(57)【要約】【課題】センサの対象物からの剥離を抑制する。【解決手段】対象物にセンサを貼設することにより所定の物理量を検出する検出方法であって、センサを所定の保護膜で密封する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にセンサを貼設することにより所定の物理量を検出する検出方法であって、
前記センサを所定の保護層で密封することを特徴とする検出方法。
【請求項２】
前記対象物の表面に窪み部を形成し、該窪み部に前記センサを収容した状態で前記対象物の表面と前記保護層の表面とが面一になるように前記センサを前記保護層で密封することを特徴とする請求項１記載の検出方法。
【請求項３】
前記対象物は所定の金属材料から形成され、
前記保護層は、前記金属材料と同系の金属材料を用いた電鋳によって形成されることを特徴とする請求項１または２記載の検出方法。
【請求項４】
前記対象物は、低温流体を吸引して送り出すターボポンプの羽根車であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項５】
前記センサは、前記対象物の歪量を検出する歪センサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出方法。
【請求項６】
対象物に貼設されたセンサを用いて所定の物理量を検出する検出装置であって、
前記センサは、所定の保護層で密封されていることを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ロケットエンジンのポンプが開示されている。このポンプは、ロケットエンジンに燃料を供給するためのものであり、羽根車を回転させることによって燃料をロケットエンジンに向けて送り出すターボポンプである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５４６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ロケットエンジンの燃料は、液体酸素や液体水素等の低温流体（液体）である。上記ターボポンプにおいて特に燃料と接触する部位は低温流体である燃料によって熱応力が発生するので、ターボポンプの信頼性を高めるためには、その変形量（歪量）を的確に把握する必要がある。
【０００５】
しかしながら、歪センサをターボポンプに貼設して歪量を検出しようとした場合、燃料の影響によって歪センサがターボポンプの表面から剥離し、歪量を的確に検出することができない虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、センサの対象物からの剥離を抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、検出方法に係る第１の解決手段として、対象物にセンサを貼設することにより所定の物理量を検出する検出方法であって、前記センサを所定の保護層で密封する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、検出方法に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記対象物の表面に窪み部を形成し、該窪み部に前記センサを収容した状態で前記対象物の表面と前記保護層の表面とが面一になるように前記センサを前記保護層で密封する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、検出方法に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記対象物は所定の金属材料から形成され、前記保護層は、前記金属材料と同系の金属材料を用いた電鋳によって形成される、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、検出方法に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記対象物は、低温流体を吸引して送り出すターボポンプの羽根車である、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、検出方法に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記センサは、前記対象物の歪量を検出する歪センサである、という手段を採用する。
【００１２】
また、本発明では、検出装置に係る解決手段として、対象物に貼設されたセンサを用いて所定の物理量を検出する検出装置であって、前記センサは、所定の保護層で密封されている、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサが保護層で密封されているので、センサの対象物からの剥離を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪検出方法が適用されるターボポンプの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における歪ゲージの設置状態を示す断面図であり、（ａ）、（ｂ）は電鋳前の状態を示し、（ｃ）は電鋳後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態は本発明を液体酸素Ｒを吸引・吐出するターボポンプＰの歪検出方法及び歪検出装置に適用したものであり、またセンサとして歪ゲージＳ（歪センサ）を用いる。上記液体酸素Ｒは、極低温の流体（低温流体）、つまり沸点が−１８３℃の極低温液体である。
【００１６】
上記ターボポンプＰは、図１に示すようにケーシング１、回転軸２、羽根車３（対象物）及び軸受４等を備える。ケーシング１は、ターボポンプＰの筐体であり、回転軸２、羽根車３及び軸受４を収容する。このケーシング１には液体酸素Ｒが流通する流路Ｍが形成されている。また、この流路Ｍには、液体酸素Ｒが外部から流入する流入口ｍ１と液体酸素Ｒを外部に吐出する流出口ｍ２とが設けられている。
【００１７】
回転軸２は、金属からなる円柱状（丸棒状）の部材であり、先端に羽根車３が同心状に装着され、また後端近傍部位が軸受４を介してケーシング１に支持されている。
【００１８】
羽根車３は、中心軸が回転軸２の軸心（回転中心）と同軸となるように回転軸２に固定装着されており、中心軸から放射状に延在する複数の羽根３ａ（翼）を備える。この羽根車３は、回転することによって軸線方向（流入口ｍ１）から液体酸素Ｒを吸引して周方向に送り出す遠心翼であり、所定の金属材料、例えばニッケル合金から形成されている。
【００１９】
軸受４は、回転軸２を回転自在に支持するものであり、例えばボールベアリングである。なお、図１には１つの軸受４が記載されているが、実際には軸受４は複数設けられている。
【００２０】
このようなターボポンプＰは、羽根車３が回転することによって流体Ｒを流入口ｍ１から吸い込んで流出口ｍ２から吐出する。すなわち、上述した羽根車３の各羽根３ａは、流体Ｒを押圧して流動力を作用させる部位であり、流体Ｒから受ける反力によって変形し得る。このような羽根車３は、本実施形態において、歪量が歪ゲージＳによって所定の物理量として検出される対象物である。なお、上記流体Ｒは、例えば液体酸素等の低温流体である。
【００２１】
歪ゲージＳは、このような羽根３ａに装着されており、羽根３ａの変形つまり歪を所定の物理量として検出する歪センサである。詳細については後述するが、この歪ゲージＳは、流体Ｒとの直接接触を避けるように羽根３ａの表面に密封状態で貼設されている。このような歪ゲージＳは、羽根３ａの歪量を示す検出信号をリード線ｓ１を介してテレメータに出力する。
【００２２】
テレメータは、検出信号を所定期間に亘って取り込むことにより、羽根３ａの所定期間に亘る歪量を時系列データとして記憶するデータ記憶装置である。このテレメータは、図１に示すように、羽根車３の内部に形成された空間（収容空間Ｋ）に収容されている。この収容空間Ｋは、羽根車３の内部において回転軸２に露出するように形成されている。すなわち、収容空間Ｋは、羽根車３の内周面と回転軸２の外周面の一部とで囲まれた空間である。なお、テレメータは、歪ゲージＳと共に本実施形態に係る検出装置を構成している。
【００２３】
続いて、歪ゲージＳの羽根３ａへの設置状態について、図２を参照して説明する。なお、この図２において、（ａ）、（ｂ）は密封前（電鋳前）の状態を示し、（ｃ）は密封後（電鋳後）の状態を示している。
【００２４】
図２に示すように、羽根３ａには表面３ｂから所定深さの凹部３ｃが窪み部として形成されている。この凹部３ｃは、歪ゲージＳの厚さよりも若干深い深さを有する２段構成を有している。すなわち、この凹部３ｃは、正面視でほぼ中央に位置すると共に表面３ｂからもっとも深い位置の第１底面３ｄと、正面視で第１底面３ｄを囲むように設けられると共に表面３ｂからの深が第１底面３ｄよりも浅い第２底面３ｅとを備える。
【００２５】
上記第１底面３ｄは、歪ゲージＳが接着剤３ｆによって接着される接着面である。すなわち、歪ゲージＳは、接着剤３ｆによって第１底面３ｄに接着された状態で凹部３ｃに収容される。この接着剤３ｆは、例えば極低温に対する耐性に優れたエポキシ系樹脂接着剤である。なお、上記第２底面３ｅは、図示するように外周近傍領域の深さが一定の傾斜で徐々に浅くなるテーパ状に形成されている。
【００２６】
また、凹部３ｃには歪ゲージＳのリード線を羽根３ａの内部に挿通させる配線穴３ｇが形成されている。上記リード線は、この配線穴３ｇを介して羽根３ａの内部を挿通し、上記収容空間Ｋ内のテレメータに接続される。このようなリード線及び歪ゲージＳは、図示するように絶縁材３ｈがコーティングされることによって一次的に密封されている。すなわち、上記凹部３ｃ内の歪ゲージＳ及び配線穴３ｇ内のリード線は、絶縁材３ｈに埋没した状態である。
【００２７】
このような絶縁材３ｈは、例えばゴム系の絶縁材料から形成されている。また、絶縁材３ｈの表面には、図示するように導電性膜３ｉがコーティングされる。この導電性膜３ｉは、羽根車３を構成する金属材料と同一あるいは同系の金属材料からなり、上述した第２底面３ｅと面一に形成されている。すなわち、導電性膜３ｉは、ニッケル合金あるいはニッケルである。
【００２８】
また、このような導電性膜３ｉの表面には羽根車３と同一あるいは同系の金属材料からなる保護層３ｊが形成される。すなわち、この保護層３ｊは、ニッケル合金あるいはニッケルからなり、電鋳によって形成されたものである。このような保護層３ｊは、羽根３ａの流体性能を損なわないように、羽根３ａの表面３ｂと面一になるように形成されている。
【００２９】
このようなターボポンプＰは、図示しない駆動機構によって回転軸２が回転駆動されることによって羽根車３が回転する。この結果、羽根車３の各羽根３ａが液体酸素Ｒに流動力を作用させて、液体酸素Ｒを流入口ｍ１から吸引すると共に流出口ｍ２から吐出する。すなわち、各羽根３ａは、極低温液体である液体酸素Ｒに常に曝された状態にあり、液体酸素Ｒから反力を受けると共に冷却されることにより応力が発生する。そして、この結果として、各羽根３ａには歪が発生し得る。
【００３０】
本実施形態に係る検出装置は、このような羽根３ａの歪を歪ゲージＳで検出してテレメータに記憶する。すなわち、歪ゲージＳは、各羽根３ａにおける所定時間に亘る歪の変化を順次検出し検出信号としてテレメータに出力し、テレメータは、この検出信号を順次記憶する。
【００３１】
ここで、本実施形態では、歪ゲージＳは、保護層３ｊによって密封された状態で羽根３ａに埋設されているので、液体酸素Ｒに直接曝されることはない。すなわち、本実施形態によれば、液体酸素Ｒが接着剤３ｆに作用して歪ゲージＳを第１底面３ｄから剥離することを抑制あるいは防止することがであり、以って羽根車３の羽根３ａの歪を正確に検出することが可能である。
【００３２】
また、本実施形態によれば、羽根３ａの表面３ｂと保護層３ｊの表面とが面一になるように歪ゲージＳを保護層３ｊで密封するので、羽根３ａの流体性能つまり羽根車３の機械的な流体性能を損なうことなく、接着剤３ｆを液体酸素Ｒから保護することが可能である。
【００３３】
また、本実施形態によれば、電鋳によって羽根３ａに保護層３ｊを形成するので、保護層３ｊの厚さや位置を比較的高精度に管理することが可能であり、よって羽根３ａの表面３ｂと保護層３ｊの表面との面一状態を精度良く実現することが可能である。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ターボポンプの羽根車３の歪検出に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、ターボポンプ以外で流体からの保護が必要な様々な機器について用いることができる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、センサとして歪ゲージＳを用いたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば歪ゲージＳの他に温度センサ等、流体からの保護が必要な様々なセンサに適用することが可能である。
【００３６】
（３）上記実施形態では、導電性膜３ｉを形成した後に保護層３ｊを形成したが、本発明はこれに限定されない。歪ゲージＳ（センサ）が比較的小型な場合等、必要に応じて導電性膜３ｉを省略してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
Ｐ  ターボポンプ
Ｓ  歪ゲージ（センサ）
ｓ１  リード線
Ｒ  液体酸素（流体）
Ｍ  流路
ｍ１  流入口
ｍ２  流出口
Ｋ  収容空間
１  ケーシング
２  回転軸
３  羽根車（対象物）
３ａ  羽根
３ｂ  表面
３ｃ  凹部（窪み部）
３ｄ  第１底面
３ｅ  第２底面
３ｆ  接着剤
３ｇ  配線穴
３ｈ  絶縁材
３ｉ  導電性膜
３ｊ  保護層
４  軸受
【図１】
2020143914.tif 000003
【図２】
2020143914.tif 000004