JPH0251664A - ダイヤフラム - 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、ダイヤフラムであって、作動時に生ずる応力
に片寄りがなく、素材が金属の場合、長期使用による金
属疲労の発生時期を延ばしたダイヤフラムに関する。

〔従来の技術とその課題〕

ダイヤフラムは、その両側面に働（圧力差によって撓む
ものであり、その撓みでもって圧力の検出を行ない、圧
力の制御、圧力による操作、等の圧力に係る機器に多用
されている。

このダイヤフラムにおいて、従来では、前記撓み作用を
円滑にさせるため、第１３図に示すように、その断面形
状を、素材板の中心円形１の周りに同心円状の波紋Ｐを
呈する波形としている（第２図参照）、なお、図中の波
紋Ｐは谷部の軌跡を示す（以下、同様）。

しかしながら、このものＤｔは、周辺固定部はろう付は
等が施されるので剛性が大きくなり、−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
ランクが生ずる他、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
記圧力の検出値等が変化する。

そこで、上記ダイヤフラムＤ！の問題解決策として、第
１２図に示すように、前記波紋Ｐを、素材板の中心円形
１の周りにその１点から渦巻き状とすることが考えられ
る。

しかしながら、このものＤｔ　は、中心円形１から渦巻
き波紋Ｐがスタートした部分ａの剛性が大きく、その反
対側部分すでは剛性が小さくなる。

これは、画部分ａ、ｂの波紋曲率の相違によって構造上
止ずるもので、この剛性の相違により、ダイヤフラムＤ
、に圧力が加わった場合、撓みが周方向に均等に生じな
く、当然のこととしてダイヤフラムＤ、に発生する応力
も片寄らざるを得ない。

このため、ダイヤフラムＤ１の金属疲労が片寄り、寿命
を短くすると共に、毘作端として用いた場合、その作動
状態にも片寄りが生ずる。

本発明は、上記に鑑み、素材板の疲労による座屈や特性
の変化がなく、周方向に均等な応力が生じ、また操作端
として用いたときは片寄りのない作動を得ることのでき
るダイヤフラムを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明にあっては、素材板
中心円形の周りに、その周方向均等分位の少なくとも２
点からスタートした渦巻き波紋を呈する波形断面とした
のである。

上記波紋数は奇数が好ましく、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、この同心円形波絞と同心でかつ所
定間隔をあけて外側円形波紋を形成し、両日形波絞量に
、上記渦巻き波紋を形成してもよい。

この場合、上記渦Ｓ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。

〔作用〕

上記の、如く構成する本発明に係るダイヤフラムにあっ
ては、ダイヤフラムの渦巻き波紋が中心円形の均等分位
の少なくとも２点からスタートしているので、前記第１
２図ａＳｂ部分の波紋曲率が同じとなって、周囲の剛性
が均一化され、作動時に発生する応力の片寄りがなく周
方向に均等に撓む。

波紋数を奇数とすれは、前記ａ、ｂ部分のように、反対
側のみならず、隣接部分（例えば第１２図において、ａ
に対しＣ部分）間の波紋曲率も近づき、より剛性が均一
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、中心部に生じる盛り上り状の歪は
同心円形波紋に吸収分散され、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用形波紋に合流させれば、より効
果が増す。

〔実施例１〕 第１図に示す中心円形１０の周りに三笠分位から互に隣
接させて渦巻き波紋Ｐを形成し、第２図に示す波の高さ
：ｔ１ダイヤフラムＤの外周と中心の高低差：Ｔ、ダイ
ヤフラムＤの曲率：Ｒ１波紋Ｐの谷部曲率：ｒ、岡山部
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１０の部分も、第２図鎖線
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の製作は、まず、
上記３等分位からスタートすることを想定して、第３図
に示す円錐台体１１０表面に渦巻溝１２を削設した治工
具Ｑを制作する。この治工具Ｑに、同図鎖線のごとく線
条体ｌを前記溝１２に沿って巻付けて電極を製作する。

前記治工具Ｑ及びその溝１２の形状は、線条体ｌのばね
性を考慮して作らねばならない。

治工具Ｑから外した渦巻線条体２は高さが高くなってい
るので（椀状となっているので）、押えて所望の高さと
する０次いで、第４図に示すように上記の如くして得た
渦巻線条体！を３個組み合わせて中心となるボス１３に
ろう付けし、ボス１３には電極取付は棒１４を立設する
（第５図参照）。

上記の如くして得た電極Ｓを、第５図のごとく放電加工
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１〜４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閣、曲率
Ｒ：　１００　ｍ、ダイヤフラムＤの仕上り外径：　２
５．４ｓは各個同じである。また、試作例１の波紋Ｐの
断面は第２図（ロ）のごとく、他は同図（ａ）のごとく
である。

表　　　１ ｎ＾　：光輝軟化材、”／４１１　：　４分の３軟化材
、なお、波紋Ｐの巻回数は波紋Ｐの輻（谷間隔ｄ）によ
って決定されるが、試作例１．２は１回生、３．４は２
回であった。

このようにして、製作したダイヤフラムＤを、第６図の
ごと（、円環状フランジ２で支持し、それによる圧力変
位測定結果を第８図に示す、なお、上記支持は、第７図
（ａ）に示すように、断面１７字状ｆ７）７う７ジ２（
材質：　５ｕｓ３０４，３１６）内にダイヤフラムＤＩ
！ｌ縁を挿入し、同図（ｔ））に示すように、遠心方向
に引きながらフランジ２をつぶして両者Ｄ２を圧着する
（かしめる）、このように全周を遠心方向に引きながら
（引っばりながら）圧着すると、ダイヤフラムＤが全周
囲均等に遠ｒｉ方向に引かれて、撓み作用が均一化する
。すなわち、特性が安定する。

第８図から、試作例３．４は、立上りが大きい点（２０
０〜５００．、ＩＩ□０）があり、その個所でデジタル
出力（ＯＮ−ＯＦＦ）を得るようにするとよいことがわ
かる。いずれにしろ、各個とも、目的に応じて、十分使
用し得るものである。

（実施例２〕 この実施例は、第９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Ｐ、を形成するとともに、
外側にも円形波紋Ｐ８を形成し、両波紋Ｐ、　、Ｐ、間
に、中心円形波紋Ｐ＋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＋　、
Ｐｇに合流させたものである。

このダイヤフラムＤも、前記実施例と同様に、まず治工
具Ｑにより、波紋Ｐ、に応じた線条体Ｐ。

を製作し、波紋Ｐ、　、Ｐ、用線条体２１、！工は、治
工具平面上に円形溝を削設し、この溝に、円環板状線条
体２．１２を嵌め込みプレスすることにより作る。

次いで、第１１図に示すように上記の如（して得た線条
体１．、ｐｇ　、Ｌを組み合わせて中心となるボス１３
にろう付けするとともに相互間をろう付けし、ボス１３
には電極取付は棒１４を立設する（第５図参照）０図中
、−点鎖線は線条体２８、ｉｔ　、Ｉｔｓの谷部の軌跡
（一部）を示す。

上記の如（した得た電極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９図、第１Ｏ図に示した実施例を得た
。

このプレス成形の際、内外側に円形波紋Ｐ５、Ｐ８を形
成し、両波紋Ｐ＋　、Ｐｇに渦巻き波紋Ｐ。

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＋、Ｐｇ内に吸収されて皺は生じなか
った。

この実施例も、素材を、厚さ：　０．０１５　ａｓのス
テンレス箔、仕上り外径：　２５．４ｍ、曲率Ｒ：　１
００　ｍとし、第９図、第１θ図において、各波紋Ｐ、
　、Ｐ、、Ｐｓ　　（総称二Ｐ）の幅ｄ（谷と谷の間、
合流間は除く）、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Ｐ、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５．６を製作し、第６図のごとく、フラ
ンジ２より支持して、実際に装着したところ、周方向に
均等に撓み、応力の偏りもなかった。

表　　　２ なお、電極Ｓの別の製作法としては、三次元数値制御可
能なフライス盤の記憶部に上記ダイヤフラム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
４図及び第１１図に示す波紋Ｐ、Ｐ、　、Ｐ、、Ｐ、を
呈する凹凸を形成して製作することができる。また、各
部寸法も実施例に限るものではな（、使用素材として、
ステンレス箔以外の他の金属材料、ゴム、プラスチック
等公知のものを使用することが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、中心円形周囲の剛性
を均一化し、作動時に発生する応力の片寄りと作動方向
の片寄りをなくすとともに、周方向に均等に撓むように
したので、疲労の集中や、座屈・クラックの発生がなく
、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じない効
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図は本発明に係るダイヤフラムの一実施例の正面図
、第２図（ａ）、（５）は同断面図、第３図乃至第５図
は同実施例の制作説明図、第６図は同実施例の使用状態
斜視図、第７図（ａ）、■）は第６図の取付説明図、第
８図は圧力変位測定図、第９図は他の実施例の正面図、
第１０図は同断面図、第ｔｉ図は同実施例の製作説明図
、第１２図、第１３図は従来例の説明図である。 Ｄ、、Ｄ、　、Ｄ・・・・・・ダイヤフラム、ｐ、ｐ、
　、Ｐｇ　、Ｐ３・・・・・・波紋、Ｑ・・・・・・治
工具、　　　Ｒ・・・・・・ダイヤフラム曲率、「・・
・・・・谷部曲率、　　　ｒ′・・・・・・山部曲率、
Ｓ・・・・・・電極、　　　　Ｗ・・・・・・金型、２
・・・・・・渦巻線条体、　　１．１０・・・・・・中
心円形。 第１図 Ｐ 第２図 （ｂ） 第６図 り 第７図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図 第５図 第８図 １．０［ 変　１ 位　　　［ °“　　　１ ０．５１ 比 刀 膳＠Ｉ１．Ｕ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）素材板中心円形の周りに、その周方向均等分位の
   少なくとも２点からスタートした渦巻き波紋を呈する波
   形断面のダイヤフラム。
2. （２）請求項（１）記載のダイヤフラムにおいて、上記
   波紋数を奇数としたことを特徴とするダイヤフラム。
3. （３）請求項（１）又は（２）記載のダイヤフラムにお
   いて、上記波紋の山部及び谷部を連続曲面としたことを
   特徴とするダイヤフラム。
4. （４）請求項（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の
   ダイヤフラムにおいて、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たことを特
   徴とするダイヤフラム。
5. （５）請求項（４）記載のダイヤフラムにおいて、上記
   渦巻き波紋の始終端を、上記中心円形波紋又は外側円形
   波紋に合流したことを特徴とするダイヤフラム。