JP4106499B2 - Ultrasonic detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量計等に用いられる超音波検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、流量計として用いられる超音波検出器は、従来一般には、図4に符号1にて示すように、有底筒状のホルダ2の穴底2aに円盤状の超音波振動子(圧電素子)3を配置し、所望によりこの超音波振動子3とホルダ2の穴底2aとの間に音響接合剤4を介在させ、超音波振動子3に被せた押え板5とホルダ2の開口部に嵌合固定した蓋体6との間にばね部材(ここでは、皿ばね)7を介装して、このばね部材7のばね力で超音波振動子3をホルダ2の穴底2aに押圧固定する構造となっていた(例えば、特開平5−231888号公報参照)。
【0003】
このような超音波検出器1は、通常、その2つが流量計本体(管体)8の管壁に対向して貫設した貫通孔8a内にそれぞれ圧入固定され、その一方の超音波検出器1の超音波振動子3にはリード線9を介して発信回路10が、その他方の超音波検出器(ここでは、図示省略)の超音波振動子には同じくリード線を介して受信回路がそれぞれ接続されて、実用に供されるようになる。この場合、ホルダ2の端面すなわち底板11が、管(図示)に介装された流量計本体8の流路内に露出する状態となり、発振回路9からの通電で超音波振動子3が振動すると、その振動は音響接合剤4およびホルダ2の底板11を介して流量計本体8内を流れる流体に伝達され、したがって、ホルダ2の底板11は振動板として機能するものとなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、上記ホルダ2としては、軽量で製造コストも安いことから、例えば、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン(PFA)等の樹脂で製造したものが多く用いられるようになってきている。
しかしながら、このような樹脂製のホルダ2は、一般的には樹脂特性によりわずかながらのガス透過性を有しており、このため、測定対象である流体がガスまたは気化し易い液体である場合には、ホルダ2の底板(振動板)11と超音波振動子3との間にガスが侵入し、超音波接合剤4に気泡が発生して超音波の伝達特性が悪化し、また、測定対象が腐食性の流体である場合には、その腐食性ガスがホルダ内に侵入して超音波振動子3が腐食を起こし、何れの場合も検出精度を悪化させる大きな原因になっていた。
【0005】
なお、この対策として、ホルダ2の底板11を厚肉に形成してガスの透過を少なくする考え方があるが、この場合は、超音波振動子3に加わる負荷が大きくなるため、十分な振動(超音波)を発生させるには大きな電力を加えなければならず、結果的に効率の低い検出器となってしまう。また、振動板11と超音波振動子3との間に非ガス透過性の遮蔽板を介装する考え方もあるが、この場合は、加工精度や組付精度あるいは振動板11の変形などにより両者の密着が不十分になり易く、超音波の伝達特性の悪化が避けられないようになる。
【0006】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ホルダの振動板を厚肉に形成したりあるいは特別の遮蔽板を用いることなくホルダ内へのガスの侵入を確実に防止し、もって耐久信頼性の向上に大きく寄与する超音波検出器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、流量計本体の管壁に対向して貫設した貫通孔内にそれぞれ固定され、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレンよりなる有底筒状の樹脂製ホルダの穴底に超音波振動子を密着固定し、前記ホルダの底板を振動板として用いる超音波検出器において、前記ホルダの面に非ガス透過性の金属蒸着膜を積層形成したことを特徴とする。
このように構成した超音波検出器においては、ホルダの面に積層形成した非ガス透過性の金属蒸着膜が、樹脂製ホルダ内へのガスの侵入を阻止する。
本発明において、上記金属蒸着膜を積層形成するホルダの面は、少なくともその内底面または端面として、さらにホルダの穴の内・外周面にも拡大形成することができる。
【0008】
本発明において、上記金属蒸着膜は、特にその材質を問うものではないが、できるだけ超音波吸収能の小さい材料、例えばジルコニウム、金等の金属を選択するのが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0010】
図1および図2は、本発明の第1の実施の形態としての超音波検出器を含む流量計の要部構造を示したものである。なお、本超音波検出器並びに流量計の基本構造は前出図4に示したものと同じであるので、ここでは、前出図4に示した部分と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することする。本第1の実施の形態の特徴とするところは、ホルダ2の穴底2aの面(内底面)に、予め薄膜12を所定の厚さに積層形成し、この薄膜12の上に前記音響接合剤4を介して超音波振動子3を押圧固定した点にある。
【0011】
本第1の実施の形態において、上記ホルダ2は、耐薬品性に優れた樹脂、例えば四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン樹脂(PFA)からなっており、他の汎用のプラスチックと同様に、わずかながらのガス透過性を有している。一方、上記薄膜12は、ジルコニウム(Zr )、金(Au )等の金属蒸着膜からなっており、ガスに対して完全な非透過性となっている。
【0012】
このように構成した超音波検出器1においては、従来のものと同様、発振回路9からの通電で超音波振動子3が振動すると、その振動は音響接合剤4およびホルダ2の底板11を介して流量計本体8内を流れる流体に伝達され、その伝播信号が受信側の超音波検出器(図示略)で受信されて受信回路に取込まれ、図示を略す演算回路により流量が算出される。この時、流量計本体8内を流れる流体がガスまたはガス化し易い液体であると、透過性を有するホルダ2の底板(振動板)11を通してホルダ2内にガスまたは気化ガスが侵入しようとする。しかし、本第1の実施の形態においては、ホルダ2の内底面に非ガス透過性の薄膜12が形成されているので、前記ホルダ2内に侵入しようとするガスは、この薄膜12によってその侵入が阻止され、この結果、ホルダ2の底板11と超音波振動子3との間にガスが滞留することはなくなって、超音波の伝達特性が良好に維持される。また、このようにホルダ2内へのガスの侵入が阻止されることで、流量計本体8内を流れる流体が腐食性の強いものであっても、超音波振動子3が腐食性ガスに接触することがなくなり、その腐食も未然に防止される。
【0013】
なお、上記第1の実施の形態においては、ホルダ2の内底面に薄膜12を形成するようにしたが、これに代えて、該薄膜12をホルダ2の端面(外底面)2cに形成するようにしても良い。この場合も、該薄膜12がホルダ2内へのガスの侵入を阻止するので、第1の実施の形態と同様の作用効果を奏するものとなる。
【0014】
図3は、本発明の第2の実施の形態としての超音波検出器を示したものである。本第2の実施の形態の特徴とするところは、非ガス透過性の薄膜12を積層形成する範囲を、上記第1の実施の形態におけるホルダ2の穴底2aの面(内底面)に加えて、その内周面2bにも拡大した点にある。
すなわち、本第2の実施の形態においては、ホルダ2の穴内の全面に非透過性の薄膜12が存在するので、ホルダ2の周壁を通して内部に侵入しようとするガスも、その侵入が阻止され、上記した超音波の伝達特性の良好な維持はもとより、超音波振動子3の腐食防止もより確実となる。
【0015】
なお、上述した実施の形態においては、ホルダ2の内側2a,2bに薄膜12を積層形成したが、これに限らず、ホルダ2の外側、すなわち端面2cおよび外周面2dに薄膜を積層形成してもよい。
【0016】
【発明の効果】
上記したように、本発明に係る超音波検出器によれば、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン製ホルダの面に積層形成した非ガス透過性の金属蒸着膜がホルダ内へのガス侵入を阻止するので、ホルダの振動板を厚肉に形成しあるいは特別の遮蔽板を用いるなどの対策が不要になり、超音波発生効率の低下や超音波の伝達能の低下を未然に防止することができて、耐久信頼性が著しく向上するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態としての超音波検出器を含む流量計の要部構造を示す断面図である。
【図2】本第1の実施の形態としての超音波検出器を拡大して示す断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態としての超音波検出器の構造を示す断面図である。
【図4】従来の超音波検出器の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 超音波検出器
2 ホルダ
2a ホルダの穴底(内底面)
2b ホルダの内周面
2c ホルダの端面
2d ホルダの外周面
3 超音波振動子
4 音響接合剤
6 蓋体
5 押え板
7 ばね部材
8 流量計本体
11 ホルダの底板(振動板)
12 薄膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic detector used for a flow meter and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, an ultrasonic detector used as a flowmeter is generally a disk-shaped ultrasonic transducer (piezoelectric element) in a
[0003]
Such ultrasonic detectors 1 are usually press-fitted and fixed in through-
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, recently, as the
However, such a
[0005]
As a countermeasure against this, there is an idea of reducing the gas permeation by forming the
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems. The object of the present invention is to make gas intrusion into the holder without forming a thick diaphragm of the holder or using a special shielding plate. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic detector that reliably prevents the occurrence of defects and contributes greatly to the improvement of durability and reliability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is made of a bottomed cylindrical resin made of ethylene tetrafluoride / perfluoroalkoxyethylene, which is respectively fixed in a through-hole formed so as to face the tube wall of the flowmeter body . In an ultrasonic detector in which an ultrasonic vibrator is closely fixed to the hole bottom of the holder and the bottom plate of the holder is used as a vibration plate, a non-gas permeable metal vapor deposition film is laminated on the surface of the holder. To do.
In the ultrasonic detector configured as described above, the non-gas permeable metal vapor deposited film formed on the surface of the holder prevents gas from entering the resin holder.
In the present invention, the surface of the holder on which the metal vapor-deposited film is laminated can be formed on at least the inner bottom surface or end surface of the holder and further on the inner and outer peripheral surfaces of the holder holes.
[0008]
In the present invention, the metal deposited film, particularly but not ask the material, as much as possible ultrasound absorption capacity little material, such as zirconium, not to want to choose a metal such as gold.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0010]
FIG. 1 and FIG. 2 show the main structure of a flow meter including an ultrasonic detector as a first embodiment of the present invention. Since the basic structure of the ultrasonic detector and the flowmeter is the same as that shown in FIG. 4, the same parts as those shown in FIG. A duplicate description will be omitted. A feature of the first embodiment is that a
[0011]
In the first embodiment, the
[0012]
In the ultrasonic detector 1 configured as described above, when the
[0013]
In the first embodiment, the
[0014]
FIG. 3 shows an ultrasonic detector as a second embodiment of the present invention. The feature of the second embodiment is that the range in which the non-gas permeable
That is, in the second embodiment, since the impermeable
[0015]
In the above-described embodiment, the
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultrasonic detector of the present invention, the non-gas permeable metal vapor deposited film formed on the surface of the tetrafluoroethylene / perfluoroalkoxyethylene holder prevents gas intrusion into the holder. Therefore, measures such as forming a thick diaphragm for the holder or using a special shielding plate are not required, and it is possible to prevent a decrease in the efficiency of ultrasonic generation and a decrease in the transmission capability of ultrasonic waves. And durability reliability is remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main structure of a flow meter including an ultrasonic detector according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the ultrasonic detector as the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of an ultrasonic detector as a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional ultrasonic detector.
[Explanation of symbols]
1
2b Holder inner
12 Thin film
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