JP2012015043A - 電池内蔵型フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器筐体に対する如何なる方向の振動に対しても、電池ケース内の電池と機器筐体に収容された電気回路との接続を確保できるようにする。
【解決手段】電池ケース５の上面５ａと機器筐体３の内壁３ｂとの間に波形リングスプリング１１を設ける。電池ケース５の下面５ｂと機器筐体３の内壁３ｃとの間に複数のシリコンゴム１０を設ける。電池ケース５の上面５ａと下面５ｂとをつなぐ外周面５ｃと機器筐体３の内壁３ａとの間に複数の弾性爪５−２ａを設ける。弾性爪５−２ａは電池ケース５の外周面５ｃに一体的に形成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内蔵電池を駆動源として管路部を流れる流体の物理量を計測する電池内蔵型フィールド機器に関するものである。

従来より、管路部を流れる流体の物理量を計測する機器として、例えば流体の流量を測定する電磁流量計が用いられている。この電磁流量計では、導電性を有する流体が磁場を横切って流れる時に、その流速に比例する起電力がその流れの方向と磁場の方向とに直交する方向に誘起されるというファラデーの電磁誘導の法則を利用して、流体の流量を測定する。

このために、電磁流量計は、測定管、電極、磁界発生手段（コイルや磁石）などで構成される検出部と、この検出部からの入力信号を信号処理して流量値を求め、付属する表示部にその流量値を表示したり、又は外部に対して流量値に相当する電流信号に変換して送信する変換部と、検出部と変換部を機構的に連結するとともに検出部と変換部間に接続される電源線や信号線を通過させる連結部とで構成される。そして、通常の電磁流量計は、検出部、変換部、連結部が一体化された状態で出荷され、現場の配管に取り付けられる。

最近では、外部から電力の供給を受けて動作する２線式・４線式の電磁流量計に対し、電池駆動型の電磁流量計（以下、電池式電磁流量計と称す）が用いられる機会が増えている。電池式電磁流量計は、商用電源の代わりに、内蔵された電池を駆動源として動作するが、その内蔵電池は電池ケースに保持されて、変換部や表示部とともに筐体（機器筐体）に収容される。

図３に電池式電磁流量計の概略図を示す。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。同図において、１は測定管（管路部）、２は測定管１から延びた連結部、３は連結部２に結合された機器筐体であり、この機器筐体３に変換部や表示部とともに内蔵電池４が収容されている。機器筐体３において、内蔵電池４は電池ケース５に保持されており、この状態で内部の電気回路との導通が保たれている。

この電池式電磁流量計は、現場の配管に取り付けられて使用されるが、流体の流量計測を始めると、測定管１内を流れる流体によって測定管１が振動し、その振動が連結部２を介して機器筐体３にも伝わる。そして、機器筐体３が振動すると、電池ケース５と機器筐体３との相対位置が変わり、内蔵電池４と機器筐体３内の電気回路との導通が確保できない場合が生じる。

これに対して、特許文献１には、ケース本体（機器筐体３に相当）に電池ボックス（電池ケース５に相当）を収容する構成において、落下や振動による衝撃時の電源の瞬断を防ぐようにした電池収納機構が示されている。

この特許文献１に示された電池収納機構では、電池ボックスに電池のプラス電極が当接する接触端子とマイナス電極が接触する導電性バネ端子を設け、この電池ボックスをケース本体に電池の長手方向に摺動可能に収納し、ケース本体の内側に電池ボックスの電極側両端を押しつけながら保持するバネ部材を設け、電池ボックスのバネ端子のバネ定数よりもケース本体内側のバネ部材のバネ定数を小さくするようにしている。すなわち、電池ボックスのバネ端子よりもケース本体内側のバネ部材を高弾性とするようにしている。これにより、外部から衝撃が加わった場合、その衝撃が電池ボックスのバネ端子よりも先にケース本体内側のバネ部材で吸収され、電池ボックスの電池からの電源の供給が確保されるものとなる。

特開２００３−１５１５１９号公報

しかしながら、特許文献１に示された電池収納機構は、電池の長手方向の振動にのみ効果的であって、この方向と直交する方向に対する振動に対しては効果はない。すなわち、電池式電磁流量計の場合、機器筐体にはあらゆる方向から振動が伝わり、このような様々な方向から振動を受ける可能性のある機器に対しては、特許文献１に示された電池収納機構をそのまま適用することはできない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、機器筐体に対する如何なる方向の振動に対しても、電池ケース内の電池と機器筐体に収容された電気回路との接続を確保することができる電池内蔵型フィールド機器を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、管路部と、この管路部から延びた連結部と、この連結部に結合された機器筐体と、この機器筐体に収容された内蔵電池とを備え、内蔵電池を駆動源として管路部を流れる流体の物理量を計測する電池内蔵型フィールド機器において、内蔵電池を保持する電池ケースと、電池ケースの１つの面を第１面とし、この第１面と機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第１の弾性部材と、電池ケースの第１面に対向する面を第２面とし、この第２面と機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第２の弾性部材と、電池ケースの第１面と第２面とをつなぐ外周面を第３面とし、この第３面と機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第３の弾性部材とを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、電池ケースの第１面と機器筐体の内壁との間に挟まれた第１の弾性部材と電池ケースの第２面と機器筐体の内壁との間に挟まれた第２の弾性部材の弾性力によって、電池ケースの第１面および第２面に対して直交する方向の振動が吸収され、電池ケースの第１面と第２面とをつなぐ外周面（第３面）と機器筐体の内壁との間に挟まれた第３の弾性部材の弾性力によって、電池ケースの第３面（第１面および第２面を除く全ての面）に対して直交する方向の振動が吸収され、機器筐体に対する如何なる方向の振動に対しても、電池ケース内の電池と機器筐体に収容された電気回路との接続を確保することができるようになる。

本発明に係る電池内蔵型フィールド機器の一実施の形態として電池式電磁流量計における機器筐体の内部構造の概略を示す断面図である。 この機器筐体内に配置する波形リングスプリングの形状を示す図である。 電池式電磁流量計の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に本発明に係る電池内蔵型フィールド機器の一実施の形態として電池式電磁流量計における機器筐体の内部構造の概略を示す。同図において、図３と同符号は図３を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この電池式電磁流量計において、電池ケース５はケース本体５−１とケース上蓋５−２とからなり、本体５−１にケース上蓋５−２を嵌め合わせることによって円筒状の電池ケース５が構成されている。また、機器筐体３は本体３−１と上蓋３−２とからなり、本体３−１に上蓋３−２を嵌め合わせることによって円筒状の機器筐体３が構成されている。

なお、電池ケース５において、ケース本体５−１およびケース上蓋５−２は樹脂製とされ、機器筐体３において、本体３−１はステンレス製、上蓋３−２は樹脂製とされている。

電池ケース５には複数個の内蔵電池４がその位置を規制した状態で保持されている。各内蔵電池４には樹脂製の電池キャップ６が被せられており、この電池キャップ６とケース上蓋５−２との間には、円錐コイルバネ７が設けられている。すなわち、ケース本体５−１にケース上蓋５−２を嵌め合わせることによって、電池キャップ６とケース上蓋５−２との間に設けられた円錐コイルバネ７を圧縮変形させ、各内蔵電池４をケース本体５−１の底面に強い力Ｆ１（後述するシリコンゴム１０や波形スプリング１１よりも遙かに強いばね力）で押し付けている。

また、ケース本体５−１の中央部には、台座部５−１ａが一体的に設けられており、この台座部５−１ａに電池個数分のサイドスプリング８を差し込むことによって、このサイドスプリング８の湾曲面８ａで各内蔵電池４を横方向へ強い力Ｆ２（後述する弾性爪５−２ａよりも遙かに強いばね力）で押し付けている。

また、電池ケース５において、複数個の内蔵電池４の外周を囲むようにして、各内蔵電池４のプラス電極およびマイナス電極に接続されたフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）９が設けられている。また、電池ケース５において、ケース上蓋５−２の外周面には、その外周面の一部を一体的に切り起こした形で、本発明に係る第３の弾性部材に相当する弾性爪（板状のバネ）５−２ａが複数個（３個以上）設けられている。この弾性爪５−２ａは、ケース上蓋５−２の外周面に所定の角度間隔で設けれているが、例えば３箇所とする場合には、１２０゜間隔で設けるようにするとよい。また、この弾性爪５−２ａは、サイドスプリング８よりも高弾性とする。

機器筐体３の本体３−１の内径φ１は、電池ケース５のケース本体５−１の外径φ２よりも大きくされ、電池ケース５を機器筐体３の本体３−１に落とし込む前のケース上蓋５−１の外径（弾性爪５−２ａを含むケース上蓋５−１の外径）φ３よりも小さくされている。これにより、機器筐体３の本体３−１に電池ケース５を落とし込むと、ケース上蓋５−１の外周面に設けられている弾性爪５−２ａが機器筐体３の本体３−１の内壁面に押されて弾性変形する。すなわち、ケース上蓋５−１の外周面に設けられている複数の弾性爪５−２ａが、電池ケース５の上面（第１面）５ａと下面（第２面）５ｂとをつなぐ外周面（第３面）５ｃと機器筐体３の内壁３ａとの間に挟まれて弾性力を発揮する。

機器筐体３の本体３−１の内底面には、落とし込まれる電池ケース５の下面５ｂとの間に、本発明に係る第２の弾性部材に相当する円柱状のシリコンゴム１０が複数個（３個以上）配置される。このシリコンゴム１０は、電池ケース５の下面５ｂの周面に対して所定角度間隔で設けるが、例えば３箇所とする場合には、１２０゜間隔で設けるようにするとよい。

機器筐体３の本体３−１に電池ケース５を落とし込んだ状態で、電池ケース５の上面５ａにはその周面に、図２に示すような波形リングスプリング（Ｃリング）１１が配置される。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。この波形リングスプリング１１は、シリコンゴム１０よりも高弾性とされ、その上面が上下にうねっている。また、電池ケース５の上面５ａの中央部には表示ボード１２が設けられている。表示ボード１２は図示されていないコネクタを介して電池ケース５からのＦＰＣ９に接続される。なお、表示ボード１２には、変換部などの電気回路も搭載されている。

機器筐体３の上蓋３−２は、電池ケース５の上面５ａの周面に波形リングスプリング１１を配置した状態で、本体３−１に嵌め合わされる。これにより、機器筐体３の上蓋３−２の内壁面に押されて、波形リングスプリング１１が弾性変形する。すなわち、波形リングスプリング１１が電池ケース５の上面５ａと機器筐体３の内壁３ｂとの間に挟まれて弾性力を発揮する。また、電池ケース５の下面５ｂに押されて、シリコンゴム１０が弾性変形する。すなわち、シリコンゴム１０が電池ケース５の下面５ｂと機器筐体３の内壁３ｃとの間に挟まれて弾性力を発揮する。

このような内部構造から分かるように、本実施の形態では、電池ケース５の上面５ａと機器筐体３の内壁３ｂとの間に挟まれた波形リングスプリング１１（第１の弾性部材）と電池ケース５の下面５ｂと機器筐体３の内壁３ｃとの間に挟まれた複数のシリコンゴム１０（第２の弾性部材）の弾性力によって、電池ケース５の上面５ａおよび下面５ｂに対して直交する方向の振動が吸収され、電池ケース５の上面５ａと下面５ｂとをつなぐ外周面５ｃと機器筐体３体の内壁３ａとの間に挟まれた複数の弾性爪５−２ａ（第３の弾性部材）の弾性力によって、電池ケース５の外周面５ｃ（上面５ａおよび下面５ｂを除く全ての面）に対して直交する方向の振動が吸収され、機器筐体３に対する如何なる方向の振動に対しても、ＦＰＣ９と内蔵電池４との関係が強固に固定されるものとなり、電池ケース５内の内蔵電池４と機器筐体３に収容された電気回路との接続を確保することができるようになる。

また、本実施の形態では、電池ケース５の上面５ａに対向する側の機器筐体３の内壁との間に表示ボード１２が配置され、電池ケース５の上面５ａの中央部には第１の弾性部材を配置するための十分なスペースを確保することが難しいが、第１の弾性部材として波形リングスプリング１１を用いているので、電池ケース５の上面５ａの周面のループ状のスペースを有効に使用するようにして、機器筐体３の大型化を招くことなく、第１の弾性部材を配置することができている。これにより、機器筐体３の大型化を招かないようにして、振動自体を小さくすることができる。また、波形リングスプリング１１を用いることにより、電池ケース５や機器筐体３の公差も吸収することが可能となる。

また、本実施の形態では、第２の弾性部材としてシリコンゴム１０を用いているので、すなわち波形リングスプリング１１よりも低弾性であり、電池ケース５の下面５ｂに密着する面を有する低反発弾性材を第２の弾性部材として用いているので、電池ケース５の下面５ｂを下方とする通常の設置状態において、電池ケース５を安定的に下支えすることができる。

また、本実施の形態では、電池ケース５の外周面５ｃの一部に一体的に形成された複数の弾性爪５−２ａを第３の弾性部材としているので、機器筐体３の大型化を防ぎ、部品点数も削減することができる。すなわち、電池ケース５の外周面５ｃに直交する方向の振動自体を小さくするためには、電池ケース５の外周面５ｃとこれに対向する機器筐体３の内壁３ａとの間の隙間を小さくすることが望ましいが、そうすると電池ケース５の外周面５ｃと対向する機器筐体３の内壁３ａとの間に別部材の第３の弾性部材を設けることは困難で、結果的に機器筐体３の大型化をもたらす。これに対して、本実施の形態では、電池ケース５の外周面５ｃに一体的に複数の弾性爪５−２ａを形成するようにしているので、部品点数を削減し、かつ機器筐体３の大型化を防ぐこともできる。

なお、上述した実施の形態では、第１の弾性部材として波形リングスプリング１１を用い、第２の弾性部材として複数のシリコンゴム１０を用い、第３の弾性部材として複数の弾性爪５−２ａを用いるようにしたが、このような種類の弾性部材に限られるものではない。例えば、複数のシリコンゴム１０の代わりに１つのリング状の弾性部材を電池ケース５の下面５ｂの周面に配置したり、複数の弾性爪５−２ａの代わりに１つのリング状の弾性部材を電池ケース５の外周面５ｃに嵌め込むようにしたりしてもよい。

本発明の電池内蔵型フィールド機器は、内蔵電池を駆動源として管路部を流れる流体の物理量を計測する電池内蔵型フィールド機器として、流体の流量を計測する電磁流量計、流体の差圧を計測する差圧計、流体の静圧を計測する静圧計など各種の機器に適用することが可能である。

１…測定管（管路部）、２…連結部、３…機器筐体、３−１…本体、３−２…上蓋、３ａ，３ｂ，３ｃ…内壁、４…内蔵電池、５…電池ケース、５−１…ケース本体、５−２…ケース上蓋、５ａ…上面、５ｂ…下面、５ｃ…外周面、５−１ａ…台座部、５−２ａ…弾性爪（板状のバネ）、６…電池キャップ、７…円錐コイルバネ、８…サイドスプリング、８ａ…湾曲面、９…フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）、１０…シリコンゴム、１１…波形リングスプリング、１２…表示ボード。

Claims (4)

1. 管路部と、この管路部から延びた連結部と、この連結部に結合された機器筐体と、この機器筐体に収容された内蔵電池とを備え、前記内蔵電池を駆動源として前記管路部を流れる流体の物理量を計測する電池内蔵型フィールド機器において、
   前記内蔵電池を保持する電池ケースと、
   前記電池ケースの１つの面を第１面とし、この第１面と前記機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第１の弾性部材と、
   前記電池ケースの前記第１面に対向する面を第２面とし、この第２面と前記機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第２の弾性部材と、
   前記電池ケースの第１面と第２面とをつなぐ外周面を第３面とし、この第３面と前記機器筐体の内壁との間に挟まれて弾性力を発揮する第３の弾性部材と
   を備えることを特徴とする電池内蔵型フィールド機器。
2. 請求項１に記載された電池内蔵型フィールド機器において、
   前記第１の弾性部材は、前記電池ケースの第１面の周面に配置された波形のリング状のバネである
   ことを特徴とする電池内蔵型フィールド機器。
3. 請求項１に記載された電池内蔵型フィールド機器において、
   前記第２の弾性部材は、前記第１の弾性部材よりも低弾性、かつ、前記電池ケースの第２面に対して密着する面を有する低反発弾性材である
   ことを特徴とする電池内蔵型フィールド機器。
4. 請求項１に記載された電池内蔵型フィールド機器において、
   前記第３の弾性部材は、前記電池ケースの外周面の一部に一体的に形成された複数の板状のバネである
   ことを特徴とする電池内蔵型フィールド機器。