JP3556165B2

JP3556165B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP3556165B2
Application number: JP2000365272A
Authority: JP
Inventors: 幸造山岸; 義浩友松; 敦今井
Original assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Current assignee: Nagano Keiki Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002168718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を電気信号に変換して外部に出力する圧力センサに関する。特に、組立て構造を改良した圧力センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
図７は、従来の圧力センサの構造を示している。
この圧力センサは、鎖線で示す管などの被設置部Ａにねじ込まれる継手５０と、この継手５０に溶接された圧力検出素子５１と、この圧力検出素子５１で検出した圧力に応じた電気信号を外部へ出力する出力手段５２とを備えている。
継手５０は、外周に前記被設置部Ａにねじ込まれる雄ねじ５３が形成された本体部５４の中心部に、流体圧を導入する圧力導入孔５５が形成され、上面中央部にテーパ状に拡開した接合部５６が継手５０の面より上方に突出するように形成されている。また、本体部５４の上部にはフランジ５７が一体に形成され、このフランジ５７の上面外周には薄肉の加締部５８が切削形成されている。
【０００３】
接合部５６には圧力検出素子５１が溶接され、また、フランジ５７の上面には金属製のケース５９が溶接で接合されている。ケース５９と加締部５８との間には、コネクタとなるハウジング６０の下端部がＯリング６１を介して嵌め込まれ、かつ、加締部５８によって加締め固定されている。
ケース５９に折曲加工された突起部５９Ａには、圧力検出素子５１を囲む筒状の台座６２が保持されている。また、ケース５９の上部内側には切り起こし加工された支持片６３が設けられ、この支持片６３に前記圧力検出素子５１に接続される回路基板６４が支持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧力センサにおいては、継手５０の本体部５４とフランジ５７とが一体となった構造であるため、次のような不都合が生じる。
すなわち、圧力検出素子５１を接合部５６に溶接するためには、接合部５６がフランジ５７の面より上方に突出している必要がある。なぜなら、接合部５６がフランジ５７の面より引っ込んでいると、狭い箇所で斜め上方から圧力検出素子５１を接合部５６に溶接することになり、これは溶接線の目合わせなどの溶接管理作業が困難となる。ところが、このように接合部５６がフランジ５７の面より上方に突出することは、それだけ圧力センサの全長が長くなり、大型化するという問題がある。
【０００５】
また、圧力センサの外径を大きくしないためには、回路基板６４は圧力検出素子５１の上方に配置する必要があるが、従来は、圧力検出素子５１がフランジ５７の面より上方へ突出した位置にあるため、さらに、回路基板６４を支持片６３などで支持して圧力検出素子５１から離して配置しなけばならず、これも圧力センサの全長が長くなる要因である。
また、ハウジング６０を固定する加締部５８は、切削加工で薄肉部とするため、加工に手間がかかり、コスト高の要因となっている。
【０００６】
本発明の目的は、このような課題を解消し、全長を短くでき、かつ、溶接線の目合わせなどの作業を容易にするとともに、加締め部の切削加工を不要にしてコスト低減を図った圧力センサを提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力センサは、上記目的を達成するため、継手、フランジ部材および接合部材を分離し、これを接合することによって、圧力検出素子をフランジ部材から突出させない構成としてある。
具体的には、圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子の出力側に設けられるハウジングとを備えた圧力センサであって、前記継手に接合されかつ中央部に前記圧力検出素子を収納するための貫通孔を有するフランジ部材と、このフランジ部材に接合され前記ハウジングを固定する接合部材とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような本発明においては、継手と、フランジ部材とを分離して両者を接合する構造としたことにより、継手に圧力検出素子を溶接した後にフランジ部材を接合することができ、これにより、フランジ部材のない露出した部分で圧力検出素子を突き合わせ溶接でき、溶接線の目合わせなどの作業が容易になる。
また、圧力検出素子がフランジ部材の上面より突出しないように配置できるため、圧力センサの全長を短くすることが可能となる。
また、接合部材も別体としたので、フランジ部材に加締め用の薄肉部を切削加工する必要がなく、コスト低減が可能である。
【０００９】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記フランジ部材の上面には、前記圧力検出素子に接続される回路基板を配置することが好ましい。なお、回路基板を配置するにあたっては、接着剤などで固定することが好ましい。
このような場合には、回路基板をフランジ部材上に直接配置することで圧力センサの全長を短くすることが可能となる。しかも、回路基板をフランジ部材上に直接配置したので、回路基板を圧力検出素子の真上に支持するための支持台なども不要にできるから、部品点数の削減、コスト低減が可能である。
【００１０】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記接合部材は、内周壁の外側に環状溝を挟んで外壁を備える構成とし、かつ、この外壁を加締部として構成し、環状溝に前記ハウジングの下端縁を嵌め込み、前記加締部で前記ハウジングを加締めて固定するように構成することが好ましい。
このような場合には、接合部材は金属材料のプレス加工などで簡単かつ安価に製作できるとともに、接合部材の外壁を変形させて加締めるだけでハウジングを簡易に固定することができる。この際、ハウジングの下端部と外壁または内周壁との間にシール部材（たとえば、Ｏリングなど）を介在させてもよい。
ここで、外壁は、内周壁の外側に全周に亘って設けられていてもよいが、内周壁の外側数カ所に部分的に設けてもよい。
【００１１】
また、本発明の圧力センサにおいて、前記接合部材は、前記内周壁の上端縁に複数の切欠により分割されて内方に折曲げ可能な折曲縁を備える構成とし、この折曲縁によって前記回路基板に接続される端子台を前記回路基板上に加締め固定するように構成することが好ましい。
このような場合には、接合部材に端子台の加締め機能を持たせることができるとともに、折曲縁の外周でＯリングのガイド機能も併せ持つことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る圧力センサの断面図、図２〜図５は各部品の断面図である。本実施形態に係る圧力センサＳは、鎖線で示す管などの被設置部Ａにねじ込まれる継手１と、この継手１にビーム溶接された圧力検出素子２と、継手１上に固着されたフランジ部材３と、圧力検出素子２で検出した圧力に応じた電気信号を外部へ出力する出力手段４とを備えている。出力手段４のハウジング５は接合部材６を介してフランジ部材３に固定されている。
【００１３】
図２は、圧力検出素子２の構造例である。圧力検出素子２は、機械的強度、耐蝕性およびばね性に優れた金属、たとえば、析出硬化系ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０など）で構成された筒状の支持台８の上面に流体の圧力を受けて変形する薄肉状の金属ダイアフラム９が一体に形成され、この金属ダイアフラム９の上面に圧力（圧力に比例した金属ダイアフラム９の変形量）を電気信号に変換する歪みゲージ１０が設けられている。
【００１４】
図３は、継手１の構造例である。継手１は、外周に前記被設置部Ａにねじ込まれる雄ねじ１１が形成された本体部１２を有する。本体部１２には、その中心部に流体圧を導入する圧力導入孔１３が貫通形成され、上部にフランジ１４が形成され、上面中央部に上方へ突出した突合せ接合部１５が形成されている。
継手１の材質は流体の圧力レンジにより使い分けることが好ましい。すなわち、低・中圧レンジ（たとえば、１００ＭＰａ以下）においては、フェライト系またはオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４）などが好適であり、高圧レンジ（たとえば、１００ＭＰａ以上）においては、析出系ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）などが好適である。
【００１５】
図４は、フランジ部材３の構造例である。フランジ部材３は、継手１を被設置部Ａに固定するための部材で、この例では、外形が多角形状（つまり、スパナやレンチなどで回転させることができる多角形状）の本体部２５を備える。本体部２５には、その中央部に前記圧力検出素子２を収納するための貫通孔２６が形成され、かつ、上面に浅い形状の凹部２７が形成されている。凹部２７には、前記圧力検出素子２に接続される回路基板３０が接着剤３１を介して配置されるとともに、その外周に前記接合部材３が接合される。なお、フランジ部材３の材質は、ステンレス鋼がよいが、溶接性、強度、耐蝕性に問題がなければ、一般鋼でも構わない。
【００１６】
図５は、接合部材６の構造例である。接合部材６は、金属材料（ステンレス鋼あるいは一般鋼）のプレス加工によって、円筒状内周壁２０の外側に環状溝２４を挟んで外壁２１を備えた形状に成形されている。具体的には、円筒状内周壁２０の下端部から外側に向かって環状の底壁６ａが形成され、この底壁６ａの外周縁から上方に向かって直角に起立した外壁２１が形成され、つまり、内周壁２０、底壁６ａ、外壁２１によって片側断面がＵ字形となった２重筒形状に形成されている。
【００１７】
外壁２１は、上端部の一部が加締め時にハウジング５の形状に沿って内側へ変形される加締部として構成されている。底壁６ａは、フランジ部材３の上面凹部２７に接合される。内周壁２０の上端縁には複数箇所の切欠２２が形成されて複数に分割され、この分割部分が内向きに折曲可能な折曲縁２３Ａ，２３Ｂとして形成されている。これらの折曲縁２３Ａ，２３Ｂのうち、対向する２つの折曲縁２３Ａを除く他の折曲縁２３Ｂについては、予め、内向きに折り曲げられているが、対向する２つの折曲縁２３Ａについては、前記回路基板３０に端子３２を介して接続される端子台３３の加締め時に内側へ折り曲げられる。これにより、端子台３３がフランジ部材３上に加締め固定されるようになっている。なお、折曲縁２３Ａの数は３以上でもよく、また、折曲縁２３Ａの位置も等間隔など相互に離れていればよい。また、折曲縁２３Ｂの上端外周は、後述のようにＯリング挿入案内として利用できるようになっている。
【００１８】
次に、圧力センサの組立て手順を説明する。
継手１の突合せ接合部１５の上面に圧力検出素子２の下面を電子ビーム溶接などで接合する。
次に、継手１のフランジ１４の上面にフランジ部材３をリングプロジェクション溶接などで接合する。これにより、圧力検出素子２はフランジ部材３の貫通孔２６内に収容された状態となる（図１参照）。なお、フランジ部材３と継手１の接合はねじ止めであってもよい。
次に、フランジ部材３の凹部２７に接合部材６の底壁６ａを嵌めてリングプロジェクション溶接などで接合する。
【００１９】
以上のようにして、継手１、圧力検出素子２、フランジ部材３および接合部材６の組立てが終わると、フランジ部材３上に回路基板３０を接着剤３１を介して組付ける。この回路基板３０に端子３２および端子台３３を接合する。端子台３３は、接合部材６の折曲縁２３Ａで加締めることにより回路基板３０上に圧接固定される。回路基板３０の出力調整を行った後、端子台３３の外周にガスケット３５を挿入し、ハウジング５を組付ける。端子台３３からターミナル３４がハウジング５内に突出している。
【００２０】
ハウジング５は、有底円筒部３６の下部に径が拡大した取付部３７が形成されており、この取付部３７を接合部材６の環状溝２４にＯリング４０を介して嵌め込み、接合部材６の加締部２１を取付部３７に加締めることにより固定している。なお、Ｏリング４０の挿入は、接合部材６の折曲縁２３Ｂの外周のテーパ面を案内として利用することにより、簡単に挿入できる。
【００２１】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）継手１と、フランジ部材３とを分離して作成し、両者を接合する構造としたことにより、継手１に圧力検出素子２を溶接した後にフランジ部材３を接合することができる。これにより、フランジ部材３のない露出した突合せ接合部１５に圧力検出素子２を突き合わせ溶接でき、溶接線の目合わせなどの管理作業が容易になる。
【００２２】
（２）圧力検出素子２がフランジ部材３内に収まり、フランジ部材３の上面より突出しないように配置でき、このため、回路基板３０をフランジ部材３上に直接配置することができるから、圧力センサの全長を短くすることが可能となる。
しかも、回路基板３０をフランジ部材３上に直接配置したので、回路基板３０を圧力検出素子２の真上に支持するための支持台なども不要にできるから、部品点数の削減、コスト低減が可能である。
【００２３】
（３）接合部材６を別体とし、かつ、内周壁２０の外周に環状溝２４を挟んで外壁２１を持った形状とし、この外壁２１をハウジング５の加締部２１とした構成であるので、接合部材６は金属材料のプレス加工などで簡単に製作でき、継手１の切削加工などが不要であるため安価に製作できる。
（４）接合部材６の内周壁２０の上縁を内側へ折曲して折曲縁２３Ａ，２３Ｂを形成したので、この折曲縁２３Ａによって端子台３３の固定および折曲縁２３ＢによってＯリング４０の挿入案内が可能となる。
（５）フランジ部材３の上面に凹部２７を形成し、この凹部２７内に接合部材６の底壁６ａを嵌めて、リングプロジェクション溶接によって接合したので、溶接部を凹部２７によって隠すことができるから、外観を良好に仕上げることができる。なお、フランジ部材３の上面に凹部２７を形成することなく、直接接合部材６を接合するようにしてもよい。
【００２４】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明に係る圧力センサＳの第２実施形態を示している。なお、この実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
本実施形態では、継手１において、本体部１２の外周に溝１６が形成され、この溝１６にシール部材としてのＯリング１７が装着されている。
圧力センサＳを被設置部Ａに挿入した後、押え板１９でフランジ部材３を押えて、圧力センサＳを被設置部Ａに固定するようにしている。
また、この第２実施形態のフランジ部材３は、下面に突出部１８を備える。これにより、フランジ部材３の高さを圧力検出素子２の上面高さ位置に合わせている。
【００２５】
このような本実施形態によれば、前記（１）〜（５）の効果に加え、次の効果を得ることができる。
（６）継手１はねじに代えてＯリング１７によるシール手段を持っているので、被設置部Ａに雌ねじを有しない場合でも取付け可能である。
（７）フランジ部材３は下面に突出部１８を形成することでフランジ部材３の厚みを薄くすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の圧力センサによれば、継手、フランジ部材および接合部材を分離し、これを接合するように構成することで、フランジ部材が取付けられていない継手に圧力検出素子の溶接ができ、溶接線の目合わせなどの作業が容易になるとともに、圧力検出素子がフランジ部材面より突出しないため、圧力センサの全長を短くできる。さらに、接合部材を別体にすることにより、継手に加締め部を切削加工する必要がなくなり、加工コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる圧力センサを示す縦断側面図である。
【図２】同上実施形態の圧力検出素子を示す縦断側面図である。
【図３】同上実施形態の継手を示す縦断側面図である。
【図４】同上実施形態のフランジ部材を示す縦断側面図である。
【図５】同上実施形態の接合部材を示す縦断側面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る圧力センサの縦断側面図である。
【図７】従来の圧力センサの縦断側面図である。
【符号の説明】
１継手
２圧力検出素子
３フランジ部材
４出力部
５ハウジング
６接合部材
１３圧力導入孔
２０円筒部
２１加締部
２２切欠
２３Ａ，２３Ｂ折曲縁
２４環状溝
２６貫通孔
３０回路基板
３３端子台
Ｓ圧力センサ

Claims

圧力導入孔を有する継手と、この継手に取り付けられ前記圧力導入孔に導入された流体の圧力を電気信号に変換する圧力検出素子と、この圧力検出素子の出力側に設けられるハウジングとを備えた圧力センサであって、
前記継手に接合されかつ中央部に前記圧力検出素子を収納するための貫通孔を有するフランジ部材と、このフランジ部材に接合され前記ハウジングを固定する接合部材とを備えた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、
前記フランジ部材の上面には、前記圧力検出素子に接続される回路基板が配置されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項１または請求項２に記載の圧力センサにおいて、
前記接合部材は、内周壁の外側に環状溝を挟んで外壁を備え、この外壁が加締部として形成され、
前記ハウジングは、その下端が前記環状溝に嵌め込まれ、かつ、前記加締部によって接合部材に加締め固定されていることを特徴とする圧力センサ。
請求項３に記載の圧力センサにおいて、
前記接合部材は、前記内周壁の上端縁に複数の切欠により分割されて内方に折曲げ可能な折曲縁を備え、この折曲縁によって前記回路基板に接続される端子台が前記回路基板上に加締め固定されていることを特徴とする圧力センサ。