(57)【要約】【課題】換気装置のダクト風量検知等に用いられる圧力検出装置において、全体コストの増を抑制できる構成として広く一般的な空調機器にて活用し易くすることを目的とする。【解決手段】圧力差の境界を分ける分離壁体１に設けた流通開口部２を塞ぐように固設して取り付ける加圧状態にて規定の立体形状となる柔軟なフィルム材から形成した受圧袋体３を、分離壁体１を基礎として一軸を回動自在に固定する変位変換体４にて加圧手段５によって加圧された状態で受圧袋体３を挟み込んで保持する構成にしたことにより、受圧袋体３の内部加圧状態の膨張による変位変換体４の回動に基づく変位量は加圧手段５による規定する圧縮力のみで制御して適正に大きくできるために変換手段６を複雑化せずとも対象圧力を規定情報に変換することで検知可能として装置全体のコスト増を抑制できることから、一般的な空調機器でより活用し易くした圧力検出装置を得られる。【選択図】図１
2016114401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力の検知対象となる流体に生じる圧力差の境界を分ける分離壁体と、
前記分離壁体の一部に前記流体が通過できるように開口した流通開口部と、
前記流通開口部の低圧側に開口を塞ぐように取り付け、圧力差により膨らむ袋形状の受圧袋体と、
前記分離壁体と一体となる固定枠材に可動状態にて保持され、前記受圧袋体を前記固定枠材との間に挟み込んで前記受圧袋体の膨らみに応じて変位を生じる変位変換体と、
前記変位変換体に対して前記受圧袋体を圧縮する方向に規定の圧縮力を生じさせる圧縮手段と、
前記変位変換体の変位を圧力情報に変換する変換手段を備えた圧力検出装置。
【請求項２】
前記受圧袋体は、非流体透過性の柔軟なフィルム材からなり、内部を加圧すると立体形状となる請求項１記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記変位変換体は前記固定枠材に一軸にて回動可能に保持し、回動による変位を生じるように構成とした請求項１または２記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記変位変換体は、前記固定枠材の上方に設け、
前記圧縮手段は、前記変位変換体の自重により前記受圧袋体に対して圧縮力を生じさせる請求項１〜３いずれかひとつに記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記固定枠材は、断面を有底のコの字形状とし、前記受圧袋体が水平方向に膨らむのを抑えるように側壁面を設けた請求項４記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等の流体の圧力を検出する一般的な家庭機器にて応用可能な圧力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、空気等の流体の圧力の大きさを数値的に検出し、あるいは規定値の圧力を検出して電気接点の開閉などを行う検出装置の圧力を検出するための機構手段は対象とする検出圧力の大小に応じて各種の方式が考案され、実用化されている。
【０００３】
ここで各圧力を検知するための方式は、静圧や差圧に基づく力の変化を機械量に変換する機構（以降、「圧力変位の変換機構」に統一）を用いて機械的な変位の変化に変換することを原理としている。そして、この変換された機械的な変位の量を表示機構を介して直接的に数値表示する方式や電気的量の変化に変換する方式、さらには電気接点の開閉に直接使用する方式等が知られている。
【０００４】
このような圧力検知の基礎となる圧力変位の変換機構はコム材等の弾性材を平板状の薄いシート材に加工し、周囲を枠体にて固定した「ダイヤフラム」や、このダイヤフラムの構成を複数枚重ねることで機械的な変位量を増大させた「チャンバ」と言われる構成を用いたものがある。
【０００５】
また、同様に弾性材のシートを蛇腹状に加工することにより、低圧でも比較的に大きな機械的な変位量が得られるようにした「ベローズ」を用いた構成もある。
【０００６】
さらには薄い金属管の一端を閉じて楕円形などの扁平な形状とした弾力管を円弧状や渦巻状に加工し、内部を加圧したとき弾力管が伸びようとすることで機械的な変位量を得られるようにした比較的に高圧の検知に適した「ブルドン管」を用いた構成もある。
【０００７】
なお、このような圧力変位の変換機構の各構成においては初期規定の形状を維持できる硬度を備えた材料にて形成する、あるいは機構的に一定形状を保てるような構成して用いている。
【０００８】
しかしながら、検出対象が５００Ｐａ程度以下の比較的に低圧であるときには、弾性材の元来備える硬度に基づく弾性力による反発により、印加される圧力に対する圧力変位の変換機構の機械的な変位量も微小となる。すなわち、検知対象が低圧力であるときには圧力の検知精度にバラツキが生じ易くなる。そのため、高精度な検知のためには、複雑な圧力変位の変換機構や、また機械的な変位量の数値等への変換手段に高精度な機構や回路が必要となるなど装置全体が複雑化して高コスト化する要因であった。
【０００９】
このことから検知対象の圧力が比較的に低圧となる空気清浄機のフィルター詰まりの検知や換気装置のタクト内風量の測定などの一般的な空調機器での活用の障壁となっていた。
【００１０】
従来、この種の圧力検出装置は圧力変位の変換機構としてダイヤフラムを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
以下、その圧力検出装置について図４を参照しながら説明する。
【００１２】
同図に示すように、従来の圧力検出装置は、内部に空間を形成するハウジング１００と、ハウジング１００内を第１の部屋と第２の部屋とに区画すると共に、流体の圧力に応じて変位するダイヤフラム１０１を備える。
【００１３】
ハウジング１００には、前記流体を第２の部屋に導入させる導入口となる吸入パイプ１０２が備えられている。また、ダイヤフラム１０１には、マグネット１０３が取り付けられている。マグネット１０３は、少なくとも２つの異なる磁極を非磁性部を介することによりダイヤフラム１０１の変位方向に対して所定間隔離して構成されている。
【００１４】
さらには、マグネット１０３の磁極に対向して設けられ、磁束の変化に応じて信号を出力するホール素子等からなる感磁界センサ１０４を備えている。
【００１５】
これにより流体が吸入パイプ１０２を介してハウジング１００内の第１の部屋と第２の部屋とのいずれか一方に導入される。この流体により流体が導入された部屋の圧力が変化してダイヤフラム１０１を変位させる。そして、このダイヤフラム１０１の変位により少なくとも２つの磁極を有するマグネット１０３も移動する。マグネット１０３が移動するとマグネットの磁極に対向して配設されている感磁界センサ１０４の受ける磁束が変化する。感磁界センサ１０４の受ける磁束が変化すると感磁界センサ１０４からはダイヤフラム１０１の変位に応じた異なる信号が出力される。また、マグネット１０３の磁極は非磁性部を介することにより、感磁界センサ１０４の受ける磁束密度はセンサに磁極が近づくと急激に変化するようにしている。また、マグネット１０３の磁極は異なるため、磁極が反対のマグネットが感磁界センサ１０４に近づいたときには、感磁界センサ１０４が受ける磁束密度は先程と反対方向に急激に変化する。これによりダイヤフラム１０１の機械的な変位量が小さくてもより正確な圧力検知による出力が得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平５−１９６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような従来の圧力検出装置においては、ダイヤフラム１０１に取り付けたマグネット１０３は、異なる２つの磁極を非磁性部を介して所定間隔離した構造としていた。そのため、磁極が反対のマグネット１０３が感磁界センサ１０４に近づいたときには、感磁界センサ１０４が受ける磁束密度が反対方向に急激に変化する。この磁束密度が急変する構造にてダイヤフラム１０１の機械的な変位量が小さくても正確に圧力検知による出力が得られる構成としていた。
【００１８】
よって、マグネット１０３は、異なる２つの磁極を非磁性部を介して所定間隔離した構造が必要となっていた。また、感磁界センサ１０４との位置関係も厳密に調整して精度良く保てる構成とする必要があることからやはり構成の複雑化が避けられなかった。
【００１９】
このことから、構成の複雑化により装置全体が高コスト化することから広く一般的な家庭用などの空調機器での活用が難しいという課題を有していた。
【００２０】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、検知対象とする圧力変化に対して複雑化すること無くより大きな機械的な変位が得られる構成として装置全体のコスト増を抑制することにより広く一般的な家庭用などの空調機器でより活用し易い圧力検出装置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】
【００２１】
そして、この目的を達成するために、本発明は、圧力の検知対象となる流体に生じる圧力差の境界を分ける分離壁体と、前記分離壁体の一部に前記流体が通過できるように開口した流通開口部と、前記流通開口部の低圧側に開口を塞ぐように取り付け、圧力差により膨らむ袋形状の受圧袋体と、前記分離壁体と一体となる固定枠材に可動状態にて保持され、前記受圧袋体を前記固定枠材との間に挟み込んで前記受圧袋体の膨らみに応じて変位を生じる変位変換体と、前記変位変換体に対して前記受圧袋体を圧縮する方向に規定の圧縮力を生じさせる圧縮手段と、前記変位変換体の変位を圧力情報に変換する変換手段を備えたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、本発明は、圧力の検知対象となる流体に生じる圧力差の境界を分ける分離壁体と、前記分離壁体の一部に前記流体が通過できるように開口した流通開口部と、前記流通開口部の低圧側に開口を塞ぐように取り付け、圧力差により膨らむ袋形状の受圧袋体と、前記分離壁体と一体となる固定枠材に可動状態にて保持され、前記受圧袋体を前記固定枠材との間に挟み込んで前記受圧袋体の膨らみに応じて変位を生じる変位変換体と、前記変位変換体に対して前記受圧袋体を圧縮する方向に規定の圧縮力を生じさせる圧縮手段と、前記変位変換体の変位を圧力情報に変換する変換手段を備えたことにより、受圧袋体の内部を加圧したときの膨張に基づく変位変換体の変位の大きさは、圧縮手段による規定の圧縮力の調整みで制御できることとなる。よって、圧縮手段により変位変換体の変位量の大きさは適正に調整できることから圧力変位の変換機構の全般や変換手段の構成を複雑化することなく対象圧力の検知が可能となる。そのため、装置全体のコスト増を抑制でき、より広く一般的な家庭用などの空調機器でより活用し易くできるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の構成の全体を示した透過斜視図
【図２】同装置の構成を側面方向で切り欠き断面にて示した側面図
【図３】同装置の構成の圧力状態を側面方向で切り欠き断面にて示した側面図
【図４】従来の装置の構成を側面方向にて切り欠き断面にて示した側面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の請求項１記載の圧力検出装置は、圧力の検知対象となる流体に生じる圧力差の境界を分ける分離壁体と、前記分離壁体の一部に前記流体が通過できるように開口した流通開口部と、前記流通開口部の低圧側に開口を塞ぐように取り付け、圧力差により膨らむ袋形状の受圧袋体と、前記分離壁体と一体となる固定枠材に可動状態にて保持され、前記受圧袋体を前記固定枠材との間に挟み込んで前記受圧袋体の膨らみに応じて変位を生じる変位変換体と、前記変位変換体に対して前記受圧袋体を圧縮する方向に規定の圧縮力を生じさせる圧縮手段と、前記変位変換体の変位を圧力情報に変換する変換手段を備えた構成を有する。これにより、受圧袋体の内部を加圧したときの膨張による変位変換体の回動に基づく変位量は、圧縮手段による規定する圧縮力のみで制御できることとなる。よって、変位変換体の変位量を圧縮手段の調整により、圧力変位の変換機構の全般の構成や変換手段の構成を複雑化しなくても対象圧力の検知が可能となる。そして、装置全体のコスト増を抑制でき、より広く一般的な家庭用などの空調機器でより活用し易くできるという効果を奏する。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２に示すように、圧力の検知対象となる空気等の流体に生じる圧力差の境界を分けるための分離壁体１を設けてこの分離壁体１には流体が通過できるように一部を開口した流通開口部２を設けている。
また、分離壁体１の低圧側（図上の手前側）には流通開口部２を塞ぐように受圧袋体３を固設して取り付けている。同じく分離壁体１の低圧側であって、流通開口部２の下方には、固定枠材９が設けられている。固定枠材９の上面には、受圧袋体３が置かれる。そして、固定枠材９の上面側には、回転軸を介して固定された変位変換体４が取り付けられている。すなわち、変位変換体４は、１つの回転軸で固定枠材９に回動可能に固定されている。そして、受圧袋体３は、固定枠材９と受圧袋体３との間に挟まれるように配置されている。
【００２７】
なお、固定枠材９は、受圧袋体３を下方から支えるものであれば、分離壁体１の一部が突出したもの、あるいは、分離壁体１の一部として形成してもよい。また、固定枠材９は分離壁体１と同一の材質にてかまわずその構成材を規定するものではない。本実施の形態では、固定枠材９は、分離壁体１にネジ止めなどにて固定している。
【００２８】
この変位変換体４には、分離壁体１と一体化させた固定枠材９の間で挟み込んだ受圧袋体３を規定する加圧力にて圧縮するための加圧手段５を設けている。
【００２９】
さらには、変位変換体４の回転動作による変位の状態を検出し、装置として求められる圧力情報に変換するための変換手段６を設けている。この変換手段６は、図上２点鎖線にて囲んで示している。
【００３０】
受圧袋体３は、分離壁体１の高圧側の圧力によって膨らんで、変位変換体４を押し上げる。変位変換体４は、膨張した受圧袋体３によって、回動し、変位する。この変位は、変換手段６によって検出されて、圧力情報として出力されることになる。受圧袋体３は、袋状の部材であって、その開口側を流通開口部２にあわせて取り付ける。
【００３１】
変位変換体４は、受圧袋体３の膨張によって変位した状態においても形状を保てるものであればその構成材を規定するものではなく、例えばアルミ等の軽量金属材やＡＢＳ等の樹脂材を用いて短冊薄板状の矩形形状に成形したものである。
【００３２】
また、例えば変位変換体４にはその矩形形状の長手方向の一端に左右に突出させた回転軸８を設けている。
【００３３】
ここで、分離壁体１は流体の圧力に対して変形や流体の境界間の漏れを生じないものであればその材質を規定するものではなく、例えば鉄板等の金属材やＡＢＳ等の樹脂材で構成してかまわない。
【００３４】
また、検出される圧力情報とは、分離壁体１の両面（高圧側と低圧側）の差圧に基づいて検出される情報であればよく、圧力の絶対値でなくても良い。例えば、規定の圧力値に対応する接点情報（ＯＮ／ＯＦＦ、Ｈｉ／Ｌｏ）や、圧力値と相関を有するアナログ値でもよい。
【００３５】
また、分離壁体１は図上においては矩形の単体として表現しているが、搭載機器の構成材や筐体の一部であって検知したい圧力差の生じる空間を分離するための構造材を流用して用いいてもかまわない。
【００３６】
受圧袋体３は、内部加圧状態で膨張することで規定の立体形状となる袋形状の流体を通さない非弾性となる柔軟なフィルム材から構成するものである。例えば、ポリプロピレンやポリエチレンやポリフッ化ビニリデン、またエチレン酢酸ビニルやニトリル等の樹脂材からなる０．０１ｍｍから０．１５ｍｍ程度の極薄で柔軟かつ強靭な材料にて形成する。
【００３７】
受圧袋体３は、その開口端を分離壁体１の流通開口部２を塞ぐように分離壁体１に密着させる。例えば流通開口部２とほぼ同程度の穴を開口させたループ形状の固定枠体７により分離壁体１との間で挟み込んでネジ止めするなどで固定する。
【００３８】
なお、受圧袋体３は、流通開口部２の開口から圧力に応じて膨らむものであれば、他の場所に開口があったり、あるいは、流体を通過させることができるものであっても良い。
【００３９】
固定枠材９には、変位変換体４の回転軸８よりも大径として開口させた軸穴１０が設けられている。変位変換体４は、軸穴１０に対して回転軸８を挿入することで分離壁体１に対して規定する位置において自在に回転できるように取り付けている。
【００４０】
また、固定枠材９は、実質的に変位変換体４との間で受圧袋体３を圧縮して挟み込む形態で保持するものである。そのため、変位変換体４の矩形形状を長手方向に収めて受圧袋体３の横方向への突出を規制できるように、断面コの字の形状とすることが望ましい。言い換えれば、底面で受圧袋体３を受け、受圧袋体３の側方に側壁面を備えた形状である。この側壁面が、受圧袋体３が膨らむときに、水平方向への膨張を抑えることになる。
【００４１】
ここで、変換手段６は、装置として必要とされる流体の圧力の変換情報を変位変換体４の回転可動に基づく変位から得られるものであれば特に構成や方式を規定するものではない。
【００４２】
例えば、検知対象の圧力差において変位変換体４が回転可動した状態で接近する位置関係となる固定枠材９の規定位置に規定磁気量を検知して電圧信号を出力する磁気検知素子６ａを固定し、変位変換体４の可動端側に磁石片６ｂを接着した単純な構成でもよい。この構成による圧力検知については、後ほど詳細に説明する。
【００４３】
また、回転値エンコーダーや歪ゲージによって変位変換体４の回転動作に基づく変位量の変化を連続数値の変化として変換して認識できる方式を用いてもよい。
【００４４】
加圧手段５は、受圧袋体３を変位変換体４と分離壁体１（固定枠材９）との間で挟み込んで、規定の加圧力にて圧縮できるものであれば特定の構成を規定するものではない。
【００４５】
例えば、図２において重力が垂直下方向に作用するものとして変位変換体４が自重により固定枠材９に対して圧縮力をおよぼす構成であれば変位変換体４自体をその自重により加圧手段５として用いることもできる。このように変位変換体４自体の自重を加圧手段５として用いるときは変位変換体４の自重を材質や構成サイズで調整することで必要とする圧縮力を調整できる。
【００４６】
また、変位変換体４に別途の加重材（金属塊等）を固設して圧縮力を調整してもよい。
【００４７】
他には、単に変位変換体４を固定枠材９に対して密着させる方向に力を生じるバネ材を付加（例えば変位変換体４の回転軸８に「ねじりバネ」を挿入するなど）するなどして重力によらない方法を用いてもよい。
【００４８】
なお、図に示しているように変位変換体４の回転軸８を設けている方向で長手方向の端部に可動規制突起１１を突出させて設けることで変位変換体４の回転可動の変位量を可動規制突起１１の固定枠材９に対して接触させることで要望値に規制することもできる。
【００４９】
次に、図３に基づいて圧力検知の詳細を説明する。
【００５０】
ここでは、固定枠材９の規定位置に磁気検知素子６ａを固定し、変位変換体４の可動端側に磁石片６ｂを接着した構成によって説明する。
【００５１】
以上のような構成において、圧力の検知対象となる流体に分離壁体１で分離された状態で図上において矢印にて示している方向に対して圧力差が生じると受圧袋体３の周囲は負圧となる。そして、受圧袋体３の内部は、流通開口部２にて高圧側と通じていることから加圧状態となる。
【００５２】
このとき受圧袋体３は極薄の非弾性で柔軟なフィルム材にて形成していることから内部がわずかでも加圧された状態となれば加圧力に応じて設計状態にて規定した立体形状に順次膨張することとなる。
【００５３】
受圧袋体３が膨張すると、その膨張度合いに応じて、回転自在に取り付けられている変位変換体４の可動端側が開くこととなって変位量が順次変化する。変位変換体４の可動端側の変位量が順次変化すると、変換手段６を構成する固定枠材９の規定位置に固定している磁気検知素子６ａに対して、同じく変換手段６を構成する変位変換体４の可動端側に接着した磁石片６ｂがしだいに接近する。
【００５４】
磁気検知素子６ａに対する磁石片６ｂの距離が磁気検知素子６ａにより規定される検知磁気量以上となる規定の位置関係を超えて接近すれば磁気検知素子６ａは電圧信号を出力することとなる。
【００５５】
このとき受圧袋体３が膨張力に抗して変位変換体４の可動端側を閉じる方向に作用する圧縮力は加圧手段５として作用する変位変換体４の自重を調整することで制御できる。
【００５６】
よって、変位変換体４の変位の大きさは、検知対象となる圧力差に基づく受圧袋体３の膨張力と加圧手段５に基づく圧縮力の平衡関係で規定できることとなる。このことは、検知対象となる圧力差に対する変位変換体４の変位の大きさは加圧手段５の調整のみで制御できることを示している。
【００５７】
このことから、加圧手段５による制御により用いる変換手段６によって検知対象となる圧力差をより精度良く検知できるように変位変換体４の変位の大きさを最適且つ簡単に調整することができることとなる。
【００５８】
上記のように、本実施の形態による圧力検出装置は、分離壁体１（固定枠材９）を基礎として一軸を回動自在に固定している変位変換体４により加圧手段５によって加圧された状態で受圧袋体３を挟み込んで保持した構成としている。
【００５９】
また、受圧袋体３は、内部が加圧されると規定の立体形状となる柔軟なフィルム材から形成されている。この内部加圧時の受圧袋体３は、変位変換体４を回転させ、この変位を変換手段６が、求める規定情報に変換することで対象圧力の検知を可能としている。
【００６０】
この結果、受圧袋体３の内部加圧状態での膨張時における変位変換体４の変位量は、加圧手段５による規定する圧縮力のみでの制御が可能となって加圧手段５による調整のみで変位変換体４の変位量は適正に大きくすることができる。
【００６１】
このことから、圧力変位の変換機構の全般や変換手段６の構成を微小な変位を検知できるように複雑化せずとも対象圧力の検知が可能となる。
【００６２】
よって装置全体のコスト増を抑制できることから、より広く一般的な家庭用などの空調機器でより活用し易い圧力検出装置を提供することができる。
【００６３】
なお、圧力の検知対象となる流体は気体以外の液体であってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかる圧力検出装置は空気等の流体の圧力の検出を単純な構成として装置全体のコスト増を抑制して可能とするものであるので、一般的な家庭向けの空気清浄機や換気装置に使用される圧力検出装置等として有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１  分離壁体
２  流通開口部
３  受圧袋体
４  変位変換体
５  加圧手段
６  変換手段
【図１】
2016114401.tif 000003
【図２】
2016114401.tif 000004
【図３】
2016114401.tif 000005
【図４】
2016114401.tif 000006