JP2009236761A - ダイアフラム、ダイアフラムを用いた差圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 差圧センサ内のダイアフラムの中央部の反力部品との接触による傷みを低減する。差圧が微小な範囲における低い感度を改善する。
【解決手段】 ダイアフラム１１２は、前面１１２ＣＡと側周面１１２ＣＢを有して前面にて反力部品１２０を押すことになる中央ブロック部１１２Ｃと、ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための支持部１１２Ｂを備える。中央ブロック部１１２Ｃに、それより剛性の高い材料製のキャップ１１４が被せられる。キャップ１１４は、中央ブロック部１１２Ｃが圧力を受けて変形することや、反力部品１２０が食い込んで痛むことを、防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ダイアフラム及びダイアフラムを用いた差圧センサに関する。

ダイアフラムを用いた差圧センサの典型例として、特許文献1及び２などに開示されたものがある。この種の差圧センサは、両側から別の圧力が加えられるダイアフラムの変位量を検出して差圧信号を出力する。特許文献１に開示された差圧センサは、２つのチャンバ間を仕切る平板状のダイアフラムと、一端にてケーシングに固定され他端にてダイアフラムの片面の中心部に接触する片持ち板バネとを有し、チャンバ間の差圧に応じてダイアフラムと片持ち板バネとの接触点の位置が変わり、その接触点の位置に応じたレベルをもった電気信号が差圧信号として出力される。

特許文献２に開示された差圧センサでは、ダイアフラムの片面の中央部にピストンが接触しており、このピストンはコイルバネによりダイアフラムの方へ弾性的に押されており、このピストンの位置に応じたレベルをもつ電気信号が差圧信号として出力される。

特開昭６１−２３００３７号公報（例えば図２および図８） 実開平４−１１３０４４号公報

ダイアフラムの材質として、金属の薄板、プラスティック又はゴムなどの弾性材料が使われる。このうち、ゴムやプラスティックの材料の多くは、金属に比べると、安価であるというメリットがあるが、他方、引っ張り強度や曲げ弾性率などが金属より高くないため、ダイアフラムに接触してこれに反力を加える上記バネやピストンのような反力部品の材質や形状によっては、両者の接触箇所にてダイアフラムに傷が生じて、寿命が短いという問題がある。典型的には、ゴム又はプラスティック製のダイアフラムの中央部が、ダイアフラムより硬質な材料（例えば金属）製の反力部品に押し付けられるときに、反力部品の縁又は角などの尖った箇所がダイアフラムの中央部の表面に食い込んで、ダイアフラムが傷んでしまう。

また、反力部品と接触する中央部がゴム又は柔軟なプラスティック製の分厚いブロックとして形成されているダイアフラムの場合、ダイアフラムに加わる差圧とダイアフラムの変位（差圧センサの出力信号レベル）との間の関係が非線形になるという問題がある。特に、差圧が微小であるとき、差圧変化に対する変位（出力信号レベル変化）の割合が小さく（つまり、感度が又は分解能が低く）、高精度な差圧計測が難しいという問題がある。

また、ダイアフラムに加わる差圧がかなり大きいと、ダイアフラムが過大に変位して破損するおそれがある。特に、ゴム又は柔軟プラスティックのような低強度の材料製のダイアフラムはなおさらである。

また、一般に低差圧範囲では高精度な測定が要求されるから、低差圧範囲では高い感度又は高い分解能が得られる必要がある。そのため、小さい差圧変化で大きく変位するような繊細なダイアフラムが採用される。しかし、繊細なダイアフラムは、上述したように、大きい差圧が加わると破損するおそれがあるから、測定範囲が小さくなる。逆に、測定範囲を大きくするために、大きい差圧に耐えられる堅牢なダイアフラムを採用すると、分解能が荒くなり、低差圧領域での高精度要求を満たせないという問題がある。

本発明は、上述した諸問題の内の主に前半の二つの問題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、ダイアフラムの中央部が、外部の反力部品から受ける傷みを低減することにある。

別の目的は、その中央部が分厚いブロックであるダイアフラムを用いて差圧を測定する場合、差圧が微小な範囲における低い感度を改善することにある。

本発明の第１の側面に従うダイヤフラムは、前面と側周面を有して前記前面にて反力部品を押すことになるブロック部と、前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部と、前記ブロック部の前記前面の前記反力部品を押す箇所又は前記側周面の周囲に結合された、前記中央ブロック部より剛性の高い材料製の変形防止部材とを備える。

このダイアフラムによれば、圧力が加わった時に中央のブロック部に反力部品に食い込むおそれ、または、側周面が膨らむようにブロック部材が変形するおそれが、変形防止部材により低減される。そのため、ダイアフラムの中央部の傷みが低減されるか、または、差圧が微小な範囲における低い感度が改善される。

好適な実施形態では、前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記前面と前記側周面の双方に密着する内面をもつキャップである。

好適な実施形態では、このキャップは、前記ブロック部の前記前面と前記側周面の実質的に全域を覆っている。

このキャップを装着したダイアフラムによれば、ブロック部の前面及び側周面の実質的に全域が剛性を有するキャップによって覆われている。従って、差圧が増大したときに、ブロック部の前面に反力部品が食い込んで傷付くのを防止できる。また、ブロック部の前面が反力部品の反力を受けることによって、ブロック部の側周面が膨らむ等の変形を良好に防止できる。

好適な実施形態では、前記ダイアフラムにおいて、前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記前面の前記反力部品との接触箇所に結合される裏面をもつ板である。

この板を装着したダイアフラムによれば、ブロック部の前面の反力部品との接触箇所が板で覆われているので、差圧が増大したときに、ブロック部の前面に反力部品が食い込んで傷付くのを防止できる。

好適な実施形態では、前記ダイアフラムにおいて、前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記側周面に密着する１以上のリングを有する。

このリングを装着したダイアフラムによれば、ブロック部の側周面の周囲が剛性のあるリングで覆われるので、ブロック部の前面が反力部品から反力を受けることによって、その側周面が膨らむのを防止できる。

本発明の第２の側面に従うダイヤフラムは、前面と側周面を有して前記前面にて反力部品と接触することになるブロック部と、前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部とを備える。そして、前記ブロック部の前記前面の前記反力部品と接触する箇所に臨む部分又は前記側周面に臨む部分が、前記ブロック部の他の部分より剛性が高くなっている。

このブロック部の表面部分に剛性をもたせたダイアフラムによれば、ブロック部の前面の反力部品と接触する箇所に臨む表面部分又は側周面に臨む表面部分が、ブロック部の他の部分より剛性が高い。従って、差圧が増大したときに、ブロック部の前面に反力部品が食い込んで傷付くのを軽減でき、または、ブロック部の前面が反力部品の反力を受けることによって、ブロック部の側周面が膨らむ等の変形を軽減できる。

本発明の第３の側面に従うダイヤフラムは、前面と側周面を有して前記前面にて反力部品と接触することになるブロック部と、前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部とを備える。そして、前記ブロック部が前記支持部より剛性が高くなっている。

このブロック部に剛性をもたせたダイアフラムによれば、ブロック部が他の部分よりも剛性の高い。従って、差圧が増大したときに、ブロック部の前面に反力部品が食い込んで傷付くのを軽減できる。また、ブロック部の前面が反力部品の反力を受けることによって、ブロック部の側周面が膨らむ等の変形を軽減できる。

本発明の第４の側面に従う差圧センサは、前記いずれかのダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの前記ブロック部の前面に接触する反力部品と、前記ダイヤフラムの前記ブロック部の変位を出力信号に変換するトランスデューサとを備える。

本発明によれば、ダイアフラムの中央部が、外部の反力部品から受ける傷みを低減することができるか、または、中央のブロック部の変形を抑制して、差圧が微小な範囲における低い感度を改善することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な幾つかの実施形態を説明する。

図１は、本発明の第1の実施形態にかかる差圧センサの断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。ここで、説明の都合上、この明細書では、図１及び図２中の水平方向の右側を前方、左側を後方と定義し、各部材又は部品の同図中で右側の面を前面、左側の面を後面と呼ぶ。

図１及び図２に示すように、差圧センサ１００は、金属のような剛性材料製のケーシング１０２を有し、ケーシング１０２は、第1のチャンバ１０４を画成する第1の壁１０６と、第２のチャンバ１０８を画成する第２の壁１１０とを有する。第1のチャンバ１０４は、そこに低圧の流体（例えば、油圧回路の低圧の作動油）が導入される低圧チャンバ（低圧室）であり、これに対し、第２のチャンバ１０８は、そこに導入穴１０９から高圧の流体（例えば、油圧回路の高圧の作動油）が導入される高圧チャンバ（高圧室）である。差圧センサ１００の適用例として、油圧回路内の或るオイルフィルタの汚れ程度を検出する目的で、そのオイルフィルタ内のフィルタエレメントを通過する前の作動油と通過後の作動油がチャンバ１０４、１０８にそれぞれ導入され、フィルタエレメントの汚れ程度に応じた差圧を測定すること、などがある。

低圧チャンバ１０４と高圧チャンバ１０８との間に、ほぼ円盤形のダイアフラム１１２が配置される。ダイアフラム１１２は、その前面にて低圧チャンバ１０４の圧力を受け、その後面にて高圧チャンバ１０８の圧力を受ける。ダイアフラム１１２の材料は、典型的にはゴムや柔軟なプラスティックのような可撓性と弾性に富む材料である。ダイアフラム１１２は自立できること、すなわち、差圧センサ１００の重力に対する姿勢が変わっても、ダイアフラム１１２が重力の作用で変形しないこと、が望ましい。

ダイアフラム１１２は、その直径線に沿った中央部に分厚い円柱形の中央ブロック部１１２Ｃを有し、この中央ブロック部１１２Ｃは低圧チャンバ１０４と高圧チャンバ１０８との間の差圧を受けて、前後方向（図１中の水平方向）に移動可能である。

中央ブロック部１１２Ｃには、差圧がかかった時に中央ブロック部１１２Ｃの変形を防止するための変形防止部材、例えばキャップ１１４が結合されている。

さらに、ダイアフラム１１２は、中央ブロック部１１２Ｃの外周に結合されたフランジ部１１２Ｂと、このフランジ部１１２Ｂの外周縁に結合されたリム部１１２Ａとを有する。リム部１１２Ａは、第１の壁１０６と第２の壁１１０との間に挟持されて、ケーシング１０２に固定される。フランジ部１１２Ｂは、中央ブロック部１１２Ｃよりも薄くて曲がりやすく、ダイアフラム１１２に加わる差圧に応じて中央ブロック部１１２Ｃが移動可能なように、中央ブロック部１１２Ｃを支持する支持部として機能する。

ダイアフラム１１２に過大な差圧が加わってもダイアフラム１１２の最大の変位量を制限してダイアフラム１１２の破損を防止するために、第１の壁１０６がガイド部１０６Ａを有している。ガイド部１０６Ａは、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの前方の位置にて、低圧チャンバ１０４内に張り出している。ガイド部１０６Ａの内側には、円形の貫通穴１０６Ｃが形成されており、この貫通穴１０６Ｃ内に、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃが前後方向に移動可能な状態で挿入されている。ガイド部１０６Ａのダイアフラム１１２に対向する側の面（後面）１０６Ｂは、そこにダイアフラム１１２が押し付けられた時にダイアフラム１１２を傷つけないよう、尖った角が無く、曲線的な形状を有している。

低圧チャンバ１０４内に、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃにその移動方向と逆方向へ弾性的な反力を加えるための弾性反力部品１２０が配置されている。弾性反力部品１２０は、例えば、ほぼC字形またはU字形に曲げられた２枚の板バネ１２０Ａ、１２０Ａを組み合わせたものであり、その遊動端にてダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの前面に接触し、その固定端はケーシング１０２に、例えばボルトによって、固定されている。なお、弾性反力部品１２０として、上記構造の板バネの代わりに、他の形状のバネ、例えばコイルバネなど、が用いられてもよい。

弾性反力部品１２０は、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃと当接する箇所の近傍に枝部１２０Ｂを有し、枝部１２０Ｂ上には移動子（例えば、永久磁石）１２２が固定されており、移動子１２２は、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの前後方向に沿った位置つまり変位量に応じた電気的な差圧信号を生成するためのトランスデューサの一部品である。図１に示すように、移動子１２２は、低圧チャンバ１０４内で、第１の壁１０６の前後方向に平行になった肉薄部１０６Ｅの近傍に配置される。中央ブロック部１１２Ｃが前後方向に沿って移動するとき、移動子１２２は、第１の壁１０６の肉薄部１０６Ｅの内面に平行に移動する。低圧チャンバ１０４外であって第１の壁１０６の肉薄部１０６Ｅの近傍に、トランスデューサのもう一つの部品である非接触検出素子（例えば、ホールＩＣのような磁気感応素子）１２８が配置されている。非接触検出素子１２８は、移動子１２２の前後方向に沿った位置（換言すれば、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの位置）を、第１の壁１０６を介して非接触的に検出して、検出された位置に応じた電圧レベルをもつ電圧信号（差圧信号）を生成する。

非接触検出素子１２８から出力された差圧信号は、配線１３０を通じて、差圧センサ１００の外部へ出力される。この差圧信号のレベルは、チャンバ１０４，１０８間の差圧の大きさを示すことになる。

本実施形態では、上記トランスデューサとして、ホール効果を利用したものが採用されているが、他の非接触検出原理を用いたものが採用されてもよい。

ホールICのような非接触検出素子１２８は、チャンバ１０４および１０８の外に配置される。そのため、チャンバ１０４および１０８に、圧力流体として、油圧回路の作動油や水圧回路の作動水のような液体を導入しても、その液体は非接触検出素子１２８に接触しないから、非接触検出素子１２８の電気回路に悪影響が出ない。従って、本実施形態にかかる差圧センサ１００は、空気圧回路だけでなく、油圧回路や水圧回路のような液体圧回路での差圧検出に使用可能である。

次に、図１と図３を参照して、本実施形態にかかるダイアフラム１１２の特に中央ブロック部１１２Ｃの構造について、より詳細に説明する。図３は、ダイヤフラムの中心線に沿った分解断面図である

図１と図３に示すように、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃは、前面１１２ＣＡと側周面１１２ＣＢを有し、前面１１２ＣＡにて弾性反力部品１２０を押すことになる。中央ブロック部１１２Ｃの外周に、変形防止部材としての、閉じた前端をもつ円筒形のキャップ１１４が被せられて結合されている。このキャップ１１４は、中央ブロック部１１２Ｃよりも剛性の高い材料、例えば硬質プラスティックや金属など、で作られており、その内面にて、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡと側周面１１２Ｃの双方の実質的に全域に密着してそれらを覆っている。

キャップ１１４は、ダイアフラム１１２に差圧がかかった時に、弾性反力部品１２０が中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに食い込むことを防止しして、中央ブロック部１１２Ｃを保護する。また、キャップ１１４は、ダイアフラム１１２に差圧がかかった時に、中央ブロック部１１２Ｃが前後方向に潰れて側周面１１２ＣＢを膨らませるように変形することを防止する。

ところで、変形防止部材の形態は、必ずしも図３に示すようなキャップ１１４でなければならないわけではなく、他の形態であってもよい。図４は、ダイアフラム１１２の一つの変形例の断面図を示す。

図４に示す例のダイアフラム１１２では、変形防止部材としての例えば円板状又は長方形板状の保護板２０２が、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡにおける弾性反力部品１２０との接触箇所に結合されている。保護板２０２の形状は例示であって、円形に限定されない。この板２０２には、図３に示されたキャップ１１４と同様、中央ブロック部１１２Ｃよりも剛性のある材料で作られる。保護板２０２は、ダイアフラム１１２に差圧がかかった時に、弾性反力部品１２０が中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに食い込むことを防止しして、中央ブロック部１１２Ｃを保護する。ただし、保護板２０２では、図３に示されたキャップ１１４のように、中央ブロック部１１２Ｃが前後方向に潰れて側周面１１２ＣＢを膨らませるように変形することを防止する作用は得られない。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態にかかるダイアフラム１１２の特にフランジ部１１２Ｂの構造とガイド部１０６Ａの構造について、より詳細に説明する。図５及び図６は、ダイアフラム１１２とガイド部１０６Ａの中心線に沿った断面図を示す。図５は、差圧がない時のダイアフラム１１２の状態を示し、図６は、差圧が所定値以上の高圧域にあるときのダイアフラム１１２の状態を示す。

まず、図５を参照して、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂは、外側のリム部１１２Ａの内周に結合されている外側環部１１２ＢＡと、外側環部１１２ＢＡの内周に結合されている中間環部１１２ＢＢと、中間環部１１２ＢＢの内周に結合されていて、中央ブロック部１１２Ｃの外周に結合されている内側環部１１２ＢＣとを有している。フランジ部１１２Ｂの半径方向に沿った断面形状は、その前面側を下側にして（つまり、図５を右90度回転させて）見たときに、全体として逆ガルウィング形をしている。換言すれば、内側環部１１２ＢＣは中央ブロック部１１２Ｃの外周からほぼ水平に外方へ延びており、中間環部１１２ＢＢは内側環部１１２ＢＣの外周から斜め外下方へ延びており、そして、外側環部１１２ＢＡは中間環部１１２ＢＢの外周から斜め外上方へと延びている。

他方、このフランジ部１１２Ｂを受け止めるためのガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂは、貫通穴１０６Ｃに臨む最内側に位置する内側環面部１０６ＢＣと、内側環面部１０６ＢＣの外周からほぼ水平に外方へ延びる中間環面部１０６ＢＢと、さらに中間環面部１０６ＢＢの外周から斜め外上方へ延びる外側環面部１０６ＢＡとを有している。ガイド部１０６Ａの内側環面部１０６ＢＣはダイアフラム１１２の内側環部１１２ＢＣを、中間環面部１０６ＢＢは中間環部１１２ＢＢを、また、外側環面部１０６ＢＡは外側環部１１２ＢＡをそれぞれ受け止めるためのものである。ガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂの断面形状は、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂを傷つけないように、尖った角がなく、曲線的な形状に加工されている。

ガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂとダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂとの間の間隔は、径方向内側へ近づく程大きくなっている。すなわち、ガイド部１０６Ａの内側環面部１０６ＢＣとダイアフラム１１２の内側環部１１２ＢＣとの間の間隔は最も大きく、中間環面部１０６ＢＢと中間環部１１２ＢＢとの間の間隔はより小さく、そして、外側環面部１０６ＢＡと外側環部１１２ＢＡとの間の間隔は最も小さい。したがって、低圧チャンバ１０４と高圧チャンバ１０８との差圧が上昇して、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃが前方へ移動していくと、まず、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの内の外側環部１１２ＢＡだけが、ガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂの外側環面部１０６ＢＡに当接し、図６に示すような状態になる。

図６に示す状態において、さらに差圧が上昇すると、フランジ部１１２Ｂの中間環部１１２ＢＢと内側環部１１２ＢＣがガイド部１０６Ａの中間環面部１０６ＢＢと内側環面部１０６ＢＣに当接することになる。

図５の状態と図６の状態を比較すると、図５の状態のような低圧域においては、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの移動に寄与する差圧を実質的に受ける面積（実効受圧面積）がダイアフラム１１２の外側環部１１２ＢＡまで含めた広い範囲となる。他方、図６の状態のように、ある値まで差圧が上がった以降の高圧域においては、実効受圧面積は中間環部１１２ＢＢより内側部分となり、図５の状態よりも狭い範囲となる。

結果として、図５に示した低圧域においては、差圧変化に対する中央ブロック部１１２Ｃの変位量が大きくなって、測定感度が高くなる。他方、図６に示した高圧域においては、実効受圧面積が狭いので、中央ブロック部１１２Ｃの変位量が小さくなって、測定感度が低くなる。

ところで、図５及び図６に示されるように、本実施形態では、フランジ部１１２Ｂの外側環部１１２ＢＡは、中間環部１１２ＢＢの外周から外上方向へ延びているが、必ずしもこの方向へ延びなければならないわけではなく、変形例として、例えば、外水平方向へ延びてもいいし、又は中間環部１１２ＢＢより水平に近い角度で外下方向へ延びてもいい。いずれにしても、中間環部１１２ＢＢから外側環部１１２ＢＡまでの断面形状が逆ガルウィング形であることにより、差圧の増大過程でまず外側環部１１２ＢＡだけがガイド部１０６Ａに当接して実効受圧面積が小さくなるようにするための、ガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂの形状設計がやり易くなる。

さらなる変形例として、フランジ部１１２Ｂの弾性率が、径方向内側になるほど高くなるように調整されていてもよい。例えば、内側環部１１２ＢＣの弾性率が、中間環部１１２ＢＢ及び外側環部１１２ＢＡよりも弾性率が高く、或いは、内側環部１１２ＢＣと中間環部１１２ＢＢの弾性率が、外側環部１１２ＢＡよりも高くなっていてもよい。このように弾性率を調整する方法として、フランジ部１１２Ｂの厚みが径方向内側になるほど厚くなるように調整されていてもよいし、或いは、フランジ部１１２Ｂの材質がそのように調整されていてもよい。いずれにしても、そのように弾性率が調整されることにより、差圧の増大過程でまず外側環部１１２ＢＡだけがガイド部１０６Ａに当接して実効受圧面積が小さくなるようにするための、ガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂの形状設計がやり易くなる。

次に、図７を参照して、本実施形態にかかる差圧センサ１００の差圧検出能力について説明する。図７は、本発明の発明者らが試作したダイアフラムの構成において異なる３種類の差圧センサの差圧に対する出力電圧の特性の測定結果を示す。

図７において、実線グラフは、図３に示されるように中央ブロック部１１２Ｃにキャップ１１４を装着したダイアフラム１１２を備えた本実施形態にかかる差圧センサ１００の出力信号特性を示し、一点鎖線グラフは、図４に示されるように中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに保護板２０２を装着したダイアフラム１１２を用いた本実施形態の変形例にかかる差圧センサの出力信号特性を示し、また、破線グラフは、何の変形防止部材も装着されてない（その他の構成は本実施形態と同じ）ダイアフラムを用いた差圧センサの出力信号特性を示す。

図７において、微小な差圧範囲（約0.05kg/cm²以下の範囲）での特性に着目してみると、破線グラフで示されるように、変形防止材の無いダイアフラムを用いた差圧センサでは、その微小な差圧範囲では、差圧変化に対する出力電圧の変化（感度または分解能）が、それより大きい差圧範囲に比べて、より小さい。そのため、微小な差圧範囲での高精度な測定が難しい。

また、一点鎖線グラフで示されるように、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに保護板２０２を装着したダイアフラム１１２（図４参照）を用いた本実施形態の変形例にかかる差圧センサでは、微小な差圧範囲における感度又は分解能は、一層劣っている。ただし、保護板２０２により、中央ブロック部１１２の前面１１２ＣＡが傷むのを防止することができる。

また、実線グラフで示されるように、中央ブロック部１１２Cの前面１１２ＣＡと側周面１１２Ｃの双方に密着するキャップ１１４を装着したダイアフラム１１２（図３参照）を用いた本実施形態にかかる差圧センサ１００では、微小な差圧範囲における感度又は分解能が、それより大きい差圧範囲と同様に高い。特に、約0.4 kg/cm²以下の低差圧範囲で、感度又は分解能は一定である。従って、微小な差圧範囲でも高精度の差圧測定ができる。

上記のような微小差圧範囲での感度の改善が本実施形態にかかる差圧センサ１００で得られた理由は、まだ十分に明確ではない。しかし、おそらく、中央ブロック部１１２Ｃの側周面１１２ＣＢの全周を包囲する剛性の高いキャップ１１４が、中央ブロック部１１２Ｃが差圧により前後方向に潰れて側周面１１２Ｃを膨らますように変形することを防止するからであると、推測される。

次に、図７において、実線グラフで示される本実施形態にかかる差圧センサ１００の広い差圧範囲での特性、とりわけ、0.4 kg/cm²強の圧力値を境にして、より低圧の低差圧範囲とより高圧の高低差圧範囲における特性に着目してみる。

図７に示された0.4 kg/cm²強以下の低差圧範囲では、差圧変化に対する出力電圧の変化の割合（感度又は分解能）が高く、よって、高精度な圧力測定ができる。その理由は、この低差圧範囲では、ダイアフラム１１２は図５に示された状態にあり、実効受圧面積が大きいからである。

他方、図７に示された0.4 kg/cm²強を超えた高差圧範囲では、差圧変化に対する出力電圧の変化の割合（感度又は分解能）が低い。しかし、大きな差圧が加わってもダイアフラム１１２が過大に変位して破損する虞を低減できる。その理由は、この高差圧範囲では、ダイアフラム１１２は図６に示された状態にあり、実効受圧面積が小さいからである。

次に、図８から図１０を参照して、ダイアフラム１１２の特に中央ブロック部１１２Ｃに関する構造の他の幾つかの変形例について説明する。図８Ａと図８Ｂは、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃに関する構造の第２の変形例を示す（図８Ａが分解断面図を示し、図８Ｂが組み立て後の断面図を示す）。図９は、同構造に関する第３の変形例を示す。図１０は、同構造に関する第４の変形例を示す。

図８Ａ、Ｂに示す第２の変形例では、変形防止部材として、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの側周面１１２ＣＢの全周囲にリング２０４が外嵌され、リング２０４の内面が、中央ブロック部１１２Ｃの側周面１１２ＣＢに密着している。リング２０４は、中央ブロック部１１２Ｃより剛性の高い材料で作られる。

図８Ａ、Ｂに示す変形例では、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの側周面１１２ＣＢの周囲が剛性の高いリング２０４で包囲されているので、中央ブロック部１１２Ｃが圧力により前後方向に潰れて側周面１１２ＣＢが膨らむように変形するのを防止できる。そのため、微小な差圧範囲での感度を改善する効果が得られることが期待できる。

なお、図８Ａ、Ｂに示す変形例では、１個の幅の広いリング２０４が中央ブロック部１１２Ｃに外嵌されているが、別の変形例として、より幅の狭い複数個のリング２０４が縦列に中央ブロック部１１２Ｃに外嵌されてもよい。また、図８Ａ、Ｂに示す変形例では、リング２０４が、中央ブロック部１１２Ｃの側周面１１２ＣＢの実質的に全域を覆っているが、側周面１１２ＣＢの内の特に膨らみが大きい部分のみを覆っていてもよい。

図９に示す第３の変形例では、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃ自体が、他の部分１１２Ａ、１１２Ｂよりも剛性の高い材料で形成されている。例えば、中央ブロック部１１２Ｃ以外の部分はゴムや軟質プラスティック等で形成され、中央ブロック部１１２Ｃは硬質プラスティック等で形成されており、これらは一体的に結合されている。

図９に示す変形例では、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃ自体が剛性の高い材料で形成されているので、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに弾性反力部品１２０が食い込んで傷付くのを軽減できると共に、中央ブロック部１１２Ｃが圧力により前後方向に潰れて側周面１１２ＣＢが膨らむように変形するのを防止できる。そのため、微小な差圧範囲での感度を改善する効果が得られることが期待できる。

図１０に示す第４の変形例では、ダイアフラム１１２の中央ブロック部１１２Ｃの中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡ（特に、弾性反力部品１２０との接触箇所）及び側周面１１２ＣＢに臨む表層部分が、他の部分よりも剛性が高く形成されている。その方法として、例えば、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡ及び側周面１１２ＣＢの表層部分の材料を変える方法、或いは、これらの表層部分に剛性を高める物質を添加して材質を変化させる方法などが採用できる。

図１０に示す変形例でも、中央ブロック部１１２Ｃの前面１１２ＣＡに弾性反力部品１２０が食い込んで傷付くのを軽減できると共に、中央ブロック部１１２Ｃが圧力により前後方向に潰れて側周面１１２ＣＢが膨らむように変形するのを防止できる。

次に、図１１及び図１２を参照して、特にダイアフラム１１２のフランジ部の構造とガイド部１０６Ａの構造における変形例について、より詳細に説明する。図１１及び図１２は、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの構造とガイド部１０６Ａの構造の変形例を示す。そのため、微小な差圧範囲での感度を改善する効果が得られることが期待できる。

次に、図１１と図１２を参照して、ダイアフラム１１２の特にフランジ部１１２Ｂとガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂの形状に関する変形例について説明する。図１１は、
差圧がない時の、その変形例にかかるダイアフラム１１２とガイド部１０６Ａの断面図を示し、図１２は差圧が高圧範囲に或る時の同断面図を示す。

図１１及び図１２に示すように、この変形例では、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの断面形状は、図５及び６に示されたものと同様である。ただし、ここで着目すべきは、フランジ部１１２Ｂの内側環部１１２ＢＣから中間環部１１２ＢＢまでの形状が、前面を下側にして（図１１及び図１２を90度右回転して）見たとき、ガルウィング型をしている（換言すれば、内側環部１１２ＢＣに対して中間環部１１２ＢＢが下方向へ折れている）点である。それにより、フランジ部１１２Ｂの中間環部１１２ＢＢと外側環部１１２ＢＡが、内側環部１１２ＢＣより下方（前方）に(換言すれば、ガイド部１０６Ａにより近い位置に)配置される。

さらに、この変形例では、ガイド部１０６Ａの中間環面部１０６ＢＢから外側環面部１０６ＢＣまでの断面形状が、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの中間環部１１２ＢＢから外側環部１１２ＢＣまでの逆ガルウィング形に対応したＶ字谷形状をしている。これに対して、ガイド部１０６Ａの内側環面部１０６ＢＡの断面形状は、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの内側環部１１２ＢＣの前面よりも急な角度で前方へ傾斜している。

図１１に示すように、差圧が低圧範囲の状態では、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂのどの部分もガイド部１０６Ａの後面１０６Ｂに当接しておらず、よって、実効受圧面積が大きいので測定感度が高い。

差圧が増大してある値以上に高圧域に入ると、図１２に示すように、ダイアフラム１１２のフランジ部１１２Ｂの内の外側環部１１２ＢＡと中間環部１１２ＢＢだけが、ガイド部１０６Ａの中間環面部１０６ＢＢと外側環面部１０６ＢＣに当接する。しかし、フランジ部１１２Ｂの内側環部１１２ＢＣは、まだガイド部１０６Ａから離れている。従って、実効受圧面積は、大幅に減って、内側環部１１２ＢＣ以内の面積となる。加えて、内側環部１１２ＢＣは、外側環部１１２ＢＡや中間環部１１２ＢＢより、厚みが厚く、よって弾性率が高い。従って、測定感度が悪くなるが、その反面、大きい圧力に耐えられる堅牢さが生まれて、高い圧力範囲まで測定可能となる。

なお、この変形例でも、フランジ部１１２Ｂの材質を、径方向中央部へ向かう程剛性がより高くなるように調整して、圧力上昇に対する耐性を向上させてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態と幾つかの変形例を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

本発明の第1の実施形態にかかる差圧センサの断面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 同実施形態におけるダイアフラムの中心線に沿った断面図。 ダイアフラムの第1の変形例の中心線に沿った断面図。 差圧が無い時のダイアフラムとガイド部の中心線に沿った断面図。 差圧が高圧域にある時のダイアフラムとガイド部の中心線に沿った断面図。 ダイアフラムの構成において異なる３種類の差圧センサの差圧変化に対する出力電圧の特性の測定結果を示す説明図。 ダイアフラムの第２の変形例を示す断面図。 ダイアフラムの第３の変形例を示す断面図。 ダイアフラムの第４の変形例を示す断面図。 差圧が無いときのダイアフラムのフランジ部とガイド部に関する構造の変形例の断面図。 差圧が高圧域にある時のダイアフラムのフランジ部の構造とガイド部に関する変形例の断面図。

符号の説明

１００ 差圧センサ
１１２ ダイアフラム
１１２Ｂ ダイアフラムの支持部
１１２Ｃ ダイアフラムの中央ブロック部
１１２ＣＡ 中央ブロック部の前面
１１２ＣＢ 中央ブロック部の側周面
１１４ キャップ（変形防止部材）
１２０ 弾性反力部品
１２２ 移動子（トランスデューサ）
１２８ 非接触検出素子（トランスデューサ）
２０２ 保護板（変形防止部材）
２０４ リング（変形防止部材）

Claims (8)

1. 前面（１１２ＣＡ）と側周面（１１２ＣＢ）を有し、前記前面にて反力部品（１２０）を押すことになるブロック部（１１２Ｃ）と、
   前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部（１１２Ｂ）と、
   前記ブロック部の前記前面の前記反力部品を押す箇所又は前記側周面の周囲に結合された、前記中央ブロック部より剛性の高い材料製の変形防止部材（１１４，２０２，２０４）と
   を備えたダイアフラム（１１２）。
2. 請求項１記載のダイアフラムにおいて、
   前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記前面と前記側周面の双方に密着する内面をもつキャップ（１１４）である、ダイアフラム。
3. 請求項２記載のダイアフラムにおいて、
   前記キャップが前記ブロック部の前記前面と前記側周面の実質的に全域を覆う、ダイアフラム。
4. 請求項１記載のダイアフラムにおいて、
   前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記前面の前記反力部品との接触箇所に結合される裏面をもつ板（２０２）である、ダイアフラム。
5. 請求項１記載のダイアフラムにおいて、
   前記変形防止部材が、前記ブロック部の前記側周面に密着する１以上のリング（２０４）を有する、ダイアフラム。
6. 前面と側周面を有し、前記前面にて反力部品と接触することになるブロック部と、
   前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部と
   を備え、
   前記ブロック部の前記前面の前記反力部品と接触する箇所に臨む部分又は前記側周面に臨む部分が、前記ブロック部の他の部分より剛性が高くなっているダイアフラム。
7. 前面と側周面を有し、前記前面にて反力部品と接触することになるブロック部と、
   前記ブロック部をそこに加わる差圧に応じて移動可能なように支持するための、前記ブロック部に結合された支持部と
   を備え、
   前記ブロック部が前記支持部より剛性が高くなっているダイアフラム。
8. 請求項１〜６のいずれか一項記載のダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの前記ブロック部の前面に接触する反力部品と、
   前記ダイアフラムの前記ブロック部の変位を出力信号に変換するトランスデューサ（１２２，１２８）と
   を備えた差圧センサ（１００）。

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