JP5291526B2

JP5291526B2 - 圧力スイッチ

Info

Publication number: JP5291526B2
Application number: JP2009108883A
Authority: JP
Inventors: 浩柴田; 壮英本藤; 和博泉屋; 文雄金崎
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: JP2010257866A

Description

本発明は、冷凍サイクルにおける冷媒等の流体の圧力の変化に応じて接点が開閉する圧力スイッチに関し、詳細には圧力検知部と継手との接続構造を改良した圧力スイッチに関する。

従来、圧力スイッチとして例えば図６に示すものがある。この圧力スイッチは、検出対象の流体が流れる配管に接続される継手１０と、圧力検知部２０と、スイッチ部４と、カシメ板５と、ポリアミド樹脂のケース６とを有している。圧力検知部２０は、継手１０に接続されたキャップ部材２０ａと、キャップ部材２０ａと共に圧力容器を構成する円板２０ｂと、円板２０ｂの所定量以上の変形を規制するワッシャ状のストッパ２０ｃとで構成されている。

スイッチ部４は、中央に軸孔４１ａが形成されたガイド４１と、ガイド４１の軸孔４１ａに嵌挿された軸４２と、ガイド４１の周囲に嵌合する円筒状の端子台４３とを有している。キャップ部材２０ａ、円板２０ｂ及びストッパ２０ｃの外周はカシメ板５により端子台４３の端部にカシメにより固着されている。端子台４３には、Ｃ端子４４とＬ端子４５が固定され、Ｃ端子４４には接点板４４ａが取り付けられている。そして、接点板４４ａにはＣ接点４４ｂが、Ｌ端子４５にはＬ接点４５ａが取り付けられている。また、端子台４３はケース６内に収納されている。

以上の構成により、継手１０の導入路１０ａを介して流体が、キャップ部材２０ａと円板２０ｂから構成される圧力容器内に導入され、流体の圧力に応じて円板２０ｂが変形して軸４２を押す。そして、圧力が予め設定された設定圧力になると、軸４２に連動してＣ接点４４ｂがＬ接点４５ａに接触してスイッチがＯＮとなる。これにより、流体の圧力が設定圧力に達したことを検知できる。

ここで、継手１０は黄銅製（真鍮製）、キャップ部材２０ａはステンレス製（ＳＵＳ製）であり、継手１０とキャップ部材２０ａとは、ろう付けにより接合されている。また、この従来の圧力スイッチと同様に、継手とキャップ部材とをろう付けにより接合するようにした圧力スイッチが、例えば特開２００２−５５０１２号公報に開示されている。

特開２００２−５５０１２号公報

前記従来の圧力スイッチの製造工程では、継手１０とキャップ部材２０ａとのろう付けを、バーナーろう付け及び炉中ろう付けにより行われている。このため、フラックスや焼けを落とすために、酸洗いを行う必要がある。酸洗いを行うことは環境保護や公害防止という観点から好ましくなかった。

また、従来の圧力スイッチの製造に際しては、継手１０とキャップ部材２０ａとをろう付けにより接合した仕掛部品を作り、その後で、この仕掛部品に円板２０ｂとストッパ２０ｃとを組合わせてプラズマ溶接することにより、圧力検知部２０を製造する。そして、この圧力検知部２０をスイッチ部４と組み付けるようにしている。

このため、継手１０とキャップ部材２０ａとを接合した仕掛部品という中間在庫品があり、コスト的に問題がある。また、継手１０がキャップ部材２０ａに予め接合されてしまうので、仕様やタイプの異なる継手を用いる場合の自由度が低いという問題がある。

本発明は、流体を継手からキャップ部材で構成される圧力検知部に導入して、流体の圧力を検知する圧力スイッチにおいて、継手とキャップ部材を確実に接合するとともに、継手を後付けできるようにし、製造工程を簡略化して仕掛部品等の中間在庫品を減らすことを課題とする。

請求項１の圧力スイッチは、圧力検知対象の流体が流れる配管に接続される金属製の継手と、前記継手から流体が導入される金属製のキャップ部材を有する圧力検知部と、前記圧力検知部に連動するスイッチ部とを備えた圧力スイッチにおいて、前記継手に、前記キャップ部材側に位置するとともに前記キャップ部材内に流体を導入する導入路を有する薄型円柱状の台座部が形成され、前記台座部と同径のワッシャ状のクラッド部材であって、前記継手と同じ金属材料の第１層と前記キャップ部材と同じ金属材料の第２層とを積層したクラッド部材を備え、前記クラッド部材が、第１層を前記台座部側に第２層を前記キャップ部材側にして、前記台座部と前記キャップ部材との間に介在され、少なくとも前記台座部と第１層との接合部周縁の全周に凹部が形成され、前記第１層と前記台座部との全周の前記凹部にて前記第１層と前記台座部とが溶接により接合され、前記第２層と前記キャップ部材とが前記第２層の全周にて溶接により接合されていることを特徴とする。

請求項２の圧力スイッチは、請求項１に記載の圧力スイッチであって、前記継手及び第１層が黄銅、前記キャップ部材及び第２層がステンレス材で構成されていることを特徴とする。

請求項３の圧力スイッチは、請求項１または２に記載の圧力スイッチであって、前記第１層と前記台座部、前記第２層と前記キャップ部材が、それぞれファイバーレーザーにより溶接されていることを特徴とする。

請求項４の圧力スイッチは、請求項２または３に記載の圧力スイッチであって、前記クラッド部材が、前記第１層をなす黄銅板と前記第２層をなすステンレス板とを接合したクラッド用板材を前記黄銅側の外形と孔部にダレが発生するように打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする。

請求項１の圧力スイッチによれば、クラッド部材の第１層と継手の台座部との間の凹部に対してファイバーレーザー等のビーム径の小さなレーザー光を照射することにより、金属光沢のある第１層及び台座部であってもレーザー光の照射方向と反対方向への反射を低減することができるので、ビーム径が小さく出力の小さなレーザー光でも第１層と台座部とを容易に溶接することができる。したがって、酸洗いの工程を必要としない。また、レーザー光の出力を小さく設定することにより、黄銅等の溶接時に生じる亜鉛の蒸発によるフュームの付着やボイドの発生を低減することができ、接合部分の仕上がりが良くなる。また、それと同時に、他部品への熱の影響を低減できるので、キャップ部材を有する圧力検知部を先に組み付けておき、このキャップ部材に対して後つけで継手を接合することができるので、継手とキャップ部材とを接合した仕掛部品という中間在庫品が不要となる。

請求項２の圧力スイッチによれば、請求項１の効果に加えて、継手が黄銅で構成されているので、製造が容易にコストも低減できる。

請求項３の圧力スイッチによれば、請求項１または２の効果に加えて、溶接時にビーム径の小さなレーザー光を容易に得ることができるので、小型化に対応できる。

請求項４の圧力スイッチによれば、請求項１または２または３の効果に加えて、クラッド用板材を打ち抜くとき、黄銅側の外形と孔部にダレが発生するように打ち抜くことにより、可塑性の高い黄銅側が先に切断されてから弾性の高いステンレス側が切断されるので、クラッド用板材の黄銅とステンレスとの接合部分での剥がれ等が生じないので、このクラッド用板材の厚みすなわちクラッド部材の厚みを薄くすることででき、圧力スイッチを小型化することができる。

本発明の実施形態の圧力スイッチの縦断面図である。同圧力スイッチの要部拡大図である。実施形態における溶接箇所を説明する図である。実施形態におけるクラッド部材の打ち抜きの方向を説明する図である。実施形態におけるキャップ部材とクラッド部材の他の溶接例を説明する図である。従来の圧力スイッチの一例を示す縦断面図である。

次に、本発明の圧力スイッチの実施の形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の圧力スイッチの縦断面図、図２は同圧力スイッチの要部拡大図であり、図２の左半分は縦断面を示し、右半分は外観側面を示している。なお、前掲の図６と同様な要素及び対応する要素には同符号を付記して重複する詳細な説明は省略する。

この実施形態の圧力スイッチでは、継手１と圧力検知部２のキャップ部材２１との間にクラッド部材３が介在されている。圧力検知部２、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３は、図６における圧力検知部２０、キャップ部材２０ａ、円板２０ｂ及びストッパ２０ｃと構造及び作用は同じであるが、ステンレス製（ＳＵＳ製）のキャップ部材２１がクラッド部材３に対してレーザーにより溶接されている点が異なる。なお、キャップ部材２１の中心には接続孔２１ａが形成されている。

継手１は黄銅製（真鍮製）であり、キャップ部材２１側に位置するように薄型円柱状の台座部１１が形成され、さらにこの台座部１１には、前記キャップ部材２１の接続孔２１ａに嵌合するように台座部１１より径の小さな薄型円柱状のボス部１２が形成されている。そして、この台座部１１とボス部１２を貫通するように、キャップ部材２１内に流体を導入する導入路１ａが形成されている。また、この継手１には導入路１ａに連通するとともに図示しない配管に接続するための雌ネジ部１ｂが形成されている。さらに、台座部１１の外周の端部にはテーパ面１１ａが全周に亘って形成されている。

クラッド部材３は、継手１の台座部１１と同径のワッシャ状の形状をしており、中心に前記継手１のボス部１２に嵌合する抜き孔３ａが形成されている。このクラッド部材３は、継手１と同じ黄銅製の第１層３１とキャップ部材２１と同じステンレス製の第２層３２とを積層したものである。第１層３１と第２層３２はその境界部分で金属原子が互いに拡散した状態で接合されたものである。

そして、クラッド部材３の抜き孔３ａが継手１のボス部１２に嵌合されるとともに、このボス部１２がキャップ部材２１の接続孔２１ａに嵌合されている。これにより、クラッド部材３は、第１層３１を台座部１１側にし、第２層３２をキャップ部材２１側にし、この台座部１１とキャップ部材２１との間に介在されている。

また、クラッド部材３の第１層３１の外周端部には、テーパ面３１ａが全周に亘って形成されている。この第１層３１のテーパ面３１ａは台座部１１のテーパ面１１ａと共にＶ溝７を構成している。このＶ溝７は、台座部１１及び第１層３１の中心方向に窪んだ凹部をなし、台座部１１と第１層３１の接合部の全周に形成されている。そして、図３に示すように、このＶ溝７の箇所で、台座部１１と第１層３１とが全周に亘ってレーザーにより溶接され、第２層３２とキャップ部材２１との境界部分で全周に亘ってレーザーにより溶接されている。すなわち、台座部１１と第１層３１の黄銅同士の溶接を行い、キャップ部材２１と第２層３２とのステンレス同士の溶接を行う。これにより、継手１がクラッド部材３を介してキャップ部材２１に固着され、継手１、キャップ部材２１及び円板２２による圧力容器の気密性が保たれる。

この実施形態の圧力スイッチの製造工程の一例は次のとおりである。まず、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３を組み付けて、これらの周囲をプラズマ溶接し、圧力検知部２を形成する。この圧力検知部２をＯリング８を介してスイッチ部４に当て付け、カシメ板５により端子台４３の端部（スイッチ部４）にカシメにより固着する。そして、その後、キャップ部材２１に対して、クラッド部材３を介して継手１を前記のように溶接し、固着する。

また、他の製造工程の例としては、次のとおりである。まず、キャップ部材２１、円板２２及びストッパ２３を組み付けて、これらの周囲をプラズマ溶接し、圧力検知部２を形成する。この圧力検知部２のキャップ部材２１に対して、クラッド部材３を介して継手１を前記のように溶接し、固着する。その後、この圧力検知部２をＯリング８を介してスイッチ部４に当て付け、カシメ板５により端子台４３の端部（スイッチ部４）にカシメにより固着する。

レーザーによる溶接はＹｂ（イッテリビウム）ファイバーレーザー溶接により行う。ファイバーレーザーはビーム径の小さなレーザービームを得ることができ、例えばビーム径を０．２ミリ程度にすることができる。これにより、クラッド部材３の半径方向に深く鋭く溶接され、第１層３１と第２層３２の界面を超えることなく、かつ、溶接幅を厚くすることなく溶接することができる。

クラッド部材３の第１層３１と継手１の台座部１１との間のＶ溝７に対してビーム径の小さなレーザー光を照射すると、金属光沢のある黄銅でも、レーザー光の照射方向と反対方向への反射を低減することができるので、レーザー光のエネルギーを十分吸収させることができ、容易に溶接することができる。

図４はクラッド部材３の打ち抜きの方向を説明する図である。図４(A) はクラッド部材３の外形を形成する工程を説明した図である。前記第１層となる黄銅板３１′とステンレス板３２′とを接合したクラッド用板材３′に対して、黄銅側の外形にダレが発生するようにステンレス板３２′側から図の矢印のように打ち抜き型（パンチ）Ａにより打ち抜く。これにより、黄銅板３１′が第１層３１″となりステンレス板３２′が第２層３２″となるクラッド部材３″を形成する。なお、テーパ面３１ａは通常はこの打ち抜きとは別の加工工程で形成される。図４(B) は、外形が形成されたクラッド部材３″をワッシャ状にするために孔をあける工程を説明した図である。この工程においても、クラッド部材に形成された孔の断面において、黄銅側の孔の角部にダレが発生するように打ち抜くとよい。このように打ち抜くことにより、可塑性の高い黄銅板３１′が先に切断されてから弾性の高いステンレス板３２′が切断されるので、この黄銅板３１′とステンレス板３２′との接合部分での剥がれ等が生じずに、クラッド部材３を形成することができる。したがって、クラッド用板材３′の厚みを薄くし、クラッド部材３の厚みを薄くすることできる。これにより、圧力スイッチを小型化することができる。以上のようにクラッド部材３の外形加工と孔加工とを別の打ち抜き工程で行う例を説明したが、外形加工と孔加工を１回の工程で行う方法として、いわゆるコンパウンド加工も可能である。

レーザー溶接時には、シールドガス内で、図１に示す軸Ｌを回転軸としてワーク（組み付け品）を回転しながらレーザービームを照射する。このレーザービームの出力と回転速度は適宜選定すればよい。例えば、黄銅を溶接する際に発生する亜鉛の蒸気の発生を抑えるために、レーザービームの出力を抑えるようにするとよい。また、ワークの溶接スピード（回転速度）は、接合部分への溶け込みが確実となる程度に設定するとよい。

以上の実施形態では、キャップ部材２１とクラッド部材３の第２層３２との径が異なる場合について説明したが、例えば図５のように、キャップ部材２１にクラッド部材３と同径のリング状の台座部２１ｂを形成し、この台座部２１ｂと第２層３２との境界部分でレーザー溶接してもよい。

なお、使用するレーザー光の波長は1μmであり、このときの金属の反射率は電気伝導率によるが、黄銅よりも反射率が高い金属として、例えば銀、銅、金、アルミニウムなどがある。従って、継手１の金属材料として、特に銅、アルミニウム等を用いる場合にも本発明を適用できる。

以上のように、ファイバーレーザー溶接により継手１とキャップ部材２１を固着しているので、酸洗いの工程を必要としない。また、レーザー光の出力を小さく設定することにより、黄銅の溶接時に生じる亜鉛の蒸発によるフュームの付着やボイドの発生を低減することができ、接合部分の仕上がりが良くなる。また、キャップ部材２１を有する圧力検知部２を先に組み付けておき、このキャップ部材２１に対して後つけで継手１を接合しているので、継手１とキャップ部材２１とを接合した仕掛部品という中間在庫品が不要となる。

なお、実施形態では凹部をＶ溝７として形成しているが、この凹部はある程度の深さがあれば断面Ｕ字状、断面コ字状の溝でもよい。

また、実施形態における継手１は導通路１ａに通じる雌ネジ１ｂに対して配管をねじ込むタイプ（フレアタイプ）であるが、導通路１ａに通じる孔を有し、その回りに雄ネジ部を形成して配管を外側にねじ込むタイプのものでもよい。このように継手１として別のタイプのものを製造するときでも、継手１を後付けできるので、圧力検知部２及びスイッチ部４は予め調整済みのものとすることができ、製造時の自由度が高くなる。

１継手
２圧力検知部
３クラッド部材
４スイッチ部
７Ｖ溝（凹部）
１ａ導入路
１１台座部
１１ａテーパ面
１２ボス部
２１キャップ部材
２２円板
２３ストッパ
３１第１層
３１ａテーパ面
３２第２層

Claims

圧力検知対象の流体が流れる配管に接続される金属製の継手と、前記継手から流体が導入される金属製のキャップ部材を有する圧力検知部と、前記圧力検知部に連動するスイッチ部とを備えた圧力スイッチにおいて、
前記継手に、前記キャップ部材側に位置するとともに前記キャップ部材内に流体を導入する導入路を有する薄型円柱状の台座部が形成され、
前記台座部と同径のワッシャ状のクラッド部材であって、前記継手と同じ金属材料の第１層と前記キャップ部材と同じ金属材料の第２層とを積層したクラッド部材を備え、
前記クラッド部材が、第１層を前記台座部側に第２層を前記キャップ部材側にして、前記台座部と前記キャップ部材との間に介在され、
少なくとも前記台座部と第１層との接合部周縁の全周に凹部が形成され、
前記第１層と前記台座部との全周の前記凹部にて前記第１層と前記台座部とが溶接により接合され、前記第２層と前記キャップ部材とが前記第２層の全周にて溶接により接合されていることを特徴とする圧力スイッチ。
前記継手及び第１層が黄銅、前記キャップ部材及び第２層がステンレス材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
前記第１層と前記台座部、前記第２層と前記キャップ部材が、それぞれファイバーレーザーにより溶接されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力スイッチ。
前記クラッド部材が、前記第１層となる黄銅板と前記第２層となるステンレス板とを接合したクラッド用板材を前記黄銅側の外形と孔部にダレが発生するように打ち抜くことにより形成されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の圧力スイッチ。