(57)【要約】【課題】取付における応力を分散・緩和することにより、取付応力に対する許容範囲を広げる。【解決手段】圧力センサー１のハウジングを構成する基板３にダイアフラムを覆う保護板７を補強材として固着するものにおいて、基板３に対して保護板７はその周縁部に沿って円弧状に溶接された複数の溶接部７Ｄで固着されている。圧力センサー１を測定対象機器に固定する際に固定孔３Ｃにかかる取付応力は溶接部７Ｄを分割したことにより一点に集中することなく分散・緩和される。そのため従来よりも固定力が強い場合にもダイアフラムのひずみの発生を抑えることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に検出部を収納配置し開口部が設けられたハウジングを有し、
このハウジングの開口部にはこれを塞ぐようにダイアフラムが気密に固定されており、
このダイアフラムの動きに連動して前記検出部が出力状態を変動する圧力センサーであり、
ダイアフラムの受圧面にはダイアフラムを覆うようにして保護板が配置されるとともにダイアフラムと保護板との間に受圧室を形成し、
この受圧室には流体が出入りするための流通孔が設けられており、
前記保護板はその周縁部に沿って線状にハウジングに固着されており、
その固着位置が複数箇所に分断されていることを特徴とする圧力センサー。
【請求項２】
ハウジングには検出対象機器への取付用固定部が設けられており、
保護板とハウジングとの固着位置がこの取付用固定部近傍で途切れてい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】
保護板は円形とされ、
この保護板はハウジングに対してその外周を線状に溶接固着され、
その溶接部が複数の円弧とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型で特に流体の微小な差圧を検出するのに好適な圧力センサーを提唱するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から検出部に圧力変動を伝達する手段としてダイアフラムを使用してその変位を検出する圧力センサーがある。例えばその例として検出部にスイッチ機構を有した圧力スイッチがあり、実開昭６３−１０２１４０号公報や実開昭６４−４１９４３号公報などに示されている。この圧力スイッチはスイッチの金属製基板に対して金属ダイアフラムとそれを覆う保護板を配置し、それぞれの端面を合わせた状態でレーザーによる突合せ溶接などで固定している。この圧力スイッチはダイアフラムと保護板との平面形状を合わせるとともに、基板とあわせた３つの部品をその全周に亘って一度に溶接することで、これらの部品の保持固定とダイアフラム周縁部の気密固定とを同時に行うことができる。しかしこのように３つの部品を一度に溶接する場合、ダイアフラムが薄い金属箔であることやそれぞれの部品の材質による熱容量の違いなどから溶接条件をあわせることが難しい。そこで本出願人はダイアフラムと保護板をそれぞれ基板に対して別々に溶接固定する圧力スイッチを提案した。
【０００３】
この圧力スイッチの一例について縦断面図を示す図４と平面図を示す図５、及び取付状態の断面図を示す図６を参照して説明する。圧力スイッチ１０１は流体圧力をダイアフラムによって受けると共にこのダイアフラムによって流体を密閉し、前記圧力よって変位するダイアフラムの動きを検出部であるスイッチ機構に伝えて信号状態を変化させるものである。
【０００４】
圧力スイッチ１０１はケース１０２と基板１０３からなるハウジングを有している。このハウジングの基板１０３は金属板に貫通孔１０３Ａを設けたものであり、この貫通穴１０３Ａがハウジングの受圧側開口部となっている。この貫通穴１０３Ａをふさぐようにして金属製のダイアフラム１０４がレーザー溶接などにより貫通孔の周縁部に気密に固定されている。さらに基板１０３にはダイアフラム１０４の表面を覆うように保護板１０５が配置され、この保護板１０５には流通孔１０５Ａが穿たれ、ダイアフラム１０４と保護板１０５との間に形成された受圧室１０５Ｂにこの流通孔１０５Ａを通して測定流体が出入り可能にされている。
【０００５】
ダイアフラム１０４の受圧室１０５Ｂと逆の面にはアクチュエータピン１０６が保持体１０７を貫通して配置されている。アクチュエータピン１０６はダイアフラム１０４によって駆動されるものであり、その図示上端部はスイッチを構成する導電性の弾性可動片１０８に当接する。この可動片１０８の先端には可動接点１０９が固定され、対向して配置された固定接点１１０と接離可能にされており、それぞれの接点は導電体を介して端子１１１Ａ及び１１１Ｂに接続されている。
【０００６】
この圧力スイッチ１０１は図６に示すように検出対象機器２０１の容器２０１Ａに設けられた取付用開口部２０１Ｂに対してボルト２０２などを使用して固定される。容器２０１Ａと圧力スイッチの基板１０３との間にはコルクパッキン２０３が配置されることにより、取付用開口部２０１Ｂは気密に封止される。この検出対象機器の容器２０１Ａ内部側、つまり基板１０３の受圧室側に検出対象の圧力をかけることにより、ダイアフラム１０４がその圧力に応答して動作するとともにアクチュエータピン１０６を駆動しスイッチを開閉駆動する。
【０００７】
この圧力スイッチ１０１においては、ダイアフラム１０４を覆う保護板１０５を例えば図５の底面図に示すように数箇所の溶接点１０５Ｃでスポット溶接している。スポット溶接を採用することでダイアフラムの固定作業で行われるレーザー溶接機よりも安価な溶接装置を使用できるとともに溶接作業を容易にすることができるという利点がある。
【０００８】
これらの圧力スイッチに使用されるダイアフラムは薄い金属箔からなり、微小圧力を検出する場合には特に薄くすることになる。そのため僅かなひずみがダイアフラムの動作に影響を及ぼし、圧力スイッチとしての動作特性を変化させ所定の性能が発揮されないことがある。そのため製造時においてはダイアフラムにこのようなひずみを発生しないようにすることはもちろんであるが、それでもなお従来の圧力スイッチにおいては検出対象機器に完成品を取付ける際にダイアフラムにひずみを発生してしまう場合がある。例えば取付けの際のボルトの締め付けによりダイアフラムにひずみが発生し、動作圧力が変化したり動作不能になってしまうなどの問題がある。
【０００９】
これは圧力スイッチが検出対象機器の開口部に取付けられる際に、その基板の一方の面をパッキンに押し付けられるようにして気密を保つようにされているためであり、特に取付け用のボルトの締め付けが強すぎた場合にボルト周辺に局所的な力が集中するために基板に曲げを発生させてしまうことによる。また封止部にコルクパッキンなどの面状の封止材を使用する場合には力をかけた分だけ封止材が変形していくので、締め付け量による管理も難しい。しかしその一方でボルトの締め付けが弱すぎる場合には取付け面での気密不良が発生する可能性があるので、ボルトの締付けトルクを精度よく管理する必要がある。このような取付けによる基板の曲げやゆがみを減らす方法としては、パッキンに対して均一な力が働くように基板の厚みを充分に増やし剛性を上げることやボルトなどによる固定位置を増やすなどの方法が考えられる。しかしどちらの場合にも圧力スイッチが大型化してしまうという問題があり、固定箇所を増やすことは工程数の増加や管理作業の煩雑化につながる。
【００１０】
また保護板を先に述べた従来例のように円形にしてその周縁部を全周にわたってレーザー溶接などで基板に溶接することにより基板の剛性を高めることはできるが、基板全体の剛性が上がるものではないので保護板の外側で基板に僅かな曲げが発生する。この場合、基板の曲げによる応力が前記保護板の溶接部分の中でもボルトに近い一点に集中的に加わるので、ボルトを適正値を超えて強く締め付けたとき等には応力が集中した部分で保護板の溶接部分やダイアフラムの固定部にもひずみが発生することがある。そのためやはりトルク管理を行わないと基板に発生する曲げの影響で発生するダイアフラムのひずみを抑えることはできなかった。さらに複数のボルトなどで締め付けを行う際には応力の偏りによる基板のゆがみが発生しないようにそれぞれのボルトの締め付けトルクのバランスや締め付けを行う順番等にも気を配る必要がある。このように従来は圧力スイッチの取付において高い精度での作業管理が必要とされている。
【００１１】
【特許文献１】実開昭６３−１０２１４０号公報
【特許文献２】実開昭６４−４１９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明により解決しようとする課題は、従来の圧力センサーが取付け作業時に高い精度での取付け応力の管理や複雑な作業工程を必要とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の圧力センサーは、ダイアフラムの受圧面にはダイアフラムを覆うようにして保護板が配置されるとともにこの保護板はその周縁部に沿って線状にハウジングに固着されており、その固着位置が複数箇所に分断されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
保護板とハウジングとの溶接位置を線状に設けることでハウジングの剛性を高めることができるとともにその溶接位置を部分的に分断して応力を分散する構造とすることで、保護対象機器への取付けにおける応力がダイアフラム固定部まで伝わりにくくしてダイアフラムのひずみの発生を抑えることができる。そのため従来と比べて取付けボルトの締め付けトルクの管理など応力管理が容易になり、取付作業をより簡単にすることができる。
【００１５】
またこの固着位置を対象機器への取付位置近傍で分断しておくことにより、圧力センサーを検出対象機器に取付ける際の応力をより効果的に分散することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
圧力センサーの取付時にかかる応力に対して保護板によってハウジングの剛性を上げると同時に取付けによる応力を分散・緩和してダイアフラムにひずみが発生しにくい構造としたことで、取付けによってかかる力に対する許容範囲を広げることを可能にした。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例について説明する。図１は本発明の圧力センサーの縦断面図を示すものであり、図２には受圧面側から見た底面図を、さらに図３には図１の断面図における部分拡大図を示す。この圧力センサー１は電気絶縁性のケース２と金属製の基板３からなるハウジング４を有している。このハウジング４の開口部となる基板３の貫通孔３Ａの周縁部にはプレス加工により厚みを落としたダイアフラム取付部３Ｂが設けられており、このダイアフラム取付部３Ｂに金属製のダイアフラム５がリング状のあて板６とともに周囲を密着されて気密に溶接固定されている。さらにこのダイアフラムを覆うようにして金属製の保護板７が配置されている。基板３の一方の面には貫通孔３Ａを囲むようにケース収納部８が固定されている。このケース収納部８に前記ケース２が収納固定されハウジング４を構成する。また基板３にはその周縁部に対象機器への取付用固定部である複数の取付穴３Ｃが設けられており、ボルトなどによって対象機器のセンサー用開口部に取付けられる。
【００１８】
このダイアフラム５はその周囲を基板３のダイアフラム取付部３Ｂとあて板６とで挟まれレーザー溶接により一体且つ気密に固定される。ダイアフラム５は浅い皿状に絞り成形されており、検出すべき圧力によって膨出方向を反転可能にされている。保護板７には流通孔７Ａが穿たれており、ダイアフラム５と保護板７との間に構成された受圧室７Ｂに測定流体が出入りできるようにされている。この保護板７は圧力センサー１の取扱い時などにおいてダイアフラム５に直接触れることを防止するための金属板であり、また中央部分７Ｃをダイアフラム側に膨出しておくことでダイアフラムが保護板側に過大に移動することを防止している。
【００１９】
ダイアフラム５の受圧室と逆の面にはダイアフラム５によって駆動される電気絶縁性のアクチュエータピン９が保持体１０を貫通して配置されている。合成樹脂などの電気絶縁物で構成された保持体１０上には検出部であるスイッチ機構として可動接点１１を有する導電性の弾性可動片１２と固定接点１３が配置されている。可動片１２は弾性を有する金属片であり無負荷時には可動接点１１を所定の圧力で固定接点１３に当接するように偏倚力が与えられている。前記アクチュエータピン９の先端は可動片１２に接触可能にされており、ダイアフラム５により駆動されたアクチュエータピン９によって可動片１２が駆動されることで可動接点１１−固定接点１３間が開閉される。それぞれの接点は導電体を介して端子１４Ａ及び１４Ｂに接続されている。
【００２０】
この圧力センサー１は受圧室７Ｂを圧力測定対象に接続することにより、受圧室側と検出部側との圧力差に応答するダイアフラム５が変位してスイッチを開閉駆動する。またダイアフラム５はスナップアクションを伴って反転する様に設定されることにより、可動片の駆動は急峻に行われ接点の開閉動作を確実に行うことができる。なお、スナップアクション機能を検出部であるスイッチ機構の側に持たせた場合にはダイアフラムによるスナップアクションは必ずしも必要ではなく、また検出部にアナログ信号を出力する荷重センサーなどを使用する場合にはスナップアクション機能自体も必須ではないことは言うまでもない。
【００２１】
この圧力センサー１においては基板３の貫通孔３Ａの周縁部に設けられたダイアフラム取付部３Ｂに金属製のダイアフラム５がリング状のあて板６とともに周囲を密着されて気密に溶接固定されており、さらにこのダイアフラム取付部３Ｂの窪みに形状を合わせた金属製の保護板７が配置固定されている。この保護板７は図３の部分拡大図において溶接部７Ｄとして示すようにその周縁部をレーザー溶接などの方法で基板３に対して溶接されている。このように基板３に対する固定作業において、厚く熱容量の大きい保護板７の溶接を、薄く熱容量の小さいダイアフラムの溶接と別に行うことによって、それぞれの作業における溶接条件を決めやすくなり作業が容易になる。またこうすることでダイアフラム溶接時に加える熱量を最小限とすることができ、熱によるダイアフラムのひずみの発生を抑えることができる。
【００２２】
さらに保護板７の溶接部７Ｄは図２の底面図に示すように円形の保護板の周縁部に沿って複数の円弧として線状に溶接されている。また圧力センサーの対象機器への取付用固定部である取付穴３Ｃの近辺に保護板７と基板３との非溶接部を設けることで、溶接部７Ｄは途切れて複数の円弧とされている。従来のものにおいてはこのような非溶接部を設けることなく、保護板に補強材としての機能を持たせる場合には周縁部を全周にわたって溶接されていた。特に基板とダイアフラムと保護板とを同時に溶接するものにおいては気密を得るためにも周縁部を全周にわたって溶接することを必要としていた。
【００２３】
しかし従来例のように保護板を全周にわたって溶接すると保護板を溶接した範囲における基板の強度は上がるものの、前述したように取付力の許容範囲はあまり広くはならない。これは保護板による基板の補強では基板全体の剛性が上がるものではないので圧力センサーの取付けによって保護板より外側において基板に僅かな曲げが発生し、この曲げによる応力が前記保護板の溶接部分の中でもボルトに近い部分に集中的に加わるためだと考えられる。そのため特に取付ボルトを適性トルクを超えて強く締めた場合などには基板の曲げの影響が保護板との溶接部及びダイアフラム固定部にまで達し、ダイアフラムにその動作に影響を及ぼすようなひずみが発生することがあった。また開口部の気密を得るためには取付力をあまり低くすることもできないので適性トルク範囲は狭くなり、精度の高いトルク管理が必要となる。
【００２４】
そこで溶接位置などについて解析と実験を行ったところ、保護板等を基板の補強材として使用する場合には、応力を受ける位置を複数に分割して一箇所あたりにかかる応力を分散・低減させることでダイアフラムのひずみの発生を抑えられることが判った。そこで本発明の圧力センサーにおいてはハウジングの剛性を高めるために基板に対して保護板をその周縁部に沿って線状に固着するとともに、応力が過大に集中することを避けるためにその固着位置を複数箇所に分断している。また本実施例においては取付用固定部である取付穴３Ｃの近辺を非溶接部として溶接部を分割することで、対象機器への取付時に取付孔の至近部に集中する応力を複数の溶接部に対して分散することができる。また溶接部７Ｄは円形の保護板７の周縁に沿って円弧状にされることで溶接部の応力を二次元的に受けてより高い剛性を得ることができる。
【００２５】
圧力センサー１を検出対象機器に取付る際には、取付用ボルトで押さえられた基板３は取付孔３Ｃ近辺で僅かに変形する。しかし取付孔の至近部を保護板で固定しないことによって基板上で応力が分散・緩和されるとともに、溶接部７Ｄにかかる応力は複数の端部に分散されるので溶接部上の一点に対して応力が過大に集中することはなく、溶接部やダイアフラム固定部でのゆがみの発生は低減される。さらに保護板と基板とが線状に溶接固着されていることによってダイアフラム固定部は充分に剛性を高くされているので、適正な取付力をかけられたものはもちろん従来よりも強い力で取付けられた場合にも取付孔３Ｃ近辺で発生した僅かなゆがみはダイアフラムに影響を及ぼすことはない。そのため従来のものよりも締め付けトルク等の取付応力についての許容範囲を広げることができ、作業管理が容易になる。
【００２６】
なお本実施例の圧力センサーにおいては圧力検出のためのセンサー部にスイッチ機構を設けたものを例に説明したがその形式はこれに限るものではなく、ダイアフラムの動作を利用して信号変化させるセンサーであれば例えば光学センサーやひずみセンサーなど各種のセンサーを使用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば圧力センサーのハウジングの剛性を上げるとともに規定の取付力を多少超えても応力を分散できるような構造としたことにより、検出対象機器に対して圧力センサーを取付ける際に例えば取付用のボルトなどの締め付けトルクの許容範囲を広くできる。そのため従来のような精密なトルク管理をしなくてもダイアフラムの変形やひずみが発生しにくくなり、圧力センサーの取付作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の圧力センサーの一実施例を示す縦断面図
【図２】図１の圧力センサーの底面図
【図３】図１の圧力センサーの部分拡大断面図
【図４】従来の圧力センサーの一例を示す縦断面図
【図５】図４の圧力センサーの底面図
【図６】図４の圧力センサーの取付状態を示す断面図
【符号の説明】
【００２９】
１：圧力センサー
２：ケース
３：基板
３Ａ：貫通孔
３Ｂ：ダイアフラム取付部
４：ハウジング
５：ダイアフラム
６：あて板
７：保護板
７Ａ：流通孔
７Ｂ：受圧室
７Ｄ：溶接部
９：アクチュエータピン
１１：可動接点
１２：弾性可動片
１３：固定接点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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