(57)【要約】【課題】切断工程と洗浄工程を同時に実施しても整合層の表面に研磨残留物が付着しないようにすると共に整合層表面の後加工なしに所定寸法を有するような整合層を製造すること。【解決手段】固定治具２に固定された整合部材１は、切断装置の回転歯５により所定の厚み、すなわち圧電体の共振周波数の１／４波長に相当する厚みに切断されるとともに整合部材１の切断表面を研磨する。また、切断装置の回転歯（ブレード）５の少なくとも整合部材１の切断厚みより大きい最外周面の両面には、ダイヤモンド粒が固着されている。また純水を流水として少なくとも切断表面を覆うように研磨水を回転歯５に放出する。これにより、切断中の整合部材１表面を洗浄するために、整合層の切断表面に付着する切断時の残留物を除去することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動手段の振動を気体中に伝搬させる整合層であって、前記整合層は、中空球体と前記中空球体を包囲する結合材料からなる整合部材を切断工程で所定の厚みに切断して製造される整合層の製造方法。
【請求項２】
整合層は、整合部材を固定する固定治具を切断装置に設置して前記整合部材を切断する切断工程と、切断時に前記整合部材の残留物が前記整合層の表面に付着しない洗浄工程を実施する請求項１記載の整合層の製造方法。
【請求項３】
切断工程は整合部材の切断と共に研磨工程も同時に実施する請求項１または２記載の整合層の製造方法。
【請求項４】
切断装置に用いる刃物表面は、整合部材よりも高硬度材料の粒子から形成される請求項２または３記載の整合層の製造方法。
【請求項５】
切断装置に用いる刃物の両面に研磨機能を有する粒子を含有させた請求項４記載の整合層の製造方法。
【請求項６】
洗浄工程は、整合部材の切断部に流体を接触させて洗浄する請求項２記載の整合層の製造方法。
【請求項７】
洗浄工程に用いられる洗浄液体は、純水である請求項６記載の整合層の製造方法。
【請求項８】
天部と側壁部を有する筒状ケースと、前記天部の内壁面に固定された圧電体と前記天部の外壁面に接着層を介して配置された請求項１〜７のいずれか１項に記載の整合層とからなる超音波センサ。
【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層の製造方法およびそれを用いた超音波センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の整合層の製造方法は例えば、特許文献１に開示されている。これは、図４（ａ）に示すようにマイクロバルーン２０と樹脂２１の混合物からなる整合層部材と筒状部材２２からなる負荷ケースとが一体成形されている。そして、図４（ｂ）のように圧電素子の共振周波数の１／４波長に相当する厚みにカットする。そして、以上のように作成した整合層２３を用いて、図４（ｃ）に示すように、整合層２３を圧電振動子２４に載置して、超音波振動子を形成している。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−１０１８８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の製造方法を用いた整合層は、整合層部材と筒状部材からなる負荷ケースを一体成形してそれを共振周波数の１／４波長に相当する厚みにカットするのであるが、カットするだけでは所定の整合層の厚みに切断することは困難であった。また、整合層をカットした後、整合層の厚みを制御するために、整合層表面を研磨する工程が必要になる。さらに研磨加工した整合層に圧電素子を接着する際に、整合層表面にカット時の残留物が付着するために、圧電素子２４と整合層２３が接着層界面で均一に接着されない。
【０００５】
このように上記従来の整合層の製造方法では、整合部材から切削後、表面を研磨するので整合層表面には研磨の際に生ずる研磨残留物ごみが付着する。切削後、整合層２３の表面は中空球体の割れによる微小な凹状を形成した多孔性を有し、その凹部や凹部以外の樹脂表面に研磨残留物ごみが付着している。研磨残留物は、整合層を構成している熱硬化性樹脂や、中空球体の破片などの単体あるいはそれらの複合物であるが、これらの研磨残留物が整合層表面に付着している状態で整合層の表面に接着剤を塗布あるいは印刷後、ケースの天部や圧電素子に整合層を固定した場合、接着強度が十分得られないという課題があった。
【０００６】
一方、整合層表面の研磨残留物を除去するために、整合層を溶剤あるいは純水等に浸漬して超音波洗浄する方法があるが、これらの方法では、整合層４同士の表面が密着している面では、超音波洗浄をしても研磨残留物が除去できないため整合層４表面の研磨残留物を一度に大量に処理することができない。整合層４同士の表面を密着させないようにするためには整合層を一枚づつ開放状態で設置する治具を作成する必要があるので、作業工程が増えさらに作業内容が煩雑になる。また使用する溶剤によっては、整合層の構成材料である熱硬化性樹脂表面を膨潤させてしまう恐れがあったり、さらに、送風による整合層表面の研磨残留物は完全に除去できない等々の課題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので整合層表面の研磨工程を不要とし、且つケース天部と整合層表面の密着性を向上させる整合層の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、本発明の整合層の製造方法は、整合部材を切断工程で所定の厚みすなわち共振周波数の１／４波長に相当する厚みに制御するもので、整合層の研磨による厚み調整のための後加工工程が必要なくなる。さらに整合層は整合部材の切断工程と切断時に洗浄工程を実施するものであり、そのため整合層表面に整合層構成材料からなる付着物が残存しない。したがって、整合層表面の研磨残留物による整合層表面の微小凹凸部分がないために、整合層表面均一にケース天部外壁面に接着される。したがって本発明の整合層は、整合層表面とケース天部外壁表面の密着性が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、振動手段の振動を効率的に気体中に伝搬する整合層は、中空球体と前記中空球体を包囲する結合材料からなる整合部材を切削工程のみで所定の厚みにするものであり、従来の整合部材を切断後、所定の厚みに研磨する工程が不要となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、整合部材を固定する固定治具を切断装置に設置して前記整合部材を切断する切断工程と、切断時に前記整合部材の残留物が前記整合層表面上に付着しない洗浄工程を実施するものであり、研磨時に発生する研磨残留物が付着しない整合層を提供することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、切断工程は整合部材の切断と共に研磨工程も同時に実施するものであり、整合部材の切断の後、後加工にて整合層表面を研磨する工程を省略することができるので、工程を簡略化することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、切断装置に用いる刃物表面は、整合部材よりも高硬度材料の粒子が形成されているものであり、整合部材を切断する表面は、勾配がなく高い平面度を維持しながら整合部材を切断することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、切断装置に用いる刃物の両面に研磨機能を有する粒子を設けたものであり、整合部材を切断した整合層の切断表面と裏面の両面の平面度に差が生じない。
【００１４】
請求項６記載の発明は、洗浄工程は、整合部材の切断部に流体を接触させて洗浄するものであり、整合部材の切断時に発生する切りくずが流体により整合層表面から除去されるために切削後の整合層表面に付着することがない。
【００１５】
請求項７記載の発明は、洗浄工程に用いられる洗浄液体は、純水であるものであり、整合部材を切断時に発生する切りくずの除去と同時に、切断時に発生する切断装置の刃物と整合部材の摩擦熱により、整合層の切断部分の物性変化を生じないようにすることができる。
【００１６】
請求項８記載の発明は、天部と側壁部を有する筒状ケースと前記天部の内壁面に固定された圧電体と前記天部外壁面に接着層を介して設置された請求項１から７の少なくとも１項記載の整合層と前記側壁部の外壁部に設けた支持部とからなるものであり、付着物のない整合層を用いるため整合層表面とケース天部表面との密着性が向上し、圧電体からの振動がケースを介して効率よく整合層に伝播させることができる超音波センサを提供することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本説明の実施例について図表を用いて説明する。
【００１８】
（実施例１）
以下、本発明の実施例について、図１から図３を参照しながら説明する。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施例１における整合部材の固定治具および切断工程の概略図である。
【００２０】
図１（ａ）に示す１は整合部材である。整合部材１は中空球体と熱硬化性樹脂の混合体である。ここで中空球体は中空構造を有する中空ガラスである。中空ガラスは、１０から１００ｕｍの粒径を有し平均粒径は約６０ｕｍである。この中空ガラスと結合材料であるエポキシ樹脂を混合させて円柱状の整合部材１を作成した。この整合部材１は固定治具２を用いて固定する。固定治具２のスライド部３をスライドすることにより整合部材１を固定する。この整合部材１を固定した固定治具２を切断装置に設置して整合部材１を切断する。固定治具２は、整合部材１を固定する櫛歯状の支持部４を有する。固定治具２、スライド部３と支持部４の材質は、ステンレス材料を用いた。
【００２１】
図１（ｂ）に整合部材１を挟む櫛歯状の支持部４の側面図を示す。支持部４が整合部材１の外周形状に沿って固定するために、挟持することにより整合部材１側面を損傷させることはない。ここでは、整合部材１の断面に円形状を用いたが、固定治具２で固定できる形状であればその形状は問わないことはもちろんである。固定治具２の支持部４間に切断装置の歯が移動することにより整合部材１を切断する。この支持部４の櫛歯の厚みを調整することにより整合部材１を切断装置で切断してできる整合層の厚みを制御する。また、固定治具２はこの支持部４を有することにより整合部材１を切断装置で切断後も切断した整合層が飛び散らないように固定することができる。これにより切断した整合層を傷つけることなく固定治具内で保持することができる。
【００２２】
図１（ｃ）に切断装置による整合部材の切断工程を示す。固定治具２に固定された整合部材１は、切断装置の回転歯５により所定の厚み、すなわち圧電体の共振周波数の１／４波長に相当する厚みに切断されるとともに整合部材１の切断表面を研磨する。ここでの切断装置の回転歯５（ブレード）の少なくとも整合部材１の切断厚みより大きい最外周面の両面には、ダイヤモンド粒を固着した歯を使用した。この回転歯５にダイヤモンド粒を固着したのは、この仕様の回転歯５がシリコンウエハーを切り出すことも可能な高硬度を有しているからである。整合部材１の硬度よりも低い硬度の回転歯で整合部材１を切断すると、整合部材１の断面が傾きを持って切断されてしまうため所定の厚みを有する整合層を取り出すことができない。整合部材１より高硬度を有する材料であれば、ダイヤモンド粒に限るものではない。また、この回転歯５の両面にダイヤモンド粒を固着しているため回転歯両面の切断速度が一定であるので、回転歯５が曲がって整合部材１を切断することはない。
【００２３】
また、整合部材１を切断時に純水を流水として少なくとも切断表面を覆うように研磨水を回転歯５に放出する。これにより、切断中の整合部材１表面を洗浄するために、整合層の切断表面に付着する切断時の残留物を除去することができる。さらに、整合層の接着表面に均一に接着層を形成することができる。なお、本実施例では、切断装置に会社名ディスコのダイシング装置である品番ＤＡＤ３２１を用い、回転歯（ブレード）には切断円周部にはダイヤモンド粒が接着されている回転歯を用いた。
【００２４】
しかし、かかる課題を解決するための手段として目的が達成されるならば、上記装置に限定されるものではない。また、固定治具２については、櫛歯状の支持部４を有する治具を記載したが、切断装置の回転歯５の移動が非常に精密で整合層の厚みに対応した移動が可能であり且つ切断中に整合部材１を動かせずに固定できれば、図２（ａ）に示すような整合部材１の外周囲をエレクトロンワックス６で固定する固定治具７でも差し支えない。ここでは、固定治具７に熱硬化したエポキシ樹脂材を用いた。図２（ｂ）に示すように、固定治具７は整合部材１断面全体を切断するために、プラスチック材料等の整合部材１よりも回転歯５の切断負担の軽い材質が好ましい。
【００２５】
本発明で圧電体の共振周波数の１／４波長に相当する所定の厚みに制御して作成した整合層表面状態と、従来の研磨により同様の厚みに制御した整合層表面状態をそれぞれ電子顕微鏡写真で比較した。従来方法で作成した整合層表面は、凹型の中空ガラス表面に研磨残留物が付着した状態で出来上がっている。それに対し、本発明で作成した整合層表面の方は、整合部材から発生する切断持の残留物がエポキシ樹脂表面および表面中空ガラス内にも付着せず、きれいに除去されていることが判明した。このことから、本発明で切断した整合層表面は、整合部材の切断時に発生する整合部材の構成材料に起因する残留物が付着することがない。そのため、この整合層表面に接着剤を塗布あるいは印刷により、超音波振動子の構成材料表面均一に接着することができ整合層の接着強度を向上させることができる。
【００２６】
（実施例２）
図３（ａ）は、本発明の実施例２における超音波センサの断面図である。８は超音波センサ、９はケース、１０はケース９の天部、１１は、天部１０に固定された本発明の製造方法で作成された整合層である。１２はケース９の天部１０の内壁面に配置された圧電体であり、１３はケース９を固定するための支持部である。１４は導電体、１５は支持部１３に固定された端子板、１６ａ、１６ｂは端子板１５に固定された端子、１７は端子１６ａと端子１６ｂを絶縁するための絶縁部である。１８は圧電体１３に設けられた溝である。端子１６ａ、１６ｂから導電体１４を介して、圧電体１１に電圧が加わると、圧電体１２は圧電現象により振動する。
【００２７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の特にケース９の天部１０と天部１０に固定された整合層１１の拡大図である。１９はケース９の天部１０と整合層１１を接着固定するためのエポキシ系接着剤である。図３（ａ）の圧電体は、約５００ＫＨｚで振動し、その振動はケース９に伝わり、さらに図３（ｂ）に示すエポキシ系接着剤１９を介して整合層１１に伝わる。整合層１１の振動が気体に音波として伝搬する。従来の研磨による製造方法で作成した整合層を同様にケース９に接着させると、整合層１１表面に研磨残留物が付着しているため、整合層表面とケース９の天部１０表面間にエポキシ接着層の不均一層部分が生じる。このため、整合層とケースの密着性が低下し、圧電体からの振動をケースから整合層に効率的に伝搬させることができなくなり、超音波センサの特性を低下させる原因になる。
【００２８】
一方、本発明超音波センサ８の整合層１１の表面には整合部材の切断時に発生する残留物が付着していないために、整合層１１表面にエポキシ接着剤１９を印刷して、ケース９の天部１０の表面に圧着固定して加熱硬化させると整合層１１表面と天部１０表面間にエポキシ接着層１９が均一に形成される。そのために、整合層１１間とケース９の密着力が安定的に向上する。そして圧電体１２の振動がケース９を介して整合層１２に効率的に伝搬させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の本発明によれば、整合部材から所定の厚みすなわち圧電体の共振周波数の１／４波長に相当する厚みを有する整合層は整合層表面を研磨することなく切断工程で提供されるので、厚みを調整する研磨工程が省略できる。
【００３０】
請求項２及び３記載の本発明によれば、切断工程と研磨工程および洗浄工程を１つの工程で同時に進行できるので工程が簡略化できる。さらに切断された整合層の表面には、研磨残留物が付着していないために整合層の接着による密着性を向上できる。
【００３１】
請求項４及び５記載の本発明によれば、整合層表面は勾配なく整合層両面の平面度に差が生じないので厚み精度の高い整合層を提供することができる。
【００３２】
請求項６及び７記載の本発明によれば、整合層の表面は研磨残留物の付着がなく整合層表面の材質の変化がないので、圧電体のからの振動を効率的に受けることができさらに整合層から気体へ振動を低減させることなく伝搬させることができる。
【００３３】
請求項８記載の本発明によれば、請求項１から７記載の整合層を用いるので、効率的に超音波発振および受信が可能な超音波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の整合層の製造方法における整合部材の固定治具を示す平面図
（ｂ）同方法における櫛歯状の支持部を示す側面図
（ｃ）同方法における整合部材の切断工程を示す側面図
【図２】（ａ）同方法における整合部材の別の固定方法を示す斜視図
（ｂ）同方法における本発明の別の整合部材の切断工程を示す側面図
【図３】（ａ）本発明の実施例２における超音波センサを示す断面図
（ｂ）同センサの整合層とケース天部の接着状態を示す部分断面図
【図４】（ａ）従来の整合層部材と筒状部材の一体成型を示す断面図
（ｂ）カット後の整合層を示す断面図
（ｃ）整合層と圧電素子を接着した状態を示す断面図
【符号の説明】
１　整合部材
２　固定治具
３　スライド部
４　支持部
５　回転歯
８　超音波センサ
９　ケース
１０　天部
１１　整合層
１２　圧電素子
１９　エポキシ樹脂層
２０　ガラスバルーン
２１　樹脂
２２　負荷ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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