KR20120004923A - 압력 측정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정확히 압력을 측정할 수 있는 압력 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
압력을 받는 가요막(1)과, 가요막(1)을 유지하며 바닥면이 원형인 볼록부(12)가 설치된 대좌(2)와, 볼록부(12)의 원형 바닥면에 접합된 도 1에 도시하는 유지 부재(3)를 구비하는 압력 측정기를 제공한다. 가요막(1)은, 예컨대 실리콘으로 이루어지고, (100)면을 주요면으로 한다. 또한 가요막(1)은, 오목부(23)가 형성된 실리콘 기판(21)과, 오목부(24)가 형성된 실리콘 기판(22)에 끼워져 배치되어 있다. 이 때문에 가요막(1)은, 실리콘 기판(22)을 개재하여, 대좌(2)에 유지되어 있다.

Description

압력 측정기{PRESSURE GAUGE}
본 발명은 측정 기술에 관한 것이며, 압력 측정기에 관한 것이다.
반도체의 피에조 저항 효과를 이용한 압력 측정기가, 소형, 경량, 및 고감도이기 때문에, 플랜트 등에서 널리 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조.). 이러한 압력 측정기에서는, 반도체를 포함하는 다이어프램에, 왜곡 게이지가 설치되어 있다. 다이어프램에 가해지는 압력에 의해 왜곡 게이지가 변형하면, 피에조 저항 효과에 의해 왜곡 게이지의 저항값이 변화한다. 따라서, 왜곡 게이지의 저항값을 측정하는 것에 의해, 압력을 측정할 수 있게 된다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3307281호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2006-170823호 공보
압력 측정기에서는, 측정 대상이 되는 압력 이외의 외력이 가해진 경우에, 구성 부품의 접합면에서 응력 집중이 생겨, 압력 측정에 오차가 생기는 경우가 있다. 또한 종래 제안되어 있는 응력 집중을 완화하기 위한 기구나 구조는 복잡하여, 제조 비용이 든다는 문제도 있다. 그래서, 본 발명은, 응력 집중을 완화하여, 정확히 압력을 측정할 수 있는 압력 측정기를 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명의 양태는, (가) 압력을 받는 가요(可撓)막과, (나) 가요막을 유지하며, 바닥면이 원형인 볼록부가 설치된 대좌와, (다) 볼록부의 원형 바닥면에 접합된 유지 부재를 포함하는 압력 측정기인 것을 요지로 한다. 본 발명의 양태에 따른 압력 측정기에 의하면, 유지 부재가, 대좌에 설치된, 바닥면이 원형인 볼록부를 개재하여 대좌에 고정되어 있다. 이 때문에 대좌와 유지 부재의 접합면에서, 응력 집중이 생기기 어려워진다.
본 발명에 의하면, 정확히 압력을 측정할 수 있는 압력 측정기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 압력 측정기의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 대좌의 바닥면도.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 제1 실리콘 기판의 바닥면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 제2 실리콘 기판의 평면도.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 유리 기판의 평면도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 가요막의 평면도.
도 7은 본 발명의 실시형태의 변형예에 따른 압력 측정기의 단면도.
도 8은 본 발명의 그 외 실시형태에 따른 압력 측정기의 단면도.
이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호로 나타내고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 대조하여 판단해야 하는 것이다. 또한 도면 상호간에서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
실시형태에 따른 압력 측정기는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압력을 받는 가요막(1)과, 가요막(1)을 유지하며, 도 2에 도시하는 바와 같이 바닥면이 원형인 볼록부(12)가 설치된 대좌(2)와, 볼록부(12)의 원형 바닥면에 접합된 도 1에 도시하는 유지 부재(3)를 구비한다. 가요막(1)은, 예컨대 실리콘으로 이루어지고, (100)면을 주요면으로 한다. 또한, 가요막(1)은, 오목부(23)가 형성된 실리콘 기판(21)과, 오목부(24)가 형성된 실리콘 기판(22)에 끼워져 배치되어 있다. 실리콘 기판(22)은, 대좌(2) 위에 배치되어 있다. 이 때문에 가요막(1)은, 실리콘 기판(22)을 개재하여, 대좌(2)에 유지되어 있다.
도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(21)에는, 오목부(23)의 중심으로부터 상면으로 관통하는 관통 구멍(27)이 형성되어 있다. 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(22)에는, 오목부(24)의 중심으로부터 바닥면으로 관통하는 관통 구멍(28)이 형성되어 있다.
예컨대 도 3에 도시하는 오목부(23)의 외주와, 도 4에 도시하는 오목부(24)의 외주는 합동이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(21)과 실리콘 기판(22)은, 오목부(23)의 외주와 오목부(24)의 외주의 횡방향의 위치가 일치하도록 배치되어 있다.
실리콘 기판(21) 위에는, 유리 기판(31)이 배치되어도 좋다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(31)에는, 실리콘 기판(21)의 관통 구멍(27)에 연통하는 관통 구멍(33)이 형성되어 있다. 도 1에 도시하는 실리콘 기판(22)의 바닥면에 배치된 대좌(2)는, 유리[예컨대 텐팍스 글라스(등록상표)] 등으로 이루어진다. 대좌(2)에는, 실리콘 기판(22)의 관통 구멍(28)에 연통하는 관통 구멍(13)이 형성되어 있다. 볼록부(12)가 설치된 대좌(2)는, 예컨대 절삭 또는 에칭하는 것에 의해, 용이하게 제조할 수 있다. 대좌(2)의 볼록부(12)의 바닥면에 접하도록 배치된 유지 부재(3)는, 스테인리스강 등으로 이루어진다. 유지 부재(3)에는, 대좌(2)의 관통 구멍(13)에 연통하는 관통 구멍(14)이 형성되어 있다. 유지 부재(3)는, 예컨대 가요막(1) 등을 둘러싸는 패키지이며, 판형에 한정되지 않는다.
가요막(1)의 오목부(23) 및 오목부(24)를 덮는 도 6에 도시하는 원형 부분(101)은, 상면에 가해지는 압력과, 바닥면에 가해지는 압력의 차압을 측정하기 위한 다이어프램으로서 기능한다. 차압을 측정하기 위한 다이어프램으로서 기능하는 가요막(1)의 원형 부분(101)에는, 90˚ 간격으로 (110)방향으로 4개의 왜곡 저항 게이지(51, 52, 53, 54)가 설치되어 있다. 차압에 의해 가요막(1)이 휘는 것에 의해, 왜곡 저항 게이지(51, 52, 53, 54)의 전기 저항값이 변화한다. 따라서, 왜곡 저항 게이지(51, 52, 53, 54)의 전기 저항값을 계측하는 것에 의해, 차압의 측정이 가능해진다. 예컨대 왜곡 저항 게이지(51, 52, 53, 54)는, 실리콘으로 이루어지는 가요막(1)에 불순물 이온을 주입하는 것에 의해 형성된다.
이상 설명한 도 1에 도시하는 압력 측정기에서는, 유지 부재(3)가, 대좌(2)에 설치된 도 2에 도시하는 바와 같이 바닥면이 원형인 볼록부(12)에 접합하여 고정되어 있다. 이 때문에, 유지 부재(3)에 외력이 가해진 경우에, 각각 재료가 상이한 대좌(2)와 유지 부재(3)의 접합면에서, 응력 집중이 생기기 어렵다. 따라서, 접합부 파괴가 생기기 어렵다. 또한, 같은 지름인 경우, 사각보다 원형이 접합 면적이 작아져, 발생 응력 자체를 작게 할 수 있으며, 또한 잘록함 구조를 취하는 것에 의해, 상부 구조에의 응력 전파도 작게 할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시하는 압력 측정기에서는, 응력 전파에 의해 생길 수 있는 측정 오차가 억제된다. 또한 상부 구조의 응력 집중에 의한 파손 등도 생기기 어려워진다.
(변형예)
도 7에 도시하는 압력 측정기는, 도 1에 도시하는 압력 측정기와 달리, 대좌(2) 및 유지 부재(3)에 관통 구멍이 형성되어 있지 않다. 이 때문에 대좌(2)에 의해, 실리콘 기판(22)의 관통 구멍(28)은 막혀 있다. 실리콘 기판(22)의 오목부(24)도 가요막(1)으로 덮여 있기 때문에, 실리콘 기판(22)의 오목부(24) 및 관통 구멍(28)이 형성하는 공간은 폐쇄되어 있다. 이 경우, 가요막(1)의 바닥면에는, 일정한 기준 압력이 가해진다. 이 때문에 측정된 차압으로부터, 가요막(1)의 상면에 가해진 압력을 용이하게 구할 수 있게 된다.
(그 밖의 실시형태)
상기한 바와 같이 본 발명을 실시형태에 의해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에는 여러 가지의 대체 실시형태, 실시예 및 운용기술이 명백해질 것이다. 예컨대 대좌에 설치된 바닥면이 원형인 볼록부에 유지 부재를 접합하는 한에서, 압력 측정기는 여러 가지 형태를 취할 수 있다.
예컨대 도 8에 도시하는 압력 측정기는, 실리콘 기판(222), 실리콘 기판(222) 위에 배치된 산화규소막(250), 및 산화규소막(250) 위에 배치된 실리콘 기판(201)을 포함하는 SOI(Silicon on Insulator) 기판으로부터 제조된 것이다. SOI 기판의 실리콘 기판(222)으로부터, 에칭 등에 의해 오목부(224)가 형성되어 있다. 오목부(224)가 도달한 실리콘 기판(201)의 부분은 박막화되고, 압력을 받는 다이어프램으로서 기능한다. 도 8에 도시하는 구성에서도, 대좌(2)에 설치된 바닥면이 원형인 볼록부(12)에 유지 부재(3)가 접합되어 있기 때문에, 접합면에서의 응력 집중을 완화할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하지 않는 여러 가지 실시형태 등을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
1: 가요막, 2: 대좌, 3: 유지 부재, 12: 볼록부, 224: 오목부, 13, 14, 27, 28, 33: 관통 구멍, 21, 22, 201, 222: 실리콘 기판, 23, 24: 오목부, 31: 유리 기판, 51, 52, 53, 54: 저항 게이지, 101: 가요막의 원형 부분, 250: 산화규소막

Claims (6)

  1. 압력을 받는 가요(可撓)막과,
    상기 가요막을 유지하며, 바닥면이 원형인 볼록부가 설치된 대좌와,
    상기 볼록부의 원형 바닥면에 접합된 유지 부재
    를 포함하는 압력 측정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대좌는 유리로 이루어지고, 상기 유지 부재는 금속으로 이루어지는 것인 압력 측정기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대좌는, 실리콘 기판을 개재하여 상기 가요막을 유지하는 것인 압력 측정기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 기판에, 상기 가요막으로 덮이는 오목부가 형성되어 있는 것인 압력 측정기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요막은 실리콘으로 이루어지는 것인 압력 측정기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요막과 상기 대좌 사이에 폐쇄 공간이 형성된 것인 압력 측정기.
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