(57)【要約】【課題】超音波振動子のセラミック多孔体に有機ガラスを形成した音響整合層を有する高信頼性の超音波流量計を提供することを目的とする。【解決手段】超音波振動子１を直方体の圧電体３で構成するとともに、有機ガラス６を内包するセラミック多孔体５で音響整合層４を構成し、さらに、有機ガラス６の表面を凹面状に形成し、信頼性を向上させた。また、セラミック多孔体の効率的な成形方法をも提供し、信頼性の高い超音波振動子を実現した。【選択図】図１
2005159811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、セラミック多孔体で構成された第１整合層と、有機ガラスの乾燥ゲルで構成された第２整合層とを備え、前記圧電体、第１整合層、第２整合層とを順次積層し、前記第２整合層の表面を凹面状とした超音波振動子。
【請求項２】
セラミック多孔体を構成する第１整合層を凹部状に構成し、前記第２の整合層を構成する有機ガラスを前記セラミック多孔体内部および前記凹部状部分に連続して形成した構成とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項３】
セラミック多孔体を構成する第１整合層をゾルキャスティング法で形成した請求項１記載の超音波振動子。
【請求項４】
第１整合層の平板状部分の気孔率を低下させた構成とした請求項３記載の超音波振動子。
【請求項５】
第１整合層の多孔体セラミックを酸化物系材料で構成した請求項３記載の超音波振動子。
【請求項６】
第１整合層の多孔体セラミックを非酸化物系材料で構成した請求項３記載の超音波振動子。
【請求項７】
第２整合層の有機ガラスを、酸化ケイ素、酸化チタン、ジルコニア、アルミナから選ばれる少なくとも１つを含む材料で構成した請求項１または２記載の超音波振動子。
【請求項８】
第１整合層を、成形型にセラミックスラリ−を充填後、ロ−ル状の押圧具により変形自在の型材で成形して第１整合層をつくるようにした超音波振動子の製造方法。
【請求項９】
変形自在の型材表面をプラスチック材料で構成した請求項８記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１０】
成形型をテフロン（Ｒ）で構成し、前記プラスチック材をＰＥＴ樹脂あるいは塩化ビニル樹脂で構成した請求項８または９記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１１】
セラミック多孔体の第１整合層の表面を酸化処理した後、第２整合層を形成する超音波振動子の製造方法。
【請求項１２】
セラミック多孔体を高圧高温の水で煮沸処理する請求項１１記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１３】
セラミック多孔体の第１整合層を減圧脱気後、昇圧することなくい有機ガラス原料を直接投入し、第２整合層を形成する超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
セラミック多孔体の凹部面をテフロン（Ｒ）板に密着させ、有機ガラスを形成する超音波振動子の製造方法。
【請求項１５】
一度湿潤有機ガラスを形成後、再度加水分解による表面活性化処理を行い、しかる後、重合縮合反応させる超音波振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を計測する超音波流量計などに用いる超音波振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の超音波振動子は、図７に示すような構成であった。図７は超音波振動子１０１の外観を示し、１０２は正方柱状の圧電体、１０３は圧電体１０２の一方の正方面上に設けられた音響整合層を示す。
【０００３】
なお、圧電体１０２の上下面には焼付け銀からなる電極１０４，１０５が設けられている。音響整合層１０３は、ガラスバル−ンや、プラスチックバル−ンなどの空隙の多い材料と気泡などをエポキシ樹脂などに充填し、固めて使用していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、音響整合層として有機ガラスが、音響インピ−ダンスが小さく超音波流量計に用いる超音波振動子には適していることも知られていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、セラミック多孔体の形成方法としてゾルキャスティング法が有効であることも知られていた（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−２１５５９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５５６４号公報
【特許文献３】特開２００１−２６１４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような構成の従来の超音波振動子では、音響整合層にエポキシ樹脂を用いているので、高温高湿中では膨潤したり、あるいは、軟化点が比較的低いため、温度特性に問題があるなどの課題を有していた。また、音響インピ−ダンスが充分に小さくすることが出来ないため、感度が低いという課題も有していた。
【０００７】
有機ガラスを音響整合層に用いると、表面が非常にもろく、物理的な接触で表面が破壊するという課題があり、加えて、減圧乾燥が必要であり、量産性に対する課題もあった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、セラミック多孔体で構成される第１の整合層と有機ガラスで構成される第２整合層とで音響整合層を構成し、超音波振動子とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波振動子は、圧電体と、セラミック多孔体で構成された第１整合層と、有機ガラスの乾燥ゲルで構成された第２整合層とを備え、前記圧電体、第１整合層、第２整合層とを順次積層し、前記第２整合層表面を凹面状となるよう構成した。
【００１０】
この構成により、第２整合層が平面状の物体に接触しても、第２整合層の表面が凹面状であるため、破損することが無くなった。
【００１１】
また、本発明の超音波振動子は、第１整合層の平板状部分の気孔率を低下させた構成としたので、多孔体内部に形成した有機ガラスが、第１整合層の平板状部分に染み出すことがなくなり、圧電体などへの接着する際の接着強度が向上した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の超音波振動子は、音響整合層の表面を形成する第２整合層の表面を凹面状としたので、簡単に破損しなくなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、超音波振動子を、圧電体と、セラミック多孔体で構成された第１整合層と、有機ガラスの乾燥ゲルで構成された第２整合層とを備え、前記圧電体、第１整合層、第２整合層とを順次積層し、前記第２整合層の表面を凹面状とした構成としので、有機ガラスで構成される第２整合層の表面が簡単に破損されることがなくなった。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明のセラミック多孔体を構成する第１整合層を凹部状に構成し、前記第２の整合層を構成する有機ガラスを前記セラミック多孔体内部および前記凹部状部分に連続して形成する構成としたので、前記有機ガラスが第１整合層の強固に固着するようになり、信頼性の高い超音波振動子が実現できる。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明のセラミック多孔体を構成する第１整合層をゾルキャスティング法で形成した構成としたので、気孔率が大きく、且つ、強度の比較的大きなセラミック多孔体が得られ、信頼性の高い超音波振動子が実現できる。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明の第１整合層を構成するセラミック多孔体の平板状部分の気孔率を低下させた構成としたので、内部に形成する有機ガラスの平板部への染み出しが大幅に減少し、接着強度が低下することがなくなり、信頼性の高い超音波振動子が実現できる。
【００１７】
第５の発明は、第３の発明の第１整合層を構成する多孔体セラミックを、アルミナ系、ジルコニア系、ムライト系などの酸化物系材料で構成したので、セラミック中に多数個の気泡を混合、焼結することができ、第１整合層としての多孔体セラミックを実現することができる。
【００１８】
第６の発明は、第３の発明の第１整合層を構成する多孔体セラミックを、炭化珪素系、チッ化珪素系、チッ化アルニウムム系、グラファイト系などの非酸化物系材料で構成したので、セラミック中に多数個の気泡を混合、焼結することができ、第１整合層としての多孔体セラミックを実現することができる。
【００１９】
第７の発明は、第１および第２の発明の第２整合層の有機ガラスを、酸化ケイ素、酸化チタン、ジルコニア、アルミナから選ばれる少なくとも１つを含む材料で構成したので、気孔率の大きい低密度な有機ガラスを簡単に形成することができ、高感度な超音波振動子を実現できる。
【００２０】
第８の発明は、超音波振動子の製造方法において、第１整合層を、成形型にセラミックスラリ−を充填後、ロ−ル状の押圧具により変形自在の型材で成形する工程を採用したので、成形時に気泡を成形型から排出しながら成形することが出来るので、再現性よく、成形することができる。
【００２１】
第９の発明は、第８の発明の変形自在の型材表面をプラスチック材料で構成したので、第１整合層の表面状態を制御することができ、表面部分の気孔率を低下させることができ、接着特性に優れた第１整合層を提供することができる。
【００２２】
第１０の発明は、第８および第９の発明の成形型をテフロン（Ｒ）で構成し、前記プラスチック材をＰＥＴ樹脂あるいは塩化ビニル樹脂で構成したので、成形型から容易に脱型でき、且つ、表面形状を制御でき、接着特性に優れた第１整合層を量産性よく、提供することができる。
【００２３】
第１１の発明は、第１整合層を構成するセラミック多孔体の表面を酸化処理した後、第２整合層を形成する工程を採用したので、有機ガラスがセラミック多孔体に充分固着し、信頼性の高い、超音波振動子を製造できる。
【００２４】
第１２の発明は、第１１の発明の第１整合層を構成するセラミック多孔体を、予め高圧高温の水で煮沸処理した後、第２整合層を構成する有機ガラスを形成する工程を採用したので、有機ガラスがセラミック多孔体により強固に固着し、信頼性の高い、超音波振動子を製造できる。
【００２５】
第１３の発明は、第１１および第１２の発明の第２の整合層を構成する有機ガラスを形成する前に、第１整合層を構成するセラミック多孔体を減圧脱気後、昇圧することなく有機ガラス原料を直接投入し、形成する工程を採用したので、セラミック多孔体内に気泡の含まない均一な有機ガラスが形成でき、より信頼性の高い超音波振動子が製造できる。
【００２６】
第１４の発明は、第２の整合層を構成する有機ガラスを形成する際に、第１の整合層を構成するセラミック多孔体の凹部面をテフロン（Ｒ）板に密着させ、有機ガラスを形成する工程を採用したので、第２整合層の表面を凹面状に形成することができる。
【００２７】
第１５の発明は、第２の整合層を構成する有機ガラスを形成する際に、一度湿潤有機ガラスを形成後、再度加水分解による表面活性化処理後、重合縮合反応させる工程を採用したので、強固な有機ガラスを形成することができ、信頼性の高い超音波振動子が製造できる。
【００２８】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１において、超音波振動子１は、キャップ状のケ−ス２と、その内部にエポキシ樹脂などの接着剤を介して固定された圧電体３と、同ケ−ス２の外部に接着された音響整合層４とから構成されている。
【００３０】
音響整合層４は、第１の整合層を構成するセラミック多孔体５と、第２の整合層部分を構成する有機ガラス６とで構成されている。セラミック多孔体５は、外径を１２[mm]、板厚を１．５[mm]とした。また、有機ガラス６は、外径を１０[mm]、厚さを０．５[mm]とした。したがって、音響整合層４の外周部分はセラミック多孔体５が幅１．０[mm]で取り囲むような構成となった。
【００３１】
圧電体３の上面、下面には焼き付け銀などで構成される電極が形成されている（図示せず）。また、台座部７はケ−ス２と周辺部で溶接され、圧電体３を密封する構成とした。
【００３２】
導電性のゴム８は圧電体３の下面電極と端子９とを電気的に接続している。この端子９は、ハ−メチックシ−ルなどの絶縁性材料１０により台座７に固定されている。他方の端子１１は、台座７に直接固定され、ケ−ス２を介して圧電体３の上面電極に接続される構成とした。
【００３３】
そして、第２整合層を形成する有機ガラス６の表面は、図１に示すように中央部が凹面状となるように設定してある。
【００３４】
この構成により、平板状の物体が第２整合層を形成する有機ガラス６に接触ようとしても、比較的強度の大きい第１整合層を形成するセラミック多孔体５の周辺部と接触することになる。したがって、セラミック多孔体５は保護されることとなり破損することがなくなる。なお、セラミック多孔体５の凹部深さは１０[μm]以上あれば、比較的破損することが少なかった。
【００３５】
超音波特性は、約５０[μm]程度の凹部深さであれば放射特性が若干広がる程度となり、感度などが大きく低下するまでには至らなかった。
【００３６】
図２は他の実施形態における音響整合層１２を示し、有機ガラス６の表面を円輪状の凹面状とし、同心円状にセラミック多孔体１３を位置させるようにしたものである。
【００３７】
このように、有機ガラス６の外周部分および中央部分をセラミック多孔体１３で保護することになり、その破損を確実に防止できるものである。この場合、中央のセラミック多孔体１３中央部の大きさは、有機ガラス６が形成する面積の１／１０以下であれば、超音波特性に殆ど影響がなかった。
【００３８】
セラミック多孔体１３の中央部の面積が１／１０を越えて大きくなると、超音波出力あるいは受信感度が大きく低下することがわかった。
【００３９】
以下この種の音響整合層を構成するセラミック多孔体１３について説明する。セラミック多孔体１３に要求される特性は、気孔率が大きく、気孔分布が一様で、かつ、連通孔で構成されていることが重要である。このようなセラミック多孔体１３を形成するには、気泡を多く含むセラミックスラリ−を固化させ、焼成するゾルキャスティグ法が適している。
【００４０】
簡単にゾルキャスティング法の工程を説明する。まず、セラミック粉末原料と、架橋剤、触媒、界面活性剤などを含むゲル化材料とを十分混合する。このとき混合媒体としては水あるいは有機溶媒などを用いるとよい。このようにしてセラミックスラリ−が形成される。なお、上記以外に分散剤、滑剤、増粘剤、糊剤などを添加してもよい。
【００４１】
次に、このセラミックスラリ−に気泡剤を添加し、攪拌・混合し、スラリ−中に気泡を所定量導入する。気泡を導入する前には、セラミックスラリ−を充分脱気しておくと、気泡の導入量が安定する。
【００４２】
このようにして気泡が導入されたセラミックスラリ−を図１あるいは図２に示した形状となるよう型枠に入れ、成形する。乾燥後、脱型し、界面活性剤などの有機物を焼き飛ばすことにより連通孔を形成した後、所定の温度、時間によりセラミック多孔体１３を焼成する。
【００４３】
セラミック粉末材料として、アルミナ系、ムライト系、ジルコニア系などの酸化物系の材料を用いると、比較的簡単にゾルキャスティング法によるセラミック多孔体の形成ができる。また、炭化珪素系、窒化珪素系、窒化アルミニウム系、窒化ホウ素系、グラファイト系などの非酸化物系のセラミック材料を用いても比較的簡単にゾルキャスティング法によりセラミック多孔体を形成することができる。
【００４４】
次に、有機ガラス６の形成について説明する。音響整合層としての有機ガラス６としては、音速が小さく、密度の低いことが要求される。エトキシシランあるいはメトキシシランなどのガラス原料を、触媒を用い十分活性な状態で、メチルあるいはエチルなどのアルコ−ル系溶媒に分散させる。
【００４５】
この溶液をアンモニア水などの触媒を添加するとともに、十分に脱気したセラミック多孔体５，１３に含浸させて熟成させ、溶媒を多く含んだ有機ガラスの湿潤ゲルを得る。この湿潤ゲルは、セラミック多孔体５，１３内部およびその凹部に連続して形成される。
【００４６】
このように連続して形成された有機ガラス６は、セラミック多孔体５，１３に強固に密着することになり、信頼性の高い音響整合層４，１２として機能させることができる。この湿潤ゲルの内部の溶媒を乾燥し、有機ガラスの乾燥体を得る。このようにして、音速が小さく、密度の低いこと有機ガラス６を形成する。
【００４７】
なお、凹部が形成されていないセラミック多孔体上に有機ガラスを形成しても、接着強度が弱いため、音響整合層として使用している間に剥離することが多く発生した。
【００４８】
このようにセラミック多孔体５，１３に凹部を設け、その内部から連続して有機ガラス６を形成することが信頼性の高い音響整合層を得るためには肝要である。また、図２に示したように中央部にセラミック多孔体１３の円柱状部分を設けると、さらに強固に有機ガラス６が接着し、より信頼性の高い音響整合層１２を得ることができる。
【００４９】
有機ガラス６は、上記の酸化ケイ素系以外に酸化チタン、ジルコニア、アルミナなどでも形成してもよい。
【００５０】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における超音波振動子の製造方法としてゾルキャスティング法を示すものである。図３において、成形型１４は、凸部１５を有する平板部分１６と、円筒状の開孔部分１７を有する孔開き型１８と、変形自在の押し板１９と、開孔部分１７に注入されたセラミックスラリ−２０を押し出す作用をするロ−ラ−２１とから構成している。
【００５１】
次に、簡単に動作を説明する。まず、孔開き型１８の開孔部分１７にセラミックスラリ−２０を適量注入する。次いで、ロ−ラ−２１が回転しながら、スラリ−２０を孔開き型１８の開孔部分１７に充填するとともに、余分なスラリ−を押し出すように作用する。
【００５２】
このように一方向からロ−ラ−２１により余分なスラリ−を押し出すようにすることにより、開孔部分１７に気泡が混入することなく、セラミックスラリ−を充填することが出来る。この場合、ロ−ラ−２１が、左から右へ移動するとともに、平板部分１６、孔開き型１８と変形自在の押し板１９とは静止していることが必要である。あるいは、ロ−ラ−２１はただ単に回転するだけで、その回転と同期して、平板部分１６、孔開き型１８と変形自在の押し板１９とが同期して左側に移動してもよい。このようにして、セラミックスラリ−を成形・乾燥した後、変形自在の押し板１９を、ロ−ラ−の回転とともに剥離させ、成形されたスラリ−の上面を開放し、更に充分に乾燥させることが出来る。
【００５３】
この様子は、図示しないが、図３（ａ）を逆方向に動作させることに相当する。この場合、ロ−ラ−２１に押圧されている変形自在の押し板１９は、成形されたスラリ−とはロ−ラ−の外周部分の直線で接触していることになり、例え、スラリ−と変形自在の押し板１９とが弱く固着していても、その抵抗力は接触面積に比例するため、直線状に剥離する場合には抵抗力が非常に小さくなり、成形されたセラミックスラリ-の表面を破壊することなく、変形自在の押し板１９を取り除くことができる。また、この場合、成形されたセラミックスラリ−を容易に脱型するために、孔開き型１８をセラミックスラリ−とは反応性の低い樹脂材料が適している。金属材料の場合、セラミックスラリ−との反応性が高く、乾燥時に固着しやすく、脱型時にセラミックスラリ−の表面が破壊されることが多く発生した。
【００５４】
このことは変形自在の押し板１９に対しても同様であり、金属製のバネ材などは不適である。樹脂材料のなかでも、最も反応性の低かったのはテフロン（Ｒ）であった。またＰＥＴ、塩化ビニルなども反応性が低く、価格も安く実用的である。
【００５５】
また、種々の樹脂材料を用いた場合、セラミックスラリ−との相性があり、乾燥時のセラミックスラリ−の表面状態が、用いる樹脂材料により大きく左右されることがわかった。
【００５６】
即ち、凸部１５を有する平板部分１６を厚さ１０[mm]とし、円筒状の開孔部分１７を有する孔開き型１８を厚さ２．５[mm]とし、ともにテフロン（Ｒ）で構成した。また変形自在の押し板１９を、厚さ０．５[mm]程度のＰＥＴフィルムで構成した。
【００５７】
この構成により、成形されたスラリ−は、適度に乾燥した状態で簡単に脱型することができた。また、テフロン（Ｒ）型に接触していた部分、即ち、セラミック多孔体の側面部と凹面状部分とは気泡が表面に接触しいる状態で成形された。
【００５８】
この様子を図４に示す。図４は成形されたセラミック多孔体２２の焼成後の凹部拡大図を示す。上面２３および凹部２４はテフロン（Ｒ）型と接触していた部分を示す。同図より、気泡２５が表面に達し、表面に開口していることがわかる。
【００５９】
また、下面２６は、変形自在のＰＥＴフィルムに接触していた部分を示し、一部の気泡は表面で開口していたが、多くの気泡が表面で閉じているように形成された。これは、成形時の型材料による違いと考えられる。これは用いる型材料により、セラミック多孔体の表面状態をある程度制御できることを意味している。
【００６０】
なお、音響整合層として用いる場合、セラミック多孔体２２の下面２６は、内部に形成した有機ガラスが表面にあまり多く滲出しない方が好ましい。即ち、エポキシ樹脂などで音響整合層をケ−スに接着する場合、有機ガラス６が表面に多く滲出していると、接着強度が大きく低下する場合がるためである。
【００６１】
このように、凸部１５を有する平板部分１６と、円筒状の開孔部分１７を有する孔開き型１８とをテフロン（Ｒ）で構成し、変形自在の押し板１９をＰＥＴフィルムで構成した場合、有機ガラスを形成する音響整合層として最適なセラミック多孔体２２が得られることが解った。
【００６２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における超音波振動子の有機ガラスの製造方法を説明する。図５は、セラミック多孔体への有機ガラス形成法を説明するための配置図を示す。音響整合層となるセラミック多孔体２７がテフロン（Ｒ）製の下板２８と、テフロン（Ｒ）製の円筒状の孔の開いたスペ−サ２９と、テフロン（Ｒ）製の上板３０とで囲まれた状態で配置されている。
【００６３】
この状態のセラミック多孔体２７内部及び周囲の空間に、原料ガラスを満たし、ゲル化させる。このとき、原料ガラスは、セラミック多孔体２７内部にも含浸しゲル化するとともに、セラミック多孔体２７の凹部にも形成され湿潤ゲルが形成される。このようにしてセラミック多孔体２７内部およびセラミック多孔体２７の凹部に連続して湿潤ゲルが形成される。
【００６４】
従って、湿潤ゲルが強固にセラミック多孔体２７に形成されることになる。なお、セラミック多孔体２７が、テフロン（Ｒ）下板２８の密着しているため、溶液の循環が不十分となり、セラミック多孔体２７の凹部中央部の湿潤ゲルの成長がややおそく、実施の形態１で説明したように、中央部が凹面状に形成されたと考えられる。また、この時セラミック多孔体２７の表面および内部の表面を酸化処理しておくと、有機ガラスが強固にセラミック多孔体２７に固着することがわかった。
【００６５】
これはセラミック多孔体２７の表面に酸化層が形成され、その酸化層と有機ガラスとの相性がよく、強固に接着するものと考えられる。具体的には、セラミック多孔体２７を高温、高圧の水（プレッシャ−クッカ−）などで煮沸処理すると良い。密閉容中で、１２０℃前後の温度状態のもと、３０分〜６０分程度煮沸するとよい。また、原料ガラスをセラミック多孔体に注入する際に、セラミク多孔体２７を充分、脱気することが必要である。
【００６６】
具体的には、図６に示す。図６は、脱気・溶液注入治具３１を示し、セラミック多孔体３２を含む容器３３に、コック３４の付いた原料ガラスを保持するロ−ト３５と、排気脱気する排気装置（図示せず）に接続される排気コック３６の付いた排気管３７とから構成した。
【００６７】
まず、セラミック多孔体３２を、容器３３内に入れ、原料ガラスを満たしたロ−ト３５を容器３３に取り付ける。コック３４を閉止し、排気コック３６を開いて容器３３内を充分排気脱気する。
【００６８】
充分に容器３３を排気した後、排気コック３６を閉止し、溶液を注入するためにコック３４を開放し、ロ−ト３５に満たされている原料ガラスを容器３３へ内へ注入する。注入された原料ガラスは、容器３３を満たすとともに、セラミック多孔体３２の内部へも含浸していく。
【００６９】
従って、この場合には、排気した後、開封することなく原料ガラスを注入することができるので、セラミック多孔体３２内部に気泡が形成されることが無くなり、安定した音響整合層を形成することが出来た。なお、原料ガラスを容器３３へ注入後、コック３４を閉じ、排気コック３６を開放して、排気しても良い。
【００７０】
この場合、セラミック多孔体３２から気泡の発生を目視により確認できるので、セラミック多孔体から気泡が充分排気されたことを確認することもできる。
【００７１】
従来は、容器３３を充分排気した後、容器３３を開封するとともに、空気中で、原料ガラスを容器３３へ注入していた。このためセラミック多孔体内部に、空気が侵入し、セラミック多孔体内部での気泡の要因となっていた。この場合、大きな気泡が形成されると超音波特性が著しく低下する要因となっており、音響整合層としての不安定要因の一つであった。
【００７２】
（実施の形態４）
以下に、有機ガラスの熟成方法について説明する。実施の形態１で示したように作製された湿潤ゲルを乾燥処理し、有機ガラスを形成するが、その際、急激な形状の縮小あるいは変形が発生し、有機ガラスが破壊されることがある。
【００７３】
したがって、湿潤ゲルを以下のような工程を経たのち乾燥処理を実施した。まず湿潤ゲルを実施の形態１に示したようにして作製する。その後、水で若干希釈した溶媒を湿潤ゲルが充分浸漬する程度に補給し、湿潤ゲルの表面を加水分解する。この処理により、湿潤ゲルの余分な部分が取り除かれたと考えている。
【００７４】
次に、エトキシシランあるいはメトキシシランなどのガラス原料を、アンモニアなどの触媒を用い十分活性な状態で、メチルあるいはエチルなどのアルコ−ル系溶媒に分散させ、表面を加水分解した状態の湿潤ゲルが十分に浸漬するよう補給し、湿潤ゲルが溶解し、且つ、縮合反応を起こすようにする。この処理により、湿潤ゲル内のネットワ−クが強くなり、内部に含んでいる溶媒が蒸発し、無くなっても、破壊されないで乾燥ゲルが作製される。
【００７５】
以上のプロセスを経過して初めて、セラミック多孔体の内部および凹部に有機ガラスが形成されたことになる。その後、よく知られた疎水化処理を実施し、音響整合層とした。
【００７６】
このように、一度湿潤状態の有機ガラスを形成後、再度加水分解による表面活性化処理後、重合縮合反応させるることにより、湿潤ゲル内のネットワ−クが強くなり、内部に含んでいる溶媒が蒸発し、無くなっても、破壊されないで乾燥ゲルが作製され、安定性よく音響整合層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、本発明にかかる超音波振動子は、セラミック多孔体の内部および凹部に強固に固着した有機ガラスとで構成された音響整合層を有しているので、超音波感度が大きく、また、表面が凹面上に形成されているため、外部からの衝撃などで簡単に破壊されない、信頼性の高い超音波振動子を実現することができる。従って、本発明の超音波振動子は、超音波流量計などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波振動子の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における音響整合層の断面大図（ｂ）平面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における成形型の断面図（ｂ）孔開き型の平面図
【図４】実施の形態２におけるセラミック多孔体の一部断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるセラミック多孔体の配置図
【図６】本発明の実施の形態３における脱気・溶液注入治具の断面図
【図７】従来の超音波振動子の断面図
【符号の説明】
【００７９】
１  超音波振動子
２  圧電体
４、１２  音響整合層
５、１３、２２、２７  セラミック多孔体
６  有機ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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