JP5712674B2 - Force detector housing case, force measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、力検出器収容ケース、及び前記力検出器収容ケースに力検出器収容してなる力測定器に関し、特に力検出器を構成するダイアフラムを保護するとともに、液体の圧力を少ない誤差で測定する技術に関する。 The present invention relates to a force detector housing case and a force measuring device in which a force detector is housed in the force detector housing case, and particularly protects a diaphragm constituting the force detector and reduces the pressure of a liquid with a small error. It relates to measuring technology.
従来から、水圧計、気圧計、差圧計などとして圧電振動子を感圧素子として使用し圧力を測定可能な力検出器が知られている。圧電振動子を用いた力検出器は、圧電振動子に検出軸方向の圧力が印加すると、圧電振動子の共振周波数が変化し、当該共振周波数の変化から力検出器に印加される力(圧力)を検出する。 Conventionally, force detectors that can measure pressure using a piezoelectric vibrator as a pressure-sensitive element are known as a water pressure gauge, a barometer, a differential pressure gauge, and the like. In a force detector using a piezoelectric vibrator, when a pressure in the detection axis direction is applied to the piezoelectric vibrator, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator changes, and the force (pressure) applied to the force detector from the change in the resonance frequency. ) Is detected.
特許文献1、2においては、被測定対象の圧力と基準となる圧力との差分を検出する圧力センサーについて開示している。
図14に特許文献1に記載の圧力センサーの斜視図を示す。また図15に、特許文献1に係る圧力センサーの断面図を示し、図15(a)はXZ面を切り口とした断面図、図15(b)はYZ面を切り口とした断面図を示す。
FIG. 14 is a perspective view of the pressure sensor described in Patent Document 1. 15 shows a cross-sectional view of the pressure sensor according to Patent Document 1. FIG. 15 (a) shows a cross-sectional view with the XZ plane as a cut, and FIG. 15 (b) shows a cross-sectional view with the YZ plane as a cut.
図14、図15に示すように、圧力センサー210は、円筒形のハウジング212の端面に、それぞれダイアフラム244A、ダイアフラム244Bが形成されている。またハウジング212のダイアフラム244A側にはフランジとなる第1外周部216が形成されている。またダイアフラム244A、ダイアフラム244Bがセンターシャフト252により連結されている。さらに感圧素子258の長手方向の一端をハウジング212に取り付け、他端をセンターシャフト252に取り付けている。そしてダイアフラム244A、ダイアフラム244Bの受ける圧力の合力の方向にセンターシャフト252を変位させる。この変位により感圧素子258がその長手方向から圧縮応力または伸長応力を受けることにより、ダイアフラム244Aが受ける圧力とダイアフラム244Bが受ける圧力の大小関係および大きさ(相対圧)を検出することができる。よって上記構成により、基準の圧力環境を基準として被測定対象の圧力を検知可能としている。同様の構成は特許文献2にも開示されている。このような相対圧を測定する圧力センサーにおいては、一方のダイアフラムの圧力環境と他方のダイアフラムの圧力環境を分離する構成が必要となる。
As shown in FIGS. 14 and 15, in the
図16に特許文献3の圧力センサーの模式図を示す。特許文献3においては、ダイアフラム302を有する素子304の両面から円形リング306(Oリング)を挟み込み、それぞれ素子304を収容可能な外部ケース308、外部ケース310により素子304の法線方向から素子304を挟み込んでいる。そして外部ケース308、外部ケース310、素子304により円形リング306を締め付けてダイアフラム302を有する素子304を挟持している。これによりダイアフラム302の外部ケース側308の内部空間308aと外部ケース側310の内部空間310aとが互いに分離される。
FIG. 16 is a schematic diagram of the pressure sensor disclosed in Patent Document 3. In Patent Document 3, a circular ring 306 (O-ring) is sandwiched from both surfaces of an
そして外部ケース308には内部空間308aに接続する圧力導入孔308bが形成され、外部ケース310には内部空間310aに接続する圧力導入孔310bが形成されている。よって圧力導入孔308b、圧力導入孔310bを互いに異なる圧力環境に接続することにより、互いに異なる圧力環境をダイアフラム302の表裏で形成し、互いに異なる圧力環境同士の差圧を検知可能な圧力センサー300となっている。同様の技術は特許文献4、5においても開示されている。また特許文献6では、Oリングの代わりにガスケットを用いてフランジを挟み込み、素子の一方の面と他方の面との圧力環境を分離している。
The outer case 308 has a
図17に、特許文献1に係る圧力センサーを外部ケースに収容した模式図を示し、図18に外部ケースに収容した特許文献1の圧力センサーの使用形態を示した模式図を示す。特許文献1に開示された圧力センサーは、特許文献3乃至6と同様の方法で2つのダイアフラムの圧力環境を分離することができる。 FIG. 17 shows a schematic diagram in which the pressure sensor according to Patent Document 1 is accommodated in the outer case, and FIG. 18 shows a schematic diagram showing a usage pattern of the pressure sensor in Patent Document 1 accommodated in the external case. The pressure sensor disclosed in Patent Document 1 can separate the pressure environments of two diaphragms in the same manner as in Patent Documents 3 to 6.
すなわち、圧力センサー210を収容する外部ケース400は、圧力センサー210のダイアフラム244A側を収容する凹部404aを有する第1外部ケース402と、圧力センサー210のダイアフラム244B側を収容する凹部404aを有する第2外部ケース404と、を有している。ここで第1外部ケース402の凹部402aの底面には圧力導入孔402bが形成されており、第2外部ケースの凹部404aには開放孔404bが形成されている。
That is, the
さらにハウジング212の直径以上で第2外周部218(フランジ)の直径以下の寸法の挿通孔406a(後述の図1の挿通孔30と同じもの)を有し円筒形の形状のねじ込み金具406を有している。よって、ねじ込み金具406はハウジング212を挿通するとともに第2外周部218に当接する寸法を有している。さらにねじ込み金具406は、第1外部ケース402及び第2外部ケース404に収容されるとともに各外部ケースの内壁に形成された雌ネジ部402c、404cに螺合する雄ネジ部406bを側壁の外側に有する。また、第2外周部218のダイアフラム244A側の面には円形リング408(Oリング)が配置され、第2外周部218のダイアフラム244B側の面には円形リング409(Oリング)が配置される。
Furthermore, it has an
そして、ねじ込み金具406を第1外部ケース402に螺合させることにより、円形リング408を第2外周部218と第1外部ケース402の凹部402aの底面に圧接させ、円形リング409を第2外周部218とねじ込み金具406に圧接させることにより、円形リング408、円形リング409が第2外周部218(フランジ)を挟持するようする。そしてねじ込み金具406に第2外部ケース404を螺合する。
Then, by screwing the screw fitting 406 into the first
このような構成により、第1外部ケース402側の圧力導入空間412、第2外部ケース404側の内部空間414をそれぞれ、円形リング408、円形リング409により互いに分離した状態で、圧力センサー210を外部ケース400に収納する構造となっている。
With such a configuration, the
例えば、特許文献1に記載された相対圧の圧力センサー210は、図17に示すように地下水の水圧を検出することにより、地下水の水量を検出する場合に用いることができる。この場合、外部ケース400に収容された圧力センサー210において、圧力導入孔402bから地下水を導入することによりダイアフラム244Aを地下水側に開放し、外部ケース400の開放孔404bに取り付けられたチューブ416を介してダイアフラム244Bを大気圧側(中継ボックス418)に開放して、双方の圧力の差分により地下水側の水圧を検出している。
For example, the
しかしながら、このような外部ケース400においては、ダイアフラム244Aが水中の石等に衝突して破損することを回避するため、圧力導入孔402bが小さく設計されている。これにより、外部ケース400に収容した圧力センサー210を水中に導入すると、ダイアフラム244Aと第1外部ケース402との間で形成される圧力導入空間412に残留する空気を排出することが困難となる。よって、この空気が水とダイアフラム244Aとの間で緩衝材の役割をすることになるので、水圧がダイアフラム244Aに直接伝達されず、正確な水圧を測定することが困難であった。
However, in such an
そこで、本発明は上記問題点に着目し、圧力を測定する力検出器の液体に晒されるダイアフラムを保護しつつ、ダイアフラムの周囲に残留する空気を排出して正確な圧力測定が可能な力検出器収容ケース、及び力測定器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention pays attention to the above-mentioned problems, and protects the diaphragm exposed to the liquid of the force detector that measures the pressure, and discharges the air remaining around the diaphragm to enable accurate pressure measurement. It is an object to provide a container housing case and a force measuring device.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態、または適用例として実現することが可能である。
第1の形態に係る力検出器収容ケースは、液体からの圧力を検知する力検出器を収容する力検出器収容ケースであって、収容される前記力検出器の受圧面に対向する底部と、側壁部と、を有し、前記受圧面と前記底部との間の圧力導入空間に液体を導入し圧力を印加する圧力導入孔が前記底部に設けられ、前記圧力導入空間に導入された液体中の空気を排出する排出孔が前記側壁部に設けられ、前記排出孔は、前記側壁部から壁中を通って前記圧力導入孔に連通していることを特徴とする力検出器収容ケース。
第2の形態に係る力検出器収容ケースは、液体からの圧力を検知する力検出器を収容する力検出器収容ケースであって、収容される前記力検出器の受圧面に対向する底部と、側壁部と、を有し、前記受圧面と前記底部との間の圧力導入空間に液体を導入し圧力を印加する圧力導入孔が前記底部に設けられ、前記圧力導入空間に導入された液体中の空気を排出する排出孔が前記側壁部に設けられ、前記底部の前記受圧面に対向する位置には凹部が形成され、前記圧力導入孔は、前記凹部の底面に貫通し、前記排出孔は、前記側壁部から壁中を通って前記凹部の側面に貫通していることを特徴とする。
第3の形態に係る力検出器収容ケースは、第1の形態または第2の形態に係る力検出器収容ケースにおいて、前記排出孔は、複数設けられていることを特徴とする。
第4の形態に係る力検出器収容ケースは、第1の形態乃至第3の形態のいずれか1の形態に係る力検出器収容ケースにおいて、前記圧力導入孔は、複数設けられていることを特徴とする。
第5の形態に係る力検出器収容ケースは、第1の形態乃至第3の形態のいずれか1の形態に係る力検出器収容ケースにおいて、前記圧力導入孔は、網部により覆われていることを特徴とする。
第1の形態に係る力測定器は、第1の形態乃至第5の形態のいずれか1の形態に係る力検出器収容ケースに前記力検出器を収容してなることを特徴とする。
第2の形態に係る力測定器は、第1の形態に係る力測定器において、前記力検出器は、筒状の容器と、前記容器の側面から突出して設けられたフランジ部と、前記容器の底面に配置されたダイアフラムと、を有し、前記力検出器収容ケースは、前記フランジ部と前記底部との間に配置され、前記圧力導入孔がリングの内側となるように配置されているリングと、前記フランジ部を前記リングとともに前記底部側に押し付ける押し込み部材と、を有することを特徴とする。
[適用例1]筒状の外形を有する容器と、前記容器の側面の外周に沿って形成された雄ネジ部と、前記容器の端面に配置され力を受けて前記容器の内側または外側に変位するダイアフラムと、を有し、前記ダイアフラムの変位により圧力を検出する力検出器を収容する力検出器収容ケースであって、前記ダイアフラムに対向する底部と、前記容器の側面に対向する側壁部とを有する外部ケースと、前記底部に形成された圧力導入孔と、前記側壁部の内周に沿って形成され、前記雄ネジ部と螺合し、前記ダイアフラムを境界の一部とし、前記圧力導入孔を有する圧力導入空間を形成する雌ネジ部と、を備え、前記側壁部の側面と前記圧力導入空間との間を貫通する排出孔が設けられたことを特徴とする力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間に残留する空気を効率的に排出することができ、液体の圧力を精度良く測定することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
The force detector housing case according to the first embodiment is a force detector housing case that houses a force detector that detects pressure from a liquid, and a bottom portion that faces the pressure receiving surface of the force detector to be housed. And a side wall portion, and a liquid is introduced into the pressure introduction space, the pressure introduction hole for introducing the liquid into the pressure introduction space between the pressure receiving surface and the bottom portion and applying pressure to the pressure introduction space. An exhaust hole for exhausting air therein is provided in the side wall, and the exhaust hole communicates with the pressure introduction hole from the side wall through the wall .
The force detector housing case according to the second embodiment is a force detector housing case that houses a force detector that detects pressure from a liquid, and a bottom portion facing the pressure receiving surface of the force detector to be housed. And a side wall portion, and a liquid is introduced into the pressure introduction space, the pressure introduction hole for introducing the liquid into the pressure introduction space between the pressure receiving surface and the bottom portion and applying pressure to the pressure introduction space. A discharge hole for discharging the air therein is provided in the side wall portion, a recess is formed at a position facing the pressure receiving surface of the bottom portion, and the pressure introduction hole penetrates a bottom surface of the recess, and the discharge hole Is characterized in that it penetrates from the side wall portion through the wall to the side surface of the recess.
A force detector housing case according to a third form is the force detector housing case according to the first form or the second form , wherein a plurality of the discharge holes are provided.
A force detector housing case according to a fourth embodiment is the force detector housing case according to any one of the first to third embodiments, wherein a plurality of the pressure introducing holes are provided. Features.
A force detector housing case according to a fifth embodiment is the force detector housing case according to any one of the first to third embodiments, wherein the pressure introducing hole is covered with a mesh portion. It is characterized by that.
The force measuring instrument according to the first aspect is characterized in that the force detector is accommodated in a force detector accommodating case according to any one of the first to fifth aspects.
A force measuring instrument according to a second aspect is the force measuring instrument according to the first aspect, wherein the force detector includes a cylindrical container, a flange portion protruding from a side surface of the container, and the container The force detector housing case is disposed between the flange portion and the bottom portion, and the pressure introducing hole is disposed inside the ring. It has a ring and the pushing member which presses the said flange part to the said bottom part side with the said ring, It is characterized by the above-mentioned.
[Application Example 1] A container having a cylindrical outer shape, a male screw portion formed along the outer periphery of the side surface of the container, and disposed on the end surface of the container to be displaced inside or outside the container upon receiving a force. A force detector housing case for housing a force detector that detects pressure by displacement of the diaphragm, and a bottom portion facing the diaphragm, and a side wall portion facing the side surface of the container. An outer case, a pressure introducing hole formed in the bottom, and an inner periphery of the side wall, screwed into the male screw, and the diaphragm as a part of the boundary, the pressure introducing And a female screw part that forms a pressure introduction space having a hole, and a discharge hole that penetrates between a side surface of the side wall part and the pressure introduction space is provided.
With the above configuration, the air remaining between the force detector housing case and the force detector can be efficiently discharged, and the pressure of the liquid can be measured with high accuracy.
[適用例2]筒状の外形を有する容器と、前記容器の側面の外周側に突出し前記側面の外周と同心となるフランジ部と、前記容器の端面に配置され力を受けて前記容器の内側または外側に変位するダイアフラムと、を有し、前記ダイアフラムの変位により圧力を検出する力検出器を収容する力検出器収容ケースであって、前記ダイアフラムに対向する底部と、前記容器の側面に対向する側壁部とを有する外部ケースと、前記底部に形成された圧力導入孔と、リング形状を有し、前記フランジ部と前記底部との間に配置され、前記圧力導入孔がリングの内側となるように配置される円形リングと、前記フランジ部を前記円形リングとともに前記底部側に押し付け、前記外部ケース内において前記ダイアフラムを境界の一部とし、前記圧力導入孔を有する圧力導入空間を形成する押し込み部材と、を備え、前記側壁部の側面と前記圧力導入空間との間を貫通する排出孔が設けられたことを特徴とする力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間に残留する空気を効率的に排出することができ、液体の圧力を精度良く測定することができる。
Application Example 2 A container having a cylindrical outer shape, a flange portion that protrudes to the outer peripheral side of the side surface of the container and is concentric with the outer periphery of the side surface, and an inner side of the container that receives a force and is arranged on an end surface of the container Or a force detector housing case for housing a force detector for detecting pressure by displacement of the diaphragm, and facing a bottom portion facing the diaphragm and a side surface of the container. An outer case having a side wall portion, a pressure introduction hole formed in the bottom portion, and a ring shape, disposed between the flange portion and the bottom portion, and the pressure introduction hole being an inner side of the ring A circular ring arranged in such a manner that the flange portion is pressed against the bottom side together with the circular ring, the diaphragm is part of the boundary in the outer case, and the pressure introduction hole Force detector accommodating case, characterized in that it comprises a pushing member forming a pressure introducing space, a discharge hole penetrating between the side surface and the pressure introduction space of the side wall portion is provided with.
With the above configuration, the air remaining between the force detector housing case and the force detector can be efficiently discharged, and the pressure of the liquid can be measured with high accuracy.
[適用例3]前記排出孔は、前記底部の中央を中心として中心対称となるように複数形成されたことを特徴とする適用例1または2に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に残留する空気をムラなく排出することができる。
Application Example 3 The force detector housing case according to Application Example 1 or 2, wherein a plurality of the discharge holes are formed so as to be centrosymmetric with respect to the center of the bottom.
With the above configuration, the air remaining in the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector can be discharged evenly.
[適用例4]前記排出孔は、前記側壁部の側面と前記圧力導入孔の内壁との間を貫通して前記圧力導入孔と合流することにより、前記側壁部の側面と前記圧力導入空間との間を貫通することを特徴とする適用例1または2に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器の形状に係らず、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に残留する空気を排出することができる。
Application Example 4 The discharge hole penetrates between the side surface of the side wall portion and the inner wall of the pressure introduction hole and merges with the pressure introduction hole to thereby form the side surface of the side wall portion and the pressure introduction space. The force detector housing case according to Application Example 1 or 2, wherein the force detector housing case penetrates between the two.
With the above configuration, air remaining in the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector can be discharged regardless of the shape of the force detector.
[適用例5]前記排出孔は、前記側壁部の前記底部の側面となる位置から前記底部の前記圧力導入孔と異なる位置であって前記圧力導入空間に対向する位置まで掘り込まれ、前記圧力導入空間側に屈曲して掘り込まれた態様で前記圧力導入空間まで貫通していることを特徴とする適用例1または2に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間において、液体は圧力導入孔から流入する一方、圧力導入空間に残留する空気は排出孔を経由して外部に排出される。よって、液体の流入経路と、空気の排出経路が分離されるので、流入する液体と、排出される空気との間の干渉を回避して、圧力導入空間に残留する空気を効率よく排出することができる。
Application Example 5 The discharge hole is dug from a position that is a side surface of the bottom portion of the side wall portion to a position that is different from the pressure introduction hole of the bottom portion and that opposes the pressure introduction space. The force detector housing case according to application example 1 or 2, wherein the pressure detector space penetrates to the pressure introducing space in a state of being bent and dug into the introducing space side.
With the above configuration, in the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector, liquid flows in from the pressure introduction hole, while air remaining in the pressure introduction space is discharged to the outside through the discharge hole. The Therefore, since the liquid inflow path and the air discharge path are separated, interference between the inflowing liquid and the discharged air is avoided, and the air remaining in the pressure introduction space is efficiently discharged. Can do.
[適用例6]前記圧力導入孔は、前記底部の中央を中心として中心対称となるように複数形成されたことを特徴とする適用例1乃至5のいずれか1例に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に液体を均一に導入して、圧力導入空間に残留する空気を効率的に排出することができる。
Application Example 6 The force detector housing according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein a plurality of the pressure introduction holes are formed so as to be centrosymmetric with respect to a center of the bottom portion. Case.
With the above configuration, the liquid can be uniformly introduced into the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector, and the air remaining in the pressure introduction space can be efficiently discharged.
[適用例7]前記圧力導入孔は、メッシュ状の網部により覆われたことを特徴とする適用例1乃至5のいずれか1例に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、圧力導入孔の直径を大きく設計することができ、ダイアフラムを保護しつつ、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に効率的に液体を導入することができる。
[Application Example 7] The force detector housing case according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the pressure introducing hole is covered with a mesh-like net part.
With the above configuration, the diameter of the pressure introduction hole can be designed to be large, and the liquid can be efficiently introduced into the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector while protecting the diaphragm. .
[適用例8]前記底部の前記容器の端面と対向する位置には凹部が形成され、前記排出孔は、前記側壁部の側面と前記凹部の側面との間を貫通することを特徴とする適用例2乃至7のいずれか1例に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間の側面から空気を排出することになるので、圧力導入空間に残留した空気を効率よく排出することができる。
Application Example 8 A concave portion is formed at a position of the bottom portion facing the end surface of the container, and the discharge hole penetrates between a side surface of the side wall portion and a side surface of the concave portion. The force detector housing case according to any one of Examples 2 to 7.
With the above configuration, air is discharged from the side surface of the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector, so that the air remaining in the pressure introduction space can be efficiently discharged.
[適用例9]前記凹部は、前記容器の端面の外周に倣った形状を有し前記容器の端面側を収容可能であることを特徴とする適用例8に記載の力検出器収容ケース。
上記構成により、圧力導入空間の容積を小さくすることができるので、圧力導入空間に残留した空気の排出を容易に行うことができる。
Application Example 9 The force detector storage case according to Application Example 8, wherein the concave portion has a shape that follows the outer periphery of the end surface of the container and can store the end surface side of the container.
With the above configuration, the volume of the pressure introduction space can be reduced, so that the air remaining in the pressure introduction space can be easily discharged.
[適用例10]適用例1乃至9のいずか1例に記載の力検出器収容ケースに前記力検出器を収容してなることを特徴とする力測定器。
上記構成により、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に残留する空気を効率的に排出して正確な液体の圧力が測定可能な力測定器となる。
[Application Example 10] A force measuring instrument characterized in that the force detector is accommodated in the force detector accommodating case described in any one of Application Examples 1 to 9.
With the above configuration, a force measuring device capable of measuring the accurate liquid pressure by efficiently discharging the air remaining in the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。なお、図に示されるX軸、Y軸、Z軸は直交座標系を形成しているものとする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. . It is assumed that the X axis, Y axis, and Z axis shown in the figure form an orthogonal coordinate system.
第1実施形態の力検出器収容ケースの適用対象となる力検出器は、図14、図15に示す圧力センサー210である。ここでは、この圧力センサー210について詳細に説明したのちに、第1実施形態の力検出器収容ケース10について説明する。
The force detector to which the force detector housing case of the first embodiment is applied is the
圧力センサー210は、図15(a)に示すように線分Oを中心軸とした円筒形状を有している。圧力センサー210は、ハウジング212とダイアフラム244A、ダイアフラム244Bとにより内部を気密封止する容器を形成している。そしてダイアフラム244A、ダイアフラム244Bを備えた容器の収容空間に、感圧素子258、支持シャフト236、センターシャフト252等を有している。そして圧力センサー210は、ダイアフラム244Aが受ける圧力とダイアフラム244Bが受ける圧力との差分の力を感圧素子258が検出する相対圧センサーとなっている。なお容器内は真空封止されている。
As shown in FIG. 15A, the
ハウジング212は、円形の第1端板214、円形の第2端板224、支持シャフト236、円筒形の側壁部242を有する。第1端板214は、円筒形の側壁部242の内壁と接する第1外周部216と、側壁部242の端部と当接する第2外周部218と、第1外周部216及び第2外周部218を連通する開口部220とが同心円状に形成されている。第2外周部218は、その両面に後述の円形リング46、円形リング48が当接するフランジ部222となる。
The
ここで第2外周部218と側壁部242の直径は同一となっている。よって第1外周部216の直径は、第2外周部218の直径より側壁部242の厚みの分だけ小さくなっている。また第2外周部218の−Z軸側の端面は、後述のように被圧力測定対象の環境下に晒される。そして、開口部220の−Z軸方向の端部において、ダイアフラム244Aが開口部220を封止している。
Here, the diameters of the second outer
第2端板224は、その外形が側壁部242の内壁と接する直径を有しており、+Z軸側の面から掘り込まれ第2端板224に同心円状に形成された凹部226を有する。そして凹部226の開口部はダイアフラム244Bにより封止されている。また第2端板224の−Z軸側の面には第2端板224と同心円状にボス部228が形成され、さらにボス部228及び凹部226をZ軸方向に連通し、後述のセンターシャフト252を挿通する挿通孔230が形成されている。
The
ボス部228は、後述の感圧素子258が接続される部分である。ボス部228は、Z軸方向から見て円形に形成されているが、後述の感圧素子258の第1の基部262と接続する部分は平面に形成しておくことが望ましい。もちろんボス部228は、Z軸方向から見て矩形等の多角形となるように形成してもよい。
The
第1端板214の第1外周部216の第2端板224に対向する面には支持シャフト236を嵌め込む穴232が形成され、第2端板224の第1端板214に対向する面にも支持シャフト236を嵌め込む穴234が形成されている。よって穴232、穴234は互いに対向する位置に形成されている。そして穴232、穴234に支持シャフト236を嵌め込むことにより第1端板214と第2端板224とは支持シャフト236を介して連結される。
A
支持シャフト236は、一定の剛性を有し、±Z方向に長手方向を有する棒状の部材であって、ハウジング212とダイアフラム244A、ダイアフラム244Bとから構成される容器の内部に配置され、支持シャフト236の一端が第1端板214の穴232に、他端が第2端板224の穴234にそれぞれ嵌め込まれることにより、第1端板214、支持シャフト236、および第2端板224との間で一定の剛性を獲得する。なお支持シャフト236は複数本用いられるが、各穴の位置の設計に従って任意に配置される。
The
また第2端板224には、ハーメチック端子238(図15参照)が取り付けられている。このハーメチック端子238は、感圧素子258の電極部(不図示)に交流電圧を印加して感圧素子258を発振させるためのものである。ハーメチック端子238は、ハウジング212の外部面に取り付けられた、またはハウジング212の外であってハウジング212から離間して配置されたIC(集積回路、不図示)と、感圧素子258とをワイヤー240を介して電気的に接続することができる。なお図14においてハーメチック端子238は1つ描かれているが、感圧素子258の電極部(不図示)の総数に応じて第2端板224に取り付けられるものとする。
A hermetic terminal 238 (see FIG. 15) is attached to the
円筒形の側壁部242は、その内径が第1端板214の第1外周部216の直径および第2端板224の直径と等しくなるように形成されている。よって、側壁部242の端部を第2外周部218に接続するとともに、側壁部242の内壁を第1外周部216の外壁及び第2端板224の外壁に接続することによりハウジング212とダイアフラム244A、ダイアフラム244Bにより形成される容器は封止される。第1端板214、第2端板224、側壁部242はステンレス等の金属で形成することが好ましく、支持シャフト236は一定の剛性を有し熱膨張係数の小さいセラミック等を用いることが好ましい。
The cylindrical
ダイアフラム244A、244Bはハウジング212の外部に面した一方の主面が受圧面となっており、前記受圧面が被測定圧力環境(例えば液体)の圧力を受けて撓み変形する可撓部248を有している。そして可撓部248がハウジング212内部側または外部側(Z軸方向)に変位するように撓み変形することにより、感圧素子258にZ軸に沿った圧縮力或いは引張り力を伝達するものである。よって、ダイアフラム244A、244Bは、外部からの圧力によって変位する中央部246と、前記中央部246の外周にあり、前記中央部246が変位できるように外部からの圧力により撓み変形する可撓部248を有する。また前記可撓部248の外周にあり、ダイアフラム244Aにおいては第1端板214の開口部220の−Z軸側の端部に接続する周縁部250を有している。またダイアフラム244Bにおいては第2端板224の凹部226の開口部に接合して固定される周縁部250を有している。なお周縁部250は、理想的には圧力を受けても変位せず、中央部246は圧力を受けても変形しないものとする。
The
ダイアフラム244A、244Bの材質は、ステンレスのような金属やセラミックなどの耐腐食性に優れたものがよく、また、水晶のような単結晶体やその他の非結晶体でもよい。例えば金属で形成する場合は、金属母材をプレス加工して形成すればよく、水晶で形成する場合は可撓部が他の部分より薄くなるようにフォトリソ・エッチング加工を行なえばよい。
The material of the
なお、ダイアフラム244A、244Bは、液体やガス等により腐食しないように、外部に露出する表面を耐食性の膜にてコーティングしてもよい。例えば、金属製のダイアフラムであれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよいし、ダイアフラムが水晶のような圧電結晶体であれば珪素をコーティングすればよい。同様に圧力センサー210のハウジング212が金属等で形成されている場合は、その表面にニッケルの化合物をコーティングしてもよい。
The
力伝達手段であるセンターシャフト252は、ダイアフラム244Aとダイアフラム244Bとを連結している。センターシャフト252は、ハウジング212内に配置されるとともに、Z軸方向に長手方向を有している。そして長手方向の一端がダイアフラム244Aの中央部246に接続され、他端がダイアフラム244Bの中央部246に接続している。センターシャフト252の材料は、支持シャフト236と同様に一定の剛性を有し熱膨張係数の小さいセラミック等を用いることが好ましい。
A
さらにセンターシャフト252の中央部には固定部254が取り付けられている。固定部254は、Z軸方向にセンターシャフト252を挿通してセンターシャフト252と接続する貫通孔256が形成されている。よって固定部254はZ軸方向のセンターシャフト252の変位に伴ってZ軸方向に変位する。またボス部228の側面には感圧素子258の第1の基部262が接続され、固定部254の側面には感圧素子258の第2の基部264が接続される。このとき、ボス部228の感圧素子258が取り付けられる部分と、固定部254の感圧素子258が取り付けられる部分は、同一平面を形成するように配置することが望ましい。これにより感圧素子258をボス部228及び固定部254に取り付ける際に感圧素子258を変形させることはなく、これによる変形による圧力値の測定誤差を抑制することができる。
Further, a fixed
感圧素子258は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料により形成され、振動腕260とその両端に形成された第1の基部262と第2の基部264を有する。第1の基部262はボス部228の側面に接続され、第2の基部264は固定部254の側面に接続される。よって感圧素子258はボス部228を介してハウジング212(容器)に接続され、固定部254を介して力伝達手段であるセンターシャフト252に接続される。また、感圧素子258は、その長手方向(Z軸方向)、すなわち第1の基部262と第2の基部264とが並ぶ方向を、センターシャフト252、ダイアフラム244A、ダイアフラム244Bの変位方向(Z軸方向)と同軸または平行になるように配置され、その変位方向が検出軸となっている。
The pressure-
さらに感圧素子258の振動腕260には励振電極(不図示)が形成され、励振電極(不図示)と電気的に接続する電極部(不図示)を有する。感圧素子258の電極部(不図示)は、ハーメチック端子238及びワイヤー240を介してIC(不図示)と電気的に接続され、IC(不図示)から供給される交流電圧により、固有の共振周波数で振動する。そして感圧素子258は、その長手方向(Z軸方向)から伸長応力または圧縮応力を受けることにより共振周波数が変動する。
Further, an excitation electrode (not shown) is formed on the vibrating arm 260 of the pressure-
本実施形態においては感圧部となる振動腕260として双音叉型振動子を適用することができる。双音叉型振動子は、振動腕260である前記2つの振動ビームに引張り応力(伸長応力)或いは圧縮応力が印加されると、その共振周波数が印加される応力にほぼ比例して変化するという特性がある。そして双音叉型圧電振動片は、厚みすべり振動子などに比べて、伸長・圧縮応力に対する共振周波数の変化が極めて大きく共振周波数の可変幅が大きいので、わずかな圧力差を検出するような分解能力に優れる圧力センサー(力検出器)においては好適である。双音叉型圧電振動子は、伸長応力を受けると振動腕260の共振周波数が高くなり、圧縮応力を受けると振動腕260の共振周波数は低くなる。 In the present embodiment, a double tuning fork vibrator can be applied as the vibrating arm 260 serving as a pressure-sensitive portion. The characteristic of the double tuning fork vibrator is that when a tensile stress (elongation stress) or a compressive stress is applied to the two vibrating beams that are the vibrating arms 260, the resonance frequency thereof changes approximately in proportion to the applied stress. There is. The double tuning fork type piezoelectric resonator element has a very large resonance frequency change with respect to elongation / compression stress and a large variable range of the resonance frequency compared to a thickness shear vibrator, etc. It is suitable for a pressure sensor (force detector) that excels. When the double tuning fork type piezoelectric vibrator is subjected to an elongation stress, the resonance frequency of the vibrating arm 260 is increased, and when the compressive stress is applied, the resonance frequency of the vibrating arm 260 is decreased.
また本実施形態においては2つの柱状の振動ビームを有する感圧部のみならず、一本の振動ビーム(シングルビーム)からなる感圧部を適用することができる。感圧部(振動腕)をシングルビーム型の振動子として構成すると、長手方向(検出軸方向)から同一の応力を受けた場合、その変位が2倍になるため、双音叉の場合よりさらに高感度な圧力センサー(力検出器)とすることができる。 In the present embodiment, not only a pressure-sensitive part having two columnar vibration beams but also a pressure-sensitive part composed of a single vibration beam (single beam) can be applied. If the pressure-sensitive part (vibrating arm) is configured as a single beam type vibrator, the displacement is doubled when subjected to the same stress from the longitudinal direction (detection axis direction), which is higher than in the case of a double tuning fork. It can be set as a sensitive pressure sensor (force detector).
本実施形態においては、ダイアフラム244Aに印加される圧力がダイアフラム244Bに印加される圧力より大きくなる場合、センターシャフト252は、+Z軸方向に変位し、これにより感圧素子258はZ軸方向に圧縮応力を受けるため共振周波数が低くなる。逆にダイアフラム244Aに印加される圧力がダイアフラム244Bに印加される圧力より小さくなる場合、センターシャフト252は、−Z軸方向に変位し、これにより感圧素子258はZ軸方向に引張り応力を受けるため共振周波数が高くなる。
In the present embodiment, when the pressure applied to the
なお、上述の圧電材料のうち、双音叉型またはシングルビーム型の圧電振動子の圧電基板用としては温度特性に優れた水晶が望ましい。また感圧素子を水晶で形成する場合は、上述のようにフォトリソ・エッチング加工により形成することが好適である。 Of the above-described piezoelectric materials, quartz having excellent temperature characteristics is desirable for a piezoelectric substrate of a double tuning fork type or single beam type piezoelectric vibrator. When the pressure sensitive element is made of quartz, it is preferable to form it by photolithography / etching as described above.
第1実施形態の圧力センサー210の組み立ては、まず第1端板214にダイアフラム244Aを接続し、第2端板224(ハーメチック端子238付)にダイアフラム244Bを接続する。そして第1端板214の穴232に支持シャフト236を嵌め込んで接続するとともに、ダイアフラム244Aの中央部246にセンターシャフト252(固定部254付)の一端を接続する。そしてセンターシャフト252を第2端板224の挿通孔230に通してセンターシャフト252の他端をダイアフラム244Bの中央部246に接続する。このとき第2端板224の穴234にも支持シャフト236を嵌め込んで接続する。
In assembling the
次に、感圧素子258の第1の基部262を第2端板224のボス部228の側面に接続し、第2の基部264を固定部254の側面に接続する。そして感圧素子258の電極部(不図示)とハーメチック端子238とをワイヤー240により接続する。
Next, the
最後に、上述の構成要素からなる構造体を円筒形の側壁部242に挿通して側壁部242を第1端板214、第2端板224に接続することにより圧力センサー210が構築される。なお圧力センサー210の容器内を真空にするためには、上述の構造体と側壁部242の取り付けを真空チャンバー内で行なえばよい。また側壁部242に封止孔(不図示)を形成し、側壁部242を接続したあとに封止孔(不図示)から容器内部を真空吸引し、封止孔(不図示)を封止部材(不図示)により封止してもよい。
Finally, the
図1に、第1実施形態の力検出器収容ケースの分解斜視図を示す。また図2に、第1実施形態の力検出器収容ケースに力検出器を収容した斜視図を示す。そして、図3に第1実施形態の力検出器収容ケースの一部の断面図を示す。さらに、図4に、第1実施形態の力検出器収容ケースに力検出器を収容した断面図を示す。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the force detector housing case of the first embodiment. FIG. 2 shows a perspective view in which the force detector is accommodated in the force detector accommodating case of the first embodiment. FIG. 3 shows a partial cross-sectional view of the force detector housing case of the first embodiment. Further, FIG. 4 shows a cross-sectional view in which the force detector is accommodated in the force detector accommodating case of the first embodiment.
圧力センサー210を収容する力検出器収容ケース10は、第1外部ケース12、第2外部ケース34、ねじ込み金具28により構成され、圧力センサー210と同様に線分Oを中心とした円筒形状を有している。また圧力センサー210のフランジ部222の+Z軸方向の面には円形リング46(Oリング)が配置され、−Z軸方向の面には円形リング48(Oリング)が配設される(図12参照)。このねじ込み金具28(押し込み部材)と円形リング46、48が圧力センサー210を力検出器収容ケース10内で固定する固定手段となる。このような固定手段を採用することにより、簡易な構成でダイアフラム244Aが接する圧力環境を圧力センサー210の他の部分と分離して、力検出器収容ケース10と圧力センサー210との間の圧力導入空間26の圧力(力)を測定することができる。
The force
第1外部ケース12は、圧力センサー210のダイアフラム244A側を収容する凹部14を有するとともに、第1外部ケース12の内周に沿って形成され凹部14の開口部にねじ込み金具28と螺合する雌ネジ部20が形成されている。
The first
また第1外部ケース12の底部16の中央にZ軸方向に貫通する圧力導入孔22が形成されている。さらに第1外部ケース12の側壁部18の側面であって底部16の側面となる位置から圧力導入孔22の側壁までを貫通する排出孔24が形成されている。
A
第2外部ケース34は、圧力センサー210のダイアフラム244B側を収容する凹部36を有している。また第2外部ケース34は、第2外部ケース34の内周に沿って形成されねじ込み金具28と螺合する雌ネジ部40が形成されている。さらに第2外部ケース34の凹部36の中央には開放孔38が形成されている。また、この開放孔38は中空のチューブ42に接続されている。
The second
ねじ込み金具28は、円形リング46、円形リング48とともに圧力センサー210の容器(フランジ部222)を底部16側に押し込む押し込み部材である。ねじ込み金具28は、側壁部242の直径以上でフランジ部222の直径以下の寸法の挿通孔30(図1参照)を有し、側壁部242を挿通するとともにフランジ部222の+Z軸側の面に当接可能な円筒形の形状を有している。そしてねじ込み金具28は、第1外部ケース12及び第2外部ケース34に収容されるとともに各外部ケースの内壁に形成された雌ネジ部20、40に螺合する雄ネジ部32が側壁28aの外周に沿って形成されている。ここで、雄ネジ部32を雌ネジ部20、40に螺合させたさせた場合、雄ネジ部32と雌ネジ部20、40との間における液体や気体の漏洩はないものとする。
The screw fitting 28 is a pushing member that pushes the container (flange portion 222) of the
円形リング46は側壁部242の外周に倣った内径を有するリング状の弾性体であり、円形リング48は円形リング48と同一の内径を有するリング状の弾性体である。ここで円形リング46と円形リング48の円形の断面の直径(厚み)は互いに一致する。
The
上記構成において、ねじ込み金具28は、雄ネジ部32を雌ネジ部20に螺合させることにより、外部ケース(第1外部ケース12)に当接する。そして前述の螺合することにより、フランジ部222に配置された円形リング46に当接する。そして螺合を進行させることにより円形リング46から抗力を受けるが、ねじ込み金具28は外部ケース(第1外部ケース12)から反作用の力を受けることにより前記フランジ部222を、円形リング46、円形リング48とともに底部16側に押し付けることができる。よって、円形リング46はフランジ部222の+Z軸側の面とねじ込み金具28の−Z軸側の面とに圧接され。円形リング48は底部16の+Z軸側の面とフランジ部222の−Z軸側の面に圧接され、それぞれ圧縮変形する。
In the above configuration, the screw fitting 28 is brought into contact with the outer case (first outer case 12) by screwing the
そして円形リング48のフランジ部222及び底部16への圧接により、第1外部ケース12、圧力センサー210(ダイアフラム244A)、円形リング48を境界とし、圧力導入孔22、排出孔24を有する圧力導入空間26が形成される。また円形リング46のフランジ部222及びねじ込み金具28への圧接により、第2外部ケース34、ねじ込み金具28、圧力センサー210(ダイアフラム244B)、円形リング46を境界とし、開放孔38を有する内部空間44が形成される。したがって、この円形リング46、円形リング48により、ダイアフラム244A、ダイアフラム244Bの圧力環境を分離することができる。
Then, by pressure contact with the
よって例えば、基準となる圧力環境下(例えば大気圧)にチューブ42(図16のチューブ416参照)の一端を開放することにより、第2外部ケース34、圧力センサー210、円形リング46により形成される内部空間44、及びダイアフラム244Bを、基準となる圧力環境下(例えば大気圧)に晒すことができる。この場合、圧力センサー210の外部に露出したハーメチック端子238にワイヤー(不図示)を接続し、開放孔38、チューブ42に挿通してIC(不図示)に接続すればよい。
Therefore, for example, by opening one end of the tube 42 (see the
一方、圧力導入孔22、排出孔24を被測定圧力環境下に晒すことにより、第1外部ケース12、圧力センサー210、円形リング48により形成される圧力導入空間26、及びダイアフラム244Aを被測定圧力環境下(例えば水圧)に晒すことができる。
On the other hand, by exposing the
図5に、第1実施形態の力検出器収容ケースの底部に形成された圧力導入孔及び排出孔を示し、図5(a)は図3、図4の底面図、図5(b)は第1変形例、図5(c)は第2変形例を示す。また、図6に第1実施形態の力検出器収容ケースの底部に形成された圧力導入口にメッシュ状の網部を設けた模式図を示し、図6(a)は底面図、図6(b)は断面図である。 FIG. 5 shows a pressure introduction hole and a discharge hole formed at the bottom of the force detector housing case of the first embodiment. FIG. 5 (a) is a bottom view of FIGS. 3 and 4, and FIG. The first modified example, FIG. 5C shows a second modified example. FIG. 6 is a schematic view in which a mesh-like net is provided at the pressure inlet formed at the bottom of the force detector housing case of the first embodiment. FIG. 6 (a) is a bottom view and FIG. b) is a sectional view.
図5(a)に示すように、圧力導入孔22は底部16の中心となる位置に形成されている。また排出孔24はZ軸方向からみて圧力導入孔22を中心として十字を形成するように形成される。
As shown in FIG. 5A, the
また図5(b)の第1変形例に示すように、圧力導入孔22を2箇所形成し、この圧力導入孔22を中心として2つの十字を形成するように排出孔24を形成することができる。 Further, as shown in the first modification of FIG. 5B, two pressure introduction holes 22 are formed, and the discharge holes 24 are formed so as to form two crosses around the pressure introduction holes 22. it can.
さらに、図5(c)の第2変形例に示すように、圧力導入孔22を4箇所形成し、この圧力導入孔22を中心として4つの十字を形成するように排出孔24を形成することができる。 Further, as shown in the second modified example of FIG. 5C, four pressure introduction holes 22 are formed, and the discharge holes 24 are formed so as to form four crosses around the pressure introduction holes 22. Can do.
図5に示すように、圧力導入孔22は、底部16の中心を中心とした中心対称となる位置に形成することが好ましい。これにより、力検出器収容ケース10と圧力センサー210(ダイアフラム244A)との間の圧力導入空間26に液体を均一に導入して、圧力導入空間26に残留する空気を効率的に排出して、液体の圧力を精度良く測定することができる。同様に排出孔24も底部16の中心を中心とした中心対称となる位置に形成することが好ましい。圧力導入空間26に残留する空気(ダイアフラム244Aの周囲に残留する空気)をムラなく効率的に排出することができる。
As shown in FIG. 5, the
また図5において、排出孔24は、側壁部18の側面と圧力導入孔22の内壁との間を貫通して圧力導入孔22と合流することにより、側壁部18の側面と圧力導入空間26との間を貫通する構成としている。これにより、圧力センサー210のダイアフラム244A側の形状に係らず、力検出器収容ケース10と圧力センサー210との間の圧力導入空間26に残留する空気(ダイアフラム244Aの周囲に残留する空気)を排出することができ、液体の圧力を精度良く測定することができる。
Further, in FIG. 5, the
そして図6(b)に示すように、圧力導入孔22の直径を、Z軸方向から平面視して円形リング48の内径より小さくなる程度の大きさに形成し、圧力導入孔22にメッシュ状の網部23を設けてもよい。網部23は被圧力測定対象となる液体中の固体(例えば水中の石等)を通さずに液体や空気を挿通する程度の孔を多数有したものである。網部23の圧力導入孔22への取り付けは、圧力導入孔22の直径より大きな直径を有する網部を用意し、網部の周囲を一方に折り曲げて、圧力導入孔22のほぼ同一の直径を有する円形部分と、その周縁に形成された溶接代23aを形成し、この溶接代23aと圧力導入孔22の内壁とを溶接により接続すればよい。これにより、圧力導入孔22の直径を大きく設計することができ、ダイアフラム244Aを保護しつつ、力検出器収容ケース10と圧力センサー210(ダイアフラム244A)との間の圧力導入空間26に効率的に液体を導入することができる。
Then, as shown in FIG. 6B, the diameter of the
なお、圧力導入孔22は、第1外部ケース12の底部16の底面と圧力導入空間26とを貫通させるため、平面視して円形リング48の内部に納まる位置に形成する。なお、この圧力導入孔22、排出孔24はドリル掘削により形成することができる。
The
第1外部ケース12、第2外部ケース34、ねじ込み金具28、網部23は、ステンレス等により形成することが好ましく、さらに液体やガス等により腐食しないように、表面を耐食性の膜にてコーティングしてもよい。例えば、これらが金属製であれば、ニッケルの化合物をコーティングしてもよい。
The first
図7に第2実施形態に係る力検出器収容ケースに力検出器を収容した断面図を示す。第2実施形態に係る力検出器収容ケース50は、基本的には第1実施形態と類似するが、排出孔52は、側壁部18の底部16の側面となる位置から平面視で圧力導入空間26に対向する位置まで掘り込まれ、圧力導入空間26側に屈曲して掘り込まれた態様で圧力導入空間26まで貫通している点で相違する。すなわち、排出孔52は底部16に形成された圧力導入孔22とは別の位置に到達するように形成されている。この場合、排出孔52は、側壁部18の底部16の側面となる位置から平面視で圧力導入空間26に対向する位置まで(平面視で円形リング48の内側となる位置まで)横穴54をドリル掘削により掘り込み、底部16の凹部14(図1や図3を参照)側の面であって横穴54の端部に対向する位置から縦穴56をドリル掘削により掘り込み、横穴54と縦穴56とを接続することにより形成される。
FIG. 7 shows a cross-sectional view in which the force detector is accommodated in the force detector accommodating case according to the second embodiment. The force
上記構成により、力検出器収容ケース50と圧力センサー210との間の圧力導入空間26において、液体(水)は圧力導入孔22から流入する一方、圧力導入空間26に残留する空気は排出孔52を経由して外部に排出される。よって、液体の流入経路と、空気の排出経路が分離されるので、流入する液体と、排出される空気との間の干渉を回避して、圧力導入空間26に残留する空気(ダイアフラム244Aの周囲に残留する空気)を効率よく排出することができる。
With the above configuration, in the
図8に、第3実施形態の力検出器収容ケースに収容する力検出器の断面図を示し、図8(a)はXZ面を切り口とした断面図、図8(b)はYZ面を切り口とした断面図を示す。また図9に、第3実施形態の力検出器収容ケースの一部の断面図を示す。さらに図10に、第3実施形態の力検出器収容ケースに力検出器を収容した断面図を示す。 FIG. 8 shows a cross-sectional view of the force detector accommodated in the force detector housing case of the third embodiment. FIG. 8 (a) is a cross-sectional view with the XZ plane as a cut, and FIG. 8 (b) is a YZ plane. Sectional drawing made into the cut end is shown. FIG. 9 shows a partial cross-sectional view of the force detector housing case of the third embodiment. Further, FIG. 10 shows a sectional view in which the force detector is accommodated in the force detector accommodating case of the third embodiment.
第3実施形態の力検出器収容ケースの適用対象となる圧力センサー211(力検出器)は、基本的には圧力センサー210と共通するが、第2外周部218の周囲であって第1外周部216側となる位置に、第2外周部218と同心状にフランジ部223が形成されている点で相違する。このフランジ部223のZ軸方向の厚みは、第2外周部218のZ軸方向の厚みより薄いものとする。よって、第2外周部218の−Z軸側の端面とフランジ部223の−Z軸側の端面とではZ軸方向で段差が生じており、第2外周部218の−Z軸側の端面がフランジ部223の−Z軸側の端面から−Z軸方向にはみ出た形となる。なおフランジ部223の+Z軸側の面には円形リング66が当接し、フランジ部223の−Z軸側の面には円形リング68が当接する。
The pressure sensor 211 (force detector) to which the force detector housing case of the third embodiment is applied is basically the same as the
一方、第3実施形態の力検出器収容ケース60は、基本的には、第1実施形態と類似するが、図9、図10に示すように、底部16のダイアフラム244A側の面であってZ軸方向から平面視で円形リング68の内側となる位置には凹部62が形成され、排出孔64は、側壁部18の側面と凹部62の側面との間を貫通する点で相違する。これにより、力検出器収容ケース60と圧力センサー211との間の圧力導入空間26の側面から空気を排出することになるので、圧力導入空間26に残留した空気を効率よく排出することができる。
On the other hand, the force
さらに本実施形態では、凹部36は、圧力センサー211の容器のダイアフラム244A側、即ち第2外周部218を収容可能である点で相違する。このため、凹部36はその内径が第2外周部218の直径より大きくなるように形成されている。すると、図10に示すように、第2外周部218の−Z軸側の端面が底部16の+Z軸側の面より−Z軸側に位置し、第2外周部218の−Z軸側が凹部36に入り込んだ形となる。これにより、圧力導入空間26の容積を小さくすることができるので、圧力導入空間26に残留した空気(ダイアフラム244Aの周囲に残留する空気)の排出を容易に行うことができる。
Furthermore, in this embodiment, the recessed
なお、円形リング66、円形リング68の断面の直径は互いに一致するものを用いているが、本実施形態では第2外周部218と側壁部242の直径を互いに一致させているため、円形リング66、円形リング68の内径も互いに一致する。
The
第3実施形態においては、圧力センサー211を力検出器収容ケース60に収容する旨説明したが、第1実施形態等で説明した圧力センサー210も本実施形態の力検出器収容ケース60に収容することができる。この場合、第2外周部218が凹部36に入り込むことはないが、凹部36の側面が排出孔64になっているので、圧力センサー210を力検出器収容ケース60に収容しても圧力導入空間26に残留した空気を効率的に排出することができる。また図5、図6に示す圧力導入孔22を本実施形態においても適用が可能である。また排出孔64は、圧力導入孔22と直接接続することはないが、図5に示すように平面視で底部16の中心を中心として中心対称(放射状)となるように側壁部18の側面と凹部36の側面との間で複数形成することができる。
In the third embodiment, it has been described that the
図11に、第4実施形態の力検出器収容ケースに力検出器を収容した断面図である。第4実施形態の力検出器収容ケースの適用対象となる圧力センサー211a(力検出器)は、基本的には圧力センサー210と類似するが、第2外周部218の周囲には、雄ネジ部218aが形成されている。これに対応して第4実施形態の力検出器収容ケース70において、第1外部ケース72の側壁部76の内壁の底部74側には、雄ネジ部218aに螺合する雌ネジ部78が形成されている。まだ第1外部ケース72の開口部の外側には雄ネジ部80が形成され、第2外部ケース82の開口部の内側には雌ネジ部84が形成されている。よって第4実施形態において、圧力センサー211aの容器の側面に形成された雄ネジ部218aと、第1外部ケース72の側壁部76の内側に形成され、前記雄ネジ部218aと螺合する雌ネジ部78が、圧力センサー211aを力検出器収容ケース70に固定する固定手段となる。
In FIG. 11, it is sectional drawing which accommodated the force detector in the force detector accommodating case of 4th Embodiment. A
そして、第2外周部218と底部74とは互いに当接させることができ、この場合、ダイアフラム244A、底部74を境界とし、圧力導入孔22を有する圧力導入空間86が形成される。なお、雄ネジ部218aと雌ネジ部78との気密、雄ネジ部80と雌ネジ部84との気密は十分に保たれ、ダイアフラム244Aを境界の一部とする圧力導入空間86とダイアフラム244Bを境界の一部とする内部空間88とは空間的に分離されている。
The second outer
このような構成とすることにより、簡易な構成でダイアフラム244Aが接する圧力環境を圧力センサー211aの他の部分と分離して、力検出器収容ケース70と圧力センサー211aとの間の圧力導入空間86の圧力を測定することができる。さらに圧力導入空間86の容積を小さくすることができるので、圧力導入空間86に残留した空気(ダイアフラム244Aの周囲に残留した空気)の排出を容易に行うことができる。
With such a configuration, the pressure environment where the
また、本実施形態の固定手段(円形リング46、円形リング48、ねじ込み金具28、または、雄ネジ部218a、雌ネジ部78)は、第1実施形態、第2実施形態で述べた圧力導入孔22、排出孔24とともに適用することができる。ただし、圧力導入孔22は、平面視でダイアフラム244Aの周縁より内側となる位置に形成し、図7に示される横穴54の端部及び縦穴56が平面視でダイアフラム244Aの周縁より内側となる位置となるように排出孔24を形成する必要がある。
Further, the fixing means (
図12に、第5実施形態の力検出器収容ケースの分解斜視図を示し、図13に、第5実施形態の力検出器収容ケースに力検出器を収容した断面図を示す。第5実施形態の力検出器収容ケース90は、第1外部ケース92、第2外部ケース96、押し込み金具102、円形リング46(図13)、円形リング48(図13)を有し、第3実施形態の圧力センサー211(第1実施形態の圧力センサー210等でも良い)を力検出器として収容するものである。
FIG. 12 is an exploded perspective view of the force detector housing case of the fifth embodiment, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the force detector housing case of the fifth embodiment. The force
第1外部ケース92、第2外部ケース96は、力検出器収容ケース90の外形を形成するものであり、それぞれ第3実施形態の第1外部ケース12、第2外部ケース34に類似した構成を有する。すなわち、第1外部ケース92は、第3実施形態の第1外部ケース12と同様に、凹部14(図12)、底部16、側壁部18、圧力導入孔22、凹部62、排出孔64(図13)を有する。また第2外部ケース96は、第3実施形態の第2外部ケース34と同様に、凹部36(図12)、開放孔38を有し、開放孔38にチューブ42(図13)が接続される。一方、第1外部ケース92は、第1外部ケース12とは異なり、凹部14の開口部となる位置に第2外部ケース96と螺合する雌ネジ部94を有する。また第2外部ケース96は、第2外部ケース34とは異なり、凹部36の開口部となる位置に第1外部ケース92と螺合する雄ネジ部98を有する。
The first
押し込み金具102は、円筒形の形状を有している。またその側面104の外周の直径は第1外部ケース92の凹部14、第2外部ケース96の凹部36の内径より小さくなるように設計されている。押し込み金具102をZ軸方向から同心状に貫通する挿通孔106(図12)は、圧力センサー211の側壁部242の外周より大きく、かつフランジ部223の外周の直径より小さな内径を有している。よって圧力センサー211は、圧力センサー211のダイアフラム244A側から挿通孔106に挿通可能となるとともに、フランジ部223の+Z軸側の面と押し込み金具102の−Z軸側の端面108とが当接可能となる。ところで、図13に示すように、圧力センサー211の側壁部242は円形リング46に挿通され、円形リング46の−Z軸側はフランジ部223の+Z軸側の面に当接している。よって、押し込み金具102の−Z軸側の端面108は、円形リング46の+Z軸側と当接し、円形リング46はフランジ部223の+Z軸側の面と押し込み金具102の−Z軸側の端面108により挟まれる。また、円形リング48は圧力センサー211のダイアフラム244A側から挿通され、フランジ部223の−Z軸側の面と底部16の+Z軸側の面により挟まれる。
The push-in
図13に示すように、押し込み金具102のZ軸方向の長さAは、圧力センサー211、円形リング46、円形リング48を収容した状態で第1外部ケース92及び第2外部ケース96を互いに螺合させたのちの第2外部ケース96の上端部100の−Z軸側の面と円形リング46の+Z軸側の上端との距離Bよりも長く、かつ、第2外部ケース96の上端部100の−Z軸側の面と底部16の+Z軸側の面との距離Cからフランジ部223のZ軸方向の厚みDを差し引いた距離(C−D)より短くなるように設計される。また押し込み金具102の+Z軸側の端面110は、第2外部ケース96の上端部100の−Z軸側の面と当接する。
As shown in FIG. 13, the length A of the push-in
上記構成において、図13に示すように、圧力センサー211、円形リング46、円形リング48、押し込み金具102を収容した状態で第1外部ケース92と第2外部ケース96との螺合を進行させる。すると、押し込み金具102の+Z軸側の端面110と第2外部ケース96の上端部100の−Z軸側の面とが当接することにより、押し込み金具102は円形リング46側に進行する。そして押し込み金具102が円形リング46に当接することにより、押し込み金具102は円形リング46側(円形リング46、フランジ部223、円形リング部48、底部16)から抗力を受け、この抗力を上端部100に伝達する。しかし、押し込み金具102は、この抗力に起因する反作用の力を上端部100から受ける。よって押し込み金具102は、円形リング46、円形リング48とともにフランジ部223を底部16側に押し込むことになる。そして、円形リング48は底部16とフランジ部223とに挟まれるとともにZ軸方向に圧縮変形し、円形リング46も押し込み金具102とフランジ部223とに挟まれるとともにZ軸方向に圧縮変形する。これによりダイアフラム244A、円形リング48、底部16を境界とし、圧力導入孔22を有する圧力導入空間26が形成され、第2外部ケース34側の内部空間44と圧力環境が分離される。
In the above configuration, as shown in FIG. 13, the first
なお、いずれの実施形態に係る力検出器収容ケースに力検出器を収容することにより、力検出器収容ケースと力検出器との間の圧力導入空間に残留する空気を効率的に排出して正確な液体の圧力が測定可能な圧力測定器を構築することができる。 In addition, by accommodating the force detector in the force detector housing case according to any embodiment, the air remaining in the pressure introduction space between the force detector housing case and the force detector can be efficiently discharged. A pressure measuring device capable of measuring an accurate liquid pressure can be constructed.
10………力検出器収容ケース、12………第1外部ケース、14………凹部、16………底部、18………側壁部、20………雌ネジ部、22………圧力導入孔、23………網部、24………排出孔、26………圧力導入空間、28………ねじ込み金具、28a………側壁、30………挿通孔、32………雄ネジ部、34………第2外部ケース、36………凹部、38………開放孔、40………雌ネジ部、42………チューブ、44………内部空間、46………円形リング、48………円形リング、50………力検出器収容ケース、52………排出孔、54………横穴、56………縦穴、60………力検出器収容ケース、62………凹部、64………排出孔、66………円形リング、68………円形リング、70………力検出器収容ケース、72………第1外部ケース、74………底部、76………側壁部、78………雌ネジ部、80………雄ネジ部、82………第2外部ケース、84………雌ネジ部、86………圧力導入空間、88………内部空間、90………力検出器収容ケース、92………第1外部ケース、94………雌ネジ部、96………第2外部ケース、98………雄ネジ部、100………上端部、102………押し込み金具、104………側面、106………挿通孔、108………端面、110………端面、210………圧力センサー、211………圧力センサー、211a………圧力センサー、212………ハウジング、214………第1端板、216………第1外周部、218………第2外周部、218a………雄ネジ部、220………開口部、222………フランジ部、223………フランジ部、224………第2端板、226………凹部、228………ボス部、230………挿通孔、232………穴、234………穴、236………支持シャフト、238………ハーメチック端子、240………ワイヤー、242………側壁部、244A、244B………ダイアフラム、246………中央部、248………可撓部、250………周縁部、252………センターシャフト、254………固定部、256………貫通孔、258………感圧素子、260………振動腕、262………第1の基部、264………第2の基部、300………圧力センサー、302………ダイアフラム、304………素子、306………円形リング、308………外部ケース、308a………内部空間、308b………圧力導入孔、310………外部ケース、310a………内部空間、310b………圧力導入孔、400………外部ケース、402………第1外部ケース、402a………凹部、402b………圧力導入孔、402c………雌ネジ部、404………第2外部ケース、404a………凹部、404b………開放孔、404c………雌ネジ部、406………ねじ込み金具、406a………挿通孔、406b………雄ネジ部、408………円形リング、410………フランジ部、412………圧力導入空間、414………内部空間、416………チューブ、418………中継ボックス。
10 ......... Force detector housing case, 12 ......... First outer case, 14 ......... Recess, 16 ......... Bottom portion, 18 ......... Side wall portion, 20 ......... Female thread portion, 22 ......... Pressure introduction hole, 23... Net part, 24 ... Discharge hole, 26 ... Pressure introduction space, 28 ... Screw fitting, 28a ... Side wall, 30 Insertion hole, 32
Claims (7)
収容される前記力検出器の受圧面に対向する底部と、側壁部と、を有し、
前記受圧面と前記底部との間の圧力導入空間に液体を導入し圧力を印加する圧力導入孔が前記底部に設けられ、
前記圧力導入空間に導入された液体中の空気を排出する排出孔が前記側壁部に設けられ、
前記排出孔は、前記側壁部から壁中を通って前記圧力導入孔に連通していることを特徴とする力検出器収容ケース。 A force detector housing case for housing a force detector for detecting pressure from the liquid,
A bottom portion facing the pressure receiving surface of the force detector accommodated, and a side wall portion,
A pressure introduction hole for introducing a liquid into a pressure introduction space between the pressure receiving surface and the bottom and applying pressure is provided in the bottom;
A discharge hole for discharging air in the liquid introduced into the pressure introduction space is provided in the side wall ,
The force detector housing case , wherein the discharge hole communicates with the pressure introducing hole from the side wall portion through the wall .
収容される前記力検出器の受圧面に対向する底部と、側壁部と、を有し、A bottom portion facing the pressure receiving surface of the force detector accommodated, and a side wall portion,
前記受圧面と前記底部との間の圧力導入空間に液体を導入し圧力を印加する圧力導入孔が前記底部に設けられ、A pressure introduction hole for introducing a liquid into a pressure introduction space between the pressure receiving surface and the bottom and applying pressure is provided in the bottom;
前記圧力導入空間に導入された液体中の空気を排出する排出孔が前記側壁部に設けられ、A discharge hole for discharging air in the liquid introduced into the pressure introduction space is provided in the side wall,
前記底部の前記受圧面に対向する位置には凹部が形成され、A recess is formed at a position facing the pressure receiving surface of the bottom,
前記圧力導入孔は、前記凹部の底面に貫通し、The pressure introducing hole penetrates the bottom surface of the recess,
前記排出孔は、前記側壁部から壁中を通って前記凹部の側面に貫通していることを特徴とする力検出器収容ケース。The force detector housing case, wherein the discharge hole passes through the wall from the side wall portion and penetrates the side surface of the recess.
複数設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の力検出器収容ケース。 The discharge hole is
Force detector accommodating case according to claim 1 or 2, characterized in that provided in plural.
複数設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の力検出器収容ケース。 The pressure introducing hole is
The force detector housing case according to any one of claims 1 to 3 , wherein a plurality of the force detector housing cases are provided.
筒状の容器と、前記容器の側面から突出して設けられたフランジ部と、前記容器の底面に配置されたダイアフラムと、を有し、
前記力検出器収容ケースは、
前記フランジ部と前記底部との間に配置され、前記圧力導入孔がリングの内側となるように配置されているリングと、
前記フランジ部を前記リングとともに前記底部側に押し付ける押し込み部材と、を有することを特徴とする請求項6に記載の力測定器。 The force detector is
A cylindrical container, a flange portion protruding from the side surface of the container, and a diaphragm disposed on the bottom surface of the container,
The force detector housing case is
A ring that is arranged between the flange part and the bottom part, and is arranged such that the pressure introducing hole is inside the ring;
The force measuring device according to claim 6 , further comprising: a pressing member that presses the flange portion together with the ring toward the bottom side.
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