JP2003042869A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JP2003042869A JP2003042869A JP2001233900A JP2001233900A JP2003042869A JP 2003042869 A JP2003042869 A JP 2003042869A JP 2001233900 A JP2001233900 A JP 2001233900A JP 2001233900 A JP2001233900 A JP 2001233900A JP 2003042869 A JP2003042869 A JP 2003042869A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力伝達液を使用せず、液漏れのおそれがな
い、安全で精度の高い圧力センサを提供する。 【解決手段】 金属製ダイアフラム１を円盤状または皿
状に成形し、該ダイアフラム１表面に酸化ケイ素薄膜層
と酸化クロム薄膜層とを形成して圧力センサチップ１ａ
を構成し、該圧力センサチップ１ａを受圧部２の導通穴
２ａの開口部に嵌合させて溶接し、該導通穴内部の圧力
伝達液６をなくし、ダイアフラム１で直接圧力を検知す
ることを特徴としている。
い、安全で精度の高い圧力センサを提供する。 【解決手段】 金属製ダイアフラム１を円盤状または皿
状に成形し、該ダイアフラム１表面に酸化ケイ素薄膜層
と酸化クロム薄膜層とを形成して圧力センサチップ１ａ
を構成し、該圧力センサチップ１ａを受圧部２の導通穴
２ａの開口部に嵌合させて溶接し、該導通穴内部の圧力
伝達液６をなくし、ダイアフラム１で直接圧力を検知す
ることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サニタリ用オイル
レス圧力センサに関するものである。
レス圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サニタリ（食品、化粧品、医薬品等）用
の製造プラントにおいて使用されるデジタル表示圧力
計、圧力伝送器は、一般に半導体拡散形圧力センサ（図
４）が用いられている。半導体拡散形圧力センサはシリ
コンダイアフラム７上に半導体（ピエゾ抵抗体）を加工
しその抵抗体をブリッジ回路に組み込み、シリコンダイ
アフラム７の応力歪を電気信号として取り出し表示する
圧力計又は圧力伝送器としたものであり、その構造上、
直接被測定物体とシリコンダイアフラムとを接触させる
ことができず、薄い金属板隔膜５を介して圧力伝達液６
を中間に封入し圧力をシリコンダイアフラム７に伝達す
る構造としていた。従って、金属板隔膜５が過大圧また
は溶接部の欠陥等で破損またはクラックを生じた場合、
封入された圧力伝達液が被測定物体中に漏出し、食品等
の被測定体を汚染させる危険性があった。また圧力伝達
液（オイル、エチレングリコールなど）自体高い温度膨
張係数をもっているので、温度ドリフトが増加し圧力伝
送器の性能（精度等）に悪影響を与えるという問題があ
った。
の製造プラントにおいて使用されるデジタル表示圧力
計、圧力伝送器は、一般に半導体拡散形圧力センサ（図
４）が用いられている。半導体拡散形圧力センサはシリ
コンダイアフラム７上に半導体（ピエゾ抵抗体）を加工
しその抵抗体をブリッジ回路に組み込み、シリコンダイ
アフラム７の応力歪を電気信号として取り出し表示する
圧力計又は圧力伝送器としたものであり、その構造上、
直接被測定物体とシリコンダイアフラムとを接触させる
ことができず、薄い金属板隔膜５を介して圧力伝達液６
を中間に封入し圧力をシリコンダイアフラム７に伝達す
る構造としていた。従って、金属板隔膜５が過大圧また
は溶接部の欠陥等で破損またはクラックを生じた場合、
封入された圧力伝達液が被測定物体中に漏出し、食品等
の被測定体を汚染させる危険性があった。また圧力伝達
液（オイル、エチレングリコールなど）自体高い温度膨
張係数をもっているので、温度ドリフトが増加し圧力伝
送器の性能（精度等）に悪影響を与えるという問題があ
った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような問題は全
て圧力伝達液を使用することによる欠点であり、これを
解決するため、圧力センサ内には一切オイル等の圧力伝
達液を使用しない構成とすることが要求されていた。
て圧力伝達液を使用することによる欠点であり、これを
解決するため、圧力センサ内には一切オイル等の圧力伝
達液を使用しない構成とすることが要求されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するもので、金属板隔膜を金属製ダイアフラムに置き換
え、該ダイアフラムを受圧部に溶接して一体化し、ダイ
アフラムで直接受圧する構造で、圧力伝達液を不要とし
たものである。
するもので、金属板隔膜を金属製ダイアフラムに置き換
え、該ダイアフラムを受圧部に溶接して一体化し、ダイ
アフラムで直接受圧する構造で、圧力伝達液を不要とし
たものである。
【０００５】すなわち、金属製ダイアフラム１の表面に
酸化ケイ素薄膜層と酸化クロム薄膜層とを形成して圧力
センサチップ１ａを構成し、該圧力センサチップ１ａを
受圧部２の導通穴２ａの開口部に固定し、ダイアフラム
１で直接圧力を検知することを特徴とする圧力センサで
ある。
酸化ケイ素薄膜層と酸化クロム薄膜層とを形成して圧力
センサチップ１ａを構成し、該圧力センサチップ１ａを
受圧部２の導通穴２ａの開口部に固定し、ダイアフラム
１で直接圧力を検知することを特徴とする圧力センサで
ある。
【０００６】また、上記金属製ダイアフラム１を円盤状
または皿状に成形したことを特徴とする圧力センサであ
る。
または皿状に成形したことを特徴とする圧力センサであ
る。
【０００７】また、上記圧力センサチップ１ａに爪部１
ｂを設け、該爪部１ｂを上記導通穴２ａの開口部の鍔２
ｂに嵌合させ、該嵌合部を溶接してダイアフラム１と受
圧部２とを一体化したことを特徴とする圧力センサであ
る。
ｂを設け、該爪部１ｂを上記導通穴２ａの開口部の鍔２
ｂに嵌合させ、該嵌合部を溶接してダイアフラム１と受
圧部２とを一体化したことを特徴とする圧力センサであ
る。
【０００８】さらに、上記の導通穴２ａの穴径Ｄ１を
４．０〜８．０ｍｍ、長さＨ１を１０．０〜２７．０ｍ
ｍとし、受圧部の高さＨ２を１５．０〜４０．０ｍｍ、
受圧部２の直径Ｄ２を３０．０〜５０．０ｍｍ、肉厚Ｔ
を１１．０〜２３．０ｍｍとしたことを特徴とする圧力
センサである。
４．０〜８．０ｍｍ、長さＨ１を１０．０〜２７．０ｍ
ｍとし、受圧部の高さＨ２を１５．０〜４０．０ｍｍ、
受圧部２の直径Ｄ２を３０．０〜５０．０ｍｍ、肉厚Ｔ
を１１．０〜２３．０ｍｍとしたことを特徴とする圧力
センサである。
【０００９】
【発明の実施の形態】金属製ダイアフラム表面に酸化ケ
イ素薄膜層（厚さ：約１２００ｎｍ）をＣＶＤまたはＰ
ＶＤ法により形成し、次いで酸化クロム薄膜層（厚さ：
約１２００ｎｍ）を形成した後、フォトリソグラフィー
法により、約４５μｍ幅の細線パターンにエッチング
し、通常利用されているブリッジ回路を備えた圧力セン
サチップを構成して、圧力に対してリニアな出力ができ
るようにした。また、受圧部（ヘルール等の接続部）と
円盤状または皿状金属ダイアフラムの圧力センサチップ
１ａを一体化する場合、大きな溶接歪が発生するため、
ダイアフラムと受圧部との接続部を図２の構造とした。
図２において、受圧部２の鍔２ｂに圧力センサチップ１
ａの爪部１ｂを固定し、Ｗ方向より電子ビームで溶接す
る接合方式とした。ここで、接合部の最適な寸法条件に
ついて検討した結果、受圧部の鍔部２ｂの長さ（ｄ）は
０．３〜０．７ｍｍ、厚さ（ｂ）は０．３〜０．６ｍｍ
が望ましく、また、圧力センサチップ１ａの爪部１ｂの
厚さ（ａ）は０．３〜０．６ｍｍ、また、爪部１ｂと鍔
部２ｂの重なりは０．３〜０．６ｍｍの範囲であれば、
溶接歪の小さな、受圧部一体形圧力センサを得ることを
見出した。
イ素薄膜層（厚さ：約１２００ｎｍ）をＣＶＤまたはＰ
ＶＤ法により形成し、次いで酸化クロム薄膜層（厚さ：
約１２００ｎｍ）を形成した後、フォトリソグラフィー
法により、約４５μｍ幅の細線パターンにエッチング
し、通常利用されているブリッジ回路を備えた圧力セン
サチップを構成して、圧力に対してリニアな出力ができ
るようにした。また、受圧部（ヘルール等の接続部）と
円盤状または皿状金属ダイアフラムの圧力センサチップ
１ａを一体化する場合、大きな溶接歪が発生するため、
ダイアフラムと受圧部との接続部を図２の構造とした。
図２において、受圧部２の鍔２ｂに圧力センサチップ１
ａの爪部１ｂを固定し、Ｗ方向より電子ビームで溶接す
る接合方式とした。ここで、接合部の最適な寸法条件に
ついて検討した結果、受圧部の鍔部２ｂの長さ（ｄ）は
０．３〜０．７ｍｍ、厚さ（ｂ）は０．３〜０．６ｍｍ
が望ましく、また、圧力センサチップ１ａの爪部１ｂの
厚さ（ａ）は０．３〜０．６ｍｍ、また、爪部１ｂと鍔
部２ｂの重なりは０．３〜０．６ｍｍの範囲であれば、
溶接歪の小さな、受圧部一体形圧力センサを得ることを
見出した。
【００１０】圧力センサ側のへルール等の受圧部と導通
穴側のヘルールの受圧部とをクランパで接続(固定)する
場合、クランプ力で受圧部(ヘルール等)が歪み、これを
圧力センサが感知し変動する。これらを防止するため、
受圧部の機械的強度を強化する構造とした。すなわち、
受圧部の導通穴の穴径（Ｄ１）を４．０〜８．０ｍｍ、
長さ（Ｈ１）を１０．０〜２７．０ｍｍとし、受圧部の
直径（Ｄ２）を３０．０〜５０．０ｍｍ肉厚（Ｔ）を１
１．０〜２３．０ｍｍ、高さ（Ｈ２）を１５．０〜４
０．０ｍｍとすることにより、実用上問題となるクラン
プ歪変動は防止できることを確認した。なお、本現象は
オイル封入タイプの従来型には発生せずオイルレスタイ
プにのみ現れる特異の現象である。
穴側のヘルールの受圧部とをクランパで接続(固定)する
場合、クランプ力で受圧部(ヘルール等)が歪み、これを
圧力センサが感知し変動する。これらを防止するため、
受圧部の機械的強度を強化する構造とした。すなわち、
受圧部の導通穴の穴径（Ｄ１）を４．０〜８．０ｍｍ、
長さ（Ｈ１）を１０．０〜２７．０ｍｍとし、受圧部の
直径（Ｄ２）を３０．０〜５０．０ｍｍ肉厚（Ｔ）を１
１．０〜２３．０ｍｍ、高さ（Ｈ２）を１５．０〜４
０．０ｍｍとすることにより、実用上問題となるクラン
プ歪変動は防止できることを確認した。なお、本現象は
オイル封入タイプの従来型には発生せずオイルレスタイ
プにのみ現れる特異の現象である。
【００１１】サニタリ用として洗浄性を改善するため、
ダイアフラムを円盤状（または皿状）とした。従来のダ
イアフラムは一般に溶接加工歪を避けるため、深いカッ
プ状としていたので、カップ内に残存する被圧力測定物
体が洗浄困難であるとの欠点を有していた。これを円盤
上または皿状とするとセンサチップを直接受圧部に溶接
する際の溶接歪が大きくなるという問題点があったが、
前述した接合部構造を採用することで、実用化が可能と
なった。
ダイアフラムを円盤状（または皿状）とした。従来のダ
イアフラムは一般に溶接加工歪を避けるため、深いカッ
プ状としていたので、カップ内に残存する被圧力測定物
体が洗浄困難であるとの欠点を有していた。これを円盤
上または皿状とするとセンサチップを直接受圧部に溶接
する際の溶接歪が大きくなるという問題点があったが、
前述した接合部構造を採用することで、実用化が可能と
なった。
【００１２】上記一連の構造をとることにより、圧力セ
ンサで圧力伝達液を不要とするオイルレス圧力センサの
製作が可能となった。
ンサで圧力伝達液を不要とするオイルレス圧力センサの
製作が可能となった。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例と従来例による圧力センサを
図３のような圧力伝送器に取り付け、各特性を比較し
た。圧力センサの諸特性は表１に示す様に、リニアリテ
イ、温度特性とも従来例に比べ、格段に改善されてい
る。また、従来例はオイル封入のため、温度ドリフトに
よる測定精度が悪かったが、実施例では、乾式（オイル
レス）とすることにより、大幅に改善された。
図３のような圧力伝送器に取り付け、各特性を比較し
た。圧力センサの諸特性は表１に示す様に、リニアリテ
イ、温度特性とも従来例に比べ、格段に改善されてい
る。また、従来例はオイル封入のため、温度ドリフトに
よる測定精度が悪かったが、実施例では、乾式（オイル
レス）とすることにより、大幅に改善された。
【００１４】
【表１】
【００１５】また、表２に動圧耐久試験結果を示す。実
施例では従来例に比べ、ゼロ点変動率（％）、スパン点
変動率（％）ともきわめて安定した特性を示している。
施例では従来例に比べ、ゼロ点変動率（％）、スパン点
変動率（％）ともきわめて安定した特性を示している。
【００１６】
【表２】
【００１７】実施例と従来例とで洗浄性、および安全性
の比較試験を行った結果は表３に示すとおりであり、実
施例では、サニタリ用として従来例に比べ破壊試験（機
密不良想定試験）において被検液への漏出は皆無であ
り、また、洗浄性についても改善されており極めて安全
性が高く、使用し易い製品であることが立証された。一
方、従来例では、安全試験において、封入した圧力伝達
液が漏出し汚染させることが明らかであり、安全面にお
いて、問題がある。
の比較試験を行った結果は表３に示すとおりであり、実
施例では、サニタリ用として従来例に比べ破壊試験（機
密不良想定試験）において被検液への漏出は皆無であ
り、また、洗浄性についても改善されており極めて安全
性が高く、使用し易い製品であることが立証された。一
方、従来例では、安全試験において、封入した圧力伝達
液が漏出し汚染させることが明らかであり、安全面にお
いて、問題がある。
【００１８】
【表３】
【００１９】
【発明の効果】圧力センサにおいて、従来は圧力伝達用
封入液の漏出による被測定物体への汚染の危険性がたえ
ずあったが、本発明によるオイルレス方式によりその危
険性は皆無となった。特に食品、医薬品においては、万
一の異物混入も許されないため、その危険性を排除でき
た効果は極めて大きい。また、伝達用オイルによる温度
ドリフトの悪影響がなくなり測定精度も大きく改善され
た。更に従来例はオイル漏出の信号が出ないため、品質
管理上極めて問題であったが、本発明例にあっては圧力
検出器が異常である信号を発信するため、早期に対策
（交換等）できる効果がある。以上の如く、本発明品は
サニタリ関係の製造プラントの圧力計測において安全性
の向上と精度アップに大きく寄与するものとなり、工業
的価値の高いものである。
封入液の漏出による被測定物体への汚染の危険性がたえ
ずあったが、本発明によるオイルレス方式によりその危
険性は皆無となった。特に食品、医薬品においては、万
一の異物混入も許されないため、その危険性を排除でき
た効果は極めて大きい。また、伝達用オイルによる温度
ドリフトの悪影響がなくなり測定精度も大きく改善され
た。更に従来例はオイル漏出の信号が出ないため、品質
管理上極めて問題であったが、本発明例にあっては圧力
検出器が異常である信号を発信するため、早期に対策
（交換等）できる効果がある。以上の如く、本発明品は
サニタリ関係の製造プラントの圧力計測において安全性
の向上と精度アップに大きく寄与するものとなり、工業
的価値の高いものである。
【図１】本発明の実施例による圧力センサの断面図であ
る。
る。
【図２】図１の溶接部分の拡大図である。
【図３】図１の圧力センサを取付けた圧力伝送器の構造
図である。
図である。
【図４】従来例による圧力センサの断面図である。
１ ダイアフラム（円盤または皿状）
１ａ 圧力センサチップ
１ｂ 爪部
２ 受圧部(ヘルール等)
２ａ 導通穴
２ｂ 鍔部
３ 冷却用フィン
４ パッキング
５ 金属板隔膜
６ 圧力伝達液（オイル、エチレングリコール等）
７ ダイアフラム（角形）
Ｄ１ 導通穴の穴径
Ｈ１ 導通穴の長さ
Ｄ２ 受圧部の直径
Ｈ２ 受圧部の高さ
Ｔ 受圧部の肉厚
ａ 爪部の厚さ
ｂ 鍔の厚さ
ｄ 鍔の長さ
フロントページの続き
(72)発明者 倉田 洋有
大阪府大阪市北区茶屋町２番４号 日本リ
ニアックス株式会社内
(72)発明者 沢村 幹雄
大阪府大阪市北区茶屋町２番４号 日本リ
ニアックス株式会社内
Ｆターム(参考） 2F055 AA39 BB20 CC02 DD01 DD04
EE13 FF12 FF21 FF45 GG12
Claims (4)
- 【請求項１】 金属製ダイアフラムの表面に酸化ケイ素
薄膜層と酸化クロム薄膜層とを形成して圧力センサチッ
プを構成し、該圧力センサチップを受圧部の導通穴の開
口部に固定し、ダイアフラムで直接圧力を検知すること
を特徴とする圧力センサ。 - 【請求項２】 上記金属製ダイアフラムを円盤状または
皿状に成形したことを特徴とする請求項１記載の圧力セ
ンサ。 - 【請求項３】 上記圧力センサチップに爪部を設け、該
爪部を上記導通穴の開口部の鍔に嵌合させ、該嵌合部を
溶接してダイアフラムと受圧部とを一体化したことを特
徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項４】 上記の導通穴の穴径を４．０〜８．０ｍ
ｍ、長さを１０．０〜２７．０ｍｍとし、高さを１５．
０〜４０．０ｍｍ、受圧部の直径を３０．０〜５０．０
ｍｍ、肉厚を１１．０〜２３．０ｍｍとしたことを特徴
とする請求項１記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001233900A JP2003042869A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001233900A JP2003042869A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042869A true JP2003042869A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19065613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001233900A Pending JP2003042869A (ja) | 2001-08-01 | 2001-08-01 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003042869A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3333559A2 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-13 | Nagano Keiki Co., Ltd. | Physical quantity measuring device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001091389A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧力測定用センサ |
-
2001
- 2001-08-01 JP JP2001233900A patent/JP2003042869A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001091389A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧力測定用センサ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3333559A2 (en) | 2016-12-08 | 2018-06-13 | Nagano Keiki Co., Ltd. | Physical quantity measuring device |
| US10352809B2 (en) | 2016-12-08 | 2019-07-16 | Nagano Keiki Co., Ltd. | Physical quantity measuring device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080215 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101203 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101214 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110412 |