(57)【要約】【課題】液溜まりとなるデッドボリュームを最小としたインライン型圧力センサを提供すること。【解決手段】管路Ｐを流れる流体が導かれる流路１３を有するハウジング１１内に、流路１３に導かれる流体に接する感圧部３０と、該感圧部３０に接して応力を検出するセンサ素子とを具備し、ハウジング１１の両端に開口し管路Ｐと同一直線上で接続される一対の連結口１２ａ，１２ｂが設けられているインライン型圧力センサにおいて、管路Ｐと同一直線上から感圧部３０に向けて流れ方向を変える第１の流体流路１３ａと、感圧部３０に沿って流れる第２の流体流路１３ｂと、感圧部３０からＰ管路と同一直線上に向けて流れ方向を変える第３の流体流路１３ｃとを連結してなる略凸状の流路１３を形成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路を流れる流体が導かれる流路を有するハウジング内に、前記流路に導かれる流体に接する感圧部と、該感圧部に接して応力を検出するセンサ素子とを具備し、前記ハウジングの両端に開口し前記管路と同一直線上で接続される一対の連結口が設けられているインライン型圧力センサにおいて、
前記流路が、前記管路と同一直線上から前記感圧部に向けて流れ方向を変える第１の流体流路と、前記感圧部に沿って流れる第２の流体流路と、前記感圧部から前記管路と同一直線上に向けて流れ方向を変える第３の流体流路とを連結してなる略凸状に形成されていることを特徴とするインライン型圧力センサ。
【請求項２】
前記第２の流体流路は、前記感圧部と対向面との面間距離が前記管路の内径より小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のインライン型圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の圧力を検出するインライン型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、管路を流れる流体（液体及び気体）の圧力を検出するため、圧力センサが使用されている。このような圧力センサは、流体を流す管路から分岐させた枝管に取り付けて使用するシングルポート型と呼ばれるものが一般的である。しかし、このようなシングルポート型圧力センサは、主に枝管部分が流体を滞留させる原因のデッドボリューム（液溜まり）となるため、流体によっては長時間の滞留による変質が問題となる。また、高価な流体を流す管路の場合には、大きなデッドボリュームがあると滞留する流体量が無駄になってコスト高の原因となることもある。
【０００３】
このため、圧力センサの両端に一対の連結口を設け、接手等を介して流体が流れる管路と同一直線（軸線）上で接続するように構成して、圧力センサ取付用の枝管をなくすことでデッドボリュームを減らしたインライン型と呼ばれる圧力センサが開発されている。
従来のインライン型圧力センサ（以下、「圧力センサ」と呼ぶ）としては、たとえば図５に示す断面図のように構成されたものがある。この圧力センサ１は、図示しない管路と同一直線上で接続される接手体２と直交するようにして連結されたハウジング３内に可撓性部材よりなるキャップ体４が配設されている。このキャップ体４には不凍液等の液体５が封入され、キャップ体４及び液体５を介してセンサ部の感圧素子６に作用する管路内流体の圧力を検出するように構成されている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−１９７５３４号公報（第３−９頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のインライン型圧力センサの流路には、感圧素子の下方に管路よりも大きな断面積を有するケーシング内空間が形成されている。この空間容積は、シングルポート型の枝管と比較すれば小さいものの、管路と同一直線上で接続される流路の上方へ分岐した行き止まりとなる。このため、この空間は、内部に入り込んだ流体を滞留させて液溜まりを形成する原因となる。
このような流体の滞留は、たとえば高価な流体を循環させるような場合には、デッドボリュームが増加することによって流体使用量も増加するためコスト高の原因となり、また、飲料や薬品のような流体を流す場合には、長時間の滞留により変質するおそれがあって好ましくない。従って、上述したようなデッドボリュームを最小限に抑えたインライン型圧力センサの開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液溜まりとなるデッドボリュームを最小としたインライン型圧力センサの提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、管路を流れる流体が導かれる流路を有するハウジング内に、前記流路に導かれる流体に接する感圧部と、該感圧部に接して応力を検出するセンサ素子とを具備し、前記ハウジングの両端に開口し前記管路と同一直線上で接続される一対の連結口が設けられているインライン型圧力センサにおいて、
前記流路が、前記管路と同一直線上から前記感圧部に向けて流れ方向を変える第１の流体流路と、前記感圧部に沿って流れる第２の流体流路と、前記感圧部から前記管路と同一直線上に向けて流れ方向を変える第３の流体流路とを連結してなる略凸状に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
このようなインライン型圧力センサによれば、管路を流れる流体が導かれるハウジング内の流路が、管路と同一直線上から感圧部に向けて流れ方向を変える第１の流体流路と、感圧部に沿って流れる第２の流体流路と、感圧部から管路と同一直線上に向けて流れ方向を変える第３の流体流路とを連結してなる略凸状に形成されているので、流体が滞留する液溜まりの原因となる流路のデッドボリュームをなくすか最小にすることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のインライン型圧力センサにおいて、前記第２の流体流路は、前記感圧部と対向面との面間距離が前記管路の内径より小さく設定されていることを特徴としている。
【００１０】
このようなインライン型圧力センサによれば、第２の流体流路は、感圧部と対向面との面間距離が管路の内径より小さく設定されているので、必要な流路断面積を確保して流体が滞留する液溜まりの原因となる流路のデッドボリュームをなくすか最小にすることができる。すなわち、感圧部の圧力感知性能を確保するためには、流路の断面積と比較して感圧面積を大きく確保する必要があるため、面間距離をできるだけ小さく設定することで、第１流路及び第３流路と同様の断面積に近づけることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における圧力センサについて図１ないし図４を参照しながら説明する。
図１の断面図に示すインライン型圧力センサ（以下、「圧力センサ」と呼ぶ）１０は、液体や気体（以下、総称して「流体」と呼ぶ）が流れる流体回路中の流体圧力を検出するために使用され、回路を形成するチューブあるいは配管等の管路Ｐと継手Ｃ等を介して接続される。
【００１２】
圧力センサ１０の外観形状の一部をなす円形断面のハウジング１１には、圧力が検出される流体をハウジング１１内に導入して通過させるための一対の連結口１２ａ、１２ｂが管路Ｐと同一軸線上に形成されている。これら連結口１２ａ、１２ｂは、管路Ｐの内径と同一または略同一の断面積とされ、一方が流体の入口で他方が流体の出口となる。なお、以下の説明では、紙面右側の連結口１２ａが流体入口とされ、紙面左側の連結口１２ｂが流体出口とされる。
そして、ハウジング１１内には、これら連結口１２ａ，１２ｂ間を連結するようにして、流体を感圧部３０に導くための流路１３が形成されている。この流路１３は、後述する第１の流体流路１３ａ、第２の流体流路１３ｂ及び第３の流体流路１３ｃを備え、これらが一体に連結された略凸状とされる。
【００１３】
ハウジング１１の上面には平面視を円形とした感圧部３０が配設され、その上方からセンサ押さえ１４を被せて感圧部３０が保持されている。また、ハウジング１１の下面には平面視を矩形としたベース１５が配設され、下から順にベース１５、ハウジング１１、センサ押さえ１４が重ねられ、これら３つの部材がねじ等の締結部材１６により一体化されている。
また、センサ押さえ１４の周囲には、外観形状の一部をなす円形断面のキャップ１７及びサポートリング１８が配設されている。なお、図中の符号１９は流路１３を流れる流体が流路外へ流出しないようシールするためのＯリング、２０は感圧部３０の外周端部（後述する鍔部３２ａ）を支持するようハウジング１１に設けられたセンサ支持面である。
【００１４】
感圧部３０は平面視が円形であり、その下端には管路Ｐの軸線と平行な感圧面３１を備えている。この感圧面３１は、図示しないセンサ素子等を内蔵する感圧部本体３２の下端面であり、流路１３に導入された流体の圧力に応じて変形する部材（いわゆるダイヤフラム）となる。なお、この感圧面３１には、たとえば耐薬品性に優れたフッ素樹脂の１つである四フッ化ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などが使用されている。
そして、感圧部３０は、感圧面３１を備えた感圧部本体３２の上方に基板３３を配設した構成とされ、Ｏリング１９及びセンサ支持面２０に載置して下面側を支持するとともに、上部の基板３３がブラケット３４を介してセンサ押さえ１４に支持されている。すなわち、感圧部３０の感圧面３１は、感圧本体３２の外周側へ突設した鍔部３２ａをセンサ支持面２０に支持させ、かつ、感圧面３１の外周側をＯリング１９に支持させることにより、中央部分が圧力変化に応じて上下動（変形）可能に構成されている。
【００１５】
ここで、感圧部本体３２の内部構成については、センサ素子としてたとえば歪みゲージなど公知の構成を採用すればよく、ここでは特に限定されるものではないため、その詳細な構成については説明を省略する。
なお、図中の符号３５はケーブルであり、電源の供給や検出した圧力値を外部へ送出するために使用される。
【００１６】
以下では、本発明における特徴的な構成の流路１３について詳細に説明する。流路１３は、流体入口側の連結口１２ａ側から流体出口側の連結口１２ｂへ向けて順に、第１の流体流路（以下、「第１流路」と呼ぶ）１３ａ、第２の流体流路（以下、「第２流路」と呼ぶ）１３ｂ及び第３の流体流路（以下、「第３流路」と呼ぶ）１３ｃが一体に連結された部分を備えている。
第１流路１３ａは、管路Ｐと同一直線上の管路１３から感圧部３０の感圧面３１へ向けて流れ方向を変える部分であり、図示の例では、水平方向に配置された管路Ｐから上方へ略垂直に立ち上げられている。この第１流路１３ａは、管路１３とともに管路Ｐの断面積と同じ断面積とするのが好ましく、従って、管路Ｐの内径と同じ径の円形断面とされる。
【００１７】
第２流路１３ｂは、感圧面３１と、この感圧面３１との間に所定の面間距離Ｔをもって略平行に対向するハウジング１１の対向面１１ａとの間に形成され、第１流路１３ａから導入した流体を感圧部３０の感圧面３１に沿って流す平面視が円形形状となる流路である。第２流路１３ｂの円形形状（平面視）は、管路Ｐの断面積より大きな断面積の円形であり、従って、その流路断面積を管路Ｐと同じにするためには、面間距離Ｔを管路Ｐの内径より小さく設定することが可能になる。
【００１８】
実際には、平面視において、管路Ｐの延長線と同一直線上に重なる円形断面の直径と交差する円周上に第１流路１３ａの接続部１３ｄ及び第３流路１３ｃの接続部１３ｅが位置しているので、これらの接続部１３ｄ，１３ｅに隣接する領域が管路Ｐと同様またはやや大きい流路断面積を得られるように、面間距離Ｔを定める必要がある。
ただし、接続部１３ｄ，１３ｅにテーパ面１３ｆを設けて流路断面積を増すことにより、その分面間距離Ｔを小さく設定してもよいし、あるいは、必要に応じてＯリング１９の内側に沿う適当な断面形状の環状流路１３ｇ（図３に想像線で示す）を形成して面間距離Ｔを小さくしてもよい。
【００１９】
第３流路１３ｃは、感圧部３０の感圧面３１から管路Ｐと同一直線上の管路１３へ向けて流れ方向を変える部分であり、図示の例では、水平方向の第２流路１３ｂから水平方向に配置された管路Ｐへ向けて、略垂直な下向きに流れ方向を変えた流路となる。この第３流路１３ｃは、管路Ｐの断面積と同じ断面積とするのが好ましく、従って、管路Ｐの内径と同じ径の円形断面とされる。
【００２０】
このように、ハウジング１１には、水平方向の管路Ｐから略垂直に立ち上がる方向へ流れを変える第１流路１３ａと、感圧面３１に沿って水平方向へ流れる第２流路１３ｂと、略垂直な下向きに流れ方向を変えて水平方向の管路Ｐに導く第３流路１３ｃとが一体に連結され、両端がそれぞれ連結口１２ａ，１２ｂに接続される略凸状の流路１３が形成されている。
【００２１】
上述した構成の圧力センサ１０においては、管路Ｐに接続された流路１３に流体が導入されると、第１流路１３ａ，第２流路１３ｂ及び第３流路１３ｃの順に通過して流れる。そして、第２流路１３ｂを通過する時点で感圧部３１に作用する流体圧力に応じて感圧面３１が変形するので、感圧部本体３２内のセンサ素子で検出した変形量に応じた流体圧力が出力される。この場合、ハウジング１１内に形成された流路１３は、全長にわたって管路Ｐと同様あるいはやや大きな断面積としたので、感圧部３０の感圧面３１に充分な圧力感知面積を確保し、かつ、流体が滞留するようなデッドスペースを実質的になくすことができる。
【００２２】
ところで、デッドボリュームをなくすためには、管路Ｐと第２流路１３ｂとのレベル差、すなわち第１流路１３ａ及び第３流路１３ｃの垂直方向のレベル差を全くない状態とし、管路Ｐと同一直線上で連結される流路１３とすれば、構造が簡単になるなど最も好ましい。
しかし、圧力センサ１０においては、流体をシールするＯリング１９の設置や感圧部本体３２の鍔部３２ａを載置するセンサ支持面２０は構造上不可欠であるから、これらを設けた段差構造の流路及びケーシングとすれば、管路Ｐと同一直線上に形成した流路と感圧面３１との間にはデッドスペースとなる凹部空間が形成される。すなわち、本実施形態の第１流路１３ａ及び第３流路１３ｃを結ぶ直線状の流路と第２流路１３ｂとの間には、図４にハッチングで示す空間Ｓのデッドスペースが生じてしまう。このため、上述した略凸形状の流路１３とし、第１流路１３ａ及び第３流路１３ｃのレベル差を最小とすれば、実質的に流路１３の全域を流体が流れるようになり、その流れが淀んで滞留するようなデッドスペースを形成するようなことはない。
【００２３】
特に、径が小さい管路Ｐに取り付けられる圧力センサ１０では、わずかなデッドスペースであっても圧力センサ内における流路全体の容積に占める割合は大きくなるので、高価な流体の場合には無駄になる流体量の割合が増してコストに影響することがある。また、径の小さい管路に形成されるデッドスペースは、大きな径の管路に形成される場合と比較して置換がされにくいものとなるので、長時間の滞留による変質等が生じやすくなる。このような観点から、本願発明は、特に径の小さな管路Ｐに取り付けられる圧力センサ１０に適用するのが好ましく、より好適には、１／４インチ（内径３．９６ｍｍ）以下の管路径に適用するとよい。
【００２４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
たとえば、上述した第１流路１３ａ及び第３流路１３ｃについては、管路Ｐから略垂直方向へ流れ方向を変えるものとしたが、適当な角度で傾斜させたものでもよい。また、管路Ｐの流路断面積や流路形状についても、特に、流路断面積の減少は圧力損失の増大を招くため避けるべきであるが、管路Ｐと全く同じにする必要はない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインライン型圧力センサによれば、管路を流れる流体が導かれるハウジング内の流路が、管路と同一直線上から感圧部に向けて流れ方向を変える第１の流体流路と、感圧部に沿って流れる第２の流体流路と、感圧部から管路と同一直線上に向けて流れ方向を変える第３の流体流路とを連結してなる略凸状に形成されているので、流体が滞留する液溜まりの原因となる流路のデッドボリュームをなくすか最小にすることができる。この結果、流体が長時間滞留することによる変質を防止でき、また、無駄な流体量を低減またはなくすことができるといった顕著な効果を奏する。
さらに、第２の流体流路については、感圧部と対向面との面間距離が管路の内径より小さく設定することが可能であり、必要な流路断面積を確保して流体が滞留する液溜まりの原因となる流路のデッドボリュームをなくすか最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインライン型圧力センサの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】流路の構成を示す横断面図である。
【図４】ハウジング内に形成された流路について、その構成を詳細に示す図１の要部拡大図である。
【図５】従来のインライン型圧力センサについて、その構造例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０  インライン型圧力センサ（圧力センサ）
１１  ハウジング
１１ａ  対向面
１２ａ，１２ｂ  連結口
１３  流路
１３ａ  第１の流路（第１流路）
１３ｂ  第２の流路（第２流路）
１３ｃ  第３の流路（第３流路）
１３ｄ，１３ｅ  接続部
１３ｆ  テーパー面
１３ｇ  環状流路
１４  センサ押さえ
１５  ベース
１７  キャップ
１８  サポートリング
１９  Ｏリング
２０  センサ支持面
３０  感圧部
３１  感圧面
３２  感圧部本体
３３  基板
Ｐ  管路
Ｃ  継手
Ｔ  面間距離
【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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