JP2000228796A - 超音波装置及び液面測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波伝達媒体に接する部分の機械的強度を
確保しつつ、対象物に対する超音波の送受信の効率の低
下を抑えて超音波を安定に送受信することができる超音
波装置及び該装置を用いた液面測定装置を提供する。 【解決手段】 所定周波数の電気信号に基づき対象物に
対して超音波を送信する超音波送信と、対象物から送ら
れてくる超音波を受信して電気信号を出力する超音波受
信との少なくとも一つを行う超音波装置であって、電気
信号用端子５と該端子５に接続された超音波振動子１３
とを有するサブユニット１４と、対象物に対して超音波
を射出するための露出面１６ａを壁部１６の一部に有す
るとともに、サブユニット１４を内蔵した状態で該露出
面１６ａに垂直な方向に振動可能な円筒ケース１５と、
サブユニット１４の超音波振動子１３と円筒ケース１５
の露出面１６ａに隣接する壁部１６との間で振動を伝達
する剛球振動体１７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定周波数の電気
信号に基づき対象物に対して超音波等の超音波を送信す
る超音波送信と、対象物から送られてくる超音波を受信
して電気信号を出力する超音波受信との少なくとも一つ
を行う超音波装置及び該装置を用いて圧力容器内の液面
の高さを測定する液面測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大気に露出した振動板等の超
音波振動体を振動させることにより大気中に超音波を送
信して対象物に当てる超音波送信器、該対象物から送ら
れてくる超音波を受信する超音波受信器、並びに該送信
器及び該受信器の機能を兼ね備えた超音波送受信器等の
超音波装置が知られている。これらの超音波装置は、対
象物の位置や移動速度などを測定する測定装置に用いら
れる。例えば、対象物に超音波を当てるとともに該対象
物からの反射波を受信し、該反射波の周波数変化や反射
時間等に基づいて、該対象物の位置や移動速度が測定す
る測定装置に用いられる。

【０００３】上記超音波装置を用いた各種測定は、屋外
で行われたり、高圧ガス容器等の密閉容器内の対象物
（液化ガス）に対して行われたりする場合もある。この
ような特殊な使用環境においては、雨などの水滴や塵埃
の付着及び該密閉容器内の気体による腐食等の問題があ
るため、電気信号と超音波振動子の振動との間の変換を
行う電気振動変換器を、超音波の伝達媒体である屋外の
大気や該密閉容器内の気体にさらすことができない場合
がある。この場合には、大気等の媒体に露出させないよ
うに密閉したケース内に上記電気振動変換器を配置した
防滴型の超音波装置が用いられる（例えば、谷腰欣司著
「超音波とその使い方」日刊工業新聞社の６５頁参
照）。

【０００４】図１１は、上記防滴型の超音波装置（超音
波送信器）の一例を示す断面図である。この超音波装置
は、ユニモルフ構造の圧電セラミック１００を用いて構
成され、密閉構造の導電性ケース１０１の圧電セラミッ
ク１００が固着された部分が、媒体に対して超音波を励
起する金属振動板１０１ａとして用いられている。図１
２（ａ）に示すように、この超音波装置の電気信号用端
子１０２に超音波周波数の交流電圧を印加すると、圧電
セラミック１００と金属振動板１０１ａとからなる超音
波振動子１０３が屈曲振動（撓み振動）を起こし、該金
属振動板１０１ａの送受波面に隣接する空中に超音波を
放射する。一方、図１２（ｂ）に示すように、上記超音
波振動子１０３に空中から超音波の振動が伝わると、超
音波振動子１０３が屈曲振動（撓み振動）を起こし、圧
電セラミック１００の両面に形成された電極を電圧が生
じ、電気信号用端子１０４に電気出力が出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図１１
に示すような超音波装置では、上記導電性ケース１０１
の一部である金属振動板１０１ａが、屈曲振動（撓み振
動）する超音波振動子１０３にも兼用されているので、
高圧ガス容器等にも設置できるように金属振動板１０１
ａの肉厚を厚くして機械的強度を高めようとすると、超
音波振動子１０３全体が変形しにくくなって超音波の送
受信の効率が低下してしまう。

【０００６】なお、特開平１０−２９４９９５号公報に
おいて提案されているように、ケースの一部である金属
振動板の内面に溝等を形成し、圧電セラミック（圧電
体）の固着周辺部分を振動板の圧電セラミック（圧電
体）の固着部分に比べて薄くすることも考えられる。し
かしながら、このように金属振動板を部分的に薄くする
と、クラックが発生しやすくなるので、やはり高圧ガス
容器等に設置することが難しい。

【０００７】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、超音波伝達媒体に接する部分の機
械的強度を確保しつつ、対象物に対する超音波の送受信
の効率の低下を抑えて超音波を安定に送受信することが
できる超音波装置及び該装置を用いた液面測定装置を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、所定周波数の電気信号に基づき
対象物に対して超音波を送信する超音波送信と、対象物
から送られてくる超音波を受信して電気信号を出力する
超音波受信との少なくとも一つを行う超音波装置であっ
て、電気信号用端子と該端子に接続された超音波振動子
とを有する電気振動変換器と、対象物に対して超音波を
射出するための露出面を壁部の一部に有するとともに、
該電気振動変換器を内蔵した状態で該露出面に垂直な方
向に振動可能なケース部材と、該電気振動変換器の超音
波振動子と該ケース部材の該露出面に隣接する壁部との
間で振動を伝達する振動伝達部材とを設けたことを特徴
とするものである。

【０００９】この請求項１の超音波装置で超音波送信を
行うときは、電気振動変換器の電気信号用端子に所定周
波数の電気信号が印加され、該端子に接続された超音波
振動子が振動する。この超音波振動子の振動が振動伝達
部材に伝えられ、更にケース部材の露出面に隣接する壁
部の内面に伝えられる。この内面に伝えられた振動によ
り、該ケース部材の全体がピストン音源のように振動
し、該露出面から超音波伝達媒体を介して対象物に超音
波が射出される。また、超音波受信を行うときは、対象
物からの超音波がケース部材の露出面に到達すると、該
ケース部材の全体が振動する。この振動が振動伝達部材
を介して超音波振動子に伝えられ、振動の振幅に応じた
電気信号が電気信号用端子に発生する。以上のように、
上記ケース部材のピストン振動によって超音波の送受信
を行っているので、該ケース部材の壁部の厚さを所定の
機械的強度を得るために厚くしたとしても、撓み振動に
よって超音波を送受信する構成とは異なり、該ケース部
材の超音波伝達媒体に接する部分の振幅の低下が小さ
く、対象物に対して送受信される超音波と電気信号との
間の変換効率を高めることができる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の超音波装置
において、上記ケース部材の上記露出面に隣接する壁部
に向かって上記超音波振動子を付勢する付勢手段を設け
たことを特徴とするものである。

【００１１】この請求項２の超音波装置では、上記ケー
ス部材の上記露出面に隣接する壁部に向けて上記超音波
振動子を付勢することにより、該超音波振動子の振動面
と上記振動伝達部材との間及び該振動伝達部材と該壁部
との間の振動伝達を確実に行う。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は２の超音
波装置において、上記振動伝達部材として、上記ケース
部材の上記露出面に隣接する壁部の内面と上記超音波振
動子の振動面とに接するように球状の硬質部材を設けた
ことを特徴とするものである。この請求項３の超音波装
置では、上記超音波振動子の振動面と上記ケース部材の
壁部の内面との間で、球状の硬質部材を介して振動が伝
えられる。

【００１３】請求項４の発明は、上記超音波振動子とし
て、上記ケース部材の上記露出面に隣接する壁部の内面
の中央部に対向する位置で振動振幅が最大となるものを
用いた請求項３の超音波装置であって、上記球状の硬質
部材を、該内面の中央部に位置決めする位置決め手段を
設けたことを特徴とするものである。この請求項４の超
音波装置では、上記ケース部材の中で動きやすい上記球
状の硬質部材を、上記超音波振動子の振動の振幅が最大
となる位置に対向している上記壁部の内面の中央部に位
置決めしているので、上記超音波振動子の振動面と上記
ケース部材の上記壁部の内面との間で、最大振幅の振動
が該硬質部材を介して伝えられる。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１又は２の超音
波装置において、上記振動伝達部材として、上記ケース
部材の上記露出面に隣接する壁部の内面と上記超音波振
動子の振動面とに接するように半球状の硬質部材を設
け、該硬質部材の平面側を該壁部の内面に接触させたこ
とを特徴とするものである。この請求項５の超音波装置
では、上記超音波振動子の振動面と上記ケース部材の上
記壁部の内面との間で、半球状の硬質部材を介して振動
が伝えられる。そして、該半球状の硬質部材の平面部を
該壁部の内面に接触させているので、該壁部に比較的柔
らかい材料を用いても該壁部の部分的な恒久変形が発生
しない。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１又は２の超音
波装置において、上記振動伝達部材として、上記ケース
部材の上記露出面に隣接する壁部の内面側及び上記超音
波振動子の振動面側がともに錐状体となっている硬質部
材を設け、該硬質部材の各頂点を、該壁部の内面の中央
部と該超音波振動子の振動面の中央部とにそれぞれ接触
させたことを特徴とするものである。この請求項６の超
音波装置では、上記超音波振動子の振動面と上記ケース
部材の上記壁部の内面との間で、該壁部の内面側及び該
超音波振動子側がともに錐状になっている硬質部材を介
して振動が伝えられる。そして、該硬質部材の錐状にな
っている部分の頂点を該壁部の内面の中央部にスポット
的に接触させることにより、該ケース部材との間で安定
した振動の受け渡しが可能となる。更に、該硬質部材の
もう一方の頂点を該超音波振動子の振動面の中央部にス
ポット的に接触させることにより、該超音波振動子との
間で安定した振動の受け渡しが可能となる。なお、上記
錐状には、円錐状だけでなく、角錐状の場合も含むもの
である。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１又は２の超音
波装置において、上記振動伝達部材として、上記ケース
部材の上記露出面に隣接する壁部の内面に、上記超音波
振動子側に突出した凸部を形成したことを特徴とするも
のである。この請求項７の超音波装置では、上記超音波
振動子の振動面と上記ケース部材の壁部の内面との間
で、上記壁部の内面から突出した凸部を介して振動が伝
えられる。このように振動伝達部材として個別の部品で
はなく該壁部と一体となった凸部を用いているので、部
品点数が少なくなる。

【００１７】請求項８の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６又は７の超音波装置において、上記超音波振
動子として、板状の撓み振動子を用いたことを特徴とす
るものである。この請求項８の超音波装置では、上記超
音波振動子として板状の撓み振動子を用いているので、
厚み振動を利用した振動子に比して電気信号と振動面の
振動との間の変換効率が大きい。

【００１８】請求項９の発明は、圧力容器内の液体の液
面に対して超音波の送信するとともに該液面で反射した
超音波を受信することにより、該液面の高さを測定する
液面測定装置であって、該超音波の送信器及び受信器、
あるいは該超音波の送受信器として、請求項１、２、
３、４、５、６、７又は８の超音波装置を、該圧力容器
の液面に対向する壁部に設置したことを特徴とするもの
である。

【００１９】この請求項９の液面測定装置では、上記超
音波装置の上記露出面が圧力容器内の液体の液面に対向
するように該超音波装置が該圧力容器の壁部に取り付け
られる。そして、該超音波装置の電気信号用端子に所定
周波数の電気信号を印加すると、ケース部材の全体が振
動する。これにより、該ケース部材の露出面から該圧力
容器内の液体の液面に対して超音波が送信される。ま
た、該圧力容器内の液面で反射した超音波が超音波装置
の露出面に到達すると、ケース部材の全体微振動し、該
超音波の振幅に応じた電気信号が出力される。以上のよ
うに、上記ケース部材のピストン振動によって超音波の
送受信を行っているので、上記圧力容器の内部に露出し
ている該ケース部材の壁部の厚さを所定の機械的強度を
得るために厚くしたとしても、撓み振動によって超音波
を直接送受信する構成とは異なり、該ケース部材の超音
波伝達媒体に接する部分の振幅の低下が小さく、該液面
に対して送受信される超音波と電気信号との間の変換効
率を高めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を高圧ガス容器内の
液面を測定する液面測定装置及び該装置に用いる超音波
送信器及び受信器に兼用可能な超音波装置に適用した実
施形態について説明する。図１は本実施形態に係る液面
測定装置の概略構成を示す部分断面図である。この液面
測定装置は、高圧ガス容器１００の外壁部１００ａの天
面に設置された超音波装置（以下「センサユニット」と
いう）としての送信器２５ａ及び受信器２５ｂと、送信
器２５ａに駆動信号を送るとともに受信器２５ｂからの
電気信号を処理する駆動制御装置４０とを用いて構成さ
れている。この送信器２５ａから容器１００内の液面Ｌ
に向けて超音波を送波し、該液面Ｌからの反射波を受信
器２５ｂで受波する。そして、上記送信器２５ａの駆動
制御信号及び受信器２５ｂからの出力信号に基づいて、
上記超音波の送波を開始した時点から受信器２５ｂで受
波し始めるまでの時間を計測する。この計測値のデータ
を上記駆動制御装置４０で処理することにより、上記送
信器２５ａの送波面と上記容器の液面Ｌとの間の距離、
すなわち液面の位置を測定することができる。なお、一
つのセンサユニットを送信器と受信器とに兼用し、該セ
ンサユニットから超音波を間欠的に送波するとし、液面
Ｌから反射してきた超音波を同じセンサユニットで受波
するように構成してもよい。

【００２１】図２は、上記センサユニット２５の概略構
成を示す部分断面積図である。このセンサユニット２５
は、電気振動変換器としてのサブユニット１４と、ケー
ス部材としての円筒形ケース（以下「ケース」と略す
る）１５と、サブユニット１４とケース１５との間で振
動を伝達する振動伝達部材としての球状の硬質部材であ
る鋼球振動体１７とを用いて構成されている。さらに、
サブユニット１４は、ベース部材４と、電気信号用端子
（以下「端子」と略す。）５と、超音波振動子１３とを
用いて構成されている。超音波振動子１３は撓み振動型
の振動子であり、互いに貼り合わされた金属板１及び圧
電セラミック２により構成されている。この金属板１と
圧電セラミック２の電極のそれぞれに対して端子５がリ
ード線を介して接続されている。また、上記ケース１５
は金属又はプラスチックなどの材質で形成され、容器１
００内の液面Ｌに対向するように超音波伝達媒体に接す
る壁部（以下「頂壁部」という。）１６の表面が、頂壁
露出面１６ａとなっている。

【００２２】上記ケース１５の頂壁部１６における頂壁
露出面１６ａとは反対側の内面（以下「頂壁内面」とい
う。）１６ｂの中央部に、上記鋼球振動体１７が粘着剤
２０を用いて組み付けられている。そして、この鋼球振
動体１７は、ケース１５の頂壁内面１６ｂの方向に付勢
する付勢手段としてのバネ部材１８及びスペーサ１９に
より付勢された上記サブユニット１４で微動自由に保持
されている。サブユニット１４の姿勢は、端子５とスペ
ーサ１９との間のクリアランスにて保たれている。この
サブユニット１４を密閉環境にするには、端子５とスペ
ーサ１９との間のクリアランス部分に充填剤などを充填
すればよい。

【００２３】上記センサユニット２５を高圧ガス容器１
００に取り付けるときは、図３（ａ）に示すように該容
器１００の壁部１００ａにＯリング２２を介してケース
１５を圧力蓋２３にて付勢し、該容器１００の気密を保
持している。

【００２４】上記構成のセンサユニット（送信器）２５
ａで超音波を送信するときは、上記駆動制御回路４０か
ら端子５に所定周波数（例えば４０ｋＨｚ）の電気信号
（電圧）を印加する。これにより、サブユニット１４の
超音波振動子１３が屈曲振動（撓み振動）し、剛球振動
体１７を介して該剛球振動体１７がケース１５の頂壁内
面をたたくように振動が伝達され、頂壁部１６を含めて
ケース１５全体を振動させる。このケース１５の頂壁内
面１６ａの振動がピストン音源となり、高圧ガス容器１
００内の液面Ｌに対して超音波を送波する。（図３
（ａ）参照）ここで、上記ケース１５の頂壁露出面１６
ａの半径をａ、超音波の波長をλとしたとき、該頂壁露
出面１６ａから射出された超音波は、該頂壁露出面１６
ａからの距離が（ａ×ａ／λ）以下の近距離音場である
フレネル域では平面波となり、該頂壁露出面１６ａから
の距離が（ａ×ａ／λ）を超える遠距離音場であるフラ
ウンフォーファー域では球面波となる。

【００２５】一方、上記構成のセンサユニット（受信
器）２５ｂで超音波を受信するときは、高圧ガス容器１
００内の液面Ｌで反射された超音波を、ケース１５の頂
壁露出面１６ａで受波する。この超音波の受波により、
頂壁部１６を含めてケース１５全体が振動し、この振動
が剛球振動体１７を介してサブユニット１４の超音波振
動子１３の中央部に伝達される。この伝達されてきた振
動により、該超音波振動子１３が屈曲振動（撓み振動）
し、超音波の振幅に応じた電気信号が端子５に出力され
る。（図３（ｂ）参照）

【００２６】以上、本実施形態によれば、高圧ガス容器
１００の外壁部の一部として兼用されているケース１５
の壁部の機械的強度を確保しつつ、高圧ガス容器１００
内の液面Ｌに対する超音波の送受信の効率の低下を抑え
て超音波を安定に送受信することができる。

【００２７】なお、本実施形態の超音波装置２５では、
振動を伝達する剛球振動体１７をケース１５の頂壁内面
１６ｂに粘着剤２０で組み付けているが、図４に示すよ
うに位置決め部材を用いて頂壁内面１６ｂの中央部に位
置決めするように組み付けてもよい。図４の超音波装置
では、上記位置決め部材として、中央に穴３７が形成さ
れた円形薄膜フィルム３８を用いている。この円形薄膜
フィルム３８により、剛球振動体１７が上記頂壁内面１
６ｂの中央部に位置決めされる。なお、上記円形薄膜フ
ィルム３８の穴３７の直径は、剛球振動体１７の直径よ
りも小さく、また、該円形薄膜フィルム３８の該頂壁内
面１６ｂ側の表面には粘着剤３９が塗布されている。

【００２８】図５は、本発明の他の実施形態に係るセン
サユニットの概略構成を示す断面図である。このセンサ
ユニットでは、ケース２６の頂壁部２７の周辺部に斜部
２７ａが形成されている。その他の構成は上記図２のセ
ンサユニットの構成と同様である。本構成の場合は、上
記頂壁部２７の平面部２７ｂと斜部２７ａとの比率を変
えることにより、送受信する超音波の指向性や強度など
の特性を変更することが可能となる。

【００２９】図６は、本発明の更に他の実施形態に係る
センサユニットの概略構成を示す断面図である。このセ
ンサユニットでは、ケース２８に円形凸形状の頂壁部２
９が設けられている。その他の構成は上記図２のセンサ
ユニットの構成と同様である。本構成の場合は、上記円
形凸形状の頂壁部２９の曲率を変えることにより、送受
信する超音波の指向性や強度などの特性を変更すること
が可能となる。

【００３０】図７は、本発明の更に他の実施形態に係る
センサユニットの概略構成を示す断面図である。このセ
ンサユニットでは、ケース３０に円形凹形状の頂壁部３
１が設けられている。その他の構成は上記図２のセンサ
ユニットの構成と同様である。本構成の場合は、上記円
形凹形状の頂壁部３１の曲率を変えることにより、送受
信する超音波の指向性や強度などの特性を変更すること
が可能となる。

【００３１】図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他
の実施形態に係るセンサユニットの概略構成を示す断面
図及び部分拡大図である。このセンサユニットでは、上
記振動伝達部材として、半球状の剛体３２が、ケース１
５の頂壁内面１６ｂの中央に粘着剤２０により予め組み
付けられている。その他の構成は上記図２のセンサユニ
ットの構成と同様である。本構成のセンサユニットで
は、ケース１５の材質が比較的軟らかい金属若しくは樹
脂であっても、剛体３２が頂壁内面１６ｂに平面にて接
触しているので、該頂壁内面１６ｂを恒久変形させるこ
となくサブユニット１４と頂壁部１６との間で振動を伝
達することができる。なお、図８（ａ）では、超音波を
送信する場合の図になっているが、本センサユニットは
超音波を受信する場合にももちろん使用することがで
き、同様な効果が得られるものである。

【００３２】図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他
の実施形態に係るセンサユニットの概略構成を示す断面
図及び部分拡大図である。このセンサユニットでは、上
記振動伝達部材として、サブユニット１４側及び頂壁内
面１６ｂ側がともに円錐形状となっている剛体３３が、
ケース１５の頂壁内面１６ｂの中央に粘着剤２０により
予め組み付けられている。そして、この剛体３３はサブ
ユニット１４の超音波振動子にそれぞれ円錐頂点で接触
している。その他の構成は上記図２のセンサユニットの
構成と同様である。本構成のセンサユニットでは、上記
剛体３３の一方の頂点が超音波振動子の最大振幅で安定
に振動している振動面中央部に接触しているので、剛体
３３と超音波振動子との間の安定した振動の受け渡しが
可能となる。また、上記剛体３３のもう一方の頂点が該
ケース１５の頂壁内面１６ｂの中央部にスポット的に接
触しているので、該ケース１５全体が安定に振動するよ
うになる。従って、高圧ガス容器１００内の液面に対し
て超音波を安定して送受信することができる。なお、図
９（ａ）では、超音波を送信する場合の図になっている
が、本センサユニットは超音波を受信する場合にももち
ろん使用することができ、同様な効果が得られるもので
ある。また、本構成は、ケース１５の材質として比較的
硬い金属若しくは樹脂等を用いた場合に効果的である。

【００３３】図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に
他の実施形態に係るセンサユニットの概略構成を示す断
面図及び部分拡大図である。このセンサユニットでは、
上記振動伝達部材として、ケース１５の頂壁内面１６ｂ
の中央部にサブユニット１４側に突出した凸部３６が設
けられている。この凸部３６がサブユニット１４の超音
波振動子の振動面に点接触若しくは球面接触している。
また、該凸部３６の材質は、超音波振動子の該凸部側に
位置する金属板１よりも硬い材質で形成されている。そ
の他の構成は上記図２のセンサユニットの構成と同様で
ある。本構成のセンサユニットでは、サブユニット１４
の超音波振動子とケース１５の凸部３６との間で振動の
伝達が直接行われる。また、上記振動伝達部材として個
別の部品を用意する必要がなく、部品点数が少なくな
る。なお、図１０（ａ）では、超音波を送信する場合の
図になっているが、本センサユニットは超音波を受信す
る場合にももちろん使用することができ、同様な効果が
得られるものである。

【００３４】なお、上記実施形態では超音波装置（セン
サユニット）を液面測定装置に用いて例を示したが、本
発明に係る超音波装置は、他の測定装置に用いる場合に
も適用できるものである。

【００３５】

【発明の効果】請求項１乃至９の発明によれば、超音波
伝達媒体に接する部分の機械的強度を確保しつつ、対象
物に対する超音波の送受信の効率の低下を抑えて超音波
を安定に送受信することができるという効果がある。

【００３６】特に、請求項２の発明によれば、上記超音
波振動子の振動面と上記振動伝達部材との間及び該振動
伝達部材と該壁部との間の振動伝達を確実に行うことが
できるので、超音波の送受信の効率を高めることができ
るという効果がある。

【００３７】特に、請求項４の発明によれば、上記電気
振動変換器の超音波振動子の振動面と上記ケース部材の
壁部の内面との間で、最大振幅の振動が硬質部材を介し
て伝えられるので、対象物に対する超音波の送受信の効
率の低下を抑え、更に安定した超音波の送受信を行うこ
とができるという効果がある。

【００３８】特に、請求項５の発明によえば、上記ケー
ス部材の壁部に比較的柔らかい材料を用いても該壁部の
部分的な恒久変形が発生しないという効果がある。

【００３９】特に、請求項６の発明によれば、上記振動
伝達部材と上記ケース部材との間及び該振動伝達部材と
上記超音波振動子との間で、安定した振動の受け渡しが
可能となるので、更に安定した超音波の送受信が可能と
なるという効果がある。

【００４０】特に、請求項７の発明によれば、上記振動
伝達部材として個別の部品ではなく該壁部と一体となっ
た凸部を用いているので、部品点数が少なくなるという
効果がある。

【００４１】特に、請求項８の発明によれば、上記電気
振動変換器の超音波振動子として撓み振動子を用いてい
るので、厚み振動を利用した超音波振動子を用いた場合
に比して、該振動子の振動と電気信号との間の変換効率
が大きいという効果がある。

【００４２】特に、請求項９の発明によれば、圧力容器
内の超音波伝達媒体に接する部分の機械的強度を確保し
つつ、該圧力容器内の液面に対する超音波の送受信の効
率の低下を抑えて超音波を安定に送受信することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る液面測定装置の概略構
成を示す部分断面図。

【図２】同液面測定装置に用いたセンサユニットの断面
図。

【図３】（ａ）は同センサユニットにおける超音波送信
の説明図。（ｂ）は同センサユニットにおける超音波受
信の説明図。

【図４】変形例に係るセンサユニットの断面図。

【図５】他の変形例に係るセンサユニットを高圧ガス容
器に設置したときの断面図。

【図６】更に他の変形例に係るセンサユニットを高圧ガ
ス容器に設置したときの断面図。

【図７】更に他の変形例に係るセンサユニットを高圧ガ
ス容器に設置したときの断面図。

【図８】（ａ）は他の実施形態に係るセンサユニットを
高圧ガス容器に設置したときの断面図。（ｂ）は同セン
サユニットの部分拡大図。

【図９】（ａ）は更に他の実施形態に係るセンサユニッ
トを高圧ガス容器に設置したときの断面図。（ｂ）は同
センサユニットの部分拡大図。

【図１０】（ａ）は更に他の実施形態に係るセンサユニ
ットを高圧ガス容器に設置したときの断面図。（ｂ）は
同センサユニットの部分拡大図。

【図１１】従来例に係るセンサユニットの断面図。

【図１２】（ａ）は同センサユニットにおける送信動作
の説明図。（ｂ）は同センサユニットにおける受信動作
の説明図。

【符号の説明】

１ 金属板 ２ 圧電セラミック ４ ベース部材 ５ 電気信号用端子 １３ 超音波振動子 １４ サブユニット １５，２６，２８，３０ 円筒ケース １６，２７，２９，３１ 円筒ケースの頂壁部 １６ａ 頂壁露出面 １６ｂ 頂壁内面 １６ｃ 凸部 １７ 剛球振動体 １８ バネ部材 １９ スペーサ ２０ 粘着剤 ２２ Ｏリング ２３ 圧力蓋 ２５ センサユニット（超音波装置） ２５ａ 送信器 ２５ｂ 受信器 ３２ 半球状の剛体 ３３ 剛体 ４０ 駆動制御装置 １００ 高圧ガス容器 １００ａ 外壁部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定周波数の電気信号に基づき対象物に対
   して超音波を送信する超音波送信と、対象物から送られ
   てくる超音波を受信して電気信号を出力する超音波受信
   との少なくとも一つを行う超音波装置であって、 電気信号用端子と該端子に接続された超音波振動子とを
   有する電気振動変換器と、 対象物に対して超音波を射出するための露出面を壁部の
   一部に有するとともに、該電気振動変換器を内蔵した状
   態で該露出面に垂直な方向に振動可能なケース部材と、 該電気振動変換器の超音波振動子と該ケース部材の該露
   出面に隣接する壁部との間で振動を伝達する振動伝達部
   材とを設けたことを特徴とする超音波装置。
2. 【請求項２】請求項１の超音波装置において、 上記ケース部材の上記露出面に隣接する壁部に向けて上
   記超音波振動子を付勢する付勢手段を設けたことを特徴
   とする超音波装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２の超音波装置において、 上記振動伝達部材として、上記ケース部材の上記露出面
   に隣接する壁部の内面と上記超音波振動子の振動面とに
   接するように球状の硬質部材を設けたことを特徴とする
   超音波装置。
4. 【請求項４】上記超音波振動子として、上記ケース部材
   の上記露出面に隣接する壁部の内面の中央部に対向する
   位置で振動振幅が最大となるものを用いた請求項３の超
   音波装置であって、 上記球状の硬質部材を、該内面の中央部に位置決めする
   位置決め手段を設けたことを特徴とする超音波装置。
5. 【請求項５】請求項１又は２の超音波装置において、 上記振動伝達部材として、上記ケース部材の上記露出面
   に隣接する壁部の内面と上記超音波振動子の振動面とに
   接するように半球状の硬質部材を設け、 該硬質部材の平面側を該壁部の内面に接触させたことを
   特徴とする超音波装置。
6. 【請求項６】請求項１又は２の超音波装置において、 上記振動伝達部材として、上記ケース部材の上記露出面
   に隣接する壁部の内面側及び上記超音波振動子の振動面
   側がともに錐状体となっている硬質部材を設け、 該硬質部材の各頂点を、該壁部の内面の中央部と該超音
   波振動子の振動面の中央部とにそれぞれ接触させたこと
   を特徴とする超音波装置。
7. 【請求項７】請求項１又は２の超音波装置において、 上記振動伝達部材として、上記ケース部材の上記露出面
   に隣接する壁部の内面に、上記超音波振動子側に突出し
   た凸部を形成したことを特徴とする超音波装置。
8. 【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６又は７の超
   音波装置において、 上記超音波振動子として、板状の撓み振動子を用いたこ
   とを特徴とする超音波装置。
9. 【請求項９】圧力容器内の液体の液面に対して超音波の
   送信するとともに該液面で反射した超音波を受信するこ
   とにより、該液面の高さを測定する液面測定装置であっ
   て、 該超音波の送信器及び受信器、あるいは該超音波の送受
   信器として、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８
   の超音波装置を、該圧力容器の液面に対向する壁部に設
   置したことを特徴とする液面測定装置。