JP2004198283A

JP2004198283A - 超音波送受波器および超音波流量計

Info

Publication number: JP2004198283A
Application number: JP2002367972A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Ozaki; 行則尾崎; Akihisa Adachi; 明久足立; Masato Sato; 真人佐藤; Masahiko Ito; 雅彦伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】ケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐ接着剤はみ出し防止手段を設けて、超音波の指向性を向上させた超音波送受波器を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電体１２を囲むケース７上には接着剤を介して接着された音響整合層９が配置されている。この音響整合層９のケース７と対向する下面には溝部１４が形成してある。したがって、接着作業の際に余分な接着剤はこの溝部１４に収容され、外部にはみ出ることがないものである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波パルスの送受信を行う超音波送受波器およびこの超音波送受波器を用いて気体や液体の流量の計測を行う超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波送受波器は図５に示すような構成であった。すなわち、ケース３１の天部外面３２音響整合層３３を接着剤で固定し、ケース３１の天部内面３４には圧電体３５の一方の電極面３６が固定してある
。
【０００３】
次に、導電性を有する弾性体３７を圧電体３５の他方の電極面３８と端子板３９の端子４０で挟んで加圧し、この状態で前記端子版３９の外周付近とケース３１のフランジ部４１とを電気溶接により接続する。
【０００４】
ケース３１と端子板３９により囲まれた密封空間４２には窒素ガスを充填している。また、端子板３９に設けられている端子４０と４３の間はガラス（絶縁部）４４により電気的に絶縁されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５０７８５号公報（第３−６頁、第８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、音響整合層３３をケース３１に接着する際に、音響整合層３３の外側にはみ出した接着剤が接着剤防御手段に沿って上昇し、前記音響整合層３３の上面に上昇するという現象があった。
【０００７】
接着剤が音響整合層３３の上面に上昇し硬化すると、圧電体３５から発信した超音波がケース３１および音響整合層３３を通り、外部の気体に伝播する際に超音波の指向性にばらつきが生じる。
【０００８】
その結果、一対の超音波送受波器を用いて計測する場合には、超音波送受波器の送受信感度が低下し計測精度が悪化するという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、ケースと音響整合層９を接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐ接着剤はみ出し防止手段を設け、超音波の指向性を等しくし、超音波送受波器の送受信感度を高めた超音波送受波器と、一対の超音波送受波器を用いて計測精度の高い超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、圧電体と、前記圧電体を囲むケースと、前記ケース上に接着剤により接着された音響整合層と、接着剤はみ出し防止手段とを具備した超音波送受波器である。
【００１１】
上記構成により、ケース７と音響整合層９とを接着する際に、音響整合層９の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層９の上面に上昇するのを防ぐことができ、超音波の指向性を等しくし、超音波送受波器の送受信感度を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧電体と、前記圧電体を囲むケースと、前記ケース上に接着剤により接着された音響整合層と、接着剤はみ出し防止手段とを具備した超音波送受波器である。
【００１３】
また、その接着剤はみ出し防止手段として、音響整合層またはケースの少なくとも一方に凹部を設けたものである。また、音響整合層に設けた凹部は、前記音響整合層の底面または側面の少なくとも一方に設けたものである。また、ケースに設けた凹部は、前記ケースと音響整合層との接着面に設けたものである。
【００１４】
また、音響整合層とケースの外周を同径とし、ケースの外周に面取り部を設け、前記面取り部に接着剤はみ出し防止手段として接着剤溜り部を設けたものである。
【００１５】
上記構成により、ケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐことができ、超音波の指向性を等しくし、超音波送受波器の送受信感度を高めることができる。
【００１６】
また、本発明は、流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部を具備し、前記流量測定部に上記いずれかの構成の超音波送受波器を用いた超音波流量計であり、超音波送受波器のケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐことができ、超音波の指向性を等しくし超音波送受波器の送受信感度を高めることができるため、計測精度を高めることができる。
【００１７】
【実施例】
（実施例１）
以下、実施例について図面を用いて説明する。図１において、流量測定部１は流路２を流れる流体の流量を測定するものであり、その上流及び下流に一対の超音波送受波器３および４が配置されている。
【００１８】
超音波送受波器３および４の間を超音波が伝播する超音波伝播時間を計測回路５にて計測し、信号として流量演算回路６に出力する。前記流量演算部６は前記信号に基づいて流量を求める。
【００１９】
上記のように構成された超音波流量計において、その動作を説明する。超音波送受波器３および４の中心間を結ぶ直線の距離をＬとし、この直線と流体の流れる方向である流路１の長手方向との角度をθとする。静止している流体中を超音波が伝達する速度をＣとし、流路１を流れる流体の流速をＶとする。
【００２０】
流路１に対して上流側に配置された超音波送受波器３と下流側に配置された超音波送受波器４により流路１を流れる流体の流量を測定する。
【００２１】
まず、超音波送受波器３から超音波を送信する。送信された超音波は流路１を斜めに縦断し超音波送受波器４で受信される。その際の超音波伝播時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）
で示される。次に、超音波送受波器４から超音波を送信する。送信された超音波は流路１を斜めに縦断し超音波送受波器３で受信される。その際の超音波伝播時間ｔ２は、
ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）
で示される。流体の音速Ｃは温度などの測定環境により変化するため、ｔ１およびｔ２の式から流体の音速Ｃを消去すると、
Ｖ＝Ｌ／｛２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２）｝
の式が得られる。この式より、Ｌとθが既知のものとなれば流体の流速Ｖが求められることが導かれる。Ｖを正確に求めるためにはｔ１、ｔ２を正確に計測する必要があるため、超音波の指向性を等しくすることが必要である。
【００２２】
また、流量をＱ、流路１の断面積をＳ、補正係数をＫとすると、流量ＱはＱ＝ＫＳＶの演算式により求められる。
【００２３】
超音波流量計においては、計測回路５から出力された超音波伝播時間に関する信号に基づき、流量演算回路６で前記演算式から流量を求める。
【００２４】
図２は超音波送受波器においてケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した余剰な接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐ接着剤はみ出し防止手段に関する実施例の一つを示している。
【００２５】
図２において、ケース７の天部外面８には音響整合層９が接着剤により固定され、一方、天部内面１０には溝１１が形成された圧電体１２の電極面１３が接着剤により固定されている。
【００２６】
そして、前記音響整合層９の底面には接着剤はみ出し防止手段として環状に溝部１４が設けられている。なお、音響整合層９の底面とは、ケース７との接着面のことである。
【００２７】
ケース７のフランジ部１５は端子板１６の外周部１７に接着されている。
【００２８】
端子板１６は２つの外部電極端子１８，１９を有する。これら２つの外部電極端子１８，１９はガラスなどの絶縁体２０により絶縁されており、一方の外部電極端子１８は導電体２１を通して圧電体１２の電極面２２と電気的に接続している。
【００２９】
導電体２１の中心部には導電部２３が設けられ、その周りには絶縁部２４が設けられており、もう一方の外部電極端子１９と電気的に絶縁している。
【００３０】
また、ケース７と端子板１６で囲まれた密封空間２５には窒素ガスなどの不活性ガスが充填されている。
【００３１】
上記のように構成された超音波送受波器についてその動作を説明する。
【００３２】
ケース７の天部外面８と音響整合層９を接着剤により固定し、ケース７の天部内面１０に接着剤を用いて圧電体１２の一方の電極面１３を固定する。
【００３３】
次に、導電体２１を圧電体１２の他方の電極面２２と端子板１６の外部電極端子１８で挟んで加圧し、この状態で前記端子板１６の外周部１７とケース７のフランジ部１５とを電気溶接により接続する。その後、密封空間２５の空気を窒素ガスなどの不活性ガスと置換する。
【００３４】
また、端子板１６に設けられている外部電極端子１８と１９の間はガラスなどの絶縁体２０及び導電体２１に設けられた絶縁部２４により電気的に絶縁されている。
【００３５】
上記構成により、ケース７の天部外面８と音響整合層９を接着剤により固定する際に、余剰な接着剤が前記音響整合層９の底面に設けられた溝部１４に入り込む。
【００３６】
従って、ケース７と音響整合層９とを接着する際に、音響整合層９の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層９の上面に上昇するのを防ぐことができ、超音波の指向性を等しくし超音波送受波器の送受信感度を高めることができるため、計測精度を高めることができる。
【００３７】
なお、本実施例においては、溝部１４を音響整合層９の底面に設ける一つの実施例を示したが、溝部１４を設ける底面の位置は任意であり、図３に示すように音響整合層９の外周に沿って溝部１４ａを形成してもよい。
【００３８】
この場合には、音響整合層９とケース７の接着面は均質には溝が形成されていないためより接着しやすくなり好ましい。
【００３９】
また、本実施例においては、接着剤はみ出し防止手段としての環状の溝部１４，１４ａを音響整合層９の底面に一つ設けたが、前記音響整合層９の側面に設けてもよく、底面及び側面にそれぞれ設けてもよい。
【００４０】
また、溝部を環状に形成したが、他の形に形成してもよい。この場合には、接着剤の塗布量により溝部の数や幅、深さなどを変更することができるため好ましい。
【００４１】
また、本実施例においては、溝部を音響整合層９に設けたが、ケース７に溝部を設けることも考えられる。
【００４２】
上記のように構成された送受信感度の高い超音波送受波器を、流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部に一対用いることで、圧電体から発信される超音波の指向性が等しくなりより正確な伝播時間を計測することができるため、計測精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００４３】
（実施例２）
図４はケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐ接着剤はみ出し防止手段に関し実施例１と異なる実施例を示している。
【００４４】
図において、実施例１と同じ構成のものについては説明を省く。
【００４５】
ケース７の外周部と音響整合層９の外周とは同径になるように形成されている。
【００４６】
前記ケース７の外周部には接着剤はみ出し防止手段である接着剤溜り用の溝１４ｂが面取りを行なうことで形成されている。
【００４７】
上記のように構成された超音波送受波器についてその動作を説明する。ケース７と音響整合層９とを接着剤により固定する。以下、実施例１と同様の工程のため説明を省く。
【００４８】
ケース７と音響整合層９とを固定する際に、面取りによって溝１４ｂを形成したことにより、余剰の接着剤がこの溝１４ｂに入り込む。
【００４９】
これにより、接着剤は音響整合層９を伝って上面に上昇するのを防ぐことができる。
【００５０】
なお、面取り加工は、ケース７の外周部に設ければ、どのような形に形成しても同様の効果が得られる。
【００５１】
上記のように構成された送受信感度の高い超音波送受波器を、流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部に一対用いることで、圧電体から発信される超音波の指向性が等しくなりより正確な伝播時間を計測することができるため、計測精度の高い超音波流量計を実現することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、圧電体と、前記圧電体を囲むケースと、前記ケース上に接着剤により接着された音響整合層と、接着剤はみ出し防止手段とを具備した超音波送受波器であり、ケースと音響整合層とを接着する際に、音響整合層の外側にはみ出した接着剤が前記音響整合層の上面に上昇するのを防ぐことができ、超音波の指向性を等しくし、超音波送受波器の送受信感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における超音波流量計の概略構成図
【図２】本発明の実施例１における超音波送受波器の縦断面図
【図３】本発明の実施例１における超音波送受波器の縦断面図
【図４】本発明の実施例２における超音波送受波器の縦断面図
【図５】従来の超音波送受波器の縦断面図
【符号の説明】
１流量測定部
２流路
３、４超音波送受波器
５計測回路
６流量演算回路
１２圧電体
７ケース
９音響整合層
１４、１４ａ、１４ｂ溝部

Claims

圧電体と、前記圧電体を囲むケースと、前記ケース上に接着剤により接着された音響整合層と、接着剤はみ出し防止手段とを具備した超音波送受波器。
接着剤はみ出し防止手段として、音響整合層またはケースの少なくとも一方に凹部を設けた請求項１記載の超音波送受波器。
接着剤はみ出し防止手段として、音響整合層の底面または側面の少なくとも一方に凹部を設けた請求項１記載の超音波送受波器。
接着剤はみ出し防止手段として、ケースの音響整合層との接着面に凹部を設けた請求項１記載の超音波送受波器。
音響整合層とケースの外周を同径とし、ケースの外周に面取り部を設け、前記面取り部に接着剤はみ出し防止手段として接着剤溜り部を設けた請求項１記載の超音波送受波器。
流路を流れる流体の流量を測定する流量測定部を具備し、前記流量測定部に請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波送受波器を用いた超音波流量計。