(57)【要約】【課題】中空球体と結合材料の混合物からなる整合部材内の中空球体を偏在なく均一に充填させ、整合部材から作成される整合層の密度分布の均一性向上とそれを用いた超音波センサの感度向上を図る。【解決手段】整合部材作成治具２を載せた台座３を自然落下させる縦振動による加振と、横振動加振駆動装置１０による横振動を加える加振の組み合わせ加振により、整合部材作成治具に入れた中空球体間の摩擦係数以上に衝撃振動を加えて中空球体を充填することにより、密度ばらつきの小さい整合部材を作成する。また、この整合部材から作成される整合層を用いた超音波センサを提供する。【選択図】  図１
2005039326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材料により包囲されて混合物を形成する多数の中空球体を加振充填治具に入れ、前記加振充填治具を縦方向と横方向に振動させて前記多数の中空球体を充填してなる整合部材の製造方法。
【請求項２】
加振充填治具は、整合部材作成治具と前記整合部材作成治具を設置する台座と前記台座を駆動して前記整合部材作成治具に縦方向の振動を加える駆動装置と前記整合部材作成治具に横方向の振動を加える横振動加振駆動装置を有し、この加振充填治具を使用して多数の中空球体を前記加振充填治具に充填してなる請求項１記載の整合部材の製造方法。
【請求項３】
充填工程は、駆動装置により整合部材作成治具と台座を共に上下方向に移動させる第一充填工程と、横振動加振駆動装置により整合部材作成治具を横方向に振動させる第二充填工程の組み合わせで整合部材作成治具に中空球体を充填する請求項１または請求項２記載の整合部材の製造方法。
【請求項４】
第一充填工程は、整合部材作成治具を台座に設置し、駆動装置により前記整合部材作成治具と共に前記台座を上方向に移動させて固定し、中空球体を前記整合部材作成治具に入れた後、前記駆動装置により前記台座と前記整合部材を共に下方向に自由落下させて前記整合部材と台座に加速度を与えて中空球体を充填してなる請求項３記載の整合部材の製造方法。
【請求項５】
第二充填工程は、整合部材作成治具を横方向の振動により揺動を与えて中空球体を充填してなる請求項３記載の整合部材の製造方法。
【請求項６】
整合部材作成治具に充填した中空球体に吸引用治具により吸引した結合材料を混合させ、前記混合物を硬化用治具により硬化させてなる請求項２から５のいずれかに記載の整合部材の製造方法。
【請求項７】
第一充填工程において、駆動装置によりある高さから落下した台座と前記台座上の整合部材作成治具を、台座受け材により反動で振動が起こらないように受け止めてなる請求項２から５のいずれかに記載の整合部材の製造方法。
【請求項８】
硬化用治具に設けた貫通孔に、中空球体と結合材料の混合物を入れて成型してなる請求項６記載の整合部材の製造方法。
【請求項９】
結合材料は、熱硬化性樹脂化合物である請求項１から８のいずれかに記載の整合部材の製造方法。
【請求項１０】
中空球体はガラス組成を含む請求項１から８のいずれかに記載の整合部材の製造方法。
【請求項１１】
結合材料により包囲されて混合物を形成する多数の中空球体を加振充填治具に入れ、前記加振充填治具は前記中空球体の同士間で発生する摩擦抵抗以上の振動により前記中空球体を充填してなる整合部材の製造方法。
【請求項１２】
一端を閉塞部にしたケースと、前記ケースの前記閉塞部の内壁面に固定した圧電体と、前記ケースの前記閉塞部の外壁面に接着層を介して設置した整合層とを有し、前記整合層は請求項１から１０のいずれかに記載の整合部材の製造方法で作った整合部材を使用してなる超音波センサ。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれかに記載した整合部材の製造方法により整合部材を作る、整合部材作成治具と、前記整合部材作成治具を設置する台座と、前記台座を駆動して前記整合部材作成治具に縦方向の振動を加える駆動装置と、前記整合部材作成治具に横方向の振動を加える横振動加振駆動装置を有する加振充填治具を備え、さらに結合材料を吸引して前記整合部材作成治具内の中空球体に混合させる吸引用治具と、前記中空球体と前記結合材料の混合物を硬化させる硬化用治具とを設けてなる結合部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して気体や液体の流量測定、または流速測定をする超音波流量計で使用される整合層になる整合部材の製造方法と製造装置およびそれで作った整合部材の整合層を使用し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、図６（ａ）に示すように中空球体３５と樹脂３６の混合物からなる整合部材と筒状部材３７からなる負荷ケースが一体成形されている。そして、図６（ｂ）のように圧電体の共振周波数の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３８を用いて、図６（ｃ）に示すように、整合層３８を圧電振動子３９に載置して、超音波振動子の形成方法が公開されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、ガラスバルーンと樹脂の混合体による整合層については、圧電体からの発生する超音波の波長よりも小さい粒径の気泡を樹脂に混入する整合部材が示されているものもある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、この従来の製造方法を用いた整合部材は、筒状部材に中空球体を投入時に中空球体の外壁面同士が接触して摩擦が発生するため、中空球体同士が凝集してしまい、中空球体が整合部材治具内に均一に分散されて存在されないという問題があった。
【０００５】
これは、中空球体がガラス組成である場合、中空球体同士の摩擦係数が高いために、整合部材作成治具内に所定の一定量の中空球体を投入できないためである。そのため、図６（ｂ）のように筒状部材を所定の厚みにカットした整合層の群はそれぞれ１枚ごと中空球体と樹脂の比率が異なるために密度が不均一な整合部材が作成されてしまう問題があった。
【０００６】
また、超音波の波長よりも小さい粒径の気泡を樹脂に混入することは、非常に困難であり、混入する気泡の大きさを制御することができない。また樹脂中に気泡を混入することで作成された整合層の密度は作成数ごとに異なり、一定の音響インピーダンスを得ることができない。
【０００７】
【特許文献１】
特公平６−１０１８８０号公報（第６図）
【特許文献２】
特開平１１−２１５５９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、整合部材からなる整合層の密度のばらつきを低減する整合部材の製造方法と製造装置およびそれで作った整合部材の整合層を使用した超音波センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の整合部材の製造方法は、結合材料により包囲されて混合物を形成する多数の中空球体を加振充填治具に入れ、前記加振充填治具を縦方向と横方向に振動させて前記多数の中空球体を充填する方法なので、加振充填治具により上下方向と横方向の振動や揺動を与えられた中空球体はその表面の摩擦抵抗以上の加速度が加わることにより均一に配置することができる。従って、整合部材から所定の厚みで取り出される整合層は、どの部分でも密度が均一となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるので、以下には各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加えて、本発明における実施の形態の説明とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、結合材料により包囲されて混合物を形成する多数の中空球体を加振充填治具に入れ、前記加振充填治具を縦方向と横方向に振動させて前記多数の中空球体を充填する整合部材の製造方法なので、中空球体同士が凝集することなく、結合材料と混合されて整合部材内で中空球体が偏在することはないため、整合部材のどの部分でも密度均一な整合層を作成できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加振充填治具が、整合部材作成治具と前記整合部材作成治具を設置する台座と前記台座を駆動して前記整合部材作成治具に縦方向の振動を加える駆動装置と前記整合部材作成治具に横方向の振動を加える横振動加振駆動装置を有し、この加振充填治具を使用して多数の中空球体を前記加振充填治具に充填する整合部材の製造方法である。
【００１３】
前記製造方法によれば、整合層作成治具に縦方向振動と横方向振動を与えることができるので、中空球体全体に振動が加わり、中空球体をより高充填にすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の充填工程が、駆動装置により整合部材作成治具と台座を共に上下方向に移動させる第一充填工程と、整合部材作成治具を横方向に振動させる第二充填工程を組み合わせて前記整合部材作成治具に中空球体を充填する結合部材の製造方法で、中空球体に一方向だけでない振動を与えることができ、中空球体全周囲に摩擦係数抵抗以上に振動を加えることができ、整合部材作成治具内の中空球体が密に且つ均一に充填される。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の第一充填工程は、整合部材作成治具を台座に設置し、駆動装置により前記整合部材作成治具と共に前記台座を上方向に移動させて固定し、中空球体を前記整合部材作成治具に入れた後、前記駆動装置により前記台座と前記整合部材を共に下方向に自由落下させて前記整合部材と台座に加速度を与えて中空球体を充填する整合部材の製造方法で、整合部材が台座に衝突して、低密度である中空球体にも下方向へ加速度が最大となる衝撃加振を与えることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３記載の第二充填工程が、整合部材作成治具を横方向の振動により揺動を与えて中空球体を充填する整合部材の製造方法で、整合部材作成治具に横振動を加えることにより、縦方向の振動だけでは密に充填されない中空球体が横振動により、中空球体間の位置がずれるため密に充填でき、例えば後に縦振動を加えるとさらに中空球体を密に充填させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項２から５のいずれかに記載の整合部材作成治具に充填した中空球体に吸引用治具により吸引して結合材料を混合させ、前記混合物を硬化用治具により硬化させる整合部材の製造方法で、吸引用治具を取り外して、中空球体と結合材料の混合物が充填された硬化用治具をそのまま加熱させて結合材料を硬化させることができるので、整合部材の成型と硬化および取り出しが容易となる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項２から５のいずれかに記載の第一充填工程において、駆動装置によりある高さから落下した台座と前記台座上の整合部材作成治具を、台座受け材により反動で振動が起こらないように受け止める整合部材の製造方法で、台座受け材に例えば高分子材料を使用することで落下させた台座を台座受け材に当てて停止させた際に台座に加わる振動を一回で収束させ、充填した中空球体の状態を維持することができる。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の硬化用治具に設けた貫通孔に、中空球体と結合材料の混合物を入れて成型してなる整合部材の製造方法で、硬化用治具の貫通孔の面積を予め整合部材の面積に決めてあれば、例えば硬化作成した整合部材を必要な厚みに切削するのみで必要面積の整合層を得ることができる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の整合部材の製造方法における結合材料が、熱硬化性樹脂化合物であることにより、中空球体と結合材料を混合後加熱により樹脂が硬化するので、中空球体表面に密着して硬化されて整合部材を作成することができる。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の整合部材の製造方法における中空球体がガラス組成を含むので、中空状態を保持したまま結合材料との混合による整合部材を形成することができ、整合部材で形成した整合層の周囲温度の変化による中空球体の中空状態は保持され、整合層密度の安定化を図ることができる。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、結合材料により包囲されて混合物を形成する多数の中空球体を加振充填治具に入れ、前記加振充填治具は前記中空球体の同士間で発生する摩擦抵抗以上の振動により前記中空球体を充填してなる整合部材の製造方法で、中空球体同士が凝集することなく、結合材料と混合されて整合部材内で中空球体が偏在することはないため、整合部材のどの部分でも密度均一な整合層が作成できる。
【００２３】
請求項１２記載の発明は、一端を閉塞部にしたケースと、前記ケースの前記閉塞部の内壁面に固定した圧電体と、前記ケースの前記閉塞部の外壁面に接着層を介して設置した整合層とを有し、前記整合層は請求項１から１０のいずれかに記載の整合部材の製造方法で造った整合部材を使用してなる超音波センサで、ケースを介した圧電体からの振動を整合層が効率よく気体中に音波として伝搬させることができ、個々のセンサ間の特性ばらつきがない超音波センサを提供することができる。
【００２４】
請求項１３記載の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載した整合部材の製造方法により整合部材を作る、整合部材作成治具と、前記整合部材作成治具を設置する台座と、前記台座を駆動して前記整合部材作成治具に縦方向の振動を加える駆動装置と、前記整合部材作成治具に横方向の振動を加える横振動加振駆動装置を有する加振充填治具を備え、さらに結合材料を吸引して前記整合部材作成治具内の中空球体に混合させる吸引用治具と、前記中空球体と前記結合材料の混合物を硬化させる硬化用治具とを設けてなる結合部材の製造装置である。従って、この製造装置で作った整合部材はどの部分でも密度均一な整合層を作成できる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例に基づいて図面を用いて整合部材の製造方法と製造装置およびそれで作った整合部材の整合層を用いた超音波センサについて説明する。
【００２６】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における整合部材の製造装置で、特に中空球体の充填工程の概略図である。
【００２７】
図１（ａ）において、１は中空球体の加振充填治具である。２は整合部材作成治具で、３は整合部材作成治具２を載せる台座である。４は下方向に落下する台座３を受け止める台座受け材である。５は台座３を水平に落下させるためのガイド柱であるシャフトで、台座３の四隅に設けられている。６は台座受け材４とシャフト５を固定する固定台である。
【００２８】
また、７は台座止め治具で、この台座止め治具７の横方向への出し入れ制御により、台座３を一定の高さでの支持と落下を行うことができる。この台座止め治具７の出入制御は、可撓性チューブ９の中を流れる圧縮空気をスイッチ８の切り替えによって実施される。スイッチ８の切り替えにより台座３を支持している台座止め治具７が後退し、台座３と共に整合部材作成治具２とが落下し、台座受け材４に接触して停止する。このように加振充填治具１の設置面に対して整合部材作成治具２の縦方向振動のための駆動装置は、台座３、台座受け材４、シャフト５、固定台６、台座止め治具７、制御スイッチ８及びチューブ９から構成される。
【００２９】
図１（ｂ）に、整合部材作成治具２と共に整合部材作成治具２を固定設置した台座３を上から見た図を示す。図１（ｂ）に示すように整合部材作成治具２には、予め中空球体と結合材料の混合物を熱硬化させる硬化用治具１３が内包されている。この硬化用治具１３には、中空球体と結合材料の混合物を収納する貫通孔１４が設けられ、貫通孔１４は予め整合部材が設定している面積に成るように径を設定している。
【００３０】
また、加振充填治具１の接地面に対して横方向振動のための駆動装置は、横振動加振駆動装置１０の先端部分に取り付けた振動治具１１により整合部材作成治具２の壁面を揺動させる。この横振動加振のための駆動装置１０は、整合部材作成治具２が上昇し、台座止め治具７により台座３が支持されている時に、横振動加振駆動装置１０の回転装置により振動治具１１が整合部材作成治具２の壁面を叩いて揺動させる。
【００３１】
図１（ｃ）に横振動を加える横振動加振駆動装置１０とこの横振動加振駆動装置１０を固定設置した台座１２を上から見た図を示す。この台座１２は、台座３のように上下には移動せず、整合部材作成治具２の壁面を最適な横振動を加える高さ位置で固定されている。以上のように、この中空球体の加振充填治具１は、整合部材作成治具２を縦と横の振動を組み合わせて加振させることができる。
【００３２】
図２において、整合部材の作成方法を示す。充填工程において、加振充填治具１に充填されている中空球体１５は、ガラス中空体である。ガラス中空体１５はそれぞれ１０〜１００μｍの粒径を有し、平均粒径は約６０μｍである。ガラス中空体は、他の充填剤と比較して比重が軽く、耐熱性、耐圧性、耐衝撃性を有し、充填材として使用したときの充填物の寸法安定性、成型性などの物性を改良できる。使用したガラスの組成はホウケイ酸系ガラスである。このガラス中空体は、酸化珪素、硼酸、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム等の原料を１０００℃以上の高温で溶融して硫黄分を多含するガラスを形成し、このガラスを粉砕後、このガラス微粉末を火炎中に分散、滞留させることにより、硫黄分を発泡剤成分として発泡させて作成している。
【００３３】
また、このガラス中空体１５は、図１で示した加振充填治具１を用いて整合部材作成治具２内に内包した硬化用治具１０の貫通孔１４に充填される。このとき、ガラス中空体１５は整合部材作成治具２内の硬化用治具１３の貫通孔１４に少量づつ投入したあと、一定高さから台座３を落下させ、台座受け材４面に当たる際の衝撃により整合部材作成治具２に縦方向の振動を与え、硬化用治具１３内にガラス中空体１５を充填していく。
【００３４】
このように整合部材作成治具２に第一充填工程である縦振動を加えた後、第二充填工程である横振動を加えるために一定高さに台座３と整合部材作成治具２を台座止め治具７で支持し、横振動加振駆動装置１０により振動治具１１を回して整合部材作成治具２の壁面を叩くことにより硬化用治具１３内の貫通孔１４のガラス中空体１５を振動させる。
【００３５】
以上の充填工程を数回〜数十回繰り返しながら、硬化用治具１３の貫通孔１４内の体積をガラス中空体１５で満たしていく。そして、ガラス中空体１５は硬化用治具１３の貫通孔１４内に投入されるガラス中空体１５間の空隙を埋めるような状態で硬化用治具１３の貫通孔１４内に収まっていく。これは、ガラス中空体１５の外部壁面が表面改質材の被覆層を形成しているので、ガラス中空体１５の流動性が高いために、ガラス中空体１５間の壁面が接触しても滞留することなくガラス中空体１５が動いて貫通孔１４内で最密充填状態になるためである。そのため、ガラス中空体１５同士間では、最小の空隙しか存在していない。
【００３６】
このようにガラス中空体１５を充填した硬化用治具１３は、貫通孔１４の上下にフィルター１６を設置した後、整合部材作成治具２内に入れたままの硬化用治具１３の貫通孔１４内に混合工程である結合材料を含浸させる。ここで、結合材料として熱硬化性樹脂化合物であるエポキシ樹脂を用いた。硬化後の樹脂の形状変化が小さく、長期安定性に優れているためであり、何より、ガラス中空体１５表面との親和性が高いため、ガラス中空体１５と結合力が安定的に向上する。
【００３７】
使用したエポキシ樹脂は、２液硬化型のエポキシ樹脂である。主剤はビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂であり、硬化剤は、テトラヒドロメチル無水フタル酸である。主剤と硬化剤を最適混合比率で混合してエポキシ樹脂として用いた。しかし、ここでは特に２液硬化型のエポキシ樹脂にこだわるものではなく、目的が達せられれば１液硬化型のエポキシ樹脂を用いても差し支えない。
【００３８】
エポキシ樹脂１７を含浸させるためにエポキシ樹脂１７を吸引するための吸引口１８を設けた吸引用治具１９を設置する。硬化用治具１３の貫通孔１４にガラス中空体１５を満たした整合部材作成治具２をエポキシ樹脂１７で満たした容器２０内に設置する。フィルター１６において、貫通孔１４の下側に設けたフィルター１６は、貫通孔１４内のガラス中空体１５が漏れないためであり、貫通孔１４の上側に設けたフィルター１６は、エポキシ樹脂１７を吸引したとき、貫通孔１４内のガラス中空体１５をエポキシ樹脂１７と一緒に吸引しないためである。ここでは、フィルター１６に濾紙を用いた。なお、先に述べたフィルター１６の目的を達成していれば材質にはこだわらない。
【００３９】
そして、図１に示すように吸引用治具１９の吸引口１８から真空ポンプ２１により容器２０内のエポキシ樹脂１７を吸引する。整合部材作成治具２内の硬化用治具１３のガラス中空体１５で満たされた貫通孔１４にエポキシ樹脂１７を含浸させる。真空ポンプ２１による整合部材作成治具２内の硬化用治具１３を低圧雰囲気下にすることにより、ガラス中空体１５間に存在した空隙の気泡が抜け去り、代わってエポキシ樹脂１７がその間を埋めていく。これにより、硬化用治具１３の貫通孔１４内のガラス中空体１５同士の密着性が向上し、ガラス中空体１５周囲にエポキシ樹脂が塗布される。
【００４０】
なお、エポキシ樹脂１７を吸引する時には、エポキシ樹脂１７が硬化しない温度で、且つエポキシ樹脂１７の粘度が低くなる温度で吸引する方が、樹脂の流動性が高くなるので貫通孔１４内にエポキシ樹脂を含浸しやすくなる。使用したエポキシ樹脂１７の硬化条件は８０℃×２ｈ後、１５０℃×２ｈ放置であるので、エポキシ樹脂１７のゲル化温度より低い温度の６０℃中で吸引した。
【００４１】
このようにガラス中空体１５が充填された硬化用治具１３の貫通孔１４内にエポキシ樹脂１７を含浸させた後、吸引用治具１９を整合部材作成治具２から取り外す。そして、整合部材作成治具２から、硬化用治具１３の貫通孔１４内に存在するガラス中空体１５とエポキシ樹脂１７の混合体である混合物を硬化用治具１３と共に加熱硬化工程で加熱硬化させる。この硬化した混合物を室温にまで冷却し、棒状治具等を用いて加熱治具である硬化用治具１３より取り出し工程において取り出し、以上説明した本発明の製造方法とその方法を実施する装置で作った整合部材２３を得る。
【００４２】
なお、図２に示す硬化用治具１３の貫通孔１４は１個しか存在しないが、図３に示すようにエポキシ樹脂の硬化用治具１３に多数個の貫通孔１４を設けておけば、一度に多数個の整合部材２３を作り出すことができる。
【００４３】
以上のように成型した整合部材は側壁が結合材料により被覆されているので、整合層の径に合致した貫通孔１４を設けておけば、新たに整合部材２３の側壁表面に高分子材料を塗布する必要がない。
【００４４】
この整合部材２３を、ダイシング装置などにより加工成型工程において所定厚みに切断する。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して整合層２４を得る。整合部材２３を切断する工程では、切断後の整合層２４の接着表面に切断時に発生する研削ゴミが付着しないようにしなければならない。
【００４５】
この研削ゴミは、エポキシ樹脂硬化物やガラス中空体の微少割れなどの単体あるいは混合物である。これらのゴミが付着している状態では整合層表面に平滑な高分子材料の被覆層が形成できないので、ゴミが付着した場合は取り除かなくてはならない。この加工成型工程には、ダイシング装置により整合部材２３を切断して整合層２４を得た。ダイシング時に切断表面に研削水を流すため、切断時に発生する研削ゴミが切断整合層表面から流され付着することはない。
【００４６】
この整合層２４表面に高分子材料を印刷して熱硬化させて整合層２４表面に被覆層を形成する。ここで高分子材料には、結合材料に用いた同様のエポキシ樹脂材料を用いた。整合部材２３の側面には整合部材の構成材料である結合材料としてエポキシ樹脂が被覆されているため、整合層２４表面に同等のエポキシ樹脂層を形成しても整合層側壁面となじみやすい。
【００４７】
以上のように、本発明による製造方法とその方法を実施する装置で作った整合部材について、１本の整合部材から一定の厚みで切断して作成した整合層２０枚の密度分布を測定した。その結果を図４に示す。本発明に用いた駆動装置の台座高さは台座受け材４から７０ｍｍの高さから台座３と共に整合部材作成治具２を落下させて、ガラス中空体１５を硬化用治具１３の貫通孔１４に充填した。そのときの最大加速度は、約２０Ｇであった。このときの台座受け材４の材質はＡＢＳ樹脂であった。
【００４８】
また、横振動を加えたときの加速度は約８Ｇであった。これ以上の横振動を直接加えると整合部材作成治具２壁面が変形してしまう。また、この台座受け材４を金属材料にすると、台座受け材に台座が落下して接触したあと、反動で数回、台座受け材４に繰り返して衝突し、台座３の振動を直ぐにとめることができない。そのため貫通孔１４内で一度最密充填したガラス中空体の充填状態がずれてしまうことになる。そのため、一定高さから台座を落下させて台座受け材表面に当たると同時に台座の振動を吸収する高分子材料が適している。
【００４９】
一方、本発明の整合部材との比較のために、ガラス中空体を真空ポンプにより硬化用治具の貫通孔に充填した時の圧力は、約０．０９７Ｍｐａであった。このようにして、充填したガラス中空体にエポキシ樹脂を含浸させた後、熱硬化させて整合部材を作成した。熱硬化条件は、どちらとも８０℃×２ｈ後、１５０℃×２ｈに加熱する２段階焼成である。その整合部材をダイシング装置により、一枚１．１６±０．０１（ｍｍ）の厚みに切断して、整合層を得た。図４のグラフのＮｏは整合部材上部から順番に取りだした時の順番である。図４から、本発明の整合層の密度分布は平均約０．５１０（ｇ／ｃｍ３）で、３σは０．０１１である。
【００５０】
一方の真空ポンプ吸引によりガラス中空体を充填して作成した整合層の平均密度は、約０．５３４（ｇ／ｃｍ３）で３σは０．０２８である。このことから、本発明で作成した整合層の密度分布は一定であり、整合部材から作成される整合層は均一密度の整合層を得ることができる。これは、貫通孔内に充填される中空球体は、その表面の摩擦抵抗以上の加速度が加わることにより、硬化用治具の貫通孔内で均一に配置することができるためである。このように、本発明の整合層は、中空球体同士が凝集することなく、結合材料と混合されて整合部材内で中空球体が偏在することはないため、整合部材のどの部分でも密度均一な整合層が作成できる。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、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において、中空球体同士が凝集することなく、結合材料と混合されて整合部材内で中空球体が偏在することはないため、整合部材のどの部分でも密度均一な整合層が作成できる。
【００５２】
また本実施例によれば、加振充填治具が整合部材作成治具と整合部材作成治具を固定する台座と前記台座が上下方向に移動させるための駆動装置と前記台座の移動を停止させる台座受け材を有することにより、整合部材作成治具と一体の台座を所定高さから下方向に台座受け材に向かって落下移動させることができる。また、整合部材作成治具に横振動を加える駆動装置により、中空球体に衝撃振動と横振動の組み合わせ振動を加えて充填することができるため、中空球体同士間で発生する摩擦抵抗以上の振動を加えることができるので、整合部材作成治具内の中空球体が密に且つ均一に充填される。
【００５３】
また本実施例によれば、整合部材作成治具が結合材料を吸引し中空球体と混合させるための吸引用治具と、前記中空球体と前記結合材料の混合物を硬化させるための硬化用治具からなるので、吸引用治具を取り外して、中空球体と結合材料が充填された硬化用治具をそのまま加熱させて結合材料を硬化させることができるので、整合部材の成型と硬化及び取り出しが容易となる。
【００５４】
また本実施例によれば、台座受け材が高分子材料からなるので、落下させた台座を台座受け材に当てて停止させた際に台座に加わる振動を一回で収束させることができるので、充填した中空球体の状態にずれを生じさせることなくできる。
【００５５】
また本実施例によれば、硬化用治具が中空球体と結合材料の混合物を成型するための貫通孔を有することにより、予め整合部材の面積に前記貫通孔を決めてあれば、硬化作成した整合部材を必要な厚みに切削するのみで必要面積の整合層を得ることができる。
【００５６】
また本実施例によれば、結合材料は熱硬化性樹脂化合物であることにより、中空球体と結合材料を混合後加熱により樹脂が硬化するので、中空球体表面に密着して硬化されて整合部材を作成することができる。
【００５７】
また本実施例によれば、中空球体がガラス組成を含むので、中空状態を保持したまま結合材料との混合による整合部材を形成することができ、整合層の周囲温度が変化による中空球体の中空状態は保持され、整合層密度の安定化を図ることができる。
【００５８】
（実施例２）
図５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。２５は超音波センサ、２６はケース、２７はケース２６の天部に相応する一端の閉塞部で、この閉塞部２７の外壁面に接着層を介して本発明の製造方法で作成された整合層２４が固定されている。２８はケース２６の閉塞部２７の内壁面に配置された圧電体で、２９はケース２６を固定するための支持部である。３０は導電体、３１は支持部２９に固定された端子板、３２ａ、３２ｂは端子板３１に固定された端子、３３は端子３２ａと端子３２ｂを絶縁するための絶縁部である。３４は圧電体２８に設けられた溝である。
【００５９】
端子２４ａ、２４ｂから導電体３０を介して、圧電体２８に電圧が加わると、圧電体２８は圧電現象により振動する。図５の圧電体２８は、約５００ＫＨｚで振動し、その振動はケース２６に伝わり、整合層２４に伝わる。整合層２４の振動が気体に音波として伝搬する。
【００６０】
従来による製造方法で作成した整合層は、ケース２６の閉塞部２７に接着される際、整合層表面にガラス中空体の割れ部分が露出するために、整合層表面に凹部が形成され、ケース２６の閉塞部２７に接着剤を用いて接着する際、整合層あるいはケース閉塞部表面に熱硬化性接着剤を印刷等により塗布形成して、整合層とケース閉塞部を加熱硬化し接着させても整合層表面凹部に接着剤が滞留し、整合層表面とケース閉塞部表面が均一強度で接着することができなかった。また、整合層表面とケース閉塞部表面の接着界面に微少な空気層が形成されるため、圧電体２８からケース２６を介して伝搬される振動の波長の位相が整合層内部でずれるので、測定流体中での振動波の強め合いが弱まり、超音波センサとしての送受信感度が低下してしまう。
【００６１】
然るに、本発明の整合層２４は、表面に高分子材料が被覆形成されているので、ケース２６の閉塞部２７表面に均一に面接着されて接着強度が均一化され、整合層表面の凹部がなくなるため、圧電体２８からの振動波が整合層２４内で位相をずらせることがないので、測定流体中に振動波を安定的に発振させることができる。これにより、超音波センサの送受信感度を低下させることなく維持することができる。
【００６２】
以上のように本実施例では、整合部材により密度一定で密度ばらつきの少ない整合層を作成することができるので、ケースを介した圧電体からの振動を整合層が効率よく気体中に音波として伝搬させることができ、個々のセンサ間の特性ばらつきがない超音波センサを提供することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、中空球体と結合材料の混合物からなる整合部材内の中空球体を偏在なく均一に充填させることができ、整合部材から作成される整合層の密度分布の均一性向上とそれを用いた超音波センサの感度向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の整合部材の製造方法と製造装置における実施例１の台座に整合部材作成治具を載せた概略図
（ｂ）同実施例１における整合部材作成治具を載せた台座を上からみた概略図
（ｃ）同実施例１における駆動装置を設置した台座を上からみた概略図
【図２】同実施例１における整合部材および整合層の製造工程を示す概略図
【図３】同実施例１における吸引用治具と硬化用治具を示す構造図
【図４】本発明の整合部材の製造方法における実施例１で作った整合層と他の方法で作った整合層との中空球体の密度分布を示すグラフ
【図５】本発明の整合部材の製造方法における実施例１で作った整合層を用いた超音波センサの断面図
【図６】（ａ）従来の整合層と筒状部材からなる負荷ケースの一体成型を示す断面図
（ｂ）同負荷ケースのカット後を示す断面図
（ｃ）従来の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  加振充填治具
２  整合部材作成治具
３  台座（駆動装置）
４  台座受け材（駆動装置）
５  シャフト（駆動装置）
６  固定台（駆動装置）
７  台座止め治具（駆動装置）
１０  横振動加振駆動装置
１１  振動治具
１３  硬化用治具
１４  貫通孔
１５  ガラス中空体（中空球体）
１７  エポキシ樹脂（結合材料）
１９  吸引用治具
２３  整合部材
２４  整合層
２５  超音波センサ
２６  ケース
２７  閉塞部
２８  圧電体
【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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