JP6194139B1 - センサ装置 - Google Patents

Abstract

センサ装置１は、円筒状のケーシングと、信号線と、ケーシングの端部の内周面に設けられたスナップリング３６とを有するセンサ本体と、内部に信号線が挿通される本体管と、一端が本体管の端部に挿入され且つ信号線の挿通孔５３ｅが形成された挿入部材５３とを有し、センサ本体を外部機器と接続させる接続管と、挿入部材５３の外周に回転自在に取り付けられ、ケーシングの端部と螺合することにより、センサ本体と接続管とを連結するユニオンナットとを備える。スナップリング３６は、Ｃ型に形成された基部３６ａと、基部３６ａの内方へ延びて形成され、挿入部材５３に接して挿入部材５３のその軸回りの回転動作を制止する制止部３６ｂとを有している。

Description

本願は、測定対象物に固定して測定対象物の物理量を検出するセンサ装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、測定対象物に固定されて温度や振動を検出するセンサが知られている。このセンサは、円筒状のケーシングに、熱電対および振動検出ユニットが収容されており、ケーシングの先端部が測定対象物に接して固定される。また、このようなセンサ（センサ本体）が接続管（接続軸）を介して通信機と接続されたセンサ装置が、例えば特許文献２に開示されている。このセンサ装置において、接続管とセンサ本体および通信機とはユニオンナットによって連結されており、接続管にはセンサ本体と通信機とに接続される信号線が挿通されている。このセンサ装置では、センサ本体によって検出された温度等に関する信号が信号線を介して通信機に送られ、信号処理された後、外部機器へ送信される。

特開２００８−１７０３８８号公報 特開２０１６−０２０８７８号公報

ところで、特許文献２に開示のセンサ装置では、接続管の端部を補強するために、信号線の挿通孔が形成された挿入部材が接続管の端部に挿入されている。そして、挿入部材の外周に回転自在に設けられたユニオンナットをセンサ本体のケーシングの外周に締結することにより、挿入部材がケーシングの端部と接触してセンサ本体と接続管とが連結される。しかしながら、このような連結構成では、ユニオンナットを締結する際、挿入部材が供回りしてしまい、即ち挿入部材がユニオンナットと共に回転してしまい、そのため、信号線が捩じられて断線する虞があった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、接続管の端部に設けられた挿入部材の外周に回転自在に取り付けられたユニオンナットをセンサ本体のケーシングに締結する際、挿入部材の供回りを防止し得るセンサ装置を提供することにある。

本願に開示の技術は、上記の目的を達成するために、センサ本体に設けられているスナップリングを利用して、挿入部材の回転を阻止するようにした。

具体的に、本願のセンサ装置は、センサ本体と、接続管と、ユニオンナットとを備えている。上記センサ本体は、円筒状のケーシングと、信号線と、スナップリングとを有している。上記ケーシングは、測定対象物の物理量を検出する検出機構が収容されている。上記信号線は、上記検出機構に接続されている。上記スナップリングは、上記ケーシングの端部の内周面に設けられ、上記検出機構を支持するものである。上記接続管は、本体管と、略円柱状の挿入部材とを有し、上記センサ本体を外部機器と接続させるものである。上記本体管は、内部に上記信号線が挿通されている。上記挿入部材は、一端が上記本体管の端部に挿入され且つ上記信号線の挿通孔が形成されている。上記ユニオンナットは、上記挿入部材の外周に回転自在に取り付けられ、上記ケーシングの上記端部の外周面と螺合することにより、上記センサ本体と上記接続管とを連結するものである。

そして、上記スナップリングは、上記内周面の周方向に延びる基部を有している。また、上記スナップリングは、上記基部の内方へ延びて形成され、上記挿入部材に接して該挿入部材のその軸回りの回転動作を制止する制止部を有している。

本願のセンサ装置では、ユニオンナットを回転させてセンサ本体のケーシングの端部に螺合させることにより、接続管およびセンサ本体を回転させることなく両者を連結することができる。そして、本願のセンサ装置によれば、スナップリングが、基部の内方へ延びて挿入部材に接し、その挿入部材の回転動作を制止する制止部を有するようにした。これにより、ユニオンナットをセンサ本体のケーシングに締結する際、ユニオンナットが挿入部材に接してユニオンナットの回転力が挿入部材に作用しても、挿入部材が回転するのを防止することができる。したがって、ユニオンナットの締結による挿入部材の供回りを防止することができる。その結果、挿入部材の挿通孔に挿通されている信号線が捩られて断線してしまうことを回避することができる。

図１は、実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示す正面図である。 図２は、実施形態に係るセンサ本体の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施形態に係る接続管の概略構成を示す断面図である。 図４は、実施形態に係るスナップリングを示す平面図である。 図５は、実施形態に係る下側挿入部材を示す図であり、（Ａ）は断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）の左側面図を示し、（Ｃ）は（Ａ）の右側面図を示す。 図６は、スナップリングおよび下側挿入部材を下方から視て示す図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示す本実施形態のセンサ装置１は、図示しない固定器具によって測定対象物（例えば、スチームトラップ）に固定され、該測定対象物の物理量である振動および温度の２つを検出する、いわゆる固定タイプのセンサである。センサ装置１は、例えば上下方向に延びる状態で測定対象物に固定される。

センサ装置１は、センサ本体２と、通信機３と、接続管４と、ユニオンナット５，６とを備えている。接続管４は、両端がユニオンナット５，６によってセンサ本体２と通信機３に連結されている。通信機３は、本願の請求項に係る外部機器に相当し、図示しないが、信号処理回路や発信部が内蔵されており、センサ本体２によって検出された測定対象物の振動および温度に関する信号が送られる。

〈センサ本体の構成〉
図２に示すように、センサ本体２は、ケーシング１０と、振動検出機構２０と、温度検出機構４０とを備えている。振動検出機構２０および温度検出機構４０は、本願の請求項に係る検出機構を構成している。

ケーシング１０は、略円筒状に形成され、大径部１１、中径部１２および小径部１３を有する。大径部１１の外周面には、上述したユニオンナット５が締結される雄ねじ部１１ａが形成されている。小径部１３の外周面には、上述した固定器具に締結される雄ねじ部１３ａが形成されている。

振動検出機構２０は、検出針２１と、ホルダー２２と、圧電素子２５，２６と、電極板２７，２８と、ウエイト２９と、皿バネ３１と、キャップ３２とを備え、ケーシング１０に収容されて測定対象物の振動を検出（測定）するものである。

検出針２１は、細長い棒状の部材であり、後方側から順に、大径部２１ａ、中径部２１ｂおよび小径部２１ｃが形成されている。検出針２１は、ケーシング１０と同軸に配置されると共に、先端２１ｄがケーシング１０から突出する状態で配置されている。

ホルダー２２は、内側の金属製ホルダー２３と、該金属製ホルダー２３を収容保持する外側の樹脂製ホルダー２４とで構成されている。金属製ホルダー２３および樹脂製ホルダー２４は、何れも、有底の円筒状に形成されており、ケーシング１０と同軸に配置されている。

金属製ホルダー２３は、大径部２３ａおよび小径部２３ｂが後方側から順に形成されると共に、底壁２３ｃに挿入孔２３ｄが形成されている。金属製ホルダー２３は、底壁２３ｃの挿入孔２３ｄに検出針２１の後端が挿入されて固定されている。検出針２１の大径部２１ａは、挿入孔２３ｄよりも大径に形成されており、底壁２３ｃの内面に接している。金属製ホルダー２３の小径部２３ｂには、前方側から順に、第１圧電素子２５、第１電極板２７、第２圧電素子２６および第２電極板２８が互いに接した状態で配置されている。第１圧電素子２５は、検出針２１の大径部２１ａに接した状態で配置されている。

なお、金属製ホルダー２３の小径部２３ｂの内面には、圧電素子２５，２６および電極板２７，２８の外周を保持するガイド部２３ｅが形成されている。また、２つの電極板２７，２８には、図示しないが、後述する２本の信号線５６が接続されている。つまり、２本の信号線５６はセンサ本体２から接続管４内を通って通信機３内まで配線されている。

ウエイト２９、皿バネ３１およびキャップ３２は、金属製ホルダー２３内に収容されて保持されている。ウエイト２９は、金属製ホルダー２３において第２電極板２８の後方に配置されており、金属製ホルダー２３の大径部２３ａと小径部２３ｂとに跨って収容されている。ウエイト２９は、一体形成された頭部２９ａと軸部２９ｂとで構成され、軸部２９ｂが第２電極板２８に接している。皿バネ３１は、ウエイト２９の後方に配置されており、ウエイト２９を前方へ付勢することによって圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付けている。キャップ３２は、皿バネ３１の後方に２つ配置されている。キャップ３２は、外周面に雄ネジが形成された円板状の部材であり、金属製ホルダー２３の大径部２３ａの内面と螺合することで金属製ホルダー２３に固定される。キャップ３２は、その締め付け力によって皿バネ３１およびウエイト２９を介して圧電素子２５，２６等を検出針２１に押し付ける。

こうして、圧電素子２５，２６がウエイト２９や皿バネ３１等によって検出針２１に所定の力（初期押付け力）で押し付けられる。これにより、測定対象物以外の振動や力が外乱として圧電素子２５，２６に作用しても、その外乱を吸収することができ、外乱による影響を受けずにすむ。

樹脂製ホルダー２４は、金属製ホルダー２３の前方側に配置され、金属製ホルダー２３の小径部２３ｂと大径部２３ａの過半部を収容している。本実施形態では、金属製ホルダー２３はその小径部２３ｂが樹脂製ホルダー２４に圧入されることにより固定されている。樹脂製ホルダー２４は、底壁２４ｃに挿入孔２４ｄが形成されており、その挿入孔２４ｄに検出針２１の中径部２１ｂが嵌合している。樹脂製ホルダー２４は、側壁２４ａの端部に厚肉のバネ受け部２４ｂが形成されている。

センサ本体２は、振動検出機構２０を前方へ付勢するコイルバネ３５を備えている。振動検出機構２０は、ケーシング１０の軸方向（即ち、前後方向）に変位可能にケーシング１０に挿入されている。コイルバネ３５は、ケーシング１０の大径部１１に収容され、振動検出機構２０の後方に配置されている。コイルバネ３５の一端は、スナップリング３６に支持されている。スナップリング３６は、ケーシング１０の端部である大径部１１の内周面に形成された溝１１ｂに嵌め込まれており、コイルバネ３５の一端を受けている。コイルバネ３５の他端は、樹脂製ホルダー２４のバネ受け部２４ｂに接している。そして、コイルバネ３５は、樹脂製ホルダー２４（ホルダー２２）を前方へ付勢することで振動検出機構２０を前方へ付勢し、検出針２１の先端２１ｄをケーシング１０から突出させるように構成されている。スナップリング３６の詳細な構成については後述する。

温度検出機構４０は、接触板４１（伝熱板）と、保持部材４２とを備え、ケーシング１０に収容されて測定対象物の温度を検出（測定）するものである。接触板４１は、略環状の板部材である。保持部材４２は、検出針２１の小径部２１ｃと接触板４１を保持するものである。保持部材４２は、略円筒状に形成され、ケーシング１０の小径部１３の先端側に収容（挿入）されている。接触板４１は、保持部材４２の先端に保持されている。

保持部材４２には、それぞれ軸方向に延びる、１つの検出針用孔４３と、２つの熱電対線用孔４４，４５とが形成されている。検出針用孔４３は、保持部材４２の中央に形成された貫通孔であり、検出針２１の小径部２１ｃが挿入されている。２つの熱電対線用孔４４，４５は、２本の熱電対線（図示省略）が挿通されている。この２本の熱電対線は、後述する信号線５７であり、一端が接触板４１に接続され、他端が接続管４を通って通信機３に接続されている。また、ケーシング１０内には保持部材４２をケーシング１０の先端側へ付勢するコイルバネ４６が設けられている。

上述したセンサ本体２では、検出針２１の先端２１ｄを測定対象物に押し当てて検出針２１を押し込むことによって、測定対象物の機械的振動が検出針２１に伝わり、圧力変動として圧電素子２５，２６に作用する。これに応じて圧電素子２５，２６に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する信号が電極板２７，２８から信号線を介して通信機３に送られて測定対象物の振動が検出（測定）される。また、センサ本体２では、検出針２１が押し込まれることによって接触板４１が測定対象物に接する。そうすると、測定対象物の熱が接触板４１に伝わり、２本の熱電対線において電位差が生じる。そして、この電位差に関する信号が通信機３に送られて測定対象物の温度が検出（測定）される。以上のようにして検出された測定対象物の振動および温度の数値は、通信機３から別の受信部（図示省略）へ無線送信される。

〈接続管の構成〉
図３に示すように、接続管４は、本体管５０と、２つの挿入部材５３，５４と、複数（本実施形態では、４本）のチューブ５５とを備えており、センサ本体２を通信機３と接続させるものである。接続管４は、いわゆるフレキシブル管を構成している。

本体管５０は、内部に４本の信号線５６，５７が挿通されており、接続管４の本体を構成している。なお、４本の信号線５６，５７のうち、２本の信号線５６は振動検出機構２０の電極板２５，２６に接続され、２本の信号線５７（熱電対線）は温度検出機構４０の接触板４１に接続されている。本体管５０は、金属製（例えば、ステンレス製）の管である。本体管５０は、両端部（即ち、センサ本体２および通信機３との連結部）が直線部５２となっており、それ以外は波形部５１となっている。波形部５１は、管壁が波形状に形成され、可撓性を有する部分である。

２つの挿入部材５３，５４は、本体管５０の両端部（即ち、直線部５２）に嵌め込まれて、本体管５０の端部を補強する部材であり、接続管４の端部を構成している。なお、挿入部材５３，５４は例えば樹脂製である。

具体的に、本体管５０の下端（図３において右側端）に嵌め込まれる挿入部材が下側挿入部材５３であり、本体管５０の上端（図３において左側端）に嵌め込まれる挿入部材が上側挿入部材５４である。図５にも示すように、下側挿入部材５３および上側挿入部材５４は、互いに基本構成は同じであり、基部５３ａ，５４ａおよびフランジ５３ｂ，５４ｂを有している。基部５３ａ，５４ａは略円柱状に形成されており、フランジ５３ｂ，５４ｂは基部５３ａ，５４ａにおける軸方向の略中央に形成されている。基部５３ａ，５４ａの一端は、本体管５０の端部に嵌め込まれる（挿入される）内方部５３ｄ，５４ｄとなっている。この内方部５３ｄ，５４ｄは、本体管５０の端部の内径とほぼ同じ外径を有している。

一方、基部５３ａ，５４ａの他端（即ち、本体管５０に挿入される側と反対側の端部）は、外方部５３ｃ，５４ｃとなっている。下側挿入部材５３の外方部５３ｃはケーシング１０の端部である大径部１１に挿入され、上側挿入部材５４の外方部５４ｃは通信機３に挿入される。また、基部５３ａ，５４ａには、それぞれ軸方向に貫通する４つの挿通孔５３ｅ，５４ｅが形成されている。４つの挿通孔５３ｅ，５４ｅには、それぞれ信号線５６，５７が１本ずつ挿通される。

４本のチューブ５５は、可撓性を有する樹脂製の管状部材である。４本のチューブ５５は、本体管５０に内挿（挿入）されており、両端が挿入部材５３，５４の基部５３ａ，５４ａに固定されている。具体的に、各チューブ５５は、下端が下側挿入部材５３における基部５３ａの挿通孔５３ｅに挿入され、上端が上側挿入部材５４における基部５４ａの挿通孔５４ｅに挿入されている。各チューブ５５には、信号線５６，５７が１本ずつ挿通されている。つまり、チューブ５５は、本体管５０内において信号線５６，５７を配線するためのガイド部材を構成している。

〈ユニオンナットの構成〉
ユニオンナット５，６は、何れも同様の構成であるため、ここでは、ユニオンナット５について説明する。図３に示すように、ユニオンナット５は、略円筒状の部材であり、上端部には内方へ突出するフック状の掛かり部５ａが形成され、下端部の内周面には雌ねじ部５ｂが形成されている。ユニオンナット５は、下側挿入部材５３の外周に回転自在に取り付けられている。ユニオンナット５は、掛かり部５ａが下側挿入部材５３のフランジ５３ｂに本体管５０の端部を介して掛かっている。そして、ユニオンナット５は、雌ねじ部５ｂがケーシング１０における大径部１１の外周面に形成された雄ねじ部１１ａと螺合することにより、掛かり部５ａが本体管５０の端部および下側挿入部材５３のフランジ５３ｂをケーシング１０の大径部１１に押し付ける（接触させる）。こうして、センサ本体２と接続管４とが連結される。なお、ユニオンナット６は、上側挿入部材５４の外周に回転自在に取り付けられており、通信機３と螺合することにより、通信機３と接続管４とを連結させる。

〈スナップリングおよび下側挿入部材の詳細な構成〉
図４および図６に示すように、センサ本体２のスナップリング３６は、基部３６ａと制止部３６ｂとを有している。基部３６ａは、ケーシング１０における大径部１１の内周面の周方向に延びる円弧状に形成されている。制止部３６ｂは、基部３６ａの内方へ延びて形成され、下側挿入部材５３に接して下側挿入部材５３のその軸回りの回転動作を制止する部分である。具体的に、スナップリング３６の基部３６ａは、環状の一部が切除されたＣ型に形成されている。スナップリング３６の制止部３６ｂは、基部３６ａの一端が内方へ折り曲げられて成っている。

下側挿入部材５３の外方部５３ｃは、ケーシング１０の大径部１１においてスナップリング３６の位置まで挿入されている（図３参照）。また、下側挿入部材５３の外方部５３ｃは、外径がスナップリング３６の基部３６ａの内径よりも小さい。そして、図５（Ｃ）および図６に示すように、下側挿入部材５３の外方部５３ｃには、被制止部５３ｇが形成されている。被制止部５３ｇは、外方部５３ｃの外周面５３ｆにおいて凹状に形成されている。具体的に、被制止部５３ｇは、外方部５３ｃの外周面５３ｆにおいて内方へ凹む円弧状に形成されており、外方部５３ｃの周方向において複数（本実施形態では、１２個）形成されている。

図６に示すように、スナップリング３６の制止部３６ｂは、下側挿入部材５３の被制止部５３ｇに入り該被制止部５３ｇに接することにより、下側挿入部材５３の回転を制止（阻止）するように構成されている。つまり、ユニオンナット５をセンサ本体２のケーシング１０に締結する際、ユニオンナット５の回転力が掛かり部５ａを通じて下側挿入部材５３に作用しても、下側挿入部材５３の回転（供回り）がスナップリング３６の制止部３６ｂによって制止される。さらに、スナップリング３６の制止部３６ｂは、基部３６ａの径方向からユニオンナット５の締結時の回転方向（図６に太線の矢印で示す方向）と逆方向となる側へ傾いて延びている。そのため、下側挿入部材５３の供回り（回転）が確実に制止される。

以上のように、上記実施形態のセンサ装置１では、スナップリング３６が、基部３６ａの内方へ延びて下側挿入部材５３に接し、その下側挿入部材５３の回転動作を制止する制止部３６ｂを有するようにした。これにより、ユニオンナット５をセンサ本体２のケーシング１０に締結する際、ユニオンナット５の回転力が下側挿入部材５３に作用しても、下側挿入部材５３が回転するのを防止することができる。したがって、ユニオンナット５の締結による下側挿入部材５３の供回りを防止することができる。よって、下側挿入部材５３の供回りによって起こる信号線５６，５７の捩れを防止することができる。

また、センサ本体２に元々設けられているスナップリング３６を利用して、下側挿入部材５３の回転動作を制止するようにしたため、制止用の部材を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

また、上記実施形態のスナップリング３６では、基部３６ａの一端を内方へ折り曲げることにより制止部３６ｂを形成するようにしたため、簡易な構成で下側挿入部材５３の回転動作を制止することができる。

また、上記実施形態では、下側挿入部材５３の外方部５３ｃの外周面５３ｆにおいてスナップリング３６の制止部３６ｂが入る凹状の被制止部５３ｇを設けるようにした。これにより、スナップリング３６の制止部３６ｂが下側挿入部材５３から離れてしまうことを防止できるので、確実に下側挿入部材５３の回転動作を制止部３６ｂによって制止することができる。

また、上記実施形態のスナップリング３６では、制止部３６ｂを、基部３６ａの径方向からユニオンナット５の締結時の回転方向と逆方向となる側へ傾いて延びるように形成した。これにより、下側挿入部材５３の回転動作に対し確実に対抗することができるので、確実に下側挿入部材５３の供回りを防止することができる。

また、上記実施形態の下側挿入部材５３では、外方部５３ｃの周方向において被制止部５３ｇを複数設けるようにしたため、スナップリング３６の制止部３６ｂと下側挿入部材５３の被制止部５３ｇとの位置決めを容易に行うことができる。

なお、上記実施形態のスナップリング３６では、基部３６ａの一端を内方へ折り曲げて制止部３６ｂを形成するようにしたが、本願に開示の技術はこれに限らず、例えば、基部の途中の部分を内方へ膨出させて（折り曲げて）制止部を形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の下側挿入部材５３において、被制止部５３ｇの形状は円弧状以外の凹部（例えば、矩形の凹部）であってもよいし、被制止部５３ｇの数は１つでもよいし上述した数以外の複数であってもよい。

また、上記実施形態では、センサ本体２が振動および温度の一方のみを検出するものであってもよいし、他の物理量を検出するものであってもよい。

本願に開示の技術は、測定対象物に固定して測定対象物の物理量を検出するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
２ センサ本体
３ 通信機（外部機器）
４ 接続管
５ ユニオンナット
１０ ケーシング
２０ 振動検出機構（検出機構）
３６ スナップリング
３６ａ 基部
３６ｂ 制止部
４０ 温度検出機構（検出機構）
５０ 本体管
５３ 下側挿入部材（挿入部材）
５３ｃ 外方部（端部）
５３ｆ 外周面
５３ｇ 被制止部
５６,５７ 信号線

Claims (5)

1. 測定対象物の物理量を検出する検出機構が収容された円筒状のケーシングと、上記検出機構に接続される信号線と、上記ケーシングの端部の内周面に設けられ、上記検出機構を支持するスナップリングとを有するセンサ本体と、
   内部に上記信号線が挿通される本体管と、一端が上記本体管の端部に挿入され且つ上記信号線の挿通孔が形成された略円柱状の挿入部材とを有し、上記センサ本体を外部機器と接続させる接続管と、
   上記挿入部材の外周に回転自在に取り付けられ、上記ケーシングの上記端部の外周面と螺合することにより、上記センサ本体と上記接続管とを連結するユニオンナットとを備え、
   上記スナップリングは、上記内周面の周方向に延びる基部と、該基部の内方へ延びて形成され、上記挿入部材に接して該挿入部材のその軸回りの回転動作を制止する制止部とを有している
   ことを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記スナップリングの上記基部は、環状の一部が切除されたＣ型に形成され、
   上記スナップリングの上記制止部は、上記基部の一端が内方へ折り曲げられてなる
   ことを特徴とするセンサ装置。
3. 請求項１または２に記載のセンサ装置において、
   上記挿入部材は、上記本体管に挿入される側と反対側の端部が上記ケーシングの上記端部に挿入されており、上記反対側の端部の外周面に凹状に形成され、上記制止部が入る被制止部を有している
   ことを特徴とするセンサ装置。
4. 請求項３に記載のセンサ装置において、
   上記スナップリングの上記制止部は、上記基部の径方向から上記ユニオンナットの締結時の回転方向と逆方向となる側へ傾いて延びている
   ことを特徴とするセンサ装置。
5. 請求項３に記載のセンサ装置において、
   上記挿入部材の上記被制止部は、上記反対側の端部の周方向において複数形成されている
   ことを特徴とするセンサ装置。
   

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