JPH09257529A - 渦流量計及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低流速まで測定可能範囲が拡大でき、精度が
良好な渦流量計を提供する。 【解決手段】 管路に設けられた渦発生体と、圧電素子
が埋設され該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体
とを具備し、カルマン渦により受力体に作用する交番力
を検出して流量を測定する渦流量計において、前記受力
体が、熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電
素子を保護する仮保護体と、熱可塑性樹脂よりなり前記
圧電素子と該仮保護体とを囲み前記圧電素子と該仮保護
体と共に加熱により一体成形され前記受力体を形成する
一体成形体とからなることを特徴とする渦流量計であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低流速まで測定可
能範囲が拡大でき、精度が良好な渦流量計に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１９は、従来より一般に使用されてい
る従来例の構成説明図で、例えば、実開平２−０４８８
１８号（実願昭６３−１２７０５３号）に示されてい
る。図において、

【０００３】１は、測定流体２が流れる管路である。３
は，管路１に挿入された渦発生体である。４は、渦発生
体３の下流の管路１に挿入された受力体である。５は、
受力体４に設けられた穴である。

【０００４】６は、穴５に挿入され、熱硬化性の弾性エ
ポキシ樹脂７で、穴５に包埋固定された圧電素子であ
る。なお、圧電素子６は、受力体４の形成時に同時に密
封包埋してもよい。

【０００５】以上の構成において、管路１に測定流体２
が流されると、渦発生体３によりカルマン渦が発生し、
このカルマン渦により受力体４に作用する交番力を検出
して流量を測定する事ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、圧電素子６を熱硬化性の弾性エポキ
シ樹脂７で、包埋固定しているが、次の様な不具合が生
じる。

【０００７】（１）弾性エポキシ樹脂７の配合時や圧電
素子６包埋時に、エポキシ樹脂の中に気泡が発生し、受
力体４と圧電素子６との間に隙間が生じる。このため、
カルマン渦による振動歪が、圧電素子６に十分伝達され
ない。特に、低流量測定時には、感度不足となり、低流
量が測定できない。

【０００８】（２）また、受力体４と圧電素子６との間
の隙間が一様に出来ないので、カルマン渦による振動歪
の、圧電素子６への伝達状態に固体差が生じる。特に、
低流量測定時の感度にばらつきが大きかった。

【０００９】次に、圧電素子６を、受力体４の形成時に
同時に密封包埋しても良いが、次の様な不具合が生じ
る。

【００１０】（１）装置の小型化の趨性のために、圧電
素子６が小型で薄いものが用いられる様になると、受力
体４の形成時の同時密封包埋時に生ずる密封のための応
力、又は、受力体４の離型時の引剥がしのための応力
で、圧電素子６が破壊されてしまう恐れがある。

【００１１】（２）また、圧電素子６に受力体４の形成
時の残留歪が加わり、圧電素子６が正常に動作しなくな
る。

【００１２】（３）圧電素子６を受力体４の中に埋め込
んでしまうので、圧電素子６を予め保持する事が困難に
なり、受力体４内における圧電素子６の正確な位置を配
置出来ない。

【００１３】本発明は、この問題点を解決するものであ
る。本発明の目的は、低流速まで測定可能範囲が拡大で
き、測定精度が良好な渦流量計を提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、 （１）管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が埋設さ
れ該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体とを具備
し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出し
て流量を測定する渦流量計において、前記受力体が、熱
可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電素子を保
護する仮保護体と、熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子
と該仮保護体とを囲み前記圧電素子と該仮保護体と共に
加熱により一体成形され前記受力体を形成する一体成形
体とからなることを特徴とする渦流量計を構成したもの
である。 （２）管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が埋設さ
れ該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体とを具備
し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出し
て流量を測定する渦流量計において、前記受力体が、熱
可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電素子の長
手方向に直角方向に該圧電素子を境にして互いに２個に
分割された第１，第２の仮保護体と、熱可塑性樹脂より
なり前記圧電素子と該第１，第２の仮保護体とを囲み前
記圧電素子と該第１，第２の仮保護体と共に加熱により
一体成形され前記受力体を形成する一体成形体とからな
ることを特徴とする渦流量計を構成したものである。 （３）管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が埋設さ
れ該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体とを具備
し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出し
て流量を測定する渦流量計の製造方法において、以下の
工程を有することを特徴とする渦流量計の製造方法を採
用した。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電
素子を保護する仮保護体と該圧電素子とを組み立てる。 （ｂ）前記圧電素子と前記仮保護体との組立体に、熱可
塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該仮保護体と共に加熱
により一体成形される一体成形体を組み立てる。 （４）管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が埋設さ
れ該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体とを具備
し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出し
て流量を測定する渦流量計の製造方法において、以下の
工程を有することを特徴とする渦流量計の製造方法を採
用した。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電
素子の長手方向に直角方向に該圧電素子を境にして互い
に分割された第１，第２の仮保護体のいずれか一方と該
圧電素子とを組み立てる。 （ｂ）前記第１，第２の仮保護体のいずれか一方と圧電
素子の組立体に、前記第１，第２の仮保護体の他方を組
み立てる。 （ｃ）前記圧電素子と前記第１，第２の仮保護体との組
立体に、熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該第１，
第２の仮保護体と共に加熱により一体成形される一体成
形体を組み立てる。

【００１５】

【作用】以上の構成において、管路に測定流体が流され
ると、渦発生体によりカルマン渦が発生し、このカルマ
ン渦により受力体に作用する交番力を検出して流量を測
定する事ができる。以下、実施例に基づき詳細に説明す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の要部構
成説明図、図２は図１の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断
面図である。図において、図１９と同一記号の構成は同
一機能を表わす。以下、図１９と相違部分のみ説明す
る。

【００１７】１１は、管路１２に設けられた渦発生体で
ある。１３は、渦発生体１１の下流の管路１２に設けら
れた受力体である。受力体１３は、管路１２にタッピン
グネジ１４により取付られ、Ｏリング１５により管路１
２に於いてシールされている。

【００１８】１６は、管路１２に設けられた信号処理回
路である。受力体１３は、図４，図５に示す如く、圧電
素子２１、仮保護体２２と一体成形体２３とよりなる。

【００１９】なお、仮保護体２２と一体成形体２３と
は、熱可塑性樹脂よりなり、この場合は、ポリカーボネ
イトが使用されている。圧電素子２１は、図４，図５に
示す如く、短冊形をなしている。２４はリード線であ
る。

【００２０】仮保護体２２は、図６，図７に示す様に、
仮保護体本体部３１とフランジ部３２と圧電素子挿入孔
３３とよりなる。また、仮保護体本体部３１には、圧電
素子２１の挿入が容易に出来ると共に、一体成形体２３
との一体成形時に、一体成形が容易に出来る様に、圧電
素子挿入孔３３に通じる切り欠き部３４が設けられてい
る。

【００２１】以上の構成において、管路１２に測定流体
２が流されると、渦発生体１１によりカルマン渦が発生
し、このカルマン渦により受力体１３に作用する交番力
を検出して流量を測定する事ができる。

【００２２】この様な受力体１３は、以下の如くして製
作する。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり、圧電素子２１を囲み、圧
電素子２１を保護する仮保護体２２と圧電素子２１とを
組み立てる。

【００２３】（ｂ）圧電素子２１と仮保護体２２との組
立体に、熱可塑性樹脂よりなり、圧電素子２１と仮保護
体２２と共に加熱により一体成形される一体成形体２３
を組み立てる。

【００２４】この結果、 （１）熱可塑性樹脂よりなる仮保護体２２に、圧電素子
２１を組み立てた後、熱可塑性樹脂よりなる一体成形体
２３で一体成形して、受力体１３を構成したので、圧電
素子２１と一体成形体２３との間に隙間なく熱可塑性樹
脂が充填されるために、カルマン渦による交番力が、圧
電素子２１に正確に伝達される。このため、低流量領域
まで安定した検出感度が得られる。図８の曲線Ａに、こ
の場合の実験結果を示す。

【００２５】一方、図１９従来例では、熱硬化性の弾性
エポキシ樹脂７の包埋固定により、受力体４と圧電素子
６とが、たまたま、隙間なく固定された場合は、低流量
領域で良好な検出感度が得られる。

【００２６】しかし、隙間が生じた場合には、低流量領
域で良好な検出感度が得られない。したがって、低流量
領域まで安定した検出感度が得られず、検出感度にばら
つきが生ずる。図８の曲線Ｂに、この場合の実験結果を
示す。

【００２７】（２）また、圧電素子２１と一体成形体２
３との間に隙間なく熱可塑性樹脂が充填されるために、
図１９従来例の様に、隙間のばらつきの結果、カルマン
渦による振動歪の、圧電素子６への伝達状態に個体差が
生じ、特に、低流量測定時の感度にばらつきが大きいと
言う事もなく、測定値にばらつきが殆どなく、信頼性が
高い渦流量計が得られる。

【００２８】（３）圧電素子２１を仮保護体２２で保護
した後、一体成形体２３で一体成形されるので、図１９
従来例の様に、密封のための応力、又は、受力体１３の
離型時の引剥がしのための応力で、圧電素子２１が破壊
される恐れがない。

【００２９】（４）また、圧電素子２１は、仮保護体２
２で保護されるので、圧電素子２１に受力体１３の形成
時の残留歪が加わらないので、圧電素子２１が異常動作
をすることがなく、安定性が高い渦流量計が得られる。

【００３０】（５）圧電素子２１と仮保護体２２とで、
受力体１３の主要部が構成されているので、仮保護体２
２を保持して一体成形すれば良く、圧電素子２１を受力
体１３内における正確な位置に配置出来る。

【００３１】実際の具体例として、本願の発明者が、寸
法２×１１ｍｍ，厚さｔ＝０．３ｍｍの圧電素子、管路
１２の断面積３２ｍｍ²、測定流体が水道水、を使用し
ての実験によると、以下の結果が得られた。

【００３２】（１）図１９従来の方式では、測定可能最
低流量が３（ｌ／ｍｉｎ）であったが、本発明装置によ
れば、１．２（ｌ／ｍｉｎ）まで測定可能となった。

【００３３】また、図１９従来の方式では、１．２〜３
（ｌ／ｍｉｎ）の範囲では、測定値がばらついたが、本
発明装置によれば、１．２（ｌ／ｍｉｎ）まで、個体差
が殆どなく、一様に測定可能となった。

【００３４】（２）受力体１３の成形時や離形時に、図
１９従来の方式では、圧電素子６の破損率が、時には５
０％近くにも達したが、本発明装置によれば、圧電素子
２１の破損が無くなった。

【００３５】また、図１９従来の方式では、圧電素子６
の異常動作が、場合によっては、３０％にもなったが、
本発明装置によれば、圧電素子２１の異常動作の発生も
なくなった。

【００３６】図９は本発明の他の実施例の要部構成説明
図、図１０は図９の平面図である。図において、４１
は、受力体である。

【００３７】受力体４１は、図９，図１０に示す如く、
圧電素子４２、第１仮保護体４３、第２仮保護体４４と
一体成形体４５とよりなる。なお、第１仮保護体４３、
第２仮保護体４４と一体成形体４５とは、熱可塑性樹脂
よりなり、この場合は、ポリカーボネイトが使用されて
いる。

【００３８】圧電素子４２は、図９，図１０に示す如
く、短冊形をなしている。４６はリード線である。第１
仮保護体４３は、図１１，図１２，図１３，図１４に示
される様に、仮保護体本体部５１，フランジ部５２，圧
電素子挿入溝５３，ガイドピン５４とよりなる。

【００３９】第２仮保護体４４は、図１５，図１６、図
１７，図１８に示される様に、仮保護体本体部６１とフ
ランジ部６２と圧電素子挿入溝６３，ガイドピン６４と
よりなる。

【００４０】なお、第１仮保護体４３と第２仮保護体４
４とを組み立てた状態においては、圧電素子４２の挿入
が容易に出来ると共に、一体成形体４５との一体成形時
に、一体成形が容易に出来る様に、圧電素子挿入溝５
３、６３に通じる切り欠き部４７が形成される。

【００４１】以上の構成において、管路１２に測定流体
２が流されると、渦発生体１１によりカルマン渦が発生
し、このカルマン渦により受力体４１に作用する交番力
を検出して流量を測定する事ができる。

【００４２】この様な受力体４１は、以下の如くして製
作する。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり、圧電素子４２を囲み、圧
電素子４２の長手方向に直角方向に、圧電素子４２を境
にして互いに分割された第１，第２の仮保護体４３，４
４のいずれか一方と、圧電素子４２とを組み立てる。

【００４３】（ｂ）第１，第２の仮保護体４３，４４の
いずれか一方と圧電素子４２の組立体に、第１，第２の
仮保護体４３，４４の他方を組み立てる。

【００４４】（ｃ）圧電素子４２と第１，第２の仮保護
体４３，４４との組立体に、熱可塑性樹脂よりなり、圧
電素子４２と該第１，第２の仮保護体４３，４４と共に
加熱により一体成形される一体成形体４５を組み立て
る。

【００４５】この結果、仮保護体を第１，第２の仮保護
体４３，４４に分割したので、仮保護体の製造が容易と
なり、渦流量計の製造コストを低減でき、安価な渦流量
計が得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
請求項１の発明によれば、 （１）熱可塑性樹脂よりなる仮保護体に、圧電素子を組
み立てた後、熱可塑性樹脂よりなる一体成形体で一体成
形して、受力体を構成したので、圧電素子と一体成形体
との間に隙間なく熱可塑性樹脂が充填されるために、カ
ルマン渦による交番力が、圧電素子に正確に伝達され
る。このため、低流量領域まで安定した検出感度が得ら
れる。

【００４７】（２）また、圧電素子と一体成形体との間
に隙間なく熱可塑性樹脂が充填されるために、従来例の
様に、隙間のばらつきの結果、カルマン渦による振動歪
の、圧電素子への伝達状態に個体差が生じ、特に、低流
量測定時の感度にばらつきが大きいと言う事もなく、測
定値にばらつきが殆どなく、信頼性が高い渦流量計が得
られる。

【００４８】（３）圧電素子を仮保護体で保護した後、
一体成形体で一体成形されるので、従来例の様に、密封
のための応力、又は、受力体の離型時の引剥がしのため
の応力で、圧電素子が破壊される恐れがない。

【００４９】（４）また、圧電素子は、仮保護体で保護
されるので、圧電素子に受力体の形成時の残留歪が加わ
らないので、圧電素子が異常動作をすることがなく、信
頼性が高い渦流量計が得られる。

【００５０】（５）圧電素子と仮保護体とで、受力体の
主要部が構成されているので、仮保護体を保持して一体
成形すれば良く、圧電素子を受力体内における正確な位
置に配置出来る。

【００５１】更に、請求項２の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えるに、仮保護体を第１，第２の仮保
護体に分割したので、仮保護体の製造が容易となり、渦
流量計の製造コストを低減でき、安価な渦流量計が得ら
れる。

【００５２】従って、本発明によれば、低流速まで測定
可能範囲が拡大でき、精度が良好な渦流量計を実現する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】受力体１３の要部構成説明図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】仮保護体２２の要部構成説明図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】本発明の渦流量計と従来例の渦流量計の特性説
明図である。

【図９】受力体４１の要部構成説明図である。

【図１０】図９の平面図である。

【図１１】第１仮保護体４３の要部構成説明図である。

【図１２】図１１の平面図である。

【図１３】図１１の側面図である。

【図１４】図１２のＣ−Ｃ断面図である。

【図１５】第２仮保護体４４の要部構成説明図である。

【図１６】図１５の平面図である。

【図１７】図１５の側面図である。

【図１８】図１１６のＤ−Ｄ断面図である。

【図１９】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【符号の説明】

１ 管路 ２ 測定流体 ３ 渦発生体 ４ 受力体 ５ 穴 ６ 圧電素子 ７ 弾性エポキシ樹脂 １１ 渦発生体 １２ 管路 １３ 受力体 １４ タッピングネジ １５ Ｏリング １６ 信号処理回路 ２１ 圧電素子 ２２ 仮保護体 ２３ 一体成形体 ２４ リ―ド線 ３１ 仮保護体本体部 ３２ フランジ部 ３３ 圧電素子挿入孔 ３４ 切欠部 ４１ 受力体 ４２ 圧電素子 ４３ 第１仮保護体 ４４ 第２仮保護体 ４５ 一体成形体 ４６ リ―ド線 ４７ 切欠部 ５１ 仮保護体本体部 ５２ フランジ部 ５３ 圧電素子挿入溝 ５４ ガイドピン ６１ 仮保護体本体部 ６２ フランジ部 ６３ 圧電素子挿入溝 ６４ ガイドピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 哲浩 長野県上伊那郡宮田村2061番地 横河アイ エムティー株式会社内 (72)発明者 石田 克己 東京都武蔵野市中町１丁目15番７号 横河 アイエムティー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路に設けられた渦発生体と、 圧電素子が埋設され該渦発生体の下流に設けられた柱状
   の受力体とを具備し、 カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出して流
   量を測定する渦流量計において、 前記受力体が、 熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電素子を
   保護する仮保護体と、 熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該仮保護体とを囲
   み前記圧電素子と該仮保護体と共に加熱により一体成形
   され前記受力体を形成する一体成形体とからなることを
   特徴とする渦流量計。
2. 【請求項２】管路に設けられた渦発生体と、 圧電素子が埋設され該渦発生体の下流に設けられた柱状
   の受力体とを具備し、 カルマン渦により受力体に作用する交番力を検出して流
   量を測定する渦流量計において、 前記受力体が、 熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電素子の
   長手方向に直角方向に該圧電素子を境にして互いに２個
   に分割された第１，第２の仮保護体と、 熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該第１，第２の仮
   保護体とを囲み前記圧電素子と該第１，第２の仮保護体
   と共に加熱により一体成形され前記受力体を形成する一
   体成形体とからなることを特徴とする渦流量計。
3. 【請求項３】管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が
   埋設され該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体と
   を具備し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を
   検出して流量を測定する渦流量計の製造方法において、 以下の工程を有することを特徴とする渦流量計の製造方
   法。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電
   素子を保護する仮保護体と該圧電素子とを組み立てる。 （ｂ）前記圧電素子と前記仮保護体との組立体に、熱可
   塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該仮保護体と共に加熱
   により一体成形される一体成形体を組み立てる。
4. 【請求項４】管路に設けられた渦発生体と、圧電素子が
   埋設され該渦発生体の下流に設けられた柱状の受力体と
   を具備し、カルマン渦により受力体に作用する交番力を
   検出して流量を測定する渦流量計の製造方法において、 以下の工程を有することを特徴とする渦流量計の製造方
   法。 （ａ）熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子を囲み該圧電
   素子の長手方向に直角方向に該圧電素子を境にして互い
   に分割された第１，第２の仮保護体のいずれか一方と該
   圧電素子とを組み立てる。 （ｂ）前記第１，第２の仮保護体のいずれか一方と圧電
   素子の組立体に、前記第１，第２の仮保護体の他方を組
   み立てる。 （ｃ）前記圧電素子と前記第１，第２の仮保護体との組
   立体に、熱可塑性樹脂よりなり前記圧電素子と該第１，
   第２の仮保護体と共に加熱により一体成形される一体成
   形体を組み立てる。