JP2013253791A - 超音波流量計測ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】量産性に優れ、高精度の流量計測可能な超音波流量計測ユニットの提供。
【解決手段】流路に超音波が送受信できるように配置した少なくとも圧電体１７および音響整合体１５を備える一対の超音波送受信器５，６と、前記一対の超音波送受信器間の伝搬時間に基づいて流量を算出する計測回路８を前記流路の一部に当接するように配置する構成とした超音波流量計であって、前記超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路の少なくとも一部に絶縁性制振部材１３を一定強度の接着力を与えるように一体的に同時に形成したものである。これにより、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは、計測回路を伝って、他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の送受信可能な超音波送受信器を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計測ユニット及びその製造方法に関するものである。

従来この種の超音波流量計測ユニットは、例えば図９に示すように、被測定流体が流れる計測流路５０と、前記計測流路５０の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波送受信器５１、５２と、を備えている。そして、前記計測流路５０は、樹脂で構成され、前記超音波送受信器５１、５２は、圧電素子５３と、該圧電素子５３に電圧を印加するための端子５４と、前記端子の送信側の面に接着された音響整合層５５から構成され、前記超音波送受信器５１、５２を前記計測流路５０に設けた超音波送受信器取り付け部５６に弾力性を有するコーティング材５７で固定して超音波流量計測ユニット５８を構成している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１８９９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、超音波送受信器５１、５２は弾力性を有するコーティング材５７で固定されているが、図示されていない計測回路、計測回路と流路との当接部、リード線等は、振動抑制体として用いた弾力性を有するコーティング材５７で固定されておらず、流量計測精度の点で難点があった。

これを解決すべく前記計測回路、計測回路と流路との当接部、リード線等をコーティング材で固定するようにしたものも見られるが、これは超音波送受信器５１、５２の固定と計測回路、計測回路と流路との当接部、リード線等との固定が個別に形成されており、流量計測精度向上には今一歩というものであった。例えば、振動抑制体の形成方法によっては形成ばらつきが生じ、本来機能を果たすべき振動抑制作用が効果的に作用せず、流量計測時の計測ノイズとなる残響ノイズとなり、また一方の超音波送受信器より発生した振動が、流路あるいは、リード線、計測回路を伝って、他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズとなり、あるいはそれぞれの部材に伝わった振動が部材の固有振動で残響を発生する場合等々があり、流量計測精度の低下が起こる場合があったのである。

加えて、上記コーティング材等による超音波送受信器５１、５２の固定と、計測回路、計測回路と流路との当接部、リード線等との固定を個別に行なっているものにあっては、量産性が悪いという課題もあった。

また、弾力性を有するコーティング材は、硬化反応等で一定の時間、常温で静置し、一定温度、一定湿度環境で放置する必要があり、この点からも量産性に問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波流量計測時のノイズとなる筐体伝搬ノイズ、残響ノイズを低減し、超音波流量計測ユニットの量産性を改善し、高精度で安価な流量計測を可能とする超音波流量計測ユニットとその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、被測定流体を一方の開口端から他方の開口端に通す流路と、前記流路に超音波が送受信できるように配置した少なくとも圧電体および音響整合体を備える一対の超音波送受信器と、前記一対の超音波送受信器間の伝搬時間に基づいて流量を算出する計測回路とを備え、前記計測回路を前記流路の一部に当接するように配置した構成の超音波流量計であって、前記超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路それぞれの少なくとも一部に、絶縁性制振部材を一体的に形成したものである。

これにより、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは計測回路を伝って他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

また、本発明は、超音波送受信器および計測回路を金型内に配置し、その後絶縁性制振部材を金型内に注入して前記超音波送受信器および計測回路と絶縁性制振部材を同時に一体化する製造方法であり、絶縁性制振部材を、前記超音波送受信器および計測回路の必要な部分に寸法精度良く、かつ短時間に、一体的に形成することができ、量産性が大きく改善する。

本発明は、量産性に優れ、高精度な流量計測が実現できる超音波流量計測ユニット及びその製造方法を提供することが出来る。

本発明実施の形態１における超音波流量計測ユニットの流れ方向の断面図 本発明実施の形態１における超音波流量計測ユニットの流れ方向の部分拡大断面図 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明実施の形態１における超音波送受信器、計測回路への絶縁性制振部材形成時の製造手順を示す断面図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明実施の形態１における超音波流量計測ユニットの製造手順を示す断面図 本発明実施の形態１における超音波流量計測ユニットを用いて構成したガスメーターの断面図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明実施の形態２における超音波流量計測ユニットの製造手順を示す断面図 本発明実施の形態３における超音波流量計測ユニットの流れ方向の部分拡大断面図 本発明実施の形態４における超音波流量計測ユニットの流れ方向の部分拡大断面図 従来の超音波流量計測ユニットの流れ方向の断面図

第１の発明は、被測定流体を一方の開口端から他方の開口端に通す流路と、前記流路に超音波が送受信できるように配置した少なくとも圧電体および音響整合体を備える一対の超音波送受信器と、前記一対の超音波送受信器間の伝搬時間に基づいて流量を算出する計測回路とを備え、前記計測回路を前記流路の一部に当接するように配置した構成の超音波流量計であって、前記超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路それぞれの少なくとも一部に、絶縁性制振部材を一体的に形成したものである。

これにより、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは計測回路を伝って他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

第２の発明は、第１の発明において、超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路それぞれの少なくとも一部に加え、前記計測回路を電気的に接続するリード線の少なくとも一部にも絶縁性制振部材を一体的に形成したものであり、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは計測回路、リード線を伝って他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

第３の発明は、第２の発明において、超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路と、前記計測回路を電気的に接続するリード線それぞれの少なくとも一部に加え、さらに前記超音波送受信器と計測回路との当接部の少なくとも一部にも絶縁性制振部材を一体的に形成したものであり、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは計測回路、リード線を伝って他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

第４の発明は、第１〜第３の発明において、超音波送受信器は、金属板と、前記金属板の一方の面に固定した音響整合体と、他方の面に固定した圧電体とを備える構成としてあり、圧電体外周および前記金属板と前記流路との当接面に絶縁性制振部材を、短時間に、一体的に形成することが出来、量産性が大きく改善する。

また、金属板は寸法精度が高く、超音波送受信器を精度よく流路に取り付けすることができ、計測時の超音波の送受信ロスを低減することができるため、高精度の流量計測を実現できる。

また、寸法精度を向上するために取り付けた金属板は、圧電体の振動を受け振動しやすい構成部材であるため、絶縁性制振部材を一定強度の接着力を持って一体的に形成したことにより、絶縁性制振部材の取り付けばらつきによる残響振動を効率よく低減でき、高精度の流量計測を実現できる。

第５の発明は、第１〜第３の発明において、超音波送受信器は、天部、側壁部、この側壁より外側に延びる支持部を有する有天筒状の金属ケースと、前記金属ケースの天部内壁面に収容される圧電体と、前記金属ケースの天部外壁の音波放射面に備えられた音響整合体とを備える構成としてあり、複雑な有天筒状金属ケースに縁性制振部材を、短時間に、一体的に形成することが出来、量産性が大きく改善する。

第６の発明は、第５の発明において、超音波送受信器の圧電体は、金属ケースの天部内壁面に収容される溝を有する構成としてあり、圧電体の不要振動を抑制し、被計測流体に効率よく超音波を伝搬することが出来るため、高精度な流量計測を実現することが出来る。

第７の発明は、第１〜第６の発明において、前記計測回路は、フレキシブル基板としたものであり、絶縁性制振部材を形成するときの圧力、温度等の外的要因に対し耐性があるため、不良率が低減する。

第８の発明は、第２〜第７の発明において、前記リード線はフラットケーブルとしたものであり、リード線を非常に薄くできるために、リード線を伝わる振動をより効率よく低
減することができる。

第９の発明は、第１から第８の発明において、絶縁性制振部材は、ガラス転移点が流量計測における温度保障下限以下であり、接着性を有する熱可塑性樹脂としたものであり、流量計測における温度範囲で柔軟な絶縁性制振部材とすることができ、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、他方の超音波送受信器に伝達するノイズ的振動を効果的に低減することができ、流量計測精度の低下を改善できるため、高精度の流量計測を実現できる。

第１０の発明は、超音波送受信器および計測回路を金型内に配置し、その後絶縁性制振部材を金型内に注入して前記超音波送受信器および計測回路と絶縁性制振部材を同時に一体化する製造方法であり、絶縁性制振部材を、前記超音波送受信器および計測回路の必要な部分に寸法精度良く、かつ短時間に、一体的に形成することができ、量産性が大きく改善する。

第１１の発明は、超音波送受信器および計測回路を金型内に配置し、リード線によって前記超音波送受信器と計測回路とを電気的に接続した後に、前記金型内に絶縁性制振部材を注入して前記超音波送受信器、計測回路、リード線と絶縁性制振部材を同時に一体化する製造方法であり、リード線、および、計測回路、圧電体に備えられた電極等に応力が加えられることなく組み立てすることができ、高精度で、特性が安定した超音波流量計とすることができる。また、絶縁性制振部材を、前記超音波送受信器音の音響整合体、金属板あるいは有天筒状の金属ケース、圧電接合体の必要な部分に寸法精度良く、かつ短時間に一体的に形成することができ、かつ計測回路の一部あるいは全部、リード線表面、流路と回路との当接部に効率よく形成することができるため、量産性が大きく改善する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、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）
図１は、本発明第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの流れ方向断面図を示している。

図１において、流体を一方の開口端１から他方の開口端２へ通す流路３は、被測定流体を通す配管であり、この流路３に対して、超音波送受信器５、６が超音波を送信、あるいは受信できるように取り付けてある。すなわち、前記流路３の周壁開口部に超音波送受信器固定部材４を取り付け、この超音波送受信器固定部材４の当接部７に超音波送受信器５、６をあてがって取り付けてある。そして、前記超音波送受信器固定部材４には、計測回路８、すなわち計測回路８を搭載した制御基板１０が、当接部９で固定されている。

以下、流量計測原理に関して図１を用いて説明する。

図１に示した、Ｌ１は、上流側に配置された超音波送受信器５から伝搬する超音波の伝搬経路を示しており、Ｌ２は下流側に配置された超音波送受信器６の超音波の伝搬経路を示している。

流路３を流れる流体の流速をＶ、流体中を超音波が伝搬する速度をＣ（図示せず）、超音波送受信器間において、流量計測時伝搬時間変化を生じさせる超音波の伝搬距離をＬ、流体の流れる方向と超音波の伝搬方向のなす角度をθとする。

超音波送受信器５を超音波送波器、超音波送受信器６を超音波受波器として用いたとき
に、超音波送受信器５から出た超音波パルスが超音波送受信器６に到達する伝搬時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （１）
で示される。

次に超音波送受信器６から出た超音波パルスが超音波送受信器５に到達する伝搬時間ｔ２は、
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） （２）
で示される。
そして、（１）と（２）の式から伝搬時間の逆数差を計算して流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２） （３）
の式が得られる。

Ｌとθが既知なら、超音波伝搬時間計測回路８によってｔ１、ｔ２を測定すれば流速Ｖが求められる。必要に応じて、この流速Ｖに流路３の断面積Ｓと補正係数Ｋを乗じれば、流量Ｑを求めることができる。演算手段は、前記計測回路内に備えられており、上記Ｑ＝ＫＳＶを演算するものである。

超音波送受信器５，６の流路３への取り付け状態及び、超音波送受信器５，６の構成に関して以下詳細に説明する。

図２は、本発明第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの流れ方向部分の拡大断面図を示している。以下は超音波送受信器６を例にして説明するが、超音波送受信器５も同様の構成である。

図２において、超音波送受信器６は、超音波送受信器固定部材４の開口部１１に、背面より固定板１２によって当接部７に圧縮するような形で絶縁性制振部材１３を介して固定されている。超音波送受信器６は、音響整合体１５と金属板１６と圧電体１７とが平面部分で接着剤、導電ペースト等で接着される。リード線１８は、前記圧電体１７の一方の電極に電気的に接続され、他方の電極は金属板１６を介して電気的に接続されている。金属板１６と圧電体１７との同通は、接合部に接着剤を用いた場合はオーミックコンタクトによって電気的に接続されている。絶縁性制振部材１３は、圧電体１７の外周を覆うように形成され、かつ金属板１６と超音波送受信器固定部材４との当接面だけでなく、圧電体取り付け側にも、金属板１６を覆うように、かつ、一定強度の接着力を与えるように一体的に形成されている。

音響整合体１５は、一定の容器内に、ガラスの中空球体をタッピングして充填し、その隙間を熱硬化性樹脂で満たし、その状態を保持したまま、加熱し、樹脂を硬化した構成で実現することが出来る。あるいは、セラミック多孔体の音波放射面に音響膜を形成した構成でも可能である。音響整合体１５はいずれも、λ／４の厚みで調整することで超音波を効率よく被計測流体に伝搬することが出来る。

金属板１６は例えば、鉄、ステンレス、黄銅、銅、アルミ、ニッケルめっき鋼板等の金属材料であれば可能である。

圧電体１７は、圧電性を示す材料であればどのような材料であっても可能であるが、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等が好適である。圧電体１７とリード線１８との接合、および金属板１６とリード線１８との接合は、半田付け、導電ペースト等で接合可能である。

以上のように構成された超音波送受信器５，６について、以下その動作、作用を説明する。

圧電体１７にはリード線１８が電気的に接合されており、このリード線１８を介して、計測回路８より、圧電体１７の共振周波数に近い周波数の矩形の電気信号が圧電体１７に加えられ、圧電体１７によって電気信号が機械的振動に変換され、圧電体１７と音響整合体１５とが共振することによって、より大きな超音波パルスが、開口部１１を通って被計測流体に伝搬する。

絶縁性制振部材１３は、超音波パルスを被計測流体へ伝搬するときに発生する振動を、超音波送受信器固定部材４に伝えないようにする機能、圧電体１７の振動及び、圧電体１７の振動を受けて金属板１６振動するが、この振動を、早急に減衰させ、受信側の超音波送受信器５に伝達すると、計測ノイズとなるため、この残響時間を短くする機能を付与する。そのため、圧電体１７外周及び、金属板１６の外周を覆うようにして形成してある。

また、計測回路８及び制御基板１０上面にも、前記絶縁性制振部材１３と同様の絶縁性制振部材１３が形成されており、仮に、超音波送受信器６より発生した振動が、超音波送受信器固定部材４を通じて、制御基板１０から計測回路８に伝わった場合においても、計測回路８内部へ伝わっていく振動をより効率よく減衰させることができる。また、この計測回路８に形成した絶縁性制振部材１３は、透湿性が比較的低く、耐湿性が向上する。

また、絶縁性制振部材１３は、ガラス転移点が低い熱可塑性樹脂、たとえば、熱可塑性エラストマー材料や結晶性ポリエステルなどで形成される。熱可塑性エラストマー材料には、たとえば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマーなどが挙げられる。

結晶性ポリエステルとして、たとえば、特開２００６−５７０４３号の公開特許公報に記載の接着剤組成物、東洋紡製のバイロショット（登録商標）ＧＭ−９２０、ＧＭ‐９１３などが挙げられる。熱可塑性樹脂のガラス転移点は、例えば、流量測定を行う最低温度の‐３０℃以下であることが好ましい。これにより、流量測定時には、絶縁制振部材１３はゴム弾性を有し、制振機能を発揮し得る。

また、熱可塑性樹脂の融点は、流量測定の最高温度の８０℃以上であることが好ましい。さらに、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率は、流量測定の最低温度から最高温度までの範囲において、例えば、４〜３００ＭＰａである。これにより、制振部材１１は、流量測定時に金属板１６や圧電体１７などの振動を十分に吸収することができる。

以上のような、絶縁性制振部材１３を用いることによって、金属材料、セラミック材料に一定強度を与えるように一体的に接着することが出来る。接着強度は、成型条件にも依存するが、例えばリード線との接着力を考慮し、錫めっき銅線との接着力は、１８０度接着力で、最大１０Ｎ／ｃｍ程度の強度を示す。

また、制振部材１３に用いられる熱可塑性樹脂は、金属板１６や圧電体１７の材料に吸着し易い官能基を有する。このため、絶縁制振部材１３が金属板１６や圧電体１７に密着することにより、金属板１６の振動を抑制する制振機能を発揮する。さらに、絶縁制振部材１３に用いられる熱可塑性樹脂は、電気絶縁性を有する。このため、絶縁制振部材１３は、第１のリード線１８および金属板１６などから放電することを防止する。

このように絶縁性制振部材１３を、一定強度を与えるように一体的に接着したことによって、圧電体１７の残響を効果的に低減し、かつ、それぞれの部材、例えば制御回路８やリード線１８等に伝わった振動が、制御回路８やリード線１８等の固有振動で残響を効果的に低減することができる。

次に、超音波送受信器５、６および、計測回路８へ絶縁性制振部材１３を形成する時の製造方法について説明する。

図３は、本発明第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットにおける超音波送受信器５、６、計測回路８への絶縁性制振部材形成時の製造手順を示す断面図である。

図３（ａ）は、音響整合体１５と金属板１６と圧電体１７とが接着剤によって接合した接合体２０、２１と、計測回路８付き制御基板１０とが、下金型２２に挿入された状態を示している。

図３（ｂ）は、接合体２０、２１に半田、あるいは導電ペースト等の導電部材によってリード線１８が電気的に接続された状態を示している。

図３（ｃ）は、リード線１８によって接続された接合体２０、２１、計測回路８が、絶縁性制振部材１３を一体的に形成する下金型２２と上金型２４との内側に配置された状態を示している。ここで、絶縁性制振部材１３は、図３（ｃ）に示した挿入口２５より、熱および圧力を加えて溶融した絶縁性制振部材１３が流し込まれる。このとき、前記接合体２０の金属板の一部が金型支持部２６に、当接するように配置されており、挿入口２５より挿入された絶縁性制振部材１３は、金型の支持部２６によって、金型２０に流入する絶縁性制振部材１３をせき止め、音響整合体１５には絶縁性制振部材１３が形成されないように固定している。この下金型の支持部２２の部分が、結果的に、絶縁性制振部材１３の未形成部となる。この未形成部によって、音響整合体１５に、絶縁性制振部材１３が不均一に乗り上げたりすることを防止し、特性バラツキを低減できる。また、この工程において、金型に注入した絶縁制振部材１３は金型によって冷却されることで固化、具体的には約1分程度という短い時間で固形化する。

図３（ｄ）は、下金型２２、および上金型２４より取り出した本発明の絶縁性制振部材１３を必要部分に形成した超音波送受信器５、６および計測回路８の一体部材２７を示す。

以上のような手順で絶縁性制振部材１３を形成することが出来る。

ここで、絶縁性制振部材１３の形成部位は金型形状を変えることで自由に変更することができ、例えば、超音波送受信器５を超音波送波器として、超音波送受信器６を超音波受波器として用いた場合を考慮すると、計測ノイズとなる振動は、以下３つの経路が想定される。

経路１：超音波送受信器５→リード線１８→計測回路８→リード線１８→超音波送受信器６
経路２：超音波送受信器５→超音波送受信器固定部材４→計測回路８→超音波送受信器固定部材４→超音波送受信器６
経路３：超音波送受信器５→超音波送受信器固定部材４→超音波送受信器６
これら経路の中で、計測回路８を通って伝わる計測のノイズとなる振動は、絶縁性制振部材１３の形成形状によって、ある程度変更することができる。例えば、計測のノイズとなる振動の進行方向に対して、絶縁性制振部材１３の厚みの高さを変えることで実現できる。絶縁性制振部材１３の厚みは、まったく形成していない状態から、複数の高さを選択することで実現できる。例えば、０ｍｍと３ｍｍの繰り返しを行うことで効果的に計測のノイズとなる振動を低減することができる。

計測回路８は、例えば一般的に用いられる、ガラエポ基板、セラミック基板のほかに、柔軟性を有するフレキシブル基板を用いることができる。フレキシブル基板自体は、非常
に薄くすることができ、一方の超音波送受信器より発生した振動によって生じる、流路あるいは、計測回路、リード線を伝って、他方の超音波送受信器に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減できるだけでなく、本実施の形態のように絶縁性制振部材１３を金型内で一体的に成型する場合、圧力、温度等の外的要因に対し耐性があるため、不良率が低減する。

リード線１８は、例えば銅線、錫めっき銅線を絶縁体で被覆した汎用のリード線を用いることができる。また、本工程のように、金型内で成型する場合、圧力、応力による影響を軽減できるフラットケーブルを用いると、導線自体を非常に薄くできるために、リード線を伝わる振動をより効率よく低減することができる。

以下、上記のように構成した超音波流量計測ユニットを組み立てる手順について説明する。

図４は、本発明第１の実施の形態における超音波流量計測ユニットの製造手順を示す断面図である。

図４（ａ）は、流路３と、超音波送受信器固定部材４とを接続一体化する状態を示している。

流路３、および超音波送受信器固定部材４は例えば、熱可塑性樹脂の樹脂成型体で構成するのが好ましい。流路３はともに、被計測流体である都市ガス、あるいはＬＰガス、空気、メタンなどの気体に直接接触するため、これらのガス、あるいは腐臭材に対して耐性のある樹脂である必要がある。そのため、例えば、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、液晶高分子などがより好ましい。これらの樹脂のほかに、計測ガスに耐性のある材料であれば特に限定されない。また、熱硬化性樹脂でも可能であり、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂なども金型内で一定の温度を加え、硬化後取り出すことで実現できる。その場合、金型に離型処理を施す必要がある。離型処理は、例えば表面自由エネルギーを低下させるフッ素系の樹脂をコーティングすると効果的である。

流路３と、超音波送受信器固定部材４との接合一体化は、熱可塑性樹脂で構成した場合、溶着、接着、ビス止め等で固定することができる。熱硬化性樹脂で構成した場合、接着、ビス止め等で固定することができる。

次に、図４（ｂ）は、絶縁性制振部材１３を必要部分に形成した超音波送受信器５、６および計測回路８の一体部材２７と図４（ａ）で示した流路３と超音波送受信器固定部材４とを接合した部材２８とを、当接部７，９で位置決めし、組み合わせる状態を示している。

図４（ｃ）は、以上の手順によって作製した超音波流量計測ユニット２９を示している。

以上のようにして、本発明第１の実施の形態における超音波計測ユニット２９を組み立てることができる。

これまでの手順で組み立てた超音波計測ユニットを超音波流量計、例えば、ガスメーターとするときの組み立てについて説明する。

図５は、本発明第１の実施の形態におけるガスメーターの断面図を示している。

図５において、ガスメーター３０は、筐体３１内部に、ガスを充満させる容器であり、入り口口金３２をガス供給側、出口口金３３を、家庭内への配管に接続する。本発明の計測ユニット２９は、出口パイプ３４と接続され、出口口金３３に接続される。計測ユニット２９からの計測情報は、コネクタ３５よりシール部材３６を介してガスメーター外へ導かれ、表示部３７に接続される。入り口口金３２に取り付けられた遮断弁３８は、ガスメーターが、ガス漏れ等の異常を判断した場合に、遮断する。

このように、本発明第１の実施の形態における超音波計測ユニット２９を用いることで、簡単にガスメーターとすることができる。

以上のように、本実施の形態は、被測定流体を一方の開口端１から他方の開口端２に通す流路３と、前記流路３に超音波が送受信できるように配置した一対の超音波送受信器５、６と、前記一対の超音波送受信器５、６間の伝搬時間に基づいて流量を算出する計測回路８を前記流路の一部に当接するように配置する構成とした超音波流量計であって、前記超音波送受信器５、６の少なくとも一部と、前記計測回路８の少なくとも一部に絶縁性制振部材１３を一定強度の接着力を与えるように一体的に形成したことを特徴としたものである。

これによって、一方の超音波送受信器５より発生した振動に起因して、計測回路８を介し他方の超音波送受信器６に伝達するノイズ的振動を低減することができ、流量計測精度の低下を改善でき、高精度の流量計測を実現できる。

また、前記超音波送受信器５、６は、金属板１６と、前記金属板１６の一方の面に固定した音響整合体１５と、他方の面に固定した圧電体１７とを備える構成としてある。これにより、圧電体１７外周および前記金属板１６と前記流路３との当接面に絶縁性制振部材１３を、短時に形成できる。

さらに、前記絶縁性制振部材１３は、前記超音波送受信器５、６および計測回路８を金型内に配置し、当該金型内に絶縁性制振部材材料を注入することによって前記超音波送受信器５、６と計測回路８とに絶縁性制振部材１３を一体的に形成してある。これにより、絶縁性制振部材１３を、前記音響整合体１５、金属板１６あるいは有天筒状金属ケース、圧電体１７の必要な部分に寸法精度良く、かつ短時間に、一体的に形成することができ、かつ計測回路８の一部あるいは全部、リード線表面、流路３と計測回路８との当接部に効率よく形成することができるため、量産性が大きく改善する。

さらに前記絶縁性制振部材１３は、前記超音波送受信器５、６および計測回路８を金型内に配置し、前記リード線１８によって前記超音波送受信器５、６と計測回路８とを電気的に接続した後に、絶縁性制振部材材料を金型内に注入するようにしているから、リード線１８、および、計測回路８、圧電体１７に備えられた電極等に応力が加えられることなく組み立てすることができ、高精度で、特性が安定した超音波流量計とすることができる。

また、前記計測回路８は、フレキシブル基板としてあり、これにより、絶縁性制振部材１３を形成するときの圧力、温度等の外的要因に対し耐性があるため、不良率が低減する。

また、前記リード線１８はフラットケーブルとしてあり、これにより、リード線１８を非常に薄くできるために、リード線１８を伝わる振動をより効率よく低減することができる。

また、前記絶縁性制振部材１３は、ガラス転移点が流量計測における温度保障下限以下であり、接着性を有する熱可塑性樹脂で構成してある。これにより、流量計測における温度範囲で柔軟な絶縁性制振部材とすることができ、一方の超音波送受信器５より発生した振動を、他方の超音波送受信器６に伝達する振動を効果的に低減することができ、流量計測精度の低下を改善できるため、高精度の流量計測を実現できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明第２の実施の形態における超音波計測ユニットの製造手順を示す断面図である。

図６（ａ）は、流路３と、超音波送受信器固定部材４とを接続一体化する状態を示している。

この流路３、および超音波送受信器固定部材４の接続一体化は、本発明第１の実施の形態に記載しているため省略する。

図６（ｂ）では、絶縁性制振部材１３を必要部分に形成した超音波送受信器５、６および計測回路８、リード線一体部材４０と、図６（ａ）で示した流路３と超音波送受信器固定部材４とを接合した部材２８とを、当接部７，９で位置決めし、組み合わせる。

絶縁性制振部材１３を必要部分に形成した超音波送受信器５、６および計測回路８、リード線一体部材４０は、リード線１８の表面に加え、流路３と、超音波送受信器固定部材４とを接合した部材２８と計測回路８との間にも、絶縁性制振部材１３を形成している。

絶縁性制振部材１３の形成方法、材料は、実施の形態１と同様のため省略する。

以上のように、本実施の形態は、先の実施の形態１に加え圧電体１７と計測回路８とを電気的に接続するリード線１８とにも絶縁性制振部材１３を、一定強度の接着力を与えるように一体的に同時に形成してある。これにより、一方の超音波送受信器５より発生した振動によって生じる、流路３あるいは、計測回路８、リード線１８を伝って、他方の超音波送受信器６に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

また、さらに先の実施の形態１に加え圧電体１７と計測回路８とを電気的に接続するリード線１８に加え、前記超音波送受信器５、６と計測回路８との当接部とにも絶縁性制振部材１３を、一定強度の接着力を与えるように一体的に形成してあるから、一方の超音波送受信器５より発生した振動によって生じる、流路３あるいは、計測回路８、リード線１８を伝って、他方の超音波送受信器６に伝達する筐体伝搬ノイズや、個々の部材に伝わった振動によって誘発する残響ノイズを効果的に低減し、高精度の流量計測を実現できる。

（実施の形態３）
図７は、本発明第３の実施の形態における超音波流量計測ユニットの流れ方向部分の拡大断面図である。

図７において、超音波送受信器４２は、超音波送受信器固定部材４の開口部１１に、背面より固定板１２によって当接面７に圧縮するような形で絶縁性制振部材１３を介して固定されている。

超音波送受信器４２は、天部、側壁部、この側壁より外側に延びる支持部を有する有天
筒状の金属ケース４３と、前記金属ケース４３の天部内壁面に収容される圧電体１７と、前記金属ケース４３の天部外壁の音波放射面に備えられた音響整合体１５とを備え、圧電体１７と前記ケース４３と音響整合体１５とは、平面部分で接着剤、導電ペースト等で接着される。リード線１８は、前記圧電体１７の一方の電極に電気的に接続され、他方の電極には前記金属ケース４３を介して電気的に接続されている。前記金属ケース４３と圧電体１７との導通は、接合部に接着剤を用いた場合はオーミックコンタクトによって電気的に接続されている。絶縁性制振部材１３は、圧電体１７の外周を覆うように形成され、前記金属ケース４３と超音波送受信器固定部材４との当接面だけでなく、圧電体取り付け側にも、金属ケース４３の外周を覆うように、かつ、一定強度の接着力を与えるように一体的に形成されている。

音響整合体１５、圧電体１７は、実施の形態１と同様のため説明は省略する。

有天筒状の金属ケース３１は、例えば、鉄、ステンレス、黄銅、銅、アルミ、ニッケルめっき鋼板等の金属材料であり、深絞り加工できる材料であれば可能である。

以上のように構成された超音波送受信器について、その動作、作用は実施の形態１と同様のため省略するが、この実施の形態では、超音波送受信器５、６を、天部、側壁部、この側壁より外側に延びる支持部を有する有天筒状の金属ケース４３の天部内外壁に、圧電体１７、音響整合体１５を接着しているから、複雑な有天筒状の金属ケース４３に絶縁性制振部材１３を、短時間に、一体的に形成することが出来、量産性が大きく改善する。

また、流路３との当接面が圧電体１７より離れており、有天筒状の金属ケース４３に屈曲部があるため計測時のノイズとなる振動が長時間続く残響振動をより低減することが出来る。

加えて、前記金属ケース４３の天部は、加工によって極めてフラットな平面度を実現でき、高精度に超音波を目的の方向へ照射することができるため、高精度な超音波計測ユニットを実現することができる。

さらに、前記絶縁性制振部材１３の特に金属ケース４３の側壁外周に位置する部分１３ａは、図示しないものの金属ケース４３の天部よりも流路側に突出させておくことにより、組み立て時に音響整合体１５に何らかの応力、衝撃が加えられたとしても、この絶縁性制振部材１３の突出部分１３ａによって音響整合体１５を保護することになるため、組み立てしやすくなって生産性が一段と向上する。これはすでに述べた実施の形態１における図２の例にも適用でき、さらに次に述べる実施の形態４における図８のものにも適用できるものである。

（実施の形態４）
図８は、本発明第４の実施の形態における超音波流量計測ユニットの流れ方向部分の拡大断面図である。

図８において、この超音波送受信器４４は、その圧電体４６に溝４５が形成してあり、その溝４５は有天筒状の金属ケース４３の天部内壁面に収容される位置に形成してある。この溝４５はダイシング加工等で行う。その他の構成は実施の形態３と同様のため説明は省略する。

動作、作用は実施の形態１と同様のため省略するが、この実施の形態４では圧電体４６に溝４５を形成しているので、圧電体４６の不要振動を抑制し、被計測流体へ伝える超音波振動をより効果的に行うことができ、その結果、被計測流体に効率よく超音波を伝搬す
ることが出来、高精度な流量計測を実現することが出来る。

以上のように、本発明は、量産性が大きく向上でき、高精度な流量計測が可能となるため、家庭用流量計、産業用流量計、計測器等の用途に適用できる。

１ 一方の開口端
２ 他方の開口端
３ 流路
４ 超音波送受信器固定部材
５、６、４２、４４ 超音波送受信器
７ 当接部
８ 計測回路
９ 当接面
１３ 絶縁性制振部材
１５ 音響整合体
１６ 金属板
１８ リード線
４５ 溝
１７、４６ 圧電体
４３ 金属ケース

Claims (11)

1. 被測定流体を一方の開口端から他方の開口端に通す流路と、
   前記流路に超音波が送受信できるように配置した少なくとも圧電体および音響整合体を備える一対の超音波送受信器と、
   前記一対の超音波送受信器間の伝搬時間に基づいて流量を算出する計測回路とを備え、
   前記計測回路を前記流路の一部に当接するように配置した構成の超音波流量計であって、前記超音波送受信器の流路との当接面と、前記圧電体外周と、前記計測回路それぞれの少なくとも一部に、絶縁性制振部材を一体的に形成したことを特徴とする超音波流量計測ユニット。
2. 前記超音波送受信器の流路との当接面と、圧電体外周と、計測回路それぞれの少なくとも一部に加え、前記計測回路を電気的に接続するリード線の少なくとも一部にも絶縁性制振部材を一体的に形成したことを特徴とする請求項１記載の超音波流量計測ユニット。
3. 前記超音波送受信器の流路との当接面と、圧電体外周と、計測回路と、前記計測回路を電気的に接続するリード線それぞれの少なくとも一部に加え、さらに前記超音波送受信器と計測回路との当接部の少なくとも一部にも絶縁性制振部材を一体的に形成したことを特徴とする請求項２記載の超音波流量計測ユニット。
4. 前記超音波送受信器は、金属板と、前記金属板の一方の面に固定した音響整合体と、他方の面に固定した圧電体とを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。
5. 前記超音波送受信器は、天部、側壁部、この側壁より外側に延びる支持部を有する有天筒状の金属ケースと、前記金属ケースの天部内壁面に収容される圧電体と、前記金属ケース天部外壁の音波放射面に備えた音響整合体とを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。
6. 前記超音波送受信器の圧電体は、金属ケースの天部内壁面に収容される溝を有する構成とした請求項５に記載の超音波流量計測ユニット。
7. 前記計測回路は、フレキシブル基板とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。
8. 前記リード線はフラットケーブルとした請求項２〜７のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。
9. 前記絶縁性制振部材は、ガラス転移点が流量計測における温度保障下限以下であり、接着性を有する熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波流量計測ユニット。
10. 超音波送受信器および計測回路を金型内に配置し、その後絶縁性制振部材を金型内に注入して前記超音波送受信器および計測回路と絶縁性制振部材を同時に一体化したことを特徴とする超音波流量計測ユニットの製造方法。
11. 超音波送受信器および計測回路を金型内に配置し、リード線によって前記超音波送受信器と計測回路とを電気的に接続した後に、前記金型内に絶縁性制振部材を注入して前記超音波送受信器、計測回路、リード線と絶縁性制振部材を同時に一体化したことを特徴とする超音波流量計測ユニットの製造方法。