JPWO2011089724A1

JPWO2011089724A1 - 圧力感応装置

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Publication number: JPWO2011089724A1
Application number: JP2011550778A
Authority: JP
Inventors: 柴田　浩; 浩柴田; 壮英本藤; 金崎　文雄; 文雄金崎; 和博泉屋
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2013-05-20
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: CN102713549A; WO2011089724A1; JP5291806B2; EP2530445A4; EP2530445A1; CN102713549B

Abstract

【課題】流体を継手１を介してキャップ部材２１内に導入される流体の圧力を圧力検知部２で検知する圧力感応装置において、継手１とキャップ部材２を確実に接合するとともに、製造工程を簡略化して仕掛り中間在庫品を減らす。【解決手段】黄銅製の継手１の台座部１１とステンレス製のキャップ部材２１との間にワッシャ状のクラッド部材３を介在させる。クラッド部材３として、キャップ部材２１側の第１層３１がステンレス材、台座部１１側の第２層３２が無酸素銅材としたものを用いる。第１層３１とキャップ部材２１の境界部分の全周をレーザー溶接する。溶接痕７が形成される。第２層３２と台座部１１の境界部分の全周をレーザー溶接する。溶接痕８が形成される。台座部１１側にレーザーを逃がしながら出力を減衰する、逃がし痕８ａが形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルにおける冷媒等の流体の圧力の変化に応じたオン／オフ信号を出力する圧力スイッチや、流体の圧力を検出して圧力信号を出力する圧力センサなど、流体を継手から導入してこの流体の圧力に応じた情報を得るための圧力感応装置に関する。

従来、圧力感応装置として例えば図６に示す圧力スイッチがある。この圧力スイッチは、検出対象の流体が流れる配管に接続される継手１０と、圧力検知部２０と、スイッチ部４と、カシメ板５と、ポリアミド樹脂のケース６とを有している。圧力検知部２０は、継手１０に接続されたキャップ部材２０ａと、キャップ部材２０ａと共に圧力容器を構成する円板２０ｂと、円板２０ｂの所定量以上の変形を規制するワッシャ状のストッパ２０ｃとで構成されている。

スイッチ部４は、中央に軸孔４１ａが形成されたガイド４１と、ガイド４１の軸孔４１ａに嵌挿された軸４２と、ガイド４１の周囲に嵌合する円筒状の端子台４３とを有している。キャップ部材２０ａ、円板２０ｂ及びストッパ２０ｃの外周はカシメ板５により端子台４３の端部にカシメにより固着されている。端子台４３には、Ｃ端子４４とＬ端子４５が固定され、Ｃ端子４４には接点板４４ａが取り付けられている。そして、接点板４４ａにはＣ接点４４ｂが、Ｌ端子４５にはＬ接点４５ａが取り付けられている。また、端子台４３はケース６内に収納されている。

以上の構成により、継手１０の導入路１０ａを介して流体が、キャップ部材２０ａと円板２０ｂから構成される圧力容器内に導入され、流体の圧力に応じて円板２０ｂが変形して軸４２を押す。そして、圧力が予め設定された設定圧力になると、軸４２に連動してＣ接点４４ｂがＬ接点４５ａに接触してスイッチがＯＮとなる。これにより、流体の圧力が設定圧力に達したことを検知できる。

ここで、継手１０は黄銅製（真鍮製）、キャップ部材２０ａはステンレス製（ＳＵＳ製）であり、継手１０とキャップ部材２０ａとは、ろう付けにより接合されている。また、この従来の圧力スイッチと同様に、継手とキャップ部材とをろう付けにより接合するようにした圧力スイッチが、例えば特開２００２−５５０１２号公報に開示されている。

特開２００２−５５０１２号公報

前記従来の圧力スイッチの製造工程では、継手１０とキャップ部材２０ａとのろう付けを、バーナーろう付け及び炉中ろう付けにより行われている。このため、フラックスや焼けを落とすために、酸洗いを行う必要がある。酸洗いを行うことは環境保護や公害防止という観点から好ましくなかった。

また、従来の圧力スイッチの製造に際しては、継手１０とキャップ部材２０ａとをろう付けにより接合した仕掛部品を作り、その後で、この仕掛部品に円板２０ｂとストッパ２０ｃとを組合わせてプラズマ溶接することにより、圧力検知部２０を製造する。そして、この圧力検知部２０をスイッチ部４と組み付けるようにしている。

このため、継手１０とキャップ部材２０ａとを接合した仕掛部品という中間在庫品があり、コスト的に問題がある。また、継手１０がキャップ部材２０ａに予め接合されてしまうので、仕様やタイプの異なる継手を用いる場合の自由度が低いという問題がある。

本発明は、流体を継手からキャップ部材で構成される圧力検知部に導入して、流体の圧力を検知する圧力スイッチ等の圧力感応装置において、継手とキャップ部材を確実に接合するとともに該接合部分の耐腐食性を高めることを課題とする。また、継手を後付けできるようにし、製造工程を簡略化して仕掛部品等の中間在庫品を減らすことを課題とする。

請求項１の圧力感応装置は、圧力検知対象の流体が流れる配管に接続される黄銅製の継手と、該継手から流体が導入されるステンレス製のキャップ部材を有する圧力検知部とを備えた圧力感応装置であって、前記キャップ部材と前記継手との間に介在されたワッシャ状のクラッド部材であって、前記キャップ部材側のステンレス材からなる第１層と前記継手側の無酸素銅材からなる第２層とを積層したクラッド部材を備え、前記第１層と前記キャップ部材とが該第１層と該キャップ部材との境界部分の全周にて溶接により接合され、前記第２層と前記継手とが該第２層と該継手との境界部分の全周にて溶接により接合されていることを特徴とする。

請求項２の圧力感応装置は、請求項１に記載の圧力感応装置であって、前記継手の前記第２層側に、前記クラッド部材と同径の円柱状の台座部が形成され、該台座部と該第２層との溶接が、レーザー溶接により前記境界部分の全周を一周溶接した後、該溶接の軌道を該台座部側に逃がして逃がし痕が形成されるように行われていることを特徴とする。

請求項１の圧力感応装置は、クラッド部材のステンレス材からなる第１層とステンレス製のキャップ部材とが境界部分の全周にて溶接により接合され、クラッド部材の無酸素銅材の第２層と黄銅製の継手とが境界部分の全周にて溶接により接合されている。すなわち、クラッド部材を介してキャップ部材と継手とが溶接により接合されているので、その製造工程において、ろう付け及び酸洗いの工程を必要としない。また、クラッド部材はステンレス材の第１層と無酸素銅の第２層からなるものを使用するので、該クラッド部材により、キャップ部材と継手との接合部分の耐腐食性が高まる。さらに、それと同時に、他部品への熱の影響を低減できるので、キャップ部材を有する圧力検知部を先に組み付けておき、このキャップ部材に対して後つけで継手を接合することができるので、継手とキャップ部材とを接合した仕掛部品という中間在庫品が不要となる。

請求項２の圧力感応装置は、継手の台座部とクラッド部材の第２層との溶接を、レーザー溶接により行い、境界部分の全周を一周溶接した後、溶接の軌道を該台座部側に逃がして逃がし痕が形成されるように行われているので、全周を一周溶接するときにレーザーが照射されて形成された溶融ホールは融液により接合され、溶接の軌道を台座部側に逃がして逃がし痕が形成されている部分では溶融ホールの終点が気密や強度に影響しないところになるので、台座部と第２層は確実に接合することができる。

本発明の第１実施形態の圧力スイッチの縦断面図である。同圧力スイッチの要部拡大図である。図２に対応する要部外観拡大図である。実施形態におけるレーザー溶接を行う装置の概略図である。本発明の第２実施形態の圧力センサの縦断面図である。従来の圧力スイッチの一例を示す縦断面図である。

次に、本発明の圧力感応装置の一例として圧力スイッチの実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の圧力スイッチの縦断面図、図２は同圧力スイッチの要部拡大図であり、図２の左半分は縦断面を示し、右半分は外観側面を示している。また、図３は図２に対応する要部外観拡大図である。なお、前掲の図６と同様な要素及び対応する要素には同符号を付記して重複する詳細な説明は省略する。

この実施形態の圧力スイッチでは、継手１と圧力検知部２のキャップ部材２１との間にクラッド部材３が介在されている。圧力検知部２、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３は、図６における圧力検知部２０、キャップ部材２０ａ、円板２０ｂ及びストッパ２０ｃと構造及び作用は同じであるが、ステンレス製（ＳＵＳ製）のキャップ部材２１がクラッド部材３に対してレーザーにより溶接されている点が異なる。なお、キャップ部材２１の中心には接続孔２１ａが形成されている。

継手１は黄銅製（真鍮製）であり、キャップ部材２１側に位置するように円柱状の台座部１１が形成され、さらにこの台座部１１には、前記キャップ部材２１の接続孔２１ａに嵌合するように台座部１１より径の小さな薄型円柱状のボス部１２が形成されている。そして、この台座部１１とボス部１２を貫通するように、キャップ部材２１内に流体を導入する導入路１ａが形成されている。また、この継手１には導入路１ａに連通するとともに図示しない配管に接続するための雌ネジ部１ｂが形成されている。

クラッド部材３は、継手１の台座部１１と同径のワッシャ状の形状をしており、中心に前記継手１のボス部１２に嵌合する抜き孔３ａが形成されている。このクラッド部材３は、キャップ部材２１と同じステンレス材からなる第１層３１と無酸素銅材からなる第２層３２とを積層したものである。第１層３１と第２層３２はその境界部分で金属原子が互いに拡散した状態で接合されたものである。

そして、クラッド部材３の抜き孔３ａが継手１のボス部１２に嵌合されるとともに、このボス部１２がキャップ部材２１の接続孔２１ａに嵌合されている。これにより、クラッド部材３は、第１層３１をキャップ部材２１側にし、第２層３２を台座部１１側にし、このキャップ部材２１と台座部１１との間に介在されている。

図３に溶接痕７を示すように、第１層３１とキャップ部材２１とがその境界部分で全周に亘ってレーザーにより溶接されている。また、溶接痕８を示すように、第２層３２と台座部１１とがその境界部分で全周に亘ってレーザーにより溶接されている。すなわち、キャップ部材２１と第１層３１とのステンレス同士の溶接を行い、台座部１１の黄銅と第２層３２の無酸素銅との溶接を行う。これにより、継手１がクラッド部材３を介してキャップ部材２１に固着され、継手１、キャップ部材２１及び円板２２による圧力容器の気密性が保たれる。

なお、この実施形態の圧力スイッチの製造工程の一例は次のとおりである。まず、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３を組み付けて、これらの周囲をプラズマ溶接し、圧力検知部２を形成する。この圧力検知部２をＯリング９１を介してスイッチ部４に当て付け、カシメ板５により端子台４３の端部（スイッチ部４）にカシメにより固着する。そして、その後、キャップ部材２１に対して、クラッド部材３を介して継手１を前記のように溶接し、固着する。

また、他の製造工程の例としては、次のとおりである。まず、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３を組み付けて、これらの周囲をプラズマ溶接し、圧力検知部２を形成する。この圧力検知部２のキャップ部材２１に対して、クラッド部材３を介して継手１を前記のように溶接し、固着する。その後、この圧力検知部２をＯリング９１を介してスイッチ部４に当て付け、カシメ板５により端子台４３の端部（スイッチ部４）にカシメにより固着する。

図４はレーザー溶接を行う装置の概略図であり、このレーザーによる溶接はＹｂ（イッテリビウム）ファイバーレーザー溶接により行う。継手１、クラッド部材３、キャップ部材２１等の組み付け品であるワークＷは、回転治具１０に保持され、継手１及びクラッド部材３の軸Ｌを軸に一方向に回転される。レーザーを照射する加工ヘッド２０はアクチュエータ３０によって軸Ｌと平行な方向に往復移動される。これらの動作はコントローラ４０によって制御され、溶接が実行される。なお、溶接はシールドガス内で行う。

図３に示すように、第２層３２と台座部１１（継手１）との溶接痕８にはその一箇所から台座部１１側に傾斜して延びる逃がし痕８ａが形成されており、この逃がし痕８ａは、次のような逃がし溶接により形成されたものである。第２層３２と台座部１１の溶接時には、まず第２層３２と台座部１１の境界部分のＡ点の位置から溶接を開始する。ワークＷを回転することによりレーザービームは図３の矢印Ｐの方向に走査され、全周回転させてさらに１０°〜１５°回転させる。すなわちＡ点からＢ点まで３７０°〜３７５°となるように溶接する。そして、Ｂ点に達した時点でワークＷを回転させたまま加工ヘッド２０を軸Ｌと平行に継手１側に移動する。これによりレーザービームは図３の矢印Ｑのように走査される。また、このときレーザーの出力を低下させる。これにより、Ａ点からＢ点の回転角１０°〜１５°相当の部分に溶接を重ねたラップ部分ができるとともに、Ｂ点の位置から斜めに逃がし痕８ａが形成される。なお、溶接痕８と逃がし痕８ａとの間隔Ｄは溶接幅を越える逃がし量とし、例えば０．８ｍｍである。

レーザーによる溶接時には、第２層３２と台座部１１との境界部分において、レーザーの照射によって溶融ホールが形成されるが、この溶融ホールに融液が流れてレーザーの通過後に固着する。そして、この溶融による固着が連続し、Ｂ点からの逃がし痕８ａの部分の融液によってＢ点でも溶融ホールが固着する。そして、この逃がし痕８ａの最終部分で始めてレーサーの出力を０とするので、第２層３２と台座部１１とが完全に溶接される。

なお、第１層３１とキャップ部材２１との溶接も３７０°〜３７５°回転させてラップ部ができるように溶接するが、溶融ホールの発生は継手１の黄銅の部分で発生し、第１層３１及びキャップ部材２１のステンレスの部分では発生しないので、この第１層３１とキャップ部材２１との溶接時には逃がし溶接を必要としない。なお、黄銅／無酸素銅の溶接では黄銅成分中のＺｎの沸点は９３０℃で、Ｃｕの融点１０８３℃より低いので、ボイドが発生し、溶融ホール化しやすい。

ファイバーレーザーはビーム径の小さなレーザービームを得ることができ、例えばビーム径を０．２ミリ程度にすることができる。これにより、クラッド部材３の半径方向に深く鋭く溶接され、第１層３１と第２層３２の界面を超えることなく、かつ、溶接幅を厚くすることなく溶接することができる。

以上のように、黄銅製の継手１とステンレス製のキャップ部材２１に対して、ステンレス材からなる第１層３１と無酸素銅材からなる第２層３２とを積層したクラッド部材３を介在させ、第１層３１とキャップ部材２１との境界部分の全周にて溶接により接合し、第２層３２と継手１の台座部１１との境界部分の全周にて溶接により接合されている。このクラッド部材３の第１層３１と第２層の積層接合部分は強度が高く、かつ耐腐食性が高いものとなっている。なお、黄銅とステンレスからなるクラッド部材と、実施例の無酸素銅とステンレスからなるクラッド部材とについて、同じ条件で曲げ試験を行った結果、前者は積層接合部分に剥がれが生じたが、後者は積層接合部分に剥がれが生じなかった。

以上の第１実施形態では圧力感応装置として圧力スイッチを例に説明したが、図５に示すように、圧力感応装置としての圧力センサに本発明を適用してもよい。図５において図１と同様な要素及び対応する要素には同符号を付記して重複する詳細な説明は省略する。この第２実施形態の圧力センサの圧力検知部２も、カシメ板９２によってケース９３に固着されたキャップ部材２１を備えており、このキャップ部材２１に第１実施形態と同様にクラッド部材３により継手１がレーザー溶接により接合されている。そして、この圧力センサは、センサ素子９４によりキャップ部材２１内の流体の圧力を感知し、その圧力に応じたセンサ信号を端子９５及び図示しないリード線を介して外部に出力する。この第２実施形態の圧力センサにおいても継手１、クラッド部材３及びキャップ部材２１のレーザー溶接による作用は第１実施形態と同じである。

なお、実施形態のクラッド部材３を用いた圧力スイッチと、別の金属からなるクラッド部材を用いた比較例の圧力スイッチとでは、継手１側から加えた流体に対する耐圧圧力の違いが下表１のようになった。

このように、ファイバーレーザー溶接により継手１とキャップ部材２１を固着しているので、酸洗いの工程を必要としない。また、レーザー光の出力を小さく設定することにより、黄銅の溶接時に生じる亜鉛の蒸発によるフュームの付着やボイドの発生を低減することができ、接合部分の仕上がりが良くなる。また、キャップ部材２１を有する圧力検知部２を先に組み付けておき、このキャップ部材２１に対して後つけで継手１を接合しているので、継手１とキャップ部材２１とを接合した仕掛部品という中間在庫品が不要となる。

また、実施形態における継手１は導通路１ａに通じる雌ネジ１ｂに対して配管をねじ込むタイプ（フレアタイプ）であるが、導通路１ａに通じる孔を有し、その回りに雄ネジ部を形成して配管を外側にねじ込むタイプのものでもよい。このように継手１として別のタイプのものを製造するときでも、継手１を後付けできるので、圧力検知部２及びスイッチ部４は予め調整済みのものとすることができ、製造時の自由度が高くなる。

１継手
２圧力検知部
３クラッド部材
４スイッチ部
７溶接痕
８溶接痕
８ａ逃がし痕
１１台座部
２１キャップ部材
３１第１層
３２第２層

Claims

圧力検知対象の流体が流れる配管に接続される黄銅製の継手と、該継手から流体が導入されるステンレス製のキャップ部材を有する圧力検知部とを備えた圧力感応装置であって、
前記キャップ部材と前記継手との間に介在されたワッシャ状のクラッド部材であって、前記キャップ部材側のステンレス材からなる第１層と前記継手側の無酸素銅材からなる第２層とを積層したクラッド部材を備え、
前記第１層と前記キャップ部材とが該第１層と該キャップ部材との境界部分の全周にて溶接により接合され、前記第２層と前記継手とが該第２層と該継手との境界部分の全周にて溶接により接合されていることを特徴とする圧力感応装置。
請求項１に記載の圧力感応装置であって、
前記継手の前記第２層側に、前記クラッド部材と同径の円柱状の台座部が形成され、
該台座部と該第２層との溶接が、レーザー溶接により前記境界部分の全周を一周溶接した後、該溶接の軌道を該台座部側に逃がして逃がし痕が形成されるように行われていることを特徴とする圧力感応装置。