(57)【要約】  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。
2016203694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは、金属材料で成形され、前記ダイヤフラム全体が前記静電容量の変動を検出する片方の電極を構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。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは、非金属材料で成形された可動部材と、前記可動部材に取り付けられる金属部材とを含み、前記金属部材が前記静電容量の変動を検出する片方の電極を構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。
【請求項４】
前記絶縁被膜は、前記固定側電極の表面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。
【請求項５】
前記絶縁被膜は、前記ダイヤフラム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。
【請求項６】
前記ダイヤフラムと前記作動媒体供給アセンブリとの間の絶縁を確保し、前記ダイヤフラム、前記可動側電極、及び、前記固定側電極を収容し、前記圧力スイッチを前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ことを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
【請求項７】
前記ダイヤフラムは、前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ことを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
【請求項８】
前記可動側電極及び前記固定側電極に電気的に接続され、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する静電容量検出ＩＣを備えることを特徴とする請求項１に記載の圧力スイッチ。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の前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により前記複数の圧力スイッチの前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圧力スイッチモジュール。
【請求項１０】
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、
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。
【請求項１１】
請求項１０に記載の前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により前記複数の圧力センサの前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圧力センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７１６１４号公報
【特許文献２】特開２００４−９５２５３号公報
【特許文献３】特開平９−７４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。
【発明の効果】
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧力スイッチの構成を示す図である。
【図２】静電容量検出回路のブロック図である。
【図３】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。
【図４】図１に示す圧力スイッチ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の構成を示す上面図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】図１に示す圧力スイッチの変形例を示す図であって、ゴム製のダイヤフラムを使用した変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３５】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図２は、静電容量検出回路２００のブロック図である。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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