JP2018077079A

JP2018077079A - 脱着可能な超音波流量計

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Publication number: JP2018077079A
Application number: JP2016218072A
Authority: JP
Inventors: 伸一槻木; Shinichi Tsukiki
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: JP6789765B2

Abstract

【課題】配管の周面に後付けする作業を簡素化を提供する。【解決手段】予め設定した配管10の直径に対応する大きさの開口を通じて配管が配置されるケースと、ケースの内部に形成され、第１のセンサ部材64又は第２のセンサ部材66の移動方向を規定するガイド面と、第１のセンサ部材64又は第２のセンサ部材66を配管10に圧接させる方向に且つ第１、第２のハーフ(104,106)の方向に付勢する第１、第２の付勢部材(72,74)と、第１、第２のセンサ部材(64,66)と配管10との間に介装されたカプラント42と、第１、第２のハーフ(104,106)を互いに固定してケースを形作るための固定部材とを有する。【選択図】図１１

Description

本発明は脱着可能な超音波流量計に関し、より詳しくは配管の外側周面に後付けすることのできる流量計に関する。

超音波流量計は、配管内を流れる流体の流量を測定するのに用いられている。特許文献１は、被測定対象の流体が流れる配管の外側周面に後付けすることのできる超音波流量計を開示している。

特許文献１に開示の流量計を説明すると、この流量計は、配管に対して、第１、第２の超音波素子を同じ側に配置する反射型、いわゆるＶ配置式の流量計であり、配管の内壁で反射して伝播する超音波が検出される。流量計は、反射型（V配置式）に限られず、透過型（Z配置式）の流量計も知られている。

特許文献１に開示の流量計は、第１、第２の超音波素子を収容したケースを開示している。ケースは、ヒンジ止めされた下方ハーフと上方ハーフとで構成されている。ケースは、夫々、配管を挟み込んだ下方ハーフと上方ハーフをボルト・ナットで締結することにより、ケースを配管に固定する。いずれか一方のハーフは、径方向に延びる貫通穴と、当該ハーフにヒンジ止めされた帯状固定部材とを有している。帯状固定部材は超音波素子を横断して延びており、ボルトによって当該ハーフに位置固定される。

ケースを配管に取り付けた後、貫通穴に超音波素子を入れ、その後、帯状固定部材をボルトで締結する。これにより、貫通穴の中の超音波素子は配管と当接した状態になる。なお、特許文献１は、超音波素子と配管との間の音響結合媒体つまりカプラント材としてグリースであってもよいし、金属箔であってもよい、と開示している。

特開昭５６−１３３６２０号公報

従来の後付け式の超音波流量計は、２つのケースハーフをボルト・ナットで固定することで配管に固定し、そして、ケースの貫通穴に収容した超音波素子を固定する帯状固定部材をボルトで締結することで、配管の周面に後付けすることができる。

本発明の目的は、配管の周面に後付けする形式の超音波流量計において、その取り付け作業を簡素化できる脱着可能な超音波流量計を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋とで構成され、前記第１、第２のハーフの端壁又はケース本体の端壁と蓋の端とで形成される開口を備え、該開口が予め設定した配管の直径に対応する大きさを有し、該開口を通じて配管が配置されるケースと、
該ケースの内部に形成され、前記ケースに収容された第１のセンサ部材又は第２のセンサ部材の移動方向を規定するガイド面と、
前記第１のセンサ部材又は第２のセンサ部材を前記配管に圧接させる方向に且つハーフ又は前記蓋若しくは前記ケース本体の方向に付勢する第１、第２の付勢部材と、
前記第１、第２のセンサ部材と前記配管との間に介装されたカプラントと、
前記第１、第２のハーフ又は前記ケース本体と前記蓋を互いに固定してケースを形作るための固定部材とを有することを特徴とする超音波流量計を提供することにより達成される。

本発明の他の目的及び作用効果は、次の本発明の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになろう。

実施例の超音波流量計の全体構成を説明するための図である。図１に図示の超音波流量計の機能ブロック図である。反射型流量計のセンサ部材のＶ配置を説明するための図である。透過型流量計のセンサ部材のＺ配置を説明するための図である。第１実施例の超音波流量計のＶ配置のセンサヘッドの断面図である。図５に図示のセンサヘッドの正面図であり、ケース本体と蓋とはヒンジ止めされている。図５に図示のセンサヘッドの固定部材である揺動フックの作用説明図であり、(I)は解放状態の揺動フックを示し、(II)はロック直前の状態の揺動フックを示し、(III)はロック状態の揺動フックを示す。図６に図示のセンサヘッドの変形例を示し、蓋は完全に解放可能である。図６に図示のセンサヘッドの変形例を示し、ヘッドの端の開口が正面視五角形である。第２実施例の超音波流量計のセンサヘッドの斜視図である。図１０に図示のセンサヘッドの断面図であり、センサ部材はＺ配置されている。図１１に図示のセンサヘッドの端の開口の形状を説明するための図であり、配管が挿通される開口は典型的には正面視五角形である。直径の異なる配管に取り付けたときの第１、第２のセンサ部材の相対的な関係を説明するための図であり、(I)は配管が相対的に小さな直径の場合であり、(II)は配管が相対的に大きな直径の場合である。図１３と同様に、直径の異なる配管に取り付けたときの第１、第２のセンサ部材の相対的な関係を説明するための図である。図１０に図示のＺ配置のセンサヘッドの第１、第２のケースを配管を挟むようにして閉じる過程を説明するための図であり、(I)は断面図、(II)は正面図である。図１０に図示のＺ配置のセンサヘッドの第１、第２のケースを配管を挟むようにして閉じて配管に固定したときの状態を説明するための図であり、(I)は断面図、(II)は正面図である。第３実施例の超音波流量計の断面図である。図１７に図示の超音波流量計の正面図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１を参照して、実施例の超音波流量計２００は、センサヘッド２とコントローラ４とで構成されている、センサヘッド２とコントローラ４は別体構造であり、センサヘッド２とコントローラ４はケーブル６によって接続されている。センサヘッド２は硬質の配管１０の周面に脱着可能に後付けされる。また、コントローラ４のケーブル６が接続される面の反対側の面には、例えばＰＬＣなどの外部機器（図示略）に繋がるケーブルが接続される。コントローラ４は、このケーブルを通じて、ＰＬＣなどの外部機器に対し、配管を流れる流体の流量に関するオン・オフ信号を出力する。なお、以下の実施例では、図１に示すヘッド・アンプ分離型の超音波流量計２００を中心に説明するが、ヘッドとアンプが一体になった、ヘッド・アンプ一体型の超音波流量計にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。

図２は、実施例の超音波流量計２００の機能ブロック図である。コントローラ４は、制御部１２を有し、また、記憶部１４、送信増幅部１６、受信増幅部１８を有する。送信増幅部１６、受信増幅部１８は送信・受信切替回路２０に接続されている。

制御部１２に含まれる送信信号発生部２２で生成したアナログ信号は、送信増幅部１６を経由して送信・受信切替回路２０を通じて第１、第２の超音波素子２４、２６に供給され、第１、第２の超音波素子２４、２６から超音波が発生される。

第１超音波素子２４から発生された超音波は、配管１０（図１）の中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第２超音波素子２６によって受信され、第２超音波素子２６は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第２超音波素子２６から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。

受信増幅部１８では、送信・受信切替回路２０から受け取ったアナログ信号を増幅すると共にA/D変換回路によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は制御部１２に供給される。

他方、第２超音波素子２６が発生した超音波は、配管１０（図１）の中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第１超音波素子２４によって受信され、第１超音波素子２４は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第１超音波素子２４から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。

制御部１２は、記憶部１４に記憶されているプログラムを実行することにより、信号演算部３０、流量演算部３２、比較・判定部３４の機能が実現される。信号演算部３０では、受信増幅部１８から与えられるデジタル信号に基づいて時間差Δtを測定する。この時間差Δtは、第１超音波素子２４が出力した超音波が第２超音波素子２６によって受信されるまでの時間t1と、第２超音波素子２６が出力した超音波が第１超音波素子２４によって受信されるまでの時間t2との差である。流量演算部３２は、信号演算部３０により測定された時間差Δtに基づいて、配管１０の中を流れる流体の速度を所定の式に基づいて算出すると共に、当該流体の流量を別の所定の式に基づいて算出する。

コントローラ４は、ユーザが操作するボタンなどの操作部３６（図１）や７セグメントＬＥＤや薄型表示器で構成される表示部３８（図１）等を有し、また、外部機器とのインターフェースを構成するコネクタなどの出力部４０（図２）を有する。なお、図２においては、ヘッド・アンプ一体型の超音波流量計では、センサヘッド２（の機能）がコントローラ４内に組み込まれることになる。一方、ヘッド・アンプ分離型の超音波流量計２００において、ヘッドとアンプの切り分けをどこで行うかは自由である。例えば、受信増幅部１８、送信増幅部１６、及び送信・受信切替回路２０を、センサヘッド２側に組み込んでもよい。

上記の第１、第２の超音波素子２４、２６はＶ配置（図３）又はＺ配置（図４）される。図３、図４において、参照符号４２は音響結合媒体つまりカプラントを示す。

カプラント材は、高分子ゴム（シリコーンゴム、エピクロヒドリンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムなど）、ゲル状物質（シリコーンゲル、ウレタンゲルなど）のような弾性のカプラント材であるのがよい。このカプラント材は適度な圧縮力の下で効果的に音響結合効果を発揮する。この圧縮力は付勢部材（典型的にはバネ力）によって提供される。

表示部３８の表示や出力部４０を通じた外部機器には、予め設定したしきい値（設定値）に基づく制御出力が出力される。また、積算流量毎にパルス出力される。また、例えば通信を使って流量計測値をデジタル出力される。

以下、本発明を適用した超音波流量計の実施例を説明するが、上述した要素と同じ要素には同じ参照符号を付す。

第１実施例（図５〜図９）：
図５〜図７は、第１実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッド５０を示す。センサヘッド５０は第１、第２の超音波素子２４、２６がＶ配置である。ケース５２は、ケース本体５４と、平板状の蓋５６とで構成され、蓋５６はヒンジ５８（図６）によってケース本体５４に対して片開きすることができる。また、ヒンジ５８と反対側にフック６０が設けられ、フック６０はその長手方向中間部分がケース本体５４に軸支されている。この揺動フック６０の支持軸を参照符号６０aで示す。

ケース本体５４は、その両端壁に夫々開口６２（図６）を有している。この実施例では、平板状の蓋５６によって開口６２は正面視矩形に形作られている。

開口６２を通じて配管１０がケース５２に挿通される。開口６２は例えば直径１インチの配管を受け入れることができる大きさに設定されている。勿論、開口６２の大きさは任意に設定可能であるが、センサヘッド５０を取り付け可能な配管１０の最大直径の値に対応した大きさに開口６２を設定するのが好ましい。

ケース本体５４には、配管１０の長手方向に間隔を隔てて第１センサ部材６４、第２センサ部材６６が配置されている。第１センサ部材６４は第１超音波素子２４、第１くさび部材６８を含む。第２センサ部材６６は第２超音波素子２６、第２くさび部材７０を含む。

第１センサ部材６４は第１付勢部材７２によって蓋５６の方向に付勢されている。第２センサ部材６６は第２付勢部材７４によって蓋５６の方向に付勢されている。第１、第２の付勢部材７２、７４は具体的には圧縮バネで構成される。第１、第２の付勢部材７２、７４の付勢方向をより詳しく説明すると、第１センサ部材６４は第１の付勢部材７２によって配管１０の直径方向且つ蓋５６の方向に付勢され、同様に、第２センサ部材６６は第２の付勢部材７４によって配管１０の直径方向且つ蓋５６の方向に付勢される。

第１センサ部材６４は、図５を参照して、ケース本体５４の一方の垂直壁５４aと中間壁７７の互いに対抗する２つの垂直面によって、その移動方向が案内される。ここに垂直とは、配管１０の軸線に対する概念であり、別の表現で言えば配管１０の直径方向である。中間壁７７は、第１、第２のセンサ部材６４、６６の間に位置している。第２センサ部材６６は、中間壁７７と、ケース本体５４の他方の垂直壁５４bとの互いに対抗する２つの垂直面によって、その移動方向が案内される。つまり、第１センサ部材６４、第２センサ部材６６は配管１０の直径方向且つ蓋５６の方向に案内される。

なお、図５では、中間壁７７と垂直壁５４ａ，垂直壁５４ｂにガイドされて、第１センサ部材６４および第２センサ部材６６の各々が配管に向けて付勢される構成になっているが、例えば、第１センサ部材６４と第２センサ部材６６が一体となって移動するような構成も可能である。この場合、第１センサ部材６４および第２センサ部材６６ならびに中間壁７７は、垂直壁５４ａ，垂直壁５４ｂにガイドされながら、一体となって移動することになる。

図６は、１インチ以下の配管１０にセンサヘッド５０を取り付けた状態を示す。図示の矢印Ａは、第１、第２の付勢部材７２、７４による付勢の方向を示す。図６の矢印Ａから、第１、第２のセンサ部材６４、６６は蓋５６の方向に付勢されていることが分かるであろう。ケース本体５４にヒンジ５８によって連結された蓋５６をフック６０で固定することで、配管１０の所望の位置にセンサヘッド５０を取り付けることができる。

そして、配管１０にセンサヘッド５０が取り付けられると、第１、第２の付勢部材７２、７４によって蓋５６の方向に押し付けられている第１センサ部材６４、第２センサ部材６６を介して、配管１０は開口６２の中で蓋５６に押し付けられる。すなわち、配管１０は、蓋５６によって係止された状態になる。図５を参照して、勿論、第１、第２の付勢部材７２、７４によって押し上げられている第１センサ部材６４、第２センサ部材６６は垂直壁５４a、５４bと中間壁７７のガイド機能によって配管１０の直径方向且つ蓋５６の方向に変位し、第１、第２のセンサ部材６４、６６は、常時、カプラント４２を介して配管１０と圧接した状態が維持される。

ここで、カプラント４２は、配管に押し付けられていない状態では、第１くさび部材６８および第２くさび部材７０の底面から所定量だけ突出している。言い換えると、第１くさび部材６８および第２くさび部材７０は、それぞれ配管と当接する当接面を有し、カプラント４２は、これら当接面から所定量だけ突出するように構成されている。ケース本体５４が配管に押し付けられたとき、カプラント４２は、当接面から突出しなくなるまで圧縮される。このときのカプラント４２のつぶし量は、１５％〜４５％の間であることが好ましい。これにより、超音波の高い伝達効率を維持することができる。

このように、本実施例では、カプラント４２のつぶし量（配管の径方向における圧縮量）を規定するために、第１くさび部材６８および第２くさび部材７０の底面つまり配管１０との接触面に凹所を形成するとともに、その凹所にカプラント４２を収容するようにしている。この凹所の深さと、カプラント４２の厚みは、ケース本体５４が配管に押し付けられたときに超音波の伝達効率が高くなるように最適な寸法に設計される。

図７は、実施例に含まれるフック６０の作用を説明するための図である。フック６０は、上下方向に延びる細長い形状を有し、その中間部分に支持軸６０aが設けられている。支持軸６０aはケース本体５４に固定されている。揺動フック６０の下端部には、ケース本体５４との間に圧縮バネ８０が介装されている。他方、揺動フック６０の上端部には爪８２が形成されている。爪８２は、蓋５６を閉めたときに、蓋５６の溝５６aによって形成された段部８４と係合することができる。すなわち、蓋５６を閉めると、ケース本体５４のフック６０が自動的に蓋５６の段部８４に係止され、これにより蓋５６はケース本体５４に固定される。上記の第１、第２の付勢部材７２、７４の付勢力は、爪８２と段部８４との係合を確実にする。したがって、上記の第１、第２の付勢部材７２、７４によって蓋５６の下端面がケース本体５４の上端面に実質的に着座した状態が維持される。また、上述した圧縮バネ８０は、爪８２が溝５６aの中に入り込む方向に付勢する。つまり、圧縮バネ８０の付勢力により揺動フック６０の係止状態が確実化されると共にこの係止状態が蓋５６を閉める操作に伴って自動的に形成される。すなわち、バネ付勢されたフック６０はスナップ係止によって蓋５６とケース本体５４を固定する。そして、圧縮バネ８０の付勢力によってケース本体５４を蓋５６で閉じた状態が保持される。

図６、図７に図示の例では、ヒンジ止めした蓋５６を揺動フック６０を使ってケース本体５４に固定した。この固定方法の変形例を、図８を参照して説明する。図８から直ちに分かるように、変形例の蓋９０は、ケース本体５４から完全に分離可能である。蓋９０は、複数の脚９０aを有し、この脚９０aの先端に爪９２を有する。他方、ケース本体５４は、爪９２を受け入れる段部９４を有し、ケース本体５４を蓋９０で閉じると、爪９２が段部９４に係止されて蓋９０がロックされる。

図９は、開口６２の形状の変形例を説明するための図である。図９を参照して、蓋５６は例えば山形に屈折した形状を備えることで、開口６２は蓋５６によって規定される上縁が上方に凸の五角形に形作られている。このように開口６２を五角形の形状に形作ることにより、この開口６２による配管１０の位置決め機能を更に向上できる。すなわち、五角形の開口６２は、直径の異なる配管１０の軸位置を鉛直方向に整合させることのできる位置決めが可能になる。

第２実施例（図１０〜図１６）：
図１０〜図１６は、第２実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッド１００を示す。図１１を参照してセンサヘッド１００は第１、第２の超音波素子２４、２６がＺ配置である。このセンサヘッド１００の説明において、上述した第１実施例に関連したセンサヘッド５０で説明した要素と同じ要素には同じ参照符号を付す。

図１１を参照して、Ｚ配置のセンサヘッド１００は、そのケース１０２が、第１ハーフ１０４と第２ハーフ１０６とで構成されている。そして、第１、第２のハーフ１０４、１０６はヒンジ５８によって連結されており、また、揺動フック６０によって相互に固定される（図１２）。勿論、Ｚ配置のセンサヘッド１００にあっても、第１ハーフ１０４と第２ハーフ１０６の固定方法として、前述の図８を参照して説明したように第１ハーフ１０４と第２ハーフ１０６とが完全に分離可能であってもよく、図８に図示の脚９０a、爪９２、段部９４からなる構造の固定方法を採用してもよい。

上流側に位置する第１センサ部材６４及びこれを付勢する第１付勢部材７２、下流側に位置する第２センサ部材６６及びこれを付勢する第２付勢部材７４は配管１０の軸線方向に離間して且つ配管１０を挟んで配置されている。上流側に位置する第１センサ部材６４は、配管１０の直径方向に対して斜めに配置され、この傾斜方向は、第１センサ部材６４を受け入れる第１筒部１１０の内面によって規定されている。すなわち、第１筒部１１０の内面は、第１センサ部材６４の傾斜方向を規定すると共に、第１センサ部材６４の変位方向を規定する第１ガイド面を構成している。

なお、図１１に示す第２実施例では、第１センサ部材６４が配管の軸方向に対して斜め方向に摺動するようになっているが、本発明はこれに限られず、例えば、配管の径方向（配管の軸方向に対して垂直な方向）に第１センサ部材６４を摺動させるようにしてもよい。但し、第１センサ部材６４を斜め方向に摺動させることにより、径方向に摺動させる場合と比べて、対応可能な配管径のレンジが広がるメリットがある。第２センサ部材６６についても同様である。また、第１筒部１１０の断面は、円又は楕円であってもよいし、矩形その他の多角形であっても構わない。

同様に、下流側に位置する第２センサ部材６６は、配管１０の直径方向に対して斜めに配置され、この傾斜方向は、第２センサ部材６６を受け入れる第２筒部１１２の内面によって規定されている。すなわち、第２筒部１１２の内面は、第２センサ部材６６の傾斜方向を規定すると共に、第２センサ部材６６の変位方向を規定する第２ガイド面を構成している。

Ｚ配置のセンサヘッド１００は、これを取り付ける対象の配管１０が例えば１インチ以下の直径の配管に規制される。したがって、この範囲の直径の配管においてＺ配置したときに超音波を相互に受信可能な位置関係となるように、上述した第１、第２の筒部１１０、１１２の傾斜角度が設定される。超音波の軌跡を図１１に参照符号１１４で示す。この軌跡１１４に整合するように第１、第２の筒部１１０、１１２の配管１０の軸線方向の相対位置及び配管１０の直径方向に対する傾斜角度が設定される。

説明の都合上、図１２を参照して、ケース１０２の端面の開口６２の形状を先ず説明する。開口６２は、第１ハーフ１０４の鋭角に交わる２つの傾斜縁１０４a、１０４bで正面視五角形の形状を有している。この五角形は、水平方向に延びる底辺１０６a、その両端から垂直方向に延び且つ互いに平行な縦縁１０６b、１０６cを有し、これらの要素は第２ハーフ１０６で形成されている。なお、図１２では、２つの傾斜縁１０４a、１０４bは、鋭角に交わるように構成されているが、例えば鈍角に交わるように構成されていてもよい。

この五角形の開口６２において、配管１０を第２ハーフ１０６側から第１ハーフ１０４側に相対的に強く付勢することで、配管１０は第１ハーフ１０４の２つの傾斜縁１０４a、１０４bに案内されて、配管１０の位置決めが行われることになる。これを実現するために、図１１を参照して、第２ハーフ１０６には追加の第１の付勢部材１２０が配設されている。追加の第１の付勢部材１２０は第１ハーフ１０４の方向に付勢力を発揮する。追加の第１の付勢部材１２０は、第２の筒部１１２とは配管１０の軸線方向に反対側つまり第１の筒部１１０に対応する位置に配置するのが好ましい。

変形例として、第１ハーフ１０４にも追加の第２の付勢部材（図示せず）を例えば第２の筒部１１２に対応する位置に配置してもよい。追加の第２の付勢部材は第２ハーフ１０６の方向に付勢力を発揮する。勿論、この追加の第２の付勢部材は追加の第１の付勢部材１２０よりも付勢力は小さい（追加の第１付勢部材１２０の付勢力＞追加の第２付勢部材の付勢力）。

以上、配管１０は第１ハーフ１０４の２つの傾斜縁１０４a、１０４bに案内されて、配管１０の位置決めが行われることを説明したが、第１ハーフ１０４に代えて、このような傾斜縁１０４a、１０４bを第２ハーフ１０６に設けるようにしてもよい。この場合には、図１２に図示の例とは反対に、第２ハーフ１０６の傾斜する２つの縁に配管１０を圧接させるように構成すればよいのは勿論である。

適用する配管１０が直径１インチ以下であることを前提として、大きな直径の大口径の配管１０(L)と、小さな直径の小口径の配管１０(S)とを対比して、第１、第２センサ部材６４、６６の位置が自動調整されることを図１３及び図１４を参照して説明する。

図１３の(I)は小口径の配管１０(S)にセンサヘッド１００を取り付けた例を示す。図１３の(II)は大口径の配管１０(L)にセンサヘッド１００を取り付けた例を示す。小口径、大口径のいずれであっても、第１、第２のセンサ部材６４、６６は、夫々、第１、第２の付勢部材７２、７４によって配管１０に向けて付勢され、そして、各第１、第２のセンサ部材６４、６６は、図１１と同様に第１、第２の筒部の内面で案内されて、配管１０と圧接した状態にある。

前述した通り、第１、第２の筒部１１０、１１２は、超音波の軌跡１１４（図１１）に整合して配管１０の直径方向に対して傾斜している。このことから、図１４にも示すように、小口径の配管１０(S)での第１、第２のセンサ部材６４、６６間の離間距離つまり配管１０の軸線方向の距離Ｄ1は、大口径の配管１０(L)での第１、第２のセンサ部材６４、６６間の離間距離Ｄ2に比べて小さい（Ｄ1＜Ｄ2）。図１４において、Ｐ(S)は、小口径の配管１０(S)のときの第２のセンサ部材６６位置を示し、Ｐ(L)は、大口径の配管１０(L)のときの第２のセンサ部材６６位置を示す。

図１５は、センサヘッド１００を小口径の配管１０(S)に取り付ける途中の状態を示す。そして、この小口径の配管１０(S)がケース１０２に収容され、センサヘッド１００が配管１０(S)に取り付け終わった状態を示す。第１、第２のセンサ部材６４、６６が夫々第１、第２の付勢部材７２、７４によって圧接する方向に付勢され且つ変位していることが理解できるであろう。

前述したように、第２ハーフ１０６には追加の第１付勢部材１２０が設けられているため、配管１０(S)は、第１ハーフ１０４で規定される開口６２の互いに傾斜した２つの縁１０４a、１０４bに押し付けられた状態になり、これにより配管１０(S)が位置決めされるのは前述した通りである。大口径の配管１０(L)についても同様である。

図１６は、センサヘッド１００を小口径の配管１０(S)に取り付けたときの状態を示す。この状態は揺動フック６０で第１ハーフ１０４をロックすることにより形成される。そして、この状態では、第１、第２のハーフ１０４、１０６は、その互いに対向する面が互いに実質的に当接した状態になる。そして、第１、第２のセンサ部材６４、６６が夫々第１、第２の付勢部材７２、７４によって配管１０と圧接した状態であり且つ変位していることが理解できるであろう。

第３実施例（図１７、図１８）：
この第３実施例の流量計１５０は、上述した第２実施例の流量計に含まれるセンサヘッド１００の変形例であることから、センサヘッド１００の説明において使用した参照符号を付すことにより、その説明を省略して、第３実施例の流量計１５０の特徴部分を説明する。

第３実施例の流量計１５０は、第２のハーフ１０６の中に送信増幅部１６及び送信・受信切替回路２０（図２）を構成する電子部品１５２が収容されている。そして、この電子部品１５２から内部配線１５４、１５６を通じて第１、第２の超音波素子２４、２６に信号が供給される。この第３実施例は、配管１０に組み付けるヘッド・アンプ一体型の超音波流量計の具体例を説明するものであり、透過型超音波流量計に限らず、反射型超音波流量計に付いても同様である。なお、第１、第２のハーフ１０４、１０６を跨いで、超音波素子と電子部品１５２を接続するケーブルは、ヒンジ５８の近傍に配置された可撓性部材（ジャバラ部材）の中を挿通される。また、他の図においても図１７や図１８を参考にして、適切な配線レイアウトを設計することができる。

以上のとおり、第１実施例乃至第３実施例により、本発明はＶ配置式つまり反射型流量計であってもＺ配置式つまり透過型流量計であっても効果的に適用可能であることを説明した。また、Ｚ配置式つまり透過型流量計を示す図１２及び図１３から明らかなように、蓋５６がケース本体５４に固定された状態では、２つの傾斜縁１０４a、１０４bと、第２センサ部材６６と、の３点が配管に当接することで、開口６２内において配管を所望の位置に位置決めできるようになっている。より具体的に説明すると、２つの傾斜縁１０４a、１０４bは、配管の軸方向に沿って延在する形状を有するため、蓋５６がケース本体５４に固定されると、センサヘッド１００の長手方向と配管の軸方向とが略平行になるように位置決めされる。

加えて、２つの傾斜縁１０４a、１０４bは、第１センサ部材６４から両側に離反するように延びているとともに、第１、第２の超音波素子２４、２６及び配管の中心軸を通る平面に対して同じ傾斜角を有している（図１２でいえば、左右対称である）。したがって、蓋５６がケース本体５４に固定された状態にて、第１、第２の超音波素子２４、２６及び配管の中心軸が同一平面上に位置するように、配管を位置決めすることができ、ひいては超音波の受信感度の低下を防ぐことができる。このことは、図１２に示すＺ配置の流量計に限らず、図９に示すＶ配置式つまり反射型流量計であっても同様である。

なお、第１実施例および第２実施例では、２つの傾斜縁１０４a、１０４bを用いることで、第１、第２の超音波素子２４、２６及び配管の中心軸が同一平面上に位置するように配管を位置決めしたが、具体的な構造としては、２つの傾斜縁１０４a、１０４b以外を用いることも可能である。例えば、第１、第２の超音波素子２４、２６及び配管の中心軸を通る平面に対して対称となる位置に、センサヘッド１００の長手方向に延びる２本の丸棒を用いる等である。

また、従来技術について補足すると、例えばボルトを使った締結方法は、どの程度締め付けるべきかを把握することは容易でない。仮にボルトの締め付けが不十分だと、超音波素子が配管に十分押圧されず、超音波の受信感度の低下を招く虞がある。また、配管軸方向において超音波素子の離間距離をスライドさせる取付装置については、相対距離をどれくらい調節すれば超音波の受信感度を最適にすることができるかを把握することは容易でない。これに対し、第１実施例および第２実施例による超音波流量計によれば、配管の径が異なる場合であっても、配管の周面に簡易かつ容易に後付けすることができるので、使い勝手が良くユーザビリティに優れている。

また、本願発明の技術思想について、別の側面から説明すると、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第１超音波素子と、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第２超音波素子と、第１超音波素子および第２超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号に基づいて配管内の流体の流量を算出する算出部と、算出部により算出された流量と予め定められた流量閾値に基づいて、配管を流れる流体の流量に関するオン・オフ信号を出力する超音波流量センサであって、第１超音波素子と第２超音波素子のうち少なくとも一方を内蔵するセンサ部と、配管が配置される通路を有する第１筐体と、第１筐体に係合するための係合部および該係合部により第１筐体に係合されたときに第１筐体に当接する当接部を有し、第１筐体に設けられた通路に配置された配管を保持する第２筐体と、第２筐体の係合部により第２筐体の当接部が第１筐体に係合された状態で、第２筐体の当接部が第１筐体に当接する当接方向に沿って、センサ部を通路に向けて第１筐体又は第２筐体に弾性支持される。これにより、ユーザは、第２筐体を第１筐体に係合させる、という簡易な動作を行うだけで、配管の径が異なる場合であっても、配管の周面に簡易かつ容易に後付けすることができる。

以上、本発明を説明したが、本発明は次の特徴の少なくとも一つを有し、各特徴は任意の組み合わせが可能である。
（１）超音波素子及びくさび部材を含むセンサ部材を配管の外側周面に向けて付勢する付勢部材を有する。付勢部材の典型例は圧縮バネである。

（２）センサ部材と配管との間に従来と同様に音響結合媒体つまりカプラント材が介装される。カプラント材は、高分子ゴム（シリコーンゴム、エピクロヒドリンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムなど）、ゲル状物質（シリコーンゲル、ウレタンゲルなど）のような弾性のカプラント材であってもよく、また、金属箔のようなカプラント材であってもよい。

（３）ケースを第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋とで構成したときに、この第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋を固定具でロックしたときに、第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋の相対位置が固定される。例えば、第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋が互いに当接する座面を備えているときには、設計の範囲内の直径の配管であれば、これにケースを取り付けたときに、第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋の互いに座面を当接した状態でこれら第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋がワンタッチ式の固定具でロックされる。特に限定するものではないが、適用する配管の好ましい直径は数ミリ乃至１インチ(約25mm)である。また、本発明は硬質な配管に好適に適用される。

（４）ケースを第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋で構成した場合、ケースは配管の一部と当接する位置決め面を一つ又は複数（例えば２つ）有する。この位置決め面は、典型的には、第１、第２のハーフの端壁の開口又はケース本体の端壁と蓋の端とで形成される開口の一部を構成する。この開口は、適用対象の最大の配管の直径に対応した寸法を有する。具体的に例示すると最大の直径として１インチ(約25mm)を設定したときには、１インチ以下の配管が本発明が提案する超音波流量計の適用対象となる。そして、規定値以下の直径の配管に本発明の超音波流量計を取り付けたときには、上記の第１、第２のハーフを閉じたときには、配管を挿通した状態のケースは所定の形状になる。同様に、ケース本体を蓋で閉じたときには、配管を挿通した状態のケースは所定の形状のケースとなる。そして、配管は、ケース本体の上記の開口との係合によって位置決めされた状態になる。

（５）センサ部材は、第１ハーフ又は第２のハーフあるいはケース本体に形成されたガイド面によって、その移動方向が規定されている。これにより直径の異なる配管に対してセンサ部材の配置を適正に維持できる。

（６）２つのセンサ部材をＶ配置する流量計つまり反射型流量計だけでなく、Ｚ配置する流量計つまり透過型流量計にも好適に本発明を適用できる。Ｚ配置形式の流量計ではセンサ部材が典型的にはバネ付勢されているために、また、上記のガイド面を備えることで、配管の直径の相違に伴う第１、第２の超音波素子間の離間間隔つまり配管の径方向及び長手方向の離間距離が自動的に調整される。

（７）ケースを配管に固定するのに、好ましくは、ユーザが操作する部材としてワンタッチ式の固定具が採用される。ワンタッチ式とはユーザの一つの操作で固定できる、という意味である。ワンタッチ式固定具は、具体的には、係止爪を備えた揺動フック、バネ材で作られたクリップ、バネ材で作られたフックを典型例として挙げることができる。また、係止片を備えた揺動フックと、このフックを係止方向に付勢する付勢部材との組み合わせによるスナップ係止式の固定具をワンタッチ式固定具の典型例として挙げることができる。

１０硬質の配管
２４第１超音波素子
２６第２超音波素子
４２カプラント（音響結合媒体）
５０第１実施例の超音波流量計のセンサヘッド
５２ケース
５４ケース本体
５６蓋
５８ヒンジ
６０フック
６２配管が挿通される開口
６４第１センサ部材
６６第２センサ部材
７２第１付勢部材（圧縮バネ）
７４第２付勢部材（圧縮バネ）
８２フックの爪
１００Ｚ配置のセンサヘッド
１０２ケース
１０４第１ハーフ
１０６第２ハーフ
１１０第１の筒部（ガイド面を形成する）
１１２第２の筒部（ガイド面を形成する）
１１４超音波の軌跡
１２０追加の第１の付勢部材

Claims

第１、第２のハーフ又はケース本体と蓋とで構成され、前記第１、第２のハーフの端壁又はケース本体の端壁と蓋の端とで形成される開口を備え、該開口が予め設定した配管の直径に対応する大きさを有し、該開口を通じて配管が配置されるケースと、
該ケースの内部に形成され、前記ケースに収容された第１のセンサ部材又は第２のセンサ部材の移動方向を規定するガイド面と、
前記第１のセンサ部材又は第２のセンサ部材を前記配管に圧接させる方向に且つハーフ又は前記蓋若しくは前記ケース本体の方向に付勢する第１、第２の付勢部材と、
前記第１、第２のセンサ部材と前記配管との間に介装されたカプラントと、
前記第１、第２のハーフ又は前記ケース本体と前記蓋を互いに固定してケースを形作るための固定部材とを有することを特徴とする超音波流量計。
前記開口が、水平方向に延びる底辺と、その両端から垂直方向に延び且つ互いに平行な２つの縦縁と、該２つの縦縁の端から夫々延びる２つの傾斜した縁とで構成され、
前記底辺及び前記２つの縦縁が前記ケース本体に形成され、前記２つの傾斜した縁が前記蓋に形成され、
前記２つの傾斜した縁に前記配管が係止される、請求項１に記載の超音波流量計。
前記第１、第２のセンサ部材が反射型に配置され、
前記第１、第２のセンサ部材は、前記ガイド面によって、その移動方向が前記配管の直径方向である、請求項１又は２に記載の超音波流量計。
前記第１、第２のセンサ部材が透過型配置されて、前記第１のセンサ部材が前記第１のハーフに収容され、前記第２のセンサ部材が前記第２のハーフに収容され、
前記第１、第２のセンサ部材は、前記ガイド面によって、その移動方向が前記第１、第２のセンサ部材間の超音波の軌跡に整合している、請求項１に記載の超音波流量計。
追加の付勢部材を更に有し、
該追加の付勢部材によって前記配管の一部が前記開口に係止される、請求項４に記載の超音波流量計。
前記開口が、水平方向に延びる底辺と、その両端から垂直方向に延び且つ互いに平行な２つの縦縁と、該２つの縦縁の端から夫々延びる２つの傾斜した縁とで構成され、
前記底辺及び前記２つの縦縁が前記第１又は第２のハーフの一方に形成され、前記２つの傾斜した縁が他方のハーフに形成され、
前記２つの傾斜した縁に前記配管が係止される、請求項５に記載の超音波流量計。
固定部材が、ユーザの一つの操作で固定できるワンタッチ式である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波流量計。
前記固定部材が、前記第１、第２のハーフ又は前記ケース本体と蓋が爪を備えたフックと、該フックの爪が係止される段部とで構成されている、請求項７に記載の超音波流量計。