JP3378232B2 - 超音波センサの探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波センサの探
触子に係り、より詳しくは、液体収納容器内の液面を検
出するために容器の底面部外側に取り付けられる探触子
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサは、小形で取り扱いが容易
なこと、及び近時のディジタル処理技術の発展に伴って
検出精度が大きく向上したこと等の理由により液面検出
装置のセンサとして広汎に用いられている。このような
超音波センサを用いた超音波液面検出装置は、探触子か
ら超音波を発射させ、液面からの反射波を受信すること
により液面位置を検出しようとするものであるから、本
来、探触子と液面との間には超音波の進行を阻害するよ
うな障害物が存在しない方が好ましく、したがって、容
器内の液面を検出しようとする場合には、探触子を容器
の内部に取り付ける構造とすることが好ましい。

【０００３】しかし、例えば、ＬＰＧタンクのような密
閉圧力容器の場合、探触子を容器内部に取り付けること
は困難であるため、探触子を容器の外側に取り付ける構
成を採用しているのが現状である。そして、この場合の
探触子の取り付け位置は、容器の底面部とするのが通常
である。これは、もし容器の側面部とすると、液面高さ
の変化領域内に複数個の探触子を配置しなければならず
コスト的に不利になるからである。

【０００４】図１２は、このように、探触子を容器の底
面部外側に取り付けた超音波液面検出装置の構成例を示
す説明図である。この図において、略円筒状で上部及び
底面部に曲面が形成されている容器（ＬＰＧタンク）１
０１が所定の場所に設置されており、容器１０１の内部
には液体１０２（ＬＰガス）が貯溜されている。

【０００５】容器１０１の底面部外側の中央位置には探
触子１０３が取り付けられており、この探触子１０３の
超音波の発振動作及び受信動作はコントローラ１０４に
制御されるようになっている。超音波センサは、この探
触子１０３及びコントローラ１０４により構成されてい
る。

【０００６】探触子１０３から発射された発射波１０５
は液面１０２ａで反射し、反射波１０６となって探触子
１０３に受信されるが、コントローラ１０４内の検出動
作制御回路は、受信した超音波信号をＡ／Ｄ変換し、液
面距離を演算する。そして、コントローラ１０４は、液
面距離検出信号をタンク制御部１０７に出力する。タン
ク制御部１０７は、容器１０１に付随するバルブ等の各
種機器の制御を行うものであり、電話回線を介して管理
コンピュータ１０８に接続されている。液面距離検出信
号は、タンク制御部１０７によって管理コンピュータ１
０８にも送られており、管理コンピュータ１０８は、液
面１０２ａの高さが一定レベル以下に低下すると、タン
ク制御部１０７に制御指令信号を送り、容器１０１内に
液体１０２を補充するようにしている。

【０００７】図１３は、図１２における従来の探触子１
０３の構造を示す断面図である。この図において、振動
子ケース１１０の容器１０１側の端部には中間部よりも
やや小径の頭部１１０ａが形成されており、この頭部１
１０ａの周囲に軟質樹脂製のパッキン１１１が取り付け
られている。そして、頭部１１０ａの内部には振動子１
０９が配設されている。容器１０１と振動子ケース１１
０との間には、液体１０２と略同等の超音波透過特性を
有するグリース状の透過材１１２が介在しており、容器
１０１と振動子ケース１１０及びパッキン１１１との間
に形成される密着面間空間には、この透過材１１２が均
一且つ隙間なく分布した状態となっている。

【０００８】図１３に示した構造を有する探触子１０３
は、適当な押圧手段により容器１０１側に押圧されて取
り付けられることになる。図１４は、この押圧手段の一
例を示す説明図である（この押圧手段の詳細な構成は、
本出願人により既に提案されている特願２０００−１５
８４４６号において開示されている。）。この図におい
て、容器１０１の底面部外側には取付部材１１３が固着
され、この取付部材１１３に回動レバー１１４が軸部材
１１５を介して回動自在に取り付けられている。回動レ
バー１１４の基端部１１４ａには着脱用操作ノブ１１６
が取り付けられており、この着脱用操作ノブ１１６の先
端は取付部材１１３に当接している。したがって、この
着脱用操作ノブ１１６を右回り又は左回りに回すことに
よって、回動レバー１１４の先端部１１４ｂを反時計回
り方向又は時計回り方向に回動させることができ、探触
子１０３の容器１０１に対する押圧又は押圧解除を行う
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、探触子１０
３により液面１０２ａの高さを精度良く検出するために
は、発射波１０５及び反射波１０６の進行方向が液面１
０２ａと極力垂直になるように、探触子１０３を底面部
真下の位置に垂直姿勢で正確に取り付けることが要求さ
れる。ところが、容器１０１の設置方式としては、図１
５（ａ），（ｂ）に示すように、縦置き方式のものと横
置き方式の２種類の方式があり、いずれの方式において
も探触子１０３の取付個所は曲面が形成されている部分
となる。このような曲面形成部分に探触子１０３の取付
姿勢を正確にした状態で取り付けることは必ずしも容易
なことではない。

【００１０】また、上述したように、容器１０１と振動
子ケース１１０及びパッキン１１１との間に形成される
密着面間空間には、グリース状の透過材１１２を均一且
つ隙間なく分布させ、これにより液面検出精度に大きな
影響を与える空気層の存在を排除するようにしている。
しかし、曲面形成部分にグリース状の透過材１１２を均
一且つ隙間なく分布させることもやはり容易なことでは
ない。

【００１１】このように、曲面形成部分に探触子１０３
を取り付ける場合に、探触子１０３の姿勢が液面１０２
ａに垂直になるような状態で取り付け、且つ曲面形成部
分にグリース状の透過材１１２を均一且つ隙間なく分布
させた状態で取り付けることは容易なことではなかっ
た。ここで、縦置き方式の場合は、探触子１０３の取付
個所は曲率半径が大きくなっているため取り付けについ
ての困難さの度合いはある程度軽減されたものとなる
が、横置き方式の場合は、曲率半径が容器１０１の円筒
体部分の半径であり小さなものであるため、その困難の
度合いもかなり大きなものとなる。特に、容器１０１が
既設のものである場合には、作業員は狭いスペースで取
付作業を行わなければならないために、正確な取り付け
を行うことが一層困難なものとなり、作業員は大きな負
担を強いられる結果となっていた。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、容器の底面部外側に取り付ける作業を容易且つ正
確に行うことが可能な超音波センサの探触子を提供する
ことを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、液体が貯溜され
る容器の底面部外側に取り付けられ、この底面部を通し
て超音波を液面へ向けて発射させると共に、液面で反射
した超音波をこの底面部を通して受信する、超音波セン
サの探触子において、カップ収納部が形成された軟質樹
脂製保護ケースと、前記軟質樹脂製保護ケースのカップ
収納部に収納され、前記底面部外側に接触する４個の爪
部が開口端部に等間隔で形成されている金属製保護カッ
プと、平坦に形成された上面が前記爪部よりもやや下方
に位置するように前記金属製保護カップ内に配設され、
前記底面部外側への取付のための充分な吸着力を有する
リング形状の磁石部材と、前記リング形状の磁石部材の
孔内に、この孔の高さ方向における微小変位、及びこの
孔の軸を中心とする微小回動が許容されるように装着さ
れ、超音波発射・受信面が前記底面部外側に対してゲル
状透過シートを介して当接する振動子と、前記金属製保
護カップ内に配設され、前記振動子を前記底面部外側に
対して押圧付勢するバネ部材と、を備えたことを特徴と
する。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記軟質樹脂製保護ケースは、前記カップ
収納部の上側にこのカップ収納部と一体的に形成され、
前記容器の底面部外側に対して押圧された場合に底面部
外側との間に形成される空間が負圧になることにより底
面部外側に吸着する吸着面が形成された鍔部を有するも
のである、ことを特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記振動子は、超音波の発射及び受
信を行う圧電素子と、前記圧電素子を収納する素子収納
部、及び前記バネ部材の押圧部分を装着するバネ部材装
着部が形成された硬質樹脂製の素子ホルダーと、を含ん
で構成されるものである、ことを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記素子ホルダーは、コントローラと前記
圧電素子との間を接続するリード線の一部を収納する収
納溝を有し、且つ前記素子収納部の側方へ突出するよう
に形成されたリード線保持部を有するものであり、前記
リング状の磁石部材は、この磁石部材と略同一の平面形
状を有する支持金具の固着面に固着されるものであり、
前記支持金具は、その下方側へ突出するように周回り方
向へ複数個形成された取付座が、前記金属製保護カップ
の底部に取り付けられたものであり、前記リード線保持
部は、前記複数個の取付座のうち互いに隣接するいずれ
か一対の取付座の間に位置するように回動可能に配設さ
れたものであり、前記リード線保持部が前記一対の取付
座のうちのいずれかと係止することにより、前記素子ホ
ルダーの一定角度以上の回動が拘束されるようになって
いる、ことを特徴とする。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記鍔部は、前記吸着面を前記底面部外側
から離間させ、前記空間の負圧状態を解除させるための
把手部がこの吸着面の裏側個所に形成されたものであ
る、ことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。図１は、本実施形態に係る探触子の外観
構成を示す分解斜視図である。この図において、探触子
１は、まず、軟質樹脂製保護ケース２を備えている。こ
の軟質樹脂製保護ケース２は、金属製保護カップ３の外
側を覆っているものであり、金属製保護カップ３を金型
内に装着した後のモールドによって形成されたものであ
る。そして、この軟質樹脂製保護ケース２は、金属製保
護カップ３を収納するためのカップ収納部２ａと、容器
１０１の外側底面部に吸着可能な吸着面２ｃが形成され
た皿状の鍔部２ｂとを有している。

【００１９】金属製保護カップ３の開口端部には４個の
爪部３ａが等間隔に形成されており、押さえ舌片２ｄは
これらの各爪部３ａ間の開口端部を押さえ付けている。
したがって、金属製保護カップ３はカップ収納部２ａか
ら飛び出すことなく、確実にカップ収納部２ａ内に収納
された状態となっている。また、鍔部２ｂの吸着面２ｃ
と反対側の面には把手部２ｅが設けられている。この把
手部２ｅは、下方へ引っ張ることにより、容器１０１の
外側底面部と吸着状態にある吸着面２ｃをこの外側底面
部から引き離す場合に用いるものである。更に、カップ
収納部２ａの底部には、ケーブル４を引き出すためのケ
ーブル引出し部２ｆが設けられている。

【００２０】金属製保護カップ３の内部には、リング形
状の磁石部材である永久磁石５が配設されるようになっ
ている。この永久磁石５は、上面及び下面が平坦に形成
されており、下面は支持金具６の固着面に接着材によっ
て強固に固着されている。そして、支持金具６の下部に
は取付座６ａが形成されており、この取付座６ａがカッ
プ収納部２ａの下方から挿通されるネジ部材によって金
属製保護カップ３の底部に取り付けられるようになって
いる。

【００２１】永久磁石５の中心の孔には超音波発射・受
信面７ａを有する振動子７が装着されている。この振動
子７と金属製保護カップ３の底部との間にはバネ部材と
してのコイルバネ８が介挿されており、振動子７は、常
時、上方すなわち容器１０１側へ向かって弾撥付勢され
た状態になっている。そして、振動子７の超音波発射・
受信面７ａはゲル状透過シート９により覆われている。
このゲル状透過シート９は、図１３において説明したグ
リース状の透過材１１２をゲル状に形成したものであ
り、最近市販されるようになったものである。

【００２２】次に、上述した図１の各構成部材につき順
次詳細に説明していく。図２は、金属製保護カップ３の
外側を被覆した状態にある軟質樹脂製保護ケース２の形
状を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面
図、（ｃ）は底面図である。図２（ａ）に示すように、
金属製保護カップ３の開口端部には４個の爪部３ａが等
間隔すなわち９０°間隔毎に形成されており、押さえ舌
片２ｄはこれらの各爪部３ａ間の開口端部を押さえ付け
ている。金属製保護カップ３の底部には孔３ｂが穿設さ
れており、ケーブル引出し部２ｆ内を挿通したケーブル
４の一方の端部がこの孔３ｂから上方へ向かって僅かに
突出している。なお、このケーブル４の一方の端部は振
動子７側から引き出されるリード線と接続されるもので
あり、図示を省略してあるケーブル４の他方の端部はコ
ントローラ（図１２参照）側に接続されているものであ
る。また、金属製保護カップ３及びカップ収納部２ａの
底部を取付ネジ１３のネジ部が挿通している。この取付
ネジ１３は、後述する永久磁石５が固着された支持金具
６の取付座６ａをネジ止めするためのものである。

【００２３】図２に示した軟質樹脂製保護ケース２は、
金属製保護カップ３の周囲をカップ収納部２ａで被覆す
ることにより金属製保護カップ３に対する防錆機能の発
揮を企図すると共に、金属製保護カップ３の開口付近を
鍔部２ｂで覆うことにより金属製保護カップ３内に配設
される振動子７に対する防水・防塵機能の発揮を企図し
たものである。そして、この実施形態では鍔部２ｂに吸
着面２ｃが形成されていることにより、上記の防水・防
塵機能がより有効に発揮されるようになっている。この
吸着面２ｃによる吸着機能は、ガラス板にゴム製の吸盤
が吸着する場合と同様に、吸着面２ｃと容器１０１の外
側底面部との間に形成される空間が負圧になり大気圧に
より吸着面２ｃが容器１０１側に押し付けられるという
原理を応用したものである。図１の構成の探触子１で
は、容器１０１の外側底面部に対する固着力は、主とし
て永久磁石５の吸着力により確保されるが、吸着面２ｃ
のこの吸着機能が補助的な固着力を提供する構成となっ
ている。

【００２４】図３は、金属製保護カップ３の外観形状を
示す斜視図である。この図に示すように、金属製保護カ
ップ３は、上部が開口された略カップ形状となってお
り、爪部３ａは開口端部に４個形成されている。この爪
部３ａの幅は下方へ行くにしたがって広くなっており、
爪部３ａ同士の間にはなだらかな曲線が形成されてい
る。したがって、各爪部３ａは充分な強度を有してお
り、ある程度の強い押圧力で容器１０１の外側底面部に
押し付けられても容易に変形又は破損されないようにな
っている。なお、金属製保護カップ３の材質は、永久磁
石５の磁路が容易に形成されるように磁性材とすること
が好ましい。

【００２５】図４は、図３の金属製保護カップ３の平面
図である。この図に示すように、４個の爪部３ａは中心
Ｃを中心として９０°の間隔すなわち等間隔で開口端部
に形成されている。なお、底部に形成されている３個の
取付孔３ｃは、取付座６ａをネジ止めするネジ部材が挿
通するための孔であり、孔３ｂはケーブル４の一方の端
部を上方に引き出すための孔である。

【００２６】ここで、本発明では、爪部３ａの個数を４
個という具体的数値に限定しているが、その限定の理由
につき説明する。爪部３ａの個数を４個に限定した理由
を要約すれば、容器１０１の底面部が曲面状に形成され
ていても、これら４個の爪部３ａの底面部外側に対する
接触状態によって容器１０１の中心位置をある程度把握
することができるからということである。

【００２７】例えば、図１５（ｂ）に示したように容器
１０１が横置きされており、この横置きされた容器１０
１の外側底面部に現場作業員が探触子１を取り付ける場
合につき考えてみる。図５は、この横置きされた容器１
０１の底面図であり、（ａ）は探触子１が正規に取り付
けられた状態を示し、（ｂ）は探触子１が正規の状態か
ら角度がずれて取り付けられた状態を示している。すな
わち、図５（ａ）の状態では、探触子１のラインＣS1と
容器１０１の軸線ＣT1とが一致しており、４個の爪部３
ａの全てが同時に容器１０１の底面部外側に接触してい
るためぐらつかない状態となっている。一方、図５
（ｂ）の状態では、探触子１のラインＣS1が容器１０１
の軸線ＣT1から角度θ1だけずれており、１個又は２個
の爪部３ａが容器１０１の底面部外側から浮き上がって
いるためぐらついた状態となっている。作業員は、図５
（ｂ）のぐらついた状態となっているか否かについては
容易に判断することができるので、もし、このようなぐ
らついた状態となっていれば探触子１を適当な角度だけ
回し、図５（ａ）のようなぐらつかない状態とすること
ができる。

【００２８】但し、上述したのは容器１０１の軸線方向
に対する探触子１のズレのみであり、容器１０１の円周
方向に対しては探触子１がズレてしまう可能性は残って
いる。つまり、図６は横置きされた容器１０１の側面図
であり、（ａ）は探触子１が正規に取り付けられた状態
（探触子１の軸線ＣS2と容器１０１のラインＣT2とが一
致している。）を示し、（ｂ）は探触子１が正規の状態
から角度がずれて取り付けられた状態（探触子１の軸線
ＣS2が容器１０１のラインＣT2から角度θ2だけずれて
いる。）を示している。そして、図６（ａ）の状態及び
図６（ｂ）の状態のいずれも探触子１はぐらつかない状
態であり得るため、作業員は爪部３ａの接触状態によっ
ては図６（ｂ）の状態となっていることを判別すること
はできない。そのため、作業員は図６（ｂ）の状態とな
っていないかどうかについての判別は目視によって行う
ことになる。しかし、容器１０１底面部外側に探触子１
を固定する場合に、最も回避しなければならない事態は
図５（ｂ）のようなぐらついたままの状態で探触子１を
固定してしまうことであるが、４個の爪部３ａによって
このような事態を確実に回避することが可能となる。し
たがって、図６（ｂ）の状態を作業員の目視により判別
しなければならないとはいえ、４個の爪部３ａを設けた
構成による効果は充分に大きなものと言える。特に、既
設の容器１０１に探触子１を取り付ける場合やメインテ
ナンスを行う場合、作業員は狭いスペース内での作業を
強いられるために、上記の４個の爪部３ａの接触状態に
よって容器１０１の軸線方向に対するズレを容易に判別
することができるというのは大きな利点と言える。以上
の理由により、本発明では、金属製保護カップ３の開口
端部に等間隔で形成する爪部３ａの個数を４個に限定し
ている。なお、本実施形態では、探触子１が取り付けら
れる容器１０１の底面部外側は曲面状に形成されている
場合につき説明しているが、平面状に形成されている場
合であっても特に不都合が生じることはない。したがっ
て、探触子１の取付個所である容器１０１の底面部外側
は、曲面状又は平面状のいずれに形成されているもので
あっても差し支えない。

【００２９】図７は、永久磁石５及び支持金具６の外観
形状を示す斜視図であり、（ａ）は永久磁石５の上面を
上方に向けた状態を示し、（ｂ）は支持金具６の裏面を
上方に向けた状態を示している。永久磁石５は探触子１
全体を容器１０１の底面部外側に強固に固着するのに充
分な吸着力を有するものであり、例えば焼結フェライト
により形成されている。前述したように、永久磁石５の
下面と支持金具６の上面（すなわち固着面）は接着材に
より強固に固着されており、両者は一体化されたものと
なっている。

【００３０】永久磁石５及び支持金具６にはそれぞれ孔
５ａ及び孔６ｃが形成されている。永久磁石５及び支持
金具６の外径は同一のものになっているが、この孔６ｃ
は孔５ａよりもやや大きなものとなっている。また、支
持金具６には内周から外周側に向けた切り起こし加工に
より３個の取付座６ａが形成されており、各取付座６ａ
にネジ孔６ｂが形成されている。そして、３個のうちの
１個の取付座６ａの背面には、外周側から内周側に向け
た切り起こし加工により舌片６ｄが形成されている。

【００３１】図８は、振動子７の構成及び形状を示す説
明図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）の一部についての側面図である。振動子
７は、概略すると、硬質樹脂製の素子ホルダー１０と、
この素子ホルダー１０に収納される圧電素子１１及びサ
ーミスタ１４により構成されている。

【００３２】素子ホルダー１０は、略円筒形の本体部１
０ａと、本体部１０ａの下方に形成されている鍔部１０
ｂと、鍔部１０ｂの下面から側方に突出するように形成
されているリード線保持部１０ｃとを有している。本体
部１０ａの外径は、本体部１０ａが永久磁石５の孔５ａ
内への挿入が可能なように、孔５ａの内径よりもやや小
さくなっており、鍔部１０ｂの外径は、鍔部１０ｂの孔
５ａ内への挿入が拘束されるように孔５ａの内径よりも
やや大きくなっている。

【００３３】本体部１０ａ下部の内側には壁部１０ｄが
形成されており、この壁部１０ｄの内側にコイルバネ８
の一端側が装着されるようにバネ装着部１０ｅが形成さ
れている。バネ装着部１０ｅの上方には、圧電素子１１
を収納するための収納部が形成されており、この収納部
に圧電素子１１が収納されている。また、この圧電素子
収納部の側方にはサーミスタ１４を収納するための収納
部が形成されており、この収納部にサーミスタ１４が収
納されている。圧電素子１１の上面には超音波の発射特
性及び受信特性を向上させるための樹脂層１２が積層さ
れている。この樹脂層１２は、例えばエポキシ樹脂を素
子ホルダー１０と共にモールドした後、表面を平坦に研
磨したもので、これにより超音波発射・受信面７ａが形
成されている。

【００３４】圧電素子１１及びサーミスタ１４にはリー
ド線４ａが接続されている。そして、リード線保持部１
０ｃには複数の収納溝１０ｆが形成されており、各リー
ド線４ａはこれらの収納溝１０ｆ内に収納されている。
このリード線４ａの接続状態、及び収納溝１０ｆの形状
等は本発明の重要な特徴部分ではないため詳細な図示は
していないが、圧電素子１１及びサーミスタ１４側から
引き出されたリード線４ａの端末と、ケーブル引出し部
２ｆを通ったケーブル４側から引き出されたリード線４
ａの端末とが、リード線保持部１０ｃ付近でハンダ付け
又は圧着スリーブ等により接続されている。したがっ
て、通常のリード線４ａの部分よりも太くなった端末同
士の接続部分を収納できるように、実際には、収納溝１
０ｆの中間部分に他の部分よりも太くなった溝部が形成
されている。そして、リード線４ａ及びその端末の接続
部分同士が収納された状態の収納溝１０ｆ内には樹脂が
注入されて固化されており、収納溝１０ｆにおけるリー
ド線の保持及び保護が確実に行われるようになってい
る。

【００３５】図９は、永久磁石５及び支持金具６の組立
体に振動子７が装着された状態を示す底面図であり、図
１のIX-IX線矢視図である。この図において、素子ホル
ダー１０の本体部１０ａは、永久磁石５の孔５ａ内に挿
入された状態となっており、素子ホルダー１０は紙面に
垂直な方向（孔５ａの高さ方向）への微小変位が可能に
なっている。但し、紙面手前側から向こう側への一定以
上の変位は、孔５ａよりも大径の鍔部１０ｂがストッパ
としての機能を果たして拘束されるようになっている。

【００３６】素子ホルダー１０は、また、紙面に平行な
面における回動が可能になっている。ここで、リード線
保持部１０ｃは、隣接する一対の取付座６ａの間に位置
しており、素子ホルダー１０の一定角度以上の回動は、
このリード線保持部１０ｃの側面が左右の取付座６ａに
ぶつかるため拘束されることになる。したがって、振動
子７の回動可能範囲は、リード線保持部１０ｃの側面が
両サイドの取付座６ａにぶつかるまでの範囲（約８５度
程度）となる。探触子１の取り付けに際して、実際に振
動子７が回動する範囲は通常２〜３°程度もあれば充分
であるが、このように一定角度以上の回動を機械的に拘
束することにより、作業員の不注意等により素子ホルダ
ー１０を大きく回動してしまい、リード線４ａを断線さ
せてしまうなどの事故が発生するのを防ぐことができ
る。しかも、この一定角度以上の回動を機械的に拘束す
る機能は、専用の部材を用いることなく、リード線保持
部１０ｃ及び取付座６ａという本来的には別の機能を有
する部材のみによって実現されている。なお、リード線
保持部１０ｃから引き出されているリード線４ａは、舌
片６ｄと取付座６ａとの間を通ってケーブル引出し部２
ｆ側へ延びている。つまり、舌片６ｄ及び取付座６ａの
各対向面間に形成される狭い通路に複数のリード線４ａ
を通すことにより、リード線保持部１０ｃが回動して
も、リード線の配列状態が大きく乱れるのを防ぐことが
できるようになっている。

【００３７】ゲル状透過シート９は、前述したように、
図１３におけるグリース状の透過材１１２をゲル状に形
成したものである。このゲル状透過シート９の原板は、
正方形若しくは長方形の大きな面積を有するものであ
り、この原板を裁断することにより、図１に図示するよ
うな正方形状のゲル状透過シート９を得ることができ
る。超音波発射・受信面７ａは円形であることから、一
見すると、ゲル状透過シート９も円形のものにした方が
好ましいように見えるが、円形にしたのでは捨てる部分
が発生するために材料の歩留まりが悪くなる。また、取
り付け作業中に一度超音波発射・受信面７ａに載せたゲ
ル状透過シート９を引き剥がす必要が生じたような場合
は、正方形であればコーナー部分を容易につまむことが
可能になるが、円形の場合には容易につまめる個所がな
いことになる。このような理由により、本実施形態では
ゲル状透過シート９の形状を正方形としている。

【００３８】そして、従来は、グリース状の透過材１１
２を用いており、曲面形成部分にこの透過材１１２を均
一且つ隙間なく分布させることは困難であったため、探
触子の取り付け作業は、ある程度の経験を積んだ作業員
が行なわなければならないという問題があった。しか
し、本発明では、ゲル状透過シート９を用いることを前
提としているので、このような問題はなくなることにな
る。したがって、作業員の熟練の度合いに限らず、常
に、一定品質の探触子１を提供することができるように
なる。

【００３９】次に、上記のように構成される本実施形態
の探触子１を、容器１０１の曲面状に形成された底面部
外側に取り付ける作業につき図１０及び図１１を参照し
つつ説明する。作業員は、まず、図１０に示すように、
吸着面２ｃを上に向けた状態で探触子１を容器１０１の
中央部真下に位置させるようにする。このとき、作業員
は、図示するように、予め用意してあるゲル状透過シー
ト９を超音波発射・受信面７ａの上に載せておく。ま
た、作業員は、目視等により探触子１の取り付け位置す
なわち容器１０１の底面部中央位置についてある程度の
見当をつけておくようにする。

【００４０】なお、図１０に示された探触子１の構造に
つき若干の説明を付加しておくと、永久磁石５及び支持
金具６の組立体が取付ネジ１３によって金属製保護カッ
プ３の底部に固着された状態では、永久磁石５の上面は
爪部３ａの頂部よりも微小距離ｈだけ下方に位置するよ
うになっている。したがって、図５において既述した４
個の爪部３ａの機能の発揮が永久磁石５により阻害され
ることはない（永久磁石５の上面が爪部３ａの頂部より
も上方に位置したのでは、当然のことながら、爪部３ａ
を形成した意味がなくなる。）。また、振動子７はコイ
ルバネ８により常時上方すなわち容器１０１側へ向かっ
て付勢されており、超音波発射・受信面７ａは永久磁石
５の上面より上方へ突出した状態となっている。

【００４１】さて、作業員は取り付け位置について見当
をつけた後、その見当をつけた位置に、図１１に示すよ
うに、探触子１を押し付けるようにする。このとき、皿
形状の鍔部２ｂの周縁部付近の吸着面２ｃが最初に容器
１０１の底面部外側に接触するが、作業員はなおも探触
子１を容器１０１側に押し付けるようにする。すると、
容器１０１の底面部外側と吸着面２ｃとの間に形成され
る空間１５内は、存在する空気の一部が外部に排出され
るため大気圧以下すなわち負圧となる。したがって、軟
質樹脂製保護ケース２の外面は大気圧によって容器１０
１側に押し付けられる状態となり、前述した吸着機能に
より吸着面２ｃが容器１０１の底面部外側に吸着され
る。

【００４２】作業員が更に探触子１を容器１０１側に接
近させると、コイルバネ８からの弾撥付勢により永久磁
石５の上面から突出している振動子７の超音波発射・受
信面７ａがゲル状透過シート９を介して容器１０１の外
側底面部に接触するが、作業員はコイルバネ８の付勢力
に抗して探触子１を容器１０１側に押し付けるようにす
る。すると、金属製保護カップ３の底部がコイルバネ８
を圧縮すると共に永久磁石５の上面が容器１０１の外側
底面部に接近し、それまで永久磁石５の上面から突出し
ていた振動子７の上部付近は永久磁石５の孔５ａ内に沈
み込んだ状態となる。そして、ついには金属製保護カッ
プ３の爪部３ａが容器１０１の外側底面部に接触し、探
触子１の容器１０１側への接近が停止される。

【００４３】この状態では、永久磁石５の容器１０１に
対する吸着力が作用しており、上記の吸着面２ｃの吸着
力と相まって探触子１は容器１０１の底面部外側に強固
に固着された状態となる。そして、作業員はこの状態で
探触子１を手でつかみ、これを動かしてみるようにす
る。このとき、もし探触子１がカタカタと音をたて、ぐ
らつくようであれば、それは４個の爪部３ａの全てが同
時には容器１０１の外側底面部に接触していない状態す
なわち探触子１が容器１０１の底面部の中央位置に取り
付けられていない状態であることを示している。このよ
うな場合、作業員は探触子１を手で、矢印で示すよう
に、微小角度だけ回転させるようにする（このとき、吸
着面２ｃによる吸着力が強いために、探触子１を矢印方
向に回転させることができない場合は、把手部２ｅを指
でつまんで引き下げるようにし、空間１５内の負圧状態
を解除するようにする。）。そして、探触子１がカタカ
タと音をたてずにぐらつくことがない角度を探し出し、
その位置で手を離せば、それで探触子１の容器１０１に
対する取付作業が終了したことになる。

【００４４】上述した取付作業は、作業員が容器１０１
の底面部外側に探触子１を押し当てて吸着させた後、探
触子１を微小角度だけ回すだけの極めて簡単なものであ
る。そして、容器１０１の底面部外側に対する４個の爪
部３ａの接触状態に基づき、探触子１を正確に中央部真
下の位置に固着させることができる。また、ゲル状透過
シート９を用いているので、グリース状の透過材を用い
ていた従来の探触子のように曲面形成部分にこの透過材
が均一且つ隙間なく分布しているか否かを心配する必要
もない。したがって、この探触子１については、作業員
の経験年数又は熟練度等に関係なく、誰でも容易且つ正
確に容器１０１の底面部外側への取付を行うことが可能
になる。

【００４５】なお、上記実施形態では、軟質樹脂製保護
ケース２に吸着面２ｃを形成した構成としているが、こ
の吸着面２ｃを省略し、代わりに吸着機能を持たないパ
ッキン部を形成する構成とすることも可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、軟質樹
脂製保護ケースで覆った金属製保護カップの開口端部に
４個の爪部を等間隔で形成し、この金属製保護カップ内
にリング形状の磁石部材を固着し、この磁石部材の孔内
に振動子を弾撥付勢した状態で配設し、振動子の超音波
発射・受信面をゲル状透過シートを介して容器の底面部
外側に当接させる構成としたので、容器の底面部外側に
取り付ける作業を容易且つ正確に行うことが可能な超音
波センサの探触子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る探触子の外観構成を示
す分解斜視図。

【図２】図１における金属製保護カップ３の外側を被覆
した状態にある軟質樹脂製保護ケース２の形状を示す説
明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）
は底面図。

【図３】図１における金属製保護カップ３の外観形状を
示す斜視図。

【図４】図３における金属製保護カップ３の平面図。

【図５】金属製保護カップ３の爪部３ａの作用について
の説明図であり、（ａ）は探触子１が容器１０１に対し
て正規に取り付けられた状態を示し、（ｂ）はズレて取
り付けられた状態を示している。

【図６】金属製保護カップ３の爪部３ａの作用について
の説明図であり、（ａ）は探触子１が容器１０１に対し
て正規に取り付けられた状態を示し、（ｂ）はズレて取
り付けられた状態を示している。

【図７】図１における永久磁石５及び支持金具６の外観
形状を示す斜視図。

【図８】図１における振動子７の構成及び形状を示す説
明図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）の一部についての側面図。

【図９】図１のIX-IX線矢視図。

【図１０】図１の探触子１の取付作業を説明するための
縦断面図。

【図１１】図１の探触子１の取付作業を説明するための
縦断面図。

【図１２】従来の探触子を容器の底面部外側に取り付け
た超音波液面検出装置の構成例を示す説明図。

【図１３】図１２における従来の探触子１０３の構造を
示す断面図。

【図１４】図１３の探触子１０３を容器１０１に対して
押圧する押圧手段の一例を示す説明図。

【図１５】容器１０１の設置方式の例を示す説明図であ
り、（ａ）は縦置き方式、（ｂ）は横置き方式。

【符号の説明】

１ 探触子 ２ 軟質樹脂製保護ケース ２ａ カップ収納部 ２ｂ 鍔部 ２ｃ 吸着面 ２ｄ 押さえ舌片 ２ｅ 把手部 ２ｆ ケーブル引出し部 ３ 金属製保護カップ ３ａ 爪部 ３ｂ 孔 ３ｃ 取付孔 ４ ケーブル ４ａ リード線 ５ 永久磁石 ６ 支持金具 ６ａ 取付座 ６ｂ ネジ孔 ６ｃ 孔 ６ｄ 舌片 ７ 振動子 ７ 超音波発射・受信面 ８ コイルバネ ９ ゲル状透過シート １０ 素子ホルダー １０ａ 本体部 １０ｂ 鍔部 １０ｃ リード線保持部 １０ｄ 壁部 １０ｅ バネ収納部 １０ｆ 収納溝 １１ 圧電素子 １２ 樹脂層 １３ 取付ネジ １４ サーミスタ １０１ 容器 １０２ 液体 １０２ａ 液面 １０３ 探触子 １０４ コントローラ １０５ 発射波 １０６ 反射波 １０７ タンク制御部 １０８ 管理コンピュータ １０９ 振動子 １１０ 振動子ケース １１０ａ 頭部 １１１ パッキン １１２ 透過材 １１３ 取付部材 １１４ 回動レバー １１４ａ 基端部 １１４ｂ 先端部 １１５ 軸部材 １１６ 着脱用操作ノブ

フロントページの続き (72)発明者 木 崎 秀 崇 東京都三鷹市下連雀８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (72)発明者 岩 本 政 雄 東京都三鷹市下連雀８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (72)発明者 金 子 文 雄 東京都三鷹市下連雀８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (72)発明者 片 岸 行 雄 東京都三鷹市下連雀８丁目３番11号 春 日電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−166277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−25962（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313720（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−145764（ＪＰ，Ａ) 特開2000−314651（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126868（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126863（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−234734（ＪＰ，Ａ) 特開2001−336967（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−10287（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−2310（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−60600（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−104468（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−30175（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/296 H04R 1/02 330

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体が貯溜される容器の底面部外側に取り
   付けられ、この底面部を通して超音波を液面へ向けて発
   射させると共に、液面で反射した超音波をこの底面部を
   通して受信する、超音波センサの探触子において、 カップ収納部が形成された軟質樹脂製保護ケースと、 前記軟質樹脂製保護ケースのカップ収納部に収納され、
   前記底面部外側に接触する４個の爪部が開口端部に等間
   隔で形成されている金属製保護カップと、 平坦に形成された上面が前記爪部よりもやや下方に位置
   するように前記金属製保護カップ内に配設され、前記底
   面部外側への取付のための充分な吸着力を有するリング
   形状の磁石部材と、 前記リング形状の磁石部材の孔内に、この孔の高さ方向
   における微小変位、及びこの孔の軸を中心とする微小回
   動が許容されるように装着され、超音波発射・受信面が
   前記底面部外側に対してゲル状透過シートを介して当接
   する振動子と、 前記金属製保護カップ内に配設され、前記振動子を前記
   底面部外側に対して押圧付勢するバネ部材と、 を備えたことを特徴とする超音波センサの探触子。
2. 【請求項２】前記軟質樹脂製保護ケースは、 前記カップ収納部の上側にこのカップ収納部と一体的に
   形成され、前記容器の底面部外側に対して押圧された場
   合に底面部外側との間に形成される空間が負圧になるこ
   とにより底面部外側に吸着する吸着面が形成された鍔部
   を有するものである、 ことを特徴とする請求項１記載の超音波センサの探触
   子。
3. 【請求項３】前記振動子は、 超音波の発射及び受信を行う圧電素子と、 前記圧電素子を収納する素子収納部、及び前記バネ部材
   の押圧部分を装着するバネ部材装着部が形成された硬質
   樹脂製の素子ホルダーと、 を含んで構成されるものである、 ことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサの
   探触子。
4. 【請求項４】前記素子ホルダーは、コントローラと前記
   圧電素子との間を接続するリード線の一部を収納する収
   納溝を有し、且つ前記素子収納部の側方へ突出するよう
   に形成されたリード線保持部を有するものであり、 前記リング状の磁石部材は、この磁石部材と略同一の平
   面形状を有する支持金具の固着面に固着されるものであ
   り、 前記支持金具は、その下方側へ突出するように周回り方
   向へ複数個形成された取付座が、前記金属製保護カップ
   の底部に取り付けられたものであり、 前記リード線保持部は、前記複数個の取付座のうち互い
   に隣接するいずれか一対の取付座の間に位置するように
   回動可能に配設されたものであり、 前記リード線保持部が前記一対の取付座のうちのいずれ
   かと係止することにより、前記素子ホルダーの一定角度
   以上の回動が拘束されるようになっている、 ことを特徴とする請求項３記載の超音波センサの探触
   子。
5. 【請求項５】前記鍔部は、前記吸着面を前記底面部外側
   から離間させ、前記空間の負圧状態を解除させるための
   把手部がこの吸着面の裏側個所に形成されたものであ
   る、 ことを特徴とする請求項２記載の超音波センサの探触
   子。