JP2003075214A

JP2003075214A - フルイディック素子の製造方法、フルイディック素子、フルイディック型流量計、並びに複合型流量計

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Publication number: JP2003075214A
Application number: JP2001264886A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Iechi; 洋之家地; Toshiyuki Takamiya; 敏行高宮
Original assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-12
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP4820032B2

Abstract

(57)【要約】【課題】流路拡大部から流体排出口に沿う壁の部分を
最適な形状とすることにより、小流量域におけるフルイ
ディック振動を安定させ、フルイディック振動出力によ
る流量測定領域を小流量域側に広げること。【解決手段】ノズ３ルおよびノズル３の断面積より広
い流路拡大部４を接続してなる流路５と、ノズル３の出
口に対向する位置で流路拡大部４に配置された誘振子７
と、誘振子７の下流側となる位置で流路拡大部４に配置
されたエンドブロック８と、を有するフルイディック素
子１を製造するフルイディック素子の製造方法におい
て、流路拡大部４から流体排出口につながる側壁と底面
とが交わる部分を、一定の曲率以下の曲面または一定の
傾斜以下となるように均一に成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、都市ガス（ＬＮＧ）、
プロパンガス（ＬＰＧ）、エアコン、エンジンなどの各
種ガスの流量センサーやそれらの流量制御装置などに利
用され、流体の流量変化に対応するフルイディック振動
を検出するフルイディック素子の製造方法、フルイディ
ック素子、フルイディック型流量計、並びに複合型流量
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ガス（ＬＮＧ）、プロパンガ
ス（ＬＰＧ）などの流量を測定する流量計としてフルイ
ディック流量計が様々な形態で提案されている。このよ
うな、フルイディック流量計に用いられるフルイディッ
ク流体素子（以下、フルイディック素子という）が、た
とえば特開平８−２１０８８６号公報に開示されてい
る。この従来におけるフルイディック素子の構成を図５
に示す。

【０００３】図５に示す従来のフルイディック素子１０
０は、流体入口１０１、ノズル１０２、流路拡大部１０
３、流体排出口１０４を順次接続して形成される流路
と、流路拡大部１０３に配設されてノズル１０２の出口
に対向する誘振子１０５と、その下流側に配置されたエ
ンドブロック１０６とを有する。

【０００４】このようなフルイディック素子１００を用
いたフルイディック型流量計では、ノズル１０２から下
流側に向かって噴出する流体が誘振子１０５の外側に沿
って交互に振り分けられる。この動作を図５を参照して
説明する。ノズル１０２から噴出する流体の大部分は流
路拡大部１０３から流体排出出口１０４に向けて流れる
が、一部はエンドブロック１０６にぶつかり流路拡大部
１０３の下側の側壁に沿って帰還流体となり、新たにノ
ズル１０２から噴出する流体の噴流の直角方向からぶつ
かる。

【０００５】さらに、この帰還流体のエネルギーによ
り、新たにノズル１０２から噴出する流体の噴流は今度
は誘振子１０５の上側に流れ、一部はエンドブロック１
０６にぶつかり流路拡大部１０３の上側の側壁に沿って
帰還流体となり、新たにノズル１０２から噴出する流体
の噴流に直角方向からぶつかる。この帰還流体のエネル
ギーにより、新たにノズル１０２から噴出する流体の噴
流は今度は誘振子１０５の下側に流れる。ノズル１０２
から噴出する噴流の流れの振り分けはこのようにして繰
り返される。

【０００６】フルイディック型流量計は、上記のように
流体に生じた振動（交番圧力波）の周波数を圧力センサ
により検出し、その検出した出力を電気信号に変換する
ことにより、流体の流量を測定しようとするものであ
る。フルイディック型流量計では、流体が一定幅のノズ
ル１０２から誘振子１０５に向けて噴出する場合、周囲
の流体の流速より速い高速の流れ「噴流」と、その流れ
の中に置かれている誘振子１０５の下流側にみられる
「後流」との関係が重要となる。すなわち、２次元の場
で考えると誘振子１０５の形状がフルイディック振動特
性に極めて重要な役割りを果たしている。

【０００７】さらに説明すると、ノズル１０２から「噴
流」が半無限の空間に噴出した場合は「噴流」の方向は
安定するが、流路拡大部１０３の空間には制限があり、
中央には誘振子１０５が配置されているので、噴流はノ
ズル１０３から噴出するときの初速の方向を維持するこ
とができなくなる。このため、２次元の噴流は不安定に
なり、この不安定性によりフルイディック振動が始まる
きっかけが生じると考えられる。一方、流れの中に配置
した誘振子１０５の下流側には非対称配列の渦（カルマ
ン渦列：流れに直角に置かれた柱状物体（誘振子１０
５）の後方には２列の渦が形成される）が生成され、こ
の渦列は蛇行する流れとなる。したがって、「後流」は
振動流となり安定し得なくなると考えられる。このよう
に「噴流」も「後流」も誘振子１０５の形状や流路拡大
路１０３の壁面によって影響を受けて不安定になる。

【０００８】このような現状のフルイディック型流量計
は、小流量域での直線性が悪いが大流量の測定に適して
いるので、たとえば都市ガスの流量を測定するガスメー
タなどでは、小流量域の測定に適したフローセンサなど
の熱式流量検出センサとフルイディック型流量計とを合
わせもつ複合型流量計が用いられている。

【０００９】このようにフルイディック型流量計は、最
低振動流量（フルイディック振動の開始流量）が低く、
流量範囲には広いダイナミックレンジが要求されてい
る。フルイディック型流量計の流体振動開始量を０流量
から使うことができれば、熱式流量センサを用いること
なくフルイディック型流量計のみによる流量計が実現す
る。仮に流体振動開始量を０流量から使うことができな
くても、フルイディック型流量計の安定した流体振動開
始の流量を少しでも低くすることができれば、熱式流量
検出センサへの要求仕様を緩めることができる。

【００１０】すなわち、現状の複合型流量計では、たと
えばフルスケール４０００Ｌ（リットル）／Ｈ（時間）
で、２００Ｌ／Ｈ〜数１０００Ｌ／Ｈの範囲をフルイデ
ィック型流量計で受け持ち、０〜２００Ｌ／Ｈの範囲を
熱式流量検出センサで受け持っている。このため、熱式
流量検出センサの流量受持ち範囲が２桁もあることから
小流量域の測定精度が得られにくいという欠点がある。
これにより、熱式流量検出センサの性能に厳しい仕様が
要求され、流量計として使用する場合には複雑な信号処
理や流量補正演算処理が必要である。

【００１１】したがって、フルイディック型流量計の流
量振動開始量を１００Ｌ／Ｈ以下（８０〜９０Ｌ／Ｈ）
にすることができるだけでも、信号処理のしやすさ、信
頼性、製造コストの面での改善に与える影響は大きい。
このようなことから、フルイディック型流量計で振動を
検出し始めたときの流量（最低振動検出流量）、流量−
振動数特性に関して様々な実験的な検討が行われてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示される従来のフルイディック型流量計にあっては、流
路拡大部から流体排出口に沿う壁の部分を適正な精度に
していないため、流路拡大部から流体排出口へ向かう流
体の流れが左右均等にならず、小流量域におけるフルイ
ディック振動が安定しないという問題点があった。

【００１３】本発明者は、実験室における様々な検討の
結果、「流路拡大部から流体排出口に沿う壁」が重要な
制御因子であることが検証された。具体的に説明する
と、最低振動検出流量を低下させるためにはノズルの出
口とノズルに対向する誘振子との距離は流路拡大部の深
さ方向にわたって一定であることが望ましい。実験室レ
ベルでの部品はアルミニウムブロックを切削加工で製作
されてコーナ部分は直角に加工されているため、流路拡
大部から流体排出口へ向かう流体の流れの乱れが生じに
くい結果が得られた。

【００１４】しかし、通常の金型成形による加工方法で
は流路拡大部の壁がフルイディック素子の床面（底面）
に対して直立しているため、成形時の温度分布の差に起
因する熱応力のかかり方に差が生じ、流路拡大部に対し
て壁が傾いたり、壁面と床面の根元部分にバリが存在す
る場合には、バリが存在する部分とそうでない部分とで
は流れの状態が乱れてしまうことにより、流量計として
の性能が著しく低下することが実験により検証された。

【００１５】このため、生産性を重視しフルイディック
素子を金型成形により製作する場合には壁が傾いたりし
ないように、かつバリが発生しないようにするために誘
振子の根元部に曲面を形成する必要がある。しかし、こ
の曲面の半径が大きくなるにしたがい、誘振子の傾きは
抑制されるが壁の根元部に対する噴流の剥離位置の変動
が大きくなる。この結果、流路拡大部から流体排出口へ
向かう流体の流れが左右均等にならないために、小流量
域での直線性が低下することがわかった。

【００１６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、流路拡大部から流体排出口に沿う壁の部分を最適
な形状とすることにより、小流量域におけるフルイディ
ック振動を安定させ、フルイディック振動出力による流
量測定領域を小流量域側に広げることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるフルイディック素子の製造方法
にあっては、ノズルおよび前記ノズルの断面積より広い
流路拡大部を接続してなる流路と、前記ノズルの出口に
対向する位置で前記流路拡大部に配置された誘振子と、
前記誘振子の下流側となる位置で前記流路拡大部に配置
されたエンドブロックと、を有するフルイディック素子
を製造するフルイディック素子の製造方法において、前
記流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面とが
交わる部分を、一定の曲率以下の曲面または一定の傾斜
以下となるように均一に成形するものである。

【００１８】この発明によれば、流路拡大部から流体排
出口に向かう側壁の根元部分を滑らかにする方法とし
て、その根元部が一定の半径以下の曲面または一定の傾
斜以下となるような公差を満足するようにフルイディッ
ク素子を成形することにより、流体の排出が円滑になり
流路拡大部で流体のよどむ現象が発生しないフルイディ
ク素子の製造方法が実現する。

【００１９】また、請求項２にかかるフルイディック素
子の製造方法にあっては、前記ノズルから噴出して前記
流路拡大部を流れる流体の流れの層方向と平行な底面内
における前記流路拡大部から前記流体排出口につながる
側壁の根元部の全域を、一定の曲率以下の曲面または一
定の傾斜以下となるように均一に成形するものである。

【００２０】この発明によれば、ノズルから噴出して流
路拡大部を流れる流体の流れの層方向と平行な底面内に
おける流路拡大部から流体排出口につながる側壁の根元
部の全域を、一定の曲率以下の曲面または一定の傾斜以
下となるように均一に成形することにより、２次元の場
においても噴流の左右振り分け方向が安定する。

【００２１】また、請求項３にかかるフルイディック素
子の製造方法にあっては、前記流路拡大部の深さをｈ、
前記流路拡大部から前記流体排出口につながる側壁と底
面とが交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ
／ｈ＝０．１２以下またはＣ／ｈ＝０．１２以下とする
ものである。

【００２２】この発明によれば、流路拡大部の深さを
ｈ、流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面と
が交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ
＝０．１２以下またはＣ／ｈ＝０．１２以下となるよう
な寸法公差を満足するようにフルイディック素子を成形
することにより、ノズルから流体が噴出するときに流路
拡大部から流体排出口に向かう側壁の根元部分における
流体の剥離位置の変動が一定の範囲以下に抑制される。

【００２３】また、請求項４にかかるフルイディック素
子の製造方法にあっては、前記流路拡大部の深さをｈ、
前記流路拡大部から前記流体排出口につながる側壁と底
面とが交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ
／ｈ＝０．０４以下またはＣ／ｈ＝０．０４以下とする
ものである。

【００２４】この発明によれば、流路拡大部の深さを
ｈ、流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面と
が交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ
＝０．０４以下またはＣ／ｈ＝０．０４以下となるよう
な寸法公差を満足するようにフルイディック素子を成形
することにより、ノズルから流体が噴出するときに流路
拡大部から流体排出口に向かう側壁根元部分における流
体の剥離位置の変動が上記請求項３に対してより一定の
範囲以下に抑制される。

【００２５】また、請求項５にかかるフルイディック素
子の製造方法にあっては、前記フルイディック素子を所
定のプラスチック材料を用いて成形するものである。

【００２６】この発明によれば、所定のプラスチック材
料を用いてフルイディック素子を成形することにより、
噴流の方向を安定させることができるフルイディック素
子を低コストでかつ生産効率よく得ることが可能にな
る。

【００２７】また、請求項６にかかるフルイディック素
子にあっては、請求項１〜５のいずれか一つに記載のフ
ルイディック素子の製造方法によって製造されるもので
ある。

【００２８】この発明によれば、請求項１〜５のいずれ
か一つに記載のフルイディック素子の製造方法によって
フルイディック素子を製造することにより、流路拡大部
から流体排出口へ向かう壁の根元部が一定の形状に滑ら
かに形成されるので、流路拡大部で流体の淀みがなくな
り、ノズルから噴出する噴流の振り分けが安定する。

【００２９】また、請求項７にかかるフルイディック型
流量計にあっては、請求項６に記載のフルイディック素
子と、前記フルイディック素子により発生される交番圧
力波に応じた信号を出力する圧力センサと、を備えたも
のである。

【００３０】この発明によれば、請求項６に記載のフル
イディック素子と、フルイディック素子により発生され
る交番圧力波に応じた信号を出力する圧力センサと、を
備えたフルイディック型流量計とすることにより、ノズ
ルから噴出された流体が誘振子によって振り分けられた
ときに流路拡大部から流体排出口へ向かう壁の根元部で
の流体の剥離位置の変動がなくなり、ノズルから噴出さ
れた流体が流路拡大部で淀むことがなくなる。

【００３１】また、請求項８にかかる複合型流量計にあ
っては、前記請求項７に記載のフルイディック型流量計
と、小流量域の流体の流量を検出する小流量域検出素子
と、を備えたものである。

【００３２】この発明によれば、請求項７に記載のフル
イディック型流量計と、小流量域の流体の流量を検出す
る小流量域検出素子と、を備えた複合型流量計とするこ
とにより、ノズルから噴出された流体が誘振子によって
振り分けられたときに流路拡大部から流体排出口へ向か
う壁の根元部での流体の剥離位置の変動がなくなり、ノ
ズルから噴出された流体が流路拡大部で淀むことがなく
なる。

【００３３】また、請求項９にかかる複合型流量計にあ
っては、前記小流量域検出素子は、熱式流量センサが用
いられ、前記フルイディック型流量計の前記ノズルの入
口側に配置されるものである。

【００３４】この発明によれば、小流量域検出素子とし
て熱式流量センサを用い、かつ当該センサがフルイディ
ック型流量計のノズルの入口側に配置されることによ
り、請求項８と同様の作用に加え、その流路が簡略され
た構成となると共に、小流量域での測定感度が向上す
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるフルイディ
ック素子の製造方法、フルイディック素子、フルイディ
ック型流量計、並びに複合型流量計の好適な実施の形態
について添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本
発明はこの実施の形態に限定されるものではない。

【００３６】フルイディック素子における「流路拡大部
から流体排出口に沿う壁」が重要な制御因子であること
が本発明者による様々な検討の結果、検証されたことは
先に述べた通りである。すなわち、最低振動検出流量を
低下させるためにはノズルの出口とノズルに対向する誘
振子との距離は流路拡大部の深さ方向にわたって一定で
あることが望ましい。以下、流路拡大部から流体排出口
へ向かう流体の流れの乱れが生じにくい結果が得られる
成形加工によるフルイディック素子の製造方法などの具
体例について説明する。

【００３７】図１は、本発明の実施の形態にかかるフル
イディック素子の構成を示す説明図である。このフルイ
ディック素子１は、矢印で示す流体の流れ方向が進むに
したがって流路断面積が絞られた流路絞り部２と、流路
絞り部２の出口部分に設けられたノズル３と、このノズ
ル３の断面積より広い流路拡大部４と、を順次接続して
構成される流路５と、ノズル３の出口６に対向する位置
で流路拡大部４に配置された誘振子７と、この誘振子７
の下流側となる位置で流路拡大部４に配置されたエンド
ブロック８と、を有している。そして、このフルイディ
ック素子１は、ノズル３の中心を通る中心線ＮＹを間に
対称の形状をもつプラスチック材料により一体成形され
る。

【００３８】流路絞り部２の上流側の端部と流路拡大部
４の下流側の端部とは開放されている。また、流路絞り
部２の両側の壁面には複数の溝９が形成されている。こ
のように構成されたフルイディック素子１は図２に示す
ような複合型流量計に組み込まれる。

【００３９】図２は、図１のフルイディック素子を用い
た複合型流量計の概略構成を示す説明図である。図１の
ように構成されたフルイディック素子１は、図２に示す
ように、流量計本体１０に組み込まれ、この流量計本体
１０の上面を別部材である蓋（図示せず）により上面の
開口部を覆うことにより閉塞される。また、この蓋の上
面には圧力センサ（図示せず）が取りつけられている。
この圧力センサは、ノズル３の出口６側の両側に配置さ
れ、蓋に形成された孔１１を介してフルイディック素子
１の交番圧力波を検出し、その検出した圧力に応じた電
気信号を出力する。

【００４０】また、フルイディック素子１に形成された
溝９には、整流網１２と整流格子１３とが組み込まれて
いる。流量計本体１０には、流体流入口１４と、流体流
出口１５と、流体流入口１４から流体流出口１５に向け
て流体としてのガスを流す流路１６が形成され、この流
路１６の中央部にフルイディック素子１が配置されてい
る。また、フルイデイック素子１の流路絞り部２の上流
側は流体流入口１４に、流路拡大部４の出口側は流体流
出口１５に接続されている。

【００４１】さらに、フルイディック素子１の上流側と
なる流路１６には、地震などの異常な振動を受けたとき
に駆動部１７により流路１６を遮断する遮断弁１８が組
み込まれている。

【００４２】さらに、フルイディック素子１のノズル３
の入口側に小流量検出素子としての感熱式流量検出セン
サ（以下、フローセンサという）１９を配置すること
で、複合型流量計が構成される。フローセンサ１９は、
ガスの流量に応じた電気信号を出力するので、その出力
を元にガスの流量が測定される。

【００４３】つぎに、以上のように構成されたフルイデ
ィック素子１および流量計の動作について説明する。流
体流入口１４から流入したガスがノズル３から下流側に
向かって噴出すると、ガスは誘振子７の外側に沿って交
互に振り分けられる。図２において、ガスが誘振子７の
上側を流れる状態から説明すると、ノズル３から噴出す
るガスの大部分は流路拡大部４から流体流出口１５に向
かって流れるが、その一部はエンドブロック８にぶつか
り流路拡大部４の上側の側壁に沿って帰還流体となり、
新たにノズル３から噴出するガスの噴流に略直角方向か
らぶつかる。

【００４４】上記帰還流体のエネルギーにより、新たに
ノズル３から噴出するガスの噴流は今度は誘振子７の下
側を流れ、その一部はエンドブロック８にぶつかり流路
拡大部４の下側の側壁に沿って帰還流体となり、新たに
ノズル３から噴出するガスの噴流に略直角方向からぶつ
かる。この帰還流体のエネルギーにより、新たにノズル
３から噴出するガスの噴流は今度は誘振子７の上側に流
れる。

【００４５】このように、ノズル３から噴出するガスの
噴流の流れの振り分けは、上記流体が流路拡大部４の側
壁に沿う性質による効果（コアンダ効果）によって繰り
返される。このようにして生じる流体振動（交番圧力
波）を圧力センサにより検出し、その出力の周期を電気
信号に変換して認識することにより，ガスの流量の測定
が行なわれる。

【００４６】さて、フルイディック素子１は、先にも述
べたようにプラスチック成形により形成される。このプ
ラスチック成形の材料としては、ＡＢＳ(Ａｌｋｙｌ
ＢｅｎｚｅｎｅＳｕｌｆｏｎａｔｅ)樹脂、ＰＢＴ
（ＰｏｌｙＢｕｔｙｒｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａ
ｔｅ）樹脂、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｂｏｎａｔｅ）樹脂、
ＰＯＭ（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌｒｅｓｉｎ）樹脂、Ｂ
ＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）
樹脂などが用いられる。この場合、成形後の寸法変化を
小さくする上で、プラスチック材料は方向によって収縮
率が異なるが、平均の収縮率が、たとえば５／１０００
程度と低いＡＢＳ，ＰＢＴ，ＰＣなどが好ましい。

【００４７】ところで、フルイディック素子１を成形す
るときは金型を用いるので、流路拡大部４から流体排出
口に向かう壁が傾いたり、壁の根元にバリが生じやす
い。このように壁が傾いたり、壁の根元にバリが存在す
ると排出される流体の流れを乱す原因となる。この傾き
やバリの発生を回避するために壁の根元部に曲面を設け
ることが行なわれるが、その曲面の半径が大きすぎる
と、流体の剥離位置の変動が大きくなるので、流路拡大
部４あるいは流路拡大部４から流体排出口で流れのよど
みができやすくなる。また、そのバリや側壁の傾きを成
形後に２次加工により一定レベルに収めることは至難で
あり、その分コストが嵩むことになる。

【００４８】そこで、フルイディック素子１の壁の根元
が一定の半径以下の曲面になるように成形型の寸法を設
定し、フルイディック素子１を成形する。なお、この場
合における一定の半径は、図３に示すように、側壁４ａ
で形成される流路拡大部４の深さをｈ、半径をＲとした
とき、Ｒ／ｈ＝０．１２以下の関係に設定することが望
ましく、Ｒ／ｈ＝０．０４であればさらによい。

【００４９】流路拡大部４の深さｈは、この例では２５
ｍｍであるので、前者の半径Ｒは３ｍｍ、後者の半径Ｒ
は１ｍｍとなる。したがって、このような金型で成形さ
れたフルイディック素子１の側壁４ａの根元部は、曲率
Ｒのないエッジ（直角）の状態から３ｍｍ以下の半径を
もつ曲面の状態に維持される。

【００５０】このように、流路拡大部４の側壁４ａの根
元部を所定値以下の曲率とすることにより、ノズル３か
らガスが噴出するときに誘振子７によって振り分けられ
た流体がエンドブロックに沿って流れ、帰還流の戻りが
安定する。

【００５１】また、ノズル３から噴出して流路拡大部４
から流体排出口に向かって流れる流体の流れの層方向と
平行な底面内における側壁４ａの下端部の全域が均一に
一定の半径以下の曲面となるような公差を満足するよう
にフルイディック素子１を成形することにより、成形さ
れたフルイディック素子１の流路拡大部４の側壁４ａの
下端部で、その高さ方向に直立の状態が維持され、ノズ
ル３から噴出する流体の流れがよどむ現象の発生を防止
することができる。

【００５２】したがって、上述した流体の流れる特性に
より、２次元の場においても帰還流の戻りが安定する。
さらに、ノズル３の中心と誘振子７の中心を通る中心線
で振り分けられる流路拡大部４の側壁４ａの下端部の両
側が均一に一定の半径以下の曲面となるように公差を満
足させてフルイディック素子１を成形することにより、
流路拡大部４の側壁４ａは直立の状態に維持される。す
なわち、前述したようにコアンダ効果による帰還流の戻
りがきわめて均等に行なわれる。

【００５３】つぎに、上記Ｒ／ｈと最低振動流量との関
係、すなわち上記Ｒ／ｈの依存性について図４に示すグ
ラフを参照し説明する。このグラフでは、流路拡大部４
の側壁４ａの下端部の曲面の半径がＲ／ｈ＝０．０４
（半径１ｍｍ）、Ｒ／ｈ＝０．１２（半径３ｍｍ）、Ｒ
／ｈ＝０．１６（半径５ｍｍ）に対するそれぞれの最低
振動流量について示している。このグラフに表されるよ
うに、Ｒ／ｈ＝０．１２、Ｒ／ｈ＝０．０４になるにし
たがって最低振動流量は小さくなっている。なお、Ｒ／
ｈ＝０．１６より大きい条件については振動のばらつき
が大きいために測定不可となり、データが取得されなか
った。

【００５４】また、本発明を評価する別の実験として振
動周波数のばらつきのパルス数（振動数）依存性につい
て前述のＲ／ｈをパラメータとして比較を行なった。計
量法による器差を満たすためにはパルスばらつきは１％
以下程度でなければならないことが知られており、瞬時
流量を精度よく測定できるようにするためには、１０パ
ルス（振動回数１０回：ちなみに１Ｈｚの振動であれば
１０秒間）時のばらつきが１％以内でなければならな
い。実験結果として、Ｒ／ｈ＝０．１２はこれを満足
し、フルイディック振動が安定したが、Ｒ／ｈ＝０．１
６でばらつきのパルス数の依存性は１．５％（１０パル
ス時）、Ｒ／ｈ＝０．２でばらつきのパルス数の依存性
は１．８％（１０パルス時）であり、流量に対するフル
イディック振動は不安定であった。

【００５５】上記の値は従来に対して改善された値であ
り、２００Ｌ／ｈ〜４００Ｌ／ｈ以下の小流量域におい
て計量法で許容される器差３％の範囲に入る値である。
さらに改善するには、壁の下端部の半径Ｒと流路拡大部
４の深さｈの比Ｒ／ｈをさらに小さくすればよい。

【００５６】すなわち、Ｒ／ｈ＝０．０４ではＲ／ｈ＝
０．１２に比べてばらつきの値がさらに小さくなる。こ
れはＲ／ｈ＝０．０４のフルイディック振動周波数の流
量依存性はＲ／ｈ＝０．１２よりも大きな傾きｄＦ／ｄ
Ｑであることを示しており、流量測定の精度がよくなる
ことを示している。

【００５７】さて、これまでは壁の下端部が一定の半径
以下の曲面Ｒとなるような公差を満足するように成形し
たときを例にとって説明してきた。ここでの半径とは、
流路拡大部４の深さをｈ、半径をＲとしたときのＲ／ｈ
比であった。この他に壁の下端部が一定以下のカット面
Ｃであってもよく、Ｃ／ｈ比による公差を満足すればよ
いことも確認することができた。比較のためにＲ／ｈ＝
０．０４（半径１ｍｍ）とＣ／ｈ＝０．０４（カット面
１ｍｍ）に対して評価したところ壁の下端部分に曲率Ｒ
を付けた場合とカット面Ｃを付けた場合とで同様な効果
が得られた。なお、この実施の形態では、フルイディク
素子１のノズル３の入口側にフローセンサ１９を配置し
たので、複合型流量計としての流路１６の構成を簡略化
することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるフ
ルイディック素子の製造方法（請求項１）によれば、流
路拡大部から流体排出口に向かう側壁の根元部分を滑ら
かにする方法として、その根元部が一定の半径以下の曲
面または一定の傾斜以下となるような公差を満足するよ
うにフルイディック素子を成形することにより、誘振子
で均等に振り分けられて後流となった流体がエンドブロ
ックに沿って流れ、帰還壁の下端部での剥離位置の変動
が少なく、安定した帰還流が得られるため、振動周波数
のばらつきのパルス数依存性が良好となり、瞬時流量測
定精度、小流量域でのフルイディック振動をも安定し、
フルイディック振動出力による流量測定領域を小流量域
側に広げることができるフルイディク素子の製造方法が
実現する。

【００５９】また、本発明にかかるフルイディック素子
の製造方法（請求項２）によれば、ノズルから噴出して
流路拡大部を流れる流体の流れの層方向と平行な底面内
における流路拡大部から流体排出口につながる側壁の根
元部の全域を、一定の曲率以下の曲面または一定の傾斜
以下となるように均一にフルイディック素子を成形する
ので、流体の排気が円滑に行なわれ、流路拡大部で流体
が淀むことがなくなり、２次元の場においても噴流の左
右振り分け方向を安定させることができる。

【００６０】また、本発明にかかるフルイディック素子
の製造方法（請求項３）によれば、流路拡大部の深さを
ｈ、流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面と
が交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ
＝０．１２以下またはＣ／ｈ＝０．１２以下となるよう
な寸法公差を満足するようにフルイディック素子を成形
することにより、ノズルから流体が噴出するときに流路
拡大部から流体排出口に向かう側壁根元部分における流
体の剥離位置の変動が一定の範囲以下に抑制されるた
め、噴流の振り分けが均等になり安定する。

【００６１】また、本発明にかかるフルイディック素子
の製造方法（請求項４）によれば、流路拡大部の深さを
ｈ、流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面と
が交わる部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ
＝０．０４以下またはＣ／ｈ＝０．０４以下となるよう
な寸法公差を満足するようにフルイディック素子を成形
することにより、ノズルから流体が噴出するときに流路
拡大部から流体排出口に向かう側壁根元部分における流
体の剥離位置の変動が上記請求項３に対してより一定の
範囲以下に抑制されるので、さらに噴流の振り分けが均
等になり安定する。

【００６２】また、本発明にかかるフルイディック素子
の製造方法（請求項５）によれば、所定のプラスチック
材料を用いてフルイディック素子を成形するため、噴流
の方向を安定させることができるフルイディック素子を
低コストでかつ生産効率のよいフルイディック素子の製
造方法が実現する。

【００６３】また、本発明にかかるフルイディック素子
（請求項６）によれば、請求項１〜５のいずれか一つに
記載のフルイディック素子の製造方法によってフルイデ
ィック素子を製造することにより、流路拡大部から流体
排出口へ向かう壁の根元部が一定の形状に滑らかに形成
されるので、流路拡大部において流体の淀みがなくな
り、ノズルから噴出する噴流の振り分けが安定し、小流
量域での直線性が向上する。

【００６４】また、本発明にかかるフルイディック型流
量計（請求項７）によれば、請求項６に記載のフルイデ
ィック素子と、フルイディック素子により発生される交
番圧力波に応じた信号を出力する圧力センサと、を備え
たフルイディック型流量計とすることにより、ノズルか
ら噴出された流体が誘振子によって振り分けられたとき
に流路拡大部から流体排出口へ向かう壁の根元部での流
体の剥離位置の変動がなくなり、ノズルから噴出された
流体が流路拡大部において淀むことがなくなるため、噴
流の振り分けを安定させ得るフルイディック型流量計を
提供することができる。

【００６５】また、本発明にかかる複合型流量計（請求
項８）によれば、請求項７に記載のフルイディック型流
量計と、小流量域の流体の流量を検出する小流量域検出
素子と、を備えた複合型流量計とすることにより、ノズ
ルから噴出された流体が誘振子によって振り分けられた
ときに流路拡大部から流体排出口へ向かう壁の根元部で
の流体の剥離位置の変動がなくなり、ノズルから噴出さ
れた流体が流路拡大部において淀むことがなくなるた
め、噴流の振り分けを安定させ得る計測流量のダイナミ
ックレンジの広いフルイディック型流量計を提供するこ
とができる。

【００６６】また、本発明にかかる複合型流量計（請求
項９）によれば、小流量域検出素子として熱式流量セン
サを用い、かつ当該センサがフルイディック型流量計の
ノズルの入口側に配置される構成としたので、請求項８
に記載したと同様の作用に加え、簡略的な流路の構成が
実現し、かつ小流量域での測定感度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるフルイディック素
子の構成を示す説明図である。

【図２】図１のフルイディック素子を用いた複合型流量
計の概略構成を示す説明図である。

【図３】本発明の実施の形態にかかるフルイディック素
子の流路拡大部側壁の根元部分の形状を示す説明図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態の評価結果（Ｒ／ｈと最低
振動流量との関係）を示すグラフである。

【図５】従来におけるフルイディック素子の構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１フルイディック素子３ノズル４流路拡大部４ａ側壁５流路６出口７誘振子８エンドブロック１０流量計本体１９フローセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高宮敏行愛知県名古屋市中区錦２丁目２番13号リコーエレメックス株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CA10 CC13 CD13 CF01 CF05 CF11 CH01 CH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルおよび前記ノズルの断面積より広
い流路拡大部を接続してなる流路と、前記ノズルの出口
に対向する位置で前記流路拡大部に配置された誘振子
と、前記誘振子の下流側となる位置で前記流路拡大部に
配置されたエンドブロックと、を有するフルイディック
素子を製造するフルイディック素子の製造方法におい
て、前記流路拡大部から流体排出口につながる側壁と底面と
が交わる部分を、一定の曲率以下の曲面または一定の傾
斜以下となるように均一に成形することを特徴とするフ
ルイディック素子の製造方法。
【請求項２】前記ノズルから噴出して前記流路拡大部
を流れる流体の流れの層方向と平行な底面内における前
記流路拡大部から前記流体排出口につながる側壁の根元
部の全域を、一定の曲率以下の曲面または一定の傾斜以
下となるように均一に成形することを特徴とする請求項
１に記載のフルイディック素子の製造方法。
【請求項３】前記流路拡大部の深さをｈ、前記流路拡
大部から前記流体排出口につながる側壁と底面とが交わ
る部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ＝０．
１２以下またはＣ／ｈ＝０．１２以下とすることを特徴
とする請求項１または２に記載のフルイディック素子の
製造方法。
【請求項４】前記流路拡大部の深さをｈ、前記流路拡
大部から前記流体排出口につながる側壁と底面とが交わ
る部分を曲率Ｒまたは傾斜Ｃとした場合、Ｒ／ｈ＝０．
０４以下またはＣ／ｈ＝０．０４以下とすることを特徴
とする請求項１または２に記載のフルイディック素子の
製造方法。
【請求項５】前記フルイディック素子を所定のプラス
チック材料を用いて成形することを特徴とする請求項１
〜４のいずれか一つに記載のフルイディック素子の製造
方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一つに記載のフ
ルイディック素子の製造方法によって製造されることを
特徴とするフルイディック素子。
【請求項７】請求項６に記載のフルイディック素子
と、前記フルイディック素子により発生される交番圧力波に
応じた信号を出力する圧力センサと、を備えたことを特徴とするフルイディック型流量計。
【請求項８】前記請求項７に記載のフルイディック型
流量計と、小流量域の流体の流量を検出する小流量域検出素子と、を備えたことを特徴とする複合型流量計。
【請求項９】前記小流量域検出素子は、熱式流量セン
サが用いられ、前記フルイディック型流量計の前記ノズ
ルの入口側に配置されることを特徴とする請求項８に記
載の複合型流量計。