JPWO2016203694A1 - Pressure switch, pressure sensor, and modules thereof - Google Patents
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Abstract
本発明の目的は、圧力スイッチあるいは圧力センサ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成し、また、圧力スイッチあるいは圧力センサをモジュール化した場合に、1つの検出ICで複数箇所の圧力状態を検出し、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールを提供することである。本発明の圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールは、金属製のダイヤフラム(111)と、ダイヤフラム(111)の一部に電気的に接続される可動側電極(121)と、ダイヤフラム(111)の管路(11)に対向する大気圧側に設けられ、金属製の固定側電極(122)と、固定側電極(122)とダイヤフラム(111)との絶縁を確保する絶縁被膜(123)と、可動側電極(121)に接続されたダイヤフラム(111)と固定側電極(122)との間の静電容量の変動を検出する静電容量検出IC(124)とを備える。The object of the present invention is to achieve a reduction in size, weight and thickness with a single pressure switch or pressure sensor, and when a pressure switch or pressure sensor is modularized, a single detection IC can be used to control the pressure state at multiple locations. It is to provide a pressure switch, a pressure sensor, and a module thereof that can detect and further achieve miniaturization, weight reduction, and thickness reduction. The pressure switch, the pressure sensor, and these modules according to the present invention include a metal diaphragm (111), a movable electrode (121) electrically connected to a part of the diaphragm (111), and a diaphragm (111 ) Provided on the atmospheric pressure side facing the pipe line (11), and the insulating fixed film (123) that secures insulation between the fixed metal electrode (122) and the fixed electrode (122) and the diaphragm (111). And a capacitance detection IC (124) for detecting a change in capacitance between the diaphragm (111) connected to the movable electrode (121) and the fixed electrode (122).
Description
本発明は、圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールに係り、特に、ダイヤフラムの変位を検出することにより圧力の変化を検出する無接点式の圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールに関する。 The present invention relates to a pressure switch, a pressure sensor, and a module thereof, and more particularly, to a contactless pressure switch that detects a change in pressure by detecting a displacement of a diaphragm, a pressure sensor, and a module thereof. .
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ダイヤフラム式の圧力スイッチが知られている。このような圧力スイッチのうち、接点式の圧力スイッチでは、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という問題がある。この問題の対策のために、部品洗浄、クリーンルーム内の組立、多点接点化などの対策を行っているが、導通不良が発生する可能性を0にすることは困難であると考えられている。 2. Description of the Related Art A diaphragm type pressure switch that detects a pressure of a working medium when controlling systems for air conditioning, air conditioning, automobiles, and industrial devices is known. Among such pressure switches, the contact-type pressure switch has a problem in that conduction failure occurs when foreign matter (insulator) is caught between the contacts. To deal with this problem, measures such as parts cleaning, assembly in a clean room, and multipoint contact are taken, but it is considered difficult to eliminate the possibility of poor conduction. .
このような接点式の圧力スイッチの問題点を解消する手法として、光や磁力の変化を検出用ICにより検出する無接点式の圧力スイッチが知られており、これらは高い信頼性を達成している。 As a method for solving such problems of contact type pressure switches, contactless pressure switches that detect changes in light and magnetic force with a detection IC are known, and these achieve high reliability. Yes.
引用文献1には、接点式の圧力スイッチモジュールであって、複数の油圧スイッチ、ハウジング、接続回路、及び、板部材を備え、部品間の位置ずれを抑制可能であり、板厚方向の体格を減少し、部品点数を低減する油圧スイッチモジュールが開示されているが、無接点構造は開示されていない。 Cited Document 1 is a contact-type pressure switch module, which includes a plurality of hydraulic switches, a housing, a connection circuit, and a plate member, and is capable of suppressing misalignment between components. Although the hydraulic switch module which reduces and reduces a number of parts is disclosed, the non-contact structure is not disclosed.
また、引用文献2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り捉えた流体圧の変動を伝達する可動伝達部材とを備え、可動伝達部材の可動片の先端のシャドー部に近接して、無接点検出手段としてホトインタラプタを配置し、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のLEDとホトトランジスタの間を進退させ圧力を検出する無接点型圧力検出システムが開示されているが、構造が複雑であり、小型化、簡略化が困難であるという問題がある。 Further, the cited document 2 includes a fluid pressure fluctuation detection unit and a movable transmission member that transmits the fluid pressure fluctuation captured by the fluid pressure fluctuation detection unit, and is close to the shadow portion at the tip of the movable piece of the movable transmission member. Then, a non-contact type pressure detection system is disclosed in which a photo interrupter is arranged as non-contact detection means, and a pressure is detected by moving a shadow part forward and backward between the LED of the photo interrupter and a photo transistor by displacement of a movable transmission member. However, there is a problem that the structure is complicated and it is difficult to miniaturize and simplify.
また、引用文献3には、ダイヤフラムに受圧筒体あるいは作動ロッドを取り付け、その先端に永久磁石が取り付けられ、永久磁石に対向する位置にホール素子が取り付けられた磁力検出式の無接点圧力センサが開示されているが、受圧筒体あるいは作動ロッドを必要としており、部品点数が多く、小型化、簡略化が困難であるという問題がある。 Reference 3 discloses a magnetic force detection type non-contact pressure sensor in which a pressure receiving cylinder or an operating rod is attached to a diaphragm, a permanent magnet is attached to the tip of the diaphragm, and a Hall element is attached to a position facing the permanent magnet. Although disclosed, there is a problem that a pressure receiving cylinder or an operating rod is required, the number of parts is large, and miniaturization and simplification are difficult.
引用文献2、3にあるように、無接点圧力スイッチでは、例えば、光検出式の無接点圧力スイッチでは、LEDとフォトカプラ等を必要とし、また、磁力検出式の無接点圧力スイッチでは、ホールICあるいは磁気抵抗素子等の検出用ICを備える必要がある。つまり、このような無接点圧力スイッチを引用文献1のようにモジュール化した場合には、各圧力検出点のそれぞれに検出用ICが必要になり、小型化、簡略化が困難であるという問題がある。また、単体の圧力スイッチ、圧力センサにも、小型化、簡略化の要請が強い。 As described in the cited documents 2 and 3, in the non-contact pressure switch, for example, in the non-contact pressure switch of the light detection type, an LED and a photocoupler are required, and in the non-contact pressure switch of the magnetic force detection type, the hall It is necessary to provide a detection IC such as an IC or a magnetoresistive element. In other words, when such a non-contact pressure switch is modularized as in the cited document 1, a detection IC is required for each pressure detection point, which makes it difficult to reduce the size and simplify. is there. There is also a strong demand for downsizing and simplification of single pressure switches and pressure sensors.
従って、本発明の目的は、従来の無接点式の圧力検出方法の小型化、簡略化が困難であるという問題点を解消するために、金属部品を含むダイヤフラムを利用した静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチあるいは圧力センサ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成し、また、圧力スイッチあるいは圧力センサをモジュール化した場合、1つの検出ICで複数箇所の圧力状態を検出でき、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the problem that it is difficult to reduce the size and simplification of the conventional contactless pressure detection method, and to eliminate the capacitance type using a diaphragm including metal parts. By detecting the contact pressure, the pressure switch or pressure sensor alone can be reduced in size, weight, and thickness, and when the pressure switch or pressure sensor is modularized, the pressure status at multiple locations with a single detection IC It is possible to provide a pressure switch, a pressure sensor, and a module thereof that can detect the above, and can achieve a reduction in size, weight, and thickness.
上記課題を解決するために、本発明の圧力スイッチは、管路を含む作動媒体供給アセンブリから供給される作動媒体の圧力に応じて形状が変位する金属部分を含むダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの前記金属部分に電気的に接続される可動側電極と、上記ダイヤフラムの上記管路に対向する大気圧側に設けられ、金属製の固定側電極と、上記固定側電極と上記ダイヤフラムとの絶縁を確保する絶縁被膜とを備え、上記作動媒体の圧力の変動により上記ダイヤフラムが変位し、当該変位を上記可動側電極に接続された上記ダイヤフラムと上記固定側電極との間の静電容量の変動を検出し、上記作動媒体の圧力を検出するように構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a pressure switch according to the present invention includes a diaphragm including a metal portion whose shape is displaced according to the pressure of a working medium supplied from a working medium supply assembly including a pipe, and the metal of the diaphragm. The movable side electrode electrically connected to the portion and the atmospheric pressure side facing the pipe line of the diaphragm are provided to ensure insulation between the metal fixed side electrode, the fixed side electrode and the diaphragm. The diaphragm is displaced by a change in pressure of the working medium, and the displacement is detected by detecting a change in capacitance between the diaphragm connected to the movable electrode and the fixed electrode. The pressure of the working medium is configured to be detected.
このような構成とすることにより、金属部品を含むダイヤフラムを利用した静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成できる。 By adopting such a configuration, it is possible to achieve miniaturization, weight reduction, and thickness reduction with a pressure switch alone by performing capacitance-type contactless pressure detection using a diaphragm including metal parts.
また、上記ダイヤフラムは、金属材料で成形され、前記ダイヤフラム全体が上記静電容量の変動を検出する片方の電極を構成するものとしてもよい。 Further, the diaphragm may be formed of a metal material, and the whole diaphragm may constitute one electrode for detecting the change in capacitance.
このような構成とすることにより、金属製のダイヤフラムを使用することにより、ダイヤフラム自体を弾性体として使用することができるので、ばね等の弾性体をなくすことができる。 With such a configuration, by using a metal diaphragm, the diaphragm itself can be used as an elastic body, so that an elastic body such as a spring can be eliminated.
また、上記ダイヤフラムは、非金属材料で成形された可動部材と、上記可動部材に取り付けられる金属部材とを含み、上記金属部材が上記静電容量の変動を検出する片方の電極を構成するものとしてもよい。 In addition, the diaphragm includes a movable member formed of a non-metallic material and a metal member attached to the movable member, and the metal member constitutes one electrode for detecting the variation in capacitance. Also good.
このような構成とすることにより、非金属材料で成形された可動部材を使用することにより、ダイヤフラムのストロークを大きく取ることができ、圧力レンジを広く取ることができる。 With such a configuration, by using a movable member formed of a nonmetallic material, the stroke of the diaphragm can be increased and the pressure range can be increased.
また、上記絶縁被膜は、上記固定側電極の表面に取り付けられるものとしてもよい。 The insulating coating may be attached to the surface of the fixed side electrode.
このような構成とすることにより、1つ1つの固定側電極に絶縁被膜を付ける必要があり、製造工数が増加するが、耐久性に優れ、絶縁被膜があることにより、電流が流れ、電極同士が固着する不具合や内部にスパッタが飛ぶことを防止できる。 By adopting such a configuration, it is necessary to attach an insulating film to each fixed-side electrode, which increases the number of manufacturing steps. It is possible to prevent the problem of sticking and spatter flying inside.
また、上記絶縁被膜は、上記ダイヤフラムに取り付けられるものとしてもよい。 The insulating coating may be attached to the diaphragm.
このような構成とすることにより、ダイヤフラムに絶縁被膜を取り付けると、剥がれやすいという、デメリットがあるが、製造工程で、金属板に絶縁被膜を取り付け、その後、多数のダイヤフラムを抜き取ることにより、大量生産が容易になるという、メリットがある。 With this configuration, there is a demerit that attaching an insulating film to a diaphragm is easy to peel off, but in the manufacturing process, attaching an insulating film to a metal plate, and then extracting a large number of diaphragms, mass production Has the advantage that it becomes easier.
また、上記ダイヤフラムと上記作動媒体供給アセンブリとの間の絶縁を確保し、上記ダイヤフラム、上記可動側電極、及び、上記固定側電極を収容し、上記圧力スイッチを上記作動媒体供給アセンブリに固定する支持部材を備えるものとしてもよい。 A support for securing insulation between the diaphragm and the working medium supply assembly; housing the diaphragm, the movable side electrode, and the fixed side electrode; and fixing the pressure switch to the working medium supply assembly. It is good also as what has a member.
このような構成とすることにより、ダイヤフラムと作動媒体供給アセンブリとの間の絶縁を確保しつつ、ダイヤフラム、可動側電極、及び、固定側電極を支持部材により確実に固定することができる。 With such a configuration, the diaphragm, the movable side electrode, and the fixed side electrode can be reliably fixed by the support member while ensuring insulation between the diaphragm and the working medium supply assembly.
また、上記ダイヤフラムは、上記作動媒体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。 Further, the diaphragm may be a metal diaphragm having a spring property that performs a reverse action, that is, a snap action according to the pressure of the working medium.
このような構成とすることにより、ストロークの大きい、スナップアクションするダイヤフラムを使用することにより、無接点圧力スイッチの検出を確実に行うことができる。 By adopting such a configuration, a contactless pressure switch can be reliably detected by using a diaphragm having a large stroke and a snap action.
また、上記可動側電極及び上記固定側電極に電気的に接続され、上記ダイヤフラムと上記固定側電極との間の静電容量の変動を検出する静電容量検出ICを備えるものとしてもよい。 Moreover, it is good also as what has an electrostatic capacitance detection IC which is electrically connected to the said movable side electrode and the said fixed side electrode, and detects the fluctuation | variation of the electrostatic capacitance between the said diaphragm and the said fixed side electrode.
このような構成とすることにより、小型化が可能な静電容量検出ICを使用することにより部品点数が少なくシンプルな構成にでき、また、絶縁被膜の磨耗度合いを自己診断でき、スイッチの交換時期を知らせることができる。 By adopting such a configuration, it is possible to make the configuration simple by reducing the number of parts by using a capacitance detection IC that can be reduced in size, and it is possible to self-diagnose the degree of wear of the insulation coating, and to replace the switch. Can be informed.
上記課題を解決するために、本発明の圧力スイッチモジュールは、上記圧力スイッチを複数備え、少なくとも1つの静電容量検出ICにより上記複数の圧力スイッチの上記静電容量の変動を検出するように構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a pressure switch module according to the present invention includes a plurality of the pressure switches, and is configured to detect fluctuations in the capacitances of the plurality of pressure switches by at least one capacitance detection IC. It is characterized by being.
このような構成とすることにより、圧力スイッチをモジュール化した圧力スイッチモジュールでは、1つの静電容量検出ICで複数箇所の圧力状態を検出でき、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる。 By adopting such a configuration, in the pressure switch module in which the pressure switch is modularized, it is possible to detect the pressure states at a plurality of locations with a single capacitance detection IC, and further achieve miniaturization, weight reduction, and thickness reduction.
上記課題を解決するために、本発明の圧力センサは、管路を含む作動媒体供給アセンブリから供給される作動媒体の圧力に応じて形状が変位する金属部分を含むダイヤフラムと、上記ダイヤフラムの前記金属部分に電気的に接続される可動側電極と、上記ダイヤフラムの上記管路に対向する大気圧側に設けられ、金属製の固定側電極と、上記固定側電極と上記ダイヤフラムとの絶縁を確保する絶縁被膜とを備え、上記作動媒体の圧力の変動により上記ダイヤフラムが変位し、当該変位を上記可動側電極に接続された上記ダイヤフラムと上記固定側電極との間の静電容量の変動を検出し、上記作動媒体の圧力を検出するように構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a pressure sensor according to the present invention includes a diaphragm including a metal portion whose shape is displaced according to the pressure of a working medium supplied from a working medium supply assembly including a pipe, and the metal of the diaphragm. The movable side electrode electrically connected to the portion and the atmospheric pressure side facing the pipe line of the diaphragm are provided to ensure insulation between the metal fixed side electrode, the fixed side electrode and the diaphragm. The diaphragm is displaced by a change in pressure of the working medium, and the displacement is detected by detecting a change in capacitance between the diaphragm connected to the movable electrode and the fixed electrode. The pressure of the working medium is configured to be detected.
このような構成とすることにより、金属部品を含むダイヤフラムを利用した静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力センサ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成できる。 By adopting such a configuration, it is possible to achieve miniaturization, weight reduction, and thickness reduction with a single pressure sensor by performing capacitive contactless pressure detection using a diaphragm including metal parts.
上記課題を解決するために、本発明の圧力センサモジュールは、上記圧力センサを複数備え、少なくとも1つの静電容量検出ICにより上記複数の圧力センサの上記静電容量の変動を検出するように構成されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a pressure sensor module according to the present invention includes a plurality of the pressure sensors, and is configured to detect fluctuations in the capacitances of the plurality of pressure sensors by at least one capacitance detection IC. It is characterized by being.
このような構成とすることにより、圧力センサをモジュール化した圧力センサモジュールでは、1つの静電容量検出ICで複数箇所の圧力状態を検出でき、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる。 With such a configuration, the pressure sensor module in which the pressure sensor is modularized can detect a plurality of pressure states with a single capacitance detection IC, and can achieve further miniaturization, weight reduction, and thickness reduction.
本発明によれば、金属部品を含むダイヤフラムを一方の電極として利用して静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチあるいは圧力センサ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成し、また、圧力スイッチあるいは圧力センサをモジュール化した場合、1つの検出ICで複数箇所の圧力検出点の圧力状態を検出でき更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールを提供することができる。 According to the present invention, by using a diaphragm including a metal part as one electrode and performing capacitance-type contactless pressure detection, a pressure switch or a pressure sensor alone can be reduced in size, weight, and thickness. In addition, when the pressure switch or pressure sensor is modularized, the pressure switch, pressure sensor, which can detect the pressure state at multiple pressure detection points with a single detection IC, and can achieve further miniaturization, weight reduction, and thickness reduction. And these modules can be provided.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。 First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧力スイッチ100の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1において、圧力スイッチ100は、冷暖房、空調、自動車、及び、産業装置用の作動媒体の圧力を供給する管路11と、作動媒体の圧力をシールするOリング12を有する作動媒体供給アセンブリ10に取り付けられて使用される。なお、ここでは圧力スイッチ100は、作動媒体供給アセンブリ10に取り付けるものとしたが、これには限定されず、後述する支持部材131等を取り外し、単体で継手管等に接続されるものとしてもよい。
In FIG. 1, a
圧力スイッチ100は、ダイヤフラムアセンブリ110と、静電容量検出部120と、ダイヤフラムアセンブリ110及び静電容量検出部120を保持し、作動媒体供給アセンブリ10に固定する固定部130とを備える。
The
ダイヤフラムアセンブリ110は、管路11から供給された作動媒体の圧力の変化に従い変位するダイヤフラム111と、ダイヤフラム111の管路11側に配置され作動媒体をシールするOリング113と、Oリング113と密着し作動媒体をシールする隔膜114とを備える。
The
ダイヤフラム111は、本発明の圧力スイッチ100では、ダイヤフラム111と後述する固定側電極122との間の静電容量を測定し、静電容量の変動からダイヤフラム111の変位を検出し、ダイヤフラム111の変位により管路11から供給された作動媒体の圧力を検出するため、ここでは金属製のものを使用する。また、本実施形態のダイヤフラム111では、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を使用するが、後述するように、本発明の構成を圧力の計測値を出力する圧力センサに適用する場合には、スナップアクションするダイヤフラムは使用できない。スナップアクションするダイヤフラム111を使用した場合には、管路11からの作動媒体の圧力が設定値未満である場合には、下側に膨らんだ形状をなし、管路11からの作動媒体の圧力が設定値以上になると、この作動媒体の圧力により下側に膨らんだ形状から上側に膨らんだ形状に可逆的に反転する。なお、ストロークの大きい、スナップアクションするダイヤフラム111を使用することにより、無接点圧力スイッチの検出を確実に行うことができるという効果がある。
In the
なお、金属製のダイヤフラム111を使用しない実施形態も考えられる。図6にゴム製のダイヤフラム611を使用した圧力スイッチの変形例600を示す。図6において、ダイヤフラム611は、弾性変形するゴム製の材料を使用したものである。ダイヤフラム611の中央には開口部が形成され、上部から静電容量検出の電極となる金属部材621が挿入され、下部に配置された金属製の押え部材626にかしめて固定される。金属部材621と、押え部材626は、圧力の変動に従い変位するゴム製のダイヤフラム611と共に変位し、後述する固定側電極122(図6においては、固定側電極622)との間の静電容量の変動を検出することにより、作動媒体の圧力変動を検出する。なお、ここでは、ダイヤフラム611にゴム製の材料を使用したが、これには限定されず、非金属材料で作動媒体の圧力変動に応じて変位するものであればよい。また、ここでは、金属部材621と押え部材626の2つの部品を使用してダイヤフラム622に固定したが、これには限定されず、ダイヤフラム611に取り付けられ静電容量検出の電極となる金属部材であればよい。なお、ここでは静電容量検出の電極として金属部材を使用したが、金属部材のかわりに、カーボン等の導電性部材を使用してもよい。また、図6に示すように、弾性変形するゴム性の材料で成形されたダイヤフラム611を使用することにより、ダイヤフラム611のストロークを大きく取ることができ、圧力レンジを広く取ることができる。また、逆に、図1に示すように、金属製のダイヤフラム111を使用することにより、ダイヤフラム自体を弾性体として使用することができるので、図6などで必要となるダイヤフラム611のチャタリングを防止するため図示しないばね等の弾性体を設ける必要をなくすことができる。
An embodiment in which the
Oリング113は、後述する支持部材131の開口部131aの周辺に設けられた凹部131dに配置され、後述する隔膜114と共に、支持部材131とダイヤフラム111との間の作動媒体をシールする。
The O-
隔膜114は、ダイヤフラム111の管路11側に貼り付けられ、ダイヤフラム111と共に変位し、Oリング113と密着し作動媒体側の気密を保持する。
The
静電容量検出部120は、ダイヤフラム111の一部に電気的に接続される可動側電極121と、ダイヤフラム111の大気圧側に設けられる固定側電極122と、固定側電極122のダイヤフラム111側に取り付けられた絶縁被膜123と、可動側電極121及び固定側電極122とリード線125を介して電気的に接続され、ダイヤフラム111と固定側電極122との間の静電容量を検出する静電容量検出IC124とを備える。
The
可動側電極121は、金属製のダイヤフラム111の例えば可動の少ない外周部に電気的に接続される金属部品である。可動側電極121は、リード線125を介して静電容量検出IC124と接続され、これによりダイヤフラム111は静電容量検出におけるコンデンサの一方の電極を形成する。なお、可動側電極121の形状は、ここでは、金属製のダイヤフラム111の外周部の全周を覆うように形成されるが、この形状には限定されず、ダイヤフラム111の外周部の大部分を樹脂製のストッパーで覆い、その一部に可動側電極を配置して、金属製のダイヤフラム111に接続するようにしてもよい。また、非金属製のダイヤフラム611を使用した場合には、金属部材621に直接リード線125を接続するようにしてもよい。
The
固定側電極122は、ダイヤフラム111に接触することなく、ダイヤフラム111の大気圧側を覆うような形状を有する金属部品である。固定側電極122は、リード線125を介して静電容量検出IC124と接続され、これにより固定側電極122は静電容量検出におけるコンデンサの他方の電極を形成する。なお、固定側電極122の形状は、本実施形態の形状に限定されず、平板形状、凹形状等、静電容量検出IC124と電気的に接続され、コンデンサの他方の電極を形成できる形状であればよい。
The fixed
絶縁被膜123は、ダイヤフラム111と固定側電極122の間に位置し、静電容量検出におけるコンデンサの誘電体の役割を果たす。このため、絶縁被膜123は、材質に応じて静電容量が変化するため、後述する静電容量検出回路200の回路構成に合わせて、材質が選択される。また、固定側電極122とダイヤフラム111が接触するのを防止するため、ラバー、ポリイミドフィルム等の衝撃吸収素材を使用してもよい。なお、絶縁被膜123は、スパッタリング・CVD・PVDなどにより絶縁コーティングして形成するものとしてもよい。また、ここでは絶縁被膜123は固定側電極122の表面に貼り付けるものとしたが、これには限定されず、ダイヤフラム111あるいは金属部材621に貼り付けるものとしてもよい。なお、絶縁被膜123を、固定側電極122に取り付ける場合には、1つ1つの固定側電極122に絶縁被膜123を付ける必要があり、製造工数が増加するが、耐久性に優れ、絶縁被膜123があることにより、電流が流れ、電極同士が固着する不具合や内部にスパッタが飛ぶことを防止できる。また、ダイヤフラム111に絶縁被膜123を取り付ける場合には、剥がれやすいという、デメリットがあるが、製造工程で、金属板に絶縁被膜123を取り付け、その後、多数のダイヤフラム111を抜き取ることにより、大量生産が容易になるという、メリットがある。
The insulating
静電容量検出IC124は、ここでは、後述するようなモジュール化を想定して外部に配置されるものとしたが、これには限定されず、後述する支持部材131あるいはカバー132の上部に接触するように固定されてもよい。なお、小型化が可能な静電容量検出IC124を使用することにより部品点数が少なくシンプルな構成にでき、また、絶縁被膜123の磨耗度合いを自己診断でき、スイッチの交換時期を知らせることができる。静電容量検出IC124に組み込まれる回路構成である静電容量検出回路200については、図2を使用して後述する。
Here, the
固定部130は、ダイヤフラム111と作動媒体供給アセンブリ10との間の絶縁を確保し、圧力スイッチ100を作動媒体供給アセンブリ10に固定する支持部材131と、支持部材131の大気圧側に設けられた収容部131bを封止するカバー132と、支持部材131と作動媒体供給アセンブリ10とを固定する複数の固定ネジ133と、複数の固定ネジ133のそれぞれの緩みを防止する複数のワッシャー134とを備える。
The fixing
支持部材131は、略円板形状で、ダイヤフラム111と作動媒体供給アセンブリ10との間の絶縁を確保するため、例えば樹脂材料で成形される。支持部材131には、管路11に対応する直径を有する開口部131aと、開口部131aの周囲の大気圧側に設けられ、ダイヤフラムアセンブリ110、可動側電極121、及び、固定側電極122を収容する円筒形状の凹部である収容部131bと、収容部131bから周囲に広がり、固定ネジ133が挿入されるネジ穴131eを有し作動媒体供給アセンブリ10に接触する外周部131cと、収容部131bの内部であって開口部131aの周囲に設けられOリング113を配置する凹部131dとが形成される。なお、支持部材131は、本実施形態の形状に限定されず、作動媒体供給アセンブリ10の形状や、ダイヤフラム111の形状により様々な形状が適用できる。
The
カバー132は、支持部材131の収容部131bに収容されたダイヤフラムアセンブリ110、可動側電極121、及び、固定側電極122の大気圧側に配置され、収容部131bを封止する。カバー132は、例えば樹脂材料で成形され、可動側電極121、固定側電極122を固定し、ダイヤフラム111に対して位置決めを行う。カバー132は、圧入、かしめ加工、あるいは、接着剤により収容部131bに固定する構成としてもよい。
The
本発明の圧力スイッチ100の取り付け方法の一例として、先ず、ダイヤフラムアセンブリ110を組み立てる。次に、ダイヤフラムアセンブリ110の大気圧側に、可動側電極121及び固定側電極122を固定したカバー132を固定し、支持部材131の収容部131bに収容し固定する。次に、リード線125を介して、可動側電極121及び固定側電極122と静電容量検出IC124を接続する。次に、支持部材131を複数の固定ネジ133及び複数のワッシャー134により作動媒体供給アセンブリ10に固定する。なお、この取り付け方法は限定ではなく、作動媒体供給アセンブリ10の形状や、静電容量の検出方法等により様々な方法が適用可能である。
As an example of a method of attaching the
次に、静電容量検出IC124に組み込まれる回路構成である静電容量検出回路200について説明する。
Next, the
図2は、静電容量検出回路200のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of the
図2において、静電容量検出回路200は、発振回路210と、発振状態検出回路220と、出力回路230とを備える。可動側電極121及び固定側電極122は、静電容量検出回路200の発振回路210の一部となるコンデンサとして接続される。発振回路210は、例えばRC回路等で構成され、静電容量の変動により発振周波数が変動する。従って、ダイヤフラム111が変位し、静電容量が変動し、発振回路210の発振周波数が変動することになる。次に、ダイヤフラム111の変位に従い、発振周波数が変動すると、発振の開始あるいは停止が引き起こされる。発振回路210からの出力が発振状態検出回路220に入力され、上述の発振の開始あるいは停止が検出される。検出された検出信号は、出力回路230に入力され、増幅された後、外部に出力される。なお、静電容量検出回路200は、例示であって、本実施形態には限定されず、ダイヤフラム111の変位を静電容量の変位として検出できればよい。
In FIG. 2, the
図3は、圧力変動と静電容量の変動との関係を示す特性図である。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between pressure fluctuation and capacitance fluctuation.
図3において、横軸は圧力を示し、縦軸は静電容量を示す。ここでは、本実施形態で使用したスナップアクションするダイヤフラム111の特性を示しているため、圧力が所定の圧力に達した時点で階段状に静電容量が変動し、さらに、圧力の上昇時と下降時で異なる特性を示している。ダイヤフラム111としてスナップアクションではなく、線形的に変位するスローアクションするダイヤフラムを使用した場合には、圧力変動に対し静電容量が線形的に変動し、この場合には、本発明の構成を圧力センサに適用することも可能である。
In FIG. 3, the horizontal axis indicates pressure, and the vertical axis indicates capacitance. Here, since the characteristics of the
以上のように本実施形態の圧力スイッチによれば、金属部品を含むダイヤフラムを一方の電極として利用して静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチの小型化、軽量化、薄型化を達成することができる。 As described above, according to the pressure switch of the present embodiment, by using a diaphragm including a metal part as one electrode to perform capacitance-type contactless pressure detection, the pressure switch can be reduced in size and weight, Thinning can be achieved.
なお、上述したように、ダイヤフラムにスナップアクションではなく、スローアクションのダイヤフラムを使用し、静電容量検出回路の出力信号を線形的に変動する静電容量をそのまま出力するように変更すれば、本実施形態の圧力スイッチの構成を圧力センサに適用することも可能であり、この場合にも上述と同様の効果が得られる。 Note that, as described above, if a diaphragm with a slow action is used instead of a snap action and the output signal of the capacitance detection circuit is changed to output a linearly changing capacitance as it is, this It is also possible to apply the configuration of the pressure switch of the embodiment to a pressure sensor, and in this case, the same effect as described above can be obtained.
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図4は、上述の圧力スイッチ100を複数備える本発明の第2の実施形態に係る圧力スイッチモジュール400の構成を示す図であり、図5は、図4に示すV−V線における断面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a
図4、図5において、圧力スイッチモジュール400は、図1に示す圧力スイッチ100を6個、作動媒体供給アセンブリ10´上に配置した後、複数の圧力スイッチ100に共通の1つのカバー432を上部に配置して複数の固定ネジ133、及び、複数のワッシャー134により固定して構成される。ここでは、圧力スイッチ100を6個設けるものとしたが、個数はこれには限定されず、幾つ設けるものとしてもよい。
4 and 5, the
ここで、静電容量検出IC124は、圧力スイッチモジュール400全体で1つだけ配置され、各複数の圧力スイッチ100の可動側電極121及び固定側電極122の全てが1つの静電容量検出IC124に接続される。これは、金属部品を含むダイヤフラム111を利用した静電容量式の無接点式の圧力スイッチ100では、各圧力検出点をそれぞれコンデンサの容量として検出すればよいため、全体で1つの静電容量検出IC124で検出が可能であるからである。このため、従来技術の光検出式の無接点圧力スイッチで使用されるLEDとフォトカプラ、あるいは、磁気検出式の無接点スイッチで使用されるホールICあるいは磁気抵抗素子のように、各圧力検出点のそれぞれに検出用ICを備える必要がなく、小型化、軽量化、薄型化が図れるという利点がある。
Here, only one electrostatic
以上のように、本実施形態の圧力スイッチモジュールによれば、金属部品を含むダイヤフラムを一方の電極として利用して静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成し、また、圧力スイッチをモジュール化した圧力スイッチモジュールでは、1つの検出ICで複数箇所の圧力状態を検出でき、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる圧力スイッチモジュールを提供することができる。 As described above, according to the pressure switch module of the present embodiment, the contactless pressure detection of the capacitance type is performed by using the diaphragm including the metal part as one electrode, thereby reducing the size of the pressure switch alone. A pressure switch module that achieves weight reduction and thickness reduction, and a pressure switch module that can modularize the pressure switch can detect the pressure state at multiple locations with a single detection IC, and can achieve further miniaturization, weight reduction, and thickness reduction. Modules can be provided.
また、第1の実施形態と同様に、ダイヤフラムにスナップアクションではなく、スローアクションのダイヤフラムを使用し、静電容量検出回路の出力信号を線形的に変動する静電容量をそのまま出力するように変更すれば、本実施形態の圧力スイッチモジュールの構成を圧力センサモジュールに適用することも可能であり、この場合にも上述と同様の効果を得ることができる。 Also, as in the first embodiment, instead of using a snap action diaphragm as a diaphragm, a slow action diaphragm is used, and the output signal of the capacitance detection circuit is changed to output the capacitance that varies linearly as it is. Then, the configuration of the pressure switch module of the present embodiment can be applied to the pressure sensor module, and in this case, the same effect as described above can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、金属部品を含むダイヤフラムを一方の電極として利用して静電容量式の無接点圧力検出を行うことにより、圧力スイッチあるいは圧力センサ単体で小型化、軽量化、薄型化を達成し、また、圧力スイッチあるいは圧力センサをモジュール化した場合、1つの検出ICで複数箇所の圧力状態を検出でき、更に小型化、軽量化、薄型化を達成できる圧力スイッチ、圧力センサ、及び、これらのモジュールを提供することができる。 As described above, according to the present invention, by using a diaphragm including a metal part as one electrode and performing capacitance-type non-contact pressure detection, the pressure switch or the pressure sensor alone can be reduced in size and weight. Pressure switch that can detect the pressure state at multiple locations with one detection IC, and can achieve further miniaturization, weight reduction, and thickness reduction. Pressure sensors and these modules can be provided.
100、600 圧力スイッチ
110、610 ダイヤフラムアセンブリ
111、611 ダイヤフラム
113 Oリング
114 隔膜
120、620 静電容量検出部
121 可動側電極
122、622 固定側電極
123、623 絶縁被膜
124 静電容量検出IC
125 リード線
130、630 固定部
131、631 支持部材
132、432、632 カバー
133、633 固定ネジ
134、634 ワッシャー
200 静電容量検出回路
210 発振回路
220 発振状態検出回路
230 出力回路
400 圧力スイッチモジュール
621 金属部材
626 押え部材100, 600
125
Claims (11)
前記ダイヤフラムの前記金属部分に電気的に接続される可動側電極と、
前記ダイヤフラムの前記管路に対向する大気圧側に設けられ、金属製の固定側電極と、
前記固定側電極と前記ダイヤフラムとの絶縁を確保する絶縁被膜と
を備え、
前記作動媒体の圧力の変動により前記ダイヤフラムが変位し、当該変位を前記可動側電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定側電極との間の静電容量の変動を検出し、前記作動媒体の圧力を検出するように構成されることを特徴とする圧力スイッチ。A diaphragm including a metal portion whose shape is displaced in response to a pressure of a working medium supplied from a working medium supply assembly including a pipe;
A movable electrode electrically connected to the metal portion of the diaphragm;
Provided on the atmospheric pressure side facing the pipe line of the diaphragm, a metal fixed side electrode,
An insulating film that secures insulation between the fixed-side electrode and the diaphragm;
The diaphragm is displaced by the fluctuation of the pressure of the working medium, and the fluctuation of the capacitance between the diaphragm connected to the movable electrode and the fixed electrode is detected based on the displacement, and the pressure of the working medium A pressure switch configured to detect the pressure.
前記ダイヤフラムの前記金属部分に電気的に接続される可動側電極と、
前記ダイヤフラムの前記管路に対向する大気圧側に設けられ、金属製の固定側電極と、
前記固定側電極と前記ダイヤフラムとの絶縁を確保する絶縁被膜と
を備え、
前記作動媒体の圧力の変動により前記ダイヤフラムが変位し、当該変位を前記可動側電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定側電極との間の静電容量の変動を検出し、前記作動媒体の圧力を検出するように構成されることを特徴とする圧力センサ。A diaphragm including a metal portion whose shape is displaced in response to a pressure of a working medium supplied from a working medium supply assembly including a pipe;
A movable electrode electrically connected to the metal portion of the diaphragm;
Provided on the atmospheric pressure side facing the pipe line of the diaphragm, a metal fixed side electrode,
An insulating film that secures insulation between the fixed-side electrode and the diaphragm;
The diaphragm is displaced by the fluctuation of the pressure of the working medium, and the fluctuation of the capacitance between the diaphragm connected to the movable electrode and the fixed electrode is detected based on the displacement, and the pressure of the working medium A pressure sensor configured to detect.
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