JPH0599384A - 流体通路用ベローズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は流体通路用ベローズに関し、ベロー
ズによる圧力損失を低減するとともに、流体等がベロー
ズ内部に堆積せず通過できることを目的とする。 【構成】 質量流量計１は一対のセンサチューブ７，８
を加振器１３によりＹ方向に振動させ、ピックアップ１
４，１５が流量に比例した位相差の信号を出力して流量
計測を行う。小径な谷部と大径な山部とが交互に形成さ
れた蛇腹状のベローズ４は流入管５と流入側マニホール
ド６との間に介在し、温度上昇によるセンサチューブ
７，８の軸方向の熱膨脹を吸収する。ベローズ４の内部
には弾性を有する充填材１６が充填され、ベローズ４内
には充填材１６により形成された平滑な通路１７が流れ
方向に延在し、圧力損失が低減されるとともに通路１７
を流れる流体がベローズ４内に付着して堆積することを
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体通路用ベローズに係
り、特にベローズによる圧力の損失を低減するとともに
望ましくはベローズ内部の通路に流体が堆積しないよう
に構成した流体通路用ベローズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体通路用ベローズが使用されて
いる一例として直管状のセンサチューブを有する質量流
量計がある。

【０００３】この種の質量流量計では、直管状のセンサ
チューブを振動させ、センサチューブ内に流体が流れた
ときに生ずるコリオリ力によるセンサチューブの変位を
検出して流量を計測するようになっている。

【０００４】このように、センサチューブが直管状に形
成されていると、流体が通過する際の抵抗が小さくて済
むといった利点がある反面、高温流体計測時センサチュ
ーブが軸方向に熱膨脹するとセンサチューブの両端が固
定されているため、センサチューブに熱膨脹による圧縮
応力が作用して正確な流量計測が行えなくなってしま
う。

【０００５】そのため、従来は管路途中に大径な山部と
小径な谷部が交互に連続形成された蛇腹状のベローズを
設け、センサチューブの熱膨脹がベローズによって吸収
されセンサチューブに圧縮応力が作用しないようにして
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記流体通
路用ベローズでは、山部と谷部とが交互に連続形成され
ているので、流れが乱され、圧力損失が大きくなるとい
った課題がある。又、上記のように流体通路にベローズ
を設けた場合、ベローズ内部の通路内壁が平滑でないた
め、大径な山部の内壁によって形成された凹部内に流体
が溜りやすく、次第に山部の内壁に固った流体の膜が堆
積してしまうといった課題がある。特に、流体が食品等
の場合、ベローズ内に堆積した食品用流体が変質してし
まい衛生的でないといった課題が生ずる。又、化学薬品
等の流体を計測する場合、ベローズ内に堆積した薬品に
よりベローズが腐食してしまうことがあり、堆積した薬
品が液漏れの原因となっていた。そこで、本発明は上記
課題を解決した流体通路用ベローズを提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、流
体が流れる管路途中に設けられ、大径な山部と小径な谷
部とが交互に連続形成された流体通路用ベローズにおい
て、前記山部の内壁により形成された凹部に弾性を有す
る充填材を充填し、ベローズ内部に平滑な通路を形成し
てなる。

【０００８】又、本発明の請求項２は、流体が流れる管
路途中に設けられ、大径な山部と小径な谷部とが交互に
連続形成された流体通路用ベローズにおいて、前記ベロ
ーズの内周側にチューブを挿通し、該チューブの上流側
部分又は下流側部分を前記ベローズ内壁に固着してな
る。

【０００９】

【作用】本発明の請求項１によれば、ベローズ内部に形
成された凹部に弾性を有する充填材を充填することによ
り、ベローズ内部が平滑な通路となって圧力損失を低減
でき、さらに流体がベローズ内部に堆積することがなく
なるとともにベローズの伸縮動作を妨げないように充填
材が弾性変形する。

【００１０】又、本発明の請求項２によれば、ベローズ
内周側にチューブを挿通することによりベローズの山部
と谷部とを流路から遮断して圧力損失を低減する。

【００１１】

【実施例】図１及び図２に本発明になる流体通路用ベロ
ーズの第１実施例が適用された質量流量計を示す。

【００１２】両図中、質量流量計１は密閉された箱状の
ケーシング２内に被測流体が通過する管路３と、管路３
を軸方向に変位可能に保持するベローズ４とを設けてな
る。管路３は流入口５ａを有する流入管５と、流入側マ
ニホールド６と、一対のセンサチューブ７，８と、流出
側マニホールド９と流出口１０ａを有する流出管１０と
より形成されている。

【００１３】流入管５は流入側端部に上流側配管（図示
せず）に連結されるフランジ５ｂを有し、流入管５の他
端はケーシング２の側壁２ａを貫通してケーシング２内
部に形成された室２ｂに延出している。

【００１４】流入側マニホールド６は、ベローズ４が接
続固定される上流側接続口６ａと、センサチューブ７，
８の上流側端部が接続固定される下流側接続口６ｂ，６
ｃとを有する。上流側接続口６ａと下流側接続口６ｂ，
６ｃとは分流路６ｄ，６ｅを介して連通されている。

【００１５】流出側マニホールド９は、センサチューブ
７，８の下流側端部が接続固定される一対の接続口９
ａ，９ｂと、流出管１０の上流側端部が接続される接続
口９ｃとを有する。又、流出側マニホールド９内には一
対の接続口９ａ，９ｂと接続口９ｃとを連通する流路９
ｄ，９ｅが穿設されている。

【００１６】一対のセンサチューブ７，８は流体の流れ
方向（Ｘ方向）に直線状に延在する直管よりなり、上記
流入側マニホールド６と流出側マニホールド９との間で
平行に設けられている。直管よりなるセンサチューブ
７，８は被測流体が通過する際の圧力損失が少ないばか
りか複雑な形状に加工する必要もないので製作が容易で
ある。

【００１７】流出管１０は上流側端部が流出側マニホー
ルド９の接続口９ｃに接続固定され、下流側端部がケー
シング２の側壁２ｃを貫通して下流側（Ｘ方向）へ突出
している。尚、流出管１０の下流側端部には流出口１０
ａが開口し、その外周には下流側配管（図示せず）に連
結されるフランジ１０ｂが設けられている。

【００１８】ベローズ４は流入管５と流入側マニホール
ド６との間に介在するよう管路３途中に設けられてい
る。即ち、図２に示す如く、ベローズ４の上流側端部１
１は流入管５の取付部５ｃに溶接等により固着され、下
流側端部１２は流入側マニホールド６の接続口６ａに溶
接等により固着されている。

【００１９】ベローズ４は例えばステンレス製パイプを
蛇腹状に形成したものであり、円弧状の複数の谷部４ａ
（４ａ₁ …４ａ_n ）と山部４ｂ（４ｂ₁ …４ｂ_n ）とが
交互に連続形成されてなる。この谷部４ａ及び山部４ｂ
は例えばセンサチューブ７，８の熱膨張による軸方向の
力が作用すると軸方向に伸縮して、熱膨張による応力を
吸収し、軸方向の配管振動が伝達された場合もこれを吸
収する。

【００２０】ベローズ４は後述するように有効径Ｄ_a の
有効断面積がセンサチューブ７，８の内径の断面積の合
計よりも大きくなるように谷部４ａ、山部４ｂが形成さ
れている。

【００２１】ベローズ４の内部には弾性を有する充填材
１６が注入されている。この充填材１６は谷部４ａ間で
山部４ｂの内壁により形成された凹部４ｃに充填される
ようにベローズ４の内壁に被覆される。そのため、ベロ
ーズ４内には充填材１６により凹凸のない平滑な通路１
７が形成されている。

【００２２】尚、充填材１６としては、例えば合成ゴ
ム、シリコンゴム、ポリプレン、四ふっ化エチレン樹脂
等の弾性を有する合成樹脂材が使用される。従って、ベ
ローズ４の内壁の凹部４ｃに充填材１６が充填されて
も、ベローズ４の伸縮動作が充填材１６によって妨げら
れることはない。

【００２３】又、充填材１６により形成された通路１７
の内径Ｄ₁ はその断面積がセンサチューブ７，８の各断
面積の和とほぼ等しくなるようになっている。そのた
め、流体の流量が充填材１６の通路１７によって絞られ
ることもない。

【００２４】このように、ベローズ４の内部に充填材１
６が充填されているため、ベローズ４の内周側が平滑と
なり圧力損失が低減されるとともに通路１７内に流体が
堆積しにくく、例え食品よりなる流体が通路１７内を流
れても衛生的であり、又化学薬品の流量計測を行う場合
でも、ベローズ４の内壁が充填材１６に被覆されている
ため化学薬品が直接ベローズ４に接することも防止され
る。これにより、質量流量計１の耐食性が向上するとと
もに耐久性が向上する。

【００２５】１３は加振器で、実質電磁ソレノイドと同
様な構成であり、一対のセンサチューブ７，８の略中間
部の間に設けられている。

【００２６】１４は上流側のピックアップで、加振器１
３より上流側のセンサチューブ７，８間に設けられてい
る。

【００２７】１５は下流側のピックアップで、加振器１
３より下流側のピックアップで、加振器１３より下流側
のセンサチューブ７，８間に設けられている。ピックア
ップ１４，１５は夫々電磁ソレノイドと同様な構成であ
り、加振器１３により加振されたセンサチューブ７，８
の変位を検出する。

【００２８】流量計測時、一対のセンサチューブ７，８
は加振器１３により近接、離間する方向（Ｙ方向）に加
振される。上流側配管（図示せず）から供給された被測
流体は流入口５ａよりベローズ４に流入し、充填材１６
に形成された通路１７を通ってマニホールド６に至り、
さらにマニホールド６の流路６ｄ，６ｅを通過して振動
するセンサチューブ７，８内に流入する。そして、セン
サチューブ７，８を通過した流体はマニホールド９の流
路９ａ，９ｂを通って流出口１０ａより下流側配管（図
示せず）に流出する。

【００２９】このように、振動するセンサチューブ７，
８に流体が流れると、その流量に応じたコリオリ力が発
生する。そのため、直管状のセンサチューブ７，８の流
入側と流出側で動作遅れが生じ、これによりピックアッ
プ１４と１５との出力信号に位相差があらわれる。この
位相差が流量に比例するため、ピックアップ１４，１５
からの出力信号の位相差に基づいて流量が求まる。

【００３０】ここで、高温流体の流量計測をする場合の
動作について説明する。上記流量計測時と同様流入口５
ａより高温流体が供給されると、Ｘ方向に延在するセン
サチューブ７，８による熱膨張が発生する。上、下流側
のフランジ５ｂ，１０ｂは夫々上、下流側配管に接続固
定されているので、センサチューブ７，８の熱膨張によ
る軸方向の歪応力はベローズ４の伸縮により吸収され
る。

【００３１】これにより、センサチューブ７，８の熱膨
張による器差レベルの変動が防止され、正確な流量計測
が行える。

【００３２】次に、流量計測時流体圧力が変動した場合
の動作について説明する。

【００３３】まず、ベローズ４の内壁に充填材１６が充
填されていない状態の動作を考えてみる。

【００３４】例えば、流量計測中に流体の圧力が上昇し
た場合、ベローズ４の内壁に高圧流体の圧力が作用す
る。

【００３５】ベローズ４の内壁に内圧が作用するとベロ
ーズ４の山部４ｂはわずかにふくらみ、そして受圧面積
に相当する力が軸方向に発生する。この受圧面積はベロ
ーズ４の有効断面積のことである。

【００３６】ここで、ベローズ４の有効断面積Ａ_a に関
する説明をする。

【００３７】図３に示す如く、ベローズ４の有効径Ｄ_a
とは、ベローズ４の内面側の軸方向への投影断面のう
ち、ベローズ４の内面側の山部から谷部までの部分（図
３中斜線部）の軸方向への投影面積が谷側（図３中内側
の斜線部Ｉ）と山側（図３中の外側の斜線部II）の面積
が等しくなるような境をそのベローズの有効径Ｄ_a とい
う。

【００３８】そして、前記の通り図３中斜線部ＩとIIの
面積が等しいので、ベローズ４の有効半径γ_a を求める
と次式（１）のようになる。

【００３９】

【数１】

【００４０】ここで、ｒ₀ ：ベローズの内面側の山部か
らの半径、 ｒ_i ：ベローズの内面側の谷部からの半径である。

【００４１】従って、ベローズ４の有効断面積Ａ_a は次
式（２）で表わされる。

【００４２】

【数２】

【００４３】次にベローズ４の有効断面積Ａ_a の大きさ
に応じた動作原理を説明する。

【００４４】まず、ベローズ４内に充填材１６が充填さ
れていない場合の動作原理について図４を参照して説明
する。図４はセンサチューブ７，８の上流側に配設され
たベローズ４の有効断面積Ａ_a がセンサチューブ７，８
の内径の総断面積（センサチューブが２本以上ある場合
にはその和の面積）より大きい場合の原理図である。図
４において、内圧によって生じる軸方向の力を矢印〜
にて示す。流量計の両端はケーシング１２によって固
定されている。内圧が作用するとベローズ４の部分には
との力が生じる。しかし、の力は固定されたケー
シング１２の極めて近くに生じるので、この力は固定さ
れたケーシング１２の反力によって打ち消される。

【００４５】また、マニホールド６，９では内圧が作用
すると，と，の力が生じるが、これらの力は大
きさが同じで方向が互いに反対方向なので打ち消し合
う。更にマニホールド６は通常ベローズ４やセンサチュ
ーブ７，８に比べて剛性がはるかに高く、又軸方向の長
さはセンサチューブ７，８に比べて極めて短いので、
，及び，の力によりマニホールド６，９が軸方
向に伸びることは全く考えなくてよい。

【００４６】ここでベローズ４に生じた力はセンサチ
ューブ７，８を押すことになる。つまり、ベローズ４の
有効断面積Ａ_a とセンサチューブ７，８の内側の総断面
積が等しくない場合には、両者の断面積の差の面で内圧
を受けて生じる力によってセンサチューブ７，８には引
張り又は圧縮の応力が作用する。

【００４７】即ち、図４に示す場合、ベローズ４の有効
断面積Ａ_a がセンサチューブ７，８の内径の総断面積よ
り大きいため、センサチューブ７，８は上記ベローズ４
の内圧による力により圧縮されることになる。

【００４８】２つのピックアップ１４，１５の検出位置
の振幅は、理論的には同程度の位相の変化であるので、
センサチューブ７，８が２本の場合にはその位相の変化
分が相殺されて、センシングには影響が出ないはずだ
が、実際には極わずかな溶接の条件の違いや、各種部品
の取り付け位置の極わずかなずれの影響などにより、セ
ンサチューブ７，８が応力を受けた場合にその位相の変
化分は２つのピックアップ１４と１５とで異なってしま
う。つまり、センサチューブ７，８に作用した応力によ
り、ピックアップ１４，１５で位相差が生じてしまう。
その結果、コリオリ力によってセンサチューブ７，８の
信号の位相差が２つのピックアップ１４，１５で生じる
のと全く同じ現象がセンサチューブ７，８に生じてしま
い、正確な流量が測定できなくなってしまう。

【００４９】しかしながら、本発明では、ベローズ４内
部の凹部４ｃに前述した充填材１６が充填されており、
前述したようにベローズ４の内径Ｄ₁ の断面積とセンサ
チューブ７，８の総断面積とがほぼ等しくなっているの
で、その差による応力がセンサチューブ７，８に作用し
ないようになっている。さらに、ベローズ４内を通過す
る流体の圧力損失を低減することもできる。

【００５０】尚、充填材１６は図５に示すようにベロー
ズ４内部の凹部４ｃだけでなく谷部４ａの内壁全体を覆
うように充填しても良い。その場合、充填材１６に形成
された通路１７の内径Ｄ₂ の断面積がセンサチューブ
７，８の各断面積の和とほぼ等しいことが望ましい。

【００５１】又、ベローズ４の内部の凹部４ｃに充填材
１６が充填されることにより、ベローズ４は軸方向の受
圧面積がゼロとなり、流体圧力によりベローズが直接伸
長されることがなく、その伸長力を緩和することがで
き、ベローズ４が大径とされてもセンサチューブ７，８
に内圧による応力が作用しにくくなる。

【００５２】図６及び図７に本発明の第２実施例の要部
を拡大して示す。

【００５３】両図中、ベローズ４の内周には流体を流入
側マニホールド６に導くチューブ１８が挿入されてい
る。このチューブ１８は例えばステンレス製パイプを蛇
膜状に形成したもので、ベローズ４の山部４ｂ₁ 〜４ｂ
ｎの全長より長い寸法で凹部４ｃを覆うように設置され
る。

【００５４】チューブ１８は上流側端部１８ａがベロー
ズ４の流入口４ｄの内壁に溶接されている。又、チュー
ブ１８の下流側端部１８ｂはベローズ４の流出口４ｅに
溶接されることなく、自由端となっている。

【００５５】さらに、チューブ１８の外径はベローズ４
の谷部４ａの内径よりもわずかに小径であり、チューブ
１８は谷部４ａに接しないように挿通されている。

【００５６】又、チューブ１８の上流側端部１８ａ近傍
の外周には４個の貫通孔１８ｃが９０度間隔で穿設され
ている。この貫通孔１８ｃはベローズ４とチューブ１８
との間で流体が滞留しにくくなるように流体の一部をチ
ューブ１８の外周側へ供給するために設けられている。

【００５７】従って、流量計測時ベローズ４の流入口４
ｄに流入した流体はそのほとんどがチューブ１８内を通
って流出口４ｅに至り、流入側マニホールド６へ流れ
る。そのため、ベローズ４の谷部４ａ、山部４ｂによる
圧力損失が低減されるとともに、流体が凹部４ｃに滞留
することも防止できる。

【００５８】尚、高温流体計測時は、センサチューブ
６，７が長手方向に膨張してもベローズ４が伸縮して熱
膨張量を吸収する。その際、チューブ１８は上流側端部
１８ａのみがベロース４の内壁に固着されているだけな
ので、ベローズ４の伸縮動作を妨げない構成となってい
る。

【００５９】図８に本発明の第３実施例を示す。

【００６０】同図中、ベローズ４に挿通されたチューブ
１９は下流側端部１９ａがベローズ４の流入口４ｄから
流出口４ｅに挿入され、上流側端部１９ｂが流入管５の
取付部５ｃに溶接されている。又、チューブ１９の上流
側の外周１９ｃにはベローズ４の流入口４ｄの端部が溶
接され、下流側端部１９ａはベローズ４に固着されず自
由端となっている。

【００６１】尚、チューブ１９はステンレスパイプをベ
ローズ４の全長よりも長く切断してなり、その外径は谷
部の内径よりも小径で谷部４ａに接しないように挿通さ
れている。

【００６２】又、ベローズ４に挿入されたチューブ１９
の外周には貫通孔１９ｄが穿設されており、流体の一部
は貫通孔１９ｄよりチューブ１９とベローズ４との間に
流入し凹部４ｃに流体が滞留しにくくしている。

【００６３】そして、流量計測時、流体のほとんどがチ
ューブ１９内を流れて流入側マニホールド６に至る。従
って、チューブ１９によりベローズ４における圧力損失
が低減されるとともに、高温流体計測時にベローズ４の
伸縮動作が妨げられることはない。さらに、本実施例の
場合、チューブ１９はベローズ４に対して外周１９ｃが
溶接されるため、溶接作業が簡単に行えるといった利点
がある。

【００６４】尚、上記第２，第３実施例にあっては図
６，図８の左側を上流側として説明したが、これを下流
側としてチューブ１８，１９の下流側部分をベローズ４
の内壁に固着するようにしてもよい。また、チューブ１
８，１９の外周をベローズ４の谷部４ａに接しないよう
にしたが、逆にチューブ１８，１９の外周をベローズ４
の谷部４ａ内周に積極的に接するようにしてベローズ４
の伸縮の際のガイドとするようにしてもよい。

【００６５】さらに、上記各実施例では、質量流量計に
適用されたベローズを例に挙げて説明したが、本発明は
これ以外の例えば、流体が流れるセンサチューブの固有
振動数に応じて密度を測定する密度計等の管路途中に設
けられたベローズにも適用できるのは勿論である。

【００６６】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１によれ
ば、ベローズ内部に形成された凹部に弾性を有する充填
材を充填することにより、ベローズ内部が平滑な通路と
なり、ベローズの凹凸により生ずる流れの乱れを少くす
ることができベローズで発生する圧力損失を低減するこ
とができる。しかも、流体がベローズ内部に堆積するこ
とを防止でき、これにより、ベローズ内部が衛生的とな
り、且つ堆積物による腐食も防止できる。

【００６７】又、本発明の請求項２によれば、ベローズ
内にチューブを挿通させてチューブの上流側端部又は下
流側端部を固着することにより、ベローズ内で発生する
流れの乱れを少なくして圧力損失を低減することができ
る等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる流体通路用ベローズの一実施例が
適用された質量流量計の縦断面図である。

【図２】本発明の要部を拡大して示す断面図である。

【図３】ベローズの有効断面積を説明するための図であ
る。

【図４】質量流量計の管路に作用する応力を説明するた
めの原理図である。

【図５】本発明の変形例を示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施例の要部を拡大して示す縦断
面図である。

【図７】チューブの斜視図である。

【図８】本発明の第３実施例の要部を拡大して示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 質量流量計 ２ ケーシング ３ 管路 ７，８ センサチューブ １３ 加振器 １４，１５ ピックアップ １６ 充填材 １７ 通路 １８，１９ チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 繁 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 堀 幹宏 神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３ 号 トキコ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れる管路途中に設けられ、大径
   な山部と小径な谷部とが交互に連続形成された流体通路
   用ベローズにおいて、 前記山部の内壁により形成された凹部に弾性を有する充
   填材を充填し、ベローズ内部に平滑な通路を形成してな
   ることを特徴とする流体通路用ベローズ。
2. 【請求項２】 流体が流れる管路途中に設けられ、大径
   な山部と小径な谷部とが交互に連続形成された流体通路
   用ベローズにおいて、 前記ベローズの内周側にチューブを挿通し、該チューブ
   の上流側部分又は下流側部分を前記ベローズ内壁に固着
   してなることを特徴とする流体通路用ベローズ。