JP6632902B2 - 圧力検出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示される圧力センサは、センサ本体の下面に取り付けられた保護シートを介してセンサ本体に伝達される流体の圧力を検出するものである。
しかしながら、特許文献1に開示される圧力センサは、ボディに形成される流体導入部をセンサ本体で封止しているため、センサ本体とボディとの間に微量の流体が滞留する可能性がある。流体が凝固性を有する血液等である場合、滞留して凝固した流体が再び流路を流通してしまう可能性がある。
本発明の一態様にかかる圧力検出装置は、圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、流入口から流出口へ向けた流通方向に沿って流体を流通させる流路が形成された流路本体を有する流路ユニットと、を備え、前記流路本体が、前記流入口および前記流出口に配置されるとともに軸線に沿って円筒状に形成されて一定の内径の内周面を有する一対の端部流路と、前記一対の端部流路に挟まれる位置に配置され内周面から外周面までの距離が前記一対の端部流路における内周面から外周面までの距離よりも短い薄膜状の受圧部を有する中央流路と、を有し、前記一対の端部流路と前記中央流路とが可撓性の樹脂材料により一体に形成されており、前記流路を流通する流体の圧力が前記受圧部を介して伝達されるように前記圧力検出部が配置され、前記中央流路および前記一対の連結流路の前記圧力検出部側の内周面には、前記軸線からの距離が前記一対の端部流路の内径の1/2よりも長くなる凹部が形成されたものである。
このように、本発明の一態様にかかる圧力検出装置によれば、流路内で流体が滞留することによる不具合を防止しつつ流路を流通する流体の圧力を検出可能とした圧力検出装置を提供することができる。
このようにすることで、中央流路の周方向の一部の領域を他の領域よりも流体の圧力による変位が生じやすい領域とすることができる。この一部の領域を受圧部とすることにより、流体の圧力を適切に検出することができる。
このようにすることで、流路ユニットの受圧部が配置される凹部と圧力センサとにより仕切られる内部空間が外部空間と連通した状態となり、受圧部の変位に伴って内部空間の容積が変動し、それに伴って内部空間の圧力が変動してしまう不具合を抑制することができる。
このようにすることで、受圧部の変位によらずに第1伝達部材が受圧部と接触する接触面積が略一定に維持され、受圧部から第1伝達部材への流体の圧力の伝達精度を高めることができる。
このようにすることで、第1圧力伝達部材が受圧部から受ける流体の圧力を、球面状に形成される第2圧力伝達部材を介して圧力検出部に局所的に集中させて伝達することができる。そのため、流体の圧力変動に対して圧力検出部が局所的に受ける圧力の変動を増加させ、流体の圧力変動の検出精度を高めることができる。
このようにすることで、受圧部の変位によらずに圧力伝達部が受圧部と接触する接触面積が略一定に維持されるため、受圧部から圧力伝達部への流体の圧力の伝達精度を高めることができる。
また、圧力伝達部が受圧部から受ける流体の圧力を、球体状に形成される圧力伝達部を介して圧力検出部に局所的に集中させて伝達することができる。そのため、流体の圧力変動に対して圧力検出部が局所的に受ける圧力の変動を増加させ、流体の圧力変動の検出精度を高めることができる。
以下、本発明の第1実施形態の圧力検出装置100を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態の圧力検出装置100は、流体の圧力を検出するための圧力検出ユニット10と、流路21aが内部に形成された流路本体21を有する流路ユニット20と、圧力検出ユニット10との間に流路ユニット20を挟んだ状態で取り付けるベース部30とを備える。流路21aは、流入口21bから流出口21cへ向けた直線状の流通方向に沿って流体を流通させる流路である。
図2に示すように、ベース部30は、ベース部30に形成される締結穴30aから挿入される締結ボルト40を本体部13に形成される締結穴13bに締結することにより、本体部13に連結される。
図1に示すように、圧力検出ユニット10は、流路本体21から伝達される流体の圧力を検出する圧力センサ12と、圧力センサ12を内部に収容する本体部13と、圧力センサ12を本体部13に配置した状態で保持するセンサ保持部14と、圧力センサ12と外部装置(図示略)に接続されるケーブル200との間で電源および電気信号を伝達するためのセンサ基板15と、圧力センサ12のゼロ点調整を行うためのゼロ点調整スイッチ16と、センサ基板15を収容するハウジング17と、を備える。
以下、圧力検出ユニット10が備える各部について説明する。
流路ユニット20の流入口21bには流体を流入口21bへ流入させる流入側配管(図示略)が取り付けられ、流路ユニット20の流出口21cには流出口21cから流出する流体を流通させる流出側配管(図示略)が取り付けられる。流入口21bから流出口21cへ向けた流路21aを流通する流体の圧力は、圧力検出ユニット10によって検出される。
ここで、流体とは、例えば、血液や透析液等の液体である。
図3に示すように、流路本体21の凹部21dが形成される部分は、ダイヤフラム22(受圧部)の中央部22aとなっている。中央部22aは、流路厚T2の薄膜状に形成されている。凹部21dには、ダイヤフラム22の外周面とダイヤフラム12aとが接触するように、圧力センサ12が配置されている。
図6(図3に示す流路本体21のIII―III矢視断面図)に示すように、流入側端部流路24の内周面から外周面までの距離である流路厚T1は、軸線Y回りの周方向の全周に渡って一定となっている。
流入側端部流路24と同様に、流出側端部流路25の内周面から外周面までの距離である流路厚T1は、軸線Y回りの周方向の全周に渡って一定となっている。
流路21aの流路断面積は、流入側端部流路24と流出側端部流路25との双方において、流通方向の各位置で一定となっている。一方、流入側連結流路26と流出側連結流路27と中央流路28との各流路においては、流入側端部流路24および流出側端部流路25よりも流路断面積が大きくなっている。
各図に示すように、ダイヤフラム22の軸線Y上の各位置における水平方向の幅は、流入側端部流路24から中央流路28に近付くにしたがってW1,W2,W3,W4の順に漸次増大している。
流出側連結流路27の圧力センサ12側の面には、平面状の内周面を有するダイヤフラム22の端部22bが形成されている。図示を省略しているが、端部22bの軸線Y上の各位置における水平方向の幅は、流出側端部流路25から中央流路28に近付くにしたがって漸次増大している。
流出側連結流路27の形状は、流路断面積が増大する方向が流通方向の反対方向である点を除き、流入側連結流路26と同様である。
環状溝26aおよび環状溝27aは、それぞれ本体部13およびベース部30の対応する位置に形成された環状突起に係合させることにより、流路本体21の軸線Y上の位置を固定するものである。
図4に示すように、ダイヤフラム22の端部22bを結ぶ一対の直線が水平面上でなす角度がαとなっている。この角度αが大きくなるほど流路の単位長さあたりに増加する端部22bの幅が大きくなる。したがって、角度αが小さい方が流路21aの形状と断面積の変化が小さくなるため、流体の円滑な流通には好ましい。
30°<α<50° (1)
0.6<W5/D1<1 (2)
図7から図11に示すように、一対の接線がなす角度は、流入側端部流路24から中央流路28へ向けて漸次増加している。
本実施形態の圧力検出装置100によれば、一対の端部流路(流入側端部流路24,流出側端部流路25)とそれに挟まれる位置に配置される中央流路28とが可撓性の樹脂材料により一体に形成されている。そのため、本実施形態の圧力検出装置100が備える流路本体21には、一部が他の部材により封止される部分がないため、この封止部分に微量の流体が滞留することがない。したがって、凝固性を有する血液等の流体を流通させる場合であっても、滞留して凝固した流体が再び流路を流通してしまう不具合を防止することができる。
このように、本実施形態の圧力検出装置100によれば、流路21a内で流体が滞留することによる不具合を防止しつつ流路21aを流通する流体の圧力を検出可能とした圧力検出装置100を提供することができる。
このようにすることで、中央流路28の周方向の一部の領域を他の領域よりも流体の圧力による変位が生じやすい領域とすることができる。この一部の領域をダイヤフラム22の中央部22aとすることにより、流体の圧力を適切に検出することができる。
次に、本発明の第2実施形態の圧力検出装置について、図面を参照して説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、同一の符号を付して説明を省略する。
図12に示すように、圧力検出ユニット10’は、流路ユニット20のダイヤフラム22(受圧部)から流体の圧力が伝達される圧力伝達部11と、圧力センサ12とダイヤフラム22との間に配置される保持部材19と、を備える。
図13に示すように、軸状部材11bの上端面とダイヤフラム12aとの接触面積は、球面部材11aとダイヤフラム22との接触面積よりも小さくなっている。
図13に示すように、保持部材19は、軸Xに沿った下端側の一方の面19bがダイヤフラム22の外周部に接触し、かつ軸線Xに沿った上端側の他方の面19aが圧力センサ12のベース部12bに接触した状態で配置される。
一方、図13に示すように、圧力伝達部11が接触した状態において、ダイヤフラム22は、圧力伝達部11により内周部が軸線Xに沿った下方に向かって変位した状態となっている。図13に示す状態において、ダイヤフラム22は、弾性変形により発生する付勢力により圧力伝達部11を軸線Xに沿った上方へ向けて押し付けている。
そのため、流路21aの流体の圧力が大気圧よりも低い負圧となる場合であっても、ダイヤフラム12aは、圧力伝達部11がダイヤフラム22から受ける付勢力による圧力値から負圧分の圧力値を減算した値の圧力を受ける状態となる。
本実施形態の圧力検出装置100’によれば、一端が圧力センサ12のダイヤフラム12aに接触しかつ他端が流路ユニット20のダイヤフラム22に接触した状態で配置される圧力伝達部11が、ダイヤフラム22からダイヤフラム12aへ向けた付勢力を受ける状態で配置される。
このようにすることで、流路ユニット20のダイヤフラム22が配置される凹部21dと圧力センサ12とにより仕切られる内部空間S1が外部空間S2と連通した状態となる。そのため、ダイヤフラム22の変位に伴って内部空間S1の容積が変動し、それに伴って内部空間S1の圧力が変動してしまう不具合を抑制することができる。
そのため、球面部材11aがダイヤフラム22から受ける流体の圧力を、軸状部材11bを介してダイヤフラム12aに局所的に集中させて伝達することができる。そのため、流体の圧力変動に対してダイヤフラム12aが局所的に受ける圧力の変動を増加させ、流体の圧力変動の検出精度を高めることができる。
以上の説明において、圧力センサ12は、ダイヤフラム12aに伝達される圧力に応じて変化する歪抵抗に応じた圧力信号を出力する歪式のセンサであるものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、静電容量式の圧力センサであってもよい。
11 圧力伝達部
11a 球面部材(第1圧力伝達部材)
11b 軸状部材(第2圧力伝達部材)
12 圧力センサ
12a ダイヤフラム(圧力検出部)
12b ベース部
13 本体部
13c 通気孔(連通流路)
19 保持部材
19a,19b 面
19c 通気溝(連通流路)
20 流路ユニット
21 流路本体
21a 流路
21b 流入口
21c 流出口
21d 凹部
22 ダイヤフラム(受圧部)
22a 中央部
22b 端部
23 凹部
24 流入側端部流路
25 流出側端部流路
26 流入側連結流路
27 流出側連結流路
28 中央流路
100,100’ 圧力検出装置
S1 内部空間
S2 外部空間
T1 流路厚
T2 流路厚
X,Y 軸線
Claims (6)
- 圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、
流入口から流出口へ向けた流通方向に沿って流体を流通させる流路が形成された流路本体を有する流路ユニットと、を備え、
前記流路本体が、
前記流入口および前記流出口に配置されるとともに軸線に沿って円筒状に形成されて一定の内径の内周面を有する一対の端部流路と、
前記一対の端部流路に挟まれる位置に配置され内周面から外周面までの距離が前記一対の端部流路における内周面から外周面までの距離よりも短い薄膜状の受圧部を有する中央流路と、
前記一対の端部流路の前記中央流路側の端部と前記中央流路の両端部とをそれぞれ連結するように形成された一対の連結流路と、を有し、
前記一対の端部流路と前記中央流路と前記一対の連結流路とが可撓性の樹脂材料により一体に形成されており、
前記流路を流通する流体の圧力が前記受圧部を介して伝達されるように前記圧力検出部が配置され、
前記中央流路は、前記一対の端部流路よりも流路断面積が大きく、
前記一対の連結流路は、前記中央流路の両端部へ向けて流路断面積が漸次拡大するように形成されており、
前記中央流路および前記一対の連結流路の前記圧力検出部側の内周面には、前記軸線からの距離が前記一対の端部流路の内径の1/2よりも長くなる凹部が形成されており、
前記凹部は、平面状の内周面を有するダイヤフラムを有し、
前記ダイヤフラムの水平方向の幅は、前記一対の連結流路から前記中央流路に近づくにしたがって漸次増大している圧力検出装置。 - 前記中央流路は、前記流通方向回りの周方向の一部の領域における内周面から外周面までの距離が他の領域における内周面から外周面までの距離よりも短く、
該一部の領域を前記受圧部とした請求項1に記載の圧力検出装置。 - 前記圧力検出ユニットが、
前記圧力検出部を有する圧力センサと、
一端が前記圧力検出部に接触しかつ他端が前記受圧部に接触した状態で配置され、前記受圧部が受けた流体の圧力を前記圧力検出部に伝達する圧力伝達部と、を有し、
前記圧力伝達部が、前記受圧部を前記流路へ向けて変位させて該受圧部から前記圧力検出部へ向けた付勢力を受ける状態で配置される請求項1または2に記載の圧力検出装置。 - 圧力検出部に伝達される圧力を検出する圧力検出ユニットと、
流入口から流出口へ向けた流通方向に沿って流体を流通させる流路が形成された流路本体を有する流路ユニットと、を備え、
前記流路本体が、
前記流入口および前記流出口に配置される一対の端部流路と、
前記一対の端部流路に挟まれる位置に配置され内周面から外周面までの距離が前記一対の端部流路における内周面から外周面までの距離よりも短い薄膜状の受圧部を有する中央流路と、を有し、
前記一対の端部流路と前記中央流路とが可撓性の樹脂材料により一体に形成されており、
前記流路を流通する流体の圧力が前記受圧部を介して伝達されるように前記圧力検出部が配置されており、
前記圧力検出ユニットが、
前記圧力検出部を有する圧力センサと、
一端が前記圧力検出部に接触しかつ他端が前記受圧部に接触した状態で配置され、前記受圧部が受けた流体の圧力を前記圧力検出部に伝達する圧力伝達部と、を有し、
前記圧力伝達部が、前記受圧部を前記流路へ向けて変位させて該受圧部から前記圧力検出部へ向けた付勢力を受ける状態で配置され、
前記流路ユニットには、前記受圧部が配置される凹部が形成されており、
前記圧力センサが、前記凹部を覆うように前記流路ユニットに接触した状態で配置されており、
前記凹部と前記圧力センサとにより仕切られる内部空間と外部空間とを連通させる連通流路を備える圧力検出装置。 - 前記圧力伝達部が、
前記受圧部に接触した状態で配置される第1圧力伝達部材と、
前記圧力検出部に接触した状態で配置される第2圧力伝達部材と、を有し、
前記第2圧力伝達部材と前記圧力検出部との接触面積が、前記第1圧力伝達部材と前記受圧部との接触面積よりも小さい請求項3または請求項4に記載の圧力検出装置。 - 前記第1圧力伝達部材が、前記受圧部に向かって突出する球面状に形成される部材である請求項5に記載の圧力検出装置。
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