JP2002333347A

JP2002333347A - 分流式流量計

Info

Publication number: JP2002333347A
Application number: JP2001137505A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yukimura; 由彦幸村; Shunsuke Maeda; 俊介前田; Takio Kojima; 多喜男小島; Takafumi Oshima; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-22
Also published as: US20020166376A1; US6647776B2; KR20020085838A; EP1256786A3; EP1256786A2

Abstract

(57)【要約】【課題】分流式流量計の流路内において検出素子近傍に
おける流れの乱れを少なくすることができ、さらに、低
流量域においても精度の良い流量測定が可能な分流式流
量計の提供。【解決手段】分流式流量計の流路に面するよう設けられ
た検出素子２と、流路１内において検出素子２近傍に形
成され、検出素子２に向かう流れを絞ることによりこの
流れの乱れを減少させるベンチュリ構造４を有し、この
ベンチュリ構造４が、流路１内において検出素子２と対
向する位置に設けられ、さらに、分流式流量計の流路１
内において検出素子２に向かって突出する突起部５を含
んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流れに関する諸
量、特に流量及び流速を測定するための分流式流量計に
関し、中でも発熱型もしくは吸熱型の検出素子及び／又
は半導体チップ上に一体形成された検出素子を用いた分
流式流量計に関し、例えば、車両又は産業用エンジンの
燃焼制御用質量流量センサ、或いは、産業用空調システ
ムやコンプレッサ圧縮空気供給システム用の質量流量セ
ンサ、更には家庭用ガスコンロの空燃比制御用流量セン
サ等として好適に用いられる分流式流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車を取り巻く状況において
は、エミッション規制等による環境への配慮が一段と求
められている。これらの規制をクリアするため、より高
精度なエンジン燃焼制御が求められており、これに伴
い、吸気管内の流量を正確に測定できる流量計が求めら
れている。

【０００３】従来、吸気管内の流量を測定するための流
量計として、分流式流量計が提案されている。この分流
式流量計は、主流管（測定対象管）内の流れの一部を分
流式流量計の流路（これを「分流路」または「分流管」
ともいう）内に導入し、この分流路内の流れを検出する
ことにより、前記主流管内の流量を測定するものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
提案されている分流式流量計は、検出素子上における流
れの乱れが大きいと共に、特に、低流量域において測定
精度が低いという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、分流式流量計の流路内に
おいて検出素子近傍における流れの乱れを少なくするこ
とができ、さらに、低流量域で精度の良い流量測定が可
能な分流式流量計を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象であ
る主流管内の流れの一部を分流し、この分流した流れを
検出素子を用いて検出することにより、前記測定対象で
ある主流管内の流れに関する諸量を測定する流量計、す
なわち、分流式流量計であって、測定流体が流れる流路
に面するよう設けられた検出素子と、該検出素子に向か
う流れを絞ることにより該流れの乱れを減少させるよう
機能するベンチュリ構造を有し、前記ベンチュリ構造
が、前記流路内において前記検出素子と対向する位置に
設けられるとともに、さらに該流路内において該検出素
子に向かって突出する突起部を有することを特徴とする
分流式流量計を提供する。

【０００７】この分流式流量計においては、ベンチュリ
構造の一部に突起部を有することを主なる特徴とするも
のであるが、ベンチュリ構造の全体（ベンチュリ構造自
体）が突起部を構成するものであってもよい。このよう
な分流式流量計によれば、前記ベンチュリ構造によっ
て、分流式流量計の流路内において検出素子近傍におけ
る流れの乱れが減少され、出力のばらつきが少なく精度
の良い流量測定が可能となる。さらに、前記突起部によ
って、流れの抵抗となる領域を低減した上で急激な圧力
差を生じさせることができ、この突起部と検出素子間の
通過流量を低流量域においても容易に増加させることが
できるため出力が大幅に向上される。また別に、この分
流式流量計によれば、流れの抵抗となる領域が低減され
ているため、中流量域から高流量域に亘っても出力が向
上され、また絞りの効果により乱れも少なく分解能の高
い測定を行うことができるため、この領域においても、
精度の良い流量測定が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。

【０００９】本発明の好ましい実施の形態においては、
ベンチュリ構造が部分的に突出し（ベンチュリ構造上に
突起部が形成された状態）、すなわち、ベンチュリ構造
の一部に突起部を有しており、この突起部が分流式流量
計の流路内において検出素子と対向する位置に設けられ
るとともに、該突起部がこの流路内において検出素子に
向かって突出する方向に形成されている。

【００１０】好ましくは、略Ω字形の分流路を形成する
ように分流路の内側に設けられた仕切りの底部外側壁面
を検出素子に近接して位置させることによりベンチュリ
構造を形成する。そして、上記の底部外側壁面よりさら
に突出した突起部を設ける。

【００１１】本発明の好ましい実施の形態においては、
突起部の表面のうち検出素子と対向する面の一部又は全
部が曲面である。これによって、突起部近傍での渦流あ
るいは剥離が防止できるため空気流の乱れが低減され出
力が向上される。

【００１２】本発明の好ましい実施の形態においては、
突起部を分流式流量計の流路（分流路）の流れ方向に沿
った面で切断した断面が三角形状、四角形状、多角形
状、紡錘形状、半円状、半楕円状のいずれか一種または
これらの組み合わせである。これによって、流れの抵抗
となる領域を極めて少なくすることが可能で、低流量域
のみでなく大流量域まで出力が向上される。

【００１３】本発明の好ましい実施の形態においては、
突起部が複数個形成される。これによって、これら複数
の突起部の組み合わせによって必要とされる流量特性の
性能を持った流量計を設計することができる。

【００１４】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流式流量計の流路構造が、検出素子の検出部に対して
垂直な中心線を含む面を挟んで対称に形成され、特に、
複数の突起部がこの面を挟んで面対称に形成ないし配置
される。このような分流式流量計によれば、順流及び逆
流の双方を同様に測定することができる。

【００１５】本発明の好ましい実施の形態においては、
複数の突起部が、分流式流量計の流路の流れ断面方向
（径方向）に沿って、互いに対向するよう形成ないし配
置され、これらの突起部の間に溝ないし空間が形成さ
れ、この溝ないし空間によって流れが検出素子の検出部
に向かって案内される。

【００１６】好ましくは、前記複数の突起部同士の間
に、検出素子の検出部に向かって開口する溝ないし空間
が形成される。これによって、低流量域での流量を確保
できるため低流量での出力が向上し、極めて部分的に絞
りを形成することで、流れの抵抗となる領域を少なくし
た状態で、検出素子上の検出部分のみに流れを導入する
ことができる。その上で急激な圧力差を付けられるた
め、低流量域における流量増加が可能となり出力が向上
される。

【００１７】また、別に好ましくは、前記複数の突起部
同士の間に、さらに、検出素子に向かって突出する高い
突起部が形成される。これによって、低流量域では中央
部の高い突起部の絞り効果によって出力が向上し、更に
大流量域ではその両脇の低い突起部がバイパスとなるた
め、飽和状態を遅延することができ大流量出力が向上さ
れる。

【００１８】本発明の好ましい実施の形態においては、
突起部の先端と検出素子との間の間隔を、検出素子の検
出部を形成するダイヤフラムの表面に対して平行かつ流
れ方向に対して垂直な方向の幅（流れ断面方向の幅）と
同等又はそれよりも小さくする。たとえば、上記の流れ
断面方向の幅が３ｍｍ以下であるときは、突起部の先端
と検出素子との間の間隔も３ｍｍ以下とすることが好ま
しい。検出部のダイヤフラム表面から対向面（突起部先
端）までの距離とダイヤフラムの幅との上記のような関
係によって、検出部とその対向面（突起部先端）の間に
設けられたベンチュリ開口部において十分な絞りが形成
でき、所定の効果が得られる。

【００１９】本発明による分流式流量計は、流量の他
に、必要に応じて、流速等の流れに関する諸量の測定に
用いることができる。

【００２０】本発明の好ましい実施の形態においては、
安定した高精度測定を実現するため、分流路の導入口と
導出口とを短絡するバイパス流路を設け、及び／又は、
検出素子近傍の分流路の管径を絞るためのベンチュリ構
造を付加する。このバイパス流路によって検出素子への
測定流体供給が安定化され、又、上述したように、分流
路内へ測定流体（主流管内の流れ）が取り込まれ易くな
る。また、上記ベンチュリ構造によって、検出素子の検
出部（検出面ともいう）上において、測定流体の乱れを
効果的に整流することができる。かくして、これらバイ
パス流路及びベンチュリ構造によって、脈動が発生した
場合、さらには逆流が発生した場合でも、測定が安定化
され、又高精度の測定が可能となる。

【００２１】特に、分流路の流路構造を検出素子を中心
として入り口側と出口側とで対称に形成する場合には、
上記バイパス流路ないし該バイパス流路の流れ断面径を
小さくするためのベンチュリ構造を設けることにより、
脈動が発生した場合、さらには逆流が発生した場合も、
検出素子に到達する流れの一層の安定化を図ることがで
きる。

【００２２】本発明の好ましい実施の形態においては、
上記バイパス流路にベンチュリ構造が設けられ、ベンチ
ュリ構造を形成する流路壁の突出量ないしベンチュリ構
造の開口面積によって検出素子へ向かう測定流体の流量
が設定される。これによって、検出素子へ向かう流量を
定量的に制御することができる。

【００２３】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流路内に、検出素子の検出面に向かって斜めに当たる
ような流れを形成する流れ制御手段が設けられる。この
流れ制御手段によって、定常的に検出素子の検出面に検
出すべき流れが供給され、確実に該検出面上を検出すべ
き流れが流れるようになる。加えて、検出面近傍におけ
る渦流及び剥離の発生が抑制されるため、検出精度及び
再現性が向上される。

【００２４】本発明の好ましい実施の形態においては、
ダウンフロー、すなわち、検出素子の検出面に斜めに当
たる流れないし検出面に対し斜めに流れる流れを形成す
るための流れ制御手段として、検出素子の少なくとも上
流、或いは上流及び／又は下流において、検出面より隆
起している流路面（隆起部）が設けられる。上記隆起の
形態としては、検出面に斜めに当たる流れを形成できる
ものであればよく、好ましくは、凹状又は凸状に隆起し
たり、隆起表面が直線的、多角形状又は凹曲面状の傾斜
面とされる。

【００２５】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流路（検出管）の変曲部において、検出素子の検出面
が該分流路内に晒されている。さらに好ましくは、主流
管（測定対象管）に直交する方向に変曲管（分流路）が
取付けられ、この変曲管の変曲部（折曲部、流路が曲が
る部分）に検出素子が設けられる。或いは、分流路の流
れが反転する部分又は流れの向きが大きく変更される部
分ないしその近傍に、検出素子が配置される。また好ま
しくは、分流路内の流れが速い部分に、検出素子の検出
面が晒される。また好ましくは、分流路内において流れ
が絞られ、続いて流れが変向する部分ないしその近傍に
検出素子の検出面が晒される。

【００２６】本発明の好ましい実施の形態においては、
分流路の底壁（導入口及び導出口に対して最も奥側に位
置する流路の壁面）に対して取付けられた検出素子が、
主流管の管外に位置する。これによって、検出素子の取
付け及び交換が容易となり、検出素子の出力の取出しも
容易となる。

【００２７】本発明の好ましい実施の形態においては、
以下のような検出素子を用いることができる。すなわ
ち、この検出素子は、基本的に基板表面に４つの薄膜抵
抗体が設けられた熱式検出素子である。より具体的に
は、半導体基板上にダイヤフラム部とリム部が設けられ
ている。ダイヤフラム部には、(１)上流温度センサ及び
(２)下流温度センサと、上流温度センサと下流温度セン
サの間に配置された(３)ヒータが設けられている。一
方、リム部には(４)雰囲気温度センサが設けられてい
る。ダイヤフラム部は、極薄化され熱絶縁が図られてい
る。

【００２８】次に、この検出素子を用いた流速や流量等
の流れに関する諸量の検出原理を説明する。 (１)ヒータが雰囲気温度に対して常に一定の温度差をも
つよう、ヒータに供給する電力を制御する。 (２)したがって、流れがない場合には、上流温度センサ
と下流温度センサの温度はほぼ等しくなっている。 (３)しかし、流れがある場合には、上流温度センサの温
度はその表面から熱が逃げるため低下する。下流温度セ
ンサの温度はヒータからの熱入力が増加するため、温度
変化は上流温度センサのそれよりも小さい。なお、下流
温度センサの温度は上昇する場合もある。 (４)上流温度センサと下流温度センサの温度差に基づき
流量や流速等を検出し、この温度差の符号（大小関係）
から流れ方向を検出する。なお、上記温度差は、温度に
よる電気抵抗の変化に基づき検出することができる。

【００２９】本発明の好ましい実施の形態において、あ
るいは、以下のような別の検出素子を用いることもでき
る。すなわち、この検出素子は、基本的に基板表面に３
つの薄膜抵抗体が設けられた熱式検出素子である。より
具体的には、半導体基板上にダイヤフラム部とリム部が
設けられている。ダイヤフラム部には、(１)上流ヒータ
及び(２)下流ヒータが設けられている。一方、リム部に
は(３)雰囲気温度センサが設けられている。ダイヤフラ
ム部は、極薄化され熱絶縁が図られている。

【００３０】次に、この別の検出素子を用いた流速や流
量等の流れに関する諸量の検出原理を説明する。 (１)上流ヒータおよび下流ヒータともに雰囲気温度に対
して常に一定の温度差をもつよう、ヒータに供給する電
力を制御する。 (２)したがって、流れがない場合には、上流ヒータと下
流ヒータの温度はほぼ等しくなっている。 (３)しかし、流れがある場合には、上流ヒータと下流ヒ
ータの温度はその表面から熱が逃げるため低下する。下
流ヒータの温度は上流ヒータからの熱入力が増加するた
め、温度変化は上流ヒータのそれよりも小さい。なお、
下流ヒータの温度は上昇する場合もある。 (４)上流ヒータと下流ヒータの温度低下に基づき、定温
を維持するために必要とした電流あるいは電圧の各々の
差から流量や流速等を検出し、またこの電流あるいは電
圧の差の符号（大小関係）から流れ方向を検出する。な
お、上記温度低下は、温度による電気抵抗の変化に基づ
き検出することができる。

【００３１】本発明の好ましい実施の形態においては、
検出素子の温度に基づいて、流量及び／又は流速等の流
れに関する量を測定するものである。

【００３２】本発明による分流式流量計は、種々の車両
のエンジンの吸気系に設置され、２輪又は４輪の車両に
搭載されるエンジンの吸気量等の測定に適用することが
できる。例えば、本発明による分流式流量計は、４輪の
車両に搭載されるエンジンの吸気系において、エアクリ
ーナ内からスロットルバルブに至る管路のいずれかの部
分に設置される。また、本発明による分流式流量計は、
２輪の車両に搭載されるエンジンの吸気系において、シ
リンダに接続する２輪車用吸気管あるいはエアークリー
ナボックス内のエアファンネル等に、吸気ガスの流量な
いし流速等を測定するため付設される。

【００３３】

【実施例】以上説明した本発明の好ましい実施の形態を
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。

【００３４】［実施例１］まず、本発明の一実施例に係
る分流式流量計、具体的には、検出素子に対向するベン
チュリ構造を有し、このベンチュリ構造の一部が突起部
を形成している分流式流量計について説明する。

【００３５】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の一
実施例に係る分流式流量計の構造を説明するための図で
あって、図１（Ａ）は、分流式流量計を測定対象である
主流管の管軸方向に沿った面で切断した縦方向中心断面
図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【００３６】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照すると、
主流管１９内には、測定対象流れである主流Ｍが流れて
いる。主流管１９の管壁には、主流Ｍから分かれた分流
Ｄを取り込み可能に、主流管１９の管軸方向に直交して
分流管２０が装着されている。分流管２０内には、主流
Ｍの流れ方向（主流管１９管軸方向）と略直交する方向
に延在する導入板２４（主セパレータ）によって、略Ω
字状に湾曲した分流路が形成されている。分流管２０の
外壁２３両端には、主流Ｍの流れ方向と略直交する面で
それぞれ開口する導入口（導出口ともなる）２５及び導
出口（導入口ともなる）２６が対向形成されている。分
流管２０の頂部外壁２９と導入板２４の一端の間には、
バイパス流路３５が形成され、導入口２５と導出口２６
の間を短絡している。

【００３７】さらに、分流管２０内には、その湾曲形状
に応じて湾曲した仕切り２７が形成されている。分流管
２０内には、この仕切り２７によって、互いに分岐及び
合流する外周側及び内周側分岐流路２８ａ，２８ｂが形
成されている。

【００３８】外壁２３の両端部内側（導入口２５及び導
出口２６近傍）には、外周側の分岐流路２８ａの入口及
び出口をそれぞれ塞ぐ方向に隆起した起伏部３３，３４
がそれぞれ形成されている。起伏部３３，３４によっ
て、導入口２５と外周側の分岐流路２８ａの入口間の流
路、及び導出口２６と外周側分岐流路２８ａの出口間の
流路に絞りがそれぞれ形成されている。

【００３９】分流管２０の底部外壁には、外周側分岐流
路２８ａ内の流れに曝されるよう、検出素子３２が回路
基板３１を介して取り付けられている。このように、検
出素子３２は、分流管２０の変曲部に配置され、又交換
容易なように主流管１９の管外に位置している。

【００４０】そして、外周側分岐流路２８ａにおいて、
検出素子３２と仕切り２７の間には、ベンチュリ構造３
０が形成されている。ベンチュリ構造３０は、検出素子
３２に向かう流れを絞ることにより該流れの乱れを減少
させるよう機能する。

【００４１】また、仕切り２３のＵ字状底部の検出素子
３２に対向する部分は、検出素子に向かって突出してい
る。かくして、ベンチュリ構造３０の一部は、検出素子
３２の検出面に向かって突出する突起部３０ａを形成し
ている。

【００４２】また、外壁２３底部内側には、検出素子３
２を挟んで両側に、分岐流路２８ａの流れ断面中央に向
かって突出する隆起部２３ａ，２３ｂが形成されてい
る。隆起部２３ａ，２３ｂ上の流路面は凹曲面に形成さ
れている。仕切り２７は検出素子３２の近傍において、
検出素子３２に向かって凸状に湾曲している。仕切り２
７の検出素子近傍２７ａの流路面は、検出素子３２に向
かって凸な凸曲面に形成されている。このような流路構
造によって、検出素子３２の検出面に向かって斜めに流
れるダウンフローＤＷが形成される。

【００４３】引き続き、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参
照して、この分流式流量計の流路内に導入された流れの
様子（図１（Ａ）中、左から右へ主流Ｍが流れる場合）
を説明する： (１) 主流Ｍから分かれた分流Ｄが導入口２５から分流
管２０内に取り込まれる；

【００４４】(２) 分流Ｄは、起伏部３３の手前で、主
流Ｍの流れ方向に対して略直交する流れ（方向転換され
た流れ）Ｄ１と、主流Ｍの流れ方向に対して略平行な流
れＤ２とに分かれる。流れＤ１は、分流Ｄに対してほぼ
直角に大きく方向転換されている。このとき、分流Ｄ中
に含まれる汚染物質は測定流体よりも比較的質量が大き
く慣性力が高く、急激な方向転換には追従できないた
め、流れＤ１中に含まれる汚染物の量は減少する。一
方、流れＤ２は、分流Ｄの流れ方向のままほぼ直進して
いる流れであるから、汚染物質もそのまま流れＤ２によ
り運ばれてバイパス流路３５を経由して、導出口２６か
ら分流管２０外へ排出される；

【００４５】(３ａ) 流れＤ１は、導入板２４と起伏部
３３によって形成された絞りによって、流速が上昇し、
分岐流路２８ａ，２８ｂに流れ込む。ここでも、測定流
体よりも比較的質量の大きな汚染物質は絞られた後の流
れの急激な方向転換に追随できないため、慣性により内
周側の分岐流路２８ｂの方へ侵入する。よって、二度の
方向転換による汚染物質の慣性を利用した排出機構によ
り汚染物質の極めて少ない測定流体が、検出素子３２を
有する外周側分岐流路２８ａの方へ流入することとな
る。そして、検出素子３２の検出面に対して斜めに当た
る流れ、すなわち、ダウンフローＤＷが生じる。また、
突起部３０ａによって、流れの抵抗となる領域を低減し
た上で急激な圧力差を生じさせることができ、この突起
部３０ａと検出素子３２間の通過流量を低流量域におい
ても容易に増加させることができるため出力が大幅に向
上される。また、この突起部３０ａによって、中流量域
から高流量域に亘っても出力が向上され、また絞りの効
果により乱れも少なく分解能の高い測定を行うことがで
きる；

【００４６】(３ｂ) 流れＤ２は、バイパス流路３５へ
流入する；

【００４７】(４) 分岐流路２８ａ，２８ｂに流入した
流れＤ１は、バイパス流路３５を通過した流れＤ２によ
って引き出され、導出口２６から主流管１９内へ戻され
る。

【００４８】また、この分流管２０は、検出素子３２を
中心として、対称な流路構造を有し、さらに、検出素子
３２の検出面に対して垂直な中心線を含む所定面に対し
て面対称な流路構造を有する。よって、この分流管２０
によれば、主流Ｍが図１（Ａ）中、左から右方向に流れ
る場合（順流）と、及び主流Ｍが図１（Ａ）中、右から
左方向に流れる場合（逆流）とにおいて、いずれの場合
においても主流Ｍの流量を同様に測定することが可能で
ある。

【００４９】次に、分流式流量計の流路内において、検
出素子近傍に設けられたベンチュリ構造が検出素子に向
かって突出する突起部を含む、又いわばベンチュリ構造
自体が突起部を構成している、本発明の他の実施例を説
明する。なお、下記の実施例２〜６が、前記本発明の一
実施例のベースとなる構造を有する分流式流量計と共通
の構造を有する点については、適宜、上述の説明を参照
することができるものとし、以下、主として、後述の各
実施例２〜６に係る分流式流量計と前述の分流式流量計
との相違点について説明する。

【００５０】［実施例２］図２は、本発明の実施例１に
係る分流式流量計等においてベンチュリ構造に設けられ
た突起部の構造のバリエーションを説明するための図で
あって、図中の各マトリックスには分流式流量計の部分
断面図がそれぞれ示されている。なお、各断面の切断方
向はいずれも、前記図１（Ａ）の断面の切断方向と同方
向であり、また、導入板（主セパレータ）は省略されて
いる。

【００５１】ここで、(１)列はベンチュリ構造に突起部
を有さないタイプ（ベンチュリ構造全体（ベンチュリ構
造自体）が突起部４（５）を構成するもの）、(２)列か
ら(４)列はベンチュリ構造に突起部を有するタイプであ
って、(２)列は突起部５の流れ方向の長さが比較的長
く、突起部５の幅が検出素子２の幅と同程度かあるいは
それ以上に幅広に形成されているタイプ、(３)列は突起
部５の流れ方向の長さが(２)列に比べて比較的短く、突
起部５の幅が検出素子２の幅より狭く形成されているタ
イプ、(４)列は突起部５の突出長さ（高さ）が(２)列及
び(３)列よりも長いタイプをそれぞれ示している。さら
に、(A)行は突起部５の先端に平坦部を有するタイプ、
(B)行は(A)行の突起部５先端の平坦部を曲面状（Ｒ形
状）にしたタイプ、(C)行は突起部５全体を曲面状（Ｒ
形状）にしたタイプ、(D)行は突起部５を紡錘形状にし
たタイプ、(E)行は突起部５を尖塔形状にしたタイプ、
(F)行は突起部５を三角形状にしたタイプをそれぞれ示
している。

【００５２】本発明では、上記の(２)列〜(４)列及び
(A)行〜(F)行の任意の組み合わせによって種々の形状を
選択して用いることができる。これらの中で特に好まし
い突起部の形状の例は(４)列(C)行に示したタイプのも
のであり、以下、これを例にして説明する。

【００５３】図２中に示したベンチュリ構造を有する分
流式流量計においては、分流管内に仕切り３が設けられ
ている。この仕切り３によって、検出素子２の近傍にお
いて略Ｕ字状に湾曲した流路（分流路）１が形成されて
いる。この流路１内に、測定対象流れ（分流Ｄ（図１
（Ａ）参照））が導入され、導入された流れは、流路１
に面するよう配置された検出素子２に向かって流れる。
検出素子２の近傍において、詳細には、検出素子２と仕
切り３の間には、ベンチュリ構造４が形成されている。
ベンチュリ構造４は、検出素子２に向かう流れを絞るこ
とにより該流れの乱れを減少させるよう機能する。

【００５４】さらに、ベンチュリ構造４には突起部５が
形成されている。突起部５は検出素子２に向かって突出
し、その先端が流路１内において仕切り３上に検出素子
２と対向する位置となるように形成されている。突起部
５の先端面、すなわち、検出素子２と対向する面（頂
面）は曲面状に形成されている。また、突起部５の先端
と検出素子２との間隔Ｗ（(２)列(B)行参照）は、３ｍ
ｍ以下とすることが好ましい。

【００５５】なお、(２)列(A)行に例示したように、突
起部５は検出素子２の検出面の中心線に対して面対称に
形成することが好ましい。これによって、順流と逆流の
双方を同様に検出することが可能となる。

【００５６】［実施例３］図３は、本発明の実施例１に
係る分流式流量計においてベンチュリ構造に設けられた
突起部の構造のバリエーションを説明するための図であ
って、図中の各マトリックスには分流式流量計の仕切り
の部分斜視図がそれぞれ示されている。これらの分流式
流量計においては、ベンチュリ構造が単数又は複数の小
突起部（小突起部）を有している。なお、各マットリッ
クスの斜視図中、被検出流れは、基本的に、右上から左
下方向（又はその逆方向）に流れる。

【００５７】ここで、(５)列は流路の流れ断面中央部の
仕切り全体を突出させたタイプ（中突起部７ｃを有す
る）、(６)列は突起部の流れ方向の中央部のみを突出さ
せたタイプ（中突起部７ｃを有する）、(７)列は流路の
流れ断面の両サイドの仕切り全体を突出させたタイプ
（外突起部７ａ，７ｂを有する）、(８)列は突起部の流
れ方向の両サイドを突出させたタイプ（中突起部７ｃ及
び外突起部７ａ，７ｂを有する）をそれぞれ示してい
る。なお、(A)行〜(F)行は前述の実施例１と同様のタイ
プを示すものであるので説明を省略する。

【００５８】本発明では、上記の(５)列〜(８)列及び
(A)行〜(F)行の任意の組み合わせによって種々の形状を
選択して用いることができる。これらの中で特に好まし
い突起部の形状の例は(８)列(B)行及び(８)列(C)行に示
したタイプのものであり、以下、これを例にして説明す
る。

【００５９】(８)列(B)行及び(８)列(C)行に示す分流式
流量計は、ベンチュリ構造の一部が検出素子の検出面と
概ね平行な方向に延伸する中突起部７ｃを有すると共
に、この中突起部７ｃの両サイドにさらに検出素子側に
突出する外突起部７ａ，７ｂが付加されている。

【００６０】［実施例４］図４は、本発明の実施例１に
係る分流式流量計においてベンチュリ構造に設けられた
突起部の構造のさらに異なるバリエーションを説明する
ための図であって、図中の各マトリックスには分流式流
量計の仕切りの部分斜視図がそれぞれ示されている。な
お、各マットリックスの斜視図中、被検出流れは、基本
的に、右上から左下方向（又はその逆方向）に流れる。

【００６１】ここで、(９)列はベンチュリ構造を構成す
る仕切り壁面の中央部付近を流れ方向に延伸する平溝６
を形成したタイプ、(10)列はベンチュリ構造の一部に形
成された突起部５ａ，５ｂの中央に流れ方向に延伸する
平溝６を形成したタイプ、(11)列は互いに対向する縦方
向に長い一組の突起部８ａ，８ｂを有し、二方向にベン
チュリ作用を発揮するようにしたタイプであって、詳細
には大きな縦方向の絞りと小さな横方向の絞りが形成さ
れているもの、(12)列は互いに対向する縦方向に長い突
起部と、これら長い突起部の間に比較的短い突起部を有
し（溝の底部が盛り上がっている）、大きな縦方向の絞
りに加え、小さな横方向の絞りと小さな縦方向の絞りが
形成されているタイプをそれぞれ示している。

【００６２】本発明では、上記の(９)列〜(12)列及び
(A)行〜(F)行の任意の組み合わせ、あるいは更に前述の
図３に示した形状との任意の組み合わせによって種々の
形状を選択して用いることができる。例えば、上述した
(8)列と(12)列のタイプの突起部を合成し輪郭を滑らか
に繋ぐことにより、後述の図６に示すような形状のベン
チュリ構造とすることもできる。

【００６３】［実施例５］図５は、本発明の実施例１に
係る分流式流量計等においてベンチュリ構造に設けられ
る突起部の構造のさらに異なるバリエーションを説明す
るための図であって、ベンチュリ構造に突起部を一個の
み設けた構造を説明するための仕切りの部分斜視図であ
る。

【００６４】図５に示すように、この例では図４の(11)
列(C)行のタイプと同様の形状をした突起部９が一個の
み形成されており、この場合、突起部９は、検出素子側
から見た断面形状が半楕円状の立体形状を有しており、
測定対象ガスが検出素子の検出面上を流れるように突起
部９の曲面が流路の中心側を向いて形成されている。

【００６５】［実施例６］図６は、本発明の実施例１に
係る分流式流量計等においてベンチュリ構造に設けられ
る突起部の構造のさらに異なるバリエーションを説明す
るための図であって、滑らかな曲面を有する突起部の立
体形状を説明するための部分外観図（突起部近傍の部分
図）であって、突起部の立体形状を説明するための図で
ある。

【００６６】図６を参照すると、円弧ないし楕円弧状の
面上に、鞍状の突起が形成され、この鞍状突起は、列を
なして配列された三個の突起部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
を有している。両側の突起部１０ａ，１０ｂが中央の突
起部１０ｃより段高に形成されている。本形状は滑らか
な曲面で構成されているため、測定流体の乱れが非常に
少なく、かつ流れに対する抵抗も低い。

【００６７】［測定例１］本発明の一実施例に係る分流
式流量計を用い、主流管に流す流量を変化させて、この
分流式流量計の出力を測定した。図７は、この測定例で
用いた分流式流量計の構造及び寸法を説明するための部
分断面図である。

【００６８】図７に示した分流式流量計は、ベンチュリ
構造４の一部に突起部５が形成されている。突起部５の
先端は、半円状（Ｒ０．５ｍｍ）に形成されている。突
起部５の幅は、検出素子２の幅（検出素子２の検出部を
形成するダイヤフラムの表面に対して平行かつ流れ方向
に対して垂直な方向の幅（流れ断面方向の幅））３ｍｍ
に対して約１ｍｍと狭くなっている。突起部５の突出長
さは約２ｍｍである。突起部５の先端と検出素子２間の
クリアランス（突起部５の先端と検出素子２との間隔）
は、約０．５ｍｍである。分流路式流量計の直線状流路
の流れ開口部幅は、約３ｍｍである。分流式流量計の流
路の変曲部内側の曲率はＲ３ｍｍであり、同外側の曲率
はＲ４ｍｍである。突起部５の立ち上がり部の曲率はＲ
０．５ｍｍである。

【００６９】そして、この分流式流量計を、図１（Ａ）
に示すように主流管１９に装着して上述の測定を行っ
た。また、比較のため、図７に示した突起部５を有して
いない以外は、本発明の一実施例に係る分流式流量計と
同様の構造及び寸法を有する比較例に係る分流式流量計
を用いて、同様に測定を行った。

【００７０】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、この測定例
１の結果を説明するためのグラフであって、図８（Ａ）
は、主流管流量と分流式流量計の出力の関係を示すグラ
フであり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示したグラフ中、
低流量域を拡大して示すグラフである。なお、図８
（Ａ）及び図８（Ｂ）においては、最大流量及び最大出
力をそれぞれ「１」とする相対値で全データを表示して
いる。

【００７１】図８（Ｂ）を参照すると、低流量域、特
に、０．０１（分流式流量計の出力）／１（主流管の流
量）以下の流量域において、本発明の一実施例に係る分
流域流量計は、比較例に係る分流式流量計と比較して、
出力のレベルが約１．５〜２倍高かった。

【００７２】また、中流量域〜高流量域、特に、０．２
（分流式流量計の出力）／１（主流管の流量）以上の流
量域において、本発明の一実施例に係る分流域流量計に
よれば、比較例に係る分流式流量計と比較して、検出曲
線の飽和状態への到達が遅延されており、分解能も高く
されていることが分かる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、分流式流量計の流路内
において検出素子近傍における流れの乱れを少なくする
ことができ、さらに、低流量域においても精度の良い流
量測定が可能な分流式流量計が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例１に係る
分流式流量計のベースとなる構造を説明するための図で
あって、（Ａ）は分流式流量計を測定対象である主流管
の管軸方向に沿った面で切断した縦方向中心断面図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。

【図２】本発明の実施例２に係る分流式流量計の説明図
であって、本発明の実施例１に係る分流式流量計等のベ
ンチュリ構造ないし突起部のバリエーションを説明する
ための部分断面図のマトリックス表である。

【図３】本発明の実施例３に係る分流式流量計の説明図
であって、本発明の実施例１に係る分流式流量計等のベ
ンチュリ構造に形成される突起部のバリエーションを説
明するための部分斜視図のマトリックス表である。

【図４】本発明の実施例４に係る分流式流量計の説明図
であって、本発明の実施例１に係る分流式流量計等のベ
ンチュリ構造に形成された突起部のバリエーションを説
明するための部分斜視図のマトリックス表である。

【図５】本発明の実施例５に係る分流式流量計の説明図
であって、本発明の実施例１に係る分流式流量計等のベ
ンチュリ構造に形成された突起部のバリエーションを説
明するための部分斜視図である。

【図６】本発明の実施例６に係る分流式流量計の説明図
であって、本発明の実施例１に係る分流式流量計等のベ
ンチュリ構造に形成された突起部のバリエーションを説
明するための部分斜視図である。

【図７】本発明の測定例１で用いた分流式流量計の要部
断面図である。

【図８】（Ａ）は測定例１の結果を示すグラフであり、
（Ｂ）は（Ａ）の低流量域の拡大図である。

【符号の説明】

１分流式流量計の流路（分流路）２検出素子３仕切り４ベンチュリ構造５突起部５ａ，５ｂ一対の突起部，外突起部（複数個の突起
部）６溝７ａ，７ｂ外突起部７ｃ中突起部８ａ，８ｂ外突起部８ｃ中突起部９突起部１０ａ，１０ｂ両側の突起部１０ｃ中央の突起部１９主流管２０分流管２３分流管の外壁２３ａ，２３ｂ隆起部２４導入板（主セパレータ）２５導入口２６導出口２７仕切り２７ａ仕切りの検出素子近傍２８ａ，２８ｂ外周側及び内周側分岐流路２９頂部外壁３０ベンチュリ構造３０ａ突起部３１回路基板３２検出素子３３，３４起伏部３５バイパス流路Ｍ主流（測定対象流れ）Ｄ分流（導入流れ）Ｄ１主流Ｍの流れ方向に対して略直交する流れ（方向
転換された流れ）Ｄ２主流Ｍの流れ方向に対して略平行な流れＤＷダウンフローＷ突起部先端と検出素子との間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小島多喜男名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CB07 CC07 CF09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定流体が流れる流路に面するよう設けら
れた検出素子と、該検出素子に向かう流れを絞ることに
より該流れの乱れを減少させるよう機能するベンチュリ
構造を有し、前記ベンチュリ構造は、前記流路内において前記検出素
子と対向する位置に設けられるとともに、該流路内にお
いて該検出素子に向かって突出する突起部を有すること
を特徴とする分流式流量計。
【請求項２】前記突起部の表面のうち前記検出素子と対
向する面の一部又は全部が曲面であることを特徴とする
請求項１記載の分流式流量計。
【請求項３】前記突起部を前記流路の流れ方向に沿った
面で切断した断面が三角形状、四角形状、多角形状、紡
錘形状、半円状及び半楕円状のいずれか一種またはこれ
らの組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の
分流式流量計。
【請求項４】複数の突起部を有することを特徴とする請
求項１記載の分流式流量計。
【請求項５】前記複数の突起部が、前記検出素子の検出
部に対して垂直な中心線を含む所定面に対して面対称に
配置されたことを特徴とする請求項４記載の分流式流量
計。
【請求項６】前記複数の突起部が、前記流路の流れ断面
方向に沿って互いに対向するよう配置されたことを特徴
とする請求項４記載の分流式流量計。
【請求項７】前記複数の突起部同士の間に、前記検出素
子に向かって開口する溝ないし空間が形成されたことを
特徴とする請求項４記載の流量計。
【請求項８】前記複数の突起部同士の間に、前記検出素
子に向かって突出する別の突起部が形成されたことを特
徴とする請求項４記載の分流式流量計。
【請求項９】前記突起部の先端と前記検出素子との間隔
が、該検出素子の検出部を形成するダイヤフラムの表面
に対して平行かつ流れ方向に対して垂直な方向の幅（流
れ断面方向の幅）と同等又はそれよりも小さいことを特
徴とする請求項１記載の分流式流量計。