JPH08273506A - 圧力応答式電気スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動流体系統に介装することのできる圧力応
答式であって、寿命が改善され、比較的高温度および高
い振動レベルで使用できる比較的安価な、更に頑丈で信
頼性の高いスイッチの提供。 【解決手段】 第１端部１８から凹所２４まで開口２２
が延在され、凹所のまわりに棚状部２６を残して側壁２
８が延在されてキャビティ３２を画成し、その内部には
棚状部に対して可撓性の薄膜３６を介在させて支持プレ
ート３４および穴付き部材４０が配置される。支持プレ
ートの穴５６内にピストン５８が第１径部分６０を薄膜
に接触させ、第２径部分６２をスナップ作動式ディスク
５０に支持されている。第２径部分は第１径部分と同じ
またはそれ以上の直径を有する。ディスクの下方には間
隔を隔ててターミナル柱４４がその上端面に固定電気接
点５２が配置され、ディスクのスナップ作動で固定接点
と係合および開離を行う。ターミナル柱は電気的絶縁部
材を介して穴付き部材４０に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広義の概念で言え
ば、流体圧力を検出するための圧力応答式電気スイッチ
に係わり、特に自動車用パワーステアリングやブレーキ
系統のような高圧応用例に使用される前記スイッチに関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ストール発生（旋回失速：ｓｔ
ａｌｌｉｎｇ）を防止することが必要な時にエンジン速
度を高めることができるようにするパワーステアリング
の要望に応じて動力伝達系統制御モジュール（ＰＣＭ）
に信号を与えるために、自動車の流体圧作動装置系と連
係する圧力応答式スイッチを配置することは従来から行
われている。

【０００３】この目的に使用される従来のスイッチ装置
はパワーステアリング用の流体ポンプに取り付けられて
おり、該ポンプの高圧側から延在するポート内に滑動可
能に配置されたピストンを含んでいる。固定電気接点が
スイッチチャンバ内のピストンに整合して配置され、該
固定電気接点に隣接するピストン端部に二次電気接点が
取り付けられている。該ピストンは固定電気接点から離
れるように常時付勢されており、流体圧力が或るレベル
に増大したときに移動して固定接点と係合するようにな
されている。該ピストンに通じる流体は、スイッチ室内
にも受け入れられ、該流体中で両接点が係脱する。

【０００４】この従来のスイッチ装置は幾つかの限界を
有しており、その限界には、両接点間に入り込んで電気
的切り替え機能に支障をきたす傾向のある流体中の汚れ
や異物（汚染物質）の問題が含まれる。他の問題点は、
ポート内ピストンの摩擦によって装置寿命を超えて切り
替えレベル位置（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）が変化する
傾向を示すことに関係する。更に他の問題点は、動作圧
力に近い圧力で存在する低レベルの接触力である。

【０００５】本出願人に譲渡された米国特許第５２７８
３６７号明細書は、上述の限界を解決するスイッチ装置
を開示している。その発明において、ピストンはパワー
ステアリング用流体ポンプに形成されたポート内に滑動
可能に収容されて示されている。このピストンはスイッ
チ本体の中へ延在しており、その端部はスイッチ組立体
に隣接してスイッチ室内に配置されている。このスイッ
チ組立体は、対向する凹凸皿形状の間を可動なスナップ
作動式電導ディスクを含んでいる。このディスクは環状
ディスク座（ｓｅａｔ）に取り付けられ、固定電気接点
が該ディスクの中心と整合して取り付けられて該ディス
クの移動範囲内の選定された位置に配置されており、こ
のディスクが選択的な切り替え点およびヒステリシスを
与えている。ディスクとピストンとの間に配置された可
撓性ダイヤフラムが、該ダイヤフラムとスイッチ本体と
の間を弾発性オーリングで密封されて、スイッチ室内へ
の作動流体の流入を防ぐ。

【０００６】前記特許によるスイッチ装置は非常に有効
であるが、流出（ｂｌｅｅｄ−ｂｙ）した流体ポンプの
低圧側へ戻すための連結ポート（ａｃｃｅｓｓ ｐｏｒ
ｔ）は勿論のこと、ピストンを受け入れるために流体ポ
ンプハウジングに精密に機械加工されたポートを設ける
必要があり、このことがポンプ組立体の費用を増大し、
ある種の廉価な応用例および（または）１つまたはその
他の理由によってポンプハウジングにスイッチを配置さ
せないことが好ましいとされる応用例に対してこのポン
プ組立体を不適当としているのである。

【０００７】前記特許のスイッチ装置の他の限界は、高
圧流体ポンプ装置であるが故に該ディスク部材に大きな
曲げ応力を生じるために、幾つかの応用例においてスナ
ップ作動式ディスク部材の寿命が悪影響を受けるという
ことである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、実際
にいずれかの好都合とされる箇所で作動流体系統に介装
することのできる圧力応答式の電気スイッチ装置を提供
することである。他の目的は、寿命が改善され、比較的
高温度および高い振動レベルで使用できる比較的廉価
な、更に頑丈で信頼性の高いこの種のスイッチを提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】簡単に言うと、本発明に
よれば、高圧流体応答式の電気スイッチは、鋼または他
の高流体圧力に耐えることのできる好適材料で形成され
たハウジング部材を含む。このハウジング部材は、中央
部分から突出しているねじ部の形成された第１端部を有
しており、該ねじ付端部を通して形成されているポート
すなわち開口が中央部分の内部に形成された凹所まで延
在している。凹所のまわりに棚状部が形成され、また該
棚状部から下方へ延在する側壁によってキャビティが画
成されている。鋼などで作られた環状支持部材がキャビ
ティ内に収容されており、ポリイミドなどで形成された
可撓性薄膜を環状支持部材と棚状部との間に捕捉して、
ハウジング部材の内部に流体室を形成している。更にこ
の環状支持部材は、鋼または他の寸法形状の変化を生じ
ないで圧力に耐えることのできる適当な材料で作られた
外側リングで形成された穴付き部材と、プラスチックま
たはガラスのような適当な電気的絶縁材料で周知のよう
に外側リングから分離されたターミナル柱とによって、
該キャビティ内部に捕捉されている。側壁の自由先端部
は、穴付き部材のリング部分に沿って内方へ向けて変形
されており、穴付き部材をハウジングに固定的に取り付
けている。該リングはその上部側にディスク座面を形成
されており、該ディスク座面はターミナル柱および絶縁
材料の先端からリングの長手軸線に沿って上方へ間隔を
隔てられている。スナップ作動式ディスクは、ディスク
座面上に配置されて、ターミナル柱の先端に配置されて
いる固定接点と係脱するようにスナップ作動する。ピス
トン部材である圧力／力変換器は、環状支持部材の中央
開口に受け入れられており、第１端部が薄膜と係合し、
反対側の第２端部がスナップ作動式ディスク部材と係合
している。したがって本発明の特徴によれば、ピストン
の第２端部は、固定接点と離れて上向き凸状の形状から
ディスクをスナップ作動させるのに必要な選定したレベ
ルまで圧力を増幅するために、選択された直径を有する
円形の力伝達リブを形成されている。本発明の他の特徴
によれば、スナップ動作して逆形状となったとき、ディ
スクの中央から半径方向外方へ離れた箇所でディスクと
係合して、これにより力変化リブと固定接点に対する係
合箇所との間のディスクのモーメント腕を減少させるよ
うに、固定接点も概略円形のリブで形成される。本発明
の変形形態の特徴によれば、接点の係合表面積は固定接
点の円形リブを複数セグメントに形成することによって
（すなわち、分割（ｃａｓｔｅｌｌａｔｅｄ）リブとし
て形成して）減少される。

【００１０】本発明の前記特徴と利点、およびその他の
利点、特徴は、添付図面を引用した以下の好適実施例の
説明から明らかになるだろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１を見ると、本発明により作ら
れた流体圧力応答式の電気スイッチ１０は、真鍮のよう
な適当な導電性材料で形成された概略円筒形のハウジン
グ１２を含み、該ハウジング１２は中央部分１４を有し
ており、長手方向軸線２０に沿って中央部分１４から延
在した第１ハウジング端部１８に形成されているねじ部
１６を介しての装脱を容易にするために、中央部分１４
は六角形の外周面を有して形成されることが好ましい。
開口２２が端部１８を通して形成されて、中央部分１４
の第１面２６に形成されている凹所２４まで延在してお
り、該凹所２４が以下に説明する圧力チャンバを形成し
ている。側壁２８が第１面２６からハウジング１２の第
２端部３０へ向かって延在してスイッチキャビティ３２
を形成しており、第１面２６には凹所２４の周縁に沿っ
て棚状部が形成されている。

【００１２】概ね環状の支持プレート３４がキャビティ
３２内に配置されて第１面２６の棚状部２６上に受け止
められており、ポリイミドなどの適当材料で作られた可
撓性の薄膜３６が支持プレート３４と第１面２６との間
に介在されている。オーリング３８のような適当な弾発
性ガスケットが凹所２４内に受け入れられて流体密封を
形成している。

【００１３】導電性材料で形成された外側リングを有す
る穴付き部材４０が、第１面２６の棚状部と整合してキ
ャビティ３２内に配置され、該穴付き部材と支持プレー
トは符号４２で示されるように側壁２８の先端部を半径
方向内方へ向けて変形させることで所定位置に固定され
ている。穴付き部材４０は細長い導電性のターミナル柱
４４を支持しているが、プラスチック４６のような適当
な電気的絶縁材料によって周知のように電気的に離隔さ
れている。必要に応じて、補完用充填材料（ｐｏｔｔｉ
ｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）を穴付き部材４０、プラスチ
ック４６およびターミナル柱４４のフランジ４５の外周
部分の外面上に配置して、該プラスチックと両部材４
４、４５との接触境界面に沿う流体漏洩を最小限に抑え
るようにしてもよい。

【００１４】ターミナル柱４４は軸線２０と同軸とされ
た長手方向軸線を有する。環状ディスク座４８は、ター
ミナル柱４４およびガラスまたはプラスチック４６の上
方へ軸線２０に沿って間隔を隔てて穴付き部材４０に形
成されて、剛性の導電性のスナップ作動するディスク５
０を受け止めており、以下に説明するように図面で見ら
れるように該ディスクの頂面にかなりの水準の力が作用
すると、該ディスク５０が図１に示す上向き凸状の形状
と図２に示す上方へ向かって凹状の形状との間で動き得
るようになしている。固定電気接点５２はターミナル柱
４４の内側先端に配置され、以下に説明するように直立
した円形リブのように形成されることが好ましい。ディ
スク５０を穴付き部材４０のディスク座４８上に配置し
た後、望まれるならば、組み立て工程の間にディスク５
０が脱落するのを防止するために、かしめる（ｓｔａｋ
ｅｄ）か、またはディスク座４８に被るように内方へ変
形させることができるが、これによってもディスクはそ
のディスク座上で浮動できるようになされる。

【００１５】支持プレート３４は中心位置に穴５６を形
成されており、該穴５６は軸線２０と一般的に同軸の長
手軸線を有し、その穴を通して圧力変換ピストン５８を
受け入れており、該圧力変換ピストン５８は穴５６内に
滑動可能に受け入れられる第１径部分６０と、これより
大きい第２径部分６２とを有し、該第２径部分６２はス
トップ面を形成して、これにより図１に見られるように
ピストン５８の頂面が支持プレート３４の頂面とともに
全体的に滑らかな面を形成するようにさせている。穴５
６に隣接する支持プレート３４の頂面は下方へ向かって
テーパーを付形される一方、ピストン５８の頂面は上向
きの概略凸形状に形成されて、下側に位置する面積部分
による薄膜３６のいわゆる濡れ作用（ｗｅｔｔｉｎｇ
ａｃｔｉｏｎ）を促進して、開口２２内に受け入れられ
る流体圧力をディスク５０に作用する力へと変換する信
頼性を最適化するようになされる。

【００１６】一般に円形の力伝達リブ６４はピストン５
８の底面に形成され、ディスク５０の頂面に係合してデ
ィスクへ力を伝達するようになされる。

【００１７】開口２２に受け入れられる流体圧力は薄膜
３６およびピストン５８に作用し、円形リブ６４を経て
ディスク５０に力を作用させる。ディスク５０に付与さ
れた力がディスクの不安定レベル（思案点）を超える
と、ディスクは図２の状態にスナップ移動して固定接点
５２に係合し、これによりターミナル柱４４と接地され
ているハウジング１２との間の電気回路を完結する。

【００１８】環状の力伝達リブ６４の直径は、スイッチ
が作動されるときの流体圧力に対するディスク作用力の
望ましい倍率を生じるように選定される。リブの高さ
は、ディスクの中央位置が上方へ向かって凸状の状態の
ときに、ディスクがそのスナップ開始点に近い状態でピ
ストン５８の本体に接触しないような十分な高さに選定
される。

【００１９】スナップ作動式のディスクが一方の皿形状
から逆の皿形状へ移動して固定電気接点に係合するよう
な本明細書に開示した形式の電気スイッチは、ディスク
と固定接点との間に重要な払拭作用を有していない。切
り替え作用における汚染物すなわち異物の影響を最小限
に止めるために、ディスクと係合する固定接点の部分の
表面積を最小限に抑えることが望ましい。例えば、図３
に示されるように、中央に配置された一般に半径が比較
的小さい球形の固定接点６６は有効な接点を形成する。
しかしながら、この形式の接点はスナップ作動式のディ
スクに比較的大きな曲げ応力を発生させ、これによりデ
ィスクにおける校正設定点、すなわちディスクが図１か
ら図２へと変化するときの力に変化を生じるとともに、
ディスクの破壊寿命を短縮することによって、ディスク
の使用寿命を制限するように影響する。図３に見られる
ように、この形式の接点は、力伝達リブを有する圧力変
換器とともに使用すると、接点６６とリブ６４との間に
比較的大きなモーメントアームを形成し、ディスク５０
は点線で見られるような比較的大きな中央部の撓みを受
けて、比較的大きな曲げ応力を生じる。幾つかの応用例
では、その応用例の条件、すなわち圧力レベル、スイッ
チの期待寿命の間にディスクが受ける望ましい周期数、
変換器５８により行われる圧力／力の変換、ならびにデ
ィスクの弾性限界の条件に基づいて中央固定接点の使用
が許容できる。

【００２０】本発明の特徴によれば、図１、図２および
図４に示された中央固定接点は、ディスクに生じる曲げ
応力を減少させるとともに、接点係合の表面積を比較的
小さく維持する。図４に示されるように、モーメントア
ーム１’は最小限とされて、曲げ応力を制限し、ディス
クの予想寿命を大きく改善する。理想的とはいえ、力伝
達リブ６４および固定接点５２の直径が互いに等しくさ
れて、変換器５８に加わる全ての、またはほとんど全て
の圧力がディスクに圧縮応力だけを生じるならば、スイ
ッチ部材に要求される空間、例えばターミナル柱４４と
穴付き部材４０との間の電気的絶縁に必要な空間に関す
る実際的な見地から、最適な結果が得られるのである
が、特定の設計においては１＝０を得るのに近いような
限界がある。

【００２１】図５は、円形の接点リブが複数のセグメン
ト６８に切り離されて形成され、モーメントアームを最
小限に維持しつつ接点係合の面積部分を更に減少させる
ようにした固定接点５２’の改良を示している。

【００２２】本発明の特徴を説明するために示した部品
の細部、材料および配置に対する様々な変化が当業者に
よってなされ得るが、これらは特許請求の範囲の欄に記
載した本発明の原理および範囲に含まれるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により作られた非作動状態で示されるス
イッチを通る横断面図。

【図２】作動状態でのスイッチを示す図１の破断横断面
図。

【図３】固定接点面が導電性のスナップ作動式ディスク
の中央に整合されて配置されている、圧力変換器がスナ
ップ作動式ディスクに係合したスイッチの一部を拡大し
た横断面図。

【図４】圧力変換器およびスナップ作動式ディスクと使
用する改良された固定接点を示す図２と同様な破断横断
面図。

【図５】本発明により作られたスイッチに有用な改良さ
れた固定電気接点の斜視図。

【符号の説明】

１０ 電気スイッチ １２ ハウジング １４ 中央部分 １６ ねじ部 １８ 第１端部 ２０ 軸線 ２２ 開口 ２４ 凹所 ２６ 第１面すなわち棚状部 ２８ 側壁 ３０ 第２端部 ３２ スイッチキャビティ ３４ 支持プレート ３６ 薄膜 ３８ オーリング ４０ 穴付き部材 ４４ ターミナル柱 ４６ プラスチック、ガラスなどの絶縁材料 ４８ ディスク座 ５０ スナップ作動式ディスク ５２ 固定電気接点 ５６ 穴 ５８ ピストンすなわち圧力／力変換器 ６０ 第１径部分 ６２ 第２径部分 ６４ リブ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高流体圧源に使用される圧力応答式電気
   スイッチであって、 中央部分と、第１端部分と、第２端部分と、流体圧力チ
   ャンバを形成する中央部分に形成された凹所と、該凹所
   の周縁に沿って延在する棚状部と、第１端部分および凹
   所の間を延在する開口と、中央部分から第２端部分の先
   端へ延在してスイッチキャビティを形成する概略円筒形
   の壁とを有する本体部材と、 棚状部上に配置され、凹所を覆って延在する可撓性の不
   浸透性の薄膜と、 中心部に配置された長手軸線を有する貫通した穴を有
   し、外周面が棚状部と整合されて薄膜上に受け止められ
   ている環状支持プレートと、 第１径部分および第２径部分を有し、また第１端部およ
   び第２端部を有し、第１径部分は支持プレートの孔内に
   滑動可能に受け入れられて第１端部が薄膜に係合され、
   第２端部は選定した直径の円形の運動伝達リブを形成さ
   れている圧力／力変換器と、 支持プレートの外周面上に受け入れられる外周面を有す
   るディスク支持部材であって、円筒壁の先端が半径方向
   内方へ向かって変形されてこのディスク支持部材を捕捉
   するようになされている、ディスク座の形成された導電
   性の環状ディスク支持部材と、 ディスク支持部材上に電気的に絶縁されて取り付けられ
   ており、先端部がスイッチキャビティ内に取り付けら
   れ、固定電気接点が該先端部に配置されている細長いタ
   ーミナル部材と、 中央部を有し、ディスク座に取り付けられ、固定電気接
   点から開離した第１の形状と、固定電気接点と係合して
   ターミナル部材から環状ディスク支持部材へ至る電路を
   形成する第２の形状との間を可動であり、ディスクの中
   央から間隔を隔てたディスクの箇所でディスクに係合す
   るように固定電気接点が位置決めされた導電性の概略円
   形のスナップ作動式ディスクとを含む圧力応答式電気ス
   イッチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電気スイッチであっ
   て、固定接点が選定された直径の概略円形のリブとして
   形成された圧力応答式電気スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の電気スイッチであっ
   て、概略円形のリブが円を分割した複数のセグメントで
   形成された圧力応答式電気スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の電気スイッチであっ
   て、円形リブの選択された直径が力伝達リブの選択され
   た直径と等しいかそれより小さい圧力応答式電気スイッ
   チ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の電気スイッチであっ
   て、環状ディスク支持部材がディスク座の外周縁のまわ
   りに概略環状の壁部分を有し、ディスクをディスク座上
   に受け入れた後、該壁部分がディスク座の間隔を隔てた
   部分の上方でディスク座から軸線方向に間隔を隔てて変
   形されて、ディスクを緩い状態に取り付け、スイッチの
   組み立て時のディスクの脱落を防止するようになされた
   圧力応答式電気スイッチ。
6. 【請求項６】 高流体圧源に使用される圧力応答式電気
   スイッチであって、 第１面を有する中央部分および第１端部分および第２端
   部分を有し、第１面に形成された凹所が流体圧力チャン
   バを形成し、第１端部分と凹所との間を開口が延在し、
   第１面は凹所のまわりに棚状部を形成し、概略円筒形の
   壁が中央部分から第２端部分の先端部まで延在してスイ
   ッチチャンバを形成している導電性材料で形成された本
   体部材と、 中央に配置された貫通する穴を有し、該穴は長手軸線を
   有しており、支持プレートが棚状部上に受け止められた
   外周面を有し、ピストン部材は第１径部分および第２径
   部分および第１端部および第２端部を有し、ピストン部
   材の第１端部および第１径部分が支持プレートの穴内に
   滑動可能に受け入れられ、ピストンの第２端部は選択さ
   れた直径の円形の運動伝達リブを形成されている環状支
   持プレートと、 支持プレートと棚状部との間に配置された可撓性の不浸
   透性の薄膜と、 支持プレートと連続したディスク支持部材であって、円
   筒壁の先端部がディスク支持部材および環状支持プレー
   トを捕捉するように半径方向内方へ向けて変形されてお
   り、ディスク座がディスク支持部材に形成され、スナッ
   プ作動式の導電性ディスク部材が中央部を有するととも
   にディスク座の上で上向き凸状の形状と上向き凹状の形
   状との間をスナップ作動するようになされている導電性
   の環状ディスク支持部材と、 ディスク支持部材上に電気的に絶縁されて取り付けられ
   た電気ターミナル部材であって、支持プレートの穴の長
   手軸線と同軸の長手軸線を有し、ディスクと整合されて
   ディスク座の下方へ長手軸線に沿って選択された距離だ
   け間隔を隔てられた先端部を有し、固定電気接点がター
   ミナル部材の先端部に配置されており、固定電気接点選
   択された直径の円形の突起を有し、先端部から突出して
   スナップ作動式ディスクがスナップ作動して上向き凹状
   の形状になったときにディスクと固定電気接点との係合
   がディスクの中心から間隔を隔てられた円周線に沿って
   生じるようになされる細長い電気ターミナル部材とを含
   む圧力応答式電気スイッチ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電気スイッチであっ
   て、円形の突起が分割された円の複数のセグメントで形
   成された圧力応答式電気スイッチ。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の電気スイッチであっ
   て、円形部分の選択された直径が力伝達リブの選択され
   た直径に等しいか、またはそれよりも小さい圧力応答式
   電気スイッチ。