(57)【要約】【課題】超音波送受信器における整合層の耐環境性能を向上させ、且つ、超音波送受信器の送受信特性を維持させることを目的とする。【解決手段】金属製筒状ケース２の天部内面に取り付けた圧電体４と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子１の天部表面に多孔体等よりなる音響整合層５を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、超音波送受信器１は、筒状ケース２の側壁面周囲及び音響整合層５の表面を覆う保護カバー７を備え、保護カバー７の天面には、音響整合層５の表面積に対して予め定めた所定の開口面積が確保できる範囲で、音響整合層５の損傷防止用の遮蔽部を形成した構成としてある。【選択図】図１
2008252202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製筒状ケースの天部内面に取り付けた圧電体と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子の天部表面に多孔体等よりなる音響整合層を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、
前記超音波送受信器は、前記筒状ケースの側壁面周囲及び前記音響整合層の表面を覆う保護カバーを備え、
前記保護カバーの天面には、前記音響整合層の表面積に対して予め定めた所定の開口面積が確保できる範囲で、前記音響整合層の損傷防止用の遮蔽部を形成した超音波送受信器。
【請求項２】
音響整合層表面の保護カバーは、前記整合層表面から所定の間隔を保持して前記整合層表面上に設けた請求項１記載の超音波送受信器。
【請求項３】
音響整合層表面の保護カバーの天面形状として、一文字状、十文字状、あるいはリング状を有して形成した請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波送受信器。
【請求項４】
保護カバーの天面形状を一文字状とした場合、保護カバーの取付位置を、筒状ケース内壁面に固定される圧電体の表面形状に対応した位置となるように規制した請求項３記載の超音波送受信器。
【請求項５】
金属製筒状ケースの天部内面に取り付けた圧電体と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子の天部表面に多孔体よりなる音響整合層を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、
前記超音波送受信器は、前記音響整合層の表面を覆う保護カバーを備え、
前記保護カバーは、前記音響整合層側壁の厚みより高く突出させ、前記音響整合層の損傷防止用の突出部を形成した超音波送受信器。
【請求項６】
保護カバーは、筒状ケースの天部あるいは側壁部を利用して前記筒状ケースに具備される請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波送受信器。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波送受信器を備えた超音波流量計であって、
ガスが流れるガス流路と、このガス流路に取り付けられ超音波を送受信する一対の超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬時間を計測する計測回路と、この計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、
前記超音波送受信器は、前記ガス流路への取り付けに際し、音響整合層が破損することを防止する整合層破損防止手段を有した超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を計測する超音波流量計などに用いる超音波送受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波送受信器は、図１０に示すように、導電性を有する密閉ケース２３の蓋部と、その蓋部内壁面に正方柱状の圧電素子２４を、蓋部外壁面に整合層２５をそれぞれ接着剤で固定し、密閉ケース２３の下方開放部に、所望の配線、および駆動端子を形成することで、超音波送受波器２６を構成している。ここでの整合層２５は、多孔質体からなる第１層と充填材料第２層に積層された構成である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図１１に示すように、整合層の表面にエポキシ樹脂からなる保護膜２７を接着塗布しているものや、図１２に示すようにケースの側壁部と整合層の側壁の一部を覆うように振動規制体２８を設けているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−４５３８９号公報
【特許文献２】特許第３５１８２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の超音波送受信器の構成では、ケースの天部外壁面に接着されている整合層の表面あるいは端部が露出しているため、製造過程や流量計として組み込み時に整合層への人の指の直接接触による損傷や異物付着、または超音波送受信器の落下による整合層の破壊などから、超音波送受信器の出力特性の異常あるいは、超音波出力特性が正常な感度で出現しないという課題を有していた。
【０００５】
また、整合層の損傷を防止する目的で整合層の表面に保護膜を直接塗布する方法にあっては、超音波振動子の送受信特性を低下させるために、使用する超音波の周波数から適した整合層に塗布する保護膜の材料、厚みを設計、選択しなければならないという、塗布条件の設定作業及びその条件を管理する作業管理の面で困難を強いられるという課題があり、また、整合層側壁に振動規制体を設けるという点では、整合層の横方向の振動を押さえ、不要な振動モード発生を防ぐことはできるが、整合層表面の機械的破損の防止にはならないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、製造過程や流量計への組み込み時における整合層への直接接触を防止して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着への防止の信頼性を高めると共に送受信出力特性が安定する超音波送受信器とそれを利用した超音波流量計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために本発明の超音波送受信器は、金属製筒状ケースの天部内面に取り付けた圧電体と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子の天部表面に多孔体等よりなる音響整合層を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、前記超音波送受信器は、前記筒状ケースの側壁面周囲及び前記音響整合層の表面を覆う保護カバーを備え、前記保護カバーの天面には、前記音響整合層の表面積に対して予め定めた所定の開口面積が確保できる範囲で、前記音響整合層の損傷防止用の遮蔽部を形成したものである。
【０００８】
上記発明によれば、送受信感度を高めるための音響整合層の表面を指などの接触ができないように遮蔽部を設けた保護カバーで覆い、かつ超音波の放射効率を所定値以上確保するための開口面積を確保するようにしているため、製造過程や流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の超音波送受信器は、音響整合層の表面を覆う保護カバーを、音響整合層側壁の厚みより高く突出させ、音響整合層の損傷防止用の突出部を形成したものである。
【００１０】
上記発明によれば、突出部を形成したことにより、製造過程や流量計への組み込み時において音響整合層に直接指などが接触することを回避することができ、かつ整合層の放射面前方に遮蔽物が存在しないため、放射効率を最大限高めることができ、簡単な構成で整合層の損傷防止を図りつつ、送受信感度の安定性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の超音波流量計は、超音波送受信器をガス流路への取り付けるに際し、音響整合層が破損することを防止する整合層破損防止手段を有したものであり、流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことで、正確な流量測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造過程や流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、金属製筒状ケースの天部内面に取り付けた圧電体と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子の天部表面に多孔体等よりなる音響整合層を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、前記超音波送受信器は、前記筒状ケースの側壁面周囲及び前記音響整合層の表面を覆う保護カバーを備え、前記保護カバーの天面には、前記音響整合層の表面積に対して予め定めた所定の開口面積が確保できる範囲で、前記音響整合層の損傷防止用の遮蔽部を形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
そして、送受信感度を高めるための音響整合層の表面を指などの接触ができないように遮蔽部を設けた保護カバーで覆い、かつ超音波の放射効率を所定値以上確保するための開口面積を確保するようにしているため、製造過程や流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことができる。
【００１５】
第２の発明は、音響整合層表面の保護カバーは、前記整合層表面から所定の間隔を保持して前記整合層表面上に設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
そして、整合層表面に直接接触することなく保護カバーを設けることで、整合層表面の超音波振動を減衰させることなく、整合層の損傷防止を図りつつ、送受信感度の安定性を高めることができる。
【００１７】
第３の発明は、音響整合層表面の保護カバーの天面形状として、一文字状、十文字状、あるいはリング状を有して形成したことを特徴とするものである。
【００１８】
そして、整合層の損傷防止と送受信感度の安定性を共に満足する保護カバー形状を提供することができる。
【００１９】
第４の発明は、保護カバーの天面形状を一文字状とした場合、保護カバーの取付位置を、筒状ケース内壁面に固定される圧電体の表面形状に対応した位置となるように規制したことを特徴とするものである。
【００２０】
そして、筒状ケース内壁面に接着されて外部から見えない圧電体表面の形状方向を、整合層表面に具備される保護カバーの方向を確認することで、圧電体の表面形状の方向を知ることができるので、流体の流れ方向に間隔をおいて設置される超音波流量計に設置する一対の超音波振動子の送受信特性を発信・受信する圧電体の形状面の方向性を常に均一にすることが可能となる。
【００２１】
第５の発明は、金属製筒状ケースの天部内面に取り付けた圧電体と電気的接続形態を有して密閉状態とした超音波振動子の天部表面に多孔体よりなる音響整合層を取り付けて送受信感度を高めた超音波を送信または受信する超音波送受信器であって、前記超音波送受信器は、前記音響整合層の表面を覆う保護カバーを備え、前記保護カバーは、前記音響整合層側壁の厚みより高く突出させ、前記音響整合層の損傷防止用の突出部を形成したことを特徴とするものである。
【００２２】
そして、突出部を形成したことにより、製造過程や流量計への組み込み時において音響整合層に直接指などが接触することを回避することができ、かつ整合層の放射面前方に遮蔽物が存在しないため、放射効率を最大限高めることができ、簡単な構成で整合層の損傷防止を図りつつ、送受信感度の安定性を高めることができる。
【００２３】
第６の発明は、保護カバーは、筒状ケースの天部あるいは側壁部を利用して前記筒状ケースに具備されることを特徴とするものである。
【００２４】
そして、保護カバーと筒状ケースが一体化することで、保護カバーの外れがなく、機械的強度を確保することができる。
【００２５】
第７の発明は、請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波送受信器を備えた超音波流量計であって、ガスが流れるガス流路と、このガス流路に取り付けられ超音波を送受信する一対の超音波送受信器と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬時間を計測する計測回路と、この計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記超音波送受信器は、前記ガス流路への取り付けに際し、音響整合層が破損することを防止する整合層破損防止手段を有したことを特徴とするものである。
【００２６】
そして、超音波送受信器をガス流路への取り付けるに際し、音響整合層が破損することを防止する整合層破損防止手段を有したものであり、流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことで、正確な流量測定を行うことができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波送受信器の断面図を示すものである。
【００２９】
図１において、超音波送受信器１は、導電性材料からなる筒状のケース２の天部３内面にエポキシ樹脂などで接着された圧電体４と、天部３の外面に接着された音響整合層５と、さらに、音響整合層５の表面から所定の間隔を保ちつつ、筒状ケース２の側壁部６に沿って一体化するように嵌合された保護カバー７とから構成されている。
【００３０】
音響整合層５は、気孔を含有しているセラミック多孔体とその気孔に有機ガラスの乾燥ゲルを浸透させた構成とした。音響整合層５と筒状ケース２の天部３を接着固定するために、エポキシ系接着剤を用いた。この音響整合層５の外径は１０．８ｍｍで、板厚はを１ｍｍとした。
【００３１】
圧電体４は、約７．４ｍｍ角の角柱状とし、その上面、下面には銀ペーストなどで焼成して構成された電極が形成されている。
【００３２】
また、筒状ケース２の下方開口部は一方の端子８ａを接続した端子板９で閉塞されている。他方の端子８ｂは、ハーメチックシールなどの電気絶縁材料１０を介して端子板９を貫通し、圧電体４の下面の電極に導電体１１を介して接続されている。
【００３３】
導電体１１は、ゴムに金属粒子等を配合した導電性を有する材料で、圧電体４の下面電極と端子８ｂとを電気的に接続している。他方の端子８ａは、導電性を有する端子板９に直接固定され、筒状ケース２を介して圧電体４の上面電極に電気的に接続されている。
【００３４】
超音波送受信器１の発振動作は、圧電体４を約５００ＫＨｚで振動させ、その振動が筒状ケース２に伝わり音響整合層５に伝搬され、音響整合層５の振動は、音響整合層５に接する流体に音波として発信される。
【００３５】
同じく受信動作は、先ほどの伝搬の流れとは逆で、音響整合層５が流体中を通過してきた音波を感受して、筒状ケース２を介して圧電体５が振動し、端子８ａ、８ｂ間で出力電圧として検知する。
【００３６】
超音波送受信器１の音響整合層５の役割は、圧電体４からの振動を効率よく流体中に伝搬させることである。このため、物質の音速Ｃと密度ρの積で定義される音響インピーダンスＺが小さい物質にする必要がある。そのため、実施の形態１で使用される音響整合層５は、セラミック中に多くの気泡を含有させ、さらに、音波の伝搬効率を上げる有機ガラスの乾燥ゲルを気泡中に形成させている構成を使用する。このような構成の音響整合層５は、密度が約０．３程度と非常に小さい。また、流体中への超音波発信や、流体中からの超音波受信を効率よく実施するため、超音波送受信器１で音響整合層５は、露出した構成を採らざるを得ない。
【００３７】
密度の小さい音響整合層５を露出させた構成は、外部からの機械的ストレスによって直ぐに音響整合層５を損傷してしまう。流体の流れを測定するような流量測定装置に超音波送受信器１を設置する作業中などに、音響整合層５の表面や側壁部を当ててしまい、音響整合層５を破壊してしまう危険性がある。また、同作業中に人の指等で音響整合層５の表面や側壁部を接触し、異物を付着させる原因にもなる。これを回避するために従来にあっては、音響整合層５の表面や側壁部に樹脂材料や塗料を塗布して表面を被覆してしまう方法が採られているが、この方法においては、整合層表面の超音波発信、受信強度を減衰させてしまうため、超音波送受信器１の送受信特性から見れば音響整合層の被膜体は無いほ
うが良い。また、整合層表面に接触した遮蔽物を設置するのも同様な理由で適切ではない。    
【００３８】
そこで、本発明の実施の形態１における超音波送受信器１は、音響整合層５の表面から所定の間隔を保って保護カバー７が設置される。
【００３９】
この保護カバー７の音響整合層５表面での形状は図２に示すように、音響整合層５の表面積に対して予め定めた所定の開口面積が確保できる範囲で、音響整合層５の損傷防止用の遮蔽部７ａを形成し、その形状として一文字状、十文字状、リング状として形成し、音響整合層５表面上への人の指の直接接触や外部からの整合層表面や側壁部を保護することができる。それぞれ、一文字形状保護カバー１２、十文字形状保護カバー１３、リング形状保護カバー１４である。この保護カバーの材質は、ポリカーボネート樹脂材料で製作した。なお、この保護カバーの材質は、上記条件に限定されるわけではなく、保護カバー７の厚み、材料、形状は適宜変えて構成することができる。
【００４０】
また、音響整合層５の表面から表面上に設置されるカバーの距離を０．５〜１ｍｍ以内とした。この距離は、保護カバー７整合層５の表面に直接接触せずに整合層表面を保護させる構成で、超音波送受信器１の送受信感度特性の低下が問題とならなければ、この数値に限定されるわけではない。
【００４１】
図３には、別の実施形態として、整合層５の側壁保護を目的にした側壁保護カバーの断面概略図を超音波送受信器１と共に示す。
【００４２】
これは、音響整合層５の側壁部１５の周囲に、整合層５の厚みよりも高い突出部１６ａを形成した側壁保護カバー１６を設置し、音響整合層５の側面端部をぶつけることを防止して、音響整合層５の破損を防止する。整合層表面は開口しているので、超音波送受信器１の感度特性の低下は最小限に抑えられる。
【００４３】
また、保護カバー７は、超音波送受信器１の筒状ケース２の側壁部を利用して、超音波送受信器１に設置されてきたが、図４に示すように筒状ケース２の天部３を用いて側壁保護カバー１６を形成しても整合層５の保護に支障はないので、この構成を用いてもよい。
【００４４】
図４は、筒状ケース２の天部３の上に設置した保護カバー７を、エポキシ系接着剤で整合層５の側壁部１５や天部３に接着して固定したものである。これは、筒状ケース２の天部３を利用して側壁保護カバー１６を固定すればよく、必ずしも整合層５の側壁部１５と接着させる必要はない。保護カバー７の整合層５表面の形状は、一文字状、十文字状、リング状でも構成されるが、整合層５の側壁部１５より厚くなるように周囲にのみ形成される側壁保護カバー１６であってもなんら支障はない。
【００４５】
このようにして、保護カバー７を具備した超音波送受信器１の感度出力の測定をした。使用した超音波振動子１の整合層５はセラミック多孔体に有機ガラスの乾燥ゲルを浸透させて構成され、保護カバー７の整合層５表面を覆う形状は、図２で示す一文字形状１２、十文字形状１３、リング形状１４である。さらに、図３に示すような整合層５の側壁部１５の厚みより高い側壁保護カバー１６を整合層５の外径円周に設けた超音波振動子１も用いて出力特性を比較した。
【００４６】
これは、音響整合層５の側壁部にエポキシ材料を塗布して、円柱状の側壁保護カバー７を接着固定したものである。
【００４７】
各々感度出力を測定した結果を図５に示す。グラフの横軸は、音響整合層５の表面面積
から音響整合層５の表面上に設けた各種形状の保護カバ−が占める保護部分面積を差し引いて算出した各種保護カバーを設置したときの音響整合層５表面上の開口面積を示す。同グラフの縦軸はその面積値に対する各種保護カバーを設置した際の感度出力値を示した。
【００４８】
この感度出力の測定方法について述べる。７１ｍｍの距離を置いて外部環境を排除した円筒の上面と下面に、音響整合層面が相対するように直線上に、配置した２つの超音波送受信器において、一方は基準となる超音波送受信器、もう片方は、通常の超音波送受信器と、本実施の形態における音響整合層５に側壁保護カバー１６を具備した超音波送受信器や一文字形状１２、十字形状１３、リング形状１４のそれぞれの保護カバー７を具備した整合層を有する超音波送受信器１であり、本発明の超音波送受信器１からの一定時間発信した発信出力を、基準の超音波送受信器が受信感度として測定した最高出力電圧値を感度出力とした。
【００４９】
図５の結果から、感度出力が高い順から、保護カバーなし、側壁保護カバー、一文字形状、十文字形状、リング形状１４であった。
【００５０】
これは、各形状が、超音波送受信器の発信出力が、整合層表面を覆っている保護面積に比例して、感度出力が低下していることを示す。
【００５１】
保護カバーなしの感度出力値と比較して、保護カバーをした超音波送受信器の感度出力が△３０％以内であれば、超音波送受信器としての実用上問題はない。
【００５２】
図５の場合、保護カバーなしの感度出力値６０（ｍＶ）に対して、リング形状の保護カバー１４を具備した超音波送受信器の感度出力値は、４３．２（ｍＶ）であり、出力減少は△２８％であった。
【００５３】
整合層５表面の外径は１０．８（ｍｍ）であるので、開口面積は９１．６（ｍｍ２）である。リング形状１４の保護面積は１３．６（ｍｍ２）であるので、リング形状１４を搭載した整合層５表面の開口面積は、７８（ｍｍ２）である。整合層の開口面積に対して、整合層５表面上に位置する保護ケース７は約１４．８％以下の形状面積であれば、実用上支障がない超音波送受信器１の感度出力を維持することができる。
【００５４】
このように、整合層５表面の超音波の送受信面積を考慮した保護ケース７の表面形状を決定すれば、超音波送受信器１の感度出力を維持しながら、整合層５への人の指先等の直接接触による破壊、異物付着や、超音波送受信器１の落下やぶつけるなどの整合層５の破損を防止することが可能である。
【００５５】
なお、ここに用いられた整合層５はセラミック多孔体に有機ガラスの乾燥ゲルを浸透させて構成されていたが、たとえば、エポキシ樹脂材料にガラスの中空球体を分散配合して固化させたようなものであってもよく、上記整合層の材質条件に限定されるわけではない。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、整合層側壁部に側壁カバー、あるいは、整合層表面に一定の形状を有する保護カバーを具備することにより、整合層の破損防止や異物付着を防ぐと共に、送受信感度出力を保持した超音波送受信器を実現することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２の一文字状保護カバー１２を搭載した超音波送受信器を上面から見た透視図である。
【００５８】
図６の一文字状の保護カバー１２は、超音波送受信器１の筒状ケース２の天部３上に接着された整合層５の表面に配置されている。図６では、説明の都合上、筒状ケース２内部にエポキシ樹脂で接着された圧電体４の接着面を透視して図示している。
【００５９】
図６や図７に示すように超音波送受信器１に用いる圧電体４の振動発振面であり、筒状ケース２内面に接着する面に溝を設けている。直方体の圧電体では、使用する周波数によっては、厚み縦振動と広がり振動が混在するため、圧電体から発信される超音波を効率よく送受信できない。そのため、厚み縦振動を主要なモードとするため圧電体４に溝１７を設けている。溝１７の本数や深さ等のおのおのの寸法は、超音波送受信器１の特性と圧電体４の構造的強度から判断されて決定されている。
【００６０】
超音波送受信器の圧電体４中の溝１７の方向は、圧電体４が筒状ケース２に接着固定されているので、超音波送受信器１の外観からは知ることはできない。
【００６１】
図８に本発明に基づく超音波送受信器１を用いた超音波流量計の一例として、ガス流量等を測定するガス流量測定装置１８を示す。また、図９に溝１７を設けた圧電体４の面から発振される超音波の伝搬状態を示す。
【００６２】
溝１７の方向が圧電体４から放射される超音波の伝搬方向を矢印１９が示すとおり、扇状に伝搬することが知られている。このように伝搬方向を有する圧電体４の超音波送受信器１を、図８に示すようなガス流量測定装置１８に用いる場合、流体の流れる流路２０中の流体であるガスが流れる方向２１に対して上流側および下流側に対向して設けられる。それぞれの超音波送受信器１が送受信する超音波の伝搬する方向２２において、超音波の伝搬方向が同一であるので伝搬強度を低減させることなく、一対の超音波送受信器１は効率的に送受信特性を発現させることができる。そして、超音波送受信器１の送受方向を制御し各方向における伝搬時間を計測回路２３で計測し、その計測データを流量演算手段２４に送って所定の演算処理を用いて流量を求める。
【００６３】
ガス流量測定装置１８において、上流側と下流側のそれぞれの超音波送受信器１が圧電体４の溝１７の形成方向が９０度ずれている状態で配置されれば、お互いに送受信する超音波の伝搬方向が９０度ずれるので、超音波の伝搬効率が低下し、測定精度が低下する場合がある。超音波振動子１の設置方向で、ガス流量測定装置１８の流量測定精度の器差が生じてしまう場合がある。
【００６４】
本発明の実施の形態２によれば、音響整合層５表面に配置させる保護カバー７の形状と、圧電体４の溝の方向の位置と相関性があるように配置するので、保護カバー７を設置した超音波送受信器１の外観から、圧電体４の溝方向を判断することができる。  
【００６５】
これにより、流体測定装置１８に設置する一対の超音波送受信器１の配置方向を固定することができるので、流量測定の信頼性の高い流量測定装置を実現することができる。
【００６６】
さらに、ガス流量測定装置１８におけるガス流路１９中に超音波振動子１を取り付ける際にも、保護カバー７が音響整合層５を保護するので、超音波送受信器１の整合層破損を防止し、安全に超音波送受信器１を組み込むことができる。
【００６７】
なお、図６では、超音波振動子１の保護ケース７に一文字形状１２を用いたが、超音波振動子１の圧電体４の溝１７方向と保護ケース７の表面形状の相対位置関係が決定すれば、保護ケース７の表面形状は一文字形状１２に限定されるものではなく、適宜形状を変えて構成することができる。
【００６８】
以上のように、本発明によれば、送受信感度を高めるための音響整合層の表面を指などの接触ができないように遮蔽部を設けた保護カバーで覆い、かつ超音波の放射効率を所定値以上確保するための開口面積を確保するようにしているため、製造過程や流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことができる。
【００６９】
また、音響整合層の表面を覆う保護カバーを、音響整合層側壁の厚みより高く突出させ、音響整合層の損傷防止用の突出部を形成したものにあっては、突出部を形成したことにより、製造過程や流量計への組み込み時において音響整合層に直接指などが接触することを回避することができ、かつ整合層の放射面前方に遮蔽物が存在しないため、放射効率を最大限高めることができ、簡単な構成で整合層の損傷防止を図りつつ、送受信感度の安定性を高めることができる。
【００７０】
また、本発明の超音波流量計は、超音波送受信器をガス流路への取り付けるに際し、音響整合層が破損することを防止する整合層破損防止手段を有したものであり、流量計への組み込み時における音響整合層への直接接触を回避して、整合層の欠け、割れのような損傷、整合層表面への異物付着を防止することができると共に、送受信感度を所望の感度に保つことができ、安定して超音波の送受信を行うことで、正確な流量測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係る超音波送受信器およびそれを用いた超音波流量計は、超音波送受信器が保護カバーを搭載しているので、外部ストレスや落下により整合層表面や側壁の損傷や破壊から保護し、かつ超音波送受信器としての感度出力を維持することができ、流量測定精度の器差が小さい流体の流れ測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波送受信器の断面図
【図２】同実施の形態における保護カバーの表面形状の平面図
【図３】同実施の形態における側壁カバーを搭載した超音波送受信器の断面図
【図４】同実施の形態における筒状ケース天部を利用した保護カバーを有する超音波送受信器の断面図
【図５】同実施の形態における感度出力変化の結果を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における超音波送受信器の一部平面透視図
【図７】同実施の形態における圧電体の斜視図
【図８】同実施の形態におけるガス流量測定装置の概略図
【図９】同実施の形態における圧電体から発振する超音波伝搬方向の概念図
【図１０】従来の超音波送受信器の断面図
【図１１】従来の超音波送受信器の断面図
【図１２】従来の超音波送受信器の断面図
【符号の説明】
【００７３】
１  超音波振動子
２  筒状ケース  
５  整合層
７  保護カバー
１２  一文字形状保護カバー
１３  十文字形状保護カバー
１４  リング形状保護カバー
１６  側壁保護カバー
１７  溝
１８  ガス流量測定装置
【図５】
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【図６】
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【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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