JPH0864089A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】環境温度変化や湿度などによる感圧変形体の変
形を抑制し、温度ヒステリシスを改善し、耐環境性に優
れた圧力センサを提供する。 【構成】ダイヤフラム１８の周縁部を、ケース２内に収
納されたブロック体２０の周縁部とケース２の内面との
間で挟持する構造の圧力センサにおいて、ダイヤフラム
１８の周縁部とブロック体２０との間に、ダイヤフラム
１８と同一の材質で十分な厚みを有するリング状のダイ
ヤフラム変形防止スペーサ１６（中間部材）を配備す
る。 【効果】環境温度変化や湿度などによるケース２および
ブロック体２０の変形に伴ってダイヤフラム１８にかか
る応力をスペーサ１６によって緩和してダイヤフラム１
８の変形を抑制することができ、これによって、温度ヒ
ステリシスを改善できるとともに、耐環境性に優れたも
のとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体とか液体といった
流体を圧力導入孔からケース内に導入するとともに、ケ
ース内に設けたダイヤフラムやベローズ等の感圧変形体
を、導入した流体の圧力に応答してストローク動作さ
せ、この感圧変形体のストローク量から流体の圧力を検
出する圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力センサには、ケース内に、該ケース
に設けた圧力導入孔から導入されたガス等の流体から受
ける圧力に応答してストローク動作するダイヤフラム等
の感圧変形体と、差動トランスとを配備し、前記ダイヤ
フラム等のストローク動作に対応して前記差動トランス
のスプール内をコアが移動し、このコアの移動量に対応
する差動トランスの出力に基づいてガス等の流体の圧力
を検出するように構成されたものがある。

【０００３】この種の圧力センサを図６を参照して説明
すると、この圧力センサはガス管接続用パイプ１００が
一体形成されたケース１０２と、下方が突出して大気に
対して開放されたカバー１０４とを備えている。ケース
１０２内の底面にはこのパイプ１００に連通する圧力導
入孔１０６が形成されている。

【０００４】ケース１０２内の底面中央側には、その底
面とダイヤフラム（感圧変形体）１１０との間にできる
圧力室に不当に大きな負圧が作用してダイヤフラム１１
０が上方に不当に大きく変形するのを防止するための負
圧ストッパとして径の異なる環状凸部が径方向に複数形
成されているとともに、その外周側のケース１０２の内
径より若干小さな径の位置には、前記圧力室を大気側か
ら密封するためＯリング１３０が配備されている。この
Ｏリング１３０の径はダイヤフラム１１０の周縁部の径
に対応している。ケース１０２の内部には、外径がケー
ス内径と一致するブロック体１０８が収納されている。
このブロック体１０８はダイヤフラム１１０の周縁部に
対応して図で上側周縁部が突出した形状となって中央が
凹部となってその中央凹部内にダイヤフラム１１０を配
置できるようになっている。ダイヤフラム１１０はその
周縁部がケース１０２の内面とブロック体１０８の周縁
部とで挟持されている。

【０００５】ブロック体１０８の内部に配備された差動
トランス１１２は、コイルを巻き付けたスプール１１４
を備え、そのスプール１１４の中央貫通孔にはコアアセ
ンブリ１１６が挿通されている。このコアアセンブリ１
１６はコア１１８とそれの両端に取り付けられたプラン
ジャ１２０，１２２とで構成されている。このような差
動トランス１１２は、回路基板１２４に取り付けられ
る。回路基板１２４はブロック体１０８の下面側に配備
される。板バネ１２６は、差動トランス１１２のコアア
センブリ１１６のプランジャ１２２を押圧するようにし
て取り付けられ、これによってコアアセンブリ１１６の
プランジャ１２０はダイヤフラム１１０に当接されてい
る。

【０００６】動作を説明すると、圧力導入孔１０６から
のガス圧に応答してダイヤフラム１１０がストローク動
作することによってコアアセンブリ１１６のプランジャ
１２０，１２２はその外面が摺動面となってスプール１
１４内壁を摺動し、これと共にコア１１８がスプール１
１４内を移動し、これによって差動トランス１１２はそ
れに対応したトランス出力を出力する。このトランス出
力は差動トランス１１２の出力ピンを介して回路基板１
２４に搭載されている回路等に与えられ、ガス圧が検出
されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧力センサ
の周囲の環境温度が変化すると、それに応じてケース１
０２、ブロック体１０８およびダイヤフラム１１０がそ
れぞれの線膨張係数で変形するが、ケース１０２とかブ
ロック体１０８とかは成型加工の面で樹脂製であるのに
対して、ダイヤフラム１１０はガス圧の検出の信頼性確
保のため金属製である。そして、樹脂は金属よりも温度
変化に対し伸び量が大きいが、ケース１０２とかブロッ
ク体１０８の厚みは厚いのに対し、ダイヤフラム１１０
はガス圧の僅かの変化にも追随して検出できるようにす
るため厚さも極めて薄く作られている。したがって、上
記環境温度の変化がおこると、ケース１０２とブロック
体１０８との変形によってダイヤフラム１１０は、径方
向外方へ容易に引っ張られて変形させられてしまい、こ
の変形によてダイヤフラムの所定のガス圧の変化に対す
る所定のストローク量が変化してしまうことになる。

【０００８】勿論、ダイヤフラム１１０の環境温度の変
化に伴う変形量を見込んで圧力センサの出力を調整する
ことでガス圧の検出精度を高めることも考えられるが、
ダイヤフラム１１０の温度変化に対するストローク変化
には、図７に示されるような温度ヒステリシス、すなわ
ち、一定圧力を印加している状態において、温度を低温
側から高温側に上昇させたときの前記一定圧力に対応す
る規格値からの出力値のずれと、高温側から低温側に降
下させたときの出力値のずれが、低温（−３０°Ｃ近
辺）および高温（７０°Ｃ近辺）においては略々一致す
るものの、その間の温度領域、特に、２０°Ｃ近辺の常
温ヒステリシスが大きいために、ダイヤフラム１１０の
環境温度の変化に伴う変形量を見込んで圧力センサの出
力を調整するのは困難である。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、環境温度変化などによる感圧変形体の変形を
抑制し、温度ヒステリシスを改善し、耐環境性に優れた
圧力センサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１１】すなわち、請求項１の本発明は、圧力導入
孔を有するケース内には、該圧力導入孔から導入された
流体圧に応答してストローク動作する感圧変形体を配備
するとともに、前記配備された感圧変形体の周縁部を、
前記ケース内に収納されたブロック体の周縁部と前記ケ
ースの内面との間で挟持する構造の圧力センサであっ
て、前記感圧変形体の周縁部とこれと対向する前記ケー
スの内面との間および前記感圧変形体の周縁部とこれと
対向する前記ブロック体の周縁部との間の少なくとも一
方に、前記ケースおよびブロック体の変形が前記挟持部
分を介して前記感圧変形体に対しそのストロークに影響
を直接及ぼすのを実質的に阻止する中間部材を配備して
いる。

【００１２】請求項２の本発明は、請求項１の圧力セン
サにおいて、前記中間部材は、前記ケースまたは前記ブ
ロック体の変形が前記感圧変形体に直接作用するのを阻
止する厚みを有した金属製のものである。

【００１３】請求項３の本発明は、請求項１または２の
圧力センサにおいて、前記中間部材は、前記感圧変形体
と同一の材質からなる。

【００１４】請求項４の本発明は、請求項１ないし３の
いずれかの圧力センサにおいて、前記中間部材は、前記
感圧変形体の周縁部の平面形状に対応した径を有するリ
ング状である。

【００１５】

【作用】請求項１の本発明によれば、感圧変形体の周縁
部を、前記ケース内に収納されたブロック体の周縁部と
前記ケースの内面との間で挟持する構造の圧力センサに
おいて、感圧変形体の周縁部とケースの内面との間およ
び感圧変形体の周縁部とブロック体の周縁部との間の少
なくとも一方に、中間部材を配備することにより、環境
温度変化や湿度などによるケースおよびブロック体の変
形に伴って感圧変形体にかかる応力を緩和することがで
き、変形が抑制される結果、温度ヒステリシスを改善す
ることができ、耐環境性に優れたものとなる。

【００１６】請求項２の本発明によれば、中間部材は、
感圧変形体の材質として一般的な金属製であるので、ケ
ースやブロック体よりも感圧変形体に近似した線膨張係
数を有するので、中間部材の厚みを所要の厚みとするこ
とにより、前記ケースまたは前記ブロック体の温度変化
や湿度などに伴う変形によって感圧変形体にかかる応力
を緩和することができ、これによって、温度ヒステリシ
スを改善することができる。

【００１７】請求項３の本発明によれば、中間部材が、
感圧変形体と同一の材質、すなわち同一の線膨張係数で
あるので、前記ケースまたは前記ブロック体の温度変化
に伴う変形によって感圧変形体にかかる応力を緩和する
ことができ、これによって、温度ヒステリシスを改善す
ることができる。

【００１８】請求項４の本発明によれば、中間部材が感
圧変形体の周縁部の平面形状に対応した径を有するリン
グ状であるので、前記ケースまたは前記ブロック体の温
度変化や湿度などに伴う変形によって感圧変形体にかか
る応力を周方向に沿って均一に緩和することができ、温
度ヒステリシスを改善することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例の圧力センサの
断面図であり、図２は、その分解斜視図である。

【００２１】この実施例の圧力センサは、ケース２とカ
バー４とを有している。ケース２には、ガス管接続用パ
イプ６が一体に形成されている。ケース２は、このパイ
プ６に連通して流体圧、この例ではガス圧を導入するた
めの圧力導入孔８を有している。ケース２は、その内部
底面に溝幅の狭い環状溝１０を有し、これにはＯリング
１２が配備されている。このＯリング１２の径は、ダイ
ヤフラム１８の周縁部の径に対応している。

【００２２】ダイヤフラム１８は、圧力導入孔８に導入
されたガス圧に応答してストローク動作できるようにケ
ース２の底面に配置されている。ダイヤフラム１８は、
その周縁部において、後述のダイヤフラム変形防止スペ
ーサ１６を介在させて環状溝１４とブロック体２０との
間で挟持されており、このダイヤフラム１８はＳＵＳの
ような金属製であり、ガス圧を受けて図１では上下方向
にストローク動作できるような厚みを有している。ケー
ス２とブロック体２０はそれぞれ樹脂で作られている。
この樹脂としては例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリ
フェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ＡＢＳ、ポリブチ
レンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネイト（Ｐ
Ｃ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）等があり、これ
ら樹脂単体あるいはこれら樹脂の組み合わせがある。

【００２３】ケース２は、内部に収納されるブロック体
２０が該ケース２内でガタつくことのないようにブロッ
ク体２０の円筒部２２の外形に合わせた形状の内壁２４
と、ブロック体２０の矩形部２６の外形に合わせた形状
の内壁２８とを有している。

【００２４】ブロック体２０の円筒部２２は、ケース２
の底面との間にダイヤフラム１８のストローク動作を許
容するような隙間が存するように上面にダイヤフラム配
備用凹部３０が、また下面にはダイヤフラム１８のスト
ローク動作に対応した出力を発生するための差動トラン
ス３８を載置する載置台３２が形成されている。差動ト
ランス載置台３２には差動トランス収納用凹部３４が形
成されている。差動トランス収納用凹部３４の底面中央
は上面のダイヤフラム配備用凹部３０に貫通した穴３６
が形成されている。この貫通穴３６を介して差動トラン
ス３８のスプール４０内のコアアセンブリ６４がダイヤ
フラム１８に当接できるようになっている。

【００２５】このコアアセンブリ６２は、筒型のコア６
４と、このコア６４の両端にそれぞれ取り付けられる一
対の樹脂製プランジャ６６，６８とを有している。両プ
ランジャ６６，６８は側面がそれぞれ差動トランス３８
のスプール４０の内壁をスライドするスライド面となる
フランジ部分と、このフランジ部分に一体に形成されて
前記コア６４内に挿入される挿入部分とを有しており、
それぞれの延長端部はコア６４内で互いに接続されてい
る。このようにプランジャ６６，６８をコア６４内で接
続しているから、その組み立てが容易かつ便利になり、
また、コア６４の中心軸が傾いてもプランジャ６６，６
８の側面は傾くことなくスプール４０の内壁を往復摺動
でき差動トランス３８の出力を安定させることができ
る。

【００２６】ブロック体２０の差動トランス載置台３２
の対角線上の四隅のそれぞれには図３に示されるように
差動トランス取付用突起４２が形成されている。この突
起４２は図例では、対角線上の四隅であったが、対角線
の２つであってもよい。

【００２７】差動トランス３８のスプール４０は図で上
側から円形フランジ４４、このフランジ４４と同じ径の
２つの円形鍔４６，４８、およびこれらより外形の大き
な矩形フランジ５０を備え、これらフランジ４４，５０
と鍔４６，４８との間にコイルが巻装されている。下側
のフランジ５０はその下面に凹所が形成されるようにそ
の四隅周縁が若干高さの低い、例えば０．数ｍｍ程度の
高さの台状（図示していない）になっており、差動トラ
ンス３８はそのスプール４０の下側フランジ５０の四隅
周縁台を介して回路基板５２に取り付けられることで、
回路基板５２にはその下側のフランジ５０の全体が当接
せず、これによって回路基板５２の変形とか反りなどの
影響を差動トランス３８が受けないようになっている。
つまり、回路基板５２が周囲温度の変化によって変形
し、この変形で差動トランス３８全体がその位置を変化
させられると、当然、差動トランス３８のスプール４０
とその内部のコアとの相対的位置関係が、ダイヤフラム
１８のストローク動作とは無関係に変化する結果、ガス
圧に対応した出力を差動トランス３８から得られなくな
る。これに対して、本実施例の差動トランス３８は、そ
のフランジ５０の四隅周縁の台によって回路基板５２に
載るから、回路基板５２の変形の影響を受けなくなり、
これによってガス圧に対応したダイヤフラム１８のスト
ローク動作に応じた出力を得ることができる。なお、フ
ランジ５０の四隅周縁の台に代えて例えばリングを設け
てもよい。

【００２８】また、この差動トランス３８のスプール４
０の下側のフランジ部分５０の四隅にはブロック体２０
の差動トランス載置台３２上の四隅の突起４２にそれぞ
れ入り込むことで差動トランス３８をブロック体２０に
取り付けるための穴５４が前記突起４２と同様に対角線
上の四隅に形成されている。

【００２９】差動トランス３８はブロック体２０に対し
てスプール４０のフランジ部分５０の四隅の取付用穴５
４にブロック体２０の取付用突起４２が入り込むととも
に、その突起４２が熱カシメされることでブロック体２
０に取り付けられている。したがって、ダイヤフラム１
８を挟持するブロック体２０に直接固定することによ
り、ダイヤフラム１８とスプール４０との位置関係を確
実に保持することができる。

【００３０】差動トランス３８のフランジ部分５０に
は、延長されて回路基板５２の変形の影響を抑えられる
ようにした接続ピン５６が６本設けられ、適宜、それら
接続ピン５６は回路基板５２に半田付けされている。ま
た、回路基板５２には圧力センサの圧力検出に必要な回
路素子５８とか出力ピン６０が設けられている。

【００３１】次に、本発明の特徴的な構成について説明
する。

【００３２】この実施例では、環境温度変化や湿度など
によるダイヤフラム１８の変形を抑制し、温度ヒステリ
シスを軽減して検出精度を一層高めるために、次のよう
に構成している。

【００３３】すなわち、この実施例の圧力センサでは、
ケース２には、その環状溝１０と同じ位置に溝幅の広い
環状溝１４が形成され、これにはＳＵＳ、Ｆｅ、あるい
はＣｕ系合金などの好ましくはダイヤフラム１８と同じ
材質の金属でできた中間部材としてのダイヤフラム変形
防止スペーサ１６が配備されている。

【００３４】このダイヤフラム変形防止スペーサ１６
は、ダイヤフラム１８の周縁部の平面形状に対応した径
を有するリング状であって、周囲温度の変化や湿度など
によるダイヤフラム１８の変形を防止できる程度の厚み
で、例えばダイヤフラム１８の１０〜２０倍程度の厚み
を有しており、この実施例では、ダイヤフラムの厚み２
７ミクロンに対して、５００ミクロンの厚みを有してい
る。

【００３５】このダイヤフラム変形防止スペーサ１６
は、周囲温度が変化したときにケース２とブロック体２
０それぞれの線膨張係数とダイヤフラム１８のそれとが
相違することにより、ケース１１とブロック体２０の変
形によってダイヤフラム１８が、径方向外方へ引っ張ら
れてストローク動作方向に変形してしまうのを防止する
ものであり、また、ケース１１やブロック体２０の吸湿
による膨張変形の影響を低減するものである。

【００３６】この実施例では、ダイヤフラム１８と同一
の線膨張係数を有するとともに、十分な厚みを有するこ
とにより、ケース２とブロック体２０の変形によるダイ
ヤフラム１８に対する引っ張り応力を緩和してダイヤフ
ラム１８のストロークに影響を及ぼすのを実質的に阻止
するものであり、これによって、温度ヒステリシスを改
善して圧力センサの検出精度を高めることができる。

【００３７】図４および図５は、この実施例の圧力セン
サおよびダイヤフラム変形防止スペーサ１６を設けてい
ない図６の圧力センサの温度ヒステリシスを示す特性図
である。

【００３８】図４および図５は、一定圧力を印加した状
態において、温度を変化させたときの圧力センサの出力
値の前記一定圧力に対応する規格値からのずれを示して
おり、実線はこの実施例の圧力センサを示し、破線は図
６の圧力センサを示している。

【００３９】図４は、温度を−３０°Ｃから８０°Ｃま
で上昇させて２０°Ｃに降下させたときの特性を示し、
図５は、温度を−３０°Ｃから７０°Ｃまで上昇させて
再び−３０°Ｃに降下させ、さらに７０°Ｃまで上昇さ
せて２０°Ｃに降下させたときの特性を示している。

【００４０】これらの図から明らかなように、この実施
例の圧力センサでは、図６の圧力センサに比べて規格値
からのずれが低減され、特に、２０°Ｃ近辺の常温にお
ける規格値からのずれは殆どなく、低温側から温度を上
昇させて２０°Ｃにしたときの圧力センサの出力値と、
高温側から温度を降下させて２０°Ｃにしたときの圧力
センサの出力値とは、略々等しくなり、常温ヒステリシ
スが大幅に改善されて検出精度の向上を図ることができ
る。

【００４１】上述の実施例では、ダイヤフラム変形防止
スペーサ１６は、ダイヤフラム１８の周縁部とこれと対
向するブロック体２０との間のみに配備したけれども、
ダイヤフラム１８の周縁部とこれと対向するケース２の
内面との間のみに配備してもよく、さらには、両方に配
備してもよく、両方に配備した場合には、ダイヤフラム
１８に対する引っ張り応力を一層軽減できる。

【００４２】また、上述の実施例では、ダイヤフラム変
形防止スペーサ１６は、リング状の連続体であったけれ
ども、必ずしも連続体である必要はなく、独立した複数
の部材から構成してもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、感圧変形
体の周縁部を、ケース内に収納されたブロック体の周縁
部とケースの内面との間で挟持する構造の圧力センサに
おいて、感圧変形体の周縁部とケースの内面との間およ
び感圧変形体の周縁部とブロック体の周縁部との間の少
なくとも一方に、中間部材を配備しているので、この中
間部材によって、環境温度変化や湿度などによるケース
およびブロック体の変形に伴って感圧変形体にかかる応
力を緩和することができ、これによって、温度ヒステリ
シスを改善することができるとともに、ケースやブロッ
ク体の吸湿による変形が感圧変形体に与える影響を低減
することができ、耐環境性に優れた圧力センサを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧力センサの断面図であ
る。

【図２】図１の圧力センサの分解斜視図である。

【図３】図１のブロック体の下方から見た斜視図であ
る。

【図４】本発明の温度ヒステリシスの改善を示す特性図
である。

【図５】本発明の温度ヒステリシスの改善を示す特性図
である。

【図６】公知でない先行技術としての圧力センサの部分
断面図である。

【図７】温度ヒステリシスを示す図である。

【符号の説明】

２ ケース ４ カバー １２ Ｏリング １６ ダイヤフラム変形防止スペーサ １８ ダイヤフラム ２０ ブロック体 ３８ 差動トランス ６２ コアアセンブリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅内 芳浩 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 石井 克幸 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力導入孔を有するケース内には、該圧
   力導入孔から導入された流体圧に応答してストローク動
   作する感圧変形体を配備するとともに、前記配備された
   感圧変形体の周縁部を、前記ケース内に収納されたブロ
   ック体の周縁部と前記ケースの内面との間で挟持する構
   造の圧力センサであって、 前記感圧変形体の周縁部とこれと対向する前記ケースの
   内面との間および前記感圧変形体の周縁部とこれと対向
   する前記ブロック体の周縁部との間の少なくとも一方
   に、前記ケースおよびブロック体の変形が前記挟持部分
   を介して前記感圧変形体に対しそのストロークに影響を
   直接及ぼすのを実質的に阻止する中間部材を配備したこ
   とを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記中間部材は、前記ケースまたは前記
   ブロック体の変形が前記感圧変形体に直接作用するのを
   阻止する厚みを有した金属製のものである請求項１に記
   載の圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記中間部材は、前記感圧変形体と同一
   の材質からなるものである請求項１または２に記載の圧
   力センサ。
4. 【請求項４】 前記中間部材は、前記感圧変形体の周縁
   部の平面形状に対応した径を有するリング状のものであ
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力センサ。