JPH0585855B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体等の圧力を検出する圧力検出装
置に係り、特に微圧のゲージ圧を測定する際に利
用する圧力検出装置に関する。

〔従来技術〕

圧力検出装置は、通例大気圧との差（圧力計は
大気圧以上の、真空計はそれ以下の）を示すよう
になつている。このように大気圧を基準とした圧
力の大きさをゲージ圧といい、微圧のゲージ圧の
検出には、その圧力測定時の大気圧を基準にしな
いと正確な圧力測定が不可能である。この場合、
起歪部を構成するダイヤフラムの受圧面の裏側に
おける背圧を大気圧と導通させることが必要とな
る。この為、従来はダイヤフラムを収納している
筐体の一部に大気導入用孔を穿設し、この大気導
入用孔からダイヤフラムに大気を導入していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の圧力検出装置において
は、前記大気導入用孔から塵埃や湿気が入り込み
歪ゲージと直接接触するため、歪ゲージそのもの
の抵抗値が経時的に変化して正確な圧力測定が行
えなかつたり、塵埃そのものによつて歪ゲージが
損傷したりする場合があつた。また塵埃や湿気に
よつて歪ゲージから電流がリークするおそれもあ
り、水分や湿気により歪ゲージが腐食する等の
種々の欠点もあつた。

さらに、斯かる圧力検出装置を液面計として利
用する場合には、チユーブ等により大気迄引つぱ
り出さなくてはならず、極めて繁雑であつた。

さらに、湿気等が信号用ケーブルと歪ゲージと
の間の接続部に付着し、上記と同様な問題を引き
起こすおそれもあつた。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもの
で、その目的とする処は、外気の塵埃や湿気等の
影響を受けにくく、簡易に背圧を大気と導通させ
ることができる圧力検出装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、起歪部を
構成するダイヤフラムの受圧面の反対側の面に歪
ゲージが形成され、該反対側の面に上記歪ゲージ
を密封するシールキヤツプが装着され、該シール
キヤツプの外側から信号用ケーブルが上記歪ゲー
ジに接続された圧力検出装置において、上記信号
用ケーブル内には通気パイプが介在し、該通気パ
イプの一端が清浄な大気中に開口し、他端が上記
シールキヤツプ内に開口しており、上記シールキ
ヤツプの外側には上記信号用ケーブルと上記歪ゲ
ージとの接続部を大気から遮断する樹脂が充填さ
れた構成を採用している。

〔作用〕

ダイヤフラムの受圧面の反対側の面に歪ゲージ
が形成され、測定体は受圧面に触れる。歪ゲージ
と測定体との間には１枚のダイヤフラムが介在す
るのみであるから、測定精度が向上する。圧力検
出装置の構造も簡素になる。

歪ゲージはシールキヤツプに覆われ、シールキ
ヤツプ内は通気パイプを介し清浄な大気中に通じ
ているので、歪ゲージは外気の塵埃や湿気等の影
響を受けない。また、シールキヤツプの外側には
信号用ケーブルと歪ゲージとの接続部を大気から
遮断する樹脂が充填されているので、該接続部も
外気の塵埃や湿気等の影響を受けない。このた
め、歪ゲージ等の腐食や劣化を防止し、抵抗値や
零点の変動を防いで、圧力測定を正確に行うこと
ができる。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第３図に図示した実施例に基
づいて本発明を詳細に説明する。

第１図において、符号１はステンレス製のダイ
ヤフラムであり、このダイヤフラム１は中央下面
に凹部を形成することにより薄板部を形成し、こ
の薄板部によつて起歪部１ａを構成している。こ
のダイヤフラム１の上面には絶縁膜として機能す
る酸化圭素（SiO₂）薄膜２が形成されている。

斯かる酸化圭素薄膜２の形成にはプラズマ
CVD（Chemical Vapour Deposition）法が採用
されており、以下にプラズマCVD法を遂行する
ためのプラズマCVD装置について説明する。

プラズマCVD装置は、誘導結合方式および容
量結合方式のものがある（詳しくは、菅野卓雄編
著「半導体プロセス技術」産業図書）。

ここでは、平行平板型の容量結合型プラズマ
CVD装置を使用した場合について説明する。

第３図は、容量結合型プラズマCVD装置３０
の一実施例であり、反応室３１内には丸型の高周
波電極３２と基板電極３３が対向して配設されて
いる。前記反応室３１の外側部近傍には、真空ポ
ンプ（図示せず）に連通するための連通路３４，
３４が形成されていて、前記真空ポンプにより反
応室３１内が排気されるようになつている。

一方、前記基板電極３３の中央部にはガス導入
路３５が形成されており、このガス導入路３５が
三方に分岐されていて、左端の分岐路は開閉弁
SV₁を介して水素化ケイ素ガス（SiH₄）供給源
３６に連通され、中間の分岐路は開閉弁SV₂を介
して一酸化二窒素ガス（N_aＯ）供給源３７に連
通され、そして右端の分岐路は開閉弁SV₃を介し
て水素化ホウ素ガス（B₂H₆）供給源３８に連通
されている。

また、前記基板電極３３は磁気回転機構３９に
より回転可能に構成されており、そしてこの基板
電極３３の下方にはヒータ４０が配設されてい
て、このヒータ４０により反応室３１内の基板電
極３３の温度がコントロールされるようになつて
いる。

次に、上記プラズマCVD装置によりダイヤフ
ラム１の上面に酸化圭素薄膜２を析出させる方法
ついて説明する。

まず、表面を研摩洗浄等の表面処理をしたダイ
ヤフラム１を反応室３１内の基板電極３３上に配
置し、反応室３１内の空気を前記真空ポンプによ
り排気する。そして開閉弁SV₁およびSV₂を開放
し、水素化ケイ素ガス供給源３６よりSiH₄ガス
（N₂90％希釈）を、一酸化二窒素ガス供給源３７
よりN₂Ｏガスをガス導入路から反応室３１内に
導入する。このときN₂ＯガスとSiH₄ガスからな
る反応ガスの混合比は10：１である。また、
SiH₄ガスとN₂Ｏガスの流量はニードルバルブで
微調整されて、たとえば反応ガスの総流量は
140SCCM（20℃１気圧での１分間あたりのcm³）で
調整した。そして、この反応ガスに基板電極３３
と高周波電極３２とにより高周波電界を印加し、
その電気的エネルギを利用して反応ガスを活性化
し、この第１プラズマ雰囲気下で気体状物質を反
応させてダイヤフラム１の上面に酸化圭素薄膜２
を析出させる。このとき基板電極３３の下方に配
設されたヒータ４０によりダイヤフラム１は加熱
されるが、ダイヤフラム１の温度は約250〜500℃
の範囲の一定温度に保たれている。また反応室３
１内の圧力は10Pa（パスカル）に保たれている。
気体分子の平均自由行程は絶対圧力に反比例する
ので、常圧における時よりも低圧の時の方が平均
自由行程が大きいため、形成される酸化圭素薄膜
の均一性が良い。一方、10^-3Pa以下の超低圧で
は平均自由行程が大きくなり過ぎ、気体分子のま
わり込みが悪くなり、凹凸面への膜の形成が出来
にくくなる。したがつて反応室３１内の圧力は
10²Pa〜10^-3Paの範囲内にあることが望ましい
が、プラズマCVD法は10Pa〜10^-3Paの範囲で行
われるので凹凸面にも均一でまわり込みの良い酸
化圭素薄膜を形成することができる。なお、ここ
では前記したように10Paの圧力で行なつた。

そして基板電極３３と高周波電極３２間のR.F.
電力は70W印加し所定時間保持し酸化圭素薄膜２
をダイヤフラム１上に所定厚さ堆積させた。

このあと、反応室３１内を前記真空ポンプで排
気し、絶縁膜形成時のガスを一掃して残留しない
ようにした後、ダイヤフラム１を約400〜650℃の
範囲の一定温度に加熱するとともに、開閉弁SV₁
およびSV₃を開放し、SiH₄ガス（N₂90％希釈）
とB₂H₆ガス（1500ppm、H₂希釈）とを反応室３
１内に導入する。このときSiH₄ガスとB₂H₆ガス
からなる反応ガスの混合比は100：0.01〜100：２
の範囲内のものを選定し、反応室３１内の圧力は
前述と同様に適当なものを選定し、所定時間保持
する。

この第２プラズマ雰囲気下で気体状物質を反応
させてダイヤフラム１の酸化圭素薄膜２上にホウ
素化圭素（SiB）からなるシリコン薄膜を形成す
る。

そして、前記シリコン薄膜にホトエツチングを
施し、部分的にシリコン薄膜を残してその他の部
分を除去せしめ、残されたシリコン薄膜により歪
ゲージ３を形成し、この歪ゲージ３に金などの金
属を蒸着して電極を形成する。

以上述べた実施例において、プラズマCVD法
のパラメータ（例えば金属製起歪部の加熱温度、
ガスの成分および濃度、反応容器の形状、ガス流
量、容器内の圧力、処理時間等）は絶縁膜と歪ゲ
ージの特性、用途、形状等に応じて適宜変更でき
る。

上記のようにプラズマCVD法により酸化圭素
薄膜２および歪ゲージ３を形成したダイヤフラム
１上に蓋体状のシールキヤツプ４が装着されてい
る。

前記シールキヤツプ４はフアインセラミツク材
からなつており、比較的薄い板厚の円柱状のもの
であり、その下部には前記歪ゲージ３を収納する
ためのケーシング５が形成され、このケーシング
５の外周よりにボンデイング用貫通孔６が複数個
穿設されている。

また前記シールキヤツプ４の上面には、外部と
電気的接続を行うための複数個の接続用パツド
（図示せず）が添着されており、この接続用パツ
ドと歪ゲージ３用の電極とがボンデイングワイヤ
７によつて接続されている。

一方、前記接続パツドに電気的に接続される信
号用ケーブル８は、第２図にその断面図が図示さ
れており、外被９内にシールド線１０が配置さ
れ、このシールド線１０内に４本の被覆電線１１
が配置され、さらにこれらの被覆電線１１の中心
に通気パイプ１２が配置されている。

前記通気パイプ１２は、ケーブル８の配線作業
の障害とならないように曲がり易い可撓性材料が
使用されており、たとえばプラスチツク等の合成
樹脂材が用いられている。上記のように構成した
ケーブル８の被覆電線１１を第１図に図示するよ
うに前記接続パツドに接続し、通気パイプ１２を
シールキヤツプ４の貫通孔からケーシング５内に
挿入する。そして、最後に樹脂１３を充填し、シ
ールキヤツプ４や被覆電線１１と接続パツドとの
接続部等を密封するとともにケーブル８を固定す
る。該樹脂１３により、信号用ケーブル内の被覆
電線間の隙間を流れて来る外気を遮断し、この外
気に含まれた湿気等が上記接続部に触れないよう
にすることができる。

なお、符号１４は外筒であり、ダイヤフラム１
の大径部上に固着されている。

以上のように構成した圧力検出装置を、ダイヤ
フラム１の受圧面（起歪部１ａの下面）が測定体
に直接接触するように取り付け、信号用ケーブル
８を測定装置（歪ゲージ３からの信号を処理する
装置であり図示していない）まで延長して配線
し、この測定装置が設置されている清浄な環境の
室内に前記信号用ケーブル８内の通気パイプ１２
の開放端を開放する。かくして、前記通気パイプ
１２の開放端より清浄な空気がケーシング５内に
導入され、ダイヤフラム１の背圧を大気と導通さ
せることができる。

〔発明の効果〕

本発明においては、ダイヤフラムの受圧面の反
対側の面に歪ゲージが形成され、測定体が受圧面
に触れるようになつている。このため、歪ゲージ
と測定体との間には１枚のダイヤフラムが介在す
るのみであり、測定精度を向上させることがで
き、かつ圧力検出装置の構造の簡素化を図ること
ができる。

また、歪ゲージはシールキヤツプに覆われ、シ
ールキヤツプ内は通気パイプを介し清浄な大気中
に通じており、シールキヤツプの外側には信号用
ケーブルと歪ゲージとの接続部を大気から遮断す
る樹脂が充填されているので、歪ゲージ及び接続
部に外気の塵埃や湿気等が触れないようにするこ
とができる。このため、歪ゲージ等の腐食や劣化
を防止し、抵抗値や零点の変動を防いで、圧力測
定を長時間に亘り正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力検出装置の断面図、
第２図はその構成部品であるケーブルの断面図、
第３図は本発明に係る圧力検出装置の製造装置で
ある容量結合型プラズマCVD装置の概略図であ
る。 １……ダイヤフラム、２……酸化圭素薄膜、３
……歪ゲージ、４……シールキヤツプ、５……ケ
ーシング、８……信号用ケーブル、９……外被、
１０……シールド線、１１……被覆電線、１２…
…通気パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 起歪部を構成するダイヤフラムの受圧面の反
   対側の面に歪ゲージが形成され、該反対側の面に
   上記歪ゲージを密封するシールキヤツプが装着さ
   れ、該シールキヤツプの外側から信号用ケーブル
   が上記歪ゲージに接続された圧力検出装置におい
   て、上記信号用ケーブル内には通気パイプが介在
   し、該通気パイプの一端が清浄な大気中に開口
   し、他端が上記シールキヤツプ内に開口してお
   り、上記シールキヤツプの外側には上記信号用ケ
   ーブルと上記歪ゲージとの接続部を大気から遮断
   する樹脂が充填されていることを特徴とする圧力
   検出装置。