JPWO2016027472A1 - 圧力スイッチ - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、部品点数が少なく、小型化を図ることができ、安価な構成により、様々な装置の作動機構の制御媒体となる流体の流体圧変動を無接点検出装置で捉えて、制御動作に供するようにした圧力スイッチを提供することである。本発明の圧力スイッチは、管路から供給される作動圧力に応じて形状が変位するダイヤフラムと、ダイヤフラムの形状の変位に従い抵抗値が変化する少なくとも１つ歪みゲージと、歪みゲージの抵抗の変化に基づき、オンオフ２値の電気信号を出力する出力回路とを備えることを特徴とする。

Description

本発明は、冷暖房、空調、自動車、及び、産業装置用の圧力スイッチであって、特に圧力をダイヤフラムにより検知する圧力スイッチに関する。

冷暖房、空調、自動車、及び、産業装置用のシステムの制御に際して、作動媒体の圧力を検出する必要があり、その検出手段としてダイヤフラムが使用される場合が多い。このようなダイヤフラム式の圧力検知装置は、ダイヤフラムの外周をケース内に密封したダイヤフラム室内において、ダイヤフラムの一方の面側の作動室内には、圧力を検出する作動媒体を導入し、ダイヤフラムの他方の面側には、作動軸が固定される。これにより、ダイヤフラムの一方の面側の作動室内に導入した作動媒体の圧力に対応したダイヤフラムの変位を作動軸の変位として外部に導出し、スイッチを作動し、あるいは、圧力値としての信号を出力する。

このように、ダイヤフラム式圧力検知装置は、一般に、その作動に際して、作動室内の作動媒体の圧力に対応してダイヤフラムが変位し、これにより作動軸が変位するものである。そして、例えば、この圧力検知装置が圧力スイッチとして使用される場合には、作動媒体が所定の圧力に達することにより作動軸がスイッチを作動するように構成されている。

特開平５−３６３３４号公報 特開２００４−１４４５１号公報 特開２０００−１７３４２４号公報 特開２００４−９５２５３号公報

作動スイッチとして、一般に、電気式の接点が使用されるが、接点間に異物（絶縁物）が噛み込むことにより、導通不良が発生する場合があるという問題点があった。この問題点に対して、部品洗浄、クリーンルーム内での組立、及び、多点接点化等を行い、対策を行ってきた。しかしながら、このような対策を行った場合でも、導通不良が発生する確率を０（ゼロ）にすることは、困難であると考えられている。そこで、作動スイッチとして、無接点スイッチが検討されている。

特許文献１には、ダイヤフラムに取り付けられた作動軸が、スプリング板を上下に押し下げすることにより、スプリング板の先端に取り付けられた遮蔽板を上下させ、投光側ファイバから受光側ファイバへの光を導通／遮断させ、これにより出力信号をオン／オフさせるスイッチを有する浴槽用水位スイッチが記載されている。

また、特許文献２には、球形接触部材に外力が作用すると、レバーがダイヤフラムの弾力に抗して回動し、その下端部が係合部材を押下し、これにより操作部材が応動して磁石とホールＩＣからなる無接点スイッチを作動させてオンにする無接点型レバースイッチが記載されている。

また、特許文献３には、スイッチケースの内部にホール素子を固定し、スイッチケースの内外を貫通し、かつ軸方向へ摺動可能に軸支する作動軸に、ホール素子を動作させるマグネットを取り付け、さらに、軸受けとＯリングを具備し、スイッチケースと作動軸との間を液蜜する無接点スイッチが記載されている。

また、特許文献４には、流体圧変動検出ユニットと、流体圧変動検出ユニットによって捉えた流体圧の変動を伝達する可動伝達部材とを備え、この可動伝達部材の可動片先端のシャドー部に無接点検出手段を近接配置して、可動伝達部材の変位により、シャドー部をホトインタラプタにおけるＬＥＤとホトトランジスタ間に進退させることにより、流体圧の変動にかかるオンオフ信号を出力する、無接点型圧力検出システムが記載されている。

しかしながら、上記特許文献１乃至４に記載された発明によれば、無接点のスイッチは構成できるが、装置を構成する部品の点数が多く、従って、サイズが大きく、高額なスイッチとなるという問題点がある。

従って、本発明の目的は、部品点数が少なく、小型化を図ることができ、安価な構成により、様々な装置の作動機構の制御媒体となる流体の流体圧変動を無接点検出装置で捉えて、制御動作に供するようにした圧力スイッチを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る圧力スイッチは、管路から供給される作動圧力に応じて形状が変位するダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの形状の変位に従い抵抗値が変化する少なくとも１つの歪みゲージと、上記歪みゲージの抵抗の変化に基づき、オンオフ２値の電気信号を出力する出力回路と、を備える。

また、作動圧力が供給される管路に接続される継手を備え、上記ダイヤフラムは、上記継手と外縁が接続され受圧室を形成するものとしてもよい。

また、上記ダイヤフラムは、上記受圧室の圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションするばね性を有する金属製のダイヤフラムであるものとしてもよい。

また、上記出力回路は、上記歪みゲージを可変抵抗として、少なくとも一部に含むトランジスタのスイッチング回路であるものとしてもよい。

また、上記出力回路は、上記歪みゲージを可変抵抗として、少なくとも一部に含むコンパレータ回路であるものとしてもよい。

また、上記歪みゲージは、上記ダイヤフラムの表面に直接取り付けられるものとしてもよい。

また、上記歪みゲージは、上記ダイヤフラムの周囲に上記ダイヤフラムの変位に従い動作する梁を設け、上記梁に取り付けられるものとしてもよい。

また、上記梁は、片持ち形状であって、上記梁は、上記ダイヤフラムが変位した後に直接接触され、上記歪みゲージは、上記梁に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられるものとしてもよい。

また、上記梁は、片持ち形状であって、上記梁は、上記ダイヤフラムが変位する前後を通じてダイヤフラムに直接接触され、上記歪みゲージは、上記梁の変形が大きい部分に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられるものとしてもよい。

また、上記梁は、両持ち形状であって、上記梁の中央は、上記ダイヤフラムが変位する前後を通じてダイヤフラムに直接接触され、上記歪みゲージは、上記梁の中央に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられるものとしてもよい。

また、上記歪みゲージは、上記梁の内部に埋め込まれるように取り付けられるものとしてもよい。

また、上記ダイヤフラムは複数枚で形成され、上記歪みゲージは、上記複数のダイヤフラムの間に挟み込まれるものとしてもよい。

また、上記ダイヤフラムは、互いに向かい合う金属製の保持部材の間に挟持され、上記出力回路は、上記保持部材上に固定され、上記出力回路と上記保持部材とをＧＮＤアースとして接続するものとしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る圧力スイッチは、管路から供給される作動圧力に応じて形状が変位し、上記作動圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションするばね性を有する金属製のダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの形状の変位に従い抵抗値が変化する少なくとも１つの歪みゲージと、を備えることを特徴とする。

本発明の圧力スイッチによれば、部品点数が少なく、小型化を図ることができ、安価な構成により、様々な装置の作動機構の制御媒体となる流体の流体圧変動を無接点検出装置で捉えて、制御動作に供するようにした圧力スイッチを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧力スイッチであって、継手を含む構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る圧力スイッチであって、継手を含まない構成を示す断面図である。 ダイヤフラムに直接歪みゲージを取り付ける場合の取り付け例を示す図であり、ダイヤフラムの表面中央部に歪みゲージを１つだけ貼り付けた場合の実施例の上面図である。 ダイヤフラムの表面の２箇所に縦横別々の向きに２つの歪みゲージを貼り付けた場合の実施例の上面図である。 ダイヤフラムの表面の４箇所に４つの歪みゲージを貼り付けた場合の実施例の上面図である。 ダイヤフラムの表面の２箇所に同じ向きで２つの歪みゲージを貼り付けた場合の実施例の上面図である。 図３ＡのＩＩＩＥ−ＩＩＩＥに示す断面図である。 図３ＢのＩＩＩＦ−ＩＩＩＦに示す断面図である。 図３ＣのＩＩＩＧ−ＩＩＩＧに示す断面図である。 図３ＤのＩＩＩＨ−ＩＩＩＨに示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る圧力スイッチの一部を示す図であって、ダイヤフラムに梁構造を使用して歪みゲージを取り付ける場合の取り付け例を示す上面図である。 図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢに示す断面図である。 図４ＢのＩＶＣ部分の拡大図である。 本発明の第４の実施形態に係る圧力スイッチであって、ダイヤフラムの変形後に、梁構造とダイヤフラムの間に歪みゲージを挟み込む取り付け例を示す断面図である。 図５ＡのＶＢ部分の拡大図である。 本発明の第５の実施形態に係る圧力スイッチであって、ダイヤフラムの変形前後を通じて、梁構造とダイヤフラムの間に歪みゲージを挟み込む取り付け例を示す断面図である。 図６ＡのＶＩＢ部分の拡大図である。 本発明の第６の実施形態に係る圧力スイッチであって、梁構造の内部に歪みゲージを埋め込む取り付け例を示す断面図である。 図７ＡのＶＩＩＢ部分の拡大図である。 本発明の第７の実施形態に係る圧力スイッチであって、複数枚のダイヤフラムを使用して歪みゲージをその間に挟み込む取り付け例を示す断面図である。 図８ＡのＶＩＩＩＢ部分の拡大図である。 本発明に係る圧力スイッチの出力回路の一例であって、トランジスタ式の出力回路の回路図である。 本発明に係る圧力スイッチの出力回路の一例であって、コンパレータ式の出力回路の回路図である。 本発明の第８の実施形態に係る圧力スイッチであって、圧力スイッチのボディアース構造の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧力スイッチ１００であって、継手１１０を含む構成を示す断面図である。

図１において、圧力スイッチ１００は、継手１１０と、ダイヤフラム１２３を含むダイヤフラムアセンブリ１２０と、後述する出力回路基板１３２を有するハウジングを構成するカバー１３０とを備える。

継手１１０は、圧力が検出されるべき流体が導かれる配管に連通する流体導入通路１１０ａと、流体導入通路１１０ａの一端から円錐状に拡大して形成される受圧室１１０ｂと、受圧室１１０ｂに隣接して円柱状に形成され、ダイヤフラムアセンブリ１２０及びカバー１３０とを収容する収容部１１０ｃと、カバー１３０の端部をかしめて固定するかしめ部１１０ｄとを有する。継手１１０は、プレス成形、切削加工、ダイキャスト、鍛造等により、例えば、金属材料で成形される。

ダイヤフラムアセンブリ１２０は、カバー１３０の開口端部周縁に当接するアッパプレート１２１と、継手１１０の受圧室１１０ｂに接続されるロアプレート１２２と、互いに向かい合うアッパプレート１２１とロアプレート１２２との間に挟持されるダイヤフラム１２３と、を主な構成要素として備えている。

アッパプレート１２１、及び、ロアプレート１２２は、中央に開口部を有する部材であり、プレス成形、切削加工、ダイキャスト、鍛造等により、例えば、金属材料で成形される。継手１１０の受圧室１１０ｂの上端部には、受圧側Ｏリング１２４が挿入される環状の溝が、同心上に形成されている。受圧側Ｏリング１２４は、この環状の溝に配置され、継手１１０の受圧室１１０ｂの上端部とロアプレート１２２との間に挟まれ、受圧室１１０ｂからの圧力を密封している。受圧側Ｏリング１２４は、環状の弾性部材であり、耐熱性を有する材料で成形されている。

ダイヤフラム１２３は、継手１１０との間に受圧室１１０ｂを区画している。ダイヤフラム１２３は、受圧室１１０ｂの圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションするばね性を有する金属製のものであり、受圧室１１０ｂの圧力が設定値未満である場合には、図の実線で示されているように下側に膨らんだ形状をなし、受圧室１１０ｂの圧力が設定値以上になると、この圧力によって下側に膨らんだ形状より、図の点線で示されているように、上側に膨らんだ形状に可逆的に反転する。なお、ここでは、ダイヤフラム１２３として、スナップアクションするばね性を有する金属製のものが使用されているが、流体の圧力の変化に従い、ダイヤフラム１２３の形状が変位するものであれば、これには限定されない。

なお、ダイヤフラムアセンブリ１２０は、上述の例に限定されず、例えば、アッパプレート１２１およびロアプレート１２２が一体とされる一つの支持部材にダイヤフラム１２３の外周縁が支持される構成であってもよい。また、ダイヤフラムアセンブリ１２０は、例えば、ダイヤフラム１２３の外周縁を支持する支持部材としてのアッパプレート１２１およびロアプレート１２２が、継手１１０の一部、あるいは、他の装置の一部（例えば、基台）として構成されてもよい。また、ロアプレート１２２とダイヤフラム１２３、もしくは、アッパプレート１２１とダイヤフラム１２３のみで構成されてもよい。

ダイヤフラム１２３の表面には、ピエゾ効果により抵抗が増減する圧電素子である歪みゲージ１２５が取り付けられている。歪みゲージ１２５は、ダイヤフラム１２３の変位量を読み取るために取り付けられ、ダイヤフラム１２３の変位量に従い自身の抵抗値が変化する。歪みゲージ１２５は、後述するカバー１３０に設けられた出力回路基板１３２に接続され、出力回路基板１３２内では、可変抵抗として使用される。歪みゲージ１２５の取り付け方法については、後述の図３Ａ乃至図８Ｂを使用して詳細に説明する。

カバー１３０は、例えば、樹脂材料で成形され、その外周部は、継手１１０の収容部１１０ｃに当接し、カバー１３０の外周部の上端部は、継手１１０のかしめ部１１０ｄにより固定される。また、カバー１３０の外周部の中段付近には、大気シール側Ｏリング１３１が挿入される環状の溝が、同心上に形成されている。大気シール側Ｏリング１３１は、カバー１３０と、継手１１０の収容部１１０ｃと密着して、大気側の圧力を密封している。

カバー１３０の内部には、上述の可変抵抗としての歪みゲージ１２５と接続され、歪みゲージ１２５の抵抗の変化に基づき、オンオフ２値の電気信号を出力する出力回路基板１３２が備えられている。出力回路については、後述の図９及び図１０を使用して詳細に説明する。

次に、本発明の第１の実施形態に係る圧力スイッチ１００の動作について説明する。圧力が検出されるべき流体は、配管から、継手１１０の流体導入通路１１０ａ、および、受圧室１１０ｂを介してダイヤフラム１２３まで導入される。そこで、流体の圧力が変位するとダイヤフラム１２３が、受圧室１１０ｂの圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションする。ダイヤフラム１２３が反転動作すると、これに貼り付けられた歪みゲージ１２５の抵抗が変化し、この歪みゲージ１２５を可変抵抗として含む出力回路の出力信号がＯＮ／ＯＦＦで切り替わる。このように受圧室１１０ｂに導入された流体の圧力の変動により切り替わる出力信号を読み取ることにより、本発明の圧力スイッチ１００は、圧力スイッチとして動作する。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る圧力スイッチ２００であって、継手１１０を含まない構成を示す断面図である。

図２において、圧力スイッチ２００は、ダイヤフラムアセンブリ１２０と、後述する出力回路基板１３２を有するハウジングを構成するカバー１３０とを備える。図２に示す圧力スイッチ２００は、図１に示す圧力スイッチ１００と、継手１１０部分と、受圧側Ｏリング１２４がなく、かしめ板２４０により、ダイヤフラムアセンブリ１２０と、カバー１３０とをかしめていることが異なり、その他の構成は、同一である。本実施形態に係る圧力スイッチ２００は、継手部分を、冷暖房、空調、自動車、及び、産業装置用のそれぞれのシステムの管路に合わせて、変更できるという効果がある。

図３Ａは、ダイヤフラムに直接歪みゲージを取り付ける場合の取り付け例を示す図であり、ダイヤフラム１２３の表面中央部に歪みゲージ３０１を１つだけ貼り付けた場合の実施例３００の上面図であり、図３Ｂは、ダイヤフラム１２３の表面の２箇所に縦横別々の向きに２つの歪みゲージ３１１、３１２を貼り付けた場合の実施例の上面図であり、図３Ｃは、ダイヤフラム１２３の表面の４箇所に４つの歪みゲージ３２１、３２２、３２３、３２４を貼り付けた場合の実施例の上面図であり、図３Ｄは、ダイヤフラム１２３の表面の２箇所に同じ向きで２つの歪みゲージ３３１、３３２を貼り付けた場合の実施例の上面図であり、図３Ｅは、図３ＡのＩＩＩＥ−ＩＩＩＥに示す断面図であり、図３Ｆは、図３ＢのＩＩＩＦ−ＩＩＩＦに示す断面図であり、図３Ｇは、図３ＣのＩＩＩＧ−ＩＩＩＧに示す断面図であり、図３Ｈは、図３ＤのＩＩＩＨ−ＩＩＩＨに示す断面図である。

図３Ｂ及び図３Ｆに示す実施例３１０、及び、図３Ｃ及び図３Ｇに示す実施例３２０に示すように、ダイヤフラム１２３に歪みゲージ３１１、３１２、３２１、３２２、３２３、３２４を直接複数枚貼り付ける場合、中心から径方向への向きを変更することにより、ダイヤフラム１２３の挙動に対する抵抗変化の傾向を変更することができる。これにより、後述する図９、図１０に示す回路構成を使用することができ、歪ゲージ単体の抵抗変化量が少なくても、出力回路を構成できる。

図４Ａは、本発明の第３の実施形態に係る圧力スイッチ４００の一部を示す図であって、ダイヤフラム１２３に梁構造４２６を使用して歪みゲージ４２５を取り付ける場合の取り付け例を示す上面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢに示す断面図であり、図４Ｃは、図４ＢのＩＶＣ部分の拡大図である。

図４Ａ乃至図４Ｃにおいて、圧力スイッチ４００は、ダイヤフラム１２３の上部に開口部を有するアッパプレート１２１の開口部の周囲４箇所に、片持ち形状の梁４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、４２６ｄが設けられている。このうちの梁４２６ｄの屈曲部付近の上面に歪みゲージ４２５が貼り付けられている。なお、ここでは、歪みゲージ４２５は、１箇所しか取り付けられていないが、他の梁４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、または、同じ梁４２６ｄ上に複数取り付けてもよい。梁４２６ｄは、ダイヤフラム１２３の動きに合わせて屈曲し、それにより歪みゲージ４２５の抵抗値が変化する。この歪みゲージ４２５を可変抵抗として含む出力回路は、ダイヤフラム１２３の変位に合わせて、オンオフ２値の電気信号を出力する。なお、梁構造４２６としては、金属や樹脂などの弾性部材が使用されるが、これには限定されない。

図５Ａは、本発明の第４の実施形態に係る圧力スイッチ５００であって、ダイヤフラム１２３の変形後に、梁構造５２６とダイヤフラム１２３との間に歪みゲージ５２５を挟み込む取り付け例を示す断面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ部分の拡大図である。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて、圧力スイッチ５００は、梁５２６ａ、５２６ｂと歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂとを含むことが異なり、その他の点は、図２に示す圧力スイッチ２００と同じである。圧力スイッチ５００のアッパプレート１２１の開口部には、開口部周囲から中央に向かって片持ち形状の梁５２６ａ、５２６ｂが備えられている。ここでは、断面図に沿って、２箇所の梁５２６ａ、５２６ｂを設けるものとしたが、図４Ａ乃至図４Ｃに示すように４箇所の梁を設けるようにしてもよく、また、１箇所あるいは、その他複数の梁を設けるようにしてもよい。

梁５２６ａ、５２６ｂの先端裏側には、歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂが貼り付けられている。歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂは、ダイヤフラム１２３が実線に示す下側に膨らんだ形状にある場合には、ダイヤフラム１２３に接しておらず、ダイヤフラム１２３が点線に示す上側に膨らんだ形状にある場合には、ダイヤフラム１２３に接し、ダイヤフラム１２３と梁５２６ａ、５２６ｂとの間に挟まれた状態となる。この場合には、歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂの抵抗値は変化し、これにより、これに接続された図示しない出力回路は、ダイヤフラム１２３の変位に合わせてオンオフ２値の電気信号を出力する。

なお、ここでは、歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂは、梁５２６ａ、５２６ｂの先端に貼り付けられることとしたが、これには限定ざれず、歪みゲージ５２５ａ、５２５ｂが、ダイヤフラム１２３と梁５２６ａ、５２６ｂとの間に挟まれた状態となればよい。また、ここでは梁５２６として、片持ち梁を使用して、その先端に歪みゲージ５２５を取り付けるものとしたが、これには限定されず、梁５２６として、様々な構造の梁を使用してもよく、例えば、両持ち梁を使用して、その中央に歪みゲージ５２５を取り付けるものとしてもよい。

図６Ａは、本発明の第５の実施形態に係る圧力スイッチ６００であって、ダイヤフラム１２３の変形前後で、梁構造６２６とダイヤフラム１２３との間に歪みゲージ６２５を挟み込む取り付け例を示す断面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ部分の拡大図である。

図６Ａ及び図６Ｂにおいて、圧力スイッチ６００は、歪みゲージ６２５ａ、６２５ｂを取り付けられた梁６２６ａ、６２６ｂが、ダイヤフラム１２３の変形前後を通じて、歪みゲージ６２５ａ、６２５ｂを挟み込むように、ダイヤフラム１２３に接していることが異なり、その他の点は、図５Ａ及び図５Ｂに示す圧力スイッチ５００と同じである。梁６２６ａ、６２６ｂの先端ではなく、変形の大きいところに、歪みゲージ６２５ａ、６２５ｂを貼り付けることにより、歪みゲージ６２５ａ、６２５ｂの伸縮が大きくなり、検出を良好に行うことができる。

なお、第４の実施形態と同様に、梁６２６として、１箇所あるいは、その他複数の梁を設けるようにしてもよく、また、片持ち梁以外の様々な構造の梁を使用してもよく、例えば、両持ち梁を使用して、その中央に歪みゲージ６２５を取り付けるものとしてもよい。また、両持ち梁の取り付け例としては、歪ゲージ６２５を貼り付けた板を、歪ゲージ６２５をダイヤフラム１２３と板との間に挟み込むように、ダイヤフラム１２３にネジで取り付けるものとしてもよい。

図７Ａは、本発明の第６の実施形態に係る圧力スイッチ７００であって、梁構造７２６の内部に歪みゲージ７２５を埋め込む取り付け例を示す断面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ部分の拡大図である。

図７Ａ及び図７Ｂにおいて、圧力スイッチ７００は、梁７２６がアッパプレート１２１の上部に両持ち梁の形状で取り付けられ、梁７２６の中央部の内部に歪みゲージ７２５が埋め込まれている点が異なり、その他の点は、図２に示す圧力スイッチ２００の構成と同じである。ダイヤフラム１２３が変形した場合に、ダイヤフラム１２３が梁７２６に接触し、梁７２６が撓み、歪みゲージ７２５が伸縮することにより、歪みゲージ７２５の抵抗値が変化する。

梁７２６の材質としては、樹脂やゴムなどが使用され、梁７２６の内部に歪みゲージ７２５を埋め込む方法としては、インサート成形や溶着などの方法が使用される。なお、梁７２６の材質に金属を使用すると、歪みゲージ７２５がショートする可能性があるため、梁７２６に金属は使用できない。また、梁７２６に歪みゲージ７２５を埋め込む方法を、図４Ａ乃至図４Ｃに示す第３の実施形態に係る圧力スイッチ４００、図５Ａ及び図５Ｂに示す第４の実施形態に係る圧力スイッチ５００、あるいは、図６Ａ及び図６Ｂに示す第５の実施形態に係る圧力スイッチ６００に適用するものとしてもよい。

図８Ａは、本発明の第７の実施形態に係る圧力スイッチ８００であって、複数枚のダイヤフラム８２３を使用して歪みゲージ８２５をその間に挟み込む取り付け例を示す断面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ部分の拡大図である。

図８Ａ及び図８Ｂにおいて、圧力スイッチ８００は、複数枚のダイヤフラム８２３と、この間に挟まれた２つの歪みゲージ８２５ａ、８２５ｂとを含むダイヤフラムアセンブリ８２０を備えることを除いて、図２に示す圧力スイッチ２００と同じ構成を備えている。なお、ここでは、圧力スイッチ８００が２つの歪みゲージ８２５ａ、８２５ｂを設けるものとしたが、１箇所あるいは、その他複数の歪みゲージ８２５を設けるようにしてもよい。この場合でも、ダイヤフラム８２３が変動すると、歪みゲージ８２５ａ、８２５ｂの抵抗値は変化し、これによりこれに接続された図示しない出力回路はオンオフ２値の電気信号を出力することにより、圧力スイッチとして動作する。

図９は、本発明に係る圧力スイッチの出力回路の一例であって、トランジスタ式の出力回路９００の回路図である。

図９において、出力回路９００は、例えば図３Ｂ及び図３Ｆに示す実施例３１０に使用される出力回路である。出力回路９００は、エミッタ端子がＧＮＤに接続され、コレクタ端子が出力端子に接続され、ベース端子が抵抗Ｒの一方の端子に接続されるトランジスタＴＲ１と、一方の端子が電源ｖｃｃに接続され、もう一方の端子が抵抗Ｒのもう一方の端子に接続される、歪みゲージ３１１に対応する可変抵抗であるＲ１と、一方の端子が抵抗Ｒのもう一方の端子と、可変抵抗Ｒ１のもう一方の端子に接続され、もう一方の端子がＧＮＤに接続される、歪みゲージ３１２に対応する可変抵抗であるＲ２とを備える。

受圧室１１０ｂの圧力が上がり、ダイヤフラム１２３が上側に膨らんだ形状に反転した場合には、可変抵抗Ｒ１は減少する方向に変化し、可変抵抗Ｒ２は増加する方向に変化する。これにより出力回路９００は、受圧室１１０ｂの圧力が、規定値以下の場合には、ＯＦＦ信号を出力し、規定値以上の場合には、ＯＮ信号を出力する。また、Ｒ１とＲ２を入れ替えることにより、回路構成をノーマルオープンと、ノーマルクローズとを選択することができる。

図１０は、本発明に係る圧力スイッチの出力回路の一例であって、コンパレータ式の出力回路１０００の回路図である。

図１０において、出力回路１０００は、例えば図３Ｃ及び図３Ｇに示す実施例３２０に使用される出力回路である。出力回路１０００は、反転入力と、非反転入力とを有するコンパレータと、電源−ＧＮＤ間に配置され、コンパレータの反転入力を分圧する歪みゲージに対応する可変抵抗であるＲ３、Ｒ４と、電源−ＧＮＤ間に配置され、コンパレータの非反転入力を分圧する歪みゲージに対応する可変抵抗であるＲ５、Ｒ６とを備える。

受圧室１１０ｂの圧力が上がり、ダイヤフラム１２３が上側に膨らんだ形状に反転した場合には、可変抵抗Ｒ３、Ｒ６は減少する方向に変化し、可変抵抗Ｒ４、Ｒ５は増加する方向に変化する。これにより出力回路１０００は、受圧室１１０ｂの圧力が、規定値以下の場合には、ＯＦＦ信号を出力し、規定値以上の場合には、ＯＮ信号を出力する。また、図９と同様に、Ｒ３とＲ４を入れ替え、Ｒ５とＲ６を入れ替えることにより、回路構成をノーマルオープンと、ノーマルクローズに切り換えることができる。

また、圧力スイッチの動作にヒステリシスを付けたい場合には、図１０において点線で示す、コンパレータの反転入力とコンパレータ出力の間に接続される固定抵抗Ｒ７を設けてもよい。コンパレータは、反転入力がＨになると、出力信号がＬになるので、固定抵抗Ｒ７を設けることにより、圧力のチャタリングの影響を受けづらくなり、ダイヤフラムがスローアクションの場合でもこの回路構成を使用することができるようになる。

また、出力信号に大電流が必要とされる場合には、増幅回路として、図１０において点線で示す、トランジスタＴＲ２を設けてもよい。この場合、出力信号Ｖｏｕｔは、出力信号ＯＵＴと、論理が反転する。

図１１は、本発明の第８の実施形態に係る圧力スイッチ１１００であって、圧力スイッチのボディアース構造の一例を示す断面図である。

図１１において、圧力スイッチ１１００は、アッパプレート１２１の開口部周辺の上部に配置された出力回路基板１１３２と、出力回路基板１１３２とアッパプレート１２１とを固定し、ＧＮＤを接続する固定ピン１１０１とを備える。なお、本実施形態では、出力回路基板１１３２とアッパプレート１２１とを固定するために、固定ピンを使用したが、これには限定されず、出力回路基板１１３２とアッパプレート１２１とを固定し、ＧＮＤを接続できればケーブルでもネジでも皿ばねでも構わない。また、本発明では、出力回路基板１１３２がアッパプレート１２１上に設けられ、出力回路基板１１３２からリード線１１０３を引き出していることが異なり、その他の構成は、図８Ａ及び図８Ｂに示す圧力スイッチ８００と同じ構成である。また、歪みゲージ８２５ａ、８２５ｂには、それぞれ配線１１０４ａ、１１０４ｂ、１１０４ｃ、１１０４ｄが接続され、出力回路基板１１３２上の出力回路１１０２に接続される。出力回路基板１１３２にはリード線１１０３が備えられ、外部に出力信号を取り出している。

このように、出力回路基板１１３２をカバー１３０に固定するのではなく、ダイヤフラムアセンブリ８２０のアッパプレート１２１に固定する構成とすることにより、出力回路とアッパプレートをＧＮＤアースとして接続することができ、部品点数を少なく、容易に出力回路のＧＮＤアースを取ることができ、またノイズに強い構成とすることができる。

なお、本発明では、ダイヤフラムの形状の変位を計測する素子として、歪ゲージを使用したが、歪ゲージの代わりに、ＦＳＲ（Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔｅｒ）（登録商標）等のような感圧抵抗素子、もしくは、力センサを使用することもできる。感圧抵抗素子としては、対向配置された２枚の絶縁基板と、絶縁基板間に介在され、絶縁基板の平面方向に所定の抵抗を有する感電導電体と２枚の絶縁基板の対抗面の一方もしくは両方に、平面的に見てかさならないように形成した２つの電極パターンとを備えるものが知られている。このような素子を使用した場合には、抵抗変化が充分に大きいため、図９、図１０に示すようなトランジスタ、あるいは、コンパレータを使用しない回路構成も可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、部品点数が少なく、小型化を図ることができ、安価な構成により、様々な装置の作動機構の制御媒体となる流体の流体圧変動を無接点検出装置で捉えて、制御動作に供するようにした圧力スイッチを提供することができる。

１００、２００、４００、５００、６００、７００、８００、１１００ 圧力スイッチ
１１０ 継手
１１０ａ 流体導入通路
１１０ｂ 受圧室
１１０ｃ 収容部
１１０ｄ かしめ部
１２０、８２０ ダイヤフラムアセンブリ
１２１ アッパプレート
１２２ ロアプレート
１２３、８２３ ダイヤフラム
１２４ 受圧側Ｏリング
１２５、３０１、３１１、３１２、３２１、３２２、３２３、３２４、３３１、３３２、４２５、５２５ａ、５２５ｂ、６２５ａ、６２５ｂ、７２５、８２５ａ、８２５ｂ 歪みゲージ
１３０ カバー
１３１ 大気シール側Ｏリング
１３２、１１３２ 出力回路基板
４２６ａ、４２６ｂ、４２６ｃ、４２６ｄ、５２６ａ、５２６ｂ、６２６ａ、６２６ｂ、７２６ 梁
９００、１０００、１１０２ 出力回路
１１０１ 固定ピン
１１０３ リード線
１１０４ａ、１１０４ｂ、１１０４ｃ、１１０４ｄ 配線

Claims (14)

1. 管路から供給される作動圧力に応じて形状が変位するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの形状の変位に従い抵抗値が変化する少なくとも１つの歪みゲージと、
   前記歪みゲージの抵抗の変化に基づき、オンオフ２値の電気信号を出力する出力回路と、
   を備えることを特徴とする圧力スイッチ。
2. 作動圧力が供給される管路に接続される継手を備え、
   前記ダイヤフラムは、前記継手と外縁が接続され受圧室を形成することを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
3. 前記ダイヤフラムは、前記受圧室の圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションするばね性を有する金属製のダイヤフラムであることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
4. 前記出力回路は、前記歪みゲージを可変抵抗として、少なくとも一部に含むトランジスタのスイッチング回路であることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
5. 前記出力回路は、前記歪みゲージを可変抵抗として、少なくとも一部に含むコンパレータ回路であることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
6. 前記歪みゲージは、前記ダイヤフラムの表面に直接取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
7. 前記歪みゲージは、前記ダイヤフラムの周囲に前記ダイヤフラムの変位に従い動作する梁を設け、前記梁に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
8. 前記梁は、片持ち形状であって、前記梁は、前記ダイヤフラムが変位した後に直接接触され、前記歪みゲージは、前記梁に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の圧力スイッチ。
9. 前記梁は、片持ち形状であって、前記梁は、前記ダイヤフラムが変位する前後を通じてダイヤフラムに直接接触され、前記歪みゲージは、前記梁の変形が大きい部分に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の圧力スイッチ。
10. 前記梁は、両持ち形状であって、前記梁の中央は、前記ダイヤフラムが変位する前後を通じてダイヤフラムに直接接触され、前記歪みゲージは、前記梁の中央に、ダイヤフラムの間に挟みつけられるように取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の圧力スイッチ。
11. 前記歪みゲージは、前記梁の内部に埋め込まれるように取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の圧力スイッチ。
12. 前記ダイヤフラムは複数枚で形成され、前記歪みゲージは、前記複数のダイヤフラムの間に挟み込まれることを特徴とする請求項６に記載の圧力スイッチ。
13. 前記ダイヤフラムは、互いに向かい合う金属製の保持部材の間に挟持され、
    前記出力回路は、前記保持部材上に固定され、前記出力回路と前記保持部材とをＧＮＤアースとして接続することを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
14. 管路から供給される作動圧力に応じて形状が変位し、前記作動圧力に応じて反転動作、すなわち、スナップアクションするばね性を有する金属製のダイヤフラムと、
    前記ダイヤフラムの形状の変位に従い抵抗値が変化する少なくとも１つの歪みゲージと、
    を備えることを特徴とする圧力スイッチ。

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