JP6216649B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物に固定して温度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、測定対象物に押し当てて温度を検出する、いわゆるハンディタイプのセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、ケーシング（プローブ）と、該ケーシングの先端部に挿入された保護管と、該保護管の先端部に挿入された熱電対とを備えている。熱電対は、ケーシング内に配線されて信号処理回路に接続される熱電対線を有している。このセンサ装置では、ケーシングを手で握って熱電対を測定対象物に押し当てることにより、温度に関する信号が熱電対線を介して信号処理回路に送られて測定対象物の温度が検出される。

また、例えば特許文献２に開示されているように、温度を検出するセンサを測定対象物に固定する固定器具が知られている。この固定器具では、ケーシングの外周面に雄ねじ部が形成されたセンサが保持部材にねじ締結されることにより、センサを測定対象物に固定している。

特開平７−５５５４８号公報 特開２０１３−１７０６８６号公報

ところで、特許文献１に開示のセンサ装置においてケーシング（保護管を含む）の外周面に雄ねじ部を形成し、そのセンサ装置を特許文献２に開示の固定器具にねじ締結する場合または測定対象物自体にねじ締結する場合、センサ装置の熱電対線が捩れて断線する虞があった。即ち、ケーシングを回転させてねじ締結する際、熱電対線が接続された信号処理回路はケーシングに直接的または間接的に保持されているためケーシングと共に回転するが、熱電対はケーシングに主として挿入されているだけであるため回転しない場合が起こり得る。そうすると、熱電対線の一端はケーシングの回転動作に追従するが、他端は静止したままとなる。そのため、熱電対線は捩れて断線する虞があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ装置を固定器具または測定対象物自体にねじ締結する際、熱電対線の捩れを防止することにある。

本発明に係るセンサ装置は、外周面に雄ねじ部が形成された筒状のケーシングと、一端が該ケーシングのねじ締結時に該ケーシングと共に回転する熱電対線を有する熱電対と、上記ケーシングに挿入され、上記熱電対線の他端と共に、上記ケーシングと同軸で回転する保持部材と、上記ケーシングのねじ締結時に上記保持部材を上記ケーシングと共に回転させる供回り機構とを備えている。

本発明によれば、ケーシングのねじ締結時に、供回り機構によって保持部材がケーシングと共に回転するため、熱電対線の両端共にケーシングの回転動作に追従させることができる。したがって、ケーシングのねじ締結時において熱電対線が捩れて断線するのを防止することができる。

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、実施形態に係るセンサ本体の要部を拡大して示す断面図である。 図４は、図３におけるＸ−Ｘ線の断面図である。 図５は、センサ装置が連結された状態の固定器具を示す断面図である。 図６は、実施形態の変形例に係る図４相当図である。 図７は、実施形態の変形例に係る図４相当図である。

以下、本発明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、本発明、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、後述する固定器具５０に連結して測定対象物に固定し、該測定対象物の振動および温度の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、センサ本体２と、アンテナ３と、接続軸４とを備えている。接続軸４は、中空軸であり、両端がナット５，６によってセンサ本体２とアンテナ３に連結されている。アンテナ３は、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温度および振動に関する信号が送られる。

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３０（熱電対）と、保持部材４０とを備えている。

ケーシング１０は、略円筒状に形成され、大径部１１および小径部１２を有する。大径部１１の外周面には、上述したナット５が締結される雄ねじ部１１ａが形成されている。小径部１２の外周面には、後述する固定器具５０に締結される雄ねじ部１２ａが形成されている。小径部１２の先端には、保持部材４０のストッパー１３が設けられている。本実施形態において、ストッパー１３はケーシング１０の一部を構成する。

振動検出機構２０は、検出針２１と、２つの圧電素子２２，２３と、２つの電極板２４，２５と、ウエイト２６とを備え、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、ケーシング１０に挿入されている。検出針２１の基端２１ｂには、第１圧電素子２２、第１電極板２４、第２圧電素子２３、第２電極板２５およびウエイト２６が順にケーシング１０内において配置されている。検出針２１の基端２１ｂ、圧電素子２２，２３、電極板２４，２５およびウエイト２６は、ウエイトカバー２７によって覆われている。また、ケーシング１０内には、ウエイトカバー２７を検出針２１の先端２１ａ側（図２において右側）へ付勢するばね２８が設けられると共に、該ばね２８の抜け出しを防止する止め輪２９が設けられている。検出針２１の基端２１ｂ、圧電素子２２，２３および電極板２４，２５は、ウエイト２６の重力によって互いに密接している。２つの電極板２４，２５は、それぞれ信号線Ｓによってアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、信号線Ｓはセンサ本体２から接続軸４内を通ってアンテナ３内まで配線されている。

図３にも示すように、温度検出機構３０は、カバー３１と、絶縁フィルム３２と、伝熱板３３と、２本の熱電対線３４，３５とを備え、測定対象物の温度を検出（測定）するものである。

カバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３は、それぞれ環状の板部材である。カバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３は、ケーシング１０の先端側から順に積層されている。２本の熱電対線３４，３５は、一端が伝熱板３３に接続され、他端がアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、熱電対線３４，３５はケーシング１０内および接続軸４内を通ってアンテナ３内まで配線されている。なお、２本の熱電対線３４，３５は、一方がアルメル線で、他方がクロメル線である。

保持部材４０は、温度検出機構３０の積層されたカバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３を保持するものである。保持部材４０は、略円柱状に形成され、大径部４１および小径部４２を有している。保持部材４０は、ケーシング１０の先端側に挿入されている。具体的に、保持部材４０は、大径部４１がケーシング１０の小径部１２内に嵌り、小径部４２がケーシング１０のストッパー１３内に嵌っている。

ストッパー１３は、内径が小径部１２の内径よりも小さい環状部材である。保持部材４０は、大径部４１の端面４１ａがストッパー１３に接しており、これにより、ケーシング１０からの抜け出しが防止される。なお、ケーシング１０内には、保持部材４０をケーシング１０の先端側（図２において右側）へ付勢するばね４８が設けられている。

保持部材４０において、小径部４２の先端には平面視環状の段差部４６が形成されており、この段差部４６に積層された状態のカバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３が取り付けられている。保持部材４０は、カバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３がケーシング１０の先端（即ち、ストッパー１３の端面）から突出する状態で設けられている。また、カバー３１は保持部材４０の小径部４２の先端から突出する状態で取り付けられている。

保持部材４０には、それぞれ軸方向（図２において左右方向）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４０の中央に形成された貫通孔であり、検出針２１が挿通されている。熱電対線用孔４４，４５は、検出針用孔４３を間に置いて１８０°ずれた位置に形成された貫通孔であり、熱電対線３４，３５が挿通されている。なお、検出針２１は、先端２１ａが温度検出機構３０のカバー３１の端面から突出する状態で設けられている。

そして、本実施形態のセンサ本体２は、ケーシング１０と後述する固定器具５０とのねじ締結時に保持部材４０をケーシング１０と共に回転させる供回り機構を備えている。供回り機構は、ストッパー１３の内周部が非真円形に形成されると共に保持部材４０の小径部４２の外周部が非真円形に形成され、ストッパー１３に保持部材４０が挿入されて上記ストッパー１３の内周部と上記小径部４２の外周部とが嵌合する構造により構成されている。

図４に示すように、ストッパー１３の内周面１３ａには、２つの凹部１３ｂが形成されている。２つの凹部１３ｂは、軸方向視（図４の紙面に対して垂直方向視）で扁平な矩形状に形成され、互いに対向する位置に設けられている。保持部材４０の小径部４２の外周面４２ａには、ストッパー１３の凹部１３ｂに対応する２つの凸部４２ｂが形成されている。つまり、ストッパー１３の凹部１３ｂと小径部４２の凸部４２ｂとが嵌合する。そして、凹部１３ｂが形成されたストッパー１３の内周面１３ａと凸部４２ｂが形成された保持部材４０の小径部４２の外周面４２ａとが上述した供回り機構を構成している。つまり、ストッパー１３では内周面１３ａに凹部１３ｂが形成されることにより非真円形の内周部が構成され、保持部材４０の小径部４２では外周面４２ａに凸部４２ｂが形成されることにより非真円形の外周部が構成される。この構成により、保持部材４０はケーシング１０と共に供回りする。

本実施形態のセンサ装置１は、センサ本体２とアンテナ３とが接続軸４によって接続された状態（即ち、図１に示す状態）でセンサ本体２のケーシング１０が固定器具５０にねじ締結される。

図５に示すように、固定器具５０は、保持部材５１と、挟持部材５２と、Ｕボルト５３とを備えている。保持部材５１は、中央にねじ孔である連結孔５１ａが形成されており、その連結孔５１ａにセンサ本体２のケーシング１０がねじ締結されて固定される。保持部材５１は、ねじ締結されたセンサ本体２の温度検出機構３０が測定対象物であるスチームトラップの入口部６０に接した状態で位置する。挟持部材５２には、２つの挿入孔５２ａが形成され、その挿入孔５２ａにＵボルト５３の脚部５３ａが挿入される。挟持部材５２は、入口部６０の保持部材５１とは反対側の面に接した状態で位置する。そして、Ｕボルト５３の脚部５３ａは、保持部材５１に形成された２つの挿入孔５１ｂに挿入されてナット５４および座金５５で締結される。つまり、保持部材５１と挟持部材５２とは間に入口部６０を挟んだ状態で連結される。これにより、センサ装置１は、センサ本体２が入口部６０に接触した状態で固定される。なお、挟持部材５２において入口部６０に接する座面５２ｂはローレット加工により粗くなっている。

こうして固定されたセンサ装置１では、入口部６０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２２，２３に作用する。これに応じて圧電素子２２，２３に電圧変動が生じ、この電圧変動に関する信号が電極板２４，２５から信号線Ｓを介してアンテナ３の信号処理回路に送られて入口部６０の振動が検出（測定）される。また、センサ装置１では、入口部６０の熱がカバー３１、絶縁フィルム３２および伝熱板３３を順に伝わり、２本の熱電対線３４，３５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アンテナ３の信号処理回路に送られて入口部６０の温度が検出される。以上のようにして検出された入口部６０の振動および温度の数値は、アンテナ３の発信部から別の受信部（図示省略）へ無線送信される。

以上のように上記実施形態のセンサ装置１によれば、センサ本体２において保持部材４０をケーシング１０と共に供回りさせる供回り機構を備えているため、センサ本体２のケーシング１０を回転して固定器具５０にねじ締結する際、確実に保持部材４０をケーシング１０と共に回転させることができる。なお、このセンサ装置１では、ケーシング１０と接続軸４とアンテナ３とが連結されているため、アンテナ３および接続軸４もケーシング１０と共に回転する。つまり、アンテナ３の信号処理回路もケーシング１０と共に回転する。このように、センサ装置１では熱電対線３４，３５がケーシング１０に直接的または間接的に接続されている。したがって、上記実施形態では、ケーシング１０のねじ締結時に、熱電対線３４，３５の両端共にケーシング１０の回転動作に追従させることができる。よって、熱電対線３４，３５が捩れて断線するのを防止することが可能である。

また、上記実施形態では、ストッパー１３の凹部１３ｂと保持部材４０の凸部４２ｂとで供回り機構を構成するようにしたが、本発明はこれに限らず、以下のような供回り機構であってもよい。

例えば図６に示すように、ストッパー１３の内周面１３ｃには、２つの凸部１３ｄが形成されている。２つの凸部１３ｄは、軸方向視（図６の紙面に対して垂直方向視）で略半円に形成され、互いに対向する位置に設けられている。保持部材４０の小径部４２の外周面４２ｃには、ストッパー１３の凸部１３ｄに対応する２つの凹部４２ｄが形成されている。つまり、ストッパー１３の凸部１３ｄと小径部４２の凹部４２ｄとが嵌合する。そして、凸部１３ｄが形成されたストッパー１３の内周面１３ｃと凹部４２ｄが形成された保持部材４０の小径部４２の外周面４２ｃとが上述した供回り機構を構成する。この構成によっても、上記実施形態と同様、保持部材４０はケーシング１０と共に供回りする。

なお、上述した凹部１３ｂ，４２ｄや凸部１３ｄ，４２ｂの形状は一例であり、保持部材４０をケーシング１０と共に供回りさせ得る形状であれば如何なるものであってもよい。

また、上記実施形態の供回り機構では、内周面１３ａ，１３ｃや外周面４２ａ，４２ｃに凹部１３ｂ，４２ｄや凸部１３ｄ，４２ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ストッパー１３の内周部および保持部材４０の小径部４２の外周部のそれぞれを例えば正方形や楕円、Ｄ型のような非真円形状としてもよい。

また、図７に示すように、本発明に係る供回り機構は、ストッパー１３の内周部を楕円形（非真円形）に形成し、保持部材４０の小径部４２の外周部を三角形（非真円形）に形成して、ストッパー１３と保持部材４０の小径部４２とを嵌合させることで構成するようにしてもよい。つまり、ストッパー１３と保持部材４０の小径部４２とは、小径部４２の外周面４２ｅの３つの角部がストッパー１３の内周面１３ｅと接して嵌合している。この構成によっても、保持部材４０をケーシング１０と共に供回りさせることができる。このように、本発明に係る供回り機構は、上記実施形態に示す非真円形の内周面１３ａと非真円形の外周面４２ａとが略全周に亘って接する嵌合形態だけでなく、非真円形の内周面１３ｅと非真円形の外周面４２ｅとが一部で接する嵌合形態も含む。

また、図７に示すように、ストッパー１３及び保持部材４０がそれぞれ、ケーシング１０の回転中心Ｐを中心として回転する場合、本発明に係る供回り機構は、回転中心Ｐとストッパー１３の内周面１３ｅとの最小距離Ｌ１が、回転中心Ｐと保持部材４０の外周面４２ｅとの最大距離Ｌ２よりも小さくなる構造として捉えることもできる。この場合、ストッパー１３の内周面１３ｅと保持部材４０の外周面４２ｅとが、常に接している必要はない。つまり、供回り機構は、ストッパー１３が保持部材４０に対して相対的に１回転することができない構造をなしていればよい。具体的に言えば、ねじ締結時にケーシング１０が回転して温度検出機構３０（熱電対）が測定対象物に当接することにより、保持部材４０が静止してストッパー１３のみが回転を継続するが、上記の構造により、ストッパー１３が保持部材４０に対して相対的に回転しても、やがて保持部材４０の外周面４２ｅがストッパー１３の内周面１３ｅに当接して、ストッパー１３が保持部材４０に対して相対的に回転することを係止する。なお、図７において、ストッパー１３の内周面１３ｅの形状、又は、保持部材４０の小径部４２の外周面４２ｅの形状は、上記のような供回り機構を構成することができれば、任意の形状とすることができる。例えば、外周面４２ｅの形状を三角形以外の多角形（例えば四角形）としてもよいし、内周面１３ｅの形状を楕円以外の形状（例えば多角形）としてもよい。

また、上記実施形態では、センサ装置１を固定器具５０にねじ締結する場合について説明したが、本発明は、センサ装置１を測定対象物自体にねじ締結する場合でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態のセンサ装置１では、振動検出機構２０を設けているが、本発明は、振動検出機構２０を省略して測定対象物の温度のみを検出するものであってもよい。

本発明は、固定器具または測定対象物自体にねじ締結して固定するセンサ装置について有用である。

１ センサ装置
１０ ケーシング
１２ａ 雄ねじ部
１３ｂ 凹部（供回り機構）
１３ｄ 凸部（供回り機構）
３０ 温度検出機構（熱電対）
３４ 熱電対線
３５ 熱電対線
４０ 保持部材
４２ｂ 凸部（供回り機構）
４２ｄ 凹部（供回り機構）

Claims (5)

1. 外周面に雄ねじ部が形成された筒状のケーシングと、
   一端が上記ケーシングのねじ締結時に該ケーシングと共に回転する熱電対線を有する熱電対と、
   上記ケーシングに挿入され、上記熱電対線の他端と共に、上記ケーシングと同軸で回転する保持部材と、
   上記ケーシングのねじ締結時に上記保持部材を上記ケーシングと共に回転させる供回り機構とを備えているセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記供回り機構は、上記ケーシングの内周部が非真円形に形成されると共に上記保持部材の外周部が非真円形に形成され、上記ケーシングに上記保持部材が挿入されて上記内周部と上記外周部とが嵌合する構造により構成されているセンサ装置。
3. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   上記供回り機構は、上記ケーシングの回転中心と上記ケーシングの内周部との最小距離が、上記ケーシングの回転中心と上記保持部材の外周部との最大距離よりも小さくなる構造により構成されているセンサ装置。
4. 請求項２又は３に記載のセンサ装置において、
   上記供回り機構は、上記ケーシングの内周面に形成された凹部と、上記保持部材の外周面に形成され、上記ケーシングの凹部と嵌合する凸部とを有しているセンサ装置。
5. 請求項２又は３に記載のセンサ装置において、
   上記供回り機構は、上記ケーシングの内周面に形成された凸部と、上記保持部材の外周面に形成され、上記ケーシングの凸部と嵌合する凹部とを有しているセンサ装置。
   

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