JPS63218832A - 管内圧力変化検知変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管の変形を検出することによって、例えばジ
ーゼルエンジンの噴射導管や油圧装置の配管等の管内部
の圧力に変化が生じたことを検知する管内圧力変化検知
変換器（以下、単に変換器と称する）に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、管内部の圧力が変化したことを検出する方法とし
て、ストレン・ゲージ又は圧電素子を用いた在来型の圧
力センサをジーゼルエンジンの燃料噴射導管内に直接組
み込む方法が知られている。

しかし、この方式の圧力センサの取付けは、非常に手数
がかかり、又取付は部の構造部分を開いて脱着する等の
作業が必要となり、再密封の不完全さとかゴミの侵入等
により噴射系に故障や動作不良を引き起こすことも少な
くない。

このような問題を生じない変換器として、管外部に取付
ける方式のものが知られている。例えば、特公昭５Ｂ−
４０１３３号公報には、管のまわりに密着する弾性の測
定素子を存し、その外周を巻き込んでいる剛性ケースを
備え、測定素子と剛性ケースとの間に、弾性の保持材を
配置し、その管の変形が摩擦係合式にその測定素子へ伝
達されるべ（構成されたものが記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前記の変換器においては、測定素子に圧電箔等
が使用されており、測定に際して管の径寸法変化ではな
くて管の周辺長の変化を検知するという測定原理のため
、管の変形を摩擦係合式に測定素子に伝達しなければな
らず、そのため測定素子と管の間に、管表面の変形をす
べて正確に伝達するような摩擦力を生ずるように調整し
なければならなかった。

また、前記の変換器においては、管の振動等によって、
管の内圧変動以外の力として、管と測定素子との間に慣
性力が生じる。慣性力によって測定素子に力が加わって
生ずる雑音信号を補償するには、変換器のケース部分を
できるだけ剛性の強い構成とし、この変換器のケース部
分を管上へしっかりと固着させ、測定素子そのものを支
持力を引き受ける役目から完全に開放させる必要がある
。

それゆえ、この変換器では構造が？３［Ｍになるととも
に取付は時の調整が難しいという欠点がある。

本発明は、前記欠点に鑑み摩擦力の複雑な調整が不要で
、かつ構造が非常に簡易で、取付は時の調整も容易であ
り、軽量なことによって噴射系への影響もほとんどなく
、しかも振動による雑音信号の影響を受は難くした変換
器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、管の変形を検出することによって、その管内
の圧力変化を電気的信号に変換して検知する変換器にお
いて、測定素子にバイモルフ構造を有する圧電素子（以
下、単にバイモルフと称する）を使用し、該バイモルフ
を保持材によって管表面上に押し当てるように構成した
ことを特徴とする変換器である。

ここで、測定素子に使用するバイモルフとは、２枚の圧
電体を貼り合わせた構造を存するものである。バイモル
フには、２枚の圧電体の分極方向を逆になるようにして
貼り合わせて、その外側にそれぞれ電極を取付けて、こ
れらの電極を電気端子に結合した直列型バイモルフと、
２枚の圧電体の分極方向を同じになるようにして、圧電
体と圧電体の間に電極を介して貼り合わせ、その外側に
それぞれ電極を取付けて、この外側電極を電気的に導通
接続して、これと中央の電極をそれぞれ電気端子に結合
した並列型のバイモルフの二ＩＩＩが−あるが、本発明
においてはどちらの型のバイモルフも使用できる。

バイモルフを構成する圧電体は通常高分子圧電材料又は
セラミック圧電材料と高分子材料もしくは高分子圧電材
料の混合物からなる複合物圧電材料より成り、例えば高
分子圧電材料としてフン化ビニリデン系重合体すなわち
フン化ビニリデン単独重合体又はフン化ビニリデン−ト
リフルオロエチレン共重合体等の共重合体等を用いるこ
とができる。

次に、バイモルフの測定原理について説明する。

バイモルフは、管の内圧変化によって生ずる管径の変化
を電圧の変化によって検知することができる。バイモル
フの出力電圧をｖ、（Ｖ）とするとＶ、＝ｃｇ　ｔ”ｒ
−’　　　（ｒ） Ｃ：圧電体の弾性率　　（Ｎ／ｍＪ ｇ：圧電体の電圧出力係数（Ｖ−ｍ／Ｎ）ｔ：圧電体（
１枚）の厚さ　（ｍ） ｒ：曲率半径（管の中心からバイモルフの中央までの距
離）　　　〔ｍ〕 で表される。この式（１）から示されるように、出力電
圧■、は圧電体（１枚）の厚さｔの２乗に比例するので
、圧電体の厚さを厚くすれば、大きな出力電圧が得られ
、検出感度は向上する。また、圧電体と圧電体の間に中
間層を設けることによって、圧電体の厚さを中間層の厚
さ分だけ厚くしたと同様の効果が得られ、検出感度を向
上させることができる。中間層の材質は、導電体であれ
ば特に限定されないが、銅、アルミ等の金属薄板が好適
に用いられる。中間層の厚さは、０．１〜２．０１程度
が好ましい。

本発明において前記バイモルフは、管径の変化にできる
だけ忠実に追従することができるように管表面上に押し
当てられていることが必要であり、そのために保持材が
用いられる。保持材としては。

ゴム等の弾性体か又は伸縮性のバンドが好適に用いられ
る。保持材として弾性体を使用する場合は、管の外周を
囲い込むケースを用いて、そのケースとバイモルフとの
間に、この弾性体を配置するのが好ましい。また、分割
構成のケースを使用すれば、このケースに締付けねじ、
スナップ締め具、バネクリップ等を付属させることによ
って、測定対象となる管に取り外し可能式に固着するこ
とができる。保持材に伸縮性のバンドを使用する場合は
、このバンドを管の外周を巻き囲うよう配置し、管とバ
ンドの間にバイモルフを配置して、バンドの末端に締め
付は具を付属させれば、ケースを用いなくても、管に取
り外し可能式に固着することができる。

前記バイモルフが保持材によって管表面上に押し当てら
れる場合、バイモルフは管表面上に直接押し当てられて
いてもよいし、金属箔等の保護層を介して間接的に押し
当てられていてもよい、いずれの場合にも、バイモルフ
は管径の変化に追従するように管表面上に押し当てられ
ていればよく、管表面の変形をすべて正確に伝達するよ
うなａｌｌ方力管とバイモルフとの間に生じさせるよう
な摩擦係合式の押し当ては必要でない、従来のように測
定素子が単なる圧電体の場合は、管の周辺長の変化を検
出するために摩擦係合式の押し当てが必要であったが、
バイモルフを用いる本発明の場合は測定原理が異なり、
管の周辺長の変化ではなく管の直径の変化を検出するの
でＦｉ！擦保合式の押し当ては不要である。なお、バイ
モルフの場合は、管の周辺長の変化により管の周方向へ
力が作用しても、バイモルフ中の一方の圧電体に発生す
る電荷と、もう一方の圧電体に発生する電荷がお互いに
打ち消し合って、電圧の変化は検出されない。

本発明の変換器は、測定素子にバイモルフを使用してい
るので、従来の変換器のように測定素子に対して支持力
を引き受ける特別な構造の変換器のケースを用いなくと
も、管の振動等によって生ずる雑音信号の影響を防ぐこ
とができる。すなわち、管の振動等によって管とバイモ
ルフとの間に慣性力が発生すると、その慣性力によって
バイモルフは、厚さ方向に圧迫されるが、その場合バイ
モルフ中の一方の圧電体に発生する電荷と、もう一方の
圧電体に発生する電荷が、お互いに打ち消し合って、電
圧の変化は検出されないのである。

したがって、変換器の構造をより簡易なものにすること
ができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

第１図は、本発明の変換器の一形態例の断面図であり、
第２図は、第１図中のＩ−１断面図である。第１図にお
いて、（１）は圧力変化を検知すべき圧力導管であって
、この圧力導管（１）上に保護層（２）を介して測定素
子であるバイモルフ（３）が保持材（４）によって押し
当てられている。保護層（２）はバイモルフ（３）を保
護するものであり、例えば金属箔等である。保持材（５
）は直接圧力導管（１）を保持している。保持材（４）
及び（５）はゴム等の弾性体である。保持材（４）及び
（５）の外側からは、二分割構成のケース（６）及び（
７）が締付はネジ等の締付は装置（８）によって取付け
られている。

次に、第１図及び第２図の変換器の機能を説明する。圧
力導管（１）内に燃料等が圧送されると圧力導管（１）
の径がそれによって変化する。圧力導管の径が変化する
ということは、前記の曲率半径「が変化するということ
であり、バイモルフ（３）は、前記式（１）より明らか
なように、曲率半径ｒの変化に対応した電圧■、が発生
する。この電圧変化を検出することにより、圧力導管内
部の圧力変化を検知することができる。なお、圧力導管
が振動した場合、変換器に慣性力が発生し、この慣性力
がバイモルフに加わることがある。しかし、バイモルフ
の場合は、慣性力が加わっても、前述した作用によって
電圧の変化は検出されない。したがって、本発明の変換
器は、慣性力による雑音信号の検出を未然に防ぐことが
できる。

第３図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であり
、第４図は、第３図中のｎ−ｎ断面図である。第１図の
変換器と比べて保持材（５）がなく、圧力導管（２）の
下部はＶ字形の構の形状を有したケース（９）によって
保持されている点が異なっている０本発明の変換器は測
定素子を管に対して対称に配置しなくてもよいので、こ
のような簡略な構造とすることも可能である０機能につ
いては第１図の変換器と同じである。

第５図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であり
、第６図は、第５図中のｍ−ｍ断面図である。第５図に
おいて、符号（１０）及び（１１）は伸縮性のバンドか
らなる保持材であり、バンド（１０）はその張力によっ
てバイモルフ（３）を圧力導管（１）の表面に押し当て
ており、バンド（１１）は圧力導管（１）を直接保持し
ている。バンド（ｌＯ）及び（１１）の各末端はそれぞ
れケース（１２）及び（１３）に固定されている。機能
については、第１図の変換器と同じである。

第７図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であり
、第８図は、第７図中のＩＶ−ＩＶ断面図である。第７
図において、ケース（１４）及び（１５）に軟質肉薄部
分（１６）及び（１７）を作り、気密！　（１８）及び
（１９）を設ける。この気密質（１８）及び（１９）に
空気もしくはその他の気体又は油等の圧力媒体を充填す
ることによって、バイモルフ（３）を圧力導管（１）の
表面へ押し当てるとともに圧力導管（１〕　を保持する
。なお、気密質（１日）には、注入口（２０）を設けて
おり、圧力の調整をすることができる０機能については
、第１図の変換器と同じである。

第９図は、本発明の変換器の別の形態例の断面図であり
、第１０図は、第９図中のＶ−Ｖ断面図である。第９図
において、符号（２１）は伸縮性のバンドからなる保持
材であり、バイモルフ（３）はこのバンド（２１）によ
って圧力導管（１）の表面に押し当てられている。バン
ド（２１）の両端は、取付は装置である締め付は片（２
２）及び（２３）に固定されており、締め付は片（２２
）及び（２３）はネジ（２４）によって、圧力導管（１
）へ取付けることができる。本形態例の場合は、ケース
を必要としないので、非常に簡略化された構造をとるこ
とができる。機能については、第１図の変換器と同じで
ある。

なお、各図面において、同一符号は同一物を表しており
、重複する説明を避けるために既述の符号についてはそ
の説明を省略しである。

〔発明の効果〕

本発明の変換器は、管と測定素子の間の摩擦力の複雑な
調整が不要で、構造が非常に簡易であり、しかも慣性力
によって発生する雑音信号を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の変換器の一形態例の断面図であり、
第２図は第１図中のＩ−１断面図である。 第３図は、本発明の変換器の別の一形態例の断面図であ
り、第４図は第３図中のｍ−ｎ断面図である。第５図は
、本発明の変換器の更に別の一形態例の断面図であり、
第６図は第５図中のｍ−ｍ断面図である。第７図は、本
発明の変換器の更に別の一形態例の断面図であり、第８
図は第７図の■−■断面図である。第９図は本発明の更
に別の変換器の一形態例の断面図であり、第１０図は第
９図中のｖ−ｖ断面図である。 （１）・−圧力導管、（２）−保護層、（３）−バイモ
ルフ、（４）　、　（５）　、　（１０）　、　（１１
）　、　（２１）−・保持材、（６）　、　（７）　、
　（９）　、　（１０）　、　（１１）　、　（１４）
　、　（１５）・・・ケース、（８）・−締め付は装置
、（１６）、（１７）・・−肉薄部分、（１８）　、　
（１９）　　−・気密室、（２０）−・−圧力媒注入口
、（２２）　、　（２３）・・・締め付は片、（２４）
−ネジ以上 特許出願人　　ダイキン工業株式会社 第１図 工 第３図 ■ ■ 第４図 第５図 ■ ■ 第６図 第７図 ■ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管の変形を検出することにより、管内の圧力変化を
   電気的信号に変換し検知する変換器において、測定素子
   にバイモルフ構造を有する圧電素子を使用し、該バイモ
   ルフ構造を有する圧電素子を保持材によって管表面上に
   押し当てるように構成したことを特徴とする管内圧力変
   化検知変換器。 ２、バイモルフ構造を有する圧電素子が圧電体と圧電体
   の間に中間層を設けた構造である特許請求の範囲第１項
   記載の管内圧力変化検知変換器。