特開 2024-167811 センサ装置

(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】P2024167811

(43)【公開日】2024-12-04

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/58 20060101AFI20241127BHJP

【ＦＩ】

G01F1/58 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084155

(22)【出願日】2023-05-22

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】陳 偉明

(72)【発明者】

【氏名】島田 隆之

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035BE04

(57)【要約】

【課題】リード線の引き回し部分における耐圧性の向上を実現することを課題とする。
【解決手段】センサ装置は、電極を介して起電力を検出する検出部および起電力を物理量へ変換する変換部を貫通する貫通孔に挿通されるリード線と、変換部側のリード線の外周面に充填されたポッティング材と、ポッティング材よりも検出部側の位置で変換部の筐体の内面および前記リード線の外周を封止するＯリングと、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極を介して起電力を検出する検出部および前記起電力を物理量へ変換する変換部を貫通する貫通孔に挿通されるリード線と、
前記変換部側のリード線の外周面に充填されたポッティング材と、
前記ポッティング材よりも前記検出部側の位置で前記変換部の筐体の内面および前記リード線の外周を封止するＯリングと、
を有することを特徴とするセンサ装置。

【請求項2】

前記Ｏリングのサイズおよび前記変換部の筐体の内面の径は、前記Ｏリングの潰し率に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

複数のＯリングは、直列に重ねて配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。

【請求項4】

前記ポッティング材は、弾性ポッティング材であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。

【請求項5】

前記センサ装置は、電磁流量計であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

センサ装置の測定原理の１つとして、物理現象に伴って発生する起電力を検出することにより物理量を測定するタイプのセンサ装置が存在する。このようなセンサ装置の例として、流体が磁界中を通過する流れによって発生する起電力を利用して流量を測定する電磁流量計が挙げられる。

【0003】

電磁流量計は、流体が通過する測定管内に磁界を発生させ、流体の通過により発生する起電力を検出する検出部と、検出部により検出される起電力を流体の流量へ変換する変換部とを有する。

【0004】

例えば、電磁流量計の利用シーンの例として、爆発性雰囲気の環境が想定され得ることから、電磁流量計の変換部は耐圧防爆構造とされる側面がある。このような側面から、電磁流量計では、リード線、例えば励磁コイルに接続される励磁線や電極に接続される信号線が変換部へ引き回される際、検出部および変換部の境界部分でリード線の外周面にポッティング材が充填される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７４１６２２号公報

【特許文献2】特開平８－２７１３０３号公報

【特許文献3】特開２０２３－０２６６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述のようにリード線の外周面にポッティング材を充填したとしても、リード線およびポッティング材の間で十分な固着性が得られるとは限らない。このため、電磁流量計の変換部の内部が加圧されると、リード線およびポッティング材の間に漏れが発生するので、耐圧試験を満足する耐圧性が確保することが困難である。また、電磁流量計の変換部の内部に熱を加えると、リード線およびポッティング材の間で線膨張係数が異なることが一因となって剥離が発生するので、熱安定試験を満足する耐圧性およびシール性を確保することが困難である。

【0007】

本願はこのような課題を解決するためのものであり、リード線の引き回し部分における耐圧性の向上を実現することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願に係るセンサ装置は、電極を介して起電力を検出する検出部および前記起電力を物理量へ変換する変換部を貫通する貫通孔に挿通されるリード線と、前記変換部側のリード線の外周面に充填されたポッティング材と、前記ポッティング材よりも前記検出部側の位置で前記変換部の筐体の内面および前記リード線の外周を封止するＯリングと、を有する。

【0009】

上記のセンサ装置において、前記Ｏリングのサイズおよび前記変換部の筐体の内面の径は、前記Ｏリングの潰し率に基づいて設定されてもよい。

【0010】

上記のセンサ装置において、複数のＯリングは、直列に重ねて配置されてもよい。

【0011】

上記のセンサ装置において、前記ポッティング材は、弾性ポッティング材であってもよい。

【0012】

上記のセンサ装置において、前記センサ装置は、電磁流量計であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

上記のセンサ装置によれば、リード線の引き回し部分における耐圧性の向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】電磁流量計の外観構成を示す正面図である。

【図2】従来技術における耐圧防爆構造の一例を示す図である。

【図3】リード線の引き回し部分を示す断面図である。

【図4】Ｏリングの取付例を示す図である。

【図5】加圧時のポッティング材及びＯリングの機能を説明する図である。

【図6】加圧時のポッティング材及びＯリングの機能を説明する図である。

【図7】リード線の余長処理を説明する模式図である。

【図8】リード線の引き回し部分の組み立て方法の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して本願に係るセンサ装置の実施の形態（以下、「実施形態」と記載）について説明する。

【0016】

＜全体構成＞
図１は、電磁流量計１の外観構成を示す正面図である。図１に示す電磁流量計１は、流体が磁界中を通過する流れによって発生する起電力を利用して流量を測定するものである。図１に示すように、電磁流量計１は、検出部３と、変換部５とを有する。

【0017】

検出部３には、パイプ状に形成された測定管で流体が流れる方向に対して直交する方向に磁界を印加させる励磁コイルが含まれてよい。さらに、検出部３には、測定管の内周面に励磁コイルが印加する磁界と直交する方向に対向する配置で一対の信号電極が設けられてよい。これら一対の信号電極により、励磁コイルが発生される磁界中を流体が流れることで流速に比例して生じる起電力が取り出される。変換部５は、検出部３により検出される起電力を流体の流量へ変換する。なお、ここでは、信号電極が測定管内の内周面に設置される接液式を例に挙げたが、流体の起電力を流体と電極間の静電容量を介して検出する容量式（非接液式）であってもよい。

【0018】

電磁流量計１では、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２が検出部３から首部４を経由して変換部５へ引き回される。例えば、リード線Ｌ１は、検出部３の一対の信号電極に接続された信号線である。また、リード線Ｌ２は、検出部３の励磁コイルに接続された励磁線である。以下、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２の個体を区別しない場合、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２のことを指して「リード線Ｌ」と表記する場合がある。

【0019】

ここで、電磁流量計１の利用シーンとして、爆発性雰囲気の環境が想定され得ることから、電磁流量計１の変換部５は、耐圧防爆構造とされる側面がある。

【0020】

＜課題の一側面＞
しかしながら、上記の背景技術の欄で説明した通り、検出部３および変換部５の境界部分でリード線Ｌの外周面にポッティング材を充填するだけでは、耐圧性が確保できない場合がある。

【0021】

図２は、従来技術における耐圧防爆構造の一例を示す図である。図２には、検出部３および変換部５を接続する首部４の内部構成が模式化されている。図２に示すように、首部４には、４本のリード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２が検出部３から変換部５へ引き回されている。このうち、リード線Ｌ１１およびリード線Ｌ１２は、検出部３の一対の信号電極に接続された信号線である。一方、リード線Ｌ２１およびリード線Ｌ２２は、検出部３の励磁コイルに接続された励磁線である。例えば、従来技術では、４本のリード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２の外周面にポッティング材４１が充填された耐圧防爆構造を有する。

【0022】

しかし、上記の従来技術における耐圧防爆構造では、リード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２と、ポッティング材４１との間で十分な固着性が得られるとは限らない。この場合、電磁流量計１の変換部５の内部が加圧されると、リード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２と、ポッティング材４１との間に漏れが発生するので、耐圧防爆規格の加圧試験を満足する耐圧性を確保することが困難である。

【0023】

さらに、リード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２の被覆材が非粘着性とされる場合、固着性がより悪化するので、リード線の被覆材の材料選択の幅が狭まる一面もある。例えば、リード線の表面性状を向上させる側面から、ＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene）などの非粘着コーティングをリード線に適用する実装も期待されるが、このような実装が困難となる。

【0024】

また、電磁流量計１の変換部５の内部に熱を加えると、リード線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１およびＬ２２と、ポッティング材４１との間で線膨張係数が異なることが一因となって剥離が発生する。このため、耐圧防爆規格の熱安定試験を満足する耐圧性およびシール性を確保することが困難である。

【0025】

＜課題解決アプローチの一側面＞
＜２重のシール構造＞
そこで、本実施形態に係る電磁流量計１では、変換部５側のリード線Ｌの外周面に充填されたポッティング材と、ポッティング材よりも検出部３側の位置で変換部５の筐体の内面およびリード線の外周を封止するＯリングとを含む２重のシール構造を採用する。

【0026】

＜Ｏリング＞
まず、上記２重のシール構造のうちＯリングについて説明する。図３は、リード線の引き回し部分を示す断面図である。図３には、図１に示す電磁流量計１のうち破線で示す枠に対応する範囲の断面図を抜粋してその拡大図が示されている。図３に示すように、変換部５の筐体５０には、第１のプレート５１および第２のプレート５２をボルト５３Ａおよびボルト５３Ｂで締め付けることにより、第１のプレート５１および第２のプレート５２が固定される。

【0027】

図４は、Ｏリングの取付例を示す図である。図４の上部には、図３に示すリード線の引き回し部分のうち一点鎖線で示す枠に対応する範囲の拡大図が示されている。さらに、図４の下部には、リード線およびＯリングが当接する第１のプレート５１および第２のプレート５２の部位を説明する便宜上、リード線およびＯリングが未装着である状態の第１のプレート５１および第２のプレート５２が示されている。

【0028】

図４に示すように、第１のプレート５１および第２のプレート５２には、リード線Ｌ１を挿通する第１の挿通穴５４Ａおよびリード線Ｌ２を挿通する第２の挿通穴５４Ｂが設けられる。このうち、第１の挿通穴５４Ａの内径は、リード線Ｌ１の径ｄ１に対応する一方で、第２の挿通穴５４Ｂの内径は、リード線Ｌ２の径ｄ２に対応する。

【0029】

さらに、第１のプレート５１の第１の挿通穴５４Ａには、２枚のＯリング１１Ａおよび１１Ｂをはめ込む第１のザグリ部５１Ａが設けられるとともに、第１のプレート５１の第２の挿通穴５４Ｂには、２枚のＯリング１１Ｃおよび１１Ｄをはめ込む第２のザグリ部５１Ｂが設けられる。以下、Ｏリング１１Ａ～１１Ｄの個体を区別しない場合、Ｏリング１１Ａ～１１Ｄのことを指して「Ｏリング１１」と表記する場合がある。

【0030】

ここで、第１のザグリ部５１Ａの内径Ｄ１およびリード線Ｌ１の径ｄ１は、Ｏリング１１Ａおよび１１Ｂの潰し率が適正範囲に収まる範囲に設定される。また、同様に、第２のザグリ部５１Ｂの内径Ｄ２およびリード線Ｌ２の径ｄ２は、Ｏリング１１Ｃおよび１１Ｄの潰し率が適正範囲に収まる範囲に設定される。

【0031】

例えば、Ｏリング１１のサイズ選定および各ザグリ部の内径の設計は、次に挙げる２つの条件に基づいて実施される。すなわち、リード線Ｌの外径やＯリング１１のザグリ部の内径は、いずれも製造時にばらつきが生じることがあるので、これら２つのばらつきが生じる場合でも、Ｏリング１１の潰し率が適正範囲、例えば１０％～３０％程度に収める必要がある。さらに、リード線Ｌの外径が細く、市販されているサイズのＯリングに合わせてザグリ部の内径の設計が必要である。

【0032】

＜ポッティング材＞
次に、上記２重のシール構造のうちポッティング材について説明する。図３に示すように、リード線Ｌ１の外周面およびリード線Ｌ２の外周面と、変換部５の筐体５０の内面との間には、ポッティング材１０が充填される。このようなポッティング材１０には、あくまで一例として、変換部５の筐体５０と相性が良い弾性ポッティング材を用い、弾性ポッティング材を塗布した上で硬化させることができる。なお、Ｏリング１１には、ポッティング材１０の硬化を阻害しにくい材質が選定されることが好ましい。

【0033】

＜効果の一側面＞
＜耐圧性およびシール性の獲得＞
上記のポッティング材１０および上記のＯリング１１の２重のシール構造により、リード線Ｌの引き回し部分において耐圧防爆規格を満足する耐圧性およびシール性を獲得できる。

【0034】

以下、耐圧性およびシール性を獲得できる機序について説明する。上記のポッティング材１０に使用される弾性ポッティング材は、弾性域で一定の弾性力、例えばポアソン比で言えば０．５前後を有する。このため、変換部５の内部、例えば図３の例では上側から圧力を受けた場合、硬化後のポッティング材１０が縦方向に圧縮されるとともに横方向に伸長する。このような横方向のひずみにより、ポッティング材１０の周辺部品の１つであるリード線Ｌ１およびリード線Ｌ２への面圧が増加するので、摩擦力およびシール性が向上する。

【0035】

ここで、電磁流量計１の変換部５の内部が高温に加熱された状態では、ポッティング材１０およびリード線Ｌの線膨張係数が異なる。このため、ポッティング材１０およびリード線Ｌの剥離が発生する場合があるが、上記の２重のシール構造によれば、剥離の発生時であっても耐圧性およびシール性を満足できる。

【0036】

図５および図６は、加圧時のポッティング材１０及びＯリング１１の機能を説明する図である。図５には、変換部５の内部、すなわち上側からポッティング材１０が高圧力を受ける場合が示される。この場合、図５に示すように、前述の通り、硬化後のポッティング材１０が縦方向に圧縮されるとともに横方向に伸長することにより、ポッティング材１０によるリード線Ｌ１およびリード線Ｌ２への面圧が増加する。これにより、ポッティング材１０と、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２との間の摩擦力が増加するので、剥離の発生時であっても耐圧性およびシール性を満足できる。

【0037】

一方、図６には、変換部５の内部からポッティング材１０が低圧力を受ける場合が示されている。この場合、図６に示すように、ポッティング材１０およびリード線Ｌの剥離により、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２に沿って漏れが発生する。このようにリード線Ｌ１に沿って発生する漏れがＯリング１１Ａおよび１１Ｂにより封止されるとともに、リード線Ｌ２に沿って発生する漏れがＯリング１１Ｃおよび１１Ｄにより封止される。したがって、剥離の発生時であっても耐圧性およびシール性を満足できる。

【0038】

＜液面低下の抑制＞
上記のポッティング材１０および上記のＯリング１１の２重のシール構造により、リード線ＬおよびＯリング１１と変換部５の筐体５０の間にシール性が確保される。このようなシール性の確保により、リード線Ｌ１やリード線Ｌ２の線径にばらつきが生じる場合でも、ポッティング材１０の漏れが抑制される。したがって、ポッティング材１０の硬化後に発生する液面の低下を抑制し、ポッティング奥行ｈ１（図６参照）が基準値以上である状態を維持できる。

【0039】

さらに、たとえリード線Ｌ１が挿通する第１の挿通穴５４Ａの内径およびリード線Ｌ１の径ｄ１のギャップによりポッティング材１０の漏れが発生する場合でも、Ｏリング１１Ａにより封止される。加えて、リード線Ｌ１が挿通する第１の挿通穴５４Ａに２つのＯリング１１ＡおよびＯリング１１Ｂを直列に重ねて配置することにより、上部のＯリング１１Ａをポッティング材１０の漏れ防止用として機能させるとともに、下部のＯリング１１Ｂをシール性確保用として機能させることができる。なお、リード線Ｌ２が挿通する第２の挿通穴５４Ｂについても上記の第１の挿通穴５４Ａと同様のことが言えるのは言うまでもない。

【0040】

＜リード線の余長処理＞
電磁流量計１の検出部３側におけるリード線Ｌの余長をなくす側面から、上記のポッティング材１０をリード線Ｌの外周面に充填する前に、リード線Ｌを変換部５側から引っ張り上げて組み立てることができる。

【0041】

図７は、リード線の余長処理を説明する模式図である。図７には、本実施形態における電磁流量計１のリード線の余長処理を従来例と比較して説明する側面から、リード線の引き回し部分の構成が左から従来例１、従来例２、本実施形態の順に示されている。

【0042】

図７の左側には、従来例１として、リード線Ｌの心線の一部が位置決めプレート２１の上部で露出されるとともに、その露出部がポッティング樹脂２２により気密に閉塞される例が示されている。このような従来例１によれば、リード線Ｌの位置が位置決めプレート２１により固定されるので、ポッティング樹脂２２の硬化後にリード線Ｌを上側へ引っ張り上げることが困難である。

【0043】

図７の中央には、従来例２として、リード線Ｌの途中に中間部品２３が追加される例が示されている。このような従来例２においても、リード線Ｌの位置が中間部品２３により固定されるので、リード線Ｌを上側へ引っ張り上げることが困難である。

【0044】

図７の右側には、本実施形態に係るリード線の引き回し部分が示されている。本実施形態に係るリード線の引き回し部分によれば、リード線Ｌを上側から引っ張り上げると、リード線Ｌが上側へ滑ることにより検出部３側の余長を削減できる。このようにリード線Ｌが引っ張り上げられる際、Ｏリング１１がザグリ部に引っ掛かって係止するので、Ｏリング１１の潰し率に変化はなく、シール性への悪影響もない。

【0045】

＜リード線の引き回し部分の組み立て方法＞
次に、本実施形態に係るリード線の引き回し部分の組み立て方法について説明する。図８は、リード線の引き回し部分の組み立て方法の流れを示すフローチャートである。

【0046】

図８に示すように、ステップＳ１では、リード線Ｌが第１のプレート５１に挿通される。例えば、図４に示す例で言えば、リード線Ｌ１が第１のプレート５１の第１の挿通穴５４Ａに挿通されるとともに、リード線Ｌ２が第１のプレート５１の第２の挿通穴５４Ｂに挿通される。

【0047】

次に、ステップＳ２では、Ｏリング１１が第１のプレート５１のザグリ部まで挿嵌される。例えば、図４に示す例で言えば、Ｏリング１１Ａ、Ｏリング１１Ｂの順にＯリング１１ＡおよびＯリング１１Ｂが第１のザグリ部５１Ａまで挿嵌される。さらに、Ｏリング１１Ｃ、Ｏリング１１Ｄの順にＯリング１１ＣおよびＯリング１１Ｄが第２のザグリ部５１Ｂまで挿嵌される。

【0048】

続いて、ステップＳ３では、リード線Ｌが第２のプレート５２に挿通される。例えば、図４に示す例で言えば、リード線Ｌ１が第２のプレート５２の第１の挿通穴５４Ａに挿通されるとともに、リード線Ｌ２が第２のプレート５２の第２の挿通穴５４Ｂに挿通される。

【0049】

そして、ステップＳ４では、第１のプレート５１および第２のプレート５２をボルト５３Ａおよびボルト５３Ｂで締め付けることにより、第１のプレート５１および第２のプレート５２が変換部５の筐体５０に取り付けられる。

【0050】

次に、ステップＳ５では、リード線Ｌ１およびリード線Ｌ２が変換部５側、すなわち上部側から引っ張り上げられる。これにより、検出部３側におけるリード線Ｌ１およびリード線Ｌ２の余長が削減される。

【0051】

その後、ステップＳ６では、ポッティング材１０のポッティング奥行ｈ１が基準値以上となるまでポッティング材１０がリード線Ｌ１およびリード線Ｌ２の外周面に充填される。

【0052】

これらステップＳ１からステップＳ６までの組み立て手順によれば、首部４の内部の空間内で組み立てずともよく、首部４の外部で組み立てを実施できるので、リード線の引き回し部分の簡易な組み立てを実現できる。

【0053】

上述の実施形態は一例を示したものであり、種々の応用が可能である。

【0054】

例えば、上記の実施形態では、センサ装置の一例として、電磁流量計１を例示したが、これに限定されず、物理現象に伴って発生する起電力を検出することにより物理量を測定する任意のセンサ装置で上記の２重のシール構造が実現されてよい。このような２重のシール構造は、電磁流量計１以外にも、あくまで一例として、温度センサや圧力センサなどに適用されてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１ 電磁流量計
１０ ポッティング材
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ Ｏリング
３ 検出部
４ 首部
５ 変換部
５１ 第１のプレート
５１Ａ 第１のザグリ部
５１Ｂ 第２のザグリ部
５２ 第２のプレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】