JP4065894B2 - 圧力センサモジュール、および圧力検出装置 - Google Patents
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Description
しかも、前記薄膜層は、前記ダイアフラムに対向する底面部と、この底面部の外周部から前記ダイアフラムと反対側に延出する筒状部と、を備えた略カップ状に形成され、前記筒状部の外周端が前記保持部材に固定されるから、前記薄膜層の前記ダイアフラムとは反対側面、すなわち受圧面が受けた圧力を、変位伝達部周辺の局部に応力が集中することなく、カップ状の薄膜層全体に分散させることができる。したがって、薄膜層の厚みを薄くしても、十分な耐圧を維持することができ、薄膜層を薄くすることにより圧力センサモジュールの精度が良好になる。
この発明によれば、環状部材がダイアフラムおよび薄膜層の外周部に環状に形成されて保持空間を形成している。これにより、この環状部材の高さ寸法分の保持空間が確実に確保できる。また、環状部材は、ダイアフラムおよび薄膜層の外周部に形成されるので、環状部材の内方側の薄膜層全体で被検出流体の圧力を受圧することができる。従って、圧力センサモジュールの圧力検出精度が向上する。
この発明によれば、前記保持空間には、複数の通気孔が形成されている。これにより、前記保持空間は、これらの複数の通気孔からケースの外部に換気可能となる。したがって、被検出流体の腐食性ガス成分が薄膜層から保持空間に透過したとしても、複数の通気孔により効率よく被検出流体の腐食性ガス成分を除去または希釈できる。また、複数の通気孔のうち一部を保持空間に透過した被検出流体の腐食性ガス成分を除去するための排気用の通気孔とし、残部の通気孔を被検出流体の腐食性ガス成分の透過によって腐食性ガス雰囲気となった保持空間を積極的に置換するための送入用の通気孔としてもよい。この場合、保持空間内に透過した腐食性ガス成分を押し流すことができ、さらに効率よく保持空間の換気が実施できる。したがって、被検出流体の腐食性ガス成分の透過などによるダイアフラムの腐食を確実に防止できる。
この発明では、変位伝達部は、保持空間の略中心軸上、例えば保持空間が環状部材に囲まれた円筒形状に形成されている場合ではこの円筒の軸上に設けられている。これにより、変位伝達部は、被検出流体の圧力による変位量が最も多くなる薄膜層の略中心の変位をダイアフラムに伝達することができる。したがって、薄膜層の変位量を確実にダイアフラムに伝達することができる。
この発明によれば、変位伝達部は、ダイアフラムおよび薄膜層の双方に固定されて、これらのダイアフラムおよび薄膜層を連結している。これにより、負圧によって薄膜層がダイアフラムから離れる方向に変位した場合や、微圧によって薄膜層が微量分しか変位しなかった場合などでも、確実にダイアフラムに薄膜層の変位を伝達できる。したがって、被検出流体の圧力の検出精度を高精度に維持できる。
この発明によれば、薄膜層と変位伝達部との境界が湾曲している。これにより、この境界の一点に受圧面で受ける圧力が集中することがなく、境界の湾曲部に受けた圧力を分散させることができる。したがって、薄膜層の耐圧性をより向上させることが可能となる。
この発明によれば、薄膜層の受圧面側に、薄膜層との境界が湾曲する状態で突出部が設けられる。これにより、薄膜層で受けた圧力を受圧面側に設けられる突出部の湾曲部でも分散させることができる。これにより、受圧面で受けた圧力をより分散させることができる。
この発明によれば、前記薄膜層、前記保持部材、および前記変位伝達部が一体成形されているので、部品点数を減少させることができ、構成が容易になる。また、薄膜層および変位伝達部、薄膜層および突出部が剥離することがなく、耐圧性を維持させることができる。
この発明によれば薄膜層と環状部材と変位伝達部とが、一体成形されているので、環状部材や変位伝達部が薄膜層から剥離することがない。したがって、これらの薄膜層、環状部材、および変位伝達部は、長時間の使用でも剥離などによる劣化が発生しない。さらに、これらの薄膜層、環状部材、および変位伝達部を一体成形するため、薄膜層と、環状部材および変位伝達部との接着作業が省略でき、生産性が良好になる。
この発明によれば、薄膜層にフッ素樹脂が用いられている。フッ素樹脂は、耐食性に優れているため、腐食性の強い被検出流体を用いた場合でも、ダイアフラムの腐食を防止できる。例えば、このフッ素膜樹脂として、テフロン樹脂(イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標)などを用いた場合、ダイアフラムを被検出流体による腐食からより確実に防止できる。
この発明によれば、圧力センサモジュールは、ダイアフラムと対向する台座部を備え、検出部は、ダイアフラムとこの台座部との互いに対向する面に設けられる一対の電極を備えている。これにより、これらの電極によりコンデンサが形成され、ダイアフラムの変位量に基づいてこのコンデンサの静電容量が変化する。そして、検出部は、この静電容量変化を検出することで、被検出流体の圧力の検出が可能となる。静電容量変化を検出する検出部では、ダイアフラムの少量の変位でも正確に検出することができ、さらに誤差が少ないので、高精度な圧力の検出が可能となる。
この発明によれば、ひずみ検出部は、ダイアフラムと連結される検出部本体に設けられている。これにより、ひずみ検出部は、この検出部本体がダイアフラムの変位により弾性変形すると、この検出部本体の変形量を検出して、ダイアフラムの変位量を求めることができる。従って、簡単な構成で容易に圧力の検出が可能となる。
この発明によれば、ダイアフラムに直接ひずみゲージを取り付けている。これにより、圧力センサモジュールの構成のさらなる簡略化が可能となる。したがって、生産コストを低減させることができる。さらに、ダイアフラムに直接ひずみゲージを設けているため、ダイアフラムの変位量を直接検出することができる。したがって、被検出流体の検出精度を向上させることができる。
この発明によれば、ダイアフラムの開口部側に薄膜を貼り付けている。これにより、たとえ、被検出流体の腐食性ガス成分が薄膜層を透過したとしても、ダイアフラムは薄膜により防護されているので腐食されることはなく、通気孔よりこのような腐食性ガス成分を即座に除去または希釈できる。したがって、より確実にダイアフラムの腐食を防止できるので、圧力センサモジュールの寿命をより確実に伸ばすことができる。
この発明では、長時間の使用でも、腐食性のガスや薬液などでダイアフラムを腐食することがないので、検出精度を維持でき、圧力検査装置の長寿命化が図れる。
この発明によれば、ケースに保持部材を設け、薄膜層をケースに固定して保持空間を形成する。この発明によれば、別途保持部材を用意することなく、ケースの一部で代用させることができ、生産性が良好になる。
この発明によれば、上ケース部と下ケース部で薄膜層を挟持することで、容易に薄膜層を固定することができる。この際、薄膜層が例えばテフロン(イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標)などの弾性を有する合成樹脂で形成されていれば、上ケース部と下ケース部で薄膜層を挟持することで十分に密閉性を高めることができる。
この発明によれば、上ケース部または下ケース部に設けられる固定溝に薄膜層の固定突起を嵌合することで、薄膜層の固定をより強固にすることができ、薄膜層とケースとの密閉性をより高めることができる。
以下、本発明に係る第1の実施の形態の圧力トランスミッタについて図面に基づいて説明する。
図1において、圧力検出装置としての圧力トランスミッタ1は、配管内の所定の位置に接続され、配管内を流れる被検出流体の圧力を測定する圧力測定装置である。なお、ここでは圧力トランスミッタ1について説明するが、これに限らず、例えば、室内の圧力を検出し、その圧力値において異なる信号を発する圧力スイッチなどにも用いることができる。また、この圧力トランスミッタ1で測定可能な被検出流体としては、本実施の形態では、腐食性の強いガス、あるいは薬液などの流体を用いて説明するが、これに限らず、その他の気体、液体、ゲル状体など、様々な流体の圧力検出に用いることができる。この圧力トランスミッタ1は、一端に開口部10Aを有する略円筒状に形成されたケースとしてのケース10と、このケース10内に格納される例えば静電容量式の圧力センサ素子20と、被検出流体の圧力を受圧する受圧部30と、圧力センサ素子20の静電容量の変化を所定の電気信号に変換する変換回路40と、被検出流体を受圧部30まで導く図示しない継ぎ手と、を備えている。そして、ケース10内部に設けられる後述する台座部13の一面に対向配置される圧力センサ素子20と、受圧部30などにより圧力センサモジュール2が構成されている。
上記のような第1の実施の形態の圧力トランスミッタ1の圧力センサモジュール2では、ダイアフラム22と薄膜層31との間に保持空間34が形成され、この保持空間34に第1ケース11の外部と連通した通気孔321および連通孔111とが設けられている。このため、被検出流体として、例えば腐食性のガスや薬液などを用いた場合、腐食性ガスや、薬液の腐食性ガス成分が薄膜層31から保持空間34まで透過したとしても、保持空間34に形成された通気孔321から連通孔111を通ってケース10の外部に透過した被検出流体を除去または希釈することができる。したがって、例えば、圧力センサモジュール2を長時間使用した場合でも、薄膜層31を透過した腐食性ガス成分を即座に除去または希釈でき、被検出流体によるダイアフラム22の腐食を防止できる。これにより、圧力センサモジュール2の測定精度を長時間維持できるとともに、圧力センサモジュール2の耐久力を長時間維持させることができるので、圧力センサモジュール2の長寿命化が図れる。
次に、本発明に係る第2の実施の形態の圧力トランスミッタについて図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、第1の実施の携帯において既に説明した部位には、同一符号を付し、その説明を省略若しくは簡略にする。
図3において、圧力検出装置としての圧力トランスミッタ1Aは、第1の実施の形態の圧力トランスミッタ1Aと同様に、配管内の所定の位置に接続され、配管内を流れる被検出流体としての被検出流体の圧力を測定する圧力測定装置である。また、この圧力トランスミッタ1Aで測定可能な被検出流体としては、第1の実施の形態と同様に、腐食性の強いガス、あるいは薬液などの流体を用いて説明するが、これに限らず、その他の気体、液体、ゲル状体など、様々な流体の圧力検出に用いることができる。この圧力トランスミッタ1Aは、一端に開口部10Aを有する略円筒状に形成されたケース10と、このケース10内に格納される例えば静電容量式の圧力センサ素子20と、被検出流体の圧力を受圧する受圧部70と、圧力センサ素子20の静電容量の変化を所定の電気信号に変換する変換回路40と、被検出流体を受圧部70まで導く図示しない継ぎ手と、を備えている。そして、ケース10内部に設けられる後述する台座部13の一面に対向配置されるダイアフラム22と、圧力センサ素子20と、受圧部70などにより圧力センサモジュール2Aが構成されている。
上述したように、第2の実施の形態の圧力トランスミッタ1Aの圧力センサモジュール2Aでは、ダイアフラム22とカップ状受圧薄膜71との間に保持空間34が形成され、この保持空間34に第1ケース11の外部と連通した連通孔111が設けられている。このため、第1の実施の形態の圧力トランスミッタ1と同様に、被検出流体として、例えば腐食性のガスや薬液などを用いた場合、腐食性ガスや、薬液の腐食性ガス成分がカップ状受圧薄膜71から保持空間34まで透過したとしても、保持空間34に連通する連通孔111を通ってケース10の外部に透過した被検出流体を除去または希釈することができる。したがって、例えば、圧力センサモジュール2Aを長時間使用した場合でも、カップ状受圧薄膜71を透過した腐食性ガス成分を即座に除去または希釈でき、被検出流体によるダイアフラム22の腐食を防止できる。これにより、圧力センサモジュール2Aの測定精度を長時間維持できるとともに、圧力センサモジュール2Aの耐久力を長時間維持させることができるので、圧力センサモジュール2Aの長寿命化が図れる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
また、連結部62は、先端部がダイアフラム22の略中心に固定され、ダイアフラム22の変位量を検出部本体61に伝達している。したがって、例えば、被検出流体の圧力が負圧の場合において、ダイアフラム22が受圧部30側に変位したとしても、このダイアフラム22の変位を正確に検出部本体61に伝達できる。
Claims (17)
- 被検出流体の圧力により変位可能な薄板状のダイアフラムと、前記ダイアフラムに配置されるとともに、前記ダイアフラムの変位を検出する検出部と、を備えた圧力センサモジュールであって、
前記ダイアフラムの前記検出部側の面とは反対側の面に対向して配置されるとともに、保持部材により形成される保持空間を介して設けられて、前記被検出流体の圧力により変位可能な薄膜層と、
前記薄膜層の変位を前記ダイアフラムに伝達する変位伝達部と、
前記保持空間および外部空間を連通させる通気孔と、
を備え、
前記薄膜層は、前記ダイアフラムに対向する底面部と、この底面部の外周部から前記ダイアフラムと反対側に延出する筒状部と、を備えた略カップ状に形成され、前記筒状部の外周端が前記保持部材に固定される
ことを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記保持部材は、前記ダイアフラムおよび前記薄膜層の外周部に形成される環状部材であることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項2に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記通気孔は、前記環状部材に複数形成されていることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記変位伝達部は、前記ダイアフラムおよび前記薄膜層の双方に固定されたことを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記変位伝達部は、前記底面部の略中心位置の前記ダイアフラム側に突出するとともに、前記底面部の表面から前記変位伝達部の先端にかけて湾曲する状態に形成されたことを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項5に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記底面部の前記変位伝達部が設けられる側とは反対側に、前記底面部の表面から先端にかけて湾曲する状態に突出形成される突出部を備えたことを特徴とした圧力モジュール。 - 請求項6に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記薄膜層、前記変位伝達部、および前記突出部は一体成形されていることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記薄膜層、前記保持部材、および前記変位伝達部は一体成形されていることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記ダイアフラムの検出部側面に対向して台座部が設けられ、前記検出部は、前記ダイアフラムの検出部側面、および前記台座部の前記ダイアフラムと対向する面に設けられる一対の電極によってコンデンサを形成したことを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記検出部は、前記ダイアフラムの変位によるひずみを検出するひずみ検出部であることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項10に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記ひずみ検出部は、前記ダイアフラムと所定間隔をあけて配置され、前記ダイアフラムと連結部により連結される弾性変形可能な検出部本体に設けられることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項11に記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記ひずみ検出部は、前記ダイアフラムに当接して配置されることを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の圧力センサモジュールにおいて、
前記ダイアフラムの前記薄膜層側の面に薄膜を貼り付けたことを特徴とした圧力センサモジュール。 - 請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の圧力センサモジュールと、
前記圧力センサモジュールを内部に収納するとともに、前記薄膜層の前記ダイアフラムとは反対側面が臨む状態に開口する開口部を備えたケースと、
を具備したことを特徴とした圧力検出装置。 - 請求項14に記載の圧力検出装置において、
前記ケースは、一部に前記保持部材を備え、前記薄膜層の外周部を固定して前記ダイアフラムおよび前記薄膜層の間に保持空間を形成することを特徴とした圧力検出装置。 - 請求項15に記載の圧力検出装置において、
前記ケースは、前記薄膜層の前記ダイアフラム側に配置される上ケース部、および前記薄膜層の前記ダイアフラムと反対側に配置される下ケース部を備え、前記薄膜層は、前記上ケース部および前記下ケース部に挟持されて固定されることを特徴とした圧力検出装置。 - 請求項16に記載の圧力検出装置において、
前記上ケース部および前記下ケース部のうち少なくともいずれか一方は、前記薄膜層が固定される位置の少なくとも一部に固定溝を有し、前記薄膜層は、外周部に前記固定溝に嵌合する固定突起を備え、この固定突起を前記固定溝に嵌合した状態で前記上ケースおよび前記下ケースに挟持されて固定されることを特徴とした圧力検出装置。
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