JP2005527787A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

本発明の圧力センサは、圧力伝達のための内部水圧系において、その水圧系のための正確な満量を可能にするシールを備えるものであって、以下を含む。プラットフォーム。プラットフォームと共に圧力部屋を囲む少なくとも１つの分離膜。圧力部屋に通じるプラットフォーム内の水圧路。プラットフォームの表面にあるプラットフォームブラインドホールであって、これは、そのプラットフォームブラインドホールの端部から延びる、水圧路に通じる水路を備えており、この水路の直径がプラットフォームブラインドホールの直径よりも小さく、第１の当接面がプラットフォームブラインドホールと水路との間に形成される。また、圧力センサは、プラットフォームブラインドホールに挿入可能で、第１の当接面に補足的な第２の当接面を備え、放射状の弾力性をもつ側面を備える密封要素と、密封要素の側面を放射状に広げるために密封要素との結合をもたらすエキスパンダとを含んでいる。

Description

本発明は、圧力センサに関し、特に、液体を含む圧力センサに関する。

圧力センサ、特に、差圧センサは、プラットフォームを含み、このプラットフォームの各端には、都合よく円形に形作られた膜、すなわちダイアフラムが取り付けられ、プラットフォームの端面と上記膜との間には圧力部屋が形成されている。この２つの圧力部屋は、水圧路により一緒につながれている。そして、圧力部屋、水圧路、及び、それらと通じることが可能な他のセクションが水圧液で満たされている。圧力センサを動作させるには、２つの圧力部屋と、水圧路と、現在考えられるコミュニケーティングセクションとから構成する水圧系において、できるだけ正確に既定の液体の量を設定する必要がある。この目的のために、例えば、水圧系では、水圧液で完全に満たされている。そして、フィリングノズルの内径よりも大きい直径をもつ鋼鉄球がフィリングノズルに押し込まれている。そして、その鋼鉄球は、そのフィルングノズルの壁の可塑性変形によって、つまったまま残っている。このように、水圧系は密封されるが、球の位置や閉じ込めた液体の量に対して変化がある。さらに、このように圧力センサを密封することは、プラットフォームをセラミックで作る場合、少しも適していない。

従来技術の他の解決案として、水圧系のフィリングノズルにおいて、密封用の球の半径よりも大きい第１の半径をもつ外側のセクションと、密封用の球の半径より小さい半径をもつ第２のセクションとを備えているものがある。そして、その第１のセクションと第２のセクションとの間に当接面が形成される。そして、それは球により密封される。その球は、フィリングノズルの第１のセクションの壁に形成されたネジ山と係合するネジによってこの位置に固定される。

この解決案は、ネジ山を設けなければならないので、構造を複雑にさせる。さらに、球の表面または当接面がネジの圧力を支持することの作用により弾力的にまたは可塑的に歪められることは、閉じ込められた体積の小さな変化の原因となる。

したがって、本発明の目的は、改良された密封系（ｓｅａｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を備える圧力センサを提供することである。

この目的は、本発明によれば、請求項１の圧力センサによって達成される。
本発明の更なる態様は、従属の請求項、明細書の記述、及び図面から理解できる。
本発明の圧力センサは、
プラットフォームと、
このプラットフォームと共に圧力部屋を囲む少なくとも１つの分離膜と、
このプラットフォーム内で上記圧力部屋と通じている水圧路と、
上記プラットフォームの表面にあるプラットフォームブラインドホールであって、このプラットフォームブラインドホールの端部から延びる、上記水圧路と通じる水路を備え、この水路の直径が上記プラットフォームブラインドホールの直径よりも小さいことにより、上記プラットフォームブラインドホールと上記水路との間に第１の当接面が形成されるようにした上記プラットフォームブラインドホールと、
このプラットフォームブラインドホールの中に挿入可能であり、上記第１の当接面に相補的な第２の当接面を備える密封要素と、
この密封要素の側面を放射状に広げるために、上記密封要素との結合をもたらすことが可能なエキスパンダと、
を含んでいる。

プラットフォームブラインドホールは、実質的に円筒形であることが望ましい。
密封要素の側面は、プラットフォームブラインドホールの内径よりも小さい外径を持っていることが望ましい。さらに、密封要素は、エキスパンダを挿入可能であり、密封面から離れている後部面にエキスパンダが挿入可能なブラインドホールを持っていることが望ましい。エキスパンダの外径は、密封要素のブラインドホールの内径よりも大きいため、密封要素の側面は、エキスパンダの挿入によってプラットフォームブラインドホールの側面に押し付けられる。

圧力センサの充填は、液体レベルがプラットフォームブラインドホール内の第１の当接面より上に上昇するまで、水路を介して起こることが望ましい。そして、密封要素がプラットフォームブラインドホールの中に挿入されると、その密封要素は容易に余分な液体をわきに押しのけ、選択された範囲で隙間が密封要素の側面とブラインドホールの壁との間に残る。第２の当接面が第１の当接面に接触すると、所定温度において、正確な既定量の液体が、同様に正確な既定のボリュームに閉じ込められる。次に、エキスパンダが密封要素のブラインドホールに挿入されると、もはや密封要素のどんな軸上の移動もなくなるが、その代わり、密封要素の側面の一部の放射状の拡張だけがある。これは、その閉じ込めたボリュームを変えることなく、プラットフォームブラインドホールでしっかりと密封要素を固定する。

その密封作用を向上させるために、密封要素の側面が弾力的に構成されていることが望ましい。これを達成するために、あるオプションでは、より硬い土台に弾性層を適用し、別のオプションでは、適切な弾力性のある材料で密封要素全体を形成する。密封要素の正確なディテールは、任意であり、予想される圧力負荷に実質的に依存する。最も単純な実施例としては、密封要素がプラットフォームブラインドホールの中で摩擦によって実質的に保持される。より大きい圧力負荷が予想される場合でも、更なる、明確に適合する確実な方法を提供することができる。

最も単純な実施例としては、プラットフォームブラインドホールが単に円筒形に形成され、プラットフォームブラインドホールと水路との間の第１の当接面が実質的に平面であることが望ましい。しかしながら、与えられたアプリケーションの正確なディテールに対応する適合は容易に考えられる。例えば、第１の当接面は円錐台または錐台の側面の形であってもよい。そのような場合、第２の当接面は相補的な形となる。第２の当接面の錐台または円錐台の形は、プラットフォームブラインドホールの密封要素の挿入物に含まれるガスの除去を容易にする。

そのような場合では、しかしながら、その円錐の側面の傾斜の角度は、エキスパンダ要素の挿入物の間の軸方向の力によってその軸方向に密封要素のずれが導かれないように選択される。

その密封要素の確実な実現のために、くぼみはプラットフォームブラインドホールの壁に備えられる。そのようなくぼみは環状に形成されることが望ましい。これらのくぼみは、軸方向の当接面を形成することが望ましく、これにより、密封要素の適切なロック手段（ｌｏｃｋｉｎｇ ｍｅａｎｓ）が、エキスパンダの挿入時の形状に基づいて機械的な嵌合を可能にする。

本発明は、以下に示すように、実施形態とそれに関連する図面との例に基づいて、更に詳細に説明される。
図１は本発明の差圧センサにおける横断面を示す図であり、図２は本発明の圧力センサの密封系（ｓｅａｌｉｍｇ ｓｙｓｔｅｍ）の変更された形を示す図である。
差圧センサ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）２０は、望ましくは円筒形のプラットフォーム（ｐｌａｔｆｏｒｍ）２６を含む。圧力部屋（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈａｍｂｅｒ）２１、２２をそれぞれ形成するために、膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）２４、２５がプラットフォーム２６の各端面上で確保される。

この実施形態では、その２つの圧力部屋は水圧路（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃａｎａｌ）２３によって互いに連結される。圧力部屋２１、２２及び水圧路２３は、水路（ｃａｎａｌ）１３を通ってきた伝達液体（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｉｑｕｉｄ）で満たされる。その水圧系（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）では、２つの圧力部屋２１、２２、水圧路２３、及び水路１３を含み、それから、圧力がかけられてしっかりと密封されている。

差圧センサの意図された使用方法では、プラットフォームから離れて面しているそれらの面の各ケースにおいて、２つの膜２４、２５に、それぞれ、第１及び第２の測定圧力がかけられ、膜２４、２５の停止位置からの歪みが、第１及び第２の測定圧力の差の作用となる。

その圧力差は、適切な方法で、例えば容量的にまたは圧電抵抗的に記録される。この原理は、それらの技術を熟練している者であれば良く知られていることなので、ここでは、そのことにおけるさらに詳細な説明はしない。

特に、差圧センサにおいては、膜２４、２５を平衡位置や既定作業点における参照温度を特定させるために、水圧系の充填量を既定値にできるだけ一致させることが重要である。

水圧系を既定の満水量の水圧液で満たすことは、記述された密封系によって可能にされる。プラットフォームはプラットフォーム内の側面に、穴すなわちプラットフォームブラインドホール（ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）１０を示す。場合により、プラットフォームブラインドホール１０の直径より小さい直径を備える水路１３の端面が開口する。

水圧液で水圧系が満たされた後、カップ型の密封要素（ｓｅａｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）がプラットフォームブラインドホールの中に挿入される。この密封要素の底は、開口している水路１３とハウジングブラインドホール（ｈｏｕｓｉｎｇ ｂｌｉｎｄ ｈｏｌｅ）の壁との間に形成される第１の当接面（ｆｉｒｓｔ ａｂｕｔｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）１４に対して相補的である。密封要素の端面は、第１の当接面１４とぴったり合う第２の当接面５１としての役目を果たしている。このような実施形態では、密封要素は、その側面に弾性層、望ましくはエラストマーを備える。密封要素５は、密封要素５の側面とプラットフォームブラインドホール１０の壁との間に第１の環状溝（ｆｉｒｓｔ ａｎｎｕｌａｒ ｇａｐ）が残るように必要な大きさにされる。従って、密封要素がプラットフォームブラインドホール１０に挿入されるとき、水圧液が密封要素を通り越して流れる。第１の当接面１４上に第２の当接面（ｓｅｃｏｎｄ ａｂｕｔｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ）５１がぴったり合った後、水圧系と周囲との間での液体交換が終了される。密封要素５は、水路から離れて面している後部面（ｒｅａｒ ｓｕｒｆａｃｅ）５２にエキスパンダ（ｅｘｐａｎｄｅｒ）３が押し付けられるブラインドホール５３を示す。そのエキスパンダ３の側面は、密封要素のブラインドホール５３の半径より大きい外径を示す。少なくとも、エキスパンダ３の端部セクションは、錐台セクションを備えている。そして、密封要素のブラインドホール５３の中のエキスパンダ３の押圧により、エキスパンダ３の後部セクションで密封要素５の側面を外側に放射状に押す。従って、摩擦による保持接続は、プラットフォームブラインドホールの壁と密封要素５の側面との間で実現する。

エキスパンダ３の中央セクションには、円筒形の側面のセクションが備えられている。このセクションでは、エキスパンダ３は最も大きい半径を示す。エキスパンダがブラインドホール５３に完全に押し込まれると、それから実質的に、ブラインドホール５３上に放射状の力だけが作用する。従って、もはやブラインドホールの外へ押し戻されることはない。しかしながら、ちょうど記述した実施形態の代わりに、エキスパンダが球状の形態を備えるようにしてもよい。そして、それは同じ動作となる。その球状の形態は、どんな直径の球でも有利な価格で市販されるので、有益である。

エキスパンダ３は、エキスパンダ３の対称軸に垂直な鏡映面について左右対称であること、すなわち、錐台がエキスパンダ３の後部側にも備えられていることが望ましい。これにより、前方の錐台に作用する残留軸力が、それに対応する、エキスパンダの後部側の錐台に作用する反対の軸力と釣り合う、という作用が生じる。

必要とされる範囲の限りでは、くぼみ（ｒｅｃｅｓｓｅｓ）１１がプラットフォームブラインドホール１０の壁に備えられていてもよく、密封要素のブラインドホール５３の中でエキスパンダが押されると、くぼみ１１が密封要素５の側面の突出部分と係合されてもよい。このようにすることで、密封要素は、摩擦によって保持されるだけでなく、形状に基づく機械的嵌合によって確実に保持されるようになる。

密封要素５及びプラットフォーム２６のコアは、様々な材質で製造されてもよい。例えば、プラットフォーム２６にセラミック、例えば、コランダムを含めるとき、密封要素は鋼鉄のコアを備えてもよい。この場合の密封要素の特に好ましい実施形態として、熱膨張が異なることから起きる機械的なストレスを吸収することに適している弾力性をもつシールを側面に備えることを示す。

図２は、プラットフォームブラインドホール１０の円筒形の壁に環状の溝（ａｎｎｕｌａｒ ｐｒｏｏｖｅ）１１が備えられている点で、わずかに変更された密封装置（ｓｅａｌｉｎｇ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）の実施形態を示す。さらに、錐台の形である第１の端面は、水圧液内の気泡の完全な除去を容易にする。なぜなら、密封要素５の端部上の第２の当接面５１は、同様に円錐形に形作られているので、気泡がそれらの浮力によって密封要素の挿入の間に逃げることができる。その密封要素を中心におくために、放射状の突出部がその前のセクションに備えられていてもよい。密封要素５は、弾力のある金属のカップ型のコアを備えている。そして、それは弾力性をもつ密封するための材料、望ましくは、ゴムのジャケット（ｊａｃｋｅｔ）５４でおおわれている。そのジャケット５４の素材の厚さは、密封要素５のブラインドホール５３の中の拡大要素（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）３がプラットフォームブラインドホールの壁を押すとジャケットが環状の溝１１をふさぐように、必要な大きさにされる。

圧力センサのメンテナンスのための例として、スクリューインボルト（ｓｃｒｅｗｅｄ−ｉｎ ｂｏｌｔ）によって密封要素からエキスパンダの除去を可能にするために、すべての実施形態のエキスパンダ３にエキスパンダ３の対称軸に沿ってネジがきられた孔を備えてもよい。また、ネジがきられた孔の代わりに、軸力を受けるための少なくとも１つの当接面を有する孔、例えば、指し込み式コネクタ（ｂａｙｏｎｅｔ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）の形の孔を備えてもよい。

本発明の差圧センサにおける横断面を示す図である。 本発明の圧力センサの密封系の変更された形を示す図である。

Claims (9)

1. プラットフォーム（２６）と、
   該プラットフォーム（２６）と共に圧力部屋を囲む少なくとも１つの分離膜（２４、２５）と、
   前記圧力部屋（２１、２２）と通じている、前記プラットフォーム内の水圧路（２３）と、
   前記プラットフォーム（２６）の表面にあるプラットフォームブラインドホール（１０）であって、該プラットフォームブラインドホール（１０）の端部から延びる、前記水圧路（２３）に通じる水路（１３）を備え、前記プラットフォームブラインドホール（１０）と前記水路（１３）との間に第１の当接面（１４）が形成されるよう、前記水路（１３）の直径が前記プラットフォームブラインドホール（１０）の直径よりも小さい、前記プラットフォームブラインドホールと、
   該プラットフォームブラインドホール（１０）の中に挿入可能な密封要素（５）であって、前記第１の当接面（１４）上で該密封要素（５）を支持する第２の当接面（５１）を備えると共に、放射状にフレキシブルな側面を更に備える、前記密封要素と、
   該密封要素（５）の前記側面を放射状に広げるために、前記密封要素（５）との結合をもたらしうるエキスパンダ（３）と、
   を備えることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記密封要素（５）の前記側面は、放射状に弾力性があり、均衡位置での前記側面の外径が前記プラットフォームブラインドホール（１０）の内径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記密封要素（５）は、前記第２の当接面（５１）から離れる後部面（５２）に、前記エキスパンダ（３）を挿入することができるブラインドホール（５３）を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記エキスパンダ（３）の外径が前記密封要素のブラインドホール（５３）の内径よりも大きいことにより、前記密封要素（５）の前記側面が前記エキスパンダ（３）の挿入によって前記プラットフォームブラインドホール（１０）の側面に押し付けられるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記エキスパンダ（３）は、先細りの端部セクションを少なくとも１つ備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の圧力センサ。
6. 前記プラットフォームブラインドホール（１０）は、その側面にくぼみ（１１）を少なくとも１つ備え、前記密封要素は前記エキスパンダ（３）によって前記少なくとも１つのくぼみ（１１）との結合をもたらすことができるロック手段（１２）を少なくとも１つ備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の圧力センサ。
7. 前記プラットフォームは、セラミック材料を示すことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の圧力センサ。
8. 前記第２の当接面（５１）は、前記第１の当接面（１４）に対して補足的な形状を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の圧力センサ。
9. 絶対圧センサ、相対圧センサ、または差圧センサであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の圧力センサ。

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