KR102466852B1

KR102466852B1 - 압력 검출 장치 및 압력 센서

Info

Publication number: KR102466852B1
Application number: KR1020180095102A
Authority: KR
Inventors: 카즈오 아보; 마사미치 코바야시
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2022-11-14
Also published as: KR20190019844A; US20190056280A1; JP6894804B2; EP3444582A1; EP3444582B8; EP3444582B1; US10422712B2; JP2019035693A

Abstract

압력 검출 유닛이, 유로 유닛의 제1 연결부로부터 압력이 전달되는 제1 면(12aA)을 갖는 압력 검출용 다이어프램(12a)과, 그 제2 면의 중심부(CP)에 접합된 제2 연결부와, 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 접속된 4개의 왜곡 저항부(12b)를 갖고, 제1 연결부 및 제2 연결부 중 어느 한쪽이 자석에 의해 형성되어 있고, 제1 연결부 및 제2 연결부 중 어느 다른 쪽이 자석 또는 자성체에 의해 형성되어 있고, 유로 유닛이 압력 검출 유닛에 설치된 상태에 있어서, 제1 연결부와 제2 연결부가 자력에 의해 흡인된 상태로 배치되고, 4개의 왜곡 저항부(12b)가 압력 검출용 다이어프램(12a)의 제2 면의 중심부(CP)를 제외한 영역에 접합된 압력 검출 장치를 제공한다.

Description

압력 검출 장치 및 압력 센서 {DEVICE FOR DETECTING PRESSURE AND PRESSURE SENSOR}

본 발명은, 유로 유닛을 압력 검출 유닛에 착탈 가능하게 설치하는 설치 기구를 구비한 압력 검출 장치 및 압력 센서에 관한 것이다.

종래, 약액 등의 액체를 유통시키는 유로가 형성된 바디와, 보호 시트를 통하여 수압면에 전달되는 액체의 압력을 검출하는 센서 본체가 일체화된 인라인형 압력 센서가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는, 센서 본체의 하면에 설치된 보호 시트를 통하여 센서 본체에 전달되는 유체의 압력을 검출하는 것이다.

JP

2005-207946

A

특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는, 유체의 압력에 의해 보호 시트가 센서 본체의 하면에 압박되는 경우에는, 유체가 보호 시트를 압박하는 압력에 따른 검출값을 얻을 수 있다.

그러나, 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는, 유체의 압력이 저하되어 보호 시트가 센서 본체의 하면으로부터 분리되는 힘을 받을 경우에는, 유체의 압력(부압)에 따른 검출값을 얻을 수 없다. 이것은, 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서가, 센서 본체의 하면이 압박되는 힘을 검출값으로서 얻는 정전 용량 타입 혹은 압전 타입의 압력 센서이기 때문이다. 그로 인해, 특허문헌 1에 개시되는 압력 센서는, 유체의 압력이 부압으로 될 경우에, 유체의 압력을 정확하게 검출할 수 없었다.

또한, 유체의 압력이 부압으로 되는 경우라도 유체의 압력을 정확하게 검출할 수 있도록 압력 검출 장치에 새로운 기구를 설치하는 경우, 그 기구에 의해 압력 검출 정밀도가 저하되지 않도록 대책을 강구할 필요가 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 유체의 압력이 부압으로 되는 경우라도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것을 가능하게 하는 기구를 채용하면서도 압력 검출 정밀도의 저하를 억제한 압력 검출 장치 및 압력 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 다음의 수단을 채용하였다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치는, 유체를 도입하는 유로가 형성된 유로 유닛과, 상기 유체의 압력을 검출하는 압력 검출 유닛과, 상기 유로 유닛을 상기 압력 검출 유닛에 착탈 가능하게 설치하는 설치 기구를 구비하고, 상기 유로 유닛이, 상기 유로를 유통하는 상기 유체의 압력을 제1 면에 받아 변위되는 수압용 다이어프램과, 상기 수압용 다이어프램의 제2 면에 접합된 제1 연결부를 갖고, 상기 압력 검출 유닛이, 상기 제1 연결부로부터 압력이 전달되는 제1 면을 갖는 압력 검출용 다이어프램과, 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부에 접합된 제2 연결부와, 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에 접합되는 동시에 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 접속된 4개의 왜곡 저항부를 갖고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부 중 어느 한쪽이 자석에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부 중 어느 다른 쪽이 자석 또는 자성체에 의해 형성되어 있고, 상기 설치 기구에 의해 상기 유로 유닛이 상기 압력 검출 유닛에 설치된 상태에 있어서, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 자력에 의해 흡인된 상태로 배치되고, 상기 4개의 왜곡 저항부가 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 상기 중심부를 제외한 영역에 접합되어 있다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 의하면, 설치 기구에 의해 유로 유닛이 압력 검출 유닛에 설치된 상태에 있어서, 수압용 다이어프램의 제2 면에 접합된 제1 연결부와 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부에 접합된 제2 연결부가 자력에 의해 흡인된 상태로 배치된다. 그로 인해, 유로를 유통하는 유체의 압력이 정압일 경우, 유체의 압력에 의해 수압용 다이어프램에 접합된 제1 연결부가 유로측으로부터 분리되고, 제1 연결부가 압력 검출용 다이어프램의 제1 면을 향하여 압박된다. 이에 의해, 유체의 압력이 정압으로서 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에 접합된 4개의 왜곡 저항부에 의해 검출된다. 또한, 유로를 유통하는 유체의 압력이 부압일 경우, 유체의 압력에 의해 수압용 다이어프램의 제2 면에 접합된 제1 연결부가 유로측으로 가까이 끌어당겨지고, 제1 연결부가 자력으로 연결한 제2 연결부를 유로측으로 가까이 끌어 당긴다. 이에 의해, 유체의 압력이 부압으로서 압력 검출용 다이어프램의 4개의 왜곡 저항부에 의해 검출된다.

또한, 4개의 왜곡 저항부가 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부를 제외한 영역에 접합되어 있으므로, 제2 연결부와의 접합에 의해 변위가 억제된 압력 검출용 다이어프램의 중심부에 왜곡 저항부를 배치하는 경우에 비해, 압력 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 의하면, 유체의 압력이 부압으로 되는 경우라도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것을 가능하게 하는 기구를 채용하면서도 압력 검출 정밀도의 저하를 억제한 압력 검출 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 상기 왜곡 저항부가 상기 중심부에 인접한 제1 영역에 배치되고, 상기 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 다른 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 상기 왜곡 저항부가 상기 제1 영역보다도 상기 중심부로부터 이격된 제2 영역에 배치되어 있어도 좋다.

압력 검출용 다이어프램의 중심부에 인접한 제1 영역은 압력에 의한 변위에 수반하여 신장되기 쉽고, 제1 영역보다도 중심부로부터 이격된 제2 영역은 압력에 의한 변위에 수반하여 축소되기 쉽다. 제1 영역과 제2 영역의 각각에 4개의 왜곡 저항부를 배치함으로써, 압력 검출 정밀도가 향상된다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에는, 상기 제1 영역보다도 상기 중심부로부터 이격되고, 또한 상기 제2 영역보다도 상기 중심부에 근접한 제3 영역이 설치되어 있고, 상기 제3 영역은, 상기 제1 연결부로부터 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함하고 있어도 좋다.

이와 같이 함으로써, 4개의 왜곡 저항부가, 제3 영역과는 다른 제1 영역 및 제2 영역에 배치된다. 압력에 의한 반경 방향의 변형량이 큰 영역에 왜곡 저항부가 배치되기 때문에, 제1 연결부로부터 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함하는 제3 영역에 왜곡 저항부를 배치하는 경우에 비해, 압력 검출 정밀도가 향상된다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 4개의 왜곡 저항부의 각각이 복수의 왜곡 저항 소자를 갖고, 상기 복수의 왜곡 저항 소자가 상기 중심부를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치되어 있어도 좋다.

4개의 왜곡 저항부를 구성하는 복수의 왜곡 저항 소자를 원주 방향의 다른 위치에 배치함으로써, 압력 검출용 다이어프램의 변위가 중심부를 중심으로 한 동일 원주상의 각 위치에서 다른 경우라도, 변위의 차이를 복수의 왜곡 저항 소자에 의해 평균화하여 압력 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 검출 장치에 있어서는, 상기 제1 연결부가 자성체에 의해 형성되어 있고, 상기 제2 연결부가 자석에 의해 형성되어 있어도 좋다.

사용이 완료되어 교환되는 유로 유닛에 비교적 저렴한 자성체를 사용함으로써 압력 검출 장치를 계속적으로 사용할 때의 러닝 코스트를 저감할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 센서는, 압력이 전달되는 제1 면을 갖는 압력 검출용 다이어프램과, 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부에 접합된 자석 또는 자성체에 의해 형성되는 연결부와, 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에 접합되는 동시에 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 접속된 4개의 왜곡 저항부를 갖고, 상기 4개의 왜곡 저항부가 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 상기 중심부를 제외한 영역에 접합되어 있다.

본 발명의 일 형태에 의한 압력 센서에 의하면, 4개의 왜곡 저항부가 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부를 제외한 영역에 접합되어 있으므로, 제2 연결부와의 접합에 의해 변위가 억제된 압력 검출용 다이어프램의 중심부에 왜곡 저항부를 배치하는 경우에 비해, 압력 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유체의 압력이 부압으로 되는 경우라도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것을 가능하게 하는 기구를 채용하면서도 압력 검출 정밀도의 저하를 억제한 압력 검출 장치 및 압력 센서를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 압력 검출 장치를 도시하는 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 압력 검출 장치에서 유로 유닛을 제거한 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시하는 압력 검출 장치에서 유로 유닛을 제거한 상태를 나타내는 I-I선 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 압력 검출 유닛의 다이어프램을 축선을 따라 상방으로부터 본 도면이다.
도 5는 4개의 왜곡 저항부를 금속 배선에 의해 접속하여 구성된 휘트스톤 브리지 회로를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시하는 유로 유닛의 배면도이다.
도 7은 도 1에 도시하는 유로 유닛의 저면도이다.
도 8은 도 1에 도시하는 압력 검출 장치에 유로 유닛을 설치한 상태를 나타내는 I-I선 단면도이다.
도 9는 제2 실시형태의 압력 검출 유닛의 다이어프램을 축선을 따라 상방으로부터 본 도면이다.

〔제1 실시형태〕

이하, 본 발명의 제1 실시형태의 압력 검출 장치(100)를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)는, 설치면(S)(도 3 참조)에 체결 볼트(도시 생략)에 의해서 설치된 압력 검출 유닛(10)과, 유입구(21a)로부터 유출구(2lb)를 향한 직선 형상의 유통 방향을 따라서 유체를 유통시키는 유로(21)가 내부에 형성된 유로 유닛(20)과, 유로 유닛(20)을 압력 검출 유닛(10)에 착탈 가능하게 설치하는 너트(설치 기구)(30)를 구비한다.

본 실시형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서, 유로 유닛(20)은, 너트(30)에 의해 압력 검출 유닛(10)에 설치된다. 압력 검출 장치(100)는, 유로 유닛(20)이 너트(30)에 의해 압력 검출 유닛(10)에 설치되어 일체화된 상태로, 설치면(S)에 설치되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 유로 유닛(20)의 유입구(21a)에는 유체를 유입구(21a)에 유입시키는 유입측 배관(도시 생략)이 설치되고, 유로 유닛(20)의 유출구(2lb)에는 유출구(2lb)로부터 유출되는 유체를 유통시키는 유출측 배관(도시 생략)이 설치된다. 유입구(21a)로부터 유출구(2lb)를 향한 유로(21)을 유통하는 유체의 압력은, 압력 검출 유닛(10)에 의해 검출된다. 여기서, 유체라 함은, 예를 들어 혈액이나 투석액 등의 액체이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 압력 검출 유닛(10)은, 설치면(S)에 설치되는 본체부(13)를 구비한다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 압력 검출 유닛(10)의 본체부(13)에는, 내부에 배치되는 압력 센서(12)와 외부의 제어 장치(도시 생략)가 전기적으로 접속되는 케이블(19)이, 케이블 설치 너트(19a)를 통하여 설치되어 있다.

이어서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 압력 검출 유닛(10)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3에 도시하는 압력 검출 유닛(10)은, 다이어프램(압력 검출용 다이어프램)(12a)에 전달되는 압력을 검출하는 장치이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 압력 검출 유닛(10)은, 연결부(제2 연결부)(11)와, 압력 센서(12)와, 내부에 압력 센서(12)를 배치하는 본체부(13)와, 압력 센서(12)를 본체부(13)에 보호 지지하는 센서 보호 지지부(14)와, 압력 센서(12)와 케이블(19) 사이에서 전원 및 전기 신호를 전달하기 위한 센서 기판(15)과, 압력 센서(12)의 제로점 조정을 행하기 위한 제로점 조정 스위치(16)를 구비한다.

연결부(11)는, 축선(Y1)을 따라 원통 형상으로 형성되는 영구 자석이며, 예를 들어 네오디뮴 등에 의해 형성되어 있다. 연결부(11)는, 접착제(예를 들어, 에폭시 수지계 접착제)에 의해 압력 센서(12)의 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에 접합되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 연결부(11)의 다이어프램(12a)과 접합되는 단부면은, 축선(Y1)에 직교하는 평면 상에 배치되는 평면 형상으로 되도록 형성되어 있다. 연결부(11)는, 영구 자석의 자력에 의해 자성체인 연결부(23)를 끌어 당겨서 접촉한 상태를 유지한다. 유로 유닛(20)이 갖는 연결부(23)에 대해서는 후술한다.

또한, 이상의 설명에서는, 연결부(11)를 영구 자석으로 하고, 연결부(23)를 자성체로 했으나, 다른 형태이어도 좋다. 예를 들어, 연결부(11)와 연결부(23)의 양쪽을 영구 자석으로 해도 좋다. 또한, 연결부(11)를 자성체로 하고, 연결부(23)를 영구 자석으로 해도 좋다. 이상과 같이, 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)는, 연결부(11) 및 연결부(23) 중 어느 한쪽이 자석에 의해 형성되어 있고, 연결부(11) 및 연결부(23) 중 어느 다른 쪽이 자석 또는 자성체에 의해 형성되어 있는 것으로 한다.

이하에서는, 연결부(11)를 영구 자석으로 하고, 연결부(23)를 자성체로 한 예에 대하여 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 압력 센서(12)는, 내부식성이 있는 재료(예를 들어, 사파이어)에 의해 박막 형상으로 형성되는 다이어프램(압력 검출용 다이어프램)(12a)과, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에 접합되는 왜곡 저항부(12b)와, 다이어프램(12a)을 보호 지지하는 베이스부(12c)를 갖는다.

압력 센서(12)는, 연결부(23)로부터 다이어프램(12a)의 제1 면(12aA)에 전달되는 압력에 따라서 변형되는 왜곡 저항부(12b)의 저항값의 변화에 따른 압력 신호를 출력하는 왜곡식 센서이다. 베이스부(12c)에는 다이어프램(12a)과 연통하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)이 대기압으로 유지된다. 그로 인해, 압력 센서(12)는, 대기압을 기준으로 한 게이지압을 검출하는 센서로 되어 있다.

여기서, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에 접합되는 왜곡 저항부(12b)에 대하여 설명한다.

도 4는, 도 3에 도시하는 압력 검출 유닛(10)의 다이어프램(12a)을 축선(Y1)을 따라 상방으로부터 본 도면이다. 도 4는, 센서 보호 지지부(14)를 생략한 도면으로 되어 있다. 또한, 도 4는, 다이어프램(12a)을 제1 면(12aA)측에서 본 도면이므로, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에 접합되는 4개의 왜곡 저항부(12b)(12bA, 12bB, 12bC, 12bD)가 가상선으로 도시되어 있다.

도 4에 도시하는 중심부(CP)는, 평면에서 볼 때 원형의 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)의 중심 영역이며, 연결부(11)의 단부면이 접착제에 의해 접합되는 부분이다. 중심부(CP)는, 축선(Y1)으로부터 반경(r1)이 되는 원주의 내측 영역이다. 도 4에 도시하는 변위부(DP)는, 축선(Y1)으로부터 반경(r1)이 되는 원주의 외측 또한 축선(Y1)으로부터 반경(r2)이 되는 원주의 내측 영역이다. 변위부(DP)는, 유로 유닛(20)의 연결부(23)로부터 다이어프램(12a)에 압력이 전달되었을 경우에 축선(Y1)을 따라 변위하는 부분이다. 도 4에 도시하는 고정부(FP)는, 베이스부(12c)와 센서 보호 지지부(14)에 의해 끼워지는 동시에 접착제(접착 유리)에 의해 베이스부(12c)에 접합되는 부분이다. 고정부(FP)는, 유로 유닛(20)의 연결부(23)로부터 다이어프램(12a)에 압력이 전달되어도 변위하지 않는 부분이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 4개의 왜곡 저항부(12b)는, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)의 변위부(DP)에 접합되어 있다. 변위부(DP)는, 중심부(CP) 및 고정부(FP)를 제외한 영역이다. 4개의 왜곡 저항부(12b)를, 중심부(CP)를 제외한 영역에 접합하고 있는 것은, 연결부(23)로부터 다이어프램(12a)에 압력이 전달되어도 중심부(CP)가 거의 변위하지 않기 때문이다. 중심부(CP)가 거의 변위하지 않는 것은, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)의 중심부(CP)가, 연결부(11)와 접착제에 의해 접합되어 있기 때문이다.

도 5는, 4개의 왜곡 저항부(12b)를 금속 배선에 의해 접속하여 구성된 휘트스톤 브리지 회로를 나타낸다. 4개의 왜곡 저항부(12b)의 저항값은, 다이어프램(12a)에 전달되는 압력에 의한 왜곡에 따라 변화된다. 다이어프램(12a)에 압력이 전달되고, 4개의 왜곡 저항부(12b)의 저항값이 변화하면, 입력 전압(Vin)에 대한 출력 전압(Vout)의 값이 변화된다. 이 출력 전압(Vout)의 값이 센서 기판(15)에 의해 유체의 압력으로 변환된다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 유닛(10)에 있어서, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 대향하는 2변에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bB, 12bD)는, 변위부(DP) 중 중심부(CP)에 인접한 영역인 제1 변위부(제1 영역)(DP1)에 배치된다. 도 4에 도시하는 제1 변위부(DP1)는, 축선(Y1)으로부터 반경(r1)이 되는 원주의 외측 또한 축선(Y1)으로부터 반경(r3)이 되는 원주의 내측 영역이다. 제1 변위부(DP1)는, 다이어프램(12a)이 전달되는 압력에 의해 변위하는 경우에, 왜곡 저항부(12b)가 반경 방향을 따라서 신장되는 영역이다.

또한, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 유닛(10)에 있어서, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 다른 대향하는 2변에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bA, 12bC)는, 변위부(DP) 중 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격된 영역인 제2 변위부(제2 영역)(DP2)에 배치된다. 도 4에 도시하는 제2 변위부(DP2)는, 축선(Y1)으로부터 반경(r3)이 되는 원주의 외측 또한 축선(Y1)으로부터 반경(r2)이 되는 원주의 내측 영역이다. 제2 변위부(DP2)는, 다이어프램(12a)이 전달되는 압력에 의해 변위하는 경우에, 왜곡 저항부(12b)가 반경 방향을 따라서 축소되는 영역이다.

센서 보호 지지부(14)는, 축선(Y1) 주위로 원통 형상으로 형성되는 부재이다. 센서 보호 지지부(14)는, 상단부의 내경이 압력 센서(12)의 외경보다도 작기 때문에, 압력 센서(12)가 상방으로 빠지지 않도록 보호 지지할 수 있다. 센서 보호 지지부(14)는, 베이스부(12c)에 대하여 접착제(접착 유리)에 의해 접합된 다이어프램(12a)의 고정부(FP)를 보호 지지한다.

센서 기판(15)은, 압력 센서(12)가 출력하는 압력 신호를 증폭하는 증폭 회로(도시 생략)와, 증폭 회로에 의해 증폭된 압력 신호를 케이블(19)의 압력 신호 선(도시 생략)으로 전달하는 인터페이스 회로와, 케이블(19)을 통하여 외부로부터 공급되는 전원 전압을 압력 센서(12)로 전달하는 전원 회로(도시 생략)와, 제로점 조정 스위치(16)가 눌러진 경우에 제로점 조정을 행하는 제로점 조정 회로(도시 생략) 등을 구비한다.

제로점 조정 회로는, 제로점 조정 스위치(16)가 눌러진 경우에, 그 시점에서 압력 센서(12)가 출력하는 압력 신호를 기준값(예를 들어, 제로)으로서 설정하도록 조정하는 회로이다.

도 2는, 도 1에 도시하는 압력 검출 장치(100)로부터 유로 유닛(20)을 제거한 상태를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 압력 검출 유닛(10)에 유로 유닛(20)이 설치되어 있지 않은 상태에 있어서는, 압력 센서(12)의 다이어프램(12a)이 외부에 노출된 상태로 되어 있다.

이어서, 도 3, 6, 7을 참조하여 유로 유닛(20)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 6은, 도 1에 도시하는 유로 유닛의 배면도이다. 도 7은, 도 1에 도시하는 유로 유닛의 저면도이다.

도 3, 6, 7에 도시한 바와 같이, 유로 유닛(20)은, 유입구(21a)로부터 유출구(2lb)를 향하여 축선(X)을 따라 연장되는 유통 방향으로 유체를 유통시키는 유로(21)와, 유로(21)를 유통하는 유체의 압력을 제1 면(22a)에 받아 변위하는 다이어프램(수압용 다이어프램)(22)과, 다이어프램(22)의 제2 면(22b)에 접합된 연결부(제1 연결부)(23)를 구비한다.

다이어프램(22)은, 내부식성이 있는 재료(예를 들어, 실리콘 수지 재료)에 의해 박막 형상으로 형성되는 부재이다. 다이어프램(22)은 축선(Y2)을 중심축으로 한 평면에서 볼 때 원형으로 형성되는 부재이며, 그 외주연부가 유로(21)에 접착 혹은 용착에 의해 설치되어 있다. 그로 인해, 유로(21)에 도입된 유체는, 유로(21)로부터 외부로 유체가 유출되는 일이 없다. 다이어프램(22)은, 박막 형상으로 형성되어 있으므로, 유로(21)에 도입된 유체의 압력에 의해 변형된다.

도 8에 도시한 바와 같이 유로 유닛(20)이 압력 검출 유닛(10)에 설치된 상태에 있어서는, 유로 유닛(20)의 연결부(23)가 압력 검출 유닛(10)의 다이어프램(12a)의 제1 면(12aA)에 접촉한 상태로 된다. 연결부(23)는, 유로(21)를 유통하는 유체의 압력을 다이어프램(12a)으로 전달한다.

연결부(23)는, 축선(Y1)을 따라 원통 형상으로 형성되는 자성체이며, JIS규격에 의해 규정되는 S45C 등의 철재에 의해 형성되어 있다. 연결부(23)는, 접착제(예를 들어, 에폭시 수지계 접착제)에 의해 다이어프램(22)의 압력 검출 유닛(10)측의 제2 면(22b)에 접합되어 있다. 연결부(23)는, 너트(30)에 의해 유로 유닛(20)이 압력 검출 유닛(10)에 설치된 상태에 있어서, 영구 자석인 연결부(11)의 자력에 의해 흡인된 상태로 배치된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 유로 유닛(20)의 하단부측의 외주면에는, 축선(Y2) 주위로 연장되는 무단부 형상의 환 형상 홈부(22d)가 형성되어 있다. 한편, 너트(30)의 내주면에는, 축선(Y2) 주위로 연장되는 무단부 형상의 환 형상 돌기부(30b)가 형성되어 있다.

탄성 변형 가능한 재료(예를 들어, 수지 재료)에 의해 형성되는 너트(30)는, 환 형상 홈부(22d)를 향하여 압입됨으로써, 환 형상 돌기부(30b)가 환 형상 홈부(22d)에 결합된 상태로 된다.

도 3에 도시한 바와 같이 환 형상 돌기부(30b)가 환 형상 홈부(22d)에 결합한 상태에 있어서, 환 형상 돌기부(30b)의 외주면과 환 형상 홈부(22d)의 내주면 사이에는, 미소한 간극이 설치된다. 그로 인해, 너트(30)는, 압력 검출 유닛(10)에 설치된 상태에서, 축선(Y1) 주위로 상대적으로 회전 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 작업자는, 압력 검출 유닛(10)을 설치면(S)에 고정한 상태에서, 너트(30)를 축선(Y1) 주위로 회전시키는 것이 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 너트(30)는, 축선(Y2) 주위로 연장되는 암나사(30a)가 내주면에 형성된 원환 형상의 부재이다. 너트(30)는, 암나사(30a)를 압력 검출 유닛(10)에 형성되는 수나사(17)에 체결하거나 혹은 그 체결을 해제함으로써, 유로 유닛(20)을 압력 검출 유닛(10)에 착탈 가능하게 설치하는 기구이다.

작업자는, 유로 유닛(20)을 파지하면서, 너트(30)를 축선(Y1) 주위로 체결 방향(도 1, 도 2에 "LOCK"로 나타내는 방향)으로 회전시킴으로써, 너트(30)의 암나사(30a)와 압력 검출 유닛(10)의 수나사(17)를 체결한다. 너트(30)의 암나사(30a)와 압력 검출 유닛(10)의 수나사(17)를 체결함으로써, 연결부(23)가 다이어프램(12a)의 제1 면(12aA)에 서서히 접근하여 최종적으로 다이어프램(12a)의 제1 면(12aA)에 접촉하고, 도 8에 나타내는 상태로 된다.

이상 설명한 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)가 발휘하는 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 너트(30)에 의해 유로 유닛(20)이 압력 검출 유닛(10)에 설치된 상태에 있어서, 다이어프램(22)의 제2 면(22b)에 접합된 연결부(23)와 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)의 중심부(CP)에 접합된 연결부(11)가 자력에 의해 흡인된 상태로 배치된다. 그로 인해, 유로(21)를 유통하는 유체의 압력이 정압일 경우, 유체의 압력에 의해 다이어프램(22)에 접합된 연결부(23)가 유로(21)측으로부터 분리되고, 연결부(23)가 다이어프램(12a)의 제1 면(12aA)을 향하여 압박된다. 이에 의해, 유체의 압력이 정압으로서 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에 접합된 4개의 왜곡 저항부(12b)에 의해 검출된다.

또한, 유로(21)를 유통하는 유체의 압력이 부압일 경우, 유체의 압력에 의해 다이어프램(22)의 제2 면(22b)에 접합된 연결부(23)가 유로(21)측으로 가까이 끌어당겨지고, 연결부(23)가 자력으로 연결한 연결부(11)를 유로(21)측으로 가까이 끌어 당긴다. 이에 의해, 유체의 압력이 부압으로서 다이어프램(12a)의 4개의 왜곡 저항부(12b)에 의해 검출된다.

또한, 4개의 왜곡 저항부(12b)가 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)의 중심부(CP)를 제외한 영역에 접합되어 있으므로, 연결부(11)와의 접합에 의해 변위가 억제된 다이어프램(12a)의 중심부(CP)에 왜곡 저항부(12b)를 배치하는 경우에 비해, 압력 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)에 의하면, 유체의 압력이 부압으로 되는 경우라도 유체의 압력을 정확하게 검출하는 것을 가능하게 하는 기구를 채용하면서도 압력 검출 정밀도의 저하를 억제한 압력 검출 장치(100)를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서는, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bB, 12bD)가 중심부(CP)에 인접한 제1 변위부(DP1)에 배치되고, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 다른 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bA, 12bC)가 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격된 제2 변위부(DP2)에 배치되어 있다.

다이어프램(12a)의 중심부(CP)에 인접한 제1 변위부(DP1)는 압력에 의한 변위에 수반하여 신장되기 쉽고, 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격된 제2 변위부(DP2)는 압력에 의한 변위에 수반하여 축소되기 쉽다. 제1 변위부(DP1)와 제2 변위부(DP2)의 각각에 4개의 왜곡 저항부(12b)를 배치함으로써, 압력 검출 정밀도가 향상된다.

또한, 본 실시형태의 압력 검출 장치(100)에 있어서는, 연결부(23)가 자성체에 의해 형성되어 있고, 연결부(11)이 자석에 의해 형성되어 있다. 사용이 완료되어 교환되는 유로 유닛(20)에 비교적 저렴한 자성체를 사용함으로써 압력 검출 장치(100)를 계속적으로 사용할 때의 러닝 코스트를 저감할 수 있다.

〔제2 실시형태〕

이어서, 본 발명의 제2 실시형태의 압력 검출 장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

제2 실시형태는 제1 실시형태의 변형예이며, 이하에서 특별히 설명하는 경우를 제외하고는, 제1 실시형태와 동일한 것으로 하고, 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

제1 실시형태의 압력 검출 장치(100)는, 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 4개의 왜곡 저항부(12bA, 12bB, 12bC, 12bD)를, 각각 단일 왜곡 저항 소자로 하는 것이었다. 그에 대하여 본 실시형태의 압력 검출 장치는, 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 4개의 왜곡 저항부(12bA, 12bB, 12bC, 12bD)를, 각각 복수의 왜곡 저항 소자로 구성하는 것이다.

도 9는, 제2 실시형태의 압력 검출 유닛의 다이어프램(12a)을 축선(Y1)을 따라 상방으로부터 본 도면이며, 제1 실시형태의 도 4와 동일한 방향으로부터 본 도면이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 왜곡 저항부(12bA)는, 왜곡 저항 소자(12bA1)와 왜곡 저항 소자(12bA2)의 2개의 소자를, 중심부(CP)를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치한 것이다. 마찬가지로, 본 실시형태의 왜곡 저항부(12bB)는, 왜곡 저항 소자(12bB1)와 왜곡 저항 소자(12bB2)의 2개의 소자를, 중심부(CP)를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치한 것이다. 마찬가지로, 본 실시형태의 왜곡 저항부(12bC)는, 왜곡 저항 소자(12bC1)와 왜곡 저항 소자(12bC2)의 2개의 소자를, 중심부(CP)를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치한 것이다. 마찬가지로, 본 실시형태의 왜곡 저항부(12bD)는, 왜곡 저항 소자(12bD1)와 왜곡 저항 소자(12bD2)의 2개의 소자를, 중심부(CP)를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치한 것이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 유닛에 있어서, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 대향하는 2변에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bB)(12bB1, 12bB2), 12bD(12bD1, 12bD2)는, 변위부(DP) 중 중심부(CP)에 인접한 영역인 제1 변위부(제1 영역)(DP1)에 배치된다. 제1 변위부(DP1)는, 다이어프램(12a)이 전달되는 압력에 의해 변위하는 경우에, 왜곡 저항부(12b)가 반경 방향을 따라서 신장되는 영역이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 검출 유닛에 있어서, 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 다른 대향하는 2변에 배치되는 한 쌍의 왜곡 저항부(12bA)(12bA1, 12bA2), 12bC(12bC1, 12bC2)는, 변위부(DP) 중 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격된 영역인 제2 변위부(제2 영역)(DP2)에 배치된다. 제2 변위부(DP2)는, 다이어프램(12a)이 전달되는 압력에 의해 변위하는 경우에, 왜곡 저항부(12b)가 반경 방향을 따라서 축소되는 영역이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에는, 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격되고, 또한 제2 변위부(DP2)보다도 중심부(CP)에 근접한 제3 변위부(DP3)가 설치되어 있다. 제3 변위부(DP3)는, 축선(Y1)에 대하여 반경(r4)보다 크고 반경(r5)보다도 작은 범위의 영역이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 제3 변위부(DP3)에는, 왜곡 저항부(12b)가 배치되어 있지 않다.

제3 변위부(DP3)는, 연결부(23)로부터 다이어프램(12a)에 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함한다. 휘트스톤 브리지 회로를 구성하는 왜곡 저항부(12b)가 배치되지 않는 제3 변위부(DP3)를 설치한 것은, 다이어프램(12a)에 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역에 왜곡 저항부(12b)를 배치하는 것에 의한 압력 검출 정밀도의 저하를 억제하기 위해서이다.

또한, 왜곡 저항 소자(12bA1) 및 왜곡 저항 소자(12bA2)의 각각의 저항값은, 제1 실시형태의 왜곡 저항부(12b)(12bA, 12bB, 12bC, 12bD)의 저항값과 같다. 그로 인해, 왜곡 저항 소자(12bA1)와 왜곡 저항 소자(12bA2)의 2개의 소자를 직렬로 접속하여 얻어지는 합성 저항값은, 제1 실시형태의 왜곡 저항부(12bA)의 저항값의 2배로 된다. 도 5에 도시하는 휘트스톤 브리지 회로의 입력 전압(Vin)을 제1 실시형태와 동일하게 했을 경우, 왜곡 저항 소자(12bA1) 및 왜곡 저항 소자(12bA2)에 흐르는 전류가 1/2로 되는 한편, 합성 저항값이 2배로 된다. 그로 인해, 다이어프램(12a)의 변위량이 동일하면, 휘트스톤 브리지 회로의 출력 전압(Vout)은 제1 실시형태와 같아진다. 그로 인해, 제1 실시형태와 동일한 센서 기판을 사용하는 것이 가능해진다.

본 실시형태의 압력 검출 장치에 의하면, 다이어프램(12a)의 제2 면(12aB)에는, 제1 변위부(DP1)보다도 중심부(CP)로부터 이격되고, 또한 제2 변위부(DP2)보다도 중심부(CP)에 근접한 제3 변위부(제3 영역)(DP3)가 설치되어 있고, 제3 변위부(DP3)는, 연결부(23)로부터 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함한다.

이와 같이 함으로써, 4개의 왜곡 저항부(12b)가, 제3 변위부(DP3)와는 다른 제1 변위부(DP1) 및 제2 변위부(DP2)에 배치된다. 압력에 의한 반경 방향의 변형량이 큰 영역에 왜곡 저항부(12b)가 배치되기 때문에, 연결부(23)로부터 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함하는 제3 변위부(DP3)에 왜곡 저항부(12b)를 배치하는 경우에 비해, 압력 검출 정밀도가 향상된다.

본 실시형태의 압력 검출 장치에 의하면, 4개의 왜곡 저항부(12b)의 각각이 복수의 왜곡 저항 소자를 갖고, 복수의 왜곡 저항 소자가 중심부(CP)를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치되어 있다.

4개의 왜곡 저항부(12b)를 구성하는 복수의 왜곡 저항 소자를 원주 방향의 다른 위치에 배치함으로써, 다이어프램(12a)의 변위가 중심부(CP)를 중심으로 한 동일 원주상의 각 위치에서 다른 경우라도, 변위의 차이를 복수의 왜곡 저항 소자에 의해 평균화하여 압력 검출 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

Claims

유체를 도입하는 유로가 형성된 유로 유닛과,
상기 유체의 압력을 검출하는 압력 검출 유닛과,
상기 유로 유닛을 상기 압력 검출 유닛에 착탈 가능하게 설치하는 설치 기구를 구비하고,
상기 유로 유닛이,
상기 유로를 유통하는 상기 유체의 압력을 제1 면에 받아 변위되는 수압용 다이어프램과,
상기 수압용 다이어프램의 제2 면에 접합된 제1 연결부를 갖고,
상기 압력 검출 유닛이,
상기 제1 연결부로부터 압력이 전달되는 제1 면을 갖는 압력 검출용 다이어프램과,
상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부에 접합된 제2 연결부와,
상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에 접합되는 동시에 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 접속된 4개의 왜곡 저항부를 갖고,
상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부 중 어느 한쪽이 자석에 의해 형성되어 있고, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부 중 어느 다른 쪽이 자석 또는 자성체에 의해 형성되어 있고,
상기 설치 기구에 의해 상기 유로 유닛이 상기 압력 검출 유닛에 설치된 상태에 있어서, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부가 자력에 의해 흡인된 상태로 배치되고,
상기 4개의 왜곡 저항부가 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 상기 중심부를 제외한 영역에 접합된, 압력 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 상기 왜곡 저항부가 상기 중심부에 인접한 제1 영역에 배치되고, 상기 휘트스톤 브리지 회로의 4변 중 다른 대향하는 2변의 위치에 배치되는 한 쌍의 상기 왜곡 저항부가 상기 제1 영역보다도 상기 중심부로부터 이격된 제2 영역에 배치되는, 압력 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에는, 상기 제1 영역보다도 상기 중심부로부터 이격되고, 또한 상기 제2 영역보다도 상기 중심부에 근접한 제3 영역이 설치되어 있고,
상기 제3 영역은, 상기 제1 연결부로부터 압력이 전달되었을 경우에 반경 방향의 변형량이 최소로 되는 영역을 포함하는, 압력 검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 4개의 왜곡 저항부의 각각이 복수의 왜곡 저항 소자를 갖고,
상기 복수의 왜곡 저항 소자가 상기 중심부를 중심으로 한 원주 방향의 다른 위치에 배치되어 있는, 압력 검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 연결부가 자성체에 의해 형성되어 있고,
상기 제2 연결부가 자석에 의해 형성되어 있는, 압력 검출 장치.
압력이 전달되는 제1 면을 갖는 압력 검출용 다이어프램과,
상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 중심부에 접합된 자석 또는 자성체에 의해 형성되는 연결부와,
상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면에 접합되는 동시에 휘트스톤 브리지 회로를 구성하도록 접속된 4개의 왜곡 저항부를 갖고,
상기 4개의 왜곡 저항부가 상기 압력 검출용 다이어프램의 제2 면의 상기 중심부를 제외한 영역에 접합된, 압력 센서.