(57)【要約】【課題】計測管の全長を従来より短くすることが可能な超音波流量計の提供を目的とする。【解決手段】本発明の超音波流量計１０によれば、センサ収容凹部３１のうち、キャップ５０との嵌合部分であるキャップ嵌合部３２の中心軸Ｊ２を、計測管２０の軸Ｊ１方向と直交した方向に向けたから、栓嵌合部が計測管の軸方向に対して傾斜した従来のものに比較して計測管２０の全長を短くすることが可能となる。【選択図】図２
2008261817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる計測管の上流側と下流側とに取り付けられた１対の超音波センサ間で、前記計測管の軸方向と斜めに交差する方向で超音波を送受波して前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記計測管の外側面に陥没形成されて前記１対の超音波センサを収容した１対のセンサ収容凹部と、前記各センサ収容凹部の底部に設けられて前記計測管の軸方向に対して傾斜し、前記各超音波センサの送受波面が密着したセンサ当接面と、前記各センサ収容凹部に嵌合固定されて前記センサ収容凹部を封止した栓部材とを備えたものにおいて、
前記各センサ収容凹部のうち前記栓部材が嵌合した栓嵌合部の中心軸を、前記計測管の軸方向と直交した方向に向けたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記栓部材には、前記栓嵌合部の内側面に当接した状態で嵌合した栓本体と、前記栓本体の先端に形成されて前記センサ当接面と略平行なセンサ押さえ面と、前記栓本体の後端から側方に張り出して前記センサ収容凹部の開口縁にねじ止めされた鍔部とが備えられ、
前記センサ押さえ面と前記超音波センサとの間には、圧縮されてその弾発力により前記超音波センサを前記センサ当接面に押し付ける弾性部材が設けられ、
前記弾性部材から前記栓部材に付与される弾発力のうち前記栓嵌合部の軸方向と直交した力の成分を、前記栓嵌合部の内側面と前記栓部材との当接によって受けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記超音波センサの出力信号に基づいて前記流量を演算して表示する流量演算表示器と、
前記計測管の外側面から突出して先端部に前記流量演算表示器を固定するための固定用囲壁と、
前記固定用囲壁の内側に形成されて前記流量演表示器によって閉塞される配線処理凹部と、
前記計測管のうち前記配線処理凹部と前記センサ収容凹部との間の壁部を貫通し、前記超音波センサと前記流量演算表示器との間の接続線が通された内部電線通路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記センサ当接面に凹部と凸部とを設け、前記凸部のみを前記超音波センサの送受波面に部分的に密着させたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記１対の超音波センサの送受波面は、前記計測管を軸方向から見た状態で非平行になるように配置され、一方の前記超音波センサの前記送受波面で反射した超音波の伝播経路を他方の前記超音波センサからずらしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記流体は、気体であり、
一方の前記超音波センサは、他方の前記超音波センサ側から一定の指向角で放射状に伝播した超音波の受信可能領域のうちその超音波の受信強度が最も高くなる領域中心部に対して前記他方の超音波センサから離れる側に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記計測管の外面から突出した１対のセンサ取付凸部を備え、それらセンサ取付凸部の芯部を陥没させて前記センサ収容凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか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、流体が流れる計測管の上流側と下流側とに取り付けられた１対の超音波センサ間で、計測管の軸方向と斜めに交差する方向で超音波を送受波して流体の流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に示す従来の超音波流量計１は、計測管２の外側面に超音波センサ３，３を収容するための有底孔４，４が陥没形成されており、その底部には計測管２の軸線に対して傾斜しかつ超音波センサ３，３が密着したセンサ当接面５，５が設けられている。また、有底孔４，４は超音波センサ３，３の後方に嵌合固定された栓部材６，６によって封止されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−９１９９７号公報（［０００８］、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の超音波流量計１では、有底孔４，４のうち栓部材６，６が嵌合した栓嵌合部４ａ，４ａが、センサ当接面５，５と直交する方向を向いていた。換言すれば、栓嵌合部４ａ，４ａが計測管２の軸方向に対して傾斜した方向に延びていた為、計測管２の全長が無駄に長くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、計測管の全長を従来より短くすることが可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる計測管の上流側と下流側とに取り付けられた１対の超音波センサ間で、計測管の軸方向と斜めに交差する方向で超音波を送受波して流体の流量を計測する超音波流量計であって、計測管の外側面に陥没形成されて１対の超音波センサを収容した１対のセンサ収容凹部と、各センサ収容凹部の底部に設けられて計測管の軸方向に対して傾斜し、各超音波センサの送受波面が密着したセンサ当接面と、各センサ収容凹部に嵌合固定されてセンサ収容凹部を封止した栓部材とを備えたものにおいて、各センサ収容凹部のうち栓部材が嵌合した栓嵌合部の中心軸を、計測管の軸方向と直交した方向に向けたところに特徴を有する。なお、本発明には超音波センサを１対以上備えているものが含まれる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波流量計において、栓部材には、栓嵌合部の内側面に当接した状態で嵌合した栓本体と、栓本体の先端に形成されてセンサ当接面と略平行なセンサ押さえ面と、栓本体の後端から側方に張り出してセンサ収容凹部の開口縁にねじ止めされた鍔部とが備えられ、センサ押さえ面と超音波センサとの間には、圧縮されてその弾発力により超音波センサをセンサ当接面に押し付ける弾性部材が設けられ、弾性部材から栓部材に付与される弾発力のうち栓嵌合部の軸方向と直交した力の成分を、栓嵌合部の内側面と栓部材との当接によって受けたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の超音波流量計において、超音波センサの出力信号に基づいて流量を演算して表示する流量演算表示器と、計測管の外側面から突出して先端部に流量演算表示器を固定するための固定用囲壁と、固定用囲壁の内側に形成されて流量演表示器によって閉塞される配線処理凹部と、計測管のうち配線処理凹部とセンサ収容凹部との間の壁部を貫通し、超音波センサと流量演算表示器との間の接続線が通された内部電線通路を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の超音波流量計において、センサ当接面に凹部と凸部とを設け、凸部のみを超音波センサの送受波面に部分的に密着させたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の超音波流量計において、１対の超音波センサの送受波面は、計測管を軸方向から見た状態で非平行になるように配置され、一方の超音波センサの送受波面で反射した超音波の伝播経路を他方の超音波センサからずらしたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の超音波流量計において、流体は、気体であり、一方の超音波センサは、他方の超音波センサ側から一定の指向角で放射状に伝播した超音波の受信可能領域のうちその超音波の受信強度が最も高くなる領域中心部に対して他方の超音波センサから離れる側に配置されたところに特徴を有する。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかに記載の超音波流量計において、計測管の外面から突出した１対のセンサ取付凸部を備え、それらセンサ取付凸部の芯部を陥没させてセンサ収容凹部を形成したところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１２】
［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、計測管の外側面に陥没形成されたセンサ収容凹部に超音波センサが挿入されてセンサ当接面に密着し、その超音波センサに重ねてセンサ収容凹部に挿入嵌合された栓部材によって、センサ収容凹部が封止される。センサ当接面は、予め計測管の軸線に対して傾斜して設けられており、１対の超音波センサをそれぞれセンサ当接面に密着させることで、それら１対の超音波センサが超音波を送受波可能な位置に位置決めされる。１対の超音波センサ間では、計測管の軸線と斜めに交差する方向で超音波が送受波され、その伝播時間に基づいて流体の流量が計測される。そして、請求項１の発明によれば、センサ収容凹部のうち、栓部材が嵌合した栓嵌合部の中心軸を、計測管の軸方向と直交した方向に向けたから、栓嵌合部が計測管の軸方向に対して傾斜して延びた従来のものに比べて、計測管の全長を短くすることが可能となる。
【００１３】
［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、栓部材は、栓嵌合部に嵌合した栓本体の先端に設けられたセンサ押さえ面と超音波センサとの間で弾性部材を圧縮した状態で、栓本体の後端から側方に張り出した鍔部をセンサ収容凹部の開口縁にねじ止めすることで固定される。これにより、超音波センサは弾性部材の弾発力によりセンサ当接面に押し付けられる。
【００１４】
ここで、栓部材の栓本体は、センサ収容凹部の内側面に当接した状態で嵌合しているから、弾性部材から栓部材に付与される弾発力のうち栓嵌合部の軸方向と直交した力の成分を、栓嵌合部の内側面と栓部材との当接によって受けることができる。よって、鍔部とセンサ収容凹部の開口縁とのねじ止め部分に必要な強度を抑えることができる。
【００１５】
［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、超音波センサと流量演算表示器との間の接続線が、計測管のうち配線処理凹部とセンサ収容凹部との間の壁部を貫通した内部電線通路に通されているから、接続線の断線を防止することができる。
【００１６】
［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、超音波センサの送受波面の全面をセンサ当接面に密着させた場合に比較して、測定誤差を低減することが可能となる。その理由は、以下の通りである。
【００１７】
一般に、超音波センサの送受波面と計測管のセンサ当接面との境界面では、音響インピーダンスの相違により、送信側の超音波センサから発射された超音波の一部が反射し、この反射波が１対の超音波センサ間を往復するように繰り返し反射する。この反射波はノイズ成分となって測定誤差の原因となり得る。
【００１８】
これに対し、請求項４の発明によれば、センサ当接面に凹部と凸部とを設け、凸部のみを超音波センサの送受波面に部分的に密着させたから、送信側の超音波センサから発射された超音波を受信側の超音波センサで直接受信したときの波高値と、その受信側の境界面で反射され、さらに送信側の境界面で反射されて再び受信側の超音波センサに戻ってきた反射波を受信したときの波高値との比を大きくすることができる。即ち、受信波のＳ／Ｎ比を大きくすることができ、計測誤差を低減することが可能となる。
【００１９】
［請求項５の発明］
請求項５の発明によれば、１対の超音波センサの送受波面を、計測管を軸方向から見た状態で非平行になるように配置して、一方の超音波センサの送受波面で反射した超音波の伝播経路を他方の超音波センサからずらしたから、反射波に起因した測定誤差を防止することができる。なお、両送受波面がなす角度は２〜１０度にすることが好ましい。
【００２０】
［請求項６の発明］
一般に、計測管の内側を流れる気体中に、計測管の壁部を介して超音波を発射した場合、計測管の壁部と気体との境界面における超音波の屈折角は、スネルの法則により非常に小さくなる。従って、１対の超音波センサを、互いに受信強度が最も強くなる位置に配置した場合には、計測管の軸方向において１対の超音波センサ同士が接近し過ぎてしまうため、気体の流量計測を精度よく行うことは困難であった。
【００２１】
これに対し、請求項６の発明によれば、一方の超音波センサは、他方の超音波センサ側から一定の指向角で放射状に伝播した超音波の受信可能領域のうちその超音波の受信強度が最も高くなる領域中心部に対して他方の超音波センサから離れる側に配置されている。これにより、受信強度は弱くなるものの、計測管の軸方向において１対の超音波センサ間の距離を長くすることができるから、気体の流量計測を精度よく行うことが可能となる。
【００２２】
［請求項７の発明］
計測管を構成する壁部が薄い場合には、請求項７の発明のように、計測管の外面から１対のセンサ取付凸部を突出させ、その芯部を陥没させてセンサ収容凹部を形成すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１に示すように超音波流量計１０は、樹脂（具体的には硬質塩化ビニル）の成形品で構成された計測管２０を備え、その両端部を流体（液体又は気体）が流れる送給パイプ（図示せず）の途中に接続可能となっている。計測管２０の上流側と下流側とには、流体通過領域Ｒ１を挟んで１対の超音波センサ１１，１１が配設されており、それら超音波センサ１１，１１間で、計測管２０の軸Ｊ１方向を斜めに横切る方向で超音波の送受波が行われる。
【００２４】
ここで超音波センサ１１，１１と流体通過領域Ｒ１との間には計測管２０を構成する壁部が介在しているため、超音波センサ１１，１１間で送受波される超音波は、図１の点線で示すように壁部と流体通過領域Ｒ１との境界面でスネルの法則に従って屈折する。
【００２５】
そして、流体の流れに沿った順方向における超音波の伝播時間と、流れに逆らった逆方向における超音波の伝播時間との差或いは逆数差に基づいて、計測管２０を通過する流体の流量が計測可能となっている。なお、伝播時間の差又は逆数差に基づき流量を演算する演算式は公知であるので説明を省略する。
【００２６】
図４には、計測管２０を軸Ｊ１方向に直交する平面で切断した断面（具体的には、図５におけるＸ−Ｘ断面）が示されている。同図に示すように、計測管２０は円筒構造をなしている。また、図１に示すように、計測管２０の内側を貫通した流体通過領域Ｒ１のうち、上流側の流入口２０Ａは下流に向かってテーパー状に縮径し、下流側の流出口２０Ｂは下流に向かってテーパー状に拡径し、それら流入口２０Ａと流出口２０Ｂとの間の内径は一定となっている。
【００２７】
計測管２０の両端部にはフランジ壁２１，２１が設けられている。フランジ壁２１，２１は、計測管２０の全周に亘って側方に張り出している。計測管２０を送給パイプ（図示せず）に接続する際には、フランジ壁２１，２１が送給パイプの接続面に密着状態に宛がわれる。
【００２８】
図４〜図６に示すように、フランジ壁２１，２１の間には複数のリブ壁２４，２５が設けられている。即ち、計測管２０の軸Ｊ１方向に延びてフランジ壁２１，２１間を繋いだ複数のリブ壁２４，２４と、計測管２０の中間部から側方に張り出して周方向に延びたリブ壁２５とが設けられている。リブ壁２４，２４により、比較的薄肉なフランジ壁２１，２１が補強されている。
【００２９】
図６に示すように、フランジ壁２１，２１の間には、流量演算表示器１８（図３参照）を固定するための固定用囲壁２２が設けられている。固定用囲壁２２は、計測管２０の外側面から突出した菱形の枠形構造をなしており、その内側は計測管２０の側方（図６の紙面手前側）に開放した配線処理凹部２６となっている。配線処理凹部２６には、計測管２０の外面から起立した十字リブ２３が備えられ、その十字リブ２３が、固定用囲壁２２の互いに平行な２辺間を繋いで固定用囲壁２２を補強している。なお、固定用囲壁２２のうち、計測管２０の軸Ｊ１方向に平行な２辺はリブ壁２４，２４の一部を兼ねており、その２辺間を繋いだ十字リブ２３の一辺はリブ壁２５の延長線上に設けられている。
【００３０】
固定用囲壁２２の開口端には流量演算表示器１８（図３参照）が着脱可能に固定され、これにより、配線処理凹部２６が閉塞されている。そして、流量演算表示器１８にて、超音波センサ１１，１１からの出力信号に基づいて流量が演算されかつ表示可能となっている。なお、固定用囲壁２２の開口端にはシール溝２２Ａが形成されており、図示しないシール部材により流量演算表示器１８と固定用囲壁２２との結合部分がシールされている。
【００３１】
図６に示すように、計測管２０の両端寄り位置で、周方向に１８０度離れた２位置（詳細には、固定用囲壁２２から周方向で相反する方向に９０度ずつ離れた２位置）には、センサ取付凸部３０，３０が突出形成されている。これらセンサ取付凸部３０，３０は、計測管２０の軸Ｊ１方向に直交した方向（計測管２０の径方向）に突出している。なお、センサ取付凸部３０，３０の軸Ｊ１方向における距離は、計測管２０の材質及び流体の種類等からスネルの法則に基づいて決定されている。
【００３２】
図５には、計測管２０をセンサ取付凸部３０の軸方向（図６における上方）から見た状態が示されている。同図に示すように、センサ取付凸部３０の外面は円柱面をなし、その円柱面から複数の螺合柱４０が膨出している。螺合柱４０はセンサ取付凸部３０の外周面に均等配置されており、センサ取付凸部３０と平行（図５における紙面直交方向）に延びている。螺合柱４０の芯部には螺合孔４１が形成され先端面に開放している。螺合柱４０の先端面とセンサ取付凸部３０の先端面とは面一であり、リブ壁２４，２４より低くなっている。
【００３３】
各センサ取付凸部３０，３０の芯部には超音波センサ１１を収容するためのセンサ収容凹部３１が陥没形成されている。図２に示すように、センサ収容凹部３１は流体通過領域Ｒ１側が閉塞されかつ計測管２０の側方に向かって開放している。なお、センサ収容凹部３１，３１の内部形状は、計測管２０の軸Ｊ１方向と直交する方向で、成形型を型開きすることが可能な（アンダーカットを有しない）形状となっている。
【００３４】
図１に示すように、センサ収容凹部３１の底側には超音波センサ１１が計測管２０の軸Ｊ１方向に対して傾斜姿勢にして収容され、開口側には超音波センサ１１に重ねてキャップ５０（本発明の「栓部材」に相当する）が挿入嵌合されている。また、超音波センサ１１とキャップ５０との間にはウェーブワッシャ５９（本発明の「弾性部材」に相当する）が圧縮状態で挟まれている。そして、ウェーブワッシャ５９の弾発力により、超音波センサ１１の送受波面１６はセンサ収容凹部３１の底部に形成されたセンサ当接面３５に押し付けられている。なお、超音波センサ１１とセンサ当接面３５は図示しないグリース又は接着剤を介して密着している。
【００３５】
図２に示すようにセンサ収容凹部３１は、センサ取付凸部３０の軸方向に直交した境界段差面３４により、開口側のキャップ嵌合部３２（本発明の「栓嵌合部」に相当する）と、底側のセンサ収容部３３とに分けることができる。これに対し、センサ収容凹部３１に挿入嵌合されたキャップ５０は、キャップ嵌合部３２に嵌合した栓本体５１と、栓本体５１の後端から側方に張り出してセンサ収容凹部３１の開口縁にねじ止めされた鍔部６０とから構成されている（図７参照）。
【００３６】
鍔部６０は円板状をなしかつ、センサ取付凸部３０とリブ壁２４，２４との高低差とほぼ同じ厚みを有している。即ち、キャップ５０をセンサ収容凹部３１に挿入嵌合すると、鍔部６０はリブ壁２４，２４と面一となる。また、鍔部６０の周方向で互いに９０度ずつ離れた位置には４つのねじ挿通孔６１が貫通形成されている（図７（Ａ）には３つのみが示されている）。これらねじ挿通孔６１を貫通した４本の雄ねじ部材６２（例えば、タッピンねじ）を、螺合柱４０の螺合孔４１に螺合することで、キャップ５０が超音波センサ１１を押さえかつセンサ収容凹部３１を封止した状態に固定される（図１参照）。
【００３７】
センサ収容凹部３１のうちセンサ収容部３３の底部には、計測管２０の軸Ｊ１方向に対して所定角度（具体的には約４５度）傾斜したセンサ当接面３５が設けられており、センサ収容部３３は、全体としてセンサ当接面３５に向かって（センサ当接面３５と直交する方向に）陥没している。センサ当接面３５は超音波センサ１１の外径とほぼ同径の円形（図５参照）をなしており、各センサ当接面３５，３５同士は、互いに平行な平面となっている（図１参照）。換言すれば、各センサ当接面３５，３５に密着した超音波センサ１１，１１の送受波面１６，１６同士が互いに平行になっている。なお、センサ当接面３５の傾斜角度は、１対の超音波センサ１１，１１が適切な距離を保つよう計測管２０の材質及び流体の種類等から、スネルの法則に基づいて決定されている。
【００３８】
センサ収容部３３のうちセンサ当接面３５の縁部からは、境界段差面３４に向かって傾斜円弧面３６が延びている。傾斜円弧面３６はセンサ当接面３５に対して直角であり、計測管２０の軸Ｊ１方向に対して傾いて延びている。傾斜円弧面３６のうち、センサ当接面３５と境界段差面３４との中間部には、センサ当接面３５と平行な中間段差面３７Ａが形成されている。その中間段差面３７Ａよりセンサ当接面３５側は、センサ当接面３５と同径の小径円弧面３６Ｂとなっている。この小径円弧面３６Ｂとセンサ当接面３５とで形成された凹部に超音波センサ１１が受容されて位置決めされている（図１参照）。
【００３９】
ここで、センサ当接面３５の径方向で小径円弧面３６Ｂとは反対側部分は、センサ当接面３５の縁部から計測管２０の軸Ｊ１方向に直交した直立面３７Ｂとなっている。これにより、図５に示すようにセンサ当接面３５の全面が計測管２０の軸Ｊ１方向に直交した方向でセンサ収容凹部３１の開口に臨んで、センサ収容凹部３１の真上からセンサ当接面３１に向けて超音波センサ１１を挿入することが可能となっている。
【００４０】
一方、傾斜円弧面３６のうち、中間段差面３７Ａより境界段差面３４側は、小径円弧面３６Ｂより大径な大径円弧面３６Ｃとなっている。大径円弧面３６Ｃには取廻し凹所３８が陥没形成されている。取廻し凹所３８の奥部には、内部電線通路３９（図４参照）の一方の開口が形成されている。内部電線通路３９は、計測管２０を構成する壁部を貫通して、配線処理凹部２６（固定用囲壁２２）の内側まで延びている。そして、超音波センサ１１から延びたリード線１７（本発明の「接続線」に相当する）は、取廻し凹所３８から内部電線通路３９に通され、配線処理凹部２６の内側にて流量演算処理器１８に接続されている（図３参照）。
【００４１】
上述したセンサ収容部３３のうち、超音波センサ１１の後面側の領域には、キャップ５０の栓本体５１に形成された先端膨出部５５が受容されている。先端膨出部５５には超音波センサ１１の後面に対向したセンサ押さえ面５６が形成されている。
【００４２】
センサ押さえ面５６は、センサ当接面３５と平行な面となっている。即ち、計測管２０の軸Ｊ１方向に対して所定角度（具体的には約４５度）傾斜した平面となっている。また、センサ押さえ面５６は超音波センサ１１の後面とほぼ同径の円形をなしている。このセンサ押さえ面５６と超音波センサ１１との間でウェーブワッシャ５９が圧縮されている（図１及び図２参照）。
【００４３】
センサ押さえ面５６には、その中心部から径方向外側に向かって逃がし溝５７が陥没形成されている（図７参照）。逃がし溝５７は、超音波センサ１１の後面との間に隙間を形成すると共に、超音波センサ１１の後面と取廻し凹所３８との間を連絡して、超音波センサ１１から延びたリード線１７を取廻し凹所３８に導出可能としている。
【００４４】
図２に示すように、センサ収容凹部３１のうちキャップ嵌合部３２は、その中心軸Ｊ２が計測管２０の軸Ｊ１方向と直交した方向に向けられている。詳細には、キャップ嵌合部２３は、直径に対して深さ寸法が小さい扁平円筒状の嵌合内面３２Ａを有しており、その嵌合内面３２Ａが計測管２０の軸Ｊ１方向に直交した方向に起立している。
【００４５】
キャップ嵌合部３２の嵌合内面３２Ａには、キャップ５０の栓本体５１に備えた基端嵌合部５２が嵌合している。基端嵌合部５２は、キャップ嵌合部３２の内部空間に対応して扁平円柱状をなしている。基端嵌合部５２の外周面は全周に亘ってキャップ嵌合部３２の嵌合内面３２Ａに当接した状態で嵌合している。また、基端嵌合部５２の外周面にはＯリング溝５３が形成され、Ｏリング５４がキャップ嵌合部３２の嵌合内面３２Ａとの間で押し潰されて密着している。これにより、センサ収容凹部３１の開口が気密状態に封止されている。
【００４６】
なお、基端嵌合部５２の先端面５２Ａのうちセンサ押さえ面５６との交差部分５２Ｂは、センサ押さえ面５６の傾斜方向に向かって円弧状に陥没しており（図７（Ｃ）参照）、ここに超音波センサ１１のうちキャップ嵌合部３２に突出した部分が受容されている（図１参照）。
【００４７】
本実施形態の超音波流量計１０の構成は以上であり、次に超音波流量計１０の製造方法について説明する。まず、超音波センサ１１の特性値（インピーダンス、静電容量など）に基づいて、最適な超音波センサ１１，１１をペアリングする。
【００４８】
次いで、ペアリングした超音波センサ１１，１１を、各センサ取付凸部３０，３０のセンサ収容凹部３１，３１に対して、計測管２０の軸Ｊ１方向と直交する方向から挿入する。その際、超音波センサ１１のリード線１７を予めウェーブワッシャ５９の内側に通しておくと共に、そのリード線１７を取廻し凹所３８から内部電線通路３９内に挿通させ、配線処理凹部２６の内側に導出しておく。その状態で、超音波センサ１１をセンサ収容凹部３１の底部に備えた小径円弧面３６Ｂとセンサ当接面３５とによって位置決めする。
【００４９】
次いで、超音波センサ１１の後面にウェーブワッシャ５９を載せた状態で、キャップ５０を計測管２０の軸Ｊ１方向と直交する方向からセンサ収容凹部３１に挿入する。すると、キャップ５０のセンサ押さえ面５６がウェーブワッシャ５９を挟んで超音波センサ１１の後面に対面する。
【００５０】
次に、キャップ５０をセンサ収容凹部３１に押し込んでねじ止めする。即ち、鍔部６０の各ねじ挿通孔６１に雄ねじ部材６２を貫通させて、螺合柱４０の螺合孔４１に螺合する。するとウェーブワッシャ５９がキャップ５０（詳細には、センサ押さえ面５６）と超音波センサ１１の後面との間で圧縮され、その弾発力により超音波センサ１１の送受波面１６がセンサ当接面３５に対して押し付けられて密着した状態で固定される。
【００５１】
以上のようにして１対の超音波センサ１１，１１及びキャップ５０，５０を取り付けたら、各センサ収容凹部３１，３１内から配線処理凹部２６内に導出させたリード線１７，１７を流量演算表示器１８に備えた図示しない電気回路に接続して、その流量演算表示器１８を固定用囲壁２２に固定する。これにより配線処理凹部２６が閉塞され、超音波流量計１０が完成する。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、センサ収容凹部３１のうち、キャップ５０との嵌合部分であるキャップ嵌合部３２の中心軸Ｊ２を、計測管２０の軸Ｊ１方向と直交した方向に向けたから、栓嵌合部が計測管の軸方向に対して傾斜した従来のものに比較して計測管２０の全長を短くすることが可能となる。
【００５３】
また、キャップ５０のうち栓本体５１（詳細には基端嵌合部５２）は、キャップ嵌合部３２の嵌合内面３２Ａに当接した状態で嵌合しているから、ウェーブワッシャ５９からキャップ５０に付与される弾発力のうち栓本体５１の軸方向と直交した力の成分を、キャップ嵌合部３２の嵌合内面３２Ａとキャップ５０との当接によって受けることができる。よって、鍔部６０とセンサ収容凹部３１の開口縁とのねじ止め部分である鍔部６０や雄ねじ部材６２に必要な強度を抑えることができる。
【００５４】
さらに、超音波センサ１１，１１と流量演算表示器１８とを接続したリード線１７は、計測管２０のうち、センサ収容凹部３１と配線処理凹部２６との間の壁部を貫通してセンサ収容凹部３１の内側と配線処理凹部２６の内側とを連通した内部電線通路３９に通されているから、リード線１７の断線を防止することができる。
【００５５】
［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００５６】
（１）１対の超音波センサ１１，１１は、上記実施形態のように、流体通過領域Ｒ１を挟んで配置しなくてもよく、例えば、図８に示すように、計測管２０の上流側と下流側とに計測管２０の軸Ｊ１方向と平行に並べて配置して、超音波を計測管２０の内側面で１回または複数回反射させて送受波するように構成してもよい。
【００５７】
（２）また、複数対の超音波センサ１１，１１を備えて、複数の測線（超音波の伝播経路）で超音波を送受波してもよい。例えば、同一平面内に２つの測線が交差するように配置したり、直角に交わる２平面内にそれぞれ測線を配置したり、複数の測線を互いに平行な平面内に配置してもよい。
【００５８】
（３）超音波センサ１１を、例えば、図９に示すように金属ケース１２の内部に超音波振動子１３を収容した状態でその超音波振動子１３の周囲に充填剤１４を充填した構造として、金属ケース１２の底面を送受波面１６とした場合には、以下の現象が起こり得る。即ち、送受波面１６を構成する金属ケース１２と、センサ当接面３５を構成する樹脂との音響インピーダンスの相違により、送信側の超音波センサ１１から発射された超音波の一部が、送受波面１６とセンサ当接面３５との境界面で反射し、この反射波が１対の超音波センサ１１，１１間を往復するように繰り返し反射する。そして、送受波面１６の全面にセンサ当接面３５を面当接させた場合には、１対の超音波センサ１１，１１間を往復する反射波が比較的減衰し難い。
【００５９】
これに対し、センサ当接面３５に凹部と凸部３５Ａを設け、凸部３５Ａのみを送受波面１６に部分的に密着させるようにすれば、超音波を反射する境界面が小さくなるので、超音波は境界面で反射する度に徐々に減衰する。具体的には、例えば、送信側の超音波センサ１１から発射された超音波を受信側の超音波センサ１１で直接受信したときの波高値と、その受信側の境界面で反射され、さらに送信側の境界面で反射されて再び受信側の超音波センサ１１に戻ってきた反射波を受信したときの波高値との比を大きくすることができる。即ち、受信波のＳ／Ｎ比を高めることができ、計測誤差を低減することが可能となる。
【００６０】
ここで、上記効果を奏することが可能な凸部３５Ａの形状としては、送受波面１６の中央部のみに密着する円形（図１０（Ａ）参照）や円環状（図１０（Ｄ）参照）、さらに、送受波面１６の径方向に延びた線状（図１０（Ｃ）参照）或いは十字状（図１０（Ｃ）参照）が挙げられる。
【００６１】
（４）上記実施形態では、超音波センサ１１，１１の送受波面１６，１６を互いに平行な平面としていたが、図１１に示すように、計測管２０の軸Ｊ１方向に対して同一角度θ１で傾斜する一方、計測管２０の軸Ｊ１方向から見た状態で互いに非平行になるようにし、一方の超音波センサ１１の送受波面１６で反射した超音波の伝播経路を他方の超音波センサ１１からずらしてもよい。具体的には、両送受波面１６，１６がなす角度θ２を２〜１０度にすればよい。本実施例によれば、反射波に起因する測定誤差を防止することができる。
【００６２】
（５）また、図示しないが、１対の超音波センサ１１，１１の送受波面１６，１６は、計測管２０を軸Ｊ１方向と直交した方向から見た状態で非平行になるように配置して、一方の超音波センサ１１の送受波面１６で反射した超音波の伝播経路を他方の超音波センサ１１からずらした構成としても、反射波に起因する測定誤差を防止することができる。
【００６３】
（５）一般に、計測する流体が気体である場合には、計測管２０の壁部と流体通過領域Ｒ１との境界面における超音波の屈折角（計測管２０の軸Ｊ１に直交する直線に対する角度）が、スネルの法則により非常に小さくなる。例えば、硬質塩化ビニル製（音速２２７０ｍ／ｓ）の計測管２０から空気（音速３４０ｍ／ｓ）へ入射角４５度で入射した場合の屈折角は、約６度となる。従って、１対の超音波センサ１１，１１を、互いに受信強度が最も強くなる位置に配置した場合には、計測管２０の軸Ｊ１方向において超音波センサ１１，１１同士が接近し過ぎてしまうため、気体の流量計測を精度よく行うことは困難であった。
【００６４】
よって気体の流量計測を行う場合には、以下のように超音波センサ１１，１１を配置すればよい。即ち、図１２に示すように、受波側の超音波センサ１１は、送波側の超音波センサ１１側から一定の指向角で放射状に伝播した超音波の受信可能領域Ｚ１のうち、その超音波の受信強度が最も高くなる領域中心部Ｚ２に対して送波側の超音波センサ１１から離れる側に配置すればよい。このようにすれば、受信強度は弱くなるものの、計測管２０の軸Ｊ１方向において１対の超音波センサ１１，１１間の距離を長くすることができるから、気体の流量計測を精度よく行うことが可能となる。
【００６５】
（６）上記実施形態では、計測管２０を構成する壁部が比較的薄いので、計測管２０の外面から突出したセンサ取付凸部３０，３０の芯部にセンサ収容凹部３１，３１を陥没形成していたが、計測管２０を構成する壁部が十分に厚い場合には、センサ取付凸部３０，３０を設けなくともよい。
【００６６】
（７）ウェーブワッシャ５９の代わりに皿バネやゴムリングを用いてもよい。
【００６７】
（８）キャップ５０の全体を弾性部材で構成し、センサ収容凹部３１の内側に弾性変形した状態で嵌合することにより、センサ収容凹部３１の嵌合内面３２Ａに密着するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波流量計の断面図
【図２】センサ収容凹部の断面図
【図３】計測管の正面図
【図４】図５におけるＸ−Ｘ断面図
【図５】計測管の側面図
【図６】計測管の側面図
【図７】キャップの（Ａ）斜視図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）断面図
【図８】変形例に係る超音波センサの配置を示す概念図
【図９】変形例に係る超音波センサの断面図
【図１０】変形例に係るセンサ当接面と送受波面との当接状態を示す概念図
【図１１】変形例に係る超音波センサの配置を示す概念図
【図１２】変形例に係る超音波流量計の断面図
【図１３】従来の超音波流量計に備えた計測管の断面図
【符号の説明】
【００６９】
１０    超音波流量計
１１，１１    超音波センサ
１２    金属ケース
１３    超音波振動子
１６    送受波面
１７    リード線（接続線）
１８    表示器
２０    計測管
２２    固定用囲壁
２６    配線処理凹部
３０，３０    センサ取付凸部
３１，３１    センサ収容凹部
３２    キャップ嵌合部
３２Ａ    嵌合内面
３５，３５    センサ当接面
３９    配線挿通路
５０，５０    キャップ（栓部材）
５１    キャップ栓部（栓本体）
５６    センサ押さえ面
５９    ウェーブワッシャ（弾性部材）
６０    キャップ鍔部（鍔部）
６２    雄ねじ部材
Ｊ１    計測管の軸
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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