JP6456014B2 - 着座スイッチ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ダイアフラム等の膜部材で区画された一対の圧力室の差圧を検出する着座スイッチ装置に関する。

この種のスイッチ装置として、特許文献１に記載されたものが従来から知られているが、この従来のスイッチ装置の概略を図４に示している。
図４に示した従来のスイッチ装置は、ケーシング１にダイアフラム２を設けて、ケーシング１内を一対の圧力室３，４に区画している。上記ダイアフラム２は、その外側にコンボリューション２ａを設け、上記圧力室３，４の圧力差に応じて変形するようにしている。
なお、図中符号５は一方の圧力室３に圧力を導く圧力導入ポート、６は他方の圧力室４に圧力を導く圧力導入ポートである。

上記のようにしたダイアフラム２であって、圧力室４側の面には作動ロッド７を起立させるとともに、この作動ロッド７の先端に永久磁石８を固定している。そして、上記作動ロッド７及び永久磁石８は、圧力室４と一体にした突出室９に臨ませている。
したがって、一方の圧力室３の圧力が相対的に高くなって、ダイアフラム２が他方の圧力室４側に変形すれば、作動ロッド７が軸方向に移動して永久磁石８が、図示の状態から上記突出室９内を上昇することになる。

さらに、上記突出室９の外側にはリードスイッチ１０を配置しているが、このリードスイッチ１０の長手方向は、上記作動ロッド７と平行にしている。また、ダイアフラム２が図示の状態にあるとき、作動ロッド７に設けた永久磁石８が、リードスイッチ１０をオフ状態に保つ相対位置にあり、作動ロッド７が軸方向に移動して永久磁石８がリードスイッチ１０にほぼ正対したとき、リードスイッチ１０がオンの状態を保つようにしている。

上記のようにした構成において、圧力導入ポート５，６から圧力室３，４に圧力が導かれるとともに、一方の圧力室３の圧力が、他方の圧力室４の圧力よりも相対的に高くなると、ダイアフラム２は圧力室４側に向かって変形する。ダイアフラム２の変形に応じて、作動ロッド７が移動し、永久磁石８がリードスイッチ１０にほぼ正対したとき、当該リードスイッチ１０がオン動作をする。

このように作動ロッド７の先端に設けた永久磁石８が、リードスイッチ１０の長手方向の一端から、リードスイッチ１０の長手方向所定の位置までストロークしない限り、リードスイッチ１０をオン動作させることができない。言い換えると、リードスイッチ１０をスイッチング動作させるために、永久磁石８のストロークを大きくせざるを得ない。

特開２０１０−２５７７０６号公報

上記のようにした従来の装置では、永久磁石８のストロークを大きくせざるを得ないので、永久磁石８がリードスイッチ１０をオン動作させる位置に到達する時間が長くなり、その分、応答性が悪くなるという問題があった。
また、上記のように永久磁石８を大きくストロークさせなければならないが、そのためにはダイアフラム２の変形量を大きくしなければならない。そして、ダイアフラム２の変形量を大きくするためには、当該ダイアフラム２のコンボリューション２ａを大きくせざるをえない。
しかし、コンボリューション２ａを大きくすれば、当然のこととして装置全体も大きくせざるを得ないという問題が発生する。

さらに、上記のようにダイアフラム２のコンボリューション２ａを大きくすると、精度の上からも次のような問題が発生する。
先ず、コンボリューション２ａが大きければ、ダイアフラム２が反復して変形するときの反応が悪くなるとともに、弱い圧力でダイアフラム２が十分に変形しなくなる。
また、コンボリューション２ａを大きくするためには、コンボリューション２ａの厚さを厚くしなければならなくなるが、その厚さを厚くすれば、当然のこととして変形し易さが損なわれ、上記のように反復して変形するときの反応が悪くなる。

このような理由から、コンボリューション２ａを大きくせざるを得ない従来のスイッチ装置では、差圧検出の感度が悪くなるという問題があった。
さらに、本願発明のような着座スイッチ装置は、精度の高い差圧の検出が求められるが、上記従来のスイッチ装置では、十分な精度が求められず、着座スイッチ装置としては利用できないという問題もあった。

また、上記のようにコンボリューション２ａの厚さを厚くすれば、その差圧動作圧力も大きくなるが、このように差圧動作圧力が大きくなると、例えば環境による温度が変化したとき、その検出誤差も大きくなる。なぜなら、温度が変化すれば、ダイアフラムの弾性係数が変化し、差圧動作圧力も変化するが、差圧動作圧力が大きければ、上記弾性係数の変化による検出圧力の誤差も大きくなるからである。
さらに、供給源からの流体圧は、必ずしも一定ではないが、その変化が大きい中で、上記のように差圧検出の感度が悪いと、検出ノズルとそれに近接させる物体との距離を一方の軸にとり、両圧力室の差圧を他方の軸にとった二次元グラフにおいて、供給圧の変化によって特性線のゲインが大きく変化してしまう。特性線のゲインが変化すれば、差圧検出精度がさらに悪くなるという問題が発生する。
この発明の目的は、差圧の検出精度が高い着座スイッチ装置を提供することである。

この発明は、圧力流体の供給源に設定圧力側通路及び検出側通路を並列に接続するとともに、上記設定圧力側通路には設定圧調整手段を設け、検出側通路には検出ノズルを設けている。そして、上記設定圧力側通路を可撓性を有する膜部材で区画された一方の圧力室に接続し、検出側通路を膜部材で区画された他方の圧力室に接続している。さらに、上記膜部材は、上記一対の圧力室の圧力差によって変形するとともに、上記膜部材の変形によってスイッチング動作をするスイッチ機構を備え、このスイッチ機構の動作に応じて上記一対の圧力室間の差圧を検出する着座スイッチ装置を前提としている。

第１の発明は、上記スイッチ機構が、磁石とリードスイッチとからなり、上記リードスイッチは上記一方の圧力室内に設け、上記磁石は上記膜部材に固定するとともに、リードスイッチはその長手方向を、上記磁石と平行もしくはほぼ平行な状態に保って磁石と対向させ、上記膜部材の変形に応じて上記磁石と上記リードスイッチとの対向間隔を変化させてスイッチ機構にスイッチング動作をさせている。また、上記少なくとも一方の圧力室に流入ポート及び流出ポートを設け、上記流入ポート及び流出ポートを上記設定圧力側通路に接続し、圧力源から設定圧力側通路に流通する圧力流体が、上記流入ポート、上記一方の圧力室及び上記流出ポートを経由して圧力設定手段に導かれ、上記圧力流体で上記スイッチ機構と膜部材とが冷却される構成にしている。
なお、上記膜部材には、ダイアフラム、ベローズあるいは伸縮性を兼ね備えたゴムや樹脂からなる膜が含まれる。

第２の発明は、上記スイッチ機構が、磁石とリードスイッチとからなり、上記リードスイッチは一方の圧力室内に設け、上記磁石は、上記一方の圧力室内に、膜部材の変形に応じて回動可能に設けられるとともに、上記磁石の回動支点が、上記リードスイッチの端子間とほぼ同じレベルに設けられ、上記磁石の回転支点とは反対端である自由端には、膜部材に設けた作動ピンが接触しており、上記磁石が上記リードスイッチの端子間のレベルとほぼ平行になったとき、当該磁石がリードスイッチと正対する構成にしている。

第１の発明によれば、上記膜部材の変形に応じて上記磁石と上記リードスイッチとの対向間隔を変化させてスイッチ機構にスイッチング動作をさせるようにしたので、膜部材の変形量を大きくしなくても、スイッチング動作が可能になる。したがって、膜部材に従来のような大きなコンボリューションを設けなくてもよくなる。
また、大きなコンボリューションが不要なので、従来の装置に比べて全体を小型化できるし、膜部材の応答性や精度を向上させることができる。

また、いずれか一方の圧力室内に上記スイッチ機構を設けたので、装置全体をコンパクトにまとめることができる。
さらに、流体によって圧力室内の温度が必要以上に上昇しないようにできる。したがって、スイッチ機構に電子部品を用いたときには、極端な温度上昇で当該電子部品の性能等に影響を及ぼさない。また、膜部材も高温にさらされることがないので、当該膜部材の弾性に影響を及ぼすことがない。

第２の発明によれば、膜部材は、磁石をリードスイッチに正対させたり、その正対位置からずらしたりする範囲で変形すれば足りるので、第１の発明と同様に、膜部材の変形量を大きくしなくても、スイッチング動作が可能になる。したがって、膜部材に従来のような大きなコンボリューションを設けなくてもよくなる。また、大きなコンボリューションが不要なので、従来の装置に比べて全体を小型化できるし、膜部材の応答性や精度を向上させることができる。

図１は参考例の構成図である。 図２は第１実施形態の構成図である。 図３は第２実施形態の構成図である。 図４は従来の装置を示す概略図である。

図１に示した参考例は、コンプレッサー等からなる圧力源１１に、供給通路１２を介して設定圧力側通路１３及び検出側通路１４を並列に接続している。そして、設定圧力側通路１３には可変オリフィスからなる設定圧調整手段１５を接続し、検出側通路１４には検出ノズル１６を設けている。
なお、図中符号１７は設定圧力側通路１３に設けたオリフィス、１８は検出側通路１４に設けたオリフィスである。

一方、上記設定圧力側通路１３及び検出側通路１４の圧力を導入するケーシング１９にはこの発明の膜部材であるダイアフラム２０を設け、当該ケーシング１９内を圧力室２１，２２に区画している。なお、図中符号２０ａは、ダイアフラム２０の外側に設けたコンボリューションである。
上記のようにしてダイアフラム２０で区画された一方の圧力室２１には、圧力導入ポートａを介して設定圧力側通路１３の圧力が導入され、他方の圧力室２２には、圧力導入ポートｂを介して検出側通路１４の圧力が導入されるようにしている。

そして、圧力室２１側に面した上記ダイアフラム２０の一方の側面に磁石２３を設けるとともに、ケーシング１９の外側にリードスイッチ２４を設けている。このリードスイッチ２４は、それらの端子２４ａ，２４ｂを結ぶ方向である長手方向を、上記磁石２３に対して平行もしくはほぼ平行にして、ケーシング１９の外側に対向配置したものである。
なお、上記磁石２３とリードスイッチ２４とが相まってこの発明のスイッチ機構を構成するものである。
また、上記参考例では、ダイアフラム２０の一方の側面に磁石２３を設けたが、磁石２３はダイアフラム２０と一体成形してもよい。

次に、この参考例の作用を説明する。
設定圧調整手段１５の開度を調整して、設定圧力側通路１３の設定圧を特定した状態で圧力源１１からエア等の流体を供給すると、一方の圧力室２１には上記設定された圧力が、圧力導入ポートａを介して導かれる。また、他方の圧力室２２には、検出側通路１４の圧力が圧力導入ポートｂを介して導かれる。
このとき、検出ノズル１６に物体が近接していないときには、設定圧力側通路１３及び一方の圧力室２１の圧力が、検出側通路１４及び他方の圧力室２２の圧力よりも相対的に高くなるので、ダイアフラム２０は他方の圧力室２２側に変形して、磁石２３とリードスイッチ２４との対向間隔を大きくする。磁石２３とリードスイッチ２４との対向間隔が大きくなれば、リードスイッチ２４はオフの状態を保つ。

上記の状態から、検出ノズル１６に物体が徐々に近接すると、それにともなって検出ノズル１６の圧力損失も大きくなるので、その分、検出側通路１４及び他方の圧力室２２の圧力が上昇する。
他方の圧力室２２の圧力上昇にともなって、ダイアフラム２０は図示のノーマル位置に復帰するが、上記物体と検出ノズル１６とがさらに近接すると、検出側通路１４及び他方の圧力室２２の圧力が、設定圧力側通路１３及び一方の圧力室２１の圧力よりも高くなり、磁石２３とリードスイッチ２４との間隔を狭くする。このように磁石２３とリードスイッチ２４との間隔が狭くなると、磁石２３の磁束の影響でリードスイッチ２４は、その端子２４ａ，２４ｂを接触させてオンの状態を保つ。

上記のようにして物体が検出ノズル１６にあらかじめ設定された範囲まで近接したかどうかを、リードスイッチ２４のオン動作によって把握できるようになる。
そして、この参考例では、ダイアフラム２０の変形によって、磁石２３とリードスイッチ２４との対向間隔を制御することで、リードスイッチ２４のスイッチング動作を制御できるので、磁石２３の移動量を小さくしてリードスイッチ２４をスイッチング動作させることができる。
磁石２３の移動量を小さく抑えられということは、ダイアフラム２０の変形量も小さくできるので、従来とは異なりコンボリューション２０ａを小さくできる。

上記のようにコンボリューション２０ａを小さくできるので、その分、従来の装置よりも全体を小型化できる。
また、コンボリューション２０ａを小さくできる分、コンボリューション２０ａを薄くできるので、ダイアフラム２０の応答性や感度あるいは温度特性等の精度を向上させることができるし、供給圧の変化にも影響されない。
さらに、この参考例では、スイッチ機構を構成するリードスイッチ２４をケーシング１９の外に配置したので、リードスイッチ２４が流体等で汚染されたりしない。

図２に示した第１実施形態は、ケーシング１９内をこの発明の膜部材であるダイアフラム２０で一対の圧力室２１，２２を区画形成すること、及び、上記ダイアフラム２０にコンボリューション２０ａを形成するとともに、このダイアフラム２０に磁石２３を設けることは、参考例と同じである。
ただし、この第１実施形態は、参考例と異なり、リードスイッチ２４を一方の圧力室２１内に設け、この圧力室２１において、リードスイッチ２４は、それらの端子２４ａ，２４ｂを結ぶ方向である長手方向を、上記磁石２３に対して平行もしくはほぼ平行にして対向配置したものである。

さらに、上記一方の圧力室２１を設定圧力側通路１３の通路過程に設けている。すなわち、上記設定圧力側通路１３は、上流部１３ａと下流部１３ｂとに分離するとともに、一方の圧力室２１には流入ポート２５と流出ポート２６とを設け、流入ポート２５を上記上流部１３ａに接続し、流出ポート２６を上記下流部１３ｂに接続している。
また、上記他方の圧力室２２を検出側通路１４の通路過程に設けている。すなわち、上記検出側通路１４は、上流部１４ａと下流部１４ｂとに分離するとともに、他方の圧力室２２には流入ポート２７と流出ポート２８とを設け、流入ポート２７を上記上流部１４ａに接続し、流出ポート２８を上記下流部１４ｂに接続している。

したがって、設定圧力側通路１３の上流部１３ａから流入ポート２５を経由して一方の圧力室２１に流入した圧力流体は、流出ポート２６から上記下流部１３ｂに流出するようになり、一方の圧力室２１に流体の流れが発生する。
また、検出側通路１４の上流部１４ａから流入ポート２７を経由して他方の圧力室２２に流入した圧力流体は、流出ポート２８から上記下流部１４ｂに流出するようになり、この他方の圧力室２２にも流体の流れが発生する。

上記のように両圧力室２１，２２に圧力流体の流れが発生すれば、その流体によってダイアフラム２０、磁石２３及びリードスイッチ２４のそれぞれが、圧力流体の温度以上にはならないので、それらが異常高温になったりしない。
したがって、スイッチ機構に電子部品を用いたときには、極端な温度上昇で当該電子部品の性能等に影響を及ぼすことはない。また、ダイアフラム２０等の膜部材も、高温にさらされることがないので、ダイアフラム２０等の弾性に影響を及ぼすこともない。

なお、この第１実施形態では、圧力室２１，２２の両方に圧力流体を流通させるようにしたが、リードスイッチ２４を設けた一方の圧力室２１のみに圧力流体を流通させるようにしてもよい。
また、この第１実施形態において、検出ノズル１６に物体が密着したときに、磁石２３がリードスイッチ２４に近接して、それをオン状態に切り換えることは、参考例と同じなので、その詳細な説明は省略する。
さらに、上記参考例、及び第１実施形態では、磁石２３を、圧力室２１側に面した上記ダイアフラム２０の一方の側面に設けたが、磁石２３をダイアフラム等の膜部材に埋め込むようにしてもよい。また、この磁石２３は、永久磁石あるいは電磁石のいずれであってもよい。

図３に示した第２実施形態は、ケーシング１９の外側にリードスイッチ２４を設けるとともに、一方の圧力室２１には磁石２３を回動自在に設けている。そして、この磁石２３の回動支点２３ａとは反対端である自由端２３ｂには、ダイアフラム２０に設けた作動ピン２９が接触するようにしている。
なお、図中符号３０はスプリングで、このスプリング３０のバネ力の作用で、磁石２３の自由端２３ｂが常時作動ピン２９に接触するようにしている。

また、上記磁石２３の回動支点２３ａは、上記リードスイッチ２４の端子２４ａ，２４ｂのレベルとほぼ同じにしている。そして、磁石２３がこの回動支点２３ａを中心にして上記自由端２３ｂが弧を描き、磁石２３が図３においてほぼ水平になったとき、磁石２３がリードスイッチ２４と正対するようにしている。
したがって、他方の圧力室２２の圧力が上昇するにともなって、ダイアフラム２０は一方の圧力室２１方向に変形するが、この変形にともなって作動ピン２９が移動して、磁石２３をスプリング３０のバネ力に抗して回動させ、当該磁石２３をリードスイッチ２４に正対させる。このように磁石２３がリードスイッチ２４に正対することによって、リードスイッチ２４がオン動作をする。

上記のようにした第２実施形態では、磁石２３の回動角を小さく設定することができ、その分、ダイアフラム２０の変形量を小さく抑えることができる。したがって、この第２実施形態においても、上記参考例、及び第１実施形態と同様な効果を期待することができる。
なお、上記第２実施形態では、リードスイッチ２４を一方の圧力室２１の外側に設けたが、当該リードスイッチ２４は、上記一方の圧力室２１内に設けてもよい。
そして、リードスイッチ２４を圧力室２１の外部に設ければ、内部に設けたときよりも圧力室２１の容積を相対的に小さくできる。圧力室２１の容積が小さくなれば、その圧力変化に対してダイアフラムの応答性が向上するというメリットがある。

一方、リードスイッチ２４を圧力室２１内に設けたときには、当該リードスイッチ２４が圧力室２１内を流れる圧力流体によって冷却されるので、リードスイッチ２４が故障し難くなるというメリットがある。さらに、当該着座スイッチを、劣悪な雰囲気中に設置したときには、リードスイッチ２４がその劣悪な雰囲気にさらされないというメリットもある。
その他の構成は、第１実施形態と同じである。
なお、上記参考例、第１及び２実施形態のそれぞれでは膜部材としてダイアフラム２０を用いたが、ダイアフラムに代えて、ベローズや、伸縮性を兼ね備えたゴムや樹脂からなる膜を用いてもよい。

この発明は、加工物体をテーブルに正確に載せたかどうかを検出する着座スイッチ装置に最適である。

１１ 圧力源
１３ 設定圧力側通路
１４ 検出側通路
１５ 設定圧調整手段
１６ 検出ノズル
２０ ダイアフラム
２１，２２ 圧力室
２３ 磁石
２４ リードスイッチ
２５，２７ 流入ポート
２６，２８ 流出ポート

Claims (2)

1. 圧力流体の供給源に、設定圧力側通路及び検出側通路を並列に接続するとともに、
   上記設定圧力側通路には設定圧調整手段を設け、
   検出側通路には検出ノズルを設け、
   上記設定圧力側通路を、可撓性を有する膜部材で区画された一方の圧力室に接続し、
   検出側通路を上記膜部材で区画された他方の圧力室に接続する一方、
   上記膜部材は、上記一対の圧力室の圧力差によって変形するとともに、
   上記膜部材の変形によってスイッチング動作をするスイッチ機構を備え、
   このスイッチ機構の動作に応じて上記一対の圧力室間の差圧を検出する着座スイッチ装置であって、
   上記スイッチ機構は、
   磁石とリードスイッチとからなり、
   上記リードスイッチは上記一方の圧力室内に設け、
   上記磁石は上記膜部材に固定するとともに、
   リードスイッチはその長手方向を、上記磁石と平行もしくはほぼ平行な状態に保って磁石と対向させ、
   上記膜部材の変形に応じて上記磁石と上記リードスイッチとの対向間隔を変化させてスイッチ機構にスイッチング動作をさせており、
   少なくとも上記一方の圧力室に流入ポート及び流出ポートを設け、
   上記流入ポート及び流出ポートを上記設定圧力側通路に接続し、圧力源から設定圧力側通路に流通する圧力流体が、上記流入ポート、上記一方の圧力室及び上記流出ポートを経由して圧力設定手段に導かれ、
   上記圧力流体で上記スイッチ機構と膜部材とが冷却される構成にした
   着座スイッチ装置。
2. 圧力流体の供給源に、設定圧力側通路及び検出側通路を並列に接続するとともに、
   上記設定圧力側通路には設定圧調整手段を設け、
   検出側通路には検出ノズルを設け、
   上記設定圧力側通路を、膜部材で区画された一方の圧力室に接続し、
   検出側通路を膜部材で区画された他方の圧力室に接続する一方、
   上記膜部材は、上記一対の圧力室の圧力差によって変形するとともに、
   上記膜部材の変形によってスイッチング動作をするスイッチ機構を備え、
   このスイッチ機構の動作に応じて上記一対の圧力室間の差圧を検出する着座スイッチ装置であって、
   上記スイッチ機構は、
   磁石とリードスイッチとからなり、
   上記リードスイッチは一方の圧力室内に設け、
   上記磁石は、上記一方の圧力室内に、膜部材の変形に応じて回動可能に設けられるとともに、上記磁石の回動支点が、上記リードスイッチの端子間とほぼ同じレベルに設けられ、
   上記磁石の回転支点とは反対端である自由端には、膜部材に設けた作動ピンが接触しており、
   上記磁石が上記リードスイッチの端子間のレベルとほぼ平行になったとき、当該磁石がリードスイッチと正対する構成にした
   着座スイッチ装置。

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