(57)【要約】【課題】ガラスバルーンが均一に分散してなる音響整合層を簡便に製造することができる音響整合層の製造方法、及びその製造方法により製造された音響整合層を備えたガスセンサを提供する。【解決手段】音響整合層となる成形品を成形するにあたり、成形品を成形する主キャビティ部１０５と、この主キャビティ部１０５の鉛直方向下方に連通する捨てキャビティ部１０７とを有するキャビティ１０９を備えた金型１００を用いる。そして、ガラスバルーンとエポキシ樹脂とを混合し、得られた混合液を金型１００の注入口部１０１から充填し、充填された混合液を加熱することにより、音響整合層が製造される。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスバルーンと熱硬化性樹脂とを混合する混合工程と、
前記混合工程にて得られた前記ガラスバルーンと前記熱硬化性樹脂との混合液を、成形型に設けられたキャビティ内に充填する充填工程と、
前記充填工程の後に、前記キャビティ内に充填された混合液を所定の温度にて加熱硬化させる加熱硬化工程と、
を有する音響整合層の製造方法であって、
前記充填工程は、成形品を成形する主キャビティ部と、該主キャビティ部に連通する捨てキャビティ部とを有する前記キャビティを備えた成形型を用いて行われる
音響整合層の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の音響整合層の製造方法であって、
前記成形型は、その鉛直方向上方に前記主キャビティ部と連通する開口部を備えると共に、前記主キャビティ部の鉛直方向下方に前記捨てキャビティ部が設けられ、
前記充填工程では、前記混合液が前記開口部を介して前記キャビティ内に充填される
音響整合層の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法によって製造された音響整合層が、超音波素子の表面に載置され、
前記超音波素子は、被測定ガスが供給される空間を介して所定の距離離れた反射面へ超音波を送信すると共に、前記反射面にて反射した反射波を受信し、
超音波の送信から受信までの伝播時間に基づいて前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出する
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響整合層の製造方法、及びその製造方法により製造された音響整合層を備えたガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音響整合層の製造方法としては、例えば、下記特許文献１に記載されているような方法がある。この方法は、まず、ウレタン等の溶融樹脂とガラス等で形成されたマイクロバルーン（ガラスバルーン）とを容器に混入する。次いで、容器を施蓋して遠心分離器に固定した後、遠心分離器を駆動させて容器を回転させることで、マイクロバルーンを主成分とする第１の樹脂層と樹脂のみからなる第２の樹脂層とに分離する。その後、第１の樹脂層を取り出し、加熱冷却して硬化させることで、音響整合層が得られる。
【特許文献１】特開昭６３−１０３９９４号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、遠心分離器を用いて音響整合層を形成しているので、ガラスバルーンが高充填された音響整合層が得られるものの、ガラスバルーンが凝集しやすく、ガラスバルーンが均一に分散した音響整合層を得ることが困難となる場合があった。また、音響整合層を形成するために、ガラスバルーンと樹脂とを混入した容器を遠心分離器に固定して駆動しなければならず、音響整合層の製造工程が複雑であった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、ガラスバルーンが均一に分散してなる音響整合層を簡便に製造することができる音響整合層の製造方法、及び、その製造方法により製造された音響整合層を備えたガス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】
【０００５】
上記課題の解決にあたり、本発明に係る音響整合層の製造方法は、請求項１の記載によれば、
ガラスバルーンと熱硬化性樹脂とを混合する混合工程と、前記混合工程にて得られた前記ガラスバルーンと前記熱硬化性樹脂との混合液を、成形型に設けられたキャビティ内に充填する充填工程と、前記充填工程の後に、前記キャビティ内に充填された混合液を所定の温度にて加熱硬化させる加熱硬化工程と、を有する音響整合層の製造方法であって、前記充填工程は、成形品を成形する主キャビティ部と、該主キャビティ部に連通する捨てキャビティ部とを有する前記キャビティを備えた成形型を用いて行われる。
【０００６】
本発明では、音響整合層を製造する成形型として、音響整合層となる成形品を成形する主キャビティ部とこの主キャビティ部に連通する捨てキャビティ部とを有する成形型を用い、音響整合層を製造する。このため、キャビティ内に充填された混合液において、ガラスバルーンが不均一に分散した部分は捨てキャビティ部に配置されると共に、主キャビティ部にはガラスバルーンが均一に分散した部分が配置される。従って、捨てキャビティ部にガラスバルーンが不均一に分散して音響整合層として不適な部位を形成でき、主キャビティ部にガラスバルーンが均一に分散した成形品を形成できる。
【０００７】
尚、成形型への混合液の充填後、加熱硬化工程を経て成形型から取り出された成形体は、主キャビティ部にて成形された部位（成形品）から、捨てキャビティ部にて成形された部位を切り離すことにより、音響整合層が得られる。
このように、本発明の製造方法では、ガラスバルーンが均一に分散してなる音響整合層を簡便に製造することが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る音響整合層の製造方法は、請求項２の記載によれば、
前記成形型は、その鉛直方向上方に前記主キャビティ部と連通する開口部を備えると共に、前記主キャビティ部の鉛直方向下方に前記捨てキャビティ部が設けられ、前記充填工程では、前記混合液が前記開口部を介して前記キャビティ内に充填される。
【０００９】
混合工程や充填工程等において、ガラスバルーンに割れが発生すると、ガラスバルーンの破片は熱硬化性樹脂（以下、単に樹脂ともいう）よりも比重が大きいため、混合液の下方に溜まりやすい。このため、主キャビティ部が成形型の下端まで位置していると、加熱硬化工程後に得られた成形品内にガラスバルーンの破片が混入するおそれがある。ガラスバルーンの破片が成形品（音響整合層）内に存在すると、ガラスバルーンの破片において音響インピーダンスの不整合が生じ音波の発信（送信）効率が低下するため、成形品へのガラスバルーンの破片の混入を防止する必要がある。
【００１０】
これに対し、本発明では、成形型として、主キャビティ部の鉛直方向上方に開口部を備えると共に、主キャビティ部の鉛直方向下方に捨てキャビティ部が設けられた成形型を用い、混合液は開口部を介して成形型のキャビティ内に充填されている。
このように、主キャビティ部の鉛直方向下方に捨てキャビティ部が設けられた成形型の上方からガラスバルーンと樹脂との混合液を充填するので、混合工程や充填工程等において発生したガラスバルーンの破片は、主キャビティ部の鉛直方向下方に設けられた捨てキャビティ部内に沈殿することとなる。従って、主キャビティ部にガラスバルーンの破片が混入することを抑制することができる。
【００１１】
また、混合工程においてガラスバルーンが樹脂中に十分均一に分散した混合液を準備しても、キャビティ内に混合液を充填した際に、ガラスバルーンは樹脂に比べて比重が小さくキャビティ内の上方に集まりやすいために、混合液において、キャビティ内の下方に樹脂のみの部分やガラスバルーンの密度（ガラスバルーンの樹脂への充填比率）が狙い密度よりも小さい部分が生じてしまうおそれがある。このような場合でも、本発明の製造方法によると、捨てキャビティ部に樹脂のみの部分やガラスバルーンの密度が狙い密度よりも小さい部分を配置することができ、主キャビティ部には、ガラスバルーンが均一に分散した部分を形成することができる。
このように、本発明の製造方法では、ガラスバルーンがより均一に分散してなる音響整合層を製造することが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る音響整合層の製造方法によって製造された音響整合層は、請求項３の記載によれば、
超音波素子の表面に載置され、前記超音波素子は、被測定ガスが供給される空間を介して所定の距離離れた反射面へ超音波を送信すると共に、前記反射面にて反射した反射波を受信し、超音波の送信から受信までの伝播時間に基づいて前記被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサに適用される。
【００１３】
本発明に係る音響整合層の製造方法によって製造された音響整合層は、ガラスバルーンが均一に分散されているので、超音波を発信（送信）する超音波素子の表面に載置されると、超音波を音響整合層を介して超音波素子から空気中へ効率良く発信（送信）することができる。このため、超音波の送信から受信までの伝播時間に基づいて被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサに好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る音響整合層製造装置１の要部を示す図である。この音響整合層製造装置１は、音響整合層を成形するための金型（成形型）１００と、後述する連通孔部１０３を塞ぎ、注入口部１０１からキャビティ１０９内への混合液等の流入を遮断するための遮断部材２００とを備える。
【００１５】
金型１００は、鉛直方向（図１における上下方向）の上方から、注入口部１０１と、この注入口部１０１に連通する連通口部１０３と、この連通口部１０３に連通するキャビティ１０９とを備える。このキャビティ１０９は、音響整合層となる成形品を成形する主キャビティ部１０５と、この主キャビティ部１０５の鉛直方向下方に位置する捨てキャビティ部１０７とからなる。このため、後述する混合液は、注入口部１０１から連通孔部１０３を介して、キャビティ１０９（主キャビティ部１０５及び捨てキャビティ部１０７）内に充填される。尚、本実施形態では、主キャビティ部１０５は、図１における紙面表裏方向が軸方向である円柱形状となっており、捨てキャビティ部１０７は、鉛直方向（図１における上下方向）が軸方向である柱形状となっている。また、金型１００は２つの部材から構成されており、キャビティ１０９内への混合液の充填工程、及び、キャビティ１０９内に充填された混合液の加熱硬化工程では、２つの部材が型締めされている。そして、加熱硬化工程後、２つの部材が互いに離間することで、成形体が取り出されるようになっている。
【００１６】
遮蔽部材２００は、図示しない駆動装置により鉛直方向に移動できるように、音響整合層製造装置１に備えられている。また、遮蔽部材２００は、注入口部１０１からキャビティ１０９内への混合液等の流入を遮断するために、金型１００の連通孔部１０３に嵌合する嵌合部２０２を備えている。
更に、音響整合層製造装置１は、キャビティ１０９内に充填された混合液を加熱するための図示しない加熱手段を備えている。
【００１７】
次に、本発明の実施形態に係る音響整合層の製造工程を説明する。
【００１８】
まず、ガラスバルーン、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、及びカップリング材を混合して、ガラスバルーンが均一に分散した混合液を準備する（混合工程）。尚、混合液には、その他の添加物を混合しても良い。
【００１９】
次に、上記混合工程で得られた混合液を金型１００の注入口部１０１に注ぎ、混合液をキャビティ１０９内に充填する（充填工程）。このとき、金型１００を構成する２つの部材は型締めされている。混合液の充填は、混合液１５０がキャビティ１０９（主キャビティ部１０５及び捨てキャビティ部１０７）内の隅々まで行き渡り、注入口部１０１に溢れる状態になるまで行われる。混合液１５０がキャビティ１０９内の隅々まで行き渡り注入口部１０１に混合液１５０が溢れる状態となった後、遮蔽部材２００を鉛直方向下方向に駆動し、遮蔽部材２００の嵌合部２０２を金型１００の連通孔部１０３に嵌合させ、注入口部１０１からキャビティ１０９内への混合液の流入を遮断する（図２参照）。
【００２０】
ここで、金型１００には、主キャビティ部１０５の鉛直方向下方（図２における下方）に捨てキャビティ部１０７が設けられている。このため、混合工程や充填工程等において、ガラスバルーン１７０に割れが発生したとしても、ガラスバルーン１７０の破片１８０は主キャビティ部１０５の下方に設けられた捨てキャビティ部１０７の下部１１０に沈殿することとなる。
【００２１】
また、キャビティ１０９内に混合液１５０を充填した際に、樹脂１６０のみの部分やガラスバルーン１７０の密度（ガラスバルーン１７０の樹脂１６０への充填比率）が狙い密度よりも小さい部分が生じたとしても、捨てキャビティ部１０７の中間部１２０や上部１３０に樹脂のみの部分やガラスバルーン１７０の密度が狙い密度よりも小さい部分が形成されることとなる。
従って、音響整合層となる成形品を成形する主キャビティ部には、ガラスバルーンが均一に分散した部分を形成することができる。
【００２２】
更に、キャビティ１０９内への混合液１５０の充填が終了して混合液１５０が硬化するまでの間に、注入口部１０１に溜まった混合液において、ガラスバルーン１７０が上方に集まることで樹脂のみの部分が形成される場合がある。しかしながら、本実施形態では、遮断部材２００によって注入口部１０１からキャビティ１０９への混合液等の流入を遮断しているので、注入口部１０１にて形成された樹脂のみの部分が主キャビティ部１０５に流入するのを防止することができる。
従って、音響整合層となる成形品を成形する主キャビティ部には、ガラスバルーンが均一に分散した部分をより確実に形成することができる。
【００２３】
続いて、キャビティ１０９内に充填された混合液を図示しない加熱手段によって加熱し、混合液を硬化させる（加熱硬化工程）。混合液が硬化した後、金型１００を構成する２つの部材を互いに離間させると共に、遮蔽部材２００を鉛直方向上方向に駆動して、成形体を取り出す。
【００２４】
取り出された成形体は、捨てキャビティ部１０７に対応する部位が主キャビティ部１０５に対応する部位から切り離すと共にバリ等を削除することで音響整合層が得られる。これにより、音響整合層の製造が終了する。
【００２５】
上述の製造方法で製造された音響整合層は、ガラスバルーンが均一に分散されているので、超音波を発信（送信）する超音波素子の表面に載置されると、超音波を音響整合層を介して超音波素子から空気中へ効率良く発信（送信）することができる。このため、上述の製造方法で製造された音響整合層は超音波の伝播時間測定方法を利用したガスセンサ（ガス濃度センサ）に好適に用いられる。以下、上述の製造方法で製造された音響整合層を備えたガスセンサについて説明する。
【００２６】
図３は、ガス濃度センサ３００の要部を示す図である。ガス濃度センサ３００は、超音波伝播時間測定方法を利用したガス濃度センサであり、被測定ガス（即ち、測定対象の雰囲気）中における特定ガスのガス濃度を測定するものである。このガス濃度センサ３００は、ガス濃度を測定する各種の装置に用いることができるが、一例として、自動車のガソリンタンクで蒸発した燃料を一時的に貯めるキャニスタのパージラインに設置され、パージガス中の蒸発燃料の濃度測定に使用することができる。
【００２７】
図３は、ガス濃度センサ３００の縦断面図である。このガス濃度センサ３００は、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子を使用して超音波を発生する超音波式のガス濃度センサであり、特に、超音波の送信と受信とが兼用の超音波送受信子（以下、単に超音波素子３０５ともいう）を用いる。
【００２８】
具体的には、図３に示すように、ガス濃度センサ３００は、ガス濃度の検出に必要な駆動・演算の処理を行う駆動・演算用回路３０３、超音波の送受信を行う超音波素子３０５、特定ガスを含む被測定ガスであるパージガスが導入される測定室３０７、測定室３０７内にて超音波を反射させるために超音波と対向する側に所定距離離れて設けられた反射面３０９、測定室３０７内の温度を測定するサーミスタ３１１、パージガスが流入するガス流入孔３１３、パージガスが流出するガス流出孔３１５より構成されている。そして、上述の製造方法で製造された音響整合層３０６は、超音波素子３０５の測定室３０７側表面に取り付けられている。
【００２９】
このガス濃度センサ３００を用いてガスの濃度測定を行う場合には、被測定ガスは、ガス流入孔３１３から測定室３０７内に流入し、ガス流出孔３１５から外部に流出するので、その間に、測定室３０７内で被測定ガス中の特定ガスの濃度を測定する。つまり、測定室３０７内で超音波の伝播時間を測定する際には、まず、特定ガスを含む被測定ガスであるパージガスが導入されている測定室３０７内に音響整合層３０６を介して超音波素子５から超音波を送信し、送信された超音波は、被測定ガス中を通過し、超音波素子３０５と対向する側に所定距離離れて設けられた反射面３０９で反射する。反射面３０９にて反射した反射波は、再度被測定ガス中を通過して、音響整合層３０６を介し超音波素子３０５により受信される。このとき、送信波を送信してから反射波（受信波）を受信するまでの伝播時間は、パージガス中の特定ガス（蒸発燃料）のガス濃度に応じて異なってくる。従って、この伝播時間に対応したセンサ出力を取り出すことにより、被測定ガス中のガス濃度を検出することができる。
【００３０】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、捨てキャビティ部として鉛直方向が軸方向である柱形状を用いたが、例えば、図４に示すように、鉛直方向断面形状がＵ字形状のキャビティ４０９や、図５に示すように、鉛直方向断面形状がレーストラック形状のキャビティ５０９であっても良い。これらの場合、キャビティ４０９、５０９の下部が捨てキャビティ部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る音響整合層製造装置の要部を示す断面図である。
【図２】実施形態の製造工程における充填工程を断面にて示す図である。
【図３】本発明に係る製造方法により製造した音響整合層を適用したガスセンサの要部を示す断面図である。
【図４】上記実施形態における金型の第１の変形形態を示す断面図である。
【図５】上記実施形態における金型の第２の変形形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  音響整合層製造装置
１００、４００、５００  金型
１０１  注入口部
１０３  連通孔部
１０５  主キャビティ部
１０７  捨てキャビティ部
１０９、４０９、５０９  キャビティ
２００  遮蔽部材
３００  ガス濃度センサ
３０５  超音波素子
３０６  音響整合層
【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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