JP4719727B2 - 圧力センサの製造方法および圧力センサ - Google Patents
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Description
本発明は、流体圧力を電気信号に変換し計測を行う圧力センサ、および、圧力センサの製造方法に関する。
従来、気体や液体などの流体の圧力を計測するために、流体圧力を電気信号に変換し計測する圧力センサが利用されている。
この圧力センサとしては、例えば、特許文献１に記載の圧力センサが挙げられる。
すなわち、圧力センサは、ダイアフラムを備えた金属ステムと、ダイアフラムに接合固定された歪みゲージと、金属ステム内に流体を導入するハウジングとを含んで構成され、配管内を流通する流体の圧力を計測する。
金属ステムの開口部は、ハウジングの圧力導入通路とメタルシールで接合されており、ハウジングの圧力導入通路を介して金属ステムのダイアフラム内面に流体が導入される。
金属ステム内部に導入された流体の圧力によってダイアフラムが変形すると、歪みゲージはこの歪み量を電気信号として検出し、この電気信号を増幅、変換することにより流体の圧力値が得られる。
この圧力センサとしては、例えば、特許文献１に記載の圧力センサが挙げられる。
すなわち、圧力センサは、ダイアフラムを備えた金属ステムと、ダイアフラムに接合固定された歪みゲージと、金属ステム内に流体を導入するハウジングとを含んで構成され、配管内を流通する流体の圧力を計測する。
金属ステムの開口部は、ハウジングの圧力導入通路とメタルシールで接合されており、ハウジングの圧力導入通路を介して金属ステムのダイアフラム内面に流体が導入される。
金属ステム内部に導入された流体の圧力によってダイアフラムが変形すると、歪みゲージはこの歪み量を電気信号として検出し、この電気信号を増幅、変換することにより流体の圧力値が得られる。
また、特許文献２には、底部が薄肉部とされた有底円筒部材と、有底円筒部材の底部に設けられた圧力検出素子と、有底円筒部材内に流体を導入する圧力導入継手とを備え、有底円筒部材と圧力導入継手とが突き合せ溶接された圧力センサが示されている。
これによれば、機械的強度と耐食性に優れた材料からなる有底円筒部材と、安価でありながら耐食性に優れた材料からなる圧力導入継手とを溶接するので、耐食性に優れ、かつ安価な圧力センサを提供することができる。
これによれば、機械的強度と耐食性に優れた材料からなる有底円筒部材と、安価でありながら耐食性に優れた材料からなる圧力導入継手とを溶接するので、耐食性に優れ、かつ安価な圧力センサを提供することができる。
ところで、特許文献１に記載のような従来の圧力センサでは、流体の漏れを防ぐため、金属ステムとハウジングとをネジ部材で強く固定する必要があり、金属ステムとハウジングの接触面は、互いに潰れてシールされている。
ここで、シールを確実にするためには、金属ステムとハウジングとが精度良く加工されている必要がある。また、組み立てにおいては細心の注意を払いつつ、非常に大きな力で締め付ける必要があった。
また、金属ステムとハウジングとを強い力で締め付けると、金属ステムに歪みが生じ、これが歪みゲージに伝わって出力が大きくずれる。そこで、電気信号の処理回路を設けてこの出力のずれを補正する必要があった。
ここで、シールを確実にするためには、金属ステムとハウジングとが精度良く加工されている必要がある。また、組み立てにおいては細心の注意を払いつつ、非常に大きな力で締め付ける必要があった。
また、金属ステムとハウジングとを強い力で締め付けると、金属ステムに歪みが生じ、これが歪みゲージに伝わって出力が大きくずれる。そこで、電気信号の処理回路を設けてこの出力のずれを補正する必要があった。
一方、特許文献２に記載の圧力センサのように、異なる材料同士を溶接すると、両材料の線膨張係数の差による歪みが発生する。このような溶接歪みは、締め付けによる歪みよりは小さいが、測定にあたって無視できるレベルにまで小さなものではない。このため、結局は、電気信号の処理回路による補正を実施していた。
しかも、このような溶接歪みは、時間の経過とともに徐々に緩和されると考えられるので、測定の長期安定性が損なわれるおそれがある。
なお、同種の材料同士を溶接する場合においても、溶接中に溶融金属の一部が蒸発し、溶融部分の体積が減少する等の原因により、歪みは発生する。
しかも、このような溶接歪みは、時間の経過とともに徐々に緩和されると考えられるので、測定の長期安定性が損なわれるおそれがある。
なお、同種の材料同士を溶接する場合においても、溶接中に溶融金属の一部が蒸発し、溶融部分の体積が減少する等の原因により、歪みは発生する。
他に、部材の歪みによる出力のずれを防止する方法として、有底円筒部材を十分に長くし、有底円筒部材の円筒部の歪みが歪みゲージに伝わらないようにする方法が挙げられる。しかし、この方法では、圧力センサのサイズが大型化するため、実用的でなかった。
本発明の目的は、信頼性の高いシールを備え、部材の歪みによる出力変化が小さい圧力センサと、その製造方法を提供することである。
本発明の圧力センサの製造方法は、底部が薄肉部とされた有底円筒部材および前記底部の一面に形成され前記底部の歪み量を検出する歪み量検出機構を有する圧力検出素子と、前記有底円筒部材の内部に被計測流体を導入する圧力導入継手とを備え、前記圧力導入継手が環状の接合面と前記圧力検出素子の円筒部の内周面側に挿入される環状の段差とを有し、前記被計測流体の圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、前記有底円筒部材の円筒部の一端と前記圧力導入継手の一端を突き合わせ前記接合面を含み前記段差まで達する深さまで溶接する溶接工程と、前記溶接工程により形成された溶接ビードと並行するとともに前記溶接ビードの縁に一部を重ねるように前記圧力導入継手を溶融する溶融工程と、前記溶接工程の実施前、前記溶接工程の実施後、前記溶融工程の実施後のそれぞれの時点で前記歪み量を検出し、比較する計測工程と、を備え、前記溶融工程において実施する溶融は、前記溶接工程において実施する溶接よりも浅いことを特徴とする。
このような本発明では、まず、溶接工程により有底円筒部材の円筒部の一端と圧力導入継手の一端を突き合わせ溶接する。これにより、有底円筒部材の円筒部と圧力導入継手とを高い信頼性でシールすることができる。
この時、有底円筒部材には、上述のような溶接歪みが発生する。
これに対し、本発明では、溶融工程において、溶接ビードと並行して圧力導入継手を溶融する。これにより、溶接工程において発生した溶接歪みを、溶接ビードと並行した溶融によって緩和することができる。
この時、有底円筒部材には、上述のような溶接歪みが発生する。
これに対し、本発明では、溶融工程において、溶接ビードと並行して圧力導入継手を溶融する。これにより、溶接工程において発生した溶接歪みを、溶接ビードと並行した溶融によって緩和することができる。
つまり、本発明の圧力センサの製造方法によれば、信頼性の高いシールを備え、部材の歪みによる出力変化が小さい圧力センサを製造することができる。
また、こうして製造された圧力センサは、有底円筒部材の歪みが非常に小さいため、圧力検出素子からの電気信号を補正するための処理回路の簡素化ができる。したがって、圧力センサの構成と調整工程を単純化することができるので、安価に圧力センサを提供することができる。また、有底円筒部材の溶接歪みが非常に小さいため、長期安定性に優れる圧力センサを提供することができる。
また、こうして製造された圧力センサは、有底円筒部材の歪みが非常に小さいため、圧力検出素子からの電気信号を補正するための処理回路の簡素化ができる。したがって、圧力センサの構成と調整工程を単純化することができるので、安価に圧力センサを提供することができる。また、有底円筒部材の溶接歪みが非常に小さいため、長期安定性に優れる圧力センサを提供することができる。
本発明の圧力センサの製造方法において、前記溶融工程において実施する溶融は、前記溶接工程において実施する溶接よりも浅い。
本発明の圧力センサの製造方法において、特に、前記溶融工程において実施する溶融の深さは、前記溶接工程において実施する溶接の深さの４０％以上６０％以下であることが好ましい。
本発明の圧力センサの製造方法において、特に、前記溶融工程において実施する溶融の深さは、前記溶接工程において実施する溶接の深さの４０％以上６０％以下であることが好ましい。
溶融工程において実施する溶融の深さをこのような範囲に設定すれば、溶融工程による溶接歪みの緩和効果を最大限に得ることができる。
なお、溶融工程において実施する溶融の深さが、溶接工程において実施する溶接の深さの４０％未満であると、溶接歪みの緩和効果が不十分となるので好ましくない。逆に、溶融工程において実施する溶融の深さが、溶接工程において実施する溶接の深さの６０％を超えても、期待する溶接歪みの緩和の効果が減ってくる。
なお、溶融工程において実施する溶融の深さが、溶接工程において実施する溶接の深さの４０％未満であると、溶接歪みの緩和効果が不十分となるので好ましくない。逆に、溶融工程において実施する溶融の深さが、溶接工程において実施する溶接の深さの６０％を超えても、期待する溶接歪みの緩和の効果が減ってくる。
本発明の圧力センサの製造方法において、前記溶接工程および前記溶融工程は、電子ビーム溶接により施されることが好ましい。
電子ビーム溶接は、真空中に高密度の電子ビームを照射して加熱を行うため、短時間で溶接を完了できる。また、異種材料の溶接にも幅広く用いられている。
さらに、電子ビームは高エネルギー密度のため、溶接幅と溶接深さのアスペクト比を２以上の深溶け込みにすることも可能となり、その結果、有底円筒部材、圧力導入継手および歪みゲージの各部に熱影響を与えることなく、溶接接合ができる。
電子ビーム溶接は、真空中に高密度の電子ビームを照射して加熱を行うため、短時間で溶接を完了できる。また、異種材料の溶接にも幅広く用いられている。
さらに、電子ビームは高エネルギー密度のため、溶接幅と溶接深さのアスペクト比を２以上の深溶け込みにすることも可能となり、その結果、有底円筒部材、圧力導入継手および歪みゲージの各部に熱影響を与えることなく、溶接接合ができる。
本発明の圧力センサの製造方法において、前記歪み量検出機構は、歪みゲージであることが好ましい。
歪み量検出機構として一般的な歪みゲージを用いるので、容易かつ安価に圧力センサを製造することができる。
歪み量検出機構として一般的な歪みゲージを用いるので、容易かつ安価に圧力センサを製造することができる。
本発明の圧力センサは、底部が薄肉部とされた有底円筒部材および前記底部の一面に形成され前記底部の歪み量を検出する歪み量検出機構を有する圧力検出素子と、前記有底円筒部材の内部に被計測流体を導入する圧力導入継手とを備え、前記圧力導入継手が環状の接合面と前記圧力検出素子の円筒部の内周面側に挿入される環状の段差とを有し、前記被計測流体の圧力を測定する圧力センサであって、前記有底円筒部材の円筒部の一端と前記圧力導入継手の一端とを突き合わせ前記接合面を含み前記段差まで達する深さまで溶接により形成された溶接ビードと、前記溶接ビードと並行するとともに前記溶接ビードの縁に一部を重ねるように前記圧力導入継手に溶融を施して形成された溶融ビードとを備え、前記溶融ビードは、前記溶接ビードよりも浅いことを特徴とする。
このような圧力センサは、上述の製造方法により製造されたものであり、信頼性の高いシールを備え、部材の歪みによる出力変化が小さい。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本実施形態の圧力センサの製造方法によって製造される圧力センサ１を示す。
図１において、圧力センサ１は、圧力導入継手１０、圧力検出素子２０、回路部３０およびハウジング４０を備えて構成されている。圧力導入継手１０と圧力検出素子２０とは、電子ビーム溶接により一体的に形成され、連結した部位には溶接部５０が形成されている。
この圧力センサ１は、配管内を流通する気体、液体、その他様々な流体を被測定流体とし、その圧力を計測することができる。
図１に、本実施形態の圧力センサの製造方法によって製造される圧力センサ１を示す。
図１において、圧力センサ１は、圧力導入継手１０、圧力検出素子２０、回路部３０およびハウジング４０を備えて構成されている。圧力導入継手１０と圧力検出素子２０とは、電子ビーム溶接により一体的に形成され、連結した部位には溶接部５０が形成されている。
この圧力センサ１は、配管内を流通する気体、液体、その他様々な流体を被測定流体とし、その圧力を計測することができる。
〔圧力導入継手１０の構成〕
圧力導入継手１０は、被測定流体が流通される配管（図示せず）に接続され、配管内に流通する被測定流体を圧力検出素子２０に供給する部位であり、円筒部１１およびディスクフランジ部１２が一体的に形成された構造となっている。
圧力導入継手１０は、被測定流体が流通される配管（図示せず）に接続され、配管内に流通する被測定流体を圧力検出素子２０に供給する部位であり、円筒部１１およびディスクフランジ部１２が一体的に形成された構造となっている。
円筒部１１は、略円筒形状であり、その内部の円柱状の空間は被測定流体が流通する流路１１０となっており、円筒部１１の一端側の外周面には図示しない円管と螺合するねじ部１１１が形成され、また、円筒部１１の他端側の外周面には圧力検出素子２０と接合される接合部１１２が形成されている。
ねじ部１１１が形成される側の流路１１０の一端は、圧力導入口１１０Ａとなっており、ここから図示しない円管から供給される被測定流体が流入する。
ねじ部１１１は、螺旋状の雄ねじ溝であり、図示しない円管の内面側に形成された雌ねじ溝に螺合するように形成される。
接合部１１２は、環状の接合面１１２Ａおよび環状の段差１１２Ｂを含み、これらは円筒部１１の端部の外周面側を切削することにより形成される。
ねじ部１１１が形成される側の流路１１０の一端は、圧力導入口１１０Ａとなっており、ここから図示しない円管から供給される被測定流体が流入する。
ねじ部１１１は、螺旋状の雄ねじ溝であり、図示しない円管の内面側に形成された雌ねじ溝に螺合するように形成される。
接合部１１２は、環状の接合面１１２Ａおよび環状の段差１１２Ｂを含み、これらは円筒部１１の端部の外周面側を切削することにより形成される。
ディスクフランジ部１２は、円筒部１１のねじ部１１１と接合部１１２との略中間位置において、この円筒部１１の半径方向外方へ向けて円盤状に延びて形成されている。このディスクフランジ部１２において、圧力検出素子２０が設けられる側の面には、その周縁部に環状の溝である嵌合部１２０が形成され、ここにハウジング４０が嵌合する。また、ディスクフランジ部１２は、外形が二方取りまたは六角形状となっており、ねじ部１１１を図示しない配管に螺合する際のスパナ掛けとしても使用される。
圧力導入継手１０を形成する材料は、溶接可能な材料であれば特に限定されないが、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系析出硬化型ステンレス鋼などのステンレス鋼や、析出硬化型Ｆｅ−Ｎｉ耐熱鋼、軟鋼、低炭素鋼など各種の材料が利用できる。
〔圧力検出素子２０の構成〕
圧力検出素子２０は、図示しない円管内を流通する被測定流体の圧力を電気信号として検出する素子であり、流体圧力により歪むダイアフラム２１と、この歪み量を電気信号に変換する歪み量検出機構としての歪みゲージ２２とを具備している。ダイアフラム２１は、有底円筒部材であり、底面の薄肉部２１０と、円筒状の円筒部２１１とが一体的に形成された構造をしている。
圧力検出素子２０は、図示しない円管内を流通する被測定流体の圧力を電気信号として検出する素子であり、流体圧力により歪むダイアフラム２１と、この歪み量を電気信号に変換する歪み量検出機構としての歪みゲージ２２とを具備している。ダイアフラム２１は、有底円筒部材であり、底面の薄肉部２１０と、円筒状の円筒部２１１とが一体的に形成された構造をしている。
圧力検出素子２０を形成する材料は、溶接可能な金属材料であること以外、特に限定されないが、例えば、上述の圧力導入継手１０と同様の材料が利用できる。
なお、圧力導入継手１０と圧力検出素子２０とは、同一の材料により形成されていてもよく、また、溶接により合金相を形成できる範囲で異なる材料により形成されていてもよい。
なお、圧力導入継手１０と圧力検出素子２０とは、同一の材料により形成されていてもよく、また、溶接により合金相を形成できる範囲で異なる材料により形成されていてもよい。
薄肉部２１０は薄肉の円盤状体であり、この部材に被測定流体が作用すると、被測定流体の圧力により薄肉部２１０に弾性変形が生じる。
円筒部２１１は、側壁が厚く形成された円筒体であり、この一端を閉じるように薄肉部２１０が一体的に形成されている。円筒部２１１の開口された他端は、圧力導入継手１０の接合面１１２Ａと全周を突き合わせて、溶接により連結される。この円筒部２１１端部の内径寸法および外径寸法は、圧力導入継手１０の接合部１１２における環状の接合面１１２Ａの内径寸法および外径寸法と一致している。
円筒部２１１は、側壁が厚く形成された円筒体であり、この一端を閉じるように薄肉部２１０が一体的に形成されている。円筒部２１１の開口された他端は、圧力導入継手１０の接合面１１２Ａと全周を突き合わせて、溶接により連結される。この円筒部２１１端部の内径寸法および外径寸法は、圧力導入継手１０の接合部１１２における環状の接合面１１２Ａの内径寸法および外径寸法と一致している。
歪みゲージ２２は、薄肉部２１０の外面上全体に亘って絶縁層２２０を形成した後、さらにその上に１箇所以上、好ましくは４箇所に配置され、ブリッジ回路を形成して、薄肉部２１０の歪み量を電気信号に変換出力する。
それぞれの歪みゲージ２２には、電極２２１（図２参照）が設けられ、ここから回路部３０に電気信号が伝達される。歪みゲージ２２としては、従来の抵抗線歪みゲージ技術を使用することができる。
絶縁層２２０は、歪みゲージ２２とダイアフラム２１との間の導電を遮断する目的で設けられ、ガラスを含んだ接着剤やポリイミド系の接着剤などを用いることもできる。また、絶縁性の二酸化シリコン薄膜や窒化珪素薄膜などを形成し用いることもできる。なお、薄肉部２１０の歪み量を正確に検出するためにも、薄肉部２１０、絶縁層２２０および歪みゲージ２２は、互いに確実に結合されていることが要求される。
それぞれの歪みゲージ２２には、電極２２１（図２参照）が設けられ、ここから回路部３０に電気信号が伝達される。歪みゲージ２２としては、従来の抵抗線歪みゲージ技術を使用することができる。
絶縁層２２０は、歪みゲージ２２とダイアフラム２１との間の導電を遮断する目的で設けられ、ガラスを含んだ接着剤やポリイミド系の接着剤などを用いることもできる。また、絶縁性の二酸化シリコン薄膜や窒化珪素薄膜などを形成し用いることもできる。なお、薄肉部２１０の歪み量を正確に検出するためにも、薄肉部２１０、絶縁層２２０および歪みゲージ２２は、互いに確実に結合されていることが要求される。
〔回路部３０の構成〕
次に回路部３０について図面に基づいて説明する。
図２は、本実施形態に係る圧力センサ１の回路部３０と、ダイアフラム２１上の歪みゲージ２２の配置を示す平面図である。
図２に示されるように、回路部３０は、環状板の増幅回路基板３１、ワイヤーボンド３２および入出力端子３３を含んで構成され、歪みゲージ２２で発生した電気信号を増幅し、増幅した電気信号を外部に伝達する機能を有する。
次に回路部３０について図面に基づいて説明する。
図２は、本実施形態に係る圧力センサ１の回路部３０と、ダイアフラム２１上の歪みゲージ２２の配置を示す平面図である。
図２に示されるように、回路部３０は、環状板の増幅回路基板３１、ワイヤーボンド３２および入出力端子３３を含んで構成され、歪みゲージ２２で発生した電気信号を増幅し、増幅した電気信号を外部に伝達する機能を有する。
増幅回路基板３１上には、回路部品３１０および電極３１１が設けられており、この電極３１１は、増幅回路基板３１の内側において歪みゲージ２２の電極２２１とワイヤーボンド３２で接続されている。
入出力端子３３は、図示しない外部端末と回路部３０とを連絡する３本の端子であり、外部端末には回路部品３１０により増幅された歪みゲージ２２の電気信号を出力し、外部端末からは電源を回路部３０に供給する。
増幅回路基板３１は、図１に示すように、その外周縁を円筒状のスペーサ３４によって固定されている。
入出力端子３３は、図示しない外部端末と回路部３０とを連絡する３本の端子であり、外部端末には回路部品３１０により増幅された歪みゲージ２２の電気信号を出力し、外部端末からは電源を回路部３０に供給する。
増幅回路基板３１は、図１に示すように、その外周縁を円筒状のスペーサ３４によって固定されている。
〔ハウジング４０の構成〕
図１において、ハウジング４０は、圧力検出素子２０および回路部３０を外部より侵入する水分や塵埃から保護する略筒状の保護ケースであり、その一端には圧力導入継手１０の嵌合部１２０と係合するガスケット４１が設けられている。
図１において、ハウジング４０は、圧力検出素子２０および回路部３０を外部より侵入する水分や塵埃から保護する略筒状の保護ケースであり、その一端には圧力導入継手１０の嵌合部１２０と係合するガスケット４１が設けられている。
〔溶接部５０の構成〕
溶接部５０について、図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態における溶接部５０の断面を示した正面図である。
溶接部５０は、溶接ビード５１と、溶融ビード５２と、を有する。
溶接部５０について、図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態における溶接部５０の断面を示した正面図である。
溶接部５０は、溶接ビード５１と、溶融ビード５２と、を有する。
溶接ビード５１は、圧力導入継手１０の接合面１１２Ａと、ダイアフラム２１の円筒部２１１の開口端とを、全周を突き合わせて電子ビーム溶接で溶接する溶接工程により形成された部位である。
溶融ビード５２は、溶接ビード５１と並行して圧力導入継手１０に溶接を施す溶融工程により形成された部位である。
溶融ビード５２は、図３に示すように、溶接ビード５１よりも浅いものであり、溶融ビードの深さは、溶接ビードの深さの４０％以上６０％以下であることが好ましい。なお、溶融ビードの深さは、溶接ビードの深さの４５％以上５５％以下であることがより好ましく、５０％であることが最も好ましい。
溶融ビード５２は、溶接ビード５１と並行して圧力導入継手１０に溶接を施す溶融工程により形成された部位である。
溶融ビード５２は、図３に示すように、溶接ビード５１よりも浅いものであり、溶融ビードの深さは、溶接ビードの深さの４０％以上６０％以下であることが好ましい。なお、溶融ビードの深さは、溶接ビードの深さの４５％以上５５％以下であることがより好ましく、５０％であることが最も好ましい。
〔圧力センサの製造方法〕
図４および図５を用いて、上述のような圧力センサ１を製造する方法を説明する。
本実施形態において、圧力センサ１の製造方法は、ダイアフラム２１の円筒部２１１の一端と圧力導入継手１０の接合面１１２Ａとを突き合わせ溶接する溶接工程と、溶接工程により形成された溶接ビード５１と並行して圧力導入継手１０に溶融を施す溶融工程とを備える。
図４および図５を用いて、上述のような圧力センサ１を製造する方法を説明する。
本実施形態において、圧力センサ１の製造方法は、ダイアフラム２１の円筒部２１１の一端と圧力導入継手１０の接合面１１２Ａとを突き合わせ溶接する溶接工程と、溶接工程により形成された溶接ビード５１と並行して圧力導入継手１０に溶融を施す溶融工程とを備える。
図４は、溶接工程後の溶接部５０の断面を示した正面図であり、図５は、溶融工程後の溶接部５０の断面を示した正面図である。
溶接工程では、まず、圧力導入継手１０の接合部１１２を、ダイアフラム２１の開口端側から結合させる。すなわち、圧力導入継手１０の環状の段差１１２Ｂを案内としてダイアフラム２１の円筒部２１１の内周面側が挿入されている状態である。
溶接工程では、まず、圧力導入継手１０の接合部１１２を、ダイアフラム２１の開口端側から結合させる。すなわち、圧力導入継手１０の環状の段差１１２Ｂを案内としてダイアフラム２１の円筒部２１１の内周面側が挿入されている状態である。
次に、これらの部材を図示しない電子ビーム溶接機の真空チャンバー内に設置し、このチャンバー内を真空雰囲気にしてから、電子ビームを溶接すべき部位の外周面から内周面方向に向けて照射する。
電子ビームが照射された圧力導入継手１０の接合部１１２およびダイアフラム２１の円筒部２１１の開口端のそれぞれ一部は溶融し、溶融した部位においてはそれぞれの部材の材料成分が互いに拡散し交じり合う。
電子ビームが照射された圧力導入継手１０の接合部１１２およびダイアフラム２１の円筒部２１１の開口端のそれぞれ一部は溶融し、溶融した部位においてはそれぞれの部材の材料成分が互いに拡散し交じり合う。
圧力導入継手１０とダイアフラム２１とを組み合わせた状態で、真空チャンバー内で回転移動しながら、それぞれの溶接すべき部位に対し全周に亘り電子ビームを照射する。溶接が完了すると、溶接ビード５１が形成され、圧力導入継手１０とダイアフラム２１とが一体的に結合される。ここで、溶接ビード５１から被計測流体がリークしないよう、溶接は、完全に漏れなく行い、溶接組織にクラックが生じないようにしなければならない。
このような溶接工程において、溶融金属の一部が蒸発するなどして、溶着金属部の体積が減少する。この後、冷却が進むと、溶着金属は収縮を始める。この収縮分により残留歪（溶融歪み）が発生する。
また、ダイアフラム２１の材質の線膨張係数と圧力導入継手１０の材質の線膨張係数が異なる場合、線膨張係数の差と温度落差とにより、大きな残留歪（溶融歪み）が発生する。
どちらの場合でも、図４中、Ｆで示した力が常にかかっている状態となる。この歪みは、ダイアフラム２１の歪みゲージ２２に伝わって出力がずれることとなる。
また、ダイアフラム２１の材質の線膨張係数と圧力導入継手１０の材質の線膨張係数が異なる場合、線膨張係数の差と温度落差とにより、大きな残留歪（溶融歪み）が発生する。
どちらの場合でも、図４中、Ｆで示した力が常にかかっている状態となる。この歪みは、ダイアフラム２１の歪みゲージ２２に伝わって出力がずれることとなる。
そこで、図５に示すように、溶融工程では、溶接工程により形成された溶接ビード５１と並行して圧力導入継手１０に溶融を施す。
溶融工程の溶融は、溶接ビード５１と一部重ね合わせ、溶接ビード５１の深さより浅くする。好ましくは、溶融ビード５２の深さＤ２ が溶接ビード５１の深さＤ１の４０％以上６０％以下になるように溶融する。
このような溶融工程により、溶接歪みを緩和することができ、歪みゲージ２２の出力変化を抑えることができる。
溶融工程の溶融は、溶接ビード５１と一部重ね合わせ、溶接ビード５１の深さより浅くする。好ましくは、溶融ビード５２の深さＤ２ が溶接ビード５１の深さＤ１の４０％以上６０％以下になるように溶融する。
このような溶融工程により、溶接歪みを緩和することができ、歪みゲージ２２の出力変化を抑えることができる。
〔実施形態の作用効果〕
本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法によれば、例えば、以下の作用効果が期待できる。
（１）溶接工程により、ダイアフラム２１の円筒部２１１と圧力導入継手１０とを高い信頼性でシールすることができ、溶融工程により、溶接工程において発生した溶接歪みを緩和することができる。
つまり、本実施形態の圧力センサの製造方法によれば、信頼性の高いシールを備え、部材の歪みによる出力変化が小さい圧力センサ１を製造することができる。
こうして製造された圧力センサ１は、ダイアフラム２１の歪みが非常に小さいため、歪みゲージ２２からの電気信号を補正するための処理回路の簡素化ができる。圧力センサ１の構成と調整工程を単純化することができるので、安価に圧力センサ１を提供することができる。また、ダイアフラム２１の溶接歪みが非常に小さいため、長期安定性に優れる圧力センサ１を提供することができる。
本発明の実施形態に係る圧力センサの製造方法によれば、例えば、以下の作用効果が期待できる。
（１）溶接工程により、ダイアフラム２１の円筒部２１１と圧力導入継手１０とを高い信頼性でシールすることができ、溶融工程により、溶接工程において発生した溶接歪みを緩和することができる。
つまり、本実施形態の圧力センサの製造方法によれば、信頼性の高いシールを備え、部材の歪みによる出力変化が小さい圧力センサ１を製造することができる。
こうして製造された圧力センサ１は、ダイアフラム２１の歪みが非常に小さいため、歪みゲージ２２からの電気信号を補正するための処理回路の簡素化ができる。圧力センサ１の構成と調整工程を単純化することができるので、安価に圧力センサ１を提供することができる。また、ダイアフラム２１の溶接歪みが非常に小さいため、長期安定性に優れる圧力センサ１を提供することができる。
（２）溶融工程において実施する溶融の深さＤ２を、溶接工程において実施する溶接の深さＤ１の４０％以上６０％以下に設定したので、溶融工程による溶接歪みの緩和効果を十分に確保することができる。
（３）電子ビーム溶接は、真空中に高密度の電子ビームを照射して加熱を行うため、短時間で溶接を完了できる。また、異種材料の溶接にも幅広く用いられている。
さらに、電子ビームは高エネルギー密度のため、溶接幅と溶接深さのアスペクト比を２以上の深溶け込みにすることも可能となり、その結果、ダイアフラム２１、圧力導入継手１０および歪みゲージ２２の各部に熱影響を与えることなく、溶接接合ができる。
さらに、電子ビームは高エネルギー密度のため、溶接幅と溶接深さのアスペクト比を２以上の深溶け込みにすることも可能となり、その結果、ダイアフラム２１、圧力導入継手１０および歪みゲージ２２の各部に熱影響を与えることなく、溶接接合ができる。
（４）歪み量検出機構として一般的な歪みゲージ２２を用いるので、容易かつ安価に圧力センサ１を製造することができる。
〔変形例〕
なお、本発明は前述の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での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、本発明は前述の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での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上述の実施形態において、溶融工程における溶融の深さＤ２を、溶接工程において実施する溶接の深さＤ１の４０％以上６０％以下とする溶融工程を例示したが、これに限定されない。
溶融工程の溶接の深さＤ２は、圧力導入継手１０とダイアフラム２１との固定やシールには影響しないので、例えば、圧力導入継手１０やダイアフラム２１の形状、材質、予想される溶接歪みの大きさなどに対応して、自由に設定することができる。
溶融工程の溶接の深さＤ２は、圧力導入継手１０とダイアフラム２１との固定やシールには影響しないので、例えば、圧力導入継手１０やダイアフラム２１の形状、材質、予想される溶接歪みの大きさなどに対応して、自由に設定することができる。
上述の実施形態において、溶接工程および溶融工程を、電子ビーム溶接により実施する方法を例示したが、これに限らない。
溶接工程および溶融工程は、他の溶接方法によって実施されてもよい。例えば、レーザー溶接等の高密度エネルギー溶接で実施されてもよい。
溶接工程および溶融工程は、他の溶接方法によって実施されてもよい。例えば、レーザー溶接等の高密度エネルギー溶接で実施されてもよい。
上述の実施形態では、ダイアフラム２１および圧力導入継手１０は、それぞれ単一の材料により形成される構成を取っていたが、これに限らない。例えば、それぞれの部材の表面に他の材料を被覆するなどした積層構造であっても良い。
〔実施例〕
上述の実施形態で示した製造方法により、圧力センサ１を製造し、その製造過程において、圧力検出素子２０に圧力がかからないときの出力であるオフセット電圧を計測した。
溶接工程の実施前、溶接工程の実施後、溶融工程の実施後のそれぞれの時点で計測した回路部３０のオフセット電圧の変化率を図６に示す。
図６によると、回路部３０のオフセット電圧は、溶接工程で発生した溶接歪みにより上昇する。しかし、溶融工程後では溶接歪みが緩和されているので、ほぼ溶接工程前の値に戻る。
このことから、本発明の圧力センサの製造方法によれば、溶接歪みを緩和することができ、歪みゲージ２２の出力変化を抑えることができることがわかる。
上述の実施形態で示した製造方法により、圧力センサ１を製造し、その製造過程において、圧力検出素子２０に圧力がかからないときの出力であるオフセット電圧を計測した。
溶接工程の実施前、溶接工程の実施後、溶融工程の実施後のそれぞれの時点で計測した回路部３０のオフセット電圧の変化率を図６に示す。
図６によると、回路部３０のオフセット電圧は、溶接工程で発生した溶接歪みにより上昇する。しかし、溶融工程後では溶接歪みが緩和されているので、ほぼ溶接工程前の値に戻る。
このことから、本発明の圧力センサの製造方法によれば、溶接歪みを緩和することができ、歪みゲージ２２の出力変化を抑えることができることがわかる。
本発明は、流体圧力を電気信号に変換し計測を行う圧力センサ、および、圧力センサの製造方法として利用できる。
１ 圧力センサ
１０ 圧力導入継手
２０ 圧力検出素子
２１ ダイアフラム
２２ 歪みゲージ
３０ 回路部
４０ ハウジング
５０ 溶接部
５１ 溶接ビード
５２ 溶融ビード
２１０ 薄肉部
２１１ 円筒部
２２０ 絶縁層
１０ 圧力導入継手
２０ 圧力検出素子
２１ ダイアフラム
２２ 歪みゲージ
３０ 回路部
４０ ハウジング
５０ 溶接部
５１ 溶接ビード
５２ 溶融ビード
２１０ 薄肉部
２１１ 円筒部
２２０ 絶縁層
Claims (5)
- 底部が薄肉部とされた有底円筒部材および前記底部の一面に形成され前記底部の歪み量を検出する歪み量検出機構を有する圧力検出素子と、前記有底円筒部材の内部に被計測流体を導入する圧力導入継手とを備え、前記圧力導入継手が環状の接合面と前記圧力検出素子の円筒部の内周面側に挿入される環状の段差とを有し、前記被計測流体の圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、
前記有底円筒部材の円筒部の一端と前記圧力導入継手の一端を突き合わせ前記接合面を含み前記段差まで達する深さまで溶接する溶接工程と、
前記溶接工程により形成された溶接ビードと並行するとともに前記溶接ビードの縁に一部を重ねるように前記圧力導入継手を溶融する溶融工程と、
前記溶接工程の実施前、前記溶接工程の実施後、前記溶融工程の実施後のそれぞれの時点で前記歪み量を検出し、比較する計測工程と、を備え、
前記溶融工程において実施する溶融は、前記溶接工程において実施する溶接よりも浅いことを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 請求項１に記載の圧力センサの製造方法において、
前記溶融工程において実施する溶融の深さは、前記溶接工程において実施する溶接の深さの４０％以上６０％以下であることを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 請求項１または請求項２に記載の圧力センサの製造方法において、
前記溶接工程および前記溶融工程は、電子ビーム溶接により施されることを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法において、
前記歪み量検出機構は、歪みゲージであることを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 底部が薄肉部とされた有底円筒部材および前記底部の一面に形成され前記底部の歪み量を検出する歪み量検出機構を有する圧力検出素子と、前記有底円筒部材の内部に被計測流体を導入する圧力導入継手とを備え、前記圧力導入継手が環状の接合面と前記圧力検出素子の円筒部の内周面側に挿入される環状の段差とを有し、前記被計測流体の圧力を測定する圧力センサであって、
前記有底円筒部材の円筒部の一端と前記圧力導入継手の一端とを突き合わせ前記接合面を含み前記段差まで達する深さまで溶接により形成された溶接ビードと、
前記溶接ビードと並行するとともに前記溶接ビードの縁に一部を重ねるように前記圧力導入継手を溶融して形成された溶融ビードとを備え、前記溶融ビードは、前記溶接ビードよりも浅いことを特徴とする圧力センサ。
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