JP2017227525A - 圧力検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出する。【解決手段】圧力センサ１２に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニット１０と、圧力検出ユニット１０が配置される流路ユニット２０と、を備え、圧力検出ユニット１０が、圧力センサ１２と、圧力センサ１２に接触した状態で配置されるとともに圧力センサ１２と流体との接触を遮断する導電性保護膜１１と、を有し、導電性保護膜１１が、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散した導電性材料とを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持される接地部に接続されている圧力検出装置１００を提供する。【選択図】図１
Description
本発明は、流路を流通する流体の圧力を検出する圧力検出装置に関する。
従来、薬液等の液体が導かれる流路が形成されたハウジングと、流路に導かれた液体と接する感圧部に伝達される液体の圧力を検出するセンサ素子とを備える圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示される圧力センサは、ハウジングと感圧部が耐薬品性に優れたフッ素樹脂を主成分とする素材から構成されているため、液体との摩擦によりハウジングと感圧部に静電気が蓄積されやすい。そのため、特許文献１に開示される圧力センサは、センサ素子の感圧部と接する面にアルミ箔を貼り付けることにより、感圧部に蓄積した静電気をシールド線に逃がす構造としている。
特許文献１に開示される圧力センサは、ハウジングと感圧部が耐薬品性に優れたフッ素樹脂を主成分とする素材から構成されているため、液体との摩擦によりハウジングと感圧部に静電気が蓄積されやすい。そのため、特許文献１に開示される圧力センサは、センサ素子の感圧部と接する面にアルミ箔を貼り付けることにより、感圧部に蓄積した静電気をシールド線に逃がす構造としている。
しかしながら、発明者等は、特許文献１に開示される圧力センサのように感圧部をアルミ箔と接触させる構造を採用したとしても、感圧部に蓄積された静電気がセンサ素子に向かって放電する現象が発生し得るという知見を得た。感圧部に蓄積された静電気がセンサ素子に向かって放電すると、センサ素子が破損する不具合や感圧部の一部が破損して液体がセンサ素子と接触する不具合が発生する。
感圧部をアルミ箔と接触させる構造において静電気が感圧部に蓄積してしまうのは、感圧部の液体と接する面に蓄積される静電気が感圧部のアルミ箔と接する面に導かれないためであると考えられる。このような現象は、不純物が少なく体積抵抗率の高い流体（例えば、超純水等の体積抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の流体）の場合に特に顕著となる。
また、特許文献１の圧力センサは、感圧部とセンサ素子の間にアルミ箔が挟まれるため、感圧部からセンサ素子への液体の圧力の伝達精度が悪化する可能性がある。
感圧部をアルミ箔と接触させる構造において静電気が感圧部に蓄積してしまうのは、感圧部の液体と接する面に蓄積される静電気が感圧部のアルミ箔と接する面に導かれないためであると考えられる。このような現象は、不純物が少なく体積抵抗率の高い流体（例えば、超純水等の体積抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の流体）の場合に特に顕著となる。
また、特許文献１の圧力センサは、感圧部とセンサ素子の間にアルミ箔が挟まれるため、感圧部からセンサ素子への液体の圧力の伝達精度が悪化する可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能な圧力検出装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置は、圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、流路が内部に形成されるとともに前記圧力検出ユニットが配置される流路ユニットと、を備え、前記圧力検出ユニットが、前記圧力検出部と、前記圧力検出部に接触した状態で配置されるとともに前記圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部と、を有し、前記保護部が、フッ素樹脂材料と該フッ素樹脂材料に分散した導電性材料とを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持される接地部に接続されている。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置は、圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、流路が内部に形成されるとともに前記圧力検出ユニットが配置される流路ユニットと、を備え、前記圧力検出ユニットが、前記圧力検出部と、前記圧力検出部に接触した状態で配置されるとともに前記圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部と、を有し、前記保護部が、フッ素樹脂材料と該フッ素樹脂材料に分散した導電性材料とを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持される接地部に接続されている。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置によれば、薄膜状の保護部が導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地部に接続されているため、流体との摩擦により保護部の流体接触面に発生した静電気は、流体接触面から保護部の内部を経由して接地部に導かれる。また、薄膜状の保護部が他の部材が介在せずに圧力検出部に接触した状態で配置されるため、流体の圧力が高精度に保護部から圧力検出部に伝達される。
このように、本発明の一態様にかかる圧力検出装置によれば、圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
このように、本発明の一態様にかかる圧力検出装置によれば、圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置においては、前記導電性材料が、カーボンナノチューブであり、前記導電性フッ素樹脂材料が、前記カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有するものであってよい。
このように微小な割合であっても、０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、保護部に一定の導電性を付与して静電気の帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性材料として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料に比べて少量で導電性を付与することができるためである。
また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料とは異なり、保護部と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
このように微小な割合であっても、０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、保護部に一定の導電性を付与して静電気の帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性材料として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料に比べて少量で導電性を付与することができるためである。
また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料とは異なり、保護部と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置においては、前記圧力検出部が、前記保護部と接触する第１面を有する薄膜状のダイヤフラムと、前記保護部に接触しない前記ダイヤフラムの第２面に貼り付けられた抵抗体とを備え、前記ダイヤフラムが、非導電性材料により形成されているものであってよい。
このようにすることで、抵抗体を外部から適切に絶縁して高精度に圧力を検出することができる。また、保護部に接触するダイヤフラムを非導電性材料で形成すると保護部からダイヤフラムに静電気が伝達されなくなるが、保護部が接地部に接続されているため静電気を接地部に導くことができる。
このようにすることで、抵抗体を外部から適切に絶縁して高精度に圧力を検出することができる。また、保護部に接触するダイヤフラムを非導電性材料で形成すると保護部からダイヤフラムに静電気が伝達されなくなるが、保護部が接地部に接続されているため静電気を接地部に導くことができる。
本発明によれば、圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能な圧力検出装置を提供することができる。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の圧力検出装置１００を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の圧力検出装置１００は、流体の圧力を検出するための圧力検出ユニット１０と、流路２１ａが内部に形成される流路本体２１を有する流路ユニット２０とを備える。流路２１ａは、流入口２１ｂから流出口２１ｃへ向けた直線状の流通方向に沿って流体を流通させる流路である。
以下、本発明の第１実施形態の圧力検出装置１００を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の圧力検出装置１００は、流体の圧力を検出するための圧力検出ユニット１０と、流路２１ａが内部に形成される流路本体２１を有する流路ユニット２０とを備える。流路２１ａは、流入口２１ｂから流出口２１ｃへ向けた直線状の流通方向に沿って流体を流通させる流路である。
流路ユニット２０には、流路２１ａに開口する導入流路２２が形成されており、導入流路２２に流入する流体と接触する位置に圧力検出ユニット１０が配置される。
流路本体２１は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂材料により形成されている。
流路本体２１は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂材料により形成されている。
図１に示す圧力検出ユニット１０は、ダイヤフラム１２ａに伝達される流体の圧力を検出する装置である。
本実施形態における流体とは、半導体製造装置による半導体製造工程で用いられる薬液、溶剤、純水等である。半導体製造工程においては、清浄度の高い流体が用いられ、例えば、体積抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水等が用いられる。
本実施形態における流体とは、半導体製造装置による半導体製造工程で用いられる薬液、溶剤、純水等である。半導体製造工程においては、清浄度の高い流体が用いられ、例えば、体積抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上の超純水等が用いられる。
図１は第１実施形態の圧力検出装置１００を示す縦断面図であり、図２は図１に示す圧力検出ユニット１０の部分拡大図であり、図３は図２に示す圧力検出ユニット１０のI部分の部分拡大図である。
図１から図３に示すように、圧力検出ユニット１０は、ダイヤフラム１２ａと流体との接触を遮断する薄膜状の導電性保護膜（保護部）１１と、ダイヤフラム１２ａを有する圧力センサ（圧力検出部）１２と、圧力センサ１２を流路本体２１に形成された凹部２１ｄに配置した状態で保持するアウターホルダ１３と、圧力センサ１２に固定されるインナーホルダ１４と、圧力センサ１２と外部装置（図示略）に接続されるケーブル２００との間で電源および電気信号を伝達するためのセンサ基板１５と、アウターホルダ１３に対してセンサ基板１５を保持する基板保持部材１６と、センサ基板１５を収容するハウジング１７と、Ｏリング１８とを備える。
以下、圧力検出ユニット１０が備える各部について説明する。
図１から図３に示すように、圧力検出ユニット１０は、ダイヤフラム１２ａと流体との接触を遮断する薄膜状の導電性保護膜（保護部）１１と、ダイヤフラム１２ａを有する圧力センサ（圧力検出部）１２と、圧力センサ１２を流路本体２１に形成された凹部２１ｄに配置した状態で保持するアウターホルダ１３と、圧力センサ１２に固定されるインナーホルダ１４と、圧力センサ１２と外部装置（図示略）に接続されるケーブル２００との間で電源および電気信号を伝達するためのセンサ基板１５と、アウターホルダ１３に対してセンサ基板１５を保持する基板保持部材１６と、センサ基板１５を収容するハウジング１７と、Ｏリング１８とを備える。
以下、圧力検出ユニット１０が備える各部について説明する。
導電性保護膜１１は、ダイヤフラム１２ａと流体との接触を遮断する薄膜状に形成されており、ダイヤフラム１２ａに接触した状態で配置される。
図４に示すように、導電性保護膜１１は、平面視した場合に直径Ｄの円形となる保護膜本体１１ａと、保護膜本体１１ａに連結される帯状部１１ｂとを有する。保護膜本体１１ａと帯状部１１ｂとは、後述する導電性樹脂材料により一体に形成されている。
図４に示すように、導電性保護膜１１は、平面視した場合に直径Ｄの円形となる保護膜本体１１ａと、保護膜本体１１ａに連結される帯状部１１ｂとを有する。保護膜本体１１ａと帯状部１１ｂとは、後述する導電性樹脂材料により一体に形成されている。
保護膜本体１１ａは、ダイヤフラム１２ａの下面に接着剤等により接合されている。帯状部１１ｂは、図２および図３に示すように、アウターホルダ１３の上面１３ｂと基板保持部材１６の下面１６ａとの間に挟まれた状態で保持される。
後述するように、アウターホルダ１３および基板保持部材１６はステンレス等の金属部材により形成されている。また、基板保持部材１６は、センサ基板１５のグランド線（接地線）と電気的に接続されている。そのため、アウターホルダ（接地部）１３および基板保持部材（接地部）１６は、接地電位に維持されている。後述するように、導電性保護膜１１は、導電性を有しているため、アウターホルダ１３および基板保持部材１６と電気的に導通した状態となっている。
後述するように、アウターホルダ１３および基板保持部材１６はステンレス等の金属部材により形成されている。また、基板保持部材１６は、センサ基板１５のグランド線（接地線）と電気的に接続されている。そのため、アウターホルダ（接地部）１３および基板保持部材（接地部）１６は、接地電位に維持されている。後述するように、導電性保護膜１１は、導電性を有しているため、アウターホルダ１３および基板保持部材１６と電気的に導通した状態となっている。
本実施形態の導電性保護膜１１は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブ（導電性材料）とを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。
ここで、フッ素樹脂材料とは、例えば、前述したＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡである。
フッ素樹脂材料としては、粉末状のもの（例えば、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３）を用いることができる。
ここで、フッ素樹脂材料とは、例えば、前述したＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡである。
フッ素樹脂材料としては、粉末状のもの（例えば、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３）を用いることができる。
また、カーボンナノチューブとしては、例えば、以下の特性を備えるものを用いるのが望ましい。
・５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の繊維長を有する。
・５ｎｍ以上かつ２０ｎｍ以下の繊維径を有する。
・１０ｍｇ／ｃｍ３以上かつ７０ｍｇ／ｃｍ３以下の嵩密度を有する。
・Ｇ／Ｄ比が０．７以上かつ２．０以下である。
・純度が９９．５％以上である。
・多層（例えば、４〜１２層）に形成されている。
ここで、カーボンナノチューブの繊維長を５０μｍ以上としているのは、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた場合に、少量で十分な導電性を付与するためである。
・５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の繊維長を有する。
・５ｎｍ以上かつ２０ｎｍ以下の繊維径を有する。
・１０ｍｇ／ｃｍ３以上かつ７０ｍｇ／ｃｍ３以下の嵩密度を有する。
・Ｇ／Ｄ比が０．７以上かつ２．０以下である。
・純度が９９．５％以上である。
・多層（例えば、４〜１２層）に形成されている。
ここで、カーボンナノチューブの繊維長を５０μｍ以上としているのは、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた場合に、少量で十分な導電性を付与するためである。
また、Ｇ／Ｄ比とは、カーボンナノチューブのラマンスペクトルに現れるＧ−ｂａｎｄのピークとＤ−ｂａｎｄのピークの比を示す値である。Ｇ−ｂａｎｄはグラファイト構造に由来するものであり、Ｄ−ｂａｎｄは欠陥に由来するものである。Ｇ／Ｄ比は、カーボンナノチューブの欠陥濃度に対する結晶の純度の比率を示している。
発明者等は、フッ素樹脂材料に分散させるカーボンナノチューブの添加量〔重量％〕と、フッ素樹脂材料とそれに分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率〔Ω・ｃｍ〕との関係について調べたところ、図５に示す結果を得た。
図３に示す結果は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に規定される「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に基づいて試験片の体積抵抗率を測定した結果である。
図３に示す結果は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に規定される「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に基づいて試験片の体積抵抗率を測定した結果である。
試験片として、混練機により溶融混練した後に圧縮成形機により圧縮成形したものを、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠したサイズに加工したものを複数作成した。
試験片を作成するのに用いたフッ素樹脂材料は、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３である。
試験片を作成するのに用いたフッ素樹脂材料は、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３である。
また、体積抵抗率の測定には、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠した４探針法を用いる抵抗率計を用いた。４探針法は、試験片に４本の針状の探針（電極）を接触させ，外側の２本の探針間に流した電流と内側の２本の探針間に生じる電位差とから試験片の抵抗を求める方法である。
体積抵抗率は、複数の試験片それぞれから複数箇所で得た測定値を平均化することにより算出した。
体積抵抗率は、複数の試験片それぞれから複数箇所で得た測定値を平均化することにより算出した。
図５に示す結果によれば、カーボンナノチューブの添加量を０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の範囲とすることにより、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０４Ω・ｃｍ未満の範囲となった。この体積抵抗率の値は、カーボンナノチューブが分散されていないフッ素樹脂材料の体積抵抗率の値（１０１８Ω・ｃｍ）に比べて十分に低い。
また、発明者等は、カーボンナノチューブの添加量を０．０２５重量％とした導電性フッ素樹脂材料で形成した流路を流通する流体に含有される微粒子（パーティクル）を測定した。図６は、純水を流通させた通水時間とパーティクルカウンター（図示略）により測定されるパーティクル数の関係を示す測定結果である。
ここで、パーティクル数とは、純水１ｍｌあたりに含まれる０．０４μｍ以上のサイズのパーティクルの数をいう。
また、図６に示す測定においては、流路を流通する純水の流量を０．５リットル／分とした。また、純水の流通を遮断する遮断状態と、純水の流通を流通させる流通状態とを５秒間隔で切り替えた。また、純水の温度は２５℃とした。
また、図６に示す測定においては、流路を流通する純水の流量を０．５リットル／分とした。また、純水の流通を遮断する遮断状態と、純水の流通を流通させる流通状態とを５秒間隔で切り替えた。また、純水の温度は２５℃とした。
図６では図示を省略しているが、測定開始時（通水時間がゼロ）におけるパーティクル数は約３４０個であった。その後、通水時間の経過とともにパーティクル数が徐々に減少し、通水時間が４時間を経過した後は、１０個以下に維持されている。
このように、本実施形態の導電性保護膜１１は、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質とは異なり、流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
このように、本実施形態の導電性保護膜１１は、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質とは異なり、流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
圧力センサ１２は、薄膜状に形成されるダイヤフラム１２ａと、ダイヤフラム１２ａに貼り付けられる抵抗体である歪みゲージ１２ｂと、ダイヤフラム１２ａを保持するベース部１２ｃとを備える。圧力センサ１２は、ダイヤフラム１２ａに伝達される圧力に応じて変化する歪みゲージ１２ｂの抵抗値に応じた圧力信号を出力する歪みゲージ式の圧力センサである。
ダイヤフラム１２ａは、導電性保護膜１１と接触する下面（第１面）と導電性保護膜１１と接触しない上面（第２面）とを有し、上面に歪みゲージ１２ｂが貼り付けられている。
ダイヤフラム１２ａは、耐腐食性および耐薬品性のある非導電性材料（例えば、サファイア、セラミックスなど）により形成されている。
ダイヤフラム１２ａは、導電性保護膜１１と接触する下面（第１面）と導電性保護膜１１と接触しない上面（第２面）とを有し、上面に歪みゲージ１２ｂが貼り付けられている。
ダイヤフラム１２ａは、耐腐食性および耐薬品性のある非導電性材料（例えば、サファイア、セラミックスなど）により形成されている。
アウターホルダ１３は、軸線Ｘ回りに円筒状に形成される金属製（例えば、ステンレス製）の部材であり、外周面に雄ねじ１３ａが形成されている。アウターホルダ１３は、流路本体２１の凹部２１ｄに圧力センサ１２を配置し、外周面に形成された雄ねじ１３ａを凹部２１ｄの内周面に形成された雌ねじ２１ｅに締結することにより、圧力センサ１２を流路本体２１に対して一定の位置に保持する。
図７に示すように、アウターホルダ１３の上面１３ｂには、アウターホルダ１３に対して基板保持部材１６を固定するための締結ボルト３０が締結される締結穴１３ｃが形成されている。
また、図７および図８に示すように、アウターホルダ１３の上面１３ｂには、凹部１３ｄと凹部１３ｄから下方へ貫通する貫通穴１３ｅが形成されている。
また、図７および図８に示すように、アウターホルダ１３の上面１３ｂには、凹部１３ｄと凹部１３ｄから下方へ貫通する貫通穴１３ｅが形成されている。
貫通穴１３ｅは、アウターホルダ１３の雄ねじ１３ａを流路本体２１の雌ねじ２１ｅに締結した後に、アウターホルダ１３が軸線Ｘ回りに回転しないように回り止めをする回り止めピン（図示略）を挿入するための穴である。貫通穴１３ｅに挿入した金属製の回り止めピンをフッ素樹脂材料で形成された流路本体２１へ打ち込むことによりアウターホルダ１３が軸線Ｘ回りに回転しないように固定される。
凹部１３ｄは、回り止めピンを打ち込んだ際に、回り止めピンの上端がアウターホルダ１３の上面１３ｂから突出しないようにするために設けられている。
凹部１３ｄは、回り止めピンを打ち込んだ際に、回り止めピンの上端がアウターホルダ１３の上面１３ｂから突出しないようにするために設けられている。
インナーホルダ１４は、軸線Ｘ回りに円筒状に形成される金属製（例えば、ステンレス製）の部材であり、接着剤等により圧力センサ１２のベース部１２ｃに接合されている。
図９（インナーホルダ１４の縦断面図）および図１０（インナーホルダ１４の底面図）に示すように、軸線回りの周方向に沿った一部に切欠部１４ａが形成されている。切欠部１４ａは、導電性保護膜１１の帯状部１１ｂを圧力センサ１２のダイヤフラム１２ａからアウターホルダ１３の上面１３ｂへ導くために設けられている。図３に示すように、帯状部１１ｂは、ベース部１２ｃとインナーホルダ１４に挟まれない状態でアウターホルダ１３の上面１３ｂへ導かれる。
図９（インナーホルダ１４の縦断面図）および図１０（インナーホルダ１４の底面図）に示すように、軸線回りの周方向に沿った一部に切欠部１４ａが形成されている。切欠部１４ａは、導電性保護膜１１の帯状部１１ｂを圧力センサ１２のダイヤフラム１２ａからアウターホルダ１３の上面１３ｂへ導くために設けられている。図３に示すように、帯状部１１ｂは、ベース部１２ｃとインナーホルダ１４に挟まれない状態でアウターホルダ１３の上面１３ｂへ導かれる。
インナーホルダ１４の軸線Ｘ回りの外径は、アウターホルダ１３のインナーホルダ１４を収容する部分の内径よりも僅かに小さくなっている。そのため、アウターホルダ１３の雄ねじ１３ａを流路本体２１の雌ねじ２１ｅに締結する際に、インナーホルダ１４は軸線Ｘ回りに回転しない。そのため、アウターホルダ１３とともにインナーホルダ１４が回転してしまう不具合を抑制することができる。
また、インナーホルダ１４と圧力センサ１２のベース部１２ｃとの間に導電性保護膜１１の帯状部１１ｂが配置されるため、アウターホルダ１３を締め付ける際に帯状部１１ｂと接触することがなく、帯状部１１ｂが損傷することがない。
また、インナーホルダ１４と圧力センサ１２のベース部１２ｃとの間に導電性保護膜１１の帯状部１１ｂが配置されるため、アウターホルダ１３を締め付ける際に帯状部１１ｂと接触することがなく、帯状部１１ｂが損傷することがない。
センサ基板１５は、圧力センサ１２が出力する圧力信号を増幅する増幅回路（図示略）と、増幅回路により増幅された圧力信号をケーブル２００の圧力信号線（図示略）に伝達するインターフェース回路と、ケーブル２００を介して外部から供給される電源電圧を圧力センサ１２へ伝達する電源回路（図示略）とを備える。
センサ基板１５は、上方に配置される第１センサ基板１５ａと下方に配置される第２センサ基板１５ｂとを有する。第２センサ基板１５ｂには、ケーブル２００のグランド線と電気的に接続されたグランド配線が形成されている。
センサ基板１５は、上方に配置される第１センサ基板１５ａと下方に配置される第２センサ基板１５ｂとを有する。第２センサ基板１５ｂには、ケーブル２００のグランド線と電気的に接続されたグランド配線が形成されている。
図２に示すように、第２センサ基板１５ｂは、金属製（例えば、ステンレス製）のスペーサ４０を挟んだ状態で、金属製（例えば、ステンレス製）の締結ボルト５０により基板保持部材１６に締結されている。締結ボルト５０は、第２センサ基板１５ｂのグランド配線と接触している。そのため、締結ボルト５０と、スペーサ４０と、基板保持部材１６とは、それぞれ接地電位に維持される。
前述したように、導電性保護膜１１は、アウターホルダ１３および基板保持部材１６と電気的に導通した状態となっている。そのため、導電性保護膜１１は、第２センサ基板１５ｂのグランド配線と導通した状態となり接地電位に維持される。
前述したように、導電性保護膜１１は、アウターホルダ１３および基板保持部材１６と電気的に導通した状態となっている。そのため、導電性保護膜１１は、第２センサ基板１５ｂのグランド配線と導通した状態となり接地電位に維持される。
基板保持部材１６は、アウターホルダ１３に対してセンサ基板１５を保持する金属製（例えば、ステンレス製）の部材であり、軸線Ｘを中心軸として円環状に形成される部材である。
図１１に示すように、基板保持部材１６には、軸線Ｘ回りの周方向に沿って一定の長さを有する貫通穴１６ｂが２箇所に形成されている。基板保持部材１６は、２箇所の貫通穴１６ｂに挿入さえた２本の締結ボルト３０をアウターホルダ１３の締結穴１３ｃに締結することにより、アウターホルダ１３に対して固定される。
図１１に示すように、基板保持部材１６には、軸線Ｘ回りの周方向に沿って一定の長さを有する貫通穴１６ｂが２箇所に形成されている。基板保持部材１６は、２箇所の貫通穴１６ｂに挿入さえた２本の締結ボルト３０をアウターホルダ１３の締結穴１３ｃに締結することにより、アウターホルダ１３に対して固定される。
基板保持部材１６の貫通穴１６ｂが軸線Ｘ回りの周方向に沿って一定の長さを有するものとしているのは、基板保持部材１６の軸線Ｘ回りの回転位置を調整するためである。アウターホルダ１３はねじにより流路本体２１に締結されるためアウターホルダ１３の締結穴１３ｃの軸線Ｘ回りの位置を予め固定された位置に厳密に一致させることはできない。そこで、一定の長さを有する貫通穴１６ｂを設けることで、基板保持部材１６の軸線Ｘ回りの回転位置を調整することができる。
なお、基板保持部材１６の軸線Ｘ回りの回転位置を調整することにより、流路２１ａが延びる方向とケーブル２００が延びる方向とを一致させることができる。これらの方向を一致させることにより、複数の圧力検出装置１００を並べて配置する際の設置面積を小さくすることができる。
なお、基板保持部材１６の軸線Ｘ回りの回転位置を調整することにより、流路２１ａが延びる方向とケーブル２００が延びる方向とを一致させることができる。これらの方向を一致させることにより、複数の圧力検出装置１００を並べて配置する際の設置面積を小さくすることができる。
ハウジング１７は、軸線Ｘ回りに円筒状に形成される部材であり、その下端側の内周面が流路本体２１の上端側の外周面に取り付けられている。ハウジング１７は、内周側にセンサ基板１５を収容するものである。
Ｏリング１８は、流路本体２１の凹部２１ｄの底面部分に軸線Ｘ回りに延びる環状に形成された溝に配置される円環状の弾性部材である。Ｏリング１８は、保護膜本体１１ａとの間に軸線Ｘ回りに無端状に形成されるシール領域を形成する。このシール領域により、流路２１ａから圧力検出ユニット１０側に流体が流入することが阻止される。
以上説明した本実施形態の圧力検出装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の圧力検出装置１００によれば、導電性保護膜１１が導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持されるアウターホルダ１３および基板保持部材１６に接続されている。そのため、流体との摩擦により導電性保護膜１１の流体接触面に発生した静電気は、流体接触面から導電性保護膜１１の内部を経由してアウターホルダ１３および基板保持部材１６に導かれる。また、導電性保護膜１１が他の部材が介在せずに圧力センサ１２に接触した状態で配置されるため、流体の圧力が高精度に導電性保護膜１１から圧力センサ１２に伝達される。
このように、本実施形態の圧力検出装置１００によれば、圧力センサ１２と流体との接触を遮断する導電性保護膜１１の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
本実施形態の圧力検出装置１００によれば、導電性保護膜１１が導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持されるアウターホルダ１３および基板保持部材１６に接続されている。そのため、流体との摩擦により導電性保護膜１１の流体接触面に発生した静電気は、流体接触面から導電性保護膜１１の内部を経由してアウターホルダ１３および基板保持部材１６に導かれる。また、導電性保護膜１１が他の部材が介在せずに圧力センサ１２に接触した状態で配置されるため、流体の圧力が高精度に導電性保護膜１１から圧力センサ１２に伝達される。
このように、本実施形態の圧力検出装置１００によれば、圧力センサ１２と流体との接触を遮断する導電性保護膜１１の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
本実施形態の圧力検出装置１００においては、導電性フッ素樹脂材料が、カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有する。
このように微小な割合であっても、０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、導電性保護膜１１に一定の導電性を付与して静電気の帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性材料として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料に比べて少量で導電性を付与することができるためである。
また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料とは異なり、導電性保護膜１１と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
このように微小な割合であっても、０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、導電性保護膜１１に一定の導電性を付与して静電気の帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性材料として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料に比べて少量で導電性を付与することができるためである。
また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性材料とは異なり、導電性保護膜１１と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
本実施形態の圧力検出装置１００においては、圧力センサ１２が、導電性保護膜１１と接触する下面を有するダイヤフラム１２ａと、導電性保護膜１１に接触しないダイヤフラム１２ａの上面に貼り付けられた歪みゲージ１２ｂとを備え、ダイヤフラム１２ａが、非導電性材料により形成されている。
このようにすることで、歪みゲージ１２ｂを外部から適切に絶縁して高精度に圧力を検出することができる。また、導電性保護膜１１に接触するダイヤフラム１２ａを非導電性材料で形成すると導電性保護膜１１からダイヤフラム１２ａに静電気が伝達されなくなるが、導電性保護膜１１がアウターホルダ１３および基板保持部材１６に接続されているため静電気を除電することができる。
このようにすることで、歪みゲージ１２ｂを外部から適切に絶縁して高精度に圧力を検出することができる。また、導電性保護膜１１に接触するダイヤフラム１２ａを非導電性材料で形成すると導電性保護膜１１からダイヤフラム１２ａに静電気が伝達されなくなるが、導電性保護膜１１がアウターホルダ１３および基板保持部材１６に接続されているため静電気を除電することができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の圧力検出装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第２実施形態の圧力検出装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態の圧力検出装置１００は、導電性保護膜１１の帯状部１１ｂをアウターホルダ１３と基板保持部材１６との間に挟むことにより導電性保護膜１１を接地電位に維持するものであった。
それに対して本実施形態の圧力検出装置１００Ａは、導通部１９により導電性保護膜１１とアウターホルダ（接地部）１３を導通させて導電性保護膜１１を接地電位に維持するものである。
それに対して本実施形態の圧力検出装置１００Ａは、導通部１９により導電性保護膜１１とアウターホルダ（接地部）１３を導通させて導電性保護膜１１を接地電位に維持するものである。
図１２に示すように、本実施形態の圧力検出装置１００Ａが備える圧力検出ユニット１０Ａは、導電性保護膜１１とアウターホルダ１３を導通させる導通部１９を備える。
導通部１９は、ダイヤフラム１２ａの直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２であるとともに軸線Ｘ回りに円環状に形成される円環部材１９ａと、直径Ｄ１よりも大きくかつ直径Ｄ２よりも小さい直径を有する円環状のスプリング１９ｂとを有する。円環部材１９ａとスプリング１９ｂは、金属製（例えば、ステンレス製）である。
導通部１９は、ダイヤフラム１２ａの直径Ｄ１よりも大きい直径Ｄ２であるとともに軸線Ｘ回りに円環状に形成される円環部材１９ａと、直径Ｄ１よりも大きくかつ直径Ｄ２よりも小さい直径を有する円環状のスプリング１９ｂとを有する。円環部材１９ａとスプリング１９ｂは、金属製（例えば、ステンレス製）である。
スプリング１９ｂは、弾性力により下端が円環部材１９ａの上面に接触し上端がアウターホルダ１３に接触した状態で配置されている。円環部材１９ａの下面は、スプリング１９ｂから与えられる下方へ向けた付勢力により導電性保護膜１１と接触した状態となっている。なお、導電性保護膜１１の直径は円環部材１９ａの直径Ｄ２と同じかそれよりも大きい直径となっている。
導通部１９は、円環部材１９ａとスプリング１９ｂを介して導電性保護膜１１とアウターホルダ１３を導通させる。アウターホルダ１３は基板保持部材１６と導通しており、基板保持部材１６はスペーサ４０を介してセンサ基板１５のグランド配線と導通している。そのため、本実施形態の導電性保護膜１１は、接地電位に維持される。
したがって、本実施形態の圧力検出装置１００Ａによれば、圧力センサ１２と流体との接触を遮断する導電性保護膜１１の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
したがって、本実施形態の圧力検出装置１００Ａによれば、圧力センサ１２と流体との接触を遮断する導電性保護膜１１の流体接触面に静電気が蓄積する不具合を抑制しつつ、流体の圧力を高精度に検出することが可能となる。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の圧力検出装置１００Ｂについて、図面を参照して説明する。
第３実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、本発明の第３実施形態の圧力検出装置１００Ｂについて、図面を参照して説明する。
第３実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態の圧力検出装置１００および第２実施形態の圧力検出装置１００Ａは、直線状の流路２１ａに開口する導入流路２２に流入する流体と接触する位置に圧力検出ユニット１０を配置したインライン型の圧力検出装置であった。
それに対して、本実施形態の圧力検出装置１００Ｂは、図１３および図１４（図１３に示す圧力検出ユニットのVI部分の部分拡大図）に示すストレート型の圧力検出装置である。
それに対して、本実施形態の圧力検出装置１００Ｂは、図１３および図１４（図１３に示す圧力検出ユニットのVI部分の部分拡大図）に示すストレート型の圧力検出装置である。
図１３に示すように、本実施形態の圧力検出装置１００Ｂは、軸線Ｘに沿って直線上に延びる流路２１Ｂａが内部に形成された流路本体２１Ｂを備える流路ユニット２０Ｂと、圧力検出ユニット１０Ｂとを備える。圧力検出ユニット１０Ｂは、流路本体２１Ｂに形成された凹所２１Ｂｄに配置した状態でアウターホルダ１３により保持される。
流路本体２１Ｂは、流体が流通する主流路が形成される配管（図示略）の分岐位置に接続されている。流路本体２１Ｂは、主流路から分岐した流体を圧力検出ユニット１０Ｂへ導く。
流路本体２１Ｂは、流体が流通する主流路が形成される配管（図示略）の分岐位置に接続されている。流路本体２１Ｂは、主流路から分岐した流体を圧力検出ユニット１０Ｂへ導く。
図１３および図１４に示すように、本実施形態の第２センサ基板１５ｂは、スペーサ４０Ｂを挟んだ状態で、締結ボルト３０によりアウターホルダ１３の上面１３ｂに締結されている。
アウターホルダ１３、スペーサ４０Ｂ、締結ボルト３０は、ステンレス等の金属部材により形成されている。また、締結ボルト３０は、第２センサ基板１５ｂのグランド線（接地線）と電気的に接続されている。そのため、アウターホルダ（接地部）１３およびスペーサ４０Ｂ（接地部）１６は、接地電位に維持されている。
アウターホルダ１３、スペーサ４０Ｂ、締結ボルト３０は、ステンレス等の金属部材により形成されている。また、締結ボルト３０は、第２センサ基板１５ｂのグランド線（接地線）と電気的に接続されている。そのため、アウターホルダ（接地部）１３およびスペーサ４０Ｂ（接地部）１６は、接地電位に維持されている。
図１４に示すように、保護膜本体１１ａは、ダイヤフラム１２ａの下面に接着剤等により接合されている。帯状部１１ｂは、アウターホルダ１３の上面１３ｂとスペーサ４０Ｂの下面４０Ｂａとの間に挟まれた状態で保持される。導電性保護膜１１は、導電性を有しているため、アウターホルダ１３およびスペーサ４０Ｂと電気的に導通した状態となる。これにより、導電性保護膜１１が接地電位に維持される。
本実施形態の第２センサ基板１５ｂは、第１および第２実施形態の基板保持部材１６を介さずにアウターホルダ１３に直接的に締結されている。これは、圧力検出ユニット１０Ｂが、主流路が形成される配管から距離を隔てて配置されており、設置面積を小さくするために主流路が延びる方向とケーブル２００が延びる方向とを一致させる必要がないからである。
１０，１０Ａ 圧力検出ユニット
１１，１１Ａ 導電性保護膜（保護部）
１１ａ 保護膜本体
１１ｂ 帯状部
１２ 圧力センサ（圧力検出部）
１２ａ ダイヤフラム
１２ｂ 歪みゲージ（抵抗体）
１２ｃ ベース部
１３ アウターホルダ（接地部）
１４ インナーホルダ
１４ａ 切欠部
１５ センサ基板
１６ 基板保持部材（接地部）
１７ ハウジング
１８ Ｏリング
１９ 導通部
２０，２０Ｂ 流路ユニット
２１，２１Ｂ 流路本体
２１ａ，２１Ｂａ 流路
２２ 導入流路
１００，１００Ａ，１００Ｂ 圧力検出装置
Ｘ 軸線
１１，１１Ａ 導電性保護膜（保護部）
１１ａ 保護膜本体
１１ｂ 帯状部
１２ 圧力センサ（圧力検出部）
１２ａ ダイヤフラム
１２ｂ 歪みゲージ（抵抗体）
１２ｃ ベース部
１３ アウターホルダ（接地部）
１４ インナーホルダ
１４ａ 切欠部
１５ センサ基板
１６ 基板保持部材（接地部）
１７ ハウジング
１８ Ｏリング
１９ 導通部
２０，２０Ｂ 流路ユニット
２１，２１Ｂ 流路本体
２１ａ，２１Ｂａ 流路
２２ 導入流路
１００，１００Ａ，１００Ｂ 圧力検出装置
Ｘ 軸線
Claims (3)
- 圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、
流路が内部に形成されるとともに前記圧力検出ユニットが配置される流路ユニットと、を備え、
前記圧力検出ユニットが、
前記圧力検出部と、
前記圧力検出部に接触した状態で配置されるとともに前記圧力検出部と流体との接触を遮断する薄膜状の保護部と、を有し、
前記保護部が、フッ素樹脂材料と該フッ素樹脂材料に分散した導電性材料とを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されるとともに接地電位に維持される接地部に接続されている圧力検出装置。 - 前記導電性材料が、カーボンナノチューブであり、
前記導電性フッ素樹脂材料が、前記カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有する請求項１に記載の圧力検出装置。 - 前記圧力検出部が、
前記保護部と接触する第１面を有する薄膜状のダイヤフラムと、
前記保護部に接触しない前記ダイヤフラムの第２面に貼り付けられた抵抗体と、を備え、
前記ダイヤフラムが、非導電性材料により形成されている請求項１または請求項２に記載の圧力検出装置。
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-
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- 2017-02-08 US US15/427,366 patent/US10281349B2/en active Active
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