特開 2024-55409 超音波流量計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024055409

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】超音波流量計

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/667 20220101AFI20240411BHJP

【ＦＩ】

G01F1/667 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162327

(22)【出願日】2022-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】000116633

【氏名又は名称】愛知時計電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】駒田 望

(72)【発明者】

【氏名】八幡 貴紀

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035DA05

(57)【要約】

【課題】超音波送受信器の向きを整えることができる技術を提供する。
【解決手段】電圧監視回路は、流体が流れる流路と、流路の長手方向と交差する方向に延びる取付け部と、取付け部の内側に配置される第１の超音波送受信器と、取付け部の内周面と前記第１の超音波送受信器の外周面との間に配置される防振部材と、取付け部の端部に固定される押え部材であって、前記防振部材を前記流路側に押える押え部材と、を備え、押え部材は、前記防振部材の一部を押える第１の部分と、前記防振部材の他の一部を押える第２の部分であって前記第１の部分よりも前記防振部材側に突出する第２の部分と、を備えていてもよい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流れる流路と、
前記流路の長手方向と交差する方向に延びる取付け部と、
前記取付け部の内側に配置される第１の超音波送受信器と、
前記取付け部の内周面と前記第１の超音波送受信器の外周面との間に配置される防振部材と、
前記取付け部の端部に固定され、前記防振部材を前記流路側に押える押え部材と、を備え、
前記押え部材は、前記防振部材の一部を押える第１の部分と、前記防振部材の他の一部を押える第２の部分であって前記第１の部分よりも前記防振部材側に突出する前記第２の部分と、を備える、超音波流量計。

【請求項2】

前記流路を介して前記第１の超音波送受信器と対向する第２の超音波送受信器を更に備える、請求項１に記載の超音波流量計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、超音波流量計に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に超音波流量計が記載されている。特許文献１の超音波流量計は、流体が流れる流路と、流路の長手方向と交差する方向に延びる取付け部と、取付け部の内側に挿入される超音波送受信器とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１９６２０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の超音波流量計では、例えば成型歪み等により、取付け部の向きが僅かに傾くことがある。また、それに伴って超音波送受信器の向きが正常時よりも傾くことがある。超音波送受信器の向きが傾くと、超音波が正常な向きに送信されなくなる。また、超音波は指向性が高いので、超音波が送信される向きが僅かでも傾くと超音波流量計の計測精度が悪くなることがある。

【0005】

超音波流量計の実際の製品では、低い確率ではあるが取付け部に成型歪みが発生することがあり、その度に製品の金型を作り直すと時間と費用を要してしまう。また、製品の金型を作り直したとしても、成型歪みが発生する確率をゼロにすることは極めて困難である。

【0006】

そこで本明細書は、超音波送受信器の向きを整えることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本技術の第１の態様では、超音波流量計が、流体が流れる流路と、前記流路の長手方向と交差する方向に延びる取付け部と、前記取付け部の内側に配置される第１の超音波送受信器と、前記取付け部の内周面と前記第１の超音波送受信器の外周面との間に配置される防振部材と、前記取付け部の端部に固定され、前記防振部材を前記流路側に押える押え部材と、を備えている。前記押え部材は、前記防振部材の一部を押える第１の部分と、前記防振部材の他の一部を押える第２の部分であって前記第１の部分よりも前記防振部材側に突出する前記第２の部分と、を備えていてもよい。

【0008】

上記の構成によれば、例えば取付け部の成型歪み等により超音波送受信器の向きが正常時よりも傾いたとしても、押え部材の第２の部分が防振部材の一部を押すことにより、防振部材の状態を微調整することができる。これにより、防振部材の内側に配置されている超音波送受信器の向きを微調整することができる。よって、上記の構成によれば、超音波送受信器の向きを整えることができる。その結果、超音波を正常な向きに送信することができる。

【0009】

第２の態様では、上記第１の態様において、超音波流量計が、前記流路を介して前記第１の超音波送受信器と対向する第２の超音波送受信器を更に備えていてもよい。

【0010】

この構成によれば、第１の超音波送受信器と第２の超音波送受信器との間で超音波を正確に送受信することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例の超音波流量計の断面図。

【図2】実施例の超音波流量計の一部の斜視図。

【図3】実施例の超音波流量計の一部の分解斜視図。

【図4】実施例の押え部材の斜視図。

【図5】実施例の押え部材の平面図。

【図6】実施例の押え部材の断面図（図５のＶＩ－ＶＩ断面図）。

【図7】変形例の押え部材の斜視図。

【図8】変形例の押え部材の斜視図。

【図9】試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施例の超音波流量計について図面を参照して説明する。図１は、実施例の超音波流量計２の断面図である。図１に示すように、超音波流量計２は、流体が流れる流路４０を構成する第１管４及び第２管６を備えている。また、超音波流量計２は、図１から図３に示すように、第１管４に固定されている一対の取付け部材１０（１０ａ、１０ｂ）と、各取付け部材１０に対して防振部材５０（５０ａ、５０ｂ）を介して取り付けられている超音波送受信器２０（２０ａ、２０ｂ）と、各防振部材５０を押さえる押え部材３（３ａ、３ｂ）とを備えている。超音波流量計２は、超音波送受信器２０により超音波を送受信することにより、流路４０を流れる流体の流速や流量を計測する装置である。なお、超音波を利用して流体の流速や流量を計測する原理については既に知られているので詳細な説明を省略する。

【0013】

超音波流量計２の第１管４と第２管６は、軸方向に沿って並んで配置されており、互いに連結されて流体の流路４０を構成している。流路４０を流れる流体は、例えば、水等の液体や都市ガス等の気体である。流路４０の長手方向に沿って上流側から下流側へ流体が流れる。なお、第２管６は、取付け部材１０を覆うカバー部６０を備えていてもよい。

【0014】

取付け部材１０は、第１管４の軸方向（流路４０の長手方向）に対して傾斜した状態で第１管４に固定されている。取付け部材１０は、概して筒状に構成されており、流路４０の長手方向と交差する方向に延びている。取付け部材１０の内側の空間は流路４０と連通している。一対の取付け部材１０（１０ａ、１０ｂ）は、流路４０を介して互いに対向するように配置されている。一対の取付け部材１０（１０ａ、１０ｂ）は、流路４０を介して互いに反対方向に延びるように設けられている。一対の取付け部材１０（１０ａ、１０ｂ）のうち、第１の取付け部材１０ａが流路４０の上流側の位置に設けられており、第２の取付け部材１０ｂが第１の取付け部材１０ａよりも流路４０の下流側の位置に設けられている。以下では、一対の取付け部材１０（１０ａ、１０ｂ）のうち、代表で上流側の第１の取付け部材１０ａ及びそれに関連する構成について説明する。

【0015】

図２に示すように、第１の取付け部材１０ａの内周面には、防振部材５０（第１の防振部材５０ａ）を保持するための凹部１２が設けられている。凹部１２は、第１の取付け部材１０ａの軸方向の端部に設けられている。凹部１２は、第１の取付け部材１０ａの内周面の周方向に延びている。

【0016】

第１の防振部材５０ａは、第１の取付け部材１０ａの内側に配置されている。第１の防振部材５０ａは、例えば弾性ゴムから作製されており、概して筒状に構成されている。第１の防振部材５０ａの外周面には、第１の取付け部材１０ａの内周面の凹部１２と係合する凸部５４が設けられている。第１の防振部材５０ａの凸部５４が第１の取付け部材１０ａの凹部１２内に配置される。これにより、第１の防振部材５０ａが第１の取付け部材１０ａに取り付けられる。第１の防振部材５０ａは、第１の取付け部材１０ａの軸方向の端部の内周面に取り付けられる。

【0017】

第１の防振部材５０ａは、第１の取付け部材１０ａの内周面と超音波送受信器２０（第１の超音波送受信器２０ａ）の外周面との間に配置されている。第１の防振部材５０ａは、第１の超音波送受信器２０ａを囲んでいる。第１の防振部材５０ａは、第１の超音波送受信器２０ａの振動が第１の取付け部材１０ａに伝わることを抑制するために設けられている。第１の防振部材５０ａの内周面には、第１の超音波送受信器２０ａを保持するための凹部５２が設けられている。凹部５２は、第１の防振部材５０ａの内周面の周方向に延びている。凹部５２は、第１の防振部材５０ａの軸方向の中央部に設けられている。

【0018】

第１の超音波送受信器２０ａは、第１の防振部材５０ａの内側に配置されている。第１の超音波送受信器２０ａは、超音波を送受信する超音波振動子２２と、超音波振動子２２を封止する封止部材２４とを備えている。超音波振動子２２は、流路４０を流れる流体に向けて超音波を送信する。第１の超音波送受信器２０ａの超音波振動子２２は、第１の超音波送受信器２０ａと対向する第２の超音波送受信器２０ｂ（図１参照）に向けて超音波を送信する。また、第１の超音波送受信器２０ａの超音波振動子２２は、第２の超音波送受信器２０ｂから送信される超音波を受信する。第１の超音波送受信器２０ａと第２の超音波送受信器２０ｂは、通常は、流路４０を介して正対している。

【0019】

封止部材２４は、例えば樹脂から作製されており、超音波振動子２２を被覆している。封止部材２４の外周面には、第１の防振部材５０ａの内周面の凹部５２と係合する凸部２５が設けられている。封止部材２４の凸部２５が第１の防振部材５０ａの凹部５２内に配置される。これにより、第１の超音波送受信器２０ａが第１の防振部材５０ａに保持される。第１の超音波送受信器２０ａは、第１の防振部材５０ａに保持された状態で第１の取付け部材１０ａの内側に挿入されている。第１の超音波送受信器２０ａは、第１の防振部材５０ａを介して第１の取付け部材１０ａに取り付けられている。

【0020】

次に、押え部材３（第１の押え部材３ａ）について説明する。第１の押え部材３ａは、第１の防振部材５０ａ及び第１の超音波送受信器２０ａが第１の取付け部材１０ａから離脱しないように、第１の防振部材５０ａを第１の取付け部材１０ａの軸方向に向けて押さえる部材である。第１の押え部材３ａは、第１の取付け部材１０ａの軸方向の端部に固定されている。第１の押え部材３ａは、例えば金属や樹脂から作製されている。

【0021】

図３から図６に示すように、第１の押え部材３ａは、環状部３０と、一対の固定部３３、３３とを備えている。環状部３０は、第１の防振部材５０ａの軸方向の端部を覆っている。環状部３０の内側の開口部３６から第１の超音波送受信器２０ａの端部が露出する。環状部３０は第１の超音波送受信器２０ａに接していない。環状部３０は、第１の部分３１と、第２の部分３２とを備えている。第１の部分３１は、第１の防振部材５０ａの一部を押さえている。第２の部分３２は、第１の防振部材５０ａの他の一部（第１の部分３１で押さえられていない部分）を押さえている。第２の部分３２は、環状部３０の一部をプレス加工で曲げることにより構成されている。第２の部分３２は、第１の押え部材３ａが第１の取付け部材１０ａに取り付けられた状態で第１の部分３１よりも第１の防振部材５０ａ側に突出している。第２の部分３２の突出高さは、例えば、０．１ｍｍ－１ｍｍである。第２の部分３２の面積は、第１の部分３１の面積よりも狭くされている。第２の部分３２は、開口部３６の中心部よりも固定部３３側に設けられている。第２の部分３２が設けられる位置は特に限定されない。

【0022】

一対の固定部３３は、それぞれ、環状部３０から側方に突出している。固定部３３には、固定用のネジ９０が挿入されるネジ孔３４が設けられている。ネジ孔３４は、開口部３６の中心部から偏心した位置に設けられている。固定部３３は、ネジ９０により第１の取付け部材１０ａの端部に固定されている。

【0023】

以上、実施例の超音波流量計２について説明した。以上のように、超音波流量計２は、流路４０の長手方向と交差する方向に延びる取付け部材１０と、取付け部材１０の内側に配置される超音波送受信器２０と、取付け部材１０の内周面と超音波送受信器２０の外周面との間に配置される防振部材５０と、取付け部材１０の端部に固定される押え部材３であって、防振部材５０を流路４０側に押える押え部材３とを備えている。押え部材３は、防振部材５０の一部を押える第１の部分３１と、防振部材５０の他の一部を押える第２の部分３２であって第１の部分３１よりも防振部材５０側に突出する第２の部分３２とを備えている。

【0024】

この構成によれば、超音波送受信器２０の向きが正常時の向きからずれたとしても、防振部材５０を押える押え部材３の第２の部分３２が防振部材５０の一部を押すことにより、防振部材５０の状態を微調整することができる。これにより、防振部材５０の内側に配置されている超音波送受信器２０の向きを微調整することができる。例えば、取付け部材１０の向きが成形歪み等により傾いたとしても、超音波送受信器２０の向きを整えることができる。これにより、超音波を正常な向きに送信することができる。また、上記の構成によれば、第１の超音波送受信器２０ａと第２の超音波送受信器２０ｂとの間で超音波を正確に送受信することができる。

【0025】

なお、以上の説明では、第１の取付け部材１０ａ、第１の防振部材５０ａ、第１の超音波送受信器２０ａ、及び第１の押え部材３ａの構成について説明したが、第２の取付け部材１０ｂ、第２の防振部材５０ｂ、第２の超音波送受信器２０ｂ、及び第２の押え部材３ｂの構成も同様である。第２の取付け部材１０ｂ、第２の防振部材５０ｂ、第２の超音波送受信器２０ｂ、及び第２の押え部材３ｂは、それぞれ、第１の取付け部材１０ａ、第１の防振部材５０ａ、第１の超音波送受信器２０ａ、及び第１の押え部材３ａと流路４０を介して対向する位置に設けられている。第２の取付け部材１０ｂ、第２の防振部材５０ｂ、第２の超音波送受信器２０ｂ、及び第２の押え部材３ｂは、それぞれ、第１の取付け部材１０ａ、第１の防振部材５０ａ、第１の超音波送受信器２０ａ、及び第１の押え部材３ａと反対向きで設けられている。第２の取付け部材１０ｂ、第２の防振部材５０ｂ、第２の超音波送受信器２０ｂ、及び第２の押え部材３ｂの構成については、それぞれ、第１の取付け部材１０ａ、第１の防振部材５０ａ、第１の超音波送受信器２０ａ、及び第１の押え部材３ａの構成と同様なので詳細な説明を省略する。

【0026】

（対応関係）
取付け部材１０が「取付け部」の一例である。

【0027】

（変形例）
（１）上記の実施例では、取付け部材１０が筒状の構成であったが、この構成に限定されない。変形例では、例えば取付け部材１０が矩形状の構成であってもよい。

【0028】

（２）上記の実施例では、押え部材３の第２の部分３２が曲げ加工により作製されていたが、この構成に限定されない。変形例では、図７に示すように、押え部材３の第２の部分３２が切削加工により段差を付けて作製されていてもよい。第１の部分３１と第２の部分３２の間に、例えば１段又は複数段の段差が設けられていてもよい。また、他の変形例では、図８に示すように、プレス加工により環状部３０に凸部を設けることにより第２の部分３２が作製されてもよい。

【0029】

（３）上記の実施例では、第１の超音波送受信器２０ａと第２の超音波送受信器２０ｂが流路４０を介して対向する構成であったが、この構成に限定されない。変形例では、第１の超音波送受信器２０ａと第２の超音波送受信器２０ｂが流路４０の長手方向（第１管４の軸方向）に沿って並んでいる構成であってもよい。この構成では、第１の超音波送受信器２０ａ（又は第２の超音波送受信器２０ｂ）から送信される超音波が、第１管４の内周面で反射した後に、第２の超音波送受信器２０ｂ（又は第１の超音波送受信器２０ａ）で受信される。

【0030】

（試験例）
実施例の超音波流量計２を用いて超音波の信号強度を調べる試験を行った。試験に用いた超音波流量計２では、第１の押え部材３ａの第２の部分３２の突出高さを０．５ｍｍとした。一方、比較例の超音波流量計は、押え部材が第２の部分を備えていない構成とした。即ち、比較例の超音波流量計は、押え部材の環状部に段差が無い構成とした。また、実施例の超音波流量計２と比較例の超音波流量計は、共に、第１の取付け部材１０ａの向きが成型歪みにより傾いている構成とした。

【0031】

実施例と比較例により、上流側の第１の超音波送受信器２０ａが受信する超音波の信号強度と、下流側の第２の超音波送受信器２０ｂが受信する超音波の信号強度との比を比較した。図９は、試験結果を示す図である。図９に示すように、実施例の超音波流量計２では、流体の流量が多い場合でも、超音波の信号強度の比が維持されることが確認された。比較例の超音波流量計では、流体の流量が多くなるにつれて、超音波の信号強度の比が低下することが確認された。

【0032】

以上より、実施例の超音波流量計２では、第１の押え部材３ａにより第１の超音波送受信器２０ａの向きを整えることにより、超音波の信号強度の比が維持されることが確認された。したがって、実施例の超音波流量計２では、超音波を正常な向きに送信することができ、精度良く流体の流速や流量を計測することができる。

【0033】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0034】

２：超音波流量計、３：押え部材、４：第１管、６：第２管、１０：取付け部材、２０：超音波送受信器、２２：超音波振動子、２４：封止部材、３０：環状部、３１：第１の部分、３２：第２の部分、３３：固定部、３６：開口部、４０：流路、５０：防振部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】