JP4913693B2

JP4913693B2 - 情報端末用耐圧防爆ケースおよびその窓の形成方法

Info

Publication number: JP4913693B2
Application number: JP2007222589A
Authority: JP
Inventors: 順平酒井
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: JP2009054940A

Description

本発明は、化学プラントなど爆発性の雰囲気が形成される可能性のある環境で用いられる情報端末のケースに関し、特に、光を透過させるための窓の構造、また窓の形成方法に関する。

工場や、化学プラントなど、爆発性の雰囲気が形成される可能性のある環境で用いられる機器は、電気機械器具防爆構造規格に沿った構造を採ることが要求される。防爆構造規格には、耐圧防爆、本質安全防爆などがあり、それぞれに技術的な要求事項が定められている。工場等で用いられる設置型の電気機械器具、例えば電気モータと一体となったポンプなどは、携帯性を考慮する必要がないので、重量等が増加する耐圧防爆構造を採用することができる。

設置型の機器と無線通信により情報の授受を行うシステムが実用化されている。例えば、下記特許文献１には、モータの軸受の摩耗を監視するシステムにおいて、摩耗を検出するセンサの調整や、検出された摩耗の程度などの情報の授受を、赤外線を用いた無線通信により行う技術が開示されている。この文献においては、設置された機器との間で情報の授受を行う機器として、パーソナルコンピュータが例示されている。コンピュータを防爆構造とすることは難しく、前記のポンプ等の機器が防爆構造規格が要求される設置場所に設置されている場合、コンピュータを設置場所に直接持ち込むことは困難であった。また、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）など、携帯型の情報端末を用いて情報の授受を行うことが、例えば下記特許文献２に記載されている。

特開２０００−３０８３１２号公報特開２００５−２７６０４５号公報

前述のような情報端末を爆発性の雰囲気下で用いる場合、その機器が爆発の引き金とならない構造である本質安全防爆構造を採ることが望まれる。しかし、本質安全防爆構造の場合、機器を流れる電流値に制限があるために、小規模の機器、または回路構成を詳細に検討した機器でなければならなかった。例えば、９Ｖの乾電池で駆動される一般的な赤外線リモコンを、本質安全防爆構造とすることは困難であった。

本発明は、耐圧防爆構造を有する情報端末を提供することを目的とする。

本発明の耐圧防爆ケースは、光通信により情報の送受を行う情報端末の、光を透過させる窓を有する耐圧防爆ケースであって、内部に空間を形成するケース部材であって、ケース部材の内外を貫通し、大径部と小径部を含む段付きの貫通孔を有するケース部材と、前記貫通孔の大径部内に配置され、大径部と小径部の境界である肩面に当接する、通信用の光線が透過する窓部材と、前記貫通孔の肩面に設けられ、前記窓部材の肩面に当接する面に少なくとも一部が対向する環状溝と、前記環状溝内に前記窓部材に接触する量だけ注入され、半固化状態で前記窓部材に接触する環状溝内の樹脂材料と、前記貫通孔の大径部と前記窓部材の間隙に充填される隙間の樹脂材料と、を備え、前記窓部材は、硬化した前記環状溝内の樹脂材料と硬化した前記隙間の樹脂材料によってケース部材に固定されていること、を特徴とする。

貫通孔の大径部と窓部材の間隙と、環状溝とが連通するようにでき、この場合、前記間隙と環状溝に充填される樹脂材料が一体化される。また、前記窓は、情報の通信用の光を透過させる窓であってもよい。

上記の情報端末のケースの窓は、次のように形成することができる。すなわち、ケース部材に大径部と小径部を含む段付きの貫通孔を形成し、貫通孔の大径部と小径部の境界である肩面に環状溝を形成し、環状溝に樹脂材料を注入し、さらに半固化状態とし、窓部材を前記貫通孔の肩面に載置し、窓部材と貫通孔の隙間に樹脂材料を充填する。環状溝を形成する際には、窓部材が肩面に載置されたときに環状溝に注入された樹脂が窓部材と接触する位置に環状溝が形成される。環状溝に注入する樹脂材料の量は、注入した樹脂材料が後から載置される前記窓部材に接触する量とする。

また、環状溝を形成する際には、窓部材が前記肩面に載置されたときに、窓部材と貫通孔の隙間と、環状溝とが連通するように環状溝が形成されてもよい。

また、窓部材を貫通孔の肩面に載置する前に、あらかじめ窓部材の、貫通孔大径部内周面に対向する面に樹脂材料を塗布しておいてもよい。

また、窓部材と貫通孔の間隙に樹脂材料を注入する際には、窓部材に対し肩面に向けて押圧力を作用させるようにしてもよい。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。化学プラントなどで使用される機器として、例えばキャンドモータポンプがある。図１は、そのキャンドモータポンプの概略構成を示す斜視図である。キャンドモータポンプ１０は、遠心ポンプ１２と電気モータ１４が一体に構成されている。電気モータ１４の、遠心ポンプが設けられた側と反対側の端部には、電気モータ１４内のコイルと、外部からの電力線を接続するための端子が収容される端子箱１６が設けられている。端子箱１６の上部には、電気モータ１４の状態を監視するモータ監視装置１８が配置されている。モータ監視装置１８は、例えば、電気モータ１４のシャフトを支持する軸受の摩耗状況を監視することができる。モータ監視装置１８の頭頂部には表示部２０が設けられ、軸受摩耗状況などの監視対象項目の状況が表示される。

また、モータ監視装置１８内には、所定の監視対象項目についての情報を一定期間格納する格納部が備えられ、さらに、この格納された情報を外部に送出するための光通信装置も備えられている。光通信装置は、例えば赤外線通信装置である。

このモータ監視装置１８に格納された情報を読み出し、この情報を別の場所に搬送するために、可搬型の情報端末２２が用いられる。情報端末２２は、モータ監視装置１８の光通信装置と情報の送受を行うための光通信装置を有し、またモータ監視装置１８より読み出した情報や、モータ監視装置１８に送るための情報を格納する格納部を有している。モータ監視装置１８から読み出され情報端末２２に格納された情報は、情報端末２２をモータ設置場所から離れた場所に移動させることで搬送され、そこで別のコンピュータなどの情報処理機器に転送される。これにより、キャンドモータポンプ１０を運転状況を別の場所で解析することが可能となる。

監視対象の機器、この場合はキャンドモータポンプ１０が設置されている場所が、爆発性の雰囲気が形成される可能性のある環境である場合、情報端末２２を耐圧防爆構造とすることにより、キャンドモータポンプ１０の運転状況の監視および解析が容易に行えるようになる。

図２は、情報端末２２の断面図である。情報端末２２は、内部に回路基板等を収容する空間が形成される耐圧防爆構造を有するケース２４を有する。ケース２４は、一端が開放した略円筒状の第１ケース部材２６と、第１ケース部材の開放端を塞ぐように配置される第２ケース部材２８と、第２ケース部材を第１ケース部材に締め込むための締め込み用リング３０を有している。これら第１、第２ケース部材２６，２８と締め込み用リング３０は、アルミニウム合金、例えばＡ２０１７にて形成される。アルミニウム合金で形成することにより、情報端末２２を万一落下させた際に、他金属との衝撃による火花の発生が抑えられる。また、Ａ２０１７を採用することにより、切削時の切りくずによる本体の損傷を防止することができる。

第１ケース部材２６は、略円板状の端面部３２と略円筒状の円筒部３４を含む。第２ケース部材２８は、第１ケース部材２６の開放端を塞ぐ略円板状の端面部３６と、第１ケース部材の円筒部３４の内側に入り込むようにして嵌合する円筒部３８を有する。端面部３６は、円筒部３８の外周より外に張り出したフランジ部４０を有し、このフランジ部が第１ケース部材の円筒部３４の端面に当接する、第２ケース部材の円筒部３８の根本の外周部分には、Ｏリング４２が収まる溝が形成されている。二つの円筒部３４，３８が作る隙間、いわゆるスキの長さや幅は、防爆構造規格により定められている。第１ケース部材の円筒部３４の端面には、位置決めピン４４が打ち込まれており、第２ケース部材のフランジ部４０には、このピンを受け入れる位置決め溝４６が形成されている。位置決めピン４４と位置決め溝４６の係合により、後述する、光通信に係る発光素子、受光素子と、第２ケース部材２８に設けられた窓の位置との位置合わせが行われる。

締め込み用リング３０は、円筒形状の円筒部４８の一端に、円筒の内側に突出した内側フランジ部５０を有する。円筒部４８の内周には雌ねじ５２が形成され、第１ケース部材の円筒部３４の外周に形成された雄ねじ５４とねじ結合する。これらのねじは、メートルねじであり、その寸法は、防爆構造規格を満たす強度となっている。内側フランジ部５０は、第２ケース素部材のフランジ部４０に係合し、締め込み用リング３０を、ねじ込むことにより、第２ケース部材２８が第１ケース部材２６に向けて押し込まれる。このとき、位置決めピン４４と位置決め溝４６の係合して、回り止めとして機能し、第２ケース部材２８は第１ケース部材２６に対して回らないようにしている。さらに、締め込み用リング３０の円筒部３４には、回り止めねじ５６が設けられ、このねじを締め込むことにより、その先端が、第１ケース部材２６に当接し、第１ケース部材２６と締め込み用リング３０のねじ結合のゆるみを防止する。締め込み用リング３０の内側フランジ部５０端面、図中下側の面より、第２ケース部材の端面部３６の外側の面は窪んでおり、この凹凸の形状が、モータ監視装置１８の表示部２０の凸形状と係合して、外部からの光の進入を阻止する。

ケース２４の内部空間には、光通信に係る回路部品等が実装された光通信基板５８、情報の送受を司る中央処理装置、情報を格納するメモリ等が実装されたＣＰＵ基板６０が配置される。これらの基板５８，６０は、第１ケース部材の端面部３２に立設された固定柱６２に固定されている。光通信基板５８の第２ケース部材２８側の面には、光通信に係る受光素子６４、発光素子６６が配置されている。また、ＣＰＵ基板６０の第１ケース部材の端面部３６側の面には、当該情報端末の動作状態を、点灯状態によって示すＬＥＤ６８が配置されている。

第２ケース部材の端面部３６の、受光素子６４と発光素子６６に対向する位置には、通信用窓７０が形成されている。この窓は、通信用の光線、例えば赤外線通信においては赤外線に対して透過性を有し、ケース内外の、光通信による情報の送受を可能としている。また、第１ケース部材の端面部３２の、ＬＥＤ６８に対向する位置にも、この通信端末２２の動作状況を確認するための確認用窓７２が形成されている。これらの通信用窓７０および確認用窓７２の構造は、同一の構造を有しており、以降の説明においては、通信用窓７０についてのみ言及し、確認用窓７２については説明を省略する。

第２ケース部材の端面部３６の通信用窓７０を設ける位置には、直径の大きい大径部７４と直径の小さい小径部７５を有する段付き貫通孔７６が形成されている。大径部７４と小径部７５の境界である肩面７８、つまり段付き貫通孔７６の軸線に交わる面（この実施形態では直交面）内に形成された面に、窓部材８０が載置される。第２ケース部材２８と窓部材８０の間に樹脂材料８２が充填され、これにより窓部材８０が第２ケース部材２８に固定される。さらに、窓部材８０は、ガスケット８３を介して、ビス８４により第２ケース部材に固定される押さえ板８６により、支持されている。図示するように、この実施形態では、段付き貫通孔７６の大径部７４がケース２４の内側に、小径部７５が外側に位置している。窓部材８０は、対象となる光が透過することができる材料で構成される。この情報端末２２では、一般的なガラスが用いられている。また、赤外線は直進性が高いため、通信に赤外線を用いる場合には赤外線が散乱し、通信可能な範囲が拡がるように、すりガラス等を用いることもできる。

前述の肩面７８には、Ｏリング８８が収められる、小径部７５を囲む環状のＯリング用溝９０が設けられている。さらに、Ｏリング用溝９０の外側に小径部７５を囲む環状の溝９２が設けられている。この溝９２には、窓部材８０を固定する樹脂材料が充填されており、この溝９２を以降、樹脂用溝９２と記す。樹脂用溝９２は、窓部材８０の、肩面７８に当接する面の一部に対向し、溝に充填された樹脂は、窓部材８０の、この面と接触している。この部分により、窓部材８０に接触する樹脂材料の面積が増加し、固定力が増加する。また、段付き貫通孔７６の軸線方向の力が作用するとき、溝内の樹脂材料には、引張りまたは圧縮応力が作用し、窓部材８０の外周面と大径部７４内周面の間隙の樹脂材料に働く剪断応力のみで力を受ける場合に比べ、窓部材８０を強固に固定することができる。また、この実施形態では、樹脂用溝９２の外径は、大径部７４の径と一致している。これにより窓部材８０が肩面に載置された状態でも、窓部材の外周面と大径部内周面の隙間と、樹脂用溝が連通し、これらの部分を満たす樹脂材料が一体化している。

図３は、窓７０の形成にかかる工程を示す図である。図３（ａ）は、段付き貫通孔７６及びその肩面７８のＯリング用溝９０、樹脂用溝９２を形成する工程を示している。これは、一般的な切削加工で行われる。肩面７８に溝９０，９２が形成されると、Ｏリング用溝９０にはＯリング８８が収容され、樹脂用溝９２には樹脂材料が注入される（図３（ｂ））。この樹脂材料は、液体状の２剤を混合して硬化させる難燃性シリコーン等を使用することができる。樹脂用溝９２に注入される樹脂材料は、溝をちょうど埋めるか、またはこれより若干多い量が注入される。この状態を維持し、樹脂用溝９２に注入された樹脂材料９４を、若干流動性が残った半固化状態とする。

一方で、窓部材８０の側面、すなわち窓部材８０が段付き貫通孔７６に収められたとき、大径部７４に対向する面に、樹脂用溝９２に注入された樹脂材料と同じ樹脂材料を塗布する（図３（ｃ））。塗布された樹脂材料９６は、厚さを強調して図示しており、実際には、図示されるより遙かに薄く塗布される。塗布された樹脂材料９６は、後述する、窓部材８０と段付き貫通孔の隙間に樹脂材料を注入する工程において、注入した樹脂材料が、窓部材８０に密着するように濡れ性を改善する。なお、窓部材８０と樹脂材料の濡れ性が良い組み合わせの場合は、この工程は省略することができる。

図３（ｄ）に示されるように、側面に樹脂材料が塗布された窓部材８０を段付き貫通孔の大径部７４に挿入し、肩面７８上に載置する。このとき、半固化した樹脂材料９４と、窓部材８０の下側の面が密着する。この密着した部分は、とぎれなく環状に形成されることが望ましい。樹脂材料９４は、流動性が残っており、余分は、窓部材８０と第２ケース部材２８の隙間に押し出される。窓部材８０が、肩面７８に密着するように、肩面７８に向けて押圧力を作用させてもよい。簡単には、窓部材８０におもり９８を載せることにより押圧力を発生させることができる。クランプ等の手段を用いてもよい。窓部材８０の自重で十分であれば、これらの付加的な押圧力は不要である。窓部材８０が肩面７８に載置され、押圧力が作用する状態で、窓部材８０と第２ケース部材２８の隙間に樹脂材料が注入される（矢印Ａ）。注入された樹脂材料は、樹脂用溝９２内の半固化状態の樹脂材料９４によりせき止められ、肩面７８と窓部材８０の隙間に進入し、小径部７５に漏れ出すことが阻止される。また、前述したように、窓部材８０の側面にあらかじめ樹脂材料を塗布してあるので、側面に気泡が残留することが防止され、密着性が良好となる。

樹脂材料を、窓部材８０と第２ケース部材２８の隙間に満たし、所定時間維持し、樹脂材料を硬化させる。後から注入した樹脂材料は、先に半固化した樹脂材料９４および窓部材８０のそくめんにと付された樹脂材料９６と一体化して硬化し、窓部材８０を第２ケース部材２８に固定する樹脂材料８２となる。

樹脂材料としては、例えば、東レ・ダウコーニング株式会社製のＤＯＷＣＯＲＮＩＮＧ（登録商標）ＳＥ１８１６ＣＶＫＩＴを使用することができる。これの場合、半固化状態とするための時間は約１０〜２０分、完全に硬化する時間は、１日程度である。

モータ監視装置付きのキャンドモータポンプの概略構成を示す斜視図である。情報端末の断面図である。情報端末の窓の形成方法の説明図である。

符号の説明

１８モータ監視装置、２２情報端末、２４ケース、２６第１ケース部材、２８第２ケース部材、３０締め込み用リング、７０通信用窓、７２確認用窓、７４大径部、７５小径部、７６段付き貫通孔、７８肩面、８０窓部材、８２樹脂材料、９２樹脂用溝、９８おもり。

Claims

光通信により情報の送受を行う情報端末の耐圧防爆ケースにおいて、光を透過させる窓を形成する方法であって、
耐圧防爆ケースのケース部材に大径部と小径部を含む段付きの貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の大径部と小径部の境界である肩面に環状溝を形成する工程と、
環状溝に樹脂材料を注入し、さらに半固化状態とする工程と、
前記環状溝に注入した樹脂材料が半固化した後、対象となる光が透過する材料からなる窓部材を前記貫通孔の肩面に載置する工程と、
前記窓部材と前記貫通孔の隙間に樹脂材料を充填する工程と、
を含み、
前記環状溝を形成する工程においては、前記窓部材が前記肩面に載置されたときに環状溝に注入された樹脂が当該窓部材と接触する位置に環状溝が形成され、
前記環状溝に樹脂材料を注入し、半固化状態とする工程では、注入した樹脂材料が後から載置される前記窓部材に接触する量の樹脂材料が注入される、
情報端末用耐圧防爆ケースの窓形成方法。
請求項１に記載の情報端末用耐圧防爆ケースの窓形成方法であって、
前記環状溝を形成する工程においては、前記窓部材が前記肩面に載置されたときに、窓部材と貫通孔の隙間と、環状溝とが連通するよう、当該環状溝が形成される、
方法。
請求項１または２の情報端末用耐圧防爆ケースの窓形成方法であって、
前記窓部材を前記貫通孔の肩面に載置する工程の前に、当該窓部材の、貫通孔大径部内周面に対向する面に樹脂材料を塗布する工程を含む、
方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報端末用耐圧防爆ケースの窓形成方法であって、
前記窓部材と貫通孔の隙間に樹脂材料を充填する工程においては、前記窓部材に対し、前記肩面に向けて押圧力を作用させる、
方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報端末用耐圧防爆ケースの窓形成方法であって、前記窓は、情報の通信用の光を透過させる窓である、方法。
光通信により情報の送受を行う情報端末の、光を透過させる窓を有する耐圧防爆ケースであって、
内部に空間を形成するケース部材であって、ケース部材の内外を貫通し、大径部と小径部を含む段付きの貫通孔を有するケース部材と、
前記貫通孔の大径部内に配置され、大径部と小径部の境界である肩面に当接する、通信用の光線が透過する窓部材と、
前記貫通孔の肩面に設けられ、前記窓部材の肩面に当接する面に少なくとも一部が対向する環状溝と、
前記環状溝内に前記窓部材に接触する量だけ注入され、半固化状態で前記窓部材に接触する環状溝内の樹脂材料と、
前記貫通孔の大径部と前記窓部材の間隙に充填される隙間の樹脂材料と、
を備え、
前記窓部材は、硬化した前記環状溝内の樹脂材料と硬化した前記隙間の樹脂材料によってケース部材に固定されていること、
を特徴とする情報端末用耐圧防爆ケース。
請求項６に記載の情報端末用耐圧防爆ケースであって、前記貫通孔の大径部と前記窓部材の間隙と、前記環状溝は連通している、情報端末用耐圧防爆ケース。
請求項６または７に記載の情報端末用耐圧防爆ケースであって、前記窓は、情報の通信用の光を透過させる窓である、情報端末用耐圧防爆ケース。