KR102301591B1 - 다이어프램, 다이어프램을 이용한 압력 센서, 다이어프램의 제조 방법 - Google Patents

다이어프램, 다이어프램을 이용한 압력 센서, 다이어프램의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

가스 누출의 우려가 없고, 내구성이 높은 다이어프램 및 이 다이어프램을 이용한 압력 센서를 제공한다.
본 발명은 평판형상의 수압부(101a)와, 틀형상의 지지부(101b)로 이루어지는 금속제의 다이어프램(101)으로서, 수압부(101a)는 평판형상의 수압부(101a)의 평판면에 대해 평행하게 발달한 금속 조직을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

다이어프램, 다이어프램을 이용한 압력 센서, 다이어프램의 제조 방법{DIAPHRAGM, PRESSURE SENSOR USING DIAPHRAGM, AND DIAPHRAGM PRODUCING METHOD}
본 발명은 다이어프램, 다이어프램을 이용한 압력 센서, 다이어프램의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치, 의료기기, 자동차, 식품 등의 폭넓은 분야에서, 액체나 기체 등의 유체의 압력을 측정하기 위해 압력 센서가 이용되고 있다. 이 압력 센서는, 측정 대상으로 하는 유체를 도입하는 도입로를 구비한 캡 부재와, 이 캡 부재와 일체화된 다이어프램을 구비하고 있다.
다이어프램은, 두께가 두꺼운 통형상의 지지부와, 이 통형상의 지지부의 상부 개구를 덮도록 형성되며, 측정 대상의 유체와 접촉하는 두께가 얇은 수압(受壓)부로 구성되어 있다. 또 이 다이어프램의 하면측에는, 측정 대상을 도입하기 위한 오목형상의 압력실이 형성되어 있다. 한편, 다이어프램과 캡 부재로 구분된 공간에는, 기준 가스를 도입하기 위한 기준 압력실이 형성되어 있다.
이 압력실에 측정 대상의 가스가 도입되어, 기준 가스가 기준 압력실에 도입되면, 압력실과 기준 압력실의 압력차에 의해 다이어프램의 수압부가 변형된다. 수압부 중 압력실과 반대측의 측면인 다이어프램의 상면에는 브리지 회로가 설치되어 있다. 압력 측정 시에는, 압력실과 기준 압력실의 상대 압력에 따라 변형되는 수압부에 설치된 브리지 회로의 변형 게이지의 저항 변화를 측정 회로에 의해 계측한다.
이러한 압력 센서에 이용되는 다이어프램에는, 부식성이 높은 각종 유체에 대한 내식성에 더하여, 반복 변형에 견딜 수 있는 우수한 기계적 강도가 요구된다. 이러한 특성을 갖는 다이어프램의 재료로서는, 각종 스테인리스강이나 Co기 합금 등의 금속 재료가 이용되고 있다.(예를 들면, 특허문헌 1 참조.)
일본국 특허공개 2011－164072호 공보
상기와 같은 통형상의 지지부와, 지지부의 상부에 형성된 수압부로 이루어지는 형상의 다이어프램은, 용해에 의해 잉곳을 제작하고, 이것을 환봉(丸棒)형상으로 드로잉 가공한 것을 원반형상으로 슬라이스하여, 절삭 및 연마를 실시함으로써, 수압부와 지지부를 일체적으로 형성할 수 있다.
이러한 형상의 금속제의 다이어프램의 경우, 수압부의 두께가 얇기 때문에, 예를 들면, 가공 시의 변형 등에 기인하는 미소한 기공(크랙)이 발생하면, 수압부를 가스가 투과해 버릴 우려가 있다. 만일 이러한 다이어프램을 압력 센서에 이용하는 경우, 압력실과 기준 압력실의 사이에서 정확한 상대 압력을 얻을 수 없으며, 적절한 압력을 얻을 수 없게 되는 문제가 생겨 버린다.
이 때문에, 본 발명은 가스 누출의 우려가 없고, 내구성이 높은 다이어프램 및 이 다이어프램을 이용한 압력 센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에서의 다이어프램은, 평판형상의 수압부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램으로서, 상기 수압부는, 상기 평판형상의 수압부의 평판면에 대해 평행하게 발달한 금속 조직을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다이어프램의 수압부에서의 금속 조직을 평판면에 평행하게 함으로써, 수압부를 관통하는 기공의 발생이 억제된다. 이에 따라, 수압부에서의 가스의 누출을 방지하고, 내구성이 우수한 다이어프램으로 할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램은, 상기 수압부가 상기 지지부의 단면에 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상하 방향으로 관통하는 기공의 발생이 억제된 평판과 지지부가 용접된 구조로 되어 있다. 이에 따라, 수압부에서의 가스의 누출을 방지하고, 내구성이 우수한 다이어프램으로 할 수 있다. 이에 더해, 오목형상의 다이어프램에 비해 연마 등의 마무리 가공이 용이한 평판을 이용함으로써, 평탄도나 표면의 평활성이 우수한 수압부가 되어, 압력 측정의 정밀도가 높은 다이어프램으로 할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램은, 상기 수압부와 상기 지지부가 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다이어프램의 수압부와 지지부가 일체적으로 형성되어, 용접 등에 의한 접합부를 갖고 있지 않으므로, 접합의 문제점에 의한 기계적 강도나 내식성의 저하가 억제되어, 내구성이 우수한 다이어프램으로 할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램은, 상기 수압부가, 조성 범위가 질량비로 Co：28~42%, Ni：15~40%, Cr：10~27%, Mo：3~12%, Ti：0.1~1%, Mn：1.5% 이하, Fe：0.1~26%, C：0.1% 이하, Nb：3% 이하, W：5% 이하, Al：0.5% 이하를 포함하며, 잔부 불가피 불순물로 이루어지는 Co－Ni기 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기의 효과를 발휘하는 것에 더해, 할로겐계의 부식성 가스에 대한 우수한 내식성 및 내구성을 갖는 Co－Ni기 합금을 수압부에 이용함으로써, 부식성 유체의 압력 측정에 알맞은 압력 센서의 다이어프램으로 할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램은, 상기 수압부가, 조성 범위가 질량비로 Cr：24~26%, Mo：2.5~3.5%, Ni：5.5~7.5%, C：0.03% 이하, N：0.08~0.3%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 2상 스테인리스강으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기 화학적인 방식(防食)인 애노드 부식에 대한 우수한 내식성을 갖는 2상 스테인리스강이 수압부에 이용되고 있다. 이에 따라, 상기의 효과를 발휘하는 것에 더해, 이 다이어프램을 이용하는 압력 센서와, 압력 센서가 장착되는 배관의 사이에 전위차가 생기는 애노드 부식 환경 하에서도, 충분한 내식성을 확보할 수 있다.
본 발명에서의 압력 센서는, 상기 각 특징을 갖고 있는 다이어프램을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 내구성이 우수한 압력 센서로 할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램의 제조 방법은, 평판형상의 수압부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램의 제조 방법으로서, 원료 합금의 잉곳을 압연에 의해 평판형상으로 가공하고, 가공 후의 평판을 프레스로 블랭킹함으로써, 상기 평판의 평판면에 대해 평행하게 발달한 금속 조직을 갖는 상기 수압부를 제작하는 공정과, 상기 수압부와 상기 지지부의 단면을 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상하 방향으로 관통하는 기공의 발생이 억제된 평판을 제작하고, 이것과 지지부를 접합하는 공정으로 할 수 있다. 이에 따라, 수압부에서의 가스의 누출을 방지하고, 내구성이 우수한 다이어프램을 제작할 수 있다. 이에 더해, 오목형상의 다이어프램에 비해 연마 등의 마무리 가공의 용이한 평판을 이용함으로써, 평탄도나 표면의 평활성이 우수한 수압부가 되어, 압력 측정의 정밀도가 높은 다이어프램을 제작할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램의 제조 방법은, 상기 수압부와 상기 지지부의 단면을 확산 접합에 의해 접합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수압부와 지지부를 저온에서 접합할 수 있다. 이에 따라, 다른 부재로 이루어지는 수압부와 지지부를 조합한 경우여도, 충분한 강도를 확보하고, 또한 내식성을 유지하는 다이어프램을 제작할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램의 제조 방법은, 평판형상의 수압부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램의 제조 방법으로서, 원료 합금의 잉곳을 봉형상으로 냉간 가공하고, 가공 방향을 따라 신장된 금속 조직을 갖는 봉체를 제작하는 공정과, 상기 봉체를 원하는 크기로 절단하여 블록체로 한 후, 상기 평판형상의 수압부의 평판면에 대해 평행하게 금속 조직이 발달하는 방향이 되도록, 상기 블록체를 깎아냄에 의해 상기 수압부와 상기 지지부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 수압부에 있어서 상하 방향으로 관통하는 기공의 발생을 억제하고, 또한 수압부와 지지부를 일체적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 수압부에서의 가스의 누출을 방지하고, 내구성이 우수한 다이어프램을 신뢰성 좋게 제작할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램의 제조 방법에 있어서, 상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Co：28~42%, Ni：15~40%, Cr：10~27%, Mo：3~12%, Ti：0.1~1%, Mn：1.5% 이하, Fe：0.1~26%, C：0.1% 이하, Nb：3% 이하, W：5% 이하, Al：0.5% 이하를 포함하며, 잔부 불가피 불순물로 이루어지는 조성의 Co－Ni기 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기의 효과를 발휘하는 것에 더해, 할로겐계의 부식성 가스에 대한 우수한 내식성 및 내구성을 갖는 Co－Ni기 합금을 수압부에 이용함으로써, 부식성 유체의 압력 측정에 알맞은 압력 센서의 다이어프램을 제작할 수 있다.
본 발명에서의 다이어프램의 제조 방법에 있어서, 상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Cr：24~26%, Mo：2.5~3.5%, Ni：5.5~7.5%, C：0.03% 이하, N：0.08~0.3%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 2상 스테인리스강으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기의 효과를 발휘하는 것에 더해, 애노드 부식 내성을 구비한 다이어프램을 제작할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가스 리크의 우려가 없고, 내구성이 높은 다이어프램, 및 이 다이어프램을 이용한 압력 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다이어프램을 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다이어프램을 구비한 압력 센서의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 종래 기술을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 다이어프램의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제2 실시형태의 다이어프램의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 다이어프램을 설명하는 개략도이다.
이하, 본 발명의 다이어프램의 각 실시형태를 들어, 그 각 구성에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(다이어프램 및 압력 센서의 개요)
도 1은 본 발명의 다이어프램의 개략 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 다이어프램(101)은 두께가 두꺼운 통형상의 지지부(101b)와, 이 통형상의 지지부(101b)의 상부 개구를 덮도록 설치된 두께가 얇은 수압부(101a)를 구비하고 있다. 또 다이어프램(101)은 그 하면측에, 측정 대상 유체를 도입하기 위한 오목형상의 압력실(7)을 구비하고 있다.
또 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 압력 센서(10)는 측정 대상 유체를 구비한 캡 부재(4)와, 이 캡 부재(4)와 접합하여 일체화된 다이어프램(101)을 구비하고 있다. 캡 부재(4)는 개구부(4a)를 갖고 바닥이 있는 통형상이며, 개구부(4a)의 외주에는 플랜지부(4b)를 갖고, 또한 개구부(4a) 내주에서 다이어프램(101)의 주연부와 접합되어 있다. 캡 부재(4)는, 예를 들면, 금속, 합금 및 합금과 수지 몰드의 복합재 등에 의해 형성되어 있다. 캡 부재(4)의 내부에는, 캡 부재(4)와 다이어프램(101)으로 구분됨으로써, 기준 압력실(8)이 형성되어 있다. 캡 부재(4)는 기준 가스를 유입시키는 유입구(도시 생략)를 구비하고 있으며, 이 기준 가스가 기준 압력실(8)에 도입되어, 기준 압력실(8) 내의 압력이 제어된다.
압력 센서(10)를 도 2에 나타내는 바와 같이, 측정 대상 유체의 유로(6)를 형성하는 배관(5)의 둘레벽에 형성한 개구부(5a)의 둘레에 캡 부재(4)의 개구부측을 유로에 대향시켜 부착하면, 압력실(7)와 유로(6)가 연통되어, 압력실(7)에는 유로(6)로부터 도입된 유체가 채워진다. 따라서, 수압부(101a)는 측정 대상 유체가 직접 접촉하게 된다.
또 수압부(101a) 중 압력실(7)에 대해 반대측의 측면, 즉 다이어프램(101)의 상면측에는 실리콘 산화막 등의 절연막(2)을 통해 브리지 회로(3)가 설치되어 있다. 브리지 회로(3)는 4개의 변형 게이지(도시 생략)에 의해 구성되어 있으며, 각 변형 게이지에는 배선(9a, 9b, 9c, 9d) 등의 커넥터 배선(9)이 접속되어 있다.
기준 압력실(8)에 대해 기준 가스 등을 도입함과 더불어, 압력실(7)에 배관(5) 내를 흐르는 측정 대상 유체를 도입하면, 기준 압력실(8) 및 압력실(7)의 압력차에 의해 수압부(101a)가 변형된다. 예를 들면, 기준 압력실(8)에 대해 압력실(7)의 상대 압력이 높은 경우에는, 수압부(101a)는 기준 압력실(8)측으로 휘어진다. 또 기준 압력실(8)의 상대 압력이 압력실(7)에 대해 높은 경우에는, 수압부(101a)는 압력실(7)측으로 휘어진다. 따라서, 수압부(101a)의 변형에 의한 브리지 회로(3)의 4개의 변형 게이지의 저항 변화를 측정 회로에 의해 계측하고, 이 저항 변화에 의거하여 압력실(7)의 압력을 연산한다.
(본 발명의 개요)
다음으로 본 발명의 개요에 대해 도면을 기초로 상술한다.
도 3은 원료가 되는 잉곳으로부터 종래 기술에 의해 다이어프램을 제작하는 과정을 도시하는 개략도이다.
도 3(d)의 단면도에 나타내는 바와 같은, 평판형상의 수압부(201a) 및 원통형상의 지지부(201b)를 구비한 다이어프램(201)을 제작하는 경우, 우선, 원료의 금속 또는 합금을 용해시켜, 도 3(a)에 나타내는 바와 같은 잉곳(20)을 제작한다. 이 잉곳(20)에 드로잉 가공을 실시하여, 도 3(b)에 나타내는 바와 같은 환봉형상으로 가공한다. 이 환봉으로부터, 도 3(c)에 나타내는 바와 같은 원반형상의 블록체(22)를 슬라이스한 후, 절삭 가공 및 연마 가공에 의해, 수압부(201a)와 지지부(201b)가 일체화된 다이어프램(201)을 제작할 수 있다.
여기서 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 잉곳(20)의 내부에는 편석에 의해 기공(보이드)(21)이 발생하는 경우가 있다. 잉곳(20)에 드로잉 가공을 실시하는 경우, 가공 방향으로 금속 조직이 신장되게 된다. 이때 기공(21)도 또한 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 가공 방향으로 늘어난 상태가 된다. 만일 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 기공(21)이 다이어프램(201)의 수압부(201a)를 관통하면, 기준 압력실(8) 및 압력실(7)과의 사이에 가스의 리크가 발생할 우려가 있다. 이러한 다이어프램(201)을 압력 센서로서 이용하면, 측정 가스의 누출이 발생함으로써, 적절한 압력을 측정할 수 없게 되어 버린다.
본 발명자들은 이러한 문제를 감안하여 열심히 검토한 결과, 다이어프램의 수압부의 두께 방향으로 기공이 관통하지 않도록 금속 조직을 구성함으로써, 상술한 문제를 회피하는 것을 알아내어, 본 발명에 도달한 것이다.
본 발명은, 이하에 나타내는 각 실시형태의 다이어프램과, 이 다이어프램을 구비한 압력 센서에 의해, 가스 누출의 발생을 억제하고, 내구성이 높은 다이어프램 및 압력 센서로 한 것이다.
이하, 다이어프램의 각 실시형태에 대해 상술한다.
(제1 실시형태)
본 실시형태에서의 다이어프램(1)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 원판형상의 수압부(1a)와, 원통형상의 지지부(1b)로 이루어진다.
본 실시형태의 지지부(1b)는, 예를 들면, 높이 5mm, 상단부의 외경 30mm, 내경 10mm, 하단부의 외경 35mm, 내경 10mm의 원통형상으로 할 수 있지만, 이용되는 압력 센서가 필요해지는 특성이나 용도에 따라 여러 가지 형상, 치수로 할 수 있다. 이 지지부(1b)는, 종래의 다이어프램과 동일하게 원기둥형상으로 가공된 잉곳을 높이 방향으로 슬라이스한 후, 원통형상이 되도록 깎아내어지고, 다음으로 연마 가공이 이루어진다. 이에 따라, 원하는 형상의 지지부를 제작할 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서의 수압부(1a)는, 예를 들면, 외경 30mm, 두께 0.1mm의 원판형상이다. 이 외경은 지지부(1b)의 상단 외경의 형상에 맞추어 제작되어 있다.
이 수압부(1a)는, 금속 잉곳을 압연 가공에 의해 압연한 평판에, 원형의 프레스를 이용하여 블랭킹 제작함으로써 얻어진다. 평판의 제작은 상술한 압연 가공 외에, 단조를 실시함으로써 얻어진다. 형성한 원판은 또한 연마 가공이 실시되어, 충분한 평탄도를 구비한 수압부(1a)로 할 수 있다.
본 실시형태에서는, 종래와 같이 원기둥형상의 블록으로부터 일체적으로 잘라내는 경우와 달리, 평판을 연마할 수 있으므로, 효율적으로 또한 평탄도를 높이는 연마를 행할 수 있다. 또 블록으로부터 일체적으로 잘라내어진 다이어프램은 손으로 연마할 필요가 있는 것에 반해, 본 실시형태와 같은 평판형상의 수압부(1a)는, 압연 가공된 평판의 단계에서 기계적으로 연마를 실시할 수 있다. 이에 따라, 연마 공정을 효율화할 수 있는 것에 더해, 최종적으로 제작되는 압력 센서의 압력 측정의 정밀도를 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
또 원래의 금속 잉곳을 압연이나 단조에 의해 평판형상으로 가공함으로써, 금속 조직도 평판면과 평행하게 늘어나, 평판면과 평행하게 발달한다. 이때 용해 시에 발생한 기공도 또한 평판면과 평행하게 늘어난다. 한편, 높이(두께) 방향에서 기공이 관통하지 않게 되므로, 제작하는 압력 센서에서의 가스 누출의 발생을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서의 수압부(1a)의 재질은, 적용하는 다이어프램이나 압력 센서의 특성, 용도 등에 맞추어 여러 가지 금속을 채용할 수 있다. 특히, 후술하는 각종 금속 재료를 수압부(1a)에 이용함으로써, 이용되는 압력 센서의 원하는 특성이나 용도에 따라 우수한 기계적 특성이나 내식성을 발휘할 수 있다. 또 수압부, 지지부 모두 동종의 부재로 구성되어 있으면, 접합이 용이하고, 이종 금속의 접촉에 기인하는 부식을 확실하게 회피할 수 있으므로 바람직한 양태이다.
다이어프램(1)을 구성하는 수압부(1a)와 지지부(1b)는, 저항 용접, 레이저 용접, 아크 용접 등의 용접, 초음파 용접, 확산 접합 등, 각종 금속 접합 기술을 이용하여 접합할 수 있다. 특히, 확산 접합에 의해 수압부(1a)와 지지부(1b)를 접합하는 경우, 지지부(1b)의 상단 전면과 수압부(1a)가 충분히 접합하므로 바람직하다. 또 다른 용접 방법보다 저온으로 가열할 수 있으므로, 금속을 고온으로 용해하면서 용접하는 경우에 문제가 되는 접합 강도나 간극 부식을 억제할 수 있는 점에서도 바람직한 양태이다.
구체적으로는, 지지부(1b)와 수압부(1a)를 밀착시켜, 확산 접합 장치 내에 설치하고, 진공 혹은 불활성 가스 분위기에서 가열 및 가압함으로써, 양자의 금속 원자의 확산에 의해 접합한다. 예를 들면, 가열 온도 조건은 950℃, 가압은 30MPa로 할 수 있지만, 처리 조건은 이것에 한정되지 않으며, 다이어프램의 형상 및 재질에 의거하여 적절히 조절할 수 있다.
(재료)
본 발명에서 다이어프램에는 각종 금속 재료를 이용할 수 있다. 특히, 다이어프램으로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록, 내식성, 내구성이 우수한 여러 가지 금속 재료를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 오스테나이트계 스테인리스강, 오스테나이트·페라이트계 2상 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강, 마텐자이트계 스테인리스강 등의 각종 스테인리스강이나, Co－Ni기 합금, Ni－Mo－Cr기 합금, Ni－Cr기 합금 등, 메탈 다이어프램에 이용되는 각종 금속 재료를 이용할 수 있다.
특히, 다음의 각종 금속 재료의 경우, 충분한 내식성 및 내구성을 충분히 확보할 수 있으므로, 메탈 다이어프램의 재료로서 알맞게 이용할 수 있다.
예를 들면, 조성 범위가 질량비로 Co：28~42%, Ni：15~40%, Cr：10~27%, Mo：3~12%, Ti：0.1~1%, Mn：1.5% 이하, Fe：0.1~26%, C：0.1% 이하, Nb：3% 이하, W：5% 이하, Al：0.5% 이하를 포함하며, 잔부 불가피 불순물로 이루어지는 Co－Ni기 합금을 이용할 수 있다. 이 Co－Ni기 합금은, 응력이나 반복에 대한 피로 강도 등이 우수한 기계적 특성에 더해, 할로겐계의 부식성 가스에 대한 우수한 내식성을 갖고 있다. 이 Co－Ni기 합금을 수압부에 이용함으로써, 부식성 유체의 압력 측정에 알맞은 압력 센서의 다이어프램으로 할 수 있다.
또 조성 범위가 질량비로 Cr：24~26%, Mo：2.5~3.5%, Ni：5.5~7.5%, C：0.03% 이하, N：0.08~0.3%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 오스테나이트·페라이트계 2상 스테인리스강(SUS329J4L)을 이용할 수 있다. 이 2상 스테인리스강은, 전기 화학적인 방식인 애노드 부식에 대한 우수한 내식성을 갖고 있다. 특히, 식품 등의 배관에 장착된 압력 센서에서, 어스 기기 등이 부착되어 있는 경우에, 애노드 부식 환경이 되는 경우여도, 이 2상 스테인리스강을 다이어프램의 수압부에 이용함으로써, 우수한 내식성을 발휘할 수 있다.
(제2 실시형태)
다음으로 본 발명의 다른 실시형태에 대해 도면을 기초로 설명한다.
도 5에서의 다이어프램(11)도 수압부(11a)와 지지부(11b)로 구성되지만, 종래 기술과 동일하게, 블록체로부터 절삭 가공 및 연마 가공에 의해 수압부(11a)와 지지부(11b)를 일체적으로 제작한 것이다.
본 실시형태가 종래 기술 및 상술한 제1 실시형태와 다른 점은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 드로잉 가공이 실시된 원료의 잉곳(20)을 슬라이스하여 블록체(22)를 형성한 후, 원래의 잉곳(20)의 길이 방향이 수압부(11a)의 평판면과 평행한 방향이 되도록, 블록체(22)를 90° 기울이고 나서, 블록체(22)에 절삭 가공 및 연마 가공을 실시함으로써, 다이어프램(11)을 제작하는 점이다.
구체적으로는, 원료의 금속 또는 합금의 용해에 의해 제작한, 도 6(a)에 나타내는 바와 같은 잉곳(20)에 기공(21)이 발생한 경우, 드로잉 가공에 의해, 기공(21)은 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 가공 방향(길이 방향)으로 늘어나 있다. 이 잉곳으로부터 원판형상의 블록체(22)를 잘라낸 후, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이 블록체(22)를 90° 기울이면, 기공(21)은 도 3에 나타내는 종래 기술과는 달리 평판면과 평행하게 향하게 된다. 이 방향에서 블록체(22)에 절삭 가공 및 연마 가공을 실시함으로써, 수압부(11a) 및 지지부(11b)를 구비한 다이어프램(11)을 제작할 수 있다.
이 다이어프램(11)의 수압부(11a)에서, 금속 조직은 평판면과 평행하게 향하고 있으며, 기공(21)이 발생한 경우에도, 기공(21)도 또한 평판면과 평행하게 신장된 방향으로 형성되어 있게 된다. 이 때문에, 제1 실시형태와 동일하게, 기공(21)이 수압부(11a)의 두께 방향을 관통하는 일은 없으므로, 압력 센서에서 가스의 누출을 억제할 수 있다.
또 종래 기술과 동일하게, 지지부(11b)와 수압부(11a)를 일체적으로 형성할 수 있으므로, 접합 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 접합의 문제점에 의한 내구성이나 내식성의 저하를 예방할 수 있는 점에서도 메리트가 있다.
또한 상기에서 원료의 환봉으로부터 다이어프램(11)을 제작하였지만, 원료의 잉곳을 각기둥형상으로 드로잉 가공함으로써 제작한 각기둥으로부터 블록체를 형성해도 된다. 이 경우, 블록체를 90° 기울여도 안정적으로 재치할 수 있으므로 바람직하다.
본 실시형태에서 다이어프램(11)의 지지부(11b) 및 수압부(11a)를 구성하는 재료는, 제1 실시형태와 동일한 재료를 이용할 수 있다.
또 본 실시형태에 대해, 잉곳(20)을 슬라이스하여 제작한 블록체(22)에 절삭 가공 및 연마 가공을 실시함으로써 수압부(11a)와 지지부(11b)를 일체적으로 제작하는 것을 설명하였다. 이에 더해, 블록체(22)에 단조를 실시하는 것에 의해서도, 수압부(11a)와 지지부(11b)가 일체적으로 형성된 다이어프램(11)으로 할 수 있다.
구체적으로는, 블록체(22)에 해머, 프레스 등의 공구를 통해 압력을 가하여, 다이어프램(11)의 형상으로 한다. 이러한 단조 공정에 의해, 특히 수압부(11a)의 금속 조직 중의 결정립을 기계적으로 미세화하거나, 금속 조직 중의 결함을 평판면과 평행하게 하거나 할 수 있다. 이에 따라, 금속 조직 중의 결함 자체를 저감하는 것에 더해, 수압부(11a)의 두께 방향을 관통하는 결함을 제거할 수 있으며, 압력 센서에서 가스의 누출을 억제할 수 있다.
1, 11, 101, 201: 다이어프램 1a, 11a, 101a, 201a: 수압부
1b, 11b, 101b, 201b: 지지부 2: 절연막
3: 브리지 회로 4: 캡 부재
5: 배관 6: 유로
7: 압력실 8: 기준 압력실
9(9a, 9b, 9c, 9d): 커넥터 배선 10: 압력 센서
20: 잉곳 21: 기공
22: 블록체

Claims (11)

  1. 평판형상의 수압(受壓)부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램으로서,
    상기 수압부는, 가공 방향을 따라 신장된 금속 조직을 가지고, 상기 금속 조직은 상기 평판형상의 수압부의 평판면에 대해 평행하게 발달한 것을 특징으로 하는 다이어프램.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수압부가 상기 지지부의 단면에 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이어프램.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수압부와 상기 지지부가 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Co：28~42%, Ni：15~40%, Cr：10~27%, Mo：3~12%, Ti：0.1~1%, Mn：1.5% 이하, Fe：0.1~26%, C：0.1% 이하, Nb：3% 이하, W：5% 이하, Al：0.5% 이하를 포함하며, 잔부 불가피 불순물로 이루어지는 Co－Ni기 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Cr：24~26%, Mo：2.5~3.5%, Ni：5.5~7.5%, C：0.03% 이하, N：0.08~0.3%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 2상 스테인리스강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 다이어프램을 이용한 압력 센서.
  7. 평판형상의 수압부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램의 제조 방법으로서,
    원료 합금의 잉곳을 평판형상으로 가공하고, 가공 후의 평판을 프레스로 블랭킹함으로써, 상기 평판의 평판면에 대해 평행하게 발달한 금속 조직을 갖는 상기 수압부를 제작하는 공정과,
    상기 수압부와 상기 지지부의 단면을 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이어프램의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수압부와 상기 지지부의 단면을 확산 접합에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 다이어프램의 제조 방법.
  9. 평판형상의 수압부와, 틀형상의 지지부로 이루어지는 금속제의 다이어프램의 제조 방법으로서,
    원료 합금의 잉곳을 봉형상으로 냉간 가공하고, 가공 방향을 따라 신장된 금속 조직을 갖는 봉체를 제작하는 공정과,
    상기 봉체를 원하는 크기로 절단하여 블록체로 한 후, 상기 평판형상의 수압부의 평판면에 대해 평행하게 금속 조직이 발달하는 방향이 되도록, 상기 블록체를 깎아냄에 의해 상기 수압부와 상기 지지부를 일체적으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이어프램의 제조 방법.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Co：28~42%, Ni：15~40%, Cr：10~27%, Mo：3~12%, Ti：0.1~1%, Mn：1.5% 이하, Fe：0.1~26%, C：0.1% 이하, Nb：3% 이하, W：5% 이하, Al：0.5% 이하를 포함하며, 잔부 불가피 불순물로 이루어지는 조성의 Co－Ni기 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램의 제조 방법.
  11. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수압부는, 조성 범위가 질량비로 Cr：24~26%, Mo：2.5~3.5%, Ni：5.5~7.5%, C：0.03% 이하, N：0.08~0.3%, 잔부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 2상 스테인리스강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램의 제조 방법.
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