JP5509194B2 - 部分的な結合を有するブレースバー組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ブレースバーに関するものであり、とくにフローチューブの如き振動部材に部分的に溶接されるブレースバーに関する。

２つの構造用部材を結合させる方法には、限定するわけではないが、例えばろう付け、溶接、接着などを含む様々なものがある。ろう付けでは通常、接合される部材の一方または両方の表面にろう材を塗布する。次いで、これらの部材は、ろう材を溶融する高温ろう付プロセスを受ける。ろう材が冷却され、これらの部材が互いに接触すると、当該部材は互いにほぼ永久に結合される。溶接には、通常、接合される部材の一方または両方の表面および充填材を溶融することが含まれている。このことにより溶融材料の液溜まりが形成され、これが冷却すると強い接合が形成される。接着剤は、通常、構造用部材のうちの一方または両方に塗布され、接着剤が、硬化すると、化学的に、静電気的に、または場合によってはファンデルワールス力により、２つの部材間の結合を形成することになる。

これらの方法の全ては、プロセスの行われる間、若しくは材料が冷却されて結合を形成する間に、構造用部材が様々なストレスを受けるという固有の問題を有している。これらの部材が運動しないか、または振動しないような用途では、これらのストレスは通常は気付かれないままである。しかしながら、これらの部材が運動または振動の下に継続しておかれると、引き起こされる追加のストレスにより不要な副次的作用がおきる場合がある。

この点で流量計業界、とくにコリオリ流量計に関連する産業界は、部材の結合にあたってユニークな挑戦に直面している。例えば、ほとんどの流量計は、パイプラインまたは他の搬送システムに接続され、システム内の流体、スラリーなどを搬送する１つ以上の導管（フローチューブ）を有している。各導管は、例えば単純曲げモード、ねじれモード、ラジアルモードおよびそれらの結合モードを含む一組の固有振動モードを有していると考えることが可能である。コリオリ質量流量測定の典型的な用途では、材料が導管を流れる際、導管が一または複数の振動モードで励振され、当該導管の運動が導管の複数の部位で間隔おいて測定される。励振は、導管を周期的に摂動するボイスコイルタイプのドライバの如き電気機械デバイスのようなアクチュエータにより加えられるのが一般的である。複数のトランスデューサ位置間の運動の時間遅れまたは位相差を測定することによって質量流量を求めることが可能となる。通常、流量計は１つ以上のブレースバーをさらに有しており、これらのブレースバーは、前記のように励振される導管の運動の中心となる屈曲軸線を規定する。通常、これらのブレースバーは、ろう付けプロセス、溶接プロセスまたは接着プロセスを用いてフローチューブへ結合されている。ほとんどの場合、結合プロセスはフローチューブにさらなるストレスを与える。フローチューブが１つ以上の振動モードで励振されるため、比較的に小さなストレスであっても計量の性能に著しく影響を与える場合がある。加えて、これらの結合プロセスは高価で時間のかかるプロセスである。

したがって、結合（ろう付け、溶接、接着など）により引き起こされるストレスを削減するための方法が必要とされている。加えて、部材同士を結合する費用および消費時間を削減するための方法、とくにブレースバーをフローチューブへ結合させるための方法が必要とされている。本発明は、これらおよび他の課題を克服し、当該技術分野の進歩を達成するものである。

態様
本発明の１つの態様によれば、部分的な結合を有するブレースバー組立体は、屈曲軸線を中心として振動するように構成され、この振動に伴い比較的高いストレスが生じる高ストレス領域を有している振動部材と、その高ストレス領域にのみ形成された前記部分的な結合により前記振動部材に結合されているブレースバーと、を備えている。

好ましくは、前記部分的な結合は、高ストレス領域全体にわたって設けられている。

好ましくは、前記部分的な結合は、ブレースバーの頂部側のみに設けられている。

好ましくは、前記部分的な結合は、ブレースバーの底部側のみに設けられている。

好ましくは、前記部分的な結合は、ブレースバーの頂部側および底部側に設けられている。

好ましくは、振動部材はフローチューブから構成されている。

好ましくは、ブレースバーには、振動部材における低ストレス領域に対応して切欠きが形成されている。

本発明の他の態様は、屈曲軸線を中心として振動するように構成され、高ストレス領域を有している振動部材へブレースバーを部分的に結合する方法であって、ブレースバー内に振動部材を位置決めするステップと、高ストレス領域内にのみ部分的な結合を形成して、ブレースバーを振動部材へ結合するステップとを有している。

好ましくは、係る方法は、高ストレス領域全体にわたって前記部分的な結合を形成するステップをさらに有している。

好ましくは、係る方法は、ブレースバーの頂部側のみを部分的に結合するステップをさらに有している。

好ましくは、係る方法は、ブレースバーの底部側のみを部分的に結合するステップをさらに有している。

好ましくは、かかる方法は、ブレースバーの頂部側および底部側を部分的に結合するステップをさらに有している。

好ましくは、係る方法は、振動部材がフローチューブから構成されている。

好ましくは、係る方法は、ブレースバーのうち、振動部材の低ストレス領域に対応して切欠きを形成するステップをさらに有している。

本発明の実施形態に係る流量計を示す図である。 本発明の実施形態に係る流量計を示す切欠き図である。 従来技術に従って結合されたブレースバーを備えているフローチューブを示す端面図である。 本発明の実施形態に従って結合されたブレースバーを備えているフローチューブを示す断面図である。 本発明の実施形態に従って部分的に結合されたブレースバーを示す図である。 本発明の他の実施形態に従って部分的に結合されたブレースバーを示す図である。 本発明の他の実施形態に従って部分的に結合されたブレースバーを示す図である。

図１〜図７および下記の記載には、本発明の最良の様式を実現し利用する方法を当業者に教示するための具体的な実施形態が示されている。本発明の原理を教示するため、従来技術の一部が単純化または省略されている。当業者にとって明らかなように、これらの実施形態の変形例も本発明の技術範囲内に含まれる。当業者にとって明らかなように、下記の記載の構成要件を様々な方法で組み合わせることにより本発明の複数の変形例を形成してもよい。したがって、本発明は、下記記載の特定の実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される。

図１には、本発明の実施形態に係る流量計１００が示されている。本発明の１つの実施形態によれば、流量計１００はコリオリ流量計を含む。しかしながら、本発明は、コリオリ流量計を用いる用途に限定されているわけではなく、当業者にとって明らかなように、本発明を他のタイプの流量計に用いてもよい。加えて、本発明は、結合される構造用部材が振動または他の運動にさらされうる用途であれば、流量計以外の用途にも用いることができる。流量計１００は、フローチューブ１０１、１０２の下部を収容するスペーサ１０３を備えており、その内部において、フローチューブ１０１、１０２は、左側端部が首部１０８を通じてフランジ１０４へ接続され、右側端部が首部１２０を通じてフランジ１０５およびマニフォルド１０７へ取り付けられている。また、図１に示されているのは、フランジ１０５の流出口１０６、左側ピックオフＬＰＯ、右側ピックオフＲＰＯおよびドライバＤである。右側ピックオフＲＰＯは、比較的詳細に示されており、磁石構造体１１５と、コイル構造体１１６とを有している。マニフォルドスペーサ１０３の底部の部材１１４は、計量電子機器（図示せず）からドライバＤおよびピックオフＬＰＯ、ＲＰＯに至るワイヤー（図示せず）が内部を通過する開口部である。流量計１００は、パイプラインなどへフランジ１０４または１０５を通じて接続されて使用される。

図２は流量計１００を示す断面図である。この図では、マニフォルドスペーサ１０３の手前側の部分が取り除かれて、その内部が示されている。図１には示されていないが図２に示されている部分には、外側ブレースバー２０１、２０４、内側ブレースバー２０２、２０３、右側端部フローチューブ流出口開口部２０５、２１２、フローチューブ１０１、１０２、フローチューブ湾曲部分２１４、２１５、２１６、２１７が含まれている。使用時、フローチューブ１０１、１０２は軸線Ｗ、Ｗ’を中心として屈曲するように振動する。外側端部ブレースバー２０１、２０４および内側ブレースバー２０２、２０３は、屈曲軸線ＷおよびＷ’の位置決めに役立つ。

図３に示すフローチューブ１０１、１０２の端面図には、ドライバＤ（図３には図示せず）によって駆動されてフローチューブ１０１、１０２が、互いに外側に向けてそっているように表されている。図３には、内側ブレースバー２０２、２０３、外側ブレースバー２０１、２０４、流出口開口部２０５、２１２も示されている。フローチューブ１０１、１０２の外側に向けたそりの描写は動作の理解を助けるために誇張して図示されている。使用時、ドライバＤによるフローチューブのそりは人間の目では検出できないぐらい非常に小さい。

また、従来技術に係るブレースバー２０１〜２０４の結合状態が示されている。明らかなように、ブレースバー２０１〜２０４は、フローチューブ１０１、１０２の外周面にほぼ全体に結合されている。溶接部３２０は、ブレースバー／フローチューブの接合部分における陰影部として示されている。各ブレースバー２０１〜２０４について、溶接部３２０がフローチューブ１０１、１０２のまわりを実質的に取り囲んでいる。ブレースバー２０１〜２０４をフローチューブ１０１、１０２へ結合する従来のアプローチは、過剰な結合材を要するだけでなく、ブレースバー２０１〜２０４をフローチューブ１０１、１０２に結合するために過剰な時間をも要する。この理由は、ドライバＤにより駆動されて、フローチューブ１０１、１０２が中立の屈曲軸線Ｗ、Ｗ’の周りに屈曲するからである。この屈曲軸線Ｗ、Ｗ’に対応して振動中、フローチューブ１０１、１０２には低ストレス点が形成される。したがって、屈曲軸線Ｗに沿った結合は不要なだけでなく、この結合により、溶接部３２０によるさらなるストレスが生じてチューブの寿命がより短くなるおそれもある。

図４には、本発明の実施形態に従って結合されたブレースバーが示されている。図４には、フローチューブ１０１、１０２をその長手方向軸線の中央部分で切断した断面図が示されている。下記の説明はフローチューブ１０１、１０２に関してのものであるが、いうまでもなく、他の実施形態では、ブレースバーが振動部材に結合されてブレースバー組立体となる場合もある。したがって、本発明は、ブレースバーおよびフローチューブを有するフローチューブ組立体に限定するものではなく、さらに正確にいえば、振動部材を有する他の用途にも適用可能なものである。

図４に示されているように、フローチューブ１０１および１０２は、１つ以上のブレースバー（２０１〜２０４）の内側に位置し、そのそれぞれに対応する屈曲軸線ＷおよびＷを中心として揺動的な振動をする。屈曲軸線Ｗ、Ｗ’は、ブレースバー２０１〜２０４により部分的に規定されている（図４には、ブレースバー２０３、２０４だけが図示されている）。本発明の１つの実施形態によれば、ブレースバー２０１〜２０４は、結合部４２０においてフローチューブ１０１、１０２に部分的に結合されている。すなわち、従来技術とは異なり前記部分的な結合部４２０は、フローチューブ１０１、１０２の周面全体にわたって設けられてはいない。それとは対照的に、結合部４２０は高ストレス領域４１２にのみ設けられている。下記記載で、図５を参照して、高ストレス領域４１２をさらに明確にする。本発明の１つの実施形態によれば、ブレースバー２０１〜２０４は低ストレス領域４１０においては結合されていない。

各ブレースバー２０１〜２０４は頂部４４０と、フローチューブ１０１、１０２を挟んでその反対の底部４５０とを有している。本発明の１つの実施形態では、結合部４２０はブレースバーの頂部４４０にのみ設けられている。本発明の他の実施形態では、結合部４２０はブレースバーの底部４５０にのみ設けられている。本発明のさらに他の実施形態では、結合部４２０はブレースバーの頂部４４０および底部４５０に設けられている。結合部４２０がブレースバーの一方の面にのみに設けられている一部の実施形態では、他方の面は従来技術に従ってその全長が結合されていてもよい。本発明は、ブレースバーの機能性または寿命を犠牲にすることなく、部分的な結合を用いることが可能である。図４および図５を参照すると、振動中に受けるストレスが明瞭になる。

図５には、本発明の実施形態に係るブレースバー２０３を下流に向かって真っ直ぐ見た場合のフローチューブ１０１、１０２を示す断面図である。いうまでもなく、この説明は、いずれのブレースバーにも同様に適用可能であり、ブレースバー２０３に限定されるわけではない。フローチューブ１０１、１０２が、そのそれぞれに対応する軸線Ｗ、Ｗ’を中心としてその周りに揺動的に屈曲するとき、フローチューブ／ブレースバー界面で受けるストレスの大きさは、フローチューブの周面上の位置によって異なる。例えば、高ストレス領域４１２には、フローチューブ１０１、１０２の振動中に受けるサイクリック負荷のため、最も大きなストレスが発生する。それとは対照的に、低ストレス領域４１０では、チューブ振動中にストレスをほとんど受けることはない。

高ストレス領域４１２がどのように定義されているかを理解することは重要である。下記の説明はフローチューブ１０２に限定されているものであるが、しかしながらいうまでもなく、高ストレス領域４１２の説明はフローチューブ１０１に対しても同じである。さらに、屈曲軸線Ｗ、Ｗ’に類似する屈曲軸線を中心として屈曲するように構成された他の振動部材にも高ストレス領域４１２が存在しうる。

図５を参照すると、フローチューブ１０２の円周の中心に基準点が位置し、０が図５に示されている屈曲軸線Ｗの真上になっている。いうまでもなく、選ばれた基準座標は本発明の理解を助けることのみを意図したものであって、他の基準座標が選択されてもよい。したがって、本発明は選択された座標系に限定されるものではない。上述のように、フローチューブ１０２が屈曲軸線Ｗを中心として振動すると、フローチューブ１０２は高ストレス領域４１２に大きなストレスを受ける。本発明の１つの実施形態によれば、高ストレス領域４１２とは、図示の基準座標においてフローチューブ１０２の約４５°から約１３５°までの領域のことである。フローチューブが屈曲軸線Ｗの両側で同一のストレスを受けるので、高ストレス領域４１２はさらに約２２５°〜約３１５°までに及ぶ。高ストレス領域４１２は、振動中に非常に大きなストレスを受け、最も大きなストレスは約９０°および２７０°において受ける。

それとは対照的に、約０°〜約４５°、約１３５°〜約２２５°、約３１５°〜約０°の範囲の領域は、振動中、ストレスをほとんど受けることはない。これらの領域は低ストレス領域４１０と呼ばれる。コリオリ流量計の用途を含む多くの用途では、フローチューブ１０１、１０２の如き振動部材の低ストレス領域４１０へブレースバーを結合することは、必要でなく、また、ほとんどなんの価値をも追加しないどころか、結合が形成されると、例えば加熱および冷却に起因するストレスが加えられるため、悪い影響を与える場合もある。したがって、低ストレス領域４１０に結合部を形成することは望ましくない。他方では、最大ストレスが高ストレス領域４１２にかかるので、この領域内には結合部を形成することが重要となる。いうまでもなく、高ストレス領域４１２に結合部４２０を形成することは、屈曲軸線の両側に結合部４２０、すなわち約４５°と１３５°との間の高ストレス領域および約２２５°と３１５°との間の高ストレス領域４１２に夫々結合部４２０を形成することを含む。

本発明の１つの実施形態によれば、ブレースバー２０１〜２０４は、部分的な結合を用いて、フローチューブ１０１、１０２の如き振動部材に接合される。すなわち、結合部４２０が高ストレス領域４１２のみに形成される。本発明の１つの実施形態によれば、結合部４２０は高ストレス領域４１２全体に延設される（図４および図６を参照）。しかしながら、図５に示されているように他の実施形態では、結合部４２０は高ストレス領域４１２の一部分に設けられていてもよい。本発明の１つの実施形態によれば、ドライバＤによって駆動されて振動するフローチューブによって引き起こされ、フローチューブ１０１、１０２が受けることになるストレスが最大となる９０°および２７０°を中心として結合４２０が形成される。個々の用途に応じて、振動部材の高ストレス領域４１２のどの部分にブレースバーを結合する必要があるかが決まる。例えば、高ストレス領域４１２で受けるストレスが大きいほど、より多くの部分をブレースバーへ結合することが必要となる。

図４をさらに参照すると、ブレースバーとフローチューブとの境界において、高ストレス領域４１２に結合部４２０が形成されている。低ストレス領域４１０には結合部が形成されていないことに注目されたい。ブレースバー２０１〜２０４をフローチューブ１０１、１０２の高ストレス領域４１２だけへ結合することにより、この結合に要する時間は、フローチューブ１０１、１０２のほぼ全周を結合する従来技術に較べてはるかに短くなる。加えて、必要とされる結合材がより少なくなるため、費用が節約される。

特筆すべき点は、本発明では従来技術に比べて結合面領域が少なくなるものの、中立屈曲軸線Ｗ、Ｗ’のため、ブレースバー２０１〜２０４をフローチューブ１０１、１０２上の適切な位置に保持するにあたって部分的な結合で十分であるということである。

図６には、本発明の他の実施形態に係るブレースバー２０３を下流側に見た場合のフローチューブ１０１、１０２の断面図が示されている。図６は結合部４２０以外は図５と同等である。図５のように高ストレス領域４１２の一部分にのみに結合部４２０を形成するのではなく、図６の結合部４２０は高ストレス領域４１２全体に延設されている。図６に示されているように高ストレス領域４１２全体に結合部を形成することは一部の実施形態では有利となる。いうまでもなく、高ストレス領域４１２内に部分的な結合が形成される他の結合構造も考えられている。例えば、高ストレス領域４１内に複数の不連続な結合部４２０が形成されてもよい。

図７には、本発明のさらに他の実施形態に係るブレースバー２０３を真上から真っ直ぐに見た場合のフローチューブ１０１、１０２の断面図が示されている。図７に示されているブレースバー２０３は、図７に示されているブレースバー２０３が切欠き部７５０を有しているということ以外は、図６および図７に示されているものと同等である。振動中に問題を引き起こしうる１つの状態は、部材が相互に擦り合うことによって引き起こされる振動の減衰である。ブレースバー２０３が振動部材の高ストレス領域４１２のみに結合されているので、ブレースバー２０３の非結合部分と振動部材とが不必要に擦り合う可能性がある。この不必要な擦り合いが不必要な減衰を引き起こす可能性がある。ブレースバー２０１〜２０４の非結合部分の擦り合いによって引き起こされる不必要な減衰を回避するために、一部の実施形態では、ブレースバー２０１〜２０４が逃がし領域または切欠き部７５０を有している場合もある。切欠き部７５０は、ブレースバー２０１〜２０４において、フローチューブ１０１、１０２の低ストレス領域４１０に合致する部分に形成される。したがって、切欠き部７５０は、高ストレス領域４１２における結合状態に影響を与えない。切欠き部７５０は低ストレス領域４１０のほぼ全体に対応して延設されているが、いうまでもなく、他の実施形態では、切欠き部７５０が低ストレス領域４１０の一部分にのみ対応していてもよい。

上記説明は、ブレースバーをフローチューブへ結合することについてのものであるが、いうまでもなく、記載された部分的な結合は、高ストレス領域および低ストレス領域を有する他の用途にも同様に適用可能である。本発明は、中立軸線を中心とする振動の下に常にある部材に対して特に適している。低ストレス領域および高ストレス領域を比較的高い確率で予測することができるからである。

上述の実施形態の詳細な記載は、本発明の技術範囲内に含まれるものとして本発明者が考えているすべての実施形態を完全に網羅したものではない。さらに正確にいえば、当業者にとって明らかなように、上述の実施形態のうちの一部の構成要件をさまざまに組み合わせてまたは除去してさらなる実施形態を構成してもよいし、また、このようなさらなる実施形態も本発明の技術範囲内および教示範囲内に含まれる。また、当業者にとって明らかなように、本発明の技術および教示の範囲に含まれるさらなる実施形態を構成するために、上述の実施形態を全体的にまたは部分的に組み合わせてもよい。

以上のように、本発明の具体的な実施形態または実施例が例示の目的で記載されているが、当業者にとって明らかなように、本発明の技術範囲内において、様々な変更が可能である。本明細書に提示された教示は、先に記載され、対応する図面に示されている実施形態にだけでなく他の振動部材に対しても適用することができる。したがって、本発明の技術範囲は下記の請求項によって決められるべきものである。

Claims (14)

1. 屈曲軸線（Ｗ、Ｗ’）を中心として振動するように構成され、その振動に伴うストレスが相対的に高い高ストレス領域（４１２）を有している振動部材と、
   前記高ストレス領域（４１２）にのみに形成される部分的な結合（４２０）によって前記振動部材に結合され、前記高ストレス領域(４１２)は前記振動部材の屈曲軸線を基準として４５°から１３５°の領域及び２２５°から３１５°の領域であるブレースバー（２０１〜２０４）と、
   を備えてなる、部分的な結合を有するブレースバー組立体。
2. 前記部分的な結合が前記高ストレス領域（４１２）全体にわたって延設されてなる、請求項１に記載のブレースバー組立体。
3. 前記部分的な結合（４２０）が前記ブレースバー（２０１〜２０４）の頂部側（４４０）のみに設けられてなる、請求項１に記載のブレースバー組立体。
4. 前記部分的な結合（４２０）が前記ブレースバー（２０１〜２０４）の底部側（４５０）のみに設けられてなる、請求項１に記載のブレースバー組立体。
5. 前記部分的な結合（４２０）が前記ブレースバー（２０１〜２０４）の頂部側（４４０）および底部側（４５０）に設けられてなる、請求項１に記載のブレースバー組立体。
6. 前記振動部材がフローチューブ（１０１、１０２）から構成されてなる、請求項１に記載のブレースバー組立体。
7. 前記ブレースバー（２０１〜２０４）が、前記振動部材の低ストレス領域（４１０）に対応して前記ブレースバー（２０１〜２０４）の一部分に形成される切欠き部（７５０）をさらに有してなり、前記低ストレス領域(４１０)は前記振動部材の屈曲軸線を基準として０°から４５°、１３５°から２２５°、３１５°から０°の領域である、請求項１に記載のブレースバー組立体。
8. 屈曲軸線を中心として振動するように構成され、その振動に伴うストレスが相対的に高い高ストレス領域を有する振動部材へ、ブレースバーを結合する方法であって、
   前記ブレースバーに対して前記振動部材を位置決めするステップと、
   前記高ストレス領域内にのみ形成される部分的な結合を用いて、前記ブレースバーを前記振動部材へ結合し、前記高ストレス領域は前記振動部材の屈曲軸線を基準として４５°から１３５°の領域及び２２５°から３１５°の領域であるステップと、
   を有する、方法。
9. 前記高ストレス領域全体にわたって前記部分的な結合を形成するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記ブレースバーの頂部側のみを部分的に結合するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
11. 前記ブレースバーの底部側のみを部分的に結合するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
12. 前記ブレースバーの頂部側および底部側を部分的に結合するステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
13. 前記振動部材がフローチューブから構成される、請求項８に記載の方法。
14. 前記振動部材の低ストレス領域に対応するように、前記ブレースバーの一部分に切欠き部を形成するステップをさらに有し、前記低ストレス領域は前記振動部材の屈曲軸線を基準として０°から４５°、１３５°から２２５°、３１５°から０°の領域である、請求項８に記載の方法。

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