JP4849557B2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

本発明は、流体が流れる送給パイプの中間部に接続可能な計測パイプと、その計測パイプのうち軸方向を斜めに交差する方向で対向した２位置に保持された１対の超音波センサとを備えた超音波流量計に関する。

従来の超音波流量計としては、図１８に示すように、計測パイプ１の外面から突出して計測パイプ１の内外を連通した筒形のセンサ保持部２，２の内部に、超音波センサ４，４を挿入組み付けしたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
社団法人日本電気計測器工業会、「流量計の正しい使い方」、初版、日本工業出版株式会社、昭和６３年９月３０日、ｐ．９０，ｐ．９６

しかしながら、上述した従来の超音波流量計では、センサ保持部２，２は気密可能な構造であることが必須であった。このため、センサ保持部２，２の形状や構造が制約されて、設計の自由度が低くなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、センサ保持部の形状や構造における制約を少なくして、設計の自由度を高くすることが可能な超音波流量計の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる送給パイプの中間部に接続可能な計測パイプと、その計測パイプのうち軸方向を斜めに交差する方向で対向した２位置に保持された１対の超音波センサとを備え、それら１対の超音波センサの間で超音波を送受波して流体の流量を計測する超音波流量計において、計測パイプの外側に嵌合されて、計測パイプを送給パイプに接続した状態に保持し、計測パイプの周囲を包囲して気密状態に保持するためのアウターパイプと、アウターパイプの両端部に備えられて、送給パイプに対して気密状態に接続するためのパイプ接続部と、計測パイプに形成されて、計測パイプの内外に連通したセンサ保持部と、超音波センサの外面に固定され、超音波センサの外面とセンサ保持部の内面との間で圧縮変形して超音波センサを計測パイプに保持した防振部材とを備えたところに特徴を有する。

ここで、本発明には超音波センサを１対以上備えているものが含まれる。即ち、複数対の超音波センサを備えていてもよい。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、センサ保持部は、計測パイプの内外に開放すると共に計測パイプの端面にも開放し、防振部材を超音波センサと共に計測パイプの軸方向からセンサ保持部に圧入可能としたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の超音波流量計において、計測パイプは、樹脂の成形品であるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計において、計測パイプとアウターパイプとの間に形成された流体滞留領域と、流体滞留領域と計測パイプの内側の流体通過領域との間を連通した連通路と、流体通過領域内の圧力を流体滞留領域内の静圧として検出するための圧力センサとを備えたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の超音波流量計において、アウターパイプは、円筒状のアウターパイプ本体と、アウターパイプ本体の一端部に嵌合又は螺合したアウターパイプ蓋体と、アウターパイプ本体とアウターパイプ蓋体との間をシールするパイプシール部材とからなり、アウターパイプ蓋体の内側に張り出し、計測パイプの一端部を径方向と軸方向の両方向で位置決めする第１の端部位置決め壁と、アウターパイプ本体の他端部から内側に張り出し、計測パイプの他端部を径方向と軸方向の両方向で位置決めする第２の端部位置決め壁とを設けたところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の超音波流量計において、計測パイプの外面から張り出してアウターパイプの内面に突き当てられた複数の張出壁を備えたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の超音波流量計において、アウターパイプの中間部に形成されて、超音波センサからの配線を気密状態を保持してアウターパイプの外部に導出するための配線気密導出部を備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の超音波流量計において、計測パイプの外面から張り出した端子保持壁と、端子保持壁を貫通した状態に保持されて計測パイプの軸方向に延び、基端部に超音波センサの電線が接続された複数の端末ピンと、アウターパイプの中間部に形成されて、側方に開放した配線処理口と、アウターパイプに形成されて、配線処理口の開口縁から奥側に膨出すると共に、配線処理口側のみが開放した容器構造をなし、端子保持壁と計測パイプの軸方向で対向した内側膨出壁と、内側膨出壁に形成されて、計測パイプをアウターパイプに挿入する過程で複数の端末ピンが挿入される複数のピン入孔と、各ピン入孔と端末ピンとの間の隙間を密閉するためのピン入孔シール部材とを備えたところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項８に記載の超音波流量計において、アウターパイプの中間部から筒状の分岐管を突出してその内側を配線処理口とし、分岐管に固定されると共に、端末ピンに接続されて超音波流量計の計測結果を表示可能な表示部が備えられたところに特徴を有する。

［請求項１及び２の発明］
上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、計測パイプには、その内外を連通したセンサ保持部が形成され、そこに超音波センサが取り付けられる。即ち、超音波センサの外面には防振部材が固定され、その防振部材がセンサ保持部の内面と超音波センサの外面との間で圧縮変形することで超音波センサが計測パイプに保持される。この計測パイプの外側にはアウターパイプが嵌合され、アウターパイプは、計測パイプを流体が流れる送給パイプの中間部に接続した状態に保持する。

ここで、アウターパイプの両端のパイプ接続部が、送給パイプに対して気密状態に接続され、アウターパイプによって計測パイプの周囲が気密状態に包囲されているから、センサ保持部に気密構造を設ける必要はない。即ち、センサ保持部は、超音波センサと共に防振部材を保持する構造だけを備えていればよいから、センサ保持部の形状や構造の制約が少なくなり、設計の自由度が高まる。

具体的には、例えば、センサ保持部を計測パイプの内外に開放した筒形構造とし、防振部材を超音波センサと共に計測パイプの軸方向と交差する方向から圧入可能としてもよいし、請求項２の発明のように、センサ保持部を計測パイプの内外に開放すると共に計測パイプの端面にも開放した構造とし、防振部材を超音波センサと共に計測パイプの軸方向からセンサ保持部に圧入可能としてもよい。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、センサ保持部は、計測パイプに内外に開放すると共に計測パイプの端面に開放した構造になっているから、計測パイプを、その軸方向に開閉する樹脂成形金型によって成形することが可能である。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、計測パイプの内側の流体通過領域を流れる流体は、連通路を通って計測パイプとアウターパイプとの間に形成された流体滞留領域に流入し、流体滞留領域内が流体通過領域内と同じ圧力となる。これにより、流体通過領域内の圧力を流体滞留領域内の静圧として圧力センサにより検出することができる。

［請求項５の発明］
アウターパイプの内側に計測パイプを保持させる場合には、計測パイプをアウターパイプ本体の一端部から挿入し、計測パイプの他端部をアウターパイプ本体の第２の端部位置決め壁によって径方向と軸方向の両方向で位置決めする。その状態で、アウターパイプ本体の一端部にアウターパイプ蓋体を嵌合又は螺合し、アウターパイプ蓋体に備えた第１の端部位置決め壁により、計測パイプの一端部を径方向と軸方向の両方向で位置決めする。これにより、アウターパイプの内側で計測パイプが、径方向及び軸方向の両方向で固定される。また、アウターパイプ本体とアウターパイプ蓋体との間がパイプシール部材によってシールされて、計測パイプの周囲が気密状態に包囲される。

［請求項６の発明］
請求項６の発明によれば、計測パイプをアウターパイプによって補強することができる。

［請求項７の発明］
請求項７の発明によれば、超音波センサからの配線を気密状態を保持したままアウターパイプの外部に導出することができる。

［請求項８の発明］
請求項８の発明によれば、複数の端子ピンを、計測パイプの外面から張り出した端子保持壁に貫通させて計測パイプの軸方向に延びた状態にしておき、その計測パイプをアウターパイプに挿入すると、挿入過程で端末ピンの先端がアウターパイプの内側膨出壁に形成された複数のピン入孔にそれぞれ挿入される。即ち、請求項８の発明によれば、アウターパイプへの計測パイプの挿入と、ピン入孔への端末ピンの挿入とを同時に行うことができ、超音波流量計の組み立て作業を簡略化することができる。また、ピン入孔と端末ピンとの間の隙間はピン入孔シール部材によって密閉されるから、ピン入孔における気密を確保することができる。

［請求項９の発明］
請求項９の発明のように、アウターパイプの中間部から筒状の分岐管を突出させてその内側を配線処理口とし、分岐管に固定された表示部と内側膨出壁を貫通した端末ピンとを電気的に接続して、超音波流量計の計測結果を表示部で表示するようにしてもよい。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図１６に基づいて説明する。図１に示すように超音波流量計１０は、樹脂製の計測パイプ３０の外側を金属製のアウターパイプ１１で包囲した構造をなし、流体（具体的にはガス）が流れる送給パイプ９０の途中に接続可能となっている。計測パイプ３０のうち、計測パイプ３０の軸方向に対して斜めに交差した方向で対向した２位置には超音波センサ５０，５０が配設され、それら１対の超音波センサ５０，５０間で、超音波の送受波が行われる。そして、流体の流れに沿った順方向における超音波の伝播時間と、流れに逆らった逆方向における超音波の伝播時間との差に基づいて、計測パイプ３０を通過する流体の流量が計測可能となっている。

計測パイプ３０は、図７に示すように全体として円筒形状をなしている。また、図９に示すように計測パイプ３０のうち、軸方向の両端部分の内径は、端部に向かうに従って僅かに拡径しており、軸方向の中間部分の内径は、一定となっている。

計測パイプ３０の外面には、アウターパイプ１１の内面に突き当てられたリブ壁４０（本発明の「張出壁」に相当する）と、超音波センサ５０，５０を保持するための１対のセンサ保持壁３１，３１（本発明の「センサ保持部」に相当する）とが備えられている。

図１０に示すようにリブ壁４０は、計測パイプ３０の一端側に偏在して設けられており、計測パイプ３０の外周面から張り出して計測パイプ３０の軸方向に延びた矩形板状をなしている。また、リブ壁４０の一端面には位置決めボス４１が突出形成され、位置決めボス４１は計測パイプ３０の端面と面一となっている。

一方、センサ保持壁３１，３１は、計測パイプ３０の軸方向の両端位置でかつ、周方向において互いに１８０度離れた２位置（リブ壁４０から９０度ずつ離れた位置）に設けられている。

センサ保持壁３１，３１は、計測パイプ３０の外周面から突出しており、計測パイプ３０の内外を連通すると共に、計測パイプ３０の端面に開放している。詳細には図１０に示すように、センサ保持壁３１は、計測パイプ３０の端面から軸方向に延びて互いに平行な側壁３３，３３の先端部同士を連絡壁３５で繋いだ構造をなしており、計測パイプ３０の側方から見たときに略「コ」字状をなしている。

連絡壁３５は、計測パイプ３０の端面側に向かって斜めに起立しかつ、途中で屈曲して計測パイプ３０に対して直角となっている（図９参照）。また、センサ保持壁３１の両側壁３３，３３には、係合溝３４，３４が形成されている。これら係合溝３４，３４は、側壁３３の一部を横長矩形状に切除した形状をなしかつ、計測パイプ３０の端面側に開放している。そしてセンサ保持壁３１で囲まれた挿入領域３１Ａに、超音波センサ５０が防振部材６０を介して組み付けられている。

ここで、超音波センサ５０と防振部材６０について説明する。図１５に示すように、超音波センサ５０は扁平な円柱状をなし、略ドーム状の送受波面５１を備えると共に、送受波面５１と反対側の後面からリード線５２（本発明の「電線」に相当する）が延びている。また、超音波センサ５０の軸方向の中間部分は大径部５３となっている。

超音波センサ５０の外面には、ゴム製の防振部材６０が固定されている。防振部材６０は、センサ保持壁３１の挿入領域３１Ａに対応した形状に成形されており、図１０及び図１１に示すように、計測パイプ３０の端面側からセンサ保持壁３１の内側（挿入領域３１Ａ）に挿入組み付け（圧入）されている。

図１６に示すように、防振部材６０の両側面には横長の係合突部６４，６４が突出形成されている。図１０及び図１１に示すように、係合突部６４は、センサ保持壁３１に対する防振部材６０の挿入方向、即ち、計測パイプ３０の軸方向に延びている。これら係合突部６４，６４がセンサ保持壁３１に形成された係合溝３４，３４と凹凸係合することで防振部材６０が計測パイプ３０に固定される（図７，図１２，図１３参照）。

図８に示すように防振部材６０は、センサ保持壁３１への挿入方向に対して傾斜したセンサ露出面６１を有している。センサ露出面６１は、防振部材６０をセンサ保持壁３１に固定した状態で、相手側の防振部材６０のセンサ露出面６１と、計測パイプ３０を斜めに交差した方向で対面している（図１参照）。このセンサ露出面６１に超音波センサ５０を受容するセンサ受容凹所６２が開放している。

図１５に示すように、センサ受容凹所６２は、センサ露出面６１と直交する方向に陥没した扁平円柱形状となっており、超音波センサ５０の送受波面５１がセンサ露出面６１から外部に突出するように、超音波センサ５０の大径部５３より後側部分を収容している。センサ受容凹所６２は超音波センサ５０の大径部５３と凹凸嵌合しかつ、センサ受容凹所６２の内周面から突出したリング状の突条６３が大径部５３に密着している。これにより、防振部材６０からの超音波センサ５０の抜け止め及び回り止めが図られている。

センサ受容凹所６２の底部には半球状の奥部凹所６５が連続形成され、その奥部凹所６５が、防振部材６０の両側面に開放した配線引出孔６６と連通している。センサ受容凹所６２に受容された超音波センサ５０のリード線５２は、図８に示すように配線引出孔６６から防振部材６０の外部に引き出されて、後述する端子ピン４５の基端部にハンダ付けされている（図２参照）。

図１０に示すように、防振部材６０のうち、センサ保持壁３１への挿入方向における後端面には、防振部材６０の幅方向に延びた段付き突部６７が一体形成されている。段付き突部６７は、防振部材６０の後端面から僅かに突出しており、計測パイプ３０に固定した状態でその端面と面一となっている（図２，図９参照）。

ここで、段付き突部６７の端面と計測パイプ３０の端面とは非連続となっている。即ち、図１２及び図１３に示すように段付き突部６７の端面と計測パイプ３０の端面との間には、連通路６８が形成されている。図１４にて点線矢印で示したように、計測パイプ３０の内側の流体通過領域３６を流れる流体は、連通路６８を通って、計測パイプ３０とアウターパイプ１１との間に形成された流体滞留領域９６へと流れ込み、それら両領域３６，９６の内圧が等しくなるように構成されている。

なお、図７に示すように防振部材６０のうち、センサ保持壁３１に挿入組み付けした際に、計測パイプ３０の内周面から内側に突出する部分は滑らかな流線形となっているから、流体通過領域３６を流れる流体の流れの乱れを抑えることができる。以上が、超音波センサ５０及び防振部材６０に関する説明である。

さて、図１に示すようにアウターパイプ１１は、計測パイプ３０の外周を包囲した円筒壁１２と、その円筒壁１２の両端部から内側に張り出した１対の端部壁１３，１３とを備えており、両端部壁１３，１３の中心を端部連通孔１４，１４が貫通している。これら端部連通孔１４，１４は、計測パイプ３０の端部開口とほぼ同径の円孔になっている。

端部連通孔１４，１４のうち内側の周縁部には、インロー部１４Ａ，１４Ａが形成されている。これに対応して計測パイプ３０の両端部にもインロー部３０Ａ，３０Ａが形成されており（図７参照）、これらインロー部１４Ａ，３０Ａ同士が軸方向で凹凸嵌合している（図２参照）。これにより、計測パイプ３０の両端部が、アウターパイプ１１の内側において径方向及び軸方向の両方向で位置決めされ、かつ計測パイプ３０と端部連通孔１４，１４の内周面同士が連続している。

図２〜図４に示すように、アウターパイプ１１は軸方向の一端寄り位置で、アウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２（本発明の「アウターパイプ蓋体」に相当する）とに２分割可能となっている。そして、アウターパイプ本体１７の分割面に開放した挿入口１７Ａから、上述した計測パイプ３０が挿入組み付けされている。

アウターパイプ本体１７は、その分割面側（パイプキャップ２２側）の端部に嵌合筒部１８を備えている。これに対しパイプキャップ２２は、端部壁１３の外周縁からアウターパイプ本体１７に向かって突出した嵌合スリーブ２３を備えており、その嵌合スリーブ２３が嵌合筒部１８の外側に嵌合することで、アウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２とが合体しアウターパイプ１１が構成されている。

嵌合筒部１８の外周面にはＯリング溝１９が形成されており、そこに装着されたＯリング２０（本発明の「パイプシール部材」に相当する）が、嵌合筒部１８の外周面と嵌合スリーブ２３の内周面との間で押し潰されて密着している（図１参照）。これにより、アウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２との間が気密状態にシールされている。

嵌合筒部１８のうちＯリング溝１９より基端側にはＯリング溝１９と平行な環状溝２１が形成されている。これに対しパイプキャップ２２の嵌合スリーブ２３には、ネジ穴２２Ａが形成され、そこに止めネジ２４（図６参照）が螺合している。ネジ穴２２Ａは、嵌合スリーブ２３の周方向に複数設けられ、止めネジ２４は嵌合スリーブ２３を径方向に貫通している。そして、止めネジ２４（図６参照）の先端が環状溝２１の外面に突き当てられて、アウターパイプ本体１７に対するパイプキャップ２２の回り止め及び抜け止めがなされている。

ここで、パイプキャップ２２に一体に設けられた端部壁１３の内面の所定位置には位置決め凹部１３Ｂが陥没形成されている。この位置決め凹部１３Ｂと計測パイプ３０のリブ壁４０から突出した位置決めボス４１とが、パイプキャップ２２とアウターパイプ本体１７との合体方向で凹凸嵌合している。

なお、本実施形態において、パイプキャップ２２に一体に設けられた端部壁１３は、本発明の「第１の端部位置決め壁」に相当し、アウターパイプ本体１７に一体に設けられた端部壁１３は、本発明の「第２の端部位置決め壁」に相当する。

図２に示すように、アウターパイプ１１の軸方向の中間部には、側方に向かって開放した配線処理口１５Ａが形成されている。配線処理口１５Ａは例えば長円形をなし（図４参照）、その周縁部から筒状の分岐管１５が起立している。図３に示すように分岐管１５はアウターパイプ１１の外周面から直角に起立しており、上端部に表示部９３が着脱可能に取り付けられている。そして表示部９３にて、超音波流量計１０による流量の計測結果が表示可能となっている。

図２に示すように、アウタ−パイプ１１のうち配線処理口１５Ａの開口縁からは、アウターパイプ１１の内側に向かって内側膨出壁１６が膨出している。内側膨出壁１６は、配線処理口１５Ａのみが開放した容器構造をなしており、内側膨出壁１６によってアウターパイプ１１の外面側に形成された陥没凹所１６Ａに、各種部品が収容されている。具体的には、例えば、超音波センサ５０，５０と接続される回路基板（図示せず）や流体の圧力を計測する圧力センサ９４等が収容されている。なお、圧力センサ９４は、内側膨出壁１６を貫通して流体滞留領域９６に連通した圧力導入孔１６Ｄの外部開口に固定されている。また、計測パイプ３０は、その外周面で圧力導入孔１６Ｄの内部開口を塞がないように隙間を空けて設けられている。

ところで、図２に示すように計測パイプ３０には、アウターパイプ本体１７への挿入方向（軸方向）で内側膨出壁１６と対向した端子保持壁４２が備えられている。この端子保持壁４２によって、複数（具体的には４本）の端子ピン４５が計測パイプ３０の軸方向に延びた状態で保持され、それら端子ピン４５の先端が内側膨出壁１６を貫通して陥没凹所１６Ａ内に突入している。

詳細には、図７に示すように端子保持壁４２は、１対のセンサ保持壁３１，３１に対して周方向に９０度離れかつ、計測パイプ３０の挿入方向における後端寄り位置に偏在している。端子保持壁４２は、計測パイプ３０の外周面から張り出して計測パイプ３０の周方向に延びた円弧板状をなしており、アウターパイプ本体１７への挿入方向の前面が内側膨出壁１６と面当接しかつ、外縁部がアウターパイプ１１（アウターパイプ本体１７）の内周面に突き当てられている。なお、端子保持壁４２は本発明の「張出壁」に相当する。

端子保持壁４２の両端寄り位置には、ビス孔４８，４８が形成されている。これらビス孔４８，４８を貫通したビス９６，９６が内側膨出壁１６のネジ孔１６Ｂ，１６Ｂ（図５を参照）に螺合され、計測パイプ３０がアウターパイプ本体１７に固定されている。なお、図１２に示すように、ビス孔４８，４８より端部側にも貫通孔を設けておき、その貫通孔に超音波センサ５０のリード線５２を通してもよい。

図１２に示すように、端子保持壁４２のうちビス孔４８，４８に挟まれた中間部には、複数（具体的には４つ）のピン挿通孔４３が貫通形成されている。これらピン挿通孔４３は一直線上に並んで設けられており、それらピン挿通孔４３を針状の端子ピン４５が貫通している。

図８に示すように、端子保持壁４２のうち内側膨出壁１６との当接面の反対側面からは、複数の細管４４が直立している。細管４４は、ピン挿通孔４３の周縁部から計測パイプ３０の軸方向に延びており、端子ピン４５の基端側を被覆している（図１０参照）。なお、この細管４４により、端子ピン４５の折れ曲がりが防止される。

これに対し、端子保持壁４２のうち内側膨出壁１６との対向面には、複数の端子ピン４５をゴム製の気密部材４６によって纏めて保持した気密端子４９が取り付けられている。気密端子４９は、複数の端子ピン４５を気密部材４６にインサートすることで形成されている。

気密部材４６は、各端子ピン４５の中間部分を被覆した複数のピン保持筒４６Ａと、それらピン保持筒４６Ａを横並びにして連結した連結板４６Ｂとから構成されている。連結板４６Ｂは、端子ピン４５に対して直交した薄板状をなしており、各ピン保持筒４６Ａの基端部を連結している。また、各ピン保持筒４６Ａのうち連結板４６Ｂより先端側は、連結板４６Ｂから離れるに従って先細りとなった円錐状をなしている。

図２に示すように、気密端子４９の各端子ピン４５は、その基端部が細管４４から突出している。また、各端子ピン４５の先端部は、内側膨出壁１６に形成されたピン入孔１６Ｃを貫通して陥没凹所１６Ａ内に突入し、図示しない回路基板に接続されている。さらに、ピン保持筒４６Ａの先端部は、ピン入孔１６Ｃの内側に圧入されており、端子ピン４５とピン入孔１６Ｃとの間の隙間がシールされている。なお、端子保持壁４２のうち気密端子４９の取付面（内側膨出壁１６との対向面）には、連結板４６Ｂ及びピン保持筒４６Ａの基端部と凹凸嵌合するように陥没部４７が形成されている。

本実施形態の超音波流量計１０の構成は以上である。この超音波流量計１０は以下のようにして組み立てられる。

まず、防振部材６０と超音波センサ５０とを一体に組み付ける。即ち、防振部材６０のセンサ受容凹所６２に、超音波センサ５０の後端部を押し込んで嵌め込む。このとき、超音波センサ５０のリード線５２を、防振部材６０の配線引出孔６６から外部に引き出しておく。

次いで、超音波センサ５０，５０と一体になった防振部材６０，６０を計測パイプ３０に組み付ける。即ち、センサ保持壁３１に対して計測パイプ３０の軸方向から防振部材６０を近づけて挿入領域３１Ａに圧入し（図８，図１０，図１１参照）、防振部材６０がセンサ保持壁３１の連絡壁３５に突き当たるまで押し込む。すると、センサ保持壁３１の内面と超音波センサ５０の外面との間で防振部材６０が圧縮変形されると共に、防振部材６０の係合突部６４，６４とセンサ保持壁３１の係合溝３４，３４とが係合して、防振部材６０がセンサ保持壁３１に固定される。これにより、防振部材６０，６０に保持された超音波センサ５０，５０同士が、図１の如く計測パイプ３０の軸方向に対して斜めに交差した方向で対向配置される。

次いで、計測パイプ３０の端子保持壁４２に気密端子４９を取り付ける。即ち、図８に示すように、端子保持壁４２を貫通したピン挿通孔４３に、気密端子４９の各端子ピン４５をそれぞれ挿入し、各端子ピン４５が端子保持壁４２を計測パイプ３０の軸方向で貫通した状態にする（図７参照）。

次に、超音波センサ５０から延びたリード線５２を、端子保持壁４２を貫通した各端子ピン４５の基端部にハンダ付けする。以上で、計測パイプ３０に対する組み付けは完了である。

次に、完成した計測パイプ３０をアウターパイプ１１の内側に収容する。即ちアウターパイプ１１をアウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２とに分割しておき、アウターパイプ本体１７の挿入口１７Ａから計測パイプ３０を挿入する。そして、計測パイプ３０のインロー部３０Ａを、アウターパイプ本体１７の端部壁１３に形成されたインロー部１４Ａに凹凸嵌合させる。このとき、計測パイプ３０から張り出した端子保持壁４２とリブ壁４０とがアウターパイプ本体１７の内周面に摺接してガイドとなるので、インロー部１４Ａ，３０Ａ同士の嵌合を比較的容易に行うことができる。

また、計測パイプ３０をアウターパイプ本体１７に挿入する過程で、端子保持壁４２に保持された気密端子４９の各端子ピン４５が、内側膨出壁１６の対応するピン入孔１６Ｃに挿入され、陥没凹所１６Ａ内に端子ピン４５の先端部が突入する。そして、インロー部１４Ａ，３０Ａ同士が嵌合した時点で、端子保持壁４２と内側膨出壁１６とが面当接すると共に、ピン入孔１６Ｃに気密部材４６のピン保持筒４６Ａが圧入されて、ピン入孔１６Ｃと端子ピン４５との間の隙間がシールされる（図２参照）。この状態で端子保持壁４２のビス孔４８，４８にビス９５，９５を挿入して内側膨出壁４２のネジ孔１６Ｂ，１６Ｂに螺合する。これで計測パイプ３０がアウターパイプ本体１７に固定される。

次に、アウターパイプ本体１７の挿入口１７Ａにパイプキャップ２２を被せる。即ち、計測パイプ３０のリブ壁４０に形成された位置決めボス４１と、パイプキャップ２２の端部壁１３に形成された位置決め凹部１３Ｂの位置を合わせて、アウターパイプ本体１７の嵌合筒部１８にパイプキャップ２２を嵌合させる。このとき、Ｏリング２０が圧縮変形して、アウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２との間がシールされる。そして、パイプキャップ２２の嵌合スリーブ２３を貫通した止めネジ２４を締め付けて、パイプキャップ２２とアウターパイプ本体１７とを離脱不能に固定する。

最後に、アウターパイプ１１の分岐管１５に表示部９３を取り付ければ超音波流量計１０は完成である。

この超音波流量計１０のうち、アウターパイプ１１の両端部壁１３，１３は、パッキン９１，９１を介して送給パイプ９０の両フランジ９０Ｆ，９０Ｆ面に突き当てられ、その状態で両フランジ９０Ｆ，９０Ｆ同士が複数のボルト９８（詳細には、全ねじのスタッドボルト）で締め付けられる（図１を参照）。これにより、超音波流量計１０が送給パイプ９０の途中に固定され、計測パイプ３０が送給パイプ９０に気密状態に接続されると共に、計測パイプ３０の周囲を包囲したアウターパイプ１１の内側が気密状態に保持される。ここで、アウターパイプ１３，１３の両端部壁１３，１３は、本発明の「パイプ接続部」に相当する。

このように本実施形態によれば、超音波センサ５０は、その外面に固定された防振部材６０と共にセンサ保持壁３１の挿入領域３１Ａに、計測パイプ３０の軸方向から組み付けられる。そして、計測パイプ３０の外側にはアウターパイプ１１が嵌合され、そのアウターパイプ１１の両端部壁１３，１３が送給パイプ９０の中間部に気密状態で密着している。つまり、アウターパイプ１１によって計測パイプ３０の周囲が気密状態に包囲されているから、センサ保持壁３１の内側に気密のための構造を設ける必要は無く、センサ保持壁３１は、超音波センサ５０と共に防振部材６０を保持する構造だけを備えていればよい。これにより、センサ保持壁３１の形状や構造の制約が少なくなり、設計の自由度が高まる。

また、アウターパイプ本体１７への計測パイプ３０の挿入と、ピン入孔１６Ｃへの端末ピン４５の挿入を一度に行うことができ、さらに、ピン入孔１６Ｃへの端末ピン４５の挿入と同時に、気密部材４６（詳細には、ピン保持筒４６Ａ）によってピン入孔１６Ｃと端子ピン４５との隙間がシールされるから、組み立て作業を簡略化することができる。

また、計測パイプ３０のセンサ保持壁３１，３１は、計測パイプ３０を内外に連通すると共に計測パイプ３０の軸方向の端面側に開放した構造をなしているので、計測パイプ３０を、その軸方向に開閉する１対の樹脂成形金型で成形することが可能となる。

さらに、計測パイプ３０の内側の流体通過領域３６を流れる流体は、連通路６８（図１４参照）を通って計測パイプ３０とアウターパイプ１１との間に形成された流体滞留領域９６に流れ込み、流体滞留領域９６内が流体通過領域３６内と同じ圧力となる。よって、圧力センサ９４により、流体通過領域３６内の圧力を流体滞留領域９６内の静圧として検出することができる。

計測パイプ３０の外面から張り出した端子保持壁４２とリブ壁４０とがアウターパイプ１１の内面に突き当てられているので、アウターパイプ１１によって計測パイプ３０を補強することができる。

超音波センサ５０が防振部材６０を介してセンサ保持壁３１に固定されたことで、計測パイプ３０を伝わるノイズ振動による計測誤差を防ぐことができる。

超音波センサ５０から延びたリード線５２が、アウターパイプ１１の内側に収容されており外部に露出していないから、リード線５２を保護することができ、送給パイプ９０への超音波流量計１０の取り付けの際にも邪魔になることはない。

超音波センサ５０をセンサ保持壁３１から取り外す際には、計測パイプ３０の内外方向から超音波センサ５０と防振部材６０とを指で摘んで、計測パイプ３０の端面方向へ引き抜けばよいから、従来のようにセンサ保持部を筒形構造とした場合に比べ、容易に取り外すことができる。

［第２実施形態］
図１７は本発明の第２実施形態を示す。同図に示すように、本実施形態の超音波流量計１００のうち、計測パイプ１３０は、その外周面の互いに１８０度離れた位置から突出した筒状のセンサ保持筒１３１，１３１（本発明の「センサ保持部」に相当する）を一体に備えている。センサ保持筒１３１，１３１は、計測パイプ１３０の軸方向に対して斜めに交差する方向に延びており、計測パイプ１３０の内外を連通している。

センサ保持筒１３１には、超音波センサ５０が防振部材１６０と共に挿入されている。即ち、超音波センサ５０の後端部を覆った防振部材１６０は、計測パイプ１３０の側方から計測パイプ１３０の軸方向と斜めに交差する方向に挿入されている。また、防振部材１６０は、超音波センサ５０の外面とセンサ保持筒１３１の内周面との間で圧縮変形され、センサ保持筒１３１の所定位置に固定されている。なお、図示しないが、センサ保持筒１３１，１３１の内部には、センサ保持筒１３１，１３１内における超音波センサ５０の挿入位置（挿入量）を位置決めするための位置決めストッパが設けられている。

計測パイプ１３０のうち軸方向の中間位置には、計測パイプ１３０の外面から放射状に張り出した複数のリブ壁４０，４０が設けられており、それらリブ壁４０，４０が、計測パイプ１３０の周囲を包囲したアウターパイプ１１１の内周面に突き当たっている。これにより、計測パイプ１３０がアウターパイプ１１１の内側で径方向に位置決めされている。

計測パイプ１３０の両端部からはフランジ１３０Ｆ，１３０Ｆが張り出している。このフランジ１３０Ｆ，１３０Ｆが送給パイプ９０の途中に設けられたフランジ９０Ｆ，９０Ｆに突き当てられて、計測パイプ１３０の軸方向への移動が禁止されている。なお、フランジ９０Ｆ，１３０Ｆ同士の間は気密状態とする必要はなく、計測パイプ１３０とアウターパイプ１１１との間の流体滞留領域９６に、計測パイプ１３０を流れる流体が流入可能な構成でもよい。

計測パイプ１３０の周囲を包囲したアウターパイプ１１１は円筒状をなし、その内径が計測パイプ１３０のフランジ１３０Ｆの外径よりも大径となっている。即ち、計測パイプ１３０のフランジ１３０Ｆ，１３０Ｆは全周に亘ってアウターパイプ１１１の内周面から離れている。よって、計測パイプ１３０は、アウターパイプ１１１のどちら側の開放口からでも挿入することができる。

アウターパイプ１１１の両端部からはフランジ１１１Ｆ，１１１Ｆが張り出しており、そのフランジ１１１Ｆ，１１１Ｆが送給パイプ９０のフランジ９０Ｆ，９０Ｆとボルト１７０及びナット１７１によって連結されている。そして、アウターパイプ１１１のフランジ１１１Ｆと送給パイプ９０のフランジ９０Ｆとの間は、例えばペースト状（又は液状）のシール剤や接着剤（図示せず）によって気密状態に接続されている。ここで、アウターパイプ１１１のフランジ１１１Ｆ，１１１Ｆは、本発明の「パイプ接続部」に相当する。その他の構成については上記第１実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の構成によれば、上記第１実施形態と同等の効果を奏すると共に、アウターパイプ１１１を一部品で構成することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態では、送給パイプ９０とアウターパイプ１１，１１１との間を、パッキン９１やシール剤を介して気密状態としていたが、アウターパイプ１１の両端部壁１３，１３面或いはアウターパイプ１１１の両フランジ１１１Ｆ，１１１Ｆ面と、送給パイプ９０のフランジ９０Ｆ，９０Ｆ面とを平滑面としておき、それら金属面同士を直接、面接合すると共に接合部分の全周を溶接して気密状態としてもよい。

（２）計測パイプ３０，１３０は樹脂に限らず金属で構成してもよい。

（３）アウターパイプ１１のアウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２の双方に螺旋部を形成して螺合可能な構成としてもよい。また、アウターパイプ本体１７とパイプキャップ２２との間をシールを、ペースト状のシール剤や接着剤で行ってもよい。

（４）インサート成形により端子保持壁４２に複数の端子ピン４５をインサートしてもよい。

（５）上記第２実施形態において、計測パイプ１３０の内側にセンサ保持筒１３１，１３１の内面開口を覆うメッシュ構造の超音波透過網を装着してもよい。超音波透過網は、センサ保持筒１３１，１３１の内面開口だけを覆う形状でもよいし、計測パイプ１３０の内面全体を覆う円筒状であってもよい。これにより、計測パイプ１３０のうちセンサ保持筒１３１，１３１の内面開口の近傍における流体の流れを安定させることができる。

（６）上記第１及び第２実施形態では、計測パイプ３０を斜めに交差した２位置に１対の超音波センサ５０，５０を配置（所謂「Ｚ法」）して１測線で流量を計測していたが、計測パイプ３０の軸方向を斜めに交差する方向で対向した超音波センサ５０，５０を複数対設けて、それら複数対の超音波センサ５０，５０間でそれぞれ送受信を行い、多測線で流量を計測するようにしてもよい。例えば、２対の超音波センサ５０，５０を、各対の測線（超音波の伝播経路）が計測パイプ３０内で平行となるように設けてもよいし、各対の測線が計測パイプ３０内で「Ｘ」状に交差する（所謂「Ｘ法」）ように設けてもよい（例えば、社団法人日本電気計測器工業会、「流量計の正しい使い方」、初版、日本工業出版株式会社、昭和６３年９月３０日、ｐ．１００，ｐ．１０１を参照）。

本発明の第１実施形態に係る超音波流量計の断面図 超音波流量計の断面図 アウターパイプの側面図 アウターパイプの平面図 アウターパイプ本体の正面図 パイプキャップの正面図 計測パイプの斜視図 計測パイプの側面図 計測パイプの断面図 計測パイプの側面図 計測パイプの断面図 計測パイプの正面図 計測パイプの正面図 計測パイプの部分拡大図 防振部材の断面図 防振部材の正面図 第２実施形態に係る超音波流量計の断面図 従来の超音波流量計の断面図

符号の説明

１０ 超音波流量計
１１ アウターパイプ
１１ パイプ
１３，１３ 端部壁（パイプ接続部、第１の端部位置決め壁、第２の端部位置決め壁）
１５ 分岐管
１５Ａ 配線処理口
１６ 内側膨出壁
１６Ｃ ピン入孔（配線気密導出部）
１７ アウターパイプ本体
２０ Ｏリング（パイプシール部材）
２２ パイプキャップ（アウターパイプ蓋体）
３０ 計測パイプ
３１ センサ保持壁（センサ保持部）
３６ 流体通過領域
４０ リブ壁（張出壁）
４２ 端子保持壁（張出壁）
４５ 端子ピン
４６ 気密部材（ピン入孔シール部材、配線気密導出部）
４９ 気密端子
５０，５０ 超音波センサ
５２ リード線
６０ 防振部材
６８ 連通路
９０ 送給パイプ
９３ 表示部
９４ 圧力センサ
９６ 流体滞留領域
１００ 超音波流量計
１１１ アウターパイプ
１１１Ｆ，１１１Ｆ フランジ（パイプ接続部）
１３０ 計測パイプ
１３１，１３１ センサ保持筒（センサ保持部）

Claims (9)

1. 流体が流れる送給パイプの中間部に接続可能な計測パイプと、その計測パイプのうち軸方向を斜めに交差する方向で対向した２位置に保持された１対の超音波センサとを備え、それら１対の超音波センサの間で超音波を送受波して前記流体の流量を計測する超音波流量計において、
   前記計測パイプの外側に嵌合されて、前記計測パイプを前記送給パイプに接続した状態に保持し、前記計測パイプの周囲を包囲して気密状態に保持するためのアウターパイプと、
   前記アウターパイプの両端部に備えられて、前記送給パイプに対して気密状態に接続するためのパイプ接続部と、
   前記計測パイプに形成されて、前記計測パイプの内外に連通したセンサ保持部と、
   前記超音波センサの外面に固定され、前記超音波センサの外面と前記センサ保持部の内面との間で圧縮変形して前記超音波センサを前記計測パイプに保持した防振部材とを備えたことを特徴とする超音波流量計。
2. 前記センサ保持部は、前記計測パイプの内外に開放すると共に前記計測パイプの端面にも開放し、
   前記防振部材を前記超音波センサと共に前記計測パイプの軸方向から前記センサ保持部に圧入可能としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
3. 前記計測パイプは、樹脂の成形品であることを特徴とする請求項２に記載の超音波流量計。
4. 前記計測パイプと前記アウターパイプとの間に形成された流体滞留領域と、
   前記流体滞留領域と前記計測パイプの内側の流体通過領域との間を連通した連通路と、
   前記流体通過領域内の圧力を前記流体滞留領域内の静圧として検出するための圧力センサとを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計。
5. 前記アウターパイプは、円筒状のアウターパイプ本体と、前記アウターパイプ本体の一端部に嵌合又は螺合したアウターパイプ蓋体と、前記アウターパイプ本体と前記アウターパイプ蓋体との間をシールするパイプシール部材とからなり、
   前記アウターパイプ蓋体の内側に張り出し、前記計測パイプの一端部を径方向と軸方向の両方向で位置決めする第１の端部位置決め壁と、
   前記アウターパイプ本体の他端部から内側に張り出し、前記計測パイプの他端部を径方向と軸方向の両方向で位置決めする第２の端部位置決め壁とを設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の超音波流量計。
6. 前記計測パイプの外面から張り出して前記アウターパイプの内面に突き当てられた複数の張出壁を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の超音波流量計。
7. 前記アウターパイプの中間部に形成されて、前記超音波センサからの配線を気密状態を保持して前記アウターパイプの外部に導出するための配線気密導出部を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の超音波流量計。
8. 前記計測パイプの外面から張り出した端子保持壁と、
   前記端子保持壁を貫通した状態に保持されて前記計測パイプの軸方向に延び、基端部に前記超音波センサの電線が接続された複数の端末ピンと、
   前記アウターパイプの中間部に形成されて、側方に開放した配線処理口と、
   前記アウターパイプに形成されて、前記配線処理口の開口縁から奥側に膨出すると共に、前記配線処理口側のみが開放した容器構造をなし、前記端子保持壁と前記計測パイプの軸方向で対向した内側膨出壁と、
   前記内側膨出壁に形成されて、前記計測パイプを前記アウターパイプに挿入する過程で前記複数の端末ピンが挿入される複数のピン入孔と、
   前記各ピン入孔と前記端末ピンとの間の隙間を密閉するためのピン入孔シール部材とを備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の超音波流量計。
9. 前記アウターパイプの中間部から筒状の分岐管を突出してその内側を前記配線処理口とし、
   前記分岐管に固定されると共に、前記端末ピンに接続されて前記超音波流量計の計測結果を表示可能な表示部が備えられたことを特徴とする請求項８に記載の超音波流量計。