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2003年8月20日

オイルレス薄膜ストレインゲージ式
250℃用、高温高精度小形圧力伝送器を開発
 
ニチコン株式会社
京都市中京区御池通烏丸東入 上原ビル3階
TEL.075-231-8461 FAX.075-256-4158
問合せ先:日本リニアックス株式会社
代表取締役  沢村幹雄
TEL 06-6371-3682

 ニチコン株式会社の関連会社である日本リニアックス株式会社は、このたび業界で初めて高温 250℃用の小形高性能オイルレス圧力伝送器「薄膜ストレインゲージ式(※1)圧力伝送器=写真」を開発しました。
 この圧力伝送器は、金属ダイアフラム(※2)の上に、当社独自のスパッタリング(※3)薄膜加工技術により、高温用特殊薄膜歪抵抗体をブリッジ回路に構成したセンサチップ素子を、受圧部に直接溶接一体加工したもので、従来の圧力センサが必要とした圧力伝達用封入オイルなどを一切使用しておりません。従って、万一ダイアフラム部に損傷が生じても、オイルなどの流出の心配はありません。
 また、圧力による金属ダイアフラムの微少な歪みを、ブリッジ回路各辺のストレインゲージの抵抗でダイレクトに検知し、抵抗値の変化に比例した信号を増幅出力する方式を採用していますので、従来方式のような圧力伝達用オイルの熱膨張・収縮等の影響を受けないことから、計測精度や、応答速度に優れ、小形軽量で操作性を大幅に改善したものであります。

開発の背景
(1)自動車エンジン等内燃機圧力試験装置用 
(2)化学繊維加工、樹脂成形加工制御用 
(3)次世代半導体製造プロセス用高温ガス、高温液流量制御用
(4)バイオ関係等高温圧力計測用
 等の各種高温流体の制御用センサとして、小形、高精度、高安全性の機器埋め込み形圧力伝送器が求められてきましたが、適合するものが今日までありませんでした。
 一部用途には、従来のオイル封入形が適用されていましたが、精度、形状、安全性等の面で機器組み込み形としての適応性に乏しく、市場からは上記用途を満足させる伝送器の製品化が渇望されていました。
 当社はこの点に着目し、当社の固有ダイアフラム一体形薄膜歪抵抗式圧力伝送器の基礎技術を活かし、このたびオイルレス薄膜ストレインゲージ式高温(250℃)高精度小形圧力伝送器の開発に成功したものです。
 なお、本製品は大阪府産業技術総合研究所との共同により、平成13年度地域新生コンソーシアム研究開発事業として開発されたものであります。


本製品の特長
 金属ダイアフラムの上に、温度係数が極めて小さな新素材特殊薄膜歪抵抗体をスパッタリングにより成膜することで成功しました。併せて温度補償抵抗膜等をパターン形成しているため、温度変化に強く、圧力変化だけを純粋に広範囲に測定することができます。さらに、ダイアフラムと一体化した絶縁物を介して、ダイレクトに圧力変化を測定するため、高感度で高精度の計測が可能となっています。
 製品化成功の背景の一つには、高温用特殊薄膜歪抵抗体として高温用特殊金属ダイアフラムに新素材を成膜するための、スパッタリング蒸着の最適条件を確立できたことにあります。
 従来形と比較し下記特長を有しています。
 従来形は拡散形半導体圧力伝送器(※4)を使用しているため、伝送器の耐熱温度は80℃が限度であり、直接250℃の高温下での計測は不可能でありました。
 今回の開発では、センサ部そのものの温度特性が250℃に耐用するものであり、高温下でも直接計測が可能となり、高精度、高速応答性に加え、オイルレス化による小形軽量、高安全性の圧力伝送器の製品化が可能となりました。


従来品との性能比較
特性 新開発製品 従来品(当社)
基本構成 金属ダイアフラム薄膜ストレインゲージ式圧力伝送器
(直接計測方式)
拡散形半導体シールドダイアフラム式圧力伝送器(オイル封入導圧管方式
=間接計測方式)
電源 DC24V±10% 同左
出力 DC4〜20mA 同左
圧力レンジ 0〜0.3MPa ― 0〜1.0MPa 同左
直線性(linearity) ±0.50%(FS)or ±1.0%(FS) ±1.0%(FS)
温度ドリフト ZERO ±0.03%FS/℃ 
FULL ±0.05%FS/℃ 
ZERO ±0.10%FS/℃
FULL ±0.15%FS/℃ 
許容温度範囲 センサ接液部:-10〜300℃
アンプ部:-10〜85℃
センサ部:-10〜80℃(接液部300℃)
アンプ部:-10〜80℃ 
温度補償範囲 センサ接液部:150〜250℃
アンプ部:25〜60℃
センサ部:0〜60℃(接液部250℃)
アンプ部:25〜60℃
センサ材質 ハステロイC他 SUS-316L


生産数量
9月よりサンプル出荷を開始、年内生産数量 50台/月、来年には300台/月まで増産予定。

※1 ストレインゲージ (Strain-Gauge) 式:歪計式
※2 金属ダイアフラム (Metal Diaphragm):金属隔膜 (受圧部の境界となる薄い金属隔膜)
※3 スパッタリング(Sputtering):グロー放電により、陽イオンが陰極金属に衝突し、その衝撃により陰極金属が飛散して、陰極の近傍にある物体の表面に付着する現象を利用して、各種物体の表面に金属やセラミック薄膜等を成膜すること。
※4 拡散形半導体圧力伝送器:単結晶シリコン基板上に拡散抵抗体(ピエゾ抵抗体)を形成し、基板シリコンダイアフラムの歪をピエゾ抵抗体の剪断応力として検出し出力する。
以 上


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