JP5123737B2 - 検圧装置の受圧部の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧力の測定、又は圧力値の変動を検知するのに使用する検圧装置の受圧部の成形方法に関する。

軟質材から成る可撓性チューブに流体を導入し、可撓性チューブの外面に接続したロードセルを用いて流体の圧力を検出することが、特許文献１に開示されている。また、流体を内部に導入する金属ブロックに、流体の圧力で弾性変形する薄肉部を形成し、この薄肉部に歪ゲージを取付けることが、特許文献２に開示されている。
特開２００６−４３０９０号公報 特開２００２−２２８５３３号公報

特許文献１の技術によれば、可撓性チューブをその比例限度内で膨張させる範囲の流体圧を計測できるが、例えば流体が過熱蒸気である場合、このような高温と高圧に耐えられる材質から成る可撓性チューブを準備するのは困難である。また、特許文献２の薄肉部は、上記の可撓性チューブに比較すると、流体圧の変動に従って変形する割合が著しく小さいので、微小な圧力の変動を検出しなければならないとき、歪ゲージによる高い感度を期待することはできない。

そこで、本発明は、流体の温度及び圧力を測定できる上限が高く、しかも高感度に圧力を検出できる検圧装置の受圧部の成形方法を提供することを目的とする。

本発明に係る検圧装置の受圧部の成形方法は、流体を導入される断面が円形の導通孔、及び前記導通孔の途中にその径方向へ向けて検圧孔を開放した導通部材を準備し、前記導通部材の導通孔に弾性薄肉管を嵌入することにより、前記導通部材の検圧孔を前記弾性薄肉管で塞ぎ、前記導通部材の検圧孔に略台形の凸型を挿入し、前記弾性薄肉管の前記導通部材の検圧孔に対応する位置に、前記凸型を突き当てた状態で、前記凸型を前記導通部材に位置決めし、前記弾性薄肉管に流体を導入し、前記流体の圧力で前記弾性薄肉管を前記凸型に沿わせて塑性変形させることにより、前記弾性薄肉管に受圧部を成形することを特徴とする。

本発明に係る検圧装置は、導通部材の一端から他端を貫く導通孔に弾性薄肉管が嵌入され、弾性薄肉管の検圧孔に対応する箇所に受圧部が形成されているので、弾性薄肉管に導入される流体の圧力が導通部材の外部の圧力よりも高ければ、受圧部は弾性薄肉管から突出する方向へ撓み、上記流体の圧力が導通部材の外部の圧力よりも低ければ、受圧部は弾性薄肉管に没入する方向へ撓むことになる。このような受圧部の変形量を検出手段が検出できるので、例えば検出手段として歪ゲージ等を適用すれば、受圧部の変形量を圧力値に換算することが容易である。

しかも、本発明に係る検圧装置は、導通部材と弾性薄肉管との二層構造であるため次の利点を奏する。即ち、流体の圧力による弾性薄肉管の膨張は導通部材にて規制されるが、平面状の受圧部は流体の圧力を受けて容易に変形する。このため、検出手段は、流体の微小な圧力の変動を感度良く検出することができる。ここに述べた効果は、弾性薄肉管の材料として金属を選択しても同様に達成することができる。特に、弾性薄肉管が金属製である場合、例えば過熱蒸気のような流体を弾性薄肉管に導入することができる。

更に、導通部材に固定されたロードセルに、受圧部に加わる流体の圧力を連結部材を介して伝達するように検出手段を構成した場合、受圧部とロードセルとの間隔を広げ、受圧部からロードセルへの伝熱を抑制することができる。これにより、弾性薄肉管に導入される流体が常温よりも著しく高温、又は低温であっても、ロードセルはその機能を流体の温度に影響されることなく適正に果すことができる。

上記の受圧部を本発明に係る成形方法により成形された検圧装置は、以上に述べた効果を達成することができる。また、本発明に係る成形方法によれば、導通部材の検圧孔の位置に、弾性薄肉管の受圧部を正確に合致させることができる。

図１，２は、導通部材１と弾性薄肉管２と検出手段３とを備える検圧装置４を表している。図３，４は検圧装置４の要部を表している。図面は特に断らない限り、これらの図面を参照しながら検圧装置４について以下に説明する。

導通部材１は、その一端５から他端６を貫く導通孔７が形成され、一端５から他端６の途中に、導通孔７に通じる検圧孔８が開放された管材である。導通部材１の両端５，６には、パイプ等の端部に接続するためのフランジ５１，６１が各々形成されている。検圧孔８には雌ねじ８１が形成されている。符号６２は、Ｏ−リングを取付けるためのシール溝を指している。

弾性薄肉管２は、導通部材１の導通孔７に嵌入され、平面状の受圧部９が形成された管材である。更に、受圧部９の中央部に、弾性薄肉管２の径方向の内方へ湾曲した半球状部９１を形成しても良い。弾性薄肉管２の外周面は、受圧部９を除き導通部材１の導通孔７に密接している。また、導通部材１と弾性薄肉管２とは、検圧孔８に受圧部９が対応するよう互いに配置され、導通部材１の両端５，６が弾性薄肉管２に接合されている。ここで「対応」とは、検圧孔８の位置に受圧部９が合致することを意味する。

検出手段３は、導通部材１にハウジング３１を介して固定されたロードセル１０と、受圧部９に加わる力をロードセル１０に伝達する連結部材１１とを備える。連結部材１１は、受圧部９の半球状部９１に基端を受止めさせ、ロードセル１０のロードボタン１０１に終端を突き当てた棒材をハウジング３１に納めたものである。ロードセル１０は、自明の要素であるため詳細な図示を省略している。ロードボタン１０１は、ロードセル１０の歪検出板に接合されており、ロードボタン１０１に入力される荷重は、ロードセル１０に内装された歪ゲージの電気抵抗を変化される。

或いは、ロードセル１０の仕様は磁歪式又は圧電式であっても良い。また、ロードセル１０に代えて、物体の移動距離を計測できる市販の変位センサを適用しても良い。ハウジング３１には後述の雄ねじ３２が形成されている。また、ハウジング３１の頭部にはロードセル１０を覆うキャップ等を取付けても良い。符号３３はヒートシンクのフィンを指している。

以下に、検圧装置４の作動原理を説明する。弾性薄肉管２に導入される流体の圧力が導通部材１の外部の大気圧よりも高ければ、図５（ａ）に示すように、受圧部９は弾性薄肉管２から突出する方向へ撓み、弾性薄肉管２に導入される流体の圧力が導通部材１の外部の大気圧よりも低ければ、同図（ｂ）に示すように、受圧部９は弾性薄肉管２の内方へ没入する方向へ撓むことになる。このような受圧部９の変形に従って、連結部材１１がその長手方向に変位することにより、ロードボタン１０１に荷重が入力される。この荷重は、受圧部９の撓み量の関数であるので、圧力値に換算するのが容易である。

しかも、検圧装置４によれば、流体の圧力に基づく弾性薄肉管２の膨張は、導通部材１によって規制されるが、受圧部９は流体の圧力を受けると比較的容易に変形する。即ち、受圧部９が撓むとき、受圧部９に曲げ応力が発生し、更に図５（ａ），（ｂ）に示すように、張り応力ｔが弾性薄肉管２に発生する。既述の通り、導通部材１の両端５，６だけが弾性薄肉管２に接合されているので、引張り応力ｔは受圧部９の周囲に分散する。一方、図５（ｃ）は、導通部材１に薄肉部９０を一体形成し、弾性薄肉管を省略した比較例を示している。この場合、薄肉部９０が撓むときに発生する引張り応力ｔ'は、薄肉部９０に集中するので、薄肉部９０の撓みが抑えられる。また、導通部材１の小型化及び力学的強度を考慮すると、薄肉部９０の面積を不要に拡張することは好ましくない。

このように、導通部材１と弾性薄肉管２との二層構造である検圧装置４は、導通部材１の一部を薄肉部９０とした単層構造に比較して、受圧部９が容易に撓むことのできる分、流体の微小な圧力の変動を検出手段３によって感度良く検出することができる。ここに述べた効果は、弾性薄肉管２の材料として金属を選択しても同様に達成することができる。特に、弾性薄肉管２が金属製である場合、例えば過熱蒸気のような流体を弾性薄肉管２に導入することができる。

更に、検圧装置４によれば、受圧部９とロードセル１０との間に連結部材１１を介在して両者の間隔を広げているので、受圧部９からロードセル１０への伝熱を抑制することができる。これにより、弾性薄肉管２に導入される流体が常温よりも著しく高温、又は低温であっても、ロードセル１０はその機能を流体の温度に影響されることなく適正に果すことができる。

図６（ａ）に示すように、検圧装置４を製作するには、先ず導通部材１と弾性薄肉管２とを準備する。導通部材１は、流体を導入される断面が円形の導通孔７、及び導通孔７の途中にその径方向へ向けて検圧孔８を開放したものであれば、その外観の形状は問わない。導通部材１の材質は、弾性薄肉管２に比較して、殆ど弾性変形しない程度の剛性を有するものであれば良い。弾性薄肉管２は、厚さ０．１ｍｍの金属管である。

図６（ｂ）に示すように、導通部材１の導通孔７に弾性薄肉管２を嵌入する。これにより、導通部材１の検圧孔８が弾性薄肉管２で塞がれる。導通部材１の両端５，６に弾性薄肉管２を溶接し、導通部材１に弾性薄肉管２を固定する。続いて、導通部材１の検圧孔８に略台形の端面を有する凸型１２を挿入し、弾性薄肉管２に凸型１２の端面が突き当るように、凸型１２を導通部材１に位置決めする。この作業は、凸型１２の雄ねじ１２１を検圧孔８の雌ねじ８１に締付けるだけで簡単に行える。

更に、導通部材１の他端６に盲フランジ１３を取付ける。導通部材１の一端５から導通孔７に流体を導入し、弾性薄肉管２を流体の圧力で凸型１２に強く押し付ける。これにより、弾性薄肉管２の一部が凸型１２の端面に沿って塑性変形し図３，４に表れた受圧部９となる。符号１２２は、受圧部９に半球状部９１を成形するための突起を指している。最後に、導通部材１の他端６から盲フランジ１３を取外し、凸型１２の締付けを緩め導通部材１から凸型１２を離脱させる。そして、ハウジング３１の雄ねじ３２を検圧孔８の雌ねじ８１に締付ければ、ロードセル１０及び連結部材１１を、ハウジング３１と共に導通部材１に位置決めし固定することができる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できる。図中に１つの受圧部９が表れているが、導通部材１の複数の箇所に検圧孔８を形成し、これに対応する複数の受圧部９を弾性薄肉管２に形成しても良い。

本発明は、パイプ等を流れる気体又は液体の圧力測定、或いはタンク等に貯留された気体又は液体の圧力測定に有益な技術である。

本発明の実施形態に係る検圧装置の側面図。 本発明の実施形態に係る検圧装置を図１のＡ−Ａ線で破断した断面図。 本発明の実施形態に係る検圧装置に適用した導通部材、及び弾性薄肉管を、図２のＢ−Ｂ線で破断した断面図。 本発明の実施形態に係る検圧装置に適用した導通部材を、図３のＣ−Ｃ線で破断した弾性薄肉管の内面図。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係る検圧装置の受圧部の作用を説明する断面図、（ｃ）はその比較例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る検圧装置の受圧部の成形方法の工程を（ａ），（ｂ）の順に示した説明図。

１：導通部材
２：弾性薄肉管
３：検出手段
４：検圧装置
５：一端
６：他端
７：導通孔
８：検圧孔
９：受圧部
１０：ロードセル
１１：連結部材
１２：凸型

Claims (1)

1. 流体を導入される断面が円形の導通孔、及び前記導通孔の途中にその径方向へ向けて検圧孔を開放した導通部材を準備し、
   前記導通部材の導通孔に弾性薄肉管を嵌入することにより、前記導通部材の検圧孔を前記弾性薄肉管で塞ぎ、
   前記導通部材の検圧孔に略台形の凸型を挿入し、前記弾性薄肉管の前記導通部材の検圧孔に対応する位置に、前記凸型を突き当てた状態で、前記凸型を前記導通部材に位置決めし、
   前記弾性薄肉管に流体を導入し、前記流体の圧力で前記弾性薄肉管を前記凸型に沿わせて塑性変形させることにより、前記弾性薄肉管に受圧部を成形することを特徴とする検圧装置の受圧部の成形方法。

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