(57)【要約】近接スイッチは、交換または定期保守を必要とするであろういかなる部材をも有さずに、水面下および原子力施設等の過酷環境および相当な圧力下で使用され得る気密的に封止されたユニットを含む。近接スイッチは、好ましくは、磁気力の変更に応答して接触の物的運動によって作動されるスイッチである。本スイッチは、好ましくは、胴体管の開端を封止する気密封止アセンブリ、および／または胴体管内でスイッチに取り付けられた電気線がスイッチから引き離されるのを阻止する口輪を随意的に含む、胴体管内に配置される。さらに、本スイッチは、好ましくは、接触不連続なく１０ｇの加速度震度試験に耐えるのに十分な、電気接触間の接触圧力を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接スイッチであって、
止まり穴、閉端、および開端を有する胴体管と、
前記止まり穴内に配置される磁気スイッチアセンブリと、
前記磁気スイッチアセンブリと前記開端との間の前記止まり穴を被覆する気密封止部と、
前記気密封止部と前記開端との間の前記止まり穴の表面に画定される環状肩部に対して配置される圧潰リングと、
前記止まり穴の前記開端内へねじ込まれて、前記圧潰リングと封止的に係合するねじ山付き栓体を有する圧潰リング圧縮デバイスと、
前記圧潰リング圧縮デバイスと前記気密封止部との間の空間を充填するポッティング材と、を備え、
前記気密封止部、前記ポッティング材、および前記圧潰リング圧縮デバイスが、前記止まり穴を封止し、過酷な環境要因への暴露から、前記磁気スイッチアセンブリを保護する、近接スイッチ。
【請求項２】
前記圧潰リングが、円形の長手方向軸を有する中空管の形態である、請求項１に記載の近接スイッチ。
【請求項３】
前記気密封止部が、前記止まり穴に相補的にサイズ決めされ、成形されるディスクと、前記ディスクを通って延在する管と、を含む、請求項１または２のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項４】
前記管が、前記磁気スイッチアセンブリに隣接する第１の端と、電気接触とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項５】
前記ディスクの環状外周が、前記止まり穴の内部表面に対して封止され得る、請求項１〜４のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項６】
第２の管が、前記ディスクを通って延在し、前記第２の管が第２の電気接触を受容する、請求項１〜５のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項７】
電気ケーブルが、前記磁気スイッチアセンブリに接続され、前記電気ケーブルは、前記気密封止部から前記圧潰リング圧縮デバイスを通って延在し、前記電気ケーブルは、前記胴体管に電気的に連結されている、請求項１〜６のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項８】
前記圧潰リング圧縮デバイスが、中央穴を有し、電気ケーブルが、前記中央穴を通って延在する、請求項１〜７のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項９】
前記中央穴が、円筒状部と、前記円筒状部から前記栓体の第１の端まで延在する第１のテーパ状部と、を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１０】
前記圧潰リング圧縮デバイスが、前記ポッティング材を前記中央穴内に圧縮する、請求項１〜９のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１１】
近接スイッチであって、
開端を備える穴を有する胴体管と、
前記穴内に配置されるスイッチアセンブリと、
前記開端内に適合し、前記穴の環状壁に対して係止する胴体を有する栓であって、前記栓体が第２の穴を有する、栓と、
前記スイッチアセンブリに電気的に連結され、前記第２の穴を通って延在する、電気リードと、
前記電気リードを包囲し、前記第２の穴内に配置される、口輪と、
前記栓に連結され、前記第２の穴との封止接触内へと前記口輪を押し進め、前記第２の穴内の定位置に前記電気リードを係止する、薄ナットと、を備える、近接スイッチ。
【請求項１２】
前記口輪が、前記第２の穴内に割り込まれるテーパ状鼻部を含む、請求項１１に記載の近接スイッチ。
【請求項１３】
前記栓が、前記栓体の外端から前記スイッチアセンブリの軸方向反対側に延在するニップルを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１４】
前記第２の穴が、前記ニップルを通って延在するテーパ状部を有し、前記口輪が、前記薄ナットによって前記テーパ状部内に割り込まれる、請求項１〜１３のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１５】
前記ニップルが、雄ねじ山を含み、前記薄ナットが、前記雄ねじ山上にねじ止めされる、請求項１〜１４のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１６】
前記テーパ状部が、円錐形の穴を形成する、請求項１〜１５のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１７】
前記口輪が、ポリエーテルエーテルケトンで少なくとも部分的に形態される、請求項１〜１６のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項１８】
前記口輪が、前記第２の穴および前記電気リードと封止的に係合し、それによって前記第２の穴の中の前記電気リードの周りに封止を形成する、請求項１に記載の近接スイッチ。
【請求項１９】
前記薄ナットが、前記口輪と係合する内側半径方向フランジを含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の近接スイッチ。
【請求項２０】
近接スイッチアセンブリであって、
一次磁石と、
前記一次磁石から間隔を置かれるピストンヘッドと、前記ピストンヘッドと前記一次磁石とを接続するピストン棒と、を含む、プランジャーと、
前記ピストンヘッドによって担持され、前記ピストンヘッドの運動に際して電気回路を開放および／または閉鎖するように配設される電気接触と、
前記一次スイッチと前記ピストンヘッドとの間で前記ピストン棒に隣接して位置される付勢用磁石と、を備え、
前記付勢用磁石が、前記付勢用磁石に向かって、または前記付勢用磁石から離れてのいずれかで、前記ピストン棒に沿って軸方向に前記一次磁石を付勢するように配設され、前記プランジャーおよび前記一次磁石が、前記付勢用磁石に対して軸方向に移動するように配設され、前記一次磁石と前記付勢用磁石との間に磁束スリーブが配置されない、近接スイッチアセンブリ。
【請求項２１】
前記一次磁石が、前記ピストン棒に取り付けられる保持具によって担持され、前記付勢用磁石が、前記付勢用磁石と前記保持具との間に配置される壁を含む保持具体内に担持される、請求項２０に記載の近接スイッチアセンブリ。
【請求項２２】
そうしてスペーサまたは鉄鋼材料が、前記壁と前記保持具との間に配置される、請求項１〜２１のいずれかに記載の近接スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電気スイッチに関し、より具体的には、原子力環境での使用のための二極双投近接スイッチに関する。
【０００２】
関連技術
原子炉は、原子核反応がいかなる緊急事態においても停止され得ることを確実にするように頑丈な制御システムを必要とする。格納容器破損等の、極度の緊急事態では、原子炉は、可能性として原子核反応暴走（つまり、炉心溶融）をもたらし得る、冷却液の損失を経験し得る。かかる状況で、原子炉の制御システムは、損害または他の非通常動作状態にもかかわらず、原子炉の停止が可能でなければならない。いかなる状況においても制御システムが原子炉を停止することが可能であることを確実にするために、制御システム構成要素は、厳格な試験条件に供される。
【０００３】
制御システムのうちの１つの構成要素は、近接スイッチまたはリミットスイッチである。近接スイッチまたはリミットスイッチは、対象物の近接度に基づいて多様な電気回路を完了するように磁力を使用し得る。例えば、冷却剤の損失中、冷却剤レベルセンサ（フロートセンサ等）が、近接スイッチに漸近し得る。センサがセンサの最大検出範囲に到達すると、センサは、冷却剤の損失および／または原子炉用の停止順序を開始することを指す、多様な電気回路を完了し得る。これらの近接スイッチは、極度の状態の中、対象物を検出することが可能でなければならない。結果として、多くの規制当局は、厳格な試験に合格するように原子力動作で使用される近接スイッチを要求する。これらの試験のうちの１つは、近接スイッチが、地震状態を模擬するように最大１０ｇの激しい加速度に供される、耐震試験である。近接スイッチは、接触不連続なく耐震試験を乗り越えなければならない。
【０００４】
原子力動作用に必要とされる厳格な試験に合格することが示されている１種類のスイッチは、高次の振幅で定格される機械スイッチであって、そのうちの１つは、ＮＡＭＣＯ（登録商標）によって製造される。しかしながら、これらの高次の振幅で定格される機械スイッチは、弱電流での低性能（抵抗の問題による）、対象物に接続するレバーアームを必要とすること、複雑な内部移動用部品（例えば、ばね、カム等）、複数の潜在的な汚染移入地点、内部移動用構成要素の補助的修理および定期保守、ならびに概して約９年未満の短い耐用年数等の、様々な不利益を被る。
【発明の概要】
【０００５】
近接スイッチは、止まり穴、閉端、および開端を有する胴体管、止まり穴内に配置される磁気近接スイッチアセンブリ、磁気近接スイッチアセンブリと開端との間の止まり穴を被覆する気密封止部、気密封止部と開端との間の止まり穴の表面に画定される環状肩部に対して配置される圧潰リング、止まり穴の開端内へねじ込まれる雄ねじ山付き栓体を有し、圧潰リングと封止的に係合する圧潰リング圧縮デバイス、圧潰リング圧縮デバイスと気密封止部との間のスペースを充填するポッティング材、を含む。気密封止部、ポッティング材、および圧潰リング圧縮デバイスは、止まり穴を封止し、加圧および浸水試験中、または過酷な環境要因への暴露中に磁気近接スイッチを保護する。
【０００６】
圧潰リングは、随意的に、円形の長手方向軸を有する中空管の形態であり得る。気密封止部は、随意的に、止まり穴を相補するようにサイズ決めされ、成形されるディスクと、そのディスクを通って延在する管と、を含み得る。管は、磁気近接スイッチに隣接し電気接触をその内部に受容する、第１の端を含み得る。ディスクの環状外周は、止まり穴の内部表面に対して封止され得る。第２の管は、ディスクを通って延在してもよく、第２の管がその内部に第２の電気接触を受容してもよい。
【０００７】
別のオプションで、電気ケーブルが、磁気近接スイッチアセンブリに接続され、電気ケーブルは、気密封止部から、電気ケーブルが電気的に管に連結される、圧潰リング圧縮デバイスを通って延在する。圧潰リング圧縮デバイスは、随意的に、電気ケーブルが中央穴を通って延在する、中央穴を有する。中央穴はまた、円筒状部と、円筒状部から圧潰リングに対して係合される栓体の第１の端まで延在する、第１のテーパ状部を含んでもよい。圧潰リング圧縮デバイスは、ポッティング材を中央穴内に圧縮する。
【０００８】
別の実施形態で、近接スイッチは、開端を備える穴を有する胴体管と、穴内に配置される近接スイッチアセンブリと、開端内に適合し、穴の環状壁に対して係止する胴体を有する栓であって、栓体はそこを通る第２の穴を有し、近接スイッチアセンブリに電気的に連結され、第２の穴を通って延在する電気リードと、電気リードを包囲し、第２の穴内に配置される口輪と、栓に連結され、第２の穴との封止接触内へと口輪を押し進め、第２の穴内で電気リードを定位置に係止する薄ナットと、を含み得る。
【０００９】
口輪は、随意的に、第２の穴内に割り込まれるテーパ状鼻部を含み得る。栓は、随意的に、栓体の外端から近接スイッチアセンブリの軸方向反対側に延在するニップルを含み得る。第２の穴は、ニップルを通って延在するテーパ状部を有し得、口輪は、薄ナットによってテーパ状部内に割り込まれ得る。
【００１０】
ニップルは、随意的に、雄ねじ山を含み得、薄ナットは、雄ねじ山上にねじ止めし得る。テーパ状部は、円錐形の穴を形成し得る。１つの配設において、口輪は、随意的に、少なくとも部分的にポリエーテルエーテルケトンで製造される。別のオプションで、口輪が、第２の穴と電気リードとを封止的に係合し、それによって第２の穴の中の電気リードの周りに封止を形成する。薄ナットは、随意的に、口輪と係合する内側半径方向フランジを有し得る。
【００１１】
さらに別の実施形態で、近接スイッチアセンブリは、一次磁石、一次磁石から間隔を置かれるピストンヘッドと、ピストンヘッドと一次磁石とを接続するピストン棒とを含むプランジャー、ピストンヘッドによって担持され、ピストンヘッドの運動に際して電気回路を開放および／または閉鎖するように配設される電気接触、一次スイッチとピストンヘッドとの間でピストン棒に隣接して位置される付勢用磁石、とを含む。付勢用磁石が、付勢用磁石方向に向かって、または付勢用磁石から離れてのいずれかで、ピストン棒に沿って軸方向に一次磁石を付勢するように配設され、プランジャーおよび一次磁石が、付勢用磁石に対して軸方向に移動するように配設され、一次磁石と付勢用磁石との間に磁束スリーブを配置しない。一次磁石が、ピストン棒に取り付けられる保持具によって担持され得、付勢用磁石が、付勢用磁石と保持具との間に配置される壁を備える保持具体内に担持され得る。スペーサまたは鉄鋼材料は、壁と保持具との間に配置されない。
【００１２】
追加の態様に従って、本明細書に示され記載される全ての機能的に可能な異なる構成要素および特性の組み合わせは、本開示の追加の態様として明確に含まれ、図面に明確に示されない多様な配設で組み合わされ得る、分離可能で個別の技術的な開発として見なされる。本開示の他の態様および利点は、以下の説明の考慮すべき事柄に際して、明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】近接スイッチの長手方向軸に沿う、横断面図である。
【図２】線２‐２による図１の近接スイッチの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
各近接スイッチは、好ましくは、第１の回路を完了する通常の第１の位置でスイッチを維持するように内部磁気付勢を作製するように、スイッチの表付近に配置される一連の磁石を有するスイッチアセンブリを含む。第１の回路は、スイッチアセンブリがいかに配線されているかに応じて、通常的に開放の、または通常的に閉鎖の回路のいずれかであり得る。内部磁気付勢が、鉄鋼金属でまたは好ましくは、スイッチの表のある距離内へ移動された磁化材料で製造された対象物等によって、中断されるまたは過電力されるとき、付勢における変更は、対象物がある距離内にある限り、第２の回路を完了する第２の位置へ電気接触一式を移させる。対象物が、スイッチの表から除去されると、一連の磁石は、スイッチを第１の位置に戻させ、それによって第１の回路に再度スイッチバックさせる。結果として、各近接スイッチは、第１の位置と第２の位置との間で、陽電気でパチンと閉まり、それによってフラッタを最小化する、または排除する。他の種のスイッチアセンブリは、本教義の一部の態様に従って、使用され得る。近接スイッチは、好ましくは、交換を必要とするであろういかなる使用可能部品をも有することなく、水面下および原子力施設等の、過酷環境および相当な圧力下で使用され得る気密的に封止されたユニットにおいて提供される。さらに、近接スイッチは、好ましくは、第１および第２の両位置で、接触不連続なく１０ｇの加速度震度試験に耐えるように接触圧力を維持する。
【００１５】
今図面に戻ると、図１および２は、近接スイッチ２０の一実施形態を例解する。近接スイッチ２０は、胴体管２２と、胴体管２２内に受容されるスイッチアセンブリ２４と、胴体管２２内でスイッチアセンブリ２４を気密的に封止する随意の端封止アセンブリ２６とを含む。
【００１６】
胴体管２２は、止まり内部穴２８が閉端３０から開端３２へ延在する細長い中空管状部材である。胴体管２２および内部穴２８は、閉端３０から開端３２へ向かって延在する第１の区間２８ａと、第１の区間２８ａから開端３２へ向かって延在する第２の区間２８ｂと、第２の区間２８ｂから開端３２へ延在する第３の区間２８ｃとを含み得る。第１の区間２８ａは、スイッチアセンブリ２４を受容するようにサイズ決めされた第１の内径２９ａを有し、第２の区間２８ｂは、第１の径２９ａより大きい第２の内径２９ｂを有し、第３の区間２８ｃは、第２の径２９ｂより大きい第３の径２９ｃを有する。以下に詳細に説明されるように、第２のおよび第３の径２９ｂ、２９ｃは、端封止アセンブリ２６の異なる部分を受容するようにサイズ決めされる。一部の実施形態で、第３の区間２８ｃは、一定の内径を有さない可能性があり、むしろ、第３の区間２８ｃは、最も近接の開端３２であり、第２の区間２８ｂに向かって内向きにテーパ状である内径を有し得る。胴体管２２の外表面は、好ましくは、中央部分３１ｂがねじ山付きシャフト３１ａとヘッド３１ｃとの間に位置される突起の形状を有する。好ましくは、少なくとも第１の区間２８ａの部分に沿う胴体管２２の外表面は、例えば、弁体、円筒ヘッド、または当業者には明らかであろうように近接スイッチを使用するように適合される任意の他の品目の穴内にねじ式に受容されるように、ねじ山状である。少なくとも第３の区間２８ｃの部分に沿う胴体管２２の外表面は、好ましくは、標準的な六角頭ボルトヘッド等の、ボルトヘッドの形態を有する。胴体管２２は、特定の使用環境の要件に応じて、異なるサイズおよび径を有し得る。図面に描写される配設において、胴体管２２は、端壁３０から開端３２まで約４インチの軸長を有し、ステンレス鋼等の、過酷動作環境で耐えるために十分な金属で製造され得る。他の実施形態で、胴体管２２は、本明細書に記載の厳格な試験条件に耐えることが可能である炭素繊維または他の複合材料等、他の材料で製造され得る。
【００１７】
スイッチアセンブリ２４は、内部穴２８の第１の区間２８ａ内に適合され組み立てられるとき、概して、円筒状ジャケット３５を有する。スイッチアセンブリ２４は、円筒状ジャケット３５の第１の端３７に配設される一次磁石３４を含む。円筒状ジャケット３５は、概して、内部穴２８内に位置する対応する内部肩部４７に対して台座する一次磁石３４の反対側の、１つの端で環状フランジ４５を含み得る。一次磁石３４は、好ましくは、端壁３９と止まり穴４１とで中空円筒の形状に存在する、保持具３６によって担持される。一次磁石３４は、止まり穴４１内に受容され、接着剤、またはプレス嵌めによる、または１つの構成要素を別のものに取り付ける他の方法等、任意の便宜的締結具によって端壁３９に取り付けられる。付勢用磁石３８は、保持具３６に隣接する円筒状ジャケット３５の第１の空隙４０に、および一次磁石３４の磁気束域内に配置される。付勢用磁石３８は、第１の空隙４０の端壁４４によって保持具３６の端壁３９から分離される。好ましい配設として、各一次磁石３４および付勢用磁石３８は、永久磁石であって、相互に面する両極（つまり、Ｎ極からＳ極）を有し、それによって互いに磁力を作り出し、円筒状ジャケット３５は、プラスチック等の、電気的絶縁材で製造される。
【００１８】
押し／引き型プランジャーアセンブリ４６は、円筒状ジャケット３５内の第２の空隙４８内に少なくとも部分的に配置される。導流壁５０は、第１の空隙４０から第２の空隙４８を分離する。導流壁５０および端壁４４は、第１の空隙４０内に付勢用磁石３８を陽電気で位置させ、円筒状ジャケット３５内に付勢用磁石が移動することを阻止する。押し／引き型プランジャーアセンブリ４６は、ピストンヘッドアセンブリ５２と、ピストンヘッドアセンブリ５２を保持具３６に接続する軸シャフト５４とを含む。シャフト５４は、導流壁５０、付勢用磁石３８、および端壁４４を通る中央軸穴５３を通って延在し、一次磁石３４およびピストンヘッドアセンブリ５２が、第１の位置と第２の位置との間で胴体管２２内に長手方向に共に移動するように、一次磁石３４、付勢用磁石３８と、胴体管２２の外側の対象物との間の相対的な磁力に基づいて、保持具３６の端壁３９に接続される。
【００１９】
ピストンヘッドアセンブリ５２は、プラスチック等の、電気的絶縁材で製造される胴体５８内に被包される第２の付勢用磁石５６を含む。胴体５８は、１つ以上のフィン５９を含む。フィン５９は、胴体５８の外縁に関して、長手方向に配向され得、半径方向に配置され得る。フィン５９は、長手方向の向きで押し／引き型プランジャーアセンブリ４６の移動を制限する、長手方向の停止を作り出すように環状フランジ４５と連携し得る。フィン５９と環状フランジ４５との間の隙間は、押し／引き型プランジャーアセンブリ４６用の移動の、所望の長手方向の範囲を作るようにサイズ決めされてもよい。
【００２０】
第２の付勢用磁石５６は、好ましくは、付勢用磁石３８に面する磁極のようなもの（つまり、Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極）を有するように配設され、それによって、第２の付勢用磁石５６と付勢用磁石３８との間に反発力を作り出す。一次磁石３４と付勢用磁石３８との間の引き合う力と、付勢用磁石３８と第２の付勢用磁石５６との間の反発力と、の組み合わせは、一次磁石３４と付勢用磁石３８とが互いに最も近い、第１の位置に押し／引き型プランジャーアセンブリ４６を付勢する。
【００２１】
材料の薄い電気的導電片の形態である、共通接触６０、例えば、銅は、共通接触６０がピストンヘッドアセンブリ５２と共に移動するように、ピストンヘッドアセンブリ５２に、スクリュー６２等の、任意の便宜的手段によって接続される。共通接触の第１の端６３は、第１の回路接触６４と第２の回路接触６６との間に、軸方向に配置される。第１の回路接触６４は、一次磁石３４と内部穴２８内の押し／引き型プランジャーアセンブリ４６とのストローク長Ｓに実質的に等しい距離で、第２の回路接触６６からスイッチアセンブリ２４の長手方向軸６８に沿って離れて間隔を置かれる。好ましくは、内部穴および第２の空隙４８の各第１の区間２８ａは、共通接触６０が、第１の回路接触６４との接続から第２の回路接触６６との接続までの距離を移動し、戻る、ことを十分可能にする、ストローク長Ｓに等しい距離を軸方向に前後に移動するように、一次磁石３４およびピストンヘッドアセンブリ４６用に、間隔を置くことを可能にする、軸６８に沿って長さを有する。他の実施形態で、共通接触６０のうちの１つ以上は、第１の回路接触６４および第２の回路接触６６は、電気の導電性を改善するように鋸歯状表面構成を持つパラジウム銀で製造され得る。
【００２２】
電気的絶縁材で形成されるヘッダーアセンブリ７０は、栓７２と、栓７２を通って延在する電気的に導電である複数のピン７４と、を含む。栓７２は、中央穴２８内に受容され、胴体管２２の内部穴２８の第１の部分２８ａ内に位置され、内部穴２８の第２の部分２８ｂに隣接されるようにサイズ決めされる。スイッチアセンブリ２４は、好ましくは、内部穴２８の第１の部分２８ａ内に含有される。複数のピン７４のうちの少なくとも１つのピンは、電気的に第１の回路接触６４に接続され、複数のピン７４のうちの別のピンは、電気的に第２の回路接触６６に接続される。複数のピン７４のうちの各ピンの反対側の端は、栓７２の遠位端壁を通って胴体管２２の開端３２に向かって延在する。複数のピン７４のうちの１つのピンは、共通接触６０にもまた接続される、ピグテール８０等の、可撓性コネクタに接続され得る。好ましくは、封止栓８２は、栓７２を通って軸方向に揃う穴８４に、気密的に配置される。一部の応用では、穴８４を開放して残すまたは穴８４を排除するように封止栓８２を排除することが望ましい場合があり得る。
【００２３】
ピグテール８０は、第１と第２の回路接触６４、６６との間で共通接触６０が前後に移動することを可能にするように十分な可撓性の量である、任意の電気的に導電な材料で製造されてもよい。好ましい実施形態で、ピグテールは、可撓性の金網で製造される。他の可能な材料は、例えば、炭素繊維補強織物またはプラスチックを含んでもよい。好ましくは、必ずしも必要ではないが、ピグテール８０は、第１のまたは第２の回路接触６４、６６のいずれかに向かってピストンヘッドアセンブリ５２のいかなる機械的付勢をも最小化するのに十分な可撓性の量であり、それにより押し／引き型プランジャーアセンブリ４６の移動が、多様な磁気力によってのみ、実質的に制御される。
【００２４】
動作において、磁石３４、３８、および５６は、共通接触６０が第１の回路接触６４に対して接触内に付勢され、第２の回路接触６６に接触しない、ヘッダーアセンブリ７０に向かって通常の第１の位置内へ押し／引き型プランジャーアセンブリ４６を付勢するように動作する。好ましくは、磁石３４、３８、および５６は、最大１０Ｇｓの震度加速度負荷中に共通接触６０と第１の回路接触６４との間で不断の接触を維持するように、選択され配設される。対象の磁石（示されず）が、胴体管２２の閉端３０の選択される最小距離内（例えば、０．２７５インチ未満）へ移動されると、対象の磁石と一次磁石３４との間の引力は、付勢用磁石３８、５６の付勢用力を克服し、一次磁石３４、および後で押し／引き型プランジャーアセンブリ４６全体を、閉端３０に向かう第２の位置へ引き寄せる。第２の位置において、共通接触６０は、第２の回路接触６６に対して接触内に付勢され、第１の回路接触６４に接触しない。好ましくは、一次磁石３４と付勢用磁石３８との間の空間は、端壁４４および２つの磁石の間に配置される保持具３６の端壁のみを有することによって最小化され、したがって、磁石３４、３８間で最大１０Ｇｓの震度加速度で第１の接触６４との不断の接触で共通接触６０を維持することを助けるように、十分に強力な磁力を提供する、シャフト５４の長さが最小化される。対象の磁石が、胴体管２２の閉端３０から離れて移動すると、押し／引き型プランジャーアセンブリ４６は、第１の位置（つまり、ヘッダーアセンブリ７０に向かって）へ再設定し、共通接触６０は、第１の回路接触６４に再度接触する。一実施形態における、閉端３０から約０．０３３以上離れての移動は、押し／引き型プランジャーアセンブリ４６を再設定させるのには十分である。対象の磁石が、閉端３０から離れて移動するにつれて、対象の磁石と一次磁石３４との間の磁力は、対象の磁石と一次磁石３４との間の磁力が、一次磁石３４と付勢用磁石３８との間の磁力、および／または付勢用磁石３８と第２の付勢用磁石５６との間の反発力を克服するのに、もはや十分ではなくなるまで減少する。
【００２５】
好ましい配設で端封止アセンブリ２６は、電気リード線が電気的に接触６０、６４、６６に接続されることと、配線を制御するような接続と多様な回路に沿う多様な接続を危険にさらし得る様式で、電気リード線が引き抜かれるまた移動されることから保護するためにアクセス可能であることと、を可能にする間に、湿気および他の危険な材料をスイッチアセンブリ２４から締め出すように胴体管２２の開端３２のための気密的な封止を提供する。端封止アセンブリ２６は、全てが、好ましくは、内部穴の第２のおよび第３の部分２８ｂ、２８ｃに配置される、気密封止部９０、中空管圧潰リング９２、圧潰リング圧縮デバイス９４、口輪９６、薄ナット９８、およびポッティング材１００を含む。
【００２６】
気密封止部９０は、複数の穴を持つ円形ディスク１０２と、各穴を通って配置される少なくとも１つの中空管１０４と、を含む。各中空管１０４は、スイッチアセンブリ２４に面するディスク１０２の内側上に配置される第１の端と、開端３２に向かって面するディスクの外側上に配置される第２の端と、を有する。各中空管１０４は、配設され、摩擦適合で複数のピン７４のうちの１つのピンの端を受容するようにサイズ決めされた内径を有する。随意的に、第４の中空管１０６は、円形ディスク１０２を通って配置され、ポッティング材１００で端封止アセンブリ２６を封止することに先立って圧力試験を実施するように開放状態で残され得る。ディスク１０２は、特定の圧力または他の状況に耐えるのに十分な封止リング１０８で、内部穴２８の第２の部分２８ｂで封止する。一実施形態において、ディスク１０２は、ガラス等、電気的絶縁材で形成され得、封止リング１０８は、第２の部分２８ｂで良好な封止を提供する金属または他の材料で形成され得る。封止リング１０８は、第２の部分２８ｂの内部表面へ対してはんだ付けされ得る。ピン７４は、好ましくは、例えば、はんだ付けまたは溶接によって、ディスク１０２の内側上の管１０４のうちのそれぞれ１つに取り付けられる。
【００２７】
ケーブル１１０は、電気線１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃを含み得、各線が、例えば、管１０４内に受容されはんだで取り付けられる端ピンで、管１０４のうちのそれぞれ１つに接続される。一実施形態において、ケーブル１１０は、二極双投接続の多様な接触への接続用に６つまたはそれ以上の電気線を含み得る。ケーブル１１０は、接触６０、６４、６６、ピン７４、および管１０４によって形成される、第１および第２の回路を完了することによって、他所の制御および／または感知回路に接続されるように配設される。本開示の目的のための具体的な関連性は、ケーブル１１０が、管１０４から胴体管２２の開端３２への、および胴体管２２の開端３２からの、内部穴２８の第２および第３の部分２８ｂ、２８ｃに沿って延在することである。
【００２８】
圧潰リング圧縮デバイス９４は、例えば、内部穴２８の第３の部分２８ｃ内へねじ込むことによって、内部穴２８内へ係止する栓であって、ケーブル１１０が通って延在する中央開放１１２を有する。好ましくは、圧潰リング圧縮デバイス９４は、雄ねじ山１１６が、内部穴２８の第３の部分２８ｃの環状表面上に相補のねじ山１１８と係合する栓体１１４を有する。圧潰リング圧縮デバイス９４は、中央穴２８の第３の部分２８ｃの円錐に成形される内部表面２９ｃへ相補的に傾斜する円錐に成形される外部表面を含み得る。ニップル１２０は、好ましくは、栓体１１４より小さい径の短円筒状区間の形態で、栓体１１４の外部側の中央部分から開端３２に向かって軸方向に突出する。ニップル１２０は、雄ねじ山１２１を含み得る。中央開放１１２は、好ましくは、内部テーパ状部分１２４が、好ましくは、円筒状穴区間の内部端から栓体１１４の内部端まで延在する内部円錐形の穴区間の形態で、外部テーパ状区間１２６が、好ましくは、円筒状穴区間の外部端からニップル１２０の外部端まで延在する形態で、短円筒状穴区間１２２をニップル１２０内に画定する。
【００２９】
圧潰リング９２は、圧潰リング圧縮デバイス９４の内部端と、内部穴２８の第２の部分２８ｂと第３の部分２８ｃとを接続する、胴体管２２の半径方向に突出する内部環状棚１２８との間でガスケット封止部として機能する。圧潰リング９２は、近接スイッチ２０の意図される使用環境のためにふさわしい封止する材料で製造され、１つの実施形態で、好ましくは、危険で高温の、および／または原子力環境のために、円形の長手方向軸で中空管の形態を有する中空ステンレス鋼リングで形成される。圧潰リング９２は、好ましくは、内部穴２８の第３の部分２８ｃの内径に実質的に等しい外径を有する。
【００３０】
ポッティング材１００は、圧潰リング圧縮デバイス９４と気密封止部９０との間の空間を完全に充填する。好ましくは、ポッティング材１００はまた、気密封止部９０とヘッダーアセンブリ７０の栓７２の端壁との間のいかなる空間にも浸出し充填する。ポッティング材１００は、好ましくは、内部穴２８で水密の気密封止部を形成して、少なくとも液体および危険な微粒子がスイッチアセンブリ２４に侵入するのを阻止するように、全ての空間および裂け目へも流入し得るまたは圧縮され得る、封止材料で形成される。好ましい配設で、ポッティング材１００は、エポキシ材または類似の流動性材料等の、後で設定するまたは硬化する、流動性樹脂である。
【００３１】
好ましい組み立ての方法で、ポッティング材１００は、スイッチアセンブリ２４および気密封止部９０が上に記載の通り導入された後で、流体状態である間に、開端３２を通って内部穴２８内に挿入される。好ましくは、内部穴２８は、圧潰リング圧縮デバイス９４と気密封止部９０との間の全ての空間をも完全に充填するように十分なポッティング材１００で充填される。１つの方法で、ポッティング材は、圧潰リング９２が内部穴２８内へ挿入された後で開端３２から最も遠方のねじ山１１８内へ充填され、圧潰リング圧縮デバイス９４は、ねじ山１１６と１１８との間ならびにケーブル１１０と中央開放１１２との間等の、圧潰リング圧縮デバイス９４の周りの全ての裂け目および開放をも封止的に充填するように、ポッティング材１００を圧縮する。好ましくは、ポッティング材１００は、固体封止アセンブリまたは栓を形成するように、胴体管２２の開端３２で、後で設定するまたは硬化する。
【００３２】
口輪９６は、ケーブル１１０の周りに適合する細長い管状部材であり、外部テーパ状穴区間１２６内に割り込む。好ましい配設において、口輪９６は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で製造され、銃弾形に成形され、１つの軸端で円筒状体１３２およびテーパ状鼻部１３４、反対側の軸の端で半径方向内向きのテーパ状環状肩部１３６、および反対側の軸の端を通って延在する穴１３８を通る軸を有する。
【００３３】
薄ナット９８は、外部テーパ状穴区間１２６内に割り込まれる位置で口輪９６を保持する。薄ナット９８は、好ましくは、係止フランジ１４４、１４６を円筒状管の反対側の軸の端で有する、円筒状管１４２で形成される。各係止フランジ１４４、１４６は、円筒状管１４２のそれぞれの軸端から半径方向内向きに突出する。係止フランジ１４４は、ニップル１２０上の雄ねじ山と係合する、環状雌ねじ山を含み、係止フランジ１４６は、口輪９６の環状肩部１３６と係合するようにサイズ決めされる。薄ナット９８は、口輪９６上および周りに適合し、係止フランジ１４６は、係止フランジ１４４がニップル１２０上にねじ止めされるにつれて、口輪９６を外部テーパ状穴区間１２６に対する割り込み係合へと押し進めるように、環状肩部１３６に対して押し付けられる。同時に、外部テーパ状穴区間１２６からの口輪９６上の半径方向内向きの割り込み力もまた、ケーブル１１０の周りで口輪９６を締結し、それによってケーブル１１０の周りにさらに封止を形成し、その封止は、近接スイッチ２０が高圧および／または液体環境に暴露されるとき、液体がケーシング２２内にウィッキングするのを阻止する。口輪９６および薄ナット９８はまた、近接スイッチ２０の外側でケーブルに準用された運動または力が、スイッチアセンブリ２４との多様な電気的接続に、例えば、電気回路の一体性を悪化させ得る、管１０４に、転送されることを阻止するように、ケーブル１１０を中央開放１１２内で定位置に係止するように、アセンブリとして共に機能する。
【００３４】
好ましい配設において、スイッチアセンブリ２４の組み立て中、プランジャーアセンブリ４６およびヘッダー７０の目視検査を可能にするように配設されるケーシングの側壁を通って、円筒状ジャケット３５は、ウィンドウ１５０等の、１つ以上の開放、および、好ましくは、２つの反対するウィンドウを有し得る。絶縁スリーブ１５２は、ウィンドウ１５０を被覆するように円筒状ジャケット３５の外部の部分の周りに密接に、接触６０、６４、６６と胴体管２２との間で電気アーキングを減少し得るまたは阻止し得る。絶縁スリーブは、好ましくは、Ｅ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  ＣｏｍｐａｎｙによるＫａｐｔｏｎ（登録商標）フィルムまたは類似の材料等の、電気的絶縁材で製造され、組み立てで補助するように長手方向スリットを有する。円筒状ジャケット３５上に適合された後で、スリットの反対側の縁は、好ましくは、接着パッチによって共に接続され、Ｅ．Ｉ．  ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  ＣｏｍｐａｎｙによるＫａｐｔｏｎ（登録商標）テープまたは類似の材料等、絶縁材で、好ましくは、製造される。
【００３５】
他の実施形態で、近接スイッチは、一次磁石３４と円筒状ジャケット３５の端壁４４との間に、中空金属円筒の形態で随意の磁束スリーブを含み得る。磁束スリーブは、その両者が、磁石間での引き合う磁力引き寄せ（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ  ｍａｇｉｎｅｔｉｃ  ｐｕｌｌ）を減少するように付勢用磁石３８から一次磁石３４を分離し、磁石の磁束界に集中する、鉄鋼材で製造され得る。磁束スリーブは、ねじ山突起が端壁４４から一次磁石３４に向かって延在するねじ止め接続によって、円筒状ジャケット３５に取り付けられ得る。磁束スリーブは、ねじ山突起上にねじ止めされてもよい。一次磁石３４と付勢用磁石３８との間の引き合う力は、磁束スリーブの軸の長さ、および／または磁束スリーブの材料、を変形することによって力の範囲内で調整され得る。加えて、近接スイッチ２０におけるピストン棒５４は、磁束スリーブ用に要求される追加される空間を収容するために延ばされ得る。
【００３６】
さらに他の実施形態で、近接スイッチは、随意的に、端封止アセンブリ４６を含み得ず、むしろ、ポッティング材１００または、エポキシ樹脂またはプラスチック等の、他の封止材で、胴体管２２の開端３２において栓７２および電気ケーブル１１０を被包する。
【００３７】
また他の実施形態で、金属構成要素は、以下に説明される試験条件に合格する炭素繊維または複合材料で交換され得る。加えて、他の実施形態は、デジタル格差フィードバック、力フィードバック、磁気圧力フィードバック、感知距離ディスプレイ、および／または自動測定を含み得る。最後に、低アンペア数システム用に設計された実施形態は、金または低アンペア数接触材料で形成される接触を含み得る。
【００３８】
本明細書に開示される近接スイッチが、概して、胴体管２２が、共通のねじ用円筒状穴へ容易にねじ込まれることを可能にするように、円形円筒状外形を有する際、近接スイッチ２０が、円形円筒状であるとは限られない。むしろ、本明細書に記載されるように、近接スイッチ２０の構成要素は、共通接触６０を第１の接触６４から第２の接触６６まで前後するように、一次磁石３４および押し／引き型プランジャーアセンブリ４６が、口輪または磁気対象物に向かって、および口輪または磁気対象物から離れて、軸方向に移動できる限り、ほぼ全ての断面形状をも有し得る。
【００３９】
本明細書に開示される近接スイッチは、工業上の処理制御システムにおいて役立つものであり、一部の配設においては、原子力準用、水面下、および他の苛性のおよび／または厳しい動作環境においての使用のために、特に良好に適合される。本明細書に開示される近接スイッチは、好都合なことに、溶接分野または無線周波妨害によって影響を受けない。結果として、開示される近接スイッチは、制御システム内の仮想的にいかなる位置にも位置付けられ得る。加えて、開示される近接スイッチは、広範囲の電流にわたって、特には低電流準用において、効果的である。
【００４０】
開示される近接スイッチはまた、対象物の磁気検出の、および押し／引き型プランジャーアセンブリの磁気作動の、性質のため、概して２０ミリ秒未満、好ましくは、１５ミリ秒未満およびさらに好ましくは１０ミリ秒未満の、極めて迅速な応答時間を示す。
【００４１】
開示される近接スイッチはまた、広範囲の温度環境に適合され得る。開示される近接スイッチは、気密的に封止される構成要素であるため、−４０℃〜４９５℃の間の温度で動作することが可能である。
【００４２】
開示される近接スイッチは、好都合なことに、閉鎖された場合電圧降下を、開放される場合漏電を、有しない。
試験結果
【００４３】
上述の近接スイッチの一実施例は、接触連続状態を維持しながら、加速度試験、温度試験、および圧力試験に供された。試験条件は、以下のグラフに要約される。
加速度試験
【００４４】
近接スイッチは、最大６４Ｈｚの周波数で最大１２．５１ｇの前後加速度、最大６４Ｈｚの周波数で最大１４．５４ｇの左右加速度、最大６４Ｈｚの周波数で最大１０．４４ｇの垂直加速度に供され、全て接触連続状態を損なうことはなかった。近接スイッチはまた、以下のグラフ１‐３に従って、多軸加速度試験が実施された間、接触連続状態を維持した。
【表１】
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【表２】
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【表３】
2015506556.tif 000005
温度試験
【００４５】
近接スイッチはまた、以下のグラフ４に従って、温度限界試験が実施された間、接触連続状態を維持した。
【表４】
2015506556.tif 000006
圧力試験
【００４６】
最後に、近接スイッチは、以下のグラフ５に従って、圧力試験が実施された間、接触連続状態を維持した。
【表５】
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【００４７】
前述の点を鑑みると、本明細書に開示される近接スイッチへの数多くの変更が、当業者には明らかであろう。したがって、本説明は、例示的なものとしてのみ見なされるべきであり、当業者が本近接スイッチを作製および使用することを可能にし、それを行う最良の方法を教示する目的で提示される。全ての特許請求の範囲内に属する全ての変更への専有権は、留保される。本前述において特定される全ての特許、特許出願、および他の印刷出版物は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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