JP2018179715A - パルス圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力センサを用いて変形可能なチューブ内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を検出するパルス圧力検出装置を提供する。【解決手段】流体を搬送するための変形可能なチューブ３と拘束部材５とを備えている。拘束部材５はチューブ３が貫通するＵ字状の溝部５４を有し、溝部５４の内面にはチューブ３の外面の一部に添う湾曲面５６と、湾曲面５６の両端と連続する一対の平面５７及び５８を有している。また湾曲面５６の両端と連続しない一対の平面の一対の端縁間に開口部５９を有している。拘束部材５の溝部５４の開口部５９から露出するチューブ３の部分と接触するダイアフラム７と、ダイアフラム７に受圧部１１Ａが直接接触するまたは受圧子９を介して間接的に受圧部１１Ａが接触し、受圧部１１Ａに加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとを備えている。チューブの硬さは力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さである。【選択図】 図１

Description

本発明は、力センサを用いて変形可能なチューブ内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を検出するパルス圧力検出装置に関するものである。

特表２００１−５１２５７２号公報（特許文献１）には、液体を搬送するための変形可能なチューブと、チューブを部分的に拘束する拘束部材とを備え、チューブの非拘束部分に力センサの受圧部を押し当てて、チューブ内の液体圧力を検出する装置が開示されている。

特表２００１−５１２５７２号公報

従来の装置では、チューブ内の液体の圧力を検出することを目的としており、液体の脈動の変化によって生じる微小なパルス圧力を検出することを目的としていない。そのため従来の装置では、高い精度でパルス圧力を検出することができない。

本発明の目的は、力センサを用いて変形可能なチューブ内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を検出するパルス圧力検出装置を提供することにある。

本発明が改良の対象とするパルス圧力検出装置は、流体を搬送するための変形可能なチューブと、拘束部材とを備えている。本発明で用いる拘束部材は、チューブが貫通するＵ字状の溝部を有し、溝部の内面には前記チューブの外面の一部に添う湾曲面と、この湾曲面の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて湾曲面から離れる方向に延びる一対の平面を有し、湾曲面の両端と連続しない一対の平面の一対の端縁間に開口部を有している。本発明では、さらに拘束部材の溝部の開口部から露出するチューブの部分と接触する平坦面を備えたダイアフラムと、ダイアフラムの平坦面とダイアフラムの厚み方向に対向する対向面に受圧部が直接接触するまたは受圧子を介して間接的に受圧部が接触し、受圧部に加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとを備えている。そしてチューブの硬さは、力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さである。

本発明によれば、所定の硬さのチューブを湾曲面と一対の平面からなる溝部で拘束しているので、溝部の開口部から露出するチューブの部分は、チューブ内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動する。そしてこの変動がダイアフラムを変動させる。本発明では、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサを用いるので、チューブ内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力で変動するダイアフラムの変位に基づく力を力センサで検出することが可能になり、その結果パルス圧力を、力センサを用いて検出することが可能になった。
ダイアフラムは拘束部材の開口部を塞ぐように拘束部材に固定されているのが好ましい。このようにするとチューブからの力をダイアフラムに最大限伝達することが可能になる。

またチューブは、シリコーンチューブ又はテフロン（登録商標）チューブから構成するのが好ましい。この場合、チューブの硬さは、力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さとする。このようにすると、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。

前述のシリコーンチューブ又はテフロン（登録商標）チューブの硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して９５以下であるのが好ましい。この硬さであれば、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。

本発明の実施の形態に係るパルス圧力検出装置の一例の横断面図である。 本発明の実施の形態に係るパルス圧力検出装置の一例テフロン（登録商標）チューブの概略縦断面図である。 試験装置の構成を示す図である。 （Ａ）は本実施の形態でシリコーンチューブを用いてパルス圧力を測定した実施例の測定結果を示す図であり、（Ｂ）はテフロン（登録商標）チューブを用いてパルス圧力を測定した場合の測定結果を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパルス圧力検出装置の他の例の横断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係るパルス圧力検出装置の一実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の実施の形態に係るパルス圧力検出装置１の一例の構成を示すための横断面図及び概略縦断面図である。図１及び図２に示すように、パルス圧力検出装置１は、流体を搬送するための変形可能なチューブ３と、拘束部材５と、ダイアフラム７と、受圧子９と、１０Ｎ以下の力を検出することができる力センサ１１を備えている。
チューブ３は、シリコーンチューブから構成されている。使用するシリコーンチューブの硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して６６であり、例えば信越化学工業株式会社が 販売するシリコーンチューブ（ＣＰ−Ｎグレード一般工業用）を使用することができる。またチューブ３としては、テフロン（登録商標）チューブから構成されたものを用いてもよいのは勿論である。テフロン（登録商標）チューブ用いる場合、その硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して９５以下であるのが好ましい。
シリコーンチューブまたはテフロン（登録商標）チューブの硬さが、この硬さであれば、１０Ｎ以下の力を検出する力センサの性能を最大限生かして、高い精度でパルス圧力を検出することが可能になる。
拘束部材５は、上壁部５１と、底壁部５２と、上壁部５１と底壁部５２とを連結する連結壁部５３とを備えている。上壁部５１には、チューブ３が貫通するＵ字状の溝部５４を有している。溝部５４の内面にはチューブ３の外面の一部に添う湾曲面５６と、この湾曲面５６の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて湾曲面５６から離れる方向に延びる一対の平面５７及び５８を有している。そして湾曲面５６の両端と連続しない一対の平面５７及び５８の一対の端縁間に開口部５９を有している。拘束部材５は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料により形成されている。
ダイアフラム７は、拘束部材５の溝部５４の開口部５９から露出するチューブ３の部分と接触する平坦面７１を備えている。ダイアフラム７は、開口部５９を閉塞するように上壁部５１に片持ち支持されている。ダイアフラム７の平坦面７１とダイアフラムの厚み方向に対向する対向面７２に受圧部１１Ａが受圧子９を介して間接的に圧力センサ１１の受圧部１１Ａが接触している。ダイアフラム７は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料によって形成されている。受圧子９は、ＰＰＳ等の樹脂材料やステンレス等の金属材料によって製造されたものである。受圧部９を用いると、力センサに安定に荷重を印加できるという利点が得られる。なお受圧子９を介さずに、ダイアフラム７の対向面７２に力センサ１１の受圧部１１Ａを直接接触させるようにしてもよい。
本実施の形態では、受圧部１１Ａに加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとしては、出願人がHFD-500Sの製品番号で販売する力センサを用いている。力センサ１１は、チューブ３内を流れる流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力に比例した力を検出する。本実施の形態によれば、チューブ３を湾曲面５６と一対の平面からなる溝部５７及び５８で拘束しているので、溝部５４の開口部５９から露出するチューブ３の部分は、チューブ３内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動する。そしてこの変動がダイアフラム７を変動させる。そして本実施の形態では、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサ１１を用いるので、チューブ３内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力で変動するダイアフラム７の変位に基づく力を力センサ１１で検出することが可能になり、その結果パルス圧力を、力センサ１１を用いて検出することが可能になった。

本実施の形態のパルス圧力検出装置１の効果を確認するために図３に示す試験装置を準備した。この試験装置では、チューブ３内の流体のパルス圧力を直接測定する圧力センサ１３と本実施の形態のパルス圧力検出装置１をチューブ３に対して装着した。そして試験では、チューブ３として、シリコーンチューブを用いた本実施の形態と、チューブ３としてテフロン（登録商標）チューブを用いた実施の形態の両方について、流体の脈動を同じにした条件で試験を行った。図４（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本実施の形態でパルス圧力を測定した測定結果を示している。図４（Ａ）及び（Ｂ）においては、「フォースセンサ出力」は力センサ１１の出力波形であり、「圧力センサ出力」は圧力センサ１３の出力波形である。この測定結果から、テフロン（登録商標）チューブを用いた例では、圧力センサ１３の出力が、シリコーンチューブを用いた実施例の圧力センサの出力と比べて１／２以下になっているが、実用上の問題はない。

この結果から、チューブとして、チューブの硬さが１０Ｎ以下の力を検出できる力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さを選択すると、増幅度の大きな増幅器を用いることなく、パルス圧力を力センサを用いて検出することが可能になりＳＮ比が改善できることが判る。

上記実施の形態では、チューブとしてシリコーンチューブを用いたが、チューブとしては硬さが１０Ｎ以下の力を検出できる力センサでパルス圧力の検出が可能な硬さを有するものを用いることができるのは、勿論であり、ウレタンチューブを用いることも可能である。なおテフロン（登録商標）チューブのように硬質樹脂チューブを使用する場合は、高精度で増幅度が大きい増幅器を使用することで同様の検出精度を確保することも可能である。

図５は本発明のパルス圧力検出装置１の他の実施の形態の横断面図を示している。この例では、ダイアフラム７で溝５４の開口部５９を完全に塞いでいる。したがってダイアフラム７は、両持ちで支持されている。またダイアフラム７に力センサ１１の受圧部１１Ａが直接接触している。しかしながら本実施の形態でも、図１の実施の形態と同様に、受圧子９を介して受圧部１１Ａを間接的にダイアフラム７に接触させるようにしてもよいのは勿論である。

本発明によれば、所定の硬さのチューブを湾曲面と一対の平面からなる溝部で拘束しているので、溝部の開口部から露出するチューブの部分は、チューブ内の流体の脈動の変動に応じて可能な限り大きく変動し、この変動がダイアフラムを変動させるので、１０Ｎ以下の力を検出できる測定値が小さい力センサを用いことにより、チューブ内の流体の脈動の変動によって生じる小さなパルス圧力を力センサで検出することが可能になる。

１ パルス圧力検出装置
３ チューブ
５ 拘束部材
７ ダイアフラム
９ 受圧子
１１ 出力センサ

Claims (4)

1. 流体を搬送するための変形可能なチューブと、
   前記チューブが貫通するＵ字状の溝部を有し、前記溝部の内面には前記チューブの外面の一部に添う湾曲面と、該湾曲面の両端と連続し且つ所定の間隔を開けて前記湾曲面から離れる方向に延びる一対の平面を有し、前記湾曲面の前記両端と連続しない前記一対の平面の一対の端縁間に開口部を有する拘束部材と、
   前記拘束部材の前記溝部の前記開口部から露出する前記チューブの部分と接触する平坦面を備えたダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの前記平坦面と前記ダイアフラムの厚み方向に対向する対向面に受圧部が直接接触するまたは受圧子を介して間接的に前記受圧部が接触し、前記受圧部に加わる１０Ｎ以下の力を検出できる力センサとを備え、
   前記チューブの硬さは、前記力センサで前記パルス圧力の検出が可能な硬さであり、
   前記チューブ内を流れる前記流体の脈動の変化によって生じるパルス圧力を前記力センサの出力に基づいて検出するパルス圧力検出装置。
2. 前記ダイアフラムは前記拘束部材の前記開口部を塞ぐように前記拘束部材に固定されている請求項１に記載のパルス圧力検出装置。
3. 前記チューブがシリコーンチューブ又はテフロン（登録商標）チューブからなり、
   前記シリコーンチューブの硬さは、前記力センサで前記パルス圧力の検出が可能な硬さである請求項１または２に記載のパルス圧力検出装置。
4. 前記硬さは、ＪＩＳ−Ａ形のデュロメータで測定して９５以下である請求項２に記載のパルス圧力検出装置。