(57)【要約】【課題】本発明は超音波振動子に関するものであり、リング状の型枠で固定さえたセラミック多孔体と有機ガラスからなる音響整合層を有する高信頼性の超音波流量計を提供することにある。【解決手段】超音波振動子１を直方体の圧電体３で構成するともに、セラミック多孔体５と有機ガラスの乾燥ゲル６とをリング状の型枠で取り囲むように構成し、長期信頼性を向上させた。【選択図】図１
2006226681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップ状の缶ケ−ス内に接着された圧電体と、前記缶ケ−スの表面に積層して設けられた第１整合層と第２整合層と、前記第１整合層と前記第２整合層との周囲にリング状の型枠を備えた超音波振動子。
【請求項２】
第１整合層をセラミック多孔体とした請求項１記載の超音波振動子。
【請求項３】
第２整合層を有機ガラスの乾燥ゲルとした請求項１記載の超音波振動子。
【請求項４】
リング状の型枠を樹脂で構成した請求項１記載の超音波振動子。
【請求項５】
ＰＥＴ、ポリエチ、塩化ビニル、アクリル、ベ−クライト、エポキシなどの樹脂で構成した請求項４記載の超音波振動子。
【請求項６】
型枠の側面および缶ケ−スの側面を第２の樹脂で被覆してなる請求項１記載の超音波振動子。
【請求項７】
第２の樹脂をシリコン、フロロシリコン、ポリイミド、フッソ、ニトリルゴム、ブチルゴムなどのエラストマ−系樹脂で構成した請求項６記載の超音波振動子。
【請求項８】
第１整合層および第２整合層を疎水化処理した請求項１〜７記載の超音波振動子。
【請求項９】
請求項１〜８記載の超音波振動子を一対設け、一方の前記超音波振動子から超音波を送信し、他方の前記超音波振動子で受信し、超音波の送信から受信点までの超音波の伝搬時間を計測する時間計測部と、前記超音波の伝搬時間から流量を演算する流量演算部とを備えた超音波流量計。
【請求項１０】
請求項１〜８記載のいずれかに記載の超音波振動子の製造方法であって、有機ガラスの乾燥ゲル単体を準備する工程、多孔性セラミックを準備し、リング状の型枠に収納する工程、多孔性セラミックの内部およびリング状の型枠内に有機ガラス乾燥ゲルを充填する工程、有機ガラス乾燥ゲルを疎水化処理する工程、第２の樹脂を缶ケ−ス側面に形成する工程、を含むことを特徴とする、超音波振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体や液体等流体の流速、流量を計測する超音波流量計などに用いる超音波振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波振動子は、図８に示すような構成であった。図８は超音波振動子１０１の断面図、図９は同超音波振動子の音響整合層の断面図である。
【０００３】
同図において、１０２はキャップ状の缶ケ−スを示し、圧電体１０３を収納する。１０４は、缶ケ−ス１０２上の設けられた２層からなる音響整合層である。１０５はセラミック多孔体を、１０６は多孔性の有機ガラスの乾燥ゲルを示す。１０７は缶ケ−ス１０２と溶接接合された台座を、１０８は電極端子１０９と圧電体１０３とを電気的に接続する導電性ゴムを、１１０は電極端子１０９と台座１０７とを電気的に絶縁する封入ガラス部を、１１１は缶ケ−ス１０２、台座１０７とを電気的に接続する接地端子をそれぞれ示す。なお、圧電体１０３の上部と下部とには焼付け銀などの電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−４５３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成の従来の超音波振動子１０１では、２層からなる音響整合層１０４が、構成する２層、多孔性の有機ガラスの乾燥ゲル１０５層あるいは多孔性セラミック１０６の一部部分が連続して構成していたため、製造時の蒸発乾燥あるいは熱サイクルなどの温度変化により、熱膨張係数の違いによると思われる歪みにより、強度的に弱い有機ガラスの乾燥ゲル１０５にクラックなどのひび割れや、表面層の剥離などが発生し、信頼性に、特に長期信頼性に課題を有していた。また、製造時の取扱い中にコ−ナ−部が欠損したりするなどの課題も有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、セラミック多孔体で構成される第１の整合層と有機ガラスの乾燥ゲルで構成される第２整合層との周囲にリング状の型枠を構成し、超音波振動子とした。
【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、本発明の超音波振動子は、キャップ状の缶ケ−ス内に接着された圧電体と、前記缶ケ−スの表面に第１整合層と、第２整合層と、前記第１整合層と前記第２整合層との周囲にリング状の型枠を備え、リング状の型枠が第１整合層および第２整合層とに圧縮応力が印加される構成とした。
【０００７】
この構成により、第１層を構成するセラミック多孔体と、第２層を構成する有機ガラスの乾燥ゲルとの熱膨張係数の違いによる歪みの発生を抑制することができ、長期信頼性に優れた超音波振動子を提供することができる。また、リング状の型枠により音響整合層が保護されるので、製造時の取扱いにより、音響整合層の一部が欠損したりすることを防止できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波振動子は、２層からなる音響整合層をリング状の型枠により保護し、圧縮応力を印加しているので、強度的に弱い有機ガラスの乾燥ゲルにクラックなどのひび割れや、表面層の剥離などを発生することなく、長期信頼性を確保することができる。また、リング状の型枠により音響整合層が保護されるので、製造時の取扱いにより、音響整合層の一部が欠損したりすることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、超音波振動子をキャップ状の缶ケ−ス内に接着された圧電体と、前記缶ケ−スの表面に籍そうして設けられた第１整合層と第２整合層と、前記第１整合層と前記第２整合層との周囲にリング状の型枠を備えた構成とした。この構成により、音響整合層がリング状の型枠により、保護され、第１整合層および第２整合層とに圧縮応力が印加されることになり、強度的に弱い有機ガラスの乾燥ゲルにクラックなどのひび割れや、表面層の剥離などを発生することなく、長期信頼性を確保することができる。また、リング状の型枠により音響整合層が保護されるので、製造時の取扱いにより、音響整合層の一部が欠損したりすることもなくなった。
【００１０】
第２の発明は、特に第１の発明の第１整合層をセラミック多孔体で構成した。セラミック多孔体で構成することにより、密度０．７〜１．０［ｇ／ｃｍ３］、音速１５００〜２５００［ｍ／ｓ］の第１整合層としての特性を有する材料を簡単に入手することができる。また、強度を比較的大きくとることも可能となり、強度的に弱い第２整合層を、リング状の型枠とともに保護しながら形成できる。
【００１１】
第３の発明は、特に第１発明の第２整合層を有機ガラスの乾燥ゲルで構成することにより、感度の大きい超音波振動子を構成することができる。第１整合層とリング状の型枠とで保護されているので、密度０．２５〜０．３５［ｇ／ｃｍ３］、音速２００〜４００［ｍ／ｓ］の強度の低い第２整合層を形成することができ、感度の大きい超音波振動子を実現できる。
【００１２】
第４の発明は、特に第１の発明のリング状型枠を樹脂で構成した。これにより第１整合層との密着性をよくすることができ、また第２整合層との馴染みを良くすることができ、内部に簡単に、かつ、強固に密着形成できるようになる。また、音響整合層内に発生する不要振動をも抑制することができ、高性能な超音波振動子を実現できる。
【００１３】
第５の発明は、特に第４の発明の樹脂を、ＰＥＴ、ポリエチ、塩化ビニル、アクリル、ベ−クライト、エポキシなどの樹脂で構成した。この構成により、音響損失を大きくでき、特に音響整合層外部へ拡散する残響を抑制することができ、高性能な超音波振動子を実現できる。
【００１４】
第６の発明は、特に第１の発明の超音波振動子の型枠の側面および缶ケ−スの側面を第２の樹脂で被覆する構成とした。この構成により、音響整合層内に発生する不要振動と、缶ケ−スに発生する不要振動とを抑制することができ、高性能な超音波振動子を実現できる。
【００１５】
第７の発明は、特に第６の発明の第２の樹脂をシリコン、フロロシリコン、ポリイミド、フッソ、ニトリルゴム、ブチルゴムなどのエラストマ−系樹脂で構成した。この構成により、不要振動の抑制効果を大きくすることができ、高性能な超音波振動子を実現できる。
【００１６】
第８の発明は、特に第１〜７の発明の超音波振動子の第１整合層および第２整合層を疎水化処理した構成とした。これにより、長期信頼性に優れた高性能な超音波振動子を実現を実現できる。
【００１７】
第９の発明は、第１〜８の発明の超音波振動子を一対設け、一方の前記超音波振動子から超音波を送信し、他方の前記超音波振動子で受信し、超音波の送信から受信点までの超音波の伝搬時間を計測する時間計測部と、前記超音波の伝搬時間から流量を演算する流量演算部とを備えることにより、精度のよい超音波流量計を実現できる。
【００１８】
第１０の発明は、特に第１〜８の発明の超音波振動子に関する製造方法であって、有機ガラスの乾燥ゲル単体を準備する工程、多孔性セラミックを準備し、リング状の型枠に収納する工程、多孔性セラミックの内部およびリング状の型枠内に有機ガラス乾燥ゲルを充填する工程、有機ガラス乾燥ゲルを疎水化処理する工程、第２の樹脂を缶ケ−ス側面に形成する工程、を含むことを特徴とする超音波振動子の製造方法とした。これにより、歩留まりよく信頼性の高い高性能な超音波振動子を製造できる。
【００１９】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波振動子の断面図を示す。
【００２１】
図１において、超音波振動子１は、キャップ状の缶ケ−ス２の内部にエポキシ樹脂などで接着された圧電体３と、前記缶ケ−ス２の外部に接着された音響整合層４とから構成されている。音響整合層４は、第１の整合層を構成するセラミック多孔体部分５と、第２の整合層部分を構成する有機ガラスの乾燥ゲルの部分６とで構成される２層構成とした。
【００２２】
セラミック多孔体５部分の外径は１２［ｍｍ］、板厚は１．５［ｍｍ］とした。また、有機ガラスの乾燥ゲルの部分６は、外径１２［ｍｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］とした。７はリング状の型枠を示し、セラミック多孔体部分５と、有機ガラスの乾燥ゲルの部分６とで構成される音響整合層４の外周部分にリング状に取り囲むように設けた。
【００２３】
なお、圧電体３は、約７．４［ｍｍ］角の角柱状とし、その上面、下面には焼き付け銀などで構成される電極が形成されている（図示せず）。また、台座部８は缶ケ−ス２と周辺部で溶接され、圧電体３を密封する構成とした。導電性のゴム９は圧電体３の下面電極と端子１０とを電気的に接続している。端子１０は、ハ−メチックシ−ルなどの絶縁性材料１１により台座８に固定されている。
【００２４】
他方の端子１２は、台座８に直接固定され、缶ケ−ス２を介して、圧電体３の上面電極に接続される構成とした。この構成において、リング状の型枠は音響整合層４に圧縮方向に残留応力がかかるようにした。即ち、セラミック多孔体部分５および有機ガラスの乾燥ゲル部分６には、常に周囲からの締付け応力が印加されることになる。
【００２５】
この構成により、熱サイクル試験を実施しても、第２整合層の表面にクラックや剥離などが観側されなかった。このため、大きな感度低下を引起こすことがなかった。
【００２６】
図２に、熱サイクル試験の結果を示す。同図において、横軸は熱サイクル試験におけるサイクル数を、縦軸に開始時を１．０とする超音波振動子の相対感度を示す。熱サイクル試験は、＋８０［℃］と、−４０［℃］の気相間に３０分間、交互に保持する方法とした。図中の白丸は本発明に基づく超音波振動子の結果（Ｎ＝１０個の平均）を、黒四角は従来の超音波振動子の結果（Ｎ＝１０個の平均）を示す。
【００２７】
本発明に基づく超音波振動子では、熱サイクル２０００回においても、感度低下は５［％］以下であり、実用上問題となる１０［％］以上の感度低下示すものは無かった。従来の超音波振動子では、１５００回以降に劣化するものが多く見られ、２０００回では、実用上問題となる１０［％］以上の感度低下が発生した。なお、本発明に基づく超音波振動子の表面にも、数個以内のクラックが散見されたが、感度低下につながるものではなかった。また、表面にピット状の剥離が観側されたものは皆無であった。従来の超音波振動子では、クラックが多く認められ、表面のピット状の剥離にいたるものも多数あり、感度低下となって観測された。
【００２８】
また、リング状の型枠で有機ガラスの乾燥ゲル部分６とセラミック多孔体部分５とが保護される形となっているので、製造中、或いは作業中に音響整合層の上面、下面の稜線部分が欠損することもなく、作業効率が大幅に向上した。また、感度特性調整などの音響整合層の厚さ調整なども効率よく実施できるようになった。
【００２９】
なお、第１整合層としては、超音波振動子の送受信感度や受信波形などの特性から、密度０．７〜１．０［ｇ／ｃｍ３］、音速１５００〜２５００［ｍ／ｓ］に設定することが要求される。これらの特性はセラミック多孔体を用いることにより容易に達成することができる。
【００３０】
また、第２整合層としても、超音波振動子の送受信感度や受信波形などの特性から、密度０．２５〜０．３５［ｇ／ｃｍ３］、音速２００〜４００［ｍ／ｓ］に設定することが要求される。これらの特性は有機ガラスの乾燥ゲルを用いることにより容易に達成することができる。
【００３１】
次に、リング状の型枠について説明する。この種のリング状の型枠は、柔軟性があって、且つ、収縮する残留応力の残ることが要求される。また有機ガラスを形成する際に、膨潤し、乾燥後は若干収縮するものがよい。これらの特性は、ＰＥＴ、ポリエチ、塩化ビニル、アクリル、ベ−クライト、エポキシなどの樹脂を用いることにより容易に達成できる。即ち、これらの樹脂材料は、有機ガラスを形成する際の有機溶剤により若干膨潤することが実験的に確認した。
【００３２】
また、有機ガラスを乾燥した場合には、収縮応力が残留することをも実験的に確認した。従って、これらの樹脂をも用いリング状の型枠を構成すると、音響整合層を構成するセラミック多孔体との密着性も確保でき、また、有機ガラスを形成し、乾燥後には、セラミック多孔体および有機ガラスの乾燥ゲルに対して、収縮応力が働くようになる。このため、信頼性の高い超音波振動子を実現することができる。
【００３３】
図３は、本実施の形態における超音波流量計の断面図である。同図において、流体の流れる流路２０２の上流側と下流側とに一対の超音波振動子１、１を流体の流れを挟んで相互に対向して設置し、一対の超音波振動子１、１間を伝搬する超音波の伝搬時間から流体の流速を計測し、この流速値から流量を演算し、超音波流量計２０１としていた。
【００３４】
なお、図中の片矢印２０３（実線）は流体の流れる方向を示し、両矢印２０４（破線）は超音波の伝搬する方向を示している。なお、流体の流れる方向と、超音波の伝搬する方向とは角θで交叉している。
【００３５】
２０５は送信側超音波振動子１を駆動するバ−スト信号を発生する送信部、２０６は送信部２０５からの信号を上流側超音波振動子１あるいは下流側超音波振動子１に切換える切換部である。
【００３６】
なお、切換部２０６は送信信号を切換えるとともに、上流側超音波振動子１あるいは下流側超音波振動子１からの受信信号を増幅器などで構成される受信部２０７へと切換える動作も行う。２０８は送信部２０５からの信号と受信部２０７からの信号とを用い超音波の伝搬時間を計測する時間計測部、２０９は超音波の伝搬時間から流体の流量を演算する流量演算部である。
【００３７】
そして、超音波流量計２０１は、上流側の超音波振動子１から下流側の超音波振動子１へ超音波を伝搬させ、超音波の伝搬時間Ｔｕｄを、また下流側の超音波振動子１から上流側の超音波振動子１へ超音波を伝搬させ、超音波の伝搬時間Ｔｄｕを交互に計測し、計測した超音波の伝播時間Ｔｕｄ、Ｔｄｕなどを用いて時間差を求め流速、流量を演算するものである。
【００３８】
この構成において、例えば、上流側の超音波振動子１から超音波を送信し、下流側の超音波振動子１で受信していた。受信波が参照レベルと交差する点の次に来るゼロクロス点を受信時点とし、送信波の開始時点からこのゼロクロス点までの時間を超音波の伝搬時間Ｔｕｄとしていた。切換部２０６を動作させ、同様にして、下流側の超音波振動子１から上流側の超音波振動子１への超音波の伝搬時間Ｔｄｕを計測する。このようにして得られた超音波伝搬時間ＴｕｄおよびＴｄｕを用いて、流体の流量を以下のようにして流量演算部２０９で演算した。
【００３９】
上流側の超音波振動子１から下流側の超音波振動子１への超音波の伝搬時間をＴｕｄ、下流側の超音波振動子１から上流側の超音波振動子１への超音波の伝搬時間をＴｄｕとし、超音波が流体中を伝搬する伝搬速度をＶｓ、流体の流速をＶｆとすると、
Ｔｕｄ＝Ｌｄ／［Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］、
Ｔｄｕ＝Ｌｄ／［Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）］
となる。なお、Ｌｄは超音波振動子１、１間の距離を示す。
【００４０】
これらより、
Ｖｓ＋Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｕｄ、
Ｖｓ−Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝Ｌｄ／Ｔｄｕ
となり、これらの両辺を引き算すると、
２＊Ｖｆ・ｃｏｓ（θ）＝（Ｌｄ／Ｔｕｄ）−（Ｌｄ／Ｔｄｕ）
＝Ｌｄ＊［（１／Ｔｕｄ）−（１／Ｔｄｕ）］
となる。
【００４１】
よって、
Ｖｆ＝｛Ｌｄ／［２・ｃｏｓ（θ）］｝＊［（１／Ｔｕｄ）−（１／Ｔｄｕ）］
となり、流体の流速Ｖｆが得れる。さらに、流路２０２の断面積Ｓｒを乗じ、流量Ｑｍとなる。すなわち、Ｑｍ＝Ｓｒ＊Ｖｆが、計測した流量値となる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、上流から下流あるいは下流から上流への超音波の受信波形を用いて超音波の伝播時間を計測するので、高精度な超音波流量計２０１を実現できる。
【００４３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における超音波振動子１３の断面図を示す。
【００４４】
１４は筒状の樹脂層を示し、リング状の型枠１５のある音響整合層１６の周囲と缶ケ−ス１７との周囲を覆うように構成した。ここ構成により、超音波振動子を駆動したときに発生する不要振動が抑制されることがわかった。この種の材料としては、シリコン、フロロシリコン、ポリイミド、フッソ、ニトリルゴム、ブチルゴムなどのエラストマ−系樹脂、即ち、柔軟性に富んだ材料が適している。
【００４５】
図４に超音波振動子のインピ−ダンス特性を示す。図５（ａ）は、インピ−ダンス特性の抵抗成分を示し、横軸は周波数を示し、約１００〜９００［ｋＨｚ］の領域を、縦軸は抵抗値の対数を示している。図５（ｂ）はインピ−ダンス特性の位相成分を示し、横軸は周波数を示し、約１００〜９００［ｋＨｚ］の領域を、縦軸は位相を示し、約−９０〜＋９０［ｄｅｇ］の領域を示している。１８、１９は２つの共振点を、２０は反共振点を示す。図５（ｂ）の丸印２１は、不要振動によるインピ−ダンス特性の乱れを示している。
【００４６】
図６に丸印２１の拡大図を示す。図６（ａ）はリング状の型枠および筒状の樹脂層がない場合のインピ−ダンス特性を、図６（ｂ）はリング状の型枠が装着され、筒状の樹脂層が無い場合のインピ−ダンス特性を、図６（ｃ）はリング状の型枠および筒状の樹脂層が装着されている場合のインピ−ダンス特性をそれぞれ示している。図６（ａ）の破線の丸印２２a図６（ｂ）の破線の丸印２３a図６（ｃ）の破線の丸印２４の順に、インピ−ダンス曲線の滑らかさが大きく増大しているのがわかる。
【００４７】
即ち、超音波振動子の不要振動が多く、また強く存在する場合、インピ−ダンス曲線が急峻な変化を示し、図６（ａ）のように滑らかでない曲線となる。不要振動が抑制されるにつれ、インピ−ダンス曲線は滑らかとなる。音響特性の良くないＰＥＴ、ポリエチ、塩化ビニル、アクリル、ベ−クライト、エポキシなどの樹脂でリング状の型枠を構成することにより、超音波振動子を駆動した場合に発生する不要振動が若干抑制されていることが判る。また、柔軟性に富んだシリコン、フロロシリコン、ポリイミド、フッソ、ニトリルゴム、ブチルゴムなどのエラストマ−系樹脂などを用い、筒状の樹脂層を構成することにより、超音波振動子を駆動した場合に発生する不要振動が大幅に抑制されていることが判る。
【００４８】
（実施の形態３）
以下に、本発明に基づく超音波振動子の製造方法について説明する。
【００４９】
まず、この種の音響整合層を構成する第１整合層のセラミック多孔体について説明する。セラミック多孔体に要求される特性は、気孔率が大きく、気孔分布が一様で、かつ、連通孔で構成されていることが重要である。このようなセラミック多孔体を形成するには、気泡を多く含むセラミックスラリ−を固化させ、焼成するゾルキャスティグ法が適している。簡単に、ゾルキャスティング法の工程を説明する。まず、セラミック粉末原料と、架橋剤、触媒、界面活性剤などを含むゲル化材料とを十分混合する。このとき混合媒体としては水あるいは有機溶媒などを用いるとよい。このようにしてセラミックスラリ−が形成される。このとき、分散剤、滑剤、増粘剤、糊剤などを添加してもよい。
【００５０】
次に、このセラミックスラリ−に気泡剤を添加し、攪拌・混合し、スラリ−中に、気泡を所定量導入する。なお、気泡を導入する前には、セラミックスラリ−を充分脱気しておくと、気泡の導入量が安定する。このようにして気泡が導入されたセラミックスラリ−を図１に示した形状となるよう型枠に入れ、成形する。乾燥後、脱型し、界面活性剤などの有機物を焼飛ばし、連通孔を形成するため、所定の温度、時間により、セラミック多孔体を焼成する。このとき、セラミック粉末材料として、アルミナ系、ムライト系、ジルコニア系などの酸化物系の材料を用いると、比較的簡単に、ゾルキャスティング法により、この種のセラミック多孔体を形成することができる。
【００５１】
また、炭化珪素系、窒化珪素系、窒化アルミニウム系、窒化ホウ素系、グラファイト系などの非酸化物系のセラミック材料を用いても比較的簡単に、ゾルキャスティング法により、この種のセラミック多孔体を形成することができる。
【００５２】
次に、第２の整合層について説明する。第２整合層としても、超音波振動子の送受信感度や受信波形などの特性から、密度０．２５〜０．３５［ｇ／ｃｍ３］、音速２００〜４００［ｍ／ｓ］に設定することが要求される。これらの特性は有機ガラスの乾燥ゲルを用いることにより容易に達成することができる。
【００５３】
以下に、この種の音響整合層を構成する有機ガラスの乾燥ゲルについて説明する。
【００５４】
音響整合層としての有機ガラスの乾燥ゲルとしては、音速が小さく、密度の低いことが要求される。このような有機ガラスの乾燥ゲルを形成するには、有機合成法が適している。まず原料となる、エトキシシランあるいはメトキシシランなどのガラス原料を、触媒を用い十分活性な状態で、メチルあるいはエチルなどのアルコ−ル系溶媒に、分散させる。この溶液をアンモニア水などの触媒を添加し、有機ガラスの原料とし、十分に脱気したセラミック多孔体に含浸させ、熟成させ、溶媒を多く含んだ有機ガラスの湿潤ゲルを得る。この様子を図６に示す。２５はセラミック多孔体を、２６はリング状の型枠を、２７はゲルが固着しないテフロン（登録商標）製の孔開き円板上の治具を、２８は同じくテフロン（登録商標）製の台座を、２９は同じくテフロン（登録商標）製の上蓋を示す。上記で説明したように、この状態で十分に脱気し、有機ガラスの原料を注入、ゲル化を待って、湿潤ゲルを得る。
【００５５】
この湿潤ゲルは、セラミック多孔体内部および図７の３０で示したリング状の型枠で囲まれた空間部分に形成される。このように湿潤ゲルは、セラミック多孔体の内部および上部に連続して形成される。このように連続して形成された有機ガラスは、セラミック多孔体およびリング状の型枠に強固に密着することになり、信頼性の高い音響整合層として機能させることができる。この湿潤ゲルの内部の溶媒を乾燥し、有機ガラスの乾燥体を得る。このようにして、音速が小さく、密度の低いこと有機ガラスを形成する。
【００５６】
なお、より信頼性を高めるために、第１整合層、第２整合層およびリング状の型枠からなる音響整合層は、疎水化処理を行う。疎水化処理は、シランカップリング剤を用いて行う。これにより、高湿条件下での水分に浸入を抑え、内部に結露することがなく、安定な特性の超音波振動子を実現できる。
【００５７】
なお、リング状の型枠のないセラミック多孔体上に有機ガラスを形成しても、接着強度が弱いため、音響整合層として使用している間に剥離することが多く発生した。また、取扱い中に上面、下面などのコ−ナ−部分を破損したりすることもあった。
このようにセラミック多孔体の外周部にリング状の型枠を設け、セラミック多孔体の内部から連続して有機ガラスを、セラミック多孔体の上部に形成することが信頼性の高い音響整合層を得るためには肝要である。
【００５８】
なお、この種の有機ガラスは、上記の酸化ケイ素系以外の、酸化チタン、ジルコニア、アルミナなどでも、上記と同様にして有機ガラスを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる超音波振動子は、有機ガラスの乾燥ゲルとセラミック多孔体とからなる第１の整合層と第２の整合層とをリング状の型枠で周囲を取り囲む構成の音響整合層を有しているので、超音波感度が大きく、熱サイクルなどにおいても、クラックあるいは剥離などが発生しにくい、長期信頼性に優れた超音波振動子を実現することができる。また、取扱い中に破損することも無く、歩留まりよく製造することができる。
【００６０】
従って、本発明の超音波振動子は、超音波流量計などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波振動子の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における熱サイクル試験の結果を示す特性図
【図３】同実施の形態のブロック図
【図４】本発明の実施の形態２における超音波振動子の断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるインピ−ダンス特性図
【図６】本発明の実施の形態２におけるインピ−ダンス特性の拡大図
【図７】本発明の実施の形態３における製造時の配置図
【図８】従来の超音波振動子の断面図
【図９】従来の音響整合層の断面図
【符号の説明】
【００６２】
１  超音波振動子
２  缶ケ−ス
３  圧電体
４  音響整合層
５  セラミック多孔体
６  有機ガラスの乾燥ゲル
７  リング状の型枠
【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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【図９】
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