Liquid quantity measuring device

本発明は、被測定体から流出する液量を測定する液量測定装置に関する。

従来、特許文献１、２のように、被測定体から流出する液量を測定する測定装置が知られている。 特許文献１では、被測定体から流出する液量に応じてガラス細管を上昇する液体レベルをラインカメラが検出することにより、被測定体から流出する液量を測定する。 特許文献２では、漏洩検知管内の液面高さ変化を圧力変化として検出することにより、被測定体から流出する液量を測定する。

特開平４−２５５５６８号公報

特開平１０−９９９１号公報

しかしながら、特許文献１、２では、被測定体から流出する液量を測定するためにガラス管または漏洩検知管の開放側の液面レベルを基準位置に戻す必要がある。 管内を上下する液面レベルが基準位置に戻るときに管の内壁面に液滴が付着するので、管の内壁面に付着した液滴が全て下降し終わるまで、液面レベルは不安定である。 管の内壁面に付着した液滴が下降する前に測定を開始すると、被測定体から流出する液量を高精度に測定できない。 したがって、高精度に液量を測定するためには、管の内壁面に付着した液滴が全て下降するまで待機する必要がある。 その結果、測定時間間隔が長くなるという問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、被測定体から流出する液量を短時間で高精度に測定する液量測定装置を提供することを目的とする。

請求項１から１０記載の発明では、測定通路に充填された液体に気泡が注入されており、被測定体から流出する液量に応じて液体中の気泡が測定通路を移動する移動量により被測定体から流出する液量を測定する。 測定通路の開放側の液面位置が通路壁面に付着した液滴の下降により変動しても、液中の気泡の位置は変化しない。 したがって、測定通路の開放側の通路壁面に付着した液滴が全て下降することを待つことなく、測定を開始するときの基準位置に液中の気泡を素早く戻すことができ。 したがって、測定時間間隔を短縮し、被測定体から流出する液量を高精度に測定できる。

請求項２記載の発明では、気泡が気泡を挟んで測定通路の液体を分離しているので、測定通路の通路壁面と気泡との間を通って液体が移動することを防止できる。 これにより、被測定体から流出する液量に応じた移動量で気泡が測定通路を移動するので、被測定体から流出する液量を高精度に測定できる。
ここで、気泡が移動する範囲の測定通路の断面形状が多角形であると測定通路の通路壁面と気泡との間に隙間ができ、この隙間を通って液体が移動する恐れがある。 請求項３記載の発明では、気泡が移動する範囲の測定通路の断面形状は円形であるから、測定通路の通路壁面と気泡との間に隙間が生じにくい。 これにより、被測定体から流出する液量に応じた移動量で気泡が測定通路を移動するので、被測定体から流出する液量を高精度に測定できる。

請求項４記載の発明では、検出装置で検出した気泡の位置を元に被測定体から流出する液量を算出装置で算出するので、被測定体から流出する液量を正確に短時間で測定できる。
請求項５および６記載の発明では、気泡に対し被測定体と反対側の測定通路の開放側に設置された圧力保持手段が、測定通路に充填された液体に開放側の雰囲気から加わる圧力を一定圧に保持するので、被測定体から流出する液量以外の要因で気泡の移動量が変化することを防止できる。

請求項６記載の発明では、気泡に対し被測定体と反対側の測定通路の開放側を密封容器で囲み開放側の雰囲気を密封することにより、測定通路の開放側の周囲雰囲気から気泡に加わる圧力変動を簡単な構成で防止できる。
請求項７および８記載の発明では、気泡に対し被測定体側の測定通路の容積の変化量を容積制限手段が制限するので、気泡に対し被測定体側の測定通路の液量が大きく変動しようとしても、気泡の位置が測定範囲から外れることを防止できる。

請求項９記載の発明では、被測定体と気泡との間の測定通路を大気側に開放可能な開閉装置を備えているので、被測定装置の取り付け、および取り外しの前に被測定体と気泡との間の測定通路を大気側に開放しておけば、液量測定装置に被測定体を取り付けるとき、ならびに液量測定装置から被測定体を取り外すときに測定通路の圧力または容積が変動しても、気泡の位置が移動することを防止できる。 測定中においては、被測定体と気泡との間の測定通路と大気側とは開閉装置で遮断する。

測定通路の通路径が大きくなると測定通路の上方に気泡が浮き上がり、測定通路の通路壁面と気泡との間に隙間が形成される恐れがある。 そこで請求項１０記載の発明では、光透過性材質で形成された気泡が移動する範囲の測定通路の通路径を１ｍｍ以下にしているので、測定通路の上方に気泡が浮き上がることを防止し、測定通路の通路壁面と気泡との間に隙間が形成されることを防止できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による液量測定装置を図１に示す。 被測定体としての燃料噴射弁１は、例えばガソリンエンジン用の燃料噴射弁である。 液量測定装置１０は、閉弁時における燃料噴射弁１のシート部からの漏れ量を測定する。
液量測定装置１０は、通路部材１２、１４、１６、１８、液柱管２０、密封容器２２、開閉弁３０、ダイヤフラム４０（図２参照）、液体供給装置５０、カメラ６０、および算出装置６２を備えている。

通路部材１２、１４、１６、１８および液柱管２０は測定通路１００を形成している。 測定通路１００は、通路部材１２に形成される測定通路１０２、通路部材１４および通路部材１６により気泡１１０の燃料噴射弁１側に形成される測定通路１０４、通路部材１６、通路部材１８および液柱管２０により気泡１１０の燃料噴射弁１と反対側に形成される測定通路１０６とを有している。 測定通路１０２は、測定通路１０２を大気側に開放するための開放通路１０３を有している。 測定通路１０８は、光透過性材質で形成されている通路部材１６が形成する測定通路である。 図１に示すように、測定通路１００には燃料噴射弁１から漏れる液量を測定するための試験液体１２０が充填されている。 測定通路１００の一方の端部を形成する通路部材１２に図示しないクランプ治具で燃料噴射弁１が取り付けられる。 燃料噴射弁１を取り付けた状態で試験液体が漏れないように、各部材の接続箇所はシールされている。

図１および図３に示す通路部材１６は、ガラス材またはアクリル材等の光透過性材質で形成されている。 通路部材１６が形成する測定通路１０８に充填された試験液体中に空気で形成された気泡１１０が注入されている。 測定通路１０８の断面形状は円形である。 測定通路１０８の通路径は、測定通路１０８で気泡１１０が上方に浮かない大きさ、例えば１ｍｍ以下に設定することが望ましい。 測定通路１０８の通路径の最小値は、気泡１１０が測定通路１０８を移動可能な通路径の最小値で決定される。 加工が可能であれば数ミクロンの通路径であっても気泡１１０は測定通路１０８を移動可能である。

液柱管２０は、測定通路１０８よりも上方に位置している。 したがって、液柱管２０内に充填された試験液体の液柱１２２の高さｈが圧力として気泡１１０に加わる。 燃料噴射弁１と反対側から液柱１２２が気泡１１０に圧力を加えることにより、気泡１１０の位置変動を防止できる。
圧力保持手段としての密封容器２２は、気泡１１０に対し燃料噴射弁１の取付位置と反対側の測定通路１００の開放側、つまり液柱管２０の開口側を囲み、液柱管２０の開口周囲の雰囲気を密封している。 これにより、密封容器２２の外部の雰囲気に流れや圧力変動が生じても、その影響が測定通路１００に加わらない。 したがって、燃料噴射弁１の漏れ量以外の外乱により気泡１１０の位置が変動することを防止できる。

開閉弁３０は、燃料噴射弁１と気泡１１０との間の測定通路１０２を大気側に開閉可能な開放通路１０３を開閉する開閉装置である。 開閉弁３０はボール３２およびピストン３４を有し、ピストン３４が下降しボール３２を押し込むことにより開放通路１０３は閉塞され、ピストン３４が上昇すると開放通路１０３は大気開放される。 開閉弁３０が設置されている箇所の液面位置は、燃料噴射弁１が設置される箇所の液面位置と同じになるように構成されている。

図２に示すように、ダイヤフラム４０は、金属製の薄膜で形成されており、通路部材１２と通路部材１４との間に挟持されている。 ダイヤフラム４０は、測定通路１００を燃料噴射弁１側と気泡１１０側とに仕切っている。 ダイヤフラム４０と通路部材１２、１４との間はＯリング４６によりシールされている。 通路部材１４には凹曲面を形成する凹部４２が形成されており、この凹部により液室１０５が形成されている。 ダイヤフラム４０は通路部材１２の端面４４および凹部４２により係止され、変位量を規制される。 ダイヤフラム４０、凹部４２および端面４４は特許請求の範囲に記載した容積制限手段を構成する。 また、端面４４および凹部４２は特許請求の範囲に記載した係止部である。 ダイヤフラム４０は、燃料噴射弁１および開閉弁３０が設置されている箇所の液面位置よりも高い位置に設置されている。 これは、燃料噴射弁１から漏れがない場合に、ダイヤフラム４０を図２の（Ａ）に示す基準位置に設定するためである。

液体供給装置５０は、燃料噴射弁１に試験液体を加圧して供給する装置である。 検出装置としてのカメラ６０は、測定通路１０８中の気泡１１０の位置を検出する。 算出装置６２は、カメラ６０が検出した気泡１１０の位置から気泡１１０の移動量を算出し、燃料噴射弁１から漏れた液量を算出する。

次に、燃料噴射弁１の漏れ量を測定する手順について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
（１）ステップ２００において、開閉弁３０を開弁し開放通路１０３を開放する。 通路部材１２の測定通路１０２が大気圧になると、ダイヤフラム４０は、通路部材１２の端面４４に係止され、図２の（Ａ）に示す基準位置に戻る。 気泡１１０も通路部材１８内の基準位置に戻る。
（２）燃料噴射弁１を閉弁し、図示しないクランプ治具で通路部材１２に取り付ける（ステップ２０２）。 このとき、開閉弁３０が開弁し測定通路１０２が大気開放されているので、燃料噴射弁１を通路部材１２に取り付けるときに測定通路１０２に圧力が加わったり、測定通路１０２の容積が変動しても、ダイヤフラム４０は基準位置から変位しない。

（３）開閉弁３０を閉弁し、ダイヤフラム４０の燃料噴射弁１側の測定通路１００を密封する（ステップ２０４）。
（４）液体供給装置５０から燃料噴射弁１に加圧した試験液体を供給し、燃料噴射弁１に液圧を印加する（ステップ２０６）。
（５）燃料噴射弁１のシート部に漏れがあると、測定通路１０２に試験液体が流出する。 すると、図２の（Ｂ）に示すように燃料噴射弁１から測定通路１０２に流出した試験液体の液量に応じてダイヤフラム４０が変位し、測定通路１０２の容積が増加する（ステップ２０８）。

（６）測定通路１０２の容積が増加しダイヤフラム４０が測定通路１０４側に変位すると、測定通路１０８に充填された試験液体とともに気泡１１０は燃料噴射弁１と反対側に移動する（ステップ２１０）。
（７）所定時間が経過すると（ステップ２１２）、液体供給装置５０から燃料噴射弁１への液圧印加を停止する（ステップ２１４）。

（８）カメラ６０が撮影した検出画像を元に、算出装置６２は気泡１１０の基準位置と最終移動位置とから気泡１１０の移動量を算出する（ステップ２１６）。 そして、気泡１１０の移動量と測定通路１０８の通路面積との積から燃料噴射弁１から漏れた液量を算出する（ステップ２１８）。 そして、算出した漏れ量をディスプレイ等に表示する（ステップ２２０）。 規定以上の漏れ量を測定された燃料噴射弁１は不良品である。

（９）開閉弁３０を開弁し開放通路１０３を大気側に開放する（ステップ２２２）。 これにより、測定通路１０２の圧力は大気圧に戻るので、ダイヤフラム４０は図２の（Ａ）に示す基準位置に戻り、通路部材１２の端面４４に係止される（ステップ２２４）。 ダイヤフラム４０が基準位置に戻ると、気泡１１０も通路部材１６内の測定通路１０８で基準位置に戻る（ステップ２２６）。

（１０）燃料噴射弁１を通路部材１２から取り外す（ステップ２２８）。 このとき、開閉弁３０が開弁し測定通路１０２が大気開放されているので、通路部材１２から燃料噴射弁１を取り外すときに負圧が測定通路１０２に加わらない。 したがって、ダイヤフラム４０等の部材の損傷を防止できる。
次の被測定体である燃料噴射弁１を用意し、上記（１）〜（１０）の手順を繰り返す。

以上説明した液量測定装置１０では、１個の燃料噴射弁１の漏れ量の測定終了後、開閉弁３０が開弁し測定通路１０２が大気圧に設定されダイヤフラム４０が基準位置に戻ると、液柱管２０の液柱１２２の液面位置に関わりなく試験液体１２０中の気泡１１０は基準位置に戻る。 したがって、ダイヤフラム４０が基準位置に戻るときに液柱管２０の通路壁面に付着している液滴が全て液柱１２２に下降するのを待つことなく、順次燃料噴射弁１を取り替えて漏れ量を高精度に測定できる。 したがって、測定時間間隔を極力短縮できる。

また、開閉弁３０が開弁し測定通路１０２が大気圧に設定されると、通路部材１２の端面４４でダイヤフラム４０が係止されるので、気泡１１０は基準位置よりもダイヤフラム４０側に移動しない。 また、測定通路１０２の液量が液室１０５の容積より増加しても、通路部材１４の凹部４２でダイヤフラム４０が係止されるので、気泡１１０は測定範囲から逸脱しない。 このようにダイヤフラム４０が係止部である通路部材１２の端面４４と通路部材１４の凹部４２とに変位方向の両側で係止されるので、気泡１１０の移動範囲を通路部材１６に形成した測定通路１０８に限定することができる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、気泡１１０に対し燃料噴射弁１の取付位置と反対側の測定通路１００の開放側を密封容器２２で囲み周囲の雰囲気を密封したが、周囲雰囲気に流れや圧力変動がないのであれば、密封容器２２を取り外してもよい。
また、カメラ６０で気泡１１０の位置を検出する代わりに、検出装置としてレーザ変位計を用いてもよい。 また、通路部材１６に設けた目盛りを目視して気泡１１０の移動量を検出してもよい。

また、上記実施形態では気泡１１０が注入されている測定通路１０８を水平に設置したが、鉛直方向または斜めに設置してもよい。 漏れ量を測定するときに気泡１１０の燃料噴射弁１側の測定通路１０２が閉塞されているので、測定通路１０８が傾斜しても気泡１１０は移動しない。 また、気泡１１０の数は１個に限らず複数でもよい。 本実施形態では、空気で気泡１１０を形成したが、試験液体に溶けにくいのであれば他の気体で気泡１１０を形成してもよい。

上記実施形態では、基準位置と最終移動位置との差から移動量を算出し、この移動量から漏れ量を算出した。 これ以外に、気泡１１０の移動途中の位置から時間当たりの移動量を算出し、この時間当たりの移動量から漏れ量を算出してもよい。
上記実施形態では被測定体として燃料噴射弁１を例に挙げたが、他の流体流量を制御する流量制御弁の漏れ量を測定してもよい。 また、漏れ量に限らず、被測定体から流出する微量の液量を測定する場合に本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態による液量測定装置示す模式的構成図である。

本実施形態による容積制限手段を示す拡大断面図であり、（Ａ）は液体流出前、（Ｂ）は液体流出後のダイヤフラムの状態を示す。

（Ａ）は本実施形態の通路部材を測定通路の一方側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態による液量測定のフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射弁（被測定体）、１０ 液量測定装置、１２、１４、１６、１８、２０ 通路部材、２２ 密封容器（圧力保持手段）、３０ 開閉弁（開閉装置）、４０ ダイヤフラム（容積制限手段）、４２ 凹部（容積制限手段、係止部）、４４ 端面（容積制限手段、係止部）、６０ カメラ（検出装置）、６２ 算出装置、１００ 測定通路、１０３ 開放通路、１１０ 気泡、１２０ 試験液体