WO2001011329A1 - Structure de montage de detecteur de pression - Google Patents

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WO2001011329A1
WO2001011329A1 PCT/JP2000/005235 JP0005235W WO0111329A1 WO 2001011329 A1 WO2001011329 A1 WO 2001011329A1 JP 0005235 W JP0005235 W JP 0005235W WO 0111329 A1 WO0111329 A1 WO 0111329A1
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diaphragm
gasket
base
pressure detector
sensor
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PCT/JP2000/005235
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tadahiro Ohmi
Takashi Hirose
Eiji Ideta
Nobukazu Ikeda
Ryousuke Dohi
Kouji Nishino
Kazuhiro Yoshikawa
Satoshi Kagatsume
Jun Hirose
Kazuo Fukasawa
Hiroshi Koizumi
Hideki Nagaoka
Original Assignee
Fujikin Incorporated
Tokyo Electron Ltd.
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
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    • G—PHYSICS
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    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means

Definitions

  • the present invention relates to an improvement in a mounting structure of a pressure detector mainly using a sensor chip (pressure-sensitive element), and is mainly used in a system for supplying a highly corrosive gas in a semiconductor manufacturing facility. It is.
  • Diaphragm-type pressure sensors using sensor chips (pressure-sensitive elements) and strain gauges have been widely used for detecting fluid pressure in pipelines.
  • FIG. 10 and FIG. 11 show an example of the structure of a conventional diaphragm type pressure sensor.
  • the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-8200707 and Japanese Patent Application No. 10-0-0. It is published as No. 08841. That is, in FIGS.
  • 1 is a sensor base
  • 2 is a sensor chip (pressure sensing element)
  • 3 is a diaphragm
  • 4 is a diaphragm base
  • 5 is a pressure transmitting medium (silicon oil)
  • 6 Is a sealing ball
  • 7 is a lead pin
  • 8 is a welded part
  • 10 is a fluid pressure, and when the fluid pressure 10 is applied to the sensor chip 2 via the diaphragm 3 and the pressure transmitting medium 5, the sensor chip 2 A voltage signal proportional to the pressure is output from the semiconductor pressure transducer to be formed to the outside through the lead bin 7.
  • FIGS. 12 and 13 show an example of a mounting structure of the diaphragm type pressure detector shown in FIGS. 10 and 11 to a pipe or the like, and FIGS. It is an expanded sectional view of the A section of FIG.
  • Figs. 12 to 14 11 is a fixture body, 12 and 13 are holding members, 14 is a bearing, 15 and 16 are fixtures, and 17 is a metal gasket. Due to the pressing force applied to the members 12-13, the airtightness between the diaphragm base 4 and the fixture main body 11 is maintained via the metal gasket 17.
  • the metal gasket 17 has high corrosion resistance and low dust generation.
  • the diaphragm-type pressure detector having the structure shown in FIGS. 10 and 11 can extremely reduce a so-called dead space in a state where the diaphragm-type pressure sensor is attached to a pipe or the like, and is used to improve gas replacement. Not only convenient, but also desirable for gas contacting surface of diaphragm 3
  • the passivation film can be formed relatively easily and to have a uniform thickness without unevenness, and has excellent practical utility.
  • the metal gasket 17 which has high corrosion resistance and generates little dust, makes the ⁇ ring corroded compared to the case where a diaphragm type pressure sensor is attached to a pipe etc. using a conventional ⁇ ring. The troubles due to can be reduced to almost zero.
  • the thickness of the diaphragm 3 is selected to be as thin as about 0.05 to 0.06 mm.
  • the pressure P applied to the diaphragm 3 is low, for example, the pressure P.
  • the output is V due to the assembly of the pressure detector.
  • the value of temperature characteristic ZTC (% FS / ° C) is 0.162 to 0. It fluctuates greatly like 719. That is, from the point of view of output, the dispersion of the measurement ⁇ : is too large, and the temperature characteristic also has a large fluctuation outside the range that can be compensated, which poses a problem in practical use as a pressure detector.
  • the shape of the outer peripheral edge of the diaphragm base 4 is changed to the shape shown in FIG. Then, as shown in FIG. 14, when the outer peripheral surface 4 d of the main body of the diaphragm base 4 and the inner peripheral surface 17 d of the metal gasket 17 are fixed in a non-contact state, a pressure P is applied.
  • Output fluctuation AV before and after assembly at O kgi Z cm 2 abs. Can be reduced to about 3.5 mv or less.
  • the value of the temperature characteristic ZTC (% FS / ° C) is also in the range of 0.052 to 0.259, and even if the pressure detector is mounted on an actual pipe, etc. The predetermined calibration operation can sufficiently cope with practical use.
  • the output fluctuation AV before and after assembling.
  • the gasket 1 is located between the lower surface 4 c of the flange 4 a provided on the diaphragm base 4 and the outer peripheral surface 4 d of the thick (about 2 mm) main body 4 b of the diaphragm base 4. 7 and the inner peripheral surface 17 d of the gasket 17 is not in contact with the outer peripheral surface 4 d of the main body 4 b. Is applied to the gasket 17 via the sensor base 1 and the diaphragm base 4, all the upward and downward reaction forces of the gasket 17 are received by the flange 4a of the diaphragm base 4. is there. That is, the diaphragm 3 formed integrally with the main body portion 4b of the diaphragm base 4 hardly receives a strain stress at the time of tightening.
  • the present invention relates to a diaphragm-type pressure detector having a structure as shown in FIGS. 10 to 14 disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-87070 and Japanese Patent Application No. 10-8841.
  • the output and temperature characteristics are large.
  • the invention according to claim 1 provides a pressure detector formed by combining and fixing a diaphragm base having a diaphragm and a sensor base having a built-in sensor element operated by displacement of the diaphragm base.
  • a gasket is inserted into the insertion hole of the attachment body attached to the pipeline or machine, and the pressure sensor is pressed and fixed in an airtight manner by the holding member inserted into the insertion hole from above.
  • the holding member 12 is brought into contact with the upper surface 4 e of the main body of the diaphragm base 4 and the gasket 17 is brought into contact with the lower surface 4 f of the main body of the diaphragm base 4.
  • a shallow groove 18b is formed in a ring shape at a position inside the contact portion between the lower surface 4f of the main body portion and the gasket 17 so as to reduce the strain caused by the pressing force of the pressing member 12. So as to absorb the 1 8 b.
  • a pressure detector formed by combining and fixing a diaphragm base having a diaphragm and a sensor base having a built-in sensor element that is operated by the displacement of the diaphragm base is provided by a pipe line.
  • a gasket is inserted into the insertion hole of the mounting body attached to the mechanical device, and the pressure sensor is pressed and fixed in an airtight manner by the holding member inserted into the insertion hole from above.
  • the pressing member 12 is brought into contact with the upper surface 4 e of the main body portion of the diaphragm base 4, and the gasket 17 is brought into contact with the lower surface 4 f of the main body portion of the diaphragm base 4, respectively.
  • the shallow groove 18a is provided at a position inside the contact portion of the main body upper surface 4e with the pressing member 12 and the shallow groove 1 is provided at a position inside the contact portion of the main body lower surface 4f with the gasket 17.
  • 8 b each formed into a ring , So as to absorb the strain caused by pressing by the pressing member 1 2 by both shallow trenches 1 8 a ⁇ 1 8 b.
  • the invention according to claim 3 further comprises a pressure detector formed by combining and fixing a diaphragm base having a diaphragm and a sensor element having a built-in sensor element operated by displacement of the diaphragm base.
  • a pressure detector formed by combining and fixing a diaphragm base having a diaphragm and a sensor element having a built-in sensor element operated by displacement of the diaphragm base.
  • a seal portion is provided between the lower contact surface 17b of the gasket 17 and a flange portion 1a and a flange portion 4a are provided above the sensor base 1 and the diaphragm base 4 of the pressure detector. 1a and 4a are combined in a facing manner and fixed, and a seal is provided between the lower surface 4c of the flange 4a of the diaphragm base 4 and the upper contact surface 17a of the gasket 17; —A shallow groove 18c is formed in a position inside the flange upper surface 1b of the base 1 and a shallow groove 18d is formed in a ring shape inside the flange lower surface 4c of the diaphragm base 4.
  • the gasket 17 is a metal gasket 13 with an upper contact surface 17a and a lower contact surface 17b with a substantially rectangular cross section. The distortion caused by the pressing of the collar upper surface 1 b of Sabesu 1 it is to be absorbed by the shallow groove 1 8 c, 1 8 b.
  • a pressure detector formed by combining and fixing a diaphragm base having a diaphragm and a sensor base having a built-in sensor element operated by displacement of the diaphragm base is provided by a pipe line machine.
  • a first step portion 19 and a second step portion 20 are provided below the attachment hole 11a of the mounting body 11, and the horizontal surface of the second step portion 20 is provided.
  • a seal portion is provided between 20 b and the lower contact surface 17 b of the gasket 17, and a flange 1 a is provided on the sensor base 1 of the pressure detector, and the flange 1 a and the diaphragm base 4 are provided.
  • the main body upper surface 4e of the The lower surface 4 f of the main body of the diaphragm base 4 is projected downward to form a sealing surface 4 g, and a portion between the sealing surface 4 g and the upper contact surface 17 a of the gasket 17 is used as a sealing portion.
  • a shallow groove 18 g and 18 h are formed in a ring shape in the upper position of 4 g, respectively, and the gasket 17 is formed with an upper contact surface 17 a and a lower contact surface 1 each having a substantially rectangular cross section.
  • the metal gasket 13 with 7 b is used, and the pressing member 13 presses the upper surface 1 b of the flange of the sensor base 1.
  • the strain caused by the pressure is absorbed by the shallow grooves 18e, 18f, 18g, and 18h.
  • the outer peripheral portion 24 of the flange portion 1a of the sensor base 1 and the outer peripheral portion 25 of the main body portion 4b of the diaphragm base 4 are formed.
  • the material has high hardness.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a pressure detector according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a pressure detector according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure of the pressure detector according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a pressure detector according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure of a pressure detector according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a pressure detector according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure of a pressure detector according to a fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view of a pressure detector according to a fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure of a pressure detector according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of a conventional pressure detector.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing another example of the structure of the conventional pressure detector.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of the conventional pressure detector according to FIG.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a mounting structure of the conventional pressure detector according to FIG.
  • FIG. 14 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG.
  • 1 is the sensor base
  • la is the flange
  • lb is the upper surface of the flange
  • lc is the chip housing
  • 1 d is the oil injection hole
  • 2 is the sensor chip
  • 3 is the diaphragm
  • 4 is the diaphragm base
  • 4 a is the flange
  • 4 b is the main unit
  • 4c is the lower surface of the flange
  • 4d is the outer peripheral surface of the main unit
  • 4e is the upper surface of the main unit
  • 4f is the lower surface of the main unit
  • 4g is the sealing surface
  • 5 is the pressure transmission medium
  • 6 is the seal.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a pressure detector according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a sensor base
  • 2 is a sensor chip
  • 3 is a diaphragm
  • 4 is a diaphragm base
  • 5 is a pressure transmitting medium
  • 7 is a lead pin
  • 8 is a weld.
  • the sensor base 1 is formed in a thick disk shape from stainless steel, a chip storage portion 1c is formed in the center of the lower surface, and an oil injection hole 1d and a lead pin insertion hole (not shown). Is provided.
  • the sensor chip 2 has a diaphragm structure that deforms when subjected to pressure, in which four resistors are formed by the same manufacturing method as the IC, and the four resistors connected in a ridge shape are formed.
  • the diaphragm 3 is formed integrally with the diaphragm base 4 and is formed of stainless steel to have a thickness of about 50 m and an inner diameter of about 1 Omm ⁇ .
  • the diaphragm 3 separately from the diaphragm base 4 and integrate them by welding.
  • a so-called passive film is formed on the gas contact surface of the diaphragm 3 by a known method.
  • a passivation film made of approximately 100% of chromium oxide with a thickness of about 200 A or a thickness of about 1 000 to 300 OA is formed on the outer surface layer of the gas contact surface.
  • a fluoridation passivation film or a mixed oxidation passivation film of mainly aluminum oxide and chromium oxide having a thickness of about 200 A is formed.
  • the silicone oil 5 as the pressure transmitting medium transmits the pressure 10 applied to the diaphragm 3 to the sensor chip 2.
  • silicone oil having a small temperature expansion coefficient and a small compression coefficient and being chemically stable is used.
  • the sealing ball 6 is for sealing the silicone oil 5 in the oil injection hole 1d.
  • a ball 6 made of bearing steel is used.
  • a so-called shallow groove 18b for strain relief is formed in a ring shape on the lower surface 4f of the main body 4b of the diaphragm base 4. Is formed.
  • the shallow grooves 18a and 18b are formed at positions inside the contact portions of the holding member 12 and the metal gasket 17, respectively, and have a V-shaped (reverse U-shaped) or a cross-sectional shape.
  • the U-shape inverted V-shape is selected, and its depth is selected to be approximately ⁇ .3 to 0.5 mm when the thickness of the diaphragm base 4 is 1.5 to 2.5 mm.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a pressure detector according to a second embodiment
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a mounting structure of the pressure detector according to the second embodiment.
  • the pressure detector of the second embodiment is substantially the same as the pressure detector of the first embodiment except that a shallow groove 18a is provided. That is, as shown in FIG. 2, the pressure detector of the second embodiment has so-called shallow grooves 18a and 18b for so-called strain relief on the upper surface 4e and the lower surface 4f of the main body 4b of the diaphragm base 4. Is different from the pressure detector of the first embodiment only in that it is formed in a ring shape and a shallow groove 18a is provided.
  • Fig. 3 10 is the fixture body, 12 is the holding member, 14 is the bearing, 15 Is a fixture and 17 is a metal gasket.
  • fixing device 15 when fixing device 15 is tightened, upward and downward compressive force is applied to the outer portion of main body 4 b of diaphragm base 4 via holding member 12 and metal gasket 17. (Upward / downward reaction force) is applied.
  • the shallow groove 18 provided opposite to the main body upper surface 4e and the main body lower surface 4f of the diaphragm base 4 is formed. Since the thickness of this portion P is reduced by a, 18b (or the shallow groove 18b), the displacement due to the strain force is absorbed in the vicinity of the thin portion P. As a result, the distortion force is not directly transmitted to the diaphragm 3, and as a result, distortion of the diaphragm 3 is prevented.
  • FIGS. 4 and 5 are a schematic cross-sectional view of a pressure detector according to a third embodiment of the present invention and a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure thereof.
  • a flange portion 1a and a flange portion 4a are formed on an upper portion of the sensor base 1 and the diaphragm base 4, respectively, and the both flange portions la and 4a are opposed to each other.
  • the outer peripheral part is welded 8 in the state.
  • the diaphragm base 4 is formed of a ring-shaped main body 4b and a flange 4a, and the lower surface 4c of the flange 4a is used as a gasket 17 as shown in FIG.
  • the seal surface is in contact with the upper contact surface 17a. Therefore, the lower surface 4c of the flange 4a is finished to a highly accurate smooth surface.
  • the diameter of the diaphragm base 4 is 13 mm (i)
  • the diameter of the diaphragm pressure receiving surface is 1 lmm ⁇
  • the thickness of the diaphragm 3 is 0.06 mm
  • the passive film is Chromium oxide film with a thickness of about 200 A
  • total thickness of 4 nim and 7 lead pins (one of which is a ground electrode) are selected.
  • the input circuit (not shown) is 1.5 mA DC. Is applied, and the pressure applied to one sensor element (one sensor chip) changes, the four resistance values formed by the sensor chip change, and the output voltage V between the output terminals changes.
  • the shallow grooves 18 c and 18 d are formed at the inner side of the flange upper surface 1 b and the inner side of the flange lower surface 4 c of the diaphragm base 4, respectively.
  • the cross-sectional shape of c is dish-shaped, and the latter shallow groove 18 d is formed in an inverted U-shape (or inverted V-shape).
  • a metal gasket 17 and a pressure detector are inserted into an insertion hole 11 a of a stainless steel mounting body 11, and a fixing tool (shown in FIG. 5).
  • a fixing tool shown in FIG. 5
  • the pressure detector is airtightly mounted via the metal gasket 17.
  • a cylindrical detector insertion hole 11a is formed in the center of the upper part of the mounting body 11, and the bottom of the mounting hole 11a is formed by the first step 19 and the second step.
  • the diameter is reduced over two steps of 20, and the peripheral wall surface 19 a of the first step portion 19 serves as a guide surface of the holding member 13.
  • the peripheral wall 20 a of the second step portion 20 is in contact with the outer peripheral surface 17 c of the gasket 17, and the horizontal surface 19 b is in contact with the lower contact surface 17 b of the gasket 17.
  • the fitting portion of the gasket 17 is formed by 20a and the horizontal surface 20b.
  • the inside of the horizontal surface 20 b of the second step portion 20 is formed in a tapered portion 21, and a fluid passage 22 is formed in the center of the bottom surface of the inlet 11 a. ing.
  • the gasket 17 has a ring shape, and the cross-sectional shape of the sheet portion is formed in a horizontally long rectangle with four chamfered rectangular corners.
  • the inner peripheral surface 17 d of the gasket 17 is not in contact with the outer peripheral surface 4 d of the main body 4 b of the diaphragm base 4.
  • the upper contact surface 17a of the gasket 17 is in contact with the lower surface 4c of the flange 4a of the diaphragm base 4.
  • the outer peripheral surface 17c of the gasket 17 is in contact with the peripheral wall surface 20a of the second step portion 20. That is, a fitting portion of the gasket 17 is formed by the flange lower surface 4 c of the diaphragm base 4, the peripheral wall surface 20 a of the second step portion 20, and the horizontal surface 20 b, and the detector insertion hole 1 is formed.
  • the interval length between the peripheral wall surface 20a of the second step portion 20 of 1a and the outer peripheral surface 4d of the flange main body portion has a force substantially equal to the lateral width of the gasket 17, or a slightly larger length. It is set.
  • the gasket 17 is 14.7 ⁇ and the inner diameter is 13 Om. m, sheet width 1.5 mm, sheet thickness (height) 0.9 mm, sheet contact surface 17 a ⁇ 17 ⁇ 3, width 0.8 mm.
  • the material of the gasket 17 is SUS316L—P (w melt).
  • the action of the shallow grooves 18 c ⁇ 18 d is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 3, and the upward-downward compressive force (reaction force) applied via the pressing member 13 ) Is absorbed by the shallow grooves 18c and 18d and the thin portion P between them, thereby preventing the strain force from being directly applied to the diaphragm 3.
  • FIGS. 6 and 7 are a schematic cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting structure of a pressure detector according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the diaphragm 3 and the diaphragm base 4 are separately formed, and the two are integrated by providing a welded portion 23.
  • the sealing surface 4 g is applied to the lower surface side of the diaphragm base 4, and the diaphragm base 4 is protruded to a position below the diaphragm 3 (that is, the lower surface 4 f of the main body of the diaphragm base 4. (Protruding downward) and shallow groove with a U-shaped (or V-shaped) cross section 18 g at a level approximately horizontal to the diaphragm mounting level above the protruding sealing surface 4 g ⁇ 18 h are formed facing each other.
  • a shallow groove 18 e ⁇ 18 f having a U-shaped (or V-shaped) cross section is provided at a position between the inside of the upper surface 1 b of the flange portion of the sensor base 1 and the lower surface 4 f of the main body of the diaphragm base 4. Is formed.
  • the shallow grooves 18 e and 18 f also absorb the strain generated by the upward and downward pressing forces applied to the diaphragm base 4 via the pressing member 13, The effect of the strain force directly applied to the diaphragm 3 when the fixing tool 16 is tightened is reduced.
  • FIGS. 8 and 9 are a schematic cross-sectional view and a partially enlarged cross-sectional view illustrating a main part of a pressure detector according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 The structure of the pressure detector according to the fifth embodiment and the mounting structure thereof are shown in FIG. 6 is basically the same as that of the third embodiment shown in FIG. 6, but the outer peripheral portion 24 of the flange portion 1a of the disc-shaped sensor base 1 and the outer peripheral portion 25 of the diaphragm base 4 (FIG. 8). (The outer part of the dotted line in Fig. 9) ⁇ Formed on the hardened part that has been subjected to hardening treatment.
  • the outer parts of the sensor base 1 and the diaphragm base 4 are made of high-hardness material, so that the radial strain caused by the compressive force applied upward and downward when tightening by the holding member 13 is smaller. At the same time, the strain force is absorbed by the shallow grooves 18e to 18f, so that the strain itself of the diaphragm 3 is suppressed.
  • the pressure P. O kgf Zcm 2- Output fluctuation ⁇ before and after assembly at abs. Is about ⁇ 2 Omv or less, and the output fluctuation AV is about 30 to 35% higher than before. Can be reduced.
  • the output fluctuation amount ⁇ . Is about ⁇ 1. Omv or less, and the output fluctuation ⁇ V is about 60 to 70% higher than before. Can be reduced.
  • the output fluctuation amount AV. Can be reduced to about ⁇ 1. Omv or less.
  • the output fluctuation amount AV is even more than in the case of the fourth embodiment. It has been found that can be reduced.
  • the shallow groove 18b is provided on the inner part of the lower surface of the main body of the diaphragm 4 (or the shallow groove 1b is provided on the inner part of the upper surface and the lower surface of the main body of the diaphragm 4).
  • 8a ⁇ 18b are opposed to each other), and the strain force generated when the pressure detector is tightened and fixed by the holding member 12 is applied to the shallow groove 18b (or shallow groove 18a, 18b). , So that the stress strain generated in the diaphragm 3 is further reduced. As a result, the amount of change in the measured value before and after the fastening is significantly reduced.
  • a plurality of steps are formed below the detector insertion hole 12 of the pressure detector mounting body, and the diaphragm base of the pressure detector is formed with a flange and a thick wall.
  • the gasket 13 formed from the main body and having a substantially rectangular cross section is arranged in a fitting portion formed by the peripheral wall surface of the second step portion, the horizontal plane, and the lower surface of the flange base of the diaphragm base.
  • the output and temperature before and after the pressure sensor is attached to the mounting body of the pressure sensor together with the effect of absorbing the strain stress by the shallow grooves 18c and 18d. Fluctuations in the characteristics are extremely small even in the low-pressure region of the fluid, so that they do not become a practical obstacle, and this type of diaphragm-type pressure detector can be applied to piping and the like.
  • the shallow groove 18g ⁇ 18h is formed above the sealing surface 4g of the diaphragm base 4, the operation and effect of the invention of claim 2 are further improved.
  • the effect of absorbing the strain stress by the shallow groove 18 g 18 h is added, and the output fluctuation before and after mounting is further reduced.
  • the member of the portion to which the tightening force is applied by the pressing member 13 is a high hardness member, material deformation due to stress at the time of tightening is further reduced. As a result, the amount of distortion generated in the diaphragm is greatly reduced, and the amount of output fluctuation is further reduced.
  • the present invention has excellent practical utility as described above.

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Description

明 細 書
圧力検出器の取付け構造
技術分野
本発明は、 主としてセンサーチップ （感圧素子） を利用した圧力検出器の取付 け構造の改良に関するものであり、 半導体製造設備に於ける強腐食性ガスの供給 系等で主に使用されるものである。
背景技術
管路内の流体圧の検出には、 従前からセンサーチップ （感圧素子） やス トレン ゲージを利用したダイヤフラム型の圧力検出器が広く利用されている。
図 1 0及び図 1 1は、 従前のダイヤフラム型圧力検出器の構造の一例を示すも のであり、 本件出願人が特開平 1 0— 8 2 0 7 0 7号及び特願平 1 0— 0 0 8 8 4 1号として公開しているものである。 即ち、 図 1 0及び図 1 1に於いて、 1は センサーベース、 2はセンサ一チップ （感圧素子） 、 3はダイヤフラム、 4はダ ィャフラムベース、 5は圧力伝達用媒体（シリコンオイル） 、 6は封止用ボール、 7はリードピン、 8は溶接部、 1 0は流体圧であり、 流体圧 1 0がダイヤフラム 3及び圧力伝達用媒体 5を介してセンサーチップ 2へ加わると、 センサーチップ 2を形成する半導体圧力トランスジユーザから圧力に比例した電圧信号が、 リー ドビン 7を通して外部へ出力される。
図 1 2及び図 1 3は、 前記図 1 0及び図 1 1に示したダイヤフラム型圧力検出 器の管路等への取付け構造の一例を示すものであり、 また、 図 1 4は図 1 3の A 部の拡大断面図である。
図 1 2乃至図 1 4に於いて、 1 1は取付具本体、 1 2 · 1 3は押え部材、 1 4 はベアリング、 1 5 · 1 6は固定具、 1 7はメタルガスケットであり、 押え部材 1 2 - 1 3に加えた押圧力により、 メタルガスケット 1 7を介してダイヤフラム ベース 4と取付具本体 1 1との間の気密性が保持されている。 尚、 メタルガスケ ット 1 7には、 耐食性が高くて発塵少ないものが使用されている。
前記図 1 0及び図 1 1に示した構造のダイヤフラム型圧力検出器は、 管路等へ 取付けした状態に於ける所謂デッドスペースを極めて小さくすることができ、 ガ スの置換性を高める上で好都合なだけでなく、 ダイヤフラム 3の接ガス面に所望 の不働態膜を比較的容易に、 しかも斑の無い均一な厚みに形成することができ、 優れた実用的効用を奏するものである。
また、耐食性が高くて発塵の少ないメタルガスケット 1 7を使用しているため、 従前の〇リングを用いてダイヤフラム型圧力検出器を管路等へ取り付けした場合 に比較して、 〇リングの腐食によるトラブルをほぼ零にすることができる。 従来技術の問題点
しカゝし、 当該ダイヤフラム型圧力検出器にも解決すべき問題が多く残されてお り、 その中でも最も大きな問題は、 管路等へ取付けした場合におけるダイヤフラ ム 3の応力歪等に起因する測定値の変動の点である。
即ち、 圧力の検出感度を高めるため、 ダイヤフラム 3の厚みは 0. 05〜0. 06 mm程度の極薄に選定されている。 その結果、 図 1 2に示すような形態でも つて、 ダイヤフラムベース 4の本体部下面 4 f へガスケッ ト 1 7の接当面を当て た場合には、 固定ボルト 1 5による締込み時にダイヤフラム 3に生じる応力歪み が不可避となり、 これによつてシリコンオイル 5を介してセンサー素子 2にかか る応力が大きく変化することになる。
例えば、 ダイヤフラム 3の厚さ ·■ 0. 05〜0. 06mm、 内径約■· 10mm φ、 検出圧力…数 To r r〜7 k g f Zcm2 a b sの圧力検出器を用いた試験 によれば、 ダイヤフラム 3に加わる圧力 Pが Ps =7 k g f /cm2 a b s程度 の高圧力の場合には、 圧力検出器を圧力検出器取付具本体 1 1へ組み付けたとき でも、 圧力検出器がフリーな状態下にある場合に比較して出力 Vs (mv) 及び 温度特性 ZTC (%F S/°C) に大きな差異は見られない。
ところが、 ダイヤフラム 3に加わる圧力 Pが低圧、 例えば圧力 P。 =0 k g f /cm2 a b sのときには、 圧力検出器の組み付けにより出力 V。 に 5. 2mv (組み付け前の出力 16. 66m V—組み付け後の出力 2 1. 86m v) 以上の 大きな変動が表れると共に、 温度特性 ZTC (%F S/°C) の値も 0. 162〜 0. 719のように大きく変動する。 即ち、 出力の点からは、 測定^:のバラツキ が大き過ぎるうえ、 温度特性の点でも補償可能な範囲外の大きな変動となり、 圧 力検出器としての実用化に問題がある。
これに対して、 ダイヤフラムベース 4の外周縁部の形態を図 1 1の如き形態と し、 図 1 4に示すように、 ダイヤフラムベース 4の本体部外周面 4 dとメタルガ スケット 1 7の内周面 1 7 dとを非接触の状態として締付け固定した場合には、 圧力 P。 = O k g i Z c m 2 a b sに於ける組み付け前 .後の出力変動量 AV。 を士約 3 . 5 m v以下に引下げることができる。 同様に、 温度特性 Z T C (% F S /°C) の方も 0 . 0 5 2 ~ 0 . 2 5 9の範囲内の値となり、 現実の管路等へ当 該圧力検出器を組み付けても、 所定の校正操作により十分実用化に対応すること ができる。
尚、 図 1 3及び図 1 4の圧力検出器の取付け構造に於いて、 組み付け前後の出 力変動量 AV。 が小さくなるのは、 ダイヤフラムベース 4に設けた鍔部 4 aの下 面 4 cと、 ダイヤフラムベース 4の厚肉 （約 2 mm) の本体部 4 bの外周面 4 d との間にガスケット 1 7が配設されており、 且つガスケット 1 7の内周面 1 7 d と本体部 4 bの外周面 4 dとは非接触の状態となっているため、 センサー押え部 材 1 3によって下方向の押圧力がセンサーベース 1及びダイヤフラムべ一ス 4を 介してガスケット 1 7にかかっても、 ガスケット 1 7の上 ·下方向の反力は全て ダイヤフラムベース 4の鍔部 4 aによって受け止められるからである。 即ち、 ダ ィャフラムべ一ス 4の本体部 4 bに一体的に形成したダイヤフラム 3には、 締め 込み時の歪み応力が殆どかからないからである。
発明が解決しょうとする課題
しかし、 前記圧力検出器の組み付け前後の出力変動量 AV。 や温度特性 Z T C (% F S /°C) 等は、 小さいほど好都合であり、 前記図 1 4の如き従前の構造の 組み付けに於いても、 未だ出力変動量 AV。 が大き過ぎると云う難点がある。 本発明は、 前記特開平 1 0— 8 2 7 0 7号や特願平 1 0— 8 8 4 1号に開示し た図 1 0〜図 1 4に示す如き構成のダイヤフラム型圧力検出器を、 実際に配管路 等へ適用した場合に於ける上述の如き問題、 即ち圧力検出器を圧力検出器取付具 本体へ組み込みした場合に生ずるダイヤフラムの応力歪みのバラツキにより、 出 力や温度特性に大きな変動が生じて圧力測定器の測定精度が低下すると云う問題 を解決せんとするものであり、 圧力検出器取付具本体への圧力検出器の取付け構 造に改良を加えることにより、 取付具本体へ圧力検出器を固定した場合に於いて も、 出力や温度特性がフリーの状態下に於ける出力や温度特性と殆んど差異を生 せず、 しかも流体通路のデッドスペースの増加を招くことなしに圧力検出器を配 管路等へ適用できるようにすることを、 発明の主たる目的とするものである。 発明の開示
上記発明の課題を解決するため、 請求項 1の発明では、 ダイヤフラムを備えた ダイヤフラムベースと、 前記ダイヤフラムベースの変位により作動するセンサー 素子を内蔵したセンサーベースとを組み合せ固着して成る圧力検出器を、 配管路 や機械装置に取付けした取付具本体の挿着孔内へガスケットを介設して揷着し、 上方より揷着孔内へ挿入した押え部材により圧力検出器を気密状に押圧固定する ようにした圧力検出器の取付け構造に於いて、 前記ダイヤフラムベース 4の本体 部上面 4 eに押え部材 1 2を、 また、 ダイヤフラムベース 4の本体部下面 4 f に ガスケット 1 7を夫々接当させると共に、 前記本体部下面 4 f のガスケット 1 7 との接当部の内側位置に浅溝 1 8 bをリング状に形成し、 押え部材 1 2による押 圧により生じた歪を浅溝 1 8 bにより吸収するようにしている。
また、 請求項 2の発明では、 ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前 記ダイヤフラムベースの変位により作動するセンサー素子を内蔵したセンサーべ ースとを組み合せ固着して成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取 付具本体の挿着孔内へガスケットを介設して挿着し、 上方より挿着孔内へ挿入し た押え部材により圧力検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取 付け構造に於いて、 前記ダイヤフラムベース 4の本体部上面 4 eに押え部材 1 2 を、 また、 ダイヤフラムベース 4の本体部下面 4 f にガスケット 1 7を夫々接当 させると共に、 前記本体部上面 4 eの押え部材 1 2との接当部の内側位置に浅溝 1 8 aを、 前記本体部下面 4 f のガスケット 1 7との接当部の内側位置に浅溝 1 8 bを夫々リング状に形成し、 押え部材 1 2による押圧により生じた歪を両浅溝 1 8 a · 1 8 bにより吸収するようにしている。
更に、 請求項 3の発明は、 ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前記 ダイヤフラムベースの変位により作動するセンサー素子を内蔵したセンサ一^ ^一 スとを組み合せ固着して成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取付 具本体の揷着孔内へガスケットを介設して挿着し、 上方より内へ挿入した押え部 材により圧力検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取付け構造 に於いて、 前記取付具本体 1 1の揷着孔 1 1 aの下方部に第 1段部 1 9と第 2段 部 2 0を設け、 当該第 2段部 2 0の水平面 2 0 bとガスケット 1 7の下部接当面 1 7 bの間をシール部とし、 また前記圧力検出器のセンサーベース 1及びダイヤ フラムベース 4の上方部に鍔部 1 a及び鍔部 4 aを設け、 両鍔部 1 a、 4 aを対 向状に組み合せ固着すると共に、 前記ダイヤフラムベース 4の鍔部 4 aの下面 4 cとガスケット 1 7の上部接当面 1 7 aの間をシール部とし、 更に、 前記センサ —ベース 1の鍔部上面 1 bの内側位置に浅溝 1 8 cを、 ダイヤフラムべ一ス 4の 鍔部下面 4 cの内側位置に浅溝 1 8 dを夫々リング状に形成すると共に、 前記ガ スケット 1 7を断面形状がほぼ矩形の上部接当面 1 7 aと下部接当面 1 7 bを備 えた金属製ガスケット 1 3とし、 押え部材 1 3によるセンサーベース 1の鍔部上 面 1 bの押圧により生じた歪を浅溝 1 8 c、 1 8 bにより吸収するようにしてい る。
加えて、 請求項 4の発明では、 ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前記ダイヤフラムベースの変位により作動するセンサ一素子を内蔵したセンサー ベースとを組み合せ固着して成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした 取付具本体の揷着孔内へガスケットを介設して挿着し、 上方より揷着孔内へ挿入 した押え部材により圧力検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の 取付け構造に於いて、 前記取付具本体 1 1の揷着孔 1 1 aの下方部に第 1段部 1 9と第 2段部 2 0を設け、 当該第 2段部 2 0の水平面 2 0 bとガスケッ ト 1 7の 下部接当面 1 7 bの間をシール部とし、 また前記圧力検出器のセンサーべ一ス 1 に鍔部 1 aを設け、 当該鍔部 1 aとダイヤフラムベース 4の本体部上面 4 eとを 対向状に組み合せ固着すると共に、 ダイヤフラムベース 4の本体部下面 4 f より 下方へ突出せしめてシール面 4 gを形成し、 当該シール面 4 gとガスケット 1 7 の上部接当面 1 7 aの間をシール部とし、 更に、 前記センサーベース 1の鍔部 1 aの上面 1 bの内側位置に浅溝 1 8 eを、 ダイヤフラムベース 4の本体部下面 4 f の内側位置に浅溝 1 8 f を、 下方へ突出せしめたシール面 4 gの上方位置に対 向状に浅溝 1 8 g、 1 8 hを夫々リング状に形成すると共に、 前記ガスケット 1 7を断面形状がほぼ矩形の上部接当面 1 7 aと下部接当面 1 7 bを備えた金属製 ガスケット 1 3とし、 押え部材 1 3によるセンサーベース 1の鍔部上面 1 bの押 圧により生じた歪を浅溝 1 8 e、 1 8 f 、 1 8 g、 1 8 hにより吸収するように している。
請求項 5の発明では、 請求項 3又は請求項 4の発明に於いて、 センサーベース 1の鍔部 1 aの外周部分 2 4及びダイヤフラムべ一ス 4の本体部 4 bの外周部分 2 5を高硬度を有する材質としている。
図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1実施形態に係る圧力検出器の断面概要図である。
図 2は本発明の第 2実施態様に係る圧力検出器の断面概要図である。
図 3は第 2実施態様に係る圧力検出器の取付構造を示す部分拡大断面図である。 図 4は本発明の第 3実施態様に係る圧力検出器の断面概要図である。
図 5は第 3実施態様に係る圧力検出器の取付構造を示す部分拡大断面図である。 図 6は第 4実施態様に係る圧力検出器の断面概要図である。
図 7は第 4実施態様に係る圧力検出器の取付構造を示す部分拡大断面図である。 図 8は第 5実施態様に係る圧力検出器の断面概要図である。
図 9は第 5実施態様に係る圧力検出器の取付構造を示す部分拡大断面図である。 図 1 0は従前の圧力検出器の構造の一例を示す縦断面図である。
図 1 1は従前の圧力検出器の構造の他の例を示す縦断面図である。
図 1 2は従前の図 1 0に係る圧力検出器の取付け構造を示す縦断面図である。 図 1 3は従前の図 1 1に係る圧力検出器の取付け構造を示す縦断面図である。 図 1 4は図 1 3の A部の拡大断面図である。
符号の説明
1はセンサーベース、 l aは鍔部、 l bは鍔部上面、 l cはチップ収納部、 1 dはオイル注入孔、 2はセンサーチップ、 3はダイヤフラム、 4はダイヤフラム ベース、 4 aは鍔部、 4 bは本体部、 4 cは鍔部下面、 4 dは本体部外周面、 4 eは本体部上面、 4 f は本体部下面、 4 gはシール面、 5は圧力伝達用媒体、 6 は封止用ボール、 7はリードピン、 8は溶接部、 1 0は流体圧、 1 1は取付具本 体、 1 1 aは挿着孔、 1 2 · 1 3は押え部材、 1 4はべァリング、 1 5 · 1 6は 固定具、 1 7はメタルガスケット、 1 7 aは上部接当面、 1 7 bは下部接当面、 1 7 cはガスケット外周面、 1 7 dはガスケット内周面、 1 8 a ■ 1 8 bは浅溝、 1 8 c - 1 8 dは浅溝、 1 8 e · 1 8 f は浅溝、 1 8 g · 1 8 hは浅溝、 1 9は 第 1段部、 2 0は第 2段部、 2 1はテーパー部、 2 2は流体通路、 2 3は溶接部、 2 4は硬化部分 （センサーべ一ス） 、 2 5は硬化部分 （ダイヤフラムベース） 。 発明を実施するための態様
以下、 図面に基づいて本発明の実施の態様を説明する。
【第 1実施態様】
図 1は本発明の第 1実施態様に係る圧力検出器の断面概要図である。
尚、 以下の説明に於いて、 前記図 1 0乃至図 1 4に於いて使用した部材と同じ 部材には、 これと同一の参照番号を使用するものとする。
図 1に於いて、 1はセンサーベース、 2はセンサ一チップ、 3はダイヤフラム、
4はダイヤフラムべ一ス、 5は圧力伝達用媒体、 7はリードピン、 8は溶接部で ある。
前記センサ一ベース 1はステンレス鋼から厚円盤状に形成されており、 下面中 央にはチップ収納部 1 cが形成されており、 更にオイル注入孔 1 d及びリードピ ン貫挿孔 （図示省略） が設けられている。
また、 前記センサーチップ （感圧素子） には、 公知の拡散形半導体圧カトラン スジユーザが使用されている。 即ち、 センサーチップ 2は圧力を受けると変形を するダイヤフラム構造を有しており、 これに I Cと同じ製法で 4本の抵抗体が形 成されていて、 プリッジ状に接続された 4本の抵抗の抵抗値が加圧によって変化 することにより、 圧力に比例した電圧信号がブリッジの出力端に出力される。 前記ダイヤフラム 3はダイヤフラムベース 4と一体的に形成されており、 ステ ンレス鋼を用いて厚さ約 5 0 m、 内径約 1 O mm φに形成されている。 当該ダ ィャフラム 3の厚さは検出器の検出圧力範囲に応じて適宜に変るものであり、 数 t o r rから 7 k g f Z c m 2 の絶対圧力値の測定を目的とする本実施態様の圧 力検出器では、 φ = 1 0 mmのダイヤフラム 3の厚さを 5 0 /i m程度とするのが 望ましい。
尚、 ダイヤフラム 3をダイヤフラムベース 4と別に形成し、 両者を溶接により 一体化することも可能である。
また、 当該ダイヤフラム 3の接ガス面には、 公知の方法により所謂不働態膜の 形成処理が施されており、 接ガス面の外表層部には厚さ約 2 0 0 Aの略 1 0 0 % 酸化クロムから成る不働態膜又は厚さ約 1◦ 0 0〜3 0 0 O Aの弗化不働態膜若 しくは厚さ約 2 0 0 Aの主としてアルミニウム酸化物とクロム酸化物の混合酸化 不働態膜が形成されている。
前記圧力伝達用媒体であるシリコンオイル 5はダイヤフラム 3に加わった圧力 1 0をセンサーチップ 2へ伝達する。 尚、 ここでは温度膨張係数や圧縮係数が小 さく且つ化学的にも安定したシリコンオイルが使用されている。
前記封止用ボール 6は、 オイル注入孔 1 d内のシリコンオイル 5を密封するた めのものであり、 ここでは軸受鋼のボール 6が使用されている。
上記ダイヤフラム型圧力検出器の構成そのものは公知であるため、 ここではそ の詳細な説明は省略する。
第 1実施態様のダイヤフラム型圧力検出器に於いては、 図 1に示すように、 ダ ィャフラムベース 4の本体部 4 bの下面 4 f に所謂歪み逃し用の浅溝 1 8 bがリ ング状に形成されている。
即ち、 当該浅溝 1 8 a、 1 8 bは、 押え部材 1 2及びメタルガスケット 1 7の 接当部分よりも内側位置に夫々形成されており、 その断面形状は V字形 （逆 U形） 又は U字形（逆 V字形） に、 またその深さは、 ダイヤフラムベース 4の厚みが 1 . 5〜2 . 5 mmの場合、 約◦. 3〜0 . 5 mmに選定されている。
尚、 この浅溝 1 8 bの形状やその作用については、 次に述べる第 2実施態様の 場合と同一であるため、 ここではその説明を省略する。
【第 2実施態様】
図 2は、 第 2実施態様に係る圧力検出器の断面概要図であり、 また図 3は、 第 2実施態様に係る圧力検出器の取付構造を示す部分拡大断面図である。
この第 2実施態様の圧力検出器は、 浅溝 1 8 aを設けた点を除けば、 第 1実施 態様の圧力検出器と実質的に同一のものである。 即ち、 第 2実施態様の圧力検出 器は、 図 2に示すようにダイヤフラムベース 4の本体部 4 bの上面 4 eと下面 4 f とに所謂歪み逃し用の浅溝 1 8 a、 1 8 bがリング状に形成されており、 浅溝 1 8 aを設けた点のみが、 第 1実施態様の圧力検出器と異なっている。
図 3に於いて、 1 0は取付具本体、 1 2は押え部材、 1 4はベアリング、 1 5 は固定具、 1 7はメタルガスケットである。 図 3を参照して、 固定具 1 5が締め 込まれると、 押え部材 1 2及びメタルガスケット 1 7を介してダイヤフラムべ一 ス 4の本体部 4 bの外側部分に上 ·下方向の圧縮力 （上■下方向の反力） が掛か る。 万一、 固定具 1 5の締め込み時に、 このダイヤフラムベース 4の本体部 4 b にかかる上 ·下方向の圧縮力が原因となって、 ダイヤフラム 3に歪力が加わる場 合 （例えば、 上 '下方向の圧縮力の分力が生じて、 これがダイヤフラム 3に掛っ たような場合） でも、 前記ダイヤフラムベース 4の本体部上面 4 e及び本体部下 面 4 f に対向状に設けた浅溝 1 8 a、 1 8 b (又は浅溝 1 8 b ) によりこの部分 Pの肉厚が薄くなっているため、 歪力による変位は前記薄肉部 Pの近傍に於いて 吸収される。 これにより、 歪力が直接にダイヤフラム 3へ伝達されなくなり、 結 果としてダイヤフラム 3に歪みが生ずるのが防止されることになる。
【第 3実施態様】
図 4及び図 5は本発明の第 3実施態様に係る圧力検出器の断面概要図及びその 取付構造を示す部分拡大断面図である。
当該第 3実施態様に於いては、 センサーベース 1とダイヤフラムベース 4の上 方部に夫々鍔部 1 aと鍔部 4 aとが形成されており、 両鍔部 l a、 4 aを対向せ しめた状態でその外周部が溶接 8されている。
又、 前記ダイヤフラムべ一ス 4は、 リング状の本体部 4 bと鍔部 4 aとから形 成されており、 鍔部 4 aの下面 4 c力 第 4図に示すようにガスケット 1 7の上 部接当面 1 7 aと当接するシール面になっている。 従って、 鍔部 4 aの下面 4 c は高精度な平滑面に仕上げられている。
更に、本第 3実施態様に於いては、ダイヤフラムベース 4の直径が 1 3 mm (i)、 ダイヤフラム受圧面の直径 1 l mm φ、 ダイヤフラム 3の厚さ 0 . 0 6 mm、 不 働態膜が厚さ約 2 0 0 Aの酸化クロム皮膜、 全厚さ 4 nim、 リードピン 7本 （内 1本はアース極） に夫々選定されており、 入力回路 （図示省略） へは D C 1 . 5 m Aが印加され、 センサ一素子 （センサ一チップ） に加わる圧力が変化すること により、 センサーチップより形成した 4ケの抵抗値が変わり、 出力端子間の出力 電圧 Vが変化する。
本第 3実施態様に係る圧力検出器に於いては、 図 4に示すようにセンサ一ベー ス 1の鍔部上面 1 bの内側寄り位置と、 ダイヤフラムベース 4の鍔部下面 4 cの 内側寄り位置に夫々浅溝 1 8 c、 1 8 dが形成されており、 前者の浅溝 1 8 cの 断面形状は皿形に、 また後者の浅溝 1 8 dは逆 U字形 （又は逆 V字形） に形成さ れている。
この第 3実施態様に於いては、 図 5に示すように、 ステンレス製の取付具本体 1 1の挿着孔 1 1 a内ヘメタルガスケット 1 7及び圧力検出器を挿入し、 固定具 (図示省略） により押え部材 1 3を介してセンサーベース 1の鍔部上面 1 bを押 圧することにより、 メタルガスケッ ト 1 7を介して圧力検出器が気密状に取り付 けされる。
取付具本体 1 1の上部中央には円筒形の検出器挿着孔 1 1 aが形成されており、 また、 この揷着孔 1 1 aの底部は第 1段部 1 9と第 2段部 2 0の 2段に亘つて縮 径されており、 第 1段部 1 9の周壁面 1 9 aが押え部材 1 3のガイド面となって いる。 また、第 2段部 2 0の周壁面 2 0 aは、ガスケット 1 7の外周面 1 7 cに、 水平面 1 9 bはガスケット 1 7の下部接当面 1 7 bに夫々接しており、 周壁面 2 0 aと水平面 2 0 bによりガスケット 1 7の嵌合部が形成されている。
尚、 第 2段部 2 0の水平面 2 0 bの内側部分はテーパー部 2 1に形成されてお り、 また揷入孔 1 1 aの底面の中央には、 流体通路 2 2が穿設されている。
前記ガスケット 1 7はリング状を呈しており、 そのシート部の断面形状は矩形 の四隅部を面取りした横長の四角形に形成されている。
当該ガスケット 1 7の内周面 1 7 dは前記ダイヤフラムべ一ス 4の本体部 4 b の外周面 4 dと非接触の状態となっている。 また、 ガスケット 1 7の上部接当面 1 7 aはダイヤフラムベース 4の鍔部 4 aの下面 4 cへ接当している。 更に、 ガ スケット 1 7の外周面 1 7 cは第 2段部 2 0の周壁面 2 0 aへ接触した状態とな つている。 即ち、 ダイヤフラムベース 4の鍔部下面 4 cと第 2段部 2 0の周壁面 2 0 aと水平面 2 0 bとでガスケット 1 7の嵌合部が形成されており、 検出器挿 着孔 1 1 aの第 2段部 2 0の周壁面 2 0 aと鍔部本体部の外周面 4 dとの間隔長 さは、 ガスケット 1 7の横幅長さとほぼ同じ力 、 又は僅かに大きな長さに設定さ れている。
尚、 図 5に於いては、 ガスケット 1 7はタ 1 4 . 7 πιιη φ、 内径 1 3 . O m m、 シート部の横幅 1 . 5 mm、 シート部の厚さ （高さ） 0 . 9 mm、 シート部 の接当面 1 7 a · 1 7 \3の横幅0 . 8 mmに夫々形成されており、 またガスケッ ト 1 7の材質としては S U S 3 1 6 L— P ( wメルト） が使用されている。 前記浅溝 1 8 c · 1 8 dの作用は図 3に示した第 2実施態様の場合と同様であ り、 押え部材 1 3を介して加えられた上 '下方向の圧縮力 （反力） によって生ず る歪力を両浅溝 1 8 c · 1 8 d及び両者の間の薄肉部 Pで吸収することにより、 ダイヤフラム 3へ直接に歪力が加わるのが防止される。
【第 4実施態様】
図 6及び図 7は、 本発明の第 4実施態様に係る圧力検出器の断面概要図及び取 付構造を示す部分拡大断面図である。
当該第 4実施態様に於いては、 ダイヤフラム 3とダイヤフラムベース 4とが別 個に形成されており、 溶接部 2 3を設けることにより両者が一体化されている。 また、 当該第 4実施態様に於いては、 ダイヤフラムベース 4の下面側にシール面 4 g力';、 ダイヤフラム 3より下方位置まで突出せしめた状態 （即ち、 ダイヤフラ ムベース 4の本体部下面 4 f より下方へ突出せしめた状態） で形成されており、 この突出せしめたシール面 4 gより上方のダイヤフラム取付レベルとほぼ水平な 高さ位置に、 断面 U字形 （又は V字形） の浅溝 1 8 g · 1 8 hが対向状に形成さ れている。
更に、 センサ一ベース 1の鍔部上面 1 bの内側寄り及びダイヤフラムベース 4 の本体部下面 4 f の中間位置には夫々断面 U字形 （又は V字形） の浅溝 1 8 e · 1 8 f が形成されている。
当該第 3実施態様に於いては、 前記浅溝 1 8 e · 1 8 f によっても、 押え部材 1 3を介してダイヤフラムベース 4にかかる上 ·下方向の押圧力によって生ずる 歪力が吸収され、 固定具 1 6の締め込み時にダイヤフラム 3に直接かかる歪力の 影響がより少なくなる。
【第 5実施態様】
図 8及び図 9は、 本発明の第 5実施態様に係る圧力検出器の断面概要図と要部 を示す部分拡大断面図である。
当該第 5実施態様に係る圧力検出器の構造並びにその取付構造は、 前記図 5及 び図 6に示した第 3実施態様の場合と基本的に同一であるが、 円盤状のセンサー ベース 1の鍔部 1 aの外周部分 24及びダイヤフラムべ一ス 4の外周部分 2 5 (図 8及び図 9の点線の外側部分） ί 硬化処理を施した高硬度な部分に形成さ れている。
センサーベース 1及びダイヤフラムベース 4の外側部分を高硬度の材質とする ことにより、 押え部材 1 3による締め込み時に上 ·下方向に加わる圧縮力によつ て生ずる半径方向の歪力そのものがより小さくなると共に、 浅溝 1 8 e〜 l 8 f によって歪力が吸収されるため、 ダイヤフラム 3の歪みそのものがー層抑制され ることになる。
尚、 硬化部分 24 · 2 5を形成した構成は、 前記図 4及び図 5に示した圧力検 出器にも適用できることは勿論である。
【試験結果】
前記第 1及び第 2実施態様に係る圧力検出器及びその取付構造を用いた試験に よれば、 圧力 P。 =O k g f Zcm2 - a b sに於ける組み付け前後の出力変動 量 Δν。 が約 ± 2. Omv以下となり、 従前の場合よりも約 30〜 3 5%程度出 力変動量 AV。 を減少させることができる。
また、 第 3実施態様の場合には、 前記出力変動量 Δν。 が約 ± 1. Omv以下 となり、 従前の場合よりも 60〜70%程度出力変動量 Δ V。 を減少させること ができる。
同様に、 第 4実施態様の場合には、 前記出力変動量 AV。 が約 ± 1. Omv以 下に減少させることができる。
また、 第 5実施態様の場合には、 上記第 4実施態様の場合よりもより一層出力 変動量 AV。 を減少させ得ることが判明している。
発明の効果
請求項 1及び請求項 2の発明に於いては、 ダイヤフラム 4の本体部の下面の内 側部分に浅溝 1 8 bを （又はダイヤフラム 4の本体部の上面及び下面の内側部分 に浅溝 1 8 a · 1 8 bを対向状に） 形成し、 押え部材 1 2による圧力検出器の締 付け固定時に発生する歪力を前記浅溝 1 8 b (又は浅溝 1 8 a、 1 8 b) により 吸収する構成としているため、 ダイヤフラム 3に生ずる応力歪が一層低減される ことになり、 締付け固定の前 ·後に於ける測定値の変動量が大幅に减少する。 請求項 3の発明に於いては、 圧力検出器取付具本体の検出器挿着孔 1 2の下方 部に複数の段部を形成すると共に、 圧力検出器のダイヤフラムベースを鍔部と厚 肉の本体部とから形成し、 断面ほぼ矩形状のガスケッ ト 1 3を、 前記第 2段部の 周壁面と水平面及びダイヤフラムベースの鍔部下面とで形成した嵌合部内へ配置 する構成としている。 その結果、 センサー押えを検出器揷着孔内へ挿入してセン サ—ベースの鍔部上方を下方へ押圧しても、 ガスケット 1 3を介してダイヤフラ ムベース 4にかかる反力が全てダイヤフラムベース 4の鍔部 4 aと厚肉の本体部 4 bによって受け止められ、 本体部 4 bと一体になつているダイヤフラム 3には 前記反力による歪みが殆んど生じない。
そのため、 請求項 2の場合と同様に浅溝 1 8 c · 1 8 dによる歪応力の吸収効 果とも相俟って圧力検出器の取付具本体への取付前と取付後に於ける出力や温度 特性の変動が、 流体の低圧領域に於いても極く小さくなり、 実用上の障害となる ことが無くなって、 この種のダイヤフラム型圧力検出器の配管路等への適用が可 能となる。
請求項 4の発明に於いては、 ダイヤフラムベース 4のシール面 4 gの上方に浅 溝 1 8 g · 1 8 hを形成する構成としているため、 請求項 2の発明に於ける作用 効果に更に前記浅溝 1 8 g 1 8 hによる歪応力の吸収効果が加わることになり、 取付け前 ·後に於ける出力変動がより一層減少する。
請求項 5の発明に於いては、 押え部材 1 3による締込み力のかかる部分の部材 を高硬度部材としているため、締込み時の応力による材料変形がより少なくなる。 その結果、 ダイヤフラムに生ずる歪量が大幅に減少し、 出力変動量がより低減さ れることになる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1. ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前記ダイヤフラムベースの変 位により作動するセンサー素子を内蔵したセンサ一ベースとを組み合せ固着し て成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取付具本体の挿着孔内へ ガスケッ トを介設して挿着し、 上方より挿着孔內へ挿入した押え部材により圧 力検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取付け構造に於いて、 前記ダイヤフラムベース （4) の本体部上面 （4 e) に押え部材 （1 2) を、 また、 ダイヤフラムベース （4) の本体部下面 （4 f ) にガスケット （1 7) を夫々接当させると共に、 前記本体部下面 （4 f ) のガスケット （1 7) との 接当部の内側位置に浅溝 （1 8 b) をリング状に形成し、 押え部材 （1 2) に よる押圧により生じた歪を浅溝 （1 8 b) により吸収する構成としたことを特 徴とする圧力検出器の取付け構造。
2. ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前記ダイヤフラムベースの変 位により作動するセンサー素子を内蔵したセンサーベースとを組み合せ固着し て成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取付具本体の揷着孔内へ ガスケットを介設して挿着し上方より揷着孔内へ挿入した押え部材により圧力 検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取付け構造に於いて、 前記ダイヤフラムべ一ス （4) の本体部上面 （4 e) に押え部材 （1 2) を、 また、 ダイヤフラムベース （4) の本体部下面 （4 f ) にガスケット （1 7) を夫々接当させると共に、 前記本体部上面 （4 e ) の押え部材 （1 2) との接 当部の内側位置に浅溝 （1 8 a ) を、 前記本体部下面 （4 f ) のガスケッ ト （1 7) との接当部の内側位置に浅溝 （1 8 b) を夫々リング状に形成し、 押え部 材 （1 2) による押圧により生じた歪を両浅溝 （1 8 a ) · (1 8 b) により 吸収する構成としたことを特徴とする圧力検出器の取付け構造。
3. ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと前記ダイヤフラムベースの変位 により作動するセンサー素子を内蔵したセンサーベースとを組み合せ固着して 成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取付具本体の挿着孔内へガ スケットを介設して挿着し、 上方より挿着孔内へ挿入した押え部材により圧力 検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取付け構造に於いて、 前記取付具本体 （1 1) の揷着孔 （1 1 a ) の下方部に第 1段部 （1 9) と第 2段部 （20) を設け、 当該第 2段部 （20) の水平面 （20 b) とガスケッ ト （ 1 7) の下部接当面 （1 7 b) の間をシール部とし、 また前記圧力検出器 のセンサーベース （1) 及びダイヤフラムべ一ス （4) の上方部に鍔部 （l a ) 及び鍔部 （4 a ) を設け、 両鍔部 （l a ) 、 （4 a ) を対向状に組み合せ固着 すると共に、 前記ダイヤフラムベース （4) の鍔部下面 （4 c) とガスケット ( 1 7) の上部接当面 （1 7 a ) の間をシール部とし、 更に、 前記センサーべ ース （1) の鍔部上面 （l b) の内側位置に浅溝 （1 8 c) を、 ダイヤフラム ベース （4) の鍔部下面 （4 c) の内側位置に浅溝 （1 8 d) を夫々リング状 に形成すると共に、 前記ガスケット （1 7) を断面形状がほぼ矩形の上部接当 面 （1 7 a) と下部接当面 （1 7 b) を備えた金属製ガスケット （1 3) とし、 押え部材 （1 3) によるセンサーベース （ 1 ) の鍔部上面 （l b) の押圧によ り生じた歪を浅溝 （1 8 c) 、 ( 1 8 b) により吸収する構成としたことを特 徴とする圧力検出器の取付け構造。
. ダイヤフラムを備えたダイヤフラムベースと、 前記ダイヤフラムベースの変 位により作動するセンサ一素子を内蔵したセンサ一^ i—スとを組み合せ固着し て成る圧力検出器を、 配管路ゃ機械装置に取付けした取付具本体の揷着孔内へ ガスケットを介設して挿着し、 上方より挿着孔内へ挿入した押え部材により圧 力検出器を気密状に押圧固定するようにした圧力検出器の取付け構造に於いて、 前記取付具本体 （1 1) の挿着孔 （1 1 a ) の下方部に第 1段部 （1 9) と第 2段部 （20) を設け、 当該第 2段部 （20) の水平面 （20 b) とガスケッ ト （1 7) の下部接当面 （1 7 b) の間をシール部とし、 また前記圧力検出器 のセンサーベース （ 1) に鍔部 （l a ) を設け、 当該鍔部 （l a ) とダイヤフ ラムベース （4) の本体部上面 （4 e) とを対向状に組み合せ固着すると共に、 ダイヤフラムベース （4) の本体部下面 （4 f ) より下方へ突出せしめてシー ル面 （4 g) を形成し、 当該シール面 （4 g) とガスケット （1 7) の上部接 当面 （1 7 a) の間をシール部とし、 更に、 前記センサーベース （1) の鍔部 上面 （l b) の内側位置に浅溝 （1 8 e) を、 ダイヤフラムベース （4) の本 体部下面 （4 f ) の内側位置に浅溝 （1 8 f ) を、 下方へ突出せしめたシール 面 （4 g) の上方位置に対向状に浅溝 （1 8 g) 、 ( 1 8 h) を夫々リング状 に形成すると共に、 前記ガスケット （1 7) を断面形状がほぼ矩形の上部接当 面 （1 7 a) と下部接当面 （1 7 b) を備えた金属製ガスケット （1 3) とし、 押え部材 （1 3) によるセンサーベース （1) の鍔部上面 （l b) の押圧によ り生じた歪を浅溝 （1 8 e) 、 （1 8 f ) 、 （1 8 g) 、 （1 8 h) により吸 収する構成としたことを特徴とする圧力検出器の取付け構造。
5. センサーベース （1) の鍔部 （l a ) の外周部分 （24) 及びダイヤフラム ベース （4) の本体部 （4 b) の外周部分 （2 5) を高硬度を有する材質とし た請求項 4に記載の圧力検出器の取付け構造。
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