JP2004045253A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】機能不良を確実に防止できる圧力センサを提供すること。
【解決手段】圧力センサ１０では、ピン３を管側継手２との係合側とは反対側で溶接した。このため、雌ねじ部１１に金属屑が付着することがなく、この金属屑が悪さすることによる連通室３４のシール不良や、弁体６の動作不良を防止でき、圧力センサ１０および管側継手２双方の機能不良を確実に防止できる。また、ピン３はセンサ側継手１に溶接によって確実に固定されているので、使用中の振動等によって外れたり、位置ずれする心配がなく、圧力センサ１０の機能性を確実に維持でき、耐久性に優れている。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を検出し、圧力に応じた信号を出力する圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、例えば冷凍機の冷媒や空気などの流体の圧力を測定する圧力センサとして、歪みゲージ式の圧力センサが用いられている。これは、流体が流通する管の途中に設けられた継手部に接続され、管内の流体を圧力室へ導入してその圧力を圧力センサ素子で検出するものである。管の継手部には開口端が設けられているとともに、この開口端を開放・遮断可能なバルブが設けられている。そして、圧力センサには、継手部に接続した際にそのバルブを操作して開口端を開放させる突起部が設けられている。
【０００３】
例えば、図３に示されるような圧力センサ７０においては、継手部７１にねじ部７２が形成され、このねじ部７２が図示しない管側の継手部と係合する。継手部７１のねじ部７２が形成される側とは反対側には、圧力センサ素子７５が溶接などで固定され、内部に圧力室７６を形成している。継手部７１には、ねじ部７２の内部上端に突起部７３が一体的に形成されており、またこの突起部７３の周囲から圧力室７６に連通する圧力導入孔７４が穿設されている。圧力センサ７０を管の継手部に螺合すると、突起部７３が管側の継手部内に設けられたバルブを押しやり、開口端を開放することで管と圧力室７６とが圧力導入孔７４を介して連通する。これにより圧力室７６に導入された流体の圧力を圧力センサ素子７５で検出する。
【０００４】
このような構成の圧力センサ７０においては、突起部７３が中央に形成されているために圧力導入孔７４は、突起部７３の外周から圧力室７６の中心に向かった偏心孔となっている。従って、この形状では偏心孔の加工工程が煩雑になり、作業性が悪い。
【０００５】
このような問題を解決するために、図４に示されるような圧力センサ８０では、突起部８５を継手部８２とは別体に設けている。突起部８５は、プレス加工によって形成され、継手部８２に抵抗溶接や圧入などによって固定されている。また、突起部８５の側面には連通孔８６が設けられ、管の継手部８１の開口端８４から流入した流体は、連通孔８６を通って圧力室８３へ導入される。
あるいは、このような突起部が別体に設けられたものとしては、図５に示されるような管継手９０がある。この管継手９０では、突起部９１の外周にはねじ部９２が設けられ、このねじ部９２をガスケット９３に螺合することによって突起部９１を継手部９４に固定している。突起部９１がバルブ９５の一端を押すと開口端９６が開放され、内部に流体が流通する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示される圧力センサ８０では、突起部８５を継手部８２に抵抗溶接あるいは圧入によって固定するのであるが、この際に突起部８５を継手部８１との係合側から固定する必要があるため、突起部８５を抵抗溶接によって固定した場合に生じるスパッター金属や、圧入によって取り付ける場合に生じる金属屑等の不純物が継手部８１に付着する可能性がある。そして、このような不純物が継手部８１に螺合させる際に離脱すると、螺合部分に入り込んで締め付け不良が生じたり、継手部８１と弁体との間に挟み込まれて弁体が戻らないといった問題を引き起こす。このため、場合によっては、継手部８１，８２間のシール性が失われて正確な圧力を検出できなかったり、圧力センサ８０を外した場合に流体が流出したりと、機能的に問題が生じる可能性がある。
特に継手部８２に雌ねじが刻設されている場合では、この雌ねじ内の奥側で溶接や圧入等を行う必要があり、作業性が悪く、不純物が生じやすいのであるが、仮に継手部８２に雄ねじが刻設されていても、継手部８１との係合側での溶接や圧入により不純物が生じた場合には、同様な問題が生じて好ましくない。
【０００７】
また、図５に示される管継手９０の場合では、ねじ部９２をガスケット９３にねじ込むことで突起部９１の突出長さが調整可能となっている。しかしながら、製造工程においては逆に突起部９１の突出長さを一定にそろえることが難しく、品質にばらつきがでてしまう。また、管継手９０の使用中に振動などによってねじ部９２が緩む可能性があり、突起部９１の位置がずれてしまい、バルブ９５が良好に機能しない可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、機能不良を確実に防止できる圧力センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明の圧力センサは、流体流通用の開口部を遮断可能な弁体を備えた第一の継手部材に取り付けられる圧力センサであって、第一の継手部材に係脱可能に設けられる第二の継手部材と、第二の継手部材に設けられ、内部に流体の圧力を導入する圧力導入孔を有し、第一および第二の継手部材の係合時に弁体を操作して開口部を開放状態にする操作部材と、第二の継手部材に設けられ、第一の継手部材から第二の継手部材および操作部材を介して導入される流体の圧力を検出する圧力センサ素子とを備え、操作部材は、第二の継手部材とは別体に設けられるとともに、第一および第二の継手部材の係合側とは反対側から当該第二の継手部材を貫通して挿入され、第二の継手部材に前記係合側とは反対側での溶接により一体に固定されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成の圧力センサでは、操作部材が第二の継手部材とは別体で形成され、第一および第二の継手部材の係合側とは反対側から挿入されて第二の継手部材に溶接されている。つまり、操作部材を第二の継手部材へ溶接で取り付ける作業は、第一および第二の継手部材の係合側とは反対側から行われる。よって、溶接による金属屑などが第一および第二の継手部材の係合側に付着することがなく、係合部分でのシール不良や弁体側での動作不良が発生しない。また、操作部材が溶接によって第二の継手部材に固定されているので、従来の図５に示されるようなねじ部を有する突起部の固定とは異なり、製造工程において位置決めを行った後に溶接すれば、振動などによっても操作部材の突出長さがずれる心配がない。従って、不純物や部材の位置ずれ等による機能不良が確実に防止され、本発明の目的が達成される。
【００１１】
また、この際、圧力センサの操作部材は、第二の継手部材に対して圧力センサ素子と同時に溶接されて固定されていることが望ましい。
この構成の圧力センサでは、一度の溶接で操作部材、第二の継手部材および圧力センサ素子を固定するので、圧力センサの製造工程が簡略化される。
【００１２】
さらに、本発明の圧力センサの操作部材は、段部を備えるとともに、この段部において第二の継手部材に位置決めされていることが望ましい。
この構成の圧力センサでは、操作部材が段部によって第二の継手部材に位置決めされるので、操作部材の突出長さが一定となり、品質が安定する。また、段部に当接するだけで操作部材の位置決めが簡単に行われるので、製造工程が簡略化される。特に、圧力センサを自動組立ラインで製造する場合などに有用である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の圧力センサ１０の断面図が、また図２には圧力センサ１０が管に組み立てられたときの断面図が示されている。
この図１および図２において、圧力センサ１０は、内部に流体が流通する第一の継手部材としての管側継手２に係合されるものである。この圧力センサ１０は、第二の継手部材としてのセンサ側継手１と、センサ側継手１に固定された操作部材としてのピン３と、流体の圧力を検出する圧力センサ素子４とを備えている。なお、圧力センサ１０はこれらの構成部品以外に圧力センサ素子４を覆うカバー部材や、圧力センサ素子４からの信号を取り出す端子など、その他の部材を備えているが、図１、図２ではそれらの図示を省略している。
【００１４】
センサ側継手１は、管側継手２との係合側に雌ねじ部１１を備え、雌ねじ部１１の最奥部分には凹部１２が形成されている。この凹部１２の略中央にはセンサ側継手１の他端に貫通する貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３は、径の異なる二つの円筒状の孔で形成されており、凹部１２に近い側には小径の円筒部分が、遠い側には大径の円筒部分がそれぞれ形成され、異なる径の円筒部分によって段部１３Ａが形成されている。
【００１５】
ピン３は、段部３１を有する段付円筒形であり、センサ側継手１とは別体に形成され、軸方向に貫通した圧力導入孔３２を備えている。また、ピン３の小径の円筒部分先端側には径方向に貫通した複数箇所（本実施形態では二箇所）のバイパス孔３３が形成されている。
このピン３は、センサ側継手１の雌ねじ部１１が形成された側とは反対側から貫通孔１３に嵌入され、ピン３の段部３１がセンサ側継手１の段部１３Ａに当接することで、ピン３がセンサ側継手１に位置決めされている。この状態で、ピン３の小径の円筒部分先端は凹部１２から雌ねじ部１１に突出し、また大径の円筒部分先端はセンサ側継手１から突出している。
【００１６】
なお、バイパス孔３３の数や寸法は、流体が過度の抵抗を受けずにスムーズに圧力導入孔３２に導入されるように、検出する流体の粘度、密度、圧力範囲等を勘案して適宜決定される。また、圧力導入孔３２の寸法についても、流体が過度の抵抗を受けずに圧力導入孔３２内を流通できるように適宜決定されている。
【００１７】
圧力センサ素子４は、金属ダイアフラム４１の上面に酸化シリコン等の絶縁膜を介して歪みゲージを設けた歪みゲージ型の素子（モジュール）である。この金属ダイアフラム４１は、筒状部４２の一端に一体に形成されている。筒状部４２の他端はセンサ側継手１に固定され、筒状部４２の内部はピン３のセンサ側継手１から突出した部分に嵌合している。これにより、圧力センサ素子４の内部にはピン３の圧力導入孔３２およびバイパス孔３３を介して雌ねじ部１１側と連通した圧力室４３が形成される。
【００１８】
圧力センサ素子４、センサ側継手１、およびピン３は、これらが互いに接触する部分で固定されている。実際の圧力センサ１０の製造工程においては、圧力センサ素子４とセンサ側継手１との接触面に外側からビーム溶接を施すことで、これらの接触面の全面とピン３の外周面とにわたる溶接部５を形成し、一度の溶接で圧力センサ素子４、センサ側継手１、およびピン３を一体に固定している。ここで、溶接の方法や溶接条件は、圧力センサ素子４の筒状部４２やセンサ側継手１の貫通孔１３までの肉厚、ピン３のセンサ側継手１からの突出量などを勘案して、一度の溶接でこれら三つの部材が互いに良好に固定されるように適宜決定される。
【００１９】
一方、管側継手２は、流体が流通する図示しない管等に取付可能であって、その外周にはセンサ側継手１に係脱可能な雄ねじ部２２が形成されている。この管側継手２の中央には、管と連通する流通路２１が貫通して設けられている。流通路２１には、雄ねじ部２２側に円錐台状の継手側当接部２４が設けられ、縮径された案内部２３が圧力センサ１０側の端部で開口している。また、この端部には凹部２６が設けられている。
【００２０】
流通路２１の内部には弁体６が収容されている。この弁体６は、先端側（図１中の上端側）が円柱状に形成され、先端に円柱部分より径の大きなフランジ部６１が形成されている。フランジ部６１の径は、案内部２３の径よりも小さく、かつ圧力導入孔３２の径よりも大きく設定されている。そしてこの弁体６の先端側は、流通路２１側から挿入され、案内部２３に貫通して突出している。
弁体６の基端側には、円錐台状の弁体側当接部６２が形成され、弁体側当接部６２の傾斜面が継手側当接部２４に当接されている。また、弁体６の基端側の端面には、ばね７の一端が当接されている。このばね７の他端は、流通路２１内の溝２５に嵌合されたＣリングなどの係止片８に固定されている。このばね７の付勢力により弁体側当接部６２は継手側当接部２４に適切な付勢力で押しつけられ、流体の流通を遮断している。ここで、弁体６の長さ寸法およびピン３の雌ねじ部１１側への突出量は、センサ側継手１が管側継手２に係合された時にピン３の先端が弁体６に当接され、かつ弁体６をばね７側に所定量押し込めるように、適宜決定されている。
【００２１】
このような圧力センサ１０においては、例えば図２に示されるようにシール部材９を管側継手２の雄ねじ部２２の端部に配置して、センサ側継手１の雌ねじ部１１を雄ねじ部２２に螺合させていく。すると、シール部材９がセンサ側継手１および管側継手２に押圧されてつぶされ、センサ側継手１と管側継手２とをシールして、凹部１２および凹部２６によって連通室３４を形成する。また、この時ピン３の先端は、ばね７のばね力に抗して弁体６を押しやり、これにより弁体側当接部６２が継手側当接部２４から離反する。
この状態で、流通路２１から流入した流体は、弁体６と流通路２１との隙間を通り、案内部２３から連通室３４に流入する。圧力導入孔３２の先端の開口端は弁体６の先端によって塞がれているので、流体はバイパス孔３３および圧力導入孔３２を通って圧力室４３に導入される。この圧力室４３内の流体の圧力を圧力センサ素子４が検出して信号を出力する。
【００２２】
このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）　すなわち、圧力センサ１０では、従来の突起部を形成するためのピン３がセンサ側継手１の雌ねじ部１１が形成された側とは反対側、つまり管側継手２との係合側とは反対側で溶接されるので、雌ねじ部１１に金属屑等の不純物が付着することがない。よって、雌ねじ部１１および雄ねじ部２２間や、センサ側継手１およびシール部材９間に不純物が入り込む心配がなく、締め付け不良によってシール性を確保できなかったり、シール部材９との密着性が悪くてシール性を確保できないといった不具合が生じない。また、不純物が弁体６および管側継手２間に挟み込まれて弁体６が戻らないといった不具合も生じるおそれがなく、弁体６を常に良好に動作させることができる。従って、流体の圧力がリークして正確な圧力が検出できなかったり、圧力センサ１０を取り外した際、流体が管側継手２から流出するといった問題が発生せず、圧力センサ１０および管側継手２双方の機能不良を確実に防止できる。
【００２３】
（２）　また、ピン３はセンサ側継手１に溶接によって確実に固定されているので、使用中の振動等によって外れたり、位置ずれする心配がなく、圧力センサ１０の機能性を確実に維持でき、耐久性に優れている。
【００２４】
（３）　さらに、不純物が雌ねじ部１１に付着することがないので、開放された案内部２３を通して管内の流体に混入するのを確実に防止でき、不純物が流体に悪影響を及ぼす可能性もない。
【００２５】
（４）　センサ側継手１、圧力センサ素子４、およびピン３が一度の溶接で互いに固定されているので、製造工程を大幅に簡略化できる。
【００２６】
（５）　ピン３がセンサ側継手１とは別体に設けられているので、従来の図３に示されるような突起部の一体成形とは異なり、簡単で安価に形成、製造できる。また、ピン３がセンサ側継手１の管側継手２との係合側とは反対側から挿入されているので、雌ねじ部１１が邪魔になることがなく、作業時に取付位置にアクセスしやすい。よって、ピン３の組立作業を容易にでき、組立作業を自動化した時など、製造工程を簡略化でき、作業性を向上させることができる。
【００２７】
（６）　ピン３の挿入、圧力センサ素子４の設置および溶接作業を全てセンサ側継手１の管側継手２との係合側とは反対側から行うので、圧力センサ１０を裏返すことなく連続して作業できる。このため、作業工程を簡略化でき、特に組立作業の自動化にあたっては、製造工程を一層簡略化でき、製造時間を短縮できる。
【００２８】
（７）　ピン３が段部３１においてセンサ側継手１の段部１３Ａに固定されるので、ピン３を貫通孔１３に挿入してセンサ側継手１の段部１３Ａに当接させるだけでピン３を簡単に位置決めできる。よって、製造工程においても簡単に正確な組立作業を行うことができ、高い品質を確保できる。
【００２９】
（８）　圧力導入孔３２は、従来の図３に示すものとは異なってピン３の軸中心に形成されているので、雌ねじ部１１の奥側を小径に形成することができ、これにより圧力センサ１０全体の小型化を促進できる。また、圧力導入孔３２がピン３の軸に沿って形成されているので、従来の図３に示されるような偏心孔とは異なり、圧力導入孔３２を簡単に形成でき、圧力センサ１０のコスト削減を図ることができる。
【００３０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の実施形態では圧力導入孔３２にバイパス孔３３が穿設されていたが、これに限らず本発明では、例えばピン３の先端に圧力導入孔３２に連通したすり割り状の横溝を形成してもよい。要するに、連通室３４に導入された流体が圧力導入孔３２に流入するように構成されていればよい。
【００３１】
センサ側継手１および管側継手２は、センサ側継手１に雌ねじ部１１が、また、管側継手２に雄ねじ部２２が形成されていたが、これに限らず逆に設けられていてもよい。つまり、センサ側継手１に雄ねじが、管側継手２に雌ねじが形成されていてもよく、両者が互いに係脱可能に設けられていればよい。
【００３２】
圧力センサ素子４は、本実施形態では歪みゲージによる抵抗式の素子であったが、これに限らず例えば静電容量式の圧力センサ素子であってもよい。
【００３３】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００３４】
【発明の効果】
このような本発明によれば、圧力センサ側およびこれが取り付けられる管側双方の機能不良を確実に防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧力センサの一部を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる圧力センサが管側継手に組み立てられたときの圧力センサの一部を示す断面図である。
【図３】従来の圧力センサの一部を示す断面図である。
【図４】従来の圧力センサを示す断面図である。
【図５】従来の管継手を示す断面図である。
【符号の説明】
１…第二の継手部材としてのセンサ側継手、２…第一の継手部材としての管側継手、３…操作部材としてのピン、４…圧力センサ素子、５…溶接部、６…弁体、１０…圧力センサ、３１…段部、３２…圧力導入孔。

Claims (3)

1. 流体流通用の開口部を遮断可能な弁体を備えた第一の継手部材に取り付けられる圧力センサであって、
   前記第一の継手部材に係脱可能に設けられる第二の継手部材と、
   前記第二の継手部材に設けられ、内部に流体の圧力を導入する圧力導入孔を有し、前記第一および第二の継手部材の係合時に前記弁体を操作して前記開口部を開放状態にする操作部材と、
   前記第二の継手部材に設けられ、前記第一の継手部材から第二の継手部材および操作部材を介して導入される流体の圧力を検出する圧力センサ素子とを備え、
   前記操作部材は、前記第二の継手部材とは別体に設けられるとともに、前記第一および第二の継手部材の係合側とは反対側から当該第二の継手部材を貫通して挿入され、前記第二の継手部材に前記係合側とは反対側での溶接により一体に固定されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサにおいて、
   前記操作部材は、前記第二の継手部材に対して前記圧力センサ素子と同時に溶接されて固定されている
   ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、
   前記操作部材は、段部を備えるとともに、この段部で前記第二の継手部材に位置決めされている
   ことを特徴とする圧力センサ。

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