(57)【要約】【課題】流量の測定を精度良く行うことが可能な超音波流量計および飲料注出装置を提供すること。【解決手段】内部に流路Ｒを形成する測定配管１０の外周面に超音波振動子２０ａ，２０ｂを配設し、一方の超音波振動子から流路Ｒの内部に送信した超音波を他方の超音波振動子により受信し、この受信した超音波の伝搬時間に基づいて、流路Ｒを通過する流体Ｄの流量を測定する超音波流量計において、測定配管１０において超音波振動子２０ａ，２０ｂの相互間に、流路Ｒを経ることなく測定配管１０内で一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路を制限するスリット部１１を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を形成する測定配管の外面に超音波振動子の対を配置し、一方の超音波振動子から前記流路の内部に送信した超音波を他方の超音波振動子により受信し、この受信した超音波の伝搬時間に基づいて、前記流路を通過する流体の流量を測定する超音波流量計において、
前記測定配管において前記超音波振動子の対の相互間に、前記流路を経ることなく前記測定配管内で一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路を制限する切り欠きを形成したことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記切り欠きは、前記測定配管内において一方の超音波振動子から送信された後に前記流路との境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路上に設けたものである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】
前記切り欠きの寸法は、前記測定配管の強度が所定の安全率を確保するように設定したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記切り欠きは、前記測定配管内を伝搬する超音波を散乱させるための反射面を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波流量計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波流量計を飲料の供給経路となる部位に設け、前記超音波流量計の測定結果に基づいて飲料の注出を行うようにしたことを特徴とする飲料注出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波流量計および飲料注出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば飲料の定量注出を行うための飲料注出装置には、飲料（流体）の注出量を求めるための流量計として、超音波流量計を備えるものがある。この種の超音波流量計としては、流路を形成する測定配管の外面に超音波振動子の対を配置し、一方の超音波振動子から流路内に送信した超音波を他方の超音波振動子により受信し、この受信した超音波の伝搬時間に基づいて、流路を通過する流体の流量を測定するものが一般的である。この超音波流量計では、流路内での伝搬経路において流体の流れ方向成分の長さ（以下、「有効長さ」という）が大きい程、伝搬時間を精度良く測定する上で好ましいことが知られており、有効長さを増大させるための技術が提案されている（例えば、特願２００２−２６５３７８号参照）。
【０００３】
図５は、この超音波流量計における検出部の構成を説明するためのものである。図５に示した超音波流量計の検出部は、金属材料や樹脂材料等の配管材によって内部に流路Ｒを形成して成る測定配管１と、測定配管１の外面側に一体に設けた楔部１ａ，１ｂと、楔部１ａ，１ｂに取り付けた超音波振動子２ａ，２ｂとを備えて構成してある。この超音波流量計の検出部では、流路Ｒを流体Ｄが満たした状態において、一方の超音波振動子から測定配管１内を通じて流路Ｒ内に送信した超音波が、流体Ｄと測定配管１との境界面で反射した後に、測定配管１内を通じて他方の超音波振動子により受信されるように、超音波振動子２ａ，２ｂの配置が設定される。すなわち、この検出部では、流路Ｒ内に送信した超音波を流体Ｄと測定配管１との境界面で反射させることにより（図５中、実線の矢印で例示）、流路Ｒ内での伝搬経路を長くして上述の有効長さを確保するようにしている。この検出部を用いる超音波流量計は、送信側となる超音波振動子による超音波の送信開始から、受信側となる超音波振動子により受信される超音波（受信信号）の振幅が予め設定した閾値を超えるまでの時間を、超音波の伝搬時間として検出するように構成される。
【０００４】
上述した超音波流量計では、超音波振動子２ａ，２ｂにより双方向に送受信した超音波の伝搬時間の差から流路Ｒを通過する流体Ｄの流速を求め、該求めた流速と既知である流路Ｒの断面積とから流量を求めることができる。しかも、この超音波流量計では、流路Ｒ内に送信した超音波を流体Ｄと測定配管１との境界面で反射させて有効長さを増大させるようにしているので、測定される伝搬時間を増大させて当該伝搬時間に対する測定分解能の比を減少させることができる。このため、この超音波流量計では、伝搬時間の測定結果に対する測定分解能の影響、つまり伝搬時間の測定結果において測定分解能に依存する誤差が抑えられるので、流量の測定を精度良く行う上で有利なものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した超音波流量計において一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波には、図５において破線の矢印で例示するように、流路Ｒを経ることなく測定配管１内を伝搬したものが含まれる（以下、この超音波を「無効な超音波」という）。
【０００６】
ここで、測定配管１内における超音波の伝搬速度が流体Ｄ中のものよりも大きく、かつ、無効な超音波の伝搬経路が流体Ｄを伝搬する超音波（以下、「有効な超音波」という）のものよりも短いので、無効な超音波が有効な超音波よりも先に受信される。図６は、実際の測定データを示したものであり、樹脂（樹脂中における超音波の伝搬速度は約２５００ｍ／ｓ）によって構成した測定配管１の流路Ｒを通過する水（水中における超音波の伝搬速度は約１５００ｍ／ｓ）の流量を測定するのに際して、無効な超音波が有効な超音波よりも先に受信される様子が見て取れる。図６からも明らかなように、上述した超音波流量計では、無効な超音波の振幅と有効な超音波の振幅との差が十分なものとは言い切れず、上述の閾値の設定によっては無効な超音波が当該閾値を超えて伝搬時間の誤検出（この場合、測定した伝搬時間が有効な超音波のものよりも短くなる）を招来する虞れがある。つまり、上述した超音波流量計では、本来、無効とすべき超音波を有効な超音波として誤検出して、流量の測定を精度良く行う上で支障を来たす虞れがある。
【０００７】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、流量の測定を精度良く行うことが可能な超音波流量計および飲料注出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る超音波流量計は、内部に流路を形成する測定配管の外面に超音波振動子の対を配置し、一方の超音波振動子から前記流路の内部に送信した超音波を他方の超音波振動子により受信し、この受信した超音波の伝搬時間に基づいて、前記流路を通過する流体の流量を測定する超音波流量計において、前記測定配管において前記超音波振動子の対の相互間に、前記流路を経ることなく前記測定配管内で一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路を制限する切り欠きを形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る超音波流量計は、上記請求項１において、前記測定配管内において一方の超音波振動子から送信された後に前記流路との境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路上に設けたものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係る超音波流量計は、上記請求項１または２において、前記切り欠きの寸法は、前記測定配管の強度が所定の安全率を確保するように設定したものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係る超音波流量計は、上記請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記切り欠きは、前記測定配管内を伝搬する超音波を散乱させるための反射面を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係る飲料注出装置は、上記請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波流量計を飲料の供給経路となる部位に設け、前記超音波流量計の測定結果に基づいて飲料の注出を行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る超音波流量計および飲料注出装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態である超音波流量計における検出部の構成を示す断面図である。図１に示した超音波流量計の検出部は、例えばビールディスペンサ等の飲料注出装置において飲料の供給経路となる部位に設けられる。この超音波流量計の検出部は、測定配管１０に超音波振動子２０ａ，２０ｂを備えて構成してある。
【００１５】
測定配管１０は、配管材によって円筒形状に構成したもので、その内部に流体（飲料注出装置の場合には飲料）Ｄが通過する流路Ｒを形成する。この測定配管１０を構成する配管材としては、例えばポリスルホン等の樹脂材料を適用することができる。この測定配管１０には、その外周面側の部位に、楔部１０ａ，１０ｂがそれぞれ一体に設けてある。
【００１６】
楔部１０ａ，１０ｂは、超音波振動子２０ａ，２０ｂを取り付けるためのものであり、測定配管１０の長手方向、つまり流体Ｄの流れ方向に沿って所定の間隔を有して配設してある。楔部１０ａ，１０ｂは、超音波振動子２０ａ，２０ｂの取り付けに十分な大きさの取付面１０ａ′，１０ｂ′を有する。取付面１０ａ′，１０ｂ′は、測定配管１０の長手方向に対してそれぞれ傾斜しており、個々の傾斜角度が後述の伝搬条件を満たすように設定される。
【００１７】
超音波振動子２０ａ，２０ｂは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックから成る圧電体による電気／機械エネルギの変換作用を利用して、超音波を送受信する素子である。超音波振動子２０ａ，２０ｂは、円盤状を成しており、個々の底面が上述した取付面１０ａ′，１０ｂ′に当接するように、楔部１０ａ，１０ｂに取り付けられる。
【００１８】
本実施の形態である超音波流量計における検出部では、一方の超音波振動子から測定配管１０内を通じて流路Ｒ内に送信した超音波が、流体Ｄと測定配管１０との境界面で反射した後に、測定配管１０内を通じて他方の超音波振動子により受信されるための伝搬条件を満たすように、上述した取付面１０ａ′，１０ｂ′の傾斜角度が設定される。具体的には、取付面１０ａ′（１０ｂ′）の傾斜角度は、超音波振動子２０ａ（２０ｂ）の底面から当該底面の法線方向（超音波の音響パワーレベルが最大となる方向）に沿って送信された超音波が、流路Ｒ内で流体Ｄと測定配管１０との境界面で反射した後に、超音波振動子２０ｂ（２０ａ）の底面に至るように設定される。これにより、この検出部では、一方の超音波振動子から流路Ｒ内に送信されて他方の超音波振動子に至る超音波であって、音響パワーレベルが最大となるもの（以下、「有効な超音波」という）の伝搬経路が、図１中において実線の矢印で例示するものとなる。
【００１９】
一方、この検出部を用いる超音波流量計は、従前のものと同様に、送信側となる超音波振動子による超音波の送信開始から、受信側となる超音波振動子により受信される超音波（受信信号）の振幅が予め設定した閾値を超えるまでの時間を、超音波の伝搬時間として検出するように構成される。
【００２０】
上述した超音波流量計では、超音波振動子２０ａ，２０ｂにより双方向に送受信した超音波の伝搬時間の差から流路Ｒを通過する流体Ｄの流速を求め、該求めた流速と既知である流路Ｒの断面積とから流量を求めることができる。
【００２１】
ところで、本実施の形態である超音波流量計にあっても、有効な超音波が受信される時間を正確に把握できなければ、超音波の伝搬時間を正確に検出することができないので、流路Ｒを経ることなく測定配管１０内で一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波（以下、「無効な超音波」ともいう）の影響を極力抑えることが好ましい。
【００２２】
このため、上記超音波流量計における検出部には、図１に示すように、測定配管１０において超音波振動子２０ａ，２０ｂの相互間となる部位に、スリット部１１が設けてある。
【００２３】
図１に示すように、スリット部１１は、測定配管１０の外周面に上方に開放した切り欠きを設けて構成したもので、底面１１ａと側面１１ｂとを備えて、測定配管１０の長手方向に沿った断面形状が上方に開放したコ字形を成している。このスリット部１１は、流路Ｒを経ることなく測定配管１０内において一方の超音波振動子から送信された後に流路Ｒとの境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路上に位置し、かつ、測定配管１０の長手方向に沿った幅、測定配管１０の周方向に沿った長さおよび深さ等の寸法が、測定配管１０の強度が所定の安全率を確保するように設定される。
【００２４】
上述したスリット部１１を設けた検出部では、流路Ｒを経ることなく一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波（無効な超音波）の伝搬経路がスリット部１１によって制限されるようになる。具体的には、図１に示すように、流路Ｒを経ることなく測定配管１０内において一方の超音波振動子から送信された後に流路Ｒとの境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波のための伝搬経路が、スリット部１１の側面１１ｂによって遮断されて伝搬経路として機能しなくなるので、無効な超音波の伝搬経路がスリット部１１によって制限されるようになる。これにより、本実施の形態では、図２において二点鎖線の矢印で例示するように、受信側となる超音波振動子により受信される無効な超音波が、スリット部１１の底面１１ａによって反射されたものとなるので、無効な超音波の最小の反射回数が三回となる。このため、本実施の形態では、無効な超音波の最小反射回数が、スリット部１１を設けない従前の場合のもの（この場合、図５からも明らかなように一回となる）に対して増大するので、反射による無効な超音波の減衰が従前の場合のものよりも大きくなる。しかも、本実施の形態では、無効な超音波の最小反射回数の増大に伴って、無効な超音波の伝搬距離がスリット部１１を設けない従前の場合のものよりも増大するので、伝搬距離に応じた無効な超音波の減衰が従前の場合のものよりも大きくなる。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態では、無効な超音波の伝搬経路を制限するスリット部１１を設けて、無効な超音波の最小反射回数および伝搬距離を増大させるようにしたので、反射による減衰と伝搬距離に応じた減衰とにより無効な超音波が著しく減衰するようになる。このため、本実施の形態では、無効な超音波の振幅と有効な超音波の振幅との差が十分なものとなるので、伝搬時間の誤検出を確実に防止することが可能になる。また、本実施の形態では、流路Ｒ内に送信した超音波を流体Ｄと測定配管１０との境界面で反射させて、流路Ｒ内での伝搬経路において流体の流れ方向成分の長さを増大させているので、測定される伝搬時間を増大させて当該伝搬時間に対する測定分解能の比を減少させることができる。このため、この超音波流量計では、伝搬時間の測定結果に対する測定分解能の影響、つまり伝搬時間の測定結果において測定分解能に依存する誤差が抑えられるので、流量の測定を精度良く行う上で有利なものとなる。これらにより、本実施の形態である超音波流量計によれば、無効な超音波に伴う伝搬時間の誤検出を確実に防止し、かつ測定結果において測定分解能に依存して生ずる誤差を抑えることができるようになるので、流量の測定を精度良く行うことが可能になる。
【００２６】
なお、無効な超音波の伝搬経路を制限するためのスリット部の形状は、上述した実施の形態のものに限定されるものではない。例えば、スリット部の形状としては、図３に示す第１変形例のように、所定の間隔をおいて配設した複数の切り欠きによって構成したものであっても良いし、図４に示す第２変形例のように、測定配管１０の長手方向に対して斜行する面を有して形成した切り欠きによって構成したものであっても構わない。なお、これら第１変形例および第２変形例においては、スリット部の形状のみが上述した実施の形態のものと異なり、その他の構成については上述したものと同様であるので、図３、４中、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
図３に示した第１変形例におけるスリット部１２は、上方に開放した２つの切り欠き１２ａ，１２ｂを所定の間隔をおいて配設して、測定配管１０Ａの長手方向に沿った断面形状が凸凹状を成すように構成してある。ここで、切り欠き１２ａ（１２ｂ）としては、図３に示すように、底面１２ａａ（１２ｂａ）と側面１２ａｂ（１２ｂｂ）とを備えて、測定配管１０Ａの長手方向に沿った断面形状が上方に開放したコ字形を成すものを適用することができる。このスリット部１２は、測定配管１０Ａ上における配置、並びに各寸法（例えば、測定配管１０Ａの長手方向に沿った幅、測定配管１０Ａの周方向に沿った長さおよび深さ）が、上述した実施の形態のものと同様の手法によって設定される。
【００２８】
上述したスリット部１２を設けた検出部では、上述した実施の形態のものと同様に、流路Ｒを経ることなく測定配管１０Ａ内において一方の超音波振動子から送信された後に流路Ｒとの境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波のための伝搬経路が、スリット部１２の切り欠き１２ａ，１２ｂによって遮断されて伝搬経路として機能しなくなる。しかも、この検出部では、図３において二点鎖線の矢印で例示するように、切り欠き１２ａ（１２ｂ）においてスリット部１２の内側となる側面１２ａｂ（１２ｂｂ）を反射面とした無効な超音波の反射により、当該無効な超音波における受信側の超音波振動子へ向かう方向性が減ずるようになる（以下、この状態を「散乱状態」という）。無効な超音波が散乱状態となる場合には、図２および図３の比較からも明らかなように、受信側となる超音波振動子により受信されるまでの最小反射回数および伝搬距離が、上述した実施の形態のものよりも増大するようになる。これらにより、本第１の変形例である超音波流量計によれば、無効な超音波の減衰が上述した実施の形態のものよりも大きくなるので、無効な超音波の振幅と有効な超音波の振幅との差が、上述した実施の形態のものよりも一層大きなものとなり、この結果、伝搬時間の誤検出を一層確実に防止して、流量の測定を精度良く行うことが可能になる。
【００２９】
一方、図４に示した第２変形例におけるスリット部１３は、測定配管１０Ｂの長手方向に対して斜行する斜面１３ａを有して形成した切り欠きによって、測定配管１０の長手方向に沿った断面形状がＷ字形を成すように構成してある。このスリット部１３は、測定配管１０Ｂ上における配置、並びに各寸法（例えば、測定配管１０Ｂの長手方向に沿った幅、測定配管１０Ｂの周方向に沿った長さおよび深さ）が、上述した実施の形態のものと同様の手法によって設定される。
【００３０】
上述したスリット部１３を設けた検出部では、上述した実施の形態のものと同様に、流路Ｒを経ることなく測定配管１０Ｂ内において一方の超音波振動子から送信された後に流路Ｒとの境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波のための伝搬経路が、スリット部１３によって遮断されて伝搬経路として機能しなくなる。しかも、この検出部では、図４において二点鎖線の矢印で例示するように、スリット部１３を構成する切り欠きの斜面１３ａを反射面とした無効な超音波の反射により、当該無効な超音波における受信側の超音波振動子へ向かう方向性が次第に減ずるようになる（散乱状態）。無効な超音波が散乱状態となる場合には、図２および図４の比較からも明らかなように、受信側となる超音波振動子により受信されるまでの最小反射回数および伝搬距離が、上述した実施の形態のものよりも増大するようになる。これらにより、本第２の変形例である超音波流量計によれば、無効な超音波の減衰が上述した実施の形態のものよりも大きくなるので、無効な超音波の振幅と有効な超音波の振幅との差が、上述した実施の形態のものよりも一層大きなものとなり、この結果、伝搬時間の誤検出を一層確実に防止して、流量の測定を精度良く行うことが可能になる。
【００３１】
なお、無効な超音波の伝搬経路を制限するためのスリット部の形状は、無効な超音波を散乱させるための反射面を形成するものであれば、上述した第１の変形例および第２の変形例のものと同様の効果を奏するようになるので、特に限定されないことは勿論である。
【００３２】
一方、上述した実施の形態、その第１変形例および第２変形例である超音波流量計のいずれかを適用した飲料注出装置では、超音波流量計による流量の測定結果に基づいて飲料の注出を行うようにすれば、飲料の注出量を所望のものとすることが可能になる。また、この飲料注出装置では、超音波流量計により測定される飲料の流量が所望の注出量となるように制御する制御手段を設ければ、飲料を精度良く定量注出することができるようになるので、いわゆる飲料自動定量注出装置として好ましいものとなる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態、その第１変形例および第２変形例である超音波流量計は、飲料注出装置に限定されて適用されるものではない。また、上述した実施の形態、その第１変形例および第２変形例では、流路Ｒ内に送信した超音波（有効な超音波）を流体Ｄと測定配管１０（１０Ａ，１０Ｂ）との境界面で一回だけ反射させるものを例示しているが、これに限定されるものではなく、複数回（例えば三回）反射させるものであっても、上述したものと同様の作用、効果を奏する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る超音波流量計によれば、測定配管において超音波振動子の対の相互間に、前記流路を経ることなく前記測定配管内で一方の超音波振動子から他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路を制限する切り欠きを形成したので、無効な超音波の反射回数および伝搬距離が増大するようになる。このため、反射による減衰と伝搬距離に応じた減衰とにより無効な超音波が著しく減衰するようになるので、伝搬時間の誤検出を確実に防止して、流量の測定を精度良く行うことが可能になる。
【００３５】
また、本発明の請求項２に係る超音波流量計によれば、切り欠きは、測定配管内において一方の超音波振動子から送信された後に流路との境界面で一回だけ反射して他方の超音波振動子に至る超音波の伝搬経路上に設けたので、無効な超音波の反射回数および伝搬距離を確実に増大させることができるようになる。
【００３６】
また、本発明の請求項３に係る超音波流量計によれば、切り欠きの寸法は、測定配管の強度が所定の安全率を確保するように設定したものなので、前記測定配管の強度が十分に確保される。
【００３７】
また、本発明の請求項４に係る超音波流量計によれば、切り欠きは、測定配管内を伝搬する超音波を散乱させるための反射面を形成するので、無効な超音波の反射回数および伝搬距離を一層増大させることができるようになり、この結果、伝搬時間の誤検出を一層確実に防止して、流量の測定を精度良く行うことが可能になる。
【００３８】
また、本発明の請求項５に係る飲料注出装置によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波流量計を飲料の供給経路となる部位に設け、前記超音波流量計の測定結果に基づいて飲料の注出を行うようにしたので、飲料の注出量を所望のものとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である超音波流量計における検出部の断面図である。
【図２】図１に示した検出部において配管材を伝搬する超音波の経路を示す説明図である。
【図３】本実施の形態の第１変形例である超音波流量計における検出部の断面図である。
【図４】本実施の形態の第２変形例である超音波流量計における検出部の断面図である。
【図５】従来の超音波流量計における検出部の断面図である。
【図６】図５に示した検出部での受信信号の測定データである。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ    測定配管
１０ａ，１０ｂ          楔部
１０ａ′，１０ｂ′      取付面
１１，１２，１３        スリット部
１１ａ      底面
１１ｂ      側面
１２ａ，１２ｂ          切り欠き
１２ａａ，１２ｂａ      底面
１２ａｂ，１２ｂｂ      側面
１３ａ      斜面
２０ａ，２０ｂ          超音波振動子
Ｄ          流体
Ｒ          流路
【図１】
2004251652.tif 000003
【図２】
2004251652.tif 000004
【図３】
2004251652.tif 000005
【図４】
2004251652.tif 000006
【図５】
2004251652.tif 000007
【図６】
2004251652.tif 000008