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特開2023-148208防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法
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  • 特開-防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法 図1
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  • 特開-防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法 図3
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023148208
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 25/18 20060101AFI20231005BHJP
   G01N 27/18 20060101ALI20231005BHJP
   B01D 46/42 20060101ALI20231005BHJP
   B01D 46/10 20060101ALI20231005BHJP
【FI】
G01N25/18 Z
G01N27/18
B01D46/42 A
B01D46/10 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022056111
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000133526
【氏名又は名称】株式会社チノー
(74)【代理人】
【識別番号】100067323
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 教光
(74)【代理人】
【識別番号】100124268
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 典行
(72)【発明者】
【氏名】柳橋 直毅
(72)【発明者】
【氏名】江川 益博
【テーマコード(参考)】
2G040
2G060
4D058
【Fターム(参考)】
2G040AA02
2G040AB09
2G040BA04
2G040BA23
2G040CA02
2G040DA02
2G040DA12
2G040GA01
2G040GA05
2G040HA05
2G060AA01
2G060AE19
2G060AF07
2G060BA05
2G060BB02
2G060BB12
2G060BB14
2G060BD06
2G060JA01
2G060KA01
4D058JA12
4D058KC34
4D058SA20
4D058UA11
(57)【要約】
【課題】強度の向上を図るとともにルーチン試験が不要な防爆ガスセンサ用フィルタを提供する。
【解決手段】防爆ガスセンサ用フィルタは、検知素子8を収容した容器2に取り付けられるガス導入フランジ13のガス導入穴13cから対象エリアの検出対象ガスが導入され、導入された検出対象ガスを検知素子8で検出する防爆ガスセンサ1に用いられ、ガス導入穴13cとほぼ同径の小径穴19aと小径穴19aよりも大径の大径穴19bからなる段付きの貫通穴19が形成され、ガス導入フランジ13に着脱可能に取り付けられるホルダ18と、段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bにステンレス粉末を充填して放電プラズマ焼結により段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bに一体形成される焼結フィルタ20と、を備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス検出部を収容した容器に取り付けられるガス導入フランジのガス導入穴から対象エリアの検出対象ガスが導入され、導入された前記検出対象ガスを前記ガス検出部で検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタであって、
前記ガス導入穴とほぼ同径の小径穴と該小径穴よりも大径の大径穴からなる段付きの貫通穴が形成され、前記ガス導入フランジに着脱可能に取り付けられるホルダと、
前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴にステンレス粉末を充填して放電プラズマ焼結により前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に一体形成される焼結フィルタと、
を備えたことを特徴とする防爆ガスセンサ用フィルタ。
【請求項2】
ガス検出部を収容した容器に取り付けられるガス導入フランジのガス導入穴から対象エリアの検出対象ガスが導入され、導入された前記検出対象ガスを前記ガス検出部で検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタの製造方法であって、
前記ガス導入フランジに着脱可能で前記ガス導入穴とほぼ同径の小径穴と該小径穴よりも大径の大径穴からなる段付き貫通穴が形成されたホルダをパンチ下の上にセットするステップと、
定量したステンレス粉末を前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に充填した後、前記ホルダをダイに下から挿入するステップと、
パンチ上で前記ステンレス粉末を押さえた状態で放電プラズマ焼結により前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に焼結フィルタが一体化されたガス採気フィルタを前記ホルダに形成するステップと、
所定温度以下になった前記ガス採気フィルタを超音波洗浄するステップと、
前記ガス採気フィルタをバブルポイント法で試験するステップと、
を含むことを特徴とする防爆ガスセンサ用フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、防爆構造の容器に導入される検出対象ガスを検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、可燃性ガスが発生する場所でのガス検出に使用するために、防爆構造の容器に導入される検出対象ガスを検出する防爆ガスセンサとしては、例えば下記特許文献1に開示される耐圧防爆型ガス検知器が知られている。特許文献1に開示される耐圧防爆型ガス検知器は、十分なガス透過性を得るとともに火災逸走を確実に防止するため、ステンレス鋼粉末の焼結体や銅合金粉末の焼結体などの金属焼結体からなる火災逸走防止部材がホルダー部材の開口部に設けられている。
【0003】
さらに説明すると、特許文献1の耐圧防爆型ガス検知器に用いられる火災逸走防止部材は、小径筒状部分と大径筒状部分を有するホルダー部材の小径筒状部分と突出縁部によって区画された凹所内に収容され、ホルダー部材の前方側開口を塞ぐようにホルダー部材に保持固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2012-141157号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述した特許文献1に開示される火災逸走防止部材は、ホルダー部材の小径筒状部分に収容して挟み込む保持構造なので、火災逸走防止部材の保持部分の強度が十分ではなく、さらなる強度の向上とともに、ルーチン試験が不要な構造が望まれていた。
【0006】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、強度の向上を図るとともにルーチン試験が不要な防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された防爆ガスセンサ用フィルタは、ガス検出部を収容した容器に取り付けられるガス導入フランジのガス導入穴から対象エリアの検出対象ガスが導入され、導入された前記検出対象ガスを前記ガス検出部で検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタであって、
前記ガス導入穴とほぼ同径の小径穴と該小径穴よりも大径の大径穴からなる段付きの貫通穴が形成され、前記ガス導入フランジに着脱可能に取り付けられるホルダと、
前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴にステンレス粉末を充填して放電プラズマ焼結により前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に一体形成される焼結フィルタと、
を備えたことを特徴とする。
【0008】
本発明の請求項2に記載された防爆ガスセンサ用フィルタの製造方法は、ガス検出部を収容した容器に取り付けられるガス導入フランジのガス導入穴から対象エリアの検出対象ガスが導入され、導入された前記検出対象ガスを前記ガス検出部で検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタの製造方法であって、
前記ガス導入フランジに着脱可能で前記ガス導入穴とほぼ同径の小径穴と該小径穴よりも大径の大径穴からなる段付き貫通穴が形成されたホルダをパンチ下の上にセットするステップと、
定量したステンレス粉末を前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に充填した後、前記ホルダをダイに下から挿入するステップと、
パンチ上で前記ステンレス粉末を押さえた状態で放電プラズマ焼結により前記段付き貫通穴の小径穴および大径穴に焼結フィルタが一体化されたガス採気フィルタを前記ホルダに形成するステップと、
所定温度以下になった前記ガス採気フィルタを超音波洗浄するステップと、
前記ガス採気フィルタをバブルポイント法で試験するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ホルダとステンレス粉末を同時焼結した一体化構造により、強度の向上を図って防爆構造を実現でき、ルーチン試験が不要な防爆ガスセンサ用フィルタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明に係る防爆ガスセンサ用フィルタを含むセンサ部の一部断面を施した図である。
図2】本発明に係る防爆ガスセンサ用フィルタの製造方法に関する説明図である。
図3】本発明に係る防爆ガスセンサ用フィルタの試験に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【0012】
本実施の形態の防爆ガスセンサは、検知素子と参照素子を備えた自然拡散式の熱伝導式センサからなる。その検知原理について簡単に説明すると、所定温度に加熱された検知素子に対し、採気方式として自然拡散により導入される検出対象ガスが触れたときに、ガス固有の熱伝導率により熱放散の状態が変わり、検知素子の温度が変化し、この温度変化に伴って素子を構成する白金抵抗体の抵抗値も変化し、抵抗値の変化量をブリッジ回路(検知素子、参照素子、2つの固定抵抗により構成される回路)により電圧として取り出すことでガス濃度を算出している。
【0013】
図1に示すように、防爆ガスセンサ1の検知部をなす防爆構造の容器2は、例えばアルミからなり、開口部2aを有し、先細の先端部2bの中心部分に開口部2aと連通して内周にネジが切られた貫通ネジ穴2cが形成される。
【0014】
なお、図1では、本発明の要部であるフィルタを含む検知部の容器2のみを図示しているが、容器2はケーブルを介して不図示の本体に接続されており、不図示の本体にてガス濃度の算出および結果表示、信号出力などが行われる。
【0015】
容器2の基端部2dには、例えばアルミからなる容器蓋3が開口部2aを覆うように着脱可能に取り付けられる。容器2の開口部2aには、平板状の均熱ブロック固定ホルダ4がネジ止め固定され、開口部2aの一部が収容部2eを形成している。
【0016】
収容部2eには、均熱ブロック5がスペーサ6を介して均熱ブロック固定ホルダ4に固定される。均熱ブロック5の外周には、均熱ブロック5の温度制御性の向上を図るため、例えばエアロフレックスからなる断熱材7が取り付けられる。
【0017】
均熱ブロック5には、ガス検出部としての検知素子8が容器2の先端部2bの中心軸Lに沿って設けられる。検知素子8は、検出対象ガスに接触するようにガラス管内に白金抵抗体が設けられ、白金抵抗体から引き出された導線が素子基板9に接続される。検知素子8の先端部分は、Oリング10を介して均熱ブロック5に固定される。
【0018】
また、均熱ブロック5には、参照素子11が検知素子8と並設される。参照素子11は、検出対象ガスに接触しないように密閉して白金抵抗体が収容され、白金抵抗体から引き出された導線が素子基板9に接続される。さらに、均熱ブロック5には、均熱ブロック5の温度制御用のサーミスタ12が設けられる。
【0019】
容器2の先端部2bには、検出対象ガスを導入するためのガス導入フランジ13が貫通ネジ穴2cに対して着脱可能に取り付けられる。ガス導入フランジ13は、容器2の先端部2bの反対側に位置する一端に開口部13aを有しており、外周にネジが切られた突出部13bが他端に形成され、突出部13bが容器2の先端部2bの貫通ネジ穴2cに取り付けられる。ガス導入フランジ13の突出部13bは、開口部13a内に一部が臨むように形成され、検出対象ガスを検知素子8に導くためのガス導入穴13cが容器2の先端部2bの中心軸Lに沿って形成される。
【0020】
均熱ブロック5とガス導入フランジ13の突出部13bとの間には、均熱ブロック5の熱漏れを防止するための例えばPEEK樹脂からなる均熱ブロック遮熱板14がOリング15を介して設けられる。
【0021】
ガス導入フランジ13の開口部13a内に臨む突出部13bは、外周にネジが切られており、フッ素ゴムシート16を介してガス採気フィルタ17が着脱可能に取り付けられる。フッ素ゴムシート16は、ガス導入フランジ13とガス採気フィルタ17との間をシールして気密性を保つために設けられる。
【0022】
ガス採気フィルタ17は、フィルタ台座となるホルダ18の段付き貫通穴19にステンレス粉末(例えばSUS304粉末)を充填した状態で放電プラズマ焼結により焼結フィルタ20がホルダ18の段付き貫通穴19に一体化して形成されたものである。
【0023】
なお、ガス採気フィルタ17のフィルタ台座となるホルダ18には、内周にネジが切られ、ガス導入フランジ13の突出部13bに取り付けられる開口部18aが形成される。また、ホルダ18には、開口部18aの反対側に突出部18bが一体形成され、段付き貫通穴19が開口部18aに連通して形成される。段付き貫通穴19は、ガス導入フランジ13のガス導入穴13cとほぼ同径の小径穴19aと、小径穴19aよりも大径で小径穴19aに連続する大径穴19bからなる。
【0024】
次に、上述した防爆ガスセンサ1に採用されるガス採気フィルタ17の製造方法について図2および図3を参照しながら説明する。
【0025】
なお、図2はガス採気フィルタ17の製造方法に関する説明図、図3はガス採気フィルタ17の試験に関する説明図である。
【0026】
ガス採気フィルタ17は、以下の(1)~(12)の手順に従って製造される。
(1)所定粒径(例えば150~300μm)のステンレス粉末(SUS304)21を定量する。
(2)図2に示すように、ガス採気フィルタ17のフィルタ台座となるホルダ18をパンチ下22の上にセットする。
(3)ステンレス粉末21をホルダ18の段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bに充填する。
(4)(3)でできたものを図2のダイ23に下から挿入する。
(5)(4)の上から図2のパンチ上24でステンレス粉末21を押さえる。
(6)(5)を放電プラズマ焼結装置(以下、SPS装置という)にセットする。
(7)荷重を所定値(例えば0.4~0.5kN)に設定する。
(8)SPS装置の温度を制御する。例えば0℃→880~920℃(15~25分保持)→0℃ なお、勾配は例えば25~35℃/minで昇温する。この昇温中にステンレス粉末21の焼結体は熱膨張するが、ステンレス粉末21がホルダ18の段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bに接合し始める。
(9)ステンレス粉末21の焼結体が膨張から収縮に切り替わった後、所定量(例えば0.3mm)縮むまでの間で通電を止める。
(10)100℃以下になったらホルダ18とステンレス粉末21の焼結体からなるガス採気フィルタ17をSPS装置から取り出す。
(11)SPS装置から取り出したガス採気フィルタ17に対し、純水、アルコールで超音波洗浄を所定時間(例えば5min)ずつ実施する。
(12)バブルポイント法でガス採気フィルタ17の試験を実施する。図3におけるバルブ25を少しずつ開放してエアポンプ26により空気を送り、IPA(イソプロピルアルコール)27内のガス採気フィルタ17の焼結フィルタ20から空気が出始める限界圧力から気孔率を算出する。なお、孔径と限界圧力の対応は、例えば孔径が50μmで1.6kPa、孔径が60μmで1.4kPa、孔径が70μmで1.2kPaとなっている。
【0027】
ここで、国際整合技術指針(Ex 指針2015)第2編耐圧防爆構造15.1.3.1過圧試験-第1法(静的過圧試験)に適合することを確認することを目的とし、水圧試験機:T-100K(株式会社キョーワ)を使用測定機として過圧試験を行った。なお、試験は、加圧圧力…3.20MPa(0.74MPa:基準圧力×4=2.96MPa以上)、加圧時間…試験時間:30秒(10秒以上)を条件として、爆発試験結果で得られた基準圧力の4倍に等しい静的圧力を容器2に加えて行うものとする。
【0028】
上記の試験により、防爆性能に影響する変形及び破損は無く、基準圧力の4倍に耐え、かつ溶接構造ではなく同時焼結によりブリーザ部が固定されているためルーチン試験は必要としないという結果が得られた。
【0029】
なお、ルーチン試験とは、容器が圧力に耐え、かつ、容器には外部に通じる穴又は亀裂がないことを確実にするためのものであり、TIIS技術資料 Ex2015上巻 第2編 耐圧防爆構造”d” 16ルーチン試験 2-46~2-47に記載された事項を含むものである。
【0030】
ところで、上述した実施の形態のガス採気フィルタ17が採用される防爆ガスセンサ1として、熱伝導式ガスセンサを図示して説明したが、例えば接触燃焼式、半導体式などの他の方式のガスセンサに採用することもできる。また、検出対象ガスとしては、例えばH2 ,He,CO2 ,CH4 ,NH3 ,水蒸気などがある。
【0031】
このように、上述した実施の形態によれば、防爆構造の容器に検知素子が収容され、ガス導入フランジのガス導入穴から導入される対象エリアの検出対象ガスを検知素子にて検出する防爆ガスセンサに用いられる防爆ガスセンサ用フィルタとして、ガス導入フランジ13のガス導入穴13cとほぼ同径の小径穴19aと小径穴19aよりも大径の大径穴19bからなる段付きの貫通穴19が形成されたホルダ18に対し、段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bにステンレス粉末21を充填した状態で放電プラズマ焼結により段付き貫通穴19の小径穴19aおよび大径穴19bに焼結フィルタ20を一体形成している。
【0032】
これにより、ホルダ18とステンレス粉末21を同時焼結した一体化構造により、特許文献1に開示される保持構造よりも強度の向上を図った防爆構造を実現でき、ルーチン試験が不要な防爆ガスセンサ用フィルタを製造することができる。
【0033】
また、焼結フィルタ20が一体化形成されるホルダ18の段付き貫通穴19の小径穴19aとガス導入フランジ13のガス導入穴13cとがほぼ同径なので、対象エリアの検出対象ガスを効率的に焼結フィルタ20を介してガス導入穴13cから検知素子8に導入することができる。
【0034】
以上、本発明に係る防爆ガスセンサ用フィルタ及びその製造方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【0035】
1 防爆ガスセンサ
2 容器
2a 開口部
2b 先端部
2c 貫通ネジ穴
2d 基端部
2e 収容部
3 容器蓋
4 均熱ブロック固定ホルダ
5 均熱ブロック
6 スペーサ
7 断熱材
8 検知素子
9 素子基板
10 Oリング
11 参照素子
12 サーミスタ
13 ガス導入フランジ
13a 開口部
13b 突出部
13c ガス導入穴
14 均熱ブロック遮熱板
15 Oリング
16 フッ素ゴムシート
17 ガス採気フィルタ
18 ホルダ
18a 開口部
18b 突出部
19 段付き貫通穴
19a 小径穴
19b 大径穴
20 焼結フィルタ
21 ステンレス粉末
22 パンチ下
23 ダイ
24 パンチ上
25 バルブ
26 エアポンプ
27 IPA(イソプロピルアルコール)
図1
図2
図3