JPH0528501Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 本考案は、流体を圧力媒
体として受圧ダイヤフラムを変形せしめこの受圧
ダイヤフラムの変形を該ダイヤフラムに添着され
たひずみゲージにより検出して印加圧力に対応す
る電気信号を得る圧力変換器に関するものであ
る。

【0002】

【従来の技術】 従来、この種の圧力変換器は、
例えば図５に示すように構成されていた。 図５において、１は、この圧力変換器を圧力検出
対象物としての機器、容器、管路等に結合固定す
るとともに該対象物から圧力媒体としての気体、
流体等の流体を導入するための導入部である。

【0003】 この導入部１は、中心部に流体の導入
路である嵌通孔１ａを有するとともに、一端側は
外周面に取付部としてのねじ部１ｂを形成し、他
端側は該ねじ部１ｂに対して段差を形成してほぼ
フランジ状をなしその外周面に同様にしてねじ加
工を施した大径部１ｃとしている。

【0004】 ２は、円筒状に形成された外筒部であ
り、その一端は、内周面にねじ加工を施されたね
じ部２ａとなつており、導入部１の大径部１ｃの
外周に形成されたねじ部と螺合され且つ溶接等に
よつて導入部１に溶着されている。

【0005】 また、外筒部２の中間には、その中空
部を閉塞する如く薄板状の受圧ダイヤフラム２ｂ
が一体に形成されている。そして、この受圧ダイ
ヤフラム２ｂの背面（受圧面と反対の面）には、
受圧ダイヤフラム２ｂとともに変形しその受圧ダ
イヤフラム２ｂに印加された圧力を電気信号に変
換するひずみゲージ３が接着剤等により添着され
ている。４は、外筒部２の他端部に固定されひず
みゲージ３に電気的に接続された中継基板であ
る。５は、外筒部２の突出端外周に溶接等により
一端が固着されたケースである。

【0006】 ６は、一端がケース５の他端に嵌入さ
れ前記中継基板４に電気的に接続されて外部に変
換出力（電気信号）を引き出す防水コネクタ、７
は、その防水コネクタ６をケース５に固定するた
めの固定金具、８は、ケース５と防水コネクタ６
の結合部をシールするためのＯリングである。

【0007】 このような構成で、圧力容器等の前記
対象物から前記導入部１を介して導かれた液体、
気体等の流体は、その圧力により受圧ダイヤフラ
ム２ｂを変形させ、該受圧ダイヤフラム２ｂに添
着されたひずみゲージ３がひずみを検知して印加
圧力に対応した電気信号出力を得る。 ところで、この圧力変換器を構成する各部材のう
ち、受圧ダイヤフラム２ｂを含む外筒部２は、ス
テンレス鋼等の棒状鋼材を旋盤等で切削加工する
ことにより一体に形成されていた。

【0009】 このように受圧ダイヤフラム２ｂを一
体に形成することにより、対象物からの流体圧に
対するひずみゲージ３の出力の関係を線形とし且
つヒステリシスを減少させ、高精度で安定した圧
力変換器が得られるのである。

【0010】

【考案が解決しようとする課題】 しかしなが
ら、このようにして外筒部２を加工する場合、幾
つかの問題があつた。

【0011】 先ず第１に、外筒部２の加工は、ねじ
部２ａのねじ切り加工、受圧ダイヤフラム２ｂの
切削加工、外周面や端面の切削加工等いわゆる機
械加工工数が多いこと、 第２に受圧ダイヤフラム２ｂは、薄板状に形成し
なければならないとともに極めて高精度なものを
必要とするため切削加工も慎重さを要し且つ長時
間を要すること、 第３に、圧力変換器の組立時、特に導入部１と外
筒部２との螺着に際し受圧ダイヤフラム２ｂを変
形させて変換出力の零点の変動をひきおこす虞れ
があり、その組立作業に非常に慎重を期す必要が
あること、 さらに第４に、受圧ダイヤフラム２ｂの素材に関
する問題がある。

【0012】 即ち、受圧ダイヤフラム２ｂは、圧力
媒体としての液体、流体に対して耐食性を有する
ことが長期安定性上必要不可欠であり、また、こ
の受圧ダイヤフラム２ｂにはひずみゲージ３が添
着されている関係上その素材としては、高い引張
強さのものが要求される。

【0013】 従来、受圧ダイヤフラム２ｂとして、
18−８スンテレンス鋼等のオーステナイト系のス
テンレス鋼を用いたものがあつたが、この場合耐
食性の点では問題ないものの、引張強さの点で多
少の問題があつた。

【0014】 また、18−８ステンレス鋼は、熱処理
を施しても硬化せず、弾性材としてのダイヤフラ
ムとしては使用できないが、薄板状に圧延加工す
ることにより著しい加工硬化性を示すので、この
性質を利用して外筒部２を圧延加工してダイヤフ
ラムを形成できれば充分使用できるが、その形状
からして圧延加工を施すことは事実上不可能であ
る。

【0015】 一方、17−4PH鋼等の析出硬化型の
ステンレス鋼を素材として用いた場合、耐食性お
よび引張強さの双方が充分に満足され極めて高精
度の圧力変換器を得ることが可能であるが、素材
自体の価格が多角且つ機械加工も比較的困難であ
るため、圧力変換器としてのコストが非常にアツ
プするという問題があつた。

【0016】 この問題を回避すべく導入部１の素材
を外筒部にの素材と異つたものとすると、これら
の膨脹率が異なる場合には、圧力変換器に温度変
化が生じたとき、導入部１における大径部１ｃの
ねじ部と外筒部２のねじ部２ａとの螺合部分にお
いて熱ひずみ（熱応力）が発生して受圧ダイヤフ
ラム２ｂが変形して誤差が生じるという新たな問
題が発生する。

【0017】 従つて、導入部１の素材としては、外
筒部２と同一、あるいは少なくとも膨脹率が同じ
であると見なし得るものを用いる必要があり、例
えば外筒部２に17−4PH鋼のような高価なもの
を用いた場合、導入部も同様にして17−4PH鋼
を用いることとなり結局圧力変換器全体のコスト
を低減させることはできない。

【0018】 このような状況下において、昨今種々
の油圧制御機器等の増加に伴い圧力変換器の需要
も増大し、施錠においては、より低価格の圧力変
換器が大量に供給されることが望まれている。

【0019】 そこで、その対策の１つとしては、導
入部１を用いず、外筒部２のねじ部２ａが対象物
に直接取り付けられるように構成して部材を減ら
し、それによつてコストダウンを図る方法が考え
られる。

【0020】 しかしながら、この方法の場合、導入
部１を対象物に螺着する際に、ねじ部２ａに応力
が発生し、その応力が受圧ダイヤフラム２ｂを変
形させ、初期変動（イニシヤル移動）が生じる虞
れがある。従つて、実用に供するにはいろいろと
制約がある。 また、導入部１と外筒部２とを一体化した部材が
製作可能あればよいが、その形状からして不可能
である。

【0021】 また、他の対策として、その外筒部と
ダイヤフラムとを図６に示すように別部材より構
成する案も考えられる。

【0022】 即ち、導入部９は、図５の導入部１と
同様のものとし、外筒部１０は、一端側の内周面
にねじ部１０ａを形成し、他端側に内周面側に折
り込まれた如き形状のエツジ部１０ｂを形成す
る。

【0023】 そして薄肉円板状に形成された受圧ダ
イヤフラム１１を、導入部９の他端面とそれに螺
合された外筒部１０のエツジ部１０ｂとの間に挟
持する。 このように構成した場合、受圧ダイヤフラム１１
は、別部材であるから、受圧ダイヤフラム１１だ
けを、例えば17−4PH鋼とすることができ、ま
た、安価な18−８ステンレス鋼に圧延加工を施し
加工硬化により引張強さを高めることも可能であ
るから、従来より安価な圧力変換器を製作するこ
とができる。

【0024】 しかしながら、このように導入部９に
受圧ダイヤフラム１１を、単に挟持せしめただけ
では、受圧ダイヤフラム１１の周縁部に応力を生
じさせることなく強固に固定することができない
ため、ひずみゲージ３の出力におけるヒステリシ
スが大きくなつてしまい圧力変換器の精度が劣化
する。

【0025】 結局、従来の圧力変換器では、高精度
で長期安定性を有する圧力変換器を製作しようと
すると価格も高くなり、逆にコストダウンを図る
とその精度が低下してしまうという問題があつ
た。

【0026】 本考案は、上述した問題点に鑑みなさ
れたもので、その目的とするところは、従来のも
のに比べ特性、感度の劣化を招かずに、低価格
化、軽量化、加工の容易化、加工の高精度化と併
せて量産化を実現し得る圧力変換器を提供するこ
とにある。

【0027】

【課題を解決するための手段】 本考案は、上記
の目的を達成するために、流体を圧力媒体として
受圧ダイヤフラムを変形せしめ該受圧ダイヤフラ
ムの変形を該受圧ダイヤフラムに添着されたひず
みゲージにより検出して印加圧力に対応する電気
信号を得る圧力変換器において、圧力検出対象物
に結合固定し得るように一端に取付部が形成され
且つ前記圧力検出対象物から前記流体を導くべく
一端側から他端側に貫通する導入路が穿設されさ
らに前記他端側の端面に前記導入路の出口を包囲
する如く肉薄で同一高さのリング状を呈する突状
部が形成された導入部と、少なくとも膨脹率が前
記導入部と略同程度であつて熱処理しても硬化せ
ずまたは熱処理しても強度を高められないが圧延
加工を施すことによつて耐力および引張強さを高
められる18−８ステンレス鋼等の素材をもつて前
記流体による圧力に感応して変形し得る程度に薄
井板状に形成された受圧ダイヤフラムとからな
り、前記導入部の前記突状部と、予め圧延加工さ
れて耐力および引張強さを増大された前記ダイヤ
フラムの周縁部とがプロジエクシヨン溶接、ビー
ム溶接等の電気溶接手段により溶着されて一体的
に構成されてなることを特徴としたものである。

【0028】

【作用】 上記のように構成された圧力変換器
は、導入部と受圧ダイヤフラムとを別体に形成し
て、受圧ダイヤフラムの加工を容易化し、耐力お
よび引張強さの増大を図るようにしている。

【0029】 すなわち、受圧ダイヤフラムを別体に
し且つ板状のものとすることで、圧延加工および
打抜き加工を可能にして加工を容易化し、大量生
産を実現可能にしている。

【0030】 また、受圧ダイヤフラムの素材に、た
とえば18−８ステンレス鋼のような熱処理加工施
しても引張強さを増大できないものを用いて、予
め受圧ダイヤフラムを圧延加工することで、耐力
および引張強さの増大させるようにしている。

【0031】 そして、この受圧ダイヤフラムとこれ
を支持する導入部との固着手段として、単に溶接
をするというのではなく、溶着に際し受圧ダイヤ
フラムを変形させて変換出力の零点の変動をひき
おこさず、ひずみゲージの加熱による温度上昇を
来たさず受圧ダイヤフラムの周縁部に応力を生じ
させないようにするため、導入部の端面に導入路
出口を包囲する如く肉薄で同一高さのリング状を
呈する突状部を形成して、その突状部と受圧ダイ
ヤフラムの周縁部とをプロジエクシヨン溶接、電
子ビーム溶接によつて溶着するようにしている。

【0032】

【実施例】 以下、本考案を図示の一実施例に基
づき詳細に説明する。 図１は、本考案の一実施例の構成を示す縦断面図
である。

【0033】 同図１において、圧力検出対象物とし
ての容器、管路等に結合固定され、圧力媒体とし
ての流体を導入する導入部１２は、中心部に流体
の導入路である貫通孔１２ａが形成されるととも
に、その一端側外周面には、取付部としてのねじ
部１２ｂが形成され、他端側には、該ねじ部１２
ｂに対して段差をもたせてほぼフランジ状を呈す
る大径部１２ｃが形成されている。

【0034】 この大径部１２ｃの直径より小さく貫
通孔１２ａの直径よりも大きな直径を有し、上記
他端面から所定の深さに達する大径開口部１２ｄ
が形成されている。

【0035】 そして、上記導入部１２の他端側の端
面に、貫通孔１２ａの出口と連通する大径開口部
１２ｄを包囲する如く肉薄で同一の高さのリング
状を呈する突状部１２ｅが形成されている。

【0036】 一方、受圧ダイヤフラム１３は、導入
部１２とは別体に圧延加工され少なくとも膨脹率
が前記導入部１２と略同程度の素材をもつて前記
流体による圧力に感応して変形し得る程度に薄い
円板状に形成されている。

【0037】 そして、組立てに際し、上記導入部１
２の他端面に突出形成した突状部１２ｅに受圧ダ
イヤフラム１３の周縁部を当接し、その状態で導
入部１２と受圧ダイヤフラム１３を押圧している
電極１４との間に大電流（数百〜数十KA程度）
を通電させる。

【0038】 すると、この電流は、突状部１２ｅと
受圧ダイヤフラム１３との接触面、すなわち接触
面積の少ないリング状に接している部分を通るた
め突状部１２ｅの一部および受圧ダイヤフラム１
３の当接部が溶融する。

【0039】 その結果、導入部１２と受圧ダイヤフ
ラム１３とが溶着し一体化され且つ導入部１２の
他端側が閉塞される。このような抵抗溶接法によ
れば、極めて短時間で溶接でき、また溶接時に発
生する熱は局部的であるため熱影響、残留応力に
よる受圧ダイヤフラム１３の変形あるいは特性の
変化が殆んどない。

【0040】 図２は、電気溶接の他の方法を説明す
るための模式的断面図である。この図に示すもの
は、電子ビーム溶接（EBW）法と称され、電子
銃１５によつて真空中で数万Ｖの高電圧で加速さ
れた電子線（電子ビーム）が受圧ダイヤフラム１
３に当ると局部的に衝撃熱が生じ、この熱によつ
て受圧ダイヤフラム１３から導入部１２の突状部
１２ｅにかけ楔状に溶融が進み、その結果、導入
部１２と受圧ダイヤフラム１３とが溶着される。

【0041】 この電子ビーム溶接によれば、抵抗溶
接の場合のように被溶接体が導体である必要がな
く、短時間で、しかも極めて局部的に溶接が行
え、溶着も強固なものとすることができ、また、
抵抗溶接と同様に熱影響、残留応力も極めて少な
い。

【0042】 このようにして導入部１２に溶着され
た受圧ダイヤフラム１３のうち、流体圧を受ける
受圧面と反対の面（背面）には、図３および図４
に示すように、４枚のひずみゲージＧ１，Ｇ２，
Ｇ３，Ｇ４が、受圧ダイヤフラム１３の中心線に
直交する線上に添着される。

【0043】 これらのひずみゲージＧ１〜Ｇ４のう
ち、受圧ダイヤフラム１３の周縁寄り位置に添着
されたひずみゲージＧ１，Ｇ４は、図４に示すよ
うに、受圧ダイヤフラム１３が流体圧を受けたと
きの圧縮ひずみを検知し、また受圧ダイヤフラム
１３の中心寄り位置に添着されたひずみゲージＧ
２，Ｇ３は、引張ひずみを検知する。

【0044】 そして、これらのひずみゲージＧ１〜
Ｇ４は、例えば、圧縮ひずみを検知するひずみゲ
ージＧ１，Ｇ４を対辺とし、さらに、引張ひずみ
を検知するひずみゲージＧ２，Ｇ３を他の対辺と
するようにホイートストンブリツジが組まれ、こ
のブリツジの入力端にブリツジ電源を印加するこ
とによりその出力端から流体圧に対応した電気信
号を得ることができる。

【0045】 ところで、受圧ダイヤフラム１３は、
その形状が平板状であるため、導入部１２と少な
くとも膨脹係数が等しいとみなせるものであれば
種々の材質のものを素材に選び圧延によつて形成
することができる。 例えば、導入部１２として18−８ステンレス鋼の
棒材を切削加工したものを用い、受圧ダイヤフラ
ム１３としてこの18−８ステンレス鋼を圧延によ
り冷間加工したものを用いるようにすることがで
きる。

【0046】 因に、この18−８ステンレス鋼の機械
的性質について対比してみると、棒材のままの場
合、耐力が21Kgｆ／mm²、引張強さが53Kgｆ／mm²に
すぎないが、これを圧延することによつて耐力が
48Kgｆ／mm²、引張強さが80Kgｆ／mm²となる。従つ
て、棒材の場合、受圧ダイヤフラム１３としては
引張強さの点で従来より問題があつたが、これを
圧延したものは引張強さが増大するので、何ら問
題がない。

【0047】 さらに、素材の価格を重視しないなら
ば、導入部１２および受圧ダイヤフラム１３とし
て17−4PH鋼等の析出硬化型のステンレス鋼を
用いてもよい。 因に、この17−4PH鋼の機械的性質は、耐力が
120Kgｆ／mm²、引張強さが134Kgｆ／mm²と高いの
で、出力のより大きな変換器を製作することがで
きる。

【0048】 上述のように構成された実施例によれ
ば、受圧ダイヤフラム１３は、流体の導入部１２
と別体にしかも平板状に形成することができるた
め、圧延、研摩等により自在に、しかも極めて高
精度な受圧ダイヤフラム１３を製作することがで
きる。

【0049】 また、上述した実施例では、受圧ダイ
ヤフラム１３を、これを支持する導入部１２と別
体とし、溶接により固着する方法を採用した。

【0050】 そのため、単に溶接をするというので
はなく、導入部１２の端面にリング状の突状部１
２ｅを形成し、その突状部１２ｅと受圧ダイヤフ
ラム１３の周縁部とを抵抗溶接またはビーム溶接
等により溶着する方法を採用したので、受圧ダイ
ヤフラム１３を熱の影響や残留応力の少ない状態
で導入部１２に強固に固着することができ、ま
た、受圧ダイヤフラム１３のひずみと流体圧との
間の非直線性は、ほぼ従来と同等の特性のものが
得られ、またヒステリシス特性は、若干悪化する
もののその程度は誤差の範囲内にとどめることが
できた。

【0051】 さらに本実施例の有利な点は、導入部
１２および受圧ダイヤフラム１３の製作工程にお
いても工数の削減および時間の短縮を図ることが
できる点である。

【0052】 即ち、従来のもの（図５）の如く導入
部１にねじ部を形成する必要がなく、また、外筒
部２を時間のかかる旋盤により切削する必要がな
く、特に受圧ダイヤフラム１３は、加工時間が切
削加工に比べ極めて速い圧延材の打抜きによる加
工によつて製作できるから、その加工時間を大幅
に短縮することができ、安価な素材を用いること
ができることと相俟つてコストを大幅に低減する
ことができる。

【0053】 因に、18−８ステンレス鋼を素材とし
て用いた場合、本実施例の圧力変換器は、従来の
ものに対し1/5〜1/3のコストで製作可能である。

【0054】 また、導入部１２および受圧ダイヤフ
ラム１３の素材として前述した17−4PH鋼等の
析出硬化型ステンレス鋼を用いた場合には、定格
出力が大きく、しかもヒステリシス特性の小さな
圧力変換器とすることができる。

【0055】 この場合、素材としての析出硬化型ス
テンレス鋼が高価であるためコスト高となること
は否めないが、製作工数の減少および受圧ダイヤ
フラム１３の製作時間は大幅に短縮されるから圧
力変換器全体としては従来品に比して安価なもの
とすることができる。

【0056】 さらに、図５に示す従来の圧力変換器
における外筒部２を薄肉化しあるいは不用化し得
るからその分軽量化を図ることもできる。

【0057】 尚、本考案は、上述した実施例のみに
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲内において種々の変形、置換等が可能である
ことはいうまでもない。 例えば、導入部１２と受圧ダイヤフラム１３との
溶接の方法としては、上述したもの以外にも熱の
影響や残留応力を受圧ダイヤフラム１３に与えな
いものであれば他の溶接方法を用いて溶着を行う
ようにしてもよい。

【0059】 また、導入部１２および受圧ダイヤフ
ラム１３の素材としては、ステンレス鋼以外であ
つても耐触性があり引張強さが高いものであれば
他の素材を使用するのは自由である。

【0060】

【考案の効果】 以上詳述したように本考案によ
れば、受圧ダイヤフラムは、流体の導入部と別体
にし、しかも平板状であるため板材を厚延するだ
けの簡単な加工で高精度に大量に且つ安価に製作
でき、しかも比較的安価な18−８ステンレス鋼の
ような素材でも予め圧延加工を施すだけで耐力お
よび引張強さの大きな受圧ダイヤフラムを安価に
製作し得る圧力変換器を提供することができる。

【0061】 また、本考案によれば、受圧ダイヤフ
ラムと、これを支持する導入部と別体とし、溶接
により固着する方法を採用したが、単に溶接をす
るというのではなく、圧力変換器特有の問題点を
解消しつつ、即ち、溶着に際し受圧ダイヤフラム
を変形させて変換出力の零点を変動をひきおこさ
ず、ひずみゲージの加熱による温度上昇を来たさ
ず、受圧ダイヤフラムの周縁部に応力を生じさせ
ることがないという諸条件を満足させるべく、導
入部の端面に導入路出口を包囲する如く肉薄で同
一高さのリング状を呈する突状部を形成し、その
突状部と受圧ダイヤフラムの周縁部とをプロジエ
クシヨン溶接、電子ビーム溶接等の溶接によつて
溶着する手段を採つたので、受圧ダイヤフラムを
熱の影響や残留応力の少ない状態で導入部に強固
に固着することができる。

【0062】 また受圧ダイヤフラムのひずみと流体
圧との間の非直線性においてはほぼ従来と同等の
ものが得られ、またヒステリシス特性は若干悪化
するもののその程度は誤差の範囲内にとどめ得る
圧力変換器を提供することができる。

【0063】 また、本考案によれば、従来例のよう
に、ダイヤフラムを形成してなる厚肉で剛性の高
い外筒部を省略することができるから、その分軽
量で、低価格の圧力変換器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例の構成を示す縦断面
図である。

【図２】 本考案の加工方法の一例を説明するた
めの部分断面図である。

【図３】 図１に示す実施例の作用を説明するた
めの背面図である。

【図４】 図１に示す実施例の作用を説明するた
めの部分縦断面図である。

【図５】 従来の圧力変換器の一例を示す縦断面
図である。

【図６】 従来の圧力変換器の欠点を一部改良す
るために考えられた参考例の構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１２……導入部 １２ａ……貫通孔 １２ｂ……ねじ部 １２ｃ……大径部 １２ｄ……大径開口部 １２ｅ……突状部 １３……受圧ダイヤフラム １４……電極 １５……電子銃 Ｇ１〜Ｇ４……ひずみゲージ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を圧力媒体として受圧ダイヤ
   フラムを変形せしめ該受圧ダイヤフラムの変形を
   該受圧ダイヤフラムに添着されたひずみゲージに
   より検出して印加圧力に対応する電気信号を得る
   圧力変換器において、圧力検出対象物に結合固定
   し得るように一端に取付部が形成され且つ前記圧
   力検出対象物から前記流体を導くべく一端側から
   他端側に貫通する導入路が穿設されさらに前記他
   端側の端面に前記導入路の出口を包囲する如く肉
   薄で同一高さのリング状を呈する突状部が形成さ
   れた導入部と、少なくとも膨脹率が前記導入部と
   略同程度であつて熱処理しても硬化せずまたは熱
   処理しても強度を高められないが圧延加工を施す
   ことによつて耐力および引張強さを高められる18
   −８ステンレス鋼等の素材をもつて前記流体によ
   る圧力に感応して変形し得る程度に薄い板状に形
   成された受圧ダイヤフラムとからなり、前記導入
   部の前記突状部と、予め圧延加工されて耐力およ
   び引張強さを増大された前記ダイヤフラムの周縁
   部とがプロジエクシヨン溶接、ビーム溶接等の電
   気溶接手段により溶着されて一体的に構成されて
   なることを特徴とする圧力変換器。