JPH06180263A - 差圧センサの圧力導入機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 両面受圧形式ダイヤフラムを用いた差圧セン
サの圧力導入機構において、差圧検出用成膜部の周囲に
保護流体を充填し、保護流体と圧力流体の間の仕切構造
を簡素、小型、コンパクトにし、高い設計自由度をもた
せる。 【構成】 両面受圧形式のダイヤフラム６ａの一方の面
に形成された差圧検出用成膜部８でダイヤフラムの両面
に加わる２つの圧力の差圧信号を取出す差圧センサに適
用され、差圧検出用成膜部８の周囲に保護流体１０を充
填し、この保護流体と圧力流体との境界部に磁性流体１
６を配置し、両者を仕切る。磁性流体１６持するための
磁石17,32 を設け、磁性流体16,33 は圧力流体導入路内
に配置される。磁石32,41 を２つ設け、２つの磁石の間
に位置する圧力流体導入路内に磁性流体を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差圧センサの圧力導入機
構に関し、特に、例えば土木・建設機械等の油圧駆動系
内部の作動油の圧力差を検出するのに適し、さらには各
種の圧力流体についての差圧検出に好適な差圧センサの
圧力導入機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば金属製のダイヤフラムの両
面に、圧力媒体である作動油を接液させ、ダイヤフラム
の両面に加わる２つの作動油の圧力の差を、一方の面に
形成した差圧検出部で検出するように構成したものが存
在する。差圧検出部は、半導体成膜技術に基づき形成さ
れ、例えば４つの歪みゲージを含むホイートストンブリ
ッジ回路を含む。以下、ホイートストンブリッジ回路を
ブリッジ回路といい、差圧検出部を差圧検出用成膜部と
いう。差圧検出用成膜部では、２つの圧力を受けてダイ
ヤフラムの起歪部に歪みが生じると、その歪みに対応し
て４つの歪みゲージの各抵抗値が変化し、ブリッジ回路
の出力端に圧力差に対応する電圧が出力される。この差
圧検出用成膜部では、ブリッジ回路での抵抗要素である
各歪みゲージに所定の電流が流れており、ブリッジ回路
の出力端から各歪みゲージの抵抗値変化に伴って生じる
電圧が出力される。この出力電圧は、２つの作動油の圧
力差に対応するものである。当該電圧信号は、信号引出
し線によって外部に取り出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤフラムの両面に
作動油を接液させることにより２つの作動油の圧力に基
づいて発生するダイヤフラム起歪部での歪みで２つの圧
力の差を得る形式、すなわち両面受圧形式のダイヤフラ
ムを用いた差圧センサでは、次のような問題点を有す
る。

【０００４】第１の問題点は、差圧検出用成膜部に直接
に接触する作動油が、成膜部に対して化学的な攻撃性を
有することである。第２の問題点は、作動油の中に空気
が含まれている場合があることである。第３の問題点
は、測定しようとする圧力流体が、建設機械等に適用さ
れた油圧駆動系の作動油である場合に、油圧機器を通る
作動油が、油圧機器内に存在する摺動部を通過すること
によって種々の金属イオンや、ときには水分を含むこと
である。

【０００５】圧力流体における前述した化学的な攻撃
性、含有された空気、金属イオン、水分等の各問題点
は、差圧検出用成膜部、およびこの成膜部で検出した信
号を外部に取出すための信号線に影響を与えるという問
題を提起する。そこで従来では、成膜部については、こ
れを保護するため、成膜部を覆う保護膜が設けられてい
た。しかし、保護膜の耐用期間に制限があり、完全な保
護を行うことはできない。また検出信号取出し用の信号
線については、特別な保護が図られていなかった。

【０００６】そこで、差圧検出用成膜部およびその検出
信号取出し用信号線を保護するために、差圧検出用成膜
部および信号線の周囲空間に、成膜部等に悪い影響を与
えずかつそれらの状態を安定に保持するためのシリコン
オイル等を充填すると共に、作動油導入機構における前
記シリコンオイル等と作動油の間の仕切構造を、簡素、
小型かつコンパクトに形成し、作動油の圧力がダイヤフ
ラムに応答性良く加わるようにすることが望まれる。

【０００７】また他の観点で、前記仕切構造の組付けが
容易で、かつ設計の自由度が高いことが望まれる。

【０００８】本発明の目的は、前述の要望に鑑み、両面
受圧形式のダイヤフラムを用いてなる差圧センサにおい
て、ダイヤフラムの一方の面に形成された差圧検出用成
膜部の周囲にシリコンオイル等の保護流体を充填する構
造を採用し、この保護流体と作動油の間の仕切構造を簡
素、小型、コンパクトにし、さらに高い設計自由度をも
たせるようにした差圧センサの圧力導入機構を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る差圧センサ
の圧力導入機構は、両面受圧形式のダイヤフラムの一方
の面に差圧検出用成膜部を形成し、この差圧検出用成膜
部で、ダイヤフラムの両面のそれぞれに加わるよう導入
された２つの圧力の差圧に係る信号を取出す差圧センサ
に適用されるものであり、差圧検出用成膜部の周囲空間
にシリコンオイル等の保護流体を充填し、この保護流体
と圧力流体との境界部に磁性流体を配置し、両者を仕切
るように構成している。前記構成において、好ましく
は、磁性流体を保持するための磁石を設けると共に、磁
性流体は圧力流体の導入路内に配置される。さらに、好
ましくは、磁石を２つ設けることとし、これらの２つの
磁石の間に位置する圧力流体導入路内に磁性流体を配置
するように構成される。また前記磁性流体は、平均粒径
約１０ｎｍのマグネタイトの微粒子を界面活性剤でコー
ティングし、浮遊状に分散して形成されるものである。

【００１０】

【作用】本発明では、ダイヤフラムの一方の面に形成さ
れた差圧検出用成膜部の周囲空間にシリコンオイル等の
保護流体を充填して圧力流体を差圧検出用成膜部から遠
ざけ、成膜部等に直接に接触させないようにすると共
に、この保護流体と圧力流体の間に磁性流体を介在させ
て仕切構造を作るようにしている。この仕切構造によれ
ば、仕切手段として磁性流体を用いるため圧力流体の導
入路を用いることができ、磁性流体を配置するための構
造を簡素、小型、かつコンパクトに作ることができる。
また磁性流体の保持には磁石を用いるので、取付けが相
対的に容易であると共に、取付け位置の設計が容易であ
り、設計自由度が高いものとなる。仕切手段が磁性流体
という流体であるため、ダイヤフラムに対して被測定圧
力を伝えるにあたり伝達性を良好に保ち、応答性を高く
保持できる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１において、１は複数のハーメチックシ
ール部（図示せず）を有する信号取出し部材である。２
は各ハーメチックシール部に固定された信号引出し線で
あり、複数本の信号引出し線が設けられる。信号引出し
部材１は、ほぼ偏平な円柱体形状を有し、本体部３の中
心部に形成された断面円形の収容凹部４の中の上方位置
に配置される。信号引出し部材１と本体部３の収容凹部
４との間にはＯリング５が介設される。なお本体部３
は、油圧機器における例えば主要油路近傍の壁部であ
る。

【００１２】６はダイヤフラム部材である。ダイヤフラ
ム部材６は、ほぼ偏平な円柱体形状を有し、本体部３の
収容凹部４の底部に配設される。ダイヤフラム部材６と
収容凹部４との間にはＯリング７が介設される。ダイヤ
フラム部材６には、薄肉のダイヤフラム部６ａが形成さ
れる。ダイヤフラム部６ａはその両面に異なる圧力を受
け、２つの圧力の差に基づいて内部に歪みを生じる起歪
部としての作用を有する。ダイヤフラム部６ａの一方の
面には差圧検出用成膜部８が形成される。この成膜部８
は、半導体成膜技術を適用することで作製される。成膜
部８の中には例えば４つの歪みゲージが含まれ、これら
の歪みゲージはホイートストンブリッジ回路を構成する
ように電気的に接続されている。このブリッジ回路にお
いて各歪みゲージは抵抗要素として作用する。ダイヤフ
ラム部６ａの両面に圧力が印加されてその内部に歪みが
生じ、これに対応して各歪みゲージの抵抗値が変化し
て、ブリッジ回路の出力端に差圧に対応する電圧が出力
される。

【００１３】信号引出し部材１とダイヤフラム部材６と
の間には、筒体状のスペーサ９が配置される。このスペ
ーサ９により、信号引出し部材１とダイヤフラム部材６
との間に所要の空間が保持される。スペーサ９の構造は
任意である。この空間には、例えばシリコンオイルやフ
ッ素系オイル等の保護流体１０が充填される。またこの
空間内には、成膜部８の出力端と信号引出し線２の端部
とを電気的に接続する例えばＦＰＣ（フレキシブルプリ
ント回路）１１が配置される。従ってＦＰＣ１１は保護
流体１０の中に配置されることになる。かかる構造によ
れば、成膜部８を有するダイヤフラム部材６と、ハーメ
チックシール部を有する信号引出し部材１とをそれぞれ
別々の工程で形成し、その後成膜部８の出力端と信号引
出し線２との間を撓みを有するＦＰＣ１１で接続し、ダ
イヤフラム部材６と信号引出し部材１を、スペーサ９を
介設しつつ収容凹部４内に収容して組立てる。本体部３
へ各部品を組み付けた後、カバー部材１２を取り付け、
複数のボルト（図示せず）で固定する。

【００１４】以上のごとく、上記構造によれば組立て性
が良好になり、また取り外しが容易になって、分解組立
て性が向上する。また保護流体１０を、成膜部８の周囲
およびＦＰＣ１１の周囲の空間に充填したため、差圧信
号を検出する部分および取出す部分の保護を高め、安定
性を増し、信頼性を高めることができる。

【００１５】本体部３には２つの圧力導入孔１３，１４
が形成されている。圧力導入孔１３はダイヤフラム部材
６の圧力導入部１５に通じており、圧力導入孔１４は、
保護流体１０が充填された空間に通じている。圧力導入
孔１３，１４のそれぞれには、異なる作動油が導入され
る。圧力導入孔１３で導入される一方の作動油は直接的
にダイヤフラム部材６のダイヤフラム部６ａの一方の面
に印加される。圧力導入孔１４で導入される他方の作動
油は、磁性流体１６を介して保護流体１０に対して圧力
を加え、この圧力はその後ダイヤフラム６ａの他方の面
に印加される。

【００１７】磁性流体１６は、作動油の導入路として形
成された箇所に配置される。１７はリング形状の永久磁
石であり、望ましくは上記導入路の内壁に沿ってかつ内
壁に埋め込む形で取付けられる。この例では、特に、永
久磁石１７はネジ部１８の底部の箇所に油圧部品のニッ
プル等を用いて固定される。磁性流体１６は、永久磁石
１４の磁気作用に基づいてその内部空間として形成され
た空間に保持される。磁性流体１６は、保護流体１０と
作動油との間の仕切手段としての作用を有する。こうし
て、作動油が成膜部８やＦＰＣ１１に直接に触れ、悪い
影響を与えるのを防止することができる。組立ての順序
としては、先に保護流体１０を所定の空間に充填し、そ
の後に磁性流体１６を永久磁石１７の近傍に入れる。

【００１８】なお磁性流体１６は、例えば平均粒径約１
０ｎｍのマグネタイトの微粒子に界面活性剤でコーティ
ングを行い、オイルの中に浮遊状に分散させて形成され
る。また磁性流体のベースオイルとしては、圧力流体で
ある作動油と同じものにすることが望ましい。さらに望
ましくは、磁性流体の両側の液体と同一のベースオイル
を用いることがよい。これによって、流体間の化学変化
をなくすことができる。

【００１９】上記構造によれば、ダイヤフラム部６ａの
成膜部形成面に導入される圧力は、磁性流体１６および
保護流体１０を介して与えられる。保護流体１０は、成
膜部８やＦＰＣ１１に悪い影響を与えないので、耐用年
限を延長し差圧センサとしての信頼性を高めることがで
きる。

【００２０】また図１において、１９は信号引出し線２
で送られる検出信号を処理する増幅回路等の回路部品で
あり、これらは筒状部材２０で取り付けられる。

【００２１】図２に示す実施例は、永久磁石２１および
磁性流体２２の配置箇所を、スペーサ９の一部として設
計したものである。その他の構成については、前記実施
例と同じである。

【００２２】図３は、磁性流体および永久磁石の取付け
箇所に関する他の実施例を示す。この実施例では、前述
の本体部３に相当するハウジング３１の内部に形成され
た作動油の導入路３１ａに、永久磁石３２が配設され、
この永久磁石３２によって導入路の一部に磁性流体３３
が配置される。３４は、油圧機器の壁部の一部を示し、
３５は第１の作動油の油路、３６は第２の作動油の油路
である。油路は３５は、ダイヤフラム部６ａの図中下面
の圧力導入部に通じており、第１の作動油の圧力はダイ
ヤフラム部６ａの下面に印加される。油路３６は、導入
路３１ａに通じており、第２の作動油の圧力は、磁性流
体３３および保護流体１０を介してダイヤフラム部６ａ
の上面に印加される。ハウジング３１の下端部は、必要
な複数の箇所のそれぞれにＯリング３７を介設して、壁
部３４に形成された孔３４ａに固定されている。その他
の構成は、先に説明した実施例と同じであり、図中、実
質的に同一の要素には同一の符号を付している。

【００２３】図４に示す実施例は、図３の実施例を変形
したものである。この実施例では、図３に示した構成に
おいて、導入路３１ａにおいて永久磁石３２に対しさら
に永久磁石４１を追加し、２つの永久磁石３２，４１の
間の導入路３１ａの箇所に磁性流体４２を充満するよう
に構成したものである。この構造によれば、作動油の脈
動等によって、磁性流体の一部が置き代わる、または一
部が作動油等の方向へ押し出される等の理由で磁性流体
４２の一部で磁性粒子の減少が生じたとしても、磁性流
体の量を十分に確保できること、また２つの永久磁石３
２, ４１によって２か所の保持部を備えていることによ
り、高い信頼性を保つことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、両面受圧形式のダイヤフラムを用いた差圧センサ
の圧力導入機構において、ダイヤフラムの一方の面に形
成された差圧検出用成膜部等の周囲にシリコンオイル等
の保護流体を封止する構造を採用しかつ保護流体と圧力
流体との仕切手段として磁性流体を使用したため、信号
検出および信号取出しについて信頼性を高めることがで
きると共に、圧力導入路を利用して配置することができ
るので、簡素、小型かつコンパクトに作製することがで
きる。また永久磁石の取付け位置を選択するだけで、仕
切手段の取付け位置を決めることができるので、仕切手
段の取付け箇所を自由に選択でき、設計の自由度を高く
することができる。また保護流体と圧力流体との間の仕
切手段として磁性流体という流体を用いたため、応答性
を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】前記第１実施例の変形例を示す縦断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

【図４】前記第２実施例の変形例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ …信号取出し部材 ２ …信号引出し線 ３ …本体部 ４ …収容凹部 ５，７，３７ …Ｏリング ６ …ダイヤフラム部材 ６ａ …ダイヤフラム部 ８ …差圧検出用成膜部 ９ …スペーサ １０ …保護流体 １１ …ＦＰＣ（フレキシブルプリ
ント回路） １２ …カバー部材 １３，１４ …圧力導入孔 １６，２２，３３，４２ …磁性流体 １７，２１，３２，４１ …永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 潔 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 佐藤 藤男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面受圧形式のダイヤフラムの一方の面
   に差圧検出用成膜部を形成し、この差圧検出用成膜部
   で、前記ダイヤフラムに加わるよう導入された２つの圧
   力の差圧に係る信号を取出す差圧センサにおいて、 前記差圧検出用成膜部の周囲に保護流体を充填し、この
   保護流体と圧力流体との境界部に磁性流体を配置し、両
   者を仕切るようにしたことを特徴とする差圧センサの圧
   力導入機構。
2. 【請求項２】 請求項１記載の差圧センサの圧力導入機
   構において、前記磁性流体を保持するための磁石を設
   け、前記磁性流体は、前記圧力流体の導入路内に配置さ
   れることを特徴とする差圧センサの圧力導入機構。
3. 【請求項３】 請求項２記載の差圧センサの圧力導入機
   構において、前記磁石を２つ設け、これらの２つの磁石
   の間の前記導入路内に前記磁性流体を配置したことを特
   徴とする差圧センサの圧力導入機構。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の差
   圧センサの圧力導入機構において、前記磁性流体は、平
   均粒径約１０ｎｍのマグネタイトの微粒子を界面活性剤
   でコーティングし、浮遊状に分散してなることを特徴と
   する差圧センサの圧力導入機構。