JP5039654B2 - 流量計 - Google Patents

Description

本発明は、配管を強制的に加振することで、配管を流れる流体の質量流量に比例して働く力いわゆるコリオリの力を発生させて、配管の上流側と下流側での振動の位相差を検出し、当該質量流量を求めるコリオリ式の質量流量計に関する。

コリオリ式の流量計は、計測対象の流体を通過させる流体管を、加振器で強制的に加振し、流体の質量の流量に応じて、流路の上流側と下流側とに発生する振動の位相差を検出し、前記位相差から質量流量を求める。

以下、本発明の課題の説明に先立ってコリオリ式の質量流量計の構造および原理等について説明する。

図１１において、たとえば、略Ｕ字型の流体管１は計測対象の測定流体１００の流路を形成する。前記測定流体１００は、前記流体管１の一端から導入され曲がり部や直管部を通って他端から導出される。

前記略Ｕ字型の流体管１の両端は、支持部１０１に固定されている。これを構造力学的な観点から見ると、支持部材である支持部１０１が、流体管１の両端が後述する加振器２の加振による振動に対し固定端となるように支持し、つまり、流体管１は片持梁の状態で支持されていると同様の構造になる。その結果、図１３（ａ）の模式図に示すように、支持部１０１に挿入された両端、つまり、加振による振動の固定端もしくはその近傍を軸に撓むことが可能である。

図１１において、前記流体管１における中間部分には加振器２が設けられている。前記加振器２は、流体管１に固定された永久磁石２１と、ベース１０２上に固定された電磁駆動用コイル２２とからなる。永久磁石２１（磁性体）は電磁駆動用コイル２２内に挿入されており、加振回路３４（図１２）により電磁駆動用コイル２２に交番する電流を流すことで、流体管１を加振する。

一方、流体管１には、それぞれ、第１および第２の検出器２Ａ，２Ｂが配置されている。すなわち、前記第１および第２検出器２Ａ，２Ｂは、流体管１の流路に沿った上流側と下流側とに互いに離間して配置されている。図１１の各検出器２Ａ，２Ｂは、周知の電磁ピックアップからなり、永久磁石（磁性体）からなる被検出素子２３がコイル２４内を往復移動することにより流体管１の鉛直方向の振動状態の一つである振動の速度を検出する。

図１２において、前記第１検出器２Ａにより検出された振動の速度に関する信号は、一方の検出回路３３を経て、マイコン３の算出手段３２に送信されるとともに、加振回路３４に送信される。加振回路３４は、正帰還がかかるように前記第１検出器２Ａにより検出された振動の速度に関する信号の大きさと正負の向きに応じた電流を加振器２を構成する電磁駆動用コイル２２に供給する。このとき、加振に対し振動が減衰しにくい振動数である流体管１の特定の固有振動数で正帰還がかかり、発振状態を作り出すことで、基本の固有振動数での振動を一定レベルで持続させることができる。なお、前記第１検出器２Ａの配置および正帰還の正負の向きなどを調整することで、複数存在する流体管１の固有振動数のうちから、選択的に、特定の高次の周波数で流体管１の振動を持続させるすることができる。

基本の固有周波数で加振するように設定した場合、前記加振により流体管１は図１３（ａ）の一点鎖線Ｌ１、実線Ｌ０および二点鎖線Ｌ２の順に上下に撓みながら振動する。

一方、前記加振と測定流体１００（図１１）の流れによって、流体管１には、いわゆるコリオリの力が作用し、図１３（ｂ）のように流体管１が捩れながら上下に撓み振動する。

コリオリの力の大きさは、流体管１内を流れる流体の質量、その速度および励振する角速度に比例し、力の方向は流体の運動方向（速度ベクトル）と、流体管１を励振する角速度のベクトル積の方向に一致する。また、流体管１における流体の入側と出側とでは流体の流れ方向が反対となる。そのため、コリオリ力によって流体管１に捩りのトルクが発生する。このトルクは励振周波数と同一の周波数で変化し、その振幅値と流体の質量流量とは所定の関係になる。

前記加振による図１３（ａ）の流体管１の撓みと、前記コリオリの力による図１３（ｂ）の流体管１の捩れは、重畳されるのであるが、図１２のマイコン３の算出手段３２は前記捩りの振幅の位相つまり前記各検出器２Ａ，２Ｂおよび検出回路３３，３３で検出した各振動の情報である各位置における振動の速度信号の位相差に基づき、流体管１の流路を通る測定流体１００の質量を算出する。

ところで、従来より流体管１を一対設け、一対の流体管が互いに対面するように鏡対称に配置した流量計が知られている（特許文献１〜３）。
U.S.P.4,756,198 （フロントページ） 特開平１１−３３７３８３号（図７） 特開２００３−２０７３８０（図１）

前記特許文献１の発明のように、一対の流体管の間にコイルを設け、一対の各流体管にそれぞれ磁性体コアを設け、理想的な鏡対称に配置した流量計は、一対の流体管の一方にコイルを設け他方に磁性体コアを設けた流量計よりも、鏡対称となるように加振することで一対の流体管の振動が理想的な音叉振動となることが期待できる。

しかし、コイルは一対の流体管が振動しやすい位置に配置されるため、一対の流体管を固定する台座からある程度離間した位置に配置されることになり、その結果、コイルは片持ち支持されることとなる。片持ち支持されたコイルは、外乱振動に振動し易くなるだけでなく、製造誤差等により流体管の反力を受け、これによりコイルに生じる振動が精度低下の要因となる。また、コイルに生じる振動を緩和するために、片持ち支持部分の高剛性化の為の大型化も考えられるが、流量計の大型化や質量増加が避けられず、一対の流体管にする利点が損なわれる。

したがって、本発明の主目的は、理想的な鏡対称の構成を有するコリオリ式の流量計において、測定精度の低下を防止しつつ流量計の小型化を図ることである。

ところで、一対の流体管を互いに接近させると、両流体管が共振し、互いに振動状態が等しくなり易く、したがって、測定精度が向上する。しかし、両流体管を互いに接近させると、流体管に磁性体を固定する組立作業が困難となる。

したがって、本発明の別の目的は、小型化された流量計の組立作業を容易ないし可能とすることである。

前記目的を達成するために、本発明は、測定流体を流すための流路を形成し、互いに略同形同大で略鏡対称にかつ平行に配置された一対の流体管と、前記流体管を加振するためのコイルおよび磁性体を含む加振器と、前記流体管の流路に沿って互いに離間して設けられ、前記流体管の振動の状態を検出するためのコイルおよび磁性体を含む複数の検出器と、前記複数の検出器により検出される各振動に基づき前記流体管の流路を通る測定流体の質量流量を算出する算出手段とを有する流量計において、前記各流体管の端部が取り付けられ前記各流体管を振動可能に支持する支持台と、前記支持台に固定されたフレームとを更に備え、前記一対の流体管の間に配置され前記一対の流体管と干渉しない厚さを持つ取付部と、前記取付部の外周に配置され前記取付部の剛性を高める補強部と、前記支持台に固定されるための固定部とが一体となって前記フレームが形成され、前記補強部は、前記取付部の厚さ方向の少なくとも一方側に突出して前記流体管の外周を概ね連続的に囲む外壁部を有し、前記取付部には、前記流体管に取り付けられた前記各磁性体に対応する前記各コイルを配置するための貫通部が形成されている。

本発明によれば、一対の流体管の間に加振器および検出器のコイルを配置した流量計において、コイルを貫通状態で配置する貫通部を取付部に形成したから、一対の流体管を互いに近接させると共に取付部を薄くすることができる。そのため、一対の流体管の間の距離が小さくなって流量計の小型化を図り得る。
また、前記薄肉化された取付部の剛性を高める補強部を前記流体管の外周を囲むように設けたので、薄い取付部の剛性が高まって振動を抑制することができると共に、取付部の固有振動数が流体管のそれから遠ざかり、振動分離が容易になって、測定精度の低下を抑制できる。

本発明において、前記貫通部は前記フレームの肉（金属）で外周の全てが囲まれた貫通孔の他に３方がフレームの肉で囲まれた切り欠きであってもよい。

貫通孔の場合、貫通孔の周囲の取付部が連なっているので、取付部の剛性が大きいから振動しにくくなる。

一方、切り欠きの場合、取付部の剛性が低くなるのを防止するために、切り欠きを補強するための補強手段を備えているのが好ましい。

本発明の好ましい実施例においては、前記取付部は前記一対の流体管の間の距離よりも小さい厚さを持つ板状の板状部を包含し、前記厚さ方向についての前記外壁部の幅は前記一対の流体管の間の距離よりも大きい。
この場合、幅の大きい外壁部で板状部の剛性が高まり、流体管の固有振動数と板状部の固有振動数との差が大きくなると共に、板状部の振幅が小さくなるのでフィルタにより、容易にノイズを除去することができる。

本発明の好ましい実施例においては、前記外壁部は前記支持台から遠ざかる方向に延びる一対の第１部と、前記支持台から離れた位置に配置され前記一対の第１部間を連ねる第２部とが互いに連なって形成されている。
かかる形状の外壁部は概ね門型の形状となるので、フレームが振動しにくい剛構造となる。

前記３つのコイルの配置に沿うように前記第２部が屈曲ないし湾曲していれば、前記コイルを配置する貫通部の近傍に外壁部の第２部が配置されるから、貫通部により欠損した剛性を外壁部で補い易い。

前記外壁部だけでは外壁部の厚さ方向からの荷重に対する剛性が小さいので、前記取付部が前記第１部同士を前記外壁部の内側において連ねているのが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、前記支持台の近傍において前記取付部が切り欠かれた開口部が形成され、かつ、前記切り欠かれていることで前記取付部が前記支持台に接触していないことを特徴とする。

支持台には設置した環境に応じた外乱振動が伝わるが、この外乱振動が取付部からコイルに伝わると検出精度の低下を招く。これに対し、本実施例では開口部が設けられて支持台に取付部が接触していないので、支持台からの外乱振動が取付部に伝わりにくくなる。

本発明の好ましい実施例では、前記支持台と前記検出器との間の位置で前記一対の流体管の間を連結し、当該連結部分において前記一対の流体管の間の距離を規制するための一対の連結部材を更に備え、前記取付部には前記一対の連結部材と干渉しないために切り欠かれた開口部が形成されている。

この場合、連結部材によって一対の流体管が連結されているので、一対の流体管の振動に含まれる外乱振動が均等になり易いから、外乱による振動が検出器により検出されにくくなる。

また、連結部材によって連結された部分よりも先端の流体管の部分のみが加振器により振動し、一方、外乱振動は一対の流体管の全体および支持台を振動させるので、２つの振動の固有振動数が異なる。そのため、フィルタによる外乱の除去が容易になる。

本発明の好ましい実施例において、前記フレームは更に前記支持台と前記貫通部との間に前記取付部の剛性を高める、前記一対の流体管と干渉しない厚さを持つ第２補強部が前記取付部に形成されている。

この場合、支持台と貫通部との間に形成された第２補強部が取付部の剛性を高めるので、取付部の剛性が更に高まることで、測定精度が更に向上する。

本発明の好ましい実施例において、前記フレームは前記支持台に立設された一対の脚部と、前記一対の脚部の間に架設された梁部とが一体に形成され、前記梁部における前記取付部に前記貫通部が形成されている。

この場合、梁部と支持台との間には、開口部が形成されるので、支持台からの外乱振動が取付部に伝わりにくい。

この場合、梁部は凸字状に形成してもよい。梁部を凸字状とすることで、コイルを配置した貫通部の近傍に外壁部が配置されて、貫通部近傍の取付部の強度アップを図ることができる。

本発明の好ましい実施例においては、前記支持台は金属製の部材からなり、前記支持台における前記フレームが固定された面と反対側の面には、厚板状の樹脂からなり前記支持台への振動の伝達を弱めるのに役立つ樹脂部材が設けられている。
この場合、樹脂部材により支持台への外乱振動が伝わりにくくなるので、測定精度が向上する。

本発明の好ましい実施例におていは、前記コイルに連なる配線材を前記外壁部を貫通して通すための配線用の切欠部が前記外壁部に形成され、前記切欠部を貫通する前記配線材を前記外壁部の内側の空間において案内し前記配線材が流体管に接触するのを防止する案内片が設けられている。

この場合、切欠部に通した配線材が案内片で案内されるので、配線材が流体管に接触して振動状態が変動するのを防止し得る。

この場合、前記案内片は前記外壁部または取付部の少なくとも一方に連なって前記フレームに一体に形成されているのが好ましい。
外壁部または取付部の少なくとも一方に案内片が連なって一体となっていることで、切欠部による外壁部の強度低下を補強することができる。

本発明の好ましい実施例では、前記コイルを巻き付けるボビンと前記磁性体を装着するヨークとを更に備え、前記ボビンに対し前記ヨークを位置決めする位置決め部が前記ボビンに形成され、前記固定部は前記取付部の厚さ方向の両側に突出しており、前記固定部には前記固定部を支持台に締結するための締結具を挿通する挿通孔が設けられ、前記挿通孔は前記厚さ方向に前記フレームを移動させることが可能な長孔となっている。

このような位置決め部および長孔は組立時に役立ち、流量計の小型化を図ることができる。

本発明の別の好ましい実施例では、前記一対の流体管は、内周面が前記流路に接するフッ素系樹脂製の内管と、前記内管の外周面を包む整列して並べられた繊維および該整列して並べられた繊維間に密着した状態で硬化した樹脂を有し、弾性率が前記内管よりも大きい外管とからなる。

この実施例においては、流体管の内管がフッ素系樹脂で形成されているから薬品により腐食されにくい。
特に、内管が外管により被覆されているので、フッ素系樹脂からなる内管を透過した薬品が水蒸気やアンモニア等の雰囲気ガスに触れるおそれがない。そのため、内管の劣化が進行しにくく、耐薬品性に優れている。
また、前記内管の外側には、樹脂および非金属繊維からなる外管が配置されているので、金属イオンが溶出するおそれがない。

また、弾性率の大きい外管は繊維間に樹脂が密着して硬化した、いわゆる繊維強化樹脂であるから、流体管の剛性がフッ素系樹脂で形成された管に比べ飛躍的に増大するだけでなく、前記繊維により強化されているので、温度による弾性率の変化や経年的なクリープ現象が大幅に低減可能である。
そのため、温度変化に対しても安定した測定が可能で、かつ、経年的な測定精度の劣化を低減可能である。
また、繊維で強化された外管の表面には微細な凹凸があるので、流体管に磁性体やその他の部材を固着するのが容易になる。

実施例１：
以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
以下の説明において、流量計の原理等については図１１〜図１３の例や、前記特許文献１〜３に記載されたとおりであり、以下の説明では主にフレームの構造やコイルの取付構造について説明する。

図１に示すように、本流量計は、一対の流体管１、フレーム３および支持台４を備えている。前記フレーム３および支持台４は、それぞれ、アルミニウムやステンレススチールなどの金属の部材からなり、フレーム３が支持台４に固定されている。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、前記支持台４におけるフレーム３が固定された面と反対の面には、厚板状の樹脂からなり、支持台４への振動の伝達を弱めるのに役立つ樹脂部材５が設けられている。
前記樹脂部材５の支持台４が固定された面と反対の面には、配管部７が設けられている。

図２（ｂ）に示す前記支持台４、樹脂部材５および配管部７には前記流体管１に連通する図示しない流路が形成されている。配管部７の一端部から流入した矢印で示す測定流体１００は、樹脂部材５および支持台４内の流路を通り、流体管１に導入された後、再び支持台４および樹脂部材５を通り配管部７の他端部から流出する。

流体管１：
前記測定流体１００の流路を形成する一対の前記流体管１は、たとえば、略逆Ｕ字状に形成されており、図３（ｂ）に示すように、互いに略同形同大で略鏡対称（面対称）に、かつ、平行に配置されている。前記流体管１の端部１ａは支持台４に取り付けられており、支持台４により流体管１が振動可能に支持されている。

図２（ｂ）の配管部７には図示しないマニホールドが形成されており、配管部７の一端部から導入された前記測定流体１００は、一対の流体管１の第１直管Ｓ１に導入され、曲がり部Ｃ、第３直管部Ｓ３、曲がり部Ｃおよび第２直管部Ｓ２を通って配管部７の他端部から導出される。

フレーム３：
図３（ａ）に示すように、前記フレーム３は、取付部３０、第１補強部３１および固定部３２が一体に形成されている。フレーム３は、固定部３２を介して図３（ｂ）の支持台４に固定される。

第１補強部３１；
図３（ａ）に示す前記第１補強部３１は、取付部３０の外周に配置されて該取付部３０の剛性を高めるものであり、取付部３０の厚さ方向Ｗのたとえば両側に突出して流体管１の外周を概ね連続的に囲む外壁部３３を有している。

外壁部３３；
図４（ａ）に示すように、前記外壁部３３は、支持台４から遠ざかる方向に延びる一対の第１部３Ａと、支持台４から離れた位置に配置され、前記一対の第１部３Ａ間を連ねる第２部３Ｂとが互いに連なって形成されている。すなわち、外壁部３３は概ね門型の形状に形成されている。前記取付部３０は、第１部３Ａ同士を外壁部３３の内側において連ねている。

前記外壁部３３は、図３（ｂ）の仮想線で示す３つのコイル２２，２４，２４に沿うように、図４（ａ）のように第２部３Ｂが屈曲して形成されている。本実施例では、第２部３Ｂが加振器２のコイル２２（図３（ｂ））に沿うように上方に向って突出するように屈曲して形成されている。なお、第２部３Ｂは直線状に形成されてもよい。

前記フレーム３は、支持台４（図２（ｂ））に立設された一対の脚部３８と、前記一対の脚部３８の間に架設された梁部３９とが一体に形成され、前記梁部３９における取付部３０には貫通孔（貫通部の一例）３５が形成されている。前記梁部３９は、前記第２部３Ｂに対応する位置において凸字状に形成されている。したがって、貫通孔３５の近傍に外壁部３３が配置されて、強度アップを図ることができる。
なお、前記脚部３８は図３の第１補強部３１の一部と前記取付部３０に連なる板部３８ａとが固定部３２から上方に延びて形成されている。

取付部３０；
図１および図３に示すように、前記取付部３０は、一対の流体管１の間に配置され、前記一対の流体管１と干渉しない厚さに形成されている。図７（ａ）に示すように、前記取付部３０は、前記一対の流体管１の間の距離Ｗ１よりも小さい厚さを持つ板状の板状部（取付部３０の一例）からなり、厚さ方向Ｗについての図１の前記外壁部３３の幅Ｗ３は、前記一対の流体管１の間の距離Ｗ１（図７）よりも大きい。すなわち、外壁部３３は一対の流体管１の外周を概ね連続的に囲んでいる。

開口部３０ａ；
図１に示すように、前記取付部３０は、支持台４の近傍において大きく切り欠かれており、これにより、フレーム３には開口部３０ａが形成されている。前記開口部３０ａが形成されていることにより、取付部３０は支持台４に接触していない。

加振器２および検出器２Ａ，２Ｂ：
本流量計には、加振器２および複数の検出器２Ａ，２Ｂが設けられている。
前記加振器２は、前記流体管１を加振するためのものであり、図３（ｂ）の仮想線で示すコイル２２および永久磁石からなる一対の磁性体２１を備えている。

図２（ｂ）に示す前記各検出器２Ａ，２Ｂは、流体管１の流路に沿って互いに離間して設けられ、流体管１の振動の状態を検出するものであり、図３（ｂ）の仮想線で示すように、コイル２４および永久磁石からなる一対の磁性体２３を備えている。

前記コイル２２，２４は、図５に示す後述するボビン２５を介して前記取付部３０（図２）に固定されている。一方、前記各磁性体２１，２３は、ヨーク２６を介して各流体管１にバンド２７により固定される。

本流量計には、図３（ｂ）に示す前記複数の検出器２Ａ，２Ｂにより検出される各振動に基づき、流体管１の流路を通る測定流体の質量流量を算出する算出手段（図１２参照）が設けられている。

貫通孔３５；
図４（ａ）に示すように、前記貫通孔３５は３箇所に形成されている。前記貫通孔３５は、図３（ｂ）に示す流体管１に取り付けられた前記各磁性体２１，２３に対応する各コイル２２，２４を配置するためのものである。図５のボビン２５には、３つのビス挿通孔２５ｈが形成されており、一方、図４（ａ）の取付部３０にはメネジ孔３０ｈが形成されている。図６に拡大して示すように、前記ビス挿通孔２５ｈを通したビス２５ｂでボビン２５を取付部３０の貫通孔３５の部分に固定する。

切欠部３６および案内片３７：
図１に示すように、外壁部３３には、前記コイル２２，２４（図３）に連なる配線材６（一部を図示）を通すための配線用の４つの切欠部３６が形成されている。一方、前記第１補強部３１は案内片３７を包含しており、該案内片３７は取付部３０および前記外壁部３３に連なっている。前記案内片３７は切欠部３６に挿通された前記配線材６を該外壁部３３の内側の空間において案内し、該配線材６が流体管１に接触するのを防止する。
外壁部３３の形状は、幅方向Ｗおよび流れ方向について鏡対称である。前記切欠部３６は外壁部３３に幅方向Ｗおよび流れ方向について鏡対称に設けられる。

ボビン２５およびヨーク２６：
図５に示すように、前記コイル２２，２４はボビン２５に巻回されていると共に、前記磁性体２１，２３はヨーク２６の凸部２６ａ（図７（ａ））に接着される。前記磁性体２１，２３を図６の流体管１に固定するには、ヨーク２６の凹所２６ｂに充填された粘着性の高い接着剤Ｂ（図７）で固定させた後に、ヨーク２６とバンド２７との間に流体管１を挟んで固定する。

図５の前記ボビン２５には、該ボビン２５に対しヨーク２６を水平および鉛直の２方向に位置決めする位置決め部２５ａが形成されている。位置決め部２５ａはヨーク２６の外形の形状に沿った浅い凹所で形成されている。
なお、位置決め部２５ａをＩ型等に形成すると共に、ヨーク２６を当該形状に嵌合する形状に形成してもよい。

図１に示すように、前記固定部３２は前記取付部３０の両側に突出して形成されている。固定部３２は、たとえば、ボルトからなる締結具８によって支持台４に締結される。固定部３２には、前記締結具８を挿通するための挿通孔３４が形成されている。

前記挿通孔３４は、厚さ方向Ｗにフレーム３を移動させることが可能な長孔となっており、前記締結具８を緩めることで、フレーム３を支持台４に対して厚さ方向Ｗにスライド移動させることが可能である。
なお、挿通孔３４としては、長孔の他に複数の孔を形成してもよい。

組立方法：
つぎに、本流量計の機械的な部分の組立方法について説明する。
予め、図３の後述する一対の連結部材１０，１０、一対の流体管１，１および支持台４が一体となった流体管アセンブリＡ１を用意する。一方、図７（ａ）のボビン２５に一対のヨーク２６および磁性体２１，２１（２３，２３）が位置決めされたボビンアセンブリＡ２を用意する。なお、ボビンアセンブリＡ２は磁性体２１，２１（２３，２３）が磁力により互いに引き合うことで前記ボビン２５に仮固定される。

まず、前記ボビンアセンブリＡ２を取付部３０に固定し、つぎに、図３（ｂ）の前記流体管アセンブリＡ１を図３（ａ）のフレーム３に仮固定する。すなわち、前記図３の流体管アセンブリＡ１の一対の流体管１，１の間にフレーム３を上方から挿入し、更に、図１の締結具８でフレーム３が固定されてしまわない程度に締結具８をねじ込み、図７（ａ）の仮組立状態を得る。

前記仮組立状態において、図１のフレーム３を支持台４に対して厚さ方向Ｗの一方向に若干スライド移動させ、図７（ｂ）のように、一方のヨーク２６を流体管１に接触させて一方のヨーク２６を一方の流体管１に前記接着剤Ｂで固定する。
前記移動により、図７（ｂ）の取付部３０と他方の流体管１との間の隙間が広がる。この隙間に図示しない治具を挿入して、前記仮固定されていたヨーク２６を他方の流体管１に対し、水平方向の所定の方向に平行移動させ、ヨーク２６を流体管１に対して接着剤Ｂで仮止めする。

その後、図１のフレーム３を厚さ方向Ｗの他方向に若干移動させると、取付部３０を中心に一対の流体管１，１が互いに鏡対称となった位置に配置される。その後、図６のように、バンド２７でヨーク２６を流体管１に固定すると共に、図１の締結具８を締め付けてフレーム３を支持台４に固定する。

なお、流体管１の径が小さい場合には、図６のヨーク２６の重さが検出値に大きく影響するため、ヨーク２６を用いずに樹脂のブラケットを介して磁性体２３（２１）を流体管１に固定してもよい。

連結部材１０：
図３に示すように、前記連結部材１０は、支持台４と検出器２Ａ，２Ｂとの間の位置で一対の流体管１の間を連結し、当該連結部分において一対の流体管１の間の距離を規制する。なお、前記開口部３０ａは、前記一対の連結部材１０と干渉しないように切り欠かれている。

図８（ｃ），（ｆ）に示すように、加振器２により流体管１を加振すると、流体管１，１が互いに逆方向に（鏡対称に）振動する「逆相振動」となる。かかる逆相振動により、取付部３０に生じる反力が極力小さくなる（理論上は生じない）。

一方、図８（ｂ），（ｅ）に示すように、外乱振動の場合は、流体管１や支持台４など全体が振動するため、基本的に流体管１，１が互いに同じ方向に振動する「同相振動」となる。理論上、同相振動については、２つの検出器２Ａ，２Ｂの差分を取ることで打ち消しあうため検出されないはずであるが、実際には、伝播減衰や伝播遅れなどによる非対称性が発生し、厳密な「同相振動」ではなくなってしまう。

そこで、図８（ａ），（ｂ）に示すように、連結部材１０を用いて２本の流体管１，１を繋ぐことにより、図８（ｂ）に示すように、外乱振動に対して、流体管１の振動状態がより積極的に「同相振動」に近づくことになる。また、前記連結部材１０の作用により、加振器２による振動に対する固有振動数（逆相振動に対する固有振動数）と、外乱振動に対する固有振動数（同相振動に対する固有振動数）とを異ならせることで、フィルタによる外乱振動除去効果が格段に高くなる。

他の実施例：
図９および図１０は他の実施例を示す。以下に説明する他の実施例では、前述した実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、フレーム３には、支持台４（図１）と貫通孔３５との間に第２補強部４２が形成されている。前記第２補強部４２は、取付部３０の剛性を高めるもので前記一対の流体管１（図１）と干渉しない厚さで、かつ、取付部３０よりも厚い突条で形成されている。
図９（ｃ）に示す例では、別の補強部４３が、貫通孔３５の周囲にも形成されている。

図９（ｄ）に示すように、貫通部は開口部３０ａと連なった切り欠き３５Ａにより形成されていてもよい。フレーム３には、前記切り欠き３５Ａを補強するための補強手段４３ａとしての突条が設けられている。補強手段４３ａは、流体管１（図１）と干渉しない厚さで、取付部３０の下縁に沿った突条で形成されている。
なお、図９において突条の部位には、網点を施している。

図１０に示すように、切り欠き３５Ａを補強するための前記補強手段は、フレーム３と別体に形成されてもよい。たとえば、図１０（ａ）に示すように、切り欠き３５Ａを跨ぐように配置したボビンの一部で補強手段４３ｂを形成してもよいし、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、切り欠き３５Ａの下部を継ぐ断面略Ｕ字状の部材で補強手段４３ｂを形成してもよい。

他の実施例：
図１４〜図２５は他の実施例を示す。
図１４（ａ）において、流体管１は流路１６に接する内管１１と、前記内管１１の外周面に積層された外管１２とからなる。前記内管１１はフッ素系樹脂製で、押し出し成型されてなる。

前記外管１２は、たとえば未硬化のエポキシ樹脂にガラス繊維が配置されたプリプレグを前記内管１１の外周に巻き付けて硬化させてなるもので、弾性率が内管１１よりも大きい。すなわち、外管１２は内管１１の外周面１３に整列して並べられた繊維Ｆ１，Ｆ２と該繊維Ｆ１，Ｆ２を内管１１に固着あるいは押圧固定可能に形成させるための樹脂（マトリクス）１５を有する。ここで、未硬化のエポキシ樹脂とは、例えば、流動性の低い、いわゆる、半硬化状態のものを含み、半硬化状態（未硬化）のエポキシ樹脂は温度を常温よりも高く硬化温度よりも低い温度に保つことで樹脂が軟化し加工性が向上する。半硬化状態のエポキシ樹脂は、熱硬化性の樹脂であるため温度を所定の硬化温度以上に保つことで完全硬化状態となる。この硬化温度は、内管１１の材料であるフッ素系樹脂の最高連続使用温度よりも低い。これにより、内管１１の形状を維持したまま外管１２の形成が可能となる。一方、一般に熱可塑性樹脂に流動性を持たせるための温度は、フッ素系樹脂の最高連続使用温度よりも高いため、例えば、成型された内管１１に射出成型等により外管１２の形成することは困難である。

前記繊維Ｆ１，Ｆ２と樹脂１５は、内管１１を覆うと共に包んだ状態となっている。図１８の永久磁石２１，２３は外管１２（図１４（ａ））に固定具を介して固着されている。

本実施例においては、たとえば、図１４（ｂ）および図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、前記繊維Ｆが前記内管１１の外周を包む織物状に組まれており、前記織物状に組まれた繊維Ｆ間に当該繊維Ｆに密着した状態で図１４（ａ）の前記樹脂１５が硬化している。なお、本実施例では図１７（ａ）の朱子織りが採用されており、互いに交差する第１および第２の螺旋方向に延びる繊維Ｆ１，Ｆ２が織物状に組まれている。

本実施例では、図１５の各直管部Ｓ１〜Ｓ３および曲がり部Ｃの全てが前記内管１１および外管１２で形成されている。前記各直管部Ｓ１〜Ｓ３および曲がり部Ｃにおいて、図１５（ａ）に示すように、各繊維Ｆの長手方向が流体管１の軸線Ｌｃに対し斜めに設定されている。

一方、各直管部Ｓ１〜Ｓ３および曲がり部Ｃにおいて、長手方向が流体管１の軸線Ｌｃに沿って配置された繊維は存在しない。

本発明において製造方法は限定されないが、前記流体管１の製造方法としてシートワインディング工法を採用した例について説明する。

まず、図１４（ａ）の内管１１にプリプレグのシートが所定の厚みとなるように巻き付ける。この状態でプリプレグのエポキシ樹脂の粘度が下がる温度まで昇温させた後、手作業でＵ字状に曲げるための予備成型を行う。

この予備成型の際に、図１５（ａ）の曲がり部Ｃの外側ＯＵＴでは管が伸び、一方、曲がり部Ｃの内側ＩＮでは管が縮むのであるが、前記外側ＯＵＴの伸びに対応するために繊維Ｆ１，Ｆ２が未硬化の樹脂中を移動し、図１５（ｂ）に示す外側ＯＵＴでは配向角θ（軸線Ｌｃと繊維Ｆ１，Ｆ２とのなす角）が小さくなり、一方、図１５（ｃ）に示す内側ＩＮの縮みに対応するために内側ＩＮでは配向角θが大きくなる。

このような配向角θの変化に伴い、図１６および図１５から分かるように、前記曲がり部Ｃにおいて、当該曲がり部Ｃの内側ＩＮの前記繊維Ｆ１，Ｆ２の単位表面積当たりの本数は、当該曲がり部Ｃの外側ＯＵＴの前記繊維Ｆ１，Ｆ２の単位表面積当たりの本数よりも多くなる。

前記予備成型後、Ｕ字状に曲げた管を金型内にセットし、型締めした状態で、所定時間、加圧加熱し、プリプレグのシートを硬化させる。硬化後、金型から管を取り出す。
前記加圧力により、図１４（ａ）の外管１２の繊維が内管１１の外周面１３を押圧する形状にするとともにエポキシ樹脂により外周面１３を押圧する形状を保持するように固定する。この結果、内管１１と外管１２とが一体となった状態が安定する。つまり、内管１１と外管１２との間に生じる摩擦力が大きくなり、内管１１の抜けやズレが防止される。

ところで、本実施例では作図を容易にするために、直管部Ｓ１〜Ｓ３における配向角θを４５°に設定し図示したが、配向角θは曲がり部Ｃにおいて０°および９０°でなければよく、管を曲げた際に繊維Ｆ１，Ｆ２の移動を許容し得る角度であればよい。

前記実施例では織物状に組まれた繊維Ｆ１，Ｆ２を採用したが、繊維Ｆ１，Ｆ２は各々別々のプリプレグに平行に配列されたものを用いてもよい。この場合、２つの繊維Ｆ１，Ｆ２のなす角は９０°である必要はない。また、１つの螺旋方向にのみ繊維を設けてもよい。

曲がり部Ｃを製造時に形成するには、樹脂が未硬化の状態（プリプレグ）や樹脂を塗布していない状態において、繊維を巻いた内管１１を屈曲させるのであるが、この際、流体管１の軸線と平行な繊維は曲がり部Ｃの内側ＩＮにおいて縮み、一方、曲がり部Ｃの外側ＯＵＴにおいて伸びる必要がある。しかし、繊維が軸線に平行であると繊維は伸縮しにくいので、この屈曲時に切れたり、あるいは、竹が割れるように変形する。

これに対し、流体管の軸線に対して斜めに配向された繊維は、屈曲時に曲がり部において配向角θを変えながら移動することができる。以下、これについて図１４〜図１６を用いて説明する。

今、図１４（ｂ）のように、繊維が第１の螺旋方向に沿った第１繊維Ｆ１と第２の螺旋方向に沿った第２繊維Ｆ２とを包含する場合、前記繊維Ｆ１，Ｆ２を含む直管を屈曲させて図１５（ａ）の曲がり部Ｃを形成すると、この図から分かるように、図１５（ｃ）の曲がり部Ｃの内側ＩＮは縮み、一方、図１５（ｂ）の曲がり部Ｃの外側ＯＵＴは伸びる。

ここで、説明を分かり易くするために、前記第１繊維Ｆ１と第２繊維Ｆ２を分けて図１６（ａ），（ｄ）に図示する。
図１４（ｂ）の第１または第２の螺旋方向に沿った繊維Ｆ１，Ｆ２は、管全体を曲げようとすると、前記外側の伸びに対応するために、軸線Ｌｃと繊維Ｆ１，Ｆ２とのなす角θが、図１６（ｂ），（ｅ）に示すように、直管部Ｓ１〜Ｓ３に比べ小さくなる。

一方、図１４（ｂ）の第１または第２の螺旋方向に沿った繊維Ｆ１，Ｆ２は、管全体を曲げようとすると、前記内側の縮みに対応するために、前記配向角θが、図１６（ｃ），（ｆ）に示すように、直管部Ｓ１〜Ｓ３に比べ大きくなる。

すなわち、前記曲がり部Ｃにおいて前記配向角θは、前記曲がり部Ｃの内側ＩＮの方が当該曲がり部Ｃの外側ＯＵＴよりも大きい。

このような配向角θの変化に伴い、図１６および図１５から分かるように、前記曲がり部Ｃにおいて、当該曲がり部Ｃの内側ＩＮの前記繊維Ｆ１，Ｆ２の単位表面積当たりの本数が、当該曲がり部Ｃの外側ＯＵＴの前記繊維Ｆ１，Ｆ２の単位表面積当たりの本数よりも多くなる。

また、前記管の屈曲を許容するためには、曲がり部の内側および外側の双方に前記流体管の軸線に沿って配置された繊維が存在しないのが更に好ましい。
なお、屈曲の前後において伸びも縮みもしない図１５（ａ）の一点鎖線で示す部分（軸線Ｌｃに平行な位置）には、前記流体管の軸線に沿って配置された繊維が配置されていても前記屈曲の妨げとはならない。

樹脂としては熱硬化性樹脂を一般的に使用できるが、紫外線硬化樹脂や２液性などの化学反応型硬化樹脂を採用してもよい。
熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシや不飽和ポリエステル、ビスマレイミド、ポリイミドなどの樹脂を用いることができる。これらの樹脂の内、エポキシは高強度、高耐熱で耐薬品性が高く、加工性にも優れているので、好適に採用することができる。

一方、繊維としては、非金属繊維が好ましく、たとえば、ガラスの他に、炭素、アラミド、ボロンを採用することができる。炭素繊維は強度が大きく、一方、ガラス繊維は炭素繊維よりも強度は小さいが流体管の曲げ加工時に折れにくく、安価である。

樹脂製の流体管１を用いた流量計：
つぎに、前記内管１１および外管１２からなる流体管１を用いた流量計について説明する。なお、以下に説明する部分以外の構成は、前述した実施例１と同様であり、同一部分または相当部分に同一符号を付して、その説明を省略する。

図１８および図１９に示すように、支持台４には外管１２を有する流体管１が貫通状態で固定されている。外管１２を有していないフッ素系樹脂からなる流体管１は、図１８に示す配管ケース７Ａに収納されている。
図２０に示すように、前記流体管１は、１本の連続した内管１１と、該内管１１の外周面１３の一部に設けられた一対の外管１２とを備え、測定流体は流体管１，１内を直列に流れる。すなわち、内管１１の一方の端部から流入された測定流体１００は、一方の外管１２が被覆された内管１１内を通り、支持台４の下方において露出された内管１１内を通り、他方の外管１２が被覆された内管１１内を通って排出される。

ここで、前記外管１２は所定の形状に硬化されているので、支持台４内を通して固定するのが難しい。そこで、図２１に示すように、一対の流体管１を上方から支持台４に差し込み、支持台４の下方に突出した内管１１の端部１１ａ同士をエルボ５０を用いて互いに接続してもよい。

図２２に示すように、前記エルボ５０としては、市販のユニオン継手を有するフッ素系樹脂からなるエルボを採用することができる。エルボ５０は、エルボ本体５１と、該エルボ本体５１の両端に形成された雄ネジ５１ａに螺合するユニオンナット５２とからなる。
エルボ５０に内管１１を固定するには、前記ユニオンナット５２に形成された挿入孔５３に内管１１の端部１１ａを差し込み、該ユニオンナット５２を雄ネジ５１ａに螺合させると、内管１１がユニオンナット５２を介してエルボ５０に固定される。
なお、エルボ５０の代わりに直管型のユニオン継手を用いてもよい。

また、図２３（ａ），（ｂ）に示すように、側面断面がＹ字状の流路６１を有する一対の接続ブロック６０を用いて測定流体が並列に流れるようにしてもよい。この場合、たとえば、図２３（ａ）に示すように、一対の流体管１の内管１１が前記Ｙ字状の流路６１内に挿入されて固定される。
一般に、測定流体を並列に流すと、一対の流体管１に測定流体１００を正確に均等に供給することが難しいので、測定精度は低下するが、より一層シンプルな構造となり、安価に製造することができる。

連結部材１０Ａ：
図１８に示すように、一対の流体管１の第１直管部Ｓ１，Ｓ１および第２直管部Ｓ２，Ｓ２は、連結部材１０Ａによってそれぞれ互いに固定されている。図２４に示すように、前記連結部材１０Ａは、板状の連結部材本体１０ｂと、連結部材本体１０ｂに一体に形成された一対の円環部１０ｃとからなる。前記円環部１０ｃ内に流体管１の外管１２が挿通されると共にエポキシ樹脂で接着されて一対の流体管１同士が連結される。
連結部材１０Ａを外管１２と親和性の高い樹脂で作成することにより、連結部材１０Ａと外管１２とを接着剤を用いて接着し、互いに固定することが可能である。

配管ケース７Ａにおける流体管１の固定：
図２５に示すように、前記配管ケース７Ａは、流体管１を挟み込んで固定するために２分割された分割ケース７０，７１からなり、各分割ケース７０，７１には、外管１２を挟み込むための溝７２が形成されている。前記外管１２を介して流体管１を溝７２内に挟み込むと共に、該分割ケース７０，７１同士を互いに締結することにより、流体管１が前記溝７２において固定される。これにより、流体管１を容易に固定することができる。

樹脂コーティング：
支持台４および配管ケース７Ａは樹脂で形成されており、金属製のフレーム３には樹脂コーティングが施されている。フレーム３を金属で形成することにより、該フレーム３の剛性および重量が大きいから、計測精度の低下を防止し得ると共に、該フレーム３に樹脂コーティングを施すことにより、薬品による金属の腐食を防止することができる。
一方、フレーム３自体を樹脂で形成してもよい。かかる場合には、金属を用いた場合に比べ剛性および重量が小さいので計測精度が低下するが、薬品による腐食が防止されることで耐久性が向上する。
さらに、加振器２、検出器２Ａ，２Ｂのコイル部分や配線部分などの金属部分に樹脂コーティングを施すことで、より一層、薬品による流量計の腐食を防止することができる。

本発明はいわゆるコリオリ式の質量流量計に適用することができる。

本発明の実施例１にかかる流量計を示す概略斜視図である。 図２（ａ）は配管部に流量計を取り付けた状態を示す概略側面図、図２（ｂ）は同概略正面図である。 図３（ａ）はフレームを示す概略斜視図、図３（ｂ）は流体管および支持台を示す概略斜視図である。 図４（ａ）はフレーム３を示す概略正面図、図４（ｂ）は流体管および支持台を示す概略正面図である。 ボビンおよびヨークを示す拡大された分解斜視図である。 ボビンおよびヨークの取付状態を示す拡大された概略斜視図である。 ボビンとヨークの取付方法を示す概略断面図である。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明にかかる連結部材を用いた場合の流体管を示す概念図、図８（ｄ）〜図８（ｆ）は連結部材を用いない場合の流体管を示す概念図である。 他の実施例にかかるフレームを示す概略正面図である。 他の実施例にかかるフレームを示す概略正面図および概略斜視図である。 流量計の原理を示す概略斜視図である。 流量計の原理を示す概略構成図である。 流量計の原理を示す概略動作図である。 本発明の他の実施例にかかる（ａ）は流体管の拡大断面図、（ｂ）は繊維の配向を示す模式的な側面図である。 曲がり部における繊維の配向およびかさ密度を模式的に示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は外側面図、（ｃ）は内側面図である。 （ａ），（ｄ）は同平面図、（ｂ），（ｅ）は同外側面図、（ｃ），（ｆ）は同内側面図である。 織構造の例を示す平面図である。 他の実施例の流量計を示す概略斜視図である。 同流量計を示す概略正面図である。 流体管の取り付け状態を示す概略斜視図である。 他の流体管の取り付け状態を示す概略斜視図である。 流体管を接続するためのエルボを示す分解斜視図である。 他の流体管の取り付け状態を示す一部破断した概略側面図および概略正面図である。 連結部材を下方から見た概略斜視図である。 配管ケースを一部破断して示す流量計の概略斜視図である。

符号の説明

１：流体管
２：加振器
２Ａ，２Ｂ：検出器
３：フレーム
３Ａ：第１部
３Ｂ：第２部
４：支持台
５：樹脂部材
６：配線材
１０：連結部材
１１：内管
１２：外管
１５：樹脂
２１，２３：磁性体
２２，２４：コイル
２５：ボビン
２５ａ：位置決め部
２６：ヨーク
３０：取付部
３０ａ：開口部
３１：第１補強部
３２：固定部
３３：外壁部
３３ａ：脚部
３３ｂ：梁部
３４：挿通孔
３５：貫通孔（貫通部）
３５Ａ：切り欠き（貫通部）
３６：切欠部
３７：案内片
４２：第２補強部
４３ａ，４３ｂ：補強手段
１００：測定流体
Ｆ１，Ｆ２：繊維

Claims (17)

1. 測定流体を流すための流路を形成し、互いに略同形同大で略鏡対称にかつ平行に配置された一対の流体管と、
   前記流体管を加振するためのコイルおよび磁性体を含む加振器と、
   前記流体管の流路に沿って互いに離間して設けられ、前記流体管の振動の状態を検出するためのコイルおよび磁性体を含む複数の検出器と、
   前記複数の検出器により検出される各振動に基づき前記流体管の流路を通る測定流体の質量流量を算出する算出手段とを有する流量計において、
   前記各流体管の端部が取り付けられ前記各流体管を振動可能に支持する支持台と、
   前記支持台に固定されたフレームとを更に備え、
   前記一対の流体管の間に配置され前記一対の流体管と干渉しない厚さを持つ取付部と、前記取付部の外周に配置され前記取付部の剛性を高める補強部と、前記支持台に固定されるための固定部とが一体となって前記フレームが形成され、
   前記補強部は、前記取付部の厚さ方向の少なくとも一方側に突出して前記流体管の外周を概ね連続的に囲む外壁部を有し、
   前記取付部には、前記流体管に取り付けられた前記各磁性体に対応する前記各コイルを配置するための貫通部が形成されていることを特徴とする流量計。
2. 請求項１において、前記貫通部は貫通孔により形成されることを特徴とする流量計。
3. 請求項１において、前記貫通部は切り欠きにより形成され、前記切り欠きを補強するための補強手段を更に備えることを特徴とする流量計。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記取付部は前記一対の流体管の間の距離よりも小さい厚さを持つ板状の板状部を包含し、前記厚さ方向についての前記外壁部の幅は前記一対の流体管の間の距離よりも大きい流量計。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記外壁部は前記支持台から遠ざかる方向に延びる一対の第１部と、前記支持台から離れた位置に配置され前記一対の第１部間を連ねる第２部とが互いに連なって形成されている流量計。
6. 請求項５において、前記３つのコイルの配置に沿うように前記第２部が屈曲ないし湾曲して形成されている流量計。
7. 請求項５において、前記取付部は前記第１部同士を前記外壁部の内側において連ねている流量計。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記支持台の近傍において前記取付部が切り欠かれた開口部が形成され、かつ、前記切り欠かれていることで前記取付部が前記支持台に接触していないことを特徴とする流量計。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、前記支持台と前記検出器との間の位置で前記一対の流体管の間を連結し、当該連結部分において前記一対の流体管の間の距離を規制するための一対の連結部材を更に備え、
   前記取付部には前記一対の連結部材と干渉しないために切り欠かれた開口部が形成されていることを特徴とする流量計。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、前記フレームは更に前記支持台と前記貫通部との間に前記取付部の剛性を高める、前記一対の流体管と干渉しない厚さを持つ第２補強部が前記取付部に形成されていることを特徴とする流量計。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、前記フレームは前記支持台に立設された一対の脚部と、前記一対の脚部の間に架設された梁部とが一体に形成され、前記梁部における前記取付部に前記貫通部が形成されている流量計。
12. 請求項１１において、前記梁部が凸字状に形成されている流量計。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項において、前記支持台は金属製の部材からなり、前記支持台における前記フレームが固定された面と反対側の面には、厚板状の樹脂からなり前記支持台への振動の伝達を弱めるのに役立つ樹脂部材が設けられている流量計。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項において、前記コイルに連なる配線材を前記外壁部を貫通して通すための配線用の切欠部が前記外壁部に形成され、前記切欠部を貫通する前記配線材を前記外壁部の内側の空間において案内し前記配線材が流体管に接触するのを防止する案内片が設けられた流量計。
15. 請求項１４において、前記案内片は前記外壁部および／または取付部に連なって前記フレームに一体に形成されている流量計。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項において、前記コイルを巻き付けるボビンと前記磁性体を装着するヨークとを更に備え、
    前記ボビンに対し前記ヨークを位置決めする位置決め部が前記ボビンに形成され、
    前記固定部は前記取付部の厚さ方向の両側に突出しており、
    前記固定部には前記固定部を支持台に締結するための締結具を挿通する挿通孔が設けられ、前記挿通孔は前記厚さ方向に前記フレームを移動させることが可能な長孔となっている流量計。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項において、前記一対の流体管は、
    内周面が前記流路に接するフッ素系樹脂製の内管と、
    前記内管の外周面を包む整列して並べられた繊維および該整列して並べられた繊維間に密着した状態で硬化した樹脂を有し、弾性率が前記内管よりも大きい外管とからなることを特徴とする、流量計。

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