コリオリ質量流量計
【課題】微小流量の流体の計測を対象にしたコリオリ質量流量計を軽量且つ小型化する。
【解決手段】加振器12、第1、第2の検出器22A、22Bを支持するサブフレーム108は外周壁108bと切欠き108cと内周壁108dを有している。切欠き108cの部分には、メインフレーム106に支持された回路基板112が位置決めされている。回路基板112はメインフレームを106を貫通する基板ケース110に収容され、一対の振動チューブ2の給排部分に隣接した回路基板112の部分に液晶モニタが搭載されている。
【解決手段】加振器12、第1、第2の検出器22A、22Bを支持するサブフレーム108は外周壁108bと切欠き108cと内周壁108dを有している。切欠き108cの部分には、メインフレーム106に支持された回路基板112が位置決めされている。回路基板112はメインフレームを106を貫通する基板ケース110に収容され、一対の振動チューブ2の給排部分に隣接した回路基板112の部分に液晶モニタが搭載されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコリオリ質量流量計に関し、より詳しくは、微小流量の計測に好適に適用可能な小型の流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ質量流量計は、質量流量を直接的に且つ精度良く計測できる利点を備えているため、歴史的に、その適用が大流量の計測から始まり、今日では、微小流量の計測まで拡大している。
【０００３】
コリオリ質量流量計の原理は次の通りである。流体が流れている振動チューブの軸線方向中央部分を加振すると、振動チューブの入口側部分と出口側部分とに逆方向のコリオリ力が作用し、この逆方向のコリオリ力によって振動チューブに捻れが発生する。この捻れは質量流量に比例する。この振動チューブの捻れを、加振器を挟んで流体の流れ方向上流側と下流側の振動の変位や速度の位相差等として検出して、この位相差から質量流量を求める。
【０００４】
コリオリ質量流量計の振動チューブは様々な形状が既に提案されている。振動チューブは、その形状によって真っ直ぐな直管タイプと、湾曲した部分を備えた湾曲管タイプとに大別することができる。湾曲管タイプは、典型的には、振動チューブの入口と出口とが同じ側に位置するタイプと、入口と出口とが反対側に位置するタイプに分類することができ、前者つまり入口と出口とが同じ側に位置するタイプでは、平面視Ｕ字状、入口と出口との間隔を狭めた形状、ループ状等が知られている。また、コリオリ質量流量計は、振動チューブの本数によって、単一チューブ式と、２本の振動チューブを備えたデュアルチューブ式とに分類される。
【０００５】
コリオリ質量流量計は、伝統的に金属材料（典型的にはステンレス鋼）を使った振動チューブが採用されている。特許文献１は、酸、アルカリなどの薬品にもコリオリ質量流量計を適用する途を開くために、金属管の内周側に、耐蝕性に優れた材料であるフッ素樹脂などの合成樹脂管を配置した振動チューブを提案している。
【０００６】
また、特許文献２は、耐蝕性に優れたプラスチック材料で振動チューブを構成することを開示しており、その例示として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＡＦＥ）、四フッ化アルコキシ重合体（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を挙げている。
【０００７】
上記の特許文献２はデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示している。この特許文献２に開示のコリオリ質量流量計は、各振動チューブの振動状態を検出するための検出器として、電磁駆動用コイルと永久磁石との組み合わせを採用し、一方の振動チューブにコイルを配設し、他方の振動チューブに永久磁石を配設することを開示している。
【０００８】
また、特許文献２は、加振器、検出器のコイルに対する配線を２本の振動チューブに分散配置させて、この配線を外部に延出させることを提案している。言うまでもないことであるが、この特許文献２の提案は、検出器や加振器に対するコントローラ（回路基板）を外部に配設することを前提としている。
【０００９】
特許文献３は、微小流量の流体に適用することを目的として、音叉振動する２本の湾曲管タイプの振動チューブを採用したデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示しており、この２本の湾曲管タイプの振動チューブを採用した理由として、単一チューブ式では駆動効率が悪く、振動させるとアンバランスのため、振動漏洩が生じる問題点を指摘し、また、単一チューブ式では、検出器の支持剛性つまり振動に対する剛性を高めたフレーム構造が必要となると指摘している。また、特許文献３は、ケイ素鋼などの磁性体を振動チューブにロー付けし、この磁性体を磁化させる永久磁石をフレームに固定し、また、このフレームにコイルを配設することを提案している。また、特許文献３は、一対の振動チューブの基端部を絶縁プレート（ブレースバー）で互いに連結することで、振動チューブの振動の節を作ることを開示している。
【００１０】
ちなみに、振動漏洩について説明すると、一対の振動チューブは理想的にはミラー対称に振動するため、自励振動による振動はフレーム上では相殺される。しかし、これは理想論であり、実際は、材質、形状、組み付けなどの非均質、非均一、非対称性によって完全なミラー対称ではないため、フレームや外部配管に関連付けられる振動チューブは、その組み付け状態によって、微小振動での振動状態が変化する。このことは、測定値のゼロ点がオフセットすることに通じる。この現象が振動漏洩である。この振動漏洩は、外乱要素となる外部からの振動とは別に発生する。
【００１１】
特許文献４は、一側から流体を受け入れ、他側に流体を排出するループ式のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示している。この特許文献４のコリオリ質量流量計では、加振器及び検出器が共に、永久磁石とコイルとの組み合わせで構成されており、そして、永久磁石を振動チューブに設置し、コイルをフレームに設置することを開示している。この特許文献４に開示の、コイルを設置する部材であるフレームは、一対の振動チューブの間に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭６４−１５９２１号公報（実願昭６２−１０７３０７号）
【特許文献２】特表平１１−５１０６０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０７３８０号公報
【特許文献４】ＵＳＰ4,756,198号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
引用文献３の磁性体も永久磁石と同様に検出器における被検出素子と呼ぶことができる。磁性体と永久磁石などの被検出素子は、特許文献３、４に開示のように、振動チューブに配設され、そして、コイルがフレームに配設される。
【００１４】
振動チューブ、検出器、加振器を支持するフレームが頑丈な構造であれば、振動チューブの振動によってフレームが振動してしまう虞はない。しかし、フレームの一部を一対の振動チューブの間に配設して、この一対の振動チューブの間に位置するフレームの部分に検出器や加振器を設置する場合には、このフレームの部分を肉厚の頑丈な構造にすればする程、一対の振動チューブの間の間隔を大きく設定せざるを得なくなる。
【００１５】
しかし、特許文献３に見られる微小流量の流体に適用するコリオリ質量流量計に関して、肉厚の頑丈な構造のフレームを採用するのは、小型及び軽量化の要請に応じられなくなる。更に、微小流量の流体に適用するコリオリ質量流量計では、一つの振動チューブの間隔が大きくなり過ぎると、外乱要素である外部から侵入する振動に対して一方の振動チューブと他方の振動チューブとが異なった影響を受けることになるため、外乱振動に伴う計測誤差が大きくなってしまう可能性がある。
【００１６】
更に、微小流量の流体を計測対象に設計したコリオリ質量流量計では、特許文献３に開示の絶縁プレート（ブレースバー）が振動の節を作るという重要な役割を担っているが、一対の振動チューブの間隔が大きく成りすぎると、この絶縁プレートの役割が希薄化して、外部からの振動を遮断する効果が薄れてしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は、微小流量の流体の計測を対象にしたコリオリ質量流量計の軽量且つ小型化を目的とする。
本発明の更なる目的は、フレームの軽量化と共に剛性を確保すると共に、大型化を招くことなく回路基板を内蔵したコリオリ質量流量計を提供することにある。
本発明の更なる目的は、内蔵した回路基板と検出器及び／又は加振源とを連結する配線を短くすることのできるコリオリ質量流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の技術的課題は、本発明によれば、
湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する一対の振動チューブを片持ち状態で支持するメインフレームと、
前記一対の振動チューブの間の空間で広がっており且つ端が前記メインフレームに連結されたサブフレームと、
該サブフレームに配設され、前記振動チューブを加振する加振器と、
前記サブフレームに配設され、前記加振器を挟んで前記振動チューブの上流側と下流側に位置する第１、第２の検出器と、
前記メインフレームに支持された回路基板とを有し、
前記サブフレームには、前記湾曲管タイプの振動チューブの内周側であって且つ前記メインフレームに向けて開放した切欠きが形成され、
前記サブフレームには、また、該サブフレームの外周縁に沿って延びる外周壁と、前記切欠きに沿って延びる内周壁とが形成され、
前記メインフレームに支持された前記回路基板が前記切欠きの部分に配設されていることを特徴とするコリオリ質量流量計を提供することにより達成される。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する振動チューブをメインフレームに支持させ、このメインフレームから一対の振動チューブの間の空間に延びるサブフレームに加振器や検出器を配置することで、例えばメインフレームとサブフレームとを別体構造として、メインフレームをプラスチック材料で作ると共にサブフレームを軽量金属で作ることでフレーム構造を軽量化することができる。また、サブフレームに切欠きを設け、この切欠きの部分に回路基板を配設することで、コリオリ質量流量計を大型化することなく回路基板を内蔵させることができる。
また、切欠きの部分に回路基板を配設することで、サブフレームに配設した加振器や検出器と回路基板とを接続する配線が短くて済み、これにより、コリオリ質量流量計の内部での配線による検出精度の低下を低減することができる。また、サブフレームの外周縁及び切欠きを規定する内周縁に外周壁及び内周壁を設けることで、サブフレームの剛性を高めることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態では、
前記メインフレームが開口を有し、該開口に嵌入して該開口を貫通して位置する基板ケースを更に有し、
前記回路基板が、前記基板ケースに収容されて、該回路基板が前記メインフレームを貫通して延びている。
【００２１】
この好ましい実施の形態によれば、メインフレームを貫通する形式で回路基板を内蔵させることで、振動チューブの振動に影響を及ぼすことのない状態で回路基板を使って、外部機器や電源との間を接続するケーブルを接続することができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい実施の形態では、
前記メインフレームを挟んで、前記加振器、前記第１、第２の検出器が配設された前記振動チューブの計測部分とは反対側の給排部分に位置する前記回路基板の部分にモニタ駆動回路が設けられ、該モニタ駆動回路に表示器が接続され、該表示器が前記回路基板に搭載されている。
【００２３】
この実施の形態の表示器を備えたコリオリ質量流量計にあっては、コリオリ質量流量計の大型化を招くことなく、表示器を具備させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のコリオリ質量流量計の動作に関連した構成要素を説明するための図である。
【図２】互いに平行に配置された一対の振動チューブと、これを加振する加振器及び振動チューブの振動状態を検出する検出器を説明するための図である。
【図３】実施例のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計の斜視図である。
【図４】図３のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計の分解斜視図である。
【図５】メインフレームの開口を通じて挿入される基板ケースを説明するための図である。
【図６】実施例のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計に内蔵した回路基板と加振器とを短い配線で接続可能であることを説明するための図である。
【図７】一対の振動チューブが連絡チューブによって互いに連結されたループ式振動チューブを示し、このループ式振動チューブが本発明に適用可能であることを説明するための図である。
【図８】一対の振動チューブが個々独立してマニホールドに連結された振動チューブを示し、この独立した２本の振動チューブが本発明に適用可能であることを説明するための図である。
【図９】フレームとこれを包囲したアウターチューブ（第１アウター）の平面図である。
【図１０】図９のＸ１０−Ｘ１０線に沿った断面図である。
【図１１】図９のＸ１１−Ｘ１１線に沿った断面図である。
【図１２】防振材であるゴム片が合計４枚配置されることを説明するための図であり、アウターケースのうち第１アウターを、その開口の側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２５】
図１、図２は、コリオリ質量流量計の構造および原理を説明するための図である。振動チューブ２は、入口２ａと出口２ｂとが同じ側に位置する湾曲管で構成され、その典型例が平面視Ｕ字状のＵ字管である。参照符号４はフレームである。
【００２６】
フレーム４はメインフレーム６を有し、このメインフレーム６つまり支持台は振動チューブ２の基端部を横断して配置され、このメインフレーム６によってＵ字状の振動チューブ２が片持ち状態で支持される。振動チューブ２は、メインフレーム（支持台）６を挟んで、図１の左側が「計測部分」であり、右側が「給排部分」である。図２は、振動チューブ２の計測部分を示す図である。振動チューブ２は互いに平行に配置された一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂで構成され、サブフレーム１８は、これら一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂで挟まれた空間に延びている。第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂは、その基端部つまりメインフレーム６に隣接した部分が絶縁プレート（ブレースバー）１０で互いに連結され、この絶縁プレート１０で第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動の節が形成される。
【００２７】
Ｕ字形の計測部分の軸線方向中央部分に加振器１２が配設されている。この加振器１２は、永久磁石１４と電磁駆動用コイル１６とからなり（図２）、永久磁石１４は第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂに配設されている。他方、電磁駆動用コイル１６はフレーム２、より詳しくはサブフレーム１８に配設されており、加振回路２０を通じて電磁駆動用コイル１６に交番する電流を流すことで振動チューブ２を振動させることができる。最も好ましくは一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂが固有振動数で振動するように加振される。
【００２８】
サブフレーム１８について説明すると、サブフレーム１８は第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間の空間で広がっており、その端が上述したメインフレーム６に連結されている。
【００２９】
振動チューブ２の計測部分には、図１、図２から分かるように、加振器１２を挟んで上流部分と下流部分に、夫々、検出器２２が配設される。以下の説明において、必要に応じて、上流部分に配設された検出器２２を第１の検出器２２Ａと呼び、下流部分に配設された検出器２２を第２の検出器２２Ｂと呼ぶことにする。
【００３０】
各検出器２２は、周知の電磁ピックアップからなり、永久磁石からなる被検出素子２８とコイル３０とで構成されており（図２）、被検出素子２８が第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂに配設され、他方、コイル３０はフレーム２、より詳しくはサブフレーム１８に配設されている。振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動に伴って被検出素子２８がコイル３０内を往復動することにより各振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動状態、具体的には振動速度が、検出器２２によって検出される。上記被検出素子２８として永久磁石を例示したが、この被検出素子２８は、前記の引用文献３に開示のケイ素鋼などの磁性体で構成してもよい。
【００３１】
上記の説明から当業者であれば理解できるように、サブフレーム１８には、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂが配設される箇所に、サブフレーム１８を貫通した開口（作図上の理由から図面には現れていない）が設けられており、この開口にコイル１６、３０が配設されている。
【００３２】
振動チューブ２を流体が流れると、その質量、速度および励振する角速度に比例したコリオリ力が発生し、このコリオリ力の方向は流体の運動方向(速度ベクトル)と、振動チューブ２を励振する角速度のベクトル積の方向に一致する。また、振動チューブ２における流体の入口側と出口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振動チューブ２に捻りトルクが発生する。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。
【００３３】
加振器１２による振動チューブ２の振動による撓みと、前記コリオリの力による振動チューブ２の捻れは重畳されるのであるが、マイコンからなる算出手段３２は、捻りの振幅の位相つまり各検出器２２Ａ、２２Ｂおよび検出回路３４で検出した各振動状態つまり各位置における振動の速度信号の位相差に基づいて振動チューブ２を通る測定流体の質量を算出する。
【００３４】
実施例(図３〜図１２)：
図３は実施例のデュアルチューブ式のコリオリ質量流量計１００の斜視図であり、図４は、その組立分解図である。コリオリ質量流量計１００は、フレーム１０２と、これを包囲するアウターケース１０４とで概略構成されている。
【００３５】
図４を参照して、振動チューブ２は、前述したように互いに平行に配置された２本の振動チューブ２Ａ、２Ｂで構成されているが、図４には作図上の理由から片方の振動チューブ２Ｂは現れていない。以下の説明では２本の振動チューブ２Ａ、２Ｂを総称した参照符号「２」を付して説明する。フレーム１０２は振動チューブ２を片持ち状態で支持する支持台つまりメインフレーム１０６と、加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂを支持するサブフレーム１０８とで構成されている。メインフレーム１０６とサブフレーム１０８は別体構造である。メインフレーム１０６はプラスチック成型品で構成され、サブフレーム１０８は軽量金属、具体的にはアルミニウム合金からなる鋳造品で構成され、このサブフレーム１０８はメインフレーム１０６に対してボルト締結される。
【００３６】
サブフレーム１０８は、平面視Ｕ字形の振動チューブ２の計測部分とほぼ相似形の外形輪郭を有する比較的薄肉のサブフレーム本体１０８ａと、このサブフレーム本体１０８ａの外周に形成された外周壁１０８ｂとを有し、外周壁１０８ｂはメインフレーム１０６の高さ寸法と同じ高さ寸法を有している。サブフレーム１０８は、Ｕ字状の振動チューブ２の計測部分の内側に、該振動チューブ２の計測部分とほぼ相似形の切欠き１０８ｃを有している（図５）。切欠き１０８ｃはメインフレーム１０６に向けて開放しており、そして、この切欠き１０８ｃを規定するサブフレーム本体１０８ａのＵ字形の内周縁には内周壁１０８ｄが形成されている。内周壁１０８ｄは切欠き１０８ｃに沿って連続的に延びており、この内周壁１０８ｄの高さ寸法は外周壁１０８ｂよりも低い。
【００３７】
このようにサブフレーム本体１０８ａの外周縁及び内周縁に外周壁１０８ｂ及び内周壁１０８ｄを設けることにより、サブフレーム１０８を軽量化しつつ剛性を確保することができる。サブフレーム１０８の本体１０８ａは一対の振動チューブ２の間に位置決めされ、また、サブフレーム１０８に装着される加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂは外周壁１０８ｂと内周壁１０８ｄとの間に配設されため、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂが配設される箇所には、加振器１２、検出器２２Ａ、２２Ｂの要素を受け入れるための開口（図示せず）が形成され、この開口は、サブフレーム本体１０８ａを貫通している。
【００３８】
サブフレーム１０８の内周壁１０８ｄで規定される切欠き１０８ｃの部分には、後に説明する基板ケース１１０が配設され（図５）、この基板ケース１１０に収容された回路基板１１２が振動チューブ２の計測部分に隣接して位置決めされる。
【００３９】
アウターケース１０４は、振動チューブ２の計測部分を覆う第１アウター１１４と、振動チューブ２の給排部分を覆う第２アウター１１６とで構成され、第１、第２のアウター１１４、１１６はボルト及びナットの組み合わせ１１８によって締結されることにより一体化される。
【００４０】
図３から最も良く分かるように、振動チューブ２の給排部分を覆う第２アウター１１６には、表示モニタを外部から見ることのできるモニタ用窓１２０が形成されている。
【００４１】
前述した基板ケース１１０は、振動チューブ２を片持ち支持するメインフレーム１０６を内外に貫通する開口１２２（図５）に密に嵌入されてビス止め（図示せず）される。基板ケース１１０に収容される回路基板１１２はメインフレーム１０６の開口１２２を貫通して連続的に延びており、この回路基板１１２には、振動チューブ２の計測部分に対応する部分に、前述した加振回路２０、算出回路３２、検出回路３４の少なくとも一つの回路が形成されている。最も好ましくは、この実施例のように、加振回路２０、算出回路３２、検出回路３４の全てが回路基板１１２に形成されている。他方、振動チューブ２の給排部分に対応する部分に、表示器である液晶モニタ（図示せず）が搭載され、またこの液晶モニタを駆動するモニタ駆動回路が回路基板１１２に形成されている。
【００４２】
当業者であれば直ちに理解できるように、メインフレーム１０６を貫通して延びる一枚の回路基板１１２を設けることで、加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを電気的に連結する配線を短縮することができ、また、液晶モニタと回路基板１１２とを電気的に接続する配線を短縮することができる。
【００４３】
図６は、例示的に、加振器１２と回路基板１１２とを配線Ｗｒで接続した状態を示してあるが、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを接続する配線についても図示を省略したが短い配線で接続可能であるのは、当業者であれば容易に認識できるであろう。ちなみに、図示を省略したが、モニタ用窓１２０を臨んで位置決めされる液晶表示モニタは、回路基板１１２に搭載されている。勿論、振動チューブ２の給排部分の端にケーブルＣｂが接続され（図６）、このケーブルＣｂを通じて外部機器や電源に連絡される。
【００４４】
図７は、フレーム１０２に、振動チューブ２や基板ケース１１０を組み込んだ組立体を示す。この図７から分かるように、一対の振動チューブ２は給排部分が一本の連絡チューブ１２４で互いに連結され、これにより一対の振動チューブ２によってループ式の振動チューブが構成されている。図８は変形例を示すものであり、図８から分かるように、２本の振動チューブ２が個々に独立してマニホールド１２６に連結されている。
【００４５】
一対の振動チューブ２は金属製のチューブであってもよく、また、前述した耐蝕性プラスチック製のチューブであってもよい。また、この耐蝕性プラスチック製チューブにおいて、その計測部分を補強したチューブであってもよい。図４を参照して、第２アウターケース１１６には、振動チューブ２に外部配管１２８を連結する一対のコネクタ１３０が装着可能であり、このコネクタ１３０と振動チューブ２との間に弾性チューブ１３２が介装されている。
【００４６】
外部からの振動には、壁面からの振動に限らず、振動チューブ２の入口２ａ、出口２ｂに連結される外部配管１２８から振動チューブ２に伝わる振動が含まれる。外部配管１２８の振動は、振動チューブ２の給排部分に配置した弾性チューブ１３２（典型的にはフッ素樹脂チューブ）で遮断することができる。外部配管１２８を通じた外部からの振動を弾性チューブ１３２によって遮断する効果は、振動チューブ２がステンレス鋼のような金属製のチューブで構成されているとき効果的であるが、振動チューブ２を耐蝕性に優れた例えばフッ素樹脂系の材料で構成した場合や、この耐蝕性合成樹脂材料からなる振動チューブ２の外周を補強したチューブで構成した場合や、金属製チューブの内周面を耐蝕性合成樹脂（典型的にはフッ素樹脂）材料で構成したチューブ等に対しても効果的である。なお、図８の例のようにマニホールド１２６を備えている場合には、このマニホールド１２６と振動チューブ２との間に弾性チューブ１３２を配設してもよい。
【００４７】
特に、合成樹脂材料からなる振動チューブ２は炭素繊維などで、フレーム１０２に固定する部分から加振器の部分に亘って振動チューブ２が振動する部分つまり計測部分を補強することで、この補強部分によって振動チューブ２として十分な剛性が得られる。これに加えて、フレーム１０２に固定する部分から外部配管１２８との接続部分に亘って、上述した補強を行わないで非補強部分とすることで、当該非補強部分によって外部配管１２８からの振動が補強部分つまり振動チューブ２の計測部分に伝わるのを遮断することができる。勿論、振動チューブ２の材料の主体を合成樹脂材料で構成することでコリオリ質量流量計の軽量化に寄与することができる。更に、合成樹脂材料としてフッ素樹脂系の材料を選択し、その外周側に繊維強化層を形成することで、フレーム、加振器、検出器との接合が容易となるため、コリオリ質量流量計の小型化及び軽量化を容易に実現することができる。
【００４８】
フレーム１０２には、支持台つまりメインフレーム１０６からサブフレーム１０８の深部に向けて延びる左右一対のアーム１４０を有している。このアーム１４０は、サブフレーム１０８の内周壁１０８ｄに沿って延びており、この内周壁１０８ｄと実質的に一体である。図４などでは、図面を見てサブフレーム１０８の上側に左右一対のアーム１４０、１４０が図示されているが、サブフレーム１０８の下側にも左右一対のアームが設けられており、作図上の理由から、この下側の左右一対のアームは図面に現れていない。サブフレーム１０８には、深部つまり加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂのような相対的に重量物が配設されている深部に向けて延びる合計４つのアーム１４０が形成されている。
【００４９】
各アーム１４０の先端部つまりメインフレーム１０６とは反対側の端部に水平面の第１の矩形座１４０ａが形成され、この矩形座１４０ａの三方が縦壁１４０ｂで規定されている。より詳しくは、アーム１４０の先端から前方に向けた部分を除いた三方に縦壁１４０ｂが形成されている。換言すると、第１の矩形座１４０ａは、アーム１４０の前方つまりサブフレーム１０８の深部に向けて開放している。
【００５０】
サブフレーム１０８つまり振動チューブ２の計測部分を包囲する第１アウター１１４には、その上下の面に、上記フレーム１０２の各アーム１４０の第１の矩形座１４０ａに対応する部分に窓１４２が形成され、この窓１４２を通じてアーム１４０の第１の矩形座１４０ａにアクセス可能である。
【００５１】
第１アウター１１４には、窓１４２に連なる第２の矩形座１４２ａが形成されている。この第２の矩形座１４２ａは水平面で構成され、この第２矩形座１４２ａには上記第１の矩形座１４０ａとは反対側とその両側に縦壁１４２Ｂで規定されている。換言すると、第１アウター１１４の第２の矩形座１４２ａは、上記第１の矩形座１４０ａに向けて開放されている。
【００５２】
第１アウター１１４の第２の矩形座１４２ａの高さレベルは、第１アウター１１４の上下の面よりも低位に位置決めされ、この第２の矩形座１４２ａは上記アーム１４０の第１の矩形座１４０ａの高さレベルと同じである。また、この第２の矩形座１４２ａと第１の矩形座１４０ａとの間にはクリアランスＣが設けられている。第１、第２の矩形座１４０ａ、１４２ａは、各矩形座１４０ａ、１４２ａの縦壁１４０ｂ、１４２ｂによって規定される平面視長方形の収容空間に、これと相補的な平面視矩形の平たいゴム片１４６からなる防振材が配設され、この防振材１４６は、その端部が第１、第２の矩形座１４０ａ、１４２ａに着座した状態でボルト１４８（図３、図１０）によって固定される。
【００５３】
フレーム１０２は、第１、第２のアウター１１４、１１６によって包囲されるが、フレーム１０２と第１、第２のアウター１１４、１１６との間にはクリアランスＣが設けられており、したがって、第１、第２のアウター１１４、１１６は、唯一、ゴム片つまり防振材１４６を介してフレーム１０２に連結されている。
【００５４】
コリオリ質量流量計１００は、第１アウター１１４の頂部の１つの第１のボルト挿通孔１５０、第２アウター１１６の基部の左右一対の２つの第２のボルト挿通孔１５２に挿入可能なボルト及びこれに螺着されるナットによって壁面（図示せず）に固定される。
【００５５】
このように実施例のコリオリ質量流量計１００は、壁面に固定されるアウターケース１０４と、このアウターケース１０４に収容されるフレーム１０２との間にクリアランスＣが設けられ、そして、アウターケース１０４とフレーム１０２とが防振材（平面視矩形の平たいゴム片）１４６によって連結されており、これによりフレーム１０２がアウターケース１０４にフローティング支持されていることから、壁面からのアウターケース１０４に伝わった振動が防振材１４６によってフレーム１０２に伝達する遮断することができ、また、その逆にコリオリ質量流量計１００から壁面への振動伝達も防振材１４６によって遮断することができる。
【００５６】
また、防振材１４６がアウターケース１０４の窓１４２を通じて外部に露出し、外部からアクセスすることによって防振材１４６の交換作業を行うことができるため、防振材１４６の損傷を外部から目で確認できるだけでなく、防振材１４６の交換作業も容易である。すなわち、アウターケース１０４からフレーム１０２を抜き取って防振材１４６の損傷を確認する必要も無く、また、アウターケース１０４とフレーム１０２とを分解することなく、傷んだ防振材１４６を新しい防振材１４６に交換することができる。
【００５７】
また、フレーム１０２（メインフレーム１０６）から延びるアーム１４０で防振材１４６の取付部位をサブフレーム１０８の深部に設定してあることから、コリオリ質量流量計１００の重心Ｇ（図３、図９）に接近した位置に防振材１４６を配設することができる。また、壁面に３点支持でコリオリ質量流量計１００を設置する際に用いられる一つの第１のボルト挿通孔１５０と、二つの第２のボルト挿通孔１５２、１５２とを結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２（図３）の近傍に防振材１４６を配設することで、図１２にも示すように、アウターケース１０４（第１アウター１１４）の一対の面に対して夫々一対の防振材１４６を配置して合計４つの防振材１４６でアウターケース１０４とフレーム１０２との間の振動伝達を遮断できるだけでなく、防振材１４６としてゴム片１４６という簡単な形状及び構造の防振材を採用しても十分に防振効果を発揮することができる。この防振効果としては、外部振動による影響だけでなく、振動漏洩によるゼロ点調整が含まれる。
【００５８】
また、実施例のデュアルチューブ式のコリオリ質量流量計１００にあっては、一対のＵ字状振動チューブ２Ａ、２Ｂの間に位置するサブフレーム１０８が、このＵ字状振動チューブ２Ａ、２Ｂの計測部で囲まれた部分に切欠き１０８ｃを有し（図５）、この切欠き１０８ｃの部分に回路基板１１２が配設され、この回路基板１１２は基板ケース１１０を介してメインフレーム１０６に支持されている。勿論、基板ケース１１０と、サブフレーム本体１０８ａの内周壁１０８ｄとの間には、これらが互いに干渉しないようにクリアランスが設けられている。そして、この回路基板１１２には、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂに関連した加振回路２０、検出回路３４が形成されているため、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを電気的に接続する配線Ｗｒが短くて済み、振動チューブ２Ａ、２Ｂに何らの影響を及ぼすことなく配線Ｗｒを配置することができる。また、回路基板１１２はメインフレーム６を貫通して振動チューブ２Ａ、２Ｂの給排部分まで延びているため、外部機器に接続するケーブルＣｂを振動チューブ２Ａ、２Ｂに影響を及ぼすことなく配置することができる。また、液晶表示モニタをコリオリ質量流量計１００に設けたとしても、回路基板１１２における振動チューブ２Ａ、２Ｂの給排部分の基板部分を使って液晶モニタを搭載することができる。
【００５９】
このように加振回路２０、検出回路３４を備えた回路基板１１２を内蔵したコリオリ質量流量計１００であったとしても、湾曲管からなる振動チューブ２の形状に沿った輪郭の切欠き１０８ｃをサブフレーム１０８に形成することで、コリオリ質量流量計１００の大きさに影響を及ぼすことなく、回路基板１１２をコリオリ質量流量計１００に内蔵させることができる。また、この切欠き１０８ｃに沿って延びる内周壁１０８ｄをサブフレーム１０８に形成することで、サブフレーム１０８の外周壁１０８ｂと協働してサブフレーム１０８の剛性を高めることができる。したがって、一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間の間隔を、振動チューブ２の振動にとって最適な間隔に設定するために、この一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間に位置するサブフレーム１０８の本体１０８ａを薄肉にしたとしても、サブフレーム１０８が備えるべき剛性を内外の壁１０８ｂ、１０８ｄによって確保することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００ コリオリ質量流量計
２ 振動チューブ
１２ 加振器
１４ 加振器の永久磁石
１６ 加振器のコイル
１８ サブフレーム
２０ 加振回路
２２ 検出器
２８ 被検出素子（永久磁石）
３０ 検出器のコイル
３２ 算出手段（マイコン）
３４ 検出回路
１０２ フレーム
１０６ メインフレーム
１０８ サブフレーム
１０８ａ サブフレーム本体
１０８ｂ サブフレームの外周壁
１０８ｃ サブフレームの切欠き
１０８ｄ サブフレームの内周壁
１１０ 基板ケース
１１２ 回路基板
Ｗｒ 加振器などと回路基板とを結ぶ配線
【技術分野】
【０００１】
本発明はコリオリ質量流量計に関し、より詳しくは、微小流量の計測に好適に適用可能な小型の流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ質量流量計は、質量流量を直接的に且つ精度良く計測できる利点を備えているため、歴史的に、その適用が大流量の計測から始まり、今日では、微小流量の計測まで拡大している。
【０００３】
コリオリ質量流量計の原理は次の通りである。流体が流れている振動チューブの軸線方向中央部分を加振すると、振動チューブの入口側部分と出口側部分とに逆方向のコリオリ力が作用し、この逆方向のコリオリ力によって振動チューブに捻れが発生する。この捻れは質量流量に比例する。この振動チューブの捻れを、加振器を挟んで流体の流れ方向上流側と下流側の振動の変位や速度の位相差等として検出して、この位相差から質量流量を求める。
【０００４】
コリオリ質量流量計の振動チューブは様々な形状が既に提案されている。振動チューブは、その形状によって真っ直ぐな直管タイプと、湾曲した部分を備えた湾曲管タイプとに大別することができる。湾曲管タイプは、典型的には、振動チューブの入口と出口とが同じ側に位置するタイプと、入口と出口とが反対側に位置するタイプに分類することができ、前者つまり入口と出口とが同じ側に位置するタイプでは、平面視Ｕ字状、入口と出口との間隔を狭めた形状、ループ状等が知られている。また、コリオリ質量流量計は、振動チューブの本数によって、単一チューブ式と、２本の振動チューブを備えたデュアルチューブ式とに分類される。
【０００５】
コリオリ質量流量計は、伝統的に金属材料（典型的にはステンレス鋼）を使った振動チューブが採用されている。特許文献１は、酸、アルカリなどの薬品にもコリオリ質量流量計を適用する途を開くために、金属管の内周側に、耐蝕性に優れた材料であるフッ素樹脂などの合成樹脂管を配置した振動チューブを提案している。
【０００６】
また、特許文献２は、耐蝕性に優れたプラスチック材料で振動チューブを構成することを開示しており、その例示として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＡＦＥ）、四フッ化アルコキシ重合体（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を挙げている。
【０００７】
上記の特許文献２はデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示している。この特許文献２に開示のコリオリ質量流量計は、各振動チューブの振動状態を検出するための検出器として、電磁駆動用コイルと永久磁石との組み合わせを採用し、一方の振動チューブにコイルを配設し、他方の振動チューブに永久磁石を配設することを開示している。
【０００８】
また、特許文献２は、加振器、検出器のコイルに対する配線を２本の振動チューブに分散配置させて、この配線を外部に延出させることを提案している。言うまでもないことであるが、この特許文献２の提案は、検出器や加振器に対するコントローラ（回路基板）を外部に配設することを前提としている。
【０００９】
特許文献３は、微小流量の流体に適用することを目的として、音叉振動する２本の湾曲管タイプの振動チューブを採用したデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示しており、この２本の湾曲管タイプの振動チューブを採用した理由として、単一チューブ式では駆動効率が悪く、振動させるとアンバランスのため、振動漏洩が生じる問題点を指摘し、また、単一チューブ式では、検出器の支持剛性つまり振動に対する剛性を高めたフレーム構造が必要となると指摘している。また、特許文献３は、ケイ素鋼などの磁性体を振動チューブにロー付けし、この磁性体を磁化させる永久磁石をフレームに固定し、また、このフレームにコイルを配設することを提案している。また、特許文献３は、一対の振動チューブの基端部を絶縁プレート（ブレースバー）で互いに連結することで、振動チューブの振動の節を作ることを開示している。
【００１０】
ちなみに、振動漏洩について説明すると、一対の振動チューブは理想的にはミラー対称に振動するため、自励振動による振動はフレーム上では相殺される。しかし、これは理想論であり、実際は、材質、形状、組み付けなどの非均質、非均一、非対称性によって完全なミラー対称ではないため、フレームや外部配管に関連付けられる振動チューブは、その組み付け状態によって、微小振動での振動状態が変化する。このことは、測定値のゼロ点がオフセットすることに通じる。この現象が振動漏洩である。この振動漏洩は、外乱要素となる外部からの振動とは別に発生する。
【００１１】
特許文献４は、一側から流体を受け入れ、他側に流体を排出するループ式のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計を開示している。この特許文献４のコリオリ質量流量計では、加振器及び検出器が共に、永久磁石とコイルとの組み合わせで構成されており、そして、永久磁石を振動チューブに設置し、コイルをフレームに設置することを開示している。この特許文献４に開示の、コイルを設置する部材であるフレームは、一対の振動チューブの間に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭６４−１５９２１号公報（実願昭６２−１０７３０７号）
【特許文献２】特表平１１−５１０６０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０７３８０号公報
【特許文献４】ＵＳＰ4,756,198号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
引用文献３の磁性体も永久磁石と同様に検出器における被検出素子と呼ぶことができる。磁性体と永久磁石などの被検出素子は、特許文献３、４に開示のように、振動チューブに配設され、そして、コイルがフレームに配設される。
【００１４】
振動チューブ、検出器、加振器を支持するフレームが頑丈な構造であれば、振動チューブの振動によってフレームが振動してしまう虞はない。しかし、フレームの一部を一対の振動チューブの間に配設して、この一対の振動チューブの間に位置するフレームの部分に検出器や加振器を設置する場合には、このフレームの部分を肉厚の頑丈な構造にすればする程、一対の振動チューブの間の間隔を大きく設定せざるを得なくなる。
【００１５】
しかし、特許文献３に見られる微小流量の流体に適用するコリオリ質量流量計に関して、肉厚の頑丈な構造のフレームを採用するのは、小型及び軽量化の要請に応じられなくなる。更に、微小流量の流体に適用するコリオリ質量流量計では、一つの振動チューブの間隔が大きくなり過ぎると、外乱要素である外部から侵入する振動に対して一方の振動チューブと他方の振動チューブとが異なった影響を受けることになるため、外乱振動に伴う計測誤差が大きくなってしまう可能性がある。
【００１６】
更に、微小流量の流体を計測対象に設計したコリオリ質量流量計では、特許文献３に開示の絶縁プレート（ブレースバー）が振動の節を作るという重要な役割を担っているが、一対の振動チューブの間隔が大きく成りすぎると、この絶縁プレートの役割が希薄化して、外部からの振動を遮断する効果が薄れてしまうという問題がある。
【００１７】
本発明は、微小流量の流体の計測を対象にしたコリオリ質量流量計の軽量且つ小型化を目的とする。
本発明の更なる目的は、フレームの軽量化と共に剛性を確保すると共に、大型化を招くことなく回路基板を内蔵したコリオリ質量流量計を提供することにある。
本発明の更なる目的は、内蔵した回路基板と検出器及び／又は加振源とを連結する配線を短くすることのできるコリオリ質量流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の技術的課題は、本発明によれば、
湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する一対の振動チューブを片持ち状態で支持するメインフレームと、
前記一対の振動チューブの間の空間で広がっており且つ端が前記メインフレームに連結されたサブフレームと、
該サブフレームに配設され、前記振動チューブを加振する加振器と、
前記サブフレームに配設され、前記加振器を挟んで前記振動チューブの上流側と下流側に位置する第１、第２の検出器と、
前記メインフレームに支持された回路基板とを有し、
前記サブフレームには、前記湾曲管タイプの振動チューブの内周側であって且つ前記メインフレームに向けて開放した切欠きが形成され、
前記サブフレームには、また、該サブフレームの外周縁に沿って延びる外周壁と、前記切欠きに沿って延びる内周壁とが形成され、
前記メインフレームに支持された前記回路基板が前記切欠きの部分に配設されていることを特徴とするコリオリ質量流量計を提供することにより達成される。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する振動チューブをメインフレームに支持させ、このメインフレームから一対の振動チューブの間の空間に延びるサブフレームに加振器や検出器を配置することで、例えばメインフレームとサブフレームとを別体構造として、メインフレームをプラスチック材料で作ると共にサブフレームを軽量金属で作ることでフレーム構造を軽量化することができる。また、サブフレームに切欠きを設け、この切欠きの部分に回路基板を配設することで、コリオリ質量流量計を大型化することなく回路基板を内蔵させることができる。
また、切欠きの部分に回路基板を配設することで、サブフレームに配設した加振器や検出器と回路基板とを接続する配線が短くて済み、これにより、コリオリ質量流量計の内部での配線による検出精度の低下を低減することができる。また、サブフレームの外周縁及び切欠きを規定する内周縁に外周壁及び内周壁を設けることで、サブフレームの剛性を高めることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態では、
前記メインフレームが開口を有し、該開口に嵌入して該開口を貫通して位置する基板ケースを更に有し、
前記回路基板が、前記基板ケースに収容されて、該回路基板が前記メインフレームを貫通して延びている。
【００２１】
この好ましい実施の形態によれば、メインフレームを貫通する形式で回路基板を内蔵させることで、振動チューブの振動に影響を及ぼすことのない状態で回路基板を使って、外部機器や電源との間を接続するケーブルを接続することができる。
【００２２】
また、本発明の好ましい実施の形態では、
前記メインフレームを挟んで、前記加振器、前記第１、第２の検出器が配設された前記振動チューブの計測部分とは反対側の給排部分に位置する前記回路基板の部分にモニタ駆動回路が設けられ、該モニタ駆動回路に表示器が接続され、該表示器が前記回路基板に搭載されている。
【００２３】
この実施の形態の表示器を備えたコリオリ質量流量計にあっては、コリオリ質量流量計の大型化を招くことなく、表示器を具備させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のコリオリ質量流量計の動作に関連した構成要素を説明するための図である。
【図２】互いに平行に配置された一対の振動チューブと、これを加振する加振器及び振動チューブの振動状態を検出する検出器を説明するための図である。
【図３】実施例のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計の斜視図である。
【図４】図３のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計の分解斜視図である。
【図５】メインフレームの開口を通じて挿入される基板ケースを説明するための図である。
【図６】実施例のデュアルチューブ式コリオリ質量流量計に内蔵した回路基板と加振器とを短い配線で接続可能であることを説明するための図である。
【図７】一対の振動チューブが連絡チューブによって互いに連結されたループ式振動チューブを示し、このループ式振動チューブが本発明に適用可能であることを説明するための図である。
【図８】一対の振動チューブが個々独立してマニホールドに連結された振動チューブを示し、この独立した２本の振動チューブが本発明に適用可能であることを説明するための図である。
【図９】フレームとこれを包囲したアウターチューブ（第１アウター）の平面図である。
【図１０】図９のＸ１０−Ｘ１０線に沿った断面図である。
【図１１】図９のＸ１１−Ｘ１１線に沿った断面図である。
【図１２】防振材であるゴム片が合計４枚配置されることを説明するための図であり、アウターケースのうち第１アウターを、その開口の側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２５】
図１、図２は、コリオリ質量流量計の構造および原理を説明するための図である。振動チューブ２は、入口２ａと出口２ｂとが同じ側に位置する湾曲管で構成され、その典型例が平面視Ｕ字状のＵ字管である。参照符号４はフレームである。
【００２６】
フレーム４はメインフレーム６を有し、このメインフレーム６つまり支持台は振動チューブ２の基端部を横断して配置され、このメインフレーム６によってＵ字状の振動チューブ２が片持ち状態で支持される。振動チューブ２は、メインフレーム（支持台）６を挟んで、図１の左側が「計測部分」であり、右側が「給排部分」である。図２は、振動チューブ２の計測部分を示す図である。振動チューブ２は互いに平行に配置された一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂで構成され、サブフレーム１８は、これら一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂで挟まれた空間に延びている。第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂは、その基端部つまりメインフレーム６に隣接した部分が絶縁プレート（ブレースバー）１０で互いに連結され、この絶縁プレート１０で第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動の節が形成される。
【００２７】
Ｕ字形の計測部分の軸線方向中央部分に加振器１２が配設されている。この加振器１２は、永久磁石１４と電磁駆動用コイル１６とからなり（図２）、永久磁石１４は第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂに配設されている。他方、電磁駆動用コイル１６はフレーム２、より詳しくはサブフレーム１８に配設されており、加振回路２０を通じて電磁駆動用コイル１６に交番する電流を流すことで振動チューブ２を振動させることができる。最も好ましくは一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂが固有振動数で振動するように加振される。
【００２８】
サブフレーム１８について説明すると、サブフレーム１８は第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間の空間で広がっており、その端が上述したメインフレーム６に連結されている。
【００２９】
振動チューブ２の計測部分には、図１、図２から分かるように、加振器１２を挟んで上流部分と下流部分に、夫々、検出器２２が配設される。以下の説明において、必要に応じて、上流部分に配設された検出器２２を第１の検出器２２Ａと呼び、下流部分に配設された検出器２２を第２の検出器２２Ｂと呼ぶことにする。
【００３０】
各検出器２２は、周知の電磁ピックアップからなり、永久磁石からなる被検出素子２８とコイル３０とで構成されており（図２）、被検出素子２８が第１、第２の振動チューブ２Ａ、２Ｂに配設され、他方、コイル３０はフレーム２、より詳しくはサブフレーム１８に配設されている。振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動に伴って被検出素子２８がコイル３０内を往復動することにより各振動チューブ２Ａ、２Ｂの振動状態、具体的には振動速度が、検出器２２によって検出される。上記被検出素子２８として永久磁石を例示したが、この被検出素子２８は、前記の引用文献３に開示のケイ素鋼などの磁性体で構成してもよい。
【００３１】
上記の説明から当業者であれば理解できるように、サブフレーム１８には、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂが配設される箇所に、サブフレーム１８を貫通した開口（作図上の理由から図面には現れていない）が設けられており、この開口にコイル１６、３０が配設されている。
【００３２】
振動チューブ２を流体が流れると、その質量、速度および励振する角速度に比例したコリオリ力が発生し、このコリオリ力の方向は流体の運動方向(速度ベクトル)と、振動チューブ２を励振する角速度のベクトル積の方向に一致する。また、振動チューブ２における流体の入口側と出口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振動チューブ２に捻りトルクが発生する。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。
【００３３】
加振器１２による振動チューブ２の振動による撓みと、前記コリオリの力による振動チューブ２の捻れは重畳されるのであるが、マイコンからなる算出手段３２は、捻りの振幅の位相つまり各検出器２２Ａ、２２Ｂおよび検出回路３４で検出した各振動状態つまり各位置における振動の速度信号の位相差に基づいて振動チューブ２を通る測定流体の質量を算出する。
【００３４】
実施例(図３〜図１２)：
図３は実施例のデュアルチューブ式のコリオリ質量流量計１００の斜視図であり、図４は、その組立分解図である。コリオリ質量流量計１００は、フレーム１０２と、これを包囲するアウターケース１０４とで概略構成されている。
【００３５】
図４を参照して、振動チューブ２は、前述したように互いに平行に配置された２本の振動チューブ２Ａ、２Ｂで構成されているが、図４には作図上の理由から片方の振動チューブ２Ｂは現れていない。以下の説明では２本の振動チューブ２Ａ、２Ｂを総称した参照符号「２」を付して説明する。フレーム１０２は振動チューブ２を片持ち状態で支持する支持台つまりメインフレーム１０６と、加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂを支持するサブフレーム１０８とで構成されている。メインフレーム１０６とサブフレーム１０８は別体構造である。メインフレーム１０６はプラスチック成型品で構成され、サブフレーム１０８は軽量金属、具体的にはアルミニウム合金からなる鋳造品で構成され、このサブフレーム１０８はメインフレーム１０６に対してボルト締結される。
【００３６】
サブフレーム１０８は、平面視Ｕ字形の振動チューブ２の計測部分とほぼ相似形の外形輪郭を有する比較的薄肉のサブフレーム本体１０８ａと、このサブフレーム本体１０８ａの外周に形成された外周壁１０８ｂとを有し、外周壁１０８ｂはメインフレーム１０６の高さ寸法と同じ高さ寸法を有している。サブフレーム１０８は、Ｕ字状の振動チューブ２の計測部分の内側に、該振動チューブ２の計測部分とほぼ相似形の切欠き１０８ｃを有している（図５）。切欠き１０８ｃはメインフレーム１０６に向けて開放しており、そして、この切欠き１０８ｃを規定するサブフレーム本体１０８ａのＵ字形の内周縁には内周壁１０８ｄが形成されている。内周壁１０８ｄは切欠き１０８ｃに沿って連続的に延びており、この内周壁１０８ｄの高さ寸法は外周壁１０８ｂよりも低い。
【００３７】
このようにサブフレーム本体１０８ａの外周縁及び内周縁に外周壁１０８ｂ及び内周壁１０８ｄを設けることにより、サブフレーム１０８を軽量化しつつ剛性を確保することができる。サブフレーム１０８の本体１０８ａは一対の振動チューブ２の間に位置決めされ、また、サブフレーム１０８に装着される加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂは外周壁１０８ｂと内周壁１０８ｄとの間に配設されため、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂが配設される箇所には、加振器１２、検出器２２Ａ、２２Ｂの要素を受け入れるための開口（図示せず）が形成され、この開口は、サブフレーム本体１０８ａを貫通している。
【００３８】
サブフレーム１０８の内周壁１０８ｄで規定される切欠き１０８ｃの部分には、後に説明する基板ケース１１０が配設され（図５）、この基板ケース１１０に収容された回路基板１１２が振動チューブ２の計測部分に隣接して位置決めされる。
【００３９】
アウターケース１０４は、振動チューブ２の計測部分を覆う第１アウター１１４と、振動チューブ２の給排部分を覆う第２アウター１１６とで構成され、第１、第２のアウター１１４、１１６はボルト及びナットの組み合わせ１１８によって締結されることにより一体化される。
【００４０】
図３から最も良く分かるように、振動チューブ２の給排部分を覆う第２アウター１１６には、表示モニタを外部から見ることのできるモニタ用窓１２０が形成されている。
【００４１】
前述した基板ケース１１０は、振動チューブ２を片持ち支持するメインフレーム１０６を内外に貫通する開口１２２（図５）に密に嵌入されてビス止め（図示せず）される。基板ケース１１０に収容される回路基板１１２はメインフレーム１０６の開口１２２を貫通して連続的に延びており、この回路基板１１２には、振動チューブ２の計測部分に対応する部分に、前述した加振回路２０、算出回路３２、検出回路３４の少なくとも一つの回路が形成されている。最も好ましくは、この実施例のように、加振回路２０、算出回路３２、検出回路３４の全てが回路基板１１２に形成されている。他方、振動チューブ２の給排部分に対応する部分に、表示器である液晶モニタ（図示せず）が搭載され、またこの液晶モニタを駆動するモニタ駆動回路が回路基板１１２に形成されている。
【００４２】
当業者であれば直ちに理解できるように、メインフレーム１０６を貫通して延びる一枚の回路基板１１２を設けることで、加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを電気的に連結する配線を短縮することができ、また、液晶モニタと回路基板１１２とを電気的に接続する配線を短縮することができる。
【００４３】
図６は、例示的に、加振器１２と回路基板１１２とを配線Ｗｒで接続した状態を示してあるが、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを接続する配線についても図示を省略したが短い配線で接続可能であるのは、当業者であれば容易に認識できるであろう。ちなみに、図示を省略したが、モニタ用窓１２０を臨んで位置決めされる液晶表示モニタは、回路基板１１２に搭載されている。勿論、振動チューブ２の給排部分の端にケーブルＣｂが接続され（図６）、このケーブルＣｂを通じて外部機器や電源に連絡される。
【００４４】
図７は、フレーム１０２に、振動チューブ２や基板ケース１１０を組み込んだ組立体を示す。この図７から分かるように、一対の振動チューブ２は給排部分が一本の連絡チューブ１２４で互いに連結され、これにより一対の振動チューブ２によってループ式の振動チューブが構成されている。図８は変形例を示すものであり、図８から分かるように、２本の振動チューブ２が個々に独立してマニホールド１２６に連結されている。
【００４５】
一対の振動チューブ２は金属製のチューブであってもよく、また、前述した耐蝕性プラスチック製のチューブであってもよい。また、この耐蝕性プラスチック製チューブにおいて、その計測部分を補強したチューブであってもよい。図４を参照して、第２アウターケース１１６には、振動チューブ２に外部配管１２８を連結する一対のコネクタ１３０が装着可能であり、このコネクタ１３０と振動チューブ２との間に弾性チューブ１３２が介装されている。
【００４６】
外部からの振動には、壁面からの振動に限らず、振動チューブ２の入口２ａ、出口２ｂに連結される外部配管１２８から振動チューブ２に伝わる振動が含まれる。外部配管１２８の振動は、振動チューブ２の給排部分に配置した弾性チューブ１３２（典型的にはフッ素樹脂チューブ）で遮断することができる。外部配管１２８を通じた外部からの振動を弾性チューブ１３２によって遮断する効果は、振動チューブ２がステンレス鋼のような金属製のチューブで構成されているとき効果的であるが、振動チューブ２を耐蝕性に優れた例えばフッ素樹脂系の材料で構成した場合や、この耐蝕性合成樹脂材料からなる振動チューブ２の外周を補強したチューブで構成した場合や、金属製チューブの内周面を耐蝕性合成樹脂（典型的にはフッ素樹脂）材料で構成したチューブ等に対しても効果的である。なお、図８の例のようにマニホールド１２６を備えている場合には、このマニホールド１２６と振動チューブ２との間に弾性チューブ１３２を配設してもよい。
【００４７】
特に、合成樹脂材料からなる振動チューブ２は炭素繊維などで、フレーム１０２に固定する部分から加振器の部分に亘って振動チューブ２が振動する部分つまり計測部分を補強することで、この補強部分によって振動チューブ２として十分な剛性が得られる。これに加えて、フレーム１０２に固定する部分から外部配管１２８との接続部分に亘って、上述した補強を行わないで非補強部分とすることで、当該非補強部分によって外部配管１２８からの振動が補強部分つまり振動チューブ２の計測部分に伝わるのを遮断することができる。勿論、振動チューブ２の材料の主体を合成樹脂材料で構成することでコリオリ質量流量計の軽量化に寄与することができる。更に、合成樹脂材料としてフッ素樹脂系の材料を選択し、その外周側に繊維強化層を形成することで、フレーム、加振器、検出器との接合が容易となるため、コリオリ質量流量計の小型化及び軽量化を容易に実現することができる。
【００４８】
フレーム１０２には、支持台つまりメインフレーム１０６からサブフレーム１０８の深部に向けて延びる左右一対のアーム１４０を有している。このアーム１４０は、サブフレーム１０８の内周壁１０８ｄに沿って延びており、この内周壁１０８ｄと実質的に一体である。図４などでは、図面を見てサブフレーム１０８の上側に左右一対のアーム１４０、１４０が図示されているが、サブフレーム１０８の下側にも左右一対のアームが設けられており、作図上の理由から、この下側の左右一対のアームは図面に現れていない。サブフレーム１０８には、深部つまり加振器１２及び第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂのような相対的に重量物が配設されている深部に向けて延びる合計４つのアーム１４０が形成されている。
【００４９】
各アーム１４０の先端部つまりメインフレーム１０６とは反対側の端部に水平面の第１の矩形座１４０ａが形成され、この矩形座１４０ａの三方が縦壁１４０ｂで規定されている。より詳しくは、アーム１４０の先端から前方に向けた部分を除いた三方に縦壁１４０ｂが形成されている。換言すると、第１の矩形座１４０ａは、アーム１４０の前方つまりサブフレーム１０８の深部に向けて開放している。
【００５０】
サブフレーム１０８つまり振動チューブ２の計測部分を包囲する第１アウター１１４には、その上下の面に、上記フレーム１０２の各アーム１４０の第１の矩形座１４０ａに対応する部分に窓１４２が形成され、この窓１４２を通じてアーム１４０の第１の矩形座１４０ａにアクセス可能である。
【００５１】
第１アウター１１４には、窓１４２に連なる第２の矩形座１４２ａが形成されている。この第２の矩形座１４２ａは水平面で構成され、この第２矩形座１４２ａには上記第１の矩形座１４０ａとは反対側とその両側に縦壁１４２Ｂで規定されている。換言すると、第１アウター１１４の第２の矩形座１４２ａは、上記第１の矩形座１４０ａに向けて開放されている。
【００５２】
第１アウター１１４の第２の矩形座１４２ａの高さレベルは、第１アウター１１４の上下の面よりも低位に位置決めされ、この第２の矩形座１４２ａは上記アーム１４０の第１の矩形座１４０ａの高さレベルと同じである。また、この第２の矩形座１４２ａと第１の矩形座１４０ａとの間にはクリアランスＣが設けられている。第１、第２の矩形座１４０ａ、１４２ａは、各矩形座１４０ａ、１４２ａの縦壁１４０ｂ、１４２ｂによって規定される平面視長方形の収容空間に、これと相補的な平面視矩形の平たいゴム片１４６からなる防振材が配設され、この防振材１４６は、その端部が第１、第２の矩形座１４０ａ、１４２ａに着座した状態でボルト１４８（図３、図１０）によって固定される。
【００５３】
フレーム１０２は、第１、第２のアウター１１４、１１６によって包囲されるが、フレーム１０２と第１、第２のアウター１１４、１１６との間にはクリアランスＣが設けられており、したがって、第１、第２のアウター１１４、１１６は、唯一、ゴム片つまり防振材１４６を介してフレーム１０２に連結されている。
【００５４】
コリオリ質量流量計１００は、第１アウター１１４の頂部の１つの第１のボルト挿通孔１５０、第２アウター１１６の基部の左右一対の２つの第２のボルト挿通孔１５２に挿入可能なボルト及びこれに螺着されるナットによって壁面（図示せず）に固定される。
【００５５】
このように実施例のコリオリ質量流量計１００は、壁面に固定されるアウターケース１０４と、このアウターケース１０４に収容されるフレーム１０２との間にクリアランスＣが設けられ、そして、アウターケース１０４とフレーム１０２とが防振材（平面視矩形の平たいゴム片）１４６によって連結されており、これによりフレーム１０２がアウターケース１０４にフローティング支持されていることから、壁面からのアウターケース１０４に伝わった振動が防振材１４６によってフレーム１０２に伝達する遮断することができ、また、その逆にコリオリ質量流量計１００から壁面への振動伝達も防振材１４６によって遮断することができる。
【００５６】
また、防振材１４６がアウターケース１０４の窓１４２を通じて外部に露出し、外部からアクセスすることによって防振材１４６の交換作業を行うことができるため、防振材１４６の損傷を外部から目で確認できるだけでなく、防振材１４６の交換作業も容易である。すなわち、アウターケース１０４からフレーム１０２を抜き取って防振材１４６の損傷を確認する必要も無く、また、アウターケース１０４とフレーム１０２とを分解することなく、傷んだ防振材１４６を新しい防振材１４６に交換することができる。
【００５７】
また、フレーム１０２（メインフレーム１０６）から延びるアーム１４０で防振材１４６の取付部位をサブフレーム１０８の深部に設定してあることから、コリオリ質量流量計１００の重心Ｇ（図３、図９）に接近した位置に防振材１４６を配設することができる。また、壁面に３点支持でコリオリ質量流量計１００を設置する際に用いられる一つの第１のボルト挿通孔１５０と、二つの第２のボルト挿通孔１５２、１５２とを結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２（図３）の近傍に防振材１４６を配設することで、図１２にも示すように、アウターケース１０４（第１アウター１１４）の一対の面に対して夫々一対の防振材１４６を配置して合計４つの防振材１４６でアウターケース１０４とフレーム１０２との間の振動伝達を遮断できるだけでなく、防振材１４６としてゴム片１４６という簡単な形状及び構造の防振材を採用しても十分に防振効果を発揮することができる。この防振効果としては、外部振動による影響だけでなく、振動漏洩によるゼロ点調整が含まれる。
【００５８】
また、実施例のデュアルチューブ式のコリオリ質量流量計１００にあっては、一対のＵ字状振動チューブ２Ａ、２Ｂの間に位置するサブフレーム１０８が、このＵ字状振動チューブ２Ａ、２Ｂの計測部で囲まれた部分に切欠き１０８ｃを有し（図５）、この切欠き１０８ｃの部分に回路基板１１２が配設され、この回路基板１１２は基板ケース１１０を介してメインフレーム１０６に支持されている。勿論、基板ケース１１０と、サブフレーム本体１０８ａの内周壁１０８ｄとの間には、これらが互いに干渉しないようにクリアランスが設けられている。そして、この回路基板１１２には、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂに関連した加振回路２０、検出回路３４が形成されているため、加振器１２、第１、第２の検出器２２Ａ、２２Ｂと回路基板１１２とを電気的に接続する配線Ｗｒが短くて済み、振動チューブ２Ａ、２Ｂに何らの影響を及ぼすことなく配線Ｗｒを配置することができる。また、回路基板１１２はメインフレーム６を貫通して振動チューブ２Ａ、２Ｂの給排部分まで延びているため、外部機器に接続するケーブルＣｂを振動チューブ２Ａ、２Ｂに影響を及ぼすことなく配置することができる。また、液晶表示モニタをコリオリ質量流量計１００に設けたとしても、回路基板１１２における振動チューブ２Ａ、２Ｂの給排部分の基板部分を使って液晶モニタを搭載することができる。
【００５９】
このように加振回路２０、検出回路３４を備えた回路基板１１２を内蔵したコリオリ質量流量計１００であったとしても、湾曲管からなる振動チューブ２の形状に沿った輪郭の切欠き１０８ｃをサブフレーム１０８に形成することで、コリオリ質量流量計１００の大きさに影響を及ぼすことなく、回路基板１１２をコリオリ質量流量計１００に内蔵させることができる。また、この切欠き１０８ｃに沿って延びる内周壁１０８ｄをサブフレーム１０８に形成することで、サブフレーム１０８の外周壁１０８ｂと協働してサブフレーム１０８の剛性を高めることができる。したがって、一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間の間隔を、振動チューブ２の振動にとって最適な間隔に設定するために、この一対の振動チューブ２Ａ、２Ｂの間に位置するサブフレーム１０８の本体１０８ａを薄肉にしたとしても、サブフレーム１０８が備えるべき剛性を内外の壁１０８ｂ、１０８ｄによって確保することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００ コリオリ質量流量計
２ 振動チューブ
１２ 加振器
１４ 加振器の永久磁石
１６ 加振器のコイル
１８ サブフレーム
２０ 加振回路
２２ 検出器
２８ 被検出素子（永久磁石）
３０ 検出器のコイル
３２ 算出手段（マイコン）
３４ 検出回路
１０２ フレーム
１０６ メインフレーム
１０８ サブフレーム
１０８ａ サブフレーム本体
１０８ｂ サブフレームの外周壁
１０８ｃ サブフレームの切欠き
１０８ｄ サブフレームの内周壁
１１０ 基板ケース
１１２ 回路基板
Ｗｒ 加振器などと回路基板とを結ぶ配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する一対の振動チューブを片持ち状態で支持するメインフレームと、
前記一対の振動チューブの間の空間で広がっており且つ端が前記メインフレームに連結されたサブフレームと、
該サブフレームに配設され、前記振動チューブを加振する加振器と、
前記サブフレームに配設され、前記加振器を挟んで前記振動チューブの上流側と下流側に位置する第１、第２の検出器と、
前記メインフレームに支持された回路基板とを有し、
前記サブフレームには、前記湾曲管タイプの振動チューブの内周側であって且つ前記メインフレームに向けて開放した切欠きが形成され、
前記サブフレームには、また、該サブフレームの外周縁に沿って延びる外周壁と、前記切欠きに沿って延びる内周壁とが形成され、
前記メインフレームに支持された前記回路基板が前記切欠きの部分に配設されていることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】
前記回路基板に、前記加振器に関連した加振回路と、前記第１、第２の検出器のうち、少なくとも何れか一方の回路が形成されている、請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】
前記加振器、前記第１、第２の検出器の各々が配線を介して前記回路基板に接続されている、請求項１又は２に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項４】
前記メインフレームが開口を有し、該開口に嵌入して該開口を貫通して位置する基板ケースを更に有し、
前記回路基板が、前記基板ケースに収容されて、該回路基板が前記メインフレームを貫通して延びている、請求項３に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】
前記メインフレームを挟んで、前記加振器、前記第１、第２の検出器が配設された前記振動チューブの計測部分とは反対側の給排部分に位置する前記回路基板の部分にモニタ駆動回路が設けられ、該モニタ駆動回路に表示器が接続され、該表示器が前記回路基板に搭載されている、請求項４に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項６】
前記振動チューブが平面視Ｕ字形の形状を有し、
前記サブフレーム及び前記切欠きが前記振動チューブのＵ字形と相似形の輪郭を有している、請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項７】
前記一対の振動チューブの基端部が絶縁プレートで互いに連結されている、請求項６に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項１】
湾曲管タイプの入口、出口が同じ側に位置する一対の振動チューブを片持ち状態で支持するメインフレームと、
前記一対の振動チューブの間の空間で広がっており且つ端が前記メインフレームに連結されたサブフレームと、
該サブフレームに配設され、前記振動チューブを加振する加振器と、
前記サブフレームに配設され、前記加振器を挟んで前記振動チューブの上流側と下流側に位置する第１、第２の検出器と、
前記メインフレームに支持された回路基板とを有し、
前記サブフレームには、前記湾曲管タイプの振動チューブの内周側であって且つ前記メインフレームに向けて開放した切欠きが形成され、
前記サブフレームには、また、該サブフレームの外周縁に沿って延びる外周壁と、前記切欠きに沿って延びる内周壁とが形成され、
前記メインフレームに支持された前記回路基板が前記切欠きの部分に配設されていることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】
前記回路基板に、前記加振器に関連した加振回路と、前記第１、第２の検出器のうち、少なくとも何れか一方の回路が形成されている、請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】
前記加振器、前記第１、第２の検出器の各々が配線を介して前記回路基板に接続されている、請求項１又は２に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項４】
前記メインフレームが開口を有し、該開口に嵌入して該開口を貫通して位置する基板ケースを更に有し、
前記回路基板が、前記基板ケースに収容されて、該回路基板が前記メインフレームを貫通して延びている、請求項３に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】
前記メインフレームを挟んで、前記加振器、前記第１、第２の検出器が配設された前記振動チューブの計測部分とは反対側の給排部分に位置する前記回路基板の部分にモニタ駆動回路が設けられ、該モニタ駆動回路に表示器が接続され、該表示器が前記回路基板に搭載されている、請求項４に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項６】
前記振動チューブが平面視Ｕ字形の形状を有し、
前記サブフレーム及び前記切欠きが前記振動チューブのＵ字形と相似形の輪郭を有している、請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項７】
前記一対の振動チューブの基端部が絶縁プレートで互いに連結されている、請求項６に記載のコリオリ質量流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３１９８（Ｐ２０１１−１３１９８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０２２９（Ｐ２００９−１６０２２９）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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