JPH0513782A - 圧力センサの金属製ダイヤフラム - Google Patents
圧力センサの金属製ダイヤフラムInfo
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- JPH0513782A JPH0513782A JP16440591A JP16440591A JPH0513782A JP H0513782 A JPH0513782 A JP H0513782A JP 16440591 A JP16440591 A JP 16440591A JP 16440591 A JP16440591 A JP 16440591A JP H0513782 A JPH0513782 A JP H0513782A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧力センサの金属製ダイヤフラムの構造を簡
素にする。 【構成】 金属製ダイヤフラムの本体６を、Ｃｒ＋Ｍｏ
２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５％を
主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に４０
０〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成する。該合金
は耐腐食性に優れ、圧力を測定するべき腐食性の流体が
受圧面８ａに直に触れても腐食しない。また、機械特性
に優れ、受圧面８ａを成形しやすい。このため、圧力セ
ンサの感度が向上する。
素にする。 【構成】 金属製ダイヤフラムの本体６を、Ｃｒ＋Ｍｏ
２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５％を
主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に４０
０〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成する。該合金
は耐腐食性に優れ、圧力を測定するべき腐食性の流体が
受圧面８ａに直に触れても腐食しない。また、機械特性
に優れ、受圧面８ａを成形しやすい。このため、圧力セ
ンサの感度が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、産業機器、化学機器、
半導体製造機器等における、特に空気に比べて腐食性の
高い気体や液体等の流体のライン圧力を測定するための
圧力センサの金属製ダイヤフラムに関する。
半導体製造機器等における、特に空気に比べて腐食性の
高い気体や液体等の流体のライン圧力を測定するための
圧力センサの金属製ダイヤフラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の圧力センサの受圧部は、一般に
金属製ダイヤフラムで構成されるが、この金属としては
弾性特性に優れ、かつ耐蝕性に優れるものを使用する必
要がある。
金属製ダイヤフラムで構成されるが、この金属としては
弾性特性に優れ、かつ耐蝕性に優れるものを使用する必
要がある。
【０００３】従来、そのような金属としてステンレス鋼
の一種であるＳＵＳ６３０を用いている。しかし、この
ステンレス鋼は、弾性特性に優れるが、圧力配管材とし
て用いられるＳＵＳ ３１６と比べ耐蝕性に劣るという
欠点がある。
の一種であるＳＵＳ６３０を用いている。しかし、この
ステンレス鋼は、弾性特性に優れるが、圧力配管材とし
て用いられるＳＵＳ ３１６と比べ耐蝕性に劣るという
欠点がある。
【０００４】一方、耐蝕性に優れる金属材料としてはハ
ステロイ、チタン等があるが、これらは複雑な機械加工
を施すのが困難である。また、弾性特性が劣り、歪ゲー
ジを配するダイヤフラム受圧部の材質としてはあまり適
さない。
ステロイ、チタン等があるが、これらは複雑な機械加工
を施すのが困難である。また、弾性特性が劣り、歪ゲー
ジを配するダイヤフラム受圧部の材質としてはあまり適
さない。
【０００５】そのため、従来、耐蝕性の要求される圧力
センサとしては、図３に示されるような構造のものが使
用されている。すなわち、上記ＳＵＳ６３０のような弾
性に富む金属製ダイヤフラム１の下部に、耐蝕性に優れ
る材料からなる隔膜２を接着固定し、ダイヤフラム１と
隔膜２との間に液体３を封入しておくのである。そし
て、隔膜２の外面を１次受圧面として被測定体である流
体と接触せしめ、そこに加わる流体圧を封入液３を介し
てダイヤフラム受圧面４に伝達し、これを歪ゲージ５よ
り抵抗値の変化として検出するのである。
センサとしては、図３に示されるような構造のものが使
用されている。すなわち、上記ＳＵＳ６３０のような弾
性に富む金属製ダイヤフラム１の下部に、耐蝕性に優れ
る材料からなる隔膜２を接着固定し、ダイヤフラム１と
隔膜２との間に液体３を封入しておくのである。そし
て、隔膜２の外面を１次受圧面として被測定体である流
体と接触せしめ、そこに加わる流体圧を封入液３を介し
てダイヤフラム受圧面４に伝達し、これを歪ゲージ５よ
り抵抗値の変化として検出するのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の金属製ダイヤフラムは、隔膜や封入液を設ける必要
があるので、構造が大型化、複雑化し、かつその組立や
組み付けが面倒になるという欠点がある。
来の金属製ダイヤフラムは、隔膜や封入液を設ける必要
があるので、構造が大型化、複雑化し、かつその組立や
組み付けが面倒になるという欠点がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本第１の発明は、受圧面と反対面上に絶縁膜を介し
て歪ゲージが形成された圧力センサの金属製ダイヤフラ
ムにおいて、該金属製ダイヤフラムの本体が、Ｃｒ＋Ｍ
ｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５％
を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に４
００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成された構成
を採用し、本第２の発明は、本第１の発明における前記
歪ゲージが結晶性シリコン薄膜で出来た構成を採用し、
本第３の発明は、本第２の発明における前記熱処理が前
記結晶性シリコン薄膜の形成過程においてなされた構成
を採用している。
め、本第１の発明は、受圧面と反対面上に絶縁膜を介し
て歪ゲージが形成された圧力センサの金属製ダイヤフラ
ムにおいて、該金属製ダイヤフラムの本体が、Ｃｒ＋Ｍ
ｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５％
を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に４
００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成された構成
を採用し、本第２の発明は、本第１の発明における前記
歪ゲージが結晶性シリコン薄膜で出来た構成を採用し、
本第３の発明は、本第２の発明における前記熱処理が前
記結晶性シリコン薄膜の形成過程においてなされた構成
を採用している。
【０００８】
【作用】腐食性の流体は、金属製ダイヤフラムの受圧面
に直に接触する。金属製ダイヤフラムの本体は、Ｃｒ＋
Ｍｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５
％を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に
４００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成されてい
ることから、上記流体に対し耐腐食性を有する。
に直に接触する。金属製ダイヤフラムの本体は、Ｃｒ＋
Ｍｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５
％を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に
４００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成されてい
ることから、上記流体に対し耐腐食性を有する。
【０００９】また、この合金は高弾性を有し、受圧面に
加わる圧力の変化に対して的確に応答する。歪ゲージ
は、受圧面に加わる圧力の変化に応じその抵抗値を変え
る。
加わる圧力の変化に対して的確に応答する。歪ゲージ
は、受圧面に加わる圧力の変化に応じその抵抗値を変え
る。
【００１０】圧力センサは、この抵抗値の変化を圧力の
変化として出力する。なお、歪ゲージとなる結晶性シリ
コン薄膜の形成を合金の熱処理時に行うようにすれば、
ダイヤフラムの製造工程が簡略化される。
変化として出力する。なお、歪ゲージとなる結晶性シリ
コン薄膜の形成を合金の熱処理時に行うようにすれば、
ダイヤフラムの製造工程が簡略化される。
【００１１】
【実施例】以下、図１及び図２に基づき本発明に係る金
属製ダイヤフラムの実施例について説明する。
属製ダイヤフラムの実施例について説明する。
【００１２】図１に示されるように、金属製ダイヤフラ
ムの本体６は、円筒部７と、この円筒部７の上端を閉じ
る薄膜部８と、円筒部７の外周のフランジ９とを含んで
いる。
ムの本体６は、円筒部７と、この円筒部７の上端を閉じ
る薄膜部８と、円筒部７の外周のフランジ９とを含んで
いる。
【００１３】前記薄膜部８の内面は圧力を測定するべき
流体と接する受圧面８ａとなっている。この流体は、例
えば半導体製造装置等で使用される腐食性の高いガス等
の流体である。
流体と接する受圧面８ａとなっている。この流体は、例
えば半導体製造装置等で使用される腐食性の高いガス等
の流体である。
【００１４】また、前記薄膜部８の受圧面８ａと反対側
の外面には、絶縁膜１０を介して歪ゲージ１１が形成さ
れている。この場合、絶縁膜１０はＳｉＯ2により形成
されており、歪ゲージ１１は結晶性シリコン薄膜により
形成されている。
の外面には、絶縁膜１０を介して歪ゲージ１１が形成さ
れている。この場合、絶縁膜１０はＳｉＯ2により形成
されており、歪ゲージ１１は結晶性シリコン薄膜により
形成されている。
【００１５】因みに、歪ゲージ１１として結晶性シリコ
ン薄膜を使用すると、貼り付け式金属ゲージの場合（Ｇ
Ｆ＝２）に比し、ゲージファクタ（ＧＦ）が６〜７倍に
なり、高出力が得られる。
ン薄膜を使用すると、貼り付け式金属ゲージの場合（Ｇ
Ｆ＝２）に比し、ゲージファクタ（ＧＦ）が６〜７倍に
なり、高出力が得られる。
【００１６】前記金属製ダイヤフラムの本体６は、その
円筒部７の下端にて流体の導管、容器等（図示せず）に
気密的に固着され、円筒部７の空洞７ａ内に流体を導入
することとなる。そして、薄膜部８が流体の圧力の変動
に応じて変形し、さらに歪ゲージ１１がその抵抗値を変
えることとなる。
円筒部７の下端にて流体の導管、容器等（図示せず）に
気密的に固着され、円筒部７の空洞７ａ内に流体を導入
することとなる。そして、薄膜部８が流体の圧力の変動
に応じて変形し、さらに歪ゲージ１１がその抵抗値を変
えることとなる。
【００１７】前記金属製ダイヤフラムの本体６は、Ｃｒ
＋Ｍｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４
５％を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後
に４００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成されて
いる。
＋Ｍｏ２０〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４
５％を主成分とし、２０％以上の冷間加工が施された後
に４００〜６００°Ｃで熱処理された合金で形成されて
いる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】
この実施例では、合金の主要成分は表１のようになって
いる。また、この合金には、望ましくは、他の成分とし
て、Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅが各０．１〜５％、Ｎｂが
０．１〜３％、希土類元素１種又は２種以上が０．０１
〜１％添加されている。
いる。また、この合金には、望ましくは、他の成分とし
て、Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｆｅが各０．１〜５％、Ｎｂが
０．１〜３％、希土類元素１種又は２種以上が０．０１
〜１％添加されている。
【００２０】上記のような主要成分の組成を有すること
から、この合金は表２で示されるように、高度な耐蝕性
を備えることとなっている。なお、表２において示され
る数値は、各種薬液に対する合金の表面腐食減量（ｍｇ
／ｃｍ2 ／時）である。また、この試験を行った温度は
６０°Ｃである。
から、この合金は表２で示されるように、高度な耐蝕性
を備えることとなっている。なお、表２において示され
る数値は、各種薬液に対する合金の表面腐食減量（ｍｇ
／ｃｍ2 ／時）である。また、この試験を行った温度は
６０°Ｃである。
【００２１】前記合金の加工度は２０％以上である。前
記合金の熱処理は、前記歪ゲージとなる結晶性シリコン
薄膜の形成時になされる。
記合金の熱処理は、前記歪ゲージとなる結晶性シリコン
薄膜の形成時になされる。
【００２２】この熱処理により、上記組成であれば、２
０％の加工度であっても前記薄膜部８にダイヤフラムと
しての必要な弾性特性が得られる。ここで、上記金属製
ダイヤフラムの製造工程について、図２に基づいて説明
する。
０％の加工度であっても前記薄膜部８にダイヤフラムと
しての必要な弾性特性が得られる。ここで、上記金属製
ダイヤフラムの製造工程について、図２に基づいて説明
する。
【００２３】まず、前記組成の合金を用いて冷間加工に
より金属製ダイヤフラムの本体６を成形する（図２
（Ａ））。次いで、この本体６を４００°Ｃ以上に加熱
しつつ、化学蒸着法（ＰＣＶＤ法）によりＳｉＯ2 から
なる絶縁膜１０を薄膜部８に付着形成する（図２
（Ｂ））。
より金属製ダイヤフラムの本体６を成形する（図２
（Ａ））。次いで、この本体６を４００°Ｃ以上に加熱
しつつ、化学蒸着法（ＰＣＶＤ法）によりＳｉＯ2 から
なる絶縁膜１０を薄膜部８に付着形成する（図２
（Ｂ））。
【００２４】そして、該本体６をさらに５００〜６００
°Ｃに加熱しつつ、絶縁膜１０上にＰＣＶＤ法により結
晶性シリコン薄膜１２を付着形成する（図２（Ｃ））。
なお、このように絶縁膜１０及び結晶性シリコン薄膜１
２の形成に際し４００〜６００°Ｃで加熱されることと
なるので、ダイヤフラムとして必要な前記合金の弾性特
性を得るための熱処理を省くことができる。
°Ｃに加熱しつつ、絶縁膜１０上にＰＣＶＤ法により結
晶性シリコン薄膜１２を付着形成する（図２（Ｃ））。
なお、このように絶縁膜１０及び結晶性シリコン薄膜１
２の形成に際し４００〜６００°Ｃで加熱されることと
なるので、ダイヤフラムとして必要な前記合金の弾性特
性を得るための熱処理を省くことができる。
【００２５】この後、室温にて前記結晶性シリコン薄膜
１２を部分エッチングし、歪ゲージ１１を形成する（図
２（Ｄ））。これにより、図１に示されると同様な金属
製ダイヤフラムが得られる。
１２を部分エッチングし、歪ゲージ１１を形成する（図
２（Ｄ））。これにより、図１に示されると同様な金属
製ダイヤフラムが得られる。
【００２６】次に、上記金属製ダイヤフラムの作用につ
いて説明する。金属製ダイヤフラムの円筒部７の下端を
腐食性流体の流れるパイプ或いはタンク等に気密的に連
結する。
いて説明する。金属製ダイヤフラムの円筒部７の下端を
腐食性流体の流れるパイプ或いはタンク等に気密的に連
結する。
【００２７】これにより、流体圧が受圧面８ａに作用
し、流体圧の変動に応じて薄膜部８が変形する。これは
歪ゲージ１１の抵抗値の変化として検出される。
し、流体圧の変動に応じて薄膜部８が変形する。これは
歪ゲージ１１の抵抗値の変化として検出される。
【００２８】しかして、該金属製ダイヤフラムを受圧部
として含む圧力センサは、流体圧の信号を出力すること
となる。
として含む圧力センサは、流体圧の信号を出力すること
となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されるの
で、受圧面を腐食性の流体に直に接触させることがで
き、かつダイヤフラム本体の受圧面の箇所の厚さ等を適
正に設定することができる。従って、圧力変化に対する
応答性を良くすることができ、圧力センサの性能を高め
ることができる。
で、受圧面を腐食性の流体に直に接触させることがで
き、かつダイヤフラム本体の受圧面の箇所の厚さ等を適
正に設定することができる。従って、圧力変化に対する
応答性を良くすることができ、圧力センサの性能を高め
ることができる。
【００３０】また、歪ゲージは合金の熱処理時の熱を利
用して熱処理と同時に形成することが可能となるので、
製造工程の簡略化にも寄与することができる。
用して熱処理と同時に形成することが可能となるので、
製造工程の簡略化にも寄与することができる。
【図１】本発明に係る金属製ダイヤフラムの垂直断面図
である。
である。
【図２】上記金属製ダイヤフラムの製造工程の説明図で
ある。
ある。
【図３】従来の金属製ダイヤフラムの垂直断面図であ
る。
る。
６…金属製ダイヤフラムの本体
８…薄膜部
８ａ…受圧面
１０…絶縁膜
１１…歪ゲージ
１２…結晶性シリコン薄膜
Claims (3)
- 【請求項１】 受圧面と反対面上に絶縁膜を介して歪ゲ
ージが形成された圧力センサの金属製ダイヤフラムにお
いて、該金属製ダイヤフラムの本体が、Ｃｒ＋Ｍｏ２０
〜４０％，Ｎｉ２０〜５０％，Ｃｏ２５〜４５％を主成
分とし、２０％以上の冷間加工が施された後に４００〜
６００°Ｃで熱処理された合金で形成されていることを
特徴とする圧力センサの金属製ダイヤフラム。 - 【請求項２】 前記歪ゲージが結晶性シリコン薄膜で出
来ていることを特徴とする請求項１の圧力センサの金属
製ダイヤフラム。 - 【請求項３】 前記熱処理が前記結晶性シリコン薄膜の
形成過程においてなされたことを特徴とする請求項２の
圧力センサの金属製ダイヤフラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03164405A JP3084304B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 圧力センサの金属製ダイヤフラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03164405A JP3084304B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 圧力センサの金属製ダイヤフラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513782A true JPH0513782A (ja) | 1993-01-22 |
| JP3084304B2 JP3084304B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=15792517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03164405A Expired - Fee Related JP3084304B2 (ja) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | 圧力センサの金属製ダイヤフラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084304B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2020184434A1 (ja) | 2019-03-11 | 2020-09-17 | Tdk株式会社 | 圧力センサ |
| CN112771359A (zh) * | 2018-10-09 | 2021-05-07 | 株式会社富士金 | 压力传感器 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-07-04 JP JP03164405A patent/JP3084304B2/ja not_active Expired - Fee Related
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