JP5314645B2 - 圧力計内機 - Google Patents

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Description

本発明は、共振が抑えられたブルドン管式圧力計内機に関し、;さらに本発明は、前記圧力計内機を組込んでなる、耐脈動性及び耐振動性に顕著に優れた圧力計及び圧力計スイッチに関する。
通常のブルドン管式の圧力計は、ブルドン管と伸縮拡大機構(圧力計内機)を、圧力計の株に別々に取り付けてなる構成を有するものである。
この伸縮拡大機構は、圧力計株の中心にある圧力導入路に連結されたブルドン管の微少な伸縮出力(導入圧の変化による伸縮)を、歯車等を介在させて拡大して、ピニオン軸を回動させる機能を有する機構である。当該伸縮拡大機構は圧力計の精度に重要な箇所であり、高い精密性が要求される機構である。
しかし、通常のブルドン管式圧力計では、‘圧力計の株’に、‘ブルドン管を溶接する基点’と、‘伸縮拡大機構を取り付ける基点’の2箇所で固定を行うため、振動や脈動による「共振」が発生しやすい構造となる。
この共振の発生は、伸縮拡大機構の精密部品の精度を狂わし、圧力計の性能を寸時に奪うものであるが、従来工法では圧力計の構造上除去出来ない現象である。このため、伸縮拡大機構の歯車が寸時に摩耗する等の事故が多発しやすい状況になっている(非特許文献1参照)。
そこで、防振具(ゴム等)を別途組み込むことで、振動や脈動によって生じる各種トラブルへの対処が行われている。しかし、防振具を付加した場合であっても、共振そのものを除去することはできず、振動等の除去が十分とは言えない状況にある。
また、高馬力化や高速化する製造現場では、圧力計の圧力値を見て管理する目視の管理から、シーケンス制御に大きく変わり計測し、制御出来る機能を持つ圧力計スイッチが求められている。この共振を抑制することは、JIS(JISB7505-1)規格に盛り込まれている状況である。
日本機械学会誌第67巻第547号 「ブルドン管圧力計の問題点」,p30,(昭和39年8月発行)
本発明は、上記の課題を解決し、共振そのものが抑えられたブルドン管式圧力計の内機を提供することを課題とする。
そして本発明は、当該圧力計内機を提供することにより、耐振動および耐脈動性に顕著に優れたブルドン管式圧力計を提供することを課題とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、(従来は圧力計株に取り付けていた)ブルドン管を、伸縮拡大機構に直接取り付けて固定することに想到した。そして、当該ブルドン管と伸縮拡大機構とが一体型となった圧力計内機を、圧力計株に(1ヶ所のみで)取り付けて固定することによって、共振そのものを除去できることを見出した。
また、当該圧力計内機の構造を可能とするために、圧力計株の内部にある圧力導入路を、圧力導入パイプを介して、ブルドン管と連結する構造とすることによって、測定流体を通して伝わる振動や脈動をさらに減衰できることを見出した。
また、本発明者は、上記構造を有する圧力計内機は、D型圧力計(他の機器や装置に内臓可能な横付けタイプ)に応用が可能であることを見出した。
D型圧力計は、異形株(ブルドン管取り付け穴を有し、株の内部の圧力導入路がブルドン管と接するように加工された形状の株)が世界共通工法であり、昭和38年頃日本の大手圧力計メーカーが最初に採用した工法である。
D型圧力計は横付けが可能ということから、機器の側面に取り付け、その機器に関する圧力値を表示する最も安価な方法として採用され、現在も大型機器、小型機器を問わず用いられている。しかし、異形株の作成には、真鍮材を用いた複雑な工法が必要であり、また、その形状の点でも重量が重くなり、付加価値向上と資源競争の点で不利な工法といえる。
本発明者は、D型圧力計に本発明の圧力計内機を搭載することで、異形株を用いることなく通常の圧力計の株を用いて、D型圧力計を製造することが可能となることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至った。
即ち、請求項1に係る本発明は、ブルドン管と伸縮拡大機構とからなり、;前記ブルドン管の‘一方の管先’が、前記伸縮拡大機構中のロットを介してセクター軸を回転軸とするセクターギアと連結され、前記ブルドン管の伸縮が前記セクターギアの動きを介してピニオン軸を回転させる力として伝達される構造を有するブルドン管式圧力計内機において、;以下の(a)及び(b)の構造を有することを特徴とする、ブルドン管式圧力計内機に関するものである。
(a)前記ブルドン管の‘もう一方の管先’が圧力導入パイプと連結され、当該圧力導入パイプを介して、圧力計の株の内部にある圧力導入路と連結しうる構造。
(b)前記ブルドン管が、前記伸縮拡大機構の上板、前記伸縮拡大機構の下板、または、当該上板と当該下板を連結している支柱、;のいずれか1ヵ所に、溶接又はハンダ付けにより、直接取り付けて固定された構造。
また、請求項2に係る本発明は、前記ブルドン管がヘリカル型ブルドン管であり、且つ、前記部品に直接取り付けて固定するブルドン管側の部位が、前記ブルドン管の‘もう一方の管先’から螺旋状部位までの間の位置である、請求項1に記載のブルドン管式圧力計内機に関するものである。
また、請求項3に係る本発明は、前記ブルドン管がC型ブルドン管であり、且つ、前記部品に直接取り付けて固定するブルドン管側の部位が、前記ブルドン管の‘もう一方の管先’から下記(c)の位置までの間である、請求項1に記載のブルドン管式圧力計内機に関するものである。
(c)前記ブルドン管の中心軸を中心に、前記ブルドン管の‘一方の管先’から‘もう一方の管先’の方向に90°の方向にある前記ブルドン管の位置。
また、請求項4に係る本発明は、請求項1〜3のいずれかに記載のブルドン管式圧力計内機を組込んでなる、耐脈動性及び耐振動性に顕著に優れた圧力計又は圧力計スイッチに関するものである。
また、請求項5に係る本発明は、前記圧力計又は圧力計スイッチが、D型もしくはA型の圧力計又は圧力計スイッチである、請求項4に記載の圧力計又は圧力計スイッチに関するものである。
本発明により、共振が抑えられたブルドン管式圧力計の内機を提供することが可能となる。
従って、本発明の圧力計内機を圧力計に搭載することにより、共振による歯車の摩耗が激減出来るので、製品寿命や精度維持が長寿命化することが可能となる。
また、本発明の圧力計内機を搭載した圧力計は、圧力導入路との連結が圧力計導入パイプを介したものであるので、ブルドン管に伝わる測定流体の振動や脈動自体を減衰させることが可能となる。
また、本発明の圧力計内機は、D型圧力計において、従来のD型圧力計では必須であった異形株を用いることなく、通常の圧力計の株を用いて、D型圧力計を製造することが可能となった。特に真鍮材を用いた株の場合、約30%の真鍮材の削減が可能となる。
このため、本発明により、軽量性、耐落下衝撃性、経済性が大幅に向上したD型圧力計の製造が可能となった。
本発明の圧力計内機を搭載することにより、前述のような性能面の向上、付加価値の向上、製品の長寿命等の利点を有する、耐振動および耐脈動性に顕著に優れたブルドン管式圧力計や圧力計スイッチを提供することが可能となる。
本発明のブルドン管式圧力計内機(ヘリカル型ブルドン管の態様)の内部構造を示す正面図である。 本発明のブルドン管式圧力計内機(ヘリカル型ブルドン管の態様)の内部構造を示す下面図である。 本発明のブルドン管式圧力計内機(C型ブルドン管の態様)の内部構造を示す正面図である。 本発明のブルドン管式圧力計内機(C型ブルドン管の態様)の内部構造を示す下面図である。 従来のブルドン管式圧力計内機を搭載したD型圧力計の内部構造を示す正面図である。 従来のブルドン管式圧力計内機を搭載したD型圧力計の内部構造を示す側面図である。 本発明における伸縮拡大機構の外観を示す斜視図である。 本発明に用いるブルドン管の態様。(A)ヘリカル型ブルドン管の態様。(B)C型ブルドン管の態様。 本発明のブルドン管式圧力計内機を取り付ける株(通常の株)の内部構造を示す図である。 本発明のブルドン管圧力計内機を搭載した圧力計(防振具を備えた態様)の内部構造の側面図である。 本発明のブルドン管圧力計内機を搭載したA型圧力計の内部構造を示す正面図である。 本発明のブルドン管圧力計内機を搭載したA型圧力計の内部構造を示す側面図である。 従来のD型圧力計に用いる異形株の内部構造を示す図である。 本発明のブルドン管式圧力計内機を搭載した圧力計スイッチの外観を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
本発明のブルドン管式圧力計内機の一例について、以下の図により説明する。まず、図1、図3は、本発明のブルドン管式圧力計内機の正面からの内部構造を示す図である。また、図2、図4は、当該圧力計内機の下方向からの内部構造を示す図である。
〔圧力計内機の構造〕
本発明のブルドン管式圧力計内機1は、「ブルドン管2が伸縮拡大機構3を構成する部品(駆動部品を除く)のいずれか1ヵ所に、直接取り付けて固定された構造」を有するものである。
当該構造によって、本発明のブルドン管式圧力計内機1は、ブルドン管と伸縮拡大機構との一体型となり、共振を抑えることが可能となる。
なお、従来の圧力計では、伸縮拡大機構3とは別途に、ブルドン管2を圧力計の株4(図5,6においては異形株4B)に取付け固定していたため(即ち、伸縮拡大機構とブルドン管を別々の箇所で固定していたため)、必然的に共振が発生する構造となっている。
・伸縮拡大機構
本発明における伸縮拡大機構3としては、従来知られている構造のものを用いることができるが、具体的な構造の斜視図を図7に示す。
図7が示すように、当該伸縮拡大機構3としては、上板5、ピニオン軸50、下板6、支柱7、セクターギア8、セクター軸9、ロット10、ヒゲゼンマイ11から主としてなるものである。
伸縮拡大機構3の組立てとしては、次のようにして行うことができる。
まず、ヒゲゼンマイ11が付いているピニオン軸50を、下板6に穿ってある軸穴に入れ、セクター軸穴にセクター軸9を入れる。
次いで、下板6の2ヶ所の支柱穴に、上板5と下板6を組付ける支柱7を二本入れて仮組みを行う。
そして、ヒゲゼンマイ11が付いているピニオン軸50の歯車と、セクターギア8に設けられている歯車との噛み合いをみて上下をカシメル(固定する)ことで、組立てることができる。なお、ヒゲゼンマイ11の一端を支柱7に固定すると、バックラッシュ(遊び)を無くすことができ好適である。
また、本発明の圧力計内機1は、ブルドン管2の伸縮を伸縮拡大機構3に伝達させるための構造を有するものである。
具体的には、図1、図3に示すように、ブルドン管の‘一方の管先12’(具体的には、取り付け金具13)が、伸縮拡大機構3の構成部品であるロット10を介してセクター軸9を回転軸とするセクターギア8と連結され、前記ブルドン管の伸縮が前記セクターギア8の動きを介してピニオン軸50を回転させる力として伝達される構造を有するものである。
・伸縮拡大機構へのブルドン管の取り付け固定
本発明において、ブルドン管2の伸縮拡大機構3への取り付け固定は、伸縮拡大機構3を構成する部品のいずれか1ヶ所、もしくは、これらの複数部品に跨る部分を1ヶ所として、取り付けて固定することを要するものである(ブルドン管取り付け固定部14)。
なお、離れた2ヶ所以上で固定した場合、共振が発生する可能性があるため好ましくない。
ここで、本発明の圧力計内機1を構成するブルドン管2としては、圧力計に用いられる如何なるタイプであっても用いることができる。例えば、C型ブルドン管、ヘリカル型ブルドン管(伸縮部を長く確保するためにブルドン管が螺旋状に巻いた部位を有するタイプ。高圧の圧力計に用いることができる。)、うず巻き形状のブルドン管(同一平面内で渦巻き状になっている)、扁平な薄肉管をねじった形状のブルドン管などを挙げることができる。
なお、具体的な実施態様としては、図1にヘリカル型ブルドン管の実施態様、図3にC型ブルドン管の実施態様を示す。
また、ブルドン管の材質としては、真鍮製、ステンレス製、りん青銅性などを挙げることができる。
当該ブルドン管の取り付け固定は、伸縮拡大機構3を構成する部品のうち、伸縮拡大機構の駆動部品(具体的にはセクターギア8、ロット10、ピニオン軸50、ヒゲゼンマイ11など)を除く部品に固定することを要する。
例えば、伸縮拡大機構3に新規の支柱を新設し、当該支柱に取り付け固定を行うことも可能であるが、好ましくは、伸縮拡大機構3の上板(上板5)、伸縮拡大機構3の下板(下板6)、当該上板と当該下板を連結している支柱(支柱7)、に取り付け固定を行うことが好ましい。こうすることで、従来の伸縮拡大機構の構成部品を利用でき、さらに新たな部品を付加することがないため軽量化の点でも好適である。
また、具体的には、前記上板5もしくは前記下板6の一部を、ブルドン管2と平行になるように折り曲げて起こし、その部分を固定する態様を挙げることができる。
当該取り付け固定方法としては、固定状態が永続的維持できるならば、如何なる手段で行っても良い。例えば、溶接、ハンダ付けなどで行うことができるが、好ましくは溶接にて行うことが望ましい。
なお、図1は、支柱7に固定(溶接)した例であり、図3は前記下板6を折り曲げて起した部分に固定(溶接)した例であり、図11は前記上板5を折り曲げて起した部分に固定(溶接)した例である。
・ブルドン管側の取り付け部位
また、本発明に用いるブルドン管2は、伸縮拡大機構3の部品に直接取り付けて固定する部位(ブルドン管取り付け固定部14)をブルドン管側のどこの位置にするかによって、伸縮部15と足部分16が生じる場合がある(図8参照)。
当該ブルドン管取り付け固定部14としては、精度の点を考慮すると、伸縮部15が長くなる位置にした方が好ましい。また、耐衝撃の点を考慮すると足部分16が短くなる位置にした方が好ましい。
従って、ブルドン管取り付け固定部14としては、ブルドン管の伸縮部15が一定の長さ以上を確保できる位置である方が好適である。
具体的には、‘ヘリカル型ブルドン管’の場合、ブルドン管取り付け固定部14は、「ブルドン管2の‘もう一方の管先17’」から「螺旋状部位18」までの間の位置であることが望ましい(図8A参照)。この位置に固定することで、螺旋状に巻いた部分も伸縮部15とすることができるからである。
また、‘C型ブルドン管’の場合、ブルドン管取り付け固定部14は、「ブルドン管2の‘もう一方の管先17’」から、「ブルドン管の中心軸28を中心に、前記ブルドン管の‘一方の管先12’から‘もう一方の管先17’の方向に90°(好ましくは120°)の方向にあるブルドン管の位置」まで、の間の位置であることが望ましい(図8B参照)。この位置に固定することで、‘一方の管先12’から‘もう一方の管先17’方向へ一定角度にあるブルドン管の部位を、伸縮部15とすることができるからである。
なお、さらに好適には、ヘリカル型、C型のいずれの態様であっても、ブルドン管取り付け固定部14をブルドン管2の‘もう一方の管先17’付近にすることで、足部分16を設けない位置にする方が好適である(図3はC型ブルドン管の当該態様)。
・圧力導入パイプ
なお、本発明の圧力計内機は、「ブルドン管2の‘もう一方の管先17’が圧力導入パイプ24と連結された構造」を有するものである。
当該構造によって、本発明の圧力計内機を搭載した圧力計は、圧力導入パイプ24を介して、圧力計の株4の内部にある圧力導入路19と連結するものとなる。
これにより、圧力導入路入口20から流入して圧力導入路19に達した測定流体は、圧力導入パイプ24を通過してブルドン管に到るものとなるので、ブルドン管に伝わる測定流体の振動や脈動自体を減衰させることが可能となる(図9参照)。
圧力導入パイプ24としては、圧力導入路19よりも内径が細い0.5〜2.0mm程度のものを用いることができる。また、圧力導入パイプ24の形状としては、当該パイプの途中で折り曲げる、蛇行させる等、流路の方向を変える形状にした場合、方向が変わる箇所での圧力減衰に効果の点で好適である。また、圧力導入パイプ24の長さは、長いほど測定流体の圧力を減衰させる点で好適である。
このような内径や形状とすることで、測定流体の流量を最大1/600迄減少させることが可能となる。このため、測定流体の圧力によるブルドン管への衝撃が軽減でき、ブルドン管の小型化と耐久性能が向上できる。また、圧力漏れによる損出を大幅に削減できる。
なお、圧力導入パイプ24の材質としては、真鍮、ステンレス、銅などのものを挙げることができる。
〔当該内機を搭載した圧力計〕
本発明のブルドン管式圧力計内機1は、伸縮拡大機構3の駆動部品以外の部位(上板5、下板6、支柱7など)を、圧力計株4に取り付け固定するものである(内機取り付け固定部31)。
当該取り付け手段としては、ハンダ付け、蝋付け、溶接(例えばビーム溶接)等によって行うことができる。
また、前記したように、本発明のブルドン管式圧力計内機1は、圧力導入パイプ24を介して、圧力計の株4の内部の圧力導入路19に連結されたものとなる。
このような本発明の圧力計内機を搭載した‘圧力計’は、耐脈動性及び耐振動性に顕著に優れた圧力計となる。
本発明のブルドン管式圧力計内機は、D型圧力計(他の機器や装置に内臓可能な横付けタイプ)、A型圧力計(立ち型タイプ)など、如何なるタイプの圧力計においても搭載して用いることができるものである。
D型圧力計への使用態様として、図10に下面からの内部構造を示す図を示す。また、A型圧力計への使用態様として、図11に正面からの内部構造を示す図を、図12に側面からの内部構造を示す図を示す。
なお、本発明の圧力計内機は、特に‘D型圧力計’に搭載することで、異形株4Bを用いることなく通常の圧力計の株4(図9参照)を用いて、D型圧力計を製造することが可能となる。このため、本発明により、軽量性、耐落下衝撃性、経済性が大幅に向上したD型圧力計の製造が可能となる。
なお、従来のD型圧力計では、図6に示すように、圧力計の株にブルドン管を取り付けて固定する必要性から、異形株4Bを用いることが構造上必要であった。
異形株は、図13に示すように、ブルドン管取り付け穴32を有し、株の内部の圧力導入路19がブルドン管と接するように加工された形状の株を指すものである。また、別途内機取り付け穴33も有するものである。併せて圧力導入路19は加工の都合上、貫通穴となってしまうので、通常Φ2(直径2mm)程度の真鍮球を打ち込み、且つスポット溶接をして密封する必要がある。
異形株は、その形状のため、真鍮材の異形鋳物を別途鋳造して、複雑な加工を成し製品化するのにコストアップを要するものとなっていた。また、重量が格段に重く、落下衝撃に弱いものであった。
・防振具
また、本発明の圧力計内機を搭載した圧力計は、ブルドン管の管先を圧力導入路19に接触させる必要がないため、圧力計の株4と圧力計内機1とを、防振具を介して分離した構造とすることもできる。
当該構造によって、振動や脈動自体をさらに減衰させることが可能となる。
防振具としては、クッション材、弾性材、ゴム、スプリング、オイルダンバーなどを支持部材で固定したものを挙げることができる。
具体的な態様の一例としては、図10に示すように、クッション材21を支持部材(取り付け板22)で挟んだ部品を防振具23として用いた態様が挙げられる。
なお、従来の圧力計は、圧力計の株(圧力導入路を持つ株)にブルドン管を取り付けて製造するものであるため、防振具を用いて耐震性等を求めても、その減衰率は小さいものであった。
・使用態様
本発明の圧力計内機を搭載した圧力計は、特に振動や脈動が起こっている流路において、高い安全性をもって圧力測定を行うことに適したものである。なお、当該圧力計は、流路となるパイプ、配管だけでなく、ポンプそのものに設置するものも想定されたものである。
ここで、本発明の圧力計によって測定可能な測定流体としては、水、農薬の水溶液、消毒液の水溶液、油、ガソリン、軽油、オイル、空気、二酸化炭素、窒素、酸素などを含むものである。
また、振動や脈動が想定される環境としては、農薬散布時のポンプによる散布機、消防自動車油圧ポンプ、大型工作機械、コンプレッサー、製造ライン、油圧ポンプなどを挙げることができる。
また、本発明の圧力計内機1を搭載することで、極めて高い精度の圧力計スイッチや圧力計センサーの提供が可能となる。
例として、図14に‘圧力計スイッチ’に応用した態様の正面全体像を示す。図14では、指針54が圧力設定針セットネジ51で設定した圧力(圧力設定針52が指す値)に達した時に、リード線53を介して、信号が送信することができる態様となっている。
本発明により、振動や衝撃に非常に強い圧力計の製造が可能となり、その安全性が不安視されていた全ての産業分野への活用が期待される。
また、本発明により、D型圧力計への応用が特に期待され、軽量性、耐落下衝撃性、経済性が大幅に向上したD型圧力計の提供が可能となる。
従って、安全性、耐久性能、経済性の観点から、特に各種製造ラインへの応用が期待される。
1 :ブルドン管式圧力計内機
2 :ブルドン管
3 :伸縮拡大機構
4 :圧力計の株(通常株)
4B:圧力計の株(異形株)
5:上板
6:下板
7 :支柱
8 :セクターギア
9 :セクター軸
10 :ロット
11 :ヒゲゼンマイ
12 :ブルドン管の一方の管先(取り付け金具取り付け側)
13 :取り付け金具
14 :ブルドン管取り付け固定部
15 :伸縮部
16 :足部分
17 :ブルドン管のもう一方の管先(圧力導入パイプ取り付け側)
18 :螺旋状部
19 :圧力導入路
20 :圧力導入路入口
21 :クッション材
22 :取り付け板
23 :防振具
24 :圧力導入パイプ
28 :ブルドン管(C型)の中心軸
31 :内機取り付け固定部
32 :ブルドン管取り付け穴(異形株)
33 :内機取り付け穴(異形株)
50 :ピニオン軸
51 :圧力設定針セットネジ
52 :圧力設定針
53 :リード線
54 :指針
55 :目盛板

Claims (5)

  1. ブルドン管と伸縮拡大機構とからなり、;前記ブルドン管の‘一方の管先’が、前記伸縮拡大機構中のロットを介してセクター軸を回転軸とするセクターギアと連結され、前記ブルドン管の伸縮が前記セクターギアの動きを介してピニオン軸を回転させる力として伝達される構造を有するブルドン管式圧力計内機において、;以下の(a)及び(b)の構造を有することを特徴とする、ブルドン管式圧力計内機。
    (a)前記ブルドン管の‘もう一方の管先’が圧力導入パイプと連結され、当該圧力導入パイプを介して、圧力計の株の内部にある圧力導入路と連結しうる構造。
    (b)前記ブルドン管が、前記伸縮拡大機構の上板、前記伸縮拡大機構の下板、または、当該上板と当該下板を連結している支柱、;のいずれか1ヵ所に、溶接又はハンダ付けにより、直接取り付けて固定された構造。
  2. 前記ブルドン管がヘリカル型ブルドン管であり、且つ、前記部品に直接取り付けて固定するブルドン管側の部位が、前記ブルドン管の‘もう一方の管先’から螺旋状部位までの間の位置である、請求項1に記載のブルドン管式圧力計内機。
  3. 前記ブルドン管がC型ブルドン管であり、且つ、前記部品に直接取り付けて固定するブルドン管側の部位が、前記ブルドン管の‘もう一方の管先’から下記(c)の位置までの間である、請求項1に記載のブルドン管式圧力計内機。
    (c)前記ブルドン管の中心軸を中心に、前記ブルドン管の‘一方の管先’から‘もう一方の管先’の方向に90°の方向にある前記ブルドン管の位置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のブルドン管式圧力計内機を組込んでなる、耐脈動性及び耐振動性に顕著に優れた圧力計又は圧力計スイッチ。
  5. 前記圧力計又は圧力計スイッチが、D型もしくはA型の圧力計又は圧力計スイッチである、請求項4に記載の圧力計又は圧力計スイッチ。
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