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    公开号:WO1980000037A1
    申请号:PCT/JP1979/000144
    申请日:1979-06-07
    公开日:1980-01-10
    发明作者:K Hayashi；O Terashima；T Ichinomiya
    申请人:Matsushita Electric Works Ltd；K Hayashi；O Terashima；T Ichinomiya；
    IPC主号:G01L9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称 圧 力 変 換 器
    [0003] 技術分野
    [0004] この発明は、 空気圧を電気信号に変換するための圧力 変換器に関 し、 更に詳 し く は、 ベ ロ ー ズの一端側を空気 取入部 と し且つ固定 し、 他端側を閉塞 し、 且つ差動 ト ラ ン ス の プ ラ ン ジ ャ ーに連結する こ と に よ っ て、 空気圧に 応 じて プラ ン ジ ャ 一を移動させ、 'その変位量を電気信号 に変換する形式の圧力変換器に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] この種の圧力変換器の一般的な構造は、 ベ ロ ー ズの一 端側を固定端と して空気取入部を設け、 他方端を自由端 と して差動 ト ラ ン ス の プ ラ ン ジ ャ 一に連結 して る も の であるが、 これを特殊な用途、 例えば、 血圧測定器の血 圧検知素子と して使用する場合な どにお ての特殊な使 用条件、 例えば、 携帯に適する よ う な小型化への要求、 圧力変換器と接続される カ フ帯に空気が残留 したま ^折 畳まれた状態で誤 っ て足で踏んで しま う 等の充分に予測 でき る可能性を も つ過負荷に対する堅牢さへの要求、 更 には、 血圧測定器用の圧力変換器と して使用するために 特に要求される空気圧の変化に対する出力変位の直線的 変化が得 られぬ も ので、 その一般的な構造の も のを 、 血 圧測定器用の圧力変換器の よ う に小型、 堅牢、 出力特性 の直線性を要する素子と して採用する こ とはでき なか つ た。 これ らの理由は、 主にぺ ロ ー ズの構造に起因する も
    [0007] 0'r*:PI ,、" 4^> のであ っ て、 即ち、 従来の圧力変換器に使用されるべ 口 ーズは、 同， 0円状の頂部及び底部を も ち、 放射方向に向 つて連続 した波形を も つダィ ャ フ ラ ム板を 2 枚合わせて 周緣を固着 し、 内部に空洞を形成して構成されるのが一 般的であ っ て、 これ らにあ つ ては、 前記の波形の振巾は 全域に亘 つ て一様であるため、 応力が外周緣固着部に近 い波の頂部付近に集中するために、 ベ ロ ズを許容応力 内で使用 しょ う とす'る場合には加圧力や出力変位が小さ く 、 ま た出力変位が直線的に変化 しないと云 う 問題点を も つ も のであ つた。
    [0008] ま た、 これ らの理由の他の一つは、 ベロ ー ズカ 1 個の み使用されている点に起 Sする もので、 即ち、 単一のベ ロ ーズを用いて、 充分 ¾加圧力、 出力変位を確保するの にべ口 ー ズの直径を充分に と る必要があ ！） 、 軸方向に長 く 、 怪の小さな差動 ト ラ ンス と同軸に配列 した場合、 ベ ロ -ズが径方向について嵩ば ？ 、 圧力変換器が携帯に適 する よ う 小型化 し得るい も のであ つ た。
    [0009] 発明の開示
    [0010] そこで、 この発明の主な 目的は、 小型且つ堅牢に して 特に、 血圧測定器用の圧力変換器と して最適 ¾圧力変換 器を提供する と ころにあ る
    [0011] そして、 この発明の他の 目的は、 空気圧の変化に対す る出力変位の直線的変位が得 られ、 しか して血圧測定器 用の圧力変換器と して最適な圧力変換器を提供する と こ ろにあ る。
    [0012] ΟΛΊΡΙ この発明に よ るな らば、 ベ 口 ズを複数個用意 して、 これ らを軸方向に相互に連続させて結合する こ と に よ ！)， 前述の目的を達成 して る も のであ る。 ま た、 更に好ま し く は同心円状の頂部及び底部を も ち、 放射方向に'向 つ て連続 した波形を も つ ダイ ヤ フ ラ ム板を 2 枚合わせてそ れ らの周緣を固看 して、 且つ、 前記の波形の振巾は、 周 緣に向 つて順次大き く する こ とに よ 、 前述の 目的を達 成 して ^る も ので る。
    [0013] これよ ]) 、 添付図面を参照 しなが ら この発明の圧力変 換器を更に説明する
    [0014] 図面はこの発明の圧力変換器の実施例を示 し、 第 1 図 は、 その側断面図、 第 2 図は正面図 、 第 3 図は要部の断 面図、 第 4 図は差動 ト ラ ン スの概要を説明する回路図、 第 5 図はべ 口 一 ズの側断面図、 第 6 図は同 じ く 上面図、 第 7 図は応力分布図、 第 8 図は加圧力と変位の関係を示 すグ ラ フ 、 第 .9 図は加圧力と ベ ロ ズの ダ イ ヤ フ ラ ム板 の板厚と の関係を示す説明図 る。
    [0015] 第 1 図の参照にお^て、 この発明の圧力変換器は、 各 2 枚のダイ ャ フ ラ ム板（2)よ るベロ ー ズひ)と べ口 ー ズ (1)の自 由端 と連結する プ ラ ン ジ ャ ー軸 (6)を含む差動 ト ラ ン ス （5)と 、 一端でベ ロ ー ズの空気取入管（4)を支持固走 し、 他端で差動 ト ラ ン ス （5)の出力端子を導出 して、 ベロ ズ (1)及び差動 ト ラ ン ス （5)を収容する円筒ケ ー ス ^と よ ] 構 成され、 ダィ ャ フ ラ ム板（1)は第 3 図に示すよ う に、 同心 円伏に波形 リ ブ（9)が複数個形成されてお 、 換言すれば、
    [0016] B U k
    [0017] ΟΛΡΙ
    [0018] 、、つ 1 -, . Wi o
    [0019] - ' / い， 同心 R状に項部及び底部を も ち、 放射方向に連続 した波 形を も つよ う形成されて お ] 、 こ の波（9)の振幅は半径に ほぼ比例 して周縁に近 波程大き く ¾ つ ている。 この よ う にすれば圧力と変位と の関係が直線で得 られる。 こ の ダ イ ヤ フ ラ ム 板（1)を 2 枚合わせて周緣で固着し内部に空 洞を形成 して るベ ロ ー ズ（2)を複数枚 （ 図では 2 枚 ） 連 結する こ と に よ ！？ 、 大き な変位を得る こ とができ る。 ベ 口 'ーズ (2)間は中心部を連通管（3)で連結され、 その一端側 は空気取入管（4)に連結されて る。 空気取入管（4)はケー ス αο)の蓋扳（11)に固定される。 ベ ロ ー ズ（2)群の他端側は閉 塞され中心部にプ ラ ン ジ ャ 軸（6)が突設されてお り 、 プ ラ ン ジ ャ 軸（6)の先端部はガ イ ドブ ッ シ ュ （7)に支承される。 ガイ ドブ ッ シ ュ （7)は差動 ト ラ ン ス （5)の成形品よ ！） る コ ィ 枠^の端部内周面に設け られた凹段部 3)に嵌合され て お ！） 、 ガ イ ド ブ 、つ シ ュ （7)の内径は プ ラ ン ジ ャ （8)の外径 よ ] 小さ く してあ り 、 ガイ ドブ ッ シ ュ （7)の端面 ）がプラ ン ジ ャ （8)の ス ト ツ ノ、。 と な っ ている。 すなわち、 第 1 図に おい て ガ イ ド ブ ッ シ ュ （7)の端面（W)と プ ラ ン ジ ャ （8)の左端 面（ ）との距離が、 コ イ 枠 02)の右端か らベ ロ *" ズ（2)ま で の距離 よ D も短か く つてお ] 、 ベ ロ ー ズ（2)に異常圧力 が加わ っても プ ラ ン ジ ャ （8)がガ イ ド ブ ッ シ ュ端面に係止 されるの で 、 ベロ ー ズ（2)が コ ィ ノレ枠端面（ ）に当 っ て破損 する こ とが ¾ い の であ る。 コ イ ル枠 05)には隔壁で仕切 ら れて中央に一次巻線（16)、 その両端に二次巻線 α ) が巻装 されてお り 、 二次巻線 ) は第 4 図に示すよ う に逆向 き .V.PI
    [0020] 、-ン ' -. VViPO に接続されてお！？ フ。 ン ジ ャ （8)の位置に応 じて一方の 二次巻線に誘起される電圧が他方よ も 大き く な るので、 その両端にはプラ ン ジ ャ （8)の ニ ュ ー ト ラ ノレ位置か らの変 位に対応 した差の電圧が現われるのである。 コ ィ ノレ枠 02) 先端面には入出力用のブ ラ グ端子 9) (19T およ び ) W が 突設されてお り 、 ま た ビ ス 1)に よ .り 円筒状ケ ー ス 0)の端 面に螺着されている。 )は磁性体よ i な る コ イ ルの シ ー ル ド筒体で、 コ ィ ノレ枠 02)の外周面に設けた凸段部 に係 合 し、 複数個の切起 し爪^に よ コ イ レ枠 の外周に被 着固定されて る。 ま たブ ラ ン ジ ャ 軸（6)の先端はケ ス 端面 か ら突出させ、 環伏溝に嵌着された E字状 リ ン グ ) ' ケ ス 端面 に係止されて内向き の ス ト ッ パを構成 してい る。 また、 プ ラ ン ジ ャ 軸（6)の先端部を支承する ガ ィ ド ブ ッ シ ュ （7)の内径を ブ ラ ン ジ ャ 軸（6)に装着されたプ ラ ン ジ ャ （8)の外径 よ i 小さ く して、 プ ラ ン ジ ャ （8)の過移 動をガイ ド ブ ツ シ ュ （7)の端面で係止せしめて成る 自動血 圧
    [0021] 次ぎに、 こ の発明の圧力変換器に使用されるべ口 ー ズ の構成.につき 、 第 5 図乃至第 9 図の参照にお て詳 し く 説明する らば、 第 5 図はべ ロ ー ズ（2)の一実施例を示す も ので、 上下の ダ ィ ャ フ ラ ム板と な る金辱隔膜^の各中 心部に出力変位取出部 1)およ び加圧入力部が取付け られ 'てお .り 、 各金属隔膜 ¾に形成された同心円状の波形 ^は 前にも述べた よ う に半径が大き く る程その振幅 も 大き く な つ て る。
    [0022] 'くど 4
    [0023] O VPI
    [0024] V»IPO この発明に よ るべ ロ ーズは上記の よ う に、 外周固定端 に近い程波の振幅を大き く 、 遠い程小さ く する事に依 、 同 じ直径で加圧力およ び変位を同 じとすれば、 最大応力 を小さ く する事が可能で、 ベ ロ ズ材質の許容応力内で 使用する場合は、 ベロ ー ズの直径を小さ く した ]) あるい は加圧力や中心部の出力変位を大き く 取れ、 且つ加圧力 に対する出力変位の直線性が良く る効果がある。
    [0025] これを図に よ っ て説明する。 第 7 図はべロ ー ズの応力 分布図を示すも ので、 外周固定端に近 く な る程、 曲げモ 一メ ン ト が大き く ¾ り応力 も 大き ぐ る るが、 ダイ ヤ フ ラ ム板は波状をな しているため 、 その波の山や谷を仮の支 点 （ 固定端 ） と して作用 し、 その頂点部が他の部分よ 応力が大き く な る。 これ らの応力の大き さ に相 して波 の振幅を変える事に依 ！） 、 従来品の よ う に波の振幅が一 様 ¾ も のに較べ、 効率良 く 応力を分散させる事ができ る。
    [0026] いま薄平板の各微小部分の変位 ωは (ィ)式で与え られる。
    [0027] Ρ
    [0028] ω = Κ
    [0029] D一 ( aに : (ィ)
    [0030] Ρ
    [0031] ω0 = Κ
    [0032] D' m
    [0033] D =
    [0034] 12 ( m 2_ こ こで
    [0035] D = タ ヮ ミ 剛性
    [0036] =比.例定数 P =加圧力
    [0037] .·' ΟΜΡΙ ■' 7 VVIPO a = ダ イ ヤ フ ラ ム板の半径 • X =中心よ の距離
    [0038] ω0 =中心部のタ ヮ ミ （ 変位 ） m = ホ°ァ ソ ン比 E = ヤ ン グ率 t =板厚
    [0039] こ こでタ ヮ ミ 剛性 D は、 板の厚さおよ び材質に依 って定 ま る定数であ るが、 ダイ ヤ フ ラ ム板で考える場合は第 9 図に示すよ う に、 t は加圧方向 P2の板厚 t で考えねば ¾ ら いか ら D はダイ ヤ フ ラ ム板の場合 IVと して（2)式の よ う に近似される。
    [0040] — m E( 3 , 、
    [0041] D = 12 (π ΐ ) … （口） 第 9 図において、 加圧力を P とすれば、 Pi成分はその異 な る傾斜に対する も の同志が互いに打ち消 し合い、 実際 に変位を与えるのは p2である。
    [0042] そこで波の振幅が大き ければ が大き く な るので ^が 大き く ¾ 1 、 変位 ω0は小さ く る と う 欠点が生ずるの であるが、 本発明に よれば応力の小さい中心部に近い方 の波の振幅を小さ く して る事に依 ！）改善される。 ま た 加圧力の変化に対 し D'が一定であれば、 各圧力に対する ω0は直線的に変化するはずであ るが、 実際にはダイ ヤ フ ラ ム板の各微小部分は、 Ρ2方向に対 し変位する も ので 、 t'が変化する事にな j したが っ て D'が変化 し ω0は直線的 に変化 しな く な る。 こ の の変化の割合が ヒ ズ ミ （応力） -
    [0043] O PI
    [0044] - / 【J»，， Τ / ノ の大き い外周固定端に近 程顕著に現われる事は、 ヒ ズ ミ が大き ければ の変化が大きい事か ら容易に推察出来 る。 本発明はこの事よ ！） 外周に近い波形の振幅を高 く し ヒ ズ ミ （ 応力 ） を分散させる事に依 ！） 、 ^の変化を小さ く して ωの直線性を改善 し得たのである。
    [0045] 実際に有限要素法に依 計算すれば、 ダイ ヤ フ ラ ム板 の直径 30 顧で 、 燐青銅板を使用 し、 最高応力と ω0をほ ^ 同 じにな る様に した場合 （ 応力 20 kg/ni , ω0 = I3 ) 、 直線 性は従来品で約 0.3 %であ ] 、 本発明品では約 0.0 3 % に る。
    [0046] その時の加圧力 Ρ は 0 〜 0.4 kg/dであ った。
    [0047] 第 8 図は加圧力と 出力変位の関係を示すも ので、 （a) (b) はそれぞれ振幅の一様な従来品において第 3 図に示すよ う に振幅の大き も のと小さいも のの特性を示 し、 （c)は 振幅を半径にほぼ比例させた本発明品の特性を示すも の である。
    [0048] 上述の よ う に この発明に よれば、 ベ ロ ーズのダイ ヤ フ ラ ム板の波形を放射方向に向 って順次、 その振幅を大き く する こ とに よ 、 入出力特性を直線的に し得る上に、 従来と 同一寸法であれば加圧力や変位を大き く とれ、 加 圧力や変位が同 じであればベ 口 一ズを小型化でき る利点 カ ある。
    [0049] また、 この発明に よれば、 ベロ ー ズを複数個連結する こ と によ ] 小径のベ ロ ー ズで高感度の圧力変換器を得た も のであ 、 それに よ つ てべ ロ ー ズおよ び差動 ト ラ ン ス
    [0050] Ο ΊΡΙ
    [0051] ·.;'. WiPO を小型ケ ー ス 内に コ ン パ ク ト にま と める こ とができ る利 点があ る。
    [0052] ま た、 この発明に よれば組立方法も き わめて簡単であ
    [0053] D 、 先ず コ イ 枠（^に コ イ を卷装 しシ ノレ ド筒体 ^を 被着 した も のを円筒ケ ー ス に.嵌挿 して円筒ケ ス端面 ^に ビ ス留め し、 コ ィ ノレ枠 の端面に装着されたプ ラ グ 端子 9)な9)坳 ）を組立台に設け られた ソ ケ ツ ト に揷込んで、 プ ラ ン ジ ャ （8)のニ ュ ー ト ラ ノレ位置を計器に よ ！） 確認 しる が ら可動部分を組込むの であ る。 この よ う にケ ー ス端面 ' よ ！） プ ラ グ端子を突出させた こ とに よ 、 端子接続部 を コ ンパ ク ト に し得る と 同時に、 組立工程を簡略化 し得 る利点がある。
    [0054] ま た、 この発明に よれば、 前述 したよ う に過大な加圧 力に耐える こ とができ 、 （ 従前であれば 3 0 0 Hg で あ つ た最大許容量を 5 0 0騮 Hg 近 く ま で向上させる.こ とが でき る。 ） 更に、 ガ イ ド ブ ッ シ ュ （7)の端面（W)と プ ラ ン ジ ャ （8) とでス ト ツ バを形成しているために、 例えばカ フ帯に異 常な圧力が加え られた場合に も ベ ロ ー ズ（2)の破損を防止 し得るの である。
    [0055] 図面の簡単な説明 .
    [0056] 図面は、 この発明の圧力変換器の実施例を示 し、 第 1 図はその側断面図、 第 2 図は正面図、 第 3 図は要部の断 面図、 第 4 図は差動 ト ラ ン ス の概要を説明する回路図、 第 5 図はべ ロ ー ズの側断面図、 第 6 図は同 じ く 上面図、 第 7 図は応力分布図、 第 8 図は加圧力と変位の関係を示
    [0057] O PI
    [0058] A y . ^O~ - すグ ラ フ 、 第 9 図は加圧力 と ベ ロ ー ズの ダ イ ヤ フ ラ ム板 の板厚と の関係を示す説明図であ る。
    [0059] ΟΛ'.ΡΙ ひ
    权利要求:
    Claims 請 求 の. 範 囲
    (1) 同心円状の項部及び底部を も ち、 放射方向に向 っ て 連続 した波形を もつダイ ャ フ ラ ム板を 2 枚合わせてそ れらの周縁同志を固着 したベ ロ 一ズを軸方向に連通管 を通 して複数個連結 し、 その一方向端を固定端と し空 気取入端と し、 その他方向端を閉 じて自由端と して差 動 ト ラ ン ス の ブ ラ ン ジ ャ に連結 した圧力変換器。
    (2) 前記のベロ ー ズのダイ ヤ フ ラ ム板の波形の振巾は、 ダイ ヤ フ ラ ム板の周縁に向 って順次大き く される請求 の範囲第 1 項記載の圧力変換器。
    (3) 前記のベロ ー ズ及び差動 ト ラ ン スは円筒ケ ー ス 内に 収容され、 該ケ ー ス の前記のベ ロ ー ズの自由端側端部 は差動 ト ラ ン ス の入出力端子を プ ラ グ状に突出 して閉 塞される請求の範囲第 1 項記載の圧力変換器。
    (4) 前記の差動 ト ラ ン ス の プ ラ ン ジ ャ の軸を'支承する. ガイ ドブ ッ シ ュ を更に備え、 こ のガイ ドブ ッ シ ュ の内 径を プ ラ ン ジ ャ 軸に装着 したプ ラ ン ジ ャ の外径よ 小 さ く してな る請求の範囲第 1 項記載の圧力変換器。
    0.WPI一 4 WIFO~
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    1980-01-10| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE GB US Designated state(s): DE GB US |
    1980-01-10| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): FR Designated state(s): FR |
    1980-12-18| RET| De translation (de og part 6b)|Ref country code: DE Ref document number: 2952843 Date of ref document: 19801218 Format of ref document f/p: P |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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