JPS63246628A - 圧力スイツチ用ダイアフラム - 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、油圧機器等において、所定の作動流体圧力に
応動して電気的信号を出力する圧力スイッチに用いられ
るダイアフラムに関するもので、特に高圧の作動流体に
対して用いられる圧力スイッチ用ダイアフラムとして好
適なものである。

〔従来の技術〕

従来の圧力スイッチとしては、受圧応動部に金属ダイア
フラムを用いたものが知られている。この構造のものは
、特開昭５７−１６００３４号公報に開示されているよ
うに、２つのケースの間に多数枚積層した金属ダイアフ
ラムの外周を挟み込んで固定し、一方から流入する作動
流体の所定の流体圧によって金属ダイアフラムをスナッ
プ作動させるとともに、金属ダイアフラムの上面に接し
ているロンドを移動させ、その結果電気回路の接点を開
閉させるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構造のものでは、受圧応動部
として金属ダイアフラムを用いているため、適用できる
作動流体の圧力範囲が比較的低圧に制限されてしま′う
という問題がある。また、高圧仕様化を図るためには、
金属ダイアプラムを多数枚積層する必要があり、これに
伴って構造が複雑になり、体格が大型化し、さらには金
属ダイアの一端側から他端側までの動作の伝達に遅れが
生じてしまうという問題がある。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
簡易な構成で、高圧の作動流体に対しても適用すること
ができ、かつ応答性に優れる画期的な圧カスインチ用ダ
イアフラムを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために、本発明では次のような技
術的手段を講じた。

すなわち、本発明は、流体通路を有する第１のケーシン
グと、この第１のケーシングに当接して固定され、内部
に流体通路に開口する通路を有しこの通路内に圧力スイ
ッチを作動させる駆動部材が移動可能に配設された第２
のケーシングとの間に設けられる圧力スイッチ用ダイア
フラムであって、このダイアフラムは、ゴム材料にて形
成されている。また、このダイアフラムは、流体通路を
閉塞するように配設されるとともに流体通路内の作動流
体の圧力を受けて応動する受圧応動部と、この受圧応動
部に連続して形成され、第１のケーシングと第２のケー
シングとの間に挟み込まれることによって流体通路内の
作動流体の液密を保持する環状の周縁シール部と、一端
が受圧応動部に連続して形成され他端が第２のケーシン
グの通路内に摺動自在に配設されたシャフト部とを有し
、受圧応動部が作動流体の圧力を受けて応動することに
よりシャフト部が摺動して駆動部材を移動させ、圧力ス
イッチを作動させることを特徴とする。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本実施例のダイアフラムを適用した圧力スイッ
チの構成を示す断面図である。

第１図において、符号１１は内部に作動流体が流入する
流体通路１１ａを有する第１のケーシングで、このケー
シング１１は例えば炭素鋼（Ｓ１５Ｃ）等の金属材料に
て形成されている。なお、流体通路１１ａ内には最大で
約３００ｋｇｆ／ｃｆｆｌの圧力の作動流体が圧送され
るように設定されている。

符号１２は、第１のケーシング１１に当接固定される第
２のケーシングで、このケーシング１２の内部には通路
１２ａが形成されており、この通路１２ａの一端は第１
のケーシング１１内の流体通路１１ａに対向して開口し
ている。なお、第２ケーシング１２も例えば炭素！１１
（３４５Ｃ）等の金属材料によって形成されている。

第１のケーシング１１と第２のケーシング１２との間に
は、流体通路１１ａの作動流体の流体圧を受けて応動す
るダイアフラム２０が配設されている。

次に、このダイアフラム２０について第２図を用いて詳
細に説明する。第２図は、第１図のダイアフラム２０を
示す部分拡大図で、無負荷（ダイアフラム２０に流体通
路１１ａの作動流体の流体圧が作用していない）状態を
示す図である。

第２図において、ダイアフラム２０は例えばエチレン・
プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム材料にて形成され
ており、硬さはＪＩＳによって規定されたＪＩＳスプリ
ング硬さＨｓ　６０’〜８０”の範囲に設定されている
。この硬さの範囲は必ずしもこの範囲に限定されるもの
ではないが、硬さが太き（なりすぎると弾性部材の脆化
が顕著になり、また、硬さが小さくなりすぎると弾性部
材が高圧の作動流体圧を受けて微小の隙間であっても侵
入して挟み込まれてしまうため、上述の範囲内に設定す
るのが好ましい。

ダイアフラム２０は、第１のケーシング１１の流体通路
１１ａの開口部を閉塞するように配設されるとともに流
体通路１１ａ内の作動流体の流体圧を受けて応動する円
板状の受圧応動部２０１と、この受圧応動部に連続して
円環状に形成される周縁シール部２０２と、一端が受圧
応動部２０１に連続して形成され、他端が第２のケーシ
ング１２の通路１２ａ内に摺動可能に配設される円柱状
のシャフト部２０３とから構成されている。

受圧応動部２０１は、無負荷（第２図に図示）の状態に
おいて、第２のケーシング１２との間に所定空間３０を
形成するように配設されており、受圧応動部２０１は高
圧の流体圧を受けて空間３０内で応動するようになって
いる。つまり、所定空間３０の大きさによって受圧応動
部２０１の応動範囲が設定される。

ここで、受圧応動部２０１の肉厚Ａは、この受圧応動部
２０１を形成する弾性部材の材質及び硬さとこの受圧応
動部２０１に作用する流体圧とに応じて適宜設定される
。つまり、この肉厚Ａを大きく設定しすぎると、受圧応
動部２０１の剛性が大きくなるため、作用する流体圧が
大きくなったとしても充分に応動しなかったり、また応
動のタイミングが遅れてしまったりするので、そのよう
なことがないように受圧応動部２０１の肉厚Ａを設定す
る。なお、本実施例では、受圧応動部２゜１の肉厚Ａは
約０．８　ｍｍ程度に設定されている。

周縁シール部２０２は、第１のケーシング１１と第２の
ケーシング１２との間に挟み込まれて固定保持されてい
る。この周縁シール２０２は、流体通路１１ａ内の作動
流体が第２のケーシング１２側へ漏れないように作動流
体の液密を保持する、いわゆる固定用０リングとして機
能する。なお、本実施例では、周縁シール部２０２が充
分に作動流体の液密を保持できるように、周縁シール部
２０２の直径Ｒを受圧応動部２０１の肉厚Ａよりも大き
な値（約２．４　ｍｍ　）に設定するとともに、無負荷
状態でつぶし代が約１５〜３０％となるように、第１の
ケーシング１１と第２０ケーシング１２との間に固定保
持されるように設定した。

シャフト部２０３は、一端が受圧応動部２０１に一体的
に形成されるとともに、他端が第２のケーシング１２の
通路１２ａに摺動自在に配設ぎれることにより受圧応動
部２１の流体圧による応動を、通路１２ａ内に摺動可能
に配設されたプランジャ１３に正確に伝達する機能を果
たすものである。つまり、シャフト部２０３は、受圧応
動部２１の流体圧による応動を受けて、この受圧応動部
２１と一体的に通路１２ａ内を径方向の変位を規制され
ながら軸方向に移動し、プランジャ１３を正確に移動さ
せる。なお、このシャフト部２０３では、受圧応動部２
０１の応動を受けて確実かつ円滑にストローク作動する
ことが必要であるので、シャフト部２０３の外周面と通
路１２ａの内周面との間にはグリス等の潤滑剤が用いら
れている。

第２のケーシング１２の通路１２ａ内には、プランジャ
１３が摺動自在に配設されている。このプランジャ１３
は、圧力スイッチ１０を作動させるための駆動部材であ
って、ダイアフラム２０のシャフト部２０３が摺動する
ことにより押圧されて通路１２ａ内を摺動する。なお、
プランジャ１３の外周面と通路１２ａとの間にも摺動を
円滑にするために潤滑剤が用いられている。

プランジャＩ３とダイアフラム２０との間には、第３図
に示すように、例えばテフロン等の樹脂材料によって形
成された円板状のプレート１４が配設されている。この
プレート１４は、シャフト部２０１が高圧の流体圧を受
けて通路２Ｏａ内を摺動する場合に、シャフト部２０１
がプランジャＩ３の外周面と通路２０ａの内周面との間
に侵入して挟み込まれてしまうのを防止する機能を果た
すものである。

なお、第４図に示すように、プレート１４の中心部に中
心孔１４ａを穿設し、ダイアフラム２０のシャフト部２
０３に突出して形成された突出部２０３ａが嵌合するよ
うにしても良い。また、第５図に示すようにプランジャ
１３の外周面に環状の溝部１３ａを形成して、この溝部
１３ａにより潤滑剤だまりとダストだまりとを兼用する
ようにしても良い。

プランジャ１３のシャフト部２０１側と反対の側にはシ
ャフト１５が配設されており、このシャフト１５に形成
された嵌合穴１５ｃにプランジャ１３が嵌合するように
なっている。このシャフト１５はスプリング１６により
常時図中下方に付勢されるとともに、プランジャ１３の
図中上方への押圧力を受けて図中上方に移動可能に配設
されている。つまり、プランジャ１３によるシャフト１
５の押圧力が、スプリング１６の付勢力に打ち勝つと、
シャフト１５がスプリング１６の付勢力に抗して図中上
方へ移動する。なお、このシャフト１５の最大移動量δ
は、シャツ）１５の肩部１５ｂとホルダー１７のフラン
ジ部１７ａとにより規定されている。

シャフト１５のプランジャ１３側と反対の側には、円環
状の押圧部１５ａが一体的に形成されており、この押圧
部１５ａに対向するようにホルダー１７内にはマイクロ
スイッチ１８が配設されている。

マイクロスイッチ１８は、シャフト１５の押圧部１５ａ
によって押圧される端子１８ａを有しており、この端子
１８ａが押圧されると図示しないマイクロスィッチ１８
内部の接点の開閉の切換えが行われる。

次に、本実施例の作動について説明する。

作動流体が流体通路１１ａ内に流入して、ダイアフラム
２０の受圧応動部２０１に作動流体の流体圧が作用し始
めると、受圧応動部２０１はその流体圧の増加とともに
徐々に変形し、第２のケーシング１２側に押圧されてい
き、ついには第６図に示すように受圧応動部２０１が第
２のケーシング１２に密着する。なお、第６図ではダイ
アフラム２０の無負荷状態を破線にて示している。また
、この時、所定空間３０内の空気は通路１２ａの内周面
とシャフト部２０３及びプランジャ１３の外周面との間
隙から逃される。

そして、作動流体の流体圧がさらに上昇し、スプリング
１６によって規定される所定圧Ｐ（例えば１５０　ｋｇ
　ｆ　／ｃ１１）に達すると、シャフト部２０３が通路
１２ａ内を所定量ｌたけ摺動し、これに伴いプランジャ
１３も通路１２ａ内を所定量！摺動する。なお、シャフ
ト部２０３が摺動する場合には、受圧応動部２０１は第
２のケーシング１２に密着しているので、シャフト部２
０３は受圧応動部２０１の変形抵抗の影響をほとんど受
けない。

また、この時、受圧応動部２０１の受圧面積は、シャフ
ト部２０３の直径をｄとすると、はぼ（π／４）ｄ２に
等しいので、シャフト部２０３を押圧する力Ｆは、Ｆ＝
ＰＸ　（π／４）ｄ”の一定値になり、シャフト部２０
３の作動は安定する。

上記作動中、周縁シール部２０２は、第１のケーシング
１１と第２のケーシング１２との間に挾み込まれて固定
保持されているので、流体通路ｌｌａ内の高圧の作動流
体（最大圧３００　ｋｇ　ｆ　／ｃｆｆｌ）の液密は常
に保持され、第２のケーシング１２側に漏れ出ることは
ない。

プランジャ１３が通路１２ａ内を摺動移動すると、それ
に伴いシャフト１５がスプリング１６の付勢力に抗して
図中上方へ移動し、押圧部１５ａがマイクロスイッチ１
８の端子１８ａを押圧する。

これにより、図示しないマイクロスィッチ１８内部の接
点の開閉の切換えが行われ、マイクロスイッチ１８から
電気的信号が出力される。

その後、流体通路１１ａ内の作動流体の圧力が低下し、
所定圧Ｐ以下になると、シャフト１５がスプリング１６
の付勢力によって図中下方へ移動し、押圧部１５ａがマ
イクロスイッチ１８の端子１８ａを押圧しなくなる。そ
のため、再びマイクロスィッチ１８内部の接点の開閉の
切換えが行われ、マイクロスイッチ１８から電気的信号
の出力が切換わる。

シャフト１５が図中下方へ移動すると、プランジャ１３
及びダイアフラム２０のシャフト部２０３が一体的に移
動し、ダイアフラム２０は元の位置まで押し戻され、次
の作動に備える。

なお、本実施例の構成で、１５０ｋｇ　ｆ　／ｃｒＡ以
上の作動流体（最大３００　ｋｇ　ｆ　／ｃｆｆｌ）を
０．４　ｓｅｃ毎に切換えてダイアフラム２０に作用さ
せる作動回数５万回程度の作動試験を行ったところ、作
動流体の漏れ、ダイアフラム２０の応答性、ダイアフラ
ム２０のヒステリシスの点については何ら問題がないこ
とが確認された。

以上のように、本実施例では、高圧の流体圧を受ける圧
力スイッチ用ダイアフラム２０を、ゴム部材にて形成し
、かつ流体圧に応動する受圧応動部２０１と、作動流体
の液密を保持する周縁シール部２０２と、受圧応動部２
０１の応動を行うプランジャ１３に正確に伝達するシャ
フト部２０３とを一体的に形成するという簡易な構成で
、高圧の作動流体に対しても通用することのできる応答
性に優れたダイアフラムを達成することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、その
主旨を逸脱しない限り種々変形可能である。以下、その
変形例について説明する。

第７図及び第８図は、ダイアフラム２０全体の形状の変
形例を示す図である。第７図に示す実施例はダイアフラ
ム２０の受圧応動部２０１のシャフト部２０３との連結
部分に（びれ部２０４を形成したものであり、第８図に
示す実施例はダイアフラム２０のシャフト部２０３の受
圧応動部２０■との連結部分にくびれ部２０５を形成し
たものである。

第９図〜第１４図は、ダイアフラム２０のシャフト部２
０３の変形例を示す図である。

第９図は、ダイアフラム２０のシャフト部２０３を円筒
形状とし、内部に金属材料にて形成された円柱状の金属
部材３１を加硫接着にて固定したものである。

第１０図は、第９図の実施例の金属材料３１とプランジ
ャ１３とを一体構造にしたものである。

なお、プランジャ１３の外周面とシャフト部２０３の内
周面とは加硫接着にて固定されている。

第１１図は、第１０図の実施例のプランジャ１３全体を
シャフト部２０３によって外周側から被覆するようにし
たものである。

第１２図は、シャフト部２０３のプランジャ１３側端部
に（びれ部２０６を形成するとともに、このシャフト部
２０３の端面とプランジャ１３の端面とを加硫接着した
ものである。

第１３図は、シャフト部２０３と連続的に硬度の大きい
弾性材料あるいは樹脂材料にて形成された摺動部材３２
を一体成形し、この摺動部材３２を介してプランジャ１
３を移動させるようにしたものである。

第１４図は、プランジャ１３を円筒形状とし、内部にシ
ャフト部２０３を加硫接着にて固定したものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の圧力スイッチ用ダイアフ
ラムによれば、簡易な構成で、圧力スイッチの適用でき
る作動流体の圧力範囲を大幅に拡大させることが可能と
なるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例に関するもので、第１
図は本実施例の圧力スイッチ用ダイアフラムを適用した
構成を示す断面図、第２図は第１図のダイアフラム２０
を示す部分拡大図、第３図は本実施例のプレート１４を
示す図、第４図は本実施−例のプレート１４の変形例を
示す図、第５図は本実施例のプランジャ１３の変形例を
示す図、第６図は本実施例の作動を説明するための部分
断面図、第７図及び第８図は各々本発明のダイアフラム
の他の実施例を示す断面図、第９図〜第１４図は各々本
発明のダイアフラムのシャフト部の変形例を示す部分断
面図である。 １０・・・圧力スイッチ、１１・・・第１のケーシング
。 １１ａ・・・流体通路、１２・・・第２のケーシング、
１２ａ・・・通路、１３・・・プランジャ（駆動部材）
、１４・・・プレート、１８・・・マイクロスイ・ンチ
、２０・・・ダイアフラム、２０１・・・受圧応動部、
２０２・・・周縁シール部、２０３・・・シャフト部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動流体が流入する流体通路を有する第１のケー
   シングと、 この第１のケーシングに当接して固定され、一端が前記
   流体通路に対向するように開口して形成された通路を有
   し、この通路内に圧力スイッチを作動させるための駆動
   部材を移動可能に配設した第２のケーシングとの間に設
   けられる圧力スイッチ用ダイアフラムであって、 このダイアフラムはゴム材料にて形成され、かつ前記流
   体通路を閉塞するように配設されるとともに前記流体通
   路内の作動流体の圧力を受けて応動する受圧応動部と、
   この受圧応動部と連続して形成され、前記第１のケーシ
   ングと前記第２のケーシングとの間に挟み込まれること
   によって流体通路内の作動流体の液密を保持する環状の
   周縁シール部と、一端が前記受圧応動部に連続して形成
   され他端が前記第２のケーシングの通路内に摺動自在に
   配設されたシャフト部とを有し、前記受圧応動部が作動
   流体の圧力を受けて応動することにより前記シャフト部
   が摺動して前記駆動部材を移動させることを特徴とする
   圧力スイッチ用ダイアフラム。
2. （２）前記受圧応動部は、作動流体の圧力を受けて変形
   し、前記第２のケーシングに当接することにより、第２
   のケーシングによって高圧の流体圧力を支持される特許
   請求の範囲第１項記載の圧力スイッチ用ダイアフラム。
3. （３）前記ダイアフラムは、硬さがＪＩＳスプリング硬
   さＨｓ６０°〜８０°の範囲に設定されたゴム材料によ
   って形成されている特許請求の範囲第１項記載の圧力ス
   イッチ用ダイアフラム。
4. （４）前記駆動部材は前記第２のケーシングの通路に対
   して摺動自在に配設され、前記シャフト部は樹脂材料に
   て形成されたプレートを間に介して前記駆動部材を摺動
   させる特許請求の範囲第１項記載の圧力スイッチ用ダイ
   アフラム。