(57)【要約】【課題】固着用材料やシール材を用いることなく、防爆容器開口部に電気機械器具防爆構造規格に定める防爆構造要件を満たした透光部材を取り付ける。【解決手段】透光部材２を防爆ケース１の開口部１ａに収縮嵌合（焼き嵌めや冷やし嵌め）により装着する。収縮嵌合により装着された状態において、透光部材２と開口部１ａとの収縮嵌合により圧接された面（Ｓ１，Ｓ２）間に、防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧を発生させるようにする。具体的には、収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、透光部材２の開口部１ａからの引き抜き荷重が電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重よりも大となる面圧を下限とし、開口部１ａが形成された防爆ケース１および透光部材２の部材強度を超えない面圧を上限とし、この下限と上限とで定められた範囲内の面圧とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する透光部材と、この透光部材が取り付けられる開口部とを備えた透光部材の取付構造において、
前記透光部材は、前記開口部に収縮嵌合により装着されており、
前記透光部材と前記開口部とは、
前記収縮嵌合により装着された状態において、その収縮嵌合により圧接された面間に、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧が発生している
防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧が発生している
ことを特徴とする透光部材の取付構造。
【請求項２】
請求項１に記載された透光部材の取付構造において、
前記開口部は、
防爆ケースに形成された開口部である
ことを特徴とする透光部材の取付構造。
【請求項３】
請求項１に記載された透光部材の取付構造において、
前記開口部は、
防爆ケースに取り付けられる枠材に形成された開口部である
ことを特徴とする透光部材の取付構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された透光部材の取付構造において、
前記収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧は、前記透光部材の前記開口部からの引き抜き荷重が前記防爆試験で定められた印加荷重よりも大となる面圧とされている
ことを特徴とする透光部材の取付構造。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載された透光部材の取付構造において、
前記収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧は、前記開口部が形成された部材および前記透光部材の部材強度を超えない面圧とされている
ことを特徴とする透光部材の取付構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載された透光部材の取付構造を備える防爆機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、開口部への透光部材の取付構造およびその取付構造を用いた防爆機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空調システムなどで用いられる電気機器は、引火性の高いガスなどの特殊な雰囲気中で使用される場合があり、このような特殊な雰囲気中で使用される電気機器では、電気回路中における接点のオン／オフ動作によって生じた火花が外部に影響を及ぼさないようにするために、電気回路部が防爆ケースに収容されている。
【０００３】
このような電気機器において、例えば防爆ケースに収納された表示装置の表示部を覗く窓を設けるような場合、防爆ケースの開口部に透光部材（例えば、透明強化ガラス）を取り付けるようにしている。また、防爆ケースに収納された制御装置に設定信号や操作信号などを光に変換して送るような場合などにも、防爆ケースの開口部に透光部材を取り付けるようにしている。
【０００４】
防爆ケースが満たすべき構造要件は厚生労働省が定める電気機械器具防爆構造規格に規定されている（非特許文献１）。また、爆発性雰囲気で使用する電気機械器具の国際整合防爆指針はＩＥＣ６００７９に定められており、国内ではＪＩＳＣ６００７９がこれに準拠している（非特許文献２）。
【０００５】
従来、防爆ケースの開口部への透光部材の取り付けは、透光部材と開口部とを固着用材料たとえば樹脂ポッティング等により固着するか、透光部材と開口部との隙間をパッキンやガスケット等のシール材で減じることで防爆構造を満たす手法がとられてきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平７−２０６３１号公報（実用新案登録第２６０６７７０号公報）
【特許文献２】特開２００２−３４８１８０号公報（段落〔００２７〕〜〔００２８〕）
【特許文献３】特開２０００−５５１３４号公報（段落〔００２３〕〜〔００２４〕）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「労働安全衛生法  電気機械器具防爆構造規格」、〔平成２５年１１月２８日検索〕、インターネット＜URL：http://wwwhourei.mhlw.go.jp/cgi-bin/t_docframe2.cgi?MODE=hourei&DMODE=SEARCH&SMODE=NORMAL&KEYWORD=%93%64%8b%43%8b%40%8a%42%8a%ed%8b%ef%96%68%94%9a%8d%5c%91%a2%8b%4b%8a%69&EFSNO=927&FILE=FIRST&POS=0&HITSU=3＞
【非特許文献２】日本工業規格ＪＩＳＣ６００７９（耐圧防爆要件：〔平成２５年１１月２８日検索〕、インターネット＜http://kikakurui.com/c60/C60079-1-2008-01.html＞）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、固着用材料にたとえば樹脂ポッティングを用いた場合、樹脂ポッティング内に気泡が混入する問題がある。この場合、気泡の長さは防爆構造としての奥行からは除外されるため、製造工程において気泡の混入を防ぐ管理が必要となる。また、日本工業規格ＪＩＳＣ６００７９（非特許文献２参照）においては、固着接合部は，それらの部分を形成する耐圧防爆構造の容器のシール性の確保のためだけに適用してもよい。容器の機械的強度が固着用材料の接着力だけに依存しないように，容器の構造を考えなければならないと規定されており、透光部材を把持する別の機構を持たなければならない。
【０００９】
また、パッキンやガスケット等のシール材を用いて隙間を減じる方法を用いた場合、対象となる雰囲気ガスに応じてシール材の選定が必要となる。また、シール部には内容積に応じた奥行（厚み）が必要となるため、ガスケットを用いた場合はその分、透光部の実効面積が狭くなる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、固着用材料やシール材を用いることなく、透光部材を開口部に強固に取り付けることができる透光部材の取付構造および防爆機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために本発明は、透光部材を開口部に収縮嵌合により装着するようにしたものであり、収縮嵌合により装着された状態において、透光部材と開口部との収縮嵌合により圧接された面間に、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧を発生させるようにしたものである。
【００１２】
本発明では、例えば、透光部材の寸法よりもわずかに狭い開口部に、焼き嵌めや冷やし嵌めによって透光部材を収縮嵌合させる。この場合、透光部材と開口部とは、その収縮嵌合により圧接された面間に、収縮嵌合前の寸法に応じて面圧が発生する。本発明では、この収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧とする。
【００１３】
このような透光部材の取付構造とすることにより、固着用材料やシール材を用いることなく、透光部材を開口部に強固に取り付けることができるようになる。また、防爆構造要件である部材間のスキの管理が容易となり、透光部材を把持する別の機構を持たせる必要もなくなり、透光部の実効面積が狭くなることもなくなる。
【００１４】
本発明において、開口部は、防爆ケースに形成された開口部であってもよいし、防爆ケースに取り付けられる枠材に形成された開口部であってもよい。また、本発明において、透光部材と開口部との収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧は、透光部材の開口部からの引き抜き荷重が電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重よりも大となる面圧を下限とし、開口部が形成された部材および透光部材の部材強度を超えない面圧を上限とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、透光部材を開口部に収縮嵌合により装着し、透光部材と開口部との収縮嵌合により圧接された面間に、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験で定められた印加荷重に耐えられる面圧を発生させるようにしたので、固着用材料やシール材を用いることなく、透光部材を開口部に強固に取り付けることができるようになる。これにより、防爆構造要件である部材間のスキの管理が容易となり、透光部材を把持する別の機構を持たせる必要もなくなり、透光部の実効面積が狭くなることもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る透光部材の取付構造を用いた防爆機器の第１の実施の形態(実施の形態１)の要部を示す断面図である。
【図２】本発明に係る透光部材の取付構造を用いた防爆機器の第２の実施の形態(実施の形態２)の要部を示す断面図である。
【図３】透光部材を取り付けた枠材の断面図、背面図および正面図である。
【図４】部材Ｂ（枠材）に部材Ａ（透光部材）を収縮嵌合するとき両部材の間に面圧ｐが生じる様子を示す図である。
【図５】部材Ｂを外円筒、部材Ａを内円筒をとした場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、焼き嵌めについては特許文献２に、冷やし嵌めにについては特許文献３にその説明があるので、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係る透光部材の取付構造を用いた防爆機器の第１の実施の形態(実施の形態１)の要部を示す断面図である。
【００１９】
図１において、１は防爆機器のケース（防爆ケース）、２はこの防爆ケース１の開口部１ａに取り付けられた透光部材である。この例では、透光部材２として、ＪＩＳＲ３２０６の規格に準拠する透明強化ガラスを用いている。また、防爆ケース１は金属製とされている。
【００２０】
この防爆機器１００において、防爆ケース１の開口部１ａへの透光部材２の取り付けは、焼き嵌めや冷やし嵌めによって行われている。すなわち、透光部材２の寸法よりもわずかに狭い開口部１ａに、焼き嵌めや冷やし嵌めによって透光部材２を収縮嵌合させている。
【００２１】
この場合、透光部材２と開口部１ａとは、その収縮嵌合により圧接された面間に、すなわち透光部材２の外周面Ｓ１と開口部１ａの内周面Ｓ２との接触面に、収縮嵌合前の寸法に応じて面圧が発生する。
【００２２】
本実施の形態では、この透光部材２と開口部１ａとの収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験（非特許文献１や２に規定された防爆試験）で定められた印加荷重に耐えられる面圧としている。
【００２３】
具体的には、透光部材２と開口部１ａとの収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、透光部材２の開口部１ａからの引き抜き荷重が前記防爆試験で定められた印加荷重よりも大となる面圧を下限とし、開口部１ａが形成された防爆ケース１および透光部材２の部材強度を超えない面圧を上限とし、この下限と上限とで定められた範囲内の面圧としている。
【００２４】
これにより、本実施の形態では、固着用材料やシール材を用いることなく、透光部材２が防爆ケース１の開口部１ａに強固に取り付けられるものとなる。また、防爆構造要件である部材間のスキの管理が容易となり、透光部材２を把持する別の機構を持たせる必要もなくなり、透光部の実効面積が狭くなることもなくなる。
【００２５】
〔実施の形態２〕
図２は本発明に係る透光部材の取付構造を用いた防爆機器の第２の実施の形態(実施の形態２)の要部を示す断面図である。
【００２６】
実施の形態１では、防爆ケース１の開口部１ａに透光部材２を取り付けるようにしているが、実施の形態２では、枠材３の開口部３ａに透光部材２を取り付け、この透光部材２を取り付けた枠材３を防爆ケース１の開口部１ａに取り付けている。
【００２７】
図３（ａ）に透光部材２を取り付けた枠材３の断面図を、図３（ｂ）に透光部材２を取り付けた枠材３の背面図（図３（ａ）におけるＡ方向矢視図）を、図３（ｃ）に透光部材２を取り付けた枠材３の正面図（図３（ａ）におけるＢ方向矢視図）を示す。
【００２８】
枠材３はアルミニウムなどの金属からなり、リング状の縁３−１と、この縁３−１の背面に一体的に形成されたリング状の枠３−２とを備え、枠３−２の外周にはネジ山が形成されている。
【００２９】
枠３−２の外径は縁３−１の外径よりも小さく、枠３−２の内径は縁３−１の内径よりも大きく、枠３−２の内径と縁３−１の内径とをつなぐ段差面３ｂに突き当てた状態で、透光部材２が枠３−２の内周面に嵌め込まれている。すなわち、枠３−２によって囲まれた空間を枠材３の開口部３ａとし、この枠材３の開口部３ａに透光部材２を取り付けている。
【００３０】
本実施の形態では、この透光部材２を取り付けた枠材３を防爆ケース１の開口部１ａに、枠３−２の外周に形成されたネジ山と防爆ケース１の開口部１ａに形成されたネジ溝とを螺合させることによって、着脱可能に取り付けている。
【００３１】
この枠材３において、開口部３ａへの透光部材２の取り付けは、焼き嵌めや冷やし嵌めによって行われている。すなわち、透光部材２の寸法よりもわずかに狭い開口部３ａに、焼き嵌めや冷やし嵌めによって透光部材２を収縮嵌合させている。
【００３２】
この場合、透光部材２と開口部３ａとは、その収縮嵌合により圧接された面間に、すなわち透光部材２の外周面Ｓ１と開口部３ａの内周面（枠３−２の内周面）Ｓ２との接触面に、収縮嵌合前の寸法に応じて面圧が発生する。
【００３３】
本実施の形態では、この透光部材２と開口部３ａとの収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験（非特許文献１や２に規定された防爆試験）で定められた印加荷重に耐えられる面圧としている。
【００３４】
具体的には、透光部材２と開口部３ａとの収縮嵌合により圧接された面間に発生する面圧を、透光部材２の開口部３ａからの引き抜き荷重が前記防爆試験で定められた印加荷重よりも大となる面圧を下限とし、開口部３ａが形成された枠材３および透光部材２の部材強度を超えない面圧を上限とし、この下限と上限とで定められた範囲内の面圧としている。
【００３５】
これにより、本実施の形態では、固着用材料やシール材を用いることなく、透光部材２が枠材３の開口部３ａに強固に取り付けられるものとなる。また、防爆構造要件である部材間のスキの管理が容易となり、透光部材２を把持する別の機構を持たせる必要もなくなり、透光部の実効面積が狭くなることもなくなる。
【００３６】
また、本実施の形態では、透光部材２を取り付けた枠材３を防爆ケース１の開口部１ａに着脱可能に取り付けるようにしているので、透光部材２の交換が可能となる。また、透光部材２を防爆ケース１ではなく、枠材３に取り付けるので、取扱いが簡単となり、製造も容易となる。また、焼き嵌めや冷やし嵌めを行う設備も小型のもので済む。
【００３７】
〔参考１：円筒部材の収縮嵌合における面圧ｐと円周応力を求める計算式〕
部材Ｂ（枠材）に部材Ａ（透光部材）を収縮嵌合するとき、両部材の間に面圧ｐが生じる（図４参照）。この面圧ｐにより部材Ａは圧縮応力が働き、部材Ｂには引張応力が働く。この応力がそれぞれの部材の強度を超えないように設計をする必要がある。
【００３８】
ここで、部材Ｂを外円筒とし、部材Ａを内円筒をとした場合（図５参照）、内円筒Ａと外円筒Ｂとの収縮嵌合における部材接触面の面圧ｐと円周応力を求める計算式は下記のように表される。
【００３９】
(１)接触面の圧力ｐ
焼き嵌め圧力をｐとすると、外円筒Ｂに内圧ｐ0が作用する。外円筒Ｂの変位をδBとすれば、外円筒Ｂの変位δBは下記(１)式で表される。
【００４０】
【数１】
2015106592.tif 000003
【００４１】
同様に、内円筒Ａには外圧ｐ0が作用するため、内円筒Ａの変位をδAとすれば、内円筒Ａの変位δAは下記(２)式で表される。
【００４２】
【数２】
2015106592.tif 000004
【００４３】
外円筒ＢはδBだけ拡がり、内円筒ＡはδAだけ縮む。焼嵌め代δはその和に等しいから、δ＝δA＋δBであるので、ｐとδの間には下記(３)式が成り立つ。
【００４４】
【数３】
2015106592.tif 000005
【００４５】
(２)接触面に圧力ｐが作用したとき接触面に発生する円周応力σ
（ａ）内円筒Ａの外周面に生じる円周応力σａは下記の（４）式で示される。
【００４６】
【数４】
2015106592.tif 000006
【００４７】
（ｂ）外円筒Ｂの内周面に生じる円周応力はσｂは下記の（５）式で示される。
【００４８】
【数５】
2015106592.tif 000007
【００４９】
なお、上記（１）〜（５）式において、ＥAは内円筒Ａのヤング率、ＥBは外円筒Ｂのヤング率、ＶAは内円筒Ａのポアソン比、ＶBは外円筒Ｂのポアソン比、ｒ1は焼き嵌め後の内円筒Ａの内径、ｒ2は焼き嵌め後の内円筒Ａの外径（＝外円筒Ｂの内径）、ｒ3は焼き嵌め後の外円筒Ｂの外径を示す。
【００５０】
〔参考２：衝撃試験で発生する荷重〕
電気機械器具防爆構造規格に定める防爆試験の試験項目の１つに衝撃試験がある。衝撃試験は、既定の高さから重錘を落下させ、対象部品が破損しないことを確認するものである。破損の有無は選定する材料の強度によるが、収縮嵌合部が衝撃により脱落しない設計とするために衝撃試験で発生する荷重以上の締結力が必要である。
【００５１】
（ａ）衝撃試験での発生荷重Ｆは、ｍを重錘の重さ、ｔを衝突時間・衝突係数、ｇを重力加速度、ｈを重錘の落下高さとした場合、下記（６）式で表される。
【００５２】
【数６】
2015106592.tif 000008
【００５３】
（ｂ）引き抜き荷重Ｋは、Ａを締結部面の面積、ｐを接触面の圧力、μを接触面の摩擦抵抗、ηを接触面積率とした場合、下記（７）式で示される。
【００５４】
【数７】
2015106592.tif 000009
【００５５】
Ｋ＞Ｆの時、衝撃試験時、部材のずれが発生せず、脱落が生じない。
【００５６】
なお、上述した実施の形態では、透光部材２を透明強化ガラスとしたが、透明強化ガラスに限られるものではない。また、防爆ケース１や枠材３も金属製に限られるものではなく、樹脂製などとしてもよい。
【００５７】
また、上述した実施の形態では、焼き嵌めや冷やし嵌めによって透光部材を開口部に収縮嵌合させるようにしたが、透光部材を開口部に圧入するようにしてもよい。本発明でいう収縮嵌合の定義には、透光部材を開口部へ圧入した状態も含まれる。
【００５８】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…ケース（防爆ケース）、１ａ…開口部、２…透光部材、３…枠材、３−１…縁、３−２…枠、３ａ…開口部、３ｂ…段差面、１００…防爆機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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