JP4218808B2 - 弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計 - Google Patents

Description

本発明は、流管に作用するコリオリの力に比例した位相差及び／又は振動周波数を検出することにより被測定流体の質量流量及び／又は密度を得る直管式のコリオリ流量計に関し、詳しくは、直管（フローチューブ）を三次モードで振動させるとともに、構成に弾性連結部材及び台座を有する直管式コリオリ流量計に関する。

直管式コリオリ流量計は、両端が支持された直管（フローチューブ）の中央部直管軸に垂直な方向の振動を加えたとき、直管の支持部と中央部との間でコリオリの力による直管の変位差、すなわち位相差信号が得られ、その位相差信号に基づいて質量流量を検知するように構成されている。このような直管式コリオリ流量計は、シンプル、コンパクトで堅牢な構造を有している（例えば特許文献１参照）。

図８において、従来の直管式コリオリ流量計１は、外筒２と、フローチューブ（インナチューブ）３と、カウンタバランス（アウタチューブ）４と、連結ブロック５と、板バネ６と、駆動装置７と、検出器（検出手段）８と、図示しない重錘等とを備えて構成されている。フローチューブ３は、その両端部にラッパ状に形成された拡大開口部９を有している。また、フローチューブ３は、両端部の拡大開口部９の間に真っ直ぐな直管部１０を有している。

フローチューブ３の直管部１０には、その外側にカウンタバランス４が設けられている。フローチューブ３の直管部１０とカウンタバランス４は、カウンタバランス４の両端部において連結ブロック５により同軸に接合されている。連結ブロック５は、剛体として設けられている。直管部１０とカウンタバランス４によって、二重管構造が形成されている。外筒２は、その内部に二重管構造を収容することができるように形成されている。外筒２の両端部は、フローチューブ３の拡大開口部９に向けて窄まるように形成されている。外筒２の両端部は、拡大開口部９に対して溶接されている。外筒２の両端部と拡大開口部９は、液密に固着されている。拡大開口部９の開口端部には、接続フランジ１１が溶接されている。図中の拡大開口部９は、バネ作用を有するように形成されている。

板バネ６は、フローチューブ３の直管部１０に直交する面を有しており、一端が連結ブロック５に、他端が外筒２の内壁に固着されている。また、板バネ６は、共振振動方向に対して直交方向に配置されている。駆動装置７は、フローチューブ３とカウンタバランス４の中央位置に取り付けられている。駆動装置７は、フローチューブ３の直管部１０とカウンタバランス４とを互いに反対位相の連成振動周波数で駆動するようになっている。検出器８は、駆動装置７の左右対称位置に取り付けられている。図示しない重錘は、駆動装置７の反対側の位置に取り付けられている。より具体的に、図示しない重錘は、駆動装置７の駆動方向に取り付けられている。図示しない重錘は、連結ブロック５まわりのフローチューブ３の固有振動数とカウンタバランス４の固有振動数とが等しく調整することができるように設けられている。

上記構成において、フローチューブ３とカウンタバランス４とからなる共振系は、板バネ６により支持されている。また、共振系から延長される直管部１０の端部における拡大開口部９は、接続フランジ１１の位置で支持されている。従って、フローチューブ３は複数点で支持されている。このような構成の直管式コリオリ流量計１は、図示しない被測定流体をフローチューブ３に流した状態で駆動装置７を共振駆動させて、検出器８によりコリオリの力に比例した位相差信号を検出することで質量流量を測定することができるようになっている。直管式コリオリ流量計１において、駆動装置７の共振駆動により、共振系には定在波が形成されるようになっている。上記の各支持点は、振動の節部となっている。
特許第２７８６８２９号公報 （第４頁、第１図）

従来の直管式コリオリ流量計１にあっては、耐振性向上と振動漏洩とをなくすために、フローチューブ３の振動に対して反対方向に振動する質点、すなわちカウンタバランス４を設けて振動を相殺するような構造をとっている。また、従来の直管式コリオリ流量計１にあっては、駆動装置７と検出器８とを外筒２でなくカウンタバランス４に設置するような構造をとるとともに、駆動装置７と検出器８とを設置したカウンタバランス４を外筒２でなくフローチューブ３の二箇所に連結ブロック５を介してそれぞれ固定するような構造をとっている（直管式コリオリ流量計１に対して外乱が作用した場合に、検出器８に直接ノイズが重畳しないようにするための構造。また、最も振動が容易な低次の曲げ振動（外乱により生じる最も主要なモード）と駆動モードとを異なったものとするための構造）。さらに、従来の直管式コリオリ流量計１にあっては、板バネ６を設けて連結ブロック５の位置を固定し、結果、振動の方向性を決定するような構造をとっている（板バネ６を設けることで、連結ブロック５に振動時において回転中心が存在する）。

ところで、このような構造をとる従来の直管式コリオリ流量計１にあっては、フローチューブ３とカウンタバランス４とを連結する連結ブロック５が上述の如く剛体であることから、次のような問題点を有している。すなわち、フローチューブ３に軸力が発生すると、一対の連結ブロック５の間、及びフローチューブ３の両端と連結ブロック５との間に局所的な応力が生じてしまい、場合によってはフローチューブ３に応力が残留したり、フローチューブ３が塑性変形してしまったりする恐れがあるという問題点を有している。

以下、模式図を用いてフローチューブ３に作用する軸応力について説明する。尚、軸応力による不具合を分かり易くするため、以下の説明では拡大開口部９の機能（バネ作用）を無視して説明するものとする。図９（ａ）〜（ｄ）はフローチューブ３の内部に流れる被測定流体の温度を上昇させた時のフローチューブ３とカウンタバランス４との状態を示す模式図、図９（ｅ）はフローチューブ３とカウンタバランス４と連結ブロック５と板バネ６との位置関係を示す斜視図である。

フローチューブ３に被測定流体を流し駆動装置７を共振駆動させると、図９（ａ）に示すような軌跡でフローチューブ３及びカウンタバランス４が振動する。被測定流体の温度が上昇しない状態においては、全体の温度が均等（温度変化が生じてない）であり、この時、一対の連結ブロック５の間、及びフローチューブ３の両端と連結ブロック５との間には、まだ軸応力が発生してないことになる（但し、駆動中は振動による応力が別に作用する）。

被測定流体を流し続けこの温度を上昇させると、温度変化によってフローチューブ３には、軸方向に伸びようとする力が発生する。これに対して、上記温度変化の熱が伝わりきれてないカウンタバランス４には、フローチューブ３程の伸びの力が発生せず、結果、連結ブロック５の間の距離はほぼ変わらないままとなる。従って、図９（ｂ）に示すようにフローチューブ３には、振動による応力の他に、圧縮となる局所的な軸応力が発生することになる。

その後、温度変化による熱に馴染んだカウンタバランス４が軸方向に伸びると、これに合わせて連結ブロック５の間の距離も長くなり、連結ブロック５の間で生じていた軸応力は図９（ｃ）に示すように緩和されることになる。しかしながら、フローチューブ３の両端と連結ブロック５との間の圧縮となる軸応力は逆に増大することから、フローチューブ３には、局所的に大きな軸応力が作用することになる。

全体の温度が均等になり、フローチューブ３の固定端間の距離も伸びて長くなると、図９（ｄ）に示すようにフローチューブ３の全体に軸応力がなくなり、結果、状態が安定する。

図１０（ａ）〜（ｄ）はフローチューブ３の内部に流れる被測定流体の温度を降下させた時のフローチューブ３とカウンタバランス４との状態を示す模式図である。図１０（ａ）は、被測定流体の温度が高く全体の温度が均等な状態を示しており、この状態においては、フローチューブ３の全体に軸応力が作用してないことになる。

被測定流体の温度を降下させると、温度変化によってフローチューブ３には、軸方向に縮もうとする力が発生する。これに対して、カウンタバランス４の長さ、すなわち連結ブロック５間の距離、フローチューブ３の固定端間の距離には変化が見られず、図１０（ｂ）に示すようにフローチューブ３には、引っ張りとなる局所的な軸応力が作用することになる。

その後、温度変化による熱に馴染んだカウンタバランス４が軸方向に縮むと、これに合わせて連結ブロック５の間の距離も短くなり、連結ブロック５の間で生じていた軸応力は図１０（ｃ）に示すように緩和されることになる。しかしながら、フローチューブ３の両端と連結ブロック５との間の引っ張りとなる軸応力は逆に増大することから、フローチューブ３には、局所的に大きな軸応力が作用することになる。

全体の温度が均等になり、フローチューブ３の固定端間の距離も縮んで短くなると、図１０（ｄ）に示すようにフローチューブ３の全体に軸応力がなくなり、結果、状態が安定する。

以上の説明からも分かるように、従来の直管式コリオリ流量計１は、フローチューブ３に作用する軸応力を管軸方向に分散させ難い構造となっている。従って、従来の直管式コリオリ流量計１は、温度変化に弱い構造となっている。

尚、本願発明者は、上記問題点の解決策の一つとして、曲げの三次モード振動でフローチューブを駆動することを考えている。三次モード振動を採用しようとする理由は、従来のカウンタバランスがなくとも振動漏洩を最小とすることが可能な駆動モードであると考えているからである。本願発明者は、フローチューブの三次モードでの節位置を安定させることも考えている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、フローチューブに作用する軸応力を分散させることが可能であるとともに、フローチューブの三次モードでの節位置を安定させることが可能な直管式コリオリ流量計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の直管式コリオリ流量計は、弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計であって、これは、被測定流体が流れる直管状のフローチューブと、該フローチューブを三次モード振動で駆動する駆動装置と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する一対の検出手段と、前記駆動装置及び前記一対の検出手段の各コイルを固定した状態で前記フローチューブの外側に位置する剛性のある台座と、前記フローチューブの三次モード節位置となる二箇所で前記台座を連結する一対の弾力性のある弾性連結部材とを備え、前記フローチューブの軸方向をＺ軸、該Ｚ軸に直交する前記駆動装置の駆動方向をＸ軸、さらに前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とすると、前記弾性連結部材は、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の各剛性よりも前記Ｚ軸方向の剛性の方が低い構造となる弾性体、且つ、前記Ｚ軸を中心とする回転方向及び前記Ｘ軸を中心とする回転方向の各剛性よりも前記Ｙ軸を中心とする回転方向の剛性の方が低い構造となる弾性体であり、このような前記弾性連結部材を連結する前記台座には、連結及びウェイト付加のためのウェイト付加用ブラケットを設けることを特徴としている。

請求項２記載の本発明の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計は、請求項１に記載の発明を受けるもので、前記弾性連結部材は、前記Ｙ軸方向に伸びるＹ軸方向伸び部分を有し、前記ウェイト付加用ブラケットは、前記Ｙ軸方向伸び部分を介して前記弾性連結部材との連結を図るとともに前記Ｙ軸方向の更なるウェイト付加を図るＹ軸方向アーム部を有することを特徴としている。

請求項３記載の本発明の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計は、請求項１又は請求項２に記載の発明を受けるもので、前記ウェイト付加用ブラケットは、前記Ｘ軸方向の更なるウェイト付加を図るＸ軸方向ウェイト付加部を有することを特徴としている。

請求項４記載の本発明の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計は、請求項３に記載の発明を受けるもので、前記Ｘ軸方向ウェイト付加部は、ウェイト付加位置を可変とする機構、ウェイト質量を可変とする機構、或いは、ウェイト付加位置とウェイト質量の両方を可変とする機構を有することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、駆動装置及び検出手段の各コイルを固定するための台座が、フローチューブの本来持っている三次モードの節位置となる二箇所に弾性連結部材を介して設けられる。この台座は、駆動装置を駆動してフローチューブを振動させた時も振動せずに、一定位置を保つことが可能な部材として設けられる。台座は、円筒体となる構造の他に、本発明では剛性を高めることを目的として、断面視矩形の筒状体となる構造も採用される。

弾性連結部材は、台座をフローチューブに連結するために設けられる。また、弾性連結部材は、フローチューブに作用する軸応力を全体に分散させるために設けられる。弾性連結部材は、温度変化に対し強い構造とするために有用な部材として設けられる。弾性連結部材は、フローチューブの軸方向に対して剛性が弱く、その他の方向に対しては剛性が高くなるように構造が決定される。また、弾性連結部材は、三次モード振動の動きを阻害しないように、振動方向に対して回転自由支持端となるように構造が決定される。

弾性連結部材は、ウェイト付加用ブラケットを介して台座に連結される。三次モードの節位置となるフローチューブの二箇所には、ウェイト付加用ブラケットの存在によって集中的にウェイトが付加される。ウェイトが付加されると、フローチューブの三次モードでの節位置が安定する。具体的には、密度による節位置の移動が減り、三次モード振動が安定する。更に、ウェイト付加用ブラケットのＸ軸方向にウェイトを付加し、位置、質量、或いはこれら両方を可変することができる機構を設ければ、最も効率よく回転方向の慣性モーメントに影響を与えることから、流れ方向の振動バランスの調整を容易に行うことができる。

その他、本発明は、温度変化に対してより一層強い構造とするために、フローチューブ、台座、及び弾性連結部材の線膨張係数を同じにすることが好ましい。尚、検出手段は、コイル及びマグネットの構成に限らないものとする。例えば、加速度センサ、光学的手段、静電容量式、歪み式（ピエゾ式）等の変位、速度、加速度のいずれかを検出する手段であればよいものとする。

請求項１に記載された本発明によれば、フローチューブに作用する軸応力を分散させることができるという効果を奏する。従って、従来よりも温度変化に対する強さを向上させることができるという効果を奏する。また、請求項１に記載された本発明によれば、従来用いていたカウンタバランスを不要にすることができるという効果を奏する。これにより、被測定流体の密度変化とカウンタバランスの慣性モーメント（質量）とにより生じるアンバランス、すなわち被測定流体の密度が変わってもカウンタバランスの慣性モーメントが不変であることに起因するアンバランスを解消することができるという効果を奏する。従って、器差シフトやバラツキ、さらには密度計測（周波数）に対するシフトもなくすことができるという効果を奏する。さらに、請求項１に記載された本発明によれば、フローチューブの三次モードでの節位置を安定させることができるという効果を奏する。これにより、より良い形態のものを提供することができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、位相差の低下を最小限に抑えるとともに、フローチューブの三次モードでの節位置を更に安定させることができるという効果を奏する。これにより、一層良い形態のものを提供することができるという効果を奏する。

請求項３、４に記載された本発明によれば、慣性モーメントを変化させることができるという効果を奏する。また、振動バランスを調整することができるという効果を奏する。これにより、一層良い形態のものを提供することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら本発明について説明する。図１は本発明の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は直管式コリオリ流量計の断面図、（ｂ）はフローチューブと台座と弾性連結部材との位置関係を示す斜視図である。また、図２及び図３の各（ａ）〜（ｄ）は図１の直管式コリオリ流量計のフローチューブの内部に流れる被測定流体の温度を上昇、降下させた時のフローチューブと台座と弾性連結部材との状態を示す模式図、図４及び図５は三次モードでの節位置とウェイトの関係を示す模式図である。

図１において、本発明の直管式コリオリ流量計２１は、先ず従来例と同じものとなる構成部材から挙げると、外筒２と、フローチューブ３と、駆動装置（図示省略。図８中の引用符号７が参考となる。以下同様）と、一対の検出器（検出手段）８と、一対の接続フランジ（ここでは１つのみ図示）１１とを備えて構成されている（他の一般的な構成部材については省略する）。また、本発明の直管式コリオリ流量計２１は、主要な構成部材となる、台座２２と、一対の弾性連結部材２３と、一対のウェイト付加用ブラケット２４とを備えて構成されている。

後述するが、一対のウェイト付加用ブラケット２４は、各々、台座２２の端部に設けられ、一対の弾性連結部材２３は、ウェイト付加用ブラケット２４を介して台座２２をフローチューブ３に連結するように構成されている。本発明の直管式コリオリ流量計２１においては、一対の弾性連結部材２３がウェイト付加用ブラケット２４に連結することによって節位置安定化構造が構成されているものとする。

本発明の直管式コリオリ流量計２１は、従来のカウンタバランス４（図８参照）を設けなくとも振動漏洩を最小にし、また、温度変化に対する強さを従来よりも向上させるために、フローチューブ３を曲げの三次モード振動にて駆動する点と、台座２２及び弾性連結部材２３を構成部材に加える点と、フローチューブ３の三次モードでの節位置を安定させるためにウェイト付加用ブラケット２４を構成部材に加える点とが特徴になっている。その他、構造の特徴としては、従来の板バネ６（図８参照）を設けなくとも、弾性連結部材２３がフローチューブ３の振動方向に対して回転自由支持端となる点が挙げられるものとする。以下、各構成部材について説明する。

外筒２は、所謂筐体であって、曲げやねじれに強固な構造を有している。外筒２は、フローチューブ３を収納することができる大きさに形成されている。外筒２は、フローチューブ３等の流量計要部、すなわちセンサユニット部分を保護することができるように形成されている。このような外筒２の内部には、アルゴンガス等の不活性ガスが充填されている。不活性ガスの充填により、フローチューブ３等への結露が防止されるようになっている。外筒２には、蓋２ａが形成されている。蓋２ａは、後述する調整錘２６の位置、質量、或いはこれら両方を調整する部分として形成されている。蓋２ａは、調整錘２６の位置、質量、或いはこれら両方の調整後に外筒本体２ｂへ溶接によって固定されるようになっている。

フローチューブ３は、真っ直ぐな直管部１０と、この直管部１０の両端に連続するラッパ状の拡大開口部９（ここでは１つのみ図示）とを有している。直管部１０には、上記駆動装置を構成するマグネット（図示省略）と、検出器８を構成する同じくマグネット８ａとが固定されている。駆動装置を構成するマグネットは、直管部１０の中央位置に固定されている。一方、検出器８を構成するマグネット８ａは、駆動装置を構成するマグネットの両側で、このマグネットから等間隔となる位置にそれぞれ固定されている。駆動装置のマグネット及び検出器８のマグネット８ａは、フローチューブ３の振動方向に沿って突出するように固定されている。

フローチューブ３は、駆動装置の駆動によって三次モード振動で振動するようになっている（言い換えれば、駆動装置はフローチューブ３を三次モード振動で駆動するようになっている）。マグネット８ａは、本形態において、フローチューブ３の三次モード振動における二つの節で挟まれた中央の振動部分（但し中央の腹は除く）に固定されるようになっている。拡大開口部９には、外筒２の端部と接続フランジ１１とが溶接により固定されている。

台座２２は、断面視円形の筒状体且つ剛体であって、従来のカウンタバランス４（図８参照）と同じ位置に配置されている。すなわち、台座２２は、フローチューブ３の外側において、フローチューブ３に対し非接触状態となるように配置されている。台座２２には、駆動装置を構成するコイル７ｂ（図２及び図３参照）と、検出器８を構成する同じくコイル８ｂとが固定されている。駆動装置を構成するコイル７ｂは、台座２２の中央位置に固定されている。一方、検出器８を構成するコイル８ｂは、マグネット８ａの位置に合わせてそれぞれ固定されている。駆動装置を構成するコイル７ｂ、及び検出器８を構成するコイル８ｂは、駆動装置を構成するマグネット、及び検出器８を構成するマグネット８ａが恰も貫通するような状態の位置に固定されている。

台座２２は、フローチューブ３が三次モード振動で振動している最中に振動せず、一定位置を保つことが可能な部材として設けられている（台座２２は、従来のカウンタバランス４のような共振する部材でないものとする）。このような台座２２の端部には、ウェイト付加用ブラケット２４が設けられている。台座２２は、ウェイト付加用ブラケット２４及び弾性連結部材２３を介してフローチューブ３に連結されている。

弾性連結部材２３は、台座２２の両端のウェイト付加用ブラケット２４と、フローチューブ３とに跨って固定されている。弾性連結部材２３は、台座２２及びフローチューブ３を連結する機能と、弾性体としての機能とを有している。弾性連結部材２３は、フローチューブ３の本来持っている三次モードの節位置２５（図２ないし図５参照）となる二箇所に取り付けられている。

ここで、フローチューブ３の軸方向をＺ軸、また、図示しない駆動装置の駆動方向（フローチューブ３の振動方向でありＺ軸に直交する）をＸ軸、さらに、Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向をＹ軸と定義すると、弾性連結部材２３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各剛性よりもＺ軸方向の剛性の方が低く、且つ、Ｚ軸を中心とする回転方向（Ｒｚ）及びＸ軸を中心とする回転方向（Ｒｘ）の各剛性よりもＹ軸を中心とする回転方向（Ｒｙ）の剛性の方が低くなるような構造に形成されている。以下、弾性連結部材２３と、この弾性連結部材２３が連結するウェイト付加用ブラケット２４のもう少し具体的な構造について説明する。

弾性連結部材２３は、フローチューブ３に連続する紡錘状の平板構造を有している。すなわち、弾性連結部材２３は、図示のような形状に形成されている。具体的に説明すると、弾性連結部材２３は、本体２３ａと、この本体２３ａに対してＹ軸方向に伸びる一対のＹ軸方向伸び部分２３ｂとを有して紡錘状に形成されている。Ｙ軸方向伸び部分２３ｂの端部２３ｄは、このＸ軸方向の幅が本体２３ａのＸ軸方向の幅よりも狭くなるように形成されている。本体２３ａの中央には、フローチューブ３の直径に合わせて貫通する固定用の貫通孔２３ｃが形成されている。弾性連結部材２３は、本体２３ａ及びＹ軸方向伸び部分２３ｂの連続部分から端部２３ｄにかけて縁部が滑らかな曲線で繋がるように形成されている。

貫通孔２３ｃは、フローチューブ３に対してロー付けにより固定されている。また、端部２３ｄもウェイト付加用ブラケット２４に対してロー付けにより固定されている（ロー付けに限定されないものとする）。

ウェイト付加用ブラケット２４は、連結及びウェイト付加（位相差（感度）に支障を来さない程度のウェイト付加）のための部材として台座２２の端部に設けられている。ウェイト付加用ブラケット２４は、本体２４ａと、一対のＹ軸方向アーム部２４ｂと、一対のＸ軸方向ウェイト付加部２４ｃとを有している。本形態においては、下側のＸ軸方向ウェイト付加部２４ｃに調整錘２６が位置、質量、或いはこれら両方を可変可能にして設けられている。ウェイト付加用ブラケット２４は、この存在によって、三次モードの節位置２５（図２ないし図５参照）に対して集中的にウェイトを付加するような機能を有している。

本体２４ａは、所望の厚みを有するリング形状に形成されている。このような本体２４ａのＹ軸上には、一対のＹ軸方向アーム部２４ｂが連成されている。一対のＹ軸方向アーム部２４ｂは、弾性連結部材２３のＹ軸方向伸び部分２３ｂを介して弾性連結部材２３との連結を図ることができるように形成されている。また、一対のＹ軸方向アーム部２４ｂは、Ｙ軸方向の更なるウェイト付加を図ることができるように形成されている。Ｙ軸方向アーム部２４ｂの端部には、弾性連結部材２３のＹ軸に向けて伸びる連結凸部２４ｄが形成されている。連結凸部２４ｄは、弾性連結部材２３のＹ軸方向伸び部分２３ｂの端部２３ｄを連結するために形成されている。

弾性連結部材２３は、Ｙ軸方向伸び部分２３ｂの端部２３ｄと、Ｙ軸方向アーム部２４ｂの連結凸部２４ｄとの連結位置が離れるほど、Ｙ軸における回転方向Ｒｙの剛性が低下するとともに、Ｚ軸方向の剛性が低下するようになっている。Ｘ軸方向ウェイト付加部２４ｃは、Ｘ軸方向の更なるウェイト付加を図ることができるように形成されている。Ｘ軸方向ウェイト付加部２４ｃは、本体２４ａのＸ軸上に凸形状で形成されている。

以上の説明におけるフローチューブ３、台座２２、弾性連結部材２３、及びウェイト付加用ブラケット２４の材質としては、例えばステンレスが一例として挙げられるものとする。これら四つの部材の材質としては、温度変化に起因する伸び縮みに配慮すると、同じ線膨張係数となる、又はなるべく近い線膨張係数となる材質を選択することが好ましいものとする。本形態において、台座２２は熱容量が比較的小さくなるように形成されている。

上記構成において、フローチューブ３に被測定流体（図示省略）を流すとともに、図示しない駆動装置を駆動させてフローチューブ３に三次モード振動を生じさせると、検出器８の位置でのコリオリの力によって生じる位相の差分により、質量流量が図示しない信号演算処理部で算出されるようになっている。また、本形態においては、振動周波数から密度も算出されるようになっている。本発明の直管式コリオリ流量計２１は、従来と全く変わらない流量計としての機能を有している。

本発明の直管式コリオリ流量計２１において、以上の説明からも分かるように、台座２２は高い剛性を有するとともに上記軸方向の剛性を有する弾性連結部材２３を介してフローチューブ３に連結するものであることから、フローチューブ３が図示しない駆動装置の駆動により三次モード振動で振動している最中に振動せず、一定位置を保つようになっている。以下、図２及び図３を参照しながら図示しない被測定流体の温度変化に応じたフローチューブ３、台座２２、及び弾性連結部材２３の作用について説明する。また、図４及び図５を参照しながらウェイト付加用ブラケット２４の作用について説明する。

図２（ａ）は被測定流体の温度が低く直管式コリオリ流量計２１全体の温度が均等な状態を模式的に示している。また、フローチューブ３が図示しない駆動装置の駆動によって三次モード振動で振動している状態を示している。このような状態においては、フローチューブ３の全体にわたり軸応力がまだ発生していないことになる（但しフローチューブ３には、振動による応力が別に作用するものとする）。

図２（ｂ）は被測定流体の温度を上昇させた直後の状態を模式的に示している。この時、台座２２には、被測定流体の温度変化による熱が伝わりきれてないため全長に変化がなく、また、一対の接続フランジ１１間（固定端間）の距離にも変化がなく、結果、フローチューブ３には、被測定流体の温度変化による、圧縮となる軸応力が発生する。この圧縮となる軸応力は、フローチューブ３の全体にわたり均等に働く。理由としては、一対の弾性連結部材２３が弾性体であることから、この弾性変形により従来例のような局所的な軸応力の発生が阻止されているためである。従って、フローチューブ３に発生する軸応力は、上記状態において本発明の構造によりフローチューブ３の軸方向に分散されることになる。

図２（ｃ）は被測定流体の温度を上昇させてしばらく経過した後の状態を模式的に示している。この時、台座２２は、上述の如く熱容量が比較的小さいことから温度変化による熱に比較的早く馴染み、結果、全長方向に伸びが発生する。一対の弾性連結部材２３は、上述の如くフローチューブ３の軸方向（上記Ｚ軸方向）の剛性が他よりも低くなる構造であることから、上記伸びは弾性変形により吸収される。一対の弾性連結部材２３の間、弾性連結部材２３と接続フランジ１１（固定端）との間は、従来例と異なり軸応力がフローチューブ３の軸方向に分散されることになる。従って、図２（ｃ）の状態も図２（ｂ）の状態と同様、局所的な軸応力の発生がないことになる（軸応力は殆ど図２（ｂ）の状態から変化しない）。

図２（ｄ）は直管式コリオリ流量計２１全体の温度が均等になった状態を模式的に示している。この状態においては、台座２２や固定端間距離がフローチューブ３と同様に伸びきることから、それまでフローチューブ３に作用していた軸応力がなくなり、結果、直管式コリオリ流量計２１の状態が安定することになる。

図３（ａ）は被測定流体の温度が高く直管式コリオリ流量計２１全体の温度が均等な状態を模式的に示している。また、フローチューブ３が図示しない駆動装置の駆動によって三次モード振動で振動している状態を模式的に示している。このような状態においては、図２（ａ）の状態と同じであり、フローチューブ３の全体にわたり軸応力が発生していないことになる（但しフローチューブ３には、振動による応力が別に作用するものとする）。

図３（ｂ）は被測定流体の温度を降下させた直後の状態を模式的に示している。この時、台座２２には、被測定流体の温度降下による冷えが伝わりきれてないため全長に変化がなく、また、一対の接続フランジ１１間（固定端間）の距離にも変化がなく、結果、フローチューブ３には、被測定流体の温度変化による、引っ張りとなる軸応力が発生する。この引っ張りとなる軸応力は、フローチューブ３の全体にわたり均等に働く。理由としては上述と同様であり、一対の弾性連結部材２３が弾性体であることから、この弾性変形により従来例のような局所的な軸応力の発生が阻止されているためである。従って、フローチューブ３に発生する軸応力は、上記状態において本発明の構造によりフローチューブ３の軸方向に分散されることになる。

図３（ｃ）は被測定流体の温度を降下させてしばらく経過した後の状態を模式的に示している。この時、台座２２は、上述の如く熱容量が比較的小さいことから温度変化による冷えに比較的早く馴染み、結果、全長方向に縮みが発生する。一対の弾性連結部材２３は、上述の如くフローチューブ３の軸方向（上記Ｚ軸方向）の剛性が他よりも低くなる構造であることから、上記縮みは弾性変形により吸収される。一対の弾性連結部材２３の間、弾性連結部材２３と接続フランジ１１（固定端）との間は、従来例と異なり軸応力がフローチューブ３の軸方向に分散されることになる。従って、図３（ｃ）の状態も図３（ｂ）の状態と同様、局所的な軸応力の発生がないことになる（軸応力は殆ど図３（ｂ）の状態から変化しない）。

図３（ｄ）は直管式コリオリ流量計２１全体の温度が均等になった状態を示している。この状態においては、台座２２や固定端間距離がフローチューブ３と同様に縮みきることから、それまでフローチューブ３に作用していた軸応力がなくなり、結果、直管式コリオリ流量計２１の状態が安定することになる。

図４及び図５は三次モードでの節位置２５とウェイトの関係を示す模式図である。図４及び図５において、フローチューブ３が三次モードで駆動され、二箇所の節位置２５で弾性連結部材２３を介して台座２２が保持される場合を考えると、二箇所の節位置２５に集中的にウェイトを掛ければ密度による節位置２５の移動が減り、三次モードでの振動が安定することになる。ウェイト付加用ブラケット２４は、このような理由から設けられている。

弾性連結部材２３は、二箇所の節位置２５を中心にＹ軸周りの回転モーメントが交番で働くようになる。この時、回転軸上（Ｙ軸上）に錘２７を設けることが有効であり、節位置２５の安定に寄与する。また、位相差（感度）低下を最小限度に抑えることにも寄与する。尚、錘２７は、ウェイト付加用ブラケット２４のＹ軸方向アーム部２４ｂの重みに相当するものとする。

その他、図４及び図５において、位相のズレ（ゼロ点のズレ）の調整には、位相に最も有効に影響を与えることができる節位置２５に対して、Ｘ軸方向に伸ばした腕の先端に錘２８を設け（錘２８は移動可能に、質量可変可能に、或いはこれら両方が可能に設けることが好ましい）、これにより慣性モーメントを変化させることが有効である。尚、錘２８は、ウェイト付加用ブラケット２４のＸ軸方向ウェイト付加部２４ｃに設ける調整錘２６の重みに相当するものとする。

以上、図１ないし図５を参照しながら説明してきたように、本発明の直管式コリオリ流量計２１によれば、被測定流体に温度変化が生じてフローチューブ３に伸びや縮みが発生しても、フローチューブ３に働く軸応力がフローチューブ３の軸方向（Ｚ軸方向）に分散される構造であることから、温度変化に対して強い構造になり、流量計として温度特性を従来よりも向上させることができるという利点を有している。

また、本発明の直管式コリオリ流量計２１によれば、フローチューブ３を三次モード振動で振動させる構造であることから、振動漏洩を最小に抑えることができるという利点を有している。尚、振動漏洩に関して本発明の直管式コリオリ流量計２１は、従来用いていた板バネ６（図８参照）を不要にする構造であることから、従来板バネ６を介して生じていた振動漏洩を解消することができるという利点も有している。

さらに、本発明の直管式コリオリ流量計２１によれば、従来用いていたカウンタバランス４（図８参照）を不要にする構造であることから、被測定流体の密度変化とカウンタバランス４の慣性モーメント（質量）とにより生じるアンバランス、すなわち被測定流体の密度が変わってもカウンタバランス４の慣性モーメントが不変であることに起因するアンバランスを解消することができるという利点を有している。従って、器差シフトやバラツキ、さらには密度計測（周波数）に対するシフトもなくすことができるという利点を有している。

さらにまた、本発明の直管式コリオリ流量計２１によれば、ウェイト付加用ブラケット２４を有する構造であることから（節位置安定化構造を有するものであることから）、フローチューブ３の三次モードでの節位置２５を安定させることができるという利点を有している。具体的には、密度による節位置２５の移動を減らして三次モード振動を安定させることができるという利点を有している。従って、より良い形態のものを提供することができるという利点を有している。

その他、本発明の直管式コリオリ流量計２１によれば、台座２２がフローチューブ３の振動中に振動しない構造であることから、この台座２２に固定されるコイル７ｂ、８ｂに対して配線（図示省略）を外筒２から配線する際に、弛み（振動を考慮した弛み）を持たせる必要がなく、結果、配線設計の自由度が増えるという利点を有している。

次に、図６を参照しながら検出器８（検出手段）の他の配置例を説明する。図６は他の配置例を示す直管式コリオリ流量計２１の断面図である。

例えば、ウェイト付加用ブラケット２４における上側のＸ軸方向ウェイト付加部２４ｃには、ブラケット２９が設けられている。このブラケット２９の先端には、検出器８を構成するコイル８ｂが設けられている。一方、フローチューブ３には、検出器８を構成するマグネット８ａが設けられている。検出器８は、図示のような配置にしてもよいものとする。

続いて、図７を参照しながら弾性連結部材２３とウェイト付加用ブラケット２４の他の例（２３′、２４′）を説明する。図７は他の例を示す斜視図である。

図７において、弾性連結部材２３′は、Ｙ軸方向伸び部分２３ｂ′が捻り棒（トーションビーム）となる形状に形成されている。この点が上述のものと異なっている。一方、ウェイト付加用ブラケット２４′は、Ｙ軸方向伸び部分２３ｂ′の端部２３ｄ′を差し込んでロー付け（一例であるものとする）により固定することができるように連結凸部２４ｄ′の形状を変更した点が異なっている。弾性連結部材２３′及びウェイト付加用ブラケット２４′に変更しても、上述のような利点が得られるものとする。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

本発明の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は直管式コリオリ流量計の断面図、（ｂ）はフローチューブと台座と弾性連結部材との位置関係を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１の直管式コリオリ流量計のフローチューブの内部に流れる被測定流体の温度を上昇させた時のフローチューブと台座と弾性連結部材との状態を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１の直管式コリオリ流量計のフローチューブの内部に流れる被測定流体の温度を降下させた時のフローチューブと台座と弾性連結部材との状態を示す模式図である。 三次モードでの節位置とウェイトの関係を示す模式図である。 三次モードでの節位置とウェイトの関係を示す立体的な模式図である。 検出器（検出手段）の他の配置例を示す直管式コリオリ流量計の断面図である。 弾性連結部材とウェイト付加用ブラケットの他の例を示す斜視図である。 従来例の直管式コリオリ流量計の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図８の直管式コリオリ流量計のフローチューブの内部に流れる被測定流体の温度を上昇させた時のフローチューブとカウンタバランスとの状態を示す模式図、（ｅ）はフローチューブとカウンタバランスと連結ブロックと板バネとの位置関係を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は図８の直管式コリオリ流量計のフローチューブの内部に流れる被測定流体の温度を降下させた時のフローチューブとカウンタバランスとの状態を示す模式図である。

符号の説明

２ 外筒
３ フローチューブ
７ 駆動装置
７ａ マグネット
７ｂ コイル
８ 検出器（検出手段）
８ａ マグネット
８ｂ コイル
９ 拡大開口部
１０ 直管部
１１ 接続フランジ
２１ 直管式コリオリ流量計
２２ 台座
２３ 弾性連結部材
２３ａ 本体
２３ｂ Ｙ軸方向伸び部分
２３ｃ 貫通孔
２３ｄ 端部
２４ ウェイト付加用ブラケット
２４ａ 本体
２４ｂ Ｙ軸方向アーム部
２４ｃ Ｘ軸方向ウェイト付加部
２４ｄ 連結凸部
２５ 節位置
２６ 調整錘
２７、２８ 錘
２９ ブラケット

Claims (4)

1. 被測定流体が流れる直管状のフローチューブと、該フローチューブを三次モード振動で駆動する駆動装置と、前記フローチューブに作用するコリオリの力に比例した位相差を検出する一対の検出手段と、前記駆動装置及び前記一対の検出手段の各コイルを固定した状態で前記フローチューブの外側に位置する剛性のある台座と、前記フローチューブの三次モード節位置となる二箇所で前記台座を連結する一対の弾力性のある弾性連結部材とを備え、
   前記フローチューブの軸方向をＺ軸、該Ｚ軸に直交する前記駆動装置の駆動方向をＸ軸、さらに前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸に直交する方向をＹ軸とすると、前記弾性連結部材は、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の各剛性よりも前記Ｚ軸方向の剛性の方が低い構造となる弾性体、且つ、前記Ｚ軸を中心とする回転方向及び前記Ｘ軸を中心とする回転方向の各剛性よりも前記Ｙ軸を中心とする回転方向の剛性の方が低い構造となる弾性体であり、
   このような前記弾性連結部材を連結する前記台座には、連結及びウェイト付加のためのウェイト付加用ブラケットを設ける
   ことを特徴とする弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計。
2. 請求項１に記載の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計において、
   前記弾性連結部材は、前記Ｙ軸方向に伸びるＹ軸方向伸び部分を有し、前記ウェイト付加用ブラケットは、前記Ｙ軸方向伸び部分を介して前記弾性連結部材との連結を図るとともに前記Ｙ軸方向の更なるウェイト付加を図るＹ軸方向アーム部を有する
   ことを特徴とする弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計。
3. 請求項１又は請求項２に記載の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計において、
   前記ウェイト付加用ブラケットは、前記Ｘ軸方向の更なるウェイト付加を図るＸ軸方向ウェイト付加部を有する
   ことを特徴とする弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計。
4. 請求項３に記載の弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計において、
   前記Ｘ軸方向ウェイト付加部は、ウェイト付加位置を可変とする機構、ウェイト質量を可変とする機構、或いは、ウェイト付加位置とウェイト質量の両方を可変とする機構を有する
   ことを特徴とする弾性連結部材と台座とフローチューブ三次モード節位置安定化構造とを有する直管式コリオリ流量計。

Images