スプレー圧力測定装置
【課題】損傷することなくスプレーの噴出状態を精度よく測定できるスプレー圧力測定装置を提供する。
【解決手段】光ファイバー２５０を保持する板ばねの第一ばね部材２６０の長手方向の中央に、該第一ばね部材２６０より小さいばね定数の板ばねの第二ばね部材２７０を、圧力伝達部２２２の変位に応じて弾性変形する状態に設ける。微小な圧力で、かつ電磁波ノイズが生じる環境でも、微小な圧力を精度良く測定できる。過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
【解決手段】光ファイバー２５０を保持する板ばねの第一ばね部材２６０の長手方向の中央に、該第一ばね部材２６０より小さいばね定数の板ばねの第二ばね部材２７０を、圧力伝達部２２２の変位に応じて弾性変形する状態に設ける。微小な圧力で、かつ電磁波ノイズが生じる環境でも、微小な圧力を精度良く測定できる。過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等において、水などの液体を冷媒として噴霧するスプレー、または、水などの液体と圧縮空気などとを混合した二流体を冷媒として噴霧するスプレーを備えたスプレー冷却装置が広く用いられている。連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等において、冷却むらは、冷媒の圧力変動やスプレーのノズルの閉塞（以下、ノズル詰まりと称する）などによって生じる。
特に、連続鋳造プロセスにおいて、ノズル詰まりに起因した冷却むらは、局所的な冷却不足による凝固遅れの発生を招き、凝固シェル強度の低下によるバルジング（溶鋼静圧による膨れ）により、内部割れの発生を引き起こすことがある。このような内部割れを抑制するために鋳造速度を低下すると、生産能力が低下する不都合がある。内部割れが甚だしい場合にはブレークアウト（凝固シェル破断による溶鋼流出）を引き起こし、復旧に多大な時間を要して生産能力の低下を招くおそれもある。
また、鋼板の冷却プロセスでは、冷却むらに起因した冷却速度の違いにより、鋼板の強度などのばらつきを生じ、歩留まりが低下する原因となる。さらに、冷却速度の違いにより、上下面の温度差に起因して鋼板の反りが発生し、スプレー冷却装置における構造用部材へ鋼板が衝突するトラブルが発生し、生産ラインの休止を余儀なくされ、生産能力が低下するおそれもある。
これらスプレーのノズルの閉塞による冷却不足の課題を解決するために、スプレーの閉塞を検出する各種方法が知られている。
【０００３】
例えば、連続鋳造におけるダミーバー等の移動装置に、圧力センサーを搭載し、移動装置を移動させながら、スプレーの圧力分布を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、ダミーバーにピエゾ電気要素の振動検知器を搭載し、ダミーバーの移動に伴って、スプレーの噴出圧力を測定する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、ダミーバーや計測台車などに圧電素子を搭載してスプレーの噴出圧力を測定するもの（例えば、特許文献４参照）、ダミーバーなどの計測台車にシート状感圧素子を搭載してスプレーの噴出圧力を測定するもの（例えば、特許文献５参照）などが知られている。
【０００４】
しかしながら、上述のスプレーの閉塞を検出するものは、検出した電気信号に基づいて閉塞の有無を検出するため、連続鋳造機やスプレー冷却装置などで利用されるモーターの電気機器を用いる構成から生じる電磁波ノイズが、検出した電気信号に影響を与える。特に、電磁波ノイズを発生する電気機器の作動状態によって電磁波ノイズのノイズレベルが変動することで、検出した電気信号の強さも変動してしまう不都合が生じる。このため、電磁波ノイズによる影響か、スプレーの噴出状態が異常で測定値が変化したかが判別できない不都合を生じるおそれがある。
実際、発明者らによるラボ実験を実施した結果、冷却条件の変更と圧力センサーで良好な相関関係が得られる。しかしながら、連続鋳造機内やスプレー冷却装置内等では、電磁波ノイズの影響により、冷却条件を一定に設定しても、圧力センサーの電気信号に基づく出力が大きく変化し、出力の再現性が得られず、スプレーの噴出状態を適切に評価できない結果となった。
【０００５】
一方、電磁波ノイズの影響を受けないセンサーとして、ファイバーブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ（Fiber Bragg Gratings）と称す）を用いた圧力センサーが知られている。
例えば、力を受けて変位するダイヤフラムに、ＦＢＧを位置させて光ファイバーを設置する構成が知られている（例えば、特許文献６〜８）。
また、光ファイバーのＦＢＧの両端部を、張力を作用させて土砂の力が加わるコンクリート壁に固定し、コンクリート壁の土圧による変形を検出する構成が知られている（例えば、特許文献９）。
さらに、水圧などにより伸縮するベローズにより、光ファイバーのＦＢＧの両端部に張力を作用させて圧力を検出する構成が知られている（例えば、特許文献１０，１１）。
また、４つのリンクの両端部を互いに回動可能に四角形に連結し、対角関係の一対の連結部間にＦＢＧを有した光ファイバーを張設し、他の対角関係の一対の連結部に圧力が加わるリンク機構を利用した構成が知られている（例えば、特許文献１２）。
さらに、水圧が加わるブルドン管に橋渡してＦＢＧを有した光ファイバーを設け、水圧に応じたブルドン管の膨張に対応して光ファイバーに張力が作用することで水圧を検出する水位計の構成が知られている（例えば、特許文献１３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５０−９７３７９号公報
【特許文献２】特開平５−１７７３２３号公報
【特許文献３】特公昭６２−３２０１８号公報
【特許文献４】特開平５−９２２４６号公報
【特許文献５】特開平７−２２７６１４号公報
【特許文献６】特開２０００−２２１０８５号公報
【特許文献７】特開２００１−１０８５５３号公報
【特許文献８】特開２００２−９８６０４号公報
【特許文献９】特開２００３−２７９３２７号公報
【特許文献１０】特開２００７−３３３６２１号公報
【特許文献１１】特開２００８−２０９２５０号公報
【特許文献１２】特開２０００−２８４５６号公報
【特許文献１３】特開２００１−９１３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等におけるスプレーの噴出状態を検出する従来技術に、ＦＢＧを用いた圧力センサーを利用して、電磁波ノイズの影響を防止することが考えられる。
しかしながら、測定する圧力が弱く、微圧を高感度に測定しつつ、過大圧が加わった時にＦＢＧの破断を防止する構成を持たせることは困難である。
特に、例えば特許文献１２に記載のリンク機構を利用する構成では、微小圧力を測定可能な構成が開示されているが、過大圧力が加わった場合にＦＢＧを保護するための構成は設けられていない。このため、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等におけるスプレーの噴出状態を検出する構成としては利用できない。
【０００８】
すなわち、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等では、冷却の均一性の確保や冷却効率を向上させるために、金属材料の搬送方向に対して搬送ロールで支持されている部位を除き、金属材料はスプレーからの冷却水で覆われるように設計される。
さらに、次に述べるような様々な制約がある。例えば、スプレーは、噴霧の広がり角度に限界がある。また、連続鋳造プロセスや鋼板の冷却プロセスにおけるロールは、金属材料の重量や移動速度、連続鋳造の場合には溶鋼の圧力といった要素を加味した径寸法に設計される。このため、ロールの強度の観点から一定以上の外径寸法に設計する必要がある。したがって、ロールと噴霧された冷却水とが干渉しないように、ロール間にスプレーのノズルを配置せざるを得ない制約もある。したがって、スプレーのノズルは、ロールの配置の制約により、一定間隔に隔てて配設されることとなる。例えば、連続鋳造機において、ロールの直径は１５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度あり、スプレーのノズルを配置するためのロール間隙を４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度確保する必要がある。このため、ノズルピッチは、１９０ｍｍ〜４５０ｍｍ程度となる。そして、スプレーの噴霧の広がり角度に限界があることから、前述のロール径で噴霧された冷却水がロールと干渉しないようにするためには、金属材料の冷却面からノズルまでの距離を、ロールの半径程度にする必要がある。したがって、連続鋳造プロセスの例では、金属材料の冷却面とノズルの距離は７５ｍｍ〜２００ｍｍとなる。
【０００９】
このような距離で金属材料の冷却面に衝突する冷却水の圧力を計測すると、ノズルの形状や水量などの条件により異なるものの、おおよそ０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の低い圧力となる。このような低い圧力を精度良くＦＢＧで検出する構成とした場合、噴霧された水流の変化などにより、逆に過大圧が加わった場合、光ファイバーが断線するなどの損傷を防ぐ構成を設けることが困難である。
このように、スプレーの閉塞に起因した噴霧状態の健全性を、損傷することなく精度良く診断することが困難である。このため、従来では、連続鋳造プロセスや鋼板の冷却プロセスにおいて、定期的な修理や、鋳造あるいは通板の合間を利用して、作業者が数百ものスプレーのノズルを目視で点検し、閉塞しているノズルは交換する煩雑な作業が必要である。このように、点検に多大な時間および煩雑な作業を要し、生産性が低下することの改善が望まれている。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑み、損傷することなくスプレーの噴出状態を精度よく測定できるスプレー圧力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のスプレー圧力測定装置は、液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置であって、筐体と、この筐体に設けられ、前記スプレーの噴出圧力に応じて変位する受圧部と、前記筐体内に配設されたファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーと、前記筐体内で前記光ファイバーを保持し、弾性変形により前記光ファイバーに歪みを作用させる第一ばね部材と、この第一ばね部材に設けられ、前記第一ばね部材より小さいばね定数に形成され、前記受圧部の変位に対応して弾性変形して前記第一ばね部材を弾性変形させる第二ばね部材と、具備したことを特徴とする。
この発明では、スプレーから噴出分散された液体または液体と気体とを混合した二流体が受圧部に当たると、受圧部が変位する。この受圧部の変位に対応して、ファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーを保持して歪みを作用させる第一ばね部材とともに、この第一ばね部材に設けられ第一ばね部材より小さいばね定数に形成された第二ばね部材が弾性変形する。すなわち、第二ばね部材は、第一ばね部材より大きな弾性変形量で弾性変形する。スプレーの噴出圧力を受けた受圧部は、噴出圧力に対応して第一ばね部材および第二ばね部材を弾性変形させつつ変位するので、光ファイバーに噴出圧力に対応した歪み、すなわち引張力や圧縮力が作用する。このため、ファイバーブラッググレーティングでの光の回折状況が変化し、噴出圧力が検出される。
仮に過大圧が加わって受圧部が大きく変位する状況でも、第二ばね部材が大きく弾性変形し、光ファイバーを保持する第一ばね部材は比較的に小さい弾性変形量となるので、光ファイバーに急激に大きな引張力や圧縮力が作用することを防止でき、光ファイバーが断線するなどの損傷を防止できる。
【００１２】
そして、本発明では、前記第一ばね部材は、前記ファイバーブラッググレーティングに対向する中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーの両端部をそれぞれ保持する一対の保持部とを有する板ばねであり、前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部の変位に応じて板ばねの第二ばね部材が弾性変形するとともに、第二ばね部材が中央部に設けられた板ばねの第一ばね部材も弾性変形する。この第一ばね部材の弾性変形により、ファイバーブラッググレーティングが中央部に対向する状態に両端部が第一ばね部材の一対の保持部に保持されて弓状に張設された光ファイバーに歪み、すなわち引張力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材の中央に板ばねの第二ばね部材を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１３】
また、本発明では、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、中間部が筐体内に取付固定された板ばね状の台座部の端部に、第一ばね部材の保持部をそれぞれ取り付けている。このことにより、第一ばね部材および台座部は、第二ばね部材の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバーに歪み、すなわち引張力を作用させるリンク機構を構成する。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定でき、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られ、容易に製造できる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００１４】
また、本発明では、前記第一ばね部材は、中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーが保持される保持部を有する板ばねであり、前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部の変位に応じて板ばねの第二ばね部材が弾性変形するとともに、第二ばね部材が中央部に設けられた板ばねの第一ばね部材も弾性変形する。この第一ばね部材の弾性変形により、第一ばね部材の保持部に保持させた光ファイバーに歪み、すなわち引張力あるいは圧縮力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材の中央に板ばねの第二ばね部材を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１５】
さらに、本発明では、前記第一ばね部材は、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、中間部が筐体内に取付固定された板ばね状の台座部の端部に、保持部をそれぞれ取り付けて第一ばね部材を構成している。このことにより、台座部を備えた第一ばね部材は、第二ばね部材の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバーに引張力や圧縮力を作用させるリンク機構を構成する。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定でき、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られ、容易に製造できる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００１６】
そして、本発明では、前記第一ばね部材は、前記中央部から湾曲する状態に前記台座部に取り付けられる板ばね状の保持部と、前記台座部の前記中間部から湾曲する状態に設けられた板ばね状のばね板部と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、前記ばね板部は、前記保持部が取り付けられるとともに前記光ファイバーを保持可能である構成とすることが好ましい。
この発明では、保持部を中央部から湾曲する状態に台座部に取り付けられる板ばね状とした構成や、台座部のばね板部を中間部から湾曲する状態に保持部が取り付けられるとともに光ファイバーを保持可能な板ばね状とした構成としている。このことにより、第二ばね部材の弾性変形により良好に弾性変形するリンク機構を構成する単に湾曲形成した保持部やばね板部に光ファイバーを直接取り付けるので、構成が簡略化し、小型軽量化を容易に図れるとともに、製造性の向上や製造コストの低減が容易にできる。
【００１７】
また、本発明では、前記第一ばね部材は、前記中央部に一対の前記保持部がそれぞれ反対方向に延出して設けられているとともに、前記一対の保持部の先端間に両端部が保持され中間部に長手方向で湾曲する湾曲部を有した板ばね状の変形板ばね部を有し、この変形板ばね部の湾曲部に前記ファイバーブラッググレーティングを位置させて前記光ファイバーが保持されている構成とすることが好ましい。
この発明では、中央部からそれぞれ反対方向に一対延出して設けた保持部の先端間に、長手方向で湾曲する湾曲部を中間部に設けた板ばね状の変形板ばね部の両端部を保持し、湾曲部にファイバーブラッググレーティングを位置させて光ファイバーを保持している。このことにより、第二ばね部材の弾性変形に対応して保持部が弾性変形するとともに、両端部が保持部に保持されて弓状に設けられた変形板ばね部の湾曲部が伸ばされるように弾性変形される。この湾曲部の弾性変形により、光ファイバーのファイバーブラッググレーティング引張力あるいは圧縮力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても弾性変形する第一ばね部材におけるさらに変形板ばね部の湾曲部が作用することとなり、光ファイバーに大きな負荷が作用せずに損傷を防止でき、板ばねの第一ばね部材に変形板ばね部を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１８】
さらに、本発明では、前記湾曲部は、前記中央部に対向する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲する構成とすることが好ましい。
この発明では、湾曲部が中央部に対応する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲形成している。
このため、受圧部が変位しても湾曲部と干渉することがないので、適切に受圧部の変位を検出できる。
【００１９】
また、本発明では、前記第一ばね部材の前記保持部は、前記中央部と反対側の端部に前記筐体内に取り付けられる固定部が設けられている構成とすることが好ましい。
この発明では、第一ばね部材の保持部における中央部と反対側の端部に設けた固定部を筐体内に取り付けることで第一ばね部材が筐体内に取り付けられる。
このため、板ばねの第一ばね部材が、一端側に中央部が設けられ他端側に固定部が設けられた簡単な構造であり、容易に製造できる。
【００２０】
さらに、本発明では、前記保持部は、それぞれ反対方向へ延出する状態に前記中央部に一対設けられている構成とすることが好ましい。
この本発明では、端部に固定部を有した保持部を、それぞれ反対方向に延出する状態で中央部に一対設けている。
このため、中央部に設けた第二ばね部材の弾性変形は、一対の保持部を弾性変形させることとなり、１つの保持部を設けた構成に比して、過大圧が受圧部に加わっても損傷するなどの不都合を防止できる。さらに、中央部が一対の保持部にて保持されるので、外部から振動が加わっても中央部が振動してしまう不都合を防止でき、ノイズが小さく良好に測定できる。
【００２１】
そして、本発明では、前記光ファイバーは、少なくとも前記ファイバーブラッググレーティングが接着剤にて被覆される状態で一体的に取り付けられている構成とすることが好ましい。
この発明では、少なくともファイバーブラッググレーティングを接着剤にて被覆する状態で光ファイバーを一体的に取り付けている。
このため、第一ばね部材の弾性変形がファイバーブラッググレーティングに直接的に作用して良好に測定できる。さらに、第一ばね部材が板ばね状で、ファイバーブラッググレーティングを取り付ける面によりファイバーブラッググレーティングに作用する力が引張力か圧縮力か異なる場合でも光ファイバーが撓むなどして測定できないなどの不都合がなく、良好に測定できる。
【００２２】
さらに、本発明では、前記光ファイバーは、前記ファイバーブラッググレーティングが複数設けられ、前記第一ばね部材の両面の対応する位置に前記ファイバーブラッググレーティングが位置されて保持されている構成とすることが好ましい。
この発明では、板ばね状の第一ばね部材の両面の対応する位置に、ファイバーブラッググレーティングを位置させて光ファイバーを保持している。このことにより、第一ばね部材の弾性変形により、第一ばね部材の一方の面に取り付けられるファイバーブラッググレーティングには引張力あるいは圧縮力が作用し、第一ばね部材の他方の面に取り付けられるファイバーブラッググレーティングには圧縮力あるいは引張力が作用する。
このため、双方のファイバーブラッググレーティングで測定する光の回折の変化の差分を測定することで、１つのファイバーブラッググレーティングで測定する光の回折の変化を測定する場合に比べて、より精度良く測定できる。
【００２３】
また、本発明では、前記受圧部の所定以上の変位に応じた前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する規制部材を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部が所定以上に変位する過大圧が受圧部に加わって第二ばね部材が所定以上に弾性変形することを、規制部材により規制する。
このため、第二ばね部材が大きく弾性変形して第一ばね部材を介して光ファイバーに過大な引張力や圧縮力が作用することによる損傷を、確実に防止できる。
【００２４】
そして、本発明では、前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材に当接することで、前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部が所定以上に変位する過大圧が受圧部に加わって第二ばね部材が所定以上に弾性変形する際に、受圧部または前記第二ばね部材が規制部材に当接する。
このため、受圧部の変位軌跡上の受圧部が所定量変位する位置、または第二ばね部材の弾性変形軌跡上の所定量変形する位置に、規制部材を位置させる簡単な構造で、過大圧に対する光ファイバーの保護が確実に得られる。
【００２５】
また、本発明では、前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材が当接する部分にグリースが塗布されている構成とすることが好ましい。
この発明では、過大圧により受圧部が所定以上に変位して第二ばね部材が所定以上に弾性変形して受圧部または第二ばね部材が規制部材に当接する際、当接する部分にグリースが塗布されているので、当接時の衝撃を低減でき、損傷を防止できる。また、グリース自体の粘性により、移動してスプレーの噴出圧力を検出する際の移動時の振動、連続鋳造設備などの稼働する設備の振動など、１０Ｈｚ以上の周波数成分の外部からの振動に対する制振機能を示す。
【００２６】
そして、本発明では、前記ファイバーブラッググレーティングの近傍に配設され、温度を検出するファイバーブラッググレーティングを具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、温度を検出するファイバーブラッググレーティングによる周囲温度の変化に応じて、圧力検出用のファイバーブラッググレーティングの出力の変化を補正可能となる。
このため、例えば連続鋳造設備におけるスプレーの噴出状況の検出など、周囲温度が変化する状況でも、より精度良くスプレーの噴出圧力を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施形態におけるスプレー圧力測定装置を備えた測定システムを示す平面図。
【図２】上記測定システムを示す側面図。
【図３】上記測定システムによる測定状況を示す説明図。
【図４】本実施形態におけるスプレー圧力測定装置を示す一部を切り欠いた斜視図。
【図５】上記スプレー圧力測定装置における外部から圧力を受けた状態を示す断面図。
【図６】上記スプレー圧力測定装置における光ファイバーに圧力を伝達するリンク機構を示す断面図。
【図７】上記スプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す平面図。
【図８】上記スプレー圧力測定装置における台座部を示す平面図。
【図９】上記スプレー圧力測定装置における光ファイバー固定部を示す正面図。
【図１０】上記光ファイバー固定部を示す平面図。
【図１１】上記スプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１２】上記測定システムによる測定状況を示す説明図。
【図１３】上記スプレー圧力測定装置の検出信号を示すグラフで、縦軸がスプレーの噴出圧力、横軸が測定時間。
【図１４】本発明の第二実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図。
【図１５】上記第二実施形態の光ファイバーを取り付けた状態を示す断面図。
【図１６】本発明の第三実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図。
【図１７】本発明の第四実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１８】本発明の第五実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１９】本発明の他の実施形態におけるスプレー圧力測定装置の外部から圧力を受けた状態を示す断面図。
【図２０】本発明のさらに他の実施形態におけるスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態におけるスプレー圧力測定装置を備えた測定システムの構成を、図面を参照して説明する。
本第一実施形態では、連続鋳造設備に設けられたスプレーの噴出圧力を測定する構成を例示するが、この限りではない。例えば、連続鋳造された鋼板の冷却プロセスで利用されるスプレーの噴出圧力の測定、その他、液体または液体と気体を混合した二流体を噴出分散させるいずれのスプレーの噴出圧力を測定する装置に適用できる。
【００２９】
［測定システムの構成］
図１，２に示すように、測定システム１は、連続鋳造用のダミーバー１０と、圧力測定ユニット２０と、を備えている。
ダミーバー１０は、ダミーバーヘッド１１と幅広リンク１２Ａがシャフト１３にて互いに回動可能に連結されている。さらに、ダミーバー１０は、複数の幅広リンク１２Ａ同士がシャフト１３および幅狭リンク１２Ｂにて互いに回動可能にベルト状に連結されて構成されている。
そして、ダミーバー１０は、例えば図３に示すように、連続鋳造設備２の鋳型３の下方に複数配置された鋳片案内ロール４間を移動される。
ここで、鋳片案内ロール４は、連続鋳造される図示しない鋳片の厚さ方向（図２中の左右方向となるダミーバー１０の厚さ方向）で対をなし、ダミーバー１０の移動方向である鋳片移動方向に沿って複数対配置され、所定の厚さ寸法に連続鋳造する。そして、鋳片移動方向で並設する鋳片案内ロール４間には、複数のスプレー５がそれぞれ配置されている。具体的には、スプレー５は、鋳造される鋳片の幅方向（図１中の左右方向となるダミーバー１０の幅方向）に複数配置され、かつ鋳片案内ロール４間毎に複数配置されている。
また、ダミーバー１０の幅広リンク１２Ａのいずれか一つには、圧力測定ユニット２０が設けられている。
【００３０】
圧力測定ユニット２０は、図１，２に示すように、詳細は後述するスプレー圧力測定装置２００が複数配設されたセンサーユニット２１と、複数のスプレー圧力測定装置２００で検出した検出信号を取得して処理するデータ処理ユニット２２と、該データ処理ユニット２２を各スプレー圧力測定装置２００に接続する光ファイバーケーブル２３（図３参照）と、を備えている。なお、図１は、説明の都合上、スプレー圧力測定装置２００を１２個示すが、この限りではない。
データ処理ユニット２２は、光ファイバーケーブル２３を介して各スプレー圧力測定装置２００に光を供給する図示しない光源を備えている。また、データ処理ユニット２２は、光源から供給された光がスプレー圧力測定装置２００で圧力に応じてシフトされる反射波長を検出し、スプレー５の噴出圧力を演算する図示しない処理部を備えている。
【００３１】
［スプレー圧力測定装置の構成］
次に、スプレー圧力測定装置の構成を、図面に基づいて詳細に説明する。
図４は、スプレー圧力測定装置を示す一部を切り欠いた斜視図である。図５は、スプレー圧力測定装置における外部から圧力を受けた状態を示す断面図である。図６は、スプレー圧力測定装置における光ファイバーに圧力を伝達するリンク機構を示す断面図である。図７は、スプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す平面図である。図８は、スプレー圧力測定装置における台座部を示す平面図である。図９は、スプレー圧力測定装置における光ファイバー固定部を示す正面図である。図１０は、光ファイバー固定部を示す平面図である。図１１は、スプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図である。
【００３２】
図４および図５に示すように、スプレー圧力測定装置２００は、筐体２１０と、受圧部２２０と、台座部２３０と、光ファイバー固定部２４０と、光ファイバー２５０と、第一ばね部材２６０と、第二ばね部材２７０と、規制部材２８０と、を備えている。
筐体２１０は、中空で略矩形状に形成されている。この筐体２１０の一面には、例えば略円形の開口部２１１が開口形成されている。開口部２１１の開口縁には、内径が同寸法の円筒状のガイド筒部２１２が一連に設けられている。また、筐体２１０には、ケーブル接続開口２１３が設けられている。このケーブル接続開口２１３には、光ファイバーケーブル２３が接続される図示しないコネクターが取り付けられている。
そして、筐体２１０の開口部２１１には、スプレー５の噴出圧力に応じて変位する受圧部２２０が設けられている。
【００３３】
受圧部２２０は、開口部２１１を閉塞するシート状でスプレー５の噴出圧力が加わると変形するゴム受圧部２２１と、このゴム受圧部２２１の変形により開口部２１１の軸方向に沿って移動する圧力伝達部２２２と、を備えている。
ゴム受圧部２２１は、柔軟性および耐水性を備えたものが用いられ、開口部２１１から筐体２１０内に水が侵入しないように、開口部２１１を水密に閉塞して取り付けられる。
圧力伝達部２２２は、例えば合成樹脂や軽量な非鉄合金などにて形成され、開口部２１１の内径と略同寸法の円板部２２２Ａを有している。この円板部２２２Ａの外周縁には、外径が同寸法となる円筒状のガイド鍔部２２２Ｂが一連に設けられている。また、円板部２２２Ａにおけるガイド鍔部２２２Ｂが突出する側の面の中央には、円柱状の軸部２２２Ｃが設けられている。この軸部２２２Ｃの先端面には、同軸上に円柱状の位置決めピン２２２Ｄが突設されている。そして、圧力伝達部２２２は、移動の際、開口部２１１のガイド筒部２１２にガイド鍔部２２２Ｂがガイドされ、円板部２２２Ａが傾くことなく軸方向で移動可能に配置される。
【００３４】
筐体２１０内には、台座部２３０が設けられている。この台座部２３０は、図４〜８に示すように、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレス鋼板をエッチングによる加工および曲げ加工にて、長手状の板ばねに形成されている。
台座部２３０には、長手方向の中間部に位置して幅方向に沿って第一折曲線２３１が設けられている。さらに、台座部２３０には、長手方向の両端部に幅方向に沿って第二折曲線２３２が設けられている。そして、台座部２３０には、第一折曲線２３１間に筐体２１０に取り付けられる取付板部２３３が区画され、第一折曲線２３１と第二折曲線２３２との間に取付板部２３３に対して弾性変形されるばね板部２３４が区画され、第二折曲線２３２から端部側にばね板部２３４に対して弾性変形される取付固定板部２３５が区画されている。
また、台座部２３０には、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２に位置して、幅方向に沿って帯状に薄肉加工された薄肉加工部２３６がそれぞれ設けられる。これら薄肉加工部２３６は、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２の位置で山折りとなる面に設けられている。さらに、薄肉加工部２３６には、略楕円形状に穴開け加工された穴加工部２３７が設けられている。これら薄肉加工部２３６および穴加工部２３７により、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２の位置で弾性変形し易くなっている。図８は、説明の都合上、穴加工部２３７を３箇所ずつ１２箇所設けて説明するが、要求されるばね定数により、大きさ、数が適宜設定される。同様に、薄肉加工部２３６における幅寸法や深さ寸法も適宜設定される。なお、薄肉加工部２３６と穴加工部２３７とは、いずれか一方のみ設ける構成、あるいは双方とも設けない構成としてもよい。
また、台座部２３０の取付板部２３３には、長手方向の中央両側に舌片状に突出し、筐体２１０の底面にボルト２３８Ａおよびナット２３８Ｂにて取付固定されるねじ孔２３９Ａを有した取付片部２３９が一連に設けられている。
【００３５】
台座部２３０の取付固定板部２３５には、図４〜７，９，１０に示すように、光ファイバー固定部２４０がそれぞれ設けられている。
光ファイバー固定部２４０は、例えば、ガラスや軽量の非鉄金属などにて扁平矩形状に形成されている。光ファイバー固定部２４０には、幅方向に光ファイバー２５０を貫通する貫通孔２４１が設けられている。この貫通孔２４１は、光ファイバー２５０が貫通可能な小径部２４１Ａと、この小径部２４１Ａより径大で同軸上に連続する大径部２４１Ｂとにより構成されている。
光ファイバー固定部２４０の表裏の平面には、台座部２３０の取付固定板部２３５の幅寸法と略同寸法の取付段差部２４２が設けられている。そして、光ファイバー固定部２４０は、取付段差部２４２に取付固定板部２３５が挿入された状態で一体に取り付けられる。この取り付けられた状態では、台座部２３０の長手方向の両端部に位置して、小径部２４１Ａがそれぞれ対向する状態となっている。取付方法は、接着やねじ止めなど、各種方法で取り付けられる。
そして、台座部２３０に取り付けられた一対の光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１に光ファイバー２５０が挿通され、緩まない程度の小さい引張力で張設されている。この光ファイバー２５０の張設は、接着、かしめ、低融点ガラスあるいは半田付けなど、各種方法が適用できる。なお、図４，５は、説明の都合上、光ファイバー２５０を取り付ける材料を省略する。
【００３６】
光ファイバー２５０には、圧力検出用のファイバーブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ（Fiber Bragg Gratings）と称す）２５１と、温度補正用のＦＢＧ２５２とを有している。温度補正用のＦＢＧ２５２は、光ファイバー２５０の端部近傍に設けられている。なお、図５，６は、説明の都合上、ＦＢＧ２５１，２５２を３本の平行な傾斜する線にて表す。
そして、光ファイバー２５０は、圧力検出用のＦＢＧ２５１が一対の光ファイバー固定部２４０間の中央、すなわち光ファイバー固定部２４０からそれぞれ等距離となる中間点に位置するように取り付けられている。さらに、光ファイバー２５０は、ケーブル接続開口２１３とは反対側の光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１を挿通する端部は、折損などすることなく折り返されている。
【００３７】
ここで、ＦＢＧ２５１，２５２は、例えば紫外線により、光ファイバー２５０のコアにブラッグ回折格子が形成され、格子間隔で決まる特定の波長の光を反射する。この光の反射は、データ処理ユニット２２の光源から光ファイバーケーブル２３を介して供給される光を反射する。そして、反射した光は、再び光ファイバーケーブル２３を介してデータ処理ユニット２２で測定する。
ＦＢＧ２５１，２５２の格子間隔と波長との関係は、以下の式（１）で表される。
｛式（１）｝
λ＝２ｎ×Ｄ …（１）
λ：反射波長
ｎ：ＦＢＧの平均屈折率
Ｄ：格子間隔
そして、波長変化は、以下の式（２）で検出される。
｛式（２）｝
Δλ＝２ｎ×ΔＤ＋２Δｎ×Ｄ …（２）
Δ：それぞれのパラメーターの変化量を表す。
この式（２）に示すように、Δｎ＝０のとき、外部応力によりＤがΔＤだけ変化すると波長がΔλ変化し、波長変化が検出される。
また、ＦＢＧ２５１の周囲温度の変化が生じると、Δλが変化する。
そして、温度をＴで表すと、ｎ、Ｄは温度の関数であり、ｎは波長の関数でもあることが知られている。このことから、線形領域では、ｎ、Ｄの変化量は、以下の式（３）、式（４）で表される。
｛式（３）｝
Δｎ＝ｓ（ΔＴ） …（３）
ｓ：屈折率温度係数
｛式（４）｝
ΔＤ＝ρ（ΔＴ） …（４）
ρ：線膨張係数
このようにして、２つのＦＢＧ２５１，２５２により、温度依存性は共通として、一方のＦＢＧ２５１に付与されたスプレー５の噴出圧力による波長変化の差分から、他方のＦＢＧ２５２の温度変化による誤差を補償している。
【００３８】
また、台座部２３０には、第一ばね部材２６０が一体的に取り付けられている。この第一ばね部材２６０は、図４〜７，１１に示すように、台座部２３０と同様に、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレス鋼板をエッチングによる加工および曲げ加工にて、長手状の板ばねに形成されている。
第一ばね部材２６０には、長手方向の中間部に位置して幅方向に沿って第一折線２６１が設けられている。さらに、第一ばね部材２６０には、長手方向の両端部に幅方向に沿って第二折線２６２が設けられている。そして、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１間に圧力伝達部２２２の変位を受ける中央部としての受圧板部２６３が区画されている。また、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１と第二折線２６２との間に、受圧板部２６３に対して弾性変形されるばね部２６４が区画されている。さらに、第一ばね部材２６０には、第二折線２６２から端部側に、ばね部２６４に対して弾性変形される保持部としての連結板部２６５が区画されている。この連結板部２６５が、光ファイバー２５０を取り付ける光ファイバー固定部２４０に取り付けられ、この光ファイバー固定部２４０を介して台座部２３０の取付固定板部２３５に取り付けられる。この光ファイバー２５０が取り付けられた状態では、受圧板部２６３が光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１に対向する状態となる。すなわち、光ファイバー２５０は、ＦＢＧ２５１が中央に位置する状態で光ファイバー固定部２４０間に張設される。
また、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１および第二折線２６２に位置して、幅方向に沿って帯状に薄肉加工された薄肉部２６６がそれぞれ設けられる。これら薄肉部２６６は、第一折線２６１および第二折線２６２の位置で山折りとなる面に設けられている。さらに、薄肉部２６６には、略楕円形状に穴開け加工された穴部２６７が設けられている。これら薄肉部２６６および穴部２６７により、第一折線２６１および第二折線２６２の位置で弾性変形し易くなっている。図１１は、説明の都合上、穴部２６７を３箇所ずつ１２箇所設けて説明するが、要求されるばね定数により、大きさ、数が適宜設定される。同様に、薄肉部２６６における幅寸法や深さ寸法も適宜設定される。なお、薄肉部２６６と穴部２６７とは、いずれか一方のみ設ける構成、あるいは双方とも設けない構成としてもよい。
そして、第一ばね部材２６０は、連結板部２６５が光ファイバー固定部２４０の取付段差部２４２に挿入され、台座部２３０と同様に、一体に取り付けられている。この取付により、台座部２３０および第一ばね部材２６０は、扁平の菱形形状であるパンタグラフ様のリンク機構を構成する。
【００３９】
また、第一ばね部材２６０の長手方向の中央に位置する受圧板部２６３には、図４〜７，１１に示すように、第二ばね部材２７０が形成されている。この第二ばね部材２７０は、受圧板部２６３がぜんまいばね状に打ち抜き加工されて形成された板ばねである。
第二ばね部材２７０は、圧力伝達部２２２の位置決めピン２２２Ｄが嵌挿される位置決め孔２７１Ａを有した円板状の押圧板部２７１を有している。この押圧板部２７１の外周縁の径方向には、外周縁に沿った円弧状で、先端部が第一ばね部材２６０の受圧板部２６３に連結する一対の弾性板部２７２が設けられている。そして、第二ばね部材２７０は、図５に示すように、押圧板部２７１に取り付けられ圧力を受けた圧力伝達部２２２の変位により、押圧板部２７１が押し込まれる、すなわち台座部２３０に向けて移動するように、一対の弾性板部２７２が弾性変形する。
第二ばね部材２７０のばね定数は、第一ばね部材２６０のばね定数より小さく形成されている。すなわち、同じ圧力が加わった場合に、第一ばね部材２６０より大きい変位量で第二ばね部材２７０が弾性変形する状態に形成されている。
そして、第二ばね部材２７０の弾性変形に応じて、弾性変形する弾性板部２７２が連設する第一ばね部材２６０の受圧板部２６３も台座部２３０に向けて移動される状態に第一ばね部材２６０が弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形に応じて、光ファイバー固定部２４０を介して連結する台座部２３０も潰されるように弾性変形する。このような、パンタグラフ様の扁平菱形のリンク機構が潰れる弾性変形により、光ファイバー２５０に歪み、すなわち引張力が作用することとなる。
【００４０】
ここで、パンタグラフ様のリンク機構は、第二ばね部材２７０、一対の光ファイバー固定部２４０、台座部２３０の取付板部２３３の４箇所を頂点とした扁平菱形に構成されている。すなわち、リンク機構は、第二ばね部材２７０に対応する頂点Ａおよび取付板部２３３に対応する頂点Ｃ間の対角線Ｍが、一対の光ファイバー固定部２４０に対応する頂点Ｂ，Ｄ間の対角線Ｎより短くなる扁平菱形である。
このことから、第二ばね部材２７０にスプレー５の噴出圧力が加わることで、対角線Ｍが短くなる状態に頂点Ａが頂点Ｃに向けて移動するとともに、対角線Ｎが長くなり光ファイバー２５０を引っ張る状態に頂点Ｂ，Ｄが離間する方向に移動する。そして、頂点Ｂ，Ｄが離間する方向に移動する距離ΔＮは、頂点Ａが頂点Ｃに向けて移動する距離ΔＭより短くなる。また、エネルギー保存の法則により、スプレー５の噴出圧力に応じた第二ばね部材２７０で受けるエネルギーＥｐと、光ファイバー２５０を引っ張るエネルギーＥｆは、ほぼ同一である。
このため、移動量が小さい頂点Ｂ，Ｄにおける光ファイバー２５０の引張力Ｆｆ（＝Ｅｆ／ΔＮ）は、移動量が大きい頂点Ａにおけるスプレーの噴出圧力Ｆｐ（＝Ｅｐ／ΔＭ）より大きくなる。したがって、扁平菱形のリンク機構により、小さいスプレー５の噴出圧力でも精度良く検出できることとなる。
【００４１】
また、筐体２１０内には、図４，５，７に示すように、規制部材２８０が配設されている。この規制部材２８０は、例えば鋼板などにて長手板状に形成されている。そして、規制部材２８０は、リンク機構の中を貫通する状態に、長手方向の両端部が筐体２１０に設けられた取付部材２８５に取付固定されている。すなわち、規制部材２８０は、第二ばね部材２７０における圧力伝達部２２２が取り付けられる側と反対側の面に対向する状態に配設されている。
規制部材２８０は、過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位するような場合、圧力伝達部２２２の位置決めピン２２２Ｄの先端が当接し、圧力伝達部２２２がそれ以上変位できないように規制する位置に配設される。この圧力伝達部２２２の変位の規制により、圧力伝達部２２２が取り付けられる第二ばね部材２７０および第二ばね部材２７０が設けられた第一ばね部材２６０の弾性変形する変形量も規制される。このため、光ファイバー２５０に過剰な引張力が作用して切断するなどの損傷が防止される。
この圧力伝達部２２２が当接する位置には、図５に示すように、グリース２８６が設けられている。
なお、圧力伝達部２２２の変位量を規制するための規制部材２８０と第二ばね部材２７０との対向距離は、取付部材２８５による取付位置をずらすことで変更可能となっている。
また、規制部材２８０には、光ファイバー２５０における光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１を挿通して折り返された端部のＦＢＧ２５２が取り付けられている。このＦＢＧ２５２は、図５に示すように、規制部材２８０における第二ばね部材２７０に対向する面と反対側の面に、ＦＢＧ２５１に対向するように接着剤２８７などにより取り付けられている。
【００４２】
［スプレーの噴出圧力の測定］
次に、上記測定システム１を用いて、連続鋳造設備２におけるスプレー５の噴出圧力を測定する方法について、図面を参照して説明する。
図１２は、測定システム１による測定状況を示す説明図である。図１３は、スプレー圧力測定装置で検出した検出信号を示すグラフで、縦軸がスプレーの噴出圧力、横軸が測定時間である。
【００４３】
あらかじめダミーバー１０に圧力測定ユニット２０が配設された測定システム１を、連続鋳造設備２の鋳型３の下方に複数配置された鋳片案内ロール４間で移動させる。この測定システム１の鋳片案内ロール４間の移動は、例えば図１，２における下側へ、鋳片案内ロール４に連結した駆動モーターなどにより鋳片案内ロール４を回転させて、引き抜くようにする。
この測定システム１の移動の際、図１２に示すように、スプレー５から水または水と空気とを混合した二流体を噴出させる。そして、移動する測定システム１のスプレー圧力測定装置２００がスプレー５の噴霧流５Ａを通過する際、噴霧流５Ａがゴム受圧部２２１に当接し、図５に示すように、圧力伝達部２２２が変位する。具体的には、圧力伝達部２２２は、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が開口部２１１のガイド筒部２１２にガイドされつつ、筐体２１０内に進出するように移動する。
【００４４】
圧力伝達部２２２の変位により、第二ばね部材２７０の押圧板部２７１が台座部２３０に向けて移動するように一対の弾性板部２７２が弾性変形する。この第二ばね部材２７０の弾性変形に応じて、弾性変形する弾性板部２７２が連設する第一ばね部材２６０の受圧板部２６３も台座部２３０に向けて移動される状態に潰されるように第一ばね部材２６０が弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形に応じて、光ファイバー固定部２４０を介して連結する台座部２３０も潰されるように弾性変形する。
このような、パンタグラフ様の扁平菱形のリンク機構が潰れる弾性変形により、光ファイバー固定部２４０間が広がる状態となり、光ファイバー２５０に引張力が作用する。
【００４５】
スプレー５の噴出圧力に応じた引張力が光ファイバー２５０に作用することで、データ処理ユニット２２の光源から光ファイバーケーブル２３を介して供給され、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算する。具体的には、圧力検出用のＦＢＧ２５１の波長変化の差分から、温度補正用のＦＢＧ２５２の温度変化による波長変化の差分を温度変化による誤差として補償し、スプレー５の噴出圧力を演算する。
このようなスプレー５の噴出圧力の検出を、測定システム１の移動により通過するスプレー５毎に検出する。この検出結果は、例えば図１３に示すように、正常に噴出するスプレー５ではピーク状にスプレー噴出圧力が検出される。一方、ノズルが閉塞しているなどにより適切に噴出されていない、あるいは遮蔽物があり噴霧流５Ａが受圧部２２０に届かないなど、スプレー５による冷却が適切にできない場合、図１３中の左から３番目のノズルのように、ピークを検出できず、不良であることが判別できる。
このように、スプレー噴出圧力をデータ処理ユニット２２で検出し、噴出状態を適切に判別できる。
【００４６】
この噴出圧力の検出の際、急激に過大圧が受圧部２２０に作用した場合、圧力伝達部２２２が第二ばね部材２７０を大きく弾性変形する状態に変位することとなる。一方、第二ばね部材２７０が連接されている第一ばね部材２６０は、第二ばね部材２７０より大きなばね定数であることから、比較的に小さな変位量で弾性変形することとなる。
このため、光ファイバー２５０にも大きな引張力が作用することがなく、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷が生じることを防止できる。
さらに、大きな過大圧が加わった場合、圧力伝達部２２２はさらに大きく変位する状態となるが、規制部材２８０に当接し、それ以上は変位できなくなる。
このように、過大圧が加わっても、光ファイバー２５０には大きな引張力が作用することはなく、確実に光ファイバー２５０が断線するなどの損傷が生じることを防止できる。
【００４７】
［実施形態の作用効果］
上記第一実施形態では、スプレー５の噴出圧力の検出に、ＦＢＧ２５１が設けられた光ファイバー２５０を用いる。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも、電磁波ノイズの影響を受けずに、精度良く測定できる。
そして、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０に、この第一ばね部材２６０より小さいばね定数の第二ばね部材２７０を、圧力伝達部２２２の変位に応じて弾性変形するように設けている。
このため、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
【００４８】
そして、本第一実施形態では、圧力伝達部２２２の変位に応じて板ばねの第二ばね部材２７０が弾性変形するとともに、第二ばね部材２７０が中央に設けられた板ばねの第一ばね部材２６０も弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形により、ＦＢＧ２５１が長手方向の中央に位置する状態に光ファイバー２５０の両端部が第一ばね部材２６０に保持され、弓状に張設された光ファイバー２５０に圧力に応じた引張力が作用される。
このため、過大圧が圧力伝達部２２２に加わっても光ファイバー２５０の損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材２６０の中央に板ばねの第二ばね部材２７０を設ける簡単な構造で得られる。したがって、構造の簡略化による小型化、製造性の向上が容易に得られる。
【００４９】
また、長手方向の中間部を筐体２１０内に取付固定された板ばね状の台座部２３０の長手方向の両端部に、第一ばね部材２６０の長手方向の両端部をそれぞれ取り付けている。
このことにより、第一ばね部材２６０および台座部２３０は、第二ばね部材２７０の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバー２５０に引張力を作用させるリンク機構を構成する。このため、過大圧が圧力伝達部２２２に加わっても光ファイバー２５０の損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られる。したがって、構造の簡略化による小型化、製造性の向上が容易に得られる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００５０】
そして、台座部２３０に薄肉加工部２３６および穴加工部２３７を設け、第一ばね部材２６０に薄肉部２６６および穴部２６７を設け、弾性変形する構成としている。
このため、簡単な構造で所定のばね定数に設計することが容易にできる。
そして、台座部２３０における取付固定板部２３５およびばね板部２３４間は、３つの穴加工部２３７を有した薄肉加工部２３６により、４箇所で連結する構成となっている。また、台座部２３０におけるばね板部２３４および取付板部２３３間も、薄肉加工部２３６により４箇所で連結する構成となっている。同様に、第一ばね部材２６０も、３つの穴部２６７を有した薄肉部２６６により、４箇所で連結する構成となっている。このため、例えば、台座部２３０において、ばね板部２３４と取付固定板部２３５とがねじれるように外力が作用しても、複数箇所で連結する構成のため、１箇所で連結する構成に比して、ねじれが生じることを防止できる。したがって、良好に弾性変形するリンク機構を、薄肉加工および穴開け加工の簡単な構成で構築できる。
【００５１】
さらに、圧力伝達部２２２が所定以上に変位するような過大圧が圧力伝達部２２２に加わって第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形することを、規制部材２８０により規制する。
このため、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形して第一ばね部材２６０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０に過大な引張力が作用して損傷してしまうことを確実に防止できる。
【００５２】
そして、圧力伝達部２２２が所定以上に変位するような過大圧が圧力伝達部２２２に加わって第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形する際、圧力伝達部２２２が規制部材２８０に当接する位置に規制部材２８０を設けている。
このため、圧力伝達部２２２が変位する軌跡上で、圧力伝達部２２２が所定量変位する位置で当接するように、規制部材２８０を位置させればよく、規制部材２８０も板状に形成するのみで、リンク機構を横切るように配設する簡単な構造で得られ、過大圧に対する光ファイバー２５０の保護が確実に得られる。
【００５３】
さらに、過大圧により圧力伝達部２２２が所定以上に変位して第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形し、圧力伝達部２２２が規制部材２８０に当接する部分に、グリース２８６を塗布している。
このため、急激に過大圧が加わった際に当接する時の衝撃を低減でき、損傷を防止できる。また、グリース２８６自体の粘性により、ダミーバー１０が移動してスプレー５の噴出圧力を検出する際の移動時の振動、連続鋳造設備などの稼働する設備の振動など、１０Ｈｚ以上の周波数成分の外部からの振動に対する制振機能を示し、良好に圧力検出できる。
【００５４】
また、圧力検出用のＦＢＧ２５１の近傍に、温度補正用のＦＢＧ２５２を配設している。
このため、ＦＢＧ２５２により、ＦＢＧ２５１の周囲温度の変化に応じて、ＦＢＧ２５１で検出される反射光の波長変化を補償でき、より高精度にスプレーの噴出圧力を検出できる。
さらに、ＦＢＧ２５２をＦＢＧ２５１が設けられた光ファイバー２５０に設けている。
このため、１本の光ファイバー２５０を配設するのみでよく、製造性を向上できる。
【００５５】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１４および図１５を参照して説明する。
図１４は、本発明の第二実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図である。図１５は、第二実施形態のスプレー圧力測定装置における光ファイバーのＦＢＧを取り付けた状態を示す断面図である。
なお、図１４および図１５に示す第二実施形態では、上記第一実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００５６】
図１４に示す第二実施形態は、第一実施形態における光ファイバー２５０を取り付ける光ファイバー固定部２４０間に、光ファイバー２５０に代えて、第一ばね部材２６０とにより本発明の第一ばね部材を構成し保持部として機能する板ばね状の変形板ばね部２９０を設けている。すなわち、第二実施形態では、板ばねの変形板ばね部２９０を、第一ばね部材２６０の一部として機能させる。より具体的には、本発明の第一ばね部材として、第一ばね部材本体としての第一ばね部材２６０と、第一ばね部材２６０の長手方向の両端部間に保持される変形板ばね部２９０とを備えた構成としたものである。
【００５７】
この変形板ばね部２９０は、第一ばね部材２６０と同様に、長手状の板ばねにて形成され、長手方向の中央部分に、一面側に湾曲する湾曲部２９１を有している。
そして、変形板ばね部２９０は、湾曲部２９１が第一ばね部材２６０の受圧板部２６３に対向する側とは反対側に突出する状態で、光ファイバー固定部２４０間に配設されている。具体的には、第一ばね部材２６０の連結板部２６５に取り付けられた光ファイバー固定部２４０に、長手方向の両端部がそれぞれ一体的に取り付けられ、光ファイバー固定部２４０間に架橋するように配設されている。
この変形板ばね部２９０の湾曲部２９１の外面側に、光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１が変形板ばね部２９０の長手方向に沿って一体に取り付けられている。この取り付けは、例えば図１５に示すように、接着剤２９２にてＦＢＧ２５１を被覆するように、一体的に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、変形板ばね部２９０の湾曲部２９１に接着剤２９２にて保持されている。
なお、接着剤は、例えばエポキシ樹脂など、各種接着剤を利用できる。熱負荷が加わる環境では、耐熱性のものを用いればよい。
【００５８】
そして、スプレー５の噴出圧力の測定時、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位すると、変形板ばね部２９０に歪み、具体的には圧縮力が作用し、湾曲部２９１が引き延ばされるように弾性変形する。すなわち、第二ばね部材２７０が弾性変形すると、第一ばね部材２６０のばね部２６４が弾性変形するとともに、このばね部２６４に連結板部２６５および光ファイバー固定部２４０を介して連結する変位板ばね部２９０に伝播して変位板ばね部２９０の湾曲部２９１が弾性変形する。
この湾曲部２９１の弾性変形により、ＦＢＧ２５１に圧縮力が作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００５９】
この第二実施形態も第一実施形態の作用効果と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな圧縮力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線や折曲するなどの損傷を防止できる。
さらに、第二実施形態では、第一ばね部材２６０の弾性変形が変形板ばね部２９０を弾性変形させるので、第一実施形態における第一ばね部材２６０の弾性変形量より小さい弾性変形量がＦＢＧ２５１に作用することとなり、より光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
また、光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１を変位板ばね部２９０に接着剤２９２にて貼り付けるように取り付けるので、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
そして、変形板ばね部２９０は、湾曲部２９１が台座部２３０側に湾曲する状態で設けられているので、湾曲部２９１が規制部材２８０と干渉することがなく、限られた筐体２１０内に良好に配置でき、大型化を防止できる。なお、台座部２３０に向けて湾曲する場合に限らず、他の部位との干渉の点などから、いずれの方向に湾曲させてもよい。
【００６０】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１６を参照して説明する。
図１６は、本発明の第三実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図である。
なお、図１６に示す第三実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６１】
図１６に示す第三実施形態は、第一実施形態の第一ばね部材２６０にＦＢＧ２５１を直接取り付けたものである。
具体的には、図１６に示す第三実施形態の第一ばね部材２６０は、第一実施形態の第一ばね部材２６０と同様に長手状の板ばねにて形成され、長手方向の中央に受圧板部２６３を有し、長手方向の両端部に連結板部２６５を有している。受圧板部２６３と連結板部２６５との間には、第一折線２６１を設けることなく受圧板部２６３に一連に連続する保持部として機能する湾曲したばね部２６４が設けられている。なお、ばね部２６４と連結板部２６５との間には、第二折線が設けられた薄肉部２６６が設けられている。
そして、第一ばね部材２６０のばね部２６４には、台座部２３０に対向する面となる湾曲する内側に、ＦＢＧ２５１がばね部２６４の長手方向に沿って第二実施形態と同様に接着剤２９２にて一体に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、第一ばね部材２６０のばね部２６４に接着剤２９２にて保持されている。
【００６２】
そして、スプレー５の噴出圧力の測定時、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位する。
第一ばね部材２６０の弾性変形により、第一ばね部材２６０の内側に取り付けられたＦＢＧ２５１に歪みが作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００６３】
この第三実施形態も上記各実施形態と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな歪みが作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線や折曲するなどの損傷を防止できる。
また、第三実施形態では、第二実施形態と同様に、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
さらに、第三実施形態では、第二実施形態の変形板ばね部２９０のような別部品を用いる必要がなく、構成が簡略化し、小型軽量化を容易に図れるとともに、製造性の向上や製造コストの低減が容易にできる。
【００６４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の第四実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す断面図である。
なお、図１７に示す第四実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６５】
図１７に示す第四実施形態は、第一から第三実施形態におけるパンタグラフ様のリンク機構に代えて、第一板ばね部を筐体２１０内に取り付けたものである。
具体的には、図１７に示す第四実施形態の第一ばね部材２６０は、長手状の板ばねに形成されている。この第一ばね部材２６０は、保持部として機能する長方形のばね部２６４の長手方向の一端に、第二ばね部材２７０が設けられた受圧板部２６３を一連に設けている。また、第一ばね部材２６０は、ばね部２６４の長手方向の他端に、筐体２１０内に突設された取付台部２１５に取り付けられる固定部としての取付固定部２６９を一連に設けている。
そして、第一ばね部材２６０は、取付固定部２６９が取付台部２１５の先端部に取り付けられ、第二ばね部材２７０における取付台部２１５側と反対側に圧力伝達部２２２が取り付けられる。ＦＢＧ２５１は、第一ばね部材２６０のばね部２６４における圧力伝達部２２２が取り付けられた側に、ばね部２６４の長手方向に沿って第二実施形態および第三実施形態と同様に接着剤２９２にて一体に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、ばね部２６４に接着剤２９２にて保持されている。
【００６６】
スプレー５の噴出圧力の測定時、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位する。
第一ばね部材２６０の弾性変形により、ＦＢＧ２５１に歪み、具体的には引張力が作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００６７】
この第四実施形態も上記各実施形態と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
また、第四実施形態では、第二実施形態と同様に、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
さらに、第四実施形態では、上記各実施形態のようなリンク機構を用いず、長手状の板ばねを１つ用いる極めて簡単な構造で、構成が簡略化し、より製造性を向上できる。
また、第四実施形態では、第一ばね部材２６０が直線状であることから、例えば熱が掛かる環境で測定する場合の温度補正も、第一ばね部材２６０自体の熱膨張率を用いて比較的に簡単な演算でよく、リンク機構を用いる構成に比べて容易に温度補正できる。
【００６８】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１８を参照して説明する。
図１８は、本発明の第五実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す断面図である。
なお、図１８に示す第五実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６９】
図１８に示す第五実施形態では、上記第四実施形態の第一ばね部材２６０として、一対のばね部２６４を有し、一対の取付台部２１５間に架橋する状態で設けたものである。
この第五実施形態も第四実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、第四実施形態より弾性変形する箇所が一対のばね部２６４となるので、より大きな圧力でも適切に測定できる。
さらに、第五実施形態では、一対のばね部２６４で圧力伝達部２２２に作用する圧力を受けるので、圧力伝達部２２２が直線上に移動する状態となり、精度良く安定して圧力を測定できる。
【００７０】
［変形例］
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。
例えば、板ばねの第一ばね部材２６０の長手方向の中央に板ばねの第二ばね部材２７０を設けた構成を例示したが、板ばね構造に限らない。例えば第二ばね部材２７０を円錐コイルばね状に形成してもよい。
また、板ばねの構造としては、単板の構造に限らず、重ね板ばねとしてもよい。
【００７１】
そして、第二ばね部材２７０をぜんまいばね状に打ち抜き形成したが、この形状に限らず、第一ばね部材２６０より弾性変形し易いいずれの形状とすることができる。
なお、ぜんまいばね状に形成することで、限られた範囲内で弾性変形し易い形状、例えば弾性板部２７２を長く形成でき、好適である。
さらに、第二ばね部材２７０を第一ばね部材２６０の長手方向の中央に設けて説明したが、この限りではない。例えば、第一ばね部材２６０の長手方向の端部に位置して設けてもよい。
【００７２】
また、板ばねの台座部２３０に第一ばね部材２６０を取り付けてリンク機構を構成させたが、この限りではない。例えば、台座部２３０を用いず、第一ばね部材２６０をぜんまいばね状に形成し、第一ばね部材２６０の一端側を軸支させ、他端側に第二ばね部材２７０を設ける。そして、第一ばね部材２６０を軸支する軸部に光ファイバー２５０の端部を取り付け、第一ばね部材２６０が弾性変形することで軸部が回転し、光ファイバー２５０が巻き取られるように引張力を作用させる構成のようにしてもよい。
【００７３】
そして、圧力伝達部２２２に位置決めピン２２２Ｄを設け、第二ばね部材２７０と連結する構成を例示したが、この限りではない。例えば、軸部２２２Ｃを円筒状に形成し、第二ばね部材２７０の位置決め孔２７１Ａを貫通するねじを軸部２２２Ｃに螺合して一体的に取り付けてもよい。
【００７４】
また、規制部材２８０は、圧力伝達部２２２が当接することで移動規制する構成を例示したが、例えば第二ばね部材２７０の押圧板部２７１に当接する位置あるいは形状として、第二ばね部材２７０に当接することで移動規制する構成としてもよい。さらに、別体の規制部材２８０を用いず、筐体２１０の一部に当接することで移動規制する構成としてもよい。また、移動規制する構成を設けなくてもよい。
さらに、規制部材２８０は、長手方向を光ファイバー２５０の長手方向に対して交差する状態で配設したが、図１９に示すように、圧力伝達部２２２のガイド鍔部２２２Ｂが当接するように一対配設してもよい。このような構成でも、当接する部分にグリースを設けることが好ましい。この図１９は、上記図１〜１３に示す実施形態と同一または類似の構成については同一の符号を付す。
そして、グリース２８６を設けたが、グリース２８６を用いなくてもよい。また、グリース２８６のダンピング機能の代替方法として、例えば筐体２１０内にシリコーンオイルを封入してもよい。なお、グリース２８６を用いる構成では、材料が少量でよく、製造が容易で製造コストの増大も防止でき、内部の保守管理、保守点検も容易にでき、好適である。
【００７５】
また、図１９に示す構成のように、規制部材２８０に取り付けると圧力検出用のＦＢＧ２５１から遠くなる、あるいは配線に際して他の部位と干渉してしまうなどの不都合がある場合には、温度補正用のＦＢＧ２５２を台座部２３０に取り付けてもよい。
そして、ＦＢＧ２５１，２５２を有した光ファイバー２５０を用いて説明したが、圧力検出用のＦＢＧ２５１と温度補正用のＦＢＧ２５２とを、それぞれ別体の光ファイバー２５０として２本用いる構成としてもよい。
また、温度補正用のＦＢＧ２５２を用いなくてもよい。
【００７６】
さらに、第二実施形態から第五実施形態において、ＦＢＧ２５１を接着剤にて被覆するように一体に取り付けて説明したが、ＦＢＧ２５１に歪みとして引張力を作用させて圧力を測定する場合には、ＦＢＧ２５１の両端側で取り付け、ＦＢＧ２５１自体は取り付けないようにしてもよい。
なお、例えば第四実施形態において、ＦＢＧ２５１をばね部２６４における取付台部２１５側に取り付け、ＦＢＧ２５１に歪みすなわち圧縮力を作用させて圧力を測定する場合には、ＦＢＧ２５１全体を被覆するように取り付ける。すなわち、圧縮力が作用した際に光ファイバー２５０にたるみが生じて精度良く圧力を測定できなくなるおそれがあることから、たるみが生じないように被覆するように取り付ける。
【００７７】
そして、第二実施形態から第五実施形態において、ＦＢＧ２５１を複数設けた光ファイバー２５０を用い、ばね部２６４の両面側の対応する位置に２つのＦＢＧ２５１が位置するように取り付けると、より精度良く測定できるので好ましい。
具体的には、例えば図２０に示すように、第四実施形態におけるばね部２６４のＦＢＧ２５１が取り付けた面と反対側の面で、ＦＧＢ２５１が取り付けられた位置と反対側の位置に、光ファイバー２５０の他の位置に設けられた別のＦＢＧ２５１を取り付ける。この図２０に示す構成で、スプレー５の噴出圧力の測定時、圧力伝達部２２２側に位置するＦＢＧ２５１には引張力が作用し、取付台部２１５側に位置するＦＢＧ２５１には圧縮力が作用する。このため、双方のＦＢＧ２５１の弾性変形量の差は、第四実施形態における弾性変化量のほぼ倍となる。したがって、弾性変形量が少ない場合でも、精度良く圧力を測定できる。
【００７８】
第三実施形態において、第一ばね部材２６０における受圧板部２６３に一連に設けたばね部２６４にＦＢＧ２５１を取り付けて説明したが、この限りではない。
例えば、本発明の第一ばね部材として、第一ばね部材２６０と台座部２３０とにより構成されるリンク機構とし、第三実施形態の保持部であるばね部２６４のように、台座部２３０のばね板部２３４が湾曲するように形成し、この湾曲形成したばね板部２３４にＦＢＧ２５１を取り付けても同様の作用効果が得られる。
【００７９】
第五実施形態において、一対の保持部であるばね部２６４を設けた構成としたが、例えばばね部２６４を放射状に複数設けて筐体２１０内に取り付けるなどしてもよい。
このように、圧力伝達部２２２に掛かる圧力に応じて、ばね部２６４の数を設定すればよく、簡単な設計変更で、各種用途に対応でき、汎用性を向上できる。
【００８０】
その他、本発明の実施における具体的な構成および形態などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、連続鋳造設備、鋼板の冷却装置などにおいて、液体または液体と気体を混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出状況の検出に利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
５…スプレー、２００…スプレー圧力測定装置、２１０…筐体、２２０…受圧部、２３０…台座部、２３３…中間部としての取付板部、２３４…板ばね部、２３５…端部としての取付固定板部、２５０…光ファイバー、２５１…圧力検出用のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）、２５２…温度補正用のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）、２６０…第一ばね部材、２６３…中央部としての受圧板部、２６４…保持部として機能し得るばね部、２６５…保持部としての連結板部、２６９…固定部としての取付固定部、２７０…第二ばね部材、２８０…規制部材、２８６…グリース、２９０…保持部としての変形板ばね部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等において、水などの液体を冷媒として噴霧するスプレー、または、水などの液体と圧縮空気などとを混合した二流体を冷媒として噴霧するスプレーを備えたスプレー冷却装置が広く用いられている。連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等において、冷却むらは、冷媒の圧力変動やスプレーのノズルの閉塞（以下、ノズル詰まりと称する）などによって生じる。
特に、連続鋳造プロセスにおいて、ノズル詰まりに起因した冷却むらは、局所的な冷却不足による凝固遅れの発生を招き、凝固シェル強度の低下によるバルジング（溶鋼静圧による膨れ）により、内部割れの発生を引き起こすことがある。このような内部割れを抑制するために鋳造速度を低下すると、生産能力が低下する不都合がある。内部割れが甚だしい場合にはブレークアウト（凝固シェル破断による溶鋼流出）を引き起こし、復旧に多大な時間を要して生産能力の低下を招くおそれもある。
また、鋼板の冷却プロセスでは、冷却むらに起因した冷却速度の違いにより、鋼板の強度などのばらつきを生じ、歩留まりが低下する原因となる。さらに、冷却速度の違いにより、上下面の温度差に起因して鋼板の反りが発生し、スプレー冷却装置における構造用部材へ鋼板が衝突するトラブルが発生し、生産ラインの休止を余儀なくされ、生産能力が低下するおそれもある。
これらスプレーのノズルの閉塞による冷却不足の課題を解決するために、スプレーの閉塞を検出する各種方法が知られている。
【０００３】
例えば、連続鋳造におけるダミーバー等の移動装置に、圧力センサーを搭載し、移動装置を移動させながら、スプレーの圧力分布を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、ダミーバーにピエゾ電気要素の振動検知器を搭載し、ダミーバーの移動に伴って、スプレーの噴出圧力を測定する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、ダミーバーや計測台車などに圧電素子を搭載してスプレーの噴出圧力を測定するもの（例えば、特許文献４参照）、ダミーバーなどの計測台車にシート状感圧素子を搭載してスプレーの噴出圧力を測定するもの（例えば、特許文献５参照）などが知られている。
【０００４】
しかしながら、上述のスプレーの閉塞を検出するものは、検出した電気信号に基づいて閉塞の有無を検出するため、連続鋳造機やスプレー冷却装置などで利用されるモーターの電気機器を用いる構成から生じる電磁波ノイズが、検出した電気信号に影響を与える。特に、電磁波ノイズを発生する電気機器の作動状態によって電磁波ノイズのノイズレベルが変動することで、検出した電気信号の強さも変動してしまう不都合が生じる。このため、電磁波ノイズによる影響か、スプレーの噴出状態が異常で測定値が変化したかが判別できない不都合を生じるおそれがある。
実際、発明者らによるラボ実験を実施した結果、冷却条件の変更と圧力センサーで良好な相関関係が得られる。しかしながら、連続鋳造機内やスプレー冷却装置内等では、電磁波ノイズの影響により、冷却条件を一定に設定しても、圧力センサーの電気信号に基づく出力が大きく変化し、出力の再現性が得られず、スプレーの噴出状態を適切に評価できない結果となった。
【０００５】
一方、電磁波ノイズの影響を受けないセンサーとして、ファイバーブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ（Fiber Bragg Gratings）と称す）を用いた圧力センサーが知られている。
例えば、力を受けて変位するダイヤフラムに、ＦＢＧを位置させて光ファイバーを設置する構成が知られている（例えば、特許文献６〜８）。
また、光ファイバーのＦＢＧの両端部を、張力を作用させて土砂の力が加わるコンクリート壁に固定し、コンクリート壁の土圧による変形を検出する構成が知られている（例えば、特許文献９）。
さらに、水圧などにより伸縮するベローズにより、光ファイバーのＦＢＧの両端部に張力を作用させて圧力を検出する構成が知られている（例えば、特許文献１０，１１）。
また、４つのリンクの両端部を互いに回動可能に四角形に連結し、対角関係の一対の連結部間にＦＢＧを有した光ファイバーを張設し、他の対角関係の一対の連結部に圧力が加わるリンク機構を利用した構成が知られている（例えば、特許文献１２）。
さらに、水圧が加わるブルドン管に橋渡してＦＢＧを有した光ファイバーを設け、水圧に応じたブルドン管の膨張に対応して光ファイバーに張力が作用することで水圧を検出する水位計の構成が知られている（例えば、特許文献１３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５０−９７３７９号公報
【特許文献２】特開平５−１７７３２３号公報
【特許文献３】特公昭６２−３２０１８号公報
【特許文献４】特開平５−９２２４６号公報
【特許文献５】特開平７−２２７６１４号公報
【特許文献６】特開２０００−２２１０８５号公報
【特許文献７】特開２００１−１０８５５３号公報
【特許文献８】特開２００２−９８６０４号公報
【特許文献９】特開２００３−２７９３２７号公報
【特許文献１０】特開２００７−３３３６２１号公報
【特許文献１１】特開２００８−２０９２５０号公報
【特許文献１２】特開２０００−２８４５６号公報
【特許文献１３】特開２００１−９１３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等におけるスプレーの噴出状態を検出する従来技術に、ＦＢＧを用いた圧力センサーを利用して、電磁波ノイズの影響を防止することが考えられる。
しかしながら、測定する圧力が弱く、微圧を高感度に測定しつつ、過大圧が加わった時にＦＢＧの破断を防止する構成を持たせることは困難である。
特に、例えば特許文献１２に記載のリンク機構を利用する構成では、微小圧力を測定可能な構成が開示されているが、過大圧力が加わった場合にＦＢＧを保護するための構成は設けられていない。このため、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等におけるスプレーの噴出状態を検出する構成としては利用できない。
【０００８】
すなわち、連続鋳造プロセスあるいは鋼板の冷却プロセス等では、冷却の均一性の確保や冷却効率を向上させるために、金属材料の搬送方向に対して搬送ロールで支持されている部位を除き、金属材料はスプレーからの冷却水で覆われるように設計される。
さらに、次に述べるような様々な制約がある。例えば、スプレーは、噴霧の広がり角度に限界がある。また、連続鋳造プロセスや鋼板の冷却プロセスにおけるロールは、金属材料の重量や移動速度、連続鋳造の場合には溶鋼の圧力といった要素を加味した径寸法に設計される。このため、ロールの強度の観点から一定以上の外径寸法に設計する必要がある。したがって、ロールと噴霧された冷却水とが干渉しないように、ロール間にスプレーのノズルを配置せざるを得ない制約もある。したがって、スプレーのノズルは、ロールの配置の制約により、一定間隔に隔てて配設されることとなる。例えば、連続鋳造機において、ロールの直径は１５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度あり、スプレーのノズルを配置するためのロール間隙を４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度確保する必要がある。このため、ノズルピッチは、１９０ｍｍ〜４５０ｍｍ程度となる。そして、スプレーの噴霧の広がり角度に限界があることから、前述のロール径で噴霧された冷却水がロールと干渉しないようにするためには、金属材料の冷却面からノズルまでの距離を、ロールの半径程度にする必要がある。したがって、連続鋳造プロセスの例では、金属材料の冷却面とノズルの距離は７５ｍｍ〜２００ｍｍとなる。
【０００９】
このような距離で金属材料の冷却面に衝突する冷却水の圧力を計測すると、ノズルの形状や水量などの条件により異なるものの、おおよそ０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の低い圧力となる。このような低い圧力を精度良くＦＢＧで検出する構成とした場合、噴霧された水流の変化などにより、逆に過大圧が加わった場合、光ファイバーが断線するなどの損傷を防ぐ構成を設けることが困難である。
このように、スプレーの閉塞に起因した噴霧状態の健全性を、損傷することなく精度良く診断することが困難である。このため、従来では、連続鋳造プロセスや鋼板の冷却プロセスにおいて、定期的な修理や、鋳造あるいは通板の合間を利用して、作業者が数百ものスプレーのノズルを目視で点検し、閉塞しているノズルは交換する煩雑な作業が必要である。このように、点検に多大な時間および煩雑な作業を要し、生産性が低下することの改善が望まれている。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑み、損傷することなくスプレーの噴出状態を精度よく測定できるスプレー圧力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のスプレー圧力測定装置は、液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置であって、筐体と、この筐体に設けられ、前記スプレーの噴出圧力に応じて変位する受圧部と、前記筐体内に配設されたファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーと、前記筐体内で前記光ファイバーを保持し、弾性変形により前記光ファイバーに歪みを作用させる第一ばね部材と、この第一ばね部材に設けられ、前記第一ばね部材より小さいばね定数に形成され、前記受圧部の変位に対応して弾性変形して前記第一ばね部材を弾性変形させる第二ばね部材と、具備したことを特徴とする。
この発明では、スプレーから噴出分散された液体または液体と気体とを混合した二流体が受圧部に当たると、受圧部が変位する。この受圧部の変位に対応して、ファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーを保持して歪みを作用させる第一ばね部材とともに、この第一ばね部材に設けられ第一ばね部材より小さいばね定数に形成された第二ばね部材が弾性変形する。すなわち、第二ばね部材は、第一ばね部材より大きな弾性変形量で弾性変形する。スプレーの噴出圧力を受けた受圧部は、噴出圧力に対応して第一ばね部材および第二ばね部材を弾性変形させつつ変位するので、光ファイバーに噴出圧力に対応した歪み、すなわち引張力や圧縮力が作用する。このため、ファイバーブラッググレーティングでの光の回折状況が変化し、噴出圧力が検出される。
仮に過大圧が加わって受圧部が大きく変位する状況でも、第二ばね部材が大きく弾性変形し、光ファイバーを保持する第一ばね部材は比較的に小さい弾性変形量となるので、光ファイバーに急激に大きな引張力や圧縮力が作用することを防止でき、光ファイバーが断線するなどの損傷を防止できる。
【００１２】
そして、本発明では、前記第一ばね部材は、前記ファイバーブラッググレーティングに対向する中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーの両端部をそれぞれ保持する一対の保持部とを有する板ばねであり、前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部の変位に応じて板ばねの第二ばね部材が弾性変形するとともに、第二ばね部材が中央部に設けられた板ばねの第一ばね部材も弾性変形する。この第一ばね部材の弾性変形により、ファイバーブラッググレーティングが中央部に対向する状態に両端部が第一ばね部材の一対の保持部に保持されて弓状に張設された光ファイバーに歪み、すなわち引張力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材の中央に板ばねの第二ばね部材を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１３】
また、本発明では、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、中間部が筐体内に取付固定された板ばね状の台座部の端部に、第一ばね部材の保持部をそれぞれ取り付けている。このことにより、第一ばね部材および台座部は、第二ばね部材の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバーに歪み、すなわち引張力を作用させるリンク機構を構成する。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定でき、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られ、容易に製造できる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００１４】
また、本発明では、前記第一ばね部材は、中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーが保持される保持部を有する板ばねであり、前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部の変位に応じて板ばねの第二ばね部材が弾性変形するとともに、第二ばね部材が中央部に設けられた板ばねの第一ばね部材も弾性変形する。この第一ばね部材の弾性変形により、第一ばね部材の保持部に保持させた光ファイバーに歪み、すなわち引張力あるいは圧縮力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材の中央に板ばねの第二ばね部材を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１５】
さらに、本発明では、前記第一ばね部材は、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、中間部が筐体内に取付固定された板ばね状の台座部の端部に、保持部をそれぞれ取り付けて第一ばね部材を構成している。このことにより、台座部を備えた第一ばね部材は、第二ばね部材の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバーに引張力や圧縮力を作用させるリンク機構を構成する。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定でき、過大圧が受圧部に加わっても光ファイバーの損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られ、容易に製造できる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００１６】
そして、本発明では、前記第一ばね部材は、前記中央部から湾曲する状態に前記台座部に取り付けられる板ばね状の保持部と、前記台座部の前記中間部から湾曲する状態に設けられた板ばね状のばね板部と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、前記ばね板部は、前記保持部が取り付けられるとともに前記光ファイバーを保持可能である構成とすることが好ましい。
この発明では、保持部を中央部から湾曲する状態に台座部に取り付けられる板ばね状とした構成や、台座部のばね板部を中間部から湾曲する状態に保持部が取り付けられるとともに光ファイバーを保持可能な板ばね状とした構成としている。このことにより、第二ばね部材の弾性変形により良好に弾性変形するリンク機構を構成する単に湾曲形成した保持部やばね板部に光ファイバーを直接取り付けるので、構成が簡略化し、小型軽量化を容易に図れるとともに、製造性の向上や製造コストの低減が容易にできる。
【００１７】
また、本発明では、前記第一ばね部材は、前記中央部に一対の前記保持部がそれぞれ反対方向に延出して設けられているとともに、前記一対の保持部の先端間に両端部が保持され中間部に長手方向で湾曲する湾曲部を有した板ばね状の変形板ばね部を有し、この変形板ばね部の湾曲部に前記ファイバーブラッググレーティングを位置させて前記光ファイバーが保持されている構成とすることが好ましい。
この発明では、中央部からそれぞれ反対方向に一対延出して設けた保持部の先端間に、長手方向で湾曲する湾曲部を中間部に設けた板ばね状の変形板ばね部の両端部を保持し、湾曲部にファイバーブラッググレーティングを位置させて光ファイバーを保持している。このことにより、第二ばね部材の弾性変形に対応して保持部が弾性変形するとともに、両端部が保持部に保持されて弓状に設けられた変形板ばね部の湾曲部が伸ばされるように弾性変形される。この湾曲部の弾性変形により、光ファイバーのファイバーブラッググレーティング引張力あるいは圧縮力が作用される。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも電磁波ノイズの影響を受けずに精度良く測定できるとともに、過大圧が受圧部に加わっても弾性変形する第一ばね部材におけるさらに変形板ばね部の湾曲部が作用することとなり、光ファイバーに大きな負荷が作用せずに損傷を防止でき、板ばねの第一ばね部材に変形板ばね部を設ける簡単な構造で得られ、容易に製造できる。
【００１８】
さらに、本発明では、前記湾曲部は、前記中央部に対向する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲する構成とすることが好ましい。
この発明では、湾曲部が中央部に対応する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲形成している。
このため、受圧部が変位しても湾曲部と干渉することがないので、適切に受圧部の変位を検出できる。
【００１９】
また、本発明では、前記第一ばね部材の前記保持部は、前記中央部と反対側の端部に前記筐体内に取り付けられる固定部が設けられている構成とすることが好ましい。
この発明では、第一ばね部材の保持部における中央部と反対側の端部に設けた固定部を筐体内に取り付けることで第一ばね部材が筐体内に取り付けられる。
このため、板ばねの第一ばね部材が、一端側に中央部が設けられ他端側に固定部が設けられた簡単な構造であり、容易に製造できる。
【００２０】
さらに、本発明では、前記保持部は、それぞれ反対方向へ延出する状態に前記中央部に一対設けられている構成とすることが好ましい。
この本発明では、端部に固定部を有した保持部を、それぞれ反対方向に延出する状態で中央部に一対設けている。
このため、中央部に設けた第二ばね部材の弾性変形は、一対の保持部を弾性変形させることとなり、１つの保持部を設けた構成に比して、過大圧が受圧部に加わっても損傷するなどの不都合を防止できる。さらに、中央部が一対の保持部にて保持されるので、外部から振動が加わっても中央部が振動してしまう不都合を防止でき、ノイズが小さく良好に測定できる。
【００２１】
そして、本発明では、前記光ファイバーは、少なくとも前記ファイバーブラッググレーティングが接着剤にて被覆される状態で一体的に取り付けられている構成とすることが好ましい。
この発明では、少なくともファイバーブラッググレーティングを接着剤にて被覆する状態で光ファイバーを一体的に取り付けている。
このため、第一ばね部材の弾性変形がファイバーブラッググレーティングに直接的に作用して良好に測定できる。さらに、第一ばね部材が板ばね状で、ファイバーブラッググレーティングを取り付ける面によりファイバーブラッググレーティングに作用する力が引張力か圧縮力か異なる場合でも光ファイバーが撓むなどして測定できないなどの不都合がなく、良好に測定できる。
【００２２】
さらに、本発明では、前記光ファイバーは、前記ファイバーブラッググレーティングが複数設けられ、前記第一ばね部材の両面の対応する位置に前記ファイバーブラッググレーティングが位置されて保持されている構成とすることが好ましい。
この発明では、板ばね状の第一ばね部材の両面の対応する位置に、ファイバーブラッググレーティングを位置させて光ファイバーを保持している。このことにより、第一ばね部材の弾性変形により、第一ばね部材の一方の面に取り付けられるファイバーブラッググレーティングには引張力あるいは圧縮力が作用し、第一ばね部材の他方の面に取り付けられるファイバーブラッググレーティングには圧縮力あるいは引張力が作用する。
このため、双方のファイバーブラッググレーティングで測定する光の回折の変化の差分を測定することで、１つのファイバーブラッググレーティングで測定する光の回折の変化を測定する場合に比べて、より精度良く測定できる。
【００２３】
また、本発明では、前記受圧部の所定以上の変位に応じた前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する規制部材を具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部が所定以上に変位する過大圧が受圧部に加わって第二ばね部材が所定以上に弾性変形することを、規制部材により規制する。
このため、第二ばね部材が大きく弾性変形して第一ばね部材を介して光ファイバーに過大な引張力や圧縮力が作用することによる損傷を、確実に防止できる。
【００２４】
そして、本発明では、前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材に当接することで、前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する構成とすることが好ましい。
この発明では、受圧部が所定以上に変位する過大圧が受圧部に加わって第二ばね部材が所定以上に弾性変形する際に、受圧部または前記第二ばね部材が規制部材に当接する。
このため、受圧部の変位軌跡上の受圧部が所定量変位する位置、または第二ばね部材の弾性変形軌跡上の所定量変形する位置に、規制部材を位置させる簡単な構造で、過大圧に対する光ファイバーの保護が確実に得られる。
【００２５】
また、本発明では、前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材が当接する部分にグリースが塗布されている構成とすることが好ましい。
この発明では、過大圧により受圧部が所定以上に変位して第二ばね部材が所定以上に弾性変形して受圧部または第二ばね部材が規制部材に当接する際、当接する部分にグリースが塗布されているので、当接時の衝撃を低減でき、損傷を防止できる。また、グリース自体の粘性により、移動してスプレーの噴出圧力を検出する際の移動時の振動、連続鋳造設備などの稼働する設備の振動など、１０Ｈｚ以上の周波数成分の外部からの振動に対する制振機能を示す。
【００２６】
そして、本発明では、前記ファイバーブラッググレーティングの近傍に配設され、温度を検出するファイバーブラッググレーティングを具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、温度を検出するファイバーブラッググレーティングによる周囲温度の変化に応じて、圧力検出用のファイバーブラッググレーティングの出力の変化を補正可能となる。
このため、例えば連続鋳造設備におけるスプレーの噴出状況の検出など、周囲温度が変化する状況でも、より精度良くスプレーの噴出圧力を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施形態におけるスプレー圧力測定装置を備えた測定システムを示す平面図。
【図２】上記測定システムを示す側面図。
【図３】上記測定システムによる測定状況を示す説明図。
【図４】本実施形態におけるスプレー圧力測定装置を示す一部を切り欠いた斜視図。
【図５】上記スプレー圧力測定装置における外部から圧力を受けた状態を示す断面図。
【図６】上記スプレー圧力測定装置における光ファイバーに圧力を伝達するリンク機構を示す断面図。
【図７】上記スプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す平面図。
【図８】上記スプレー圧力測定装置における台座部を示す平面図。
【図９】上記スプレー圧力測定装置における光ファイバー固定部を示す正面図。
【図１０】上記光ファイバー固定部を示す平面図。
【図１１】上記スプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１２】上記測定システムによる測定状況を示す説明図。
【図１３】上記スプレー圧力測定装置の検出信号を示すグラフで、縦軸がスプレーの噴出圧力、横軸が測定時間。
【図１４】本発明の第二実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図。
【図１５】上記第二実施形態の光ファイバーを取り付けた状態を示す断面図。
【図１６】本発明の第三実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図。
【図１７】本発明の第四実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１８】本発明の第五実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【図１９】本発明の他の実施形態におけるスプレー圧力測定装置の外部から圧力を受けた状態を示す断面図。
【図２０】本発明のさらに他の実施形態におけるスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態におけるスプレー圧力測定装置を備えた測定システムの構成を、図面を参照して説明する。
本第一実施形態では、連続鋳造設備に設けられたスプレーの噴出圧力を測定する構成を例示するが、この限りではない。例えば、連続鋳造された鋼板の冷却プロセスで利用されるスプレーの噴出圧力の測定、その他、液体または液体と気体を混合した二流体を噴出分散させるいずれのスプレーの噴出圧力を測定する装置に適用できる。
【００２９】
［測定システムの構成］
図１，２に示すように、測定システム１は、連続鋳造用のダミーバー１０と、圧力測定ユニット２０と、を備えている。
ダミーバー１０は、ダミーバーヘッド１１と幅広リンク１２Ａがシャフト１３にて互いに回動可能に連結されている。さらに、ダミーバー１０は、複数の幅広リンク１２Ａ同士がシャフト１３および幅狭リンク１２Ｂにて互いに回動可能にベルト状に連結されて構成されている。
そして、ダミーバー１０は、例えば図３に示すように、連続鋳造設備２の鋳型３の下方に複数配置された鋳片案内ロール４間を移動される。
ここで、鋳片案内ロール４は、連続鋳造される図示しない鋳片の厚さ方向（図２中の左右方向となるダミーバー１０の厚さ方向）で対をなし、ダミーバー１０の移動方向である鋳片移動方向に沿って複数対配置され、所定の厚さ寸法に連続鋳造する。そして、鋳片移動方向で並設する鋳片案内ロール４間には、複数のスプレー５がそれぞれ配置されている。具体的には、スプレー５は、鋳造される鋳片の幅方向（図１中の左右方向となるダミーバー１０の幅方向）に複数配置され、かつ鋳片案内ロール４間毎に複数配置されている。
また、ダミーバー１０の幅広リンク１２Ａのいずれか一つには、圧力測定ユニット２０が設けられている。
【００３０】
圧力測定ユニット２０は、図１，２に示すように、詳細は後述するスプレー圧力測定装置２００が複数配設されたセンサーユニット２１と、複数のスプレー圧力測定装置２００で検出した検出信号を取得して処理するデータ処理ユニット２２と、該データ処理ユニット２２を各スプレー圧力測定装置２００に接続する光ファイバーケーブル２３（図３参照）と、を備えている。なお、図１は、説明の都合上、スプレー圧力測定装置２００を１２個示すが、この限りではない。
データ処理ユニット２２は、光ファイバーケーブル２３を介して各スプレー圧力測定装置２００に光を供給する図示しない光源を備えている。また、データ処理ユニット２２は、光源から供給された光がスプレー圧力測定装置２００で圧力に応じてシフトされる反射波長を検出し、スプレー５の噴出圧力を演算する図示しない処理部を備えている。
【００３１】
［スプレー圧力測定装置の構成］
次に、スプレー圧力測定装置の構成を、図面に基づいて詳細に説明する。
図４は、スプレー圧力測定装置を示す一部を切り欠いた斜視図である。図５は、スプレー圧力測定装置における外部から圧力を受けた状態を示す断面図である。図６は、スプレー圧力測定装置における光ファイバーに圧力を伝達するリンク機構を示す断面図である。図７は、スプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す平面図である。図８は、スプレー圧力測定装置における台座部を示す平面図である。図９は、スプレー圧力測定装置における光ファイバー固定部を示す正面図である。図１０は、光ファイバー固定部を示す平面図である。図１１は、スプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す平面図である。
【００３２】
図４および図５に示すように、スプレー圧力測定装置２００は、筐体２１０と、受圧部２２０と、台座部２３０と、光ファイバー固定部２４０と、光ファイバー２５０と、第一ばね部材２６０と、第二ばね部材２７０と、規制部材２８０と、を備えている。
筐体２１０は、中空で略矩形状に形成されている。この筐体２１０の一面には、例えば略円形の開口部２１１が開口形成されている。開口部２１１の開口縁には、内径が同寸法の円筒状のガイド筒部２１２が一連に設けられている。また、筐体２１０には、ケーブル接続開口２１３が設けられている。このケーブル接続開口２１３には、光ファイバーケーブル２３が接続される図示しないコネクターが取り付けられている。
そして、筐体２１０の開口部２１１には、スプレー５の噴出圧力に応じて変位する受圧部２２０が設けられている。
【００３３】
受圧部２２０は、開口部２１１を閉塞するシート状でスプレー５の噴出圧力が加わると変形するゴム受圧部２２１と、このゴム受圧部２２１の変形により開口部２１１の軸方向に沿って移動する圧力伝達部２２２と、を備えている。
ゴム受圧部２２１は、柔軟性および耐水性を備えたものが用いられ、開口部２１１から筐体２１０内に水が侵入しないように、開口部２１１を水密に閉塞して取り付けられる。
圧力伝達部２２２は、例えば合成樹脂や軽量な非鉄合金などにて形成され、開口部２１１の内径と略同寸法の円板部２２２Ａを有している。この円板部２２２Ａの外周縁には、外径が同寸法となる円筒状のガイド鍔部２２２Ｂが一連に設けられている。また、円板部２２２Ａにおけるガイド鍔部２２２Ｂが突出する側の面の中央には、円柱状の軸部２２２Ｃが設けられている。この軸部２２２Ｃの先端面には、同軸上に円柱状の位置決めピン２２２Ｄが突設されている。そして、圧力伝達部２２２は、移動の際、開口部２１１のガイド筒部２１２にガイド鍔部２２２Ｂがガイドされ、円板部２２２Ａが傾くことなく軸方向で移動可能に配置される。
【００３４】
筐体２１０内には、台座部２３０が設けられている。この台座部２３０は、図４〜８に示すように、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレス鋼板をエッチングによる加工および曲げ加工にて、長手状の板ばねに形成されている。
台座部２３０には、長手方向の中間部に位置して幅方向に沿って第一折曲線２３１が設けられている。さらに、台座部２３０には、長手方向の両端部に幅方向に沿って第二折曲線２３２が設けられている。そして、台座部２３０には、第一折曲線２３１間に筐体２１０に取り付けられる取付板部２３３が区画され、第一折曲線２３１と第二折曲線２３２との間に取付板部２３３に対して弾性変形されるばね板部２３４が区画され、第二折曲線２３２から端部側にばね板部２３４に対して弾性変形される取付固定板部２３５が区画されている。
また、台座部２３０には、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２に位置して、幅方向に沿って帯状に薄肉加工された薄肉加工部２３６がそれぞれ設けられる。これら薄肉加工部２３６は、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２の位置で山折りとなる面に設けられている。さらに、薄肉加工部２３６には、略楕円形状に穴開け加工された穴加工部２３７が設けられている。これら薄肉加工部２３６および穴加工部２３７により、第一折曲線２３１および第二折曲線２３２の位置で弾性変形し易くなっている。図８は、説明の都合上、穴加工部２３７を３箇所ずつ１２箇所設けて説明するが、要求されるばね定数により、大きさ、数が適宜設定される。同様に、薄肉加工部２３６における幅寸法や深さ寸法も適宜設定される。なお、薄肉加工部２３６と穴加工部２３７とは、いずれか一方のみ設ける構成、あるいは双方とも設けない構成としてもよい。
また、台座部２３０の取付板部２３３には、長手方向の中央両側に舌片状に突出し、筐体２１０の底面にボルト２３８Ａおよびナット２３８Ｂにて取付固定されるねじ孔２３９Ａを有した取付片部２３９が一連に設けられている。
【００３５】
台座部２３０の取付固定板部２３５には、図４〜７，９，１０に示すように、光ファイバー固定部２４０がそれぞれ設けられている。
光ファイバー固定部２４０は、例えば、ガラスや軽量の非鉄金属などにて扁平矩形状に形成されている。光ファイバー固定部２４０には、幅方向に光ファイバー２５０を貫通する貫通孔２４１が設けられている。この貫通孔２４１は、光ファイバー２５０が貫通可能な小径部２４１Ａと、この小径部２４１Ａより径大で同軸上に連続する大径部２４１Ｂとにより構成されている。
光ファイバー固定部２４０の表裏の平面には、台座部２３０の取付固定板部２３５の幅寸法と略同寸法の取付段差部２４２が設けられている。そして、光ファイバー固定部２４０は、取付段差部２４２に取付固定板部２３５が挿入された状態で一体に取り付けられる。この取り付けられた状態では、台座部２３０の長手方向の両端部に位置して、小径部２４１Ａがそれぞれ対向する状態となっている。取付方法は、接着やねじ止めなど、各種方法で取り付けられる。
そして、台座部２３０に取り付けられた一対の光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１に光ファイバー２５０が挿通され、緩まない程度の小さい引張力で張設されている。この光ファイバー２５０の張設は、接着、かしめ、低融点ガラスあるいは半田付けなど、各種方法が適用できる。なお、図４，５は、説明の都合上、光ファイバー２５０を取り付ける材料を省略する。
【００３６】
光ファイバー２５０には、圧力検出用のファイバーブラッググレーティング（以下、ＦＢＧ（Fiber Bragg Gratings）と称す）２５１と、温度補正用のＦＢＧ２５２とを有している。温度補正用のＦＢＧ２５２は、光ファイバー２５０の端部近傍に設けられている。なお、図５，６は、説明の都合上、ＦＢＧ２５１，２５２を３本の平行な傾斜する線にて表す。
そして、光ファイバー２５０は、圧力検出用のＦＢＧ２５１が一対の光ファイバー固定部２４０間の中央、すなわち光ファイバー固定部２４０からそれぞれ等距離となる中間点に位置するように取り付けられている。さらに、光ファイバー２５０は、ケーブル接続開口２１３とは反対側の光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１を挿通する端部は、折損などすることなく折り返されている。
【００３７】
ここで、ＦＢＧ２５１，２５２は、例えば紫外線により、光ファイバー２５０のコアにブラッグ回折格子が形成され、格子間隔で決まる特定の波長の光を反射する。この光の反射は、データ処理ユニット２２の光源から光ファイバーケーブル２３を介して供給される光を反射する。そして、反射した光は、再び光ファイバーケーブル２３を介してデータ処理ユニット２２で測定する。
ＦＢＧ２５１，２５２の格子間隔と波長との関係は、以下の式（１）で表される。
｛式（１）｝
λ＝２ｎ×Ｄ …（１）
λ：反射波長
ｎ：ＦＢＧの平均屈折率
Ｄ：格子間隔
そして、波長変化は、以下の式（２）で検出される。
｛式（２）｝
Δλ＝２ｎ×ΔＤ＋２Δｎ×Ｄ …（２）
Δ：それぞれのパラメーターの変化量を表す。
この式（２）に示すように、Δｎ＝０のとき、外部応力によりＤがΔＤだけ変化すると波長がΔλ変化し、波長変化が検出される。
また、ＦＢＧ２５１の周囲温度の変化が生じると、Δλが変化する。
そして、温度をＴで表すと、ｎ、Ｄは温度の関数であり、ｎは波長の関数でもあることが知られている。このことから、線形領域では、ｎ、Ｄの変化量は、以下の式（３）、式（４）で表される。
｛式（３）｝
Δｎ＝ｓ（ΔＴ） …（３）
ｓ：屈折率温度係数
｛式（４）｝
ΔＤ＝ρ（ΔＴ） …（４）
ρ：線膨張係数
このようにして、２つのＦＢＧ２５１，２５２により、温度依存性は共通として、一方のＦＢＧ２５１に付与されたスプレー５の噴出圧力による波長変化の差分から、他方のＦＢＧ２５２の温度変化による誤差を補償している。
【００３８】
また、台座部２３０には、第一ばね部材２６０が一体的に取り付けられている。この第一ばね部材２６０は、図４〜７，１１に示すように、台座部２３０と同様に、例えば０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレス鋼板をエッチングによる加工および曲げ加工にて、長手状の板ばねに形成されている。
第一ばね部材２６０には、長手方向の中間部に位置して幅方向に沿って第一折線２６１が設けられている。さらに、第一ばね部材２６０には、長手方向の両端部に幅方向に沿って第二折線２６２が設けられている。そして、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１間に圧力伝達部２２２の変位を受ける中央部としての受圧板部２６３が区画されている。また、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１と第二折線２６２との間に、受圧板部２６３に対して弾性変形されるばね部２６４が区画されている。さらに、第一ばね部材２６０には、第二折線２６２から端部側に、ばね部２６４に対して弾性変形される保持部としての連結板部２６５が区画されている。この連結板部２６５が、光ファイバー２５０を取り付ける光ファイバー固定部２４０に取り付けられ、この光ファイバー固定部２４０を介して台座部２３０の取付固定板部２３５に取り付けられる。この光ファイバー２５０が取り付けられた状態では、受圧板部２６３が光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１に対向する状態となる。すなわち、光ファイバー２５０は、ＦＢＧ２５１が中央に位置する状態で光ファイバー固定部２４０間に張設される。
また、第一ばね部材２６０には、第一折線２６１および第二折線２６２に位置して、幅方向に沿って帯状に薄肉加工された薄肉部２６６がそれぞれ設けられる。これら薄肉部２６６は、第一折線２６１および第二折線２６２の位置で山折りとなる面に設けられている。さらに、薄肉部２６６には、略楕円形状に穴開け加工された穴部２６７が設けられている。これら薄肉部２６６および穴部２６７により、第一折線２６１および第二折線２６２の位置で弾性変形し易くなっている。図１１は、説明の都合上、穴部２６７を３箇所ずつ１２箇所設けて説明するが、要求されるばね定数により、大きさ、数が適宜設定される。同様に、薄肉部２６６における幅寸法や深さ寸法も適宜設定される。なお、薄肉部２６６と穴部２６７とは、いずれか一方のみ設ける構成、あるいは双方とも設けない構成としてもよい。
そして、第一ばね部材２６０は、連結板部２６５が光ファイバー固定部２４０の取付段差部２４２に挿入され、台座部２３０と同様に、一体に取り付けられている。この取付により、台座部２３０および第一ばね部材２６０は、扁平の菱形形状であるパンタグラフ様のリンク機構を構成する。
【００３９】
また、第一ばね部材２６０の長手方向の中央に位置する受圧板部２６３には、図４〜７，１１に示すように、第二ばね部材２７０が形成されている。この第二ばね部材２７０は、受圧板部２６３がぜんまいばね状に打ち抜き加工されて形成された板ばねである。
第二ばね部材２７０は、圧力伝達部２２２の位置決めピン２２２Ｄが嵌挿される位置決め孔２７１Ａを有した円板状の押圧板部２７１を有している。この押圧板部２７１の外周縁の径方向には、外周縁に沿った円弧状で、先端部が第一ばね部材２６０の受圧板部２６３に連結する一対の弾性板部２７２が設けられている。そして、第二ばね部材２７０は、図５に示すように、押圧板部２７１に取り付けられ圧力を受けた圧力伝達部２２２の変位により、押圧板部２７１が押し込まれる、すなわち台座部２３０に向けて移動するように、一対の弾性板部２７２が弾性変形する。
第二ばね部材２７０のばね定数は、第一ばね部材２６０のばね定数より小さく形成されている。すなわち、同じ圧力が加わった場合に、第一ばね部材２６０より大きい変位量で第二ばね部材２７０が弾性変形する状態に形成されている。
そして、第二ばね部材２７０の弾性変形に応じて、弾性変形する弾性板部２７２が連設する第一ばね部材２６０の受圧板部２６３も台座部２３０に向けて移動される状態に第一ばね部材２６０が弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形に応じて、光ファイバー固定部２４０を介して連結する台座部２３０も潰されるように弾性変形する。このような、パンタグラフ様の扁平菱形のリンク機構が潰れる弾性変形により、光ファイバー２５０に歪み、すなわち引張力が作用することとなる。
【００４０】
ここで、パンタグラフ様のリンク機構は、第二ばね部材２７０、一対の光ファイバー固定部２４０、台座部２３０の取付板部２３３の４箇所を頂点とした扁平菱形に構成されている。すなわち、リンク機構は、第二ばね部材２７０に対応する頂点Ａおよび取付板部２３３に対応する頂点Ｃ間の対角線Ｍが、一対の光ファイバー固定部２４０に対応する頂点Ｂ，Ｄ間の対角線Ｎより短くなる扁平菱形である。
このことから、第二ばね部材２７０にスプレー５の噴出圧力が加わることで、対角線Ｍが短くなる状態に頂点Ａが頂点Ｃに向けて移動するとともに、対角線Ｎが長くなり光ファイバー２５０を引っ張る状態に頂点Ｂ，Ｄが離間する方向に移動する。そして、頂点Ｂ，Ｄが離間する方向に移動する距離ΔＮは、頂点Ａが頂点Ｃに向けて移動する距離ΔＭより短くなる。また、エネルギー保存の法則により、スプレー５の噴出圧力に応じた第二ばね部材２７０で受けるエネルギーＥｐと、光ファイバー２５０を引っ張るエネルギーＥｆは、ほぼ同一である。
このため、移動量が小さい頂点Ｂ，Ｄにおける光ファイバー２５０の引張力Ｆｆ（＝Ｅｆ／ΔＮ）は、移動量が大きい頂点Ａにおけるスプレーの噴出圧力Ｆｐ（＝Ｅｐ／ΔＭ）より大きくなる。したがって、扁平菱形のリンク機構により、小さいスプレー５の噴出圧力でも精度良く検出できることとなる。
【００４１】
また、筐体２１０内には、図４，５，７に示すように、規制部材２８０が配設されている。この規制部材２８０は、例えば鋼板などにて長手板状に形成されている。そして、規制部材２８０は、リンク機構の中を貫通する状態に、長手方向の両端部が筐体２１０に設けられた取付部材２８５に取付固定されている。すなわち、規制部材２８０は、第二ばね部材２７０における圧力伝達部２２２が取り付けられる側と反対側の面に対向する状態に配設されている。
規制部材２８０は、過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位するような場合、圧力伝達部２２２の位置決めピン２２２Ｄの先端が当接し、圧力伝達部２２２がそれ以上変位できないように規制する位置に配設される。この圧力伝達部２２２の変位の規制により、圧力伝達部２２２が取り付けられる第二ばね部材２７０および第二ばね部材２７０が設けられた第一ばね部材２６０の弾性変形する変形量も規制される。このため、光ファイバー２５０に過剰な引張力が作用して切断するなどの損傷が防止される。
この圧力伝達部２２２が当接する位置には、図５に示すように、グリース２８６が設けられている。
なお、圧力伝達部２２２の変位量を規制するための規制部材２８０と第二ばね部材２７０との対向距離は、取付部材２８５による取付位置をずらすことで変更可能となっている。
また、規制部材２８０には、光ファイバー２５０における光ファイバー固定部２４０の貫通孔２４１を挿通して折り返された端部のＦＢＧ２５２が取り付けられている。このＦＢＧ２５２は、図５に示すように、規制部材２８０における第二ばね部材２７０に対向する面と反対側の面に、ＦＢＧ２５１に対向するように接着剤２８７などにより取り付けられている。
【００４２】
［スプレーの噴出圧力の測定］
次に、上記測定システム１を用いて、連続鋳造設備２におけるスプレー５の噴出圧力を測定する方法について、図面を参照して説明する。
図１２は、測定システム１による測定状況を示す説明図である。図１３は、スプレー圧力測定装置で検出した検出信号を示すグラフで、縦軸がスプレーの噴出圧力、横軸が測定時間である。
【００４３】
あらかじめダミーバー１０に圧力測定ユニット２０が配設された測定システム１を、連続鋳造設備２の鋳型３の下方に複数配置された鋳片案内ロール４間で移動させる。この測定システム１の鋳片案内ロール４間の移動は、例えば図１，２における下側へ、鋳片案内ロール４に連結した駆動モーターなどにより鋳片案内ロール４を回転させて、引き抜くようにする。
この測定システム１の移動の際、図１２に示すように、スプレー５から水または水と空気とを混合した二流体を噴出させる。そして、移動する測定システム１のスプレー圧力測定装置２００がスプレー５の噴霧流５Ａを通過する際、噴霧流５Ａがゴム受圧部２２１に当接し、図５に示すように、圧力伝達部２２２が変位する。具体的には、圧力伝達部２２２は、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が開口部２１１のガイド筒部２１２にガイドされつつ、筐体２１０内に進出するように移動する。
【００４４】
圧力伝達部２２２の変位により、第二ばね部材２７０の押圧板部２７１が台座部２３０に向けて移動するように一対の弾性板部２７２が弾性変形する。この第二ばね部材２７０の弾性変形に応じて、弾性変形する弾性板部２７２が連設する第一ばね部材２６０の受圧板部２６３も台座部２３０に向けて移動される状態に潰されるように第一ばね部材２６０が弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形に応じて、光ファイバー固定部２４０を介して連結する台座部２３０も潰されるように弾性変形する。
このような、パンタグラフ様の扁平菱形のリンク機構が潰れる弾性変形により、光ファイバー固定部２４０間が広がる状態となり、光ファイバー２５０に引張力が作用する。
【００４５】
スプレー５の噴出圧力に応じた引張力が光ファイバー２５０に作用することで、データ処理ユニット２２の光源から光ファイバーケーブル２３を介して供給され、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算する。具体的には、圧力検出用のＦＢＧ２５１の波長変化の差分から、温度補正用のＦＢＧ２５２の温度変化による波長変化の差分を温度変化による誤差として補償し、スプレー５の噴出圧力を演算する。
このようなスプレー５の噴出圧力の検出を、測定システム１の移動により通過するスプレー５毎に検出する。この検出結果は、例えば図１３に示すように、正常に噴出するスプレー５ではピーク状にスプレー噴出圧力が検出される。一方、ノズルが閉塞しているなどにより適切に噴出されていない、あるいは遮蔽物があり噴霧流５Ａが受圧部２２０に届かないなど、スプレー５による冷却が適切にできない場合、図１３中の左から３番目のノズルのように、ピークを検出できず、不良であることが判別できる。
このように、スプレー噴出圧力をデータ処理ユニット２２で検出し、噴出状態を適切に判別できる。
【００４６】
この噴出圧力の検出の際、急激に過大圧が受圧部２２０に作用した場合、圧力伝達部２２２が第二ばね部材２７０を大きく弾性変形する状態に変位することとなる。一方、第二ばね部材２７０が連接されている第一ばね部材２６０は、第二ばね部材２７０より大きなばね定数であることから、比較的に小さな変位量で弾性変形することとなる。
このため、光ファイバー２５０にも大きな引張力が作用することがなく、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷が生じることを防止できる。
さらに、大きな過大圧が加わった場合、圧力伝達部２２２はさらに大きく変位する状態となるが、規制部材２８０に当接し、それ以上は変位できなくなる。
このように、過大圧が加わっても、光ファイバー２５０には大きな引張力が作用することはなく、確実に光ファイバー２５０が断線するなどの損傷が生じることを防止できる。
【００４７】
［実施形態の作用効果］
上記第一実施形態では、スプレー５の噴出圧力の検出に、ＦＢＧ２５１が設けられた光ファイバー２５０を用いる。
このため、電磁波ノイズが生じる環境でも、電磁波ノイズの影響を受けずに、精度良く測定できる。
そして、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０に、この第一ばね部材２６０より小さいばね定数の第二ばね部材２７０を、圧力伝達部２２２の変位に応じて弾性変形するように設けている。
このため、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
【００４８】
そして、本第一実施形態では、圧力伝達部２２２の変位に応じて板ばねの第二ばね部材２７０が弾性変形するとともに、第二ばね部材２７０が中央に設けられた板ばねの第一ばね部材２６０も弾性変形する。この第一ばね部材２６０の弾性変形により、ＦＢＧ２５１が長手方向の中央に位置する状態に光ファイバー２５０の両端部が第一ばね部材２６０に保持され、弓状に張設された光ファイバー２５０に圧力に応じた引張力が作用される。
このため、過大圧が圧力伝達部２２２に加わっても光ファイバー２５０の損傷を防止できる構成が、板ばねの第一ばね部材２６０の中央に板ばねの第二ばね部材２７０を設ける簡単な構造で得られる。したがって、構造の簡略化による小型化、製造性の向上が容易に得られる。
【００４９】
また、長手方向の中間部を筐体２１０内に取付固定された板ばね状の台座部２３０の長手方向の両端部に、第一ばね部材２６０の長手方向の両端部をそれぞれ取り付けている。
このことにより、第一ばね部材２６０および台座部２３０は、第二ばね部材２７０の弾性変形に対応して弾性変形し、光ファイバー２５０に引張力を作用させるリンク機構を構成する。このため、過大圧が圧力伝達部２２２に加わっても光ファイバー２５０の損傷を防止できる構成が、板ばねを用いてリンク機構を構成する簡単な構造で得られる。したがって、構造の簡略化による小型化、製造性の向上が容易に得られる。さらに、リンク機構を構成することから、例えば０．１ｋＰａ〜３ｋＰａ程度の微小な圧力でも精度良く測定できる。
【００５０】
そして、台座部２３０に薄肉加工部２３６および穴加工部２３７を設け、第一ばね部材２６０に薄肉部２６６および穴部２６７を設け、弾性変形する構成としている。
このため、簡単な構造で所定のばね定数に設計することが容易にできる。
そして、台座部２３０における取付固定板部２３５およびばね板部２３４間は、３つの穴加工部２３７を有した薄肉加工部２３６により、４箇所で連結する構成となっている。また、台座部２３０におけるばね板部２３４および取付板部２３３間も、薄肉加工部２３６により４箇所で連結する構成となっている。同様に、第一ばね部材２６０も、３つの穴部２６７を有した薄肉部２６６により、４箇所で連結する構成となっている。このため、例えば、台座部２３０において、ばね板部２３４と取付固定板部２３５とがねじれるように外力が作用しても、複数箇所で連結する構成のため、１箇所で連結する構成に比して、ねじれが生じることを防止できる。したがって、良好に弾性変形するリンク機構を、薄肉加工および穴開け加工の簡単な構成で構築できる。
【００５１】
さらに、圧力伝達部２２２が所定以上に変位するような過大圧が圧力伝達部２２２に加わって第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形することを、規制部材２８０により規制する。
このため、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形して第一ばね部材２６０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０に過大な引張力が作用して損傷してしまうことを確実に防止できる。
【００５２】
そして、圧力伝達部２２２が所定以上に変位するような過大圧が圧力伝達部２２２に加わって第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形する際、圧力伝達部２２２が規制部材２８０に当接する位置に規制部材２８０を設けている。
このため、圧力伝達部２２２が変位する軌跡上で、圧力伝達部２２２が所定量変位する位置で当接するように、規制部材２８０を位置させればよく、規制部材２８０も板状に形成するのみで、リンク機構を横切るように配設する簡単な構造で得られ、過大圧に対する光ファイバー２５０の保護が確実に得られる。
【００５３】
さらに、過大圧により圧力伝達部２２２が所定以上に変位して第二ばね部材２７０が所定以上に弾性変形し、圧力伝達部２２２が規制部材２８０に当接する部分に、グリース２８６を塗布している。
このため、急激に過大圧が加わった際に当接する時の衝撃を低減でき、損傷を防止できる。また、グリース２８６自体の粘性により、ダミーバー１０が移動してスプレー５の噴出圧力を検出する際の移動時の振動、連続鋳造設備などの稼働する設備の振動など、１０Ｈｚ以上の周波数成分の外部からの振動に対する制振機能を示し、良好に圧力検出できる。
【００５４】
また、圧力検出用のＦＢＧ２５１の近傍に、温度補正用のＦＢＧ２５２を配設している。
このため、ＦＢＧ２５２により、ＦＢＧ２５１の周囲温度の変化に応じて、ＦＢＧ２５１で検出される反射光の波長変化を補償でき、より高精度にスプレーの噴出圧力を検出できる。
さらに、ＦＢＧ２５２をＦＢＧ２５１が設けられた光ファイバー２５０に設けている。
このため、１本の光ファイバー２５０を配設するのみでよく、製造性を向上できる。
【００５５】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１４および図１５を参照して説明する。
図１４は、本発明の第二実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図である。図１５は、第二実施形態のスプレー圧力測定装置における光ファイバーのＦＢＧを取り付けた状態を示す断面図である。
なお、図１４および図１５に示す第二実施形態では、上記第一実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００５６】
図１４に示す第二実施形態は、第一実施形態における光ファイバー２５０を取り付ける光ファイバー固定部２４０間に、光ファイバー２５０に代えて、第一ばね部材２６０とにより本発明の第一ばね部材を構成し保持部として機能する板ばね状の変形板ばね部２９０を設けている。すなわち、第二実施形態では、板ばねの変形板ばね部２９０を、第一ばね部材２６０の一部として機能させる。より具体的には、本発明の第一ばね部材として、第一ばね部材本体としての第一ばね部材２６０と、第一ばね部材２６０の長手方向の両端部間に保持される変形板ばね部２９０とを備えた構成としたものである。
【００５７】
この変形板ばね部２９０は、第一ばね部材２６０と同様に、長手状の板ばねにて形成され、長手方向の中央部分に、一面側に湾曲する湾曲部２９１を有している。
そして、変形板ばね部２９０は、湾曲部２９１が第一ばね部材２６０の受圧板部２６３に対向する側とは反対側に突出する状態で、光ファイバー固定部２４０間に配設されている。具体的には、第一ばね部材２６０の連結板部２６５に取り付けられた光ファイバー固定部２４０に、長手方向の両端部がそれぞれ一体的に取り付けられ、光ファイバー固定部２４０間に架橋するように配設されている。
この変形板ばね部２９０の湾曲部２９１の外面側に、光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１が変形板ばね部２９０の長手方向に沿って一体に取り付けられている。この取り付けは、例えば図１５に示すように、接着剤２９２にてＦＢＧ２５１を被覆するように、一体的に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、変形板ばね部２９０の湾曲部２９１に接着剤２９２にて保持されている。
なお、接着剤は、例えばエポキシ樹脂など、各種接着剤を利用できる。熱負荷が加わる環境では、耐熱性のものを用いればよい。
【００５８】
そして、スプレー５の噴出圧力の測定時、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位すると、変形板ばね部２９０に歪み、具体的には圧縮力が作用し、湾曲部２９１が引き延ばされるように弾性変形する。すなわち、第二ばね部材２７０が弾性変形すると、第一ばね部材２６０のばね部２６４が弾性変形するとともに、このばね部２６４に連結板部２６５および光ファイバー固定部２４０を介して連結する変位板ばね部２９０に伝播して変位板ばね部２９０の湾曲部２９１が弾性変形する。
この湾曲部２９１の弾性変形により、ＦＢＧ２５１に圧縮力が作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００５９】
この第二実施形態も第一実施形態の作用効果と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな圧縮力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線や折曲するなどの損傷を防止できる。
さらに、第二実施形態では、第一ばね部材２６０の弾性変形が変形板ばね部２９０を弾性変形させるので、第一実施形態における第一ばね部材２６０の弾性変形量より小さい弾性変形量がＦＢＧ２５１に作用することとなり、より光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
また、光ファイバー２５０のＦＢＧ２５１を変位板ばね部２９０に接着剤２９２にて貼り付けるように取り付けるので、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
そして、変形板ばね部２９０は、湾曲部２９１が台座部２３０側に湾曲する状態で設けられているので、湾曲部２９１が規制部材２８０と干渉することがなく、限られた筐体２１０内に良好に配置でき、大型化を防止できる。なお、台座部２３０に向けて湾曲する場合に限らず、他の部位との干渉の点などから、いずれの方向に湾曲させてもよい。
【００６０】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１６を参照して説明する。
図１６は、本発明の第三実施形態のスプレー圧力測定装置におけるリンク機構を示す断面図である。
なお、図１６に示す第三実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６１】
図１６に示す第三実施形態は、第一実施形態の第一ばね部材２６０にＦＢＧ２５１を直接取り付けたものである。
具体的には、図１６に示す第三実施形態の第一ばね部材２６０は、第一実施形態の第一ばね部材２６０と同様に長手状の板ばねにて形成され、長手方向の中央に受圧板部２６３を有し、長手方向の両端部に連結板部２６５を有している。受圧板部２６３と連結板部２６５との間には、第一折線２６１を設けることなく受圧板部２６３に一連に連続する保持部として機能する湾曲したばね部２６４が設けられている。なお、ばね部２６４と連結板部２６５との間には、第二折線が設けられた薄肉部２６６が設けられている。
そして、第一ばね部材２６０のばね部２６４には、台座部２３０に対向する面となる湾曲する内側に、ＦＢＧ２５１がばね部２６４の長手方向に沿って第二実施形態と同様に接着剤２９２にて一体に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、第一ばね部材２６０のばね部２６４に接着剤２９２にて保持されている。
【００６２】
そして、スプレー５の噴出圧力の測定時、台座部２３０、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位する。
第一ばね部材２６０の弾性変形により、第一ばね部材２６０の内側に取り付けられたＦＢＧ２５１に歪みが作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００６３】
この第三実施形態も上記各実施形態と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな歪みが作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線や折曲するなどの損傷を防止できる。
また、第三実施形態では、第二実施形態と同様に、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
さらに、第三実施形態では、第二実施形態の変形板ばね部２９０のような別部品を用いる必要がなく、構成が簡略化し、小型軽量化を容易に図れるとともに、製造性の向上や製造コストの低減が容易にできる。
【００６４】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の第四実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す断面図である。
なお、図１７に示す第四実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６５】
図１７に示す第四実施形態は、第一から第三実施形態におけるパンタグラフ様のリンク機構に代えて、第一板ばね部を筐体２１０内に取り付けたものである。
具体的には、図１７に示す第四実施形態の第一ばね部材２６０は、長手状の板ばねに形成されている。この第一ばね部材２６０は、保持部として機能する長方形のばね部２６４の長手方向の一端に、第二ばね部材２７０が設けられた受圧板部２６３を一連に設けている。また、第一ばね部材２６０は、ばね部２６４の長手方向の他端に、筐体２１０内に突設された取付台部２１５に取り付けられる固定部としての取付固定部２６９を一連に設けている。
そして、第一ばね部材２６０は、取付固定部２６９が取付台部２１５の先端部に取り付けられ、第二ばね部材２７０における取付台部２１５側と反対側に圧力伝達部２２２が取り付けられる。ＦＢＧ２５１は、第一ばね部材２６０のばね部２６４における圧力伝達部２２２が取り付けられた側に、ばね部２６４の長手方向に沿って第二実施形態および第三実施形態と同様に接着剤２９２にて一体に取り付けられている。すなわち、光ファイバー２５０は、ばね部２６４に接着剤２９２にて保持されている。
【００６６】
スプレー５の噴出圧力の測定時、第一ばね部材２６０および第二ばね部材２７０の弾性に抗して、圧力伝達部２２２が変位する。
第一ばね部材２６０の弾性変形により、ＦＢＧ２５１に歪み、具体的には引張力が作用し、ＦＢＧ２５１で反射される光の波長が変化する。この波長変化によりスプレー５の噴出圧力を演算することで噴出圧力を測定できる。
【００６７】
この第四実施形態も上記各実施形態と同様に、仮に過大圧が加わって圧力伝達部２２２が大きく変位する状況でも、第二ばね部材２７０が大きく弾性変形し、光ファイバー２５０を保持する第一ばね部材２６０は比較的に小さい弾性変形量となる。したがって、光ファイバー２５０に急激に大きな引張力が作用することを防止でき、光ファイバー２５０が断線するなどの損傷を防止できる。
また、第四実施形態では、第二実施形態と同様に、第一実施形態における光ファイバー２５０を張設する場合に比べて組み立て作業が容易で、組み立て作業時に誤って光ファイバー２５０を切断してしまうなどの不都合も生じず、より製造性を向上できる。
さらに、第四実施形態では、上記各実施形態のようなリンク機構を用いず、長手状の板ばねを１つ用いる極めて簡単な構造で、構成が簡略化し、より製造性を向上できる。
また、第四実施形態では、第一ばね部材２６０が直線状であることから、例えば熱が掛かる環境で測定する場合の温度補正も、第一ばね部材２６０自体の熱膨張率を用いて比較的に簡単な演算でよく、リンク機構を用いる構成に比べて容易に温度補正できる。
【００６８】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態におけるスプレー圧力測定装置を、図１８を参照して説明する。
図１８は、本発明の第五実施形態のスプレー圧力測定装置における第一ばね部材を示す断面図である。
なお、図１８に示す第五実施形態では、上記各実施形態と同一もしくは類似の構成については、同一の名称および符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００６９】
図１８に示す第五実施形態では、上記第四実施形態の第一ばね部材２６０として、一対のばね部２６４を有し、一対の取付台部２１５間に架橋する状態で設けたものである。
この第五実施形態も第四実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、第四実施形態より弾性変形する箇所が一対のばね部２６４となるので、より大きな圧力でも適切に測定できる。
さらに、第五実施形態では、一対のばね部２６４で圧力伝達部２２２に作用する圧力を受けるので、圧力伝達部２２２が直線上に移動する状態となり、精度良く安定して圧力を測定できる。
【００７０】
［変形例］
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。
例えば、板ばねの第一ばね部材２６０の長手方向の中央に板ばねの第二ばね部材２７０を設けた構成を例示したが、板ばね構造に限らない。例えば第二ばね部材２７０を円錐コイルばね状に形成してもよい。
また、板ばねの構造としては、単板の構造に限らず、重ね板ばねとしてもよい。
【００７１】
そして、第二ばね部材２７０をぜんまいばね状に打ち抜き形成したが、この形状に限らず、第一ばね部材２６０より弾性変形し易いいずれの形状とすることができる。
なお、ぜんまいばね状に形成することで、限られた範囲内で弾性変形し易い形状、例えば弾性板部２７２を長く形成でき、好適である。
さらに、第二ばね部材２７０を第一ばね部材２６０の長手方向の中央に設けて説明したが、この限りではない。例えば、第一ばね部材２６０の長手方向の端部に位置して設けてもよい。
【００７２】
また、板ばねの台座部２３０に第一ばね部材２６０を取り付けてリンク機構を構成させたが、この限りではない。例えば、台座部２３０を用いず、第一ばね部材２６０をぜんまいばね状に形成し、第一ばね部材２６０の一端側を軸支させ、他端側に第二ばね部材２７０を設ける。そして、第一ばね部材２６０を軸支する軸部に光ファイバー２５０の端部を取り付け、第一ばね部材２６０が弾性変形することで軸部が回転し、光ファイバー２５０が巻き取られるように引張力を作用させる構成のようにしてもよい。
【００７３】
そして、圧力伝達部２２２に位置決めピン２２２Ｄを設け、第二ばね部材２７０と連結する構成を例示したが、この限りではない。例えば、軸部２２２Ｃを円筒状に形成し、第二ばね部材２７０の位置決め孔２７１Ａを貫通するねじを軸部２２２Ｃに螺合して一体的に取り付けてもよい。
【００７４】
また、規制部材２８０は、圧力伝達部２２２が当接することで移動規制する構成を例示したが、例えば第二ばね部材２７０の押圧板部２７１に当接する位置あるいは形状として、第二ばね部材２７０に当接することで移動規制する構成としてもよい。さらに、別体の規制部材２８０を用いず、筐体２１０の一部に当接することで移動規制する構成としてもよい。また、移動規制する構成を設けなくてもよい。
さらに、規制部材２８０は、長手方向を光ファイバー２５０の長手方向に対して交差する状態で配設したが、図１９に示すように、圧力伝達部２２２のガイド鍔部２２２Ｂが当接するように一対配設してもよい。このような構成でも、当接する部分にグリースを設けることが好ましい。この図１９は、上記図１〜１３に示す実施形態と同一または類似の構成については同一の符号を付す。
そして、グリース２８６を設けたが、グリース２８６を用いなくてもよい。また、グリース２８６のダンピング機能の代替方法として、例えば筐体２１０内にシリコーンオイルを封入してもよい。なお、グリース２８６を用いる構成では、材料が少量でよく、製造が容易で製造コストの増大も防止でき、内部の保守管理、保守点検も容易にでき、好適である。
【００７５】
また、図１９に示す構成のように、規制部材２８０に取り付けると圧力検出用のＦＢＧ２５１から遠くなる、あるいは配線に際して他の部位と干渉してしまうなどの不都合がある場合には、温度補正用のＦＢＧ２５２を台座部２３０に取り付けてもよい。
そして、ＦＢＧ２５１，２５２を有した光ファイバー２５０を用いて説明したが、圧力検出用のＦＢＧ２５１と温度補正用のＦＢＧ２５２とを、それぞれ別体の光ファイバー２５０として２本用いる構成としてもよい。
また、温度補正用のＦＢＧ２５２を用いなくてもよい。
【００７６】
さらに、第二実施形態から第五実施形態において、ＦＢＧ２５１を接着剤にて被覆するように一体に取り付けて説明したが、ＦＢＧ２５１に歪みとして引張力を作用させて圧力を測定する場合には、ＦＢＧ２５１の両端側で取り付け、ＦＢＧ２５１自体は取り付けないようにしてもよい。
なお、例えば第四実施形態において、ＦＢＧ２５１をばね部２６４における取付台部２１５側に取り付け、ＦＢＧ２５１に歪みすなわち圧縮力を作用させて圧力を測定する場合には、ＦＢＧ２５１全体を被覆するように取り付ける。すなわち、圧縮力が作用した際に光ファイバー２５０にたるみが生じて精度良く圧力を測定できなくなるおそれがあることから、たるみが生じないように被覆するように取り付ける。
【００７７】
そして、第二実施形態から第五実施形態において、ＦＢＧ２５１を複数設けた光ファイバー２５０を用い、ばね部２６４の両面側の対応する位置に２つのＦＢＧ２５１が位置するように取り付けると、より精度良く測定できるので好ましい。
具体的には、例えば図２０に示すように、第四実施形態におけるばね部２６４のＦＢＧ２５１が取り付けた面と反対側の面で、ＦＧＢ２５１が取り付けられた位置と反対側の位置に、光ファイバー２５０の他の位置に設けられた別のＦＢＧ２５１を取り付ける。この図２０に示す構成で、スプレー５の噴出圧力の測定時、圧力伝達部２２２側に位置するＦＢＧ２５１には引張力が作用し、取付台部２１５側に位置するＦＢＧ２５１には圧縮力が作用する。このため、双方のＦＢＧ２５１の弾性変形量の差は、第四実施形態における弾性変化量のほぼ倍となる。したがって、弾性変形量が少ない場合でも、精度良く圧力を測定できる。
【００７８】
第三実施形態において、第一ばね部材２６０における受圧板部２６３に一連に設けたばね部２６４にＦＢＧ２５１を取り付けて説明したが、この限りではない。
例えば、本発明の第一ばね部材として、第一ばね部材２６０と台座部２３０とにより構成されるリンク機構とし、第三実施形態の保持部であるばね部２６４のように、台座部２３０のばね板部２３４が湾曲するように形成し、この湾曲形成したばね板部２３４にＦＢＧ２５１を取り付けても同様の作用効果が得られる。
【００７９】
第五実施形態において、一対の保持部であるばね部２６４を設けた構成としたが、例えばばね部２６４を放射状に複数設けて筐体２１０内に取り付けるなどしてもよい。
このように、圧力伝達部２２２に掛かる圧力に応じて、ばね部２６４の数を設定すればよく、簡単な設計変更で、各種用途に対応でき、汎用性を向上できる。
【００８０】
その他、本発明の実施における具体的な構成および形態などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、連続鋳造設備、鋼板の冷却装置などにおいて、液体または液体と気体を混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出状況の検出に利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
５…スプレー、２００…スプレー圧力測定装置、２１０…筐体、２２０…受圧部、２３０…台座部、２３３…中間部としての取付板部、２３４…板ばね部、２３５…端部としての取付固定板部、２５０…光ファイバー、２５１…圧力検出用のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）、２５２…温度補正用のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）、２６０…第一ばね部材、２６３…中央部としての受圧板部、２６４…保持部として機能し得るばね部、２６５…保持部としての連結板部、２６９…固定部としての取付固定部、２７０…第二ばね部材、２８０…規制部材、２８６…グリース、２９０…保持部としての変形板ばね部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置であって、
筐体と、
この筐体に設けられ、前記スプレーの噴出圧力に応じて変位する受圧部と、
前記筐体内に配設されたファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーと、
前記筐体内で前記光ファイバーを保持し、弾性変形により前記光ファイバーに歪みを作用させる第一ばね部材と、
この第一ばね部材に設けられ、前記第一ばね部材より小さいばね定数に形成され、前記受圧部の変位に対応して弾性変形して前記第一ばね部材を弾性変形させる第二ばね部材と、
を具備したことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材は、前記ファイバーブラッググレーティングに対向する中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーの両端部をそれぞれ保持する一対の保持部とを有する板ばねであり、
前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材は、中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーが保持される保持部を有する板ばねであり、
前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記中央部から湾曲する状態に前記台座部に取り付けられる板ばね状の保持部と、前記台座部の前記中間部から湾曲する状態に設けられた板ばね状のばね板部と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、
前記ばね板部は、前記保持部が取り付けられるとともに前記光ファイバーを保持可能である
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記中央部に一対の前記保持部がそれぞれ反対方向に延出して設けられているとともに、前記一対の保持部の先端間に両端部が保持され中間部に長手方向で湾曲する湾曲部を有した板ばね状の変形板ばね部を有し、この変形板ばね部の湾曲部に前記ファイバーブラッググレーティングを位置させて前記光ファイバーが保持されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記湾曲部は、前記中央部に対向する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲する
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項９】
請求項４に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材の前記保持部は、前記中央部と反対側の端部に前記筐体内に取り付けられる固定部が設けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記保持部は、それぞれ反対方向へ延出する状態に前記中央部に一対設けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーは、少なくとも前記ファイバーブラッググレーティングが接着剤にて被覆される状態で一体的に取り付けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーは、前記ファイバーブラッググレーティングが複数設けられ、前記第一ばね部材の両面の対応する位置に前記ファイバーブラッググレーティングが位置されて保持されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記受圧部の所定以上の変位に応じた前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する規制部材を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材に当接することで、前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材が当接する部分にグリースが塗布されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーブラッググレーティングの近傍に配設され、温度を検出するファイバーブラッググレーティングを具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１】
液体または液体と気体とを混合した二流体を噴出分散させるスプレーの噴出圧力を測定するスプレー圧力測定装置であって、
筐体と、
この筐体に設けられ、前記スプレーの噴出圧力に応じて変位する受圧部と、
前記筐体内に配設されたファイバーブラッググレーティングを有した光ファイバーと、
前記筐体内で前記光ファイバーを保持し、弾性変形により前記光ファイバーに歪みを作用させる第一ばね部材と、
この第一ばね部材に設けられ、前記第一ばね部材より小さいばね定数に形成され、前記受圧部の変位に対応して弾性変形して前記第一ばね部材を弾性変形させる第二ばね部材と、
を具備したことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材は、前記ファイバーブラッググレーティングに対向する中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーの両端部をそれぞれ保持する一対の保持部とを有する板ばねであり、
前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材は、中央部と、この中央部に連結され前記光ファイバーが保持される保持部を有する板ばねであり、
前記第二ばね部材は、前記第一ばね部材の中央部に設けられた板ばねである
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記筐体内に取り付けられる中間部と、前記第一ばね部材の保持部がそれぞれ取り付けられる端部とを有する板ばね状の台座部を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記中央部から湾曲する状態に前記台座部に取り付けられる板ばね状の保持部と、前記台座部の前記中間部から湾曲する状態に設けられた板ばね状のばね板部と、のうちの少なくともいずれか一方を備え、
前記ばね板部は、前記保持部が取り付けられるとともに前記光ファイバーを保持可能である
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記第一ばね部材は、前記中央部に一対の前記保持部がそれぞれ反対方向に延出して設けられているとともに、前記一対の保持部の先端間に両端部が保持され中間部に長手方向で湾曲する湾曲部を有した板ばね状の変形板ばね部を有し、この変形板ばね部の湾曲部に前記ファイバーブラッググレーティングを位置させて前記光ファイバーが保持されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記湾曲部は、前記中央部に対向する方向とは反対側へ突出する状態に湾曲する
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項９】
請求項４に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記第一ばね部材の前記保持部は、前記中央部と反対側の端部に前記筐体内に取り付けられる固定部が設けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のスプレー圧力測定装置において、
前記保持部は、それぞれ反対方向へ延出する状態に前記中央部に一対設けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーは、少なくとも前記ファイバーブラッググレーティングが接着剤にて被覆される状態で一体的に取り付けられている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーは、前記ファイバーブラッググレーティングが複数設けられ、前記第一ばね部材の両面の対応する位置に前記ファイバーブラッググレーティングが位置されて保持されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記受圧部の所定以上の変位に応じた前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する規制部材を具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材に当接することで、前記第二ばね部材の所定以上の弾性変形を規制する
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記規制部材は、前記受圧部または前記第二ばね部材が当接する部分にグリースが塗布されている
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載のスプレー圧力測定装置であって、
前記光ファイバーブラッググレーティングの近傍に配設され、温度を検出するファイバーブラッググレーティングを具備した
ことを特徴とするスプレー圧力測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−４７７３４（Ｐ２０１２−４７７３４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４７５５（Ｐ２０１１−１６４７５５）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００１５０７０７）長野計器株式会社 (62)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００１５０７０７）長野計器株式会社 (62)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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