DE102022102256A1

DE102022102256A1 - Druckerkennungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Druckerkennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022102256A1
Application number: DE102022102256.0A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Imai
Original assignee: Surpass Industry Co Ltd
Current assignee: Surpass Industry Co Ltd
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2022-02-01
Publication date: 2022-08-18
Also published as: KR20220115867A; JP2022123670A; US11988569B2; US20240272027A1; US20220260445A1

Abstract

Es wird eine Druckerkennungsvorrichtung mit einer Druckerkennungseinheit und einer Kanaleinheit bereitgestellt. Die Kanaleinheit weist ein Kontaktteil auf, das in Kontakt mit der Druckerkennungseinheit angeordnet ist, das Kontaktteil weist eine Schutzfolie auf, die in Kontakt mit einer Druckerkennungsoberfläche angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie den Kontakt zwischen der Druckerkennungsoberfläche und einer Flüssigkeit blockiert, und einen Körper, der eine Öffnung bildet, die an einem Ende des Kanals angeordnet ist, die Schutzfolie und der Körper sind aus einem thermoplastischen Fluorharz gebildet, und die Schutzfolie ist so angeordnet, dass sie die Öffnung des Körpers verschließt und mit dem Körper in einem ringförmigen Bereich verschweißt ist, der sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt.

Description

HINTERGRUND
1. TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckerkennungsvorrichtung, die den Druck einer durch einen Kanal strömenden Flüssigkeit erkennt, und ein Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Konventionell sind Druckerkennungsvorrichtungen bekannt, die ein Gehäuse mit einem Kanal, in den eine Flüssigkeit wie eine chemische Lösung geleitet wird, und ein Sensorelement beinhalten, das den Druck einer Flüssigkeit erkennt, die auf ein druckempfindliches Teil übertragen wird, das mit der in den Kanal geleiteten Flüssigkeit in Kontakt steht (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2018-72106). Die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-72106 offenbarte Druckerkennungsvorrichtung weist eine Druckerkennungseinheit aufweisend eine Membran, die eine Druckerkennungsoberfläche bildet, und eine Kanaleinheit auf, die einen Kanal bildet und mit der Druckerkennungseinheit in Kontakt steht.
Die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-72106 offenbarte Druckerkennungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, bei der eine dünne filmartige Schutzfolie zwischen der Membran und der Kanaleinheit angeordnet ist und ein O-Ring in einer Aussparungsnut angeordnet ist, die in einer Oberfläche der Kanaleinheit vorgesehen ist, die der Druckerkennungseinheit gegenüberliegt.
Diese Druckerkennungsvorrichtung verhindert, dass eine in den Kanal geleitete Flüssigkeit in das Innere der Druckerkennungseinheit eintritt, indem sie einen ringförmigen Dichtungsbereich verwendet, der durch den Kontakt zwischen der Schutzfolie und dem O-Ring gebildet wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Wenn ein aus Gummi oder ähnlichem gebildeter O-Ring verwendet wird, wie in der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-72106 offenbarten Druckerkennungsvorrichtung zu sehen, führt jedoch der Kontakt zwischen dem O-Ring und einer chemischen Lösung wie Flusssäure dazu, dass Metallionen beispielsweise in die chemische Lösung eluiert werden, was die Qualität der chemischen Lösung verschlechtern kann.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht solcher Umstände gemacht und zielt darauf ab, eine Druckerkennungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität aufgrund der Elution von Metallionen unterdrücken kann.
Die vorliegende Erfindung nutzt die folgenden Lösungen, um das oben beschriebene Problem zu lösen.
Eine Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet Folgendes: ein Druckerkennungsteil aufweisend eine Druckerkennungsoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie einen Druck einer Flüssigkeit erkennt; und ein Kanalteil, in dem ein Kanal ausgebildet ist, der so konfiguriert ist, dass er eine Flüssigkeit zu der Druckerkennungsoberfläche leitet und sich entlang einer Achse erstreckt. Das Kanalteil weist ein Kontaktteil auf, das in Kontakt mit dem Druckerkennungsteil angeordnet ist, das Kontaktteil weist ein Schutzteil auf, das in Kontakt mit der Druckerkennungsoberfläche angeordnet und so konfiguriert ist, dass es den Kontakt zwischen der Druckerkennungsoberfläche und einer Flüssigkeit blockiert, und einen Körper, der eine Öffnung ausbildet, die an einem Ende des Kanals angeordnet ist, das Schutzteil und der Körper sind aus einem thermoplastischen Fluorharz gebildet, und das Schutzteil ist so angeordnet, dass es die Öffnung des Körpers verschließt und mit dem Körper in einem ringförmigen Bereich verschweißt ist, der sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt.
Gemäß der Druckerkennungsvorrichtung eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkeit, die von dem Kanalteil aufweisend den sich entlang der Achse erstreckenden Kanal geleitet wird, zu der in dem Druckerkennungsteil enthaltenen Druckerkennungsoberfläche geleitet, und dadurch wird der Druck der Flüssigkeit erkannt. Da ein Kontakt zwischen der Druckerkennungsoberfläche und einer Flüssigkeit durch das Schutzteil blockiert wird, kann ein direkter Kontakt der Flüssigkeit mit der Druckerkennungsoberfläche verhindert werden. Das Schutzteil ist so angeordnet, dass es die Öffnung verschließt, die am Ende des durch das Kanalteil ausgebildeten Kanals angeordnet und mit dem Körper des Kontaktteils in dem ringförmigen Bereich verschweißt ist, der sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt.
Da das Schutzteil und der Körper aus einem thermoplastischen Fluorharz ausgebildet sind, wird entsprechend das Schweißteil, in dem das Schutzteil und der Körper zusammengeschmolzen werden, ausgebildet. In dem Schweißteil ist kein anderes Material vorhanden, aus dem ein Metallion eluiert wird. Somit wird kein Metallion eluiert, selbst wenn eine zur Druckerkennungsoberfläche geleitete Flüssigkeit in das Schweißteil eintritt, und eine Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität aufgrund der Elution von Metallionen kann unterdrückt werden.
Bei der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die Öffnung in einer zylindrischen Form aufweisend einen vorbestimmten Innendurchmesser ausgebildet ist, der sich entlang der Achse erstreckt, und dass eine Position der Öffnung auf einer inneren Umfangsfläche und eine Position eines Endes auf einer inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse übereinstimmen.
Da die Position der Öffnung auf der inneren Umfangsfläche und die Position des Endes auf der inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs übereinstimmen, gibt es bei der Druckerkennungsvorrichtung einer solchen Konfiguration keinen nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen dem Schutzteil und dem Körper. Dadurch wird eine Situation verhindert, in der in einer Flüssigkeit enthaltene Partikel in einem nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen dem Schutzteil und dem Körper abgeladen werden und die abgeladenen Partikel herausströmen und die wesentliche Qualität der Flüssigkeit verschlechtern.
In der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das thermoplastische Fluorharz ein Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ist.
Da das Schutzteil und der Körper aus einem Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ausgebildet sind, kann das eine hohe Haftfestigkeit aufweisende Schweißteil gemäß der Druckerkennungsvorrichtung einer solchen Konfiguration stabil ausgebildet werden.
Bei der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Breite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse (X) größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm ist.
Gemäß der Druckerkennungsvorrichtung einer solchen Konfiguration ist die Breite des ringförmigen Bereichs größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm, wodurch die Dauerhaftigkeit der durch den ringförmigen Bereich bereitgestellten Dichtungsfunktion ausreichend verbessert werden kann.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Druckerkennungsvorrichtung, die ein Druckerkennungsteil, das eine Druckerkennungsoberfläche aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie einen Druck einer Flüssigkeit erkennt, und ein Kanalteil beinhaltet, in dem ein Kanal, der so konfiguriert ist, dass er eine Flüssigkeit zu der Druckerkennungsoberfläche leitet und sich entlang einer Achse erstreckt, ausgebildet ist, das Kanalteil ein Kontaktteil aufweist, das in Kontakt mit dem Druckerkennungsteil angeordnet ist, das Kontaktteil ein Schutzteil aufweist, das in Kontakt mit der Druckerkennungsoberfläche angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es den Kontakt zwischen der Druckerkennungsoberfläche und einer Flüssigkeit blockiert, und einen Körper, der eine Öffnung ausbildet, die an einem Ende des Kanals angeordnet ist, und das Schutzteil und der Körper aus einem thermoplastischen Fluorharz ausgebildet sind. Das Verfahren beinhaltet Folgendes: einen Schritt des Anordnens des Schutzteils, um die Öffnung des Körpers zu schließen; und einen Schweißschritt des Bestrahlens des Schutzteils mit einem Laserstrahl in Umfangsrichtung um die Achse, um einen ringförmigen Bereich auszubilden, in dem das Schutzteil und der Körper miteinander verschweißt sind.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Schutzteil so angeordnet, dass es die am Ende des durch das Kanalteil ausgebildeten Kanals angeordnete Öffnung verschließt und mit dem Körper des Kanalteils in dem ringförmigen Bereich, der sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, verschweißt ist.
Da das Schutzteil und der Körper jeweils aus einem thermoplastischen Fluorharz ausgebildet sind, wird das Schweißteil dort ausgebildet, wo das Schutzteil und der Körper zusammengeschmolzen werden. In diesem Schweißteil ist kein anderes Material vorhanden, aus dem ein Metallion eluiert wird. Somit wird kein Metallion eluiert, selbst wenn eine zur Druckerkennungsoberfläche geleitete Flüssigkeit in das Schweißteil eintritt, und eine Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität aufgrund der Elution von Metallionen kann unterdrückt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Öffnung in einer zylindrischen Form aufweisend einen vorbestimmten Innendurchmesser, der sich entlang der Achse erstreckt, ausgebildet ist, und dass der Schweißschritt das Verschweißen des Schutzteils und des Körpers miteinander beinhaltet, so dass eine Position der Öffnung auf einer inneren Umfangsfläche und eine Position eines Endes auf einer inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse übereinstimmen.
Da das Schutzteil und der Körper gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung einer solchen Konfiguration derart zusammengeschweißt sind, dass die Position der Öffnung auf der inneren Umfangsfläche und die Position des Endes auf der inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs übereinstimmen, gibt es keinen nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen dem Schutzteil und dem Körper. Dadurch wird eine Situation verhindert, in der in einer Flüssigkeit enthaltene Partikel in einem nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen dem Schutzteil und dem Körper abladen sind und die abgeladenen Partikel herausströmen und die wesentliche Qualität der Flüssigkeit verschlechtern.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das thermoplastische Fluorharz ein Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ist.
Da das Schutzteil und der Körper aus einem Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) gebildet sind, kann das Schweißteil, das eine hohe Haftfestigkeit aufweist, gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Druckmessvorrichtung mit einer solchen Konfiguration stabil ausgebildet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Breite des ringförmigen Bereichs in radialer Richtung orthogonal zur Achse größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm ist.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung einer solchen Konfiguration ist die Breite des ringförmigen Bereichs größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm, wodurch die Dauerhaftigkeit der durch den ringförmigen Bereich bereitgestellten Dichtungsfunktion ausreichend verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Druckerkennungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität aufgrund der Elution von Metallionen unterdrücken kann.
Figurenliste

1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Druckerkennungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 1 gezeigten Druckerkennungsvorrichtung.
3 ist eine Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Druckerkennungsvorrichtung.
4 ist eine Draufsicht auf ein in 3 dargestelltes Kontaktteil, von oben entlang einer Achse gesehen.
5 ist eine Längsschnittansicht des in 3 dargestellten Kontaktteils.
6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Längsschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Schutzfolie des Kontaktteils in einem Körper des Kontaktteils angeordnet ist.
8 ist eine Längsschnittansicht, die einen Schweißschritt zeigt, bei dem der Körper des Kontaktteils und die Schutzfolie des Kontaktteils miteinander verschweißt werden.
9 ist eine Längsschnittansicht, die eine Druckerkennungsvorrichtung einer anderen Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Druckerkennungsvorrichtung 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Längsschnittansicht, die die Druckerkennungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der in 1 dargestellten Druckerkennungsvorrichtung 100. 3 ist eine Explosionsdarstellung der in 1 dargestellten Druckerkennungsvorrichtung 100.
Wie in 1 und 2 dargestellt, beinhaltet die Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Druckerkennungseinheit 10, die den Druck einer Flüssigkeit erkennt, und eine Kanaleinheit 20 aufweisend einen Kanalkörper 21, in dem ein Kanal 21a ausgebildet ist. Der Kanal 21a ist so ausgebildet, dass er eine Flüssigkeit zu einer Membran (Druckerkennungsoberfläche) 11a der Druckerkennungseinheit 10 leitet und sich entlang der Achse X erstreckt.
Der Kanal 21a ist mit einem Kanal (nicht abgebildet) verbunden, der von einem Rohr (nicht abgebildet) abzweigt, durch das eine Flüssigkeit strömt. Die Flüssigkeit in der vorliegenden Ausführungsform ist eine chemische Lösung, ein Lösungsmittel, reines Wasser oder ähnliches, das in einem Halbleiterherstellungsprozess verwendet wird, der von einer Halbleiterherstellungsvorrichtung durchgeführt wird.
Als nächstes wird die Kanaleinheit 20 beschrieben, die in der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist.
Die Kanaleinheit 20 weist den Kanalkörper 21, ein Kontaktteil 22 und eine Mutter 23 auf. Wie in 3 dargestellt, ist der Kanalkörper 21 mit einer Ausnehmung 21b ausgebildet, und die innere Umfangsfläche der Ausnehmung 21b ist mit einem Innengewinde 21d ausgebildet.
Wie in 2 dargestellt, ist ferner eine Bodenfläche (Aufnahmeteil) 21c der Ausnehmung 21b ein Aufnahmeteil, das das Kontaktteil 22 aufnimmt. Die Bodenfläche 21c ist mit einer ringförmigen Nut 21e ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung um die Achse X erstreckt. Ein Vorsprung 22d des Kontaktteils 22 ist in die Nut 21e eingesetzt. Der Vorsprung 22d ist in die Nut 21e eingesetzt, und dadurch wird ein Dichtungsbereich ausgebildet, der den Kanal 21a abdichtet, so dass eine Flüssigkeit im Inneren des Kanals 21a nicht zur Seite der Druckerkennungseinheit 10 entweicht.
Der Kanal 21a, der sich gerade entlang der Achse X erstreckt, ist im Inneren des Kanalkörpers 21 ausgebildet, und der Kanalkörper 21 ist aus einem Fluorharzmaterial wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) oder ähnlichem ausgebildet.
Das Kontaktteil 22 ist ein Element, das in Kontakt mit einem später beschriebenen Drucksensor 11 angeordnet ist, wie in 1 und 2 dargestellt. Das Kontaktteil 22 ist in einem Bereich angeordnet, der einer aus einer Membran 11a und einem Dehnungsmessstreifen 11b des Drucksensors 11 gebildeten Druckerfassungsoberfläche gegenüberliegt. Das Kontaktteil 22 weist eine Schutzfolie (Schutzteil) 22a und einen Körper 22b auf. 4 ist eine Draufsicht auf das in 3 gezeigte Kontaktteil 22 in der Ansicht von oben entlang der Achse. 5 ist eine Längsschnittansicht des in 3 dargestellten Kontaktteils 22.
Die Schutzfolie 22a ist ein dünnes folienartiges Element, das in Kontakt mit der Membran 11a des Drucksensors 11 angeordnet ist und den Kontakt zwischen der Membran 11a und einer Flüssigkeit blockiert. Die Schutzfolie 22a ist aus einem Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ausgebildet, einem thermoplastischen Fluorharz. Wie in 4 dargestellt, ist die Schutzfolie 22a in der Draufsicht entlang der Achse X kreisförmig ausgebildet. Die Schutzfolie 22a weist eine Dicke auf, die größer oder gleich 0,05 mm und kleiner oder gleich 2,5 mm ist, vorzugsweise weist sie eine Dicke auf, die größer oder gleich 0,05 mm und kleiner oder gleich 0,1 mm ist.
Der Körper 22b ist ein ringförmig um die Achse X ausgebildetes Element und bildet eine am Ende des Kanals 21a angeordnete Öffnung 22c. Der Körper 22b ist aus einem Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ausgebildet, das ein thermoplastischen Fluorharz ist. Der Körper 22b ist mit einem ringförmigen Vorsprung 22d ausgebildet, der sich in Umfangsrichtung um die Achse X erstreckt. Wie in 5 dargestellt, ist die Öffnung 22c ein Loch, das sich entlang der Achse X erstreckt und in einer zylindrischen Form aufweisend einen Innenradius R1 um die Achse X ausgebildet ist.
Wie in 4 und 5 dargestellt, ist die Schutzfolie 22a so angeordnet, dass sie die Öffnung 22c des Körpers 22b verschließt. Ferner ist die Schutzfolie 22a in einem ringförmigen Bereich AR, der sich in Umfangsrichtung um die Achse X erstreckt, mit dem Körper 22b verschweißt. Das in 2 dargestellte Schweißteil WP stellt einen integrierten Bereich dar, in dem die Schutzfolie 22a und der aus demselben Material ausgebildete Körper 22b miteinander verschmolzen sind. Das Schweißteil WP wird durch Bestrahlung der Schutzfolie 22a mit einem Laserstrahl (z. B. einem Kohlendioxid-Gaslaserstrahl) von oben auf die Schutzfolie 22a gebildet.
Wie in 4 und 5 dargestellt, ist der ringförmige Bereich AR ein Bereich, dessen Ende auf der inneren Umfangsseite einen Innenradius R1 und dessen Ende auf der äußeren Umfangsseite einen Innenradius R3 in der radialen Richtung RD orthogonal zur Achse X aufweist. Wie in 4 dargestellt, stimmen die Position der Öffnung 22c auf der inneren Umfangsfläche und die Position des Endes auf der inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs AR in der radialen Richtung RD überein. Der Innenradius R2 ist der Innenradius der Mittelposition des ringförmigen Bereichs AR (der Position, an der die Achse Y parallel zur Achse X verläuft) und erfüllt die folgende Gleichung (1). $R 2 = (R 1 + R 3) / 2$
Wie in 4 und 5 dargestellt, weist der ringförmige Bereich AR eine Breite W1 in der radialen Richtung RD auf. Die Breite W1 wird auf einen beliebigen Wert innerhalb eines Bereichs der folgenden Gleichung (2) festgelegt. $0,5 mm \leq W 1 \leq 1,5 mm$
Der Bereich der Gleichung (2) ist ein Bereich, der so festgelegt ist, dass die Dauerhaftigkeit der Dichtungsfunktion, die durch den ringförmigen Bereich AR bereitgestellt wird, ausreichend verbessert werden kann und die Breite des ringförmigen Bereichs AR nicht mehr als erforderlich vergrößert wird.
Die Mutter 23 ist ein Element, das den Kanalkörper 21 mit einem Kanal (nicht abgebildet) verbindet, der von einem Rohr (nicht abgebildet) abzweigt, durch das ein Fluid strömt. Das in der inneren Umfangsfläche der Mutter 23 ausgebildete Innengewinde 23a wird in einem in der äußeren Umfangsfläche des verzweigten Kanals ausgebildeten Außengewinde (nicht abgebildet) befestigt, wodurch der Kanal 21a des Kanalkörpers 21 und der verzweigte Kanal miteinander verbunden werden.
Als nächstes wird die Druckerkennungseinheit 10 beschrieben, die in der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist.
Die Druckerkennungseinheit 10 ist eine Vorrichtung, die den Druck einer Flüssigkeit erkennt, die auf die Membrane 11a übertragen wird.
Wie in 1 und 2 dargestellt, beinhaltet die Druckerkennungseinheit 10 den Drucksensor (Druckerkennungseinheit) 11, der den Druck einer Flüssigkeit erkennt, einen Sensorhalter 12, ein Sensorsubstrat 14, ein Substrathalteelement 15 und ein Gehäuse 16. Die jeweiligen Komponenten, die in der Druckerkennungseinheit 10 enthalten sind, werden im Folgenden beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der Drucksensor 11 die aus einer dünnen Folie gebildete Membran 11a, einen Dehnungsmessstreifen 11b, der ein an der Membran 11a befestigter Widerstand ist, und ein Basisteil 11c, das die Membran 11a hält. Der Drucksensor 11 ist ein Drucksensor vom Typ Dehnungsmessstreifen, der ein Drucksignal in Übereinstimmung mit dem Widerstand des Dehnungsmessstreifens 11b ausgibt, der sich in Übereinstimmung mit dem auf die Membran 11a übertragenen Druck ändert. Die Membran 11a und der Dehnungsmessstreifen 11b bilden eine Druckerkennungsoberfläche, die den Druck einer Flüssigkeit erkennt.
Die Membran 11a weist die Unterseite auf, die mit der Schutzfolie 22a in Kontakt steht, und die obere Fläche, die nicht mit der Schutzfolie 22a in Kontakt steht, und der Dehnungsmessstreifen 11b ist an der oberen Fläche befestigt. Die Membran 11a ist aus einem nichtleitenden Material mit Korrosionsbeständigkeit und chemischer Beständigkeit (z. B. Saphir, Keramik oder dergleichen) ausgebildet.
Wie in 3 dargestellt, ist der Sensorhalter 12 ein Element, das zylindrisch um die Achse X ausgebildet ist, und ein Außengewinde 12a ist in der äußeren Umfangsfläche ausgebildet. Der Sensorhalter 12 fixiert die Positionen des Drucksensors 11 und des Kontaktteils 22 in Richtung der Achse X, wenn das an der Außenumfangsfläche ausgebildete Außengewinde 12a in dem in der Innenumfangsfläche der Ausnehmung 21b ausgebildeten Innengewinde 21d befestigt ist, wobei das Kontaktteil 22 in der Bodenfläche 21c der im Kanalkörper 21 ausgebildeten Ausnehmung 21b (siehe 3) untergebracht ist. Da das Außengewinde 12a und das Innengewinde 21d zusammen befestigt sind, kommen die Membran 11a des Drucksensors 11 und die Schutzfolie 22a des Kontaktteils 22 unter Aufbringung einer vorbestimmten Druckkraft miteinander in Kontakt.
Das Sensorsubstrat 14 weist eine Verstärkerschaltung (nicht dargestellt) auf, die ein vom Drucksensor 11 ausgegebenes Drucksignal verstärkt, eine Schnittstellenschaltung, die das von der Verstärkerschaltung verstärkte Drucksignal auf eine Drucksignalleitung (nicht dargestellt) eines Kabels 200 (siehe 1, 2) überträgt, und eine Stromversorgungsschaltung (nicht dargestellt), die eine von außen über das Kabel 200 zugeführte Stromquellenspannung an den Drucksensor 11 überträgt.
Das Substrathalteelement 15 ist ein Element, das das Sensorsubstrat 14 in Bezug auf den Sensorhalter 12 hält. Wie in 2 dargestellt, wird das Substrathalteelement 15 in einem Befestigungsloch 13b, das in der oberen Fläche des Sensorhalters 12 ausgebildet ist, durch eine Befestigungsschraube 19 zusammen mit einem dazwischenliegenden Abstandshalter 18 befestigt.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für die Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform illustriert. 7 ist eine Längsschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Schutzfolie 22a des Kontaktteils 22 in einem Körper 22b des Kontaktteils 22 angeordnet ist. 8 ist eine Längsschnittansicht, die einen Schweißschritt des Verschweißens des Körpers 22b des Kontaktteils 22 und der Schutzfolie 22a des Kontaktteils 22 miteinander darstellt.
In einem Anordnungsschritt von Schritt S101 ordnet ein Arbeiter den Körper 22b an einem Schweißwerkzeug 300 an und ordnet die Schutzfolie 22a an, um die Öffnung 22c des Körpers 22b zu schließen. In dem Schweißwerkzeug 300 ist eine kreisringförmige Nut 301 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung um die Achse X erstreckt. Der Arbeiter befestigt den Körper 22b am Schweißwerkzeug 300, indem er den im Körper 22b ausgebildeten Vorsprung 22d in die Nut 301 einführt.
Im Anordnungsschritt ordnet der Arbeiter die Schutzfolie 22a auf der oberen Fläche des am Schweißwerkzeug 300 befestigten Körpers 22b so an, dass die Mittelachse der Schutzfolie 22a mit der Achse X übereinstimmt. Der Arbeiter ordnet ferner eine Glasplatte 310 so an, dass die Glasplatte 310 mit der gesamten oberen Fläche der Schutzfolie 22a in Kontakt kommt.
Die Glasplatte 310 ist z. B. aus Quarzglas ausgebildet, kann aber auch eine andere Form haben. Anstelle der Glasplatte 310 kann auch eine aus einem anderen Material (z. B. Germanium) mit Transparenz und hoher Durchlässigkeit ausgebildete Platte verwendet werden. Insbesondere kann die Verwendung einer aus Germanium ausgebildeten Platte, deren beide Seiten mit einer Antireflexionsfolie beschichtet sind, die Durchlässigkeitseigenschaften eines Laserstrahls verbessern.
Die Glasplatte 310 ist zu dem Zweck angeordnet, dass der oberen Fläche der Schutzfolie 22a, die mit der Glasplatte 310 in Kontakt steht, Wärme entzogen wird, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Körper 22b und der Schutzfolie 22a durch einen von oberhalb der Glasplatte 310 ausgesandten Laserstrahl erhitzt wird. Die Wärmeabfuhr von der Oberseite der Schutzfolie 22a, die mit der Glasplatte 310 in Kontakt steht, verhindert die Bildung einer ungleichmäßigen Form aufgrund des Verschweißens der oberen Fläche der Schutzfolie 22a. Dadurch kann die Druckübertragungseigenschaft von der Schutzfolie 22a auf die Membran 11a konstant gehalten werden.
In einem Schweißschritt des Schritts S102 wird ein Laserstrahl LB auf die Schutzfolie 22a in Umfangsrichtung um die Achse X emittiert, um den ringförmigen Bereich AR auszubilden, in dem die Schutzfolie 22a und der Körper 22b miteinander verschweißt werden. Wie in 8 dargestellt, wird eine Laserbestrahlungsvorrichtung 400 an einer Position installiert, die von der Achse X um den inneren Radius R2 in der radialen Richtung RD entfernt ist (eine Position, an der die Achse Y parallel zur Achse X verläuft), und zwar in einem Zustand, in dem das Kontaktteil 22 an dem Schweißwerkzeug 300 befestigt ist und die Glasplatte 310 an dem Kontaktteil 22 angeordnet ist. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 wird dann in Umfangsrichtung um die Achse X in einem Zustand bewegt, in dem die von der Achse X um den inneren Radius R2 in der radialen Richtung RD entfernte Position beibehalten wird.
Die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 emittiert den Laserstrahl LB auf das Kontaktteil 22 entlang der Position des in 4 dargestellten inneren Radius R2 über eine Runde um die Achse X. Das Schweißteil WP, in dem das PFA zusammengeschmolzen ist, das ein thermoplastisches Fluorharz ist, das die Schutzfolie 22a und den Körper 22b ausbildet, wird durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB an dem Kontaktteil 22 ausgebildet. Das Schweißteil WP wird nur in der Nähe der Kontaktfläche ausgebildet, an der die Schutzfolie 22a und der Körper 22b miteinander in Kontakt stehen, aber nicht an der Schnittstelle ausgebildet, an der die Schutzfolie 22a und die Glasplatte 310 miteinander in Kontakt stehen.
Wie in 8 dargestellt, verschweißt die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 im Schweißschritt die Schutzfolie 22a und den Körper 22b so miteinander, dass die Position der Öffnung 22c auf der inneren Umfangsfläche und die Position des Endes auf der inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs AR in der radialen Richtung RD übereinstimmen. Ferner verschweißt im Schweißschritt die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 die Schutzfolie 22a und den Körper 22b so miteinander, dass die Breite W1 des ringförmigen Bereichs AR in radialer Richtung RD größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm ist.
Hier ist die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 eine Vorrichtung, die beispielsweise einen Kohlendioxidgas-Laserstrahl emittiert. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 emittiert den Laserstrahl LB mit einem Leistungsbereich, der beispielsweise größer oder gleich 7,5 W und kleiner oder gleich 10,5 W ist. Außerdem bewegt sich die Laserbestrahlungsvorrichtung 400, während sie einen Laserstrahl in Umfangsrichtung emittiert, mit einer Geschwindigkeit, die schneller als oder gleich 2 mm/Sekunde und langsamer als oder gleich 11 mm/Sekunde ist. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 400 bestrahlt die Position am inneren Radius R2 von der Achse X mit dem Laserstrahl LB in einer Runde.
In einem Montageschritt des Schritts S103 montiert der Arbeiter die jeweiligen Komponenten der Druckerkennungsvorrichtung 100, einschließlich des Kontaktteils 22, das aus der Schutzfolie 22a und dem Körper 22b ausgebildet ist, die miteinander verschweißt sind, um den in 1 dargestellten Zustand zu erhalten. Insbesondere befestigt der Arbeiter das Kontaktteil 22 an dem Kanalkörper 21 und ordnet den Drucksensor 11 an dem Kontaktteil 22 an. Dann schraubt der Arbeiter das Außengewinde 12a des Sensorhalters 12 in das Innengewinde 21d des Kanalkörpers 21 und erreicht einen Zustand, in dem die Membran 11a des Drucksensors 11 mit der Schutzfolie 22a des Kontaktteils 22 in Kontakt kommt.
Effekte und Vorteile, die durch die oben beschriebene Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden, werden beschrieben.
Gemäß der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Flüssigkeit, die von der Kanaleinheit 20 aufweisend den sich entlang der Achse X erstreckenden Kanal 21a geleitet wird, zu der Membran 11a geleitet, die eine in der Druckerkennungseinheit 10 enthaltene Druckerkennungsoberfläche ist, und dadurch wird der Druck der Flüssigkeit erkannt. Da der Kontakt zwischen der Membran 11a und der Flüssigkeit durch die dünne filmartige Schutzfolie 22a blockiert wird, wird ein direkter Kontakt einer Flüssigkeit mit der Membran 11a verhindert. Die Schutzfolie 22a ist so angeordnet, dass sie die Öffnung 22c verschließt, die am Ende des von der Kanaleinheit 20 gebildeten Kanals 21a angeordnet und mit dem Körper 22b des Kontaktteils 22 in dem ringförmigen Bereich AR verschweißt ist, der sich in Umfangsrichtung um die Achse X erstreckt.
Da die Schutzfolie 22a und der Körper 22b aus PFA, einem thermoplastischen Fluorharz, ausgebildet sind, ist dementsprechend das Schweißteil WP ausgebildet, in dem die Schutzfolie 22a und der Körper 22b zusammengeschmolzen werden. In dem Schweißteil WP ist kein anderes Material vorhanden, aus dem ein Metallion eluiert wird. Somit wird kein Metallion eluiert, selbst wenn eine zur Druckerkennungsoberfläche geleitete Flüssigkeit in das Schweißteil WP eintritt, und eine Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität aufgrund der Elution von Metallionen kann unterdrückt werden.
Da die Position der Öffnung 22c auf der inneren Umfangsfläche und die Position des Endes auf der inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs AR übereinstimmen, gibt es gemäß der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ferner keinen nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen der Schutzfolie 22a und dem Körper 22b. Dadurch wird eine Situation verhindert, in der in einer Flüssigkeit enthaltene Partikel in einem nicht verschweißten Kontaktbereich zwischen der Schutzfolie 22a und dem Körper 22b abgelagert werden und die abgelagerten Partikel herausströmen und die wesentliche Qualität der Flüssigkeit verschlechtern.
Da die Schutzfolie 22a und der Körper 22b aus Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA) ausgebildet sind, kann das Schweißteil WP, das eine hohe Haftfestigkeit aufweist, ferner gemäß der Druckerkennungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform stabil ausgebildet werden.
Ferner ist die Breite W1 des ringförmigen Bereichs AR gemäß der vorliegenden Ausführungsform größer als oder gleich 0,5 mm und kleiner als oder gleich 1,5 mm, wodurch die Haltbarkeit der durch den ringförmigen Bereich AR bereitgestellten Dichtungsfunktion ausreichend verbessert werden kann.
[Andere Ausführungsformen]
Obwohl in der obigen Beschreibung die Druckerkennungsvorrichtung 100 als die Kanaleinheit 20 aufweisend den Kanalkörper 21 und das Kontaktteil 22 dargestellt wurde, das ein vom Kanalkörper 21 getrenntes Element ist und am Kanalkörper 21 befestigt ist, kann auch eine andere Form verwendet werden. Beispielsweise kann eine Druckerkennungsvorrichtung 100A, wie in 9 dargestellt, verwendet werden.
Die in 9 dargestellte Druckerkennungsvorrichtung 100A ist ein modifiziertes Beispiel der in 1 dargestellten Druckerkennungsvorrichtung 100 und ist dieselbe wie die in 1 gezeigte Druckerkennungsvorrichtung 100 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Merkmale. Die in 9 dargestellte Druckerkennungsvorrichtung 100A beinhaltet eine Kanaleinheit 20A, die mit dem Kanal 21a ausgebildet ist. Die Kanaleinheit 20A weist einen Kanalkörper 21A, ein Kontaktteil 22A und die Mutter 23 auf. Der Kanalkörper 21A und das Kontaktteil 22A sind einstückig aus Perfluoralkoxy-Fluorharz (PFA), einem thermoplastischen Fluorharz, geformt.
Da der Kanalkörper 21A und das Kontaktteil 22A integral aus PFA ausgebildet sind, ist es gemäß der in 9 dargestellten Druckerkennungsvorrichtung 100A möglich, eine Fehlfunktion des Austretens einer Flüssigkeit aus einem Kontaktbereich, in dem der Kanalkörper 21 und das Kontaktteil 22 miteinander in Kontakt stehen, zuverlässig zu unterdrücken, anders als in einem Fall, in dem diese Komponenten als separate Elemente ausgebildet und montiert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201872106 [0002, 0003]
JP 2018072106 [0005]

Claims

Eine Druckerkennungsvorrichtung, umfassend: ein Druckerkennungsteil aufweisend eine Druckerkennungsoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie den Druck einer Flüssigkeit erkennt; und ein Kanalteil, in dem ein Kanal ausgebildet ist, der so konfiguriert ist, dass er eine Flüssigkeit zu der Druckerkennungsoberfläche leitet und sich entlang einer Achse erstreckt, wobei das Kanalteil ein Kontaktteil aufweist, das in Kontakt mit dem Druckerkennungsteil angeordnet ist, wobei das Kontaktteil Folgendes aufweist ein Schutzteil, das in Kontakt mit der Druckerkennungsfläche angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es den Kontakt zwischen der Druckerkennungsoberfläche und einer Flüssigkeit blockiert, und einen Körper, der eine Öffnung ausbildet, die an einem Ende des Kanals angeordnet ist, wobei das Schutzteil und der Körper aus einem thermoplastischen Fluorharz ausgebildet sind, und wobei das Schutzteil so angeordnet ist, dass es die Öffnung des Körpers verschließt und in einem ringförmigen Bereich, der sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, mit dem Körper verschweißt ist.
Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnung in einer zylindrischen Form aufweisend einen vorbestimmten Innendurchmesser, der sich entlang der Achse erstreckt, ausgebildet ist, und wobei eine Position der Öffnung auf einer inneren Umfangsfläche und eine Position eines Endes auf einer inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zu der Achse übereinstimmen.
Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das thermoplastische Fluorharz ein Perfluoralkoxy-Fluorharz ist.
Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Breite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm ist.
Verfahren zur Herstellung einer Druckerkennungsvorrichtung, wobei die Druckerkennungsvorrichtung Folgendes umfasst ein Druckerkennungsteil aufweisend eine Druckerkennungsoberfläche, die so konfiguriert ist, dass sie einen Druck einer Flüssigkeit erkennt, und ein Kanalteil, in dem ein Kanal ausgebildet ist, der so konfiguriert ist, dass er eine Flüssigkeit zu der Druckerkennungsoberfläche leitet und sich entlang einer Achse erstreckt, wobei das Kanalteil ein Kontaktteil aufweist, das in Kontakt mit dem Druckerkennungsteil angeordnet ist, wobei das Kontaktteil Folgendes aufweist ein Schutzteil, das in Kontakt mit der Druckerkennungsoberfläche angeordnet und so konfiguriert ist, dass es den Kontakt zwischen der Druckerkennungsfläche und einer Flüssigkeit blockiert, und einen Körper, der eine Öffnung ausbildet, die an einem Ende des Kanals angeordnet ist, und wobei das Schutzteil und der Körper aus einem thermoplastischen Fluorharz gebildet sind, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt, bei dem das Schutzteil so angeordnet wird, dass es die Öffnung des Körpers verschließt; und einen Schweißschritt des Bestrahlens des Schutzteils mit einem Laserstrahl in Umfangsrichtung um die Achse herum, um einen ringförmigen Bereich zu bilden, in dem das Schutzteil und der Körper miteinander verschweißt sind.
Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Öffnung in einer zylindrischen Form aufweisend einen vorbestimmten Innendurchmesser, der sich entlang der Achse erstreckt, ausgebildet ist, und wobei der Schweißschritt das Verschweißen des Schutzteils und des Körpers miteinander beinhaltet, so dass eine Position der Öffnung auf einer inneren Umfangsfläche und eine Position eines Endes auf einer inneren Umfangsseite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse übereinstimmen.
Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das thermoplastische Fluorharz ein Perfluoralkoxy-Fluorharz ist.
Verfahren zur Herstellung der Druckerkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Schweißschritt das Verschweißen des Schutzteils und des Körpers miteinander beinhaltet, so dass eine Breite des ringförmigen Bereichs in einer radialen Richtung orthogonal zur Achse größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm ist.