JP3962136B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧装置における圧力を検知するために用いられる圧力検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に自動車等に用いられる油圧式のパワーステアリング装置においては、エンジンによって油圧ポンプが駆動され、この油圧ポンプより吐出された作動油をパワーステアリング装置に供給してステアリング操舵時のアシストを行うようになっている。
【0003】
この種の油圧式のパワーステアリング装置においては、エンジンのアイドル回転時における据え切り操舵等に伴って油圧ポンプの負荷圧が上昇することにより惹起されるエンジンストールを防止するために、アイドルアップ機能が設けられており、このアイドルアップのためにエンジンのアイドル回転時における油圧ポンプの負荷圧の上昇を検出する圧力スイッチが設けられている。
【0004】
このような圧力スイッチとして、例えば図7に示す特開平9−147708号公報に記載のものがある。図7において、1はスイッチハウジングで、このスイッチハウジング1は、ポンプハウジング2に形成された圧力導入路3に取り付けられている。このスイッチハウジング1には、圧力導入路3を介して負荷圧力が作用するピストン4が軸方向に移動可能に介挿され、上部には一方の電気的接点を成すターミナル5が設置されている。このターミナル5は電気絶縁体である樹脂6を介して保持リング7に装着されている。
【0005】
前記ターミナル5と前記ピストン4との間には前記ピストン4の押圧により撓んでターミナル5に当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリング8が設けられている。このディスクスプリング8は前記保持リング7とスイッチハウジング1とによって挟持されており、スイッチハウジング1からポンプハウジング2に導通することによりボディアースされている。
【0006】
上記の構成の圧力スイッチは、エンジンのアイドル回転時における据切り操舵等に伴って油圧ポンプの負荷圧が上昇すると、この圧力がピストン4に作用してピストン4がディスクスプリング8のばね力に抗して摺動し、ディスクスプリング8を弾性変形させてターミナル5に接触させ、これによりポンプハウジング2とターミナル5とを電気的に導通させ、アイドルアップのための電気信号をエンジンの制御装置に発信するようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の圧力スイッチは、油圧ポンプの負荷圧が所定圧以上になるとONとなるON−OFFのみのスイッチとしての機能しか持っておらず、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数が連続的に変化するようにエンジンを制御することは不可能であった。
【0008】
なおパワーステアリング装置において、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に変化させるには圧力センサを使用することが考えられるが、一般的に圧力センサは圧力スイッチに比べ構造が複雑で且つ高価であるため、通常圧力スイッチが使用されている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上述した問題を解決するためになされたもので、流体圧装置に取り付けられたハウジングと、このハウジングの一端に収納穴を形成するとともに、他端に前記収納穴に通ずる摺動穴を形成し、この摺動穴に圧力が作用するピストンを摺動可能に嵌挿し、前記収納穴に電気絶縁体である樹脂を介して一方の電気的接点を成すターミナルを固定し、前記ピストンと前記ターミナルとの間に設けられ前記ピストンの押圧により撓んで前記ターミナルと当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリングとを備えた圧力検出装置において、前記ディスクスプリングの前記ターミナルと当接する側に接点部材を設け、前記接点部材を外力による機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料にて形成し、前記ターミナルの前記接点部材と当接する先端を球面形状とし、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触初期においては、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたことを特徴とするものである。
【0011】
さらに、前記接点部材と前記ターミナルの先端との間には定常状態で隙間が設けるようにしてもよい。
【0012】
また、前記接点部材と前記ターミナルの先端とは定常状態で当接するようにしてもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1乃至図4に基づいて説明する。
図1において、10は油圧ポンプのポンプハウジングを示し、このポンプハウジング10には負荷圧が導入される圧力導入通路11が形成され、この圧力導入通路11の開口端部に形成されたねじ穴12に、本発明の圧力検出装置20がシールリング21を介して液密的にねじ込み固定されるようになっている。
【0014】
前記圧力検出装置20のハウジング22には、一端に大径の収納穴23が開口され、他端にこの収納穴23に通ずる小径の摺動穴24が開口されている。摺動穴24が開口された側のハウジング22の他端外周には、前記ポンプハウジング10の前記ねじ穴12に螺合するねじ部25が形成されている。
前記摺動穴24にはピストン26が摺動可能に嵌装され、このピストン26の先端は前記収納穴23に臨んで球面形状を呈している。摺動穴24には圧力導入通路11側に向かって順にテフロンリング27とOリング28と係止部材29とを収納する凹部30が摺動穴24の開口側に形成され、このOリング28の内周に前記ピストン26の外周が密嵌合されている。しかして、テフロンリング27,Oリング28及び係止部材29はハウジング22の凹部30側の端部31が内方にかしめ変形されることにより、軸線方向への移動を拘束されている。
【0015】
前記ピストン26の圧力導入通路11側先端には小径部32が形成され、この小径部32の根元側における段部33に前記係止部材29が係合することにより前記ピストン26の圧力導入通路11側への移動を制限するようになっている。また、前記小径部32の外周にはストッパリング34が装着され、このストッパリング34が前記係止部材29に係合することにより、異常圧力に対してもピストン26が収納穴23側へ必要以上に移動するのを制限するようになっている。
【0016】
前記収納穴23の底部には一方の電極を成すディスクスプリング35が装着され、このディスクスプリング35は前記収納穴23に嵌合して収納された保持リング36によって外周を保持されている。かかるディスクスプリング35は、図2に示すように金属性薄板に外周から中央に向けて3箇所に切り込み35Aが形成され、中央部35Bが前記切り込み35Aにより形成された撓み部35Cに支持された形状をしている。
【0017】
図2及び図3に示すように、前記中央部35Bには接点部材50が接合されており、この接点部材50は、機械的な歪みに応じて変化する電気抵抗特性を持つ電子機能性材料で形成されている。この電子機能性材料は、応力が作用していない、即ち機械的な歪みがない状態では電気抵抗値が大きく、応力が大きくなるほど、即ち機械的な歪みが大きくなるほど電気抵抗値が小さくなる特性のものである。
【0018】
ここで、前記電子機能性材料には、例えば特願平8−205320号に記載されたものが好適である。このものは、絶縁性の母材からなる第1相と、この母材に比べて弾性率が同程度かまたは低く前記母材中に連続的に分散した絶縁性の第2相と、この第2相中に不連続に分散した導電性および半導電性の第3相粒子とからなる圧力センシング材料であって、前記第3相粒子がこの第3相粒子径の1/2以下の間隔で前記第2相中に不連続に分散してなり、この圧力センシング材料の外部からの負荷に対応する前記第3相粒子の状態変化から前記外部からの負荷に対応する圧力を検出するようにしてなる複合材料である。上記第3相粒子の間隔は1μm以下がより好ましい。この圧力センシング材料によれば、室温から800℃の広い温度範囲において、ワイドレンジの圧力(応力)を高い感度で測定することができる。
【0019】
前記圧力センシング材料は、前記第1相の原料物質となる粒径が0.2μmの窒化ケイ素原料粉末69wt%と、前記第2相の原料物質となる6wt%の酸化イットリウムと、前記第3相の原料物質となる粒径30nmの炭化ケイ素原料粉末30wt%とを湿式でボールミル混合後乾燥して得た混合粉末を、20MPaの圧力で一軸プレス成形した後、1850℃の窒素中で1時間ホットプレスを行うことにより得ることができる。
【0020】
このような圧力センシング材料(電子機能性材料)を、接点部材50として前記ディスクスプリング35の中央部35Bに固設している。
また、前記ディスクスプリング35は、中央部35Bにある一定以上の力が加わると撓み部35Cが撓んで中央部35Bが弾性変位する構造となっており、ハウジング22からポンプハウジング10に導通しボディアースされている。
【0021】
前記保持リング36は、ハウジング22に組み込まれるに先立って、その内周に電気絶縁体である樹脂37を介して他方の電極を成すターミナル38が装着されている。このターミナル38の先端は球面形状を呈しており、前記接点部材50との接触初期においては、その接触面積が徐々に増大するようになっている。また前記樹脂37には、図略のコネクタを装着するための装着穴39が形成されている。
【0022】
前記ターミナル38の軸部38aにはコネクタに接続される接続端子40が固着され、この接続端子40は前記装着穴39内にてコネクタと接続するようになっている。このコネクタは電源に接続されており、前記一対の電極(ディスクスプリング35及びターミナル38)間の電気抵抗を検出できるようになっている。なお、図1中、41はコネクタ装着の際、コネクタを装着穴39内で案内するガイド溝である。
【0023】
前記保持リング36が収納穴23に収納された後、収納穴23の開口部における前記樹脂37の外周にOリング42を装着し、ハウジング22の収納穴23側の端部43を内方にかしめ変形することにより、Oリング42を弾性変形させて収納穴23の開口部をシールするようにしている。
また、前記端部43のかしめにより、前記保持リング36がOリング42を介してハウジング22に固着されてディスクスプリング35を位置決めするようになっている。
【0024】
ここで図1及び図3において、前記圧力導入通路11から負荷圧がかかっていない時の状態を軸線Oの左側に示し、負荷圧がかかった時の状態を右側に示す。前記ターミナル38を装着した保持リング36がハウジング22に組み込まれた際には、前記ターミナル38の先端は、自由状態における前記ディスクスプリング35の中央部35Bに設けられた接点部材50に僅少な隙間を介して対接し、ディスクスプリング35の僅かな弾性変形により接点部材50に当接するようになっている。
【0025】
次に、上記した構成における圧力検出装置20の動作について説明する。ステアリング装置が操舵されない状態のターミナル38とディスクスプリング35と接点部材50とを図3の軸線Oの左側に示す。この時、負荷圧は上昇しないため、ディスクスプリング35が撓むまでに至らず、ターミナル38と接点部材50との間には隙間が確保されており、ターミナル38とディスクスプリング35とが電気的に導通することがない。
【0026】
しかしながら、アイドル回転時において、ステアリング装置が比較的小操舵された場合や据切り操舵された場合等には、油圧ポンプの負荷圧が上昇し、この負荷圧が圧力導入通路11より導入されてピストン26の一端に作用し、ピストン26によってディスクスプリング35が押圧される。しかして、負荷圧がディスクスプリング35のばね力に打ち勝つまでに上昇するため、ピストン26の押圧によりディスクスプリング35が撓んで接点部材50とターミナル38とがに当接し、ターミナル38とディスクスプリング35とが電気的に導通される。据え切り操舵された場合のターミナル38とディスクスプリング35と接点部材50とを図3の軸線Oの右側に示す。
【0027】
ここで接点部材50は、前述したように機械的な歪みに応じて変化する電気抵抗特性を有する機能性セラミックにより形成されているため、ターミナル38とディスクスプリング35との間には油圧ポンプの負荷圧に応じた電気抵抗が検出されることとなる。この検出値をエンジン制御装置へ伝達することにより、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に変化することが可能となる。
【0028】
かかる圧力検出装置20の電気抵抗特性を図4に示す。
定常状態であるステアリング装置が非操舵の状態(油圧ポンプが無負荷の状態)では、図3の軸線Oの左側に示すように、接点部材50とターミナル38とは非接触であるため、電気抵抗は無限大(領域A)である。従って、定常的な無負荷の状態では漏洩電流をゼロにすることができ、電力の消費が全くない。
【0029】
また比較的小操舵の状態(油圧ポンプが低負荷の状態)では、接点部材50とターミナル38とは接触の初期であり、接点部材50の歪みに起因する電気抵抗の減少と、接触面積の増大に起因する電気抵抗の減少とにより、非常に高感度の領域Bを得ることができる。
また据え切りの状態(油圧ポンプが中〜大負荷の状態)では、図3の軸線Oの右側に示すように、接触面積が飽和する接触の中期以降ため、接点部材50の歪みにより負荷圧に比例した領域Cを得ることができる。
【0030】
第1の実施の形態によれば、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に制御することができ、しかも定常状態における無駄な電力消費が全くない圧力検出装置を簡単且つ安価な構成とすることができる。
次に、第2の実施の形態を図5及び図6に基づいて説明する。
第2の実施の形態では、図5の軸線Oの左側に示すように、無負荷の状態において接点部材50とターミナル38との間に軽い初期荷重を与え、これら一対の電極がごくわずかの接触面積で接触している点が、第1の実施の形態とは異なっている。なお、図6の軸線Oの右側には第1の実施の形態と同様、負荷圧がかかった状態を示す。
【0031】
第2の実施の形態にかかる圧力検出装置20の電気抵抗特性を図6に示す。定常状態であるステアリング装置が非操舵の状態(油圧ポンプが無負荷の状態)及び比較的小操舵の状態(油圧ポンプが低負荷の状態)では、接点部材50とターミナル38とは接触の初期であり、接点部材50の歪みに起因する電気抵抗の減少と、接触面積の増大に起因する電気抵抗の減少とにより、非常に高感度の領域Dを得ることができる。また据え切りの状態(油圧ポンプが中〜大負荷の状態)では、接触面積が飽和する接触の中期以降ため、接点部材50の歪みにより負荷圧に比例した領域Eを得ることができる。
【0032】
上記の構成としたことにより、定常状態(無負荷の状態)において油圧ポンプにサージ圧が作用した場合、接点部材50とターミナル38との衝突が防止される。このため、長期間安定した電気抵抗特性を得ることができる。この時、接点部材50とターミナル38との間の初期荷重はごくわずかであるため、接点部材50の歪みもごくわずかであり、電気抵抗値はきわめて大きい。このため、漏洩電流を極小化することができ、無駄な電力消費はほとんどない。
【0033】
なお第1の実施の形態及び第2の実施の形態においては、接点部材50をディスクスプリング側に設けたが、ターミナル側に設けることも可能である。
また第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、本発明に係る圧力検出装置を、自動車のパワーステアリング装置に適用した例を示したが、自動車及びその他の流体圧装置に適用できることは言うまでもない
【0034】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る圧力検出装置は、ディスクスプリングのターミナルと当接する側に、機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料から形成される接点部材を設け、この接点部材と当接するターミナルの先端を球面状にし、ターミナルの先端と接点部材との接触初期においては、ターミナルの先端と接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたので、接触面積の増大に起因して電気抵抗を減少でき、自動車のパワーステアリング装置に適用した場合には、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に制御することが可能となる。
【0035】
また、定常状態で接点部材とターミナルの先端との間に隙間を設けるようにすれば、定常状態における漏洩電流をゼロにすることができ、無駄な電力消費をなくすことができる。また、定常状態で接点部材とターミナルの先端とを当接するようにすれば、流体圧装置にサージ圧が作用した場合の接点部材と電極との衝突を防止することができ、長期間安定した電気抵抗特性を得ることができる。この時、接点部材と電極との間の初期荷重はごくわずかであるため、定常状態での漏洩電流を極小化することができ、無駄な電力消費はほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す圧力検出装置の断面図である。
【図2】図1のディスクスプリングの一例を示す図である。
【図3】図1の要部拡大図である。
【図4】図1の圧力−電気抵抗特性図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す要部拡大図である。
【図6】図の圧力−電気抵抗特性図である。
【図7】従来の圧力スイッチを示す断面図である。
【符号の説明】
22 ハウジング
23 収納穴
24 摺動穴
26 ピストン
35 ディスクスプリング
38 ターミナル
50 接点部材

Claims (3)

  1. 流体圧装置に取り付けられたハウジングと、このハウジングの一端に収納穴を形成するとともに、他端に前記収納穴に通ずる摺動穴を形成し、この摺動穴に圧力が作用するピストンを摺動可能に嵌挿し、前記収納穴に電気絶縁体である樹脂を介して一方の電気的接点を成すターミナルを固定し、前記ピストンと前記ターミナルとの間に設けられ前記ピストンの押圧により撓んで前記ターミナルと当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリングとを備えた圧力検出装置において、前記ディスクスプリングの前記ターミナルと当接する側に接点部材を設け、この接点部材を外力による機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料にて形成し、前記ターミナルの前記接点部材と当接する先端を球面形状とし、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触初期においては、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたことを特徴とする圧力検出装置。
  2. 前記接点部材と前記ターミナルの先端との間には定常状態で隙間が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の圧力検出装置。
  3. 前記接点部材と前記ターミナルの先端とは定常状態で当接していることを特徴とする請求項1に記載の圧力検出装置。
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