JP2016125964A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出針と熱電対線を備えて振動および温度を検出するセンサ装置において、熱電対線が腐食によって断線することを防止すること。【解決手段】センサ装置１は、筒状のケーシング１０と、検出針２１と、熱電対線４１，４２とを備え、測定対象物の振動および温度を検出するものである。検出針２１は、ケーシング１０に挿入される軸部（小径部２１ｃ等）と、軸部の端部に形成され、ケーシング１０の先端の開口１３ｂから突出し該開口１３ｂを閉塞する接触部２１ｄとを有し、接触部２１ｄの表面２１ｅが測定対象物に接することで該測定対象物の振動および熱が伝わる。熱電対線４１，４２は、接触部２１ｄの裏面２１ｆに接続され、ケーシング１０内に配線されている。【選択図】図３

Description

本願は、測定対象物に押し当てて測定対象物の温度および振動を検出するセンサ装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、測定対象物に押し当てて温度と振動を検出するセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、筒状のケーシングと、振動検出するための振動検出針と、温度を検出するための熱電対とを備えている。熱電対は、ケーシング先端の開口に設けられた接触板と、該接触板の裏面に接続された熱電対線とを有している。振動検出針は、ケーシングに挿入されており、先端が接触板に形成された開口から突出した状態で設けられている。このセンサ装置では、振動検出針の先端を測定対象物に当てて振動検出針を押し込むことにより、測定対象物の振動が振動検出針に伝わって検出される。また、センサ装置では、振動検出針が押し込まれることによって接触板の表面が測定対象物に接し、測定対象物の熱が接触板に伝わる。これにより、測定対象物の温度が熱電対線を介して検出される。

特開２００８−１７０３８８号公報

ところで、上述したようなセンサ装置では、熱電対線が断線する虞があった。即ち、ケーシング先端の開口部から水分がケーシング内に入り込み、これによって、接触板の裏面と熱電対線との接続部（例えば、溶接部）が腐食して熱電対線が断線してしまう。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出針と熱電対線を備えて振動および温度を検出するセンサ装置において、熱電対線が腐食によって断線することを防止することにある。

本願のセンサ装置は、筒状のケーシングと、検出針と、熱電対線とを備えている。上記検出針は、上記ケーシングに挿入される軸部と、該軸部の端部に形成され、上記ケーシングの先端の開口から突出し該開口を閉塞する接触部とを有し、該接触部の表面が測定対象物に接することで該測定対象物の振動および熱が伝わるものである。上記熱電対線は、上記接触部の裏面に接続され、上記ケーシング内に配線されるものである。

本願のセンサ装置によれば、ケーシングの先端の開口が検出針の接触部によって閉塞されているので、ケーシングの開口からケーシング内に水分が入り込むのを防止することができる。これにより、熱電対線と接触部の裏面との接続部が腐食によって損傷するのを防止することができる。したがって、腐食による熱電対線の断線を防止することができる。

図１は、実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、実施形態に係るセンサ本体の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施形態に係るセンサ本体の要部を拡大して示す断面図である。 図４は、実施形態に係るセンサ本体を前方から視て示す平面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示す本実施形態のセンサ装置１は、図示しない固定器具に連結して測定対象物（例えば、スチームトラップ）に固定し、該測定対象物の振動および温度の２つを検出する、いわゆる固定タイプのセンサである。センサ装置１は、例えば上下方向に延びる状態で測定対象物に固定される。

センサ装置１は、センサ本体２と、アンテナ３と、接続軸４とを備えている。接続軸４は、中空軸であり、両端がナット５，６によってセンサ本体２とアンテナ３に連結されている。アンテナ３は、図示しないが、信号処理回路や発信部が内蔵されており、センサ本体２によって検出された測定対象物の振動および温度に関する信号が送られる。

図２に示すように、センサ本体２は、ケーシング１０と、振動検出機構２０と、温度検出機構４０とを備えている。

ケーシング１０は、略円筒状に形成され、大径部１１、中径部１２および小径部１３を有する。大径部１１の外周面には、上述したナット５が締結される雄ねじ部１１ａが形成されている。小径部１３の外周面には、上述した固定器具に締結される雄ねじ部１３ａが形成されている。

振動検出機構２０は、検出針２１と、ホルダー２２と、圧電素子２５，２６と、電極板２７，２８と、ウエイト２９と、皿バネ３１と、キャップ３２とを備え、ケーシング１０に挿入されて測定対象物の振動を検出（測定）するものである。

検出針２１は、概ね細長い棒状の部材であり、後方側から順に、大径部２１ａ、中径部２１ｂ、小径部２１ｃおよび接触部２１ｄが形成されている。検出針２１は、ケーシング１０にそれと同軸となる状態で挿入されている。

ホルダー２２は、内側の金属製ホルダー２３と、該金属製ホルダー２３を収容保持する外側の樹脂製ホルダー２４とで構成されている。金属製ホルダー２３および樹脂製ホルダー２４は、何れも、有底の円筒状に形成されており、ケーシング１０と同軸に配置されている。

金属製ホルダー２３は、筒状壁の径が異なる大径部２３ａおよび小径部２３ｂが後方側から順に形成されると共に、底壁２３ｃに挿入孔２３ｄが形成されている。金属製ホルダー２３は、底壁２３ｃの挿入孔２３ｄに検出針２１の後端が挿入されて固定されている。具体的に、検出針２１は、大径部２１ａが金属製ホルダー２３の小径部２３ｂ内に位置し、中径部２１ｂの後方側が底壁２３ｃの挿入孔２３ｄに位置している。検出針２１の大径部２１ａは、挿入孔２３ｄよりも大径に形成されており、底壁２３ｃの内面に接している。

金属製ホルダー２３の小径部２３ｂには、検出針２１の後方に、２つの圧電素子２５，２６および２つの電極板２７，２８が収容されている。具体的に、検出針２１の大径部２１ａの後方には、前方側から順に、第１圧電素子２５、第１電極板２７、第２圧電素子２６および第２電極板２８が互いに接した状態で配置されている。第１圧電素子２５は、検出針２１の後端（大径部２１ａ）に接した状態で配置されている。なお、金属製ホルダー２３の小径部２３ｂの内面には、圧電素子２５，２６および電極板２７，２８の外周を保持するガイド部２３ｅが形成されている。また、２つの電極板２７，２８は、図示しないが、それぞれ信号線によってアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、信号線はセンサ本体２から接続軸４内を通ってアンテナ３内まで配線されている。

ウエイト２９、皿バネ３１およびキャップ３２は、金属製ホルダー２３内に収容されて保持されている。本実施形態において、ウエイト２９、皿バネ３１およびキャップ３２は、圧電素子２５，２６および電極板２７，２８をその後方から検出針２１の後端（大径部２１ａ）に押し付ける押付け部材を構成している。

ウエイト２９は、金属製ホルダー２３において第２電極板２８の後方に配置されており、金属製ホルダー２３の大径部２３ａと小径部２３ｂとに跨って収容されている。ウエイト２９は、一体形成された頭部２９ａと軸部２９ｂとで構成され、頭部２９ａが金属製ホルダー２３の大径部２３ａに位置し、軸部２９ｂが金属製ホルダー２３の小径部２３ｂに位置して第２電極板２８に接している。ウエイト２９は、自身の重力によって圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付ける。皿バネ３１は、金属製ホルダー２３の大径部２３ａにおいてウエイト２９の後方に配置されている。皿バネ３１は、ウエイト２９を前方へ付勢することによって圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付ける。キャップ３２は、金属製ホルダー２３の大径部２３ａにおいて皿バネ３１の後方に２つ配置されている。キャップ３２は、外周面に雄ネジが形成された円板状の部材であり、金属製ホルダー２３の大径部２３ａの内面と螺合することで金属製ホルダー２３に固定される。キャップ３２は、その締め付け力によって皿バネ３１およびウエイト２９を介して圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付ける。このように、ウエイト２９、皿バネ３１およびキャップ３２は、互いに密接して圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付けている。

こうして、圧電素子２５，２６が押付け部材（ウエイト２９、皿バネ３１およびキャップ３２）によって検出針２１に所定の力（初期押付け力）で押し付けられる。これにより、測定対象物以外の振動や力が外乱として圧電素子２５，２６に作用しても、その外乱を吸収することができ、外乱による影響を受けずにすむ。

樹脂製ホルダー２４は、金属製ホルダー２３の前方側に配置され、金属製ホルダー２３の小径部２３ｂと大径部２３ａの過半部を収容している。本実施形態では、金属製ホルダー２３はその小径部２３ｂが樹脂製ホルダー２４に圧入されることにより固定されている。樹脂製ホルダー２４は、底壁２４ｃに挿入孔２４ｄが形成されており、その挿入孔２４ｄに検出針２１の中径部２１ｂが嵌合している。

センサ本体２は、振動検出機構２０を前方へ付勢するコイルバネ３５（バネ）を備えている。振動検出機構２０は、ケーシング１０の軸方向（即ち、前後方向）に変位可能にケーシング１０に挿入されている。コイルバネ３５は、ケーシング１０の大径部１１に収容され、振動検出機構２０の後方側に配置されている。コイルバネ３５は、その軸がケーシング１０の軸と略同軸となる状態で配置されている。コイルバネ３５の一端（後方側端部）は、スナップリング３６に支持されている。スナップリング３６は、ケーシング１０の大径部１１の内面に形成された溝１１ｂに嵌め込まれており、コイルバネ３５の一端を受けている。コイルバネ３５の他端（前方側端部）は、樹脂製ホルダー２４（ホルダー２２）に接している。そして、コイルバネ３５は、樹脂製ホルダー２４（ホルダー２２）を前方へ付勢することで振動検出機構２０を前方へ付勢している。

樹脂製ホルダー２４は、側壁２４ａの端部（後方端）に厚肉のバネ受け部２４ｂが形成されている。つまり、バネ受け部２４ｂは、ホルダー２２の軸方向途中の筒状壁から外方へ突出して形成されている。なお、バネ受け部２４ｂの外周面はケーシング１０の大径部１１の内面に接している。コイルバネ３５の他端は、樹脂製ホルダー２４のバネ受け部２４ｂの後方側の面に接している。こうして、コイルバネ３５は樹脂製ホルダー２４を前方へ付勢することにより振動検出機構２０を前方へ付勢する。

温度検出機構４０（熱電対）は、検出針２１の接触部２１ｄと、２本の熱電対線４１，４２とを備え、測定対象物の温度を検出（測定）するものである。つまり、検出針２１の接触部２１ｄは振動検出機構２０と温度検出機構４０の共通の構成部材である。

検出針２１の詳細について説明する。検出針２１において、大径部２１ａ、中径部２１ｂおよび小径部２１ｃが本願の請求項に係る軸部を構成している。つまり、検出針２１では軸部の端部に接触部２１ｄが形成されている。

図３および図４にも示すように、接触部２１ｄは、軸部（大径部２１ａ、中径部２１ｂおよび小径部２１ｃ）よりも大径の略円板状に形成されている。そして、接触部２１ｄは、ケーシング１０の先端の開口１３ｂを閉塞している。具体的に、接触部２１ｄは、外径がケーシング１０の開口１３ｂの内径と略同一に形成され、外周面とケーシング１０の開口１３ｂの内周面とが接している。また、検出針２１は、接触部２１ｄがケーシング１０から少し突出する状態で設けられている。そして、接触部２１ｄはケーシング１０の先端に溶接によって接合されている。具体的には、接触部２１ｄは外周面がケーシング１０と隅肉溶接によって接合されている（図３に示す黒色着色部）。なお、図４では、接触部２１ｄとケーシング１０との溶接部は省略している。

熱電対線４１，４２は、接触部２１ｄに接続され、ケーシング１０内に配線されている。具体的に、２本の熱電対線４１，４２は、一端が接触部２１ｄの裏面２１ｆ（後方側の面）に溶接によって接続され、他端がアンテナ３の信号処理回路に接続されている（図示省略）。２本の熱電対線４１，４２は、例えば、一方がアルメル線で、他方がクロメル線である。検出針２１は、接触部２１ｄの表面２１ｅが測定対象物に接することで該測定対象物の振動および熱が伝わるようになっている。なお、本実施形態において、接触部２１ｄの表面２１ｅは外方へ突出する緩やかなテーパ面となっている。

上述したセンサ装置１では、検出針２１の接触部２１ｄの表面２１ｅを測定対象物に当てることによって、測定対象物の機械的振動が検出針２１に伝わり、圧力変動として圧電素子２５，２６に作用する。これに応じて圧電素子２５，２６に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する信号が電極板２７，２８から信号線を介してアンテナ３の信号処理回路に送られて測定対象物の振動が検出（測定）される。また、センサ装置１では、検出針２１の接触部２１ｄの表面２１ｅを測定対象物に当てることによって、測定対象物の熱が接触部２１ｄに伝わり、２本の熱電対線４１，４２において電位差が生じる。そして、この電位差に関する信号がアンテナ３の信号処理回路に送られて測定対象物の温度が検出（測定）される。以上のようにして検出された測定対象物の振動および温度の数値は、アンテナ３の発信部から別の受信部（図示省略）へ無線送信される。

以上のように、上記実施形態のセンサ装置１によれば、ケーシング１０の開口１３ｂを検出針２１の接触部２１ｄによって閉塞するようにしたので、ケーシング１０の開口１３ｂからケーシング１０内に水分が入り込むのを防止することができる。これにより、熱電対線４１，４２と接触部２１ｄの裏面２１ｆとの溶接部（接続部）が腐食によって損傷するのを防止することができる。したがって、腐食による熱電対線の断線を防止することができる。

特に、上記実施形態のセンサ装置１では、接触部２１ｄをケーシング１０の先端に溶接接合することによってケーシング１０の開口１３ｂを閉塞するようにしたため、確実にケーシング１０の開口１３ｂを密閉することができる。これにより、ケーシング１０内に水分が入り込むのを確実に防止することができる。

また、上述したように接触部２１ｄをケーシング１０の先端に溶接接合することにより、堅牢なセンサ装置１を構成することができる。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、検出針２１の接触部２１ｄを、振動検出機構２０と温度検出機構４０の共通の構成部材としているので、部品点数を削減することができる。

なお、上記実施形態のセンサ装置１では、接触部２１ｄの外径をケーシング１０の開口１３ｂの内径よりも大きく形成して、接触部２１ｄの裏面（後方側の面）とケーシング１０の端面とを接触させてケーシング１０の開口１３ｂを閉塞するようにしてもよい。

また、上記実施形態のセンサ装置１では、接触部２１ｄと開口１３ｂとを溶接接合することにより開口１３ｂを閉塞したが、溶接接合に代えて、ねじ接合または圧入により接触部２１ｄと開口１３ｂとを接合するようにしてもよい。例えば、図３において、接触部２１ｄの外周面に雄ねじを形成しケーシング１０の開口１３ｂの内周面に雌ねじを形成することにより、接触部２１ｄと開口１３ｂとをねじ接合することができる。例えば、図３において、接触部２１ｄの外周面をケーシング１０の開口１３ｂの内周面に圧入することができる。

また、上記実施形態では、測定対象物に固定して振動等を測定するセンサ装置１について説明したが、本願のセンサ装置１は、作業者が手で持って測定対象物に押し当てて測定するハンディタイプのものについても同様の作用効果を得ることができる。

本願に開示の技術は、測定対象物に押し当てて測定対象物の振動および温度を検出するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１０ ケーシング
１３ｂ 開口
２１ 検出針
２１ａ 大径部（軸部）
２１ｂ 中径部（軸部）
２１ｃ 小径部（軸部）
２１ｄ 接触部
２１ｅ 表面
２１ｆ 裏面
４１,４２ 熱電対線

Claims (2)

1. 筒状のケーシングと、
   上記ケーシングに挿入される軸部と、該軸部の端部に形成され、上記ケーシングの先端の開口から突出し該開口を閉塞する接触部とを有し、該接触部の表面が測定対象物に接することで該測定対象物の振動および熱が伝わる検出針と、
   上記接触部の裏面に接続され、上記ケーシング内に配線される熱電対線とを備えている
   ことを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記接触部は、上記ケーシングの先端に溶接接合されて上記ケーシングの開口を閉塞する
   ことを特徴とするセンサ装置。

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