JP3100331B2 - 圧力スイッチ - 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、流体圧に比例して
移動するピストンの位置を検出することによって、その
流体の圧力を検出する圧力スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から流体圧力の検出には様々な圧力
スイッチが利用されている。図１２は、その中でも半導
体式の圧力スイッチを示した断面図である。この第一従
来例の半導体式圧力スイッチ１０１は、流路途中に設け
られ、開口した金属ベース１０２上に接着剤１０７によ
って、軸芯部に貫通孔が形成された円盤形状をなす特殊
なガラスの台座１０３が固定されている。また、台座１
０３上には下面側に形成された凹部によって薄肉に構成
されたシリコン単結晶からなるチップ１０４が配設され
ている。このチップ１０４は、台座１０３と同径の円盤
形状をなし、薄肉で形成された凹部によって流体圧力を
受けるように構成されている。ところで、このチップ１
０４は、台座１０３がチップ１０４に比べて圧肉に形成
されている。そして、この半導体式圧力スイッチ１０１
の周りには、金属ベース１０２に垂直に金属ベース１０
５が設けられ、その金属ベース１０５とチップ１０４と
の間で金糸線１０６が掛け渡されている。

【０００３】このような構成からなる半導体式圧力スイ
ッチ１０１では、チップ１０４上面に加わる流体圧力に
よって、そのチップ１０４が下方へ歪むと、チップ１０
４上面に形成された不図示の抵抗体も歪むことによっ
て、その抵抗値を変化させる。そして、その抵抗体の抵
抗値変化を電圧換算することによって、その抵抗値と予
め定められた閾値とを比較して、その閾値を境に出力の
ＯＮ，ＯＦＦが実行される。ところが、このような半導
体式圧力スイッチ１０１は、チップ１０４、台座１０３
及び接着剤１０７の強度上１０ｋｇｆ／ｃｍ² までが限
度であった。

【０００４】そこで、他の第二従来例としてリードスイ
ッチ式の小型の圧力スイッチが採用されている。これ
は、シリンダ内のピストン位置の検出にリードスイッチ
を設けたものである。具体的には、シリンダ内に流入す
る流体の圧力に比例して移動するピストンに永久磁石が
組み込まれ、その永久磁石の磁気検出器にリードスイッ
チからなる回路が用いられたものである。図１３は、こ
の磁気検出器の内部回路構成図である。図に示すよう
に、この磁気検出器１１０は、リードスイッチ１１１、
抵抗１１２そして発光ダイオード１１３が直列に接続さ
れ、抵抗１１２及び発光ダイオード１１３間にツェナー
ダイオード１１４が並列に接続されたものである。リー
ドスイッチ１１１は、通常時には開（ＯＦＦ）の状態
（図１３）になるように磁気平衡されている。

【０００５】そこで、不図示のシリンダに沿って所定箇
所に配設されたリードスイッチ１１１に沿って流体圧力
を受けたピストンが移動すると、そのリードスイッチ１
１１と永久磁石との距離が変化する。そのため、ピスト
ンがリードスイッチ１１１に接近すれば、リードスイッ
チ１１１と永久磁石との磁気平衡状態が崩れてスイッチ
の接点が閉（ＯＮ）の状態になって発光ダイオード１１
３が発光することによって所定のピストン位置に対する
流体圧力値を検出することができる。なお、流体圧力を
受けて移動するピストンが、そのリードスイッチ１１１
がＯＮする位置まで移動するための移動圧は、ピストン
に係設された不図示のスプリングの付勢力を変えること
によって調節することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の圧力スイッチには、次のような問題があった。即
ち、第一従来例のものは、上述したように構造的な特徴
から高圧ガスへの適応が不可能であった。ここで、高圧
ガスが使用される圧力スイッチの高圧領域のガス圧と
は、１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上をいい、例えば、容積に対
するガス使用時間の長期化を目的としてガス圧を高める
ガスボンベに使用するものや、レーザビームによって対
象物の切断を行なうレーザ加工機での高圧の補助ガスの
使用等が挙げられ、その用途例は広範囲に渡っている。
そこで、高圧ガスに対する圧力スイッチの需要に応える
べく、第二従来例に示したリードスイッチ式の圧力スイ
ッチが高圧ガス対応として利用される。

【０００７】ところが、圧力スイッチを小型化した場合
には、ピストンが移動するシリンダストロークに対して
永久磁石の影響を受けるリードスイッチ１１１のスイッ
チ動作範囲（ＯＮ区間）の方が長いため、ＯＮ，ＯＦＦ
の切り替わる１点（ＯＮ，ＯＦＦが切り替わる位置にピ
ストンにかかる流体圧力を設定する）でしか出力を検出
することができないため、流体圧力の設定値の確認が困
難であった。

【０００８】しかも、図１４は、ピストンの移動により
リードスイッチが１点でＯＮ，ＯＦＦをする状態を示し
た図であるが、ここで示されているように、ピストンに
取り付けられた永久磁石がリードスイッチ１１１に接近
して磁気平衡が崩され、リードスイッチ１１１がＯＮ状
態となる図１４に示すＢ点と、永久磁石が離れることに
よって再びリードスイッチ１１１がＯＦＦ状態となるＡ
点との間には「応差」といわれるズレが生じる。この応
差（以下、「ヒステリシス」という）は、ＯＮ，ＯＦＦ
する設定値付近でガスの脈動等によってリードスイッチ
１１１がチャタリングを起こすのを防止する点では効果
的であるが、ヒステリシスの幅（Ａ−Ｂ）はリードスイ
ッチ１１１のもつ固有値であるため、使用者が任意に適
切な値を設定することができない。そのため、設定値を
示す出力に幅が生じたのでは、小型化した圧力スイッチ
において正確な検出が困難となっていた。

【０００９】そこで、本発明は、このような問題点を解
消すべく、流体圧力の正確な検出が可能な高圧対応の圧
力スイッチを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力スイッチ
は、流体圧力に比例して移動するピストンを備えたシリ
ンダ部と、そのピストンに設けられた永久磁石の移動範
囲内でリニアなアナログデータを出力する磁気リニアス
ケールを有する磁気検出器とをボディ内部に一体に組み
込んだ圧力スイッチであって、前記磁気検出器が、前記
磁気リニアスケールから出力された出力電圧に対して所
定の値に設定された第１基準電圧を比較する第１比較手
段と、前記磁気リニアスケールから出力された出力電圧
に対して前記第１基準電圧より低い値に設定された第２
基準電圧を比較する第２比較手段と、前記出力電圧が前
記第１基準電圧と第２基準電圧との間にある場合に駆動
電圧を出力する第１出力手段とを有することを特徴とす
る。

【００１１】また、本発明の圧力スイッチは、前記第１
出力手段から出力される駆動電圧によって発光する発光
手段を有するものであることが望ましい。 また、本発明
の圧力スイッチは、前記磁気検出器が、前記第１基準電
圧と前記第２基準電圧との電圧幅を調整する基準電圧調
整手段を有するものであることが望ましい。 また、本発
明の圧力スイッチは、前記磁気検出器が、前記永久磁石
が移動する際に前記磁気リニアスケールから出力される
リニアに変化する出力電圧を増幅する増幅手段を有する
ものであることが望ましい。

【００１２】また、本発明の圧力スイッチは、前記磁気
検出器が、前記永久磁石が移動する際に前記磁気リニア
スケールから出力されるリニアに変化する出力電圧と所
定の値に設定された第３基準電圧とを比較する第３比較
手段と、前記出力電圧と前記第３基準電圧より低い値に
設定された第４基準電圧とを比較する第４比較手段と、
前記出力電圧と前記第４基準電圧より低い値に設定され
た第５基準電圧とを比較する第５比較手段と、前記出力
電圧と前記第５基準電圧より低い値に設定された第６基
準電圧とを比較する第６比較手段とを備え、前記出力電
圧が第３基準電圧と第６基準電圧との間にある場合に駆
動電圧を出力する前記第３比較手段と前記第６比較手段
とからなる第２出力手段と、前記出力電圧が第４基準電
圧と第５基準電圧との間にある場合に駆動電圧を出力す
る前記第４比較手段と前記第５比較手段とからなる第３
出力手段と、前記第１出力手段と前記第２出力手段から
の駆動電圧の電圧信号のＡＮＤをとる第１ゲート手段
と、前記第１出力手段と前記第２出力手段からの駆動電
圧の電圧信号の一致をとる第２ゲート手段と、前記第１
ゲート手段に接続された第１発光手段と、前記第２ゲー
ト手段に接続された第２発光手段とを有するものである
ことが望ましい。

【００１３】また、本発明の圧力スイッチは、前記磁気
検出器が、前記第２出力手段による駆動電圧の信号を出
力する第１出力端子と、前記第２ゲート手段から出力さ
れる電圧の信号を出力する第２出力端子とを有するもの
であることが望ましい。更に、本発明の圧力スイッチ
は、前記磁気検出器が、前記永久磁石が移動する際に前
記磁気リニアスケールから出力されるリニアに変化する
出力電圧と所定の値に設定された基準電圧とを比較する
比較手段を備え、当該比較手段が、前記基準電圧値で生
じる応差の幅を調節する調節手段を有するものであるこ
とが望ましい。

【００１４】以上のような構成をなす本発明の圧力スイ
ッチは、シリンダ内に供給される流体の圧力に比例して
移動するピストンに伴ってピストンに組み込まれた永久
磁石が移動すると、その永久磁石の位置を検出する磁気
検出器を構成する磁気リニアスケールから、流体の圧力
を受けて移動するピストンの移動位置がリニアなアナロ
グデータとして出力されるため、当該データから検出す
るピストンの移動位置によって正確な流体圧力の検出が
可能となる。また、本発明の圧力スイッチは、前記ピス
トンに組み込まれた永久磁石が移動すれば、その方向と
直交する方向において一定幅で形成され、前記永久磁石
が移動する方向において密度がリニアに変化する磁気抵
抗効果を奏する磁気抵抗素子によって構成された前記磁
気リニアスケールによって、ピストンの移動位置がリニ
アなアナログデータとして出力されるため、当該データ
から検出するピストンの移動位置によって正確な流体圧
力の検出が可能となる。

【００１５】また、本発明の圧力スイッチは、前記永久
磁石が移動すると、前記磁気リニアスケールから出力さ
れるリニアに変化する出力電圧と所定の値に設定された
第１基準電圧とが第１比較手段比較される一方、その出
力電圧と前記第１基準電圧より低い値に設定された第２
基準電圧とが第２比較手段とで比較され、出力電圧が第
１基準電圧と第２基準電圧との間にある場合には、その
両比較手段からなる第１出力手段から駆動電圧が出力さ
れ発光手段が発光するが、磁気リニアスケールからのリ
ニアなアナログデータを２点で比較して出力していた
め、両基準電圧幅に該当する所定の流体圧力が正確に検
出される。

【００１６】また、本発明の圧力スイッチは、基準電圧
調整手段によって前記第１基準電圧と前記第２基準電圧
との電圧幅を調整することによって、所定の流体圧力を
狭い範囲で検出することが可能となった。また、本発明
の圧力スイッチは、増幅手段によって前記永久磁石が移
動する際に前記磁気リニアスケールから出力されるリニ
アに変化する出力電圧を増幅することによって、所定の
機器へ接続すれば流体の圧力推移をデータとして出力す
ることができ、流体圧力が正確に検出される。

【００１７】また、本発明の圧力スイッチは、前記永久
磁石が移動すると、前記磁気リニアスケールから出力さ
れるリニアに変化する出力電圧と所定の値に設定された
第３基準電圧とが第３比較手段とで比較される一方、そ
の出力電圧と第６基準電圧とが第６比較手段とで比較さ
れ、出力電圧が第３基準電圧と第６基準電圧との間にあ
る場合には、その両比較手段からなる第２出力手段から
駆動電圧が出力され、また出力電圧と第４基準電圧とが
第４比較手段とで比較される一方、その出力電圧と第５
基準電圧とが第５比較手段とで比較され、出力電圧が第
４基準電圧と第５基準電圧との間にある場合には、その
両比較手段からなる第３出力手段から駆動電圧が出力さ
れ、各駆動電圧の電圧信号のＡＮＤをとった第１ゲート
手段から駆動電圧信号が出力された場合に第１発光手段
が発光する一方、各駆動電圧の電圧信号の一致をとった
第２ゲート手段から駆動電圧信号が出力された場合には
第２発光手段が発光することとなるが、設定した所定の
流体圧力で第１発光手段が発光し、その上下の流体圧力
で第２発光手段が発光するため、流体圧力の変化を正確
に認識することができる。

【００１８】また、本発明の圧力スイッチは、前記第２
出力手段による駆動電圧の信号を出力する第１出力端子
と、前記第２ゲート手段から出力される電圧の信号を出
力する第２出力端子とにパーソナルコンピュータ等を接
続することにより、流体圧力の変化を自動監視すること
が可能となった。更に、本発明の圧力スイッチは、比較
手段によって前記永久磁石が移動する際に前記磁気リニ
アスケールから出力されるリニアに変化する出力電圧と
所定の値に設定された基準電圧とを比較するが、その
際、基準電圧値で生じる出力電圧の応差の幅を調節手段
によって調節することができるため、簡易な構成によっ
て比較的正確な流体圧力の検出が可能となった。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる圧力スイッ
チの実施の形態について図面を参照して具体的に説明す
る。図１は、第一実施の形態の圧力スイッチを示した断
面図であり、図２は、その矢印Ａ方向から見た正面図で
ある。本実施の形態の圧力スイッチ１は、上記第二従来
例のものと同様にピストンに取り付けられた永久磁石を
検出するものであり、具体的には、以下のような構成を
なす。圧力スイッチ１は、正面が開放した中空の直方体
形状のボディ２の上方にはキャップ３が、下方にはポー
ト４が形成された配管ボディ５が、一体に構成されてい
る。

【００２０】そして、中空形状のボディ２の内部には、
ピストン６が摺動するシリンダ部７が形成されている。
このシリンダ部７は、ボディ２内に円筒形状部分が形成
され、その下端を配管ボディ５によって気密に閉じられ
たものであり、ポート４との間で細孔８が連通されてい
る。このようなシリンダ部７に嵌装されたピストン６に
は、円環形状の永久磁石９がストッパ１０との間で挟持
されている。このピストン６とストッパ１０とは、同軸
上を上方からボルト１１によって分離可能なように一体
に固定されている。また、永久磁石９が挟持されたピス
トン６には、シリンダ部７内を気密に摺動可能なように
パッキン１２が嵌合されている。更に、ピストン６下端
部に形成されたフランジ部に対応してシリンダ部７に段
差が形成され、摺動するピストン６の移動を制限するよ
うに構成されている。

【００２１】一方、圧力スイッチ１上方には、キャップ
３上面に現われるようにスクリュウ１３が嵌装され、そ
のスクリュウ１３には、その回転に連動して上下するよ
うにネジ部１３ａに目盛板１４が固着された移動板１５
が螺設されている。そして、この移動板１５とピストン
６に一体に固定されたストッパ１０のフランジ部との間
にはコイルスプリング１６が配設され、ピストン６を下
方に付勢するよう作用している。従って、移動板１５と
ストッパ１０との距離を調節することによってピストン
６の下方へかかる付勢力が調節されることとなるが、そ
の距離を調節する際に移動する目盛板１４に対して、目
盛りの記されたウインドウ１７を備えたカバー１８がボ
ディ２に装着されている。また、カバー１８には、後述
する磁気検出器に設けられた発光ダイオードの光を表示
する表示部１９が形成されている。

【００２２】更に、圧力スイッチ１には、ピストン６に
取り付けられた永久磁石９の位置を検出する、本発明の
特徴的な構成をなす磁気検出器２０がシリンダ部７に並
設され、キャップ３を貫いて設けられたリード線２１が
接続されている。ここで、図３は、磁気検出器２０の内
部回路構成図である。この磁気検出器２０の内部回路
は、磁気リニアスケール３１によって構成される検出回
路である。従って、検出回路の説明に先だって磁気リニ
アスケール３１の構成を簡単に説明する。図４は、磁気
リニアスケールを示した図である。

【００２３】磁気リニアスケール３１には、磁気抵抗素
子Ｒ１と温度補償回路Ｒ２との２つのつづら折れ状のパ
ターンが、各々直角の位相差をもつように形成されてい
る。本実施例では、磁気抵抗素子Ｒ１および温度補償回
路Ｒ２の素材である強磁性体金属として、共にパーマロ
イ（Ｎｉ−Ｆｅ，８３：１７）が使用されている。磁気
抵抗素子Ｒ１は、パターンの線の長手方向に対して直角
に磁界を受けた場合に、抵抗値が減少する性質を有して
おり、パターンの線の長手方向に磁界を受けた場合に
は、抵抗値が変化しない。また、磁気抵抗素子Ｒ１の両
端に端子部２１，２２が配設され、温度補償回路Ｒ２の
両端に端子部２２，２３が配設されている。

【００２４】そこで、このような磁気リニアスケール３
１を利用した本実施の形態の検出回路は、次のような構
成をなす。先ず、磁気リニアスケール３１の端子２１，
２３間には直流電圧Ｖｃｃがかけられ、その磁気リニア
スケール３１の中点電圧を示す端子２２が、第１コンパ
レータ３２のマイナス側入力、および第２コンパレータ
３３のプラス側入力に接続されている。一方、第２コン
パレータ３３のマイナス側入力は抵抗３４を介してアー
スに接続され、第１コンパレータ３２のプラス側入力は
可変抵抗３５を介して直流電圧Ｖｃｃに接続されてい
る。また、第１コンパレータ３２のプラス側入力と第２
コンパレータ３３のマイナス側入力とは、可変抵抗３６
を介して接続されている。そして、可変抵抗３５，３６
および抵抗３４により、第１コンパレータ３２に高い方
の基準電圧Ｅ１が、第２コンパレータ３３に低い方の基
準電圧Ｅ２が供給されている（この接続方式を一般にウ
ィンドコンパレータ方式と呼んでいる）。

【００２５】ところで、永久磁石９が磁気リニアスケー
ル３１の左端部から右端部に移動するに伴って、磁気リ
ニアスケール３１の密度が高くなる場合を考える。する
と、図５に示すように、磁気抵抗素子Ｒ１の内部抵抗が
減少するため、磁気リニアスケール３１の中点電圧の出
力は磁気抵抗素子Ｒ１の内部抵抗の減少に比例して減少
することとなる。ここで、本実施例の圧力スイッチ１で
は、このようなリニアに変化する磁気リニアスケール３
１の中点電圧に対して基準電圧Ｅ１，Ｅ２を設定する。
即ち、第１および第２コンパレータ３２，３３には、基
準電圧形成用の可変抵抗３５，３６により設定された比
較電圧が供給されるようにする。これは、基準電圧Ｅ
１，Ｅ２間に該当するピストン６の移動位置対応する、
そのピストン６にかかる流体圧力を検出するためであ
る。可変抵抗３６の値を大きくすれば基準電圧Ｅ１，Ｅ
２間隔が広がり、小さくすれば狭くなる。

【００２６】そして、第１および第２コンパレータ３
２，３３の出力は、トランジスタ３７のベース、および
抵抗を介して直流電圧Ｖｃｃに接続されている。トラン
ジスタ３７のコレクタは、発光ダイオード（以下、単に
「ＬＥＤ」と記す）３９および抵抗を介して直流電圧Ｖ
ｃｃに接続されている。トランジスタ３７のエミッタ
は、トランジスタ３８のベースに接続されている。トラ
ンジスタ３８のコレクタは出力端子２９に接続されてい
る。トランジスタ３８のエミッタは、アースに接続され
ている。

【００２７】以上のような構成をなす本実施の形態の圧
力スイッチ１は、次に示すように作用する。先ず、スク
リュウ１３上面に形成された不図示のマイナス溝にマイ
ナスドライバを用いて、そのスクリュウ１３を回転させ
る。この時、時計方向に回転させれば移動板１５が下降
してコイルスプリング１６が圧縮され、上述した基準電
圧に対応した位置へピストン６が移動するための流体圧
が高くなる。一方、スクリュウ１３を反時計方向に回転
させれば移動板１５が上昇するため、逆に低い値の流体
圧力の検出が可能となる。このようにして設定した検出
値は、移動板１５の移動に従って上下する目盛板１４が
ウインドウ１７の目盛りを指すことによって確認でき
る。但し、このようなスクリュウ１３を操作した圧力設
定は、圧力スイッチ１を使用する使用者の仕様に応じて
製造側が製造時の調整の際に用いる。従って、使用者
は、検出圧力の設定にはスクリュウ１３を操作すること
なく、内部回路上に設けられた可変抵抗３５，３６の操
作によって行なう。

【００２８】そこで、配管系路上に配設された圧力スイ
ッチ１に対して、ポート４から検出対象となる流体が流
入し、更に細孔８を通ってシリンダ部７内のピストン６
に対して下方から流体圧力が加わる。その際、上述した
ように設定したコイルスプリング１６による付勢力と、
流体圧力がバランスする位置までピストン６がシリンダ
部７内を摺動する。ピストン６がシリンダ部７内を摺動
する移動距離は、そのピストン６にかかる印加圧力に比
例する。従って、ピストン６に取り付けられた永久磁石
９が磁気検出器２０の磁気リニアスケール３１に沿って
移動すれば、次に示すようにして流体圧力が検出され
る。

【００２９】磁気検出器２０では、永久磁石９が磁気リ
ニアスケール３１に沿って移動する際、ピストン６が圧
力を受ける方向に対して磁気リニアスケール３１の密度
が高くなるように配設されている。そのため、ピストン
６が流体圧力を受けて上昇（図１）するに従って磁気抵
抗素子Ｒ１の内部抵抗が減少することによって、磁気リ
ニアスケール３１の中点電圧からの出力が磁気抵抗素子
Ｒ１の内部抵抗の減少に比例して減少することとなる。

【００３０】そこで、磁気リニアスケール３１の中点電
圧が基準電圧Ｅ１より高い時、または基準電圧Ｅ２より
低い時は、第１および第２コンパレータ３２，３３の出
力はいずれもローレベルとなり、トランジスタ３７，３
８のベースに電圧がかからないので、トランジスタ３
７，３８はオフとなる。次に、中点電圧が基準電圧Ｅ
１，Ｅ２間にある時は、第１および第２コンパレータ３
２，３３の出力が共にハイレベルとなり、トランジスタ
３７のベースに電圧がかかるので、ＬＥＤ３９に電流が
流れ、点灯する。さらに、トランジスタ３８のベースに
電圧がかかるので、出力Ｓがオンとなる。これにより、
流体圧力が設定値で供給されていることが確認できる。
上記関係をグラフ化すると図５に示すようになる。

【００３１】よって、以上のような構成をなす本実施の
形態の圧力スイッチ１によれば、ピストン６を付勢する
コイルスプリング１６の付勢力を変化させることによっ
て、容易に流体圧力の検出値を調節することが可能とな
った。また、このコイルスプリング１６の付勢力または
強度を変えることによって高い流体圧力への使用も容易
に行なうことが可能となった。また、本実施の形態の圧
力スイッチ１では、従来リードスイッチ式のものでは不
可能であった２点の出力（上下限値）が可能となり、し
かも可変抵抗３６を変化させることによって検出幅を調
節することができ、かなり狭いピストン６の移動領域で
の検出が可能となったことに伴い、流体圧力を正確に検
出することが可能となった。

【００３２】次に、本発明にかかる圧力スイッチの第二
実施の形態について図面を参照して説明する。但し、以
下に示す第二乃至第五実施の形態のものは磁気検出器に
特徴を有するため、特に磁気検出器に限って説明する。
他の構成は上記第一実施の形態のものと同様な構成をな
すため、その説明は割愛する。図６は、第二実施の形態
の圧力スイッチ１に装着された磁気検出器の内回路構成
図である。磁気リニアスケール３１の端子２１，２３間
には定電圧回路４１を介して直流電圧Ｖｃｃがかけら
れ、磁気リニアスケール３１の中点電圧を出力する端子
２２が、抵抗４５を介して第１オペアンプ４２のプラス
側入力に接続されている。また、第１オペアンプ４２の
出力は、第２オペアンプ４３のプラス側入力に抵抗４４
を介して接続され、その第２オペアンプ４３の出力は、
出力端子２９に接続されている。

【００３３】一方、第１オペアンプ４２のマイナス側入
力には、抵抗４６を介して直流電圧Ｖｃｃに接続される
一方、抵抗４７を介してアースに接続されている。そし
て、第２オペアンプ４３のマイナス側入力は、抵抗４
８，４９を介して直流電圧Ｖｃｃ及びアースに接続され
たゼロ点調節トリマ５０に抵抗４１を介して接続されて
いる。また、第１オペアンプ４２は、マイナス側入力に
は抵抗５２を介して帰還が施され、プラス側入力には抵
抗５２及びコンデンサ５３を介して帰還が施されてい
る。そして、第２オペアンプ４３は、スパン調整トリマ
５４及び抵抗５５を介してマイナス側入力に帰還が施さ
れている。

【００３４】このような構成による磁気検出器２０で
は、上記第一実施の形態のものと同様、磁気リニアスケ
ール３１に対してピストン６の永久磁石９が移動する
と、その磁気リニアスケール３１中点電圧の図５に示す
如くリニアな電圧が出力されることとなる。そして、磁
気リニアスケール３１の中点電圧から出力される出力電
圧は数十ｍＶ程度の変化を示すものであるが、本実施の
形態のものでは、第１，第２オペアンプ４２，４３を採
用することによって出力端子２９から１〜５Ｖの出力電
圧に増幅され、アナログ値として出力される。従って、
第一実施の形態のようにＬＥＤ３９を用いることなく、
デジタルパネルメータとの組合せによってモニターとし
て使用が可能となり、また、デコーダとの組合せによっ
て時間に対する圧力推移の記録も可能となる。

【００３５】次に、第三実施の形態の圧力スイッチにつ
いて説明する。本実施の形態では、上記第一実施の形態
のものと同様、ウィンドコンパレータ方式を採用した磁
気検出器を示す。図７は、本実施の形態の圧力スイッチ
における磁気検出器の内部回路構成図である。端子２
１，２３間には定電圧回路４１を介して直流電圧Ｖｃｃ
がかけられた磁気リニアスケール３１の中点電圧を出力
する端子２２には、第２ウィンドコンパレータ６１と第
３ウィンドコンパレータ６２が接続されている。特に、
第２ウィンドコンパレータ６１を構成する第３コンパレ
ータ６３のマイナス側入力及び第６コンパレータ６４の
プラス側入力、並びに第３ウィンドコンパレータ６２を
構成する第４コンパレータ６５のマイナス側入力及び第
５コンパレータ６６のプラス側入力に接続されている。

【００３６】そして、第３，第４コンパレータ６３，６
５のプラス側入力は可変抵抗６７または可変抵抗６７及
び抵抗６８を介して直流電圧Ｖｃｃに接続される一方、
第６，第５コンパレータ６４，６６のマイナス側入力は
抵抗６９または抵抗６９及び抵抗７０を介してアースに
接続されている。また、第４コンパレータ６５のプラス
側入力と第５コンパレータ６６のマイナス側入力とは、
抵抗７１を介して接続されている。従って、可変抵抗６
７および抵抗６８，６９，７０，７１により、第３コン
パレータ６３、第４コンパレータ６５、第５コンパレー
タ６６そして第６コンパレータ６４の順に、最も高い基
準電圧Ｅ１から順に電圧値の下がった基準電圧Ｅ２，Ｅ
３そして最も値の低い基準電圧Ｅ４が供給されている。

【００３７】そして、第２ウィンドコンパレータ６１を
構成する第３及び第６コンパレータ６３，６４の出力
と、第３ウィンドコンパレータ６２を構成する第４及び
第５コンパレータ６５，６６の出力とは、それぞれ直流
電圧Ｖｃｃに接続され、ＡＮＤゲート７２及びＥｘ−Ｏ
Ｒゲート７３の各入力に接続されている。また、そのＡ
ＮＤゲート７２の出力はトランジスタ７４のベースに抵
抗７６を介して、Ｅｘ−ＯＲゲート７３の出力はトラン
ジスタ７５のベースに抵抗７７を介して接続されてい
る。そのトランジスタ７４，７５のコレクタは、それぞ
れ緑色を発光する緑ＬＥＤ７８及び抵抗８０または、赤
色を発光する赤ＬＥＤ７９及び抵抗８１を介して直流電
圧Ｖｃｃに接続されている。また、トランジスタ７４，
７５のエミッタは、それぞれアースに接続されている。
更に、第２ウィンドコンパレータ６１の出力は、トラン
ジスタ８２のベースに接続され、そのコレクタは出力端
子８３に接続され、エミッタがアースに接続されてい
る。

【００３８】そこで、このような構成からなる本実施の
形態の圧力スイッチでは、永久磁石９が磁気リニアスケ
ール３１に沿って移動すると、磁気リニアスケール３１
の中点電圧は図８に示すようにリニアな中点電圧を出力
する。図８は、このようにリニアに変化する磁気リニア
スケールの中点電圧に対して、磁気検出器を構成する上
記内部回路の各点の電圧レベルを示した図である。

【００３９】従って、磁気リニアスケール３１の中点電
圧が基準電圧Ｅ１より高い時、または基準電圧Ｅ４より
低い時は、第３乃至第６コンパレータ６３，６４，６
５，６６の出力、即ち第２，第３ウィンドコンパレータ
６１，６２の出力はいずれもローレベルとなる。従って
ＡＮＤゲート７２及びＥｘ−ＯＲゲート７３の出力はい
ずれもローレベルになって、トランジスタ７４，７５の
ベースに電圧がかからないため緑ＬＥＤ７８及び赤ＬＥ
Ｄ７９はオフとなる。出力端子８３の電圧もローレベル
である。

【００４０】次に、中点電圧が基準電圧Ｅ１，Ｅ４間に
ある時は、第２ウィンドコンパレータ６１の出力が常に
ハイレベルになり、一方の第３ウィンドコンパレータ６
２の出力は中間電圧が基準電圧Ｅ２，Ｅ３間にあるとき
にハイレベルの電圧が出力される。そのため、ＡＮＤゲ
ート７２の出力電圧は、磁気リニアスケール３１の中点
電圧が基準電圧Ｅ２，Ｅ３間にある時にハイレベルとな
り、Ｅｘ−ＯＲゲート７３の出力電圧は、基準電圧Ｅ
１，Ｅ３及び基準電圧Ｅ３，Ｅ４間にある時にハイレベ
ルとなる。従って、磁気リニアスケール３１の中点電圧
が基準電圧Ｅ２，Ｅ３間にある時には、緑ＬＥＤ７８が
点灯する一方、基準電圧Ｅ１，Ｅ３及び基準電圧Ｅ３，
Ｅ４間にある時には、赤ＬＥＤ７９が点灯することとな
る。

【００４１】このような構成の第三実施の形態の圧力ス
イッチでは、ピストンに取り付けられた永久磁石の位置
を２色のＬＥＤ７８，７９で表示することとし、特に、
所定の流体設定圧力に対して、適圧範囲として緑ＬＥＤ
７８を点灯させるとともに、その適圧範囲の前後を不安
定圧範囲として赤ＬＥＤ７９を点灯させることによっ
て、より正確な流体の圧力検出が可能となった。また、
緑の点灯から赤への点灯の変化によって、流体圧力が低
下しかけていることや過大になりかけていることによっ
て、システムダウンする前にこのような状態に対する警
告を受けることが可能となった。

【００４２】更に、第四実施の形態として、図９に示す
如く、上記第三実施の形態の構成に不安定圧範囲を出力
するトランジスタ７５のエミッタにトランジスタ８５の
ベースを接続し、コレクタには出力端子８６に接続し、
また、エミッタをアースに接続した構成を付加する。す
ると、図８に示したように磁気リニアスケール３１の中
点電圧が基準電圧Ｅ１，Ｅ２間、基準電圧Ｅ３，Ｅ４間
にあるときに、その出力端子８６からハイレベルの電圧
が出力されることとなる。従って、本実施の形態のもの
では、上記第三実施の形態の圧力スイッチが奏する効果
に加えて、出力端子８３，８６をパーソナルコンピュー
タ等に接続し、そのデータを処理することによって、圧
力の低下及び過大になりかけを自動監視することが可能
となった。

【００４３】更に、本発明にかかる圧力スイッチの第五
実施の形態について図面を参照して説明する。図１０
は、第五実施の形態の圧力スイッチ１に装着された磁気
検出器の内回路構成図である。磁気リニアスケール３１
の端子２１，２３間には直流電圧Ｖｃｃがかけられてい
る。そして、磁気リニアスケール３１の中点電圧を出力
する端子２２が、コンパレータ９１のプラス側入力に接
続され、コンパレータ９１のマイナス側入力には、可変
抵抗９２を介して直流電圧Ｖｃｃに接続され、また抵抗
９３を介してアースに接続されている。そのコンパレー
タ９１には、可変抵抗９６を介してプラス側入力に帰還
が施されている。そして、コンパレータ９１の出力は、
トランジスタ９４のベース、及び抵抗９５を介して直流
電圧Ｖｃｃに接続されている。そのトランジスタ９４の
コレクタは、ＬＥＤ９７および抵抗９８を介して直流電
圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは、トランジスタ９９の
ベースに接続されている。トランジスタ９４のコレクタ
は出力端子１００に接続され、エミッタは、アースに接
続されている。

【００４４】そこで、このような構成からなる本実施の
形態の圧力スイッチでは、可変抵抗９２によって基準電
圧Ｅを設定した後、ヒステリシス設定トリマとしての可
変抵抗９６の設定を行なう。ところで、本実施の形態の
ものでは上述したウィンドコンパレータ方式のものとは
異なり、図１１で示すように、磁気リニアスケール３１
から出力されるリニアな出力電圧の基準電圧ＥでＯＮ，
ＯＦＦする際にヒステリシスが生じる。しかし、これは
可変抵抗９６の抵抗値を上げればその幅が狭くなり、抵
抗値を下げれば幅が広くなる。そのため、本実施の形態
の圧力スイッチでは、ヒステリシスによって生じる不感
帯領域を任意に設定することができ、使用者のシステム
に適したヒステリシス幅を外部から設定することが可能
となった。従って、より簡易な構成によって流体圧力の
検出が比較的正確に行なうことが可能となった。

【００４５】なお、本発明の圧力スイッチは、上記実施
の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しな
い範囲で様々な変更が可能である。例えば、上記実施の
形態では、磁気抵抗素子Ｒ１の線幅Ｗ１が一定で密度を
順次変化させたものを図４に示したが、その他、磁気抵
抗素子Ｒ１の密度は一定で線幅を順次変化させたもの、
磁気抵抗素子Ｒ１の密度は一定で広い線幅を有するパタ
ーンの密度を順次変化させたもの、あるいはこれらを組
み合わせたもの等が考えられる。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、流体の圧力を受けて移動する
ピストンの移動位置がリニアなアナログデータとして出
力できる磁気リニアスケールによって磁気検出器を構成
したので、流体圧力に比例して移動するピストンの移動
位置から正確な流体圧力を検出できる圧力スイッチを提
供することが可能となった。また、本発明は、磁気検出
器を構成する磁気リニアスケールが、基板上に強磁性体
金属の蒸着薄膜により形成され、磁気抵抗効果を奏する
磁気抵抗素子が、ピストンに組み込まれた永久磁石が移
動する方向と直交する方向において一定幅で形成され、
その永久磁石が移動する方向において密度がリニアに変
化するものによって形成されたものであるため、流体の
圧力を受けて移動するピストンの移動位置がリニアなア
ナログデータとして出力でき、流体圧力に比例して移動
するピストンの移動位置から正確な流体圧力を検出でき
る圧力スイッチを提供することが可能となった。

【００４７】また、本発明は、磁気検出器を、永久磁石
が移動する際に磁気リニアスケールから出力されるリニ
アに変化する出力電圧が、第１比較手段によって第１基
準電圧と比較し、第２比較手段によって第２基準電圧と
比較することにより、その両基準電圧の間にある場合に
第１出力手段によって駆動電圧を出力し、発光手段を発
光させる構成としたので、２点で確認される両基準電圧
幅に該当する所定の流体圧力が正確に検出できる圧力ス
イッチを提供することが可能となった。

【００４８】また、本発明は、磁気検出器が、第１基準
電圧と第２基準電圧との電圧幅を調整する基準電圧調整
手段を有することにより、所定の流体圧力を狭い範囲で
検出することができ、より正確な流体圧力を検出できる
圧力スイッチを提供することが可能となった。また、本
発明は、磁気検出器が、永久磁石が移動する際に磁気リ
ニアスケールから出力されるリニアに変化する出力電圧
を増幅する増幅手段を有することにより、所定の機器へ
接続すれば流体の圧力推移をデータとして出力すること
ができ、より正確な流体圧力を検出できる圧力スイッチ
を提供することが可能となった。

【００４９】また、本発明は、磁気検出器を、永久磁石
が移動する際に磁気リニアスケールから出力されるリニ
アに変化する出力電圧が、第３比較手段によって第３基
準電圧と比較し、第６比較手段によって第６基準電圧と
比較することにより、その両基準電圧の間にある場合に
第２出力手段によって駆動電圧を出力し、出力電圧が、
第４比較手段によって第４基準電圧と比較し、第５比較
手段によって第５基準電圧と比較することにより、その
両基準電圧の間にある場合に第３出力手段によって駆動
電圧を出力し、その各駆動電圧を更に第１，第２ゲート
手段によって場合分けして各第１，第２発光手段を発光
させる構成としたので、設定した所定の流体圧力と、そ
の上下の流体圧力で別々に発光手段が発光するため、流
体圧力の変化を正確に認識することで、所定の流体圧力
が正確に検出できる圧力スイッチを提供することが可能
となった。

【００５０】また、本発明は、磁気検出器が、第２出力
手段による駆動電圧の信号を出力する第１出力端子と、
第２ゲート手段から出力される電圧の信号を出力する第
２出力端子とを有することにより、パーソナルコンピュ
ータ等を接続することにより、流体圧力の変化を自動監
視することができ、より正確な流体圧力を検出できる圧
力スイッチを提供することが可能となった。更に、本発
明は、磁気検出器が、磁気リニアスケールから出力され
るリニアに変化する出力電圧と所定の値に設定された基
準電圧とを比較する比較手段が調節手段を有することに
より、基準電圧値で生じる出力電圧の応差の幅を調節手
段によって調節することで、簡易な構成によって比較的
正確な流体圧力の検出ができる圧力スイッチの提供が可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる圧力スイッチの一実施の形態を
示す断面図である。

【図２】本発明にかかる圧力スイッチの一実施の形態を
示す正面図である。

【図３】第一実施の形態の磁気検出器の内部回路構成図
である。

【図４】磁気リニアスケールの一構成例を示す概念図で
ある。

【図５】検出回路の作用を説明するための図である。

【図６】第二実施の形態の圧力スイッチにおける磁気検
出器の内部回路構成図である。

【図７】第三実施の形態の圧力スイッチにおける磁気検
出器の内部回路構成図である。

【図８】検出回路の作用を説明するための図である。

【図９】第四実施の形態の圧力スイッチにおける磁気検
出器の内部回路構成図である。

【図１０】第五実施の形態の圧力スイッチにおける磁気
検出器の内部回路構成図である。

【図１１】磁気リニアスケールから出力されるリニアな
出力電圧の基準電圧でＯＮ，ＯＦＦする際に生じるヒス
テリシスを示した図である。

【図１２】圧力スイッチの第１従来例を示した断面図で
ある。

【図１３】圧力スイッチの第２従来例を構成する磁気検
出器の内部回路を示した図である。

【図１４】リードスイッチのＯＮ，ＯＦＦ時に生じるヒ
ステリシスを示した図である。

【符号の説明】

１ 圧力スイッチ ６ ピストン １３ スクリュウ １６ コイルスプリング ２０ 磁気検出器 ３１ 磁気リニアスケール ３２ 第１コンパレータ ３３ 第２コンパレータ ３９ 発光ダイオード

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−172119（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134077（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−12505（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−26958（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−347928（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−140607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−6733（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−229042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−43038（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−34631（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−3963（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−124440（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−104545（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−109142（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−150539（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−97444（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/14 G01L 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体圧力に比例して移動するピストンを
   備えたシリンダ部と、そのピストンに設けられた永久磁
   石の移動範囲内でリニアなアナログデータを出力する磁
   気リニアスケールを有する磁気検出器とをボディ内部に
   一体に組み込んだ圧力スイッチであって、 前記磁気検出器が、 前記永久磁石が移動する際に前記磁気リニアスケールか
   ら出力されるリニアに変化する出力電圧と所定の値に設
   定された第１基準電圧とを比較する第１比較手段と、 前記出力電圧と前記第１基準電圧より低い値に設定され
   た第２基準電圧とを比較する第２比較手段と、 前記出力電圧と前記第２基準電圧より低い値に設定され
   た第３基準電圧とを比較する第３比較手段と、 前記出力電圧と前記第３基準電圧より低い値に設定され
   た第４基準電圧とを比較する第４比較手段とを備え、 前記出力電圧が第１基準電圧と第４基準電圧との間にあ
   る場合に駆動電圧を出力する前記第１比較手段と前記第
   ４比較手段とからなる第１出力手段と、 前記出力電圧が第２基準電圧と第３基準電圧との間にあ
   る場合に駆動電圧を出力する前記第２比較手段と前記第
   ３比較手段とからなる第２出力手段と、 前記第１出力手段と前記第２出力手段からの駆動電圧の
   電圧信号の論理積をとる第１ゲート手段と、 前記第１出力手段と前記第２出力手段からの駆動電圧の
   電圧信号の排他的論理 和をとる第２ゲート手段と、 前記第１ゲート手段に接続された第１発光手段と、 前記第２ゲート手段に接続された第２発光手段 とを有す
   ることを特徴とする圧力スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧力スイッチにおい
   て、前記磁気検出器が、 前記第１出力手段による駆動電圧の信号を出力する第１
   出力端子と、 前記第２ゲート手段から出力される電圧の信号を出力す
   る第２出力端子 とを有することを特徴とする圧力スイッ
   チ。