JPH10300607A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押出機等にねじ止めしても測定誤差が発生し
難い圧力センサを得られるようにする。 【解決手段】 ダイヤフラム５を取付けた支持フランジ
３７を取付筒３５の先端に固定する。この取付筒３５内
に導圧管３を挿通して支持フランジ３７と連結固定す
る。プッシュロッド７を支持フランジ３７および導圧管
３内に挿通し、この先端に補助プッシュロッド３９を連
結し、これをダイヤフラム５と当接させる。起歪体１３
を台座１５に固定し、この台座１５をダイヤフラム５側
とは反対側にて導圧管３に固定する一方、プッシュロッ
ド７を硬球１１を介して起歪体１３に当接させる。取付
筒３５には、起歪体１３を台座１５を覆う外筒２５をは
めるとともに外部取付用のねじ部３５ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧力センサに係り、
特に、溶解樹脂の圧力量を検出して成形状態を把握制御
するため、押出機の先端バレルに装着される圧力センサ
に好適するプッシュロッド形の圧力センサの改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとしては、既
に本出願人が特願平２−２９５３６６号（特開平４−１
６９８２９号）をもって新規の構成を提案した。

【０００３】すなわち、この圧力センサ１は、図４に示
すように、一方の先端側（図中下側）にねじ部３ａに続
いて小径部３ｂを有する導圧管３の中空部３ｃを塞ぐよ
うにダイヤフラム５を固定し、その中空部３ｃ内にその
ダイヤフラム５の変位を導圧するプッシュロッド７を挿
通し、プッシュロッド７の一端とダイヤフラム５間に第
１の硬球９を介在当接させ、プッシュロッド７の他端を
第２の硬球１１を介して起歪体１３に当接させ、この起
歪体１３側にて導圧管３の外周に台座１５をねじ込み固
定し、起歪体１３を覆うとともに座金１７を介して抑え
部材１９を台座１５の外周にねじ込んで起歪体１３を支
持するとともに第２の硬球１１へ圧接させ、外部接続用
のコネクタレセプタクル２１を支持した支持板２３を有
する外筒２５をその台座１５に固定した構成を有してい
た。なお、図４中の符号５ａはダイヤフラム５を導圧管
３の先端に固定する支持リング、符号２７はシール用の
Ｏリングである。

【０００４】この圧力センサ１は、例えば押出機のバレ
ル２９に設けた取付孔３１に導圧管３のダイヤフラム５
側をはめ込み、導圧管３の小径部３ｂを取付孔３１内の
段部３１ａに当接させるとともにねじ部３ａを締め付
け、導圧管３とバレル２９間を加圧シールして使用さ
れ、溶融樹脂３３の圧力がダイヤフラム５の変位を介し
て第１の硬球９、プッシュロッド７および第２の硬球１
１から起歪体１３へ伝達されると、その圧力に応じた電
気信号が起歪体１３からコネクタレセプタクル２１を介
して外部へ出力される。しかも、このような圧力センサ
１では、ダイヤフラム５から起歪体１３間が線又は点接
触によって導圧され、特にダイヤフラム５からプッシュ
ロッド７への圧力変換損失が小さくなるうえダイヤフラ
ム５が摩耗し難いうえ、プッシュロッド７がダイヤフラ
ム５のヒステリシスの影響を受け難い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧力センサ１では、導圧管３とねじ部３ａが一体構成
となっていたし、プッシュロッド７が導圧管３、ダイヤ
フラム５および起歪体１３によって囲むように収納され
ているから、バレル２９と導圧管３との間の確実な加圧
シールを図るために、導圧管３のねじ部３ａを強く締め
付けると、ねじ部３ａが圧縮を受けて導圧管３が短くな
った状態となり、起歪体１３がプッシュロッド７を押圧
し易い。

【０００６】その結果、見掛け上、起歪体１３に測定圧
力が加わったかの如き状態が発生し、圧力センサ１の取
付け前後で測定基準となる零点が変動して測定誤差が生
じ易い。しかも、圧力センサ１の取付け後に零点調整し
たとしても、周囲の温度が変化したり圧力センサの取付
け状態を調節すると、導圧管３のねじ部３ｄが受ける圧
縮状態が変化して零点変動が生じるから、零点調整も測
定誤差の解消にはならなかった。

【０００７】他方、圧力と温度は相互に関係するパラメ
ータであるから、圧力センサ１を使用する環境下では温
度センサも併せて配置することが好ましいが、圧力セン
サ内に温度センサを内蔵するには特別の工夫が必要であ
った。

【０００８】本発明はこのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、押出機等の装置に固定しても測
定誤差が発生し難い圧力センサの提供を目的とする。さ
らに、本発明は、正確な圧力測定を確保しつつ温度セン
サも内蔵可能な圧力センサの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、中空部を有する導圧管と、この導圧
管のその中空部を塞ぐように固定され被測定物の圧力に
応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、その中空部内
に挿通されそのダイヤフラムの変位を導圧するプッシュ
ロッドと、その導圧管に間接的又は直接的に支持され上
記プッシュロッドの軸方向の変位に応じた電気信号を出
力する起歪体と、外周に外部取付部材を有しその導圧管
の外周にはめられてこれに部分的に固定された取付筒と
を具備している。そして、本発明は、上記取付筒を上記
ダイヤフラム側でその導圧管に固定することが好まし
い。

【００１０】さらに、本発明は、それら導圧管およびプ
ッシュロッドを同一材料で形成するとともに、そのプッ
シュロッドの先端にこれより熱膨張率の小さい補助プッ
シュロッドを連結し、この補助プッシュロッドを介して
上記ダイヤフラムに対向させると良い。さらにまた、本
発明は、上記プッシュロッドおよび補助プッシュロッド
を筒形に形成し、温度センサの感温部をそれらプッシュ
ロッドおよび補助プッシュロッドの中空部に上記起歪体
側からダイヤフラム付近まで挿入する構成も可能であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一
の符号を付す。

【００１２】図１は本発明に係る圧力センサ１の一実施
例を示す縦断面図である。図１において、円筒状の外筒
２５には、測定信号を外部へ出力するコネクタレセプタ
クル２１を固定した支持板２３がその一端（図中上端）
を塞ぐように固定されており、外筒２５の他端（図中下
側）には、後述する取付筒３５の大径部３５ａの外周が
はめ込まれて固定されている。符号２７はシール用のＯ
リングである。

【００１３】取付筒３５は、例えばオーステンナイト系
ステンレス（ＳＵＳ３０４）で長細い筒形に加工形成さ
れており、上述したように一端（図中上部）が大径部３
５ａとなって拡開して外筒２５内に固定されており、他
端（図中下側）外周には例えば押出機のバレル２９に取
付ける取付部材としてのねじ部３５ｂが形成されてい
る。大径部３５ａとねじ部３５ｂ間の取付筒３５外周
は、取付筒３５自体を回転さるルーズナット部３５ｃと
なっており、取付筒３５すなわち圧力センサ自体をジグ
（図示せず）で回転可能になっている。

【００１４】取付筒３５の下側先端には、これを塞ぐよ
うにして例えばオーステンナイト系ステンレス（ＳＵＳ
３０４）からリング状に形成された支持フランジ３７が
配置され、取付筒３５の下側先端外周と支持フランジ３
７外周とが例えば溶接固定されている。支持フランジ３
７の先端は小径になって環状に突出しており、この先端
を覆うようにして例えばステンレス（ＳＵＳ６３０）か
らなる公知のダイヤフラム５が、支持リング５ａを介し
て支持フランジ３７に固定されている。

【００１５】取付筒３５内には、例えばオーステンナイ
ト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）から圧延加工によって
円筒状に形成された導圧管３が挿通されており、この導
圧管３の一部、例えば下端部と支持フランジ３７が取付
筒３５内にて例えば溶接によって連結固定されている。
この導圧管３は、取付筒３５の大径部３５ａよりも突出
しており、この突出部の外周にはねじ部３ｄが形成され
ている。

【００１６】導圧管３によって形成された中空部３ｃに
は、例えばオーステンナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０
４）から細長い棒状に形成されたプッシュロッド７が挿
通されて支持フランジ３７の中空部３７ａまで延びてお
り、この中空部３７ａ内にて短い補助プッシュロッド３
９が固定連結されている。この補助プッシュロッド３９
は、プッシュロッド７より熱膨張率の小さい例えばマル
テンサイト系ステンレス（ＳＵＳ４０３）から形成され
ており、ダイヤフラム５の内面に当接しており、ダイヤ
フラム５の受圧変位を受けるようになっている。

【００１７】プッシュロッド７は、導圧管３の上側に形
成されたねじ部３ｄよりも突出しており、この端面に図
４の第２の硬球に相当する硬球１１が当接している。プ
ッシュロッド７の端面を導圧管３の中空部３ｃより大径
にしておけば、プッシュロッド７および補助プッシュロ
ッド３９によるダイヤフラム５への過剰な押圧を防ぐこ
とが可能である。

【００１８】導圧管３のねじ部３ｄの外周にはリング板
状の台座１５が固定されている。この台座１５には、図
２に示すように、複数の円弧状に分割形成されたねじ筒
１５ａが突設され、このねじ筒１５ａの内側および外側
にはねじ溝１５ｂが形成されており、内側のねじ溝１５
ｂを導圧管３のねじ部３ｄにねじ込むとともに、外側の
ねじ溝１５ｂにホールダー４１がねじ込まれている。図
２中、ねじ筒１５ａに形成した内側のねじ溝１５ｂは見
えない。ねじ筒１５ａの上部は、台座方向に広がるテー
パー面（図２では隠れて見えない。）となって径大化さ
れており、ホールダー４１を台座１５方向にねじ込むこ
とによってねじ筒１５ａが小径化し、導圧管３のねじ部
３ｄを締付けるようになっている。なお、ねじ筒１５ａ
の外周全体が開放先端側に向けて小径となるように、こ
れをテーパー状に形成しても同様の効果が得られる。

【００１９】台座１５には起歪体１３の周縁部が当接さ
れ、この起歪体１３には円板状の抑え部材１９が重ねら
れており、抑え部材１９および起歪体１３に各々複数設
けた貫通孔１９ａ、１３ａへ抑え部材１９側から複数の
ボルト４３を各々挿通し、台座１５のねじ孔１５ｃにね
じ込むことにより、抑え部材１９にて抑えるようにして
起歪体１３が台座１５に固定されるとともに起歪体１３
が台座１５を介して導圧管３に固定されている。

【００２０】起歪体１３は公知の構成を有するロードセ
ルであり、リング部１３ｂの内側に板状の変形部１３ｃ
を設け、この変形部１３ｃの両面中央部から各々突出部
１３ｄ、１３ｅ（第２図では隠れて見えない）を軸方向
へ突出させ、これら突出部１３ｄ、１３ｅ内を先端開放
の円錐凹部としており、変形部１３ｃに電極１３ｆを有
している。起歪体１３は、例えば温度補償歪みゲージの
入った４辺接着型歪ゲージ式ホイーストンブリッジ回路
（図示せず）を内蔵しており、突出部１３ｅを押圧する
ことによる変形部１３ｃの変形に応じた電気信号を電極
１３ｆから出力可能になっている。

【００２１】起歪体１３の突出部１３ｄは、抑え部材１
９との間で変形部１３ｃが変形しないとき、例えば０．
１ｍｍ程度の僅かの空隙が形成されるような突出長を有
しており、反対側の突出部１３ｅは上述した硬球１１に
当接してこれを安定的に受けている。このような圧力セ
ンサ１の組立て手順は、例えば、ダイヤフラム５を取付
けた支持フランジ３７を導圧管３に互いの中空部３７
ａ、３ｃを揃えて溶接固定し、先端に補助プッシュロッ
ド３９を連結したプッシュロッド７を導圧管３および支
持フランジ３７へ挿通する。

【００２２】ボルト４３によって抑え部材１９および起
歪体１３を固定した台座１５のねじ筒１５ａを、導圧管
３の上部ねじ部３ｄの外周にねじ込むとともにプッシュ
ロッド７と起歪体１３間で硬球１１を保持し、台座１５
のねじ筒１５ａにねじ込まれたホールダー４１を適度な
圧力で締付けることにより、台座１５すなわち起歪体１
３を導圧管３に固定する。その後、起歪体１３とコネク
タレセプタクル２１を電気的に接続するとともに外筒２
５を取付筒３５の大径部３５ａはめ込み固定して圧力セ
ンサ１が完成する。

【００２３】このような圧力センサ１は、例えば押出機
のバレル２９に設けた取付孔３１にダイヤフラム５側を
先にして取付筒３５をはめ込み、支持フランジ３７を取
付孔３１内の段部３１ａに当接させるとともに図示しな
いジクでルーズナット３５ｃを回してねじ部３５ｂを締
め付け、支持フランジ３７や取付筒３５とバレル２９間
を加圧シールして使用される。そして、押出機内の溶解
樹脂３３の圧力によってダイヤフラム５に応力が加わっ
て軸方向に変位すると、補助プッシュロッド３９、プッ
シュロッド７および硬球１１を介して圧力変位が起歪体
１３に伝達され、圧力量に応じた電気信号が起歪体１３
からコネクタレセプタクル２１を介して外部へ出力され
る。

【００２４】このように構成された圧力センサ１は、ダ
イヤフラム５を取付けた支持フランジ３７を取付筒３５
の先端側に固定し、この取付筒３５内に円筒状の導圧管
３を挿通して支持フランジ３７と連結固定し、この導圧
管３内にプッシュロッド７を支持フランジ３７内まで挿
通するとともに補助プッシュロッド３９を連結し、この
補助プッシュロッド３９をダイヤフラム５と当接させ、
起歪体１３を固定した台座１５をダイヤフラム５側とは
反対側で導圧管３に固定するとともに、プッシュロッド
７を硬球１１を介して起歪体１３に当接させてなるか
ら、取付筒３５の内側に導圧管３およびプッシュロッド
７を配置した３層構成となり、しかも導圧管３がダイヤ
フラム５側とは反対側にて開放端となり、起歪体１３を
固定した台座１５がその開放端側に固定された構成とな
る。

【００２５】そのため、押出機のバレル２９と取付筒３
５間の確実な加圧シールを図るために、ねじ部３５ｂを
強く締め付けてこのねじ部３５ｂが圧縮を受けても、そ
の圧縮の影響が起歪体１３を支持する導圧管３に現れ難
い。その結果、ねじ部３５ｂを強く締め付けても、従来
のように見掛け上、起歪体１３に測定圧力が加わった状
態が発生し難く、測定精度が向上する。しかも、圧力セ
ンサの取付け後に、周囲の温度が変化したり圧力センサ
の取付け状態を調節しても、これらに起因する圧縮の影
響が同様に導圧管３に現れ難い。

【００２６】さらに、上述したように外側の取付筒３５
の内側に導圧管３およびプッシュロッド７を配置した３
層構成では、取付筒３５によって覆われた導圧管３が熱
遮蔽されて風冷の影響を受け難くなり、従来の構成より
も起歪体１３への熱伝導が抑えられて温度上昇が小さく
なり、圧力測定精度が向上する。さらにまた、上述した
圧力センサ１では、取付筒３５、導圧管３、支持フラン
ジ３７およびプッシュロッド７を、マルテンサイト系ス
テンレス（ＳＵＳ４０３）より熱伝導率の小さいオース
テンナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）で形成したか
ら、起歪体１３側への熱伝導を少なくすることが可能と
なり、この点からも圧力測定精度が向上する。

【００２７】また、同じ熱膨張率を有するオーステンナ
イト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）で導圧管３とプッシ
ュロッド７を形成しても、互いの熱膨張差が生じる場合
もあるが、ダイヤフラム５近傍でプッシュロッド７に補
助プッシュロッド３９を連結するとともに、この補助プ
ッシュロッド３９をオーステンナイト系ステンレスより
熱膨張率の小さいマルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ
４０３）で形成したから、補助プッシュロッド３９の形
状や寸法を適当に選定すると、バレル２９に温度変化が
あった場合でも圧力センサの内部の熱膨張差をキャンセ
ル可能となり、零点の変動を小さく抑えることが可能と
なる。

【００２８】次に、本発明の圧力センサの応用例、すな
わち温度センサを内蔵した構成を図３を参照して説明す
る。この構成の圧力センサ１は、基本的には図１の構成
と同様であるが、オーステンナイト系ステンレス（ＳＵ
Ｓ３０４）で形成されたプッシュロッド７が、導圧管３
と同様に圧延加工によって中空部７ａを有する円筒状に
形成されており、このプッシュロッド７の先端に連結固
定された補助プッシュロッド３９も例えば切削座繰り加
工によって中空部７ａに連通する中空部３９ａを有して
いる。

【００２９】そして、Ｋ形熱電対４５の素線部（シース
部）４５ａが、抑え部材１９、起歪体１３の中央部に設
けた挿通孔１９ｂ、１３ｇおよび硬球１１を貫通すると
ともに（図２参照）、中空部７ａ、３９ａ内にダイヤフ
ラム５の近傍まで挿通されており、熱電対４５からコネ
クタレセプタクル２１とは別個に温度信号の出力用のリ
ード線４５ｂが支持板２３から外部へ延びている。この
ような圧力センサ１では、ダイヤフラム５による溶融樹
脂３３の圧力測定とともに熱電対４５によるその温度測
定も可能となる。

【００３０】しかも、本発明の圧力センサ１では、導圧
管３およびプッシュロッド７をオーステンナイト系ステ
ンレス（ＳＵＳ３０４）で形成するともに圧延加工によ
って中空部３ａ、７ａを形成したから、これら導圧管３
およびプッシュロッド７の筒形加工が極めて容易で、加
工精度や機械的強度も高く、熱電対４５の素線部（シー
ス部）４５ａをプッシュロッド７の中空部７ａに挿通し
ても、機械的強度を高く保ったまま良好な温度測定が可
能となる。

【００３１】図３の実施の形態においては、温度センサ
としてはＫ形熱電対４５に限らず、Ｊ形やＴ形の熱電対
の他、公知の温度センサの使用が可能であり、温度セン
サの感温部を抑え部材１９、起歪体１３、硬球１１を貫
通させるとともに中空部７ａ、３９ａ内にダイヤフラム
５の近傍まで挿通させれば良い。

【００３２】本発明の圧力センサにおいては、導圧管３
と取付筒３５との固定部分は取付筒３５の先端部に限定
されず、導圧管３の途中において取付筒３５と部分的に
固定する構成であっても本発明の目的達成が可能である
が、導圧管３がダイヤフラム５側の取付筒３５先端部に
固定されているから、取付筒３５の受ける圧縮による影
響を無視できる程度に抑えることが可能である。

【００３３】ところで、上述した圧力センサ１では、取
付筒３５、導圧管３、支持フランジ３７およびプッシュ
ロッド７をオーステンナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０
４）で形成し、補助プッシュロッド３９をマルテンサイ
ト系ステンレス（ＳＵＳ４０３）で形成したが、本発明
における材料はこれらに限定されるものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、導圧管の
中空部をダイヤフラムで塞ぎ、その中空部内にそのダイ
ヤフラムの変位を導圧するプッシュロッドを挿通し、こ
のプッシュロッドの軸方向の変位に応じた電気信号を出
力する起歪体をその導圧管に間接的又は直接的に支持
し、外周に外部取付部材を有する取付筒をその導圧管の
外周にはめるとともにこれと部分的に固定した構成を有
するから、取付筒の内側が導圧管およびプッシュロッド
の３層構成となるうえ導圧管と外部取付部材が分離さ
れ、導圧管についてダイヤフラムとは反対側に開放端が
形成され、これに起歪体が固定された状態となる。その
ため、押出機のバレル等に取付筒を例えば強くねじ止め
しても、取付筒がその締付け圧縮を受けるもののその圧
縮の影響が導圧管に現れ難く、起歪体の零点が変動し難
く、正確な圧力測定が可能となる。そして、上記取付筒
を上記ダイヤフラム側でその導圧管に固定する構成で
は、特に、取付筒の圧縮の影響が導圧管に現れ難く、極
めて高い精度の圧力測定が可能となる。さらに、それら
導圧管およびプッシュロッドを同一材料で形成するとと
もに、そのプッシュロッドの先端にこれより熱膨張率の
小さい補助プッシュロッドを連結し、この補助プッシュ
ロッドを介して上記ダイヤフラムに対向させる構成で
は、ダイヤフラム側から起歪体への熱伝導を小さく抑え
ることが可能となり、一層測定精度を向上させることが
できる。さらにまた、上記プッシュロッドおよび補助プ
ッシュロッドを筒形に形成し、温度センサの感温部をこ
れらプッシュロッドおよび補助プッシュロッドの中空部
に上記起歪体側からダイヤフラム付近まで挿入する構成
では、正確な圧力測定を確保しつつ温度測定も可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧力センサの実施の形態を示す縦
断面図である。

【図２】図１中の台座、起歪体および抑え板を示す分解
斜視図である。

【図３】本発明の圧力センサの応用例を示す縦断面図で
ある。

【図４】本発明の参考となる圧力センサを示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１ 圧力センサ ３ 導圧管 ３ａ、３ｄ ねじ部 ３ｂ 小径部 ３ｃ、７ａ、３７ａ、３９ａ 中空部 ５ ダイヤフラム ５ａ 支持リング ７ プッシュロッド ９ 第１の硬球 １１ 第２の硬球（硬球） １３ 起歪体 １３ａ、１９ａ 貫通孔 １３ｂ リング部 １３ｃ 変形部 １３ｄ、１３ｅ 突出部 １３ｆ 電極 １３ｇ、１９ｂ 挿通孔 １５ 台座 １５ａ ねじ筒 １５ｂ ねじ溝 １５ｃ ねじ孔 １７ 座金 １９ 抑え部材 ２１ コネクタレセプタクル ２３ 支持板 ２５ 外筒 ２７ Ｏリング ２９ バレル ３１ 取付孔 ３１ａ 段部 ３３ 溶融樹脂 ３５ 取付筒 ３５ａ 大径部 ３５ｂ ねじ部（外部取付部材） ３５ｃ ルーズナット ３７ 支持フランジ ３９ 補助プッシュロッド ４１ ホールダー ４３ ボルト ４５ 温度センサ（熱電対） ４５ａ 素線部（シース部：感温部） ４５ｂ リード線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する導圧管と、 この導圧管の前記中空部を塞ぐように固定され被測定物
   の圧力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、 前記中空部内に挿通され前記ダイヤフラムの変位を導圧
   するプッシュロッドと、 前記導圧管に間接的又は直接的に支持され前記プッシュ
   ロッドの軸方向の変位に応じた電気信号を出力する起歪
   体と、 外周に外部取付部材を有し前記導圧管の外周にはめられ
   て前記導圧管に部分的に固定された取付筒と、 を具備することを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記取付筒は、前記ダイヤフラム側で前
   記導圧管に固定されてなる請求項１記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記導圧管およびプッシュロッドが同一
   材料で形成されるとともに、前記プッシュロッドは当該
   プッシュロッドより熱膨張率の小さい補助プッシュロッ
   ドが先端に連結され、この補助プッシュロッドを介して
   前記ダイヤフラムに対向されてなる請求項１又は２項記
   載の圧力センサ。
4. 【請求項４】 前記プッシュロッドおよび補助プッシュ
   ロッドは筒形に形成され、温度センサーの感温部が前記
   プッシュロッドおよび補助プッシュロッドの中空部に前
   記起歪体側から前記ダイヤフラム付近まで挿入されてな
   る請求項３項記載の圧力センサ。