(57)【要約】【課題】音響整合層の強度を高めて割れの発生を抑制することで性能を高め、超音波送受信器およびこの超音波送受信器を流体の流れ計測装置に用いた場合に高精度な特性を発揮するようにした。【解決手段】多孔体３に微小構造体２を混合するようにして音響整合層１を構成したものである。これにより、微小構造体２が混合された多孔体３は、多孔体単独の強度よりも高めることができ、かつ、微小構造体２と多孔体３の原材料との混合割合により、音響整合層１の音速を調整することができる。【選択図】図１
2006023099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小構造体と、前記微小構造体間隙に存在する多孔体から構成した音響整合層。
【請求項２】
多孔体と微小構造体からなる第１音響整合層と、前記第１音響整合層の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスの第２音響整合層とからなる音響整合層。
【請求項３】
微小構造体間隙に存在する多孔体は無機酸化物の乾燥ゲルである請求項１または２記載の音響整合層。
【請求項４】
多孔体は無機酸化物乾燥ゲルであり、前記無機酸化物乾燥ゲルの材料のゲル化前の流動性のある状態で微小構造体が混合され、第２音響整合層に充填してゲル化および乾燥を行った請求項２記載の音響整合層。
【請求項５】
無機酸化物乾燥ゲル材料のゲル化前の流動性のある状態で、微小構造体を混合・撹拌し、前記無機酸化物乾燥ゲル材料の流動性がさがり、前記微小構造体が束縛されて前記無機酸化物乾燥ゲルの材料中を移動できなくなった状態で撹拌を停止しゲル化を行うようにした請求項３または４記載の音響整合層。
【請求項６】
第２音響整合層は第２多孔体からなり、前記第２多孔体の空隙部分は、第１多孔体または前記第１多孔体と微小構造体とが存在する請求項４記載の音響整合層。
【請求項７】
微小構造体は中空球体である請求項１〜６いずれか１項記載の音響整合層。
【請求項８】
中空球体はガラスまたはセラミックスである請求項７記載の音響整合層。
【請求項９】
ガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲルの多孔体の原材料との混合体積比率（微小構造体体積／多孔体の原料体積）を１５％から１５０％とした請求項８記載の音響整合層。
【請求項１０】
音速と密度が、ガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲルの多孔体の原材料との混合体積比率（微小構造体体積／多孔体の原料体積）で調整された請求項８記載の音響整合層。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか１項記載の音響整合層を備えた超音波送受信器。
【請求項１２】
請求項１１記載の超音波送受信器で流体の流速を計測するようにした超音波流れ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波送受信器の超音波を気体中へ放射するための音響整合層と、それを用いた超音波送受信器、並びにこの超音波送受信器を有する超音波流れ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響整合層は超音波送信器から気体中へ効率よく超音波を送信するために用いられる部材であり、その役割は特許文献１にも記載されている。また、気体中を伝播してきた超音波を超音波受信器で受信する場合にも、音響整合層は効率よく受信できるように作用する。
【０００３】
従来の音響整合層の製造方法は、先の特許文献１、および特許文献２，３に記載されている。これらはいずれも無機物であり、多孔体構造とすることで、音響整合層に必要とされる低密度・低音速を実現するものである。
【０００４】
無機物で構成することで温度による特性変化が小さいことや、耐ガス性が向上する特徴がある。また、多孔体の孔の大きさは超音波が音響整合層中を伝播する際に障害にならないような大きさにされている。
【０００５】
特許文献２きさいのものは、中空球体のマトリクスを組み隣接する中空球体のマトリクスの接点で相互に結合しているが、中空球体間には空隙が存在する構成である。この構造体の音速は約９００ｍ／ｓ、音響インピーダンスは約４．５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓと記載されている。
【０００６】
音響インピーダンスは密度と音速の掛け算で定義されるので、この中空球体のマトリクスは密度が約０．５ｇ／ｃｍ３であると考えられる。
【０００７】
一方、特開特許文献４には無機酸化物の乾燥ゲルからなる音響整合層が記載されている。これも多孔体構造であり、孔の大きさがナノメータの単位で形成されることが記載されている。特許文献３では、このような無機酸化物の乾燥ゲルを用いることが記載されており、これによれば無機酸化物の乾燥ゲルは、密度が０．５ｇ／ｃｍ３以下、音速が５００ｍ／ｓ以下のものが得られると記載されている。この音響インピーダンスは、０．２５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓで特許文献２に記載の音響インピーダンスよりも小さく性能がよいと考えられる。
【０００８】
特許文献４に記載の音響整合層（同特許文献４では「音響整合部材」と記載されている）は、第１層と第２層を有する複合構造で、第１層の音響インピーダンスＺ１と第２層の音響インピーダンスＺ２とは、Ｚ１＞Ｚ２の関係になるようにしており、第２層に無機酸化物の乾燥ゲルを用いている。
【０００９】
第１層には同特許文献４の「実施例１」の「（１）多孔質体の形成」に記載されているように、アクリル製微小球とＳｉＯ２粉とガラスフリットを混合した粉体をプレスした後に、４００℃の熱処理でアクリル製微小球を除去して空隙を形成し、さらに９００℃の熱処理で焼結させる製造方法で得られた多孔質体を、適切な大きさ（直径１２ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）に研磨して用いることが記載されている。
【００１０】
さらに、先の特許文献３には、音響整合層を音響インピーダンスの異なる複数の部材、特に異なる部材によって構成することに有用性があることが記載されている。これを実現するために、前記第１層の音響整合層（多孔質体）にゲル化して乾燥する前の流動性を有する無機酸化物材料を充填してから固形化して前記第２層の音響整合層を形成することが記載されている。
【００１１】
この製造方法によれば前記第１層と前記第２層とは一部分の連続性により一体化しているため、物理的形状効果（アンカー効果）があり層間での剥離が起こりにくいと記載されている。
【００１２】
図８は前記第１層５１と前記第２層５２との複合構造の音響整合層５３の断面構造を示したもので、第１層５１の音響整合層（多孔質体）の空隙部分５４にも第２整合層５２を形成する乾燥ゲルが侵入している。前記第２層５２は乾燥ゲルのみで形成されている。
【００１３】
図９は複合構造の音響整合層５３を用いた超音波送受信器を示したものである。送信の場合は、端子５５，５６間に信号が印加されると、振動子５７が励振され複合構造の音響整合層５３を伝播して、気体５８中に超音波が放射される。受信の場合は、これとは反対に気体５８中から進入した超音波は、複合構造の音響整合層５３を伝播して振動子５７が励振されることで、端子５５，５６間に電圧が発生する。
【００１４】
このように音響整合層の第１層には無機材料からなる多孔質体を用いているが、この多孔質体の製造にはさまざまな方法がある。
【００１５】
音響整合層としてではないが、特許文献５に記載されている方法もセラミックス多孔体の製造方法の一つである。これは難焼結性のセラミックス粉末を有する含気泡セラミックススラリーをゲル化して得たゲル状多孔質成型体を乾燥、脱脂、焼成してセラミックス多孔体を得る製造方法で、開気孔率６０％以上のものを得られることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−５１３９８号公報
【特許文献２】特開平２−１７７７９９号公報
【特許文献３】特開２００２−１４０６８７号公報
【特許文献４】特開２００２−２６２３９４号公報
【特許文献５】特開２００１−２６１４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、前記従来の無機酸化物の乾燥ゲルを用いた音響整合層は、密度が低く、かつ、音速も遅いので低音響インピーダンスを実現できるが、強度に劣るという課題がある。このような従来の音響整合層を用いた超音波送受信器は、効率よく気体中に超音波を伝播させることができるが、高出力化のためにさらに音響整合層の振幅を大きくしようとすると、音響整合層の強度を高めておく必要がある。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多孔体の強度を高め、その割れを防止する目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の音響整合層は多孔体に微小構造体を混合するようにしたものである。
【００１９】
これにより、微小構造体が混合された多孔体は、多孔体単独の強度よりも高めることができ、かつ、微小構造体と多孔体の原材料との混合割合により、音響整合層の音速を調整することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の音響整合層は、無機酸化物の乾燥ゲルからなる多孔体に、微小構造体を混合することにより、多孔体強度を高められる効果がある。これにより本発明の音響整合層を用いた超音波送受信器、並びに同超音波送受信器を搭載した流れ計測装置は高出力化のものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１の発明は、音響整合層を多孔体に微小構造体を混合した構造にすることにより、多孔体だけの音響整合層に比べて強度が高められるので、この音響整合層を用いた超音波センサは高出力化することができるとともに、温度変化による他のセンサ部材の伸縮・変形に対しても、耐えうるものにすることができる。
【００２２】
第２の発明は、多孔体からなる第１音響整合層と、前記第１音響整合層の音響インピーダンスと異なる音響インピーダンスの第２音響整合層とからなる複合構造の音響整合層において、第１多孔体は微小構造体を有することにより、第１音響整合層と第２音響整合層とをそれぞれ異なる材料で形成しても、両者の温度変化による変形や伸縮の違いに対して多孔体を耐えられる強度のものとすることができる。
【００２３】
第３の発明は、微小構造体間隙に存在する多孔体を無機酸化物の乾燥ゲルとすることにより、微小構造体と無機酸化物の乾燥ゲルからなる多孔体は低密度のものとすることができる。
【００２４】
第４の発明は、第１音響整合層の多孔体である無機酸化物乾燥ゲルに微小構造体を混合することで、強度が高められ、かつ、無機酸化物の乾燥ゲルの形成段階での収縮を緩和することができるので、第１整合層とは材料と音響インピーダンスの異なる第２音響整合層に、微小構造体を混合した無機酸化物材料のゲル化前の流動性のある状態で、第２音響整合層に充填して多孔体（第１音響整合層）を形成する方法で製造できるようになる。
【００２５】
第５の発明は、無機酸化物乾燥ゲル材料のゲル化前の流動性のある状態で、微小構造体を混合・撹拌し、無機酸化物乾燥ゲル材料の流動性がさがり、前記微小構造体が束縛されて前記無機酸化物乾燥ゲルの材料中を移動できなくなった状態で撹拌を停止しゲル化を行うようにすることで、微小構造体は無機酸化物乾燥ゲル材料のゲル化前の比重に比べ、軽いものでも、重いものでも無機酸化物乾燥ゲル中に一様に分布させることができる。
【００２６】
第６の発明は、第２音響整合層を第２多孔体で構成し、前記第２多孔体の空隙部分は、第１多孔体または前記第１多孔体と微小構造体とが存在するようにすることで、第２音響整合層と第１音響整合層（第１整合層は第１多孔体と微小構造体からなる）とを接合することができる。
【００２７】
第７の発明は、微小構造体を中空球体とすることで、微小構造体の密度は第１多孔体の密度と同等、またはそれ以下とすることができる。
【００２８】
第８の発明は、中空球体をガラスまたはセラミックスとすることで、第１多孔体の材料である無機酸化物の乾燥ゲルとの結合が得られるようになる。
【００２９】
第９の発明は、音響整合層を多孔体に微小構造体を混合した構造とし、微小構造体と多孔体の原材料との混合体積比率（微小構造体体積／多孔体原料体積）を１５％から１５０％とすることにより、多孔体だけの音響整合層に比べて強度が高められるので、この音響整合層を用いた超音波センサは高出力化することができるとともに、温度変化による他のセンサ部材の伸縮・変形に対しても、耐えうるものにすることができる。
【００３０】
第１０の発明は、多孔体と、前記多孔体に混在する微小構造体からなり、多孔体と、前記微小構造体との混合体積比を調整することで、音速と密度とを調整することができる。
【００３１】
第１１の発明は、上記した音響整合層を超音波送受信器に用いたものであり、第１２の発明は、この超音波送受信器で流体の流速を計測するようにした超音波流れ計測装置であって、共に性能の向上を図ったものである。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態において本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１示す音響整合層１は、形状が直径１０．８ｍｍ、厚さ２００μｍから７５０μｍの円盤型で微小構造体２と多孔体３からなる。
【００３４】
多孔体３には、例えば、無機酸化物の乾燥ゲルが用いられる。無機酸化物の乾燥ゲルはナノ・サイズ（ナノは１０−９ｍ）の空隙を有した多孔材で、そのものの密度は０．２ｇ／ｃｍ３から０．５ｇ／ｃｍ３程度である。無機乾燥ゲルは密度が小さいので強度が弱く、また、形成過程で収縮が起こるので、歪が生じて密度分布が発生する要因となる。
【００３５】
ところが、微小構造体２を混合すると、無機酸化物の乾燥ゲルの絶対量が減ることと、微小構造体２との結合により収縮が抑制され歪が軽減されるようになる。微小構造体にはガラスの中空球体を用いている。
【００３６】
これは、住友スリーエム株式会社の商標「スコッチライト」グラスバブルズフィラーとして入手できる。これはガラス厚さ１μｍ程度、直径約３０μｍ、かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ３以下の中空球体であるが、非常に強固なものである。このようなものを混合することにより、音響整合層１の強度が高められる。このガラスの中空球体は無機酸化物の乾燥ゲルと同等、もしくはそれ以下の密度である。このため、微小構造体と無機酸化物の乾燥ゲルの混合体の密度は、無機酸化物の乾燥ゲルだけのときの密度よりも軽くすることも可能である。
【００３７】
このような無機酸化物の乾燥ゲルとガラスの中空球体からなる構造の音響整合層１は、密度０．１５から０．５ｇ／ｃｍ３程度、音速は４００ｍ／ｓから１５００ｍ／ｓ程度のものが得られる。
【００３８】
（実施の形態２）
図２に示す音響整合層４は、第１多孔体５と微小構造体６とからなる第１音響整合層４ａと、第２音響整合層４ｂの２つの音響整合層を有する複合構造である。
【００３９】
形状は直径約１０．８ｍｍ、厚さ約１０００μｍ、第１音響整合層４ａの厚さは約２００μｍである。また、第２音響整合層４ｂは第２の多孔体７を用いている。第１多孔体５は無機酸化物の乾燥ゲルで、ナノ・サイズ（ナノは１０−９ｍ）の空隙を有した多孔材である。これに対して第２多孔体７はセラミックスの多孔材で、空隙の大きさは約１０μｍから３００μｍ程度のものが用いられる。微小構造体６はガラス中空球体で、直径約１０μｍから１００μｍ程度のものが用いられる。
【００４０】
無機酸化物の乾燥ゲルは図３に示す工程で製造される。同図の工程の分類の原料の準備２１は、原料となるテトラエトキシシランに水、エタノール、塩酸を加えて加水分解する工程である。
【００４１】
ゲル化２２は、前工程の溶液にアンモニアを加えてゲル化を行う工程である。微小構造体であるガラス中空球体は、ゲル化する前の溶液に混合する。ガラス中空球体は軽いので溶液中で浮いてしまい均一に混じらないので、ガラス中空球体を混合した溶液は攪拌を行う。攪拌を行っていると、ゲル化が始まることで溶液の流動性が下がり、ガラス中空球体が溶液に束縛され、攪拌を止めても浮上できず、溶液中に均一に分布した状態を作ることができる。この時点で、音響整合層を作るための型に流し込み、完全にゲル化するまで待つ。
【００４２】
密度調整２３は前工程で得られたゲルの密度調整を行う工程である。ます、ゲル骨格の表面加水分解を行うため、水、エタノールが加えられ、その後、ゲル骨格増強のために、テトラエトキシシラン、水、エタノール、アンモニアが加えられる。数時間の後、溶液をイソプロピルアルコールに置換して密度調整の工程を終了する。この工程において調整できる密度範囲は０．２ｇ／ｃｍ３から０．６ｇ／ｃｍ３程度である。密度調整と同時に音速も変わり、密度が大なほど音速は速くなり、その範囲は、３００ｍ／ｓから６００ｍ／ｓ程度となる。従って、音響インピーダンスも変化する。
【００４３】
疎水化処理２４は撥水性を持たすための工程である。乾燥２５は、乾燥工程である。これで無機酸化物の乾燥ゲルとガラス中空球体の微小構造体が混合された第１多孔体が完成する。
【００４４】
ゲル化２２の工程で、ガラス中空球体が束縛された溶液を型に流し込む際に、型に第２多孔体である、セラミックス多孔体を入れておく。このようにすると、溶液がセラミックス多孔体の空隙にも浸透していくので、セラミックス多孔体の空隙にも無機酸化物の乾燥ゲルを形成することができる。これにより、無機酸化物の乾燥ゲルと、ガラス中空球体の微小構造体からなる第１多孔体と、セラミックス多孔体の第２多孔体との接合が、アンカー効果を利用してしっかりと行うことができる。アンカー効果による接合は、無機酸化物乾燥ゲルの収縮を微小構造体を混合することで、第１多孔体と第２多孔体との境界面での割れが低減されるので、より効果が高められる。
【００４５】
上記した図２はこのようにして製造した音響整合層４であって、微小構造体６に直径１００μｍ程度のガラス中空球体を、第２多孔体７には空隙の大きさが３０μｍ程度のセラミックス多孔体を用いた場合を示している。微小構造体６は第２多孔体７の空隙よりも大きいので、その空隙には存在していない。
【００４６】
しかしながら、セラミックス多孔体の空隙を３００μｍ程度のものを選ぶか、または、ガラス中空球体を１０μｍ程度のものを選べば、セラミックス多孔体の空隙にもガラス中空球体を存在させることができる。特に、第１多孔体２と第２多孔体４との境界面近傍の第２多孔体部分には、多くのガラス中空球体を存在させることができる。このようにすると、境界面近傍の第２多孔体７の空隙にある無機酸化物の乾燥ゲルの収縮がより緩和されるので、第１多孔体５と第２多孔体７との接合をより強固なものにすることができる。
【００４７】
微小構造体６にガラスを用いることにより、無機酸化物の乾燥ゲルと微小構造体６の化学的な結合が得られるようになる。また、ガラスの変わりにセラミックス中空球体を用いてもよい。樹脂の中空球体は無機酸化物乾燥ゲル材料により劣化して、その形状を保持することが困難であるので好ましくない。
【００４８】
（実施の形態３）
図４は、上記した実施の形態２における音響整合層４を用いた超音波送受信器３０を示す。圧電振動子３１は金属製のケース３２ａ、３２ｂに収められている。金属ケース３２ａと圧電振動子３１の一方の電極面とは接着剤で接合されている。圧電振動子３１の他方の電極は導電性ゴム３３を介して電極３４に接触している。電極３４と金属ケース３２ａ、３２ｂとは電気的に絶縁されている。電極３５と金属ケース３２ａ、３２ｂとは導電している。金属ケース３２ａの上面には、音響整合層４が接着剤で接合されている。
【００４９】
電極３４，３５間に５００ｋＨｚ程度の交流信号が入力されると圧電振動子３１が振動し、その振動は音響整合層４に伝達される。音響整合層４は、空気などの気体と圧電振動子３１、あるいは金属ケース３２ａと気体との音響インピーダンスの整合をとり、圧電振動子３１の振動を効率よく気体に伝達する。
【００５０】
反対に、気体中から音響整合層４に伝達した振動は、空気などの気体と圧電振動子３１、あるいは金属ケース３２ａと気体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合層４により効率よく圧電振動子３１に伝達される。振動を受けた圧電振動子３１は振動の大きさに応じて電気信号を電極３４、３５間に出力する。
【００５１】
図５はこのような超音波送受信器を１対用いた超音波流れ計測装置４０を示し、気体の通路である流路４１に、１対の超音波送受信器３０ａ，３０ｂが気体の流れ方向に対して角度をもって相対するように配置され、気体に向かって一方の超音波送受信器から送信される振動（音）を他方の超音波送受信器で受信する構成としている。
【００５２】
１対の超音波送受信器３０ａ，３０ｂは電池４２で駆動される計測回路４３に接続されており、送信信号は計測回路４３から供給され、また、受信信号は同じく計測回路４３で増幅して計測のための処理がなされる。
【００５３】
今、気体の流れ方向が同図の流路上に示される矢印の向きである場合、上流側の超音波送受信器３０ａから気体中へ出力された振動（音）が、下流側の超音波送受信器３０ｂで受信されるまでの時間（伝播時間）をＴ１とし、反対に下流側の超音波送受信器３０ｂから気体中へ出力された振動（音）が、上流側の超音波送受信器３０ａで受信されるまでの時間（伝播時間）をＴ２とすると、気体の流速Ｓは、（１／Ｔ１−１／Ｔ２）に比例するので、計測回路４３は伝播時間Ｔ１、Ｔ２を計測して演算により流速Ｓを算定して、表示するように機能する。もちろん、必用に応じてこの流速に通路の断面積などを乗ずることで流量が演算できる。
【００５４】
超音波送受信器３０ａ，３０ｂで得られる受信信号は微弱であるので、計測回路４３で処理する場合は増幅する必要がある。受信信号には計測に必要な主信号の他に、不要な外乱信号（ノイズ）が重畳する。外乱信号は増幅回路での発生や、超音波送受信器３０ａ，３０ｂと計測回路４３とを接続するリード線に外部電磁波が重畳するなどが考えられるが、いずれにしても超音波送受信器３０ａ，３０ｂの受信信号（主信号）が大きいほど、外乱信号の影響が小さくなり計測精度が向上する。
【００５５】
（実施の形態４）
図６は、ガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲルの多孔体の原材料との混合体積比率（微小構造体体積／多孔体の原料体積）と、音速・密度の関係を表した特性図である。また、無機酸化物乾燥ゲルの多孔体の原材料とは、図３に示されるゲル化２２の工程までに使用されるトラエトキシシラン、水、エタノール、塩酸、アンモニアである。
【００５６】
無機酸化物乾燥ゲルの多孔体密度は、図３に示される密度調整２３において、０．３ｇ／ｃｍ３から０．３５ｇ／ｃｍ３程度になるような条件で行っている。ガラス中空球体は密度が０．２ｇ／ｃｍ３以下なので、混合比率が増えるほど密度が減少している。ガラス中空球体は直径が１００μｍ程度で無機酸化物乾燥ゲルの多孔体のナノサイズの空隙に比べ非常に大きい。このような構造の違いから、ガラス中空球体の混合比率が増えるほど音速が速くなる傾向がある。
【００５７】
ガラス中空球体の混合比率と、密度・音速との関係から、それら積である音響インピーダンスは、図７に示すようにおよそ２．５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓから３．２５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓ程度の間にあり大きな変化はないので、音響整合層としての特性に大きな変化はないが、ガラス中空球体の混合比率が大きくなるとガラス中空球体間を結合する無機酸化物乾燥ゲル量が少なくなるので結合が悪くもろくなる傾向がある。
【００５８】
このため、ガラス中空球体の混合比率は１５０％を上限値としている。また、ガラス中空球体の混合比率が小さくなると、強度を高める効果が弱くなる。これは、試験サンプルであるガラス中空球体を混合した無機酸化物乾燥ゲルの乾燥ゲルを、容積２３０ｍｍ×１１０ｍｍ×４０ｍｍの水を入れた容器に入れ、高周波出力１２０Ｗ、周波数３８ｋＨｚの超音波振動を加えることで試験サンプルの破壊の有無で強度の確認をすることができる。これによればガラス中空球体の混合比率１５％では変化がなく、５％では破壊が生じている。そこで、ガラス中空球体の混合比率は１５％を下限値としている。
【００５９】
図７に示されるように、音響インピーダンスは、およそ２．５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓから３．２５×１０５ｋｇ／ｍ２ｓ程度の間にあり大きな変化はないので、言い換えれば、音響整合層としての特性を変えずに、音速をガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲルの多孔体の原材料との混合体積比で調整することができることになる。
【００６０】
周波数５００ｋＨｚ用超音波送受信器の音響整合層として使用する場合、音響整合層の最適厚さは波長λの１／４である。波長λは音速Ｃと周波数ｆとの間にλ＝Ｃ／ｆの関係がある。例えば、音速６００ｍ／ｓの場合、音響整合層の最適厚さは３００μｍ、音速１２００ｍ／ｓの場合、音響整合層の最適厚さは７００μｍとなる。音響整合層は厚いほど加工しやすいので、ガラス中空球体の混合比率は大きいほうが有利である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる音響整合層とそれを用いた超音波流量計並びに超音波流れ計測装置は、気体と振動子との音響インピーダンスの整合をとり、超音波送受信器からの超音波出力を増大させ、また、気体を伝播する超音波を受信する超音波送受信器の受信出力を増大させることができるので、天然ガスや液化石油ガスの流量を測定する業務用や家庭用の超音波式ガス流量測定装置（ガスメータ）や、水素のように音速が早く、振動子との音響インピーダンスの整合をとりにくいガスの流量を測定する超音波式の流量測定装置の用途に展開できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における音響整合層の構造を示す上面図、(ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ同断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２における音響整合層の構造を示す上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ同断面図
【図３】本発明の実施の形態２における音響整合層の製造工程を示した工程図
【図４】本発明の実施の形態２における音響整合層を用いた実施の形態３における超音波送受信器の断面図
【図５】本発明の実施の形態３における超音波送受信器を１対用いた超音波流量計の概観斜視図
【図６】本発明の音響整合層のガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲル原材料の混合比率と、音速・密度の関係を示した特性図
【図７】本発明の音響整合層のガラス中空球体と無機酸化物乾燥ゲル原材料の混合比率と、音響インピーダンスの関係を示した特性図
【図８】従来の音響整合層の構造を示した断面図
【図９】従来の音響整合層を用いた超音波送受信器の断面図
【符号の説明】
【００６３】
１  音響整合層
２  微小構造体
３  多孔体
４  音響整合層
４ａ  第１音響整合層
４ｂ  第２音響整合層
５  第１の多孔体
６  微小構造体
７  第２の多孔体
３０  超音波送受信器
３０ａ  超音波送受信器
３０ｂ  超音波送受信器
４０  超音波流れ計測装置
【図１】
2006023099.tif 000003
【図２】
2006023099.tif 000004
【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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