JP6563211B2 - 熱式流量計およびその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、ガラス基板に長方形の溝を形成し、溝が形成された側のガラス基板に伝熱手段と温度検出手段が形成された他のガラス基板を貼り合わせることにより、接液部分が全てガラスで構成された流路を形成した熱式流量計が開示されている。
しかしながら、樹脂材料により形成された管状の流路は熱により変形し易いため、製造時に管状の流路に生じる熱変形や使用時に管状の流路に生じる熱変形により正確な流量を検出できなくなる可能性がある。
本発明の一態様に係る熱式流量計は、液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに軸線に沿って延びる内部流路が形成された樹脂製の測定管と、前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とが検出面に形成された温度検出基板と、補強板とを備え、前記温度検出基板の前記検出面が前記軸線に沿って前記測定管に接着剤で接着されるとともに、前記温度検出基板との間に前記内部流路を挟むように前記補強板が前記軸線に沿って前記測定管に前記接着剤で接着されている。
これにより、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めつつ製造時や使用時に加熱されても測定精度を維持することが可能な熱式流量計を提供することができる。
このようにすることで、測定管が加熱される際に、加熱によって測定管に生じる熱応力の大きさが測定管の内部流路を挟む両側で偏ることをより確実に抑制することができる。
このようにすることで、加熱用抵抗体による内部流路内の液体の加熱特性と温度検出用抵抗体による液体の温度検出特性を高めることができる。
このようにすることで、樹脂製の測定管よりも強度が高くかつ加熱による変形が少ないガラス製の温度検出基板および補強板を用いて、測定管に温度検出基板および補強板を接着させる際または使用時に生じる撓みを抑制することができる。
流入側ボディの外周面に形成された雄ねじと流入側ナットの内周面に形成された雌ねじとを締結させると、測定管の外周面に挿入される円筒状の流入側フェルールが変形してシール領域が形成される。同様に、流出側ボディの外周面に形成された雄ねじと流出側ナットの内周面に形成された雌ねじとを締結させると、測定管の外周面に挿入される円筒状の流出側フェルールが変形してシール領域が形成される。
ガラス基板に伝熱手段と温度検出手段とが形成されたセンサ部を樹脂材料により形成された管状の流路に接着させる場合、使用時に高温となってもセンサ部と流路との接着性が保たれるように、熱硬化性の接着剤を用いるのが好ましい。しかしながら、熱硬化性の接着剤は加熱することにより固化する性質があるため、センサ部と管状の流路とを接着させる際には、これらを加熱する必要がある。この加熱の際に、樹脂製の管状の流路に撓みが生じると、センサ部と管状の流路とを適切に接着させることができない。
よって、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めつつ製造時や使用時に加熱されても測定精度を維持することが可能な熱式流量計の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の第1実施形態の熱式流量計100について図面を参照して説明する。
本実施形態の熱式流量計100は、内部流路を流通する液体を加熱し、加熱された液体の温度を検出することで液体の流量を測定する熱式流量計である。本実施形態の熱式流量計100は、例えば、0.1cc/min〜30cc/minの微少流量を測定するのに適している。
センサ部10の詳細について後述する。
中継基板30は、制御基板20と外部装置(図示略)との間で各種の信号を送受信するための中継を行う基板である。中継基板30には、外部装置(図示略)との間で各種の信号を送受信するためのケーブル200が接続されるようになっている。
ボトムケース50は、熱式流量計100の下部側の筐体となる部材であり、内部にセンサ部10を収容する。ボトムケース50にセンサ部10が挿入された状態で、センサ部10の流入口10a側からストッパー60がボトムケース50とセンサ部10との間に挿入される。
ボトムケース50の底面には締結穴50aが形成されており、設置面(図示略)の下方から挿入される締結ボルト(図示略)によって設置面に固定される。
図3および図4に示すように、センサ部10は、測定管11と、センサ基板12(温度検出基板)と、補強板13と、ガイド14と、ナット15と、流入側ボディ16と、流出側ボディ17と、流入側フェルール18と、流出側フェルール19とを有する。
加熱用抵抗線12aと、温度検出用抵抗線12bと、温度検出用抵抗線12cとは、それぞれ白金等の金属膜をガラス製の基板上に蒸着させて形成される。
そのため、制御基板20は、加熱用抵抗線12aを瞬間的に加熱したタイミングと、その後に温度検出用抵抗線12bと温度検出用抵抗線12cとが加熱された液体の温度を検出するタイミングとから、測定管11を流通する液体の流通速度を算出することができる。また、制御基板20は、算出した流通速度と測定管11の断面積から、液体の流量を算出することができる。
例えば、加熱用抵抗線12aよりも液体の流通方向の上流側に温度検出用抵抗線12bを配置し、加熱用抵抗線12aよりも液体の流通方向の下流側に温度検出用抵抗線12cを配置するようにしてもよい。加熱用抵抗線12aが作り出す温度分布は、液体の流通速度に依存し、流通速度が大きくなるに従ってより多くの熱が下流側に運ばれて下流側の温度が高くなる。制御基板20は、温度検出用抵抗線12bにより検出される温度と温度検出用抵抗線12cにより検出される温度との差分と、測定管11の断面積から、液体の流量を算出することができる。
一方、図7(図5(b)のB−B矢視断面図)に示すように、測定管11はセンサ基板12および補強板13が接着されない位置において、軸線Xに直交する平面による断面が円形となっている。
ここで、接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、紫外線硬化性樹脂系接着剤、熱硬化性樹脂系接着剤(熱硬化性接着剤)、低融点ガラス等を用いることができる。
ガイド14は、一対のナット15を連結するように案内する部材である。図3に示すように、一対のナット15は測定管11を介して連結されており、測定管11とナット15が凹所15e(第1凹所)に充填される充填材15iおよび凹所15f(第2凹所)に充填される充填材15jによって固定されている。
充填材15i,15jとしては、例えば、エポキシ樹脂,アクリル樹脂,シリコン樹脂による充填材が用いられる。
流入側ボディ16および流出側ボディ17は、耐腐食性が高い樹脂材料(例えば、PTFE:ポリテトラフルオロエチレン)により形成されている。
図3に示すように、流入側ナット15aは、測定管11の外周面に沿って流入側ボディ16よりも流出口11b側に挿入される円筒状の部材である。流入側ナット15aの流入口10a側の端部の内周面には、雌ねじ15gが形成されている。また、流出側ナット15bは、測定管11の外周面に沿って流出側ボディ17よりも流入口11a側に挿入される円筒状の部材である。流出側ナット15bの流出口10b側の端部の内周面には、雌ねじ15hが形成されている。
図4に示すように、流入側フェルール18の流入口10a側の端部には、流入口10aに向けて徐々に内周面と外周面との距離が短くなる先端部18aが形成されている。先端部18aは流入側ボディ16に挿入されると、流入側ボディ16の内部に形成された溝部16cに挿入される。
図4に示すように、流出側フェルール19の流出口10b側の端部には、流出口10bに向けて徐々に内周面と外周面との距離が短くなる先端部19aが形成されている。先端部19aは流出側ボディ17に挿入されると、流出側ボディ17の内部に形成された溝部17cに挿入される。
このようにしているのは、接続流路16aと測定管11の流入口11aの接続位置からセンサ基板12の軸線X方向の中央部までの距離L3を長く確保するためである。距離L3を長く確保することにより、接続流路16aと測定管11の流入口11aで液体の流れに乱れが生じたとしても、センサ基板12の中央部に到達するまでに液体の流れを安定させることができる。
このようにしているのは、流入側フェルール18の先端部18aが接続流路16aと流入口11aとの接続位置の近傍に位置し、かつ流出側フェルール19の先端部19aが接続流路17aと流出口11bとの接続位置の近傍に位置するように配置するためである。
まず始めに、熱式流量計100のセンサ部10の製造方法について説明する。
第1に、センサ基板12の検出面12dと測定管11のセンサ基板用平坦面11cのいずれかに接着剤を塗布し、図5(b)に示すように、検出面12dとセンサ基板用平坦面11cとが接着剤を介して接するように配置する。
第2に、補強板13の接着面13aと測定管11の補強板用平坦面11dのいずれかに接着剤を塗布し、図5(b)に示すように、接着面13aと補強板用平坦面11cとが接着剤を介して接するように配置する。
ここで、接着剤として熱硬化性樹脂系接着剤を用いる場合、センサ基板12と補強板13とが接着された測定管11を治具(図示略)に取り付けてこれらを加熱することにより、熱硬化性樹脂系接着剤を固化させる。
このようにして図3に示すセンサ部10が製造される。
第8に、制御基板20と中継基板30をアッパーケース40に取り付ける。
最後に、アッパーケース40をボトムケース50に取り付ける。
以上の工程により、本実施形態の熱式流量計100が製造される。
本実施形態の熱式流量計100は、測定管11の内部流路10cを挟むように軸線Xに沿ってセンサ基板12の検出面12dと補強板13とが接着剤で測定管11に接着されている。接着剤として熱硬化性樹脂系接着剤を用いる場合、熱式流量計100が製造時に加熱され、樹脂製の測定管11に撓みが生じると、測定管11の適切な位置にセンサ基板12の加熱用抵抗線12aおよび温度検出用抵抗線12b,12cが取り付けられず、熱式流量計100の測定精度が低下してしまう。
また、熱式流量計100が使用時に加熱され、樹脂製の測定管11に撓みが生じると、測定管11の適切な位置にセンサ基板12の加熱用抵抗線12aおよび温度検出用抵抗線12b,12cが取り付けられない状態となり、熱式流量計100の測定精度が低下してしまう。
これにより、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めつつ製造時や使用時に加熱されても測定精度を維持することが可能な熱式流量計100を提供することができる。
このようにすることで、測定管11が加熱される際に、加熱によって測定管11に生じる熱応力の大きさが測定管11の内部流路10cを挟む両側で偏ることをより確実に抑制することができる。
このようにすることで、加熱用抵抗線12aによる内部流路10c内の液体の加熱特性と温度検出用抵抗線12b,12cによる液体の温度検出特性を高めることができる。
このようにすることで、樹脂製の測定管11よりも強度が高くかつ加熱による変形が少ないガラス製のセンサ基板12および補強板13を用いて、測定管11にセンサ基板12および補強板13を接着させる際または使用時に生じる撓みを抑制することができる。
よって、アルカリ性液体に対する耐腐食性を高めつつ製造時や使用時に加熱されても測定精度を維持することが可能な熱式流量計100の製造方法を提供することができる。
次に、本発明の第2実施形態の熱式流量計について図9および図10を用いて説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとする。
第1実施形態の熱式流量計は、センサ部10において、流入側ナット15aの流出口10b側に凹所15eを形成し、流出側ナット15bの流入口10a側に凹所15fを形成するものであった。
それに対して本実施形態の熱式流量計は、センサ部10’において、流入側ナット15aの流出口10b側にガイド14’を用いて凹所15’eを形成し、流出側ナット15bの流入口10a側にガイド14’を用いて凹所15’fを形成するものである。
図10に示すように、ガイド14’は凹所15’eおよび凹所15’fを形成する部分は上方に開口せず、軸線Xに沿った中央部のみに開口部14’aが設けられる形状となっている。
なお、図10には比較のために、第1実施形態のガイド14の形状を破線で示している。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10a 流入口
10b 流出口
10c 内部流路
10d 内周面
11 測定管
11a 流入口
11b 流出口
11c センサ基板用平坦面(第1平坦面)
11d 補強板用平坦面(第2平坦面)
12 センサ基板(温度検出基板)
12a 加熱用抵抗線(加熱用抵抗体)
12b,12c 温度検出用抵抗線(温度検出用抵抗体)
12d 検出面
13 補強板
13a 接着面
14,14’ ガイド
14a,14’a 開口部
15 ナット
15a,15’a 流入側ナット
15b,15’b 流出側ナット
15c,15d 段部
15e,15’e 凹所(第1凹所)
15f,15’f 凹所(第2凹所)
15g,15h 雌ねじ
15i,15j 充填材
16 流入側ボディ
16a 接続流路(第1接続流路)
17 流出側ボディ
17a 接続流路(第2接続流路)
18 流入側フェルール
19 流出側フェルール
20 制御基板
100 熱式流量計
D1 距離(第1距離)
D2 距離(第2距離)
L1 長さ(第1長さ)
L2 長さ(第2長さ)
Claims (11)
- 液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに軸線に沿って延び、前記軸線に沿って延びる断面視が円形の内部流路が形成された樹脂製の測定管と、
前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とが検出面に形成された温度検出基板と、
補強板とを備え、
前記温度検出基板の前記検出面が前記軸線に沿って前記測定管に接着剤で接着されるとともに、前記温度検出基板との間に前記内部流路を挟むように前記補強板が前記軸線に沿って前記測定管に前記接着剤で接着され、
前記測定管の前記軸線に直交する平面による断面が長方形であり、
前記測定管の外周面には、前記温度検出基板の前記検出面が対向して配置される第1平坦面と、該第1平坦面との間に前記内部流路を挟むように前記補強板の一面が対向して配置される第2平坦面とが形成されており、
前記第1平坦面と前記温度検出基板の前記検出面とが前記接着剤により接着され、前記第2平坦面と前記補強板の一面とが前記接着剤により接着された熱式流量計。 - 前記温度検出基板の前記検出面から前記内部流路の内周面までの第1距離が前記補強板の前記一面から前記内部流路の内周面までの第2距離よりも短い請求項1に記載の熱式流量計。
- 前記温度検出基板の前記軸線に沿った第1長さと前記補強板の前記軸線に沿った第2長さとが同一か前記第1長さよりも前記第2長さの方が長い請求項1または請求項2に記載の熱式流量計。
- 前記温度検出基板および前記補強板がガラス製である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の熱式流量計。
- 前記測定管の前記流入口が挿入されるとともに第1接続流路が内部に形成された流入側ボディと、
前記測定管の前記流出口が挿入されるとともに第2接続流路が内部に形成された流出側ボディと、
前記測定管の外周面に沿って前記流入側ボディよりも前記流出口側に挿入されるとともに前記流入側ボディの外周面に形成された雄ねじと締結される雌ねじが内周面に形成された円筒状の流入側ナットと、
前記測定管の外周面に沿って前記流出側ボディよりも前記流入口側に挿入されるとともに前記流出側ボディの外周面に形成された雄ねじと締結される雌ねじが内周面に形成された円筒状の流出側ナットと、
前記測定管の外周面と前記流入側ボディの前記流出口側の端部の内周面との間に挿入される円筒状に形成されるとともに前記流入側ボディに前記流入側ナットが締結されることによって変形してシール領域を形成する樹脂製の流入側フェルールと、
前記測定管の外周面と前記流出側ボディの前記流入口側の端部の内周面との間に挿入される円筒状に形成されるとともに前記流出側ボディに前記流出側ナットが締結されることによって変形してシール領域を形成する樹脂製の流出側フェルールとを備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の熱式流量計。 - 前記流入側ナットの前記流出口側の端部には、前記温度検出基板の前記流入口側の端部および前記補強板の前記流入口側の端部がそれぞれ挿入される第1凹所が設けられており、
前記温度検出基板の前記流入口側の端部および前記補強板の前記流入口側の端部が、前記第1凹所に充填された充填材により前記流入側ナットに固定されており、
前記流出側ナットの前記流入口側の端部には、前記温度検出基板の前記流出口側の端部および前記補強板の前記流出口側の端部がそれぞれ挿入される第2凹所が設けられており、
前記温度検出基板の前記流出口側の端部および前記補強板の前記流出口側の端部とが、前記第2凹所に充填された充填材により前記流出側ナットに固定されている請求項5に記載の熱式流量計。 - 前記接着剤が、熱硬化性接着剤である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の熱式流量計。
- 液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに軸線に沿って延びる内部流路が形成された樹脂製の測定管と、
前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とが検出面に形成された温度検出基板と、
補強板と、
前記測定管の前記流入口が挿入されるとともに第1接続流路が内部に形成された流入側ボディと、
前記測定管の前記流出口が挿入されるとともに第2接続流路が内部に形成された流出側ボディと、
前記測定管の外周面に沿って前記流入側ボディよりも前記流出口側に挿入されるとともに前記流入側ボディの外周面に形成された雄ねじと締結される雌ねじが内周面に形成された円筒状の流入側ナットと、
前記測定管の外周面に沿って前記流出側ボディよりも前記流入口側に挿入されるとともに前記流出側ボディの外周面に形成された雄ねじと締結される雌ねじが内周面に形成された円筒状の流出側ナットと、
前記測定管の外周面と前記流入側ボディの前記流出口側の端部の内周面との間に挿入される円筒状に形成されるとともに前記流入側ボディに前記流入側ナットが締結されることによって変形してシール領域を形成する樹脂製の流入側フェルールと、
前記測定管の外周面と前記流出側ボディの前記流入口側の端部の内周面との間に挿入される円筒状に形成されるとともに前記流出側ボディに前記流出側ナットが締結されることによって変形してシール領域を形成する樹脂製の流出側フェルールとを備え、
前記温度検出基板の前記検出面が前記軸線に沿って前記測定管に接着剤で接着されるとともに、前記温度検出基板との間に前記内部流路を挟むように前記補強板が前記軸線に沿って前記測定管に前記接着剤で接着され、
前記流入側ナットの前記流出口側の端部には、前記温度検出基板の前記流入口側の端部および前記補強板の前記流入口側の端部がそれぞれ挿入される第1凹所が設けられており、
前記温度検出基板の前記流入口側の端部および前記補強板の前記流入口側の端部が、前記第1凹所に充填された充填材により前記流入側ナットに固定されており、
前記流出側ナットの前記流入口側の端部には、前記温度検出基板の前記流出口側の端部および前記補強板の前記流出口側の端部がそれぞれ挿入される第2凹所が設けられており、
前記温度検出基板の前記流出口側の端部および前記補強板の前記流出口側の端部とが、前記第2凹所に充填された充填材により前記流出側ナットに固定されている熱式流量計。 - 前記測定管が前記温度検出基板および前記補強板が接着されない位置において、前記測定管が円形状断面を有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の熱式流量計。
- 前記温度検出基板は、前記液体の流れ方向に沿って、この順に、前記加熱用抵抗体と該加熱用抵抗体により加熱された液体の温度を検出するように構成された前記温度検出用抵抗体とが、前記検出面に形成されている請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の熱式流量計。
- 液体が流入する流入口と該流入口から流入した液体を流出させる流出口とを有するとともに軸線に沿って延び、断面視が円形の内部流路が形成された樹脂製の測定管と、前記軸線に沿って加熱用抵抗体と温度検出用抵抗体とが検出面に形成された温度検出基板と、補強板とを備え、前記測定管の前記軸線に直交する平面による断面が長方形であり、前記測定管の外周面には、前記温度検出基板の前記検出面が対向して配置される第1平坦面と、該第1平坦面との間に前記内部流路を挟むように前記補強板の一面が対向して配置される第2平坦面とが形成されている熱式流量計の製造方法であって、
前記温度検出基板の前記検出面を前記軸線に沿って前記測定管の前記第1平坦面と熱硬化性接着剤を介して接するように配置する工程と、
前記補強板を前記軸線に沿って前記測定管の前記第2平坦面と前記熱硬化性接着剤を介して接するとともに前記温度検出基板との間に前記内部流路を挟むように配置する工程と、
前記測定管と前記温度検出基板と前記補強板とを加熱して前記熱硬化性接着剤を固化させる工程とを備える熱式流量計の製造方法。
Priority Applications (4)
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