KR20140103850A - 구조체 - Google Patents

Abstract

작업시간이나 가공비를 저감시키면서도, 측정정밀도는 유지할 수 있도록 하는 것으로, 꼭대기면(31) 및 바닥면(32)을 가진 베이스(3)와 유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램(1)과, 상기 다이어프램(1)의 주연부에 일단면이 장착됨과 아울러, 타단면이 상기 베이스(3)의 꼭대기면(31)에 장착되어, 상기 유체가 충만하는 내부 공간(S)을 상기 베이스(3) 및 상기 다이어프램(1)과 함께 형성하는 주벽 부재(2)와, 상기 베이스(3)의 꼭대기면(31)으로부터 돌출하는 돌출부(4)와, 상기 베이스(3)의 바닥면(32) 측으로부터 상기 다이어프램(1)을 향하여 연장하고, 상기 내부 공간(S)과 외부를 연통하여 상기 유체를 유통시키는 연통로(5)를 구비하며, 상기 돌출부(4)의 외측면(42)에 있어서, 상기 연통로(5)의 내측면(51)과 교차한 부분에 개구가 형성됨과 아울러, 상기 연통로(5)의 선단 내면(52)의 일부가 상기 돌출부(4) 내에 형성되도록 했다.

Description

구조체 {STRUCTURE}

본 발명은 유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램을 이용한 구조체에 관한 것이다.

이런 종류의 구조체는 유체를 다이어프램의 수압면으로 유도하고, 다이어프램의 변위량을 검출하며, 이 변위량을 압력으로 환산하여 유체의 압력을 측정하기 위한 것이 있다.

이와 같은 구조체는 기포를 포함하는 액체의 압력측정에도 이용되기 때문에, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 다이어프램에 수직인 제1 유로로부터 유체를 유입하고, 이 제1 유로로부터 분기(分岐)하는 제2 유로로부터 유체를 유출시키며, 유로 내의 유체를 유통시킴으로써 기포의 체류를 일어나기 어렵게 하는 플로우형이 알려져 있다.

그런데, 이 구조체에서는, 제1 유로를 흐르는 유체가 다이어프램을 향하여 수직으로 맞닿기 때문에, 그 운동에너지에 의해서 유체의 압력 이상으로 다이어프램이 휘어 측정오차가 발생하는 경우가 있다.

그래서, 본 발명자는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 베이스와, 다이어프램과, 이들 사이에 형성되는 내부 공간을 구비하고, 베이스로부터 내부 공간으로 돌출하는 돌출부를 마련하며, 베이스의 바닥면 측으로부터 다이어프램을 향하여 연장하는 제1 유로와, 이 제1 유로의 선단부로부터 이 제1 유로와 수직으로 형성됨과 아울러, 돌출부의 외측면에 개구하는 제2 유로를 본 발명의 개발에 있어서 중간적으로 생각했다.

이와 같은 구성에 의하면, 유체가 돌출부의 외측면에 형성된 개구로부터 내부 공간으로 도입되어 이 내부 공간의 주벽(周壁)을 향하여 흐르기 때문에, 유체가 다이어프램을 향하여 수직으로 맞닿는 것을 방지할 수 있다.

그렇지만, 상술한 유로를 형성하기 위해서는, 다이어프램에 수직인 세로 방향과 이 세로 방향에 수직인 가로 방향과의 두 방향으로부터 유로를 형성하는 공정이 필요하고, 이를 위한 작업시간이나 가공비가 발생한다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2002-156299호 공보

그래서, 본 발명은, 상기 문제점을 일거(一擧)에 해결하기 위하여 도모한 것으로서, 작업시간이나 가공비를 저감시키면서도, 측정정밀도는 담보할 수 있도록 하는 것을 그 주된 소기 과제로 한 것이다.

즉, 본 발명에 관한 구조체는, 꼭대기면 및 바닥면을 가진 베이스(base)와, 유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램과, 상기 다이어프램의 주연부에 일단면이 장착됨과 아울러, 타단면이 상기 베이스의 꼭대기면에 장착되어, 상기 유체가 충만하는 내부 공간을 상기 베이스 및 상기 다이어프램과 함께 형성하는 주벽 부재와, 상기 베이스의 꼭대기면으로부터 돌출하는 돌출부와, 상기 베이스의 바닥면 측으로부터 상기 다이어프램을 향하여 연장하고, 상기 내부 공간과 외부를 연통하여 상기 유체를 유통시키는 연통로를 구비하며, 상기 돌출부의 외측면에서, 상기 연통로의 내측면과 교차한 부분에 개구가 형성됨과 아울러, 상기 연통로의 선단 내면의 일부가 상기 돌출부 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 것으로 하면, 연통로를 베이스의 바닥면으로부터 다이어프램을 향하고, 예를 들면 드릴 가공에 의해 한 번의 공정으로 형성할 수 있으므로, 작업시간이나 가공비를 저감시킬 수 있게 된다.

게다가, 연통로의 내부 공간 측의 개구가 다이어프램 방향을 향하지 않은 베이스의 외측면에 형성되어 있기 때문에, 이 개구로부터 내부 공간에 도입된 유체는 다이어프램을 향하여 흐르지 않고, 측방, 즉 주벽 부재를 향하여 주로 흐르게 된다. 특히, 연통로의 선단 내면이, 유체의 흐름 방향을 크게 바꾸어 측방으로 향하는 흐름으로 하기 위해, 내부 공간 측의 개구를 나온 유체는 이 흐름에 말려 들어가, 유체 전체가 측방을 향하여 흐른다. 즉, 연통로를 다이어프램으로 향하여 흘러 온 유체는 그 출구인 개구 근방에서 흐름의 방향을 바꾸어 측방의 주벽 부재로 향하여 토출되게 된다. 이와 같이, 다이어프램에 수직으로 향하는 흐름이 저해되므로, 유체의 압력 이외의 요인에 의한 다이어프램의 휨을 경감시킬 수 있어, 측정정밀도를 담보할 수도 있다.

드릴 가공에 의해 연통로를 용이하게 형성하기 위해서는, 상기 연통로의 선단 내면이, 이 연통로의 연신(延伸) 방향에 대해서 경사져 있는 것이 바람직하다.

유체가 기포를 포함하는 액체라도, 이 기포가 내부 공간에 체류하지 않도록 유체를 유통시키기 위해서는, 상기 연통로가, 적어도 2개 형성되어 있는 것이 바람직하다.

연통로의 구체적인 실시형태로서는, 상기 연통로가 상기 베이스의 바닥면으로부터 상기 다이어프램을 향하여 상기 바닥면에 대해서 수직으로 형성되어 있는 것을 들 수 있다.

제조를 용이하게 하기 위한 구체적인 실시형태로서는, 상기 베이스의 꼭대기면이, 원형 모양을 이루는 평면이며, 상기 돌출부가, 상기 베이스의 꼭대기면으로부터 수직으로 돌출하고, 중심축이 상기 꼭대기면의 중심을 통과하도록 형성된 원기둥 모양을 이루는 것을 들 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 연통로를 베이스의 바닥면으로부터 다이어프램을 향하여, 예를 들면 드릴 가공에 의해 한 번의 공정으로 형성할 수 있으므로, 작업시간이나 가공비를 저감시킬 수 있고, 게다가, 연통로로부터 내부 공간으로 유입한 유체는 다이어프램으로는 거의 향하지 않으므로, 유속에 의한 다이어프램의 휨이 경감되어, 측정정밀도를 담보할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에서의 구조체의 전체 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시형태에서의 구조체의 단면도.
도 3은 중간적으로 생각된 구조체를 나타내는 단면도.
도 4는 변형 실시형태에서의 구조체를 나타내는 단면도.
도 5는 변형 실시형태에서의 구조체를 나타내는 단면도.
도 6은 변형 실시형태에서의 구조체를 나타내는 단면도.
도 7은 변형 실시형태에서의 구조체를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명의 일실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 구조체(100)는 유량계의 유량제어기기에 이용되는 것이고, 유체를 다이어프램(1)의 수압면으로 유도하고, 이 유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램(1)의 변위량을 검출하며, 그 변위량을 압력으로 환산하여 유체의 압력을 측정하는 것이다.

다이어프램(1)의 변위량을 검출하는 방법은, 여러 가지 생각되지만, 여기에서는 다이어프램(1)의 수압면의 이면에 접합된 예를 들면 도시하지 않은 피에조(piezo) 소자를 이용하여 변위량을 검출하는 방법을 채용하고 있다. 그 외에, 예를 들면 정전 용량식의 센서 등을 이용하여 변위량을 검출하는 것이라도 상관없다.

구체적으로 이 구조체(100)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 베이스(3)와, 다이어프램(1)과, 다이어프램(1)의 주연부로부터 아래로 늘어지는 주벽 부재(2)로 구성되는 것이다.

베이스(3)는 바닥면 측 반이 직사각형 블록부(3a)이고, 꼭대기면 측 반이 원기둥 블록부(3b)인 복합 형상의 것이며, 그 바닥면(32)이 도시하지 않은 블록 모양의 배관부재에 장착된다.

다이어프램(1)은, 예를 들면 박육(薄肉) 원판 모양을 이루는 금속제인 것이다.

주벽 부재(2)는 다이어프램(1)의 외경과 동일한 외경을 가지는 원통 모양을 이루는 것이다. 이 주벽 부재(2)의 일단면은 다이어프램(1)의 수압면 측의 외연(外緣)에 접합되어 있음과 아울러, 타단면은 상기 원기둥 블록부(3b)의 꼭대기면, 즉 베이스(3)의 꼭대기면(31)에 접합되어 있고, 이 주벽 부재(2)가, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유체가 충만하는 내부 공간(S)을 베이스(3) 및 다이어프램(1)과 함께 형성하도록 구성되어 있다.

이 내부 공간(S)이 형성된 상태에 있어서, 베이스(3)의 꼭대기면(31)은 다이어프램(1)과 대향하여 평행하게 마련되어 있다. 이 베이스(3)의 꼭대기면(31)은 다이어프램(1)의 외경과 동일한 외경의 원형 모양을 이루고, 그 중심부로부터는 다이어프램(1)을 향하여 수직으로 돌출하는 원기둥 모양의 돌출부(4)가 베이스(3)와 일체로 형성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 이 돌출부(4)는 베이스(3)의 꼭대기면(31)보다도 지름이 작은 원기둥 모양을 이루는 것이고, 중심축이 꼭대기면(31)의 중심을 통과하도록 형성된 것이다. 이 돌출부(4)의 선단면(41)은 베이스(3)의 꼭대기면(31)과 평행하게 형성되어 있고, 외측면(42)은 베이스(3)의 꼭대기면(31)으로부터 수직으로 기립(起立)함과 아울러, 이 외측면(42)과 주벽 부재(2)와의 사이에서 내부 공간(S)의 일부를 이루는 원환(圓環) 모양의 공간을 형성하고 있다.

이 원환 모양의 공간에 유체를 유도하여 내부 공간(S)에 유체를 충만시키기 위해, 한쪽의 개구가 상술한 돌출부(4)의 외측면(42)에 형성되고, 다른 쪽의 개구가 베이스(3)의 바닥면(32)에 형성되어, 내부 공간(S)과 도시하지 않은 배관부재를 연통하는 연통로(5)가 베이스(3) 및 돌출부(4)에 걸쳐 형성되어 있다.

이 연통로(5)는 베이스(3)의 바닥면(32)으로부터 수직으로 다이어프램(1)을 향하여 연장하고, 중심축(L)이 돌출부(4)의 외측면(42)에 접하도록 형성된 개략 등단면 원기둥 모양을 이루는 것이다.

보다 상세하게는, 연통로(5)의 도시하지 않은 배관부재 측의 개구가 베이스(3)의 바닥면(32)에 원형 모양으로 형성되어 있고, 연통로(5)의 내측면(51)이 이 배관부재 측의 개구 가장자리로부터 다이어프램(1)을 향하여 수직으로 연장하고 있다. 연통로(5)의 내부 공간(S) 측의 개구는 상술한 연통로(5)의 내측면(51)이 돌출부(4)의 외측면(42)과 교차하여, 특히 도 2의 확대도에 나타내는 바와 같이, 돌출부(4)의 외측면(42) 및 베이스(3)의 꼭대기면(31)에 걸쳐 형성되어 있다.

그러나, 이 연통로(5)는 돌출부(4)를 관통하지 않고 형성되어 있으며, 연통로(5)의 선단 내면(52)의 일부가 돌출부(4) 내에 형성되어 있다.

이 선단 내면(52)은 내측면(51)으로부터 연속하여 형성되고, 이 내측면(51)으로부터 선단으로 갈수록 지름이 작아지는 원추 형상을 이루는 것이다. 이 선단 내면(52)의 일부는 돌출부(4) 내에 형성되어 있고, 그 형상은 이 원추의 꼭대기점을 지나는 돌출부(4)의 외측면(42)에서 이 원추를 절단한 부분 원추 형상을 이루는 것이다.

본 실시형태에서는, 상술한 연통로(5)가 돌출부(4)의 중심축에 대하여 대칭인 위치에 2개 마련되어 있으며, 이들은 각각 드릴 가공에 의해 형성된 것이다.

이 드릴 가공은 베이스(3)의 바닥면(32)으로부터 개시하고, 중심축(L)이 돌출부(4)의 외측면(42)에 접하도록 이 바닥면(32)으로부터 수직으로 다이어프램을 향하여 진행한다. 그리고, 드릴의 선단이 베이스(3)의 꼭대기면(31)에 도달한 후, 돌출부(4)의 선단면(41)에 도달하기 전에, 돌출부(4)의 외측면(42)상에서 종료한다.

이와 같이 드릴 가공함으로써, 상술한 같은 선단 내면(52)의 일부가 돌출부(4) 내에 형성된 연통로(5)가 형성된다.

본 실시형태에서 이용되는 드릴은 선단부가 예를 들면 선단으로 갈수록 지름이 작아지는 원추 형상을 이루는 것이기 때문에, 돌출부(4) 내에 형성되는 선단 내면(52)의 일부는 상술한 바와 같이 돌출부(4)의 외측면(42)에서 이 원추를 절단한 부분 원추 형상을 이루는 것이 된다.

상술한 바와 같이, 다이어프램(1) 및 이 다이어프램(1)의 주연부로부터 아래로 늘어지는 주벽 부재(2)는 베이스(3)의 꼭대기면(31)에 장착되어 있고, 이 베이스(3), 돌출부(4) 및 연통로(5)가 다이어프램(1) 및 주벽 부재(2)를 지지하는 다이어프램 지지부재(10)가 된다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 관한 구조체(100)에 의하면, 연통로(5)를 상술한 바와 같이, 예를 들면 드릴 가공에 의해 한 번의 공정으로 형성할 수 있으므로, 작업시간이나 가공비를 저감시킬 수 있게 된다.

게다가, 연통로(5)의 내부 공간(S) 측의 개구가 다이어프램(1)에 대해서 수직인 베이스(3)의 외측면(42)에 형성되어 있기 때문에, 이 개구로부터 내부 공간(S)으로 도입된 유체는 주벽 부재(2)를 향하여 주로 흐르게 된다. 특히, 연통로(5)의 선단 내면(52)이 부분 원추 형상을 이루어 다이어프램(1)에 대해서 경사지게 형성되어 있어, 유체의 흐름 방향을 크게 바꾸어 측방으로 향하는 흐름으로 하기 때문에, 내부 공간(S) 측의 개구를 나온 유체는 이 흐름에 말려 들어가, 유체 전체가 측방을 향하여 흐른다.

즉, 연통로(5)를 다이어프램(1)을 향하여 흘러 온 유체는 그 출구인 개구 근방에서 흐름의 방향을 바꾸어 측방의 주벽 부재(2)를 향하여 토출되게 된다.

따라서, 다이어프램(1)에 수직으로 향하는 흐름이 저해되므로, 유체의 압력 이외의 요인에 의한 다이어프램(1)의 휨을 경감시킬 수 있어, 측정정밀도를 담보할 수도 있다.

또한, 연통로(5)가 2개 마련되어 있기 때문에, 내부 공간(S)에 유체를 유통시킬 수 있어, 유체의 체류가 일어나기 어려워진다.

이것에 의해, 유체가 기포를 포함하는 액체인 경우는, 이 기포가 내부 공간(S)에 체류하기 어려워지고, 유체가 기체인 경우는, 내부 공간(S)에 가스 체류가 일어나기 어렵기 때문에 퍼지가 용이하게 된다.

퍼지에 관해서 말하면, 내부 공간(S)에 돌출부(4)가 형성되어 있기 때문에, 내부 공간(S)의 용적이 적게 되어, 단시간으로의 퍼지가 가능하게 된다.

이 돌출부(4)는 중심축이 베이스(3)의 꼭대기면(31)의 중심을 통과하도록 형성된 원기둥 모양을 이루는 것이며, 베이스(3)와 일체물로 형성되기 때문에, 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 연통로(5)의 중심축(L)이 돌출부(4)의 외측면(42)에 접하고 있었지만, 반드시 접하고 있을 필요는 없고, 도 4나 도 5에 나타내는 바와 같이, 중심축(L)이 외측면(42)보다 연통로(5)의 반경분만큼 내측 또는 외측으로 어긋나 있어도 상관없다.

또, 상기 실시형태에서는, 외측면(42)이 베이스(3)의 꼭대기면(31)으로부터 기립(起立)하도록 형성되어 있지만, 상기 꼭대기면(31)에 대해서 경사져 형성되어 있어도 된다.

이 경우, 연통로(5)의 선단 내면(52)의 일부가 돌출부(4) 내에 형성되기 위해서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 연통로(5)가 외측면(42)을 관통하지 않도록 형성되어 있으면 된다.

상기 실시형태에서는, 베이스(3)의 꼭대기면(31)이 다이어프램(1)과 평행하게 마련되어 있었지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, 꼭대기면(31)이 다이어프램(1)에 대해서 경사지도록 마련되어 있어도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 연통로(5)가 베이스(3)의 바닥면(32)에 대해서 수직으로 연장하는 것이었지만, 바닥면(32)으로부터 경사져 다이어프램(1)을 향하여 연장하는 것이라도 상관없다.

또한, 연통로(5)의 선단 내면(52)의 형상은 상기 실시형태와 같이 부분 원추 형상일 필요는 없고, 직사각형 형상이나 구 모양의 일부를 이루도록 형성되어 있어도 된다.

상기 실시형태에서는, 베이스(3) 및 돌출부(4)에 걸쳐서, 드릴 가공에 의해서 연통로(5)를 형성하고 있었지만, 주조에 의해서 연통로(5)를 형성해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 구조체(100)가 유체의 압력측정에 이용되는 것이었지만, 액추에이터나 변형 게이지로서 이용되는 것이라도 된다.

그 외, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능하다.

100 … 구조체 1 … 다이어프램
2 … 주벽 부재 3 … 베이스
31 … 꼭대기면 32 … 바닥면
4 … 돌출부 41 … 선단면
42 … 외측면 5 … 연통로
51 … 내측면 52 … 선단 내면
S … 내부 공간

Claims (6)

1. 꼭대기면 및 바닥면을 가진 베이스(base)와,
   유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램과,
   상기 다이어프램의 주연부(周緣部)에 일단면이 장착됨과 아울러, 타단면이 상기 베이스의 꼭대기면에 장착되어, 상기 유체가 충만하는 내부 공간을 상기 베이스 및 상기 다이어프램과 함께 형성하는 주벽(周壁) 부재와,
   상기 베이스의 꼭대기면으로부터 돌출하는 돌출부와,
   상기 베이스의 바닥면 측으로부터 상기 다이어프램을 향하여 연장하고, 상기 내부 공간과 외부를 연통하여 상기 유체를 유통시키는 연통로를 구비하며,
   상기 돌출부의 외측면에서, 상기 연통로의 내측면과 교차한 부분에 개구가 형성됨과 아울러, 상기 연통로의 선단 내면의 일부가 상기 돌출부 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연통로의 선단 내면이, 이 연통로의 연신(延伸) 방향에 대해서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연통로가, 적어도 2개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 연통로가, 상기 베이스의 바닥면으로부터 상기 다이어프램을 향하여 상기 바닥면에 대해서 수직으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스의 꼭대기면이, 원형 모양을 이루는 평면이고,
   상기 돌출부가, 상기 베이스의 꼭대기면으로부터 수직으로 돌출하며, 중심축이 상기 꼭대기면의 중심을 통과하도록 형성된 원기둥 모양을 이루는 것인 것을 특징으로 하는 구조체.
6. 유체의 압력에 의해 변위하는 다이어프램 및 이 다이어프램의 주연부에 일단면이 장착되는 주벽 부재가 장착되는 것으로서,
   꼭대기면 및 바닥면을 가지고 이루어지고, 상기 꼭대기면에는 상기 주벽 부재의 타단면이 장착되어 상기 다이어프램 및 상기 주벽 부재와 함께 상기 유체가 충만하는 내부 공간을 형성하는 베이스와,
   상기 베이스의 꼭대기면으로부터 돌출하는 돌출부와,
   상기 베이스의 바닥면 측으로부터 상기 다이어프램을 향하여 연장하고, 상기 내부 공간과 외부를 연통하여 상기 유체를 유통시키는 연통로를 구비하며,
   상기 돌출부의 외측면에서, 상기 연통로의 내측면과 교차한 부분에 개구가 형성됨과 아울러, 상기 연통로의 선단 내면의 일부가 상기 돌출부 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 지지부재.

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