WO2007018088A1 - 静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造 - Google Patents

静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造 Download PDF

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    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief

Definitions

  • the present invention provides a fluid pressure receiving diaphragm stretched on one end opening side of a cylindrical case, such as a pressure gauge used as a mass flow sensor in a mass flow controller, for example.
  • a cylindrical case such as a pressure gauge used as a mass flow sensor in a mass flow controller, for example.
  • a fixed side electrode for taking out the displacement of the diaphragm as a change in capacitance.
  • the present invention relates to a diaphragm mounting structure for a capacitance pressure gauge.
  • the overall force is usually in the range of 25 to 125 m ⁇ ). Uniform thickness of 1 mm or less A thin film is used. Its diameter is also very small, about 1 inch (25.4 mm).
  • the groove volume of the cylindrical case to be welded and fixed Due to the difference in the groove volume at the outer peripheral edge of the diaphragm, the cylindrical case side is hard to melt, and the diaphragm side is easy to melt. It is easy to invite evil spirits.
  • the outer peripheral edge is rapidly melted and the welding heat proceeds toward the center of the diaphragm. The progress of the welding heat depends on the entire diaphragm.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 4,434,203 specification
  • the outer peripheral edge of the diaphragm is cylindrical because the surface area of the radial or multiple concentric waves and ridges formed at the center is sufficiently large.
  • the welding heat that progresses toward the center is efficiently dissipated to stop the progress, thereby suppressing the occurrence of uneven thermal strain in the circumferential direction.
  • the diaphragm itself is pre-formed with radial or multiple concentric waves and ridges by pres- sages, etc., it will increase the number of complicated manufacturing steps and deteriorate the yield by making it necessary to improve welding skills. Therefore, there was a problem that the manufacturing cost of the entire capacitance type pressure gauge became expensive.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to achieve improvement in measurement accuracy by suppressing the occurrence of defective welding and thermal distortion while being easy to manufacture and suppressing an increase in cost. It is an object of the present invention to provide a diaphragm mounting structure for a capacitance type pressure gauge that can be used.
  • a diaphragm mounting structure for a capacitance-type pressure gauge has a diaphragm for receiving fluid pressure stretched on one end opening side of a cylindrical case.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm Form the part thicker than the central part, The thick outer peripheral edge portion is thermally melted and welded and fixed to an end surface portion around one end opening of the cylindrical case.
  • the thick outer peripheral edge portion of the diaphragm is formed into a symmetrical shape with the center of the thickness of the diaphragm as the center of symmetry (Claim 2). It is preferable that the outer peripheral edge of the tube be formed to have a wall thickness equal to or substantially equal to the groove volume of the cylindrical case to be welded (Claim 3).
  • a sufficient welding allowance (penetration allowance) can be provided by thickening the outer peripheral edge portion of the diaphragm, and the outer peripheral portion can be made uniform.
  • the generation of thermal strain due to the progression of the welding heat toward the center of the diaphragm is suppressed as much as possible. Therefore, it is possible to secure a sufficient amount of displacement in the pressure measurement.
  • a high capacitance type pressure gauge can be obtained, the effect is obtained.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm is formed with a wall thickness that is equal to or substantially equal to the groove volume of the cylindrical case to be welded, so that the amount of penetration at the welded portion is stabilized with a uniform force. It is possible to manufacture high-accuracy capacitive pressure gauges with stable yield displacement with a high yield and further reduce costs.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a capacitance type pressure gauge according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a diaphragm of the same capacitance type pressure gauge.
  • FIG. 3 is a plan view of the diaphragm.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part showing the welded state of the outer peripheral edge of the diaphragm.
  • FIG. 5 Enlarged cross section of the main part showing another example of the outer peripheral edge of the diaphragm of the capacitance pressure gauge FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a capacitance-type pressure gauge according to the present invention.
  • This capacitance-type pressure gauge 1 includes a cylindrical case 2 constructed of a corrosion-resistant material such as stainless steel.
  • a diaphragm 3 for receiving fluid pressure of gas or the like is stretched on the opening side of one end, and at the center of the cylindrical case 2 opposite to the pressure receiving surface of the diaphragm 3
  • a fixed-side electrode 4 is provided for extracting the displacement as a change in electric capacity.
  • the capacitance type pressure gauge 1 is inserted and disposed in a concave space 6 formed in the pressure gauge mounting block 5 so that the diaphragm 3 faces the fluid pressure detection port 11, and a cylinder.
  • a sheet such as a metal gasket is formed between an annular flange portion 7 that is integrally formed on the other end side of the cylindrical case 2 and protrudes outward, and an annular step portion 8 that is formed on the opening end side peripheral portion of the concave space 6.
  • the annular flange portion 7 is pressed against the annular step portion 8 through the annular holding member 10 and the fastening bolt 14 with the luring 9 interposed, and is used by being fastened and fixed to the pressure gauge mounting bracket 5.
  • the fluid pressure of the fluid pressure detection port 11 is applied to the diaphragm 3, and the diaphragm 3 is displaced in proportion to the fluid pressure
  • the The displacement amount is taken out as a change in electric capacity from the four fixed side electrodes, and processed by an electric circuit provided separately from the capacitance type pressure gauge 1 to measure the fluid pressure such as gas.
  • the diaphragm 3 in the capacitance-type pressure gauge 1 configured as described above and used as described above has an outer peripheral edge portion 3a formed thicker than its central portion 3b. .
  • the thickness t of the central portion 3b is uniformly formed in the range of 25 to 125 / ⁇ ⁇ , while the outer peripheral portion 3a is The center of the part 3b thickness t is the center of symmetry sc.
  • the overall thickness tl is about 500 m with a symmetrical shape.
  • the diaphragm 3 formed in this way has its thick outer peripheral edge portion 3a connected to an end surface portion 2e around one end opening of the cylindrical case 2 via an annular intermediate molten material 12.
  • Tig welding is performed so that the entire circumference of the region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 4 is thermally melted, so that the cylindrical case 2 is fixed to the end surface 2e around the one end opening. .
  • the outer peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3 is formed with a thickness having a sufficient penetration allowance, it is possible to stably ensure a uniform penetration amount over the entire circumference of the welded portion. This makes it possible to reliably weld and fix without causing poor welding, and suppress the occurrence of thermal distortion with almost no welding heat traveling toward the thin central part 3b. As a result, it is possible to secure the amount of stagnation displacement of the central portion 3b as prescribed, and achieve an improvement in pressure measurement accuracy.
  • the outer peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3 is formed in a V-shape provided on the outer peripheral surface portion near the end surface portion 2e around the one end opening of the cylindrical case 2 to be welded as shown in FIG. It is preferable that the groove is formed so as to have a volume that is equal to or substantially equal to the groove volume on the one end opening side of the groove 13.
  • the welded portion of the outer peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3 and the end surface portion 2e of the cylindrical case 2 are uniformly melted, and the amount of penetration is stabilized over the entire circumference. Occurrence is further reduced and pressure measurement accuracy can be further improved.
  • the increase in the thickness of the outer peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3 is performed in a general manufacturing process in which a plurality of diaphragms 3 are extracted by masking and etching a large thin plate material. This is possible only by increasing the king process and the etching process, and is easier to manufacture than the diaphragm as shown in Patent Document 1 described above, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the outer peripheral edge portion 3a of the diaphragm 3 is shown as being symmetrically formed with the center of the thickness t of the central portion 3b being the center of symmetry sc. As shown in the figure, it may be an asymmetric shape with increased thickness on only one of the front and back sides of the central part 3b! /.
  • the diaphragm mounting structure of the capacitance-type pressure gauge according to the present invention can be easily manufactured and suppress an increase in cost, and can suppress the occurrence of poor welding and thermal distortion, thereby achieving improvement in measurement accuracy. Therefore, a fluid pressure receiving diaphragm is stretched on one end opening side of the cylindrical case, such as a pressure gauge used as a mass flow sensor in a mass flow controller, and the opposite side of the pressure receiving surface of the diaphragm. It can be applied to a capacitance type pressure gauge in which a fixed side electrode for taking out the displacement of the diaphragm as a change in electric capacity is provided in the cylindrical case.

Abstract

　この発明は、製作容易でコストの上昇を抑えつつ、溶接不良及び熱歪の発生を抑制して計測精度の向上を達成することができる静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造を提供するものである。 　この発明は、筒状ケースの一端開口側に流体圧受圧用のダイヤフラムが張設されているとともに、このダイヤフラムの受圧面とは反対側の筒状ケース内には該ダイヤフラムの撓み変位を電気容量の変化として取り出す固定側電極が設けられている静電容量型圧力計において、前記ダイヤフラムの外周縁部分を中央部分よりも肉厚に形成し、この肉厚外周縁部分を熱溶融させて前記筒状ケースの一端開口周りの端面部に溶接し固着している。

Description

明 細 書
静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造
技術分野
[0001] 本発明は、例えばマスフローコントローラにおけるマスフローセンサとして用いられ る圧力計等のように、筒状ケースの一端開口側に流体圧受圧用のダイヤフラムが張 設されているとともに、このダイヤフラムの受圧面とは反対側の筒状ケース内には該 ダイヤフラムの橈み変位を電気容量の変化として取り出す固定側電極が設けられて
V、る静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造に関する。
背景技術
[0002] この種の静電容量型圧力計のダイヤフラムとしては、精度の高い圧力計測が行える ようにするために、通常、 25〜125 m範囲で全体力^). 1mm以下の均一な厚さの 薄膜が用いられる。また、その直径も 1インチ（25. 4mm)程度と非常に小さい。
[0003] このような薄膜かつ小径のダイヤフラムを筒状ケースに固定状態に取り付けるにあ たって、従来一般には、ダイヤフラムの薄い外周縁部を筒状ケースの一端開口周り の端面部にティグ (Tig)溶接などにより直接固着する手段が採用されていた。
[0004] しかし、上記のように肉厚の薄い外周縁部を筒状ケースの端面部に溶接し固着す る一般的な手段の場合は、溶接固着対象となる筒状ケースの開先容積とダイヤフラ ムの外周縁部の開先容積との差により、筒状ケース側が溶け難ぐダイヤフラム側が 溶け易いために、溶接箇所の溶け込みが不均一となって、溶接不良を発生しやすく 、それだけ製品歩留まりの悪ィ匕を招きやすい。また、肉厚の薄いダイヤフラム側にお いては、外周縁部が急速に熱溶融されて溶接熱がダイヤフラムの中央部に向かって 進行することになるが、その溶接熱の進行具合がダイヤフラムの全周で一様でなぐ 周方向でばらつくために、溶接外周縁部の内周に該外周縁部と非相似形の環状皺 等の熱歪が発生し、この熱歪に起因してダイヤフラムの橈み変位量に悪影響を及ぼ し、その結果、所定の圧力計測精度を確保することができないという問題がある。
[0005] このような溶接不良や熱歪の発生は、溶接スキルの向上により、ある程度まで減少 させることが可能であるものの、生産技術の観点からみると、歩留まりの悪化や生産コ ストの上昇の原因となり、また、精巧な計測精度を確保するまでには到底至ることが できない。
[0006] そこで、従来、静電容量型圧力計のダイヤフラムとして、その外周縁部を除く中央 部をプレス加工することにより、中央部の全域に放射状あるいは多重同心状の波や 皺を予め積極的に形成したダイヤフラムが提案されている（例えば、特許文献 1参照
) o
[0007] 特許文献 1 :米国特許第 4, 434, 203号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 上記特許文献 1に示すようなダイヤフラムによれば、その中央部に形成されている 放射状あるいは多重同心状の波や皺の表面積が十分に大きいために、ダイヤフラム の外周縁部を筒状ケースの端面部に溶接する際、中央部に向力つて進行する溶接 熱を効率よく放熱してその進行を食い止め、これによつて、周方向で不均一な熱歪の 発生を抑制することが可能であるものの、開先容積の差による溶接箇所の溶け込み の不均一化に伴う溶接不良の発生及びそれを原因とする計測精度の低下は避けら れない。力 tlえて、ダイヤフラム自体に予め放射状あるいは多重同心状の波や皺をプ レスカ卩ェ等によって形成するといつた複雑な製作工数の増加と、溶接スキルの向上 を必要不可欠とすることによる歩留まりの悪化とから、静電容量型圧力計全体の製作 コストが高価になるという問題があった。
[0009] 本発明は上述の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、製作容易でコストの上 昇を抑えつつ、溶接不良及び熱歪の発生を抑制して計測精度の向上を達成すること ができる静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0010] 上記目的を達成するために、本発明に係る静電容量型圧力計のダイヤフラム取付 構造は、筒状ケースの一端開口側に流体圧受圧用のダイヤフラムが張設されている とともに、このダイヤフラムの受圧面とは反対側の筒状ケース内には該ダイヤフラムの 橈み変位を電気容量の変化として取り出す固定側電極が設けられて ヽる静電容量 型圧力計において、前記ダイヤフラムの外周縁部分を中央部分よりも肉厚に形成し、 この肉厚外周縁部分を熱溶融させて前記筒状ケースの一端開口周りの端面部に溶 接し固着して 、ることを特徴とするものである。
[0011] ここで、この発明において、前記ダイヤフラムの肉厚外周縁部分を、該ダイヤフラム の厚みの中央を対称の中心として表裏対称形状に形成すること (請求項 2)が好まし ぐさらに、ダイヤフラムの外周縁部分を、溶接対象となる筒状ケースの開先容積と等 L ヽまたは略等し ヽ容積を有する肉厚に形成すること (請求項 3)が好まし ヽ。
発明の効果
[0012] 上記のような特徴構成を採用した本発明によれば、ダイヤフラムの外周縁部分の肉 厚化によって十分な溶接代 (溶け込み代)を持たせることが可能で、該外周部分を均 一に溶け込ませて低い溶接スキルの下でもミスなく容易かつ確実に溶接することがで きるだけでなぐ溶接熱がダイヤフラムの中央部へ向けて進行することに伴う熱歪の 発生も極力抑制して所定の橈み変位量を確保することができ、これによつて、圧力計 測精度の向上を達成することができる。し力も、ダイヤフラムの製造にあたっては、マ スキング工程とエッチング工程を増やすだけで外周縁部分のみが肉厚化された薄膜 のダイヤフラムを容易に製造することができる。したがって、ダイヤフラムの製造コスト の低減化と、高い溶接スキルを要さずとも溶接不良を生じることなく確実容易に溶接 できることが相乗じて、全体の製作コストの上昇をできるだけ抑制しつつ、計測精度 の高 、静電容量型圧力計を得ることができると 、う効果を奏する。
[0013] 特に、ダイヤフラムの外周縁部分を、溶接対象の筒状ケースの開先容積と等しいま たは略等しい容積を持つ肉厚に形成することにより、溶接箇所の溶け込み量を均一 力 安定化して橈み変位量の安定した高精度な静電容量型圧力計を歩留まりよく製 作し、コストの一層の低減を図ることができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明に係る静電容量型圧力計の一例を示す断面図である。
[図 2]同上静電容量型圧力計のダイヤフラムの拡大縦断面図である。
[図 3]同上ダイヤフラムの平面図である。
[図 4]同上ダイヤフラム外周縁部分の溶接状態を示す要部の拡大断面図である。
[図 5]静電容量型圧力計のダイヤフラム外周縁部分の他の例を示す要部の拡大断面 図である。
符号の説明
[0015] 1 静電容量型圧力計
2 円筒状ケース
2e 開口周りの端面部
3 ダイヤフラム
3a 肉厚外周縁部分
3b 中央部分
4 固定側電極
t 中央部分の厚み
tl 外周縁部分の厚み
sc. 対称の中心
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図 1は、本発明に係る静電容量型圧力計の一例を示す断面図であり、この静電容 量型圧力計 1は、ステンレス鋼等の耐腐食性素材力 構成された円筒状ケース 2の 一端開口側にガス等の流体圧受圧用のダイヤフラム 3が張設されているとともに、こ のダイヤフラム 3の受圧面とは反対側の円筒状ケース 2内の中央部には該ダイヤフラ ム 3の橈み変位を電気容量の変化として取り出す固定側の電極 4が設けられて 、る。
[0017] 上記静電容量型圧力計 1は、圧力計取付ブロック 5に形成された凹状空間 6内に前 記ダイヤフラム 3が流体圧検出ポート 11に対向するように挿入配置されるとともに、円 筒状ケース 2の他端側に一体形成されて外方へ突出する環状フランジ部 7と前記凹 状空間 6の開口端側周部に形成された環状段部 8との間に金属ガスケット等のシー ルリング 9を介在させた上で、環状押え部材 10及び締め付けボルト 14を介して前記 環状フランジ部 7を環状段部 8に押圧した状態で圧力計取付ブラケット 5に締付け固 定して用いられる。
[0018] そして、上記の使用態様において、前記流体圧検出ポート 11の流体圧力がダイヤフ ラム 3に加わって該ダイヤフラム 3が流体圧力に比例して橈み変位したとき、その橈み 変位量が電気容量の変化として前記固定側電極 4カゝら取り出され、静電容量型圧力 計 1とは別に設けられた電気回路で処理されてガスなどの流体圧力が計測される。
[0019] 上記のように構成され、また、上記のように使用される静電容量型圧力計 1における ダイヤフラム 3は、その外周縁部分 3aがその中央部分 3bよりも肉厚に形成されている 。具体的には、図 2及び図 3に示すように、中央部分 3bの厚み tが 25〜125 /ζ πιの範 囲で均一に形成されているのに対して、外周縁部分 3aが、中央部分 3bの厚み tの中 央を対称の中心 sc.として表裏対称形状で全体の厚み tlが 500 m程度の肉厚に 形成されている。
[0020] このように形成されたダイヤフラム 3は、図 4に明示するように、その肉厚外周縁部分 3aを環状の中間溶材 12を介して前記円筒状ケース 2の一端開口周りの端面部 2eに 押し当てられ、この状態で、図 4の一点鎖線で囲んだ領域の全周を熱溶融するように Tig溶接することによって、前記円筒状ケース 2の一端開口周りの端面部 2eに固着さ れる。
[0021] このとき、ダイヤフラム 3の外周縁部分 3aが十分な溶け込み代を持つ肉厚に形成さ れて 、るため、溶接箇所の全周に亘つて均一な溶け込み量を安定よく確保すること が可能であり、これによつて、溶接不良を発生することなく確実容易に溶接し固着で きるとともに、溶接熱が薄肉の中央部分 3bに向力つて進行することもほとんどなく熱 歪の発生を抑制可能であり、これによつて、中央部分 3bの橈み変位量を所定どおり 確保して圧力計測精度の向上を達成することができる。
[0022] 特に、ダイヤフラム 3の外周縁部分 3aを、図 4にも示したように、溶接対象となる円 筒状ケース 2の一端開口周りの端面部 2e近くの外周面部に設けられる V字形の開先 溝 13よりも一端開口側の開先容積と等しいまたは略等しい容積を有する程度の肉厚 に形成することが好ましい。この場合は、ダイヤフラム 3の外周縁部分 3aと円筒状ケ ース 2の端面部 2eとの溶接部分の溶け込みが均等となり、かつ、溶け込み量が全周 に亘つて安定するために、熱歪の発生がより低減され圧力計測精度の一層の向上を 図ることができる。
[0023] また、前記ダイヤフラム 3の外周縁部分 3aの肉厚化は、大きな薄板材カもマスキン グとエッチングで複数のダイヤフラム 3を抜き出すという一般的な製造に際して、マス キング工程とエッチング工程を増やすだけで可能であり、前述の特許文献 1に示すよ うなダイヤフラムに比べて製造が容易で製造コストの低減を図ることができる。
[0024] なお、上記実施の形態では、ダイヤフラム 3の外周縁部分 3aを、中央部分 3bの厚 み tの中央を対称の中心 sc.として表裏対称形状に形成したもので示したが、図 5〖こ 示すように、中央部分 3bの表裏いずれか一方のみに肉厚を増加させた非対称形状 に形成したものであってもよ！/、。
産業上の利用可能性
[0025] 本発明に係る静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造は、製作容易でコストの 上昇を抑えつつ、溶接不良及び熱歪の発生を抑制して計測精度の向上を達成する ことができるので、例えばマスフローコントローラにおけるマスフローセンサとして用い られる圧力計等のように、筒状ケースの一端開口側に流体圧受圧用のダイヤフラム が張設されているとともに、このダイヤフラムの受圧面とは反対側の筒状ケース内に は該ダイヤフラムの橈み変位を電気容量の変化として取り出す固定側電極が設けら れて ヽる静電容量型圧力計に適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 筒状ケースの一端開口側に流体圧受圧用のダイヤフラムが張設されているとともに
、このダイヤフラムの受圧面とは反対側の筒状ケース内には該ダイヤフラムの橈み変 位を電気容量の変化として取り出す固定側電極が設けられて ヽる静電容量型圧力 計において、
前記ダイヤフラムの外周縁部分を中央部分よりも肉厚に形成し、この肉厚外周縁部 分を熱溶融させて前記筒状ケースの一端開口周りの端面部に溶接し固着しているこ とを特徴とする静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造。
[2] 前記ダイヤフラムの肉厚外周縁部分力 該ダイヤフラムの厚みの中央を対称の中 心として表裏対称形状に形成されて！ヽる請求項 1に記載の静電容量型圧力計のダイ ャフラム取付構造。
[3] 前記ダイヤフラムの外周縁部分が、溶接対象である筒状ケースの開先容積と等し V、または略等 、容積を有する肉厚に形成されて!、る請求項 1または 2に記載の静 電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造。
PCT/JP2006/315296 2005-08-10 2006-08-02 静電容量型圧力計のダイヤフラム取付構造 WO2007018088A1 (ja)

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