JPS61161431A - Production of excessive pressure protecting diaphragm - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To produce a circular excessive pressure protecting diaphragm only by one process without any working distortion by forming a means for pouring an electrolytic solution upon a ring-like unmasked part on a diaphragm substrate. CONSTITUTION:The diaphragm substrate 1 worked so as to be a prescribed shape is masked and a power supply 9 is connected so as to have the polarity setting the substrate 1 to plus and an electrode to minus. Then, the substrate 1 is rotated around its center O which is a turning axis under the electrode 5. Simultaneously, the electrolytic solution 7 is poured from holes 51-54 e.g. of the electrode 5 upon the unmasked part of the diaphragm substrate 1. On the other hand, a fixed pressure is applied to the inside of the electrode 5 and the electrolytic solution 7 poured from the holes 51-54 is blown out at a prescribed flow rate. Namely, the holes 51-54 act like nozzles. Therefore, the unmasked part is gradually etched and grooves are formed. Consequently, a diaphragm having a required shape can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 イ、「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、過大な圧力が加わっても破壊しない構造を持
つダイアフラム（以下過大圧保護ダイアフラムと言う）
の加工力漕に関するものである。[Detailed Description of the Invention] A. "Objective of the Invention" (Industrial Application Field) The present invention provides a diaphragm (hereinafter referred to as an overpressure protection diaphragm) that has a structure that does not break even when excessive pressure is applied.
This relates to the processing power tank.

更に詳述すると、電解加工により、上記過大圧保護ダイ
アフラムを製造する方法に関するものである。More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing the above-mentioned overpressure protection diaphragm by electrolytic processing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本出願人は、特願昭５９−２２５６２「圧力センサｊに
て、過大圧保護ダイアフラムに関する出願をした。本発
明は、この先行出願に関連する内容のものである。The present applicant filed Japanese Patent Application No. 59-22562 "Pressure Sensor J" regarding an overpressure protection diaphragm. The present invention relates to this earlier application.

第３図は過大圧保護ダイアフラムの構成例を示す図であ
り、この図を用いて、ダイアフラムの動作を説明する。FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of the overpressure protection diaphragm, and the operation of the diaphragm will be explained using this diagram.

同図において、１はダイアフラムである。このダイアフ
ラム１は、中心の円板状の厚肉部Ａを囲むように、同心
円上に複数の環状の厚肉部Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅが設けられて
いる。このダイアフラム１は、単結晶シリコン若しくは
Ｎｉ−８ＰＡＮＣ等の伝導性弾性材料、又はサファイヤ
の如き絶縁性弾性材料が用いられ、後者の場合には、中
央厚肉部Ａに電極用として導１ｆ膜を形成する。In the figure, 1 is a diaphragm. This diaphragm 1 has a plurality of annular thick-walled parts B, C, D, and E provided on concentric circles so as to surround a central disk-shaped thick-walled part A. This diaphragm 1 is made of a conductive elastic material such as single crystal silicon or Ni-8PANC, or an insulating elastic material such as sapphire. Form.

３は支持台であり、ダイアフラム１の最外周部Ｅにおい
て固着くされている。この支持台３はパイレックスガラ
ス、セラミック等の絶縁性の材料で構成される。Reference numeral 3 denotes a support base, which is firmly fixed at the outermost circumference E of the diaphragm 1. This support stand 3 is made of an insulating material such as Pyrex glass or ceramic.

５は電極であり、支持台３の中央部に、ダイアフラム１
の厚肉部Ａと対向して設けられる。5 is an electrode, and a diaphragm 1 is placed in the center of the support base 3.
It is provided opposite to the thick part A of.

６は電極５に接続され外部に取出されたリード線である
。6 is a lead wire connected to the electrode 5 and taken out to the outside.

ダイアフラム１の厚肉部Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄと支持台３とは
、第３図に示すようにギャップｄが設けられている。Gaps d are provided between the thick parts A, B, C, and D of the diaphragm 1 and the support base 3, as shown in FIG.

以上のように構成されたダイアフラムに対して、第３図
に示す方向から圧力Ｐが加えられたとする。Assume that a pressure P is applied to the diaphragm constructed as described above from the direction shown in FIG.

ダイアフラム１は圧力Ｐの大きさに従って変位し、電極
５と厚肉部Ａとのギャップｄが変化する。このギャップ
ｄの変化は、電極５と厚肉部Ａの静電容量の変化として
現われる。従って、リード線から取出した電気信号は、
圧力Ｐの値に応じた信号であり、圧力Ｐを測定できるこ
とになる。The diaphragm 1 is displaced according to the magnitude of the pressure P, and the gap d between the electrode 5 and the thick portion A changes. This change in the gap d appears as a change in the capacitance between the electrode 5 and the thick portion A. Therefore, the electrical signal taken out from the lead wire is
This signal corresponds to the value of pressure P, and pressure P can be measured.

一方、操作ミス等により過大圧力Ｐが加わると、ダイア
フラム１は、厚肉部Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄが支持台３に当たる
゛までたわみ、これに当たって止まる。On the other hand, if excessive pressure P is applied due to an operational error or the like, the diaphragm 1 is deflected until the thick portions A, B, C, and D hit the support base 3, and then stop there.

その後は、ダイアフラム１の薄肉部が過大圧力を受ける
ことになる。従って、この薄肉部の厚さ、幅とが実際に
加わることのある最大の過大圧力に充分耐え得る寸法に
設計しておく。Thereafter, the thin walled portion of the diaphragm 1 will be subjected to excessive pressure. Therefore, the thickness and width of this thin portion should be designed to be able to withstand the maximum overpressure that may actually be applied.

以上のような丸形の過大圧保護ダイアフラムの従来の製
造法は、幾つかあるが、次の２種が代表的である。There are several conventional manufacturing methods for the round overpressure protection diaphragm as described above, but the following two methods are typical.

（ａ）　　超音波加工 この製造法は、先端が前記ダイアフラムの薄肉部に相当
した凸部を有するホーンを用いる。このホーンを磨き粉
を介してダイアフラム基板に当て、例えば圧電振動子等
によりホーンを撮動させることで、基板を削る方法であ
る。(a) Ultrasonic processing This manufacturing method uses a horn whose tip has a convex portion corresponding to the thin wall portion of the diaphragm. This is a method of scraping the substrate by applying this horn to the diaphragm substrate through polishing powder and moving the horn using, for example, a piezoelectric vibrator.

（ｂ）　　研削加工 この製造法は、ダイヤモンド砥石をモータで回転させな
がら、ダイアフラム基板を削る方法である。(b) Grinding This manufacturing method involves grinding the diaphragm substrate while rotating a diamond grindstone with a motor.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、以上のような手段は次の問題点を有している。 However, the above-mentioned means have the following problems.

■　超音波加工は、例えば１００μｍ以下にダイアフラ
ムの薄肉部を加工しようとすると、クラックが生じ易く
、また、加工歪みも生じる。(2) When ultrasonic machining attempts to process a thin portion of a diaphragm to a thickness of, for example, 100 μm or less, cracks are likely to occur and machining distortion occurs.

■　研削加工は、上記■と同様にダイアフラムの薄肉部
を加工しようとすると、加工歪みが生じる。(2) In the grinding process, processing distortion occurs when attempting to process the thin walled portion of the diaphragm, similar to (2) above.

■　また、上記■と■に記載したように、超音波加工と
研削加工には、加工歪みが生じる。従って、この加工歪
み層を取除くため、ＨＦＨＮＯ３（弗酸硝酸）系のエツ
チング液でエツチングする必要があるが、このＨＦＮ０
ｚ系のエツチング液は、経年変化があり、また、エッチ
レートに再現性が乏しい。(2) Furthermore, as described in (1) and (2) above, processing distortion occurs in ultrasonic machining and grinding. Therefore, in order to remove this machining strain layer, it is necessary to perform etching with an HFHNO3 (fluoric acid nitric acid) based etching solution.
Z-based etching solutions change over time and have poor reproducibility in etch rate.

本発明の目的は、上記■〜■の問題点を解決した丸形の
過大圧保護ダイアフラムの製造方法を提供することであ
る。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a round overpressure protection diaphragm that solves the problems described in (1) to (4) above.

口、「発明の構成ｊ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、最外周部を除いて゛その内側部が所定の深さ
にエツチングされ゛たダイアフラム基板上に円形（本明
細硼においては、゛円形”なる語は完全な円形のみなら
ず不完全な円形、例えば、楕円、歪んだ円形等も含む広
い意味を有するものである）をした第１のマスク領域と
、更にこの第１のマスク領域の周囲に沿って或る間隔を
開けて第、２のマスク領域を設け、更に上記と同様に第
２のマスク領域の外側に第３，４等の複数のマスク領域
を設ける。そして、上記各マスク領域の間のマスクされ
ていないリング状部分に向けて、電解液を注ぐ手段とを
備え、この電解液を注ぐ手段をダイアフラム基板上を移
動させるか、又は、ダイアフラム基板を電解液を注ぐ手
段の下を移動させるようにし、複数の溝加工を一度にす
るようにしたものである。なお、電解加工は、化学エツ
チングであるから、加工歪み層は生じない。``Structure of the Invention [Means for Solving the Problems] The present invention provides a diaphragm substrate having a circular shape (in this specification, is a first mask area having a shape (the word "circular" has a wide meaning including not only a perfect circle but also an imperfect circle, such as an ellipse, a distorted circle, etc.); A second mask area is provided at a certain interval along the periphery of the mask area, and a plurality of third, fourth, etc. mask areas are provided outside the second mask area in the same manner as described above. and a means for pouring an electrolyte toward the unmasked ring-shaped portion between each of the mask regions, and the means for pouring the electrolyte is moved over the diaphragm substrate, or the diaphragm substrate is electrolyzed. It moves under the means for pouring liquid, allowing multiple grooves to be machined at once. Note that since electrolytic processing is chemical etching, no processing strain layer is produced.

（実施例） 以下、本発明を具体化した一実施例の説明を行なう。(Example) An embodiment embodying the present invention will be described below.

第１図は、本発明に係る過大圧保護ダイアフラムの製造
方法の一実施例を示した図である。なお、第１図は丸形
のダイアフラム１の中心軸Ｏに対して、その半分を描い
た図である。第２図は、第１図の要部を斜視図として表
わした図、第６図は、ダイアフラム基板上に設けたマス
クの状態を示す図である。第１及び２図において、１は
加工対象のダイアフラム基板である。このダイアフラム
基板１の材質に付いては、第３図の所で既述した。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the method for manufacturing an overpressure protection diaphragm according to the present invention. Note that FIG. 1 is a diagram depicting a half of the round diaphragm 1 with respect to the central axis O. FIG. 2 is a perspective view of the main part of FIG. 1, and FIG. 6 is a diagram showing the state of a mask provided on a diaphragm substrate. In FIGS. 1 and 2, 1 is a diaphragm substrate to be processed. The material of this diaphragm substrate 1 has already been described with reference to FIG.

ダイアフラム基板は、加工されるとダイアフラムになる
ので、本明細書では、必要に応じて、構成素子番号１を
ダイアフラムと言ったり、ダイアフラム基板と言ったり
する。Since the diaphragm substrate becomes a diaphragm when processed, in this specification, component number 1 will be referred to as a diaphragm or a diaphragm substrate as necessary.

ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、ダイアフラム基板１上に設けら
れたマスクである。第６図を見ると、各マスクａ−ｅの
形状が分る。一般に、マスクｂ〜ｅは第６図に示すよう
にリング状をしているが、本発明はマスクｂ−ｅの形状
をリング状に限定するものではない。これらマスクａ−
ｅは、ダイアフラム基板１の面の不必要なエツチングを
防止するためである。a, b, c, d, and e are masks provided on the diaphragm substrate 1. Looking at FIG. 6, the shape of each mask ae can be seen. Generally, the masks b to e have a ring shape as shown in FIG. 6, but the present invention does not limit the shape of the masks b to e to the ring shape. These masks a-
e is for preventing unnecessary etching of the surface of the diaphragm substrate 1.

５は電極であり、その上部に穴５５が、下部には穴５．
〜５−が設けられている。穴５，１〜５４は、マスクａ
−ｅが施されていない部分に合せたピッチで設けられて
いる。電極５の材料として、電解液に侵されない白金（
ＰＬ　）が最適である。5 is an electrode, with a hole 55 in the upper part and a hole 5.5 in the lower part.
-5- are provided. Holes 5, 1 to 54 are mask a
-e is provided at a pitch that matches the area where it is not applied. As a material for the electrode 5, platinum (
PL) is optimal.

白金以外だと、金（Ａｕ）があるが、強度・加工上に無
理がある。黄銅等の電極を使用すると、電解液中に溶は
出して金属イオンとなり、電極表面に析出して加工精度
を悪くする。Other than platinum, there is gold (Au), but it is difficult to use in terms of strength and processing. When an electrode made of brass or the like is used, metal ions are dissolved into the electrolyte and deposited on the electrode surface, impairing machining accuracy.

７は電解液であり、例えば、環ＨＦ溶液（弗化水素酸溶
液）又は）ＩＦ＋ＮＨ４Ｆ　（弗化アンモニウム）溶液
が用いられる。電解液７は穴５１〜５４からマスクがさ
れていないダイアフラム基板１の面に注がれる。7 is an electrolytic solution, and for example, a ring HF solution (hydrofluoric acid solution) or an IF+NH4F (ammonium fluoride) solution is used. The electrolytic solution 7 is poured from the holes 51 to 54 onto the unmasked surface of the diaphragm substrate 1.

９は電源であり、１０〜１５ｖ位の直流電圧である。9 is a power supply, which has a DC voltage of about 10 to 15V.

電源９はダイアフラム基板１をプラス、電極５をマイナ
スとする極性に接続されている。これは、電極５の穴５
１〜５−を通過する電解液７の電位に対して、ダイアフ
ラム基板１の電位を高く保つためのものである。The power supply 9 is connected with polarity such that the diaphragm substrate 1 is positive and the electrode 5 is negative. This is hole 5 of electrode 5.
This is for keeping the potential of the diaphragm substrate 1 high with respect to the potential of the electrolytic solution 7 passing through the electrodes 1 to 5-.

第１図のような配置をする前に、ダイアフラム基板１の
加工を行なう。まず、第３図に示すダイアフラム１の最
外周部（Ｅ部）に該当する部分を除いて、その内側の面
をプラズマエツチング等の気相エツチングにより、第３
図の如く、深さｄだけ削り取る。次に、このように加工
したダイアフラム基板１に第６図に示すようなマスクを
施す。Before arranging as shown in FIG. 1, the diaphragm substrate 1 is processed. First, except for the outermost portion (part E) of the diaphragm 1 shown in FIG.
As shown in the figure, cut off to a depth of d. Next, a mask as shown in FIG. 6 is applied to the diaphragm substrate 1 processed in this way.

第６図の状態では、マスクｅの部分は、その内側の面よ
りｄだけ高くなっている。以上のように構成されたダイ
アフラム基板１を第１図のように配Ｍ′１ｊる。In the state shown in FIG. 6, the portion of the mask e is higher than the inner surface by an amount d. The diaphragm substrate 1 constructed as described above is arranged M'1j as shown in FIG.

そこで、ダイアフラム基板１は、第２因に示す・　よう
に電極５の下を、中心０を回転軸として回転する。同時
に、電極５の穴５１〜５４から電解液７が、マスクがさ
れていないダイアフラム基板１の部分を中心として注が
れる。なお、電極５の内部は或る圧力が加えられており
、穴５１〜５４から出る電解液７は所定の流量で噴出さ
れる。即ち、穴５１〜５４は、ノズルの如く動作する。Therefore, the diaphragm substrate 1 rotates under the electrode 5 with the center 0 as the rotation axis as shown in the second factor. At the same time, the electrolytic solution 7 is poured through the holes 51 to 54 of the electrode 5, focusing on the portion of the diaphragm substrate 1 that is not masked. Note that a certain pressure is applied to the inside of the electrode 5, and the electrolytic solution 7 coming out from the holes 51 to 54 is ejected at a predetermined flow rate. That is, the holes 51-54 operate like nozzles.

従って、第１図に示すようにマスクされてい−ない部分
は、次第にエツチングされ、溝が゛形成される。その結
果４、所望の形状（例えば、第３図に示すような）の過
大圧保護ダイアツーラムが製造できる。Therefore, as shown in FIG. 1, the unmasked portions are gradually etched to form grooves. As a result, an overpressure protection diaphragm having a desired shape (for example, as shown in FIG. 3) can be manufactured.

なお、最外周部（Ｅ部）と最内周部（Ａ部）では、加工
すべきダイアフラム基板の量が異なる。Note that the amount of diaphragm substrate to be processed differs between the outermost circumferential portion (E section) and the innermost circumferential portion (A section).

従って、Ｗｉ電極の下面は、第４図のような穴の配置に
すると精度良くダイアフラム基板の加工を行なうことが
できる。即ち、第４図は、外周部栓穴の数を多くして、
電解液の流量を増やそうとするものである。加工速度は
、電解液の流量にある程度比例することが知られている
。Therefore, if the holes are arranged on the lower surface of the Wi electrode as shown in FIG. 4, the diaphragm substrate can be processed with high accuracy. That is, in FIG. 4, the number of plug holes on the outer periphery is increased,
This is an attempt to increase the flow rate of electrolyte. It is known that the machining speed is proportional to the flow rate of the electrolytic solution to some extent.

なお、第１図及び第２図では、ダイアフラム基板１を回
転させ、電極５を静止した状態で加工を行なうとして説
明した。しかし、第４図のような電極５を用いて、第５
図のように配置すれば、電極５を回転し、ダイアフラム
基板１を静止することもできる。In addition, in FIGS. 1 and 2, the explanation has been made assuming that the diaphragm substrate 1 is rotated and the electrode 5 is processed in a stationary state. However, using the electrode 5 as shown in FIG.
If arranged as shown in the figure, the electrode 5 can be rotated and the diaphragm substrate 1 can be kept stationary.

また、上述では、電極５に電解液７に電位を与える機能
と、電解液を注ぐ機能とを兼用する例で説明したが、こ
のＩＩｌ能を別々の手段によって達成するようにしても
よい。即ち、電極５は電解液７に電位を与える機能のみ
とし、別の手段で電解液７を注ぐようにしても良い。Moreover, although the above example has been described in which the electrode 5 has both the function of applying a potential to the electrolytic solution 7 and the function of pouring the electrolytic solution, this function IIl may be achieved by separate means. That is, the electrode 5 may have only the function of applying a potential to the electrolytic solution 7, and the electrolytic solution 7 may be poured by another means.

また、第１図等では、溝の数を４個として説明したが、
溝の数は、特に限定するものではない。In addition, in FIG. 1 etc., the number of grooves was explained as four, but
The number of grooves is not particularly limited.

ハ、「本発明の効果」 以上述べたように、本発明によれば丸形の過大圧保護ダ
イアフラムを加工歪みなく、しかも１工程で製造するこ
とができる。また、加工歪み層を除去するためのエツチ
ング等の工程が↑要となった。C. "Effects of the Present Invention" As described above, according to the present invention, a round overpressure protection diaphragm can be manufactured in one step without processing distortion. Additionally, etching and other steps were required to remove the process-distorted layer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明に係る過大圧保護ダイアフラムの製造方
法の一実施例を示した図、第２図は第１図の要部を斜め
から見た図、第３図は一般的な過大圧保護ダイアフラム
の断面を示した図、第４図は電極５の穴の配置例を示し
た図、第５図は電極とダイアフラム基板との配置例を示
した図、第５６図はダイアフラム暴板上に設けたマスク
の例を示した図である。 １・・・ダイアフラム基板、３・・・支持台、５・・・
電極、５１〜５５・・・穴、７・・・電解液、９・・・
電源、ａ−ｅ・・・マスク。 第１図 第２図Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the method for manufacturing an overpressure protection diaphragm according to the present invention, Fig. 2 is an oblique view of the main part of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing a general overpressure protection diaphragm. FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of holes in the electrode 5; FIG. 5 is a diagram showing an example of the arrangement of the electrode and the diaphragm substrate; FIG. It is a figure showing an example of the mask provided in . 1... Diaphragm board, 3... Support stand, 5...
Electrode, 51-55... Hole, 7... Electrolyte, 9...
Power supply, a-e...mask. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）下記（ア）の構成をしたダイアフラム基板と、こ
のダイアフラム基板に対してマイナスの電位を与えられ
た電解液と、前記ダイアフラム基板に電解液を注ぐ手段
とを備え、この電解液を注ぐ手段とダイアフラム基板の
少なくともいずれか一方を移動させながら電解液を注ぐ
ようにして過大圧保護ダイアフラムを製造する方法。 （ア）最外周部を除いてその内側部が所定の深さに削ら
れ、円形をした第１のマスク領域（ａ）と、更にこの第
１のマスク領域の周囲に沿って或る間隔を開けて第２の
マスク領域を設け、更に第２のマスク領域の外側へ同様
に複数のマスク領域を設けたダイアフラム基板。(1) A diaphragm substrate configured as shown in (a) below, an electrolytic solution to which a negative potential is applied to the diaphragm substrate, and means for pouring the electrolytic solution onto the diaphragm substrate, and the electrolytic solution is poured into the diaphragm substrate. A method of manufacturing an overpressure protection diaphragm by pouring an electrolyte while moving at least one of the means and the diaphragm substrate. (a) A circular first mask area (a) whose inner part except the outermost periphery is cut to a predetermined depth, and a certain interval further along the circumference of this first mask area. A diaphragm substrate that is opened to provide a second mask region, and further provided with a plurality of mask regions outside the second mask region.