(57)【要約】【課題】超音波送受信ユニットを調整済とし、管路部への装着を簡便に行う。【解決手段】入口管路１２、出口管路１３は直管路１１に対して所謂クランク型に配置されている。直管路１１には、外側から圧電素子２２が前面板２４を介して当接する壁面１２ｃ、１３ｃが形成され、壁面１２ｃ、１３ｃの外側に、超音波送受信ユニット２０がそれぞれ着脱自在に装着されている。２つの超音波送受信ユニット２０は同形とされ、前部を開放し後部を閉塞した合成樹脂製のカバー部２１と、このカバー部２１内に設け超音波ビームの発信、受信を行う圧電素子２２と、カバー部２１を開放側を閉塞し裏面に圧電素子２２ａを配した前面板２４と、この圧電素子２２ｃに接続されるケーブル部２３とから構成されている。内在する圧電素子の出力が調整された超音波送受信ユニット２０を管路部１０の両側に配置し、ねじにより連結する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部を開放し後部を閉塞したカバー部と、該カバー部内に配置され超音波ビームを送受信する圧電素子と、該圧電素子と接続され前記カバー部から外方に引き出されたケーブル部と、前記カバー部の前部を閉塞すると共に裏面に前記圧電素子を配置した前面板とを備え、前記圧電素子を前記前面板の裏面に押圧して送受信性能が調整され、前記カバー部内が密閉状態とされた超音波送受信ユニットが、クランク型に流体を流す管路部の直管路の両側の壁面にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記圧電素子の送受信面から前記前面板を介して前記直管路内に前記超音波ビームを送受信して、前記超音波ビームの伝播速度を基に、前記管路部を流れる流体流量を測定することを特徴とする超音波式流量計。
【請求項２】
前記前面板は超音波を伝播する材質から成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波式流量計。
【請求項３】
前記超音波送受信ユニットを前記直管路に装着する際に、前記前面板と前記直管路の壁面との間に、超音波を伝播する柔軟物質を介在されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式流量計。
【請求項４】
前記カバー部と前記前面板との間に防水部材を介在することによる前記カバー部内を密閉状態としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超音波式流量計。
【請求項５】
前記ケーブル部は超音波送受信ユニットに設けた前記圧電素子の面方向と平行に、前記カバー部から外方に引き出されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超音波式流量計。
【請求項６】
前記カバー部には、前記直管路への装着時に前記管路部に対するガイド機能を有するガイド片が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波式流量計。
【請求項７】
前記超音波送受信ユニットは、前記直管路への装着時に前記管路部に対しねじにより連結されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の超音波式流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の産業分野で使用され、配管中の流体流量を測定する超音波式流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波式流量計では、例えばクランク型の管路部の両端に、超音波ビームの発信、受信を行う圧電素子が固定され、これらの圧電素子により流体が流れる管路部の一端から他端に、他端から一端に超音波ビームが伝播する時間をそれぞれ計測し、伝播時間の差から管路部を流れる流体の流速を測定する。
【０００３】
上述のクランク型の管路部は、一般に合成樹脂製であり、直管部、入口管路、出口管路、直管部の両側の圧電素子の取付部を必要とする。この管路部は構造が複雑なので１回の射出成型による成型は困難であり、幾つかの部品に分けて成型し、これらを組合わせて接合することにより製造している。
【０００４】
図６に示すように、このような従来の超音波式流量計において、測定すべき流体は、入口管路１、直管部２、出口管路３をクランク型に通過し、直管部２において超音波ビームの伝播速度を基に測定される。直管部２の両側には圧電素子４ａ、４ｂが取り付けられ、圧電素子４ａ、４ｂにより直管部２内に超音波ビームを交互に発信、受信する。
【０００５】
圧電素子４ａ、４ｂは入口管路１、出口管路３と一体に形成された筒部５ａ、５ｂ内に収納されて、直管部２の両側部の内壁６ａ、６ｂに貼り付けられ、圧電素子４ａ、４ｂにはリード線７ａ、７ｂが接続されている。そして、圧電素子４ａ、４ｂを保護するために、筒部５ａ、５ｂの外側から袋ナット状のカバー８ａ、８ｂが螺合されている。
【０００６】
この上述の従来例においては、構造的にカバー８ａ、８ｂは圧電素子４ａ、４ｂを収納する筒部５ａ、５ｂを取り囲むようにねじ込みによって取り付けているため、カバー８の容積が大きくなる。更に、リード線７ａ、７ｂは直管部２の延長線方向に引き出しており、超音波式流量計の設置個所が制限されてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、従来の超音波式流量計では、筒部５ａ、５ｂ内に圧電素子４ａ、４ｂを組み込んでから、リード線７ａ、７ｂを半田付けするなどの組立作業が煩雑となる問題もある。また、使用中に圧電素子等が故障した場合に、現場において簡便に圧電素子等のみを交換できない。
【０００８】
また、半導体製造設備に使用する超音波式流量計では腐食性流体を扱うため、管路部にはフッ素樹脂等の耐腐食性樹脂を用いる必要がある。しかし、耐腐食性樹脂は例えばポリエチレン、ポリピロピレン等の一般的な合成樹脂材に比べて高価であり、液体が接触しない筒部５ａ、５ｂにも管路部と一体のために耐腐食性樹脂を用いなければならず、製造コストが割高となる。
【０００９】
なお、同様に筒部５ａ、５ｂに取り付けるカバー８ａ、８ｂについても、ねじ込み構造であるために、膨張率等を考慮して、筒部５ａ、５ｂと同じ材料を使用することが好ましいので、管路部に耐腐食性樹脂を使用すると、カバー８ａ、８ｂの材料も高価となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許５９２２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の超音波式流量計は、本願発明の発明者によるものであり、上述の従来の超音波式流量計の課題を解決し、直管部の両側に超音波送受信ユニットを簡便に装着できるようにしていることにおいて本願発明も同様であり、本願発明は特許文献１の改良発明である。
【００１２】
本発明の目的は、上述の従来例の課題を解消すると共に、管路部とは別個に超音波送受信ユニットを組立てて調整しておき、管路部に装着してそのまま使用できる超音波式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】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式流量計は、前部を開放し後部を閉塞したカバー部と、該カバー部内に配置され超音波ビームを送受信する圧電素子と、該圧電素子と接続され前記カバー部から外方に引き出されたケーブル部と、前記カバー部の前部を閉塞すると共に裏面に前記圧電素子を配置した前面板とを備え、前記圧電素子を前記前面板の裏面に押圧して送受信性能が調整され、前記カバー部内が密閉状態とされた超音波送受信ユニットが、クランク型に流体を流す管路部の直管路の両側の壁面にそれぞれ着脱自在に取り付けられ、前記圧電素子の送受信面から前記前面板を介して前記直管路内に前記超音波ビームを送受信して、前記超音波ビームの伝播速度を基に、前記管路部を流れる流体流量を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る超音波式流量計によれば、直管路の両側に別体の調整済の超音波送受信ユニットを容易に装着できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の超音波式流量計の分解斜視図である。
【図２】超音波式流量計の斜視図である。
【図３】超音波式流量計の断面図である。
【図４】超音波送受信ユニットの拡大断面図である。
【図５】管路部に超音波送受信ユニットを装着する過程の斜視図である。
【図６】従来例の超音波式流量計の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を図１〜図５に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は実施例の超音波式流量計の分解斜視図、図２は組立てた状態の斜視図、図３は断面図、図４は超音波送受信ユニットの拡大断面図、図５は装着過程の斜視図である。
【００１８】
本実施例の超音波式流量計は、主として流体が流れる管路部１０と、この管路部１０の両側に取り付ける一対の超音波送受信ユニット２０とから構成されている。
【００１９】
管路部１０は、直管路１１と、この直管路１１の一方の端部にＬ字状に熱溶着等により結合し、直管路１１に直角方向から流体を流入する入口管路１２と、直管路１１の他方の端部にＬ字状に結合し、直管路１１から直角方向に向けて流体を排出する出口管路１３とから構成されており、入口管路１２、出口管路１３は直管路１１に対して所謂クランク型に配置されている。
【００２０】
管路部１０は例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐腐食性樹脂から成り、射出成型等により個々に成型された直管路１１、入口管路１２、出口管路１３が熱溶着等により接合されている。なお、管路部１０に透明体を採用することで、流体の流れを目視で確認することが可能となる。
【００２１】
入口管路１２、出口管路１３は例えば内径４ｍｍとされ、直管路１１も内径４ｍｍとされている。なお、直管路１１の両端の内径は、入口管路１２、出口管路１３の本体部１２ａ、１３ａに向うにつれてテーパ状に拡径され、流路抵抗が生じないようにされている。
【００２２】
入口管路１２と出口管路１３は同形の部材が使用されており、内容積が大きい本体部１２ａ、１３ａと、これらの本体部１２ａ、１３ａに対し、上流側及び下流側に連結した管体部１２ｂ、１３ｂとから構成されている。また、管体部１２ｂ、１３ｂの先端にそれぞれ流体管路を連結して使用する。
【００２３】
直管路１１の両側の本体部１２ａ、１３ａには、圧電素子が外側から当接する壁面１２ｃ、１３ｃが対向して形成されており、これらの壁面１２ｃ、１３ｃの外側に、圧電素子を内在する超音波送受信ユニット２０がそれぞれ着脱自在に装着されている。本体部１２ａ、１３ａの外周部には、直管路１１の軸方向に沿ってそれぞれ一対のねじ挿通孔１２ｄ、１３ｄと、超音波送受信ユニット２０のガイド片が当接するそれぞれ一対のガイド受部１２ｅ、１３ｅが設けられている。
【００２４】
２つの超音波送受信ユニット２０は同形とされ、安価で硬質のＦＲＰ等から成る合成樹脂製のカバー部２１と、このカバー部２１内に固定する圧電素子部２２と、この圧電素子部２２に接続され、カバー部２１の一部から外方の流量演算測定部に引き出されるケーブル部２３とから構成されている。
【００２５】
カバー部２１は略筒形とされ、前部は開放され、後部は閉塞されている。カバー部２１には、圧電素子部２２を収容する収納部２１ａと、入口管路１２、出口管路１３のねじ挿通孔１２ｄ、１２ｄを挿通された２本のねじ３１、３２の先端が、それぞれねじ込まれる一対のねじ孔２１ｂが設けられている。
【００２６】
また、カバー部２１の入口管路１２及び出口管路１３への装着時に、ガイド受部１２ｅ、１３ｅに対するガイド機能を有する一対のガイド片２１ｃが、カバー部２１の外側部に本体部１２ａ、１３ａに向けて設けられている。カバー部２１の後方には、収納部２１ａ内に通ずる小孔２１ｄが穿孔されている。更に、カバー部２１の後方側には、圧電素子２２ａの面方向に対し、平行で上方向に延在する筒状のケーブル引出部２１ｅが設けられている。
【００２７】
ケーブル部２３には防水ブッシュ２３ａが挿通されており、ケーブル引出部２１ｅから収納部２１ａ内に水が浸入しないようにされている。なお実施例では、ケーブル引出部２１ｅを上方に向けて設けているが、下方又は側方に向けて形成してもよい。
【００２８】
収納部２１ａ内の圧電素子部２２は、超音波ビームの発信、受信を行う圧電素子２２ａと、この圧電素子２２ａを嵌合して保持し、収納部２１ａに対して回転不能で前後動不能な保持部２２ｂと、圧電素子２２ａに接続され保持部２２ｂに設けた孔部から引き出されたリード線２２ｃと、保持部２２ｂの中央に設けたねじ孔に螺合され、圧電素子２２ａを押圧して調整する例えば合成樹脂材の調整ねじ２２ｄとから構成されている。
【００２９】
圧電素子２２ａは薄型円板状をしており、その表面に必要に応じて同形の音響整合板２２ｅが貼り付けられており、音響整合板２２ｅを前側にして圧電素子２２ａは保持部２２ｂにより保持されている。
【００３０】
カバー部２１の前部は、合成樹脂製の前面板２４により閉塞されている。前面板２４はＦＲＰ等から成る超音波を伝播可能な合成樹脂板から成り、一端を閉塞したカップ状の短円筒形とされており、開放端がカバー部２１内に押し込まれており、円板部の裏面に音響整合板２２ｅ、圧電素子２２ａが配置されている。また、前面板２４は保持部２２ｂに嵌合して抜け出ないように固定されており、前面板２４の筒状部の外周にはＯリング２５が配置されていて、カバー部２１の内壁と前面板２４の外周の間から、収納部２１ａ内に内部に液体が浸入しないようにされている。
【００３１】
なお、超音波送受信ユニット２０の装着に際しては、本体部１２ａ、１３ａとカバー部２１との間にはＯリング２６が介在され、これらの間への水の浸入を防止する防水機能を有している。
【００３２】
なお、直管路１１には支持具３３が取り付け可能とされ、超音波式流量計の荷重を支持するようになっている。
【００３３】
超音波送受信ユニット２０の組立てに際しては、カバー部２１の開口部から、圧電素子２２ａに接続したリード線２２ｃを収納部２１ａ内に引き込み、ケーブル引出部２１ｅから引き込んだケーブル部２３にリード線２２ｃを例えば半田接続する。次に、調整ねじ２２ｄを取り付けた保持部２２ｂを収納部２１ａ内に挿入して、保持部２２ｂを収納部２１ａ内で、図示しない固定機構により回動不能及び前後動不能に固定する。
【００３４】
次いで、音響整合板２２ｅを一体化した圧電素子２２ａを押し込み、調整ねじ２２ｄの先端に当接し、その押し込み位置を決める。更に、Ｏリング２５と共に前面板２４をカバー部２１内に押し込み、前面板２４を保持部２２ｂにより前後動不能に固定する。この状態で、音響整合板２２ｅと圧電素子２２ａは、前面板２４の裏面に重なるように配置されることになる。
【００３５】
このように組立てた超音波送受信ユニット２０では、ケーブル部２３を流量演算測定部に接続し、圧電素子２２ａの送受信調整を行う。測定すべき流体と同等の流体を直管路に充填した模式的な管路部に、グリス等を介して超音波送受信ユニット２０を装着し、一方の圧電素子２２ａと、この管路部の直管路の対向する側に配置した圧電素子とにより、交互に超音波ビームを送受信しながら圧電素子２２ａの送受信性能を調整する。
【００３６】
この調整はカバー部２１の小孔２１ｄからドライバを挿入して調整ねじ２２ｄを保持部２２ｂに対して回転し、圧電素子２２ａを裏側から前方に押圧し、前面板２４に対する押圧力を調整しながら行う。これにより、ケーブル部２３を介して出力した圧電素子２２ａの送受信性能を所定の値にすることができる。
【００３７】
圧電素子２２ａの送受信性能の調整を終えた超音波送受信ユニット２０には、小孔２１ｄから収納部２１ａ内にシリコン樹脂２７等を充填して、内部部品を固定すると共に、電気絶縁性を確保する。また、シリコン樹脂２７の充填により、小孔２１ｄは封止される。
【００３８】
このようにして組立てた超音波送受信ユニット２０を、管路部１０の両側に装着する際には、前面板２４と壁面１２ｃ、１３ｃとの間に、超音波が伝達し易いように、シート状のシリコンジェルやグリスの媒体を介在させ、ねじ挿通孔１２ｄ、１３ｄにねじ３１、３２をそれぞれ挿通する。更に、ねじ孔２１ｂにねじ３１、３２をねじ込み固定することで、管路部１０の両側に超音波送受信ユニット２０が連結して一体化する。
【００３９】
これにより、直管路１１の両側に超音波送受信ユニット２０が装着されて一体化され、カバー部２１と壁面１２ｃ、１３ｃとの間は、Ｏリング２６により閉塞され、グリス等が漏出しないようにする。
【００４０】
組立てた超音波式流量計は、管路部１０に被測定流体を流し、圧電素子２２ａにケーブル部２３を介して接続した流量測定演算部により、一対の圧電素子２２ａにより交互に送受信された超音波ビームの壁面１２ｃ、１３ｃ間での、直管路１１内における伝播速度をそれぞれ計測し、流体の流速、つまり流体流量を測定することができる。
【００４１】
本実施例においては、予め調整がなされた超音波送受信ユニット２０を直管路１１に対し両側に装着することで、直ちに使用することができる。しかし、時間的に余裕があれば、実際の管路部１０に対して、調整を行うことも勿論可能である。
【００４２】
なお、組立てられた超音波送受信ユニット２０は、圧電素子２２ａの送受信性能が調整された状態で保管されたり、運搬されたりするが、Ｏリング２５、防水ブッシュ２３ａにより、更に小孔２１ｄからの浸水が防止されているので、内部に水が入り込む虞れもなく、調整された性能はそのまま維持される。
【００４３】
また、心臓手術などで超音波流量計により血流量を測定する場合に、感染症等を防止するために、患者ごとに流量計を交換して使い捨てとすることが多い。この場合に、血液に触れることのない圧電素子等をも使い捨てとすることは経済的な損失がある。そこで、使い捨てとするのは血液を流通した管路部１０のみとし、超音波送受信ユニット２０を新しい管路部１０に対して装着を繰り返すことにより、超音波流量計の全てを使い捨てとしなくとも済む。
【符号の説明】
【００４４】
１０  管路部
１１  直管路
１２  入口管路
１２ａ、１３ａ  本体部
１２ｂ、１３ｂ  管体部
１２ｃ、１３ｃ  壁面
１３  出口管路
２０  超音波送受信ユニット
２１  カバー部
２１ａ  収納部
２１ｄ  小孔
２２  圧電素子部
２２ａ  圧電素子
２２ｃ  リード線
２２ｅ  音響整合板
２３  ケーブル部
２４  前面板
２５、２６  Ｏリング
２７  シリコン樹脂
３１、３２  ねじ
【図１】
2019045331.tif 000003
【図２】
2019045331.tif 000004
【図３】
2019045331.tif 000005
【図４】
2019045331.tif 000006
【図５】
2019045331.tif 000007
【図６】
2019045331.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月15日(2017.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記超音波送受信ユニットを前記直管路に装着する際に、前記前面板と前記直管路の壁面との間に、超音波を伝播する柔軟物質が介在されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式流量計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【特許文献１】特許４９９１９６３号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
特許文献１の超音波式流量計は、本願発明の発明者によるものである。上述の従来の超音波式流量計の課題を解決し、直管部の両側に超音波送受信ユニットを簡便に装着できることにおいて、本願発明は特許文献１の改良発明である。