JP3962677B2

JP3962677B2 - 圧力センサ

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Publication number: JP3962677B2
Application number: JP2002351692A
Authority: JP
Inventors: 健二長澤; 一也山岸
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2003232692A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体及び気体の被測定体の圧力を測定するための圧力センサに関し、特に、半導体製造プロセス、化学、医療、食品加工の分野等において、腐食性薬品や金属成分等の溶出が問題となる圧力測定に最適な圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来から、半導体製造プロセスにおけるウエハの表面洗浄やエッチング処理等に超純水や高純度の腐食性薬品、例えば硝酸、塩酸、フッ化水素酸等が使用されている。これらの薬品を供給するラインの圧力監視及び薬品タンクのレベル監視には圧力センサが用いられており、この圧力センサが薬品に腐食されると金属イオン等が溶出してしまう。金属イオン等は製造プロセスにおいて有害成分となるため、耐食性が高く、金属イオン等の溶出量の少ない圧力センサが要求されている。
また、医療、食品工業、化学分野においても同様に腐食性薬品等を使用する場合があり、耐食性が高く、金属イオン等の溶出量の少ない圧力センサが求められている。
【０００３】
一般的に、圧力センサの圧力を検知する部分であるダイアフラムは高弾性材料で作る必要があり、この高弾性材料としては金属、セラミックス、ガラス等の材料を採用することができる。これらの高弾性材料は腐食性薬品により腐食されてしまうことがあるため、ダイアフラムをフッ素樹脂等の保護皮膜で覆い、耐食性を向上させた圧力センサが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、造膜性（膜成形性）の良好なフッ素樹脂は、腐食性が高い薬品等に対しては耐食性があまり良好でなく、さらに薬液が透過しやすいという問題がある。一方、腐食性の高い薬品に対して良好な耐食性を有するフッ素樹脂は加工工程上、膜にピンホールが発生し、このピンホールから薬品等が浸入し、ダイアフラムが腐食されることがある。このため、技術の進歩により金属溶出等に対する管理がより厳しくなっている現状を鑑み、精度を損なわず、この厳しい管理に対応できる圧力センサが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、性能を損なうことがなく耐食性をより向上させることができる圧力センサを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は以下の構成を採用して前記目的を達成しようとするものである。具体的には、本発明の圧力センサは、受圧室に導入される被測定流体の圧力の変化により弾性変形するダイアフラムを有する圧力センサであって、
前記ダイアフラムの受圧面には、第一層、第二層、第三層および第四層のフッ素樹脂層を前記ダイアフラム側から被測定流体に接する側に従って順番に積層して構成された少なくとも４層からなる保護層が設けられ、前記第一層および前記第三層を形成する樹脂の融点は、前記第二層および前記第四層を形成する樹脂の融点よりも低く、前記第二層および前記第四層は、耐食性の高い樹脂で形成されることを特徴とする。
【０００７】
フッ素樹脂層への腐食性薬品等の透過量は、腐食性薬品等が接する層の表面積に比例し、層の厚さに反比例し、以下の関係式が成り立つ。
【０００８】
【数１】
Ｑ＝（Ｓ／ｈ）・Ｙ・ｔ
Ｑ：透過量Ｙ：透過係数ｈ：層の厚さＳ：表面積ｔ：時間
【０００９】
Ｙは材料によって決まる定数である。従って、透過量を一定とした場合、透過係数の小さいフッ素樹脂を使用することにより、層の薄型化を図ることができる。
例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）の５０％のフッ酸における透過係数を比較した場合、ＰＴＦＥは６．２×１０^-11（ｇ・ｃｍ・ｃｍ^-2・ｓ^-1）であり、ＰＣＴＦＥは１．７×１０-¹²（ｇ・ｃｍ・ｃｍ^-2・ｓ^-1）である。ＰＣＴＦＥはＰＴＦＥに比べ一桁以上小さいものとなっており、透過量一定の場合、ＰＣＴＦＥの層の厚さはＰＴＦＥの層の厚さに対して３／１００となる。
また、ＰＴＦＥとＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）の透過係数を比較すると、ＰＦＡは２．５×１０^-11（ｇ・ｃｍ・ｃｍ^-2・ｓ^-1）であり、透過量を一定とした場合、ＰＦＡの層の厚さは、ＰＴＦＥの層の厚さの約２／５でよいこととなる。また、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）もＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）と略同様の透過係数を有するため、透過量を一定とした場合、ＦＥＰの層の厚さも、ＰＴＦＥの層の厚さの約２／５でよいこととなる。
【００１０】
以上の特性を考慮し、例えば、保護層の積層のうち、被測定流体に接触する表面層を比較的耐食性の高いＰＴＦＥやＰＦＡとし、他の層を薬液の透過性に対して有効なフッ素樹脂であるＦＥＰ、ＰＣＴＦＥとして積層することで、耐食性を高め、かつ保護層の厚さを薄くすることができる。従って、耐食性を向上させても、圧力センサの精度は低下することがない。
【００１１】
この際、前記保護層は、均質かつ均一な厚さの平板材を打ち抜いてこれを積層したものであることが好ましい。
このようにすれば、打ち抜き加工を行い、これを積層するだけで保護層を得ることができるから、保護層は安価で製作が容易なものとなる。
【００１２】
また、前記フッ素樹脂の積層、及び前記ダイアフラムと前記保護層との接着は、溶融圧着により行われ、前記ダイアフラム及び前記保護層とが一体化されていることが好ましい。
フッ素樹脂は接着が困難な非接着性樹脂であるが、溶融圧着することで接着することができる。これにより、各フッ素樹脂層同士が完全に固着し、また、保護層とダイアフラムとも完全に固着するため、圧力の伝達を確実に行うことができ、応答性も優れたものとなる。また、保護層を複数層とすることで保護層の薄型化を図ることができるので、ヒステリシスも小さく抑えられ、被測定流体側にダイアフラムが撓む負圧（真空）の測定も行うことができる。
【００１３】
以上において、圧力センサが、前記ダイアフラムの外周部分で前記ダイアフラムを保持し、内部に前記受圧室が形成された保持部と、この受圧室に前記被測定流体を導入する被測定流体導入部とを有するフッ素樹脂製の継ぎ手を備えている場合、保護層と保持部は次のような接合構造を採用することができる。
【００１４】
（１）前記保持部及び前記保護層はこれらのフッ素樹脂と異なる融点で溶融流動するフッ素樹脂を介して溶融圧着により接合される構造。
【００１５】
（２）前記保持部の前記保護層との当接面には、突起が形成され、前記保護層に前記突起をくい込ませることにより、前記保持部及び前記保護層が接合される構造。
【００１６】
（３）前記保持部及び前記保護層は、シール部材を介して接合固定される構造。
【００１７】
（１）では、ダイアフラムを保持する保持部及びダイアフラムに設けられた保護層は、異なる融点で溶融流動するフッ素樹脂を介して溶融圧着されるため、保持部に形成された受圧室を完全に密閉することができる。従って、ダイアフラムと保持部との間に不純物が浸入し、溜まってしまうことがなく、このような不純物により被測定流体を汚染してしまうことを防止することができる。
【００１８】
（２）では、保持部に設けられた突起を保護層にくい込ませることで、受圧室が密閉されるため、（１）の発明と同様の効果を奏することができる。また、保持部の突起を保護層にくい込ませるだけで受圧室を密閉することができるので、受圧室の密閉が容易である。
【００１９】
（３）では、ダイアフラムの保護層と保持部との間にはシール部材が配置されるため、受圧室を完全に密閉することができ、（１）の発明と同様の効果を奏することができる。さらに、シール部材を弾性を有するようなものとし、保護層とフランジ部とでシール部材を挟持すれば、シール部材の反発力により、シール部材は保護層及び保持部に密着する。これにより、より確実に受圧室を密閉することができる。
【００２０】
この際、前記継ぎ手に係合し、前記ダイアフラムの周縁を囲む筒状のケースを有する場合、このケースの端部には、前記ダイアフラムの受圧面とは反対側の面に対向する折曲片が形成され、前記反対側の面と前記折曲片との間には弾性部材が付勢状態で挿入されていることが好ましい。
ダイアフラムと折曲片との間には弾性部材が付勢状態で挿入されるため、弾性部材によりダイアフラム及び保護層には、常に保持部に押さえつける方向の力が働く。これにより、保護層は保持部に確実に密着し、受圧室の密閉が完全なものとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２には、本実施形態の圧力センサ１が示されている。
この圧力センサ１は円筒状に形成された静電容量式の圧力センサ素子１０と、圧力センサ素子１０の静電容量の変化を所定の電気信号に変換する変換回路１２と、これらを収納するケース１３と、被測定流体を圧力センサ素子１０まで導く継ぎ手１５とを備えている。
【００２２】
圧力センサ素子１０は、圧力センサ素子本体１１と、この圧力センサ素子本体１１に所定の間隔をおいて接合されたダイアフラム１９とを備えている。また、圧力センサ素子１０は、互いに対向配置される２枚の電極１１１を有し、一方の電極１１１はダイアフラム１９の受圧面とは反対側の面に形成され、他方の電極１１１は圧力センサ素子本体１１のダイアフラム１９側の面に形成されている。そして、被測定流体の圧力が変動すると、ダイアフラム１９の変形に伴い２つの電極１１１間の距離が変化し、圧力センサ素子１０の静電容量が変化する。変換回路１２は、この静電容量の変化を電圧出力信号として変換し、接続されている計測装置に出力する。
これらの圧力センサ素子１０と変換回路１２は、円筒状に形成されたフッ素樹脂製のケース１３の内部に収納されている。
【００２３】
ケース１３は、図１上方の第一ケース１３Ａと下方の第二ケース１３Ｂとから構成されている。第一ケース１３Ａには、変換回路１２に接続された電気信号ケーブル１４を挿通するための挿通孔１３１Ａが設けられている。
第二ケース１３Ｂは、継ぎ手１５に係合し、圧力センサ素子１０、後述する保護層１７の周囲を囲む円筒状のケースである。
第二ケース１３Ｂには、被測定流体の圧力を導くパイプ状の継ぎ手１５を挿通するための挿通孔１３１Ｂが形成されている。第二ケース１３Ｂは、第一ケース１３Ａにねじ１３６によって固定される第二ケース本体１３２Ｂと、この第二ケース本体１３２Ｂの第一ケース１３Ａ側の端部と反対側の端部にねじ１３５によって固定されるフランジ部１３３Ｂとを備えている。このフランジ部１３３Ｂは、ケース１３内側に向かって延びている。
【００２４】
第二ケース本体１３２Ｂは圧力センサ素子本体１１及びこれに取り付けられたダイアフラム１９の周縁を囲む筒状のケースである。第二ケース本体１３２Ｂの第一ケース１３Ａ側の端部は、フランジ部１３３Ｂと同様にケース１３内側に向かって折り曲げられた折曲片１３４Ｂとなっている。この折曲片１３４Ｂは圧力センサ素子本体１１の周縁部に係合している。従って、折曲片１３４Ｂとダイアフラム１９の受圧面の反対側の面（圧力センサ素子本体１１に取り付けられる面）とは圧力センサ素子本体１１を介して対向することとなる。
【００２５】
継ぎ手１５は第二ケース１３Ｂ内部に挿入される保持部１５１と、第二ケース１３Ｂ外部に位置する被測定流体導入部１５２とを備えている。これらの保持部１５１と被測定流体導入部１５２とは一体的に成形されており、継ぎ手１５はＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリビニリデン等の材質から形成されることが好ましい。
被測定流体導入部１５２は、保持部１５１内部に設けられた受圧室１８に被測定流体を導入するためのものであり、内部に圧力導入孔１５３が形成されている。
この被測定流体導入部１５２の外面には、ねじが刻設されているが、継ぎ手の被測定流体導入部の形状は、このような形状のものには限定されず、被測定流体が流れる配管等の形状に応じて適当なものを使用する。
【００２６】
保持部１５１はケース１３の挿通孔１３１Ｂの径と略同じ径を有する第一保持部１５１Ａと、この第一保持部１５１Ａの上部に形成され、第一保持部１５１Ａよりも径の大きい第二保持部１５１Ｂとを備えている。第二保持部１５１Ｂは、第二ケース１３Ｂのフランジ部１３３Ｂに係合するとともに、圧力センサ素子本体１１に接合されたダイアフラム１９の外周部分を保持する。第二保持部１５１Ｂの外径は圧力センサ素子本体１１と同じである。
さらに、保持部１５１内部には受圧室１８が形成されており、この受圧室１８は、第二保持部１５１Ｂのダイアフラム１９の受圧面に面した端面を被測定流体導入部１５２側に窪ませることで形成される。
また、保持部１５１にはこの受圧室１８内部に連通する第二圧力導入孔１５３Ｂが形成されており、受圧室１８はこの第二圧力導入孔１５３Ｂを介して被測定流体導入部１５２内部に形成された圧力導入孔１５３と連通する。
【００２７】
さらに、第二保持部１５１Ｂのダイアフラム１９側の端面の外周縁には溝１５４が形成されており、この溝１５４にはリング状のシール部材１６が収納されている。このシール部材１６は弾性体であり、例えば耐薬品性に優れ、ゴム硬度の低い（５０°から９０°程度）パーフロロエラストマ等である。
【００２８】
圧力センサ素子本体１１に取り付けられたダイアフラム１９は受圧室１８に導入された被測定流体の圧力の変化により弾性変形するものである。ダイアフラム１９はセラミック製或いはサファイア製の円盤であり、圧力センサ素子本体１１と同じ径である。
ダイアフラム１９の受圧面には保護層１７が設けられている。
図２に示すように、保護層１７は、４層のフッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄから構成されている。フッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄのうち隣接する層同士の融点は異なっている。また、隣接する層のうち一方の層の融点において、他方の層が溶融流動しないものとなっている。
【００２９】
保護層１７のダイアフラム１９の受圧面の側の層を第一層１７１Ａとし、順に第二層１７１Ｂ、第三層１７１Ｃ、第四層１７１Ｄとすると、第一層１７１ＡがＦＥＰまたはＰＦＡからなる層、第二層１７１ＢがＰＴＦＥからなる層、第三層１７１ＣがＦＥＰ、ＰＦＡまたはＰＣＴＦＥからなる層、第四層１７１Ｄ（被測定流体に接触する表面層）はＰＴＦＥとなっている。そして、第二層１７１Ｂは、第一層１７１Ａ及び第三層１７１Ｃの融点では溶融流動せず、また、第四層１７１Ｄも第三層１７１Ｃの融点では溶融流動しない。
また、本実施形態では、第一層１７１Ａの厚さを０．０５〜０．１ｍｍ、第二層１７１Ｂの厚さを０．１〜０．２ｍｍ、第三層１７１Ｃの厚さを０．０５〜０．１ｍｍ、第四層１７１Ｄの厚さを０．１〜０．２ｍｍとしている。
このような保護層１７は、均質かつ均一な厚さの平板材を打ちぬいて各層を形成し、これを積層することで成形される。フッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄの積層は溶融圧着により行われる。また、保護層１７とダイアフラム１９も同様に溶融圧着により接着されている。
【００３０】
また、保護層１７は第二保持部１５１Ｂに設置されたシール部材１６に当接している。
第二ケース本体１３２Ｂの折曲片１３４Ｂと、フランジ部１３３Ｂとの間には、圧力センサ素子本体１１、ダイアフラム１９、保護層１７、シール部材１６、第二保持部１５１Ｂが挟み込まれており、圧力センサ１を組み立てる際に、第二ケース本体１３２Ｂとフランジ部１３３Ｂとを固定するためのねじ１３５を締め付けると、第二保持部１５１Ｂに設置されたシール部材１６が保護層１７及び第二保持部１５１Ｂに密着する。これにより、保護層１７及び第二保持部１５１Ｂが接合固定され受圧室１８が完全密封される。
【００３１】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
（1-1）保護層１７を形成するフッ素樹脂の特性を考慮し、保護層１７の層のうち、被測定流体に接触する第四層１７１Ｄ（表面層）を比較的耐食性の高いＰＴＦＥとし、内部の層は薬液の透過性に対して有効なフッ素樹脂であるＦＥＰ、ＰＦＡと耐食性の高いＰＴＦＥとを交互に積層したものとすることで、耐食性を高め、かつ保護層１７の厚さを薄くすることができる。従って、耐食性を向上させても、圧力センサ１の精度は低下することがない。
【００３２】
（1-2）保護層１７は、均質かつ均一な厚さの平板材を打ち抜き、これを積層して形成されたものであるため、安価で製作が容易な保護層１７を得ることができる。
【００３３】
（1-3）フッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄのうち隣接する層同士の融点は異なっており、また、隣接する層のうち一方の層の融点において、他方の層が溶融流動しないものとなっている。従って、一方の層を溶融させて他方の層を圧着する際に、他方の層は溶融流動しない。例えば、第二層１７１Ｂを第一層１７１Ａや第三層１７１Ｃと溶融圧着させる場合には、第二層１７１Ｂは溶融流動しない。従って、層同士を確実に接着することができる。
（1-4）各フッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄ同士、及び保護層１７とダイアフラム１９とも溶融圧着したため、これらが完全に固着し、圧力の伝達を確実に行うことができ、応答性も優れたものとなる。また、ヒステリシスも小さく抑えられ、被測定流体側にダイアフラム１９が撓む負圧（真空）の測定も行うことができる。
【００３４】
（1-5）第二保持部１５１Ｂ及びダイアフラム１９に設けられた保護層１７との間には、シール部材１６が配置され、このシール部材１６によって第二保持部１５１Ｂと保護層１７とが固着されるため、第二保持部１５１Ｂに形成された受圧室１８を完全に密閉することができる。従って、ダイアフラム１９と第二保持部１５１Ｂとのから不純物が浸入し、溜まってしまうことがなく、このような不純物により被測定流体を汚染してしまうことを防止することができる。
【００３５】
（1-6）シール部材１６を弾性を有するものとしたため、ねじ１３５を締め付けることで、シール部材１６の反発力により、シール部材１６と保護層１７及び第二保持部１５１Ｂとが密着する。これにより、より確実に受圧室１８を密封することができる。
【００３６】
（1-7）シール部材１６はゴム硬度の低いものであるため、ねじ１３５を締め付ける力が比較的小さくても容易にシール部材１６に保護層１７と保持部１５１とを密着させることができ、受圧室１８を密封することができる。従って、圧力センサ素子本体１１にも大きな力が加わらないので、圧力センサ１の精度を損なうことがない。
【００３７】
次に、本発明の第二実施形態を図３に示す。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３には第二実施形態の圧力センサ２が示されている。第一実施形態の圧力センサ１の第二保持部１５１Ｂと保護層１７との間には、シール部材１６が設置されていたが、第二実施形態の圧力センサ２は継ぎ手２５の第二保持部２５１Ｂの保護層１７との当接面に突起２６が設けられている点で圧力センサ１と異なるものとなっている。この突起２６は保護層１７に向かって突出しており、第二保持部２５１Ｂにリング状に設けられている。なお、保持部２５１は、第二保持部２５１Ｂと第一保持部１５１Ａとを備えたものである。
また、継ぎ手２５はＰＴＦＥ及びＰＦＡからなるものである。
【００３８】
第二ケース本体１３２Ｂの折曲片１３４Ｂと、フランジ部１３３Ｂとの間には、圧力センサ素子本体１１、ダイアフラム１９、保護層１７及び第二保持部２５１Ｂが挟み込まれており、圧力センサ２を組み立てる際に、第二ケース本体１３２Ｂとフランジ部１３３Ｂとを固定するためのねじ１３５を締め付けると、第二保持部２５１Ｂに形成された突起２６が保護層１７にくい込む。これにより、保護層１７と第二保持部２５１Ｂとが接合され受圧室１８が完全密封される。
【００３９】
従って第二実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-4）と同様の効果を奏することができるほか以下の効果を奏することができる。
（2-1）第二保持部２５１Ｂに形成された突起２６が、保護層１７にくい込むことで、保持部２５１と保護層１７とが固着されるため、第二保持部２５１Ｂに形成された受圧室１８を完全に密閉することができる。従って、ダイアフラム１９と第二保持部２５１Ｂとの間から不純物が浸入し、溜まってしまうことがなく、このような不純物により被測定流体を汚染してしまうことを防止することができる。
（2-2）予め、第二保持部２５１Ｂに突起２６が形成されており、第二保持部２５１Ｂと突起２６とは一体化されているため、これらが別体となっているようなものに比べ、容易に受圧室１８を完全密閉することができ圧力センサ２を組み立てに手間がかからない。
【００４０】
（2-3）継ぎ手２５をＰＴＦＥ及びＰＦＡで形成したため、突起２６を保護層１７にくい込ませれば、受圧室１８はＰＴＦＥ及びＰＦＡで覆われることとなり、耐腐食性に優れた受圧室１８とすることができる。
【００４１】
本発明の第三実施形態を図４に基づいて説明する。
図４には、第三実施形態の圧力センサ３が示されている。
第一実施形態においては、継ぎ手１５の第二保持部１５１Ｂには溝１５４が形成されていたが、本実施形態の継ぎ手３５の第二保持部３５１Ｂには溝は形成されておらず、この点で第一実施形態と異なっている。なお、保持部３５１は、第二保持部３５１Ｂと、第一保持部１５１Ａとを備えるものである。
この継ぎ手３５の第二保持部３５１Ｂの保護層１７との当接面と保護層１７との間には、リング状のフッ素樹脂製のシール板３６が設置されている。
このシール板３６は保持部３５１の保護層１７との当接面全体に亘って設けられている。シール板３６のフッ素樹脂は保護層１７及び保持部３５１と融点が異なるものであり、保護層１７の第四層１７１Ｄ（表面層）及び保持部３５１の材質をＰＴＦＥとした場合には、シール板３６はＰＦＡであることが好ましい。すなわち、シール板３６の融点において、第二保持部３５１Ｂ及び第四層１７１Ｄは溶融流動しないものであることが好ましい。
【００４２】
第二ケース本体１３２Ｂの折曲片１３４Ｂと、フランジ部１３３Ｂとの間には、圧力センサ素子本体１１、ダイアフラム１９、保護層１７、シール板３６、第二保持部３５１Ｂが挟み込まれており、圧力センサ３を組み立てる際に、第二ケース本体１３２Ｂとフランジ部１３３Ｂとを固定するためのねじ１３５を締め付け、第二保持部３５１Ｂと保護層１７との間に設置されたシール板３６により第二保持部３５１Ｂと保護層１７とを溶融圧着するとこれらが接合固定される。これにより、受圧室１８が完全密封される。
【００４３】
従って、第三実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-4）と同様の効果を奏することができるほか以下の効果を奏することができる。
（3-1）シール板３６を第二保持部３５１Ｂと保護層１７に溶融圧着することで、シール板３６を第二保持部３５１Ｂとが固着されるため、保持部３５１に形成された受圧室１８を完全に密閉することができる。従って、ダイアフラム１９と第二保持部３５１Ｂとの間から不純物が浸入し、溜まってしまうことがなく、このような不純物により被測定流体を汚染してしまうことを防止することができる。
（3-2）このシール板３６は第二保持部３５１Ｂの保護層１７との当接面全体に亘って設けられており、接着面積を比較的大きくとれるため、確実に保持部３５１の保護層１７とを接着することができる。
【００４４】
本発明の第四実施形態を図５に基づいて説明する。
図５には第四実施形態の圧力センサ４が示されている。
前記実施形態では、保護層１７及び第二保持部１５１Ｂ、２５１Ｂ、３５１Ｂの径は圧力センサ素子本体１１と同じであった。これに対し、本実施形態の圧力センサ４は、保護層１７のフッ素樹脂層１７１のうち第四層１７１Ｄ’（表面層）の径が圧力センサ素子本体１１及びダイアフラム１９の径よりも大きくなっている。すなわち、第四層１７１Ｄ’の端部は、圧力センサ素子本体１１及びダイアフラム１９よりも水平方向にはみだすこととなる。また、継ぎ手４５の第二保持部４５１Ｂもその径が圧力センサ素子本体１１の径よりも大きく形成されており、第四層１７１Ｄ’のはみだした端部との当接面には突起４６がリング状に形成されている。なお、保持部４５１は、第二保持部４５１Ｂと、第一保持部１５１Ａとを備えるものである。
【００４５】
圧力センサ４のケース４３は第一ケース１３Ａと第二ケース４３Ｂとから構成されている。
第二ケース４３Ｂは、第二ケース本体４３２Ｂとフランジ部４３３Ｂとを備える。第二ケース本体４３２Ｂは、第一ケース１３Ａとねじ（図示略）によって固定され、フランジ部４３３Ｂは、この第二ケース本体４３２Ｂにねじ１３５により接続される。
【００４６】
第二ケース本体４３２Ｂは、第一ケース１３Ａに当接し、折曲片１３４Ｂが形成された第一部材４３５Ｂと、この第一部材４３５Ｂの図中下面に取り付けられ、円筒状の第二部材４３６Ｂとから構成されている。
第二部材４３６Ｂの保持部４５１の突起４６に応じた位置には、リング状に凹部４３７が形成されている。
【００４７】
第二ケース本体４３２Ｂの第一部材４３５Ｂの折曲片１３４Ｂと第二保持部４５１Ｂの間には、圧力センサ素子本体１１、ダイアフラム１９、保護層１７が挟み込まれている。また、第一部材４３５Ｂの下方に設けられた第二部材４３６Ｂと、フランジ部４３３Ｂとの間には、保護層１７の第四層１７１Ｄ’のダイアフラム１９からはみ出した部分、第二保持部４５１Ｂが挟み込まれている。従って、第二ケース本体４３２Ｂとフランジ部４３３Ｂとを固定するためのねじ１３５を締め付けると、第二保持部４５１Ｂに形成された突起４６が第四層１７１Ｄ’を介して凹部４３７に嵌め込まれる。これにより、第二保持部４５１Ｂと保護層１７とのシール構造が形成され、受圧室１８が完全密封される。
【００４８】
従って第四実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-4）と同様の効果を奏することができるほか以下の効果を奏することができる。
（4-1）保護層１７の第四層１７１Ｄ’をダイアフラム１９よりも大きな径とし、ダイアフラム１９からはみ出した部分を介して第二保持部４５１Ｂに形成された突起４６を第二部材４３６Ｂの凹部４３７に嵌め込んだため、この部分の密封性が向上し、受圧室１８の密封性能をさらに向上することができる。このように受圧室１８密封されるのでダイアフラム１９と第二保持部４５１Ｂとの間から不純物が浸入し、溜まってしまうことがなく、このような不純物により被測定流体を汚染してしまうことを防止することができる。
【００４９】
本発明の第五実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。
図６及び図７には圧力センサ５が示されている。
圧力センサ５に使用されるケース５３は、第一ケース１３Ａと第二ケース５３Ｂとを備えている。
第一ケース１３Ａの電気信号ケーブル１４が挿通された挿通孔１３１Ａの周囲には、防水グランド６が設けられている。また、第一ケース１３Ａと第二ケース５３Ｂとの間にはＯリング７が配置されており、防水グランド６とＯリング７とによりケース５３内部は閉鎖空間となっている。さらに、電気信号ケーブル１４内には大気導入チューブ５４が設けられている。
【００５０】
第二ケース５３Ｂは、第一実施形態の第二ケース１３Ｂと略同様の構造であるが、第二ケース５３Ｂの第二ケース本体５３２Ｂの折曲片５３４Ｂと圧力センサ素子本体１１との間には、隙間が形成されている点で異なっている。この隙間にリング状の弾性部材８が付勢状態で配置されている。すなわち、圧力センサ素子本体１１を介してダイアフラム１９の受圧面と反対側の面（圧力センサ素子本体１１に取り付けられる面）と折曲片５３４Ｂとの間には、弾性部材８が付勢状態で挿入されることとなり、ダイアフラム１９は弾性部材８からの力を受けることとなる。なお、この弾性部材８は断面Ｃ字形となっている。
一方、本実施形態で使用される継ぎ手は、第二実施形態で使用した継ぎ手２５であり、第二保持部２５１Ｂには突起２６が設けられている。
【００５１】
第二ケース本体５３２Ｂの折曲片５３４Ｂと、フランジ部１３３Ｂとの間には、弾性部材８、圧力センサ素子本体１１、ダイアフラム１９、保護層１７及び第二保持部２５１Ｂが挟み込まれており、圧力センサ５を組み立てる際に、第二ケース本体５３２Ｂとフランジ部１３３Ｂとを固定するためのねじ１３５を締め付けると、弾性部材８は付勢状態となり、また、第二保持部２５１Ｂに形成された突起２６は保護層１７にくい込む。これにより、保護層１７と第二保持部２５１Ｂとが接合され受圧室１８が完全密封される。
【００５２】
従って第五実施形態によれば、第二実施形態と同様の効果を奏することができるほか以下の効果を奏することができる。
（5-1）第二保持部２５１ＢをＰＴＦＥ、ＰＦＡとした場合、ＰＴＦＥやＰＦＡは弾性率が低いため突起２６は徐々に反発力を失い、保護層１７との密着が不十分となってしまうことがある。これに対し、本実施形態では弾性部材８を圧力センサ素子本体１１と折曲片５３４Ｂとの間に配置し、付勢状態となるようにねじ１３５を締め付けることで、突起２６に常に押さえつける力が働き、長期にわたり受圧室１８の密封を保つことができる。
【００５３】
（5-2）防水グランド６とＯリング７とによりケース５３内部は閉鎖空間となっているが、大気導入チューブ５４により大気圧と導通しているため、閉鎖空間内の圧力上昇に伴う検出圧の誤差をキャンセルすることができ、比較的圧力の低い被測定流体も精度良く測定することができる。
【００５４】
（5-3）圧力センサ５は薬品等のベーパや腐食性ガスの雰囲気下に設置されることが多く、これらのガス等により変換回路１２や圧力センサ素子本体１１が腐食され、センサの性能が低下することがある。本実施形態ではケース５３内部に大気導入チューブ５４が設けられているため、離れた位置から薬品等で汚染されていない空気を大気導入チューブ５４により導入することができ、センサの性能を維持することができる。
【００５５】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、圧力センサ素子本体１１は静電容量式のものに限らず、抵抗ストレンゲージ式のものでもよい。ただし、前記実施形態のように静電容量式のものを使用すれば、温度特性に優れた圧力センサを提供することができる。
【００５６】
また、ダイアフラム１９は、セラミック製或いはサファイア製のものに限らず、例えば、金属製、ガラス製のものであってもよい。ただし、前記実施形態のように、セラミックやサファイア等の単結晶で弾性率の高いものを採用すれば、保護層１７を設けることによる影響を最小限にとどめることができる。
前記実施の形態では、保護層１７の積層や保護層１７とダイアフラム１９との接着を溶融圧着により行っていたが本発明では、保護層１７のフッ素樹脂層１７１を炭化処理することで、積層の接着や保護層１７とダイアフラム１９との接着を行ってもよい。
【００５７】
また、保護層１７は各フッ素樹脂層を打ち抜いてから積層したが、均質かつ均一な厚さに積層形成した平板材を打ち抜いて製作してもよい。
さらに、前記実施形態では、保護層１７は４層のフッ素樹脂層１７１Ａ〜１７１Ｄ、１７１Ｄ’からなるものとしたが、これには限られず、４層を超えるものであってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
このような本発明によれば、性能を損なうことがなく耐食性をより向上させることができる圧力センサを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる圧力センサを示す断面図である。
【図２】前記圧力センサの要部を示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる圧力センサの要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態にかかる圧力センサの要部を示す断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態にかかる圧力センサの要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第五実施形態にかかる圧力センサ示す断面図である。
【図７】第五実施形態の圧力センサの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５圧力センサ
８弾性体
１１圧力センサ素子本体
１３，４３，５３ケース
１５，２５，３５，４５継ぎ手
１５１，２５１，３５１，４５１保持部
１５２被測定流体導入部
１５３圧力導入孔
１７保護層
１７１Ａ，１７１Ｂ，１７１Ｃ，
１７１Ｄ，１７１Ｄ’ フッ素樹脂層
１８受圧室
１９ダイアフラム
１６シール部材
２６突起
３６シール板
１３４Ｂ，５３４Ｂ折曲片

Claims

受圧室に導入される被測定流体の圧力の変化により弾性変形するダイアフラムを有する圧力センサであって、
前記ダイアフラムの受圧面には、第一層、第二層、第三層および第四層のフッ素樹脂層を前記ダイアフラム側から被測定流体に接する側に従って順番に積層して構成された少なくとも４層からなる保護層が設けられ、
前記第一層および前記第三層を形成する樹脂の融点は、前記第二層および前記第四層を形成する樹脂の融点よりも低く、
前記第二層および前記第四層は、耐食性の高い樹脂で形成される
ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムの外周部分で前記ダイアフラムを保持し、内部に前記受圧室が形成された保持部と、この受圧室に前記被測定流体を導入する被測定流体導入部とを有するフッ素樹脂製の継ぎ手を備え、
前記保持部及び前記保護層はこれらのフッ素樹脂と異なる融点で溶融流動するフッ素樹脂を介して溶融圧着により接合されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサにおいて、
前記ダイアフラムの外周部分で前記ダイアフラムを保持し、内部に前記受圧室が形成された保持部と、この受圧室に前記被測定流体を導入する被測定流体導入部とを有するフッ素樹脂製の継ぎ手を備え、
前記保持部及び前記保護層は、シール部材を介して接合固定されることを特徴とする圧力センサ。
請求項２または３のいずれかに記載の圧力センサにおいて、
前記継ぎ手に係合し、前記ダイアフラムの周縁を囲む筒状のケースを有し、
このケースの端部には、前記ダイアフラムの受圧面とは反対側の面に対向する折曲片が形成され、
前記反対側の面と前記折曲片との間には弾性部材が付勢状態で挿入されていることを特徴とする圧力センサ。