KR102436790B1

KR102436790B1 - 압력 센서

Info

Publication number: KR102436790B1
Application number: KR1020217007068A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 히다카; 타카토시 나카타니; 노부카즈 이케다; 코우지 니시노; 료우스케 도히
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2022-08-26
Also published as: US11768123B2; JP7157477B2; WO2020075600A1; US20210356346A1; JPWO2020075600A1; TWI719664B; KR20210034084A; TW202024575A; CN112771359A

Abstract

유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 유체 통로(3)와 연통하는 상태로 기밀 형상으로 부착되는 통 형상 부재(5)와, 통 형상 부재(5)에 접속되어서 보디(4)의 유체 통로(3) 내를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 압력 센서부(6)를 구비한 압력 센서(1)로서, 통 형상 부재(5)는 니켈-몰리브덴-크롬 합금재 또는 스테인리스강재에 의해 형성되고, 압력 센서부(6)는, 유체가 유입되는 수압실(7) 및 수압실(7)에 유입된 유체에 접하는 다이어프램(8a)을 갖고 다이어프램(8a)에 의해 일단이 폐색된 센서 보디(8)와, 다이어프램(8a)의 변위를 압력으로서 출력하는 압력 검출 소자(2)를 구비하고, 센서 보디(8)는 코발트-니켈 합금재에 의해 형성되고, 개구측 단부가 통 형상 부재(5)의 일단부에 기밀 형상으로 접속되어 있다.

Description

압력 센서

본 발명은, 주로 반도체 제조 설비나 화학 플랜트 등의 가스 등의 유체 공급 라인이나 상기 유체 공급 라인에 장착되는 압력식 유량 제어 장치나 농도 측정 장치 등에 설치되고, 유체 공급 라인을 흐르는 가스 등의 유체의 압력을 검출하는 압력 검출 소자(스트레인 게이지나 감압 소자)를 사용한 다이어프램식의 압력 센서에 관한 것이다.

종전으로부터 반도체 제조 설비 등의 유체 공급 라인을 흐르는 유체의 압력 검출에는, 다양한 형식의 압력 센서가 사용되고 있다.

예를 들면, 상기 압력 센서로서는 다이어프램에 스트레인 게이지를 부착해서 유체의 압력을 검출하는 압력 센서, 다이어프램에 인접하는 공간을 진공실로 한 절대압형의 압력 센서, 다이어프램에 인접하는 공간에 실리콘 오일 등의 압력 전달용 매체를 봉입한 압력 센서, 다이어프램이나 보디를 내식성이 우수한 스테인리스재에 의해 형성한 압력 센서 등이 알려져 있다(특허문헌 1∼3 참조).

그런데, 반도체 제조 설비의 가스 공급 라인과 같이, 염화수소, 브롬화수소 등의 할로겐계 가스나 불소 가스, 불화수소 등의 불소계 가스와 같은 부식성 가스가 흐를 경우에는, 부식성 가스에 접촉하는 다이어프램(감압부) 등을 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강에 의해 형성한 압력 센서가 사용되고 있다.

그러나, 감압부인 다이어프램을 오스테나이트계 스테인리스강에 의해 형성한 압력 센서에 있어서는, 상기 다이어프램은 내식성이 우수하지만 인장강도나 내력이 낮다. 그 때문에, 압력 센서를 장시간·장기간 사용하거나, 또는, 감압부인 다이어프램의 변형을 크게 잡아 감도를 높이거나 하면, 다이어프램의 내력이 열화하게 된다.

따라서, 상기 압력 센서에 있어서는, 오스테나이트계 스테인리스강제의 다이어프램을 감압부로 해서 장시간·장기간 사용하면, 내력의 열화에 의해 변형 등이 커져서 제로점의 어긋남 등의 문제를 일으키게 되고, 높은 정밀도로 압력을 측정할 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 단, 오스테나이트계 스테인리스강을 압력 센서의 부식성 가스와 접촉하지 않는 보디의 재료로서 사용하는 분에는, 상기 문제가 발생할 일은 없다.

또한, 상기 문제를 해결하기 위해서는, 다이어프램(감압부)을 내식성 및 내력이 우수한 재료에 의해 형성하면 좋다.

예를 들면, 일본 특허공개 2005-148002호 공보(특허문헌 4)나 일본 특허공개 2018-048859호 공보(특허문헌 5)에는, 다이어프램(감압부)을 내식성 및 내력이 우수한 금속재로 형성한 압력 센서가 기재되어 있다.

즉, 종래의 압력 센서(30)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유체에 접촉하는 다이어프램(31a)이 형성된 감압부(31)와, 다이어프램(31a)에 형성한 스트레인 게이지(32)와, 감압부(31)의 외주 가장자리부를 지지하고, 감압부(31)의 다이어프램(31a)과의 사이에서 기준 압력실(33)을 형성하는 지지부(34)를 구비하고 있고, 다이어프램(31a)이 형성된 감압부(31)를 내식성 및 내력이 우수한 코발트-니켈 합금재(스프론(등록상표))에 의해 형성하고 있다.

상기 압력 센서(30)는, 다이어프램(31a)이 형성된 감압부(31)를 내식성 및 내력이 우수한 코발트-니켈 합금재로 형성하고 있기 때문에, 장시간·장기간 사용해도 변형 등이 발생하기 어렵고, 높은 정밀도로 압력을 측정할 수 있다.

그런데, 상기 압력 센서(30)의 감압부(31)를 형성하는 코발트-니켈 합금재는 압력에 의해 변형되기 때문에, 다이어프램(31a)으로서 사용하기에는 적합하지만, 밀봉 등을 행하는 구조에 사용하기에는 적합하지 않은 재료이다. 왜냐하면, 코발트-니켈 합금재는 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 경도가 꽤 높으므로, 유체 통로를 형성한 보디 등에 조여 고정하거나 하면, 느슨함 등이 발생하기 쉬워져 밀봉성이 손상되기 때문이다.

따라서, 상기 압력 센서(30)에 있어서는, 코발트-니켈 합금재로 형성된 감압부(31)측을, 유체 통로를 형성한 보디 등에 조여 고정하거나 하면, 느슨함 등이 발생하기 쉬워져 밀봉성이 손상된다고 하는 문제가 발생하게 된다.

일본 실용신안공개 평 05-069647호 공보 일본 특허공개 평 10-082707호 공보 일본 특허공개 2007-033075호 공보 일본 특허공개 2005-148002호 공보 일본 특허공개 2018-048859호 공보

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 다이어프램을 갖는 센서 보디를 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 금속재에 의해 형성함과 아울러, 상기 센서 보디를 유체 통로를 형성한 보디에 부착하기 위한 통 형상 부재를 내식성이 우수하여 밀봉 구조에 적합한 금속재에 의해 형성함으로써, 높은 정밀도로 압력을 측정할 수 있음과 아울러 밀봉성도 우수한 압력 센서를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서는, 유체 통로를 형성한 보디에 상기 유체 통로와 연통하는 상태로 기밀 형상으로 부착되는 통 형상 부재와, 상기 통 형상 부재에 접속되어 상기 보디의 상기 유체 통로 내를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 압력 센서부를 구비한 압력 센서로서, 상기 통 형상 부재는 니켈-몰리브덴-크롬 합금재 또는 스테인리스강재에 의해 형성되고, 상기 압력 센서부는, 상기 유체가 유입되는 수압실 및 상기 수압실에 유입된 상기 유체에 접하는 다이어프램을 갖고 상기 다이어프램에 의해 일단이 폐색된 센서 보디와, 상기 다이어프램의 변위를 압력으로서 출력하는 압력 검출 소자를 구비하고, 상기 센서 보디는 코발트-니켈 합금재에 의해 형성되며, 개구측 단부가 상기 통 형상 부재의 일단부에 기밀 형상으로 접속되어 있다.

소정 실시형태에 있어서, 상기 통 형상 부재와 상기 센서 보디는 용접에 의해 기밀 형상으로 접속되어 있다.

소정 실시형태에 있어서, 상기 통 형상 부재를 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경으로 형성하고, 상기 통 형상 부재의 일단부에 용접용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고, 또한, 상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 용접용 플랜지부에 접촉하는 용접용 플랜지부를 형성하고, 상기 통 형상 부재의 용접용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성된 상기 접속용 통부의 용접용 플랜지부를 용접에 의해 기밀 형상으로 접속 고착하고 있다.

소정 실시형태에 있어서, 상기 통 형상 부재와 상기 센서 보디는 플랜지 접속에 의해 기밀 형상으로 접속되어 있다.

소정 실시형태에 있어서, 상기 통 형상 부재를 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경으로 형성하고, 상기 통 형상 부재의 일단부에 접속용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고, 또한, 상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부에 접촉하는 접속용 플랜지부를 형성하고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성된 접속용 통부의 접속용 플랜지부 사이에 개스킷을 끼워 넣고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 접속용 통부의 접속용 플랜지부를, 볼트 및 너트로 조여서 기밀 형상으로 접속 고정한다.

소정 실시형태에 있어서, 상기 통 형상 부재를 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경으로 형성하고, 상기 통 형상 부재의 일단부에 접속용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고, 또한, 상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부에 접촉하는 접속용 플랜지부를 형성하고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성된 접속용 통부의 접속용 플랜지부 사이에 개스킷을 끼워 넣고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 접속용 통부의 접속용 플랜지부를, 클램프에 의해 외부로부터 끼움으로써 기밀 형상으로 접속 고정한다.

본 발명의 실시형태에 따른 압력 센서는, 압력 센서부의 다이어프램을 갖는 센서 보디를 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 코발트-니켈 합금재에 의해 형성하고 있기 때문에, 장시간·장기간 사용해도 센서 보디에 변형 등이 발생하기 어렵고, 높은 정밀도로 압력을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 압력 센서는, 유체 통로를 형성한 보디에 부착되는 통 형상 부재를, 내식성이 우수하여 센서 보디의 경도보다 낮은 니켈-몰리브덴-크롬 합금재 또는 스테인리스강재에 의해 형성하고 있기 때문에, 통 형상 부재를 보디측에 조여 고정하거나 해도, 느슨함 등이 발생하기 어려워 밀봉성이 손상될 일이 없다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 압력 센서는, 다이어프램을 갖는 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에 접속용 통부를 돌출 형성함과 아울러, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 유체 통로를 형성한 보디에 기밀 형상으로 부착되는 통 형상 부재를 기밀 형상으로 접속하고, 통 형상 부재의 개구측 단부와 센서 보디의 다이어프램의 거리가 길어지도록 하고 있기 때문에, 통 형상 부재의 개구측 단부에 형성한 부착용 플랜지부를 보닛 너트에 의해 유체 통로를 형성한 보디에 조여 고정해서 기밀 형상으로 부착해도, 통 형상 부재의 부착용 플랜지부에 걸리는 응력이 통 형상 부재 및 접속용 통부에 의해 흡수되어서 다이어프램에 전해질 일이 없고, 다이어프램으로의 응력 영향을 없앨 수 있어, 압력 센서의 보디에의 부착 전과 부착 후에 있어서의 출력 특성의 변동이 없어진다. 그 결과, 에이징(가동 시험)이 불필요해진다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 압력 센서는, 유체 통로를 형성한 보디에 부착되는 통 형상 부재를 압력 센서부의 최대 외경보다 소경으로 형성하고 있기 때문에, 보디에 압력 센서를 부착하기 위한 스페이스가 작아도 되어, 보디의 소형화 및 유체 통로의 내용적의 감소를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 압력 센서는, 통 형상 부재 및 센서 보디의 접속용 통부에 각각 용접용 플랜지부를 형성하고, 양쪽 용접용 플랜지부를 용접에 의해 고착하도록 하고 있기 때문에, 용접부의 두께를 두껍게 할 수 있어서 용접 균열을 방지할 수 있음과 아울러, 용접부의 용입 깊이를 깊게 할 수 있어 기밀성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 압력 센서를 유체 통로를 형성한 보디에 부착한 상태의 종단면도이다.
도 2는 압력 센서의 압력 센서부의 종단면도이다.
도 3은 압력 센서의 통 형상 부재의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압력 센서를 유체 통로를 형성한 보디에 부착한 상태의 종단면도이다.
도 5는 종래의 압력 센서의 일례를 나타내는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 1∼도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 압력 센서(1)를 나타내고, 상기 압력 센서(1)는, 주로 반도체 제조 설비의 가스의 유체 공급 라인에 장착되는 압력식 유량 제어 장치나 농도 측정 장치 등에 설치되어, 유체 공급 라인을 흐르는 가스의 압력을 검출하는 것이며, 압력 검출 소자(2)(스트레인 게이지나 감압 소자)를 사용한 절대압형의 다이어프램식의 압력 센서이다.

상기 압력 센서(1)는, 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 유체 통로(3)와 연통하는 상태로 기밀 형상으로 부착되는 통 형상 부재(5)와, 상기 통 형상 부재(5)에 기밀 형상으로 접속되어 보디(4)의 유체 통로(3) 내를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 압력 센서부(6)를 구비하고 있다.

상기 통 형상 부재(5)는, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 내식성이 우수하여 밀봉 구조에 적합한 금속재에 의해 압력 센서부(6)의 최대 외경보다 소경의 원통 형상으로 형성되어 있고, 통 형상 부재(5)의 일단부에는, 압력 센서부(6)에 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)에 의해 접속 고착되는 용접용 플랜지부(5a)가 일체적으로 형성되고, 또한, 통 형상 부재(5)의 타단부에는, 보디(4)에 부착되는 부착용 플랜지부(5b)가 일체적으로 형성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 통 형상 부재(5)는 내식성 등이 우수한 니켈-몰리브덴-크롬 합금재의 하나인 하스텔로이 C-22(하스텔로이는 등록상표) 또는 내식성 등이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 하나인 SUS316L에 의해 형성되어 있다. 또한, 통 형상 부재(5)의 내주면은 전해 연마 처리가 실시되어 있다.

또한, 하스텔로이 C-22의 경도(Hv)는 ≤260, SUS316L의 경도(Hv)는 ≤200으로 되어 있다.

상기 압력 센서부(6)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 유체가 유입되는 수압실(7) 및 상기 수압실(7)에 유입된 유체에 접해서 유체의 압력에 따라 변위되는 다이어프램(8a)을 갖고, 상기 다이어프램(8a)에 의해 일단이 폐색된 통 형상의 센서 보디(8)와, 다이어프램(8a)의 외측면에 설치되고, 다이어프램(8a)의 변위를 압력으로서 출력하는 압력 검출 소자(2)와, 센서 보디(8)의 외주면에 기밀 형상으로 감합 고정된 베이스 링(9)과, 일단면이 베이스 링(9)의 일단면에 기밀 형상으로 접속되고, 다이어프램(8a)의 외측면 주위를 둘러쌈과 아울러, 복수개의 리드선(10)이 기밀 형상으로 삽입 통과되는 허메틱 링(11)과, 허메틱 링(11)의 타단면에 기밀 형상으로 접속되고, 다이어프램(8a)과의 사이에 진공실(12)을 형성하는 폐색용 원반(13)과, 허메틱 링(11)에 삽입 통과된 복수개의 리드선(10)을 직각 상태로 유지하는 커버체(14)를 구비하고 있다.

구체적으로는, 상기 통 형상의 센서 보디(8)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 금속재에 의해 일단이 폐색된 통 형상으로 형성되어 있고, 외경이 통 형상 부재(5)의 최대 외경(부착용 플랜지부(5b)의 외경)보다 대경으로 형성되고, 내경이 통 형상 부재(5)와 동일하게 형성된 통 형상 부재(5)보다 두꺼운 원통부(8b)와, 원통부(8b)의 일단에 일체적으로 설치되고, 원통부(8b)의 일단측 개구를 폐색하는 다이어프램(8a)과, 원통부(8b)의 개구측 단부의 끝면에 일체적으로 설치되며, 통 형상 부재(5)에 기밀 형상으로 접속되는 접속용 통부(8c)를 구비하고 있다.

또한, 센서 보디(8)의 접속용 통부(8c)는, 원통부(8b)의 개구측 단부의 끝면에 바깥쪽으로 돌출되는 상태로 형성되어 있고, 외경이 통 형상의 센서 보디(8)의 최대 외경(원통부(8b)의 외경)보다 소경이며 또한 내경이 통 형상 부재(5)의 내경과 동일하게 형성되어 있다.

또한, 센서 보디(8)의 접속용 통부(8c)의 개구측 단부에는, 통 형상 부재(5)의 용접용 플랜지부(5a)에 접촉하는 용접용 플랜지부(8d)가 일체적으로 형성되어 있고, 통 형상 부재(5)의 용접용 플랜지부(5a)와 통 형상의 센서 보디(8)의 용접용 플랜지부(8d)를 전자빔 용접이나 레이저 용접 등의 용접에 의해 기밀 형상으로 접속 고착할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 센서 보디(8)의 다이어프램(8a), 원통부(8b) 및 접속용 통부(8c)로 둘러싸인 공간은, 가스 등의 유체가 유입되는 수압실(7)로 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 통 형상의 센서 보디(8)는 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 코발트-니켈 합금재의 하나인 스프론 510(스프론은 등록상표)에 의해 형성되어 있다. 이 스프론 510의 경도(Hv)는 500±30으로 되어 있다.

상기 압력 검출 소자(2)는, 금속 세선 또는 금속박의 저항선을 절연물로 덮어서 필름 형상으로 형성한 스트레인 게이지부를 구비한 금속 스트레인 게이지로 이루어진다. 이 금속 스트레인 게이지는, 스트레인 게이지부와 저항 변화를 검출하는 브릿지 회로부를 별체로 한 것 또는 스트레인 게이지부와 브릿지 회로부를 합체시킨 것이어도 좋다.

상기 베이스 링(9)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 내식성이 우수한 금속재에 의해 통 형상의 센서 보디(8)의 원통부(8b)와 대략 동일 길이이며 또한 원통부(8b)의 외주면에 밀접 형상으로 끼워맞추는 링 형상으로 형성되어 있고, 베이스 링(9)의 일단부(다이어프램(8a)에 가까운 쪽의 단부)에는 단면 형상이 계단 형상의 환 형상 단차부가 형성되어 있다. 이 베이스 링(9)은, 상기 베이스 링(9)을 통 형상의 센서 보디(8)의 원통부(8b)의 외주면에 끼워맞추고, 원통부(8b)의 일단부 외주 가장자리와 베이스 링(9)의 일단부 내주 가장자리를 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)함으로써, 센서 보디(8)의 외주면에 기밀 형상으로 감합 고착되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 베이스 링(9)은, 내식성 등이 우수한 니켈-몰리브덴-크롬 합금재의 하나인 하스텔로이 C-22(하스텔로이는 등록상표)에 의해 형성되어 있다. 또한, 베이스 링(9)은 다이어프램(8a)과 같은 변형이 구해지지 않으므로, 하스텔로이 C-22(하스텔로이는 등록상표) 대신에 스테인리스강(예를 들면, SUS316L등)을 사용해도 좋다.

상기 허메틱 링(11)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 내식성이 우수한 금속재에 의해 베이스 링(9)의 외경과 동일한 외경의 링 형상으로 형성되어 있고, 허메틱 링(11)의 일단부(베이스 링(9)에 대향하는 단부)에는, 베이스 링(9)의 일단부에 형성된 환 형상 단차부에 끼워맞추어지는 단면 형상이 계단 형상인 환 형상 단차부가 형성되어 있다. 이 허메틱 링(11)은 그 환 형상 단차부를 베이스 링(9)의 환 형상 단차부에 맞대어 끼워맞추고, 허메틱 링(11)과 베이스 링(9)의 맞댐부의 외주 가장자리를 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)함으로써, 베이스 링(9)의 일단면에 기밀 형상으로 접속 고착되어 있다.

또한, 허메틱 링(11)에는, 복수개의 리드선(10)의 선단부가 저융점 유리재(15)를 개재해서 기밀 형상으로 삽입 통과되어 있고, 각 리드선(10)의 선단부는 압력 검출 소자(2)인 금속 스트레인 게이지에 접속되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 허메틱 링(11)은 내식성 등이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 하나인 SUS316L에 의해 형성되어 있다.

폐색용 원반(13)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 내식성이 우수한 금속재에 의해 허메틱 링(11)의 외경과 동일한 외경의 원반 형상으로 형성되어 있고, 폐색용 원반(13)의 내측면 외주 가장자리부에는, 허메틱 링(11)의 타단부가 끼워맞춰지는 환 형상의 노치부가 형성되어 있다. 폐색용 원반(13)은 그 환 형상의 노치부를 허메틱 링(11)의 타단부에 끼워맞추고, 허메틱 링(11)의 타단면 외주 가장자리와 폐색용 원반(13)의 내측면 외주 가장자리를 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)함으로써, 허메틱 링(11)의 타단부 끝면에 기밀 형상으로 접속 고착되어 있다. 이것에 의해, 폐색용 원반(13)과 다이어프램(8a) 사이에는 공간이 형성되게 되고, 이 공간은 진공실(12)로 형성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 폐색용 원반(13)은 내식성 등이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강의 하나인 SUS316L에 의해 형성되어 있다.

상기 커버체(14)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 합성 수지재에 의해 단면 형상이 L자형인 환 형상으로 형성되어 있고, 폐색용 원반(13)의 외주 가장자리부 및 허메틱 링(11)의 타단부 외주면에 끼워맞추어져, 허메틱 링(11)에 삽입 통과된 복수개의 리드선(10)을 직각 상태로 유지하는 복수의 관통 구멍(14a)이 형성되어 있다. 또한, 복수개의 리드선(10)을 유지하는 상태는 직각 상태에 한정될 필요는 없고, 유지하고 싶은 상태에 맞춘 형상으로 해도 좋고, 또한, 리드선(10)을 유지할 필요가 없으면 커버체(14)를 생략해도 좋다.

이와 같이 구성된 압력 센서(1)는, 그 통 형상 부재(5)가 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 유체 통로(3)와 연통하는 상태로 개스킷(16), 워셔(17) 및 보닛 너트(18)에 의해 기밀 형상으로 부착 고정되어 있다.

상기 보디(4)는, 압력식 유량 제어 장치나 농도 측정 장치의 유체 통로(3)를 형성한 보디(4), 또는, 유체 공급 라인에 개재된 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)로 이루어지고, 내식성이나 내구성 등이 우수한 금속재(예를 들면, 오스테나이트계 스테인리스강)에 의해 적당한 형상으로 형성되어 있다. 이들 보디(4)에 형성된 유체 통로(3)에는, 가스 등의 유체(예를 들면, 반도체 제조 장치의 프로세스 가스)가 흐르게 되어 있다.

또한, 보디(4)에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 압력 센서(1)의 통 형상 부재(5)를 부착하기 위한 원형의 삽입 구멍(19)이 형성되어 있고, 상기 삽입 구멍(19)의 내주면에는 보닛 너트(18)가 착탈 가능하게 나사 부착되는 암나사(4a)가 형성되어 있다.

또한, 보디(4)의 삽입 구멍(19)의 저면 중앙부에는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유체 통로(3)와 삽입 구멍(19)을 연통 형상으로 접속하는 연통 구멍(20)이 형성되어 있다.

상기 개스킷(16)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 오스테나이트계 스테인리스강에 의해 보디(4)의 삽입 구멍(19)에 삽입되는 크기의 링 형상으로 형성되어 있고, 단면 형상이 직사각형상으로 형성되어 있다. 이 개스킷(16)의 일단면은 보디(4)의 삽입 구멍(19)의 저면에 접촉하고, 또한, 개스킷(16)의 타단면은 통 형상 부재(5)에 형성된 부착용 플랜지부(5b)의 외측 끝면에 접촉하도록 되어 있다. 또한, 개스킷(16)의 단면 형상은 직사각형상에 한정되지 않고, 원형이나 다각형의 것이어도 좋다.

상기 와셔(17)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 환 형상의 판 형상 부재로 형성되어 있고, 통 형상 부재(5)에 형성된 부착용 플랜지부(5b)의 내측면에 접촉하도록 되어 있다. 이 와셔(17)는 2매 사용되어 있고, 포갰을 때의 접촉면에서 슬라이딩 가능하게 되어 있다. 또한, 와셔(17)는 합성 수지제의 판 형상 부재나 스테인리스제 등의 금속판을 사용한다. 와셔(17)가 금속판일 경우, 직접 금속 표면끼리를 슬라이딩하도록 해도 좋고, 슬라이딩면에 코팅 등을 행해서 슬라이딩하기 쉽게 해도 좋다.

상기 보닛 너트(18)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 오스테나이트계 스테인리스강에 의해 통 형상 부재(5)에 밖으로 끼워지는 크기의 통 형상으로 형성되어 있고, 그 외주면에는 보디(4)의 삽입 구멍(19)의 내주면에 형성한 암나사(4a)에 착탈 가능하게 나사 부착되는 수나사(18a)가 형성되어 있다.

또한, 보닛 너트(18)의 하단부 내주 가장자리부에는, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b) 및 와셔(17)가 끼워 넣어지는 환 형상의 감합 오목부(18b)가 형성되어 있음과 아울러, 보닛 너트(18)의 상단부 외주면(수나사(18a)를 형성하고 있지 않은 부분)의 형상은, 보닛 너트(18)를 스패너 등의 공구로 회전시킬 수 있도록 다각형으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 압력 센서부(6)의 최대 외경(커버체(14)의 외경)은 20㎜로, 압력 센서부(6)의 높이는 11.7㎜로, 압력 센서부(6)의 커버체(14)를 제외한 높이는 9.7㎜로, 센서 보디(8)의 원통부(8b)의 외경은 13㎜로, 센서 보디(8)의 내경은 8㎜로, 센서 보디(8)의 용접용 플랜지부(8d)의 외경은 10㎜로, 베이스 링(9), 허메틱 링(11) 및 폐색용 원반(13)의 외경은 15.7㎜로, 통 형상 부재(5)의 용접용 플랜지부(5a)의 외경은 10㎜로, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)의 외경은 12.8㎜로, 통 형상 부재(5)의 내경은 8㎜로, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)의 높이는 1.5㎜로 각각 설정되어 있다. 또한, 여기에 기재한 치수는 하나의 실시형태에 지나지 않으며, 각각의 상황에 맞춰 상기 각 치수를 변경하는 것은 가능하다.

이어서, 상술한 압력 센서(1)를, 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 부착할 경우에 대해서 설명한다.

우선, 개스킷(16)을 보디(4)에 형성한 삽입 구멍(19)에 삽입하고, 개스킷(16)을 그 중심이 연통 구멍(20)과 합치하도록 삽입 구멍(19)의 저면에 적재한다.

이어서, 통 형상 부재(5), 2매의 와셔(17) 및 보닛 너트(18)를 조합시킨 것을 보디(4)의 삽입 구멍(19)에 삽입하고, 보닛 너트(18)의 수나사(18a)를 삽입 구멍(19)의 내주면에 형성한 암나사(4a)에 나사 부착하고, 보닛 너트(18)를 보디(4)측으로 조여서, 보닛 너트(18)에 의해 개스킷(16), 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b) 및 와셔(17)를 삽입 구멍(19)의 저면측으로 압박한다.

그렇게 하면, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)에 의해 개스킷(16)이 압박되고, 개스킷(16)의 일단면과 삽입 구멍(19)의 저면 사이 및 개스킷(16)의 타단면과 부착용 플랜지부(5b)의 외측면 사이가 각각 밀봉부로 되어, 통 형상 부재(5)는 삽입 구멍(19)에 기밀 형상으로 부착되게 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 통 형상 부재(5), 2매의 와셔(17) 및 보닛 너트(18)를 조합시킨 것을 보디(4)의 삽입 구멍(19)에 삽입하도록 했지만, 다른 실시형태에 있어서는, 보디(4)의 삽입 구멍(19)에 통 형상 부재(5), 2매의 와셔(17) 및 보닛 너트(18)를 차례대로 삽입하도록 해도 좋다.

그리고, 보디(4)에 통 형상 부재(5)를 기밀 형상으로 부착하면, 통 형상 부재(5)의 용접용 플랜지부(5a)에 압력 센서부(6)에 형성한 용접용 플랜지부(8d)를 맞대고, 통 형상 부재(5)의 용접용 플랜지부(5a)와 압력 센서부(6)에 형성한 용접용 플랜지부(8d)를 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)에 의해 기밀 형상으로 접속 고착한다.

이와 같이 하여, 압력 센서(1)는 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 부착된다.

상기 압력 센서(1)는, 압력 센서부(6)의 다이어프램(8a)을 갖는 센서 보디(8)를, 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 코발트-니켈 합금재에 의해 형성하고 있기 때문에, 장시간·장기간 사용해도 센서 보디(8)에 변형 등이 발생하기 어렵고, 높은 정밀도로 압력을 측정할 수 있다.

또한, 상기 압력 센서(1)는, 유체 통로(3)를 형성한 보디(4)에 부착되는 통 형상 부재(5)를, 내식성이 우수하여 센서 보디(8)의 경도보다 낮은 니켈-몰리브덴-크롬 합금재 또는 스테인리스강재에 의해 형성하고 있기 때문에, 통 형상 부재(5)를 보디(4)측에 조여 고정하거나 해도, 느슨함 등이 발생하기 어려워 밀봉성이 손상될 일이 없다.

또한, 상기 압력 센서(1)는, 보디(4)와 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)로 삽입 구멍(19) 내에 삽입된 개스킷(16)을 협지하고, 이 상태로 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)를 보디(4)의 삽입 구멍(19)에 나사 부착한 보닛 너트(18)에 의해 보디(4)측에 압박하고, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)를 보디(4)와 보닛 너트(18)에 의해 조여 고정하도록 하고 있기 때문에, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)를 조여 고정해도, 통 형상 부재(5)의 부착용 플랜지부(5b)에 걸리는 응력이 통 형상 부재(5) 및 접속용 통부(8c)에 의해 흡수되어서 다이어프램(8a)에 전해질 일이 없어, 다이어프램(8a)에의 응력 영향을 없앨 수 있고, 압력 센서(1)의 보디(4)에의 부착 전과 부착 후에 있어서의 출력 특성의 변동이 없어진다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압력 센서(1)를 나타내고, 상기 압력 센서(1)는 용접에 의한 접속 대신에 플랜지 접속을 채용하고, 통 형상 부재(5)와 통 형상의 센서 보디(8)를 플랜지 접속에 의해 기밀 형상으로 접속한 것이다.

즉, 상기 압력 센서(1)는, 통 형상 부재(5)를 압력 센서부(6)의 최대 외경(커버체(14)의 외경)보다 소경으로 형성하고, 통 형상 부재(5)의 일단부에 접속용 플랜지부(5a')를 형성함과 아울러, 통 형상 부재(5)의 타단부에 부착용 플랜지부(5b)를 형성하며, 또한, 압력 센서부(6)의 통 형상의 센서 보디(8)의 개구측 단부의 끝면에, 압력 센서부(6)의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 통 형상 부재(5)의 내경과 동일한 접속용 통부(8c)를 돌출 형성하고, 접속용 통부(8c)의 개구측 단부에, 통 형상 부재(5)의 접속용 플랜지부(5a')에 접촉하는 접속용 플랜지부(8d')를 형성하고, 통 형상 부재(5)의 접속용 플랜지부(5a')와 통 형상의 센서 보디(8)에 형성된 접속용 통부(8c)의 접속용 플랜지부(8d') 사이에 금속판제의 환 형상의 개스킷(21)을 끼워 넣고, 통 형상 부재(5)의 접속용 플랜지부(5a')와 접속용 통부(8c)의 접속용 플랜지부(8d')를 볼트(22) 및 너트(23)로 조여서 기밀 형상으로 접속 고정한 것이다. 여기에서는, 접속용 플랜지부(5a', 8d')끼리의 고정을 볼트(22)와 너트(23)로 행하고 있지만, 클램프(도시 생략)를 사용해서 두개의 접속용 플랜지부(5a', 8d')를 외부로부터 협지 고정하도록 해도 좋다. 예를 들면, 상기 클램프에는 2분할 형상의 하우징형의 클램프를 사용해도 좋다.

또한, 상기 압력 센서(1)는, 통 형상 부재(5)와 통 형상의 센서 보디(8)의 접속 구조를 용접 구조 대신에 플랜지 구조로 한 것 이외는, 도 1에 나타내는 압력 센서(1)와 동일 구조로 구성되어 있고, 도 1에 나타내는 압력 센서(1)와 동일한 부재·부위에는 동일한 참조 번호를 붙여, 그 상세한 설명을 생략한다.

상기 압력 센서(1)도, 도 1에 나타내는 압력 센서(1)와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 압력 센서부(6)에 진공실(12)을 형성함과 아울러, 압력 검출 소자(2)에 스트레인 게이지를 사용하도록 했지만, 다른 실시형태에 있어서는, 압력 센서부(6)의 진공실(12) 대신에 압력 전달 매체를 충전한 압력실을 형성함과 아울러, 압력실에 감압 소자(압력 검출 소자(2))를 설치하도록 해도 좋다. 상기 감압 소자에는, 종래 공지의 압력 검지 다이어프램을 구비하는 확산형 반도체 압력 변환기가 사용되고 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 베이스 링(9)과 허메틱 링(11)과 폐색용 원반(13)을 모두 별체로 형성했지만, 다른 실시형태에 있어서는, 베이스 링(9)과 허메틱 링(11) 또는 허메틱 링(11)과 폐색용 원반(13) 또는 베이스 링(9)과 허메틱 링(11)과 폐색용 원반(13)을 일체적으로 형성해도 좋다. 또한, 베이스 링(9), 허메틱 링(11) 및 폐색용 원반(13)의 재질도, 상기 실시형태에 따른 것에 한정되는 것이 아니고, 내식성이 우수한 금속재이면 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 통 형상 부재(5)는 내식성이 우수하여 밀봉 구조에 적합한 하스텔로이 C-22(하스텔로이는 등록상표) 또는 SUS316L에 의해 형성했지만, 통 형상 부재(5)의 재질은 상기 실시형태에 따른 것에 한정되는 것이 아니고, 내식성이 우수하여 밀봉 구조에 적합한 재질이면, 어떠한 재질이어도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 다이어프램(8a)을 갖는 센서 보디(8)는 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 스프론 510(스프론은 등록상표)에 의해 형성했지만, 센서 보디(8)의 재질은 상기 실시형태에 따른 것에 한정되는 것이 아니고, 내식성, 내력 및 탄력성이 우수한 재질이면, 어떠한 재질이어도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 센서 보디(8)의 원통부(8b)에 다이어프램(8a)을 일체적으로 형성했지만, 다른 실시형태에 있어서는, 센서 보디(8)의 원통부(8b)와 다이어프램(8a)을 별체로 형성하고, 다이어프램(8a)의 외주 가장자리부를 원통부(8b)에 용접에 의해 기밀 형상으로 접속 고착하도록 해도 좋다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 따른 압력 센서(1)는, 주로 반도체 제조 설비의 가스 공급 라인에 있어서 이용되지만, 그 이용 대상은 상기 반도체 제조 장치에 한정되는 것이 아니고, 화학 플랜트나 약품 산업, 식품 산업 등의 각종 장치에 있어서의 유체 공급 라인 등에 있어서도 이용할 수 있다.

1 : 압력 센서
2 : 압력 검출 소자
3 : 유체 통로
4 : 보디
5 : 통 형상 부재
5a : 용접용 플랜지부
5a' : 접속용 플랜지부
5b : 부착용 플랜지부
6 : 압력 센서부
7 : 수압실
8 : 센서 보디
8a : 다이어프램
8b : 원통부
8c : 접속용 통부
8d : 용접용 플랜지부
8d' : 접속용 플랜지부
16 : 개스킷
22 : 볼트
23 : 너트
W : 용접

Claims

유체 통로를 형성한 보디에 상기 유체 통로와 연통하는 상태로 기밀 형상으로 부착되는 통 형상 부재와, 상기 통 형상 부재에 접속되어서 상기 보디의 상기 유체 통로 내를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 압력 센서부를 구비한 압력 센서로서,
상기 통 형상 부재는 니켈-몰리브덴-크롬 합금재 또는 스테인리스강재에 의해 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경으로 형성되고,
상기 압력 센서부는, 상기 유체가 유입되는 수압실 및 상기 수압실에 유입된 상기 유체에 접하는 다이어프램을 갖고 상기 다이어프램에 의해 일단이 폐색된 센서 보디와, 상기 다이어프램의 변위를 압력으로서 출력하는 압력 검출 소자를 구비하고,
상기 센서 보디는 코발트-니켈 합금재에 의해 형성되고, 개구측 단부가 상기 통 형상 부재의 일단부에 기밀 형상으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 통 형상 부재와 상기 센서 보디는 용접에 의해 기밀 형상으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제 2 항에 있어서,
상기 통 형상 부재의 일단부에 용접용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고,
상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 용접용 플랜지부에 접촉하는 용접용 플랜지부를 형성하고,
상기 통 형상 부재의 용접용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성된 상기 접속용 통부의 용접용 플랜지부를 용접에 의해 기밀 형상으로 접속 고착한 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 통 형상 부재와 상기 센서 보디는 플랜지 접속에 의해 기밀 형상으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제 4 항에 있어서,
상기 통 형상 부재의 일단부에 접속용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고,
상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부에 접촉하는 접속용 플랜지부를 형성하고,
상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성한 접속용 통부의 접속용 플랜지부 사이에 개스킷을 끼워 넣고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 접속용 통부의 접속용 플랜지부를, 볼트 및 너트로 조여서 기밀 형상으로 접속 고정한 것을 특징으로 하는 압력 센서.
제 4 항에 있어서,
상기 통 형상 부재의 일단부에 접속용 플랜지부를 형성함과 아울러 상기 통 형상 부재의 타단부에 부착용 플랜지부를 형성하고,
상기 압력 센서부의 센서 보디의 개구측 단부의 끝면에, 상기 압력 센서부의 최대 외경보다 소경이며 또한 내경이 상기 통 형상 부재의 내경과 동일한 접속용 통부를 돌출 형성하고, 상기 접속용 통부의 개구측 단부에, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부에 접촉하는 접속용 플랜지부를 형성하고,
상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 센서 보디에 형성된 접속용 통부의 접속용 플랜지부 사이에 개스킷을 끼워 넣고, 상기 통 형상 부재의 접속용 플랜지부와 상기 접속용 통부의 접속용 플랜지부를, 클램프에 의해 외부로부터 끼워서 기밀 형상으로 접속 고정한 것을 특징으로 하는 압력 센서.