JP4898724B2 - 超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波式流体計測装置の計測流路に複数の扁平流路を形成する超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法に関するものである。

超音波式流体計測装置は、計測用流路に流体を流し、計測用流路内に超音波を伝搬させて、超音波の伝搬時間を計測し、計測した情報に基づいて流体の流速を求めるものである。
この計測用流路は、断面長方形の角筒形状で対向する短辺側面にそれぞれ一対の送受波部が設けられている。

これら一対の送受波部は、計測用流路の流れ方向に対して所定の角度で交差する線に沿って超音波を送受するように配置されている。
そして、近年では、計測精度を向上させるために、計測用流路に複数の隔壁を並行に配置することにより、計測用流路を多層流路とした超音波式流体計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第０４／０７４７８３号パンフレット

しかしながら、計測用流路を多層流路とする際に、多層流路を形成するための仕切板の両縁をフレームにより支持した場合、フレームと計測流路の内面との間に流体が流れ込むため計測精度を低下させるという問題があり、高精度の計測を行うためには、多層流路部材の高精度の製造が求められている。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、流体の計測精度を向上できる高精度な超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法を提供することにある。

本発明の超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法は、超音波式流体計測装置に形成された角筒状の計測流路に配置され、前記計測流路を複数の扁平流路に区画する仕切板と、前記仕切板における流体の流れ方向に沿った縁部を支持するフレームとを有する超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法であって、前記仕切板における前記流れ方向に沿った長手方向端部を挟持するスリットが複数設けられた一対の保持部を前記スリットが向かい合うように対向設置し、前記スリットが前記長手方向端部を挟持するように前記一対の保持部に前記仕切板を保持させるとともに、前記仕切板を厚み方向に沿って所定間隔で複数配置させ、前記フレームの側板を前記仕切板の端面に対して近接配置させた後、 前記仕切板の端面に倣って流動し、その状態で固化する保持手段により前記フレームに対する前記仕切板の位置を保持させる構成を有している。

この構成により、複数枚の仕切板を、保持部に高精度で形成されているスリットに挿入して配置するので、容易にかつ高精度で仕切板を配置することができる。そして、保持部により保持されている仕切板の側面に、フレームの側板を接近させて取付けるので、側板に設けられているスリットに仕切板を容易に挿入することができる。仕切板をフレームの側板に固定する保持手段が、仕切板の端面に倣って流動するので仕切板とフレームとの間に浸透し、例えば治具により位置決めされている位置を保持した状態で固化する。これにより、仕切板の間隔を高精度に保持することができるので、仕切板を取付けるフレームの製作精度を上げることなく、また、寸法精度を確保するための別部材を用いることなく、簡易な構成で高精度の多層流路部材を製造することができることとなる。

本発明は、複数枚の仕切板を、保持部に高精度で形成されているスリットに挿入して配置するので、容易にかつ高精度で仕切板を配置することができる。そして、保持部により保持されている仕切板の側面に、フレームの側板を接近させて取付けるので、側板に設けられているスリットに仕切板を容易に挿入することができる。仕切板をフレームの側板に固定する保持手段が、仕切板の端面に倣って流動するので仕切板とフレームとの間に浸透し、例えば治具により位置決めされている位置を保持した状態で固化する。これにより、仕切板の間隔を高精度に保持することができるので、仕切板を取付けるフレームの製作精度を上げることなく、また、寸法精度を確保するための別部材を用いることなく、簡易な構成で高精度の多層流路部材を製造することができるという効果を有する超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る製造方法により製造された多層流路部材を用いる超音波式流体計測装置の一例を示す全体斜視図、図２は図１中II-II位置の断面図、図３は多層流路部材の分解斜視図、図４は図３中IV−IV位置の断面図、図５（Ａ）〜（Ｃ）は多層流路部材の製造工程を示す説明図、図６（Ａ）〜（Ｄ）は仕切板とフレームとの接合状態を示す断面図である。

図１に示すように、超音波式流体計測装置１は、例えば、左右の鉛直流路３ａ、３ｂと、この左右の鉛直流路３ａ、３ｂの上端部同士を連結する水平流路４とで略逆Ｕ字状に形成された流体路２を有している。水平流路４は、流体を計測するための上面が開口した角筒状の計測流路４ａを有しており、この計測流路４ａにおける一対の対向する内面５ａ，５ｂにはそれぞれ送受波器（図示省略）を有する超音波計測部９が設けられている。さらに、計測流路４ａには、流体を複数の扁平流路に区画する多層流路部材１０と、多層流路部材１０を計測流路４ａに収容して密閉する蓋７を有している。従って、蓋７を水平流路４に被せると、計測流路４ａは断面矩形の角筒状に形成されることになる。

なお、送受波器同士を結ぶ計測方向の超音波伝搬路８ｂは、流体の流れる方向に対して斜めに交差するように設けられている。このように、超音波伝搬路８ｂを流れに対して角度を有し対向して配置している配置パターンは、Ｚパス（Ｚ−ｐａｔｈ）またはＺ法と呼ばれており、本実施の形態では、このＺパス配置について例示する。

水平流路４の側壁６ａ、６ｂには、外側へ突出する三角形状の送受波器取付部８、８がそれぞれ設けられている。両送受波器取付部８、８および側壁６ａ、６ｂには、両送受波器取付部８、８を結ぶ方向に貫通する例えば円形の貫通穴８ａが設けられており、超音波伝播路８ｂが形成されている。

水平流路４の計測流路４ａ内部には多層流路部材取付部４ｂが設けられており、多層流路部材１０を上方からはめ込むための段差４ｃが設けられている。各段差４ｃには、多層流路部材１０のフレーム１２内側面と水平流路４の内面５ａ、５ｂに滑らかに連続させるための傾斜面４ｄが各々設けられている。

図２および図３に示すように、多層流路部材１０は、計測流路４ａを複数の扁平流路４ｅに区画するための仕切板１１と、仕切板１１における流体の流れ方向に沿った縁部１１ａを支持するフレーム１２とを有している。すなわち、フレーム１２は、左右の側板１３、１４、天板１５および底板１６によって矩形箱状に形成されており、左右の側板１３、１４間に仕切板１１が水平に所定間隔で保持される。

図３に示すように、側板１３、１４の内面には、仕切板１１を所定間隔で保持するため複数本のスリット１７が設けられている。このスリット１７は、各仕切板１１によって仕切られる扁平流路４ｅの断面積が均一になるように、流体の流れに対して直交する方向（図２、図３で上下方向）に沿って等間隔で設けられている。

また、図１および図３に示すように、多層流路部材１０を計測流路４ａの多層流路部材取付部４ｂに嵌めた状態で、超音波伝搬路８ｂに位置する多層流路部材１０のフレーム１２の側板１３、１４には、超音波通過用の開口１８が設けられている。この開口１８には、流体は通過させないが超音波を透過させることができる例えば細かなメッシュ・パンチングメタル等のフィルタ部材１９が取り付けられている。

図３に示すように、仕切板１１は全体矩形の薄板状部材であり、仕切板１１における縁部１１ａには、複数個の鍔部１１ｂが設けられている。鍔部１１ｂは、例えば、仕切板１１の四隅および中央部から幅方向外側へ突出して設けることができる。
一方、フレーム１２の側板１３、１４に設けられているスリット１７には、仕切板１１の鍔部１１ｂに対応した位置に貫通孔２１が設けられており、外部から貫通孔２１を通して仕切板１１の端面１１ｃが露出するようになっている（図４参照）。貫通孔２１は、鍔部１１ｂごとに設けられているので、鍔部１１ｂをフレーム１２に固定する際に、容易に接着剤３３を注入することができる。

次に、前述した多層流路部材１０の製造方法について説明する。
図５（Ａ）に示すように、まず、治具３０において、所望の仕切板１１間隔に設定されたスリット３２を有する一対の保持部３１ａ、３１ｂを、スリット３２が対向するように配置する。

図５（Ｂ）に示すように、対向配置された保持部３１ａ、３１ｂのスリット３２に、各仕切板１１の長手方向両端部１１ｄ、１１ｄを挿入して保持する。なお、保持部３１ａ、３１ｂのスリット３２の位置および幅は、フレーム１２の側板１３、１４に設けられているスリット１７に比較して、高精度で仕切板１１の間隔および厚さに設定されており、仕切板１１を高精度で位置決めするものである。従って、仕切板１１をスリット３２に挿嵌することにより、仕切板１１は高精度で間隔が設定される。

次いで、図５（Ｃ）に示すように、フレーム１２の側板１３、１４を治具３０に保持されている仕切板の側端面１１ｃに接近させ、側板１３、１４のスリット１７に仕切板１１の縁部１１ａを挿入する。このとき、仕切板１１に設けられている各鍔部１１ｂが、スリット１７に設けられている貫通孔２１に嵌合するようにする。側板１３、１４のスリット１７および貫通孔２１は、保持部３１のスリット３１ａに比して余裕を持って形成されているので、容易に仕切板１１を挿入することができる。

次に、側板１３、１４の貫通孔２１から、保持手段として例えば接着剤を注入する。接着剤は仕切板１１の端面１１ｃに倣って流動し、治具３０により正確に位置決めされた状態を保って固化する。ここでは、鍔部１１ｂが貫通孔２１に収容されているので、鍔部１１ｂを貫通孔２１に固定するようにして、接着剤が計測流路４ａに突出しないようにすることができ、扁平流路４ｅを流れる流体の流れをスムーズにすることができる。

そして、接着剤が固化したら、側板１３、１４の上下に天板１５および底板１６を取付けてフレーム１２とし、多層流路部材１０が完成する。なお、天板１５および底板１６は、接着剤等を用いて接着することができるが、側板１３、１４の上下両端面および天板１５および底板１６に嵌合部を設けておき、嵌合させて組み立てることもできる。

なお、接着剤を用いずに、貫通孔２１を介して超音波や加熱処理してフレーム１２の一部を保持手段として溶融させ、仕切板１１の端面１１ｃに倣って流動させた後に固化させて、溶着により仕切板１１を取り付けるようにすることも可能である。

以上、説明した超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法によれば、複数枚の仕切板１１を、保持部３１ａ、３１ｂに高精度で形成されているスリット３２に挿入して配置するので、容易にかつ高精度で仕切板１１を配置することができる。そして、保持部３１ａ、３１ｂにより保持されている仕切板１１の縁部１１ａに、フレーム１２の側板１３、１４を接近させて取付けるので、側板１３、１４に設けられているスリット１７に仕切板１１を容易に挿入することができる。さらに、仕切板１１をフレーム１２の側板１３、１４に固定する接着材３３が、仕切板１１の端面１１ｃに倣って流動するので仕切板１１とフレーム１２との間に浸透し、治具３０により位置決めされている位置を保持した状態で固化する。これにより、仕切板１１の間隔を高精度に保持することができるので、仕切板１１を取付けるフレーム１２の製作精度を上げることなく、また、寸法精度を確保するための別部材を用いることなく、簡易な構成で高精度の多層流路部材１０を製造することができることとなる。

なお、本発明の超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施形態においては、仕切板１１の幅方向に突出する鍔部１１ｂを設けて、鍔部１１ｂをフレーム１２の側板１３、１４に接合する場合について説明したが、鍔部１１ｂを設けずに、仕切板１１の端面１１ｃをフレーム１２に接合するようにしてもよい。
この場合、仕切板１１とフレーム１２の側板１３、１４との接合状態は、図６（Ａ）に示すように、接着剤３３（フレームの一部を保持手段とする場合も同様である。）が仕切板１１の端面１１ｃと側板１３、１４の内面との間をつき合わせて接合することができる。あるいは、図６（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、仕切板１１の上面あるいは下面、あるいは上下両面を支持する形とすることもできる。

本発明の実施の形態に係る製造方法により製造された多層流路部材を用いる超音波式流体計測装置の一例を示す全体斜視図 図１中II-II位置の断面図 多層流路部材の分解斜視図 図３中IV−IV位置の断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は多層流路部材の製造工程を示す説明図 （Ａ）〜（Ｄ）は仕切板とフレームとの接合状態を示す断面図

符号の説明

１ 超音波式流体計測装置
４ａ 計測流路
４ｅ 扁平流路
１０ 多層流路部材
１１ 仕切板
１１ａ 縁部
１１ｄ 長手方向端部
１２ フレーム
３１ａ、３１ｂ 保持部
３２ スリット
３３ 接着剤（保持手段）

Claims (2)

1. 超音波式流体計測装置に形成された角筒状の計測流路に配置され、前記計測流路を複数の扁平流路に区画する仕切板と、
   前記仕切板における流体の流れ方向に沿った縁部を支持するフレームとを有するとともに、前記仕切板が前記フレームの側板によって保持される超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法であって、
   前記仕切板における前記流れ方向に沿った長手方向端部を挟持する第１スリットが複数設けられた一対の保持部を前記第１スリットが向かい合うように対向設置し、
   前記第１スリットが前記長手方向端部を挟持するように前記一対の保持部に前記仕切板を保持させるとともに、前記仕切板を厚み方向に沿って所定間隔で複数配置させ、
   前記第１スリットに比して余裕をもって形成されている第２スリットが設けられた前記フレームの側板を前記仕切板の端面に対して近接配置させた後、前記フレームの側板の前記第２スリットに前記仕切板における流体の流れ方向に沿った縁部を挿入し、前記仕切板の端面に倣って流動し、前記保持部により位置決めされている位置を保持した状態で固化する保持手段により前記フレームに対する前記仕切板の位置を保持させることを特徴とする超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法。
2. 前記フレームの側板に設けられている前記第２スリットには貫通孔が設けられており、前記貫通孔から前記保持手段である接着剤を注入し、前記接着剤は、前記仕切板の端面に倣って流動し、前記保持部により正確に位置決めされている状態を保って固化することを特徴とする請求項１に記載の超音波式流体計測装置の多層流路部材の製造方法。

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