JPH09138177A - 受圧ダイアフラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度特性、入出力ヒステリシス、温度ヒステ
リシス、ゼロドリフトが改善された受圧ダイアフラムを
提供する。 【解決手段】 一面側が封入液に接し他面側が測定流体
に接する受圧ダイアフラムにおいて、クロロ・トリ・フ
ルオロ・エチレンあるいはポリ・ビニル・フルオライド
からなる受圧ダイアフラム本体と、該受圧ダイアフラム
本体の少なくとも一面に設けられた金属よりなる薄膜体
とを具備したことを特徴とする受圧ダイアフラムであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度特性、入出力
ヒステリシス、温度ヒステリシス、ゼロドリフトが改善
された受圧ダイアフラムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、実開平２―６００４５
号に示されている。図において、１は半導体よりなるセ
ンサチップである。

【０００３】１１は、センサチップ１に設けられ、セン
サチップ１に、ダイアフラム１２を形成する凹部であ
る。１３はダイアフラム１２に設けられた歪検出センサ
である。２はセンサチップ１に一面が固定され凹部１１
と大気圧基準室２１を構成する基板である。

【０００４】２２は、基板２を貫通し大気圧基準室２１
に連通する貫通孔である。３は基板２の他面に一端が接
続され貫通孔２２と連通し他端が大気に開放される大気
導通パイプである。

【０００５】４は、大気導通パイプが固定されるベース
である。５は，ベース４に固定され、センサチップ１と
測定室５１を構成し、受圧ダイアフラム５２と受圧ダイ
アフラム室５３を構成するボディである。受圧ダイアフ
ラム５２は、この場合は、ステンレスが使用されてい
る。５４は、測定室５１と受圧ダイアフラム室５３とを
連通する連通孔である。

【０００６】５５は測定室５１と受圧ダイアフラム室５
３と連通孔５４とを満たす封入液である。この場合は、
シリコンオイルが使用されている。５６はベース４を覆
うケースである。５７はボディ５を覆うケースである。

【０００７】以上の構成において、受圧ダイアフラム５
２に測定圧Ｐｍが加わると、封入液５５を介して、ダイ
アフラム１２に測定圧Ｐｍが加わり、大気圧基準室２１
の大気圧との差圧が歪検出センサ１３により検出され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置において、受圧ダイアフラム５２はステンレス、
ハステロイ、チタン等の金属が使用されている。

【０００９】周囲温度の変化等の温度変化により封入液
５５が、膨張圧縮するが、封入液５５の膨張圧縮の量を
吸収するには、金属ダイアフラムでは限界があり、温度
特性が悪い。金属ダイアフラムでも、厚さを薄くした
り、直径を大きくしたりすれば前述の特性は良くなる
が、大型化して実用的でなくなる。

【００１０】また、金属ダイアフラムでは、ヤング率が
大きいために、入出力ヒステリシス、温度ヒステリシス
が悪い原因になっている。

【００１１】また、測定流体から受圧ダイアフラム５２
を通って、水蒸気や気体が封入液５５に混入すると、零
点ドリフト等の原因になる恐れがある。特に、水蒸気は
気化すると体積が非常に大きくなるので、装置の特性に
悪影響がある。本発明は、これらの問題点を、解決する
ものである。

【００１２】本発明の目的は、温度特性、入出力ヒステ
リシス、温度ヒステリシス、ゼロドリフトが改善された
受圧ダイアフラムを提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、 （１）一面側が封入液に接し他面側が測定流体に接する
受圧ダイアフラムにおいて、クロロ・トリ・フルオロ・
エチレンあるいはポリ・ビニル・フルオライドからなる
受圧ダイアフラム本体と、該受圧ダイアフラム本体の少
なくとも一面に設けられた金属よりなる薄膜体とを具備
したことを特徴とする受圧ダイアフラム。 （２）一面側が封入液に接し他面側が測定流体に接する
受圧ダイアフラムにおいて、クロロ・トリ・フルオロ・
エチレンあるいはポリ・ビニル・フルオライドあるいは
エチレンービニルアルコール共重合樹脂からなる受圧ダ
イアフラム本体と、該受圧ダイアフラム本体の少なくと
も一面に設けられた金属よりなる薄膜体と、前記受圧ダ
イアフラム本体の測定流体に接する側に設けられたヘキ
サ・フルオロ・プロピレンあるいはクロロ・トリ・フル
オロ・エチレンからなる被覆体とを具備したことを特徴
とする受圧ダイアフラム。を構成したものである。

【００１４】

【作用】以上の構成において、請求項１においては、受
圧ダイアフラム本体は、印加された圧力に対応して変位
すると共に、測定流体から封入液への水蒸気の透過を防
止する。薄膜体は測定流体から封入液への水蒸気、気体
の透過を防止する。

【００１５】請求項２においては、被覆体は、測定流体
から封入液への水蒸気、気体の透過を防止すると共に、
耐薬品性を有することから、受圧ダイアフラム本体を測
定流体の腐食等から保護する。

【００１６】薄膜体は測定流体から封入液への水蒸気、
気体の透過を防止する。受圧ダイアフラム本体は、印加
された圧力に対応して変位すると共に、測定流体から封
入液への水蒸気の透過を防止する。以下、実施例に基づ
き詳細に説明する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図である。図において、図６と同一記号の構成は
同一機能を表わす。以下、図６と相違部分のみ説明す
る。

【００１８】図において、３１は、クロロ・トリ・フル
オロ・エチレンあるいはポリ・ビニル・フルオライドか
らなる受圧ダイアフラム本体である。ここで、クロロ・
トリ・フルオロ・エチレンは、樹脂の中で最も水蒸気透
過率が小さい性質を有する。また、弗素系であるので耐
薬品性も良好である。

【００１９】また、ポリ・ビニル・フルオライドは、樹
脂の中で気体透過率が小さい性質を有し、耐候性も有す
る。

【００２０】３２は、受圧ダイアフラム本体３１の少な
くとも一面に設けられた金属よりなる薄膜体である。こ
の場合は、受圧ダイアフラム本体３１の両面に設けられ
ている。また、薄膜体３２は、受圧ダイアフラム本体３
１に蒸着或いはスパッタにより取付られる。

【００２１】以上の構成において、受圧ダイアフラム本
体３１は、印加された圧力Ｐｍに対応して変位すると共
に、測定流体から封入液５５への水蒸気の透過を防止す
る。薄膜体３２は測定流体から封入液５５への水蒸気、
気体の透過を防止する。

【００２２】所で、受圧ダイアフラムの性能指標の１つ
に「圧力ー容積変化率Ｖ_P」があり、次式で示される。 Ｖ_P＝（πＲ⁶×１０^-5）／（ｑ＋３）²Ｅｈ³ (ｃｃ／
(ｋｇｆ／ｃｍ²)) Ｒ：受圧ダイアフラム半径 ｑ：形状係数 Ｅ：ヤング率 ｈ：板厚 このＶ_Pの数値が大きいと、温度特性が良い受圧ダイア
フラムが得られると考えて良い。

【００２３】上記の式から、受圧ダイアフラムの大き
さ、厚さ、形状が同じならば、ヤング率が小さいほうが
温度特性は良いと考えられる。本発明は、この点につい
て着目したものである。樹脂のヤング率は、金属に比べ
て約２桁小さいので、Ｖ_Pも２桁良いものが得られる。

【００２４】この結果、 （１）受圧ダイアフラム本体３１に、従来より一般に使
用されている金属ダイアフラムよりも、ヤング率が２桁
程度小さい樹脂ダイアフラムを使用したので、温度特
性、入出力ヒステリシス、温度ヒステリシスが改善され
た受圧ダイアフラム３０が得られる。

【００２５】（２）薄膜体３２は金属の薄膜よりなるの
で、受圧ダイアフラムのヤング率に影響を与える事がな
いので、温度特性、入出力ヒステリシス、温度ヒステリ
シスの改善が維持できる受圧ダイアフラム３０が得られ
る。

【００２６】（３）樹脂ダイアフラムを、受圧ダイアフ
ラム本体３１に採用したことによる封入液５５への水蒸
気、気体の透過を、金属の薄膜よりなる薄膜体３２を採
用して、水蒸気、気体の透過を防止するようにしたの
で、零点ドリフトの発生を防止し得る受圧ダイアフラム
３０が得られる。

【００２７】（４）金属板は水蒸気、気体の透過を防止
するには有効であるが、受圧ダイアフラム３０のヤング
率に悪影響を与えないように、薄膜体３２を採用したた
めに、水蒸気、気体の透過を防止するには十分でない恐
れがある。

【００２８】そこで、更に、受圧ダイアフラム本体３１
自体にも、水蒸気の透過率が小さいクロロ・トリ・フル
オロ・エチレン、あるいは、気体透過率が小さいポリ・
ビニル・フルオライドを採用したので、温度特性の改善
と零点ドリフトの発生をより確実に防止し得る受圧ダイ
アフラム３０が得られる。

【００２９】図３に金属ダイアフラムの場合、図４に樹
脂ダイアフラムの場合の温度特性図の実験結果の一例を
示す。ここで、金属ダイアフラムは、材料がステンレ
ス、直径２６ｍｍ、厚さ４０μｍの場合である。

【００３０】樹脂ダイアフラムは、材料がクロロ・トリ
・フルオロ・エチレン、直径２３ｍｍ、厚さ２５μｍの
場合である。上記両者を比較すると、明らかに、樹脂ダ
イアフラムの方が、温度特性が良好である。

【００３１】図２は本発明の他の実施例の要部構成説明
図である。図において、図６と同一記号の構成は同一機
能を表わす。以下、図６と相違部分のみ説明する。

【００３２】図において、４１は、クロロ・トリ・フル
オロ・エチレン、あるいはポリ・ビニル・フルオライ
ド、あるいはエチレンービニルアルコール共重合樹脂か
らなる受圧ダイアフラム本体である。ここで、エチレン
ービニルアルコール共重合樹脂は、樹脂の中で最も気体
透過率が小さい性質を有する。

【００３３】４２は、受圧ダイアフラム本体４１の少な
くとも一面に設けられた、金属よりなる薄膜体である。
この場合は、受圧ダイアフラム本体４１の両面に設けら
れている。また、薄膜体４２は、受圧ダイアフラム本体
４１に蒸着或いはスパッタにより取付られている。

【００３４】４３は、受圧ダイアフラム本体４１の、測
定流体に接する側に設けられたヘキサ・フルオロ・プロ
ピレン、あるいは、クロロ・トリ・フルオロ・エチレン
からなる被覆体である。ここで、ヘキサ・フルオロ・プ
ロピレンは、樹脂の中で気体、水蒸気透過率が小さい性
質を有し、耐薬品性も有する。

【００３５】以上の構成において、被覆体４３は、測定
流体から封入液５５への水蒸気、気体の透過を防止する
と共に、耐薬品性を有することから、受圧ダイアフラム
本体４１を測定流体の腐食等から保護する。

【００３６】薄膜体４３は測定流体から封入液５５への
水蒸気、気体の透過を防止する。受圧ダイアフラム本体
４１は、印加された圧力Ｐｍに対応して変位すると共
に、測定流体から封入液５５への水蒸気の透過を防止す
る。この結果、

【００３７】（１）受圧ダイアフラム本体４１に、従来
より一般に使用されている金属ダイアフラムよりも、ヤ
ング率が２桁程度小さい樹脂ダイアフラムを使用したの
で、温度特性、入出力ヒステリシス、温度ヒステリシス
が改善された受圧ダイアフラム４０が得られる。

【００３８】（２）薄膜体４２は金属の薄膜よりなるの
で、受圧ダイアフラムのヤング率に影響を与える事がな
いので、温度特性、入出力ヒステリシス、温度ヒステリ
シスのが改善が維持できる受圧ダイアフラム４０が得ら
れる。

【００３９】（３）樹脂ダイアフラムを、受圧ダイアフ
ラム本体４１に採用したことによる封入液５５への水蒸
気、気体の透過を、金属の薄膜よりなる薄膜体４２を採
用して、水蒸気、気体の透過を防止するようにしたの
で、零点ドリフトの発生を防止し得る受圧ダイアフラム
４０が得られる。

【００４０】（４）金属板は水蒸気、気体の透過を防止
するには有効であるが、受圧ダイアフラム４０のヤング
率に悪影響を与えないように、薄膜体４２を採用したた
めに、水蒸気、気体の透過を防止するには十分でない恐
れがある。

【００４１】そこで、更に、受圧ダイアフラム本体４１
自体にも、水蒸気の透過率が小さいクロロ・トリ・フル
オロ・エチレン、あるいは、気体の透過率が小さいエチ
レンービニルアルコール共重合樹脂やポリ・ビニル・フ
ルオライドを採用したので、温度特性の改善と零点ドリ
フトの発生をより確実に防止し得る受圧ダイアフラム４
０が得られる。

【００４２】（５）更に、腐食性の測定流体に対して、
耐薬品性があり且つ水蒸気の透過率が小さいヘキサ・フ
ルオロ・プロピレン、あるいはクロロ・トリ・フルオロ
・エチレンよりなる被覆体４３が、受圧ダイアフラム本
体４１の、測定流体に接する側に設けられたので、受圧
ダイアフラム４０のヤング率に悪影響を与えることな
く、腐食性の測定流体に対して、耐腐食性が向上され、
更に、温度特性が改善され得る受圧ダイアフラム４０が
得られる。

【００４３】なお、前述の実施例においては、受圧ダイ
アフラム３０，４０は平板状のものについて説明した
が、たるみを持たせるようにすれば、装置の温度特性は
更に、改善される。また、図５に示す如く、コルゲーシ
ョン６１を付けても、温度特性は更に、改善される。図
５において、（ａ）図は側面図、（ｂ）図は正面図であ
る。

【００４４】以上詳しく説明したように、本発明は、請
求項１によれば、 （１）受圧ダイアフラム本体に、従来より一般に使用さ
れている金属ダイアフラムよりも、ヤング率が２桁程度
小さい樹脂ダイアフラムを使用したので、温度特性、入
出力ヒステリシス、温度ヒステリシスが改善された受圧
ダイアフラムが得られる。

【００４５】（２）薄膜体は金属の薄膜よりなるので、
受圧ダイアフラムのヤング率に影響を与える事がないの
で、温度特性、入出力ヒステリシス、温度ヒステリシス
の改善が維持できる受圧ダイアフラムが得られる。

【００４６】（３）樹脂ダイアフラムを、受圧ダイアフ
ラム本体に採用したことによる封入液への水蒸気、気体
の透過を、金属の薄膜よりなる薄膜体を採用して、水蒸
気、気体の透過を防止するようにしたので、零点ドリフ
トの発生を防止し得る受圧ダイアフラムが得られる。

【００４７】（４）金属板は水蒸気、気体の透過を防止
するには有効であるが、受圧ダイアフラムのヤング率に
悪影響を与えないように、薄膜体を採用したために、水
蒸気、気体の透過を防止するには十分でない恐れがあ
る。

【００４８】そこで、更に、受圧ダイアフラム本体自体
にも、水蒸気の透過率が小さいクロロ・トリ・フルオロ
・エチレン、あるいは、気体透過率が小さいポリ・ビニ
ル・フルオライドを採用したので、温度特性の改善と零
点ドリフトの発生をより確実に防止し得る受圧ダイアフ
ラムが得られる。

【００４９】請求項２によれば、請求項１の効果に加え
るに、腐食性の測定流体に対して、耐薬品性があり且つ
水蒸気の透過率が小さいヘキサ・フルオロ・プロピレ
ン、あるいはクロロ・トリ・フルオロ・エチレンよりな
る被覆体が、受圧ダイアフラム本体の測定流体に接する
側に設けられたので、受圧ダイアフラムのヤング率に悪
影響を与えることなく、腐食性の測定流体に対して、耐
腐食性が向上され、更に、温度特性が改善され得る受圧
ダイアフラムが得られる。

【００５０】従って、本発明によれば、温度特性、入出
力ヒステリシス、温度ヒステリシス、ゼロドリフトが改
善された受圧ダイアフラムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図３】図１，図２の動作説明図である。

【図４】図１，図２の動作説明図である。

【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。

【図６】従来より一般に使用されている従来例の構成説
明図である。

【符号の説明】

１ センサチップ １１ 凹部 １２ ダイアフラム １３ 歪検出センサ ２ 基板 ２１ 大気圧基準室 ２２ 貫通孔 ３ 大気導通パイプ ３０ 受圧ダイアフラム ３１ 受圧ダイアフラム本体 ３２ 薄膜体 ４ ベース ４０ 受圧ダイアフラム ４１ 受圧ダイアフラム本体 ４２ 薄膜体 ４３ 被覆体 ５ ボディ ５１ 測定室 ５３ 受圧ダイアフラム室 ５４ 連通孔 ５５ 封入液 ５６ ケース ５７ ケース ６１ コルゲーション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一面側が封入液に接し他面側が測定流体に
   接する受圧ダイアフラムにおいて、 クロロ・トリ・フルオロ・エチレンあるいはポリ・ビニ
   ル・フルオライドからなる受圧ダイアフラム本体と、 該受圧ダイアフラム本体の少なくとも一面に設けられた
   金属よりなる薄膜体とを具備したことを特徴とする受圧
   ダイアフラム。
2. 【請求項２】一面側が封入液に接し他面側が測定流体に
   接する受圧ダイアフラムにおいて、 クロロ・トリ・フルオロ・エチレンあるいはポリ・ビニ
   ル・フルオライドあるいはエチレンービニルアルコール
   共重合樹脂からなる受圧ダイアフラム本体と、 該受圧ダイアフラム本体の少なくとも一面に設けられた
   金属よりなる薄膜体と、 前記受圧ダイアフラム本体の測定流体に接する側に設け
   られたヘキサ・フルオロ・プロピレンあるいはクロロ・
   トリ・フルオロ・エチレンからなる被覆体とを具備した
   ことを特徴とする受圧ダイアフラム。