JP2006170650A - 圧力センサおよび圧力式水位計 - Google Patents

Abstract

【課題】測定流体により侵されたりスケールが付着せず、測定流体の正確な圧力検出が可能で、破損し難く長寿命な投げ込み圧力式水位計を提供する。
【解決手段】圧力導入部材３１には圧力導入孔３１ｃが貫通形成され、歪みゲージを備えたセンサチップ３２の受圧面３２ａが圧力導入孔３１ｃの末端側を塞ぐように取付固定される。同心円状のコルゲーションが設けられた円盤形のダイヤフラム３３は、圧力導入孔３１ｃを仕切るように取付固定される。シリコンオイル３４は、ダイヤフラム３３とセンサチップ３２の受圧面３２ａとにより密閉された圧力導入孔３１ｃに充填される。シリコンゲル３５は、圧力導入孔３１ｃのダイヤフラム３３より先端側と円筒形のケース１２の収容凹部１２ｄとに充填される。測定流体からシリコンゲル３５に印加された圧力は、ダイヤフラム３３からシリコンオイル３４を介してセンサチップ３２に伝達される。
【選択図】 図４

Description

本発明は圧力センサおよび圧力式水位計に係り、詳しくは、流体の圧力を検出する圧力センサと、その圧力センサを用いて水位を検出する圧力式水位計とに関するものである。

従来より、静電容量の変化から受圧面に作用する圧力を検出する圧力検出素子を備え、この圧力検出素子の受圧面を樹脂等の絶縁材からなるハウジングの開口部に配置した静電容量型投込圧力式水位計において、前記圧力検出素子の受圧面は、前記ハウジングの開口部の開口端を閉塞する絶縁材からなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムと圧力検出素子の受圧面との間に封入した圧力伝達媒体とにより被覆された静電容量型投込圧力式水位計が提案されている（特許文献１の請求項１参照）。

尚、特許文献１には、ダイヤフラムで電気的ノイズを遮断しつつ、ダイヤフラムに作用する水圧を、例えばシリコンゲル等の圧力伝達媒体で圧力検出素子の受圧面に伝えることが可能であるため、例え水中ポンプのインバータ運転等による電気的ノイズが水中で発生しても、圧力検出素子の受圧面には、絶縁材からなるダイヤフラムで電気的ノイズが遮断され、水圧のみが作用し、電気的ノイズに対して静電容量が影響を受けないようにして、電気的ノイズによるセンサ出力の変動をなくすことができると記載されている。

また、内蔵のセンサチップに対してケーシングに形成された圧力導入口から測定流体圧力を波及させて圧力検出をおこなう圧力センサであって、圧力導入口の内部にセンサチップに接触させてチップ保護流体を充填させ、チップ保護流体の外方にチップ保護流体を封止する外部圧力伝達部材を充填して成る圧力センサが提案されている（特許文献２の請求項１参照）。

尚、特許文献２には、測定流体はセンサチップには直接触れないため、センサチップを侵すような圧力流体であっても圧力測定を行いながら、外部圧力伝達部材で封止しているため圧力伝達でチップ保護流体が漏れるのを阻止することができると記載されている。

そして、特許文献２の請求項２には、前記チップ保護流体としてフッ素系オイルを使用し、前記外部圧力伝達部材としてゲル状体を使用することが記載されている。
尚、特許文献２には、フッ素系オイルは不活性であるためセンサチップの腐蝕を抑制することができる上にセンサチップとの間で良好な電気的絶縁が図れ、フッ素系オイルはゲル状体に比べて比重が大きいため両者が混じることがなく、所期通りの機能を長期にわたって奏することができると記載されている。

そして、特許文献２の請求項３には、前記チップ保護流体として磁性流体を使用することが記載されている。
尚、特許文献２には、磁性流体を使用すれば外部磁界によってセンサチップの破断を確認することが可能となり、センサチップの自己診断を行えると記載されている。

また、開口部及び孔内部を有した有底孔が設けられた有底筒状のボディと、孔内部に連通した軸孔を設けてその軸孔を遮蔽するよう圧力センサチップが基端部端面に密着固定された圧力導入管と、圧力導入管の軸孔及びボディの孔内部に充填されたオイルと、孔内部に設けられてオイルを密閉するとともにそのオイルに圧力を伝達する伝達ゲルとを備え、圧力センサチップがボディの開口部から導入された腐食性流体の圧力を伝達ゲル及びオイルを介して検知する圧力センサにおいて、前記伝達ゲルよりも良好な耐腐食性を有した耐食性ゲルは、前記開口部側における前記伝達ゲルの端部に設けられた圧力センサが提案されている（特許文献３の請求項１参照）。

尚、特許文献３には、ガソリン蒸気又は軽油等の腐食性流体が耐食性ゲルに接触して、伝達ゲルに直接接触せずその伝達ゲルを腐食しないので、オイルが開口部側へ漏出することを防止できるだけでなく、伝達ゲルが圧力センサチップにオイルを介して腐食性流体の圧力を正しく伝達して、正確に圧力を検知することができると記載されている。

そして、特許文献３の請求項２には、前記オイル及び前記伝達ゲルを、フッ素を含んだフッ素オイル及びフッ素オイルよりも軽くシリコンを含んだシリコンゲルにより形成することが記載されている。
尚、特許文献３には、シリコンゲルはフッ素オイルよりも軽いから、両者が互いに混じり合わず分離されて組立を容易に行うことができると共に、互いに化学反応しないので両者の劣化を防止して、長寿命化することができると記載されている。

そして、特許文献３の請求項３には前記耐食性ゲルをフッ素を含んだフッ素ゲルにより形成し、特許文献３の請求項４には前記耐食性ゲルを薄膜状に形成することが記載されている。
尚、特許文献３には、フッ素ゲルは腐食性流体に対して強い耐腐食性を有しているから、耐食性ゲルが腐食性流体によって腐食されることがなく、オイルが漏出することを確実に防止できると共に、腐食性流体の圧力をさらに正確に検知することができると記載されている。
また、特許文献３には、耐食性ゲルが薄膜状に形成すれば、高価なフッ素ゲルの使用量を減少してコストダウンを達成することができると記載されている。
特開２０００−９７７４８号公報（第２〜４頁 図１） 特開平１０−２０６２６４号公報（第２〜４頁 図１〜図４） 特開平１１−１０１７０２号公報（第２〜４頁 図１〜図３）

特許文献１には前記ダイヤフラムをゴム製にすることが記載されているが、そのゴム製のダイヤフラムにスケールが付着して水位の検出感度が低下するという問題がある。
尚、スケールとは水中に溶け込んでいる成分が不溶性となって析出・沈殿・付着したものであり、スケールの主要物質には炭酸カルシウム，シリカ，イオウなどがある。
また、ゴム製のダイヤフラムは、深井戸等の水圧が高いところで使用した場合に耐久性が劣るという問題もある。

ところで、特許文献１の前記ダイヤフラムをステンレスなどの金属製にした場合には、深井戸等の水圧の高いところで使用した場合にも高い耐久性が得られる。
しかし、金属製のダイヤフラムは、ゴム製に比べて、スケールが付着し易くなる上に、ダイヤフラムの動きが小さくなるため付着したスケールが取れ難いという問題がある。
また、金属製のダイヤフラムは、酸化や腐食により破損し易いという問題がある。特に、ステンレス製のダイヤフラムは、硫黄泉で使用した場合に温泉中のイオウにより腐食し易い。

特許文献２の技術では、測定流体から前記外部圧力伝達部材であるゲル状体に印加された圧力の変動によりゲル状体にストレスがかかり、そのストレスの応力により前記ケーシングからゲル状体が剥離した場合に、ゲル状体が封止していたチップ保護流体が漏出する破損故障が起こるという問題がある。
すなわち、ケーシングからゲル状体が剥離してチップ保護流体が漏出すると、前記センサチップが直に測定流体に晒され、その測定流体によりセンサチップが侵されて故障するおそれがある。

そして、特許文献２の前記外部圧力伝達部材，前記チップ保護流体，前記ケーシングは、特許文献３の前記耐食性ゲルおよび伝達ゲル，前記オイル，前記ボディにそれぞれ該当する。
そのため、特許文献３の技術でも、特許文献２の技術と同様に、測定流体から伝達ゲルに印加された圧力の変動により耐食性ゲルおよび伝達ゲルにストレスがかかり、そのストレスの応力によりボディから両ゲルが剥離した場合に、伝達ゲルが密閉していたオイルが漏出する破損故障が起こるという問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）測定流体により侵されたりスケールが付着せず、測定流体の正確な圧力検出が可能で、破損し難く長寿命な圧力センサを提供する。
（２）前記（１）の圧力センサを用いて水位を検出する圧力式水位計を提供する。

請求項１に記載の発明は、
伝達管路と、
その伝達管路の末端側を塞ぐように取付固定された圧力検出素子と、
前記伝達管路内を仕切って閉鎖するように取付固定されたダイヤフラムと、
前記伝達管路の先端開口部と前記ダイヤフラムとの間の当該伝達管路内に充填されたゲル状体と、
前記ダイヤフラムと前記圧力検出素子とによって密閉された前記伝達管路内に充填された伝達流体とを備え、
測定流体が前記伝達管路の先端開口部に導入されて前記ゲル状体に接触すると、当該測定流体から前記ゲル状体の表面側に圧力が印加され、その圧力が前記ゲル状体から前記ダイヤフラムに伝達され、その圧力に応じて前記ダイヤフラムが撓み変形を起こし、そのダイヤフラムの撓み変形により当該圧力が前記伝達流体から前記圧力検出素子へ伝達され、その圧力を前記圧力検出素子が検出する圧力センサを技術的特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムにコルゲーションが形成されていることを技術的特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、測定流体に接触する前記ゲル状体の表面積は、前記ダイヤフラムの表面積よりも広いことを技術的特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
前記ゲル状体はシリコンを含んだシリコンゲルであり、
前記伝達流体は、シリコンを含んだシリコンオイル、または、フッ素を含んだフッ素オイルであることを技術的特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
測定流体に接触する前記ゲル状体の表面を覆う耐腐食性を有した保護膜を備えたことを技術的特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサを用いて測定流体の水位を検出する圧力式水位計を技術的特徴とする。

（請求項１）
請求項１の発明では、測定流体からゲル状体に印加された圧力の変動によりゲル状体にストレスがかかり、そのストレスの応力により伝達管路からゲル状体が剥離した場合でも、伝達流体はダイヤフラムにより密閉されているため、伝達管路から伝達流体が漏出するおそれがなく、伝達流体の漏出による破損故障を確実に防止できる。
すなわち、伝達管路からゲル状体が剥離し、ダイヤフラムが測定流体に晒された場合でも、圧力検出素子は測定流体に晒されないため、測定流体により圧力検出素子が侵されて故障することはない。
従って、請求項１の発明によれば、特許文献２および特許文献３の問題を解決できる。

また、ゲル状体は高い柔軟性を有するため、測定流体の圧力変動に対応して動き易い上に、その動きが大きくなることから、ゲル状体の表面にスケールが付着し難いことに加えて、付着したスケールが取れ易いという特長がある。
それに対して、特許文献１のゴム製のダイヤフラムは、ダイヤフラムの形状を保持するのに十分な硬さが必要であるため、測定流体の圧力変動に対応して動き難い上に、その動きが小さくなることから、ゴム製のダイヤフラムの表面にスケールが付着し易いことに加えて、付着したスケールが取れ難いという欠点がある。
逆に言うと、特許文献１のゴム製のダイヤフラムの柔軟性を、請求項１のゲル状体と同等にすると、形状を保持できないためダイヤフラムとして機能しなくなってしまう。
従って、請求項１の発明によれば、測定流体圧力を圧力検出素子により正確に検出可能になることから、特許文献１の問題を解決できる。
その結果、請求項１の発明によれば、測定流体により侵されたりスケールが付着せず、測定流体の正確な圧力検出が可能で、破損し難く長寿命な圧力センサを実現できる。

（請求項２）
請求項２の発明では、ダイヤフラムにコルゲーションが形成されているため、測定流体の圧力に応じてダイヤフラムが撓み変形を起こし易く、その圧力をゲル状体から伝達流体へダイヤフラムを介して確実に伝達することが可能になるため、その圧力を圧力検出素子により正確に検出すると共に検出感度を向上させることができる
尚、ダイヤフラムに形成されたコルゲーションは、ダイヤフラムの可撓性を高めるような形状であれば、どのような形状（例えば、同心円状など）であってもよい。

（請求項３）
請求項３の発明では、測定流体に接触するゲル状体の表面積はダイヤフラムの表面積よりも広くなり、ゲル状体を設けずダイヤフラムが直に測定流体に接触する場合に比べて、同量のスケールが付着した場合でも、スケールの付着による検出感度の低下を少なくすることができる。
また、ダイヤフラムをステンレス製にした場合には、ダイヤフラムが直に測定流体に接触すると、測定流体によりダイヤフラムが侵されて破損するおそれがあるが、測定流体に侵され難いゲル状体を使用すれば破損を防止できる。
さらに、ゲル状体を設けずダイヤフラムが直に測定流体に接触する場合には、狭い伝達管路内にゴミなどが詰まりやすいが、請求項１の発明ではそのような問題が起こらない。

（請求項４）
請求項４の発明において、シリコンゲルは、最適な弾性を有すると共に耐熱性・耐薬品性に優れるため、高温の測定流体にも侵され難く、測定流体の圧力をダイヤフラムに確実に伝達できる。
また、シリコンオイルまたはフッ素オイルは、最適な粘性を有すると共にシリコンと反応せず安定で耐熱性に優れるため、単結晶シリコン基板に作製されたセンサチップを侵すことなく、測定流体の圧力をセンサチップに確実に伝達できる。

（請求項５：第２実施形態に該当）
請求項５の発明によれば、ゲル状体が保護膜により保護されるため、特許文献３の請求項１の技術と同様に、腐食性の測定流体によりゲル状体が侵されるのを防止可能になり、請求項１〜４の発明の作用・効果を更に確実に得ることができる。
尚、保護膜を薄膜状に形成すれば、特許文献３の請求項３の技術と同様に、例えば、保護膜として高性能ではあるものの高価なフッ素ゲルを使用した場合に、フッ素ゲルの使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

（請求項６）
請求項６の発明によれば、請求項１〜５に記載の優れた圧力センサを用いることで、測定流体により侵されたりスケールが付着せず、測定流体の正確な圧力検出を行うことにより正確な水位の検出が可能で、破損し難く長寿命な圧力式水位計を実現でき、この圧力式水位計は固定タイプのみならず投げ込みタイプにも好適である。

（用語の説明）
尚、上述した［課題を解決するための手段］に記載した構成要素と、後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。

「伝達管路」は、ケース１２の収容凹部１２ｄおよび圧力導入部材３１の圧力導入孔３１ｃに該当する。
「圧力検出素子」は、センサチップ３２に該当する。
「ゲル状体」は、シリコンゲル３５に該当する。
「伝達流体」は、シリコンオイル３４に該当する。
「保護膜」は、耐腐食性ゲル４１に該当する。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材については符号を等しくして説明を省略してある。

図１は、第１実施形態の投げ込み圧力式水位計１０の縦断面図である。
図２は、圧力式水位計１０の正面図である。
図３は、圧力式水位計１０の左側面図（図２を矢印Ｘ方向から見た図）である。
図４は、圧力式水位計１０の要部縦断面図（図１の要部拡大図）である。
図５は、圧力式水位計１０に設けられたダイヤフラム３３の斜視図である。

投げ込み圧力式水位計１０は、圧力センサ１１、ケース１２、カバー１３、ケーブル１４、ケーブルホルダー１５、Ｏリングホルダー１６、Ｏリング１７ａ〜１７ｄ、制御基板１８、充填材１９、リード線２０、ワイヤー２１などから構成されている。

圧力センサ１１は、円筒形のケース１２の先端部に取り付けられている。
略円筒形のカバー１３は、ケース１２の末端部に覆い被せられている。
ケース１２の末端外周面にはリング状の各係止溝１２ａ，１２ｂが彫り込まれており、各係止溝１２ａ，１２ｂにカバー１３がカシメられることにより、ケース１２に対してカバー１３が脱落不能に取付固定されている。

架橋ポリエチレンやエチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）等で被覆されたケーブル１４は、カバー１３に挿通されている。
エチレンプロピレンゴム製で略円筒形のケーブルホルダー１５は、ケース１２の末端内部に隙間無く挿入されている。
ケーブル１４の先端部は、ケース１２の内部にてケーブルホルダー１５の末端部側に挿入され、ケーブルホルダー１５に対して脱落不能に取付固定されている。

略円筒形のＯリングホルダー１６は、ケース１２の内部に隙間無く挿入されている。
Ｏリングホルダー１６の外周面にはリング状の各取付溝１６ａ，１６ｂが彫り込まれており、各取付溝１６ａ，１６ｂにはそれぞれＯリング１７ａ，１７ｂが嵌め込まれている。
ケーブルホルダー１５の先端部は、Ｏリングホルダー１６に隙間無く挿入されている。

プリント基板からなる制御基板１８は、ケース１２の略中央内部に収容されている。
ウレタン樹脂製の充填材１９は、ケース１２と制御基板１８との空隙に充填されている。
制御基板１８のプリント基板上に形成された制御回路は、リード線２０を介して圧力センサ１１に接続されると共に、ワイヤー２１を介してケーブル１４に接続されている。

圧力センサ１１は、ケース１２の先端開口部に設けられた収容凹部１２ｄ、圧力導入部材３１、センサチップ３２、ダイヤフラム３３、シリコンオイル３４、シリコンゲル３５、取付部材３６などから構成されている。

ケース１２の先端開口部の周縁内側には、面取りされた切り欠き部１２ｃが形成されている。
略円筒形の圧力導入部材３１は、一体化された各部材３１ｆ，３１ｇから成り、ケース１２の先端部に隙間無く挿入されている。
ケース１２の先端開口部と圧力導入部材３１の先端面とに囲まれた空間により、横断面が円形の収容凹部１２ｄが形成されている。

圧力導入部材３１を構成する各部材３１ｇ，３１ｆの外周面にはリング状の各取付溝３１ａ，３１ｂが彫り込まれており、各取付溝３１ａ，３１ｂにはそれぞれＯリング１７ｃ，１７ｄが嵌め込まれている。
圧力導入部材３１の中央部には、横断面が円形の圧力導入孔３１ｃが貫通形成されている。そのため、圧力導入孔３１ｃの横断面積は、ケース１２の先端開口部および収容凹部１２ｄの横断面積よりも小さくなっている。
圧力導入孔３１ｃの先端側周縁には、面取りされた切り欠き部３１ｄが形成されている。
圧力導入部材３１の末端側には収容凹部３１ｅが形成されている。

センサチップ３２は、圧力導入部材３１の収容凹部３１ｅ内に収容され、センサチップ３２の受圧面３２ａが圧力導入孔３１ｃの末端側を塞ぐように取付固定されている。
尚、センサチップ３２は、単結晶シリコン基板に作製された受圧シリコンダイヤフラムを受圧面３２ａとし、その受圧シリコンダイヤフラムに形成された不純物領域から成るピエゾ抵抗素子（圧電抵抗素子）により構成された歪みゲージを備えた半導体式圧力検出素子である。

円盤形のダイヤフラム３３は、圧力導入孔３１ｃの略中央部にて圧力導入孔３１ｃを仕切って閉鎖するように取付固定され、ダイヤフラム３３の周縁部は、圧力導入部材３１を構成する各部材３１ｆ，３１ｇの間に挟設されている。
尚、ダイヤフラム３３には、同心円状の凹凸から成るコルゲーション（ひだ）が設けられている。
ところで、圧力導入部材３１を２つの部材３１ｆ，３１ｇによって構成しているのは、ダイヤフラム３３の取付作業を容易にするためである。

シリコンを含み粘性を有したシリコンオイル３４は、ダイヤフラム３３とセンサチップ３２の受圧面３２ａとによって密閉された圧力導入孔３１ｃに充填されている。
シリコンを含み弾性を有したシリコンゲル３５は、圧力導入孔３１ｃにおけるダイヤフラム３３より先端側と、ケース１２の収容凹部１２ｄとに充填されている。
取付部材３６は、圧力導入部材３１の収容凹部３１ｅを塞ぐと共に、ケース１２に隙間無く挿入されており、リード線２０は取付部材３６に挿通されている。

尚、ケース１２，カバー１３，Ｏリングホルダー１６、圧力導入部材３１、ダイヤフラム３３、取付部材３６はステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製である。
また、各Ｏリング１７ａ，１７ｄはニトリルゴム（ＮＢＲ）製であり、各Ｏリング１７ｂ，１７ｃはフッ素ゴム（ＦＫＭ）製である。

［第１実施形態の使用方法］
第１実施形態の投げ込み圧力式水位計１０を使用するには、ケーブル１４の末端部を水位検出装置（図示略）に接続した状態で、ケース１２を測定流体（例えば、深井戸の水や温泉、水槽や海・池・河川の水など）中に投げ込む。
すると、測定流体がケース１２の先端開口部から収容凹部１２ｄ内に導入され、測定流体がシリコンゲル３５に接触することにより、測定流体からシリコンゲル３５の表面側に圧力が印加され、その圧力（測定流体圧力）はシリコンゲル３５からダイヤフラム３３に伝達される。

そして、測定流体圧力に応じてダイヤフラム３３が撓み変形を起こし、そのダイヤフラム３３の撓み変形により測定流体圧力はシリコンオイル３４に伝達される。
その測定流体圧力がシリコンオイル３４を介してセンサチップ３２の受圧面３２ａに印加されると、歪みゲージを備えたセンサチップ３２は、測定流体圧力に応じた電圧信号を生成してリード線２０に出力する。
制御基板１８に形成された制御回路は、センサチップ３２の電圧信号を増幅すると共に電流信号に変換し、その測定流体の水位に比例した電流信号をワイヤー２１を介してケーブル１４に出力する。

その結果、投げ込み圧力式水位計１０のケーブル１４から測定流体圧力に応じた電流信号が出力される。
そして、ケーブル１４に接続された水位検出装置は、当該電流信号に基づいて測定流体圧力に対応した測定流体の水位を検出する。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］
ケース１２の収容凹部１２ｄおよび圧力導入部材３１の圧力導入孔３１ｃにより、測定流体から印加された圧力が伝達される伝達管路が構成されている。
そして、当該伝達管路の末端側を塞ぐようにセンサチップ３２が取付固定され、当該伝達管路内を仕切って閉鎖するようにダイヤフラム３３が取付固定され、当該伝達管路の先端開口部とダイヤフラム３３との間の当該伝達管路内にシリコンゲル３５が充填され、ダイヤフラム３３とセンサチップ３２とによって密閉された当該伝達管路内にシリコンオイル３４が充填されている。

そのため、測定流体からシリコンゲル３５に印加された圧力の変動によりシリコンゲル３５にストレスがかかり、そのストレスの応力によりケース１２の収容凹部１２ｄおよび圧力導入部材３１の圧力導入孔３１ｃからシリコンゲル３５が剥離した場合でも、収容凹部１２ｄおよび圧力導入孔３１ｃからシリコンオイル３４が漏出するおそれがなく、シリコンオイル３４の漏出による破損故障を確実に防止できる。
すなわち、収容凹部１２ｄおよび圧力導入孔３１ｃからシリコンゲル３５が剥離し、ダイヤフラム３３が測定流体に晒された場合でも、センサチップ３２は測定流体に晒されないため、測定流体によりセンサチップ３２が侵されて故障することはない。
従って、第１実施形態によれば、特許文献２および特許文献３の問題を解決できる。

［２］
シリコンゲル３５は高い柔軟性を有するため、測定流体の圧力変動に対応して動き易い上に、その動きが大きくなることから、シリコンゲル３５の表面にスケールが付着し難いことに加えて、付着したスケールが取れ易いという特長がある。
それに対して、特許文献１のゴム製のダイヤフラムは、ダイヤフラムの形状を保持するのに十分な硬さが必要であるため、測定流体の圧力変動に対応して動き難い上に、その動きが小さくなることから、ゴム製のダイヤフラムの表面にスケールが付着し易いことに加えて、付着したスケールが取れ難いという欠点がある。
逆に言うと、特許文献１のゴム製のダイヤフラムの柔軟性を、第１実施形態のシリコンゲル３５と同等にすると、形状を保持できないためダイヤフラムとして機能しなくなってしまう。
従って、第１実施形態によれば、測定流体圧力をセンサチップ３２により正確に検出可能になることから、特許文献１の問題を解決できる。

［３］
ダイヤフラム３３には同心円状にコルゲーションが形成されているため、測定流体圧力に応じてダイヤフラム３３が撓み変形を起こし易く、測定流体圧力をシリコンゲル３５からシリコンオイル３４へダイヤフラム３３を介して確実に伝達することが可能になるため、測定流体圧力をセンサチップ３２により正確に検出して水位の検出感度を向上させることができる。
尚、ダイヤフラム３３に形成されたコルゲーションは同心円状に限らず、ダイヤフラム３３の可撓性を高めるような形状であれば、どのような形状であってもよい。

［４］
圧力導入孔３１ｃの横断面積は、ケース１２の先端開口部および収容凹部１２ｄの横断面積よりも小さくなっている。
そのため、測定流体に接触するシリコンゲル３５の表面積（収容凹部１２ｄにて露出するシリコンゲル３５の表面積）はダイヤフラム３３の表面積よりも広くなり、シリコンゲル３５を設けずダイヤフラム３３が直に測定流体に接触する場合に比べて、同量のスケールが付着した場合でも、スケールの付着による検出感度の低下を少なくすることができる。

また、ステンレス製のダイヤフラム３３が直に測定流体に接触する場合には、測定流体によりダイヤフラム３３が侵されて破損するおそれがあるが、シリコンゲル３５は測定流体に侵され難いため破損を防止できる。
特に、測定流体として硫黄泉で使用したとき、ステンレス製のダイヤフラム３３が直に硫黄泉に接触すると、温泉中のイオウによりダイヤフラム３３が腐食し易いが、シリコンゲル３５はイオウに侵されない。
さらに、シリコンゲル３５を設けずダイヤフラム３３が直に測定流体に接触する場合には、狭い圧力導入孔３１ｃ内にゴミなどが詰まりやすいが、第１実施形態ではそのような問題が起こらない。

［５］
シリコンゲル３５は、最適な弾性を有すると共に耐熱性・耐薬品性に優れるため、高温の測定流体にも侵され難く、測定流体の圧力をダイヤフラム３３に確実に伝達できる。
また、シリコンオイル３４は、最適な粘性を有すると共にシリコンと反応せず安定で耐熱性に優れるため、単結晶シリコン基板に作製されたセンサチップ３２を侵すことなく、測定流体の圧力をセンサチップ３２に確実に伝達できる。

［６］
ケーブル１４は架橋ポリエチレンやエチレンプロピレンゴム等で被覆され、ケーブル１４とカバー１３との接続部分は液密化が図られている。
また、Ｏリングホルダー１６の各取付溝１６ａ，１６ｂには各Ｏリング１７ａ，１７ｂが嵌め込まれ、Ｏリングホルダー１６とケース１２との接続部分は二重の各Ｏリング１７ａ，１７ｂにより確実に封止されて液密化が図られている。
また、圧力導入部材３１の各取付溝３１ａ，３１ｂには各Ｏリング１７ｃ，１７ｄが嵌め込まれており、圧力導入部材３１とケース１２との接続部分は二重の各Ｏリング１７ｃ，１７ｄにより確実に封止されて液密化が図られている。

そして、ケース１２，カバー１３，Ｏリングホルダー１６、圧力導入部材３１、ダイヤフラム３３、取付部材３６はステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製であり、各Ｏリング１７ａ，１７ｄはニトリルゴム製であり、各Ｏリング１７ｂ，１７ｃはフッ素ゴム製である。
ここで、ステンレスは強靱で耐圧性・耐久性に優れ、フッ素ゴムは耐熱性・耐薬品性に優れる。

従って、第１実施形態によれば、測定流体の水位が大きく、高い測定流体圧力がケース１２に印加される場合（例えば、深井戸等の高圧力環境下で使用した場合）でも、測定流体がケース１２内部に侵入するのを確実に防止できる。

［７］
ケース１２と制御基板１８との空隙にウレタン樹脂製の充填材１９が充填されているため、ケース１２内部で制御基板１８が不要に動いてケース１２内壁に衝突し破損するのを確実に防止できる。

［８］
前記［１］〜［７］の作用・効果により、測定流体により侵されたりスケールが付着せず、測定流体の正確な圧力検出を行うことにより正確な水位の検出が可能で、破損し難く長寿命な投げ込み圧力式水位計１０を実現できる。

［別の実施形態］
ところで、本発明は第１実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、第１実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

（１）
図６は、第２実施形態の投げ込み圧力式水位計４０の要部縦断面図である。
圧力式水位計４０において、第１実施形態の圧力式水位計１０と異なるのは、シリコンゲル３５の表面側を覆う耐腐食性を有した保護膜としての耐腐食性ゲル４１がケース１２の収容凹部１２ｄ内に設けられており、測定流体が耐腐食性ゲル４１に接触する点だけである。
耐腐食性ゲル４１は、腐食性の測定流体（例えば、ガソリンや軽油といった石油精製品など）に侵されないゲルであり、例えば、フッ素を含み弾性を有したフッ素ゲルから成る。

第２実施形態によれば、シリコンゲル３５が耐腐食性ゲル４１により保護されるため、特許文献３の請求項１の技術と同様に、腐食性の測定流体によりシリコンゲル３５が侵されるのを防止可能になり、第１実施形態の作用・効果を更に確実に得ることができる。
尚、耐腐食性ゲル４１を薄膜状に形成すれば、特許文献３の請求項３の技術と同様に、例えば、耐腐食性ゲル４１として高性能ではあるものの高価なフッ素ゲルを使用した場合に、フッ素ゲルの使用量を減らしてコストダウンを図ることができる。

（２）
図７は、第３実施形態の投げ込み圧力式水位計５０の要部縦断面図である。
圧力式水位計５０において、第１実施形態の圧力式水位計１０と異なるのは、ダイヤフラム３３が省かれ、その代わりにダイヤフラム５１がケース１２の収容凹部１２ｄを仕切るように取付固定され、シリコンオイル３４がダイヤフラム５１とセンサチップ３２の受圧面３２ａとによって密閉された圧力導入孔３１ｃおよび収容凹部１２ｄの内部に充填されている点だけである。
ダイヤフラム５１は、外形寸法が大きい点を除けばダイヤフラム３３と同じ材質・形状である。
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られるが、ダイヤフラム５１が大きい分だけ部品コストが増大する。

（３）
シリコンオイル３４は、十分な粘性を有すると共にセンサチップ３２を侵さず、安定で耐熱性に優れた伝達流体であれば、どのような伝達流体（例えば、フッ素を含んだフッ素オイル、磁性流体など）に置き換えてもよい。
尚、シリコンオイル３４を磁性流体に置き換えた場合には、特許文献２の請求項３の技術と同様に、当該磁性流体に外部磁界を作用させることにより、センサチップ３２の破損を確認することが可能になり、センサチップ３２の自己診断を行うことができる。

（４）
シリコンゲル３５は、十分な弾性を有すると共に耐熱性・耐薬品性に優れたゲル状体であれば、どのようなゲル状体に置き換えてもよい。

（５）
ダイヤフラム３３，５１は、ステンレス製に限らず、十分な強度と可撓性を有する材質であれば、どのような材質（例えば、アルミニウム合金などの各種金属、ゴム、合成樹脂など）で形成してもよい。

（６）
上記各実施形態では、ケース１２の先端開口部と圧力導入部材３１とを別体化することにより、投げ込み圧力式水位計１０を組み立て易くしている。
しかし、ケース１２の先端開口部と圧力導入部材３１とを一体化し、収容凹部１２ｄおよび圧力導入孔３１ｃを削り出し加工により同一工程で連続的に作製してもよい。

（７）
上記各実施形態ではセンサチップ３２として半導体式圧力検出素子を用いたが、どのような型式の圧力検出素子（例えば、静電容量式、接触圧式、差動変圧器式、可変リアクタンス式など）を用いてもよい。
尚、静電容量式圧力検出素子は、受圧ダイヤフラムとしての可動電極と、固定電極とを備え、各電極間の静電容量の変化に基づいて受圧ダイヤフラムに印加された測定流体圧力を検出するものである。
また、接触圧式圧力検出素子は、受圧ダイヤフラムとしての可動電極と、固定電極と、各電極間に挟設された導電ゴムとを備え、導電ゴムの抵抗値の変化に基づいて受圧ダイヤフラムに印加された測定流体圧力を検出するものである。

（８）
上記各実施形態は投げ込み圧力式水位計に適用したものであるが、本発明は、投げ込みタイプではない固定タイプの圧力式水位計に適用してもよく、更には、圧力式水位計に限らず、どのような流体の圧力を検出する圧力センサに適用してもよい。

本発明を具体化した第１実施形態の投げ込み圧力式水位計１０の縦断面図。 圧力式水位計１０の正面図。 圧力式水位計１０の左側面図（図２を矢印Ｘ方向から見た図）。 圧力式水位計１０の要部縦断面図（図１の要部拡大図）。 圧力式水位計１０に設けられたダイヤフラム３３の斜視図。 本発明を具体化した第２実施形態の投げ込み圧力式水位計４０の要部縦断面図。 本発明を具体化した第３実施形態の投げ込み圧力式水位計５０の要部縦断面図。

符号の説明

１０，４０，５０…投げ込み圧力式水位計
１１…圧力センサ
１２…ケース
１２ｄ…収容凹部
３１…圧力導入部材
３１ｃ…圧力導入孔
３２…センサチップ
３３，５１…ダイヤフラム
３４…シリコンオイル
３５…シリコンゲル
４１…耐腐食性ゲル

Claims (6)

1. 伝達管路と、
   その伝達管路の末端側を塞ぐように取付固定された圧力検出素子と、
   前記伝達管路内を仕切って閉鎖するように取付固定されたダイヤフラムと、
   前記伝達管路の先端開口部と前記ダイヤフラムとの間の当該伝達管路内に充填されたゲル状体と、
   前記ダイヤフラムと前記圧力検出素子とによって密閉された前記伝達管路内に充填された伝達流体とを備え、
   測定流体が前記伝達管路の先端開口部に導入されて前記ゲル状体に接触すると、当該測定流体から前記ゲル状体の表面側に圧力が印加され、その圧力が前記ゲル状体から前記ダイヤフラムに伝達され、その圧力に応じて前記ダイヤフラムが撓み変形を起こし、そのダイヤフラムの撓み変形により当該圧力が前記伝達流体から前記圧力検出素子へ伝達され、その圧力を前記圧力検出素子が検出することを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記ダイヤフラムにコルゲーションが形成されていることを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   測定流体に接触する前記ゲル状体の表面積は、前記ダイヤフラムの表面積よりも広いことを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
   前記ゲル状体はシリコンを含んだシリコンゲルであり、
   前記伝達流体は、シリコンを含んだシリコンオイル、または、フッ素を含んだフッ素オイルであることを特徴とする圧力センサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
   測定流体に接触する前記ゲル状体の表面を覆う耐腐食性を有した保護膜を備えたことを特徴とする圧力センサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧力センサを用いて測定流体の水位を検出することを特徴とする圧力式水位計。

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