KR100440626B1 - 압력감지스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진룸에 주로 사용되는 압력 감지 스위치에 관한 것으로, 압력 유체 통로와 연통하는 통로를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 고정된 스위치 케이스와, 상기 하우징 및 상기 스위치 케이스에 의해 한정된 내부 공간에 수용되는 다이아프램과, 부가되는 압력에 반응하는 두 가지 스냅 동작 사이에서 이동하는 스냅 디스크와, 상기 스냅 디스크를 수용하는 스위치 수용 부재와, 상기 스냅 디스크의 스냅 동작에 따라 개폐 동작하는 스위치 부재로 구성된다. 상기 스위치 수용 부재는 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지로 이루어진다.

Description

압력 감지 스위치

본 발명은, 자동차 에어컨 장치에 주로 사용되는 것으로, 냉동 사이클에서의 냉매압이 소정값 이상으로 증가하거나 감소할 때 압축기를 정지시켜서 상기 에어컨 장치를 보호하기 위한 압력 감지 스위치에 관한 것이다.

본 출원인은 일본 특개평 7-101583(1995)호 및 7-1104094(1995)호에 개시된 압력 감지 스위치를 제안했다.

상기 형태의 압력 감지 스위치 장치는 도 1의 단면도를 참고하여 이하에서 설명한다. 압력 감지 스위치는, 유체가 유입되어 압력 전달을 가능하게 하는 유체통로(11)가 상부에 설치된 축 대칭형의 하우징(10)과, 압력 감지 스위치 기구와, 스위치 케이스(20)로 구성된다.

스위치 케이스(20)는 유리 섬유로 보강된 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 수지와 같은 전기 절연성 재료로 제조된다. 스위치 케이스(20)는 압력 감지 스위치 기구를 안에 수용하도록 상부가 개방되고, 또한 전기 접속을 위해 하측 개구부가 마련된 내부 공간을 한정한다. 상기 내부 공간과 하측 개구부는 격벽(23)에 의하여 분리된다.

압력 감지 스위치 기구는, 예를 들어 폴리이미드 수지막(polyimide resin film) 등으로 이루어진 다이아프램(30)과, 강철로 이루어진 제 1 스냅 디스크(31)와, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(이하, PBT로 칭함)로 이루어진 수용 부재(50)와, 동작봉(54)과, 제 1 스위치 레버(41)와, 제 2 스위치 레버(42)와, 한 쌍의단자(40)로 구성된다.

압력 감지 스위치 기구의 다이아프램(30)의 외주변부는 패킹(packing, 25)에 의해 스위치 케이스(20)와 하우징(10) 사이에 기밀되게 고정된다.

스위치 수용 부재(50)는 디스크(disc) 형상을 하고 있고, 상기 디스크의 상측 외주변을 따라 형성된 원형 외벽(51)과, 중앙 홀(52)과, 상기 중앙 홀의 주변 벽을 상기 디스크의 하측 표면에서 아래로 돌출되어 형성된 중앙 돌출부(53)를 구비한다.

스위치 수용 부재(50)는 수직 방향으로 활주 ·자재하게 이동되도록 상기 스위치 케이스(20)의 내부 공간에 제공된다.

스위치 케이스(20)의 내부 공간의 내벽에는 스위치 수용 부재(50)의 하방 이동을 단상부(21) 위로 제한시키는 단상부(21)를 구비한다. 단상부(21)의 하측으로 소직경 단상부(22)가 형성되어 상기 제 2 스냅 디스크(32)의 외주변 테두리를 지지한다.

제 1 스냅 디스크(31)는 스위치 수용 부재(50)의 외벽(51)에 의해 다이아프램(30)에 대향하여 지진된다. 동작봉(54)은 그 상단부가 제 1 스냅 디스크(31)의 하면과 접촉하도록 제 2 스위치 레버(42)의 위쪽으로 스위치 수용 부재(50)의 중앙홀을 관통하여 연장된다.

스위치 수용 부재(50)의 중앙 돌출부(53)는 위쪽으로 볼록한 형상을 갖는 제 2 스냅 디스크(32)의 중앙 홀(32a)과 맞물리고, 중앙 돌출부(53)의 저부 단부는 제 1 스위치 레버(41)의 상면의 중앙부와 만나게 된다.

제 1 스위치 레버(41)는 그 말단부에 접점(43)을 구비하고, 제 2 스위치 레버(42)는 스위치를 형성하기 위해서 그 말단부에 제 1 스위치의 접점(43)과 만나는 접점(44)을 구비한다.

한 쌍의 단자(40)는 각각 제 1 스위치 레버(41) 및 상기 제 2 스위치 레버 (42)에 연결되고, 격벽(23)을 관통하여 스위치 케이스(20)의 하측 개구부로 도입된다.

위와 같은 구조를 갖는 압력 감지 스위치는 다음과 같이 작동한다.

유체 통로(12)를 통해 다이아프램(30) 상으로 도입된 유체의 압력이 다이아프램(30)을 하방으로 가압하게 되고, 제 1 스냅 디스크(31)를 치지하는 스위치 스용 부재(50)도 하방으로 가압된다. 이러한 압력이 250 kPa에 달하면, 제 2 스냅 디스크(32)는 도 1에 도시된 바와 같이 상방으로 볼록한 형상인 제 1 형태의 형상에서 하방으로 볼록한 형상인 제 2 형태의 형상으로 변형된다. 즉, 스위치 수용 부재(50)는 유체 압력에 의한 가압으로 인해 아래쪽으로 이동되고, 중앙 돌출부(53)는 제 1 스위치 레버(41)를 가압하여 스위치를 닫게 한다.

스위치 수용 부재(50)의 하방 이동은 유체압이 더 높아질 때에도 스위치 케이스(20)의 내벽 상의 단상부(21)에 의해 제한된다. 따라서, 제 2 스냅 디스크(32)는 바람직하지 않은 변형으로 인하여 기능 장애를 일으킬 수 있는 과도한 힘을 받지 않게 된다.

유체 압력이 210 kPa까지 감소하면, 제 2 스냅 디스크(32)는 제 2 형태에서 제 1 형태로 복귀되고, 스위치 수용 부재(50)는 상방으로 이동하며, 중앙 돌출부가제 1 스위치 레버(41)를 가압하지 않게 되어서 스위치가 개방된다.

스위치 수용 부재(50)가 단상부(21)에 접촉하여 스위치를 온(On)시킨 이후에, 유체압이 2.7 MPa까지 더 상승되면, 제 1 스냅 디스크(31)는 상방으로 볼록한 제 1 형태로부터 하방으로 볼록한 제 2 형태로 변형되고, 이러한 이동이 동작봉(54)으로 전달되고, 이어서 제 2 스위치 레버(42)에 전달되도록 동작봉을 하방으로 가압시킨다, 이에 따라 스위치는 개방된다.

이와 같이, 상기 제안된 압력 감지 스위치는 소정의 범위 내의 압력에 의해 스위치가 온(On)되며, 소정의 압력 범위를 넘는 고압 및 저압에 의해 오프(Off) 동작하게 된다.

자동차 에어컨 장치의 냉동 사이클에서 이와 같은 스위치를 이용할 때는, 일반적으로 압력 스위치가 100℃ 이상의 고온 상태가 유지되는 엔진룸 내에 장착된다.

상술된 바와 같이, 종래의 압력 감지 스위치는 스위치 수용 부재(50)의 재료로 PBT 수지를 사용하고 있다. 압력 감지 스위치의 사용 온도 환경이 100℃가 되어 장시간 지속되면, 제 1 스위치 디스크의 하중을 받는 스위치 수용 부재(50)의 외벽(51)의 하단부에 도 5에서 파단선의 원(A)으로 도시된 바와 같이 크리프(creep)가 발생하게 되어, 스냅 디스크가 스위치 수용 부재(50)의 표면 내로 물려드는 현상이 발생된다.

따라서, 본 발명자는 스냅 디스크(31)의 외부 테두리가 스위치 수용 부재(50)의 외벽 하단부에 물려들게 되면 압력 감지 스위치가 바람직하지 못하게작동될 수 있는 가능성이 높다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 자동차 엔진룸에서 장시간 사용될 때에도 스위치 수용 부재에서 크리프를 발생시키지 않고 우수하게 작동하는 압력 감지 스위치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 스냅 디스크를 지지하도록 본 발명의 압력 감지 스위치에 사용된 스위치 수용 부재는 고온 하에서 반복하여 전단력이 인가되는 환경에서 장시간 사용되어도 크리프를 발생시키지 않는 재료로 구성된다.

고온 하에서 반복적으로 전단력이 인가되는 환경에서 장시간 사용되어도 크리프를 발생시키지 않는 재료로서, 본 발명에 따른 다수의 재료들 중에 선택된 재료는 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지이다.

즉, 본 발명에 따른 압력 감지 스위치는, 압력 유체 통로와 연통하는 통로를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 고정된 스위치 케이스와, 상기 하우징 및 상기 스위치 케이스에 의해 한정된 내부 공간에 수용되는 다이아프램과, 부가되는 압력에 반응하는 두 가지 스냅 동작 사이에서 이동하는 스냅 디스크와, 상기 스냅 디스크를 수용하는 스위치 수용 부재와, 상기 스냅 디스크의 스냅 동작에 따라 개폐 동작하는 스위치 부재로 구성되며, 상기 스위치 수용 부재는 PPS 수지, PEEK 수지, 및 폴리에테르 설폰(polyether sulfone, PES) 수지로 이루어진 수지 그룹 중 어느 한 수지로 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 스위치의 단면도.

도 2는 본 발명에 사용되는 재료의 특성을 설명하는 다이아프램.

도 3은 본 발명에 사용되는 재료의 굴곡 탄성률의 온도에 대한 특성을 설명하는 특성도.

도 4는 본 발명의 효과를 설명하는 다이아프램.

도 5는 크리프(creep)가 발생되는 종래의 압력 감지 스위치의 부분 확대 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 압력 스위치 10: 하우징

20: 스위치 케이스 25: 패킹

30: 다이아프램 31: 제 1 스냅 디스크

32: 제 2 스냅 디스크 40: 단자

41: 제 1 스위치 레버 42: 제 2 스위치 레버

50: 수용 부재 51: 외벽

53: 중앙 돌출부 54: 동작봉

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 압력 감지 스위치의 특정한 실시예를 이하에서 설명한다.

본 발명에 따른 압력 감지 스위치는 종래의 압력 감지 스위치와 같은 구조이다.

종래의 압력 감지 스위치는 PBT 수지로 이루어진 스위치 수용 부재(50)와 페놀 수지로 이루어진 동작봉을 사용하였다.

대조적으로, 본 발명의 제 1 실시예에서, 스위치 수용 부재(50)는 PPS 수지로 이루어지고, 동작봉은 세라믹으로 이루어진다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 스위치 수용 부재(50)는 PPS 수지로 이루어지고, 동작봉은 페놀 수지로 이루어진다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 실시예에서 사용된 PPS 수지는 종래의 스위치 수용 부재에 사용된 PBT 수지에 비하여 내열성, 고강도, 고견고성이 우수하며, 고온 하에서 물리적 특성의 변화가 작다는 특징들을 가지고 있다.

즉, 인장 강도, 인장 연신율, 굴곡 탄성률, 경도, 하중 편차 온도, 선팽창 계수 및 흡수율 계수에서, 상기 실시예에서 사용된 PPS 수지는 스위치 수용 부재로서 종래의 PBT 수지보다 우수하다. 그러나 성형 수축률 및 특정한 절연 저항에 있어서는 이들 재료들 사이에 차이가 없다.

도 3에 도시된 바와 같이, PPS 수지는 PBT 수지에 비하여 온도가 상승하여도 높은 굴곡 탄성률 값을 나타내고 있으며, 이는 PPS 수지가 고온 하에서 사용되기에 더 적절하다는 것을 의미한다.

즉, PBT 수지의 굴곡 탄성률이 100℃에서 약 3 kgf/㎠이지만, PPS 수지의 굴곡 탄성율은 100℃에서 약 10.5 kgf/㎠이 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone, PEEK) 수지 및 폴리에테르 설폰(polyether sulfone, PES) 수지는 온도가 상승되어도 굴곡 탄성률이 높은 값을 나타낸다. PEEK 수지는 100℃에서 9 kgf/㎠이상의 굴곡 탄성률을 가지며, PES 수지는 100℃에서 약 8.5 kgf/㎠의 굴곡 탄성률을 가지고 있어서, 이들 모두는 PPS 수지와 같이 크리프의 발생을 최소화시킨다.

도 1의 구조를 갖는 압력 감지 스위치의 스위치 수용 부재로서 PPS 수지, PEEK 수지, 및 PES 수지를 사용한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4 각각을 위한 20개의 세트와, 동작봉으로서 PBT 수지와 페놀 수지를 사용한 종래의 압력 감지 스위치의 20개의 세트를 샘플로 준비한다. 이어서, 고압 내구 시험 및 고압 가압 방치 시험이 매 10개의 세트로 실시되었다.

고압 내구 시험은 100℃에서 10 kgf/㎠G와 36 kgf/㎠G의 압력을 반복적으로 가하여 실시되었다. 상기 시험을 1만회 실시한 이후에, 5개의 세트가 분해되고, 나머지 5개의 세트는 상기 시험을 3만회 실시한 후에 분해되었다. 따라서 반전 리프트 양의 변화, 복귀 리프트 양의 변화, 목부 돌출(neck projecting) 양의 변화, 및 상기 스냅 디스크와 접촉하는 스위치 수용 부재의 일부분의 물리적 변화가 관찰되었다.

고온 고압 방치 시험은 100℃에서 30 kgf/㎠G의 압력 하에 상기 샘플을 두고 실시되었다. 114시간 후에는 각 샘플의 반수인 5개의 세트가 분해되었고, 나머지 5개의 세트는 270시간 후에 분해되었다. 따라서, 반전 리프트 양의 변화, 복귀 리프트 양의 변화, 목부 돌출 양의 변화, 및 상기 스냅 디스크와 접촉하는 스위치 수용 부재의 일부분의 물리적 변화가 관찰되었다. 이들 시험의 결과는 도 4에 도시되어 있다.

도 4에서, 제 1 동작점은 유체 압력이 상승하여 스냅 디스크가 스냅 동작을 개시하는 위치에 해당하고, 제 2 동작점은 상기 스냅 디스크가 유체 압력의 상승으로 상기 스냅 동작 지점으로부터 복귀되는 위치에 해당되며, 온/오프 위치는 스냅 동작에 따라 접점이 온 또는 오프되는 위치에 해당된다. 여기서, 각각의 변화량은 ㎛ 단위로 표시된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모든 압력 감지 스위치는 동작점에서의 변화량을 종래의 압력 감지 스위치의 l/2 또는 그 이하로 감소시키고, 스냅 디스크가 스위치 수용 부재 내로 물려들어 장시간 사용될 때 압력 감지 스위치의 오동작을 야기시킬 수 있는 가능성을 최소화시킨다.

상술된 실시예에서는 압력 감지 스위치 수단으로서 2개의 스냅 디스크를 이용한 2-동작형 구조를 설명하고 있으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 스냅 디스크를 수용하는 수용 부재가 사용되는 경우라면, 일본 특개평 7-114095(1995)호에 공보된 3-동작형 압력 감지 스위치 또는 단일 스냅 디스크를 이용한 1-동작형 압력 감지 스위치에도 적용될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발며엥서는 압력 감지 스위치에서 스냅 디스크의 주변테두리를 수용하는 수용 부재의 외벽부의 하측에서 발생되는 크리프를 방지할 수 있으며, 따라서 압력 감지 스위치의 동작 특성의 저하를 개선시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 압력 유체 통로와 연통하는 통로를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 고정된 스위치 케이스와, 상기 하우징 및 상기 스위치 케이스에 의해 한정된 내부 공간에 수용되는 다이아프램과, 부가되는 압력에 반응하는 두 가지 스냅 동작 사이에서 이동하는 스냅 디스크와, 상기 스냅 디스크를 수용하는 스위치 수용 부재와, 상기 스냅 디스크의 스냅 동작에 따라 개폐 동작하는 스위치 부재를 포함하는 압력 감지 스위치에 있어서,

   상기 스위치 수용 부재는, 고온의 사용 환경 하에 전단력이 반복하여 가해지는 상태로 장시간 사용하여도 크리프가 최소화될 수 있도록, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 수지, 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone, PEEK) 수지 및 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES) 수지로 이루어진 수지 그룹 중 어느 한 수지로 구성된 것을 특징으로 하는 압력 감지 스위치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치 부재는 세라믹 재료로 이루어진 작동 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감지 스위치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치 부재는 페놀 수지로 이루어진 작동 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감지 스위치.

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