JP6424290B1

JP6424290B1 - 超音波流量計の測定管路部の製造方法

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Publication number: JP6424290B1
Application number: JP2018141510A
Authority: JP
Inventors: 村上　英一; 英一村上; 浩平先山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: JP2020016610A

Abstract

【課題】金型を用いたブロー成型により、複雑な形状であっても一体として製造し、測定精度を良好とする測定管路部を得る。【解決手段】測定管路部１０の外形を形成する一対の金型内に軟融した筒状のパリソンを配置し、パリソン内に気体を流入してブロー成型を行う。流体入口部１２、流体出口部１３を有する管体１１の中心線に対し、管体１１の斜め方向に位置する両側の２個所には、外側に突出された円筒状の超音波入出力部１４ａ、１４ｂが形成される。パリソンの固形後に、流体入口部１２、流体出口部１３の端部及び超音波入出力部１４ａ、１４ｂの端部を点線の位置で切断することにより、測定管路部１０が得られる。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波ビームを流体中に伝播して、流速を検出するための超音波流量計の測定管路部の製造方法に関するものである。

一般的な超音波流量計においては、測定管路部内で測定流体に流速方向、反流速方向に交互に超音波ビームを伝播して、その伝播時間を検出して、時間差法により流体の流速つまり流量を測定する。

流体に対する超音波ビームの伝播には、一対の超音波送受信部のＺ法、Ｖ法、Ｉ法などの配置の違いによる伝播方法がある。

例えば特許文献１には、管体に対し斜め方向に超音波ビームを送受信する装置が開示されている。この特許文献１は例えば図９に示すように、矢印で示す方向に流体が流れる管体１に対し、斜め対向方向に一対の超音波送受信部２ａ、２ｂが配置されている。

また、特許文献２は例えば図１０に示すように、直管部４の両側に超音波送受信部２ａ、２ｂを対向的に取り付けて、直管部４に対し流入管５、流出管６をコ字状に取り付ける型式とされている。

特開平７−３１１０６３号公報特開昭６０−１１５８１０号公報

特許文献１、２の何れの場合においても、測定管路部は合成樹脂により、金型を用いた射出成型によって一体的に製造できれば、安価であり好ましい。しかし、超音波流量計の測定管路部は内部構造が複雑なために、射出成型により一体として製造することは困難である。

従って、図９、図１０に示すような測定管路部を製造する場合には、一部に市販の管体を適用したり、必要な部材を射出成型したりして、これらの複数の部材を溶着等により接合することが通常である。

しかし、溶着により接合すると、溶着部の内側にバリ等が発生し管路抵抗となり、流体の流速分布を乱し、測定精度に影響を与えることになる。しかも、製造には溶着工程が不可欠である。

更には、従来のように射出成型をする際には、管体の内面は金型に接して成型するために、管体内に金型から磨り減った微細な金属粉や溶け出した金属イオンが残留することがあり、これらの金属粉や金属イオンが流体中に混入し、流体成分に悪影響を及ぼすという問題もある。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、金型を用いたブロー成型により形成することにより、複雑な形状であっても測定管路部を一体として製造でき、測定精度を良好とする超音波流量計の測定管路部の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る超音波流量計の測定管路部の製造方法は、一端に流体入口部を他端に流体出口部を設けた直管状の管体内に、超音波ビームが伝播する伝播路が形成され、前記伝播路の両端には前記管体の一部を外側に円筒状に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、該超音波入出力部が前記伝播路の両側において対向する測定管路部が形成される内型を有し、複数個に分割可能な金型を用いてブロー成型により前記測定管路部を製造する方法であって、合成樹脂材を軟融した筒状のパリソンを前記金型を開いて前記金型内に収納する工程と、前記金型を閉止して前記パリソン内に気体を注入し前記パリソンを膨張させ前記パリソンの外面を前記金型の内型に密着させることにより成型して前記測定管路部を形成する工程と、前記パリソンの冷却後に前記金型を開いて固化した前記測定管路部を取り出す工程と、前記測定管路部の管体の両端部及び前記超音波入出力部の端部を切断する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る超音波流量計の測定管路部の製造方法によれば、複雑な形状であっても測定管路部を一体として成型することができ、かつ溶着を要しないので、測定管路部の内面において管路抵抗が発生することもなく、良好な流速分布が得られる。

また、管体はパリソンを気体により膨張させてブロー成型によって製造するため、金型が管体の内面に接することがなく、金型からの微細な金属粉や金属イオンが管体内に付着することがなく、流体成分に悪影響を与えることもない。

実施例１の測定管路部の斜視図である。断面図である。ブロー成型の説明図である。ブロー成型により製造した測定管路部素材の断面図である。超音波送受信部を取り付けた状態の測定管路部の断面図である。実施例２の測定管路部の斜視図である。断面図である。超音波送受信部を取り付けた状態の測定管路部の断面図である。従来例の測定管路部の断面図である。他の従来例の測定管路部の断面図である。

本発明を図１〜図８に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１の測定管路部１０の斜視図、図２は断面図である。この実施例１の測定管路部１０は全体がブロー成型により製造され、直管状の管体１１の両端部は流体入口部１２と流体出口部１３とされている。管体１１の長手方向に沿う中心線に対し、管体１１の斜め方向に位置する両側の２個所には、管体１１の外側に膨出された超音波入出力部１４ａ、１４ｂが形成されている。この超音波入出力部１４ａ、１４ｂの外形は、管体１１に中心線を同軸とする円筒体が斜め方向に向けて埋め込まれているような形状とされ、超音波入出力部１４ａ、１４ｂの端部１５ａ、１５ｂにはねじ部１６ａ、１６ｂが形成されている。

この測定管路部１０は、中空の合成樹脂成型品を製造するのに好適なブロー成型により製作されている。即ち、図３に示すように、複数個に分割、例えば２つ割りの対称形の金型Ｍａ、Ｍｂ（Ｍｂは図示せず）の空間状の内型Ｉ内に、軟融した筒状の合成樹脂材、所謂パリソンＰを収納し、パリソンＰの先端を金型Ｍａ、Ｍｂで挟着して袋状に封止すると共に、金型Ｍａ、Ｍｂを閉止する。

次いで、流体入口部１２、流体出口部１３の何れか一方側から、パリソンＰ内に空気管Ａを介して空気等の気体を吹き込み、パリソンＰを膨張させて、その外面を金型Ｍａ、Ｍｂの内型Ｉに密着させる。この場合に、気体を吹き込む側と反対側において、パリソンＰは袋状となって閉塞され、パリソンＰから気体が漏れないように金型Ｍａ、Ｍｂを構成することが好ましい。なお、気体の注入は流体入口部１２、流体出口部１３の双方から行ってもよい。

これにより、例えば厚さ２ｍｍ程度とする測定管路部１０のブロー成型がなされ、管体１１、超音波入出力部１４ａ、１４ｂ、端部１５ａ、１５ｂ、ねじ部１６ａ、１６ｂが一体として成型される。

そして、内型Ｉにより成型された測定管路部１０は固化した後に、金型Ｍａ、Ｍｂを開いて取り出すと、図４に示すような測定管路部１０とすべき素材が得られる。更に、流体入口部１２、流体出口部１３の端部及び超音波入出力部１４ａ、１４ｂの端部１５ａ、１５ｂの点線で示す計４個所の位置で切断すると、図１、図２に示す測定管路部１０が得られる。

測定に際しては、図５に示すように、超音波入出力部１４ａ、１４ｂの端部１５ａ、１５ｂにはそれぞれ超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂが取り付けられる。端部１５ａ、１５ｂの外側のねじ部１６ａ、１６ｂに、袋ナットＳｃに取り付けられた超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂが、Ｏリング等を用いてねじ込みにより密閉して固定される。超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂは円筒体の両端を前壁、後壁により閉塞した収容体とされ、前壁の内部裏側には超音波ビームを送受信するピエゾ素子から成る圧電素子が貼着されている。なお、超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの超音波入出力部１４ａ、１４ｂへの取り付けは、ねじ込み以外の他の手段によっても支障はない。

超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの圧電素子から交互に出射される超音波ビームは、超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの前壁を経て管体１１内に送られ、超音波入出力部１４ａ、１４ｂ間を結ぶ斜め方向の伝播路Ｗを経て、正対する相手側の超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂに入射され、相手側の超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの圧電素子で受信される。

図６は実施例２の測定管路部２０の斜視図、図７は断面図である。この実施例２の測定管路部２０においては、直管状の管体２１の両端部は実施例１と同様に流体入口部２２と流体出口部２３とされている。管体２１の片側の２個所には、管体２１の外側に円筒状の超音波入出力部２４ａ、２４ｂが斜め対称方向に形成されている。

図８に示すように、超音波入出力部２４ａ、２４ｂの端部２５ａ、２５ｂには、実施例１と同様に、圧電素子を内蔵した超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂが袋ナットＳｃにより取付可能とされている。

超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの圧電素子から発信された超音波ビームは、管体２１内に送られ反射部２７で反射され、Ｖ字状の伝播路Ｗを経由して、相手側の超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂの圧電素子で受信される。

この測定管路部２０も実施例１と同様にブロー成型により製造され、実施例１と同様に流体入口部２２、流体出口部２３の端部を切断すると共に、超音波入出力部２４ａ、２４ｂの端部２５ａ、２５ｂを切断することにより製造されている。

この実施例２は管体２１での超音波入出力部２４ａ、２４ｂの間が短い場合でも、超音波ビームを管体２１の反射部２７で反射させることにより、伝播路Ｗの距離を大きくし、測定精度を向上させることができる。

上述の実施例１、２の測定管路部１０、２０の使用に際しては、超音波入出力部１４、２４の端部１５、２５に超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂを取り付け、流体入口部１２、２２、流体出口部１３、２３のそれぞれに測定すべき流体を流し込み、流し出すための管路を接続する。

そして、管体１１、２１内に流体入口部１２、２２側から流体出口部１３、２３に向けて矢印方向に流体を流し、超音波送受信部Ｓａ、Ｓｂ間で伝播路Ｗを伝播する超音波ビームを送受信して、管体１１、２１内を流れる流体の速度を求め、更に管体１１、２１の断面積を乗じて流量を算出する。流体の速度は超音波ビームによる時間差方式で求めるが、この測定原理は周知であるので、その説明は省略する。

このように、本発明に係る測定管路部１０、２０は、ブロー成型により製造されるので、複雑な形状であっても一体として成型することができ、かつ接合を要しないので、測定管路部１０、２０の内面に管路抵抗となるバリが発生することもなく、良好な流速分布が得られる。

また、測定管路部１０、２０は軟融した合成樹脂製のパリソンＰを気体により膨張させてブロー成型を行い、測定管路部１０、２０の内面形成に金型を使用しないので、金型の微細な金属粉や金属イオンが付着し残留することがなく、金属粉や金属イオンが流体中に混入することもない。

なお、実施例１、２のブロー成型により製造される測定管路部１０、２０は、射出成型や市販の管体を使用しないので、内面形状や肉厚が厳密に規制されておらず、例えば形成された管体１１、２１の内径等にばらつきが生じ、十分な測定精度が得られないことが考えられる。

しかし、測定管路部１０、２０の１個ごとに実流量を流して校正を行い、補正データを付することにより、流量測定の精度は確保される。また、高精度の測定を要しない大まかな流量測定の場合には、校正は行わずにそのまま使用することもできる。

１０、２０測定管路部
１１、２１管体
１２、２２流体入口部
１３、２３流体出口部
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ超音波入出力部
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ端部
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂねじ部
２７反射部
Ｉ内型
Ｍａ、Ｍｂ金型
Ｐパリソン
Ｓａ、Ｓｂ超音波送受信部
Ｗ伝播路

Claims

一端に流体入口部を他端に流体出口部を設けた直管状の管体内に、超音波ビームが伝播する伝播路が形成され、前記伝播路の両端には前記管体の一部を外側に円筒状に膨出した一対の超音波入出力部が形成され、該超音波入出力部が前記伝播路の両側において対向する測定管路部が形成される内型を有し、複数個に分割可能な金型を用いてブロー成型により前記測定管路部を製造する方法であって、
合成樹脂材を軟融した筒状のパリソンを前記金型を開いて前記金型内に収納する工程と、前記金型を閉止して前記パリソン内に気体を注入し前記パリソンを膨張させ前記パリソンの外面を前記金型の内型に密着させることにより成型して前記測定管路部を形成する工程と、前記パリソンの冷却後に前記金型を開いて固化した前記測定管路部を取り出す工程と、前記測定管路部の管体の両端部及び前記超音波入出力部の端部を切断する工程とを備えたことを特徴とする超音波流量計の測定管路部の製造方法。
前記パリソン内への気体は、前記流体入口部及び前記流体出口部の少なくとも一方側から注入することを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計の測定管路部の製造方法。
前記超音波入出力部の端部に、超音波送受信部を取り付けるねじ部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計の測定管路部の製造方法。