(57)【要約】【課題】所望の音響インピーダンス分布を有する音響整合部材を得る。【解決手段】超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材１を、複数個の空孔部２がレーザにより所定のパターンで形成された複数枚の樹脂板３を積層してなる構成とする。空孔部２が形成された樹脂板３を積層したものであるため、音響整合部材１の密度は小さく、低い音響インピーダンスを実現できる。任意の位置に空孔部２が形成された樹脂板３を任意の順序で積層して構成できるため、音響整合部材１全体として、樹脂板３の積層方向およびそれと交わる方向に任意の空孔分布を実現でき、所望の音響インピーダンス分布を持たせることができる。空孔部２はレーザにより形成されるので、加工精度の高いものとなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材であって、複数個の空孔がレーザにより所定のパターンで形成された複数枚の樹脂板を積層してなる音響整合部材。
【請求項２】
超音波放出面側の空孔率が大きくなるように複数枚の樹脂板が加工され、積層された請求項１記載の音響整合部材。
【請求項３】
樹脂板が、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、またはガラス繊維補強されたエポキシ樹脂である請求項１または請求項２のいずれかに記載の音響整合部材。
【請求項４】
超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材の製造方法であって、複数枚の樹脂板のそれぞれに複数個の空孔を所定のパターンで形成する空孔形成工程と、前記複数枚の樹脂板に接着剤を塗布する塗布工程と、前記複数枚の樹脂板を積層する積層工程と、前記接着剤を硬化させる硬化工程と、前記積層された樹脂板を接着剤の硬化後に所定の形状に切断する切断工程とをこの順に行なう音響整合部材の製造方法。
【請求項５】
少なくとも２枚の樹脂板のそれぞれに複数個の空孔を互いに異なる空孔率で形成し、これら樹脂板を超音波放出面側の空孔率が大きくなるように積層する請求項４記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項６】
樹脂板が、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、またはガラス繊維補強されたエポキシ樹脂である請求項４または請求項５のいずれかに記載の音響整合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用する流量計測装置や距離計測装置などに使用される超音波送受波器に装着され、超音波受発信手段と流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波を利用して気体や液体などの流体の流量を測定する流量計測装置や物体との距離を測定する距離計測装置などに、超音波送受波器が使用されている。
【０００３】
図４に示すように、超音波送受波器１００は、音響整合部材１０１と圧電素子１０２とをケース１０３に配して構成されるものであり、音響整合部材１０１は、超音波を効率的に流体や圧電素子１０２に伝播させるためのものであるため、音響インピーダンスが低いことが求められる。
【０００４】
物体の音響インピーダンスは（密度×音速）で求められる。空気中の音響インピーダンスは約４２８ｋｇ／ｍ２ｓ、超音波を発生する圧電振動子の音響インピーダンスは約３０×１０６ｋｇ／ｍ２ｓである。したがって圧電振動子から空気中へ超音波を放射する場合には、両者の音響インピーダンスの差異による音の反射が発生し、音の放射効率が低下する。これを改善するために用いられるのが音響整合部材であり、低い音響インピーダンスを実現するために、密度が小さく、かつ、音速が遅い材料で構成することが要求される。
【０００５】
このため、図示した音響整合部材１０１は、低密度化のために樹脂材１０４にマイクロバルーン（ガラス製中空球体）１０５を混合して構成されている。さらに低密度を実現するために、遠心分離を行って密度の小さい部分、すなわちマイクロバルーンの含有率の高い部分を使用することも提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図５に示すように、他の音響整合部材１０６として、波形状の立体構造部分を有した板状構造体１０７を集合することで、空間を形成し、音響インピーダンスを低下させる構成も提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−１０３９９４号公報（第１頁）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−３４６２９６号公報（第１頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されたような、マイクロバルーン１０５を樹脂材１０４に混合した音響整合部材１０１では、樹脂材１０４の粘性やマイクロバルーン１０５の粒度分布の影響によって、音響インピーダンスが不均一になるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載されたような、板状構造体１０７の集合体たる音響整合部材１０６では、波形状の立体構造部分どうしを位置合わせし、その微小な接触点で接合するのが容易でないという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するもので、所望の音響インピーダンス分布を有する音響整合部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材を、複数個の空孔がレーザにより所定のパターンで形成された複数枚の樹脂板を積層してなる構成とした。
【００１３】
これによれば、空孔が形成された樹脂板を積層したものであるため、音響整合部材の密度は小さく、低い音響インピーダンスを実現できる。また、任意の位置に空孔が形成された樹脂板を任意の順序で積層して構成できるため、音響整合部材全体として、樹脂板の積層方向およびそれと交わる方向に任意の空孔分布を実現でき、任意の音響インピーダンス分布を持たせることができる。空孔は貫通孔であってもよいし、非貫通孔（すなわち凹部）であってもよい。空孔はレーザにより形成されるので、加工精度の高いものとなる。
【００１４】
好ましくは、超音波放出面側の空孔率が大きくなるように複数枚の樹脂板が加工され、積層されたものとする。これによれば、超音波放出面側で音響インピーダンスが低くなり、流体との整合性が向上する。
【００１５】
また好ましくは、樹脂板として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、またはガラス繊維補強されたエポキシ樹脂を用いる。これらの樹脂であれば、レーザ加工の際の熱影響が特に少ない。
【００１６】
また本発明は、超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材を製造する際に、複数枚の樹脂板のそれぞれにレーザを用いて複数個の空孔を所定のパターンで形成する空孔形成工程と、前記複数枚の樹脂板に接着剤を塗布する塗布工程と、前記複数枚の樹脂板を積層する積層工程と、前記接着剤を硬化させる硬化工程と、前記積層された樹脂板を接着剤の硬化後に所定の形状に切断する切断工程とをこの順に行なうようにした。これによれば、任意の音響インピーダンス分布を持った音響整合部材を均質に製造できる。
【００１７】
好ましくは、少なくとも２枚の樹脂板のそれぞれに複数個の空孔を互いに異なる空孔率で形成し、これら樹脂板を超音波放出面側の空孔率が大きくなるように積層する。これにより、超音波放出面側で音響インピーダンスを低くし、流体との整合性を向上させることができる。
【００１８】
また好ましくは、樹脂板として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、またはガラス繊維補強されたエポキシ樹脂を使用する。これらの樹脂であれば、レーザ加工の際の熱影響が特に少ない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態における音響整合部材の断面図である。この音響整合部材は、超音波受発信手段と超音波通過流体との音響インピーダンスの整合をとるもので、先に図４を用いて説明した従来のものと同様に使用される。
【００２０】
図１に示すように、音響整合部材１には、複数の空孔部２が形成されている。詳細には、音響整合部材１は、図２に示すような、複数の空孔部２がレーザにより所定のパターンで形成されたポリイミド樹脂製の樹脂板３を、複数枚、積層して構成されている。空孔部２は、貫通孔２ａおよび非貫通孔（すなわち凹部）２ｂである。
【００２１】
音響整合部材１の製造にあたっては、積層することで所定の厚さ、例えば送受波される超音波の４分の１波長を実現するのに適切な厚さ、となる複数枚の樹脂板３を準備する。
【００２２】
そして、これら複数枚の樹脂板３のそれぞれに、レーザを照射し、炭化部分を除去することにより、複数の空孔部２を形成する。
次いで、これらの樹脂板３を、互いに上下に対向配置される対向面に熱硬化性樹脂製接着剤４を転写したうえで、積層する。
【００２３】
次いで、積層した樹脂板３を熱処理して接着剤４を硬化させた後、所定の形状に切断して音響整合部材１とする。
かかる構成の音響整合部材１は、積層する樹脂板３毎に空孔率を変化させることができるため、積層方向の空孔率を任意に設定でき、たとえば超音波放出面側（図１，図２では上部）の空孔率を大きくすることで、超音波の送受波に好適な音響インピーダンス分布を得ることができる。
【００２４】
また音響整合部材１は、各樹脂板３内で任意の位置に空孔部２を形成できるため、各樹脂板３に沿う方向の空孔率を任意に設定でき、前記方向に任意の音響インピーダンス分布を持たせることができる。
【００２５】
よって、音響整合部材１における超音波の空間分布を任意に調整できる。
なお、空孔部２は、低密度化のためには図３に示すようにほぼ最密に形成されることが望ましく、たとえば空間的に均質化されたＹＡＧ第３高調波を用いて、直径５０〜５５μｍ程度、間隔６０μｍとなるように形成される。しかし当然ながら、空孔部２の面積割合は所望の音響インピーダンスに応じて決定され、空孔部２の形状および配置も所望の音響インピーダンスの空間分布に応じて任意に選択される。
【００２６】
樹脂板３の厚さは、樹脂板３中を伝播する超音波の波長に相応して十分に薄いことが望ましく、たとえば圧電素子の振動数が５００ｋＨｚの場合には樹脂板３中での超音波の波長は４ｍｍ程度となるので、厚さ４０〜１００μｍ程度の樹脂板３を好適に使用できる。
【００２７】
樹脂板３どうしを接合する接着剤４の厚みは十分に薄いことが望ましく、５〜２５μｍ程度が好ましい。
加工用のレーザとしては、たとえばＮｄ：ＹＡＧ第３高調波を用いることができるが、樹脂板３を熱影響少なく加工できるレーザであればよく、Ｎｄ：ＹＡＧ第４高調波やエキシマレーザ等を用いてもよい。
【００２８】
同様に、樹脂板３も熱影響少なくレーザ加工できるものであればよく、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ガラス繊維補強されたエポキシ樹脂などを使用できる。なかでもガラス繊維強化されたエポキシ樹脂を用いることで、ピーク出力を上げたＣＯ２レーザでの精密加工が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の空孔を形成した樹脂板を積層することで、所望の音響インピーダンス分布を持つ音響整合部材を均質に、かつ容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における音響整合部材の断面図
【図２】図１の音響整合部材を構成する樹脂板の断面図
【図３】図１の音響整合部材を構成する樹脂板の平面図
【図４】従来の音響整合部材を配した超音波送受波器の断面図
【図５】従来の他の音響整合部材の斜視図
【符号の説明】
１  音響整合部材
２  空孔部
３  樹脂板
４  接着剤
【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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