(57)【要約】【課題】  作業者の経験に依存すること無く、容易に圧入でき、芯ズレを起こさず、圧入時のばね板の変形をなくす。【解決手段】  本発明の渦信号検出部の一部を構成する弾性母材は、振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部及び振動管の空洞部先端側に形成されたばね板圧入部に圧入されるばね板を有する。振動管は、ばね板がばね板圧入部に圧入される際の入口位置に相当するばね板圧入部の端部において、ばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな内径に形成されるばね板ガイド部を振動管内部の空洞部に設ける。弾性母材の上端圧入部に続けてテーパー部を設け、弾性母材を挿入する際に、対応する振動管内径よりも大きな外径の弾性母材の上端圧入部が当接する前にテーパー部を当接させる。【選択図】  図３
2005249562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口した筒状体を有する振動管を備えて、該振動管の端部に渦発生体により生じた渦変動圧力を受圧可能とするように受圧板を取り付け、該振動管内部の空洞部内に圧入される弾性母材を含む渦信号検出部を備え、該渦信号検出部は前記受圧板の振動を検知して外部に電気信号として伝達し、かつ前記弾性母材は、前記振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部及び振動管の空洞部先端側に形成されたばね板圧入部に圧入されるばね板を有する渦流量計において、
前記振動管は、前記ばね板がばね板圧入部に圧入される際の入口位置に相当するばね板圧入部の端部において、ばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな内径に形成されるばね板ガイド部を前記振動管内部の空洞部に設け、かつ
前記弾性母材の前記上端圧入部に続けてテーパー部を設け、前記弾性母材を挿入する際に、対応する振動管内径よりも大きな外径の弾性母材の前記上端圧入部が当接する前にテーパー部を当接させるよう構成したことから成る渦流量計。
【請求項２】
一端が開口した筒状体を有する振動管を備えて、該振動管の端部に渦発生体により生じた渦変動圧力を受圧可能とするように受圧板を取り付け、該振動管内部の空洞部内に圧入される弾性母材を含む渦信号検出部を備え、該渦信号検出部は前記受圧板の振動を検知して外部に電気信号として伝達し、かつ前記弾性母材は、前記振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部及び振動管の空洞部先端側に形成されたばね板圧入部に圧入されるばね板を有する渦流量計の製造方法において、
前記上端圧入部及びばね板圧入部のそれぞれ圧入直前の位置に設けた両ガイド部により、前記弾性母材を前記振動管に対して上下２カ所で芯出し位置決めし、その後、
弾性母材に圧入冶具を当て、圧入機で所定位置まで押し込むことにより圧入を完了する、
ことから成る渦流量計の製造方法。
【請求項３】
前記両ガイド部は、前記ばね板がばね板圧入部に圧入される際の入口位置に相当するばね板圧入部の端部において前記振動管内部の空洞部に設けられるばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな内径のばね板ガイド部、及び前記弾性母材の前記上端圧入部に続けて設けられたテーパー部である請求項２に記載の渦流量計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦信号検出部の一部を構成する弾性母材が上端圧入部及びばね板圧入部の上下２カ所で振動管の空洞部内に圧入される渦流量計及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦流量計は、周知のように、流管内に配設された渦発生体から単位時間当りに発生するカルマン渦の数が、所定レイノルズ数範囲で流速に比例することを利用した推測形の流量計である。
【０００３】
図７を参照して、従来技術の渦流量計を説明する（特許文献１参照）。センサ（渦信号検出部）は、振動管の空洞部内に圧入されて、振動管が受けるカルマン渦による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力する部分であり、応力・歪を検出する検出素子（圧電素子）を貼着した弾性母材を有している。
【０００４】
流路に流体が流れ、渦流量計本体の流路に設けられた渦発生体（図示省略）により、カルマン渦が受圧板の左右交互に発生すると、変動圧力が生じ受圧板を左右に振動させる。従って、振動管の可動管部は振動管取り付けフランジを支点とし振動し、この振動は、ばね板を介して弾性母材に伝えられる。弾性母材は、上端部で振動管に圧入され固着されているので、上端部を支点として片持状に左右に振動し圧電素子板に交番応力を発生させ、渦に対応した電気信号を出力する。
【０００５】
このように、振動管の可動管部は振動管取り付けフランジを支点とし振動し、この振動を弾性母材に伝えるために、ばね板が用いられている。ばね板は、放射状のスリットあるいは切欠きを有する円板状のばね部で外径が係止穴の内径よりも僅かに大きく、弾性母材のばね板取り付け部の先端に中心部で溶接等により固着される。このばね板を固着した弾性母材が、振動管内部の空洞部に圧入固定されている。
【０００６】
従来技術による弾性母材の圧入固定は、振動管のばね板固定部に弾性母材を手で押し込み、軸方向に少し押し込まれた位置で振動管と弾性母材が接触して、芯出し位置決めをしていた。その後、弾性母材の中空穴に棒冶具を差し込み、芯出しを兼ねて圧入していた。
【０００７】
しかしこの方法では、作業者によってばね板の変形に気づかず圧入してしまう場合があり、圧入後変形しているかどうかは出力確認するまでわからない。また、弾性母材の中空穴を用いて圧入することから、圧入時に中空穴径が変形し冶具が抜け難くなる問題点があった。
【０００８】
また、ばね板が変形することで、同じ流量でも渦信号のレベルが小さくなったり偏りが見られ、最悪の場合には不良品として処理され、コストアップに繋がってしまうことになる。
【特許文献１】特開平７−２９４２９８号公報
【特許文献２】特許第３１５３７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、係る問題点を解決して、作業者の経験に依存すること無く、容易に圧入でき、芯ズレを起こさず、圧入時のばね板の変形をなくすことを目的としている。
【００１０】
また、本発明は、渦圧力における振動を確実に検出して、変換器に伝送する渦信号を安定化し、これによって不良率の低減およびコスト削減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の渦流量計は、一端が開口した筒状体を有する振動管を備えて、該振動管の端部に渦発生体により生じた渦変動圧力を受圧可能とするように受圧板を取り付け、該振動管内部の空洞部内に圧入される弾性母材を含む渦信号検出部を備える。該渦信号検出部は受圧板の振動を検知して外部に電気信号として伝達し、かつ弾性母材は、振動管の上部開口側に圧入される上端圧入部及び振動管の空洞部先端側に形成されたばね板圧入部に圧入されるばね板を有する。振動管は、ばね板がばね板圧入部に圧入される際の入口位置に相当するばね板圧入部の端部において、ばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな内径に形成されるばね板ガイド部を振動管内部の空洞部に設ける。弾性母材の上端圧入部に続けてテーパー部を設け、弾性母材を挿入する際に、対応する振動管内径よりも大きな外径の弾性母材の上端圧入部が当接する前にテーパー部を当接させるよう構成したものである。
【００１２】
本発明の渦流量計の製造方法は、弾性母材が振動管に圧入される上端圧入部及びばね板圧入部のそれぞれ直前の位置に設けた両ガイド部により、弾性母材を振動管に対して芯出し位置決めし、その後、弾性母材の水平上面に圧入冶具を当て、圧入機で振動管上面と同一面になるまで押し込むことにより圧入を完了する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、振動管にばね板ガイド部を設けることでばね板を変形させずに弾性母材を圧入することが出来る。また、弾性母材にテーパー部を備えたことで、上記ばね板ガイド部と共同して、作業者の経験によることなく、上下２点で芯出し可能になる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、ばね板の変形が最小限となり、渦信号のレベルが安定する。また、信号レベルが安定することで不良率が減少し、コスト削減となる。
【００１５】
弾性母材の圧入は、弾性母材内部の中空穴を用いる必要なく、芯出し位置決めされている弾性母材の上端面を利用して圧入することが可能になるから、冶具の挟み込みが起きず作業性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、例示に基づき、本発明を説明する。本発明は、センサの一部を構成する弾性母材の振動管への取付構成に特徴を有しているが、以下、本発明のこの特徴を説明する前に、本発明を適用することのできる渦流量計の全体構成の一例を図１及び図２を参照して説明する。図１は、渦流量計の全体構成を例示する図であり、（ａ）は、流れる流体の上流側から見た渦流量計本体部を示し、かつ（ｂ）は、一部断面で渦流量計の全体構成を示している。また、図２は、本体部を拡大して示す断面図である。
【００１７】
図示の渦流量計は、本体部と、本体部に取り付けられた振動管と、さらにこの振動管内に取り付けられたセンサ（渦信号検出部）と、変換器と、この変換器を本体部に取り付けるための取付筒とから構成される。本体部は、測定すべき流体が流れる円筒状の流管部（流路）を備え、この流管部内に両端（図中の上下）が固着された渦発生体が取り付けられている。この渦発生体の下流側で、流管部内に振動管の受圧板が突出している。なお、ここで、渦発生体と受圧板が別体構成のものを例示したが、この受圧板は、渦発生体と一体に組み合わせて、渦発生体内部に形成された計測室内に突出するように構成することも可能である（特許文献２参照）。変換器は、センサ信号に基づきこれを演算して流量値に変換する回路、この演算された流量値を表示する表示器、及び、この流量値をホストコンピュータ或いは下流側装置などへ伝送するための送信回路、電源回路などを備えている。
【００１８】
振動管は一端（本明細書においてはこれを「上端」という）が開口した筒状体に構成され、この筒状体内部に有底空洞部を有する可動管部を備え、この可動管部の底部先端側には、受圧板が設けられている。また、振動管は、一端側外周に配設された振動管取り付けフランジを備え、これを取付ボルトにより渦流量計本体部の取付面に固定することにより、片持支持される。その際、ガスケットを用いて振動管を本体部に対して液密に支持している。
【００１９】
さらに、このような振動管内部の空洞部内には、振動を検知して外部に電気信号として伝達するセンサ（渦信号検出部）が挿入される。センサは、振動管が受けるカルマン渦による圧力変動を忠実に受けて電気信号に変換して出力する部分であり、応力・歪を検出する検出素子（圧電素子）を貼着した弾性母材を有している。
【００２０】
素子カバーは、検出素子部を密封する円筒体で、振動管の上端面に取り付けられている。また、素子カバーの上端部は、リード線を気密に挿通するシースパイプの外周と接続される。シースパイプ内には、２本のリード線が挿通され、変換器に向けて導出される。
【００２１】
図２において、流路に流体が流れ、カルマン渦が受圧板の左右（紙面と直角方向）交互に発生すると、変動圧力が生じ受圧板を左右に振動させる。従って、振動管の可動管部は振動管取り付けフランジを支点とし振動し、この振動は、ばね板を介して弾性母材に伝えられる。図示の弾性母材は、上端部で振動管に圧入され固着されているので、上端部を支点として片持状に左右に振動し圧電素子板に交番応力を発生させ、渦に対応した電気信号を出力する。
【００２２】
図３は、センサの一部を構成する弾性母材（ａ）と、該弾性母材が圧入固定される振動管（ｂ）と、弾性母材の先端に固定されるばね板の拡大図（ｃ）をそれぞれ例示している。
【００２３】
弾性母材は、振動管内空洞に圧入され、振動管に作用する渦変動差圧を受けて交番変位する振動管の変位を忠実に伝達させるための柱状体である。弾性母材は、先端にばね板が取り付けられる小径部と、その反対側（上端側）の大径部と、その中間に位置する中径部とから構成され、この大径部の最上端部に、振動管の上端開口側に圧入される弾性母材側の上端圧入部及びそれに続くテーパー部を有している。このテーパー部は、大径部から上端圧入部まで連続して径を大きくするよう構成される。弾性母材は、振動を容易にするため大径部及び中径部の内部は中空穴に構成されている。
【００２４】
図３（ａ）の左側に示す上側面図に見られるように、振動管の上端側大径部は、２つの面取りが形成されており、各々の面には、振動検出素子、例えば、圧電素子が貼着されている。圧電素子は、厚さ方向に分極され、非貼着面には多孔板からなる電極板が貼着されている。圧電素子は、弾性母材を一方の出力端とし、両側の電極板は接続されて他方の出力端としたパラレルタイプのバイモルフを構成している。
【００２５】
弾性母材の底部側の端部に位置する小径部は、その外径が小径にされ、或いは、下端面に向けテーパー状に切削され、その先端にはばね板が、スポット溶接により、或いはネジ或いはリベット等の溶接部材を用いて固定した後該溶接部材をスポット溶接することにより、固定される。弾性母材の中径部及び大径部の外径は振動管の内径より僅かに小径のため、振動管とは非接触である。この弾性母材は、上端圧入部とばね板位置の２カ所においてのみ圧入固定される。
【００２６】
ばね板は、振動管の可動管部が、振動管取り付けフランジを支点とし振動するとき、この振動を弾性母材に伝えるためのものである。図３（ｃ）の拡大図に見られるように、ばね板は、外径が振動管のばね板圧入部の内径よりも僅かに大きい円板状をしており、複数の放射状のスリット或いは切欠きが穿設され、複数の支持片（スリット等により分割された各部分）を構成している。ばね板は、弾性母材を軸方向に変位可能にするばね作用を有している。ばね板を振動管底部のばね板圧入部内に圧入したとき、進入方向に湾曲して容易に挿入され、振動管の振動変位を弾性母材に忠実に伝達させることができる。
【００２７】
図３（ｂ）に示す振動管は、前述したように、有底空洞部を有する可動管部と、この可動管部の底部先端側に設けた受圧板と、渦流量計本体部の取付面に取付ボルトにより固定するため、一端側外周に配設された振動管取り付けフランジとを備えている。この可動管部の内部は、弾性母材が圧入固定されるように中空の空洞部が構成され、この空洞部の底部には、ばね板を係止する小径のばね板圧入部が設けられている。この振動管空洞部は、弾性母材の中径部及び大径部に対応してそれよりも僅かに大きな内径を有しており、弾性母材が、振動管内に圧入されるとき、ばね板位置及び母材側上端圧入部を除いて、振動管とは非接触となるよう構成されている。
【００２８】
さらに、ばね板が圧入される振動管のばね板圧入部の上側端に、ばね板ガイド部が設けられる。このばね板ガイド部は、ばね板が圧入される際の直前位置である入口に相当するばね板圧入部の端部において、ばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな内径に形成される。例えば、厚さ０．２ｍｍで外径が４．０７５ｍｍのばね板に対して、ばね板圧入部の内径を４．０ｍｍ、ばね板ガイド部の内径を４．１ｍｍに構成する。
【００２９】
次に、弾性母材の振動管への圧入固定について説明する。ばね板が圧入されるばね板圧入部の内径は、ばね板の外径よりも僅かに小さくなっていることによりばね板の芯出し位置決めが困難となっている。しかし、上述したように、例示の振動管には、ばね板圧入部の内径よりも僅かに大きな径のばね板ガイド部が設けられている。このガイド部内径をばね板外径と同一径とし、或いは望ましくはそれよりも僅かに大きくすることで、弾性母材はその先端側において、ばね板に負荷がかからず位置決めが出来る。
【００３０】
一方、弾性母材は、ばね板位置とは反対側の上端圧入側において、上端圧入部に続くテーパー部が設けられているので、弾性母材を挿入する際に、対応する可動管部内径よりも大きな外径の母材側上端圧入部が当接する前に、テーパー部が当接することになる。これによって、弾性母材の上端側においても、芯ズレを生じること無く、位置決めが出来る。言い換えると、このテーパー部は、弾性母材の上端側において圧入の直前位置におけるガイド部を構成している。
【００３１】
このようにして、弾性母材が、先端側及び上端側の両方において、上下２カ所のガイド部により容易に芯出し位置決めされた状態で、弾性母材上面の水平面に圧入冶具を当て、圧入機で振動管上面と同一平面になるまで押し込むことにより、圧入固定が完了する。
【００３２】
図４は、本発明により圧入した後のばね板の状態を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、弾性母材の断面図（左側）と、先端側から見たばね板の図（右側）を示している。図４（ａ）に示すように、ばね板が弾性母材の先端に固定されてはいるものの、圧入前の状態において、ばね板は当然のことながら変形してはいない。図４（ｂ）は本発明による圧入後状態を示す図であり、正常な圧入を示している。これによれば、圧入後のばね板は、その全ての支持片の外周側が均等に湾曲している。図４（ｃ）は、従来技術により生じることのある、不良となった悪い状態を比較のために示している。これによると、支持片が不均等に湾曲している。
【実施例】
【００３３】
図５及び図６は、それぞればね板ガイド部とテーパー部の軸方向位置関係を説明する図であり、それぞれ圧入開始時の状態（左側図）と、圧入完了後の状態（右側図）を示している。図５は、製造上の寸法公差により生じる可能性のある最大軸方向長さの弾性母材を、最小軸方向長さの振動管に圧入する場合を例示し、図６は、これとは逆に最小長さの弾性母材を、最大長さの振動管内に圧入する場合を例示している。上述したように、本発明によれば、弾性母材の先端側において振動管に設けたばね板ガイド部と、弾性母材上端側のテーパー部が共同して機能するように、軸方向位置を定めておかなければならない。
【００３４】
第１に、テーパー部が振動管に接するとき、ばね板がばね板ガイド部の入口端にあるように位置決めすることが望ましい。第２に、テーパー部に続いて弾性母材の圧入部が振動管に接するとき、ばね板は、ばね板ガイド部内に既に進入しているように位置決めされると共に、テーパー部の長さ及び角度が設定される。
【００３５】
図５及び図６のいずれの場合も、ガイド部の軸方向長さは、０．６ｍｍに設定されていると仮定している。そして、図５においては、ガイド部を０．４９ｍｍ進入して、圧入部の境界まで０．１１ｍｍの位置にある。同様に、図６においては、ガイド部を０．１８ｍｍ進入して、圧入部の境界まで０．４２ｍｍの位置にある。このように、図５及び図６に示すいずれの場合であっても、弾性母材挿入時に、振動管の上端面を、弾性母材のテーパー部が過ぎて、弾性母材の上端圧入部が上端面に達したとき、即ち、圧入が開始されるとき、ばね板は、ガイド部の内部に進入していなければならないということを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】渦流量計の全体構成を例示する図であり、（ａ）は、流れる流体の上流側から見た渦流量計本体部を示し、かつ（ｂ）は、一部断面で渦流量計の全体構成を示している。
【図２】図１に示す本体部を拡大して示す断面図である。
【図３】センサの一部を構成する弾性母材（ａ）と、該弾性母材が圧入固定される振動管（ｂ）と、弾性母材の先端に固定されるばね板の拡大図（ｃ）をそれぞれ例示する図である。
【図４】本発明により圧入した後のばね板の状態を説明する図である。
【図５】ばね板ガイド部とテーパー部の軸方向位置関係を説明する図であり、最大軸方向長さの弾性母材を、最小軸方向長さの振動管に圧入する場合を例示している。
【図６】ばね板ガイド部とテーパー部の軸方向位置関係を説明する図であり、最小長さの弾性母材を、最大長さの振動管内に圧入する場合を例示している。
【図７】従来技術の渦流量計を説明する図である。
【図１】
2005249562.tif 000003
【図２】
2005249562.tif 000004
【図３】
2005249562.tif 000005
【図４】
2005249562.tif 000006
【図５】
2005249562.tif 000007
【図６】
2005249562.tif 000008
【図７】
2005249562.tif 000009