【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ダイヤフラムであつて、作動時に生
ずる応力に片寄りがなく、直線的な撓み曲線を示
し、かつ、素材が金属の場合、長期使用による金
属疲労の発生時期を延ばしたダイヤフラムに関す
る。
〔従来の技術とその課題〕
ダイヤフラムは、その両側面に働く圧力差によ
つて撓むものであり、その撓みでもつて圧力の検
出を行ない、圧力の制御、圧力による操作、等の
圧力に係る機器に多用されている。
このダイヤフラムにおいて、従来では、前記撓
み作用を円滑にさせるため、第１３図に示すよう
に、その断面形状を、素材板の中心円形１の周り
に同心円状の波紋Ｐを呈する波形としている（第
２図参照）。なお、図中の波紋Ｐは谷部の軌跡を
示す（以下、同様）。
しかしながら、このものD2は、周辺固定部は
ろう付け等が施されるので剛性が大きくなり、一
方、中心部も曲率半径が小さいので剛性が大とな
る。従つて、周辺部と中心部の撓みが小さく、そ
の中間部に、撓みが集中して素材板が金属の場
合、金属疲労によつて座屈あるいはクラツクが生
ずる他、長期間の使用の内に特性、特に復元力が
変化する等の問題がある。復元力が変化すれば、
前記圧力の検出値等が変化する。
また、この波形のものD2は、波紋Ｐが同心円
ゆえに、変位する（撓む）場合、その各波紋Ｐを
撓みが乗り越える状態で、中心から周囲に変位す
る。このため、撓み曲線がその乗り越え時に急激
な立上り、立下りを示し、検出精度に問題が生じ
る。
上記ダイヤフラムD2の問題解決策として、従
来、第１２図に示すように、前記波紋Ｐを、素材
板の中心円形１の周りから渦巻き状に形成した技
術がある（実開昭54−122254号公報参照、実公昭
40−33688号公報参照）。
しかしながら、第１２図に示すものD1は、中
心円形１から渦巻き波紋Ｐがスタートした部分ａ
の剛性が大きく、その反対側部分ｂでは剛性が小
さくなる。これは、両部分ａ，ｂの波紋曲率の相
違によつて構造上生ずるもので、この剛性の相違
により、ダイヤフラムD1に圧力が加わつた場合、
撓みが周方向に均等に生じない。また、このもの
D1は、撓む場合、その渦巻き波紋Ｐに沿い、中
心から周囲に向い渦巻き状に撓みが生じて変位す
る。これらの剛性の相違、及び渦巻き状の撓みの
移行は、ダイヤフラムD1の応力の片寄りとなる。
この応力の片寄りは、ダイヤフラムD1の金属
疲労が片寄り、寿命を短くすると共に、操作端と
して用いた場合、その作動状態にも片寄りが生ず
る。すなわち、撓み曲線に問題が生じる。
一方、上記実公昭40−33688号公報記載のもの
は、中心円形１の周囲２等分位から渦巻き波紋Ｐ
を形成している。このため、中心に対し、対称位
置に同様な波紋Ｐが存することとなるため、変位
する際、その対称位置間においては応力が同一と
なり、片寄りは生じない。
しかし、隣接間においては応力の片寄りがあ
り、平板ダイヤフラムのごとく、その撓み曲線に
直線的なものを得ることができない。この解決手
段として、渦巻き波紋Ｐの数を増すことが考えら
れるが、増せば増すだけ製作が困難となり、コス
ト高となる。
本発明は、製作を容易にして、撓み曲線を直線
に近づけることを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明にあつて
は、素材板中心円形の周りに、その周方向３等分
位の各点からスタートした３条の渦巻き波紋を呈
する波形断面としたのである。
〔作用〕
上記の如く構成する本発明に係るダイヤフラム
にあつては、渦巻き波紋が中心円形の３等分位か
らスタートしているので、前記第１２図ａ，ｂ部
分の波紋曲率が同じとなるとともに、隣接部分
（例えば第１２図において、ａに対しｃ部分）間
の波紋曲率も近づき、剛性が均一化される。
また、変位する際、その変位は、渦巻き波紋を
伝い中心から外周に向うが、波紋が３条のため、
その変位は周囲３点で行われる。すなわち、３条
の渦巻き波紋の同心円上の３点を基準とし、その
３点を撓みの移行最先端としてその最先端が波紋
に沿つて移行しながら変位する（撓む）。ここで、
力学上、同心円上３点で荷重を加えること、又は
荷重を支持することは最も均一及び安定した作用
となる。このため、この考案に係るダイヤフラム
の変位（撓み）は最も均一、安定したものとな
り、より直線に近づく。
〔実施例 １〕
第１図に示す中心円形１０の周りに三等分位か
ら互に隣接させて渦巻き波紋Ｐを形成し、第２図
に示す波の高さ：ｔ、ダイヤフラムＤの外周と中
心の高低差：Ｔ、ダイヤフラムＤの曲率：Ｒ、波
紋Ｐの谷部曲率：ｒ、同山部曲率：r′をそれぞれ
所定値とした。この各値は、ダイヤフラムＤの使
用箇所、材質等を考慮して、実験等により適宜に
選定する。中心円形１０の部分も、第２図鎖線の
ごとくわん曲させれば、波紋Ｐとの境がなめらか
となる。
上記ダイヤフラムＤの製造は、その前記諸元
（形状）に基づいて設計された金型によりプレス
成形されて打抜かれる。金型は、放電加工によつ
て基本的に制作され、調整の上使用される。
上記金型製造のための放電加工用電極の製作
は、まず、上記３等分位からスタートすることを
想定して、第３図に示す円錐台体１１の表面に渦
巻溝１２を削設した治工具Ｑを制作する。この治
工具Ｑに、同図鎖線のごとく線条体を前記溝１
２に沿つて巻付けて電極を製作する。前記治工具
Ｑ及びその溝１２の形状は、線条体のばね性を
考慮して作らねばならない。
治工具Ｑから外した渦巻線条体は高さが高く
なつているので（椀状となつているので）、押え
て所望の高さとする。次いで、第４図に示すよう
に上記の如くして得た渦巻線条体を３個組み合
わせて中心となるボス１３にろう付けし、ボス１
３には電極取付け棒１４を立設する（第５図参
照）。
上記の如くして得た電極Ｓを、第５図のごとく
放電加工機に装着し金型Ｗを制作する。金型Ｗは
雄型と雌型を必要とするが、上記放電加工により
得られる金型Ｗを２個形成し、この一方を逆に電
極として前記の放電加工をすることにより、その
加工品及び残りの前記金型Ｗにより雄、雌両型が
得られる。
上記製造手段によつて、下記表１に示す諸元
（ｔ，Ｔ等）の試作例１〜４を製作した。なお、
全てステンレス箔（フープ）を使用し、その厚
さ：0.015mm、曲率Ｒ：100mm、ダイヤフラムＤの
仕上り外径：25.4mmは各例同じである。また、試
作例１の波紋Ｐの断面は第２図ｂのごとく、他は
同図ａのごとくである。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a diaphragm, which exhibits a linear deflection curve without bias in the stress generated during operation, and, when the material is metal, when metal fatigue occurs due to long-term use. Concerning a diaphragm that has been extended. [Prior art and its problems] A diaphragm bends due to the pressure difference acting on both sides of the diaphragm, and this bending is used to detect pressure, and is used in pressure-related devices such as pressure control and pressure-based operations. is widely used. In this diaphragm, conventionally, in order to smooth the bending action, its cross-sectional shape is made into a waveform that exhibits concentric ripples P around the center circle 1 of the material plate, as shown in FIG. (See Figure 2). Note that the ripples P in the figure indicate the locus of the trough (the same applies hereinafter). However, this D2 has a high rigidity because the peripheral fixing part is brazed, etc., and the central part also has a small radius of curvature, so the rigidity is high. Therefore, if the deflection is small at the periphery and the center, and the deflection is concentrated in the middle, if the material plate is made of metal, buckling or cracking may occur due to metal fatigue, and the There are problems such as changes in characteristics, especially resilience. If the resilience changes,
The detected value of the pressure, etc. changes. Further, since the waveform D 2 is a concentric circle, when the ripples P are displaced (deflected), the waveform D 2 is displaced from the center to the periphery in a state where the flexure overcomes each ripple P. For this reason, the deflection curve exhibits sudden rises and falls when crossing over the bending curve, causing a problem in detection accuracy. As a solution to the problem of the diaphragm D2 , there is a conventional technique in which the ripples P are formed in a spiral shape around the center circle 1 of the material plate, as shown in FIG. Please refer to the official bulletin, Miyukiaki
40-33688). However, the thing D 1 shown in FIG. 12 is a part a where the spiral ripple P starts from the center circle 1.
The stiffness is large, and the stiffness is small in the opposite part b. This is caused structurally by the difference in ripple curvature between the two parts a and b. Due to this difference in rigidity, when pressure is applied to the diaphragm D1 ,
Deflection does not occur evenly in the circumferential direction. Also, this one
When D 1 is bent, it is deflected and displaced in a spiral shape from the center to the periphery along the spiral ripples P. These stiffness differences and spiral deflection transitions result in stress bias in the diaphragm D1 . This bias in stress causes bias in the metal fatigue of the diaphragm D1 , shortening its lifespan, and also causes bias in its operating state when used as an operating end. That is, a problem arises in the deflection curve. On the other hand, in the case described in the above-mentioned Japanese Utility Model Publication No. 40-33688, spiral ripples P are generated from two equal parts of the circumference of the central circle 1.
is formed. For this reason, similar ripples P exist at symmetrical positions with respect to the center, so when displacement occurs, the stress is the same between the symmetrical positions, and no deviation occurs. However, there is a bias in the stress between adjacent diaphragms, and it is not possible to obtain a straight deflection curve as in the case of a flat diaphragm. As a solution to this problem, increasing the number of spiral ripples P may be considered, but the more the number of spiral ripples P increases, the more difficult it becomes to manufacture and the higher the cost. An object of the present invention is to facilitate manufacturing and bring the deflection curve closer to a straight line. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, three spiral ripples are formed around the center circle of the material plate, starting from each point in the third equidistant circumferential direction. It has a wave-shaped cross section that exhibits. [Operation] In the diaphragm according to the present invention constructed as described above, since the spiral ripples start from the third equidistant position of the central circle, the ripple curvatures in the portions a and b of FIG. 12 are the same. At the same time, the ripple curvatures between adjacent portions (for example, portions a and c in FIG. 12) become closer, and the rigidity is made uniform. Also, when it is displaced, the displacement travels along the spiral ripples from the center to the outer periphery, but since there are three ripples,
The displacement is performed at three points around it. That is, three points on the concentric circles of the three spiral ripples are used as reference points, and the three points are set as the leading edges of deflection, and the leading edges are displaced (deflected) while moving along the ripples. here,
Mechanically, applying or supporting a load at three concentric points provides the most uniform and stable action. Therefore, the displacement (deflection) of the diaphragm according to this invention becomes the most uniform and stable, and approaches a straight line. [Example 1] Spiral ripples P are formed around the central circle 10 shown in FIG. 1 by adjoining each other from the tertiles, and the height of the waves is t as shown in FIG. 2, and the outer circumference of the diaphragm D is The center height difference: T, the curvature of the diaphragm D: R, the trough curvature of the ripple P: r, and the crest curvature: r' were each set to predetermined values. These values are appropriately selected through experiments and the like, taking into consideration the location where the diaphragm D is used, the material, etc. If the center circle 10 is also curved as shown by the chain line in FIG. 2, the border with the ripple P will be smooth. The above-mentioned diaphragm D is manufactured by press-molding and punching using a die designed based on the above-mentioned specifications (shape). Molds are basically manufactured by electrical discharge machining and are used after adjustment. To manufacture the electrode for electric discharge machining for manufacturing the mold, first, a spiral groove 12 was cut into the surface of the truncated cone body 11 shown in FIG. Create jig and tool Q. In this jig Q, insert the linear body into the groove 1 as shown by the chain line in the same figure.
2 to fabricate an electrode. The shape of the jig Q and its groove 12 must be made in consideration of the springiness of the filament. Since the spiral filament removed from the jig Q has a high height (it is bowl-shaped), press it down to the desired height. Next, as shown in FIG. 4, three spiral filaments obtained as described above are combined and brazed to the central boss 13.
3, an electrode mounting rod 14 is installed upright (see FIG. 5). The electrode S obtained as described above is mounted on an electrical discharge machine as shown in FIG. 5 to produce a mold W. The mold W requires a male mold and a female mold, but by forming two molds W obtained by the above electric discharge machining and performing the electric discharge machining using one of them as an electrode, the processed product and The remaining molds W provide both male and female molds. Using the above manufacturing method, prototypes 1 to 4 having the specifications (t, T, etc.) shown in Table 1 below were manufactured. In addition,
Stainless steel foil (hoop) was used in all cases, and its thickness: 0.015 mm, curvature R: 100 mm, and finished outer diameter of diaphragm D: 25.4 mm were the same in each case. Further, the cross section of the ripple P of Prototype Example 1 is as shown in FIG. 2b, and the rest is as shown in FIG. 2a.
〔実施例 ２〕[Example 2]
この実施例は、第９図に示すように、中心円形
１０の周りに、隣接して同心円形波紋P1を形成
するとともに、外側にも円形波紋P2を形成し、
両波紋P1，P2間に、中心円形波紋P1の周囲３等
分位からの渦巻き波紋P3を形成し、その波紋P3
の始終端を両波紋P1，P2に合流させたものであ
る。
このダイヤフラムＤも、前記実施例と同様に、
まず治工具Ｑにより、波紋P3に応じた線条体3
を製作し、波紋P1，P2用線条体1，2は、治工
具平面上に円形溝を削設し、この溝に、円環板状
線条体，2を嵌め込みプレスすることにより
作る。
次いで、第１１図に示すように上記の如くして
得た線条体1，2，3を組み合わせて中心と
なるボス１３にろう付けするとともに相互間をろ
う付けし、ボス１３には電極取付け棒１４を立設
する（第５図参照）。図中、一点鎖線は線条体
１，2，3の谷部の軌跡（一部）を示す。
上記の如くした得た電極Ｓを、前記と同様にし
て放電加工機に装着し金型Ｗを製作し、この金型
Ｗによるプレス加工でもつて、第９図、第１０図
に示した実施例を得た。
このプレス成形の際、内外側に円形波紋P1，
P2を形成し、両波紋P1，P2に渦巻き波紋P3の両
端が合流しているため、渦巻き波紋P3の成形に
よる歪が円形波紋P1，P2内に吸収されて皺は生
じなかつた。
この実施例も、素材を、厚さ：0.015mmのステ
ンレス箔、仕上り外径：25.4mm、曲率Ｒ：100mm
とし、第９図、第１０図において、各波紋P1，
P2，P3（総称：Ｐ）の幅ｄ（谷と谷の間、合流間
は除く）、同心円形波紋P1の谷径：ｑ、外側波紋
Ｐの内側谷径q′、渦巻き波紋P3の谷部曲率ｒ、山
部曲率r′、波の高さｔ、高低差Ｔを下記表２に示
す値とした試作例５，６を製作し、第６図のごと
く、フランジ２より支持して、実際に装着したと
ころ、周方向に均等に撓み、応力の偏りもなかつ
た。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, concentric circular ripples P1 are formed adjacent to the center circle 10, and circular ripples P2 are also formed on the outside.
Between both ripples P 1 and P 2 , a spiral ripple P 3 is formed from the surrounding thirds of the central circular ripple P 1 , and the ripple P 3
The beginning and end of the ripples P 1 and P 2 join together. This diaphragm D also has the following characteristics as in the above embodiment:
First, with the jig and tool Q, the striated body 3 corresponding to the ripple P 3 is
The filament bodies 1 and 2 for the ripples P 1 and P 2 are produced by cutting a circular groove on the plane of the jig and tool, and fitting the annular plate-shaped filament body 2 into this groove and pressing. make. Next, as shown in FIG. 11, the filament bodies 1 , 2 , and 3 obtained in the above manner are combined and brazed to the central boss 13, and the electrodes are attached to the boss 13. The rod 14 is set up (see Figure 5). In the figure, the dashed-dotted line is the striatum.
Shows (partial) loci of valleys 1 , 2 , and 3 . The electrode S obtained as described above was mounted on an electric discharge machine in the same manner as described above to produce a mold W, and press working using this mold W was carried out in the embodiment shown in FIGS. 9 and 10. I got it. During this press forming, circular ripples P 1 ,
P 2 is formed, and both ends of the spiral ripple P 3 merge with both ripples P 1 and P 2 , so the distortion caused by the formation of the spiral ripple P 3 is absorbed into the circular ripples P 1 and P 2 , and the wrinkles are eliminated. It did not occur. This example also uses stainless steel foil with a thickness of 0.015 mm, finished outer diameter: 25.4 mm, and curvature R: 100 mm.
In Figs. 9 and 10, each ripple P 1 ,
Width d of P 2 , P 3 (generic name: P) (excluding valleys and merging areas), valley diameter of concentric circular ripple P 1 : q, inner valley diameter q' of outer ripple P, spiral ripple P Prototypes 5 and 6 were manufactured with the trough curvature r, peak curvature r', wave height t, and height difference T shown in Table 2 below, and were supported from the flange 2 as shown in Figure 6. When I actually installed it, it deflected evenly in the circumferential direction, and there was no uneven stress.
〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕
本発明は、以上のように構成し、ダイヤフラム
全域の剛性の均一化及び変位の均一・安定化を図
つたので、撓み曲線が、より直線的となる。この
ため、検出器に使用すれば精度の高いものとな
る。また、耐久性も向上する。さらに、渦巻き波
紋が３条のため、製作も比較的容易である。
The present invention is constructed as described above, and the rigidity of the entire diaphragm is made uniform, and the displacement is made uniform and stable, so that the deflection curve becomes more linear. Therefore, if used in a detector, it will be highly accurate. Furthermore, durability is also improved. Furthermore, since there are three spiral ripples, manufacturing is relatively easy.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本発明に係るダイヤフラムの一実施例
の正面図、第２図ａ，ｂは同断面図、第３図乃至
第５図は同実施例の製作説明図、第６図は同実施
例の使用状態斜視図、第７図ａ，ｂは第６図の取
付説明図、第８図は圧力変位側定図、第９図は他
の実施例の正面図、第１０図は同断面図、第１１
図は同実施例の製作説明図、第１２図、第１３図
は従来例の説明図である。
D1，D2，Ｄ……ダイヤフラム、Ｐ，P1，P2，
P3……波紋、Ｑ……治工具、Ｒ……ダイヤフラ
ム曲率、ｒ……谷部曲率、r′……山部曲率、Ｓ…
…電極、Ｗ……金型、……渦巻線条体、１，１
０……中心円形。
Fig. 1 is a front view of one embodiment of the diaphragm according to the present invention, Figs. 2 a and b are sectional views of the same, Figs. A perspective view of the example in use, Figures 7a and b are installation explanatory diagrams of Figure 6, Figure 8 is a pressure displacement side view, Figure 9 is a front view of another example, and Figure 10 is the same cross section. Figure, 11th
The figure is a manufacturing explanatory diagram of the same embodiment, and FIGS. 12 and 13 are explanatory diagrams of a conventional example. D 1 , D 2 , D...diaphragm, P, P 1 , P 2 ,
P 3 ...Ripple, Q...Jig, R...Diaphragm curvature, r...Trough curvature, r'...Mountain curvature, S...
... Electrode, W ... Mold, ... Spiral filament, 1,1
0...Central circle.