JPS5814610B2 - コンデンサ型感知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力または負荷を感知するための、圧力が加
えられたときに歪を生ずるようなダイヤフラムを有し、
かつ前記ダイヤフラムが導電性表面を有しているコンデ
ンサ型感知装置に係るものである。

被測定液を感知ダイヤフラムに直接接触させて、前記感
知ダイヤフラムを歪ませるようにしたコンデンサ型圧力
感知装置としては、前記感知ダイヤフラムの液体接触面
（感圧面）と反対側に対向して固定コンデンサ板を配置
し、感知ダイヤフラムと前記コンデンサ板とで静電容量
を形成するようにした構成が知られている。

このような従来のコンデンサ型圧力感知装置では、つぎ
のような欠点がある。

（１）固定コンデンサ板を独立に支持する部材が必要に
なるので、構造が複雑となるばかりでなく、固定コンデ
ンザ板と感知ダイヤフラムとの間隔および平行度などの
相対位置を所要の高精度に製造し、維持することは事実
上不可能に近い。

（２）前記支持部材が比較的大型となるので、環境温度
が変化した場合の熱膨脹係数の差に基づく前記相対位置
の変動が大きく、測定誤差の原因となり易い。

（３）固定コンデンサ板と感知ダイヤフラムで形成され
る静電容量は、通常は気密封止される必要があるが、こ
の気密封止が困難である。

本発明は、前述のような欠点のないコンデンザ型圧力感
知装置を提供するものである。

本発明では、感知ダイヤフラムと対向して静電容量を形
成するコンデンサ板が、感知ダイヤフラムに、所定の間
隙および電気的絶縁を保って直接固着される。

コンデンザ板は、それをダイヤフラムに装着ずる構造体
から間隔をあけられ、ダイヤフラムにほぼ平行に位置決
めされた表面部分を有している。

ダイヤフラムの導電性表面部分とコンデンサ板の表面部
分とは、キャバシタンス感知器を形成する。

ダイヤフラムが歪むように、圧力または負荷に応動して
ダイヤフラムに負荷をかける装置が設けてある。

コンデンサ板とダイヤフラム用とに電気４的接続部が設
けてあり、ダイヤフラムが歪むとダイヤフラムとコンデ
ンサ板の表面部分との間隔一したがって、両者間のキャ
パシタンスが、圧力または負荷の関数として変化する。

ダイヤフラムの構造は、ダイヤフラムに直接装着された
コンデンサ板に組合わせて、フラッシュ・ダイヤフラム
、固定の縁部ダイヤフラム、または自由端ダイヤフラム
が使用できるように、所望に応じて変えることができる
。

感知装置の構造は、感知ダイヤフラムのそれぞれの側に
、コンデンサ．板を装着することにより差圧を感知する
ようにできる。

コンデンサ板をダイヤフラム（このダイヤフラムは他方
のコンデンサ板として作用する）に直接装着すると、温
度変動に伴なう熱膨脹係数の差に起因して、コンデンサ
板とダイヤフラムとの相対位置（両者の間隔や平行度な
ど）が変化し、測定誤差の原因となるという問題を軽減
または解消し、またコンデンザ板の一層大きい面積がダ
イヤフラムに相対的に運動または変位できるので一層大
なるキャパシタンス信号が得られる。

以下、本願発明を添付図面の実施例に基づき詳述する。

第１図を参照すると、総体的に符号１０で示した圧力感
知装置は、円形断面で良く、中心軸線を中心としたハウ
ジング１１を備えている。

ハウジング１１は凹所または開口１２を画定している。

凹所１２は、ハウジング１１の周壁と一体で、凹所の一
端部を閉じでいるダイヤフラム１３を形成している。

符号１４で示した圧力設定部材には、測定される圧力源
からの圧力接続部を収容ずるねじ状開口１５が設けてあ
る。

圧力設定部材は、適当な押えねじ１６によりハウジング
１１に締付けてある。

圧力設定部材とハウジングとの間には、絶縁ダイヤフラ
ム１７を設けることができる。

図示した絶縁ダイヤフラム１７は、ゴム・セメントの層
１８によりダイヤフラム１３に直接装着でき、ゴム・セ
メントが押出され，ないようにするため、絶縁ダイヤフ
ラム１７の周囲に適当なスペーザ１９が使用される。

絶縁ダイヤフラム１７を、図示した如くプレスばめ部材
に密封するため、適当な０−リング２０を使用できる。

従って、圧力設定部材１４と開口１５とを通して導入さ
れた圧力が絶縁ダイヤフラムに作用し、さらにゴム・セ
メント層を介して感知ダイヤフラム１３に作用してこれ
を歪ませる。

ハウジング１１の凹所または開口１２の内部には符号２
５で示したコンデンザ板組立体が装着されている。

このコンデンサ板組立体２５は、軟かい半田の層２８あ
るいはその他の適当な固着手段によりカップ状の金属製
支持体２７に取付けたアルミナまたはそれに似た絶縁材
のコンテンサ板２６を備えている。

カップ状支持体２７は、適当な点溶接により感知ダイヤ
フラム１３の内面に溶接されている。

支持体２７と半田層２８とは、コンデンサ板絹立体２５
をダイヤフラム１３に直接取付ける。

コンデンザ板２６は、ダイヤフラム１３の内面に平行に
、（支持体２７を除いて）抑制されずに、延びている。

コンデンサ板２６は、感知ダイヤフラム１３の内面付近
に位置決めできる。

コンデンサ板２６の外方（周縁）部分は、導電性の感知
面３０を形成するため、公知の方法で適当な金属で被覆
されている。

この金属被覆は、コンデンサ板２６の縁部を越えて符号
３１で示した上面にまで延ばされ、コンデンサ板用の電
気的接続部を形成する。

コンデンザ板２６の下面の金属被覆は、導電性表面３０
が支持体２７から絶縁されるように、支持体２７と軟か
い半田層２８との接続部の手前で終っている。

グイヤフラム１３は金属で作られ、コンデンサ板２６の
表面３０に向いた少くとも導電性表面部分を有している
。

ダイヤフラム１３は、もし所望ならば金属の被覆または
層を有することができる。

ダイヤフラム１３は、感知装置のコンデンサ板または表
面になる導電性表面を形成するため、何らかの手段を有
している必要がある。

ハウジング１１の開口１２は、図示した如く、開口をふ
さぐ適当なアダブク部材３６で閉じられている。

このアダプタ部材は、適当な溶接部３７でハウジング１
１に溶接されている。

アダプタ部材３６は、下端部にばねの接触部材３９を有
している導電杆、または導線３８を包含している。

ばねの接触部材３９は、杆３８に取付けた平たいばね鋼
で良く、図示した如く、コンデンサ板２６の上面３１上
の金属被覆に弾性的に着座して表面３０上の被覆にまで
延びている金属被覆への、電気的接続部を形成する折曲
げた唇状突起を有している。

杆３８は、アダプタ部材３６の中心開口に装着され、符
号４０で示した如く、融着ガラスの如き絶縁材でアダプ
タ部材３６に取付けてある。

従って、杆３８はアダプタ部材３６に対して相対的に移
動せず、しかもアダプタ部材３６から絶縁されている。

杆３８は、コンデンサ型感知装置の一方の導線を形成し
、コンデンサ板２６の下面に形成された被覆（感知面３
０）に接続されている。

ばね接触子は、ダイヤフラム１３が歪むのに伴なってコ
ンデンサ板２６および周縁導電被覆３１が移動しても、
常に、確実に被覆との接触を保つダイヤフラム１３への
電気的接続部を形成するため、電気的導線をハウジング
１１に接続できる。

ダイヤフラム１３が歪むと、コンデンサ板２６をグイヤ
フラムと一緒に並進運動させる。

また、ダイヤフラム１３が屈曲すると、ダイヤフラム１
３の内面とコンデンサ板２６の下面３０との間隔が変化
し、これらの両者から成る２つの導電性表面間のキャパ
シタンスが可成り変化する。

キャパシタンスがこのように変化することは、逆に、ダ
イヤフラムがゆがんだことを表示する。

ハウジング１１に、それを所望の構造体に取付けるため
のボルト孔、またはその他の接続部を設けるだけで、第
１図に示した如き型式の本発明の実施態様で、フラッシ
ュ・ダイヤフラム型の感知装置が形成される。

ハウジング１１は、フラッシュ・ダイヤフラムの感知装
置を形成するため、その外面にねじ山を設けることによ
り、接続部にねじ込むこともできる。

感知装置を製造する際には、先づ、コンデンザ板２６に
金属をかぶせ（所望の個所に金属を被覆し）、次いで、
軟かい半田で支持休２１に半田付けする。

その後、支持体２７をダイヤフラム１３の内面に点溶接
する。

次いで、コンデンサ板２６をはさみ金で押さえることに
より、感知ダイヤフラム１３の内面に対するコンデンサ
板の誤整列を直す。

このことは、コンデンサ板２６とダイヤフラム１３の内
面との間に、適当な厚味の平たいはさみ金を差込み、次
いで軟かい半田をそれが軟かくなるまで加熱することに
よって実現される。

次いで、半田が冷却すると、コンデンザ板２６は、感知
ダイヤフラムに相対的に所望の位置に位置決めされる。

第２図には、差圧感知装置に使用する本発明の変形例が
示してある。

総体的に符号５０で示した圧力感知装置は、中心のハウ
ジング部材５１とハウジング部材に溶接できる端部キャ
ップ５２，５３とから成る。

キャップ５２．５３は測定される圧力源にまで延びてい
る接続部５４を有することができる。

図示したハウジング部材５１は、２一つの凹所５５，５
６を有していて、これらの凹所はダイヤフラム５７を形
成している。

ダイヤフラム５７は上下面５７Ａ，５７Ｂを有し、これ
ら上下向はそれぞれ圧力感知器に使用するコンデンサ板
の表面を形成している。

感知器は、更にまた、ダイヤフラム５７の両側にコンデ
ンサ板６０とコンデンサ板６１とを有している。

コンデンサ板６０，６１はアルミナの如き絶縁材で作る
ことができ、表面５７Ａ，５７Ｂにそれぞれ面する表面
に、コンデンサ板を形成するように金属を被覆できる。

金属層の如き適当な電気的接続部が、ダイヤフラムの表
面付近で、コンデンサ板の表面を形成する表面から導線
６２，６３にまで延びている。

これらの導線は、キャップ５２，５３から引出され、融
着ガラス内に固定されている。

コンデンサ板６０．６１は、はさみ金６４，６５により
、それぞれの表面５７Ａ，５７Ｂから間隔をあけられ、
ボルト６６がダイヤフラム５７とコンデンサ板６０．６
１とに設けた開口を貫通している。

ボルト６６は、一端部に頭部を有し、他端部にナットを
ねじばめできる。

ボルト６６の頭部とナットとは、それぞれのコンデンサ
板６０，６１をはさみ金６４，６５に圧接させで、それ
らを組合わせ状態に保持している。

コンデンサ板６０，６１の導電性部分はボルト６６から
絶縁する必要があり、ポルト６６はダイヤフラム５７に
密封溶接する必要がある。

凹所５５，５６における差圧がダイヤフラム５７を歪ま
せる。

ダイヤフラム５７が歪むと、コンデンザ板６０，６１と
感知ダイヤフラムのそれぞれ隣接した表面５７Ａ，５７
Ｂとの間のギヤパシタンスを変化させる。

第２図の変形例では、コンデンサ板はまた、ダイヤフラ
ム５７に直接装着されており、ダイヤフラムの歪みに伴
なって並進運動する。

すなわち、ダイヤフラム５７が移動すなわち運動するに
従い、ダイヤフラムは弓なりに曲がり、コンデンサ板６
０，６１と隣接した表面５７Ａ，５７Ｂとの間の間隔一
すなわち、キャパシタンスが変化して四所５５．５６間
の差圧を表示する。

以上に説明した本発明のいづれの実施態様においても、
導電性表面を形成し、キャパシタの一方の電極として作
用する手段を有するダイヤフラムは、それを歪ませる負
荷または力をかけられる。

コンデンサ板はダイヤフラムに直接装着されているので
、ダイヤフラムが負荷または力の印加によって歪を生ず
るのに伴なって、これと共に移動または運動する。

コンデンサ板は、支持装置から間隔をあけて配置され、
ダイヤフラム面の導電性部分に向いた導電性表面部分を
有している。

これらの導電性表面部分は、ダイヤフラムが歪むに従い
ダイヤフラムに関連してスペースが変化する。

コンデンサ板は、図示した中心軸線以外の個所で、ダイ
ヤフラムに直接装着されることもできる。

たとえば、コンデンサ板は、固定縁部型構造では、ダイ
ヤフラムの縁部がわん曲部分の如きある中間個所でダイ
ヤフラムに装着できる。

しかし、温度に対する安定性を向上したり、より満足に
応動させたりするには、コンデンサ板はダイヤフラムの
中心に装着することが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によればつぎの
ような効果が達成される。

（１）コンデンサ板がダイヤフラムに直接固着されるの
で、コンデンサ板用の特別の支持部材が不要となり、構
造が簡略化され、小型化が容易であるばかりでなく、コ
ンデンサ板とダイヤフラムとの相対位置（間隔、平行度
など）を精密に規定でき、高精度の圧力測定が可能とな
る。

（２）小型化の実現により、熱膨脹係数の差に起因する
前記相対位置の変動を最小限に抑えるこさができる。

（３）コンデンサ板を、周縁導電部付きの絶縁材で構成
すれば、その中央部をダイヤフラムの中央部に固着する
際、例えばコンデンサ板の中央部に固定された金属支持
体などをダイヤフラムに半田付けするだけでよいので、
製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による典型的なコンデンサ型圧力感知装
置の垂直断面図、第２図は差圧を感知するために使用さ
れる本発明の変形例の感知装置の垂直断面図である。 １１，５１・・・・・・ハウジングまたは支持体、１３
，５７・・・・・・ダイヤフラム、２６，６０，６１・
・・・・・第２の部材（コンデンサ板）、１２・・・・
・凹所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周縁部によって支持され、かつ導電部分を有してい
   て、外力が加えられたときに屈曲するダイヤフラムと、
   絶縁材で作られたコンデンサ板と、前記コンデンザ板の
   少なくとも周縁部を被覆し、周縁導電部を形成する金属
   層と、前記コンデンサ板の周縁導電部が前記ダイヤフラ
   ムと対向するように、前記コンデンサ板の中央部分を、
   前記ダイヤフラムの中央部分に固着し、その際、前記周
   縁導電部および前記ダイヤフラムの導電部分の間に間隙
   を残して、そこにコンデンサを形成する手段とを具備し
   、前記ダイヤフラムにこれを歪ませるような外力が加え
   られたとき、前記ダイヤフラムの導電部分およびコンデ
   ンサ板の周縁導電部間の間隙が、前記外力の関数として
   変化するように構成されたことを特徴とするコンデンサ
   型感知装置。 ２ 導電性の第１の屈曲可能表面部を含み、外力が加え
   られたとき屈曲するダイヤフラムと、ダイヤフラムの支
   持体さ、前記ダイヤフラムの前記第１導電性表面部と隔
   離して対向し、かつそれから電気的に絶縁された第２の
   導電性表面部を有し、さらに、その中央部分が前記ダイ
   ヤフラムの中央部分に固着された第２部材とを具備し、
   これによって前記第１および第２の導電性表面部がコン
   デンサを形成し、その結果、前記ダイヤフラムが屈曲す
   るとき、前記第１および第２導電性表面部の間隙が前記
   外力の関数として変化するようにされると共に、さらに
   前記第２の導電性表面部に、前記ダイヤフラムとは反対
   の側で係合する弾性接触部材を具備し、前記弾性接触部
   材は、前記ダイヤフラムの屈曲にともなって第２の導電
   性表面部が移動する間も、これとの接触を維持するよう
   に構成されたことを特徴とするコンデンザ型感知装置。