JPS6070325A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧力の変化を電気的に検知する圧力センサに関
する。

従来例の構成とその問題点 最近の各種装置の電子化にともない、圧力を電気信号と
して取り出すことができる電子式圧力センザに対するニ
ーズが高まっている。特にマイクロコンピュータによる
高性能な信号処理が手軽に行なうことができるようにな
り、圧力センサにおいても工業計測用から家電などの一
般用として低価でかつ信頼性の高いものが要求されてい
る。

以下に洗濯機の水位を圧力に変換し、その圧力変化を電
気的に検知する従来の圧力センザについて図面を用いて
説明する。

第１図において、１は脱水槽兼洗濯槽、２は水受、３は
脱水孔で脱水槽兼洗濯槽１内に給水された水は脱水孔３
を通って水受２に留る。

４は水受２側面に設けられたエアートラップ室、６はエ
アートラップ室４に接続されたエアーホース、６はエア
ーホース５に接続された圧力センサ、７はモータで、ベ
ルト８とメカケース９内の減速機構等を介してパルセー
タ１０または脱水槽兼洗濯槽１を回転させる。

この圧力センサ６について第２図、第３図、第４図を用
いて説明する。

１１は圧力の変化を機械的変位に変換するダイヤフラム
で、その外周１２は、フタ１３とケース１４とによりシ
ールされており、ダイヤフラム１１とフタ１３間には空
気室１５が形成されている。

フタ１３にはエアー導入口１６とダイヤフラム１１のス
トンパー１７が設けられており、エアー導入口１６には
第１図に示したエアーホース５が接続されている。ケー
ス１４の内部には１対の常開接点１８、常閉接点１９が
配置され、ケース１４に固定された常開端子１８ａ、常
閉端子１９ａに電気的接続されている。また接点バネ２
０の先端に設けられた共通接点２１は前記常開接点１８
、常閉接点１９間に配置され、かつ常開接点１８、常閉
接点１９間を往復運動が可能なようにケース１４に片持
ちで固定され、同時に共通端子２１ａに電気的に接続さ
れている。接点バネ２０には第４図に示すように、コ字
状の穴２２が設けられており、その内側に位置する長穴
２３を有する内部板２４と、外側に位置する共通接点２
１を有する外部板２６とから成り、内部板２４と外部板
２５間には速断用のトグルバネ２６が設置されている。

前記ダイヤフラム１１上には、前記接点バネ２ｏの内部
板２４に設けられた長穴２３に嵌合して、ダイヤフラム
１１の上下動作と前記内部板２４とを連動させる駆動溝
２７とバネ受は部２８とを有するダイヤフラム板２９が
設けられている。前記ダイヤフラム板２９のバネ受は部
２８上には圧力に対するダイヤフラム１１の動作比率を
決定するバネ３０が設けられ、ケース１４に対して回転
方向に規制され、上下方向に摺動可能なバネ受け３１を
介してカム３２で固定されている。カム３２はケース１
４に固定された軸３３を中心に回転し、複数段階の圧力
（水位）に対応できるように軸３３からカム３２外周ま
での距離ｔ１．ｔ２．ｔ３．ｔ４ばそれぞれ異なってい
る。カム３２を回転させることにより、軸３３からバネ
受け３１までの距離を変え、バネ３０のタワミ量を変え
る事ができ、つまり圧力Ｐによりダイヤフラム１１に発
生する力ｆ１ニ比へ、ストッパー１７側へバネ３０、ト
グルバネ２６によって押圧する力が大きい場合は、ダイ
ヤフラム板２９はダイヤフラム１１を介してストッパー
１７で停止しているが、圧力Ｐによりダイヤフラム１１
に発生する力ｆ１が、ストッパー１７側へバネ３０１　
トグルバネ２６によって押圧する力より大きくなった時
点で、ダイヤフラム板２９は移動を開始する。その後は
圧力Ｐに対するダイヤフラム板２９の移動距離は比例す
るため、ダイヤフラム板２９の移動を開始する圧力Ｐｉ
手動でカム３２を操作することにより複数段階の圧力Ｐ
の検出を可能にしていた。

また洗濯機等に用いる圧力センナではｓｏｏｍＨ２０以
下の低圧力検知を行なうため、ダイヤフラム１１はゴム
等の材料でかつ板厚の薄いものを用い微圧力変化に対し
ても敏感に動作する構成に成っている。

次に上記のように構成された従来の圧力センザを用いだ
洗濯機の水位検知動作について説明する。

まず第１図を用いて全体概要を説明する。洗濯を行なう
前に、洗濯物の量に応じて予じめ圧力センザ６の水位設
定を行なう。そして洗濯機の水受２に給水するとエアー
トう、プ室４．エアーホース５内の空気は水位に応じて
圧縮される。この空気圧を圧力センサ６が検出する。

次にこの圧力センサ６の動作を説明する。まず圧力が大
気圧の場合は第２図に示すように、ダイヤフラム板２９
はダイヤフラム１１を介してストンパー１７にバネ３０
１　トグルバネ２６により押圧されており、接点バネ２
Ｑの外部板２６に設けられた共通接点２１は常閉接点１
９に接触していてオフの状態である。つまり接点バネ２
０の内部板２４はバネ３０によシ押圧されて外部板２５
よりダイヤフラム１１側に位置しそのためトグルバネ２
６によシ外部板２５の共通接点２１は常閉接点１９を押
圧している。

その後、水位が増加しある圧力Ｐ１　になるとダイヤフ
ラム板２９が移動を開始する。さらに水位が増加し、接
点バネ２Ｑの外部板２６、トグルバネ２６、内部板２４
は水平状態に成り、ついには圧力がＰ２になると第３図
に示すように接点バネ２０の外部板２５より内部板２４
がカム３２側に位置するため、トグルバネ２６は急速に
外部板２６をダイヤフラム１１側へ押圧し、外部板２６
の先端に設けられた共通接点２１は常開接点１８に接触
しオンの状態になる。さらに水位を増加しても、このオ
ンの状態を保つものである。

次に排水の場合を説明すると、前記圧力２２以上の水位
の場合は上述した給水時と同様に常開接点１８と共通接
点２１が接触してオンの状態を保ち、きらに排水して圧
力がＰ２以下になってもこの状態を保ち、さらに排水し
て圧力がＰｌ　になると接点バネ２０の内部板２４は外
部板２５よりダイヤフラム１１側に位置するため、トグ
ルバネ２６は急速に、外部板２５をカム３２側に押圧し
て、共通接点２１は常閉接点１９に接触してオフの状態
になり、さらＫ　４：１１水してもこのオフの状態を保
つものである。

第６図はこの圧力センザによって得られる出力図を示し
ている。イ線は圧力の上昇に対する出力図であり、口線
は下降に対する出力図である。洗濯機の圧力センザ６で
は２２点を検出して給水をストップする構成になってい
る。２２点は使用者が洗濯物の量によって決定し、カム
３２を回転させる事により検出する圧力Ｐ２を変える事
ができる。またＰｌとＰ２の差はトグルバネ２６の影響
が大きく、つまり給水時はダイヤフラム板２９をストッ
パー１７側に押える力が働き、逆に排水時はダイヤフラ
ム板２９をカム３２側に押える力が働くためである。

しかしながらこのような構成では、以下のような問題が
あった。

（１）トグルバネ２６を用いて速断式検出にしているた
め、設定圧力以上に測定圧力の最高値が到達したかどう
かの情報を得る圧力センサであった。つまり第５図に示
すように給水時の検出点Ｐ２と排水時の検出点Ｐ１の差
が大きいため、１度オンの状態になると、前記Ｐ４とＰ
２の間に低下してもオンの状態を保ち、刻々」ユニに変
化する圧力を検出する圧力センサ６としては不向きであ
った。またこのような接点接触式の圧力センサ６ではト
グルバネ２６を除去した構成にすると、外部振動等によ
り、常開接点１８、常閉接点１９に対する共通接点２１
の接触状態が不安定になり、誤検知を行なうという問題
があった０ （２ン　検出する圧力の変化に対するダイヤフラム１１
の動作比率を決定する要素が、バネ３０の調性、トグル
バネ２６の調性、接点バネ２０の内部板２４の調性、ダ
イヤフラム１１の調性等の複数点から成り、その設計が
複雑化し困難であると同時に一各部品間の調性のバラツ
キが累４）。

積されるため、圧力十ンザー間の特性バラツキが大きく
なり、検出精度を悪くしていた。

（３）　圧力センサ６をマイコンと接続して使用する構
成では、微電流を流してその接続状態を検知するため、
共通接点２１．常開接点１８．常閉接点１９が酸化する
と安定した接続状態が得られなかった。そのため上記各
接点部には耐酸化性の良好な金・銀メッキ等が必要とな
り、コスト高になっていた。

（４）共通接点２１が常閉接点１９、常開接点１８間を
移動する構成であるため、各接点間部は必ず空間を必要
とし、そのため水滴、蒸気等が浸入し易く、各接点間に
水滴や異物が接触すると誤検知を行なうこともあシ、使
用環境範囲が限定されていた。

（６）複数段階の圧力を検知するためにはカム３２を手
で動かさなければならず、各々機器に用いた場合、その
機器の自動化を妨げ、かつ非常に手間がかかっていた。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑みてなされたもので、圧力を連続
的に精度よく検知できる小型で安価な圧力センサを提供
するものである。

発明の構成 発光素子と、この発光素子の光を受ける受光素子と、圧
力の変化を機械的変位に変換するダイヤフラムと、前記
発光素子と前記受光素子の間に設けられ前記ダイヤフラ
ムの動作に連動する遮光板と、前記圧力の変化に対する
前記ダイヤフラムの機械的変位比率を決定するバネとを
備え、前記受光素子に到達する光の量で前記圧力を検出
する構成により、前記ダイヤフラムが圧力を機械的変位
に変換し、この機械的変位が前記遮光板に伝わり、この
遮光板の機械的変位が前記受光素子に到達する光の量を
変えることにより、連続的に圧力が検知できるものであ
る。

実施例の説明 以下図面を参照しながら本発明の一実施例について説明
する。

第６図、第７図、第８図において、３４は圧力の変化を
機械的変位に変換するダイヤフラムで、微圧変化であっ
ても敏感に動作するために、ゴム等の材料でかつ板厚の
薄いものを用いている。このダイヤフラム３４の外周に
はシール用の凸部３５を設け、蓋３６とケース３７とで
カシメリング３８によりカシメられており、ダイヤフラ
ム３４と蓋３６間には空気室３９が形成されている。蓋
３６にはエアー導入口４ｏとダイヤフラム３４が下降す
る限度を規制するストッパー４１が設けられている。ダ
イヤフラム３４にｄロ開ロ穴４２とバネ受は部４３とを
有する遮光板４４と、ダイヤフラム補強板４６とを一体
化したダイヤスラム板４６が垂直に固定されている。こ
のダイヤフラム板４６のバネ受は部４３には圧力に対す
るダイヤフラム板４６の動作比率を決定するノくネ４７
の一端が設置され、他端はバネ受け４８に固定されてい
る。

また一対の発光素子４９と受光素子５０が前記遮光板４
４を挾んで対向して固定されているＯケース３７０発光
素子４９と受光素子５Ｑの前面にはそれぞれ開口部５１
．５２が設けられている。

発光素子４９と受光素子５ｏの端子部（図示せず）はリ
ード線等を接続後、樹脂モールド等を行ない、電気絶縁
する事も可能である。前記ダイヤフラム板４６はケース
３７に設けられた軸受部５３にスライド自在に設けられ
ている。ケース３７にはダイヤフラム３４の背面側が常
に大気圧になるように穴５４が設けられているＯそのた
め圧力変化に対するダイヤスラム板４６の動作比率はノ
くネ４了の調性、ダイヤフラム３４の調性、ダイヤフラ
ム板４６の摺動摩擦抵抗により決定されるが、ダイヤフ
ラム３４の調性および摺動摩擦抵抗は非常に小さいため
無視することができ、・くネ４７の調性によって決定さ
れる。

次に上記構成における動作を説明する。

まず空気室３９の圧力が大気圧の場合は第６図のように
ダイヤフラム板４６はダイヤフラム３４を介してストッ
パー４１にバネ４Ｙによシ押圧されている。この状態に
おいては第７図のように受光素子５ｏ前面の開口部５２
と遮光板４４の開口穴４２は全く重ならず、発光素子４
９からの光は遮光板４４により遮断され、受光素子５０
には到達せず、圧力が大気圧であることを検知している
。

次に空気室３９の圧力が上昇するとダイヤフラム３４に
押されたダイヤフラム板はバネ４７に抗して移動を開始
し、第８図のように受光素子５０の前面の開口部５２と
遮光板４４の開口穴４２は部分的に重なり、受光素子６
ｏは発光素子４９からの光の一部を受光することとなる
。

第９図は本発明の一実施例である圧力センサを駆動する
だめの電気回路図の一例である。６６は発光素子として
のＬＥＤ、ｓｅはＬＥＤ５５の光を検知する受光素子と
してのフォトトランジスタ、５７はこの回路を駆動する
ための電源、６８けＬＥＤ５５の電圧を制限するだめの
抵抗、５９は負荷抵抗、６ｏは出力端子である。電源６
７によｐＬＥＤｓ５に電圧が印加され発光する。この光
をフォトトランジスタ５６が受け、フォトトランジスタ
５６が導通し、出力端子６０に電圧を出力する。この場
合、フォトトランジスタ５６の感度を適当に選ぶと出力
端子６０の出力電圧は、フォトトランジスタ６６の受光
量に比例する。

第１ｏ図においてａは遮光板４４の開口穴４２が第８図
の位置にある時の前記受光素子５ｏの受光量で、ｂは開
口穴４２が第７図の位置にある時の前記受光素子５ｏの
受光量である。

このことより受光素子６０の受光量は第７図。

第８図に示した遮光板４４の開口穴４２と受光素子５０
の前面の開口部５２の重なる面積に比例することがわか
る。

一方発光素子４９は経年変化等によってその発光量が変
わり、また受光素子５ｏの感度も変わる。

つまシ環境条件によって受光量は、第１１図に示すよう
に特性イから特性口に変化し、遮光板４４の移動距離が
同じＡであっても、出力電圧は■ａ１からＶａ２４での
値をとることになり精度が悪くなる０ しかし遮光板４４によって光が完全に遮断されたＢ点で
の出力電圧は経年変化によってもｖｂの！、まであシ、
Ｂ点は環境条件によらず常に精度よく検知することが可
能である。

次に本発明の一実施例である圧力センサを洗濯機の水位
センサとして使用した場合について第１２図、第１３図
を参照しながら説明する。

第１２図に」、−いて、６１は被洗濯物を収納し洗清す
る洗濯槽、６２は洗濯水、６３は洗濯槽６１への給水を
制御する給水弁、６４は洗濯槽６１と通じているエアト
ラップ室、６５はエアトラップ室６４上部に取り付けら
れたエアホース、６６はエアホース６５に取り付けられ
た本発明の一実施例である圧力センサで、洗濯槽６１に
洗濯水６２が給水されると、エアトラップ室６４及びエ
アホース６５内の空気は洗濯水６２の水位に応じて圧縮
される。この空気圧を圧力センサ６６で検知して目的の
水位に達したと判断すると給水弁６βを閉じて給水を停
止するというものである。

この場合、洗濯水６２の水位が洗濯槽６１の上面である
０点を越えると洗濯水６２はあふれ出るため、０点より
少し下のＤ点まで水が入ったことは精度よく検知する必
要がある。これに対しＤ点以下の水位の検知は多少精度
が低くても、洗濯水６２が洗濯槽６１の外へあふれ出る
ようなことはなく、実用上差し支えない。

従って水位が低い時には、圧力センザ６６の第６図に示
した発光素子４９から受光素子５０に到達する光量を多
くシ、水位が高くなるにつれて光量を少なくして行き、
水位が第１２図のＤ点になった時光量が第７図のように
ゼロとなるように、第６図、第７図、第８図に示した遮
光板４４の開口穴４２を配置する。

この構成により、水位と圧力センサ６６の出力電圧の関
係は第１３図のようになり、圧力センサ６６は洗濯槽６
１内の水位を連続的に検出することができ、また圧力セ
ンサ６６内の発光受光素子は１対でよく、小型で安価な
圧力センサとなる。

しかも洗濯槽６１内の水位が０点以上に達したことは精
度よく検知でき、洗濯水６２をあふれ出させることはな
くなる。

なお、第６図、第７図、第８図に示した遮光板４４の開
口穴４２と受光素子６２の前面の開口部５２の形状を第
１４図のようにすればよシ精度よく連続的に圧力を検知
できることはいうまでもない０ 発明の効果 上記実施例の説明からも明らかなように、本発明の圧力
センサは、圧力を連続的に精度よく検知でき、小型で安
価で、しかもある所定の圧力以上か以下かをさらに精度
よく検知することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力センサの要部側面断面図、第２図は
従来の圧力センザの常開接点が開いている状態を示す要
部側面断面図、第３図は同常開接点が閉じている状態を
示す要部側面断面図、第４図は同要部拡大平面図、第６
図は同圧力士／ツーの圧力と出力の関係図、第６図は本
発明の一実施ｆＯである圧力センサの要部側面断面図、
第ｙ　１９　＋第８図は同遮光板の拡大平面図、第９図
は同圧ノコセンサの回路図、第１０図は同圧力センサの
遮光板の移動距離と受光素子の受光量との関係を示すグ
ラフ、第１１図は同圧力センサの遮光板の移動距離と出
力電圧の関係が経年変化によって変オつることを示すグ
ラフ、第１２図は本発明の第２の実施例である圧力セン
サを用いた洗濯機の要部ＩＩＩ面断面図、第１３図は同
圧力センサの水位と出ノ３電圧との関係が経年変化によ
って変わることを示すグラフ、第１４図は本発萌の第３
の実施例である圧力センサの遮光板の要部平面図である
０３４・・・・・ダイヤフラム、４４・・・・・遮光板
、４７・・・・・バネ、４９・・・・・・発光素子、６
０・・・・受光素子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　は力）１名第
４図 第５図 Ｐ υど 第８図　契 第９図 ＠１０図 第１１図 第１２図 すと 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光素子と、この発光素子の光を受ける受光素子と、圧
   力の変化を機械的変位に変換するダイヤフラムと、前記
   発光素子と前記受光素子の間に設けられ前記ダイヤフラ
   ムの動作に連動する遮光板と、前記圧力の変化に対する
   前記ダイヤフラムの機械的変位比率を決定するバネとを
   備え、前記受光素子に到達する光の量で前記圧力を検出
   する圧力センサ。