WO2024101132A1 - 超音波液位センサプローブ - Google Patents

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WO2024101132A1
WO2024101132A1 PCT/JP2023/038199 JP2023038199W WO2024101132A1 WO 2024101132 A1 WO2024101132 A1 WO 2024101132A1 JP 2023038199 W JP2023038199 W JP 2023038199W WO 2024101132 A1 WO2024101132 A1 WO 2024101132A1
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WO
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fpc
electrode
piezoelectric plate
wiring pattern
individual
Prior art date
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PCT/JP2023/038199
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English (en)
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Inventor
光宗 片岡
正樹 白田
光男 田村
哲男 吉田
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康楽株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
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    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2965—Measuring attenuation of transmitted waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/44—Special adaptations for subaqueous use, e.g. for hydrophone
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic liquid level sensor probe used to detect the level of a liquid.
  • Each ultrasonic liquid level sensor probe has an ultrasonic transmission and reception system built into the pipe (usually a double pipe) of the insertion part that is inserted into the liquid.
  • An ultrasonic transmission and reception system is equipped with a piezoelectric plate (ultrasonic oscillator).
  • Piezoelectric plates can be used to transmit ultrasonic waves, and can also be used to receive ultrasonic waves. Some plates can be used for both transmission and reception, and can be used for both transmission and reception. All piezoelectric plates are rectangular or circular, with electrodes formed over almost the entire surface of the opposing surfaces in the thickness direction, and are polarized in the thickness direction.
  • An ultrasonic transmission and reception system generates ultrasonic waves by applying an AC voltage (driving voltage) between the opposing electrodes of a transmitting piezoelectric plate, transmits the ultrasonic waves from the surface of an elastic plate to which the piezoelectric plate is glued, receives the ultrasonic waves that have propagated through the liquid on the surface of an elastic plate to which a receiving piezoelectric plate is glued, and outputs the ultrasonic waves as an electrical signal from the piezoelectric plate.
  • AC voltage driving voltage
  • the ultrasonic transmission and reception system in Figure 11(a) is an opposed arrangement type in which a piezoelectric plate (transmitter) A for transmitting waves and a piezoelectric plate (receiver) B for receiving waves are glued to the outer periphery of the inner pipe D (double pipe consisting of an inner pipe D and an outer pipe E) C of the pipe at the insertion part of the ultrasonic liquid level sensor probe and are opposed to each other.
  • a piezoelectric plate (transmitter) A for transmitting waves and a piezoelectric plate (receiver) B for receiving waves are glued to the outer periphery of the inner pipe D (double pipe consisting of an inner pipe D and an outer pipe E) C of the pipe at the insertion part of the ultrasonic liquid level sensor probe and are opposed to each other.
  • the transmitter A and receiver B in Fig. 11(a) are glued at least two apart in the vertical direction of the inner pipe D as shown in Fig. 12.
  • the transmitter A and receiver B are connected to lead wires G (Fig. 11(a)) that are wired in the space (placement space) F between the inner pipe D and the outer pipe E.
  • the bottom of the placement space F is closed with a bottom plate R (Fig. 12) to prevent liquid from entering, isolating and protecting the transmitter A and receiver B in the placement space F from the liquid.
  • Wiring the lead wires G and closing the bottom of the placement space F to protect and isolate the electrodes of the piezoelectric plate from the liquid L is the same in the ultrasonic transmitting and receiving system in Fig. 11(b) described next.
  • the ultrasonic transmission and reception system in Figure 11 (b) is a reflection type in which a piezoelectric plate (transmitter/receiver) Z, which is used for both transmission and reception, is glued and fixed to the outer surface of the inner pipe D of the double pipe C.
  • the ultrasonic waves emitted from the transmitter/receiver Z enter the space (entry space) J inside the inner pipe D, propagate through the rising liquid L, and are reflected by the opposing inner wall (reflector) of the inner pipe D, and the reflected ultrasonic waves (reflected ultrasonic waves) are received by the transmitter/receiver Z.
  • Two or more transmitters Z are glued at intervals in the vertical direction of the inner pipe D.
  • the ultrasonic transmission and reception system in Figure 11 (c) is a reflection type in which the transmitter A and receiver B are separate, arranged side by side, and glued to the outer periphery of the inner pipe D. It is also a separate arrangement type in that the transmitter A and receiver B are arranged separately. In this case, the ultrasonic waves emitted from the transmitter A are reflected by the opposing inner wall of the inner pipe D, and the reflected ultrasonic waves (reflected ultrasonic waves) are received by the receiver B. Two or more transmitters A and receivers B are also glued and fixed to the inner pipe D at intervals in the vertical direction, as shown in Figure 12.
  • the time it takes for the ultrasonic waves propagated through the liquid L in the entry space J to be reflected by the inner wall of the inner pipe D and received by the receiver B (reflection time), or the intensity of the reflected waves (reflection intensity) of the ultrasonic waves propagated through the liquid L and repeatedly reflected by the inner wall of the inner pipe D also differs depending on whether or not there is liquid L in the entry space J.
  • the propagation time, propagation strength, reflection time, reflection strength, etc. it is possible to detect the presence or absence of liquid L in the entry space J.
  • the placement space F (Fig. 11 (a) (b)) between the inner pipe D and the outer pipe E is narrow, making it difficult to place the transmitter A and receiver B. Also, assembly is troublesome and difficult, as it is difficult to wire and route the lead wires G.
  • the inner pipe D and the outer pipe E are circular pipes, it is particularly troublesome and difficult because the walls are curved. Also, when the inner pipe D is a circular pipe, there is a tendency for variation to occur in the bonding position and bonding direction of the transmitter A and receiver B, which leads to variation in the wave transmission and reception sensitivity of the ultrasonic liquid level sensor probe and poor liquid level detection accuracy.
  • the ultrasonic liquid level sensor probe of Patent Document 5 has a transmitter and receiver attached to a PCB (printed circuit board; elastic plate), so there is no need for space to wire the lead wire G in the space between the inner pipe and the outer pipe (corresponding to F in Figures 11(a) and (b)). There is also no need to wire or route the lead wire G.
  • the PCB of Patent Document 5 is a sturdy (rigid) plate, it is molded into a predetermined shape and size, and there are similar troubles and difficulties to arranging it in the space of a double pipe, which has a limited shape and area, as in the case of arranging it inside the double pipe. There is also the constraint that the shape and size must be matched to the shape and area of the space.
  • the PCB is thick, it is difficult to make the ultrasonic liquid level sensor probe thinner and smaller.
  • JP 2014-224818 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-130616 Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-013320 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-181072 JP 7-502339 A
  • the problem to be solved by this invention is to provide an ultrasonic liquid level sensor probe that uses a piezoelectric plate FPC module that can collectively glue and fix multiple piezoelectric plates in a predetermined orientation to the adhesive points inside the pipe of the ultrasonic liquid level sensor probe's insertion part, eliminating the need for wiring lead wires and eliminating the need to route lead wires.
  • the piezoelectric plate is a plate of various shapes such as a square plate or a circular plate, and one of the opposing surfaces in the thickness direction is a positive electrode surface and the other is a negative electrode surface.
  • the positive and negative electrode surfaces of the piezoelectric plate are indicated by the polarity of the voltage applied when polarizing the piezoelectric plate, with the positive electrode surface being the electrode surface to which a positive voltage was applied and the negative electrode surface being the electrode surface to which a negative voltage was applied. This is the same as for general-purpose ones.
  • the positive electrode of the piezoelectric plate is an electrode provided on the positive electrode surface
  • the negative electrode of the piezoelectric plate is an electrode provided on the negative electrode surface
  • the positive extraction electrode of a piezoelectric plate is an electrode extracted from the positive electrode of the piezoelectric plate to one of the opposing side surfaces of the piezoelectric plate
  • the negative extraction electrode is an electrode extracted from the negative electrode of the piezoelectric plate to the side surface opposite the aforementioned side.
  • the opposing electrodes of the piezoelectric plate are generally formed by baking silver paste.
  • the FPC is a flexible film with one side being the adhesive surface for adhering the piezoelectric plate and the other side being the outer surface.
  • the adhesive surface and the outer surface each have the wiring patterns required for the present invention formed thereon.
  • the piezoelectric plate FPC module incorporated into the pipe of the insertion part of the ultrasonic liquid level sensor probe of the present invention is a device in which multiple piezoelectric plates are adhesively fixed at intervals to the adhesive surface of the FPC on which a wiring pattern is formed, and the electrodes of the piezoelectric plates and the wiring pattern of the FPC are electrically connected so as to be electrically conductive, thereby combining multiple piezoelectric plates and the FPC into one (modularized) device.
  • the multiple piezoelectric plates are aligned with their polarized surfaces (positive or negative electrode surfaces) facing the same direction (upward or downward), spaced apart, and glued to the FPC.
  • This piezoelectric plate FPC module is incorporated into the pipe of the sensor probe and used as the ultrasonic transmission and reception system for the sensor probe.
  • the "ultrasonic liquid level sensor probe” may be referred to simply as the “sensor probe” and the “piezoelectric plate FPC module” may be referred to simply as the “module” (the same applies in the detailed description of the invention and claims).
  • the modules used in the present invention are either single-sided or double-sided, depending on the bonding form between the piezoelectric plate and the FPC.
  • a single-sided module is one in which an FPC is adhesively fixed to only one side of two or more piezoelectric plates that are spaced apart and have their polarization surfaces aligned.
  • the + electrode surface and - electrode surface of each of the two or more piezoelectric plates adhesively fixed to the FPC are electrically connected to the wiring pattern of the FPC.
  • the + extraction electrode drawn from the + electrode surface of the piezoelectric plate and the - extraction electrode surface drawn from the - electrode surface can also be connected to the wiring pattern.
  • a double-sided module has an FPC glued to both the positive and negative electrode surfaces of two or more piezoelectric plates that are aligned with their polarization surfaces and spaced apart.
  • the FPC and the positive and negative electrode surfaces of the piezoelectric plates glued thereto are electrically connected to the wiring pattern of the FPC.
  • the positive or negative lead electrodes can also be electrically connected to the wiring pattern of the FPC.
  • Methods for electrically connecting the positive electrode surface, negative electrode, positive lead electrode, and negative lead electrode of the piezoelectric plate to the wiring pattern of the FPC generally include soldering and methods using a conductive adhesive. Hereinafter, connections using these methods will be referred to as "electrical connections.”
  • the ultrasonic liquid level sensor probe of the present invention is equipped with an insertion part to be inserted into the liquid in a container and a connector that can be attached to the container.
  • the insertion part has a piezoelectric plate FPC module (above-mentioned module) on the transmitting side and the receiving side bonded to the outer circumferential surface (ultrasonic transmitting and receiving surface) of the inner pipe of a double pipe having an outer pipe and an inner pipe.
  • the bottom of the space (arrangement space) between the inner and outer pipes of the double pipe is sealed with a bottom plate to prevent liquid from entering the arrangement space and to isolate the sending and receiving modules installed in the arrangement space from the liquid.
  • the space inside the inner pipe (entry space) has an open bottom so that liquid can enter and rise when the plug is inserted into the liquid.
  • the sending and receiving modules may be arranged on either one side or both sides.
  • ultrasonic waves sent from the transmitting module are transmitted through the peripheral wall (elastic plate) of the inner pipe to which the module is attached, propagate through the liquid in the entry space, and are reflected by the peripheral wall (elastic plate) on the opposite side of the inner pipe, and the reflected ultrasonic waves (reflected ultrasonic waves) are received by the receiving module.
  • the presence or absence of liquid in the entry space or the liquid level can be detected from the arrival time or intensity of the received reflected ultrasonic waves.
  • the above-mentioned module is a separate transmitter and receiver type, but the module incorporated into the double pipe may be a combined transmitter and receiver (combined transmitter and receiver type: integrated transmitter and receiver).
  • the ultrasonic waves transmitted from the combined transmitter and receiver module are transmitted through the peripheral wall of the inner tube, propagate through the liquid in the entry space, and are reflected by the peripheral wall on the opposite side of the inner tube, and the reflected ultrasonic waves are received by the combined transmitter and receiver module.
  • the presence or absence of liquid in the entry space, or the liquid level, can be detected from the arrival time or intensity of the reflected ultrasonic waves.
  • the modules may be arranged on either one side or both sides.
  • the sensor probe of the present invention has the following effects. (1) Since two or more piezoelectric plates, which are adhesively fixed to the FPC, are collectively adhesively fixed to the outer periphery of the inner pipe of the double pipe, there is no need to attach two or more piezoelectric plates individually, making the installation work easier. In addition, there is no variation in the installation position or orientation of two or more piezoelectric plates, so liquid level detection can be performed with high detection accuracy. (2) Since there is no need to wire lead wires (resin-coated wires) within the narrow installation space of the double pipe or to route the lead wires within the installation space, the module can be easily installed. (3) Since there is no need to secure space for wiring lead wires inside the double pipe, the double pipe can be made smaller and thinner.
  • 1A is a perspective view of an example of a single-sided module used in the present invention, in which (a) is a perspective view of a piezoelectric plate adhered and fixed to an adhesive surface of an FPC, (b) is a perspective view of the adhesive surface (individual electrode surface) of the FPC, and (c) is a perspective view of the outer surface (common electrode surface) of the FPC.
  • 1A and 1B are perspective views of an example of a piezoelectric plate used in the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view of the negative electrode surface side, and FIG. 5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of an electrical connection state on the adhesive surface side of a module used in the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views of an example of a double-sided module used in the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view of the adhesive surface (individual electrode surface) side, and FIG. 1A and 1B are perspective views of an example of an individual electrode FPC used in a double-sided module, in which FIG. 1A and 1B are perspective views of an example of a common electrode FPC used in a double-sided module, in which FIG. 5A is an explanatory diagram of a state in which a piezoelectric plate is adhered and fixed to the adhesive surface of the individual electrode FPC (FIG. 5A), and FIG. 5B is an explanatory diagram of an electrical connection state of the piezoelectric plate in FIG. FIG.
  • FIG. 13 is a perspective view of the electrical connection state of the double-sided module.
  • FIG. 2A is an explanatory diagram showing an example of a sensor probe of the present invention in which a wave transmitting and receiving module is disposed inside a double pipe
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a state in which the sensor probe of the present invention is inserted into the liquid in a container and set in the container.
  • 1A to 1C are cross-sectional views of different conventional ultrasonic liquid level sensor probes.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the use of a conventional ultrasonic liquid level sensor probe.
  • Module embodiment 1 single-sided module 1 to 3 show an example of a single-sided module.
  • this module 1 three piezoelectric plates 5 are arranged at locations 4 (FIG. 1(b)) on the adhesive surface 3 of an FPC 2 as shown in FIG. 1(a), and are fixed with an adhesive.
  • Adhesion can be performed by applying adhesive to the placement location 4 of the FPC 2 or the adhesive surface of the piezoelectric plate 5 (for example, the negative electrode surface) at the time of adhesion, but this can be done easily and quickly if the adhesive is applied to these locations in advance. If the size, orientation, etc. of the placement location 4 is marked on the adhesive surface 3 of the FPC 2 in advance, it will be easier to adhere the piezoelectric plate 5 and there will be less variation in the adhesion position (mounting position), but it is not necessarily necessary to mark it.
  • the FPC 2 in Fig. 1(a) has a plurality of individual conductors 6 and a plurality of connecting conductors 7 on the adhesive surface 3 of a single FPC 2 as shown in Fig. 1(b), and has a wide common electrode 9 covering almost the entire surface (outer surface) 8 opposite to the adhesive surface 3 as shown in Fig. 1(c).
  • the individual conductors 6, connecting conductors 7, and common electrode 9 are copper foil (pads).
  • the connecting conductor 7 is electrically connected to the common electrode 9 via the copper foil (land) of a through hole 10.
  • the individual conductors 6 and connecting conductors 7 may be referred to as the "adhesive surface wiring pattern" and the common electrode 9 as the "outer surface wiring pattern”.
  • the number of placement locations 4 and the numbers of individual conductors 6 and connecting conductors 7 can be set according to the number of piezoelectric plates 5 to be adhesively fixed to the FPC 2.
  • the individual conductors 6 and the connecting conductors 7 are located outside the placement locations 4 (on both outer sides in the lateral direction of the FPC 2).
  • the piezoelectric plate 5 in Fig. 1(a) is a square plate, but the piezoelectric plate 5 may be in other shapes, for example, a disk shape, or the like.
  • one surface of the piezoelectric plate 5 in the thickness direction is a negative electrode surface 13, a negative electrode 14 is provided on that surface, and a negative extraction electrode 16 is led out from the negative electrode 14 to one side surface 15 of the piezoelectric plate 5.
  • the surface opposite to the negative electrode surface 13 is a positive electrode surface 17, a positive electrode 18 is provided on that surface, and a positive extraction electrode 20 is led out from the positive electrode 18 to the other side surface 19 of the piezoelectric plate 5.
  • Both the negative electrode surface 13 and the positive electrode surface 17 of the piezoelectric plate 5 are planar (flat), and the negative electrode 14, the negative extraction electrode 16, the positive electrode 18, and the positive extraction electrode 20 are thin and planar with a uniform thickness.
  • 2A indicates a portion where there is no negative electrode 14 (negative electrode blank portion), and 5b in FIG. 2B indicates a portion where there is no positive electrode 17 (positive electrode blank portion).
  • the three piezoelectric plates 5 in Fig. 1(a) are spaced apart in the longitudinal direction (axial direction) of the elongated FPC 2 and are bonded and fixed with the same polarization direction.
  • bonding and fixing with the same polarization direction means that the negative electrode surface 13 or the positive electrode surface 17 of all of the two or more piezoelectric plates 5 bonded and fixed to the FPC 2 is bonded and fixed to the arrangement location 4 of the FPC 2.
  • the piezoelectric plate 5 in Fig. 1(a) is bonded and fixed to the arrangement location 4 of the FPC 2 (Fig. 1(b)) as shown in Figs. 3(a) and 3(b) with the negative electrode surface 13 in Fig. 2(a) facing down and the positive electrode surface 17 in Fig. 2(b) facing up.
  • each piezoelectric plate 5 adhesively fixed to the FPC 2 has its negative lead electrode 16 adhesively fixed (soldered) to the connection conductor 7 of the FPC 2 with solder 21, thereby electrically connecting it to the common electrode 9 ( Figure 3(b)) on the outer surface 8 of the FPC 2 via the through hole 10 of the FPC 2.
  • the positive lead electrode 20 of the piezoelectric plate 5 is adhesively fixed (soldered) to the individual conductor 6 of the FPC 2 with solder 22.
  • the connecting conductor 7 is adhesively fixed (soldered) to the -extraction electrode 16 of the piezoelectric plate 5 so as to be conductively connected to the -extraction electrode 16 and the through-hole 10. Therefore, if the -extraction electrode 16 can be soldered directly to the through-hole 10, it may not be necessary.
  • either the negative electrode 14 or negative extraction electrode 16 (Fig. 2(a)) of the piezoelectric plate 5 or the positive electrode surface 17 or positive electrode 18 (Fig. 2(b)) may be electrically connected to the common electrode 9 of the FPC 2 (Fig. 1(c)).
  • the negative electrode 14 or negative extraction electrode 16 is electrically connected to the common electrode 9
  • the outer surface 8 on which the common electrode 9 of the FPC 2 is formed can be used as an ultrasonic radiation surface, making it easier to handle the module 1. This connection is the same in the following modules.
  • the adhesive layer between the placement location 4 of the FPC 2 and the piezoelectric plate 5 is thin, flat, and of uniform thickness, and there are no irregularities.
  • the negative and positive extraction electrodes 16 and 20 are drawn out to the opposing sides of the piezoelectric plate 5, and the individual conductors 6 and connecting conductors 7 are arranged immediately outside the negative and positive extraction electrodes 16 and 20, as shown in Figures 1(a) and 1(b). This makes it easier to solder the negative extraction electrode 16 to the connecting conductor 7 and the positive extraction electrode 20 to the individual conductors 6, reduces the amount of solder, and allows the module 1 to be made smaller and thinner.
  • Module embodiment 2 double-sided module 4(a) and (b) is an example of a double-sided module.
  • An FPC 2 is adhesively fixed to each of the negative electrode surfaces 13 and the positive electrode surfaces 17 of three piezoelectric plates 5, and the piezoelectric plates 5 are sandwiched from both sides in the thickness direction.
  • an individual electrode FPC 30 ( Figures 5(a) and 5(b)) is used for one FPC, and a common electrode FPC 40 ( Figures 6(a) and 6(b)) is used for the other FPC, and three piezoelectric plates 5 are glued and fixed at intervals in the longitudinal direction of both FPCs 30 and 40 with the polarization directions aligned.
  • the individual electrode FPC 30 has three arrangement locations 31 and three connection conductors 32 formed on an adhesive surface 30a that is adhesively fixed to the piezoelectric plate 5, and three individual conductors 33 formed on a surface (outer surface) 30b opposite the adhesive surface 30a.
  • An individual external connection terminal 34 is formed at one longitudinal end of each individual conductor 33. The individual external connection terminals 34 are made wider than the individual conductors 33 to facilitate soldering.
  • connection conductors 32, the individual conductors 33, and the individual external connection terminals 34 are copper foil (pads), thin and planar with uniform thickness.
  • the connection conductors 32 on the adhesive surface 30a and the individual conductors 33 on the outer surface 30b are connected via through holes 35 in the individual electrode FPC 30.
  • the number of connection conductors 32 and individual conductors 33 is the same (three) as the number of piezoelectric plates 5 (three in Figs. 4(a) and (b)), but the number can be other numbers as long as it is the same as the number of piezoelectric plates 5 to be adhesively fixed to the individual electrode FPC 30.
  • the arrangement locations 31 (Fig. 5(a)) may or may not be displayed on the individual electrode FPC 30.
  • the common electrode FPC 40 (FIGS. 6(a) and 6(b)) has three arrangement locations 41 and three connection conductors 42 formed on an adhesive surface 40a that is bonded and fixed to the piezoelectric plate 5, and a common electrode 43 is formed on a surface (outer surface) 40b opposite to the adhesive surface 40a.
  • the common electrode 43 is wide and provided over almost the entire width of the outer surface 40b.
  • At one longitudinal end of the common electrode 43 there is a common external connection terminal 44 that is narrower than the common electrode 43.
  • the common electrode 43 is connected to the connection conductor 42 via a through hole 45 of the common electrode FPC 40.
  • the connection conductor 42 may be referred to as the "adhesive surface wiring pattern" and the common electrode 43 as the "outer surface wiring pattern.”
  • piezoelectric plate Various types of piezoelectric plates 5 can be used in the module 1 of embodiment 2. As examples, those shown in Figures 4(a) and 4(b) and Figures 7(a) and 7(b) are the same as the piezoelectric plates 5 in Figures 2(a) and 2(b).
  • three piezoelectric plates 5 are adhesively fixed to the placement location 31 (Fig. 5(a)) of the adhesive surface 30a of the individual electrode FPC 30.
  • the negative electrode 14 (Fig. 2(a)) of the piezoelectric plate 5 is placed downward and adhesively fixed to the adhesive surface 30a of the individual electrode FPC 30, and the negative lead-out electrode 16 (Fig. 2(a)) drawn from the negative electrode 14 is adhesively fixed (soldered) to the connection conductor 32 of the individual electrode FPC 30 with solder 23.
  • This adhesive fixation can be performed with a conductive adhesive material instead of solder, or by other methods.
  • the negative lead-out electrode 16 and the connection conductor 32 are connected to the individual conductor 33 (Fig. 5(b)) on the outer surface 30b of the individual electrode FPC 30 via the through hole 35 (Fig. 7(a) and (b)) of the individual electrode FPC 30.
  • the adhesive surface 40a (Fig. 6(a)) of the common electrode FPC 40 is placed and adhesively fixed to the upper surfaces of the + electrodes 18 of the three piezoelectric plates 5 adhesively fixed to the individual electrode FPC 30 as shown in Fig. 8.
  • the + lead-out electrodes 20 drawn from the + electrodes 18 of the individual piezoelectric plates 5 are adhesively fixed to the connection conductors 42 (Fig. 6(a)) of the common electrode FPC 40 with solder or conductive adhesive as shown in Fig. 8.
  • the + lead-out electrodes 20 and the connection conductors 42 are connected to the common electrodes 43 (Fig. 6(b)) on the outer surface 40b of the common electrode FPC 40 via the through holes 45 (Figs. 6(a) and (b)) of the common electrode FPC 40.
  • the width of the individual electrode FPC 30 ( Figure 5(a)) and the display locations of the connecting conductors 32, and the width of the common electrode FPC 40 ( Figure 6(a)) and the display locations of the connecting conductors 42 are appropriately designed so that soldering is not hindered, so that the connecting conductors 32 of the individual electrode FPC 30 can be soldered to the negative lead electrode 16 of the piezoelectric plate 5, and the connecting conductors 42 of the common electrode FPC 40 can be soldered to the positive lead electrode 20 of the piezoelectric plate 5, with both sides of the piezoelectric plate 5 sandwiched as shown in Figure 8.
  • the sensor probe of the present invention is constructed by incorporating the above-mentioned module into an insertion portion P to be inserted into a liquid L in a container K, and attaching a connector N above the insertion portion P.
  • a double pipe 90 is used for the case of the insertion part P, with an inner pipe 91 and an outer pipe 92 facing each other across a space (arrangement space) 93, and a piezoelectric plate FPC module 1 is adhesively fixed to the outer surface of the inner pipe 91.
  • This piezoelectric plate FPC module 1 is a type with a separate transducer.
  • the module 1 to be installed in the double pipe 90 may be either the single-sided module described above or the double-sided module.
  • a double-sided module 1 is installed.
  • the double-sided module 1 is glued and fixed in the longitudinal direction (vertical direction) of the double-sided pipe 90, and the piezoelectric plates 5 of the double-sided module 1 are arranged vertically.
  • the upper ends of the individual electrode FPC 30 and the common electrode FPC 40 of the double-sided module 1 protrude above the double pipe 90.
  • the space between the inner pipe 91 and the outer pipe 92 is the arrangement space 93 in which the double-sided module 1 can be arranged, and the space S inside the inner pipe 91 becomes the entry space S into which the liquid L enters and rises when the double pipe 90 is inserted into the liquid L in the container K.
  • the bottom of the arrangement space 93 is closed with a bottom plate 94 to prevent liquid from entering the arrangement space 93 and to isolate and protect the double-sided module 1 arranged in the arrangement space 93 from the liquid.
  • a connector N is attached to the double pipe 90 as shown in FIG. 10.
  • the connector N is a connector, socket, adapter, etc. that can be connected to an external device, and has an electrode (not shown) inside.
  • the internal electrodes of the connector N are electrically connected to the individual external connection terminals 34 (FIG. 4(a)) of the individual electrode FPC 30 of the double-sided module 1 protruding above the double pipe 90, and the common external connection terminal 44 (FIG. 4(b)) of the common electrode FPC 40. Attaching the connector N and electrically connecting the internal electrodes of the connector N to the external connection terminals of the FPC 2 of the module 1 is the same in the following sensor probes.
  • the double pipe 90 may be any pipe capable of housing and adhering the module 1, and its shape, structure, material, molding method, etc. are not limited, but it may be made of chemically and heat-resistant resin, metal, glass, etc., according to the characteristics of the liquid to be inserted.
  • the size, shape, etc., such as thickness (inner diameter, outer diameter) and length of the inner pipe 91 and the outer pipe 92 can be appropriately designed so as to make it easy to insert into the liquid and to measure the liquid level. The same applies to the following embodiments.
  • the double pipe 90 is inserted into the liquid L in the container K as shown in Fig. 10.
  • the liquid L in the container K enters the entry space S of the inserted double pipe 90 and rises.
  • a connector N is fixed to the container K, and an external device Q required for liquid level detection, such as a control panel or computer, is electrically connected to the connector N.
  • the ultrasonic waves are transmitted through the peripheral wall (elastic plate) to which module 1 of the inner pipe 91 is adhesively fixed, propagate using the liquid L in the entry space S as a medium, and are received and reflected by the peripheral wall (elastic plate) on the opposite side of the inner pipe 91.
  • the reflected ultrasonic waves are received by the piezoelectric plate (receiver) of module 1 on the receiving side. The presence or absence of liquid is detected based on the time until the wave is received or the strength of the received wave.
  • the two or more piezoelectric plates 5 of the module 1, which is incorporated into the double pipe 90 that is inserted into the liquid, are arranged at intervals above and below in the insertion direction of the probe, as shown in Figure 12.
  • the drive voltage is applied by switching sequentially from the lower transmitter in the insertion direction to the higher transmitter, or conversely, by switching sequentially from the higher transmitter in the insertion direction to the lower transmitter, the detection voltage of each piezoelectric plate 5 can be confirmed, and the liquid level in the container can be detected from the position of the receiver that detects the strongest level.
  • the driving voltage applied to the piezoelectric plate 5 of the transmitting module 1 is the same as the driving voltage applied to a conventional piezoelectric plate. In this case, it is desirable that the voltage applied is always in the positive direction with respect to the polarization direction of the piezoelectric plate 5, that a reverse voltage is not applied, and that polarization is performed by periodically applying a positive electric field to activate the piezoelectric plate 5.
  • the method of applying this driving voltage and the above-mentioned method of use are also the same in driving the sensor probe described below.
  • the sensor probe of the present invention may be one in which the double-sided module 1 of the sensor probe of the first embodiment (FIG. 9) is replaced with a single-sided module.
  • the rest of the configuration, usage examples, and operation during use are the same as those of the first embodiment (FIG. 9).
  • the sensor probe of the present invention can incorporate a wave transmitting/receiving combined type (transmitter/receiver integrated type) module 1 in which the wave traveling side and the wave receiving side are integrated.
  • the operation is as follows.
  • ultrasonic waves intermittent waves: burst waves
  • burst waves burst waves
  • the ultrasonic waves are transmitted through the peripheral wall (elastic plate) of the inner pipe 91, propagate using the liquid L in the entry space S as a medium, and are received and reflected by the peripheral wall (elastic plate) on the opposite side of the inner pipe 91.
  • the reflected ultrasonic waves are received by the wave receiver of the wave transmitting and receiving module 1, and the presence or absence of liquid is detected based on the time until reception or the strength of the received waves.
  • the module 1 incorporated in the double pipe 90 has two or more piezoelectric plates 5 arranged at intervals above and below in the insertion direction as shown in Figure 12, so the drive voltage is applied by switching from the lower transmitter in the insertion direction to the higher transmitter in sequence, or conversely, the drive voltage is applied by switching from the higher transmitter in the insertion direction to the lower transmitter in sequence, and the detection voltage of each piezoelectric plate 5 can be confirmed, and the liquid level in the container can be detected from the position of the receiver where the strongest level is detected.
  • the above-described embodiments are merely examples.
  • the design of these embodiments can be modified to the extent that the problem can be solved.
  • the case of the sensor probe in the above-described embodiments may be a double square pipe, or a double pipe of any other shape or structure.
  • Piezoelectric plate FPC module module/single-sided module/double-sided module
  • FPC 3 Adhesive surface (of FPC) 4 Placement location 5 Piezoelectric plate (of FPC) 5a Negative electrode blank area (of piezoelectric plate) 5b Positive electrode blank area (of piezoelectric plate) 6 Individual conductor 7 Connection conductor 8 Outer surface (of FPC) 9 Common electrode (of FPC) 10 Through hole (of FPC) 11 Individual external connection terminal (of FPC) 12 Common external connection terminal (of FPC) 13 Negative electrode surface (of piezoelectric plate) 14 Negative electrode (of piezoelectric plate) 15 One side surface (of piezoelectric plate) 16 Negative lead electrode (of piezoelectric plate) 17 Positive electrode surface (of piezoelectric plate) 18 Positive electrode (of piezoelectric plate) 19 Other side surface (of piezoelectric plate) 20 Positive lead electrode (of piezoelectric plate) 21 Solder (or conductive adhesive) 22 Solder (or conductive adhesive) 23 Solder (of pie
  • Piezoelectric plate for receiving waves C Pipe (Double Pipe) D Inner pipe E Outer pipe F Space (arrangement space) G Lead wire J Space (entry space) K Container L Liquid N Connector P Insert (probe) Q External equipment R Bottom plate S Space (entry space) Z: Piezoelectric plate for both transmission and reception (transmitter/receiver)

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Abstract

構成簡潔、小型で取り扱い容易、リード線の配線不要でプロ－ブに組立て易い圧電板ＦＰＣモジュールを使用した超音波液位センサプローブを提供する。圧電板ＦＰＣモジュールは、二以上の圧電板の片面にＦＰＣを接着した片面配置、二以上の圧電板を個別電極ＦＰＣと共通電極用ＦＰＣの二枚で挟んだ両面配置がある。超音波液位センサプローブは、前記圧電板ＦＰＣモジュールを、超音波液位センサプローブの差込み部の二重パイプ内に収容したものである。

Description

超音波液位センサプローブ
　本発明は液体のレベル（液位）検出に使用される超音波液位センサプローブに関する。
　液体内に差し込んで液位を検知する超音波液位センサプローブには各種ある（例えば、特許文献１～５）。いずれの超音波液位センサプローブも、液体内に差し込む差込み部のパイプ（通常は二重パイプ）内に、超音波送受波システムが組み込まれている。
　超音波送受波システムは圧電板（超音波発振器）を備えている。圧電板は超音波の送波ができる送波用としても、超音波の受波ができる受波用としても使用可能である。一つで送波用としても、受波用としても使用できる送受波兼用のものもある。いずれの圧電板も、矩形板あるいは円板などの板状であり、厚さ方向の対向面の略全面にわたり電極が形成され、厚さ方向に分極されている。
　超音波送受波システムは、送波用の圧電板の対向電極間に交流電圧（駆動電圧）を印加して超音波を発生させ、その超音波を当該圧電板が接着固定されている弾性体板の表面から送波し、液体中を伝搬した超音波を、受波用の圧電板が接着固定されている弾性体板の表面で受け、その圧電板から電気信号として出力できるようにしてある。
　超音波送受波システムには各種形態のもの、例えば、図１１（ａ）（ｂ）のものがある。図１１（ａ）の超音波送受波システムは送波用の圧電板（送波器）Ａと受波用の圧電板（受波器）Ｂを、超音波液位センサプローブの差込み部のパイプ（内パイプＤと外パイプＥとの二重パイプ）Ｃの、内パイプＤの外周面に接着して対向配置させた対向配置型である。
　図１１（ａ）の送波器Ａと受波器Ｂは、図１２のように、内パイプＤの上下方向に間隔をあけて二以上接着されている。送波器Ａと受波器Ｂには内パイプＤと外パイプＥの間の空間（配置スペース）Ｆ内に配線したリード線Ｇ（図１１（ａ））が接続されている。配置スペースＦの底面は液体が浸入しないように底板Ｒ（図１２）で閉塞されて、配置スペースＦ内の送波器Ａ、受波器Ｂを液体から隔離して保護してある。リード線Ｇを配線すること、配置スペースＦの底面を閉塞して圧電板の電極を液体Ｌから隔離して保護することは、次に説明する図１１（ｂ）の超音波送受波システムにおいても同じである。
　図１１（ｂ）の超音波送受波システムは、送受波兼用の圧電板（送受波器）Ｚを二重パイプＣの内パイプＤの外周面に接着固定した反射型であり、送受波器Ｚから放射された超音波は内パイプＤ内の空間（進入スペース）Ｊ内に進入して上昇した液体Ｌを伝搬し、内パイプＤの対向内壁（反射体）で反射し、反射した超音波（反射超音波）は送受波器Ｚで受波される。送受波器Ｚは内パイプＤの上下方向に間隔をあけて二以上接着されている。
　図１１（ｃ）の超音波送受波システムは、送波器Ａと受波器Ｂが別体であり、両者を横に並べて、内パイプＤの外周面に接着固定した反射型である。送波器Ａと受波器Ｂが別体に配置されていることにおいて別体配置型でもある。この場合、送波器Ａから放射された超音波は内パイプＤの対向内壁で反射し、反射した超音波（反射超音波）は受波器Ｂで受波される。送波器Ａ及び受波器Ｂも図１２のように、内パイプＤの上下方向に間隔をあけて二以上接着固定されている。
　超音波液位センサプローブは、図１２のように、差込み部（プローブ）Ｐを容器Ｋ内の液体Ｌ内に差し込むと、内パイプＤの進入スペースＪ内に容器Ｋ内の液体Ｌが進入する。この状態で、二重パイプＣ内に組み込まれている送波器Ａに駆動電圧を印加して超音波を放射させると、その超音波は進入スペースＪ内の液体Ｌを伝搬して受波器Ｂに受波される。受波されるまでの時間（伝搬時間）又は受波される超音波の強度（伝搬強度）は、進入スペースＪ内の液体Ｌの有無によっても水面の高さによっても異なる。また、進入スペースＪ内の液体Ｌを伝搬した超音波は内パイプＤの内壁で反射されて受波器Ｂに受波されるまでの時間（反射時間）、又は液体Ｌを伝搬した超音波が内パイプＤの内壁で繰り返し反射された反射波の強度（反射強度）も進入スペースＪ内の液体Ｌの有無により異なる。これら伝搬時間の遅速、伝搬強度の強弱、或いは反射時間の遅速、反射強度の強弱等を検知することにより進入スペースＪ内の液体Ｌの有無を検知することができる。また、上下方向に間隔をあけて二以上接着されている送波器Ａのうち、どの送波器Ａに電圧を印加したときに伝搬時間が速いか遅いか、或いは、伝搬強度が強いか弱いかを検知することにより、進入スペースＪ内の液体Ｌの液面位置（液位）を検知することができる。さらに、液体Ｌ中を伝搬した超音波は、内パイプＤの内壁で繰り返し反射するので、反射波の受波信号の減衰状態から進入スペースＪ内の液体Ｌの有無を検出することもできる。
　二重パイプＣの場合は、内パイプＤと外パイプＥの間の配置スペースＦ（図１１（ａ）（ｂ））が狭いため、送波器Ａ、受波器Ｂを配置しにくい。また、リード線Ｇを配線しにくい、リード線Ｇを引き回しにくい、といった組立て面での面倒、困難がある。内パイプＤ、外パイプＥが円形パイプの場合は、壁面が曲面であるため特に面倒であり、困難である。また、内パイプＤが円形パイプの場合は、送波器Ａ、受波器Ｂの接着位置、接着する向き等にバラツキが出やすいため、超音波液位センサプローブの送受波感度にバラツキが出やすくなり、液位検出精度が悪くなる。
　特許文献５の超音波液位センサプローブは、送波器と受波器をｐｃｂ（印刷回路基板；弾性体板）に取り付けてあるため、内パイプと外パイプの間のスペース（図１１（ａ）（ｂ）のＦに相当）にリード線Ｇを配線するためのスペースが不要である。また、リード線Ｇを配線したり、引き回したりする必要もない。しかし、特許文献５のｐｃｂは頑丈（リジッド）な板状であるため、これを、所定の形状、サイズに成形されており、形状や広さが限られている二重管のスペースに配置するためには前記二重管内に収容配置する場合と同様の面倒や難点がある。また、形状やサイズをスペースの形状や広さに合わせなければならないという制約もある。更には、ｐｃｂが肉厚であるため、超音波液位センサプローブの薄型化、小型化も難しい。
特開２０１４－２２４８１８号公報 特開昭５６－１３０６１６号公報 特開昭５７－０１３３２０号公報 特開平７－１８１０７２号公報 特表平７－５０２３３９号公報
　本発明の解決課題は、複数個の圧電板を一括して、超音波液位センサプローブの差込み部のパイプ内の接着箇所に所定の向きに揃えて接着固定することができ、リード線の配線が不要であり、リード線を引き回す必要もない圧電板ＦＰＣモジュールを使用した超音波液位センサプローブを提供することにある。
　（用語の説明）
　本発明の説明に先立って、本発明の説明で使用する各種用語のうち、圧電板、圧電板の＋電極面、圧電板の－電極面、圧電板の＋電極、圧電板の－電極、圧電板の＋引出し電極、圧電板の－引出し電極、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、ＦＰＣの接着面、ＦＰＣの外面について説明する。これら用語は、発明の詳細な説明、請求の範囲においても同じである。
　［圧電板］
　圧電板は、角板、円板といった各種形状の板状であり、肉厚方向対向面の一方が＋電極面、他方が－電極面である。汎用のものと同様である。
　［＋電極面、－電極面］
　圧電板の＋電極面、－電極面は、圧電板を分極する際に印加した電圧の極性で示したもので、＋電極面は＋電圧を印加した電極面、－電極面は－電圧を印加した電極面である。汎用のものと同様である。
　［＋電極、－電極］
　圧電板の＋電極は、＋電極面に設けた電極、圧電板の－電極は－電極面に設けた電極である。汎用のものと同様である。
　［＋引出し電極、－引出し電極］
　圧電板の＋引出し電極は圧電板の＋電極から圧電板の対向する側面の一方に引出した電極、－引出し電極は圧電板の－電極から前記側面と反対側の側面に引出した電極である。圧電板の対向電極（＋電極、－電極、＋引出し電極、－引出し電極）は、一般的に、銀ペーストの焼き付けにより形成されている。
　［ＦＰＣ、接着面、外面］
　ＦＰＣはフレキシブルなフィルム状であり、片面が圧電板を接着する接着面、その反対側の面が外面である。汎用のものと同様、接着面、外面の夫々には、本発明で必要な配線パターンが形成されている。
　［圧電板ＦＰＣモジュール］
　本発明の超音波液位センサプローブの差込み部のパイプ内に組み込まれる圧電板ＦＰＣモジュールは、配線パターンが形成されているＦＰＣの接着面に、複数個の圧電板を、間隔をあけて接着固定し、圧電板の電極とＦＰＣの配線パターンを電気的に導通可能に接続して、複数個の圧電板とＦＰＣを一つにまとめた（モジュール化した）デバイスである。
　複数の圧電板は分極面（＋電極面又は－電極面）を同じ向き（上向き又は下向き）に揃えて、また、間隔をあけて並べて、ＦＰＣと接着固定してある。この圧電板ＦＰＣモジュールはセンサプローブのパイプ内に組み込まれて、センサプローブの超音波送受波システムとして使用される。
　説明を簡便化するため、以下の説明では「超音波液位センサプローブ」を単に「センサプローブ」と、「圧電板ＦＰＣモジュール」を単に「モジュール」と記載することもある（発明の詳細な説明、請求の範囲において同じ）。本発明で使用されるモジュールは、圧電板とＦＰＣの接着形態により、片面配置モジュールと両面配置モジュールがある。
　［片面配置モジュール］
　片面配置モジュールは、分極面を揃えて、且つ、間隔をあけ配置した二以上の圧電板の片面にだけＦＰＣを接着固定したものである。ＦＰＣと接着固定された二以上の圧電板の夫々の＋電極面とー電極面はＦＰＣの配線パターンに導通可能に接続されている。圧電板の＋電極面から引出してある＋引出し電極と、－電極面から引出してある－引出し電極面を配線パターンに接続することもできる。
　二以上の圧電板の分極の向きを揃えること、二以上の圧電板の間隔をあけること、圧電板の＋電極面と－電極面、又は＋引出し電極と－引出し電極面をＦＰＣの配線パターンと導通可能に接続することは、以下のモジュールにおいても同じである。
　［両面配置モジュール］
　両面配置モジュールは、分極面を揃えて、且つ、間隔をあけて配置された二以上の圧電板の＋電極面と－電極面の両面にＦＰＣが接着固定されたものである。ＦＰＣと、それに接着固定された圧電板の＋電極面と－電極面はＦＰＣの配線パターンと導通可能に接続されている。この場合も、＋引出し電極又は－引出し電極をＦＰＣの配線パターンと導通可能に接続することもできる。圧電板の＋電極面、－電極、＋引出し電極、－引出し電極とＦＰＣの配線パターンとの電気的接続方法としては、一般的に半田付けや導電接着材による方法がある。以下では、これら方法での接続を「電気的接続」という。
　（超音波液位センサプローブ）
　本発明の超音波液位センサプローブは、容器内の液体に差し込む差込み部と、容器に取り付け可能な接続具を備えたものである。差込み部は外パイプと内パイプを備えた二重パイプの内パイプの外周面（超音波送受波面）に、送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュール（前記モジュール）を接着固定してある。
　二重パイプの内パイプと外パイプの間の空間（配置スペース）の底は底板で閉塞して、配置スペース内に液体が浸入しないようにし、配置スペース内に装備された送波側と受波側のモジュールを液体から隔離してある。内パイプの内側の空間（進入空間）は、差込み部を液体内に差し込むと液体が進入して上昇できるように底面が開放されている。送波側と受波側のモジュールは片面配置又は両面配置のいずれでもよい。
　本発明のセンサプローブでは、送波側のモジュールから送波された超音波が、当該モジュールが取り付けられた内パイプの周壁（弾性体板）を介して送波され、進入空間内の液体を伝搬して内パイプの対向側の周壁（弾性体板）で反射され、反射した超音波（反射超音波）は受波側のモジュールで受波される。受波された反射超音波の到達時間或いは強度から進入空間内の液体の有無又は液位を検知することができる。
　前記モジュールは、送波器と受波器が別々である送受波器別体型であるが、二重パイプに組み込むモジュールは送波器と受波器が兼用（送受波兼用型：送受波器一体型）のものでもよい。後者の場合は、送受波兼用型のモジュールから送波された超音波が内管の周壁を介して送波され、進入空間内の液体を伝搬して内管の対向側の周壁で反射され、反射超音波が送受波兼用型のモジュールで受波される。その反射超音波の到達時間或いは強度から、進入空間内の液体の有無又は液位を検知することができる。この場合のモジュールも片面配置又は両面配置のいずれでもよい。
　本発明のセンサプローブは次のような効果がある。
　（１）ＦＰＣに接着固定されている二以上の圧電板を一括して、二重パイプの内パイプの外周面に接着固定してあるため、二以上の圧電板を個別に取り付ける必要が無く、取り付け作業が容易になる。また、二以上の圧電板を、取り付け位置や取り付ける向きにバラつきが無くなるため、検出精度の高い液位検知ができる。
　（２）二重パイプの狭い配置スペース内に、リード線（樹脂被覆線）を配線したり、配置スペース内でリード線を引き回したりする必要がないため、モジュールの取り付けが容易になる。
　（３）二重パイプ内にリード線配線スペースを確保する必要がないため、二重パイプを小型化、薄型化できる。
本発明で使用される片面配置モジュールの一例であり、（ａ）は圧電板をＦＰＣの接着面に接着固定した状態の斜視図、（ｂ）はＦＰＣの接着面（個別電極面）側の斜視図、（ｃ）はＦＰＣの外面（共通電極面）側の斜視図。 本発明で使用される圧電板の一例であり、（ａ）は－電極面側の斜視図、（ｂ）は＋電極面側の斜視図。 本発明で使用されるモジュールの接着面側の電気的接続状態の一例であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。 本発明で使用される両面配置モジュールの一例であり、（ａ）は接着面（個別電極面）側の斜視図、（ｂ）は外面（共通電極面）側の斜視図。 両面配置モジュールに使用される個別電極用ＦＰＣの一例であり、（ａ）は接着面側の斜視図、（ｂ）は外面側の斜視図。 両面配置モジュールに使用される共通電極用ＦＰＣの一例であり、（ａ）は接着面側の斜視図、（ｂ）は外面側の斜視図。 （ａ）は個別電極用ＦＰＣ（図５（ａ））の接着面に圧電板を接着固定した状態の説明図、（ｂ）は（ａ）の圧電板の電気的接続状態の説明図。 両面配置モジュールの電気的接続状態の斜視図。 （ａ）は本発明のセンサプローブの一例であり、送受波兼用のモジュールを二重パイプ内に配置した場合の説明図、（ｂ）は（ａ）の平面図。 本発明のセンサプローブを容器内の液体に差し込んで容器にセットした状態の説明図。 （ａ）～（ｃ）は従来の異なる超音波液位センサプローブの横断面図。 従来の超音波液位センサプローブの使用説明図。
　本発明のセンサプローブの実施形態に先立って、センサプローブのプローブ（差込み部）内に組み込む圧電板ＦＰＣモジュールについて図面を参照して説明する。
　（モジュールの実施形態１：片面配置モジュール）
　図１～図３は片面配置モジュールの一例である。このモジュール１はＦＰＣ２の接着面３の配置箇所４（図１（ｂ））に、三個の圧電板５を図１（ａ）のように配置して、接着材で接着固定してある。
　接着は、接着時に接着材をＦＰＣ２の配置箇所４又は圧電板５の接着面（例えば、－電極面）に塗布して行うこともできるが、予め、それら箇所に接着材を塗布しておくと容易且つ迅速に行うことができる。ＦＰＣ２の接着面３に配置箇所４の大きさ、向き等を、予め表示しておくと圧電板５を接着し易くなり、接着位置（取付け位置）にばらつきが出にくくなるが、必ずしも表示しておく必要はない。
　［ＦＰＣ］
　図１（ａ）のＦＰＣ２は、図１（ｂ）のように、一枚のＦＰＣ２の接着面３に複数本の個別導体６と複数本の接続導体７があり、図１（ｃ）のように、接着面３と反対側の面（外面）８のほぼ全面に、幅の広い共通電極９がある。個別導体６、接続導体７、共通電極９は銅箔（パッド）である。接続導体７はスルーホール１０の銅箔（ランド）を介して共通電極９と導通可能に接続されている。以下の説明では、個別導体６及び接続導体７を「接着面配線パターン」、共通電極９を「外面配線パターン」ということもある。
　配置箇所４の数、個別導体６と接続導体７の本数は、ＦＰＣ２に接着固定する圧電板５の数に合わせて設定することができる。夫々の個別導体６の長手方向一端には、個々の個別導体６よりも幅の広い個別外部接続端子１１がある。個別導体６と接続導体７は配置箇所４の外側（ＦＰＣ２の横幅方向両外側）にある。共通電極９の長手方向一端には共通電極９よりも幅の狭い共通外部接続端子１２がある。
　［圧電板］
　図１（ａ）の圧電板５は角板状であるが、圧電板５は他の形態、例えば、円盤型、その他でもよい。圧電板５は図２（ａ）のように、厚さ方向一方の面が－電極面１３であり、その面に－電極１４があり、－電極１４から圧電板５の一方の側面１５に－引出し電極１６が引き出されている。また、図２（ｂ）のように、前記－電極面１３と反対側の面が＋電極面１７であり、その面に＋電極１８があり、＋電極１８から圧電板５の他方の側面１９に＋引出し電極２０が引き出されている。圧電板５の－電極面１３、＋電極面１７は共に平面状（平坦）であり、－電極１４、－引出し電極１６、＋電極１８、＋引出し電極２０は薄く、均一厚の平面状である。図２（ａ）の５ａは－電極１４がない箇所（－電極空白部）、図２（ｂ）の５ｂは＋電極１７がない箇所（＋電極空白部）である。
　［ＦＰＣと圧電板の接着］
　図１（ａ）の三個の圧電板５は、細長のＦＰＣ２の長手方向（軸方向）に間隔をあけて配置し、分極の向きを揃えて接着固定されている。ここで、分極の向きを揃えて接着固定するとは、ＦＰＣ２に接着固定する二以上の全ての圧電板５の－電極面１３又は＋電極面１７をＦＰＣ２の配置箇所４に接合させて接着固定することをいう。図１（ａ）の圧電板５は図２（ａ）の－電極面１３を下、図２（ｂ）の＋電極面１７を上にして、図３（ａ）（ｂ）のようにＦＰＣ２の配置箇所４（図１（ｂ））に接合させて接着固定してある。
　図３（ａ）のように、ＦＰＣ２に接着固定した個々の圧電板５は、－引出し電極１６をＦＰＣ２の接続導体７と半田２１で接着固定（半田付け）することにより、ＦＰＣ２のスルーホール１０を介してＦＰＣ２の外面８の共通電極９（図３（ｂ））と導通可能に接続してある。また、図３（ｂ）のように、圧電板５の＋引出し電極２０は、ＦＰＣ２の個別導体６と半田２２で接着固定（半田付け）してある。
　接続導体７は、図３（ａ）（ｂ）のように、圧電板５の－引出し電極１６と導通可能に接着固定（半田付け）して、－引出し電極１６をスルーホール１０と導通可能に接続するためのものであるため、－引出し電極１６をスルーホール１０に直に半田付けすることができれば、不要な場合もある。
　片面配置モジュールでは、圧電板５の－電極１４又は－引出し電極１６（図２（ａ））と、＋電極面１７又は＋電極１８（図２（ｂ））のいずれを、ＦＰＣ２の共通電極９（図１（ｃ））と電気的に接続してもよいが、－電極１４又は－引出し電極１６を共通電極９と電気的に接続すると、ＦＰＣ２の共通電極９が形成されている外面８を超音波放射面として使用することができ、モジュール１の取り扱いが容易になる。この接続は以下のモジュールにおいても同じである。
　［接合面の薄型化］
　ＦＰＣ２に接着固定する圧電板５の－電極面１３、－電極１４（図２（ａ））、＋電極面１７、＋電極１８（図２（ｂ））を平面にすることにより、ＦＰＣ２と圧電板５の接合面を薄型化できる。
　ＦＰＣ２の個別導体６も接続導体７も、ＦＰＣ２の配置箇所４には形成せず、図１（ａ）のように配置箇所４の外側（ＦＰＣ２の横幅方向両端側）に形成することにより、ＦＰＣ２の配置箇所４と圧電板５との接着材層が薄く、平坦で均一厚になり、凹凸もなくなる。また、ＦＰＣ２の配置箇所４と圧電板５との間に隙間もできず、気泡もできにくくなり、モジュール１を薄型化することができ、ＦＰＣ２に対する圧電板５の接着位置、接着向きのばらつきを少なくすることができる。このため、二重パイプへ組み込んだモジュールの接着位置、接着向きのばらつきが少なくなり、結果として液位検出精度の向上が達成できる。
　図２（ａ）（ｂ）のように－引出し電極１６、＋引出し電極２０を、圧電板５の対向する側面に引き出し、図１（ａ）（ｂ）のように個別導体６、接続導体７を－引出し電極１６、＋引出し電極２０の外側直近に配置することにより、－引出し電極１６と接続導体７との半田付け、＋引出し電極２０と個別導体６との半田付けが容易になり、半田を少なくすることができ、モジュール１を小型化、薄型化することもできる。
　（モジュールの実施形態２：両面配置モジュール）
　図４（ａ）（ｂ）のモジュール１は両面配置モジュールの一例である。三個の圧電板５の－電極面１３と＋電極面１７の夫々の面に、ＦＰＣ２を接着固定して、圧電板５をその厚さ方向両面から挟んだものである。
　図４（ａ）（ｂ）では、一方のＦＰＣに個別電極用ＦＰＣ３０（図５（ａ）（ｂ））を使用し、他方のＦＰＣに共通電極用ＦＰＣ４０（図６（ａ）（ｂ））を使用し、三個の圧電板５を両ＦＰＣ３０、４０の長手方向に間隔をあけて、また、分極の向きを揃えて、接着固定してある。
　［個別電極用ＦＰＣ］
　個別電極用ＦＰＣ３０は、図５（ａ）（ｂ）のように、圧電板５と接着固定する接着面３０ａに三個の配置箇所３１と、三本の接続導体３２が形成されており、接着面３０ａと反対側の面（外面）３０ｂに三本の個別導体３３が形成されている。夫々の個別導体３３の長手方向一端に個別外部接続端子３４が形成されている。個別外部接続端子３４は個別導体３３よりも幅を広くして、半田付けし易くしてある。
　接続導体３２、個別導体３３、個別外部接続端子３４は銅箔（パッド）であり、薄く、均一厚の平面状である。接着面３０ａの接続導体３２と、外面３０ｂの個別導体３３は、個別電極用ＦＰＣ３０のスルーホール３５を介して接続されている。接続導体３２、個別導体３３の本数は、圧電板５の数（図４（ａ）（ｂ）では三個）と同じ数（三本）にしてあるが、それら本数は、個別電極用ＦＰＣ３０と接着固定される圧電板５の数と同じであれば他の数とすることができる。配置箇所３１（図５（ａ））は個別電極用ＦＰＣ３０に表示されていても、表示されていなくてもよい。これら構成は、以下においても同じである。以下の説明では、接続導体３２を「接着面配線パターン」、個別導体３３を「外面配線パターン」ということもある。
　［共通電極用ＦＰＣ］
　共通電極用ＦＰＣ４０（図６（ａ）（ｂ））は、圧電板５と接着固定する接着面４０ａに三個の配置箇所４１と三本の接続導体４２が形成されており、接着面４０ａと反対側の面（外面）４０ｂに共通電極４３が形成されている。共通電極４３はその外面４０ｂの幅方向略全面に設けられた幅広である。共通電極４３の長手方向一端には共通電極４３よりも幅の狭い共通外部接続端子４４がある。共通電極４３は共通電極用ＦＰＣ４０のスルーホール４５を介して接続導体４２と接続されている。以下の説明では、接続導体４２を「接着面配線パターン」、共通電極４３を「外面配線パターン」ということもある。
　［圧電板］
　実施形態２のモジュール１にも各種形態の圧電板５を使用することができる。一例として図４（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）に示すものは、図２（ａ）（ｂ）の圧電板５と同じものである。
　［ＦＰＣと圧電板の接着固定］
　圧電板５と個別電極用ＦＰＣ３０、共通電極用ＦＰＣ４０の取付け方法は各種あるが、一例としては次のようにして取り付けることができる。
　図７（ａ）（ｂ）のように、個別電極用ＦＰＣ３０の接着面３０ａの配置箇所３１（図５（ａ））に、三個の圧電板５を接着固定する。この場合、図８のように圧電板５の－電極１４（図２（ａ））を下にして個別電極用ＦＰＣ３０の接着面３０ａと接着固定し、－電極１４から引き出された－引出し電極１６（図２（ａ））を、個別電極用ＦＰＣ３０の接続導体３２に半田２３で接着固定（半田付け）してある。この接着固定は、半田ではなく、導電接着材で行うことも、その他の手法で行うこともできる。これら接着固定により、－引出し電極１６及び接続導体３２と、個別電極用ＦＰＣ３０の外面３０ｂの個別導体３３（図５（ｂ））とを、個別電極用ＦＰＣ３０のスルーホール３５（図７（ａ）（ｂ））を介して接続してある。
　更に、図７（ａ）（ｂ）のように、個別電極用ＦＰＣ３０と接着固定した三個の圧電板５の＋電極１８の上面に、共通電極用ＦＰＣ４０の接着面４０ａ（図６（ａ））を、図８のように被せて接着固定する。また、図２（ｂ）のように個々の圧電板５の＋電極１８から引き出されている＋引出し電極２０を、図８のように、共通電極用ＦＰＣ４０の接続導体４２（図６（ａ））に半田や導電接着材等で接着固定する。これら接着固定により、＋引出し電極２０及び接続導体４２と、共通電極用ＦＰＣ４０の外面４０ｂの共通電極４３（図６（ｂ））とを、共通電極用ＦＰＣ４０のスルーホール４５（図６（ａ）（ｂ））を介して接続してある。
　［ＦＰＣの幅］
　個別電極用ＦＰＣ３０（図５（ａ））の横幅と接続導体３２の表示箇所、共通電極用ＦＰＣ４０（図６（ａ））の横幅と接続導体４２の表示箇所は、圧電板５の両面を図８のように挟んだ状態で、個別電極用ＦＰＣ３０の接続導体３２と圧電板５の－引出し電極１６を半田付けすることができ、共通電極用ＦＰＣ４０の接続導体４２と圧電板５の＋引出し電極２０とを半田付けすることができるようにするため、半田付けが阻害されないように適切に設計してある。
　（超音波液位センサプローブの実施形態１）
　本発明のセンサプローブは、図１０のように、容器Ｋ内の液体Ｌに差し込む差込み部Ｐに、前記モジュールを組み込み、その差込み部Ｐの上方に接続具Ｎを取り付けたものである。
　本発明の超音波液位センサプローブの実施形態の一例を、図９を参照して説明する。図９では差込み部Ｐのケースに、内パイプ９１と外パイプ９２が空間（配置スペース）９３を隔てて対向している二重パイプ９０を使用し、内パイプ９１の外周面に圧電板ＦＰＣモジュール１を接着固定してある。この圧電板ＦＰＣモジュール１は送受波器別体型である。
　二重パイプ９０に組み込むモジュール１は前記した片面配置モジュールでも、両面配置モジュールでもよい。図９では両面配置モジュール１を組み込んである。
　図９では両面配置モジュール１を、二重パイプ９０の長手方向（上下方向）に接着固定して、両面配置モジュール１の圧電板５が縦方向に配列されている。両面配置モジュール１は個別電極用ＦＰＣ３０と共通電極用ＦＰＣ４０の上端部を二重パイプ９０の上に突出させてある。
　図９では、内パイプ９１と外パイプ９２の間の空間が両面配置モジュール１を配置できる配置スペース９３であり、内パイプ９１の内側の空間Ｓが二重パイプ９０を容器Ｋ内の液体Ｌ内に差し込むと、液体Ｌが進入して上昇する進入空間Ｓとなる。配置スペース９３の底面は底板９４で閉塞して、配置スペース９３内への液体の浸入を防止し、配置スペース９３内に配置されている両面配置モジュール１を液体から隔離し、保護してある。
　前記二重パイプ９０には、図１０のように接続具Ｎを取り付ける。接続具Ｎは外部機器と接続できるコネクタ、ソケット、アダプタ等であり、内部に電極（図示せず）を備えている。接続具Ｎの内部電極を、二重パイプ９０の上に突出させてある両面配置モジュール１の個別電極用ＦＰＣ３０の個別外部接続端子３４（図４（ａ））と共通電極用ＦＰＣ４０の共通外部接続端子４４（図４（ｂ））とに電気的に接続してある。接続具Ｎを取り付けること、接続具Ｎの内部電極をモジュール１のＦＰＣ２の外部接続端子と電気的に接続することは、以下のセンサプローブにおいても同じである。
　［二重パイプ］
　二重パイプ９０はモジュール１を収容配置して接着固定できるものであれば良く、その形状、構造、材質、成形手法等は限定されないが、差し込む液体の特性に合わせて、耐薬品性、耐熱性のある樹脂製、金属製、ガラス製等とすることができる。内パイプ９１、外パイプ９２の太さ（内径、外径）、長さ等のサイズ、形状等は、液体に差し込み易く、液位を測定し易いように適宜設計することができる。以下の実施形態においても同じである。
　［使用方法］
　図９のセンサプローブを使用するには、図１０のように、二重パイプ９０を容器Ｋ内の液体Ｌ内に差し込む。差し込まれた二重パイプ９０の進入空間Ｓに容器Ｋ内の液体Ｌが進入して上昇する。図１０のように、接続具Ｎを容器Ｋに固定し、その接続具Ｎに液位検知に必要な外部機器Ｑ、例えば、制御盤やコンピューター等を電気的に接続する。
　走波側のモジュール１の圧電板（送波器）に駆動電圧を印加して、その送波器から超音波（間欠波：バースト波）を放射させると、超音波が内パイプ９１のモジュール１が接着固定されている周壁（弾性体板）を介して送波され、進入空間Ｓ内の液体Ｌを媒体として伝搬して内パイプ９１の対向側の周壁（弾性体板）で受波されて反射される。反射超音波は受波側のモジュール１の圧電板（受波器）で受波される。受波までの時間、或いは受波の強度に基づいて液体の有無が検知される。液体に差し込まれる二重パイプ９０に組み込まれたモジュール１の二以上の圧電板５は、図１２のように、プローブの差込み方向上下に間隔をあけて配置されているので、差込み方向下位の送波器から上位の送波器に順次切り替えて駆動電圧を印加するか、これとは逆に、差込み方向上位の送波器から下位の送波器に順次切り替えて駆動電圧を印加するかして、各圧電板５の検知電圧を確認し、最強レベルが検知された受波器の位置から容器内の液位を検知することができる。
　［駆動電圧］
　送波側のモジュール１の圧電板５に印加する駆動電圧は、従来の圧電板に印加する駆動電圧と同様の電圧とする。この場合、加える電圧を圧電板５の分極方向に対して常に正方向のみとして、逆電圧を印加しないこと、定期的に正電界を加えて圧電板５を活性化することによって分極が行われるようにすることが望ましい。この駆動電圧の印加方法、前記使用方法は、以下のセンサプローブの駆動においても同様である。
　（超音波液位センサプローブの実施形態２）
　本発明のセンサプローブは、実施形態１（図９）のセンサプローブの両面配置モジュール１を、片面配置モジュールに代えたものであってもよい。その他の構成、使用例、使用時の動作は実施形態１（図９）の場合と同様である。
　（超音波液位センサプローブの実施形態３）
　本発明のセンサプローブは、走波側と受波側が一体化された送受波兼用型（送受波器一体型）のモジュール１を組み込むこともできる。この場合の動作は次のようになる。
　送受波兼用型のモジュール１に駆動電圧を印加して、そのモジュール１の送波器から超音波（間欠波：バースト波）を放射させると、超音波は内パイプ９１の周壁（弾性体板）を介して送波され、進入空間Ｓ内の液体Ｌを媒体として伝搬して内パイプ９１の対向側の周壁（弾性体板）で受波されて反射される。反射超音波は送受波兼用型のモジュール１の受波器で受波されて、受波までの時間、或いは受振波の強度に基づいて液体の有無が検知される。この場合も、二重パイプ９０に組み込まれたモジュール１は、二以上の圧電板５が、図１２のように、差込み方向上下に間隔をあけて配置されているので、差込み方向下位の送波器から上位の送波器に順次切り替えて駆動電圧を印加するか、これとは逆に、差込み方向上位の送波器から下位の送波器に順次切り替えて駆動電圧を印加するかして、各圧電板５の検知電圧を確認し、最強レベルが検知された受波器の位置から容器内の液位を検知することができる。
　前記した実施形態はあくまでも一例である。これら実施形態は課題を解決可能な範囲で設計変更可能である。例えば、前記実施形態のセンサプローブのケースは二重角パイプ、それ以外の任意形状、構造の二重パイプ等であってもよい。
　１　　　圧電板ＦＰＣモジュール（モジュール／片面配置モジュール／両面配置モジュール）
　２　　　ＦＰＣ
　３　　　（ＦＰＣの）接着面
　４　　　配置箇所
　５　　　（ＦＰＣの）圧電板
　５ａ　　（圧電板の）－電極空白部
　５ｂ　　（圧電板の）＋電極空白部
　６　　　個別導体
　７　　　接続導体
　８　　　（ＦＰＣの）外面
　９　　　（ＦＰＣの）共通電極
　１０　　（ＦＰＣの）スルーホール
　１１　　（ＦＰＣの）個別外部接続端子
　１２　　（ＦＰＣの）共通外部接続端子
　１３　　（圧電板の）－電極面
　１４　　（圧電板の）－電極
　１５　　（圧電板の）一方の側面
　１６　　（圧電板の）－引出し電極
　１７　　（圧電板の）＋電極面
　１８　　（圧電板の）＋電極
　１９　　（圧電板の）他方の側面
　２０　　（圧電板の）＋引出し電極
　２１　　半田（或いは導電接着材）
　２２　　半田（或いは導電接着材）
　２３　　半田（或いは導電接着材）
　２４　　半田（或いは導電接着材）
　３０　　個別電極用ＦＰＣ
　３０ａ　（個別電極用ＦＰＣの）接着面
　３０ｂ　（個別電極用ＦＰＣの）外面
　３１　　（個別電極用ＦＰＣの）配置箇所
　３２　　（個別電極用ＦＰＣの）接続導体
　３３　　（個別電極用ＦＰＣの）個別導体
　３４　　個別外部接続端子
　３５　　（個別電極用ＦＰＣの）スルーホール
　４０　　共通電極用ＦＰＣ
　４０ａ　（共通電極用ＦＰＣの）接着面
　４０ｂ　（共通電極用ＦＰＣの）外面
　４１　　（共通電極用ＦＰＣの）配置箇所
　４２　　（共通電極用ＦＰＣの）接続導体
　４３　　（共通電極用ＦＰＣの）共通電極
　４４　　共通外部接続端子
　４５　　（共通電極用ＦＰＣの）スルーホール
　９０　　二重パイプ
　９１　　内パイプ
　９２　　外パイプ
　９３　　空間（配置スペース）
　９４　　（二重パイプの）底板
　Ａ　　　送波用の圧電板（送波器）
　Ｂ　　　受波用の圧電板（受波器）
　Ｃ　　　パイプ（二重パイプ）
　Ｄ　　　内パイプ
　Ｅ　　　外パイプ
　Ｆ　　　空間（配置スペース）
　Ｇ　　　リード線
　Ｊ　　　空間（進入スペース）
　Ｋ　　　容器
　Ｌ　　　液体
　Ｎ　　　接続具
　Ｐ　　　差込み部（プローブ）
　Ｑ　　　外部機器
　Ｒ　　　底板
　Ｓ　　　空間（進入空間）
　Ｚ　　　送受波兼用の圧電板（送受波器）

 

Claims (6)

  1. 　容器内の液体に差し込む差込み部と、容器に取り付け可能な接続具を備えた超音波液位センサプローブにおいて、
    　差込み部は、外パイプと内パイプが配置スペースを隔てて対向している二重パイプの内パイプの外周面に、送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールが取り付けられており、
    　二重パイプの前記配置スペースは、液体が浸入しないように閉塞して、配置スペース内に取り付けた送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールを液体から隔離してあり、
    　内パイプの内側は、差込み部を液体内に差し込むと液体が進入して上昇する進入空間であり、
    　前記送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールは、間隔をあけて配置された二以上の圧電板の片面にＦＰＣが接着された片面配置であり、
    　個々の圧電板は、板状であり、厚さ方向一方の面が＋電極面、反対側の面が－電極面であり、＋電極面に＋電極があり、－電極面に－電極があり、
    　ＦＰＣは、一方の面が圧電板と接着する接着面、反対側の面が外面であり、接着面に接着面配線パターンが、外面に外面配線パターンがあり、
    　二以上の圧電板の夫々は、＋電極面と－電極面のいずれか一方の電極面がＦＰＣの接着面に接着され、
    　＋電極と－電極のいずれか一方の電極が、又は＋電極から圧電板の対向する側面のうち一方の側面に引き出された＋引出し電極若しくは－電極から他方の側面に引き出された－引出し電極のいずれか一方の引出し電極が、ＦＰＣの接着面配線パターンと導通可能に接続され、
    　＋電極と－電極のいずれか他方の電極が、又は＋電極から圧電板の対向する側面のうち一方の側面に引き出された＋引出し電極若しくは－電極から他方の側面に引き出された－引出し電極のいずれか他方の引出し電極が、ＦＰＣの外面配線パターンと導通可能に接続されており、
    　前記二重パイプの内パイプの外周面に固定されている送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールは、送波側の圧電板ＦＰＣモジュールから放射された超音波が、進入空間内を伝搬して受波側の圧電板ＦＰＣモジュールで受波される向きにして固定されており、
    　前記接続具は二重パイプに取り付けられて、送波側の圧電板ＦＰＣモジュールと受波側の圧電板ＦＰＣモジュールのＦＰＣと電気的に接続されている、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。
  2. 　請求項１記載の超音波液位センサプローブにおいて、
    　送波側の圧電板ＦＰＣモジュールと受波側の圧電板ＦＰＣモジュールが、送波器と受波器が別体である送受波器別体型、又は送波器と受波器が兼用である送受波器一体型である、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。
  3. 　請求項１又は請求項２記載の超音波液位センサプローブにおいて、
    　ＦＰＣの接着面配線パターンは、個別導体と、接続導体と、個別導体と連続している個別外部接続端子を備えており、
    　ＦＰＣの外面配線パターンは、ＦＰＣに配置固定された全ての圧電板に共通の共通電極と、共通電極と連続している共通外部接続端子を備えており、
    　個別導体はＦＰＣの接着面に接着された二以上の圧電板の夫々の＋電極と－電極のいずれか一方の電極、又は＋引出し電極と－引出し電極のいずれか一方の引出し電極と接続され、接続導体は他方の電極又は他方の引出し電極と接続され、その接続導体がＦＰＣのスルーホールを介してＦＰＣの前記共通電極と導通可能に接続されている、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。
  4. 　容器内の液体に差し込む差込み部と、容器に取り付け可能な接続具を備えた超音波液位センサプローブにおいて、
    　差込み部は、外パイプと内パイプが配置スペースを隔てて対向している二重パイプの内パイプの外周面に、送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールが取り付けられており、
    　二重パイプの前記配置スペースは、液体が浸入しないように閉塞して、配置スペース内に取り付けた送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールを液体から隔離してあり、
    　内パイプの内側は、差込み部を液体内に差し込むと液体が進入して上昇する進入空間であり、
    　前記送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールは、間隔をあけて配置された二以上の圧電板の＋電極面と－電極面の両面にＦＰＣが接着された両面配置であり、
    　個々の圧電板は、板状であり、厚さ方向一方の面が＋電極面、反対側の面が－電極面であり、＋電極面に＋電極があり、－電極面に－電極があり、
    　一方のＦＰＣは個別電極用ＦＰＣ、他方のＦＰＣは共通電極用ＦＰＣであり、
    　個別電極用ＦＰＣの一方の面が圧電板を接着する接着面、反対側の面が外面であり、接着面に接着面配線パターンが、外面に外面配線パターンがあり、
    　共通電極用ＦＰＣの一方の面が圧電板を接着する接着面、反対側の面が外面であり、接着面に接着面配線パターンが、外面に外面配線パターンがあり、
    　個々の圧電板の＋電極又は＋電極から圧電板の対向する側面のうち一方の側面に引き出された＋引出し電極が個別電極用ＦＰＣの接着面配線パターンに接続され、当該接着面配線パターンがスルーホールを介して当該個別電極用ＦＰＣの外面配線パターンと導通可能に接続され、
    　個々の圧電板の－電極又は－電極から圧電板の他方の側面に引き出された－引出し電極が共通電極用ＦＰＣの接着面配線パターンに接続され、当該接着面配線パターンがスルーホールを介して当該共通電極用ＦＰＣの外面配線パターンと導通可能に接続されており、
    　前記二重パイプの内パイプの外周面に固定されている送波側と受波側の圧電板ＦＰＣモジュールは、送波側の圧電板ＦＰＣモジュールから放射された超音波が、進入空間内を伝搬して受波側の圧電板ＦＰＣモジュールで受波される向きにして固定されており、
    　前記接続具は二重パイプに取り付けられて、送波側の圧電板ＦＰＣモジュールと受波側の圧電板ＦＰＣモジュールのＦＰＣと電気的に接続されている、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。
  5. 　請求項４記載の超音波液位センサプローブにおいて、
    　送波側の圧電板ＦＰＣモジュールと受波側の圧電板ＦＰＣモジュールが、送波器と受波器が別体である送受波器別体型、又は送波器と受波器が兼用である送受波器一体型である、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。
  6. 　請求項４又は請求項５記載の超音波液位センサプローブにおいて、
    　個別電極用ＦＰＣの接着面配線パターンは、接続導体を備え、外面配線パターンは個別導体と、個別導体と連続している個別外部接続端子を備えており、
    　共通電極用ＦＰＣの接着面配線パターンは、接続導体を備え、外面配線パターンはＦＰＣに配置固定された全ての圧電板に共通の共通電極と、共通電極と連続している共通外部接続端子を備えており、
    　個別電極用ＦＰＣの接続導体は、当該個別電極用ＦＰＣの接着面に接着された二以上の圧電板の夫々の＋電極又は＋引出し電極と接続され、その接続導体が当該個別電極用ＦＰＣのスルーホールを介して当該個別電極用ＦＰＣの前記個別導体と導通可能に接続され、
    　共通電極用ＦＰＣの接続導体は、当該共通電極用ＦＰＣの接着面に接着された二以上の圧電板の夫々の－電極又は－引出し電極と接続され、その接続導体が当該共通電極用ＦＰＣのスルーホールを介して当該共通電極用ＦＰＣの前記共通電極と導通可能に接続されている、
    　ことを特徴とする超音波液位センサプローブ。

     
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58500869A (ja) * 1981-05-22 1983-05-26 テ−エス・タンクシステム・アクチエンゲゼルシヤフト レベル測定装置
JPH10142028A (ja) * 1996-11-07 1998-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 原子炉水位計
JPH11501245A (ja) * 1995-12-26 1999-02-02 エンドーソニックス・コーポレイション 柔軟な基板を有する高分解能血管内超音波変換器装置
JP2006518857A (ja) * 2003-01-28 2006-08-17 ザ・ボーイング・カンパニー 超音波燃料測定システム
JP2009080090A (ja) * 2007-09-05 2009-04-16 Erumekku Denshi Kogyo Kk 圧電センサ
WO2009063194A2 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Johnson Matthey Plc Level measurement system
JP2013156246A (ja) * 2011-12-27 2013-08-15 General Electric Co <Ge> 材料の厚さを測定するための装置
JP2014224818A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッドＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 超音波式液体高さ検知装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58500869A (ja) * 1981-05-22 1983-05-26 テ−エス・タンクシステム・アクチエンゲゼルシヤフト レベル測定装置
JPH11501245A (ja) * 1995-12-26 1999-02-02 エンドーソニックス・コーポレイション 柔軟な基板を有する高分解能血管内超音波変換器装置
JPH10142028A (ja) * 1996-11-07 1998-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 原子炉水位計
JP2006518857A (ja) * 2003-01-28 2006-08-17 ザ・ボーイング・カンパニー 超音波燃料測定システム
JP2009080090A (ja) * 2007-09-05 2009-04-16 Erumekku Denshi Kogyo Kk 圧電センサ
WO2009063194A2 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Johnson Matthey Plc Level measurement system
JP2013156246A (ja) * 2011-12-27 2013-08-15 General Electric Co <Ge> 材料の厚さを測定するための装置
JP2014224818A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッドＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 超音波式液体高さ検知装置

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