JP4573403B2

JP4573403B2 - 圧力スイッチ

Info

Publication number: JP4573403B2
Application number: JP2000200981A
Authority: JP
Inventors: 徳秀縄田
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2020-07-03
Also published as: JP2002022580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出された圧力によってスイッチを入り切りする圧力スイッチに関し、特に、空圧・油圧機器などにおける圧力制御に使用される圧力スイッチを含む技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空圧・油圧機器などにおいて、配管内の流体等の圧力を検出して所定の圧力以上の圧力が検出された場合や、流体等の圧力が所定の圧力以下になった場合に、装置の運転を停止させる等の目的のために種々の圧力スイッチが使用されている。
【０００３】
上記圧力スイッチにおいて、動作圧力を設定する場合には実圧力を印加した状態でトリマ等の設定操作部を操作し、スイッチ出力の有無を確認しながら圧力設定値を調整する。又、表示機能を備えたデジタル設定式圧力スイッチでは、７セグメントのＬＥＤ等に表示させた設定値を操作ボタン等によって上下させることにより、圧力設定値を調整するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トリマ等の設定操作部には単に設定値の目安として所定の調整幅毎に刻み目盛が付されているだけで設定される圧力値が数値表示されていない。そのため、圧力設定値の設定精度が低いとともに、その設定値の正誤を確認するためには実圧力を印加した状態でスイッチ出力を有無を見なければならなかった。
【０００５】
また、上述した表示機構を備えた圧力スイッチでは、設定圧力値だけでなく、圧力の現在値、すなわち圧力センサの検出値も表示できるようになっているが、常時現在値を監視する必要がない場合も多く、あえてスイッチの大型化、コストの上昇を招いてまで、このような表示機構を設ける必要がない場合も多い。
【０００６】
しかも、実際には一度設定した設定圧力値は長期にわたって一定のままであることが多いため、そのような場合に設定圧力値の設定のためだけに圧力スイッチ内に設定値の表示機構を設けるのは無駄である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の圧力スイッチにおける問題点に鑑みてなされたものであって、圧力スイッチに表示手段を設けなくとも、また、外部に専用の表示機構を接続しなくとも、一般的に使用されているテスター等を使用して設定値を確認することができ、小型で安価な圧力スイッチを提供することを主たる目的の一つとしている。また、本発明は、上記目的に加え、より圧力設定値の設定を容易に行うことのできる圧力スイッチを提供することを主たる目的の一つとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記載する。
【０００９】
手段１．圧力検出手段により検出された流体の圧力に対応する検出電圧値と、圧力設定手段により設定された設定圧力に対応する設定電圧値とを比較し、その比較結果をスイッチ信号として外部に出力する圧力スイッチにおいて、前記設定電圧値を所定の第１電圧値に変換して第１外部出力端子に出力する変換出力手段と、前記設定電圧値を第１電圧値に変換するための基準となるオフセット電圧を前記変換出力手段に出力するとともに、該オフセット電圧を第２外部出力端子に出力するオフセット電圧出力手段とを備え、前記第１外部端子から出力される第１電圧値と第２外部端子から出力されるオフセット電圧との電位差が、前記圧力設定手段により設定された設定圧力を推認し得る値となるよう、前記変換出力手段による変換量が設定されている圧力スイッチ。
【００１０】
手段１によれば、オフセット電圧を基準電圧として、そのオフセット電圧を取り入れることによって設定電圧値が変換出力手段によって第１電圧値に変換される。また、その第１電圧値とオフセット電圧とは別々の外部端子から出力されるので、両者間の電位差をテスター等の汎用の電圧読み取り手段によって容易に読み取ることができる。即ち、実際に圧力を付与しながら設定電圧を確認する必要がないのである。また、この電位差は前記変換出力手段によって設定圧力を推認し得る値に変換されているので、特別な変換表などを用意しなくとも、作業者がテスター等の数値から容易に設定圧力を認識することができる。なお、前記圧力スイッチは、設定圧力を確認する７セグメントＬＥＤ等からなる表示手段を不具備とした圧力スイッチであり、小型かつ安価なものとすることができる。
【００１１】
手段２．手段１において、前記電位差の数値部分が、前記設定圧力の数値部分と同一となるように前記変換出力手段による変換量が設定されている圧力スイッチ。
【００１２】
手段２によれば、テスター等により読み取られる電位差の数値部分と、圧力設定手段による設定圧力の数値部分とが一致することから、単位の置き換えだけを考慮すれば即座に正確な設定圧力を認識することができる。
【００１３】
手段３．手段１又は２において、前記圧力設定手段における設定圧力は、操作部の操作によって調整されるものである圧力スイッチ。
【００１４】
手段３によれば、外部端子間の電位差をテスター等で確認しながら操作部の操作によって設定圧力を調整することができるので、実際に圧力を付与しなくても設定圧力の調整が可能となる。
【００１５】
手段４．手段１乃至３のいずれかにおいて、前記圧力設定手段を複数有し、各圧力設定手段に対応して変換出力手段及びその外部端子をそれぞれ設けた圧力スイッチ。
【００１６】
手段４によれば、圧力設定手段が複数設けられていることにより、複数のスイッチ信号を外部に出力することができる。また、それに対応して変換出力手段及び外部端子が複数設けられているため、テスター等を接続する外部端子を適宜変更するだけで、複数の設定圧力の中から確認或いは調整しようとする設定圧力を容易に見ることができる。
【００１７】
手段５．手段１乃至４のいずれかにおいて、前記オフセット電圧出力手段から出力されるオフセット電圧に基づいて、負圧又は連成圧に対応した出力を可能とするものである圧力スイッチ。
【００１８】
手段５によれば、オフセット電圧を利用して負圧タイプ又は連成圧タイプの圧力スイッチとすることができ、しかも、そのオフセット電圧は前記テスター等での確認のための基準電圧としても用いられるため、回路構成の複雑化も回避し得る利点がある。
【００１９】
手段６．手段１乃至５のいずれかにおいて、前記オフセット電圧出力手段からのオフセット電圧を利用して、前記前記圧力検出手段により検出された流体の圧力に対応するアナログ検出電圧値を所定の第２電圧値に変換して第３外部出力端子に出力する第２変換出力手段を備え、前記第３外部端子から出力される第２電圧値と第２外部端子から出力されるオフセット電圧との電位差が、前記圧力検出手段により検出された検出圧力を推認し得る値となるよう、前記第２変換出力手段による変換量が設定されている圧力スイッチ。
【００２０】
手段６によれば、手段１等でも説明したような設定圧力の確認作業の場合と同様、第２外部端子と第３外部端子とにテスター等を接続してそれらの電位差を見ることで、当該テスター等によって現在の検出圧力を容易に確認することができる。なお、この場合、検出圧力を外部機器等へ出力する手段を備えるか否かは任意である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。図１は、本発明にかかる圧力スイッチの一実施例を示すブロック図である。
【００２２】
圧力スイッチ１は、電源回路１１、精密定電圧発生回路１２、圧力検出手段としての圧力検出部１３、第１比較器１４、第２比較器１５、第１スイッチ出力部１６、第２スイッチ出力部１７、オフセット電圧出力手段としてのオフセット電圧回路２０、変換出力手段としての第１設定値変換回路２１、同じく変換出力手段としての第２設定値変換回路２２、第２変換出力手段としての圧力値変換回路２３、圧力設定手段としての第１トリマ調整抵抗器Ｔ１、及び同じく圧力設定手段としての第２トリマ調整抵抗器Ｔ２を備えている。
【００２３】
電源回路１１は、外部よりリード線ＬＬを介して供給される直流電源（例えば２４Ｖ）を降圧し、所定の直流電圧（例えば８Ｖ）を生成する回路である。電源回路１１は、各種抵抗器及びコンデンサから構成され、その出力側は精密定電圧発生回路１２に所定電圧を印加するよう接続されている。
【００２４】
精密定電圧発生回路１２は、電源回路１１から印加された直流電圧をその内部の抵抗器及びＯＰアンプ等により分圧し、精密定電圧（例えば５Ｖ）を生成して出力するものである。なお、図示しないが精密定電圧発生回路１２の出力側は圧力検出部１３等の各回路部に精密定電圧を供給するよう接続されている。
【００２５】
圧力検出部１３は、定電流駆動回路、半導体センサ、差動増幅器等から構成され、流体の圧力を検出するものである。圧力検出部１３は、検出した流体圧力に応じて所定の電圧信号（検出信号）を第１比較器１４、第２比較器１５及び圧力値変換回路２３にそれぞれ出力する。
【００２６】
第１比較器１４は、第１トリマ調整抵抗器Ｔ１において設定された設定圧力値と圧力検出部１３からの検出圧力値とを比較して、その比較結果を第１スイッチ出力部１６に出力するものである。なお、第１比較器１４は例えば検出圧力値が設定圧力値を越えた場合にロウレベルの信号を出力するように設定することができる。
【００２７】
第２比較器１５は、第２トリマ調整抵抗器Ｔ２において設定された設定圧力値と圧力検出部１３からの検出圧力値とを比較して、その比較結果を第２スイッチ出力部１７に出力するものである。なお、第２比較器１５は例えば検出圧力値が設定圧力値を下回った場合にロウレベルの信号を出力するように設定することができる。
【００２８】
第１スイッチ出力部１６及び第２スイッチ出力部１７は、第１比較器１４及び第２比較器１５からの比較結果に基づきオン／オフ信号をリード線ＬＬを介して図示しない外部圧力制御機器等に出力するものである。なお、各スイッチ出力部１６，１７は例えばロウレベルの信号を受けてオフ信号を出力するように設定することができる。以上の例では、第１トリマ調整抵抗器Ｔ１の設定圧力値とそれより低い第２トリマ調整抵抗器Ｔ２の設定圧力値が設定されている場合において、両設定圧力値間で外部圧力制御機器等がオンとされるような出力形態が考えられる。勿論、各比較器１４，１５及び各スイッチ出力部１６，１７の設定及び出力形態は任意であり、また本実施の形態では二組の比較器１４，１５及びスイッチ出力部１６，１７が設けられているがこれを一組としたり三組以上とすることもできる。
【００２９】
第１及び第２トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２は、圧力スイッチの外側に設けられた図示しない操作部としての回動式のつまみと連動する可変抵抗器であり、つまみの操作により設定圧力値を個々に調整するものである。なお、操作部は回動式のものに代えてスライド式のものとしてもよい。
【００３０】
オフセット電圧回路２０は、精密定電圧発生回路１２から出力される精密定電圧を入力して大気圧相当の基準電圧たるオフセット電圧を生成し出力する回路であり、第１設定値変換回路２１、第２設定値変換回路２２、圧力値変換回路２３にそれぞれオフセット電圧を出力する。オフセット電圧回路２０の出力側は外部出力端子ＯＢにも接続されており、外部出力端子ＯＢからは０点基準電圧信号が出力される。
【００３１】
第１設定値変換回路２１は、オフセット電圧回路２０と第１トリマ調整抵抗器Ｔ１とが入力側に接続されており、オフセット電圧回路２０が出力するオフセット電圧に基づき第１トリマ調整抵抗器Ｔ１で設定された設定圧力値の電圧信号であるトリマ設定電圧信号を変換出力する回路である。第１設定値変換回路２１は、外部出力端子ＯＳ１を介して変換された第１トリマ設定電圧信号を出力する。
【００３２】
第２設定値変換回路２２は、オフセット電圧回路２０と第２トリマ調整抵抗器Ｔ２とが入力側に接続されており、オフセット電圧回路２０が出力するオフセット電圧に基づき第２トリマ調整抵抗器Ｔ２で設定された設定圧力値の電圧信号であるトリマ設定電圧信号を変換出力する回路である。第２設定値変換回路２２は、外部出力端子ＯＳ２を介して変換された第２トリマ設定電圧信号を出力する。
【００３３】
圧力値変換回路２３は、オフセット電圧回路２０と圧力検出部１３とが入力側に接続されており、オフセット電圧回路２０が出力するオフセット電圧に基づき圧力検出部１３から出力される検出圧力信号を変換出力する回路である。圧力値変換回路２３は、外部出力端子ＯＳ３を介して変換された検出圧力信号を出力する。
【００３４】
ここで、上記のように構成された圧力スイッチ１の外部出力端子ＯＳ１〜ＯＳ３，ＯＢから出力される出力信号の出力特性について、測定可能な圧力範囲が−１００〜＋３００ｋＰａの連成圧力範囲である圧力検出部１３を備えた圧力スイッチ１を例にして説明する（図２参照）。なお、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の圧力設定範囲は前記連成圧力範囲に対応したものである。
【００３５】
図２（ａ）は、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２で設定される設定圧力値とその圧力値を示す設定電圧の関係を示したグラフである。なお、図２（ａ）は、横軸に各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値（ｋＰａ）、縦軸に前記設定圧力値に対応する設定電圧値を設定している。
【００３６】
詳しくは、設定圧力値が−１００ｋＰａの場合は設定電圧値は０．５Ｖを示し、設定圧力値が０ｋＰａの場合は設定電圧値は１．５Ｖを示し、設定圧力値が３００ｋＰａの場合は設定電圧値は４．５Ｖを示している。なお、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値と設定電圧値は正比例関係にある。
【００３７】
以上の設定圧力値と設定電圧値との関係を示す特性は従来と何ら変わりなく、たとえ設定電圧値をそのまま読み出すことができたとしても、作業者がその設定電圧値から設定電圧値を直感的に認識することはできない。その点を解消すべく、この実施の形態では、第１設定値変換回路２１，第２設定値変換回路２２が設けられているのである。
【００３８】
図２（ｂ）は、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値と、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２に対応した各設定値変換回路２１，２２を介して外部出力端子ＯＳ１，ＯＳ２から出力される設定電圧値（電圧計の値）との関係を示したグラフである。
【００３９】
詳しくは、設定圧力値が−１００ｋＰａの場合は−１００ｍＶの設定電圧値を示し、設定圧力値が０ｋＰａの場合には０ｍＶの設定電圧値を示し、設定圧力値が３００ｋＰａの設定圧力値のときには３００ｍＶの設定電圧値を示している。
なお、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値と、外部出力端子ＯＳ１，ＯＳ２から出力される設定電圧値は正比例関係にある。
【００４０】
このように、各設定値変換回路２１，２２は、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値に対して、出力される設定電圧値の数値が同一となるように設定されているのである。詳しくは、オフセット電圧回路２０からのオフセット電圧と、各設定値変換回路２１，２２からの設定電圧値との電位差の数値部分が、対応するトリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値の数値部分と一致するように、各設定値変換回路２１，２２の回路構成が設定されている。
【００４１】
また、本実施例においては、圧力検出部１３の検出圧力値も外部出力端子ＯＳ３から出力される。その検出圧力値と検出圧力値に対応して外部出力端子ＯＳ３から出力される電圧値との関係も上記図２（ａ），（ｂ）に示す各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２のものと同様に検出圧力値と電圧値の数値部分が一致するように、圧力値変換回路２３が変換を行っているのである。詳しくは、オフセット電圧回路２０からのオフセット電圧と、圧力値変換回路２３からの検出電圧値との電位差の数値部分が、検出圧力値の数値部分と一致するように、圧力値変換回路２３の回路構成が設定されている。
【００４２】
さて、上記図２（ａ）の設定電圧値をそのまま出力した場合には、作業者はその設定電圧値を所定の換算式に基づき換算して設定圧力値を得なければならないため不便である。しかし、この実施の形態では、外部出力端子ＯＳ１，ＯＳ２から図２（ｂ）に示すように設定電圧値を出力した場合には、作業者がオフセット電圧回路２０の外部出力端子ＯＢと所定の外部出力端子ＯＳ１，ＯＳ２とにテスター、電圧計等を接続することにより、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２で設定される設定圧力値をテスター、電圧計等の値として読みとることができる。このとき、テスター等で読みとった数値部分が確認しようとしている設定圧力値または検出圧力値の数値部分と一致しているため、電圧単位ｍＶを圧力単位ｋＰａに単位変更するだけで、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２で設定した設定圧力値等を得ることができる。また、圧力検出部１３の検出圧力値も、同様に得ることができる。
【００４３】
具体的には、図３に示すように、作業者が外部出力端子ＯＳ１と外部出力端子ＯＢとの間にテスター３１を接続すると、第１トリマ調整抵抗器Ｔ１で設定された設定圧力値をテスター３１の値として読みとることができる。又、作業者が外部出力端子ＯＳ２と外部出力端子ＯＢとの間にテスター３２を接続すると、第２トリマ調整抵抗器Ｔ２で設定された設定圧力値をテスター３２の値として読みとることができる。又、圧力検出部１３に実圧力を印加した場合には、作業者が外部出力端子ＯＳ３と外部出力端子ＯＢとの間にテスター３３を接続すると、圧力検出部１３で検出された圧力値をテスター３３の値として読みとることができる。
【００４４】
このようにすれば、圧力検出部１３に実圧力を印加することなく、かつ、専用の表示装置を用いることなく各テスターの値を確かめながらより精度の高い設定が可能となる。
【００４５】
上記実施の形態における圧力スイッチ１によれば、各外部出力端子ＯＳ１〜ＯＳ３，ＯＢに接続されたテスター３１〜３３を確認しながら、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の操作部を調節し、実圧力を印加することなく設定圧力値の入力操作を確実かつ正確に行うことができる。また、圧力検出部１３からの検出圧力値を表示手段を持たなくとも確認することができる。
【００４６】
上述したように、本実施の形態においては、汎用のテスターや電圧計を使用することができる。そのため、圧力スイッチの圧力設定値の設定のために専用のデジタル式外部表示機構等を用意する必要はない。
【００４７】
また、本実施の形態においては、連成圧用に用いられるオフセット電圧回路２０のオフセット電圧（基準電圧）を基準として各変換回路２１〜２３の電圧値の変換を行うとともに、テスター等による読みとりの際の基準としてもオフセット電圧を利用している。そのため、回路構成の複雑化を極力防止して安価な圧力スイッチ１とすることができる。
【００４８】
しかも、オフセット電圧回路２０が精密定電圧を利用した非常に精度の高いオフセット電圧であるため、テスター等による読みとりに基づいて得られる圧力設定値等は、非常に精度が高いものとなる。
【００４９】
以上説明した実施の形態において、例えば、次のように構成の一部を適宜変更して実施することも可能である。勿論、以下において例示しない他の変更例も当然可能である。
【００５０】
例えば、前記各出力信号とは別に、圧力検出部１３からの検出信号をオペアンプ等により所定の電圧信号に増幅し出力する検出信号出力回路を設け、前記検出信号を所定の信号線を介して外部機器（圧力制御機器、表示機器等）に出力することとしてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、測定可能な圧力範囲が−１００〜＋３００ｋＰａの連成圧力範囲としていたが、圧力範囲は上記範囲に限られることはない。例えば、０〜１００ｋＰａの正圧力範囲、０〜−１００ｋＰａの負圧力範囲、−１００〜＋１０００ｋＰａの連成圧力範囲等としてもよい。
【００５２】
また、各トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値とテスター等で読みとられる値とが単位を除いて完全一致となるように構成したが、例えば、設定圧力値が３００ｋＰａの設定圧力値のときにはテスター等により読みとられる値が３０．０ｍＶを示すといったように、桁が異なる程度の違いをもたせてもよい。この場合でも、作業者は通常は圧力スイッチ１の特性をある程度は理解していたり、トリマの目盛からある程度は設定圧力値の推測ができるため、桁の違いから混乱する可能性が低いと考えられる。但し、上記実施の形態のように数値部分が完全に一致することが作業の確実の上で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係る圧力スイッチの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は第１及び第２トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２で設定される設定圧力値とその圧力値を示す設定電圧の関係を示す図、（ｂ）は第１及び第２トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２の設定圧力値と、第１及び第２トリマ調整抵抗器Ｔ１，Ｔ２に対応した第１及び第２設定値変換回路２１，２２を介して外部出力端子ＯＳ１，ＯＳ１から出力される設定電圧値との関係を示す図である。
【図３】一実施の形態に係る圧力スイッチの外部出力端子にテスターを接続する際の圧力スイッチ及びテスターの接続構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…圧力スイッチ、１３…圧力検出手段としての圧力検出部、１４…第１比較器、１５…第２比較器、１６…第１スイッチ出力部、１７…第２スイッチ出力部、２０…オフセット電圧出力手段としてのオフセット電圧回路、２１…変換出力手段としての第１設定値変換回路、２２…変換出力手段としての第２設定値変換回路、２３…第２変換出力手段としての圧力値変換回路、Ｔ１…圧力設定手段としての第１トリマ調整抵抗器、Ｔ２…圧力設定手段としての第２トリマ調整抵抗器。

Claims

圧力検出手段により検出された流体の圧力に対応する検出電圧値と、圧力設定手段により設定された設定圧力に対応する設定電圧値とを比較し、その比較結果をスイッチ信号として外部に出力する圧力スイッチにおいて、
前記設定電圧値を所定の第１電圧値に変換して第１外部出力端子に出力する変換出力手段と、
前記設定電圧値を第１電圧値に変換するための基準となるオフセット電圧を前記変換出力手段に出力するとともに、該オフセット電圧を第２外部出力端子に出力するオフセット電圧出力手段とを備え、
前記第１外部端子から出力される第１電圧値と第２外部端子から出力されるオフセット電圧との電位差の数値が、前記圧力設定手段により設定された設定圧力の数値と同一となるよう、前記変換出力手段による変換量が設定されていることを特徴とする圧力スイッチ。
前記圧力設定手段における設定圧力は、操作部の操作によって調整されるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
前記圧力設定手段を複数有し、各圧力設定手段に対応して変換出力手段及びその外部端子をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力スイッチ。
前記オフセット電圧出力手段から出力されるオフセット電圧に基づいて、負圧又は連成圧に対応した出力を可能とするものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧力スイッチ。
前記オフセット電圧出力手段からのオフセット電圧を利用して、前記圧力検出手段により検出された流体の圧力に対応するアナログ検出電圧値を所定の第２電圧値に変換して第３外部出力端子に出力する第２変換出力手段を備え、前記第３外部端子から出力される第２電圧値と第２外部端子から出力されるオフセット電圧との電位差の数値が、前記圧力検出手段により検出された検出圧力の数値と同一となるよう、前記第２変換出力手段による変換量が設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧力スイッチ。