JP6156931B2 - 緊迫力測定装置の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、外部からの加圧にて変形して歪みを生じる密閉容器内に封じ込められた液体の圧力の変化を測定することで、外部周囲からの緊迫力を測定する緊迫力測定装置に係るものである。

従来からこの種の緊迫力の測定は、緊迫力を受ける側の物体を測定機として用い、緊迫力によって生じる歪みを利用し、歪みゲージ、圧電素子もしくは油圧等を用いて緊迫力を測定している。

従来の緊迫測定装置の例としては、図４に示すように、半円柱状の１対の起歪体２０の平面部に彫込ザグリを設けて、各２つ計４つの歪みゲージ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが貼り付けられており、ホイートストンブリッジが形成され、起歪部に圧縮力が働くと各歪みゲージに圧縮と伸びの歪みが発生し、其の歪み量をホイートストンブリッジからの電気信号として取り出すことができるものがある。

この緊迫測定装置では、半円柱状の1対の起歪体の略中央に起歪体の周囲から緊迫力が印加されると、ゲージに垂直な成分の力が起歪体に働き、起歪体に歪みが発生し、ゲージの抵抗値の変化から得られる信号を基に緊迫力値として出力されている。

また一方では、液体を起歪可能なダイヤフラムに当て、液体の圧力変化を測定する手法が考案されている。（特許文献１参照）

また、液体中にてダイヤフラムの変形を棒状のものでセンシング部に伝達して歪みを測る手法も考案されている。（特許文献２参照）

特開平０７−１７４６５２号公報 特開２００８−７６１５５号公報

しかし、半円柱状の１対の起歪体による構成では、全周囲からの圧力を上下方向の力のみで代表することや、起歪体の剛性が低く大きな緊迫力に対しては、実際の緊迫力との差異が発生してしまう問題があった。

また、液体の圧力を測定する構成では、液体の体積熱膨張率は、被測定部の体積熱膨張率よりはるかに大きく、僅かな温度変化でも圧力は大きく変動し、この手法の展開では圧力を精度良く測ることは極めて困難であり、静電容量タイプの圧力センサでは特にこれが課題となりうる。

また、被測定部としてのダイヤフラムの変形を機械的部材を用いてセンサへ伝達する構成では、伝達にロスが生じると共に、各部品の寸法精度、高い組み立て精度が必要で、コストアップになるという難点があった。

一方、内部に液体を封入密閉して液体の圧力を測定する構成では、液体の封入が難しいという点があげられる。すなわち、液体の封入に際して気泡などが混入するとこの気体の影響で正確な圧力値が得られないことになる。

また液体に圧縮力を加えて充填すると、常に圧力がかかった状態になり、正確な圧力測定が出来ないとともに、経時的に液漏れを生じさせる原因ともなり得る。

本発明は、全周囲からの圧力をロス無く捉え、温度変化に左右されず、簡単に液体を充填することが出来、非常にシンプルな構成で、極めて精度が高い緊迫力測定装置を提供することを課題としている。

本発明は、
少なくとも１つ以上の開口を有した中空構造の容器の形状を成し、外部からの加圧により
歪みを生じる被測定部と、
被測定部と隙間を有して被測定部の開口から挿入可能な外形を有する内部調整部材と、
被測定部と内部部材の隙間に充填される液体と、
被測定部の弾性変形によって圧縮もしくは膨張となる液体の変形に応じて弾性変形する
変形部材と、
変形部材の変形量を電気信号に変換して出力する圧力センサ部と、
被測定部とパッキンを挟んで固定ナットの緊合によって形成される中空空間に、隙間を有して内部調整部材と液体とを装填する容器と、
を有し、
液体と内部調整部材の平均体積熱膨張率が、被測定部および容器の平均体積熱膨張率と略
等しくなるように設けられ、
容器は、容器が液体と接する箇所から容器の外装面へ貫通した少なくとも１つ以上の貫
通孔を備え、
貫通孔に容器の外装面側から貫通孔と隙間なく密着する形状を有する封止部材と、
封止部材を貫通孔に圧接させる圧接部材とをさらに備える緊迫力測定装置の組立方法であって、
容器の貫通孔を開放して、液体の液中で内部調整部材を被測定部及び容器に挿入し、パッキンを挟んで固定ナットにより被測定部と容器を締結する工程と、
液体の液中で封止部材を貫通孔内に挿入する工程と、
液体の液中で圧接部材にて封止部材を圧接する工程と、
を有している。

なお、貫通孔は円形であることが望ましい。

また、貫通孔が円形である際には、封止部材の貫通孔に密着する面は略球面であることが望ましい。

また、圧力センサ部は歪みゲージを有して成すことが望ましい。

実施形態に係る緊迫力測定装置の断面構造図である。 実施形態に係る緊迫力測定装置の断面構造一部拡大図である。 実施形態に係る緊迫力測定装置の部分透視の外観図である。 従来の緊迫力測定装置の例を示す略構造図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る緊迫力測定装置について説明する。

図１に示すように、本発明の緊迫力測定装置は略円筒形をした被測定部１と容器７に囲まれた空間に液体２と略円柱形状の内部調整部材３が入っており、パッキン４を介して、固定ナット５により締め付けられて密閉構造になっている。固定ナット５と容器７には螺合により結合できるようにネジ部１３が設けられている。

本実施例では、被測定部１および容器７は、腐食性や体積熱膨張率などを考慮して、ステンレス材が用いられている。

また液体２はグリセリン、内部調整部材３は鉄とニッケルの合金である不変鋼のＩＮＶＡＲ（登録商標）を用いている。

被測定部１の外部周囲から緊迫力を受けると、被測定部１は変形し、被測定部１内部の容積が小さくなり、内部の圧力は液体２を介して変形部材７ａを押し、圧力の上昇として起歪量、つまり外周部からの緊迫力を測定することが出来る構造になっている。

変形部材７ａは容器７と一体で形成されており、液体２の反対側には圧力センサ６が、変形部材７ａに接して取り付けられている。圧力センサ６はここで変形部材７ａの変形量を電気信号に変換して、ケーブル１２により外部へ送信する。

本実施例では、圧力センサ６における圧力検知は、歪みゲージを用いているが、変形部材７ａから伝達される圧力に応じて電気信号を発生するものであれば、なんら限定されるものではないことは勿論である。

また本実施例では、変形部材７ａは容器７と同じ部材で一体化したもので実施しているが、別体で設けることも可能である。また圧力センサ６と一体化する構成も適用可能である。

液体２と内部調整部材３の体積割合を決める設計は以下の方法で行うことができる。
被測定部１および容器７はステンレス材で、体積熱膨張率が３３ｐｐｍ／℃、
液体は例えばグリセリンで、体積熱膨張率５００ｐｐｍ／℃、
内部調整部材３は不変鋼で、体積熱膨張率６ｐｐｍ／℃の場合、
被測定部１および容器７に囲まれた部分の体積割合を１として、
内部調整部材３の体積割合をｘとし、液体２の体積割合をｙとすれば、
６ｘ＋５００ｙ＝３３
ｘ＋ｙ＝１
なる連立方程式が生成され、これを解き、
ｘ＝０．９４５ ｙ＝０．０５５を得ることができる。
従って、内部調整部材３の体積割合は、約０．９４５すなわち９４．５％であり、液体２の体積割合は、約０．０５５すなわち５．５％である。

上記計算方式に基づき、内部調整部材３のサイズは、所望される被測定部１のサイズから容易に決定することが可能である。

次いで図１および図２を参照して本発明の緊迫力測定装置の液体２の封止について説明する。

予め真空脱泡や加熱脱泡を行って気体の混入を防いだ液体２を用い、この液中で内部調整部材３を被測定部１および容器７に挿入し、パッキン４を挟んで、固定ナット５により被測定部１と容器７は密閉して締結される。

この際には、容器７に設けられた貫通穴８は開放しておき、上記固定ナット５により締め付け完了後に、液中にて封止部材１０を貫通孔８内に挿入し、その後圧接部材９の例えばネジを用いて封止部材１０を圧接することにより、封止部材１０は貫通穴８に密着固定される。これにより液体２が被測定部１および容器７の内部に隙間なく充填することが出来る。

なお、貫通孔８が円形の場合、封止部材１０は隙間なくこれに接する球面であるのが望ましい。

また圧接部材９は本実施例ではネジを用いたが、貫通孔８に封止部材１０を圧接可能な部材であれば、これに限るものではない。

以上のように、本実施例によれば、封入された液体と内部調整部材の体積熱膨張率を、これらを外側から密閉している被測定部および容器の体積熱膨張率に合せることで温度影響による圧力変動を排除し、高精度な測定を可能にするとともに、封止部材により液体の充填を容易にし、かつ経時的な液漏れを防止する構成を有している。

本発明は、例えば工作機械の交換可能な刃物を拘止するチャック部の緊迫力を確認する測定器等に適用することができる。

１ 被測定部、 ２ 液体、 ３ 内部調整部材、４ パッキン、５ 固定ナット、 ６ 圧力センサ、 ７ 容器、 ７a 変形部材、８ 貫通孔、 ９ 圧接部材、 １０ 封止部材、１１ ケース、 １２ ケーブル、１３ ネジ部、２０ 起歪体、２１ａ ２１ｂ ２１ｃ ２１ｄ 歪みゲージ

Claims (4)

1. 少なくとも１つ以上の開口を有した中空構造の容器の形状を成し、外部からの加圧によ
   り歪みを生じる被測定部と、
   前記被測定部と隙間を有して前記被測定部の前記開口から挿入可能な外形を有する内部
   調整部材と、
   前記被測定部と前記内部部材の前記隙間に充填される液体と、
   前記被測定部の弾性変形によって圧縮もしくは膨張となる前記液体の変形に応じて弾性
   変形する変形部材と、
   前記変形部材の変形量を電気信号に変換して出力する圧力センサ部と、
   前記被測定部とパッキンを挟んで固定ナットの緊合によって形成される中空空間に、隙間を有して前記内部調整部材
   と前記液体とを装填する容器と、
   を有し、
   前記液体と前記内部調整部材の平均体積熱膨張率が、前記被測定部と前記容器の平均体積
   熱膨張率と略等しくなるように設けられ、
   前記容器は、前記容器が前記液体と接する箇所から前記容器の外装面へ貫通した少なく
   とも１つ以上の貫通孔を備え、
   前記貫通孔に前記容器の外装面側から前記貫通孔と隙間なく密着する形状を有する封止
   部材と、
   前記封止部材を前記貫通孔に圧接させる圧接部材とをさらに備える緊迫力測定装置の組立方法であって、
   前記容器の前記貫通孔を開放して、前記液体の液中で前記内部調整部材を前記被測定部及び前記容器に挿入し、前記パッキンを挟んで前記固定ナットにより前記被測定部と前記容器を締結する工程と、
   前記液体の液中で前記封止部材を前記貫通孔内に挿入する工程と、
   前記液体の液中で前記圧接部材にて前記封止部材を圧接する工程と、
   を有することを特徴とした緊迫力測定装置の組立方法。
2. 前記貫通孔が円形であることを特徴とする、請求項１に記載の緊迫力測定装置の組立方法。
3. 前記封止部材の前記貫通孔に密着する部分が、略球面であることを特徴とする、請求
   項２に記載の緊迫力測定装置の組立方法。
4. 前記圧力センサ部が歪みゲージを有して成すことを特徴とする、請求項１から３に記
   載の緊迫力測定装置の組立方法。