超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置
【課題】管壁への超音波送受波器の取付を容易とし、かつ超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することが可能な、超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置を提供する。
【解決手段】フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を管壁８０に設けられた穴８２に取り付けるための超音波送受波器取付具１００であって、弾性体で構成され、前記フランジ７０を挟持することで前記超音波送受波器取付具１００に前記超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１と、前記穴８２の縁を挟持することで前記穴８２に前記超音波送受波器取付具１００を固定する第２挟持部１５とを備える。
【解決手段】フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を管壁８０に設けられた穴８２に取り付けるための超音波送受波器取付具１００であって、弾性体で構成され、前記フランジ７０を挟持することで前記超音波送受波器取付具１００に前記超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１と、前記穴８２の縁を挟持することで前記穴８２に前記超音波送受波器取付具１００を固定する第２挟持部１５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置に関する。より詳しくは、超音波を用いて流体の流量等を計測する装置およびこれに用いられる超音波送受波器取付具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、超音波により気体や液体の流速を計測する超音波流量計測装置を開示する。同装置は、残響の短い超音波パルスの送受信が可能で、管路壁への振動の伝播を低減させることを目的とする。同装置は、側壁部の外側に設けた支持部と天部のない壁面に固定された圧電体を有する超音波振動子を設けている。また、側壁部の振動を低減する制振体と支持部を保持しうる挟持部を有する振動伝達抑止体を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５９５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化することが可能な、超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、超音波式流体計測装置において、計測対象となる流体が流れる管の壁（管壁）への超音波送受波器の取付作業を簡略化すべく、鋭意検討を行った。さらに、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することをより効果的に抑制すべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００６】
ネジなどを用いて超音波送受波器を管壁にネジ止めする場合、取付工程が複雑で、作業に時間を要する。また、超音波送受波器が超音波を送波あるいは受波する際に、取付具を介して超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝達し、超音波信号を受信する上でノイズになる問題が生じうる。
【０００７】
一方、超音波送受波器を利用した流量計などの流体計測装置では、超音波送受波器を取り付けた管を、全体として（超音波送受波器と共に）流体の充満したチャンバ内に配設する構成も採りうる。かかる構成では、管壁と超音波送受波器との間を厳密にシールする必要がない。よって、必ずしもネジ止めなどの強力な締結手段を用いて超音波送受波器を管壁に取り付ける必要もない。
【０００８】
また、超音波送受波器をより強力でない固定手段により管壁に取り付けることは、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率を低減させる上でも有効である。より強力でない固定手段を利用できることから、例えば島状の突起により管壁あるいは超音波送受波器と当接する構成を採用することができる。かかる構成では、管壁と取付具との接触面積、あるいは取付具と超音波送受波器との接触面積を低減することができ、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率をさらに低減させることができる。
【０００９】
以上の知見を踏まえ、本発明者らは、超音波送受波器のフランジと、管壁に設けられた穴の縁をそれぞれ挟持するように、ゴムなどの弾性体で超音波送受波器取付具を構成することで、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できることに想到した。
【００１０】
さらに、挟持部の少なくとも一方に島状の突起を設け、該突起により取付具がフランジおよび管壁の少なくとも一方と当接するように構成することで、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率をさらに低減させることができることに想到した。
【００１１】
すなわち本発明の超音波送受波器取付具は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、弾性体で構成され、前記フランジを挟持することで前記超音波送受波器取付具に前記超音波送受波器を固定する第１挟持部と、前記穴の縁を挟持することで前記管壁に前記超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部とを備える。
【００１２】
かかる構成では、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化することができる。
【００１３】
上記超音波送受波器取付具は、前記第１挟持部および前記第２挟持部の少なくとも一方に島状の突起が設けられ、該突起により前記超音波送受波器取付具が前記フランジおよび前記管壁の少なくとも一方と当接してもよい。
【００１４】
かかる構成では、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記超音波送受波器取付具は、前記第１挟持部と前記第２挟持部とが、前記穴の縁を構成する管壁の厚み方向において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されていてもよい。
【００１６】
かかる構成では、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記超音波送受波器取付具は、単一の部材により構成されていてもよい。
【００１８】
かかる構成では、管壁への超音波送受波器の取付作業をさらに簡略化することができる。
【００１９】
上記超音波送受波器取付具は、前記ケースのうち前記フランジ以外の部分に当接する当接部を備えていてもよい。
【００２０】
かかる構成では、超音波送受波器が超音波送受波器取付具によりさらに安定的に保持される。
【００２１】
また本発明の超音波式流体計測装置は、上記超音波送受波器取付具と、前記超音波送受波器と、前記管壁とを有する。
【００２２】
かかる構成では、超音波式流体計測装置の組立作業を簡略化できる。
【００２３】
上記超音波式流体計測装置は、チャンバを有する筐体を備え、前記超音波送受波器取付具と前記超音波送受波器と前記管壁とが前記チャンバ内部に設けられ、前記管壁は前記チャンバに連通する開口部を有し、前記筐体には前記チャンバと外部とが連通するように、ガス流入口とガス流出口とが形成され、前記管壁がなす流路が前記ガス流入口および前記ガス流出口のいずれか一方と連通していてもよい。
【００２４】
かかる構成では、超音波送受波器取付具のシール性によらず、流体を正確に計測できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置によれば、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す図であり、図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ａの方向から見た上面図、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ａ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ’に沿って切った矢印方向から見た断面図、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ｃの方向から見た底面図である。
【図２】図２は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管壁の穴部分を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管の断面図である。
【図５】図５は、図５は、第１実施形態の実施例およびその変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図であって、図５（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｂ）は第１実施形態の第１変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第２変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す図であり、図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ａの方向から見た上面図、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ａ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ’に沿って切った矢印方向から見た断面図、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ｃの方向から見た底面図である。
【００２８】
図２は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の概略構成の一例を示す断面図である。
【００２９】
図３は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管壁の穴部分を示す拡大断面図である。
【００３０】
以下、図１乃至３を参照しつつ、第１実施形態の超音波送受波器取付具について説明する。なお、符号は本実施形態とその実施例との対応関係をあくまで例示するために付したに過ぎず、本実施形態の流体制御弁の構成が図１に限定されるものではない。以下、他の実施形態においても同様である。
【００３１】
図１乃至３に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を超音波式流体計測装置の管壁８０に設けられた穴８２に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、弾性体で構成され、フランジ７０を挟持することで超音波送受波器取付具に超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１と、穴８２の縁を挟持することで管壁８０に超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部１５とを備える。かかる構成では、管壁８０への超音波送受波器５０の取付作業を簡略化することができる。
【００３２】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、第１挟持部１１および第２挟持部１５の少なくとも一方に島状の突起１２または島状の突起１６が設けられ、該突起１２により超音波送受波器取付具がフランジ７０および管壁８０の少なくとも一方と当接してもよい。かかる構成では、超音波送受波器取付具と超音波送受波器５０との接触面積、あるいは、超音波送受波器取付具と管壁８０との接触面積が低減される。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００３３】
図１および図３に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、第１挟持部１１と第２挟持部１５とが、穴８２の縁を構成する管壁８０の厚み方向（図３の矢印の方向）において同一平面にないことで互いに厚み方向に離隔するように構成されていてもよい。かかる構成では、超音波送受波器５０と管壁８０との間が、管壁８０の厚み方向に離隔することになるため、該厚み方向に沿って振動が伝達する内に振動が減衰する。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００３４】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、単一の部材により構成されていてもよい。かかる構成では、管壁８０への超音波送受波器５０の取付作業がより簡潔化され、作業効率が向上する。
【００３５】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、筒体の一方の端部において、該筒体の内側に、フランジ７０を挟持することで超音波送受波器取付具に超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１が設けられ、該筒体の他方の端部において、該筒体の外側に、穴８２の縁を挟持することで管壁８０に超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部１５が設けられてもよい。なお、ここで筒体の主軸方向（図１（ｂ）の上下方向）の長さは任意であり、リング形状も筒体に含まれる。
【００３６】
図１に例示されるように、第１挟持部１１は、該筒体の主軸に沿って該一方の端（図１（ｂ）の上方向）に向かって突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起１２を備えていてもよいし、該筒体の内壁から主軸に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するためのリング状の突起１４を備えていてもよい。突起１２は島状の形状に限定されず、例えば連続するリング状の突起であってもよい。突起１４は、該筒体の主軸に沿って該他方の端（図１（ｂ）の下方向）に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起であってもよい。
【００３７】
図１に例示されるように、第２挟持部１５は、該筒体の主軸に沿って該他方の端（図１（ｂ）の下方向）に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起１６を備えていてもよいし、該筒体の外壁から主軸と反対方向（外側）へ突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するためのリング状の突起１８を備えていてもよい。突起１６は島状の形状に限定されず、例えば連続するリング状の突起であってもよい。突起１８は、該筒体の主軸に沿って該一方の端（図１（ｂ）の上方向）に向かって突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起であってもよい。
【００３８】
本実施形態における流体は、ガス、液体などが含まれるが、第１実施形態の超音波送受波器取付具は特に流体がガスである場合に好適に適用される。
【００３９】
［実施例］
図１を参照しつつ、本実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００をより詳細に説明する。
【００４０】
超音波送受波器取付具１００は、概略として、中央に円形の穴が形成されたリング状の形状を有する弾性体からなる。該リングの軸方向に沿った一方（図１（ｂ）において下側）の端部における穴の半径は、他方（図１（ｂ）において上側）の端部に形成された穴の半径よりも小さくなっている。穴の内壁には一方（図１（ｂ）において下側）から他方（図１（ｂ）において上側）に向けて段差が形成されている。該段差部分において、上記軸方向に垂直な平面をなす同心円状の面には、円周に沿って複数の島状の突起１２（島状突起）が等間隔（４５度おき）に８個形成されている。該段差部分において、上記軸方向に沿って延びる円筒状の内壁面には、穴の内側方向に突出するように、リング状の突起１４（輪状突起）が形成されている。突起１２と突起１４とで、第１挟持部１１が形成される。
【００４１】
超音波送受波器取付具１００がなすリング形状の、一方（図１（ｂ）において下側）の端部における外壁の半径は、他方（図１（ｂ）において上側）の端部における同心の外壁の半径よりも小さくなっている。外壁には一方から他方に向けて段差が形成されている。該段差部分において、上記軸方向に垂直な平面をなす同心円状の面には、円周に沿って複数の島状の突起１６（島状突起）が等間隔（４５度おき）に８個形成されている。該段差部分において、上記軸方向に沿って延びる円筒状の外壁面には、円筒の外側方向に突出するように、リング状の突起１８（輪状突起）が形成されている。突起１６と突起１８とで、第２挟持部１５が形成される。
【００４２】
弾性体とは、超音波送受波器取付具１００を管壁８０に取り付け、あるいは超音波送受波器５０を超音波送受波器取付具１００に取り付けることが容易な程度の弾性を有する材料である。管壁８０または超音波送受波器５０はほとんど弾性を有しない場合が多いので、そのような場合に備え、容易に組立て作業を行えるようにすべく、弾性体の弾性は適宜に調整されうる。弾性体として具体的には、ゴムやプラスチックなどが好適に採用される。
【００４３】
弾性体としては、より具体的には、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム、ニトリルゴム）あるいはフロロシリコンゴムが好適に用いられる。弾性体の硬さの下限は、ショアＡ３０以上であることが好ましく、Ａ４０度以上であることがさらに好ましい。弾性体の硬さの上限は、ショアＡ７０度以下であることが好ましく、Ａ６０度以下であることがさらに好ましく、Ａ５０度以下であることが最も好ましい。弾性体の硬さの範囲は、ショアＡ３０度以上Ａ７０度以下であることが好ましく、Ａ４０度以上Ａ６０度以下であることがさらに好ましく、Ａ４０度以上Ａ５０度以下であることが最も好ましい。
【００４４】
図２を参照しつつ、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の構成例をより詳細に説明する。
【００４５】
超音波送受波器５０は、開口端の全周に亘って外側に広がる鍔を備えた円筒状のケース５２を備えている。ケース５２の他端は閉じて底面をなしており、該平面の外壁には整合層５６がエポキシ系接着剤により接着固定されている。ケース５２の開口部は円盤状の封止体５８で封止される。封止体５８の周縁部とケース５２の鍔とが溶接等により接合され、フランジ７０が形成される。ケース５２と封止体５８とがなす空間の内部には圧電体５４が配設される。圧電体５４は、ケース５２の底面にエポキシ系接着剤により接着固定されている。封止体５８の中央部には穴が形成され、該穴を埋めるように絶縁体６４が配設されている。絶縁体６４を貫通するように第１端子６２が配設される。第１端子６２と圧電体５４との間には導電性ゴム６０が配設されている。封止体５８の外壁には、第２端子６６が接続されている。第１端子６２と第２端子６６とは、絶縁体６４により絶縁される。圧電体５４には溝５５が設けられている。圧電体５４とケース５２の底面との間には、溝５５により分割された電極（図示せず）が電気的導通を確保しうるように１０μｍ以下の薄い接着層を介して接着固定されていてもよい。
【００４６】
ケース５２および封止体５８は例えば厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレスで構成される。整合層５６は例えばエポキシ樹脂と中空ガラス球の混合体からなる材料で構成される。
【００４７】
超音波送受波器５０が超音波を受信する場合、図２の下方から整合層５６へと超音波が入力され、受信した超音波パルスは圧電体５４で電気信号に変換される。該電気信号は第１端子６２と第２端子６６との間から取り出される。
【００４８】
超音波送受波器５０が超音波を送信する場合、圧電体５４は、第２端子６６と導通したケース５２および封止体５８をグランドとし、第１端子６２と第２端子６６との間に駆動電気入力を印加されることで振動する。該振動が超音波パルスとして、整合層５６を介して図２における下方へと出力される。同時に、ケース５２も振動する。該振動は、超音波送受波器５０が取り付けられる管壁を介して送信側の超音波送受波器５０から受信側の超音波送受波器５０へと伝達される。受信側では振動と受信した超音波パルスとが合成され、振幅や位相が変化してしまい、計測に誤差を与える原因となる。本実施例では、超音波送受波器取付具１００によりかかる問題が低減される。
【００４９】
超音波送受波器の外形は、特に限定されない。例えば外形は、主軸（図２の上下方向の軸）に垂直な断面の形状が円形のものに限定されず、断面形状が正方形や長方形などであってもよい。
【００５０】
フランジの形状も、特に限定されない。超音波送受波器取付具の第１挟持部が挟持できるものであれば、フランジはどのような構成であってもよい。例えば、上記のようにケースの外周の全部に亘って突出するようにフランジが設けられる必要はなく、ケースの外周の一部においてのみ突出するようにフランジが設けられていてもよいし、ケースの外壁の他の部分からフランジが突出していてもよい。
【００５１】
図３を参照しつつ、本実施形態の実施例の超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が管壁の穴に保持される態様をより詳細に説明する。
【００５２】
該態様の概略を述べれば、超音波送受波器５０は超音波送受波器取付具１００がなすリングの内側に嵌まり込むように保持され、超音波送受波器取付具１００は超音波送受波器５０を保持した状態で、管壁８０に形成された穴８２に嵌まり込むようにして保持される。これにより、超音波送受波器５０が超音波送受波器取付具１００を介して管壁８０に所定の位置関係を維持するように保持される。
【００５３】
第１挟持部１１を構成する突起１２と突起１４とで、フランジ７０の周縁部が挟持される。超音波送受波器５０は、超音波送受波器取付具１００の穴を通過して第１挟持部１１が形成された端部とは反対側の開口からに整合層５６がはみ出るように保持される。第２挟持部１５を構成する突起１６と突起１８とで、穴８２の縁を構成する管壁８０が挟持される。管壁８０の厚み方向から見た穴８２の形状は、超音波送受波器５０が余裕を持って収まる大きさの円形となっている。穴８２の縁は、厚みが若干薄くなっていてもよい。
【００５４】
以上のような態様により、超音波送受波器取付具１００は、管壁８０に形成された穴８２において、超音波が出力あるいは入力される面が流体の流路を向くように超音波送受波器５０を保持する。
【００５５】
図４は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管の断面図である。
【００５６】
管壁８０は、図４の矢印に沿って左から右へと流体を通流させるように流路を構成する。該流路から分岐するように２つの取付管８１が、該管壁８０がなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている。該流路内を流れる流体の流れ方向と一方の取付管８１とがなす角は、該流れ方向の逆方向と他方の取付管８１とがなす角と等しくなっている。換言すれば、一方の取付管８１と、他方の取付管８１とは、流体の流れる方向と垂直な平面に対して面対称となるように形成される。該流路と取付管８１の一端とはその内部が連通しており、取付管８１の他端の開口部がなす穴８２にはそれぞれ、超音波送受波器取付具１００を介して超音波送受波器５０が取り付けられている。超音波送受波器５０はそれぞれ、超音波の送受波面（整合層５６が取り付けられている面）が取付管８１の内部を向くように取り付けられている。一方の超音波送受波器５０から発信された超音波は、管壁８０が形成する該流路の内部を通流する流体中を伝播し、２つの超音波送受波器５０の間にある管壁８０の内壁のうち、取付管８１の形成された側とは反対側の内壁に設けられた反射部８４で反射して、他方の超音波送受波器５０に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００５７】
図４に示した構成は、超音波式流体計測装置において計測対象となる流体が充満するように構成された気密の筐体の内部に配設されることが好ましい。すなわち、超音波送受波器取付具は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付け、超音波式流体計測装置の筐体内部に充満する計測対象流体に該管壁と超音波送受波器と超音波送受波器取付具とが浸漬されるように配設するための超音波送受波器取付具であることが好ましい。
【００５８】
かかる構成では、第２実施形態で後述するように、超音波送受波器取付具が超音波送受波器と管壁とを隙間なくシールしなくても、超音波送受波器と管壁との間を通流する流体の量を無視できる程度に小さくすることができる。超音波送受波器を用いて管壁内部の流路を通過する流体の速度や量を計測することで、超音波式流体計測装置を通過する流体の流量等を正確に計測できる。超音波送受波器取付具によるシール性が要求されないため、挟持部に島状の突起を設けやすくなる。島状の突起は必然的に超音波送受波器あるいは管壁との間で隙間が生じる。厳密なシール性が要求される場合には採用することが困難となる。
【００５９】
超音波送受波器取付具１００は、弾性体からなる挟持部により、ネジなどの締結部材を用いずに、超音波送受波器５０を管壁８０へと取り付けることができる。よって、管壁への超音波送受波器の取付作業を飛躍的に簡略化することが可能となる。
【００６０】
超音波送受波器取付具１００によれば、フランジ７０と超音波送受波器取付具１００とは少なくとも一部が、超音波送受波器取付具１００に形成された島状の突起１２により当接するため、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００６１】
超音波送受波器取付具１００は、フランジの主面のうち流体流路に向く一方の主面と、島状の突起１２によってのみ当接する。かかる構成では、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをさらに効果的に抑制することができる。
【００６２】
超音波送受波器取付具１００によれば、穴８２の縁を構成する管壁８０と超音波送受波器取付具１００とは少なくとも一部が、超音波送受波器取付具１００に形成された島状の突起１６により当接するため、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００６３】
超音波送受波器取付具１００は、穴８２の縁を構成する管壁８０の主面のうち流体流路と反対側の主面と、島状の突起１２によってのみ当接する。かかる構成では、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをさらに効果的に抑制することができる。
【００６４】
超音波送受波器取付具１００によれば、フランジ７０の主面のうち、流路と反対側の面がリング状の突起１４により保持される。超音波送受波器５０が超音波送受波器取付具１００から流路の外側方向に外れることが抑制される。よって、超音波送受波器５０を管壁８０により確実に保持できる。
【００６５】
超音波送受波器取付具１００によれば、穴８２の縁を構成する管壁８０の主面のうち、流路側の面がリング状の突起１４により保持される。超音波送受波器取付具１００が穴８２から流路の外側方向に外れることが抑制される。よって、超音波送受波器５０を管壁８０により確実に保持できる。
【００６６】
超音波送受波器取付具１００では、第１挟持部１１と第２挟持部１５とが、管壁８０の厚み方向（図３参照）において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されている。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００６７】
なお、突起１４および突起１８はリング状の突起として形成されていたが、いずれか一方または双方が島状の突起として形成されていてもよい。突起１２および突起１６は島状の突起として形成されていたが、いずれか一方または双方がリング状の突起として形成されていてもよい。
【００６８】
超音波送受波器取付具１００は、複数の部材により構成されていてもよい。例えば、図１と同様の形状であって、中央で２つに分割されていてもよい。かかる構成では、金型を用いて製造する場合に、金型からの取り出しが容易になる。
【００６９】
［変形例］
図５は、図５は、第１実施形態の実施例およびその変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図であって、図５（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｂ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図である。
【００７０】
変形例の超音波送受波器取付具は、ケース５２のうちフランジ７０以外の部分に当接する当接部を備える。
【００７１】
図５（ａ）に示すように、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００は、第１挟持部１１がケース５２のフランジ７０のみと当接している。即ち、超音波送受波器取付具１００とケース５２の側壁との間には間隙１７が存在し、超音波送受波器取付具１００と側壁とは接触していない。かかる構成は、ケース５２から管壁８０へと伝達される振動の量を低減する上で有効である。
【００７２】
図５（ｂ）に示す、第１実施形態の第１変形例にかかる超音波送受波器取付具１００Ａは、ケース５２の側壁に面した内壁に当接部として突起１９が形成され、突起１９により超音波送受波器取付具１００Ａがケース５２の側壁に当接する。かかる構成によれば、ケース５２がより安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される。
【００７３】
図５（ｃ）に示す、第１実施形態の第２変形例にかかる超音波送受波器取付具１００Ｂは、ケース５２の側壁に面した内壁が全体として当接部となり、ケース５２の側壁に当接する。かかる構成によれば、ケース５２がさらに安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される。
【００７４】
ケース５２のうちフランジ７０以外の部分に当接する当接部の形状は、上述したものに限定されない。ケース５２がより安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される上で有効であれば、該当接部はどのような形状であってもよい。
【００７５】
（第２実施形態）
第２実施形態の超音波式流体計測装置は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器と、第１実施形態の超音波送受波器取付具と、穴が設けられた管壁とを有する。かかる構成によれば、超音波式流体計測装置の組立作業を簡略化できる。第２実施形態の超音波式流体計測装置においても、超音波送受波器取付具の構成は、第１実施形態で示したのと同様の変形例が適用可能である。
【００７６】
以下、第２実施形態の超音波式流体計測装置の実施例について説明する。なお、本実施例では、流体がガスである場合を説明する。
【００７７】
図６は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【００７８】
図６に示すように、実施例の超音波式流体計測装置２００は、ガス流入口２０とガス流出口３０とが設けられ気密にシールされた筐体４０と、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００を介して超音波送受波器５０が取り付けられた管壁８０とを備えている。
【００７９】
管壁８０は、超音波送受波器５０および超音波送受波器取付具１００と共に、筐体４０の内部に形成されたチャンバ４２の内部に配設されている。管壁８０の一方の端部はチャンバ４２に開放され、他方の端部はガス流出口３０と接続されており、管壁８０がなすガス流路はガス流出口３０と連通している。
【００８０】
超音波送受波器取付具１００と、管壁８０と、超音波送受波器５０とは、それぞれ、第１実施形態で説明したのと同様の構成としうるので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
超音波送受波器取付具１００と、管壁８０と、超音波送受波器５０とは、超音波式流体計測装置２００において計測対象となる流体が充満するように構成された気密の筐体４０の内部に配設される。すなわち、超音波送受波器取付具１００は、フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を超音波式流体計測装置２００の管壁８０に設けられた穴８２に取り付け、超音波式流体計測装置の筐体４０内部に充満する計測対象流体に管壁８０と超音波送受波器５０と超音波送受波器取付具１００とが浸漬されるように配設される。
【００８２】
換言すれば、超音波式流体計測装置２００は、チャンバ４２を有する筐体４０を備え、超音波送受波器取付具１００と超音波送受波器５０と管壁８０とがチャンバ４２内部に設けられ、管壁８０はチャンバ４２に連通する開口部を有し、筐体４０にはチャンバ４２と外部とが連通するように、ガス流入口２０とガス流出口３０とが形成され、管壁８０がなす流路がガス流入口２０およびガス流出口３０のいずれか一方と連通している。
【００８３】
ガス流入口２０から流入したガスは、チャンバ４２の内部に充満し、管壁８０がなすガス流路を通過した後、ガス流出口３０を通じて筐体４０の外部へと流出する。かかる構成によれば、ガス流出口３０に流入したガスは全量が管壁８０の内部を通ってガス流出口３０から排出される。よって、超音波式流体計測装置２００の内部を通流するガスの流量や流速などを、超音波送受波器５０を用いて正確に計測できる。管壁８０がガス流入口２０と連通し、ガス流入口２０から管壁８０を通じてガスがチャンバ４２へと流入するように構成した場合も同様の効果が得られる。
【００８４】
ガスはチャンバ４２の内部に充満しており、管壁８０の内部と外部とでガスの圧力はほぼ等しい。よって、超音波送受波器取付具１００によるシールが不十分であっても、超音波送受波器取付具１００と管壁８０との隙間、あるいは超音波送受波器取付具１００と超音波送受波器５０との隙間を通って流れるガスの量は無視できる程度に小さく、流速や流量の計測に与える影響も無視できる。すなわち、超音波送受波器取付具１００のシール性によらず、流体を正確に計測できる。
【００８５】
超音波式流体計測装置２００では、超音波送受波器取付具が超音波送受波器と管壁とを隙間なくシールしなくても、超音波送受波器と管壁との間を通流する流体の量を無視できる程度に小さくすることができる。超音波送受波器を用いて管壁内部の流路を通過する流体の速度や量を計測することで、超音波式流体計測装置を通過する流体の流量等を正確に計測できる。
【００８６】
超音波送受波器取付具によるシール性が要求されないため、挟持部に島状の突起を設けやすくなる。島状の突起は超音波送受波器あるいは管壁との間で隙間が生じやすい。厳密なシール性が要求される場合には採用することが比較的困難となる。挟持部が島状の突起を備えることで、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００８７】
超音波式流体計測装置２００においても、超音波送受波器取付具の構成は、第１実施形態で示したのと同様の変形例が適用可能である。
【００８８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置は、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できる超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置として有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１１ 第１挟持部
１２ 突起
１４ 突起
１５ 第２挟持部
１６ 突起
１７ 間隙
１８ 突起
１９ 突起
２０ ガス流入口
３０ ガス流出口
４０ 筐体
４２ チャンバ
５０ 超音波送受波器
５２ ケース
５４ 圧電体
５５ 溝
５６ 整合層
５８ 封止体
６０ 導電性ゴム
６２ 第１端子
６４ 絶縁体
６６ 第２端子
７０ フランジ
８０ 管壁
８１ 取付管
８２ 穴
８４ 反射部
１００ 超音波送受波器取付具
２００ 超音波式流体計測装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置に関する。より詳しくは、超音波を用いて流体の流量等を計測する装置およびこれに用いられる超音波送受波器取付具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、超音波により気体や液体の流速を計測する超音波流量計測装置を開示する。同装置は、残響の短い超音波パルスの送受信が可能で、管路壁への振動の伝播を低減させることを目的とする。同装置は、側壁部の外側に設けた支持部と天部のない壁面に固定された圧電体を有する超音波振動子を設けている。また、側壁部の振動を低減する制振体と支持部を保持しうる挟持部を有する振動伝達抑止体を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５９５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化することが可能な、超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、超音波式流体計測装置において、計測対象となる流体が流れる管の壁（管壁）への超音波送受波器の取付作業を簡略化すべく、鋭意検討を行った。さらに、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することをより効果的に抑制すべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００６】
ネジなどを用いて超音波送受波器を管壁にネジ止めする場合、取付工程が複雑で、作業に時間を要する。また、超音波送受波器が超音波を送波あるいは受波する際に、取付具を介して超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝達し、超音波信号を受信する上でノイズになる問題が生じうる。
【０００７】
一方、超音波送受波器を利用した流量計などの流体計測装置では、超音波送受波器を取り付けた管を、全体として（超音波送受波器と共に）流体の充満したチャンバ内に配設する構成も採りうる。かかる構成では、管壁と超音波送受波器との間を厳密にシールする必要がない。よって、必ずしもネジ止めなどの強力な締結手段を用いて超音波送受波器を管壁に取り付ける必要もない。
【０００８】
また、超音波送受波器をより強力でない固定手段により管壁に取り付けることは、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率を低減させる上でも有効である。より強力でない固定手段を利用できることから、例えば島状の突起により管壁あるいは超音波送受波器と当接する構成を採用することができる。かかる構成では、管壁と取付具との接触面積、あるいは取付具と超音波送受波器との接触面積を低減することができ、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率をさらに低減させることができる。
【０００９】
以上の知見を踏まえ、本発明者らは、超音波送受波器のフランジと、管壁に設けられた穴の縁をそれぞれ挟持するように、ゴムなどの弾性体で超音波送受波器取付具を構成することで、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できることに想到した。
【００１０】
さらに、挟持部の少なくとも一方に島状の突起を設け、該突起により取付具がフランジおよび管壁の少なくとも一方と当接するように構成することで、超音波送受波器と管壁との間の振動の伝達率をさらに低減させることができることに想到した。
【００１１】
すなわち本発明の超音波送受波器取付具は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、弾性体で構成され、前記フランジを挟持することで前記超音波送受波器取付具に前記超音波送受波器を固定する第１挟持部と、前記穴の縁を挟持することで前記管壁に前記超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部とを備える。
【００１２】
かかる構成では、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化することができる。
【００１３】
上記超音波送受波器取付具は、前記第１挟持部および前記第２挟持部の少なくとも一方に島状の突起が設けられ、該突起により前記超音波送受波器取付具が前記フランジおよび前記管壁の少なくとも一方と当接してもよい。
【００１４】
かかる構成では、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記超音波送受波器取付具は、前記第１挟持部と前記第２挟持部とが、前記穴の縁を構成する管壁の厚み方向において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されていてもよい。
【００１６】
かかる構成では、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記超音波送受波器取付具は、単一の部材により構成されていてもよい。
【００１８】
かかる構成では、管壁への超音波送受波器の取付作業をさらに簡略化することができる。
【００１９】
上記超音波送受波器取付具は、前記ケースのうち前記フランジ以外の部分に当接する当接部を備えていてもよい。
【００２０】
かかる構成では、超音波送受波器が超音波送受波器取付具によりさらに安定的に保持される。
【００２１】
また本発明の超音波式流体計測装置は、上記超音波送受波器取付具と、前記超音波送受波器と、前記管壁とを有する。
【００２２】
かかる構成では、超音波式流体計測装置の組立作業を簡略化できる。
【００２３】
上記超音波式流体計測装置は、チャンバを有する筐体を備え、前記超音波送受波器取付具と前記超音波送受波器と前記管壁とが前記チャンバ内部に設けられ、前記管壁は前記チャンバに連通する開口部を有し、前記筐体には前記チャンバと外部とが連通するように、ガス流入口とガス流出口とが形成され、前記管壁がなす流路が前記ガス流入口および前記ガス流出口のいずれか一方と連通していてもよい。
【００２４】
かかる構成では、超音波送受波器取付具のシール性によらず、流体を正確に計測できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置によれば、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す図であり、図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ａの方向から見た上面図、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ａ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ’に沿って切った矢印方向から見た断面図、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ｃの方向から見た底面図である。
【図２】図２は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の概略構成の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管壁の穴部分を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管の断面図である。
【図５】図５は、図５は、第１実施形態の実施例およびその変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図であって、図５（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｂ）は第１実施形態の第１変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第２変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す図であり、図１（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ａの方向から見た上面図、図１（ｂ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ａ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ’に沿って切った矢印方向から見た断面図、図１（ｃ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を図１（ｂ）の矢印ｃの方向から見た底面図である。
【００２８】
図２は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の概略構成の一例を示す断面図である。
【００２９】
図３は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管壁の穴部分を示す拡大断面図である。
【００３０】
以下、図１乃至３を参照しつつ、第１実施形態の超音波送受波器取付具について説明する。なお、符号は本実施形態とその実施例との対応関係をあくまで例示するために付したに過ぎず、本実施形態の流体制御弁の構成が図１に限定されるものではない。以下、他の実施形態においても同様である。
【００３１】
図１乃至３に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を超音波式流体計測装置の管壁８０に設けられた穴８２に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、弾性体で構成され、フランジ７０を挟持することで超音波送受波器取付具に超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１と、穴８２の縁を挟持することで管壁８０に超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部１５とを備える。かかる構成では、管壁８０への超音波送受波器５０の取付作業を簡略化することができる。
【００３２】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、第１挟持部１１および第２挟持部１５の少なくとも一方に島状の突起１２または島状の突起１６が設けられ、該突起１２により超音波送受波器取付具がフランジ７０および管壁８０の少なくとも一方と当接してもよい。かかる構成では、超音波送受波器取付具と超音波送受波器５０との接触面積、あるいは、超音波送受波器取付具と管壁８０との接触面積が低減される。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００３３】
図１および図３に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、第１挟持部１１と第２挟持部１５とが、穴８２の縁を構成する管壁８０の厚み方向（図３の矢印の方向）において同一平面にないことで互いに厚み方向に離隔するように構成されていてもよい。かかる構成では、超音波送受波器５０と管壁８０との間が、管壁８０の厚み方向に離隔することになるため、該厚み方向に沿って振動が伝達する内に振動が減衰する。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００３４】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、単一の部材により構成されていてもよい。かかる構成では、管壁８０への超音波送受波器５０の取付作業がより簡潔化され、作業効率が向上する。
【００３５】
図１に例示されるように、第１実施形態の超音波送受波器取付具は、筒体の一方の端部において、該筒体の内側に、フランジ７０を挟持することで超音波送受波器取付具に超音波送受波器５０を固定する第１挟持部１１が設けられ、該筒体の他方の端部において、該筒体の外側に、穴８２の縁を挟持することで管壁８０に超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部１５が設けられてもよい。なお、ここで筒体の主軸方向（図１（ｂ）の上下方向）の長さは任意であり、リング形状も筒体に含まれる。
【００３６】
図１に例示されるように、第１挟持部１１は、該筒体の主軸に沿って該一方の端（図１（ｂ）の上方向）に向かって突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起１２を備えていてもよいし、該筒体の内壁から主軸に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するためのリング状の突起１４を備えていてもよい。突起１２は島状の形状に限定されず、例えば連続するリング状の突起であってもよい。突起１４は、該筒体の主軸に沿って該他方の端（図１（ｂ）の下方向）に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起であってもよい。
【００３７】
図１に例示されるように、第２挟持部１５は、該筒体の主軸に沿って該他方の端（図１（ｂ）の下方向）に向かって突出して該一方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起１６を備えていてもよいし、該筒体の外壁から主軸と反対方向（外側）へ突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するためのリング状の突起１８を備えていてもよい。突起１６は島状の形状に限定されず、例えば連続するリング状の突起であってもよい。突起１８は、該筒体の主軸に沿って該一方の端（図１（ｂ）の上方向）に向かって突出して該他方の端側からフランジ７０に当接するための島状の突起であってもよい。
【００３８】
本実施形態における流体は、ガス、液体などが含まれるが、第１実施形態の超音波送受波器取付具は特に流体がガスである場合に好適に適用される。
【００３９】
［実施例］
図１を参照しつつ、本実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００をより詳細に説明する。
【００４０】
超音波送受波器取付具１００は、概略として、中央に円形の穴が形成されたリング状の形状を有する弾性体からなる。該リングの軸方向に沿った一方（図１（ｂ）において下側）の端部における穴の半径は、他方（図１（ｂ）において上側）の端部に形成された穴の半径よりも小さくなっている。穴の内壁には一方（図１（ｂ）において下側）から他方（図１（ｂ）において上側）に向けて段差が形成されている。該段差部分において、上記軸方向に垂直な平面をなす同心円状の面には、円周に沿って複数の島状の突起１２（島状突起）が等間隔（４５度おき）に８個形成されている。該段差部分において、上記軸方向に沿って延びる円筒状の内壁面には、穴の内側方向に突出するように、リング状の突起１４（輪状突起）が形成されている。突起１２と突起１４とで、第１挟持部１１が形成される。
【００４１】
超音波送受波器取付具１００がなすリング形状の、一方（図１（ｂ）において下側）の端部における外壁の半径は、他方（図１（ｂ）において上側）の端部における同心の外壁の半径よりも小さくなっている。外壁には一方から他方に向けて段差が形成されている。該段差部分において、上記軸方向に垂直な平面をなす同心円状の面には、円周に沿って複数の島状の突起１６（島状突起）が等間隔（４５度おき）に８個形成されている。該段差部分において、上記軸方向に沿って延びる円筒状の外壁面には、円筒の外側方向に突出するように、リング状の突起１８（輪状突起）が形成されている。突起１６と突起１８とで、第２挟持部１５が形成される。
【００４２】
弾性体とは、超音波送受波器取付具１００を管壁８０に取り付け、あるいは超音波送受波器５０を超音波送受波器取付具１００に取り付けることが容易な程度の弾性を有する材料である。管壁８０または超音波送受波器５０はほとんど弾性を有しない場合が多いので、そのような場合に備え、容易に組立て作業を行えるようにすべく、弾性体の弾性は適宜に調整されうる。弾性体として具体的には、ゴムやプラスチックなどが好適に採用される。
【００４３】
弾性体としては、より具体的には、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム、ニトリルゴム）あるいはフロロシリコンゴムが好適に用いられる。弾性体の硬さの下限は、ショアＡ３０以上であることが好ましく、Ａ４０度以上であることがさらに好ましい。弾性体の硬さの上限は、ショアＡ７０度以下であることが好ましく、Ａ６０度以下であることがさらに好ましく、Ａ５０度以下であることが最も好ましい。弾性体の硬さの範囲は、ショアＡ３０度以上Ａ７０度以下であることが好ましく、Ａ４０度以上Ａ６０度以下であることがさらに好ましく、Ａ４０度以上Ａ５０度以下であることが最も好ましい。
【００４４】
図２を参照しつつ、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器の構成例をより詳細に説明する。
【００４５】
超音波送受波器５０は、開口端の全周に亘って外側に広がる鍔を備えた円筒状のケース５２を備えている。ケース５２の他端は閉じて底面をなしており、該平面の外壁には整合層５６がエポキシ系接着剤により接着固定されている。ケース５２の開口部は円盤状の封止体５８で封止される。封止体５８の周縁部とケース５２の鍔とが溶接等により接合され、フランジ７０が形成される。ケース５２と封止体５８とがなす空間の内部には圧電体５４が配設される。圧電体５４は、ケース５２の底面にエポキシ系接着剤により接着固定されている。封止体５８の中央部には穴が形成され、該穴を埋めるように絶縁体６４が配設されている。絶縁体６４を貫通するように第１端子６２が配設される。第１端子６２と圧電体５４との間には導電性ゴム６０が配設されている。封止体５８の外壁には、第２端子６６が接続されている。第１端子６２と第２端子６６とは、絶縁体６４により絶縁される。圧電体５４には溝５５が設けられている。圧電体５４とケース５２の底面との間には、溝５５により分割された電極（図示せず）が電気的導通を確保しうるように１０μｍ以下の薄い接着層を介して接着固定されていてもよい。
【００４６】
ケース５２および封止体５８は例えば厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のステンレスで構成される。整合層５６は例えばエポキシ樹脂と中空ガラス球の混合体からなる材料で構成される。
【００４７】
超音波送受波器５０が超音波を受信する場合、図２の下方から整合層５６へと超音波が入力され、受信した超音波パルスは圧電体５４で電気信号に変換される。該電気信号は第１端子６２と第２端子６６との間から取り出される。
【００４８】
超音波送受波器５０が超音波を送信する場合、圧電体５４は、第２端子６６と導通したケース５２および封止体５８をグランドとし、第１端子６２と第２端子６６との間に駆動電気入力を印加されることで振動する。該振動が超音波パルスとして、整合層５６を介して図２における下方へと出力される。同時に、ケース５２も振動する。該振動は、超音波送受波器５０が取り付けられる管壁を介して送信側の超音波送受波器５０から受信側の超音波送受波器５０へと伝達される。受信側では振動と受信した超音波パルスとが合成され、振幅や位相が変化してしまい、計測に誤差を与える原因となる。本実施例では、超音波送受波器取付具１００によりかかる問題が低減される。
【００４９】
超音波送受波器の外形は、特に限定されない。例えば外形は、主軸（図２の上下方向の軸）に垂直な断面の形状が円形のものに限定されず、断面形状が正方形や長方形などであってもよい。
【００５０】
フランジの形状も、特に限定されない。超音波送受波器取付具の第１挟持部が挟持できるものであれば、フランジはどのような構成であってもよい。例えば、上記のようにケースの外周の全部に亘って突出するようにフランジが設けられる必要はなく、ケースの外周の一部においてのみ突出するようにフランジが設けられていてもよいし、ケースの外壁の他の部分からフランジが突出していてもよい。
【００５１】
図３を参照しつつ、本実施形態の実施例の超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が管壁の穴に保持される態様をより詳細に説明する。
【００５２】
該態様の概略を述べれば、超音波送受波器５０は超音波送受波器取付具１００がなすリングの内側に嵌まり込むように保持され、超音波送受波器取付具１００は超音波送受波器５０を保持した状態で、管壁８０に形成された穴８２に嵌まり込むようにして保持される。これにより、超音波送受波器５０が超音波送受波器取付具１００を介して管壁８０に所定の位置関係を維持するように保持される。
【００５３】
第１挟持部１１を構成する突起１２と突起１４とで、フランジ７０の周縁部が挟持される。超音波送受波器５０は、超音波送受波器取付具１００の穴を通過して第１挟持部１１が形成された端部とは反対側の開口からに整合層５６がはみ出るように保持される。第２挟持部１５を構成する突起１６と突起１８とで、穴８２の縁を構成する管壁８０が挟持される。管壁８０の厚み方向から見た穴８２の形状は、超音波送受波器５０が余裕を持って収まる大きさの円形となっている。穴８２の縁は、厚みが若干薄くなっていてもよい。
【００５４】
以上のような態様により、超音波送受波器取付具１００は、管壁８０に形成された穴８２において、超音波が出力あるいは入力される面が流体の流路を向くように超音波送受波器５０を保持する。
【００５５】
図４は、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具を用いて超音波送受波器が取り付けられた管の断面図である。
【００５６】
管壁８０は、図４の矢印に沿って左から右へと流体を通流させるように流路を構成する。該流路から分岐するように２つの取付管８１が、該管壁８０がなす流路の主軸と所定の角度をなして延びるように形成されている。該流路内を流れる流体の流れ方向と一方の取付管８１とがなす角は、該流れ方向の逆方向と他方の取付管８１とがなす角と等しくなっている。換言すれば、一方の取付管８１と、他方の取付管８１とは、流体の流れる方向と垂直な平面に対して面対称となるように形成される。該流路と取付管８１の一端とはその内部が連通しており、取付管８１の他端の開口部がなす穴８２にはそれぞれ、超音波送受波器取付具１００を介して超音波送受波器５０が取り付けられている。超音波送受波器５０はそれぞれ、超音波の送受波面（整合層５６が取り付けられている面）が取付管８１の内部を向くように取り付けられている。一方の超音波送受波器５０から発信された超音波は、管壁８０が形成する該流路の内部を通流する流体中を伝播し、２つの超音波送受波器５０の間にある管壁８０の内壁のうち、取付管８１の形成された側とは反対側の内壁に設けられた反射部８４で反射して、他方の超音波送受波器５０に到達する。流体の流速に応じて超音波の到達時間が変化する。該変化に基づいて、流体の流速あるいは流量等が計測される。計測の具体的方法については、周知の方法を採用することができるので、詳細な説明を省略する。
【００５７】
図４に示した構成は、超音波式流体計測装置において計測対象となる流体が充満するように構成された気密の筐体の内部に配設されることが好ましい。すなわち、超音波送受波器取付具は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付け、超音波式流体計測装置の筐体内部に充満する計測対象流体に該管壁と超音波送受波器と超音波送受波器取付具とが浸漬されるように配設するための超音波送受波器取付具であることが好ましい。
【００５８】
かかる構成では、第２実施形態で後述するように、超音波送受波器取付具が超音波送受波器と管壁とを隙間なくシールしなくても、超音波送受波器と管壁との間を通流する流体の量を無視できる程度に小さくすることができる。超音波送受波器を用いて管壁内部の流路を通過する流体の速度や量を計測することで、超音波式流体計測装置を通過する流体の流量等を正確に計測できる。超音波送受波器取付具によるシール性が要求されないため、挟持部に島状の突起を設けやすくなる。島状の突起は必然的に超音波送受波器あるいは管壁との間で隙間が生じる。厳密なシール性が要求される場合には採用することが困難となる。
【００５９】
超音波送受波器取付具１００は、弾性体からなる挟持部により、ネジなどの締結部材を用いずに、超音波送受波器５０を管壁８０へと取り付けることができる。よって、管壁への超音波送受波器の取付作業を飛躍的に簡略化することが可能となる。
【００６０】
超音波送受波器取付具１００によれば、フランジ７０と超音波送受波器取付具１００とは少なくとも一部が、超音波送受波器取付具１００に形成された島状の突起１２により当接するため、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００６１】
超音波送受波器取付具１００は、フランジの主面のうち流体流路に向く一方の主面と、島状の突起１２によってのみ当接する。かかる構成では、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをさらに効果的に抑制することができる。
【００６２】
超音波送受波器取付具１００によれば、穴８２の縁を構成する管壁８０と超音波送受波器取付具１００とは少なくとも一部が、超音波送受波器取付具１００に形成された島状の突起１６により当接するため、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することを効果的に抑制することができる。
【００６３】
超音波送受波器取付具１００は、穴８２の縁を構成する管壁８０の主面のうち流体流路と反対側の主面と、島状の突起１２によってのみ当接する。かかる構成では、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをさらに効果的に抑制することができる。
【００６４】
超音波送受波器取付具１００によれば、フランジ７０の主面のうち、流路と反対側の面がリング状の突起１４により保持される。超音波送受波器５０が超音波送受波器取付具１００から流路の外側方向に外れることが抑制される。よって、超音波送受波器５０を管壁８０により確実に保持できる。
【００６５】
超音波送受波器取付具１００によれば、穴８２の縁を構成する管壁８０の主面のうち、流路側の面がリング状の突起１４により保持される。超音波送受波器取付具１００が穴８２から流路の外側方向に外れることが抑制される。よって、超音波送受波器５０を管壁８０により確実に保持できる。
【００６６】
超音波送受波器取付具１００では、第１挟持部１１と第２挟持部１５とが、管壁８０の厚み方向（図３参照）において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されている。よって、超音波送受波器５０から管壁８０へ、あるいは管壁８０から超音波送受波器５０へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００６７】
なお、突起１４および突起１８はリング状の突起として形成されていたが、いずれか一方または双方が島状の突起として形成されていてもよい。突起１２および突起１６は島状の突起として形成されていたが、いずれか一方または双方がリング状の突起として形成されていてもよい。
【００６８】
超音波送受波器取付具１００は、複数の部材により構成されていてもよい。例えば、図１と同様の形状であって、中央で２つに分割されていてもよい。かかる構成では、金型を用いて製造する場合に、金型からの取り出しが容易になる。
【００６９】
［変形例］
図５は、図５は、第１実施形態の実施例およびその変形例の超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図であって、図５（ａ）は第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｂ）は第１実施形態の第１変形例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図、図５（ｃ）は第１実施形態の第２変形例にかかる超音波送受波器取付具の概略構成の一例を示す断面図である。
【００７０】
変形例の超音波送受波器取付具は、ケース５２のうちフランジ７０以外の部分に当接する当接部を備える。
【００７１】
図５（ａ）に示すように、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００は、第１挟持部１１がケース５２のフランジ７０のみと当接している。即ち、超音波送受波器取付具１００とケース５２の側壁との間には間隙１７が存在し、超音波送受波器取付具１００と側壁とは接触していない。かかる構成は、ケース５２から管壁８０へと伝達される振動の量を低減する上で有効である。
【００７２】
図５（ｂ）に示す、第１実施形態の第１変形例にかかる超音波送受波器取付具１００Ａは、ケース５２の側壁に面した内壁に当接部として突起１９が形成され、突起１９により超音波送受波器取付具１００Ａがケース５２の側壁に当接する。かかる構成によれば、ケース５２がより安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される。
【００７３】
図５（ｃ）に示す、第１実施形態の第２変形例にかかる超音波送受波器取付具１００Ｂは、ケース５２の側壁に面した内壁が全体として当接部となり、ケース５２の側壁に当接する。かかる構成によれば、ケース５２がさらに安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される。
【００７４】
ケース５２のうちフランジ７０以外の部分に当接する当接部の形状は、上述したものに限定されない。ケース５２がより安定的に超音波送受波器取付具１００Ａにより保持される上で有効であれば、該当接部はどのような形状であってもよい。
【００７５】
（第２実施形態）
第２実施形態の超音波式流体計測装置は、フランジを備えたケースを有する超音波送受波器と、第１実施形態の超音波送受波器取付具と、穴が設けられた管壁とを有する。かかる構成によれば、超音波式流体計測装置の組立作業を簡略化できる。第２実施形態の超音波式流体計測装置においても、超音波送受波器取付具の構成は、第１実施形態で示したのと同様の変形例が適用可能である。
【００７６】
以下、第２実施形態の超音波式流体計測装置の実施例について説明する。なお、本実施例では、流体がガスである場合を説明する。
【００７７】
図６は、第２実施形態の実施例にかかる超音波式流体計測装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【００７８】
図６に示すように、実施例の超音波式流体計測装置２００は、ガス流入口２０とガス流出口３０とが設けられ気密にシールされた筐体４０と、第１実施形態の実施例にかかる超音波送受波器取付具１００を介して超音波送受波器５０が取り付けられた管壁８０とを備えている。
【００７９】
管壁８０は、超音波送受波器５０および超音波送受波器取付具１００と共に、筐体４０の内部に形成されたチャンバ４２の内部に配設されている。管壁８０の一方の端部はチャンバ４２に開放され、他方の端部はガス流出口３０と接続されており、管壁８０がなすガス流路はガス流出口３０と連通している。
【００８０】
超音波送受波器取付具１００と、管壁８０と、超音波送受波器５０とは、それぞれ、第１実施形態で説明したのと同様の構成としうるので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
超音波送受波器取付具１００と、管壁８０と、超音波送受波器５０とは、超音波式流体計測装置２００において計測対象となる流体が充満するように構成された気密の筐体４０の内部に配設される。すなわち、超音波送受波器取付具１００は、フランジ７０を備えたケース５２を有する超音波送受波器５０を超音波式流体計測装置２００の管壁８０に設けられた穴８２に取り付け、超音波式流体計測装置の筐体４０内部に充満する計測対象流体に管壁８０と超音波送受波器５０と超音波送受波器取付具１００とが浸漬されるように配設される。
【００８２】
換言すれば、超音波式流体計測装置２００は、チャンバ４２を有する筐体４０を備え、超音波送受波器取付具１００と超音波送受波器５０と管壁８０とがチャンバ４２内部に設けられ、管壁８０はチャンバ４２に連通する開口部を有し、筐体４０にはチャンバ４２と外部とが連通するように、ガス流入口２０とガス流出口３０とが形成され、管壁８０がなす流路がガス流入口２０およびガス流出口３０のいずれか一方と連通している。
【００８３】
ガス流入口２０から流入したガスは、チャンバ４２の内部に充満し、管壁８０がなすガス流路を通過した後、ガス流出口３０を通じて筐体４０の外部へと流出する。かかる構成によれば、ガス流出口３０に流入したガスは全量が管壁８０の内部を通ってガス流出口３０から排出される。よって、超音波式流体計測装置２００の内部を通流するガスの流量や流速などを、超音波送受波器５０を用いて正確に計測できる。管壁８０がガス流入口２０と連通し、ガス流入口２０から管壁８０を通じてガスがチャンバ４２へと流入するように構成した場合も同様の効果が得られる。
【００８４】
ガスはチャンバ４２の内部に充満しており、管壁８０の内部と外部とでガスの圧力はほぼ等しい。よって、超音波送受波器取付具１００によるシールが不十分であっても、超音波送受波器取付具１００と管壁８０との隙間、あるいは超音波送受波器取付具１００と超音波送受波器５０との隙間を通って流れるガスの量は無視できる程度に小さく、流速や流量の計測に与える影響も無視できる。すなわち、超音波送受波器取付具１００のシール性によらず、流体を正確に計測できる。
【００８５】
超音波式流体計測装置２００では、超音波送受波器取付具が超音波送受波器と管壁とを隙間なくシールしなくても、超音波送受波器と管壁との間を通流する流体の量を無視できる程度に小さくすることができる。超音波送受波器を用いて管壁内部の流路を通過する流体の速度や量を計測することで、超音波式流体計測装置を通過する流体の流量等を正確に計測できる。
【００８６】
超音波送受波器取付具によるシール性が要求されないため、挟持部に島状の突起を設けやすくなる。島状の突起は超音波送受波器あるいは管壁との間で隙間が生じやすい。厳密なシール性が要求される場合には採用することが比較的困難となる。挟持部が島状の突起を備えることで、超音波送受波器から管壁へ、あるいは管壁から超音波送受波器へと振動が伝搬することをより効果的に抑制することができる。
【００８７】
超音波式流体計測装置２００においても、超音波送受波器取付具の構成は、第１実施形態で示したのと同様の変形例が適用可能である。
【００８８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置は、管壁への超音波送受波器の取付作業を簡略化できる超音波送受波器取付具および超音波式流体計測装置として有用である。
【符号の説明】
【００９０】
１１ 第１挟持部
１２ 突起
１４ 突起
１５ 第２挟持部
１６ 突起
１７ 間隙
１８ 突起
１９ 突起
２０ ガス流入口
３０ ガス流出口
４０ 筐体
４２ チャンバ
５０ 超音波送受波器
５２ ケース
５４ 圧電体
５５ 溝
５６ 整合層
５８ 封止体
６０ 導電性ゴム
６２ 第１端子
６４ 絶縁体
６６ 第２端子
７０ フランジ
８０ 管壁
８１ 取付管
８２ 穴
８４ 反射部
１００ 超音波送受波器取付具
２００ 超音波式流体計測装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、
弾性体で構成され、
前記フランジを挟持することで前記超音波送受波器取付具に前記超音波送受波器を固定する第１挟持部と、
前記穴の縁を挟持することで前記管壁に前記超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部とを備える、超音波送受波器取付具。
【請求項２】
前記第１挟持部および前記第２挟持部の少なくとも一方に島状の突起が設けられ、該突起により前記超音波送受波器取付具が前記フランジおよび前記管壁の少なくとも一方と当接する、請求項１記載の超音波送受波器取付具。
【請求項３】
前記第１挟持部と前記第２挟持部とが、前記穴の縁を構成する管壁の厚み方向において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されている、請求項１および２のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項４】
単一の部材により構成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項５】
前記ケースのうち前記フランジ以外の部分に当接する当接部を備えた、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波送受波器取付具と、
前記超音波送受波器と、
前記管壁とを有する、超音波式流体計測装置。
【請求項７】
チャンバを有する筐体を備え、
前記超音波送受波器取付具と前記超音波送受波器と前記管壁とが前記チャンバ内部に設けられ、
前記管壁は前記チャンバに連通する開口部を有し、
前記筐体には前記チャンバと外部とが連通するように、ガス流入口とガス流出口とが形成され、
前記管壁がなす流路が前記ガス流入口および前記ガス流出口のいずれか一方と連通している、請求項６に記載の超音波式流体計測装置。
【請求項１】
フランジを備えたケースを有する超音波送受波器を超音波式流体計測装置の管壁に設けられた穴に取り付けるための超音波送受波器取付具であって、
弾性体で構成され、
前記フランジを挟持することで前記超音波送受波器取付具に前記超音波送受波器を固定する第１挟持部と、
前記穴の縁を挟持することで前記管壁に前記超音波送受波器取付具を固定する第２挟持部とを備える、超音波送受波器取付具。
【請求項２】
前記第１挟持部および前記第２挟持部の少なくとも一方に島状の突起が設けられ、該突起により前記超音波送受波器取付具が前記フランジおよび前記管壁の少なくとも一方と当接する、請求項１記載の超音波送受波器取付具。
【請求項３】
前記第１挟持部と前記第２挟持部とが、前記穴の縁を構成する管壁の厚み方向において同一平面にないことで互いに前記厚み方向に離隔するように構成されている、請求項１および２のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項４】
単一の部材により構成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項５】
前記ケースのうち前記フランジ以外の部分に当接する当接部を備えた、請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波送受波器取付具。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波送受波器取付具と、
前記超音波送受波器と、
前記管壁とを有する、超音波式流体計測装置。
【請求項７】
チャンバを有する筐体を備え、
前記超音波送受波器取付具と前記超音波送受波器と前記管壁とが前記チャンバ内部に設けられ、
前記管壁は前記チャンバに連通する開口部を有し、
前記筐体には前記チャンバと外部とが連通するように、ガス流入口とガス流出口とが形成され、
前記管壁がなす流路が前記ガス流入口および前記ガス流出口のいずれか一方と連通している、請求項６に記載の超音波式流体計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２７６５５（Ｐ２０１２−１２７６５５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６５０１（Ｐ２０１０−２７６５０１）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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