(57)【要約】【課題】圧電体を頂壁内面に固着したケースと端子板を電気溶接により接合したものにあって、溶接チリの飛散を防止してケースの頂壁内面に固着した圧電体と端子板の短絡を防止し、超音波送受信器の信頼性の向上を目的とする。【解決手段】導電性のキャップ状ケース６の下方開放端からは外方向へのびるフランジ９が一体に形成してあって、導電性の端子板１０の外周が電気溶接されており、これによりこのケース６の内部は密閉空間１１に設定されている。端子板１０の外周近傍上面１６には溶接用突起１７が環状に設けられ、さらにその内側に位置して溶接チリ拡散防止手段である溶接チリ拡散防止突起１８が環状に設けられている。ケース６と端子板１０は溶接用突起１７を介して電気溶接されるが、この場合、溶接チリは溶接チリ拡散防止突起１８によりケース６の内部に拡散することがない。【選択図】図３
2006180317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂壁内面に圧電体を、頂壁外面に音響整合層をそれぞれ取着した導電性のケースと、このケースに溶接により固定され、その開放部を閉塞する導電性の端子板とを具備し、上記ケースと端子板の溶接部の近傍には溶接チリ拡散防止手段を配設した超音波送受波器。
【請求項２】
ケースの開放端側に外方向へのフランジを形成して端子板の上面をそのフランジの下面に溶接し、この溶接部位の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に拡散防止手段を配設した請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項３】
ケースにおけるフランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接用突起を形成するとともに、この溶接用突起の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に位置して上記フランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接チリ拡散防止突起を突設し、この拡散防止突起は溶接用突起よりも低く設定した請求項１または２記載の超音波送受波器。
【請求項４】
ケースにおけるフランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接用突起を形成するとともに、この溶接用突起の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に位置して上記フランジの下面と端子板の上面との間にシールリングを介在させた請求項１または２記載の超音波送受波器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波送受波器を流体通路の上流側と下流側に間隔をおいて少なくとも１対配置し、これら超音波送受波器間の超音波伝搬時間にもとづき上記流体通路を流れる流体の流速およびまたは流量を測定するようにした流体の流れ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送受波器およびこの超音波送受波器を用いて気体や液体の流速や流量を計測する流れ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種超音波送受波器は、図７に示すように、導電性のキャップ状ケース５１の頂壁内面に圧電体５２の上部電極面５２ａを接着などの手段を用いて固定し、また頂壁外面には音響整合層５３が取着してあった。
【０００３】
上記ケース５１の下方開放端からは外方向へのびるフランジ５４が一体に形成してあって、導電性の端子板５５の外周上面がその下面に溶接されており、これによりこのケース５１の内部は密閉空間５６に設定されている。通常、上記密閉空間５６には窒素ガスなどの不活性ガスが充填してある。
【０００４】
圧電体５２の下部電極面５２ｂには導電性の弾性材５７が弾着導通していて、上記端子板５５を電気絶縁的に貫通した一方の端子５８が接続されており、またこの端子５８と所定の間隔をおいた端子板５５の一部には他方の端子５９が接続されている。
【０００５】
つまり、一方の端子５８は、導電性の弾性材５７を介して圧電体５２の下部電極面５２ｂに、他方の端子５９は、端子板５５、ケース５１を介して圧電体５２の上部電極面５２ａにそれぞれ接続されているものである。
【０００６】
端子板５４に対する端子５８の貫通部にはガラス絶縁部６０が介在され、これをもって両者の絶縁関係が保たれるようにしてある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５０７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の超音波送受波器ではケース５１のフランジ５４と端子板５５を電気溶接などの溶接手段で接合する構成であり、端子板５５のケース５１への嵌合状態によっては、溶接時にケース５１と端子板５５の接触部で放電が発生し、糸状の溶接チリが密閉空間６０内で発生する場合があった。
【０００８】
そして、発生した溶接チリは密閉空間５６内に閉じ込められる。その結果、溶接チリは圧電体５２、ケース５１の内面、弾性材５７の外周に付着する状態となる。このようなとき、糸状の溶接チリの両端が圧電体５２の下部電極面５２ａと端子板５５に接触すると、これらが短絡状態となり、圧電体５２の機能が停止すると言う課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、電気溶接の際に発生する糸状の溶接チリの影響をなくし、超音波送受気波器としての性能を常に良好に維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために、ケースと端子板の溶接部の近傍に溶接チリ拡散防止手段を配設したものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超音波送受波器は、ケースと端子板を溶接した際に、糸状の溶接チリが発生してもそれが拡散してケース内部に混入することが防止され、圧電体の電極面と端子板とが短絡することがない。これにより、信頼性に優れた超音波送受波器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態は、頂壁内面に圧電体を、頂壁外面に音響整合層をそれぞれ取着した導電性のケースと、このケースに溶接により固定され、その開放部を閉塞する導電性の端子板とを具備し、上記ケースと端子板の溶接部の近傍には溶接チリ拡散防止手段を配設したものである。
【００１３】
その結果、ケースと端子板を電気溶接した際に糸状の溶接チリが発生した場合においても、溶接部近傍に設けた溶接チリ拡散防止手段により溶接チリがケース内部に入ることが防止され、圧電体の電極面と端子板との短絡がなくなる。
【００１４】
具体的には、ケースの開放端側に外方向へのフランジを形成して端子板の上面をそのフランジの下面に溶接し、この溶接部位の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に拡散防止手段を配設した。溶接部位の外周近傍に拡散防止手段を配設した場合、溶接チリのケース外側への拡散も阻止されることとなり、溶接機の電極回りへの溶接チリの堆積がなくなり、その作業効率、信頼性を損ねることがない。
【００１５】
拡散防止手段の具体的構成は、ケースにおけるフランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接用突起を形成するとともに、この溶接用突起の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に位置して上記フランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接チリ拡散防止突起を突設し、この拡散防止突起は溶接用突起よりも低く設定した。
【００１６】
これにより、溶接用突起は溶接対象物に確実に当接することとなり、ケースと端子板の溶接固定を確実なものとするとともに、溶接チリ拡散防止突起と相手部との間には若干の隙間ができるが、溶接チリの通過にまでには至らない。
【００１７】
溶接チリ拡散防止構成として、他の実施形態としては、ケースにおけるフランジの下面と端子板の上面とのいずれか一方より溶接用突起を形成するとともに、この溶接用突起の内、外周近傍のそれぞれ、または内周側に位置して上記フランジの下面と端子板の上面との間にシールリングを介在させたものも考えられる。
【００１８】
そして、これら超音波送受波器を流体通路の上流側と下流側に間隔をおいて少なくとも１対配置し、これら超音波送受波器間の超音波伝搬時間にもとづき上記流体通路を流れる流体の流速およびまたは流量を測定するようにすれば、高精度の流体の流れ計測が可能となる。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は超音波送受波器を用いた流体の流れ計測装置を示し、ＬＰガスや天然ガスなどの流体が流れる流体流路１の上流側と下流側とには所定の間隔をおいて少なくとも１対の超音波送受波器２，３が配置してある。
【００２０】
これら超音波送受波器２，３は一方から送信された超音波が流体の流れを斜めに横切って他方に受信されるようにしてある。
【００２１】
そして、超音波送受波器２，３間の超音波伝搬時間は計測回路４で計測され、その結果に基づいて流体の流動速度が、また必要に応じて流量が計測されるようにしてある。
【００２２】
以上のように構成された流れ計測装置の一応の作用、動作を説明する。
【００２３】
超音波送受波器２，３中心を結ぶ距離、すなわち超音波伝搬距離をＬ、流体の流れの方向との角度をθとする。また、流体の無風状態での音速をＣ、流体流速をＶとする。
【００２４】
上流側に配置された超音波送受波器２から送信された超音波は流体流路１を斜めに横断し、下流側に配置された超音波送受波器３で受信する。このときの伝搬時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｌ／Ｃ＋Ｖｃｏｓθ                    （１）
で示される。
【００２５】
次に超音波送受波器３ら超音波を送信して超音波送受波器２で受信する。このときの伝搬時間ｔ２は、
ｔ２＝Ｌ／Ｃ−Ｖｃｏｓθ                    （２）
で示される。
【００２６】
そして、（１）と（２）の式から流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２）    （３）
の式が得られる。
【００２７】
Ｌとθが既知なら、計測回路４にてｔ１とｔ２を測定すれば流速Ｖが求められる。必要に応じて、この流速Ｖに流体流路１の断面積Ｓと補正係数Ｋを乗じればとすれば、流量Ｑを求めることができる。流量演算回路５は、上記Ｑ＝ＫＳＶを演算するものである。
【００２８】
次に、上記超音波送受波器２，３について図２〜図４を用いて説明する。
【００２９】
図において、導電性のキャップ状ケース６の頂壁内面に圧電体７の上部電極面７ａを接着などの手段を用いて固定し、また頂壁外面には音響整合層８が取着してある。
【００３０】
上記ケース６の下方開放端からは外方向へのびるフランジ９が一体に形成してあって、導電性の端子板１０の外周上面がその下面に電気溶接されており、これによりこのケース６の内部は密閉空間１１に設定されている。通常、上記密閉空間１１には窒素ガスなどの不活性ガスが充填してある。
【００３１】
圧電体７の下部電極面７ｂには導電性の弾性材１２が弾着導通していて、上記端子板１０を電気絶縁的に貫通した一方の端子１３が接続されており、またこの端子１３と所定の間隔をおいた端子板１０の一部には他方の端子１４が接続されている。
【００３２】
つまり、一方の端子１３は、導電性の弾性材１２を介して圧電体７の下部電極面７ｂに、他方の端子１４は、端子板１０、ケース６を介して圧電体７の上部電極面７ａにそれぞれ接続されているものである。
【００３３】
端子板１０に対する端子１３の貫通部にはガラス絶縁部１５が介在され、これをもって両者の絶縁関係が保たれるようにしてある。
【００３４】
そして、端子板１０の外周近傍上面１６には溶接用突起１７が環状に設けられ、さらにその内側に位置して溶接チリ拡散防止手段である溶接チリ拡散防止突起１８が環状に設けられている。上記溶接チリ拡散防止突起１８の高さは溶接用突起１７に比べて低く設定されている。
【００３５】
以上の構成において、ケース６と端子板１０は溶接用突起１７を介して電気溶接されるが、この場合、溶接チリ拡散防止突起１８よりも溶接用突起１７の方が高く設定されているので、所定箇所での確実な溶接が可能となる。
【００３６】
図３のように、ケース６と端子板１０が溶接された後、ケース６のフランジ９の下面と溶接チリ拡散防止突起１８との間には微小な隙間１９が残るが、溶接チリが通過する程のものとはならない。
【００３７】
したがって、ケース６と端子板１０を電気溶接した際に糸状の溶接チリが発生した場合においても、溶接用突起部１７より内側に設けられた溶接チリ拡散防止突起１８によりこの溶接チリがケース６の内部に入るのを防止できるものであり、圧電体７の下部電極面７ｂと端子板１０の短絡をなくして、信頼性を高めることができる。
【００３８】
拡散防止突起１８の断面形状は半円形状、三角形状、四角形状などであってもその効果に違いはない。
【００３９】
（実施の形態２）
図４に示すものは、溶接用突起１７の外周側にもう一つの溶接チリ拡散防止突起２０を環状に設けたものである。なお、実施の形態１と同一の部分には同一符号を付し、構成、作用、動作などの説明は同実施の形態１のものを援用する。
【００４０】
この溶接チリ拡散防止突起２０も溶接用突起１７よりも若干低く設定してあり、ケース６と端子板１０が溶接された後に残るケース６のフランジ９の下面と溶接チリ拡散防止突起２０との間の微小な隙間２１は、溶接チリが通過する程のものとはならない。
【００４１】
この構成においては、溶接チリが発生してもケース６の内部はもちろん、外部にも拡散することを防止できる。したがって、溶接作業時おいて溶接機の電極回りの溶接チリ清掃が不要となり、その分、生産効率の向上が図れる。
【００４２】
溶接チリ拡散防止突起２０の断面形状も半円形状、三角形状、四角形状など、制約を受けるものではない。
【００４３】
（実施の形態３）
図５に示すものは、溶接用突起１７の内側に位置して溶接チリ拡散防止手段であるシールリング２２を配置したものである。このシールリング２２はゴム、或いは、低発泡、低密度の独立気泡を形成した発泡樹脂からなり、ケース６におけるフランジ９の形成基点と端子板１０との間に圧縮状態で挟持されている。
【００４４】
なお、実施の形態１と同一の部分には同一符号を付し、構成、作用、動作などの説明は同実施の形態１のものを援用する。
【００４５】
以上の構成において、ケース６と端子板１０は溶接用突起１７を介して電気溶接されるが、このとき発生する溶接チリはシールリング２２で通過が阻止され、圧電体７の下部電極面７ｂと端子板１０の短絡をなくして、信頼性を高めることができる。
【００４６】
（実施の形態４）
図６に示すものは、溶接用突起１７の内側のみならず外側に位置してそれぞれ溶接チリ拡散防止手段であるシールリング２２，２３を配置したものである。このシールリング２２，２３はゴム、或いは、低発泡、低密度の独立気泡を形成した発泡樹脂からなり、ケース６におけるフランジ９の上面と端子板１０との間に圧縮状態で挟持されている。
【００４７】
なお、実施の形態１と同一の部分には同一符号を付し、構成、作用、動作などの説明は同実施の形態１のものを援用する。
【００４８】
以上の構成において、ケース６と端子板１０は溶接用突起１７を介して電気溶接されるが、このとき発生する溶接チリは内側のシールリング２２でケース６内への拡散が防止され、また、外側シールリング２３で外部にも拡散も防止できる。
【００４９】
したがって、圧電体７の下部電極面７ｂと端子板１０の短絡をなくして、信頼性を高めることができとともに、溶接機の電極回りの溶接チリ清掃が不要となり、その分、生産効率の向上が図れる。併せて、溶接用突起１７の内外周がシールリング２２，２３で絶縁されているところから、同溶接用突起１７に確実に通電され、結果として溶接品質を大いに高めることができるものである。
【００５０】
なお、上記実施の形態において、端子板に溶接用突起を形成する代わりにケースのフランジ側に形成することも考えられ、また溶接チリ拡散防止突起も同様にケースのフランジ側に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる超音波送受波器は、製造時の電気溶接部で発生する溶接チリによる圧電体と端子板との短絡がなく、信頼性に優れた超音波送受波器を提供できるものであり、例えば、これをガスメータなどの流体計測に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】超音波流れ計測装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における超音波送受波器の溶接前断面図
【図３】本発明の実施の形態１における超音波送受波器の断面図
【図４】本発明の実施の形態２における超音波送受波器の断面図
【図５】本発明の実施の形態３における超音波送受波器の断面図
【図６】本発明の実施の形態４における超音波送受波器の断面図
【図７】従来の超音波送受波器を示す断面図
【符号の説明】
【００５３】
１  流体流路
２，３  超音波送受波器
６  ケース
７  圧電体
８  音響整合層
９  フランジ
１０  端子板
１７  溶接用突起
１８，２０  溶接チリ拡散防止突起
２２，２３  シールリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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