JP2011128146A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】リード線を用いることなく超音波送受波器を制御プリント基板に電気的に接続でき、信頼性に優れた超音波流量計を提供すること。
【解決手段】被検出流体の流路２を有する筐体１と、筐体１に挿着された超音波送受波器６、７と、この超音波送受波器６、７に対向して配置された制御プリント基板８との間に導電部２５を有する圧縮導電固定具９を挟持し、圧縮導電固定具９の圧縮率を一定に保持するように制御プリント基板８を固定することにより、超音波送受波器と制御プリント基板をリード線を用いることなく導通することが可能となり、安価な超音波流量計を実現することができる。またリード線を用いないため外来ノイズが影響を与えることがない等、信頼性に優れた超音波送受波器を用いた超音波流量計を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体、液体等の流体を超音波で計測する超音波流量計に関する。

超音波流量計には、筐体に挿着された超音波送受波器と制御部とを電気的に導通し、超音波送受波器により発生した超音波を用いて流体の流量の計測を行う構成のものが知られている。この種の超音波流量計は、典型的には、図１０に示すように、超音波送受波器４４、４５、筐体４６、制御部５７、および切替回路５８、並びに、発信回路、駆動回路、受信検知回路、タイマ、演算部等を備えている（図１０では、説明の便宜上、発信回路、駆動回路、受信検知回路、タイマ、演算部には符号を付していない）。筐体４６は流路を有しており、超音波送受波器４４、４５は、流路を挟む位置関係となるように互いに対向して筐体４６に設けられ、切替回路５８により超音波送受波器４４、４５の一方が送信側、他方が受信側となるように適宜切り替えられる。切替回路５８および発信回路、駆動回路、タイマ等は、制御部５７により制御される。

前記構成の超音波流量計に用いられる超音波送受波器４４、４５としては、典型的には、例えば図８および図９に示す構成のものが挙げられる。図８に示すように、超音波送受波器４４、４５は、超音波送受波器４４、４５の振動が筐体４６に直接伝播するのを抑制する振動伝播抑制体４７と、方向抑制体４８とを装着した状態で、固定具４９により筐体４６に固定されている。固定具４９には、図９に示すように、ビス穴５０、５１が設けられており、このビス穴５０、５１を介してビス（図示せず）で留めることにより、超音波送受波器４４、４５および固定具４９は、筐体４６に固定される。

また、図８および図９に示すように、リード線５２と超音波送受波器４４、４５との接続は、リード線端子５３、５４と電極ピン５５、５６とが９０度方向を変えて接続されることにより実現される。リード線５２は、超音波送受波器４４、４５と切替回路５８とを配線している。切替回路５８は、制御部５７とともに単一の制御基板として一体化されていることが多いので、リード線５２は、超音波送受波器４４、４５と制御基板とを接続する配線であるともいえる。

ここで、例えば特許文献１には、図９に示すように、保護壁５９を有する固定具４９が開示されている。保護壁５９は、リード線端子５３、５４よりも高くなるように設けられているので、リード線端子５３、５４が互いに接触することがないので短絡しにくくなり、また、リード線端子５３、５４が直接衝撃を受け難くなるので、これらリード線端子５３、５４の変形を防止することもできる。

特開２００７−２０１９９２号公報

ところで、上記従来の構成においては、超音波送受波器４４、４５と切替回路５８（または制御基板）とをリード線５２で配線するため、これらの設置間隔が離れている構成であっても容易に配線することが可能である。しかしながら、リード線５２の単価は一般に高価であるため、図９に示すように、２本のリード線５２を使用することにより、超音波流量計の製品価格の上昇を招く場合があった。また、リード線５２の全長が長くなると、
リード線５２に外来ノイズが影響を与えるおそれもあった。さらに、リード線端子５３、５４が互いに短絡しないために、図９に示すような、保護壁５９を有する複雑な構造の固定具４９が必要であった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、実質的にリード線を用いることなく、超音波送受波器と制御基板とを電気的に接続することができ、製品価格の上昇を抑制しつつ信頼性に優れた超音波流量計を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波流量計は、上記の課題を解決するために、被計測流体の流路を有する筐体と、前記筐体に挿着された超音波送受波器と、前記超音波送受波器に対向して配置された制御プリント基板と、前記超音波送受波器と前記制御プリント基板の間に挟持され前記超音波送受波器と前記制御プリント基板との導電部を有する圧縮導電固定具と、前記制御プリント基板を前記筐体に固定する制御プリント基板固定手段と、を備えている構成である。

前記構成においては、前記超音波送受波器は、対向する一対の電極面を有する圧電体と、前記圧電体の一方の電極面に電気的に接続されたケースと、前記ケースのフランジ部と電気的に導通された端子板と、前記端子板と絶縁状態で前記端子板に設けられた外部電極と、前記圧電体の他方の電極面と前記外部電極の間に設けられた導電体と、前記圧電体に対向し前記ケースに接着固定された音響整合層と、を備えている構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記圧縮導電固定具は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍を挟持する挟持手段を有する構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記挟持手段は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍と前記筐体の間隙部をシールするシール手段を有する構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記圧縮導電固定具は、前記ケースの外周に当接するケース当接部を有する構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記圧縮導電固定具は、前記シール手段と前記ケース当接部との間に溝部を有する構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記圧縮導電固定具は、通電部近傍に溝部を有する構成であってもよい。

また、前記構成においては、前記制御プリント基板固定手段は、前記筐体と前記制御プリント基板を離間するスペーサを備えた構成であってもよい。

また、前記構成においては、流路を流れる流体の流量を計測する流量測定部と、前記流量測定部の同一面に超音波の送信方向が平行になるように設けられた一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器の一方から超音波を送信し、この超音波が前記流量測定部の内壁に反射して他方の超音波送受波器間で受信するまでの超音波伝搬時間を計測する計測回路と、前記計測回路からの信号に基づいて流量を求める演算回路を備え、前記計測回路と前記演算回路を前記制御プリント基板に設けた構成であってもよい。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

以上のように、本発明では、実質的にリード線を用いることなく、超音波送受波器と制御基板とを電気的に接続することができ、製品価格の上昇を抑制しつつ信頼性に優れた超音波流量計を提供することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る超音波流量計の構成の一例を示す模式図 図１に示す超音波流量計における超音波送受波器の取り付け構造の一例を示す要部断面図 （ａ）は、図１に示す超音波流量計が備える圧縮導電固定具の構成の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す圧縮導電固定具の平面図 本発明の実施の形態２に係る超音波流量計に用いられる圧縮導電固定具の構成の一例を示す断面図 図４に示す圧縮導電固定具を用いた超音波送受波器の取り付け構造の一例を示す要部断面図 本発明の実施の形態３に係る超音波流量計に用いられる圧縮導電固定具の構成の一例を示す断面図 図６に示す圧縮導電固定具を用いた超音波送受波器の取り付け構造の一例を示す要部断面図 従来の超音波送受波器および固定具の構成の一例を示す概略断面図 図８に示す固定具の構成の一例を示す斜視図 図８に示す従来の超音波送受波器を用いた超音波流量計の一部断面図を含むブロック図

本発明は、被測定流体の流路を有する筐体と、前記筐体に挿着された超音波送受波器と、前記超音波送受波器に対向して配置された制御プリント基板と、前記超音波送受波器と前記制御プリント基板の間に挟持され前記超音波送受波器と前記制御プリント基板との導電部を有する圧縮導電固定具（圧縮導電体）と、前記制御プリント基板を前記筐体に固定する制御プリント基板固定手段と、を備えている構成の超音波流量計である。

前記構成によれば、制御プリント基板を筐体に固定することで、圧縮導電固定具により超音波送受波器と制御プリント基板を導通し超音波送受波器を動作することができる。それゆえ、超音波送受波器と制御プリント基板とを導通するのにリード線が実質的に不要となりう、コストダウンが可能となる。また、圧縮導電固定具の導電部は短いので、ノイズが作用する可能性が極めて小さくなり、信号処理が容易となる。

さらに圧縮導電固定具は、超音波送受波器の電極側の面とその外周を覆う形状であればよいので、複雑な構造の超音波送受波器の固定具が必要なくなるため部品の削減が可能となる。その結果、コスト上昇を回避でき、かつ、信頼性に優れた超音波流量計を実現することができる。なお、圧縮導電固定具の圧縮率を一定に保つ圧縮率規制手段を備えていれば、圧縮導電固定具を一定の圧縮率で圧縮できるので、筐体および制御プリント基板の間で超音波送受波器を安定して固定できるとともに、流路から被計測流体が漏れ出さないようにシールする機能をより一層向上させることができる。

本発明に係る超音波流量計おいては、前記超音波送受波器は、対向する一対の電極面を有する圧電体と、前記圧電体の一方の電極面に電気的に接続されたケースと、前記ケースのフランジ部と電気的に導通された端子板と、前記端子板と絶縁状態で前記端子板に設けられた外部電極と、前記圧電体の他方の電極面と前記外部電極の間に設けられた導電体と、前記圧電体に対向し前記ケースに接着固定された音響整合層と、を備えている構成であ
ってもよい。

これにより、圧電体の一方の電極面を、ケースとケースのフランジ部とを介して電極である端子板に接続できるとともに、圧電体の他方の電極面を、端子板および当該端子板から絶縁された状態で同一面上に位置する端子板の外部電極に接続することができる。それゆえ、圧電体の両方の電極面は、超音波送受波器の同一の面に位置する端子板および外部電極に導通できるため、超音波送受波器の端子板側（電極側）の面と制御プリント基板とを平行に配置させて固定することで、超音波送受波器および制御プリント基板との電気的な接続を容易に得ることができる。その結果、超音波流量計の組立性を向上することができる。

本発明に係る超音波流量計においては、前記圧縮導電固定具は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍を挟持する挟持手段を有する構成であってもよい。これにより、超音波送受波器を取り付ける際に、圧縮導電固定具と超音波送受波器とを一体的に取り扱うことができるので、組立性をより一層向上することができる。

本発明に係る超音波流量計においては、前記挟持手段は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍と前記筐体の間隙部をシールするシール手段を有する構成であってもよい。これにより、超音波送受波器を筐体に固定するだけで、圧縮導電固定具により超音波送受波器と制御プリント基板との導通を実現できるだけでなく、超音波送受波器と筐体との間のシールを行うことができる。また、超音波振動の筐体への伝播をより低減することができる。

本発明に係る超音波流量計においては、前記圧縮導電固定具は、前記ケースの外周に当接するケース当接部を有する構成であってもよい。これにより、超音波送受波器のケースの振動を減衰させることができる。そのため、例えば、圧電体に対向してケースに音響整合層を接着固定した場合には、流量計測に必要な周波数の超音波を、音響整合層から有効に送信することができ、流量計測精度を高めることができる。

本発明に係る超音波流量計においては、前記圧縮導電固定具は、前記シール手段と前記ケース当接部との間に溝部を有する構成であってもよい。

また、本発明に係る超音波流量計においては、前記圧縮導電固定具は、通電部近傍に溝部を有する構成であってもよい。

前記構成によれば、圧縮導電固定具が溝部を有することで、通電部が圧縮されたときの変形がシール部に作用することはなく、通電部は安定した接触抵抗を確保できるとともに、確実なシール性能を得ることができる。

本発明に係る超音波流量計においては、前記制御プリント基板固定手段は、前記筐体と前記制御プリント基板を離間するスペーサを備えた構成であってもよい。これにより、超音波送受波器からの振動が、制御プリント基板に伝搬することを実質的に防止でき、制御プリント基板上の電子部品への振動の影響を有効に抑制することができる。

前記構成の超音波流量計においては、流路を流れる流体の流量を計測する流量測定部と、前記流量測定部の同一面に超音波の送信方向が平行になるように設けられた一対の超音波送受波器と、前記超音波送受波器の一方から超音波を送信し、この超音波が前記流量測定部の内壁に反射して他方の超音波送受波器間で受信するまでの超音波伝搬時間を計測する計測回路と、前記計測回路からの信号に基づいて流量を求める演算回路を備え、前記計測回路と前記演算回路を前記制御プリント基板に設けた構成であればよい。これによって
、信頼性の高い計測精度を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の各本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
［超音波流量計の構成および動作］
本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る超音波流量計は、流路２を有する筐体１と、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７と、制御プリント基板８と、圧縮導電固定具（圧縮導電体）９とを備えている。

筐体１の内部には、当該筐体１を貫通するように流路２が設けられている。流路２は、超音波流量計により流量が計測される流体、例えば、超音波流量計がガスメータに適用される場合であれば、ＬＰガス、天然ガス等が流れる領域となる。また、流路２の中央部は流量測定部３となっている。流量測定部３は、流路２を流れる流体の流量を計測するための領域であり、この流量測定部３に面する部位（図１においては上側の面）に、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７が設けられている。なお、図１に示す構成では、図中向かって左側が流量測定部３の上流側４であり、図中向かって右側が流量測定部３の下流側５である。

図１に示すように、筐体１の一方の面には、制御プリント基板８が取り付けられているが、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７は、筐体１において流路２と制御プリント基板８との間を通ずるように設けられる２つの取付穴１ａ、１ｂに、圧縮導電固定具９を介して取り付けられている。筐体１における制御プリント基板８が取り付けられている一方の面を基板取付面とすれば、この取付穴１ａ、１ｂは、筐体１の基板取付面から流路２の流量測定部３に向かって、上流側４および下流側５となる位置にそれぞれ設けられている。そして、上流側４に位置する取付穴１ａに、圧縮導電固定具９を介して上流側超音波送受波器６が取り付けられ、下流側５に位置する取付穴１ｂに、圧縮導電固定具９を介して下流側超音波送受波器７が取り付けられている。

図１に示す構成では、取付穴１ａ、１ｂは、流路２に対して実質的に略垂直に形成されているので、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７は、超音波の送信方向が平行になる位置関係で配置されることになる。また、取付穴１ａ、１ｂの流路２側の開口は、互いに向かう側に傾斜するように構成されている。一方、取付穴１ａ、１ｂの基板取付面側の開口は、制御プリント基板８に向かって略垂直に設けられているが、圧縮導電固定具９を介して超音波送受波器６、７を取り付けるときに、圧縮導電固定具９を適切に嵌合できるように、内径が広く構成されている。

制御プリント基板８は、計測回路１３、演算回路１４、図１には示さない発信回路、駆動回路、切替回路、受信検知回路等を基板上に実装した構成である。したがって、制御プリント基板８は、本実施の形態に係る超音波流量計において制御部を構成することになる。前記回路のうち、計測回路１３は、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７の間の超音波伝播時間を計測する計測手段（計測部、計測器）であり、演算回路１４は、計測回路１３からの信号に基づいて流速および／または流量を演算する演算手段（演算部、演算器）である。

制御プリント基板８の具体的構成は特に限定されず、公知のプリント基板を用いることができる。さらに、制御プリント基板８に実装されている各種回路の具体的な構成も特に
限定されず、処理内容に応じた公知の回路を用いることができる。あるいは、演算回路１４に変えて、ＣＰＵ等の演算素子と記憶部とを備える構成であってもよく、この場合、計測回路１３等の各種回路のうち少なくともいずれかは、ＣＰＵが記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される構成、すなわち制御部の機能構成となっていてもよい。

また、筐体１、上流側超音波送受波器６および下流側超音波送受波器７は、超音波流量計の分野で公知のものを好適に用いることができる。ここで、本発明においては、超音波送受波器６、７は、圧縮導電固定具９により制御プリント基板８に電気的に接続されるので、リード線が不要である。それゆえ、圧縮導電固定具９の具体的な構成にもよるが、超音波送受波器６、７は電極ピンに相当する構成がないものであってよい。なお、圧縮導電固定具９については後述する。

制御プリント基板８は、筐体１の基板取付面に制御プリント基板固定手段１２により固定されている。制御プリント基板固定手段１２は、本実施の形態は、スペーサ１０およびネジ１１で構成されている。図１には具体的に示さないが、略環状であって、スペーサ１０は、筐体１と制御プリント基板８との間となる位置で、その中空にネジ１１が挿入された状態で配置される。スペーサ１０は、制御プリント基板８と筐体１の基板取付面との間に所定の間隔を保持する間隔保持部材であるとともに、ネジ１１にとっての「座金」としても機能する。

スペーサ１０は、公知の略環状の弾性体であればよい。同様にネジ１１も公知の金属製のものを好適に用いることができる。なお、制御プリント基板固定手段１２は、スペーサ１０およびネジ１１で構成される例に限定されず、公知のさまざまな間隔保持部材およびファスナ部材の組合せで構成することができ、さらには、機械的な嵌合または係合により制御プリント基板８を筐体１に固定することが可能な、公知の基板固定部材を用いることもできる。

前記構成の超音波流量計の動作について具体的に説明する。まず、図１に示すように、上流側超音波送受波器６と下流側超音波送受波器７との送受波面から流路２までの間隔をそれぞれＹ、Ｚとし、上流側超音波送受波器６からの超音波が流路２の対向面に達するまでの距離をＡ、下流側超音波送受波器７からの超音波が流路２の対向面に達するまでの距離をＢとし、超音波の方向と被計測流体の流れの方向である流路２の長手方向となす角度をθとする。

そして、上流側超音波送受波器６と下流側超音波送受波器７との中心を結ぶ距離（Ｙ＋Ａ＋Ｂ＋Ｚ）をＬＳＬとし、被計測流体が流れる流路２の距離（Ａ＋Ｂ）をＬ、また、流体の無風状態での音速をＣ、流路２内での流体の流速をＶとする。

まず、流量測定部３の上流側超音波送受波器６から送信された超音波は流路２を斜めに横断し、下流側超音波送受波器７で受信する。このときの伝搬時間ｔ１は、
ｔ１＝（（ＬＳＬ−Ｌ）／Ｃ）２＋（Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）） ・・・式１
で示される。

次に、下流側超音波送受波器７から超音波を送信して上流側超音波送受波器６で受信する。このときの伝搬時間ｔ２は、
ｔ２＝（（ＬＳＬ−Ｌ）／Ｃ）２＋（Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）） ・・・式２
で示される。
そして、ｔ１とｔ２の式から流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２）（（ＬＳＬ／Ｌ）２） ・・・式３
の式が得られる。

ＬＳＬとＬおよびθが既知なら、計測回路１３にてｔ１とｔ２を計測すれば流速Ｖが求められる。この流速Ｖから流量Ｑは、流路２の断面積をＳ、補正係数をＫとすれば、演算回路１４で、Ｑ＝ＫＳＶを演算して流量を求めることができる。

［圧縮導電固定具の構成］
次に、超音波送受波器６、７と制御プリント基板８とを電気的に接続するとともに、筐体１に超音波送受波器６、７を固定するために用いられる、圧縮導電固定具９について、図２および図３（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。

図２に示すように、超音波送受波器６、７は、圧電体１７と、ケース１８と、端子板２０と、外部電極２１と、内部導電体２２と、音響整合層２３とを備えている。圧電体１７は、互いに対向する電極面１５、１６を有しており、一方の電極面１５はケース１８に電気的に接続し、他方の電極面１６は内部導電体２２を介して外部電極２１に電気的に接続している。また、一方の電極面１５は流路２（流量測定部３）に向かい、他方の電極面１６は制御プリント基板８に向かっている。

ケース１８は、超音波送受波器６、７の外装であって、円筒状または円形のハット状で内部に圧電体１７を収容できる構成となっている。ケース１８は、有底筒状であり、その一方の端面は閉じているが他方の端面は開放されて開口となっている。ケース１８の閉じている端面の内側が圧電体１７の一方の電極面１５に電気的に接続されている。また閉じている端面の外側には、圧電体１７に対向する位置で音響整合層２３が接着固定されている。この音響整合層２３およびケース１８の閉じている端面が、超音波の送受信面となる。

また、ケース１８の開放された端面（開口）の周囲にはフランジ部１９が設けられており、ケース１８の開口は円板状の端子板２０で閉じられている。この端子板２０は、単に開口を閉じるだけではなく、その外周がフランジ部１９に重なる程度の寸法を有している。そしてフランジ部１９と端子板２０とは電気的に導通している。図２に示すように、端子板２０は、音響整合層２３の反対側の位置であり、制御プリント基板８との電気的な接続を行うための面を構成している。

端子板２０の中心部には、当該端子板２０と絶縁状態で外部電極２１が設けられている。本実施の形態では、端子板２０の中心部に形成された穴に絶縁材を介して外部電極２１が取り付けられている。外部電極２１の一端は超音波送受波器６、７の外側に露出しているが、他端はケース１８内に設けられた内部導電体２２に電気的に接続している。内部導電体２２は圧電体１７の他方の電極面１６に電気的に接続しているので、圧電体１７と外部電極２１とは電気的に接続されることになる。

超音波送受波器６、７の端子板２０およびケース１８のフランジ部１９の外側には、圧縮導電固定具９が取り付けられている。この圧縮導電固定具９は、筐体１へ超音波送受波器６、７を固定するとともに、制御プリント基板８と超音波送受波器６、７との電気的な接続を確保する部材である。したがって、図２に示すように、超音波送受波器６、７と制御プリント基板８との間であって、かつ、超音波送受波器６、７と筐体１との間には、圧縮導電固定具９が設けられていることになる。

圧縮導電固定具９は、本実施の形態では、図２および図３（ａ）に示すように、弾性圧縮体２４と、２つの導電部２５ａ、２５ｂとから構成されている。弾性圧縮体２４は、圧縮導電固定具９の本体であり、公知のゴム（エラストマー）材料または合成樹脂材料ある
いはこれらを含む組成物（ポリマーアロイ等）で構成されている。弾性圧縮体２４は、円形の皿状に成形されており、底面部２７とその外周に立設する枠状のシール部２８とを有する。底面部２７には、図３（ｂ）に示すように、その中心を貫通して導電部２５ａが設けられ、中心から偏心した位置に、当該位置を貫通して導電部２５ｂが設けられている。

導電部２５ａ、２５ｂは、公知の導電性の弾性部材で構成されており、底面部２７を貫通する孔内に挿入されることで、圧縮導電固定具９に固定されている。また、底面部２７において、導電部２５ａ、２５ｂの挿入する孔の周囲には、図３（ａ）に示すように、外面（図中上側の面）に外側突出部２６ａが設けられ、内面（図中下側の面）に内側突出部２６ｂが設けられている。

中心の導電部２５ａは、図２に示すように、超音波送受波器６、７の外部電極２１と制御プリント基板８との間に位置して、これらに接触している。それゆえ、導電部２５ａによって、圧電体１７の他方の電極面１６、内部導電体２２および外部電極２１と制御プリント基板８との導通を確保することができる。また、導電部２５ｂは、中心から偏った位置にあるので、外部電極２１とは絶縁された端子板２０のいずれかの部位に接触することができる。したがって、導電部２５ｂによって、圧電体１７の一方の電極面１５、ケース１８、フランジ部１９および端子板２０と制御プリント基板８との導通を確保することができる。なお、端子板２０は、中央に設けられた外部電極２１を除く大部分がリング状の電極を構成しているので、導電部２５ｂは、中央から偏心していれば、回転方向の位置を特に規定しなくても導通を確保することができる。

外側突出部２６ａおよび内側突出部２６ｂは、断面が台形状に外側および内側に突出している凸部として形成されている。外側突出部２６ａは、導電部２５ａ、２５ｂから見て、制御プリント基板８との接触部の近傍であり、内側突出部２６ｂは、導電部２５ａ、２５ｂから見て端子板２０との接触部の近傍である。後述するように圧縮導電固定具９は、圧縮された状態で筐体１に取り付けられ、また制御プリント基板８に接触しているので、圧縮時の圧縮率を確保するために、導電部２５ａ、２５ｂの周囲に外側突出部２６ａおよび内側突出部２６ｂが設けられている。

圧縮導電固定具９のシール部２８は、前述のとおり、底面部２７の周囲に枠状に設けられているが、このシール部２８の内側には、図３に示すように、凹部２８ａが設けられている。この凹部２８ａは、超音波送受波器６、７のフランジ部１９（およびフランジ部１９に重なる端子板２０の外周部）を嵌合させてシール部２８で挟持するための構成であり、それゆえ、シール部２８は、超音波送受波器６、７の挟持手段として機能する。

また、図３（ａ）に示すように、凹部２８ａの底面部２７に対向する面には、突起２９が設けられ、シール部２８の外周には上下の位置関係で突起３０、３１が設けられている。これら突起２９、３０、３１は、圧縮導電固定具９によって超音波送受波器６、７を筐体１に取り付けたときに、ストッパーとして機能するものである。すなわち、突起２９は、凹部２８ａに超音波送受波器６、７のフランジ部１９を嵌合させたときに、フランジ部１９が容易に脱落しないようにするためのストッパーとなる。また、突起３０、３１は、筐体１の取付穴１ａ、１ｂに圧縮導電固定具９を介して超音波送受波器６、７を固定したときに、取付穴１ａ、１ｂから圧縮導電固定具９および超音波送受波器６、７が容易に脱落しないようにするためのストッパーとなる。

なお、取付穴１ａ、１ｂの基板取付面側の開口は、図２に示すように、その内径が大きくなっているため、圧縮導電固定具９（および超音波送受波器６、７）を嵌合した状態で受ける凹部となっている。そして、圧縮導電固定具９は圧縮可能に構成されているので、圧縮導電固定具９（および超音波送受波器６、７）を、基板取付面側の開口に取り付けた
状態では、圧縮導電固定具９の圧縮によって突起３０、３１が開口の内壁に押し付けられることになる。それゆえ、突起３０、３１はストッパーとして有効に機能することができる。

また、図２に示すように、超音波送受波器６、７と制御プリント基板８との間には圧縮導電固定具９を貫通する状態で圧縮率規制手段３３が設けられている。図３（ａ），（ｂ）に示すように、圧縮導電固定具９の底面部２７には、複数の貫通孔３２が設けられている。図３（ｂ）に示す例では、底面部２７の中心（導電部２５ａ）から見て、それぞれ９０°となる位置に４箇所の貫通孔３２が形成されている。圧縮率規制手段３３は、圧縮導電固定具９よりも剛性の大きい材料で構成されていればよい。この圧縮率規制手段３３の機能については後述する。

次に、前記構成の圧縮導電固定具９を用いて超音波送受波器６、７を筐体１に取り付ける方法（超音波流量計の組立方法の要部）について具体的に説明する。まず、超音波送受波器６、７のフランジ部１９に圧縮導電固定具９のシール部２８を嵌合した状態で、超音波送受波器６、７（および圧縮導電固定具９）を筐体１の取付穴１ａ、１ｂに挿入する。次に、圧縮導電固定具９の貫通孔３２に圧縮率規制手段３３を挿入する。その後、スペーサ１０を筐体１との間に挟持した状態で制御プリント基板８をネジ１１により筐体１に固定する。このとき、導電部２５ａ、２５ｂの一方は、外部電極２１と制御プリント基板８との通電部（図示せず）に当接し、他方は端子板２０と制御プリント基板８との通電部（図示せず）に当接し電気回路を構成する。

本実施の形態においては、ネジ１１によりスペーサ１０を介して制御プリント基板８を筐体１に固定したとき、圧縮率規制手段３３を用いることにより圧縮導電固定具９の外側突出部２６ａおよび内側突出部２６ｂの圧縮寸法を規制することができるので、導電部２５ａ、２５ｂは、一定の力で制御プリント基板８および超音波送受波器６、７に当接することができる。それゆえ、超音波送受波器６、７と制御プリント基板８との間に電気的な接触を安定して確保することができる。

また、筐体１と制御プリント基板８とが直接接触しないように、スペーサ１０を介しているため、超音波送受波器６、７に由来する振動が制御プリント基板８に伝搬することを防止することが可能となり、制御プリント基板８に実装されている電子部品（図示せず）への振動の影響を抑制または回避することが可能となる。

また、圧縮率規制手段３３の存在により、超音波送受波器６、７の端子板２０は、制御プリント基板８の筐体１への取り付けにより、圧縮率規制手段３３を介して流路２に向かった方向に押される状態となる。それゆえ、シール部２８の凹部２８ａ内の突起２９は常に圧縮状態となるので、流路２内の被計測流体が流路２の外部に漏れることを有効に防止することができる。

このように、本実施の形態に係る超音波流量計は、２つの超音波送受波器６、７と、流路２を有する筐体１と、制御プリント基板８と、を備えており、筐体１には、制御プリント基板８を取り付ける基板取付面と、超音波送受波器６、７を取り付けるための取付穴１ａ、１ｂとが設けられており、取付穴１ａ、１ｂは、流路２の上流側４および下流側５のそれぞれに、基板取付面から流路２に向かって形成されており、さらに、圧縮可能な材料で構成され、超音波送受波器６、７の電極（端子板２０および外部電極２１）が設けられている側の面とその外周を覆う形状を有し、かつ、当該電極と制御プリント基板８との間で電気的な接続を可能とする２つの導電部２５ａ、２５ｂが設けられている圧縮導電固定具９を備えている構成である。

この構成であれば、超音波送受波器６、７の端子板２０および外部電極２１を圧縮導電固定具９で覆った状態で、取付穴１ａ、１ｂに対して、圧縮導電固定具９とともに超音波送受波器６、７を挿着すればよい。これによって、超音波送受波器６、７に対向して配置された制御プリント基板８との間に圧縮導電固定具９が挟持される構成となるので、制御プリント基板８を筐体１に固定するだけで、圧縮導電固定具９の導電部２５ａ、２５ｂにより超音波送受波器６、７と制御プリント基板８とを導通可能に密着させることができる。それゆえ、リード線を用いることなく超音波送受波器６、７を制御プリント基板８に電気的に接続することができ、かつ、導電部２５ａ、２５ｂは互いに短絡するおそれもないので、信頼性に優れた超音波流量計を提供することができる。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計の構成について、図４および図５を参照して具体的に説明する。図４に示すように、本実施の形態で用いられる圧縮導電固定具３４は、前記実施の形態１で説明した圧縮導電固定具９と同様の構成を有しているが、シール部３５の先端にはケース当接部３６が設けられている。シール部３５は、底面部２７の外周から一方に向かって（図中下側に向かって）立設する枠状であるが、ケース当接部３６は、枠状のシール部３５の内周部において、シール部３５と同方向（図中下側）に向かって立設する薄い壁状となっている。超音波送受波器６、７に圧縮導電固定具３４を取り付けたときに、ケース当接部３６はケース１８の外周面を覆うように当接する。

それゆえ、図５に示すように、超音波送受波器６、７および圧縮導電固定具３４が筐体１に取り付けられ、筐体１および制御プリント基板８との間に位置すれば、取付穴１ａ、１ｂの内周面と超音波送受波器６、７の外周面（ケース１８の外周面）との間に、ケース当接部３６が介在することになる。

なお、ケース当接部３６は、シール部３５と一体的に形成されればよいので、ケース当接部３６もゴム材料または合成樹脂材料等の弾性材料で構成されればよい。また、ケース当接部３６の高さは、超音波送受波器６、７の外周面（ケース１８の外周面）を十分に覆うことができる高さであればよい。さらに、ケース当接部３６の厚みは、後述する不要な超音波振動を減衰できる厚みであればよい。したがって、ケース当接部３６の高さ、厚み等の寸法は、超音波送受波器６、７の種類等に応じて適切な値を設定することができる。

超音波送受波器６、７においては、流量計測に必要な周波数の超音波（説明の便宜上、計測用超音波という。）は音響整合層２３から発生するが、ケース１８の表面では、流量計測に対して不要な周波数の超音波振動（説明の便宜上、ノイズ振動という。）が発生する場合がある。本実施の形態では、ケース当接部３６をケース１８に当接させることにより、ケース１８の表面でノイズ振動が発生しても、当該ノイズ振動を減衰することができる。それゆえ、本実施の形態に係る超音波流量計においては、音響整合層２３で発生する計測用超音波のみを流量測定部３（図５には図示せず）に送信させることができるので、より一層安定した計測を行うことができる。

なお、本実施の形態に係る超音波流量計においては、ケース当接部３６を含む圧縮導電固定具３４以外の構成は、前記実施の形態１に係る超音波流量計と同様であり、組立方法および動作も前記実施の形態１と同様であるので、いずれの説明も省略する。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態に係る超音波流量計の構成について、図６および図７を参照して具体的に説明する。図６に示すように、本実施の形態で用いられる圧縮導電固定具３７は、前記実施の形態１で説明した圧縮導電固定具９または前記実施の形態２で説明した圧縮導電固定具３４と同様の構成を有しているが、導電部４２ａ、４２ｂの近傍（すなわ
ち制御プリント基板８との接触部の近傍）に位置する外側突出部３９ａの周囲には薄肉部４０が設けられ、内側突出部３９ｂの周囲には溝部４１が設けられている。つまり、圧縮導電固定具３７においては、その外面（図中上側の面）は、導電部４２ａ、４２ｂおよび外側突出部３９ａを除いて実質的に略平坦な同一面を形成しているが、内面（図中下側の面）には、内側突出部３９ｂの周囲に、内面から外面に向かって溝部４１が形成されている（それゆえ、外面の溝部４１に該当する箇所は薄肉部４０となっている）。

なお、薄肉部４０の厚み、言い換えれば、溝部４１の深さについては特に限定されない。溝部４１の深さについては、後述するように、圧縮導電固定具３７が、底面部２７の厚み方向に圧縮されたときの変形を緩和できる深さであればよい。一方、薄肉部４０の厚みについては、導電部４２ａ、４２ｂ並びに外側突出部３９ａおよび内側突出部３９ｂが、圧縮導電固定具３７の底面部２７に対して一体化できる強度が保持される程度の厚みであればよい。したがって、薄肉部４０の厚み、および、溝部４１の深さは、超音波送受波器６、７を筐体１に取り付けるときの諸条件に応じて適切な値を設定することができる。

前記実施の形態１で説明したとおり、図７に示すように、圧縮導電固定具３７は、制御プリント基板８と超音波送受波器６、７の端子板２０との間に設けられるので、ネジ１１により制御プリント基板８を筐体１に固定することで、導電部４２ａ、４２ｂおよびその近傍（外側突出部３９ａ、内側突出部３９ｂ）は、底面部２７の厚み方向に圧縮される。このときの圧縮率は、圧縮率規制手段３３により一定に規制される。

ここで、圧縮導電固定具３７は溝部４１を有するため、導電部４２ａ、４２ｂおよびその近傍が圧縮されたときの変形が溝部４１で緩和される。それゆえ、導電部４２ａ、４２ｂおよびその近傍の変形が底面部２７を伝わってシール部４３にまで及ぶことが実質的に回避できる。それゆえ、導電部４２ａ、４２ｂは、超音波送受波器６、７と制御プリント基板８との間で安定した接触状態を確保できるとともに、圧縮導電固定具３７全体は、シール性をより一層好適な状態に維持することが可能となる。

なお、本実施の形態に係る超音波流量計においては、薄肉部４０および溝部４１を含む圧縮導電固定具３７以外の構成は、前記実施の形態１に係る超音波流量計と同様であり、組立方法および動作も前記実施の形態１と同様であるので、いずれの説明も省略する。また、溝部４１（および薄肉部４０）の具体的な構成は図６および図７に示す構成に限定されず、筐体１の間隙を圧縮導電固定具３７でシールしている状態で、導電部４２ａ、４２ｂおよびその近傍が圧縮されたときの変形を緩和できるように構成されていればよいので、内側突出部３９ｂの近傍以外の箇所に溝部４１を設けることもできるし、溝部４１以外の分離構成を採用することもできるし、溝部４１の形状も公知のさまざまな形状を採用することができる。

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。

以上のように、本発明では、超音波流量計を製造する際に、超音波送受波器と制御プリント基板との接続にリード線を用いる必要がないので、コスト上昇を有効に抑制でき、また、リード線を用いないため外来ノイズの影響を有効に軽減できるので、超音波送受波器の信頼性を向上することもできる。それゆえ、本発明は、超音波送受波器を用いた流量計測の分野に広く好適に用いることができる。

１ 筐体
１ａ、１ｂ 取付穴
２ 流路
６ 超音波送受信器（上流側超音波送受信器）
７ 超音波送受信器（下流側超音波送受信器）
８ 制御プリント基板
９ 圧縮導電固定具（圧縮導電体）
１２ 制御プリント基板固定手段
１３ 計測回路
１４ 演算回路
１７ 圧電体
１８ ケース
１９ フランジ部
２０ 端子板
２１ 外部電極
２２ 内部導電体（導電体）
２３ 音響整合層
２５ａ、２２ｂ、４２ａ、４２ｂ 導電部
２８ａ 凹部（挟持手段）
２９ 突起（シール手段）
３３ 圧縮率規制手段
４１ 溝部

Claims (9)

1. 被計測流体の流路を有する筐体と、
   前記筐体に挿着された超音波送受波器と、
   前記超音波送受波器に対向して配置された制御プリント基板と、
   前記超音波送受波器と前記制御プリント基板の間に挟持され前記超音波送受波器と前記制御プリント基板との導電部を有する圧縮導電固定具と、
   前記制御プリント基板を前記筐体に固定する制御プリント基板固定手段と、を備えていることを特徴とする超音波流量計。
2. 前記超音波送受波器は、
   対向する一対の電極面を有する圧電体と、
   前記圧電体の一方の電極面に電気的に接続されたケースと、
   前記ケースのフランジ部と電気的に導通された端子板と、
   前記端子板と絶縁状態で前記端子板に設けられた外部電極と、
   前記圧電体の他方の電極面と前記外部電極の間に設けられた導電体と、
   前記圧電体に対向し前記ケースに接着固定された音響整合層と、を備えていることを特徴とする、請求項１記載の超音波流量計。
3. 前記圧縮導電固定具は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍を挟持する挟持手段を有することを特徴とする、請求項２記載の超音波流量計。
4. 前記挟持手段は、前記超音波送受波器の前記ケースのフランジ部近傍と前記筐体の間隙部をシールするシール手段を有する構成としたことを特徴とする、請求項３に記載の超音波流量計。
5. 前記圧縮導電固定具は、前記ケースの外周に当接するケース当接部を有する構成としたことを特徴とする、請求項２または３に記載の超音波流量計。
6. 前記圧縮導電固定具は、前記シール手段と前記ケース当接部との間に溝部を有することを特徴とする、請求項５記載の超音波流量計。
7. 前記圧縮導電固定具は、通電部近傍に溝部を有することを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
8. 前記制御プリント基板固定手段は、前記筐体と前記制御プリント基板を離間するスペーサを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。
9. 流路を流れる流体の流量を計測する流量測定部と、
   前記流量測定部の同一面に超音波の送信方向が平行になるように設けられた一対の超音波送受波器と、
   前記超音波送受波器の一方から超音波を送信し、この超音波が前記流量測定部の内壁に反射して他方の超音波送受波器間で受信するまでの超音波伝搬時間を計測する計測回路と、
   前記計測回路からの信号に基づいて流量を求める演算回路を備え、
   前記計測回路と前記演算回路を前記制御プリント基板に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の超音波流量計。