JP2002156299A - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JP2002156299A
JP2002156299A JP2000348641A JP2000348641A JP2002156299A JP 2002156299 A JP2002156299 A JP 2002156299A JP 2000348641 A JP2000348641 A JP 2000348641A JP 2000348641 A JP2000348641 A JP 2000348641A JP 2002156299 A JP2002156299 A JP 2002156299A
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Junichi Wakabayashi
純一 若林
Kenji Minoshima
建司 簑島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パージを短時間で済ますと共にダストの発生
を防止する高性能な圧力センサを提供する。 【解決手段】 ダイアフラム3が流路4と共にボディ2
に一体形成され、従来技術のようにダイアフラム3を溶
接する必要がなくなるので、ダイアフラム3の溶接固定
で生じる隙間がなく、パージを短時間で済ますことがで
きると共にダストの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体、液体等の流
体圧を検出するダイアフラムを備えた圧力センサに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の圧力センサは、例えば図
6、図7に示されるものがある。
【0003】図6において、圧力センサ101は、概
略、検出対象の流体が流れる流路104が形成されたボ
ディ102と、流体圧を直接受ける流路側の受圧面10
3aを有するダイアフラム103と、を備えた構成であ
る。
【0004】ボディ102に形成された流路104は、
流体が一定方向に流れるメイン流路104aと、メイン
流路104aの途中からダイアフラム103に向かって
延びる検出流路104bと、を備えている。
【0005】ダイアフラム103は、検出流路104b
の開口部に溶接によって固定されている。このダイアフ
ラム103の表面(図示上側)には、流体圧によるダイ
アフラム103の変形を電気信号に変換するゲージパタ
ーン部(不図示)が、直接、形成されている。
【0006】一方、図7においても、圧力センサ201
は、概略、検出対象の流体が流れる流路204が形成さ
れたボディ202と、流体圧を直接受ける流路側の受圧
面203aを有するダイアフラム203と、を備えた構
成である。
【0007】この圧力センサ201は、LSI等の半導
体を作製する半導体プロセス等に用いられるような各パ
ーツをブロック化して組み合わせて行く集積化に対応し
たもので、ダイアフラム203とボディ202とが1ブ
ロック化されている。
【0008】ボディ202は、第1ポート207からダ
イアフラム203に向かう第1流路205と、ダイアフ
ラム203から第2ポート208に向かう第2流路20
6と、を備えている。
【0009】第1ポート207と第2ポート208は、
同一平面に設けられており、他のブロックと組み合わせ
ることで、第1ポート207と第2ポート208がそれ
ぞれ他のブロックの流路に接続されて配管が不要となる
構成である。
【0010】ダイアフラム203は、第1流路205及
び第2流路206が交わって開口した開口部に溶接によ
って固定されている。このダイアフラム203の表面
(図示上側)には、流体圧によるダイアフラム203の
変形を電気信号に変換するゲージパターン部(不図示)
が、直接、形成されている。
【0011】以上の構成の圧力センサ101,201で
は、流体圧によってダイアフラム103,203が変形
することに伴いゲージパターン部も変形し、変形したゲ
ージパターン部の抵抗値の変化を電気信号として取り出
し、外部へ出力している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の圧力センサでは、ダイアフラムがボディ開口部に溶接
(レーザ等)により固定されているが、溶接固定では、
図8(a)に示すように、ダイアフラムとボディとの間
にわずかな隙間が生じてしまう。
【0013】ここで、酸素や水に接触すると分解・酸化
反応や爆発を起こす非常に不安定なガスや毒性・危険性
の強いガスを流路に流す場合、事前に流路内の酸素や水
等を不活性ガスに置換したり、また終了後も流路内に不
安定ガス等が滞留することを防止するため不活性ガスに
置換したりする流路のパージを行っている。
【0014】パージは、具体的には、真空引きと窒素や
アルゴン・ヘリウムといった不活性ガスへの置換作業を
数回繰り返して行われる。
【0015】しかし、図8(a)に示す従来の圧力セン
サにおけるダイアフラムとボディとの間のわずかな隙間
は、流路のパージ、即ち真空引きとガス置換のみでは、
完全なガス置換は困難であり、残留ガスが溜まることが
ある。
【0016】このため、残留ガス除去のために真空引き
とガス置換作業を何度も繰り返す等長時間のパージが必
要となっていた。また、ダイアフラムとボディとの間の
わずかな隙間は、残留ガスの反応等によるダストの発生
源となっていた。
【0017】また、上記問題を防止するために、構造を
変更してダイアフラムとボディとの間の隙間を完全に塞
ぐように溶接すると、図8(b)に示すように、溶接時
の溶融金属が流路内に噴出し、流体に混ざるおそれがあ
る。
【0018】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、パー
ジを短時間で済ますと共にダストの発生を防止する高性
能な圧力センサを提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、流体が流れる流路と、該流路内の
流体の流体圧を受けるダイアフラムと、を備えた圧力セ
ンサにおいて、前記ダイアフラムは、前記流路と共に一
体形成されたことを特徴とする。
【0020】したがって、ダイアフラムを溶接する必要
がなくなるので、ダイアフラムの溶接固定で生じる隙間
がなく、パージを短時間で済ますことができると共にダ
ストの発生を防止できる。また、ダイアフラムを溶接し
た場合の溶融金属が流路内に噴出し、流体に混ざること
が防止できる。
【0021】前記流路は、前記ダイアフラムの受圧面に
対して垂直に延びる第1流路と、前記ダイアフラムの受
圧面近傍で前記第1流路に連通する第2流路と、から構
成されたことが好適である。
【0022】これにより、ダイアフラムの受圧面の形成
が容易にできる。
【0023】前記ダイアフラム及び前記流路は、集積化
に対応して1ブロック化されたことが好適である。
【0024】これにより、装置の小型化が図れると共
に、各ブロックパーツの組み合わせで装置を容易に設置
できる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
【0026】(第1の実施の形態)以下に、図1〜図4
を用いて第1の実施の形態を説明する。図1は第1の実
施の形態に係る圧力センサを示す断面図であり、図2は
第1の実施の形態に係る圧力センサを示す図である。図
3は第1の実施の形態に係るボディを示す図である。図
4は第1の実施の形態の他の例に係るボディを示す図で
ある。
【0027】図1、図2において、圧力センサ1は、概
略、ボディ2と、接続基板8と、を備えた構成である。
【0028】図3に示すように、ボディ2は、流体圧を
直接受ける流路側の受圧面3aを有するダイアフラム3
と、検出対象の流体が流れる流路4と、が形成されてい
る。また、固定用のネジ穴2aが形成されている。
【0029】ボディ2に形成された流路4は、ダイアフ
ラム3の受圧面3aに対して垂直に延びる第1流路5
と、ダイアフラム3の受圧面3a近傍で第1流路5に連
通する第2流路6と、から構成されている。本実施の形
態では、第1流路5から流体を流入させ、第2流路6か
ら流体を流出させる。
【0030】ここで、ダイアフラム3の受圧面3a付近
に流体溜まりができることを極力抑制するするために、
第2流路6の第1流路5との連通部をダイアフラム3の
受圧面3a付近に近づけている。
【0031】特に検出する圧力レンジによっては、図4
に示すように、ダイアフラム3の受圧面3aに隣接して
第2流路6の第1流路5との連通部を設けることもでき
る。この場合には、ダイアフラム3の周辺から切削等の
加工でダイアフラム3を作成できるので製造容易とな
る。
【0032】本実施の形態では、第1流路5に対し略直
角に第2流路6が接続されている。なお、第1流路5に
対し第2流路6を必ずしも直角に接続する必要はない。
【0033】また、第1流路5及び第2流路6の各端部
は、継手接続部11,12となっている。継手接続部1
1,12は、TIG溶接によって、メタル・ガスケット
式面シール継手(例えばCAJON(ケイジョン)社の
VCR等)を溶接し、流体の配管(不図示)に接続され
る。なお、継手接続部11,12の接続は、オス・メス
のネジ止め等にも変更可能である。
【0034】ダイアフラム3は、第1流路5の延長線上
で上方に凸状に突出してボディ2に一体形成されてい
る。即ち、第1流路5の内壁面の一部がダイアフラム3
の受圧面3aとなっており、ダイアフラム3の受圧面3
aに対して第1流路5が垂直に延びている。なお、ダイ
アフラム3は、必ずしもボディ2から凸状に突出して形
成する必要もなく、平面形状等でも構わない。
【0035】ここで、ボディ2は、ゲージパターン部7
の形成や接続基板8の設置前に、図3に示す状態まで形
成される。このボディ2形成時には、ダイアフラム3及
び流路4が切削加工や鍛造等の機械加工によって形成さ
れる。ダイアフラム3の厚さは、検出する圧力に応じて
調整して設定される。本実施の形態では、第1流路5が
ダイアフラム3の受圧面3aに対して垂直に延びる構成
であるため、切削加工や鍛造等の機械加工によるダイア
フラム3の受圧面3aの形成が容易であり、加工上好ま
しい。
【0036】また、ダイアフラム3の表面(図示上側)
には、流体圧によるダイアフラム3の変形を電気信号に
変換するゲージパターン部7が、直接、形成されてい
る。
【0037】ゲージパターン部7の作製としては、例え
ば、図3に示す状態に形成されたボディ2のダイアフラ
ム3の表面に、蒸着、スパッタ、CVD等の方法で絶縁
膜としてSiO2を成膜する。そのSiO2上に同様の方
法で、ゲージ膜としてNiCrを成膜し、電極膜として
Auを成膜する。
【0038】次に、レジストを塗布して、電極パターン
を露光する。現像後、電極膜であるAuをエッチング
し、電極パターンを形成する。レジスト剥離後、再度レ
ジストを塗布する。
【0039】その後、ゲージパターンを一次露光時に形
成した位置合わせマーカに合わせて露光し、現像・エッ
チングを行い、ゲージパターンを形成する。以上のよう
にして、ゲージパターン部7を作製する。
【0040】なお、ダイアフラム3上には、ゲージパタ
ーン部7以外にも、ダイアフラム3の変形に伴い抵抗値
変化を生じるものとして、貼り付け型の歪ゲージや半導
体式・静電容量式等のセンサ構造を形成することも可能
である。
【0041】一方、接続基板8は、ボディ2上部に、凸
状に突出したダイアフラム3を囲むように設置されてい
る(即ち、接続基板8には、図2(b)に示すようにダ
イアフラム3の領域が孔となっている)。接続基板8に
は、配線パターン8aが形成されている。なお、接続基
板8は、ゲージパターン部7の作成後に、ボディ2上部
に設置される。
【0042】また、ゲージパターン部7と接続基板8の
配線パターン8aとが、ボンディングワイヤ9を介して
結線されている。
【0043】さらに、接続基板8の配線パターン8a
は、接続基板8上のピンヘッダ10に接続されており、
ピンヘッダ10からは外部出力が可能となっている。
【0044】以上の構成の圧力センサ1では、流体圧に
よってダイアフラム3が変形することに伴いゲージパタ
ーン部7も変形し、変形したゲージパターン部7の抵抗
値の変化を電気信号として取り出し、ボンディングワイ
ヤ9及び接続基板8の配線パターン8aを介してピンヘ
ッダ10からアンプ等へ外部出力している。
【0045】このような本実施の形態の圧力センサ1
は、ダイアフラム3が流路4と共にボディ2に一体形成
され、従来技術のようにダイアフラム3を溶接する必要
がなくなるので、ダイアフラム3の溶接固定で生じる隙
間がなく、パージを短時間で済ますことができると共に
ダストの発生を防止できる。
【0046】また、ダイアフラム3を溶接した場合に溶
融金属が流路4内に噴出し、流体に混ざることが防止で
きる。
【0047】さらに、本実施の形態では、第1流路5か
ら流体を流入させることで、流れる流体は一度ストレー
トにダイアフラム3の受圧面3aに向かうので、ダイア
フラム3の受圧面3a付近での流体溜まり(流体の滞
留)が抑制される。このため、スムーズにパージでき、
パージを短時間で済ますことができると共に残留流体と
流入流体とが分解・酸化反応することによるダストの発
生が防止できる。
【0048】この効果は、第2流路6をダイアフラム3
の受圧面3a近傍で第1流路5に連通した構成としたこ
とで、さらに向上している。
【0049】第2流路6から流体を流入させ、第1流路
5から流体を流出させることもでき、この場合には、流
路4内の流体に突発的な圧力が生じても、その突発的圧
力は直接ダイアフラム3の受圧面3aに向かわないの
で、突発的圧力の衝撃でダイアフラム3やゲージパター
ン部7が破損することが防止でき、耐性を向上できる。
【0050】このため、本実施の形態の圧力センサ1で
流体を流す方向は、圧力センサ1を適用する環境(突発
的圧力が生じるかどうか等)に応じて変更するとよい。
【0051】なお、パージは、酸素や水に接触すると分
解・酸化反応や爆発を起こす非常に不安定なガスや毒性
・危険性の強いガスを流路4に流す場合、事前に流路4
内の酸素や水等を不活性ガスに置換したり、また終了後
も流路4内に不安定ガス等が滞留することを防止するた
め不活性ガスに置換したりするもので、具体的には、真
空引きと窒素やアルゴン・ヘリウムといった不活性ガス
への置換作業を数回繰り返して行われる。
【0052】(第2の実施の形態)図5には、第2の実
施の形態が示されている。図5に示されているのは1ブ
ロック化されたボディ2’である。上記第1の実施の形
態とほぼ同等の構成であるが、本実施の形態のボディ
2’は集積化に対応して1ブロック化された構成であ
る。
【0053】ここで、集積化とは、配管部分(チュー
ブ)をなくし、直接、センサやバルブ等を接続する方法
であり、各パーツをそれぞれブロック化し、各ブロック
を組み合わせて行くことで設置する方法である。このよ
うな集積化は、LSI等の半導体を作製する半導体プロ
セス(ガスを利用して成膜やエッチングを行う工程)等
に用いられる。
【0054】このため、従来、各種センサやバルブを一
つのガスボックス等に収納しただけでは配管は大きいも
のであったが、この集積化によって、配管部分(チュー
ブ)がなくなり、小型化が図れると共に、各ブロックパ
ーツの組み合わせで装置を容易に設置できる。
【0055】圧力センサ1の全体構成については第1の
実施の形態で説明したので、その説明を省略し、図5に
示すボディ2’を説明する。また、その他の構成および
作用についても第1の実施の形態と同一なので、その説
明は省略する。
【0056】図5に示すように、ボディ2’は、1ブロ
ック化され、流体圧を直接受ける流路側の受圧面3aを
有するダイアフラム3と、検出対象の流体が流れる流路
4と、が形成されている。また、固定用のネジ穴2’a
が形成されている。
【0057】本実施の形態では、流路4は、第1流路5
に対し第2流路6’も同一平面に端部がくるような角度
で接続されている。なお、第1流路5と第2流路6’と
の関係はこれに限るものではない。
【0058】また、第1流路5及び第2流路6’の各端
部には、第1,第2ポート13,14が設けられてい
る。第1,第2ポート13,14は、同一平面に設けら
れており、他のブロックと組み合わせることで、第1ポ
ート13と第2ポート14がそれぞれ他のブロックの流
路に接続されて配管が不要となる構成である。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、ダイアフラムは、流路と共に一体形成されたこと
で、ダイアフラムを溶接する必要がなくなるので、ダイ
アフラムの溶接固定で生じる隙間がなく、パージを短時
間で済ますことができると共にダストの発生を防止でき
る。また、ダイアフラムを溶接した場合の溶融金属が流
路内に噴出し、流体に混ざることが防止できる。
【0060】流路は、ダイアフラムの受圧面に対して垂
直に延びる第1流路と、ダイアフラムの受圧面近傍で第
1流路に連通する第2流路と、から構成されたことで、
ダイアフラムの受圧面の形成が容易にできる。
【0061】第1流路から流体を流入させ、第2流路か
ら流体を流出させることで、流れる流体は一度ストレー
トにダイアフラムの受圧面に向かうので、ダイアフラム
の受圧面付近での流体溜まり(流体の滞留)が抑制され
る。このため、スムーズにパージでき、パージを短時間
で済ますことができると共に残留流体と流入流体とが分
解・酸化反応することによるダストの発生が防止でき
る。
【0062】また、第2流路から流体を流入させ、第1
流路から流体を流出させることで、流路内の流体に突発
的な圧力が生じても、その突発的圧力は直接ダイアフラ
ムの受圧面に向かわないので、突発的圧力の衝撃でダイ
アフラムが破損することが防止でき、耐性を向上でき
る。
【0063】ダイアフラム及び流路は、集積化に対応し
て1ブロック化されたことで、装置の小型化が図れると
共に、各ブロックパーツの組み合わせで装置を容易に設
置できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る圧力センサを示す断面
図である。
【図2】第1の実施の形態に係る圧力センサを示す図で
ある。
【図3】第1の実施の形態に係るボディを示す図であ
る。
【図4】第1の実施の形態の他の例に係るボディを示す
図である。
【図5】第2の実施の形態に係るボディを示す図であ
る。
【図6】従来技術の圧力センサを示す断面図である。
【図7】従来技術の圧力センサを示す図である。
【図8】従来技術のダイアフラムとボディの溶接状態を
示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 圧力センサ 2,2’ ボディ 2a,2’a ネジ穴 3 ダイアフラム 3a 受圧面 4 流路 5 第1流路 6,6’ 第2流路 7 ゲージパターン部 8 接続基板 8a 配線パターン 9 ボンディングワイヤ 10 ピンヘッダ 11,12 継手接続部 13,14 ポート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体が流れる流路と、該流路内の流体の流
    体圧を受けるダイアフラムと、を備えた圧力センサにお
    いて、 前記ダイアフラムは、前記流路と共に一体形成されたこ
    とを特徴とする圧力センサ。
  2. 【請求項2】前記流路は、前記ダイアフラムの受圧面に
    対して垂直に延びる第1流路と、前記ダイアフラムの受
    圧面近傍で前記第1流路に連通する第2流路と、から構
    成されたことを特徴とする請求項1に記載の圧力セン
    サ。
  3. 【請求項3】前記ダイアフラム及び前記流路は、集積化
    に対応して1ブロック化されたことを特徴とする請求項
    1又は2に記載の圧力センサ。
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Cited By (4)

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