JP2005283253A

JP2005283253A - 圧力センサ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005283253A
Application number: JP2004096050A
Authority: JP
Inventors: Hideji Toyama; 秀司遠山; Takayuki Yokoyama; 崇之横山; Ikuya Miyahara; 郁哉宮原
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: US20070089523A1; US7165459B2; EP1582853A1; US20050210992A1; JP4227550B2; DE602005002859T2; ES2294648T3; US7627943B2; DE602005002859D1; EP1582853B1

Abstract

【課題】小型化及び軽量化を図ることができる圧力センサを提供すること。
【解決手段】継手１とダイアフラム３との間に設けられたアダプタ２を、軸部２１と、この軸部２１の径方向に張り出して形成されたフランジ部２２とを備えて構成する。軸部２１を、その一端部が継手１と干渉しない位置に配置し、かつ、その他端部をダイアフラム３に溶接固定し、フランジ部２２の周縁部を継手１にかしめる構成とする。ダイアフラム３を継手１に直接接合することがないから、溶接作業は継手１の近傍ではなく広いスペースの設備の整った場所で行うことができるとともに、その上、アダプタ２への継手１のかしめ作業を、継手１に予め形成されたかしめ部１２Ｃをフランジ部２２の外周縁部に押し当てることで行えるから、かしめ作業に広いスペースを必要としない。
【選択図】図１

Description

本発明は、継手とダイアフラムとを備えた圧力センサ、及びその製造方法に関するものである。

従来から、流体の圧力を検出するために圧力センサが用いられており、この圧力センサには、流体圧力をダイアフラムで歪に変換し、ダイアフラムの歪ゲージにより電気抵抗の変化として信号を取り出すものが知られている。
この圧力センサは、車載や建機用途などにおいて、高精度、高耐環境性を求められる分野において、小型、軽量、及び低コスト化が求められている。
従来の圧力センサは、被測定流体が流通される配管に取り付け可能とされる継手と、この継手に溶接固定されるダイアフラムとを備えている（例えば、特許文献１）。

この従来例の概略が図５に示されている。
図５において、圧力センサはステンレス製の継手１０１及びステンレス製のダイアフラム１０２を備え、継手１０１は、その中心部に圧力導入孔１０１Ａが軸方向に延びて形成されている。継手１０１の中央部には段部１０１Ｂが形成されている。
ダイアフラム１０２は、圧力導入孔１０１Ａから導入される流体の圧力を検出するものであって、図示しない歪みゲージが形成されるダイアフラム本体１０２Ａと、このダイアフラム本体１０２Ａの周縁部に形成される筒状部１０２Ｂとを備えている。
ダイアフラム１０２を組み立てるにあたり、筒状部１０２Ｂの開口端部と継手１０１の端部とを接合し、この状態で、溶接する。溶接部１０３はダイアフラム１０２の周に沿って形成される。

特開平１１−１７３９３０号公報（第１図、第２図）

特許文献１では、継手１０１とダイアフラム１０２との接合部分に所定の治具を近接配置して溶接をするため、溶接部分の外周部近傍は溶接のためのスペースとして必要である。しかも、溶接部１０３は継手１０１の段部１０１Ｂから溶接作業に必要な高さ寸法がなければならない。
そのため、圧力センサでは、継手１０１にダイアフラム１０２を溶接するためのスペースが継手１０１の周囲に不可欠であり、小型化を図るにも限界がある。
さらに、継手１０１及びダイアフラム１０２は、ともにステンレス製であるため、圧力センサの軽量化が十分に図れず、しかも、コストアップとなっている。

本発明の目的は、小型化及び軽量化を図ることができる圧力センサ及びその製造方法を提供することにある。

そのため、本発明の圧力センサは、圧力導入孔が形成された継手と、前記圧力導入孔から導入される流体の圧力を検出するダイアフラムと、前記継手と前記ダイアフラムとの間に設けられたアダプタとを備え、このアダプタは前記圧力導入孔と前記ダイアフラムに形成された圧力導入部との間を連通する連通孔が形成された軸部と、この軸部の径方向に張り出して形成されたフランジ部とを備え、前記軸部は、その一端部が前記継手と干渉しない位置に配置され、かつ、その他端部が前記ダイアフラムに溶接固定され、前記フランジ部の周縁部を前記継手とかしめることを特徴とする。

また、本発明の圧力センサの製造方法は前記ダイアフラムと前記アダプタとを溶接し、その後、前記ダイアフラムと前記アダプタとの間の溶接部が前記継手の端面より内部に位置するように配置し、前記ダイアフラムが溶接されたアダプタのフランジ部を前記継手とかしめることを特徴とする。

以上の構成の本発明では、所定の場所でダイアフラムとアダプタとを溶接し、その後、アダプタを継手の所定位置に設置し、治具を使用して継手の所定部位をフランジ部の外周縁部に押し当てることで継手をかしめる。
本発明では、ダイアフラムを継手に直接接合するのではなく、まず、ダイアフラムとアダプタとを溶接し、その後、アダプタを継手にかしめて固定するので、溶接作業は継手の位置とは離れた場所で行うことができる。その上、アダプタへの継手のかしめ作業は、継手に予め形成された所定部位をフランジ部の外周縁部に押し当てることで行えるから、かしめ作業においてアダプタの近傍で広いスペースを必要としない。従って、圧力センサを製造するために、ダイアフラムの近傍に大きなスペースを必要としないから、無駄なスペースをなくすことができ、圧力センサを小型化することができる。しかも、継手でアダプタをかしめるため、継手をステンレス製とすることを要せず、安価で軽量な材料を使用することで、圧力センサ自体の軽量化、低コスト化を図ることができる。
しかも、継手のかしめはダイアフラムに対して直接行うものではないから、かしめ作業において、ダイアフラムに応力が伝わるという不具合を防止できる。

本発明の圧力センサでは、前記軸部は、その一端部が前記継手と離隔して配置される構成が好ましい。
この構成の本発明では、かしめ作業において、アダプタから継手に大きな力が伝わって軸部が圧力導入孔の近傍に近接しても、アダプタの軸部の一端部側が継手の圧力導入孔近傍に干渉することがないので、ダイアフラムに応力が伝わらなくすることができる。

さらに、前記アダプタのフランジ部と前記継手との間にはＯリングが設けられている構成が好ましい。
この構成の本発明では、フランジ部と継手との間がＯリングで密封されているので、圧力導入孔に案内される流体がフランジ部と継手との間を通って継手のダイアフラム側の空間に漏れることがない。そのため、流体の漏れに伴う圧力センサの性能の低下を防止することができる。

また、前記フランジ部は、その径方向に突出した寸法の板厚方向の寸法に対する比を１倍以上とすることにより、かしめにより前記ダイアフラムにかかる応力を緩和する構成が好ましい。
この構成の本発明では、フランジ部の径方向の寸法を板厚方向の寸法に対して相対的に大きくすることができるので、フランジ部のかしめる部分をフランジ部の軸部近傍ではなく外周縁部にすることができる。そのため、かしめによる応力が軸部に伝わることが少なくなり、かしめ作業にともなってダイアフラムに応力がアダプタを介して伝わるという不具合をなくすことができる。

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から図３には本実施形態の圧力センサが示されている。
図１は圧力センサの断面図であり、図２は圧力センサを構成するアダプタの断面図であり、図３は図１の要部断面拡大図である。

全体構成を示す図１において、圧力センサは、被測定流体が流通される配管（図示せず）に取り付け可能とされる継手１と、この継手１に設けられるアダプタ２と、このアダプタ２に設けられる有底円筒状のダイアフラム３と、アダプタ２と継手１との間に設けられるＯリング４とを備えて構成される。
継手１は、その一端部に設けられ配管（図示せず）に螺合されるねじ部１１と、このねじ部１１に一体に形成されるカップ状の継手本体１２とを備え、その軸心部に沿って圧力導入孔１Ａが形成されている。

継手本体１２は、その圧力導入孔１Ａの開口端近傍が略リング状のＯリング載置部１２Ａとされている。
Ｏリング載置部１２Ａの外周部にはアダプタ２を載置するアダプタ載置部１２ＢがＯリング載置部１２Ａと平行に形成されている。このアダプタ載置部１２Ｂの外周縁には、かしめによって塑性変形可能なかしめ部１２Ｃが形成されている。
かしめ部１２Ｃは、アダプタ２をかしめる前には、起立して形成されており（図３の想像線参照）、アダプタ２をアダプタ載置部１２Ｂに載置する場合に干渉しないようにされている。かしめ部１２Ｃの外周部には起立部１２Ｄが形成され、この起立部１２Ｄの外周縁部には外周縁部１２Ｅが形成されている。
継手１の材質は軽量で強度の強い材料であれば、その種類は問わないが、軽量という点からはアルミ合金が好ましく、ねじ部１１の高強度化という点からは銅合金が好ましい。

図２はアダプタ２の詳細な構造が示されている。
図１及び図２において、アダプタ２は、継手１と同芯円上に配置される軸部２１と、この軸部２１の略中間部分において径方向に張り出して形成されたフランジ部２２と、ダイアフラム３を載置するダイアフラム載置部２３とを備え、これらはステンレスの一体成形品である。
軸部２１は継手１の圧力導入孔１Ａと連通する連通孔２１Ａが圧力導入孔１Ａと同軸上に形成されており、その一端部が継手１のＯリング載置部１２Ａと干渉しない位置、つまり、Ｏリング載置部１２Ａから所定寸法離隔して配置され、かつ、その他端部がダイアフラム３に溶接固定されている。

フランジ部２２は、その周縁部の一端面がアダプタ載置部１２Ｂに載置され、その周縁部の他端面が継手１のかしめ部１２Ｃにかしめられて固定されるものである。
フランジ部２２は、その径方向に突出した寸法ｄの板厚方向の寸法ｔに対する比が１倍以上３倍以下であり、好ましくは、１．５倍以上２．５倍以下である。１倍未満であると、継手１をかしめた場合、かしめ部１２Ｃが軸部２１に近接し過ぎてかしめ時に軸部２１に応力が伝わる等の不具合が生じる。３倍を越えると、圧力センサの小型化が十分に達成することができない。
ダイアフラム載置部２３はダイアフラム３の円筒状の端面部と溶接固定される。つまり、ダイアフラム３とダイアフラム載置部２３との間には溶接部５が周方向に沿って形成されている。

ダイアフラム３は、一端面がダイアフラム載置部２３と接合される筒状部３１と、この筒状部３１の他端部と一体にステンレスで成形される円板状本体３２とを備え、その内部空間は圧力導入部３Ａとされている。
筒状部３１の内径はアダプタ２の軸部２１の外径と同一であり、圧力導入部３Ａは連通孔２１Ａを通じて圧力導入孔１Ａと連通される。
本体３２は、その外側端面に図示しない歪みゲージが設けられ、圧力導入孔１Ａから圧力導入部３Ａに流通される流体の圧力によって変形することで、歪みゲージで圧力値が検出される。

Ｏリング４は継手１のＯリング載置部１２Ａとアダプタ２のフランジ部２２との間に介装されるもので、その断面は円形である。Ｏリング４は、その内部に軸部２１の端部が挿通される構造とされる。
なお、Ｏリング４は継手１のＯリング載置部１２Ａとアダプタ２のフランジ部２２との間を密封するものであれば、その断面形状は問われるものではなく、例えば、楕円、四角形、等でもよい。

次に、本実施形態の圧力センサを製造する方法を説明する。
まず、継手１、アダプタ２及びダイアフラム３を所定の形状に加工しておき、アダプタ２とダイアフラム３とを接合し、その接合部分を溶接する。
その後、継手１のＯリング載置部１２ＡにＯリング４を載置し、さらに、継手１のアダプタ載置部１２Ｂにアダプタ２のフランジ部２２を載置する。
この状態では、ダイアフラム３はアダプタ２との溶接部５が継手１の内部に位置することになる。さらに、図示しないかしめ治具等を用いて、継手１のかしめ部１２Ｃをアダプタ２のフランジ部２２に押し当ててかしめ、アダプタ２のフランジ部２２と継手１とを固定する。

前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）本実施形態の圧力センサは、継手１とダイアフラム３との間に設けられたアダプタ２を、軸部２１と、この軸部２１の径方向に張り出して形成されたフランジ部２２とを備えて構成し、軸部２１を、その一端部が継手１と干渉しない位置に配置し、かつ、その他端部をダイアフラム３に溶接固定し、フランジ部２２の周縁部を継手１にかしめる構成としたので、ダイアフラム３を継手１に直接接合することがないから、溶接作業は継手１の近傍ではなく広いスペースの設備の整った場所で行うことができるとともに、その上、アダプタ２への継手１のかしめ作業を、継手１に予め形成されたかしめ部１２Ｃをフランジ部２２の外周縁部に押し当てることで行えるから、かしめ作業に広いスペースを必要としない。その上、溶接を継手１の近傍で行うことを要しないから、溶接部５の位置を低くすることができる。従って、圧力センサを製造するために、ダイアフラム３の近傍に大きなスペースを必要としないから、無駄なスペースをなくすことができ、圧力センサを小型化することができる。しかも、継手１でアダプタ２を溶接ではなくかしめで固定するため、継手１をアルミ合金や銅合金等、ステンレス以外の安価で軽量な材料を使用することで、圧力センサ自体の軽量化、低コスト化を図ることができる。
その上、かしめ作業において、仮に、フランジ部２２から軸部２１に大きな応力が伝わって軸部２１が弾性変形するとしても、アダプタ２の軸部２１を、その一端部が継手１と干渉しない位置に配置しているので、軸部２１が継手１と衝突してダイアフラム３に応力が伝達されることがない。そのため、圧力センサの高精度、長期安定性を確保することができる。これに対して、アダプタ２の軸部２１を継手１に当接させた状態でかしめ作業を行うと、軸部２１が、その弾性変形によって継手１と干渉し、応力がダイアフラム３に伝達される虞れがある。

（２）アダプタ２の軸部２１は、その一端部が継手１から離隔配置されているから、かしめ作業において、アダプタ２から継手１に大きな力が伝わって軸部２１が弾性変形して圧力導入孔１Ａの近傍に近接しても、アダプタ２の軸部２１の一端部側が継手１の圧力導入孔１Ａに挿通して干渉することがない。そのため、圧力センサの高精度、長期安定性を確保することができる。

（３）アダプタ２のフランジ部２２と継手１との間にＯリング４を設けたから、フランジ部２２と継手１との間をＯリング４で密封することで、圧力導入孔１Ａに案内される流体がフランジ部２２と継手１との間を通って継手１の内部空間に漏れることがない。従って、流体の漏れに伴う圧力センサの性能の低下を防止することができる。

（４）フランジ部２２は、その径方向に突出した寸法の板厚方向の寸法に対する比を１倍以上としたから、フランジ部２２のかしめる部分をフランジ部２２の軸部近傍ではなく外周縁部にすることができる。そのため、かしめによる応力が軸部２１に伝わることが少なくなり、かしめ作業に伴ってダイアフラム３に応力がアダプタ２を介して伝わるという不具合をなくすことができる。従って、圧力センサの高精度並びに長期安定性を確保することができる。
（５）アダプタ２のフランジ部２２を載置するアダプタ載置部１２Ｂを、継手１に設けたから、アダプタ２の継手１への位置決めが確実に行えるので、かしめ作業を容易に行える。

なお、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記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内での変形などは本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、継手１のＯリング載置部１２Ａはアダプタ載置部１２Ｂと平行に形成したが、本発明では、図４に示される通り、圧力導入孔１Ａに対してテーパ状に形成するものでもよい。

さらに、前記実施形態では、軸部２１の略中央部分にフランジ部２２を形成し、軸部２１がフランジ部２２に対して突出している形状としたが、本発明では、軸部２１の一端面から中央部にかけてフランジ部２２を形成し、アダプタ２の一端面が段差のない形状としてもよい。

本発明は、車載や建機用途などにおいて、高精度、高耐環境性を求められる分野に利用できる。

本発明の一実施形態の圧力センサを示す断面図。圧力センサを構成するアダプタの断面図。図３は図１の要部断面拡大図。本発明の変形例を示すもので図３に相当する図。従来例を示す断面図。

符号の説明

１継手
１Ａ圧力導入孔
２アダプタ
３ダイアフラム
３Ａ圧力導入部
４Ｏリング
５溶接部
１２Ｃかしめ部
２１軸部
２１Ａ連通孔
２２フランジ部

Claims

圧力導入孔が形成された継手と、前記圧力導入孔から導入される流体の圧力を検出するダイアフラムと、前記継手と前記ダイアフラムとの間に設けられたアダプタとを備え、
このアダプタは前記圧力導入孔と前記ダイアフラムに形成された圧力導入部との間を連通する連通孔が形成された軸部と、この軸部の径方向に張り出して形成されたフランジ部とを備え、
前記軸部は、その一端部が前記継手と干渉しない位置に配置され、かつ、その他端部が前記ダイアフラムに溶接固定され、
前記フランジ部の周縁部と前記継手をかしめる
ことを特徴とする圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記軸部は、その一端部が前記継手と離隔して配置されることを特徴とする圧力センサ。
請求項１又は請求項２に記載の圧力センサにおいて、前記アダプタのフランジ部と前記継手との間にはＯリングが設けられていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載された圧力センサにおいて、前記フランジ部は、その径方向に突出した寸法の板厚方向の寸法に対する比を１倍以上とすることにより、かしめにより前記ダイアフラムにかかる応力を緩和することを特徴とする圧力センサ。
請求項１から請求項４のいずれかに記載された圧力センサを製造する方法であって、
前記ダイアフラムと前記アダプタとを溶接し、その後、前記ダイアフラムと前記アダプタとの間の溶接部が前記継手の端面より内部に位置するように配置し、前記ダイアフラムが溶接されたアダプタのフランジ部を前記継手とかしめることを特徴とする圧力センサの製造方法。