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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6789766
(24)【登録日】2020年11月6日
(45)【発行日】2020年11月25日
(54)【発明の名称】脱着可能な超音波流量計
(51)【国際特許分類】
G01F 1/66 20060101AFI20201116BHJP
【ＦＩ】
G01F1/66 A
【請求項の数】12
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2016-218074(P2016-218074)
(22)【出願日】2016年11月8日
(65)【公開番号】特開2018-77081(P2018-77081A)
(43)【公開日】2018年5月17日
【審査請求日】2019年9月10日
(73)【特許権者】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】100098187
【弁理士】
【氏名又は名称】平井 正司
(74)【代理人】
【識別番号】100085707
【弁理士】
【氏名又は名称】神津 堯子
(72)【発明者】
【氏名】槻木 伸一
(72)【発明者】
【氏名】石川 大嗣郎
【審査官】
公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０００−１８９４１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１５４８９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−３２９５００（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開昭６１−００６７２５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
米国特許出願公開第２００４／０１２３６６６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｆ １／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可撓性チューブに適用され、該チューブに後付けされる超音波流量計であって、
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と着脱可能に一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
前記ヘッド本体と前記チューブ保持部材とが一体化されて、前記センサ部材を前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面に、前記超音波素子からの超音波を伝達するカプラントを介して押し付けた際に、前記チューブ保持部材は前記チューブの断面が略丸型になるように前記チューブの全周に亘って連続的に又は間欠的に支持することを特徴とする超音波流量計。
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と着脱可能に一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
前記ヘッド本体と前記チューブ保持部材とが一体化されて、前記センサ部材を前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面に、前記超音波素子からの超音波を伝達するカプラントを介して押し付けた際に、前記チューブ保持部材は前記チューブの断面が略丸型になるように前記チューブの全周に亘って連続的に又は間欠的に支持することを特徴とする超音波流量計。
【請求項2】
前記チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中に収容されることにより該ヘッド本体と一体化される、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項3】
前記ヘッド本体が前記チューブ保持部材を受け入れる空所を有し、該空所の壁面の少なくとも一部が前記チューブ保持部材と係合することにより該チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中で位置固定される、請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項4】
可撓性チューブに適用され、該チューブに後付けされる超音波流量計であって、
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
該センサ部材が前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面にカプラントを介して当接され、
前記チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中に収容されることにより該ヘッド本体と一体化されることを特徴とする超音波流量計。
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
該センサ部材が前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面にカプラントを介して当接され、
前記チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中に収容されることにより該ヘッド本体と一体化されることを特徴とする超音波流量計。
【請求項5】
可撓性チューブに適用され、該チューブに後付けされる超音波流量計であって、
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
該センサ部材が前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面にカプラントを介して当接され、
前記ヘッド本体が前記チューブ保持部材を受け入れる空所を有し、該空所の壁面の少なくとも一部が前記チューブ保持部材と係合することにより該チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中で位置固定されることを特徴とする超音波流量計。
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
該センサ部材が前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面にカプラントを介して当接され、
前記ヘッド本体が前記チューブ保持部材を受け入れる空所を有し、該空所の壁面の少なくとも一部が前記チューブ保持部材と係合することにより該チューブ保持部材が前記ヘッド本体の中で位置固定されることを特徴とする超音波流量計。
【請求項6】
前記チューブ保持部材は切り欠きを有し、該切り欠きによって前記窓が形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【請求項7】
前記チューブ保持部材が第１、第２のハーフ保持部材で構成され、
該第１、第２のハーフ保持部材によって前記チューブの膨張及び局部的な変形を規制する支持面が形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波流量計。
該第１、第２のハーフ保持部材によって前記チューブの膨張及び局部的な変形を規制する支持面が形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【請求項8】
前記チューブ保持部材が特定の直径のチューブの専用であり、
前記ヘッド本体が、直径の異なるチューブに適用される複数のチューブ保持部材に対して共用可能である、請求項７に記載の超音波流量計。
前記ヘッド本体が、直径の異なるチューブに適用される複数のチューブ保持部材に対して共用可能である、請求項７に記載の超音波流量計。
【請求項9】
前記チューブ保持部材が第１、第２のハーフ保持部材で構成され、
前記ヘッド本体は、前記第１のハーフ保持部材にねじ止めされることで着脱可能に一体化される、請求項１に記載の超音波流量計。
前記ヘッド本体は、前記第１のハーフ保持部材にねじ止めされることで着脱可能に一体化される、請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項10】
前記ヘッド本体が、前記センサ部材を前記チューブの方向に付勢する付勢部材を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【請求項11】
前記チューブ保持部材の前記窓が二つあり、該二つの窓で透過型配置された第１、第２のセンサ部材が前記チューブの外面に前記カプラントを介して当接可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【請求項12】
前記チューブ保持部材の前記窓が一つであり、該一つの窓で反射型配置された単一のセンサ部材が前記チューブの外面に前記カプラントを介して当接可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は脱着可能な超音波流量計に関し、より詳しくは可撓性チューブの外側周面に後付けすることのできる流量計に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波流量計は、歴史的に金属製の管に対して適用され、金属製の管内を流れる流体の流量を測定するのに用いられている。特許文献１は、被測定対象の流体が流れる管の外側周面に後付けすることのできる超音波流量計を開示している。
【0003】
特許文献１に開示の流量計を説明すると、この流量計は、管に対して、第１、第２の超音波素子を同じ側に配置する反射型、いわゆるＶ配置式の流量計であり、管の内壁で反射して伝播する超音波が検出される。流量計は、反射型（Ｖ配置式）に限られず、透過型（Ｚ配置式）の流量計も知られている。
【0004】
特許文献１に開示の流量計は、第１、第２の超音波素子を収容したケースを開示している。ケースは、ヒンジ止めされた下方ハーフと上方ハーフとで構成されている。ケースは、夫々、管を挟み込んだ下方ハーフと上方ハーフをボルト・ナットで締結することにより、ケースを管に固定する。いずれか一方のハーフは、径方向に延びる貫通穴と、当該ハーフにヒンジ止めされた帯状固定部材とを有している。帯状固定部材は超音波素子を横断して延びており、ボルトによって当該ハーフに位置固定される。
【0005】
ケースを管に取り付けた後、貫通穴に超音波素子を入れ、その後、帯状固定部材をボルトで締結する。これにより、貫通穴の中の超音波素子は管と当接した状態になる。なお、特許文献１は、超音波素子と管との間の音響結合媒体つまりカプラント材としてグリースであってもよいし、金属箔であってもよい、と開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭５６−１３３６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の後付け式の超音波流量計は、２つのケースハーフをボルト・ナットで固定することで管に固定し、そして、ケースの貫通穴に収容した超音波素子を固定する帯状固定部材をボルトで締結することで、管の周面に後付けすることができる。
【0008】
しかし、この後付け形式の超音波流量計は、その適用対象が金属製の管であり、そもそも超音波流量計は、歴史的に、金属製の管であることを前提として開発されてきた。
【0009】
しかし、超音波流量計の発展、認知度が高くなっている今日、可撓性チューブに対する適用が考えられる。具体的に説明すると、例えばシステムの冷却のために冷媒をシステム内に送る管として合成樹脂製の可撓性チューブが用いられている。チューブ内を冷媒が問題なく流れているか否かを知りたいという要請に対して超音波流量計は最適である。しかし、金属製の管と可撓性チューブとの間には違いがある。金属製の管の場合、その中に流体が流れていることに伴って管が膨張するという現象は現れないが、可撓性チューブの場合には、内圧が上昇すると膨張し、例えば流体が流れていないときのように内圧が下がると収縮するという現象が現れる。この現象は、超音波素子を含むセンサ部とチューブとの間の接触に影響を及ぼし、その結果、超音波流量計の測定精度に影響を及ぼす。
【0010】
本発明の目的は、超音波流量計を可撓性チューブに後付けで取り付ける、という適用例を想定したときに、可撓性チューブの上述した膨張という現象に対応できて可撓性チューブに適用しても測定精度を維持することのできる脱着可能な超音波流量計を提供することにある。
【0011】
本発明の更なる目的は、超音波流量計を可撓性チューブに後付けで取り付ける、その操作性を簡素化することのできる超音波流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の技術的課題は、本発明によれば、可撓性チューブに適用され、該チューブに後付けされる超音波流量計であって、
前記チューブの外面と当接して、該チューブの膨張及び局部的な変形を規制するチューブ保持部材と、
該チューブ保持部材と着脱可能に一体化されて、超音波素子を含むセンサ部材を支持するヘッド本体とを有し、
前記ヘッド本体と前記チューブ保持部材とが一体化されて、前記センサ部材を前記チューブ保持部材の窓を通じて前記チューブの外面に、前記超音波素子からの超音波を伝達するカプラントを介して押し付けた際に、前記チューブ保持部材は前記チューブの断面が略丸型になるように前記チューブの全周に亘って連続的に又は間欠的に支持することを特徴とする超音波流量計を提供することにより達成される。
【0013】
典型的には、前記チューブ保持部材は直径の異なる各チューブ毎の専用品である。これに対して前記ヘッド本体は幾つかの直径の異なるチューブ用のチューブ保持部材に対して適用可能な共用品である。
【0014】
本発明の他の目的及び作用効果は、次の本発明の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例の超音波流量計の全体構成を説明するための図である。
【図3】センサ部材のＶ配置を説明するための図である。
【図4】センサ部材のＺ配置を説明するための図である。
【図5】第１実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの分解斜視図である。
【図6】第１実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの断面図である。
【図7】第２実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドのチューブ保持部材の斜視図である。
【図8】第２実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの斜視図である。
【図9】第２実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの断面図である。
【図10】第３実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの正面図であり、第１、第２のハーフボックスを閉じる前の状態を示す。
【図11】第３実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドのチューブ保持部材の斜視図である。
【図12】第３実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの断面図である。
【図13】第３実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッドの正面図であり、第１、第２のハーフボックスを閉じた状態を示す。
【図16】チューブ保持部材の両端に弾性リングを配置した例を説明するための断面図である。
【図17】チューブ保持部材の両端部に突起を配置した例を説明するための断面図である。
【図18】図１０に図示のセンサヘッドの固定部材である揺動フックの作用説明図であり、(I)は解放状態の揺動フックを示し、(II)はロック直前の状態の揺動フックを示し、(III)はロック状態の揺動フックを示す。
【図19】超音波素子をＺ配置するためのチューブ保持部材を構成する２つのハーフ保持部材と、窓を形成するための切り欠きとの関係の一例を説明するための図である。
【図20】超音波素子をＺ配置するためのチューブ保持部材を構成する２つのハーフ保持部材と、窓を形成するための切り欠きとの関係の他の例を説明するための図である。
【図23】第４実施例の超音波流量計のセンサヘッドの斜視図である。
【図30】チューブ保持部材の変形例であり、チューブを矩形に変形させてこれを保持する例を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0016】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。なお、以下の実施例では、図１に示すヘッド・アンプ分離型の超音波流量計を中心に説明するが、ヘッドとアンプが一体になった、ヘッド・アンプ一体型の超音波流量計にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【0017】
図１を参照して、実施例の超音波流量計１は、センサヘッド２とコントローラ４とで構成されている。センサヘッド２とコントローラ４は別体構造である。センサヘッド２とコントローラ４はケーブル６によって接続されている。センサヘッド２は可撓性チューブ１０の周面に脱着可能に後付けされる。可撓性チューブ１０は合成樹脂製である。なお、図１では、コントローラ４のケーブル６が接続される面の反対側の面には、例えばＰＬＣなどの外部機器（図示略）に繋がるケーブルが接続される。コントローラ４は、このケーブルを通じて、ＰＬＣなどの外部機器に対し、配管を流れる流体の流量に関するオン・オフ信号を出力する。
【0018】
図２は、実施例の超音波流量計１の機能ブロック図である。コントローラ４は、制御部１２を有し、また、記憶部１４、送信増幅部１６、受信増幅部１８を有する。送信増幅部１６、受信増幅部１８は送信・受信切替回路２０に接続されている。なお、図２では、各部をコントローラ４側に配置しているが、コントローラ４に配置した要素の例えば一部をセンサヘッド２側に配置しても構わない。
【0019】
制御部１２に含まれる送信信号発生部２２で生成したアナログ信号は、送信増幅部１６を経由して送信・受信切替回路２０を通じて第１、第２の超音波素子２４、２６に供給され、第１、第２の超音波素子２４、２６から超音波が発生される。
【0020】
第１超音波素子２４から発生された超音波は、チューブ１０（図１）の中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第２超音波素子２６によって受信され、第２超音波素子２６は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第２超音波素子２６から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。
【0021】
受信増幅部１８では、送信・受信切替回路２０から受け取ったアナログ信号を増幅すると共にA/D変換回路によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は制御部１２に供給される。
【0022】
他方、第２超音波素子２６が発生した超音波は、チューブ１０（図１）の中を通る流体に入射される。流体内を伝播する超音波は、第１超音波素子２４によって受信され、第１超音波素子２４は、受信した超音波に基づくアナログ信号を出力する。第１超音波素子２４から出力されたアナログ信号は送信・受信切替回路２０を通じて受信増幅部１８に供給される。
【0023】
受信増幅部１８では、送信・受信切替回路２０から受け取ったアナログ信号を増幅すると共にA/D変換回路によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号は制御部１２に供給される。
【0024】
制御部１２は、記憶部１４に記憶されているプログラムを実行することにより、信号演算部３０、流量演算部３２、比較・判定部３４の機能が実現される。信号演算部３０では、受信増幅部１８から与えられるデジタル信号に基づいて時間差Δtを測定する。この時間差Δtは、第１超音波素子２４が出力した超音波が第２超音波素子２６によって受信されるまでの時間t1と、第２超音波素子２６が出力した超音波が第１超音波素子２４によって受信されるまでの時間t2との差である。流量演算部３２は、信号演算部３０により測定された時間差Δtに基づいて、チューブ１０の中を流れる流体の速度を所定の式に基づいて算出すると共に、当該流体の流量を別の所定の式に基づいて算出する。
【0025】
コントローラ４は、ユーザが操作するボタンなどの操作部３６（図１）や７セグメントＬＥＤや薄型表示器で構成される表示部３８（図１）等を有し、また、外部機器とのインターフェースを構成するコネクタなどの出力部４０（図２）を有する。なお、図２においては、ヘッド・アンプ一体型の超音波流量計では、センサヘッド２（の機能）がコントローラ４内に組み込まれることになる。一方、ヘッド・アンプ分離型の超音波流量計１において、ヘッドとアンプの切り分けをどこで行うかは自由である。例えば、受信増幅部１８、送信増幅部１６、及び送信・受信切替回路２０を、センサヘッド２側に組み込んでもよい。
【0026】
上記の第１、第２の超音波素子２４、２６はＶ配置（図３）又はＺ配置（図４）される。図３、図４において、参照符号４２は音響結合媒体つまりカプラントを示す。カプラント４２は弾性カプラントであるのがよい。ここで、カプラント４２は、配管に押し付けられていない状態では、くさび部材の底面から所定量だけ突出している。言い換えると、くさび部材は、それぞれ配管と当接する当接面を有し、カプラント４２は、これら当接面から所定量だけ突出するように構成されている。後述する第１センサ部材２０６や第２センサ部材２０８（図１２）が配管に押し付けられたとき、カプラント４２は、当接面から突出しなくなるまで圧縮される。
【0027】
このように、本実施例では、カプラント４２のつぶし量（配管の径方向における圧縮量）を規定するために、後述する第１センサ部材２０６や第２センサ部材２０８（図１２）の底面に、配管と当接しない凹所を形成するとともに、その凹所にカプラント４２を配置するのが好ましい。この凹所の深さと、カプラント４２の厚みは、超音波の伝達効率が高くなるように最適な寸法に設計される。
【0028】
表示部３８の表示や出力部４０を通じた外部機器には、予め設定したしきい値（設定値）に基づく制御出力が出力される。また、積算流量毎にパルス出力される。また、例えば通信を使って流量計測値がデジタル出力される。
【0029】
以下、本発明を適用した超音波流量計の実施例を説明するが、上述した要素と同じ要素には同じ参照符号を付す。
【0030】
第１実施例（図５、図６）：図５、図６は、上述したセンサヘッド２（図１）を示す。図５は、センサヘッド２の分解斜視図である。センサヘッド２はヘッド本体５０とチューブ保持部材５２とで構成され、ヘッド本体５０及びチューブ保持部材５２は共に合成樹脂製の成型品であるが、金属製であってもよい。
【0031】
チューブ保持部材５２は第１、第２のハーフ保持部材５２a、５２bで構成され、第１、第２のハーフ保持部材５２a、５２bは、夫々、チューブ１０の円形断面と相補的な半円状の支持面５４を有し、また、切り欠き５６を有し、この切り欠き５６によって半円状の支持面５４に窓５８が形成されている。窓５８を通じてチューブ１０の一部が露出している（図５）。
【0032】
図５を参照して、ヘッド本体５０はボックスを半割した形状を有し、第１ハーフボックス６０と、第２ハーフボックス６２とで構成されている。第２ハーフボックス６２は、その互いに対抗する端壁６２a、６２bに矩形の開口６４が形成されている。
【0033】
このセンサヘッド２は、第１、第２超音波素子２４、２６がＶ配置である。すなわち、第１ハーフボックス６０には、その内部にセンサ部材６６を有し（図６）、このセンサ部材６６は、チューブ１０の長手方向に離間して配置された第１、第２の超音波素子２４、２６を有し、また、第１、第２の超音波素子２４、２６に共通のくさび部材６８を有する。センサ部材６６は、ヘッド本体５０に定置されていてもよいが、チューブ１０の直径方向に変位可能且つ付勢部材７０（典型的にはバネ）でチューブ１０の方向に付勢されていてもよい。
【0034】
チューブ１０を挟み込んだ状態のチューブ保持部材５２は、第２ハーフボックス６２の中に嵌入され、この第２ハーフボックス６２の中に定置される。第１ハーフボックス６０の中に収容されているセンサ部材６６は、チューブ保持部材５２の窓５８を通じてチューブ１０の外周面に圧接される。この圧接に伴うチューブ１０の局部的な変形及びチューブ１０の中を流体が通過することに伴うチューブ１０の膨張は、チューブ保持部材５２によって規制される。すなわち、チューブ保持部材５２は、チューブ１０の膨張や局部的な変形を抑制する規制部材としての機能を有している。
【0035】
図５を参照すると直ちに理解できるように、第２ハーフボックス６２はチューブ保持部材５２を受け入れる凹所を有し、この凹所はチューブ保持部材５２の外形と相補的な形状の内壁面及び底面を有し、チューブ保持部材５２を凹所の中に入れることで、第２ハーフボックス６２に収容されたチューブ保持部材５２は位置固定される。この位置固定は、凹所の内壁面及び底面の一部をチューブ保持部材５２の外面と係合させることにより行ってもよい。第１ハーフボックス６０は第２ハーフボックス６２に対して４本のネジ７２によって固定される（図５）。
【0036】
第２実施例（図７〜図９）：図７〜図９は第２実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッド１００を示す。上記センサヘッド２（図５、図６）に含まれる要素と同じ要素には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0037】
センサヘッド１００は、合成樹脂製の成型品である第１、第２のハーフ保持部材５２a、５２bを有し、窓５８（図７）を有する第１のハーフ保持部材５２aにヘッド本体５０が積層されている。すなわち、センサヘッド１００は、合成樹脂製の成型品であるヘッド本体５０、第１ハーフ保持部材５２a、第２ハーフ保持部材５２bを積層した形状を有し、これらは４本のネジ７２で互いに固定されている（図８）。
【0038】
ヘッド本体５０は、第１実施例に含まれるセンサヘッド２と同様にＶ配置であり、ヘッド本体５０には、その内部にセンサ部材６６を有し（図９）、このセンサ部材６６は、チューブ１０の長手方向に離間して配置された第１、第２の超音波素子２４、２６を有し、また、第１、第２の超音波素子２４、２６に共通のくさび部材６８を有する。センサ部材６６は、ヘッド本体５０に定置されていてもよいが、チューブ１０の直径方向に変位可能且つ付勢部材７０（典型的にはバネ）でチューブ１０の方向に付勢されていてもよい。
【0039】
第３実施例（図１０〜図２２）：図１０〜図２２は第３実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッド２００及びその変形例を示す。上記センサヘッド２（図５、図６）に含まれる要素と同じ要素には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
【0040】
チューブ保持部材５２は合成樹脂製又は金属製の成型品であり、図１１から理解できるように、チューブ１０を挟んで対向し且つチューブ１０の長手方向に離間した２つの切り欠き５６を有し、各切り欠き５６には窓５８が形成され、この窓５８を通じてチューブ１０の一部が露出している（図１１）。
【0041】
ヘッド本体５０は合成樹脂製の第１、第２のハーフボックス６０、６２で構成され、第１、第２のハーフボックス６０、６２はヒンジ２０２で互いに連結され、また、フック２０４によって第１、第２のハーフボックス６０、６２が相互に固定される（図１３）。
【0042】
センサヘッド２００の第１、第２の超音波素子２４、２６は図１２から分かるようにＺ配置である。第１ハーフボックス６０には第１センサ部材２０６が配置されている。第２ハーフボックス６２には第２センサ部材２０８が配置されている。第１センサ部材２０６は第１超音波素子２４を有し、また、第１くさび部材２１０を有する。第２センサ部材２０８は第２超音波素子２６を有し、また、第２くさび部材２１２を有する。
【0043】
第１センサ部材２０６及び第２センサ部材２０８は、第１、第２のガイド面２１４、２１６によってチューブ１０の直径方向に対して傾斜した方向に変位可能である。そして、第１センサ部材２０６は、第１付勢部材２１８によって、チューブ１０と圧接する方向に付勢されている。第２センサ部材２０８は、第２付勢部材２２０によって、チューブ１０と圧接する方向に付勢されている。すなわち、第１センサ部材２０６、第２センサ部材２０８は超音波を相互に受信可能な位置関係となるように、第１、第２ガイド面２１４、２１６によって、その変位方向が規定され、そして、第１、第２の付勢部材２１８、２２０によってチューブ１０と接する方向に付勢されている。
【0044】
図１２を参照して、各センサ部材２０６、２０８は、夫々、ストッパー機構２２４を有している。ストッパー機構２２４は、各センサ部材２０６（２０８）のくさび部材２１０（２１２）に形成された突起２２４aと、各ハーフ保持部材５２a（５２b）に形成された段部２２４ｂで構成され、段部２２４ｂは溝２２６の端面で構成されている。各センサ部材２０６（２０８）がバネ付勢されてチューブ１０と圧接するときに、過度にチューブ１０に各センサ部材２０６（２０８）が押し付けられるのをストッパー機構２２４によって阻止することができる。すなわち、ストッパー機構２２４によって、各センサ部材２０６（２０８）を適度にチューブ１０に押し付けた状態を形成することができる。なお、この場合、各センサ部材２０６、２０８のチューブ１０と当接する当接面は、チューブ保持部材５２と接触していなくてもよい。すなわち、ストッパー機構２２４があることで、各センサ部材２０６、２０８のチューブ１０と当接する当接面と、チューブ１０との間に、隙間ができても構わない。また、ストッパー機構２２４が存在しない場合であっても、各センサ部材２０６、２０８のチューブ１０と当接する当接面がチューブ保持部材５２に突き当たることにより、過渡にチューブ１０を押圧してしまうことを防ぐことができる。
【0045】
図１４は、変形例のセンサヘッド２３０を示す。この変形例のセンサヘッド２３０は、第１付勢部材２１８を有しているが、第２付勢部材２２０は省かれている。勿論、第２付勢部材２２０の代わりに第１付勢部材２１８を省いてもよい。
【0046】
図１５は、小径のチューブ１０に対する適用例を説明するための図である。識別のために図１３に図示のチューブ１０に（Ｌ）を付記し、図１５に図示のチューブ１０に（Ｓ）を付記してある。Ｌは相対的に大径を意味し、Ｓは相対的に小径を意味する。すなわち、図１３は、大径のチューブ１０（Ｌ）に対する適用例を示す。図１５は、小径のチューブ１０（Ｓ）に対する適用例を示す。径の違うチューブ１０には、それぞれ専用のチューブ保持部材５２が適用される。そして、各専用のチューブ保持部材５２に対してヘッド本体５０は共通である。具体的に、図１５に図示のチューブ保持部材５２は、第１、第２のハーフ保持部材２２２a、２２２bで構成され、これらのハーフ保持部材２２２a、２２２bは、夫々、小径のチューブ１０（Ｓ）の外形と相補的な半円状の支持面５４を備えている。勿論、図１３に図示のチューブ保持部材５２を構成する第１、第２のハーフ保持部材５２a、５２bは、夫々、大径のチューブ１０（Ｌ）の外形と相補的な半円状の支持面５４を備えている。
【0047】
すなわち、チューブ保持部材５２は、径の異なる各チューブ１０毎の専用品である。他方、ヘッド本体５０は共用である。このことは、第１実施例に含まれるセンサヘッド２（図１）、第２実施例に含まれるセンサヘッド１００についても同じである。
【0048】
図１６、図１７は、チューブ保持部材５２の変形例を示す。図１６は、チューブ保持部材５２の両端に弾性リング２４０を配置した例を示す。図１７は、チューブ保持部材５２の両端部に突起２４２を配置した例を示す。弾性リング２４０、突起２４２はチューブ１０の滑りを防止する機能を有している。弾性リング２４０は、チューブ１０が比較的硬質であるときに、該チューブ１０の滑りを効果的に防止することができる。
【0049】
図１８は、図１３等を参照して説明したフック２０４の作用を説明するための図である。固定部材であるフック２０４は、上下方向に延びる細長い形状を有し、その中間部分に支持軸２０４aが設けられている。支持軸２０４aは第２ハーフボックス６２に固定されている。揺動フック２０４の下端部には、第２ハーフボックス６２との間に圧縮バネ２４４が介装されている。他方、揺動フック２０４の上端部には爪２０４bが形成されている。爪２０４bは、第１ハーフボックス６０を閉めたときに、第１ハーフボックス６０の段部６０aと係合することができる。すなわち、第１ハーフボックス６０を閉めると、第２ハーフボックス６２のフック２０４が第１ハーフボックス６０の段部６０aに係止され、これにより第１、第２のハーフボックス６０、６２は互いに固定される。
【0050】
図１９、図２０は、Ｚ配置のためのチューブ保持部材５２に関し、その窓５８を形成するための互いに対抗する２つの切り欠き５６を形成する２つの方法を説明するための図である。切り欠き５６を各ハーフ保持部材５２a、５２bの各々に形成してもよいし（図１９）、各切り欠き５６を２つのハーフ保持部材５２a、５２bで形成してもよい（図２０）。
【0051】
図２１はＺ配置に関し、図１２と対応した図である。図１２に図示のセンサヘッド２００は、各センサ部材２０６、２０８の変位方向を規定する第１、第２ガイド面２１４、２１６がチューブ１０の直径方向に対して傾斜した面で構成されている。これに対して、図２１に図示のセンサヘッド２５０は、第１、第２ガイド面２１４、２１６がチューブ１０の直径方向に延びる面で構成されている。
【0052】
図２２は、センサ本体の付勢方向に関する変形例２７０を示す。図２２は、ヘッド本体５０の半分しか図示していないが、図外の半分も実質的に同じ構造であると理解されたい。図２２を参照して第２センサ部材２０８はチューブ１０の軸線方向に付勢するバネ２７２を備えている。すなわち、第２センサ部材２０８の一端面を付勢するバネ２７２を備えている。第２センサ部材２０８の他端面には、チューブ１０の軸線方向に延びる段部２７８を有し、この段部２７８を受け止める受け面２６６がハーフ保持部材５２（５２ｂ）に形成されている。第２センサ部材２０８はネジ棒２７６によってチューブ１０と圧接する方向に押し付けられる。そして、第２センサ部材２０８は、その段部２７８がハーフ保持部材５２（５２ｂ）の受け面２６６によって受け止められるため、ネジ棒２７６の締め込みによって第２センサ部材２０８が過度にチューブ１０に押し付けられるのを阻止することができる。図中、符号２７４はスライド可能なプレートを示し、このプレート２７４にネジ棒２７６が螺着されている。なお、このプレート２７４を図２２の水平方向にスライド可能とすることで、第２センサ部材２０８の内部に塵や埃が侵入することを防ぐ防塵効果を奏する。
【0053】
第４実施例（図２３〜図２９）：図２３〜図２９は、第４実施例の超音波流量計に含まれるセンサヘッド３００を示す。図２３は、センサヘッド３００をチューブ１０に取り付けた状態を示し、図２４は、センサヘッド３００の分解斜視図である。
【0054】
センサヘッド３００は、一部を除き金属製の成型品である複数の部品から構成されている。センサヘッド３００はチューブ保持部材３０２とセンサ保持部材３０４とを有している。チューブ保持部材３０２は、ベース部材３０２aと形状保持部材３０２bと間隔規制部材３０２cで構成されている。センサ保持部材３０４は、本体部３０４aと取り付け部材３０４bとで構成されている。
【0055】
図２４、図２７〜図２９を参照して、チューブ保持部材３０２について説明すると、ベース部材３０２aは、センサ保持部材３０４を固定する機能と、形状保持部材３０２bと協働してチューブ１０を固定する機能を有する。説明の都合上、チューブ１０を固定する機能を先に説明すると、ベース部材３０２aはその両端に、チューブ１０を受け入れるベース側開口ハーフ３０６（図２４）を有している。
【0056】
形状保持部材３０２bは、その両端に、チューブ１０を受け入れるクランプ側開口ハーフ３０８（図２４）を有している。形状保持部材３０２bは、また、その長手方向中間部分に一つのリップ３１０を有している。間隔規制部材３０２cはガイド穴３１２を有し、このガイド穴３１２にリップ３１０が挿入される（図２５）。一対のリップ３１０は、ガイド穴３１２に案内されて、ベース部材３０２a側に進むに従って互いの間隔が広がるように、形状保持部材３０２bの本体から傾斜して延びている。また、一対の間隔規制部材３０２cのガイド穴３１２は、形状保持部材３０２bから遠ざかるほど、互いの間隔が広がるように傾斜して延びている。この間隔規制部材３０２cは例えば合成樹脂製の成型品である。
【0057】
チューブ１０にセンサヘッド３００を取り付ける際に、先ず、チューブ保持部材３０２をチューブ１０に固定する。この固定は４本のボルト３１４を使って、チューブ１０を挟んで位置決めしたベース部材３０２aと形状保持部材３０２bとを締結することにより行われる（図２４）。すなわち、ボルト３１４はベース部材３０２aと形状保持部材３０２bとを締結する締結部材を構成する。チューブ保持部材３０２は、径の異なるチューブに対して共用される。
【0058】
図２９の(I)は、比較的小径のチューブ１０(S)に適用した例を示す。図２９の(II)は、比較的大径のチューブ１０(L)に適用した例を示す。チューブ１０は、その互いに対抗する面が一対の間隔規制部材３０２cによって支持される。また、チューブ１０の他の面が形状保持部材３０２bによって支持される。また、ベース部材３０２aは、上記形状保持部材３０２bと対向して一対の窓形成片３１６を有し、この一対の窓形成片３１６の各々がチューブ１０の長手方向に延びている。一対の窓形成片３１６は互いに間隔を隔てて配置され、そして、この一対の窓形成片３１６によって窓３１８が形成されている。この一対の窓形成片３１６及び間隔規制部材３０２c及びそのガイド穴３１２、形状保持部材３０２bによってチューブ１０は、その周面が４つの面で支持されチューブ１０の膨張及び局部的な変形が規制されている。
【0059】
センサ保持部材３０４は、前述したように、本体部３０４aと取り付け部材３０４bとで構成されている（図２４）。取り付け部材３０４bは、４つの張出部３２０を有し、この張出部３２０を使って取り付け部材３０４bはベース部材３０２aに固定することができる。この操作を簡略化するには、一つの操作で固定できるのがよい。このワンタッチの操作性は、例えば張出部３２０に爪を設け、この爪を係止する溝をベース部材３０２aに設けるのがよい。
【0060】
取り付け部材３０４bは本体部３０４aがチューブ保持部材３０２を受け入れる座を構成し、本体部３０４aは例えば２本のボルト３２２を使ってチューブ保持部材３０２（ベース部材３０２a）に固定される。
【0061】
本体部３０４aには、前述した第１、第２の超音波素子２４、２６を含むセンサ部材３２４（図２９には図示されていない）が窓３１８を通じてチューブ１０に当接可能に取り付けられている。第１、第２の超音波素子２４、２６の配置はＶ配置であり、センサ部材３２４の構成は、実質的に図６、図９を参照して説明したセンサ部材６６と同じである。センサ部材３２４は、参照符号３２６で示す表示灯や表示部、操作部などを含んでいてもよい。このように、図２９に示す超音波流量計によれば、まず、一対の間隔規制部材３０２cによって、図２９の水平方向へ膨張するような変形を規制する。そして、この状態で鉛直方向に超音波センサを押し付けることによって、チューブ１０が鉛直方向に潰れにくくなる。そのため、超音波センサをチューブ１０に十分に押し当てることができ、超音波センサとチューブ１０の間に隙間が空かないようにすることができる。その結果、流量検出精度を高めることができる。なお、第４実施例に示す超音波流量計は、金属配管にも対応可能なものである。すなわち、硬質な配管の流量を計測したい場合には、一対の間隔規制部材３０２cを取り外すだけで対応できる。要するに、一対の間隔規制部材３０２cの着脱によって、硬質配管にも対応できるし、軟質配管にも対応できるという、ハイブリッドな超音波流量計を提供することができる。
【0062】
図３０〜図３２は、変形例のチューブ保持部材４００を示す。チューブ保持部材４００は、そのハーフ保持部材４０２a、４０２bによって形成されるチューブ収容部は矩形断面を有している。そして、切り欠き４０４によって窓４０６が形成されている。すなわち、ハーフ保持部材４０２a、４０２bはその内面がチューブ１０の外面と相補的な形状を有していない。しかし、ハーフ保持部材４０２a、４０２bはチューブ１０を所定の形状に変形させるにしても、チューブ１０の膨張や窓４０６を通じてセンサ部材が圧接することに伴う局部的な変形を規制する機能を有している。
【0063】
すなわち、チューブ保持部材５２、３０２、４００は、図２９から最も良く理解できるように、チューブ１０の全周に亘って延びる面によってチューブ１０の膨張や局部的な変形を規制する必要はない。図２９に図示のチューブ保持部材３０２は、チューブ１０の周周りにおいて間欠的にチューブ１０の外面を支持する構成が採用されている。チューブ１０の内圧が上昇することに伴うチューブ１０の膨張、センサ部材が当接することに伴うチューブ１０の局部的な変形を規制できるのであれば、チューブ保持部材５２、３０２、４００が形作るチューブ１０に対する支持面の形状は任意である。なお、流量計側する際のチューブ１０の断面は、図３１や図３２に示すように略矩形でもよいし、略丸形でもよい。図３１や図３２に示すように略矩形にすることで、超音波センサを押し当てたときにチューブ１０が（図３１、図３２の縦方向に）変形し難くなる。一方、図３１や図３２のように、縦長の断面になると、超音波が伝播する距離が長くなるため、流量計側の精度が低下する虞がある。そこで、断面が略丸形になるようにすることで、超音波が伝播する距離を短くでき、流量計測の精度を高めることができる。加えて、断面が略丸形になると、チューブ１０内の流体の平均流速が均一になりやすく、この意味でも流量計側の精度を高めることができる。
【0064】
なお、本発明の技術思想について、別の側面から説明すると、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち少なくとも一方を行う第１の超音波素子と、配管内を流れる流体への超音波の送信および配管内を流れる流体からの超音波の受信のうち他方を行う第２の超音波素子と、第１の超音波素子および第２の超音波素子のうち少なくとも一方の出力信号に基づいて配管内の流体の流量を算出する算出部と、算出部により算出された流量と予め定められた流量閾値とに基づいて、配管を流れる流体の流量に関するオン／オフ信号を出力する出力部とを有する超音波流量センサであって、第１の超音波素子および第２の超音波素子のうち少なくとも一方を内蔵するセンサ部と、配管外形に対応した内壁面により配管を包囲し、センサ部を受け入れるための開口が形成された配管保持部と、配管保持部が取り付けられる第１筐体と、配管保持部に形成された開口内でセンサ部を配管中心に向けて押圧し、配管に密着固定する固定部とを備え、配管保持部は、固定部によりセンサ部が配管に密着固定されるときに、少なくともセンサ部の移動方向とは異なる方向への配管の変形を規制する。これにより、口径の異なるチューブに対しても、そのチューブに適した配管保持部を用意するだけで、簡単に後付けすることができる。
【符号の説明】
【0065】
１ 実施例の超音波流量計２ センサヘッド
４ コントローラ
１０ 可撓性チューブ
２４ 第１超音波素子
２６ 第２超音波素子
４２ カプラント（音響結合媒体）
５０ ヘッド本体
５２ チューブ保持部材
５２a、５２b ハーフ保持部材
５４ ハーフ保持部材の半円状の支持面
５８ 窓
６０ 第１ハーフボックス
６２ 第２ハーフボックス
６６ センサ部材
６８ 共通のくさび部材
７０ 付勢部材
７２ ハーフ同士を固定するためのネジ
２０６ 第１センサ部材
２０８ 第２センサ部材
２１０ 第１くさび部材
２１２ 第２くさび部材
２１４ 第１ガイド面
２１６ 第２ガイド面
２１８ 第１付勢部材
２２０ 第２付勢部材
３０２ チューブ保持部材
３０２a ベース部材
３０２b 形状保持部材
３０２c 間隔規制部材
３０４ センサ保持部材
３０４a 本体部
３０４b 取り付け部材
３１８ 窓
３２４ センサ部材