JP3427667B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサに関
し、特に溶融樹脂等の高温・高粘性流体の圧力（静圧）
の測定、エンジンの筒内圧等の高温・高圧の気体の圧力
の測定等に使用できる圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧力センサとしては、図
９，図１０，図１１に示すようなものがあった。

【０００３】図９に示す圧力センサ１００は、受圧部１
０１に作用する圧力を圧力検出部１０２に備えた水晶圧
電素子によって検出するものである。

【０００４】図１０に示す圧力センサ２００は、スリー
ブ２０１内に摺動自在に挿入されたピン２０２によって
受圧部２０３の圧力を伝達して圧力検出部２０４におい
てこれを検出するものである。この圧力センサ２００で
は、ピン２０２の位置決めを板バネ２０５で行ってい
る。

【０００５】図１１に示す圧力センサ３００においても
同様に、ダイアフラム３０１に係合されたピン３０３が
スリーブ３０２内に摺動自在に挿入されており、ピン３
０３の先端の受圧部３０４に作用する圧力を、ピン３０
３によってダイアフラム３０１に伝達し、ダイアフラム
３０１の変形を上面に配設された金属薄膜歪ゲージ３０
５の変形として検出するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧力セ
ンサ１００のように、水晶圧電素子を使用すると加圧放
置ができないという問題があった。

【０００７】また、圧力センサ２００のように、ピン２
０２の位置決めを板バネで行うタイプのものでは、ピン
２０２とスリーブ２０１とのクリアランスが約５μｍあ
り、ピン２０２・スリーブ２０１間のシール性がないの
で、特に低粘性流体については正確な圧力測定が望めな
いという問題があった。

【０００８】また、圧力センサ３００では、ピン３０３
の先端部に装着されたＯリング３０６でピンの位置決め
を行っているので、ピン３０３・スリーブ３０２間のシ
ール性は高いが、Ｏリングの変形によるピン３０３・ス
リーブ３０２間の摺動抵抗及びピン３０３の変形による
ピン３０３・スリーブ３０２間の摺動抵抗のために出力
に図１２に示すようなヒステリシスが生じるという問題
があった。

【０００９】さらに、圧力センサ２００，３００では、
高圧になるにつれ座屈しやすくなる可能性があり、圧力
検出部２０４，ダイアフラム３０１を頑強な構造とする
必要も生じる。

【００１０】本発明は上記従来技術の課題を解決するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
簡略化された構造を有するとともに高精度の圧力センサ
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、筒体と該筒体内周に摺動自在に挿入
された軸体とを有し、該軸体は一端に検出対象に接触す
る受圧部を備えており、該受圧部に作用する検出対象の
圧力を前記軸体の他端に設けられた圧力検出部に伝達し
て検出する圧力センサにおいて、前記軸体の受圧部を前
記筒体と接合したことを特徴とする。

【００１２】軸体の受圧部と筒体は、例えば、溶接によ
って接合してもよいし、他の部材に軸体と筒体とを接合
するようにしてもよい。

【００１３】このように、軸体の受圧部と筒体とを接合
すれば、両者を位置決めするための部品が不要となるの
で、圧力センサの構造が簡略化される。従来使用されて
いた位置決めのためのＯリングを使用する必要がないの
で、筒体と軸体との間の摺動抵抗が減少する。

【００１４】軸体と筒体との隙間が接合によって密封さ
れれば、流体がセンサ内に侵入することもないので、低
粘性流体を検出対象とすることも可能である。

【００１５】また、軸体の受圧部と筒体とを接合する
と、軸体の変形量が筒体と軸体の剛性に依存するので、
筒体の剛性を高めておけば高圧下でも軸体の座屈の可能
性が減少し、軸体と筒体との摺動抵抗も減少する。

【００１６】このような圧力センサでは、軸体と筒体と
の摺動抵抗が大きいと加圧時と減圧時とで計測値に差が
生じるが、軸体と筒体との摺動抵抗が減少すれば、かか
る計測値のヒステリシスを低減することができ、高精度
の圧力測定が可能である。

【００１７】軸体の受圧部と筒体とを接合すれば、軸体
が座屈しにくくなるので、圧力検出部を頑強に作る必要
がなくなる。

【００１８】第２の発明は、第１の発明において、前記
筒体の剛性を変化させるための剛性調整手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１９】このようにすれば、筒体の剛性に依存する
軸体の変形量を剛性調整手段によって変化させることが
できるので、剛性調整手段によって圧力センサの最大測
定圧を変化させることができる。

【００２０】剛性調整手段によって筒体の剛性を低下さ
せておくと、圧力負荷時に筒体が撓み易くなるので、相
対的に軸体自体は撓みにくくなる。従って、高圧が作用
した場合でも、受圧部に作用する圧力が効果的に圧力検
出部に伝達されるので、高精度の圧力測定が可能とな
る。

【００２１】第３の発明は、第１又は第２の発明におい
て、前記圧力検出部が、前記軸体の他端と係合し、前記
検出対象の圧力に応じて変形する金属製の膜状部材を備
えたことを特徴とする。

【００２２】このように、圧力検出部に金属製の膜状部
材を使用すれば、受圧部に圧力負荷が作用した状態で放
置しても、金属製の膜状部材の変形が保持されることに
より歪ゲージがその時点の状態のままなので圧力センサ
の出力に変動を生じることがない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。

【００２４】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態に係る圧力センサ１の概略構造を示す。

【００２５】圧力センサ１においては、一方の端部に径
方向に突出するフランジ３を有する筒体としてのスリー
ブ２の孔２ａに略円柱状の軸体としてのピン４が挿入さ
れている。スリーブ２のフランジ３の端面に孔２ａを取
り囲む突出部５が形成されており、この突出部５に膜状
部材として断面略コの字形の金属製のダイアフラム６が
嵌合している。ダイアフラム６の開口側のフランジ７の
端面７ａとスリーブ２のフランジ３の端面２ｂが溶接に
よって固定されている。

【００２６】ダイアフラム６の膜状の頭部８の下面には
突出部８ａが形成されており、この突出部８ａとピン４
の端部に形成された凹部４ａとが嵌合するようになって
いる。ダイアフラム６の頭部８の上面には金属薄膜歪ゲ
ージ９が配設されている。ダイアフラム６の頭部８の上
面からは歪ゲージ９の出力信号を直接又は所定の処理を
行った後にセンサ１本体外へ取り出すための出力ケーブ
ル１０が引き出されており、この出力ケーブル１０は軸
方向に延びる棒状のケーブル固定部１１に固定支持され
ている。本実施形態では、ダイアフラム６及び歪ゲージ
９が圧力検出部を構成する。

【００２７】ケーブル固定部１１のダイアフラム側端部
の外周には、出力ケーブル１０引き出し用の孔１２ａを
底面に設けた有底円筒形状の保護カバー１２が接合され
ている。保護カバー１２の底面に設けられた段部１２ｂ
にダイアフラム６の頭部８が嵌合するようになってお
り、保護カバー１２の筒部１２ｃはダイアフラム６の頭
部８の外周を覆っている。保護カバー１２のダイアフラ
ム６とは反対側の端面にはケーブル固定部１１を収納す
る有底円筒形のケーブル収納部１３が接合されており、
ケーブル収納部１３の底部の孔１３ａからケーブル固定
部１１の端部が若干露出している。

【００２８】圧力センサ１は、図２に示すように、金型
１４に設けられた段付きの貫通孔１５に、受圧部１６が
金型１４内部に臨むように取り付ける。金型１４への取
り付けには、ケーブル収納部１３，保護カバー１２及び
ダイアフラム６の外周を覆う中空の取り付け用ネジ１７
を用いる。貫通孔１５内周面にネジ溝を切ったネジ部１
５ａが設けられ、締付部１７ａを締め付けて取り付け用
ネジ１７の外周のネジ部１７ｂと貫通孔１５内周面のネ
ジ部１５ａとを螺合させて取り付ける。取り付が完了す
ると、取り付け用ネジ１７の端部１７ｃと貫通孔１５の
段部１５ｂとの間でダイアフラム６のフランジ７及びス
リーブ２のフランジ３が挟持されて固定される。

【００２９】圧力センサ１は、受圧部１６に作用する金
型１４内の溶融樹脂の圧力をピン４によってダイアフラ
ム６に伝達し、ダイアフラム６の変形を歪ゲージ９の出
力変化として検出している。

【００３０】本実施形態では、受圧部１６側でピン４と
スリーブ２とが溶接され、溶接部１８によって接合され
ている。溶接は軸方向に行ってもよいし軸に直交する方
向であってもよい。このように、ピン４とスリーブ２と
を溶接によって固定すれば、両者を位置決めするための
部品も不要となり構造が簡略化される。

【００３１】また、ピン４・スリーブ２間が密封される
ので、低粘性流体の圧力検出も可能となる。

【００３２】さらに、ピン４にＯリングを装着する必要
がないので、ピン４とスリーブ２との摺動抵抗が減少す
る。

【００３３】このようにピン４とスリーブ２とを接合す
ると、ピン４の変形量はスリーブ２とピン４剛性に依存
するので、スリーブ２の剛性を高めておけば高圧下でも
ピン４の座屈の可能性は減少し、ピン４とスリーブ２と
の摺動抵抗も減少する。従って、図３に示すように圧力
センサ１の出力のヒステリシスが減少し、高精度の圧力
測定が可能となる。測定圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ² フ
ルスケールに対する最大差発生時（５００ｋｇｆ／ｃｍ
² ）における減圧時と加圧時の出力差を従来例に係る圧
力センサ３００と比較してみると、圧力センサ３００で
は３４ｋｇｆ／ｃｍ² であるのに対して本実施形態に係
る圧力センサ１では１６ｋｇｆ／ｃｍ²となっており、
ヒステリシスの減少が認められた。

【００３４】ピン４とスリーブ２とを接合することによ
りピン４が座屈しにくくなるので、圧力検出部を頑強に
作る必要もなくなる。

【００３５】また、ピン４の変形量がスリーブ２の剛性
に依存するので、スリーブ２の剛性を変えることによっ
て、センサ１の最大測定圧を変化させることもできる。
本実施形態では、剛性調整手段としてスリーブ２の筒部
１９に径方向に薄肉とした薄肉部２０を設けてスリーブ
２の剛性を下げている。

【００３６】圧力センサ１に圧力が作用したときのスリ
ーブ２，ピン４及びダイアフラム６の変形状態を図４に
示す。破線部分が圧力負荷前，実線部分が圧力負荷時の
変形状態である。圧力負荷時には、剛性の低下したスリ
ーブ２が撓むので、ピン４自体は撓みにくくなる。従っ
て、高圧が作用した場合でも、受圧面の圧力がピン４に
より効果的にダイアフラム６へと伝達され、高精度の圧
力測定が可能となる。

【００３７】本実施形態では、圧力検出に金属製ダイア
フラムを使用しているので、受圧部に圧力負荷が作用し
た状態で放置しても出力の変動がない。

【００３８】スリーブ２の剛性を変えるには、図５に示
すようにスリーブ２の筒部１９に軸方向のスリット２１
を設けても良い。また、スリットは、軸方向のものに限
られず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、軸に直交す
る方向のスリット２２を孔２ａの両側に設け、このスリ
ット２２を軸方向に互いに軸の回りに９０°ずつずらし
て交互に設けるようにしてもよい。

【００３９】また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、
スリーブ２の先端部２３外周に軸方向に延びるリブ２４
を周方向に配設すれば、圧力センサ１を金型１４に取り
付ける際の位置決めが確実となる。

【００４０】なお、本実施形態では、ダイアフラム６の
頭部８の下面に突出部８ａを設けてピン４先端の凹部４
ａと嵌合させて力を伝達しているが、両者の係合部の形
状はこのようなものに限られず、ダイアフラム６の頭部
８の下面を平坦面としてピン４の先端を半球形としても
よい。また、両者を平坦面としてもよい。

【００４１】（第２の実施形態）図８に本発明の第２の
実施形態に係る圧力センサのスリーブ２及びピン４の受
圧部２５側の端部を示す。スリーブ２及びピン４以外の
構成は第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。

【００４２】本実施形態では、スリーブ２とピン４の受
圧部２５側の端面２ｂ，４ｂにＳＵＳ等からなる板状部
材２７をレーザ溶接等によって接合している。このよう
にピン４とスリーブ２を板状部材２７を介して接合すれ
ば、両者を位置決めするための部品も不要となり構造が
簡略化される。

【００４３】また、ピン４・スリーブ２間が密封される
ので、低粘性流体の圧力検出も可能となる。

【００４４】さらに、ピン４にＯリングを装着する必要
がないので、出力のヒステリシスが減少し、高精度の圧
力測定が可能となる。

【００４５】このようにピン４とスリーブ２と板状部材
２７を介して接合すると、ピン４の変形量はスリーブ２
とピン４剛性に依存するので、スリーブ２の剛性を高め
ておけば高圧下でもピン４の座屈の可能性は減少し、ピ
ン４とスリーブ２との摺動抵抗も減少する。従って、圧
力センサの出力のヒステリシスが減少し、高精度の圧力
測定が可能となる。

【００４６】ピン４とスリーブ２とを接合することによ
りピン４が座屈しにくくなるので、圧力検出部を頑強に
作る必要もなくなる。

【００４７】ピン４の変形量がスリーブ２の剛性に依存
するので、スリーブ２の剛性を変えることによって、セ
ンサの最大測定圧を変化させることもできる。

【００４８】また、ピン４の変形量は、板状部材２７の
厚さにも依存する。従って、所望の最大測定圧に応じて
図８（ａ）のように肉厚のものであってもよいし、図８
（ｂ）に示すように薄肉のものであってもよい。

【００４９】第１及び第２の実施形態では、金型内の溶
融樹脂の圧力を測定する場合について説明したが、本発
明に係る圧力センサはこのような用途に限定されるもの
ではない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、軸体と筒体を位置決めするための部品が不要となる
ので、圧力センサの構造が簡略化される。従来使用され
ていた位置決めのためのＯリングを使用する必要がない
ので、筒体と軸体との間の摺動抵抗が減少する。

【００５１】軸体と筒体との隙間が接合によって密封さ
れれば、流体がセンサ内に侵入することもないので、低
粘性流体を検出対象とすることも可能である。

【００５２】また、第１の発明によれば、軸体の変形量
が筒体と軸体の剛性に依存するので、筒体の剛性を高め
ておけば高圧下でも軸体の座屈の可能性が減少し、軸体
と筒体との摺動抵抗も減少する。従って、計測値のヒス
テリシスを低減することができ、高精度の圧力測定が可
能である。

【００５３】さらに、第１の発明によれば、軸体が座屈
しにくくなるので、圧力検出部を頑強に作る必要がなく
なる。

【００５４】第２の発明によれば、筒体の剛性に依存す
る軸体の変形量を剛性調整手段によって変化させること
ができるので、剛性調整手段によって圧力センサの最大
測定圧を変化させることができる。

【００５５】また、剛性調整手段によって筒体の剛性を
低下させておくと、圧力負荷時に筒体が撓むので、軸体
自体は撓みにくくなる。従って、高圧が作用した場合で
も、受圧部に作用する圧力が効果的に圧力検出部に伝達
されるので、高精度の圧力測定が可能となる。

【００５６】第３の発明によれば、受圧部に圧力負荷が
作用した状態で放置しても圧力センサの出力に変動を生
じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る圧力セン
サの概略構造を示す断面図である。

【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る圧力セン
サの取付状態を示す部分断面図である。

【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る圧力セン
サの圧力と出力との関係を示すグラフである。

【図４】図４は本発明の第１の実施形態に係る圧力セン
サのスリーブ，ピン及びダイアフラムの圧力負荷時の変
形状態を示す図である。

【図５】図５は本発明の第１の実施形態の変形例に係る
圧力センサのスリーブ端部を示す図である。

【図６】図６（ａ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ断面図であ
り、図６（ｂ）は本発明の第１の実施形態の他の変形例
に係る圧力センサのスリーブ端部を示す図である。

【図７】図７（ａ）は本発明の第１の実施形態の他の変
形例に係る圧力センサのスリーブを先端側からみた図で
あり、図７（ｂ）は本発明の第１の実施形態の他の変形
例に係る圧力センサのスリーブ端部を軸に直交する方向
からみた図である。

【図８】図８（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施形態
に係る圧力センサのスリーブ端部を示す図でる。

【図９】図９は従来の圧力センサを示す断面図である。

【図１０】図１０は従来の他の圧力センサを示す断面図
である。

【図１１】図１１は従来の他の圧力センサを示す断面図
である。

【図１２】図１２は従来の他の圧力センサの圧力と出力
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１，１００，２００，３００ 圧力センサ ２，２０１，３０２ スリーブ ４，２０２，３０３ ピン ６，３０１ ダイアフラム ９ 歪ゲージ １０ 出力ケーブル １４ 金型 １７ 取り付け用ネジ ２１，２２ スリット ２４ リブ ２７ 板状部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒体と該筒体内周に摺動自在に挿入された
   軸体とを有し、 該軸体は一端に検出対象に接触する受圧部を備えてお
   り、 該受圧部に作用する検出対象の圧力を前記軸体の他端に
   設けられた圧力検出部に伝達して検出する圧力センサに
   おいて、 前記軸体の受圧部を前記筒体と接合すると共に、 前記筒体に、前記筒体の剛性を変化させるための、前記
   筒体自体の一部の厚みを径方向に薄肉とした剛性調整手
   段を備えたことを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】前記圧力検出部が、前記軸体の他端と係合
   し、前記検出対象の圧力に応じて変形する金属製の膜状
   部材を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧力セン
   サ。