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。
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。