膜導体 1 0等を被覆しこれらを保護するパッ シ ベーシ ョ ン膜 1 2 とから構成される。 これらはすべて 後述されるよ う に半導体製造技術に基づいて形成され る。 絶縁膜 8 はダイヤフラム 2 の上面のすべてにわた つて形成されているのではな く 、 前記起歪部の範囲に ほぼ対応して形成され、 ダイヤフ ラ ム 2の周辺部分に ついてはダイヤフラム面 2 aが表れる よ う に形成され ている。 このダイ ヤフラム面 2 a は前記拡散接合によ る結合のために使用される接合面である。 絶縁膜 8、 歪みゲー ジ 9、 薄膜導体 1 0、 ワ イ ヤ 1 1、 ノ ッ シベ ー シ ヨ ン膜 1 2 についてのその他の構成、 特質等につ いては、 第 3 9 図に基づいて説明 した従来の ものと全 く 同じであるので説明を省略する。 かかる構造によ つ て、 ダイ ヤフ ラ ム 2 の下面に第 1 図に示すよ う に油圧 等の圧力 Pが加わる と、 圧力媒体である圧油がダイ ヤ フ ラ ム 2 の起歪部が形成された部分に歪みが生じ、 こ の歪みを起歪部に対し最適な位置関係で配設された 4 個の歪みゲージ 9が検出 して、 ワイ ヤ 1 1 , 1 1 の間 に歪みに対応した電圧を発生する。 なお、 以上のよ う な構成を有する歪み検出部 2 Aは、 ミ ク ロ ン単位の厚 みであ り、 ダイ ヤフ ラ ム 2 の厚さ に比較して極めて薄 いものであるので第 1 図中ではその構造は示されてい ない。

第 1 図において、 前記電気回路部 4 は回路基板 1 3 の上に配設される。 回路基板 1 3 は支持部材 3 の上面 側に形成された大径孔 5 c 内に配置され、 その結果電 気回路部 4 自体もほぼ大径孔 5 c 内に収容 ， 設置され るよ う に構成されている。 電気回路部 4 は増幅回路部 や調整用抵抗等を含む。 前記の歪みゲー ジ 9 と電気回 路部 4 からなる回路構成の一例を第 4 図に示す。 第 4 図において、 4個の抵抗 9 a , 9 b , 9 c , 9 d は前 記 4個の歪みゲージ 9 を電気回路要素と して表現した ものであ り、 抵抗 9 a， 9 b , 9 c， 9 d はホイ ー ト ス ト ンブリ ッ ジ回路を形成するよ う に接続されている。 抵抗 9 a と 9 b との間の節点には電源端子 1 4が接続 され、 抵抗 9 c と 9 dとの間の節点にはァース端子 1 6が接続される。 抵抗 9 a と 9 c との間の可変抵抗 R 1 と抵抗 9 b と 9 d との間の可変抵抗 R ₂ は、 それぞ れゼロ点捕償調整用の抵抗である。 前記プリ ッ ジ回路 の出力は、 抵抗 R i と抵抗 R ₂ の各端子から取り 出さ れる。 演算増幅器 1 7 は抵抗 1 8〜 2 1及び可変抵抗 R 3 , R₄ ， R₅ によ って差動増幅器を形成する。 ホ ィ ー トス ト ンブリ ッ ジ回路の各出力電圧は、 それぞれ、 対応する入力側の抵抗によって分圧されて演算増幅器 1 7の非反転入力端子と反転入力端子とに入力され、 演算増幅器 1 7の出力端子 1 5 には入力側の差電圧に 対応する電圧が増幅されて出力される。 可変抵抗 R₃ ， R₄ ， R ₅ のう ち抵抗 R ₃ はオフセ ッ ト調整用の抵抗 であ り、 抵抗 R₄ ， R 5 はゲイ ンを調整するための抵 抗である。 このよう に、 電気回路部 4は增幅回路部と 複数の調整用抵抗器を有し、 電源端子 1 4 , 出力端子 1 5 , アース端子 1 6の 3つの接続用端子を備え、 こ れらの端子にはそれぞれ第 1図に示すよ う に配線 1 4 a， 1 5 a， 1 6 aが接続され、 更に外部に引き出さ れる。 上記各調整用抵抗器の調整は電気回路部 4の上 方から容易に行える よう に構成されている。 ダイ ヤフ ラム 2の上に形成された前記歪み検出部 2 Aより 引 き 出された前記のワイ ヤ 1 1、 1 1 は孔 5 b内を揷通さ れ、 更に回路基板 1 3 に形成された小孔を通過して回 路基板 1 3上の電気回路部 4 に接続される。

第 5図は、 第 1 図に示された構造を有する圧力セ ン サュニッ ト 1 を油圧パイ プなどの油圧機器の壁部 2 2 に組付けた状態を示す縦断面図である。 第 5 図におい て、 2 2 a は壁部 2 2 の外面、 2 2 b はその内面を示 す。 内面 2 2 b側は油通路等が形成されている。 壁部 2 2 の外面 2 2 a には圧力セ ンサュニッ ト 1 の支持部 材 3が収容、 設置される円形孔の凹部 2 3が形成され、 且つその凹部 2 3 の底面には内面 2 2 b側に開通され た例えば円形の孔 2 4が形成されている。 従っ て、 凹 部 2 3 の側と油通路側とは孔 2 4 を介して連通状態に ある。 凹部 2 3 の深さ寸法は支持部材 3 の厚み寸法よ り も大きい。 第 1 図に示された圧力セ ンサュニッ ト構 造にてダイヤフ ラム 2及び電気回路部 4等が組込まれ た支持部材 3 を、 壁部 2 2 の凹部 2 3 に嵌合させて設 置する。 このと き、 支持部材 3 の下面に形成された環 状の溝部 6 の中にオイルシール用のシールリ ング 2 5 を配置し、 このシール リ ング 2 5 を凹部 2 3 の底面に 当接させた状態で、 支持部材 3 の下面を凹部 2 3 の底 面に接触させる こ と によ り、 支持部材 3 を凹部 2 3 内 に配設する。 圧力セ ンサュニッ ト 1 の壁部 2 2 におけ る組付け状態において、 第 5 図に示される よ う にダイ ャフラム 2 の受圧面である下面が孔 2 4 を介して油通 . 路に臨み、 その結果圧力 Pを受ける こ とになる。 第 5 図中、 下側から圧力を受けるダイヤフ ラ ム 2 は、 支持 部材 3 の大径孔 5 a の段部で支持され且つ当該段部面 に拡散接合によって結合されているのため、 高い圧力 に対して圧力検出を行う こ とが可能である。 第 6 図は 第 5 図中の VI— VI線断面図で、 正方形の平面形状を し たダイヤフ ラム 2 の上面部の様子を示している。 第 6 図において、 2 6 は大径孔 5 aの内壁面の輪郭を示し、 2 4 はダイ ヤフ ラム 2 の下側に位置する前述した壁部

2 2の孔である。 4個の小さい矩形 9 は前記歪みゲー ジの配置状態の一例を示す。

第 5図において、 2 7 は凹部 2 3内に設置された圧 力セ ンサュニッ ト 1 を外面 2 2 a の側よ り押圧し固定 するための押え部材であり、 この押え部材 2 7 は、 凹 部 2 3 に嵌合する突出部 2 7 a を有する円形板状部材 である。 押え部材 2 7 は、 突出部 2 7 a で支持部材 3 を押圧しつつ、 少な く と も 2本のボル ト 2 8 で壁部 2 2に固定される。 2 9 は壁部 2 2 に形成されたネジ孔、

3 0 は押え部材 2 7 に形成されたボル ト揷通孔である。 ボル ト揷通孔 3 0 は、 ボル ト装着時ボル ト 2 8 の頭部 が突出しないよ う に、 ボル ト頭部を収容する大径部が 形成されている。 また押え部材 2 7の中央には段付き 孔 3 1が形成され、 この孔 3 1 によ っ て圧力セ ンサュ ニッ ト 1 の電気回路部 4から引き出される配線 1 4 a , 1 5 a , 1 6 aが外部に取り 出される。 上記押え部材 2 7 による押え構造によれば、 押え部材 2 7 による押 圧力は強度の高い支持部材 3 に直接的に加わるため、 ダイ ヤフ ラム 2 には不要な変形力が加わ らず、 圧力測 定精度を高く 維持する こ とができ る。

次に第 1図に示した圧力セ ンサュニ ッ ト 1 に関し、 ダイヤフ ラ ム 2 と支持部材 3 と絶縁膜 8 と歪みゲー ジ 9からなる構造部分の製造方法について詳述する。

前述した形状に形成された薄板片状の金属ダイヤフ ラム 2の上面に、 絶縁膜 8が、 従来の ものと同様に、 例えば S i 0₂ , S i C , S i N_x 等を用いて、 C V D法、 真空蒸着法、 スパッ タ法等の成膜技術を適用す る こ とによ り厚さが約 1〜 2 0 mの薄膜状に形成さ れる。 この場合、 絶縁膜 8 は製作者にと っては既知の ダイ ヤフ ラム 2の起歪部の部分に対応させて形成され、 ダイ ヤフラム 2の周辺部分は絶縁膜 8が形成されず接 合面 2 a と して残される。 絶縁膜 8の上面に形成され る半導体歪みゲージ 9 は、 リ ン又はホウ素等の不純物 を ドー ピングしつつプラズマ C V D法等によ って絶縁 膜 8の上面に非晶質状態の シ リ コ ン薄膜を形成し、 こ のシ リ コ ン薄膜にホ ト リ ソグラ フ ィ 法を適用 して非晶 質状歪みゲージをパター ン形成し、 その後熱処理を施 して結晶質状の歪みゲージと して形成される。 なお、 非晶質状態のシ リ コ ン薄膜は歪みゲージと しての機能 を持たないが、 説明の便宜及び用語の統一という観点 から、 この明細書及び請求の範囲では非晶質状態、 結 晶質状態に関係な く 「歪みゲージ」 という用語を使用 する。 また、 上記の製造方法において、 前記のパター ン形成工程と熱処理工程の実施順序を反対にする こ と も可能である。

前記実施例の圧力セ ンサユニッ ト 1 では、 ダイ ヤフ ラム 2 と支持部材 3 との間における拡散接合のための 熱処理と、 ダイヤフ ラ ム 2 の上面における歪みゲージ 9 を非晶質状態から結晶質状態に変化させるための熱 処理とを、 単一の熱処理で同時に行う こ とが可能であ る。 拡散接合は、 ダイヤフ ラ ム 2 の接合面 2 a と支持 部材 3 の大径孔 5 a の段部面とをアル ミ ニウム等のィ ンサー ト材を介して当接させ、 真空又はアルゴン雰囲 気の下で加圧状態にしたまま、 全体を 5 5 0 °C以上の 温度で一定時間加熱する こ と によ り、 例えば同一金属 材からなるダイヤフ ラ ム 2 と支持部材 3 とを原子結合 させる方法であ り、 極めて強い結合力を得る こ とがで きる。 なお、 ダイヤフ ラ ム 2 と支持部材 3が同一金属 で形成されてお らず、 他の部材或いは同一でない部材 で形成されている場合でも拡散接合する こ とは可能で ある。 また、 非晶質状態の歪みゲージ 9 を結晶化する 温度は 5 0 0 〜 6 5 0 °Cである。 従って、 拡散接合の ための熱処理を利用 して歪みゲージ 9 の結晶質化を一 度の熱処理によって同時に行う こ とができ る。

以上のよ う に、 支持部材 3 の凹部 5 a に設置収容さ れる状態で且つ凹部 5 a の接合面に合わせて予めダイ ャフ ラ ム 2 を形成し （ダイ ヤフ ラ ム形成工程） 、 この ダイ ヤフ ラ ム 2 の上面の所定箇所に絶縁膜 8 を形成し (絶縁膜形成工程） 、 絶縁膜 8 の上面に非晶質状態の シ リ コ ン薄膜を形成し （シ リ コ ン薄膜形成工程） 、 そ の後この シ リ コ ン薄膜に非晶質状の歪みゲー ジ 9 をパ ター ン形成する （ゲージパター ン形成工程） 。 そ して、 非晶質状歪みゲージ 9 がパター ン形成されているダイ ャフ ラ ム 2 を支持部材 3 に拡散接合する と共に、 非晶 質状の歪みゲー ジ 9 を結晶質化するため、 支持部材 3 とダイ ヤフ ラム 2 と非晶質の歪みゲー ジ 9 とを一体的 に熱処理する （熱処理工程） こ と によ り圧力セ ンサュ ニッ ト 1 の前記構造部分を作る こ とができ る。

なお、 上述した非晶質の シ リ コ ン薄膜を結晶質化す るための熱処理の方法は、 本発明者等によっ て特願昭 6 3 — 2 4 1 9 9 5号で提案されており、 こ の出願明 細書等で詳述される よ う に、 上記熱処理によれば、 抵 抗値がほとんど絶縁体に近い非晶質シ リ コ ン薄膜を 5 0 0 °C以上の温度で加熱する こ と によ り 、 抵抗値が減 少し ピエゾ抵抗効果を持っ た結晶質シ リ コ ン薄膜が形 成される。 次に第 7図乃至第 1 6図に基づいて圧力セ ンサュニ ッ ト 1の前記構造部分の製造方法の他の実施例につい て説明する。 こ の製造方法は、 ダイヤフ ラ ム 2 と絶縁 膜 8 と歪みゲー ジ 9からなる構造部分を大量に製造す るための方法である。

先ず、 基材成形工程によって第 7図に示す金属製薄 板基材 3 2を成形する。 この金属製薄板基材 3 2は後 にダイヤフ ラ ム 2 となる ものである。 薄板基材 3 2 は 例えば S U S 6 3 0等によって厚さ が約 0. 0 5 〜 2 mmの薄板状に形成される。 後述されるよう に多数 のダイヤフ ラム 2を成形できる程度の大き さ になって いる。 そ して、 第 8図のマスク載置工程で示されるよ う に、 薄板基材 3 2の上面には金属マスク 3 3が固定 状態にて載置される。 金属マスク 3 3を設ける こ とに よって薄板基材 3 2の上面に多数の円形スペースが形 成され、 これらのスペースは歪み検出部 2 Aが形成さ れる箇所となる。

第 9図は絶縁膜形成工程を示し、 前記薄板基材 3 2 の上面における金属マスク 3 3 によって形成されたス ペースに例えば S i 0₂ , S i C, S i N_x 等を用い て、 且つ真空蒸着法、 スパッ タ法等の適宜な成膜技術 によって厚さ t ₂ が約 l〜 2 0 ii m程度の絶縁膜 8を 形成する。

第 1 0図はシ リ コ ン薄膜形成工程を示し、 多数の前 記絶縁膜 8 のそれぞれの上面に例えばプラズマ C V D 法によ っ て リ ン又はホウ素を ドー ピングさせる こ とに よ り結晶度の低い非晶質 （アモルフ ァ ス） 状態の シ リ コ ン薄膜 3 4を形成する。 シ リ コ ン薄膜を形成した後、 第 1 1 図のマスク除去工程に示される よ う に金属マス ク 3 3が除去される。 次に、 第 1 2 図及び第 1 3 図に 示される よ う にホ ト リ ソグラ フ ィ 法によ って前記シ リ コ ン薄膜 3 4のそれぞれに対し 4個の非晶質状歪みゲ ージ 9 をパター ン形成するゲー ジパタ ー ン形成工程を 実行する。

前記第 1 3図と第 1 4図は切断工程を示す。 切断ェ 程では薄板基材 3 2 を、 ゲージパター ン形成工程によ つて形成された 4個の非晶質状歪みゲー ジ 9 ごとに第 1 3 図中の破線で示すよ う に切断し、 ダイ ヤフ ラ ム 2 と絶縁膜 8 と 4個の非晶質状の歪みゲー ジ 9 とを含む 圧力セ ンサ 1 Aを形成する。

次に第 1 5 図及び第 1 6 図は、 支持部材 3 とダイ ヤ フラム 2 とを拡散接合する と共に非晶質状態の歪みゲ ージ 9 を結晶質化するための熱処理工程を示す。 先ず、 拡散接合の準備と して第 1 5 図に示すよ う に、 支持部 材 3 の大径孔 5 a の段部接合面又はダイ ヤフ ラ ム 2 の 接合面 2 a のいずれかにアル ミ ニウム等のィ ンサー ト 材を配設又は塗布し、 支持部材 3 と、 歪み検出部を備 えたダイ ヤフ ラ ム 2 とを密着する。 こ の時、 ダイ ヤフ ラム 2 は支持部材 3 の大径孔 5 a の内壁面に案内され て位置決めされながら大径孔 5 a 内に収容、 設置され る。 このダイヤフラム 2の大径孔 5 a における設置状 態において前記歪み検出部は最適な位置関係で小径孔 5 b に臨む。 そ して、 支持部材 3 とダイヤフラム 2 と を圧接状態に保持したまま、 第 1 6図に示すよ う にヒ 一夕 3 5 を備える電気炉 3 6内に入れ、 拡散接合に必 要な 5 5 0で以上の温度で一定時間加熱する。 これに よって、 支持部材 3 とダイヤフラム 2 は原子結合する と共に、 非晶質状歪みゲージ 9 は結晶質化してピエゾ 抵抗効果を持つ半導体歪みゲージに変化させる。 こ う して、 1 回の熱処理によって、 支持部材 3 とダイヤフ ラム 2の拡散接合と半導体歪みゲ一ジ 9 の結晶質化と を同時に行う こ とができ、 も って製造工程の減少と製 造コス トの低減を図る こ とができる。 更に大面積の薄 板基材を使用 して多数の歪み検出部を同時に作る こ と ができ、 同品質の圧力センサを大量に製造する こ とが できる。

第 1 7図は、 ダイヤフラム 2 と、 絶縁膜 3 7 と、 半 導体歪みゲージ 9 と、 薄膜導体 1 0 と、 パッ シベーシ ョ ン膜 1 2 からなる歪み検出部 1 Aの構造部分の変更 実施例であ り、 この実施例では、 絶縁膜がダイ ヤフ ラ ム 2 の上面全面に形成されている。 その他の構成は第 3図に示 した構成と同じである。 このよ うな構成を有 する歪み検出部は、 接着剤を使用 して支持部材 3 の円 形大径孔 5 a の段部に固定される。 拡散接合によ って 固定する場合に比較して、 支持部材 3 とダイ ヤ フ ラ ム 2 との結合力が弱いので、 検出対象である圧力が比較 的に弱い場合に採用される構成である。

上記構造を有する歪み検出部の製造方法を第 1 8 図 乃至第 2 3 図に基づいて説明する。 こ の製造方法は、 基本的に、 前記第 7図乃至 1 4図に従って説明した製 造方法と同じである。 先ず、 基材成形工程によ っ て円 形の金属製薄板基材 3 2 を成形し （第 1 8 図） 、 絶縁 膜形成工程においてこの薄板基材 3 2 の上面の全面に わたり絶縁膜 3 7を成膜技術によ っ て形成する （第 1 9図） 。 次いで、 シ リ コ ン薄膜形成工程において絶縁 膜 3 7の上面の全面に非晶質状のシ リ コ ン薄膜 3 8 を 形成し （第 2 0図） 、 その後、 ホ ト リ ソ グラ フ ィ 法に よってシ リ コ ン薄膜 3 8が複数の非晶質状の歪みゲー ジ 9 となるよ う にパター ン形成するゲー ジパター ン形 成工程を行う （第 2 1 図及び第 2 2図） 。 こ のゲー ジ パター ンは予めダイ ヤフラム 2 の起歪部となる部分に 対応して形成される。 切断工程では、 4個の歪みゲ一 ジ 9 ごとに前記薄板基材 3 2 と絶縁膜 3 7 を第 2 2 図 中の破線で示すよ う に切断し、 最終的にダイ ヤフ ラ ム 2 と絶縁膜 3 7 と非晶質状の歪みゲー ジ 9 とからなる 複数の歪み検出部を形成する （第 2 3 図） 。 こ のよ う にして形成された第 2 3図に示される各歪み検出部は、 その後非晶質状態の歪みゲージ 9を結晶質化するため の前記熱処理が施される。 その後、 絶縁膜 3 7の所定 の上面箇所に接着剤を付着して圧力セ ンサ 1 Aを支持 部材 3に固定する。 上記実施例による圧力セ ンサの構 造によれば、 金属マスクを使用する必要がないので簡 単に製造することができる。 また接着材を利用して支 持部材 3 とダイヤフ ラ ム 2を結合するため、 結合方法 が容易である。

その他の圧力セ ンサュニッ ト 1 の変更実施例を第 2 4図乃至第 2 6図に基づいて説明する。

第 2 4図は圧力セ ンサュニッ ト 1 の要部を示し、 圧 力セ ンサュニッ ト 1 は、 図中下側面 3 9 aが圧油に接 触する接液面となり、 この接液面 3 9 aから他の側面 3 9 bにかけて大径段部 3 9 c と小径孔部 3 9 dが同 心状に形成された平板状の基体 3 9 と、 この基体 3 9 の大径段部 3 9 c に嵌合された例えば円形のダイヤフ ラム 2 とから構成される。 基体 3 9 は、 例えば油圧パ イブ、 継手、 油圧ポンプ及び油圧モータ等の油圧機器 の圧油と接触する壁部である。 ダイヤフ ラ ム 2は図中 上面に歪み検出部 2 Aが形成された後、 基体 3 9の大 径段部 3 9 c に拡散接合又は接着剤等によつて固着さ れており、 歪み検出部 2 Aが基体 3 9の小径孔部 3 9 d内に収容された伏態になっている。 以上のように、 この実施例では、 支持部材の役目を有する基体 3 9 が 油圧機器の圧油に接触する壁部で代用されている。

またこ の実施例では、 絶縁膜 8、 半導体歪みゲー ジ 9、 薄膜導体 1 0、 パッ シベー シ ヨ ン膜 1 2 、 ワイ ヤ 1 1 からなる歪み検出部 2 Aの構造は第 3図で説明 し た構造と同じであるが、 その周辺の構造が前記実施例 と異なっている。 すなわち、 4 0 は合成樹脂によ っ て 有蓋筒状に形成されたカバーで、 このカバー 4 0 は歪 み検出部 2 Aをを覆う よ う に絶縁膜 8 に固着されてお り、 その頂壁部 4 0 a には複数のワイ ヤ挿通孔 4 1 , 4 1 (図示例では 2つ示されている） が設け られてい る。 4 2 , 4 2 は、 頂壁部 4 0 a の上面に固着され、 且つ複数の リ ー ド線 4 4， 4 4 のそれぞれが接続され た接続端子である。 複数の接続端子 4 2 のそれぞれに は対応する ワイヤ 1 1 の一端が接続されている。 リ ー ド線 4 4 , 4 4のそれぞれの先端には図示しない電気 回路部及び計測器等が接続される。

前記構成を有する圧力セ ンサュニッ ト 1 によれば、 前記実施例と同様に圧力セ ンサ 1 Aの要部をなすダイ ャフラム 2 の強度を高める こ とができ、 またダイ ヤフ ラ ム 2 を基体 3 9 の大径段部 3 9 c に嵌合し収容、 設 置させるだけで、 ダイヤフ ラ ム 2 における歪み検出部 2 Aの位置合せを精度よ く 且つ容易に行う こ とができ る。 更に、 支持部材である基体 3 9 を直接油圧機器の 壁部と したため、 圧力セ ンサュニッ ト 1 の組付けをコ ンパク ト にする こ とができる。

第 2 5 図も第 2 4図と同様な図であ り、 この実施例 では、 基体 4 6 の大径段部 4 6 c 内周面と、 円形に形 成されたダイヤフラム 4 7 の外周面との間にスナ ッ プ リ ング 4. 8 を介装し、 また、 ダイヤフ ラ ム 4 7 と基体 4 6 との当接面にはオイルシール用の 0型シール リ ン グ 4 9 を設け、 歪み検出部 2 Aの側に油液等が浸入し ないよう にされている。 その他の構成は第 2 4図で説 明した構成と同じである。 この実施例によれば、 前記 各実施例で説明された位置合せの精度向上等の効果に 併せて、 ダイヤフ ラ ム 4 7を基体 4 6 に組付ける作業 が容易である と共に、 ダイ ヤフ ラ ム 4 7 を取り外して 歪み検出部 2 Aの交換作業を行う こ とができ、 組立て、 保守等の作業性に優れている。

第 2 6 図は一層コ ンパク トな構造に形成された圧力 センサュニッ ト 1 を示す。 第 2 6 図において、 5 0 は 小型の支持部材、 2 は支持部材 5 0の大径孔 5 0 a に 収容設置され且つ拡散接合等によ って支持部材 5 0 に 固着されたダイヤフ ラ ム、 4 は支持部材 5 0 の上面に 配設された電気回路部である。 この圧力セ ンサュニッ ト 1では、 支持部材 5 0 の側面の全周面に突起帯 5 0 b を形成し、 この突起帯 5 O bを利用 して、 その上側 にカバー と押え部材を兼用する カバー部材 5 1 を嵌合 等によって備え、 突起帯 5 O b の下側のスペースを利 用 して想像線で示すよ う にシールリ ング 5 2 を配設せ しめる。 この実施例による圧力セ ンサユニッ ト 1 は、 保管、 取扱いが容易であ り、 電気回路部 4 を破損する こ とがな く 、 容易な取付け作業で油圧機器に装着する こ とができ る。

第 2 7図は第 5図に類似した図面であるが、 構成が 基本的に異なる圧力セ ンサュニッ ト 1 0 0を示す。 こ の実施例によ る圧力セ ンサュニ ッ ト 1 0 0 では、 圧力 センサ 1 Aを 2個備え、 2個の圧力セ ンサ 1 Aの出力 の差をと る こ とによ って目的とする圧力信号を得る よ う に構成される。 すなわち、 圧力セ ンサュニッ ト 1 0 0 は差圧セ ンサと して構成されている。 第 2 7図にお いて、 第 5 図で示した要素と同一の要素には同一の符 号を付している。 2 2 は壁部、 2 3 は圧力セ ンサュニ ッ ト 1 0 0 を収容する大径の円形凹部、 2 7 は圧力セ ンサュニッ ト 1 0 0 を壁部 2 2 の凹部 2 3 に固定する ための押え部材、 2 8 は押え部材 2 7 を壁部 2 2 の外 面に固定するポル トである。 5 3 は本実施例によ る圧 力セ ンサュニ ッ ト 1 0 0 の支持部材であ る。 こ の支持 部材 5 3 は、 前記実施例の支持部材 3 よ り も大きな径 を有し、 且つ圧力セ ンサ 1 Aを 2個備える構造を有 し ている。 従って、 支持部材 5 3 の図中下面には圧力セ ンサ 1 Aのダイ ヤフ ラ ム 2 を収納し固着するための前 述した大径孔 5 aが 2個形成されている。 2個の圧力 セ ンサ 1 Aについて、 その周辺の構造はそれぞれ同じ 構造であ り、 その構造は第 5図に示された通り である。 そのため、 支持部材 5 3では、 2個の小径孔 5 b、 2 個の リ ング状溝部 6、 2個のシールリ ング 2 5が設け られる。 このよ う に、 圧力センサュニッ ト 1 0 0では 圧力を検出する こ とができる構成を 2か所備えている。 他方、 このよ う な圧力センサュニッ ト 1 0 0 の構造に 対応して、 壁部 2 2 にも油圧等の圧力を導き入れる孔 2 4が 2個形成されている。 孔 2 4， 2 4のそれぞれ に導入される圧力はそれぞれ異なる ものである。 また、 支持部材 5 3の上部に設けられる電気回路部 4の収容 '部周辺の構造は寸法が若干大き く なるだけで、 前記支 持部材 3 の場合とほとんど同じである。 ただし、 電気 回路部 4 は 2つの圧力センサ 1 Aから異なる圧力につ いての検出信号を入力され、 その差をと つて出力する よう に構成される。

第 2 8 図は本発明の構成が適用された差圧センサの 変更実施例を示し、 この差圧セ ンサと して構成された 圧力センサユニッ ト 2 0 0 の構造によれば、 1つの圧 力セ ンサ 1 Aによって差圧セ ンサを実現している。 第 2 8 図において、 5 4 は油圧機器等の壁部の一部分を 示し、 この壁部 5 4 はそれぞれ異なる油圧を受ける内 壁面 5 4 a と 5 4 b を有している。 壁部 5 4 の各内壁 面 5 4 a , 5 4 b にはそれぞれ圧油を導入する孔 2 4 と 2 4 a が形成されている。 壁部 5 4 の外壁面 5 4 c には内面に雌ネ ジが形成された大径の孔 5 5、 更に孔 5 5 の底部には、 圧力セ ンサ 1 Aをホール ドする支持 部材 5 6 を収容、 設置せしめるための孔 5 7 が形成さ れている。 孔 5 5 と 5 7 は同軸的位置関係にある。 支 持部材 5 6 はほぼ円柱状の形状をな し、 図中下面部に 圧力セ ンサ 1 Aのダイ ヤフ ラ ム 2 を収容し且つ固着せ しめる大径孔 5 a を有し、 その側部周面部に油路を形 成する溝 5 8、 内部に図中ダイ ヤフ ラ ム 2 の上面部に 通じ且つ前記溝 5 8 につながる油路用の孔 5 9が形成 されている。 前記の孔 2 4 はダイ ヤフ ラ ム 2 の下面側 に通じ、 孔 2 4 a は図中左端の開口部が溝 5 8 に対面 している。 従って、 内壁面 5 4 a側の圧油は孔 2 4 を 通してダイ ヤフ ラ ム 2 の下面側に導かれ、 一方内壁面 5 4 b側の圧油は孔 2 4 a及び溝 5 8、 孔 5 9 を通し てダイヤフ ラ ム 2 の上面側に導かれる。 また、 支持部 材 5 6 はその上面の凹部 6 0 に電気回路部 4 を収容、 配設している。 6 1 , 6 2， 6 3 はそれぞれシール リ ングであ り、 6 1 は支持部材 5 6 の下面に形成された 環状の溝に配設される 0型シール リ ング、 6 2及び 6 3 は支持部材の側部周面の周方向に形成された溝に配 置されたシール リ ングである。

圧力セ ンサ 1 Aの構造は基本的に前記実施例で説明 した構造と同じである。 ただし、 ダイヤフ ラ ム 2 の上 面側にも圧油が導かれる こ とから、 ダイヤフ ラ ム 2 の 上面に形成される歪み検出部を保護すべく S i N X や モ一ルディ ング膜等による保護膜 6 4が設け られてい る。 この実施例による構成では、 圧力セ ンサ 1 Aのダ ィャフ ラ ム 2の上下に圧力をかける構造とする こ とに よ り両者の差圧を直接検出する こ とができ る。 すなわ ち、 金属ダイヤフラム 2 の両面が圧力を受け、 1個の 圧力セ ンサ 1 Aによって応答性の良好な差圧セ ンサを 実現でき る。 ダイヤフ ラム 2 の上面の歪み検出部で検 出された差圧信号は複数の配線 6 5 によってハ ーメ チ ッ ク シール 6 6 内を通って電気回路部 4 に導かれ、 電 気回路部 4の増幅器等において差圧信号の処理が行わ れる。 ハ ーメ チ ッ ク シール 6 6 は圧油が電気回路部 4 側に浸入するの防止するためのものである。

第 2 9 図はダイヤフ ラ ム 2 の上面における配線 6 5 の固定構造の一例を示す。 配線 6 5の図中下端は、 ダ ィャフ ラ ム 2の上面周辺に固着されており、 配線 6 5 の下部は保護膜 6 4 によってコ ーティ ングされている。 配線 6 5 の接続構成と しては、 例えば、 ダイ ヤフ ラ ム 2 の上面周辺にハンダ 6 7 で雌型ピン受け 6 8 を設け、 保護膜 6 4 の外側に露出 した雌型ピン受け 6 8 の受け 口に下端を差込むこ とによ り接続する という ピン立て 構造となっ ている。 従って、 組立てが極めて簡単であ る。 また、 単にハンダ付け構造とする こ と もでき る。 なお第 2 9図中、 6 9 は配線用薄膜である。

第 2 8 図に示された構造によれば、 前記各実施例で 説明された本発明の効果に加えて、 圧力セ ンサ 1 Aの 金属ダイ ヤフ ラ ム 2 を、 壁部 5 4 における支持部材 5 6 のハウ ジ ジ ング部分と支持部材 5 6 の大径孔 5 a の 段部で挟込む構造と したため、 強固な支持構造とな り、 圧油に関し高圧、 低圧の選択の仕方は任意となる。 ま た本実施例によれば、 1枚のダイ ヤフ ラ ムで差圧セ ン サを構成でき るため、 部品点数が減り、 小型且つ簡単 な構造で安価な差圧セ ンサュニッ トを作る こ とができ る。 なお、 支持部材 5 6 の上側には、 孔 5 5 の雌ネ ジ に螺合して孔 5 5 内に固定され支持部材 5 6 を押える 押え部材 （図示されず） が配設される。

第 3 0図は第 2 8 図で示した差圧セ ンサの構造の一 部を変更した実施例を示し、 この実施例では圧力を受 けるダイヤフ ラ ムの形状を変更している。 第 3 0 図に おいて第 2 8図で説明 した同一要素には同一の符号を 付す。 第 3 0図において、 5 4 は壁部、 5 4 a は内壁 面、 2 4 は圧油を導く 孔、 5 6 は支持部材、 5 9 は油 路用の孔、 6 5 は配線、 6 6 はハ ーメ チ ッ ク シールで ある。 また第 3 0 図において図示されなかっ た周辺部 分の構成は、 後述する よ う にシール リ ング 6 1 を使用 しない点を除き第 2 8 図に示された構成と同 じである。 第 3 0図において、 1 0 2 は本実施例によるダイヤフ ラムであ り、 このダイヤフラム 1 0 2 は切削加工によ つて作られる金属製ダイヤフ ラムである。 ダイヤフラ ム 1 0 2 は天板部分に起歪部 1 0 2 a を有し、 起歪部 1 0 2 aの上面に保護膜 6 4で保護された歪み検出部 が設けられる と共に、 起歪部 1 0 2 aの上面及び下面 が受圧面と して使用される。 起歪部 1 0 2 a の周辺下 側のダイヤフ ラ ム 1 0 2 の部分は、 起歪部と連続的に 且つ一体的に筒部 1 0 2 b形成される。 この筒部 1 0 2 bは起歪部 1 0 2 aを支持している。 筒部 1 0 2 b の上面は非起歪部と して構成され、 この非起歪部に配 線 6 5が接続されている。 また筒部 1 0 2 b の図中下 部外周面には段部 1 0 2 cが形成される。 かかる形状 を有するダイヤフ ラ ム 1 0 2 は、 支持部材 5 6 の大径 孔 5 a に嵌合され、 こ こに収容、 設置されてその'段部 に拡散接合又は接着剤によって固着される。 またダイ ャフ ラム 1 0 2 は、 組付け時、 第 3 0図に示すよ う に 筒部 1 0 2 bの先部が壁部 5 4の孔 2 4の大径孔 2 4 a内に位置する こ とになり、 且つ前記段部 1 0 2 c と 大径孔 2 4 a の段部とで環状スぺースが形成される。 この環状スペースには 0型シールリ ング 1 0 3が配設 される。 こ のよ う な組付け構造において、 圧油を導く 孔 2 4 はダイヤフ ラ ムの内側スペースに通じ、 圧油が 起歪部 1 0 2 a の下面に加え られる。 また油路 5 9 を 経由 して他の圧油が起歪部 1 0 2 a のの上側に形成さ れたスペースに導かれ、 起歪部 1 0 2 a の上面に加え られる。 こ う して金属製ダイ ヤフ ラム 1 0 2 の上下よ り異なる圧力を加える こ とによ り両者の差圧が歪み検 出部で検出される。 なお、 前述のよ う にダイ ヤフ ラ ム 1 0 2 の筒部 1 0 2 b の先部外周部にシール リ ング 1 0 3 を設けるよ う に したため、 第 2 8 図で示したシー ルリ ング 6 1 を設ける必要はない。 この実施例による 差圧セ ンサでも第 2 8図に示された差圧セ ンサと同様 に 1 個のダイ ヤ フ ラ ムで差圧セ ンサが構成される。 次に、 前記の各実施例で説明された各種圧力セ ンサ ュニッ トのいずれかが予め組付け られた油圧パイ プ用 継手、 油圧パイ プ等を説明する。

第 3 1 図は継手の第 1実施例を示し、 第 3 2 図は継 手の要部平面図である。 こ の実施例では、 第 5 図に示 された構造を有する圧力セ ンサュニッ ト 1 が組付け ら れた継手を示す。 第 3 1 図及び第 3 2 図において第 5 図で示された要素と実質的に同一の要素には同一の符 号を付す。 7 0 は径の異なる一対の油圧パイ プを接続 するためのプッ シ ングであ り、 プッ シ ング 7 0 の内周 側は平坦な周面からなる油液接触面 7 0 a とな り、 油 通路 7 1 を形成している。 また、 プッ シ ング 7 0 の内 周の軸方向両側は大径の雌ネ ジ部 7 2 , 7 3 にな っ て いる。 2 3 はプッ シング 7 0の外周面 7 0 b側に形成され た前記圧力センサユニッ ト 1 を設置する円形孔、 7 4 は前記押え部材 2 7 を設置する円形孔、 2 8 , 2 8 は 押え部材 2 7を固定するためのボル ト、 2 9， 2 9 は ボル ト 2 8 を固着するネジ孔、 2 4 は油液接触面 7 0 a に開口された圧油を導入するための孔である。 第 3 2図に示されるよ う にボル ト 2 8 はその頂部に 6角孔 2 8 aを有する。 圧力セ ンサュニッ ト 1 に設けられた ダイ ヤフ ラム 2 は圧油導入孔 2 4 を介して油圧を受け る。 こ う して、 プッ シング 7 0 の壁部の中に外周面側 から圧力センサュニッ ト 1 が組み付け られ、 且つ押え 部材 2 7 によって圧力セ ンサュニッ ト 1が固定される。 図中測定器等は図示されていない。

前記構成を有する プッ シ ング 7 0では、 予め油通路 7 1 を通過する圧油の圧力を検出できる圧力セ ンサを 備えた構造を有し、 且つ圧力セ ンサュニッ ト 1及びそ の押え部材 2 7をプッ シング 7 0 の壁部に完全に埋設 するよ う に し、 そのため、 岩石、 土砂等で圧力センサ 部分が破損する こ とを確実に防止する こ とができ る。 また、 圧力セ ンサを備えていない従来のブッ シ ングを、 本実施例による プッ シング 7 0 と交換するだけで、 油 圧パイ プの全体の長さを変える こ とな く 圧力センサを 取り付ける こ とができ、 また取付け作業も極めて簡単 である。 更に油圧パイ プに対する プッ シ ング 7 0 の接 続位置を変更する こ とによって、 油圧の測定箇所を自 由に且つ容易に選定する こ とができる。

第 3 3図及び第 3 4図は継手の他の実施例を示す。 この実施例において、 第 3 1 図に示された構成と同一 の構成には同一の符号を付し、 その説明を省略する。 この実施例では、 圧力セ ンサュニッ ト 1 の支持部材 3 を押さえ付ける押え部材が前記実施例の ものと異なる。 すなわち、 圧力セ ンサュニッ ト 1 の設置孔 2 3 の図中 上部に押え部材を設置する孔 7 5 を大径の雌ネ ジ孔と して形成し、 このネ ジ孔 7 5 に、 外周面に雄ネ ジを形 成した押え部材 7 6 を螺合して取り付ける。 押え部材 7 6 の外端面には.、 第 3 4図に示される よ う に、 押え 部材 7 6 を回転せ しめるための孔 7 6 a が 2個設け ら れている。 また。 押え部材 7 6 の軸部には挿通孔 7 6 bが形成され、 この孔 7 6 bから圧力セ ンサユニ ッ ト 1 の上部に配置された電気回路部 4の リ ー ド線が引 き 出される。 孔 7 6 b はその後封止される。

第 3 5 図及び第 3 6図は油圧パイ プのフラ ン ジ部に 本発明にかかる圧力セ ンサュニッ トを組付けた実施例 を示す。 組付け られる圧力セ ンサュニッ ト は第 5 図に 示された構造を有する ものである とする。 7 7 はパイ プ部 7 7 a と フラ ン ジ部 7 7 b とを有する フ ラ ン ジ付 き油圧パイ プで、 その内周面は油液接触面 7 7 c とな つている。 2 3 はパイ プ部 7 7 a の外周面から径方向 に形成された孔で、 圧力セ ンサュニッ ト 1 を設置する ための孔である。 2 4 は油液導入孔である。 7 8 は設 置孔 2 3 と同心状に立設された中空筒孔を有するホル ダで、 その内周面の上半部には雌ネ ジ部 7 8 aが刻設 されている。 この雌ネジ部 7 8 a には圧力セ ンサュニ ッ ト 1 を押え且つ固定するための押え部材 7 9が螺合 するよ う になつている。

上記実施例によれば、 圧力セ ンサュニッ ト 1 を備え たフ ラ ンジ付き油圧パイプ 7 7 を油圧パイ プの所望の 箇所に組付ける こ とにより、 油圧を任意の位置で測定 する こ とができ る。

第 3 7 図及び第 3 8 図は油圧パイプ 8 0 a と フ ラ ン ジ部 8 0 b からなる フ ラ ンジ付き油圧パイ プ 8 0 のフ ラ ンジ部 8 0 b に本発明にかかる圧力セ ンサュニッ ト を組付けた実施例を示す。 この実施例では、 フ ラ ンジ 部 8 0 b に、 圧力セ ンサュニッ ト 1 を設置するための 設置孔 2 3 と、 設置された圧力セ ンサュニッ ト 1 を固 定するための押え部材 8 1 を取り付ける雌ネ ジ孔 8 2 を同軸的に形成している。 なお、 2 4 は圧油導入孔、 8 0 c は油液接触面である。

以上の各実施例で説明した圧力セ ンサは主に油圧を 測定する ものについて説明したが、 その他の液圧、 気 圧に関する ものであ っても同様に本発明を適用する こ とができ るのは勿論である。 産業上の利用分野

本発明による圧力セ ンサ及び圧力セ ンサ付き油圧機 器は、 土木 · 建設機械用の油圧機器等に組付けるのに 最適な構造を有し、 ダイ ヤフ ラ ムなどの各構成要素の 位置決め精度の向上、 組付けの簡易化、 圧力測定精度 の向上を達成でき、 また本発明による圧力セ ンサの製 造方法によれば半導体製造技術を有効に利用する こ と ができる。

Claims

請求の範囲

1 . 薄板状に形成され、 一方の面に歪み検出部が設け られ且つ少な く と も 1 つの面が受圧面となるダイヤフ ラムと、 大径孔とそれに同軸に連なる小径孔とを有す る支持部材とからなり、 前記大径孔は前記ダイヤフ ラ ムを収容し且つ前記大径孔の内壁面が前記ダイ ヤフ ラ ムの外端部の位置を制限する位置関係に基づき前記小 径孔に対して前記ダイヤフ ラ ムの設置位置を決定し、 前記小径孔は前記ダイ ヤフ ラ ムの起歪部寸法を規定し、 前記大径孔と前記小径孔との間に形成される段部が前 記ダイヤフ ラム との結合面とな り、 更に前記大径孔に 収容された前記ダイヤフラムの受圧面に圧力媒体が導 入される こ とを特徵とする圧力セ ンサ。

2 . 請求の範囲第 1項において、 前記小径孔に対する 前記ダイ ヤフ ラ ムの位置決めは、 前記ダイヤフ ラ ムの 外端部を前記大径孔の内壁面に接触させる こ と によ り 行われる こ とを特徵とする圧力センサ。

3 . 請求の範囲第 1項において、 前記ダイヤフ ラ ム力 矩形薄板状に形成され、 前記大径孔の内壁面が前記ダ ィャフラムの各頂点の位置を制限する位置関係に基づ いてダイヤフ ラ ムの前記位置決めが行われる こ とを特 徵とする圧力セ ンサ。

4 . 請求の範囲第 1項において、 前記ダイヤフ ラ ムは 接着剤によって前記支持部材に結合される こ とを特徵 とする圧力セ ンサ。

5 . 請求の範囲第 1項において、 前記ダイ ヤフ ラ ムは、 前記歪み検出部の外周囲の周辺表面と前記支持部材の 前記段部表面とを拡散接合させる こ と によ り前記支持 部材に結合される こ とを特徴する圧力セ ンサ。

6 . 請求の範囲第 1項において、 前記支持部材は油圧 機器の圧力媒体と接触する壁部である こ とを特徴とす る圧力セ ンサ。

7 . 請求の範囲第 1 項において、 前記支持部材は、 前 記歪み検出部から出力される検出信号を処理する電気 回路部を収容し設置するよ う に構成されたこ とを特徵 とする圧力セ ンサ。

8 . 薄板状に形成され、 一方の面に歪み検出部が設け られ、 他方の面が受圧面となる 2個のダイヤフ ラ ム と、 大径孔とそれに同軸に連なる小径孔とを 2組有する支 持部材とからな り、 前記 2組の う ちの各大径孔は前記 2個のダイヤフラムの う ちの各 1 個をそれぞれ収容し 且つ前記大径孔の内壁面が前記各ダイヤフ ラ ムの外端 部の位置を制限する位置関係に基づき前記各小径孔に 対して前記各ダイ ヤフ ラ ムの設置位置を決定 し、 前記 各小径孔は前記各ダイ ヤフ ラ ムの起歪部寸法を規定し、 前記各大径孔と前記各小径孔との間に形成される各段 部が前記各ダイ ヤフ ラ ム と の結合面とな り、 更に前記 各大径孔に収容された前記各ダイ ヤフ ラ ムの受圧面に 異なる圧力の圧力媒体が導入され、 差圧セ ンサと して 構成される こ とを特徵とする圧力セ ンサ。

9 . 薄板状に形成され、 一方の面に歪み検出部が設け られ、 一方の面と他方の面が共に受圧面となるダイヤ フ ラ ム と、 大径孔とそれに同軸に連なる小径孔とを有 する支持部材とからな り、 前記大径孔は前記ダイ ヤフ ラムを収容し且つ前記大怪孔の内壁面が前記各ダイヤ フ ラ ムの外端部の位置を制限する位置関係に基づき前 記小径孔に対して前記ダイヤフ ラ ムの設置位置を決定 し、 前記小径孔は前記ダイヤフ ラ ムの起歪部寸法を規 定し、 前記大径孔と前記小径孔との間に形成される段 部が前記ダイヤフ ラ ム との結合面とな り、 更に前記大 径孔に収容された前記ダイヤフ ラ ムの一方の面と他方 の面とに異なる圧力の圧力媒体が導入され、 差圧セ ン サと して構成される こ とを特徵とする圧力セ ンサ。

1 0 . 金属材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成するダ ィャフ ラ ム形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムの一方の面 の中央部付近に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形 成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処理し結晶化する熱処理工程と、 結晶化さ れたシ リ コン薄膜を歪みゲージにパタ ーン形成するゲ ージパタ ー ン形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムと このダ ィャフラムを収容し位置決めする支持部材とを結合さ せる結合工程とからなる こ とを特徵とする圧力セ ンサ の製造方法。

1 1 . 金属材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成するダ ィ ャフ ラ ム形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムの一方の面 の中央部付近に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形 成する シ リ コ ン薄膜工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を歪み ゲー ジにパター ン形成するゲージパター ン形成工程と、 前記非晶質状の歪みゲージを熱処理し結晶化する熱処 理工程と、 前記ダイヤフ ラ ム と このダイ ヤフ ラ ムを収 容し位置決めする支持部材とを結合させる結合工程と からなる こ とを特徵とする圧力セ ンサの製造方法。

1 2 . 金属材料で薄板状のダイ ヤフラ ムを形成するダ ィ ャフ ラ ム形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムの一方の面 に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の 上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処 理し結晶化する熱処理工程と、 結晶化されたシ リ コ ン 薄膜を歪みゲージにパター ン形成するゲージパタ ー ン 形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ム と このダイヤフ ラ ムを 収容し位置決めする支持部材とを結合させる結合工程 とからなる こ とを特徴とする圧力セ ンサの製造方法。

1 3 . 金属材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成する ダ ィ ャ フ ラ ム形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムの一方の面 に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の 上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を歪みゲージに パターン形成するゲージパター ン形成工程と、 前記非 晶質状歪みゲージを熱処理し結晶化する熱処理工程と、 前記ダイ ヤフラムと このダイヤフラムを収容し位置決 めする支持部材とを結合させる結合工程とからなる こ とを特徴とする圧力セ ンサの製造方法。

1 4 . ダイヤフラムを複数形成できるよ う に、 金属材 料によって任-意の面積を有する薄板基材を成形する基 材成形工程と、 前記各ダイヤフ ラ ムの歪み検出部が形 成されるスペースを確保するためのマス クを前記薄板 基材に載置するマスク載置工程と、 前記薄板基材の上 面の前記マスクによって生じた前記スペース内に絶縁 膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面に シ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜 形成工程と、 前記薄板基材から前記マスクを除去する マスク除去工程と、 前記非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処 理し結晶化する熱処理工程と、 結晶化されたシ リ コ ン 薄膜を複数の歪みゲージにパタ ー ン形成するゲージパ ター ン形成工程と、 前記歪みゲージごとに前記薄板基 材を切断し歪み検出部が設けられた前記複数のダイ ヤ フ ラ ムを形成する切断工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ム と こ のダイヤフ ラ ムを収容し位置決めする支持部材とを結 合させる結合工程とからなる こ とを特徴とする圧力セ ンサの製造方法。

1 5 . ダイ ヤフ ラムを複数形成でき る よ う に、 金属材 . 料によっ て任意の面積を有する薄板基材を成形する基 材成形工程と、 前記各ダイ ヤフ ラムの歪み検出部が形 成されるスペースを確保するためのマスクを前記薄板 基材に載置するマスク載置工程と、 前記薄板基材の上 面の前記マスク によ って生じた前記スペース内に絶縁 膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面に シ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜 形成工程と、 前記薄板基材から前記マス クを除去する マスク除去工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を複数の歪みゲ ージにパター ン形成するゲージパター ン形成工程と、 前記非晶質状の複数の歪みゲー ジを熱処理し結晶化す る熱処理工程と、 前記歪みゲー ジごとに前記薄板基材 を切断し歪み検出部が設け られた前記複数のダイ ヤフ ラムを形成する切断工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ム と こ の ダイヤフ ラ ムを収容し位置決めする支持部材とを結合 させる結合工程とからなる こ とを特徵とする圧力セ ン ザの製造方法。

1 6 . ダイ ヤフ ラムを複数形成できる よ う に、 金属材 料によっ て任意の面積を有する薄板基材を成形する基 材成形工程と、 前記薄板基材の上面に絶縁膜を形成す る絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄 膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記非晶質状シ リ コ ン薄膜を熱処理し結晶化する熱処 理工程と、 結晶化されたシ リ コ ン薄膜を複数の歪みゲ ージにパター ン形成するゲージパター ン形成工程と、 前記歪みゲージごとに前記薄板基材を切断し歪み検出 部が設け られた前記複数のダイヤフ ラ ムを形成する切 断工程と、 前記ダイヤフラ ム と このダイ ヤフ ラ ムを収 容し位置決めする支持部材とを結合させる結合工程と からなる こ とを特徵とする圧力セ ンサの製造方法。

1 7 . ダイ ヤフラムを複数形成できるよ う に、 金属材 料によって任意の面積を有する薄板基材を成形する基 材成形工程と、 前記薄板基材の上面に絶縁膜を形成す る絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄 膜を非晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を複数の歪みゲージにパター ン形成 するゲージパター ン形成工程と、 前記非晶質状の複数 の歪みゲージを熱処理し結晶化する熱処理工程と、 前 記歪みゲージごとに前記薄板基材を切新し歪み検出部 が設けられた前記複数のダイヤフ ラムを形成する切断 工程と、 前記ダイ ヤフ ラム と このダイ ヤフラ ムを収容 し位置決めする支持部材とを結合させる結合工程とか らなる こ とを特徵とする圧力セ ンサの製造方法。

1 8 . 金属材料で薄板状のダイ ヤフ ラ ムを形成するダ ィャフ ラ ム形成工程と、 前記ダイ ヤフ ラ ムの一方の面 の中央部付近に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非晶質状態にて形 成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を 非晶質状歪みゲージにパター ン形成するゲー ジパタ ー ン形成工程と、 前記非晶質状歪みゲー ジがパター ン形 成されている前記ダイヤフ ラ ム と このダイヤフ ラ ムを 収容し位置決めする支持部材とを拡散接合する と共に 前記ダイ ヤフ ラ ムの前記非晶質歪みゲー ジを結晶化す るため、 前記支持部材と前記ダイ ヤフ ラムと前記非晶 質状ゲー ジを同時に熱処理する熱処理工程とからなる こ とを特徵とする圧力セ ンサの製造方法。

1 9 . ダイ ヤフ ラ ムを複数成形でき る よ う に、 任意の 面積を有する薄板基材を成形する基材成形工程と、 前 記各ダイ ヤフ ラ ムの歪み検出部が形成されるスペース を確保するためのマス クを前記薄板基材に載置するマ スク載置工程と、 前記薄板基材の上面の前記マスク に よ っ て生じた前記スペース内に絶縁膜を形成する絶縁 膜形成工程と、 前記絶縁膜の上面にシ リ コ ン薄膜を非 晶質状態にて形成する シ リ コ ン薄膜形成工程と、 前記 薄板基材から前記マス クを除去するマス ク除去工程と、 前記シ リ コ ン薄膜を複数の非晶質状歪みゲー ジにバタ ー ン形成するゲージパター ン形成工程と、 前記非晶質 状歪みゲー ジごとに前記薄板基材を切断し歪み検出部 が設け られた前記複数のダイ ヤフ ラ ムを形成する切断 工程と、 前記非晶質状歪みゲージがパター ン形成され ている前記ダイ ヤフ ラム と このダイ ヤフ ラムを収容し 位置決めする支持部材を拡散接合する と共に前記ダイ ャフラムの前記非晶質歪みゲー ジを結晶化するため、 前記支持部材と前記ダイヤフラムと前記非晶質状ゲー ジを同時に熱処理する熱処理工程とからなる こ とを特 徵とする圧力セ ンサの製造方法。

2 0 . 内壁面が圧油 と接触する壁部を有する油圧機器において、 前記壁部 の外壁面から前記内壁面に向けて形成された圧力セ ン サ設置孔と、 前記圧力セ ンサ設置孔と前記圧油接触面 とを連通するよ う に前記壁部に形成された圧油導入孔 とを有し、 前記圧力セ ンサ設置孔に、 歪み検出部を備 えたダイ ヤフラムと このダイヤフラムを収容し位置決 めする支持部材とからなる圧力セ ンサを配設し、 押え 部材で前記支持部材を固定して前記圧力セ ンサを前記 壁部の前記圧力セ ンサ設置孔に固定するよう に したこ とを特徵とする圧力セ ンサ付き油圧機器。

2 1 . 請求の範囲第 2 0項において、 前記油圧機器は 油圧パイ プである こ とを特徵とする圧力セ ンサ付き油 圧機器。

2 2 . 請求の範囲第 2 0項において、 前記油圧機器は 油圧継手である こ とを特徵とする圧力セ ンサ付き油圧

2 3 . 請求の範囲第 2 0項において、 前記油圧機器は フラ ンジを備えた油圧パイ プで有り、 前記フ ラ ン ジの 部分に前記圧力セ ンサを組付けたこ とを特徴とする圧 カセ ンサ付き油圧機器。