JP2012168204A - 圧力センサー - Google Patents

Abstract

【課題】溶接後の受圧面に及ぶ残留応力を抑制し、経年劣化を改善した圧力センサー用のダイアフラム、およびこれを搭載した圧力センサーを提供する。
【解決手段】外面が外部圧力を受けて変形し、内面がハウジング１２内部の感圧素子３８に力を伝達する中央部（ダイアフラム本体）４０と、前記中央部（ダイアフラム本体）４０の外側であって、ハウジング１２に形成された口金２２の外周と溶接される周縁部（フランジ）４４と、を一体として同心円状に有し、前記口金２２を封止する圧力センサー１０用のダイアフラム３２であって、前記中央部（ダイアフラム本体）４０と前記周縁部（フランジ）４４との間に段差を形成する緩衝部４２を設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサー用ダイアフラム、及びこれを搭載した圧力センサーに関し、特にダイアフラムの経年劣化を改善するのに好適なものである。

従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動素子を感圧素子として使用した圧力センサーが知られている。前記圧電振動素子は、例えば、板状の圧電基板上に電極パターンが形成され、力の検出方向を検出軸と設定しており、当該検出軸の方向に圧力が作用すると、前記圧電振動子の共振周波数が変化し、当該共振周波数の変化から圧力を検出する。特許文献１〜３には、感圧素子として圧電振動素子を用いた圧力センサーが開示されている。圧力導入口よりベローズに圧力が加わると当該ベローズの有効面積に応じた力がピボット（撓みヒンジ）を支点とした力伝達手段を介して圧電振動素子に圧縮力或いは引張り力として力Ｆが加わる。前記圧電振動子には、当該力Ｆに応じた応力が生じることとなり、当該応力により共振周波数が変化する。当該圧力センサーは圧電振動子に生じる共振周波数の変化を検出することにより圧力を測定するものである。

従来の圧力センサーを、特許文献１などに開示されている例を用いて説明する。図１０は従来の圧力センサーの構造を示した模式図である。
図１０に示す従来の圧力センサー５０１は、対向して配置された第１及び第２の圧力入力口５０２、５０３を有する筐体５０４と、筐体５０４の内部に力伝達部材５０５とを備え、力伝達部材５０５の一端を挟むように第１のベローズ５０６、および第２のベローズ５０７を接続している。そして、第１のベローズ５０６の他端を第１の圧力入力口５０２に接続し、第２のベローズ５０７の他端を第２の圧力入力口５０３に接続している。さらに、力伝達部材５０５の他端と基板５０８のピボット（支点）ではない方の端部との間に、感圧素子として双音叉型振動子５０９を配置している。

ここで、圧力センサーにおいて、高精度に圧力を検出する場合、ベローズの内部には、液体が充填されている。当該液体としては、ベローズの内部や内部の蛇腹部分に気泡が入り込んだり、溜まらないようするために、一般的に粘性の高いシリコンオイルなどのオイルが用いられている。

このように、第１のベローズ５０６の内部には、粘性のあるオイル５１０が充填されており、圧力測定の対象が液体の場合には、第１の圧力入力口５０２に開けられた開口部５１１により液体とオイル５１０とが接触して相対する構造となっている。なお、開口部５１１はオイル５１０が外部に漏れないような開口径が設定されている。

このような構成の圧力センサー５０１においては、圧力測定の対象となる液体より圧力Ｆが第１のベローズ５０６の内部に充填されているオイル５１０に加わると、第１のベローズ５０６を経て圧力Ｆが、力伝達部材５０５（ピボット支持された揺動レバー）の一端に加わる。一方、第２のベローズ５０７には、大気圧が加わっており、大気圧に相当する力が力伝達部材５０５の一端に加わっている。

この結果、力伝達部材５０５の他端を介して、圧力測定の対象となる液体より加わった圧力Ｆと大気圧による圧力の差圧に相当する力が基板５０８のピボットを支点にして、双音叉型振動子５０９に圧縮力、或いは引張り力として加わる。双音叉型振動子５０９に圧縮力、或いは引張り力が加わると、双音叉型振動子５０９には応力が生じ、前記応力の大きさに応じて共振周波数が変化するので、その共振周波数を測定することにより、圧力Ｆの大きさを検出することができる。

一方、特許文献４には、前述の圧力センサーで用いるようなピボット（撓みヒンジ）を支点とした揺動レバーを用いた高価な力伝達手段（カンチレバー）を用いない構造のものが提示されている。これは、センサーハウジング内に一直線上に２つのベローズを配列して間に台座を挟み込み、それぞれのベローズに導入される圧力の差に起因する圧力変動をベローズの伸縮方向に沿った台座の挙動で検出しようとするものである。このため、第１のベローズの一端と第２のベローズの一端との間に振動子接着用台座を挟み込み、第２のベローズの外周側にて、前記台座と第２のベローズの他端側のハウジング壁面とに感圧素子の両端の各々を固定する。そして、第２のベローズを間に挟む線対称位置に補強板を配置し、当該補強板の両端の各々を前記台座と前記ハウジング壁面とに固定してなる構造を採用している。

更に、特許文献５においては、特許文献４に開示された前記圧力センサーに関し、ベローズの圧力検出軸方向と直交する方向からの衝撃に対する強度が弱いという課題を解決するために、圧力検出軸方向と直交する方向に前記台座とハウジングとを補強用弾性部材（いわゆるバネ）を用いて連結してなる圧力センサーが提案されている。

次に、特許文献６、７には、エンジン内部の油圧を検出するためにエンジンブロックに固定して使用する圧力センサーが開示されている。この圧力センサーは印加された圧力に応じた電気信号を出力するセンシング部、圧力を受圧する受圧用ダイアフラム部、ダイアフラムからセンシング部へ圧力を伝達するための圧力伝達部材とからなり、具体的には、中空金属ステムの一方の端面に受圧用の第１ダイアフラムを設け、他方の端面に検出用の第２ダイアフラムを設け、ステム内にて前記第１、第２ダイアフラム間に力伝達部材を介在させている。力伝達部材は金属あるいはセラミックからなるシャフトであり、これを一対のダイアフラム間にプレストレスを与えた状態で介在させるようにしている。そして、第２ダイアフラムの外端面に圧力検出素子としての歪ゲージ機能をもつチップを貼り付け、第１ダイアフラムで受けた圧力を力伝達部材で第２ダイアフラムに伝達し、第２ダイアフラムの変形を歪ゲージチップにより電気信号に変換することでエンジン油圧を検出するようにしている。

更に、特許文献８、９には、感圧素子を内蔵するハウジングの圧力入力口をダイアフラムにより封止した構造を有する圧力センサーが示され、これには、ダイアフラムをレーザ溶接や電子ビーム溶接等によって溶着する構成が開示されている。このときダイアフラムとハウジングとの溶接部位にはビード（溶接凝固部）がリング状に形成されることになる。

特開昭５６−１１９５１９号公報 特開昭６４−９３３１号公報 特開平２−２２８５３４号公報 特開２００５−１２１６２８号公報 特開２００７−５７３９５号公報 特開２００６−１９４７３６号公報 特開２００７−１３２６９７号公報 特開２００５−１０６５２７号公報 特開２００５−１０６５２８号公報

しかしながら、特許文献１〜３の発明においては、図１０に示す如き圧力センサーのように、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０は圧力センサー５０１を構成する要素、例えば、力伝達部材５０５や双音叉型振動子５０９などに比べて熱膨張係数が大きいので、圧力センサー５０１を構成する各部材に温度変化による熱歪みが生じることとなる。このような熱歪みが不要な応力として双音叉型振動子５０９に作用するので、測定した圧力値に誤差が生じることとなり圧力センサーの特性を悪化させるという問題があった。

また、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０は、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているが、圧力センサーの設置方法によりオイル５１０が圧力測定に対象となる液体側に流出したり、液体が第１のベローズ５０６側に流入することもあるので、第１のベローズ５０６に充填されているオイル５１０内に気泡が発生する場合がある。オイル５１０内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体として機能しているオイル５１０は、力を力伝達部材５０５を経由して双音叉型振動子に安定して伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる可能性がある。

さらに、上述したように、オイル５１０は、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているため、圧力センサーの設置方法によりオイル５１０が圧力測定の対象となる液体側に流出する可能性があり、異物の混入を嫌う清浄な液体の圧力測定を行う場合の用途には、オイル５１０を使用した従来の如き圧力センサーを使用することができないという問題があった。

さらにまた、従来の如き圧力センサー５０１は、力伝達部材５０５が、複雑な構造をしており、圧力センサーを小型化する際に、障害となっている。また、力伝達部材５０５はくびれ部の細い撓みヒンジを必要とする構造をしているので高コストな部品となるため圧力センサーの製造コストを上昇させるという問題があった。

特許文献４や５が提案している圧力センサーは、姿勢が傾くと、ベローズに垂れが生じてしまうので、感圧素子（双音叉振動子）に加わる力に変化が生じてしまい、それによって共振周波数も変動してしまうという問題があった。

更に、圧力センサーの圧力導入口に内部にオイルが充填されたパイプを接続し、当該パイプの他端を被測定液体に接触させる構造のため、特許文献１〜３で掲げたようにベローズやパイプに充填されているオイルが、圧力測定の対象となる液体と接触して相対しているので、圧力センサーの設置方法によりオイルが圧力測定の対象となる液体側に流出し、液体がベローズ側に流入することもあるので、ベローズに充填されているオイル内に気泡が発生する場合があり、オイル内に気泡が発生すると、圧力の伝達媒体として機能しているオイルが、台座を経由して双音叉型振動子に安定して伝達することができないので、圧力測定に誤差を生ずる問題があった。

特許文献５については、ベローズに挟まれた台座をハウジング側面に板バネからなる補強用弾性部材で支持する構成のため、ベローズの軸方向移動に伴う台座の挙動を抑制する力が作用することは否めない。このため、圧力検出感度は劣化してしまう可能性がある。また、支持を堅固にするために補強用弾性部材の硬さを硬くしてしまうと、ベローズの動きを抑止してしまうことになり、圧力検出感度を劣化させてしまうという問題があった。

更に、特許文献４や５では補強板がベローズを挟んで線対称位置に感圧素子と対向配置されているので、ベローズの動きを抑止してしまうことになり、圧力検出感度を劣化させてしまうという問題があった。

特許文献６や７において、ダイアフラムとシャフトとはプレストレスを与えた状態で接触しているが、圧力センサーが高温高圧化で使用されるので、リジッドに固定してしまうと各部材の熱膨張の違いにより、機構が破壊されてしまう恐れがあるため、当該熱膨張を考慮して、ダイアフラムとシャフトとは点で接触しているに過ぎず、接着剤等の接着手段を用いて接着はされていない。従って、圧力変動によりダイアフラムとシャフトが稼動する際、点接触部がずれてしまう可能性が非常に高く、接触点がずれる過程で、ダイアフラムとシャフトの双方に作用している力が漏洩してしまうため、精度の高い圧力検出を行うことができないという問題があった。また、そもそも特許文献６、７に記載の圧力センサーは圧力センサーが高温高圧化で使用されるので、受圧部とセンシングとの間に距離をおいてセンシングのチップ等への熱的影響を回避するために、できるだけ力伝達部材が長いことが望ましいもので、小型化を図る技術への適用には好ましくないものであった。加えて、特許文献６、７の場合には、一対のダイアフラム間にシャフトを介在させて力の伝達を行っているが、センシング部のダイアフラムにセンサーチップを取り付けた構成であるため、ダイアフラムの性状が受圧側とセンシング部側で異なるため、計測精度を高くすることができないという大きな欠点があった。

更に、特許文献８、９に記載された圧力センサーの構成では、溶接用のレーザや電子ビームの照射を停止するとビードには急冷による熱歪みが生じてクラック等が格段に生じやすくなるので、このようなダイアフラムを搭載した圧力センサーを使用した場合、外部からの圧力を受圧するダイアフラムが変形を繰り返すことにより、ビードに歪みが繰り返し生じるため、クラックが成長し、ダイアフラムの経年劣化および破損といった問題が発生する。

更に、レーザ照射時の熱により膨張したダイアフラムが、レーザ照射停止後の冷却に伴って収縮するため、そのときに生じる残留応力がダイアフラムの受圧部中央領域に集中するので、前記中央領域が不均一に歪むこととなり、圧力センサーの感度が劣化してしまうという問題があった。
更に、溶接部位はレーザ照射による溶接温度が高いために高熱にさらされるので、脆性破壊を起こしやすくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するため、圧力を受けて撓み変形するダイアフラムであって、特に、ダイアフラムとこれが取り付けられるハウジングとの接合部に応力を受けにくい形状として、経年劣化を改善し、不均一な圧縮応力の発生を抑制し、脆性破壊を起こし難い圧力センサー用のダイアフラムを提供することを目的とする。また、上記ダイアフラムが搭載され、受圧媒体としてのオイルを使用しない圧力センサーであって、少ない工程で製造可能であり、歩留まりが良く小型化が可能で、経年劣化を起こしにくく感度の良い圧力センサーを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］外面が外部圧力を受けて変形し、内面がハウジング内部の感圧素子に力を伝達するダイアフラム本体を形成する中央部と、前記中央部の外側であって、ハウジングに形成された圧力入力口の外周と溶接される周縁部と、を一体として同心円状に有し、前記圧力入力口を封止する圧力センサー用のダイアフラムであって、前記中央部と前記周縁部との間に段差壁を形成したことを特徴とする圧力センサー用のダイアフラム。

上記構成により、中央部と段差壁との境界にダイアフラムの変形による応力が集中し、溶接部分と応力集中部分とを位置的に分離することが可能なため、ハウジングへの溶着対象の周縁部に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時にビードにクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラムの経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。また上記構成により、周縁部における溶接後の冷却によって発生する残留応力が段差領域において緩和されるため、中央部が不均一に歪むことを抑制し、ダイアフラムの感度の劣化を抑制することができる。

［適用例２］前記ダイアフラム本体を形成する中央部には、前記段差壁と同心円状に壁が形成されていることを特徴とする適用例１に記載の圧力センサー用のダイアフラム。

ダイアフラムに対して急激な圧力変化があった場合、ダイアフラムは振動する。しかし、壁を設けることで前記振動を壁が内側に反射して、前記振動を内側の領域に閉じ込めることになるため、前記振動がビードに伝わりビード中のクラックが成長することを抑制できる。

［適用例３］前記段差壁の内周面には、前記段差壁の内周に倣った形状の外形を有するリングが嵌め込まれて前記段差壁の変形を拘束可能としていることを特徴とする適用例１または２に記載の圧力センサー用のダイアフラム。

これにより、リングが段差壁を中央部側に変位することが抑制されるため、適用例１の場合よりも効果的にダイアフラムの変形による応力をダイアフラム本体である中央部と段差壁との間に集中させ、ハウジングに溶着される周縁部への応力の伝達を抑制することができる。

［適用例４］前記ダイアフラムは、前記ハウジングと同一材料で形成されていることを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧力センサー用のダイアフラム。

ダイアフラムの材料をハウジングと同一材料とすることで、ハウジングからダイアフラムへの温度変化による応力を抑制してダイアフラムの経年劣化を抑制することができる。

［適用例５］外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成したことを特徴とする圧力センサー用ダイアフラム。

上記構成により、ダイアフラム本体と円筒部との境界にダイアフラムの撓み変形による応力が集中し、溶接部分と応力集中部分とを位置的に分離することが可能なため、円筒部端縁の溶着部に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時にビードにクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラムの経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。また上記構成により、円筒体縁部を溶接した後の冷却によって発生する残留応力がダイアフラム本体外縁に対して緩和されるため、ダイアフラム本体が不均一に歪むことを抑制し、ダイアフラムの感度の劣化を抑制することができる。

［適用例６］前記円筒部端縁にフランジを形成してハット形ダイアフラムとなし、前記フランジ部を前記ハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする適用例５に記載の圧力センサー用ダイアフラム。

このような構成では、溶着部とダイアフラム本体の撓み基点部との離間距離を大きくできるので、ダイアフラム本体の撓み変形による応力が溶着部へ作用することを抑制でき、劣化防止効果が高いものとなる。

［適用例７］前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする適用例５に記載の圧力センサー用ダイアフラム。

このような構成では、段差によってダイアフラム本体の変形に起因する応力が溶着部に作用することを防止できると同時に、溶着部が円筒部の外縁となるため、溶着時に熱を逃がすためにハウジング側に形成する断熱溝を円筒部に近接させることができ、ダイアフラムの取り付けのための寸法を小さくでき、もって、このダイアフラムが取り付けられる圧力センサーの寸法を小さくできる。

［適用例８］適用例１乃至７のいずれか１例に記載の圧力センサー用のダイアフラムが前記圧力入力口の外周を覆うように前記ダイアフラムの周縁部を溶接していることを特徴とする圧力センサー。

上記構成により、周縁部における溶接後の冷却によって発生する残留応力が段差領域において緩和され、中央部のダイアフラム本体が不均一に歪むことが抑制される。よって中央部に接続される力伝達手段の変位方向にズレが生じることはなく、ダイアフラムから感圧素子への力の伝達の損失を防止し、感度特性への悪影響を及ぼすことのない圧力センサーとなる。

［適用例９］上記適用例８に記載の圧力センサーであって、前記周縁部の近傍に断熱溝が形成されていることを特徴とする圧力センサー。
断熱溝により圧力入力口の溶接部位の容積を小さくして熱容量を低減させているので、溶接時の熱量を下げることができ、それによって溶接温度を低く抑えられるので、溶接部位の熱歪みによる脆性破壊を抑制することができる。そして、溶接終了後の冷却過程でのダイアフラムの収縮率も小さくさせることができるので、残留応力も低減する圧力センサーとなる。

［適用例１０］前記圧力入力口の内壁にはザグリが形成され、前記ザグリに前記中央部及び前記緩衝部が接することを特徴とする適用例８に記載の圧力センサー。

これにより、ダイアフラムが外側に変形したときは、中央部と段差領域との境界に応力が集中し、ダイアフラムが内側に変形したときは、中央部とザグリの角の当接部分に応力が集中する。よって中央部と段差領域との境界に掛かる応力の頻度を減少させ、経年劣化を抑制した圧力センサーとなる。

［適用例１１］圧力入力口を有するハウジングと、当該ハウジングの前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの中央領域に接続され当該ダイアフラムに連動してその受圧面と垂直方向に動く力伝達手段と、この力伝達手段と前記ハウジングに接続されて検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸に沿って設定した感圧部とを有してなり、前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成したことを特徴とする圧力センサー。

上記構成によれば、被圧力測定環境の圧力を受ける受圧媒体をダイアフラムとして、圧力センサーには受圧媒体としてのオイルを不要としたので、被圧力測定環境側にオイルが流出することはなく、例えば被圧力測定環境として異物の混入を嫌う清浄な液体の圧力測定を行うなどの用途に使用可能となる。また、熱膨張係数が大きい受圧媒体であるオイルの使用を止めたので、圧力センサーの温度特性を大きく向上させることができる。特に、ダイアフラム本体と円筒部との境界にダイアフラムの撓み変形による応力が集中し、溶接部分と応力集中部分とを位置的に分離することが可能なため、円筒部端縁の溶着部に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時にビードにクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラムの経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。また上記構成により、円筒体縁部を溶接した後の冷却によって発生する残留応力がダイアフラム本体外縁に対して緩和されるため、ダイアフラム本体が不均一に歪むことを抑制し、ダイアフラムの感度の劣化を抑制することができる。

［適用例１２］前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする適用例１０に記載の圧力センサー用ダイアフラム。

当該構成によれば、段差によってダイアフラム本体の変形に起因する応力が溶着部に作用することを防止できると同時に、溶着部が円筒部の外縁となるため、溶着時に熱を逃がすためにハウジング側に形成する断熱溝を円筒部に近接させることができ、ダイアフラムの取り付けのための寸法を小さくでき、もって、このダイアフラムが取り付けられる圧力センサーの寸法を小さくできる。

［適用例１３］ハウジングと、当該ハウジングの対向する端面板に同軸上に設けられた一対の圧力入力口と、前記圧力入力口を封止し外面が受圧面である第１、第２のダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域同士を接続する力伝達手段と、この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と平行に配列された感圧素子とを有してなり、前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成し、前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする圧力センサー。

この構成により、相対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、ダイアフラム本体と円筒部との境界にダイアフラムの撓み変形による応力が集中し、溶接部分と応力集中部分とを位置的に分離することが可能なため、円筒部端縁の溶着部に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時にビードにクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラムの経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。

［適用例１４］ハウジングと、当該ハウジングの端面板に設けられた圧力入力口と、前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域に当該ダイアフラムの受圧面と垂直な軸線上に配置され対向するハウジング端面板と接続される力伝達手段と、この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と同軸に設定した感圧素子とを有してなり、前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成し、前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする圧力センサー。

このような構成により、絶対圧センサーとしてオイルレスで小型の圧力センサーとすることができるとともに、ダイアフラム本体と円筒部との境界にダイアフラムの撓み変形による応力が集中し、溶接部分と応力集中部分とを位置的に分離することが可能なため、円筒部端縁の溶着部に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時にビードにクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラムの経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。

第１実施形態に係る圧力センサーと、これに使用されるダイアフラム示す模式断面図、及び要部拡大断面図である。 第１実施形態に係る圧力センサー用のダイアフラムの平面図と断面図である。 第２実施形態に係る圧力センサー用ダイアフラムの断面図、及び圧力センサー取付部の拡大断面模式図である。 第３実施形態に係るダイアフラムの平面図およびハウジング装着部の要部拡大断面図である。 第４実施形態に係るダイアフラムの平面図と断面図である。 第５実施形態に係る圧力センサーの要部詳細断面図である。 第６実施形態に係る圧力センサーの要部詳細断面図である。 第７実施形態に係る圧力センサーの概略断面図である。 第８実施形態に係る圧力センサーの概略断面図である。 従来例に係る圧力センサーの構造例を示す断面図である。

以下、本発明に係る圧力センサー用のダイアフラム、及びこれを搭載した圧力センサーを図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１に本発明に係る圧力センサーの第１実施形態を示す。図１（ａ）は圧力センサーの概要を示す模式断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のダイアフラムの溶接部位を示す部分詳細図である。第１実施形態に係る圧力センサー１０は円筒形の外形を有し、ハウジング１２、ダイアフラム３２、力伝達手段３４であるシャフト３６、感圧素子３８から構成される。

ハウジング１２は、内部を真空に封止して後述の各構成要素を収容するものである。これにより圧力センサー１０は、感圧素子３８のＱ値を高め、安定した共振周波数を確保することができるので、圧力センサー１０の長期安定性を確保することができる。

またハウジング１２は上端面板を構成する円盤状の第１部材１４、下端面板を構成する円盤上の第２部材１６、第１部材１４と第２部材１６とを接合する支持棒１８、第１部材１４及び第２部材１６の側面を覆う円筒側壁を形成する第３部材２０とから全体の外形が構成されている。第１部材１４及び第２部材１６は同一の直径を有する部材である。第１部材１４及び第２部材１６は、同心円を構成する位置に、それぞれ外部に突出する口金２２を突出させ、この口金２２に第１圧力入力口２４、第２圧力入力口２６を開口させている。そして第１部材１４及び第１圧力入力口２４（第２部材１６及び第２圧力入力口２６）を連通する貫通孔２８が、前記同心円の中心位置に形成されている。

支持棒１８は、一定の剛性を有し、第１部材１４及び第２部材１６の互いに対向する位置に形成され、支持棒１８の断面の外形に倣った形状のダボ穴（不図示）に差し込んで接合することで、第１部材１４、第２部材１６、及び支持棒１８との間で剛性を獲得し、圧力センサー１０の組み立て時、及び使用時に後述の感圧素子３８に対する不要な歪みを抑えることができる。なお、図示では２本の支持棒１８が記載されているが、１本または３本以上用いてもよい。

ハウジング１２の材質は、熱膨張による圧力センサー１０の誤差を緩和するため、支持棒１８及び感圧素子３８を収容する部分の周囲を熱膨張係数の小さい金属もしくはセラミックとすることが望ましい。

そして、第１圧力入力口２４および第２圧力入力口２６には、測定対象の液体もしくは気体の圧力に応じて撓むダイアフラム３２（第１ダイアフラム３２ａ、第２ダイアフラム３２ｂ）が取り付けられ、貫通孔２８を封止して外部に露出している。

ダイアフラム３２（第１ダイアフラム３２ａ、第２ダイアフラム３２ｂ）は、内側から同心円状に中央部（ダイアフラム本体）４０、この中央部（ダイアフラム本体）４０の外縁に形成された円筒状の緩衝部（円筒部）４２、この緩衝部（円筒部）４２の先端外縁に形成されたフランジからなる周縁部（フランジ）４４から構成され、全体的にハット形の灰皿のような形状をしている。円盤状の中央部（ダイアフラム本体）４０は一面が外部に面した受圧面となっており、前記受圧面が被測定圧力としての外部圧力を受けて撓み変形し、ダイアフラム３２の他面の中央部（ダイアフラム本体）４０に接触している後述の力伝達手段３４であるシャフト３６の端面に力を印加するものである。リング形状の周縁部（フランジ）４４はハウジング１２の口金２２の外周とレーザ溶接等により溶接される部分である。円筒形状の緩衝部（円筒部）４２は、中央部（ダイアフラム本体）４０の外周、及び周縁部（フランジ）４４の内周とそれぞれ垂直に接続され、これがて中央部（ダイアフラム本体）４０の外周と周縁部（フランジ）４４との間に段差を形成して離隔している。これにより中央部（ダイアフラム本体）４０と周縁部（フランジ）４４との間に段差壁(緩衝部４２)が形成される。一方、ハウジング１２の口金２２には周縁部（フランジ）４４の外形に倣った形状の周縁ザグリ２５が形成され、周縁部（フランジ）４４を嵌めこむことができる。そして周縁ザグリ２５に嵌めこまれた周縁部（フランジ）４４は溶接により周縁ザグリ２５に接続され、このときリング状のビード４６が形成される。さらに周縁ザグリ２５の近傍（外周）には断熱溝２７が同心円を形成するように彫りこまれている。

ハウジング１２及びダイアフラム３２の材料は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたもの、また、水晶のような単結晶体やその他の非結晶体でもよいが、同一材料で形成することが望ましい。ダイアフラムの材料をハウジングと同一材料とすることで、ハウジングからダイアフラムへの温度変化による応力を抑制してダイアフラムの経年劣化を抑制することができる。

ダイアフラム３２は、プレス加工にて形成してもよく、また残留応力の発生がなく、小型化に有利なフォトリソグラフィー技法とエッチング技法と（以下、両者を併せてフォトリソ・エッチング加工と称す）により形成しても良い。とくに中央部（ダイアフラム本体）と周縁部（フランジ）の厚みが同じ場合は一回のエッチング工程でダイアフラムを形成することができる。またダイアフラム３２は、液体やガス等により腐食しないように、外部に露出する表面をコーティングしてもよい。例えば、金属製のダイアフラムであれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよい。

第１ダイアフラム３２ａと第２ダイアフラム３２ｂとの間には、力伝達手段３４であるシャフト３６が貫通孔２８を挿通して取り付けられ、シャフト３６の両端部は第１ダイアフラム３２ａ、及び第２ダイアフラム３２ｂの中央部（ダイアフラム本体）４０の中心領域の面とそれぞれ垂直に接触（接続）している。よって、ダイアフラム３２に圧力が掛かってもシャフト３６と第１ダイアフラム３２ａ及び第２ダイアフラム３２ｂとの変位の方向は同じとなる。このとき圧力の高い側のダイアフラム３２がハウジング１２の内側に変位し、圧力の低い側のダイアフラム３２がハウジング１２の外側に変位するが、シャフト３６の長さは変わらないので、変位の絶対値は両側で一致する。またシャフト３６の所定の位置には可動部材３６ａが固定され、この可動部材３６ａもシャフト３６と同じ変位方向を持つ。

シャフト３６は、強度が安定した材質であるステンレス、或いはアルミニウム、または加工のしやすいセラミックなどを、圧力センサーの用途に応じて選択して使用することにより、精度の高い安定した圧力センサーを構成することができる。特にシャフト３６の材料をセラミックにすると、熱膨張係数が小さいため圧力センサーの温度特性は、ほとんど感圧素子３８の温度特性に依存することになる。さらにシャフト３６の両端部は円形で、かつダイアフラム３２の中央部（ダイアフラム本体）４０と同心円を形成するように接続することが望ましい。

感圧素子３８は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料を用い、双音叉型圧電振動子、ＳＡＷ共振子、厚みすべり振動子等として形成されたものである。感圧素子３８は、可動部材３６ａと、第１部材１４の固定部材３０のそれぞれに感圧素子３８の両端部を接続して支持されている。このとき、感圧素子３８は力の検出方向を検出軸として設定しており、感圧素子３８の前記両端部を結ぶ方向は前記検出軸と平行関係にある。また感圧素子３８はハウジング１２に取り付けられた発振回路（不図示）と電気的に接続され、発振回路（不図示）からの交流電圧により固有の共振周波数により振動する。そして、感圧素子３８は可動部材３８ａからの伸長（引張り）応力または圧縮応力を受けることにより共振周波数が変動する。特に双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサーにおいては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が小さくなるので共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動腕（振動部）の振幅幅が大きくなるので共振周波数は低くなる。なお、双音叉型圧電振動子の圧電基板としては温度特性に優れた水晶が望ましい。

上記構成のダイアフラム３２（図１（ｂ）斜線部分）は、口金２２に圧入しているので、中央部（ダイアフラム本体）４０及び緩衝部（円筒部）４２は、口金２２の内壁により圧縮応力が生じている。前記圧縮応力は、ダイアフラム３２の受圧部である中央部（ダイアフラム本体）４０において同心円状に均一に分布することになるため、ダイアフラムの有する撓み感度には悪影響を及ぼさない。したがって中央部（ダイアフラム本体）４０と緩衝部（円筒部）４２との境界４１にダイアフラムの変形により応力が集中するが、溶接部分（周縁部（フランジ）４４）と上述の応力集中部分とは位置的に分離しているので、周縁部（フランジ）４４に前記応力が伝わることを抑制できる。したがって、溶接時において、ビード４６にクラックが発生しても前記応力によるクラックの成長を抑制し、ダイアフラム３２の経年劣化を改善、すなわち寿命を延ばすことができる。また、周縁部（フランジ）４４のレーザ照射による溶接時に生じた残留応力は、段差領域である緩衝部（円筒部）４２において緩和され、ダイアフラムの受圧部である中央部（ダイアフラム本体）４０に集中することはないので、中央部（ダイアフラム本体）４０が不均一に歪むことを防止できる。

従って、本願発明者が提案する図１（ａ）の圧力センサー１０においても、ダイアフラム３２の不均一な歪みにより、シャフト３６が傾いて変位方向がズレることはなく、力の検出軸方向にシャフト３６が確実に変位するので、変位方向のズレによるダイアフラム３２から感圧素子３８への力の伝達の損失を防止し、圧力センサー１０の感度特性に悪影響を及ぼすこともない。

更に、断熱溝２７により口金２２の溶接部位の容積を小さくして熱容量を低減させているので、溶接時の熱量を下げることができ、それによって溶接温度を低く抑えられるので、溶接部位の熱歪みによる脆性破壊を抑制することができる。そして、溶接停止後の冷却過程でのダイアフラムの収縮率も小さくさせることができるので、残留応力も低減することができる。

図３に第２実施形態に係る圧力センサー用のダイアフラム、及びこれを搭載した圧力センサー示す。図３（ａ）は圧力センサーの概要図、図３（ｂ）は図３（ａ）のダイアフラムの溶接部位を示す部分詳細図である。第２実施形態に係るダイアフラム３２は第１実施形態と同様である。一方、第２実施形態にかかる圧力センサー５０は、基本的には第１実施形態に係る圧力センサー１０と類似するが、圧力センサー５０は、第１圧力入力口５４及び第２圧力入力口５６の内壁の開口端にザグリ５８が形成されている。すなわち貫通孔６０は、前記開口端の近傍でその内径が大きくなった構成を有している。このザグリ５８にダイアフラム３２が接することになる。ここで、中央部（ダイアフラム本体）４０の外周部分はザグリ５８のリング状の端面５８ｂと接し、緩衝部４２の外周はザグリ５８の側面５８ｃと接する。

これにより、ダイアフラム３２がハウジング５２の外側に変形したときは、中央部（ダイアフラム本体）４０と緩衝部４２との境界４１に応力が集中し、ダイアフラム３２がハウジング５２の内側に変形したときは、中央部（ダイアフラム本体）４０とザグリ５８の角５８ａとの当接部分に応力が集中する。よって中央部（ダイアフラム本体）４０と緩衝部４２との境界４１に掛かる応力の頻度を減少させ、経年劣化を抑制することができる。

図４に第３実施形態に係るダイアフラムを示す。図４（ａ）は溶接時のダイアフラムの平面図、図４（ｂ）は溶接時の詳細図である。第３実施形態に係るダイアフラム７０は、第１実施形態に係るダイアフラム３２の形態と同一であるが、段差壁としての緩衝部（円筒部）７４の内周に倣った形状の外形を有するリング７８（図４の斜線部分）が嵌め込まれ、前記緩衝部（円筒部）７４の変形を拘束可能としている。リング７８はダイアフラム３２を口金２２にビード７９を形成しつつ溶接したのち嵌め込む。これにより、リング７８が緩衝部（円筒部）７４を中央部７２側に変位することを抑制するため、第１実施形態及び第２実施形態の場合よりもダイアフラム７０の受圧に伴い発生する変形による応力を中央部７２と緩衝部７４との境界７３に効果的に集中させ、周縁部７６へ伝達することを抑制することができる。なお、このリング７８も上述同様の理由により、ダイアフラム７０及びハウジングと同一の材料を用いると良い。

図５に第４実施形態に係るダイアフラム８０を示す。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。第４実施形態に係るダイアフラム８０は、第１実施形態のダイアフラムと類似するが、ダイアフラム８０の中央部（ダイアフラム本体）８２には、同心円状に壁８８（図５（ａ）の斜線部分）が形成されている。壁８８の外周と緩衝部（円筒部）８４との間には隙間が形成されている。ダイアフラム８０は、壁８８の開放端８８ａと周縁部（フランジ）８６が同一平面を形成する場合は、フォトリソ・エッチング加工において、一回のエッチング工程で形成することができる。

ダイアフラムに対して急激な圧力変化があった場合、ダイアフラムは振動する。しかし、壁８８を設けることで前記振動を壁８８が内側に反射して、前記振動を中央部（ダイアフラム本体）８２の壁８８より内側の領域に閉じ込めることになるため、前記振動がビードに伝わりビード中のクラックが成長することを抑制できる。

第３実施形態及び第４実施形態のダイアフラムは、第１実施形態及び第２実施形態に係る圧力センサーと何ら干渉しないため、これらを第１実施形態及び第２実施形態に適用することができる。なお第３実施形態を第２実施形態に適用する場合、リング７８が中央部７２に当接しないように、リング７８は、中央部７２との間に隙間を形成しつつ嵌め込む必要がある。また第４実施形態に第３実施形態を適用する際には、リング７８の厚みが壁８８の外周と緩衝部８４の内周との隙間の幅以下となるように設計すればよい。

図６には第５実施形態を示す。この図は、第５実施形態に係る圧力センサー９０は、ダイアフラム９２を圧力センサーのハウジング９４に取り付けた状態の断面図を示している。当該ダイアフラム９２は、外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体（中央部）９６と、当該ダイアフラム本体（中央部）９６の周縁に一体的に設けられセンサーハウジング９４の圧力入力口９８の内壁面に嵌着可能な円筒部（緩衝部）１００とからなる。そして、この円筒部（緩衝部）１００の端縁に設けられた前記センサーハウジング９４との溶着部（ビード）１０２と前記ダイアフラム本体９６の撓み基点となる外周縁部１０４との間に段差壁を形成している。特に、この実施形態では、溶着部（ビード）１０２を、センサーハウジング９４の圧力入力口９８の開口縁部に接する前記円筒部端縁とし、前記センサーハウジング９４の開口縁に溶着するようにしたものである。すなわち、この実施形態に係るダイアフラム９２は、上述した第１〜４実施形態におけるダイアフラムの周縁部として説明したフランジを省略した円筒容器形ダイアフラムとし、圧力入力口９８の内壁面に円筒部（緩衝部）１００を嵌着して、圧力入力口９８の開口端で溶接するようにしたものである。このようにすることで、溶接時の熱的影響を回避するために溶接部（ビード）１０２の外周を取り囲むように形成された断熱溝１０６の半径を、フランジ付きのダイアフラムを用いた場合よりも小さくすることができ、もって圧力センサーのサイズを小さくすることができる。

図７には第６実施形態を示す。これは図６の第５実施形態に係る圧力センサー１１０は、ダイアフラム１１２において受圧面を形成するダイアフラム本体１１４の構造が異なるのみである。すなわち、圧力センサー１１０が圧力を受けて撓む変形を感圧部材に伝達するための力伝達部材であるシャフト３６が接続されるダイアフラム本体１１４を平板面によって形成する。そして、シャフト３６が接続されるダイアフラム本体１１４の中心領域１１６の周囲に環状溝１１８を形成して、中心領域１１６を相対的に厚肉にしている。その他の構成は第５実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。

この実施形態によれば、上記第５実施形態の圧力センサーの効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、圧力を受けて薄肉部と厚肉部の段差部分に応力が集中するが、厚肉の中心領域１１６は圧力を受けて上下変位はするものの、中心領域１１６の湾曲変形は小さくなるため、センターシャフト３６とダイアフラム１１２との接合部分への応力集中は回避される。これによってセンターシャフト３６へは軸方向力と異なる方向への不要な力が作用せず、圧力検出精度を向上させることができる。

図８は図７に示したダイアフラム１１２を用いた第７実施形態に係る相対圧検出用の圧力センサー１２０を示している。
この圧力センサー１２０は、中空円筒体からなるハウジング１２２を有している。このハウジング１２２は第１部材（上端面板）をハーメ端子台１２４とするとともに、第２部材（下端面板）をフランジ端面板１２６とし、第３部材である円筒側壁１２８によって離隔配置した端面板の周囲を取り囲んで中空密閉容器として構成したものである。ハーメ端子台１２４とフランジ端面板１２６の各外面部には、ハウジング内部空間と連通する第１圧力入力口１３０、第２圧力入力口１３２が凹陥部として形成されており、その底板部分にハウジング１２２の軸芯と同芯の貫通孔１３４（１３４Ａ、１３４Ｂ）が穿設されて、内外を連通している。この圧力入力口１３０、１３２の凹陥部にはそれぞれ第１ダイアフラム１１２Ａ、第２ダイアフラム１１２Ｂが嵌着され、その周囲をハーメ端子台１２４とフランジ端面板１２６とに一体的に溶接結合し、これによって内外を遮蔽するようにされている。ハーメ端子台１２４側の第１ダイアフラム１１２Ａは大気圧設定用であり、フランジ端面板１２６の第２ダイアフラム１１２Ｂは受圧用としている。このようなハウジング１２２も、内外が遮断された状態となっているとともに、図示しない空気抜き手段により内部を真空状態に保持できるようにしているのはその他の実施形態と同様である。

各ダイアフラム１１２（１１２Ａ、１１２Ｂ）は、図７に示した構造であり、外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体（中央部）１１４と、当該ダイアフラム本体（中央部）１１４の周縁に一体的に設けられセンサーハウジング１２２の圧力入力口１３０、１３２の内壁面に嵌着可能な円筒部（緩衝部）１００とからなる。そして、この円筒部（緩衝部）１００の端縁と圧力入力口１３０、１３２の開口縁とを溶接した溶着部１０２（溶接ビード）によって結合している。溶着部１０２の周囲を囲むように断熱溝１０６が形成されている。これによって、前記センサーハウジング１２２との溶着部（溶接ビード）１０２と前記ダイアフラム本体１１４の撓み基点となる外周縁部１０４との間に段差壁を形成している。特に、この実施形態では、ダイアフラム本体１１４の中心領域に接続される力伝達手段としてのシャフト１３６を接続しているが、この中心領域１１６を厚肉とするように、周囲に円周溝１１８を形成している。

前記ハウジング１２２の内部には、前記第１、第２のダイアフラム１１２Ａ、１１２Ｂの内面の中心領域を相互に接続するシャフト（力伝達手段）１３６がハウジング１２２の軸芯に沿って配置され、前記貫通孔１３４を貫通して両者を接着連結している。そして、このシャフト１３６の途中には感圧素子受け台としての可動部１３８が一体的に設けられており、この可動部１３８に対して、検出軸を前記第１、第２ダイアフラム１１２（１１２Ａ、１１２Ｂ）の受圧面と垂直な軸と平行に設定した双音叉型振動子からなる感圧素子１４０の一端部を取り付けるようにしている。感圧素子１４０の他端部は前記ハウジング１２２のハーメ端子台１２４に設けられている内側に突出した感圧素子受け台としてのボス部１４２に接続するようにしている。これにより、受圧用第２ダイアフラム１１２Ｂと大気圧用第１ダイアフラム１１２Ａの差圧によりシャフト１３６が軸方向移動すると、これに追随して可動部１３８が位置を変動し、この力が感圧素子１４０の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。

上記ハウジング１２２の内部には、前記シャフト１３６と平行であって、その周囲に複数の支持棒１４４が配置されている。これらは第２部材であるフランジ端面板１２６と第１部材であるハーメ端子台１２４との間隔を一定に保持し、外力によるハウジング１２２の変形や任意の姿勢によって検出精度が低下しないようにしている。

このような第７実施形態によれば、一対のダイアフラム１１２同士はセンターシャフト１３６により連結され、センターシャフト１３６の途中に設けた可動部１３８がダイアフラム１１２の挙動に応じて一体的にシャフト軸方向に移動し（これが一対のダイアフラム１１２Ａ、１１２Ｂが受ける圧力差に起因する動きとなる。）、双音叉型振動子である感圧素子１４０の検出軸方向に作用する力に応じた動きとなる。したがって、オイルを用いることなく、検出精度の高い圧力センサーを構成でき、かつ小型で組み立てが容易な構造となる。また、フランジ端面板１２６、ハーメ端子台１２４、並びに円筒側壁１２８が真空容器としてのハウジング１２２を形成し、ハーメ端子台１２４と第１ダイアフラム１１２Ａが一体とされ、フランジ端面板１２６と第２ダイアフラム１１２Ｂとが一体とされ、組み立てが簡便に行えるようにしている。この圧力センサー１２０を測定対象液体へ沈める（浸す）容器に取り付けるには、フランジ端面板１２６を測定対象液体容器に第２ダイアフラム１１２Ｂの周囲を囲むように配置されたＯリングを介して面接合してボルト締めにより取り付ける。Ｏリングは前記断熱溝１０６を利用して装着するとよい。

特に、この第７実施形態では、シャフト１３６が接続される一対のダイアフラム１１２の中心領域１１６（図７参照）をその周辺部より厚肉としているので、圧力を受けて薄肉部と厚肉部の段差部分に応力が集中するが、厚肉の中心領域１１６は圧力を受けて上下変位はするものの、中心領域１１６の湾曲変形は小さくなるため、シャフト１３６とダイアフラム１１２との接合部分への応力集中は回避される。これによってセンターシャフト１３６へは軸方向力と異なる方向への不要な力が作用せず、圧力検出精度を向上させることができる。

また、第７実施形態では、ダイアフラム１１２をハーメ端子台１２４とフランジ端面板１２６の外面に凹陥部として形成した圧力入力口１３０、１３２に嵌着して取り付けるため、ハウジング１２２には外部への突出部分が無くなり、高さ寸法を短くすることができて、小型化を促進することができるものとなっている。

加えて、この実施形態では、ダイアフラム１１２をハウジング１２２に取り付けるに際して、円筒部１００の先端縁を圧力入力口１３０、１３２の開口縁で溶着するようにしているので、断熱溝１０６の形成位置がハウジング中心側に近接させることができ、これによって、他の実施形態の場合よりダイアフラムフランジ寸法分だけ小さくすることができ、小型化への寄与が大きいものとなっている。

次に、図９には、第８実施形態に係る圧力センサー１５０の断面図を示している。図示の例は、図７に示したダイアフラム１１２を用いた絶対圧検出用の圧力センサーとして用いた例である。

この圧力センサー１５０は、中空円筒体からなるハウジング１５２を有している。このハウジング１５２は第１部材（上端面板）をハーメ端子台１５４とするとともに、第２部材（下端面板）を構成する端面板を第７実施形態と同様なフランジ端面板１５６とし、第３のケースである円筒側壁１５８によって離隔配置した端面板の周囲を取り囲んで中空密閉容器として構成している。フランジ端面板１５６には、内部空間と連通する圧力入力口１６０がハウジング１５２の軸芯と同芯に貫通されて、凹陥部を形成してその中央部に貫通孔１６４を形成し、凹陥部にダイアフラム１１２を嵌着してハウジング１５２の内外を遮蔽している。ダイアフラム１１２は、第７実施形態と同様に、圧力入力口１６０の凹陥部内壁に溶着結合されて一体的に結合されている。このダイアフラム１１２は測定対象液体の受圧用である。ハーメ端子台１５４には圧力流入口もダイアフラムも省略された端面板として構成されている。このようなハウジング１５２も、内外が遮断された状態となっているとともに、図示しない空気抜き手段により内部を真空状態に保持できるようにしているのは他の実施形態と同様である。

前記ハウジング１５２の内部には、前記ダイアフラム１１２の内面の中心領域１１６（図９参照）にシャフト（力伝達手段）１６６が垂直に立設されており、これはハウジング１５２の軸芯に沿って配置されている。そして、このシャフト１６６の先端部には感圧素子受け台としての可動部１６８が一体的に設けられており、この可動部１６８に検出軸をシャフト１６６と同軸となるように設定した双音叉型振動子からなる感圧素子１７０の一端部を取り付けるようにしている。感圧素子１７０の他端部は前記ハウジング１５２のハーメ端子台１５４の中心領域に設けられている内側に突出した台座１７２に接続するようにしている。これにより、受圧用ダイアフラム１１２が測定対象液体の圧力を受けることにより撓むと、シャフト１６６が軸方向に移動し、これに追随して可動部１６８に連結された感圧素子１７０の検出軸方向への作用力を発生させるようにしている。
その他は、第７実施形態に示した圧力センサーと同様であるので、同一部品に同一番号を付して説明を省略する。
このような第８実施形態によれば、絶対圧検出用の圧力センサーとして小型で検出精度の高いものとなる。

なお、上記いずれの実施形態におけるダイアフラムの構成要素は組み合わせが自由にできる。すなわち、図６、図７に示したダイアフラムには、図４、図５に示したリング７８や壁８８を設けることもできる。

１０………圧力センサー、１２………ハウジング、１４………第１部材、１６………第２部材、１８………支持棒、２０………第３部材、２２………口金、２４………第１圧力入力口、２５………周縁ザグリ、２６………第２圧力入力口、２７………断熱溝、２８………貫通孔、３０………固定部材、３２………ダイアフラム、３４………力伝達手段、３６………シャフト、３８………感圧素子、４０………中央部、４１………境界、４２………緩衝部、４４………周縁部、４６………ビード、５０………圧力センサー、５２………ハウジング、５４………第１圧力入力口、５６………第２圧力入力口、５８………ザグリ、６０………貫通孔、７０………ダイアフラム、７２………中央部、７３………境界、７４………緩衝部、７６………周縁部、７８………リング、７９………ビード、８０………ダイアフラム、８２………中央部、８４………緩衝部、８６………周縁部、８８………壁、９０………圧力センサー、９２………ダイアフラム、９４………ハウジング、９６………ダイアフラム本体（中央部）、９８………圧力入力口、１００………円筒部（緩衝部）、１０２………溶着部（ビード）、１０４………ダイアフラム本体外周縁部、１０６………断熱溝、１１０………圧力センサー、１１２………ダイアフラム、１１４………ダイアフラム本体、１１６………中心領域、１１８………環状溝、１２０………圧力センサー（第７）、１２２………ハウジング、１２４………ハーメ端子台、１２６………フランジ端面板、１２８………円筒側壁、１３０………第１圧力入力口、１３２………第２圧力入力口、１３４………貫通孔、１１２Ａ………第１ダイアフラム、１１２Ｂ………第２ダイアフラム、１３６………シャフト（力伝達手段）、１３８………可動部、１４０………感圧素子、１４２………ボス部、１４４………支持棒、１５０………圧力センサー（第７）、１５２………ハウジング、１５４………ハーメ端子台、１５６………フランジ端面板、１５８………円筒側壁、１６０………圧力入力口、１６４………貫通孔、１１２………ダイアフラム、１６６………シャフト（力伝達手段）、１６８………可動部、１７０………感圧素子、１７２………台座。

Claims (14)

1. 外面が外部圧力を受けて変形し、内面がハウジング内部の感圧素子に力を伝達するダイアフラム本体を形成する中央部と、前記中央部の外側であって、ハウジングに形成された圧力入力口の外周と溶接される周縁部と、を一体として同心円状に有し、前記圧力入力口を封止する圧力センサー用のダイアフラムであって、 前記中央部と前記周縁部との間に段差壁を形成したことを特徴とする圧力センサー用のダイアフラム。
2. 前記ダイアフラム本体を形成する中央部には、前記段差壁と同心円状に壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー用のダイアフラム。
3. 前記段差壁の内周面には、前記段差壁の内周に倣った形状の外形を有するリングが嵌め込まれて前記段差壁の変形を拘束可能としていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサー用のダイアフラム。
4. 前記ダイアフラムは、前記ハウジングと同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力センサー用のダイアフラム。
5. 外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成したことを特徴とする圧力センサー用ダイアフラム。
6. 前記円筒部端縁にフランジを形成してハット形ダイアフラムとなし、前記フランジ部を前記ハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサー用ダイアフラム。
7. 前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサー用ダイアフラム。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧力センサー用のダイアフラムが前記圧力入力口の外周を覆うように前記ダイアフラムの周縁部を溶接していることを特徴とする圧力センサー。
9. 請求項８に記載の圧力センサーであって、前記周縁部の近傍に断熱溝が形成されていることを特徴とする圧力センサー。
10. 前記圧力入力口の内壁にはザグリが形成され、前記ザグリに前記中央部及び前記緩衝部が接することを特徴とする請求項８に記載の圧力センサー。
11. 圧力入力口を有するハウジングと、
    当該ハウジングの前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、
    前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの中央領域に接続され当該ダイアフラムに連動してその受圧面と垂直方向に動く力伝達手段と、
    この力伝達手段と前記ハウジングに接続されて検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸に沿って設定した感圧部とを有してなり、
    前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成したことを特徴とする圧力センサー。
12. 前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする請求項１０に記載の圧力センサー。
13. ハウジングと、
    当該ハウジングの対向する端面板に同軸上に設けられた一対の圧力入力口と、
    前記圧力入力口を封止し外面が受圧面である第１、第２のダイアフラムと、
    前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域同士を接続する力伝達手段と、
    この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、
    検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と平行に配列された感圧素子とを有してなり、
    前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成し、
    前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする圧力センサー。
14. ハウジングと、
    当該ハウジングの端面板に設けられた圧力入力口と、
    前記圧力入力口を封止し外面が受圧面であるダイアフラムと、
    前記ハウジング内部にて前記ダイアフラムの内面の中央領域に当該ダイアフラムの受圧面と垂直な軸線上に配置され対向するハウジング端面板と接続される力伝達手段と、
    この力伝達手段の途中に一端を接続され他端を前記ハウジングに接続するとともに、
    検出軸を前記ダイアフラムの受圧面と垂直な軸と同軸に設定した感圧素子とを有してなり、
    前記ダイアフラムは外部圧力を受けて撓み変形する円盤状のダイアフラム本体と、当該ダイアフラム本体の周縁に一体的に設けられセンサーハウジングの圧力入力口の内壁面に嵌着可能な円筒部と、この円筒部の端縁に設けられた前記センサーハウジングへの溶着部と前記ダイアフラム本体の撓み基点となる周縁部との間に段差を形成し、
    前記圧力入力口の開口縁部に接する前記円筒部端縁を前記センサーハウジングとの溶着部としてなることを特徴とする圧力センサー。

Images