JP3116188B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波渦流量計等に用
いられる超音波センサの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサを用いて管路内の流体の流
量を計測する流量計として超音波流量計や超音波渦流量
計がある。

【０００３】例えば図３に示すように、超音波渦流量計
１は、流体が流れるパイプ２に接続され管路を構成する
流量計本体３に、渦発生体４が設けられ、渦発生体４の
下流側の側壁には互いに対向させて配置された一対の超
音波送信器５と超音波受信器６とからなる超音波センサ
が設けられて構成されている。そして、超音波送信器５
は、発振源（図示せず）からの発振信号により管路内の
流体中に超音波信号Ｓを送信し、超音波受信器６は、流
体中を伝播した超音波信号Ｓを受信するようになってい
る。なお、図３中、太矢印は流体の流れる方向を示して
いる。

【０００４】この構成により、管路内の流体の流れによ
って渦発生体４の下流にはその流速に応じて規則的にカ
ルマン渦が生成される。そして、カルマン渦の超音波信
号Ｓの伝播方向の速度成分により超音波信号Ｓは管路内
の流体の流速に応じた位相変調を受ける。このカルマン
渦により位相変調を受けた超音波信号Ｓを超音波受信器
５で受信し、フィルタ（図示せず）を介して復調してカ
ルマン渦の生成を超音波信号Ｓの変調分として検出する
ことにより管路内の流体の流量を計測することができ
る。

【０００５】ここで、従来の超音波センサについて図４
を用いて説明する。なお、超音波送信器と超音波受信器
とは、後述する超音波素子が異なる以外同様な構造であ
るから、以下、超音波送信器のみについて説明する。

【０００６】図４に示すように、超音波送信器５は、有
底筒状のホルダ７内に円柱状の超音波素子８が収納され
ており、ホルダ７の開口部にはプラグ９が螺着されてい
る。超音波素子８とプラグ９との間には押圧部材として
の圧縮ばね部材１０が介装されており、このばね部材１
０の弾性力によって超音波素子８が押圧されて、その底
面がホルダ７の底部の振動板１１に当接されて密着され
ている。超音波素子８は、リード線１２により発振源
（図示せず）に接続されており、発振源の出力信号に基
づいて超音波素子８から出力される超音波信号がホルダ
７の振動板１１を介して管路内の流体中に伝播されるよ
うになっている。

【０００７】ところで、超音波素子８とホルダ７の振動
板11との密着が不充分であると、超音波信号の伝達効率
が著しく低下する。超音波送信器５では、超音波素子８
の底面および振動板11が平面であるため、ばね部材10の
押圧力によりホルダ７の振動板11が撓んで超音波素子８
と振動板11との接触面の中央部の密着が不充分になりや
すい。特に、ホルダ７の材質がＰＦＡ樹脂（ポリフロロ
アルキルビニル樹脂）等の樹脂製である場合、撓みによ
り超音波素子８と振動板11との密着が不充分になりやす
い。

【０００８】そこで、超音波送信器５では、超音波素子
８と振動板11との当接面にシリコンゴム等の充填材12を
介装することのより、その密着性を向上させるようにし
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の充填材12を設けた超音波送信器５では、組立時に超
音波素子８および振動板11と充填材13との間に気泡が入
る可能性があり、それによって超音波信号の伝達効率が
著しく低下する虞があるという問題を生じる。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、超音波素子とホルダとが充分に密着されるよう
にした超音波センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、超音波を送信または受信する超音波素
子と、該超音波素子を収納し前記超音波素子が当接する
振動板を有するホルダと、前記超音波素子を弾性力によ
り前記振動板へ押圧する押圧部材とを備えてなる超音波
センサにおいて、前記超音波素子と前記ホルダの振動板
との少なくとも一方の当接面を凸面としたことを特徴と
する。

【００１２】

【作用】このように構成したことにより、押圧部材の弾
性力によって超音波素子がホルダの振動板に押圧される
と、当接面の凸面が撓んで接触面が形成されて超音波素
子と振動板とが確実に密着される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、本実施例の超音波センサは、図４
に示す従来例に対してホルダの振動板のみが異なるの
で、図４の従来例と同様の部材には同一の番号を付し異
なる部分についてのみ詳細に説明する。

【００１４】図１に示すように、本実施例の超音波セン
サ14は、図４に示す従来例と同様に、超音波素子８を収
納する有底筒状のホルダ15の底部に、超音波素子８から
出力される超音波信号を流体中へ伝播させる振動板16が
形成されている。振動板16の超音波素子８との当接面
は、緩やかな曲面で形成された凸面17となっており、ば
ね部材10の弾性力によって超音波素子８が押圧される
と、変形して平面状の接触面が形成され超音波素子８と
密着するようになっている。

【００１５】なお、本実施例では、凸面17は、緩やかな
球面とされており、凸面17と超音波素子８との接触面が
円形となるようになっている。このように凸面17を球面
とした場合、図２に示すように、 ばね部材10による押圧力 Ｐ ホルダ15の縦弾性係数 Ｅ_A 、ポアソン比 ν_A 超音波素子８の縦弾性係数 Ｅ_B 、ポアソン比 ν_B 凸面17の曲率半径 Ｒ_A とすると、凸面17と超音波素子８との接触面の半径ａは
ヘルツの式に基づいて次式によって求めることができ
る。

【００１６】

【数１】

【００１７】よって、上記の数式に基づいて凸面17の曲
率半径Ｒ_A を設定することにより、超音波素子８と振動
板16との接触面積を容易に所望の値に設定することがで
きる。

【００１８】以上のように構成した本実施例の作用につ
いて次に説明する。図４に示す従来例と同様に、発振源
の出力信号に基づいて超音波素子８から出力される超音
波信号がホルダ15の振動板16を介して管路内の流体中に
伝播される。

【００１９】ばね部材10の弾性力によって超音波素子８
がホルダ15の振動板16の凸面17に押圧されると、凸面17
が変形し平面状の接触面が形成されて凸面17と超音波素
子８とが確実に密着される。よって、超音波素子８と振
動板16との間に介装する充填材が不要であり、気泡の発
生による超音波信号の伝達効率の低下を防止することが
できる。また、ホルダ15の材質をＰＦＡ樹脂、ＰＥＥＫ
樹脂等の比較的撓みやすい樹脂製とすることができる。

【００２０】なお、本実施例では、ホルダ15の振動板16
に凸面17を形成しているが、振動板16側を平面として超
音波素子８の底面側に凸面を形成してもよく、あるいは
振動板16側および超音波素子８側双方に凸面を形成して
もよい。

【００２１】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の超音波
センサは、超音波素子とホルダの振動板との少なくとも
一方の当接面を凸面としたので、押圧部材の弾性力によ
って超音波素子がホルダの振動板に押圧されると、凸面
が撓んで接触面が形成され超音波素子と振動板とが確実
に密着される。その結果、超音波素子と振動板との間の
超音波信号の伝達効率が向上する。また、従来、超音波
素子と振動板との間に介装されていた充填材が不要とな
るので気泡の発生による超音波信号の伝達効率の低下を
防止することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】図１の装置の超音波素子とホルダの振動板との
接触面を示す説明図である。

【図３】超音波渦流量計の縦断面図である。

【図４】従来の超音波センサの縦断面図である。

【符号の説明】

８ 超音波素子 １０ ばね部材（押圧部材） １４ 超音波センサ １５ ホルダ １６ 振動板 １７ 凸面

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送信または受信する超音波素子
   と、該超音波素子を収納し前記超音波素子が当接する振
   動板を有するホルダと、前記超音波素子を弾性力により
   前記振動板へ押圧する押圧部材とを備えてなる超音波セ
   ンサにおいて、前記超音波素子と前記ホルダの振動板と
   の少なくとも一方の当接面を凸面としたことを特徴とす
   る超音波センサ。