JPS63179226A - 圧力−力変換ダイヤフラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧力−力変換ダイヤフラムに関し、とくに簡
単な構造と安定した動作特性を有し流体圧力検出用に適
した圧力−力変換ダイヤフラムに関する。

え工立韮Ａ 技術の高度化に伴ない流体圧力を測定する必要性が増大
している。第３図は従来の圧力変換器の一例をその図式
的断面図によって示す０本体ケース１と導圧カバー２と
により画成される空間内にダイヤフラム３を配置し受圧
室Ｓ１と大気室Ｓ２とを形成する。ダイヤフラム３の中
央部には貫通孔３Ａを設け、貫通孔３Ａの周縁のダイヤ
フラム表裏をそれぞれ貫通孔が設けられた上部押え板４
及び下部押え板５によって保護する。ダイヤフラム３の
貫通孔３Ａ及び両押え板４．５の貫通孔を介してフォー
スポルト６を受圧室Ｓ１から大気室Ｓ２へ通し、フォー
スポルト６の先端を大気室Ｓ２内に配置されたフォース
センサ７に結合する。ナツト８がフォースポルト６を両
押え板４．５に締結する。

上部押え板４と下部押え板５は、ダイヤフラム３に対す
る押圧力をそれらの外周部９に集中することによりダイ
ヤフラム３の貫通孔３Ａに対するシール効果を発生させ
るため対向面にわずかな凹みを有する。

ダイヤフラム３の圧力−力変換部の有効直径をｄとし受
圧室Ｓ１内の圧力をＰとすれば、フォースポルト６を介
してフォースセンサ７に加えられる力Ｆは Ｆ＝（πｄ２Ｐ）／４　　　　　　　　　・・・（１）
で与えられる。フォースセンサ７が例えばピエゾ抵抗素
子を取付けた起歪体である場合には、（１）式の力Ｆが
電気抵抗の変化分ΔＲに変換され、その変化分ΔＲが圧
力Ｐを表わす測定値となる。

第３図のダイヤフラム３を有する圧力変換器には次の問
題点がある。

ｉ、　貫通孔３Ａにおける通気防止のため部品点数が多
くコスト高となる。

ｉｉ、ダイヤフラム３の周縁部３Ｂに接する部分及び両
押え板４．５の外周部９はシール効果を与えるため精密
加工を要し工数が多くなる。

ｉｉｉ、ダイヤフラム３の中央に貫通孔３＾があるので
シールが完全でない。

ｉｖ、ダイヤフラム３の固定条件及び固定部材の経年変
形により有効直径ｄが変動し、変換精度のばらつきや劣
化が生じたりする。

マ、　ダイヤフラム３の固定箇所に押え力と被測定圧力
による喧断力と曲げ応力とが重畳されるので集中応力が
生じ易く、材料の疲労及び特性劣化を招き易い。

マｉ、有効直径ｄの小さな圧力変換器の製作が困難であ
る。

丁目。液圧測定の場合に受圧室の接液面の形状が複雑に
なり汚れが付着し易い。

が　　　よ−　　る、　く 従って、本発明が解決しようとする問題点は、簡単な構
造と安定な動作特性、゛を有する圧力−力変換ダイヤフ
ラムを提供し従来技術の上記問題点を解決するにある。

ロ　占　　　　るため 第１図を参照するに１本発明による圧力−力変換ダイヤ
フラム１０は、厚さｔｌの金属板１０Ａの中央に深さく
２／３）ｔ１以上の環状溝１１を形成し、上記環状溝１
１の溝薄肉部１４の肉厚ｔ２を０．３１１１１１以下と
してなるものである。

好ましくは、上記環状溝１１の溝幅Ｗを溝薄肉部１４の
肉厚ｔ２の５倍以上とする。

本発明者等は、金属板１０Ａの厚さｔｌ、環状溝１１の
溝薄肉部１４の肉厚ｔ２との間に上記関係が満されない
場合には、圧力−力変換ダイヤフラムとして満足すべき
特性が得られないことを実験的に見出した。

また、液圧測定等の場合には、上記金属板１０Ａの表面
１２（接液面）を平滑にすることが望ましい。

環状溝１１はケミカルエツチング又は放電加工により形
成してもよい、なお、環状溝１１の角部１５における曲
率半径は動作特性にあまり影響しない。

環状Ｗ！ｔ１１の形状は、第１図の円形に限定されるも
のではなく閉鎖環状であれば足り１例えば多角形の環状
溝であってもよい。

第１図及び第２図を参照するに、本発明による圧力−力
変換ダイヤフラム１０は、環状溝１１のｙｔ薄肉部１４
の肉厚ｔ２が０．３■以下であるから溝薄肉部１４に十
分な柔らかさが生じ、被測定圧力がダイヤフラム１０の
表面に及ぼす力に応じて環状ｈ１１１１内側部分に適当
な変位を発生させることができる。その変位を利用して
上記力を測定すれば、圧力−力変換の目的を達成するこ
とができる。

本発明の圧力−力変換ダイヤフラムｌＯは、ダイヤフラ
ム自体としての構造が簡単でその製造が容易であるだけ
でなく、貫通孔を有しないので圧力変換器を構成する際
に貫通孔を保護する必要がなく圧力変換器の構造をも簡
単にすることができる。また、圧力変換器を構成する際
に環状溝ＩＩから若干離れた部分でダイヤフラムｌＯを
固定することができるので、薄肉部が溶接その他の固定
手段によって影響され難く、また有効直径ｄは寸法ａ、
ｂによって定まるから固定方法や動作時の荷重によって
影響されることがなく動作特性が安定である。

環状溝１１の溝幅Ｗを溝薄肉部肉厚ｔ２の５倍以上とす
れば、溝薄肉部１４の柔軟性が増し動作特性が向上する
。

さらに、金属板１０Ａの片面を平滑にし、その平滑面を
被測定流体との接触面とすれば、流体接触面への異物の
付着が防止されるだけでなくその接触面の清掃が容易と
なり、高い測定精度を長期間に亘り維持することができ
る。

爽且逍 第２図は本発明による圧力−力変換ダイヤフラム１０が
組込まれた圧力変換器２０の図式的断面図を示す、この
実施例のダイヤフラム１０は第１図に示される構造を有
し、金属板１０Ａの厚さｔｌと溝薄肉部１４の肉厚ｔ２
との比が６　（ｔｌ／１２＝［ｔ）であり、環状溝１１
の溝幅Ｗと溝薄肉部１４の肉厚ｔ２との比が４０（ｗ／
１２＝４０）であり、溝薄肉部１４の肉厚ｔ２は０．０
８ｍ璽であった。

図示例では、ダイヤフラムｌＯの環状溝１１から十分離
れた外側部分が溶接部２３によってベースフランジ２４
に固定される。この溶接部２３は、環状溝１１への影響
を低く押えるため電子ビームによる縫い付は又はスポッ
ト溶接とすることができる。これは１本発明のダイヤフ
ラムｌＯにおいてはこの溶接部２３を気密構造としてシ
ールする必要がないためである。第２図実施例ではダイ
ヤフラム１０の表面とバッキング３０との密着により気
密が図られる。

ベース２ランジ２４は３１手２５ヲ介してフォースセン
サ２Ｂを保持する。ダイヤフラム１０の環状溝１１内側
部分とフォースセンサ２Ｂとの間にフォースロフト２７
が配置される。好ましくは、フォースセンサ２ｇを本出
願人の出願に係る特願昭５９−２０７９９４に開示され
た起歪体によって構成し、外部接続のための端子２８を
設ける。フォースロッド２７の上端は好ましくは突起溶
接部２９によってダイヤフラム１０の環状溝１１の内側
部分に結合され、その下端は溶接その他の適当な方法に
よりフォースセンサ２６に結合される。

図示実施例では、ダイヤフラム１０とフォースセンサ２
Ｂとが同一のベースフランジ２４に保持されるので、第
３図の従来例で予想されるケース２１及びその外部から
のフォースセンサ２８への影響を回避することができる
。

上記態様でダイヤフラムｌＯ及びフォースセンサ２６を
保持するベースフランジ２４がケース２１の開口頂部に
溶接等によって固定され、このケース２１にねじ等によ
り嵌合した導圧カバー２２がバッキング３０を介してダ
イヤフラム１０の頂面と対向し、受圧室Ｓ【を気密に形
成する。

動作時には、受圧室Ｓ１に導入された圧力Ｐがダイヤフ
ラム１０によって上記（１）式に従い力Ｆに変換される
。ダイヤフラムｌＯが第１図の構造を有する場合には、
ダイヤフラム１０の有効直径ｄは近似的に ｄ師（ａ＋ｂ）／２ で与えられる。こうして圧力−力変換の目的を達成する
ことができる。一旦力に変換された後は、その力を公知
の技術例えば適当なフォースセンサ２６により電気抵抗
値の変化分ΔＲ等として測定することができる。

及１］と肱速 以上詳細に説明した如く、本発明による圧力−力変換ダ
イヤフラムは貫通孔を用いることなく特定形状の環状溝
を用いて変換を行なうので次の効果を奏する。

（イ）ダイヤフラムの有効面植が固定方法によって影響
されることが少ないので、動作が安定である。

（ロ）ダイヤフラムの固定手段が簡単である。

（ハ）Ｍ密加工を要しないので低コストで製作できる。

（ニ）ダイヤフラムの溝薄肉部に固定手段による応力が
かからないので耐久性がよい。

（ホ）ダイヤフラムに貫通孔がないので流体漏れの恐れ
が少ない。

（へ）円形環状溝の場合には有効直径が環状溝の内径及
び外径の簡単な関数となるのでその設計が容易である。

とくに有効直径を小さく設計し高い流体圧の測定に適し
た小型ダイヤフラムを製作することができる。

（ト）被測定液体との接液面を平滑にして汚損を少なく
すると共に清掃を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の断面図及び底面図、第２図は圧力変
換装置の図式的断面図、第３図は従来技術の説明図であ
る。 １０・・・ダイヤフラム、　ＩＯＡ・・・金属板、　１
１・・・環状溝、　　１２・・・表面、１３・・・裏面
、　　１４・・・溝薄肉部、　　１５・・・角部、　ｔ
ｌ・・・金属板の厚さ、　　ｔ２・・・溝薄肉部の厚さ
、　Ｗ・・・環状溝の溝幅。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚さｔ＿１の金属板の中央に深さ（２／３）ｔ＿
   １以上の環状溝を形成し、上記環状溝の溝薄肉部の肉厚
   ｔ＿２を０．３ｍｍ以下としてなる圧力−力変換ダイヤ
   フラム。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の圧力−力変換ダイヤ
   フラムにおいて、上記環状溝の溝幅ｗを溝薄肉部肉厚ｔ
   ＿２の５倍以上にしてなる圧力−力変換ダイヤフラム。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の圧力−力変換ダイヤ
   フラムにおいて、上記金属板の接液面を平滑にしてなる
   圧力−力変換ダイヤフラム。