JPH02290523A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイヤフラムでもって被圧力検出流体の圧力
変動を検出して、所要量の変動を検出する圧力検出装置
に関するものである。

〔従来の技術及びその課題〕

この種の圧力検出装置は、第１図、第２図を参照して説
明すると、ケーシング１内に、ダイヤフラムＤで区画さ
れた圧力検出室３を形成し、この圧力検出室３の一方３
ａに被圧力検出流体ａを導入するとともに、他方に前記
ダイヤフラムＤの所要量の撓みで作動するスイッチ４を
設けたものが一般的である。

この圧力検出装置において、検出精度を高めるためには
、ダイヤフラムＤの撓みの立上り特性が鋭いことが重要
な要素である。このため、従来では、第１２図に示すよ
うに、ダイヤフラムＤｔの断面形状を、素材板の中心円
形１０の周りに同心円状の波紋Ｐを呈する波形として、
前記撓み特性及び立上り特性を高めたものがある（図中
の波紋Ｐは谷部の軌跡を示す、第４図参照、以下、同様
）。

しかしながら、このダイヤフラムＤｚは、周辺固定部は
ろう付け等で固定されるので剛性が大きくなり、一方、
中心部も曲率半径が小さいので剛性が大となる．従って
、周辺部と中心部の撓みが小さく、その中間部に、撓み
が集中して素材板が金属の場合、金属疲労によって座屈
あるいはクラックが生ずる他、長期間の使用の内に特性
、特に復元力が変化する等の問題がある。復元力が変化
すれば、前記撓み・立上り特性が変化して圧力の検出値
等が変化する。

そこで、上記ダイヤフラムＤ２の問題解決策として、実
公昭４０−３３６８８号公報に開示され、第１１図に示
すように、前記波紋Ｐを、素材板の中心円形１００周り
にその２点対称位置から渦巻き状としたものが使用され
ている。

しかしながら、波紋Ｐは各谷部又は各山部が同一レベル
、すなわち中心円形１０に向って傾斜していないフラッ
ト状となっているため、撓み度合（変位）も小さく、押
圧力に対する変位曲線が緩勾配となる。緩勾配の変位曲
線のものは、急激に圧力変化する流体の検出にはさほど
支障はないが、緩やかなものの場合、撓み変化が少なく
、精度的に問題が生じる。

本発明は、上記に鑑み、変位曲線を急勾配とすることを
課題とする。すなわち、撓み易くすることを課題とする
。

〔諜題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明にあっては、前記の
従来周知の圧力検出装置において、そのダイヤフラムを
、素材板中心円形の周りに、その周り任意の点から、渦
巻き波紋を呈する波形断面とし、その渦巻き波紋は前記
中心円形に向って傾斜してなるものとしたのである。

上記波紋数は奇数が好ましく、その際、前記中心円形の
周り均等分位からスタートさせ、波紋の山部及び谷部は
連続曲面とするとよい。

また、上記素材板中心円形の周りに隣接して同心円形波
紋を形成すると共に、この同心円形波紋と同心でかつ所
定間隔をあけて外側円形波紋を形成し、両円形波紋間に
、上記渦巻き波紋を形成してもよい． この場合、上記渦巻き波紋の始終端を、上記同心円形波
紋又は外側円形波紋に合流させるとよい。

上記所定間隔は、ダイヤフラムの大きさ等を考慮して適
宜に決定する． 上記渦巻き波紋の傾斜度、すなわち、第４図における傾
斜高さｈと径方向の長さｌの比（ｈ＃）はｌ／５以下と
するとよい．好ましくは１／６以下とする．ｌ／５以上
となると、プレス成形の際、現在の技術では、その成形
圧が、外向きの斜面と内向きの斜面とで大きく異なって
製造が不可能となるからである． 〔作用〕 上記の如く構成する本発明に係る圧力検出装置のダイヤ
フラムにあっては、その渦巻き波紋が中心円形に向って
傾斜しているので、剛性が低下して撓み易くなっており
、圧力変位曲線が急勾配のものとなる． したがって、被圧力検出流体の圧力上昇につれてダイヤ
フラムが円滑に撓み、その撓み量が所要値に達すると、
スイッチが作動して、被圧力検出流体の所要圧力上昇を
検出する． なお、波紋数を奇数とすれば、第１１図において、ａ，
ｂ部分のように、反対側のみならず、隣接部分（例えば
同図において、ａに対しＣ部分）間の波紋曲率も近づき
、ダイヤフラムの剛性がより均一化される。

波紋の山部及び谷部を連続曲面とすれば、撓み作用が円
滑となる。

また、同心円形波紋及び外側円形波紋を設けたものは、
波紋のプレス成形時、中心部に生しる盛り上り状の歪は
同心円形波紋に吸収分敗され、外周囲に生じる皺状の歪
は外側円形波紋に吸収分散される．この吸収分散は、渦
巻き波紋の始終端を両円形波紋に合流させれば、より効
果が増す。

〔実施例〕

第１図、第２図に示すように、ケーシング１は、３部材
ｌａ，１ｂ、１ｃとから成り、部材１ａ、１ｂ間に圧力
検出室３が形成されている。両部材１ａ、１ｂ間にはダ
イヤフラムＤがパノキング２を介して介設されており、
このダイヤフラムＤにより圧力検出室３が２室３ａ、３
ｂに区画されている．一方の検出室３ａには、圧力導入
口５から被圧力検出流体ａが導びかれ、この圧力変化に
基づきダイヤフラムＤが撓む．両部材１ａ、１ｂの接合
面全周は、シーリング６により密封化されている。

ケーシング１のもう１つの部材１ｃは、ビス７により部
材１ｂに固着され、この部材１ｃ内にスイソチ４が構成
されている。スイソチ４は、接点４ａ、そのレバー４ｂ
、作動ラム４０等から成る。

作動ラム４ｃは部材１ｂを貫通して、その上端がダイヤ
フラムＤに接離可能となっており、下端がレバー４ｂに
当接している。レバー４ｂは、支杆４ｄにより揺動自在
に支持されており、その下面に部材１ｃをねじ通した作
動圧力調整子８がばね９を介して当接している。この調
整子８のねじ込み量を調整することにより、レバー４ｂ
及び作動ラム４ｃの位置が決定され、この調整によって
、後述のダイヤフラムＤの撓みにおける立上り特性のよ
い時、ダイヤフラムＤが作動ラム４ｃを押して接点４ａ
を作動（オン又はオフ）するようにする。

つぎに、ダイヤフラムＤについて説明する。

このダイヤフラムＤは第３図に示すように、渦巻き波紋
Ｐを中心円形１０周方向均等分位３個所から形成したも
のであり、まず、同図に示すように、中心円形１０の周
りに三等分位から互に隣接させて渦巻き波紋Ｐを形成し
、第４図に示す波の高さ；ｔ、ダイヤフラムＤの外周と
中心の高低差；Ｔ１ダイヤフラムＤの曲率：Ｐ１波紋Ｐ
の谷部曲率；ｒ、同山部曲率：ｒ′をそれぞれ所定値と
した．この各値は、ダイヤフラムＤの使用箇所、材質等
を考慮して、実験等により適宜に選定する．中心円形１
０の部分も、第４図１１　＆ｆｆのごとくわん曲させれ
ば、波紋Ｐとの境がなめらかとなる．上記ダイヤフラム
Ｄの製造は、その前記諸元（形状）に基づいて設計され
た金型によりプレス成形されて打抜かれる。金型は、放
電加工によって基本的に制作され、調整の上使用される
。

上記金型製造のための放電加工用電極Ｓの製作は、例え
ば、三次元数値制御可能なフライス盤にダイヤフラムＤ
の諸元を入力し、そのエンドミルにより、電極素材板の
表面に第５図に示す波紋Ｐを呈する凹凸を形成して製作
する。

このようにして得た電極Ｓに、第６図のごとくボス１３
を介して電極取付け棒１４を立設し、その電極Ｓを放電
加工機に装着し金型Ｗを制作する。

金型Ｗは雄型と雌型を必要とするが、上記放電加工によ
り得られる金型Ｗを２個形成し、この一方を逆に電極と
して前記の放電加工をすることにより、その加工品及び
残りの前記金型Ｗにより雄、雌両型が得られる。

上記製造手段によって、下記表１に示す諸元（Ｌ，Ｔ等
）の試作例１、２を製作した。なお、全てステンレス箔
（フープ）を使用し、その厚さ：０．０１５　ｍｍ，曲
率Ｒ　：　１００　ｗａ、その曲率中心は内側、すなわ
ち傾斜は外向き凸面とし、ダイヤフラムＤの仕上り外径
：２５．４ａＩＩＩ１は各例同しである。

なお、波紋Ｐの巻回数は波紋Ｐの幅（谷間隔ｄ）によっ
て決定されるが、試作例は２回であった。

表　　　　１ ＢＡ：光輝軟化材、′八１１　：４分の３軟化材、この
ようにして、製作したダイヤフラムＤを、第１図、第２
図のごとくケーシング１に装着し、検出室３ａに被圧力
検出流体ａを導いた際のダイヤフラムＤの圧力変位測定
結果を第７図に示す。

この結果から、２００　〜５００ｍｍＨｚＯにおいて大
きい立上りが生じており、この範囲でスイソチ４を作動
させるとよい．すなわち、試作例ｌのものでは、２００
ｍｍＨｚＯを過ぎたところで、試作例２のものでは、４
００ｍｌｌＨｚＯを過ぎたところでスイッチ４が作動す
るようにするとよい。このとき、ダイヤフラムＤが作動
ラム４ｃに当接した状態で撓む場合は、作動点は、ばね
９の弾性力を考慮して補償する。

また、例えば、ダイヤフラムＤと作動ラム４ｃの間隙Ｌ
を０．３ｍｍ程度とすれば、試作例ｌのものでは、２０
００１１１Ｈ．Ｏを過ぎたところで、試作例２のもので
は、４　０　０　ｍｍ　Ｈ　ｚ　Ｏを過ぎたところで、
ダイヤフラムＤが作動ラム４ｃに当接してスインチ４が
作動することとなり、前記補償の必要はない。

ダイヤフラムＤの他例として、第８図に示すように、中
心円形１０の周りに、隣接して同心円形波紋Ｐ１を形成
するとともに、外側にも円形波紋Ｐ２を形成し、両波紋
Ｐ．　、Ｐ．間に、中心円形波紋Ｐ１の周囲３等分位か
らの渦巻き波紋Ｐ，を形成し、その波紋Ｐ．の始終端を
両波紋Ｐ，，Ｐ２に合流させたものも製作した。

このダイヤフラムＤも、前記の例と同様に、まず、三次
元数値制御可能なフライス盤にそのダイヤフラムＤの諸
元を入力し、そのエンドミルにより、電極素材板の表面
に第１０図に示す波紋ＰＰｇ、Ｐ３を呈する凹凸を形成
して電極Ｓを製作する。

つぎに、この電極Ｓを、前記と同様にして放電加工機に
装着し金型Ｗを製作し、この金型Ｗによるプレス加工で
もって、第８図、第９図に示したものを得た。

このプレス成形の際、内外側に円形波紋ＰＰ２を形成し
、両波紋Ｐ１、Ｐ２に渦巻き波紋Ｐ３の両端が合流して
いるため、渦巻き波紋Ｐ３の成形による歪が円形波紋Ｐ
，　、Ｐ．内に吸収されて皺は生じなかった． この例も、素材を、厚さ：　０．０＋５　ｔｍのステン
レス箔、仕上り外径：　２５．４ｔｍ、曲率Ｒ　：　１
００　ｍ、その曲率中心は内側とし、第９図において、
各波紋Ｐ＋、Ｐｇ，Ｐｓ　　（総称二Ｐ）の幅ｄ　（谷
と谷の間、合流間は除＜）、同心円形波紋Ｐ，の谷径：
ｑ、外側波紋Ｐの内側谷径ｑ′、渦巻き波紋Ｐ３の谷部
曲率ｒ、山部曲率ｒ′、波の高さし、高低差Ｔを下記表
２に示す値とした試作例３、４を製作し、第１図、第２
図のケーシング１に装着したところ、周方向に均等に撓
み、応力の偏りもなく、良好な立上り特性を得ることが
できた。

表　　　２ なお、渦巻き波紋Ｐ，は、中心円形波紋Ｐ，の等分位か
らスタートし、一回転余りで終了させているが、好まし
くは３周回以上させることが好ましく、また、一点のみ
からスタートして３周回以上させたものとすることがで
きる．実施例（第３図）のものにおいて、前記外側円形
波紋Ｐ２を形成し、その波紋Ｐ２に渦巻き波紋Ｐを合流
した構成とすることもできる． 各部寸法もこれに限るものではなく、ダイヤフラムＤの
使用箇所、材質等を考慮して、実験等により適宜に選定
する。又、使用素材としてはステンレス箔の他、リン青
銅、ヘリリウム銅等の銅合金箔、ゴム、プラスチソクス
等公知のものを使用することができる。

さらに、スイッチ４は、実施例のごとく、有接触型に限
らず、近接スイッチ、光電スイッチ等の非接触型も採用
できることは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成して、ダイヤフラムの剛性
を構造的に低下させて、その圧力変位曲線が急勾配とな
るものとしたので、被検出流体が緩やかに圧力変化する
場合でも、精度よく検出する．また、疲労の集中や、座
屈・クランクの発生がなく、復元力等の特性変化も少な
い。この効果は、波紋を奇数、波紋の谷及び山を曲面と
すれば、増進される。

また、内外側に円形波紋を形成するようにすれば、プレ
ス成形の際、中心部及び外周囲に皺等の歪が生しない効
果を発揮する。この効果は、渦巻き波紋を内外側円形波
紋に合流させれば、さらに増進される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る圧力検出装置の一実施例
の切断正面図及び切断側面図、第３図は第１図のダイヤ
フラムの一例の正面図、第４図は同断面図、第５図乃び
第６図は同例の制作説明図、第７図は圧力変位測定図、
第８図はダイヤフラムの他例の正面図、第９図は同断面
図、第ｌＯ図は同例の製作説明図、第１１図、第１２図
は従来例の説明図である． Ｄ，　、Ｄ．　、Ｄ・・・・・・ダイヤフラム、Ｐ、Ｐ
３　、Ｐ．　、Ｐ．・・・・・・波紋、Ｑ・・・・・・
治工具、　　　Ｒ・・・・・・ダイヤフラム曲率、ｒ・
・・・・・谷部曲率、　　ｒ′・・・・・・山部曲率、
Ｓ・・・・・・電掻、　　　　Ｗ・・・・・・金型、１
・・・・・・ケーシング、 ３、３ａ、３ｂ・・・・・・圧力検出室、４・・・・・
・スイッチ、　　　１０・・・・・・中心円形。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシング１内に、ダイヤフラムＤで区画された
   圧力検出室３を形成し、この圧力検出室３の一方３ａに
   被圧力検出流体ａを導入するとともに、他方３ｂに前記
   ダイヤフラムＤの所要量の撓みで作動するスイッチ４を
   設けた圧力検出装置において、前記ダイヤフラムＤを、
   素材板中心円形１０の周りに、その周り任意の点から、
   渦巻き波紋Ｐを呈する波形断面とし、その渦巻き波紋Ｐ
   は前記中心円形１０に向って傾斜してなるものとしたこ
   とを特徴とする圧力検出装置。
2. （２）上記渦巻き波紋Ｐの傾斜高さｈと径方向の長さｌ
   の比ｈ／ｌを１／５以下としたことを特徴とする請求項
   （１）記載の圧力検出装置。
3. （３）上記素材板中心円形１０の周りに隣接して同心円
   形波紋Ｐ＿１を形成すると共に、この同心円形波紋Ｐ＿
   １と同心でかつ所定間隔をあけて外側円形波紋Ｐ＿２を
   形成し、両円形波紋Ｐ＿１、Ｐ＿２間に、上記渦巻き波
   紋Ｐ＿３を形成したことを特徴とする請求項（１）又は
   （２）記載の圧力検出装置。
4. （４）上記渦巻き波紋Ｐ＿３の始終端を、上記中心円形
   波紋Ｐ＿１及び外側円形波紋Ｐ＿２に合流させたことを
   特徴とする請求項（３）記載の圧力検出装置。
5. （５）上記渦巻き波紋Ｐ、Ｐ＿３を３条以上の奇数とし
   、その各波紋を、上記素材中心円形１０の周り均等分位
   からスタートさせたことを特徴とする請求項（１）乃至
   （４）のいずれか１つに記載の圧力検出装置。
6. （６）上記各波紋Ｐ、Ｐ＿１、Ｐ＿２の山部及び谷部を
   連続曲面としたことを特徴とする請求項（１）乃至（５
   ）のいずれか１つに記載の圧力検出装置。