JPH04368736A - 圧力スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば気密槽の高度な
恒圧の維持に使用される圧力スイッチに係り、特には加
わる流体圧力に応じて変位するダイアフラムの変位を、
外部回路等を用いることなく直接スイッチ動作に利用す
る圧力スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な分野で利用されるようにな
った制御機器に対する高精度な自動制御の要求から、多
様な圧力スイッチが開発されている。

【０００３】一般に、流体の圧力，その変化を検出して
ＯＮ，ＯＦＦ動作する圧力スイッチは、センサ部とスイ
ッチ部から構成されている。そのセンサ部として多種類
知られているが、中でも半導体素子は、高感度、小型、
高速応答という特徴を有することから、半導体ダイアフ
ラム上にゲージ抵抗体が形成された半導体圧力センがセ
ンサ部として用いられることも多い。

【０００４】そのセンサ部として用いられる半導体圧力
センサは、一般的に図３に示すように構成されていた。 半導体圧力センサ３０は、シリコン基板３１と台座３２
を有している。基板３１にはダイアフラム３１ａがその
中央部に形成され、そのダイアフラム３１ａは下方に基
準圧力室３３を形成しつつ裏面側の肉厚部にて台座３２
に接着固定されている。また、ダイアフラム３１の表面
側には、歪ゲージ３４、絶縁膜３５、電極３６が形成さ
れている。電極３６は図示しないボンディングワイヤ，
リード端子を介して外部の電気回路に接続されている。

【０００５】そして、センサ部としては上記半導体圧力
センサ３０を用い、スイッチ部としては、歪ゲージ３４
に接続される外部の電気回路にスイッチ素子を内設する
か、さらに別のスイッチング回路を付設することで、圧
力スイッチを構成していた。

【０００６】上記のような圧力スイッチのセンサ部に外
部から流体圧力が加えられると、加わった圧力に比例し
てダイアフラム３１ａが撓む。すると、この撓みはダイ
アフラム３１ａ上に設けられた歪ゲージ３４の比抵抗値
を変化させる。この歪みゲージ３４の比抵抗値の変化が
リード端子を介して外部の電気回路で検出される。これ
により圧力，その変化が検出される。さらに接続される
電気回路で、その検出信号を予め設定された値と比較す
る等電気的処理が施されてから、スイッチ素子が駆動さ
れて、圧力スイッチがＯＮ，ＯＦＦ動作するというよう
な構成であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の圧
力スイッチは、圧力，その変化を、加えられる圧力に応
ずるダイアフラムの変位から直接的に検出するのではな
かった。ダイアフラム上に形成された歪ゲージの比抵抗
値の変化としてとり出し、さらにダイアフラム上に形成
された電極等を介して外部に設けられた電気回路に導き
電気的な処理を行ってから間接的に検出していた。その
後、電気的に処理された検出信号に基づきスイッチ素子
を駆動するような構成であったから、部品点数も多くな
り製造コストも高価となっていた。

【０００８】本発明は、上記従来例の問題点に鑑み、外
部回路等を用いることなく、ダイアフラムの変位を直接
スイッチ動作に利用することにより、圧力の変化を精度
よく検知でき、また部品点数を削減できて製造コストを
低下できる圧力スイッチを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、外部と
連通される圧力室と真空基準圧力室との間に配設され、
該圧力室に導入される流体の圧力に応じて変位するダイ
アフラムが形成された半導体感圧素子と、上記ダイアフ
ラム上に配設される導電材からなる接点部と、該接点部
が当接した際電気的に導通される導電部と、上記ダイア
フラムに作用する流体の圧力が低下するに従い上記接点
部を上記導電部に近接させる付勢部材を含み本体にネジ
込み式に設けられる設定圧力調節部材と、を備えたこと
を特徴とする圧力スイッチにより達成できる。

【００１０】

【作用】設定圧力調節部材を装置本体にネジ込むことに
より、導電部と接点部とを離間させておく。尚、予めこ
の離間距離を、圧力室に導入されてダイアフラムに作用
する流体圧力が設定圧力より低下した際、導電部に接点
部が当接する距離としておく。従って、圧力室の流体圧
力が低下するに応じてダイアフラムが変位するとともに
、ダイアフラム上に配設された接点部も変位する。流体
圧力が設定圧力まで低下したところで導電部と接点部は
当接し、この際導電部が電気的に導通する。つまりダイ
アフラムの変位を直接スイッチ動作に利用している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明の一実施例の主要
部の断面構成図である。

【００１２】同図において、パッケージ１は、その中央
部に隔壁２を有しており、パッケージ１の内部は略上下
に仕切られている。この隔壁２には、分離された導電部
２ａ，２ｂが部分的に形成されており、各々配線により
図示しない外部の電気回路に接続されている。

【００１３】パッケージ１下方内部には、中央部にダイ
アフラム３ａが形成され、肉厚部３ｂにて接合ガラス４
と陽極接合技術により高度に気密に接合される半導体感
圧素子３が備えられている。この半導体感圧素子３の中
央部のダイアフラム３ａは、例えばシリコン基板を裏面
からエッチングを施すことにより形成できる。ダイアフ
ラム３ａ上面以外の半導体感圧素子３及び接合ガラス４
と、パッケージ１及び導電部２ａ，２ｂを含む隔壁２と
の間には、絶縁緩衝材５が配設されて電気的絶縁と気密
性が図られている。

【００１４】ダイアフラム３ａの上面と隔壁２とにより
形成される空間は、図示しない連通口により恒圧の維持
を必要とする気密室と連通された圧力室６として形成さ
れ、ダイアフラム３ａの下面と接合ガラス４により形成
される空間は、既知の真空技術により真空にされて真空
基準圧力室７として形成されている。

【００１５】ダイアフラム３ａ上面には、導電材を用い
て形成された接点部８が固設されている。該接点部８は
、圧力室６に導入された流体がダイアフラム３ａに及ぼ
す圧力に応じてダイアフラム３ａとともに上下移動し、
上方に移動し導電部２ａ，２ｂと当接した際には該導電
部２ａ，２ｂを導通させる。

【００１６】パッケージ１の上方には、パッケージ１と
隔壁２とを貫通する通孔９により圧力室６と連通されて
いる凹部１０が設けられており、その凹部１０にはバネ
１１を含む設定圧力調節部材である圧力設定ダイアル１
２がネジ込み可能とされている。バネ１１は、通孔９内
を摺動可能とされるロッド１３を介して接点部８と固着
されるとともに、凹部１０の中央に配設されるバネ板１
４と圧力設定ダイアル１２との間、及び上記バネ板１４
と隔壁２との間に介装され、ダイアフラム３ａに作用す
る流体の圧力が低下するに従い、導電部２ａ，２ｂに接
点部８を近接させる付勢部材である。

【００１７】圧力設定ダイアル１２をパッケージ１にネ
ジ込めば、バネ１１，バネ板１４，ロッド１３を介して
接点部８を下方に押圧するから、圧力設定ダイアル１２
を螺回することにより、導電部２ａ，２ｂと接点部８を
離間させ且つその距離を調節することが可能である。

【００１８】次に、上記実施例の作用を説明する。先ず
、圧力設定ダイアル１２をパッケージ１にネジ込み、所
定量螺回させることにより、導電部２ａ，２ｂと接点部
８とを離間させておく。このとき、ダイアフラム３ａに
作用する３つの圧力、つまり圧力室６に導入される流体
が及ぼす圧力と、バネ１１が及ぼす圧力と真空基準圧力
室７が及ぼす圧力がつりあった状態でダイアフラム３ａ
は静止している。

【００１９】次に、負荷変動等に起因してこのつり合い
状態がくずれた場合、例えば外部の気密室から圧力室６
に導入される流体圧力が低圧となると、ダイアフラム３
ａは上昇変位し、同時に接点部８も上方に移動する。逆
に、流体圧力が高圧となると、ダイアフラム３ａは下降
変位し接点部８も下方に移動する。

【００２０】従って、圧力設定ダイアル１２のパッケー
ジ１への螺回量を加減し、外部の気密室から圧力室６に
導入される流体の圧力がある所望の圧力（設定圧力）よ
りも低圧となったとき、接点部８が導電部２ａ，２ｂと
当接し該導電部２ａ，２ｂが導電するように調節してお
けば、この設定圧力でＯＮ，ＯＦＦのスイッチ作用をす
ることになる。尚、この場合、接点部８と導電部２ａ，
２ｂとを当接させておき、設定圧力より高圧となったと
き、接点部８が導電部２ａ，２ｂと離間してＯＦＦとな
るように構成することも可能である。

【００２１】本実施例は上記のように構成したから、流
体の圧力変化に応じてのダイアフラム３ａの変位自体を
スイッチ動作に利用し圧力変化の検出ができる。つまり
、従来のようにダイアフラム上に歪ゲージを設け、圧力
の変化を歪ゲージの比抵抗値の変化としてとり出して、
歪ゲージに接続された外部電気回路によって電気的な処
理を施した後にスイッチ動作をするのではない。つまり
、流体の圧力変化に直接対応してスイッチ動作が行われ
るからダイアフラムに歪ゲージを形成する必要もなく、
外部にスイッチ素子を含む電気回路等も不要となるから
、部品点数が削減され、そのため装置全体の小型化、製
造コストの低減化が図れる。

【００２２】また、圧力設定ダイアル１２は、パッケー
ジ１にネジ込み式としたから、導電部２ａ，２ｂと接点
部８とが離間する状態、つまりスイッチ動作を行わせた
い圧力の設定が容易である。そして、一度圧力を設定す
ればその圧力を基準として圧力制御ができる。その上、
基準圧力室７を真空としたから、残留気体があった場合
考慮しなければならない熱膨張による見かけ上の感度低
下を無視できる。

【００２３】図２は、本実施例の応用例を示すブロック
図である。本実施例に係る圧力スイッチ２０を恒圧の維
持を必要とする恒圧槽２１内に設置し、パワーアンプ２
２を介して制御回路２３に電気的に接続し圧力スイッチ
２０からＯＮ，ＯＦＦ信号を伝達可能にしておく。

【００２４】さらに、恒圧槽２１と圧縮空気源２４との
空気通路及び恒圧槽２１と真空源２５の空気通路に圧力
弁２６を介在させ、制御回路２３によりパワーアンプ２
２を介して圧力弁２６を開閉制御可能とする。

【００２５】恒圧槽２１内の圧力が設定圧力より低下し
た場合、圧力スイッチ２０がＯＮとなり、このＯＮ信号
はパワーアンプ２２により増幅されて制御回路２３に伝
達される。制御回路２３は、この圧力低下信号に基づき
パワーアンプ２２を介し圧力弁２６を制御し、圧縮空気
源２４より圧縮空気を恒圧槽２１に送り込む。この圧縮
空気の送り込み制御は、圧縮空気の送り込みにより恒圧
槽２１内の空気圧力が設定圧力より高くなり、圧力スイ
ッチ２０がＯＦＦとなるまで行われる。

【００２６】恒圧槽２１内の圧力が設定圧力より高圧で
ある場合及び高圧となった場合には、圧力スイッチ２０
がＯＦＦ状態となり、このＯＦＦ信号はパワーアンプ２
２により増幅されて制御回路２３に伝達される。制御回
路２３はこの圧力上昇信号に基づきパワーアンプ２２を
介し圧力弁２６を制御し、真空源２５へ恒圧槽２１の空
気を引き戻す。この恒圧槽２１からの空気の引き戻し制
御は、空気が引き戻されたことにより恒圧槽２１内の圧
力が低下し圧力スイッチ２０がＯＮとなるまで行われる
。

【００２７】尚、上記制御回路２３による制御は、圧力
スイッチ２０のＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態がある一定
時間続いたときに、例えばＯＮ状態が一定時間続いたと
きには圧縮空気源２４より空気を送り込み、ＯＦＦ状態
がある一定時間続いたときには真空源２５へ空気を引き
戻すという制御を間欠的に行うことで恒圧槽２１内の圧
力は常に設定圧力に維持される。

【００２８】また、本発明に係る圧力スイッチは高精度
な圧力の検知が可能であるから、警報装置を付加するこ
とにより、微妙な圧力変化を検知する警報器として利用
することも可能である。

【００２９】尚、半導体感圧素子としては、必ずしもシ
リコン基板である必要はない。

【００３０】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、外部回
路等を設けることなく、圧力変化に応ずるダイアフラム
の変位を直接スイッチ動作に利用するから、部品点数の
削減化、製造コストの低減化及び装置全体の小型化が達
成される。また、圧力設定が容易であり一度設定した圧
力を基準として圧力制御がなされる。さらに感度低下も
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の主要部の断面構成図である
。

【図２】本発明の応用例を示すブロック図である。

【図３】従来の半導体圧力センサの概略断面構成図であ
る。

【符号の説明】

１　　パッケージ ２ａ，２ｂ　　導電部 ３　　半導体感圧素子 ６　　圧力室 ７　　真空基準圧力室 ８　　接点部 １１　　バネ １２　　圧力設定ダイアル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部と連通される圧力室と真空基準圧力室
   との間に配設され、該圧力室に導入される流体の圧力に
   応じて変位するダイアフラムが形成された半導体感圧素
   子と、上記ダイアフラム上に配設される導電材からなる
   接点部と、該接点部が当接した際電気的に導通される導
   電部と、上記ダイアフラムに作用する流体の圧力が低下
   するに従い上記接点部を上記導電部に近接させる付勢部
   材を含み本体にネジ込み式に設けられる設定圧力調節部
   材と、を備えたことを特徴とする圧力スイッチ。