JP3778626B2 - 状態応答電気スイッチおよびその組立方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には流体圧応答電気スイッチおよび該スイッチの製作方法に関するものであり、より詳しくはそのようなスイッチをより信頼性があってスイッチ毎に変動性がより少ないものにすると同時により低コストで製作出来るようにするある特有の特徴に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
流体圧力をスナップ作動ダイヤフラムのような急速撓みアクチュエータの一方の側に導入して、該ダイヤフラムを所定の作動圧力値において第１の形状から第２の形状へと移動させ、別の非作動圧力値により復帰させることにより電気回路を流体圧力の値の変化に応答して開閉する装置は周知である。典型的には、運動伝達部材が前記アクチュエータ近傍に可動に装着されかつ運動をアクチュエータから電気スイッチの可動アームへと伝達するようにされている。
【０００３】
当業界においてはそのようなスイッチの信頼性を改善すると同時にそれらのユニットコストを低減するというニーズが依然として存在している。改善が望まれている一つの分野は作動および非作動圧力レベルに対する設計仕様内でより確実に作動するスイッチを提供することに関するものである。装置毎に不変の作動および非作動を得るために該装置を調整乃至較正するための種々の従来技術装置が工夫されてきた。例えば、前記運動伝達部材の長さを選定してアクチュエータとスイッチの可動アームとの間の距離における変動を補償することが出来る。ある装置においては、前記可動スイッチアームは該アームを装着しているブラケットの角度を変化させることによって調節され得る。また、ある装置においては、スイッチの静止接点の位置は接点と整合したねじ付部材によって調整され得る。そのような装置は一般的にはそのような調節技術を用いることにより所望の仕様へともたらされ得るが、それらはある場合には部品を追加することによってまた他の場合には操作を加えることによってスイッチのコストを増大させてしまう。
【０００４】
改善が所望されている別の分野は低コストでかつ大量生産技術に資する有効な環境シールを提供することである。種々のシーリング技術が従来技術に開示されており、それらは、米国特許第３８１６６８５号に示されるように、スイッチから延びる端子のまわりにエポキシ樹脂が充填されている状態でスイッチが配置されている外側ハウジングを用いることを含んでいる。この技術は有効ではあるものの、十分な硬化を許容するために組立時間が著しく長くなってしまう。加うるに、エポキシ樹脂が硬化している間の貯蔵スペースの問題や、硬化期間中にスイッチを保持するための特殊な保持装置が必要になるという問題もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は上記の従来技術の不利点を克服する状態応答電気スイッチを提供することである。本発明の別の目的は従来技術の方法よりも費用対効果の良いそのようなスイッチを組立てるための方法を提供することである。本発明の更に別の目的は改良された状態応答電気スイッチにして、従来技術のものよりも安価に製造出来、自動組立技術に特に適したものであり、かつ装置毎に一貫して設計仕様内で作動する電気スイッチを提供することである。本発明の別の目的はそのようなスイッチの精度を向上させ、以て圧力設定点の公差範囲がより厳しく特定されるのを可能にし、従来装置の適用が困難であった最終製品内に該スイッチを適用することを可能にすることである。
【０００６】
手短かに言えば、本発明の好適実施例によれば、流体圧応答電気スイッチは第１端部において半径方向外向きに延びるフランジが形成されている第１の開口端部と、スイッチチャンバに通ずる第１および第２の孔を備えた反対側の第２の端部とを有する細長い全体的に円筒形のベースを有している。第１および第２の直径方向に対向して長手方向に延びるスロットが前記ベースの側壁のスイッチチャンバ部分内に形成され、それぞれ第１および第２のスイッチ端子を収納している。
【０００７】
通常は開いているスイッチに対して、かみ合う可動接点の運動方向に対して選定された角度で配置された静止接点を装着している第１の端子がベース内に前記第１の開口端部を通して配置されて第１のスロット内に収納されている。長手方向軸線に沿っての端子の位置は端子の横方向に延びるタブの第１の表面とベースの台座表面との係合によって決定される。次に横方向に延びる可動接点アームを装着している第２の端子が前記第１の開口端部を通して配置されて第２のスロット内に収納される。この際第２の端子の長手方向軸線に沿っての位置は台座表面と係合する端子の横方向に延びるタブの対応する第１の表面によって決定される。
【０００８】
ピンを収納する長手方向に延びる孔を備えたハブを有する運動伝達ピンガイド部材はベースの第１の開口端部内に収納される第１の円筒状壁部分を有している。この第１の円筒状壁部分は半径方向外向きに延びて第１および第２のシール座を形成する部分を備えており、そして第２の円筒状壁部分がベースから離れるように延びて該ベースの壁とほぼ整合した力伝達表面に達している。
【０００９】
ピンガイド部材上に配置されたセンサ組立体は中央に配置されたピン収納孔を備えているディスク支持部材と、貫通する適当な流体収納孔を備えているディスクハウジングと、前記ディスク支持体およびディスクハウジング間にはさみ込まれたスナップ作動ディスクの如き１つまたはそれ以上の急速撓みアクチュエータとを有している。センサ組立体の部品は全てそれらの外側の全体として円形の周縁のまわりに溶接されて、モニタされているシステムの作動流体の漏出を防止する気密シールを形成している。
【００１０】
第１および第２の可撓Ｏ−リングがそれぞれ第１および第２のシール座上に配置されており、そして運動伝達ピンがガイド部材およびディスク支持体の孔内に滑動可能に収納されている。前記ベース、ガイド部材、センサ組立体およびＯ−リングはベース上のフランジとセンサ組立体との間を延びるばね保持スリーブによって一緒に圧縮されており、ガイド部材は前記第１の表面に対向した横方向端子部分の第２の表面と係合して該端子部分を選定された長手方向位置において台座表面に対してロックしており、ガイド部材の力伝達表面は外側の溶接周縁部分を介してセンサ組立体と係合している。
【００１１】
各々が絶縁層を有する第１および第２のワイヤリードには絶縁層上に収納された管状ガスケットと、ワイヤリードのそれぞれの被覆除去（ｓｔｒｉｐｐｅｄ）端部に取付けられた雌型コネクタとが設けられている。前記ガスケットはベースの第２の端部のそれぞれ第１および第２の孔との締り嵌めを形成するよう選定された外径部分を有している。前記リードはそれぞれの第１および第２の孔内に挿入され、雌型コネクタはガスケットが孔内に挿入されて環境シールを形成するのと同時にそれぞれの端子部材の雄型コネクタ部分と電気的に係合する。
【００１２】
図１に示される慣用のねじ付き取付部品の如き種々の取付部品が、モニタされるべき流体圧力源と協力するためにディスクハウジングに取付けられ得る。修整された実施例によれば、熱遮断取付部品が設けられており、それは細長い銅クラッドステンレス鋼管状部材からなっている。該部材はディスクハウジングに気密に取付けられるとともにろう付け、溶接などによって、そのような取付けにおいて通常必要とされる慣用ヒートシンクのニーズなしに気密冷凍システムの如きシステムに都合よく気密に取付けられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を参照すると、本発明に従って製作された流体圧応答スイッチ１０は全体として細長い管状ベース部材１２を有しており、該部材１２は長手方向軸線４４を有するとともに、ＰＢＴ、ポリブチルプテラフタレートの如き適当な電気絶縁材料から作られている。ベース部材１２は第１の開口端部１６から第１および第２の孔２０，２２を備えた第２の開口端部１８へと延びている円筒状壁１４を有しており、該孔２０，２２は長手方向軸線４４と平行に延びてスイッチキャビティ２４へと入り込んでいる。
【００１４】
側壁１４には前記ベース内で長手方向に延びる第１および第２のスロット２６，２８が形成されており、これらのスロットはベース１２の開口端部１６近傍の台座表面３０から孔２０，２２の内側端部近傍の位置迄延びている。
【００１５】
第１の端子３４はスロット２６内に滑動可能に収納された一対の側壁部材３６を有している。これら側壁部材の各々は横方向に延びるタブ３８を有しており、該タブ３８は台座３０と係合して端子のスロット２６内への運動を規制している。通常は開いているスイッチ端子３４内には静止電気接点４０が設けられている。接点４０は以下に議論する可動接点の運動の方向とほぼ直交する平面に関して選定された角度を以て配置された支持体４２上に装着されている。端子３４にはまた孔２２内へ下向きに垂れ下がる雄型コネクタ部分４６が形成されている。
【００１６】
第２の端子４８はスロット２８内に滑動可能に収納された類似の一対の側壁部材５０を有している。横方向に延びるタブ５２は側壁部材５０から延びており、台座３０と係合してスロット２８内の端子の動きを規制している。端子４８には導電性可動ばね接点アーム５４が設けられており、該アームは端子の一方の端部５６において装着されており、その反対側端部において電気接点５８を装着している。接点５８は静止接点４０と接触したりそれから外れたりの係合作用を行なうことが可能であり、接点アーム５４は接点を接触離脱位置へと偏倚させるばね力を有している。端子４８はまた雄型コネクタ部分６０を有しており、該コネクタ部分は端子からベース部材１２の孔２０内へ下向きに垂れ下がっている。
【００１７】
中央に配置されたハブ６６を貫いて形成された長手方向に延びる孔６４を備えた運動伝達ピンガイド部材６２はベース１２の開口端部１６に装着されている。ガイド部材６２は第１の円筒状壁部分６８を有しており、該部分は半径方向に延びる壁７０によってハブ６６に接続された開口端部１６内に滑動可能に嵌まっている。壁７０はタブ３８，５２の頂部表面と係合して端子３４，４８をベース１２の台座３０に対してロックしている。円筒状壁６８の反対側端部において、半径方向壁部分７２は壁１４の遠位端部部分上を外向きに延び、それぞれ相対する上側および下側表面上において第１および第２のシール座７４，７６を形成している。ベースの壁１４の遠位端部には外向きに延びるフランジ８０が形成されており、該フランジはベース１２の長手方向軸線４４と垂直な平面内に位置するシール座表面８２を形成するとともに、以下に述べる保持スリーブのための突起部をも形成している。
【００１８】
第２の円筒状壁部分８４は壁部分７２の外側部分から上向きに、すなわちベース部材１２から離れる方向に延び、力伝達表面８６として終結している。第１の可撓Ｏ−リング８８がベース部材１２の表面８２とシール座７６との間に収納されており、第２の可撓Ｏ−リング９０がシール座７４上に収納されている。
【００１９】
センサ組立体９２はスナップ作動ディスク（選定される数はモニタされるべき圧力レベルに依存している）のような１つまたはそれ以上の急速アクチュエータ要素９４を有しており、該要素は中央に配置された孔９８を備えたディスク支持プレート９６と、１０４で示す周縁のまわりで溶接された流体収納オリフィス１０２を備えたディスクハウジング１００との間にはさみ込まれている。前記ディスク、支持プレートおよびディスクハウジングは平面図において全体的に円形をなしており、円形溶接部分１０４は以下に述べる目的のために、円形力伝達部分８６の直径よりも決して大きくない選定直径を有している。
【００２０】
運動伝達ピン１０５を孔６４内に配置した後、センサ組立体はピン１０５が支持プレート９６の孔９８内に収納された状態でガイド部材６２の頂部へ配置される。
【００２１】
良好なばね特性を有する材料から形成されたリテーナスリーブ１０６はその一端部がディスクハウジング１００の頂部表面上に収納された内向きに突出する壁部分１０８を有しており、そしてディスクハウジングに選定された力がベース部材１２に向う方向に加えられてリテーナスリーブ１０６の反対側端部は１１０においてフランジ８０上にクリンプされており、スイッチの幾つかの部品を諸部品と一緒に互いに長手方向軸線に沿って所定の寸法関係にロックしている。
【００２２】
スイッチが用いられるべき用途を考えて選定された形状を有する適当な取付部品１１２が既知の態様でディスクハウジング９２に気密に取付けられる。図示のように、取付部品１１２は内側ねじ１１４と、慣用の六角形外面１１６とを有している。
【００２３】
これ迄記述したように、スイッチ１０は端子３４，４８をそれぞれのスロットに挿入し、次にガイド部材６２およびピン１０５を関連するＯ−リング８８，９０とともにベース部材の開口端部１６に配置することにより組立てられる。リテーナスリーブ１０６がセンサ組立体上に配置され、ディスクハウジングにはベースに向けて、例えば１１．３ｋｇｆ（２５ポンド）の如きＯ−リングシールを変形させるのに十分な力が加えられる。この力はかくして溶接部分１０４を介してベースに対抗するよう力伝達表面８６およびタブ３８，５２へと加えられ、以て端子がセンサ組立体とスイッチ組立体との間で不変の所定距離を保持した状態で予め選定された長手方向位置に配置されるのを保証する。リテーナスリーブが１１０においてクリンプされることにより、諸部品はばね力が壁部分１０８を介して加えられた状態でそれぞれの位置にロックされ、諸部品間のこの寸法的関係が保持される。センサ組立体、ピンガイド部材、端子およびベースの全てが長手方向軸線に沿って互いに対して所定位置に固定されるのを保証するために、前記Ｏ−リングを変形させるのに必要な力を十分超えた大きさの力が採用される。記載した実施例においては約３４ｋｇｆ（７５ポンド）が適当な力であると判明している。
【００２４】
力伝達部分８６の直径がセンサ組立体の溶接部分１０４の直径よりも小さくないように選定することは、ディスクに較正シフトを生じさせるようなモーメントをディスク支持体に付与することを防止する。すなわち、もしも力が溶接部分の内側に伝達されると、ディスク支持体は変位し、センサ組立体の非作動圧力レベルに影響を及ぼすであろう。Ｏ−リング９０を介して伝達される力は十分に低いので、それはセンサ組立体の較正に対して何らの顕著な影響も及ぼさない。
【００２５】
前述したように、静止接点４０は可動接点５８の運動方向に対して選定された角度を形成する平面内に位置する支持体上に装着されている。選定される角度は前記可動接点アームが電気的に付勢された状態において完全に撓まされると接点が置かれている諸平面を平行状態にさせる角度である。このようにすることにより接点のヒートシンク特性が最適化され、可動ばね接点アームが完全に偏倚する以前の初期係合において接点平面が平行状態になっている慣用の構造のものとくらべて、より多くの接点材料を利用することが出来る。選定される特定の角度はアクチュエータの特性並びに可動ばね接点アームの設計に依存する。図示のごとく、前記角度は約１０度である。
【００２６】
図２、図３および図６を参照すると、それぞれ絶縁層１２２，１２４を有する第１および第２の電気リード１１８，１２０の各々にはそれぞれの雌型コネクタ１２６が設けられている。コネクタ１２６（図６参照）にはその一方の端部に第１の部分１３０ａが設けられており、該部分１３０ａはそれぞれのリードの金属部分上にクリンプされている。前記一方の端部は更にそれぞれのガスケット１３４上にクリンプされている第２の部分１３０ｂを有している。前記コネクタの反対側端部は雌型収納部分１３２へと形成されている。各リード上には全体的に管状の好ましくは弾性部材であるガスケット１３４が配置されており、該ガスケットは絶縁層１２２，１２４と密着して嵌まるように選定された直径を有する孔１３５を備えている。ガスケット１３４はベース部材１２の孔２０，２２と締まり嵌めするように選定された外径を有している。図６では、ガスケット１３４は、コネクタが第２の部分１３０ｂを介して小さな直径部分１３７へクランプされている状態で図示されているが、例示の便宜上この特徴は図２および図３には示されていない。好ましくは、選定された直径を有する複数のリブ１３６がガスケットの外側周縁のまわりに形成されており、ガスケットとベース１２との間に高圧力の界面を形成している。所望とあらば、（図示せぬ）リブを孔１３５内にも形成して、リードとガスケットとの間に高圧力界面を形成することも可能である。スイッチを組立てる際には、リードはそれぞれの孔２０，２２内に挿入され、この際前記孔のテーパ表面２０ａ，２２ａはコネクタの全体的に角度の付いた側方部分１３３と協働してコネクタの角度位置を配向させるのに役立つ。雌型コネクタはガスケットから選定された距離だけ隔置されているが、この距離は雌型コネクタが、好ましくはガスケットが孔２０，２２内に挿入されるのと同時に雄型コネクタ部分４６，６０に収納されるように選定されており、それによりスイッチとの電気的接続を行なうと同時に、ガスケットをリードの絶縁層並びに孔２０，２２を画成しているベース１２の表面の両者に対して押圧することにより環境シールを提供する。基本的には、コネクタ１２６とそれらのそれぞれのガスケット１３４との間の距離はそれぞれ雄型コネクタ部分４６，６０とそれぞれの孔２２，２０の外側端部との間の距離よりも小さい。通常は開いているスイッチが説明されているが、本スイッチの論理は接点４０，５８を可動接点５４の反対側に配置することにより逆にされ得ることが理解されよう。その場合には可動接点アームを装着している端子は静止接点端子の挿入に先立ってベース内に挿入されるであろう。更に、ベース１２内の孔および長手方向に延びるスロットの数はスイッチに要求される電気リードの数に依存することが理解されよう。例えば、単一極、ダブルスロースイッチに対しては、ベースには３つの孔と３つの長手方向スロットが設けられるであろう。
【００２７】
図７を参照すると、改良された熱遮断取付部品が示されており、該取付部品は本スイッチ１０がシールされた冷凍システムの如きシールされたシステムにおいて用いられるべき時に該スイッチに対して特に適している。取付部品１４０はクラッド金属から形成された全体として管状の細長い要素であり、該要素は冷凍システム内の銅取付部品への例えばろう付けの如き適当な方法による気密接続を容易化するための銅の外側層と、熱伝導性を減少させてろう付けプロセス中における慣用ヒートシンクに対するニーズを不要にするステンレス鋼の内側層とを有している。取付部品の端部１４２は製造時にスイッチ１０に対して気密に取付けられる一方、端部１４４はその場で冷凍システムに取付けられる。取付部品１４０は熱応答スイッチや他の機能部品例えばソレノイド弁、逆転弁、熱交換器などのみならず圧力応答スイッチに対しても使用可能であり、従って本発明の範囲内に含まれることが認識されるであろう。
【００２８】
以上に鑑みれば、本発明の前記幾つかの目的が達成されることおよび他の有利な結果が得られることが理解されるであろう。
【００２９】
本発明の範囲から逸脱せずに前述の構造および方法においては多くの変更例がなされ得るから、上記の記述に含まれ、付図に示された全ての事項は例示のためであり決して限定のためのものではないことが意図されている。また前掲特許請求の範囲はそのような同等の変更例を本発明の精神および範囲内に当然に含んでいることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気リードを取付ける前の、本発明に従って製作された流体圧応答電気スイッチの断面図。
【図２】電気リードが取付けられた、本発明に従って製作されたスイッチのベースおよびピンガイド部材の斜視断面図。
【図３】端子が装着され電気リードが１つの端子に取付けた、図１および図２のベースの少し拡大された斜視断面図。
【図４】図１のスイッチのベースの斜視図。
【図５】図４のベースの一部切取られた斜視図。
【図６】コネクタのリードおよびガスケットへの取付けを示す電気リードの一部分の拡大横断面図。
【図７】図１および図２のスイッチとモニタされるべき流体圧システムとの間で用いられる熱遮断界面の縮小横断面図。
【符号の説明】
１０ 流体圧応答電気スイッチ
１２ ベース
２０，２２ 孔
３０ 台座
３４，４８ 第１および第２の端子
２６，２８ スロット
３８，５２ タブ
６２ ガイド部材
８６ 力伝達表面または部分
９２ センサ組立体
１１８，１２０ 電気リード
１２６ コネクタ
１３４ ガスケット
１４０ 熱遮断取付部品

Claims (3)

1. 状態応答電気スイッチにおいて、
   長手方向軸線を有する細長い管状になったベース部材であって、スイッチキャビティと連通する第１の開口端部並びに前記スイッチキャビティと連通する第１および第２の孔を有する第２の端部を備えた壁と、前記第１の開口端部近傍で前記壁内に形成された横方向に延びる台座と、該台座から前記第１および第２の孔に向けて長手方向に延びる第１および第２の端子収納スロットと、これら第１および第２の端子収納スロット内にそれぞれ滑動可能に収納された第１および第２の端子にして、前記ベース部材の第１の開口端部から前記第２の端部に向けての運動を制限すべく前記台座上に支えられた横方向に延びるタブを有し、かつそれぞれ前記第１および第２の孔に向けて延びるコネクタ部分を有している第１および第２の端子と、前記第１および第２の端子のうちの一方の上に装着されていてこれら第１および第２の端子のうちの他方と電気的係合し又はその電気的係合から外れる動きをすることの出来る可動接点アームとを有する、ベース部材と、
   前記ベース部材の第１の開口端部内に収納され、長手方向に延びた孔を有するガイド部材であって、該ベース部材の第２の端部から前記第１の開口端部へ向う方向の動きを防止すべく前記第１および第２の端子のタブと係合しているガイド部材と、
   第１および第２の電気リードであって、電気絶縁層並びにこれら第１および第２の電気リードの端部にそれぞれ取付けられたコネクタと、これら第１および第２の電気リードの電気絶縁層上にそれぞれ支えられかつ前記ベース部材の第１および第２の孔との締り嵌めを形成するように選定した外径を備える全体的に管状になったガスケットとを有し、前記コネクタは、前記第１および第２の電気リードの前記第１および第２の孔内への挿入が前記第１および第２の端子のそれぞれのコネクタ部分との電気的接続をもたらすと同時に、前記ガスケットと前記それぞれの第１および第２の孔との間に環境シールが形成されるように、これらガスケットから選定された距離だけ隔置されている第１および第２の電気リードと、
   前記ガイド部材上に装着されたセンサ組立体と、該ガイド部材の孔内に滑動可能に装着されかつ前記センサ組立体と前記可動接点アームとの間を延びる運動伝達部材とを有する状態応答電気スイッチ。
2. 請求項１に記載の電気スイッチにおいて、前記ガスケットは各々が縮径部分を有しており、前記それぞれのコネクタはこの縮径部分にクリンプされていて該ガスケットが前記第１および第２の電気リードのうちの対応するものに対して軸方向に移動するのを防止する、状態応答電気スイッチ。
3. 請求項１に記載の電気スイッチにおいて、前記ガスケットは弾性材料から形成され、これらガスケットの外周のまわりに延在する複数の円周リブを有する、状態応答電気スイッチ。

Images