(57)【要約】【目的】小型でも接点機構を確実に駆動できる圧力センサーを得る。【構成】圧力センサー１のケース内には圧力媒体が流入可能な圧力室２Ｃと、湖の圧力室に対してダイアフラム４で隔離された駆動室５Ａ及び検出室３Ａが設けられている。検出室には弾性板１０に固着された可動接点１１と固定接点１３からなる接点機構が配置されている。ダイアフラム４はＮｉ−Ｔｉ合金の金属膜からなり、ダイアフラムの変位は駆動軸８を介して弾性板１０に伝えられる。【効果】ダイアフラム４を超弾性合金であるＮｉ−Ｔｉ合金とすることにより、従来の金属ダイヤフラムのような塑性変形を起こしにくい。そのためダイアフラムを小さくしても大きな変位を与えることが可能になり、センサーを小型にしても接点機構を確実に駆動できる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーに圧力検出部を設け、
この圧力検出部はダイアフラムで圧力媒体と分離され、
圧力検出部にはダイアフラムにかかる圧力が所定値となると急跳反転及び復帰動作を行う圧力応動板を配置し、
この圧力応動板の反転動作による変位を検出することによって圧力の変化を検出する圧力センサーにおいて、
ダイアフラムをチタン合金で構成したことを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
ダイアフラムは引張り荷重に対する弾性歪みの最大値が１％以上あることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
【請求項３】
ダイアフラムはニッケル−チタン合金であることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサー。
【請求項４】
ダイアフラムは使用温度範囲未満の温度に変態温度を設定された超弾性合金であることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー。
【請求項５】
ダイアフラムは使用温度範囲を越える温度に変態温度を設定された形状記憶合金であることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー。
【請求項６】
ダイアフラムは記憶処理を行われていないことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はダイアフラムによって圧力媒体と圧力検出部とを隔離する構造とされた圧力センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧力センサーとして、ダイアフラムによって圧力媒体と圧力検出部を隔離するとともに、このダイアフラムを通してスイッチや感圧素子などの検出部に圧力を伝えるものが広く使用されている。このダイアフラムとしては各種ゴムや樹脂、金属膜などが使用されている。これらのダイアフラムには圧力媒体と検出部とを隔離する気密性と、検出される圧力によって充分に変位する柔軟性が求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ゴムは柔軟性においては充分であるが、一般に熱劣化が大きいために高温下での長期使用における耐久性が充分に取れず、また薬品類にも弱いと言う問題がある。また例えばゴムの中でもシリコンゴムなどは比較的安定してはいるが、石油などの炭化水素類では膨潤してしまう。また樹脂膜においては薬品類に対して安定したものは硬度が高く面積を大きく取らないと充分な変位を得ることができない。そのため検出部を接点機構とした場合に、接点機構を駆動するための変位を得ることが難しい。さらに気体に対しては漏洩が無いとは言えず、特に漏洩が許されないものに対しては使用できないと言う問題があった。
【０００４】
さらに金属膜においては例えばステンレス等を使用することで耐腐食性は得られるものの、引張り荷重に対する弾性的に形状を復帰できる歪み変形量（以下、弾性歪みと称する）が０．２％程度と小さいため、ダイアフラムの変形量を大きくしようとした場合には変形部分の延びが塑性変形とならないようにダイアフラムを大きくしなければならず、小形にすることが難しいと言う問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の圧力センサーにおいては、センサーに圧力検出部を設け、この圧力検出部をダイアフラムで圧力媒体と分離し、圧力検出部内にはダイアフラムにかかる圧力が所定値となると急跳反転・復帰動作を行う圧力応動板を配置し、この圧力応動板の反転動作による変位を検出することによって圧力の変化を検出する圧力センサーであって、ダイアフラムをチタン合金で構成したことを特徴としている。そのためダイアフラムの強度や耐食性に優れた圧力センサーを得ることができる。
【０００６】
また他の特徴は、ダイアフラムの引張り荷重に対する弾性歪みの最大値が１％以上とされていることにある。そのため、特にダイアフラムの変位を従来のものよりも大きくとることができるので、ダイアフラムの直径を小さくすることができ圧力センサー自体も小型化できる。
【０００７】
さらに他の特徴はダイアフラムとしてニッケル−チタン合金を使用したことにある。さらにニッケル−チタン合金に温度記憶処理を行うことで弾性歪みの領域を広げることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら本発明の圧力センサーについて説明する。この圧力センサー１は金属性の本体ケース２と樹脂等の絶縁物製の検出部ケース３によってケースを構成している。本体ケース２の図示下端には流体導入孔２Ａを備えた接続部２Ｂが設けられており、流体導入孔２Ａの内側端部には圧力室２Ｃが設けられている。この圧力室２Ｃにはダイアフラム４が配置され、圧力媒体である検出対象流体の圧力を後述する圧力検出部側に伝えるとともに検出対象流体に対して隔離している。
【０００９】
このダイアフラム４は耐食性や靱性に優れたチタン合金製の金属膜であり、圧力媒体によって与えられる検出すべき圧力が与えられると充分に撓むような厚さ及び構造とされている。実施例においてはダイアフラムとしてほぼ５０対５０のニッケル−チタン合金（以下、Ｎｉ−Ｔｉ合金と記す）を熱処理することでいわゆる形状記憶効果を持たせたものを使用しており、さらに形状記憶効果を示す変態温度を使用温度よりも低く設定された超弾性合金とされている。
【００１０】
このダイアフラム４はその周縁部を本体ケース２と上部支持体５で挟み込むとともに、圧力室２Ｃに対してパッキン６で気密にシールされている。上部支持体５には前記圧力室２Ｃにダイアフラム４を挟んで対向した部分に第１の圧力検出部である駆動室５Ａが設けられ、この駆動室５Ａには圧力を受ける圧力応動板７が配置されている。この圧力応動板７は浅い皿状に絞り成形された金属板であり、常にダイアフラム側に対して凸となる偏倚力を示す様に設定されている。また所定の力以上で湾曲面が押圧されると、湾曲方向を急跳反転する様にされている。
【００１１】
また圧力応動板７の中央を貫通して駆動軸８が配置され、さらにその駆動軸の一端は上部支持体５を貫通して第２の圧力検出部である検出室３Ａに突出している。また駆動軸８の他端はダイアフラム４に接すると共に、圧力応動板７によって保持されるように直径を広げられている。
【００１２】
検出部ケース３には導電端子９Ａ及び９Ｂがインサート成形されており、導電端子９Ａのケース内部先端にはリン青銅などの導電性弾性板１０を介して可動接点１１が固定され、導電端子９Ｂのケース内部先端には固定接点支持体１２を介して固定接点１３が導電的に固定されている。可動接点１１は弾性板１０によって通常は固定接点１３に対して所定の接触圧力で接触しており、図２に示す様に前記駆動軸８によって弾性板１０が撓められることによってその接触を解除する様にされている。
【００１３】
次にこの圧力センサー１の圧力検出動作について説明する。圧力センサー１は接続部２Ｂを例えばタンクや配管部などに接続することで、流体導入部２Ａから検出対象流体が圧力室２Ｃ内に流入し、ダイアフラム４に圧力を伝える様にされている。なお、ここで言う流体とは液体であっても気体であってもよいことは言うまでもない。このように流体の圧力を受けたダイアフラム４は、駆動軸８を介して圧力応動板７とともに、第一の圧力に達するまではほぼ変形しないままに保たれる。この間、駆動軸８もまたほとんど移動せず先端部も弾性板１０に接触しないようにされている。そのため接点間の接触が保たれ導電端子９Ａ−９Ｂ間の電路は維持されている。
【００１４】
検出対象流体の圧力が上昇し第一の圧力を超えると、圧力応動板７は急跳反転してその湾曲方向を変える。そのためほぼ瞬間的にダイアフラム４も駆動軸８を押し出す方向に変位し、駆動軸８の先端は弾性板１０に接触しさらに撓めることによって可動接点１１を固定接点１３から開離させる。そのため導電端子９Ａ−９Ｂ間の電路は遮断される。
【００１５】
圧力センサーからの信号変化を受けて検出対象流体の制御などを行うことで検出対象流体の圧力が低下すると、前記第一の圧力よりも低い第二の圧力になった時点で圧力応動板７が湾曲方向を急跳復帰し、ダイアフラム４を変位させるとともに駆動軸８も弾性板１０から離れるため再び可動接点１１が固定接点１３に接触し電路が回復される。
【００１６】
本発明の圧力センサーにおいては、ダイアフラムとしてＮｉ−Ｔｉ合金を熱処理することでいわゆる形状記憶効果を持たせたものを使用している。実施例では形状記憶効果を示す変態温度を使用温度よりも低く設定することによって通常の金属よりも大きな弾性変形を可能にする超弾性合金とされている。Ｎｉ−Ｔｉ合金を超弾性領域で使用すれば、従来の金属ダイアフラムと比較して大きな歪みを与えても塑性変形することなく大きな変位を得ることができる。
【００１７】
例えば従来の金属においては弾性歪みの領域は大きいものでも０．５％程度しかなく、それ以上大きな変位を得ようとすると、ダイアフラムの変形部の少なくとも一部では歪みが永久歪みとなりダイアフラムが破壊したり耐久性に著しい影響を及ぼすことになる。
【００１８】
これに対して、超弾性合金においては引張り荷重に対する弾性歪みの最大値は少なくとも１％以上、合金の組成によっては１０％近い歪みまでが弾性歪みとなり、応力を取り去ると歪みを除去することができる。さらにＮｉ−Ｔｉ合金は疲労に対する耐性もある。そのためダイアフラムの変位量を従来のものよりも大きくしてもダイアフラム上に発生する歪みは弾性領域内となり、耐久性を落とすことなく接点機構などを駆動するのに充分なストロークを得ることができる。
【００１９】
なお、Ｎｉ−Ｔｉ合金の変態温度を使用温度よりも高い温度に設定した場合には適正な変形範囲で使用した場合に除荷後にも見かけ上の歪みは残るが、これは塑性変形を伴う歪みではないので強度が落ちるわけではない。そのため圧力応動板によって両方向への動作が可能であればダイアフラムとして使用できることは言うまでも無い。なお、上述したＮｉ−Ｔｉ合金とは一般に形状記憶合金や超弾性合金として知られる主成分としてニッケルとチタンからなる合金のことを示すものであり、特性を得るために添加することが知られたＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒなどの金属を付随的に含有する合金を含むものである。
【００２０】
またダイアフラムの素材としては上述したいわゆる形状記憶合金や超弾性合金として知られる種類のＮｉ−Ｔｉ合金に限るものでは無く、引張り荷重に対する弾性歪みの最大値が１％以上と従来の金属素材に比較して弾性が大きい各種のチタン合金を使用することができる。例えば変態温度の記憶処理を施していないＮｉ−Ｔｉ合金であっても弾性歪みの範囲を３〜５％程度まで得ることが可能であり、またＮｉ−Ｔｉ合金以外のチタン合金としては例えば超弾塑性を有するゴムメタル（商標）等を使用することができる。
【００２１】
なお実施例の圧力センサーにおいてはケースに圧力室を有しているものを例に説明したが、例えばセンサー全体を耐圧容器としてその外壁の一部をダイアフラムで構成した形状であってもよく、その他本発明の要旨を変更すること無く各種の変形例が可能なことは言うまでも無い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の圧力センサーによればダイアフラムをチタン合金としたことにより、ダイアフラムの強度や耐食性に優れた圧力センサーを得ることができる。さらにダイアフラムの引張り荷重に対する弾性歪みの最大値を１％以上とすることにより、ダイアフラムは従来の金属ダイヤフラムのものと比較してその大きさに対してより大きな変位をさせることが可能になり、圧力センサーをより小型にすることができる。
【００２３】
さらにダイアフラムのチタン合金としてニッケル−チタン合金を使用することにより、いわゆる超弾性によって大きな弾性歪みを得やすくなる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサーの断面図
【図２】図１の圧力センサーの動作を示す断面図
【符号の説明】
１：圧力センサー
２：本体ケース
３：検出部ケース
３Ａ：検出室（圧力検出部）
４：ダイアフラム
５：上部支持体
５Ａ：駆動室（圧力検出部）
７：圧力応動板
８：駆動軸
９Ａ、９Ｂ：導電端子
１０：導電性弾性板
１１：可動接点
１２：固定接点支持体
１３：固定接点
【図１】
2004077141.tif 000003
【図２】
2004077141.tif 000004