特開 2017-54779 静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-54779(P2017-54779A)

(43)【公開日】2017年3月16日

(54)【発明の名称】静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   H01H 35/34 20060101AFI20170224BHJP

   G01L 9/12 20060101ALI20170224BHJP

【ＦＩ】

   H01H35/34 C

   G01L9/12

   H01H35/34 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-179748(P2015-179748)

(22)【出願日】2015年9月11日

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱邉 義弘

(72)【発明者】

【氏名】松山 賢一

(72)【発明者】

【氏名】勝木 現

【テーマコード（参考）】

2F055

5G056

【Ｆターム（参考）】

2F055AA39

2F055BB03

2F055CC02

2F055DD01

2F055EE25

2F055EE35

2F055FF23

2F055GG01

5G056DB02

5G056DC03

5G056DD44

5G056DE03

5G056DE32

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、一方の電極として使用するダイヤフラムと、ダイヤフラムからの信号を検出するための信号線との接続について、ダイヤフラムの作動特性に影響を与えず、安定した導通を確保できる、静電容量検出式の圧力スイッチ及び圧力センサを提供することである。
【解決手段】本発明の静電容量検出式圧力スイッチ９００は、管路１１から供給される作動媒体の圧力に応じて変位する金属製のダイヤフラム８００と、ダイヤフラム８００に電気的に接続される可動電極９２１と、ダイヤフラム８００の管路１１に対向する大気圧側に設けられる固定電極１２３と、固定電極１２３とダイヤフラム８００との絶縁を確保する絶縁被膜１２４とを備え、ダイヤフラム８００の外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極９２１を接続するための電極接触部８０１が形成されることを特徴とする。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管路から供給される作動媒体の圧力の変動に応じて変位するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに電気的に接続される可動電極と、
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る固定電極と、
前記固定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電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定電極との間の静電容量の変動として検出し、当該静電容量の変動に基づき前記作動媒体の圧力を検出するように構成された静電容量検出式圧力スイッチにおいて、
前記ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、前記可動電極を接続するための電極接触部が形成されたことを特徴とする静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項2】

前記電極接触部は、前記可動電極とカシメ加工される形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項3】

前記電極接触部は、前記可動電極とスポット溶接される形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項4】

前記電極接触部は、前記可動電極とレーザー溶接される形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項5】

前記電極接触部は、前記可動電極とコネクタ嵌合される形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項6】

前記電極接触部は、前記ダイヤフラムの外周に板ばねが設けられた皿ばね形状に形成され、前記可動電極と前記皿ばねの弾性力により接続されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出式圧力スイッチ。

【請求項7】

管路から供給される作動媒体の圧力の変動に応じて変位するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに電気的に接続される可動電極と、
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る固定電極と、
前記固定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電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定電極との間の静電容量の変動として検出し、当該静電容量の変動に基づき前記作動媒体の圧力を検出するように構成された静電容量検出式圧力センサにおいて、
前記ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、前記可動電極を接続するための電極接触部が形成されたことを特徴とする静電容量検出式圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサに係り、特に、ダイヤフラムを一方の電極として利用する静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサに関する。

【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及びセンサが知られている。ダイヤフラム式の圧力スイッチでは、接点式の圧力スイッチが知られているが、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可能性があるという問題があるため、静電容量検出式、光検出式、磁気検出式、歪検出式などの無接点式の圧力スイッチ及び圧力センサも使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１７１６１４号公報

【特許文献2】特開平８−８２５６４号公報

【特許文献3】特表２０１３−５３７９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

引用文献１に記載されたような、複数の作動油圧を検出するために、複数の接点式の油圧スイッチ、ハウジング、接続回路、及び、板部材などを備える油圧スイッチモジュールも知られている。

【0005】

また、無接点式の圧力スイッチのうち、静電容量検出式の圧力スイッチ及び圧力センサでは、金属製のダイヤフラムを一方の電極とし、ダイヤフラムの大気圧側に絶縁材を介して設けられた固定電極を他方の電極として、二つの電極の間の静電容量の変化を検出することにより、作動媒体の圧力を検出するものも知られている。

【0006】

引用文献２には、ダイヤフラム上に設けた可動電極と、一つの空間から分離された空間内に可動電極に対して所定の間隙をもって配設された固定電極と、少なくともいずれかの電極の表面に設けた絶縁層と、両電極間の静電容量を検出する検出手段とを設け、両電極が接触する前後の領域にスイッチのオン領域またはオフ領域を分離して設けた静電容量検出式の圧力スイッチが開示されている。

【0007】

引用文献３には、血圧の測定に適用される圧力計であって、電極部とそのラジアル方向の外周において設けられる弾性変形部とを備え、電極部と弾性変形部とが一体的に連結され、軸方向において応力を受ける際に、弾性変形部は、相応する変形が生じることができ、且つ電極部を軸方向に沿って移動させる可動電極装置を備える静電容量型圧力センサを使用する圧力計が開示されている。

【0008】

上記のような静電容量検出式の圧力スイッチでは、一方の電極として使用するダイヤフラムと、ダイヤフラムからの信号を出力する信号線との接続方法によっては、ダイヤフラムの圧力―変位特性、つまり、ダイヤフラムの作動特性に影響を与えるという問題がある。また、ダイヤフラムは微小変形するため、ダイヤフラムと信号線との安定した導通を確保するのが難しいという問題もある。

【0009】

従って、本発明の目的は、一方の電極として使用するダイヤフラムと、ダイヤフラムからの信号を検出するための信号線との接続について、ダイヤフラムの作動特性に影響を与えることなく、安定した導通を確保できる、静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサ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、本発明の静電容量検出式圧力スイッチは、管路から供給される作動媒体の圧力の変動に応じて変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに電気的に接続される可動電極と、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る固定電極と、前記固定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電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定電極との間の静電容量の変動として検出し、当該静電容量の変動に基づき前記作動媒体の圧力を検出するように構成された静電容量検出式圧力スイッチにおいて、前記ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、前記可動電極を接続するための電極接触部が形成されたことを特徴とする。

【0011】

また、前記電極接触部は、前記可動電極とカシメ加工される形状に形成されるものとしてもよい。
また、前記電極接触部は、前記可動電極とスポット溶接される形状に形成されるものとしてもよい。
また、前記電極接触部は、前記可動電極とレーザー溶接される形状に形成されるものとしてもよい。
また、前記電極接触部は、前記可動電極とコネクタ嵌合される形状に形成されるものとしてもよい。
また、前記電極接触部は、前記ダイヤフラムの外周に板ばねが設けられた皿ばね形状に形成され、前記可動電極と前記皿ばねの弾性力により接続されるものとしてもよい。

【0012】

上記課題を解決するために、本発明の静電容量検出式圧力センサは、管路から供給される作動媒体の圧力の変動に応じて変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに電気的に接続される可動電極と、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る固定電極と、前記固定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電極に接続された前記ダイヤフラムと前記固定電極との間の静電容量の変動として検出し、当該静電容量の変動に基づき前記作動媒体の圧力を検出するように構成された静電容量検出式圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、前記可動電極を接続するための電極接触部が形成されたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサによれば、一方の電極として使用するダイヤフラムと、ダイヤフラムからの信号を検出するための信号線との接続について、ダイヤフラムの作動特性に影響を与えることなく、安定した導通を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一般的な円板形状のダイヤフラムを使用した従来技術による静電容量検出式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】図３（ａ）は、従来技術による円板形状のダイヤフラムと、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムとの接触荷重印加時の特性を比較して示す図であって、荷重無印加時の形状を示す図であり、図３（ｂ）は接触荷重印加時の変形を示す図であり、図３（ｃ）は、接触荷重印加時の応力分布を示す図である。

【図4】図４（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部がカシメ加工される形状に形成されるダイヤフラムの平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂに示す断面図であり、図４（ｃ）は、可動電極と電極接触部を共に拡大して示す図であり、図４（ｄ）は、可動電極が電極接触部に挿入された状態を拡大して示す図であり、図４（ｅ）は、可動電極が電極接触部にカシメ加工された状態を拡大して示す図である。

【図5】図５（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の参考例を示す図であって、電極接触部がはんだ付けされる形状に形成されるダイヤフラムの平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂに示す断面図であり、図５（ｃ）は、可動電極と電極接触部を共に拡大して示す図であり、図５（ｄ）は、可動電極が電極接触部に挿入された状態を拡大して示す図であり、図５（ｅ）は、可動電極が電極接触部にはんだ付けされた状態を拡大して示す図である。

【図6】図６（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部がスポット溶接される形状に形成されるダイヤフラムの平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂに示す断面図であり、図６（ｃ）は、可動電極と電極接触部を共に拡大して示す図であり、図６（ｄ）は、可動電極が電極接触部に接触された状態を拡大して示す図であり、図６（ｅ）は、可動電極が電極接触部にスポット溶接された状態を拡大して示す図であり、図６（ｆ）は、先端が折れ曲がっていない形状の可動電極が電極接触部にレーザー溶接された状態を拡大して示す図である。

【図7】図７（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部がコネクタ嵌合される形状に形成されるダイヤフラムの平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに示す断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃに示す断面図である。

【図8】図８（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、ダイヤフラムの外周に皿ばね形状を構成する複数の板ばね形状の電極接触部が形成されるダイヤフラムの平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに示す断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る静電容量検出式圧力スイッチの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、従来技術による静電容量検出式の圧力スイッチについて説明する。
図１は、一般的な円板形状のダイヤフラム１１１を使用した従来技術による静電容量検出式圧力スイッチ１００の構成を示す図である。

【0016】

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、作動媒体の圧力を封止する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、圧力スイッチ１００は、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。

【0017】

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。

【0018】

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動に応じて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封止するＯリング１１２と、Ｏリング１１２と密着し作動媒体を封止する隔膜１１３とを備える。

【0019】

ダイヤフラム１１１は、静電容量検出式の圧力スイッチでは、作動媒体の圧力の変動により変位するダイヤフラム１１１と固定電極１２２との間の静電容量の変動を検出し、静電容量の変動に基づきダイヤフラム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、主に金属製のものを使用する。また、ダイヤフラム１１１は、主に反転動作、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、本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。

【0020】

Ｏリング１１２は、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１１３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封止する。

【0021】

隔膜１１３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１１２と密着し作動媒体側の気密を保持する。

【0022】

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電極１２１と、ダイヤフラム１１１の大気圧側に設けられる固定電極１２２と、固定電極１２２のダイヤフラム１１１側に取り付けられた絶縁被膜１２３と、可動電極１２１及び固定電極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。

【0023】

可動電極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。可動電極１２１は、ダイヤフラム１１１の外周部の全体と接触する円環形状としてもよいし、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、その一部に可動電極１２１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し、その他の形状でもよい。

【0024】

固定電極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、固定電極１２２の形状は、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。

【0025】

絶縁被膜１２３は、ダイヤフラム１１１と固定電極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、材質及び厚さ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、材質及び厚さが選択される。また、絶縁被膜１２３は、固定電極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し、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、絶縁被膜１２３は固定電極１２２の表面に貼り付けるものとしたが、ダイヤフラム１１１に貼り付けるものとしてもよい。

【0026】

静電容量検出ＩＣ１２４は、モジュール化を想定して外部に配置されてもよいし、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。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は、図２に示す。

【0027】

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。

【0028】

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、可動電極１２１、及び、固定電極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１１２を配置する凹部１３１ｄとが形成される。

【0029】

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、可動電極１２１、及び、固定電極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、可動電極１２１、固定電極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。

【0030】

圧力スイッチ１００の取り付け方法の一例としては、まず、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、可動電極１２１及び固定電極１２２を固定したカバー１３２を、支持部材１３１の収容部１３１ｂに収容し固定する。リード線１２５を介して、可動電極１２１及び固定電極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。

【0031】

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。

【0032】

図２は、静電容量検出回路２００のブロック図である。
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。可動電極１２１及び固定電極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、静電容量が変動すると、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、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。

【0033】

上述のような一般的な円板形状のダイヤフラム１１１を使用した従来技術による静電容量検出式圧力スイッチ１００及び同様の構成により構成された圧力センサでは、一方の電極として使用するダイヤフラム１１１と、ダイヤフラム１１１からの信号を出力する固定電極１２２との接続方法により、ダイヤフラム１１１の圧力−変位特性、つまり、ダイヤフラム１１１の作動特性に影響を与えるという問題がある。また、ダイヤフラム１１１は微小変形するため、ダイヤフラム１１１と固定電極１２２との安定した導通を確保するのが難しいという問題もある。

【0034】

このような従来の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサの問題点を解消するために、本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサは、ダイヤフラムの形状を変更し、ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極を接続するための電極接触部が形成されることを特徴とする。以下、図３（ａ）乃至図３（ｃ）を使用して本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサの接触荷重印加時の特性を説明する。

【0035】

図３（ａ）は、従来技術による円板形状のダイヤフラム１１１と、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラム３００との接触荷重印加時の特性を比較して示す図であって、荷重無印加時の形状を示す図であり、図３（ｂ）は、接触荷重印加時の変形を示す図であり、図３（ｃ）は、接触荷重印加時の応力分布を示す図である。

【0036】

図３（ａ）乃至図３（ｃ）において、左側の図は、従来技術による円板形状のダイヤフラム１１１を示し、右側の図は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサのダイヤフラム３００であって、ダイヤフラム３００の外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極を接続するための電極接触部３０１が形成される構成を示す。

【0037】

図３（ａ）において、矢印は接触荷重（ここでは、例えば１０Ｎ）を印加する場所を示している。この接触荷重は、例えば図１の従来技術による静電容量検出式圧力スイッチ１００において、ダイヤフラム１１１に、可動電極１２１が接続され、外部から何らかの負荷がかかったことを想定している。つまり、図３（ａ）の左側の従来のダイヤフラム１１１では、円板形状のダイヤフラムの外周部の一部に負荷がかかり、図３（ａ）の右側の本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサのダイヤフラム３００では、ダイヤフラム３００の外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極１２１を接続するための電極接触部３０１に負荷がかかることを示している。

【0038】

なお、円板形状のダイヤフラム１１１では、実際には、ダイヤフラム１１１の円周部の一部のみに可動電極１２１が接触するような拘束構造ではなく、可動電極１２１やその他の部品（例えばストッパなど）で円周部全体を保持するような構造をとることが多いが、ダイヤフラム１１１は、一般的に圧延方向／ソリ／バルジ加工による異方性が発生するため、円周部を一様に保持することは難しい。このような条件において、可動電極は常にダイヤフラムに接触している必要があり、ここでは、ダイヤフラム１１１への局所的な接触による影響度と本発明とを比較して解析を行った。

【0039】

図３（ｂ）の接触荷重印加時の変形を示す図をみると、左側の従来のダイヤフラム１１１では、ダイヤフラムの圧力−変位特性に影響を与えるダイヤフラム１１１の中央部にあるお椀部分への変形が見られるが、右側の本発明のダイヤフラム３００では、変形は突起部である電極接触部３０１に限定され、お椀部分への影響は見られない。

【0040】

また同様に、図３（ｃ）の接触荷重印加時の応力分布を示す図をみると、左側の従来のダイヤフラム１１１では、ダイヤフラムの圧力−変位特性に影響を与えるダイヤフラム１１１の中央部にあるお椀部分への応力分布の変位が見られるが、右側の本発明のダイヤフラム３００では、応力分布の変位は突起部である電極接触部３０１に限定され、お椀部分への影響は見られない。

【0041】

このように、ダイヤフラム３００の外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極１２１を接続するための電極接触部３０１を設け、この電極接触部３０１に可動電極１２１を接続することにより、ダイヤフラムの圧力−変位特性に影響を与えるダイヤフラムの中央部にあるお椀部分への変形や応力分布の変位を抑制することができ、安定した導通を確保することができる。

【0042】

次に、本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサのダイヤフラムに設けられた電極接触部の形状の例を説明する。

【0043】

図４（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部４０１がカシメ加工される形状に形成されるダイヤフラム４００の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂに示す断面図であり、図４（ｃ）は、可動電極４２１と電極接触部４０１を共に拡大して示す図であり、図４（ｄ）は、可動電極４２１が電極接触部４０１に挿入された状態を拡大して示す図であり、図４（ｅ）は、可動電極４２１が電極接触部４０１にカシメ加工された状態を拡大して示す図である。

【0044】

図４（ａ）乃至図４（ｅ）において、ダイヤフラム４００には、ダイヤフラム４００の外周の一箇所に外側に向って伸びる１つの突起部である、可動電極４２１を接続するための電極接触部４０１が設けられる。電極接触部４０１は、カシメ加工される形状に形成される。電極接触部４０１には、中央には貫通孔４０１ａが設けられており、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示されるようにカシメ加工に適した形状に形成された可動電極４２１が貫通孔４０１ａに挿入されて配置された後、図４（ｅ）に示されるように電極接触部４０１と可動電極４２１がカシメ加工により固定される。なお、電極接触部４０１の図４（ａ）に示す上側には、２箇所の面取り４０１ｂが設けられている。このように面取り４０１ｂを設けることにより、ダイヤフラム成形時の成形の向きの間違いを防ぐことができる。ここでは、電極接触部４０１の上側に２箇所の面取り４０１ｂが設けられるものとしたが、１箇所設けるものとしても、下側に設けるものとしてもよい。また、後述する図５（ａ）乃至図７（ｃ）に示す実施形態に、同様の面取りを設けるものとしてもよい。このような形状によっても、本発明の効果を得ることができる。

【0045】

図５（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の参考例を示す図であって、電極接触部５０１がはんだ付けされる形状に形成されるダイヤフラム５００の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂに示す断面図であり、図５（ｃ）は、可動電極５２１と電極接触部５０１を共に拡大して示す図であり、図５（ｄ）は、可動電極５２１が電極接触部５０１に挿入された状態を拡大して示す図であり、図５（ｅ）は、可動電極５２１が電極接触部５０１にはんだ付けされた状態を拡大して示す図である。

【0046】

図５（ａ）乃至図５（ｅ）において、ダイヤフラム５００には、ダイヤフラム５００の外周の一箇所に外側に向って伸びる１つの突起部である、可動電極５２１を接続するための電極接触部５０１が設けられる。電極接触部５０１は、はんだ付け加工される形状に形成される。電極接触部５０１には、中央には貫通孔５０１ａが設けられており、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示されるようにはんだ付け加工に適した形状に形成された可動電極５２１がこの貫通孔５０１ａに挿入されて配置された後、図５（ｅ）に示されるように電極接触部５０１と可動電極５２１がはんだ付け加工によりはんだ５０２で固定される。なお、電極接触部５０１の付け根付近には、はんだ付け加工の際の熱伝導を抑制するための薄肉部５０１ｂが形成される。このような形状によっても、本発明の効果を得ることができる。

【0047】

図６（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部６０１がスポット溶接される形状に形成されるダイヤフラム６００の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂに示す断面図であり、図６（ｃ）は、可動電極６２１と電極接触部６０１を共に拡大して示す図であり、図６（ｄ）は、可動電極６２１が電極接触部６０１に接触された状態を拡大して示す図であり、図６（ｅ）は、可動電極６２１が電極接触部６０１にスポット溶接された状態を拡大して示す図であり、図６（ｆ）は、先端が折れ曲がっていない形状の可動電極６２１Ａが電極接触部６０１にレーザー溶接された状態を拡大して示す図である。

【0048】

図６（ａ）乃至図６（ｅ）において、ダイヤフラム６００には、ダイヤフラム６００の外周の一箇所に外側に向って伸びる１つの突起部である、可動電極６２１を接続するための電極接触部６０１が設けられ、電極接触部６０１は、スポット溶接される平坦な形状に形成される。図６（ｃ）、図６（ｄ）に示されるようにスポット溶接に適するように、先端がＬ字形状に折れ曲がった形状を有する可動電極６２１が、電極接触部６０１に接触された後、図６（ｅ）に示されるように電極接触部６０１と可動電極６２１がスポット溶接６０２により固定される。なお、電極接触部６０１の付け根付近には、スポット溶接の際の熱伝導を抑制するための薄肉部６０１ｂが形成される。なお、ここではスポット溶接により固定されるものとしたが、代わりにレーザー溶接による溶融固化層６０２により固定されるものとしてもよい。また、レーザー溶接を行う場合には、図６（ｆ）に示されるように先端が折れ曲がっていない形状の可動電極６２１Ａを使用し、電極接触部６０１に溶融固化層６０２Ａにより固定されるものとしてもよい。このような形状によっても、本発明の効果を得ることができる。

【0049】

図７（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、電極接触部７０１がコネクタ嵌合される形状に形成されるダイヤフラム７００の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに示す断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃに示す断面図である。

【0050】

図７（ａ）乃至図７（ｃ）において、ダイヤフラム７００には、ダイヤフラム７００の外周の一箇所に外側に向って伸びる１つの突起部である、可動電極７２１を接続するための電極接触部７０１が設けられ、電極接触部７０１は、可動電極７２１とコネクタ嵌合される形状に形成される。ここでは例えば、図７（ｃ）に示されるように、電極接触部７０１は、先端に水平面から９０度折れ曲がった突起形状７０１ａが形成され、この突起形状７０１ａが、例えばギボシ端子、ファストン端子（登録商標）等の平型接続端子、圧着端子などが接続できる形状に形成され、この突起形状７０１ａに合わせた形状の可動電極７２１である、上記端子のうちの１つが挿入されて固定される。なお、このようなコネクタ嵌合される形状の可動電極７２１を突起形状７０１ａに挿入する際には、ダイヤフラム７００に応力がかかり撓みやすいため、電極接触部７０１の付け根付近に切り欠き７０２を形成してもよい。このような形状によっても、本発明の効果を得ることができる。

【0051】

図８（ａ）は、本発明の静電容量検出式圧力スイッチのダイヤフラムの形状の一例を示す図であって、ダイヤフラムの外周に皿ばね形状を構成する複数の板ばね形状の電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈが設けられたダイヤフラム８００の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに示す断面図である。

【0052】

図８（ａ）、図８（ｂ）において、ダイヤフラム８００には、ダイヤフラム８００の外周に皿ばね形状を構成する複数の板ばね形状の電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈが設けられる。図８（ｂ）に示すように、複数の板ばね形状の電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈは、上方に向って斜めに折れ曲がった形状に形成される。このような形状に形成された電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈは、水平方向のばねの弾性力を有するため、このばねの弾性力により可動電極と接触させることができる。また、このばねの弾性力により、図１に示す支持部材１３１や、継手管等に取り付けられたときに、熱膨張等による変形があった場合にも確実に接触できるという効果を有する。なお、ここでは、複数の板ばね形状を有する皿ばね形状が形成されるものとしたが、これには限定されず、板ばねは他の本数でも、単数形成されるものとしてもよい。以下に、このダイヤフラム８００を使用した実施形態を説明する。

【0053】

図９は、本発明の一実施形態に係る静電容量検出式圧力スイッチ９００の構成を示す図である。
図９において、静電容量検出式圧力スイッチ９００は、主に、図１に示す一般的な円板形状のダイヤフラム１１１の代わりに、図８に示す皿ばね形状のダイヤフラム８００を備えることを特徴とする。図１に示す従来技術による圧力スイッチ１００と同じ構成要素には、同じ符号を付し、説明を省略する。

【0054】

圧力スイッチ９００は、ダイヤフラムアセンブリ９１０と、静電容量検出部９２０と、ダイヤフラムアセンブリ９１０及び静電容量検出部９２０を保持し、作動媒体供給アセンブリ１０´に固定する固定部９３０とを備える。

【0055】

ダイヤフラムアセンブリ９１０は、管路１１´から供給された作動媒体の圧力の変動に応じて変位し、皿ばね形状のダイヤフラム８００と、ダイヤフラム８００の管路１１´側に配置され作動媒体を封止するＯリング１１２と、Ｏリング１１２と密着し作動媒体を封止する隔膜１１３とを備える。

【0056】

皿ばね形状のダイヤフラム８００は、図８に示すように、ダイヤフラム８００の外周に複数の板ばねが設けられた皿ばね形状に形成され、水平方向のばねの弾性力を有するように金属材料で構成される。皿ばね形状のダイヤフラム８００は、後述する円柱形状の可動電極９２１と水平方向のばねの弾性力により固定される。また、ダイヤフラム１１１は、主に反転動作、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、本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。

【0057】

静電容量検出部９２０は、ダイヤフラム８００の一部に電気的に接続される可動電極９２１と、ダイヤフラム８００の大気圧側に設けられる固定電極１２２と、固定電極１２２のダイヤフラム８００側に取り付けられた絶縁被膜１２３と、可動電極１２１及び固定電極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８００と固定電極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。

【0058】

可動電極９２１は、金属材料で筒状の円柱形状に形成され、筒状の円柱形状の内面にダイヤフラム８００の外周に設けられた皿ばね形状を構成する複数の板ばね形状の電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈが接触される。電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈは、水平方向のばねの弾性力を有するため、可動電極９２１と、電極接触部８０１ａ乃至８０１ｈとの接続は強固のものとなり、安定した導通を確保できる。可動電極９２１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８００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、筒状の円柱形状の可動電極９２１は、後述する支持部材９３１の収容部９３１ｂに圧入、あるいは、インサート成形等により固定される。

【0059】

固定部９３０は、ダイヤフラム８００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９００を作動媒体供給アセンブリ１０´に固定する支持部材９３１と、支持部材９３１の大気圧側に設けられた収容部９３１ｂを封止するカバー９３２と、支持部材９３１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。

【0060】

支持部材９３１は、略円板形状で、ダイヤフラム８００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９３１には、管路１１´に対応する直径を有する開口部９３１ａと、開口部９３１ａの周囲の大気圧側に設けられ、ダイヤフラムアセンブリ９１０、可動電極９２１、及び、固定電極１２２を収容する円筒形状の凹部である収容部９３１ｂと、収容部９３１ｂから周囲に広がり、固定ネジ１３３が挿入されるネジ穴９３１ｅを有し作動媒体供給アセンブリ１０´に接触する外周部９３１ｃと、収容部９３１ｂの内部であって開口部９３１ａの周囲に設けられＯリング１１２を配置する凹部９３１ｄとが形成される。収容部９３１ｂには、上述の円柱形状の可動電極９２１が圧入、あるいは、インサート成形等により固定される。

【0061】

以上のように、本実施形態の静電容量検出式圧力スイッチ９００によっても、本発明の効果を得ることができる。

【0062】

また、本実施形態において、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、本実施形態の構成を圧力センサに適用することも可能である。

【0063】

以上のように、本発明の静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサによれば、ダイヤフラムの外周の一部に外側に向って伸びる少なくとも１つの突起部である、可動電極を接続するための電極接触部を設け、この電極接触部に可動電極を接続することにより、ダイヤフラムの圧力−変位特性に影響を与えるダイヤフラムの中央部にあるお椀部分への変形や応力分布の変位を抑制することができ、安定した導通を確保することができる。

【符号の説明】

【0064】

１００、９００ 圧力スイッチ
１１０、９１０ ダイヤフラムアセンブリ
１１１、３００、４００、５００、６００、７００、８００ ダイヤフラム
１１２ Ｏリング
１１３ 隔膜
１２０、９２０ 静電容量検出部
１２１、３２１、４２１、５２１、６２１、６２１Ａ、７２１、８２１、９２１ 可動電極
１２２ 固定電極
１２３ 絶縁被膜
１２４ 静電容量検出ＩＣ
１２５ リード線
１３０、９３０ 固定部
１３１、９３１ 支持部材
１３２、９３２ カバー
１３３ 固定ネジ
１３４ 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
３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１ 電極接触部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】