JPH0735635A - 差圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 差圧検出用成膜部の周囲空間にシリコンオイ
ル等が充填された差圧センサにおいて、シリコンオイル
等が膨脹しても差圧検出用成膜部への影響を軽減し、高
い応答性および検出性能を保持する。 【構成】 両面受圧形式のダイヤフラム１の一面に差圧
検出用成膜部２が形成され、ダイヤフラムの両側に形成
された２つの空間のそれぞれに対して圧力を導入する圧
力導入孔5,6 を有し、差圧検出用成膜部が形成された側
の前記空間には保護液体13が充填されダイヤフラムに保
護液体を介して間接的に圧力Ｂが印加される構成を有
し、さらに、差圧検出用成膜部が形成される側の前記空
間とこの空間に圧力を導入する圧力導入孔６との間に両
者を隔離する筒型の弾性封止部材 12,21 を配置し、弾
性封止部材12,21 の内側の差圧検出用成膜部が形成され
る側の前記空間に保護液体13を充填するように構成され
る。弾性封止部材の両端開口部のそれぞれを形成する縁
部12a,12b,21a が厚肉で形成され、シールリングとして
の機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差圧センサに関し、特
に、土木機械や建設機械等に装備される油圧装置の油圧
回路各部の差圧検出に適した差圧センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な差圧センサの構造を図５
〜図７に基づいて説明する。

【０００３】図５において、５１は例えば油圧装置等の
壁部の一部であって、作動油（圧力媒体）が導入される
２つの孔が形成された本体部である。本体部５１は所要
の収容空間を形成する凹部５２を有し、この凹部５２に
圧力を有した作動油を導入するための２つの導入孔５３
Ａ，５３Ｂが形成される。導入孔５３Ａ，５３Ｂのそれ
ぞれには例えば異なる圧力の作動油が導入される。凹部
５２には、導入孔５３Ａの内部側の開口部を塞ぐ状態で
両面受圧形式のダイヤフラム５４が取り付けられる。ダ
イヤフラム５４は、溶接等の方法によって本体部５１の
凹部５２内に固定される。ダイヤフラム５４の上面には
差圧検出用成膜部５５が設けられる。

【０００４】図７に、ダイヤフラム５４の拡大断面図を
示す。両面受圧形式のダイヤフラム５４では、起歪部５
６の表面および裏面のそれぞれに圧力が加わる。ダイヤ
フラム５４の起歪部５６の上面には絶縁膜５７が形成さ
れ、さらに絶縁膜５７の上に歪みゲージ５８および配線
５９が半導体成膜技術によって形成される。複数の歪み
ゲージ５８と配線５９によってホイートストンブリッジ
回路が形成される。このホイートストンブリッジ回路が
差圧検出用成膜部５５として機能する。起歪部５６では
２つの圧力の差圧に対応して応力歪みが生じ、差圧検出
用成膜部５５は当該応力歪みに基づき差圧に比例する信
号を検出し出力する。差圧検出用成膜部５５の上には、
これを保護する保護膜６０が形成される。差圧検出用成
膜部５５の差圧信号を出力する出力端子には信号引出し
線６１が接続される。

【０００５】図５に示すように、導入孔５３Ａで導入さ
れる作動油の圧力Ａはダイヤフラム５４の起歪部５６の
下面に印加され、導入孔５３Ｂで導入される作動油の圧
力Ｂはダイヤフラム５４の起歪部５６の上面に印加され
る。その結果、起歪部５６には２つの圧力の差に対応す
る応力歪みが生じる。ダイヤフラム５４は両面受圧方式
の圧力検出部材である。ダイヤフラム５４の起歪部５６
の両面にはそれぞれ作動油が接液する。

【０００６】本体部５１の上側には、ボルト６２で固定
された押え部材６３がシール部材６４を介して取り付け
られる。押え部材６３およびシール部材６４によって、
凹部５２の空間は液密の状態に形成され、ダイヤフラム
５４の上側に導入されかつ凹部５２に充填された作動油
が外部に漏出することはない。差圧検出用成膜部５５の
出力端子に接続された信号引出し線６１は、押え部材６
３に形成された小径の孔を通して外部に引き出される。
この孔には、凹部５２内の圧力作動油が外部に漏れるの
を防ぎかつ絶縁状態を保持するためのハーメチックシー
ル部６５が設けられる。

【０００７】図６は従来の差圧センサの他の構成例を説
明する。図５および図７で説明した要素と実質的に同一
の要素には同一の符号を付している。本体部５１には作
動油を導入するための１つの導入孔５３Ａが形成され
る。凹部５２の中において導入孔５３Ａの内部側の開口
部を塞ぐ状態でダイヤフラム５４が取り付けられる。さ
らに本体部５１には、ハーメチックシール部６５によっ
て固定された状態で信号引出し線６１が取り付けられ
る。

【０００８】本体部５１に対して、凹部５２を塞ぐよう
に押え部材６６が設けられる。本体部５１と押え部材６
６の間には例えばステンレス製のシールダイヤフラム６
７が配置される。シールダイヤフラム６７と凹部５２と
で形成される空間にはシリコンオイル封入部が形成さ
れ、この空間にシリコンオイル６８が封入される。６９
は圧力導入部である。

【０００９】上記の差圧センサも両面受圧形式の差圧セ
ンサであるが、ダイヤフラム５４の上面にはシリコンオ
イル６８が接液し、下面には作動油が直接に接液する。
こうして差圧検出用成膜部５５が形成されたダイヤフラ
ム上面に他の作動油が直接に接液するのを防止する。他
の作動油は、押え部材６６に形成された導入孔５３Ｂか
ら導入され、シールダイヤフラム６７に作動油圧力が印
加されるように構成される。従って、ダイヤフラム５４
に対してはシリコンオイル６８を介した間接的な圧力印
加になっている。

【００１０】かかる構成において、信号引出し線６１は
シリコンオイル６８中に配線されることになる。シリコ
ンオイル６８は安定した物質で、信号引出し線６１を劣
化させることはない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の差圧セ
ンサは、次のような問題を有する。

【００１２】図５に示した構成を有する差圧センサは、
ダイヤフラム５４の上面に作動油が直接に接液されるた
め、作動油が常に新しい状態であれば問題はないが、過
酷な環境にさらされた土木機械等の作動油では高温かつ
高圧が原因となって長時間使用で劣化するので、保護膜
６０を剥離するという不具合を有する。保護膜６０が剥
離すると、差圧検出用成膜部５５の性能が劣化し、差圧
センサとしての検出能力が低下する。

【００１３】図６に示した構成を有する差圧センサは、
シールダイヤフラム６７およびシリコンオイル６８によ
って上記問題を解決し、保護膜６０が剥離することはな
い。しかし作動油は高温になるため、シリコンオイル６
８の温度も上昇し、シリコンオイル６８が膨脹する。シ
リコンオイル６８が膨脹すると、その圧力は主にシール
ダイヤフラム６７が受けるが、シールダイヤフラム６７
は材質がステンレスであるため、シリコンオイル６８の
膨脹に対して十分に変形することができない。その結
果、シリコンオイル６８の内圧が高くなり、差圧検出用
成膜部５５の性能を低下させる。

【００１４】本発明の目的は、かかる問題に鑑み、シリ
コンオイルが膨脹しても差圧検出用成膜部への影響が軽
減され、高い差圧検出性能が保持される差圧センサを提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る差圧センサ
は、次のように構成される。

【００１６】両面受圧形式のダイヤフラムの一面に差圧
検出用成膜部が形成され、ダイヤフラムの両側に形成さ
れた２つの空間のそれぞれに対して圧力を導入する圧力
導入孔を有し、差圧検出用成膜部が形成された側の前記
空間には保護液体が充填されたダイヤフラムに保護液体
を介して間接的に圧力が印加される構成を有し、さら
に、差圧検出用成膜部が形成される側の前記空間とこの
空間に圧力を導入する圧力導入孔との間に両者を隔離す
る筒型の弾性封止部材を配置し、弾性封止部材の内側の
差圧検出用成膜部が形成される側の前記空間に保護液体
を充填するように構成される。

【００１７】前記の構成において、好ましくは、弾性封
止部材の両端開口部のそれぞれを形成する縁部が厚肉で
形成され、シールリングとしての機能を有する。

【００１８】前記の構成において、好ましくは、弾性封
止部材の中間部に波型部が形成される。

【００１９】前記の構成において、好ましくは、弾性封
止部材の一方の開口部を固定するための継手部材が設け
られ、この継手部材の上に前記ダイヤフラムが固定され
ることを特徴とする。

【００２０】前記の構成において、好ましくは、継手部
材は中心軸部に孔を有し、この孔が圧力導入孔に通じる
ように前記継手部材は圧力導入孔にネジ結合等によって
結合される。

【００２１】前記の構成において、好ましくは、筒型の
弾性封止部材の両端開口部のそれぞれをリング形状の押
え金具で固定したことを特徴とする。

【００２２】前記の構成において、好ましくは、前記押
え金具は、ロール成形法で形成された押え金具である。

【００２３】

【作用】本発明に係る差圧センサでは、両面受圧形式ダ
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
周囲の空間に保護液体が充填・封止された構造におい
て、この保護液体と、当該保護液体に対して圧力を加え
る圧力媒体を導入する圧力導入孔との間に、当該保護液
体を封止する柔軟性のある筒型の弾性封止部材を隔離壁
として設け、そのために圧力媒体による圧力が弾性封止
部材に加わると共に、温度上昇により保護液体が膨脹し
たとき弾性封止部材が延びて膨脹するように構成され
る。従って保護液体の温度上昇が生じても弾性封止部材
の膨脹作用によって保護液体の内圧が高くならない。

【００２４】筒型をした弾性封止部材を取り付けるにあ
たって両端開口部を形成する縁部の肉厚を厚くすること
により、シールリングとしての機能を持たせることがで
き、これにより弾性封止部材の内側空間に充填される保
護液体が外部に漏出するのを防ぐことできる。

【００２５】中間部に波型部を形成することで、弾性封
止部材の柔軟性をいっそう高めることができる。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２７】図１は本発明に係る差圧センサの第１実施
例を示す縦断面図である。図１において、１は例えば金
属材で形成されたダイヤフラムであり、ダイヤフラム１
は、上部の中央周辺部に起歪部１ａを有し、この起歪部
１ａの表裏両面に圧力が印加される両面受圧形式のダイ
ヤフラムである。ダイヤフラム１の主に起歪部１ａの図
１中の上面には差圧検出用成膜部２が形成される。差圧
検出用成膜部２は、より詳しくは、起歪部面上の絶縁膜
の上に、歪みゲージパターンと配線パターンによって半
導体成膜技術に基づいて形成される。差圧検出用成膜部
２は、起歪部１ａの両面それぞれに圧力が加わって起歪
部に応力歪みが生じるとき、この応力歪みに対応する電
気信号を出力する。この出力信号は、２つの圧力の差圧
に対応する信号である。差圧検出用成膜部２の出力信号
は、信号引出し線１０によって取り出される。

【００２８】３は本体部で、本体部３には、ダイヤフラ
ム１を収容し配置するための空間を形成する凹部（収容
空間）４と、圧力媒体である第１の作動油（圧力Ａ）を
導入する圧力導入孔５と、第２の作動油（圧力Ｂ）を導
入する圧力導入孔６が形成されている。圧力導入孔５は
凹部４の下面中央部に通じており、凹部側の開口部は径
が大きくなっている。圧力導入孔６は凹部４の下面縁部
に通じている。圧力導入孔５の凹部側の開口部には第１
の作動油を通す孔７ａが形成された継手部材７が例えば
ネジ結合で取り付けられ、この継手部材７の上面に前述
のダイヤフラム１が固定される。継手部材７は例えば金
属材で形成される。ダイヤフラム１は継手部材７に溶接
等の手段で固定される。

【００２９】本体部３の上部には、押え部材８が複数の
ボルト９で強固に固定される。押え部材８が本体部３の
上に取り付けられると、凹部４は閉塞した空間となる。
また押え部材８には、前述した信号引出し線１０を外部
に引き出すための複数の孔が形成されている。これらの
孔には、信号引出し線１０が挿通された状態においてハ
ーメチックシール部１１が形成される。ハーメチックシ
ール部１１によって、信号引出し線１０を引出し用の孔
に絶縁性を保って固定すると共に、内部の圧力媒体が漏
出するのを封止する。

【００３０】上記の構成においてさらに弾性封止部材１
２が設けられる。弾性封止部材１２は、例えば、ニトリ
ルゴムやフッ素ゴム等のゴム部材または内部に布が設け
られたゴム部材が使用される。いずれも所要の弾性を有
し、圧力が加わったときに膨脹する柔軟性を有する。弾
性封止部材１２は図１およびその拡大図である図２に示
すように、全体として例えば円筒型であり、上部が大径
の開口部、下部が小径の開口部に形成される。筒型とす
ることにより十分な変形面積を確保している。大径開口
部および小径開口部のそれぞれを形成する縁部１２ａ，
１２ｂは、肉厚が大きく形成されることによりシール作
用が発揮されるシールリング状に形成される。弾性封止
部材１２の中間部１２ｃの肉厚は、例えば０．２〜２．
０mmである。図１に示すように、縁部１２ａは、本体部
３の凹部４の周囲に形成されたリング状溝３ａ内に押え
部材８で押え付けられた状態で固定され、他方縁部１２
ｂは、継手部材７と凹部４の底部との間で押さえ付けら
れた状態で固定される。図１に示す弾性封止部材１２の
取付け状態において、上下の開口部の縁部１２ａ，１２
ｂはシール部として機能する。こうして、円筒型の弾性
封止部材１２を設けることにより、ダイヤフラム１の起
歪部１ａにおける差圧検出用成膜部２が形成された側の
内側空間と、圧力導入孔６が通じる凹部４内の空間であ
る外側空間とが、弾性封止部材１２で隔離される。

【００３１】かかる構造において、弾性封止部材１２の
内側は閉塞空間であり、保護液体封入部として形成され
る。この弾性封止部材１２の内部の保護液体封入部に
は、例えばシリコンオイル１３が保護液体として充填さ
れ封止される。シリコンオイル１３は安定した流体であ
り、圧力を伝達すると共に、差圧検出用成膜部２を保護
する。保護液体封入部に、外部から油が入ったり、シリ
コンオイル１３が外部に出ることはない。

【００３２】圧力導入孔５から導入される第１の作動油
による圧力Ａは、継手部材７の孔７ａを経由してダイヤ
フラム１の起歪部１ａの下面に印加される。圧力導入孔
６から導入される第２の作動油による圧力Ｂは、弾性封
止部材１２の外面に印加される。圧力Ｂは、弾性封止部
材１２およびシリコンオイル１３を介して間接的にダイ
ヤフラム１の起歪部１ａの上面に印加される。起歪部１
ａの下面と上面にそれぞれ圧力Ａ，Ｂが印加されると、
差圧検出用成膜部２は差圧に応じた電気信号を出力す
る。

【００３３】上記構成によれば、シリコンオイル１３の
温度が上昇してシリコンオイルが膨脹したとしても、弾
性封止部材１２が膨脹して変形するので、シリコンオイ
ルの内圧が高くなることはなく、内圧を一定に保持する
ことができ、このため差圧検出用成膜部２の検出機能を
低下させることはない。このように弾性封止部材１２は
シリコンオイル１３の熱膨張を補償し、差圧センサとし
ての応答性を高く保持する。また弾性封止部材１２が筒
型に形成されることにより小型に作ることができ、また
小型に作っても十分な変形面積を得ることができる。

【００３４】次に本発明に係る差圧センサの第２実施例
を図３および図４を参照して説明する。図３は図１と同
様な図、図４は図２と同様な図である。図３および図４
において、前記実施例で説明した要素と実質的に同一の
要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【００３５】本実施例において、前記実施例と相違する
主要な点は、弾性封止部材２１の形状と、弾性封止部材
２１を取り付けるための凹部２２の形状と、弾性封止部
材２１を固定するための手段である。

【００３６】弾性封止部材２１は、図４に示すように、
上側開口部と下側開口部がほぼ同じ径の円筒型の形状を
有し、それぞれの縁部２１ａがシール部として形成さ
れ、かつ両端の縁部２１ａの間の中間部２１ｂには波形
状が形成される。中間部２１ｂを波形状としたため、膨
脹性が高くなる。

【００３７】凹部２２は、開口部と底部の箇所に、弾性
封止部材２１を固定するための押え金具２３を取り付け
る環状段付部２２ａが形成される。押え金具２３は、環
形状の金具であり、例えばロール成形法を用いて形成さ
れる。

【００３８】弾性封止部材２１の両端の縁部２１ａは、
対応する各環状段付部２２ａの上に配置し、それぞれの
押え金具２３で縁部２１ａを押え付け、固定する。

【００３９】上記の構成を採用したため、本体部３と押
え部材８との間、本体部３と継手部材７との間には、そ
れぞれ別途にシールリング２４，２５が介設される。ま
た弾性封止部材２１によって、その内側空間と外側の環
状空間２２ｂとが隔離される。圧力導入孔６は、環状空
間２２ｂに通じている。その他の構成については、前記
第１実施例の場合と同じである。

【００４０】上記実施例によっても、前述の第１実施例
と同様な効果を発揮することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、両面受圧形式のダイヤフラムを有しダイヤフラム
の両面にそれぞれ圧力が印加される構造であってダイヤ
フラムの差圧検出用成膜部が形成された一方の側の空間
には保護液体を充填して圧力が間接的に印加される構造
であり、保護液体が充填される空間を筒型の弾性封止部
材で形成するようにしたため、温度上昇で保護液体が膨
脹してもその膨脹を弾性封止部材の膨脹作用で逃がし、
保護液体内の圧力が高くなるのを防止し当該圧力を一定
に保持することができる。また弾性封止部材の開口部を
形成する縁部を厚肉とすることによりシールリング機能
を持たせことができ、特別にシール部材をもうけること
なく簡単な構造でシール構造を作ることができる。また
弾性封止部材の中間部に波型とすることによりその膨脹
性能を高めることができる。継手部材を利用する構造に
よればダイヤフラムおよび弾性封止部材の取付け固定を
簡単な構造で実現でき、押え金具で弾性封止部材を取り
付ける構造によれば弾性封止部材の取付け固定を簡単に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る差圧センサの第１実施例の構造を
示す要部縦断面図である。

【図２】第１実施例の弾性封止部材の拡大縦断面図であ
る。

【図３】本発明に係る差圧センサの第２実施例の構造を
示す要部縦断面図である。

【図４】第２実施例の弾性封止部材の拡大縦断面図であ
る。

【図５】従来の差圧センサの構造を示す要部縦断面図で
ある。

【図６】従来の他の差圧センサの構造を示す要部縦断面
図である。

【図７】ダイヤフラムの差圧検出用成膜部の構造を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１ ダイヤフラム １ａ 起歪部 ２ 差圧検出用成膜部 ３ 本体部 ４，２２ 凹部 ５，６ 圧力導入孔 ７ 継手部材 ８ 押え部材 １０ 信号引出し線 １１ ハーメチックシール部 １２，２１ 弾性封止部材 １２ａ，１２ｂ， 縁部 １２ｃ 中間部 ２１ａ 縁部 ２１ｂ 中間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 盛雄 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)発明者 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)発明者 本間 敏男 東京都大田区東馬込一丁目30番４号 株式 会社長野計器製作所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面受圧形式のダイヤフラムの一面に差
   圧検出用成膜部が形成され、前記ダイヤフラムの両側に
   形成された２つの空間のそれぞれに対して圧力を導入す
   る圧力導入孔を有し、前記差圧検出用成膜部が形成され
   た側の前記空間には保護液体が充填されて前記ダイヤフ
   ラムに前記保護液体を介して間接的に前記圧力が印加さ
   れる差圧センサにおいて、 前記差圧検出用成膜部が形成される側の前記空間とこの
   空間に圧力を導入する前記圧力導入孔との間に両者を隔
   離する筒型の弾性封止部材を配置し、前記弾性封止部材
   の内側の前記差圧検出用成膜部が形成される側の前記空
   間に前記保護液体を充填したことを特徴とする差圧セン
   サ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の差圧センサにおいて、前
   記弾性封止部材の両端開口部のそれぞれを形成する縁部
   が厚肉で形成されシールリングとしての機能を有するこ
   とを特徴とする差圧センサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の差圧センサにおいて、前
   記弾性封止部材の中間部に波型部が形成されることを特
   徴とする差圧センサ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の差圧センサにおいて、前
   記弾性封止部材の一方の開口部を固定するための継手部
   材が設けられ、この継手部材の上に前記ダイヤフラムが
   固定されることを特徴とする差圧センサ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の差圧センサにおいて、前
   記継手部材は中心軸部に孔を有し、この孔が前記圧力導
   入孔と通じるように前記継手部材は前記圧力導入孔に結
   合されることを特徴とする差圧センサ。
6. 【請求項６】 請求項１記載の差圧センサにおいて、筒
   型の前記弾性封止部材の両端開口部のそれぞれをリング
   形状の押え金具で固定したことを特徴とする差圧セン
   サ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の差圧センサにおいて、前
   記押え金具は、ロール成形法で形成された押え金具であ
   ることを特徴とする差圧センサ。