JPH0338673Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は内燃機関を初め、蒸気機関等各種の熱
圧力機器の圧力を測定するに際し、温度による影
響を受けないように改善した圧力センサに関す
る。

「従来技術」 熱圧力機器に装着する主体金具胴部の受圧側を
径大とした軸孔の座断面に座定し、一方の電極面
を通常は正極として外部のケーブルに導通する圧
電素子の、他方の電極面と当接する圧力伝達桿に
中央部を接合したダイヤフラムの外周部を、接地
される上記主体金具の受圧部端面に接合し、該ダ
イヤフラムの受ける圧力を、上記圧力伝達桿を介
して圧電素子に伝達し、電気的信号に変換して外
部に取り出す圧力センサが広く知らされている。

「考案が解決しようとする問題点」 上記の圧力センサは、圧力伝達桿に接合したダ
イヤフラムは平板状に形成されていたから、該ダ
イヤフラムが圧力と共に温度変化、特に高温を受
けたとき圧電素子と逆の方向に膨らむように伸び
るので圧力伝達桿を介して圧電素子に加えられる
べき圧力が減殺され、また、ダイヤフラムに同心
円からなる複数の凹凸を設けてもその寸法によつ
て該ダイヤフラムは軸線のいずれかの方向に伸び
るだけでなく、該ダイヤフラムと接合する圧力伝
達桿の上方に配された圧電素子に温度上昇がもた
らされるので、いずれの場合も圧力だけを正確に
検出することは困難であつた。

「問題点を解決するための手段」 ダイヤフラムが高温に曝されて熱膨脹を生じて
も圧力伝達桿延いては圧電素子に影響を与えない
よう、該ダイヤフラムの圧力伝達桿と接合する感
圧部を、主体金具の受圧側端面に接合して前方に
伸びる外周部と逆に圧電素子の方向に引込むよう
に屈曲させると共に、該外周部よりも薄肉に形成
すると共に上記のダイヤフラムと接合する圧力伝
達桿の先端及び胴部のいずれかまたは両者に、圧
電素子に対する熱伝達抑制要素を設ける。

「作用」 ダイヤフラムの感圧部は、主体金具の受圧側端
面と接合する外周部と逆に圧電素子に向かつて屈
曲すると共に、同じく外周部よりも薄肉に設定さ
れているから圧力の変化を鋭敏に圧電素子に伝達
するが、その際ダイヤフラムが受けた熱の上方へ
の伝達は圧力伝達桿の熱伝達抑制要素によつて抑
えられるので、圧電素子は熱による影響を受ける
ことなく正確に機械的圧力のみによつて反応す
る。

「実施例」 図面は本考案の実施例を示し、１は主体金具
で、内熱機関等の熱圧力機器（図示省略）内に挿
入される胴部１１の受圧側端面１１ａから径大軸
孔１１１ａと径小の軸孔１１１ｂを穿設し、該胴
部１１から延設され上記の図示しない熱圧力機器
の該壁面に座定される六角ボルト状の頭部１２に
上記径小の軸孔１１１ｂと連なり、拡開する２段
の径小，径大の凹部１２１，１２２を形成する。
２は上記径大の軸孔１１１ａ内に収納されたチタ
ン酸鉛系，チタン酸ジルコン酸鉛系等キユリー点
の高い圧電材料からなり、両主表面に銀の蒸着等
による金属化電極面（図示省略）を形成し、分極
してなる圧電素子、３ａ，３ｂは該圧電素子の上
記図示しない両主表面の正負両極の電極面と当接
して電気的に導通する一対の端子板で、正極側の
端子板３ａにはその上方積層、上記主体金具の径
大の軸孔１１１ａと径小の軸孔１１１ｂを結ぶ段
座面１１１ｃと当接、座定するアルミナ磁器等の
環状絶縁体４の中心孔を挿通して上記主体金具の
径小の軸孔１１１ｂ内に突出する径小の突起３
a′を形成する。一方、負極側の端子板３ｂには前
端が主体金具１の受圧側端面１１ａ付近に達する
圧力伝達桿５を配する。６は環状絶縁体４及び正
極側端子板３ａと共に上記主体金具１の軸孔の段
座面１１１ｃ上に積層された圧電素子２に対し、
負極側端子板３ｂ及び圧力伝達桿５を介して熱圧
力機器内の圧力を伝達するステンレス等の金属か
らなり、中央の感圧部を該圧力伝達桿５に、外周
面は主体金具の受圧側の端面１１ａに熔接、ロー
着によつてそれぞれ接合して圧電素子２の負極側
を主体金具１に導通、接地するダイヤフラムで、
本考案においては圧力伝達桿５と接合する感圧部
６１を、上記主体金具１の受圧側端面１１ａに接
合して前方に伸びる外周部６２と逆に圧電素子２
側に引込むよう屈曲させると共に、該外周部６２
よりも薄肉とし、かつ該ダイヤフラムと接続する
上記圧力伝達桿の先端、及びここから圧電素子２
側に伸びる胴部のいずれか、または両者に、ここ
では図示の通り両者に該圧電素子への熱伝達を抑
える熱伝達抑制要素となる径小部５２及び５３を
設けるもので、ダイヤフラムにこのような感圧部
６１と外周部６２の関係を設定することによつて
圧力の変化を鋭敏に圧電素子２に伝達するが、更
に該ダイヤフラムの感圧部から伸びる圧力伝達桿
に設けた熱伝達抑制要素によつて圧電素子２は温
度上昇による影響を受けることなく、圧力のみに
正確に反応する。しかして該ダイヤフラム６の熔
接，ロー着、特に高温のアルゴン溶接を行うに際
し、感圧部６１側に常時一定方向の力、例えば増
圧の力が働くよう、先ず感圧部６１を熔接したの
ち、該熔接部を圧電素子２の方向に加圧しながら
外周部６２を熔接して熱膨脹に一定の方向づけを
行うことが好ましい。

また、本例においてダイヤフラム６の薄肉の感
圧部６１に圧力伝達桿５の前端と嵌合する中心孔
を設け、該嵌合部において接合したが、上記感圧
部６１に中心孔を設けることなく、該感圧部の内
底面の中心において圧力伝達桿の前端面と熔接し
てもよい。なお、９は正極側端子板３ａ，圧電素
子２を絶縁するテフロン等からなる薄い絶縁筒を
示し、好ましくは負電極側端子板３ｂの下方にお
いて圧力伝達桿５の径大の鍔５１によつて係止す
るか、図示を省略するが、該鍔５１に代えて負極
側端子３ｂを径大として支持すると共に、主体金
具１とこの部分において導通、接地する。しかし
て、圧電素子２には前に述べたようにキユリー点
の高い材料が選ばれるが、前に述べたように負極
側端子板３ｂを径大として主体金具１と導通、接
地する場合は圧力伝達桿５を金属に代えてアルミ
ナ、窒化珪素等低熱伝導性のセラミツク材料とす
ることもでき、更に主体金具の径大の軸孔１１１
ａ内に収納される環状絶縁体４、正，負両極端子
板３ａ，３ｂ、圧電素子２、圧力伝達桿５からな
る積層体の熱膨張は主体金具１と等しいか、もし
くはそれよりも若干大きいことが望ましいので最
も長い圧力伝達桿５に特に低い熱膨脹性の材料を
使用する場合は正，負両極側の端子板として銅の
如き高熱膨脹性の材料を選ぶと共に、長さ（厚
さ）を大きくすることによつて補償できる。また
上記の環状絶縁体４を座定する主体金具軸孔の段
座面１１１ｃは、熱圧力機器に対する取付時にお
いて生じる受圧側１１と頭部１２の境界となる取
付座面１ａ付近に生ずる伸びによる該径大の軸孔
１１１ａ内に収納される環状絶縁体４から圧力伝
達桿に至る積層体の緩みを避けるため、上記取付
座面１ａから離れて受圧側１１内に設けることが
このましい。

本例においては、１枚の圧電素子を用いた態様
について示したが、円板状と円環状とからなる一
対の圧電素子を機械的に直列、電気的には並列に
両者の対向面を正極性として該対向面に円板状端
子板を介し、圧力伝達桿上の負極側端子板と円板
状素子が当接するように積層し、上記両素子対向
面に挿入した正極側端子板に植設したリード線を
上方の円環状素子の中心孔に対して絶縁を保持し
て挿通し、これをケーブルの芯線に導通し、一
方、積層された圧電素子の両端面を主体金具に導
通、接地することもできる。

次に７は、ダイヤフラム６が受けた熱圧力機器
の圧力を圧電素子２によつて電気的信号に変換
し、主体金具１を介して接地する負極側端子板３
ｂと対応して図示しない圧力検出回路を構成する
正極側端子板３ａに絶縁７２ａされたリード線７
２を介して芯線７１を接続するケーブル、８は上
記主体金具１の頭部１２の径大の凹部１２２と鍔
８１によつて嵌合、同じく主体金具の頭部１２の
上端の薄肉部１２３によつて加締められた後、胴
部を外方から圧縮８２して、上記ケーブル７を固
定するキヤツプであるが、正極側端子板３ａの径
小の突起３a′を延長してリード線７２を省略でき
る。

また上記圧電素子２、圧力伝達桿上５、正，負
両極側の端子板３ａ及び３ｂ並びに環状絶縁体４
からなる圧電素子を中心とする取付手段は常法に
従つて変更できる。

「考案の効果」 本考案の圧力センサは以上の通り構成し、圧電
素子に熱圧力機器内の圧力を伝達すべきダイヤフ
ラムの断面形状を、圧力伝達桿に接合された感圧
部を、主体金具の受圧側端面に接合して前方に伸
びる外周部と逆に圧電素子の方向に引込ませると
共に、該外周部よりも薄肉の断面形状としたか
ら、該ダイヤフラムは周囲が高温に曝されて熱膨
張を生じても圧力伝達桿、延いては圧電素子に影
響を与えることなく、しかも該圧力伝達桿には圧
電素子に対する熱伝達を抑える熱伝達抑制要素を
設けたから、圧電素子は温度の影響を受けること
なく、圧力のみによつて正確に反応する大きな効
果がある。また、ダイヤフラムの感圧部より外周
部を厚くすることは、ダイヤフラムを金具に接合
する際の熔接等による熱ひずみ、あるいは溶かし
過ぎ等によるダイヤフラムの変形を防止する効果
がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の圧力センサの一実施例を示し、
第１図は縦断面図、第２図はその下面図である。 １……主体金具、１１……胴部、１１ａ……受
圧側端面、１１１ａ……径大の軸孔、１１１ｂ…
…径小の軸孔、１１１ｃ……段座面、２……圧電
素子、５……圧力伝達桿、５２，５３……熱伝達
抑制要素、６……ダイヤフラム、６１……感圧
部、６２……外周部、７……ケーブル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 主体金具１の胴部１１の受圧側の端面１１ａか
   ら穿設した径大の軸孔１１１ａの段座面１１１ｃ
   に座定し、一方の電極面を該段座面から延設され
   た径小の軸孔１１１ｂを絶縁状態で挿通する外部
   のケーブル７に導通する圧電素子２の他方の電極
   面と当接する圧力伝達桿５に接合したダイヤフラ
   ム６の外周部を上記主体金具１の受圧側端面１１
   ａに接合してなるものにおいて、該ダイヤフラム
   ６の圧力伝達桿５と接合する感圧部６１を、上記
   主体金具１の受圧側端面１１ａに接合して前方に
   伸びる外周部６２と逆に圧電素子２の方向に引込
   ませると共に、該外周部６２よりも薄肉とし、か
   つ上記圧力伝達桿５の先端及び胴部のいずれか、
   または両者に、圧電素子２に対する熱伝達抑制要
   素５２及び５３を設けたことを特徴とする圧力セ
   ンサ。