JPH095303A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子に対向する反射面からの反射波を利用す
る超音波センサにおいて、内壁面で反射した乱反射波の
エネルギーを低減して、正規の反射波の受信波形のみを
出力できる超音波センサを提供することを目的とする。 【構成】 超音波センサ１１は、筒状ケーシング２と、
超音波素子６等とから構成され、該筒状ケーシング２は
筒体部３と底部４とから構成される。超音波素子６は蓋
部５を介して筒状ケーシング２の開口部に固定される。
また、筒体部３の内壁面３Ｃには各コイル部１２Ａによ
り構成される散乱コイル１２が嵌合される。そして、散
乱コイル１２が軸方向とほぼ直交する複数個の凹凸部を
形成することにより、乱反射する超音波を散乱させ、超
音波素子６から検出される乱反射による波形を低減す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体等の例えば密度，
粘度等の性状を測定するのに用いて好適な超音波センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、筒体部と底部を有する筒状ケー
シングと、該筒状ケーシングの軸方向一側に設けられ、
他側に位置した底部に向けて送信波を発信し底部からの
反射波を受信する超音波送受信手段とからなる超音波セ
ンサは、例えば液体の密度を測定する密度測定装置等に
用いられている。

【０００３】ここで、図５ないし図８により、この種の
従来技術による超音波センサについて説明する。

【０００４】図において、１は超音波センサを示し、該
超音波センサ１は筒状ケーシング２と、該ケーシング２
の開口部を施蓋する蓋部５と、超音波素子６とから大略
構成されている。

【０００５】２は有底筒体からなる筒状ケーシングを示
し、該筒状ケーシング２は円筒状の筒体部３および底部
４から構成され、例えばアルミニウム等によって形成さ
れている。そして、前記筒体部３の開口端側には大径の
フランジ部３Ａが形成され、該フランジ部３Ａには蓋部
５が設けられている。また、筒体部３の底部４側および
フランジ部３Ａ側には、流通口３Ｂ，３Ｂが内壁面３Ｃ
から外周側へと貫通するようにそれぞれ穿設され、該各
流通口３Ｂには流通管７，７が径方向に突出するように
設けられ、該各流通管７は各流通口３Ｂを介して筒状ケ
ーシング２内に連通している。

【０００６】６は超音波送受信手段としての超音波素子
を示し、該超音波素子６は略円柱状をなし、筒状ケーシ
ング２に蓋部５を介して固定されている。また、該超音
波素子６は下側面６Ａから底部４へ向けて超音波を発信
する発信部と、その反射波を受信する受信部（いずれも
図示せず）とから構成されている。そして、該超音波素
子６の上側には、ソケット６Ｂおよびケーブル６Ｃが、
筒状ケーシング２の蓋部５を貫通して設けられ、該ケー
ブル６Ｃは、例えば密度測定装置等の装置本体（図示せ
ず）に接続され、該ケーブル６Ｃを介して送信波信号，
反射波信号の入，出力が行われる。

【０００７】従来技術による超音波センサは、上記の如
き構成を有するもので、次にその作動を図６および図７
に基づいて説明する。

【０００８】例えば性状測定装置等において、装置本体
から当該超音波センサに送信波信号が入力されると、図
６中の矢示Ａに示すように超音波素子６の下側面６Ａ側
から送信波（超音波信号）が発信され、この送信波は筒
状ケーシング２の内部に充填された例えば液体，気体等
の被測定液体内を伝播し、反対側の底部４で反射して反
射波となり、矢示Ｂに示すように再び被測定液体内を通
って超音波素子６に到達する。そして、超音波素子６が
下側面６Ａ側でこの反射波を検出し、その信号波形を装
置本体へ出力する。

【０００９】ここで、超音波素子６の受信波形を図７に
示すに、最初の波形が送信波８となり、次の波形が図６
中の矢示Ａ，Ｂの経路により送信波８が反射した反射波
９となる。そして、装置本体では、出力された図７の信
号波形から反射波９を識別し、送信波８を発信してから
反射波９を受信するまでの検出時間を演算し、記憶され
た基準データ（検出時間に対する被測定液体のデータ）
と比較することにより、被測定液体の有する例えば密
度，濃度あるいは粘度等の性状を測定するようになって
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術において、超音波センサ１の信号波形が、図８に
示すように送信波８と反射波９の境界が不明確である波
形として出力される場合があり、この場合、装置本体で
反射波９を正確に識別できず、検出時間を正確に測定で
きないという問題がある。

【００１１】例えば、送信波８と反射波９との間等に、
乱反射波１０，１０として示す波形が出現する場合があ
り、該各乱反射波１０は、図６中の矢示Ｃ，Ｄにその一
例を示すように発信波および底部４からの反射波が内壁
面３Ｃを介して少なくとも１回以上反射したためであ
り、このため、反射波９等の正規の反射波とは異なった
タイミングで超音波素子６へ到達したものと考えられ
る。

【００１２】そこで、内壁面３Ｃにおける超音波の乱反
射を防止するため、該内壁面３Ｃに対して例えば超音波
を吸収する性質を有する多孔質の吸音材等を設ける方法
がある。しかし、被測定液体の性質により吸音材の耐液
性に制限があり、また該吸音材が変質してしまうため、
被測定液体の性質に応じてこの吸音材の材料を変更する
必要があり、個々の超音波センサにおいて測定に使用で
きる吸音材の材質が限定されてしまうという問題があ
る。

【００１３】本発明は上述した従来技術の問題を鑑みな
されたもので、発信波が筒状ケーシングの内壁面で乱反
射を起こすことなく、正規の反射波のみを出力できる超
音波センサを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、筒体部と底部を有する筒状ケーシン
グと、該筒状ケーシングの軸方向一側に設けられ、他側
に位置した底部に向けて送信波を発信し底部からの反射
波を受信する超音波送受信手段とからなる超音波センサ
に適用される。

【００１５】そして、請求項１に記載の発明が採用する
構成の特徴は、筒状ケーシングの筒体部内周側には、内
周側に当たった超音波を散乱させるための凹凸部を設け
たことにある。

【００１６】この場合、請求項２に記載の発明のよう
に、前記凹凸部は、筒状ケーシングの筒体部の内周側に
軸線にほぼ直交して設けた環状溝により形成してもよ
い。

【００１７】また、請求項３に記載の発明のように、前
記凹凸部は、筒状ケーシングの筒体部の内周側に該筒体
部と別部材からなるコイル体または環状体を嵌合するこ
とにより形成してもよい。

【００１８】さらに、請求項４に記載の発明のように、
前記凹凸部は、筒状ケーシングの筒体部内壁面にコイル
状または環状に加工を施すことにより形成してもよい。

【００１９】

【作用】上記構成により、請求項１に記載の発明によれ
ば、内周側に当たった超音波を散乱させるための凹凸部
を設けたから、送信波およびその反射波が筒状ケーシン
グの内壁面で乱反射して乱反射波となった場合、この乱
反射波を前記凹凸部により散乱させることにより、乱反
射波のもつエネルギーを低減させることができる。

【００２０】この場合、請求項２に記載の発明のよう
に、凹凸部を筒状ケーシングの軸線にほぼ直交する環状
溝として形成しても、軸線方向に伝播する超音波が筒状
ケーシングの内周側に当たった場合、環状溝内にほぼ直
交して侵入するから、超音波を該環状溝内で効果的に乱
反射させ、十分に散乱させることができる。

【００２１】また、請求項３に記載の発明のように、凹
凸部を筒体部と別部材からなるコイル体または環状体を
嵌合することにより形成しても、筒状ケーシングの内周
側に軸線とほぼ直交して複数の凹凸部が存在するから、
内周側に当たった超音波を前記凹凸部で効果的に乱反射
させ、十分に散乱させると共に、筒体部とは別部材から
凹凸部を形成することにより、筒状ケーシングを比較的
容易に形成することができる。

【００２２】さらに、請求項４に記載の発明のように、
凹凸部を筒体部の内壁面にコイル状または環状に加工を
施すことにより形成しても、筒状ケーシングの内周側に
軸線と直交した複数の凹凸部が存在するから、内壁面に
当たった超音波を前記凹凸部で効果的に乱反射させ、十
分に散乱させることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４に基
づいて説明する。

【００２４】なお、実施例においては、従来技術と同一
の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも
のとする。

【００２５】まず、図１は本発明の第１の実施例を示す
に、本実施例における超音波センサ１１は従来技術と同
様に、筒体部３および底部４からなる有底筒状の筒状ケ
ーシング２と、該筒状ケーシング２の開口端側に設けら
れた超音波素子６等とから大略構成されているものの、
前記筒状ケーシング２の筒体部３の内壁面３Ｃには後述
の散乱コイル１２が設けられている。

【００２６】１２は本実施例による凹凸部としての散乱
コイルを示し、該散乱コイル１２は、例えばニッケルク
ロム合金，銅等の金属線材をコイル状に形成し、その外
径は筒体部３の内径に対応して形成され、超音波素子６
の下側面６Ａから底部４に亘って内壁面３Ｃに嵌合して
いる。ここで、前記散乱コイル１２は略環状のコイル部
１２Ａ，１２Ａ，…を連続的に積層することにより構成
されている。

【００２７】本実施例による超音波センサ１１は上記の
如き構成を有するもので、その基本的な動作については
従来技術によるものと格別差異はない。

【００２８】然るに、超音波センサ１１の筒体部３内に
散乱コイル１２を嵌合し、該散乱コイル１２を超音波素
子６の下側面６Ａから底部４に亘って軸方向とほぼ直交
するように設けたから、超音波素子６からの送信波また
は底部４からの反射波が内壁面３Ｃに当たった場合、こ
れらの乱反射波を軸方向とほぼ直交した散乱コイル１２
により散乱させることができ、この乱反射波のエネルギ
ーを低減させることができる。

【００２９】かくして、本実施例では、散乱コイル１２
を構成する複数のコイル部１２Ａ，１２Ａ，…により、
乱反射波のエネルギーを低減させることができ、この乱
反射波が超音波素子６に到達し、検出された場合でも、
その波形は、例えば反射波９等の正規の反射波に比較し
て十分に小さくすることができる。これにより、超音波
センサ１１は正規の反射波が識別可能な受信波形として
確実に出力することができ、超音波センサ１１の信頼性
を大幅に向上させることができると共に、当該超音波セ
ンサ１１を用いた測定装置等の測定精度を効果的に向上
させることができる。

【００３０】また、散乱コイル１２は金属材料から形成
されているから、被測定液体に例えば有機溶剤，揮発性
の燃料等を用いる場合でも、超音波センサ１１を交換す
る必要がなく、超音波センサ１１を多くの被測定液体に
そのまま用いることができ、超音波センサ１１の用途を
大幅に拡大することができる。この結果、例えば被測定
液体にガソリン等の燃料を被測定液体として用いた場合
には、送信波の発信から反射波の到達までの検出時間に
より、予め記憶された検出時間に対応する燃料の性状デ
ータに基づき、燃料の重質，中質，軽質等の性状を正確
に判別することができる。

【００３１】次に、図２は本発明における第２の実施例
を示し、本実施例における超音波センサ２１の特徴は、
筒体部３の内壁面３Ｃに、超音波を散乱させるための凹
凸部として環状の散乱リング群を設けたことにある。な
お、本実施例においては、従来技術と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

【００３２】ここで、２２は凹凸部としての散乱リング
群を示し、該散乱リング群２２は環状のリング部２２
Ａ，２２Ａ，…により構成され、該各リング部２２Ａ
は、例えばニッケルクロム合金，銅等の金属材料によっ
て、その外径が筒体部３の内径に対応した環状に形成さ
れ、筒体部３の内壁面３Ｃに軸方向に直交し、かつ所定
間隔を離間して設けられている。

【００３３】かくして、上記の如く構成される本実施例
においても、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を
得るものの、特に本実施例では、各リング部２２Ａを凹
凸部としてそれぞれ独立に設けて散乱リング群２２を構
成しているから、各リング部２２Ａの間隔を発信する超
音波の波長に対して最も散乱効果の高い間隔に容易に合
わせることができる。これにより、異なる周波数の超音
波を用いる超音波センサ２１に対し、リング部２２Ａを
共用することもでき、部品点数を抑制してコスト削減を
図ることができる。

【００３４】次に、図３は本発明における第３の実施例
を示し、本実施例における超音波センサの特徴は、内壁
面３Ｃに対し凹凸部として複数の凹溝を直接に形成した
ことにある。なお、本実施例においては、従来技術と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。

【００３５】図中、３１は本実施例における超音波セン
サを示し、該超音波センサ３１は、筒状ケーシング３２
と、該筒状ケーシング３２の開口部を施蓋する蓋部５
と、該蓋部５に設けられた超音波素子６とから大略構成
されている。

【００３６】ここで、前記筒状ケーシング３２は、従来
技術による筒状ケーシング２とほぼ同様に筒体部３３，
底部３４を有する有底筒状に形成され、前記筒体部３３
の上側にはフランジ部３３Ａ、上，下の径方向には流通
口３３Ｂ，３３Ｂが形成され、該各流通口３３Ｂには流
通管３５，３５が設けられ、該各流通管３５を介して筒
体部３３内は外部と連通している。

【００３７】３６，３６，…は筒体部３３の内壁面３３
Ｃに形成された凹凸部としての環状の凹溝を示し、該各
凹溝３６は、超音波素子６の下側面６Ａから底部３４に
亘る内壁面３３Ｃに離間して、軸方向と直交して形成さ
れている。

【００３８】かくして、上記の如く構成された本実施例
による超音波センサ３１においても、前記第１の実施例
とほぼ同等の作用効果を得ることができる。

【００３９】さらに、本実施例では、内壁面３３Ｃに各
凹溝３６を加工して形成したから、該各凹溝３６を別部
材として構成した場合に比較して位置ずれ等の問題を生
じる可能性がなく、超音波センサの信頼性を向上させる
ことができ、また部品点数を抑制してコストを削減する
ことができる。

【００４０】次に、図４は本発明における第４の実施例
を示し、本実施例の特徴は、凹凸部として内壁面にめね
じ溝を直接に加工し、形成したことにある。なお、本実
施例においては、従来技術と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。

【００４１】図中、４１は本実施例における超音波セン
サを示し、該超音波センサ４１は、筒状ケーシング４２
と、該筒状ケーシング４２の開口部を施蓋する蓋部５
と、該蓋部５に設けられた超音波素子６とから大略構成
されている。

【００４２】ここで、前記筒状ケーシング４２は、従来
技術による筒状ケーシング２とほぼ同様に筒体部４３，
底部４４を有する有底筒状に形成され、前記筒体部４３
の上側にはフランジ部４３Ａ、上，下の径方向には流通
口４３Ｂ，４３Ｂが形成され、該各流通口４３Ｂには流
通管４５，４５が設けられ、該各流通管４５を介して筒
体部４３内は外部と連通している。

【００４３】４６は筒体部４３の内壁面４３Ｃに形成さ
れた凹凸部としてのめねじ溝を示し、該めねじ溝４６
は、超音波素子６の下側面６Ａから底部４に亘る内壁面
４３Ｃに対し、軸方向とほぼ直交して形成されている。

【００４４】かくして、上記の如く構成された本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を得るこ
とができる。特に、本実施例では、内壁面４３Ｃにめね
じ溝４６を加工し形成したから、位置ずれ等の問題が生
じる可能性がなく超音波センサの信頼性を向上させるこ
とができ、また比較的容易で汎用性のあるめねじ加工に
より凹凸部が形成できるから、部品点数および加工工数
を抑制してコスト削減を図ることができる。

【００４５】なお、前記第３（第４）の実施例において
は、筒体部３３（４３）の内壁面３３Ｃ（４３Ｃ）に対
して各凹溝３６（めねじ溝４６）を直接に形成したが、
本発明はこれに限らず、例えば金属材料からなる小径の
筒状体となった別部材の内周面に凹凸部を形成し、この
別部材を筒体部３３（４３）内に挿嵌してもよい。

【００４６】また、前記第１および第２の実施例におい
ては、散乱コイル１２および散乱リング群２２を例えば
ニッケルクロム合金，銅等の金属材料から形成したが、
本発明はこれに限らず、被測定液体である液体，気体等
に対して適用可能であれば、例えば樹脂材料等から形成
してもよい。

【００４７】さらに、前記第１（第２）の実施例におい
ては、散乱コイル１２（散乱リング群２２）を筒状ケー
シング２の内壁面３Ｃに接触するように設けたが、本発
明はこれに限らず、筒状ケーシング２の内周側に内壁面
３Ｃと隙間がある状態で設けるようにしてもよい。

【００４８】さらに、前記各実施例においては、超音波
素子６を、超音波の発信部と受信部とが一体となった構
成としたが、本発明はこれに限らず、発信部と受信部と
が個別に筒体部３の開口端側に配置されている超音波素
子を用いた超音波センサに対しても適用できる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、内周側に当たった超音波を散乱させるため
の凹凸部を設けたから、送信波およびその反射波が筒状
ケーシングの内周側に当たった場合には乱反射波が発生
し、この乱反射波を前記凹凸部によって散乱させてその
エネルギーを低減させることができる。これにより、検
出される乱反射波の波形を正規の反射波に比較して小さ
くすることができ、超音波センサからは正規の反射波と
乱反射による波形とを識別可能な波形として出力するこ
とができ、超音波センサの信頼性を大幅に向上させるこ
とができる。そして、該超音波センサを密度，濃度また
は粘度を測定する測定装置等に用いた場合には、測定精
度を大幅に向上させることができる。

【００５０】この場合、請求項２に記載の発明では、筒
状ケーシングの軸線にほぼ直交する環状溝を設けること
により凹凸部を形成したから、環状溝内にほぼ直交して
侵入した超音波を、該環状溝内に乱反射させて、散乱さ
せることができ、検出される乱反射波の波形を正規の反
射波に比較して著しく小さくできる。そして、超音波セ
ンサからの出力信号に含まれる乱反射信号による誤差分
を低減できる。

【００５１】また、請求項３に記載の発明のように、筒
体部と別部材からなるコイル体または環状体を嵌合する
ことにより凹凸部を設けても、内周側に軸線とほぼ直交
する複数の凹凸部が形成できるから、内周側に当たった
超音波を乱反射させ、この乱反射波を散乱させることに
より、乱反射波による波形を確実に低減することができ
る。また、別部材を嵌合することにより比較的容易に凹
凸部を形成できる。

【００５２】さらに、請求項４に記載の発明のように、
筒体部の内壁面にコイル状または環状に加工を施すこと
により凹凸部を形成しても、内周側に軸線と直交した複
数の凹凸部が存在するから、内周側に当たった超音波を
効果的に乱反射させることができると共に、内壁面を加
工することにより部品点数を増やすことなく凹凸部を形
成することができ、製造コストの上昇を抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による超音波センサを示
す縦断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による超音波センサを示
す縦断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による超音波センサを示
す縦断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例による超音波センサを示
す縦断面図である。

【図５】従来技術による超音波センサを示す縦断面図で
ある。

【図６】超音波センサにおける超音波の伝播経路を示す
断面図である。

【図７】超音波センサから出力される送信波，反射波を
示す波形図である。

【図８】超音波センサから出力される送信波，反射波お
よび乱反射波を示す波形図である。

【符号の説明】

２，３２，４２ 筒状ケーシング ３，３３，４３ 筒体部 ３Ｃ，３３Ｃ，４３Ｃ 内壁面 ４，３４，４４ 底部 ６ 超音波素子（超音波送受信手段） １１，２１，３１，４１ 超音波センサ １２ 散乱コイル（凹凸部，コイル体） １２Ａ コイル部 ２２ 散乱リング群（凹凸部，環状体） ２２Ａ リング部 ３６ 凹溝（凹凸部） ４６ めねじ溝（凹凸部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体部と底部を有する筒状ケーシング
   と、該筒状ケーシングの軸方向一側に設けられ、他側に
   位置した底部に向けて送信波を発信し底部からの反射波
   を受信する超音波送受信手段とからなる超音波センサに
   おいて、前記筒状ケーシングの筒体部内周側には、当該
   内周側に当たった超音波を散乱させるための凹凸部を設
   ける構成としたことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】 前記凹凸部は、前記筒状ケーシングの筒
   体部の内周側に軸線にほぼ直交して設けた環状溝により
   形成してなる請求項１に記載の超音波センサ。
3. 【請求項３】 前記凹凸部は、前記筒状ケーシングの筒
   体部の内周側に該筒体部と別部材からなるコイル体また
   は環状体を嵌合することにより形成してなる請求項１に
   記載の超音波センサ。
4. 【請求項４】 前記凹凸部は、前記筒状ケーシングの筒
   体部内壁面にコイル状または環状に加工を施すことによ
   り形成してなる請求項１に記載の超音波センサ。