JPS62203034A - 圧力計 - 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】 本発明は圧力計に関し、一層詳細には、簡単な操作によ
り圧力流体の所望の設定圧力値と現流体圧力値とをデジ
タル式に表示することが可能であり、しかも、圧力スイ
ッチとしても機能することが可能な、簡単で小型化に適
した圧力計に関する。

圧力流体、例えば、加圧された空気がアクチュエータに
供給され、当該アクチュエータが正常な圧力で駆動して
いるか否かを確認する等のために圧力流体管路に圧力計
を介装することが一般的に行われている。この場合、異
常に低い（若しくは異常に高い）圧力流体の供給がなさ
れると、アクチュエータ自体が、または、このアクチュ
エータにより駆動される各種機器が損壊しあるいは近隣
にいる作業者にとり危険な事態を惹起することが予想さ
れる。従って、従来から各種の圧力計が開発され流体供
給系に用いられてきた。然しなから、従来技術によれば
、一般的に、圧力計としてはブルドン管を用いたものま
たはダイヤフラム式のものが多く採用されており小型化
には限度があり、しがも圧力検出の精度が悪い。

従来例としてこのブルドン管を用いた圧力計を第１図ａ
並びにｂに示す。すなわち、円筒状のケーシング２には
流体圧力をアナログ的に表示するための数値が描出され
た表示部４が装着され、当該表示部４の中央部にはケー
シング２の軸線に沿って指針６が回動自在に設けられて
いる。なお、指針６が反時計方向への一定以上の回動動
作を阻止するためにビン８が植設されている。

次に、この圧力計Ａの内部構造について説明する。

ケーシング２の内部には湾曲するブルドン管１０に圧力
流体を供給するための通路を画成した支持部１２が配設
される。この支持部１２を利用して基板１４が設けられ
、当該基板１４に前記指針６に直結する軸１６が植設さ
れる。軸１６にはばね部材１８が係合し且つ歯車２０が
前記軸１６に外嵌する。

歯車２０は屈曲するアーム２２に刻設された歯列２４と
噛合し、前記アーム２２の一方の端部には湾曲する第１
のロッド２６が延在する。前記湾曲ロッド２６は真直な
ロッド２８の一端部と係合し、ロッド２８の他端部はブ
ルドン管１０の先端部と係合している。なお、図中、参
照符号３０は内部に流体用通路が画成されブルドン管に
対して流体圧力を供給するための螺子部を示す。

このような構成からなるブルドン管を用いた圧力計Ａで
は、前記のように、螺子部３０を測定しようとする流体
圧力管路に螺入し、この圧力計Ａを固定する。この結果
、螺子部３０がブルドン管１０へと圧力流体が供給され
る。すなわち、この圧力流体の供給によってブルドン管
１０はその先端部を撓ませ、ロッド２８、湾曲ロッド２
６を介してアーム２２が変位し、歯列２４は歯車２ｏを
回転させる。これによって、この歯車２０に同軸的に結
合されている指針６が時計方向へと回転し、表示部４に
おいてその流体圧力に対応する数値をアナログ的に表示
する。このブルドン管１ｏに供給される圧力に対しては
ばね部材１８が前記軸１６の回動動作に対してバランス
をとるように付勢される。

そこで、以上のような構成では、先ず、支持部１２に対
してブルドン管１ｏをろう付は等により気密に溶着しな
ければならない。しがも、このブルドン管１０自体が相
当な面積を占有し、さらにまた、その内部に機械的な構
成要素としてばね部材１８、歯車２０、歯列２４を含む
屈曲するアーム２２）湾曲するロッド２６、ブルドン管
１ｏの先端部に係合するロッド２８等、各種の部品を組
み込まなければならない。そして、精度を高めるために
これらの微調整を熟練者によってなし遂げなければなら
ないという不都合が存在する。

さらに、表示部４では流体圧力はアナログ的に表示され
るために、読取誤差を含めて正確な圧力検出が出来ない
。

なお、従来から、当該圧力計に関連して圧力スイツチを
付設し、この圧力スイツチの作用下に所定の圧力以上ま
たは以下の場合、当該圧力流体の供給を停止する等の措
置が講じられている。従来技術に係るこの種の圧力スイ
ッチを第２図に示す。すなわち、この圧力スイッチ３２
はケーシング３４の内部にマグネット付ピストン３６を
摺動自在に配設している。前記ピストン３６は調整ねじ
３８を螺回することによってその弾発力を調整される調
圧スプリング４０と通路４２から導入される圧力流体に
よってその変位動作が規制される。一方、ピストン３６
にはそのマグネットにより動作するスイッチング素子４
４を臨ませている。

従って、流体圧力によって変位するピストン３６の移動
量は前記スイッチング素子４４により検出され、このス
イッチング素子４４の出力信号により、例えば、加工装
置が駆動・停止制御される。

然しなから、前記のような構造の圧力計Ａに対応して圧
力スイッチ３２を設けようとしても当該圧力計Ａと前記
圧力スイッチ３２とは別体に構成せざるを得ない。結局
、製造コストが高く精度も些程に向上させることが出来
ず、さらにまた、圧力計Ａ自体の占有面積並びにこれに
対応して用いられる圧力スイッチ３２の占有面積が極め
て大きくなり、有効に工場内の空間等を活用しようとす
る時、大きな妨げとなっている。

本発明は前記の不都合を悉く克服するためになされたも
のであって、圧力検出素子として半導体圧力センサを用
い、しかも、この半導体圧力センサの出力信号をデジタ
ル的に表示することを可能とすると共に、圧力スイッチ
としての機能を達成することが可能な圧力計を提供する
ことを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は筺体内部に半導
体圧力センサを配設し、前記圧力センサに圧力流体を導
入するための通路を臨ませ、前記筐体の一面に流体圧力
を表示する表示部を備え、前記圧力センサで検出される
流体圧力を電気信号として取り出してデジタル信号に変
換して前記表示部にデジタル値として表示すると共に前
記電気信号をアナログ信号として取り出して所定値以上
若しくは以下の時前記圧力流体の制御信号および／また
は警報信号として用いるよう構成することを特徴とする
。

次に、本発明に係る圧力計について好適な実施例を挙げ
、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第３図ａ乃至Ｃにおいて、参照符号５０は本発明に係る
圧力計を示す。この圧力計５０は直方体状の筺体５２と
前記筐体５２に係着されて図示しない流体用管路の雌螺
子に螺入し当該圧力計５０を固定すると共に、前記流体
用管路からこの圧力計５０の本体内部に圧力流体を導入
するための螺子部５４を含む。筺体５２の前面部にはカ
バ一部材５６が設けられ、このカバ一部材５６の内部に
圧力設定用の摘み５８とデジタル表示器、ここでは液晶
表示器６０と、設定された圧力をデジタル的に表示させ
る際に押圧されるブツシュボタンスイッチ６２と、後述
するように設定圧力以下で流体が供給されている時警報
表示として発光する発光素子６４とを組み込んでいる。

第３図Ｃにその内部構造を示している。すなわち、筺体
５２には螺子部５４が固着され、当該螺子部５４の軸線
方向に沿って通路６６が形成されている。この通路６６
の上端部には半回体圧カセンサ６８の突出部７０が嵌入
する。この場合、通路６６から圧力流体を筺体５２の内
部に漏洩させることのないように０リング７２を２段に
亘って配設している。圧力センサ６８は屈曲する枠体７
４によって固定されると共に、この圧力センサ６８の端
子７６は当該圧力センサ６８の電気的制御を行うための
プリント基板７８に電気的に接続され且つこれを支承す
る。プリント基板７８の上部には筺体８０によって室８
２が画成され、この室８２を閉塞するように設けられた
プレート８４に前記液晶表示器６０が固着される。

そこで、第４図ａ、ｂに前記圧力センサ６８の詳細を示
す。

突出部７０には前記通路６６と連通する通路８６が形成
され、この通路８６はガラス製からなる台座８８に画成
された通路９０と連通状態にある。台座８８の上部には
圧力センサ６８を構成するセンサチップ９２が配設され
、このセンサチップ９２には前記通路９０から与えられ
る圧力流体を受容するための室９４が設けられる（第４
図す参照）。センサチップ９２には導線９６が接続され
、この導線９６は端子９８と電気的に接続されている。

圧力センサ６８の開口する上端部にはポリエステル等の
合成樹脂製からなるカバ一部材１００が固着され、前記
センサチップ９２の保護に供される。

次に、前記プリント基板７８に組み込まれる制。

御回路を第５図に示し説明する。

定電流回路Ｉに接続されるブリッジ回路Ｂの出力側はオ
ペアンプＡ１に接続され、このオペアンプＡ１の出力側
は分岐して抵抗Ｒ，、Ｒ２を介して電圧／周波数変換器
ＶＦに接続される。

前記電圧／周波数変換器ＶＦの出力はデジタル出力とし
てゲート回路Ｇに導入される。前記ゲート回路Ｇにはタ
イミングパルス発生回路Ｔが接続され、このゲート回路
Ｇの出力はデケードカウンタＣ＋　、Ｃｍ　、Ｃ：＋に
接続されている。

タイミングパルス発生回路Ｔの出力は分岐してマルチプ
レクサＭＵに導入される。デケードカウンタＣ３乃至Ｃ
３の出力側はセグメントデコーダＳ　Ｄ＋　、　Ｓ　Ｄ
ｚ　、Ｓ　Ｄ３に夫々接続され、７セグメントからなる
液晶表示器６０にその出力信号を送給する。マルチプレ
クサＭＵの出力はＢＣＤシリアル出力として外部に取り
出される。

一方、オペアンプＡ、のアナログ出力■Ｓは分岐してそ
のまま０ＵＴＰＵＴ２として外部に取り出されると共に
、コンパレータＡ２の一方の入力端子に入力される。コ
ンパレータＡ２の出力側はトランジスタＴＲのベースに
接続しておく。なお、アナログ出力電圧の遮断用抵抗と
して用いられる抵抗Ｒ，と電圧／周波数変換器ＶＦの入
力保護抵抗として利用される抵抗Ｒ２との接続部にはブ
ツシュボタンスイッチ６２を介装し、このブツシュボタ
ンスイッチ６２の一方の端子を摘み５８を構成する可変
抵抗ＶＲ３に接続しておく。なお、可変抵抗ＶＲ，はブ
リッジ回路Ｂを構成する抵抗の平衡点を調整するための
ものであり、一方、■Ｒ２はオペアンプＡ１の増幅度を
調整するためのものである。

そこで、以上のように構成される本発明に係る圧力計の
作用並びにその効果を次に説明する。

第３図に示すように、突出する螺子部５４を利用して図
示しない流体管路に形成された雌螺子部に螺入する。こ
の結果、前記流体管路とこの螺子部５４の通路６６とが
連通状態に至る。このようにして圧力計５０は流体管路
に固着される。そこで、摘み５８、すなわち、可変抵抗
ＶＲ，を外部から調整することによって所望の流体圧力
を設定する。これと共に、可変抵抗ＶＲ，を調整してブ
リフジ回路Ｂの出力を予め０となるように設定しておく
。

このような準備段階を経て前記流体管路に圧力流体、例
えば、空気を導入する。この結果、ブリッジ回路Ｂの平
衡が破れ、その両端子に差電圧が発生し、これはオペア
ンプＡ１へと導入される。オペアンプＡ１によって増幅
された出力はアナログ出力として端子から０ＵＴＰＵＴ
２として外部へと導出することが出来る。一方、この出
力は電圧／周波数変換器ＶＦを介してデジタル信号、す
なわち、パルス列に変換されてゲート回路Ｇへと導入さ
れる。ゲート回路Ｇはタイミングパルス発生回路Ｔのタ
イミングパルスによってゲートを開閉し、デケードカウ
ンタＣ＋　、Ｃｔ　、Ｃ３へと出力信号を送給する。デ
ケードカウンタＣ１、Ｃ２）Ｃ３の出力信号はセグメン
トデコーダＳＤ、乃至ＳＤ、に導入されて液晶表示器６
０によって数値的に表示されることになる。

一方、前記タイミングパルス発生回路Ｔの出力はマルチ
プレクサＭυへと導入されている。

従って、デケードカウンタＣ８乃至Ｃ３の出力信号はこ
のタイミングパルス発生回路Ｔから導出されるタイミン
グパルスに同期してＢＣＤシリアル出力として、すなわ
ち、０ＵＴＰＵＴＩとして外部にＷ出される。この場合
、自ら摘み５８、すなわち、可変抵抗ＶＲ３を介して設
定された値が幾らであるかを簡単に且つデジタル的に表
示することも可能である。それに際しては、ブツシュボ
タンスイッチ６２を押圧すればよい。

すなわち、コンパレークＡ２にはオペアンプＡ、のアナ
ログ出力信号がそのマイナス端子に導入され、一方、プ
ラス端子には可変抵抗ＶＲ。

によって設定された値にかかる出力信号が導入されてい
る。従って、オペアンプＡ＋　のアナログ出力信号であ
るＶＳが設定電圧であるＶＴよりも大であるならば、コ
ンパレータＡ２の出力は低くトランジスタＴＲを導通す
ることはない。

すなわち、Ｏ［ＪＴ　Ｐ　ＵＴ　３は得られない。

一方、設定電圧ＶＴが前記出力電圧ＶＳよりも大である
ならば、コンパレークＡ２からは出力信号がトランジス
タＴＲのベースに出され、このトランジスタＴＲを導通
させる。この結果、出力信号０ＵＴＰＵＴ３が得られ、
例えば、この０ＵＴＰＵＴ３によりリレーＬ並びに発光
素子６４側等を付勢することが可能である。換言すれば
、このリレーＬを切換弁の切換動作に利用すれば、設定
電圧よりも低い場合には圧力流体の流路を切り替えるこ
とによってアクチュエータ等の動作を停止させることが
可能となる。

次に、可変抵抗ＶＲ３によって設定された流体圧力の設
定値をデジタル的に視認する場合について説明する。先
ず、前記のようにしてブツシュボタン６２を押圧する。

この時、オペアンプＡ１のアナログ出力電圧を遮断する
ための遮断用抵抗Ｒ，は可変抵抗ＶＲ，１よりも一般的
に極めて大きく選択されている。例えば、この遮断抵抗
Ｒ，がＩＯＭΩに対しＶ　Ｒ３の抵抗は最大で１ＯＫΩ
程度である。この結果、可変抵抗ＶＲ３側のインピーダ
ンスが極めて低いために設定電圧ＶＴはブツシュボタン
スイッチ６２を介して電圧／周波数変換器ＶＦで所定の
周波数に変換され、前記と同様にデケードカウンタＣ＋
　、Ｃｚ、Ｃ３によりカウントされ、液晶表示器６０に
デジタル的に表示されることになる。すなわち、操作者
は必要に応じて摘み５８の周囲に目盛られた目盛によっ
てアナログ的に設定圧力を視認することが出来るが、特
に、デジタル的にその設定圧力を確認しようとする場合
には、ブツシュボタンスイッチ６２を押せばよい。さら
にまた、このブツシュボタンスイッチ６２を押さない場
合であっても、前記摘み５８によって設定された概略的
な値と流体管路を通過する圧力流体のデジタル表示され
た圧力とが比較出来るために、その差がどの程度まであ
るかを容易に確認出来るという利点がある。

さらにまた、本発明装置によれば、マルチプレクサＭＵ
を用いてＢＣＤシリアル出力として外部に導出すること
を可能としている。すなわち、ＢＣＤシリアル出力では
４本の信号線ですむために、タイミングパルス発生回路
Ｔのタイミングパルスを利用してデケードカウントＣ１
乃至Ｃ３の出力を最小限の信号線でアウトプット出来る
という利点が得られる。この場合、完全にシリアル信号
として出力出来ることは勿論である。このようにすれば
、１本の出力端子ですむことは謂うまでもない。

次に、本発明に係る圧力計の他の実施例を第６図に示す
。この場合、前記実施例と異なりその回路構成をワンチ
ップマイクロコンピュータを使って利用している点が異
なる。従って、前記第５図に示す参照符号と同一の参照
符号については同一の構成要素を示すものとしてその詳
細な説明を省略する。

オペアンプＡ１のアナログ出力電圧■Ｓはデジタル信号
に変換されるべくワンチップマイコン１０１に取り込ま
れ、また、操作者は可変抵抗ＶＲ３を回すことによって
設定される流体圧力設定値信号を前記マイコン１０１に
導入させる。

さらにまた、前記設定イ直を液晶表示器６０によって視
認するためのブツシュボタンスイッチ６２の出力信号も
夫々ワンチップマイコン１０１に導入される。当該ワン
チップマイコン１０１　はＲＡＭ１０２）レジスタ１０
４を含み、一方、当該ワンチップマイコン”１０１から
は警報シグナルを出力する出力端子１０６、ＢＣＤシリ
アル出力を出す０ＵＴＰＵＴＩ、デジタル／アナログ変
換を行って一旦増幅し、これを０ＵＴＰＵＴ２として出
力するための増幅器Ａ３、さらにまた、トランジスタＴ
Ｒの出力信号を０ＵＴＰＵＴ３として出力する端子等が
出力側に設けられる。例えば、スイッチＳ１はサンプリ
ングタイムの切換用として、Ｓ２は前記液晶表示器６０
に対してその圧力値の表示デメンションを切り替えるた
めのスイッチとして利用することも出来る。

以上のような構成からなるワンチップマイコン１０１を
用いた圧力計の制御回路についてその作用を第７図のフ
ローチャートを参照して説明”する。

初期設定した後（ＳＴＰＩ）、各ポートから入力信号の
取り込みが行われる（ＳＴＰ２）。

その際、ブツシュボタンスイッチ６２がオンされている
か否かが判断される＜５ＴＰ３）。ブツシュボタンスイ
ッチ６２がオンされている場合には設定データが表示器
６０に数字表示される（ＳＴＰ４）。一方、ブツシュボ
タンスイッチ６２がオフの場合には圧力値データ、設定
値データがマイコン１０１のＲＡＭ１０２に格納される
。すなわち、オペアンプＡ１のアナログ出力電圧はデジ
タル化されて前記ＲＡＭ１０２に格納され、一方、可変
抵抗ＶＲ３によって設定された値もこのＲＡＭ１０２の
異なる番地に格納される（ＳＴＰ５）。

このような状態において、ＲＡＭ１０２に格納された圧
力値データはＶＣＤシリアル出力端子に出力される（Ｓ
ＴＰ６）。これと同様に、前記圧力値データはＲＡＭ１
０２から読み出されて表示器６０に表示される（ＳＴＰ
　７）。さらにまた、この圧力値データはデジタル信号
からアナログ信号に変換されて増幅器Ａ３に至り、０Ｕ
ＴＰＵＴ２として出力される（ＳＴＰ８）。次いで、１
回前のサイクルによりメモリに保管されているランチ情
報を取り込んだ後（ＳＴＰ９）この出力はラッチされ、
ラッチされたか否かが判断される。すなわち、アラーム
用端子１０６からの出力がラッチされれば、この判定に
より、ＹＥＳの場合には圧力値データを表示するだけの
ルーチンに移る（ＳＴＰＩＯ）。一方、ランチされなけ
れば、次のステップに移行する。この場合、圧力値デー
タが設定値データより大であるか否かが判断される（Ｓ
ＴＰＩＩ）。設定値よりも大である場合には、前記第５
図に示す実施例と同様に、出力用トランジスタＴＲがオ
フとなり　（ＳＴＰＩ２）　、一方、圧力値データが設
定値よりも小の場合には所定時間圧力値データが設定値
データよりも小であることを確認するためにＲＡＭから
設定回数データを取り出しこれをレジスタ１０４に移す
（ＳＴＰＩ３）。そして、設定回数データからその回数
をデクリメントしく５ＴＰ１４）０に至った時（ＳＴＰ
Ｉ５）出力トランジスタＴＲをオンさせる（　Ｓ　Ｔ　
Ｐ　１６）。この場合には、端子１０６からアラーム信
号を出して圧力値が設定値よりも小であることを操作者
に知らしめる。このアラームシグナルの出力はラッチさ
れると共にメモリに保管され、操作者は、例えば、図示
しないアクチュエータを停止する等の適宜の行為を行う
ことが可能となる（ＳＴＰＩ７）。

一方、圧力値データが設定値よりも大の場合には、その
ままトランジスタはオフ状態を維持してさらにステップ
２に戻る。

本発明によれば、以上のように簡単な構成で従来アナロ
グ的に表示されていた圧力流体の圧力を数値表示するこ
とが可能であり、しかも、摘みを回すことによって設定
されるアナログ的設定値の表示と、現在の圧力値とを容
易に視認することが出来、さらにまた、必要に応じて前
記設定値をデジタル的に表示することが可能である。ま
た、この設定値よりも現在の圧力流体の圧力値が小さい
場合には、例えば、リレーを付勢してアクチュエータの
動作を停止する等の圧力スイッチとしての役割を果たす
ことも可能である。さらにまた、ブルドン管あるいはダ
イヤフラムを用いる従来の圧力計と異なり、簡単な構成
で且つ小型に製造することが出来、さらにまた、圧力計
と圧力スイッチとを一体化して組み込むことが可能であ
る。このような構成がらすれば、極めて占有面積が縮小
出来、従って、有効な空間の利用が図れると共にその操
作も筒便化する等の利点が得られ且つ圧力計自体の読取
誤差も少なくなる等の種々の顕著な効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来技術に係るブルドン管を用いた圧力計の
概観斜視図、 第１図すは前記第１図ａに示す圧力計の内部構造斜視図
、 第２図は従来技術に係る圧力スイツチの縦断面図、 第３図ａ乃至Ｃは本発明に係る圧力計の夫々正面図、斜
視図並びに内部構造を示す縦断面図、第４図ａ並びにｂ
は第２図Ｃに示す圧力センサ本体の縦断説明図、 第５図は本発明に係る圧力計の内部に組み込まれる電気
回路のブロック図、 第６図は本発明に係る圧力計の別の実施例を示す電気回
路図、 第７図は第６図に示す電気回路に供されるフローチャー
ト図である。 ５０・・・圧力計　　　　　　５８・・・摘み６０・・
・液晶表示器 ６２・・・プソシュボタンスイ・ノチ ６４・・・発行素子　　　　　６８・・・半導体圧力セ
ンサ９２・・・センサチップ　　　１００・・・カバ一
部材１０１・・・ワンチップマイコン １０２・・・ＲＡ　Ｍ　　　　　　１０４・・・レジス
タＢ・・・ブリッジ回路 ＶＦ・・・電圧／周波数変換器 Ｇ・・・ゲート回路 Ｔ・・・タイミングパルス発生回路 ＭＵ・・・マルチプレクサ 特許出願人　　　焼結金属工業株式会社同上　　　株式
会社　山　岸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）筺体内部に半導体圧力センサを配設し、前記圧力
   センサに圧力流体を導入するための通路を臨ませ、前記
   筐体の一面に流体圧力を表示する表示部を備え、前記圧
   力センサで検出される流体圧力を電気信号として取り出
   してデジタル信号に変換して前記表示部にデジタル値と
   して表示すると共に前記電気信号をアナログ信号として
   取り出して所定値以上若しくは以下の時前記圧力流体の
   制御信号および／または警報信号として用いるよう構成
   することを特徴とする圧力計。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の圧力計において、圧
   力計は圧力流体の圧力を設定する設定手段を有し、前記
   設定手段により設定された圧力値は表示部にデジタル表
   示されることからなる圧力計。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の圧力計
   において、設定手段は圧力流体の設定圧力を表示するア
   ナログ表示部を備え、前記アナログ表示部で表示される
   アナログ値と、流体圧力のデジタル値とを視認可能に構
   成してなる圧力計。