JPH0544759Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は一般に流体圧力トランスジユーサに関
し、特に圧力変化を機械的運動に伝達するような
装置に使用する可撓性ダイアフラムに関するもの
である。

〔従来の技術〕

加えられた機械的圧力及び流体圧力の変化を測
定するのに使用する圧力トランスジユーサは長年
にわたり使用されている。このような多くのトラ
ンスジユーサは測定すべき圧力源に露呈される薄
い弾性ダイアフラムを具え、圧力が変化したとき
のダイアフラムの偏向を実際の圧力の大きさに相
関させ得るようにしている。代表的にはこのダイ
アフラムはストレーンゲージビームのような電気
機械的トランスジユーサに機械的にリンクされて
いる。

小さいばね常数を必要としたり、あるいはトラ
ンスジユーサの圧力ハウジングと一体に非常に薄
いダイアフラムを機械加工するような若干の応用
においては、偏平なダイアフラムが有効である。
しかしこれ等のダイアフラムは応用性に制約を受
ける。これはダイアフラムの厚さの数分の一の程
度の小さい偏向の場合でないと、ダイアフラムの
剛性が一定に維持されないからである。

十分な線型性を保持しながらトランスジユーサ
の有効範囲又は剛性を改良するために、例えば第
１図乃至第３図に示し且つ以下に説明したよう
な、予備成形された渦巻型の円環体（トラース）
状ダイアフラムが使用されている。或るトランス
ジユーサでは、トランスジユーサハウジングと力
伝達デイスク又は他のリンクとの間にダイアフラ
ムを溶接する際使用するため、予備形成されたダ
イアフラムに半径方向フランジを設けている。具
合が悪いことには、このような取付フランジを有
するダイアフラムの作用部分はフランジの取付面
に或る程度摩擦接触する。従つてダイアフラムが
撓む際、接触点が移動することによつて線型性及
びヒステリシス誤差が生ずる。ダイアフラムの作
用部分は一側が他側より大きいから、それぞれの
側から加えられる圧力に対する応答においてダイ
アフラムは対称性がない。このようなダイアフラ
ムを差圧トランスジユーサに使用した場合、かか
る非対称性によつてダイアフラムの精度が制限さ
れる。以上のように、ダイアフラムの端縁におけ
る作用（以下、これを「端縁作用」と称する）に
より、ダイアフラムに、取付面との摩擦接触や、
望ましからざる大きな非対称性、非線型性、及び
ヒステリシス誤差が生ずる。

これ等の望ましからざる作用を減らすため、従
来技術のトランスジユーサは非常に精密な寸法に
予備形成されたダイアフラムを具備し、このダイ
アフラムをその支持構造に十分密に嵌着し、取付
フランジを無くして、ダイアフラムと包囲構造と
の間のダイアフラムの実際の端縁における重ね溶
接又は突合せ溶接を使用できるようになつてい
る。

このように精密な寸法に予備形成されたダイア
フラムを得るため、薄い環状の金属ブランクを高
価で非常に精密に研削されたダイ内に吸引して希
望する渦巻又は円環体状の形状を与えている。渦
巻の深さや、金属のスプリング・バツク特性及び
類似の要因により、成形後のダイアフラムの寸法
制御の維持が非常に困難であり、このため製品の
不合格率が高くなり、従つて使用できるダイアフ
ラムを製造するのに高価になる欠点がある。

フランジのないダイアフラムを使用する場合、
ハウジングへの溶接の密封状態を確実にするには
正確な寸法が必要である。ハウジングの寸法とダ
イアフラムの寸法との間の非常に僅かな不整合に
よつて間隙が生じたり、あるいは薄いダイアフラ
ムの端縁に若干の巻込みが生じ、これ等のいずれ
の場合も溶接によるシールは不可能でないまでも
困難である。組立が完成するまでは溶接部からの
漏洩が発見されないから著るしい時間と費用の損
失になる。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案の主要な目的は線型性を改善し、ヒステ
リシス誤差を減らした圧力トランスジユーサダイ
アフラム装置を得るにある。

本考案の他の目的は溶接中、装置の他の素子に
ダイアフラムを適正に確実に整合させるようダイ
アフラム自身の寸法を厳密に制御する必要のない
ダイアフラム装置を得るにある。

本考案の上記の目的は単に例示である。すなわ
ちこの技術分野の当業者には本考案によつて本来
的に達成される他の望ましい目的及び利点を認識
することができる。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の一実施例では、環状の半径方向に延び
るシール面を有する上方に突出した周縁リツプを
持つダイアフラム支持板が設けられる。力伝達デ
イスクが周縁リツプの中心に配置され、このデイ
スクは周縁の半径方向に延びるシール面を有す
る。デイスクと支持板との間に環状ダイアフラム
が設けられ、このダイアフラムは環状シール面に
密封溶接される外側フランジと、周縁シール面に
密封溶接される内側フランジと、２つのフランジ
間において２つのシール面の下に延在し且つこれ
ら２つのフランジと一体の中心凹形部を有する。
凹形部は前記フランジを有する平坦な環状のブラ
ンクをデイスクと支持板とに溶接した後、このブ
ランクに流体圧力を加えることによりブランクを
支持板とデイスクとの間の開放空間内へ自由に変
形させるという独得の方法で形成される。

ダイアフラムが下方に彎曲してその凹形部を形
成しているところでデイスクと支持板との端縁を
丸くしてダイアフラムの剪断を防止する。その曲
率半径はダイアフラムの厚さの1.0倍〜3.0倍にす
るのがよい。フランジ上の密封溶接はこれ等丸く
した端縁から離されるが、前述した非対称性やそ
の他の端縁作用を減少させるために、凹形部の形
成の後にダイアフラムを丸くした端縁に溶接す
る。

本考案のダイアフラム装置を得るには、環状の
シール面の内径より大きい外径と、周縁シール面
の外径より小さい内径とを有する平坦な環状ブラ
ンクを準備する。このブランクを支持板とデイス
クとに密封溶接し、好ましくは次に漏洩試験をす
るのがよい。次に流体圧力をこのブランクに加
え、支持板とデイスクとの間の開放空間内にこの
ブランクを自由に下方に変形させる。バツクアツ
プ用のダイは不要である。端縁作用を最小にする
ため、支持板とデイスクとの端縁に追加溶接を行
なつてもよい。心決め工具及びスペーサを使用し
て支持板とデイスクとの間に適切な軸線方向間隔
と同心性とを維持する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本考案を説明する。尚、
図面中類似の構成要素は同一符号にて示す。

第１〜３図において、従来技術のダイアフラム
装置の２つの例示的型式を示す。第１図の装置１
０及び第２図の装置１２は、ダイアフラムによつ
て相互に結合されるダイアフラム支持板１４と中
心力伝達デイスク１６とを具える。予備形成され
た波形環状ダイアフラム１８を第１図に示してあ
り、このダイアフラムはその内径及び外径の周り
を円周方向に延在する突合せ溶接部２０，２２に
よつて支持板１４とデイスク１６とに結合され
る。予備形成された円環体状ダイアフラム２４を
第２図に示してあり、このダイアフラムは突合せ
溶接部２６，２８によつて支持板１４とデイスク
１６とに同様に結合される。第１図及び第２図の
いずれの場合も、好適な溶接部を最適に確実にす
るためには精密な寸法制御が必要である。第３図
は例えば従来技術のダイアフラム装置の部分図で
あり、半径方向へ延びるシール面３０が、このシ
ール面３０上に載置される半径方向へ延びるフラ
ンジ３４を有する予備形成されたダイアフラム３
２を支持する。溶接部３５を使用してダイアフラ
ム３２をその関連する支持板１４又はデイスク１
６にシールする。この装置では第１図及び第２図
の装置程に精密な寸法制御を要求されないが、前
述したような端縁作用による誤差は依然として生
じる。

使用に当り、第１〜３図の装置は適当な手段
（図示せず）によつて既に説明したようにダイア
フラムの上面に圧力が加えられる。従つて、デイ
スク１６は図示の如く上方に突出する制限ストツ
パ１７に向かつて下方に動く。デイスク１６に作
動的に関連する図示してないリンクをダイアフラ
ムから離れる方向に延出して、ストレインゲージ
の可撓性ビーム（図示せず）のようなセンサを通
常のように作動させる。

上述したように、第１及び第２図に示す従来技
術の装置に使用される予備形成されたダイアフラ
ムは、密封突合せ溶接部２０，２２及び２６，２
８の完成を容易にするために非常に厳密な公差に
製造する必要がある。一方、第３図に示す型式の
従来技術の装置に使用される予備形成されたダイ
アフラムは望ましからざる程大きな非対称性、非
線型性及びヒステリシス誤差を生ずる。本考案に
よるダイアフラム装置は、確実に困難な厳密な公
差の必要性を排除することによつてこのような装
置の製造コストを減少させ、性能をも向上させる
ことができる。

第４〜６図において、本考案のダイアフラム装
置は支持板１４上において上方に延出する周縁リ
ツプ３８を有し、このリツプは環状の半径方向に
延びるシール面４０を有する。力伝達デイスク１
６には周縁の半径方向に延びるシール面４２を設
けてある。これ等２つのシール面間に円環体状の
ダイアフラム４４が設けられ、このダイアフラム
はシール面４０に載置され且つこれに密封溶接さ
れる半径方向外方に延在する第１フランジ４６
と、シール面４２に載置され且つこれに密封溶接
される半径方向内方に延在する第２フランジ４８
と、フランジ４６，４８に一体に形成され且つシ
ール面４０，４２より下方に延在する凹形の円環
体状中心部５０とを具える。

ダイアフラム４４は本考案によつて独得に形成
される17−7PHステンレス鋼のような弾性材料
の薄い環状の平坦ブランク５２を準備する。この
ブランク５２は非常にゆるやかな公差に製造し、
その外径５２ａをシール面４０の内径より十分大
きくして周縁の密封溶接を行なえるようにし、ま
たその内径５２ｄをシール面４２の外径より十分
小さくして同様の溶接を行なえるようにする。組
立時、ブランク５２は周縁位置５４でデイスク１
６に密封溶接される。

図面に示すようにデイスク１６はその下側に浅
い沈み孔５６を有する。心決めプラグ５８が設け
られ、このプラグは孔５６に嵌着する寸法の上方
に突出するボス６０を有する。またプラグ５８に
はその側部に沿つて軸線方向に延在する複数個の
平坦部６２が形成され、これらの平坦部はスペー
サ６６の平坦脚６４と係合するように配置されて
いる。各々の脚６４はベース６８から上方に突出
し、その末端が半径方向外方に突出するスペーサ
タブ７０となつており、このタブの厚さはデイス
ク１６と制限ストツパ１７との間の所望の変形し
ない間隙に対応する厚さにする。スペーサ６６は
金属板から打抜いて製造するのがよい。

ブランク５２をデイスク１６に溶接した後、ス
ペーサ６６を孔３６内に滑り込ませ、心決めプラ
グ５８をスペーサ６６内に落す。次にボス６０が
孔５６内に入るようデイスク１６をプラグ５８上
に嵌着する。そしてブランク５２を周縁位置７２
でシール面４０に密封溶接する。この溶接組立体
はこの時点で漏洩試験をするのがよく、必要なら
再溶接してもよい。漏洩試験や再溶接が好首尾で
あつたら、ブランク５２上の余分の材料を切除す
る。

次にこの溶接組立体を第５図に略示した加圧設
備７４内に設置する。ブランク５２の頂面に加え
られる流体圧力によりこのブランクは第５図の右
側に示すようにデイスク１６と支持板１４との間
に画定された開放スペース７６内で自由に下向き
に変形する。この加圧中、デイスク１６と支持板
１４との間の必要な間隔はスペーサタブ７０によ
つて保持する。ブランクは自動的に円環体状の形
状に形成されるから、バツクアツプダイ又は形成
ダイは必要ない。所望の渦巻の深さ及びブランク
材料の伸長性によつては、中間焼なまし及び再加
圧が必要である。ブランク５２はその材料の降伏
点を越えて応力を受けるので、ブランクのスプリ
ング・バツクは事実上無くなる。このようなスプ
リング・バツクの無いことは、ゼロ偏向状態で内
外の端縁を同一高さに維持可能であることを意味
する。すなわち、ゼロ偏向状態においてはダイア
フラムが偏倚しない。従つて、部品の熱膨張差が
あつても、ダイアフラムに力が作用していない時
にデイスク１６の移動によりダイアフラムが偏向
するということがない。

第６図は、薄いダイアフラムの剪断を防止する
ため、ダイアフラムの厚さｔの約1.0〜3.0倍の半
径Ｒでシール面４０，４２の端縁を好適に丸くす
る方法を示す。実際の製品における好適な半径は
1.5tであることがわかつた。非対称性及びその他
の端縁作用を最小にするため、ダイアフラムが彎
曲してデイスク１６及び支持板１４の側部から離
れる点の近くに周縁溶接部７８，８０を施す。最
後に脚６４をベース６８から切断すると、心決め
プラグ５８及び脚を孔３６から取除くことができ
る。

水圧が100インチ（254cm）で0.0038インチ
（0.097mm）の中心変形を必要とする本考案の実際
の実施例では、0.0037インチ（0.094mm）の厚さ
の17−7PHステンレス鋼が使用された。デイス
ク１６及び支持板１４はそれぞれ17−7PH及び
17−4PHステンレス鋼から機械加工し、直径１
インチ（25.4mm）及び1.5インチ（38.1mm）に仕上
げた。ブランクの上面に2000psi（141Kg／cm²）の
圧力を0.5分間加え、その後この組立体をほぼ
1900〓（1038℃）で1.0時間にわたり焼なました。
0.080インチ（2.0mm）の渦巻深さが生ずるまで再
び2000psi（141Kg／cm²）の圧力を0.5分間加えた。
でき上つた装置は全体の0.1％以下の線型性を有
し、全体の0.1％以下のヒステリシス誤差があつ
た。装置の熱的零誤差は全体の0.2％以下になる
ように決定された。

〔考案の効果〕

本考案の圧力伝達ダイアフラム装置は種々の液
体及びガス体の圧力トランスジユーサに使用で
き、機械的な力のトランスジユーサに使用するの
にも適している。

特に、本考案では、ダイアフラムのフランジ部
が溶接される対応のシール面の端縁が丸くされ、
この丸くされた端縁とそれより内側又は外側の位
置との２箇所でダイアフラムのフランジ部が溶接
されているので、従来のこの種装置のように１箇
所のみで溶接したもののようなダイアフラムと取
付け面との間の接触点が移動し摩擦接触を生じる
ことが回避され、そのため線型性及びヒステリシ
スの誤差を生じることがなくなる。またこのため
従来装置のようなダイアフラムを非常に厳密な公
差で製造する必要がなく、製造コストを減少し、
性能も向上するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は波形ダイアフラムを具体化した従来の
ダイアフラム装置の立面断面図、第２図は円環体
状のダイアフラムを具体化した他の従来のダイア
フラム装置の立面断面図、第３図はダイアフラム
とその支持板又はその力伝達デイスクとの間の従
来型式の溶接継手を通る立面断面図、第４図は本
考案のダイアフラム装置を製作するのに使用する
種々の構成部材及び治具の分解斜視図、第５図は
本考案のダイアフラム装置の製作の中間工程を中
心線の左側に、最終工程を中心線の右側に示し、
ダイアフラム形成用の流体圧力源を破線で略示し
た立面断面図、第６図は本考案においてダイアフ
ラムとその支持板又はその力伝達デイスクとの間
に使用される溶接継手を通る立面断面図である。 １０，１２……ダイアフラム装置、１４……ダ
イアフラム支持板、１６……中心力伝達デイス
ク、１７……制限ストツパ、１８……ダイアフラ
ム、２０，２２……溶接部、２４……ダイアフラ
ム、２６，２８……溶接部、３０……シール面、
３２……ダイアフラム、３４……フランジ、３５
……溶接部、３６……孔、３８……リツプ、４
０，４２……シール面、４４……ダイアフラム、
４６……第１フランジ、４８……第２フランジ、
５０……円環体状中心部、５２……ブランク、５
４……周縁位置、５６……沈み孔、５８……心決
めプラグ、６０……ボス、６２……平坦部、６４
……平坦脚、６６……スペーサ、６８……ベー
ス、７０……スペーサタブ、７２……周縁位置、
７４……加圧装置、７６……開放スペース。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 環状の半径方向に延びるシール面を持ち上方
   に突出する周縁リツプを有するダイアフラム支
   持板と、周縁の半径方向に延びるシール面を有
   し前記ダイアフラム支持板の周縁リツプの中心
   に位置する力伝達デイスクと、前記環状シール
   面と前記周縁シール面との間に取付けられ且つ
   これらシール面間に延在するダイアフラムとを
   具え、更に前記ダイアフラムは前記環状のシー
   ル面上に配置され且つこれに密封溶接される第
   １フランジと、前記周縁シール面上に配置され
   且つこれに密封溶接される第２フランジと、前
   記環状シール面及び前記周縁シール面の下方に
   おいて前記第１フランジと前記第２フランジと
   の間に延在し且つこれ等フランジに一体の凹形
   部とを具え、前記環状シール面の半径方向内端
   縁と前記周縁シール面の半径方向外端縁とを丸
   くし、前記ダイアフラムは前記内端縁及び前記
   外端縁の各丸くした部分から半径方向外方及び
   半径方向内方にそれぞれ離間した位置において
   前記各シール面に密封溶接され、更に前記丸く
   された各端縁に溶接されていることを特徴とす
   る、圧力トランスジユーサに使用する型式の流
   体圧力伝達ダイアフラム装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載のダイ
   アフラム装置において、前記ダイアフラムの厚
   さをｔとすると、前記環状シール面の半径方向
   内端縁及び前記周縁シール面の半径方向外端縁
   は前記ｔの1.0倍乃至3.0倍の範囲の半径で丸く
   されているダイアフラム装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第１項に記載のダイ
   アフラム装置において、前記凹形部は前記支持
   板と前記力伝達デイスクとの間の開放空間への
   自由な変形によつて前記凹形部を形成されたダ
   イアフラム装置。