(57)【要約】【課題】整合部材の接着固定時に、接着剤が整合部材の壁面に付着することを防止すること。【解決手段】整合部材作成冶具１４の貫通孔１５に中空球体１７および結合材料１８を充填した後、前記中空球体１７と前記結合材料１８の混合物Ａを回転させることによって、側面に結合材料１８の層が形成される整合部材２５Ａの製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空球体と結合材料の混合物を硬化させる整合部材の製造方法であって、前記混合物に遠心力を作用させることを特徴とする整合部材の製造方法。
【請求項２】
混合物は、中空球体を整合部材作成冶具に充填した後、結合材料を含浸させて形成されることを特徴とする請求項１に記載の整合部材の製造方法。
【請求項３】
遠心力は、整合部材発振面に対してほぼ垂直な軸まわりの回転によって作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の整合部材の製造方法。
【請求項４】
回転は、結合材料の含浸後に行われることを特徴とする請求項２または３に記載の整合部材の製造方法。
【請求項５】
回転は、特に結合材料の硬化中に行われることを特徴とする請求項４に記載の整合部材の製造方法。
【請求項６】
回転は、連続的または段階的に変化することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の整合部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の整合部材の製造方法で製造された整合部材。
【請求項８】
請求項７に記載の整合部材を用いて製造された超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して気体や流体の流量、流速を測定する超音波流量計に用いられる整合部材およびその製造方法ならびに前記整合部材を用いた超音波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計に用いる超音波振動子としては、圧電体と、ケースと、整合部材（整合層）からなる構成のものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。図５に、前記特許文献１に記載された従来の超音波流量計に用いる超音波振動子を示し、図６に、前記超音波振動子の断面図を示し、図７に、前記整合部材と圧電体のケースへの接着工程を示し、図８に、前記整合部材の製造工程を示す。
【０００３】
図５、図６において、超音波振動子１は、圧電体５をケース２で覆い、ケース２の天部３に整合部材４を接着するとともに、ケース２の支持部６に、導電体７を配置した端子板８を固定した構成となっている。
【０００４】
その際に整合部材４としては、中空球体と、前記中空球体を包囲する結合材料の混合物から構成されており、内部にガラス中空球体と気泡を有する樹脂材料からなる整合部材の構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
かかる構成の整合部材４を所定の形状に研磨した後、接着剤を用いてケース２の天部３に接着する際、整合部材４の側面に露出した中空球体の断面の凹凸により、接着剤が整合部材４の側面を這い上がることが知られている。
【０００６】
すなわち図７において、整合部材４をケース２の天部３に接着剤１２を用いて接着する際には、整合部材４の固定冶具１３を用いて整合部材４を固定しており、接着剤１２が這い上がることによって固定冶具１３と整合部材４が固着されてしまう。その対策として予め側面寸法を有するように硬化される整合部材の製造方法が開示されている。
【０００７】
図８に、その整合部材４の製造工程の概略図を示す。整合部材作成冶具１４に設けられた、所定の形状を持つ貫通孔１５に中空球体１７を充填した後、真空ポンプ２２を介しての真空吸引２２ａにより結合材料１８を含浸させ、そして整合部材作成冶具１４から成形品２４を抜き取り、この成形品２４を加熱硬化させた後、所定の厚みに切削し整合部材２５を形成している。
【特許文献１】特開２００３−１６６８６３号公報（第２−３頁、第１、２、５、６図）
【特許文献２】特許第２５５９１４４号公報（第１頁）
【特許文献３】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】
【０００８】
しかしながら、前記従来の製造方法は、中空球体１７に結合材料１８を含浸させた混合物をそのまま硬化させるため、整合部材２５の側壁付近にまで中空球体１７が存在し、結合材料１８の充填後あるいは硬化中に発生する前記結合材料１８の流動により、前記整合部材２５の側壁に前記中空球体１７が露出して凹凸面を形成するため、依然としてケース２に接着するときに前記接着剤１２が前記整合部材２５の側壁を這い上がるという課題を有する。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、前記中空材料と前記結合材料の混合物を回転させることにより、前記整合部材の側壁に結合材料の層を形成する整合部材の製造方法、および前記整合部材の製造方法により製造した整合部材、および前記整合部材を用いた超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の整合部材の製造方法は、中空球体と結合材料の混合物に遠心力を作用させることにより、整合部材に結合材料の層を形成する。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の整合部材の製造方法は、前記中空球体を整合部材作成冶具内に充填した後に、前記結合材料を含浸させて形成した混合物を回転させることにより、中空球体の含有割合が大きい前記整合部材に前記結合材料の層を形成する。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の整合部材の製造方法は、前記遠心力を作用させるために、前記混合物を整合部材発振面に対して垂直な方向の軸周りに回転させることにより、前記整合部材の側壁に前記結合材料の層を形成する。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載の整合部材の製造方法は、前記回転を前記結合材料の含浸後に行うことにより、前記結合材料の粘度が低い状態で効率的に前記結合材料の層を形成する。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の整合部材の製造方法は、前記回転を前記結合材料の硬化時に行うことにより、前記結合材料の層を保持したまま硬化する。
また、本発明の請求項６に記載の整合部材の製造方法は、前記回転を連続的または段階的に変化させることによって、前記結合材料の粘度の変化に応じて効率的に結合材料の層を形成する。
【００１５】
また、本発明の請求項７に記載の整合部材は、整合部材の側壁に前記結合材料の層が形成されている。
また、本発明の請求項８に記載の超音波センサは、側壁に前記結合材料の層が形成された前記整合部材を用いている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の整合部材の製造方法によれば、整合部材の側壁が結合材料の層で覆われているため、超音波振動子を構成するケースと整合部材の接着工程で接着剤が前記整合部材の側面を這い上がらない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態１における整合部材の製造工程の概略図、図２は、回転の方向を示す説明図、図３（ａ）は、回転前の混合物を示す説明図、図３（ｂ）は、回転後の混合物を示す説明図である。なお、図１において、従来例（図７、図８）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１９】
図１において、中空球体１７は中空構造を有する中空ガラスであり、それぞれ１０μｍから１５０μｍの粒径を有している。なお、中空構造を有するものであれば材料および粒径はこの限りではない。また、結合材料１８は、２液性のエポキシ樹脂である。もちろん中空球体１７どうしの結合が可能な材料であれば材質はこの限りではない。
【００２０】
まず、整合部材作成冶具１４の貫通孔１５の下部にフィルタ１９を設置して中空球体１７を貫通孔１５内に均一に充填し、整合部材作成冶具１４の上部にもフィルタ１９を設置する。このとき、貫通孔１５内に中空球体１７を均一状に充填させるため、整合部材作成冶具１４を加振装置上に設置して振動させながら中空球体１７を貫通孔１５に充填する。もちろん、貫通孔１５内に均一状に中空球体１７が充填されるなら、この方法に限るものではない。
【００２１】
次に貫通孔１５内に結合材料１８を含浸させるために、吸引口２０を設けた吸引ブロック２１を整合部材作成冶具１４の上下に設置する。そして貫通孔１５に中空球体１７を満たした整合部材作成冶具１４を結合材料１８で満たした容器２３内に設置し、真空ポンプ２２による真空吸引２２ａにより容器２３内の結合材料１８を中空球体１７間に含浸させ、以て図３（ａ）に示す混合物Ａとする。ここで１７ａは中空球体１７の破片を示す。
【００２２】
なお、吸引時には結合材料１８の粘度を低くすると、流動性が高くなり吸引しやすくなるため、結合材料１８が硬化せず、かつ粘度が低くなる所定の温度で吸引する方が好ましい。本実施の形態１では、使用した結合材料１８は硬化条件が８０℃×２ｈ後１５０℃×２ｈのエポキシ樹脂であったため、結合材料１８を６０℃で吸引した。
【００２３】
次に、整合部材作成冶具１４から吸引ブロック２１を取外し、整合部材作成冶具１４を回転テーブル２６に設置し、回転テーブル２６を回転させる。図２において、前記混合物Ａに遠心力を作用させる回転軸２８は、整合部材発振面３０に対してほぼ垂直な軸であり、回転方向２９は上から見て反時計回りの回転とした。なお、回転軸２８は中空球体１７と結合材料１８の混合物Ａの重心を外れていてもよく、回転の方向は時計回りであっても構わない。また、公転軸と自転軸を持つような回転を与えてもよい。
【００２４】
これにより結合材料１８に遠心力が作用し、図３（ｂ）に示すように、回転軸２８に対して、外側に結合材料１８が集中して層を形成するとともに、中空球体１７を内側に密集させる。なお、本実施の形態１では１２００ｒｐｍ×３０分回転させている。もちろん、結合材料１８の層を形成させることができれば回転の条件はこの限りではない。
【００２５】
その後、図１に示すように、整合部材作成冶具１４を恒温槽２７内に設置し、結合材料１８を加熱硬化する。なお、本実施の形態１では加熱硬化に恒温槽２７を使用しているが、加熱硬化が可能であれば加熱方法はその限りではなく、電熱線や誘導加熱を用いても良い。
【００２６】
加熱硬化が終了した後、冷却して貫通孔１５内の成形品２４Ａを取出す。この成形品２４Ａをそのまま所定厚みに切削加工して、整合部材２５Ａを得る。
かかる実施の形態１によれば、結合材料１８が完全に硬化する前に整合部材作成冶具１４を回転させることにより、整合部材２５Ａの側面に結合材料１８の層が形成され、ケース２の天部３へ接着する際に整合部材２５Ａの側面を接着剤１２が這い上がることがなく接着することができる。さらに、半径方向における内側では、中空球体１７を密集させて密度を高くでき、超音波センサ（超音波流量計）に採用したとき、発振面の音響インピーダンスを低く抑えることができる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における整合部材の製造工程の概略図である。図４において、実施の形態１（図１）および従来例（図７、図８）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２７】
まず、実施の形態１に記載の方法と同様に、整合部材作成冶具１４に設けられた貫通孔１５に中空球体１７を充填した後、結合材料１８を貫通孔１５内に含浸させて混合物Ａとする。そして、整合部材作成冶具１４を、恒温槽２７内に設置された回転テーブル２６に設置し、回転テーブル２６を回転軸２８まわりに回転させながら整合部材作成冶具１４を加熱して、混合物Ａを硬化する。
【００２８】
その際、硬化が進行する前に十分な結合材料１８の層を形成する必要があるため、回転数は始めに早い回転数で回転させる。本実施の形態２では１２００ｒｐｍ×３０分後、３００ｒｐｍ×１ｈで回転させ、回転始めから１５分後に加熱を開始している。もちろん、結合材料１８の層を形成することができれば回転および加熱硬化の条件はこの限りではない。また、本実施の形態２では加熱硬化に恒温槽２７を用いているが、加熱硬化が可能であれば加熱方法はこの限りではなく、例えば電熱線や誘導加熱を用いても良い。
【００２９】
加熱硬化が終了した後、冷却して貫通孔１５内の成形品２４Ａを取出す。この成形品２４Ａをそのまま所定厚みに切削加工して、整合部材２５Ａを得る。
かかる実施の形態２によれば、結合材料１８が完全に硬化する前に整合部材作成冶具１４を回転させることにより、整合部材２５Ａの側面に結合材料１８の層が形成され、ケース２の天部３へ接着する際に整合部材２５Ａの側面を接着剤が這い上がることがなく接着することができる。さらに、半径方向における内側では、中空球体１７を密集させて密度を高くでき、超音波センサ（超音波流量計）に採用したとき、発振面の音響インピーダンスを低く抑えることができる。
【００３０】
上記した実施の形態１、２において、回転テーブル２６を介しての回転を連続的または段階的に変化させることによって、前記結合材料１８の粘度の変化に応じて、効率的に結合材料１８の層を形成し得る。
【００３１】
上記した実施の形態１、２では、成形品２４Ａを切削加工することにより所定厚みを得たが、貫通孔１５の厚みを整合部材２５Ａの１枚分の厚みとしておくことで、切断工程を省くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の整合部材およびその製造方法は、整合部材の側壁が結合材料の層で覆われているため、超音波振動子を構成するケースと整合部材の接着工程で接着剤が前記整合部材の側面を這い上がらないという機能を有しており、フィラーを含有する樹脂材料の成形にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における整合部材の製造工程を示す概略図
【図２】同回転の方向を示す説明図
【図３】同混合物を示し、（ａ）は回転前の混合物の説明図、（ｂ）は回転後の混合物の説明図
【図４】本発明の実施の形態２における整合部材の製造工程を示す概略図
【図５】従来の超音波振動子の概略図
【図６】同超音波振動子の断面図
【図７】同整合部材と圧電体のケースへの接着工程を示す概略図
【図８】従来方法による整合部材の製造工程を示す概略図
【符号の説明】
【００３４】
１    超音波振動子
２    ケース
３    ケースの天部
１２    接着剤
１４    整合部材作成冶具
１５    貫通孔
１７    中空球体
１７ａ  破片
１８    結合材料
２１    吸引ブロック
２２    真空ポンプ
２２ａ  真空吸引
２３    容器
２４Ａ  成形品
２５Ａ  整合部材
２６    回転テーブル
２７    恒温槽
２８    回転軸
２９    回転方向
３０    整合部材発振面
Ａ    混合物
【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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