JP2017004721A - 圧力スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】専用設備を用いることなくシール部材のはみ出しを防止する構造を小さい荷重で容易に組み立てることができるとともに、ハウジングの構成材料が金属に限定されない圧力スイッチを提供する。
【解決手段】圧力スイッチ１０は、圧力センサ１２と、圧力センサ１２を収容するハウジング１６と、ハウジング１６の孔部１７に配置されるとともに圧力センサ１２とハウジング１６との間に介装された環状のシール部材１８と、ハウジング１６に固定された押え部材２４とを備える。押え部材２４は、シール部材１８に対向する基部４８と、基部４８から延出するとともに弾性変形可能でありハウジング１６に係合する係合アーム５０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力センサを有し、圧力センサによって検出された圧力値に基づいた出力信号を出力する圧力スイッチに関する。

従来から、例えば、負圧流体を吸着用パッド等の吸着搬送手段に対して供給することにより、ワークを吸着用パッドによって吸引しながら所定位置に搬送することが行われている。この場合、吸着用パッドに対して供給された負圧流体の圧力値が所定圧に到達してワークが確実に吸着されたか否かを確認するために、圧力スイッチが用いられている。この圧力スイッチでは、一般的に、圧力センサとして機能する半導体圧力センサが用いられ、この圧力センサに対して付与される圧力によって変化する抵抗値に基づいて流体の圧力を検出し、圧力センサによって検出された圧力値が予め設定された設定圧力値と一致したときにワークが吸着されたものと判断して検出信号を出力している。

このような圧力スイッチは、例えば、圧力センサが収容されたハウジングの圧力取入口に管継手を介して真空配管が着脱自在に接続され、真空配管を流通する負圧流体がハウジングに導入されることにより、負圧流体の圧力を検出している（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には開示されていないが、一般に、圧力センサとハウジングとの間の気密性保持のためのシール構造として、圧力センサとハウジングとの間にＯリングを配置した構造が採用されている。

特開平７−３７４７３号公報

圧力スイッチに設けられる従来のシール構造としては、下記（１）〜（３）がある。
（１）圧力センサとハウジングとの間にＯリングを単に挟み込んだシール構造。
（２）金属製のハウジングを塑性変形（カシメ、ローリングカシメ等）させて座金等を固定し、固定した座金等により、圧力センサとハウジングとの間に配置されたＯリングを押えるシール構造。
（３）歯付座金等を変形させてハウジングに固定し、固定した歯付座金等により、圧力センサとハウジングとの間に配置されたＯリングを押えるシール構造。

しかしながら、上記（１）のシール構造では、圧力センサが縦方向に移動する場合にはシールができず、また、隙間が大きく、圧力を受けた際にはＯリングがはみ出る可能性がある。上記（２）のシール構造では、カシメ工程、ローリングカシメ工程等、塑性変形を用いる工法を実施するために専用カシメ装置等が必要であり、また大きな製作荷重を必要とし、しかも塑性変形を利用するためハウジングは金属に限定される。上記（３）のシール構造では、歯付座金等が固定されるハウジングは、強度的な理由から金属製に限定される。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、専用設備を用いることなくシール部材のはみ出しを防止する構造を小さい荷重で容易に組み立てることができるとともに、ハウジングの構成材料が金属に限定されない圧力スイッチを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の圧力スイッチは、圧力センサと、前記圧力センサの一部が挿入された孔部を有し、前記圧力センサを収容するハウジングと、前記孔部に配置されるとともに、前記圧力センサと前記ハウジングとの間に介装された環状のシール部材と、前記シール部材に対向する基部と、前記基部から延出するとともに弾性変形可能であり前記ハウジングに係合する係合アームとを有する押え部材と、を備えることを特徴とする。

上記のように構成された圧力スイッチによれば、押え部材が弾性変形可能な係合アームを有し、係合アームにおいてハウジングに係合することによって、押え部材が固定されている。このため、カシメ装置等の専用設備を使用することなく、小さい荷重でも容易に、ハウジングへの押え部材の組付けを行うことができる。また、押え部材の組付けに際し、カシメ等の金属部材の塑性変形を利用しないため、金属以外（樹脂等）の材料をハウジングに適用することができ、材料選択の自由度を向上できる。しかも、圧力センサが縦方向に移動してもシール性が保持されるため、設計自由度が高くなる。

上記の圧力スイッチにおいて、前記係合アームには、第１係合部が設けられ、前記ハウジングは、前記孔部を囲む筒状壁を有し、前記筒状壁の外周部には、前記第１係合部と係合する第２係合部が設けられていてもよい。

この構成により、簡易な構造でハウジングに対して押え部材をしっかりと固定することができる。

上記の圧力スイッチにおいて、前記第１係合部と前記第２係合部の一方は、孔又は溝の形態を有し、前記第１係合部と前記第２係合部の他方は、前記孔又は溝に挿入される突起の形態を有していてもよい。

この構成により、ハウジングに対し、適切な固定力で押え部材を固定することができる。

上記の圧力スイッチにおいて、前記孔部は、前記圧力センサの前記一部が挿入される第１開口を一端に有するとともに、前記一端とは反対側の他端に第２開口を有し、前記突起は、前記筒状壁の前記外周部に設けられており、前記突起には、前記第１開口側から前記第２開口側に向かうに従って前記孔部の軸線から遠ざかるように傾斜するテーパ状ガイドが形成されていてもよい。

この構成により、ハウジングに対して押え部材を組み付ける際に、テーパ状ガイドのテーパ作用によって、押え部材の係合アームの外側への弾性変形を促すことで、係合アームが突起を容易に乗り越えることができる。このため、押え部材の組付けを一層容易且つスムーズに遂行することができる。

上記の圧力スイッチにおいて、前記基部には、前記圧力センサの前記一部が挿入される貫通孔が設けられ、前記基部の両側に一対の前記係合アームが設けられていてもよい。

この構成により、ハウジングに対して押え部材がより安定的に固定され、押え部材の機能を一層好適に発揮できる。

本発明の圧力スイッチによれば、専用設備を用いることなくシール部材のはみ出しを防止する構造を小さい荷重で容易に組み立てることができるとともに、ハウジングの構成材料が金属に限定されることがない。

本発明の実施形態に係る圧力スイッチの分解斜視図である。 図１に示す圧力スイッチの断面図である。 変形例に係る圧力スイッチの断面図である。

以下、本発明に係る圧力スイッチについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示す圧力スイッチ１０は、圧力流体の圧力を検出する圧力センサ１２を有し、この圧力センサ１２によって検出された圧力値に基づいた出力信号を出力する機器である。ここで、圧力流体は、例えば、負圧エアや正圧（圧縮）エアである。あるいは、圧力流体は、液体であってもよい。

本実施形態の圧力スイッチ１０は、基板１４（制御基板）と、基板１４に接続された圧力センサ１２と、圧力センサ１２を収容する箱状のハウジング１６と、圧力センサ１２とハウジング１６との間に介装されたシール部材１８と、ハウジング１６の圧力取入口３６に取り付けられた配管継手２０（図２参照）と、ハウジング１６の孔部１７に配置された防護部材２２と、ハウジング１６に固定された押え部材２４とを備える。

基板１４には圧力センサ１２が電気的に接続されている。また、基板１４には、図示しないディスプレイ及び操作ボタンが電気的に接続される。ハウジング１６の開口部１６ａが基板１４によって塞がれることで、ハウジング１６が密閉される。

圧力センサ１２は、例えば、半導体圧力センサからなり、圧力センサ１２に対して付与される圧力流体の圧力によって変化する抵抗値に基づいて圧力を検出可能に構成されている。

具体的に、圧力センサ１２は、図２に示すように、基板１４に装着されるベース部２６と、ベース部２６から突出してその内部に圧力流体が流通する検出孔２８ａが形成された筒部２８とを有し、全体の縦断面が略Ｔ字状に形成されている。なお、図２では図示していないが、圧力センサ１２は、より詳細には、電子部品である検出部（センサ本体）と、圧力センサ１２の外形を構成するセンサホルダ１３とからなる。図２では検出部については図示を省略している。

ハウジング１６は、圧力取入口３６が形成された底部３０と、底部３０の周縁部から立設した側壁３２と、側壁３２の内側で底部３０からハウジング１６内に向かって（基板１４側に向かって）突出した筒状壁３４とを有する。図示例のハウジング１６は、平面視で略四角形状であるが、ハウジング１６の形状は平面視で円形等の他の形状であってもよい。

また、ハウジング１６は孔部１７を有する。この孔部１７は、筒状壁３４の中空部と圧力取入口３６とからなる貫通孔である。孔部１７は、圧力センサ１２の一部（筒部２８）が挿入される第１開口１７ａを一端に有するとともに、この一端とは反対側の他端に第２開口１７ｂを有する。

側壁３２の上縁部によってハウジング１６の開口部１６ａが形成されており、この側壁３２の上縁部に基板１４が取り付けられることで、ハウジング１６の開口部１６ａが閉じられる。

筒状壁３４の中空部に上述した圧力センサ１２の筒部２８が挿入されている。筒状壁３４の外周部には複数の係合突起３８（第２係合部）が設けられている。本実施形態では、筒状壁３４の外周面における互いに反対側の箇所に係合突起３８が設けられている。係合突起３８は、押え部材２４に引っ掛かる係止面３８ａと、孔部１７の軸線ａに沿う方向に関して係止面３８ａとは反対側（係止面３８ａよりも第１開口１７ａ側）に形成されたテーパ状ガイド３８ｂとを有する。図示例の係止面３８ａは、孔部１７の軸線ａに対して垂直な面である。

テーパ状ガイド３８ｂは、孔部１７の第１開口１７ａ側から第２開口１７ｂ側に向かうに従って孔部１７の軸線ａから遠ざかるように傾斜している。後述するように、テーパ状ガイド３８ｂ面は、ハウジング１６に対して押え部材２４を組み付ける際に、組み付けをスムーズにする。

ハウジング１６の構成材料としては硬質材料が好適であるが、適度の剛性を確保できれば、その構成材料は特に限定されない。従って、ハウジング１６は、例えば、樹脂材料によって構成することができる。なお、ハウジング１６は、金属により構成されてもよい。

シール部材１８は、圧力センサ１２の筒部２８とハウジング１６の筒状壁３４との間に配置されている。具体的に、シール部材１８は、筒状壁３４の先端部（孔部１７の第１開口１７ａ側の端部）の内周部に配置されている。

シール部材１８は、ゴム材等の弾性部材からなり、例えば、Ｏリングである。シール部材１８の内周面及び外周面は、圧力センサ１２の筒部２８の外周面及びハウジング１６の筒状壁３４の内周面にそれぞれ全周に亘って密着しており、これにより、圧力センサ１２とハウジング１６との間の気密（及び液密）なシールが形成されている。

配管継手２０は、環状の部材であり、ハウジング１６の圧力取入口３６に装着されている。この配管継手２０には、圧力流体が流通する図示しない配管が接続される。

防護部材２２は、筒状壁３４の内側であって、圧力センサ１２の検出孔２８ａに対向するようにシール部材１８と配管継手２０との間に配置されている。防護部材２２の中心部には、圧力流体中の水分、塵埃等が検出孔２８ａに進入することを抑制するための衝突防止壁４０が設けられている。この衝突防止壁４０の周囲には軸線ａに沿って貫通する複数の連通孔４２が形成されている。

具体的に、衝突防止壁４０は、圧力取入口３６から導入される圧力流体が検出孔２８ａへと流れる際、圧力流体が圧力取入口３６から検出孔２８ａへと一直線上に流れることがないように、圧力センサ１２の検出孔２８ａの軸線ａの延長線上に配置されている。これにより、圧力取入口３６から導入される圧力流体は、衝突防止壁４０によって連通孔４２を介して迂回するように検出孔２８ａへと流れる。

また、防護部材２２は、円筒形状の側周壁４６を有し、側周壁４６の一端面及び他端面がそれぞれシール部材１８及び配管継手２０に接触し、防護部材２２がシール部材１８と配管継手２０との間に挟まれている。なお、側周壁４６の内側には、圧力センサ１２の筒部２８の先端部が若干だけ入り込んでいる。

押え部材２４は、弾性変形可能な屈曲した板状の部材であり、例えば金属材料（ステンレス鋼等）により構成される。押え部材２４が金属材料により構成される場合、押え部材２４は例えばプレス加工により成形することができる。なお、押え部材２４の構成材料は、他の適切な材料、例えば樹脂材料等であってもよい。

具体的に、押え部材２４は、シール部材１８に対向する基部４８と、基部４８から延出するとともに弾性変形可能でありハウジング１６に係合する係合アーム５０とを有する。基部４８は、その中心部に厚さ方向に貫通する貫通孔４８ａを有し、当該貫通孔４８ａに圧力センサ１２の筒部２８が挿通されている。基部４８は、貫通孔４８ａの周囲部分において、シール部材１８に当接している。

本実施形態では、基部４８における互いに反対側の縁部から、軸線ａに沿って２つの係合アーム５０が突出している。係合アーム５０は、軸線ａに対して近接及び離間する方向（つまり軸線ａを中心とする円の径方向）に弾性変形可能な弾性片である。押え部材２４が筒状壁３４に取り付けられた状態で、２つの係合アーム５０は略平行に延在している。

各係合アーム５０には、当該係合アーム５０の厚さ方向に貫通する係合孔５２（第１係合部）が設けられている。押え部材２４が筒状壁３４に取り付けられた状態で、筒状壁３４に設けられた係合突起３８が、係合アーム５０に設けられた係合孔５２に嵌合することにより、係合突起３８と係合孔５２とが係合している。このような係合突起３８と係合孔５２との係合は、押え部材２４の基板１４側への移動を阻止している。

なお、係合アーム５０と筒状壁３４との係合構造は、図示例の構造に限定されない。例えば、係合アーム５０には、貫通する係合孔５２に代えて、有底の係合溝が設けられてもよい。また、例えば、係合アーム５０に軸線ａ側に突出する突起が設けられる一方、筒状壁３４には当該突起が引っ掛かる溝が設けられてもよい。

次に、圧力スイッチ１０の組立方法について簡単に説明する。

まず、ハウジング１６の圧力取入口３６に配管継手２０を装着してから、基板１４で閉じられていないハウジング１６の開口部１６ａを介して、筒状壁３４の内側に防護部材２２を挿入する。次に、シール部材１８を筒状壁３４の内側に挿入する。これにより、筒状壁３４の内側で、シール部材１８と配管継手２０との間に防護部材２２が挟まれた状態となる。

次に、筒状壁３４の外側に押え部材２４を装着する。具体的には、ハウジング１６の開口部１６ａを介して、係合アーム５０の自由端を筒状壁３４側に向けた状態にして、押え部材２４を筒状壁３４に被せるように取り付ける。この際、筒状壁３４に対する押え部材２４の軸線ａに沿った相対移動に伴って、係合アーム５０は、係合突起３８によって押されることで外側（軸線ａから離れる方向）に弾性変形して係合突起３８に乗り上げる。この際、テーパ状ガイド３８ｂのテーパ作用によって係合アーム５０を外側に誘導するので、係合突起３８への係合アーム５０の乗り上げはスムーズに行われる。

そして、係合アーム５０の自由端部が係合突起３８を乗り越えたところで、係合アーム５０は弾性復元力によって内側（軸線ａに近づく方向）に変位する。これにより、係合突起３８が係合孔５２に入り込み、係合アーム５０と筒状壁３４とが係合状態となり、基部４８がシール部材１８を押さえ付けた状態となる。

次に、圧力センサ１２が取り付けられた基板１４をハウジング１６に取り付けることで、ハウジング１６の開口部１６ａを基板１４で閉じるとともに、シール部材１８が装着されたハウジング１６の筒状壁３４に圧力センサ１２の筒部２８を挿入する。この際、筒部２８は、筒状壁３４に固定された押え部材２４の基部４８の貫通孔４８ａを介してシール部材１８に挿入される。これにより、圧力センサ１２（筒部２８）とハウジング１６（筒状壁３４）との間が気密（及び液密）にシールされることとなる。

以上により、図２のように圧力スイッチ１０が組み立てられる。

次に、以上のように構成される圧力スイッチ１０の作用及び効果について説明する。

配管継手２０に接続された図示しない配管を介して圧力流体が圧力スイッチ１０の圧力取入口３６に導入され、圧力センサ１２の検出孔２８ａへと流れる。これにより、圧力センサ１２の図示しない検出部に対して圧力流体の圧力が付与され、その圧力によって変化した抵抗値を基板１４へと出力することによって抵抗値の変化に基づいて圧力流体の圧力が算出される。そして、算出された圧力値に基づいた出力信号が外部へと出力される。

この場合、圧力流体は、衝突防止壁４０を避けるようにして、つまり検出孔２８ａに対向する中心部を迂回して、複数の連通孔４２を介して、検出孔２８ａへと至る。このため、例えば、圧力流体中に水分、塵埃等が含まれていた場合、水分、塵埃等が衝突防止壁４０に衝突することにより、水分、塵埃等が、検出孔２８ａへと進入することが抑制される。よって、水分、塵埃等が含有された圧力流体においても、圧力センサ１２による検出精度の低下が生じることがなく、圧力流体の圧力を確実且つ安定的に検出することが可能となる。

また、圧力スイッチ１０によれば、押え部材２４が弾性変形可能な係合アーム５０を有し、係合アーム５０においてハウジング１６に係合することによって、押え部材２４が固定されている。このため、カシメ装置等の専用設備を使用することなく、小さい荷重でも容易に、ハウジング１６への押え部材２４の組み付けを行うことができる。また、押え部材２４の組み付けに際し、カシメ等の金属部材の塑性変形を利用しないため、金属以外（樹脂等）の材料をハウジング１６に適用することができ、材料選択の自由度を向上できる。また、押え部材２４をハウジング１６に対して一方向に移動させるだけで、押え部材２４を組み付けることができるため、組み付けが容易である。

しかも、圧力センサ１２が縦方向に移動してもシール性が保持されるため、設計自由度が高くなる。また、受圧によってシール部材１８に作用する力を、筒状壁３４に固定された押え部材２４が受けるため、圧力センサ１２及び基板１４（制御基板）に掛かる負荷を低減することができる。

特に、本実施形態の場合、係合アーム５０には第１係合部（係合孔５２）が設けられ、筒状壁３４の外周部には第１係合部と係合する第２係合部（係合突起３８）が設けられている。この構成により、簡易な構造でハウジング１６に対して押え部材２４をしっかりと固定することができる。

また、本実施形態の場合、第１係合部と第２係合部の一方は孔又は溝の形態を有し、第１係合部と第２係合部の他方は上記孔又は溝に挿入される突起の形態を有する。この構成により、ハウジング１６に対し、適切な固定力で押え部材２４を固定することができる。

さらに、本実施形態の場合、係合突起３８は筒状壁３４の外周部に設けられており、係合突起３８には第１開口１７ａ側から第２開口１７ｂ側に向かうに従って孔部１７の軸線ａから遠ざかるように傾斜するテーパ状ガイド３８ｂが形成されている。この構成により、ハウジング１６に対して押え部材２４を組み付ける際に、テーパ状ガイド３８ｂのテーパ作用によって、押え部材２４の係合アーム５０の外側への弾性変形を促すことで、係合アーム５０が係合突起３８を容易に乗り越えることができる。このため、押え部材２４の組付けを一層容易且つスムーズに遂行することができる。

しかも、本実施形態の場合、押え部材２４の基部４８には圧力センサ１２の一部（筒部２８）が挿入される貫通孔４８ａが設けられ、基部４８の両側に一対の係合アーム５０が設けられている。このため、ハウジング１６に対して押え部材２４がより安定的に固定され、押え部材２４の機能を一層好適に発揮できる。

なお、圧力スイッチ１０において、衝突防止壁４０を含む防護部材２２とハウジング１６とは別部品で構成されているが、これらは一体成形されてもよい。すなわち、図３に示す変形例に係る圧力スイッチ１０ａのように、ハウジング１６の筒状壁３４の内側に、衝突防止壁４０が一体成形されていてもよい。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。例えば、圧力スイッチ１０、１０ａにおいて、防護部材２２、衝突防止壁４０はそれぞれ設けられなくてもよい。

１０、１０ａ…圧力スイッチ １２…圧力センサ
１６…ハウジング １８…シール部材
２４…押え部材 ３８…係合突起
３８ｂ…テーパ状ガイド ４８…基部
５０…係合アーム ５２…係合孔

Claims (5)

1. 圧力センサと、
   前記圧力センサの一部が挿入された孔部を有し、前記圧力センサを収容するハウジングと、
   前記孔部に配置されるとともに、前記圧力センサと前記ハウジングとの間に介装された環状のシール部材と、
   前記シール部材に対向する基部と、前記基部から延出するとともに弾性変形可能であり前記ハウジングに係合する係合アームとを有する押え部材と、を備える
   ことを特徴とする圧力スイッチ。
2. 請求項１記載の圧力スイッチにおいて、
   前記係合アームには、第１係合部が設けられ、
   前記ハウジングは、前記孔部を囲む筒状壁を有し、
   前記筒状壁の外周部には、前記第１係合部と係合する第２係合部が設けられている、
   ことを特徴とする圧力スイッチ。
3. 請求項２記載の圧力スイッチにおいて、
   前記第１係合部と前記第２係合部の一方は、孔又は溝の形態を有し、
   前記第１係合部と前記第２係合部の他方は、前記孔又は溝に挿入される突起の形態を有する、
   ことを特徴とする圧力スイッチ。
4. 請求項２又は３記載の圧力スイッチにおいて、
   前記孔部は、前記圧力センサの前記一部が挿入される第１開口を一端に有するとともに、前記一端とは反対側の他端に第２開口を有し、
   前記突起は、前記筒状壁の前記外周部に設けられており、
   前記突起には、前記第１開口側から前記第２開口側に向かうに従って前記孔部の軸線から遠ざかるように傾斜するテーパ状ガイドが形成されている、
   ことを特徴とする圧力スイッチ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力スイッチにおいて、
   前記基部には、前記圧力センサの前記一部が挿入される貫通孔が設けられ、
   前記基部の両側に一対の前記係合アームが設けられている、
   ことを特徴とする圧力スイッチ。

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