(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧装置に取り付けられたハウジングと、このハウジングの一端に収納穴を形成するとともに、他端に前記収納穴に通ずる摺動穴を形成し、この摺動穴に圧力が作用するピストンを摺動可能に嵌挿し、前記収納穴に電気絶縁体である樹脂を介して一方の電気的接点を成すターミナルを固定し、前記ピストンと前記ターミナルとの間に設けられ前記ピストンの押圧により撓んで前記ターミナルと当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリングとを備えた圧力検出装置において、前記ディスクスプリングの前記ターミナルと当接する側に接点部材を設け、この接点部材を外力による機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料にて形成し、前記ターミナルの前記接点部材と当接する先端を球面形状とし、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触初期においては、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記接点部材と前記ターミナルの先端との間には定常状態で隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記接点部材と前記ターミナルの先端とは定常状態で当接していることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧装置における圧力を検知するために用いられる圧力検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動車等に用いられる油圧式のパワーステアリング装置においては、エンジンによって油圧ポンプが駆動され、この油圧ポンプより吐出された作動油をパワーステアリング装置に供給してステアリング操舵時のアシストを行うようになっている。
【０００３】
この種の油圧式のパワーステアリング装置においては、エンジンのアイドル回転時における据え切り操舵等に伴って油圧ポンプの負荷圧が上昇することにより惹起されるエンジンストールを防止するために、アイドルアップ機能が設けられており、このアイドルアップのためにエンジンのアイドル回転時における油圧ポンプの負荷圧の上昇を検出する圧力スイッチが設けられている。
【０００４】
このような圧力スイッチとして、例えば図７に示す特開平９−１４７７０８号公報に記載のものがある。図７において、１はスイッチハウジングで、このスイッチハウジング１は、ポンプハウジング２に形成された圧力導入路３に取り付けられている。このスイッチハウジング１には、圧力導入路３を介して負荷圧力が作用するピストン４が軸方向に移動可能に介挿され、上部には一方の電気的接点を成すターミナル５が設置されている。このターミナル５は電気絶縁体である樹脂６を介して保持リング７に装着されている。
【０００５】
前記ターミナル５と前記ピストン４との間には前記ピストン４の押圧により撓んでターミナル５に当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリング８が設けられている。このディスクスプリング８は前記保持リング７とスイッチハウジング１とによって挟持されており、スイッチハウジング１からポンプハウジング２に導通することによりボディアースされている。
【０００６】
上記の構成の圧力スイッチは、エンジンのアイドル回転時における据切り操舵等に伴って油圧ポンプの負荷圧が上昇すると、この圧力がピストン４に作用してピストン４がディスクスプリング８のばね力に抗して摺動し、ディスクスプリング８を弾性変形させてターミナル５に接触させ、これによりポンプハウジング２とターミナル５とを電気的に導通させ、アイドルアップのための電気信号をエンジンの制御装置に発信するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の圧力スイッチは、油圧ポンプの負荷圧が所定圧以上になるとＯＮとなるＯＮ−ＯＦＦのみのスイッチとしての機能しか持っておらず、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数が連続的に変化するようにエンジンを制御することは不可能であった。
【０００８】
なおパワーステアリング装置において、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に変化させるには圧力センサを使用することが考えられるが、一般的に圧力センサは圧力スイッチに比べ構造が複雑で且つ高価であるため、通常圧力スイッチが使用されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上述した問題を解決するためになされたもので、流体圧装置に取り付けられたハウジングと、このハウジングの一端に収納穴を形成するとともに、他端に前記収納穴に通ずる摺動穴を形成し、この摺動穴に圧力が作用するピストンを摺動可能に嵌挿し、前記収納穴に電気絶縁体である樹脂を介して一方の電気的接点を成すターミナルを固定し、前記ピストンと前記ターミナルとの間に設けられ前記ピストンの押圧により撓んで前記ターミナルと当接する他方の電気的接点を成すディスクスプリングとを備えた圧力検出装置において、前記ディスクスプリングの前記ターミナルと当接する側に接点部材を設け、前記接点部材を外力による機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料にて形成し、前記ターミナルの前記接点部材と当接する先端を球面形状とし、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触初期においては、前記ターミナルの先端と前記接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、前記接点部材と前記ターミナルの先端との間には定常状態で隙間が設けるようにしてもよい。
【００１２】
また、前記接点部材と前記ターミナルの先端とは定常状態で当接するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１において、１０は油圧ポンプのポンプハウジングを示し、このポンプハウジング１０には負荷圧が導入される圧力導入通路１１が形成され、この圧力導入通路１１の開口端部に形成されたねじ穴１２に、本発明の圧力検出装置２０がシールリング２１を介して液密的にねじ込み固定されるようになっている。
【００１４】
前記圧力検出装置２０のハウジング２２には、一端に大径の収納穴２３が開口され、他端にこの収納穴２３に通ずる小径の摺動穴２４が開口されている。摺動穴２４が開口された側のハウジング２２の他端外周には、前記ポンプハウジング１０の前記ねじ穴１２に螺合するねじ部２５が形成されている。
前記摺動穴２４にはピストン２６が摺動可能に嵌装され、このピストン２６の先端は前記収納穴２３に臨んで球面形状を呈している。摺動穴２４には圧力導入通路１１側に向かって順にテフロンリング２７とＯリング２８と係止部材２９とを収納する凹部３０が摺動穴２４の開口側に形成され、このＯリング２８の内周に前記ピストン２６の外周が密嵌合されている。しかして、テフロンリング２７，Ｏリング２８及び係止部材２９はハウジング２２の凹部３０側の端部３１が内方にかしめ変形されることにより、軸線方向への移動を拘束されている。
【００１５】
前記ピストン２６の圧力導入通路１１側先端には小径部３２が形成され、この小径部３２の根元側における段部３３に前記係止部材２９が係合することにより前記ピストン２６の圧力導入通路１１側への移動を制限するようになっている。また、前記小径部３２の外周にはストッパリング３４が装着され、このストッパリング３４が前記係止部材２９に係合することにより、異常圧力に対してもピストン２６が収納穴２３側へ必要以上に移動するのを制限するようになっている。
【００１６】
前記収納穴２３の底部には一方の電極を成すディスクスプリング３５が装着され、このディスクスプリング３５は前記収納穴２３に嵌合して収納された保持リング３６によって外周を保持されている。かかるディスクスプリング３５は、図２に示すように金属性薄板に外周から中央に向けて３箇所に切り込み３５Ａが形成され、中央部３５Ｂが前記切り込み３５Ａにより形成された撓み部３５Ｃに支持された形状をしている。
【００１７】
図２及び図３に示すように、前記中央部３５Ｂには接点部材５０が接合されており、この接点部材５０は、機械的な歪みに応じて変化する電気抵抗特性を持つ電子機能性材料で形成されている。この電子機能性材料は、応力が作用していない、即ち機械的な歪みがない状態では電気抵抗値が大きく、応力が大きくなるほど、即ち機械的な歪みが大きくなるほど電気抵抗値が小さくなる特性のものである。
【００１８】
ここで、前記電子機能性材料には、例えば特願平８−２０５３２０号に記載されたものが好適である。このものは、絶縁性の母材からなる第１相と、この母材に比べて弾性率が同程度かまたは低く前記母材中に連続的に分散した絶縁性の第２相と、この第２相中に不連続に分散した導電性および半導電性の第３相粒子とからなる圧力センシング材料であって、前記第３相粒子がこの第３相粒子径の１／２以下の間隔で前記第２相中に不連続に分散してなり、この圧力センシング材料の外部からの負荷に対応する前記第３相粒子の状態変化から前記外部からの負荷に対応する圧力を検出するようにしてなる複合材料である。上記第３相粒子の間隔は１μｍ以下がより好ましい。この圧力センシング材料によれば、室温から８００℃の広い温度範囲において、ワイドレンジの圧力（応力）を高い感度で測定することができる。
【００１９】
前記圧力センシング材料は、前記第１相の原料物質となる粒径が０．２μｍの窒化ケイ素原料粉末６９ｗｔ％と、前記第２相の原料物質となる６ｗｔ％の酸化イットリウムと、前記第３相の原料物質となる粒径３０ｎｍの炭化ケイ素原料粉末３０ｗｔ％とを湿式でボールミル混合後乾燥して得た混合粉末を、２０ＭＰａの圧力で一軸プレス成形した後、１８５０℃の窒素中で１時間ホットプレスを行うことにより得ることができる。
【００２０】
このような圧力センシング材料（電子機能性材料）を、接点部材５０として前記ディスクスプリング３５の中央部３５Ｂに固設している。
また、前記ディスクスプリング３５は、中央部３５Ｂにある一定以上の力が加わると撓み部３５Ｃが撓んで中央部３５Ｂが弾性変位する構造となっており、ハウジング２２からポンプハウジング１０に導通しボディアースされている。
【００２１】
前記保持リング３６は、ハウジング２２に組み込まれるに先立って、その内周に電気絶縁体である樹脂３７を介して他方の電極を成すターミナル３８が装着されている。このターミナル３８の先端は球面形状を呈しており、前記接点部材５０との接触初期においては、その接触面積が徐々に増大するようになっている。また前記樹脂３７には、図略のコネクタを装着するための装着穴３９が形成されている。
【００２２】
前記ターミナル３８の軸部３８ａにはコネクタに接続される接続端子４０が固着され、この接続端子４０は前記装着穴３９内にてコネクタと接続するようになっている。このコネクタは電源に接続されており、前記一対の電極（ディスクスプリング３５及びターミナル３８）間の電気抵抗を検出できるようになっている。なお、図１中、４１はコネクタ装着の際、コネクタを装着穴３９内で案内するガイド溝である。
【００２３】
前記保持リング３６が収納穴２３に収納された後、収納穴２３の開口部における前記樹脂３７の外周にＯリング４２を装着し、ハウジング２２の収納穴２３側の端部４３を内方にかしめ変形することにより、Ｏリング４２を弾性変形させて収納穴２３の開口部をシールするようにしている。
また、前記端部４３のかしめにより、前記保持リング３６がＯリング４２を介してハウジング２２に固着されてディスクスプリング３５を位置決めするようになっている。
【００２４】
ここで図１及び図３において、前記圧力導入通路１１から負荷圧がかかっていない時の状態を軸線Ｏの左側に示し、負荷圧がかかった時の状態を右側に示す。前記ターミナル３８を装着した保持リング３６がハウジング２２に組み込まれた際には、前記ターミナル３８の先端は、自由状態における前記ディスクスプリング３５の中央部３５Ｂに設けられた接点部材５０に僅少な隙間を介して対接し、ディスクスプリング３５の僅かな弾性変形により接点部材５０に当接するようになっている。
【００２５】
次に、上記した構成における圧力検出装置２０の動作について説明する。ステアリング装置が操舵されない状態のターミナル３８とディスクスプリング３５と接点部材５０とを図３の軸線Ｏの左側に示す。この時、負荷圧は上昇しないため、ディスクスプリング３５が撓むまでに至らず、ターミナル３８と接点部材５０との間には隙間が確保されており、ターミナル３８とディスクスプリング３５とが電気的に導通することがない。
【００２６】
しかしながら、アイドル回転時において、ステアリング装置が比較的小操舵された場合や据切り操舵された場合等には、油圧ポンプの負荷圧が上昇し、この負荷圧が圧力導入通路１１より導入されてピストン２６の一端に作用し、ピストン２６によってディスクスプリング３５が押圧される。しかして、負荷圧がディスクスプリング３５のばね力に打ち勝つまでに上昇するため、ピストン２６の押圧によりディスクスプリング３５が撓んで接点部材５０とターミナル３８とがに当接し、ターミナル３８とディスクスプリング３５とが電気的に導通される。据え切り操舵された場合のターミナル３８とディスクスプリング３５と接点部材５０とを図３の軸線Ｏの右側に示す。
【００２７】
ここで接点部材５０は、前述したように機械的な歪みに応じて変化する電気抵抗特性を有する機能性セラミックにより形成されているため、ターミナル３８とディスクスプリング３５との間には油圧ポンプの負荷圧に応じた電気抵抗が検出されることとなる。この検出値をエンジン制御装置へ伝達することにより、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に変化することが可能となる。
【００２８】
かかる圧力検出装置２０の電気抵抗特性を図４に示す。
定常状態であるステアリング装置が非操舵の状態（油圧ポンプが無負荷の状態）では、図３の軸線Ｏの左側に示すように、接点部材５０とターミナル３８とは非接触であるため、電気抵抗は無限大（領域Ａ）である。従って、定常的な無負荷の状態では漏洩電流をゼロにすることができ、電力の消費が全くない。
【００２９】
また比較的小操舵の状態（油圧ポンプが低負荷の状態）では、接点部材５０とターミナル３８とは接触の初期であり、接点部材５０の歪みに起因する電気抵抗の減少と、接触面積の増大に起因する電気抵抗の減少とにより、非常に高感度の領域Ｂを得ることができる。
また据え切りの状態（油圧ポンプが中〜大負荷の状態）では、図３の軸線Ｏの右側に示すように、接触面積が飽和する接触の中期以降ため、接点部材５０の歪みにより負荷圧に比例した領域Ｃを得ることができる。
【００３０】
第１の実施の形態によれば、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に制御することができ、しかも定常状態における無駄な電力消費が全くない圧力検出装置を簡単且つ安価な構成とすることができる。
次に、第２の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。
第２の実施の形態では、図５の軸線Ｏの左側に示すように、無負荷の状態において接点部材５０とターミナル３８との間に軽い初期荷重を与え、これら一対の電極がごくわずかの接触面積で接触している点が、第１の実施の形態とは異なっている。なお、図６の軸線Ｏの右側には第１の実施の形態と同様、負荷圧がかかった状態を示す。
【００３１】
第２の実施の形態にかかる圧力検出装置２０の電気抵抗特性を図６に示す。定常状態であるステアリング装置が非操舵の状態（油圧ポンプが無負荷の状態）及び比較的小操舵の状態（油圧ポンプが低負荷の状態）では、接点部材５０とターミナル３８とは接触の初期であり、接点部材５０の歪みに起因する電気抵抗の減少と、接触面積の増大に起因する電気抵抗の減少とにより、非常に高感度の領域Ｄを得ることができる。また据え切りの状態（油圧ポンプが中〜大負荷の状態）では、接触面積が飽和する接触の中期以降ため、接点部材５０の歪みにより負荷圧に比例した領域Ｅを得ることができる。
【００３２】
上記の構成としたことにより、定常状態（無負荷の状態）において油圧ポンプにサージ圧が作用した場合、接点部材５０とターミナル３８との衝突が防止される。このため、長期間安定した電気抵抗特性を得ることができる。この時、接点部材５０とターミナル３８との間の初期荷重はごくわずかであるため、接点部材５０の歪みもごくわずかであり、電気抵抗値はきわめて大きい。このため、漏洩電流を極小化することができ、無駄な電力消費はほとんどない。
【００３３】
なお第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、接点部材５０をディスクスプリング側に設けたが、ターミナル側に設けることも可能である。
また第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、本発明に係る圧力検出装置を、自動車のパワーステアリング装置に適用した例を示したが、自動車及びその他の流体圧装置に適用できることは言うまでもない
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る圧力検出装置は、ディスクスプリングのターミナルと当接する側に、機械的歪みに応じて電気抵抗値が変化する機能性材料から形成される接点部材を設け、この接点部材と当接するターミナルの先端を球面状にし、ターミナルの先端と接点部材との接触初期においては、ターミナルの先端と接点部材との接触面積が徐々に増大するようにしたので、接触面積の増大に起因して電気抵抗を減少でき、自動車のパワーステアリング装置に適用した場合には、油圧ポンプの負荷圧に応じてアイドル回転数を連続的に制御することが可能となる。
【００３５】
また、定常状態で接点部材とターミナルの先端との間に隙間を設けるようにすれば、定常状態における漏洩電流をゼロにすることができ、無駄な電力消費をなくすことができる。また、定常状態で接点部材とターミナルの先端とを当接するようにすれば、流体圧装置にサージ圧が作用した場合の接点部材と電極との衝突を防止することができ、長期間安定した電気抵抗特性を得ることができる。この時、接点部材と電極との間の初期荷重はごくわずかであるため、定常状態での漏洩電流を極小化することができ、無駄な電力消費はほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す圧力検出装置の断面図である。
【図２】図１のディスクスプリングの一例を示す図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図１の圧力−電気抵抗特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す要部拡大図である。
【図６】図５の圧力−電気抵抗特性図である。
【図７】従来の圧力スイッチを示す断面図である。
【符号の説明】
２２ ハウジング
２３ 収納穴
２４ 摺動穴
２６ ピストン
３５ ディスクスプリング
３８ ターミナル
５０ 接点部材
【図１】
0003962136.tif 000002
【図２】
0003962136.tif 000003
【図３】
0003962136.tif 000004
【図４】
0003962136.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003962136.tif 000007
【図７】
0003962136.tif 000008