JPH0646342U - 差圧センサの圧力導入機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 両面受圧形式のダイヤフラムを用いた差圧セ
ンサにおいて、ダイヤフラムの一方の面に形成された差
圧検出用成膜部の周囲にシリコンオイルを充填する構造
を採用し、このシリコンオイルと作動油の間の仕切構造
を簡素、小型かつコンパクトに作製する。 【構成】 両面受圧形式のダイヤフラム６の一方の面に
差圧検出用成膜部８を形成し、この差圧検出用成膜部で
検出された差圧信号を、例えばＦＰＣ１１、およびハー
メチックシール部に固定された信号引出し線２を介して
外部に取り出す構造を有し、さらに、差圧検出用成膜部
の周囲空間に高粘度のシリコンオイル１０を充填し、こ
のシリコンオイルと作動油との境界部に例えばメッシュ
フィルタ１６を設ける。シリコンオイルの粘度を差圧検
出用成膜部に近い領域では低くし、離れた領域では高く
してもよい。メッシュフィルタは、作動油の導入路内に
配置される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は差圧センサの圧力導入機構に関し、特に、土木・建設機械等の油圧駆 動系内部の作動油の圧力差を検出するのに適した差圧センサの圧力導入機構に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、例えば金属製のダイヤフラムの両面に、圧力媒体である作動油を接液さ せ、ダイヤフラムの両面に加わる２つの作動油の圧力の差を、一方の面に形成し た差圧検出部で検出するように構成したものが存在する。差圧検出部は、半導体 成膜技術に基づき形成され、例えば４つの歪みゲージを含むホイートストンブリ ッジ回路として構成される。以下、ホイートストンブリッジ回路をブリッジ回路 といい、差圧検出部を差圧検出用成膜部という。差圧検出用成膜部では、２つの 圧力を受けてダイヤフラムの起歪部に歪みが生じると、その歪みに対応して４つ の歪みゲージの各抵抗値が変化し、ブリッジ回路の出力端に圧力差に対応する電 圧が出力される。この差圧検出用成膜部では、ブリッジ回路での抵抗要素である 各歪みゲージに所定の電流が流れており、ブリッジ回路の出力端から各歪みゲー ジの抵抗値変化に伴って生じる電圧が出力される。この出力電圧は、２つの作動 油の圧力差に対応するものである。当該電圧信号は、信号引出し線によって外部 に引き出される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ダイヤフラムの両面に作動油を接液させることにより２つの作動油の圧力に基 づいて発生するダイヤフラム起歪部での歪みで２つの圧力の差を得る形式、すな わち両面受圧形式のダイヤフラムを用いた差圧センサでは、差圧検出用成膜部も 作動油に接液するので、差圧検出用成膜部を作動油から保護しなければならない 。このため、差圧検出用成膜部は保護膜で覆われる。しかし、実際上、完全な保 護を行うことができない。

【０００４】 両面受圧形式のダイヤフラムを利用した差圧センサを油圧機器の必要な箇所に に組み込むとき、１つの差圧センサユニットの周囲に、２種類の作動油を導入す るための構造部分を作らなければならず、構造が複雑となる。また、ダイヤフラ ムの一方の面に形成された差圧検出用成膜部から差圧信号を取り出すための信号 引出し線を配線する必要があり、配線が複雑で面倒となる。さらに、信号引出し 線を外部に引き出すにあたって、圧力の高い作動油の中を通るようにして信号引 出し線を配線しなければならず、例えばガラスハーメチックシール等を利用して 信号引出し線の周囲のシールを厳密に行う必要がある。

【０００５】 さらに、差圧センサの取付け部は、閉塞された状態にある比較的に狭いスペー スに形成されるので、差圧センサユニットを組み付けることが面倒である。特に 、差圧検出用成膜部から差圧信号を外部に取り出すにあたって、その信号引出し 線を、ガラスハーメチックシールを通すことで、高い圧力の作動油に対するシー ル性を確保しつつ引き出す必要がある。かかる構造によれば、差圧検出用成膜部 を作る工程とガラスハーメチックシールを作る工程の関係に関し、構造上の問題 および工程順序の問題に基づき不具合が発生する。例えば、組立て工程上、先に 差圧検出用成膜部を形成し、配線を行い、後でガラスハーメチックシール部を形 成するとき、ガラスハーメチックシール部を作る時の高温状況が差圧検出用成膜 部に悪い影響を与える。また工程を反対にすると、狭いスペースでの電気的接続 が困難となる。

【０００６】 そこで本出願人は、先に、ガラスハーメチックシール等を含む部分を別部材と して形成し、ガラスハーメチックシールを形成する工程と、差圧検出用成膜部を 形成する工程を分ける構造を有した差圧センサを提案した（特願平３−６４１６ 号、平成３年１月２３日出願）。この差圧センサでは、差圧検出用成膜部の信号 取出し端とガラスハーメチックシールで固定された信号引出し線の端部とを電気 的に接続する手段として、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）を用いている。 ガラスハーメチックシールを形成する工程と、差圧検出用成膜部を作る工程をそ れぞれ別々に行った後に、両者をＦＰＣで電気的に接続する。かかる構成によっ て、両工程を分離して上記の影響をなくし、ＦＰＣを用いることで電気的接続を 容易化している。しかし、かかる構成の差圧センサでは、ＦＰＣが配置される空 間に作動油が導入され、ＦＰＣが作動油に接液するという構造上の制約を受ける 。

【０００７】 上記の差圧センサにおいて、さらに望まれることは、ダイヤフラムの一方の面 に設けられかつ圧力が直接印加される差圧検出用成膜部の周囲に、状態を安定に する所要のシリコンオイルを充填すると共に、作動油導入機構における前記シリ コンオイルと作動油との間の仕切部を簡素、小型かつコンパクトに形成し、圧力 がダイヤフラムに適切に加わるようにすることである。

【０００８】 なお、ダイヤフラムの一方の面に形成された差圧検出用成膜部の周囲空間にシ リコンオイルを充填した構造を有する差圧センサは、既に知られる。本出願で提 案される構造では、特に、差圧検出用成膜部とガラスハーメッチクシールの信号 線引出し線との間をＦＰＣを用いて接続する差圧センサに適したシリコンオイル を充填する構造、および当該シリコンオイルと作動油の関係において有効な作動 油導入機構に特徴がある。

【０００９】 本考案の目的は、前述の要望に鑑み、両面受圧形式のダイヤフラムを用いてな る差圧センサにおいて、ダイヤフラムの一方の面に形成された差圧検出用成膜部 の周囲にシリコンオイルを充填する構造を採用し、このシリコンオイルと作動油 の間の仕切構造を簡素、小型かつコンパクトに作製した差圧センサの圧力導入機 構を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る差圧センサの圧力導入機構は、両面受圧形式のダイヤフラムの一 方の面に差圧検出用成膜部を形成し、この差圧検出用成膜部で検出された差圧信 号を、ＦＰＣ等の信号線、およびハーメチックシール部に固定された信号引出し 線を介して外部に取り出す構造を有するものであり、さらに、差圧検出用成膜部 の周囲空間に高粘度のシリコンオイルを充填し、このシリコンオイルと圧力流体 である作動油との境界部にメッシュフィルタ等のフィルタを設けるよう構成され る。このフィルタは必要に応じて作動油のみを２つの方向のいずれにも通す作用 を有する。 さらに、好ましくは、シリコンオイルの粘度を、差圧検出用成膜部に近い領域 では低くし、離れた領域では高くするものである。 またフィルタは、作動油の導入路内に配置することが可能である。これによっ て、仕切部材のための特別な構造を設ける必要がない。

【００１１】

【作用】

本考案では、構造の面で組立て性が改善された差圧センサにおいて、ＦＰＣ等 の信号線が配設される空間、すなわちダイヤフラムの一方の面に形成された差圧 検出用成膜部の周囲空間に所要のシリコンオイルを充填することで、当該成膜部 および信号線の保護を高め、安定性を向上させる。また充填されたシリコンオイ ルと作動油との間の仕切部材としてメッシュフィルタ等を使用し、圧力導入部の 構造を簡素、小型かつコンパクトにすると共に、作動油を選択的にシリコンオイ ル側に入れたりシリコンオイル側から出したりするように構成している。

【００１２】

【実施例】

以下に、本考案の実施例を添付図面に基づいて説明する。 図１において、１は複数のハーメチックシール部（図示せず）を有する信号取 出し部材である。２は各ハーメチックシール部に固定された信号引出し線であり 、複数本の信号引出し線が設けられる。信号引出し部材１は、ほぼ偏平な円柱体 形状を有し、本体部３の中心部に形成された断面円形の収容凹部４の中の上方位 置に配置される。信号引出し部材１と本体部３の収容凹部４との間にはＯリング ５が介設される。なお本体部３は、油圧機器における例えば主要油路近傍の壁部 である。

【００１３】 ６はダイヤフラム部材である。ダイヤフラム部材６は、ほぼ偏平な円柱体形状 を有し、本体部３の収容凹部４の底部に配設される。ダイヤフラム部材６と収容 凹部４との間にはＯリング７が介設される。ダイヤフラム部材６には、薄肉のダ イヤフラム部６ａが形成される。ダイヤフラム部６ａはその両面に異なる圧力を 受け、２つの圧力の差に基づいて内部に歪みを生じる起歪部としての作用を有す る。ダイヤフラム部６ａの一方の面には差圧検出用成膜部８が形成される。この 成膜部８は、半導体成膜技術を適用することで作製される。成膜部８の中には例 えば４つの歪みゲージが含まれ、これらの歪みゲージはホイートストンブリッジ 回路を構成するように電気的に接続されている。このブリッジ回路において各歪 みゲージは抵抗要素として作用する。ダイヤフラム部６ａの両面に圧力が印加さ れてその内部に歪みが生じ、これに対応して各歪みゲージの抵抗値が変化して、 ブリッジ回路の出力端に差圧に対応する電圧が出力される。

【００１４】 信号引出し部材１とダイヤフラム部材６との間には、筒体状のスペーサ９が配 置される。このスペーサ９により、信号引出し部材１とダイヤフラム部材６との 間に所要の空間が保持される。スペーサ９の構造は任意である。この空間には、 高粘度のシリコンオイル１０が充填される。またこの空間内には、成膜部８の出 力端と信号引出し線２の端部とを電気的に接続する例えばＦＰＣ１１が配置され る。従って、ＦＰＣ１１はシリコンオイル１０の中に配置されることになる。か かる構造によれば、成膜部８を有するダイヤフラム部材６と、ハーメチックシー ル部を有する信号引出し部材１とをそれぞれ別々の工程で形成し、その後成膜部 ８の出力端と信号引出し線２との間を撓みを有するＦＰＣ１１で接続し、ダイヤ フラム部材６と信号引出し部材１を、スペーサ９を介設しつつ収容凹部４内に収 容して組立てる。本体部３へ各部品を組み付けた後、カバー部材１２を取り付け 、複数のボルト（図示せず）で固定する。

【００１５】 以上のごとく、上記構造によれば組立て性が良好になり、また取り外しが容易 になって、分解組立て性が向上する。またシリコンオイル１０を、成膜部８の周 囲およびＦＰＣ１１の周囲の空間に充填したため、差圧信号の検出および取出し に関与する部分の保護を高め、安定性を増し、信頼性を高めることができる。

【００１６】 本体部３には２つの圧力導入孔１３，１４が形成されている。圧力導入孔１３ はダイヤフラム部材６の圧力導入部１５に通じており、圧力導入孔１４は、シリ コンオイル１０が充填された空間に通じている。圧力導入孔１３，１４のそれぞ れには、異なる作動油が導入される。圧力導入孔１３で導入される一方の作動油 は直接的にダイヤフラム部材６のダイヤフラム部６ａの一方の面に印加される。 圧力導入孔１４で導入される他方の作動油は、メッシュフィルタ１６を介してシ リコンオイル１０に対して圧力を加え、この圧力はその後ダイヤフラム６ａの他 方の面に印加される。

【００１７】 シリコンオイル１０の粘度は高く設定されるが、例えば１０³ 〜１０⁴ CS程度 である。またメッシュフィルタ１６は、例えば４０〜１００μｍ程度の金網メッ シュを有するフィルタであり、特に金属製が好ましい。メッシュフィルタとして は一般的に市販されているものが使用される。通常、メッシュフィルタ１６は２ つの保護用メッシュ部材とフィルタ用メッシュ部材とでサンドウィッチ状に形成 される。シリコンオイル１０と作動油の境界部に設けられた仕切部材としてのメ ッシュフィルタ１６は、基本的作用としてシリコンオイル１０の流出を防止する と共に、作動油のみを通過させる作用を有する。シリコンオイル１０の流出を防 止するため、信頼性をいっそう高めることができる。また作動油は、その圧力に 応じてメッシュフィルタ１６を通過してシリコンオイル１０側に許容範囲で適当 量移動する。これによって作動油の圧力が、シリコンオイル１０に適切に加えら れる。反対に、熱膨張でシリコンオイル１０が膨脹したときには、作動油はメッ シュフィルタ１６を通して外側に排出される。こうして、圧力および温度の各状 況に応じて調整が行われる。

【００１８】 上記のごとく、シリコンオイル１０と圧力媒体である作動油との間の仕切部材 としてメッシュフィルタ１６を用いることにより、仕切構造を簡素、小型かつコ ンパクトに作ることができる。図示例で明らかなように、メッシュフィルタ１６ は、ほとんど作動油の導入路内に配設することができ、特別な配設スペースを用 意する必要がない。従って、製作および組付けが容易である。メッシュフィルタ １６を形成する金属材としては、ステンレスが好ましい。また代わりに焼結フィ ルタを用いることもできる。

【００１９】 図２の差圧センサの実施例では、シリコンオイルの粘度を２段階で変えている 。すなわち、成膜部８に近い領域では低い粘度のシリコンオイル１０ａを使用し 、離れた領域では高い粘度のシリコンオイル１０ｂを使用している。この構造に よれば、ダイヤフラム部６ａの近傍のシリコンオイルの粘度を低減したため、圧 力に対する感度を高くすることができる。なお、この実施例では、２種類の粘度 の異なるシリコンオイルを使用したが、３種類以上の粘度の異なるシリコンオイ ルを用いることもできる。

【００２０】 また図１において、１７は信号引出し線２で送られる検出信号を処理する増幅 回路等の回路部品であり、これらは筒状部材１８で取り付けられる。

【００２１】

【考案の効果】

以上の説明で明らかなように本考案によれば、両面受圧形式のダイヤフラムを 用いた差圧センサの圧力導入機構において、ダイヤフラムの一方の面に形成され た差圧検出用成膜部の周囲にシリコンオイルを封止する構造を採用したため、信 号検出および信号取出しについて信頼性を高めることができると共に、このシリ コンオイルと作動油の間の仕切部材としてメッシュフィルタを使用したため、仕 切部材を簡素、小型かつコンパクトに作製することができ、圧力や温度の状況変 化に対して調整を自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】本考案の第２実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ …信号取出し部材 ２ …信号引出し線 ３ …本体部 ４ …収容凹部 ５，７ …Ｏリング ６ …ダイヤフラム部材 ６ａ …ダイヤフラム部 ８ …差圧検出用成膜部 ９ …スペーサ １０ …シリコンオイル（高粘度） １０ａ …低粘度シリコンオイル １０ｂ …高粘度シリコンオイル １１ …ＦＰＣ（フレキシブルプリン
ト回路） １２ …カバー部材 １３，１４ …圧力導入孔 １６ …メッシュフィルタ

フロントページの続き (72)考案者 田中 潔 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)考案者 佐藤 藤男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面受圧形式のダイヤフラムの一方の面
   に差圧検出用成膜部を形成し、この差圧検出用成膜部で
   検出された差圧信号を、信号線およびハーメチックシー
   ル部に固定された信号引出し線を介して外部に取り出す
   構造を有し、前記差圧検出用成膜部の周囲空間に高粘度
   のシリコンオイルを充填し、このシリコンオイルと圧力
   流体との境界部に、前記圧力流体を選択的に通過させる
   フィルタを設けたことを特徴とする差圧センサの圧力導
   入機構。
2. 【請求項２】 請求項１記載の差圧センサの圧力導入機
   構において、前記高粘度のシリコンオイルの代わりに、
   前記差圧検出用成膜部に近い領域では低粘度のシリコン
   オイル、離れた領域では高粘度のシリコンオイルを充填
   したことを特徴とする差圧センサの圧力導入機構。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の差圧センサの圧
   力導入機構において、前記フィルタは、前記圧力流体の
   導入路内に配置されることを特徴とする差圧センサの圧
   力導入機構。