JP4820032B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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１００は、流体入口１０１、ノズル１０２、流路拡大部１０３、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１０６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１０５）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。
【００１８】
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。
【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、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。
【００２０】
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。
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、請求項４にかかるフルイディック素子にあっては、請求項１〜３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。
【００２４】
この発明によれば、請求項１〜３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。
【００２５】
また、請求項５にかかるフルイディック型流量計にあっては、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型流量計において、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。
【００２６】
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フルイディック型流量計が実現可能になる。
【００２７】
また、請求項６にかかるフルイディック型流量計にあっては、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型流量計において、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。
【００２８】
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フルイディック型流量計が実現可能になる。
【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４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４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 Ｂｅｎｚｅｎｅ Ｓｕｌｆｏｎａｔｅ)樹脂、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ ＢｕｔｙｒｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｂｏｎａｔｅ）樹脂、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ ｒｅｓｉｎ）樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）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２５ｍｍ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＝０．１６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／ｄＱ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ため、噴流の振り分けが均等になり安定する。
【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、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。
【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、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。
【００６１】
また、本発明にかかるフルイディック素子（請求項４）によれば、請求項１〜３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し、小流量域での直線性が向上する。
【００６２】
また、本発明にかかるフルイディック型流量計（請求項５）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フルイディック型流量計が実現する。
【００６３】
また、本発明にかかるフルイディック型流量計（請求項６）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フルイディック型流量計が実現する。
【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４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
【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１００は、流体入口１０１、ノズル１０２、流路拡大部１０３、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１０６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１０５）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。
【００１８】
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。
【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、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。
【００２０】
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。
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、請求項４にかかるフルイディック素子にあっては、請求項１〜３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。
【００２４】
この発明によれば、請求項１〜３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。
【００２５】
また、請求項５にかかるフルイディック型流量計にあっては、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型流量計において、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。
【００２６】
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フルイディック型流量計が実現可能になる。
【００２７】
また、請求項６にかかるフルイディック型流量計にあっては、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型流量計において、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。
【００２８】
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フルイディック型流量計が実現可能になる。
【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４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４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 Ｂｅｎｚｅｎｅ Ｓｕｌｆｏｎａｔｅ)樹脂、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ ＢｕｔｙｒｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｂｏｎａｔｅ）樹脂、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ ｒｅｓｉｎ）樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）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２５ｍｍ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＝０．１６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／ｄＱ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ため、噴流の振り分けが均等になり安定する。
【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、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。
【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、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。
【００６１】
また、本発明にかかるフルイディック素子（請求項４）によれば、請求項１〜３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し、小流量域での直線性が向上する。
【００６２】
また、本発明にかかるフルイディック型流量計（請求項５）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フルイディック型流量計が実現する。
【００６３】
また、本発明にかかるフルイディック型流量計（請求項６）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フルイディック型流量計が実現する。
【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４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
Claims (9)
- 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フルイディック素子の製造方法。 - 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フルイディック素子の製造方法。 - 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１〜３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。
- 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型流量計において、
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フルイディック型流量計。 - 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型流量計において、
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フルイディック型流量計。 - 請求項４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。 - 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。 - 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。
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