JP2012026901A - Pressure sensor and vacuum apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサー及びそれを用いた真空装置等に関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a vacuum device using the same.
水晶振動子、例えば双音叉型水晶振動子を検出素子とした圧力センサーが知られている。特許文献1には、ダイヤフラムと蓋部とにより区画されて負圧とされる内部空間が形成し、ダイヤフラムと連結される水晶振動子を内部空間内に配置している。これにより、ダイヤフラムに作用する圧力P1と内部空間内の圧力P2との差圧を検出している。
A pressure sensor using a quartz resonator, for example, a double tuning fork type quartz resonator, as a detection element is known. In
対向二面に水晶ダイヤフラムを有する圧力センサーは、特許文献2に開示されている。この圧力センサーは、対向二面の水晶ダイヤフラム同士を力伝達用柱部で連結している。そして、一方の水晶ダイヤフラムに作用する圧力P1(負圧)と、他方の水晶ダイヤフラムに作用する圧力P2(大気圧)との差圧によって2つの水晶ダイヤフラムを変位させ、その変位が水晶振動子に伝達されて圧力P2に対する圧力P1の差圧がその極性と共に測定される。
A pressure sensor having a quartz diaphragm on two opposing surfaces is disclosed in
特許文献1の技術では、一つのダイヤフラムの特性により圧力−ひずみ量特性が決まってしまう。特許文献2の2つのダイヤフラムも、一体となって変位するものであるので、圧力−ひずみ量特性は単一特性である。ダイヤフラムの圧力−ひずみ量特性は、ダイヤフラムの例えば厚さによって一義的に定まる。
In the technique of
従来、例えば大気圧から高真空に至る広い圧力範囲を測定するには、ダイヤフラム特性の異なる圧力センサーを複数設置するほかなかった。それにより、真空装置にて占有されるセンサー部の領域が大型化し、価格も高価であった。また、個々の圧力センサーを特許文献1の圧力センサーとすると、個々の圧力センサー間で内部空間の圧力を均一にしなければならず、仮に不均一であれば補正が必要となる。また、価格を抑えるために圧力センサーの数を少なくすると、全圧力範囲にて精度高く圧力測定することができなかった。
Conventionally, for example, in order to measure a wide pressure range from atmospheric pressure to high vacuum, a plurality of pressure sensors having different diaphragm characteristics must be installed. As a result, the area of the sensor unit occupied by the vacuum apparatus is increased in size and cost. If each pressure sensor is the pressure sensor disclosed in
そこで、本発明の幾つかの態様では、小型化を維持しながら広い圧力範囲にて分解能を高めて測定できる圧力センサー及びそれを用いた真空装置を提供することを目的とする。 Accordingly, some aspects of the present invention have an object to provide a pressure sensor that can measure with a high resolution in a wide pressure range while maintaining a small size, and a vacuum apparatus using the pressure sensor.
本発明の一態様に係る圧力センサーは、
枠外表面にて少なくとも第1仮想面と第2仮想面とを規定するベース枠体と、
前記第1仮想面を覆う面に配置される第1ダイヤフラムと、
前記第2仮想面を覆う面に配置される第2ダイヤフラムと、
少なくとも前記ベース枠体、前記第1,第2ダイヤフラムで区画形成され、測定圧力範囲よりも低い内圧を有する気密空間と、
前記気密空間内に配置される第1検出素子と、
前記気密空間内に配置される第2検出素子と、
を有し、
前記第1ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの高圧側の少なくとも第1圧力範囲の圧力に応答して変位し、前記第1ダイヤフラムの変位が前記第1検出素子にて検出され、
前記第2ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第1圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第2圧力範囲の圧力に、前記第1ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第2ダイヤフラムの変位が前記第2検出素子にて検出されることを特徴とする。
The pressure sensor according to one aspect of the present invention is:
A base frame body defining at least a first virtual surface and a second virtual surface on the outer surface of the frame;
A first diaphragm disposed on a surface covering the first virtual surface;
A second diaphragm disposed on a surface covering the second virtual surface;
An airtight space formed by at least the base frame and the first and second diaphragms and having an internal pressure lower than a measurement pressure range;
A first detection element disposed in the airtight space;
A second detection element disposed in the airtight space;
Have
The first diaphragm is displaced in response to the pressure in at least the first pressure range on the high pressure side of the measurement pressure range, and the displacement of the first diaphragm is detected by the first detection element,
The second diaphragm is displaced in response to at least a second pressure range including a lower pressure side than the first pressure range in the measurement pressure range with a resolution higher than that of the first diaphragm, The displacement of the second diaphragm is detected by the second detection element.
本発明の一態様では、一つの圧力センサーにて、高圧側の第1圧力範囲と低圧側の第2圧力範囲を含む関心対象の圧力範囲の圧力を検出することができ、検出可能な圧力範囲が拡大する。このとき、第1,第2ダイヤフラムの各々は、一方の面に気密空間の内圧が作用し、他方の面に内圧よりも高い外圧が作用し、その内外差圧によって、気密空間内に向けて変位することになる。よって、この圧力センサーを測定雰囲気に配置したとき、第1,第2ダイヤフラムの各々に作用する内圧は等しく、第1,第2ダイヤフラムの各々に作用する外圧も等しくなる。従って、第1,第2ダイヤフラムの各々にて測定される二系統の測定系にて、その二系統間の圧力差に依存した調整が不要である。しかも、第1ダイヤフラム及び第1検出素子のみで広範囲の測定圧力範囲の圧力を検出しようとすると、低圧側ほど第1ダイヤフラムの変位量が小さくなって分解能が低下してしまう。本発明の一態様では、低圧側の第2圧力範囲の圧力を、第2ダイヤフラムにより第1ダイヤフラムよりも高い分解能にて検出できるので、広範囲に亘って比較的高い分解能で圧力検出することができる。また、気密空間内の圧力(内圧)が上記の通り低いと、第1,第2のダイヤフラムの変形に伴う内圧の変化の影響を無視できるようになる。 In one embodiment of the present invention, the pressure in the pressure range of interest including the first pressure range on the high pressure side and the second pressure range on the low pressure side can be detected with one pressure sensor, and the detectable pressure range. Expands. At this time, in each of the first and second diaphragms, an internal pressure of the airtight space acts on one surface, and an external pressure higher than the internal pressure acts on the other surface, and the internal and external differential pressure causes the internal pressure toward the inside of the airtight space. Will be displaced. Therefore, when this pressure sensor is disposed in the measurement atmosphere, the internal pressure acting on each of the first and second diaphragms is equal, and the external pressure acting on each of the first and second diaphragms is also equal. Therefore, in the two measurement systems measured by each of the first and second diaphragms, adjustment depending on the pressure difference between the two systems is unnecessary. Moreover, if it is attempted to detect pressures in a wide range of measurement pressures using only the first diaphragm and the first detection element, the amount of displacement of the first diaphragm decreases as the pressure decreases, and the resolution decreases. In one aspect of the present invention, the pressure in the second pressure range on the low pressure side can be detected with a higher resolution than the first diaphragm by the second diaphragm, so that the pressure can be detected with a relatively high resolution over a wide range. . Further, when the pressure (internal pressure) in the airtight space is low as described above, it becomes possible to ignore the influence of the change in the internal pressure accompanying the deformation of the first and second diaphragms.
本発明の一態様では、前記第1圧力範囲は標準大気圧を含み、前記第2圧力範囲の上限は負圧とすることができる。 In one aspect of the present invention, the first pressure range may include standard atmospheric pressure, and the upper limit of the second pressure range may be a negative pressure.
つまり、この圧力センサーは標準大気圧及びそれよりも低い負圧の測定に利用することができ、例えば大気−真空置換される真空装置での圧力測定に好適に使用することができる。特に、低真空から高真空に至る広範囲の圧力を測定するのに適している。 In other words, this pressure sensor can be used for measurement of standard atmospheric pressure and negative pressure lower than that, and can be suitably used for pressure measurement in a vacuum apparatus in which air-vacuum replacement is performed, for example. In particular, it is suitable for measuring a wide range of pressure from low vacuum to high vacuum.
本発明の一態様では、前記気密空間は、前記測定圧力範囲の下限の圧力よりも2桁以上低い圧力に設定することができる。 In one aspect of the present invention, the airtight space can be set to a pressure that is two orders of magnitude lower than the lower limit pressure of the measurement pressure range.
こうすると、測定圧力範囲内の圧力が外圧として作用する時には常に、気密空間内の内圧と外圧との充分な圧力差を常に生じさせて、しかも内圧を外圧よりも常に低くすることができ、第1及び第2ダイヤフラムを気密空間内に向けて変位させて圧力測定することができる。 In this way, whenever a pressure within the measurement pressure range acts as an external pressure, a sufficient pressure difference between the internal pressure and the external pressure in the airtight space is always generated, and the internal pressure can always be lower than the external pressure. The pressure can be measured by displacing the first and second diaphragms toward the airtight space.
本発明の一態様では、前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, it may further include a first stopper portion that regulates displacement of the second diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied.
同一圧力下では第1ダイヤフラムよりも高い分解能で応答して変位する第2ダイヤフラムは、第1圧力範囲の上限側での変位量が大きくなっても、第1ストッパー部にて第2ダイヤフラムの変位を規制できる。よって、第1ストッパー部により第2圧力範囲の上限を機械的に設定でき、第2ダイヤフラムを第2圧力範囲内にて的確に動作させることができる。また、第2ダイヤフラムに過度に高い圧力が作用しても、第2ダイヤフラムが破損することを防止できる。 The second diaphragm, which responds and displaces with higher resolution than the first diaphragm under the same pressure, displaces the second diaphragm at the first stopper even if the displacement amount on the upper limit side of the first pressure range increases. Can be regulated. Therefore, the upper limit of the second pressure range can be mechanically set by the first stopper portion, and the second diaphragm can be accurately operated within the second pressure range. Moreover, even if an excessively high pressure acts on the second diaphragm, the second diaphragm can be prevented from being damaged.
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、前記枠外表面にて第3仮想面をさらに規定し、前記圧力センサーは、前記第3仮想面を覆う面に配置される第3ダイヤフラムと、
前記気密空間に配置される第3検出素子と、をさらに有し、前記第3ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第2圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第3圧力範囲の圧力に、前記第2ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第3ダイヤフラムの変位を前記第3検出素子にて検出することができる。
In one aspect of the present invention, the base frame further defines a third virtual surface on the outer surface of the frame, and the pressure sensor is disposed on a surface covering the third virtual surface;
A third detection element disposed in the hermetic space, wherein the third diaphragm has a pressure within at least a third pressure range including a lower pressure side than the second pressure range in the measurement pressure range. The displacement is responsive in higher resolution than the second diaphragm, and the displacement of the third diaphragm can be detected by the third detection element.
こうすると、同一の測定圧力範囲内の圧力を測定する時に、2つのダイヤフラムにより測定される分解能よりも、3つのダイヤフラムにより測定される分解能を高めることができるため、測定精度をより向上させることができる。あるいは、2つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲よりも、3つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲を拡大することができ、ダイナミックレンジを広げることができる。 In this way, when measuring the pressure within the same measurement pressure range, the resolution measured by the three diaphragms can be increased rather than the resolution measured by the two diaphragms, so that the measurement accuracy can be further improved. it can. Alternatively, the pressure range measured by the three diaphragms can be expanded more than the pressure range measured by the two diaphragms, and the dynamic range can be expanded.
本発明の一態様では、前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部と、前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部と、をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied, the first stopper portion that restricts the displacement of the second diaphragm, and the pressure higher than the upper limit of the third pressure range are applied. And a second stopper portion for restricting displacement of the third diaphragm when acted on.
こうすると、同一圧力下では第1,第2ダイヤフラムよりも高い分解能で応答して変位する第2,第3ダイヤフラムは、第2,第3圧力範囲の上限側での変位量が大きくなっても、第1,第2ストッパー部により第2,第3ダイヤフラムの変位を規制できる。よって、第1,第2ストッパー部により第2,第3圧力範囲の各上限を機械的に設定でき、第2,第3ダイヤフラムを第2,第3圧力範囲内にてそれぞれ的確に動作させることができる。また、第2,第3ダイヤフラムに過度に高い圧力が作用しても、第2,第3ダイヤフラムが破損することを防止できる。 In this way, the second and third diaphragms that respond and displace with higher resolution than the first and second diaphragms under the same pressure, even if the displacement amount on the upper limit side of the second and third pressure ranges increases. The displacement of the second and third diaphragms can be restricted by the first and second stopper portions. Therefore, the upper limits of the second and third pressure ranges can be mechanically set by the first and second stopper portions, and the second and third diaphragms can be operated accurately within the second and third pressure ranges, respectively. Can do. Moreover, even if an excessively high pressure acts on the second and third diaphragms, the second and third diaphragms can be prevented from being damaged.
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、前記枠外表面にて第4仮想面をさらに規定し、前記圧力センサーは、前記第4仮想面を覆う面に配置される第4ダイヤフラムと、前記気密空間に配置される第4検出素子と、をさらに有し、前記第4ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第3圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第4圧力範囲の圧力に、前記第3ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第4ダイヤフラムの変位を前記第4検出素子にて検出することができる。 In one aspect of the present invention, the base frame further defines a fourth virtual surface on the outer surface of the frame, and the pressure sensor includes a fourth diaphragm disposed on a surface covering the fourth virtual surface, A fourth detection element disposed in an airtight space, wherein the fourth diaphragm has a pressure in at least a fourth pressure range including a lower pressure side than the third pressure range in the measurement pressure range. The displacement is responsive in higher resolution than the third diaphragm, and the displacement of the fourth diaphragm can be detected by the fourth detection element.
こうすると、同一の測定圧力範囲内の圧力を測定する時に、2つまたは3つのダイヤフラムにより測定される分解能よりも、4つのダイヤフラムにより測定される分解能を高めることができるため、測定精度をさらに向上させることができる。あるいは、2つまたは3つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲よりも、4つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲を拡大することができ、ダイナミックレンジをさらに広げることができる。 In this way, when measuring pressures within the same measurement pressure range, the resolution measured by the four diaphragms can be higher than the resolution measured by the two or three diaphragms, thus further improving the measurement accuracy. Can be made. Alternatively, the pressure range measured by the four diaphragms can be expanded rather than the pressure range measured by the two or three diaphragms, and the dynamic range can be further expanded.
換言すれば、本発明の一態様では、前記ベース枠体は、第k仮想面(kは3≦k≦Nを満たす1つ以上の整数で、Nは3≦Nを満たす整数)をさらに規定し、前記圧力センサーは、前記第k仮想面を覆う面に配置される第kダイヤフラムと、前記密閉空間に配置される第k検出素子と、をさらに有し、前記第kダイヤフラムは、第(k−1)圧力範囲内に上限を有し、かつ、第(k−1)圧力範囲よりも低圧側に下限を有する第k圧力範囲の圧力に、第(k−1)ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第kダイヤフラムの変位を前記第k検出素子にて検出することができる。 In other words, in one aspect of the present invention, the base frame further defines the k-th virtual plane (k is one or more integers satisfying 3 ≦ k ≦ N, and N is an integer satisfying 3 ≦ N). The pressure sensor further includes a kth diaphragm disposed on a surface covering the kth virtual surface, and a kth detection element disposed in the sealed space, wherein the kth diaphragm is k-1) Higher resolution than the (k-1) diaphragm in the pressure of the kth pressure range having an upper limit in the pressure range and having a lower limit on the lower pressure side than the (k-1) pressure range. The displacement of the kth diaphragm can be detected by the kth detection element.
本発明の一態様では、前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部と、前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部と、前記第4圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第4ダイヤフラムの変位を規制する第3ストッパー部と、をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied, the first stopper portion that restricts the displacement of the second diaphragm, and the pressure higher than the upper limit of the third pressure range are applied. A second stopper portion that regulates displacement of the third diaphragm when acted, a third stopper portion that regulates displacement of the fourth diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the fourth pressure range acts, Can further be included.
こうして、第1〜第3ストッパー部により第2〜第4圧力範囲の各上限を機械的に設定でき、第2〜第4ダイヤフラムを第2〜第4圧力範囲内にてそれぞれ的確に動作させることができる。また、第2〜第4ダイヤフラムに過度に高い圧力が作用しても、第2〜第4ダイヤフラムが破損することを防止できる。 Thus, the upper limits of the second to fourth pressure ranges can be mechanically set by the first to third stopper portions, and the second to fourth diaphragms can be operated accurately within the second to fourth pressure ranges, respectively. Can do. Moreover, even if an excessively high pressure acts on the second to fourth diaphragms, the second to fourth diaphragms can be prevented from being damaged.
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、前記第1〜第M仮想面(Mは2〜4の中の整数)に加えて、少なくとも一つの第(M+1)仮想面を規定し、前記少なくとも一つの(M+1)仮想面を蓋体にて覆うことで前記気密空間を形成することができる。 In one aspect of the present invention, the base frame body defines at least one (M + 1) virtual surface in addition to the first to Mth virtual surfaces (M is an integer from 2 to 4), The airtight space can be formed by covering at least one (M + 1) virtual surface with a lid.
つまり、ベース枠体の仮想面に2つから4つのダイヤフラムを取り付けるにあたり、少なくとも一つの余分な仮想面を設けておくことで、設置されるダイヤフラムの数に拘わらずベース枠体を共用することができる。少なくとも一つの余分な仮想面には蓋体を取り付けることで、気密空間を確保できる。 In other words, when two to four diaphragms are attached to the virtual surface of the base frame, it is possible to share the base frame regardless of the number of diaphragms installed by providing at least one extra virtual surface. it can. An airtight space can be secured by attaching a lid to at least one extra virtual surface.
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、第1枠外表面と第2枠外表面とを含み、前記圧力センサーは、前記ベース枠体の前記第1枠外表面に接合され、前記第1検出素子を支持した第1支持枠体と、前記ベース枠体の前記第2枠外表面に接合され、前記第2検出素子を支持した第2支持枠体と、前記第1支持枠体に接合され、前記第1ダイヤフラムを有する第1蓋体と、前記第2支持枠体に接合され、前記第2ダイヤフラムを有する第2蓋体と、をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, the base frame includes a first frame outer surface and a second frame outer surface, and the pressure sensor is bonded to the first frame outer surface of the base frame, and the first detection element A first support frame that supports the second detection frame, a second support frame that is bonded to the outer surface of the second frame of the base frame, supports the second detection element, and is bonded to the first support frame, A first lid having a first diaphragm and a second lid having the second diaphragm joined to the second support frame may be further included.
このように、ベース枠体の第1,第2枠外表面に、第1,第2支持枠体及び第1,第2蓋体をそれぞれ積層することで、第1,第2ダイヤフラム及び第1,第2検出素子を備えた圧力センサーを容易に製造することができる。 Thus, by laminating the first and second support frames and the first and second lids on the outer surfaces of the first and second frames of the base frame, respectively, the first and second diaphragms and the first and second diaphragms are laminated. A pressure sensor including the second detection element can be easily manufactured.
本発明の一態様では、前記第2支持枠体と前記第2蓋体との間に設けられ、前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部を支持する第1ストッパー支持枠体をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, the displacement of the second diaphragm is restricted when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied between the second support frame and the second lid. A first stopper support frame for supporting the first stopper portion to be further provided.
このように、第2支持枠体と第2蓋体との間に第1ストッパー支持枠体を介在させることで、第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部を容易に配置することができる。 Thus, the 1st stopper part which controls the displacement of the 2nd diaphragm can be arranged easily by interposing the 1st stopper support frame between the 2nd support frame and the 2nd lid. .
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、第3枠外表面をさらに含み、前記圧力センサーは、前記ベース枠体の前記第3枠外表面に接合され、第3検出素子を支持した第3支持枠体と、前記第3支持枠体に接合され、第3ダイヤフラムを有する第3蓋体と、をさらに有し、前記第3ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第2圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第3圧力範囲の圧力に、前記第2ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第3ダイヤフラムの変位を前記第3検出素子にて検出することができる。 In one aspect of the present invention, the base frame further includes a third frame outer surface, and the pressure sensor is bonded to the third frame outer surface of the base frame and supports a third detection element. A frame and a third lid joined to the third support frame and having a third diaphragm, the third diaphragm being more than the second pressure range of the measurement pressure range The displacement of the third diaphragm can be detected by the third detection element in response to displacement at a resolution higher than that of the second diaphragm to a pressure in at least the third pressure range including the low pressure side.
このように、ベース枠体の第3枠外表面に、第3支持枠体及び第3蓋体をそれぞれ積層することで、第3ダイヤフラム及び第3検出素子をさらに備えた圧力センサーを容易に製造することができる。 In this way, a pressure sensor further including a third diaphragm and a third detection element is easily manufactured by laminating the third support frame and the third lid on the outer surface of the third frame of the base frame. be able to.
本発明の一態様では、前記第3支持枠体と前記第3蓋体との間に設けられ、前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部を支持する第2ストッパー支持枠体をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, the displacement of the third diaphragm is restricted when a pressure higher than the upper limit of the third pressure range is applied between the third support frame and the third lid. A second stopper support frame for supporting the second stopper portion to be further provided.
このように、第3支持枠体と第3蓋体との間に第2ストッパー支持枠体を介在させることで、第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部を容易に配置することができる。 Thus, the 2nd stopper support frame which controls the displacement of the 3rd diaphragm can be easily arranged by interposing the 2nd stopper support frame between the 3rd support frame and the 3rd lid. .
本発明の一態様では、前記ベース枠体は、第4枠外表面をさらに含み、前記圧力センサーは、前記ベース枠体の前記第4枠外表面に接合され、第4検出素子を支持した第4支持枠体と、前記第4支持枠体に接合され、第4ダイヤフラムを有する第4蓋体と、をさらに有し、前記第4ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第3圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第4圧力範囲の圧力に、前記第3ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第4ダイヤフラムの変位を前記第4検出素子にて検出することができる。 In one aspect of the present invention, the base frame further includes a fourth frame outer surface, and the pressure sensor is bonded to the fourth frame outer surface of the base frame and supports a fourth detection element. A frame and a fourth lid joined to the fourth support frame and having a fourth diaphragm, wherein the fourth diaphragm is more than the third pressure range in the measurement pressure range. Displacement is made in response to at least the pressure in the fourth pressure range including the low pressure side with a resolution higher than that of the third diaphragm, and the displacement of the fourth diaphragm can be detected by the fourth detection element.
このように、ベース枠体の第4枠外表面に、第4支持枠体及び第4蓋体をそれぞれ積層することで、第4ダイヤフラム及び第4検出素子をさらに備えた圧力センサーを容易に製造することができる。 Thus, the pressure sensor further including the fourth diaphragm and the fourth detection element is easily manufactured by laminating the fourth support frame and the fourth lid on the outer surface of the fourth frame of the base frame. be able to.
本発明の一態様では、前記第4支持枠体と前記第4蓋体との間に設けられ、前記第4圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第4ダイヤフラムの変位を規制する第3ストッパー部を支持する第3ストッパー支持枠体と、をさらに有することができる。 In one aspect of the present invention, the displacement of the fourth diaphragm is regulated when a pressure higher than the upper limit of the fourth pressure range is applied between the fourth support frame and the fourth lid. And a third stopper support frame that supports the third stopper portion.
このように、第4支持枠体と第4蓋体との間に第3ストッパー支持枠体を介在させることで、第4ダイヤフラムの変位を規制する第3ストッパー部を容易に配置することができる。 Thus, by interposing the third stopper support frame body between the fourth support frame body and the fourth lid body, the third stopper portion for restricting the displacement of the fourth diaphragm can be easily arranged. .
本発明の一態様では、前記第1,第2検出素子の各々は圧電振動子にて形成され、前記第1蓋体は、前記第1ダイヤフラムの変位を前記第1検出素子に伝達する第1伝達部を有し、前記第2蓋体は、前記第2ダイヤフラムの変位を前記第2検出素子に伝達する第2伝達部と有し、前記第1ストッパー部は、前記第2ダイヤフラムと対向する面に形成されたストッパー面と、前記第2検出素子と対向する面に形成され、前記第2検出素子の振動を許容する逃げ部と、を有することができる。 In one aspect of the present invention, each of the first and second detection elements is formed by a piezoelectric vibrator, and the first lid transmits a displacement of the first diaphragm to the first detection element. A second transmission unit configured to transmit a displacement of the second diaphragm to the second detection element; and the first stopper unit is opposed to the second diaphragm. A stopper surface formed on the surface, and a relief portion formed on a surface facing the second detection element and allowing vibration of the second detection element.
このように第1,第2検出素子の各々が圧電振動子にて形成される場合には、第1ダイヤフラムの変位が第1伝達部を介して第1検出素子に伝達され、第2ダイヤフラムの変位は第2伝達部を介して伝達される。第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー面を備えた第1ストッパー部が逃げ部を有することで、圧電振動子である第2検出素子の振動を阻害することがない。 Thus, when each of the first and second detection elements is formed by a piezoelectric vibrator, the displacement of the first diaphragm is transmitted to the first detection element via the first transmission section, and the second diaphragm is The displacement is transmitted via the second transmission unit. Since the first stopper portion having the first stopper surface that regulates the displacement of the second diaphragm has the escape portion, the vibration of the second detection element that is a piezoelectric vibrator is not hindered.
本発明の他の態様は、大気−真空置換される領域に臨んで配置された上述の圧力センサーを有する真空装置を定義している。 Another aspect of the present invention defines a vacuum device having the above-described pressure sensor positioned facing the area to be atmosphere-vacuum displaced.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.
1.第1実施形態
1.1.基本構造
図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力センサーの概略分解斜視図であり、図2は図1に示す圧力センサーの断面図であり、図3は第1,第2ダイヤフラムの圧力−ひずみ量の特性の一例を示す特性図である。図1において、圧力センサー10Aはベース枠体20Aを有する。ベース枠体20Aは、例えば四角枠形状を有する。四角枠形状のベース枠体20Aが規定する対向二面の枠外表面の一方を第1仮想面21と称し、他方を第2仮想面22と称する。なお、第1仮想面21は、ベース枠体20Aの第1枠外表面21Aと同一平面であり、ベース枠体20Aで囲まれた空間70Aに臨む面も含む平面である。同様に、第2仮想面22は、ベース枠体20Aの第1枠外表面21Aと対向する第2枠外表面22Aと同一平面であり、空間70Aに臨む面も含む平面である。
1. 1. First embodiment 1.1. Basic Structure FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure sensor shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of first and second diaphragms. It is a characteristic view which shows an example of the characteristic of a pressure-strain amount. In FIG. 1, the
圧力センサー10Aは、第1仮想面21を覆う面に配置される第1ダイヤフラム50と、第2仮想面22を覆う面に配置される第2ダイヤフラム60とをさらに有する。このベース枠体20A、第1,第2ダイヤフラム50,60により、気密空間70が形成される(図2参照)。気密空間70内には、第1検出素子30と第2検出素子40とが配置される。
The
図1に示す圧力センサー10Aは、第1ダイヤフラム50に作用する圧力に起因した第1ダイヤフラム50の変位が、第1検出素子30にて検出され、第2ダイヤフラム60に作用する圧力に起因した第2ダイヤフラム60の変位が、第2検出素子40にて検出される。
The
ここで、圧力センサー10Aにより検出される関心対象の測定圧力範囲Pを図3に示す。図3では、測定圧力範囲Pは、例えば大気−真空置換される真空装置内にて変化する圧力であり、上限は標準大気圧に近い例えば105Paであり、下限は高真空である例えば10−3Paである。この測定圧力範囲Pは、高圧側の第1圧力範囲P1と低圧側の第2圧力範囲P2とを含む。図3では、第1,第2圧力範囲P1,P2は互いにオーバーラップする領域を含んでいる。つまり、第1圧力範囲P1の下限P1Lは第2圧力範囲P2に属し、第2圧力範囲P2の上限P2Uは第1圧力範囲P1に属している。第1圧力範囲P1の上限P1Uは測定圧力範囲Pの上限PUと一致する例えば105Paであり、第2圧力範囲P2の下限P2Lは測定圧力範囲Pの下限PLと一致する例えば10−3Paである。
Here, the measurement pressure range P of interest detected by the
第1ダイヤフラム50は、図3に示す少なくとも第1圧力範囲P1の圧力に応答して、図3に示す特性C11に従って変位し、第1ダイヤフラム50の変位が第1検出素子30にて検出される。もちろん、第1ダイヤフラム50は、第1圧力範囲P1以外の圧力によっても変位するが(図3の破線参照)、第1圧力範囲P1が測定の関心対象である。
The
第2ダイヤフラム60は、図3に示す少なくとも第2圧力範囲P2の圧力に応答して、図3に示す特性C12に従って変位し、第2ダイヤフラム60の変位が第2検出素子40にて検出される。もちろん、第2ダイヤフラム60は第2圧力範囲P2以外の圧力によっても変位するが(図3の破線参照)、第2圧力範囲P2が測定の関心対象である。
The
ここで、第1,第2ダイヤフラム50,60の各々は、一方の面に気密空間70の内圧が作用し、他方の面に外圧が作用し、その内外差圧によって変位することになる。よって、この圧力センサー10Aを測定雰囲気に配置したとき、第1,第2ダイヤフラム50,60の各々に作用する内圧は等しく、第1,第2ダイヤフラム50,60の各々に作用する外圧も等しくなる。従って、第1,第2ダイヤフラム50,60の各々にて測定される二系統の測定系にて、その二系統間の圧力差に依存した調整が不要になる。
Here, in each of the first and
第1,第2ダイヤフラム50,60は、図3に示すよう同一圧力(例えば図3の1.0〜10Paの範囲の圧力)が作用した時の撓み量が異なる。そのために、本実施形態では第2ダイヤフラム60の例えば厚さt2(図3参照)が、第1ダイヤフラム50の厚さt1(図3参照)よりも薄い(t2<t1)。それにより、第1,第2ダイヤフラム50,60に同一圧力が作用した時、第2ダイヤフラム60の撓み量は第1ダイヤフラム50の撓み量よりも大きい。公知の例えば両端固定梁の撓み式から明らかなように、撓み量はダイヤフラム厚の3乗に反比例するからである。第1,第2ダイヤフラム50,60の撓み量を変えるには、厚さに代えて、または厚さと共に、他のパラメータ例えばダイヤフラムの大きさ等を変更しても良い。
As shown in FIG. 3, the first and
図3の特性C11は、第1ダイヤフラム50の厚さt1を例えば200μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり、図3の特性C12は、第2ダイヤフラム60の厚さt2を例えば20μmとしたときの圧力−ひずみ量特性である。第1,第2ダイヤフラム50,60の有効径は10mmである。図3は圧力(横軸)と撓み量(縦軸)の両軸を対数で示す対数グラフである。図3では、特性C11,C12は例えば直線で表わされる。
A characteristic C11 in FIG. 3 is a pressure-strain amount characteristic when the thickness t1 of the
ここで、第1ダイヤフラム50及び第1検出素子30のみで広範囲の測定圧力範囲Pの圧力を検出しようとすると、図3に示すように低圧側ほど第1ダイヤフラム50の変位量が小さくなって分解能が低下してしまう。つまり、圧力変化に対する撓み量の変化が小さくなるほど、分解能は低くなる。本実施形態では、低圧側の第2圧力範囲P2の圧力を、第1ダイヤフラム50よりも例えば薄い第2ダイヤフラム60により検出している。
Here, if it is attempted to detect the pressure in the wide measurement pressure range P using only the
第2ダイヤフラム60は、同一圧力(例えば図3の1.0〜10Paの範囲の圧力)が作用した時の撓み量が、第1ダイヤフラム50よりも例えば2桁以上も大きい。つまり、低圧側の圧力は第2ダイヤフラム60によって第1ダイヤフラム50よりも高い分解能にて検出できるので、広範囲に亘って比較的高い分解能で圧力検出することができる。
The
なお、第2ダイヤフラム60の測定圧力範囲は低圧側の第2圧力範囲P2であるので、例えば大気圧に近い圧力では第2ダイヤフラム60が撓まないように第1ストッパー部80(後述する図4及び図5参照)を設けることができる。こうして、第2ダイヤフラム60での関心圧力範囲である第2圧力範囲P2の上限P2Uを機械的に設定することができる。なお、第1ダイヤフラム50にも同様にストッパー部を設けても良いが、測定雰囲気が大気圧よりも過度な高くならないなであれば、第1ダイヤフラム50にストッパー部を設けることは必ずしも要しない。このとき、第1ダイヤフラム50は、10+5Pa(ほぼ標準大気圧)でのひずみ量は0.2mm(200μm)程度である。ダイヤフラムは、厚さと同程度のひずみ量までは、ヒステリシスが残らず、破壊することもないので、第1ダイヤフラム50は大気圧でも耐性を有することができる。また、第2圧力範囲P2の上限P2Uを機械的に設定する第1ストッパー部(図4及び図5)は必ず必要であるわけでなく、第2ダイヤフラム60が第1圧力範囲P1でも耐性を有すれば不要である。
In addition, since the measurement pressure range of the
1.2.具体的構造
図1に示すように、四角枠状のベース枠体20Aは、第1仮想面21に位置する第1枠外表面21Aと、第2仮想面22に位置する第2枠外表面22Aとを含む。
1.2. Specific Structure As shown in FIG. 1, the rectangular frame-shaped base frame body 20 </ b> A includes a first frame
圧力センサー10Aは、ベース枠体20Aの第1枠外表面21Aに接合され、第1検出素子30を支持した第1支持枠体32をさらに有する。圧力センサー10Aは、ベース枠体20Aの第2枠外表面22Aに接合され、第2検出素子40を支持した第2支持枠体42をさらに有する。これら第1,第2支持枠体32,42は、第1,第2検出素子30,40を含めて同一のものを使用して、部品の共通化を図ることができる。
The
圧力センサー10Aは、第1支持枠体32に接合され、図3に示す少なくとも第1圧力範囲P1に応答して変位する第1ダイヤフラム50を含む第1蓋体52を有する。同様に、圧力センサー10Aは、第2支持枠体42に接合され、少なくとも第2圧力範囲P2の圧力に第1ダイヤフラム50よりも高い分解能にて応答して変位する第2ダイヤフラム60を含む第2蓋体62を有する。なお、第1,第2ダイヤフラム50,60は、第1,第2蓋体52,62の底面全域に形成するものに限らず、例えば中心円形領域等の一部を薄肉として形成しても良い。
The
ベース枠体20A、第1,第2支持枠32,42及び第1,第2蓋体52,62は、それぞれで囲まれた空間70A〜70Eを有する。ベース枠体20A、第1,第2支持枠32,42及び第1,第2蓋体52,62を接合することで、空間70A〜70Eは気密空間70とされる。ベース枠体20A、第1,第2支持枠32,42及び第1,第2蓋体52,62は例えば接着剤で接着して気密構造とすることができる。圧力センサー10Aの組立を真空中で行なうか、あるいは圧力センサー10Aの組立後に気密空間70を真空引きすることで、気密空間70を真空にすることができる。圧力センサー10Aの組立後の真空引きは、気密空間70に収容したゲッター材による気体の吸着作用や、あるいは気密空間に連通する孔を介して行うことができる。連通孔は、真空引き後に封止される。
The
ここで、気密空間70は、測定圧力範囲Pの下限の圧力PLよりも2桁以上低い圧力に設定することができる。本実施形態では、測定圧力範囲Pの下限の圧力PLが10−3Paであるので、気密空間70の圧力は10−5Paよりも低い圧力に設定することができる。
Here, the
こうすると、測定圧力範囲P内の圧力が外圧として作用する時には常に、気密空間70内の内圧と外圧との充分な圧力差を常に生じさせて、しかも内圧を外圧よりも常に低くすることができ、第1及び第2ダイヤフラム50,60を内向きに変位させて圧力測定することができる。
In this way, whenever the pressure in the measurement pressure range P acts as an external pressure, a sufficient pressure difference between the internal pressure and the external pressure in the
図1に示す圧力センサー10Aは、第1ダイヤフラム50に作用する圧力に起因した第1ダイヤフラム50の変位が、第1検出素子30にて検出され、第2ダイヤフラム60に作用する圧力に起因した第2ダイヤフラム60の変位が、第2検出素子40にて検出される。
The
ここで、本実施形態では、第1,第2検出素子30,40をそれぞれ振動子、特に水晶振動子等の圧電振動子、より好ましくは双音叉型水晶振動子にて形成することができる。振動子30,40は、周知のように軸方向に応力が生じると共振周波数が変化するので、この周波数変化を測定すれば、周波数変化に応じた応力発生の原因である圧力値を求めることができる。なお、第1,第2検出素子30,40をそれぞれ振動子で形成する場合、第1,第2のダイヤフラム50,60の厚さの関係と同様にして、第1検出素子30よりも第2検出素子40を薄く形成すると良い。薄い第2のダイヤフラム60の変位を第2の検出素子40に伝達しやすくなるからである。
Here, in the present embodiment, the first and
第1,第2検出素子30,40をそれぞれ振動子にて形成する場合、図2に示すように、第1蓋体52には、例えば2つの第1伝達部54が第1ダイヤフラム50より突出して設けられる。同様に、第2蓋体62には、第2伝達部64が第2ダイヤフラム60より突出して設けられる。第1伝達部54は第1ダイヤフラム50の変位を第1検出素子30に伝達し、第2伝達部64は第2ダイヤフラム62の変位を第2検出素子40に伝達する。
When each of the first and
このように、圧力センサー10Aを、ベース枠体20A、第1,第2支持枠体32,42及び第1,第2蓋体52,62にて形成することで、気密空間70内に第1,第2検出素子30,40を容易に配置することができる。
In this manner, the
1.3.第1ストッパー部
図4は第1ストッパー部80をさらに有する圧力センサー10Bの分解斜視図であり、図5は図4に示す圧力センサー10Bの断面図である。なお、図4及び図5において、図1及び図2に示す部材と同一機能を有するベース枠体20A、第1,第2支持枠体32,42及び第1,第2蓋体52,62については、図1及び図2と同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
1.3. First Stopper Part FIG. 4 is an exploded perspective view of a
第1ストッパー部80は、第2ダイヤフラム60での関心圧力範囲である第2圧力範囲P2の上限P2Uを機械的に設定するものである。第1ストッパー部80は、例えば、第2支持枠体42と第2蓋体62との間に配置される第1ストッパー支持枠体82に設けることができる。
The
第1ストッパー部80は、第2ダイヤフラム60と対向する面に第1ストッパー面84を有する。第1ストッパー面84と第2ダイヤフラム60との間の隙間g1は、図3に示す第2圧力範囲P2の上限P2Uよりも高い圧力が作用した時に零となり、それにより第2ダイヤフラムの変位が規制される。なお、第1ストッパー支持枠体82が増設される場合、第2蓋体62に設けられる第2伝達部64Aの突出高さは、図2に示す第2蓋体62の第2伝達部64よりも第1ストッパー支持枠体82の厚さ分だけ高く形成される。
The
このように、本実施形態の圧力センサー10A,10Bは、基本構造(ベース枠体20A、第1,第2支持枠体32,42及び第1,第2蓋体52,62)の設計思想を共通として、部材の共用化が図られる。そして、測定圧力範囲に応じて、第1,第2ダイヤフラム30,40の板厚t1,t2設定し、必要により圧力センサー10Aに第1ストッパー支持枠82を追加することで、図3のような広範囲の測定圧力範囲Pをカバーできる。
As described above, the
第1ストッパー部80は、圧電振動子で形成された第2検出素子40の振動を許容するために、第2検出素子40と対向する面に第1逃げ部86を設けることができる。こうして、第1ストッパー部80が第2検出素子40と干渉しないようにすることができる。
The
なお、第1ダイヤグラム50についてもストッパー部が必要である時には、第1ストッパー部80と同様にして、例えばベース枠体20Aと第1支持枠体32との間に、第1ストッパー支持枠体82と同様なストッパー支持枠体を配設しても良い。
When the first diagram 50 also requires a stopper, the first
なお、圧力センサー10A,10Bを形成するベース枠体20A、第1,第2支持枠体32,42、第1,第2蓋体52,62または第1ストッパー支持枠体82は、例えば水晶にて形成することができる。
The
2.第2実施形態
図6第2実施形態に係る圧力センサー10Cの分解斜視図であり、図7及び図8は図6に示す圧力センサー10Cのそれぞれ異なる断面を示す断面図である。図6において、ベース枠20Bは、例えば直交二軸の各軸にてそれぞれ対向する二面、計四面にて第1〜第4仮想面21,22,23,24を有する。つまり、ベース枠体20Bは、第1実施形態のベース枠体20Aと比較して、第3,第4仮想面23,24が追加されている。
2. Second Embodiment FIG. 6 is an exploded perspective view of a
換言すれば、第2実施形態は第1実施形態よりも1以上の仮想面が追加された実施形態を示している。つまり、ベース枠体20Bは、第k仮想面(kは3≦k≦Nを満たす1つ以上の整数で、Nは3≦Nを満たす整数)をさらに規定することができる。この場合、圧力センサー10Cは、第1実施形態の構造について追加して、第k仮想面を覆う面に配置される第kダイヤフラムと、密閉空間に配置される第k検出素子とをさらに有することができる。そして、第kダイヤフラムは、第(k−1)圧力範囲よりも低圧側を含む第k圧力範囲の圧力に、第(k−1)ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、第kダイヤフラムの変位が第k検出素子にて検出される。このように、ダイヤフラムの数を増大させることで、測定圧力範囲Pを拡大させ、あるいは測定圧力範囲P内での分解能を高めることができる。
In other words, the second embodiment shows an embodiment in which one or more virtual surfaces are added to the first embodiment. That is, the
2.1.N=4の実施形態
N=4の例である図6では、ベース枠体20Bは、第1,第2仮想面21,22については、図7に示すように、ベース枠体20Bがベース枠体20Aと形状が相違する点を除いて、図5と同様な構造を示している。なお、図6及び図7において、図5に示す部材と同一機能を有する第1,第2支持枠体32,42、第1,第2蓋体52,62及び第1ストッパー支持枠体82については、図5と同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
2.1. Embodiment of N = 4 In FIG. 6, which is an example of N = 4, the
図6及び図8に示すように、この圧力センサー10Cは、第k仮想面である第3,第4仮想面23,24と、第k仮想面を覆う面に配置される第kダイヤフラムである第3,第4ダイヤフラム100,110と、気密空間90に配置される第k検出素子である第3,第4検出素子120,130と、をさらに有する。
As shown in FIGS. 6 and 8, the
図9は、図6〜図8に示す圧力センサー10Cの測定圧力範囲Pと、その測定圧力範囲Pに含まれる第1〜第4圧力範囲P1〜P4を示している。この場合、第3ダイヤフラム100は、測定圧力範囲Pのうちの第2圧力範囲P2よりも低圧側を含む少なくとも第3圧力範囲P3の圧力に、第2ダイヤフラム60よりも高い分解能にて応答して変位し、第3ダイヤフラム100の変位が第3検出素子120にて検出される。
FIG. 9 shows the measurement pressure range P of the
同様に、第4ダイヤフラム110は、測定圧力範囲Pのうちの第3圧力範囲P3よりも低圧側を含む少なくとも第4圧力範囲P4の圧力に、第3ダイヤフラム100よりも高い分解能にて応答して変位し、第4ダイヤフラム110の変位が第4検出素子130にて検出される。
Similarly, the
ここで、第1ダイヤフラム50の厚さt1、第2ダイヤフラム60の厚さt2、第3ダイヤフラム100の厚さt3及び第4ダイヤフラム110の厚さt4の関係は、t1>t2>t3>t4となっている。これら第1〜第4ダイヤフラム50,60,100,110を用いて測定される第1〜第4圧力範囲P1〜P4は、互いにオーバーラップする領域を含んでいる。つまり、第1〜第3圧力範囲P1〜P3の下限P1Lは、第2〜第4圧力範囲P2〜P4にそれぞれに属し、第2〜第4圧力範囲P2〜P4の上限は第1〜第3圧力範囲P1〜P3にそれぞれ属している。第1圧力範囲P1の上限は測定圧力範囲Pの上限PUと一致する例えば105Paであり、第4圧力範囲P4の下限は測定圧力範囲Pの下限PLと一致する例えば10−3Paである。
Here, the relationship between the thickness t1 of the
第1〜第4ダイヤフラム50,60,100,110の各々は、一方の面に気密空間90の内圧が作用し、他方の面に外圧が作用し、その内外差圧によって変位することになる。よって、この圧力センサー10Cを測定雰囲気に配置したとき、第1〜第4ダイヤフラム50,60,100,110の各々に作用する内圧は等しく、第1〜第4ダイヤフラム50,60,100,110の各々に作用する外圧も等しくなる。従って、第1〜第4ダイヤフラム50,60,100,110の各々にて測定される四系統の測定系にて、その四系統間の圧力差に依存した煩雑な調整が不要になり、測定精度が向上する。
In each of the first to
図9の特性C21は第1ダイヤフラム50の厚さt1を例えば200μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり(図3の特性C11と同じ)、特性C22は第2ダイヤフラム60の厚さt2を例えば92.8μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり、特性C23は第3ダイヤフラム100の厚さt3を例えば43μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり、特性C24は第4ダイヤフラム110の厚さt4を例えば20μmとしたときの圧力−ひずみ量特性である(図3の特性C12と同じ)。なお、ダイヤフラムの有効直径はいずれもφ10mmとした。また、図9は図3と同様に圧力(横軸)と撓み量(縦軸)の両軸を対数で示す対数グラフである。
A characteristic C21 in FIG. 9 is a pressure-strain amount characteristic when the thickness t1 of the
ここで、図9を図3と比較すると、同一の測定圧力範囲P内の圧力を測定する時に、図9では特に10〜10+4Pa付近の圧力を特性C22,C23を利用して検出できる。それにより図3よりも高い分解能で圧力測定できるため、測定精度をより向上させることができる。あるいは、2つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲よりも、4つのダイヤフラムにより測定される圧力範囲を拡大することができ、ダイナミックレンジを広げることができる。 Here, comparing FIG. 9 with FIG. 3, when measuring the pressure within the same measurement pressure range P, in FIG. 9, in particular, a pressure around 10 to 10 +4 Pa can be detected using the characteristics C22 and C23. As a result, the pressure can be measured with a higher resolution than that in FIG. 3, so that the measurement accuracy can be further improved. Alternatively, the pressure range measured by the four diaphragms can be expanded more than the pressure range measured by the two diaphragms, and the dynamic range can be expanded.
圧力センサー10Cは、第2圧力範囲P2の上限よりも高い圧力が作用した時に、第2ダイヤフラム60の変位を規制する第1ストッパー部80に加えて、第2,第3ストッパー部140,150をさらに有することができる。第2ストッパー部140は、第3圧力範囲P3の上限よりも高い圧力が作用した時に第3ダイヤフラム100の変位を規制し、第3ストッパー部150は第4圧力範囲P4の上限よりも高い圧力が作用した時に第4ダイヤフラム110の変位を規制する。
The
第2ストッパー部140は、第3ダイヤフラム100と対向する面に第2ストッパー面144を有する。第2ストッパー面144と第3ダイヤフラム100との間の隙間g2は、図9に示す第3圧力範囲P3の上限よりも高い圧力が作用した時に零となり、それにより第3ダイヤフラム100の変位が規制される。この第2ストッパー部140により、第3ダイヤフラム100は、その厚さt3=43μmと実質的に同じ撓み量を超えて撓むことがないように規制できる。
The
同様に、第3ストッパー部150は、第4ダイヤフラム110と対向する面に第3ストッパー面154を有する。第3ストッパー面154と第4ダイヤフラム110との間の隙間g3は、図9に示す第4圧力範囲P4の上限よりも高い圧力が作用した時に零となり、それにより第4ダイヤフラム110の変位が規制される。この第3ストッパー部150により、第4ダイヤフラム110は、その厚さt4=20μmと実質的に同じ撓み量を超えて撓むことがないように規制できる。
Similarly, the
より具体的には、圧力センサー10Cは、第1〜第4支持枠体32,42,122,132を有することができる。第1支持枠体32はベース枠体20Bの第1枠外表面21Aに、第2支持枠体42はベース枠体20Bの第2枠外表面22Aに、第3支持枠体122はベース枠体20Bの第3枠外表面23Aに、第4支持枠体132はベース枠体20Bの第4枠外表面24Aに、それぞれ接合される。そして、第1〜第4支持枠体32,42,122,132に、第1〜第4検出素子30,40,120,130がそれぞれ支持される。
More specifically, the
圧力センサー10Cはさらに、第1ダイヤフラム50を含む第1蓋体52と、第2ダイヤフラム60を含む第2蓋体62と、第3ダイヤフラム100を含む第3蓋体102と、第4ダイヤフラム110を含む第4蓋体112と、を有することができる。第1〜第4検出素子30,40,120,130がそれぞれ圧電振動子であるとき、第1〜第4蓋体52,62,102,112には、それぞれ第1〜第4伝達部54,64,104,114が設けられる。
The
圧力センサー10Cはさらに、第2ダイヤフラム60の変位を規制する第1ストッパー部80を支持する第1ストッパー支持枠体82と、第3ダイヤフラム100の変位を規制する第2ストッパー部140を支持する第2ストッパー支持枠体142と、第4ダイヤフラム110の変位を規制する第3ストッパー部150を支持する第3ストッパー支持枠体152と、をさらに有することができる。第1ストッパー支持枠体82は第2支持枠体42と第2蓋体62との間に設け、第2ストッパー支持枠体142は第3支持枠体122と第3蓋体102との間に設け、第3ストッパー支持枠体152は第4支持枠体132と第4蓋体112との間に設けることができる。
The
ここで、第1〜第3ストッパー部80,140,150は、第2〜第4検出素子40,120,130がそれぞれ圧電振動子である場合に、第2〜第4検出素子40,120,130と対向する位置に第1〜第3逃げ部86,146,156を有することができる。
Here, the first to
図7及び図8に示す気密空間90は、少なくともベース枠体20B、第1〜第4蓋体52,62,102,112にて形成できるが、図6に示すようにベース枠体20Bが第1〜第4仮想面21〜24以外の例えば二面に非密閉面を有する場合には、その非密閉面を蓋体160,162にて密閉することができる。この時、一方の蓋体160の内面側にゲッター材164を配置することができる。ゲッター材164は、圧力センサー10Cの組立後に気密空間90を負圧に設定する。
The
2.2.N=3の実施形態
N=3の例である図10及び図11に示す圧力センサー10Dは、ベース枠体20Cの例えば第4仮想面24が蓋体170で閉鎖される点を除いて、図6と同一の構造を有する。なお、図10において、図6に示す部材と同一機能を有する第1〜第3支持枠体32,42,122、第1〜第3蓋体52,62,102及び第1,第2ストッパー支持枠体82,142については、図6と同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
2.2. Embodiment of N = 3 The
このとき、第1〜第3ダイヤフラム50,60,100を用いた圧力−ひずみ量特性の一例を図12に示す。
At this time, an example of the pressure-strain amount characteristic using the first to
図12の特性C31は第1ダイヤフラム50の厚さt1を例えば200μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり(図3の特性C11及び図9の特性C21と同じ)、特性C32は第2ダイヤフラム60の厚さt2を例えば65μmとしたときの圧力−ひずみ量特性であり、特性C33は第3ダイヤフラム100の厚さt3を例えば20μmとしたときの圧力−ひずみ量特性である(図3の特性C12及び図6の特性C24と同じ)。なお、ダイヤフラムの有効直径はいずれもφ10mmとした。また、図12は図3及び図6と同様に、圧力(横軸)と撓み量(縦軸)の両軸を対数で示す対数グラフである。
A characteristic C31 in FIG. 12 is a pressure-strain amount characteristic when the thickness t1 of the
ここで、図12を図3と比較すると、同一の測定圧力範囲P内の圧力を測定する時に、図12では特に10〜10+3Pa付近の圧力は特性C32を利用して検出できる。それにより、図6よりは分解能は低いが、図3よりも高い分解能で圧力測定できるため、測定精度をより向上させることができる。 Here, comparing FIG. 12 with FIG. 3, when measuring the pressure within the same measurement pressure range P, in FIG. 12, in particular, a pressure around 10 to 10 +3 Pa can be detected using the characteristic C <b> 32. Thereby, although the resolution is lower than that in FIG. 6, the pressure can be measured with a higher resolution than in FIG. 3, so that the measurement accuracy can be further improved.
2.3.他の実施形態
図6または図10において、ベース枠体20Bの第1〜第4仮想面21〜24のうち、任意の2面を図10に示す蓋体170にて密閉することができる。こうすると、図3に示す第1,第2圧力範囲P1,P2に設定することで全圧力範囲Pの圧力を測定することができる。
2.3. Other Embodiments In FIG. 6 or FIG. 10, any two of the first to fourth
また、ベース枠体の側面は、図1に示す2つの仮想面21,22を有する二面体以外に、図6に示す4つの仮想面21〜24を有する四面体の他、三面体や五面体にすることもできる。これらの多面体の仮想面のうち少なくとも二面以上にセンサー部を形成すれば良い。換言すれば、ベース枠体は、第1〜第M仮想面(Mは2〜4の中の整数)に加えて、少なくとも一つの第(M+1)仮想面を規定し、少なくとも一つの(M+1)仮想面を蓋体にて覆うことで、気密空間を形成することができる。その蓋体をセンサー部に変更することで、測定圧力範囲Pを増大させ、あるいは同一測定圧力範囲P内での分解能を高めることができる。なお、本発明はM=5以上にも適用することができる。
In addition to the dihedron having two
3.第3実施形態
図13は第3実施形態に係る圧力センサー10Eの分解斜視図であり、図14及び図15は圧力センサー10Eの異なる断面を示している。この第3実施形態は、図6に示す実施形態と同一機能を、検出素子の検出原理を圧電変換から容量変換に変更して実現したものである。
3. Third Embodiment FIG. 13 is an exploded perspective view of a
図13において、ベース枠体20B、蓋体160,162は図6に示す部材と同一である。ベース枠体20Bの第1〜第4仮想面21〜24(第1〜第4枠外表面21A〜24A)に第1〜第4支持枠体202〜232が接合される。第1〜第4支持枠体202〜323に支持される第1〜第4検出素子200〜230が、容量素子を形成する一対の電極の一方の電極200A〜230Aと、それを支持する第1〜第4電極支持部200B〜230Bを有する。
In FIG. 13, the
第1〜第4支持枠体202〜232に接合される第1〜第4蓋体242〜272が第1〜第4ダイヤフラム240〜270を含む。この第1〜第4ダイヤフラム240〜270には、容量素子を形成する一対の電極の他方の電極240A〜270Aを有する。そして、外圧によって第1〜第4ダイヤフラム240〜270が変位すると、一方の電極200A〜230Aと、それらと対向する他方の電極240A〜270Aとの間のギャップ量が変化する。それにより容量値が変化することで、圧力に応じた電気信号を取り出すことができる。
The first to
同様にして、図1に示す第1,第2検出素子30,40や、図10に示す第1〜第3検出素子30,40,120を、それぞれ容量(一対の電極)を形成する一方の電極とし、それと対向する位置にて第1〜第3ダイヤフラム50,60,100に他方の電極を形成しても良い。
Similarly, the first and
なお、この第3実施形態では図4、図6、図10に示す第1〜第3ストッパー支持枠体82,142,152は必ずしも必要ではない。図14及び図15において、第1〜第4ダイヤフラム240〜270と、それと対向する第1〜第4電極支持部200B〜230Bとの間のギャップG1〜G4(図14及び図15参照)は、第1〜第4ダイヤフラム240〜270が過度に変位することで零になり、ストッパーの機能が果たせるからである。つまり、第1〜第3ストッパーは、必ずしも第1〜第3ストッパー支持枠体に配置されるものに限らない。なお、本実施形態では、ギャップG1〜G4は、一対の電極間よりも広い絶縁面間のギャップとした。これにより、ギャップG1〜G4がそれぞれ零になっても、一対の電極同士がショートすることがない。この他、一対の電極表面の一方または双方を絶縁膜で覆うものでも良い。
In the third embodiment, the first to third stopper support frames 82, 142, and 152 shown in FIGS. 4, 6, and 10 are not necessarily required. 14 and 15, gaps G1 to G4 (see FIGS. 14 and 15) between the first to
4.第4実施形態
図16は、上述した圧力センサーを真空装置に取り付ける一例の構造を示している。図16は、例えば図3、図10及び図13に示す圧力センサー10C〜10Eのいずれか一つを含むゲージヘッド300の斜視図である。
4). Fourth Embodiment FIG. 16 shows an example structure in which the above-described pressure sensor is attached to a vacuum apparatus. FIG. 16 is a perspective view of a
このゲージヘッド300は、フランジ310と、フランジ310に固定される基板320と、基板320に固定される圧力センサー10C〜10Eとを有する。圧力センサー10C〜10Eは、上述した第1〜第4検出素子(30,40,120,130,200〜230)に接続される配線部330が基板320に配線されることで基板320に固定でされる。
The
フランジ310の周方向には複数の孔312が形成されている。圧力センサー10C〜10Eは、図示しない真空装置の開口を介して真空装置内に配置される。このとき、フランジ310は、シールパッキンを介して開口の周囲の壁部に重ねられ、複数の孔312に挿通される複数のボルトを締結することで、フランジ310が真空装置の壁部に固定される。第1〜第4検出素子(30,40,120,130,200〜230)からの信号は大気側にてモニターすることができ、真空装置内の圧力を外部からモニターすることが可能となる。他の実施形態の圧力センサー10A,10Bも同様にして真空装置に取り付けることができる。
A plurality of
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings.
例えば、検出素子は音叉型水晶振動子が好ましいが、他の圧電振動子や上述した容量検出素子(一対の電極の一方の電極)の他、ダイヤフラムの変位を検出できるものであれば良く、例えば歪ゲージ等でも良い。 For example, the detection element is preferably a tuning fork type crystal resonator, but may be any other piezoelectric transducer or the above-described capacitance detection element (one electrode of a pair of electrodes) as long as it can detect the displacement of the diaphragm. A strain gauge or the like may be used.
10A〜10E 圧力センサー、20A,20B ベース枠体、30 第1検出素子、32 第1支持枠体、40 第2検出素子、42 第2支持枠体、50 第1ダイヤフラム、52 第1蓋体、54 第1伝達部、60 第2ダイヤフラム、62 第2蓋体、64 第2伝達部、70,90 気密空間、80 第1ストッパー部、82 第1ストッパー支持枠体、84 第1ストッパー面、86 第1逃げ部、100 第3ダイヤフラム、102 第3蓋体、104 第3伝達部、110 第4ダイヤフラム、112 第4蓋体、114 第4伝達部、120 第3検出素子、122 第3支持枠体、130 第4検出素子、132 第4支持枠体、150 第3ストッパー部、152 第3ストッパー支持枠体、154 第3ストッパー面、156 第3逃げ部、160,162,170蓋体、164 ゲッター材、200〜230 第1〜第4検出素子、200A〜230A 一方の電極、200B〜230B 第1〜第4電極支持部、202〜232 第1〜第4支持枠体、240〜270 第1〜第4ダイヤフラム、240A〜270A 他方の電極、242〜272 第1〜第4蓋体 10A to 10E Pressure sensor, 20A, 20B Base frame, 30 First detection element, 32 First support frame, 40 Second detection element, 42 Second support frame, 50 First diaphragm, 52 First lid, 54 1st transmission part, 60 2nd diaphragm, 62 2nd cover body, 64 2nd transmission part, 70,90 Airtight space, 80 1st stopper part, 82 1st stopper support frame, 84 1st stopper surface, 86 1st relief part, 100 3rd diaphragm, 102 3rd cover body, 104 3rd transmission part, 110 4th diaphragm, 112 4th cover body, 114 4th transmission part, 120 3rd detection element, 122 3rd support frame Body, 130 fourth detection element, 132 fourth support frame, 150 third stopper portion, 152 third stopper support frame, 154 third stopper surface, 156 third relief Part, 160, 162, 170 lid, 164 getter material, 200 to 230 first to fourth detection elements, 200A to 230A one electrode, 200B to 230B first to fourth electrode support part, 202 to 232 first to first 4th support frame, 240-270 1st-4th diaphragm, 240A-270A The other electrode, 242-272 1st-4th lid
Claims (17)
前記第1仮想面を覆う面に配置される第1ダイヤフラムと、
前記第2仮想面を覆う面に配置される第2ダイヤフラムと、
少なくとも前記ベース枠体、前記第1,第2ダイヤフラムで区画形成され、測定圧力範囲よりも低い内圧を有する気密空間と、
前記気密空間内に配置される第1検出素子と、
前記気密空間内に配置される第2検出素子と、
を有し、
前記第1ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの高圧側の少なくとも第1圧力範囲の圧力に応答して変位し、前記第1ダイヤフラムの変位が前記第1検出素子にて検出され、
前記第2ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第1圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第2圧力範囲の圧力に、前記第1ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第2ダイヤフラムの変位が前記第2検出素子にて検出されることを特徴とする圧力センサー。 A base frame body defining at least a first virtual surface and a second virtual surface on the outer surface of the frame;
A first diaphragm disposed on a surface covering the first virtual surface;
A second diaphragm disposed on a surface covering the second virtual surface;
An airtight space formed by at least the base frame and the first and second diaphragms and having an internal pressure lower than a measurement pressure range;
A first detection element disposed in the airtight space;
A second detection element disposed in the airtight space;
Have
The first diaphragm is displaced in response to the pressure in at least the first pressure range on the high pressure side of the measurement pressure range, and the displacement of the first diaphragm is detected by the first detection element,
The second diaphragm is displaced in response to at least a second pressure range including a lower pressure side than the first pressure range in the measurement pressure range with a resolution higher than that of the first diaphragm, A pressure sensor, wherein the displacement of the second diaphragm is detected by the second detection element.
前記第1圧力範囲は標準大気圧を含み、
前記第2圧力範囲の上限は負圧であることを特徴とする圧力センサー。 In claim 1,
The first pressure range includes standard atmospheric pressure;
The upper limit of the second pressure range is a negative pressure.
前記気密空間は、前記測定圧力範囲の下限の圧力よりも2桁以上低い圧力に設定されていることを特徴とする圧力センサー。 In claim 2,
The pressure sensor, wherein the airtight space is set to a pressure that is two orders of magnitude lower than the lower limit pressure of the measurement pressure range.
前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 2 or 3,
The pressure sensor according to claim 1, further comprising a first stopper portion that regulates displacement of the second diaphragm when a pressure higher than an upper limit of the second pressure range is applied.
前記ベース枠体は、前記枠外表面にて第3仮想面をさらに規定し、
前記圧力センサーは、
前記第3仮想面を覆う面に配置される第3ダイヤフラムと、
前記気密空間に配置される第3検出素子と、
をさらに有し、
前記第3ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第2圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第3圧力範囲の圧力に、前記第2ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第3ダイヤフラムの変位が前記第3検出素子にて検出されることを特徴とする圧力センサー。 In claim 2 or 3,
The base frame further defines a third virtual surface on the outer surface of the frame;
The pressure sensor is
A third diaphragm disposed on a surface covering the third virtual surface;
A third detection element disposed in the airtight space;
Further comprising
The third diaphragm is displaced in response to at least a third pressure range including a lower pressure side than the second pressure range in the measurement pressure range with a resolution higher than that of the second diaphragm, A pressure sensor, wherein the displacement of the third diaphragm is detected by the third detection element.
前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部と、
前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部と、
をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 5,
A first stopper for restricting displacement of the second diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied;
A second stopper portion that regulates displacement of the third diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the third pressure range is applied;
A pressure sensor further comprising:
前記ベース枠体は、前記枠外表面にて第4仮想面をさらに規定し、
前記圧力センサーは、
前記第4仮想面を覆う面に配置される第4ダイヤフラムと、
前記気密空間に配置される第4検出素子と、
をさらに有し、
前記第4ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第3圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第4圧力範囲の圧力に、前記第3ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第4ダイヤフラムの変位が前記第4検出素子にて検出されることを特徴とする圧力センサー。 In claim 5,
The base frame body further defines a fourth virtual surface on the outer surface of the frame;
The pressure sensor is
A fourth diaphragm disposed on a surface covering the fourth virtual surface;
A fourth detection element disposed in the airtight space;
Further comprising
The fourth diaphragm is displaced in response to at least a pressure in a fourth pressure range including a lower pressure side than the third pressure range in the measurement pressure range with a higher resolution than the third diaphragm, The pressure sensor, wherein the displacement of the fourth diaphragm is detected by the fourth detection element.
前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部と、
前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部と、
前記第4圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第4ダイヤフラムの変位を規制する第3ストッパー部と、
をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 7,
A first stopper for restricting displacement of the second diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied;
A second stopper portion that regulates displacement of the third diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the third pressure range is applied;
A third stopper portion for restricting displacement of the fourth diaphragm when a pressure higher than an upper limit of the fourth pressure range is applied;
A pressure sensor further comprising:
前記ベース枠体は、前記第1〜第M仮想面(Mは2〜4の中の整数)に加えて、少なくとも一つの第(M+1)仮想面を規定し、
前記少なくとも一つの(M+1)仮想面を蓋体にて覆うことで前記気密空間が形成されることを特徴とする圧力センサー。 In any of claims 2 to 8,
The base frame body defines at least one (M + 1) imaginary plane in addition to the first to Mth imaginary planes (M is an integer from 2 to 4),
The pressure sensor, wherein the airtight space is formed by covering the at least one (M + 1) virtual surface with a lid.
前記ベース枠体は、第1枠外表面と第2枠外表面とを含み、
前記圧力センサーは、
前記ベース枠体の前記第1枠外表面に接合され、前記第1検出素子を支持した第1支持枠体と、
前記ベース枠体の前記第2枠外表面に接合され、前記第2検出素子を支持した第2支持枠体と、
前記第1支持枠体に接合され、前記第1ダイヤフラムを有する第1蓋体と、
前記第2支持枠体に接合され、前記第2ダイヤフラムを有する第2蓋体と、
をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 2 or 3,
The base frame includes a first frame outer surface and a second frame outer surface,
The pressure sensor is
A first support frame joined to the outer surface of the first frame of the base frame and supporting the first detection element;
A second support frame joined to the outer surface of the second frame of the base frame and supporting the second detection element;
A first lid joined to the first support frame and having the first diaphragm;
A second lid joined to the second support frame and having the second diaphragm;
A pressure sensor further comprising:
前記第2支持枠体と前記第2蓋体との間に設けられ、前記第2圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第2ダイヤフラムの変位を規制する第1ストッパー部を支持する第1ストッパー支持枠体をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 10,
Provided between the second support frame and the second lid, and supports a first stopper portion that regulates the displacement of the second diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the second pressure range is applied. A pressure sensor further comprising a first stopper support frame.
前記ベース枠体は、第3枠外表面をさらに含み、
前記圧力センサーは、
前記ベース枠体の前記第3枠外表面に接合され、第3検出素子を支持した第3支持枠体と、
前記第3支持枠体に接合され、第3ダイヤフラムを有する第3蓋体と、
をさらに有し、
前記第3ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第2圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第3圧力範囲の圧力に、前記第2ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第3ダイヤフラムの変位が前記第3検出素子にて検出されることを特徴とする圧力センサー。 In claim 11,
The base frame further includes a third frame outer surface,
The pressure sensor is
A third support frame joined to the outer surface of the third frame of the base frame and supporting a third detection element;
A third lid joined to the third support frame and having a third diaphragm;
Further comprising
The third diaphragm is displaced in response to at least a third pressure range including a lower pressure side than the second pressure range in the measurement pressure range with a resolution higher than that of the second diaphragm, A pressure sensor, wherein the displacement of the third diaphragm is detected by the third detection element.
前記第3支持枠体と前記第3蓋体との間に設けられ、前記第3圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第3ダイヤフラムの変位を規制する第2ストッパー部を支持する第2ストッパー支持枠体をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 12,
A second stopper portion is provided between the third support frame and the third lid and supports a second stopper portion that regulates displacement of the third diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the third pressure range is applied. A pressure sensor further comprising a second stopper support frame.
前記ベース枠体は、第4枠外表面をさらに含み、
前記圧力センサーは、
前記ベース枠体の前記第4枠外表面に接合され、第4検出素子を支持した第4支持枠体と、
前記第4支持枠体に接合され、第4ダイヤフラムを有する第4蓋体と、
をさらに有し、
前記第4ダイヤフラムは、前記測定圧力範囲のうちの前記第3圧力範囲よりも低圧側を含む少なくとも第4圧力範囲の圧力に、前記第3ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位し、前記第4ダイヤフラムの変位が前記第4検出素子にて検出されることを特徴とする圧力センサー。 In claim 13,
The base frame further includes a fourth frame outer surface,
The pressure sensor is
A fourth support frame joined to the outer surface of the fourth frame of the base frame and supporting a fourth detection element;
A fourth lid joined to the fourth support frame and having a fourth diaphragm;
Further comprising
The fourth diaphragm is displaced in response to at least a pressure in a fourth pressure range including a lower pressure side than the third pressure range in the measurement pressure range with a higher resolution than the third diaphragm, The pressure sensor, wherein the displacement of the fourth diaphragm is detected by the fourth detection element.
前記第4支持枠体と前記第4蓋体との間に設けられ、前記第4圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第4ダイヤフラムの変位を規制する第3ストッパー部を支持する第3ストッパー支持枠体と、
をさらに有することを特徴とする圧力センサー。 In claim 14,
Provided between the fourth support frame and the fourth lid, and supports a third stopper portion that regulates the displacement of the fourth diaphragm when a pressure higher than the upper limit of the fourth pressure range is applied. A third stopper support frame that
A pressure sensor further comprising:
前記第1,第2検出素子の各々は圧電振動子にて形成され、
前記第1蓋体は、前記第1ダイヤフラムの変位を前記第1検出素子に伝達する第1伝達部を有し、
前記第2蓋体は、前記第2ダイヤフラムの変位を前記第2検出素子に伝達する第2伝達部と有し、
前記第1ストッパー部は、
前記第2ダイヤフラムと対向する面に形成されたストッパー面と、
前記第2検出素子と対向する面に形成され、前記第2検出素子の振動を許容する逃げ部と、
を有することを特徴とする圧力センサー。 In any of claims 11 to 15,
Each of the first and second detection elements is formed by a piezoelectric vibrator,
The first lid has a first transmission part that transmits the displacement of the first diaphragm to the first detection element;
The second lid has a second transmission part that transmits the displacement of the second diaphragm to the second detection element;
The first stopper portion is
A stopper surface formed on the surface facing the second diaphragm;
An escape portion formed on a surface facing the second detection element and allowing vibration of the second detection element;
A pressure sensor comprising:
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JP2019219338A (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 株式会社アルバック | Transducer type vacuum gauge |
-
2010
- 2010-07-26 JP JP2010166740A patent/JP2012026901A/en active Pending
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