JP2019200129A - 超音波流量計の測定管路部の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型を用いたブロー成型により、複雑な形状であっても一体として製造し、測定精度を良好とする測定管路部を得る。【解決手段】測定管路部１０はブロー成型により製造され、管体１１の中心線に対し、管体１１の斜め方向に位置する両側の２個所には、外側に膨出された超音波入出力部１４ａ、１４ｂが形成されている。この超音波入出力部１４ａ、１４ｂの外形は、管体１１中に円柱体が斜め方向に向けて埋め込まれているような形状とされている。そして、円柱体の両端面に相当する面が壁面１５ａ、１５ｂとされ、それぞれ超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂが取り付けられ、壁面１５ａ、１５ｂ同士は管体１１の中心線を挟んで正対している。超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂから交互に出射される超音波ビームは、壁面１５ａ、１５ｂ間を結ぶ斜め方向の伝播路Ｗを経て、相手側の超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂに入射する。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波ビームを流体中に伝播して流速を検出するための超音波流量計の測定管路部及びその製造方法に関するものである。

一般的な超音波流量計においては、測定管路部内で流速方向、反流速方向に交互に超音波ビームを測定流体中に伝播して、その伝播時間を検出して、時間差法により流体の流速つまり流量を測定する。

流体に対する超音波ビームの伝播には、一対の超音波送受信器のＺ法、Ｖ法、Ｉ法などの配置の違いによる伝播方法がある。

例えば特許文献１には、管体に対し斜め方向に超音波ビームを送受信する装置が開示されている。この特許文献１は例えば図１０に示すように、矢印で示す流体が流れる管体１に対し、斜め対向方向に一対の超音波送受信器２ａ、２ｂが配置されている。

特開平７−３１１０６３号公報 特開昭６０−１１５８１０号公報

この特許文献１においては、管体１から支管３を設けて、この支管３内に超音波送受信器２ａ、２ｂを取り付ける必要があり、液漏れ対策を施さなければならないなどの不都合がある。

また、特許文献２は例えば図１１に示すように、直管部４の両側に超音波送受信器２ａ、２ｂを対向的に取り付けて、直管部４に対し流入管５、流出管６をコ字状に取り付ける型式とされている。

何れの場合においても、測定管路部は合成樹脂により金型を用いて射出成型により一体的に製造できれば、安価であり好ましい。しかし、測定管路部は内部構造が複雑なために、射出成型により一体として製造することは困難である。

従って、図１０、図１１に示すような測定管路部を製造する場合には、幾つかの部材に分割して射出成型することになり、これらの部材を溶着等により接合することが通常である。

しかし、溶着により接合すると、溶着部の内側にバリ等が発生し管路抵抗となり、流体の流速分布を乱し、測定精度に影響を与えることになる。しかも、製造には溶着工程を必要とする。

更には、従来のように射出成型をする際には、管体の内面は金型に接して成型するために、管体内に金型から磨り減った微細な金属粉や溶け出した金属イオンが残留することがあり、これらの金属粉や金属イオンが流体中に混入し、流体成分に悪影響を及ぼすという問題もある。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、金型を用いたブロー成型により形成することにより、複雑な形状であっても一体として製造でき、測定精度を良好とし、更には流体成分に悪影響を与えない超音波流量計の測定管路部及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計の測定管路部は、合成樹脂材から成り、直管状の管体に超音波ビームが伝播する伝播路を形成した接合部のない一体の測定管路部であって、前記伝播路の両端は、前記管体の一部が外側に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、これらの超音波入出力部の一部には、それぞれ平面状の壁面が設けられ、これらの壁面同士は前記伝播路の両側において対向していることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波流量計の測定管路部の製造方法は、直管状の管体に超音波ビームが伝播する伝播路が形成され、前記伝播路の両端は、前記管体の一部を外側に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、該超音波入出力部の一部にはそれぞれ平面状の壁面が設けられ、これらの壁面同士は前記伝播路の両側において対向する測定管路部を形成する内型を有し、複数個に分割可能な金型を用いてブロー成型により前記測定管路部を製造する方法であって、合成樹脂材を軟融した筒状のパリソンを前記金型を開いて前記金型内に収納し、前記金型を閉止して前記パリソン内に気体を注入し、前記パリソンの外面を前記金型の内型により成型して前記測定管路部を形成し、前記パリソンの冷却後に、前記金型を開いて固化した前記測定管路部を取り出すことを特徴とする。

本発明に係る超音波流量計の測定管路部及びその製造方法によれば、複雑な形状であっても一体として成型することができ、かつ内面において管路抵抗が発生することもなく、良好な流速分布が得られる。

また、管体はパリソンを気体により膨張させてブロー成型を行うため、金型が管体の内面に接することがないので、金型からの微細な金属粉や金属イオンが管体内に付着することがなく、流体成分に悪影響を与えることもない。

実施例１の測定管路部の斜視図である。 断面図である。 ブロー成型の説明図である。 ブロー成型による鋭角部分の説明図である。 実施例２の測定管路部の斜視図である。 断面図である。 実施例２の変形例の断面図である。 実施例３の測定管路部の斜視図である。 断面図である。 従来例の測定管路部の断面図である。 他の従来例の測定管路部の断面図である。

本発明を図１〜図９に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１の測定管路部１０の斜視図、図２は断面図である。
この実施例１の測定管路部１０は全体がブロー成型により製造され、直管状の管体１１の両端部は流体入口部１２と流体出口部１３とされている。管体１１の長手方向に沿う中心線に対し、管体１１の斜め方向に位置する両側の２個所には、管体１１の外側に膨出された超音波入出力部１４ａ、１４ｂが形成されている。この超音波入出力部１４ａ、１４ｂの外形は、管体１１中に円柱体が斜め方向に向けて埋め込まれているような形状とされている。

そして、この円柱体の両端面に相当し正対する平面状の２つの面が壁面１５ａ、１５ｂとされ、壁面１５ａ、１５ｂにはそれぞれ超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂが取り付けられるようになっている。超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂから交互に出射される超音波ビームは、壁面１５ａ、１５ｂ間を結ぶ斜め方向の伝播路Ｗを経て、正対する相手側の超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂに入射するようにされている。

また、超音波入出力部１４ａ、１４ｂの円柱形の外側に突出する輪郭線である鋭角部分が、尖り部とならないように、面取りされた丸みを帯びた滑らかな稜線部１６ａ、１６ｂとされている。

この測定管路部１０は、中空のプラスチック材を製造するのに好適なブロー成型により製造されている。即ち、図３に示すように、複数個に分割、例えば２つ割りの金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉ内に、軟融した筒状の合成樹脂材、所謂パリソンＰを収納し、パリソンＰの先端を金型Ｍａ、Ｍｂで挟着して袋状に封止すると共に、金型Ｍａ、Ｍｂを閉止する。

次いで、パリソンＰ内に空気管Ａを介して矢印方向に空気等の気体を吹き込み、パリソンＰを膨張させて外面を金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉに貼り付ける。このようにして、例えば厚さ２ｍｍ程度とする測定管路部１０のブロー成型がなされる。

そして、内型Ｉにより成型された測定管路部１０は固化した後に、金型Ｍａ、Ｍｂを開いて取り出し、両端の流体入口部１２、流体出口部１３の端部を切断すると、測定管路部１０が得られる。

このブロー成型に際して、超音波入出力部１４ａ、１４ｂを形成する金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉの形状に鋭角に近い隅角部分があると、図４に示すように、パリソンＰがこの内型Ｉの内壁面部分に十分に行き渡らず、鋭角部分である隅角部分１７が薄肉構造となってしまう。

このままの状態の測定管路部１０を使用すると、この薄肉構造を有する隅角部分１７における耐圧性能は低下しているので、場合によっては隅角部分１７が流体の内圧により破れて、使用不能となる虞れがある。

そこで、超音波入出力部１４ａ、１４ｂの鋭角部分が滑らかな稜線部１６ａ、１６ｂとなるように、金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉを加工した上でブロー成型を行うと、鋭角部分がなくなるので、パリソンＰが金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉの内面に均等に行き渡り、薄肉構造部分が発生することがない。

図５は実施例２の測定管路部２０の斜視図、図６は断面図である。

超音波流量計の精度や使い勝手を考慮すると、測定管路部２０の管体２１は流体入口部２２、流体出口部２３を含めて長い直管状とし、伝播路Ｗはできるだけ管体２１と平行にし、かつ伝播路Ｗの長さを大きくすることが望ましい。

測定管路部２０はこの目的のために、管体２１は十分に長くされ、一端は流体入口部２２であり、他端は流体出口部２３とされている。流体入口部２２と流体出口部２３との間で、超音波ビームが管体２１の中心線に対し、平行に近い斜め方向の伝播路Ｗにより伝播するようにされている。

伝播路Ｗの両端は、管体２１の一部が外側にそれぞれ膨出された超音波入出力部２４ａ、２４ｂとされている。実施例１と同様に、超音波入出力部２４ａ、２４ｂの一部は、一対の超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂが取り付けられる平面上の壁面２５ａ、２５ｂとされ、壁面２５ａ、２５ｂ同士は伝播路Ｗを介して正対するように配置されている。

この測定管路部２０も、実施例１と同様にブロー成型により製造されている。そして、超音波入出力部２４ａ、２４ｂの外側に突出する鋭角部分は、実施例１と同様に丸みを帯びた滑らかな稜線部２６ａ、２６ｂとされている。

この実施例２においては、実施例１と比較して、管体２１に沿って伝播路Ｗを長くすることが可能で、測定精度が向上する。

超音波入出力部２４ａ、２４ｂは丸みを帯びた滑らかな稜線部２６ａ、２６ｂとするのではなく、鋭角部分を形成しない形状、例えば図７に示す変形例のように、超音波入出力部２４ａ、２４ｂの外側に管体２１の表面と略平行とされる平坦部２８ａ、２８ｂを設けてもよい。

この変形例においては、平坦部２８ａ、２８ｂを設けることにより、鋭角部分が殆どなくなるので、同様にパリソンＰの膨張時に薄肉構造が形成されることが防止される。なお、実施例１及び後述する実施例３においても、平坦部を設けてもよいことは同様である。

図８は実施例３の測定管路部３０の斜視図、図９は断面図である。

この実施例３の測定管路部３０においては、直管状の管体３１の両端部は流体入口部３２と流体出口部３３とされている。管体３１の片側の２個所には、管体３１の外側に膨出された超音波入出力部３４ａ、３４ｂが形成されている。超音波入出力部３４ａ、３４ｂには、超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂが取り付けられる壁面３５ａ、３５ｂが設けられており、壁面３５ａ、３５ｂは管体３１の内壁面の１個所である反射部３９に対して正対している。

壁面３５ａ、３５ｂには、超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂがそれぞれ取付可能とされており、超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂから発信された超音波ビームは、管体３１内の反射部３９で反射され、相手側の超音波送受信器Ｓａ、ＳｂにＶ字状の伝搬路Ｗを経由して伝播し受信される。

この測定管路部３０も実施例１、２と同様にブロー成型により製造され、超音波入出力部３４ａ、３４ｂの外側に突出する鋭角部分は滑らかな稜線部３６ａ、３６ｂとされている。

この実施例３は管体３１が短い場合でも、超音波ビームを反射させることにより、伝播路Ｗの長さを大きくすることができる。

上述の実施例１〜３の測定管路部１０、２０、３０の使用に際しては、超音波入出力部１４、２４、３４の壁面１５、２５、３５に超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂを取り付け、流体入口部１２、２２、３２、流体出口部１３、２３、３３に流体管路を接続する。

そして、管体１１、２１、３１内に流体を流し、超音波送受信器Ｓａ、Ｓｂ間で伝播路Ｗを伝播する超音波ビームを送受信して、管体１１、２１、３１内を流れる流体の速度を求め、管体１１、２１、３１の断面積を乗じて流量を算出する。なお、流体の速度は超音波ビームによる時間差方式で求めるが、この方式は周知であるので、その説明は省略する。

このように、本発明に係る測定管路部１０、２０、３０によれば、ブロー成型により製造されるので、複雑な形状であっても、一体として成型することができ、かつ接合を要しないので内面に管路抵抗のバリが発生することもなく、良好な流速分布が得られる。

また、測定管路部１０、２０、３０は軟融した合成樹脂製のパリソンを膨張させて、金型の内面を使用してブロー成型を行うため、測定管路部１０、２０、３０の内面に金型の微細な金属粉や金属イオンが付着することがなく、金属粉や金属イオンが流体中に混入することもない。

なお、実施例の測定管路部１０、２０、３０は内面形状や肉厚を厳密に規制していないので、例えば管体１１、２１、３１の内径や、壁面１５、２５、３５の厚み等にばらつきが生じ、測定誤差が発生することが考えられる。しかし、測定管路部１０、２０、３０は１個ごとに実流量を流して校正を行い、測定管路部１０、２０、３０ごとに補正データを付することにより、流量測定の精度は確保される。

１０、２０、３０ 測定管路部
１１、２１、３１ 管体
１２、２２、３２ 流体入口部
１３、２３、３３ 流体出口部
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ 超音波入出力部
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ 壁面
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ 稜線部
２８ａ、２８ｂ 平坦部
２９ 反射部
Ｉ 内型
Ｍａ、Ｍｂ 金型
Ｐ パリソン
Ｓａ、Ｓｂ 超音波送受信器
Ｗ 伝播路

本発明は、超音波ビームを流体中に伝播して流速を検出するための超音波流量計の測定管路部の製造方法に関するものである。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、金型を用いたブロー成型により形成することにより、複雑な形状であっても一体として製造でき、測定精度を良好とし、更には流体成分に悪影響を与えない超音波流量計の測定管路部の製造方法を提供することにある。

本発明に係る超音波流量計の測定管路部の製造方法によれば、複雑な形状であっても一体として成型することができ、かつ内面において管路抵抗が発生することもなく、良好な流速分布が得られる。

Claims (8)

1. 合成樹脂材から成り、直管状の管体に超音波ビームが伝播する伝播路を形成した接合部のない一体の測定管路部であって、
   前記伝播路の両端は、前記管体の一部が外側に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、これらの超音波入出力部の一部には、それぞれ平面状の壁面が設けられ、これらの壁面同士は前記伝播路の両側において対向していることを特徴とする超音波流量計の測定管路部。
2. 全体がブロー成型により製造されている請求項１に記載の測定管路部。
3. 前記超音波入出力部の外側に突出する鋭角部分は丸みを帯びた滑らかな稜線部とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計の測定管路部。
4. 前記超音波入出力部の外側に突出する鋭角部分は前記管体と略平行な平坦部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計の測定管路部。
5. 前記壁面の外側に超音波送受信器をそれぞれ取り付けることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波流量計の測定管路部。
6. 直管状の管体に超音波ビームが伝播する伝播路が形成され、前記伝播路の両端は、前記管体の一部を外側に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、該超音波入出力部の一部にはそれぞれ平面状の壁面が設けられ、これらの壁面同士は前記伝播路の両側において対向する測定管路部を形成する内型を有し、複数個に分割可能な金型を用いてブロー成型により前記測定管路部を製造する方法であって、合成樹脂材を軟融した筒状のパリソンを前記金型を開いて前記金型内に収納し、前記金型を閉止して前記パリソン内に気体を注入し、前記パリソンの外面を前記金型の内型により成型して前記測定管路部を形成し、前記パリソンの冷却後に、前記金型を開いて固化した前記測定管路部を取り出すことを特徴とする超音波流量計の測定管路部の製造方法。
7. 前記金型の内型は、前記超音波入出力部の外側に突出する鋭角部分が丸みを帯びた滑らかな稜線部となるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波流量計の測定管路部の製造方法。
8. 前記金型は、前記超音波入出力部の外側に突出する鋭角部分が前記管体の表面と略ほぼ平行な平坦部となるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超音波流量計の測定管路部の製造方法。

Images