JPH10132683A

JPH10132683A - 圧力検出器

Info

Publication number: JPH10132683A
Application number: JP30740496A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kikuchi; 誠一菊地; Hitoshi Wakai; 仁資若井; Yutaka Shimotori; 裕霜鳥; Yoshito Takehana; 良人竹花
Original assignee: S II D KK; Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: S II D KK; Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程を簡素化させ、かつ生産性の向上を
図るとともに、耐食性に優れた圧力検出器を提供するも
のである。【解決手段】ステム６は腐食性を有する媒体により変
位するダイアフラム７を一体に形成する。歪みセンサ
（圧力検出チップ）５はダイアフラム７上に接着され
る。ステム６をコバールガラス，タングステン封着ガラ
ス等からなる硼珪酸ガラスを用い溶融法や焼結法により
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体等の媒
体の圧力を検出する圧力検出器に関し、特に、腐食性を
有する前記媒体の圧力を検出可能な圧力検出器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】抵抗ブリッジＩＣチップ等の圧力検出チ
ップをダイアフラム等の受圧部の片面上に接着剤や低融
点ガラスを用いて接着するＣＯＤ型の圧力検出器は、例
えば特開平５−１５７６４９号公報で知られている。

【０００３】かかる圧力検出器は、耐食性を考慮した圧
力検出器であり、図４で示すように、上下方向に第１，
第２の凹部１ａ，１ｂと、第１の凹部１ａの底面から第
２の凹部１ｂの底面に連通する連通孔１ｃとを形成した
パイレックスガラスや石英ガラスからなる基台１を形成
し、この第１，第２の凹部１ａ，１ｂに、基台１と同材
料のガラス材料からなる薄肉状の第１，第２のダイアフ
ラム２，３を連通孔１ｃを覆うように接着材により配設
固定するとともに、第１，第２のダイアフラム２，３の
どちらか一方の表面にシリコン材料から形成される歪み
センサ５を接着材や低融点ガラス等により接着し、連通
孔１ｃにオイル等の圧力伝達部材４を充填してなるもの
である。

【０００４】そして、前述した圧力検出器を、例えば塩
酸等の腐食性を有する媒体の圧力を検出する場合は、歪
みセンサ５が配設されていないダイアフラム、即ち、図
中の第２のダイアフラム３を接液部側として用い、前記
媒体の圧力を第２のダイアフラム３から圧力伝達部材４
を介し第１のダイアフラム２に配設された歪みセンサ５
に伝達するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような耐食性に優
れた圧力検出器は、基台（後述するステムに相当する）
１とダイアフラム部とが別体に形成されていることか
ら、組立作業性が悪く生産性の向上が図れないという問
題がある。そこで、ガラス材料を用いて、基台１とダイ
アフラム部とを一体に形成する圧力検出器が望まれてい
る。しかしながら、前述したガラス材料のパイレックス
ガラスや石英ガラスでは、基台１に対し薄肉状のダイア
フラム部等を切削やエッチング処理にて形成しなくては
ならず、前記圧力検出器に比べ組み付け作業性は向上す
るものの、前記ダイアフラム部等の製造過程が非常に複
雑になるといった問題点がある。本発明は、前記問題点
に着目し、製造工程を簡素化させ、かつ生産性の向上を
図るとともに、従来同様に耐食性に優れた圧力検出器を
提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、腐食性を有する媒体の圧力を検出する圧力
検出器において、前記媒体により変位する受圧部を一体
に形成するステムと、前記受圧部の片面上に接着する圧
力検出チップとを備え、前記ステムを溶融法や焼結法に
より形成できるガラス材料から構成してなるものであ
る。

【０００７】また、前記ガラス材料は、前記圧力検出チ
ップの熱膨張係数と略一致するコバール封着ガラス，タ
ングステン封着ガラス等からなる硼珪酸ガラスからなる
ものである。

【０００８】また、前記硼珪酸ガラスは、アルカリ金属
酸化物及びアルカリ土類酸化物の含有量が１０．１％以
下のものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、腐食性を有する媒体の
圧力を検出する圧力検出器において、前記媒体の圧力に
より変位するダイアフラム（受圧部）７をステム６と一
体に形成するとともに、ダイアフラム７の片面上にシリ
コン等から形成される歪みセンサ（圧力検出チップ）５
を接着し、ステム６及びダイアフラム７を溶融法や焼結
法により形成できるガラス材料を用いて構成するもので
あり、従来薄肉のダイアフラムを切削やエッチング処理
により形成していたが、溶融法や焼結法によりステム６
と一体にダイアフラムを形成できることから、製造工程
を簡素化し、かつ生産性が向上する。また、前記ガラス
材料は、歪みセンサ５の熱膨張係数と略一致するコバー
ル封着ガラス，タングステン封着ガラス等からなる硼珪
酸ガラスを用いることにより、熱膨張差による誤った圧
力の検出を行うことが無いので、正確な圧力の検出が可
能である。

【００１０】また、前記硼珪酸ガラスは、アルカリ金属
酸化物及びアルカリ土類酸化物の含有量が１０．１％以
下であり、腐食性を有する媒体（例えば、塩酸）に侵さ
れにくいため、酸化珪素、窒化珪素あるいはガラスを腐
食するフッ化水素を除く腐食性を有する媒体の圧力の検
出が可能である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を添付図面に記載した実施例に
基づき説明するが、従来例と同一または相当箇所には同
一符号を付してその詳細な説明は省く。

【００１２】図１は、本発明のセンサヘッドを示す要部
断面図、図２は、センサヘッドをサポートパイプ等の取
付部に取り付ける際に用いるホルダーの要部断面図、図
３は、本発明のガラス材料の成分を示す図表である。

【００１３】図１において、６は、略円筒形状からな
り、後述するホルダーとの接合面６ａの内周縁に前記ホ
ルダー方向に突出する突出部６ｂと、後述する第１の回
路基板を配設するための段差部６ｃとを、例えば粉体ガ
ラスから焼結法により形成する（溶融法でも良い）、コ
バール封着ガラスやタングステン封着ガラス等の硼珪酸
ガラスからなるステム、７は、ステム６に一体形成され
薄肉状のダイアフラム（受圧部）、５は、シリコン等か
ら形成される歪みセンサであり、この歪みセンサ５は、
ダイアフラム７面に低融点ガラス等により接着すること
によりダイアフラム７と一体化され、ダイアフラム７の
微少歪みを検出するものである。８は、歪みセンサ５の
図示しない電極部からワイヤボンデングにより電気的に
接続され、歪みセンサ５の出力をリード線９を介し後述
する第２の回路基板に伝達するための第１の回路基板で
あり、この第１の回路基板８は、第１の回路基板８とス
テム６との熱膨張差によって発生する歪みを考慮し、シ
リコン系接着剤によりステム６の段差部６ｃに配設固定
されている。以上によりセンサヘッド（圧力検出器）１
０を構成する。

【００１４】図２において、１１は、センサヘッド１０
の接合面６ａに形成される突出部６ｂに対応する凹部１
１ａと、センサヘッド１０内の気圧と外部の気圧とを略
等しくするため、センサヘッド１０内外を連通する連通
部１１ｂと、後述する第２の回路基板を配設するための
段差部１１ｃとをセンサヘッド１０と同様に溶融法や焼
結法により形成し、センサヘッド１０と同材料からなる
ホルダー（歪み緩和部材）である。このホルダー１１は
下端部からセンサヘッド１０との接合面１１ｄ側に向か
って徐々に先細りとなるテーパ面１１ｅを有する略円錐
台形形状からなり、下端部には図示しないＯリングを介
し圧力ポート（取付部）に取り付けする際の取付片１１
ｆがホルダー１１と一体に形成されている。

【００１５】１２は、リード線９を半田付けにより電気
的に接続し、コネクタ１３を接続可能とする第２の回路
基板であり、歪みセンサ５からの出力は、第２の回路基
板１２からコネクタ１３，配線コード１４を介し外部に
引き出されている。また、この第２の回路基板１２は、
ホルダー１１の段差部１１ｃにエポキシ等の接着剤によ
り配設固定されている。

【００１６】前述したセンサヘッド１０とホルダー１１
とを接合する場合、先ず、第１の回路基板８に接続され
たリード線９を連通部１１ｂに挿通させ、このリード線
11を第２の回路基板１２に半田により固定する。

【００１７】次に、センサヘッド１０の接合面６ａもし
くはホルダー１１の接合面１１ａの少なくともどちらか
一方に、シリコン系接着剤を塗布し、センサヘッド１０
の突出部６ｂをホルダー１１の凹部１１ａに嵌合させ、
専用の治具でセンサヘッド１０とホルダー１１とを上下
方向から抑えて前記接着剤を硬化させることで両部材１
０，１１を接着固定させる。前述した構成によりホルダ
ー１１を備えたセンサヘッド１０、即ち圧力検出器が完
成する。

【００１８】次に、コバール封着ガラス及びタングステ
ン封着ガラスを用いて、以下の実験を行った。

【００１９】本実験では、コーニング製のコバール封着
ガラスと、日本電気硝子製のタングステン封着ガラスと
の硼珪酸ガラスを用いる。本実験において、上記２種類
の硼珪酸ガラスからなるダイアフラムと、前記材料との
比較の意味でステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）製のダイア
フラムとを用いた。そして、前記各ダイアフラムを、５
０℃，１０％濃度の塩酸水溶液（酸性水溶液）に浸漬す
ると、前記ステンレス性のダイアフラムは、塩酸水溶液
との接液部において数時間で溶出するものの、２種類の
硼珪酸ガラスからなるダイアフラムは、２０時間経過し
ても、わずかな重量減が見られる程度であり、２種類の
硼珪酸ガラスは耐食性に優れるものであることが明らか
になった。また、前記各硼珪酸ガラスを用い、粉体から
の溶融法や焼結法により本実施例の構造（センサヘッド
１０）とし、前述した実験を再び行った結果、２００時
間の浸漬（塩酸水溶液中）においても、媒体の圧力を測
定可能であった。

【００２０】かかるコバール封着ガラス及びタングステ
ン封着ガラスの硼珪酸ガラスは、図表３に示すように、
コバール封着ガラスにおいて、酸性水溶液に溶出する酸
化リチウム（Ｌｉ↓２Ｏ），酸化ナトリウム（Ｎａ↓２
Ｏ），酸化カリウム（Ｋ↓２Ｏ），酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）のアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類酸化物の含
有量が１０．１％、タングステン封着ガラスにおいて、
前記アルカリ金属酸化物の含有量が４．９％であり、他
のガラスに比べ前記酸性水溶液に侵される前記アルカリ
金属酸化物及び前記アルカリ土類酸化物が少ないため耐
食性に優れるものである。

【００２１】また、前記各硼珪酸ガラスは、シリコン等
の材料から形成される歪みセンサ５の熱膨張係数（３１
＊１０Ｅ−７）に略一致する熱膨張係数（３６．５〜４
６＊１０Ｅ−７）であるため、熱膨張差による誤った圧
力の検出をすることが無く、正確な圧力の測定が可能で
ある。

【００２２】前記アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類
酸化物の含有量が多いガラス材料を用いて前述した実験
を行った結果、前記ステンレス性のものに比べ耐食性は
あるものの、前述した２種類の硼珪酸ガラスに比べ酸性
溶液中における耐食性が劣ることが分かった。

【００２３】かかるコバール封着ガラス及びタングステ
ン封着ガラスの硼珪酸ガラスを用いた圧力検出器は、溶
融法や焼結法により、ステム６と一体にダイアフラム７
を形成することができ、しかも、前記硼珪酸ガラスを用
いて圧力検出器を構成するため、酸化珪素，窒化珪素あ
るいはガラスを腐食する、例えばフッ化水素などを除く
媒体の圧力を検出することができる耐食性圧力検出器を
提供するものである。

【００２４】また、歪みセンサ５の熱膨張係数と略一致
した熱膨張係数を有する前記各硼珪酸ガラスを用いるこ
とにより、熱膨張差による誤った圧力の検出をすること
が無く、正確な圧力の測定が可能である。

【００２５】また、前述した実施例のように、センサヘ
ッド１０と同材料で溶融法や焼結法により形成するホル
ダー１１をセンサヘッド１０に備えることにより、取付
部となる圧力ポートに取り付ける際の取付歪みや前記圧
力ポートと前記圧力検出器との熱膨張差によって発生す
る歪み等を、材質的に柔らかいガラス材料からなるホル
ダー１１及びシリコン系接着材で減衰させることができ
るものである。

【００２６】尚、本実施例ではセンサヘッド１０にホル
ダー１１を備える構成とした圧力検出器を例に挙げた
が、センサヘッド１０の下端部にホルダー１１と同様な
取付片を形成することで、センサヘッド１０のみの圧力
検出器が得られるもので、本発明は必ずしもホルダー１
１を設けなくとも良い。

【００２７】また、本実施例では、前述したコバール封
着ガラス及びタングステン封着ガラスを例に挙げ説明し
たが、本発明は本実施例に限定されるものではなく、歪
みセンサ５との熱膨張係数が略一致するとともに、溶融
法や焼結法により形成できる硼珪酸ガラスであれば良
い。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、腐食性を有する媒体の圧力を
検出する圧力検出器において、前記媒体により変位する
受圧部を一体に形成するステムと、前記受圧部の片面上
に接着する圧力検出チップとを備え、前記ステムを溶融
法や焼結法により形成できるガラス材料から構成し、ま
た、前記ガラス材料は、前記圧力検出チップの熱膨張係
数と略一致するコバール封着ガラス，タングステン封着
ガラス等からなる硼珪酸ガラスからなるものであること
から、製造工程が簡素化し、かつ生産性を向上させるこ
とができるとともに、熱膨張差による誤った圧力の検出
を行うことが無いので、正確な圧力の検出が可能な圧力
検出器を提供することができる。

【００２９】前記硼珪酸ガラスは、アルカリ金属酸化物
及びアルカリ土類酸化物の含有量が１０．１％以下であ
ることから、酸化珪素、窒化珪素あるいはガラスを腐食
するフッ化水素を除く腐食性を有する媒体の圧力の検出
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力検出器の要部断面図。

【図２】同上本発明のホルダーの要部断面図。

【図３】同上本発明の圧力検出器の材質を示す図表。

【図４】従来の圧力検出器を示す要部断面図。

【符号の説明】

５歪みセンサ６ステム７ダイアフラム１０センサヘッド（圧力検出器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者霜鳥裕新潟県長岡市藤橋１丁目190番地１日本精機株式会社アールアンドデイセンター内 (72)発明者竹花良人神奈川県横浜市神奈川区台町16番地の１エスイーデイー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】腐食性を有する媒体の圧力を検出する圧
力検出器において、前記媒体により変位する受圧部を一
体に形成するステムと、前記受圧部の片面上に接着され
る圧力検出チップとを備え、前記ステムを溶融法や焼結
法により形成できるガラス材料から構成してなること特
徴とする圧力検出器。
【請求項２】前記ガラス材料は、前記圧力検出チップ
の熱膨張係数と略一致するコバール封着ガラス，タング
ステン封着ガラス等からなる硼珪酸ガラスからなること
を特徴とする請求項１に記載の圧力検出器。
【請求項３】前記硼珪酸ガラスは、アルカリ金属酸化
物及びアルカリ土類酸化物の含有量が１０．１％以下で
あることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出器。