JPS63274832A - 受圧ダイヤフラム保護装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプロセス変量である２点間の圧力差を測定する
差圧発信器等に適用して好適な受圧ダイヤフラム保護装
置およびその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、差圧発信器により管内流体の流量を測定する場合
、管内にオリフィス板を設置して流体抵抗とし、この抵
抗の上下流における圧力差を測定して所定の演算式に基
づき流量を導き出すことが行われている。そのため、こ
の種の差圧発信器は実公昭５９−３０４４４号公報等に
みられるように、一般に２枚の受圧ダイヤフラムに各測
定圧力を与え、ボディ本体内における内封液の移動を封
入回路を仕切って受けた半導体センサの歪によシミ気的
出力として取出すように構成されている。受圧ダイヤフ
ラムは圧力を正確に伝達するために２通常きわめて薄い
金属板によって波形形状に形成されている。そして、従
来は受圧ダイヤフラムの受ける圧力が過剰圧力となった
場合、該ダイヤフラムを保護するためボディ本体の受圧
側面で受は止めて、その移動を阻止するようにしている
。この時、受圧ダイヤフラムの波形が歪んだり、破損し
たシしないように、す力わち無理な力が加わらないよう
にボディ本体の受圧側面を受圧ダイヤフラムの波形形状
と同様な波形面に形成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ボディ本体の表面を機械加工によって高
い精度の波形面に形成することは、面倒で、長時間を要
し、製造コストが大幅にアップするという大きな欠点を
有していた。また、過剰圧力が受圧ダイヤフラムに加わ
った場合、該ダイヤフラムの形状のバラツキ、ボディ本
体の表面加工のバラツキ等により、受圧ダイヤフラムの
一部がボディ本体の受圧側面の形状と合致しないと、部
分的に応力が加わり該ダイヤフラムに永久歪を発生させ
、それ以後は受圧ダイヤフラムに対する圧力が測定範囲
内であるにも拘わらず、該ダイヤフラムがボディ本体の
表面に接触するといった事態が生じ、高精度な測定を困
難にする。

したがって、本発明では上記したような従来の欠点を解
決し、ボディ本体の受圧側面を波形形状にすることなく
、受圧ダイヤフラムを過剰圧力から確実に保護し、その
塑性変形、破損等を防止し得る受圧ダイヤフラム保護装
置およびその製造方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置は上記目的を達
成するために、圧力伝達用封入液を内封するボディ本体
の受圧側面に配設される受圧ダイヤフラムの圧力伝達用
封入液側面に、該ダイヤフラムと相似形状でかつ所定間
隔をもって対向するバックアッププレートを配設し、か
つ該プレートに前記圧力伝達用封入液が流通する流通孔
を設けたものである。

また、本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置の製造方
法は、バックアッププレートを受圧ダイヤフラムのプレ
ス成形時に同時に重ね合わせて成形するようにしたもの
である。

〔作用〕

本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置においては、過
剰圧力が作用した際、バックアッププレートが受圧ダイ
ヤフラムを受は止め、その変形。

破損等を防止する。

また、本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置の製造方
法においては、受圧ダイヤフラムとバックアッププレー
トとを高い精度の相似形状に形成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置を備え
た差圧発信器の一実施例を示す断面図。

第２図は要部拡大断面図である。これらの図において、
符号１で示すものは圧力伝達用の内封液２を封入してな
るボディ本体で、とのボディ本体１の左右両側面、すな
わち各受圧側面１ｍ、１ｂ　には波形に形成された受圧
ダイヤフラム３，４がその周縁部をそれぞれ溶接固定さ
れた配設されると共とこれらの受圧ダイヤフラム３，４
を被うようにカバー５．６が固定されている。

前記各受圧ダイヤフラム３，４の材料としては、被測定
流体によっても異なるが、通常耐食性に優れたステンレ
ス、チタン、タンタル、モネル等が使用され、その板厚
は０．０５〜０．０６ｗ程度とされる。そして、図にお
いて左側の受圧ダイヤフラム３の外表面にはカバー５の
孔７よシ被測定流体のオリフィス上流側の圧力ＰＭが導
かれ、右側の受圧ダイヤフラムの外表面にはカバー６の
孔８より被測定流体のオリフィス下流側の圧力ＰＬが導
かれている。

また、前記ボディ本体１の各受圧側面１ｍ、１ｂと前記
各受圧ダイヤフラム３，４との間には本考案を特徴ずけ
る受圧ダイヤフラム保護装置としてのバックアッププレ
ート９，１０が配設されておυ、その周縁部が前記各受
圧ダイヤフラム３，４の表面周縁部と共に前記各受圧側
面１ａ、ｊｂの周縁部に溶接固定されている。これらの
バックアッ７’７’ｌ／−ト９　、１０は前記各受圧ダ
イヤフラム３゜４と相似形の波形に形成され、かつ該ダ
イヤフラム３，４と所定の間隔を保って対向するように
配設され、その適宜箇所には前記封入液２が流通可能な
少々くとも１つの流通孔１１がそれぞれ形成されている
。これは、各バックアッププレート９゜１０と受圧ダイ
ヤフラム３，４との隙間に封入液２を導き、該ブレー）
９．１０の表裏面において圧力差が生じたいようにする
ためのものである。

そして、これらのバックアッププレート９　、１０は、
ステンレス、ハステロイ等によって形成され、その板厚
は受圧ダイヤフラム３，４の板厚より十分大きく設定さ
れている（例えば０．４　Ｂ以上）。

この場合、ボディ本体１の各受圧側面［ａ、１ｂは受圧
ダイヤフラム３，４の保獲機能を有さす、したがって平
坦面に形成されている。また、バンクアップブレー）９
．１０は被測定流体の圧力Ｐ　Ｒ、Ｐ　Ｌによって変位
されるものである必要が々く、そのだめ周縁部のみ々ら
ず、波形面の前記受圧側面１ａ、ｊｂと対向する頂部ａ
が該受圧側面１ａ。

１ｂにそれぞれスポット溶接等によシ固定されるもので
あってもよい。

前記ボディ本体１内には２つの封入回路１３゜１４が形
成されており、これらの封入回路１３゜１４の上端は該
ボディ本体１の上部に設けられ、ハーメチックシール１
５によって密閉された上部室１６にそれぞれ連通され、
下端は前記各受圧側面１ａ、ｊｂに開口されている。前
記上部室１６には前記内封液２が封入されると共に半導
体センサ２０が配設されている。半導体センサ２０は第
３図に示すように上部室１６の底面１６ａ上に配設さレ
タシリコンベース２１と、このシリコンペース２１上に
配設されたカップ状のシリコンウェハ２２とを備え、シ
リコンウェハ２２の上面起歪部は拡散法などによりブリ
ッジ結線されたストレンゲージ２４が形成されて半導体
ダイヤフラム２３を構成している。そして、前記半導体
ダイヤフラム２３の上側には封入回路１３を介して圧力
ｐＨが４見られ、下側には封入回路１４およびシリコン
ベース２１の貫通孔２５を介して圧力ＰＬが与えられて
いる。

°次に、前記受圧ダイヤフラム３，４とバックアップブ
レー）９．１０の製造方法を説明すると、これらは同一
の型によシ同時にプレス成形される。

その場合、第４図に示す絞シ成形と第５図に示す液圧成
形との２つの成形方法により製造が可能である。

すなわち、第４図の絞シ成形による方法は、互いに対向
する合せ面が波形面に形成されたダイス３０とポンチ３
１を使用するもので、これら両者間に受圧ダイヤフラム
とバックアッププレートの素材である２枚の薄い金属板
からなる成形材３２゜３３を重ねて配置し、これらの成
形材３２　、３３をポンチ３１でダイス３０に押し付け
ることによシ波形の受圧ダイヤフラムとバックアッププ
レートを同時形成するようにしたものである。この際。

ポンチ３１の周面には絞り込みの際に成形材３２゜３３
に皺が発生しないように、皺押え３６が設置されている
。これはプレス以前にダイス３ｏとの間に成形材３２．
３３を挾み込んで固定し、プレス中成形材３２．３３が
内部（ダイスの中心）に引き込まれないようにするため
のものである。

また、ダイス３０とポンチ３１の合せ面の周縁部に環状
の突部３７と凹部３８を対応して形成し、これらによっ
て受圧ダイヤフラムとバックアッププレートの周縁部に
環状突起を設けると、組込み時における受圧ダイヤフラ
ムとバックアッププレートとの位置合わせが容易で、相
互のずれの発生を防止できる利点を有している。

一方、第５図に示す液圧成形による方法は、ダイス３０
と、カップ状のカバ一部材３９とを使用するもので、カ
バ一部材３９の周壁先端面により２枚の成形材３２．３
３の周縁部をダイス３０の成形面周縁部にＯリング４０
を介して圧接し、かつカバ一部材３９と成形材３２との
間の空間に所定圧力に加圧された油、水等の液体を注入
し、この液圧により成形材３２．３３を塑性変形させて
波形の受圧ダイヤフラムとバックアッププレートとを同
時に成形するようにしたものである。この場合、成形材
３２．３３にはその全面に亘って均等々圧力が加わるた
め、成形材３２．３３の伸び等にがたよシが生じず、良
好な成形ができる。

以上のような構成からなる差圧発信器において、通常の
圧力測定時においては、受圧ダイヤフラム３．４には内
封液２を介して差圧ＰＭ−ＰＬに応じた力が第１図にお
いて右向きに与えられ、この力が封入回路１３．１４を
通って上部室１６内の半導体センサ２０に加えられる。

このため、半導体ダイヤフラム２３は差圧ＰＩＥ　　Ｐ
Ｌに応じて第３図２点鎖線で示すように下方に変形し、
この変形がストレンゲージ２４によって電気的に取シ出
され、増幅器２６で増幅された後計器に表示ないし遠隔
発信される。

次に、例えばオリフィス上流側に過剰圧力が発生すると
、受圧ダイヤフラム３は右方に大きく撓み、これをバッ
クアッププレート９が受は止めることで、前記受圧ダイ
ヤフラム３の破損、変形等を防止する。この場合、受圧
ダイヤフラム３とバックアッププレート９とは前述した
通シ同一の型によって同時に形成されることで精度の高
い相似形に形成されているので、受圧ダイヤフラム３の
ほぼ全面がパンクアッププレート９に密接し、局部的な
応力を受けることがなく、シたがって永久歪を生じるこ
とはない。

同様にオリフィス下流側に過剰圧力が生じた場合には、
受圧ダイヤフラム４が左方に大きく撓み、これをバック
アッププレート１０が受は止めて該ダイヤフラム４の変
形、破損等を防止する。しがも、受圧ダイヤフラム４と
バックアッププレート１０とは上述の受圧ダイヤフラム
３とバックアッププレート９と同様、同一の型で同時形
成されることにより、精度の高い相似形をなしているた
め、これら両者が密接して受圧ダイヤフラム４に局部的
な応力が生じず、したがってこの場合も永久歪を生じる
ことはない。それ故、良好かつ精度の高い差圧測定を行
うことができる。また、バックアッププレート９　、１
０は受圧ダイヤフラム３，４のプレス成形時に同時に形
成されるものであるため、製作が極めて簡単で、ボディ
本体１の受圧側面１ａ、ｊｂを波形に加工形成するより
はるかに安価で、製造コストを大幅に低減することがで
きる。

また２通常各封入回路１３．１４には過剰圧力による半
導体センサ２０の損傷を防止するため絞υが設けられて
いるが、この絞りの役割を各バックアッププレート９．
１０に形成した流通孔１１が代用するため、前記絞シを
形成する必要がない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る受圧ダイヤフラム保護
装置は、ボディ本体の受圧側面と受圧ダイヤフラムとの
間に該ダイヤフラムと相似形状でかつ所定間隔をもって
対向するバックアッププレートを配設し、過剰圧力が発
生した際、該プレートによシ受圧ダイヤフラムを受は止
めるように構成したので、受圧ダイヤフラムの変形、破
損等を確実に防止し得、またボディ本体の受圧側面をダ
イヤフラムと同じ形状に加工形成する必要がなく、ボデ
ィ本体の製作が容易で安価に提供し得る。

また、本発明による受圧ダイヤフラム保護装置の製造方
法は、受圧ダイヤフラムとバックアッププレートとをプ
レス成形によって同時に形成するようにしているので、
精度の高い相似形状のものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る受圧ダイヤフラム保護装置を備え
た差圧発信器の一実施例を示す断面図、第２図は要部拡
大断面図、第３図は半導体センサの拡大断面図、第４図
は受圧ダイヤフラムとバックアッププレートの成形方法
を示す断面図、第５図は受圧ダイヤフラムとバックアッ
プレートの他の成形方法を示す断面図である。 １・拳・・ボディ本体、１ａ、ｌｂ・・拳・受圧側面、
２・・―合圧力伝達用封入液、３，４・・拳・受圧ダイ
ヤフラム、９，１０・−・・バックアッププレート、１
１・・・・流通孔、１３．１４・・・拳封入回路、２０
魯・・・半導体センサ、３０−・・・タイス、３１拳・
・番ホンチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力伝達用封入液を内封したボディ本体の受圧側
   面に受圧ダイヤフラムを配設した装置において、前記受
   圧ダイヤフラムの圧力伝達用封入液側面に、該ダイヤフ
   ラムと相似形状でかつ所定間隔をもつて対向するバック
   アッププレートを配設してなり、このバックアッププレ
   ートは前記圧力伝達用封入液が流通できる流通孔を有し
   ていることを特徴とする受圧ダイヤフラム保護装置。
2. （２）圧力伝達用封入液を内封したボディ本体の受圧側
   面に配設された受圧ダイヤフラムの圧力伝達用封入液側
   面に、該ダイヤフラムと相似形状でかつ所定間隔をもつ
   て対向するように配設されるバックアッププレートを、
   前記受圧ダイヤフラムのプレス成形時に同時に重ね合わ
   せて成形するようにしたことを特徴とする受圧ダイヤフ
   ラム保護装置の製造方法。