KR20170034301A - 압력센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력센서에 관한 것으로서, 이 압력센서(10)는, 몸체(14)와 홀더(16) 사이에 수납되는 세라믹제의 센서(18)를 가지며, 상기 센서(18)의 단면(38a)에는, 스크린 인쇄에 의해서 후막 저항 페이스트재를 이용하여 복수의 저항체(40a 내지 40d)가 일직선상으로 인쇄되어 소성된다.

Description

압력센서 및 그 제조 방법 {PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은, 유로 내를 유동하는 압력유체의 압력을 검출하는 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 물, 기름 및 약액 등이 이용되는 제조라인에 있어서, 이러한 액체의 압력을 계측할 목적으로 압력센서가 이용되고 있다. 이 압력센서는, 예를 들면, 유럽특허 제2175252호 명세서에 개시된 바와 같이, 표면에 복수의 저항체가 설치된 세라믹제 센서를 가지며, 상기 센서가 몸체의 내부에 수납된 상태로, 포트를 통해서 내부로 도입된 유체의 압력에 따라 저항체가 변형됨으로써, 이 변형에 상응하는 출력전압으로부터 압력이 검출된다. 이 저항체는, 예를 들면, 스크린 인쇄 등의 후막(thick-film) 인쇄에 의해서 센서의 표면에 대해서 대략 마름모 형상이 되도록 인쇄된 후, 소성함으로써 형성되고 있다.
그렇지만, 상술한 압력센서로는, 복수의 저항체가 대략 마름모 형상으로 배치되어 있기 때문에, 스크린 인쇄에 있어서 스크린 마스크를 이용하여 상기 저항체를 페이스트재에 의해서 인쇄할 때, 그 배치 때문에 동시에 인쇄하지 못하고, 인쇄 타이밍에 약간의 편차가 생기게 된다.
그 결과, 이 저항체의 인쇄 타이밍의 편차에 기인하여, 각 저항체의 인쇄 조건에 차이가 생김과 함께 막 두께가 불균일하게 되고, 각 저항체의 저항값에 편차가 생겨 버리기 때문에, 그 조정 작업이 번거롭고, 제조성의 저하를 초래하게 된다.
본 발명의 일반적인 목적은, 복수의 저항체를 용이하고 또한 균일하게 제조함으로써 품질 및 제조성의 향상을 도모하는 것이 가능한 압력센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 압력유체가 도입되는 유로를 갖는 몸체와, 몸체의 단부에 설치되어 유로를 향하는 박막 형상의 다이어프램부를 갖는 세라믹제의 센서를 구비한 압력센서에 있어서, 다이어프램부에는, 후막 인쇄에 의해서 인쇄된 복수의 저항체가 서로 소정간격 이격되어 일직선상으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 몸체의 단부에 세라믹제의 센서가 설치된 압력센서에 있어서, 센서에 있어서의 박막 형상의 다이어프램부에는 후막 인쇄에 의해서 인쇄된 복수의 저항체가 서로 소정간격 이격되어 일직선상으로 설치되어 있다.
따라서, 복수의 저항체를 후막 인쇄에 의해서 인쇄할 때, 저항체를 동시에 인쇄하는 것이 가능해지기 때문에, 인쇄 조건 및 막 두께를 균일하게 함으로써 품질의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 저항체의 조정작업을 불필요하게 할 수 있기 때문에, 제조성의 향상이 가능해진다.
또, 본 발명은, 세라믹제의 센서를 갖는 압력센서를 제조하는 제조 방법에 있어서,
센서에 대해서 표면 처리를 실시한 후, 도전성 페이스트재를 이용하여 후막 인쇄에 의해서 센서의 단면에 대해서 배선을 인쇄하여 소성하는 공정과,
스크린 마스크에 대해서 루테늄계의 후막 저항 페이스트재를 긁음으로써(scraping), 후막 저항 페이스트재를 긁는 방향과 직교방향으로 복수의 저항체를 후막 인쇄에 의해서 동시에 일직선상으로 인쇄하여 소성하는 공정,
을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 센서의 단면에 대해서 도전성 페이스트재로 배선을 후막 인쇄에 의해서 인쇄하여 소성한 후에, 후막 저항 페이스트재를 긁는 방향에 대해서 직교하도록 일직선상으로 배치한 복수의 저항체를 후막 인쇄에 의해서 센서의 단면에 대해서 인쇄하여 소성하고 있다.
따라서, 복수의 저항체를 후막 저항 페이스트재에 의해서 동시에 센서에 대해서 인쇄할 수 있기 때문에, 그 인쇄 조건 및 막 두께를 동일하게 할 수 있고, 그것에 수반하여, 각 저항체에 있어서의 저항값을 균일하게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 각 저항체에 있어서의 저항값의 조정작업이 불필요하게 되고, 제조성의 향상을 도모하면서 용이하게 고품질의 압력센서를 얻을 수 있다.
센서의 단면에 대해서 도전성 페이스트재로 배선을 후막 인쇄에 의해서 인쇄하여 소성한 후에, 후막 저항 페이스트재를 긁는 방향에 대해서 직교하도록 일직선상으로 배치한 복수의 저항체를 후막 인쇄에 의해서 센서의 단면에 대해서 인쇄하여 소성함으로써, 복수의 저항체를 센서에 대해서 동시에 인쇄할 수 있기 때문에, 그 인쇄 조건 및 막 두께를 동일하게 할 수 있고, 그것에 수반하여, 각 저항체에 있어서의 저항값을 균일하게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 각 저항체에 있어서의 저항값의 조정작업이 불필요하게 되고, 제조성의 향상을 도모하면서 용이하게 고품질의 압력센서를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기된 그리고 또 다른 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시형태가 예시를 위해 도시된 첨부 도면들과 함께 취해질 때 이어지는 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 압력센서의 전체 단면도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 압력센서의 센서 부근을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은, 도 1에 도시된 압력센서에 있어서의 센서의 정면도이다.
도 4a는, 도 3에 있어서의 저항체의 배치를 나타내는 센서의 정면도이다.
도 4b는, 종래기술에 따른 저항체의 배치를 나타낸 센서의 정면도이다.
이 압력센서(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압력유체가 도입되는 유로(12)를 갖는 몸체(14)와, 이 몸체(14)의 일단부에 장착되는 홀더(16)와, 상기 홀더(16)의 내부에 수납되고 몸체(14)와의 사이에 설치되는 센서(18)를 포함한다.
몸체(14)는, 예를 들면, 금속제 재료로 형성되고, 단면이 원형인 형상으로 형성된 일단부의 외주면에는 제1 나사부(20)가 설치되며, 후술하는 홀더(16)가 나사결합됨으로써 일체로 연결된다. 또, 일단부의 단면에는, 환형 홈을 통하여 밀봉 링(22)이 설치되고 후술하는 센서(18)의 하부면이 맞닿는다. 이 밀봉 링(22)은, 링 형상이라면 환형일 수도 있고 사각형일 수도 있다.
또, 몸체(14)의 일단부에는, 이 일단부로부터 이격되는 방향(화살표 A 방향)으로 소정 높이만큼 돌출한 위치결정 핀(24)(도 3 참조)이 설치되고, 후술하는 센서(18)의 홈부(54)에 삽입된다.
한편, 몸체(14)의 타단부에는, 일단부측과 마찬가지로 외주면에 제2 나사부(26)가 형성되고, 예를 들면, 도시하지 않은 유체압기기 등의 포트에 나사결합됨으로써 접속되는 동시에, 이 타단부의 중심으로는, 그 단면에 개구된 유체 도입 포트(28)가 형성된다. 그리고, 유체 도입 포트(28)는, 몸체(14)의 중심을 축방향(화살표 A, B 방향)을 따라서 형성되고, 이 몸체(14)의 일단부까지 관통하는 유로(12)와 연통하고 있다.
또한, 몸체(14)에 있어서의 축방향(화살표 A, B 방향)을 따른 대략 중앙부의 외주면에는, 단면이 육각형인 너트부(30)가 형성되고, 이 너트부(30)를 도시하지 않은 공구 등으로 파지하여 몸체(14)를 회전시킴으로써 이 몸체(14)가 제2 나사부(26)를 통하여 도시하지 않은 유체압기기 등에 접속된다.
홀더(16)는, 예를 들면, 황동이나 스테인리스강 등의 금속제 재료로, 바닥을 갖는 원통형상으로 형성되고, 그 바닥부가 되는 일단부 중앙에는 축방향(화살표 A, B 방향)으로 관통하는 개구부(32)가 형성된다. 그리고, 개구부(32)의 외주 측에는 가압부(34)가 형성된다. 또, 홀더(16)에 있어서의 타단부측(화살표 B 방향)의 내주면에는, 몸체(14)의 제1 나사부(20)에 나사결합되는 암나사부(36)를 가지고 있다. 그리고, 홀더(16)는, 암나사부(36)를 통하여 몸체(14)의 일단부의 외측을 덮도록 나사결합 됨으로써 동축으로(coaxially) 연결된다.
센서(18)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 산화 알루미늄(Al2O3, 알루미나) 등의 세라믹 재료로 형성된다. 이 센서(18)는, 대략 중앙부에 오목부(52)를 갖는, 단면이 U자 형상인 베이스체(base body)(38)와, 이 베이스체(38)의 단면(38a)에 장착된 복수의 저항체(40a 내지 40d)와, 이 저항체(40a 내지 40d)에 배선(42)를 통하여 접속되는 전극(44)과, 상기 저항체(40a 내지 40d)를 덮는 2층의 제1 및 제2 보호막(46, 48)과, 상기 단면(38a)으로부터 돌출하는 복수의 볼록부(50)로 이루어진다.
그리고, 센서(18)는, 오목부(52)가 몸체(14) 측(화살표 B 방향)으로 유로(12)를 향하도록 배치된 상태로, 홀더(16)와 몸체(14) 사이에 수납된다.
베이스체(38)의 외주면에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 단면이 반원형상으로 직경방향 내측으로 오목하게, 축방향(화살표 A, B 방향)을 따라서 연장되는 복수의 홈부(54)가 형성된다. 그리고, 몸체(14)의 일단부에 센서(18)를 조립할 때, 위치결정 핀(24)이 각각 삽입됨으로써 원주방향으로의 위치결정이 이루어진다. 다시 말해서, 센서(18)가 몸체(14)에 대해서 회전되는 것이 규제된다.
한편, 베이스체(38)의 대략 중앙부에는, 오목부(52)와는 반대쪽인 단면(38a) 측(화살표 A 방향)에 소정 두께로 형성된 대략 원형상의 다이어프램부(56)가 설치된다. 이 다이어프램부(56)는, 베이스체(38)의 외주 부위에 대해서 얇게 형성되고, 그 표면에는 스트레인 게이지로서 기능하는 복수의 저항체(40a 내지 40d)가 설치되어 있다. 이 저항체(40a 내지 40d)는, 예를 들면, 스크린 인쇄 등의 후막(thick-film) 인쇄기술을 이용하여 인쇄하고 소성함과 함께, 각각의 저항체(40a 내지 40d)는 일직선상이 되도록 서로 소정간격 이격되어 배치된다.
또한, 이 저항체(40a 내지 40d)는, 예를 들면, 루테늄(Ru) 계의 후막저항 페이스트재를 소성함으로써 형성된다.
또, 도 3에 도시된 바와 같이, 저항체(40a 내지 40d)에 접속되는 배선(42) 및 전극(44)이, 도전성 페이스트재를 이용하여 인쇄된 후에 소성되고, 이 배선(42)은 베이스체(38)의 외측 가장자리부에 설치된 각 전극(44)에 각각 접속되어 있다.
제1 보호막(46)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 베이스체(38)의 단면(38a)에 대해서 각 저항체(40a 내지 40d)를 덮도록 설치되어 저융점 유리를 인쇄하여 소성하는 것에 의해서 형성된다. 이것에 의해, 각 저항체(40a 내지 40d)가 보호되고, 또한, 방습성 및 절연성이 확보된다.
제2 보호막(48)은, 상기 제1 보호막(46)을 덮도록 설치되고, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 유기재료를 인쇄하여 소성함으로써 형성된다.
또, 베이스체(38)의 단면(38a)에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다이어프램부(56)의 직경방향 외측이 되는 위치에 상기 단면(38a)으로부터 소정 높이만큼 돌출하는 복수의 볼록부(50)를 갖는다. 이 볼록부(50)는, 예를 들면, 단면이 사각형상으로 다이어프램부(56)에 대해서 약 20 내지 40㎛의 높이로 형성되고, 저항체(40a 내지 40d) 등과 동일한 재료로 형성된다. 또, 볼록부(50)는, 저항체(40a 내지 40d)를 인쇄할 때, 동일한 재료로 또한 동일한 높이로 동시에 인쇄하여 소성하면 바람직하다.
이 볼록부(50)는, 예를 들면, 베이스체(38)의 중심 주위에서 서로 등각도로 이격되도록 복수(예를 들면, 4개) 설치된다. 볼록부(50)의 위치는, 홀더(16)를 몸체(14)에 대해서 나사결합시켜 체결할 때, 홀더(16)로부터 센서(18)의 단면과 수직방향(화살표 B 방향)으로 하중(고정하중)이 부여될 때에, 이 하중에 의해서 상기 다이어프램부(56)에 설치된 저항체(40a 내지 40d)가 변형되기 어려운 위치(각도)가 되도록 설정된다. 또한, 볼록부(50)는, 다이어프램부(56)에 대해서 가능한 한 직경방향 외측으로 이격되는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 여기에서는, 볼록부(50)가, 베이스체(38)에 있어서의 홈부(54)에 대해서 원주방향으로 약 45°만큼 오프셋된 위치가 되도록 4개소 설치된 경우에 대해 설명한다.
그리고, 홀더(16)의 내부에 센서(18)가 수납된 상태로, 이 홀더(16)와 몸체(14)를 체결할 때, 상기 홀더(16)의 가압부(34)가 상기 센서(18)의 볼록부(50)와 맞닿아, 수직방향(축방향)으로 작용하는 고정하중이 상기 볼록부(50)에 부여되는 상태로 고정된다.
또, 상술한 제1 및 제2 보호막(46, 48)은, 볼록부(50)까지 덮도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 압력센서(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성되는 것이며, 다음에 저항체(40a 내지 40d)를 포함하는 센서(18)의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 예를 들면, 산화알루미늄 등의 세라믹 재료로 이루어지는 베이스체(38)에 대해서 세정, 베이킹 등을 행함으로써 표면처리를 실시한다.
다음에, 상술한 베이스체(38)의 단면(38a)에 대해서, 예를 들면, Au, Ag, Pd, Ni, Cu 등을 포함하는 도전성 페이스트재를 이용하여 배선(42)을 스크린 인쇄 등에 의해서 인쇄한 후, 소성하여 결착시킨다.
다음에, 도시하지 않은 스크린 마스크 상에 루테늄(Ru) 계의 후막 저항 페이스트재를 위치시키고, 스퀴지(squeegee)(도시하지 않음)로 직선형상(도 4a에서 화살표 C 방향)으로 긁음으로써(scraping) 인쇄 패턴으로부터 송출된 상기 후막 저항 페이스트재에 의해서 저항체(40a 내지 40d)를 인쇄한다.
이 때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 도시하지 않은 스퀴지에 의해서 후막 저항 페이스트재를 긁는 방향(화살표 C 방향)은, 병렬로 일직선상으로 배치되는 저항체(40a 내지 40d)의 열에 직교하는 방향이다.
그 때문에, 복수의 저항체(40a 내지 40d)는, 스크린 마스크에 형성된 인쇄 패턴을 통하여 후막 저항 페이스트재가 베이스체(38)의 단면(38a)에 대해서 동시에 인쇄되게 된다.
다시 말해서, 도 4b에 도시된 종래기술에 따른 센서(18a)와 같이 복수의 저항체(60a 내지 60d)가 일직선상이 아니고, 예를 들면, 대략 마름모 형상으로 배치되었을 경우에는, 예를 들면, 화살표 C 방향으로 후막 저항 페이스트재를 긁어 인쇄할 때, 최초로 저항체(60a)가, 다음에 저항체(60b, 60c)가 동시에, 마지막으로 저항체(60d)가 인쇄되게 된다. 즉, 복수의 저항체(60a 내지 60d)를 인쇄할 때, 그 인쇄 타이밍에 시간 차이가 생기기 때문에, 인쇄 조건에 차이가 생기는 동시에 막 두께에도 차이가 생기게 된다.
다음에, 저항체(40a 내지 40d)를 덮도록 베이스체(38)의 단면(38a)에 대해서 저융점 유리를 인쇄하여 소성함으로써 제1 보호막(46)을 형성한다. 이것에 의해, 저항체(40a 내지 40d)가 보호되는 동시에 방습성과 절연성이 확보된다.
상술한 저항체(40a 내지 40d)에 인쇄 편차가 생기는 경우에는, 그 저항값의 편차를 조정하기 위해서, 예를 들면, 레이저 등에 의해서 상기 저항체(40a 내지 40d)와 직렬 또는 병렬로 접속된 도시하지 않은 조정용 후막 저항의 트리밍을 행한다.
마지막으로, 제1 보호막(46)을 덮도록, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 유기 재료로 이루어지는 제2 보호막(48)을 인쇄하여 소성함으로써 트리밍부를 보호하고 센서(18)의 제조를 완료한다.
또한, 상술한 제1 및 제2 보호막(46, 48)은, 저항체(40a 내지 40d)만을 덮도록 형성할 수도 있고, 복수의 볼록부(50)를 덮도록 센서(18)의 외측 가장자리부 부근까지 설치할 수도 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 센서(18)가 제조된 압력센서(10)의 동작에 대해 간단하게 설명한다. 또한, 압력센서(10)는, 몸체(14)의 타단부가 도시하지 않은 유체압기기의 포트에 나사결합되어 부착된 상태인 것으로 한다.
도시하지 않은 유체압기기로부터 압력유체가 몸체(14)의 유체 도입 포트(28)를 통해서 유로(12)에 도입되고, 이 압력유체가 유로(12)를 따라서 센서(18) 측(화살표 A 방향)으로 흐르고, 오목부(52) 내에 도입됨으로써 다이어프램부(56)가 상기 압력유체의 압력에 의해서 가압되어 휘어진다.
이 다이어프램부(56)에 설치된 저항체(40a 내지 40d)가 휘어짐에 따른 변형을 전기신호로 변환한 후, 배선(42)을 통해서 전극(44)에 출력한다. 그리고, 전극(44)에 접속된 각 리드선(58)을 통해서 전압이 도시하지 않은 계측 장치 등으로 출력되고, 이 전압에 근거한 압력유체의 압력이 계측된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 압력센서(10)를 구성하는 센서(18)의 단면(38a)에, 루테늄(Ru) 계의 후막 저항 페이스트재로 복수의 저항체(40a 내지 40d)를 일직선상으로 배치하는 것에 의해, 예를 들면, 스크린 인쇄에 의해서 복수의 저항체(40a 내지 40d)를 동시에 인쇄하는 것이 가능해진다.
그 결과, 복수의 저항체(40a 내지 40d)를 설치하는 경우에도, 각 저항체(40a 내지 40d)의 인쇄 조건을 동일하게 하고, 또한, 그 막 두께를 균일하게 할 수 있기 때문에, 복수의 저항체(40a 내지 40d)에 있어서의 저항값을 동일하게 하는 것이 가능해지고, 저항체(40a 내지 40d)의 저항값을 조정하기 위한 트리밍 작업을 불필요하게 할 수 있어, 용이하게 제조시간의 단축을 도모하는 것이 가능하게 됨으로써, 제조성의 향상 및 품질의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 복수의 저항체(40a 내지 40d)는, 상술한 바와 같이 일렬로 일직선상으로 설치되는 경우로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 2열로 각각 일직선상으로 형성되는 경우에도 동시에 인쇄하여 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 인쇄 조건 및 막 두께의 균일화를 도모함으로써, 제조 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
또, 복수의 저항체(40a 내지 40d)의 저항값이 동일하게 됨으로써, 예를 들면, 주변 온도가 변화해도 각 저항체(40a 내지 40d)의 저항값이 동일하게 변화하기 때문에, 그 온도 특성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 압력센서 및 그 제조 방법은, 상술의 실시형태로 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 요지를 일탈함 없이, 다양한 구조나 구성이 채택될 수 있음은 물론이다.
10: 압력센서
12: 유로
14: 몸체
16: 홀더
18: 센서
38: 베이스체(base body)
40a 내지 40d: 저항체
42: 배선
44: 전극
46: 제1 보호막
48: 제2 보호막
50: 볼록부
56: 다이어프램부

Claims (4)

  1. 압력유체가 도입되는 유로(12)를 갖는 몸체(14)와, 이 몸체(14)의 단부에 설치되어 상기 유로(12)를 향하는 박막 형상의 다이어프램부(56)를 갖는 세라믹제의 센서(18)를 포함하는 압력센서(10)에 있어서,
    상기 다이어프램부(56)에는, 후막 인쇄에 의해서 인쇄된 복수의 저항체(40a 내지 40d)가 서로 소정간격 이격되어 일직선상으로 제공되는, 압력센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저항체(40a 내지 40d)는, 적어도 일렬 이상 제공되는, 압력센서.
  3. 세라믹제의 센서(18)를 갖는 압력센서를 제조하는 제조 방법에 있어서,
    상기 센서(18)에 대해서 표면 처리를 실시한 후, 도전성 페이스트재를 이용하여 후막 인쇄에 의해서 센서(18)의 단면에 대해서 배선을 인쇄하여 소성하는 단계와;
    스크린 마스크에 대해서 루테늄계의 후막 저항 페이스트재를 긁음으로써, 이 후막 저항 페이스트재를 긁는 방향과 직교방향으로 복수의 저항체(40a 내지 40d)를 후막 인쇄에 의해서 동시에 일직선상으로 인쇄하여 소성하는 단계;
    를 포함하는, 압력센서의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 저항체(40a 내지 40d)를 저융점 유리로 이루어지는 제1 보호막(46)으로 덮는 단계와;
    상기 저항체(40a 내지 40d)의 저항값이 조정된 후에 상기 제1 보호막(46)을 유기재료로 이루어지는 제2 보호막(48)으로 덮는 단계;
    를 더 포함하는, 압력센서의 제조 방법.
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