(57)【要約】【課題】ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを実現することで、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる超音波振動子用ケースの製造方法、及び、そのような有天筒状金属ケースを利用することにより、高性能、高安全性、長期信頼性に優れた、超音波振動子および超音波流量計を提供する。【解決手段】切削又はプレス一体成型されたケースの天面を加圧治具で適切な面積で加圧した状態で熱処理をする。熱処理温度範囲は１５０〜３００℃で６０分以内で、冷却速度は１．０℃／ｍｉｎ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削又はプレスにより一体成型された天面（３３ａ）を有する有底筒状金属ケース（３３）と、
上記ケースの天面（３３ａ）に配置された圧電体（６）と、
を備えたガスメータに用いる超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、
上記ケースの天面（３３ａ）に接着剤を介して圧電素子（６）を配置した状態で、熱処理を施す工程を含み、上記熱処理工程により、接着剤を熱硬化させることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項２】
切削又はプレスにより一体成型された天面（３３ａ）を有する有底筒状金属ケース（３３）と、
上記ケースの天面（３３ａ）に配置された圧電体（６）と、
上記圧電体（６）が設けられた面の反対側の面に配置された音響整合層（４）と
を備えたガスメータに用いる超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、
上記ケースの天面（３３ａ）に接着剤を介して圧電素子（６）を配置し、上記圧電体（６）が設けられた面の反対側の面に、接着剤を介して音響整合層（４）を配置した状態で、熱処理を施す工程を含み、上記熱処理工程により、接着剤を熱硬化させることを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項３】
上記熱処理は、
上記ケースの温度を上げる工程と、
上記ケースをある一定温度で保持する工程と、
上記ケースの温度を下げる工程とを備える請求項１又２に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項４】
上記熱処理の上記一定温度で保持する工程において、保持温度は１５０〜３００℃であり、
上記熱処理温度をある一定温度に保持する工程において、保持時間は、５分より大きく６０分以内であり、
上記熱処理において、温度を下げる速度は、０℃／ｍｉｎより大きく１．０℃／ｍｉｎ以下である請求項３に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項５】
上記金属ケースを構成する材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、又は、チタンである請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項６】
上記ケース材料の厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下である請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項７】
上記ケースは、円筒形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項８】
被測定流体が流れる流量測定部（１１）と、
上記流量測定部に設けられて超音波を送受信する請求項１〜７のいずれか１つに記載の超音波振動子の製造方法によりそれぞれ製造された１対の超音波振動子（１７，１８）と、
上記超音波振動子間の伝搬時間を計測する計測回路（１０１）と、
上記計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段（１０２）とを備えた超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底筒状ケースと、上記ケースの少なくとも１つの面に設けられた音響整合層を備え、上記音響整合層が設けられた面の反対側の面に圧電体が設けられた超音波振動子の製造方法およびそれを用いた超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子用のケースは、圧電振動子などを収容するケースで、通常、真空または不活性ガスで置換され封止される。超音波振動子用のケース材料は、超音波振動子が主に気体や液体等の流体の速度を計測するために用いられるため、ケース表面は測定対象の気体および液体にさらされる。例えば都市ガス等のガスメータに使用される場合は、ガス漏れなどの事故に対する安全性や１０年以上連続使用されることから現状の電子部品以上の長期信頼性が要求される。特に、最近では連続使用期間が１０年から２０年に移行する動きが業界であり、更なる長期信頼性が要望されている。また、「特定計量器検定検査規則」の第１０章「ガスメータ」の第四百五十九条（漏えい試験）ではガスに関して漏洩と水の浸入についての検査および規定は厳しく記されている。
【０００３】
また、ガスメーカーの仕様書においても圧力スイッチなどについては、ガスに接する部分の主要材料は、資源エネルギー庁ガス事業課およびガス技術安全課が定めたガス事業法令「ガス工作物の技術上の基準の細目を定める告示第８４条の規格に適合する耐ガス性、耐食性を有する金属材料であること」と規定されている。
【０００４】
そのため、ガスに接するケース部材は同様に加工や衝撃等による機械的破損や気温、酸性雨などの環境的要因による腐食が許されない。従って、強度、加工性、耐ガス性、耐食性、耐応力腐食割れ性、溶接性に優れていることが要求される。従来のセンサーに関しては、樹脂で一体整形されたケース、焼結ケース、繋ぎ目を溶接で加工したケース等が一般に用いられていて、上記安全面や長期信頼性について考慮された材料や構造ではなかった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、安全面や長期信頼性を考慮して用いられる金属製の切削加工されたケースやプレス一体成型された金属ケースにおいては、圧電体や音響整合層を接合するケース天面を接合精度と振動板に兼用して用いられることから音響的性能面から平坦かつ均一に加工することが要求されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１８５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
樹脂ケースは耐湿性が低く耐久性に欠け、焼結ケースは衝撃に弱く加工精度が悪い。また樹脂ケース、焼結ケースに関しては機密性が低く安全面や長期信頼性について保証が難しいという欠点がある。切削ケースについては、精密加工を伴うことから加工性に優れた材料の真鍮などが用いられる。しかし、真鍮のような加工性に優れた材料は耐食性に劣る材料が多く、耐食性を高めるために加工後、メッキ処理などを表面に施す必要がある。そのため工程数が多くなり加工賃が非常に高くなるという欠点があった。さらに切削ケースにおいては、音響面から振動板として用いられるケース天面はケース側面に比べて、できるだけ厚みを薄くするほうが感度的によくなることから薄く加工されるが、薄く加工することによって、加工応力や歪から天面が撓んだり反るという欠点があった。また、流路を流れる流体に対して繋ぎ目があるケースにおいては、その溶接部の強度について長期信頼性において疑わしい。一方、プレス一体加工されたケースに関しては、ケース天面を平坦にする必要性から、加工時にかなり部分的に力を加えるような加工を施すことから、非常に均一なケースを加工することが難しく、プレス用金型の寿命も短くなるという欠点があった。また、加工時に加わる力を内部応力として蓄えることから、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７６２記載のステンレス鋼の４２％塩化マグネシウム腐食試験で応力腐食割れが生じることが多く使用することが不可能であった。これはガスメーカーの圧力スイッチにおける仕様書に記されているもので、ガスに接する部分の主要材料は、資源エネルギー庁ガス事業課およびガス技術安全課が定めたガス事業法令「ガス工作物の技術上の基準の細目を定める告示第８４条の規格に適合する耐ガス性、耐食性を有する金属材料であること」と規定されていることから、超音波ガスセンサにおいても塩化マグネシウム試験を用いて加速試験が行われる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを実現することで、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる超音波振動子の製造方法、および、そのような超音波振動子を利用することにより、高性能、高安全性、長期信頼性に優れた、超音波流量計を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の１つ目の態様によれば、切削又はプレスにより一体成型された天面を有する有底筒状金属ケースと、
上記ケースの天面に配置された圧電体と、
を備えたガスメータに用いる超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、
上記ケースの天面に接着剤を介して圧電素子を配置した状態で、熱処理を施す工程を含み、上記熱処理工程により、接着剤を熱硬化させることを特徴とする超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の２つ目の態様によれば、切削又はプレスにより一体成型された天面を有する有底筒状金属ケースと、
上記ケースの天面に配置された圧電体と、
上記圧電体が設けられた面の反対側の面に配置された音響整合層と
を備えたガスメータに用いる超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、
上記ケースの天面に接着剤を介して圧電素子を配置し、上記圧電体が設けられた面の反対側の面に、接着剤を介して音響整合層を配置した状態で、熱処理を施す工程を含み、上記熱処理工程により、接着剤を熱硬化させることを特徴とする超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の３つ目の態様によれば、上記熱処理は、
上記ケースの温度を上げる工程と、
上記ケースをある一定温度で保持する工程と、
上記ケースの温度を下げる工程とを備える１又２つ目の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の４つ目の態様によれば、上記熱処理の上記一定温度で保持する工程において、保持温度は１５０〜３００℃であり、
上記熱処理温度をある一定温度に保持する工程において、保持時間は、５分より大きく６０分以内であり、
上記熱処理において、温度を下げる速度は、０℃／ｍｉｎより大きく１．０℃／ｍｉｎ以下である３つ目の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の５つ目の態様によれば、上記金属ケースを構成する材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、又は、チタンである１〜４つ目のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の６つ目の態様によれば、上記ケース材料の厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下である１〜５つ目のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の７つ目の態様によれば、上記ケースは、円筒形状であることを特徴とする１〜６つ目のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
本発明の８つ目の態様によれば、被測定流体が流れる流量測定部と、
上記流量測定部に設けられて超音波を送受信する１〜７つ目のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法によりそれぞれ製造された１対の超音波振動子と、
上記超音波振動子間の伝搬時間を計測する計測回路と、
上記計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えた超音波流量計を提供する。
本発明の第１態様によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースであって、１つの面に配置された圧電体を備える超音波振動子のケースにおいて、
厚み方向に対して両面から挟み込むように加重した状態で応力腐食割れが抑えられるように低温熱処理を施した天面を有することを特徴とする超音波振動子用ケースを提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースと、上記ケースの１つの面に配置された圧電体とを備える超音波振動子の上記ケースを製造する、超音波振動子用ケースの製造方法において、
上記ケースの天面の厚み方向に対して上記ケースの天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すことを特徴とする超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３態様によれば、上記ケースの厚み方向に対して上記ケースの上記天面を両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記天面と側面との曲部を含み、上記曲部から上記天面の内向きに少なくとも２割以上の面積の領域とする第２の態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１３】
本発明の第４態様によれば、上記ケースの天面の厚み方向の両面から上記天面を挟み込むとともに、フランジ面の厚み方向の両面から上記フランジ面を挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施す第２又は３の態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１４】
本発明の第５態様によれば、上記ケースの天面と上記フランジ面とが平行になるように、上記ケースの天面の厚み方向の両面から上記天面を挟み込むとともに、上記フランジ面の厚み方向の両面から上記フランジ面を挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにした第４の態様に記載した超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１５】
本発明の第６態様によれば、上記ケースの上記天面および上記フランジ面を上記天面および上記フランジ面の厚み方向に対して両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記ケースの天面と側面との曲部および側面とフランジ面との曲部を含み、それぞれの曲部から上記天面及び上記フランジ面の内向きにそれぞれ少なくとも２割以上の面積とする第４又は５の態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の第７態様によれば、上記ケースのケース側面を、上記ケース側面の厚み方向に対して、両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施す第２〜６のいずれか１つに超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１７】
本発明の第８態様によれば、上記ケースの上記加重する面の厚み方向に対して上記加重する面を両面から挟み込むように加重する荷重は、５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることを特徴とする第２〜７のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１８】
本発明の第９態様によれば、上記低温熱処理は、
上記ケースの温度を上げる工程と、
上記ケースをある一定温度で保持する工程と、
上記ケースの温度を下げる工程とを備える第２〜８のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の第１０態様によれば、上記低温熱処理の上記一定温度で保持する工程において、保持温度は１５０〜３００℃である第９の態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２０】
本発明の第１１態様によれば、上記熱処理温度をある一定温度に保持する工程において、保持時間は、５分より大きく６０分以内である第９又は１０の態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２１】
本発明の第１２態様によれば、上記低温熱処理において、温度を下げる速度は、０℃／ｍｉｎより大きく１．０℃／ｍｉｎ以下である第９〜１１のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２２】
本発明の第１３態様によれば、上記加工成型された金属ケースを構成する材料は主にステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、又は、チタンである第２〜１２のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２３】
本発明の第１４態様によれば、上記ケース材料の厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下である第２〜１３のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２４】
本発明の第１５態様によれば、上記低温熱処理は、上記ケースに被接着物を加熱状態下で接着剤で接着するときの接着剤硬化用の加熱処理である第２〜１４のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法を提供する。
【００２５】
本発明の第１６態様によれば、第２〜１５のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子用ケースの製造方法により製造された超音波振動子用ケースを提供する。
【００２６】
本発明の第１７態様によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースと、上記ケースの１つの面に配置された圧電体とを備える超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、
上記ケースの厚み方向に対して上記ケースの天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すとともに、
上記ケースの天面に上記圧電体を固定することを特徴とする超音波振動子の製造方法を提供する。
【００２７】
本発明の第１８態様によれば、上記ケースの厚み方向に対して上記ケースの上記天面を両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記天面と側面との曲部を含み、上記曲部から上記天面の内向きに少なくとも２割以上の面積の領域とする第１７の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００２８】
本発明の第１９態様によれば、上記ケースの上記天面およびフランジ面を、上記天面および上記フランジ面の厚み方向に対して、両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施す第１７又は１８の態様に記載の超音波振動子製造方法を提供する。
【００２９】
本発明の第２０態様によれば、上記ケースの天面と上記フランジ面とが平行になるように、上記ケースの天面の厚み方向の両面から挟み込むとともに、上記フランジ面の厚み方向の両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにした第１９の態様に記載した超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３０】
本発明の第２１態様によれば、上記ケースの上記天面および上記フランジ面を上記天面および上記フランジ面の厚み方向に対して両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記ケースの天面と側面との曲部および側面とフランジ面との曲部を含み、それぞれの曲部から上記天面及び上記フランジ面の内向きにそれぞれ少なくとも２割以上の面積とする第１９又は２０の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３１】
本発明の第２２態様によれば、上記ケースのケース側面を、上記ケース側面の厚み方向に対して、両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施す第１７〜２１のいずれか１つに超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３２】
本発明の第２３態様によれば、上記ケースの上記加重する面の厚み方向に対して上記加重する面を両面から挟み込むように加重する荷重は、５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であることを特徴とする第１７〜２２のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３３】
本発明の第２４態様によれば、上記低温熱処理は、
上記ケースの温度を上げる工程と、
上記ケースをある一定温度で保持する工程と、
上記ケースの温度を下げる工程とを備える第１７〜２３のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３４】
本発明の第２５態様によれば、上記低温熱処理の上記一定温度で保持する工程において、保持温度は１５０〜３００℃である第２４の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３５】
本発明の第２６態様によれば、上記熱処理温度をある一定温度に保持する工程において、保持時間は、５分より大きく６０分以内である第２４又は２５の態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３６】
本発明の第２７態様によれば、上記低温熱処理において、温度を下げる速度は、０℃／ｍｉｎより大きく１．０℃／ｍｉｎ以下である第２４〜２６のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３７】
本発明の第２８態様によれば、上記加工成型された金属ケースを構成する材料は主にステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、又は、チタンである第１７〜２７のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３８】
本発明の第２９態様によれば、上記ケース材料の厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下である第１７〜２８のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００３９】
本発明の第３０態様によれば、上記圧電体が設けられた面の反対側の面に音響整合層が設けられる超音波振動子において、
上記ケース天面の厚み方向に対して上記天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理することで上記天面の形状修正および応力腐食割れを防止する工程を、上記圧電体及び上記音響整合層、またはどちらか一方を上記天面に接着する工程に置き換える第１７〜２９のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法を提供する。
【００４０】
本発明の第３１態様によれば、第１７〜３０のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法により製造された超音波振動子を提供する。
【００４１】
本発明の第３２態様によれば、上記圧電体が設けられた面の反対側の面に配置された音響整合層をさらに備える第３１の態様に記載の超音波振動子を提供する。
【００４２】
本発明の第３３態様によれば、被測定流体が流れる流量測定部と、
上記流量測定部に設けられて超音波を送受信する第３１又は３２の態様に記載の１対の超音波振動子と、
上記超音波振動子間の伝搬時間を計測する計測回路と、
上記計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えた超音波流量計を提供する。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースであって、１つの面に配置された圧電体とを備える超音波振動子用のケースにおいて、天面などその厚み方向に対して天面などを両面から挟み込むように加重した状態で応力腐食割れが抑えられるように低温熱処理を施すことにより、ケース天面などが平坦で応力腐食割れのないケースを実現することで、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる。そして、そのような有天筒状金属ケースを利用することにより、高精度で信頼性の高い超音波振動子および超音波流量計を実現することが可能となる。
【００４４】
具体的には、本発明の第１態様にかかる有底筒状金属ケースによれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースであって、１つの面に配置された圧電体を備える超音波振動子のケースにおいて、厚み方向に対して両面から挟み込むように加重した状態で応力腐食割れが抑えられるように低温熱処理を施した天面を有することにより、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを実現することができ、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる。そして、そのような有天筒状金属ケースを利用することにより、高精度で信頼性の高い超音波振動子および超音波流量計を実現することが可能となる。また、天面を厚み方向に対して天面を両面から挟み込むように加重することにより、天面を挟み込む加圧治具などの加圧面の形状に天面などが馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、天面などにおける形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる。
【００４５】
本発明の第２態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースと、上記ケースの１つの面に配置された圧電体とを備える超音波振動子の上記ケースを製造する、超音波振動子用ケースの製造方法において、上記ケースの天面の厚み方向に対して上記ケースの天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにしている。このように構成すれば、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを実現することができ、長期信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明の第３態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースの厚み方向に対して上記ケースの上記天面を両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記天面と側面との曲部を含み、上記曲部から上記天面の内向きに少なくとも２割以上の面積の領域とするようにしている。このように構成すれば、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースをより確実に実現することができ、長期信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
本発明の第４態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースの天面の厚み方向の両面から上記天面を挟み込むとともに、フランジ面の厚み方向の両面から上記フランジ面を挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにしている。このように構成すれば、ケース天面に加えてフランジ面も平坦とすることができて、応力腐食割れのないケースを、より確実に実現することができ、長期信頼性の向上を図ることができる。
【００４８】
本発明の第５態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースの天面と上記フランジ面とが平行になるように、上記ケースの天面の厚み方向の両面から上記天面を挟み込むとともに、上記フランジ面の厚み方向の両面から上記フランジ面を挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにしている。このように構成すれば、上記ケース天面と上記フランジ面との平行度が良くなり、上記フランジ面に端子板を溶接固定するときに応力が発生せず、その応力が側面を伝って上記ケース天面に内部応力を発生させることを防止することができる。
【００４９】
本発明の第６態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースの上記天面および上記フランジ面を上記天面および上記フランジ面の厚み方向に対して両面から挟み込むように加重する加重領域は、上記ケースの天面と側面との曲部および側面とフランジ面との曲部を含み、それぞれの曲部から上記天面及び上記フランジ面の内向きにそれぞれ少なくとも２割以上の面積とするようにしている。このように構成すれば、加重領域として、天面とフランジ面に加えて、上記ケースの天面と側面との曲部および側面とフランジ面との曲部を含むことができるので、所定の面を修正して平坦化するとき、その所定の面に隣接する曲部を修正することができて、最も効率良く修正動作を行うことができる。さらに、加重領域として、上記フランジ面の内向きにそれぞれ少なくとも２割以上の面積とすることにより、修正動作をより効率良く行うことができる。
【００５０】
本発明の第７態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースのケース側面を、上記ケース側面の厚み方向に対して、両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにしている。このように構成すれば、ケース天面が平坦でかつケース側面の形状修正が可能で応力腐食割れのないケースを実現することができ、長期信頼性の向上を図ることができる。また、側面の形状修正を行うことができる結果、共振周波数のバラツキを低減させることができる。
【００５１】
本発明の第８態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケースの上記加重する面の厚み方向に対して上記加重される面を加圧治具などにより両面から挟み込むように加重する荷重は、５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であるようにしている。このように構成すれば、上記加重する荷重が５００ｋｇｆ／ｃｍ２未満では平坦化を必ずしも確実に達成することができないが、上記加重する荷重を５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上とすることにより、平坦化を確実に達成することができる。
【００５２】
本発明の第９態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記低温熱処理は、上記ケースの温度を上げる工程と、上記ケースをある一定温度で保持する工程と、上記ケースの温度を下げる工程とを備えるようにしている。このように構成すれば、上記各態様の作用効果をより確実にかつ安定して達成することができる。
【００５３】
本発明の第１０態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記低温熱処理の上記一定温度で保持する工程において、保持温度は１５０〜３００℃であるようにしている。このように構成すれば、保持温度が１５０℃以上であるためケース天面の反り量を平坦にする効果が期待でき、また、保持温度が３００℃以下であるためケース天面の反り量を平坦化する効果も期待でき、応力腐食割れ試験においても割れが生じることがない。また、保持温度が３００℃以下であるため、加圧冶具に関しても特殊鋼などを使用する必要がなく、通常のステンレス（ＳＵＳ３０４など）で対応可能であるとともに、生産性に関しても、タクトタイムも短縮され、低温熱処理するための恒温槽も通常品で可能なため有利である。
【００５４】
本発明の第１１態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記熱処理温度をある一定温度に保持する工程において、保持時間は、５分より大きく６０分以内であるようにしている。このように構成すれば、６０分以内という少ない時間で効率良く低温熱処理を行うことができるとともに、熱処理時間が長過ぎて応力腐食割れが生じ始めることもない。
【００５５】
本発明の第１２態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記低温熱処理において、温度を下げる速度は、０℃／ｍｉｎより大きく１．０℃／ｍｉｎ以下であるようにしている。このように構成すれば、急冷もしくは１．０℃／ｍｉｎを超える速度で冷却することがないので、ケースに応力が蓄えられ、反り、変形が生じたり、内部応力が蓄えられることで、応力腐食割れ試験で割れが生じるといったことがない。
【００５６】
本発明の第１３態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記加工成型された金属ケースを構成する材料は主にステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、又は、チタンであるようにしている。このように構成すれば、このような汎用の材料で上記種々の作用効果を確実に達成することができる。
【００５７】
本発明の第１４態様にかかる超音波振動子用ケースの製造方法によれば、上記ケース材料の厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下であるようにしている。このように構成すれば、ケース天面の厚みが０ｍｍより大きく１ｍｍ以下であるため、低温熱処理で応力腐食割れを防止する効果が低下することがないとともに、超音波振動子の超音波の感度の低下も防止できる。
【００５８】
本発明の第１５態様にかかる有底筒状金属ケースの製造方法によれば、上記低温熱処理は、上記ケースに被接着物を加熱状態下で接着剤で接着するときの接着剤硬化用の加熱処理であるようにしている。このようにすれば、特別に低温熱処理工程を設定することなく、上記ケースに被接着物を接着剤で接着するときの加熱処理工程を上記低温熱処理工程と兼用することができ、より生産性を高めることができる。
【００５９】
本発明の第１６態様にかかる超音波振動子用ケースによれば、請求項２〜１５のいずれか１つに記載の超音波振動子用ケースの製造方法により製造されるようにしている。このように構成すれば、天面などその厚み方向に対して天面などを両面から挟み込むように加重した状態で応力腐食割れが抑えられるように低温熱処理を施すことにより、ケース天面などが平坦で応力腐食割れのないケースを超音波振動子用ケースとして使用することができ、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができるて、高精度で信頼性の高い超音波振動子を提供することが可能となる。
【００６０】
本発明の第１７態様にかかる超音波振動子の製造方法によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケースと、上記ケースの１つの面に配置された圧電体とを備える超音波振動子を製造する、超音波振動子の製造方法において、上記ケースの厚み方向に対して上記ケースの天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すとともに、上記ケースの天面に上記圧電体を固定するようにしている。このようにすれば、第１態様の作用効果を有しかつ流路を流れる流体に対して繋ぎ目のないケースにおいて、第２態様の作用効果と同様に、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを超音波振動子用ケースとして使用することができ、超音波流量計組立時の歩留まり及び生産性が良く、高精度で信頼性の高い超音波流量計を実現することが可能となる。
【００６１】
本発明の第１８〜２９態様にかかる超音波振動子の製造方法によれば、第３〜１４態様の作用効果とそれぞれ同様な作用効果を奏することができる。
【００６２】
本発明の第３０態様にかかる超音波振動子によれば、上記圧電体が設けられた面の反対側の面に音響整合層が設けられる超音波振動子において、上記ケース天面の厚み方向に対して上記天面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理することで上記天面の形状修正および応力腐食割れを防止する工程を、上記圧電体及び上記音響整合層、またはどちらか一方を上記天面に接着する工程に置き換えるようにしている。このようにすれば、特別に低温熱処理工程を設定することなく、上記ケースに被接着物（例えば圧電体及び上記音響整合層、又は、音響整合層）を接着剤（例えば接着剤及び接着剤、又は、接着剤）で接着するときの加熱処理工程を上記低温熱処理工程と兼用することができ、より生産性を高めることができる。
【００６３】
本発明の第３１態様にかかる超音波振動子によれば、第１７〜３０のいずれか１つの態様に記載の超音波振動子の製造方法により製造されるようにしている。このようにすれば、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを実現することができ、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる。そして、そのような有天筒状金属ケースを利用することにより、高精度で信頼性の高い超音波振動子および超音波流量計を実現することが可能となる。
【００６４】
本発明の第３２態様にかかる超音波振動子によれば、上記圧電体が設けられた面の反対側の面に配置された音響整合層をさらに備えるようにしている。このようにすれば、第１態様の作用効果を有しかつ流路を流れる流体に対して繋ぎ目のないケースにおいて、第２態様の作用効果と同様に、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを超音波振動子用ケースとして使用することができ、超音波流量計組立時の歩留まり及び生産性が良く、高精度で信頼性の高い超音波流量計を実現することが可能となる。
【００６５】
本発明の第３３態様にかかる超音波流量計によれば、被測定流体が流れる流量測定部と、上記流量測定部に設けられて超音波を送受信する第３１又は３２の態様に記載の１対の超音波振動子と、上記超音波振動子間の伝搬時間を計測する計測回路と、上記計測回路からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えるようにしている。このようにすれば、第１態様の作用効果を有しかつ流路を流れる流体に対して繋ぎ目のないケースにおいて、第２態様の作用効果と同様に、ケース天面が平坦で応力腐食割れのないケースを超音波振動子用ケースとして使用することができ、超音波流量計組立時の歩留まり及び生産性が良く、高精度で信頼性の高い超音波流量計を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００６７】
本発明の一実施形態にかかる、有底筒状金属ケースの製造方法により製造される有底筒状金属ケース３３は、筒体の一端に筒体開口を閉塞する底面が一体的に形成されたものであって、切削加工又はプレス加工により底面を形成する一体成型加工によって作製したのち、加工後に加工油を完全に除去し、その後、応力腐食割れを防ぐために、図１に示されるように、ケース天面３３ａの厚み方向に対してケース天面３３ａの両側からケース天面３３ａに加重を加えた状態で、低温熱処理を施すことにより製造されている。このように製造された有底筒状金属ケース３３を利用して圧電体６などを接着固定して超音波振動子および超音波流量計を製造することにより、超音波振動子および超音波流量計の高性能、高安全性、長期信頼性および高生産性を実現するものである。ケース形状は、たとえば図７（ａ），（ｂ）に示すような円筒形、矩形が一般的で、円筒形の場合には直径φ１２ｍｍ、高さｈ＝６ｍｍ、厚みｔ＝０．２ｍｍ、矩形の場合には横８ｍｍ×幅８ｍｍ×高さ６ｍｍ、厚みｔ＝０．２ｍｍの大きさのものを例示することができる。ただし、ケース３３の形状や大きさは上記に限定されるものではない。
【００６８】
より具体的には、本発明の上記実施形態にかかる有底筒状金属ケース３３の製造方法の第１の例としては、ケース３３の１つの面（例えば天面３３ａ）に圧電体６を備える超音波振動子およびそれを用いた超音波流量計に使用されるケース３３の製造方法である。まず、筒体の一端に筒体開口の周縁にフランジ面３３ｆを一体的に有し、切削加工又は精密プレスによる深絞り法を用いてフランジ面３３ｆがケース３３と一体成型され、加工後に加工油を完全に除去する。次いで、図１に示すように、少なくともケース天面３３ａの内面を受ける第１加圧面９２ａを有する台座として用いられる金属製の下型９２と、ケース天面３３ａの外面を押える第１加圧面９１ａを有する金属製の上型９１とを備える加圧治具を用いて、ケース天面３３ａの厚み方向に対して、ケース天面３３ａの両側から、すなわち、ケース天面３３ａを挟み込むように大略均一に加重を加えた状態で低温熱処理を施す。このとき、加重を加える面の面積（加重領域）９９は、図４にハッチングで示すように、ケース天面３３ａおよびケース天面３３ａと側面３３ｇとの曲部３３ｂを含み、曲部３３ｂから内向きに少なくとも２割以上の面積であるのが好ましい。ここで、天面３３ａに加重を加えることにより天面３３ａの形状が修正されるが、天面３３ａの形状が修正されるということは、天面３３ａの形状を修正する加圧冶具の形に天面３３ａがなじむということを意味する。従って、天面３３ａのうち加重を加える面の面積が狭くなれば、加圧冶具の形になじむ面積も減ってしまうことになる。天面３３ａの修正を行う場合、最も効果があるのは、上記したように曲部３３ｂを含めて２割以上の面積を押えるほうが加重を少なくできる。言い替えれば、加重が最もかかるのは曲部３３ｂ付近であり、加重を加える面積が２割以下だと加重もかなり必要となり効率が悪いことになる。また、加重する面積が広ければ、広いほど、高精度の修正が可能である。従って、加重を加える天面３３ａの面積９９は曲部３３ｂから内向きに少なくとも２割以上の面積とするのが好ましい。また、下型９２および上型９１の加圧面９２ａ，９１ａはできるだけ平坦であることが望ましく、その平坦度はケース天面３３ａに要求される平坦度すなわち５μｍよりも平坦かつ均一であることが必要とされる。これにより、ケース天面３３ａを平坦化することができる。このように製造された有底筒状金属ケース３３を利用して、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定し、又は、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定するとともに音響整合層４をその天面３３ａの反対側の面に接着固定して超音波振動子および超音波流量計を製造することにより、超音波振動子および超音波流量計の高性能、安全性、長期信頼性を実現することができる。
【００６９】
本発明の上記実施形態の第２の例にかかる、有底筒状金属ケースの製造方法では、ケース３３の１つの面（例えば天面３３ａ）に圧電体６を備える超音波振動子およびそれを用いた超音波流量計に使用されるケース３３の製造方法である。まず、筒体の一端に筒体開口の周縁にフランジ面３３ｆを一体的に有し、切削加工又は精密プレスによる深絞り法を用いてフランジ面３３ｆがケース３３と一体成型され、加工後に加工油を完全に除去する。次いで、図２に示すように、ケース天面３３ａの内面を受ける第１加圧面９４ａとフランジ面３３ｆの内面を受ける第２加圧面９４ｆとを有する台座として用いられる金属製の下型９４と、ケース天面３３ａの外面を押える第１加圧面９３ａとフランジ面３３ｆの外面を受ける第２加圧面９３ｆとを有する金属製の上型９３とを備える加圧治具で、ケース天面３３ａおよびフランジ面３３ｆの厚み方向に対して、上記加圧面９３ａ，９３ｆ，９４ａ，９４ｆでケース天面３３ａおよびフランジ面３３ｆをそれぞれ挟み込むように大略均一に加重を加えた状態で低温熱処理を施す。このとき、加重を加える面積（加重領域）９９は、図５にハッチングで示すように、ケース天面３３ａおよびフランジ面３３ｆに加えて、ケース天面３３ａと側面３３ｇとの曲部３３ｂ、及び、フランジ面３３ｆと側面３３ｇとの曲部３３ｃを含み、各曲部３３ｂ，３３ｃからそれぞれ内向きに少なくとも２割以上の面積であることが好ましい。ここで、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆのそれぞれの面に加重を加えることにより対応するケース天面３３ａとフランジ面３３ｆの形状が修正されるが、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆの形状が修正されるということは、形状を修正する加圧冶具の形にケース天面３３ａとフランジ面３３ｆがなじむということを意味する。従って、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆのそれぞれの面のうち加重を加える面の面積が狭くなれば、加圧冶具の形になじむ面積も減ってしまうことになる。それぞれの面の修正を行う場合、最も効果があるのは、上記したように曲部を含めて２割以上の面積を押えるほうが加重を少なくできる。言い替えれば、加重が最もかかるのは曲部付近であり、加重を加える面積が２割以下だと加重もかなり必要となり効率が悪いことになる。また、加重する面積が広ければ、広いほど、高精度の修正が可能である。従って、それぞれの面において、加重を加える面の面積９９は曲部から内向きに少なくとも２割以上の面積とするのが好ましい。これにより、ケース天面３３ａおよびフランジ面３３ｆを平坦化することができる。このように製造された有底筒状金属ケース３３を利用して、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定し、又は、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定するとともに音響整合層４をその天面３３ａの反対側の面に接着固定して超音波振動子および超音波流量計を製造することにより、超音波振動子および超音波流量計の高性能、安全性、長期信頼性を実現することができる。なお、下型９４は、ケース天面３３ａと側面３３ｇとの曲部３３ｂの内側に接触する角部９４ｂと、フランジ面３３ｆと側面３３ｇとの間の内側角部である曲部３３ｃの内側に接触する角部９４ｃとを有している。
【００７０】
本発明の上記実施形態の第３の例にかかる、有底筒状金属ケースの製造方法では、ケース３３の１つの面（例えば天面３３ａ）に圧電体６を備える超音波振動子およびそれを用いた超音波流量計に使用されるケース３３の製造方法である。まず、筒体の一端に筒体開口の周縁にフランジ面３３ｆを一体的に有し、切削加工または精密プレスによる深絞り法を用いてフランジ面３３ｆがケース３３と一体成型され、加工後に加工油を完全に除去する。次いで、図３に示すように、ケース天面３３ａの内面を受ける第１加圧面９５ａとフランジ面３３ｆの内面を受ける第２加圧面９５ｆと側面３３ｇの内面を受ける第３加圧面９５ｇとを有する台座として用いられる金属製の下型９５と、ケース天面３３ａの外面を押える加圧面９６ａとフランジ面３３ｆの外面を受ける第２加圧面９６ｆと側面３３ｇの外面を受ける第３加圧面９６ｇとを有する金属製の上型９６とを備える加圧治具で、ケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ及びケース側面３３ｇの厚み方向に対して、上記加圧面９５ａ，９５ｆ，９５ｇ，９６ａ，９６ｆ，９６ｇでケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ及びケース側面３３ｇをそれぞれ挟み込むように大略均一に加重を加えた状態で低温熱処理を施す。このとき、加重を加える面積（加重領域）９９は、図６にハッチングで示すように、ケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ及びケース側面３３ｇに加えて、ケース天面３３ａと側面３３ｇとの曲部３３ｂ、及び、フランジ面３３ｆと側面３３ｇとの曲部３３ｃを含み、各曲部３３ｂ，３３ｃからそれぞれケース天面３３ａとフランジ面３３ｆの内向きに少なくとも２割以上の面積であることが好ましい。ここで、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆのそれぞれの面に加重を加えることにより対応するケース天面３３ａとフランジ面３３ｆの形状が修正されるが、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆの形状が修正されるということは、形状を修正する加圧冶具の形にケース天面３３ａとフランジ面３３ｆがなじむということを意味する。従って、ケース天面３３ａとフランジ面３３ｆのそれぞれの面のうち加重を加える面の面積が狭くなれば、加圧冶具の形になじむ面積も減ってしまうことになる。それぞれの面の修正を行う場合、最も効果があるのは、上記したように曲部を含めて２割以上の面積を押えるほうが加重を少なくできる。言い替えれば、加重が最もかかるのは曲部付近であり、加重を加える面積が２割以下だと加重もかなり必要となり効率が悪いことになる。また、加重する面積が広ければ、広いほど、高精度の修正が可能である。従って、それぞれの面において、加重を加える面の面積９９は曲部から内向きに少なくとも２割以上の面積とするのが好ましい。これにより、ケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆを平坦化すると同時的に、ケース側面３３ｇの形状修正を行うことができる。このように製造された有底筒状金属ケース３３を利用して、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定し、又は、圧電体６を所定面例えば天面３３ａに接着固定するとともに音響整合層４をその天面３３ａの反対側の面に接着固定して超音波振動子および超音波流量計を製造することにより、超音波振動子および超音波流量計の高性能、安全性、長期信頼性を実現することができる。なお、上型９５は、ケース天面３３ａの角部である曲部３３ｂの外側に接触する角部９５ｂと、フランジ面３３ｆと側面３３ｇとの間の内側角部である曲部３３ｃの外側に接触する角部９５ｃとを有している。また、下型９６は、ケース天面３３ａの角部である曲部３３ｂの内側に接触する角部９６ｂと、フランジ面３３ｆと側面３３ｇとの間の内側角部である曲部３３ｃの内側に接触する角部９６ｃとを有している。よって、上記加圧面９５ａ，９５ｆ，９５ｇ，９６ａ，９６ｆ，９６ｇでケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ及びケース側面３３ｇをそれぞれ挟み込むように加重を加えるとき、角部９５ｂと９６ｂとで曲部３３ｂを挟み込むように加重を加えるとともに、角部９５ｃと９６ｃとで曲部３３ｃを挟み込むように加重を加えるようにしている。
【００７１】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法においてケース天面３３ａを平坦化するために必要とされる加圧力としては、ケース天面３３ａの厚みに大きく依存する。すなわち厚みが厚く剛性が高くなればなるほど加圧力が必要となる。しかし、ケース天面３３ａの厚みが、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下の場合には、ケース天面３３ａを平坦化するために必要とされる加圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上を加えることでケース天面３３ａを平坦にする事が可能である。また、フランジ面３３ｆを平坦化するために必要とされる加圧力としては、フランジ面３３ｆの厚みに大きく依存する。すなわち厚みが厚く剛性が高くなればなるほど加圧力が必要となる。しかし、フランジ面３３ｆの厚みが、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下の場合には、フランジ面３３ｆを平坦化するために必要とされる加圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上を加えることでフランジ面３３ｆを平坦にする事が可能である。また、側面３３ｇの形状を修正するために必要とされる加圧力としては、側面３３ｇの厚みに大きく依存する。すなわち厚みが厚く剛性が高くなればなるほど加圧力が必要となる。しかし、側面３３ｇの厚みが、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下の場合には、側面３３ｇの形状を修正するために必要とされる加圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上を加えることで側面３３ｇの形状を修正する事が可能である。
【００７２】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において、少なくとも有底筒状金属ケース３３の天面３３ａを厚み方向に対して両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施す低温熱処理工程において、上記低温熱処理工程は、上記有底筒状金属ケース３３の温度を上げる工程Ｐ５と、上記有底筒状金属ケース３３をある一定温度で保持する工程Ｐ６と、上記有底筒状金属ケース３３の温度を下げる工程Ｐ７とを備えている。少なくとも有底筒状金属ケース３３の天面３３ａを図８（ａ）、（ｂ）に示す加圧治具８０を用いて天面３３ａの厚み方向に対して両面から挟み込むように加圧した後、図９に示すように恒温槽８１内に投入する。
【００７３】
ここで、上記加圧治具８０は、一例として、図１の下型９２と上型９１とを備える加圧治具を図８（ａ）、（ｂ）に示すものである。図２下型９４と上型９３とを備える加圧治具及び図３の下型９６と上型９５とを備える加圧治具は、上記加圧治具８０と大略同様な構造をしているため、代表例として加圧治具８０について説明する。加圧治具８０は、下型９２の外周面のオネジ部９２ｒが上型９１の内周面のメネジ部（図示せず）と螺合するようになっており、下型９２の凸状の上面に、切削加工又はプレス加工されたケース３３を載置又ははめ込み、上型９１を下型９２にトルクレンチを用いて所定のトルクでねじ込むように締めることにより、上型９１と下型９２との間でケース３３の所定面が加圧されるようになっている。各加圧治具の下型と上型の金属の例としては、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、Ｔｉ、又は、Ｔａなどがある。その熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、剛性率は２．５×１０１１以上とするのが好ましい。
【００７４】
一方、恒温槽８１は、一番下側に配置されたヒーター８２と、ヒーター８２の上に配置されかつ多数の上記加圧治具８０を載せるステンレス板８３と、恒温槽側面に配置されたファン８４とを備えるようにしている。ヒーター８２で暖められた温風はファン８４で恒温槽８１内で循環される。ここでは温風循環式の恒温槽を用いたが、所定の低温熱処理を行うことが可能なものであればどのような方式のものを用いても問題ない。低温熱処理を行う温度プロファイルとしては、図１０に示すように、恒温槽８１内の温度従って有底筒状金属ケース３３の温度をある一定温度に上げる工程Ｐ５と、恒温槽８１内の温度従って有底筒状金属ケース３３をある一定温度で保持する工程Ｐ６と、恒温槽８１内の温度従って有底筒状金属ケース３３の温度を下げる工程Ｐ７とを備えている。
【００７５】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法の上記低温熱処理において、図１０の温度プロファイルで示す上記温度を上げる温度工程Ｐ５での上記温度を上げる速度は、０℃／ｍｉｎよりも大きく、５℃／ｍｉｎ以下が望ましい。温度を上げる速度が５℃／ｍｉｎよりも速い場合には、ケース全体の温度が一定に上がらないため、部分的に熱分布が生じ、歪みや反りが発生し、形状が原型と異なってしまうことがある。また、ひどい場合には、割れが生じることがある。
【００７６】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法の上記低温熱処理において、図１０の温度プロファイルで示す上記一定温度で保持する工程Ｐ６での熱処理温度は１５０〜３００℃である。１５０℃未満ではケース天面３３ａの反り量を平坦にする効果が少なく、また３００℃を越えるとケース天面３３ａの反り量を平坦化する効果も低下し、応力腐食割れ試験においても割れが生じる。また、３００℃以下ならば、加圧治具８０に関しても特殊鋼などを使用する必要がなく、通常のステンレス（ＳＵＳ３０４など）で対応可能である。また、生産性に関してもできるだけ低い温度である３００℃以下であれば、タクトタイムも短縮され低温熱処理するための恒温槽も通常品で可能なため有利である。以上から、熱処理温度は１５０〜３００℃の範囲が望ましい。なお、上記熱処理温度は、１５０〜３００℃内のある温度例えば１７０℃で一定であってもよいし、１５０〜３００℃内で変動してもよい。
【００７７】
上記一定温度で保持する工程Ｐ６において、上記１５０〜３００℃の範囲で熱処理温度を保持する温度保持時間は、０分、好ましくは５分、より大きく６０分以内でなければならない、その理由としては、低温熱処理を６０分を越えても応力腐食割れを防ぐ効果は、熱処理時間６０分以内と殆ど変わらないためであるとともに、場合によっては、熱処理時間が６０分を越えると、応力腐食割れが生じ始めることもあるからである（後述する実施例５参照）。また、最低時間としては、加熱装置での負荷軽減を考慮して５分とするのが好ましいが、残留応力が極めて少ない場合や、材質又は厚さによっては、５分より少なく０分を超える時間でもよい場合もある。
【００７８】
上記図１０の温度プロファイルで示す上記温度を下げる工程Ｐ７では、その温度を下げる冷却速度を、０℃／ｍｉｎより大きく、必ず１．０℃／ｍｉｎ以下で徐冷する必要がある。これは、急冷もしくは１．０℃／ｍｉｎを超える速度で冷却するとケース３３に応力が蓄えられ、治具８０から取り出したときに解放された反動で、反り、変形が生じたり、内部応力が蓄えられることで応力腐食割れ試験で割れが生じる。従って、冷却速度は、０℃／ｍｉｎより大きく、必ず１．０℃／ｍｉｎ以下で徐冷する必要がある。
【００７９】
本発明の上記実施形態の各例にかかる低温熱処理において、熱処理雰囲気は不活性ガス中で行う。このようにすれば、不活性ガス中で低温熱処理を行うことにより、銅や真鍮のように酸化しやすい金属の場合でも酸化を防止することができる。
【００８０】
本発明の上記実施形態の各例にかかる、ケース天面３３ａを平坦化、又は、ケース天面３３ａ及びフランジ面３３ｆを平坦化、又は、それらの平坦化及び側面３３ｇの形状修正可能な有底筒状金属ケース３３の材質としては、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銅、真鍮、又は、チタンが望ましい。特にこれらの材料を切削加工、もしくはプレス一体成型（例えば精密プレスによる深絞り法を用いて一体成型加工）を施した後に、加工油を完全に除去し、ケース天面３３ａなどを加圧した状態で低温熱処理を施すことで、ケース天面３３ａなどの平坦化、又は、それらの平坦化及び側面３３ｇの形状修正、および応力腐食割れを防ぐことが可能である。
【００８１】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケース３３のケース天面３３ａを平坦化可能な有底筒状金属ケース３３のケース天面３３ａの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。ケース天面３３ａの厚みが１ｍｍを超えると上記条件ではケース天面３３ａを平坦化する効果が低下する。また、１ｍｍ超える場合、平坦化するためにはケース天面３３ａを加圧加重範囲も高く、また熱処理温度も高くなる。従って、３００℃を越えると使用する加圧治具や恒温槽なども特殊なものが必要となる。以上の観点からケース天面３３ａの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。また、フランジ面３３ｆの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。フランジ面３３ｆの厚みが１ｍｍを超えると上記条件ではフランジ面３３ｆを平坦化する効果が低下する。また、１ｍｍ超える場合、平坦化するためにはフランジ面３３ｆを加圧加重範囲も高く、また熱処理温度も高くなる。従って、３００℃を越えると使用する加圧治具や恒温槽なども特殊なものが必要となる。以上の観点からフランジ面３３ｆの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。また、側面３３ｇの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。側面３３ｇの厚みが１ｍｍを超えると上記条件では側面３３ｇを平坦化する効果が低下する。また、１ｍｍ超える場合、平坦化するためには側面３３ｇを加圧加重範囲も高く、また熱処理温度も高くなる。従って、３００℃を越えると使用する加圧治具や恒温槽なども特殊なものが必要となる。以上の観点から側面３３ｇの厚みは、０ｍｍより大きく１ｍｍ以下が望ましい。
【００８２】
なお、上記ケース天面３３ａなどを加圧するための治具として、その加重を加える方式は上記加圧範囲で加圧面に対して均一に加圧できる治具または加圧方式でであればどのような治具および方式を用いてもよい。また、上記低温熱処理に用いる熱処理炉は温風循環式、高周波式、直接加熱式など上記温度プロファイルを実現可能であればどのようなものを用いても問題ない。
【００８３】
本発明の上記実施形態の各例にかかる有底筒状金属ケース３３を使用して形成する超音波振動子は、図１１に示されるように、少なくとも有底筒状金属ケース３３と、ケース３３の１つの面（例えば天面）に圧電体６が接着剤３１で接着されて設けられ、圧電体６を封じ込めるように端子板７がケース３３と抵抗溶接されている。端子板７には圧電体６に電圧を加える端子８ａ、８ｂが組み込まれ、端子８ａは導電ゴム１０を介して圧電体６に接続されている。また、端子８ａと端子板７はガラス９で固定され密閉されている。
【００８４】
図１１に示される構成の超音波振動子は、液中などの音速の速い媒体中で用いられる。特に超音波振動子に用いられる有天筒状金属ケース３３は、天面が振動板を兼ねるため音響的な観点と圧電体６を天面に接着剤３１で接着するという工法面の両面から平坦性と均一性が求められる。有天筒状ケース天面の平坦性、均一性を実現するために、切削又はプレス一体成型加工時に非常に応力を加えてしまうため、切削又はプレス一体成型後、何も処理をしなければ応力腐食割れを生じる。そこで、上記したように加圧しつつ低温熱処理として、適切な温度と時間および温度を上げる時間、温度を下げる時間を制御して低温加熱することで、加工時に加わった内部応力を緩和することが可能である。
【００８５】
尚、接着層３１の接着剤としてはウレタン系、シアノ系、シリコーン系の樹脂接着剤がある。この接着剤は、圧電体６とケース３３とを粘性状態で仮接合したのち、１５０〜３００℃の範囲に加熱されると、化学反応が起きて硬化して本接合される。従って、上記低温熱処理は、上記ケース３３に被接着物（例えば圧電体６）を加熱状態下で接着剤（例えば接着剤３１）で接着するときの接着剤硬化用の加熱処理であるようにすることもできる。このようにすれば、特別に低温熱処理工程を設定することなく、上記ケース３３に被接着物（例えば圧電体６）を接着剤（例えば接着剤３１）で接着するときの加熱処理工程を上記低温熱処理工程と兼用することができ、より生産性を高めることができる。
【００８６】
本発明の上記実施形態の変形例にかかる超音波振動子は、図１２に示されるように、少なくとも有底筒状金属ケース３３と、ケース３３の１つの面に圧電体６が設けられ、圧電体６が設けられた面の反対側の面に音響整合層４がさらに接着剤３０で設けられる。圧電体６を封じ込めるように端子板７がケース３３と抵抗溶接されている。端子板７には圧電体６に電圧を加える端子８ａ、８ｂが組み込まれ、端子８ａは導電ゴム１０を介して圧電体６に接続されている。また端子８ａと端子板７はガラス板９で固定され密閉されている。図１２に示される構成の超音波振動子は、気体中、たとえば図１３、図１４に示されるような構成で都市ガスやＬＰガス、水素などの流量計測などに用いられる。
【００８７】
図１３及び図１４に超音波振動子１を備えた超音波流量計１００の断面図を示す。
【００８８】
超音波流量計１００の概略構成を示すと、ガスなどの被測定流体が供給される供給管と連結した入口路１００ａから流入された被測定流体の流量を測定する流量測定部１１と、流量測定部１１と連通し、被測定流体を外部へ導く出口路１００ｂと、この流量測定部１１に設けられて超音波を送受信する一対の超音波振動子１７、１８（それぞれは超音波振動子１に対応する。）と、超音波振動子１７、１８間の伝搬時間を計測する計測回路１０１と、計測回路１０１からの信号に基づいて流量を算出する流量演算手段１０２とを備えている。よって、一方の超音波振動子１７から他方の超音波振動子１８に向けて超音波を送信し、ガスなどの被測定流体を通過した超音波が上記他方の超音波振動子１８で受信されることにより、計測回路１０１で超音波振動子１７、１８間の伝搬時間を計測する。次いで、逆に、上記他方の超音波振動子１７から上記一方の超音波振動子１８に向けて超音波を送信し、ガスなどの被測定流体を通過した超音波が上記一方の超音波振動子１８で受信されることにより、計測回路１０１で超音波振動子１７、１８間の伝搬時間を計測する。このように所定回数だけ、上記一対の超音波振動子１７、１８間で超音波の伝搬時間を計測し、流量演算手段１０２でその平均値を基に、ガスなどの被測定流体の流量を算出するようにしている。よって、各超音波振動子１７，１８は送受信を行えるようにしている。ここで、上記計測回路１０１と流量演算手段１０２とより流量算出システムを構成している。
【００８９】
実例として、流量測定部１１を構成する材料はＬＰガスや天然ガスの流量計測する家庭用ガスメータを想定しアルミニウム合金ダイカストとする。図１４に示すように、側壁部１２、１３の端面に例えばコルク材からなるシール材１４を介して上板部１５をネジ止めして、流路断面１６が矩形の流量測定部１１を構成する。また、図１３に示すように、超音波振動子１７、１８は、超音波を発信・受信する送受波面が相対するよう側壁部１２、１３に斜めに設けられている。具体的には、側壁部１２、１３に設けられた超音波振動子１７、１８の振動子取り付け穴１９、２０に例えばＯリングからなるシール材２１、２２を介して固定する。これは１つの実例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【００９０】
計測精度を向上させるためには、対向する超音波振動子の個体ばらつきをできるだけ小さくする必要がある。個体ばらつきを発生させる大きな要因として、有天筒状ケース天面の平坦性と均一性が振動板を兼ねている音響的な観点と圧電体および整合層を天面に接着するという工法面の両面から要求される。そのため、切削又はプレス一体成型加工時に非常に大きな応力をかけ、加工時の内部応力を含んだままの状態で加工され、応力腐食割れが生じる。特に都市ガスやＬＰガス、水素など活性ガス中で用いられる超音波振動子は漏れなど安全面から応力腐食割れは絶対許されない。そこで、所定個所を加圧しつつ低温熱処理を適切な温度と時間および温度を上げる時間、温度を下げる時間を制御することで、ケース天面などの平坦性を確保しかつ加工時に加わった内部応力を緩和することが可能である。
【００９１】
さらに、上記ケース３３の天面３３ａと、上記ケース３３の側面３３ｇの端部より径方向に張り出したフランジ面３３ｆとが平行になるように、上記ケース３３の天面３３ａの厚み方向の両面から天面３３ａを挟み込むとともに、上記フランジ面３３ｆの厚み方向の両面からフランジ面３３ｆを挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すようにしてもよい。もし、上記ケース３３の天面３３ａと上記フランジ面３３ｆとの平行度が悪い場合には、上記フランジ面３３ｆに端子板７を溶接固定するときに応力が発生してしまい、その応力が側面３３ｇを伝って上記ケース３３の天面３３ａに内部応力を発生させてしまうことになる。これを防止するため、上記ケース３３の天面３３ａの厚み方向の両面から天面３３ａを挟み込むとともに、上記フランジ面３３ｆの厚み方向の両面からフランジ面３３ｆを挟み込むように加重した状態で低温熱処理を施すことにより、上記ケース３３の天面３３ａと上記フランジ面３３ｆとが平行となるようにすることができる。
【実施例】
【００９２】
以下具体的な実施例により、本発明の上記実施形態の効果の説明を行う。
【００９３】
（実施例１）
切削加工とプレス一体成型されたケースを北沢薬品製の洗浄剤ＦＮＳ―７０（商品名）で洗浄、乾燥後、ケース天面を３次元表面粗さ計で測定を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースをそれぞれ１０個ずつ図８に示すボルト式の加圧治具８０に入れてトルクレンチを用いて１１Ｎ・ｍのトルクで締め込んだ。このときケース天面にかかる加重は事前に富士写真フイルム株式会社製のプレスケール（フィルム上で加圧力を測定できるプレッシャースケールの商品名）で測定したところ、１１N・ｍであった。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで２００℃まで加熱し、温度２００℃で１時間保持した後、炉冷した。このときの冷却速度は０．５℃／ｍｉｎであった。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削又はプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつ、すべて割れてしまった。結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
2008164637.tif 000003
【００９５】
ケース天面の平坦度としては３次元表面粗さ計を用いてケース天面を測定し、最大値と最小値の差で求めた。そのときその差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験としては４８時間の試験の後、顕微鏡で目視して割れの全く無いものを合格とした。総合評価としては平坦度と腐食割れの両方の結果を合格したものを○とした。
【００９６】
以上の結果、切削加工されたケースもプレス一体型ケース両方ともケース天面を加圧した状態で熱処理を施すことで、ケース天面も５μｍ以下と平坦度も向上し、さらに応力腐食試験でも割れが生じないことが確認できた。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【００９７】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
2008164637.tif 000004
【００９９】
ケース天面およびフランジ面の平坦度としては３次元表面粗さ計を用いてケース天面を測定し、最大値と最小値の差で求めた。そのとき、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験としては４８時間の試験の後、顕微鏡で目視して割れの全く無いものを合格とした。総合評価としては平坦度と腐食割れの両方の結果を合格したものを○とした。
【０１００】
以上の結果、切削加工されたケースもプレス一体型ケースも、両方ともケース天面、フランジ面を加圧した状態で熱処理を施すことで、ケース天面およびフランジ面も５μｍ以下と平坦度も向上し、さらに応力腐食試験でも割れが生じないことが確認できた。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１０１】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうか、ケース側面の形状が修正されたかどうかと応力腐食割れを調べた。ケースの形状修正の指標としては真円度を用い真円度の測定には、真円度測定機（タリセンタＣ−１（商品名），テーラーホブソン製）を用いた。その結果を表３に示す。
【０１０２】
【表３】
2008164637.tif 000005
【０１０３】
ケース天面およびフランジ面の平坦度としては３次元表面粗さ計を用いてケース天面を測定し、最大値と最小値の差で求めた。そのときその差が５μｍ以下を合格とした。真円度については、５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験としては４８時間の試験の後、顕微鏡で目視して割れの全く無いものを合格とした。総合評価としては平坦度と腐食割れの両方の結果を合格したものを○とした。
【０１０４】
以上の結果、切削加工されたケースもプレス一体型ケース両方ともケース天面、フランジ面、ケース側面を加圧した状態で熱処理を施すことで、ケース天面およびフランジ面も５μｍ以下と平坦度も向上し、真円度についても５μｍ以下が得られた。さらに応力腐食試験でも割れが生じないことが確認できた。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度および真円度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１０５】
（実施例２）
実施例１の結果から、次はケース天面の加圧面積を変化させて検討を行うために、図８に示すボルト式の加圧治具の上型の面積を一定として、下型の面積を変化させて検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを加圧する面積ごとに３個ずつ用意した。加圧力は５００ｋｇｆ／ｃｍ２一定とした。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで２００℃まで加熱し、温度２００℃で１時間保持した後、炉冷した。このときの冷却速度は０．５℃／ｍｉｎであった。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表４及び表５にその結果を示す。表５は表４の続きである。
【０１０６】
【表４】
2008164637.tif 000006
【０１０７】
【表５】
2008164637.tif 000007
【０１０８】
以上の結果より、ケース天面の端部を含み、端部から２０％以上の面積で加圧下状態で熱処理を行えば、ケース天面の平坦度を５μｍ以下にでき、さらに応力腐食割れも防止できることが判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１０９】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表６及び表７に示す。表７は表６の続きである。
【０１１０】
【表６】
2008164637.tif 000008
【０１１１】
【表７】
2008164637.tif 000009
【０１１２】
以上の結果より、ケース天面およびフランジ面の曲部を含み、曲部から２０％以上の面積で加圧下状態で熱処理を行えば、ケース天面およびフランジ面の平坦度を５μｍ以下にでき、さらに、応力腐食割れも防止できることが判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１１３】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうか、ケース側面の形状が修正されたかどうかと応力腐食割れを調べた。ケースの形状修正の指標としては真円度を用い真円度の測定には、真円度測定機（タリセンタＣ−１，テーラーホブソン製）を用いた。その結果を表８及び表９に示す。表９は表８の続きである。
【０１１４】
【表８】
2008164637.tif 000010
【０１１５】
【表９】
2008164637.tif 000011
【０１１６】
以上の結果、切削加工されたケースもプレス一体型ケース両方ともケース天面、フランジ面、ケース側面を加圧した状態で熱処理を施すことで、ケース天面およびフランジ面も５μｍ以下と平坦度も向上し、真円度についても５μｍ以下が得られた。さらに、応力腐食試験でも割れが生じないことが確認できた。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度および真円度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１１７】
（実施例３）
実施例１の結果を基に、加圧加重範囲の検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを加圧する加重ごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込むトルクによってケース天面に加える加圧力を変化させた。実際の加重については富士写真フイルム株式会社のプレスケール高圧用（ＨＳ）（フィルム上で加圧力を測定できるプレッシャースケールの商品名）を用いて測定を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで２００℃まで加熱し、温度２００℃で１時間保持した後、炉冷した。このときの冷却速度は０．５℃／ｍｉｎであった。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表１０にその結果を示す。
【０１１８】
【表１０】
2008164637.tif 000012
【０１１９】
以上の結果、応力腐食割れについてはすべての加圧力で割れはは見られなかった。また、ケース天面の平坦度に関しては、切削、プレス加工ともに５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で５μｍ以下を実現可能であることが判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１２０】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表１１に示す。
【０１２１】
【表１１】
2008164637.tif 000013
【０１２２】
以上の結果、応力腐食割れについてはすべての加圧力で割れは見られなかった。また、ケース天面およびフランジ面の平坦度に関しては、切削、プレス加工ともに５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で５μｍ以下を実現可能であることが判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１２３】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうか、ケース側面の形状が修正されたかどうかと応力腐食割れを調べた。ケースの形状修正の指標としては真円度を用い真円度の測定には、真円度測定機（タリセンタＣ−１，テーラーホブソン製）を用いた。その結果を表１２に示す。
【０１２４】
【表１２】
2008164637.tif 000014
【０１２５】
以上の結果、応力腐食割れについてはすべての加圧力で割れは見られなかった。また、ケース天面およびフランジ面の平坦度とケース側面の真円度に関しては、切削、プレス加工ともに５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上で５μｍ以下を実現可能であることが判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度および真円度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１２６】
（実施例４）
実施例１〜３の結果を基に、熱処理温度の検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを熱処理温度ごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を１２０〜２２０℃まで１０℃ずつ変化させ、それぞれの温度で１時間保持した後、炉冷した。このときの冷却速度は０．５℃／ｍｉｎであった。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表１３及び表１４にその結果を示す。表１４は表１３の続きである。
【０１２７】
【表１３】
2008164637.tif 000015
【０１２８】
【表１４】
2008164637.tif 000016
【０１２９】
以上の結果より、熱処理温度は１５０〜３００℃の範囲でケース天面の平坦度が５μｍ以下にでき、さらに、応力腐食割れを防止することが可能と判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１３０】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表１５及び表１６に示す。表１６は表１５の続きである。
【０１３１】
【表１５】
2008164637.tif 000017
【０１３２】
【表１６】
2008164637.tif 000018
【０１３３】
以上の結果より、熱処理温度は１５０〜３００℃の範囲でケース天面およびフランジ面の平坦度が５μｍ以下にでき、さらに応力腐食割れを防止することが可能と判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１３４】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうか、ケース側面の形状が修正されたかどうかと応力腐食割れを調べた。ケースの形状修正の指標としては真円度を用い真円度の測定には、真円度測定機（タリセンタＣ−１，テーラーホブソン製）を用いた。その結果を表１７及び表１８に示す。表１８は表１７の続きである。
【０１３５】
【表１７】
2008164637.tif 000019
【０１３６】
【表１８】
2008164637.tif 000020
【０１３７】
以上の結果より、熱処理温度は１５０〜３００℃の範囲でケース天面およびフランジ面の平坦度およびケース側面の真円度を５μｍ以下にでき、さらに、応力腐食割れを防止することが可能と判明した。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１３８】
（実施例５）
実施例１〜４の結果を基に、熱処理温度での保持時間の検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを保持時間ごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を２００℃とし、保持時間を１０分ごとに増やして最大８０分まで変化させた後、炉冷した。このときの冷却速度は０．５℃／ｍｉｎであった。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表１９及び表２０にその結果を示す。表２０は表１９の続きである。
【０１３９】
【表１９】
2008164637.tif 000021
【０１４０】
【表２０】
2008164637.tif 000022
【０１４１】
以上の結果から、熱処理温度での保持時間は、５分より大きく、６０分を越えると応力腐食割れが生じ始めることが判明した。従って、熱処理において保持時間は６０分以下で良好な特性が得られる。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１４２】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表２１及び表２２に示す。表２２は表２１の続きである。
【０１４３】
【表２１】
2008164637.tif 000023
【０１４４】
【表２２】
2008164637.tif 000024
【０１４５】
以上の結果から、熱処理温度での保持時間は６０分を越えると応力腐食割れが生じ始めることが判明した。従って、熱処理において保持時間は、５分より大きく、６０分以下で良好な特性が得られる。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１４６】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面、フランジ面、ケース側面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表２３及び表２４に示す。
【０１４７】
【表２３】
2008164637.tif 000025
【０１４８】
【表２４】
2008164637.tif 000026
【０１４９】
以上の結果から、熱処理温度での保持時間は６０分を越えると応力腐食割れが生じ始めることが判明した。従って、熱処理において保持時間は６０分以下で良好な特性が得られる。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面、フランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度や真円度が向上するだけでなく、ケース天面、フランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１５０】
（実施例６）
実施例１〜５の結果を基に、熱処理工程での冷却速度について検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを冷却する冷却速度ごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を２００℃とし、保持時間６０分後、冷却する。このときの冷却速度を何種類か変化させ冷却速度がケース天面の平坦化と応力緩和にどの程度寄与するかを調べた。冷却速度としては、（１）炉冷・徐冷(平均０．５℃／ｍｉｎ以下）（２）空冷（平均１．０℃／ｍｉｎ程度)（３）強制冷却（平均５．０℃／ｍｉｎ程度）（４）急冷（平均１０℃／ｍｉｎ以上）の４種類を検討した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討前に予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表２５にその結果を示す。
【０１５１】
【表２５】
2008164637.tif 000027
【０１５２】
以上の結果から、冷却速度は、０℃／ｍｉｎより大きく、１．０℃／ｍｉｎ以下であればケースの天面を平坦度５μｍ以下にでき、内部応力も緩和され応力腐食割れも防止可能である。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１５３】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表２６に示す。
【０１５４】
【表２６】
2008164637.tif 000028
【０１５５】
以上の結果から、冷却速度は、０℃／ｍｉｎより大きく、１．０℃／ｍｉｎ以下であればケースの天面およびフランジ面を平坦度５μｍ以下にでき、内部応力も緩和され応力腐食割れも防止可能である。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１５６】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面、フランジ面が平坦になるかどうかと、ケース側面の形状がどの程度修正されるかと応力腐食割れを調べた。その結果を表２７に示す。
【０１５７】
【表２７】
2008164637.tif 000029
【０１５８】
以上の結果から、冷却速度は、０℃／ｍｉｎより大きく、１．０℃／ｍｉｎ以下であればケースの天面およびフランジ面を平坦度５μｍ以下にでき、ケース側面の形状を修正するとともに内部応力も緩和され応力腐食割れも防止可能である。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面、フランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度や真円度が向上するだけでなく、ケース天面、フランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１５９】
（実施例７）
実施例１〜６の結果を基に、ケース材料について検討を行った。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。このときの切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、真鍮、チタンを検討した。切削ケースおよびプレス一体成型ケースを材料ごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を２００℃とし、保持時間６０分後、０．５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討の予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表２８及び表２９にその結果を示す。表２９は表２８の続きである。
【０１６０】
【表２８】
2008164637.tif 000030
【０１６１】
【表２９】
2008164637.tif 000031
【０１６２】
以上の結果から、上記金属にも加圧した状態で熱処理を施すことでケース天面の平坦度５μｍ以下、応力腐食割れを防止可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１６３】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表３０及び表３１に示す。表３１は表３０の続きである。
【０１６４】
【表３０】
2008164637.tif 000032
【０１６５】
【表３１】
2008164637.tif 000033
【０１６６】
以上の結果から、上記金属にも加圧した状態で熱処理を施すことでケース天面およびフランジ面の平坦度５μｍ以下と応力腐食割れを防止可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１６７】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと、ケース側面の真円度、応力腐食割れを調べた。その結果を表３２及び表３３に示す。表３３は表３２の続きである。
【０１６８】
【表３２】
2008164637.tif 000034
【０１６９】
【表３３】
2008164637.tif 000035
【０１７０】
以上の結果から、上記金属にも加圧した状態で熱処理を施すことでケース天面、フランジ面の平坦度５μｍ以下とケース側面の真円度を高め、応力腐食割れを防止可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面、フランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面、フランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１７１】
（実施例８）
実施例１〜６の結果を基に、ケース天面の厚みについて検討した。ケース形状は図１に示すφ１２ｍｍ、高さ５．６ｍｍである。このときケース天面の厚さを０．１〜１．５ｍｍまで変化させて検討を行った。切削ケースのケース天面の平均平坦度は１０μｍ、プレス一体成型ケースのケース天面は１１μｍであった。ケース材料としてはＳＵＳ３０４を用いた。切削ケースおよびプレス一体成型ケースをケース天面の厚みごとにそれぞれ３個ずつ用意した。加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を２００℃とし、保持時間６０分後、０．５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、今回の検討の予備検討として、切削およびプレスで作製したケースを１０個ずつ用いて応力腐食試験を行ったが、それぞれ１０個ずつすべて割れてしまった。ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表３４及び表３５にその結果を示す。表３５は表３４の続きである。
【０１７２】
【表３４】
2008164637.tif 000036
【０１７３】
【表３５】
2008164637.tif 000037
【０１７４】
以上の結果、ケース天面の厚みが１．０ｍｍ以下であるならば、ケース天面を加圧した状態で、熱処理施すことで、ケース天面の平坦度５μｍ以下で、応力腐食割れを防ぐことが可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１７５】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面とフランジ面の両方を同時に加圧した状態で熱処理ができる図２の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうかと応力腐食割れを調べた。その結果を表３６及び表３７に示す。表３７は表３６の続きである。
【０１７６】
【表３６】
2008164637.tif 000038
【０１７７】
【表３７】
2008164637.tif 000039
【０１７８】
以上の結果、ケース天面の厚みが１．０ｍｍ以下であるならば、ケース天面を加圧した状態で、熱処理施すことで、ケース天面およびフランジ面の平坦度５μｍ以下で、応力腐食割れを防ぐことが可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面およびフランジ面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面およびフランジ面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１７９】
次に、上記検討と同様な条件でケース天面、フランジ面、ケース側面を同時に加圧した状態で熱処理ができる図３の治具を用いて、ケース天面とフランジ面が平坦になるかどうか、ケース側面の真円度と応力腐食割れを調べた。その結果を表３８及び表３９に示す。表３９は表３８の続きである。
【０１８０】
【表３８】
2008164637.tif 000040
【０１８１】
【表３９】
2008164637.tif 000041
【０１８２】
以上の結果、ケース天面の厚みが１．０ｍｍ以下であるならば、ケース天面、フランジ面、ケース側面を加圧した状態で、熱処理施すことで、ケース天面、フランジ面の平坦度およびケース側面の真円度を５μｍ以下で、応力腐食割れを防ぐことが可能であることがわかった。また、治具で加圧する事によって治具の形状にケース天面、フランジ面、ケース側面が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、ケース天面フランジ面、ケース側面における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる効果も見られた。
【０１８３】
（実施例９）
実施例１〜８の検討を基に、材質ＳＵＳ３０４、板厚０．２ｍｍを用いてプレス一体成型を用いて作製された有天筒状金属ケースを加圧治具で熱処理を行い、その後、超音波振動子を作製した。加圧および熱処理条件として、加圧は図８に示すボルト式の治具に入れてトルクレンチを用いて締め込み、ケース天面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度を２００℃とし、保持時間６０分後、０．５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出した。比較のために熱処理を施してない有天筒状金属ケースを用いて同様な超音波振動子を作製し、作製した超音波振動子の個体ばらつきをインピーダンスの周波数特性における相関係数（３５０ＫＨｚ〜７５０ＫＨｚまでの周波数範囲のインピーダンスがどの程度似ているかを表したもの）と感度について比較した。感度については、基準となる超音波振動子を一つ決めて、その基準超音波振動子から発信した信号を受信する受信感度で確認した。その結果を表４０に示す。
【０１８４】
【表４０】
2008164637.tif 000042
【０１８５】
以上の結果から、加圧した状態で熱処理を施した有天筒状金属ケースを用いて作製された超音波振動子は、インピーダンスの周波数特性における相関係数の値も高く、感度ばらつきも非常に小さく抑えることが可能なため超音波振動子の固体ばらつきを小さくすることができ、高精度な超音波流量計を構築することが可能であることが判明した。
【０１８６】
（実施例１０）
実施例１〜９の検討を基に、材質ＳＵＳ３０４、板厚０．２ｍｍを用いてプレス一体成型を用いて作製された有天筒状金属ケースを圧電体と音響整合層を接着する工程と加圧状態で熱処理を行う工程とを兼ねることができるか調べるために、圧電体および音響整合層を接着するための加圧硬化治具を用いて、ケース天面およびフランジ面を加圧した状態で熱処理を行った。加圧および熱処理条件として、加圧はケース天面およびに対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。その状態で、熱処理を行った。熱処理の温度プロファイルは図８の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度をエポキシ接着剤の硬化温度である１５０℃とし、保持時間３０分後、０．５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出した。治具からケースを取り出してケース天面の平坦度測定を３次元表面粗さ計で測定し、その後、腐食割れ試験を４８時間行った。腐食割れの判断については、顕微鏡を用いて目視検査を行った。ただし、ケース天面の平坦度については３次元表面粗さ計を用いて測定をし、最大値と最小値の差を平坦度として、その差が５μｍ以下を合格とした。また、応力腐食割れ試験を行って、顕微鏡で目視して割れがないものを合格とした。総合評価はケース天面の平坦度が５μｍ以下、応力腐食割れなしの場合○とし、どちらか一方が不合格の場合△、両方不合格の場合×とした。表４１にその結果を示す。
【０１８７】
【表４１】
2008164637.tif 000043
【０１８８】
以上の結果から判断して、圧電体および整合層をケース天面に接着を行う治具および接着工程を用いても同様な効果が得られることがわかった。従って、接着硬化工程でケース天面およびフランジ面の平坦化と応力腐食割れを防止することが可能であり、工程を兼ねることが可能である。
【０１８９】
（実施例１１）
実施例１〜１０の検討を基に、材質ＳＵＳ３０４、板厚０．２ｍｍを用いてプレス一体成型を用いて作製された有天筒状金属ケースを用いて超音波振動子を作製した。加圧および熱処理条件として、ケース天面およびフランジ面に対して５００ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧力を加えた。熱処理の温度プロファイルは図１０の温度プロファイルで昇温速度は３℃／ｍｉｎで、保持温度をエポキシ接着剤の硬化温度１５０℃とし、保持時間３０分後、０．５℃／ｍｉｎ以下の速度で冷却した。その後、常温まで温度が下がったのを確認後、治具からケースを取り出した。比較のために熱処理を施してない有天筒状金属ケースを用いて同様な超音波振動子を作製し、作製した超音波振動子の個体ばらつきをインピーダンスの周波数特性における相関係数（３５０ＫＨｚ〜７５０ＫＨｚまでの周波数範囲のインピーダンスがどの程度似ているかを表したもの）と感度について比較した。感度については、基準となる超音波振動子を一つ決めて、その基準超音波振動子から発信した信号を受信する受信感度で確認した。その結果を表４２に示す。
【０１９０】
【表４２】
2008164637.tif 000044
【０１９１】
以上の結果から、加圧した状態で熱処理を施した有天筒状金属ケースを用いて作製された超音波振動子は、インピーダンスの周波数特性における相関係数の値も高く、感度ばらつきも非常に小さく抑えることが可能なため超音波振動子の固体ばらつきを小さくすることができ、高精度な超音波流量計を構築することが可能であることが判明した。
【０１９２】
上記実施形態によれば、切削又はプレスにより一体成型された少なくとも有底筒状金属ケース３３であって、１つの面に配置された圧電体６を少なくとも備える超音波振動子のケース３３において、厚み方向に対して両面から挟み込むように加重した状態で応力腐食割れが抑えられるように低温熱処理を施した天面３３を少なくとも有することにより、切削又はプレスにより一体成型された超音波振動子用ケース３３において、少なくともケース天面３３ａが平坦で応力腐食割れのないケース３３を実現することができて、超音波振動子組立時の歩留まりおよび生産性、長期信頼性の向上を図ることができる。そして、そのような有天筒状金属ケースを利用して圧電体６を天面３３ａに配置することにより、高精度で信頼性の高い超音波振動子および超音波流量計を実現することが可能となる。また、天面３３ａ（又は、天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ）を厚み方向に対して天面３３ａ（又は、天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ）を両面から加圧治具で挟み込むように加重することにより、加圧治具の挟み込む面の形状に天面３３ａ（又は、天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ）が馴染むことから平坦度が向上するだけでなく、天面３３ａ（又は、天面３３ａ及びフランジ面３３ｆ）における形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる。さらに、天面３３ａに加えて側面３３ｇを厚み方向に対して天面３３ａに加えて側面３３ｇを両面から加圧治具で挟み込むように加重することにより、加圧治具の挟み込む面の形状に天面３３ａに加えて側面３３ｇが馴染むことから側面３３ｇの形状も均一化されケースの個体ばらつきも小さくなる。
【０１９３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記低温熱処理は、上記ケース３３に被接着物（例えば圧電体６）を加熱状態下で接着剤（例えば接着剤３１）で接着するときの接着剤硬化用の加熱処理であるようにすることもできるが、これ以外の接着工程に適用することもできる。すなわち、上記ケース３３の所定の面の厚み方向に対して所定の面を両面から挟み込むように加重した状態で低温熱処理することで加重面の形状修正及び応力腐食割れを防止する工程を、上記圧電体６及び上記音響整合層４をケース天面３３ａに接着する工程、又は、音響整合層４をケース天面３３ａに接着する工程に置き換えることができる。このようにすれば、特別に低温熱処理工程を設定することなく、上記ケース３３に被接着物（例えば圧電体６及び上記音響整合層４、又は、音響整合層４）を接着剤（例えば接着剤３１及び接着剤３０、又は、接着剤３０）で接着するときの加熱処理工程を上記低温熱処理工程と兼用することができ、より生産性を高めることができる。
【０１９４】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態や例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１】本発明の一実施形態の第１例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースのケース天面を加圧している様子を示す一部断面図である。
【図２】本発明の上記実施形態の第２例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースのケース天面およびフランジ面を加圧している様子を示す一部断面図である。
【図３】本発明の上記実施形態の第３例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースのケース天面、フランジ面、ケース側面を加圧している様子を示す一部断面図である。
【図４】本発明の上記実施形態の第１例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースの上記ケース天面の加圧領域をハッチング及び太線で示す斜視図である。
【図５】本発明の上記実施形態の第２例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースの上記ケース天面およびフランジ面の加圧領域をハッチング及び太線で示す斜視図である。
【図６】本発明の上記実施形態の第３例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において超音波振動子用ケースの上記ケース天面、フランジ面、ケース側面の加圧領域をハッチング及び太線で示す斜視図である。
【図７】(ａ），（ｂ）は、それぞれ、円形筒状ケースを示す斜視図、及び、矩形ケースを示す斜視図である。
【図８】(ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の上記実施形態の第１例にかかる有底筒状金属ケースの製造方法において使用する加圧治具の構成を示す分解斜視図、及び、加圧治具で加圧した状態を示す斜視図である。
【図９】恒温槽の構成と加圧治具を投入した状態を示す斜視図である。
【図１０】熱処理の温度プロファイルを示す図である。
【図１１】本発明の上記実施形態にかかる有底筒状金属ケースを利用した超音波振動子を示す図である。
【図１２】本発明の上記実施形態にかかる有底筒状金属ケースを利用した別の超音波振動子を示す図である。
【図１３】本発明の上記実施形態にかかる有底筒状金属ケースを有する超音波振動子を備える超音波流量計を示す図である。
【図１４】図１３の超音波流量計の断面を示す図である。
【符号の説明】
【０１９６】
４…音響整合層、６…圧電体、７…端子板、８ａ…端子、８ｂ…端子、９…ガラス板、１０…導電ゴム、１１…流量測定部、１２…側壁部、１３…側壁部、１４…シール材、１５…上板部、１６…流路断面、１７…超音波振動子、１８…超音波振動子、１９…振動子取り付け穴、２０…振動子取り付け穴、２１…シール材、２２…シール材、３０，３１…接着剤、３３…有底筒状金属ケース、３３ａ…ケース天面、３３ｂ，３３ｃ…曲部、３３ｆ…フランジ面、３３ｇ…ケース側面、８０…加圧治具、８１…恒温槽、８２…ヒータ、８３…ステンレス板、８４…ファン、９１，９３，９５…上型、９１ａ，９３ａ，９５ａ…第１加圧面、９３ｆ，９５ｆ…第２加圧面、９５ｂ，９５ｃ…角部、９５ｇ…第３加圧面、９２，９４，９６…下型、９２ａ，９４ａ，９６ａ…第１加圧面、９４ｆ，９６ｆ…第２加圧面、９４ｂ，９４ｃ，９６ｂ，９６ｃ…角部、９６ｇ…第３加圧面、９９…加重を加える面積、１００…超音波流量計、１００ａ…入口路、１００ｂ…出口路、１０１…計測回路、１０２…流量演算手段、Ｐ５…温度を上げる工程、Ｐ６…一定温度で保持する工程、Ｐ７…温度を下げる工程。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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