JP2014159963A - 構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】作業時間や加工費を低減させながらも、測定精度は維持できるようにする。
【解決手段】頂面３１及び底面３２を有した基台３と、流体の圧力により変位するダイアフラム１と、前記ダイアフラム１の周縁部に一端面が取り付けられるとともに、他端面が前記基台３の頂面３１に取り付けられて、前記流体が充満する内部空間Ｓを前記基台３及び前記ダイアフラム１とともに形成する周壁部材２と、前記基台３の頂面３１から突出する突出部４と、前記基台３の底面３２側から前記ダイアフラム１に向かって延び、前記内部空間Ｓと外部とを連通して前記流体を流通させる連通路５とを具備し、前記突出部４の外側面４２において、前記連通路５の内側面５１と交わった部分に開口が形成されるとともに、前記連通路５の先端内面５２の一部が前記突出部４内に形成されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の圧力により変位するダイアフラムを利用した構造体に関するものである。

この種の構造体は、流体をダイアフラムの受圧面に導き、ダイアフラムの変位量を検出し、この変位量を圧力に換算して流体の圧力を測定するためのものがある。

このような構造体は、気泡を含む液体の圧力測定にも用いられるため、特許文献１に示すように、ダイアフラムに垂直な第１流路から流体を流入し、該第１流路から分岐する第２流路より流体を流出させ、流路内の流体を流通させることで気泡の滞留を起こりにくくするフロー型が知られている。

ところで、この構造体では、第１流路を流れる流体がダイアフラムに向かって垂直にあたるため、その運動エネルギーによって流体の圧力以上にダイアフラムがたわんで測定誤差が生じる場合がある。

そこで、本発明者は、図３に示すように、基台と、ダイアフラムと、これらの間に形成される内部空間とを具備し、基台から内部空間に突出する突出部を設け、基台の底面側からダイアフラムに向かって延びる第１流路と、この第１流路の先端部から該第１流路と垂直に形成されるとともに、突出部の外側面に開口する第２流路とを本発明の開発に当たって中間的に考えた。

このような構成によれば、流体が突出部の外側面に形成された開口から内部空間へ導入されて該内部空間の周壁に向かって流れるため、流体がダイアフラムに向かって垂直あたることを防ぐことができる。

しかしながら、上述した流路を形成するためには、ダイアフラムに垂直な縦方向と該縦方向に垂直な横方向との二方向から流路を形成する工程が必要となり、そのための作業時間や加工費が発生する。

特開２００２−１５６２９９号公報

そこで、本発明は、上記問題点を一挙に解決すべく図ったものであって、作業時間や加工費を低減させながらも、測定精度は担保できるようにすることをその主たる所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る構造体は、頂面及び底面を有した基台と、流体の圧力により変位するダイアフラムと、前記ダイアフラムの周縁部に一端面が取り付けられるとともに、他端面が前記基台の頂面に取り付けられて、前記流体が充満する内部空間を前記基台及び前記ダイアフラムとともに形成する周壁部材と、前記基台の頂面から突出する突出部と、前記基台の底面側から前記ダイアフラムに向かって延び、前記内部空間と外部とを連通して前記流体を流通させる連通路とを具備し、前記突出部の外側面において、前記連通路の内側面と交わった部分に開口が形成されるとともに、前記連通路の先端内面の一部が前記突出部内に形成されていることを特徴とするものである。

このようなものであれば、連通路を基台の底面からダイアフラムに向かって、例えばドリル加工により一度の工程で形成することができるので、作業時間や加工費を低減させることができるようになる。
しかも、連通路の内部空間側の開口がダイアフラム方向を向いていない基台の外側面に形成されているため、この開口から内部空間へ導入された流体は、ダイアフラムに向かっては流れず、側方、すなわち周壁部材に向かって主に流れることとなる。特に、連通路の先端内面が流体の流れ方向を大きく変えて側方に向かう流れとするため、内部空間側の開口を出た流体はこの流れに巻き込まれ、流体全体が側方に向って流れる。つまり、連通路をダイアフラムに向かって流れてきた流体は、その出口である開口近傍で流れの方向を変えて側方の周壁部材に向かって吐出されることとなる。このように、ダイアフラムに垂直に向かう流れが阻害されるので、流体の圧力以外の要因によるダイアフラムのたわみを軽減させることができ、測定精度を担保することもできる。

ドリル加工により連通路を容易に形成するためには、前記連通路の先端内面が、該連通路の延伸方向に対して傾斜していることが好ましい。

流体が気泡を含む液体であっても、この気泡が内部空間に滞留しないように流体を流通させるためには、前記連通路が、少なくとも２本形成されていることが望ましい。

連通路の具体的な実施態様としては、前記連通路が、前記基台の底面から前記ダイアフラムに向かって前記底面に対して垂直に形成されているものが挙げられる。

製造を容易とするための具体的な実施態様としては、前記基台の頂面が、円形状をなす平面であり、前記突出部が、前記基台の頂面から垂直に突出し、中心軸が前記頂面の中心を通るように形成された円柱状をなすものが挙げられる。

このように構成された本発明によれば、連通路を基台の底面からダイアフラムに向かって、例えばドリル加工により一度の工程で形成することができるので、作業時間や加工費を低減させることができ、しかも、連通路から内部空間に流入した流体は、ダイアフラムにはほとんど向かわないので、流速によるダイアフラムのたわみが軽減されて、測定精度を担保することもできる。

本発明の一実施形態における構造体の全体斜視図。 同実施形態における構造体の断面図。 中間的に考えられた構造体を示す断面図。 変形実施形態における構造体を示す断面図。 変形実施形態における構造体を示す断面図。 変形実施形態における構造体を示す断面図。 変形実施形態における構造体を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の構造体１００は、流量計の流量制御機器に用いられるものであり、流体をダイアフラム１の受圧面に導き、該流体の圧力により変位するダイアフラム１の変位量を検出し、その変位量を圧力に換算して流体の圧力を測定するものである。

ダイアフラム１の変位量を検出する方法は、種々考えられるが、ここではダイアフラム１の受圧面の裏面に貼り付けられた例えば図示しないピエゾ素子を用いて変位量を検出する方法を採用している。その他に、例えば静電容量式のセンサ等を用いて変位量を検出するものであっても構わない。

具体的にこの構造体１００は、図１及び図２に示すように、基台３と、ダイアフラム１と、ダイアフラム１の周縁部から垂下する周壁部材２とから構成されるものである。

基台３は、底面側半分が矩形ブロック部３ａであり、頂面側半分が円柱ブロック部３ｂである複合形状のものであり、その底面３２が、図示しないブロック状の配管部材に取り付けられる。

ダイアフラム１は、例えば薄肉円板状をなす金属製のものである。

周壁部材２は、ダイアフラム１の外径と等しい外径を有する円筒状をなすものである。この周壁部材２の一端面はダイアフラム１の受圧面側の外縁に接合されているとともに、他端面は前記円柱ブロック部３ｂの頂面、すなわち基台３の頂面３１に接合されており、この周壁部材２が、図２に示すように、流体が充満する内部空間Ｓを基台３及びダイアフラム１とともに形成するように構成してある。

この内部空間Ｓが形成された状態において、基台３の頂面３１はダイアフラム１と対向して平行に設けられている。この基台３の頂面３１は、ダイアフラム１の外径と等しい外径の円形状をなし、その中心部からはダイアフラム１に向かって垂直に突出する円柱状の突出部４が基台３と一体に形成されている。

より具体的に説明すると、この突出部４は、基台３の頂面３１よりも径の小さい円柱状をなすものであり、中心軸が頂面３１の中心を通るように形成されたものである。この突出部４の先端面４１は基台３の頂面３１と平行に形成されており、外側面４２は基台３の頂面３１から垂直に起立するとともに、該外側面４２と周壁部材２との間で内部空間Ｓの一部をなす円環状の空間を形成している。

この円環状の空間に流体を導いて内部空間Ｓに流体を充満させるため、一方の開口が前述した突出部４の外側面４２に形成され、他方の開口が基台３の底面３２に形成されて、内部空間Ｓと図示しない配管部材とを連通する連通路５が基台３及び突出部４にかけて形成されている。

この連通路５は、基台３の底面３２から垂直にダイアフラム１に向かって延び、中心軸Ｌが突出部４の外側面４２に接するように形成された概略等断面円柱状をなすものである。

より詳細には、連通路５の図示しない配管部材側の開口が基台３の底面３２に円形状に形成されており、連通路５の内側面５１がこの配管部材側の開口縁からダイアフラム１に向かって垂直に延びている。連通路５の内部空間Ｓ側の開口は、上述した連通路５の内側面５１が突出部４の外側面４２と交わって、特に図２の拡大図に示すように、突出部４の外側面４２及び基台３の頂面３１に亘って形成されている。

しかして、この連通路５は、突出部４を貫通することなく形成されており、連通路５の先端内面５２の一部が突出部４内に形成されている。

この先端内面５２は、内側面５１から連続して形成され、該内側面５１から先端にいくほど径が小さくなる円錐形状をなすものである。この先端内面５２の一部は突出部４内に形成されており、その形状はこの円錐の頂点を通る突出部４の外側面４２でこの円錐を切断した部分円錐形状をなすものである。

本実施形態では、上述した連通路５が、突出部４の中心軸に対して対称な位置に２本設けられており、これらはそれぞれドリル加工により形成されたものである。

このドリル加工は、基台３の底面３２から開始し、中心軸Ｌが突出部４の外側面４２に接するようにこの底面３２から垂直にダイアフラムに向かって進行する。そして、ドリルの先端が、基台３の頂面３１に到った後、突出部４の先端面４１に到る前に、突出部４の外側面４２上にて終了する。

このようにドリル加工することで、前述したような先端内面５２の一部が突出部４内に形成された連通路５が形成される。

本実施形態で用いられるドリルは、先端部が例えば先端にいくほど径が小さくなる円錐形状をなすものであるため、突出部４内に形成される先端内面５２の一部は、前述したように突出部４の外側面４２でこの円錐を切断した部分円錐形状をなすものとなる。

上述してきたように、ダイアフラム１及び該ダイアフラム１の周縁部から垂下する周壁部材２は、基台３の頂面３１に取り付けられており、この基台３、突出部４及び連通路５がダイアフラム１及び周壁部材２を支持するダイアフラム支持部材１０となる。

以上のように構成した本実施形態に係る構造体１００によれば、連通路５を上述したように、例えばドリル加工により一度の工程で形成することができるので、作業時間や加工費を低減させることができるようになる。

しかも、連通路５の内部空間Ｓ側の開口が、ダイアフラム１に対して垂直な基台３の外側面４２に形成されているため、この開口から内部空間Ｓへ導入された流体は、周壁部材２に向かって主に流れることとなる。特に、連通路５の先端内面５２が部分円錐形状をなしてダイアフラム１に対して傾斜して形成されており、流体の流れ方向を大きく変えて側方に向かう流れにするため、内部空間Ｓ側の開口を出た流体はこの流れに巻き込まれ、流体全体が側方に向かって流れる。

つまり、連通路５をダイアフラム１に向かって流れてきた流体は、その出口である開口近傍で流れの方向を変えて側方の周壁部材２に向かって吐出されることとなる。

したがって、ダイアフラム１に垂直に向かう流れが阻害されるので、流体の圧力以外の要因によるダイアフラム１のたわみを軽減させることができ、測定精度を担保することもできる。

さらに、連通路５が２本設けられているため、内部空間Ｓに流体を流通させることができ、流体の滞留が起こりにくくなる。

このことにより、流体が気泡を含む液体である場合は、この気泡が内部空間Ｓに滞留しにくくなり、流体が気体である場合は、内部空間Ｓにガス溜りが起こりにくいためパージが容易となる。

パージに関して言えば、内部空間Ｓに突出部４が形成されているため、内部空間Ｓの容積が少なくなり、短時間でのパージが可能となる。

この突出部４は、中心軸が基台３の頂面３１の中心を通るように形成された円柱状をなすものであり、基台３と一体物に形成されるため、容易に製造することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られない。

例えば、前記実施形態では、連通路５の中心軸Ｌが突出部４の外側面４２に接していたが、必ずしも接している必要はなく、図４や図５に示すように、中心軸Ｌが外側面４２よりも連通路５の半径分だけ内側又は外側にずれていても構わない。

また、前記実施形態では、外側面４２が基台３の頂面３１から起立するように形成されているが、前記頂面３１に対して傾斜して形成されていてもよい。
この場合、連通路５の先端内面５２の一部が突出部４内に形成されるためには、図６に示すように、連通路５が外側面４２を貫通しないように形成されていればよい。

前記実施形態では、基台３の頂面３１がダイアフラム１と平行に設けられていたが、図７に示すように、頂面３１がダイアフラム１に対して傾斜するように設けられていてもよい。

また、前記実施形態では、連通路５が基台３の底面３２に対して垂直に延びるものであったが、底面３２から傾斜してダイアフラム１に向かって延びるものであっても構わない。

さらに、連通路５の先端内面５２の形状は、前記実施形態のように部分円錐形状である必要はなく、矩形形状や球状の一部をなすように形成されていてもよい。

前記実施形態では、基台３及び突出部４にかけて、ドリル加工によって連通路５を形成していたが、鋳造によって連通路５を形成してもよい。

また、前記実施形態では、構造体１００が流体の圧力測定に用いられるものであったが、アクチュエータや歪ゲージとして用いられるものであってもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・構造体
１・・・ダイアフラム
２・・・周壁部材
３・・・基台
３１・・・頂面
３２・・・底面
４・・・突出部
４１・・・先端面
４２・・・外側面
５・・・連通路
５１・・・内側面
５２・・・先端内面
Ｓ・・・内部空間

Claims (6)

1. 頂面及び底面を有した基台と、
   流体の圧力により変位するダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの周縁部に一端面が取り付けられるとともに、他端面が前記基台の頂面に取り付けられて、前記流体が充満する内部空間を前記基台及び前記ダイアフラムとともに形成する周壁部材と、
   前記基台の頂面から突出する突出部と、
   前記基台の底面側から前記ダイアフラムに向かって延び、前記内部空間と外部とを連通して前記流体を流通させる連通路とを具備し、
   前記突出部の外側面において、前記連通路の内側面と交わった部分に開口が形成されるとともに、前記連通路の先端内面の一部が前記突出部内に形成されていることを特徴とする構造体。
2. 前記連通路の先端内面が、該連通路の延伸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の構造体。
3. 前記連通路が、少なくとも２本形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造体。
4. 前記連通路が、前記基台の底面から前記ダイアフラムに向かって前記底面に対して垂直に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の構造体。
5. 前記基台の頂面が、円形状をなす平面であり、
   前記突出部が、前記基台の頂面から垂直に突出し、中心軸が前記頂面の中心を通るように形成された円柱状をなすものであることを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の構造体。
6. 流体の圧力により変位するダイアフラム及び該ダイアフラムの周縁部に一端面が取り付けられる周壁部材が取り付けられるものであって、
   頂面及び底面を有してなり、前記頂面には、前記周壁部材の他端面が取り付けられて前記ダイアフラム及び前記周壁部材とともに前記流体が充満する内部空間を形成する基台と、
   前記基台の頂面から突出する突出部と、
   前記基台の底面側から前記ダイアフラムに向かって延び、前記内部空間と外部とを連通して前記流体を流通させる連通路とを具備し、
   前記突出部の外側面において、前記連通路の内側面と交わった部分に開口が形成されるとともに、前記連通路の先端内面の一部が前記突出部内に形成されていることを特徴とするダイアフラム支持部材。