JP2022122359A - Pressure measuring device - Google Patents

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里奈 小笠原
Rina Ogasawara
興仁 結城
Koji Yuki
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Abstract

To suppress a decrease in pressure measurement precision because of a change in an environmental temperature in a device for transmitting pressure to a pressure sensor by using a pressure transmission material.SOLUTION: A pressure measuring device includes a base part 101, a pressure sensitive element 102, a diaphragm 103, a diaphragm chamber 104, and a volume adjustment structure 106, and includes a through hole 105 for connecting a pressure sensitive part of the pressure sensitive element 102 to the diaphragm chamber 104. A pressure transmission material 107 is filled into an area from a surface on a side of the diaphragm chamber 104 of the diaphragm 103 to the pressure sensitive part of the pressure sensitive element 102. Further, the pressure measuring device includes the volume adjustment structure 106 that is provided in at least one of the through hole 105 and the diaphragm chamber 104 and is composed of a material having a thermal expansion coefficient differing from that of the base part 101.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧力測定装置に関する。 The present invention relates to a pressure measuring device.

受けた圧力に対応する圧力値を出力する圧力センサは、半導体設備をはじめ、工業用途で広く使用されている。例えば、差圧式マスフローコントローラにおいて、流路の一次圧または二次圧を計測するために、圧力センサが用いられている（特許文献１参照）。この技術では、充填流体（圧力伝達物質）によって圧力センサの素子の感圧部へ圧力を伝達している。 A pressure sensor that outputs a pressure value corresponding to the pressure received is widely used in industrial applications including semiconductor equipment. For example, in a differential pressure mass flow controller, a pressure sensor is used to measure the primary pressure or secondary pressure of the flow path (see Patent Document 1). In this technique, a filling fluid (pressure-transmitting substance) transmits pressure to the pressure-sensitive portion of the element of the pressure sensor.

特開２００３－２９４５６３号公報JP 2003-294563 A

ところで、上述した充填流体として、一般的には、シリコーンオイルが用いられる。シリコーンオイルは、温度変化により膨張収縮するため、環境温度の変化により、シリコーンオイルが封入されている封入室の内圧が変化し、これにより出力誤差が生じて圧力計測精度が低下する。 By the way, silicone oil is generally used as the filling fluid described above. Since silicone oil expands and contracts with changes in temperature, the internal pressure of the chamber in which the silicone oil is enclosed changes due to changes in the environmental temperature, resulting in an output error and reduced pressure measurement accuracy.

通常、このような計測精度を低減するために、温度補正がなされるが、高精度な補正をおこなうためには、複雑な補正回路が必要となる。また、複雑な補正回路を備えるために、調整工程が複雑になる。また、上述した充填流体の膨張収縮による問題は、封入室の容積を小さくすることで、影響を低減させることができる。しかしながら、この改善対策は、装置のサイズ、設計、加工上の制約が大きくなる。特に、差圧式マスフローコントローラに置いては、高精度のニーズが高まっており、圧力センサに対しても誤差を低減するための、設計自由度が重要となっているため、封入室の容積を小さくすることは容易ではない。 Normally, temperature correction is performed in order to reduce such measurement accuracy, but a complicated correction circuit is required in order to perform highly accurate correction. Moreover, since a complicated correction circuit is provided, the adjustment process becomes complicated. Moreover, the problem caused by the expansion and contraction of the filling fluid described above can be reduced by reducing the volume of the sealed chamber. However, this improvement measure increases restrictions on device size, design, and processing. Especially for differential pressure type mass flow controllers, the need for high accuracy is increasing, and design flexibility is important to reduce errors in pressure sensors. it is not easy to do.

上述したように、圧力伝達物質を用いて圧力センサに圧力を伝達させる装置では、環境温度の変化により、圧力計測精度が低下するという問題があった。 As described above, a device that uses a pressure-transmitting substance to transmit pressure to a pressure sensor has a problem that pressure measurement accuracy decreases due to changes in environmental temperature.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、圧力伝達物質を用いて圧力センサに圧力を伝達させる装置において、環境温度の変化による圧力計測精度の低下の抑制を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a device for transmitting pressure to a pressure sensor using a pressure transmitting substance, which suppresses deterioration in pressure measurement accuracy due to changes in environmental temperature. aim.

本発明に係る圧力測定装置は、基部と、基部の主面側に形成された感圧素子と、基部の裏面側に形成されたダイヤフラムと、ダイヤフラムと基部との間に形成されたダイヤフラム室と、感圧素子とダイヤフラム室とを連通する貫通孔と、貫通孔およびダイヤフラム室の少なくとも一方に設けられた、基部とは異なる熱膨張率を有する容積調整構造と、ダイヤフラム室および貫通孔に充填された圧力伝達物質とを備える。 A pressure measuring device according to the present invention comprises a base, a pressure-sensitive element formed on the main surface side of the base, a diaphragm formed on the back side of the base, and a diaphragm chamber formed between the diaphragm and the base. a through hole communicating between the pressure-sensitive element and the diaphragm chamber; a volume adjustment structure provided in at least one of the through hole and the diaphragm chamber and having a coefficient of thermal expansion different from that of the base; and a pressure transmitting material.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、貫通孔およびダイヤフラム室の少なくとも一方の側壁に形成され、基部より大きな線膨張率を有する。 In one configuration example of the pressure measuring device, the volume adjustment structure is formed on at least one side wall of the through hole and the diaphragm chamber, and has a higher coefficient of linear expansion than the base.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、感圧素子が形成されている箇所から形成されている。 In one configuration example of the pressure measuring device, the volume adjustment structure is formed from the portion where the pressure sensitive element is formed.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、ダイヤフラム室の側にかけて、貫通孔の途中まで形成されている。 In one configuration example of the pressure measuring device, the volume adjustment structure is formed halfway through the through hole toward the diaphragm chamber side.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、プラスチックから構成されている。 In one configuration example of the pressure measuring device, the volume adjustment structure is made of plastic.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、棒状に形成されて貫通孔の内部に配置され、負の線膨張率を有する。 In one configuration example of the pressure measuring device, the volume adjusting structure is formed into a rod shape, is arranged inside the through hole, and has a negative coefficient of linear expansion.

上記圧力測定装置の一構成例において、貫通孔は、感圧素子の側の内径が太い第１領域と、ダイヤフラム室の側の内径が細い第２領域とを備え、第１領域の内径は、容積調整構造の径より太く、第２領域の内径は、容積調整構造の径より細くされている。 In one configuration example of the pressure measuring device, the through hole includes a first region having a large inner diameter on the pressure sensing element side and a second region having a narrow inner diameter on the diaphragm chamber side, and the first region has an inner diameter of It is larger than the diameter of the volume adjusting structure, and the inner diameter of the second region is smaller than the diameter of the volume adjusting structure.

上記圧力測定装置の一構成例において、容積調整構造は、ペロブスカイト構造の酸化物からなるセラミックスから構成されている。 In one structural example of the pressure measuring device, the volume adjustment structure is made of ceramics made of an oxide having a perovskite structure.

以上説明したように、本発明によれば、貫通孔と基部との間に、基部とは異なる熱膨張率を有する容積調整構造を設けたので、圧力伝達物質を用いて圧力センサに圧力を伝達させる装置において、環境温度の変化による圧力計測精度の低下が抑制できる。 As described above, according to the present invention, since the volume adjustment structure having a coefficient of thermal expansion different from that of the base is provided between the through hole and the base, pressure is transmitted to the pressure sensor using a pressure transmitting substance. In a device that allows the pressure to be measured, a decrease in pressure measurement accuracy due to changes in the environmental temperature can be suppressed.

図１は、本発明の実施の形態１に係る圧力測定装置の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a pressure measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態１に係る圧力測定装置の温度特性の変化を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing changes in temperature characteristics of the pressure measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態１に係る圧力測定装置の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the pressure measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態２に係る圧力測定装置の温度特性の変化を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing changes in temperature characteristics of the pressure measuring device according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、本発明の実施の形態に係る圧力測定装置について説明する。 A pressure measuring device according to an embodiment of the present invention will be described below.

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における圧力測定装置について、図１を参照して説明する。この圧力測定装置は、基部１０１、感圧素子１０２、ダイヤフラム１０３、ダイヤフラム室１０４、容積調整構造１０６を備える。図１では、断面を模式的に示している。 [Embodiment 1]
First, a pressure measuring device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. This pressure measuring device comprises a base 101 , a pressure sensitive element 102 , a diaphragm 103 , a diaphragm chamber 104 and a volume adjustment structure 106 . FIG. 1 schematically shows a cross section.

基部１０１は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌから構成されている。基部１０１の外形は、平面視で、円形または矩形とされている。感圧素子１０２は、基部１０１の主面１１１の側に設けられている。感圧素子１０２は、基部１０１の側面の側に設けることもできる。ダイヤフラム１０３は、基部１０１の裏面１１２の側に形成されている。ダイヤフラム１０３と基部１０１との間に、ダイヤフラム室１０４が形成されている。ダイヤフラム室１０４の平面形状は、例えば、円形とされている。また、感圧素子１０２の感圧部とダイヤフラム室１０４とを連通する貫通孔１０５を備える。貫通孔１０５の断面形状は、例えば、円形とされている。貫通孔１０５の断面形状は、例えば、矩形とすることもできる。 The base 101 is made of SUS316L, for example. The outer shape of the base 101 is circular or rectangular in plan view. The pressure-sensitive element 102 is provided on the main surface 111 side of the base 101 . The pressure sensitive element 102 can also be provided on the side of the base 101 . The diaphragm 103 is formed on the rear surface 112 side of the base 101 . A diaphragm chamber 104 is formed between the diaphragm 103 and the base 101 . The planar shape of the diaphragm chamber 104 is, for example, circular. Further, a through hole 105 is provided for communicating the pressure sensing portion of the pressure sensing element 102 and the diaphragm chamber 104 . A cross-sectional shape of the through hole 105 is, for example, circular. The cross-sectional shape of the through-hole 105 can be rectangular, for example.

また、ダイヤフラム１０３のダイヤフラム室１０４の側の面から、感圧素子１０２の感圧部にかけての領域には、圧力伝達物質１０７が充填されている。測定対象の圧力は、ダイヤフラム１０３で受圧し、ダイヤフラム１０３で受圧した圧力は、圧力伝達物質１０７により、感圧素子１０２の感圧部に伝達される。感圧素子１０２は、半導体ひずみゲージ式、金属ひずみゲージ式、静電容量式、光学式などの原理を用いることができる。 A pressure-transmitting substance 107 is filled in a region from the diaphragm chamber 104 side surface of the diaphragm 103 to the pressure-sensitive portion of the pressure-sensitive element 102 . The pressure to be measured is received by the diaphragm 103 , and the pressure received by the diaphragm 103 is transmitted to the pressure sensing portion of the pressure sensing element 102 by the pressure transmitting substance 107 . The pressure-sensitive element 102 can use principles such as a semiconductor strain gauge type, a metal strain gauge type, a capacitance type, an optical type, and the like.

また、容積調整構造１０６は、貫通孔１０５およびダイヤフラム室１０４の少なくとも一方に設けられ、基部１０１とは異なる熱膨張率を有する。容積調整構造１０６は、貫通孔１０５およびダイヤフラム室１０６の少なくとも一方の側壁に形成することができる。実施の形態１において、容積調整構造１０６は、貫通孔１０５の側壁を周方向に覆って形成されている。また、実施の形態１において、容積調整機構１０６が形成されている領域において、圧力伝達物質１０７は、容積調整機構１０６の内側の領域に充填されたものとなる。また、容積調整構造１０６は、基部１０１より大きな線膨張率を有する。容積調整構造１０６は、感圧素子１０２が形成されている箇所から形成されたものとすることができる。感圧素子１０２と容積調整構造１０６の間に、台座や接着層を設けることもできる。また、容積調整構造１０６は、ダイヤフラム室１０４の側にかけて、貫通孔１０５の途中まで形成されたものとすることができる。容積調整構造１０６は、ポリエチレンやポリプロピレンなどのプラスチックから構成することができる。 Also, the volume adjustment structure 106 is provided in at least one of the through hole 105 and the diaphragm chamber 104 and has a coefficient of thermal expansion different from that of the base portion 101 . The volume adjustment structure 106 can be formed on at least one sidewall of the through hole 105 and the diaphragm chamber 106 . In Embodiment 1, volume adjustment structure 106 is formed to cover the side wall of through hole 105 in the circumferential direction. Further, in the first embodiment, in the area where the volume adjustment mechanism 106 is formed, the pressure transmission substance 107 is filled in the area inside the volume adjustment mechanism 106 . Also, the volume adjustment structure 106 has a higher coefficient of linear expansion than the base 101 . The volume adjustment structure 106 may be formed from where the pressure sensitive element 102 is formed. A pedestal or adhesive layer may be provided between the pressure sensitive element 102 and the volume adjustment structure 106 . Also, the volume adjustment structure 106 can be formed halfway through the through hole 105 toward the diaphragm chamber 104 side. Volume adjustment structure 106 may be constructed from a plastic such as polyethylene or polypropylene.

実施の形態１に係る圧力測定装置によれば、環境温度の変化による圧力計測精度の低下が抑制できる。よく知られているように、耐食性が求められる環境で使用される圧力測定装置は、受圧するダイヤフラムなどの部分の材料は、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金、セラミックスなどに制限される。同様に、基部もこれらの材料から構成されることが多い。圧力伝達物質を用いて被測定流体圧力を測定する構成では、圧力伝達物質にシリコーンオイルなどの非圧縮性流体が用いられる。 According to the pressure measuring device according to Embodiment 1, it is possible to suppress deterioration in pressure measurement accuracy due to changes in the environmental temperature. As is well known, in a pressure measuring device used in an environment where corrosion resistance is required, the materials for parts such as diaphragms that receive pressure are limited to stainless steel, titanium alloys, nickel alloys, ceramics, and the like. Similarly, bases are often constructed from these materials as well. In a configuration in which a pressure transmitting substance is used to measure the pressure of the fluid to be measured, an incompressible fluid such as silicone oil is used as the pressure transmitting substance.

一般に、基部を構成する耐食材料の熱膨張率よりも、流体である圧力伝達物質の熱膨張率の方が大きい。このため、環境の温度が変化すると、ダイヤフラム室および貫通孔を含めた、圧力伝達物質が封入される領域の容積変化＜圧力伝達物質の体積変化となり、圧力伝達物質が封入される領域の内圧が変化する。これが誤差として感圧素子に伝達してしまう。 In general, the coefficient of thermal expansion of the pressure-transmitting substance, which is a fluid, is greater than the coefficient of thermal expansion of the corrosion-resistant material forming the base. Therefore, when the temperature of the environment changes, the change in volume of the area where the pressure transmission substance is enclosed, including the diaphragm chamber and the through hole, is less than the volume change of the pressure transmission substance, and the internal pressure of the area where the pressure transmission substance is enclosed increases. Change. This is transmitted to the pressure sensitive element as an error.

この問題に対し、圧力伝達物質が封入される領域の容積変化と、圧力伝達物質１０７の体積変化との差分を相殺するように、圧力伝達物質が封入される領域に容積調整構造１０６を設けることで、温度変化による出力誤差が低減可能となる。 To solve this problem, a volume adjusting structure 106 is provided in the region where the pressure transmitting substance is enclosed so as to offset the difference between the volume change of the region where the pressure transmitting substance is enclosed and the volume change of the pressure transmitting substance 107. This makes it possible to reduce output errors due to temperature changes.

実施の形態１において、基部１０１を構成するＳＵＳ３１６Ｌよりも、線膨張率の大きな材料から容積調整構造１０６を構成することで、基準温度よりも環境温度が上昇した場合、容積調整構造１０６の容積変化がＳＵＳ３１６Ｌよりも大きくなる。これにより、貫通孔１０５の管径が太くなり、圧力伝達物質１０７の体積変化による内圧の変化が抑制され、感圧素子１０２の出力変動を効果的に相殺することができる。 In the first embodiment, volume adjustment structure 106 is made of a material having a higher coefficient of linear expansion than SUS316L forming base 101, so that when the environmental temperature rises above the reference temperature, the volume of volume adjustment structure 106 changes. is larger than that of SUS316L. As a result, the diameter of the through-hole 105 is increased, the change in internal pressure caused by the change in volume of the pressure transmitting substance 107 is suppressed, and the output fluctuation of the pressure-sensitive element 102 can be effectively canceled.

例えば、基部１０１をＳＵＳ３１６Ｌから構成し、容積調整構造１０６をポリエチレンから構成し、圧力伝達物質１０７としてシリコーンオイルを用いる条件で、容積調整構造１０６を用いない場合、図２の一点鎖線で示すように、感圧素子１０２の出力の温度特性が変化する。一方、容積調整構造１０６を用いる実施の形態１の構成によれば、図２の実線で示すように温度特性が変化し、温度変化による温度特性比の変化が減少する。 For example, under the condition that the base portion 101 is made of SUS316L, the volume adjustment structure 106 is made of polyethylene, and silicone oil is used as the pressure transmitting substance 107, when the volume adjustment structure 106 is not used, as shown by the dashed line in FIG. , the temperature characteristic of the output of the pressure sensitive element 102 changes. On the other hand, according to the configuration of the first embodiment using the volume adjustment structure 106, the temperature characteristic changes as shown by the solid line in FIG. 2, and the change in the temperature characteristic ratio due to the temperature change is reduced.

［実施の形態２］
つぎに、本発明の実施の形態２における圧力測定装置について、図３を参照して説明する。この圧力測定装置は、基部２０１、感圧素子２０２、ダイヤフラム２０３、ダイヤフラム室２０４、容積調整構造２０６を備える。図３では、断面を模式的に示している。 [Embodiment 2]
Next, a pressure measuring device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. This pressure measuring device comprises a base 201 , a pressure sensitive element 202 , a diaphragm 203 , a diaphragm chamber 204 and a volume adjustment structure 206 . FIG. 3 schematically shows a cross section.

基部２０１は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌから構成されている。基部２０１の外形は、平面視で、円形または矩形とされている。感圧素子２０２は、基部２０１の主面２１１の側に設けられている。ダイヤフラム２０３は、基部２０１の裏面２１２の側に形成されている。ダイヤフラム２０３と基部２０１との間に、ダイヤフラム室２０４が形成されている。ダイヤフラム室２０４の平面形状は、例えば、円形とされている。また、感圧素子２０２の感圧部とダイヤフラム室２０４とを連通する貫通孔２０５を備え、ダイヤフラム室２０４および貫通孔２０５には、圧力伝達物質２０７が充填されている。貫通孔２０５の断面形状は、例えば、円形とされている。貫通孔２０５の断面形状は、例えば、矩形とすることもできる。測定対象の圧力は、ダイヤフラム２０３で受圧し、ダイヤフラム２０３で受圧した圧力は、圧力伝達物質２０７により、感圧素子２０２の感圧部に伝達される。 The base 201 is made of SUS316L, for example. The outer shape of the base 201 is circular or rectangular in plan view. The pressure sensitive element 202 is provided on the main surface 211 side of the base 201 . The diaphragm 203 is formed on the rear surface 212 side of the base 201 . A diaphragm chamber 204 is formed between the diaphragm 203 and the base 201 . The planar shape of the diaphragm chamber 204 is, for example, circular. Further, a through hole 205 is provided for communicating the pressure sensing portion of the pressure sensing element 202 and the diaphragm chamber 204 , and the diaphragm chamber 204 and the through hole 205 are filled with a pressure transmitting substance 207 . A cross-sectional shape of the through hole 205 is, for example, circular. The cross-sectional shape of the through-hole 205 can be rectangular, for example. The pressure to be measured is received by the diaphragm 203 , and the pressure received by the diaphragm 203 is transmitted to the pressure sensing portion of the pressure sensing element 202 by the pressure transmitting substance 207 .

また、容積調整構造２０６は、貫通孔２０５と基部２０１との間に設けられ、基部２０１とは異なる熱膨張率を有する材料から構成されている。実施の形態２において、容積調整構造２０６は、棒状に形成されて貫通孔２０５の内部に配置され、負の線膨張率を有する材料から構成されている。容積調整構造２０６は、ペロブスカイト構造の酸化物（例えばＢｉＮｉ1-xＦｅxＯ3）からなるセラミックスから構成することができる。ＢｉＮｉ1-xＦｅxＯ3のセラミックスは、室温付近で－１８７ｐｐｍ／Ｋという大きな負熱膨張率を示す。 Also, the volume adjustment structure 206 is provided between the through-hole 205 and the base portion 201 and is made of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the base portion 201 . In Embodiment 2, the volume adjusting structure 206 is formed into a rod shape, is arranged inside the through hole 205, and is made of a material having a negative coefficient of linear expansion. The volume control structure 206 can be made of ceramics made of perovskite-structured oxide (eg, BiNi 1-x Fe x O 3 ). BiNi 1-x Fe x O 3 ceramic exhibits a large negative thermal expansion coefficient of −187 ppm/K near room temperature.

また、貫通孔２０５は、感圧素子の側の内径が太い第１領域２０５ａと、ダイヤフラム室の側の内径が細い第２領域２０５ｂとを備える。第１領域２０５ａの内径は、第２領域２０５ｂの内径より太くされている。言い換えると、第２領域２０５ｂの内径は、第１領域２０５ａの内径より細くされている。第１領域２０５ａの内径は、容積調整構造２０６の径（外径）より太く、第２領域２０５ｂの内径は、容積調整構造２０６の径（外径）より細くされている。 Further, the through hole 205 includes a first region 205a having a large inner diameter on the pressure sensitive element side and a second region 205b having a small inner diameter on the diaphragm chamber side. The inner diameter of the first region 205a is made larger than the inner diameter of the second region 205b. In other words, the inner diameter of the second region 205b is smaller than the inner diameter of the first region 205a. The inner diameter of the first region 205 a is larger than the diameter (outer diameter) of the volume adjusting structure 206 , and the inner diameter of the second region 205 b is smaller than the diameter (outer diameter) of the volume adjusting structure 206 .

実施の形態２に係る圧力測定装置によれば、環境温度の変化による圧力計測精度の低下が抑制できる。よく知られているように、耐食性が求められる環境で使用される圧力測定装置は、受圧するダイヤフラムなどの部分の材料は、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金、セラミックスなどに制限される。同様に、基部もこれらの材料から構成されることが多い。圧力伝達物質を用いて被測定流体圧力を測定する構成では、圧力伝達物質にシリコーンオイルなどの非圧縮性流体が用いられる。 According to the pressure measuring device according to Embodiment 2, it is possible to suppress deterioration in pressure measurement accuracy due to changes in the environmental temperature. As is well known, in a pressure measuring device used in an environment where corrosion resistance is required, the materials for parts such as diaphragms that receive pressure are limited to stainless steel, titanium alloys, nickel alloys, ceramics, and the like. Similarly, bases are often constructed from these materials as well. In a configuration in which a pressure transmitting substance is used to measure the pressure of the fluid to be measured, an incompressible fluid such as silicone oil is used as the pressure transmitting substance.

一般に、基部を構成する耐食材料の熱膨張率よりも、流体である圧力伝達物質の熱膨張率の方が大きい。このため、環境の温度が変化すると、ダイヤフラム室および貫通孔を含めた、圧力伝達物質が封入される領域の容積変化＜圧力伝達物質の体積変化となり、圧力伝達物質が封入される領域の内圧が変化する。これが誤差として感圧素子に伝達してしまう。 In general, the coefficient of thermal expansion of the pressure-transmitting substance, which is a fluid, is greater than the coefficient of thermal expansion of the corrosion-resistant material forming the base. Therefore, when the temperature of the environment changes, the change in volume of the area where the pressure transmission substance is enclosed, including the diaphragm chamber and the through hole, is less than the volume change of the pressure transmission substance, and the internal pressure of the area where the pressure transmission substance is enclosed increases. Change. This is transmitted to the pressure sensitive element as an error.

この問題に対し、圧力伝達物質が封入される領域の容積変化と、圧力伝達物質２０７の体積変化との差分を相殺するように、圧力伝達物質が封入される領域に容積調整構造２０６を設けることで、温度変化による出力誤差が低減可能となる。 To solve this problem, a volume adjustment structure 206 is provided in the region where the pressure transmission substance is enclosed so as to offset the difference between the volume change of the region where the pressure transmission substance is enclosed and the volume change of the pressure transmission substance 207. This makes it possible to reduce output errors due to temperature changes.

実施の形態２において、負の線膨張率を有する材料から容積調整構造２０６を構成することで、基準温度よりも環境温度が上昇した場合、貫通孔２０５の穴径が拡張するとともに、容積調整構造２０６が収縮するので、圧力伝達物質が封入される領域の容積が大きくなる。この結果、圧力伝達物質２０７の体積変化による内圧の変化が抑制され、感圧素子２０２の出力変動を効果的に相殺することができる。 In the second embodiment, by forming the volume adjustment structure 206 from a material having a negative coefficient of linear expansion, when the environmental temperature rises above the reference temperature, the diameter of the through-hole 205 expands and the volume adjustment structure As 206 contracts, the volume of the area in which the pressure transmitting material is encapsulated increases. As a result, changes in internal pressure caused by changes in the volume of the pressure-transmitting substance 207 are suppressed, and output fluctuations of the pressure-sensitive element 202 can be effectively canceled out.

例えば、基部２０１をＳＵＳ３１６Ｌから構成し、容積調整構造２０６をＢｉＮｉ1-xＦｅxＯ3のセラミックスから構成し、圧力伝達物質２０７としてシリコーンオイルを用いる条件で、容積調整構造２０６を用いない場合、図４の一点鎖線で示すように、感圧素子２０２の出力の温度特性が変化する。一方、容積調整構造２０６を用いる実施の形態２の構成によれば、図４の実線で示すように温度特性が変化し、温度変化による温度特性比の変化が大幅に減少する。なお、容積調整構造２０６を、基部２０１よりも小さな線膨張率を有する材料から構成しても、同様の改善効果が得られる。 For example, if the base 201 is made of SUS316L, the volume adjustment structure 206 is made of BiNi 1-x Fe x O 3 ceramics, and silicone oil is used as the pressure transmitting material 207, the volume adjustment structure 206 is not used. As indicated by the dashed line in FIG. 4, the temperature characteristic of the output of the pressure sensitive element 202 changes. On the other hand, according to the configuration of the second embodiment using the volume adjustment structure 206, the temperature characteristic changes as indicated by the solid line in FIG. 4, and the change in the temperature characteristic ratio due to the temperature change is greatly reduced. Even if the volume adjustment structure 206 is made of a material having a coefficient of linear expansion smaller than that of the base 201, the same improvement effect can be obtained.

以上に説明したように、本発明によれば、貫通孔と基部との間に、基部とは異なる熱膨張率を有する容積調整構造を設けたので、圧力伝達物質を用いて圧力センサに圧力を伝達させる装置において、環境温度の変化による圧力計測精度の低下が抑制できるようになる。この種の圧力測定装置は、半導体、医薬、食品、飲料などの業界で使用され、接液もしくは接ガス面の耐食性が求められる。このような場合においても、本発明によれば、基部やダイヤフラムに、耐食性の高い材料を用いることで、流体と接する面の耐食性を維持しつつ、環境温度の変化による圧力計測精度の低下が抑制できる。 As described above, according to the present invention, a volume adjustment structure having a coefficient of thermal expansion different from that of the base is provided between the through hole and the base. In the transmission device, it becomes possible to suppress deterioration in pressure measurement accuracy due to changes in the environmental temperature. This type of pressure measuring device is used in industries such as semiconductors, pharmaceuticals, foodstuffs, beverages, etc., and corrosion resistance is required for wetted surfaces. Even in such a case, according to the present invention, by using a highly corrosion-resistant material for the base and diaphragm, the corrosion resistance of the surface in contact with the fluid is maintained, and the decrease in pressure measurement accuracy due to changes in the environmental temperature is suppressed. can.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be implemented by those skilled in the art within the technical concept of the present invention. It is clear.

１０１…基部、１０２…感圧素子、１０３…ダイヤフラム、１０４…ダイヤフラム室、１０５…貫通孔、１０６…容積調整構造、１０７…圧力伝達物質、１１１…主面、１１２…裏面、２０１…基部、２０２…感圧素子、２０３…ダイヤフラム、２０４…ダイヤフラム室、２０５…貫通孔、２０５ａ…第１領域、２０５ｂ…第２領域、２０６…容積調整構造、２０７…圧力伝達物質、２１１…主面、２１２…裏面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101... Base, 102... Pressure-sensitive element, 103... Diaphragm, 104... Diaphragm chamber, 105... Through hole, 106... Volume adjustment structure, 107... Pressure transmitting substance, 111... Main surface, 112... Back surface, 201... Base, 202 Pressure sensitive element 203 Diaphragm 204 Diaphragm chamber 205 Through hole 205a First region 205b Second region 206 Volume adjustment structure 207 Pressure transmitting substance 211 Main surface 212 back side.

Claims (8)

基部と、
前記基部の主面側に形成された感圧素子と、
前記基部の裏面側に形成されたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムと前記基部との間に形成されたダイヤフラム室と、
前記感圧素子と前記ダイヤフラム室とを連通する貫通孔と、
前記貫通孔および前記ダイヤフラム室の少なくとも一方に設けられた、前記基部とは異なる熱膨張率を有する容積調整構造と、
前記ダイヤフラム室および前記貫通孔に充填された圧力伝達物質と
を備える圧力測定装置。 a base;
a pressure-sensitive element formed on the main surface side of the base;
a diaphragm formed on the back side of the base;
a diaphragm chamber formed between the diaphragm and the base;
a through hole communicating between the pressure-sensitive element and the diaphragm chamber;
a volume adjustment structure provided in at least one of the through hole and the diaphragm chamber and having a coefficient of thermal expansion different from that of the base;
A pressure measuring device comprising: a pressure transmitting substance filled in the diaphragm chamber and the through hole. 請求項１記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、前記貫通孔および前記ダイヤフラム室の少なくとも一方の側壁に形成され、前記基部より大きな線膨張率を有することを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 1,
The pressure measuring device, wherein the volume adjustment structure is formed on at least one side wall of the through hole and the diaphragm chamber, and has a coefficient of linear expansion larger than that of the base portion. 請求項２記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、前記感圧素子が形成されている箇所から形成されていることを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 2,
The pressure measuring device, wherein the volume adjustment structure is formed from a portion where the pressure sensitive element is formed. 請求項３記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、前記ダイヤフラム室の側にかけて、前記貫通孔の途中まで形成されていることを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 3,
The pressure measuring device, wherein the volume adjustment structure is formed halfway through the through-hole toward the diaphragm chamber side. 請求項１～４のいずれか１項に記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、プラスチックから構成されていることを特徴とする圧力測定装置。 In the pressure measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A pressure measuring device, wherein the volume adjustment structure is made of plastic. 請求項１記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、棒状に形成されて前記貫通孔の内部に配置され、負の線膨張率を有することを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 1,
The pressure measuring device, wherein the volume adjusting structure is formed in a rod shape, is arranged inside the through hole, and has a negative coefficient of linear expansion. 請求項６記載の圧力測定装置において、
前記貫通孔は、前記感圧素子の側の内径が太い第１領域と、前記ダイヤフラム室の側の内径が細い第２領域とを備え、
前記第１領域の内径は、前記容積調整構造の径より太く、前記第２領域の内径は、前記容積調整構造の径より細くされている
ことを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 6,
The through-hole has a first region with a large inner diameter on the pressure-sensitive element side and a second region with a small inner diameter on the diaphragm chamber side,
The pressure measuring device, wherein the inner diameter of the first region is larger than the diameter of the volume adjusting structure, and the inner diameter of the second region is smaller than the diameter of the volume adjusting structure. 請求項６または７記載の圧力測定装置において、
前記容積調整構造は、ペロブスカイト構造の酸化物からなるセラミックスから構成されていることを特徴とする圧力測定装置。 The pressure measuring device according to claim 6 or 7,
The pressure measuring device, wherein the volume adjustment structure is made of ceramics made of an oxide having a perovskite structure.
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