WO2022201871A1

WO2022201871A1 - センサ装置

Info

Publication number: WO2022201871A1
Application number: PCT/JP2022/003757
Authority: WO
Inventors: 萩原一成
Original assignee: 株式会社テイエルブイ
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2022-02-01
Publication date: 2022-09-29

Abstract

センサ装置は、筒状のケーシング（１０）と、ケーシング（１０）に挿入され、測定対象物に接することで測定対象物の振動が伝わる検出針（２１）と、ケーシング（１０）内に設けられ、検出針（２１）から振動が伝わる圧電素子（２３）とを備える。検出針（２１）は、ケーシング（１０）に挿入され、圧電素子（２３）が固定される軸部（２１１）と、軸部（２１１）の端部に設けられ、ケーシング（１０）の先端の開口（１２）を閉塞する閉塞部（２１５）とを有し、閉塞部（２１５）が測定対象物に接する。

Description

センサ装置

　本開示の技術は、センサ装置に関する。

　例えば特許文献１に開示されているように、検出針を測定対象物に押し当てて振動を検出するセンサ装置が知られている。このセンサ装置では、検出針が筒状のケーシングに挿入されており、検出針の基端側と接触する圧電素子等がケーシング内に設けられている。このセンサ装置では、検出針の先端を測定対象物に当てて検出針を押し込むことにより、測定対象物の振動が検出針を介して圧電素子に伝わって検出される。

特許第６１９４１３９号公報

　ところで、上述したようなセンサ装置では、圧電素子等の取付構造が複雑化していた。即ち、ケーシング先端の開口と検出針との隙間から蒸気や水分がケーシング内に入り込む虞があり、圧電素子を蒸気等から保護する観点から、圧電素子等をホルダーに収容して検出針の基端に接触させるようにしている。

　本開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電素子の取付構造を簡素化することができるセンサ装置を提供することにある。

　本開示の技術は、筒状のケーシングと、前記ケーシングに挿入され、測定対象物に接することで測定対象物の振動が伝わる検出針と、前記ケーシング内に設けられ、前記検出針から振動が伝わる圧電素子とを備えるセンサ装置である。前記検出針は、前記ケーシングに挿入され、前記圧電素子が固定される軸部と、前記軸部の端部に設けられ、前記ケーシングの先端の開口を閉塞する閉塞部とを有し、前記閉塞部が測定対象物に接する。

　本開示の技術によれば、圧電素子の取付構造を簡素化することができる。

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、センサ本体の概略構成を示す断面図である。図３は、図２のセンサ本体を下方から視て示す図である。図４は、閉塞部を拡大して示す断面図である。図５は、その他の実施形態に係るセンサ本体の要部を示す断面図である。

　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は、実施形態に係るセンサ装置１の概略構成を示す正面図である。本実施形態のセンサ装置１は、図示しない固定器具に連結して測定対象物（例えば、スチームトラップ）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。本実施形態では、一例として、センサ装置１が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およびアンテナ３を備えている。センサ本体２は、上下方向に延びる筒状のケーシング１０を備えている。アンテナ３は、センサ本体２のケーシング１０の上端に連結されている。ケーシング１０の先端部（下端部）には、雄ねじ部１１が形成されており、雄ねじ部１１にはナット５（例えば、ロックナット）が装着されている。

　センサ装置１は、センサ本体２のケーシング１０の雄ねじ部１１が上述した固定器具に螺合しナット５で締め付けられることにより、測定対象物に固定される。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振動および温度に関する信号がセンサ本体２から送られる。なお、センサ本体２の上部には、アンテナ３のための遮熱板４が設けられている。

　図２は、センサ本体２の概略構成を示す断面図である。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とを備えている。なお、図２では、上述したナット５の図示を省略している。

　ケーシング１０は、筒状に形成されており、より詳しくは円筒状に形成されている。上述したように、ケーシング１０の先端部（即ち、下端部）には、固定器具と螺合する雄ねじ部１１が形成されている。

　振動検出機構２０は、測定対象物の振動を検出（測定）するものである。振動検出機構２０は、検出針２１と、伝達板２２と、圧電素子２３と、ウエイト２６と、防振ゴム２７と、ナット２８とを備えている。

　検出針２１は、ケーシング１０に挿入され、測定対象物に接することで測定対象物の振動および熱が伝わる。検出針２１は、ケーシング１０と同軸に設けられている。具体的には、検出針２１は、軸部２１１と、閉塞部２１５とを有し、閉塞部２１５が測定対象物に接する。

　軸部２１１は、ケーシング１０に挿入され、圧電素子２３が固定される部分である。より詳しくは、軸部２１１は、細長い棒状の部材であり、ケーシング１０と同軸である。軸部２１１では、後方側から順に、小径部２１３、大径部２１２および螺合部２１４（図４参照）が形成されている。小径部２１３、大径部２１２および螺合部２１４は、互いに一体に形成されている。

　小径部２１３は、大径部２１２よりも外径が小さい。また、本実施形態では、小径部２１３の長さは、大径部２１２の長さよりも短い。小径部２１３には、伝達板２２、圧電素子２３、ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８が取り付けられている。螺合部２１４は、後述する閉塞部２１５と螺合する部分である。

　閉塞部２１５は、軸部２１１の端部（即ち、前方側の端部）に設けられ、ケーシング１０の先端（即ち、前方側の端部）の開口１２を閉塞する部分である。つまり、検出針２１において、閉塞部２１５は、測定対象物に接する機能と、ケーシング１０の先端の開口１２を閉塞する機能とを有する。

　図３は、図２のセンサ本体２を下方（即ち、前方）から視て示す図である。図４は、閉塞部２１５を拡大して示す断面図である。より詳しくは、閉塞部２１５は、螺合部２１６と、接触部２１７とを有している。

　螺合部２１６は、軸部２１１の端部と接続され、外周面が開口１２の内周面と螺合する円柱状の部分である。螺合部２１６の外径は、軸部２１１の外径よりも大きい。螺合部２１６は、軸部２１１の螺合部２１４と同軸に接続されている。

　図４に示すように、螺合部２１６には、後方側の端面に２つの凹部（第１凹部２１６ｂ、第２凹部２１６ｃ）が形成されている。第１凹部２１６ｂは、軸部２１１の螺合部２１４と螺合する有底のねじ孔である。第１凹部２１６ｂは、螺合部２１６の軸心に設けられている。第２凹部２１６ｃは、非ねじ孔（即ち、雌ねじが形成されていない孔）であり、後述する温度検出機構３０が設けられている。螺合部２１６の外周面には、雄ねじが形成されている。ケーシング１０の開口１２の内周面には、螺合部２１６の外周面と螺合する雌ねじが形成されている。

　接触部２１７は、ケーシング１０の外部に位置すると共に螺合部２１６の端部に設けられ、測定対象物に接する部分である。接触部２１７は、螺合部２１６の前方側の端部に一体形成されている。接触部２１７は、螺合部２１６よりも大径の円板状に形成されている。接触部２１７は、螺合部２１６と同軸に形成されている。また、接触部２１７は、外径が開口１２の開口径よりも大きい。

　接触部２１７では、前方側の端面が、測定対象物に接する接触面２１７ａとなっている。つまり、本実施形態では、閉塞部２１５における測定対象物に接する接触面２１７ａは平面である。接触部２１７は、螺合部２１６が開口１２の内周面と螺合した状態において、ケーシング１０の先端の端面１３と接している。

　こうして、螺合部２１６と開口１２の内周面とが螺合することにより、閉塞部２１５はケーシング１０の先端の開口１２を閉塞する。これにより、ケーシング１０の先端の開口１２から蒸気や水分がケーシング１０の内部空間１６に入り込むことを防止することができる。

　また、図３に示すように、接触部２１７は、周方向の一部が切除されて成る２つの平面２１７ｂを有している。２つの平面２１７ｂは、互いに対向している。この２つの平面２１７ｂは、螺合部２１６を開口１２の内周面と螺合させる際、工具によって把持する部分である。つまり、工具で接触部２１７を回転させることにより、閉塞部２１５がケーシング１０の開口１２に取り付けられる。

　上述したように、伝達板２２、圧電素子２３、ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８は、軸部２１１の小径部２１３に取り付けられている。つまり、これら伝達板２２や圧電素子２３等には、小径部２１３（軸部２１１）が挿入されている。小径部２１３では、前方側から順に、伝達板２２、圧電素子２３、ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８が取り付けられている。

　具体的に、伝達板２２は、金属製の部材であり、軸部２１１において圧電素子２３よりも閉塞部２１５側（即ち、前方側）に位置している。伝達板２２は、小径部２１３と螺合することによって小径部２１３に固定されている。伝達板２２は、小径部２１３と大径部２１２との段差２１２ａに接した状態で固定されている。伝達板２２は、測定対象物から検出針２１に伝わった振動を圧電素子２３に伝える。つまり、伝達板２２は、軸部２１１の振動を圧電素子２３に伝える。

　圧電素子２３は、伝達板２２と接した状態で小径部２１３に取り付けられている。圧電素子２３には、軸部２１１（検出針２１）の振動が伝達板２２を介して伝わる。圧電素子２３は、２つの電極板２４，２５を有している。２つの電極板２４，２５は、図示しないが、それぞれ信号線によってアンテナ３の信号処理回路に接続されている。つまり、信号線はケーシング１０内を通ってアンテナ３内に配線されている。

　ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８は、それぞれ、押し付け部材の一例である。押し付け部材は、圧電素子２３をその後方から伝達板２２に押し付ける。これら押し付け部材は、軸部２１１において圧電素子２３よりも伝達板２２と反対側（即ち、後方側）に位置している。

　具体的に、ウエイト２６は、金属製の部材であり、電極板２５と接した状態で小径部２１３に取り付けられている。ウエイト２６は、自身の重力によって圧電素子２３を伝達板２２に押し付ける。防振ゴム２７は、ウエイト２６と接した状態で小径部２１３に取り付けられている。防振ゴム２７は、ウエイト２６を前方へ付勢することによって圧電素子２３を伝達板２２に押し付ける。ナット２８は、防振ゴム２７と接した状態で小径部２１３に取り付けられている（螺合している）。つまり、ナット２８が小径部２１３に螺合されることにより、伝達板２２、圧電素子２３、ウエイト２６および防振ゴム２７が互いに密接する。また、ナット２８は、その締め付け力によって圧電素子２３を伝達板２２に押し付ける。

　こうして、圧電素子２３が押し付け部材（ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８）によって伝達板２２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２３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。

　また、ケーシング１０の内部空間１６への蒸気等の入り込みを考慮しなくてもよいため、圧電素子２３等を従来のようにホルダー等で収容することなく内部空間１６に露出した状態で軸部２１１に取り付けることができる。そのため、圧電素子２３等の取付構造が簡素化される。

　図４に示すように、温度検出機構３０は、検出針２１の閉塞部２１５と、一対の熱電対線３１，３２とを備え、測定対象物の温度を検出（測定）するものである。つまり、検出針２１の閉塞部２１５は、振動検出機構２０および温度検出機構３０の共通の構成部材である。

　一対の熱電対線３１，３２は、ケーシング１０内に設けられ、閉塞部２１５に接続されている。より詳しくは、一対の熱電対線３１，３２は、閉塞部２１５の第２凹部２１６ｃの底面に例えば溶接によって接続されている。一対の熱電対線３１，３２は、測定対象物の熱が閉塞部２１５を介して伝わる。図示しないが、熱電対線３１，３２は、ケーシング１０の内部空間１６を通って、アンテナ３の信号処理回路に接続されている。一対の熱電対線３１，３２は、例えば、一方がアルメル線で、他方がクロメル線である。

　上述したセンサ装置１では、検出針２１の閉塞部２１５の接触面２１７ａを測定対象物に当てることによって、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２３に作用する。これに応じて圧電素子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から信号線を介してアンテナ３の信号処理回路に送られる。こうして、測定対象物の振動が検出（測定）される。

　また、上述したセンサ装置１では、検出針２１の閉塞部２１５の接触面２１７ａを測定対象物に当てることによって、測定対象物の熱が閉塞部２１５に伝わり、一対の熱電対線３１，３２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る。こうして、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、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は、筒状のケーシング１０と、ケーシング１０に挿入され、測定対象物に接することで測定対象物の振動が伝わる検出針２１と、ケーシング１０内に設けられ、検出針２１から振動が伝わる圧電素子２３とを備えている。そして、検出針２１は、ケーシング１０に挿入され、圧電素子２３が固定される軸部２１１と、軸部２１１の端部に設けられ、ケーシング１０の先端の開口１２を閉塞する閉塞部２１５とを有し、閉塞部２１５が測定対象物に接する。

　上記の構成によれば、ケーシング１０の開口１２が検出針２１の閉塞部２１５によって閉塞されるので、開口１２からケーシング１０の内部空間１６に蒸気や水分が入り込むことを防止することができる。そのため、従来のように圧電素子を蒸気等から保護するためにホルダー内に収容する構成を採用しなくてもよく、圧電素子２３等を内部空間１６に露出した状態で軸部２１１に取り付けることができる。したがって、圧電素子２３等の取付構造を簡素化することができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、閉塞部２１５は、軸部２１１の端部と接続され、外周面が開口１２の内周面と螺合する円柱状の螺合部２１６と、ケーシング１０の外部に位置すると共に螺合部２１６の端部に設けられ、測定対象物に接する接触部２１７とを有している。

　上記の構成によれば、閉塞部２１５では、螺合部２１６が開口１２の内周面と螺合することにより、開口１２が閉塞される。そのため、簡易な構成で開口１２を閉塞することができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、接触部２１７は、螺合部２１６よりも大径の円板状に形成されており、ケーシング１０の先端の端面１３と接している。

　上記の構成によれば、閉塞部２１５では、螺合部２１６を開口１２の内周面と螺合させることにより、接触部２１７をケーシング１０の先端の端面１３に強く接触させることができる。そのため、開口１２をより確実に閉塞することができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、検出針２１は、測定対象物に接することで測定対象物の振動および熱が伝わるものである。そして、センサ装置１は、ケーシング１０内に設けられ、閉塞部２１５に接続される熱電対線３１，３２をさらに備えている。

　上記の構成によれは、閉塞部２１５を介して測定対象物の振動だけでなく温度も検出することができる。また、開口１２からケーシング１０の内部空間１６に蒸気や水分が入り込むことを防止することができるので、熱電対線３１，３２と閉塞部２１５との接続部が腐食することを防止することができる。したがって、腐食による熱電対線３１，３２の断線を防止することができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、検出針２１の閉塞部２１５は、振動検出機構２０および温度検出機構３０の共通の構成部材である。そのため、部品点数を削減することができる。

　また、上記実施形態のセンサ装置１において、圧電素子２３には、軸部２１１が挿入されている。そして、センサ装置１は、伝達板２２と、押し付け部材（ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８）とをさらに備えている。伝達板２２は、軸部２１１において圧電素子２３よりも閉塞部２１５側（即ち、前方側）に位置するように軸部２１１が挿入され、軸部２１１の振動を圧電素子２３に伝える。押し付け部材は、軸部２１１において圧電素子２３よりも伝達板２２と反対側（即ち、後方側）に位置するように軸部２１１が挿入され、圧電素子２３を伝達板２２に押し付ける。

　上記の構成によれば、押し付け部材（ウエイト２６、防振ゴム２７およびナット２８）によって圧電素子２３を伝達板２２に所定の力（初期押付け力）で押し付けることができる。そのため、測定対象物以外の振動や力が外乱として圧電素子２３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。そして、このような押し付け部材を含めた圧電素子２３の取付構造を簡素化することができる。

　（その他の実施形態）
　なお、本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。

　例えば、上記実施形態のセンサ装置１において、検出針２１の閉塞部２１５を図５に示すような構成としてもよい。図５は、その他の実施形態に係るセンサ本体２の要部を示す断面図である。つまり、この変形例では、閉塞部２１５における測定対象物に接する接触面２１７ａは、外方に突出する湾曲状に形成されている。例えば、接触面２１７ａは球面状に形成されている。この構成によれば、センサ本体２が測定対象物に対して傾いて設置された場合でも、閉塞部２１５の接触面２１７ａと測定対象物との適切な接触度合いを確保し易くなる。

　また、上記実施形態では、閉塞部２１５をケーシング１０の先端に螺合接合することによって開口１２を閉塞するようにしたが、これに限らず、閉塞部をケーシング１０の先端に溶接接合することによって開口１２を閉塞するようにしてもよい。また、閉塞部を開口１２に圧入することにより、開口１２を閉塞するようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、温度検出機構３０を省略するようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、測定対象物に固定して振動等を測定するセンサ装置１について説明したが、本願に開示の技術は、作業者が手で持って測定対象物に押し当てて測定するハンディタイプのセンサ装置についても同様の作用効果を奏する。

　本願に開示の技術は、測定対象物に接触させて測定対象物の振動および温度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
１０　　　ケーシング
１２　　　開口
１３　　　端面
２１　　　検出針
２２　　　伝達板
２３　　　圧電素子
２６　　　ウエイト（押し付け部材）
２７　　　防振ゴム（押し付け部材）
２８　　　ナット（押し付け部材）
３１，３２　　熱電対線
２１１　　軸部
２１５　　閉塞部
２１６　　螺合部
２１７　　接触部
２１７ａ　接触面

Claims

　筒状のケーシングと、
　前記ケーシングに挿入され、測定対象物に接することで測定対象物の振動が伝わる検出針と、
　前記ケーシング内に設けられ、前記検出針から振動が伝わる圧電素子とを備え、
　前記検出針は、前記ケーシングに挿入され、前記圧電素子が固定される軸部と、前記軸部の端部に設けられ、前記ケーシングの先端の開口を閉塞する閉塞部とを有し、前記閉塞部が測定対象物に接する
ことを特徴とするセンサ装置。
　請求項１に記載のセンサ装置において、
　前記閉塞部は、前記軸部の端部と接続され、外周面が前記開口の内周面と螺合する円柱状の螺合部と、前記ケーシングの外部に位置すると共に前記螺合部の端部に設けられ、測定対象物に接する接触部とを有している
ことを特徴とするセンサ装置。
　請求項２に記載のセンサ装置において、
　前記接触部は、前記螺合部よりも大径の円板状に形成されており、前記ケーシングの先端の端面と接している
ことを特徴とするセンサ装置。
　請求項１に記載のセンサ装置において、
　前記閉塞部における測定対象物に接する接触面は、外方に突出する湾曲状に形成されている
ことを特徴とするセンサ装置。
　請求項１に記載のセンサ装置において、
　前記検出針は、測定対象物に接することで測定対象物の振動および熱が伝わるものであり、
　前記ケーシング内に設けられ、前記閉塞部に接続される熱電対線をさらに備えている
ことを特徴とするセンサ装置。
　請求項１乃至５の何れか１項に記載のセンサ装置において、
　前記圧電素子には、前記軸部が挿入されており、
　前記軸部において前記圧電素子よりも前記閉塞部側に位置するように前記軸部が挿入され、前記軸部の振動を前記圧電素子に伝える伝達板と、
　前記軸部において前記圧電素子よりも前記伝達板と反対側に位置するように前記軸部が挿入され、前記圧電素子を前記伝達板に押し付ける押し付け部材とをさらに備えている
ことを特徴とするセンサ装置。