JP5776608B2 - 薄板固定方法およびそれを用いた油膜検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、支柱に薄板を固定する薄板固定方法およびそれを用いた油膜検出装置に関するものである。

例えば、管状や筒状の検出部の中空部にセンサを備え、光量を計測したり、検出部内を流れる気体や流体の性状を計測する装置が知られている。
この際、センサを中空部に設置するためには、例えば管状または筒状の検出部本体や検出部の内周面近傍に設けた支柱から中心方向に向けて支持部材を設け、その支持部材を介してセンサを支持する必要が生じるが、光量を計測する場合など、その支持部材はできるだけ管内または筒内を通過する光を遮らないように配置されることが望ましい。

このような装置の一例として、例えば特許文献１には、光学顕微鏡等に使用される探針ヘッドおよび圧電素子を中央に備え、当該探針ヘッドおよび圧電素子を複数本のビーム（梁）で支持する装置において、これらのビーム（梁）は光軸に沿った方向から見ると（光源側から見ると）極力細い断面形状になるように形成されていることが記載されている。

特開２００６−１３２９６９号公報

一方、例えば前述の光量を計測する装置においては、光学系の位置関係に応じて、センサの位置を微調整する必要が生じることが多い。
しかしながら、例えば特許文献１に示す装置における支持部材（ビーム）は、中央のセンサの位置を微調整するような機構は備えておらず、また、装置全体の大きさが微小であるため、もう少し大きなサイズの、例えば前述の光量を計測する装置の一例である油膜検出装置のような通常のサイズの装置に適用しようとすると、センサも支持部材もある程度の大きさ、重量を備えるものとなり、また、支持部材には強度も必要となる。その結果、支持部材を極力細い断面形状（薄板状）としつつ、位置調整する機構を備えることは困難である、という課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、位置調整する機構を備えた薄板を支柱に固定する薄板固定方法およびそれを用いた油膜検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は、中空部を有する検出器の軸方向に「幅」を有し、前記軸方向に垂直な方向に前記「幅」より長い「長さ」と前記「幅」より短い「厚み」とを有し、前記検出器に設けた支柱から前記中空部の中心方向に向けて配置されてセンサを保持する薄板を、頭部を有する薄板用おねじを用いて前記支柱に固定する薄板固定方法であって、前記薄板は、前記「幅」方向および「長さ」方向からなる平面に、前記薄板用おねじを前記「厚み」方向から挿入可能な略Ｔ字状の切り欠きを備え、前記支柱は、長尺方向に前記薄板の「幅」よりも長いスリットを備えるとともに、該スリット内に前記薄板用おねじと螺合可能なめねじを備えるものであり、前記薄板を前記支柱のスリット内に挿入し、前記薄板用おねじをその座面が前記略Ｔ字状の切り欠きの「厚み」を前記支柱の方向に押圧するように前記スリット内のめねじに螺合させることにより、前記薄板を位置調整可能に前記支柱に固定することを特徴とする。

この発明によれば、薄板を支柱に固定する際に、薄板用おねじを用いて、簡単に位置調整しながら固定することができる。

この発明の実施の形態１における油膜検出装置の検出器の構成例および作用を模式的に示す概略断面図である。 図１に示す油膜検出装置の検出器のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態１における薄板の概略図の一例である。 この発明の実施の形態１における薄板用おねじの概略図である。 この発明の実施の形態１における支柱の概略図である。 図３に示す薄板の略Ｔ字状の切り欠きに、図４に示す薄板用おねじを「厚み」方向から挿入した状態を示す図である。 この発明の実施の形態１において、薄板を支柱のスリットに挿入して固定した状態を示す図である。 この発明の実施の形態２における固定ねじの概略図である。 この発明の実施の形態２における支柱の概略図である。 この発明の実施の形態２において、薄板を支柱のスリットに挿入して固定した状態を示す図である。 この発明の実施の形態１，２における薄板の概略図の別の例である。 図１１に示す薄板の略Ｔ字状の切り欠きに、図４に示す薄板用おねじを「厚み」方向から挿入した状態を示す図である。 この発明の実施の形態１，２において、図１１に示す薄板を支柱のスリットに挿入して固定した状態を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１では、支柱に薄板を固定する薄板固定方法を、光学式の油膜検出装置に適用した場合を例に説明する。
油膜検出の方法として、レーザ光源を用いた光学式（光反射法）によるものは、水面と油膜との光の反射率の差を利用した方法である。一般的に、水面による光の反射率は約２％、油膜による光の反射率は３〜４％の間を推移すると言われており、油膜からの反射光の方が１．５〜２倍くらい強い。そこで、一定の強さの光を水面に当てて、反射光の強さ（受光量）を検出器により測定し、変換器により各種演算処理を行うことにより、油膜の有無を検出・判別することができる。そして、油膜を検出すると警報を出力するようになっており、これにより、取水の中止等の判断が行われる。

なお、レーザ光源を用いる光学式の油膜検出装置は、ファイバー式や静電容量式のような接触式ではない（非接触式である）というメリットだけではなく、他の光源（例えば、ＬＥＤ光源等）に比べて、光量が大きく、直線性も良いので、水面までの距離が離れている場合であっても反射光を検出することができる、というメリットがある。

図１は、この発明の実施の形態１における油膜検出装置の検出器の構成例および作用を模式的に示す概略断面図である。この実施の形態１における油膜検出装置は、図１に示すような検出器Ｗと、図示しない変換器とから構成されている。検出器Ｗと変換器とは、ケーブルにより接続され、検出器Ｗで測定された反射光の強さ（受光量）に基づく信号が変換器に送られるようになっている。また、変換器は、各種演算処理を行い油膜の有無を検出・判別し、油膜を検出すると警報を出力したり、表示部に状態を表示したりすることができるようになっている。さらに、変換器は、検出器Ｗを制御する制御信号を出力することもできる。

検出器Ｗは、光源・走査部１、凹面鏡２および受光部４を収容する収容部５と、収容部５を水密に封じる窓６とを備え、検出対象面である水面９上に、水面９と略平行（水平方向に対して略平行）になるように設置される。なお、検出器Ｗの筐体は、光を透過しない材質で形成されており、窓６（出射窓７を含む）以外から収容部５内へ光が入り込むことはない。

光源・走査部１は、レーザ光源と、その光源を走査する走査部とを備え、レーザ光を走査することにより、検出対象面におけるレーザ光の照射範囲として所望の平面を形成することができるようになっている。ここで、レーザ光を走査するための構成としては、振動素子などを使用すればよいが、この走査する機構については公知の技術であるため、ここでは詳しい説明を省略する。そして、光源・走査部１は、凹面鏡２の上方に配置され、出射されたレーザ光が水面（検出対象面）９に向けて略鉛直方向に照射されるように取り付けられている。

また、この実施の形態１における油膜検出装置で使用される凹面鏡２は、その反射面により集光した光が焦点を結ぶ焦点位置が、反射面の中心軸上にあるもの、すなわち、光軸Ｚと中心軸とが一致するもの（いわゆる軸外し凹面鏡ではないもの）である。また、凹面鏡２は、光軸Ｚが水平方向に対して直交するように配置されるとともに、光軸Ｚよりずれた位置に貫通孔３を有しており、光源・走査部１から出射され貫通孔３を通過して水面９により反射してきた光を、反射面により集光して光軸Ｚ上（検出器Ｗの略中心軸上）の焦点位置に配置された受光部４に入射させることができるようになっている。この凹面鏡２は、いわゆる軸外し凹面鏡ではないものであればよく、通常の放物面鏡、楕円面鏡などを用いることができる。また、貫通孔３の大きさは、光源・走査部１により出射され走査される光が透過する範囲と同じかやや大きい程度であることが好ましい。なお、水面９からの反射光を効率的に検出する上で、貫通孔３の位置は凹面鏡２の光軸Ｚ（凹面鏡２の中心部）に近い方が好ましいが、貫通孔３を通過した光が直接受光部４に入射しないような位置にする必要がある。

この実施の形態１における油膜検出装置の窓６は、検出器Ｗ内の収容部５を水密に封じるように検出器Ｗの水平断面に対して平行に取り付けられている。また、窓６は、その一部に、水平面に対して所定角度傾斜した出射窓７を有している。
出射窓７は、光源・走査部１の鉛直方向に位置し、光源から出射された光を透過させるようになっている。出射窓７の傾斜角度は、光源から出射され出射窓７の天面および底面で反射した光が、（１）凹面鏡２から外れた位置（例えばＢ地点）に導かれるような角度であること、（２）凹面鏡２に入射してさらに反射したとしても、受光部４に入射せず、かつ、窓６（出射窓７部分を含む）を介して検出器Ｗの外部に出ないような角度であること、のいずれかを満たすことを条件に、凹面鏡２の曲率、受光部４の大きさ、出射窓７の位置等に応じて決定することができる。また、出射窓７の大きさは、光源・走査部１により出射され走査される光が透過する範囲と同じかやや大きい程度であることが好ましい。
なお、窓６および出射窓７は、光源から出射される光および反射光を透過させるものであればよく、加工のし易さ、重量、コスト等の点から、アクリルなどの透明樹脂により形成することが好ましいが、材質に限定はなく、ガラス等を用いることもできる。

図２は、図１に示す油膜検出装置の検出器のＡ−Ａ断面図であり、受光部４を検出器Ｗの略中心軸（光軸Ｚ）上に固定するために、受光部４が薄板１０を介して検出器Ｗの支柱３０に固定されている状態を示す図である。
なお、受光部４を固定する薄板１０および検出器Ｗの支柱３０は、図１においては図示を省略している。

ここで、この受光部４を固定する薄板１０が、光源・走査部１から発射されたレーザ光や水面（検出対象面）９から反射された反射光をできるだけ遮ることのないように、薄板１０の厚みはできる限り薄いことが望ましい。しかしながら、図１に示す油膜検出装置のような通常の大きさの装置では、受光部４も薄板１０もある程度の大きさおよび重量を備えるものとなるため、薄板１０には強度も必要とされる。

また、受光部４は凹面鏡２の光軸Ｚ上（検出器Ｗの略中心軸上）の焦点位置に配置しなければならないが、装置ごとの個体差や装置の設置状態に応じて微調整をすることが必要である。
その結果、薄板１０は、極力細い断面形状（薄い板）であり、かつ、受光部４の位置調整を行うことが可能な機構を備えていることが必要である。

そこで、この実施の形態１の油膜検出装置においては、図２に示すように、受光部４を３枚の薄板１０により固定するものとし、それぞれの薄板１０に対応する支柱３０も３つ備えるものとする。また、それぞれの薄板１０を対応する支柱３０に固定する方法としては、以下に説明するとおり、図３〜図７に示すような薄板固定方法を用いることとする。

薄板１０は、図３に示すように、光源・走査部１から照射された光軸の方向に「幅」を有し、その光軸に対して直交する方向のうち受光部４と検出器Ｗの支柱３０とを結ぶ方向に「幅」より長い「長さ」と、同じく光軸の方向に垂直な方向のうちもう一方に「幅」より短い「厚み」とを有するものである。

この薄板１０は、「長さ」方向の一端（図示せず）が受光部４に接続されており、他端が検出器Ｗの支柱３０に固定されるものであり、図３（ａ）は、薄板１０の他端側（検出器Ｗの支柱３０に固定される側）を「幅」方向および「長さ」方向からなる平面から見た平面図、図３（ｂ）はその斜視図である。
そして、図３に示すとおり、薄板１０の他端側（検出器Ｗの支柱に固定される側）には、「幅」方向および「長さ」方向からなる平面に、頭部２１を有する薄板用おねじ２０（図４参照）を「厚み」方向から挿入可能な略Ｔ字状の切り欠き１１が備えられている。

また、検出器Ｗの支柱３０は、図５に示すように、薄板１０の「幅」よりも長いスリット３１を長尺方向に備えるとともに、このスリット３１内に薄板用おねじ２０と螺合可能なめねじ３２を備えている。
そして、この支柱３０のスリット３１内に薄板１０が挿入されるものであり、図５（ａ）は、支柱３０を、薄板１０が支柱３０に挿入された場合の薄板１０の「幅」方向および「厚み」方向からなる平面から見た平面図、図５（ｂ）はその斜視図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の要部拡大図（めねじ３２部分の拡大図）である。

図６は、図３（ａ）に示す薄板１０の略Ｔ字状の切り欠き１１に、図４に示す薄板用おねじ２０を「厚み」方向から挿入した状態を示す図であり、図６（ａ）は「幅」方向および「長さ」方向からなる平面から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）を図の矢印Ｃ方向から見た側面図である。この図に示すように、薄板用おねじ２０の軸部の径は、薄板１０の「厚み」よりも大きく、また、薄板用おねじ２０の頭部２１の径は、薄板１０の「厚み」に比べてかなり大きいため、薄板用おねじ２０を薄板１０の略Ｔ字状の切り欠き１１に挿入した状態であっても、頭部２１を回すことが可能である。

図７は、図６に示すように薄板用おねじ２０を薄板１０の略Ｔ字状の切り欠き１１に挿入した薄板１０を、支柱３０のスリット３１に挿入して固定した状態を示す図である。この図に示すように、薄板１０を支柱３０のスリット３１に挿入し、薄板用おねじ２０の座面２２が略Ｔ字状の切り欠き１１の「厚み」を支柱３０の方向（図７の矢印Ｄの方向）に押圧するように薄板用おねじ２０の頭部２１を回して、薄板用おねじ２０をスリット３１内のめねじ３２に螺合させることにより、薄板１０を位置調整可能に支柱３０に固定することができる。

このように、薄板用おねじ２０と螺合するめねじ３２をスリット３１内に設けたことにより、ナットなどの別部品を用いることなく、薄板１０の位置を微調整することが可能であり、油膜検出装置が設置された現場において位置調整を行う必要が生じた場合であっても、ナットなどの部品をなくす心配もなく、また、工具などを使用することなく簡単に薄板１０および受光部４の位置調整を行うことができる。

なお、この実施の形態１では、支柱３０のスリット３１が、長尺方向にいずれも開放されていないスリットであるものとして説明したが、支柱の端部（図５（ａ）の下方部分）が開放端となったスリットであっても構わない。

また、この実施の形態１における油膜検出装置では、図２に示すように、受光部４を３枚の薄板１０により固定するものとし、それぞれの薄板１０に対応する支柱３０も３つ備えるものとしたが、受光部４を支持することができ、かつ、受光部４の位置調整を行うことが可能であれば、薄板１０および支柱３０の組はいくつであっても構わない。ただし、できるだけレーザ光や反射光を遮ることがないようにするためにはあまり多くない方が望ましく、かつ、受光部４を支持しつつ位置調整も行うためには、図２に示すように３組の薄板１０および支柱３０を備えるものが最適である。

以上のように、この発明の実施の形態１における薄板固定方法およびそれを用いた油膜検出装置によれば、薄板を支柱に固定する際に、薄板用おねじを用いて、簡単に位置調整しながら固定することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、支柱に薄板を固定する薄板固定方法を、図１および図２に示す油膜検出装置に適用した場合を例に説明する。
この発明の実施の形態２では、薄板１０および薄板用おねじ２０については、実施の形態１における図３，図４，図６に示すものと同じであるが、図５に示す支柱３０に代えて、図９に示す支柱３０を用いるものとする。

この際、薄板１０の支柱３０に対する固定をより確実にするために、図８に示すような固定ねじ４０を用い、図９に示すように、支柱３０が、スリット３１および薄板用おねじ２０と螺合するめねじ３２だけでなく、スリット３１を有する部分であって薄板１０をスリット３１に挿入した場合に薄板１０と干渉しない位置に、固定ねじ用の貫通孔３４および固定ねじ用めねじ３５も備えるものである。

そして、この支柱３０のスリット３１内に薄板１０が挿入されるものであり、図９（ａ）は、支柱３０を、薄板１０が挿入された場合の薄板１０の「幅」方向および「厚み」方向からなる平面から見た平面図、図９（ｂ）はその斜視図、図９（ｃ）は図９（ｂ）の要部拡大図（めねじ３２部分の拡大図と、固定ねじ用の貫通孔３４および固定ねじ用めねじ３５部分の拡大図）である。
なお、この実施の形態２では、支柱３０の端部（図９（ａ）の下方部分）が開放端となったスリットであるものを例に説明するが、実施の形態１と同様に、開放端となっていないスリットであっても構わない。

図１０は、図６に示すように薄板用おねじ２０を薄板１０の略Ｔ字状の切り欠き１１に挿入した薄板１０を、図９に示す支柱３０のスリット３１に挿入して固定した状態を示す図である。この図に示すように、薄板１０を支柱３０のスリット３１に挿入し、薄板用おねじ２０の座面２２が略Ｔ字状の切り欠き１１の「厚み」を支柱３０の方向（図１０の矢印Ｅの方向）に押圧するように薄板用おねじ２０の頭部２１を回して、薄板用おねじ２０をスリット３１内のめねじ３２に螺合させることにより、薄板１０を位置調整可能に支柱３０に固定することができる。

そしてさらに、図８に示す固定ねじ４０を、支柱３０に設けられた固定ねじ用の貫通孔３４に（図１０の矢印Ｆの方向に）挿入し、固定ねじ４０の座面が支柱３０を押圧するように固定ねじ４０の頭部４１を回すことにより、固定ねじ４０を固定ねじ用の貫通孔３４を介して固定ねじ用めねじ３５に螺合させ、位置調整後の薄板１０を支柱３０に確実に固定することができる。

なお、固定ねじ用の貫通孔３４および固定ねじ用めねじ３５は、図９に示すように、スリット３１によって分かれているが、いずれも固定ねじ４０が挿入可能な大きさである。この際、固定ねじ用の貫通孔３４は、その内部にめねじは形成されていない単なる孔であるため、固定ねじ４０を固定ねじ用の貫通孔３４に挿入した場合に、固定ねじ４０の先端がスリット３１を超える位置までは容易に挿入できる。そして、その後は固定ねじ４０の頭部４１を回すことにより、固定ねじ４０を固定ねじ用の貫通孔３４を介して固定ねじ用めねじ３５に螺合させ、固定ねじ４０の座面が支柱３０を押圧する位置まで頭部４１を回すことにより、確実に固定できるものである。

そして、この薄板固定方法を図１および図２に示す油膜検出装置に適用した場合、この油膜検出装置の受光部４の位置の微調整を行うために、検出器Ｗに設けられた３箇所の支柱３０それぞれに対して、薄板１０の位置調整を薄板用おねじ２０を回すことにより行い、３箇所の薄板１０の位置調整により受光部４の位置が決定したところで、それら３箇所それぞれの固定ねじ４０を回すことにより、より確実にそれぞれの薄板１０を対応する支柱３０に固定することができ、この結果、受光部４も位置調整された位置に確実に固定することができる。

このように、固定ねじ用めねじ３５を支柱３０に設けたことにより、ナットなどの別部品を用いることなく、薄板１０を確実に固定することが可能であり、油膜検出装置が設置された現場において位置調整を行う必要が生じた場合であっても、ナットなどの部品をなくす心配もなく、簡単に薄板１０および受光部４の位置調整と確実な固定を行うことができる。

以上のように、この発明の実施の形態２における薄板固定方法およびそれを用いた油膜検出装置によれば、実施の形態１における効果に加え、位置調整して支柱に固定した後の薄板を、より確実に固定することができる。

なお、この実施の形態１，２では、支柱３０を円柱状の支柱として説明したが、四角柱や六角柱など、他の形状の支柱であっても構わないことは言うまでもない。
また、この実施の形態１，２では、薄板１０に設けられた略Ｔ字状の切り欠き１１を、図３に示すように、薄板用おねじ２０の頭部２１が挿入される部分がその頭部２１より大きな「長さ」方向の長さを持つものとして説明したが、図１１，図１２に示すように、薄板用おねじ２０の頭部２１とほぼ同じ大きさの略Ｔ字状の切り欠き１１としてもよい。

この場合、実施の形態１，２それぞれにおいて、薄板１０を支柱３０のスリット３１に挿入して固定した状態を示す図（図７，図１０に対応する図）は、図１３（ａ），（ｂ）のようになる。
これにより、薄板用おねじ２０の頭部２１を回すと、すぐに薄板用おねじ２０の座面２２が略Ｔ字状の切り欠き１１の「厚み」を支柱３０の方向に押圧する状態になるため、位置調整時の応答性がより良くなる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

Ｗ 検出器、１ 光源・走査部、２ 凹面鏡、３ 貫通孔、４ 受光部、５ 収容部、６ 窓、７ 出射窓、９ 水面（検出対象面）、１０ 薄板、１１ 略Ｔ字状の切り欠き、２０ 薄板用おねじ、２１ 薄板用おねじ２０の頭部、２２ 薄板用おねじ２０の座面、３０ 支柱、３１ 支柱３０のスリット、３２ めねじ、３４ 固定ねじ用の貫通孔、３５ 固定ねじ用めねじ、４０ 固定ねじ、４１ 固定ねじ４０の頭部。

Claims (4)

1. 中空部を有する検出器の軸方向に「幅」を有し、前記軸方向に垂直な方向に前記「幅」より長い「長さ」と前記「幅」より短い「厚み」とを有し、前記検出器に設けた支柱から前記中空部の中心方向に向けて配置されてセンサを保持する薄板を、頭部を有する薄板用おねじを用いて前記支柱に固定する薄板固定方法であって、
   前記薄板は、前記「幅」方向および「長さ」方向からなる平面に、前記薄板用おねじを前記「厚み」方向から挿入可能な略Ｔ字状の切り欠きを備え、
   前記支柱は、長尺方向に前記薄板の「幅」よりも長いスリットを備えるとともに、該スリット内に前記薄板用おねじと螺合可能なめねじを備えるものであり、
   前記薄板を前記支柱のスリット内に挿入し、前記薄板用おねじをその座面が前記略Ｔ字状の切り欠きの「厚み」を前記支柱の方向に押圧するように前記スリット内のめねじに螺合させることにより、前記薄板を位置調整可能に前記支柱に固定する
   ことを特徴とする薄板固定方法。
2. 前記支柱は、前記スリットを有する部分であって前記薄板と干渉しない位置に固定ねじ用の貫通孔および固定ねじ用めねじを備えるものであり、
   前記固定ねじ用の貫通孔を介して前記固定ねじ用めねじに固定ねじを螺合させる
   ことを特徴とする請求項１記載の薄板固定方法。
3. 光源から水平方向に広がる検出対象面に向けて略鉛直方向に光を照射し、前記検出対象面からの反射光を検出器の中空部の略中心軸上に配設された受光部により受光することにより、前記検出対象面に存在する油膜を検出する油膜検出装置において、
   前記検出器は、少なくとも２本以上の支柱を備え、
   前記受光部は、前記光源から照射された光軸の方向に「幅」を有し、前記光軸に対して直交する方向に前記「幅」より長い「長さ」と前記「幅」より短い「厚み」とを有し、前記検出器に設けた前記支柱から前記中空部の中心方向に向けて配置された少なくとも２以上の薄板により保持され、
   前記薄板は、前記「幅」方向および「長さ」方向からなる平面に、頭部を有する薄板用おねじを前記「厚み」方向から挿入可能な略Ｔ字状の切り欠きを備え、
   前記支柱は、長尺方向に前記薄板の「幅」よりも長いスリットを備えるとともに、該スリット内に前記薄板用おねじと螺合可能なめねじを備えるものであり、
   前記薄板を対応する前記支柱のスリット内に挿入し、前記薄板用おねじをその座面が前記略Ｔ字状の切り欠きの「厚み」を前記支柱の方向に押圧するように前記スリット内のめねじに螺合させることにより、前記薄板が位置調整可能に前記対応する支柱に固定されている
   ことを特徴とする油膜検出装置。
4. 前記各支柱は、前記スリットを有する部分であって前記薄板と干渉しない位置に固定ねじ用の貫通孔および固定ねじ用めねじを備えるものであり、
   前記固定ねじ用の貫通孔を介して前記固定ねじ用めねじに固定ねじが螺合されている
   ことを特徴とする請求項３記載の油膜検出装置。

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