JPWO2012164890A1 - 超音波送受波器およびその製造方法、ならびに超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
Description
(超音波送受波器の構成)
図1Aは、実施の形態1に係る超音波送受波器5、6の正面を示す平面図である。図1Bは、超音波送受波器5、6を示す断面図である。図1Cは、超音波送受波器5、6の背面を示す平面図である。
図2Aは、超音波送受波器5、6における音響整合体15および圧電体17を金属板16に固定した接合体20を示す断面図である。図2Bは、接合体20に各リード線18a、18bを接続した状態を示す断面図である。図2Cは、接合体20を金型22に収めた状態を示す断面図である。図2Dは、接合体20に制振部材11が付けられた状態を示す断面図である。
図3は、超音波送受波器5、6を装着した超音波流量計を模式的に示す断面図である。図4は、超音波流量計に取り付けられた超音波送受波器5、6の一部を示す拡大した断面図である。
伝搬時間計測部7は、図3に示すように、各リード線18a、18bを介して電気(電圧)信号を各超音波送受波器5、6の圧電体17に与える。この電気信号は、圧電体17の共振周波数に近い周波数の矩形波で形成される。これにより、圧電体17が電気信号を機械的振動に変換する。この機械的振動によって、図4に示すように、圧電体17と音響整合体15とが共振して、より大きな超音波パルスを発生する。
t1 = L /(C+Vcosθ) (1)
で示される。
t2 = L /(C−Vcosθ) (2)
で示される。
V = L /2cosθ(1/t1−1/t2) (3)
で示される。
以上のような構成によれば、制振部材11は、金属板16の他方の主面16bの圧電体17が固定された部分以外の部分と、圧電体17の表面と、金属板16の端面16cと、金属板16の一方の主面16aの外周部と、第1のリード線18aと、第2のリード線18bとを覆う。これにより、超音波パルスが発せられた後、圧電体17および金属板16などが不要に振動し続けることを抑制する。このため、音響整合体15や圧電体17が減衰した状態で、超音波送受波器5、6は超音波パルスを受信することができ、受信した超音波パルスによる信号を高精度に得ることができる。さらに、圧電体17などの振動が減衰することによって、次に超音波パルスを発するまでの時間が短縮され、流量計測の精度を向上することができる。
実施の形態1では、平板状の金属板16に音響整合体15および圧電体17が取り付けられていた。これに対し、実施の形態2では、鍔付金属容器状に形成された金属板31に音響整合体15および圧電体17が取り付けられる。
図5Aは、実施の形態2に係る超音波送受波器30の正面を示す平面図である。図5Bは、超音波送受波器30を示す断面図である。図5Cは、超音波送受波器30の背面を示す平面図である。
図6Aは、音響整合体15および圧電体17を金属板31に固定した接合体20を示す断面図である。図6Bは、接合体20にリード線を接続した状態を示す断面図である。図6Cは、接合体20を金型22に収めた状態を示す断面図である。図6Dは、接合体20に制振部材11が付けられた状態を示す断面図である。
図7は、超音波送受波器30が取り付けられた超音波流量計の一部を示す拡大した断面図である。
以上のよう構成によれば、制振部材11は、圧電体17の表面、第1のリード線18a、および第2のリード線18bを覆うように筒状の周壁部33の内部空間に充填され、且つ、鍔部34の内面、外周面、および外面を覆う。これにより、制振部材11は、圧電体17などの振動を抑える制振機能と、流路3などへの振動の伝搬を防止する防振機能とを発揮する。このため、実施の形態1と同様に、流量計測の精度が向上するとともに、量産性に優れる。
実施の形態3に係る超音波送受波器35では、実施の形態2に係る超音波送受波器30における圧電体17に溝36が形成されている。
実施の形態4に係る超音波送受波器40では、実施の形態1に係る超音波送受波器5、6における制振部材11に突出部41が形成されている。
実施の形態5に係る超音波送受波器50では、実施の形態2に係る超音波送受波器30において実施の形態3の溝36が圧電体17に形成され、かつ実施の形態4の突出部41が制振部材11に形成されている。
実施の形態6に係る超音波送受波器60では、実施の形態2に係る超音波送受波器30における制振部材11に貫通孔11cが形成されている。
上記全ての実施の形態では、第2のリード線18bが金属板16、31を介して圧電体17の一方の電極17aに接続された。これに対し、第2のリード線18bは圧電体17の一方の電極17aに直接接続されてもよい。
上記全ての実施の形態では、圧電体17の一方の電極17aが金属板16、31と別に設けられていた。これに対し、金属板16、31が圧電体17の一方の電極17aを兼用してもよい。
5、6、30、35、40、50、60 超音波送受波器
7 伝搬時間計測部
8 演算部
11 制振部材
15 音響整合体
16 金属板
17 圧電体
18a 第1のリード線
18b 第2のリード線
31 金属板
32 端壁部
33 周壁部
34 鍔部
36 溝
41 突出部
Claims (9)
- 金属板と、
前記金属板の一方の主面に固定された音響整合体と、
前記金属板の前記音響整合体が固定された部分の前記金属板の他方の主面に固定された圧電体と、
前記圧電体の前記金属板から遠い側の端部に接続された、該圧電体に印加される電圧を供給するための第1のリード線と、
前記金属板に接続された、該圧電体に印加される電圧を供給するための第2のリード線と、
前記金属板の他方の主面の前記圧電体が固定された部分以外の部分と、前記圧電体の表面と、前記金属板の端面と、前記金属板の一方の主面の外周部と、前記第1のリード線と、前記第2のリード線とを一体的に覆う、熱可塑性樹脂を主成分として含む制振部材と、を備える、超音波送受波器。 - 前記金属板は、平板状に形成されている、請求項1に記載の超音波送受波器。
- 前記金属板は、筒状の周壁部と、該周壁部の一端を閉鎖する端壁部と、前記周壁部の他端に形成された鍔部とを含む鍔付金属容器状に形成され、
前記端壁部の外面に前記音響整合体が固定され、
前記筒状の周壁部の内部空間に位置するように前記端壁部の内面に前記圧電体が固定され、
前記第2のリード線が前記金属板に接続され、
前記制振部材は、前記圧電体の表面、前記第1のリード線、および前記第2のリード線を覆うように前記筒状の周壁部の内部空間に充填され、且つ、前記鍔部の内面、外周面、および外面と前記周壁部の外面とを覆うように、一体的に形成されている、請求項1に記載の超音波送受波器。 - 前記圧電体は、前記金属板の厚み方向に延びる溝を有し、
前記制振部材は、さらに前記溝に充填されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の超音波送受波器。 - 前記制振部材は、前記金属板の前記金属板の一方の主面を覆う部分に、前記音響整合体の基端から先端に向かう方向に突出する突出部を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超音波送受波器。
- 前記制振部材は、前記音響整合体の外周面との間に間隙を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の超音波送受波器。
- 金属板と、前記金属板の一方の主面に固定された音響整合体と、前記金属板の前記音響整合体が固定された部分の前記金属板の他方の主面に固定された圧電体と、前記圧電体の前記金属板から遠い側の端部に接続された、該圧電体に印可される電圧を供給するための第1のリード線と、前記金属板に接続された、該圧電体に印可される電圧を供給するための第2のリード線と、を備える組立体を作成する組立工程と、
金型内に前記組立体を収容した後、前記金型内に熱可塑性樹脂を注入することにより、前記金属板の他方の主面の前記圧電体が固定された部分以外の部分と、前記圧電体の表面と、前記金属板の端面と、前記金属板の一方の主面の外周部と、前記第1のリード線と、前記第2のリード線とを一体的に覆うように、前記熱可塑性樹脂からなる制振部材を形成する樹脂成型工程と、を含む、超音波送受波器の製造方法。 - 前記樹脂成型工程において、前記組立体は、前記金属板の一方の主面が下方を向き且つ該一方の主面の前記音響整合体の周囲の部分を前記金型の環状の支持部によって支持されるように前記金型の内部空間に収容され、
前記金型の内部空間の前記環状の支持部より外側の領域に前記熱可塑性樹脂が注入されることによって、前記制振部材が前記音響整合体の外周面との間に間隙を有するように形成される、請求項7に記載の超音波送受波器の製造方法。 - 相互に超音波パルスを送受信する請求項1〜6のいずれか1項に記載の一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器が互いに離れて配置された流路と、
前記一対の超音波送受波器の間を前記超音波パルスが伝搬する時間を計測する伝搬時間計測部と、
前記伝搬時間計測部により計測された時間に基づいて前記被測定流体の流量を算出する演算部と、を備える超音波流量計。
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