JP2006023115A - 絶対圧形圧力センサの製造方法および製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易かつ簡便な方法で相対圧形圧力センサを絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)ことができる絶対圧形圧力センサの製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 内部に基準圧力室S1を有し、かつ、一端が前記基準圧力室S1と連通しているとともに、他端が大気に開放された導圧孔21cを有する相対圧形圧力センサ20を、前記導圧孔21cの他端が上方に開口するように真空チャンバ内に配置する段階と、前記導圧孔21cの他端の上に半田25を載置する段階と、前記真空チャンバ内を真空引きする段階と、前記半田25が溶けるまで前記半田を加熱する段階とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、絶対圧形圧力センサの製造方法および製造装置に関するもので、既存の相対圧形(ゲージ圧形)圧力センサを、絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)技術に関するものである。
絶対圧形圧力センサおよび相対圧形圧力センサはそれぞれ、絶対圧形は絶対圧形として、相対圧形は相対圧形として製造される(例えば、特許文献1,2参照)。
特開平5−87662号公報 特開平5−223676号公報
絶対圧形圧力センサは、全く圧力のない真空の状態を0(零)として測定するものであるため、基準圧力室の内部圧力を真空の状態にし、かつその状態を維持させるための工程を設けなければならず、製造工程が煩雑化し、その分製造コストも高くなってしまうといった欠点を有している。
一方、相対圧形圧力センサは、大気圧を基準にして、これを0(零)として測定するものであるため、絶対圧形圧力センサのように基準圧力室の内部圧力を真空の状態にしておく必要がなく、製造工程が絶対圧形圧力センサに比べて簡略化されており、製造コストも抑えられるようになっている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易かつ簡便な方法で絶対圧形圧力センサを製造したり、相対圧形圧力センサを絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)ことのできる絶対圧形圧力センサの製造方法および製造装置を提供することを目的としている
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項1に記載の絶対圧形圧力センサの製造方法は、内部に基準圧力室を有し、かつ、一端が前記基準圧力室と連通しているとともに、他端が大気に開放された導圧孔を有する相対圧形圧力センサを、前記導圧孔の他端が上方に開口するように真空チャンバ内に配置する段階と、前記導圧孔の他端の上に半田を載置する段階と、前記真空チャンバ内を真空引きする段階と、前記半田が溶けるまで前記半田を加熱する段階とを具備することを特徴とする。
このような絶対圧形圧力センサの製造方法によれば、導圧孔の上に予め所定量の半田が載せられた相対圧形圧力センサを真空チャンバ内に配置した後に、あるいは真空チャンバ内に配置された相対圧形圧力センサの導圧孔の上に所定量の半田を載せた後に、真空チャンバ内および基準圧力室内を、例えば、真空ポンプなどにより真空引きして真空の状態として、その状態でさらに半田を加熱して半田を溶かし、溶けた半田によって導圧孔の他端が塞がれて、基準圧力室内に真空状態が形成された絶対圧形圧力センサが製造される。
請求項2に記載の絶対圧形圧力センサの製造装置は、真空ポンプと、前記真空ポンプにより内部空間が真空引きされる真空チャンバと、内部に基準圧力室を有し、かつ、一端が前記基準圧力室と連通しているとともに、他端が大気に開放された導圧孔を有する相対圧形圧力センサが載置されるホルダ、および該ホルダを加熱するヒータを備えるとともに、前記真空チャンバ内に設置された加熱手段とを具備することを特徴とする。
このような絶対圧形圧力センサの製造装置によれば、導圧孔の他端が上方に開口するように相対圧形圧力センサをホルダの上に載置した後に、あるいは導圧孔の上に予め所定量の半田が載せられた相対圧形圧力センサをホルダの上に載置した後に、真空チャンバ内および基準圧力室内を真空ポンプにより真空引きして真空の状態とし、その状態でヒータを作動させてホルダ、相対圧形圧力センサ、および半田を、半田が溶ける温度まで加熱することによって半田を溶かし、溶けた半田によって導圧孔の他端が塞がれて、基準圧力室内に真空状態が形成された絶対圧形圧力センサが製造される。
本発明による絶対圧形圧力センサの製造方法および製造装置によれば、簡易かつ簡便な方法で絶対圧形圧力センサを製造することができ、また、相対圧形圧力センサを絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)ことができるという効果を奏する。
以下、本発明による絶対圧形圧力センサの製造装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態における絶対圧形圧力センサの製造装置10は、容器(真空チャンバ)11と、真空ポンプ12と、加熱器(加熱手段)13と、温度調整器14とを主たる要素として構成されたものである。
容器11は、外部から透視可能な光学的に透明な材料からなる、概略立方体の外観を呈する中空の容器で、容器本体11aと扉11bとを備えるものである。
容器本体11aの正面側(図1において左下側)には開口部11cが設けられており、この開口部11cを通して、作業者が容器本体11aの内部に形成された内部空間Sにアクセスできるようになっている。
扉11bは、容器本体11aの開口部11cを塞いだり開放したりすることができるように構成されたものであり、その一辺(図1において下側の辺)は図示しないヒンジを介して容器本体11aに取り付けられており、また、その他辺(図1において左側の辺)には図示しない係止手段(例えば、フックとツメとからなるパッチン錠やフック錠等)が設けられている。
したがって、この扉11bが閉じられるとともに、係止手段により扉11bが容器本体11aに密着して固定されると、容器11の内部には密閉空間が形成されるようになっている。
また、容器本体11aの上面の正面側中央部には真空計11dが設けられており、容器11内の真空度を測定することができるようになっている。
真空ポンプ12は、その一端が容器本体11aの一側面(図1において右下側の面)の下側後方部に接続された、容器11の内部空間Sと連通するホース12aを介して、扉11bが閉じられた状態でこの内部空間S内を真空の状態にするためのポンプであり、例えば、機械的に空気をかき出す回転真空ポンプである。
加熱器13は、図2に示すように、ホルダ15と、ヒータ16と、ホルダケース17とを主たる要素として構成されたものである。
ホルダ15は、例えば、アルマイト処理が施されたアルミニウム合金(A5052等)から作られたもので、その上面に圧力センサを載置することのできる、平面視円形(図1参照)の凹所15aが複数個(本実施形態においては16個)形成されたものである。
ヒータ16は、例えば、内部に配置された発熱線(ニクロム線等)に電流を流すことによって発生するジュール熱により加熱されるものであり、ヒータ16の温度は温度調整器14により、例えば、凹所15aに載置された圧力センサの温度が約210℃になるように調整される。
また、ヒータ16は、例えば、ナベ小ネジ16a等の締結部材を介してその上面がホルダ15の下面と接するように取り付けられている。すなわち、ヒータ16で発生した熱が効率よくホルダ15に伝達されるようになっている。
ホルダケース17は、例えば、ステンレス鋼(SUS304等)から作られたもので、ホルダ15の下端部外周を囲繞するとともに、その内部にヒータ16および断熱材18を収容するものである。断熱材18は、ヒータ16の全体を覆うように(取り囲むように)配置されており、ヒータ16の熱のほとんどすべてがホルダ15に伝達されるようになっている。
また、ホルダケース17の下面には、鉛直下方に延在する脚部17aが4本設けられている。
温度調整器14は、図1に示すように、ケーブル14aを介してヒータ16(図2参照)に接続されており、その正面に配置されたノブ14bを回すことによりヒータ16の温度を適宜所望の温度に調整できるように構成されたものである。
ここで、ホルダ15の凹所15aに載置される処理前の圧力センサ(相対圧形圧力センサとして既に製造されたもの。以下、「相対圧形圧力センサ」という)20の一具体例について、図4を用いて説明する。
相対圧形圧力センサ20は、略円筒状の外観を有するもので、台座21とダイヤフラム部22とを主たる要素として構成されたものである。
台座21は、図4に示すように、断面コ字状の部材であり、その中心部には台座21の一表面(図4において上側の面)21aと他表面(図4において下側の面)21bとを連通する導圧孔21cが設けられている。台座21の材質としては、測定対象の圧力媒体におかされることがないものであればなんでも良いが、一例を挙げるとすれば、ガラス体やセラミック、あるいは金属(例えば、ステンレスやハステロイC等)、もしくはシリコン等を挙げることができる。
ダイヤフラム部22は、セラミック、あるいは金属(例えば、ステンレスやハステロイC等)、もしくはシリコン等からなる薄肉円盤状の部材であり、その内側表面22aには、ひずみゲージによるホイートストンブリッジ回路23が形成されている。圧力媒体の圧力の検出は、圧力媒体がダイヤフラム部22の外側表面22bの中央部(あるいは、内側表面22aの中央部)に加わることにより、ダイヤフラム部22が撓んで(歪んで)ホイートストンブリッジ回路23内部のエネルギー構造が変化し、これに伴いキャリヤ(正孔または電子)の移動量が変化して、その物質の電気抵抗が変化する、いわゆるピエゾ抵抗効果によりなされる。
なお、圧力媒体の圧力が加わる側とは反対の側、すなわち、ダイヤフラム部22の内側表面22aの中央部(あるいは、外側表面22bの中央部)には、大気圧がかかっており、これにより相対圧(ゲージ圧)を測定することができるようになっている。
つぎに、このような相対圧形圧力センサ20を、上述した絶対圧形圧力センサの製造装置10を用いて絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)方法、すなわち、絶対圧形圧力センサの製造方法について図面を用いて説明する。
まず、容器11の扉11bを図1に示すように開け、容器本体11aの開口部11cを通して容器本体11a内に配置されたホルダ15の各凹所15a内に、図3(a)に示すように、導圧孔21cが上方に向けて開口するように相対圧形圧力センサ20をそれぞれ一つずつ嵌め入れる(載置する)。
そして、各凹所15a内に載置した相対圧形圧力センサ20の導圧孔21cの上に、この導圧孔21cを塞ぐのに十分な半田25をそれぞれ一つずつ載置する。
すべての相対圧形圧力センサ20の導圧孔21cの上に半田25を載置し終えたら、扉11bを閉じて、係止手段により扉11bを容器本体11aに固定し、容器11の内部に密閉空間が形成されるようにする。
容器11の内部が密閉空間とされたら、真空ポンプ12を作動させ、ホース12aを介して容器11の内部空間Sを真空の状態にする。このとき、半田25は導圧孔21cの上にただ単に載置されているだけなので、半田25の表面と導圧孔21cの開口端との隙間から、相対圧形圧力センサ20の内部空間、すなわち、導圧孔21cと連通する基準圧力室S1内の空気も吸い出される(吸引される)こととなり、相対圧形圧力センサ20の基準圧力室S1内もまた真空の状態となる。容器11内が真空の状態になったか否かは容器本体11aの上面に取り付けられた真空計11dにより知ることができる。
真空計11dにより、容器11内が真空の状態になったのを確認した後、温度調整器14のスイッチ14c(図1参照)を入れて、ヒータ16を加熱させる。このとき、凹所15aに載置された相対圧形圧力センサ20の温度が、例えば、約210℃になるように、ノブ14bが調整される(回される)。ヒータ16が加熱され、相対圧形圧力センサ20の温度が約183℃に達すると、半田25が溶け始めるとともに図3(c)のように変形して導圧孔21cを完全に塞ぐようになる。
半田25が溶けて、すべての相対圧形圧力センサ20の導圧孔21cが半田25により塞がれたのを確認したら、温度調節器14のスイッチ14cを切ってヒータ16の加熱を停止させるとともに、真空ポンプ12の作動を停止させて容器11内を大気圧状態に復帰させ、ホルダ15の凹所15a内に載置されている、基準圧力室S1内に真空の状態が形成された絶対圧形圧力センサ30を取り出し、一連の作業を終了する。
なお、真空ポンプ12は、半田25が固まるまで運転される。すなわち、半田25が固まってから真空ポンプ12の作動が停止されるようになっている。
このように、本発明による絶対圧形圧力センサの製造方法および/または絶対圧形圧力センサの製造装置によれば、簡易かつ簡便な方法で相対圧形圧力センサを絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)ことができる。
なお、絶対圧形圧力センサに変更される前の相対圧形圧力センサの形状は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、内部に基準圧力室を有するとともに、この基準圧力室と大気とを連通する導圧孔を有するものであればいかなるものであっても良い。
また、ホルダに形成された凹所の平面視形状は、上述したような円形のものに限定されるものではなく、相対圧形圧力センサの形状に合わせて適宜変更され得るものである。
さらに、導圧孔の上に載置される半田の形状は、図3(b)に示すような球状のものに限定されるものではなく、例えば、線状の半田を短く切ったようなものであっても良い。
さらにまた、図3を用いて説明した製造方法では、相対圧形圧力センサをホルダの凹所に載置した後、導圧孔の上に半田を載せるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、容器の外で導圧孔の上に予め半田を載せておいて、それをホルダの凹所に載置するようにしても良い。
また、上述した実施形態では相対圧形圧力センサ20としてひずみゲージ式のものを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静電容量式のものであっても良い。
さらに、本発明は、既存の相対圧形圧力センサを絶対圧形圧力センサに変更する(造り変える)だけでなく、絶対圧形圧力センサを最初から製造するのにも適用することができる。
本発明による絶対圧形圧力センサの製造装置の一実施形態を示す全体斜視図である。 図1に示す加熱器の縦断面図である。 本発明による絶対圧形圧力センサの製造方法を説明するための図であって、(a)はホルダの各凹所に相対圧形圧力センサを載置した状態、(b)は相対圧形圧力センサの導圧孔の上に半田を載置した状態、(c)は半田が加熱されて溶け、導圧孔を塞いだ状態を示す縦断面図である。 図3に示す相対圧形圧力センサを説明するための縦断面図である。
符号の説明
10 絶対圧形圧力センサの製造装置
11 容器(真空チャンバ)
12 真空ポンプ
13 加熱器(加熱手段)
15 ホルダ
16 ヒータ
20 相対圧形圧力センサ
21c 導圧孔
25 半田
30 絶対圧形圧力センサ
S1 基準圧力室

Claims (2)

  1. 内部に基準圧力室を有し、かつ、一端が前記基準圧力室と連通しているとともに、他端が大気に開放された導圧孔を有する相対圧形圧力センサを、前記導圧孔の他端が上方に開口するように真空チャンバ内に配置する段階と、
    前記導圧孔の他端の上に半田を載置する段階と、
    前記真空チャンバ内を真空引きする段階と、
    前記半田が溶けるまで前記半田を加熱する段階とを具備することを特徴とする絶対圧形圧力センサの製造方法。
  2. 真空ポンプと、
    前記真空ポンプにより内部空間が真空引きされる真空チャンバと、
    内部に基準圧力室を有し、かつ、一端が前記基準圧力室と連通しているとともに、他端が大気に開放された導圧孔を有する相対圧形圧力センサが載置されるホルダ、および該ホルダを加熱するヒータを備えるとともに、前記真空チャンバ内に設置された加熱手段とを具備することを特徴とする絶対圧形圧力センサの製造装置。
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