JP2011099689A - 微差圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性と変位伝達効率とを向上させた測定精度の高い微差圧計を提供する。
【解決手段】ケース１０と、ダイアフラム２と、ダイアフラムの変位を伝達させる変位伝達機構４と、を備え、変位伝達機構は、ダイアフラムから伝達された変位を回動運動に変換する回動運動変換機構４３と、これに取り付けられた指針と、一端がケースの内部で固定され、他端には磁石が取り付けられた板ばね４１と、ダイアフラムと板ばねとをダイアフラムの中心軸上において連結する連結部材４５と、を備え、ダイアフラムの変位が板ばねを介して磁石へ伝達され、回動運動変換機構は、軸受保持された螺旋体を有し、螺旋体は磁石の動きに応じて回動するように磁気的に結合され、螺旋体の回動に応じて指針が回動する微差圧計１であって、板ばねとダイアフラムとの間に離隔自在に連結部材が挿通された管状部材５を有する微差圧計。
【選択図】図２

Description

本発明は微差圧計に関するものである。

微差圧計の従来例として、非特許文献１がある。ここで、従来例の一例が図８および図９に示されている。図８に示された微差圧計１は、ダイアフラム２の変位を板ばね４１へ伝達する連結部材４５としてワイヤを用いている。また、一般的には、図９に示された微差圧計１のようにダイアフラム２の変位を板ばね４１へ伝達するコイルばねＣＳが用いられている。

発明協会公開技法２００５―５０４０９６号

前記非特許文献１に示される従来技術は、ダイアフラムの変位を板ばねへ伝達させる連結部材としてワイヤを用いた構造となっている。このワイヤには、特に板ばねの一端が固定されてダイアフラムの変位を受ける本構造の場合、ダイアフラムの変位が直線的な動きであるのに対し、板ばねの動きは円弧状の変位となるため、ダイアフラムの自然な動きを阻害することなく伝達する必要性から、可能な限り小さい線径のものを用いる必要があった。

このため、図８に示すような従来構造では、特に微差圧のようなダイアフラムが変位する際に発生する力がごく僅かである場合、この連結部材４５に用いるワイヤは非常に小さい線径のものを用いる必要があることから、使用時における落下等の衝撃によりその大きさの度合いによってはこのワイヤが曲がってしまうという問題があった。

具体的には、差圧ΔＰが発生した時、ダイアフラム２の中心が変位すると連結部材４５を介して、板ばね４１が変位する。この時、ダイアフラム２は図８に示すようにダイアフラム２の中心軸に沿ってほぼ直線状に動くのに対し、板ばね４１は基端部が保持部材３０に固定されているため、支点を中心とした円弧状の変位となる。
従って、板ばね４１にダイアフラム２の変位を自然な動きとして伝達させるには、連結部材４５が可能な限り柔軟なものを用いる必要がある。
ところで、図８に示す従来構造では、落下等の衝撃が加わった場合、連結部材４５の座屈荷重Ｐｃｒは連結部材４５が両端固定されているものと想定すると（１）式による。
・・・(1)
E : ヤング率、I : 断面二次モーメント
l : 連結部材４５の長さ
ここで、連結部材４５について直径ｄの円柱を想定すると（２）式の断面二次モーメントＩは（２）式によるので、
・・・(2)
これを（１）式に代入すると座屈荷重Ｐｃｒは
・・・(3)
従って、従来の構造において連結部材４５に柔軟性を求め、小さい線径のワイヤ等を用いたものは（３）式の通り座屈荷重Ｐｃｒが低下する傾向にあるため、落下等の衝撃により、その大きさによってはこの連結部材４５が曲がってしまう問題点がある。このため、連結部材４５にはダイアフラム２の変位による柔軟な撓みも考慮しつつ、剛性の高いものを用いなければならないという問題が生じる。

また、図９に示すような一般的な構造として連結部材にコイルばねＣＳを用いた構造があるが、この構造ではコイルばねＣＳの固定状態によってはダイアフラムに初期的な歪を発生させてしまったり、ダイアフラムの自然な動きを伝達するためにばね定数の小さいコイルばねＣＳを用いると、コイルばねＣＳの圧縮方向に変位の損失が生じてしまったりする問題点があった。

本発明の目的は、耐衝撃性と変位伝達効率とを向上させた測定精度の高い微差圧計を提供することである。

本発明の微差圧計は、ケースと、該ケースの内部に設けられ導入圧力によって変位するダイアフラムと、該ダイアフラムの変位を伝達させる変位伝達機構と、を備え、前記変位伝達機構は、前記ダイアフラムから伝達された変位を回動運動に変換する回動運動変換機構と、該回動運動変換機構に取り付けられた指針と、一端が前記ケースの内部で固定され、他端には磁石が取り付けられた板ばねと、前記ダイアフラムと前記板ばねとを前記ダイアフラムの中心軸上において連結する連結部材と、を備え、前記ダイアフラムの変位が前記板ばねを介して前記磁石へ伝達され、前記回動運動変換機構は、軸受保持された螺旋体を有し、該螺旋体は前記磁石の動きに応じて回動運動するように磁気的に結合され、前記螺旋体の回動に応じて前記螺旋体に取り付けられた前記指針が回動する微差圧計であって、前記板ばねと前記ダイアフラムとの間に離隔自在に前記連結部材が挿通された管状部材を有することを特徴とする。

この発明によれば、管状部材に連結部材が挿通されているので、微差圧計を使用する際、連結部材が撓むような衝撃が加えられても、管状部材により連結部材の撓みが規制されるため、連結部材が折れ曲がることを防止することができる。
このため、連結部材は十分な強度を持たせるために径大なものとする必要がなく、径小にすることができるので、連結部材はダイアフラムの変位を効率よく板ばねに伝達することができる。
したがって、微差圧計の耐衝撃性に優れた測定精度の高い微差圧計を提供することができる。

本発明の微差圧計は、前記管状部材の内面と前記連結部材との間に前記連結部材の撓みを許容可能な第一隙間を有することが好ましい。

この発明によれば、前記管状部材の内面と前記連結部材との間に連結部材の撓みを許容可能に設けられているので、微差圧計の使用時に連結部材が大きく撓むような衝撃が加えられても、管状部材の内面の径により連結部材の撓みは制限され、連結部材の折れ曲がりを防止できる。
また、通常の使用状態におけるダイアフラムの変位においては、この隙間の範囲内で連結部材が撓むように、連結部材および管状部材の材質、寸法を設定すれば、ダイアフラムの動きを阻害することなく板ばねへ伝達することができ、微差圧計の測定精度を向上させることができる。

本発明の微差圧計は、前記管状部材が前記連結部材の長さに対し短く、前記連結部材の端部には第二隙間が設けられることが好ましい。

この発明によれば、隙間が管状部材の長さに対し短いので、ダイアフラムと板ばねと管状部材とにより連結部材の撓みは管状部材の長さで制限されるため、連結部材が受けるべき衝撃は実質的に管状部材が受けることとなる。
このため、管状部材の耐衝撃性を高く設定することで連結部材が受ける衝撃を低減することができるので、連結部材としてワイヤ等を用いた場合、さらに小径のワイヤを用いることができ、より効率的な変位伝達が実現でき、微差圧計の測定精度を向上させることができる。

また、隙間が管状部材の端面に設けられているので、通常の使用状態においてはダイアフラム、板ばねおよび連結部材のそれぞれの部材と、管状部材との間に生じるダイアフラムの変位および伝達力の損失は管状部材が接触している箇所の摩擦力のみとなるため、管状部材にごく軽量のものを用いれば、この管状部材を入れたことによるダイアフラムの変位および伝達力の損失を最小限に抑え、効率よく伝達することができ、微差圧計の測定精度を向上させることができる。

本実施形態における微差圧計の全体斜視図。 本実施形態における微差圧計の側面断面図。 本実施形態における微差圧計の管状部材内面により連結部材の撓みが規制される状態を表す模式図。 本実施形態における微差圧計の上視断面図。 本実施形態における微差圧計の回動運動変換機構を説明するための概略図。 本実施形態における微差圧計のダイアフラムが変位していない時の変位伝達機構の状態を表す模式図。 本実施形態における微差圧計のダイアフラムが変位している時の変位伝達機構の状態を表す模式図。 従来技術を用いた微差圧計（ワイヤのみ）の側面断面図。 従来技術を用いた微差圧計（コイルばね）の側面断面図。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７を用いて説明する。
図１に基づいて本実施形態における微差圧計を説明する。
図１には本実施形態における微差圧計の全体斜視図が示されている。
図１に示すように、微差圧計１は、円柱状に形成されたケースとしての本体部１０と、この本体部１０に嵌合されるケースとしてのカバー１３とを備えている。
本体部１０は、嵌合されるカバー１３とは反対側に第一導入継手１１と第二導入継手１２とを有しており、これら第一導入継手１１および第二導入継手１２は測定する任意の配管等に接続され微差圧計１内に圧力の異なる気体が流入される。
また、カバー１３はガラス板１８を有しており、このガラス板１８を通して外部から目盛１５が付された計測板１４と差圧により回動する指針１６とが視認可能となっている。

図２に基づいて本実施形態における微差圧計の内部構造について説明する。
図２には本実施形態における微差圧計の側面断面図が示されている。
微差圧計１は、本体部１０とカバー１３とがパッキン１７を介して嵌合されることで形成されている。
この本体部１０に収容される変位伝達機構４は、圧力に伴って弾性変形するダイアフラム２と、このダイアフラム２を本体部１０の内部に固定する保持部材３０と、この保持部材３０を介してダイアフラム２と対向配置し、その一端が保持部材３０に固定された板ばね４１と、この板ばね４１の他端にボルト４１１とナット４１２とが螺合することにより連結固定された磁石４２と、この磁石の移動に伴って回動する回動運動変換機構４３と、この回動運動変換機構４３の両端を軸支する軸受部４４と、対向配置するダイアフラム２と板ばね４１とを連結する連結部材４５とが収容されている。

ダイアフラム２は、円形状の部材であり、圧力による弾性変形を変位として連結部材４５へ伝達する平板部２１と、この平板部２１の外周部に圧力により弾性変形する弾性部２２とを有している。また、弾性部２２の弾性変形は、ダイアフラムが受ける圧力と一次比例の関係にあるため、ダイアフラム２が受ける圧力に一次比例して平板部２１が変位するようになっている。

回動運動変換機構４３は、回動する円柱状部材の螺旋体としての回動体４３１と、この回動体４３１の外周に設けられる磁性部材を有する螺旋体としての螺旋部材４３２と、回動体４３１の両端において、回動軸上に設けられた軸部４３３とを備えている。

連結部材４５は、一端が平板部２１の中心からその平面に対し垂直な中心軸に連結され、他端が前記中心軸に対応する位置の板ばね４１に連結されており、平板部２１が変位することで板ばね４１にその変位を伝達するようになっている。

図２および図３に基づいて管状部材５について説明する。
図３には本実施形態における微差圧計の管状部材内面により連結部材の撓みが規制される状態を表す模式図が示されている。
管状部材５は、ダイアフラム２と板ばね４１との間に位置し、連結部材４５が挿通されている。この管状部材５と連結部材４５との間には第一隙間Ｃ１が形成されており、管状部材５の内部において連結部材４５の撓みを許容している。
また、管状部材５はダイアフラム２および、板ばね４１によって脱落しないように留まっているが、ダイアフラム２および板ばね４１とは接着等の固定はされていない。さらに連結部材４５との間にも隙間を有しており、こちらも接着等の固定はされていない。

次に、図４および図５に基づいて本実施形態における微差圧計の回動運動機構について説明する。
図４には本実施形態における微差圧計の上視断面図が示されている。図５には本実施形態における微差圧計の回動運動変換機構を説明するための概略図が示されている。
図４に示すように、指針１６は一端が回動体４３１に固定されており、回動体４３１の回動に伴って回動可能となっている。

図５（Ａ）に示すように、磁石４２は、Ｎ極とＳ極とが回動運動変換機構４３の外周に離間して対向している。
このとき、磁石４２のＮ極とＳ極とにそれぞれ螺旋部材４３２が磁気的な引力を受け対向する位置で静止している。
そして、図５（Ｂ）に示すように、磁石４２が回動運動変換機構４３の軸方向に直線運動をする場合、螺旋部材４３２が磁石４２の移動に伴って、磁石４２と対向する螺旋部材４３２の箇所がスライドしていくため、磁石４２の直線運動に伴って回動体４３１が回動するようになっている。

以上より、第一導入継手１１と第二導入継手１２とに、例えば、それぞれガス配管を接続する場合、第一導入継手１１を通じて第一空隙Ａへ、第二導入継手１２を通じて第二空隙Ｂへそれぞれ気体の圧力が導入される。第一空隙Ａの圧力をＰ１、第二空隙Ｂの圧力をＰ２としたときの差圧ΔＰは（４）式にて求められる。
ΔＰ＞０の場合、図２に示すように、ダイアフラム２の第一空隙Ａ側に発生する力が大きいため、ダイアフラム２の中心は第二空隙Ｂ側に変位する。
ΔＰ＜０の場合はダイアフラム２の第二空隙Ｂ側に発生する力が大きいため、ダイアフラム２の中心は第一空隙Ａ側に変位する。この変位は変位伝達機構４により磁石４２の動きへと伝えられる。
この磁石４２の動きに応じて前述した通り螺旋部材４３２が磁気的な結合により回動体４３１を回動させるため、回動体４３１に固定された指針１６が回動し、差圧ΔＰを指示する。

図６および図７に基づいて本実施形態における微差圧計１の加圧時と非加圧時とでの状態を説明する。
図６には本実施形態における微差圧計のダイアフラムが変位していない時の変位伝達機構の状態を表す模式図が示されている。図７には本実施形態における微差圧計のダイアフラムが変位している時の変位伝達機構の状態を表す模式図が示されている。

図６に示すように、微差圧計１に圧力が加えられていない状態では、連結部材が平板部２１と板ばね４１とに対し略垂直となっている。このとき、連結部材４５と管状部材５との間には第一隙間Ｃ１が形成されている。また、管状部材５の端部には、板ばね４１および平板部２１の間に第二隙間Ｃ２が形成されている。

図７に示すように、微差圧計１に圧力が加わった状態では、平板部２１がダイアフラム２の中心軸に沿って直線状に変位Ｔ１を起こしている。この変位Ｔ１を連結部材４５は板ばね４１に伝達することで板ばね４１が支点Ｆを中心として円弧状に変位Ｔ２を起こす。
これにより、連結部材４５が平板部２１と板ばね４１と直交しなくなり、撓みＴ３が生じることになる。

以上のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）本実施形態では、管状部材５に連結部材４５が挿通されているので、微差圧計１を使用する際、連結部材４５が撓むような衝撃が加えられても、図３のように管状部材５の内径により連結部材４５の撓みが規制されるため、連結部材４５が折れ曲がることを防止することができる。

（２）また、通常の使用状態における平板部２１の変位においては、管状部材５の内面と連結部材４５との間に第一隙間Ｃ１があるため、連結部材４５の撓みＴ３を第一隙間Ｃ１の範囲内で抑えれば、平板部２１、連結部材４５および板ばね４１の伝達効率は図８の従来技術の伝達効率とほぼ同等とすることができる。

（３）さらに、管状部材５の端面と板ばね４１との間には第二隙間Ｃ２が設けられているので、管状部材５は他の部材と接着等の固定はされておらず、自由端となっていることから、図８の従来技術を用いた微差圧計１との対比において、平板部２１から回動体４３１までの変位伝達効率の低下は管状部材５が連結部材４５と接触する摩擦力のみとなる。
このため、管状部材５にごく軽量のものを用いれば、この管状部材５を導入することによる変位伝達効率の低下を最小限に抑え、効率よく伝達することができる。

（４）また、管状部材５の長さを連結部材４５の全長から連結部材４５が復帰する範囲の撓み分だけ引いた値とし、平板部２１と板ばね４１との距離の近づきを制限すれば、微差圧計１を使用する際に連結部材４５が撓むような衝撃が加えられても、平板部２１と板ばね４１との距離は管状部材５の長さで保つことができるので、連結部材４５が折れ曲がることを防止することができる。

（５）さらに、管状部材５を耐荷重の高い材質或いは、断面形状で製作することで、連結部材４５の撓みはこの管状部材５の内径、長さによって制限されるので、連結部材４５についてこの制限された撓み量から復帰し得る範囲で材質、寸法を決定すれば、耐衝撃は実質的に管状部材５の耐荷重となることから、連結部材４５に、さらに小径のワイヤを用いることができ、ダイアフラム２の動きを阻害する力の成分を小さくでき、より効率的な変位伝達を図ることができるため、製品の測定精度等の特性向上につなげることができる。

なお、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
本実施形態では、ダイアフラム２を用いているが、これに限らず、例えば、ベローズなどについても適用することができる。

（発明の効果）
本発明によれば、連結部材４５が撓むような衝撃が加わっても、管状部材５の内径および長さにより連結部材４５の撓みが制限され、連結部材が折れ曲がることを防止することができるため、耐衝撃性を向上させることができる。
また、通常の使用状態では管状部材５は他の部材とは離隔して取り付けられている上、連結部材４５と管状部材５の選定によっては、更に小さい径のワイヤを使用することができるため、精度等の特性を向上させることができる。

１…微差圧計
２…ダイアフラム
４…変位伝達機構
５…管状部材
１０…本体部（ケース）
１３…カバー（ケース）
１６…指針
４１…板ばね
４２…磁石
４３…回動運動変換機構
４５…連結部材
４３１…回動体（螺旋体）
４３２…螺旋部材（螺旋体）
Ｃ１…第一隙間
Ｃ２…第二隙間

Claims (3)

1. ケースと、該ケースの内部に設けられ導入圧力によって変位するダイアフラムと、該ダイアフラムの変位を伝達させる変位伝達機構と、を備え、
   前記変位伝達機構は、前記ダイアフラムから伝達された変位を回動運動に変換する回動運動変換機構と、該回動運動変換機構に取り付けられた指針と、一端が前記ケースの内部で固定され、他端には磁石が取り付けられた板ばねと、前記ダイアフラムと前記板ばねとを前記ダイアフラムの中心軸上において連結する連結部材と、を備え、前記ダイアフラムの変位が前記板ばねを介して前記磁石へ伝達され、
   前記回動運動変換機構は、軸受保持された螺旋体を有し、該螺旋体は前記磁石の動きに応じて回動運動するように磁気的に結合され、前記螺旋体の回動に応じて前記螺旋体に取り付けられた前記指針が回動する微差圧計であって、
   前記板ばねと前記ダイアフラムとの間に離隔自在に前記連結部材が挿通された管状部材を有することを特徴とする微差圧計。
2. 請求項１に記載された微差圧計において、
   前記管状部材の内面と前記連結部材との間に前記連結部材の撓みを許容可能な第一隙間を有することを特徴とする微差圧計。
3. 請求項２に記載された微差圧計において、
   前記管状部材が前記連結部材の長さに対し短く、前記連結部材の端部には第二隙間が設けられることを特徴とする微差圧計。