JP2008241655A - 距離測定器及び圧力測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧回路等の流体圧の相対的な圧力変動を、非接触で簡易に測定できる圧力測定器を提供する。
【解決手段】流体圧チューブＴの相対向する外周面の外径が、内部の流体圧の相対的変動に応じて変動する場合に、電極１を前記外周面に同期して変動するように流体圧チューブＴに対して着脱可能に設置し、この一対の電極１間の距離の変動による静電容量の変化によって、前記外径の変動を測定し、これにより流体圧チューブＴ内部の相対的な圧力変動を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の二つの面間の距離が変動する場合に、その相対的な距離変動を測定するための距離測定器及びこの距離測定器を利用した圧力測定器に関する。

流体圧回路あるいは流体圧装置においては、油圧パワーステアリング装置のチューニング時など、回路や装置に圧力測定器を常時設置することなく、一時的に作動流体の相対的な圧力変動を測定したい場合がある。

この場合、例えば、特許文献１に記載された圧力測定器（圧力センサモジュール）を用いることが考えられる。

図４は、この本発明の背景技術となる圧力測定器を示すもので、（ａ）はその一部破断の外観斜視図、（ｂ）はその要部正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図、（ｄ）はこの圧力測定器の設置概念を示す回路図である。

この圧力測定器（圧力センサモジュール）３０は、静電容量型の圧力センサ２１と、この圧力センサ２１に測定すべき作動流体を導入する導入路２２と、圧力センサ２１で測定したデータを処理し出力するための関連部品等２３を備えている。

圧力センサ２１は、角枠状の枠内全面にダイヤフラムを弾性的に支持させたシリコン製の検知基板２１ａと、空気等の流体を導入するための圧力導入口（図示せず）が開口されたシリコン製の支持基板２１ｂとが低温接合法等により接合され、ダイヤフラムの内面及び支持基板２１ｂの内面にはそれぞれ可動電極及び固定電極が設けられ、両電極の間にはコンデンサが構成されているものである（特許文献１の段落［００１４］より一部修正して引用。符号は出願人において付け替えた。）。

この圧力測定器３０は、例えば、図４（ｄ）に示すように、圧力発生源ＰＦと負荷ＰＢとを接続する流体圧チューブＴの内部を流れる作動流体の圧力を測定する場合、この流体圧チューブＴに圧力測定器３０を組み込む必要のあるものである。

つまり、流体圧チューブＴに圧力測定器３０の導入路２２への分岐を設けて、流体圧チューブＴ内の作動流体を圧力測定器３０に導入する必要があるものである。

しかし、このような圧力測定器３０は、常時設置して、流体圧力を常に測定する場合には向いているが、上述したようにチューニング時など必要な場合にだけ測定する目的には、流体圧チューブＴに分岐を設けたりする必要があるので、不向きなものであった。

また、この圧力測定器３０は、圧力センサ２１内部に作動流体が入り込むので、その作動流体の影響を避けることができないものであった。

つまり、チューニング時など必要な場合にだけ測定する目的には、測定対象に影響を与えない、より具体的には、作動流体に非接触で、簡易に作動流体の圧力変動を測定できる圧力測定器が望まれていた。
特開平７−０２７６４４号公報（図１。符号１、１３。）

本発明は、上記問題を改善しようとするもので、流体圧回路等の流体圧の相対的な圧力変動を、非接触で簡易に測定できる圧力測定器、及び、この圧力測定器の用途を距離測定に拡張した距離測定器を提供することを目的としている。

本発明の距離測定器は、物体の二つの面間の距離が変動する場合に、その相対的な距離変動を測定するための距離測定器であって、電極を前記二つの面に同期して変動するように前記物体に対して着脱可能に設置し、この一対の電極間の距離の変動による静電容量の変化によって、前記二つの面の相対的な距離変動を測定することを特徴とする。

本発明の圧力測定器は、上記距離測定器を用い、物体が流体圧チューブであり、二つの面が前記流体圧チューブの相対向する外周面であり、電極は、前記外周面に設置され、その測定結果を圧力に変換して、前記流体圧チューブ内の流体圧変動を測定することを特徴とする。

本発明の距離測定器によれば、物体の二つの面間の距離が変動する場合に、その相対的な距離変動を測定するための距離測定器であって、電極を前記二つの面に同期して変動するように前記物体に対して着脱可能に設置し、この一対の電極間の距離の変動による静電容量の変化によって、前記二つの面の相対的な距離変動を測定するので、後付けで簡易に測定でき、測定後は取り外しできる。

本発明の圧力測定器は、上記距離測定器を用い、物体が流体圧チューブであり、二つの面が前記流体圧チューブの相対向する外周面であり、電極は、前記外周面に設置され、その測定結果を圧力に変換して、前記流体圧チューブ内の流体圧変動を測定するので、上記距離測定器の効果に加え、流体圧チューブ内の作動流体に非接触で簡易に測定することができるという効果を発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、（ａ）本発明の圧力測定器（距離測定器）の一例の設置概念を示す回路図、（ｂ）は（ａ）で用いる圧力測定器の具体的構成を示す縦断面図、（ｃ）は（ｂ）の横断面図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ圧力が変動した際の状態を示す図である。

この圧力測定器１０は、まず、図１（ａ）に示すように、圧力発生源ＰＦと負荷ＰＢとを接続する流体圧チューブＴの内部を流れる作動流体の相対的な圧力変動を測定する場合、この流体圧チューブＴの外側に設置し、流体圧チューブＴの内部の作動流体には非接触で、この作動流体の圧力を測定しようとするもので、その方法については、以下で説明する。

この圧力測定器１０は、流体圧チューブＴの外周の一部に、その相対向する円弧状の外周面に沿うように設置された電極１と、この電極１が流体圧チューブＴから外れないように弾性力等の付勢力によって保持する電極取付バンド２とを備えている。

このように圧力測定器１０を流体圧チューブＴに設置しておくと、図１（ｂ）、（ｃ）で示すように流体圧チューブＴの外径がＤ０の状態から、内部の作動流体の圧力が変動して、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように流体圧チューブＴの外径がＤ１と変動した場合、電極１間の距離が変動する。

この際、よく知られているように、電極１間の距離が変動すると、この電極１間に生じる静電容量が変動する。なお、この場合、圧力変動を測定したい流体圧で較正をしておくことが必要である。

一般に、静電容量は、原則として電極１間の距離に反比例するものであり、この例示のような場合、円弧補正等の処理は必要だが、電極１間の距離と静電容量との間には反比例の関係がある。

つまり、電極１の面積をＳ、電極１間の距離を、この例の場合、流体圧チューブＴの外径がこの距離に相当すると見なして、Ｄ０、Ｄ１、誘電率をε、それぞれの場合の静電容量をＣ０、Ｃ１とすると、
Ｃ０ ＝ ε＊Ｓ／Ｄ０、 Ｃ１ ＝ ε＊Ｓ／Ｄ１、
という関係がある（上式において、「＊」は掛け算を、「／」は割り算をしめす。）。

したがって、電極１間の静電容量の変化を測定すれば、電極１間の距離変動が得られ、これにより流体圧チューブＴの中を流れる作動流体の圧力変動が得られることとなる。

この電極１間の静電容量は、公知の静電容量計を用いれば測定可能であるので、この測定結果により、流体圧チューブＴの中を流れる作動流体の圧力変動を得ることができる。

こうして、この圧力測定器１０によれば、流体チューブＴの外周に対向するように電極１を設置して、流体チューブＴの外径の変動を、電極１の静電容量の変動として読み取ることによって、流体チューブＴ内を流れる作動流体の相対的な圧力変動を測定することができる。

つまり、圧力測定器１０によれば、流体圧回路等の流体圧の相対的な圧力変動を、作動流体に触れることなく、非接触で簡易に測定することができる。

なお、電極１としては、導電性を有するものであれば適宜選択できるが、通常は、金属、例えば、アルミ、銅などが用いられ、銅が好適である。

ところで、ここに例示した流体チューブＴは物体であり、その対向する外周面はこの物体の相互距離が変動する二つの面であり、電極１は、これら二つの面に同期して変動するように前記物体に対して着脱可能に設置されたものであり、その構成により、この圧力測定器１０は、これら二面間の距離変動を測定するものである。

つまり、この圧力測定器１０には、物体の二つの面間の距離が変動する場合に、その相対的な距離変動を測定するための距離測定器であって、電極を前記二つの面に同期して変動するように前記物体に対して着脱可能に設置し、この一対の電極間の距離の変動による静電容量の変化によって、前記二つの面の相対的な距離変動を測定する距離測定器の発明思想が内在されているのである。

そして、この距離測定器は、以上の構成により、変動する物体の二つの面に装着するだけで、簡易に、この二面間の相対的な距離変動を測定することができる、という効果を発揮する。

なお、この圧力測定器は、特許文献１の圧力センサと同様に電極を用いた静電容量型ということができるが、所望の圧力を測定するのに、測定対象に組み込む必要がなく、また、対象流体に非接触で測定できるという点で異なるものであり、その結果、着脱可能で、簡易に、測定対象の相対的な圧力変動を測定できるものである。

したがって、この圧力測定器は、機械の試験運転、例えば、自動車のテスト走行の際に、その機械や自動車の流体圧回路の圧力変動を測定したい場合に好適に用いることができる。

ここで、上記「較正」の方法について、より詳しく説明する。

［１］まず、流体圧チューブＴに圧力を掛けない状態で、電極１を設置する。

［２］この状態での電極１間の静電容量を測定して、その測定値において、圧力＝０とする。

［３］以降、静電容量の測定値に基づき、圧力変動を知ることができる。

［４］この較正が、正確にでき、例えば、圧力＝０のときの基準となる静電容量が把握できておれば、その基準値を元に、静電容量の変動に伴う絶対的な圧力の測定（距離の測定）も可能となる。

つまり、本発明の圧力測定器（距離測定器）は、基準値を得ることができれば、相対的な測定だけでなく、絶対的な測定も可能となるものである。

図２（ａ）、（ｂ）は本発明の圧力測定器（距離測定器）の他例を概念的に示す横断面図である。これより、既に説明した部分と同じ部分については、同じ符号を付して、重複説明を省略する。

図２（ａ）の圧力測定器１０Ａは、図１で説明した圧力測定器１０に比べ、電極１Ａが平面状であって、この電極１Ａを流体圧チューブＴに設置するための電極取付具３が、一対の電極１Ａを、相互の平行状態を維持しながら、流体圧チューブＴの外径の変動に沿わせつつ脱落しないように保持するものとなっている点が異なっている。

電極取付具３は、一対の平板状の電極取付部３ａと、この一対の電極取付部３ａを平行を維持しながら相対的に近接離間させる相互スライド部３ｂ及び３ｃと、この相互スライド部３ｂ及び３ｃを相互に近接するように付勢するスプリング３ｄとを備えている。

相互スライド部３ｂ及び３ｃは、相互に円滑に嵌まり合う筒状体となっており、電極取付部３ａは、それぞれの相互スライド部３ｂ及び３ｃの端部から同じ垂直方向に伸び出している。

このような構成で、この電極取付具３は、電極１Ａを取り付けて、その間に流体圧チューブＴを挟み込めば、流体圧チューブＴが内部の作動流体の圧力変動により外径が変動しても、それに追随しながら、電極１Ａが流体圧チューブＴの外周を挟み込んで、脱落しないという状態を維持する。

このような構成で、この圧力測定器１０Ａによれば、図１の圧力測定器１０と同様の作用効果を発揮するのに加えて、電極１Ａが平面状のものであって、これらの一対の平面状の電極が相互に平行状態を維持しながら距離変動するように構成されているので、静電容量の測定精度を向上させることができる。

また、この効果は、この圧力測定器を距離測定器として用いる場合でも同様に発揮され、このことは、これ以降に説明するいずれの圧力測定器についても同様に言えることである。

なお、図２（ａ）に２点鎖線の想像線で示すように、電極取付部３ａに電極１Ａを取り付ける代わりに、一対の電極取付部３ａの一部にそれぞれ電極張出取付部３ｅを設け、そこに取り付けた一対の電極１Ａ′同士がより近接した状態、つまり、静電容量をより好適に測定できる状態となるようにすることもできる。

その場合、静電容量の測定精度をより向上させることができる。

なお、図１に示した圧力測定器１０は、円弧状の電極１が対向されて、それら一対の電極１が、その対応する位置間の距離変動が該電極全体に渡り等しくなる状態を維持しながら距離変動するように構成されているものであり、その場合、円弧状の電極に対応した、電極間の静電容量の変動と、圧力つまり距離の変動のとの間との関係から、流体圧チューブＴを流れる流体の圧力（チューブの外径）の変動あるいは絶対値を知ることができる。

これに対応して、この実施例の平面状の電極１Ａ（１Ａ′）が平行状態を維持しながら、距離変動する場合も、上記の表現を借りれば、それら一対の電極１Ａ（１Ａ′）が、その対応する位置間の距離変動が該電極全体に渡り等しくなる状態を維持しながら距離変動するものであり、この場合も、圧力測定器（距離測定器）として正確な測定が可能となるものである。

図２（ｂ）の圧力測定器１０Ｂは、図１の圧力測定器１０に比べて、電極１Ｂが流体圧チューブＴの外周に沿う円弧状となっている点は共通するが、その電極１Ｂが流体圧チューブＴの外周をほとんど囲む長さで、間に絶縁体１Ｃを挟んだ二層構造となっている点が異なっている。

また、この圧力測定器１０Ｂは、この二層構造の電極１Ｂを流体圧チューブＴに巻き付けた状態を保持する電極取付バンド２Ａの巻き付け部分が弾性体で構成され、ネジ式で締め付け程度を調節できるチューブバンド式となっている点も、図１の圧力測定器１０に比べ異なっている。

このような構成で、この圧力測定器１０Ｂによれば、流体圧チューブＴの外径の変動に伴い、二層の電極１Ａ間の距離が変動するので、結局、流体圧チューブＴの外径の変動と、これに線形関係を有する流体圧チューブＴ内を流れる作動流体の圧力変動を測定することができ、図１の圧力測定器１０と同様の効果を発揮する。

また、この場合、二層の電極１Ａ間の絶縁体の種類を適宜選択することで、適度な測定精度を確保するようにできる。絶縁体としては、導電性ゴムなどから適宜選択することができる。

図３は、本発明の圧力測定器（距離測定器）の他例を概念的に示す横断面図である。

この図３に示す圧力測定器１０Ｃは、図１の圧力測定器１０に比べ、一対の平面状の電極１Ｄが直接流体圧チューブＴの外周に取り付けられるのではなく、流体圧チューブＴの相対向する外周面（物体の二つの面）の変動を一対の電極１Ｄ間の変動に変換するリンク機構４を介して設置されている点が異なっている。

このリンク機構４は、流体圧チューブＴの外周に沿うよう当接する一対の外周当接体４ａと、これらの外周当接体４ａを位置保持と移動可能に保持するチューブ側アーム４ｂと、チューブ側アーム４ｂの基端側のリンクアーム４ｃとを備えている。

リンク機構４は更に、一対のリンクアーム４ｃを回動自在に交差させる支点４ｄと、それぞれのリンクアーム４ｃの基端側から支点４ｄを超えて反対側に延びる電極側アーム４ｅと、電極側アーム４ｅの先端側に設けられた電極取付板４ｆとを備えている。

一対のチューブ側アーム４ｂは開閉可能であるが閉じ方向に付勢されており、このチューブ側アーム４ｂに位置保持と移動可能に保持された外周当接体４ａにより種々の大きさの流体圧チューブＴを挟み留めることができる。

外周当接体４ａをチューブ側アーム４ｂに位置保持と移動可能に保持するために、チューブ側アーム４ｂ上をスライドし、任意位置で固定可能とされたスライド棒４ａｂと、このスライド棒４ａｂに回転自在に連結され、外周当接体４ａに連結された支持棒４ａａとが、外周当接体４ａとチューブ側アーム４ｂとの間に介在している。

電極側アーム４ｅは、リンクアーム４ｃの基端側から支点４ｄを超えて反対側に延びる直線状の電極側アーム直線部４ｅａと、この電極側アーム直線部４ｅａの端部から所定角度屈曲した補助部４ｅｂと、この補助部４ｅｂをスライドかつ位置保持可能に支持する電極側支持棒４ｅｃとを備えている。

この支持棒４ｅｃに電極取付板４ｆが、例えば球面継手などで首振り可能に取り付けられ、この電極取付板４ｆに設置された一対の電極１Ｄの間に弾性のある絶縁体１Ｅが挟まれている。

したがって、流体圧チューブＴの外径の変動に伴い、チューブ側アーム４ｂが変動すると、一対の電極１Ｄは、相互に平行を維持したままで、相互間の距離を変動させる。

また、このリンク機構４は、流体圧チューブＴの相対向する外周面（物体の二つの面）の変動を、一対の電極１Ｄの好適測定範囲の変動に変換するものである。

よって、この圧力測定器１０Ｃによれば、図１の圧力測定器１０の効果に加え、図２の圧力測定器１０Ａの効果と、電極が静電容量を正確に測定できる範囲で変動することで、その測定精度を更に向上させることができるという効果を発揮する。

なお、弾性のある絶縁体１Ｅとしては、誘電性ゴムなどから適宜選択することができる。

このリンク機構４においては、電極側アーム直線部４ｅａとリンクアーム４ｃとの長さの比を適宜変えることによって、流体圧チューブＴの外径の変動に対する電極取付板４ｆ側、つまり、電極１Ｄ側の変動の度合いを変更することができる。

例えば、リンクアーム４ｃに対して、電極側アーム直線部４ｅａを長くしたものとすれば、流体圧チューブＴの外径の変動に対する電極１Ｄ側の変動の度合いを相対的に大きくすることができその分検査精度を向上させることができる。

逆に電極側アーム直線部４ｅａに対して、リンクアーム４ｃを長くすれば、流体圧チューブＴの外径の変動に対する電極１Ｄ側の変動の度合いを相対的に小さくするこができるので、より広い範囲の流体圧チューブＴの外径の変動に対応することができる。

つまり、このようなリンク機構４を用いることによって、流体圧チューブＴの外径が小さいものから大きなものまで種々あったとしても、それに合わせて、電極１Ｄの好適な精度範囲で、計測できるようにすることができる。

このような、支点４ｄで交差する直線的なリンクアーム４ｃと電極側アーム直線部４ｅａの長さを適宜変更する為には、別個に異なる長さ比のリンク機構を作成してもよい。

なお、本発明の距離測定器及び圧力測定器は、上記の実施例に限定されない。また、特許請求の範囲に記載された範囲、実施例の範囲で、種々の変形例、組み合わせが可能である。

本発明の圧力測定器は、流体圧回路等の流体圧の相対的な圧力変動を、非接触で簡易に測定できることが要請される産業分野に、本発明の距離測定器は、物体の二つの面間の相対的な距離変動を、後付けで簡易に測定でき、測定後は取り外しできることが要請される産業分野用いることができる。

（ａ）本発明の圧力測定器（距離測定器）の一例の設置概念を示す回路図、（ｂ）は（ａ）で用いる圧力測定器の具体的構成を示す縦断面図、（ｃ）は（ｂ）の横断面図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ圧力が変動した際の状態を示す図 （ａ）、（ｂ）は本発明の圧力測定器（距離測定器）の他例を概念的に示す横断面図 本発明の圧力測定器（距離測定器）の他例を概念的に示す横断面図 本発明の背景技術となる圧力測定器を示すもので、（ａ）はその一部破断の外観斜視図、（ｂ）はその要部正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図、（ｄ）はこの圧力測定器の設置概念を示す回路図

符号の説明

１〜１Ｄ 電極
１Ｃ、１Ｅ 絶縁体
２、２Ａ 電極取付バンド
３ 電極取付具
４ リンク機構
１０〜１０Ｃ 圧力測定器（距離測定器）
Ｔ 流体圧チューブ（物体）

Claims (4)

1. 物体の二つの面間の距離が変動する場合に、その相対的な距離変動を測定するための距離測定器であって、電極を前記二つの面に同期して変動するように前記物体に対して着脱可能に設置し、この一対の電極間の距離の変動による静電容量の変化によって、前記二つの面の相対的な距離変動を測定することを特徴とする距離測定器。
2. 電極は平面状あるいは円弧状のものであって、これら一対の電極が、その対応する位置間の距離変動が該電極全体に渡り等しくなる状態を維持しながら距離変動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の距離測定器。
3. 物体の二つの面の変動を一対の電極間の変動に変換するリンク機構を備え、このリンク機構は、前記物体の二つの面の変動を、前記一対の電極の好適測定範囲の変動に返還するものであることを特徴とする請求項１または２記載の距離測定器。
4. 請求項１から３のいずれか記載の距離測定器を用い、物体が流体圧チューブであり、二つの面が前記流体圧チューブの相対向する外周面であり、電極は前記外周面に設置され、その測定結果を圧力に変換して、前記流体圧チューブ内の流体圧変動を測定することを特徴とする圧力測定器。

Images