7578066 圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/00 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

G01L19/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021085525

(22)【出願日】2021-05-20

(65)【公開番号】P2022178600

(43)【公開日】2022-12-02

【審査請求日】2023-08-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100149249

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】友部 亮一

(72)【発明者】

【氏名】武藤 哲

(72)【発明者】

【氏名】近藤 慎哉

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２０６２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８０２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１６４６４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２

Ｇ０１Ｆ １／００－１／３０，１／３４－１／５４，

３／００－９／０２

Ｇ０１Ｆ １５／００－１５／１８

Ｇ０１Ｆ １１／００－１３／００，１７／００－２２／０２

Ｇ０１Ｆ １／５６－１／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサチップと、
前記センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材と、
前記磁性体部材の内部に設けられる磁石と、を有し、
前記磁石が前記導圧路の内部に設けられ、
前記導圧路が、前記磁性体部材の表面に一端が開口する直線状部分を有し、
前記磁石が直線状である、
圧力センサ。

【請求項2】

前記導圧路が前記直線状部分から分岐する分岐部を有し、前記磁石が長手方向において前記分岐部における前記直線状部分との境界での長さよりも長い、請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項3】

センサチップと前記センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材と前記磁性体部材の内部に設けられる磁石とを有する圧力センサと、
前記導圧路の開口端で前記磁性体部材に溶接される被溶接部材と、を有する
圧力センサ装置。

【請求項4】

前記導圧路の前記開口端を跨ぐ溶接部を有する、請求項３に記載の圧力センサ装置。

【請求項5】

前記被溶接部材が前記導圧路に連通する連通路を有し、前記導圧路の前記開口端が前記導圧路と前記連通路との境界である、請求項３又は４に記載の圧力センサ装置。

【請求項6】

前記磁石が前記導圧路の内部に設けられ、
前記導圧路が、前記磁性体部材の表面に一端が開口する直線状部分を有し、
前記磁石が直線状である、請求項３～５の何れか１項に記載の圧力センサ装置。

【請求項7】

センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材の内部に磁石を設ける工程を有する圧力センサの製造方法であって、
前記磁石が前記導圧路の内部に設けられ、
前記導圧路が、前記磁性体部材の表面に一端が開口する直線状部分を有し、
前記磁石が直線状である、
圧力センサの製造方法。

【請求項8】

センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材の内部に磁石を設ける工程を有する圧力センサの製造方法によって製造した前記圧力センサの前記磁性体部材を被溶接部材に前記導圧路の開口端で溶接する工程を有する圧力センサ装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は圧力センサに関する。

【背景技術】

【0002】

センサチップとセンサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材とを有する圧力センサが知られている（例えば特許文献１参照）。このような圧力センサは被溶接部材に導圧路の開口端で溶接され、圧力センサ装置を形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１２８６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧力センサの磁性体部材を被溶接部材に溶接する時に導圧路の内部に生じるスパッタが導圧路を通してセンサチップに到達すると、センサチップの性能に影響を及ぼす虞がある。

【0005】

本開示の目的は、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる圧力センサ、圧力センサ装置、圧力センサの製造方法、及び圧力センサ装置の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る圧力センサは、センサチップと、前記センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材と、前記磁性体部材の内部に設けられる磁石と、を有する圧力センサである。このような構成によれば、磁性体部材を被溶接部材に溶接する時に磁性体部材から生じるスパッタを磁石が生じる磁力によって吸着することができるので、スパッタが導圧路を通してセンサチップに到達することを抑制し、もって、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる。

【0007】

一実施形態において、前記圧力センサは、上記構成において、前記磁石が前記導圧路の内部に設けられる圧力センサである。このような構成によれば、磁性体部材から生じるスパッタを磁石に直接吸着させることができるので、スパッタによるセンサチップの性能への影響を効率的に抑制することができる。また、磁石の配置、形状、大きさなどを適宜設定することで、導圧路の空間横断面積を磁石によって狭め、スパッタを通過しにくくすることもできる。

【0008】

一実施形態において、前記圧力センサは、上記構成において、前記導圧路が、前記磁性体部材の表面に一端が開口する直線状部分を有し、前記磁石が直線状である圧力センサである。このような構成によれば、直線状の磁石を導圧路の直線状部分の内部に挿入することにより、磁石を簡便に配置することができる。

【0009】

一実施形態において、前記圧力センサは、上記構成において、前記導圧路が前記直線状部分から分岐する分岐部を有し、前記磁石が長手方向において前記分岐部における前記直線状部分との境界での長さよりも長い圧力センサである。このような構成によれば、磁石が分岐部に入り込むことを規制することができるので、磁石のより簡便な配置を可能にすることができる。

【0010】

幾つかの実施形態に係る圧力センサ装置は、前記圧力センサと、前記導圧路の開口端で前記磁性体部材に溶接される被溶接部材と、を有する圧力センサ装置である。このような構成によれば、磁性体部材を被溶接部材に溶接する時に磁性体部材から生じるスパッタを磁石が生じる磁力によって吸着することができるので、スパッタが導圧路を通してセンサチップに到達することを抑制し、もって、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる。

【0011】

一実施形態において、前記圧力センサ装置は、上記構成において、前記導圧路の前記開口端を跨ぐ溶接部を有する圧力センサ装置である。このような構成によれば、導圧路の開口端を簡便に封止することができる。また、導圧路の開口端を跨ぐ溶接はスパッタを多く生じるが、センサチップの性能への影響は上記のように磁石によって抑制することができる。

【0012】

一実施形態において、前記圧力センサ装置は、上記構成において、前記被溶接部材が前記導圧路に連通する連通路を有し、前記導圧路の前記開口端が前記導圧路と前記連通路との境界である圧力センサ装置である。このような構成によれば、被測定流体の圧力を連通路と導圧路の内部に封入される流体を介してセンサチップへ伝えることができる。

【0013】

幾つかの実施形態に係る圧力センサの製造方法は、センサチップに向かう導圧路を備える磁性体部材の内部に磁石を設ける工程を有する圧力センサの製造方法である。このような構成によれば、磁性体部材を被溶接部材に溶接する時に磁性体部材から生じるスパッタを磁石が生じる磁力によって吸着することができるので、スパッタが導圧路を通してセンサチップに到達することを抑制し、もって、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる。

【0014】

一実施形態において、前記圧力センサの製造方法は、上記構成において、前記磁性体部材の内部に前記磁石を設ける工程が、前記磁石を前記導圧路の内部に挿入する工程を有する圧力センサの製造方法である。このような構成によれば、磁石を簡便に配置することができる。

【0015】

幾つかの実施形態に係る圧力センサ装置の製造方法は、前記圧力センサの製造方法によって製造した前記圧力センサの前記磁性体部材を被溶接部材に前記導圧路の開口端で溶接する工程を有する圧力センサ装置の製造方法である。このような構成によれば、磁性体部材を被溶接部材に溶接する時に磁性体部材から生じるスパッタを磁石が生じる磁力によって吸着することができるので、スパッタが導圧路を通してセンサチップに到達することを抑制し、もって、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる。

【0016】

一実施形態において、前記圧力センサ装置の製造方法は、上記構成において、前記磁性体部材を前記被溶接部材に前記導圧路の前記開口端で溶接する工程が、前記磁性体部材を前記被溶接部材に前記導圧路の前記開口端を跨ぐように例えば電子ビーム溶接（ＥＢＷ：Electron Beam Welding）により溶接する工程を有する圧力センサ装置の製造方法である。このような構成によれば、導圧路の開口端を簡便に封止することができる。また、導圧路の開口端を跨ぐ溶接はスパッタを多く生じるが、センサチップの性能への影響は上記のように磁石によって抑制することができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、スパッタによるセンサチップの性能への影響を抑制することができる圧力センサ、圧力センサ装置、圧力センサの製造方法、及び圧力センサ装置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る圧力センサを被溶接部材に組み付ける前の状態を示す断面図である。

【図2】図１に示す状態から圧力センサを被溶接部材に組み付け、溶接した時の状態を示す断面図である。

【図3】図２の一部拡大図である。

【図4】図２に示す圧力センサの変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して本開示の実施形態を詳細に例示説明する。

【0020】

図１～図３に示すように、本開示の一実施形態に係る圧力センサ１は、センサチップ２と、センサチップ２に向かう導圧路３を備える磁性体部材４と、磁性体部材４の内部に設けられる磁石５と、を有する。また、本実施形態では、圧力センサ１と、導圧路３に連通する連通路６を有するとともに導圧路３の開口端、すなわち導圧路３と連通路６の境界で磁性体部材４に溶接される被溶接部材７とで、圧力センサ装置８が構成される。圧力センサ装置８は、導圧路３の開口端、すなわち導圧路３と連通路６の境界を跨ぐ溶接部９を有する。

【0021】

圧力センサ装置８は、例えば、プラントにおいて用いられるフィールド機器である。プラントとは、化学等の工業プラント、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント、或いは、その他のプラントである。

【0022】

被溶接部材７はプラントなどのプロセス流体などの被測定流体に面するように設置され、被測定流体の圧力は、連通路６と導圧路３の内部に封入される流体（不図示）を介してセンサチップ２へと伝わり、センサチップ２によってその圧力に応じた電気信号に変換される。センサチップ２が出力した電気信号は、磁性体部材４から突出する端子部１０を通して圧力センサ装置８の外部に出力される。なお、端子部１０の形状や配置などは適宜設定できる。

【0023】

磁性体部材４を形成する磁性体は特に限定されないが、例えば金属である。被溶接部材７の材質は、磁性体部材４に溶接可能な範囲で、被測定流体の種類に応じて適宜設定される。

【0024】

導圧路３は、磁性体部材４の表面に一端が開口する直線状部分３ａと、直線状部分３ａから分岐する直線状の分岐部３ｂと、を有する。分岐部３ｂは直線状部分３ａから直角に分岐するが、これに限らない。分岐部３ｂにおける直線状部分３ａの反対側に位置する端部は、センサチップ２の受圧面に直接、又は磁性体部材４とは別に設けられる部材に設けられる導圧路を介して、連なる。

【0025】

磁石５は直線状である。また、磁石５は、直線状部分３ａの一端から直線状部分３ａの内部に挿入される被挿入部品からなる。このような構成によれば、磁石５を導圧路３の内部に簡便に配置することができる。また、連通路６と分岐部３ｂとの間の部分において導圧路３の空間横断面積（流体が封入される空間の横断面積）が磁石５によって狭められている。空間横断面積の大きさは、導圧路３の内部に封入する流体の粘度などに応じて適宜設定できる。

【0026】

導圧路３の直線状部分３ａと分岐部３ｂはそれぞれ、横断面形状が円形であり、例えばドリル加工によって形成される。しかし、直線状部分３ａと分岐部３ｂの横断面形状は円形に限定されない。また、磁石５の横断面形状は特に限定されず、例えば円形、楕円形又は多角形などである。磁石５は長手方向において分岐部３ｂにおける直線状部分３ａとの境界での長さよりも長い。つまり、磁石５の長手方向長さは、分岐部３ｂの直径よりも長い。しかし、磁石５の長手方向長さはこれに限らない。

【0027】

磁石５は磁性体部材４に固定しなくてもよいし、固定してもよい。磁石５を磁性体部材４に固定する場合、固定方法は特に限定されず、例えば磁石５の磁力のみによって固定してもよいし、直線状部分３ａへの磁石５の締り嵌めによって固定してもよいし、接着剤、部分的な溶接等による接合によって固定してもよい。

【0028】

被溶接部材７は圧力センサ１が挿入される凹部１１を有する。また、被溶接部材７の連通路６は、圧力センサ１が凹部１１に挿入された状態で導圧路３の直線状部分３ａの一端に対向する一端を有する直線状の第１部分６ａと、第１部分６ａに交差する直線状の第２部分６ｂと、を有する。

【0029】

圧力センサ装置８は、磁石５を導圧路３の内部に挿入し（磁石挿入工程）、圧力センサ１を被溶接部材７の凹部１１に挿入し、磁性体部材４を被溶接部材７に導圧路３と連通路６の境界を跨ぐように例えば電子ビーム溶接（ＥＢＷ：Electron Beam Welding）により溶接する（飛越溶接工程）ことで、製造することができる。このような溶接を行うことで、図２～図３に示すような、導圧路３と連通路６の境界を跨ぐ溶接部９が形成される。

【0030】

このような溶接によれば、導圧路３と連通路６の境界を簡便に封止することができる。また、導圧路３と連通路６の境界を跨ぐ溶接はスパッタ（例えば直径０．１ｍｍ程度）を多く生じるが、磁性体部材４から生じるスパッタを導圧路３の内部で磁石５に直接吸着させることができる。このような磁気によるフィルター機能により、スパッタが導圧路３を通してセンサチップ２に到達することを抑制し、もって、スパッタによるセンサチップ２の性能への影響を抑制することができる。

【0031】

また、本実施形態では連通路６と分岐部３ｂとの間の部分において導圧路３の空間横断面積が磁石５によって狭められているので、スパッタを通過しにくくすることができる。このような横断面積減少によるフィルター機能により、スパッタによるセンサチップ２の性能への影響を効率的に抑制することができる。

【0032】

磁石５ではない被挿入部品を用いることで、横断面積減少によるフィルター機能のみを発揮できる構成とすることも可能であるが、本実施形態のように被挿入部品を磁石５で形成し、磁気によるフィルター機能も発揮できる構成とする方が、より高い効果を得ることができる。

【0033】

本実施形態では導圧路３の内部に磁石５が横断面積減少によるフィルター機能を発揮できるように設けられるが、図４に示す変形例のように、導圧路３の内部に磁石５が磁気によるフィルター機能のみを発揮できるように設けられる構成としてもよい。

【0034】

本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0035】

したがって、前述した実施形態に係る圧力センサ１、圧力センサ装置８、圧力センサ１の製造方法、及び圧力センサ装置８の製造方法は、例えば以下に述べるような種々の変更が可能である。

【0036】

前述した実施形態に係る圧力センサ１は、センサチップ２と、センサチップ２に向かう導圧路３を備える磁性体部材４と、磁性体部材４の内部に設けられる磁石５と、を有する圧力センサ１である限り、種々変更可能である。

【0037】

例えば、磁石５は直線状でなくてもよい。また、導圧路３は分岐部３ｂを有さなくてもよい。また、導圧路３は直線状部分３ａを有さなくてもよい。また、磁石５を導圧路３の外部に設けてもよい。磁石５を導圧路３の外部に設ける構成によっても、スパッタを磁石５が生じる磁力によって導圧路３の外周面に吸着させることができる。

【0038】

なお、前述した実施形態に係る圧力センサ１は、上記構成において、磁石５が導圧路３の内部に設けられる圧力センサ１であることが好ましい。

【0039】

また、前述した実施形態に係る圧力センサ１は、上記構成において、導圧路３が、磁性体部材４の表面に一端が開口する直線状部分３ａを有し、磁石５が直線状である圧力センサ１であることが好ましい。

【0040】

また、前述した実施形態に係る圧力センサ１は、上記構成において、導圧路３が直線状部分３ａから分岐する分岐部３ｂを有し、磁石５が長手方向において分岐部３ｂにおける直線状部分３ａとの境界での長さよりも長い圧力センサ１であることが好ましい。

【0041】

前述した実施形態に係る圧力センサ装置８は、圧力センサ１と、導圧路３の開口端で磁性体部材４に溶接される被溶接部材７と、を有する圧力センサ装置８である限り、種々変更可能である。

【0042】

例えば、被溶接部材７は、導圧路３の開口端を跨ぐように磁性体部材４に溶接されなくてもよい。連通路６は第１部分６ａと第２部分６ｂを有する構成に限らない。被溶接部材７に連通路６を設けない構成としてもよい。

【0043】

なお、前述した実施形態に係る圧力センサ装置８は、上記構成において、導圧路３の開口端を跨ぐ溶接部９を有する圧力センサ装置８であることが好ましい。

【0044】

また、前述した実施形態に係る圧力センサ装置８は、上記構成において、被溶接部材７が導圧路３に連通する連通路６を有し、導圧路３の開口端が導圧路３と連通路６との境界である圧力センサ装置８であることが好ましい。

【0045】

前述した実施形態に係る圧力センサ１の製造方法は、センサチップ２に向かう導圧路３を備える磁性体部材４の内部に磁石５を設ける工程（準備工程）を有する圧力センサ１の製造方法である限り、種々変更可能である。

【0046】

例えば、磁性体部材４の内部に磁石５を設ける工程（準備工程）が、磁石５を導圧路３の外部に設ける工程を有してもよい。

【0047】

なお、前述した実施形態に係る圧力センサ１の製造方法は、上記構成において、磁性体部材４の内部に磁石５を設ける工程（準備工程）が、磁石５を導圧路３の内部に挿入する工程（磁石挿入工程）を有する圧力センサ１の製造方法であることが好ましい。

【0048】

前述した実施形態に係る圧力センサ装置８の製造方法は、圧力センサ１の製造方法によって製造した圧力センサ１の磁性体部材４を被溶接部材７に導圧路３の開口端で溶接する工程（溶接工程）を有する圧力センサ装置８の製造方法である限り、種々変更可能である。

【0049】

例えば、磁性体部材４を被溶接部材７に導圧路３の開口端で溶接する工程（溶接工程）が導圧路３の開口端を跨がないように溶接する工程を有してもよい。

【0050】

なお、前述した実施形態に係る圧力センサ装置８の製造方法は、上記構成において、磁性体部材４を被溶接部材７に導圧路３の開口端で溶接する工程（溶接工程）が、磁性体部材４を被溶接部材７に導圧路３の開口端を跨ぐように例えば電子ビーム溶接により溶接する工程（飛越溶接工程）を有する圧力センサ装置８の製造方法であることが好ましい。

【符号の説明】

【0051】

１ 圧力センサ
２ センサチップ
３ 導圧路
３ａ 直線状部分
３ｂ 分岐部
４ 磁性体部材
５ 磁石
６ 連通路
６ａ 第１部分
６ｂ 第２部分
７ 被溶接部材
８ 圧力センサ装置
９ 溶接部
１０ 端子部
１１ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】