JPS63193025A - 圧力検知器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は圧力検知器の構造に関するものであり、さらに
詳しくは圧力検知器の圧力検知素子と圧力応動部間が機
械的に非接触であり、圧力検知素子の周囲雰囲気の圧力
変化を検知する方式の圧力検知器の内部構造に関するも
のである。

圧力応動部と非接触で周囲雰囲気の圧力の変化を検出す
る代表的な圧力検知素子として、屈曲振動モード、輪郭
振動モードを有する圧電振動子があげられる。この圧電
振動子の電気的特性は周囲雰囲気の圧力変化により略直
線的に変化する性質を有している。例えば、圧電振動子
の共振周波数は周囲雰囲気の圧力変化により略直線的に
変化するとともに、ここで検出された周波数の変化量は
、周波数という擬似デジタル信号で示される為、Ａ／Ｄ
変換を行わずにマイクロコンピュータによるデータ処理
に適しているという利点を有している。よって圧力検出
のデータとして少なからず利用されていた。

尚、本発明でいう「応動」なる語は、外からの働きかけ
に対して作動することを意味する。

（従来技術とその問題点） 従来技術を第５図とともに説明する。第５図は圧力検知
器７の内部断面の模式図である。圧力検知器７はベロー
ズ７０と、基台８と、圧力検知素子９とよりなる。外部
圧力変化により伸縮応動するベローズキャップ７０は受
圧板７２（上板）とベローズ７１とを有し、内部には圧
力検知素子である音叉型水晶振動子９を有して、不活性
ガスが充填された状態で基台８にて気密封止されている
。圧力検知器７に外部圧力Ｐがくわわるとベローズ部分
が圧縮され、ベローズ７１内の圧力が上昇する。この圧
力の上昇に応じて音叉型水晶振動子９の共振周波数が略
直線的に低下し、よってこの変化量を検出して圧力を測
定する。（特開昭５７−１３６１３０号参照） しかしながら、上記構造の場合、圧力検知器７に高い圧
力がかかり、ベローズ７１が最大圧縮された場合でも、
このベローズ自体の厚みの為、圧力検知器７内の体積は
非圧縮時の１／２〜１／３程度にしかならない。従って
ベローズ７１に弾性がないと仮定した場合、この圧力検
知器７の圧力の測定範囲は基準圧力（例えば１気圧）か
ら２〜３気圧に躍られてしまう。また上記圧縮量（１／
２〜１／３の体積変化）と同じ圧縮量でより高い圧力を
測定したい場合は、弾性を有するベローズキャップを用
い圧力測定範囲を拡大させることが可能であるが、伸縮
変化に直線性を持った材料、構成を選択する必要があり
、信頼性の高い圧力検知器の製造は非常に困難となって
いた。またこのように圧力測定範囲を拡大しようとする
あまり、弾性定数を大きくすると、一定の外部圧力変化
に対するベローズキャップの圧縮量が小さくなりすぎ、
圧力検知器内部の圧力変化が小さく、従って圧カキ★知
素子で検知する圧力の感度が低下し、比較的小さな圧力
変動を検知しなくなることがあった。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧力応動部
が従来と同じ圧縮量であっても、圧力測定範囲を大幅に
拡大し、かつ圧力検知器の感度をも向上させうる圧力検
知器を提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明による圧力検知器は、−外部圧力の変化に応じて
作動する圧力応動部と、この圧力応動部に続く圧力不応
動部と接合された基台と、この基台に設置された圧力検
知素子とを有し、内部が気密封止された内圧可変型の圧
力検知器であって、この圧力検知器内に、圧力応動部の
最大圧縮時にできる余分な空間を略埋め、上記圧力応動
部内壁に非接触となる突出部を基台に設けたことを特徴
とするものである。

（発明の実施例） 本発明による実施例を図面とともに説明する。

第１の実施例 本発明による第１の実施例を第１図の一部透視の斜視図
（非圧縮時）、第２図の第１図断面図、第３図のベロー
ズ最大圧縮時の断面図とともに説明する。尚、第１図で
は圧力検知素子を省略している。圧力検知器１はその内
部が不活性ガス充填状態に保たれている。そして全体と
して円柱形状で、一端が開口したベローズキャップＩＯ
と、円柱形で突出部３２を有し、このベローズ自体・７
プ１０内に所定の位置まで挿入され気密封止接合された
基台３と、この基台３内のベローズキャップ１０内部に
向けて開口部を有する細大部３３（圧力検知素子収納部
）に収納された圧力検知素子２とよりなる。ベローズキ
ャップ１０はこの実施例ではりん青銅を使用しており、
上部より受圧板１２、外部圧力に伸縮応動するベローズ
１１．外部圧力に応動せず基台３と接合される不応動部
１３で構成されている、尚、本発明でいう圧力応動部は
このベローズ自体・７ブ１０のうち受圧板１２とベロー
ズ１１をいう。この実施例では第２図に示すように基準
圧力下（非圧縮時）での、この圧力応動部（受圧板１２
とベローズ１１）の高さをｌとすると、最大圧縮時には
第３図に示すように約１／２になるように設計されてい
る。すなわち圧力応動部の体積が約１／２になる。この
ベローズキャンプ１０の山数は６山にしているが、この
山数は測定圧力、圧力検知素子の感度、材料の弾性定数
等を考慮して適宜決定すればよい。基台３は金属材料あ
るいは樹脂材料からなり、全体として円柱形で、接合部
３１とこの接合部３１から伸長した突出部３２（ここで
はベローズキャップ１１の不応動部１３との接合部分よ
り上部を指す）とよりなっており、上部（突出部３２）
には圧力検知素子２を収納する為の細大部３３が設けら
れている。この突出部３２の伸長寸法はベローズ１１の
最大圧縮時に受圧板１２と接触しない程度に決定されて
いる。圧力検知素子２はこの実施例では音叉型水晶片表
面に励振電極が形成され（図示せず）屈曲振動を行う音
叉型水晶振動子であり、基台を貫通するリード線２１．
２２により外部のデータ処理装置と電気的に接続されて
いる。尚、この突出部３２の体積は基準圧力下の圧力検
知器の空間体積と、最大圧縮時の圧力検知器内の空間体
積の比が、この圧力検知器を用いたセンサーの圧力測定
範囲を越えるように設計されている。

このような圧力検知器１に圧力Ｐがかけられると、ベロ
ーズ１１が圧縮さ・れ圧力検知器ｌ内の空間体積が減少
すると同時に、内部圧力も上昇する。

尚、このベローズ１１は圧縮時に横方向への拡がりはな
いとする。そして第３図に示す最大圧縮時には突出部３
２が存在するため、ベローズ自体の厚みによって生じる
余分な空間（前記したｌ／２間の空間）を略埋めており
、圧力検知器の圧力応動部（受圧板１２とベローズ１１
）の体積は非圧縮時の１／２にしかなってないが、内部
の空間体積は突出部の体積にもよるが基準圧力時の１１
５以下にすることが可能となる。このことはすなわち、
従来と同じ１／２の圧力検知器の圧力応動部の体積変化
であっても、従来と同じ感度で２．５倍以上も高い圧力
を測定できることを意味している。また従来例にも示し
たようにベローズキャップ１１に弾性を持たせることで
、さらに高い圧力を測定できる第２の実施例 本発明による第２の実施例を図面とともに説明する。第
４図は第２の実施例を示す模式的断面図である。圧力検
知器４は、その内部が不活性ガス充填状態に保たれてい
る。そして全体として低い円柱形状であり、外部圧力に
凹凸状に応動する円板型状のダイヤフラム４１と、この
ダイヤフラム４１を上方で気密接合し、周囲のみ突出し
た突出部５１と連絡孔５３と圧力検知素子収納部５２と
を有する基台５と、この圧力検知素子収納部５２内に収
納される圧力検知素子２とを有している。ダイヤフラム
４１はその材質として例えばステンレススチールが用い
られ、この円板型ダイヤフラム４１の周囲のみが基台５
と接合している。基台５は樹脂材料よりなり、上部から
下部へダイヤフラム４１との接合部５４と、ダイヤフラ
ム最大圧縮時の余分な空間を略埋める突出部５１と、圧
力応動部と圧力検知素子収納部５２とを空間的につなぐ
連絡孔５３と、圧力検知素子収納部５２とよりなる。こ
の実施例では、突出部５１は基部５の一点鎖線Ａ−Ａよ
り上部を指し、このダイヤフラム４１の最大圧縮時の曲
率をもった凹状（点線で作図）に対応して、その形状、
突出寸法等が決定され、最大圧縮時にはダイヤフラム４
１に略均等に近接して余分な空間を略埋めるよう構成さ
れている。尚、このＡ−Ａ線は曲率をもった突出部５１
の最底部の接線であ。またこの実施例では、本発明にい
う圧力応動部は、このＡ−Ａ線より上部を指し、ダイヤ
フラム４１．突出部５１を含んでいる。圧力検知素子６
は第１の実施例と同じく音叉型水晶振動子を用いており
、リード線６１，６２にて、圧力検知器外部と電気的な
導出入を図っている。この実施例においても、圧力応動
部内において突出部ケ存在していることにより圧縮時に
余分な空間を極力少なくしているため、同じ圧力検知器
の圧力応動部の体積変化であっても、感度の低下を招か
ず、より高い圧力まで測定することが可能となる。

本発明は、圧縮時にできる余分な空間（この空間は圧力
応動部の最大圧縮時にも余分となるものである。）を極
力少なくすることによって、圧力測定範囲等を拡大させ
ようとするものであるので、本発明の効果を最大限に引
き出すためには、圧力検知器設計時に圧力検知素子収納
部等においても、できる限り遊びの空間を少なくするこ
とが必要となる。、 尚、圧力検知器を構成する材料（圧力応動部、基台の材
料）は、上記実施例に示したものに限定されるものでな
く、気密性を保てる材料であればよい。その上で測定圧
力、使用環境に応じて、材質や、弾性定数（圧力応動部
の場合）等を決定すればよい。また突出部の伸長寸法（
体積）を変えることによって、圧力応動部の弾性をもた
せる、あるいは弾性定数を変化させる、あるいは圧力検
知素子自体の感度を変化させるという各部の設計変更を
しなくても所望の圧力測定範囲を高精度に決定できる。

（発明の効果） 本発明によれば、圧力応動部内に基台の一部をなす突出
部が伸長しているので、圧縮時の余分な空間を除くこと
ができ、また突出部内に圧力検知素子を設置できるので
、以下の効果が実現できる。

■圧力検知器に圧力がかかった際に、圧力応動部の体積
変化Ｎ（圧縮量）に対する圧力応動部内部の空間体積の
変化量を従来の数倍にすることができるため、圧力検知
器としての感度を低下させずに、圧力測定範囲を数倍に
することができる。

■突出部の圧力応動部内に占める体積をコントロールす
ることによって、圧力応動部に弾性をもたせたり、ある
いはこの弾性定数を変化させたり、あるいは圧力検知素
子の感度を変化させるという各部の設計変更をしなくて
も、圧力検知器の圧力測定範囲を高精度に変化させるこ
とができる。

■圧力検知素子を基台の突出部内に配置することが可能
であるので、圧力検知器ひいてはこの圧力検知器を組み
込む圧力センサーを小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明による第１の実施例を
示す図、第４図は第２の実施例を示す図、第５図は従来
例を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部圧力の変化に応動する圧力応動部と、この圧
   力応動部に続く圧力不応動部と接合された基台と、この
   基台に設置された圧力検知素子とを有し、内部が気密封
   止された内圧可変型の圧力検知器において、この圧力検
   知器内に、圧力応動部の最大圧縮時にできる余分な空間
   を略埋め上記圧力応動部内壁に非接触となる突出部を基
   台に設けたことを特徴とする圧力検知器。
2. （２）圧力応動部が外部圧力の変化に伸縮応動するベロ
   ーズを有し、基台に設けられた突出部が圧力応動部の最
   大圧縮時にベローズの上板近傍まで伸びて形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧力検
   知器。
3. （３）圧力応動部が外部圧力の変化に凹凸状に応動する
   周囲固定のダイヤフラムを有し、突出部がこのダイヤフ
   ラムの最大圧縮時の形状に対応する曲率を持った凹状構
   造であり、最大圧縮時にはダイヤフラムに均等に近接し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧
   力検知器。
4. （４）基台内に圧力検知素子収納部を設け、この収納部
   は圧力応動部と空間的につながっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の圧力検知器。