(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのベローズ又はダイアフラムの可動部が接続部を介して対向配置された感圧素子であって、
前記接続部と前記２つのベローズ又はダイアフラムとにより形成された密閉圧力領域と、
前記密閉圧力領域内の内部圧力と前記密閉圧力領域外の外部圧力との圧力差に応じて変位する前記可動部をそれぞれ有し、かつ互いの有効受圧面積が異なる前記２つのベローズ又はダイアフラムと、
これら２つのベローズ又はダイアフラムの前記可動部を接続して、該可動部の変位量が同じとなるようにバランスさせる接続手段と、
前記接続部と少なくとも一方の前記可動部との間に配置された付勢手段と、を備えることを特徴とする感圧素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は感圧素子に関し、圧力応答性を高めること、また出力特性の設定の変更を容易に行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の感圧素子１０１の断面構成を説明する図である。感圧素子１０１は、両端部を保持プレート１０２，１０３の封止部１０２ａ，１０３ａにより封止され、内部を真空あるいは一定圧力（Ｐ0 ）に密封された圧力応答部材としてのベローズ１０４と、ベローズ１０４の外部圧力に応答した伸縮により発生する付勢力に対抗するバネ１０５とを備えている。
【０００３】
１０６，１０７は、感圧素子１０１の外部圧力Ｐ1 が所定圧力以上となった際の縮み方向の変位を規制する規制部材である。
【０００４】
そして、図示されたように保持プレート１０２を固定部材１１０に固定した場合には、外部圧力Ｐ1 に応答させて感圧素子１０１の保持プレート１０３側を変位または付勢力を発生させている。
【０００５】
このような感圧素子１０１のバランス式は、次式の通りである。
【０００６】
ｆ0 −Ｓ（Ｐ1 −Ｐ0 ）＝Ｆ
但し、ｆ0 ：バネ付勢力
Ｓ  ：ベローズ有効受圧面積
Ｆ  ：付勢力
Ｐ0 ：内部圧力
Ｐ1 ：外部圧力
である。
【０００７】
上記式において、ベローズ有効受圧面積Ｓを大きい場合、バネ付勢力ｆ0 を大きくすることでバランスを保つことは可能となるが、ベローズ有効受圧面積Ｓを大きくすると、ベローズの構造上からベローズの耐圧強度を保持することが困難となり、外部圧力Ｐ1 が大きくなる場合には、ベローズ有効受圧面積Ｓの小さなベローズを用いることが好ましい。
【０００８】
しかしながら、ベローズの生産加工上の問題から、ベローズ有効受圧面積Ｓを極度に小さくすることは困難であり、現在の一般的な生産加工技術では、最小のベローズ有効受圧面積Ｓは０．２ｃｍ2 程度（コストや生産性を度外視した場合には、ベローズ有効受圧面積Ｓをこれ以下とすることも可能である。）となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような感圧素子１０１において、使用状態における内部圧力Ｐ0 と外部圧力Ｐ1 との圧力差が、例えば２０〜５０kgf ／ｃｍ2 の場合、バネ付勢力ｆ0 は４〜１０kgf 必要となる。
【００１０】
しかしながら、ベローズはその構造的特徴より大きな変位量を持たせることは困難であり（大きな変位量を持たせようとすると全長が長くなる）、バネ付勢力ｆ0 を縮めた状態で持つ自由長の長いバネを組み込む際にベローズを伸ばしてしまうと耐久性が悪化してしまう。
【００１１】
そのために、組み込むバネの自由長はバネのセット荷重時の長さに対しあまり長くすることができず、バネ定数はセット荷重とほぼ同じ程度と高くなり、結果的に感圧素子１０１の平均バネ定数（バネとベローズの合算されたバネ定数）が高くなり、圧力応答性（圧力検知精度）を高めることが困難となる。
【００１２】
また、内部圧力Ｐ0 と外部圧力Ｐ1 との圧力差に対して発生する付勢力Ｆは、使用するベローズのベローズ有効受圧面積Ｓに１対１の関係で対応するので、圧力差に対する付勢力Ｆの大きさを自由に設定することはできなかった。
【００１３】
従って、上記したようにベローズ有効受圧面積Ｓを所定値よりも小さくすることは困難であることから、出力特性（圧力差に対する付勢力Ｆ）を自由に設定することは困難である。
【００１４】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、圧力応答性を高めること、また出力特性の設定の変更を容易に行なうことを可能とする感圧素子を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、２つのベローズ又はダイアフラムの可動部が接続部を介して対向配置された感圧素子であって、前記接続部と前記２つのベローズ又はダイアフラムとにより形成された密閉圧力領域と、前記密閉圧力領域内の内部圧力と前記密閉圧力領域外の外部圧力との圧力差に応じて変位する前記可動部をそれぞれ有し、かつ互いの有効受圧面積が異なる前記２つのベローズ又はダイアフラムと、これら２つのベローズ又はダイアフラムの前記可動部を接続して、該可動部の変位量が同じとなるようにバランスさせる接続手段と、前記接続部と少なくとも一方の前記可動部との間に配置された付勢手段と、を備えることを特徴とする。なお、本発明における「２つのベローズ又はダイアフラム」には、ベローズとベローズ、ダイアフラムとダイアフラムの組み合わせだけでなく、ベローズとダイアフラムの組み合わせも含まれる。
【００１６】
これにより、２つのベローズ又はダイアフラムの有効受圧面積の差分に対して発生する圧力荷重により可動部を変位させることができる。また、有効受圧面積を２つのベローズ又はダイアフラムの組み合わせによって任意に設定可能となり、出力特性の設定の変更を容易に行なうことができる。
【００１８】
また、２つのベローズ又はダイアフラムの可動部に発生する圧力荷重の方向が互いに逆向きとなり、２つのベローズ又はダイアフラムの有効受圧面積の差分に対して発生する圧力荷重により可動部を変位させることができる。
【００１９】
また、付勢手段は、有効受圧面積の差分に対して発生する圧力荷重に対応する付勢力となるので、ばね定数を小さく抑えることが可能となり、感圧素子の平均バネ定数（バネと圧力応答手段の合算されたバネ定数）を低く抑え、圧力応答性を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明を適用した感圧素子１の第１の実施の形態における断面構成説明図である。
【００２２】
感圧素子１は、有効受圧面積が異なる２つの圧力応答手段としてのベローズ２，３を接続部としての環状スリーブ４を介して同軸的に対向配置している。
【００２３】
このベローズ２，３は、蛇腹部２ａ，３ａを備え、蛇腹部２ａ，３ａの一方の端部を開口端部２ｂ，３ｂとし、他方の端部を可動部としての密閉端部２ｃ，３ｃとしている。
【００２４】
また、感圧素子１の有効受圧面積に比例的関係を有する蛇腹部２ａ，３ａの直径は、それぞれＤ１，Ｄ２であり、Ｄ１＞Ｄ２の関係となっている。開口端部２ｂ，３ｂは、環状スリーブ４の外周４ａ，４ｂに密封接続しており、ベローズ２，３により囲まれた領域を密閉圧力領域５としている。
【００２５】
内部圧力Ｐ0 となる密閉圧力領域５内の圧力は、感圧素子１の使用条件等に合わせて適宜な値に設定されるものであるが、外部圧力Ｐ1 が大気圧程度の圧力からもたらせる場合には、圧力差を発生させるために負圧（真空）として設定されることもある。
【００２６】
環状スリーブ４は、軸方向中央部にフランジ部４ｃを備え、フランジ部４ｃが取り付け部材６に固定されることで、感圧素子１の保持部となっている。
【００２７】
ベローズ２，３の密閉端部２ｃ，３ｃの内側には保持プレート７，８が嵌合されており、保持プレート７，８は、接続手段としてのロッド９により接続され、変位量が同じとなるようにバランスされている。
【００２８】
さらに、有効受圧面積の大きいベローズ２を伸ばす方向に付勢する付勢手段としてのバネ１０が、ベローズ２の内部であって、環状スリーブ４と保持プレート７との間に配置されている。
【００２９】
このような構成を備えた感圧素子１は、内部圧力Ｐ0 ＜外部圧力Ｐ1 の場合、ベローズ２，３の密閉端部２ｃ，３ｃに発生する圧力荷重の方向が互いに逆向き（矢印Ａ１，Ａ２）となり、ベローズ２，３の有効受圧面積の差分に対して発生された圧力荷重の合成分に対応した付勢力Ｆを備えている。
【００３０】
そして、環状スリーブ４により保持された感圧素子１は、外部圧力Ｐ1 に応答させてベローズ２，３を左右に変位させ、あるいは付勢力Ｆを発生させることにより圧力に応じた出力を行なっている。
【００３１】
感圧素子１のバランス式は、次式の通りである。
【００３２】
ｆ0 −（Ｓ1 −Ｓ2 ）（Ｐ1 −Ｐ0 ）＝Ｆ
但し、ｆ0 ：バネ付勢力
Ｓ1 ：ベローズ２の有効受圧面積
Ｓ2 ：ベローズ３の有効受圧面積
Ｆ  ：付勢力
Ｐ0 ：内部圧力
Ｐ1 ：外部圧力
である。
【００３３】
従って、上記式よりＳ1 とＳ2 の差を小さくすれば有効受圧面積の小さなベローズと同様とすることができ、バネ１０のバネ定数を小さく設定することができ、即ちバネの設定の自由度が高くなり、また一方で感圧素子１の平均バネ定数を抑え、圧力応答性を高めることができる。
【００３４】
図２に感圧素子１と比較する従来技術における感圧素子の平均バネ定数と変位量の関係を示す。図から理解されるように、平均バネ定数を抑えることで、より大きな変位量を得ることができ、圧力応答性が向上する。
【００３５】
ベローズ２，３の大きさを適宜設定することにより、有効受圧面積を任意に設定することが可能となり、圧力に応じた出力特性の設定の変更を容易に行なうことができる。
【００３６】
また、ベローズ２，３の大きさは、外部圧力Ｐ1 に耐えられるものであれば大きなものとすることができ、ベローズ内部空間を拡げてベローズ内部にバネを組み込むことも可能となる。
【００３７】
（実施の形態２）図３は、第２の実施の形態における本発明を適用した感圧素子２１の断面構成説明図である。
【００３８】
感圧素子２１は、有効受圧面積が異なる２つの圧力応答手段としてのダイアフラム２２，２３（直径Ｄ３，Ｄ４であり、Ｄ３＞Ｄ４）を、接続部としての環状ハウジング２４を介して同軸的に対向配置している。
【００３９】
ダイアフラム２２，２３は、膜中央部が可動部となり内部圧力Ｐ0 と外部圧力Ｐ1 の圧力差により変位する。そして、ロッド部材２５とリテーナ２６により接続されている。
【００４０】
また環状ハウジング２４には内向きフランジ部２４ａが形成され、ロッド部材２５のフランジ部２５ａとの間にバネ２７が装着されている。
【００４１】
このような構成の感圧素子２１においても、第１の実施の形態の感圧素子１と同様の作用・効果を得ることが可能である。
【００４２】
尚、圧力応答手段の組み合わせにおいて、第１の実施の形態ではベローズとベローズ、第２の実施の形態ではダイアフラムとダイアフラムとなっているが、この組み合わせに限定されるものではなく、ベローズとダイアフラムを組み合わせることも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
上記のように説明された本発明によると、感圧素子の圧力応答性を高めること、また出力特性の設定の変更を容易に行なうことが可能となる。
【００４４】
即ち、２つのベローズ又はダイアフラムの有効受圧面積の差分に対して発生する圧力荷重により可動部を変位させることができる。また、有効受圧面積を２つのベローズ又はダイアフラムの組み合わせによって任意に設定可能となり、出力特性の設定の変更を容易に行なうことができる。
【００４５】
付勢手段は、有効受圧面積の差分に対して発生する圧力荷重に対応する付勢力となるので、ばね定数を小さく抑えることが可能となり、感圧素子の平均バネ定数を低く抑え、圧力応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る感圧素子の断面構成説明図である。
【図２】図２は平均バネ定数と変位量の関係を示す図である。
【図３】図３は第２の実施の形態に係る感圧素子の断面構成説明図である。
【図４】図４は従来技術の感圧素子の断面構成説明図である。
【符号の説明】
１  感圧素子
２，３  ベローズ（圧力応答手段）
２ａ，３ａ  （蛇腹部）
２ｂ，３ｂ  開口端部
４  環状スリーブ（接続部）
４ａ，４ｂ  外周
４ｃ  フランジ部
５  密閉圧力領域
６  取り付け部材
７，８  保持プレート
９  ロッド（接続手段）
１０  バネ（付勢手段）
Ｄ１，Ｄ２  直径
Ｐ0   内部圧力
Ｐ1   外部圧力
【図１】
0003724210.tif 000002
【図２】
0003724210.tif 000003
【図３】
0003724210.tif 000004
【図４】
0003724210.tif 000005