JP6968121B2

JP6968121B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP6968121B2
Application number: JP2019085460A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎齋藤
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: CN111855069A; CN111855069B; JP2020180926A

Description

本発明は、ダイヤフラムおよび受圧板を備える圧力センサに関する。

圧力センサにおいては、炊飯器用の微圧センサとして、流体の圧力に応じて変位するダイヤフラムの変位を、永久磁石およびホール素子からなる磁気センサにより検出することによって流体の圧力を表す出力信号を供給するものが実用に供されている。そのような圧力センサは、例えば、特許文献１に示されるように、シリコーンゴム製のダイヤフラムと、上側本体のガイド室に摺動可能に配される円筒状の受圧板と、上側本体に配され受圧板を継手本体に向う方向に付勢するコイルバネと、受圧板に設けられる永久磁石に対向して上側本体に設けられるリニアホールＩＣとを含んで構成されている。

受圧板には、ダイヤフラムの受圧板支持部が嵌合され固定される。ダイヤフラムは、上側本体と継手本体とにより形成される内部空間を仕切るものとされる。ダイヤフラムは、受圧板支持部と、上側本体の下端フランジ部と継手本体の段部とにより挟持されるフランジ部と、受圧板支持部とフランジ部とを連結するバネ力付与部とからなる。ダイヤフラムの受圧板支持部に形成される段付凹部には、円筒状の受圧板の下端部に形成される段付凸部が嵌合されている。ダイヤフラムの受圧板支持部は、流体が導入される継手本体の継手部の導入口に向き合っている。斯かる構成において、導入口に導入された被検出圧力に基づくダイヤフラムおよび受圧板の変位が永久磁石およびリニアホールＩＣにより検出されることにより、圧力を表す出力信号が形成されることとなる。

また、炊飯器においては、例えば、特許文献２に示されるように、蓋体内に設けられる真空装置、正圧装置、および、圧力検出モジュール（圧力センサ）と、調理チェンバーを有する本体とを備え、真空装置、および、正圧装置が、圧力検出モジュール（圧力センサ）からの検出信号に基づいて動作制御されることにより、調理チェンバー内の圧力を制御することが提案されている。斯かる圧力制御においては、炊飯における吸引段階で真空装置が作動され、大気圧（１０１．３３ｋＰａ）以下の真空度の比較的高い圧力まで真空引きされ、蒸らし段階においては、真空度の比較的低い圧力まで真空引きされ、調理チェンバー内の圧力が負圧に維持される。

特開２０１１−３３４４３号公報特開２０１９−１０４９５号公報

上述の特許文献２に示される炊飯器において、特許文献１に示される圧力センサが使用され、真空度の比較的高い圧力で負圧制御が繰り返し行われる場合、ダイヤフラムの受圧板支持部の外径が継手本体の継手部の導入口の内径よりも小さいのでダイヤフラムの受圧板支持部が継手本体の継手部の導入口内に引き込まれることにより、バネ力付与部が反転するとともに、受圧板支持部周辺が導入口の開口端周縁に衝突することによってダイヤフラムが損傷する虞がある。その際、引き込まれた受圧板支持部に形成される段付凹部と、受圧板の下端部に形成される段付凸部との嵌合が万一、外れ、互いに分離する虞もある。このような場合、仮にダイヤフラムが初期の状態に戻った場合であっても、ダイヤフラムから分離した受圧板の永久磁石のリニアホールＩＣに対する相対位置が初期に調整された位置とは異なるので圧力センサの出力特性に誤差が生じることとなる。

以上の問題点を考慮し、本発明は、ダイヤフラムおよび受圧板を備える圧力センサであって、真空度の比較的高い圧力を検出する場合であっても、ダイヤフラムが損傷することなく、しかも、ダイヤフラムと受圧板とが分離される事態を確実に回避できる圧力センサを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る圧力センサは、被検出圧力が供給される連通路に連通する圧力室を有するロアハウジングと、受圧板が移動可能に配される受圧板収容室を基台部内に有するとともに被検出圧力に応じた受圧板の変位を検出する受圧板変位検出部を備え、基台部がロアハウジングの圧力室の回りに接合されるアッパハウジングと、圧力室の圧力に応じて変位せしめられる受圧板の下端部に嵌合される嵌合部を有し、圧力室と受圧板収容室とを仕切る弾性変位可能なダイヤフラムと、受圧板収容室内に配され、ダイヤフラムを受圧板収容室の内容積を増大させる方向に付勢する付勢部材と、受圧板の下端部とダイヤフラムの嵌合部との分離を回避する嵌合部分離回避手段と、ロアハウジングの連通路内に設けられ、圧力室の圧力に基づいて受圧板収容室の内容積が増大する場合、ダイヤフラムの嵌合部に当接しダイヤフラムの移動を制限させるストッパ部と、を備えて構成される。

嵌合部分離回避手段は、ダイヤフラムの嵌合部のテーパ面部と、円板部と、受圧板の下端部における円錐台部とにより形成されてもよい。受圧板の下端部における円筒部は、少なくとも1つの係合リブ、または、溝を有するとともに、ダイヤフラムの嵌合部は、係合リブが係合される溝または、円筒部の溝に係合される係合リブを有するものでもよい。さらに、受圧板の下端部における円錐台部は、少なくとも1つの係合リブ、または、溝を有するとともに、ダイヤフラムの嵌合部のテーパ面部は、係合リブが係合される溝、または、円錐台部の溝に係合される係合リブを有するものでもよい。

ロアハウジングにおける圧力室の一部を形成する小部屋は、テーパ面部を有するものでもよい。ストッパ部は、圧力室に向き合う連通路の開口端面と面一となる端面を有し、連通路と一体に形成されるリブであってもよく、または、ストッパ部は、圧力室に向き合う連通路の開口端面に設けられ貫通孔を有する板状部材であってもよい。

本発明に係る圧力センサによれば、受圧板の下端部とダイヤフラムの嵌合部との分離を回避する嵌合部分離回避手段と、ロアハウジングの連通路内に設けられ、圧力室の圧力に基づいて受圧板収容室の内容積が増大する場合、ダイヤフラムの嵌合部に当接しダイヤフラムの移動を停止させるストッパ部と、を備えるので真空度の比較的高い圧力を検出する場合であっても、ダイヤフラムが損傷することなく、しかも、ダイヤフラムと受圧板とが分離される事態を確実に回避できる。

本発明に係る圧力センサの一例に用いられるロアハウジングを示す斜視図である。図１に示されるロアハウジングを、連通管から観た斜視図である。本発明に係る圧力センサの一例の外観を示す平面図である。図３に示される圧力センサの側面図である。図３におけるＶ−Ｖ線に沿って示される断面図である。図５に示される断面図であって、図３に示される例における動作説明に供される断面図である。

図３および図４は、それぞれ、本発明に係る圧力センサの一例の外観を示す図である。

図３および図４に示される圧力センサは、例えば、図示が省略される炊飯器における蓋体内に配置される。

図４において、圧力センサは、上述の蓋体内に配されるアッパハウジング１２と、炊飯器本体内の鍋（不図示）の開口に向けて突出し鍋内に連通する連通管１０ＩＮを有するロアハウジング１０と、アッパハウジング１２の受圧板収容室１２Ａ内に移動可能に配される受圧板２４（図５参照）と、受圧板２４に結合され連通管１０ＩＮを通じて導入される被検出圧力としての鍋内の圧力に応じて受圧板２４を昇降動させるダイヤフラム１８と（図５参照）、受圧板２４およびダイヤフラム１８を受圧板収容室１２Ａの容積が増大する方向、即ち、ダイヤフラム１８が連通管１０ＩＮに近接する方向に付勢する付勢部材としてのコイルスプリング２２（図５参照）と、受圧板２４の孔に圧入される永久磁石２６（図５参照）と、永久磁石２６に向き合ってアッパハウジング１２に配されるホール素子を含むコネクタ付信号処理回路基板２８（図５参照）と、を主な要素として含んで構成されている。

アッパハウジング１２は、例えば、耐熱性の樹脂材料（ＡＢＳ）で成形されている。アッパハウジング１２は、図５に示されるように、後述するロアハウジング１０の接合面１０ＢＷに溶着される基台部と、基台部に連なり上方に向けて延びコネクタ付信号処理回路基板２８を支持する筒状部とから構成されている。

筒状部の下部は、ダイヤフラム１８で仕切られる受圧板収容室１２Ａを内側に形成している。筒状部の上部の内周部には、コイルスプリング２２の付勢力を調整する調整ねじ部材１４の雄ねじ部１４ＭＳが捩じ込まれる雌ねじ部１２ＦＭＳが形成されている。図４に示される筒状部における右端には、コネクタ付信号処理回路基板２８が配置されている。受圧板変位検出部としてのコネクタ付信号処理回路基板２８は、受圧板２４が支持する永久磁石２６の磁束密度を検出するものとされる。受圧板収容室１２Ａは、図示が省略される空気抜き孔を通じて炊飯器における蓋体内に連通している。

基台部における後述するロアハウジング１０の接合面１０ＢＷに、例えば、超音波溶着される部分には、ロアハウジング１０の溝１０Ｇａおよび１０Ｇｂにそれぞれ、嵌合される円弧状の突起部１２Ｐが形成されている。また、突起部１２Ｐに隣接して後述するダイヤフラム１８のフランジ部１８Ｂが挿入される溝１２Ｇが受圧板収容室１２Ａの周囲に形成されている。

ダイヤフラム１８は、例えば、所定の厚さ（例えば、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さ）を有するシリコーンゴムで成形され、基台部に形成される溝１２Ｇに挿入され外縁を形成するフランジ部１８Ｂと、後述する受圧板２４の最下端の中空の円錐台部２４ＣＹの端面に当接される円板部１８Ｆａと、円板部１８Ｆａと一体に形成され円錐台部２４ＣＹの側面に嵌め合わされるテーパ面部１８Ｆｂと、受圧板２４の円錐台部２４ＣＹに隣接した張出部２４Ｂに当接される環状部１８Ｆｃと、環状部１８Ｆｃと上述のフランジ部１８Ｂとを連結し弾性変位可能な可動部１８Ｍと、からなる。凹部の一部を形成するダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂは、嵌合される受圧板２４の中空の円錐台部２４ＣＹのテーパ角度αに対応したテーパ角度、例えば、５°を有している。即ち、ダイヤフラム１８の嵌合部がダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂと、円板部１８Ｆａとにより形成される。

受圧板２４は、例えば、耐熱性の樹脂材料（ＡＢＳ）で成形され、永久磁石２６が圧入される孔を上述のコネクタ付信号処理回路基板２８を臨む位置に有している。受圧板２４における上述の孔よりも上端部には、コイルスプリング２２の一端に係合されるばね受け部が形成されている。コイルスプリング２２の他端は、調整ねじ部材１４の環状溝に受け止められている。受圧板２４における上述の孔よりも下方の位置には、ダイヤフラム１８の環状部１８Ｆｃが当接される張出部２４Ｂが形成されるとともに、中空の円錐台部２４ＣＹが最下端に形成されている。これにより、受圧板２４は、コイルスプリング２２の一端に支持されるとともに、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂに支持されながら、アッパハウジング１２の受圧板収容室１２Ａを形成する内周面に摺動可能に案内される。

中空の円錐台部２４ＣＹのテーパ角度αは、例えば、３°以上５°以下の範囲の角度に設定されている。これにより、テーパ状の円錐台部２４ＣＹの直径は、ロアハウジング１０の連通管１０ＩＮに近接するにつれて増大する。

従って、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂが、上述の鍋内の負圧に基づいて受圧板２４のテーパ状の円錐台部２４ＣＹに対し離隔し引き離す方向に力が作用する場合、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂを押し広げる力に抗してダイヤフラム１８自体の反作用力が作用するのでダイヤフラム１８と受圧板２４とが分離される事態が確実に回避される。即ち、嵌合部分離回避手段は、中空の円錐台部２４ＣＹと、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂと、円板部１８Ｆａとにより形成されることとなる。

なお、嵌合部分離回避手段は、受圧板２４の中空の円錐台部２４ＣＹと、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂと、円板部１８Ｆａとにより形成されているが、その代わりに、嵌合部分離回避手段は、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂに円周方向に沿って所定の間隔で形成される複数の溝と、受圧板２４の下端の円筒部の外周部に円周方向に沿って形成されダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂの各溝に係合される複数の係合リブとにより形成されてもよい。さらに、加えて、例えば、受圧板２４の円錐台部２４ＣＹは、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂの各溝に係合される複数個の係合リブを円周方向に沿って所定の間隔で有するように構成されてもよい。

ロアハウジング１０は、例えば、耐熱性の樹脂材料（ＡＢＳ）で成形されている。ロアハウジング１０は、図１および図２に示されるように、上述のアッパハウジング１２の基台部が溶着される接合面１０ＢＷが形成される板状部１０Ｂと、板状部１０Ｂの両端に向かい合って一体に形成される取付部１０Ｆと、板状部１０Ｂの接合面１０ＢＷに対向する外面１０Ｒに結合される連通管１０ＩＮとを含んで構成されている。連通管１０ＩＮは、炊飯器本体内の鍋（不図示）の開口に向けて突出し鍋内に連通するものとされる。各取付部１０Ｆは、炊飯器の蓋体ＬＢ（図５参照）に圧力センサを取り付けるための締結部材が挿入される取付孔１０ａを有している。

接合面１０ＢＷにおける各取付部１０Ｆの一端が結合される部分には、隣接して円弧状の溝１０Ｇａおよび１０Ｇｂが形成されている。溝１０Ｇａおよび１０Ｇｂ相互間となる中央部分には、連通管１０ＩＮ内の連通路１６に連通する圧力室１０Ａが形成されている。圧力室１０Ａは、ダイヤフラム１８と、一端が接合面１０ＢＷに対し開口するテーパ面部１０ＩＴと、により囲まれている。テーパ面部１０ＩＴは、例えば、約３０°以上４５°以下のテーパ角度を有している。テーパ面部１０ＩＴにおける最小径を有する端部には、ダイヤフラム１８の円板部１８Ｆａに向き合う所定の深さＤｐを有する段差部１０Ｓが形成されている。段差部１０Ｓの内径は、ダイヤフラム１８の円板部１８Ｆａの直径よりも若干大に設定されている。これにより、テーパ面部１０ＩＴを有する小部屋１０ＩＮａがロアハウジング１０の内側に形成されることとなる。ロアハウジング１０における小部屋１０ＩＮａの内容積が比較的小となるのでロアハウジング１０の板状部１０Ｂの下端面からアッパハウジング１２の最上端面までの高さＨ（図４参照）が従来のものに比して低くなる。その結果として、圧力センサの薄型化（低背化）が図られる。

連通管１０ＩＮの内側には、連通路１６を二つに均等に仕切るリブ１６Ｄが一体に形成されている。ストッパ部としてのリブ１６Ｄの一端面は、上述の段差部１０Ｓの面と共通の平面上にあり、所謂、段差部１０Ｓの面と面一となっている。リブ１６Ｄの他端面は、連通管１０ＩＮの下端面と一致するまで延びている。このようにリブ１６Ｄが設けられることによって、連通管１０ＩＮの下端の開口から棒状の調理器具などを挿入することが困難となるのでダイヤフラム１８および受圧板２４における不所望な損傷が回避される。

なお、リブ１６Ｄの他端面は、斯かる例に限られることなく、例えば、連通管１０ＩＮの下端面まで到達することなく中間部途中で終端してもよい。また、リブ１６Ｄが連通管１０ＩＮの内周部と一体に形成されることなく、例えば、リブ１６Ｄのような帯状の部材が連通管１０ＩＮの内側に向かい合って形成される縦溝に圧入されることにより固定されてもよい。

さらに、斯かる例に限られることなく、例えば、ストッパ部は、貫通孔を有する板状部材、例えば、樹脂製の目皿、または、プレス加工により円板状に成形されたパンチングメタル等が連通管１０ＩＮの連通路の開口端に段差部１０Ｓの面と面一となるように嵌め込まれるように構成されてもよい。

斯かる構成において、炊飯器本体内の鍋内の圧力が上昇し、連通管１０ＩＮの連通路１６を介して圧力室１０Ａの圧力が大気圧以上の正圧となった場合、受圧板２４およびダイヤフラム１８が上昇せしめられることにより、永久磁石２６のコネクタ付信号処理回路基板２８のホール素子に対する相対位置が変化するのでコネクタ付信号処理回路基板２８からの正圧をあらわす出力信号が送出されることとなる。一方、炊飯器本体内の鍋内の圧力が下降し、連通管１０ＩＮの連通路１６を介して圧力室１０Ａの圧力が大気圧以下の負圧となった場合、受圧板２４およびダイヤフラム１８が下降せしめられることにより、永久磁石２６のコネクタ付信号処理回路基板２８のホール素子に対する相対位置が変化するのでコネクタ付信号処理回路基板２８からの負圧をあらわす出力信号が送出されることとなる。その際、図６に示されるように、圧力室１０Ａの圧力が、例えば、所定の真空度となる場合、ダイヤフラム１８が下降せしめられたとき、ダイヤフラム１８の円板部１８Ｆａが、段差部１０Ｓの面、および、リブ１６Ｄの一端面に当接され、ダイヤフラム１８の円板部１８Ｆａの移動が制限されるとともに、可動部１８Ｍが反転することなくロアハウジング１０のテーパ面部１０ＩＴに当接されるので可動部１８Ｍが損傷することが回避される。また、ダイヤフラム１８が、圧力室１０Ａ内の負圧によって下降せしめられたとき、ダイヤフラム１８のテーパ面部１８Ｆｂを押し広げる力に抗してダイヤフラム１８自体の反作用力が作用するのでダイヤフラム１８と受圧板２４とが分離される事態が確実に回避される。

従って、ダイヤフラム１８と受圧板２４との脱落が防止でき、負圧から復帰後の圧力センサの出力特性のずれも生じる虞がない。また、ダイヤフラム１８が、圧力室１０Ａ内の負圧によって下降せしめられたとき、ダイヤフラム１８の可動部１８Ｍの反転がなく、ダイヤフラム１８の中央の応力集中が防止されるのでダイヤフラム１８の耐久性が向上する。さらに、小部屋１０ＩＮａの内容積が比較的小となるので圧力センサの全体の高さが低くなり、圧力センサの小型化が図られる。

なお、上述の例においては、本発明に係る圧力センサの一例が炊飯器に適用されたが、斯かる例に限られることなく、本発明に係る圧力センサの一例が他の調理器具に適用されてもよいことは勿論である。また、上述のロアハウジング１０は、板状部１０Ｂの両端に向かい合って一体に形成される取付部１０Ｆを有しているが、斯かる例に限られることなく、例えば、各取付部は、その中心軸線が所定の角度をもって交わるように板状部１０Ｂに配置されてもよい。

１０ロアハウジング
１０ＩＮ連通管
１０ＩＴテーパ面部
１０ＢＷ接合面
１２アッパハウジング
１６連通路
１６Ｄリブ
１８ダイヤフラム
２４受圧板
２４ＣＹ円錐台部

Claims

被検出圧力が供給される連通路に連通する圧力室を有するロアハウジングと、
受圧板が移動可能に配される受圧板収容室を基台部内に有するとともに前記被検出圧力に応じた該受圧板の変位を検出する受圧板変位検出部を備え、該基台部が前記ロアハウジングの圧力室の回りに接合されるアッパハウジングと、
前記圧力室の圧力に応じて変位せしめられる前記受圧板の下端部に嵌合される嵌合部を有し、該圧力室と前記受圧板収容室とを仕切る弾性変位可能なダイヤフラムと、
前記受圧板収容室内に配され、前記ダイヤフラムを前記受圧板収容室の内容積を増大させる方向に付勢する付勢部材と、
前記受圧板の下端部と前記ダイヤフラムの嵌合部との分離を回避する嵌合部分離回避手段と、
前記ロアハウジングの連通路内に設けられ、前記圧力室の圧力に基づいて前記受圧板収容室の内容積が増大する場合、前記ダイヤフラムの嵌合部に当接し該ダイヤフラムの移動を停止させるストッパ部と、
を具備して構成される圧力センサ。
前記嵌合部分離回避手段は、前記ダイヤフラムの嵌合部のテーパ面部と、円板部と、前記受圧板の下端部における円錐台部とにより形成されることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記受圧板の下端部における円筒部は、少なくとも1つの係合リブ、または、溝を有するとともに、前記ダイヤフラムの嵌合部は、前記係合リブが係合される溝、または、前記円筒部の溝に係合される係合リブを有することを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記受圧板の下端部における円錐台部は、少なくとも1つの係合リブ、または、溝を有するとともに、前記ダイヤフラムの嵌合部のテーパ面部は、前記係合リブが係合される溝、または、前記円錐台部の溝に係合される係合リブを有することを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
前記ロアハウジングにおける圧力室の一部を形成する小部屋は、テーパ面部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載の圧力センサ。
前記ストッパ部は、前記圧力室に向き合う連通路の開口端面と面一となる端面を有し、前記連通路と一体に形成されるリブであることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
前記ストッパ部は、前記圧力室に向き合う連通路の開口端面に設けられ、貫通孔を有する板状部材であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。