JP3410568B2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、圧力センサに関し、
特に、圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラム
に加わる圧力を電気信号に変換する圧電体とを一体化し
た受圧部がセンサケースの凹部に設けられた小型圧力セ
ンサの改良に関する。 【0002】 【従来の技術】従来の小型圧力センサは、受圧面である
ダイヤフラムの保護とこのダイヤフラム外周部での応力
集中を緩和するため、ダイヤフラムはセンサケースの凹
部内に設けられていた。図3は、このような圧力センサ
を示すもので、図3(A)において、1は圧力センサ、
2はそのセンサケースである、このセンサケース2は、
れぞれステンレス鋼など耐腐食性素材よりなる第1部材
3と第2部材4とからなり、ビーム溶接などにより一体
化されている。5は接合部である。 【0003】そして、前記第1部材3は筒体状で、その
底部に圧力を受けるダイヤフラム6が張設されている。
そして、このダイヤフラム6の裏面には、図3(A)の
A−A線矢視図である図3(B)に示すように、ダイヤ
フラム6に加わる圧力を電気信号に変換する半導体歪み
センサなどの圧電体7が回路パターン8とともに形成さ
れ、これら6,7,8によって受圧部9が構成されてい
る。 【0004】また、第2部材3は、容器状で、内部に適
宜の回路基板(図示してない)を有し、圧電体7側を覆
うように第1部材3に対して設けられている。なお、1
0は第2部材4から導出されるリード線である。 【0005】上記構成の圧力センサによれば、筒体状の
第1部材3によって形成される凹部11(例えば、直径
10mm、深さ5mm)の底部に形成されたダイヤフラ
ム6の外面(図示例では上面)にガスや液体など流体の
圧力が加えられると、これが圧力に比例して変形し、そ
の変形量が圧電体7によって電気信号に変換され、この
信号を処理することにより圧力を検出できる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧力センサ1においては、その構造上次のような問
題があった。すなわち、ダイヤフラム6など受圧部9が
凹部11の底部に形成されているため、この凹部11で
流体の溜まりが生じ、所謂デッドボリュームとなる。そ
して、圧力測定の対象としては、半導体装置の製造に用
いられるガスや液体など、かなり腐食性が強いものもあ
るため、流体に接触する部分、つまり、ダイヤフラム6
の外面に、フッ素樹脂など耐腐食性樹脂をコーティング
する必要がある。しかし、圧力センサ1の組立後に前記
部分をコーティングすると、コーティング樹脂の膜厚を
均一にするのが難しく、また、熱処理に関しても処理温
度に限界がある。そのため、製造工程中にコーティング
する方法が検討されているが、熱処理条件や歪みなどの
問題で工程の複雑化、再現性の欠如などを引き起こして
いる。 【0007】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、流体のデッドボリュームが生じず、また、耐
腐食性樹脂などのコーティングを簡単に行うことができ
る圧力センサを提供することを目的としている。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、ダイヤフラムと、このダイヤフラム
に加わる圧力を電気信号に変換する圧電体とを一体化し
た受圧部がセンサケースの凹部に設けられた圧力センサ
において、外面がフラットなダイヤフラム部と、このダ
イヤフラム部と一体的に形成されたシャフト部とを有す
るプランジャを、前記凹部を覆うようにして、前記セン
サケースに被着するとともに、ダイヤフラム部の変位
シャフト部およびこのシャフト部の下端と前記ダイ
ヤフラムとの間に介装した球体を介して前記ダイヤフラ
ムに伝達するように構成している。 【0009】 【作用】上記構成の圧力センサにおいては、外面がフラ
ットなダイヤフラム部を有するプランジャが、本来の受
圧部であるダイヤフラムの上部に形成される凹部を覆う
ため、圧力センサ部分に流体のデッドボリュームが生ず
ることがない。そして、前記フラットなダイヤフラム部
を耐腐食性樹脂などによってコーティングするだけでよ
いので、耐腐食性の圧力センサを簡単に得ることができ
る。 【0010】 【実施例】図1および図2は、この発明の一実施例を示
す。これらの図において、図3における符号と同一のも
のは同一物であるので、その説明は省略する。まず、図
1は、この発明の圧力センサ12の一例を示すもので、
この図1において、13は圧力センサ12の第1部材3
の上部外周に設けられた精密ねじ部である。そして、1
4は本来の受圧部であるダイヤフラム6に代わって、流
体の圧力を受けるプランジャで、ダイヤフラム6の上方
に形成される凹部11を覆うようにして第1部材3に被
着されている。 【0011】前記プランジャ14は、外面(図示例では
上面)がフラットで、例えば平面視円形の受圧部として
のダイヤフラム部15と、このダイヤフラム部15の下
面側中央にダイヤフラム部15と一体的に形成され、ダ
イヤフラム部15の変位を前記ダイヤフラム6に伝達す
るための適宜太さのシャフト部16とからなる。そし
て、このプランジャ14は、第1部材3と同様に、ステ
ンレス鋼よりなり、ダイヤフラム15の周端の肉厚のフ
ランジ部17の内側には、前記精密ねじ部13と螺合す
る精密ねじ部18が形成されている。また、19はフラ
ンジ部17を貫通するように設けられる通気孔で、プラ
ンジャ14を第1部材3に螺着したとき形成されるプラ
ンジャ14の下部空間20(図2参照)を外部と連通さ
せるものである。 【0012】そして、この実施例では、前記シャフト部
16の下部端面に円錐状の凹み21が形成される一方、
ダイヤフラム6の上部中央肉厚部22に逆円錐状の凹み
23が形成されており、これらの凹み21,23に収容
されるようにして、例えば鋼鉄製の球体24が設けられ
ている。 【0013】図2は、上記構成の圧力センサ12を例え
ばガスが流れる流路25に臨むようにして取り付けた状
態を示すもので、流路側壁26に段部27を形成し、こ
の段部27にシール部材28を介装し、フランジ部17
を押さえ部材29によって段部27方向に押圧した状態
で取り付けられる。 【0014】上記構成の圧力センサ12においては、ダ
イヤフラム部15の外面に圧力が加わると、その圧力に
応じて、ダイヤフラム部15が受圧面に対して垂直方向
に変位する。この変位により、ダイヤフラム部15と一
体的に設けられたシャフト部16が変位し、さらにこの
動きが球体24を介してダイヤフラム6に伝えられ、こ
れによって、圧電体7がひずみ、ダイヤフラム6自体に
圧力が加わったときと同様に電気信号を出力し、これに
より、圧力の測定が行われる。 【0015】そして、前記圧力センサ12においては、
外面がフラットなダイヤフラム部15を有するプランジ
ャ14が、本来の受圧部であるダイヤフラム6の上部に
形成される凹部11を覆うため、新たに形成された受圧
部に凹凸がなく、したがって、流体のデッドボリューム
が生ずることがない。 【0016】また、腐食性の流体などが直接接するダイ
ヤフラム部15に耐腐食性をもたせるため、フッ素樹脂
などの耐腐食性樹脂をコーティングする場合、次のよう
な理由で、非常に簡単にコーティングすることができ
る。すなわち、ダイヤフラム部15の外面がフラットで
あること、および、プランジャ14と圧力センサ12
は、組み合わせる前は別々の部品であり、しかも、プラ
ンジャ14には電気部品が含まれてないから、プランジ
ャ14の受圧部であるダイヤフラム部15に耐腐食性樹
脂を容易にコーティングすることができるのである。さ
らに、ダイヤフラム部15の外面を前記コーティング以
外の研磨など表面処理することも容易に行なえる。 【0017】なお、上述のように構成されたプランジャ
14を圧力センサ12に螺合する際、任意の締めつけ力
(トルク)を加えることが可能であり、予めダイヤフラ
ム6にプランジャ14より任意の応力(トルク)をかけ
ておくことにより、大気圧(外気圧)より負の圧力が生
じたとしても測定することができる。 【0018】そして、前記ダイヤフラム部15の厚みを
適宜設定することにより、本来の受圧部であるダイヤフ
ラム6に伝達される変位を適宜変えることができ、それ
によって、圧力センサ12の出力感度を変えることがで
きる。 【0019】また、この実施例においては、ダイヤフラ
ム部15の変位をシャフト部16を介してダイヤフラム
6に伝達する場合、シャフト部16とダイヤフラム6と
の間に介装した球体24を介して伝達するようにしてい
るため、シャフト部16のダイヤフラム6に対する位置
ずれによる出力変動を巧みに防ぐことができる。 【0020】上述したように、この実施例においては、
プランジャ14によってダイヤフラム6の上部に形成さ
れる凹部11を覆うようにしているが、プランジャ14
の下方に形成される空間20は、プランジャ14のフラ
ンジ部17に形成された通気孔19を介して外部と連通
しているため、空間20内部の気体が熱によって膨張あ
るいは収縮を起こしても、前記通気孔19によって圧力
調整が行われる。 【0021】さらに、上述の実施例では、プランジャ1
4を圧力センサ12のセンサケース2と同じ材質(この
場合、ステンレス鋼)で形成していたが、両者14,2
を必ずしも同じ材料で構成する必要はなく、熱膨張係数
の近い材料を用いるようにしてあればよい。このように
することにより、温度影響による出力変動を効果的に抑
えることができるからである。 【0022】さらにまた、上述の実施例では、プランジ
ャ14をセンサケース2に対して螺着しているので、両
者14,2の結合・分離が容易であるといった利点もあ
る。そして、この螺着に代えて、図2において、符号3
0で示す箇所において、ビーム溶接したり、強力な接着
剤を用いて接着するようにしてもよい。 【0023】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、外面がフラットなダイヤフラム部を有するプランジ
ャが、本来の受圧部であるダイヤフラムの上部に形成さ
れる凹部を覆うため、流体のデッドボリュームが生ずる
ことがない。そして、ダイヤフラム部の変位をシャフト
部を介してダイヤフラムに伝達する場合、シャフト部と
ダイヤフラムとの間に介装した球体を介して伝達するよ
うにしているため、シャフト部のダイヤフラムに対する
位置ずれによる出力変動を巧みに防ぐことができる。
た、腐食性の流体などが直接接するダイヤフラムの外面
がフラットであるので、この外面に耐腐食性樹脂などを
簡単にコーティングすることができる。したがって、こ
の発明によれば、小型で測定精度が高く、しかも、耐腐
食性に優れた圧力センサを安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の圧力センサの一例を示す一部を破断
した分解斜視図である。 【図2】前記圧力センサの取付け状態の一例を示す断面
図である。 【図3】従来の圧力センサを示す図で、(A)は断面
図、(B)は(A)のA−A線矢視図である。 【符号の説明】 2…センサケース、6…ダイヤフラム、9…受圧部、1
1…凹部、14…プランジャ、15…ダイヤフラム部、
16…シャフト部、24…球体
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 9/08 G01L 7/08 G01L 19/06

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ダイヤフラムと、このダイヤフラムに加
    わる圧力を電気信号に変換する圧電体とを一体化した受
    圧部がセンサケースの凹部に設けられた圧力センサにお
    いて、外面がフラットなダイヤフラム部と、このダイヤ
    フラム部と一体的に形成されたシャフト部とを有するプ
    ランジャを、前記凹部を覆うようにして、前記センサケ
    ースに被着するとともに、ダイヤフラム部の変位を
    ャフト部およびこのシャフト部の下端と前記ダイヤフラ
    ムとの間に介装した球体を介して前記ダイヤフラムに伝
    達するように構成したことを特徴とする圧力センサ。
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