特許 7573414 センサー取付構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】センサー取付構造

(51)【国際特許分類】

   F16L 19/065 20060101AFI20241018BHJP

   G01D 11/30 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

F16L19/065

G01D11/30 S

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020184925

(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公開番号】P2022074678

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】株式会社ＰＩＬＬＡＲ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】小池 智幸

(72)【発明者】

【氏名】足立 智大

(72)【発明者】

【氏名】土屋 祐人

(72)【発明者】

【氏名】蓮輪 拓朗

【審査官】井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５９－１２０４１８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－２７５６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－０１００６６８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｌ １９／０６５

Ｇ０１Ｄ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状のセンサーを配管に取り付けるための構造であって、
流路を形成している主管部、
前記流路に連通する分岐路を形成し、開口部を通して前記分岐路の中に前記センサーを受け入れている管であり、前記開口部の内径が、前記センサーの外径に寸法許容差を加えた値よりも大きい分岐管部、
前記分岐管部の外周面に形成された雄ねじ、
前記分岐管部の開口部の周囲に形成された第１シール面、および、
前記第１シール面の周囲に設けられた環状溝
を有する本体と、
前記センサーを貫通させた状態で、前記分岐管部の開口部と前記センサーとの隙間を塞いでいる筒状部品であり、
内径が前記センサーの外径と実質的に等しく、
軸方向の一端には、
前記本体の第１シール面に密着する第２シール面、および、
前記第２シール面の周囲から軸方向へ突出しており、前記本体の環状溝に圧入される環状突起
を有し、
他端には逆テーパー状の内周面
を有するシール部品と、
前記センサーを貫通させた状態で、前記シール部品の他端と前記センサーとの隙間を塞いでいる筒状部品であり、軸方向の一端に、前記シール部品の逆テーパー状の内周面に密着するテーパー状の外周面
を有するフェルールと、
前記本体の雄ねじに結合する雌ねじを有し、前記センサーを貫通させた状態で前記シール部品と前記フェルールとを収容しているユニオンナットと
を備えたセンサー取付構造。

【請求項2】

前記本体の雄ねじに前記ユニオンナットの雌ねじが結合することにより、前記ユニオンナットは前記フェルールを前記シール部品に押し付けると共に、前記シール部品を前記本体の分岐管部に押し付け、
前記ユニオンナットからの押圧力が、前記本体の第１シール面に前記シール部品の第２シール面を密着させると共に、前記本体の環状溝に前記シール部品の環状突起を圧入することにより、前記本体の分岐管部と前記センサーとの隙間がシールされ、
前記ユニオンナットからの押圧力が前記シール部品の逆テーパー状の内周面に前記フェルールのテーパー状の外周面を密着させることにより、前記シール部品と前記センサーとの隙間がシールされる、
請求項１に記載のセンサー取付構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体の温度、圧力等を計測するセンサーを配管に取り付けるための構造、すなわちセンサー取付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

流体の温度、圧力等を計測するセンサーの中には、棒状のものがある。棒状のセンサーは先端に感知部を備えており、その先端を計測対象の流体に接触させることで機能する。棒状のセンサーを対象とするセンサー取付構造としては、特許文献１、２に開示されたものが知られている。これらのセンサー取付構造では、計測対象の流体が流れる流路の途中に分岐路が設けられており、この分岐路に棒状のセンサーが設置されている。流路から分岐路の中へ流体が流れ込むことにより、または分岐路から流路に露出したセンサーの先端に流体が接触することにより、流体の温度、圧力等が計測される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－０６４０４８号公報

【文献】特開２０１３－１７０８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のセンサー取付構造の中には、センサーの周囲の隙間をフェルールでシールするものがある。図３、図４は、そのようなセンサー取付構造の例を示している。計測対象の流体は流路１０を通る。流路１０の途中には分岐路１１が設けられており、その中に棒状のセンサー２０が設置されている。分岐路１１の内径はセンサー２０の外径と実質的に等しい。すなわち、分岐路１１の内径とセンサー２０の外径との間には、センサー２０を分岐路１１に挿入することができる程度の差しか設けられていない。フェルール３０は、分岐路１１を形成している配管、すなわち分岐管１２の開口部１３とセンサー２０との隙間を塞いでいる。フェルール３０はユニオンナット４０の中に収容されている。ユニオンナット４０は、分岐管１２の外周面に形成された雄ねじ１４にねじ込まれることにより、分岐管１２にフェルール３０を押し付ける。フェルール３０の軸方向の一端にはテーパー状の外周面３１があり、ユニオンナット４０からの押圧力により、分岐管１２の開口部１３に設けられた逆テーパー状の内周面１５に密着する。さらに、逆テーパー状の内周面１５からの反力により、フェルール３０の端部３２がセンサー２０を内周方向へ締め付ける。こうして、分岐管１２の開口部１３とセンサー２０との隙間がシールされる。

【0005】

分岐管１２の開口部１３とセンサー２０との隙間をフェルール３０でシールすることができるのは、分岐管１２の開口部１３の内径がセンサー２０の外径と実質的に等しいからである。この場合、センサー取付構造の製造工程の複雑化を避けるには、分岐路１１の全体で内径を分岐管１２の開口部１３の内径に揃えることが好ましい。しかし、その場合には以下の問題が生じる。

【0006】

センサー２０に計測を更に高い精度で行わせるには、センサー２０の先端２１を計測対象の流体の中に確実に浸す必要がある。その必要を満たすだけであれば、図３が示すセンサー取付構造のように、センサー２０の先端２１を分岐路１１から流路１０の中へ突出させればよい。しかし、この構造には、「センサー２０の先端２１が流路１０内の流れを阻害する」という欠点がある。

【0007】

センサー２０の先端２１を分岐路１１の中に留めたまま、その先端２１を流体の中に確実に浸すには、図４が示すセンサー取付構造のように、分岐路１１の入口１６に内径が大きい部分（ザグリ穴）１７を設ければよい。ザグリ穴１７の中では分岐路１１とセンサー２０の先端２１との隙間が大きいので、その隙間に流路１０から流体が流れ込みやすい。その結果、センサー２０の先端２１を流体の中に確実に浸すことができる。しかし、ザグリ穴１７を作成するには、流路１０を形成している配管のうち、流路１０を挟んで分岐路１１の入口１６に対向する部分に穴１８を開け、その穴１８を通して分岐路１１の入口１６を加工しなければならない。さらに、ザグリ穴１７の完成後、この穴１８を止め栓１９で密封しなければならない。このように、ザグリ穴１７の加工はセンサー取付構造の製造工程を複雑化させ、コストの増大を招く。

【0008】

本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、製造工程を複雑化させることなく分岐路の入口とセンサーの先端との隙間を十分に拡げて、センサーの計測精度を更に向上させることのできるセンサー取付構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの観点におけるセンサー取付構造は、本体、シール部品、フェルール、およびユニオンナットを備えている。本体は、流路を形成している主管部、その流路に連通する分岐路を形成している分岐管部、その分岐管部の外周面に形成された雄ねじ、およびその分岐管部の開口部の周囲に形成されたシール面を有する。シール部品は筒状部品であり、棒状のセンサーを貫通させている。そのセンサーは分岐管部の開口部を通して分岐路の中に伸びている。シール部品は分岐管部の開口部とセンサーとの隙間を塞いでいる。シール部品の内径はセンサーの外径と実質的に等しい。シール部品は、軸方向の一端には、本体のシール面に密着するシール面を有し、他端には逆テーパー状の内周面を有する。フェルールは筒状部品であり、上記のセンサーを貫通させた状態でシール部品の他端とセンサーとの隙間を塞いでいる。フェルールは軸方向の一端に、シール部品の逆テーパー状の内周面に密着するテーパー状の外周面を有する。ユニオンナットは、本体の雄ねじに結合する雌ねじを有し、上記のセンサーを貫通させた状態でシール部品とフェルールとを収容している。

【0010】

本体の雄ねじにユニオンナットの雌ねじが結合することにより、ユニオンナットがフェルールをシール部品に押し付けると共に、シール部品を本体の分岐管部に押し付けてもよい。この場合、ユニオンナットからの押圧力が本体のシール面にシール部品のシール面を密着させることにより、本体の分岐管部とセンサーとの隙間がシールされる。さらに、ユニオンナットからの押圧力がシール部品の逆テーパー状の内周面にフェルールのテーパー状の外周面を密着させることにより、シール部品とセンサーとの隙間がシールされる。

【発明の効果】

【0011】

本発明による上記のセンサー取付構造では、本体の分岐管部の開口部とセンサーとの隙間をシール部品が塞ぎ、そのシール部品の他端とセンサーとの隙間をフェルールが塞いでいる。この場合、シール部品の内径がセンサーの外径と実質的に等しければよく、分岐管部の開口部の内径はセンサーの外径よりも大きくても構わない。したがって、分岐路の入口とセンサーの先端との隙間が十分な大きさであるようにその入口の内径を十分に大きく設定し、その上で、分岐路の全体で内径を分岐路の入口の内径に揃えることができる。こうして、本発明による上記のセンサー取付構造は、製造工程を複雑化させることなく分岐路の入口とセンサーの先端との隙間を十分に拡げて、センサーの計測精度を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態によるセンサー取付構造の断面図である。

【図2】本発明の実施形態によるセンサー取付構造の変形例の断面図である。

【図3】従来のセンサー取付構造の一例の断面図である。

【図4】従来のセンサー取付構造の別例の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施形態によるセンサー取付構造の断面図である。このセンサー取付構造は棒状のセンサー５００を対象とする。このセンサー５００の先端部５０１には感知部（図示せず。）が内蔵されている。先端部５０１が流体の中に浸されることにより、センサー５００はその流体の温度、圧力等を計測することができる。このセンサー取付構造は、本体１００、シール部品２００、フェルール３００、およびユニオンナット４００を含む。

【0015】

本体１００は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂による成形品であり、主管部１１０と分岐管部１２０とを含む。

【0016】

主管部１１０は真っ直ぐな管であり、両端に管継手１１１、１１２を含む。これらの管継手１１１、１１２の間を主管部１１０の空洞１１３が繋いで、流路を形成している。この流路１１３には、センサー５００の計測対象である流体、たとえば、薬液、超純水等の液体、または排ガス等の気体が流れる。

【0017】

分岐管部１２０は、主管部１１０から垂直に突出した管であり、その空洞１２１が、流路１１３に連通する分岐路を形成している。分岐路１２１は流路１１３を分岐管部１２０の開口部１２２に繋げている。この開口部１２２を通してセンサー５００が分岐路１２１の中に伸びている。センサー５００の先端部５０１は、流路１１３から離れた（図１では流路１１３よりも上方の）場所に設置されている。センサー５００の先端部５０１と分岐路１２１の入口１２７との隙間には、流路１１３から計測対象の流体が流れ込む。

【0018】

分岐管部１２０の開口部１２２の周囲には環状のシール面１２３がある。シール面１２３は逆テーパー状である。すなわち、シール面１２３は分岐管部１２０の軸方向（図１では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向において開口部１２２から、分岐管部１２０の基部（すなわち、主管部１１０との接続部）１２９とは反対側（図１では上方）へ向かうにつれて直径が増大している。シール面１２３の周囲には環状溝１２４が設けられている。環状溝１２４の周囲からは、外側筒部１２５が軸方向（図１では上方）へ突出している。外側筒部１２５の外周面には雄ねじ１２６が形成されている。

【0019】

シール部品２００は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等、フッ素樹脂製の円筒部品であり、分岐管部１２０の開口部１２２に同軸に配置されている。シール部品２００は、センサー５００を貫通させた状態で、分岐管部１２０の開口部１２２とセンサー５００との隙間を塞いでいる。シール部品２００の内径はセンサー５００の外径と実質的に（具体的には、寸法許容差（たとえば±０．５ｍｍ）を除けば）等しい。すなわち、シール部品２００の内径とセンサー５００の外径との間には、シール部品２００にセンサー５００を挿入することができる程度の差しか設けられていない。シール部品２００の外径は分岐管部１２０の外側筒部１２５の内径と実質的に（具体的には、寸法許容差（たとえば±０．５ｍｍ）を除けば）等しい。

【0020】

シール部品２００の軸方向における端部のうち、分岐管部１２０の開口部１２２に面した方（図１では下端部）は環状のシール面２０１を含む。シール面２０１はテーパー状である。すなわち、シール面２０１はシール部品２００の軸方向（図１では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向において分岐管部１２０の開口部１２２から離れる（図１では上方へ向かう）につれて直径が増大している。シール部品２００のシール面２０１は分岐管部１２０のシール面１２３に密着することにより、シール機能を発揮する（一次シール）。シール部品２００のシール面２０１の周囲からは環状突起２０２が軸方向（図１では下方）へ突出し、分岐管部１２０の環状溝１２４の中へ伸びている。環状突起２０２の内径は分岐管部１２０の環状溝１２４の内径よりもわずかに小さいので、環状突起２０２は環状溝１２４の中に圧入されている。これにより、環状突起２０２の内周面と環状溝１２４の内面とが互いに隙間なく接触し、シール機能を発揮する（二次シール）。

【0021】

シール部品２００の軸方向における端部のうち、分岐管部１２０の開口部１２２とは反対側に位置する方（図１では上端部）は逆テーパー状の内周面２０３を含む。すなわち、この内周面２０３はシール部品２００の軸方向（図１では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向において分岐管部１２０の開口部１２２から離れる（図１では上方へ向かう）につれて直径が増大している。

【0022】

フェルール３００は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等、フッ素樹脂製の円筒部品であり、分岐管部１２０の外側筒部１２５の内側に露出しているシール部品２００の端部（図１では上端部）に同軸に配置されている。フェルール３００は、センサー５００を貫通させた状態で、シール部品２００の端部とセンサー５００との隙間を塞いでいる。フェルール３００の内径はセンサー５００の外径よりも大きい。

【0023】

フェルール３００の軸方向における端部のうち、シール部品２００に面した方（図１では下端部）はテーパー状の外周面３０１を含む。すなわち、この外周面３０１はフェルール３００の軸方向（図１では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向における先端（図１では下端）３０２から軸方向において離れる（図１では上方へ向かう）につれて直径が増大している。テーパー状の外周面３０１はシール部品２００の逆テーパー状の内周面２０３よりも、軸方向に対する傾斜角が小さい。テーパー状の外周面３０１の基端（図１では上端）からは外周方向へフランジ３０３が張り出している。

【0024】

ユニオンナット４００は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等、フッ素樹脂製の円筒部品であり、センサー５００を貫通させた状態で分岐管部１２０の外側筒部１２５、シール部品２００、およびフェルール３００を同軸に囲んでいる。ユニオンナット４００の内周面は雌ねじ４０１と段部４０２とを含む。雌ねじ４０１は分岐管部１２０の雄ねじ１２６と結合している。段部４０２は、雌ねじ４０１よりも内径が狭い部分であり、ユニオンナット４００の軸方向における端部のうち、分岐管部１２０からは遠い方（図１では上端部）に位置する。段部４０２の内径がフェルール３００のフランジ３０３の外径よりも小さいので、軸方向において段部４０２はフランジ３０３と接触している。

【0025】

ユニオンナット４００の雌ねじ４０１が分岐管部１２０の雄ねじ１２６にねじ込まれると、軸方向（図１では下方）の押圧力がユニオンナット４００の段部４０２からフェルール３００のフランジ３０３に加わる。これにより、フェルール３００のテーパー状の外周面３０１が分岐管部１２０の逆テーパー状の内周面２０３に密着する。さらに、両面間での傾斜角の差により、逆テーパー状の内周面２０３からテーパー状の外周面３０１への反力がテーパー状の外周面３０１の先端３０２に集中する。したがって、その先端３０２が内周方向へ屈曲し、センサー５００を内周方向へ締め付ける。こうして、シール部品２００とセンサー５００との隙間がシールされる。

【0026】

ユニオンナット４００からの押圧力は更に、シール部品２００を分岐管部１２０に押し付ける。したがって、シール部品２００の環状突起２０２が分岐管部１２０の環状溝１２４に圧入されて環状突起２０２の内周面が環状溝１２４の内面に密着し、シール部品２００のシール面２０１が分岐管部１２０のシール面１２３に密着する。こうして、分岐管部１２０とセンサー５００との隙間がシールされる。
［実施形態の利点］

【0027】

本発明の上記の実施形態によるセンサー取付構造では、本体１００の分岐管部１２０の開口部１２２とセンサー５００との隙間をシール部品２００が塞ぎ、シール部品２００とセンサー５００との隙間をフェルール３００が塞いでいる。この場合、シール部品２００の内径がセンサー５００の外径と実質的に等しくさえあれば、フェルール３００の先端３０２がシール部品２００とセンサー５００との隙間を確実にシールすることができる。一方、分岐管部１２０の開口部１２２の内径はセンサー５００の外径よりも大きくても構わない。分岐管部１２０の開口部１２２とセンサー５００との隙間は、分岐管部１２０のシール面１２３とシール部品２００のシール面２０１との密着、および分岐管部１２０の環状溝１２４の内面とシール部品２００の環状突起２０２の内周面との密着によってシールされるからである。したがって、分岐路１２０の入口１２７とセンサー５００の先端部５０１との隙間が十分な大きさであるようにその入口１２７の内径をセンサー５００の外径よりも十分に大きく設定し、その上で、分岐路１２０の全体で内径を分岐路１２０の入口１２７の内径に揃えることができる。これにより、本体１００の製造工程の複雑化を避けることができる。

【0028】

分岐路１２０の入口１２７とセンサー５００の先端部５０１との隙間が十分に大きければ、主管部１１０の流路１１３から分岐路１２１へは多量の流体が流れ込む。この場合、図１が示すようにセンサー５００の先端部５０１が流路１１３から離れていても、その先端部５０１を流体の中に確実に浸すことができる。したがって、センサー５００の先端部５０１を分岐路１２１から流路１１３の中へ突出させなくても、センサー５００に計測を高い精度で行わせることができる。こうして、本発明の上記の実施形態によるセンサー取付構造は、製造工程を複雑化させることなく分岐路１２１の入口１２７とセンサー５００の先端部５０１との隙間を十分に拡げて、センサー５００の計測精度を更に向上させることができる。

【0029】

なお、分岐管部１２０のシール面１２３、環状溝１２４、および外側筒部１２５は、図１が示すように、インナーリング６００と嵌合する管継手１１１、１１２の部分１１４、１１５と形状が同一である。したがって、分岐管部１２０には、シール部品２００とフェルール３００とに代えてインナーリング６００を嵌合させることもできる。これにより、分岐管部１２０は、管継手１１１、１１２と同様な管継手として利用することもできる。
［変形例］

【0030】

図１が示すセンサー取付構造では、分岐管部１２０のシール面１２３とシール部品２００のシール面２０１とが密着し、分岐管部１２０の環状溝１２４の内周側の内面とシール部品２００の環状突起２０２の内周面とが密着することにより、分岐管部１２０の開口部１２２とセンサー５００との隙間がシールされる。しかし、この隙間のシールに必要な構造は、図１が示すものには限られない。たとえば、分岐管部１２０の環状溝１２４の外径よりもシール部品２００の環状突起２０２の外径がわずかに大きく、環状突起２０２の外周面と環状溝１２４の外周側の内面とが互いに隙間なく接触し、シール面として機能してもよい。その他に、分岐管部１２０とシール部品２００とがそれぞれ、以下に述べるように、図１が示すシール面１２３、２０１とは別のシール面を備えていてもよい。

【0031】

図２は、本発明の実施形態によるセンサー取付構造の変形例の断面図である。このセンサー取付構造は、図１が示すものとは、分岐管部１２０の開口部１２２とセンサー５００との隙間をシールする構造が異なる。その他の構造については同様である。図２では、図１が示す構成要素と同様な構成要素には、図１が示す参照番号と同じ参照番号が付されている。また、それら同様な構成要素の詳細については上記の実施形態の説明を援用する。

【0032】

分岐路１２１の開口部１２２の周囲には環状のシール面１２８がある。シール面１２８は、図１が示すシール面１２３とは異なり、テーパー状である。すなわち、シール面１２８は分岐管部１２０の軸方向（図２では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向において開口部１２２から分岐管部１２０の基部１２９へ（図２では下方へ）向かうにつれて直径が増大している。シール面１２８の周囲からは外側筒部１２５が軸方向（図２では上方）へ突出している。

【0033】

シール部品２１０の軸方向における端部のうち、分岐管部１２０の開口部１２２に面した方（図２では下端部）は環状のシール面２１１を含む。シール面２１１は、図１が示すシール面２０１とは異なり、逆テーパー状である。すなわち、シール面２１１はシール部品２１０の軸方向（図２では上下方向）に対して傾斜しており、軸方向において分岐管部１２０の開口部１２２から基部１２９へ（図２では下方へ）向かうにつれて直径が増大している。

【0034】

ユニオンナット４００の雌ねじ４０１が分岐管部１２０の雄ねじ１２６にねじ込まれると、軸方向（図２では下方）の押圧力がユニオンナット４００の段部４０２からフェルール３００のフランジ３０３に加わる。これにより、フェルール３００がシール部品２１０に押し付けられ、シール部品２１０が分岐管部１２０に押し付けられる。その結果、シール部品２１０のシール面２１１が分岐管部１２０のシール面１２８に密着する。こうして分岐管部１２０とセンサー５００との隙間がシールされる。

【0035】

なお、分岐管部１２０のシール面１２８と外側筒部１２５とは、図２が示すように、インナーリング６１０と嵌合する管継手１１１、１１２の部分１１６、１１７と形状が同一である。したがって、分岐管部１２０には、シール部品２１０とフェルール３００とに代えてインナーリング６１０を嵌合させることもできる。これにより、分岐管部１２０は、管継手１１１、１１２と同様な管継手として利用することもできる。

【符号の説明】

【0036】

１００ センサー取付構造の本体
１１０ 主管部
１１１、１１２ 管継手
１１３ 流路
１１４、１１５ インナーリングと嵌合する管継手の部分
１２０ 分岐管部
１２１ 分岐路
１２２ 分岐管部の開口部
１２３ 分岐管部のシール面
１２４ 環状溝
１２５ 外側筒部
１２６ 雄ねじ
１２７ 分岐路の入口
１２９ 分岐管部の基部
２００ シール部品
２０１ シール部品のシール面
２０２ 環状突起
２０３ 逆テーパー状の内周面
３００ フェルール
３０１ テーパー状の外周面
３０２ テーパー状の外周面の先端
３０３ フランジ
４００ ユニオンナット
４０１ 雌ねじ
４０２ 段部
５００ センサー
５０１ センサーの先端部
６００ インナーリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】