(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れる物質を受け入れる流管（１０１）と、
該流管（１０１）に受けバー手段（１０５）によって連結される両端部を有するバランスバー（１０２）と、
該流管（１０１）及びバランスバー（１０２）を物質の流れを有する該流管（１０１）の共振振動数に実質的に等しい駆動振動数で位相が反対になるように振動させ、該振動及び物質の流れが統合的に上記流管（１０１）にコリオリ撓みを生ずるように作用するようにした駆動源（Ｄ）と、
上記コリオリ撓みに応じた物質の流れに関する情報を表す信号を生成するピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）と、
を有するコリオリ流量計（１００）において、
上記バランスバー（１０２）の一方の側にあり、上記バランスバー（１０２）の横方向の振動の共振振動数を上昇させるため上記バランスバー（１０２）の縦方向の軸に平行に向いていて上記横方向の振動が駆動平面に直交するようにしてなる上記バランスバー（１０２）における少なくとも１つのリブ要素（２０３）、
を有することを特徴とするコリオリ流量計（１００）。
【請求項２】
上記少なくとも１つのリブ要素（２０３）が上記バランスバー（１０２）の両側に配置された１対のリブ（２０３）からなり、
上記１対のリブ（２０３）が上記バランスバー（１０２）の長さよりも短くなっており、さらに、
上記バランスバー（１０２）が円筒形であって上記流管（１０１）を取り囲む
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項３】
上記バランスバー（１０２）が空所（２１８，２１９）をなす切り取られた部分を含み、
上記１対のリブ（２０３）が上記空所（２１８，２１９）に近接した上記バランスバー（１０２）のリブ部分（２２４，２２５）で上記バランスバー（１０２）の断面積を増大させて、上記バランスバー（１０２）の軸方向の剛性を増大させるとともに上記流管（１０１）が長さを変化させようとすると上記流管（１０１）に軸方向に生ずる引っ張り及び圧縮の力に抗するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項４】
駆動磁石及び駆動コイルを有する駆動源（Ｄ）を含み、
該駆動源（Ｄ）の磁石を受け入れるための上記バランスバー（１０１）における孔（２２１）と、
上記駆動源（Ｄ）の駆動コイルを上記バランスバー（１０２）に取り付けられるようにする上記孔に近接して上記バランスバー（１０２）と一体的な第１の装着要素（２２２）と、
をさらに含むようにしたことを特徴とする請求項３に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項５】
上記駆動コイルを取り付けられるようにする上記第１の装着要素（２２２）が、
上記バランスバー（１０２）における軸方向の中心要素（１１９）と、
中心の開口（２２１）を有する上記中心要素（１１９）における平坦な面と、
を含み、上記開口（２２１）を通って上記駆動磁石が上記駆動コイル内に入り込めるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項６】
上記ピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）を上記バランスバー（１０２）に取り付けられるようにする上記バランスバー（１０２）と一体的な第２の装着要素（２０７，２０８）を有することを特徴とする請求項４に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項７】
上記ピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）を取り付けられるようにする上記第２の装着要素（２０７，２０８）が上記ピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）を上記バランスバー（１０２）に取り付けるのを容易にする上記バランスバーにおける開口（２１２，２１３）を有する平坦な面（２０９，２１１）を含むことを特徴とする請求項６に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項８】
上記バランスバー（１０２）の共振振動数を上記物質の充満した流管（１０１）の共振振動数に向かって低下させる上記バランスバー（１０２）と一体的な要素（２１８，２１９）を含むことを特徴とする請求項２に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項９】
上記要素（２１８，２１９）が上記バランスバー（１０２）と一体的でその可撓性を増大させることを特徴とする請求項８に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１０】
上記バランスバー（１０２）の部分の可撓性を増大させる上記要素（２１８，２１９）が上記バランスバー（１０２）の中心部分の各々の軸方向の側における上記バランスバー（１０２）の空所（２１８，２１９）をなす切り取られた部分からなることを特徴とする請求項９に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１１】
上記バランスバー（１０２）の上記中心要素（１１９）が、上記バランスバー（１０２）の振動の振幅を上記流管（１０１）の振動の振幅より小さくせしめることを特徴とする請求項５に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１２】
上記バランスバー（１０２）と一体的な上記要素（２１８，２１９）が、上記流れる物質の密度によらないコリオリ流量計（１００）の較正ファクターを形成するように上記バランスバー（１０２）の第２の曲げ振動数を低下させることを特徴とする請求項９に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１３】
上記受けバー手段（１０５）が対向両端部において上記バランスバー（１０２）と一体の２つの受けバー（１０５）であることを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１４】
上記流管（１０１）及び上記バランスバー（１０２）を收容するケース（１０３）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ流量計（１００）。
【請求項１５】
流管を受け入れるようにした半径方向中心の開口（２０４）を有する細長い部材としてバランスバー（１０２）を形成することと、
上記細長い部材の各端部における中心の開口を有する上記バランスバーと一体的な受けバー（１０５）を形成することと、
上記バランスバーに空所（２１８，２１９）をなす少なくとも１つの切り取られた部分を形成することと、
上記バランスバーの横方向振動の共振振動数を上昇させるように上記バランスバーと一体的にした少なくとも１つのリブ要素（２０３）を形成することと、
の各ステップからなり、
上記少なくとも１つのリブ要素が、上記バランスバーの側部にあって上記バランスバーの縦方向の軸に平行に向いたリブ（２０３）からなり、
上記リブは、上記流管が長さを変化させようとする時には上記バランスバーに軸方向に生ずる引っ張りないし圧縮の力を相殺する少なくとも１つの上記空所に近接した領域における上記バランスバーの断面積を増大させる要素（２２４，２２５）を含む
ようにしたことを特徴とするコリオリ流量計の製造方法。
【請求項１６】
上記バランスバーに駆動源（Ｄ）を取り付けられるように上記バランスバーと一体的で上記バランスバーの軸方向中心部分をなす第１の装着要素（１１９）を形成することと、
上記バランスバーに上記駆動源を取り付けられるようにする中心の開口（２２１）を有する上記中心部分に平坦な面を形成することと
の各ステップをさらに含むようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記ピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）を上記バランスバーに取り付けられるようにする上記バランスバーと一体的な第２の装着要素（２０７，２０８）を形成するステップをさらに含み、
上記第２の装着要素が上記ピックオフ手段の上記バランスバーへの取り付けを容易にするための上記バランスバーにおける開口を有する平坦な面（２０９，２１１）を含むようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記バランスバーの共振振動数を上記物質が充満した流管の共振振動数に向かって低下させるように上記バランスバーと一体的な要素（２１８，２１９）を形成するステップをさらに含み、
上記バランスバーの共振振動数を低下させるとともに上記バランスバーの第２の曲げ共振振動数を低下させる要素が上記バランスバーと一体的な可撓性の増大した部分からなり、
上記バランスバーの部分の可撓性を増大させる部分が上記バランスバーの各々の軸方向の側での上記バランスバーにおける空所（２１８，２１９）をなす切り取られた部分からなり、
上記バランスバーの上記第２の曲げ振動数を低下させる要素がまた上記流れる物質の密度によらないコリオリ流量計の較正ファクターを形成する
ようにしたことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載のコリオリ流量計の製造方法において、
上記流管を受け入れるようにした半径方向中心の開口（２０７）を有する上記バランスバー（１０２）の細長い部材をなす空洞と、
上記細長い部材の各端部における中心の開口を有する上記バランスバーと一体的な受けバー（１０５）をなす空洞部分と、
上記バランスバーにおける少なくとも１つの空所（２１８，２１９）をなす部分と、
上記バランスバーの横方向振動の振動数を上昇させるように上記バランスバーと一体的にした少なくとも１つのリブ要素（２０３）をなす空洞部分と、
を有し、
上記少なくとも１つのリブ要素が、上記バランスバーの側部にあって上記バランスバーの縦方向の軸に平行に向いたリブからなり、
上記リブは、上記流管が長さを変化させようとする時には上記バランスバーに軸方向に生ずる引っ張りないし圧縮の力を相殺する少なくとも１つの上記空所に近接した領域における上記バランスバーの断面積を増大させる要素（２２４，２２５）を含むようにした鋳型を形成するステップを含み、
上記空洞に溶融材料を充填して上記バランスバーを形成し、形成されたバランスバーを鋳型から引き出すステップをさらに含むようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２０】
上記形成するステップが、
駆動源を上記バランスバーに取り付けられるように上記バランスバーと一体的で上記バランスバーの軸方向の中心部分をなす第１の装着要素（１１９）をなす部分と、
上記バランスバーに上記駆動源を取り付けられるようにする中心の開口（２２１）を有する上記中心部分における平坦な面（１１９）と
を有する鋳型を形成するステップをさらに含むようにしたことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記形成するステップが、上記ピックオフ手段（ＬＰＯ，ＲＰＯ）を上記バランスバーに取り付けられるようにする上記バランスバーと一体的な第２の装着要素（２０７，２０８）をなす空洞部分を有する鋳型を形成するステップを含み、
上記第２の要素が上記ピックオフを上記バランスバーに取り付けることを容易にするための上記バランスバーにおける開口を有する平坦な面（２０９）をさらに含む
ようにしたことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
上記形成するステップが上記バランスバーの共振振動数を上記物質で充満した流管の共振振動数の方に向かって低下させるように上記バランスバーと一体的な要素（２１８，２１９）をなす部分を有する鋳型を形成するステップをさらに含み、
上記バランスバーの共振振動数を低下させる上記要素が上記バランスバーと一体的な可撓性の増大した要素（２１８，２１９）からなり、
上記バランスバーの部分の可撓性を増大させる上記要素が上記バランスバーの中心部分の各々の軸方向の側における上記バランスバーの空所（２１８，２１９）をなす切り取られた部分からなり、
上記バランスバーの第２の曲げの振動数を低下させる上記要素がまた上記流れる物質の密度によらないコリオリ流量計の較正ファクターを形成する
ようにしたことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
上記バランスバーを形成するために上記鋳型を物質で充填するステップを含むようにしたことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、コリオリ流量計に関し、より詳細には、コリオリ流量計のバランスバーに関する。本発明はまた、単管式コリオリ流量計のバランスバーの製造方法に関する。
【０００２】
【技術的問題点】
コリオリ流量計は、流管が共振振動数で振動させられる際に物質が流れて通る流管によって特徴づけられる。物質が流れていない時に、流管上のあらゆる点は流管上の他のどの点とも位相を合わせて振動する。流管上の異なる点に配置された２つのピックオフ手段（通常は速度センサー）が、物質が流れない時に同じ位相を有し物質が流れる時に位相差を有する正弦波状信号を生成する。この位相差は振動する管を通る物質の流れによって生ずる。流管の長さ方向の任意の２つの点の間の位相差の大きさは物質の流れの質量流量に比例する。コリオリ質量流量計はこの位相差を決定して質量流量と、物質の流れに関する他の情報とをともに示す出力信号を生成する信号処理を用いる。
【０００３】
コリオリ流量計は１本の流管及びこれに組み合わされた１本のバランスバーを有するか、あるいは複数本の流管を有するであろう。コリオリ流量計の振動構造は動的にバランスされた系からなることが重要である。１対の流管を有するコリオリ流量計において、流管は動的バランス系を形成するように反対の位相になって振動する。単管式流量計において、流管は動的バランス系を形成するように組み合わされたバランスバーと反対の位相になって振動する。
【０００４】
コリオリ流量計の振動系は物質が充満した流管を含む振動要素の共振振動数で動作する。複管式流量計においてこの要請は、２本の流管が同じものであり両方とも流れる物質を収容しているために同じ共振振動数を有するので、問題がない。しかしながら、単管式流量計がこの要請に適合するのには問題がある。流管とこれを取り囲むバランスバーとは異なる物理的及び振動の特性を有する、異なる構造体である。流管はバランスバーに対して比較的小さい直径を有する円筒形要素である。従来技術の流量計において、バランスバーはより大きい同心状の円筒形管である。同じ長さの円筒の場合、直径が増大すると、質量より剛性が速い速度で増大する。それゆえバランスバー（質量が付加されていない）は物質が充満した流管より高い共振振動数を有する。バランスバーと物質が充満した流管とが同じ共振振動数を有するのが望ましいので、従来技術の流量計は流管よりもバランスバーの共振振動数を低下させるためにバランスバーに錘を取り付けるというような手段を用いていた。このような装置が米国特許第５６９１４８５号及び第５７９６０１２号に示されている。このような従来技術の装置はバランスバーの共振振動数を流管の共振振動数に合わせるのに効果的であるが、付加される質量のような機械的手段は煩雑で経費を要する構造になる。さらに、測定される流体の密度が特に高かったり、低かったりすると、バランスされた構造を維持するために、特殊な錘が必要である。
【０００５】
従来技術の単管式流量計に関する他の問題は、バランスバーとして円筒形部材を用いるためにコリオリ撓み信号の振動数に近接した望ましくない振動数が発生することである。コリオリ信号は流量計の第１の曲げモード（駆動振動数）に等しい振動数を有している。コリオリ撓み信号は大きい振幅でその振動数が不要な振動から分離されるのが効果的な信号処理には望ましい。これにより信号処理回路が望ましくない信号からの干渉を受けずにコリオリ撓み信号を処理できるようになる。円筒は全ての振動面において等しい振動数を有する対称的な構造であるので、円筒形バランスバーを用いるのは問題になる。円筒形バランスバーは振動数がコリオリ撓み信号に等しい、望ましくない横方向の振動（駆動平面に垂直な）を有し得る。
【０００６】
従来技術の流量計は円筒形バランスバーに取り付けられた錘のような要素を用いるということが問題になる。錘はバランスバーの共振振動数を低下させることができるが、所望の振動数と不要な振動数とを分離することには寄与するところがない。錘を用いるのは経費を要し、望ましくなく、流量計の密度範囲を制限する。
【０００７】
円筒形バランスバーにピックオフ及び駆動源を装着することが従来技術の単管式流量計における他の問題である。ピックオフ及び駆動源は磁石とコイルとの組合せからなり、磁石が流管に装着され、コイルがバランスバーに装着される。バランスバーへのコイルの装着はコイルがバランスバーに取り付けられるようにするため特殊な機械加工作業を必要とする。円筒形の面への装着は困難なのでバランスバーに平坦面が加工される。ねじを装着するために孔を穿設しタップ加工する必要がある。平坦面を加工した後にねじ溝のために十分な壁厚がないという問題が生ずる。最後に磁石がバランスバーの壁部を通ってコイルの中心部に突出できるように平坦面の中心に大きい孔が加工される必要がある。これは煩雑で時間及び経費を要する工程である。それからコイルが円筒形バランスバーの面に嵌込まれなければならない。その結果、各々の異なる流量計は異なるコイルを必要とする。平坦部を用いることにより多くのコリオリ流量計に標準コイルが用いられるようになる。
【０００８】
円筒形バランスバーを用いる従来技術の直管型コリオリ流量計の他の問題は、バランスバーの端部に受けバーという別個の要素が取り付けられなければならないことである。受けバーはバランスバーの縦方向の軸に垂直な平面を有するリング状の要素である。各々の受けバーの外周は各々の端部においてバランスバーの内壁に取り付けられている。各々の受けバーは受けバーを通って突出し末端が端側フランジになっている流管を受け入れるための中心の開口を有する。受けバーは従来その外周でバランスバーに、内周で流管にろう付けないし溶接されている。受けバーは受けバー及び流管が単一の振動構造体として連結されるようにする経路となる。受けバーと他の部分との間の接合部の一体性が重要である。４つのろう付けあるいは溶接された接合部のいずれかが不完全であるか、他の欠陥がある場合、流量計の性能及び信頼性が低下する。４つの接合部が重要な領域にあることが問題となる。
【０００９】
それゆえ、単管式コリオリ流量計におけるバランスバーとして円筒形部材を用いることは、バランスバーの共振振動数を低下させること、バランスバーの横方向振動を減少させること、駆動源及びピックオフコイルをバランスバーに装着すること、別個の受けバーがバランスバーの端部と流管とを連結するのが必要であることにおいて問題を生ずることがわかる。
米国特許第４８３１８３５号は、流管が第２のモードのような、より高い反対称モードにおける強制振動ないし固有振動の振動数にほぼ等しい共振振動数で振動するコリオリ型質量流量計を開示している。好ましい実施例において、流量計は対称的で、振動の振幅が最大になる点での振動に対して低い曲げ抵抗を与える長円形断面を有している。この好ましい実施例は、流管の対称面の両側で等しい間隔にある振動方向における流管の速度に比例した２つの信号を発生し、２つの信号の和及び差を発生し、その和を積分し、積分された信号と２つの信号の差とを復調してピーク振幅信号を生成し、このピーク振幅信号を分割して質量流量に比例する出力を生成する電子的信号検出／処理手段を用いている。この好ましい実施例は、さらに、流管内に装着された可撓性のダイアフラム及びバイパス回路を含む新規な音響波低下手段を含み、それにより音響波がダイアフラムに伝わることによって低下し、かくして流量計が音響波から分離される。
米国特許第５３８１６９７号は、流れる媒体を移送する直線状の測定用管と、測定用の管に作用する振動体と、コリオリ力及び／またはコリオリ力に基づくコリオリ振動を検出する２つの変換器とを含みコリオリの原理で動作する、流れる媒体の質量流量計を開示している。この流量計はまた測定用管を保持する取付け管と、振動体と、測定用管の温度を検出し測定用管の温度に応じて測定された値を修正する２つの温度検出器及び変換器を有している。測定用管と取付け管とは相対的な軸方向の移動を除去するようにして相互に連結されており、測定用管と取付け管との連結点の間の軸方向の間隔は測定用管の振動長さとなる。この質量流量計は、単純な方法で測定された値が主として温度変化や外部から作用する力によらず、また測定用管の振動長さの変化を検出する長さ変化検出器が測定用管の長さとそれに加わる応力に応じて測定値を修正することができるようにな形態になっている。
【００１０】
【解決策】
上述した、また他の問題は、従来技術の円筒形バランスバーの上述した問題を克服するバランスバーを含む装置及びその製造方法に関する本発明によって解決され、技術的進歩がなされる。本発明のバランスバーは軸方向の中心部分、中心部分の各々の側における空所及び各端部における円筒形要素とを有する中空の細長い部材からなる。バランスバーはまたバランスバーの全長にわたって延びるサイドリブを含む。バランスバーは駆動源及びピックオフ要素の装着に適合するための孔を有する平坦な面を与える鋳造工程によって形成されるのがよい。
【００１１】
中心部分の各々の側に空所を設けることにより駆動平面内での振動に対するバランスバーの剛性が低下する。これによりバランスバーの共振振動数が低下して物質が充満した流管の共振振動数に等しくなる。バランスバーの共振振動数を低下させるこの方法は従来技術の流量計における錘の使用に対する改善となる。錘は全ての方向の振動数を低下させる。しかしながら空所は１つの平面内における駆動モードの振動数を選択的に低下させるように配置できる。本発明において、空所は駆動モードにおける最大の曲げ応力を受けるバランスバーの領域に配置される。これは中立軸の近くにバランスバーの材料を残存させ駆動平面内での共振振動数を低下させる。しかしながら横方向の振動数はそれほど低下しない。横方向の振動に関して、空所は中立軸の領域から材料を除去し、最も曲げ応力が大きい領域に材料を残存させる。
【００１２】
空所は他の利点を有している。バランスバーの軸方向の中心領域から駆動モードにおける剛性を除去するとバランスバーの端部及び受けバーにおける他の駆動モードの剛性の多くが残存する。このように剛性を設定することにより広い範囲の流体密度にわたって流体のバランスを維持できるようになる。バランスのとれた流量計において、流管、バランスバー及び受けバーは動的な系を構成する。流管はバランスバーとは位相が外れて振動する。受けバーの部分は流管とともに振動し、他の部分はバランスバーとともに振動する。各々の受けバーにおける振動しない節面が２つのグループを分離する。
【００１３】
流体の密度が増大すると、節面は内方に流管に向かって移動する。移動の際に、節面は受けバーの領域を節面の流管の側から節面のバランスバーの側に移す。これにより領域の質量が（重過ぎる）流管から（軽過ぎる）バランスバーに移り、それによって流量計のバランスをとるのに助長される。移った質量はまたそれとともに剛性を有する。しかしながら、短いばねは長いばね（他の点では全て等しい）より剛性が大きいので、剛性が他方の方向に、バランスバーから流管に移る。これははまた蜜度の高い流体によって低下していた流管の共振振動数を高めることにより流量計のバランスをとるのを助長する。このように剛性が移ることによりまたバランスバーの共振駆動振動数が低下して流管の駆動振動数の近接したものになる。共振振動数の間の均等性が維持されれば、流管とバランスバーとはバランス状態を維持するように振動の振幅を調節するであろう。
【００１４】
流体の密度が変化する際にこのように質量及び剛性が移ることは、従来技術においてほぼ十分なだけの質量あるいは剛性が移ることがないこと以外は、広い範囲の物質の密度にわたって流量計のバランスを維持する理想的な方法であろう。受けバーは小さいので、変位する節面によって移る質量は小さい。さらに、従来の流量計におけるバランスバーの剛性はバランスバーの円筒全体にわたって拡がるので、剛性の移りも小さい。しかしながら、本発明のバランスバーは空所により中心領域から剛性を除去している。これによりバランスバーの端部と受けバーとに剛性が集中する。それゆえ流対密度が変化すると、節面の移動でより多くの剛性が移る。これにより従来の流量計より広い範囲の流体密度にわたってより良好なバランスが得られる。
【００１５】
本発明のバランスバーにおける空所はまたバランスバーの第２の曲げ振動モードの共振振動数を低下させる。このモードは、節面の各々の側における撓みの振幅が反対の符号を有するようにしてバランスバーの中心部に節面を有する点において、流管のコリオリ撓みと同様な形状である。バランスバーの第２の曲げモードは流管のコリオリ撓みによって励振させされる。バランスバーの励振は、流管のコリオリ撓みに似ているので、コリオリ状の応答ないし撓みと称せられる。第２の曲げの共振振動数はコリオリ撓みの振動数（駆動振動数）より高いので、バランスバーのコリオリ状撓みは流管のコリオリ撓みと位相が合っている。ピックオフは流管とバランスバーとの間の相対的な運動を測定するので、この位相の合った運動により流管の見かけ上のコリオリ撓みの振幅が減少する。ピックオフからの見かけ上のコリオリ撓みの信号がより小さくなると流量計の感度が低下することになる。しかしながらバランスバーの第２の曲げモードのコリオリ状励振による感度の低下は流量計の流れ感度が流体の密度によらないようにするために用いられる。
【００１６】
従来のコリオリ流量計は流体の密度の増大に応じて低下する流れ感度を有する。流量計電子回路はこのシフトを補償しなければならない。このシフトの理由は、ピックオフ信号の出力振幅が流管とバランスバーとの間の相対的速度に比例することである。流管は流れに応じてコリオリ撓みを生ずるが、従来技術のバランスバーでは生じない。各々のピックオフ出力は位相シフトした流管のコリオリ撓みの速度と位相シフトしていないバランスバーの速度とのベクトル和である。かくしてそのピックオフ間の正味の位相シフトはバランスバーの位相シフトしていない振動によって減少する。バランスバーの振動の駆動振幅が流管の振動の駆動振幅に比較して大きければ、正味の位相シフトの出力が大幅に減少する。バランスバーの駆動振動の振幅が流管に比較して小さければ、正味の位相出力はわずかに減少するにすぎない。この考え方が米国特許第５９６９２６５号の図２７及び２８に詳細に示されている。
【００１７】
流体の密度に応じた流れ感度のシフトは、流管とバランスバーとの間の振幅比が流体の密度に応じてシフトすることによる。高い密度の流体では、流管の駆動振幅はバランスバーの駆動振幅に比較して減少し、流れ感度が低下する。低い密度の流体では、流管の駆動振幅はバランスバーの駆動振幅に比較して増大し、流れ感度が上昇する。
【００１８】
本発明のバランスバーはバランスバーの第２の髷モードの振動数を低下させる空所によってこの問題を克服する。流管のコリオリ撓みによるバランスバーの第２の曲げモードの位相が合ったコリオリ状励振は流量計の感度を低下させることは公式的に説明されている。バランスバーの第２の曲げモードのコリオリ状励振の程度は、コリオリ（駆動）振動数からのバランスバーの第２の曲げ共振振動数の間隔の関数である。２つの振動数が近接していれば、第２の曲げのコリオリ状撓み振幅は大きく、流れ感度の減少が大きい。振動数の間隔が大きければ、バランスバーの第２の曲げのコリオリ状撓み振幅は小さく、流れ感度の減少は小さい。バランスバーの第２の曲げモードの振動数は流体の密度に応じて変化しないが、駆動振動数は流体の密度に応じて変化する。かくして密度の高い流体では、駆動振動数が低下し、駆動振動数とコリオリ状撓みの共振振動数との振動数間隔は増大し、感度の低下が減少する。同様に、密度の低い理由体では、駆動振動数が上昇し、振動数間隔が減少し、感度の低下が増大する。流体の密度に応じたこの流れ感度のシフトは振幅比のシフトによる密度に応じた感度のシフトとは反対である。駆動振動数からのバランスバーの第２の曲げ振動数の適当な間隔設定を行うことによって、変化する振幅比による感度のシフトと変化するバランスバーの第２の励振によるシフトとが相互に打ち消し合うようにできる。これにより流体の密度によらない流れ感度を有する流量計が得られる。
【００１９】
バランスバーの中心部分のいずれかの側における空所は流体密度によらない流れ感度を有する流量計とするようにバランスバーの第２の曲げ振動数を設定するために用いられる。より大きい空所は駆動振動数及びバランスバーの第２の曲げ振動数の両方を低下させようとする傾向になり、空所をピックオフの位置に向かって外方に移動させることは駆動振動数を上昇させバランスバーの第２の曲げ振動数を低下させようとする傾向になる。空所の適当な大きさ及び位置によって、流体の密度によらない流れ感度を与えるように振動数間隔が正規の値に設定される。
【００２０】
本発明のバランスバーはまたバランスバーの駆動振幅が流管の駆動振幅より低くなるようにする中心部分を有している。前述したように、与えられた流量でのピックオフ信号間の位相シフト（移相）は、位相シフトしていないバランスバーの運動によって減少する。バランスバーの中心部分に質量を、また端側部分に剛性を与えることによって、バランスバーの駆動振幅が減少して流量計のバランスを維持するようにできる。流管に比較してバランスバーの駆動振幅を減少させるとピックオフからの位相シフトが増大し、かくして流量計の流れ感度が高くなる。鋳造によるバランスバーでは、バランスバーの振幅を減少させるのにそれほど労力及び経費を加えずに、バランスバーに質量及び剛性がどのような大きさ及び位置でも付加される。
【００２１】
本発明のバランスバーのさらに他の利点は、サイドリブがバランスバーの駆動平面の振動を実質的に影響を受けないようにして横方向の振動の振動数を上昇させることである。これにより望ましくない横方向の振動の振幅が最小になり、その振動数が上昇する。サイドリブによるこの振動数の制御により所望のコリオリ撓み信号が付随する流量計電子回路に与えられ、望ましくない振動数を表す信号はその大きさが減少してコリオリ撓み信号からの振動数間隔が増大するようになる。これによりコリオリ撓み信号の信号処理が容易になり、コリオリ流量計の出力データの精度が高まる。
【００２２】
本発明の第１の実施例によるバランスバーの鋳造によりまた製造工程は流量計が組立てられる時にバランスバーに装着される駆動源及びピックオフの装着面及び孔を形成することができるようになる。これによりバランスバーから物質を加工し除去するのではなく物質が付加されるようにしてピックオフを装着するためのパッドが可能になる。パッドを付加することにより、バランスバーの壁厚は局所的に減少せず、かくしてピックオフ装着固定具のための孔を穿設するのに十分な材料があることになる。
【００２３】
本発明の第１の実施例のさらに他の利点は、製造工程がバランスバーの端部と一体的な受けバーを設けることを含むことである。一体的な受けバーは流量計の全長にわたって各端部のフランジまで延びる流管を受け入れるための中心の開口を有する。一体的な受けバーは本来は受けバーをバランスバーに連結するために必要とされていた２つの重要なろう付け接合部を省略する。
【００２４】
本発明の第１の実施例のさらに他の特徴及び利点は、本発明のサイドリブがバランスバーと一体的であって、空所の領域におけるバランスバーに付加された断面積を与える。この付加された断面積は、流管またはケースによってバランスバーに加わる圧縮または引っ張りの熱的な力によるバランスバーにおける高い応力を減少させる。バランスバーの中心部分の各々の側の空所は、従来のバランスバーに適用されたとすると、局所的に減少した断面積になり、従来のバランスバーを弱くするであろう。温度差の結果従来のバランスバーに加わる軸方向の応力及び軸方向の力は空所に近接した領域で許容できないほどに高い応力になるであろう。しかしながら、本発明のバランスバーはこれらの領域においてサイドリブによって増大した断面積を有しており、かくして熱的に生じた応力は許容できる程度に低下する。
【００２５】
前述した特徴を全て有するバランスバーの鋳造によって従来の円筒形バランスバーに必要とされていた機械加工、溶接、あるいはろう付け作業の多くの必要性が削除される。本発明のバランスバーは従来用いられていた直管型コリオリ流量計の欠点を克服することにより技術的進歩を達成する。
【００２６】
本発明の１つの面は、
流れる物質を受け入れる流管と、
該流管に受けバー手段によって連結される端部を有するバランスバーと、
該流管及びバランスバーを物質の流れを有する該流管の共振振動数に実質的に等しい駆動振動数で位相が反対になるように振動させ、該振動及び物質の流れが統合的に上記流管にコリオリ撓みを生ずるように作用するようにした駆動源と、上記コリオリ撓みに応じた物質の流れに関する情報を表す信号を生成する上記流管に連結されたピックオフ手段と、
を有するコリオリ流量計において、
上記バランスバーの横方向の振動の共振振動数を上昇させる上記バランスバーにおける少なくとも１つのリブ要素
をさらに有することを特徴とするコリオリ流量計
である。
【００２７】
本発明の他の面は、上記少なくとも１つのリブが上記バランスバーと一体的であることである。
本発明のさらに他の面は、上記少なくとも１つのリブが上記バランスバーに取り付けられていることである。
本発明のさらに他の面は、上記少なくとも１つのリブが上記バランスバーの一方の側にあり、該バランスバーの縦方向の軸に平行に平行に向いていることである。
本発明のさらに他の面は、上記少なくとも１つのリブが上記バランスバーの実質的に全長にわたって延びていることである。
本発明のさらに他の面は、上記少なくとも１つのリブが上記バランスバーだけに取り付けられ、該バランスバーの縦方向の軸に平行に平行に向いていることである。
本発明のさらに他の面は、上記少なくとも１つのリブ要素が上記バランスバーの両側に配置された１対のリブからなり、上記リブが上記バランスバーの長さより短くなっており、上記バランスバーが円筒形で上記流管を取り囲むようにしたことである。
本発明のさらに他の面は、上記バランスバーが空所を含み、上記リブが上記空所に近接した上記バランスバーの部分において上記バランスバーの断面積を増大させて上記バランスバーの軸方向の剛性を増大させるとともに上記流管が長さを変化させようとする時には上記バランスバーに軸方向に生ずる引っ張り及び圧縮の力に抗するようにしたことである。
【００２８】
本発明のさらに他の面は、上記バランスバーが空所を含み、上記リブが上記バランスバーの空所に近接した部分で上記バランスバーの断面積を増大させて、上記バランスバーの軸方向の剛性を増大させるとともに上記流管が長さを変化させようとすると上記流管に軸方向に生ずる引っ張り及び圧縮の力に抗するようにすることである。
【００２９】
本発明のさらに他の面は、上記駆動源が駆動磁石及び駆動コイルを含み、上記コリオリ流量計がさらに、
上記磁石を受け入れるための上記バランスバーにおける孔と、
上記駆動コイルを上記バランスバーに取り付けられるようにする上記バランスバーに近接してこれと一体的な第１の装着要素と、
をさらに含むようにしたことである。
【００３０】
本発明のさらに他の面は、上記駆動コイルを取り付けられるようにする上記第１の装着要素が
上記バランスバーにおける軸方向中心部分と、
中心の開口を有する上記中心部分における平坦な面と、
を含み、上記開口を通って上記駆動磁石が上記駆動コイル内に入り込めるようにしたことである。
【００３１】
本発明のさらに他の面は、上記ピックオフ手段を上記バランスバーに取り付けられるようにする上記バランスバーと一体的な第２の装着要素を有することである。
【００３２】
本発明のさらに他の面は、上記ピックオフを取り付けられるようにする上記第２の要素が上記ピックオフ手段を上記バランスバーに取り付けるのを容易にする上記バランスバーにおける開口を有する平坦な面を含むことである。
本発明のさらに他の面は、上記バランスバーと一体的な要素が駆動モードにおける上記バランスバーの共振振動数を駆動モードにおける上記物質で充満した流管の共振振動数の方に向かって低下させ、上記バランスバーの共振振動数を低下させる上記要素が上記バランスバーと一体的な可撓性の増大した要素からなり、上記バランスバーの部分の可撓性を増大させる上記要素が上記バランスバーの中心部分の各々の軸方向の側における上記バランスバーの空所からなるようにしたことである。
【００３３】
本発明のさらに他の面は、上記受けバー手段が各々上記バランスバーの異なる端部において上記バランスバーと一体的な別個の受けバーを形成し、各々の受けバーが、上記流管を受け入れるための中心の開口を有し、また上記バランスバーの縦方向の軸に垂直な面を有する円形の部材であるようにしたことである。
【００３４】
本発明のさらに他の面は、コリオリ流量計として組立てる前にバランスバーにその後に必要とされる機械加工作業の量を実質的に減少させる鋳造工程を用いたコリオリ流量計のバランスバーを製造する方法において、
上記鋳造工程が
流管を受け入れるようにした半径方向中心の開口を有する上記バランスバーの細長い部材をなす空洞と、
上記バランスバーと一体的で上記細長い部材の各々の端部における中心の開口を有する受けバーをなす空洞部分と、
上記バランスバーにおける少なくとも１つの空所をなす空洞と、
上記バランスバーの横方向振動の振動数を上昇させるように上記バランスバーと一体的にした少なくとも１つのリブ要素をなす空洞部分と、
を含む鋳型を形成し、
上記少なくとも１つのリブ要素が、上記バランスバーの側部にあって上記バランスバーの縦方向の軸に平行に向いたリブからなり、
上記リブは、上記流管が長さを変化させようとする時には上記バランスバーに軸方向に生ずる引っ張りないし圧縮の力を相殺する少なくとも１つの上記空所に近接した領域における上記バランスバーの断面積を増大させる要素を含み、
上記鋳型を形成する方法がさらに、上記空洞に溶融材料を充填して上記バランスバーを形成し、成形されたバランスバーを上記鋳型から引き出すステップを含むようにしたことである。
【００３５】
本発明のさらに他の面は、上記形成するステップにより形成される上記鋳型が上記バランスバーに駆動源を取り付けられるように上記バランスバーと一体的で上記バランスバーの軸方向中心部分をなす第１の装着要素をなす空洞部分と、
上記バランスバーに上記駆動源を取り付けられるようにする中心の開口を有する上記中心部分における平坦な面と、
をさらに含むようにしたことである。
【００３６】
本発明のさらに他の面は、上記形成された鋳型が上記ピックオフ手段を上記バランスバーに取り付けられるようにする上記バランスバーと一体的な第２の装着要素をなす空洞部分をさらに有し、上記第２の装着要素が上記ピックオフ手段の上記バランスバーへの取り付けを容易にするための上記バランスバーにおける開口を有する平坦な面を含むようにしたことである。
【００３７】
本発明のさらに他の面は、上記形成された鋳型が上記バランスバーの共振振動数を上記物質が充満した流管の共振振動数に向かって低下させるように上記バランスバーと一体的な要素をなす空洞部分をさらに含み、
上記バランスバーの共振振動数を低下させる要素が上記バランスバーと一体的な可撓性の増大した部分からなり、
上記バランスバーの部分の可撓性を増大させる部分が上記バランスバーの中心部分の各々の側での上記バランスバーにおける空所をなす切取られた部分からなる
ようにしたことである。
【００３８】
本発明のさらに他の面は、上記形成された鋳型が
上記バランスバーの振動の振幅を上記流管の振動の振幅より小さくする上記バランスバーと一体的な部分からなる空洞部分
をさらに含むようにしたことである。
【００３９】
本発明のさらに他の面は、上記バランスバーの第２の曲げの振動数を低下させる要素がまた上記流れる物質の密度によらないコリオリ流量計の較正ファクターとなるようにしたことである。
【００４０】
本発明のこれらの、また他の利点は添付の図面を参照してよりよく理解されよう。
〔図１の説明〕図１は直管型コリオリ流量計１００において実施された本発明のバランスバー１０２を示している。図１の流量計はバランスバー１０２と、バランスバー１０２内に配置された流管１０１と流管及びバランスバーを収容するケース１０３を含む。流管は、フランジ１０９における入口側端部１１４から、円錐状連結部分１１６、ケース連結リンク１１７及びバランスバー１０２、流量計の右側の円錐状連結部分１１６を経て流量計の出口側端部へと、流量計１００の全長にわたって延びる。フランジ１０９は流量計１００が連結される供給システムに取り付けるのを容易にするための複数の孔１１１を含む。フランジ１０９はフランジ面１１２から突出しフランジ１０９と一体的な円形のワッシャ１１３を有する。流管１０１の左側端部はフランジ１０９及びワッシャ１１３を通り抜け密封可能に取り付けられたワッシャ１１３の左側の軸方向の面と同一面になっている。流管１０１は流管の振動を最小にするように円錐状連結部分１１６に密封可能に固着状態で連結されている。流管１０１は流管１０１と，ケース連結リンク１１７と、バランスバー１０２の左側端部とに固着状態で連結された受けバー１０５を通って延びている。
【００４１】
ケース１０３はケース端部１０３はケース壁部１０４を有し、各々の端部において各々のフランジ１０９の軸方向内面まで延びるネック部１０８を有する円錐形状のケース端部１０７に溶接部材１０６によって連結されている。各々のケース連結リンク１１７はその端部においてケース１０３の壁部１０４の内面１１０に連結されている。ケース連結リンク１１７は流管及びバランスバーの端部の振動を最小する。
【００４２】
バランスバー１０２は中心部分１１９に連結された駆動源Ｄと１対のピックオフＬＰＯ及びＲＰＯとを有する。周知のようにして、駆動源Ｄはバランスバー１０２と流管１０１と反対の位相になるようにして振動させる。振動する流管１０１を通る物質の流れにより流管にコリオリ撓みが発生する。このコリオリ撓みは従来のようにして左側のピックオフＬＰＯ及び右側のピックオフＲＰＯによって検出される。ピックオフによって生ずる出力信号は供給部１２１を通して導線１２２及び１２３を介して流量計電子回路１２５に伝えられる。流量計電子回路１２５はまた導線１２４を介して駆動源Ｄに信号を供給して流管及びバランスバーを物質が充満した流管の共振振動数で振動させるようにする。流量計電子回路１２２及び１２３を介してピックオフの信号を受け取り、それを処理して、線路１２６を介してその出力データ利用回路（図示せず）に供給する。線路１２６に出力された情報は物質の流れに関する情報を含む。
【００４３】
〔図２及び３の説明〕図２及び３は本発明のバランスバーをさらに詳細に示している。図２は図１のバランスバー１０２をさらに詳細に示している。図３はバランスバー１０２が流管１０１とケース連結リンク１１７と受けバー１０５とに連結されている流量計の部分的に組立てられた状態におけるバランスバー１０２をさらに詳細に示している。
【００４４】
図２において、バランスバー１０２は出口側端部２０４を有する円筒形部分と、右側本体部分２０１及び左側本体部分２０２とを有する円筒形部分からなる。本体部分２０１及び２０２は出口側端部２０４によって示されるように円筒形状である。リブ２０３は左側及び右側の本体部分２０２及び２０１を含むバランスバーの各々の側と一体的である。バランスバー１０２は駆動源Ｄの磁石を受け入れるための孔２２１を有する中心部分１１９をさらに含む。バランスバー１０２は中心部分１１９の左側の空所２１８と中心部分１１９の右側の空所２１９とをさらに含む。バランスバー１０２は左側の部分２０２において平坦な面２０９を有するピックオフ装着部分２０７と右側の部分２０１において平坦な面２１１を有する同様なピックオフ装着部分２０８とをさらに含む。装着部分２０７は左側のピックオフＬＰＯの磁石を受け入れるための開口２１２を含む。装着部分２０８はピックオフＲＰＯのコイルの装着を容易にするための開口２１３を含む。孔２１４と面２０９及び２１１とはバランスバー１０２へのピックオフＲＰＯ及びＬＰＯのコイルの装着ハードウェアの係合を容易にする。平坦な面２１６及び２１７はバランスバー１０２への調整錘（図示せず）の装着を容易にする。この調整錘は製造工程での変動を克服するように流量計のバランスを調整するために用いられる。中心部分１１９における開口２２１は駆動源Ｄのコイルに磁石を挿入するのを容易にする。ねじ孔２２２は駆動源コイルのコイルハードウェアをバランスバーに装着するのを容易にする。
【００４５】
バランスバー１０２はバランスバーとして円筒形部材を用いた従来の直管型コリオリ流量計のバランスバーに対する利点を表している。サイドリブが受けバー１０２の望ましくない横方向の振動を禁止して所望の垂直方向振動、特に駆動モードの垂直方向の振動にほとんど作用しないので、受けバー１０２にサイドリブ２０３を設けるのは有利である。サイドリブ２０３と中心部分２２４及び２２５はまた、空所２１８及び２１９に近接したバランスバーの領域においてバランスバー構造に付加的な断面積を与えるという点において有利である。このリブの付加的な断面積はケースと流管とによって与えられる引っ張り及び圧縮の熱的応力に抗する強度をバランスバーに与える。リブ部分２２４及び２２５は空所２１８及び２１９によって与えられる剛性の欠損を補償する。筒体から機械加工された従来の円筒形バランスバーにはリブがなく、空所２１８及び２１９と同様な空所があるとすれば、空所の近くでのバランスバーの熱的応力は許容できない程度に高くなるであろう。
【００４６】
バランスバー１０２は、ピックオフＲＰＯ及びＬＰＯをバランスバー１０２に装着するのを容易にする部分２０７及び２０８を含むように製造されるので、さらに利点を有する。部分２０７及び２０８の平坦な面２０９及び２１１はピックオフＲＰＯ及びＬＰＯをバランスバーに装着するための理想的な面を与える。これはピックオフのコイルを装着するためのねじ孔とピックオフの磁石を受け入れるための大きい孔とを有する円筒形部材のほかに何もない従来のバランスバーに対する利点である。あるいは、従来のバランスバーは各々のピックオフのために加工された平坦部を有するようにされよう。しかしながら、これはねじ孔の領域においてバランスバーを過度に薄くするであろう。平坦な面２０９及び２１１とともに部分２０７及び２０８があることはピックオフのコイルとそれに付随するハードウェアとの改善された装着手段を示すものである。
【００４７】
本発明のバランスバーは、開口２２１を有する中心部分１１９を含むので、さらに利点がある。中心部分１１９の各々の側に空所２１８及び２１９を設けるとバランスバーはその剛性が低下することにより可撓性が増大する。これにより駆動モードのバランスバーの共振振動数が物質の充満した流管の共振振動数に向かって低下する。流量計の振動のない動作を得るために共振振動数の合わせることが必要である。バランスバーの中心の近くから剛性を除去することにより他の剛性が受けバー１０５の領域に集中するが、これにより流量計が広い範囲の流体密度にわたってバランスのとれた状態にされる。これは、バランスバーがバランスバーの駆動振動数を物質の充満した流管の駆動振動数を合わせるように錘を付加して調節され較正されなければならない円筒形部材からなる従来の流量計に対して、際だった利点である。さらに、異なる密度の流体で動作するためには異なる錘が設けられなければならない。
【００４８】
空所２１８及び２１９を設けるのはまた第２の曲げモードにおけるバランスバーの剛性を低下させるという点において利点がある。これにより流管のコリオリ撓みに応じてバランスバーのコリオリ状撓みが流体の密度に応じた流れ感度の変化を打ち消すことができる点まで第２の曲げの共振振動数が低下する。これは密度によらない流量計の較正ファクターが得られるので利点がある。
【００４９】
本発明のバランスバーはさらに、バランスバーの他の部分より大きい壁厚を有し、かくしてより大きい質量を有する中心部分１１９を設けるので、有利である。この質量によりバランスバーの駆動モード振動の振幅が流管の駆動モードの振幅より低くなるまで低下する。これは前述したように流量計の流れ感度を高めるという点で利点がある。駆動モード振動の振幅が最も大きいバランスバーの中心部に向かって質量が集中するのはバランスバーの材料の最適な使用形態となる。振動の振幅が小さいバランスバーの端部近くに同じ質量が配置されるのは流量計のバランスあるいは振幅比にほとんど効果を及ぼさないであろう。従来の流量計のバランスバーは一様な壁厚の筒体からなる。これはバランスバーに付加的な質量の部分を配置することを必要とする。
【００５０】
本発明のバランスバーはバランスバー１０２と一体的な受けバー１０５を含むように形成されるので、さらに利点がある。これはバランスバーと受けバーとが別個の要素であって流量計の組立ての際にそれらを形成し、組立て、相互に取り付けなければならなかった従来の流量計のバランスバーに対して際だった利点である。バランスバーと流管との間のろう付けないし溶接部を４箇所から２箇所に減少させることにより製造経費が低下し、流量計の信頼性が高まる。
【００５１】
要するに、バランスバー１０２はこれが備えられる流量計の必要性に見合った特定の知られた動作特性を有するように製造されるので利点がある。その鋳造による製造により所望のモードの振動数が最適の値を有する調整するのに設計上の柔軟性が与えられる。また問題のモードの振動数を動作振動数から分離しそれによって流量計の性能に対する悪影響をなくすように変化させるという特徴が与えられる。さらに鋳造による製造によりコイルの装着のためのパッドや一体的な受けバーのような特徴が得られ、それにより製造経費が低下する。所望の知られた特性を有するバランスバーを用いることはバランスバーとして円筒形部材を用いる従来のものに比較してはるかに優れている。
【００５２】
本発明は好ましい実施例として記載されたことに限られることはなく、他の修正、変形を行ったものにも及ぶことが理解されよう。例えば、本発明は単管式直管型コリオリ流量計の一部からなるものとして説明したが、本発明はこれに限られることなく、不規則な、あるいは曲線形状の単管式流量計や複数本の管を有するコリオリ流量計を含む他の型のコリオリ流量計にも用いられよう。
【００５３】
また、本発明のバランスバーの第１の実施例は鋳造工程により一体的構造をなすように製造されるものとして説明した。しかしながらこのバランスバーは本願の装置の発明として規定される構成のバランスバーを製造するいかなる方法によって製造されてもよい。他の製造方法は鋳造工程で別個の部分を形成し、この別個の部分が後工程で本発明のバランスバーを形成するように同時に形成されるようにした第２の実施例を含む。かくして第２の実施例によれば、サイドリブは別個に形成され、その後に本発明のバランスバーを形成するように円筒形部材に取り付けられよう。説明されたバランスバーはまた第３の実施例により加工工程によって、あるいは第４の実施例により本発明のバランスバーを形成するように接合される複数の別個の部分を製造する加工工程によって、形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例であるバランスバーを有する組立てられた直管型コリオリ流量計を示す図である。
【図２】  バランスバーのさらに詳細を示す図である。
【図３】  バランスバーを通り抜ける流管と組み合わせて、また図２のバランスバーの各端部に取り付けられたケース連結リンクと組み合わせて図２のバランスバーを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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