トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 圧力検出装置
【発明者】 【氏名】武田 ▲吉▼秋

【氏名】中里 真一

【氏名】大嶋 博之

【氏名】古川 賢治

【氏名】本間 武男
【要約】 【課題】部品点数が少なく、丈の低い圧力検出装置を提供。

【解決手段】ダイアフラム４は、中央に磁性体の磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部８と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ磁性基板部６の外周が嵌まるリング状の堤部９と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部１０を有することを特徴とし、磁性筒部７のコイル２１への出入りと、磁性基板部６のコイル２１への遠近とにより、コイル２１のインダクタンスが変化する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】円筒状に巻装されたコイルと、圧力の変化によりたわんで変位するゴムのダイアフラムと、このダイアフラムに保持されている磁性体と、この磁性体と対向するところに備えられ、かつ磁性が近づいたり、離れたりすることにともなってインダクタンスが変化するコイルと、前記磁性体が前記コイルに近づいて行ようなダイアフラムの変化を押し返すように付勢するつる巻状のばねとを備えている圧力検出装置において、前記磁性体は、円盤状の磁性基板部と、磁性基板部の上面から前記コイルに向かって隆起する円筒状の磁性筒部を有し、かつ磁性筒部は前記コイルの内径よりも小さな内径を有するとともに磁性基板部とほぼ同心的に形成し、前記ダイアフラムは、中央に前記磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ前記磁性基板部の外周が嵌まるリング状の堤部と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部を有することを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】請求項１に記載されているものにおいて、前記リング状の堤部は、前記磁性基板部の厚さより幾分低く設け、前記たわみ用部は上側に膨らんで湾曲するように形成したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項３】請求項１に記載されているものにおいて、前記コイルとコンデンサを電気的に組み合わせてＬＣ共振回路を形成したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項４】本体ケースと、この本体ケースを形成し、かつ互いに抱き合わされる下ケースおよび上ケースと、前記本体ケース内に備えられ、かつ圧力の変化によりたわんで変位するゴムのダイアフラムと、このダイアフラムに保持されている磁性体と、この磁性体と対向するところに備えられ、かつ磁性体が近づいたり、離れたりすることに応じてインダクタンスが変化する円筒状に巻装されたコイルと、前記磁性体が前記コイルに近づいて行ようなダイアフラムの変位を押し戻すように付勢するつる巻状のばねとを有する圧力検出装置において、前記磁性体は、円盤状の磁性基板部と、磁性基板部の上面から前記コイルに向かって隆起する円筒状の磁性筒部を有し、かつ磁性筒部は前記コイルの内径よりも小さな内径を有するとともに磁性基板部とほぼ同心的に形成し、前記ダイアフラムは、中央に前記磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ前記磁性基板部の外周が嵌まるリング状の堤部と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部と、このたわみ用部の外周に形成され、かつ前記上・下ケースの抱き合わせ部位に挟持されるリング状の支持部を有することを特徴とする圧力検出装置。
【請求項５】本体ケースと、この本体ケースを形成し、かつ互いに抱き合わされる下ケースおよび上ケースと、前記本体ケース内に備えられ、かつ圧力の変化によりたわんで変位するゴムのダイアフラムと、このダイアフラムに保持されている磁性体と、この磁性体と対向するところに備えられ、かつ磁性体が近づいたり、離れたりすることに応じてインダクタンスが変化する円筒状に巻装されたコイルと、前記磁性体が前記コイルに近づいて行ようなダイアフラムの変位を押し戻すように付勢するつる巻状のばねと、前記上ケースの中央に、前記下ケースから離れる方向に向かって立ち上がるように形成され、かつ外周に前記コイルが装着される支持円筒部を有する圧力検出装置において、前記磁性体は、円盤状の磁性基板部と、磁性基板部の上面から前記コイルに向かって隆起し、かつ前記支持円筒部の内周より小径で、しかも磁性基板部とほぼ同心的に形成される円筒状の磁性筒部を有し、前記ダイアフラムは、中央に前記磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ前記磁性基板部の外周が嵌まるリング状の堤部と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部と、このたわみ用部の外周に形成され、かつ前記上・下ケースの抱き合わせ部位に挟持されるリング状の支持部を有し、前記支持円筒部の内周に、前記磁性体に向かって前後に移動自在なる調整ねじを螺合し、前記調整ねじの内端と前記磁性筒部の内側との間に前記ばねを介在したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項６】請求項５に記載されているものにおいて、前記磁性筒部と前記ばねとの間に合成樹脂等で形成されたばね座を介したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項７】請求項１に記載されているものにおいて、前記磁性筒部の内側底部である磁性基板部の中央には貫通する係止孔を設け、前記磁性体用受底部の中央には、前記係止孔に挿入係止され、かつ前記ばねの内径より小さい外径を有するほぼ円錐形状の係止突起を設けたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項８】請求項１に記載されているものにおいて、前記磁性基板部と前記磁性筒部との比を１.５ から３程度にしたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項９】請求項１に記載されているものにおいて、前記コイルは径方向の巻厚さが軸方向の巻丈より大きい扁平形状にしたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１０】請求項９に記載されているものにおいて、前記コイルは、巻数が２５０〜３００ターンで、巻厚さが１.３〜２.５mm程度にしたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１１】請求項４または請求項５に記載されているものにおいて、調整ねじの内端中央に外形が円形のばね受け台を形成し、このばね受け台に前記ばねの上端内側を嵌め込んで、調整ねじにばねを保持させたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１２】請求項１１に記載されているものにおいて、前記下ケースが下側に、前記上ケースが上側になるように本体ケースを配置し、ダイアフラムに加わる圧力がない状態にしたときに、前記ばねの下端が前記磁性筒部の内側底から僅かに離れるように構成したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１３】請求項１１または請求項１２に記載されているものにおいて、前記磁性体の重量を（３〜６）ｇにしたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１４】請求項５に記載したものにおいて、前記上ケースの上面側に前記支持円筒部を回りから大きく囲う堰を形成し、この堰内には前記コイルを挟んで左右に端子板を配置し、前記コイルの一端は一方の端子板に、他端は他方の端子板にそれぞれ接続し、両端子板のコネクター接続部は前記支持円筒部の軸方向とほぼ直交するように横向に形成したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１５】請求項５に記載したものにおいて、前記堰内には、前記コイルの外周側で、かつ両端子板の間になるところにコンデンザーを配置し、前記コイルと前記コンデンサーで、ＬＣ共振回路を形成したことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１６】請求項１４または請求項１５に記載したものにおいて、前記支持円筒部と前記堰との間にポッテング用の樹脂を注入して、前記コイル，前記端子板あるいは前記コンデンサーを前記樹脂内に埋設したことを特徴とする圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、洗たく機，食器洗い機，風呂水の水位を検出する圧力検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コイル，ダイアフラム，磁性体を備えた従来の圧力検出装置は、ダイアフラムに受板を介して磁性体に保持していた。また受板と摺動体の間に小径ばねが介在され、摺動体と調整ねじの間に大径ばねが介在され、しかも小径ばね，摺動体，大径ばね，調整ねじが積み重ねた構成になっていた。
【０００３】このような従来の圧力検出装置は、部品点数が多く、丈も高いという不具合があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の問題に鑑み、部品数が少なく、丈の低い圧力検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状に巻装されたコイルと、圧力の変化によりたわんで変位するゴムのダイアフラムと、このダイアフラムに保持されている磁性体と、この磁性体と対向するところに備えられ、かつ磁性が近づいたり、離れたりすることにともなってインダクタンスが変化するコイルと、前記磁性体が前記コイルに近づいて行ようなダイアフラムの変化を押し返すように付勢するつる巻状のばねとを備えている圧力検出装置において、前記磁性体は、円盤状の磁性基板部と、磁性基板部の上面から前記コイルに向かって隆起する円筒状の磁性筒部を有し、かつ磁性筒部は前記コイルの内径よりも小さな内径を有するとともに磁性基板部とほぼ同心的に形成し、前記ダイアフラムは、中央に前記磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ前記磁性基板部の外周が嵌まるリング状の堤部と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部を有することを特徴とするものである。
【０００６】ダイアフラムの磁性体用受底部に磁性基板部の下面側が当接し、磁性体用受底部の周囲に盛り上がる磁性基板部の嵌合するリング状の堤部が形成されているので、ダイアフラムは堤部の外周に存在するたわみ用部を除いて剛体のようになっている。このため、ダイアフラムの下面（裏面）に加わる圧力変化で、上下に変位動するダイアフラムの動作は、ダイアフラムの中心軸線に沿った上下運転で傾むいたり，ふらついたりする動きが極めて少ないのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図面に沿って説明する。
【０００８】図１,図２,図３に示すように、圧力検出装置の本体ケース１は、下ケース２，上ケース３を上下に抱き合わせて形成している。上，下ケース２，３はＡ.Ｂ.Ｓの合成樹脂で作られている。
【０００９】本体ケース１の内部にはダイアフラム４が備わっている。このダイアフラム４は天然ゴム，合成ゴム等のゴムで形成されている。
【００１０】このダイアフラム４の上面に保持される磁性体５も本体ケース１の内部に備わる。磁性体５はフェライトの素材を焼結して形成されている。透磁性の良い材料であれば、フェライト以外でもよい。
【００１１】磁性体５は、円盤状の磁性基板部６と、円筒状の磁性筒部７を有する。磁性基板部６と磁性筒部７は、同心的に形成されている。磁性基板部６の外径は約２０mmである。磁性基板部６と磁性筒部７との外径比は１.５ 〜３程度が望ましい。ダイアフラム４は、磁性基板部６の底面が当接する磁性体用受底部８が中央に設けられている。磁性体用受底部８の外周には、盛り上がるように形成されたリング状の堤部９が形成されている。この堤部９は、磁性基板部６の外周が嵌合して磁性基板部６との一体性を形成している。堤部９は薄い磁性体用受底部８と違い磁性基板部６の厚さに近い厚みをもっているが、堤部９の上面は磁性基板部６の上面よりわずかに低くなっている。わずかに低くすると両上面を面一にするものよりも、ダイアフラム４の上下に移動する動作が安定性を増す。
【００１２】堤部９の外周にたわみ用部１０が形成されている。このたわみ用部１０は、磁性体用受底部８と同様に薄く形成されている。たわみ用部１０は、上側にふくらむように湾曲している。この薄い湾曲によってダイアフラム４は圧力変化に応じてよく変化するのである。
【００１３】たわみ用部１０の外周には支持部１１が形成されている。支持部１１は上側に立上がるリング状の凸部になっている。この支持部１１が上下ケース２，３の抱き合せ部分に挟持されるのである。
【００１４】ダイアフラム４は、支持部１１で支持された状態で圧力変化に応じて上下に変位するのであるが、堤部９があるためダイアフラム４の中心軸線上に沿った安定した変化動作をするのである。
【００１５】すなわち、磁性体用受底部８は、薄いが磁性基板部６の底面と当接している。その上、堤部９は厚く、しかも磁性基板部６の外周と嵌合しているので、ダイアフラム４は薄いたわみ用部１０を除いて、剛体のような構造になっている。このため、ダイアフラム４の下方から受ける圧力の変化によってダイアフラム４は上下に変位動作する際に、ダイアフラム４の中心軸線に沿って上下移動から傾むいたり、中心軸線からずれるふらつきが極めて少ないのである。
【００１６】下ケース２には圧力導入パイプ１２を有する。この圧力導入パイプ１２に形成されている導入孔１３が下ケース２内に連通しているので、圧力の変化がダイアフラム４の下側に作用するのである。
【００１７】なお、圧力導入パイプ１２には、チューブが接続され、チューブの先端は洗たく機の水受槽のエアートラップ等に接続されるものである。
【００１８】前記磁性筒部７の内底である前記磁性基板部６の中央には貫通する係止孔１４が形成されている。この係止孔１４に挿入係止される係止突起１５は、前記磁性体用受底部８の中央に形成されている。この係止突起１５は上向きに立上がるように形成され、先端側はほぼ円錐形状に形成されている。円錐形をした部分の最大外径は後述するばねの内径よりも小径に形成されている。
【００１９】係止突起１５は先端が円錐形状になっているので、係止孔１４に挿入がしやすく挿入後は抜けにくいのである。係止突起１５と係止孔１４の係合により、ダイアフラム４と磁性体５は結合されている。この結合を強めるために、ダイアフラム４と磁性体５を接着剤で接着してもよい。
【００２０】上ケース３の上面には支持円筒部１６が形成されている。支持円筒部１６は上ケース３の中央に形成され、下ケース２から離れるように上方に立上がっている。支持円筒部１６の内径は１２.６mmである。前記磁性筒部７の外径が１２.２mmで、支持円筒部１６の内径よりも若干小さめに形成されている。
【００２１】前記支持円筒部１６には、ダイアフラム４に加わる圧力変化に伴って図１，図２に示すように前記磁性筒部７が出入りする。この出入りする磁性筒部７の移動に伴い後述するコイルのインダクタンスが変化するのである。
【００２２】磁性筒部７の外径が支持円筒部１６の内径より若干小さく形成されているので、支持円筒部１６内を円滑に摺動するのである。
【００２３】また磁性筒部７の上端外周角度は面取りにより角が落されているので、上記摺動はさらに円滑に行われる。この面取りは、磁性体５を焼結する際に形成する。但し、焼結形成後に機械加工で形成してもよい。また面取りは、フェライトで形成された硬い磁性体５の角部が欠けやすいので、前もって落すねらいもある。そのため磁性体５は、全部の角部を面取りしておくことが望ましい。
【００２４】前記支持円筒部１６の上側内周部には調整ねじ１７が螺合するように取り付けられている。雌ねじが形成される上側内径部は、前記磁性筒部７が摺動自在に出入りする支持円筒部の下側内周部より少し小径に形成されている。
【００２５】合成樹脂のポリアセタールで形成された調整ねじ１７の外周には雄ねじが形成されている。上面にはドライバー用の溝が形成されている。調整ねじ１７の内端である下面には中央にばね受け台１８が下方に突出するように形成されている。このばね受け台１８は、調整ねじ１７の外周円と同心的に形成されている。
【００２６】調整ねじ１７は、ドライバーで回すことにより上下に移動する。この上下移動操作により、後述する調整が行われるのである。
【００２７】つる巻状のばね１９は、ステンレスが形成されている。ばね１９の上側内周部は、前記ばね受け台１８に嵌め込まれている。この嵌め込みで、ばね１９は調整ねじ１７に取り付けられ、調整ねじ１７に吊り下げられた状態になる。
【００２８】ばね１９の下端は、ばね座１９を介して磁性筒部７の内底に置かれる。ばね座１９は合成樹脂のポリアセタールで形成されている。ばね座１９は筒部と上部つば部と底部を有し、底部には前記係止突起１５が挿入される穴が形成されている。
【００２９】ばね１９の下端は、ダイアフラム４に圧力がかからない図１に示す状態にあっては、ばね座２０の底部から僅かに浮いた状態になっている。ダイアフラム４に圧力がかからないときには、ばね１９の下端がばね座２０から浮いているので、ダイアフラム４にばね１９の力が作用していないのである。このため、下ケース２を下にして本体ケース１を水平にした場合には、ダイアフラム４のたわみ用部１０が有する張力と磁性体５（３〜６ｇ）の重さがつり合うところで、ダイアフラム４は安定するのである。
【００３０】ばね１９は、調整ねじ１７とばね座２０との間に介在しているので、ダイアフラム４に圧力がかかって図２に示すようにダイアフラム４が上側に変位するときにはダイアフラム４を元の位置に押し戻すように作用する。
【００３１】ばね１９は、外径がばね座２０の筒部内径よりも僅かに小さく、内径が前記係止突起１５の外径よりも僅かに大きくしている。なお、ばね座２０を省略してばね１９の下端を磁性筒部７の内側に直に置くようにしてもよい。
【００３２】調整ねじ１７は、ばね１９を吊り下げるように支持しているので、ダイアフラム４に圧力がかからないときに、ばね１９の下端がばね座２０の底部から僅かに浮いて離れるようにドライバーで回して調整するのである。
【００３３】上記のとおり、ダイアフラム４に加わる圧力変化でダイアフラム４は上下に変位し、ダイアフラム４に保持されている磁性体５も一緒に上下に動く。磁性体５が上下に動く、最大移動量は５.９mm で、この移動範囲で後述するコイルのインダクタンスが変化するのである。
【００３４】コイル２１は、支持円筒部１６の外周，下部に嵌合するように取り付けられる。コイル２１の巻数は２５０〜３００ターンである。コイル２１は合成樹脂のウレタンが被覆されている。
【００３５】コイル２１は、径方向の巻厚さが軸方向の巻丈よりも大きい扁平形状にしている。巻厚さが１.３〜２.５mm程度である。
【００３６】コイル２１を扁平にしたのは、次の理由によるものである。
【００３７】コイル２１を扁平にすることにより、圧力検出装置の丈を低くできるのである。また磁性体５は、磁性筒部７と磁性基板部６を有する。磁性筒部７は、コイル２１の内側を出入りする関係になっているが磁性基板部６はコイル２１の下側端面側に近づいたり、離れたりする関係になっている。
【００３８】磁性基板部６によるコイル２１へのインダクタンス変化を高めるのには、磁性基板部６の外径に近づく程度にコイル２１の外径を大きくした結果、扁平なコイルになったのである。
【００３９】このように、磁性筒部７のコイル２１への出入りと、磁性基板部６のコイル２１への遠近とにより、コイル２１のインダクタンスが変化するのである。
【００４０】上ケース３の上面には、支持円筒部１６を大きく囲う堰２２が形成されている。この堰２２はコイル２１をも外側から囲っている。堰２２の内側には一対の端子板２３，２４がコイル２１を間にして対称に振り分けて配置されている。端子板２３，２４にはコイル２１の両端が接続されている。端子板２３，２４にはコネクター２５,２６が着脱自在に接続されているコネクター接続部２３ａ,２４ａが設けられている。
【００４１】コネクター接続部２３ａ，２４ａは堰２２の外側につき出ている。端子板２３，２４，コネクター接続部２３ａ，２４ａは、前記支持円筒部１６の軸線方向と直交するように横置に配置されている。横置であるため、圧力検出装置の丈がそれだけ低くなるのである。
【００４２】コンデンサー２７は、同じく堰２２の内側に配置されている。端子板２３，２４の間に位置するように置かれている。コンデンサー２７の両足は端子板２３，２４に接続されている。
【００４３】コンデンサー２７とコイル２１は並列に接続され、ＬＣの共振回路を構成しているのである。
【００４４】前記支持円筒部１６と堰との間にポッテング用の合成樹脂（ウレタン等）を注入する。合成樹脂は図１，図２の二点鎖線で示すところまで注入される。コイル２１，コンデンサー２７，端子板２３，２４等の電気部品は、ポッテング用の合成樹脂内に埋設されている。電気部品はポッテングされるので、洗たく機等の湿気の多いものに圧力検出装置を使用しても、湿気による動作不良が生じにくいのである。
【００４５】図４は、ＬＣ共振回路部２８と発振回路部２９を示す。
【００４６】ＬＣ共振回路部２８は、前述したとおり、コイル２１とコンデンサー２７を並列接続して形成している。発振回路２９は、抵抗３０，３１，インバータ３２，３３，３４によって形成されている。発振回路２９と共振回路２８で、ＬＣ発振回路を構成している。
【００４７】発振回路２９と共振回路はコネクター２３ａ，２４ａで接続されている。発振回路２９は圧力検出装置から離して設けられているが、圧力検出装置側に備えるようにしてもよい。
【００４８】また、コンデンサー２７は圧力検出装置に設けているが、発振回路２９側に備えるようにしてもよい。
【００４９】さらに、発振回路２９は、洗たく機等の制御回路と一緒に形成するようにしてもよい。
【００５０】図５は、水位と周波数の関係を示したグラフである。圧力検出装置を洗たく機に採用した場合の例示である。
【００５１】発振の周波数は、
【００５２】で示される。水位は、洗たく機の水受槽に溜る水の高さを表わしている。水位が増すにしたがって発振の周波数が下がる。それは、水位の上昇につれてダイアフラム４が上側に変位し、磁性体５がコイル２１に近づくことによりインダクタンスが増加するからである。磁性体５の最大移動量は５.９mm である。５.９mm の移動量で、０mmから５００mmまでの水位変化を検知できるのである。これは、水位の変化で圧縮される空気圧をダイアフラム４で受けるようにしたので、水位の大幅な変化をダイアフラム４の少ない変位量で検知できるのである。
【００５３】
【発明の効果】以上述べたように本発明は円筒状に巻装されたコイルと、圧力の変化によりたわんで変位するゴムのダイアフラムと、このダイアフラムに保持されている磁性体と、この磁性体と対向するところに備えられ、かつ磁性が近づいたり、離れたりすることにともなってインダクタンスが変化するコイルと、前記磁性体が前記コイルに近づいて行ようなダイアフラムの変化を押し返すように付勢するつる巻状のばねとを備えている圧力検出装置において、前記磁性体は、円盤状の磁性基板部と、磁性基板部の上面から前記コイルに向かって隆起する円筒状の磁性筒部を有し、かつ磁性筒部は前記コイルの内径よりも小さな内径を有するとともに磁性基板部とほぼ同心的に形成し、前記ダイアフラムは、中央に前記磁性基板部の下面側が当接する磁性体用受底部と、この磁性体用受底部の周囲に盛り上がるように形成され、かつ前記磁性基板部の外周が嵌まるリング状の堤部と、この堤部の外周をぐるりと囲うたわみ用部を有することを特徴とする圧力検出装置にある。
【００５４】この構成によれば、次の良さが期待できる。
【００５５】(１)．ダイアフラムに磁性体を直接受け、圧力変化に伴うダイアフラムの動きに抗するばねを一つにしているので部品数が少なく、圧力検出装置の丈も低く抑えることができる。
【００５６】(２)．磁性体の磁性基板部がダイアフラムの磁性体用受底部に当接し、磁性基板部の外周が嵌まるところを盛り上がった堤にしているので、ダイアフラムは薄いたわみ用部を除いて全体が剛体のようになるため、ダイアフラムの変位動作は軸線上に沿った動きになる。傾むいたり、軸線から外れることが生じにくいのである。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１０年７月３日（１９９８．７．３）
【代理人】 【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
【公開番号】 特開２０００−１９０４３（Ｐ２０００−１９０４３Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願番号】 特願平１０−１８８５６１