(57)【要約】【課題】超音波振動子が外部から振動を受けても、超音波振動子の固定位置がずれないように、超音波振動子を筺体に固定することである。【解決手段】円柱形状の超音波振動子２２，２３と、超音波振動子２２，２３を保持するインナーシャーシ２５とを備えた超音波計測装置であって、超音波振動子２２，２３をインナーシャーシ２５に位置決めして固定するために、超音波振動子２２，２３の周方向に延在する溝２２ｂ，２３ｂと、インナーシャーシ２５に設けられ、溝２２ｂ，２３ｂに嵌合する突条２５ｆ，２５ｆとを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状の超音波振動子と、前記超音波振動子を保持する筺体とを備えた超音波計測装置であって、
前記超音波振動子を前記筺体に位置決めして固定する固定部を備え、
前記固定部は、
前記超音波振動子の外周面に設けられ、前記超音波振動子の周方向に延在する振動子嵌合部と、
前記筺体に設けられ、前記振動子嵌合部と嵌合する筺体嵌合部と
を有することを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波計測装置であって、
前記振動子嵌合部は突条または溝であり、前記筺体嵌合部は前記振動子嵌合部に対応する溝または突条であることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波計測装置であって、
前記筺体嵌合部は、前記振動子嵌合部を径方向から挟み込む一対の湾曲部材であることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波計測装置であって、
前記振動子嵌合部と前記筺体嵌合部との間に、振動を抑制する弾性部材を設けたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波計測装置であって、
前記振動子嵌合部は、前記超音波振動子の軸方向において、前記超音波振動子の振動面から所定の距離に設けられていることを特徴とする超音波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波計測装置に関し、特に、超音波振動子を有する超音波計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を発して、その反射波を受信する超音波振動子を用いた超音波計測装置が様々な用途で利用されている。例えば、医療分野における気体の濃度測定及び流量測定や、工場施設におけるガス漏れの検出、自動車を駐車場に駐車する際の障害物の検出等に超音波計測装置が利用されている。
【０００３】
具体的には、医療目的で使用されるサンプルガスが流れる配管中に、互いに対向する一対の超音波振動子を配置して、一方の超音波振動子からの超音波を他方の超音波振動子で受信することによって、配管中に流れるサンプルガスにおける酸素濃度を測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、開口が設けられた筺体の側面に超音波スピーカーと超音波マイクとを並べて配置して、筺体内に流入する気体に対して、超音波スピーカーから超音波を発して、その反射した超音波を超音波マイクで受信することによって、気体中のガス濃度を検出する（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、回路基板と超音波振動子とをケースに取り付けて、回路基板と超音波振動子とを一体化することにより小型化して、車両のバンパに取り付けて障害物を検出する（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に記載の構成では、円柱状の超音波振動子をケースの円筒部に挿入して取り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１４０１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７９０３号公報
【特許文献３】特開２００６−２７９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜３に記載の超音波計測装置は、超音波振動子から発せられた超音波の伝搬速度（伝搬時間）を計測し、超音波の伝搬速度の変化に基づいて被対象物の状態を判断している。
【０００８】
上述したように、超音波計測装置は、様々な分野で使用されるものであり、その使用環境によっては、超音波振動子が外部から振動（衝撃も含む）を受ける場合がある。超音波振動子が外部から振動を受けて、超音波振動子の位置がわずかでもずれると、超音波の伝搬速度が変動して、その結果伝搬時間も変動する。すなわち、超音波振動子が外部から振動を受けると、超音波の伝搬時間に影響して被対象物の状態の判断精度が低下する。特に、超音波計測装置を小型化した場合、超音波を伝搬させる空間が小さくなって超音波の伝搬時間も短くなるため、外部からの振動が伝搬時間の計測に大きく影響する。
【０００９】
そこで、本発明では、超音波振動子が外部から振動を受けても、超音波振動子の固定位置がずれないように、超音波振動子を筺体に固定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波計測装置は、円柱形状の超音波振動子と、前記超音波振動子を保持する筺体とを備えた超音波計測装置であって、前記超音波振動子を前記筺体に位置決めして固定する固定部を備え、前記固定部は、前記超音波振動子の外周面に設けられ、前記超音波振動子の周方向に延在する振動子嵌合部と、前記筺体に設けられ、前記振動子嵌合部が嵌合する筺体嵌合部とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記振動子嵌合部は突条または溝であり、前記筺体嵌合部は前記振動子嵌合部に対応する溝または突条であることを特徴とする。また、前記筺体嵌合部は、前記振動子嵌合部を径方向から挟み込む一対の湾曲部材であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記振動子嵌合部と前記筺体嵌合部との間に、振動を抑制する弾性部材を設けたことを特徴とする。また、前記振動子嵌合部は、前記超音波振動子の軸方向において、前記超音波振動子の振動面から所定の距離に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、超音波振動子が外部から振動を受けても、超音波振動子の位置ずれが防止されるので、超音波の伝搬時間を正確に計測することができる。このため、超音波振動子が振動を受けるような場所であっても、超音波計測装置を使用することができ、超音波計測装置の使用範囲を拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】超音波計測装置の分解斜視図である。
【図２】超音波振動子、アナログＰＣＢ及びインナーシャーシの分解斜視図である。
【図３】超音波振動子の保持構造を説明する図であり、（ａ）は超音波計測装置の概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
【図４】図３のＢ部の拡大図である。
【図５】超音波計測装置の変形例を示す超音波振動子の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態における超音波計測装置１は、例えば、車両に搭載されて車両におけるガス漏れ等を検出するために用いられる。図１に示すように、超音波計測装置１は、超音波計測装置１の筺体を構成する箱形状のフロントケース１０と、フロントケース１０に収容されるＰＣＢユニット２０と、フロントケース１０の開口部を閉塞するリアカバー３０とを備えている。
【００１６】
フロントケース１０の側面には、フロントケース１０の内外を通気する一対の側方通気孔１１，１１が設けられている。側方通気孔１１，１１には、水等の浸入を抑制する蓋１２，１２がそれぞれ取り付けられている。また、フロントケース１０の内側面には、超音波を反射する反射面１３が形成されている。
【００１７】
ＰＣＢユニット２０は、アナログＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）２１と、アナログＰＣＢ２１に接続される一対の超音波振動子２２，２３と、デジタルＰＣＢ２４と、アナログＰＣＢ２１、超音波振動子２２，２３、デジタルＰＣＢ２４を保持するインナーシャーシ２５とを備えている。
【００１８】
アナログＰＣＢ２１は、超音波振動子２２，２３を駆動するとともに、超音波振動子２２，２３からの信号を処理する回路基板である。
【００１９】
超音波振動子２２，２３は円柱形状であり、内部に圧電素子やバッキング部材が組み込まれている。また、図２に示すように、超音波振動子２２，２３の一端面には、超音波振動子２２，２３の圧電素子への電圧供給や信号出力を行うための接続ピン２２ａ，２３ａが設けられている。
【００２０】
超音波振動子２２，２３は、超音波を発する先端が互いに近接するように傾いてそれぞれ配置されている。一方の超音波振動子２２の振動面２６から超音波を発して、フロントケース１０の反射面１３で反射した超音波を他方の超音波振動子２３が受信する。この超音波の伝搬速度（伝搬時間）を計測して、この伝搬速度の変化に基づいて、フロントケース１０の内部のガス等の気体の濃度を判断する。
【００２１】
デジタルＰＣＢ２４は、アナログＰＣＢ２１からの信号を処理して外部に出力し、また、信号を生成してアナログＰＣＢ２１に入力する。
【００２２】
インナーシャーシ２５は、フロントケース１０に位置決めされて固定されている。インナーシャーシ２５は、フロントケース１０に固定されることにより超音波計測装置１の筺体の一部を構成している。インナーシャーシ２５は、一方側からアナログＰＣＢ２１が取り付けられるとともに、他方側からデジタルＰＣＢ２４が取り付けられる枠２５ａと、超音波振動子２２，２３を保持する保持部２５ｂとを備えている。
【００２３】
リアカバー３０は、フロントケース１０の開口部を覆って、フロントケース１０を密閉する。リアカバー３０には、フロントケース１０の内部に気体を導入する通気孔３１が設けられている。通気孔３１には、格子状の複数の開口を有するカバー３２が取り付けられている。
【００２４】
このように、超音波計測装置１では、外気がリアカバー３０の通気孔３１からフロントケース１０の内部に流入する。流入した気体に対して、超音波振動子２２から反射面１３に向けて超音波が発せられて、反射面１３で反射した超音波が超音波振動子２３で受信される。この間の超音波の伝搬時間に基づいて、流入した気体のガス濃度を判断することにより、ガス漏れの有無を判定する。
【００２５】
次に、超音波振動子２２，２３の固定構造について図１〜５を参照して説明する。図２は、図１におけるＰＣＢユニット２０を上下反転した状態を示している。なお、デジタルＰＣＢ２４の図示を省略している。
【００２６】
図２に示すように、インナーシャーシ２５の枠２５ａは、アナログＰＣＢ２１の形状に対応した形状である。インナーシャーシ２５の枠２５ａには、アナログＰＣＢ２１の位置決め孔２１ａ，２１ａに係合する位置決めピン２５ｃ、２５ｃが設けられている。また、アナログＰＣＢ２１が取り付けられたときに、アナログＰＣＢ２１を係止する爪２５ｄ、２５ｄも設けられている。このため、アナログＰＣＢ２１は、インナーシャーシ２５の枠２５ａに取り付けられたとき、位置決めピン２５ｃ、２５ｃに位置決めされて、爪２５ｄ、２５ｄによって保持される。
【００２７】
アナログＰＣＢ２１の一端部の両面には、超音波振動子２２，２３の接続ピン２２ａ，２３ａが電気的に接続される回路配線２１ｂ，２１ｂが設けられている。なお、図２においては一面側の回路配線２１ｂ，２１ｂを図示し、他面側の回路配線は見えていない。超音波振動子２２，２３の接続ピン２２ａ，２３ａは、同様の構成であるので、以下、超音波振動子２２の接続ピン２２ａについて説明する。
【００２８】
接続ピン２２ａは超音波振動子２２の端面から５本延出されており、これら５本の接続ピン２２ａは３本と２本とに２列配列されている。１列目には３本の接続ピン２２ａが配列されており、２列目には２本の接続ピン２２ａが配列されている。１列目の接続ピン２２ａと２列目の接続ピン２２ａとの間隔は、アナログＰＣＢ２１の厚さと略同じに設定されている。すなわち、１列目の接続ピン２２ａと２列目の接続ピン２２ａとでアナログＰＣＢ２１を表裏面から挟み込んでいる。この状態において、各接続ピン２２ａを回路配線２１ｂにそれぞれはんだ付けすることによって、超音波振動子２２がアナログＰＣＢ２１に電気的に接続されるとともに固定される。
【００２９】
超音波振動子２２，２３の外周面には、周方向に沿って全周に亘って振動子嵌合部としての溝２２ｂ，２３ｂが形成されている。溝２２ｂ，２３ｂは、超音波振動子２２，２３の圧電素子が埋設されている部分以外、すなわち、超音波振動子２２，２３の軸方向において、圧電素子の後方の周面に形成されている。つまり、超音波振動子２２，２３の中央部、または、接続ピン２２ａ，２３ａ側の周面に形成されている。
【００３０】
一方、枠２５ａの回路配線２１ｂ，２１ｂに対応する縁には、保持部２５ｂが設けられている。保持部２５ｂは、超音波振動子２２，２３の外周面に沿った湾曲面２５ｅ，２５ｅを有している。この湾曲面２５ｅ，２５ｅには、剛性を向上するための複数のリブが設けられている。また、湾曲面２５ｅ，２５ｅには、超音波振動子２２，２３の位置決めを行うとともに、超音波振動子２２，２３を固定するための筺体嵌合部としての突条２５ｆ，２５ｆが設けられている。
【００３１】
突条２５ｆ，２５ｆと溝２２ｂ，２３ｂとは対応しており、溝２２ｂ，２３ｂの幅は突条２５ｆ，２５ｆの幅と略同じである。このため、超音波振動子２２，２３をインナーシャーシ２５の保持部２５ｂに取り付けることによって、超音波振動子２２，２３の溝２２ｂ，２３ｂと、インナーシャーシ２５の突条２５ｆ，２５ｆとが互いに嵌り合うことによって、超音波振動子２２，２３がインナーシャーシ２５の保持部２５ｂに位置決めされて固定される。すなわち、超音波振動子２２，２３は、その軸方向に位置決めされるとともに、径方向にも位置決めされる。つまり、突条２５ｆ，２５ｆと溝２２ｂ，２３ｂとによって、超音波振動子２２，２３をインナーシャーシ２５に位置決めして固定する固定部が構成されている。
【００３２】
また、図１に示すように、フロントケース１０の超音波振動子２２，２３に対応する位置には、インナーシャーシ２５の湾曲面２５ｅ，２５ｅと同様の湾曲面１０ａ，１０ａが形成されている。この湾曲面１０ａ，１０ａには、インナーシャーシ２５の湾曲面２５ｅ，２５ｅに形成されているリブ及び突条２５ｆ，２５ｆと同様のリブ及び突条１０ｂ，１０ｂがそれぞれ形成されている。
【００３３】
よって、超音波振動子２２，２３は、インナーシャーシ２５の突条２５ｆ，２５ｆと、フロントケース１０の突条１０ｂ，１０ｂとによって、その上下方向、すなわち、径方向から挟まれて固定される。
【００３４】
このように、超音波振動子２２，２３の外周面に溝２２ｂ，２３ｂを設けるとともに、この溝２２ｂ，２３ｂに嵌合する突条２５ｆ，２５ｆをインナーシャーシ２５に設けて、この溝２２ｂ，２３ｂと突条２５ｆ，２５ｆとの嵌合により、超音波振動子２２，２３を筺体であるインナーシャーシ２５に位置決めして固定するので、超音波振動子２２，２３の位置決めを高精度に行うことができる。また、超音波振動子２２，２３が位置ずれしないように、しっかりとインナーシャーシ２５に固定することができる。
【００３５】
また、インナーシャーシ２５の突条２５ｆ，２５ｆとフロントケース１０の突条１０ｂ，１０ｂとによって、超音波振動子２２，２３を挟み込んで保持固定するので、さらに、超音波振動子２２，２３を、超音波計測装置１の筺体（インナーシャーシ２５及びフロントケース１０）に強固に固定することができる。
【００３６】
さらに、インナーシャーシ２５の突条２５ｆ，２５ｆが形成されている湾曲面２５ｅ，２５ｅと、フロントケース１０の突条１０ｂ，１０ｂが設けられている湾曲面１０ａ，１０ａは、リブによって補強されているので剛性が高く、超音波振動子２２，２３が位置ずれしないように固定することができる。
【００３７】
このため、超音波振動子２２，２３が外部から振動を受けても、超音波振動子２２，２３の位置ずれが防止されるので、超音波の伝搬時間を正確に計測することができる。その結果、超音波振動子２２，２３が振動を受けるような場所であっても、超音波計測装置１を使用することができ、超音波計測装置１の使用範囲を拡げることができる。
【００３８】
また、超音波振動子２２，２３の振動面２６またはその付近で超音波振動子２２，２３を強固に保持固定すると振動面２６の振動が妨げられるが、本実施形態では、溝２２ｂ，２３ｂを、超音波振動子２２，２３の振動面２６から、超音波振動子２２，２３を強固に保持固定しても振動面２６の振動を妨げない、超音波振動子２２，２３の外周面上の所定の距離に形成しているので、振動面２６の振動を妨げることなく、かつ、超音波振動子２２，２３の強固な固定を実現することができる。
【００３９】
なお、超音波振動子２２，２３の外周面に突条を形成し、インナーシャーシ２５の湾曲面２５ｅ，２５ｅ及びフロントケース１０の湾曲面１０ａ，１０ａに溝を形成しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
次に、超音波振動子２２，２３の保持構造の変形例について説明する。図５に示すように、超音波振動子２２の外周面には、円筒状のシリコーンゴム４０（弾性部材）が装着されている。シリコーンゴム４０は、超音波振動子２２の溝２２ｂに沿って密着している。また、シリコーンゴム４０として振動を抑制する特性を有するものを使用する。
【００４１】
そして、このシリコーンゴム４０を介して、超音波振動子２２を、インナーシャーシ２５及びフロントケース１０に固定する。超音波振動子２３についても同様にシリコーンゴム４０を装着してインナーシャーシ２５及びフロントケース１０に固定する。
【００４２】
このように、超音波振動子２２，２３を、シリコーンゴム４０，４０を介して固定することによって、外部からの振動がシリコーンゴム４０，４０によって抑制されて超音波振動子２２，２３に伝達することを低減できる。また、超音波振動子２２，２３自体の振動を筐体へ伝達することも低減できる。なお、シリコーンゴム４０を溝２２ｂ，２３ｂの部分のみに装着してもよい。
【００４３】
本実施形態における超音波計測装置１は、車両に搭載されるものとして説明したが、そのような用途以外にも、医療現場、工場施設等において携帯するポータブル計測装置として使用してもよい。また、ガス漏れの測定以外に、気体の温度、湿度、気圧、流速、ガスの組成の測定に用いてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  超音波計測装置、１０  フロントケース、１０ａ  湾曲面、１０ｂ  突条、１１  側方通気孔、１２  蓋、１３  反射面、２０  ＰＣＢユニット、２１  アナログＰＣＢ、２１ａ  位置決め孔、２１ｂ  回路配線、２２，２３  超音波振動子、２２ａ，２３ａ  接続ピン、２２ｂ，２３ｂ  溝、２４  デジタルＰＣＢ、２５  インナーシャーシ、２５ａ  枠、２５ｂ  保持部、２５ｃ  位置決めピン、２５ｄ  爪、２５ｅ  湾曲面、２５ｆ  突条、２６  振動面、３０  リアカバー、３１  通気孔、３２  カバー、４０  シリコーンゴム。
【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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