(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に超高純度ガスとともに使用される圧力センサアセンブリであって、
金属の圧力センサキャップ（２）と、
前記圧力センサキャップ（２）の側とは反対側のその一端に、シーリングエッジ（１２）を一体として形成した管状グランド（１）と、
前記グランド（１）によって貫通されたハウジング部品（４）と、
前記グランド（１）の外面のグランドナット支持部分（１１）に回転可能に支持された、前記シーリングエッジ（１２）をプロセスポートに取り付けるためのグランドナット（３）と
を含み、
前記グランド（１）は、その前記圧力センサキャップ（２）の側の端部から前記グランドナット支持部分（１１）までにわたって延在するグランド本体を含み、
当該グランド本体の全長にわたる周囲をグランドナット（３）が軸方向に移動することが可能であり、
前記センサキャップ（２）は前記グランド（１）に直接に溶接されており、
前記ハウジング部品（４）は、前記センサキャップ（２）と前記シーリングエッジ（１２）との間で前記グランド本体の外面に固定されており、
前記センサキャップ（２）は、前記センサキャップ（２）をグランド（１）に溶接した後にグランド（１）上にグランドナットを配置することができるように、グランドナット（３）の内径よりも小さく且つ前記グランド本体の外径よりも小さいかまたはそれに等しい外径を有する
ことを特徴とする圧力センサアセンブリ。
【請求項２】
前記センサキャップ（２）は、変形感受構造に接続された金属薄膜センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項３】
前記薄膜センサは金属膜（２１）を含むことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項４】
前記グランド（１）の内部通路は表面研磨されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項５】
前記ハウジング部品（４）は金属製であり、実質的に円筒形に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項６】
前記ハウジング部品（４）の外面にハンドリング部分（４３）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項７】
前記ハウジング部品（４）は前記グランド（１）に溶接されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項８】
前記グランド（１）の別の端は環状の段（１３）を形成していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項９】
熱補償能力を示すことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項１０】
４〜２０ｍＡの信号を、好ましくは４ｍＡ未満の消費電力で出力する２線ケーブル（７１、７２）を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項１１】
前記シーリングエッジ（１２）は、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）標準に基づくシーリングジオメトリを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧力センサアセンブリの超高純度（ＵＨＦ）センサアセンブリとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサアセンブリ（ｓｅｎｓｏｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関し、超高純度センサアセンブリとしてのセンサアセンブリの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の圧力を測定するために、特許文献１は、図３Ａおよび３Ｂに示されているような圧力センサを提供している。この圧力センサは、上面にダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）２が形成されたステム（ｓｔｅｍ）１、ステム１を取り囲む円筒形のハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）３、ダイアフラム２の歪みの量を変換するセンサチップ（ｓｅｎｓｏｒ  ｃｈｉｐ）４、およびセンサチップ４からの電気信号を処理して外部に出力を提供する処理回路チップ５によって構成されている。ここで、ステム１は、ステム１の閉端を適当な薄いダイアフラム厚さまでラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）することによってステム１上に形成されたダイアフラム２の反対側に開端を含む中空円筒要素である。ステム１を測定対象のプロセス圧力に接続するために、ステム１の開端をステムキャリア（ｓｔｅｍ  ｃａｒｒｉｅｒ）６に直接に溶接することができ（図３Ａ参照）、または別の実施形態（図３Ｂ参照）に示されているように、ステム１が、対応するプロセスポート（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｏｒｔ）８にステム１をねじ込むためのおねじ７を含むことができる。それによって、測定対象のプロセス圧力をダイアフラム２に直接に導入することができ、その結果生じたダイアフラム２の変形を、センサチップ４によって電気信号に変換することができる。
【０００３】
しかし、一般的に使用されているラッピング工程はコストが高く、多くの時間と労力を必要とする。したがって、センサ膜（ダイアフラム）を加工するより安価でより容易な方法が求められている。
【０００４】
本発明の出願人によってすでに使用されている他のセンサアセンブリは、グランド（ｇｌａｎｄ）の一端に回転可能に提供されたグランドナット（ｇｌａｎｄ  ｎｕｔ）を示す。このグランドナットおよびグランドは、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）仕様に基づく標準部品である（以降、グランドとグランドナットの組合せを「グランドアンドナットシステム（ｇｌａｎｄ−ａｎｄ−ｎｕｔ−ｓｙｓｔｅｍ）」と呼ぶ）。グランドの他端は、ハウジングなどの媒介部材に、グランドの内部貫通穴が媒介部材の貫通穴と一致するように溶接される。その後、グランドとは反対側の媒介部材のもう一方の端では、ハウジング部品にセンサキャップ（ｓｅｎｓｏｒ  ｃａｐ）が、センサキャップの内部の穴が媒介部材の貫通穴と一致するように溶接される。このように構築されたセンサアセンブリを、前述のグランドアンドナットシステムを使用して、プロセスポートに提供された対応する接続部分に接続することができる。したがって、測定対象の圧力をセンサキャップの内部に導入し、それによってセンサキャップに溶接された薄いセンサ膜を変形させることができる。センサキャップの外部の測定ユニットによってこの変形を測定することができ、その測定結果を、同じ測定ユニットによってディジタル情報に変換することができる。
【０００５】
知られている上記のセンサアセンブリでは、組立工程中に、グランド上にグランドナットがすでに配置されている状態で、グランドをハウジング部品に溶接しなければならないという問題が生じる。それによって、固定されていないグランドナットがその上に提供されたグランドのハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）は、作業者にとって溶接工程を複雑にする。これは、溶接中のグランドのハンドリングによってグランドナットが突然にグランドに沿って移動したり、グランドの周りを回転したりし、したがって正確な溶接工程が困難になるためである。さらに、媒介部材は通常は中空のハウジングであるため、ハウジングの内部へのキャップの溶接は、作業者にとって、うまく処理することが難しい。これは、ハウジングの形状は内径の小さな円筒形とすることができ、それによって、溶接工具をハンドリングするために必要とされる作業空間を狭めるためである。
【０００６】
さらに、センサキャップとグランドの両方を媒介部材に溶接しなければならないため、溶接された全ての部分に熱応力が生じる可能性があり、それが例えばセンサ膜の反りにつながり、その結果、測定に失敗することがある。さらに、通常は溶接工具をハンドリングするための作業空間が少ししか存在しないハウジングの両側で溶接を実行しなければならないため、溶接工程によって引き起こされる溶接火花または破片によってセンサ膜の損傷が容易に生じうる。
【０００７】
【特許文献１】特開平２００６−１０５６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上で論じた従来技術の問題を回避することができる改良されたセンサアセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴を有するセンサアセンブリによって達成される。ここでは、流体の圧力を測定するセンサアセンブリが実質的に、管状グランドと、圧力センサキャップと、グランドの外面に回転可能に支持されたグランドナットとからなる。
【００１０】
好ましくは、グランドの一端が、グランド上にグランドナットを回転可能に支持する突出部分と、測定対象のプロセスのプロセスポートにグランドをぴったりと接続することを可能にするシーリングエッジ（ｓｅａｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）とを一体として形成する。シーリングエッジは、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）要件に適合したシーリングジオメトリ（ｓｅａｌｉｎｇ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を示すことが好ましい。
【００１１】
グランドナットは、その中に形成された貫通穴を有し、グランドがグランドナットを貫通するようにグランド上に配置され、グランドナットの一端面が突出支持部分に当接する。グランドアンドナットシステムをプロセスポートに接続するため、支持部分に当接したその一端に隣接したグランドナットの外周部分におねじが形成される。この特定のグランドアンドナットシステムによって、グランドをプロセスポートにはめ込み、グランドを所望の向きに向けてから、すなわちグランドを所望の向きに回転させてから、グランドとプロセスポートの間のねじ継手接続をきつく締めることができる。このねじ部分以外のグランドナットの残りの部分には、レンチ（ｗｒｅｎｃｈ）などのハンドリング工具でグランドナットをハンドリングするためのハンドリング面が形成される。
【００１２】
本発明によれば、グランドアンドナットシステムのグランドおよびグランドナットが、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）標準に従った標準部品である。その結果、本発明のセンサアセンブリは、標準プロセスポートと組み合わせて使用することができる。
【００１３】
センサキャップは、センサの変形を測定するためにホイートストンブリッジ（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ  ｂｒｉｄｇｅ）として配置された抵抗器などの変形感受構造（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に接続された金属薄膜センサまたは他の同種の要素を含む。
【００１４】
センサは、溶接、はんだ付け、圧締（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）などによってセンサキャップに取り付けることができる金属膜を含むことが好ましい。センサキャップの圧力測定側が膜に匹敵する薄い寸法を有するように、研削、ラッピング、レーザカットなどによって、完全体のセンサキャップを加工することも考えられる。
【００１５】
ここでは、最終的に組み立てられる前に、センサキャップがグランドの他端に溶接される。したがって、溶接中のハンドリングを容易にする溶接のための十分な空間が使用可能であり、この空間は、溶接火花など溶接工程によって引き起こされる損傷からセンサ膜を守ることをより容易にする。
【００１６】
さらに、センサ膜に対する溶接工程の影響をできる限り小さく保つため、グランドおよびセンサキャップ上に段差部分（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）がそれぞれ形成され、これらの段差部分は、互いに一体に溶接された後に単一の凹みを形成するように形成される。この凹みによって、溶接の際に生み出される熱応力、力などを分断することができる。したがって、このアセンブリは高い熱補償能力を示す。代替として、段差部分を省くことができ、または個々に配置されたいくつかの凹みなど、異なる種類の力分断機構を使用することができる。さらに、センサキャップは、はんだ付け、接着または他の種類の取付け工程によってグランドに固定することができる。
【００１７】
センサキャップをグランドに溶接した後、配線操作を実施するためにセンサキャップに接近できるようにハウジング部品の中にセンサキャップが配置されるよう、媒介部材、例えばハウジング部品の開口にセンサキャップが挿入され、続いて、溶接などによってグランドとハウジングが一体に固定される。ここでは、本発明のセンサキャップが、ハウジング部品の開口に挿入されるグランドの部分の外径に等しいかまたはそれよりも小さい最大外径を有する。
【００１８】
センサキャップの外径を、グランドの外径と同じかまたはそれよりも小さくすることによって、グランドナットを事前にグランド上に配置することなく、グランドへのセンサキャップの溶接を実行することができる。したがって、グランドへのセンサキャップの溶接はかなり容易になり、それによって組立工程全体が容易になる。
【００１９】
測定対象の流体と接触するグランドの内壁は、表面研磨などで処理することが好ましい。
【００２０】
さらに、ハウジング部品は金属製とすることができ、実質的に円筒形に形成することができる。ここでは、溶接工程、組立工程などの間のハウジング部品のハンドリングを容易にするため、ハウジング部品の外面にハンドリング部分を提供することができる。
【００２１】
センサアセンブリはさらに、４〜２０ｍＡの信号を出力する２線ケーブルを含むことができ、この信号は、４ｍＡ未満の消費電力によって生成されることが好ましい。
【００２２】
次に、添付図面を使用して、好ましい実施形態によって本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施形態では、図１および２から分かるように、内部通路の役目を果たす縦方向の貫通穴がその中に形成されたグランド１が、その一端にシーリングエッジ１２を形成する。この一端では、シーリングエッジ１２に隣接して、グランドの本体から、グランドナット支持部分１１が半径方向外側へ突き出し、グランドナット支持部分１１の外径は、シーリングエッジ１２およびグランド１の本体の外径よりも大きい。グランドナット３を当接した状態で支持するグランドナット支持部分１１は、グランドナット３を対応する部品（図示せず）に接続することによって、シーリングエッジ１２をその対応する部品に押しつける目的を有する。グランド１の上述の一端とは反対側のグランド１の他端には、段または段差部分１３が、グランド１のこの特定の段差部分１３の壁厚がかなり薄くなるような方法で形成される。この実施形態では、貫通穴の直径が段差部分１３でも一定に保たれるが、代替として、段差部分１３がグランド１の内面の凹みとして形成され、そのため貫通穴の直径が大きくなることも考えられる。貫通穴には、超高純度（ｕｌｔｒａ  ｈｉｇｈ  ｐｕｒｉｔｙ：ＵＨＰ）ガス応用を改善する表面研磨を施すことが好ましいが、所望の内面特性を達成するため、必要ならばコーティングなどで表面処理することもできる。
【００２４】
この実施形態では、センサアセンブリが組み立てられる前に、図１の溶接継目ＷＳによって示されているように、グランド１の段差部分１３にセンサキャップ２が溶接によって取り付けられる。配置を明白にするために、図１の溶接継目ＷＳは誇張して描かれている。通常、溶接継目ＷＳは後に研削または研磨によって除かれる。あるいは、この適用として、センサキャップ２は、はんだ付け、接着などによってグランド１に取り付けることもできる。
【００２５】
ここで、グランド１の段差部分１３に取り付けられるセンサキャップ２の一縁は、グランド１の段差部分１３と同様の内径および外径を有する段差部分２４を形成し、そのため、段差部分１３、２４は互いに一致する。したがって、ギャップのない（ｇａｐｌｅｓｓ）好ましい接続を達成することができ、特にこの接続は、清浄にするため、このように達成されたグランドとセンサキャップの組合せの内面にあることが好ましい。
【００２６】
センサキャップ２の他端は、センサキャップ２の半径方向の円形の金属膜２１によって構成されることが好ましい金属薄膜センサを含む。あるいは、金属膜２１は、多角形など別の形状を有することもできる。膜２１は、膜の寸法要件を満たすように、すなわちその半径方向の寸法に比べて過度に薄い軸方向寸法を示すように加工された板状の金属シートから製作されることが好ましい。この実施形態では、センサキャップ２の開いた一端に膜２１が、膜２１の外周縁をセンサキャップ２の一端に溶接することによって取り付けられる。あるいは、はんだ付けなどの他の等価の接合技法によって、膜２１をグランド１に取り付けることもできる。したがって、センサキャップ２のこの一端が、センサキャップ２に薄膜センサを取り付けることによって密閉され、その結果、センサキャップ２の内面に加えられた圧力は逃げることができず、センサキャップ２の内面の膜２１の一方の面に作用する。
【００２７】
膜２１のもう一方の面では、膜２１に、変形感受構造が、膜２１に加えられた圧力によって引き起こされた膜２１の変形を受け取ることができるような方法で接続される。膜２１のこの変形は電気信号に変換される。この実施形態の変形感受構造は、ホイートストンブリッジとして配置された抵抗器によって構成される。あるいは、ピエゾ抵抗構造、薄膜抵抗器など他の構造を使用することもできる。
【００２８】
センサキャップ２はさらに、段差部分２４に隣接した突出部分２２と、突出部分２２とセンサキャップ２の他端との間の溝部分２３とを含む。溝部分２３と段差部分２４の間の突出部分２２のこの特定の配置によって、外力、溶接の際に加えられる力および熱応力を分断することができる。これらの力は主に溶接された部品で生じ、これらの力を突出部分２２によって吸収することができる。特に熱応力からみれば、より薄い領域、すなわち段差部分２４および溝部分２３は、改良された冷却能力を提供し、突出部分２２は、熱応力などによって発生した力を吸収する改良された能力を提供する。したがって、センサキャップ２とグランド１の組合せは、熱補償能力、特にグランド１とセンサキャップ２が一体に溶接された部分の周囲の熱補償能力を示す。
【００２９】
グランドとセンサキャップの組合せの最大外径は、グランドナット３の貫通穴よりも小さいため、センサキャップ２とグランド１が一体に溶接された後で、グランド１上にグランドナット３を配置することが可能である。したがって、従来技術と比べると、固定されていないグランドナット３がグランド１上に配置されることがなく、センサキャップ２のグランド１への溶接をより容易に実行することができる。
【００３０】
ここで、グランドナット３およびグランド１は、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）標準に基づく要素である。グランド１のグランドナット支持部分１１にグランドナット３の一端が当接し、その結果、グランドナット３のシーリングエッジ１２に近い位置にグランドナット３が支持される。したがって、グランドナット３をその対応する部品、例えば測定されるプロセスに接続されたプロセスポート（図示せず）に接続する際には、ＶＣＲ−Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）接続が確立される。
【００３１】
この特定の配置によって、グランドナット３をプロセスポートにぴったりと接続する前に、センサアセンブリを所望の向きに容易に向ける、例えばグランドを希望に応じてその縦軸を中心に回転させることができる。このことは、既存のまたは指定の機器ハーネス（ｈａｒｎｅｓｓ）が取り付けられるとき、あるいはセンサヘッドに表示装置が取り付けられる場合に特に重要である。
【００３２】
上記の効果を確定するため、グランドナット３は、グランドナット３を対応するプロセスポートにねじ込むためのおねじ３１を含むことが好ましい。あるいは、おねじを含む対応部品上にナット３をねじ止めするため、グランドナット３が、その中に形成されためねじを有することも考えられる。
【００３３】
グランドナット３をプロセスポートに接続する際には、シーリングエッジ１２が、プロセスポートの対応するシーリングコンタ（ｓｅａｌｉｎｇ  ｃｏｎｔｏｕｒ）（図示せず）に押しつけられ、それによってグランド１とプロセスポートの間の接続が密閉される。
【００３４】
グランドナット３をグランド１上に配置した後、円筒形ハウジング部品４などの媒介部材を溶接によってグランド１に取り付けることができる。それによって、ハウジング部品４は、図１ののど継目ＴＳによって示されているように、グランド１の外面のセンサキャップ２とシーリングエッジ１２の間の位置、すなわち段差部分１３と突出部分１１の間の位置に固定される。この実施形態では、円筒形ハウジング部品４の内部にセンサキャップ２が置かれる。ここで、ハウジング部品４は、その中に形成された直径が異なるいくつかの内部部分を有し、これらの内部部分は、ハウジング部品４内の金属薄膜センサに接続されるデバイスを支持する目的に使用することができるいくつかの段を提供する。特に、最も大きな直径を有する段は、測定ユニット５を支持するために使用される（測定ユニット支持部分４１と呼ばれる）。測定ユニット５が配線７１によってセンサキャップ２の薄膜センサ、すなわち変形感受構造に接続された後、ハウジング部品４の支持部分４１上に、測定ユニット５がプレスばめされる。
【００３５】
円筒形ハウジング部品４は、その外周に、例えば溶接工程などの間に、対応する工具またはジグ（ｊｉｇ）によってハウジング部品４を保持し、ハンドリングするためのハンドリング部分４３を提供する。
【００３６】
ハウジング部品４の内部に測定ユニット５を配置した後、ハウジングカバー６の中に含まれる端子６２が、別の配線７２によって測定ユニット５に接続される。次いで、ハウジング部品４にハウジングカバー６がプレスばめされる。ここで、ハウジング部品４にハウジングカバー６を取り付けるために、段差部分の形態のはめ込み部分６１が使用される。ハウジングカバー６の端子６２はいくつかのコネクタピン６３を含み、コネクタピン６３を使用して、グランド１の内側の流体流れの圧力を指示する薄膜センサ２１からの測定信号を変換し、出力する測定ユニット５に電子回路を接続することができる。この測定信号をデータプロセッサなどに伝送することができ、または測定された圧力を示す表示装置を端子６２上に直接に置くことができる。さらに、この実施形態では、ハウジングの内部の圧力と周囲の領域の圧力を等しくするために横穴６４が提供される。
【００３７】
この実施形態では、測定ユニット５を調整または較正するため、図１に示されているようにセンサアセンブリが組み立てられた後にねじ回し、特製の調整工具などをハウジング部品４内に導入することができるように、ハウジング部品４に調整穴４２が提供されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上の方法で製作されたセンサアセンブリは、超高純度ガスプロセスにおいて超高純度（ＵＨＰ）ガスを測定するために使用されることが好ましいが、他の任意の種類の流体圧力測定に使用することができる。
【００３９】
本発明は、以上に説明した実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲において実施される本発明の範囲に含まれるさまざまな実施形態に適用することができる。
【００４０】
センサアセンブリは、圧力センサキャップの側とは反対側のその一端にシーリングエッジを一体として形成した管状グランドに溶接された金属圧力センサキャップと、グランドが貫通することができるように形成された開口を有するハウジング部品と、グランドの突出部分上に回転可能に支持された、シーリングエッジをプロセスポートに取り付けるためのグランドナットとからなる。センサキャップの段差部分がグランドの段差部分に溶接され、ハウジング部品は、センサキャップとシーリングエッジとの間の位置でグランドの外面に固定される。ここで、センサキャップは、事前にグランドに溶接されたセンサキャップをハウジング部品の開口にはめ込むことができるように、グランドの外径よりも小さいかまたはそれに等しい外径を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】組み立てられたセンサアセンブリを示す断面図である。
【図２】図１のセンサアセンブリの分解断面図である。
【図３Ａ】従来技術に基づく比較例を示す図である。
【図３Ｂ】従来技術に基づく比較例を示す図である。
【図１】
0005689578.tif 000002
【図２】
0005689578.tif 000003
【図３Ａ】
0005689578.tif 000004
【図３Ｂ】
0005689578.tif 000005