(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の可動接点および固定接点を有する複数の接続端子を内側に収容するハウジングと、
前記ハウジングに連結されるとともに、作動圧力が供給される管路に接続され該作動圧力に応じて変位せしめられる少なくとも一つのダイヤフラムを有するダイヤフラムアッセンブリーと、
前記ダイヤフラムアッセンブリーの前記ダイヤフラムの変位に応じて前記接続端子の可動接点および固定接点を開閉させる開閉手段と、を備え、
前記ダイヤフラムアッセンブリーのダイヤフラムは、外周縁が両端固定はりのように前記ハウジング内に固定されるとともに、該外周縁よりも中央側寄りの部分であって前記管路の開口端部の周縁に向かい合う部分が、環状の弾性部材により支持されていることを特徴とする圧力スイッチ。
【請求項２】
前記環状の弾性部材は、バックアップリングに隣接して配されることを特徴とする請求項１記載の圧力スイッチ。
【請求項３】
前記環状の弾性部材は、前記ダイヤフラムアッセンブリーのダイヤフラムの直径よりも小なる直径を有することを特徴とする請求項１記載の圧力スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調装置等においては、一般に、配管内の冷媒、炭酸ガス等の圧力を検出し、検出出力を送出するための圧力スイッチを配管に備えている。圧力スイッチは、特許文献１および特許文献２にも示されるように、継手管の一端を介して冷媒通路に接続される本体ケースと、本体ケースにおける受圧室を仕切るダイヤフラム群と、ダイヤフラム群の変位に応じて本体ケース内に配される可動接点および固定接点を近接または離隔可能とする作動ピンとを含んで構成されている。
【０００３】
そのダイヤフラム群は、冷媒通路の圧力に応じて複数枚のダイヤフラムが互いに重ね合わされて形成されている。ダイヤフラム群の外周縁は、本体ケースにおける受圧室を形成するように本体ケースの周縁部とストッパ部材との間に挟持されている。冷媒通路の使用圧力が高圧になるにつれて、本体ケースの周縁部とストッパ部材との間における耐圧性が要求されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２１１４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本体ケースの周縁部とストッパ部材との間における耐圧性が要求される場合、本体ケースの周縁部とストッパ部材との間に生じる挟持圧力を大にすべく、本体ケースと、ストッパ部材との板厚を大にするとともに、本体ケースの周縁部とストッパ部材とを連結する連結部材としてのかしめリング部材を、かしめるとき、必要なプレス圧力を高めることも考えられる。または、特許文献２にも示されるように、ダイヤフラム保持容器構造体の棚面を傾斜面とすることが提案されている。
【０００６】
しかしながら、圧力スイッチの大型化、および、部品の機械加工に伴い製造コストが嵩む虞がある。
【０００７】
以上の問題点を考慮し、本発明は、圧力スイッチであって、部品の機械加工に伴い製造コストが嵩むことなく耐圧性を高めることができ、しかも、耐圧性強化に伴う圧力スイッチの大型化を回避できる圧力スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明に係る圧力スイッチは、少なくとも一対の可動接点および固定接点を有する複数の接続端子を内側に収容するハウジングと、ハウジングに連結されるとともに、作動圧力が供給される管路に接続され作動圧力に応じて変位せしめられる少なくとも一つのダイヤフラムを有するダイヤフラムアッセンブリーと、ダイヤフラムアッセンブリーのダイヤフラムの変位に応じて接続端子の可動接点および固定接点を開閉させる開閉手段と、を備え、ダイヤフラムアッセンブリーのダイヤフラムは、外周縁が両端固定はりのようにハウジング内に固定されるとともに、外周縁よりも中央側寄りの部分であって管路の開口端部の周縁に向かい合う部分が、環状の弾性部材により支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る圧力スイッチによれば、ダイヤフラムアッセンブリーのダイヤフラムは、
外周縁が両端固定はりのようにハウジング内に固定されるとともに、外周縁よりも中央側寄りの部分であって管路の開口端部の周縁に向かい合う部分が、環状の弾性部材により支持されることにより、ダイヤフラムの最大応力を低減させることができるので製造コストが嵩むことなく耐圧性を高めることができ、しかも、耐圧性強化に伴う圧力スイッチの大型化を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る圧力スイッチの一例の要部を示す断面図である。
【図２】本発明に係る圧力スイッチの他の一例に用いられるダイヤフラムアッセンブリーの断面図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、従来例、および、本発明に係る圧力スイッチの一例の動作説明に供される部分断面図である。
【図４】従来例のダイヤフラム群の撓みの説明に供される図である。
【図５】本発明に係る圧力スイッチの一例に用いられるダイヤフラム群の撓みの説明に供される図である。
【図６】内径半径比に応じたたわみ係数の変化を示す特性図である。
【図７】内径半径比に応じた応力係数の変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明に係る圧力スイッチの一例の要部を示す。
【００１２】
圧力スイッチは、例えば、図示が省略される油圧装置または空気、冷媒、水等を供給する配管に、接続継手２８を介して取り付けられる。
【００１３】
圧力スイッチは、図１に示されるように、常閉型スイッチであり、接続継手２８の一端に結合されるダイヤフラムアッセンブリー２０と、ダイヤフラムアッセンブリー２０と連結され、後述する一対の接続端子１２および１４を内蔵するケース１０と、ケース１０内に配され後述するダイヤフラム群２０Ｂの変位に応じて一対の接続端子１２の固定接点１２ａと接続端子１４の可動接点１４ａとを開閉させるシャフト１６Ｐと、シャフト１６Ｐを案内するシャフトガイド部材１６と、を主な要素として含んで構成されている。
【００１４】
ハウジングとしてのケース１０は、例えば、樹脂材料で成形され、複数の接続端子としての一対の接続端子１２の固定接点１２ａおよび接続端子１４の可動片１４ｂおよび可動接点１４ａが収容される凹部を内側に有している。接続端子１２の外部接続部は、ケース１０のスリットを通じて外部に突出している。接続端子１４の外部接続部は、接続端子１２の外部接続部に対し略平行となるように、ケース１０のスリットを通じて外部に突出している。接続端子１２および１４の外部接続部は、それぞれ、例えば、図示が省略される制御回路に接続されている。これにより、接続端子１２および１４は、図１に示されるように、固定接点１２ａおよび可動接点１４ａが当接している場合、オン状態をあらわす信号を、外部接続部を介して制御回路に供給する。また、接続端子１２および１４は、固定接点１２ａおよび可動接点１４ａが互いに離隔している場合、オフ状態をあらわす信号を外部接続部に供給する。
【００１５】
なお、上述の例においては、接続端子１２および１４は、単極単投式とされるが、斯かる例に限られることなく、例えば、単極双投式、双極単投式、双極双投式、３極単投式、３極双投式であるスイッチを構成するものであってもよい。
【００１６】
シャフトガイド部材１６は、シャフト１６Ｐが移動可能に挿入される透孔を中央部に有している。シャフトガイド部材１６の外周縁は、ケース１０の凹部に連通する開口端部に嵌合されている。シャフトガイド部材１６の外周縁に形成される環状の溝、および、ケース１０の開口端部に形成される溝には、Ｏリング１８が跨って配されている。
【００１７】
シャフト１６Ｐの一端は、図１に示されるように、シャフトガイド部材１６の透孔を通じて接続端子１４の可動片１４ｂの突起部に所定の間隔をもって向き合っている。シャフト１６Ｐの他端は、ダイヤフラムアッセンブリー２０のアッパプレート２０Ａの貫通孔２０ａを通じてダイヤフラム群２０Ｂの端面の略中央部に当接されている。これにより、シャフト１６Ｐの一端は、接続継手２８内の流路２８ａを通じて供給される流体の作動圧力に起因したダイヤフラム群２０Ｂの端面の略中央部の変位に応じて接続端子１４の可動片１４ｂの突起部に向けて近接、または、離隔せしめられる。従って、接続端子１２および１４における固定接点１２ａおよび可動接点１４ａが、接続継手２８内の流路２８ａを通じて供給される流体の作動圧力に応じたシャフト１６Ｐの一端の移動により、開閉せしめられる。
【００１８】
ダイヤフラムアッセンブリー２０は、ケース１０の開口端部周縁およびＯリング１８に当接するアッパプレート２０Ａと、接続継手２８の一端に接続されるロアプレート２０Ｃと、互いに向かい合うアッパプレート２０Ａとロアプレート２０Ｃとの間に挟持されるダイヤフラム群２０Ｂと、環状の弾性部材としてのＯリング２４と、を主な要素として構成されている。
【００１９】
アッパプレート２０Ａ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、所定の隙間をもってシャフトガイド部材１６の端面に向き合うように配置されている。アッパプレート２０Ａは、シャフト１６Ｐの他端が貫通する貫通孔２０ａを中央部に有している。
【００２０】
ロアプレート２０Ｃ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、接続継手２８の端部が嵌合される孔を有している。ロアプレート２０Ｃの孔の周縁には、Ｏリング２４が挿入される環状の溝が、同心上に形成されている。弾性部材としてのＯリング２４は、耐熱性を有する材料で成形されている。Ｏリング２４の内径２ｂは、ダイヤフラム群２０Ｂを構成する複数のダイヤフラム２０ｂｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）の外径２ａよりも小に設定されている。その際、ダイヤフラム群２０Ｂの外周縁は、アッパプレート２０Ａおよびロアプレート２０Ｃ相互間に挟持される。また、ダイヤフラム群２０Ｂの外周縁よりもその中央側寄りの部分は、Ｏリング２４に支持されることとなる。
【００２１】
互いに向き合うロアプレート２０Ｃとダイヤフラム群２０Ｂとの間には、ダイヤフラム２０ｂｉの表面と、ロアプレート２０Ｃの端面、および、Ｏリング２４の内周部とにより受圧室が形成されている。
【００２２】
ダイヤフラム群２０Ｂを構成する複数のダイヤフラム２０ｂｉは、例えば、接続継手２８内の流路２８ａを通じて供給される流体に対する耐食性を有する材料で成形されている。なお、ダイヤフラム群２０Ｂを構成する複数のダイヤフラム２０ｂｉの枚数は、圧力スイッチの仕様に応じて適宜選択される。
【００２３】
アッパプレート２０Ａおよびロアプレート２０Ｃは、ダイヤフラム群２０Ｂを挟持した状態で外周縁が溶接により接合されることにより、一体とされることにより、ダイヤフラムアッセンブリー２０が得られる。これにより、溶融部２０Ｄが、アッパプレート２０Ａおよびロアプレート２０Ｃの外周部に形成される。そして、得られたダイヤフラムアッセンブリー２０と上述のケース１０とが、連結金具２６により結合される。
【００２４】
上述したダイヤフラムアッセンブリー２０は、特許文献１および特許文献２に示されるような、従来のダイヤフラムアッセンブリーの構造に比べ後述する理由により、比較的高圧仕様において、ダイヤフラム群２０Ｂの受圧面積を小さくしても、作動圧力の精度ばらつきを抑制でき、しかも、ダイヤフラム群２０Ｂの撓みの減少を所定の範囲に抑えつつ、ダイヤフラム群２０Ｂに作用する最大曲げ応力値を低減できる構造であることがわかる。従って、圧力スイッチの耐圧性が向上することとなる。
【００２５】
特許文献１および特許文献２に示されるような、従来のダイヤフラムアッセンブリーの構造の場合、図３（Ａ）および図４に示されるように、ダイヤフラム群２０´Ｂの外周縁は、アッパプレート２０´Ａおよびロアプレート２０´Ｃにより両端固定はりのように挟持されている。斯かる場合においては、以下のような式（１）〜（３）に基づいてダイヤフラム群２０´Ｂの撓みω、半径応力σｒ、円周応力σθが得られる。
【００２６】
【数１】
0005922090.tif 000002
【００２７】
【数２】
0005922090.tif 000003
【００２８】
【数３】
0005922090.tif 000004
【００２９】
但し、ｐ、ａ，Ｄ，ｒ，ν、ｈは、それぞれ、単位面積当たりの荷重、応力を受ける面の半径、曲げ剛性、中心からの距離、ポアソン比、重ね合わせた複数のダイヤフラム２０ｂｉの合計の板厚である。なお、曲げ剛性Ｄは、式（４）で表される。但し、Ｅは、縦弾性係数である。
【００３０】
【数４】
0005922090.tif 000005
【００３１】
最大撓みωｍａｘは、式（１）、式（４）に基づいて以下の式（５）、（５’）により得られる。
【００３２】
【数５】
0005922090.tif 000006
【００３３】
【数６】
0005922090.tif 000007
【００３４】
∵ν＝０．３の場合、
【００３５】
【数７】
0005922090.tif 000008
【００３６】
最大半径応力σｍａｘは、式（２）（ｒ＝ａ）に基づく式（６）により得られる。
【００３７】
【数８】
0005922090.tif 000009
【００３８】
一方、本発明に係る圧力スイッチの一例において、図３（Ｂ）および図５に示されるように、ダイヤフラム群２０Ｂの外周縁が、アッパプレート２０Ａおよびロアプレート２０Ｃにより両端固定はりのように挟持されるとともに、ダイヤフラム群２０Ｂの外周縁よりもその中央側寄りの部分が、Ｏリング２４に支持される場合、以下のような式（７）〜（９）に基づいてダイヤフラム群２０Ｂの撓みω、半径応力σｒ、円周応力σθが得られる。但し、ｐ、ａ，Ｄ，ｒ，ν、ｈ、ｂは、それぞれ、単位面積当たりの荷重、応力を受ける面の半径、曲げ剛性、中心からの距離、ポアソン比、重ね合わせた複数のダイヤフラム２０ｂｉの合計の板厚、応力を受ける面の半径である。なお、曲げ剛性Ｄは、上述の式（４）で表される。
【００３９】
（ｉ）０≦ｒ≦ｂのとき
【００４０】
【数９】
0005922090.tif 000010
【００４１】
【数１０】
0005922090.tif 000011
【００４２】
【数１１】
0005922090.tif 000012
【００４３】
（ii）ｂ≦ｒ≦ａのとき
【００４４】
【数１２】
0005922090.tif 000013
【００４５】
【数１３】
0005922090.tif 000014
【００４６】
【数１４】
0005922090.tif 000015
【００４７】
最大たわみωｍａｘは、式（７）に、式（４）を代入することより得られる式（１０）によって得られる（ｒ＝０）。
【００４８】
【数１５】
0005922090.tif 000016
【００４９】
【数１６】
0005922090.tif 000017
【００５０】
最大曲げ応力σｍａｘは、ｂ／ａ＜０．５６９のとき（応力が中心に集中しているとき）
【００５１】
【数１７】
0005922090.tif 000018
【００５２】
【数１８】
0005922090.tif 000019
【００５３】
なお、曲げ応力が最大になる場所は、応力のかかっている幅が小さいとき、応力は中央に集まり、円板の中心部分、すなわち、ｒ＝０になるところになり、応力のかかっている幅が大きいとき、応力は円板の固定部分、すなわち、ｒ＝ａになるところになる。切り替わりポイントは、内径半径比ｂ／ａが、値ＩＮＦ（＝０．５６９）（図７参照）より大きいか小さいかで変化する。
【００５４】
ｂ／ａ＞０．５６９のとき（円板に広く応力がかかっているとき）
【００５５】
【数１９】
0005922090.tif 000020
【００５６】
【数２０】
0005922090.tif 000021
【００５７】
以下、（１０’）式の次の部分をたわみ係数α６、（１１）式と（１２）式の次の部分を、それぞれ、応力係数β６、β６’という。
【００５８】
【数２１】
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【００５９】
ｂ／ａ＜０．５６９のとき
【００６０】
【数２２】
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【００６１】
ｂ／ａ＞０．５６９のとき
【００６２】
【数２３】
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【００６３】
ポアソン比νが０．３のとき、たわみ係数α６、応力係数β６、β６’は、内径半径比ｂ／ａの値の変化に応じて図６および図７に示されるように、変化する。図６および図７から明らかなように、内径半径比ｂ／ａが１になるとき、たわみ係数α６は、（５’）式と一致し、応力係数β６’は、（６）式と一致する。
【００６４】
例えば、２ａ＝φ２０、２ｂ＝φ１２の場合、ｂ／ａ＝０．６となる。また、ポアソン比を０．３とした場合、式（１３）と式（１５）を適用して、図６および図７に示されるように、α６＝０．１３４、β６’＝０．４４３が得られる。
【００６５】
これより、最大たわみωｍａｘの変化量と最大曲げ応力σｍａｘの変化量を計算した場合、最大たわみωｍａｘの変化量は、２１．６％（＝（０．１７１−０．１３４）／０．１７１×１００）、最大曲げ応力σｍａｘの変化量は、４０．９％（＝（０．７５−０．４４３）／０．７５×１００）となる。即ち、ダイヤフラム群２０Ｂの圧力特性に関わると見られる“たわみ”の変化は、約２１．６％減に抑えつつ、ダイヤフラム群２０Ｂの“最大曲げ応力σｍａｘの値”を約４０．９％低減させることが可能となる。
【００６６】
図２は、本発明に係る圧力スイッチの他の一例の要部を示す。
【００６７】
なお、圧力スイッチは、図２に示される例においても、図１に示されるような、常閉型スイッチであり、接続継手２８の一端に結合されるダイヤフラムアッセンブリー３０と、ダイヤフラムアッセンブリー３０と連結され、一対の接続端子１２および１４を内蔵するケース１０と、ケース１０内に配され後述するダイヤフラム群３０Ｂの変位に応じて一対の接続端子１２の固定接点１２ａと接続端子１４の可動接点１４ａとを開閉させるシャフト１６Ｐと、シャフト１６Ｐを案内するシャフトガイド部材１６と、を主な要素として含んで構成されている。
【００６８】
ダイヤフラムアッセンブリー３０は、ケース１０の開口端部周縁およびＯリング１８に当接するアッパプレート３０Ａと、接続継手２８の一端に接続されるロアプレート３０Ｃと、互いに向き合うアッパプレート３０Ａとロアプレート３０Ｃとの間に挟持されるダイヤフラム群３０Ｂと、環状の弾性部材としてのＯリング３４と、バックアップリング３６と、を主な要素として構成されている。
【００６９】
アッパプレート３０Ａ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、所定の隙間をもってシャフトガイド部材１６の端面に向き合うように配置されている。アッパプレート３０Ａは、シャフト１６Ｐの他端が貫通する貫通孔３０ａを中央部に有している。
【００７０】
ロアプレート３０Ｃ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、接続継手２８の端部が嵌合される孔を有している。ロアプレート３０Ｃの孔の周縁には、Ｏリング２４、バックアップリング３６が挿入される環状の溝が、同心上に形成されている。弾性部材としてのＯリング３４、バックアップリング３６は、耐熱性を有する材料で成形されている。Ｏリング３４の内径２ｂは、ダイヤフラム群３０Ｂを構成する複数のダイヤフラム３０ｂｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）の外径２ａよりも小に設定されている。その際、ダイヤフラム群３０Ｂの外周縁は、アッパプレート３０Ａおよびロアプレート３０Ｃ相互間に挟持される。また、ダイヤフラム群３０Ｂの外周縁よりもその中央側寄りの部分は、バックアップリング３６、およびＯリング３４に支持されることとなる。
【００７１】
互いに向き合うロアプレート３０Ｃとダイヤフラム群３０Ｂとの間には、ダイヤフラム３０ｂｉの表面と、ロアプレート３０Ｃの端面、および、Ｏリング３４の内周部とにより受圧室が形成されている。
【００７２】
ダイヤフラム群３０Ｂを構成する複数のダイヤフラム３０ｂｉは、例えば、接続継手２８内の流路２８ａを通じて供給される流体に対する耐食性を有する材料で成形されている。なお、ダイヤフラム群３０Ｂを構成する複数のダイヤフラム３０ｂｉの枚数は、圧力スイッチの仕様に応じて適宜選択される。
【００７３】
アッパプレート３０Ａおよびロアプレート３０Ｃは、ダイヤフラム群３０Ｂを挟持した状態で外周縁が溶接により接合されることにより、一体とされることにより、ダイヤフラムアッセンブリー３０が得られる。これにより、溶融部３０Ｄが、アッパプレート３０Ａおよびロアプレート３０Ｃの外周部に形成される。そして、得られたダイヤフラムアッセンブリー３０と上述のケース１０とが、連結金具２６により結合される。
【００７４】
斯かる例においても、ダイヤフラム群３０Ｂの撓みの減少を所定の範囲に抑えつつ、ダイヤフラム群３０Ｂに作用する最大曲げ応力値を低減できる。
【００７５】
なお、本発明の一例においては、常閉型スイッチに適用され、弾性部材としてＯリング２４、および、３４が使用されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、常開型スイッチに適用され、弾性部材として弾性を有するＶ字形リング、角形リング、弾性を有するシール部材、弾性を有する接着剤、または密封材が使用されてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１２、１４    接続端子
１２ａ    固定接点
１４ａ    可動接点
２０、３０    ダイヤフラムアッセンブリー
２０Ａ，３０Ａ    アッパプレート
２０Ｂ，３０Ｂ    ダイヤフラム群
２０ｂｉ、３０ｂｉ    ダイヤフラム
２０Ｃ、３０Ｃ    ロアプレート
２４、３４    Ｏリング
３６    バックアップリング
【図１】
0005922090.tif 000025
【図２】
0005922090.tif 000026
【図３】
0005922090.tif 000027
【図４】
0005922090.tif 000028
【図５】
0005922090.tif 000029
【図６】
0005922090.tif 000030
【図７】
0005922090.tif 000031