(57)【要約】【課題】小型化及びコストの低減を図ることができ、気体の流入状態を正確に検出することが可能な気体出力流測定センサを提供する。【解決手段】気体がキャップ６の流入孔６ｂからピストン４左側の気体室７へと流入し、気体室７の圧力が上昇して、ピストン４が気体室７の圧力により右方向に押されて移動し、ハウジング１の各排出口１ｃが徐々に開いて、気体が気体室７から各排出口１ｃを通じて外部へと放出する。気体室７への気体の流入が停止すると、気体室７内の圧力が低下し、各バネ３ａ、３ｂの弾性力によりピストン４が各排出口１ｃを塞ぐ位置まで押し戻される。従って、ピストン４の移動位置の変化量と気体の流入状態が対応する。このため、ピストン４の移動位置の時間当たりの変化量に基づいて、気体の流入状態の変化を検出することができる。【選択図】図１
2005043185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の排出口が内周壁に形成されたシリンダと、
シリンダ内に移動自在に挿入されたピストンと、
ピストンを両側から挟み込んで、ピストンをシリンダ内周壁の排出口を塞ぐ位置で弾性的に支持する２つのバネと、
ピストンの移動位置を検出する移動位置検出手段とを備え、
気体をピストンの前方側にある流入口からピストンで区画された気体室へと流入させることを特徴とする気体出力流測定センサ。
【請求項２】
ピストン外周とシリンダ内周とがメタルシールの構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の気体出力流測定センサ。
【請求項３】
ピストンを両側から挟み込む２つのバネは、ピストンの両側に係合していることを特徴とする請求項１に記載の気体出力流測定センサ。
【請求項４】
気体室に接するピストン一端の径は、徐々に小さくされたことを特徴とする請求項１に記載の気体出力流測定センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器の流出口より流出される気体の状態を検出し、機器の作動状況、及び機器の性能劣化の状況を把握するための気体出力流測定センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の様に気体の流出状況を検出する装置として、気体の圧力を検出する圧力計や、気体の流速を検出する流速計等がある。
【０００３】
圧力計は、ブルドン管、ベローズ、拡散形半導体等があり、一般には、静止状態の気体圧力を測定するために用いられ、気体流出が閉止された状態であり、圧力計本体部で気体を放出させることが出来ない。
【０００４】
また、特許文献１には、スリーブ内を、端面に空気圧を受けて摺動するスプールと、スプールの移動量を伝達するスプールに連結されたセンサロッドと、センサロッドに外嵌まりしてセンサロッドの移動量を検出し圧力信号を送出するセンサヘッドと、空気圧を受けて移動するスプールの移動を阻止する方向にスプールを付勢するバネとよりなる空気圧圧力センサが開示されている。この圧力センサの構造も、測定する空気圧が閉止された構造になっている。
【０００５】
一方、流速計は、超音波伝播速度変化法、超音波ドップラー法、超音波ビーム偏位法等を応用して、気体の流速を検出する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２５５７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機器の流出口から流出される気体の流出状態を検出する場合、圧力の変化の状態を検出する方法と、流量の変化を検出する方法とが考えられる。
【０００８】
また、流速計として、高精度のものを適用し、機器からの気体の流速を検出し、流速変化に基づいて、気体の流出状態を検出することも考えられる。しかしながら、高精度の流速計は、大型かつ高価であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、小型化及びコストの低減を図ることができ、機器の流出口から流出される気体の流入状態を正確に検出することが可能な気体出力流測定センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の気体出力流測定センサは、気体の排出口が内周壁に形成されたシリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されたピストンと、ピストンを両側から挟み込んで、ピストンをシリンダ内周壁の排出口を塞ぐ位置で弾性的に支持する２つのバネと、ピストンの移動位置を検出する移動位置検出手段とを備え、気体をピストンの前方側にある流入口からピストンで区画された気体室へと流入させている。
【００１１】
この様な構成の本発明の気体出力流測定センサによれば、各バネは、ピストンを両側から挟み込んで、ピストンをシリンダ内周壁の排出口を塞ぐ位置で弾性的に支持している。ピストンを両側から挟み込む２つのバネは、ピストンから脱落することがない様にピストンを階段状に切削したその内周壁に差し込んだ構成として、２つのバネとピストンが一体となる。この状態では、気体の排出口がピストンにより塞がれる。そして、気体を流入口からピストンで区画された気体室へと流入させると、気体室内の気体の圧力が上昇して、ピストンが気体の圧力により押されて移動し、気体の排出口が徐々に開いて、気体が排出口から流出し始める。更に、気体が流入口→気体室→排出口と言う経路で流れている状態では、排出口が開口状態となり、流入する気体は、排出口から放出される。この後、気体の流入が止まると、気体室内の気体の圧力が低下して、ピストンがバネの弾性力によりシリンダ内周壁の排出口を塞ぐ位置まで押し戻され、気体の排出口が閉じられる。
【００１２】
こうして気体の流入開始、流量、流入終了に応じて、気体の時間当たりの流入状況の変化をピストンが高感度で、しかも高追従してピストンが移動し、シリンダ内周壁の排出口が適宜に開閉される。従って、ピストンの移動位置の変化と気体出力流測定センサの気体室への気体の流入状態が対応することになる。このため、ピストンの移動位置の変化を移動位置検出手段により検出すれば、ピストンの移動位置の変化量に基づいて、気体の流入状態を検出することができる。例えば、供試機器から流出する気体を気体出力流測定センサの気体室への流入口から気体室へと流入させれば、供試機器からの気体の流出状態を検出することができる。機器には、正常な動作を行なう時の気体の流出状態があり、その流出状態の変化を知ることにより、機器の劣化状況や、異常の発生を知ることができる。
【００１３】
また、本発明の気体出力流測定センサは、その構造が簡単であることから、小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００１４】
また、本発明においては、ピストン外周とシリンダ内周とがメタルシールの構造を有している。
【００１５】
この様にピストン外周とシリンダ内周とがメタルシールの構造にすることで、ピストンとシリンダ間の気密性を保つことができ、かつシリンダ内でのピストンの移動に伴う摩擦抵抗を抑えることができる。これにより、気体の流入状態の時間当たりの検出精度が高くなる。
【００１６】
更に、本発明においては、ピストンを両側から挟み込む２つのバネは、ピストンの両側に係合している。
【００１７】
これにより、ピストンが高速移動しても、バネがピストンに速やかに追従し、バネが躍らずに済む。
【００１８】
また、本発明においては、気体室に接するピストン一端の径は、徐々に小さくされている。
【００１９】
この様にピストン一端の径が徐々に小さくされていれば、ピストン一端近傍での気体の流れが整えられ、気体が気体室からピストン一端近傍を通過して排出口へと滑らかに流れる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の気体出力流測定センサの一実施形態を示す縦断面図である。本実施形態の気体出力流測定センサでは、ハウジング１内にシリンダ１ａを形成し、またハウジング１内のシリンダ１ａ右側に孔１ｂを形成して、孔１ｂに筒型固定子２を挿入して取り付け、筒型固定子２左端面をシリンダ１ａ右端に当接させている。そして、バネ３ａをシリンダ１ａに挿入し、ピストン４右端面に接続された可動子５をシリンダ１ａを通じて筒型固定子２の中央の孔２ａに挿入し、ピストン４をシリンダ１ａに挿入し、更にバネ３ｂを挿入してから、ハウジング１左端にキャップ６をねじ込んでいる。
【００２２】
ピストン４は、その略中央に最大径となる中央部４ａを有している。中央部４ａは、その外径がシリンダ１ａ内径よりも僅かに小さくされており、中央部４ａの外周面とシリンダ１ａの内周面がメタルシールの構造を形成している。このメタルシールの構造は、ピストン４とシリンダ１ａ間の気密性を保ち、かつシリンダ１ａ内の移動に伴うピストン４の摩擦抵抗を低減させて、ピストン４の速やかなる移動を可能にする。
【００２３】
尚、メタルシールの構造とは、ピストンの外周面とシリンダの内周面間に気体分子の層が形成され、ピストンとシリンダの気密性を保ちつつ、ピストンとシリンダ間の摩擦抵抗を低減させることが可能な周知の全ての構造のことである。
【００２４】
バネ３ａは、ピストン４右側面と筒型固定子２左端面間で圧縮されている。また、バネ３ｂは、ピストン４左側面とキャップ６の面６ａ間で圧縮されている。そして、各バネ３ａ、３ｂは、ピストン４をその両側から挟み込んで弾性的に支持する。ピストン４に外力が加わっていない状態では、各バネ３ａ、３ｂがピストン４をハウジング１の各排出口１ｃの位置で支持し、ピストン４の中央部４ａがハウジング１の各排出口１ｃを塞ぐ。
【００２５】
各バネ３ａ、３ｂとして、弾性係数が小さなものを適用している。また、先に述べた様にピストン４の中央部４ａは、ピストン４の摩擦抵抗を低減させて、ピストン４の速やかなる移動を可能にする。このため、ピストン４は、僅かの外力が加わっただけでも、シリンダ１ａ内で左右に移動する。
【００２６】
また、各バネ３ａ、３ｂは、ピストン４両端の段差部分に挿入されて係合している。これにより、ピストン４が高速移動しても、各バネ３ａ、３ｂがピストン４に速やかに追従し、各バネ３ａ、３ｂが躍らずに済む。
【００２７】
可動子５は、ピストン４右端面に接続されていることから、ピストン４と共に移動する。筒型固定子２は、可動子５の位置をピストン４の位置として検出する。
【００２８】
図２は、筒型固定子２及び可動子５の構成を例示している。また、図３は、筒型固定子２及び可動子５を示す回路図である。筒型固定子２及び可動子５は、所謂差動トランスである。可動子５は、棒状の磁性体コアである。また、筒型固定子２は、１次コイル２ａ及び２つの２次コイル２ｂ、２ｃを備えている。
【００２９】
この差動トランスでは、１次コイル２ａに一定交流電圧Ｅｐを加えて、各２次コイル２ｂ、２ｃにそれぞれの誘導電圧Ｅｓ１、Ｅｓ２を発生させ、各誘導電圧Ｅｓ１、Ｅｓ２の差の電圧Ｅｓを検出出力として取り出している。可動子５が移動すると、１次コイル２ａと各２次コイル２ｂ、２ｃ間の結合係数が変動して、電圧Ｅｓが変動するので、電圧Ｅｓに基づいて、可動子５の位置（ピストン４の位置）を検出することができる。
【００３０】
尚、差動トランスとしては、図２及び図３に示すものだけではなく、周知の多様な構成及び回路のものがある。
【００３１】
さて、この様な構成の気体出力流測定センサでは、例えば機器の排気用オリフィス（図示せず）にキャップ６の流入孔６ｂを接続した上で、機器の排気用オリフィスからの気体を該気体出力流測定センサ内に通して、気体の流出状態を検出する。
【００３２】
ここで、機器の排気用オリフィスから気体が流出する直前までは、ピストン４に外力が加わっていない状態であるから、ピストン４の両側から挟み込んでいる２つのバネ３ａ、３ｂが弾性的に支持することで、ピストン４の中央部４ａがハウジング１の各排出口１ｃを塞いでいる。
【００３３】
次に、機器の排気用オリフィスから気体の流出が開始されると、気体がキャップ６の流入孔６ｂからピストン４左側の気体室７へと流入し、気体室７の圧力が上昇して、ピストン４が気体室７の圧力により右方向に押されて移動し、ハウジング１の各排出口１ｃが徐々に開いて、気体が気体室７から各排出口１ｃを通じて外部へと放出し始める。
【００３４】
次に、気体が流入孔６ｂ→気体室７→各排出口１ｃという経路で流れている状態では、ピストン４を支持している各バネ３ａ、３ｂが伸縮し、気体室７内の圧力と各バネ３ａ、３ｂの弾性力とが均衡する位置まで、ピストン４が移動する。このとき、各排出口１ｃが大きく開かれて、気体が放出される。また、気体室７に接するピストン４の端に段差部分が形成されているので、ピストン４の該端近傍での気体の流れが整えられ、気体が気体室７からピストン４の該端近傍を通過して排出口１ｃへと滑らかに流れる。
【００３５】
次に、機器の排気用オリフィスからの気体の流出が終了し、気体室７への気体の流入が停止すると、気体室７内の圧力が低下し、各バネ３ａ、３ｂの弾性力によりピストン４が各排出口１ｃの位置まで押し戻され、ピストン４の中央部４ａがハウジング１の各排出口１ｃを塞ぐ。
【００３６】
こうして気体室７での気体の流入開始、流量、流入終了に応じて、ピストン４が移動し、各排出口１ｃが適宜に開閉される。従って、ピストン４の移動位置の変化量と気体の流入状態が対応する。このため、筒型固定子２の検出出力に基づいて、ピストン４の移動位置の変化量を検出すれば、ピストン４の移動位置の変化量に基づいて、気体の流入状態を検出することができ、機器からの気体の流入状態を検出することができる。
【００３７】
また、小さな弾性係数の各バネ３ａ、３ｂを適用し、中央部４ａによりピストン４の摩擦抵抗を低減させているので、気体室７内の圧力変動に応じて、ピストン４が速やかかつ容易に移動する。このため、ピストン４の移動が機器からの気体の流出状態に影響を与えることが殆ど無く、気体の流出状態の検出誤差を抑えることができる。
【００３８】
更に、キャップ６を外して、各バネ３ａ、３ｂ、ピストン４、可動子５を一旦取り出し、各バネ３ａ、３ｂを他の弾性係数の各バネに交換すれば、気体出力流測定センサの検出特性を変更することができる。
【００３９】
また、気体出力流測定センサは、ハウジング１、ピストン４、各バネ３ａ、３ｂ、可動子５、筒型固定子２、及びキャップ６からなる簡単な構成であることから、小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００４０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、ピストンの位置を検出するために、差動トランスを用いているが、この代わりに、ポテンショメータ等、各種接触形センサや各種非接触形センサを適用することができる。
【００４１】
また、測定する機器の流出口より流出される気体の時間当りの流量が多い時には、気体出力流測定センサの流入口の径を大きくし、シリンダ内周壁の排出口の流路面積を大きくすることで、供試機器の性能に影響を与えない気体流量の放出が確定出来る。また、気体の圧力に対しては、１ＭＰａ以下では、ピストンを両側から挟み込んで、ピストンを弾性的に支持する２つのバネを変えることなく対応出来る。それ以上の圧力になると、バネの特性を変えることで、センサとしての性能を確保することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、気体の流入開始、流量、流入終了に応じて、ピストンが移動し、シリンダ内周壁の排出口が適宜に開閉されるので、ピストンの移動位置の変化量と気体の流入状態が対応する。このため、ピストンの移動位置の変化量を移動位置検出手段により検出すれば、ピストンの移動位置に基づいて、気体の流入状態を検出することができる。
【００４３】
また、本発明の気体出力流測定センサは、その構造が簡単であることから、気体の流量の大小に対して、気体の圧力の高低に対しても、小型化及びコストの低減を図ることができる。
【００４４】
更に、ピストン外周とシリンダ内周間にメタルシールの構造を有しているので、ピストンとシリンダ間の気密性を保つことができ、かつシリンダ内でのピストンの移動に伴う摩擦抵抗を抑えることができ、これにより、気体の流入状態の時間当たりの検出精度が高くなる。
【００４５】
また、ピストンを両側から挟み込む２つのバネがピストンの両側に係合されているので、ピストンが高速移動しても、バネがピストンに速やかに追従し、バネが躍らずに済む。
【００４６】
更に、気体室に接するピストン一端の径が徐々に小さくされているので、ピストン一端近傍での気体の流れが整えられ、気体が気体室からピストン一端近傍を通過して排出口へと滑らかに流れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体出力流測定センサの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のセンサにおける筒型固定子及び可動子の構成を例示す縦断面図である。
【図３】図１のセンサにおける筒型固定子及び可動子を示す回路図である。
【符号の説明】
１    ハウジング
１ａ    シリンダ
１ｃ    排出口
２    筒型固定子
３ａ、３ｂ    バネ
４    ピストン
５    可動子
６    キャップ
６ｂ    流入孔
７    気体室
【図１】
2005043185.tif 000003
【図２】
2005043185.tif 000004
【図３】
2005043185.tif 000005