(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空球体と結合材料を整合部材作成治具の貫通孔に充填し、その後前記中空球体と前記結合材料を硬化させて、側壁、もしくは前記側壁に臨む前記中空球体表面が前記結合材料で被覆された整合部材を形成し、かつ前記貫通孔は、整合部材の側壁の後加工を不要とするため所定寸法に設定した整合部材の製造方法。
【請求項２】
整合部材作成治具に中空球体を充填した後、結合材料は真空吸引しながら前記中空球体間に充填する請求項１記載の整合部材の製造方法。
【請求項３】
結合材料が低粘度度高分子材料からなる請求項１または２記載の整合部材の製造方法。
【請求項４】
整合部材作成治具が、結合材料を吸引するための吸引用ブロックと、中空球体と前記結合材料を充填した硬化用ブロックからなる請求項１記載の整合部材の製造方法。
【請求項５】
複数の貫通孔を備えた請求項１記載の整合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して気体や液体の流量測定、流速測定する超音波流量計の整合部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波流量計に用いる超音波振動子は、例えば、特開平１１−１１８５５０号公報に開示されている。図５に超音波振動子の外観図を示し、１は超音波振動子、２はケース、３はケース２の天部、４は天部３に固定された整合層である。
【０００３】
図６に超音波振動子の断面図を示す。５は天部３の内壁面に配置された圧電体、６はケース２を固定するための支持部である。７は導電体、８は支持部６に固定された端子板、９ａ、９ｂは端子板８に固定された端子、１０は端子９ａと端子９ｂを絶縁するための絶縁部である。１１は圧電体５に設けられた溝である。
【０００４】
端子９ａ、９ｂから導電体７を介して、圧電体５に電圧が加わると、圧電体５は圧電現象により振動する。
【０００５】
図７に、特にケース２の天部３と天部３に固定された整合層４の拡大図を示す。１２はケース２の天部３と整合層４を接着固定するためのエポキシ系接着剤である。図６の圧電体５は約５００ＫＨｚで振動し、その振動はケース２に伝わり、さらに図７に示すエポキシ系接着剤１２を介して整合層４に伝わる。整合層４の振動は気体に音波として伝搬する。
【０００６】
図８に整合層４の切削概略行程を示す。１３は必要大きさに側壁を切削研磨した整合部材である。図８に示すように、この整合層４は、一般に必要寸法よりも大きい体積を有する整合部材１３をあらかじめ作成し、必要な寸法を考慮して整合部材１３の側壁を研磨した後、必要な厚みに切削して整合層４を得る。
【０００７】
また、この整合層４は、中空状を有する微小中空球体とその微小中空球体を包囲する材料の混合物から構成される。整合層は、例えば特公平２５５９１４４号公報に、整合層内部に微少ガラス中空球体と複数の空隙（気孔）を有するようにガラス発泡体材料を用いる構造が公開されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の整合層４では、整合部材１３の側壁を研磨装置等により切削、研磨した後、必要な厚みに切削して整合層を得るために、側壁表面にガラス中空球体の割れの一部が露出する。これにより、整合層４の壁面は、微小な凹凸状を形成した多孔性を有する。このようにして作成した整合層４は、ケース２の天部３の外壁接着面にエポキシ系接着剤１２を介して固定される。そしてエポキシ系接着剤１２を固化させるために加熱させると、エポキシ系接着剤１２が整合層４の側壁壁面に染みだして伝わり、ついには整合層４の天面にまで達する状態になる。これは、整合層４の壁面微小な多孔性を有するために、毛細管現象によりエポキシ系接着剤が壁面を伝って上昇するからである。
【０００９】
通常、整合層４をケース天部３に接着する組み立て工程では、整合層４を固定する固定治具を用いて整合層４をケース天部３に接着する。しかし、エポキシ系接着剤１２が整合層壁面をせり上がってくるため、ついには整合層４と固定治具が固着してしまい、固定治具が整合層から離れなくなる事態になり、固定治具を離そうとして整合層を破壊してしまう課題が生じる。また、整合層４は一般に中空球体が微小な中空ガラスとエポキシ系樹脂の混合体からなる。このとき、整合層４は微小中空ガラスの間に気泡が残存するため、整合層４の間を通過する振動のばらつきが大きくなり、整合層の振動による音波の伝搬強さのばらつきが大きくなり、気体流量測定時のノイズ原因になる。
【００１０】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、整合層壁面の研磨などの後加工が不要で、且つ、接着剤加熱硬化の際の整合層壁面への接着剤の染みだしを防止する整合部材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の従来の課題を解決するために、本発明の整合部材の製造方法は、中空球体と結合材料を整合部材作成治具の貫通孔に充填し、その後前記中空球体と前記結合材料を硬化させて、側壁、もしくは前記側壁に臨む前記中空球体表面が前記結合材料で被覆された整合部材を形成し、かつ前記貫通孔は、整合部材の側壁の後加工を不要とするため所定寸法に設定したものである。
【００１２】
したがって、整合部材は、その表面が結合材料で被覆され、研磨などの後加工が不要であるので、ケース天部に接着固定する際に接着剤等がせりあがってこない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、中空球体と結合材料を整合部材作成治具の貫通孔に充填し、その後前記中空球体と前記結合材料を硬化させて、側壁、もしくは前記側壁に臨む前記中空球体表面が前記結合材料で被覆された整合部材を形成し、かつ前記貫通孔は、整合部材の側壁の後加工を不要とするため所定寸法に設定したもので、接着剤を加熱硬化させて整合層を固定させる際に、接着剤が加温により流動して整合層の側壁に染み出すことを防止できる。
【００１４】
具体的には、整合部材作成治具に中空球体を充填した後、結合材料は真空吸引しながら前記中空球体間に充填させると、整合部材中に気泡などの空気層がなくなり、中空球体間が結合材料を介してより密着する。
【００１５】
結合材料に低粘度度高分子材料を用いれば、真空吸引しながら結合材料を充填する際に中空球体間の結合材料の流動性が向上する。そのため、より少ない結合材料の量で中空球体間が密接に密着することとなる。
【００１６】
整合部材作成治具は、結合材料を吸引するための吸引用ブロックと、中空球体と前記結合材料を充填した硬化用ブロックからなり、吸引用ブロックを取り外して、中空球体と結合材料が充填された硬化ブロックをそのまま加温して結合材料を硬化できるようにすれば、整合部材がとりだしやすくなる。
【００１７】
そして、貫通孔を複数設けておけば、複数の整合部材を同時につくることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１において、１４は整合部材作成治具、１５は整合部材作成治具１４に設けられた貫通孔である。整合部材作成治具１４の貫通孔１５内に、中空球体と結合材料の混合体を作成して、本発明整合部材を製造する。１７は中空球体である中空構造を有する中空ガラスである。中空ガラス１７はそれぞれ１０から１００ｕｍの粒径を有し、平均粒径は約６０ｕｍである。
【００２０】
次に製造工程順に説明していく。まず整合部材作成治具１４の貫通孔１５の下部にフィルター１９を設置して中空ガラス１７を貫通孔１５内に投入し、貫通孔１５内を中空ガラスで満たす。この際、貫通孔１５内に中空ガラス１７を均一に充填させるため、整合部材作成治具１４を加振装置上に設置して整合部材作成治具１４を振動させながら中空ガラス１７を貫通孔１５に充填する。もちろん、貫通孔１５内に均一に中空ガラスが充填されるならこの方法に限るものではない。
【００２１】
次に貫通孔１５上にもフィルター１９を設置した後、貫通孔１５内に結合材料であるエポキシ樹脂１８を含浸させるためにエポキシ樹脂１８を吸引するための吸引口２０を設けた吸引ブロック２１を整合部材作成治具１４上に設置する。
【００２２】
貫通孔１５に中空ガラス１７を満たした整合部材作成治具１４をエポキシ樹脂１８で満たした容器２３内に設置する。フィルター１９は、貫通孔１５の下側に設置するフィルター１９は貫通孔１５内の中空ガラス１７が漏れないようにするためである。
【００２３】
貫通孔１５の上側に設けるフィルター１９は、エポキシ樹脂１８を吸引したとき、貫通孔１５内の中空ガラス１７をエポキシ樹脂１８と一緒に吸引しないようにするためである。ここでは、フィルター１９にろ紙を用いた。なお、先に述べたフィルター１９の目的を達成せいていれば材質にはこだわらない。
【００２４】
そして、吸引ブロック２１の吸引口２０から真空ポンプ２２により容器２３内のエポキシ樹脂１８を吸引する。整合部材作成治具１４内の中空ガラス１７で満たされた貫通孔１５にエポキシ樹脂１８を含浸させる。これにより、貫通孔１５内の中空ガラス１７同志の密着性が向上する。
【００２５】
なお、エポキシ樹脂１８を吸引するときには、エポキシ樹脂１８が硬化しない温度で、且つエポキシ樹脂１８の粘度が低くなる温度で吸引する方が、樹脂の流動性が高くなるので貫通孔１５内にエポキシ樹脂を含浸しやすくなる。使用したエポキシ樹脂１８の硬化条件は８０℃×２ｈ後、１２０℃×２ｈであるので、エポキシ樹脂１８を約６０℃中で吸引した。
【００２６】
このように中空ガラス１７が充填された貫通孔１５内にエポキシ樹脂１８を含浸させた後、吸引用ブロック２１を整合部材作成治具１４から取り外す。そして整合部材作成治具１４から、貫通孔１５内に存在する中空ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体である混合体２４を棒状治具を用いて押し出す。
【００２７】
取り出した混合体２４を加熱硬化させ、室温に冷却して作成して、本発明整合部材１６を得る。この整合部材１６をそのまま必要厚みに切削加工して、整合層２５を得る。
【００２８】
この整合部材１６はその側壁もしくは前記側壁に臨む中空ガラス１７の表面がエポキシ樹脂１８で被覆された状態となっている。
【００２９】
前記整合部材作成治具１４は、貫通孔１５内壁を含めて撥水撥油処理として治具表面がテフロン加工されている。整合部材作成治具１４から中空ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体を取り出すときに、貫通孔１５の内壁がテフロン加工されているために、加圧したときに簡単に取り出しやすい。
【００３０】
貫通孔１５内壁が撥水撥油加工処理されていないと、貫通孔１５内壁にエポキシ樹脂１８が接着して混合体２４が崩れてしまい、整合部材にならない。また、整合部材作成治具１４が撥水撥油加工処理されているため、付着したエポキシ樹脂１８の掃除、手入れが容易である。
【００３１】
そのため整合部材１６の作成のために同じ整合部材作成治具１４を繰り返し使用できる。もちろん、吸引ブロックもテフロン加工されている。この実施例１では、整合部材作成治具１４はテフロン加工しているが、中空ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体が取り出しやすい表面加工であるならば、テフロン加工に限るものではない。
【００３２】
なお、作成された本発明整合部材１６の断面形状且つ面積は、ケース２の天部３に接着される整合層２５のそれと同一である。整合部材１６の側壁を研磨せずそのまま整合部材１６を一定の厚みで切削することにより整合層２５を得ることができる。また、図１の整合部材１６は断面形状が円形をしているが、形状にはこだわるものではない。
【００３３】
エポキシ樹脂１８は、低粘度のエポキシ樹脂を使用する。具体的な粘度は３００〜１０００（ｍＰａ・ｓ）（ａｔ２５℃）である。通常エポキシ樹脂粘度は数万から数十万（ｍＰａ・ｓ）（ａｔ２５℃）である。このように低粘度のエポキシ樹脂を使用するのは、エポキシ樹脂を真空吸引するために流動性が高く、中空ガラス１７の周囲にできるだけ薄く塗布できるので、中空ガラス１７同志の密着性向上に寄与する。
【００３４】
また、真空吸引時の作業性が向上する。粘度が約１０，０００（ｍＰａ・Ｓ）（ａｔ２５℃）のエポキシ樹脂と粘度が約７００（ｍＰａ・Ｓ）（ａｔ２５℃）のエポキシ樹脂をそれぞれ使用して、貫通孔１５の体積およびその中に充填する中空ガラス１７の量を同一にして、それぞれのエポキシ樹脂の真空ポンプ２２による吸引時間は、前記粘度のエポキシ樹脂で比較して、低粘度エポキシ樹脂の方が約１／３に短縮できる。
【００３５】
この実施例１で作成した整合層２５をエポキシ接着剤１２でケース２の天部３に固定して加熱硬化させた場合と、比較例として、図８に示すように従来の整合部材から側壁を切削研磨加工して取り出した整合部材１３から一定の厚みで切削することにより得た比較例整合層４を同様の条件下で加熱硬化させた場合において、ケース２と本発明整合層２５およびケース２と比較例整合層４の接着状態を比較した。
【００３６】
通常、ケース２に整合層を接着固定する場合は、図２に示すようにケース２の内壁に圧電体３とケース２の天部３に整合層を共にエポキシ接着剤１２で接着固定する固定治具２６を用いる。このとき、圧電体５と整合層間を一定加圧下で挟持して、エポキシ接着剤１２を加熱硬化させて固定する。図２のような接着工程を行う場合、比較例整合層４を用いてケース２の天部３に接着する際、加熱硬化中にエポキシ接着剤１２が比較例整合層４の側壁をせり上がり、整合層とケース２を接着する側の固定治具２６に付着してそのまま固化してしまう。その状態を図３（ａ）に示す。そのため、固定治具２６を離すとき比較例の場合は整合層４を破壊してしまうことがあった。
【００３７】
それに対して、本発明整合層２５を同様に接着した場合を図３（ｂ）に示す。本発明整合層２５の場合は側壁にエポキシ接着剤１２がせり上がることはない。そのため、固定治具２６と本発明整合層２５が接着してしまうことがない。これは、比較例の整合層４は整合部材１３の側壁が研磨加工されているために、比較例整合層４の壁面表面のエポキシ樹脂１８がなくなっているので、比較例整合層４の壁面表面には中空ガラス１７の割れや気泡があり、小さな孔が露出している。
【００３８】
そのため、天部３表面に比較例整合層４をエポキシ接着剤１２で加熱硬化させて接着固定させる際、加温されて流動性が高くなったエポキシ接着剤１２の一部が毛細管現象により比較例整合層４の壁面に沿って付着していくためである。本発明の整合部材１６から取り出す整合層２５は、同様にエポキシ接着剤１２を用いてケース２の天部３に接着してもエポキシ接着剤１２が整合層２５の壁面に付着しない。
【００３９】
これは、本発明の整合部材１６が側壁を研磨加工していないために、整合部材１６の側壁表面にはエポキシ樹脂１８が被覆されたままであるので、本発明整合部材１６から作成される整合層２５の側壁もエポキシ樹脂１８が被覆されたたままである。そのため、整合層２５の側壁表面は微小な孔があいていないために、エポキシ接着剤１２が整合層壁面をせり上がる現象はおきないのであり、固定治具２６と整合層２５が固着することはない。
【００４０】
（実施例２）
図４において、２１はエポキシ樹脂１８を吸引するための吸引用ブロックであり、２７は混合体２４をその貫通孔１５に備えた硬化用ブロックである。整合部材作成治具１４は吸引用ブロック２１と硬化用ブロック２７から構成される。
【００４１】
次に製造工程順に説明していくと、まず硬化用ブロック２７に混合体２４を設ける方法は実施例１で述べたのでここでは詳述しない。
【００４２】
次に硬化用ブロック２７から吸引用ブロック２１を取り外す。そして、硬化用ブロック２７の貫通孔１５に混合体２４を備えたまま加熱硬化する。硬化条件は実施例１と同様である。その後、混合体２４を棒状治具で押し出して、本発明の整合部材１６を得る。実施例１と同様に吸引用ブロック２１と硬化用ブロック２７はともに表面をテフロン加工している。実施例２で製造した整合部材１６もその側壁表面がエポキシ樹脂１８で被覆されているので、整合層２６がケース２の天部３にエポキシ系接着剤１２を介して接着固定されるとき、整合層２６の側壁にエポキシ接着剤１２が接着面からせり上がることはない。
【００４３】
また、図４のように硬化用ブロック２７の貫通孔１５は、２箇所以上多数設けることができる。これにより、本発明整合部材１６が一度に多数個得ることができる。
【００４４】
また、吸引用ブロック２１と硬化用ブロック２７が分かれているために、硬化用ブロック２７を加熱硬化させている間に、同じ吸引用ブロック２１を用いて、別の硬化用ブロック２７で混合体２４を作成することができ、本発明の整合部材１６の生産性が向上する。
【００４５】
なお上記実施例では混合体２４を切断して整合層２５を得るようにしたもので説明したが、貫通孔１５の長さを１個分の長さに設定しておけば切断工程を削除できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、振動子を構成するケースと整合層を固定するときに、接着剤は側壁表面をせり上がって付着せずに、整合層とケース間の接着面積内に留まる。そのため、前記整合層接着工程で、整合層固定治具に接着剤が付着することがないので、整合層の接着が容易に行える。
【００４７】
また、整合部材作成治具に中空球体を充填した後、結合材料を真空吸引しながら、中空球体間に含浸させれば、整合部材中に気泡等の空気層がなくなり、中空球体間が結合材料を介してより密着するので、整合部材中のばらつきがなくなる。
【００４８】
さらに、結合材料が低粘度高分子材料からなるので高分子材料を真空吸引して貫通孔内の中空球体に充填する際に、高分子材料の流動性が高く、中空球体周囲に薄く塗布することができるので、中空球体同士の密着性をより向上させることができる。そして、高分子材料を中空球体周囲に含浸させる時間を短縮することが可能となる。
【００４９】
加えて、整合部材作成治具が吸引用ブロックと硬化用ブロックに分離できるようにすれば、中空球体と結合材料を充填した貫通孔を有する硬化用ブロックをそのまま加熱硬化して、整合部材を作成することができる。また、硬化用ブロックの貫通孔を複数設けておけば、一度に多くの整合部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における整合部材の製造工程を示す概略図
【図２】同整合層と圧電体のケースへの接着工程を示す概略図
【図３】（ａ）比較例整合層とケースの接着状態を示す説明図
（ｂ）本発明の実施例整合層とケースの接着状態を示す説明図
【図４】本発明の実施例２における吸引用ブロックと硬化用ブロックを示す構造図
【図５】従来の超音波振動子の概略図
【図６】同超音波振動子の断面図
【図７】同整合層とケースの接着状態を示す断面図
【図８】同従来方法による整合部材の製造工程を示す概略図
【符号の説明】
２  ケース
３  天部
１２  エポキシ接着剤
１３  整合部材
１４  整合部材作成治具
１５  貫通孔
１７  中空ガラス（中空球体）
１８  エポキシ樹脂（結合材料）
２１  吸引ブロック
２５  本発明整合層
２６  固定治具
２７  硬化用ブロック
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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