スイッチ構造および防爆機器

この発明は、密閉容器の内部に配置されている磁気センサを密閉容器の外部からオン/オフ動作させるスイッチ構造およびそのスイッチ構造を備えた防爆機器に関するものである。

従来より、圧力発信器などの防爆機器では、密閉された容器を防爆容器とし、この防爆容器の内部に磁気センサを配置し、この磁気センサを防爆容器の外部からオン/オフ動作させるスイッチ構造が用いられている(例えば、特許文献1参照)。

図6に防爆機器で用いられている従来のスイッチ構造の要部を示す。同図において、1は防爆容器、2は防爆容器1の内部に配置された磁気センサ、3は磁界を発生する磁石であり、防爆容器1の内部と外部とを隔てる容器壁1aは非磁性体とされている。また、磁石3は防爆容器1の外部に、磁気センサ2に対して進退自在に設けられている。なお、防爆容器1には、図示してはいないが、保護すべき電気回路や電気部品が収容されている。

このスイッチ構造では、防爆容器1の容器壁1aの外部に位置する磁石3を磁気センサ2に近づけると、磁石3の磁界が容器壁1aを通して磁気センサ2に作用し、磁気センサ2がオンとなる。すなわち、容器壁1aを貫通して作用する磁石3からの磁気を磁気センサ2が感知し、磁気感知信号を出力する。磁石3を磁気センサ2から遠ざけると、磁石3からの磁気を磁気センサ2が感知しなくなり、磁気センサ2がオフとなる。

この磁気センサ2と磁石3とを用いたスイッチ構造によって、防爆容器1の内部の防爆性能を保持したまま、防爆容器1の内部に収容されている電気回路の動作切替や各種の設定を外部から行うことができる。このスイッチ構造では、通常、図7に示すように、磁気センサ2と磁石3との組み合わせを1つの磁気スイッチSWとし、この磁気スイッチSWを複数並設した構成とする。

図7に示した例では、防爆容器1の内部に磁気センサ2−1〜2−4を並設して設け、この磁気センサ2−1〜2−4に対して防爆容器1の外部に進退自在に磁石3−1〜3−4を設け、磁気センサ2−1〜2−4と磁石3−1〜3−4とで磁気スイッチSW1〜SW4を構成している。磁気センサ2−1〜2−4と磁石3−1〜3−4との間には非磁性体である容器壁1aが位置する。

この複数の磁気スイッチSWを並設したスイッチ構造において、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lは、磁気スイッチSWを各々独立してオン/オフすることができるように、互いの磁石3の磁界の影響を受けることがないような距離として定められる。すなわち、容器壁1aが非磁性体であるため、磁石3の磁界の及ぶ範囲が広く、その磁界が他の磁気センサ2に作用することがないように、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lを広めに定める。

特表平3−500939号公報(特許第2668571号公報)

しかしながら、上述した従来のスイッチ構造では、容器壁1aが厚い場合、磁石3と磁気センサ2との間の距離が大きくなる。このため、磁石3の磁界が容器壁1aを通して磁気センサ2に正しく作用するように、磁石3として磁力の強い磁石(大型の磁石)を使用する必要があった。

また、上述した従来のスイッチ構造では、複数の磁気スイッチSWを並設したスイッチ構造とした場合、容器壁1aが厚い場合には、磁石3として大型の磁石を使用する必要があるばかりでなく、磁石3の磁界が及ぶ範囲が広がるため、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lを広くする必要があり、また、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lを小さくしたい場合には、磁力の弱い磁石(小型の磁石)でもその磁界が磁気センサ2に正しく作用するように、容器壁1aを薄くする必要があった。すなわち、各構成要素のレイアウト上の制約が大きく、容器壁1aを厚く、かつ隣接する磁気スイッチSW間の距離Lを小さくしたいという要望を実現することが難しかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚くても、大型の磁石を使用する必要のないスイッチ構造を提供することにある。 また、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚い場合でも、隣接する磁気スイッチ間の距離を小さくして、個々の磁気スイッチを独立してオン/オフすることが可能なスイッチ構造を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、内部と外部とを隔てる容器壁が非磁性体とされた密閉容器と、この密閉容器の内部に配置された磁気センサと、磁界を発生する磁石とを備え、密閉容器の容器壁を通して密閉容器の外部から磁石からの磁界を作用させることによって密閉容器の内部の磁気センサをオン/オフ動作させるスイッチ構造において、密閉容器の容器壁に磁気センサへ作用させる磁石からの磁界の通路となる第1の磁性体が設けられていることを特徴とする。

本発明のスイッチ構造では、密閉容器の容器壁(非磁性体)に設けられた第1の磁性体を通して、磁石からの磁界が磁気センサに作用する。例えば、密閉容器の外部側に位置する第1の磁性体の端面に対して進退自在に磁石を設けた構成とした場合、密閉容器の外部側に位置する第1の磁性体の端面に磁石を近づけると、その磁石からの磁界が密閉容器の容器壁(非磁性体)に設けられている第1の磁性体を通して、磁気センサに作用する。このため、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚くても、磁石からの磁界が効率よく磁気センサに作用し、磁石として大型の磁石を使用する必要がなくなる。

また、本発明のスイッチ構造では、密閉容器の容器壁(非磁性体)に設けられている第1の磁性体を通して磁石からの磁界が磁気センサに作用するので、磁石の磁界の及ぶ範囲が小さくなる。例えば、密閉容器の内部に磁気センサを並設して複数設け、密閉容器の容器壁(非磁性体)に磁気センサ毎に第1の磁性体を設け、密閉容器の外部側に位置する各第1の磁性体の端面に対して進退自在に磁石を設けた構成とした場合、すなわち磁気センサと磁石と第1の磁性体との組み合わせを1つの磁気スイッチとし、複数の磁気スイッチを並設して設けるようなスイッチ構造とした場合、磁気スイッチ毎に密閉容器の容器壁(非磁性体)に設けられた第1の磁性体を通して磁石からの磁界が磁気センサに作用するものとなり、個々の磁気スイッチの磁石の磁界の及ぶ範囲が小さくなる。これにより、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚い場合でも、隣接する磁気スイッチ間の距離を小さくして、個々の磁気スイッチを独立してオン/オフすることができるようになる。

また、本発明のスイッチ構造において、磁気センサが設けられた基板と、密閉容器の内部に設けられ、基板の磁気センサが設けられている面を密閉容器の容器壁に対向させるように、かつ基板に設けられている磁気センサの上部空間を覆うように、基板を保持する基板保持部材とを備え、基板保持部材に第1の磁性体に対向するとともに磁気センサに対向する第2の磁性体が設けられ、第1の磁性体と第2の磁性体との間に間隙を有する構成とすると、基板保持部材によって基板や磁気センサが覆われるものとなり、密閉容器が開放状態となった場合でも防塵が保たれるものとなる。また、第1の磁性体と第2の磁性体との間に間隙を有するので、第1の磁性体から第2の磁性体へ磁束は貫通するが、密閉容器に外力が加わり、密閉容器の容器壁が内側に撓んだとしても、第1の磁性体と第2の磁性体との接触が避けられて、外力から保護される。また、密閉容器の外部の熱の影響が、第1の磁性体から第2の磁性体に伝わって磁気センサに及ぶことを防止することができる。

また、本発明のスイッチ構造において、磁石を進退自在に保持する非磁性体よりなるスイッチホルダを備え、スイッチホルダは、密閉容器の外部に取り付けられ、密閉容器の外部側に位置する第1の磁性体の端面は、密閉容器の容器壁を抜け、スイッチホルダの底面に形成された凹部内に位置する構成とすると、密閉容器の外部側に位置する第1の磁性体の端面がスイッチホルダの底面に形成された凹部で覆われるものとなる。これにより、密閉容器の外部側に位置する第1の磁性体の端面が密閉容器の外部に露出することがなく、外部からの湿気などで第1の磁性体が錆びたりすることが防止される。

本発明によれば、密閉容器の容器壁(非磁性体)に磁気センサへ作用させる磁石からの磁界の通路となる第1の磁性体を設けるようにしたので、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚くても、磁石からの磁界を効率よく磁気センサに作用させることができ、磁石として大型の磁石を使用する必要がなくなる。 また、本発明によれば、密閉容器の容器壁(非磁性体)に設けられた第1の磁性体を通して磁石からの磁界が磁気センサに作用するので、磁石の磁界の及ぶ範囲が小さくなり、密閉容器の容器壁(非磁性体)が厚い場合でも、隣接する磁気スイッチ間の距離を小さくして、個々の磁気スイッチを独立してオン/オフすることが可能となる。

本発明に係るスイッチ構造の一実施の形態(実施の形態1)の要部を示す図である。

本発明に係るスイッチ構造を備えた防爆機器の一例(実施の形態2)を示す外観斜視図(ポジショナの外観斜視図)である。

このポジショナの前面に設けられたカバーを取り外した状態を示す図である。

このポジショナの内部構成を示すブロック図である。

このポジショナのメインカバー(容器壁)へのスイッチホルダおよび押ボタンの取り付け構造を示す一部破断断面図である。

防爆容器で用いられている従来のスイッチ構造の要部を示す図である。

磁気スイッチを複数並設した従来のスイッチ構造の要部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 〔実施の形態1:スイッチ構造〕 図1は本発明に係るスイッチ構造の一実施の形態(実施の形態1)の要部を示す図である。同図において、図7と同一符号は図7を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示す。

このスイッチ構造において、磁気センサ2−1〜2−4と磁石3−1〜3−4との間の容器壁(非磁性体)1aには、磁気センサ2−1〜2−4に対応して磁性体4−1〜4−4が設けられている。この磁性体4(4−1〜4−4)は、円柱状とされており、その一方の端面4aが防爆容器1の外部に露出しており、その他方の端面4bが防爆容器1の内部に露出している。

磁気センサ2−1〜2−4は、防爆容器1の内部に、磁性体4−1〜4−4の他方の端面4bに対向して設けられている。磁石3−1〜3−4は、防爆容器1の外部に、磁性体4−1〜4−4の一方の端面4aに対して進退自在に設けられている。この磁気センサ2−1〜2−4と、磁石3−1〜3−4と、磁性体4−1〜4−4とで、磁気スイッチSW1〜SW4が構成されている。

このスイッチ構造(複数の磁気スイッチSWを並設したスイッチ構造)において、防爆容器1の外部の磁石3からの磁界は、防爆容器1の容器壁1aに設けられた磁性体4を通して、磁気センサ2に作用する。例えば、防爆容器1の外部に露出している磁性体4−1の端面4aに磁石3−1を近づけると、この磁石3−1からの磁界が防爆容器1の容器壁1aに設けられている磁性体4−1を通して、防爆容器1の内部の磁気センサ2−1に作用する。

このように、このスイッチ構造では、防爆容器1の容器壁1aに設けられている磁性体4を通して磁石3からの磁界が磁気センサ2に作用するので、防爆容器1の容器壁1aが厚くても、磁石3からの磁界が効率よく磁気センサ2に作用し、磁石3として大型の磁石を使用する必要がない。

また、このスイッチ構造では、防爆容器1の容器壁1aに設けられた磁性体4を通して磁石3からの磁界が磁気センサ2に作用するので、磁石3の磁界の及ぶ範囲が小さくなる。すなわち、このスイッチ構造では、磁気スイッチSW毎に防爆容器1の容器壁1aに設けられた磁性体4を通して磁石3からの磁界が磁気センサ2に作用するものとなり、個々の磁気スイッチSWの磁石3の磁界の及ぶ範囲が小さくなる。これにより、防爆容器1の容器壁1aが厚い場合でも、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lを小さくして、個々の磁気スイッチSWを独立してオン/オフすることができるようになる。

なお、この実施の形態では、防爆容器1の容器壁1aに設けた磁性体4の端面4a,4bを容器壁1aから露出させるようにしているが、必ずしも磁性体4の端面4a,4bを容器壁1aから露出させなくてもよい。例えば、磁性体4の端面4aを容器壁1aから露出させずに、容器壁1aの途中に埋め込んだ状態とすると、外部からの湿気などで磁性体4が錆びたりすることが防止される。また、この実施の形態では、防爆容器1の外部に位置する磁性体4の端面4aに対して進退自在に磁石3を設けているが、例えば、磁石3を防爆容器1と切り離し、磁石3を人が手に持って、防爆容器1の外部に位置する磁性体4の端面4aに近づけるようにしてもよい。

また、この実施の形態では、容器1を防爆容器としたが、密閉された容器であればよく、必ずしも防爆容器でなくてもよい。また、この実施の形態では、複数の磁気スイッチSWを並設したスイッチ構造を例にとって説明したが、磁気スイッチSWは1つであっても構わない。

〔実施の形態2:防爆機器〕 図2は本発明に係るスイッチ構造を備えた防爆機器の一例(実施の形態2)を示す外観斜視図である。図2には、防爆機器の1つとして、空気作動型の調節弁(バルブ)の開度制御を行うポジショナを示している。ポジショナでは、爆発ガス雰囲気中で使用できるように、防爆基準により十分な防爆性能を有することが義務づけられている。

図4にこのポジショナ100の内部構成のブロック図を示す。同図において、11はI/F(インタフェース)端子、12はCPU(Central Processing Unit)やメモリ等を備えた電気回路モジュール、13は電空変換器、14は電空変換器13からのノズル背圧P_Nを増幅し出力空気圧Poutとしてバルブ200へ供給するパイロットリレー、15はバルブ200の動作位置を検出し電気回路モジュール12のCPUへフィードバックする角度センサであり、これらによってポジショナ100が構成されている。

このポジショナ100において、電気回路モジュール12のCPUは、コントローラ300から入力電気信号I_INが与えられると、入力電気信号I_INに応じた電流I1を電空変換器13へ与える。この電流I1は電空変換器13においてノズル背圧P_Nに変換され、パイロットリレー14に送られる。パイロットリレー14は、ノズル背圧P_Nを増幅し、出力空気圧Poutとしてバルブ200へ供給する。これによって、バルブ200の開度すなわちプロセス流量が制御される。また、バルブ200の開度は角度センサ15によって検出され、フィードバック信号I_FBとして電気回路モジュール12のCPUへ戻される。

なお、図4において、Psは電空変換器3およびパイロットリレー14への供給空気圧である。また、パイロットリレーには、1つのノズル背圧P_Nに対して1つ力の出力空気圧を出力する単動型と、1つのノズル背圧P_Nに対して2つの出力空気圧を出力する複動型がある。この実施の形態において、パイロットリレーは複動型とされており、2つの出力空気圧Pout1,Pout2を出力する。バルブ200を正動作させる場合には、出力空気圧Pout1をPout2よりも高くし、逆動作させる場合には出力空気圧Pout2をPout1よりも高くする。

このポジショナ100において、I/F(インタフェース)端子11、電気回路モジュール12、電空変換器13、角度センサ15は、ケース101(図2)の内部空間に収容されている。すなわち、ケース101を防爆容器(以下、防爆容器と呼ぶ)とし、この防爆容器101内にI/F(インタフェース)端子11、電気回路モジュール12、電空変換器13、角度センサ15が収容されている。

防爆容器101には、その前面にカバー102が取り付けられており、このカバー102を取り外すと、図3に示すように、防爆容器101の容器壁の一部をなすメインカバー(非磁性体)104が現れる。このメインカバー104には、スイッチホルダ105がネジで固定されており、このスイッチホルダ105に4つの押ボタン106(106−1〜106−4)が取り付けられている。また、防爆容器101には、その背面にカバー103が取り付けられており、このカバー103で覆われた空間にパイロットリレー14が設けられている。

図5にメインカバー104へのスイッチホルダ105および押ボタン106の取り付け構造を示す。図5には、押ボタン106−1,106−2の取り付け部分のみを示しているが、押ボタン106−3,106−4も同様にして取り付けられている。なお、スイッチホルダ105および押ボタン106は樹脂部材より形成され、押ボタン106は円柱状とされている。以下、1つの押ボタン106に着目して、その取り付け構造を説明する。

押ボタン106は、その底部に円柱状の磁石107が設けられており、この磁石107を下にしてスイッチホルダ105に設けられた取付孔108に挿入されている。スイッチホルダ105の取付孔108には、押ボタン106の底部とこの取付孔108の底部との間に圧縮コイルバネ109が設けられており、圧縮コイルバネ109の一端はスイッチホルダ105の取付孔108の底部に固定され、圧縮コイルバネ109の他端は押ボタン106の底部に固定されている。

メインカバー(容器壁)104には、スイッチホルダ105の取付孔108に対向する位置に、ガイドピン(第1の磁性体)110が設けられている。ガイドピン110の一方の端面110aは、メインカバー104の上面(防爆容器101の外部に面する面)を抜け、スイッチホルダ105の取付孔108の底面に形成された凹部111内に位置している。ガイドピン110の他方の端面110bは、メインカバー104の下面(防爆容器101の内部に面する面)に位置し、防爆容器101の内部に露出している。この例において、ガイドピン110の端面110aはスイッチホルダ105の取付孔108の底面に形成された凹部111内に位置しているので、ガイドピン110の端面110aが防爆容器101の外部に露出することがなく、外部からの湿気などでガイドピン110が錆びたりすることが防止される。

防爆容器101の内部には、樹脂部材よりなるエレキホルダ(基板保持部材)112が設けられ、このエレキホルダ112に樹脂製の基板であるメインボード113が取り付けられている。また、エレキホルダ112には、ガイドピン110の端面110bに対向する位置に間隙dを設けて、サブガイドピン(第2の磁性体)114が設けられ、メインボード113にはサブガイドピン114に対向する位置に、ホールIC(磁気センサ)115が設けられている。サブガイドピン114は、エレキホルダ112に形成された貫通孔112aに、その一方の端面114aおよび他方の端面114bを露出させた状態で設けられている。

すなわち、エレキホルダ112は、防爆容器101の内部において、メインボード113のホールIC115が設けられている面をメインカバー104に対向させるように、かつメインボード113に設けられているホールIC115の上部空間を覆うように、メインボード113を保持しており、エレキホルダ112には、ガイドピン110に対向するとともにホールIC115に対向するサブガイドピン114が設けられている。

このような構造とすることにより、エレキホルダ112によってメインボード113やホールIC115が覆われるものとなり、防爆容器101が開放状態となった場合でも防塵が保たれるものとなる。また、ガイドピン110とサブガイドピン114との間に間隙dを有するので、ガイドピン110からサブガイドピン114へ磁束は貫通するが、防爆容器101に外力が加わり、メインカバー104が内側に撓んだとしても、ガイドピン110とサブガイドピン114との接触が避けられて、外力から保護される。また、防爆容器101の外部の熱の影響が、ガイドピン110をからサブガイドピン114に伝わってホールIC115に及ぶことを防止することができる。なお、エレキホルダ112は、メインボード113に設けられているホールIC115の上部空間を覆うが、必ずしもメインボード113のホールIC115が設けられている面全体を覆わなくてもよく、ホールIC115が設けられている領域を含む一部の面を覆うようにしてもよい。

このポジショナ100では、カバー102を取り外して、メインカバー104を出現させ、スイッチホルダ105に取り付けられている押ボタン106を押すと、圧縮コイルバネ109の付勢力に抗して、押ボタン106がスイッチホルダ105の取付孔108の底部に向かって移動する。これにより、押ボタン106の底部に設けられている磁石107がメインカバー104に設けられているガイドピン110の端面110aに近づき、磁石107からの磁界がメインカバー104に設けられているガイドピン110を通して、さらにサブガイドピン114を通して、防爆容器101の内部のホールIC115に作用する。これにより、ホールIC115がオンとなる。図5に示した押ボタン106−2の状態はこの状態を示している。

押ボタン106を押すのをやめると、押ボタン106は圧縮コイルバネ109の付勢力によって、元の位置に戻る。これにより、押ボタン106の底部に設けられている磁石107がメインカバー104に設けられているガイドピン110の端面110aから遠ざかり、磁石107からの磁気をホールIC115が感知しなくなる。これにより、ホールIC115がオフとなる。図5に示した押ボタン106−1の状態はこの状態を示している。

なお、この実施の形態では、押ボタン106と、磁石107と、圧縮コイルバネ109と、ガイドピン110と、サブガイドピン114と、ホールIC115とで磁気スイッチSWが構成されており、隣接する磁気スイッチSW間の距離Lは20mm、押ボタン106を押下した時の磁石107の下面とホールIC115の上面との間の距離Hは30mm、ガイドピン110とサブガイドピン114との間の間隙dは1〜2mm程度とされている。

また、この実施の形態では、ガイドピン110の端面110aをスイッチホルダ105の取付孔108の底面に形成された凹部111内に位置させるものとしたが、ガイドピン110の端面110aをメインカバー(容器壁)104から露出させずに、メインカバー104の途中に埋め込んだ状態とするようにしてもよい。また、ガイドピン110の端面110bについても、メインカバー(容器壁)104から露出させずに、メインカバー104の途中に埋め込んだ状態とするようにしてもよい。

また、この実施の形態では、エレキホルダ112に設けたサブガイドピン114の一方の端面114aおよび他方の端面114bをエレキホルダ112から露出させているが、必ずしもサブガイドピン114の端面114a,114bをエレキホルダ112から露出させなくてもよい。すなわち、サブガイドピン114の端面114a,114bの両方もしくは何れか一方をエレキホルダ112から露出させずに、エレキホルダ112の途中に埋め込んだ状態としてもよい。

また、この実施の形態において、サブガイドピン114の端面114bは、メインボード113に設けられたホールIC115に接触させるようにしてもよく、ホールIC115とは接触させずに、ホールIC115との間に隙間を設けるようにしてもよい。

また、この実施の形態では、防爆機器をポジショナとし、このポジショナに本発明に係るスイッチ構造を利用した例について説明したが、圧力発信器や電磁流量計などの防爆機器に本発明に係るスイッチ構造を利用してもよい。

また、実施の形態1における磁性体4や実施の形態2におけるガイドピン110およびサブガイドピン114は、パーマロイなどの強磁性体とすることが望ましい。また、実施の形態2において、ガイドピン110とサブガイドピン114とは、同じ材料でなくてもよく、異なる材料であっても構わない。

〔実施の形態の拡張〕 以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

1…防爆容器、1a…容器壁、2(2−1〜2−4)…磁気センサ、3(3−1〜3−4)…磁石、4(4−1〜4−4)…磁性体、4a…一方の端面、4b…他方の端面、SW(SW1〜SW4)…磁気スイッチ、100…ポジショナ、101…ケース(防爆容器)、102,103…カバー、104…メインカバー、105…スイッチホルダ、106(106−1〜4)…押ボタン、107…磁石、108…取付孔、109…圧縮コイルバネ、110…ガイドピン、110a…一方の端面、110b…他方の端面、111…凹部、112…エレキホルダ、113…メインボード、114…サブガイドピン、114a…一方の端面、114b…他方の端面、115…ホールIC。