KR102628745B1

KR102628745B1 - 압력 측정 장치

Info

Publication number: KR102628745B1
Application number: KR1020220026788A
Authority: KR
Inventors: 아유미 츠시마
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2024-01-23
Also published as: KR20220124648A; CN115014630A; JP2022134312A; CN115014630B

Abstract

본 발명은 보디를 소형화하는 것이 가능한 압력 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
수압(受壓) 다이어프램(11, 13)과의 사이에 충전된 압력 전달 매체(25)의 압력을 수압하여 압력을 검출하는 압력 센서 칩(23)과, 압력 센서 칩(23)을 수용하는 센서 케이스(32)가 내부 공간(26)에 설치된 보디(2)를 갖는 압력 측정 장치(1)이다. 센서 케이스(32)는, 절연 재료에 의해 형성되고, 압력 전달 매체(25)의 압력을 압력 센서 칩(23)에 도입하기 위한 개구부를 갖고 있다. 보디(2)는, 압력 전달실(12, 14)로부터 내부 공간(26)으로 통하는 제1, 제2 도압로(導壓路; 15, 16)를 갖는다. 내부 공간(26)에는, 도압로(15, 16)의 개구단에 장착된 제1, 제2 와셔(17, 18), 제1, 제2 세관(細管; 21, 22)과, 압력 센서 칩(23)의 검출 출력으로부터 전기 신호를 생성하는 전기 회로가 탑재된 기판(36)이 설치된다. 센서 케이스(32)는, 기판(36) 상에 배치되어 있다.

Description

압력 측정 장치{PRESSURE MEASURING DEVICE}

본 발명은 보디의 내부 공간에 센서 칩과 기판을 구비한 압력 측정 장치에 관한 것이다.

종래의 압력 측정 장치로서는, 예컨대 특허문헌 1에 기재되어 있는 것이 있다. 특허문헌 1에 개시된 압력 측정 장치는, 피측정 유체의 압력을 받는 수압부(受壓部)가 일단측에 설치된 보디와, 수압부에 도압(導壓)용의 파이프를 통해 접속되고, 피측정 유체의 압력을 검출하는 압력 센서와, 압력 센서로부터의 전기 신호의 처리에 관한 회로가 설치된 회로 기판을 구비하고 있다. 압력 센서와 회로 기판은, 보디의 내부에 수용되어 있다. 압력 센서는 수압부와 인접하는 위치에 배치되고, 회로 기판은, 수압부와의 사이에 압력 센서가 위치하도록 보디의 타단부에 배치되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 제4955394호 공보

특허문헌 1에 나타내는 압력 측정 장치에서는, 압력 센서를 탑재하는 공간과, 회로 기판을 탑재하는 공간이 각각 보디 내에 필요하기 때문에, 보디가 대형화한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 보디를 소형화하는 것이 가능한 압력 측정 장치를 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 압력 측정 장치는, 측정 대상인 프로세스 유체의 압력을 수압하는 수압 다이어프램을 구비하고, 상기 수압 다이어프램과의 사이에 충전된 압력 전달 매체의 압력을 수압하여 압력을 검출하는 압력 센서 칩과, 상기 압력 센서 칩을 수용하는 센서 케이스가 내부 공간에 설치된 보디를 갖는 압력 측정 장치로서, 상기 센서 케이스는, 절연 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 압력 전달 매체의 압력을 상기 압력 센서 칩에 도입하기 위한 개구부를 가지며, 상기 보디는, 상기 수압 다이어프램을 벽의 일부로 하여 형성되고 상기 압력 전달 매체의 일부를 수용하는 압력 전달실로부터 상기 보디의 상기 내부 공간으로 통하는 도압로를 갖고, 상기 보디의 상기 내부 공간에는, 상기 도압로에서의 상기 보디의 상기 내부 공간으로 통하는 개구단에 장착된, 관통 구멍을 갖는 스테인리스제의 와셔와, 상기 와셔의 상기 관통 구멍에 그 일단이 삽입되어 접합되고, 그 타단이 상기 센서 케이스의 상기 개구부를 관통하여 상기 압력 센서 칩에 연통(連通)되는, 내부에 상기 압력 전달 매체가 충전된 세관(細管)과, 상기 압력 센서 칩의 검출 출력으로부터 전기 신호를 생성하는 전기 회로가 탑재된 회로 기판이 설치되며, 상기 센서 케이스는, 상기 회로 기판 상에 배치되어 있는 것이다.

본 발명은, 상기 압력 측정 장치에서, 상기 회로 기판이, 단부에 상기 세관을 통과시키는 절결을 갖고, 상기 센서 케이스가, 상기 회로 기판 상의 상기 절결의 주변부에 배치되어 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 압력 측정 장치에서, 상기 회로 기판이, 상기 도압로의 상기 개구단이 지향하는 방향이 두께 방향이 되는 상태로 상기 보디에 고정되고, 상기 회로 기판에서의, 상기 도압로의 상기 개구단과 대향하는 위치에 관통 구멍이 형성되어 있어도 좋다.

본 발명은 상기 회로 기판에서의 상기 절결의 구멍 부분을 둘러싸는 3개의 변을 형성하는 부분에, 상기 전기 회로에 접속되는 납땜용 랜드가 각각 형성되고, 상기 센서 케이스의 상기 회로 기판에 배치되는 배치면인 바닥면에, 상기 납땜용 랜드와 접속하여 도통(導通)하는 전극 패드가 형성되어 있어도 좋다.

본 발명에서는, 회로 기판 상에 센서 케이스를 실장할 수 있기 때문에, 회로 기판과 센서 케이스의 점유 공간을 최소로 할 수 있고, 회로 기판과 센서 케이스를 보디 내에 컴팩트하게 배치할 수 있다. 따라서, 보디를 소형화하는 것이 가능한 압력 측정 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압력 측정 장치의 단면도이다.
도 2는 압력 측정 장치의 사시 단면도이다.
도 3은 압력 측정 장치의 보디와 수지 케이스를 파단하여 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 압력 센서 조립체의 사시 단면도이다.
도 5는 센서 케이스 및 압력 센서 칩과 세관의 접합부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 와셔와 세관의 접합부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7은 압력 센서 조립체와 기판의 평면도이다.
도 8은 압력 센서 조립체와 기판의 사시도이다.
도 9는 와셔를 보디에 용접하는 순서를 설명하기 위한 사시 단면도이다.
도 10은 제2 실시형태에 의한 기판의 평면도이다.
도 11은 기판의 주요부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 12는 압력 센서 조립체와 기판의 사시도이다.
도 13은 압력 센서 조립체와 기판의 사시도이다.
도 14는 제3 실시형태에 의한 기판을 도시한 도면이다.
도 15는 압력 센서 조립체의 사시도이다.

(제1 실시형태)

이하, 본 발명에 따른 압력 측정 장치의 일 실시형태를 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 압력 측정 장치(1)는, 도 1에서 중앙부에 그려져 있는 보디(2)에 후술하는 복수의 기능 부품을 조립하여 구성되어 있다. 보디(2)는, 도 1에서 하측에 그려져 있는 수압부(3)와, 상측에 그려져 있는 검출부(4)를 갖고 있다. 이 실시형태에 의한 보디(2)는, 스테인리스강에 의해 형성되어 있다.

수압부(3)는, 도 1에서 좌우 방향을 두께 방향으로 하는 판형으로 형성되어 있고, 두께 방향의 한쪽 단부에 제1 배관(5)이 접속되고, 두께 방향의 다른쪽 단부에 제2 배관(6)이 접속된다. 제1 배관(5)의 내부는, 측정 대상인 제1 프로세스 유체(7)로 채워져 있다. 제2 배관(6)의 내부는, 측정 대상인 제2 프로세스 유체(8)로 채워져 있다.

수압부(3)에서의 제1 배관(5)과 접속되는 일단부에는, 제1 프로세스 유체(7)의 압력을 수압하는 제1 수압 다이어프램(11)이 설치되어 있고, 이 제1 수압 다이어프램(11)이 벽의 일부가 되는 제1 압력 전달실(12)이 형성되어 있다.

수압부(3)에서의 제2 배관(6)과 접속되는 타단부에는, 제2 프로세스 유체(8)의 압력을 수압하는 제2 수압 다이어프램(13)이 설치되어 있고, 이 제2 수압 다이어프램(13)이 벽의 일부가 되는 제2 압력 전달실(14)이 형성되어 있다.

제1 압력 전달실(12)과 제2 압력 전달실(14)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 보디(2) 내에 형성된 제1 도압로(15) 및 제2 도압로(16)와, 후술하는 검출부(4)의 제1 및 제2 와셔(17, 18)와, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통해 압력 센서 칩(23)의 압력실(24)(도 5 참조)에 연통되어 있다. 제1 및 제2 압력 전달실(12, 14)로부터 압력실(24)에 이르는 압력 전달계는, 압력 전달 매체(25)(도 1, 도 5 참조)로 채워져 있다. 압력 센서 칩(23)은, 제1 및 제2 수압 다이어프램(11, 13)과의 사이에 충전된 압력 전달 매체(25)의 압력을 수압하여 압력을 검출한다.

보디(2)의 검출부(4)는, 원통형으로 형성되고, 수압부(3)와는 반대 방향을 향해 개구되어 있다. 검출부(4) 내에 보디(2)의 내부 공간(26)이 형성되어 있다. 검출부(4)의 개구 부분은, 커버(27)(도 1 참조)가 부착되고, 커버(27)에 의해 폐색된다.

검출부(4)의 내측 바닥부에는, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 도압로(15, 16)가 각각 개구되어 있다. 제1 및 제2 도압로(15, 16)는, 보디(2)의 내부에, 제1 및 제2 압력 전달실(12, 14)로부터 보디(2)의 내부 공간(26)으로 통하도록 형성되어 있다.

제1 도압로(15)의 내부 공간(26)으로 통하는 개구단에는, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 와셔(17)가 장착되어 있다. 제2 도압로(16)의 내부 공간(26)으로 통하는 개구단에는 제2 와셔(18)가 장착되어 있다. 제1 및 제2 와셔(17, 18)는, 각각 스테인리스강에 의해 원판형으로 형성되어 있고, 보디(2)에 용접되어 있다.

제1 및 제2 와셔(17, 18)의 중심부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 도압로(15, 16)의 내부를 향하는 볼록부(17a, 18a)가 형성되어 있고, 관통 구멍(28, 29)이 형성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 와셔(17)의 관통 구멍(28)에는, 후술하는 제1 세관(21)의 일단이 삽입되어 접합되어 있다. 제2 와셔(18)의 관통 구멍(29)에는, 후술하는 제2 세관(22)의 일단이 삽입되어 접합되어 있다.

제1 세관(21)과 제2 세관(22)은, 각각 스테인리스강에 의해 형성되고, 소정의 형상으로 구부려져 있다. 제1 및 제2 세관(21, 22)의 제1 및 제2 와셔(17, 18)에 대한 접합은, 볼록부(17a, 18a)에 개구되는 관통 구멍(28, 29)의 개구 가장자리에 세관(21, 22)의 선단 외주부를 용접함으로써 행해지고 있다. 이 용접은, 도 6에 도시된 바와 같이, 용접부(30)에 의해 제1 및 제2 와셔(17, 18)와 제1 및 제2 세관(21, 22) 사이가 액밀하게 시일되도록 행하고 있다.

제1 와셔(17)에 용접된 제1 세관(21)과, 제2 와셔(18)에 용접된 제2 세관(22)은, 도 4 중에 부호 31로 나타내는 압력 센서 조립체의 일부를 구성하는 것이다.

압력 센서 조립체(31)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 세관(21, 22)의 일단에 접합된 제1 및 제2 와셔(17, 18)와, 제1 및 제2 세관(21, 22)의 타단에 접합된 센서 케이스(32) 및 압력 센서 칩(23)에 의해 구성되어 있다. 제1 및 제2 세관(21, 22)은, 제1 및 제2 와셔(17, 18)로부터 보디(2)의 수압부(3)와는 반대 방향으로 연장되어 있고, 제1 및 제2 와셔(17, 18)와 센서 케이스(32) 사이에서 이들 양 세관(21, 22)의 간격이 좁아지도록 구부려져 있다. 제1 및 제2 세관(21, 22)의 간격은, 제1 및 제2 와셔(17, 18)에 용접되는 일단측에서 넓어지고, 센서 케이스(32)에 접합되는 타단측에서 좁아진다.

센서 케이스(32)는, 세라믹스 재료에 의해 형성된 케이스 본체(33)와, 세라믹스 재료 또는 금속 재료에 의해 형성된 덮개(34)에 의해 구성되어 있다. 압력 센서 칩(23)은, 복수의 실리콘제의 판형 부재를 두께 방향으로 겹쳐 정육면체 형상으로 형성되고, 센서 케이스(32) 안에 수용되어 있다.

센서 케이스(32)의 케이스 본체(33)는, 도 4에서 상측이며 보디(2)의 수압부(3)와는 반대 방향을 향해 개구되는, 바닥이 있는 각통형으로 형성되어 있다. 덮개(34)는, 판형으로 형성되고, 케이스 본체(33)의 개구부를 폐색하는 상태로 케이스 본체(33)에 브레이징 혹은 시임 용접 등에 의해 고착되어 있다. 이 덮개(34)를 케이스 본체(33)에 접합하는 작업은, 케이스 본체(33) 내부가 진공 혹은 N₂로 채워진 상태에서 기밀하게 밀봉되도록 행한다.

센서 케이스(32)의 바닥면, 즉 케이스 본체(33)의 바닥벽(33a)에서의 케이스 외측의 면에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압력 센서 칩(23)의 복수의 단자(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되는 복수의 전극 패드(35)가 형성되어 있다. 이 실시형태에 의한 전극 패드(35)는, 바닥벽(33a)에서의, 제1 세관(21)과 제2 세관(22)이 늘어서는 방향과는 직교하는 방향의 양단부에 배치되어 있다.

이들 전극 패드(35)는, 기판(36)(도 3 참조)에 형성된 납땜용 랜드(37)에 겹쳐 납땜된다. 이 납땜이 행해짐으로써, 센서 케이스(32)가 기판(36) 상에 배치된 상태에서 납땜용 랜드(37)에 전기적으로 접속된다(실장된다). 이 실시형태에서는, 기판(36)이 본 발명에서 말하는 「회로 기판」에 해당한다.

기판(36)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 원판형으로 형성되어 있다. 기판(36)에는, 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 통과시키는 것이 가능한 원형의 2개의 관통 구멍(38, 38)과, 이들 관통 구멍(38)끼리를 접속하는 슬릿(39)이 형성되어 있다. 관통 구멍(38)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(36)에서의, 제1 및 제2 도압로(15, 16)의 개구단과 대향하는 위치에 형성되어 있다.

센서 케이스(32)를 기판(36)에 겹치는 작업은, 관통 구멍(38, 38)에 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 통과시키고, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 슬릿(39)에 통과시켜 행한다. 또한, 기판(36)에는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 압력 센서 칩(23)의 검출 출력으로부터 전기 신호를 생성하는 전기 회로(40)와, 외부 접속용의 커넥터 단자(41)가 탑재되어 있다. 또한, 도시하고는 있지 않으나, 기판(36)에는, 납땜용 랜드(37)와 전기 회로(40)를 전기적으로 접속하는 배선 패턴과, 전기 회로(40)와 커넥터 단자(41)를 전기적으로 접속하는 배선 패턴이 형성되어 있다. 전기 회로(40)와 커넥터 단자(41)를 실장하는 위치는, 도시된 위치에 한정되는 일은 없고, 적절히 변경할 수 있다.

이 실시형태에 의한 기판(36)은, 수지 케이스(51)(도 3 참조)에 지지되고, 수지 케이스(51)를 통해 보디(2)에 지지되어 있다. 수지 케이스(51)는, 보디(2)의 내부 공간(26)에 수용 가능한, 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있다. 수지 케이스(51)에는, 기판(36)이 배치되는 배치면(52)과, 배치면(52)에 기판(36)을 실어 걸어 고정하기 위한 클로편(53)과, 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 통과시키기 위한 2개의 관통 구멍(54, 54)이 형성되어 있다.

관통 구멍(54)의 주위에는, 수지 케이스(51)의 바닥벽(51a)으로부터 도 3에서 하방, 즉 보디(2)의 수압부(3)를 지향하는 방향으로 돌출하는 2개의 원형 돌기(55, 55)와, 수지 케이스(51)의 바닥벽(51a)으로부터 수압부(3)와는 반대 방향으로 돌출하는 2개의 통체(56, 56)가 형성되어 있다. 원형 돌기(55)는, 제1 및 제2 도압로(15, 16)를 둘러싸도록 보디(2)에 형성된 원형 오목부(57)에 감합(嵌合)된다. 통체(56)에는, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시키기 위한 오목부(58)가 형성되어 있다.

이 수지 케이스(51)에 기판(36)이 장착된 상태에서 제1 및 제2 와셔(17, 18)가 보디(2)에 용접됨으로써, 기판(36)의 두께 방향이 도 1에서 상하 방향이 되는 상태로 기판(36)이 보디(2)에 고정된다. 도 1의 상하 방향은, 제1 및 제2 도압로(15, 16)의 개구단이 지향하는 방향이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(33)의 바닥벽(33a)에는, 압력 센서 칩(23)의 양측부를 지지하는 부착 시트(61)가 형성되어 있고, 압력 전달 매체(25)의 압력을 압력 센서 칩(23)에 도입하기 위한 제1 및 제2 개구부(62, 63)(도 4 참조)가 형성되어 있다.

압력 센서 칩(23)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 세관(21)의 타단이 삽입되는 제1 구멍(64)과, 제2 세관(22)의 타단이 삽입되는 제2 구멍(65)이 형성되어 있고, 케이스 본체(33)의 부착 시트(61)에 예컨대 브레이징에 의해 고착되어 있다. 압력 센서 칩(23)은, 제1 구멍(64)에 전달된 압력 전달 매체(25)의 압력과, 제2 구멍(65)에 전달된 압력 전달 매체(25)의 압력의 차압을 검출하도록 구성되어 있다.

케이스 본체(33)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)는, 바닥벽(33a)을 관통하는 관통 구멍이 되도록 형성되어 있다. 제1 및 제2 개구부(62, 63)의 구멍 직경은, 제1 및 제2 세관(21, 22)의 타단을 통과시킬 수 있는 구멍 직경이다. 제1 세관(21)의 타단은, 제1 개구부(62)를 관통하여 압력 센서 칩(23)의 제1 구멍(64)에 삽입되어, 압력 센서 칩(23)에 연통되어 있다. 제2 세관(22)의 타단은, 제2 개구부(63)를 관통하여 압력 센서 칩(23)의 제2 구멍(65)에 삽입되어, 압력 센서 칩(23)에 연통되어 있다.

제1 및 제2 세관(21, 22)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 압력 센서 칩(23)에 접착제(66)에 의해 접착되어 있다. 이 접착제(66)로서는, 에폭시계의 접착제를 이용할 수 있다. 센서 케이스(32)의 내부는, 에폭시계의 접착제가 흡습하는 일이 없는 상태로 되어 있다. 이 상태는, 진공 상태 혹은 N₂ 가스 등의 불활성 가스로 채워진 상태이다. 센서 케이스(32) 내부를 이러한 불활성의 상태로 유지하기 위해서, 제1 및 제2 세관(21, 22)에서의 센서 케이스(32)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)를 관통하는 부분은, 납땜에 의해 밀봉되어 있다. 납땜은, 땜납(67)이 제1 및 제2 개구부(62, 63) 주위의 전역에 걸쳐 젖어 퍼지도록 행해지고 있다.

케이스 본체(33)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)는, 이 납땜을 행할 수 있도록, 메탈라이즈 처리가 실시되어 있다. 또한, 제1 및 제2 세관(21, 22)에는, 제1 및 제2 개구부(62, 63)에 납땜되는 부분에 납땜용의 도금이 실시되어 있다. 이 납땜용의 도금은, Ni를 하지(下地)로 하는 Au 도금이다.

다음으로, 전술한 바와 같이 구성된 압력 측정 장치(1)를 조립하는 순서를 설명한다. 압력 측정 장치(1)를 조립할 때에는, 먼저, 제1 및 제2 세관(21, 22)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)에 납땜되는 부분에 납땜용의 도금을 실시한다. 또한, 케이스 본체(33)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)와, 덮개(34)가 접합되는 부분에는, 미리 메탈라이즈 처리를 실시해 둔다.

그리고, 제1 및 제2 세관(21, 22)에 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 용접한다. 그 후, 케이스 본체(33)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)에 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시켜, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 압력 센서 칩(23)에 접착한다. 그리고, 압력 센서 칩(23)을 케이스 본체(33)에 접합하고, 압력 센서 칩(23)과 케이스 본체(33)의 도통 부분을 예컨대 본딩 와이어(도시하지 않음)에 의해 접속한다.

이와 같이 압력 센서 칩(23)이 센서 케이스(32)에 부착된 후, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 케이스 본체(33)의 제1 및 제2 개구부(62, 63)에 납땜하여, 세관 관통부를 밀봉한다. 그리고, 케이스 본체(33)와 제1 및 제2 세관(21, 22)을, 도시하고 있지 않은, 접합 장치에 장전하고, 케이스 본체(33) 내를 불활성의 상태로 하여 케이스 본체(33)에 덮개(34)를 브레이징 혹은 시임 용접에 의해 부착한다. 덮개(34)가 케이스 본체(33)에 접합됨으로써, 압력 센서 조립체(31)가 완성된다.

다음으로, 압력 센서 조립체(31)를 기판(36)에 부착한다. 이 부착 작업은, 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 기판(36)의 관통 구멍(38)에 통과시키고 제1 및 제2 세관(21, 22)을 슬릿(39)에 통과시키며, 센서 케이스(32)를 기판(36)에 납땜하여 행한다. 그 후, 기판(36)을 수지 케이스(51)에 걸어 고정시켜 수지 케이스(51)를 보디(2)의 내부 공간(26)에 삽입한다. 기판(36)을 수지 케이스(51)에 조립할 때에는, 기판(36)의 관통 구멍(38)을 통해 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 시인(視認)하면서, 제1 및 제2 와셔(17, 18)가 수지 케이스(51)의 관통 구멍(54)에 들어가도록 기판(36)의 위치를 조정한다. 그리고, 수지 케이스(51)의 원형 돌기(55)를 보디(2)의 원형 오목부(57)에 감합시키고, 제1 및 제2 와셔(17, 18)의 볼록부(17a, 18a)를 제1 및 제2 도압로(15, 16)에 삽입한다.

다음으로, 제1 및 제2 와셔(17, 18)를 보디(2)에 용접한다. 이 용접은, 도 9에 도시된 바와 같이, 보디(2)를 하측 전극(71)에 배치하고, 제1 및 제2 와셔(17, 18)에 상측 전극(72)을 압박하여 저항 용접에 의해 행한다. 상측 전극(72)은, 막대형으로 형성되고, 수지 케이스(51)의 관통 구멍(54)과, 기판(36)의 관통 구멍(38)에 통과시켜 제1 및 제2 와셔(17, 18)에 겹쳐진다. 상측 전극(72)의 선단부에는, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시키기 위해서 슬릿(73)이 형성되어 있다.

제1 및 제2 와셔(17, 18)가 보디(2)에 용접된 후, 제1 및 제2 압력 전달실(12, 14)로부터 압력 센서 칩(23) 내에 이르는 압력 전달 경로에 압력 전달 매체(25)를 충전한다. 이 충전은, 제1 및 제2 압력 전달실(12, 14)로부터 보디(2)의 밖으로 연장되는 충전 구멍(도시하지 않음)을 이용하여 행한다.

이와 같이 구성된 압력 측정 장치(1)의 센서 케이스(32)는, 기판(36) 상에 배치되어 있다. 이 때문에, 기판(36) 상에 센서 케이스(32)를 실장할 수 있기 때문에, 기판(36)과 센서 케이스(32)의 점유 공간을 최소로 할 수 있고, 기판(36)과 센서 케이스(32)를 보디(2) 내에 컴팩트하게 배치할 수 있다. 따라서, 이 실시형태에 의하면, 보디를 소형화하는 것이 가능한 압력 측정 장치를 제공할 수 있다.

(제2 실시형태)

기판과 압력 센서 조립체는 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 구성할 수 있다. 도 10 내지 도 13에서, 도 1 내지 도 9에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절히 생략한다.

도 10에 도시된 기판(81)은, 원판형으로 형성되고, 2개의 관통 구멍(38)과, 외주부의 1개소에 위치하는 절결(82)을 갖고 있다. 2개의 관통 구멍(38, 38)은, 제1 실시형태를 채용할 때와 동일한 위치, 즉 제1 및 제2 도압로(15, 16)의 개구단과 대향하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 기판(81)에는, 전기 회로(40)와 커넥터 단자(41)가 실장되어 있다. 전기 회로(40)와 커넥터 단자(41)를 실장하는 위치는, 도 10에 도시된 위치에 한정되는 일은 없고 적절히 변경할 수 있다.

절결(82)은, 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시키기 위한 것으로, 원판형을 나타내는 기판(81)의 직경 방향의 단부에 형성되고, 기판(81)의 외주 가장자리(81a)로부터 중심을 향해 연장되어 있다. 이 실시형태에 의한 절결(82)은, 2개의 관통 구멍(38)의 중심끼리를 연결하는 가상선(L)과 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 이 때문에, 절결(82)은, 한쪽의 관통 구멍(38)과 다른쪽의 관통 구멍(38) 사이의 중앙을 향해 연장되어 있다. 또한, 절결(82)은, 기판(81)의 외주 가장자리(81a)로부터 가상선(L)을 향해 연장되는 제1 및 제2 변(82a, 82b)과, 이들 2변의 일단끼리를 접속하도록 가상선(L)과 평행하게 연장되는 제3 변(82c)을 갖고, 이들 제1∼제3 변(82a∼82c)에 의해 개구 부분이 둘러싸이도록 형성되어 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 기판(81)에서의, 절결(82)의 제1 변(82a)을 형성하는 부분에는, 복수의 납땜용 랜드(83)가 형성되어 있다. 기판(81)에서의 절결(82)의 제2 변(82b)을 형성하는 부분에는, 복수의 납땜용 랜드(84)가 형성되어 있다. 기판(81)에서의 절결(82)의 제3 변(82c)을 형성하는 부분에는, 복수의 납땜용 랜드(85)가 형성되어 있다. 이들 납땜용 랜드(83∼85)는, 기판(81)에 실장된 전기 회로(40)에 도시하고 있지 않은 배선 패턴에 의해 접속되어 있다. 이들 납땜용 랜드(83∼85)에는, 센서 케이스(32)가 실장된다. 즉, 센서 케이스(32)는, 절결(82)에 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시킨 상태에서 기판(81) 상의 절결(82)의 주변부에 배치, 고정되게 된다.

납땜용 랜드(83∼85)가 절결(82)의 하나의 변 근방에 집중되어 배치되면, 압력 측정 장치를 제조하는 공정 도중에 센서 케이스(32)에 외력이 가해졌을 때나, 주위의 온도의 변화에 의해 땜납부에 열응력이 발생했을 때에 응력 집중이 발생한다. 또한, 센서 케이스(32)측의 전극 패드(35)의 하나하나의 접합면의 면적이 작아지기 때문에, 공정 난이도가 높아지고, 전극 패드(35)의 땜납 강도도 작아져 버린다. 이러한 문제점이 발생하는 일이 없도록, 이 실시형태에서는 절결(82)의 3변이 되는 부분에 납땜용 랜드(83∼85)를 분산하여 배치하고 있다.

제1 변(82a)의 근방에 형성되는 복수의 납땜용 랜드(83)와, 제2 변(82b)의 근방에 형성되는 복수의 납땜용 랜드(84)는, 도 11에서 좌우 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 납땜용 랜드(83, 84)가 비대칭이 되는 것과 같은 경우에는, 배선되어 있지 않은 더미의 납땜용 랜드를 기판(81)에 형성하고, 배선되어 있지 않은 더미의 전극 패드를 센서 케이스(32)에 형성하여 좌우 대칭의 구조를 실현시킨다. 이 실시형태에서는, 센서 신호를 통과시키기 위한 납땜용 랜드(85)를 제3 변(82c)을 따라 배열되도록 형성하고 있다. 이 구성을 채용함으로써, 기판(81)에 센서 케이스(32)를 실장하는 데 있어서 효율이 높아진다.

이 실시형태에 의한 제1 및 제2 세관(21, 22)은, 도 12 또는 도 13에 도시된 바와 같이 구부려 형성된다.

도 12에 도시된 제1 및 제2 세관(21, 22)은, 각각 2개소의 굽힘부(21a, 21b, 22a, 22b)를 갖고, 기판(81)의 주면(主面; 81b)과 직교하는 방향에서 보아 ハ자형으로 형성되어 있다.

도 13에 도시된 제1 및 제2 세관(21, 22)은, 각각 3개소의 굽힘부(21a∼21c, 22a∼22c)를 갖고, 기판(81)의 주면(81b)과 직교하는 방향에서 보아 コ자형이 되도록 각각 L자형으로 형성되어 있다.

이 실시형태에서 나타내는 바와 같이, 기판(81)의 단부에 절결(82)을 형성하고, 이 절결(82) 주변부에 센서 케이스(32)를 배치, 고정함으로써, 기판(81)에 제1 및 제2 세관(21, 22)을 통과시키기 위한 슬릿(39)이 불필요해지기 때문에, 기판(81)의 중앙부를 부품 실장 공간(86)(도 10 참조)으로서 사용할 수 있다. 이 때문에, 기판(81)을 대형화하지 않고 많은 전자 부품을 기판(81)에 실장하는 것이 가능해진다.

(제3 실시형태)

기판과 압력 센서 조립체는 도 14의 (a), (b) 및 도 15에 도시된 바와 같이 구성할 수 있다. 도 14 및 도 15에서, 도 1 내지 도 13에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절히 생략한다. 도 14의 (a)는 기판을 센서 케이스가 실장되는 표면측에서 본 측면도, 도 14의 (b)는 기판을 센서 케이스가 실장되어 있지 않은 이면측에서 본 측면도이다. 도 14의 (a), (b)는 센서 케이스에 제1 및 제2 세관을 부착하고 있지 않은 상태로 나타내고 있다.

도 14의 (a), (b)에 도시된 기판(91)은, 직사각형의 판형으로 형성되어 있고, 길이 방향의 일단에 절결(82)을 갖고 있다. 도 14의 (a), (b) 중에 기판(91)에 형성되어 있는 4개의 구멍(92)은, 도시하고 있지 않은 부착용 볼트를 통과시키기 위한 구멍이다. 부착용 볼트는, 기판(91)을, 도시하고 있지 않은, 보디(2)측의 지지 브래킷에 고정한다. 기판(91)은, 그 주면(91a)이 보디(2)의 길이 방향{수압부(3)와 검출부(4)가 배열되는 방향이며 도 14의 (a), (b)에서는 상하 방향}과 평행하게 연장되고, 절결(82)이 수압부(3)에 접근하는 것과 같은 자세로 지지 브래킷을 통해 보디(2)에 고정된다.

기판(91)의 절결(82)을 형성하는 부분에는, 제2 실시형태와 마찬가지로 납땜용 랜드(83∼85)가 형성되어 있고, 센서 케이스(32)가 이들 납땜용 랜드(83∼85)에 실장되어 배치, 고정되어 있다.

이 실시형태에 의한 제1 및 제2 세관(21, 22)은, 도 15에 도시된 바와 같이, 센서 케이스(32)에 접속되는 일단부(93, 94)에 대해, 제1 및 제2 와셔(17, 18)에 접속되는 타단부(95, 96)가 수직이 되도록 구부려져 있다.

이 실시형태에서 나타내는 바와 같이 기판(91)을 보디(2)의 수압부(3)와 검출부(4)가 배열되는 방향과 평행하게 연장되도록 배치함으로써, 검출부(4)를, 전유 면적이 작아지도록, 컴팩트하게 형성할 수 있다.

1: 압력 측정 장치 2: 보디
7: 제1 프로세스 유체 8: 제2 프로세스 유체
11: 제1 수압 다이어프램 12: 제1 압력 전달실
13: 제2 수압 다이어프램 14: 제2 압력 전달실
15: 제1 도압로 16: 제2 도압로
17: 제1 와셔 18: 제2 와셔
21: 제1 세관 22: 제2 세관
23: 압력 센서 칩 25: 압력 전달 매체
26: 내부 공간 28, 29: 관통 구멍
32: 센서 케이스 35: 전극 패드
36, 81, 91: 기판(회로 기판) 40: 전기 회로
62: 제1 개구부 63: 제2 개구부
82: 절결 38: 관통 구멍
82a: 제1 변 82b: 제2 변
82c: 제3 변 37, 83∼85: 납땜용 랜드

Claims

측정 대상인 프로세스 유체의 압력을 수압(受壓)하는 수압 다이어프램을 구비하고,
상기 수압 다이어프램과의 사이에 충전된 압력 전달 매체의 압력을 수압하여 압력을 검출하는 압력 센서 칩과,
상기 압력 센서 칩을 수용하는 센서 케이스가 내부 공간에 설치된 보디
를 갖는 압력 측정 장치로서,
상기 센서 케이스는, 절연 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 압력 전달 매체의 압력을 상기 압력 센서 칩에 도입하기 위한 개구부를 가지며,
상기 보디는, 상기 수압 다이어프램을 벽의 일부로 하여 형성되고 상기 압력 전달 매체의 일부를 수용하는 압력 전달실로부터 상기 보디의 상기 내부 공간으로 통하는 도압로(導壓路)를 갖고,
상기 보디의 상기 내부 공간에는,
상기 도압로에서의 상기 보디의 상기 내부 공간으로 통하는 개구단에 장착된, 관통 구멍을 갖는 스테인리스제의 와셔와,
상기 와셔의 상기 관통 구멍에 그 일단이 삽입되어 접합되고, 그 타단이 상기 센서 케이스의 상기 개구부를 관통하여 상기 압력 센서 칩에 연통(連通)되는, 내부에 상기 압력 전달 매체가 충전된 세관(細管)과,
상기 압력 센서 칩의 검출 출력으로부터 전기 신호를 생성하는 전기 회로가 탑재된 회로 기판
이 설치되며,
상기 센서 케이스는, 상기 회로 기판 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 회로 기판은, 단부에 상기 세관을 통과시키는 절결을 갖고,
상기 센서 케이스는, 상기 회로 기판 상의 상기 절결의 주변부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 회로 기판은, 상기 도압로의 상기 개구단이 지향하는 방향이 두께 방향이 되는 상태로 상기 보디에 고정되고,
상기 회로 기판에서의, 상기 도압로의 상기 개구단과 대향하는 위치에 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 회로 기판에서의 상기 절결의 구멍 부분을 둘러싸는 3개의 변을 형성하는 부분에, 상기 전기 회로에 접속되는 납땜용 랜드가 각각 형성되고,
상기 센서 케이스의, 상기 회로 기판에 배치되는 배치면인 바닥면에는, 상기 납땜용 랜드와 접속하여 도통(導通)하는 전극 패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 측정 장치.