(57)【要約】  密度の安定した音響整合体および高感度の超音波送受波器を提供し、安定した高精度な流量計測を実現する超音波流量計を提供する。音響整合体（１９）は、中空体と結合材とで構成され、この中空体を、選別前の中空体（２）中の密度の高い中空体（３）や割れを有する中空体（４）を除去して作製する。選別前の中空体（２）の中に混在する密度の高い中空体（３）、割れを有する中空体（４）等が除去され、中空体の製造ロット、輸送過程の影響を受けることなく、安定した音響整合体を提供することができる。これを用いて作製した超音波送受波器は特性が安定化し、高精度な流量計測が可能となる。
2013008470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体の製造方法であって、
密度の異なる中空体が混在する第１中空体の群の中から、相対的に密度の大きい第２中空体を除去して、密度の小さい第３中空体の群を得る工程と、
前記第３中空体の群と結合材とを用いて音響整合体を構成する工程と、
を備える、音響整合体の製造方法。
【請求項２】
前記第３中空体の群を得る工程は、密度の小さい前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に前記第１中空体の群を沈める工程と、前記液体に浮かんだ前記第３中空体を液体より分離する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の音響整合体の製造方法。
【請求項３】
前記第１中空体よりも密度の大きい液体中に沈める工程は、前記液体と前記第１中空体とを配管内に収容して混合することを特徴とする請求項２記載の音響整合体の製造方法。
【請求項４】
前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、前記液体と前記第１中空体とを容器内で攪拌混合することを特徴とする請求項２記載の音響整合体の製造方法。
【請求項５】
前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、減圧環境下で行う請求項２〜４の何れかに記載の音響整合体の製造方法。
【請求項６】
前記第１中空体に対し、あらかじめカップリング材を表面コーティングする工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の音響整合体の製造方法。
【請求項７】
前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、カップリング材を溶解した液体に前記第１中空体を沈める工程と、前記液体に浮かんだ前記第３中空体を液体より分離する工程と、を含むことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の音響整合体の製造方法。
【請求項８】
前記カップリング材は、クロム系、シラン系、チタネート系並びにリン酸系の化合物群より選択した高分子化合物である請求項６又は７に記載の音響整合体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の製造方法により製造された、圧電振動子に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体。
【請求項１０】
開口を有する有天筒状金属ケースと、
前記ケースに収容される圧電体と、
前記圧電体に導電手段を介して接続された端子と、
前記ケースの開口を閉鎖するとともに前記端子を外部に突出させた状態で支持する端子板とを備え、
更に、前記ケースの音波放射面に請求項９に記載の音響整合体が取り付けて構成されている超音波送受波器。
【請求項１１】
被測定流体が流れる流量計測部と、
前記流量計測部における上流側および下流側に対向配置された一対の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する超音波伝搬時間計測回路と、
前記超音波伝搬時間に基づいて前記被測定流体の単位時間当たりの流量を算出する演算手段と、を備え、
前記超音波送受波器は、請求項１０に記載の超音波送受波器である、超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中に超音波を送信、または、流体中を伝搬する超音波を受信するための超音波送受波器用の音響整合体の製造方法、該方法により製造した音響整合体、該音響整合体を用いた超音波送受波器、及び、該超音波送受波器を用いた超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波送受波器に用いる音響整合体は、中空体５３と結合材５７とで構成され、例えば図９に示すような方法で製造されている。即ち、貫通孔５２を備えた整合層作製治具５１を準備し、この貫通孔５２内に中空体５３を投入し、整合層作製治具５１の全体を振動させつつ中空体５３を充填する。その後、中空体５３の隙間に、結合材５７として熱硬化性樹脂化合物であるエポキシ樹脂を含浸し、加熱硬化して硬化物とする。その後、この硬化物を所定の厚みにスライス加工し、音響整合体６３としている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１４０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、中空体の中には密度の高い中空体と、密度の低い中空体、あるいは中空体が割れてしまったもの等が混在する。また、各中空体の割合は、中空体の製造ロットによってばらつきがあり、輸送過程によっても割合に変化が生じる。従って、上記のような従来の製造方法の場合、このような中空体を原材料として音響整合体を作製することになるため、音響整合体の密度が安定せず、結果的に、これを用いた超音波送受波器の特性が安定しないという課題を有している。【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するもので、中空体の製造ロットや輸送過程に影響を受けることなく、安定した音響整合体および超音波送受波器を提供し、更に、安定して高精度な流量計測を実現する超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明に係る音響整合体の製造方法は、圧電振動子に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体の製造方法であって、密度の異なる中空対が混在する第１中空体の群の中から、相対的に密度の大きい第２中空体を除去して、密度の小さい第３中空体の群を得る工程と、前記第３中空体の群と結合材とを用いて音響整合体を構成する工程と、を備えている。【０００７】
これによって、第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体（割れを有する中空体を含む）が除去される。従って、中空体の製造ロットや輸送過程の影響を受けることなく、安定した音響整合体を提供することができる。更に、これを用いて作製した超音波送受波器は、その特性が安定化し、この超音波送受波器を用いた超音波流量計により高精度な流量計測が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の音響整合体は、音響整合体の密度が安定化し、これを用いた超音波送受波器の特性は安定化し、流量計に用いた場合に、高精度な流量計測を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ），（ｂ）本発明の第１の実施の形態における密度の大きい中空体を除去する工程を示す図
【図２】（ａ）密度の高い中空体および割れを有する中空体を除去する前の中空体のＳＥＭ写真、（ｂ）本発明の実施の形態１における密度の高い中空体および割れを除去した後の中空体のＳＥＭ写真
【図３】本発明の第１の実施の形態における音響整合体の製造工程を示す図
【図４】（ａ）従来の中空体を用いた音響整合体の密度を示す図、（ｂ）本発明の第１の実施の形態における中空体を用いた音響整合体の密度を示す図
【図５】（ａ）従来の製造方法により制作した音響整合体を用いた超音波送受波器の出力を示す図、（ｂ）本発明第１の実施の形態の音響整合体を用いた超音波送受波器の出力を示す図
【図６】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１における超音波送受波器の製造手順を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における超音波流量計の部分断面図
【図８】（ａ）〜（ｅ）本発明の第２の実施の形態における密度の大きい中空体および割れを有する中空体の除去工程を示す図
【図９】従来の音響整合体の製造工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明に係る音響整合体の製造方法は、圧電振動子に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体の製造方法であって、密度の異なる中空体が混在する第１中空体の群の中から、相対的に密度の大きい第２中空体を除去して、密度の小さい第３中空体の群を得る工程と、前記第３中空体の群と結合材とを用いて音響整合体を構成する工程と、を備える。これにより、第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体（割れを有する中空体を含む）が除去される。従って、中空体の製造ロットや輸送過程の影響を受けることなく、安定した特性を有する音響整合体を提供することができる。更に、これを用いて作製した超音波送受波器の特性が安定化し、高精度な流量計測が可能となる。
【００１１】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記第３中空体の群を得る工程は、密度の小さい前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に前記第１中空体の群を沈める工程と、前記液体に浮かんだ前記第３中空体を液体より分離する工程と、を含むこととしてもよい。これにより、効率よく第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体が除去され、中空体の製造ロットや輸送過程の影響を受けることなく、安定した特性を有する音響整合体を提供することができる。従って、これを用いて作製した超音波送受波器の特性が安定化し、高精度な流量計測が可能となる。
【００１２】
第３の発明は、特に第２の発明において、前記第１中空体よりも密度の大きい液体中に沈める工程は、前記液体と前記第１中空体とを配管内に収容して混合することとしてもよい。これにより、連続的に、第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体を除去することができる。
【００１３】
第４の発明は、特に第２の発明において、前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、前記液体と前記第１中空体とを容器内で攪拌混合することとしてもよい。これにより、効率よく第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体が除去される。
【００１４】
第５の発明は、特に第２〜４の何れかの発明において、前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、減圧環境下で行うこととしてもよい。これにより微細な割れを有する中空体なども効率よく除去できる。
【００１５】
第６の発明は、特に第１〜５の何れかの発明において、前記第１中空体に対し、あらかじめカップリング材を表面コーティングする工程を更に備えることとしてもよい。これにより、中空体と結合材との密着性が向上するので、耐湿性に対する信頼性が向上する。また、表面コーティング材によって、中空体自体のすべり性が向上するため、中空体の充填工程において、効率よく中空体が充填され、その充填率も向上する。その結果、音響整合体の密度が低下し、これを用いた超音波送受波器は送受信感度が向上し、高精度な流量計測が可能となる。
【００１６】
第７の発明は、特に第２〜５の何れかの発明において、前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、カップリング材を溶解した液体に前記第１中空体を沈める工程と、前記液体に浮かんだ前記第３中空体を液体より分離する工程と、を含むこととしてもよい。これにより、密度の高い第２中空体を除去するとともに、中空体の表面にカップリング材をコーティングすることができる。即ち、より安価な中空体を使い、密度の高い中空体を除去できる。従って、密度の安定した、より安価な音響整合体を実現することができる。
【００１７】
第８の発明は、特に第６又は７の発明において、前記カップリング材は、クロム系、シラン系、チタネート系並びにリン酸系の化合物群より選択した高分子化合物であってもよい。これにより、中空体表面にカップリング材を簡便にコーティングすることができ、また、表面にコーティングしたカップリング材によって、中空体自体のすべり性が向上する。
【００１８】
第９の発明に係る音響整合体は、圧電振動子に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体であって、第１〜８の何れかの発明に係る製造方法により製造した音響整合体である。
【００１９】
第１０の発明に係る超音波送受波器は、開口を有する有天筒状金属ケースと、前記ケースに収容される圧電体と、前記圧電体に導電手段を介して接続された端子と、前記ケースの開口を閉鎖するとともに前記端子を外部に突出させた状態で支持する端子板とを備え、更に、前記ケースの音波放射面に第９の発明に係る音響整合体が取り付けて構成されている。これにより、圧電体に備えられた銀電極の劣化が抑制され、信頼性に優れた超音波送受波器を実現することができる。また、圧電体が計測ガスに触れることがないため、可燃性ガス等を安全に流量計測することができる。
【００２０】
第１１の発明に係る超音波流量計は、被測定流体が流れる流量計測部と、前記流量計測部における上流側および下流側に対向配置された一対の超音波送受波器と、前記一対の超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する超音波伝搬時間計測回路と、前記超音波伝搬時間計測回路により得られた超音波伝搬時間に基づいて前記被測定流体の単位時間当たりの流量を算出する演算手段と、を備え、前記超音波送受波器は、第１０の発明に係る超音波受波器である。これにより、中空体の製造ロット、輸送過程の影響を受けることなく、安定した音響整合体を提供することができ、これを用いて作製した超音波送受波器の特性が安定化し、高精度な流量計測が可能となる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る音響整合体の製造方法は、大きく、中空体を選別する工程（第一工程）と、選別後の中空体と結合材とを用いて音響整合体を構成する工程（第二工程）とを備える。このうち第一工程は、密度の異なる中空体が混在する第１中空体（中空体２）の群の中から、相対的に密度の大きい第２中空体（中空体３，４）を除去して、密度の小さい第３中空体（中空体２）の群を得る工程である。このような第一工程の実行に際しては、上述したように様々の態様を採用することができる。以下、はじめに中空体を選別する第一工程の具体例について説明し、続いて、選別した中空体を用いて音響整合体を構成する第二工程、該音響整合体を用いた超音波送受波器、及び超音波流量計の各具体例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態における密度の大きい中空体（第２中空体）を除去する工程の断面図を示している。
【００２４】
図１（ａ）において、容器１には、正常な中空体（第３中空体）８および密度の高い中空体３、割れを有する中空体４等が混在した選別前の中空体（第１中空体）２の群と、正常な中空体８よりも密度の大きい液体５とが混合された状態で収容されている。そして、この選別前の中空体２が混合された液体５を、Ｕ字状の配管６に流し込む。即ち、選別前の中空体２と液体５とを配管６内に収容及び混合する。これによって、図１（ｂ）に示すように、配管底部７に、液体５よりも密度の高い中空体３や割れを有する中空体４等（両者を合わせて「第２中空体」という）が沈降する。一方、配管液面付近Ａには、密度の高い中空体３や割れを有する中空体４が除去されて正常な中空体８の割合が高くなった選別後の中空体９が浮く。この状態を、ある一定時間静置することで、密度の高い中空体３や割れを有する中空体４が沈降し、これらから正常な中空体８を分離することができる。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示した配管の高さｈを高くすることで、正常な中空体８と、密度の高い中空体３や割れを有する中空体４とを分離する時間を短縮することができる。また、このようなＵ字状の配管を複数並設することで、連続的に中空体を処理することができる。また、気泡を混入しながら液体５を連続的に供給することで、液体の攪拌効果（即ち、液体の撹拌による中空体の分離作用）が期待できる。
【００２６】
中空体の材料は、例えば、無機物としては、アルミナバブル、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン等を用いることができ、有機物としては、フェノールマイクロバルーン等を用いることができる。また、密度の高い液体としては、例えば、水を用いることができる。また、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等に代表されるアルコール等を用いることがでる。更に、ペンタン等の炭化水素や、ジエチルエーテル等のエーテル化合物等も用いることができる。即ち、正常な中空体８よりも密度の高い液体であれば特に限定されない。本発明に用いることができる中空体の材料とかさ密度を表１に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図２（ａ）は、密度の高い中空体３や割れを有する中空体４を除去する前の中空体（以下、選別前の中空体２と称す）のＳＥＭ写真、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１における、密度の高い中空体３および割れを有する中空体４を除去した後の中空体（以下、選別後の中空体９と称す）のＳＥＭ写真を示している。ここでは、中空体としてガラスマイクロバルーンを用いた例を示している。なお、上述したように本発明の中空体としては、その他の中空体も採用可能である。
【００２９】
この中空体の表面には、表面改質材として、カップリング材を化学結合させて、カップリング材の被覆層を形成する。カップリング材は、一端に加水分解しやすい基を持ち、他端に樹脂と反応しやすい官能基を有する構造になっている。ここでは、表面改質材にクロム系カップリング材であるクロム・アクアクロロヒドロキシメタクリル酸錯化合物を用いた。これは、中空体の流動性を向上させ、結合材として用いた樹脂との親和力を向上させる。
【００３０】
カップリング材は、中空体の流動性と、中空体及び結合材の間の結合力を生じさせる親和力とを維持できるのであれば、この系以外であってもよい。例えば、シラン系、チタネート系、リン酸系の化合物群より選ばれる少なくとも１種以上の高分子化合物でも差し支えない。表面改質材の被覆層は数Å程度である。
【００３１】
図２（ａ），（ｂ）に示すＳＥＭ写真を比べれば、本実施の形態に係る選別処理をすることによって、選別前の中空体２に混在した密度の高い中空体３や、割れを有する中空体４を大幅に低減できていることがわかる。ここで、図２（ａ）に示した選別前の中空体２を、超音波送受波器に用いる音響整合体に利用した場合、混在している割れを有する中空体４、あるいは一部割れて中空体に穴１０が開いた中空体等は、結合材が中空体の穴１０を通じてその内部に充填される。そのため、本来空隙となる部分に密度の高い結合材が入り込むことになり、結果的に音響整合体の密度が高くなる。
【００３２】
従って、製造ロット、輸送過程、及び保管状態などによって、選別前の中空体２に含まれる密度の高い中空体３や割れを有する中空体４の存在比率が変わり、これが、音響整合体の密度にばらつきが生じる大きな要因となっている。しかしながら、本実施の形態に係る選別処理を行い、密度の高い中空体３および割れを有する中空体４を除去した後の選別後の中空体９を用いることで、音響整合体の密度のばらつきを抑えることができ、特性を安定化することができる。
【００３３】
次に、選別後の中空体９を用いた音響整合体の製造方法（第二工程）について説明する。
【００３４】
図３は、本発明の第１の実施の形態における音響整合体の製造方法（第二工程）を示している。
【００３５】
図３の工程（ａ）では、上述した中空体の選別処理（第一工程）を行った結果、密度の高い中空体３や割れを有する中空体４が除去された、選別後の中空体９が取得される。また、この中空体９は適宜の手段によって乾燥した状態となっている。
【００３６】
図３の工程（ｂ）では、選別後の中空体９を充填治具１２に設けられた貫通孔１３に投入し、充填治具１２全体に振動を加える。これにより、選別後の中空体９に加振による加速度が加わり、中空体がより密に充填した状態となる。なお、仮に本実施の形態に係る選別処理（第一工程）を行わず、中空体９に割れを有する中空体４が混在していると、中空体同士のすべりを阻害され、中空体の充填率が低下する。
【００３７】
図３の工程（ｃ）では、貫通孔１３に結合材を充填する。具体的には、充填治具１２の貫通孔１３の上下にフィルター１４を設置した後、充填治具１２を吸引容器１５内に設置する。次に、この吸引容器１５を、下部のフィルター１４が結合材１６に浸るように該結合材１６で満たされた容器１７の上に設置する。そした、容器１７内の結合材１６を、貫通孔１３を通じて上部のフィルター１４からポンプで吸引する。なお、ここでは、結合材１６として熱硬化性樹脂化合物であるエポキシ樹脂を用いた。硬化後の樹脂の形状変化が小さく、長期安定性に優れているためである。また、エポキシ樹脂は、中空体表面に形成された表面改質材としてのカップリング材と親和性が高いため、中空体との結合力が安定的に向上する。
【００３８】
使用したエポキシ樹脂は、２液硬化型のエポキシ樹脂である。主剤はビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂であり、硬化剤は、テトラヒドロメチル無水フタル酸である。主剤と硬化剤とを、最適混合比率で混合してエポキシ樹脂として用いた。但し、特に２液硬化型のエポキシ樹脂にこだわるものではなく、目的が達せられれば１液硬化型のエポキシ樹脂を用いても差し支えない。
【００３９】
図３の工程（ｄ）では、結合材１６であるエポキシ樹脂を、充填治具１２に充填させたままで硬化させる。そして、工程（ｅ）では、エポキシ樹脂が硬化した棒状の音響整合体１８を充填治具１２から取り出す。
【００４０】
最後に、工程（ｆ）にて、この硬化した棒状音響整合体１８をスライス加工することによって、所望寸法の音響整合体１９を得る。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態における音響整合体の密度と、該音響整合体を用いて構成した超音波送受波器の特性について、従来の方法により作成した音響整合体と比較して説明する。
【００４２】
図４（ａ）は、従来の中空体（選別処理をしない中空体）を用いた音響整合体の密度を示すグラフであり、図４（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態における選別処理をした後の中空体を用いた音響整合体の密度を示すグラフである。
【００４３】
図４の各グラフは何れも、音響整合体１９の密度を縦軸とし、音響整合体１９のサンプル番号（ｎ数）を横軸としている。なお、何れのグラフにおいても、二つの製造ロット（ロット１，２）から得られた二種類の中空体について、これらを用いて作製した音響整合体１９の密度を示している。また、サンプル番号は、各中空体を用いて作成した棒状の音響整合体１８をスライス加工したときの音響整合体１９のサンプル番号である。
【００４４】
図４（ａ）に示すように、従来の製法による中空体を用いた音響整合体の場合、ロット１とロット２とで音響整合体の密度が大きく異なっている。即ち、中空体の製造ロットによって、音響整合体の密度に大きなばらつきが生じていることが分かる。また、同一ロットであっても、サンプルの違いによって密度に大きなばらつきが生じていることが分かる（例えば、ロット２参照）。これに対し、本発明の製法による中空体を用いた音響整合体の場合は、図４（ｂ）に示すように、ロットの違いや同一ロット中のサンプルの違いによる密度のばらつきが小さくなっており、さらに、音響整合体の密度が全体的に低下していることがわかる。
【００４５】
以上の結果から、中空体製造ロット２に比べ、中空体製造ロット１には、密度の高い中空体３、あるいは、割れを有する中空体４がより多く含まれていることが分かる。そして、従来方法で作成した音響整合体は、密度ばらつきが生じていた。これに対し、本実施の形態に係る選別処理後の中空体９を用いることより、密度の高い中空体３あるいは割れを有する中空体４は除去され、音響整合体１９の密度ばらつきを低減できるだけでなく、音響整合体１９の密度を低減することができた。
【００４６】
図５（ａ）は、従来の中空体（選別処理をしない中空体）による音響整合体を用いて作製した超音波送受波器の出力を示すグラフであり、図５（ｂ）は、第１の実施の形態に示す選別処理後の中空体による音響整合体を用いて作製した超音波送受波器の出力を示すグラフである。なお、図５の各グラフは何れも、超音波送受波器の出力を縦軸とし、サンプル番号を横軸としている。この図５に示すように、従来の方法で作成したものに比べ、本実施の形態に係る超音波送受波器は、出力特性のばらつきが低減し、出力自体も増加していることがわかる。結果として、超音波送受波器の安定化、高感度化が実現し、超音波流量計として用いたときにおいても、安定した高精度な流量計測を行うことができる。
【００４７】
以下、超音波送受波器の製造方法について説明する。
【００４８】
図６は、本実施の形態に係る超音波送受波器の製造手順を断面図により示している。図６の工程（ａ）では、所定の厚みに調整した音響整合体１９を作成する。その作成方法は、たとえば、図３を用いて説明した方法を採用することができる。即ち、空隙形成材としてのガラスバルーンを、一定寸法の容器内で加振充填し、その後に熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を容器内に含浸させ、エポキシ樹脂を熱などで硬化した後、スライスする。スライス加工は、たとえばダイシング加工あるいはラッピングなどで行い、所定の周波数で圧電体と共振するよう厚み調整を行なう。
【００４９】
図６の工程（ｂ）では、圧電体２１の一端面に、接合手段２２として用いる熱硬化性接着剤を塗布し、開口を有する有天筒状ケース２０の天面の外面に対しても同様に接合手段２２を塗布する。
【００５０】
接合手段２２として用いた熱硬化性接着剤としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂などが採用でき、熱硬化性樹脂であれば特に限定されない。場合によっては、熱可塑性樹脂であっても、ガラス点移転が高温使用温である７０℃以下であれば接着剤として使用できる
図６の工程（ｃ）では、圧電体２１、有天筒状ケース２０、及び音響整合体１９を、積層するように位置決めを行なって貼り合わせる。具体的には、有天筒状ケース２０の天面の内面に圧電体２１を接着し、天面の外面に音響整合体１９を接着する。このとき、圧電体２１、有天筒状ケース２０、及び音響整合体１９に対し、約１〜１０ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えた状態で固定し、接合手段２２として用いた熱硬化性接着剤を硬化させる。接合手段２２の硬化は、一般的な加熱槽で１５０℃、３０分程度で硬化する。このようにして接合手段２２が硬化することにより、一体となった半完成品２３が作成される。工程（ｃ）では更に、この半完成品２３に対して、導電手段２４を挿入及び装着した端子板２６が、該端子板２６のフランジ部２５において溶接される。これにより、半完成品２３と端子板２６とはフランジ部２５において電気的に接合した状態となる。
【００５１】
図６の工程（ｄ）は、以上の工程によって作製した超音波送受波器２７の完成状態を示している。なお、半完成品２３と端子板２６のフランジ部２５との溶接時に、内部の密閉空間２８に不活性ガスであるアルゴンガス、窒素ガス、又はヘリウムガスなどを封入してもよい。これにより、圧電体２１の電極の劣化や、圧電体２１と有天筒状ケース２０の接合部分の劣化を軽減することができる。
【００５２】
以上に説明した超音波送受波器２７は、被測定流体の流量を計測する超音波流量計として用いることができる。以下、超音波流量計によって被測定流体の流量を計測する際の演算方法、および動作原理を説明する。
【００５３】
図７は、本実施の形態に係る超音波流量計の部分断面図を示している。図７において、流体を一方の開口端３１から他方の開口端３２へ通す流路３３は、被測定流体を通す配管である。この流路３３には、該流路３３に対して斜めに超音波が伝搬するように開口部３４が設けられ、その延長上に、超音波送受波器３５，３６が対向するように固定されている。換言すれば、流路（配管）３３には、該流路３３の上流側（一端側）と下流側（他端側）とに超音波送受波器３５，３６が取り付けられている。上流側の超音波送受波器３５は音響整合体を下流側へ斜めに向け、下流側の超音波送受波器３６は音響整合体を上流側へ斜めに向けている。その結果、夫々の音響整合体は、流路３３に形成された開口部３４を通じて互いに対向している。また、各超音波送受波器３５，３６の端子は超音波伝搬時間計測回路（計測回路）３７に接続され、該計測回路３７は演算手段３８に接続されている。
【００５４】
なお、図７中のＬ１は、上流側に配置された超音波送受波器３５から伝搬する超音波の伝搬経路を示しており、Ｌ２は、下流側に配置された超音波送受波器３６の超音波の伝搬経路を示している。
【００５５】
また、流路３３を流れる流体の流速をＶ、流速ゼロの流体中を超音波が伝搬する速度をＣ（図示せず）、流体の流れる方向と超音波の伝搬方向のなす角度をθとする。
【００５６】
ここで、超音波送受波器３５から出た超音波パルスが超音波送受波器３６に到達する伝搬時間ｔ１は、
ｔ１  ＝  Ｌ  ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）                  （１）
で示される。
【００５７】
次に、超音波送受波器３６から出た超音波パルスが超音波送受波器３５に到達する伝搬時間ｔ２は、
ｔ２  ＝  Ｌ  ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）                  （２）
で示される。
【００５８】
そして、（１）と（２）の式から超音波の速度Ｃを消去すると、
Ｖ  ＝  Ｌ  ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１−１／ｔ２）    （３）
の式が得られる。
【００５９】
従って、Ｌとθが既知なら、超音波伝搬時間計測回路３７によってｔ１、ｔ２を測定すれば流速Ｖが求められる。必要に応じて、この流速Ｖに流路３３の断面積Ｓと補正係数Ｋを乗じれば、流量Ｑを求めることができる。図７に示す演算手段３８は、上記流量Ｑ（＝ＫＳＶ）を演算するものである。
【００６０】
以上のように本実施の形態に係る音響整合体の製造方法は、圧電振動子（例えば、上記実施の形態では、有天筒状ケース２０の天面の内面に圧電体２１を貼り付けたもの）に載置して超音波送受波器を構成する音響整合体の製造方法である。具体的には、当該製造方法は、密度の異なる中空体が混在する第１中空体の群の中から、相対的に密度の大きい第２中空体を除去して、密度の小さい第３中空体の群を得る工程と、前記第３中空体の群と結合材とを用いて音響整合体を構成する工程と、を備える。これにより、第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体（割れを有する中空体を含む）が除去される。従って、中空体の製造ロットや輸送過程の影響を受けることなく、安定した特性を有する音響整合体を提供することができる。更に、これを用いて作製した超音波送受波器の特性が安定化し、高精度な流量計測を行うことができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、前記第３中空体の群を得る工程は、密度の小さい前記第３中空体よりも密度の大きい液体中に前記第１中空体の群を沈める工程と、前記液体に浮かんだ前記第３中空体を液体より分離する工程と、を含む。これにより、効率よく第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体が除去され、中空体の製造ロットや輸送過程の影響を受けることなく、安定した特性を有する音響整合体を提供することができる。従って、これを用いて作製した超音波送受波器の特性が安定化し、高精度な流量計測が可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態において、前記第１中空体よりも密度の大きい液体中に沈める工程では、前記液体と前記第１中空体とを配管内に収容して混合させる。これににより、連続的に、第１中空体の中に混在する密度の高い第２中空体を除去することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、前記第１中空体に対し、あらかじめカップリング材を表面コーティングする工程を備える。これにより、中空体と結合材との密着性が向上するので、耐湿性に対する信頼性が向上する。また、表面コーティング材によって、中空体自体のすべり性が向上するため、中空体の充填工程において、効率よく中空体が充填され、その充填率も向上する。その結果、音響整合体の密度が低下し、これを用いた超音波送受波器は送受信感度が向上し、高精度な流量計測が可能となる。
【００６４】
また特に、カップリング材を、クロム系、シラン系、チタネート系並びにリン酸系の化合物群より選択することにより、中空体表面にカップリング材を簡便にコーティングすることができ、また、表面にコーティングしたカップリング材によって、中空体自体のすべり性が向上する。
【００６５】
（実施の形態２）
図８は、本実施の形態における密度の大きい中空体および割れを有する中空体の除去工程を示す断面図を示している。
【００６６】
図８に示すように、工程（ａ）では、正常な中空体８、密度の高い中空体３、割れを有する中空体４等が混在する選別前の中空体２を容器４１内に入れ、そこに、正常な中空体８より密度の高い液体を流し込む。工程（ｂ）では、この容器４１内に攪拌翼４２を挿入して液体５を攪拌する。これにより、正常な中空体８、密度の高い中空体３、割れを有する４を強制的に液体５内に一時的に沈める（埋没させる）。このとき、容器４１全体を減圧環境中に置くのが好ましい。減圧環境下とすることで、中空体の微細な割れなどに関しても効率よく除去することができる。
【００６７】
その後、工程（ｃ）において容器を一定時間だけ静置する。これにより、液体５よりも密度の高い中空体３及び割れを有する４は液体中に沈み、正常な中空体８が液体表面へと浮き上がる。そして工程（ｄ）にて、この浮いた中空体を取り出す。また、図８に示すように、工程（ａ）〜工程（ｄ）までの一連の作業を複数回繰り返すことで、密度の高い中空体３及び割れを有する中空体４を、より確実に除去することが可能となる。工程（ｅ）では、以上のようにして工程（ｄ）に至った中空体をオーブン中で乾燥し、選別処理後の中空体９を得る。こうして得られた中空体９を用いれば、次の中空体の充填工程において効率よく中空体を充填することが可能となる。
【００６８】
図８に示した処理は、あらかじめ選別前の中空体２の表面にカップリング材をコーティングしたものにも適用可能であるが、コーティングしていないものにも適用可能である。また、図８の工程（ａ）〜工程（ｃ）における容器４１内の液体５として、カップリング材を溶解させたものを用い、ここに、カップリング材をコーティングしていない中空体を投入してもよい。この場合、中空体の選別処理と併せて、中空体表面へのカップリング材のコーティング処理をすることができる。これによって、より安価な中空体（即ち、カップリング材がコーティングされていない中空体）を使い、カップリング材のコーティングをしつつ、密度の高い中空体を除去することができる。なお、カップリング材としては、実施の形態１と同様のものを採用できるため、その説明は省略する。
【００６９】
以上のように、本実施の形態においては、前記第３中空体（中空体８）よりも密度の大きい液体中に第１中空体（中空体２）沈める工程は、液体と第１中空体とを容器内で攪拌混合する。これにより制作された音響整合体は、第１中空体の中に混在する密度の高い中空体や割れを有する中空体が効率よく除去される。
【００７０】
また、本実施の形態によると、第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程を、減圧環境下で行う。これにより、中空体の微細な割れなどに関しても効率よく除去できる。
【００７１】
また、本実施の形態によると、第３中空体よりも密度の大きい液体中に第１中空体を沈める工程は、カップリング材を溶解した液体に前記第１中空体を沈める工程と、液体に浮かんだ第３中空体を液体より分離する工程とで構成する。これにより、密度の高い第２中空体（中空体３，４）を除去するとともに、中空体の表面にカップリング材をコーティングすることができる。即ち、より安価な中空体を使い、密度の高い中空体を除去できる。従って、密度の安定した、より安価な音響整合体を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、量産性が大きく向上でき、高精度な流量計測が可能となるため、家庭用流量計、産業用流量計等の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
２  選別前の中空体（第１中空体）
３  密度の高い中空体（第２中空体）
４  割れを有する中空体（第２中空体）
５  液体
６  配管
８  正常な中空体（第３中空体）
１９  音響整合体
２０  有天筒状ケース
２１  圧電体
２４  導電手段
２６  端子板
２７、３５、３６  超音波送受波器
３７  超音波伝搬時間計測回路
３８  演算手段
【図１】
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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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【図９】
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【図２】
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【国際調査報告】
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