(57)【要約】【課題】本発明の目的は、圧力計をコンパクトに構成するとともに、圧力表示面を所定の向きで流体機器等に取り付けることができ、かつ、被測定流体の圧力変動の応答遅れがなく、正確な圧力を計測できる高圧圧力計を安価に提供することである。【解決手段】本発明高圧圧力計は、プランジャー用ブロック２のプランジャー摺動口２１内をシール部材２６でシールされて摺動するプランジャー６とシリンダブロック１のシリンダ口１１内をシール部材５２でシールされて摺動するピストン５とを有し、プランジャー６の外径をピストン５の外径より小さくし、被測定圧力流体の高圧圧力を前記プランジャー６で受圧して前記ピストン５で圧力伝達流体を押圧して圧力計測体で計測する。プランジャー６をシールする前記シール部材２６は、アセタール樹脂で形成されたバックアップリング３４を介して支持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャー用ブロックのプランジャー摺動口内をシール部材でシールされて摺動するプランジャーとシリンダブロックのシリンダ口内をシール部材でシールされて摺動するピストンとを有し、プランジャーの外径をピストンの外径より小さくし、被測定圧力流体の高圧圧力を前記プランジャーで受圧して前記ピストンで圧力伝達流体を押圧して圧力計測体で計測する高圧圧力計であって、
プランジャーをシールする前記シール部材は、アセタール樹脂で形成されたバックアップリングを介して支持されていることを特徴とする高圧圧力計。
【請求項２】
前記プランジャーをシールする前記シール部材は、該シール部材とアセタール樹脂で形成されたバックアップリングとの間にフッ素樹脂で形成されたバックアップリングが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧圧力計。
【請求項３】
前記アセタール樹脂で形成されたバックアップリングは、外周面がテーパ状に形成されたバックアップリングが、内周面がテーパ状に形成されたバックアップリング内に嵌合して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧圧力計。
【請求項４】
前記プランジャーは、その表面にフッ素樹脂粒子をニッケルメッキ浴中に分散させた分散メッキ法により金属薄膜が生成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高圧圧力計。
【請求項５】
前記プランジャー用ブロックの外周面には、圧力を計測する流体機器に接続するための雄ネジが外周に形成された接続部材が回転自在であって抜け止めされた状態で嵌合されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高圧圧力計。
【請求項６】
前記シリンダブロックは、前記圧力計測体が配置されている筺体内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高圧圧力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体の圧力を測定するために使用する高圧圧力計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液体の圧力を測定する圧力計としては、普通形圧力計（例えばＪＩＳ  Ｂ  ７５０５ブルドン管式圧力計、圧力範囲０〜１，０００ｋｇ／ｃｍ２）や１，０００ｋｇ／ｃｍ２以上の超高圧液体の圧力測定を行なう高圧圧力計が使用されている。超高圧液体（１，０００〜５，０００ｋｇ／ｃｍ２（１００〜５００ＭＰａ））の圧力測定を行なう場合には高圧圧力計を使用するが、高圧圧力計は普通形圧力計に比べてはるかに高価であり、また取付け及び取扱いも難しく危険を伴い、調整、修理も容易ではない。さらに、脈動を伴った液体、例えばプランジヤーポンプ等から吐出された液体は必然的に脈動を伴い、その脈動は圧力計の指針のブレを起こし、測定圧力の誤差は勿論のこと、圧力計の破損等の事故につながることもある。そこで、これらの問題を解決するために、高圧液体の圧力測定に際し、圧力計に導く被測定圧力液体の圧力を一旦減圧し、また脈動をも平均化し、普通形圧力計によっても高圧液体の圧力測定を容易に行なうことを可能にする圧力計用減圧器が考えられている（特許文献１）。この圧力計用減圧器を、図４により説明する。
【０００３】
シリンダ７１内にはピストン７３が収納され、ピストン７３の一端部にはプランジャー７４が固定されている。シリンダ７１には、大気導入路７５が設けられた中間部材７６が付設され、さらにプランジャー７４の端面部に開口する被測定圧力液体７７の導入口７８が設けられた部材７９がボルト８０によって取付けられており、プランジャー７４はプランジャーシール８１によってシールされている。また、シリンダ７１内の圧力伝達流体保持部８３には、圧力計８９の圧力導入部を連結するための検出ロッド８５が収容され、ロッドシール８６を介して締付部材８７をボルト８８で締付けることにより取り付けられている。部材７９の下端の外周には雄ネジ９０が形成されていて被測定圧力液体源（図示せず）に連結可能になっている。さらに、圧力伝達流体保持部８３を押圧するピストン７３の面積（圧力伝達流体８２の被押圧面積）は、プランジャー７４の端面の面積（ピストン７３における被測定圧力液体の受圧面積）より大きく形成されている。
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１８４９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示す圧力計用減圧器は、その上端にある検出ロッド８５に形成された雄ネジを圧力計８９の圧力導入部に連結することにより圧力計に取り付けられるので、圧力計の高さが高くなり、圧力を計測する流体機器等（被測定圧力液体源）の上部に圧力計を取り付けるための広いスペースを必要とする。また、圧力計用減圧器は、その下端にある部材７９の雄ネジ９０を螺合して締め付けることにより流体機器等に取り付けるため、圧力計８９の表示面が一定の方向にならない。そのため、圧力計８９の表示面を見やすい方向に向けることができるようにするために、検出ロッド８５、ロッドシール８６、締付部材８７等の構成部材が必要となり、構成が複雑であり、また、圧力伝達流体８２がこれらから漏れるおそれもある。
【０００６】
さらに、圧力計用減圧器は、通常、プランジャーシール８１であるＯリングはバックアップリングでプランジャーの軸方向に移動しないように支持されており、このバックアップリングが、フッ素樹脂で形成されていて中間部材７６によって支持されており、また、プランジャー７４は表面がクロムメッキ処理されている。このような圧力計用減圧器を介して高圧流体を計測する場合、高圧流体の圧力が変動したとき応答遅れが生じるし、また、ピストン等がスムーズに移動しないことがあり、満足できる正確な圧力測定ができないことがあった。
【０００７】
本発明は、従来技術における上述した問題点を解決することを目的とするものであり、圧力計をコンパクトに構成するとともに、圧力表示面を所定の向きで流体機器等に取り付けることができ、かつ、被測定流体の圧力変動の応答遅れがなく、正確な圧力を計測できる高圧圧力計を安価に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、従来の圧力計用減圧器を介して高圧圧力を測定する場合に生じる圧力変動時の応答遅れや、ピストンがスムーズに移動しない原因を調べたところ、プランジャーを封止しているプランジャーシールであるＯリングの前面に高圧流体の高圧が作用し、Ｏリングとフッ素樹脂で形成されているバックアップリングとが、支持部材である中間部材７６に強い力で押し付けられ、Ｏリングやバックアップリングが変形して支持部材からはみ出し、支持部材とプランジャーとの隙間に食い込み、食い込んだＯリングやバックアップリングがプランジャーの周面を締め付けるように作用する。そのため、表面がクロムメッキ処理されているプランジャーとの間に大きな摩擦力が働くことが、プランジャーがスムーズに移動しないことの原因であることを知得した。
【０００９】
そして、バックアップリングの材質や構成を変えて様々なバックアップリングを試作して実験したところ、フッ素樹脂で形成されているバックアップリングと支持部材との間にアセタール樹脂で形成したバックアップリングを配置すると、５００Ｍｐａの高圧の流体圧を測定する場合でも、アセタール樹脂で形成したバックアップリングははみ出しが生じない強度を有しており、また、Ｏリングやバックアップリングが、アセタール樹脂で形成したバックアップリングによってそのはみ出しを防止され、また、そのアセタール樹脂で形成したバックアップリングは摩擦が少なく、バックアップリングの内径とプランジャーの外径との間にＯリング等が食い込まないほどその隙間が小さくてもプランジャーがスムーズに移動でき、しかも、ヒステリシス現象が少ないことを見出した。
【００１０】
さらに、プランジャーの表面に種々の表面処理を施した結果、プランジャーの表面に、フッ素樹脂をニッケルメッキ浴中に分散させた分散メッキ法により金属薄膜を生成することにより、なお一層Ｏリングやバックアップリング等との間の摩擦を少なくすることができ、一層正確な圧力測定ができることを見出した。
【００１１】
本発明は、上述のような知見に基づいてなされたものであり、本発明の高圧圧力計は、プランジャー用ブロックのプランジャー摺動口内をシール部材でシールされて摺動するプランジャーとシリンダブロックのシリンダ口内をシール部材でシールされて摺動するピストンとを有し、プランジャーの外径をピストンの外径より小さくし、被測定圧力流体の高圧圧力を前記プランジャーで受圧して前記ピストンで圧力伝達流体を押圧して圧力計測体で計測するものであり、プランジャーをシールする前記シール部材が、アセタール樹脂で形成されたバックアップリングを介して支持されていることを特徴としている。また、本発明の高圧圧力計においては、プランジャーをシールするシール部材が、該シール部材とアセタール樹脂で形成されたバックアップリングとの間にフッ素樹脂で形成されたバックアップリングが配置されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明は、シール部材に高圧流体の圧力が作用しても、アセタール樹脂で形成されたバックアップリングははみ出しが生じない強度を有しており、そして、シール部材やフッ素樹脂で形成されたバックアップリングがこのアセタール樹脂で形成されたバックアップリングによってはみ出すことを防止され、しかも、アセタール樹脂で構成されたバックアップリングは摩擦が少ないので、被測定流体の圧力変動に対する応答遅れがなく、正確な圧力を計測できる。
【００１３】
さらに、本発明の高圧圧力計において、前記アセタール樹脂で形成されたバックアップリングは、外周面がテーパ状に形成されたバックアップリングが、内周面がテーパ状に形成されたバックアップリング内に嵌合して構成されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明は、流体圧により外周面がテーパ状に形成されたバックアップリングがプランジャー周面に押圧され、バックアップリングとプランジャー周面との隙間が小さくなるので、シール部材やフッ素樹脂で形成されたバックアップリングのはみ出しを外周面がテーパ状に形成されたバックアップリングによって確実に防止し、しかも、アセタール樹脂で構成されたバックアップリングは摩擦が少ないので、被測定流体の圧力変動に対する応答遅れがなく、正確な圧力を計測できる。
【００１５】
また、好ましい態様では、本発明の高圧圧力計においてプランジャーは、その表面にフッ素樹脂をニッケルメッキ浴中に分散させた分散メッキ法により金属薄膜が生成されており、本発明は、プランジャー表面の摩擦を一層小さくすることができるとともに耐久性が増すので、被測定流体の圧力変動に対する応答遅れが一層少なくなり、長期に亘り正確な圧力を計測できる。
【００１６】
さらに、本発明の高圧圧力計において、プランジャー用ブロックの外周面には、圧力を計測する流体機器に接続するための雄ネジが外周に形成された接続部材が回転自在であって抜け止めされた状態で嵌合されていることを特徴としており、本発明では、計測表示面を見易い方向に向けた状態で、圧力を計測する流体機器の雌ネジに、接続部材の外周に形成された雄ネジを、接続部材を回転することによって螺合して取り付けることにより、計測表示面を見易い方向に向けた状態で高圧圧力計を流体機器に取り付けることができる。また、プランジャー用ブロックの外周面に、雄ネジが外周に形成された接続部材が回転自在であって抜け止めされた状態で嵌合することにより構成でき、シール部材等を必要としないので、構成が簡単であり、また、作動油の漏れるおそれもない。
【００１７】
また、本発明の高圧圧力計においてシリンダブロックは、圧力計測体が配置されている筺体内に配置されていることを特徴としており、高圧圧力計をコンパクトに構成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、被測定流体の圧力変動の応答遅れがなく、正確に圧力を計測でき、しかも、高圧圧力計を安価に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明に係る高圧圧力計の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る高圧圧力計の一部断面側面図であり、１は、シリンダブロックであり、シリンダブロック１の大部分は、ブルドン管圧力計の圧力計測体である金属管（図示せず）が配置されている筺体内に配置されている。シリンダブロック１の内面には、ピストン５が摺動するためのシリンダ口１１が形成されており、シリンダブロック１の接続口１２には圧力計測体である金属管が接続されており、シリンダ口１１内に収納されている圧力伝達流体である作動流体７がシリンダ口１１の先端の連通孔１３を介して圧力計測体内に流入している。シリンダブロック１の他端はその外径が小径に形成されていてその外周面に雄ネジ１４が設けられている。
【００２０】
２は、プランジャー６が摺動するためのプランジャー摺動口２１が形成されたプランジャー用ブロックであり、一端には導入口２２が形成されており、圧力を計測する流体機器を接続したときに、流体機器からの高圧の流体が導入口２２から流入する。プランジャー用ブロック２の他端には、端部から順に大径開口部２３、小径開口部２４が形成されており、大径開口部２３にはシリンダブロック１の雄ネジ１４に螺合するための雌ネジ２５が形成されている。小径開口部２４内にはシール部材であるＯリング２６が配置されており、プランジャー６の外周面とプランジャー摺動口２１の内周面との間からプランジャー摺動口２１内の流体が漏れないようにシールしている。Ｏリング２６は、その外径は小径開口部２４の内径とほぼ同じに、その内径はプランジャー６の外形とほぼ同じに形成されている。プランジャー６の表面には摩擦を少なくするためにフッ素樹脂粒子をニッケルメッキ浴中に分散させた分散メッキ法により金属薄膜が生成されている。プランジャー用ブロック２の大径開口部２３と小径開口部２４には、中央にプランジャー６が挿入される挿入口２７が設けられた支持部材２８が配置されている。支持部材２８の外周寄りには小孔２９が穿設されており、小孔２９とプランジャー用ブロック２の連通孔３０とによってシリンダ口１１と大径開口部２３とが外気と連通されており、これによりピストン５とプランジャー６とが移動したときに、シリンダ口１１と大径開口部２３内の空気が流出入する。
【００２１】
ピストン５は、その中間部の小径部分５１にシール部材であるＯリング５２が配置されており、シリンダ口１１の内周面とピストン５の外周面との間から作動流体７が漏れないようにシールされている。ピストン５の後端部には雌ネジ５３が形成されており、この雌ネジ５３にはプランジャー６の先端の雄ネジ６１が螺合されてピストン５とプランジャー６とが一体に連結されている。プランジャー用ブロック２の外周面には、接続部材３が鍔３１により抜け止め防止された状態で回転自在に嵌合されており、接続部材３の外周面には雄ネジ３２が螺設されており、流体機器の接続部の雌ネジにこの雄ネジ３２を螺合して高圧圧力計を流体機器に接続する。
【００２２】
図２はＯリング２６が配置されている部分の詳細を示すものであり、Ｏリング２６と支持部材２８との間には、フッ素樹脂で形成されたバックアップリング３３と、バックアップリング３４ａ、バックアップリング３４ｂで構成されたバックアップリング３４が配置されており、このバックアップリング３３，３４を介してＯリング２６が軸方向に移動しないように支持されている。バックアップリング３４ａとバックアップリング３４ｂとはアセタール樹脂で形成されている。図３には、バックアップリング３３，３４の詳細を示しており、（ａ）はフッ素樹脂で形成されたバックアップリング３３である。アセタール樹脂で形成されたバックアップリング３４は、（ｂ）（ｃ）に示すように、外周面が円筒状であるが裁頭円錐状の孔が形成されて、内周面がテーパ状に形成されたバックアップリング３４ａと、裁頭円錐形に円筒状の孔が形成され、外周面がテーパ状に形成されたバックアップリング３４ｂとで構成されている。そして、外周面がテーパ状に形成されたバックアップリング３４ｂが、内周面がテーパ状に形成されたバックアップリング３４ａの中に嵌合して、断面が矩形の１つのバックアップリング３４を構成している。
【００２３】
次に、その作用について説明すると、圧力を測定する流体機器の接続部に圧力計の接続部材３の雄ネジ３２を螺合して圧力計を接続する。流体機器からの圧力流体が導入口２２を経てプランジャー摺動口２１内に流れ込み、ピストン５に固定されたプランジャー６の端面にその圧力流体の圧力が作用する。プランジャー６の端面に作用した圧力は、ピストン５によってシリンダ口１１内に収納されている作動流体７を押圧し、この作動流体７が圧力計測体である金属管を作動させて指針を動かし、流体の圧力が計測される。
【００２４】
このとき、Ｏリング２６とバックアップリング３３，３４にも高圧流体の圧力が作用する。高圧流体の圧力がバックアップリング３４に作用すると、一方のバックアップリング３４ａと他方のバックアップリング３４ｂとは、テーパ状の部分によって半径方向に互いに離れる方向の力が作用し、バックアップリング３４ｂがプランジャー６の周面に押圧されることになる。そのため、バックアップリング３４ｂとプランジャー６の周面との間にバックアップリング３３等が食い込む隙間を生じさせないので、バックアップリング３３等のはみ出しを防止することができる。そのため、プランジャー６は作用する圧力によりスムーズに移動する。
【００２５】
そして、作動流体７が押圧されるピストン５の押圧面積をＡ１、圧力流体８が作用するプランジャー６の受圧面積をＡ２とし、作動流体７の単位面積当たりの圧力をＰ１、被測定流体である圧力流体８の単位面積当たりの圧力をＰ２とすれば、
Ｐ１＝（Ａ２／Ａ１）Ｐ２
となり、Ｐ１はＰ２よりＡ２／Ａ１だけ減圧されることになるので、普通形圧力計の計測部の構成によって高圧流体の圧力を計測できる。
【実施例】
【００２６】
ピストン５の外径を８ｍｍとし、プランジャー６の外径を４ｍｍとした。プランジャー６の表面には、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ粒子）をカチオン系界面活性剤を加えたニッケルメッキ浴中に分散させ、分散メッキ法によって金属薄膜を生成し、（３５０℃）で熱処理した（金属薄膜の動摩擦係数：０．０６、静摩擦係数：０．１０）。バックアップリング３３は、外径７ｍｍ、内径４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、フッ素樹脂（テトラフルオロエチレン、曲げ弾性係数４０００ｋｇ／ｃｍ２、圧縮強さ１２０ｋｇ／ｃｍ２、鋼をすべらせるときの動摩擦係数：０．０６、静摩擦係数：0.１０）で形成した。バックアップリング３４ａは、外径７ｍｍ、内径４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、テーパ状の部分の傾斜角４５°であり、バックアップリング３４ｂは、外径７ｍｍ、内径４ｍｍ、厚さ１．５ｍｍであり、テーパ状の部分の傾斜角４５°であり、共に、アセタール樹脂（デルリン（商標登録）曲げ弾性係数２６５００ｋｇ／ｃｍ２、圧縮強さ１１００ｋｇ／ｃｍ２、鋼をすべらせるときの動摩擦係数：０．１３、静摩擦係数：０．１４）で形成した。
【００２７】
比較例
寸法は本願の実施例と同様であり、バックアップリングはフッ素樹脂（テトラフルオロエチレン、曲げ弾性係数４０００ｋｇ／ｃｍ２、圧縮強さ１２０ｋｇ／ｃｍ２、鋼をすべらせるときの動摩擦係数：０．０６、静摩擦係数：0.１０）で形成したもののみを配置し、プランジャー６の表面にはクロムメッキ処理を施した。
【００２８】
比較試験
圧力を０ＭＰｓから４００ＭＰｓまで上昇させながら、ＷＩＫＡ社（ドイツ）の超高圧圧力計（型式Ａ−ＡＩ−１）によって基準圧力を計測し、圧力を変換して測定する、本実施形態の高圧圧力計と従来の高圧圧力計でも計測し、その計測結果を比較した。計測結果は表−１のとおりであった。
【００２９】
【表１】
2008076207.tif 000003
【００３０】
上記表１に示すように、本発明の圧力計は、基準圧力計に近い計測結果が得られた。これはアセタール樹脂で形成されているバックアップリング３４に流体の高圧が作用しても、アセタール樹脂で形成されたバックアップリングははみ出しが生じない強度を有しているためはみ出しが起こらず、また、バックアップリング３４ｂがプランジャー６の周面に押圧されることになり、バックアップリング３４ｂとプランジャー６の周面との間に、バックアップリング３３等が食い込む隙間を生じさせないので、バックアップリング３３等のはみ出しが防止され、しかも、バックアップリング３４ｂがプランジャー６に圧接されても、バックアップリング３４ｂとプランジャー６との間の摩擦が少ないからであると考えられる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態を採用することが可能である。例えば、上記実施形態ではブルドン管圧力計で圧力を計測しているが、歪みゲージを用いて計測しても良い。また、Ｏリング２６をフッ素樹脂で形成したバックアップリング３３を介さないで直接アセタール樹脂で形成したバックアップリング３４で支持するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る高圧圧力計の実施形態を示す一部断面側面図である。
【図２】本発明に係る高圧圧力計におけるバックアップリング部の一部拡大断面図。
【図３】本発明に係る高圧圧力計におけるバックアップリングの平面図及び一部断面側面図。
【図４】従来技術である圧力計用減圧器の一部断面側面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…シリンダブロック、２…プランジャー用ブロック、３…接続部、５…ピストン、６…プランジャー、７…作動流体、８…圧力流体、１１…シリンダ口、１２…接続口、１３…連通孔、１４…雄ネジ、２１…ランジャー摺動口、２２…導入口、２３…大径開口部、２４…小径開口部、２５…雌ネジ、２６…Ｏリング、２７…挿入口、２８…支持部材、２９…小孔、３０…連通孔、３１…鍔、３２…雄ネジ、３３…フッ素樹脂で形成したバックアップリング、３４，３４ａ，３４ｂ，…アセタール樹脂で形成したバックアップリング
【図１】
2008076207.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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