(57)【要約】  中央領域の外側表面に振動発生手段（３１）を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段（４１、４２）を備えた管状体（５３）、この管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台（５４、５４）、および両支持台を管状体の両外側の各々にて互いに接合する前記管状体に平行に配置された接続部材（５５、５５）を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極から構成されていることを特徴とするコリオリ流量計は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い。
2007136069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央領域の外側表面に振動発生手段を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段を備えた管状体、管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台、および両支持台を管状体の両側の各々にて互いに接合する該管状体に平行に配置された接続部材を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極から構成されていることを特徴とするコリオリ流量計。
【請求項２】
管状体の中央領域の前記振動発生手段が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極から構成された前記とは別の振動発生手段が備えられている請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項３】
各接続部材が、管状体の質量の０．３〜３．０倍の範囲内の質量を持ち、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極から構成された前記とは別の振動発生手段を備える請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項４】
管状体が、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された板材を積層して構成されている請求項１に記載のコリオリ流量計。
【請求項５】
各支持台及び各接続部材のそれぞれが、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された板材を積層して構成されている請求項４に記載のコリオリ流量計。
【請求項６】
圧電単結晶材料が水晶である請求項１に記載のコリオリ流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流量にて移動する流体の質量流量の測定に有利に用いることができるコリオリ流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ流量計は、管状体の内部を移動する流体に振動を付与した際に前記流体に作用するコリオリ力を検出して、このコリオリ力に相関する流体の質量流量を測定する装置である。【０００３】
図１は、従来のコリオリ流量計の代表的構成を示す平面図である。図１のコリオリ流量計１０は、中央領域の外側表面に振動発生手段１１を備え、そして振動発生手段１１の前方及び後方（図の左右の方向）に振動発生手段１１から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段１２、１２を備えた管状体１３、管状体１３の両端部のそれぞれを固定する支持台１４、１４、および両支持台を管状体１３の両外側の各々にて互いに接合する管状体１３に平行に配置された接続部材１５、１５などから構成されている。【０００４】
一般に、前記の管状体１３は、チタン、ジルコニウム、ステンレススチールあるいはハステロイなどの金属材料から形成される。また、各支持台１４及び各接続部材１５の各々は、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。一般に、振動発生手段１１としては、電磁オシレータや圧電素子が用いられ、そして各振動検知手段１２としては、電磁ピックアップや圧電素子が用いられている。【０００５】
コリオリ流量計１０において、管状体１３の内部を移動する測定対象の流体の質量流量は、例えば、次のようにして測定される。先ず、振動発生手段１１を駆動して管状体１３をその長さ方向に垂直な方向に振動させることにより、管状体１３の内部を移動する流体にコリオリ力を作用させる。次に、一対の振動検知手段１２、１２の各々が出力する、前記のコリオリ力の影響を受けて振動する管状体１３の前記振動に対応する交流電圧を検出し、両者の交流電圧の位相差を求める。この位相差は、コリオリ力、すなわち流体の質量流量に相関がある。そして、求められた位相差の値に基づき流体の質量流量が算出される。【０００６】
このように、管状体の内部を移動する流体の質量流量を、一対の振動検知手段の各々が出力する交流電圧の位相差を用いて測定する方法は、例えば、特許文献１に記載されている。【０００７】
図２は、特許文献２に記載された従来のコリオリ流量計の構成を示す平面図である。図２のコリオリ流量計２０は、中央領域の外側表面に一対の振動発生手段２１、２１を備え、そして振動発生手段２１、２１の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段２２、２２を備えた管状体（フローチューブ）１３、管状体１３の両端部のそれぞれを固定する支持台１４、１４、および両支持台を管状体１３の両外側の各々にて互いに接合する管状体１３に平行に配置された管状の接続部材（カウンターチューブ）２５、２５などから構成されている。【０００８】
コリオリ流量計２０の各振動発生手段２１としては、マグネット２１ａと一対のコイル２１ｂ、２１ｂとからなる電磁オシレータが用いられている。各振動発生手段２１は、管状体１３及び接続部材２５の各々の中央領域を互いに接続するように設置されている。これにより、各振動発生手段２１を駆動すると、管状体１３及び各接続部材２５の両者を互いに逆の位相にて振動させることができる。すなわち、各振動発生手段２１は、管状体１３に付与する振動を発生する手段として、更には各接続部材２５に付与する振動を発生する手段として用いられている。【０００９】
このコリオリ流量計２０は、三脚音叉型振動子の一対を各々の腕部の先端（管状体１３の中央の位置に相当する）にて互いに接合して一体化した振動体と同様の構成を有している。そして、前記のように管状体１３及び各接続部材２５（三脚音叉型振動子の各々の腕部に相当する）を互いに逆の位相にて振動させると、三脚音叉型振動子の場合と同様に、管状体１３の振動の各支持台１４への漏れが抑制される。このため、コリオリ流量計２０は、管状体１３の内部を移動する流体に大きなコリオリ力が作用し、このコリオリ力を検知することにより流体の質量流量を高感度にて測定することができる。
【特許文献１】特開平８−８２５４１号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記の図１あるいは図２に示す従来のコリオリ流量計は、チタン、ジルコニウム、ステンレススチール、あるいはハステロイなどの金属材料から形成された管状体の外側表面に、振動発生手段として用いる電磁オシレータや圧電素子、そして各振動検知手段として用いる電磁ピックアップや圧電素子を取り付ける必要があるため小型化が難しい。また、従来のコリオリ流量計は、金属製の管状体の振動周波数（測定対象の流体に付与する振動の周波数）が環境温度の影響を受けて変動するため、特に微小な流量にて移動する流体の質量流量を高精度で測定することが難しい。【００１１】
本発明の課題は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難いコリオリ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】
【００１２】
本発明は、中央領域の外側表面に振動発生手段を備え、そして振動発生手段の前方及び後方に振動発生手段から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段を備えた管状体、この管状体の両端部のそれぞれを固定する支持台、および両支持台を管状体の両側の各々にて互いに接合する前記管状体に平行に配置された接続部材を含むコリオリ流量計であって、管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段及び各振動検知手段のそれぞれが一対の電極から構成されていることを特徴とするコリオリ流量計にある。【００１３】
本発明のコリオリ流量計の好ましい態様は、次の通りである。
（１）管状体の中央領域の前記振動発生手段が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極から構成された前記とは別の振動発生手段が備えられている。
（２）各接続部材が、管状体の質量の０．３〜３．０倍の範囲内の質量を持ち、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極から構成された前記とは別の振動発生手段を備える。
（３）管状体が、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された板材を積層して構成されている。
（４）各支持台及び各接続部材のそれぞれが、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された板材を積層して構成されている。
（５）圧電単結晶材料が水晶である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコリオリ流量計は、その管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれが互いに同一の圧電単結晶材料（特に、水晶）から形成され、前記の管状体の外側表面に各々一対の電極からなる振動発生手段と一対の振動検知手段とが備えられた構成を有しているため、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のコリオリ流量計を添付の図面を用いて説明する。図３は、本発明のコリオリ流量計の構成例を示す斜視図であり、そして図４は、図３に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断したコリオリ流量計３０の断面図である。但し、図４には、図３に示す振動発生手段３１及び一対の振動検知手段４１、４２を記入していない。【００１６】
図３及び図４に示すコリオリ流量計３０は、中央領域の外側表面に振動発生手段３１を備え、そして振動発生手段３１の前方及び後方に振動発生手段３１から等しい距離を隔てて一対の振動検知手段４１、４２を備えた管状体５３、管状体５３の両端部のそれぞれを固定する支持台５４、５４、および両支持台を管状体５３の両側の各々にて互いに接合する管状体５３に平行に配置された接続部材５５、５５などから構成されている。そして、本発明のコリオリ流量計３０は、管状体５３、各支持台５４及び各接続部材５５のそれぞれが同一の圧電単結晶材料から形成され、そして振動発生手段３１、振動検知手段４１、および振動検知手段４２のそれぞれが一対の電極から構成されていることに主な特徴がある。【００１７】
本発明のコリオリ流量計の管状体、各支持台及び各接続部材のそれぞれを形成する圧電単結晶材料の例としては、水晶、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3）及びリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3）が挙げられる。【００１８】
圧電単結晶材料から形成された圧電体と、その表面に付設された一対の電極とからなる圧電素子は、圧電材料として代表的な圧電セラミック材料を用いる場合と比較して、環境温度の影響を受け難い（環境温度が変動した場合であっても安定した周波数にて振動する）。【００１９】
図３及び図４に示すコリオリ流量計３０では、圧電単結晶材料として、特に環境温度の影響を受け難い振動子を構成することができる水晶が用いられている。図３に記入した矢印５６、矢印５７及び矢印５８は、それぞれ水晶の結晶軸のＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）の方向を示している。なお、以下の説明では、圧電単結晶材料として水晶を用いる場合を代表例として、本発明のコリオリ流量計を説明する。【００２０】
振動発生手段３１は、一対の電極３１ａ、３１ａから構成されている。同様に、振動検知手段４１は、一対の電極４１ａ、４１ａから構成され、そして振動検知手段４２は、一対の電極４２ａ、４２ａから構成されている。これらの電極の各々は、例えば、金、インジウム、あるいはアルミニウムなどの金属材料から形成される。【００２１】
振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａは、管状体５３を形成する水晶のＸ軸方向に沿って互いに間隔をあけて平行に配置されている。振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａ、そして振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａの配置は、それぞれ振動発生手段３１の場合と同様である。【００２２】
振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａに交流電圧を付与すると、水晶製の管状体５３の上側の壁体のみがＹ軸方向に伸縮（振動）する。その一方で管状体５３は、その両端部の各々を固定している支持台５４、５４と、そして両支持台を互いに接合する接続部材５５、５５とから構成される剛性を持つ枠体に支持固定されている。その結果、管状体５３は、その両端部を振動の節とし、上下方向（水晶のＺ軸と平行な方向）に振動する。この振動が管状体５３の内部を移動する流体に付与されることにより、この流体にコリオリ力が作用する。【００２３】
すなわち、コリオリ流量計３０においては、水晶（圧電単結晶材料）製の管状体５３の壁体と、その表面に備えられた振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａとにより構成される圧電素子を用いて、管状体５３の内部を移動する流体に振動を付与する。【００２４】
そして、前記のコリオリ力の影響を受けながら振動する管状体５３に備えられている振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａが出力する交流電圧と、振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａが出力する交流電圧との位相差が求められる。【００２５】
すなわち、コリオリ流量計３０においては、水晶（圧電単結晶材料）製の管状体５３の壁体と、その表面に備えられた振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａとにより構成される圧電素子、そして管状体５３の壁体と、その表面に備えられた振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａとにより構成される圧電素子を用いて、前記の交流電圧の位相差を求める。【００２６】
前記のように、求められた位相差は、コリオリ力、すなわち流体の質量流量に相関があるため、この位相差の値に基いて、管状体５３の内部を移動する流体の質量流量を算出することができる。【００２７】
このように、本発明のコリオリ流量計３０は、従来のコリオリ流量計の場合のように、測定対象の流体に振動を付与する電磁オシレータや圧電素子、そして管状体の振動を検知する電磁ピックアップや圧電素子を管状体の外側表面に付設する必要がないため、小型の流量計としての製造が容易である。【００２８】
また、前記の従来のコリオリ流量計では、例えば、電磁オシレータや圧電素子にて発生した振動波の一部分が管状体の外側表面にて反射され、この振動波の持つエネルギーが熱に変換されて損失を生じる。一方、本発明のコリオリ流量計では、電磁オシレータや圧電素子にて発生した振動を付与して管状体を振動させるのではなく、管状体の壁体を直接振動させるため、前記のような振動エネルギーの損失を生じることはない。従って、本発明のコリオリ流量計は、測定対象の流体に大きな振幅を持つ振動が付与され、この流体に大きなコリオリ力を作用させることができるため、流体の質量流量を高感度にて測定することができる。【００２９】
そして、コリオリ流量計３０は、前記のように管状体５３が水晶（圧電単結晶材料）から形成されており、環境温度が変動した場合であっても流体に安定した振動を付与することができるため、管状体５３の内部を移動する流体の質量流量を安定した高い感度にて測定することができる。【００３０】
更に、本発明のコリオリ流量計３０においては、管状体５３のみならず、各支持台５４、そして各接続部材５５のそれぞれが、管状体５３を形成する圧電単結晶材料と同一の圧電単結晶材料（すなわち、水晶）から形成されている。【００３１】
これにより、コリオリ流量計３０においては、例えば、環境温度の上昇により、管状体５３、各支持台５４、そして各接続部材５５が熱膨張した場合であっても、各々の熱膨張係数が互いに同一であるため、管状体５３に生じる内部応力が極めて小さい。このため、コリオリ流量計３０は、環境温度が変動した場合であっても、極めて安定した高い精度にて流体の質量流量を測定することができる。なお、環境温度の変動により管状体５３に大きな内部応力が生じると、一対の振動検知手段４１、４２の各々が出力する交流電圧が変動するため、流体の質量流量の測定精度が低下する。【００３２】
図５は、図３のコリオリ流量計３０の分解斜視図であり、そして図６は、図５に示す圧電単結晶板５９ｃを裏返して配置した状態を示す斜視図である。コリオリ流量計３０は、例えば、次の手順により作製することができる。【００３３】
先ず、三枚の水晶板５９ａ、５９ｂ、５９ｃ（互いに同一の圧電単結晶材料から形成された三枚の板材）を用意する。次に、水晶板５９ａ、５９ｃの各々に二本の長孔６１、６１を、そして水晶板５９ｂに、前記と同様の二本の長孔６１、６１と、測定対象の流体の流路（図４：５３ａ）を構成する長孔６２とを形成する。各水晶板に長孔を形成する方法の代表例としては、エッチング加工方法があげられる。エッチング加工方法は、時計用音叉型振動子を作製する際に広く利用されている公知の加工方法である。【００３４】
次に、水晶板５９ａの表面に、振動発生手段３１を構成する一対の電極３１ａ、３１ａ、振動検知手段４１を構成する一対の電極４１ａ、４１ａ、そして振動検知手段４２を構成する一対の電極４２ａ、４２ａを形成する。【００３５】
なお、振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａに交流電圧を付与するために、これらの電極に交流電源を直接接続してもよいが、管状体（図４：５３）を安定に振動させるため、通常は、電極３１ａ、３１ａには、各電極に接続され、例えば、一方の支持台（図３：５４）にまで延びる電気配線３１ｂ、３１ｂを介して交流電源６３が接続される。なお、電気配線３１ｂ、３１ｂの各々を形成する材料の例は、電極３１ａ、３１ａの場合と同様である。【００３６】
電極３１ａ、３１ａ、そして電気配線３１ｂ、３１ｂの各々は、例えば、真空蒸着法、あるいはスパッタ法などの公知の薄膜形成方法を用いて形成することができる。各電極３１ａ及び各電気配線３１ｂは、例えば、フォトリソグラフィー、あるいはマスク法などにより所定の形状に設定される。【００３７】
また、図６に示すように、水晶板５９ｃの表面（図５に示す水晶板５９ｃの下面）には、一対の電極３２ａ、３２ａから構成された前記とは別の振動発生手段３２が備えられていることが好ましい。図３、図５及び図６に示すように、振動発生手段３２は、管状体５３の中央領域の前記振動発生手段３１が付設された側とは逆側の外側表面に配設される。振動発生手段３１の場合と同様に、振動発生手段３２の一対の電極３２ａ、３２ａの各々には、電気配線３２ｂ、３２ｂを介して交流電源６４が接続される。【００３８】
振動発生手段３２の一対の電極３２ａ、３２ａには、振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。これにより管状体（図４：５３）の上側の壁体と下側の壁体とが互いに逆の位相にてＹ軸方向に伸縮する。その結果、管状体は、大きな振幅にて上下に振動する。このため、管状体の内部を移動する流体に大きなコリオリ力が作用して、流体の質量流量の測定感度が高くなる。【００３９】
そして、振動発生手段３１と、一対の振動検知手段４１、４２とが付設された水晶板５９ａ、水晶板５９ｂ、そして（好ましくは振動発生手段３２が付設された）水晶板５９ｃを重ね合わせて接合する。【００４０】
水晶板５９ａ、水晶板５９ｂ、そして水晶板５９ｃを接合する方法としては、公知の水晶（あるいはガラス）の接着方法を利用することができる。水晶板の接合方法の例としては、接着剤ガラス、水ガラス、あるいは有機接着剤などの接着材料を介して水晶板同士を接合する方法、および水晶板同士を密着して熱接合する方法が挙げらる。【００４１】
最後に、水晶板５９ｂの両端部の各々（図５に二点鎖線で示した部分）を、切断装置（例、ダイサ）を用いて切断することにより、図３のコリオリ流量計３０を作製することができる。【００４２】
なお、水晶板５９ｃの底面には、コリオリ流量計３０を、後に説明するケース（図８：８０）の内部に設置する際に用いる一対の板材５９ｄ、５９ｄが備えられていてもよい。各々の板材５９ｄは、水晶から形成してもよいし、管状体の振動が各支持台（図３：５４）を介してケースに漏れないように、シリコーンゴムに代表されるゴム材料から形成してもよい。【００４３】
図３〜図５に示すように、本発明のコリオリ流量計３０の管状体５３は、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された三枚の板材（図５の水晶板５９ａ、５９ｂ、５９ｃ）を積層して構成されていることが好ましい。これにより、環境温度の変動により管状体５３に発生する内部応力が小さくなり、また測定対象の流体を移動させる管状体５３の流路５３ａを簡単に構成できるからである。【００４４】
更に、各支持台５４及び各接続部材５５のそれぞれは、互いに同一の圧電単結晶材料から形成された三枚の板材（図５の水晶板５９ａ、５９ｂ、５９ｃ）を積層して構成されていることが好ましい。これにより、前記のように環境温度の変動により管状体５３に発生する内部応力が小さくなり、またコリオリ流量計３０を前記のように三枚の板材を積層するという簡単な方法によって作製できるからである。【００４５】
本発明のコリオリ流量計は、管状体、各支持台、そして各接続部材を別々に作製し、これらを互いに接合して構成することもできるが、管状体の幅が極めて細い場合（例えば、図４に記入した管状体５３の幅Ｗ1が数ｍｍ程度である場合）には、管状体（あるいは各支持台や各接続部材）が破損しないように、前記の接合の作業を慎重に行なう必要がある。【００４６】
前記のように、コリオリ流量計３０を、三枚の板材（図５の水晶板５９ａ、５９ｂ、５９ｃ）を積層して作製すると、例えば、管状体５３の幅が極めて細い場合であっても、この管状体５３を単独で取り扱う必要がない。このため、コリオリ流量計３０は、簡単な作業により極めて小型に構成することができる。【００４７】
図３のコリオリ流量計３０は、例えば、その作製に用いる水晶板（図５：５９ａ）の幅を１０ｍｍに、そして長さを２０ｍｍ程度に、そして管状体の幅（図４：Ｗ1）を１．２ｍｍに設定し、極めて小さなサイズにて作製することができる。【００４８】
本発明のコリオリ流量計３０において、各支持台５４の長さ（例えば、図３に示す長さＬ1）は、管状体５３の幅（図４：Ｗ1）の２〜２０倍（特に２〜１０倍）の範囲にあることが好ましい。また、各接続部材５５の幅（例えば、図４に示す幅Ｗ2）は、管状体５３の幅（図４：Ｗ1）の２〜２０倍（特に２〜１０倍）の範囲にあることが好ましい。【００４９】
これにより、各支持台５４あるいは各接続部材５５の質量が、管状体５３の質量に対して十分に大きくなり、管状体５３の振動が各支持台５４を介して外部に漏れ難くなる。すなわち、流体の質量流量を測定する際に管状体５３を振動させた場合であっても、各支持台５４あるいは各接続部材５５が振動し難くなるため、管状体５３の振動の大部分が、その内部を移動する流体に付与され、この流体に大きなコリオリ力を作用させることができる。また、各振動検知手段の一対の電極にて発生する交流電圧に、各支持台５４あるいは各接続部材５５にて生じた振動に基づく電圧ノイズが殆ど含まれなくなる。このため、コリオリ流量計３０の測定感度及び測定精度が高くなる。【００５０】
前記のように、本発明のコリオリ流量計３０においては、振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａに発生する交流電圧と、振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａの各々に発生する交流電圧との位相差に基づき測定対象の流体の質量流量が算出される。【００５１】
測定対象の流体の質量流量は、例えば、振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａ、そして振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａの各々をオシロスコープやシンクロスコープに接続し、両者の交流電圧の波形を観測して得られる位相差に基づいて算出することができる。【００５２】
ただし、通常は、図５に示すように振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａに発生する交流電圧と、振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａに発生する交流電圧との位相差を求め、求められた位相差に基づいて流体の質量流量を算出する演算装置６５が用いられる。【００５３】
前記の振動検知手段４１の一対の電極４１ａ、４１ａ、そして振動検知手段４２の一対の電極４２ａ、４２ａは、例えば、それぞれ電気配線４１ｂ、４１ｂ、そして電気配線４２ｂ、４２ｂを介して演算装置６５に接続される。【００５４】
図７は、図５に示す演算装置６５のブロック図である。演算装置６５は、振動検知手段４１の一対の電極が出力する交流電圧Ｖ41を増幅する増幅器７１、振動検知手段４２の一対の電極が出力する交流電圧Ｖ42を増幅する増幅器７２、各々の増幅器が出力する電気信号から両者の交流電圧の位相差を求める位相差検出回路７３、そして検出回路７３の出力信号から質量流量を算出し、質量流量を示す電気信号７５を出力する質量流量演算回路７４から構成されている。また、位相差検出回路７３が出力する位相差を示す電気信号７６は、例えば、振動発生手段（図５：３１）に接続された交流電源（図５：６３）にて発生する交流電圧の周波数の制御に用いられる。このような演算装置６５は公知であり、例えば、前記の特許文献１に開示されている。なお、本発明のコリオリ流量計に接続される演算装置としては、前記の図７に示した演算装置に限らず、コリオリ流量計用の公知の演算装置を用いることができる。【００５５】
図８は、図３のコリオリ流量計３０の使用の態様の一例を示す図であり、そして図９は、図８に記入した切断線II−II線に沿って切断したコリオリ流量計３０及びケース８０の断面図である。【００５６】
図８及び図９に示すように、コリオリ流量計３０は、例えば、ケース８０の内部に収容して使用することが好ましい。ケース８０は、本体８１、側板８２、８２、そして蓋８３から構成されている。各々の側板８２には、コリオリ流量計３０の管状体５３の流路５３ａと接続する矩形の孔８２ａと、この孔８２ａに接続する円形の孔８２ｂが形成されている。そして各々の側板８２の外側表面には、コリオリ流量計３０と、測定対象の流体が流れる配管（図示せず）との接続を容易とするため、断面が円形の接続管８４が備えられている。【００５７】
ケース８０の材料に特に制限はないが、例えば、ステンレススチールに代表される金属材料を用いると、外部環境に存在する電磁波の影響によるコリオリ流量計３０の質量流量の測定精度の低下を抑制することができる。【００５８】
また、コリオリ流量計３０に備えられた各板材５９ｄの長さＬ2は、各支持台５４の長さＬ1の５〜５０％（特に１０〜５０％の範囲）にあることが好ましい。これにより、各支持台５４と各板材５９ｄとの質量の差が大きくなるため、コリオリ流量計３０の管状体５３の振動が、各支持台５４、そして各板材５９ｄを介してケース８０に漏れ難くなる。【００５９】
図１０は、本発明のコリオリ流量計の別の構成例を示す斜視図であり、図１１は、図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断したコリオリ流量計１００の断面図であり、そして図１２は、図１０のコリオリ流量計１００の分解斜視図である。また、図１３は、図１２に示す圧電単結晶板１０９ｃを裏返して配置した状態を示す斜視図である。【００６０】
図１０のコリオリ流量計１００の構成は、各接続部材１０５、１０５が、管状体５３の質量に等しい質量を持ち（管状体５３と同一のサイズの管状の形状に設定され）、且つその中央領域の外側表面に、一対の電極３３ａ、３３ａから構成された前記とは別の振動発生手段３３が備えられていること、そして各支持台１０４に、各接続部材１０５の空洞部１０５ａに接続する透孔１０４ａ、１０４ａが形成されていること以外は図３のコリオリ流量計３０と同様である。【００６１】
このように、各接続部材１０５の質量を、管状体５３の質量と等しくすることにより、コリオリ流量計１００は、前記の特許文献２のコリオリ流量計の場合と同様に三脚音叉型振動子の一対を各々の腕部の先端（管状体５３の中央の位置に相当する）にて互いに接合して一体化した振動体と同様の構成に設定される。【００６２】
このため、振動発生手段３１、３３、３３に接続している電気配線１０６、１０６に交流電源６３にて発生した交流電圧を付与すると、管状体５３及び各接続部材１０５（三脚音叉型振動子の各々の腕部に相当する）が互いに逆の位相にて上下に振動し、これにより管状体５３の振動の各支持台１０４への漏れが抑制される。このため、図１０のコリオリ流量計１００は、管状体５３の内部を移動する流体に大きなコリオリ力が作用し、このコリオリ力を検知することにより流体の質量流量を高感度にて測定することができる。【００６３】
図３のコリオリ流量計３０の場合と同様に、図１０〜図１３に示すコリオリ流量計１００の管状体５３の中央領域の振動発生手段３１が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極３２ａ、３２ａから構成された前記とは別の振動発生手段３２、更には各接続部材１０５の振動発生手段３３が付設された側とは逆側の外側表面に、一対の電極３４ａ、３４ａから構成された前記とは別の振動発生手段３４が備えられていと、管状体５３、更には各接続部材１０５を大きな振幅にて上下に振動させることができるため、コリオリ流量計１００の質量流量の測定感度が高くなる。【００６４】
本発明のコリオリ流量計において、管状体の振動の各支持台への漏れを抑制するため、各接続部材は、管状体の質量の０．３〜３．０倍（特に０．５〜２．０倍）の範囲内の質量を持つことが好ましい。【００６５】
測定対象の流体が既知である場合には、各接続部材は、測定対象の流体で満たされた管状体の質量の０．３〜３．０倍（特に０．５〜２．０倍）の範囲内の質量を持つことが好ましい。【００６６】
コリオリ流量計１００において、測定対象の流体が既知であれば、各接続部材１０５の空洞部１０５ａに、支持台１０４の透孔１０４ａの開口部から測定対象の流体と同一の流体を入れて前記開口部に蓋をすることにより、各接続部材１０５の質量を、測定対象の流体で満たされた管状体５３の質量と等しくすることができる。なお、測定対象の流体が気体である場合には、各接続部材１０５の空洞部１０５ａに測定対象の気体と同一の気体を入れなくとも、各接続部材１０５の質量は、測定対象の流体（気体）で満たされた管状体５３の質量にほぼ等しくなる。【００６７】
なお、各振動発生手段３３の一対の電極３３ａ、３３ａには、交流電源６３を用いて、振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。また、振動発生手段３２の一対の電極３２ａ、３２ａには、交流電源６４を用いて、振動発生手段３１の一対の電極３１ａ、３１ａに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。そして、各振動発生手段３４の一対の電極３４ａ、３４ａには、交流電源６４を用いて、各振動発生手段３３の一対の電極３３ａ、３３ａに付与する交流電圧の位相とは逆の位相を持つ交流電圧が付与される。【００６８】
また、前記のコリオリ流量計１００の作製方法は、水晶板１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの形状、そして振動発生手段や振動検知手段の数が異なること以外は図３のコリオリ流量計３０の場合と同様であるため、詳しい説明は省略する。【００６９】
本発明のコリオリ流量計は、小型の流量計としての製造が容易で、そして環境温度の影響を受け難い（外部温度が変動しても安定した高い精度にて流体の質量流量を測定できる）。本発明のコリオリ流量計は、例えば、半導体製造設備や医療用ガス供給設備において、微小な流量に制御する必要がある気体（例えば、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなど）あるいは液体（例えば、純水、液化ガスなど）の質量流量の測定に有利に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来のコリオリ流量計の構成を示す平面図である。
【図２】従来のコリオリ流量計の別の構成例を示す平面図である。
【図３】本発明のコリオリ流量計の構成例を示す斜視図である。
【図４】図３に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断したコリオリ流量計３０の断面図である。但し、図４には、図３に示す振動発生手段３１及び一対の振動検知手段４１、４２を記入していない。
【図５】図３のコリオリ流量計３０の分解斜視図である。
【図６】図５に示す圧電単結晶板５９ｃを裏返して配置した状態を示す斜視図である。
【図７】図５に示す演算装置６５のブロック図である。
【図８】図３のコリオリ流量計３０の使用の態様の一例を示す図である。
【図９】図８に記入した切断線II−II線に沿って切断したコリオリ流量計３０及びケース８０の断面図である。
【図１０】本発明のコリオリ流量計の別の構成例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断したコリオリ流量計１００の断面図である。
【図１２】図１０のコリオリ流量計１００の分解斜視図である。
【図１３】図１２に示す圧電単結晶板１０９ｃを裏返して配置した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、２０  コリオリ流量計
１１  振動発生手段
１２  振動検知手段
１３  管状体
１４  支持台
１５  接続部材
２１  振動発生手段
２１ａ  マグネット
２１ｂ  コイル
２２  振動検知手段
２５  接続部材
３０  コリオリ流量計
３１、３２、３３、３４  振動発生手段
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  電極
３１ｂ、３２ｂ  電気配線
４１、４２  振動検知手段
４１ａ、４２ａ  電極
４１ｂ、４２ｂ  電気配線
５０  コリオリ流量計
５３  管状体
５３ａ  流路
５４  支持台
５５  接続部材
５６、５７、５８  水晶の結晶軸を示す矢印
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ  水晶板
５９ｄ  板材
６１、６２  長孔
６３、６４  電源
６５  演算装置
７１、７２  増幅器
７３  位相差検出回路
７４  質量流量演算回路
７５  質量流量を示す電気信号
７６  位相差を示す電気信号
８０  ケース
８１  本体
８２  側板
８３  蓋
８２ａ、８２ｂ  孔
８４  接続管
１００  コリオリ流量計
１０４  支持台
１０４ａ  透孔
１０５  接続部材
１０５ａ  空洞部
１０６  電気配線
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ  水晶板
【図１】
2007136069.tif 000003
【図２】
2007136069.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2007136069.tif 000016
2007136069.tif 000017