JP2017220844A - Laminate, ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter - Google Patents

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JP2017220844A JP2016114982A JP2016114982A JP2017220844A JP 2017220844 A JP2017220844 A JP 2017220844A JP 2016114982 A JP2016114982 A JP 2016114982A JP 2016114982 A JP2016114982 A JP 2016114982A JP 2017220844 A JP2017220844 A JP 2017220844A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminate including an acoustic matching layer which has high mechanical strength and appropriate acoustic characteristics, and to provide an ultrasonic transducer and an ultrasonic flowmeter.SOLUTION: A laminate 28 includes: a piezoelectric body 21; and a first acoustic matching layer 26 which is disposed in direct or via other layer contact with the piezoelectric body. The density of the first acoustic matching layer is 10-100 kg/m.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、圧電体および音響整合層を含む積層体、超音波送受波器および超音波流量計に関する。   The present disclosure relates to a laminate including a piezoelectric body and an acoustic matching layer, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic flowmeter.

近年、超音波が伝搬路伝達する時間を計測し、流体の移動速度を測定して流量を計測する超音波流量計がガスメータ等に利用されつつある。超音波流量計は、一般に圧電振動子を備え、圧電振動子によって超音波を検出する。流体が気体である場合、気体と圧電振動子との間の音響インピーダンスの差が大きいため、気体を伝搬する超音波は圧電振動子との界面で反射されやすい。このため、超音波を圧電振動子に効率よく入射させるため、圧電振動子と気体との界面に音響整合層が設けられる場合がある。   In recent years, an ultrasonic flowmeter that measures the flow time of ultrasonic waves and measures the flow rate by measuring the moving speed of a fluid is being used for a gas meter or the like. An ultrasonic flowmeter generally includes a piezoelectric vibrator and detects ultrasonic waves using the piezoelectric vibrator. When the fluid is a gas, since the difference in acoustic impedance between the gas and the piezoelectric vibrator is large, the ultrasonic wave propagating through the gas is easily reflected at the interface with the piezoelectric vibrator. For this reason, an acoustic matching layer may be provided at the interface between the piezoelectric vibrator and the gas in order to efficiently cause the ultrasonic wave to enter the piezoelectric vibrator.

特許文献1は、音響整合層として用いることのできる材料を開示している。特許文献2は、2つの音響整合層を備えた超音波送受波器を開示している。   Patent Document 1 discloses a material that can be used as an acoustic matching layer. Patent Document 2 discloses an ultrasonic transducer having two acoustic matching layers.

特許第2559144号公報Japanese Patent No. 2559144 特許第3552054号公報Japanese Patent No. 3552054

従来の超音波送受波器用では、音響整合層と超音波の放射媒体との音響インピーダンスの整合性が十分ではないため高い感度が得られなかった。本開示は、適切な音響特性の音響整合層を含む積層体、超音波送受波器および超音波流量計を提供する。   In conventional ultrasonic transducers, high sensitivity cannot be obtained because the acoustic impedance matching between the acoustic matching layer and the ultrasonic radiation medium is not sufficient. The present disclosure provides a laminate, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic flow meter that include an acoustic matching layer with appropriate acoustic characteristics.

本開示の積層体は、圧電体と、前記圧電体と、直接または他の層を介して、接して配置されている第1音響整合層であって、10kg/m3以上100kg/m3以下の密度を有する第1音響整合層とを備える。 The laminated body of the present disclosure is a first acoustic matching layer that is disposed in contact with the piezoelectric body and the piezoelectric body directly or via another layer, and is 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less. A first acoustic matching layer having a density of

本開示の積層体、超音波送受波器および超音波流量計によれば、適切な音響特性の音響整合層を含むため、高感度な超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。   According to the laminated body, the ultrasonic transducer and the ultrasonic flowmeter of the present disclosure, since the acoustic matching layer having appropriate acoustic characteristics is included, a highly sensitive ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter can be realized.

図1は本開示の超音波流量計を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an ultrasonic flowmeter of the present disclosure. 図2は本開示の積層体および超音波送受波器の第1の実施形態を示す模式的端面図である。FIG. 2 is a schematic end view showing the first embodiment of the laminate and the ultrasonic transducer according to the present disclosure. 図3Aは第1の実施形態の超音波送受波器の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 3A is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 図3Bは第1の実施形態の超音波送受波器の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 3B is a process cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the ultrasonic transducer according to the first embodiment. 図4は本開示の積層体および超音波送受波の第2の実施形態を示す模式的端面図である。FIG. 4 is a schematic end view showing a second embodiment of the laminated body and ultrasonic wave transmission / reception of the present disclosure.

本開示の積層体、超音波送受波器および超音波流量計の概要は以下の通りである。
[項目1]
圧電体と、
前記圧電体と、直接または他の層を介して、接して配置されている第1音響整合層であって、
10kg/m3以上100kg/m3以下の密度を有する第1音響整合層と
を備える、積層体。
[項目2]
前記第1音響整合層は、ポリメタクリルイミド発泡体を含む、項目1に記載の積層体。
[項目3]
前記第1音響整合層の音速が500m/s以上である、項目1または2に記載の積層体。
[項目4]
前記ポリメタクリルイミド発泡体は、複数のクローズドポアを含む、項目1から3のいずれかに記載の積層体。
[項目5]
前記クローズドポアの平均ポア径が、1μm以上100μm以下である、項目4に記載の積層体。
[項目6]
前記クローズドポアの隣接間距離が50nm以上1μm以下の範囲内で均一に分布する項目4または5に記載の積層体。
[項目7]
前記第1音響整合層の音響インピーダンスが5×103kg/s・m2以上350×103kg/s・m2の範囲内にある、項目1から6のいずれかに記載の積層体。
[項目8]
前記第1音響整合層の厚さが前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4ある、項目1から7のいずれかに記載の積層体。
[項目9]
前記圧電体と前記第1音響整合層との間に位置する第2音響整合層を更に備え、
前記第2音響整合層は、50kg/m3以上1500kg/m3以下であり、かつ、前記第1音響整合層よりも大きい密度を有する、項目1から8のいずれかに記載の積層体。
[項目10]
前記第1音響整合層の音響インピーダンスZaと、前記第2音響整合層の音響インピーダンスZbとの関係が、Za<Zbである、項目9に記載の積層体。
[項目11]
前記第2音響整合層の厚さが、前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4である項目9または10に記載の積層体。
[項目12]
前記第1音響整合層は、前記圧電体と直接接合されている、項目1から8のいずれかに記載の積層体。
[項目13]
前記第2音響整合層は、前記第1音響整合層、および、前記圧電体と直接接して配置されている、項目9に記載の積層体。
[項目14]
前記第1音響整合層と前記第2音響整合層との間に、1000kg/m3以上の密度を有する構造支持層をさらに備える、項目9に記載の積層体。
[項目15]
前記構造支持層の厚さが、前記構造支持層中を伝播する音波の波長λの1/8未満である、項目14に記載の積層体。
[項目16]
項目1から15のいずれかに記載の積層体を備えた超音波送受波器。
[項目17]
項目1から8のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記天板の外面に張り付けられている、超音波送受波器。
[項目18]
項目9から11のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第2音響整合層は前記、天板の外面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記第2音響整合層に接している、超音波送受波器。
[項目19]
前記ケースは金属材料によって構成されている項目17または18に記載の超音波送受波器。
[項目20]
被測定流体が流れる流路と、
前記流路に配置された、超音波信号を送受信する一対の超音波送受波器であって、項目16から18のいずれか1項に記載の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する時間計測部と、
前記計測回路からの信号に基づいて前記流路の流量を算出する演算部と、
を備えた超音波流量計。
The outline | summary of the laminated body of this indication, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic flowmeter is as follows.
[Item 1]
A piezoelectric body;
A first acoustic matching layer disposed in contact with the piezoelectric body directly or via another layer,
And a first acoustic matching layer having a density of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less.
[Item 2]
The laminate according to item 1, wherein the first acoustic matching layer includes a polymethacrylimide foam.
[Item 3]
Item 3. The laminate according to Item 1 or 2, wherein the sound velocity of the first acoustic matching layer is 500 m / s or more.
[Item 4]
The laminate according to any one of items 1 to 3, wherein the polymethacrylimide foam includes a plurality of closed pores.
[Item 5]
Item 5. The laminate according to Item 4, wherein the closed pore has an average pore diameter of 1 µm or more and 100 µm or less.
[Item 6]
Item 6. The laminate according to Item 4 or 5, wherein the distance between adjacent pores of the closed pores is uniformly distributed within a range of 50 nm to 1 µm.
[Item 7]
The laminate according to any one of Items 1 to 6, wherein the acoustic impedance of the first acoustic matching layer is in a range of 5 × 10 3 kg / s · m 2 to 350 × 10 3 kg / s · m 2 .
[Item 8]
The laminate according to any one of items 1 to 7, wherein the thickness of the first acoustic matching layer is approximately ¼ of a wavelength λ of a sound wave propagating through the first acoustic matching layer.
[Item 9]
A second acoustic matching layer positioned between the piezoelectric body and the first acoustic matching layer;
The second acoustic matching layer, 50 kg / m 3 or more 1500 kg / m 3 or less, and has a density greater than the first acoustic matching layer, the laminated body according to any one of Items 1 8.
[Item 10]
Item 10. The laminate according to Item 9, wherein the relationship between the acoustic impedance Za of the first acoustic matching layer and the acoustic impedance Zb of the second acoustic matching layer is Za <Zb.
[Item 11]
Item 11. The laminate according to Item 9 or 10, wherein the thickness of the second acoustic matching layer is approximately ¼ of the wavelength λ of the sound wave propagating through the first acoustic matching layer.
[Item 12]
The laminated body according to any one of items 1 to 8, wherein the first acoustic matching layer is directly bonded to the piezoelectric body.
[Item 13]
The laminate according to item 9, wherein the second acoustic matching layer is disposed in direct contact with the first acoustic matching layer and the piezoelectric body.
[Item 14]
Item 10. The laminate according to item 9, further comprising a structural support layer having a density of 1000 kg / m 3 or more between the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer.
[Item 15]
Item 15. The laminate according to Item 14, wherein the thickness of the structural support layer is less than 1/8 of a wavelength λ of a sound wave propagating through the structural support layer.
[Item 16]
An ultrasonic transducer comprising the laminate according to any one of items 1 to 15.
[Item 17]
The laminate according to any one of items 1 to 8,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The first acoustic matching layer is an ultrasonic transducer that is attached to an outer surface of the top plate.
[Item 18]
The laminate according to any one of items 9 to 11,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The second acoustic matching layer is attached to the outer surface of the top plate,
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer is in contact with the second acoustic matching layer.
[Item 19]
The ultrasonic transducer according to item 17 or 18, wherein the case is made of a metal material.
[Item 20]
A flow path through which the fluid to be measured flows;
A pair of ultrasonic transducers arranged in the flow path for transmitting and receiving ultrasonic signals, the ultrasonic transducer according to any one of items 16 to 18,
A time measuring unit for measuring an ultrasonic propagation time between the pair of ultrasonic transducers;
A calculation unit that calculates a flow rate of the flow path based on a signal from the measurement circuit;
Ultrasonic flow meter equipped with.

以下、図面を参照しながら、本開示の積層体、超音波送受波器および超音波流量計の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the laminate, the ultrasonic transducer, and the ultrasonic flowmeter of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下、本実施形態の超音波送受波器および超音波流量計の一例を詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an example of the ultrasonic transducer and the ultrasonic flowmeter of the present embodiment will be described in detail.

[超音波流量計の構成]
図1は本開示の超音波流量計の概略的な構成を示す。図1に示すように、管壁13によって規定される流量計測部には流体が流速Vにて図に示す方向に流れている。管壁13には、一対の超音波送受波器(第1および第2の超音波送受波器)11、12が相対して設置されている。超音波送受波器11、12は、電気エネルギー/機械エネルギー変換素子として、圧電セラミック等の圧電振動子を用いて構成されており、圧電ブザー、圧電発振子と同様に共振特性を示す。まず、超音波送受波器11を超音波送波器として用い、超音波送受波器12を超音波受波器として用いる。超音波送受波器11の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を圧電振動子に印加すると、超音波送受波器11は管内の流体中に同図中のL1で示す伝搬経路に沿って超音波を放射する。超音波送受波器12は流体中を伝搬してきた超音波を受けて電圧に変換する。続いて、反対に超音波送受波器12を超音波送波器として用い、超音波送受波器11を超音波受波器として用いる。超音波送受波器12の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を圧電振動子に印加することにより、超音波送受波器12は管内の流体中に同図中のL2で示す伝搬経路に沿って超音波を放射し、超音波送受波器11は伝搬してきた超音波を受けて電圧に変換する。このように、超音波送受波器11、12は、受波器としての役目と送波器としての役目を果たすので、一般に超音波送受波器と呼ばれる。
[Configuration of ultrasonic flowmeter]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an ultrasonic flowmeter of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the fluid flows in the flow rate measurement unit defined by the tube wall 13 at the flow velocity V in the direction shown in the figure. On the tube wall 13, a pair of ultrasonic transducers (first and second ultrasonic transducers) 11, 12 are installed facing each other. The ultrasonic transducers 11 and 12 are configured by using a piezoelectric vibrator such as a piezoelectric ceramic as an electrical energy / mechanical energy conversion element, and exhibit resonance characteristics like a piezoelectric buzzer and a piezoelectric oscillator. First, the ultrasonic transmitter / receiver 11 is used as an ultrasonic transmitter and the ultrasonic transmitter / receiver 12 is used as an ultrasonic receiver. When an AC voltage having a frequency near the resonance frequency of the ultrasonic transducer 11 is applied to the piezoelectric vibrator, the ultrasonic transducer 11 applies ultrasonic waves along the propagation path indicated by L1 in the drawing to the fluid in the tube. Radiate. The ultrasonic transducer 12 receives the ultrasonic wave propagating in the fluid and converts it into a voltage. Subsequently, on the contrary, the ultrasonic transducer 12 is used as an ultrasonic transmitter, and the ultrasonic transducer 11 is used as an ultrasonic receiver. By applying an AC voltage having a frequency in the vicinity of the resonance frequency of the ultrasonic transducer 12 to the piezoelectric vibrator, the ultrasonic transducer 12 is supersonic along the propagation path indicated by L2 in the fluid in the tube. A sound wave is radiated, and the ultrasonic transducer 11 receives the propagated ultrasonic wave and converts it into a voltage. Thus, since the ultrasonic transducers 11 and 12 serve as a receiver and a transmitter, they are generally called ultrasonic transducers.

このような超音波流量計では、連続的に交流電圧を印加すると超音波送受波器から連続的に超音波が放射されて伝搬時間を測定することが困難になるので、通常はパルス信号を搬送波とするバースト電圧信号を駆動電圧として用いる。駆動用のバースト電圧信号を超音波送受波器11に印加して超音波送受波器11から超音波バースト信号を放射すると、この超音波バースト信号は距離がLの伝搬経路L1を伝搬してt時間後に超音波送受波器12に到達する。超音波送受波器12では、伝達して来た超音波バースト信号のみを高いS/N比で電気バースト信号に変換することができる。この電気バースト信号を電気的に増幅して、再び超音波送受波器11に印加して超音波バースト信号を放射する。この装置をシング・アラウンド装置と呼び、超音波パルスが超音波送受波器11から放射され伝搬路を伝搬して超音波送受波器12に到達するのに要する時間をシング・アラウンド周期といい、その逆数をシング・アラウンド周波数という。図1において、管の中を流れる流体の流速をV、流体中の超音波の速度をC、流体の流れる方向と超音波パルスの伝搬方向の角度をθとする。超音波送受波器11を送波器、超音波送受波器12を受波器として用いたときに、超音波送受波器11から出た超音波パルスが超音波送受波器12に到達する超音波伝搬時間であるシング・アラウンド周期をt1、シング・アラウンド周波数f1とすれば、次式(1)が成立する。
f1=1/t1=(C+Vcosθ)/L・・・(1)
In such an ultrasonic flow meter, when an AC voltage is continuously applied, it is difficult to measure the propagation time because the ultrasonic wave is continuously emitted from the ultrasonic transducer. A burst voltage signal is used as a drive voltage. When a driving burst voltage signal is applied to the ultrasonic transducer 11 and an ultrasonic burst signal is radiated from the ultrasonic transducer 11, the ultrasonic burst signal propagates through a propagation path L1 having a distance L and t. The ultrasonic transducer 12 is reached after a time. The ultrasonic transducer 12 can convert only the transmitted ultrasonic burst signal into an electric burst signal with a high S / N ratio. The electric burst signal is electrically amplified and applied to the ultrasonic transducer 11 again to radiate the ultrasonic burst signal. This device is called a single-around device, and the time required for an ultrasonic pulse to radiate from the ultrasonic transducer 11 and propagate through the propagation path to reach the ultrasonic transducer 12 is called a single-around period. The reciprocal is called the sing-around frequency. In FIG. 1, the flow velocity of the fluid flowing in the pipe is V, the velocity of the ultrasonic wave in the fluid is C, and the angle between the direction of flow of the fluid and the propagation direction of the ultrasonic pulse is θ. When the ultrasonic transmitter / receiver 11 is used as a transmitter and the ultrasonic transmitter / receiver 12 is used as a receiver, the ultrasonic pulse emitted from the ultrasonic transmitter / receiver 11 reaches the ultrasonic transmitter / receiver 12. When the sing-around period, which is the sound wave propagation time, is t1, and the sing-around frequency f1, the following equation (1) is established.
f1 = 1 / t1 = (C + V cos θ) / L (1)

逆に、超音波送受波器12を送波器として、超音波送受波器11を受波器として用いたときの超音波伝搬時間であるシング・アラウンド周期をt2、シング・アラウンド周波数f2とすれば、次式(2)の関係が成立する。
f2=1/t2=(C−Vcosθ)/L・・・(2)
On the other hand, the ultrasonic transducer 12 is used as a transmitter and the ultrasonic transmitter / receiver 11 is used as a receiver. For example, the relationship of the following equation (2) is established.
f2 = 1 / t2 = (C−V cos θ) / L (2)

したがって、両シング・アラウンド周波数の周波数差Δfは、次式(3)となり、超音波の伝搬経路の距離Lと周波数差Δfから流体の流速Vを求めることができる。
Δf=f1−f2=2Vcosθ/L・・・(3)
Therefore, the frequency difference Δf between the two sing-around frequencies is expressed by the following equation (3), and the fluid flow velocity V can be obtained from the ultrasonic propagation path distance L and the frequency difference Δf.
Δf = f1-f2 = 2V cos θ / L (3)

すなわち、超音波の伝搬経路の距離Lと周波数差Δfから流体の流速Vを求めることができ、その流速Vから流量を調べることができる。   That is, the flow velocity V of the fluid can be obtained from the distance L of the ultrasonic propagation path and the frequency difference Δf, and the flow rate can be examined from the flow velocity V.

超音波流量計は、時間計測部31および演算部32を備える。時間計測部31は、超音波送受波器11、12を駆動するバースト電圧信号を生成する駆動回路および超音波送受波器11、12で変換された電気バースト信号を電気的に増幅する受信回路を含み、上述した手順によって、超音波伝搬時間であるシング・アラウンド周期t1、t2を求める。演算部32は、求めたシング・アラウンド周期t1、t2と式(3)の関係から、流体の流速および流量を算出する。時間計測部31および演算部32は、例えば、マイコンおよびメモリに記憶され、上述した演算を行う手順を規定したプログラムによって構成される。時間計測部31および演算部32の一部は、電子回路等によって構成されていてもよい。   The ultrasonic flowmeter includes a time measurement unit 31 and a calculation unit 32. The time measuring unit 31 includes a drive circuit that generates a burst voltage signal that drives the ultrasonic transducers 11 and 12 and a reception circuit that electrically amplifies the electrical burst signal converted by the ultrasonic transducers 11 and 12. In addition, the single-around periods t1 and t2 which are ultrasonic propagation times are obtained by the above-described procedure. The computing unit 32 calculates the flow velocity and flow rate of the fluid from the relationship between the obtained sing-around periods t1 and t2 and Equation (3). The time measurement unit 31 and the calculation unit 32 are configured by, for example, a program stored in a microcomputer and a memory and defining a procedure for performing the above-described calculation. A part of the time measurement unit 31 and the calculation unit 32 may be configured by an electronic circuit or the like.

[超音波送受波器]
図2は、本開示の超音波流量計に用いる超音波送受波器11の一例を示す断面図である。超音波送受波器12も超音波送受波器11と同じ構造を備えている。超音波送受波器11は、積層体28とケース29とを備える。
[Ultrasonic transducer]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the ultrasonic transducer 11 used in the ultrasonic flowmeter of the present disclosure. The ultrasonic transducer 12 also has the same structure as the ultrasonic transducer 11. The ultrasonic transducer 11 includes a laminated body 28 and a case 29.

積層体28は、圧電体21と第1音響整合層26とを備える。第1音響整合層26は直接、または、他の層を介して圧電体21と接している。圧電体21は、圧電セラミックスまたは電単結晶によって構成され、厚さ方向に分極されている。また、圧電体21は厚さ方向の上下面に電極を有しており、電極に電圧を印加することによって、超音波振動を発生する。   The stacked body 28 includes the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26. The first acoustic matching layer 26 is in contact with the piezoelectric body 21 directly or through another layer. The piezoelectric body 21 is made of piezoelectric ceramics or an electric single crystal and is polarized in the thickness direction. The piezoelectric body 21 has electrodes on the upper and lower surfaces in the thickness direction, and generates ultrasonic vibrations by applying a voltage to the electrodes.

ケース29は、天板22uを有する凸形状を備えた本体22と、蓋板23とを含む。本体22および蓋板23とは導電材料、例えば外部の流体に対して信頼性が確保できる金属等の材料で形成されている。圧電体21は、本体22の凸形状内に位置し、天板22uの内面22aに貼り付けられている。本体22の凸形状の底に位置する開口は、蓋板23で覆われ、本体22の内空間が封止されている。このため、ケース29は気体遮蔽性を有し、種々の流体に超音波送受波器11が曝されても、内部の圧電体21が劣化することがなく、高い信頼性を備える。蓋板23には駆動端子24a、24bが取り付けられている。2つの駆動端子24a、24bのうち、一方の駆動端子24aは蓋板23および本体22を介して圧電体21の上面電極に電気的に接続されている。他方の駆動端子24bは、絶縁材25で蓋板23と電気的に絶縁されているとともに、本体22内で圧電体21の下面電極に電気的に接続されている。   The case 29 includes a main body 22 having a convex shape having a top plate 22 u and a lid plate 23. The main body 22 and the lid plate 23 are made of a conductive material, for example, a metal that can ensure reliability against an external fluid. The piezoelectric body 21 is positioned within the convex shape of the main body 22 and is attached to the inner surface 22a of the top plate 22u. The opening located at the bottom of the convex shape of the main body 22 is covered with a cover plate 23 and the inner space of the main body 22 is sealed. For this reason, the case 29 has gas shielding properties, and even if the ultrasonic transducer 11 is exposed to various fluids, the internal piezoelectric body 21 is not deteriorated and has high reliability. Drive terminals 24 a and 24 b are attached to the lid plate 23. Of the two drive terminals 24 a and 24 b, one drive terminal 24 a is electrically connected to the upper surface electrode of the piezoelectric body 21 through the cover plate 23 and the main body 22. The other drive terminal 24 b is electrically insulated from the cover plate 23 by an insulating material 25 and is electrically connected to the lower surface electrode of the piezoelectric body 21 in the main body 22.

第1音響整合層26は、流体に超音波を送波、または流体を伝搬してきた超音波を受波するためのもので、駆動交流電圧により励振される圧電体21の機械的振動が外部の媒体に対して超音波として効率よく出ていき、到達した超音波が効率よく電圧に変換される役目を有する。第1音響整合層26は本体22の天板22uの外面22bに貼り付けられている。   The first acoustic matching layer 26 is for transmitting ultrasonic waves to the fluid or receiving ultrasonic waves that have propagated through the fluid, and mechanical vibrations of the piezoelectric body 21 excited by the driving AC voltage are externally applied. It has the role of efficiently coming out as ultrasonic waves to the medium and efficiently converting the reached ultrasonic waves into voltage. The first acoustic matching layer 26 is attached to the outer surface 22 b of the top plate 22 u of the main body 22.

圧電体21および流体の音響インピーダンスをZ1、Z2とし、第1音響整合層26に求められる理想的な音響インピーダンスをZ3とすると、Z3=√(Z1・Z2)で求められる。圧電体21の音響インピーダンスは約30×106kg/m2・s程度であり、水素の音響インピーダンスは110kg/m2・s程度である。上述した数値をこの式に代入すると、Z3=57×103(kg/m2・s)と求められる。また、音響インピーダンスは次式(4)で定義される。
音響インピーダンス=(密度)×(音速)・・・(4)
When the acoustic impedances of the piezoelectric body 21 and the fluid are Z1 and Z2, and the ideal acoustic impedance required for the first acoustic matching layer 26 is Z3, Z3 = √ (Z1 · Z2). The acoustic impedance of the piezoelectric body 21 is about 30 × 10 6 kg / m 2 · s, and the acoustic impedance of hydrogen is about 110 kg / m 2 · s. Substituting the numerical values described above into this equation yields Z3 = 57 × 10 3 (kg / m 2 · s). The acoustic impedance is defined by the following equation (4).
Acoustic impedance = (density) x (sound speed) (4)

本実施形態において、第1音響整合層26は、10kg/m3以上100kg/m3以下の密度を有する。また、第1音響整合層26を伝搬する音速は、500m/s以上であり、望ましくは、500m/s以上3500m/s以下である。この範囲の密度および音速を適切に選択することにより、第1音響整合層26の音響インピーダンスは5×103kg/s・m2以上350×103kg/s・m2の範囲内の値を取ることができる。 In the present embodiment, the first acoustic matching layer 26 has a density of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less. The speed of sound propagating through the first acoustic matching layer 26 is 500 m / s or more, and preferably 500 m / s or more and 3500 m / s or less. By appropriately selecting the density and sound velocity in this range, the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 26 is a value within the range of 5 × 10 3 kg / s · m 2 to 350 × 10 3 kg / s · m 2. Can take.

このような物性を備える第1音響整合層26に適した材料としては、例えば、硬質微孔体が挙げられる。より具体的には、第1音響整合層26は、硬質プラスチック独立気泡(クローズドセル)発泡体、例えば、ポリメタクリルイミド発泡体を含む。ポリメタクリルイミド発泡体は、例えば、商標名ROHACELL(R)で、Roehm Gmbh & Co KGから販売されており、日本国内では、ダイセル・エボニック株式会社から購入することができる。ROHACELLの密度は、10kg/m3以上100kg/m3以下の範囲内であるとカタログに公表されている。 Examples of a material suitable for the first acoustic matching layer 26 having such physical properties include a hard microporous body. More specifically, the first acoustic matching layer 26 includes a hard plastic closed cell foam, such as a polymethacrylimide foam. The polymethacrylimide foam is, for example, sold by Roehm Gmbh & Co KG under the trade name ROHACEELL (R), and can be purchased from Daicel Evonik Co., Ltd. in Japan. The density of ROHACELL is published in the catalog as being in the range of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less.

ポリメタクリルイミド発泡体におけるクローズドポアの平均ポア径は1μm以上100μm以下であることが望ましい。また、クローズドポアの隣接間距離は50nm以上1μm以下の範囲内で均一に分布していることが望ましい。計算によるシミュレーションおよび以下で説明する実験結果によれば、クローズドポアの平均ポア径およびクローズドポアの隣接間距離は音響伝搬特性に影響する。良好な音響伝搬特性を実現するためにこれらの値は上述した範囲にあることが望ましい。クローズドポアの隣接間距離は、独立気泡の隔壁の平均厚さに相当する。   The average pore diameter of the closed pore in the polymethacrylimide foam is preferably 1 μm or more and 100 μm or less. Further, it is desirable that the distance between adjacent pores is uniformly distributed within a range of 50 nm to 1 μm. According to the simulation by calculation and the experimental results described below, the average pore diameter of the closed pores and the distance between adjacent pores affect the acoustic propagation characteristics. In order to realize good acoustic propagation characteristics, it is desirable that these values be in the above-mentioned range. The distance between adjacent closed pores corresponds to the average thickness of the closed-cell partition walls.

また、ポリメタクリルイミド発泡体は、剛直で強固な分子構造を備えるため、他の硬質発泡体に比べ、機械的強度および加工性に優れる。   In addition, since the polymethacrylimide foam has a rigid and strong molecular structure, it has excellent mechanical strength and workability compared to other hard foams.

第1音響整合層26は、第1音響整合層26中を伝搬する音波の波長λの略1/4の厚さを有していることが望ましい。これにより、第1音響整合層26の2つの主面間で反射し圧電体21へ入射する音波は位相が1/2ずれることによって弱められる。よって、不要な反射によって遅れて圧電体21へ入射する音波の強度を小さくし、反射波の影響を抑制することができる。   The first acoustic matching layer 26 preferably has a thickness that is approximately ¼ of the wavelength λ of the sound wave propagating through the first acoustic matching layer 26. As a result, the sound wave reflected between the two principal surfaces of the first acoustic matching layer 26 and incident on the piezoelectric body 21 is weakened by a phase shift of 1/2. Therefore, the intensity of the sound wave incident on the piezoelectric body 21 with a delay due to unnecessary reflection can be reduced and the influence of the reflected wave can be suppressed.

本実施形態では、ケース29の天板22uは、積層体28を支持する構造支持層として機能する。構造支持層、つまり、天板22uは、1000kg/m3以上の密度を有することが望ましい。また、天板22uの厚さは、天板22uを伝搬する音波の波長λの1/8以下の厚さを有している。この条件を天板22uが満たすことによって、天板22uにおける音波の反射等が抑制される。 In the present embodiment, the top plate 22 u of the case 29 functions as a structure support layer that supports the stacked body 28. The structural support layer, that is, the top plate 22u, preferably has a density of 1000 kg / m 3 or more. Moreover, the thickness of the top plate 22u has a thickness of 1/8 or less of the wavelength λ of the sound wave propagating through the top plate 22u. When the top plate 22u satisfies this condition, reflection of sound waves on the top plate 22u is suppressed.

本実施形態の超音波送受波器は、例えば以下の手順により、製造することができる。まず、図3(a)に示すように、ケース29、圧電体21及び第1音響整合層26を用意する。第1音響整合層26は、予め、所望の厚さを有するように、加工されている。ケース29の本体22における天板22uの内面22aに接着剤などで圧電体21を張り付ける。また、天板11uの外面22bに第1音響整合層26を張り付ける。その後、図3(b)に示すように、圧電体21と駆動端子24b等との接続を行う。最後に、本体22の開口を、接着剤などを用いて蓋板23で閉じることによって、超音波送受波器が完成する。   The ultrasonic transducer of this embodiment can be manufactured, for example, according to the following procedure. First, as shown in FIG. 3A, a case 29, a piezoelectric body 21, and a first acoustic matching layer 26 are prepared. The first acoustic matching layer 26 is processed in advance so as to have a desired thickness. The piezoelectric body 21 is attached to the inner surface 22a of the top plate 22u in the main body 22 of the case 29 with an adhesive or the like. Moreover, the 1st acoustic matching layer 26 is affixed on the outer surface 22b of the top plate 11u. Thereafter, as shown in FIG. 3B, the piezoelectric body 21 and the drive terminal 24b are connected. Finally, the opening of the main body 22 is closed with the lid plate 23 using an adhesive or the like, thereby completing the ultrasonic transducer.

本実施形態の積層体によれば、第1音響整合層26が10kg/m3以上100kg/m3以下の密度を有することにより、超音波を放射する圧電体と気体との間における音響インピーダンス差による超音波の反射を抑制し、超音波を圧電体に効率よく入射させることができる。したがって、高感度な超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。特に、第1音響整合層26が独立気泡を有する構造体によって構成され、クローズドポアの平均ポア径が1μm以上100μm以下であり、クローズドポアの隣接間距離が50nm以上1μm以下の範囲内であることにより、優れた音響特性を実現し得る。よって、更に高感度な超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。また、第1音響整合層26の独立気泡を有する構造体はポリメタクリルイミド発泡体を含む。ポリメタクリルイミド発泡体は低密度でありながら高弾性であるという特徴を備えるため、製造過程における衝撃に対して耐性を有しており、機械的強度および加工性に優れる。したがって、積層体および超音波送受波器を高い歩留まりで製造することが可能である。したがって、音響整合層の取り扱いが比較的容易であることにより、生産性に優れまた、特性のばらつきが小さく、音波を流体から効率よく圧電体に入射させることが可能な積層体を得ることができる。またこのような積層体を用いることにより、高感度で流体を検出することが可能な超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。 According to the laminated body of the present embodiment, the first acoustic matching layer 26 has a density of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less, so that an acoustic impedance difference between the piezoelectric body that emits ultrasonic waves and the gas. It is possible to suppress the reflection of the ultrasonic wave due to, so that the ultrasonic wave can be efficiently incident on the piezoelectric body. Therefore, a highly sensitive ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter can be realized. In particular, the first acoustic matching layer 26 is composed of a structure having closed cells, the average pore diameter of the closed pores is 1 μm to 100 μm, and the distance between adjacent pores is within the range of 50 nm to 1 μm. Thus, excellent acoustic characteristics can be realized. Therefore, an ultrasonic transducer and ultrasonic flowmeter with higher sensitivity can be realized. The structure having closed cells of the first acoustic matching layer 26 includes a polymethacrylimide foam. Since the polymethacrylimide foam has the characteristics of being highly elastic while being low in density, it has resistance to impact during the production process and is excellent in mechanical strength and workability. Therefore, it is possible to manufacture a laminated body and an ultrasonic transducer with a high yield. Therefore, since the acoustic matching layer is relatively easy to handle, it is possible to obtain a laminated body that is excellent in productivity, has a small variation in characteristics, and can efficiently make sound waves incident on the piezoelectric body from the fluid. . Further, by using such a laminate, an ultrasonic transducer and an ultrasonic flowmeter capable of detecting a fluid with high sensitivity can be realized.

(第2の実施形態)
図4は、本実施形態の超音波流量計に用いられる超音波送受波器の構造を模式的に示している。図4に示す超音波送受波器は、圧電体21、第1音響整合層26および第2音響整合層27を含む積層体28’を備えている点で第1の実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 4 schematically shows the structure of an ultrasonic transducer used in the ultrasonic flowmeter of this embodiment. The ultrasonic transducer shown in FIG. 4 is different from that of the first embodiment in that a laminated body 28 ′ including a piezoelectric body 21, a first acoustic matching layer 26 and a second acoustic matching layer 27 is provided.

第2音響整合層27は圧電体21と第1音響整合層26との間に位置している。本実施形態では、第2音響整合層27は天板22uの外面22bに張り付けられており、第1音響整合層26は第2音響整合層27に接している。第2音響整合層27は、50kg/m3以上1500kg/m3以下の密度を有する。また、第2音響整合層27の密度は、第1音響整合層の密度よりも大きい。第1音響整合層26の音響インピーダンスをZaとし、第2音響整合層27の音響インピーダンスをZbとすると、Za<Zbの関係を満たしている。Zbは圧電体21の音響インピーダンスよりも小さい。積層体28’が、このような音響特性を有する第2音響整合層27をさらに含むことにより、第1音響整合層26に入射した音波を、より効率よく圧電体21に入射させることが可能となる。 The second acoustic matching layer 27 is located between the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26. In the present embodiment, the second acoustic matching layer 27 is attached to the outer surface 22 b of the top plate 22 u, and the first acoustic matching layer 26 is in contact with the second acoustic matching layer 27. The second acoustic matching layer 27 has a density of 50 kg / m 3 or more and 1500 kg / m 3 or less. Further, the density of the second acoustic matching layer 27 is larger than the density of the first acoustic matching layer. When the acoustic impedance of the first acoustic matching layer 26 is Za and the acoustic impedance of the second acoustic matching layer 27 is Zb, the relationship Za <Zb is satisfied. Zb is smaller than the acoustic impedance of the piezoelectric body 21. When the stacked body 28 ′ further includes the second acoustic matching layer 27 having such acoustic characteristics, the sound wave incident on the first acoustic matching layer 26 can be incident on the piezoelectric body 21 more efficiently. Become.

第2音響整合層27はクローズドポアを有する材料である。例えば、第2音響整合層27は、ポリメタクリルイミドなどの発泡樹脂または複合材料によって構成されている。複合材料は、例えば、ガラスバルーン(中空の微小なガラス球)またはプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料であってよい。また、これらの発泡樹脂および複合材料は、その表面がガスバリア膜で覆われた構造を有していても良い。第2音響整合層27の厚さも第1の実施形態と同様の理由により、第1音響整合層26を伝搬する音波の1/4の厚さを有していることが望ましい。   The second acoustic matching layer 27 is a material having a closed pore. For example, the second acoustic matching layer 27 is made of a foamed resin such as polymethacrylimide or a composite material. The composite material may be, for example, a material obtained by solidifying a glass balloon (hollow minute glass sphere) or a plastic balloon with a resin material. Moreover, these foamed resins and composite materials may have a structure in which the surface is covered with a gas barrier film. The thickness of the second acoustic matching layer 27 is preferably ¼ of the sound wave propagating through the first acoustic matching layer 26 for the same reason as in the first embodiment.

本実施形態では、第1音響整合層26と第2音響整合層27とは互いに直接接している。第2音響整合層27は、ケース29の天板22uの外面22bと接している。ケース29の天板22uは、積層体28’を支持する構造支持層として機能する。構造支持層、つまり、天板22uは、1000kg/m3以上の密度を有することが望ましい。また、天板22uの厚さは、天板22uを伝搬する音波の波長λの1/8以下の厚さを有している。この条件を天板22uが満たすことによって、天板22uにおける音波の反射等が抑制される。 In the present embodiment, the first acoustic matching layer 26 and the second acoustic matching layer 27 are in direct contact with each other. The second acoustic matching layer 27 is in contact with the outer surface 22 b of the top plate 22 u of the case 29. The top plate 22u of the case 29 functions as a structure support layer that supports the stacked body 28 '. The structural support layer, that is, the top plate 22u, preferably has a density of 1000 kg / m 3 or more. Moreover, the thickness of the top plate 22u has a thickness of 1/8 or less of the wavelength λ of the sound wave propagating through the top plate 22u. When the top plate 22u satisfies this condition, reflection of sound waves on the top plate 22u is suppressed.

本実施形態の積層体によれば、積層体28’が第2音響整合層27を含むため、流体中を伝搬する音波をより高効率で圧電体へ入射させることができる。したがって、第1の実施形態で説明した特徴に加え、より高感度で流体を検出することが可能な超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。   According to the laminated body of the present embodiment, since the laminated body 28 ′ includes the second acoustic matching layer 27, sound waves propagating in the fluid can be incident on the piezoelectric body with higher efficiency. Therefore, in addition to the features described in the first embodiment, an ultrasonic transducer and an ultrasonic flowmeter that can detect a fluid with higher sensitivity can be realized.

(実施例)
以下、第1および第2の実施形態の超音波送受波器および超音波流量計を作製し、特性を調べた結果を説明する。
(Example)
Hereinafter, the ultrasonic transducers and ultrasonic flowmeters of the first and second embodiments will be described, and the results of examining the characteristics will be described.

1. 試料の作製
[参考例(A)]
(a)第2音響整合層(シリカ多孔体)の製造
数十μm径の球状アクリル樹脂と1μm以下の直径の焼結シリカ粉末を混合した後に加圧成型を行った。この成型体を乾燥した後に、900℃で焼成してシリカ多孔体を形成した。その後、シリカ多孔体の厚さが超音波発振波長の1/4となるように調製し、第2音響整合層を得た。第2音響整合層中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は1500m/sであった。密度は570kg/m3であり、厚さは750μmであった。
1. Sample Preparation [Reference Example (A)]
(A) Production of second acoustic matching layer (silica porous body) A spherical acrylic resin having a diameter of several tens of μm and a sintered silica powder having a diameter of 1 μm or less were mixed, followed by pressure molding. The molded body was dried and then fired at 900 ° C. to form a porous silica body. Thereafter, the thickness of the porous silica material was adjusted to ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength to obtain a second acoustic matching layer. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer was 1500 m / s. The density was 570 kg / m 3 and the thickness was 750 μm.

(b)第2音響整合層と第1音響整合層の積層
テトラメトキシシランとエタノールとアンモニア水溶液(0.1規定)とをモル比で1対3対4になるように調製したゲル原料液を、予めプラズマクリーニングによって水酸基が表面に露出するように洗浄した第2音響整合層上に、90μmの厚さで塗布した。その後、塗布したゲル原料液を固化させ、シリカ湿潤ゲル層を得た。このシリカ湿潤ゲル層を形成した第2音響整合層をトリメチルエトキシシランの5重量%ヘキサン溶液中で疎水化処理を行った後に、二酸化炭素による超臨界乾燥(12MPa、50℃)を行って、シリカ乾燥ゲルと第2音響整合層が積層した音響整合層を得た。第2音響整合層上の水酸基とテトラメトキシシランのアルコキシ基が反応して化学結合を形成しているため、密着性の良い第1音響整合層が得られた。第1音響整合層中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は180m/sであり、密度は200kg/m3であった。
(B) Lamination of second acoustic matching layer and first acoustic matching layer A gel raw material solution prepared by mixing tetramethoxysilane, ethanol, and an aqueous ammonia solution (0.1 N) in a molar ratio of 1: 3: 4. Then, it was applied in a thickness of 90 μm on the second acoustic matching layer that had been cleaned in advance so that the hydroxyl group was exposed on the surface by plasma cleaning. Thereafter, the applied gel raw material liquid was solidified to obtain a silica wet gel layer. The second acoustic matching layer on which the silica wet gel layer was formed was hydrophobized in a 5% by weight hexane solution of trimethylethoxysilane, and then supercritical drying with carbon dioxide (12 MPa, 50 ° C.) to obtain silica. An acoustic matching layer in which the dried gel and the second acoustic matching layer were laminated was obtained. Since the hydroxyl group on the second acoustic matching layer and the alkoxy group of tetramethoxysilane reacted to form a chemical bond, a first acoustic matching layer with good adhesion was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer was 180 m / s, and the density was 200 kg / m 3 .

(c)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(C) Joining of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the cover plate 23, the drive terminals 24a, 24b, etc. to the main body 22.

[実施例(B)]
(a)第1音響整合層の加工
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC31HP:密度30kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ60μm、平均壁厚さ80nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の速度は1200m/sであった。第1音響整合層26の厚さは600μmに調製した。
[Example (B)]
(A) Processing of first acoustic matching layer As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC31HP: density 30 kg / m 3 ) was used. This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 60 μm, an average wall thickness of 80 nm, and a diameter of 10.8 mm. The speed of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 1200 m / s. The thickness of the first acoustic matching layer 26 was adjusted to 600 μm.

(b)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第1音響整合層26で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Bonding of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(C) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(C)]
(a)第1音響整合層の加工
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC51RIMA:密度50kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ40μm、平均壁厚さ200nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の速度は2000m/sであった。第1音響整合層26の厚さは1000μmに調製した。
[Example (C)]
(A) Processing of first acoustic matching layer As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC51RIMA: density 50 kg / m 3 ) was used. This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 40 μm, an average wall thickness of 200 nm, and a diameter of 10.8 mm. The speed of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 2000 m / s. The thickness of the first acoustic matching layer 26 was adjusted to 1000 μm.

(b)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第1音響整合層26で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Bonding of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(C) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(D)]
(a)第1音響整合層の加工
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71RIMA:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ25μm、平均壁厚さ400nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の速度は3000m/sであった。第1音響整合層26の厚さは1500μmに調製した。
[Example (D)]
(A) Processing of the first acoustic matching layer As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71RIMA: density 70 kg / m 3 ) was used. This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 25 μm, an average wall thickness of 400 nm, and a diameter of 10.8 mm. The speed of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 3000 m / s. The thickness of the first acoustic matching layer 26 was adjusted to 1500 μm.

(b)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第1音響整合層26で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Bonding of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(C) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(E)]
(a)第1音響整合層の加工
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71SL:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ200μm、平均壁厚さ2000nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の速度は400m/sであった。第1音響整合層26の厚さは200μmに調製した。
[Example (E)]
(A) Processing of first acoustic matching layer As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71SL: density 70 kg / m 3 ) was used. This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 200 μm, an average wall thickness of 2000 nm, and a diameter of 10.8 mm. The speed of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 400 m / s. The thickness of the first acoustic matching layer 26 was adjusted to 200 μm.

(b)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第1音響整合層26で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Bonding of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(C) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(F)]
(a)第1音響整合層の加工
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71RIST:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ300μm、平均壁厚さ3250nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の速度は460m/sであった。第1音響整合層26の厚さは230μmに調製した。
[Example (F)]
(A) Processing of first acoustic matching layer As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71RIST: density 70 kg / m 3 ) was used. This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 300 μm, an average wall thickness of 3250 nm, and a diameter of 10.8 mm. The speed of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 460 m / s. The thickness of the first acoustic matching layer 26 was adjusted to 230 μm.

(b)音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第1音響整合層26で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Bonding of acoustic matching layer to case and piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet on both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26 The top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(C) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(G)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (G)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC31HP:密度30kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ60μm、平均壁厚み80nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は1200m/s、であり、厚さは600μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ50μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of the second acoustic matching layer 27 and the first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, a polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC31HP: density 30 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 60 μm, an average wall thickness of 80 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 1200 m / s, and the thickness was 600 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 50 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(H)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (H)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC31HP:密度30kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ60μm、平均壁厚み80nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は1200m/s、であり、厚さは600μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ150μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of the second acoustic matching layer 27 and the first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, a polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC31HP: density 30 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 60 μm, an average wall thickness of 80 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 1200 m / s, and the thickness was 600 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 150 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(I)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (I)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC51RIMA:密度50kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ40μm、平均壁厚み200nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2000m/sであり、厚さは100μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ50μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of the second acoustic matching layer 27 and the first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC51RIMA: density 50 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 40 μm, an average wall thickness of 200 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 2000 m / s, and the thickness was 100 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 50 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(J)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (J)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71RIMA:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ25μm、平均壁厚み400nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は3000m/sであり、厚さは1500μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ50μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of the second acoustic matching layer 27 and the first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71RIMA: density 70 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 25 μm, an average wall thickness of 400 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 3000 m / s, and the thickness was 1500 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 50 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(K)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (K)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71SL:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ200μm、平均壁厚み2000nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は400m/sであり、厚さは200μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ50μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of second acoustic matching layer 27 and first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71SL: density 70 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 200 μm, an average wall thickness of 2000 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 400 m / s, and the thickness was 200 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 50 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

[実施例(L)]
(a)第2音響整合層(ガラスエポキシ)27の製造
有機高分子、無機材料の繊維体、フォーム体、焼結多孔体、ガラスバルーンやプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料、ガラスバルーンを熱圧縮した材料などを用いることができる。ここでは、冶具にガラスバルーンを充填した後にエポキシ溶液を含浸させて、120℃で熱硬化させた。この硬化した成型体の厚さを超音波発振波長の1/4になるように切削し、第2音響整合層27を得た。第2音響整合層27中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は2500m/sであった。密度は、520kg/m3であり、厚さは1250μmであった。
[Example (L)]
(A) Manufacture of second acoustic matching layer (glass epoxy) 27 Organic polymer, inorganic material fiber body, foam body, sintered porous body, glass balloon or plastic balloon solidified with resin material, glass balloon heated A compressed material or the like can be used. Here, the jig was filled with a glass balloon, then impregnated with an epoxy solution, and thermally cured at 120 ° C. The thickness of the cured molded body was cut so as to be ¼ of the ultrasonic oscillation wavelength, whereby the second acoustic matching layer 27 was obtained. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the second acoustic matching layer 27 was 2500 m / s. The density was 520 kg / m 3 and the thickness was 1250 μm.

(b)第2音響整合層とケース、圧電体層との接合
ケース29の本体22の天板22uの両側にエポキシ系接着シートを仮結着したのちに、圧電体21および第2音響整合層27で天板22uを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
(B) Joining the second acoustic matching layer to the case and the piezoelectric layer After temporarily bonding an epoxy adhesive sheet to both sides of the top plate 22u of the main body 22 of the case 29, the piezoelectric body 21 and the second acoustic matching layer 27, the top plate 22u was sandwiched and heated while being pressed to be cured and bonded.

(c)第2音響整合層27と第1音響整合層26の積層
第1音響整合層26として、ポリメタクリルイミド硬質プラスチック発泡体 ROHACELL(R)(型番RC71RIST:密度70kg/m3)を使用した。この材料は、平均ポアサイズ300μm、平均壁厚み3250nmであり、直径10.8mmの円柱形状に加工した。第1音響整合層26中を伝搬する約500kHzの超音波の音速は460m/sであり、厚さは230μmであった。第2音響整合層27の表面におよそ50μmの厚さでエポキシ樹脂を塗布し、その上に前記第1音響整合層26を、配置し、熱加圧することにより接合した。
(C) Lamination of the second acoustic matching layer 27 and the first acoustic matching layer 26 As the first acoustic matching layer 26, polymethacrylimide hard plastic foam ROHACELL (R) (model number RC71RIST: density 70 kg / m 3 ) was used. . This material was processed into a cylindrical shape having an average pore size of 300 μm, an average wall thickness of 3250 nm, and a diameter of 10.8 mm. The sound velocity of the ultrasonic wave of about 500 kHz propagating through the first acoustic matching layer 26 was 460 m / s, and the thickness was 230 μm. An epoxy resin was applied to the surface of the second acoustic matching layer 27 with a thickness of about 50 μm, and the first acoustic matching layer 26 was placed thereon and bonded by thermal pressing.

(d)超音波送受波器の形成
本体22に蓋板23、駆動端子24a、24b等を組み付けて超音波送受波器を得た。
(D) Formation of Ultrasonic Transceiver An ultrasonic transducer was obtained by assembling the main body 22 with the cover plate 23, the drive terminals 24a and 24b, and the like.

2.特性の評価
作製した超音波送受波器の感度を測定した。作製した1対の超音波送受波器を対向させ、一方を送信器とし、他方を受信器として、超音波の送受信を行った。参考例(A)による測定結果を基準として規格化した値を求めた。また、第1音響整合層の脆さ・加工性を体積弾性率によって評価した。具体的には、第1音響整合層に用いた材料のカタログに示された体積弾性率を、参考例(A)の材料の体積弾性率で規格化した値を求めた。表1にこれらの値、および、第1音響整合層26および第2音響整合層27の特性をまとめて示す。
2. Evaluation of characteristics The sensitivity of the fabricated ultrasonic transducer was measured. The pair of produced ultrasonic transducers were made to face each other, and one was used as a transmitter and the other was used as a receiver to transmit / receive ultrasonic waves. A value normalized based on the measurement result of Reference Example (A) was obtained. Further, the brittleness / workability of the first acoustic matching layer was evaluated by the bulk modulus. Specifically, a value obtained by normalizing the bulk modulus shown in the catalog of the material used for the first acoustic matching layer with the bulk modulus of the material of Reference Example (A) was obtained. Table 1 summarizes these values and the characteristics of the first acoustic matching layer 26 and the second acoustic matching layer 27.

表1における性能評価の欄における、×、△、〇、◎の記号は以下の範囲に従って分類した。   The symbols “x”, “Δ”, “◯” and “◎” in the column of performance evaluation in Table 1 were classified according to the following ranges.

(感度)
×:1未満
△:1以上1.5未満
○:1.5以上2未満
◎:2以上
(脆性・加工性)
×:1以下
△:2以上5未満
○:5以上30未満
◎:30以上
(sensitivity)
×: Less than 1 △: 1 or more and less than 1.5 ○: 1.5 or more and less than 2 ◎: 2 or more (brittleness / workability)
×: 1 or less △: 2 or more and less than 5 ○: 5 or more and less than 30 ◎: 30 or more

Figure 2017220844
Figure 2017220844

3.結果の考察
表1に示すように、ポリメタクリルイミド発泡体は、シリカ多孔体に比べて、脆さ・加工性に優れていることが分かる。また、実施例BからFの平均気泡径と感度との関係から、平均気泡径が100μm以下であり、隔壁の平均厚さが1μm以下である方が、感度がよいことが分かる。本願発明者の詳細な実験の結果によれば、平均気泡径が1μm以上100μm以下であり、隔壁の平均厚さが50nm以上1μm以下であることによって、超音波送受波器の感度は向上する。また、第1音響整合層の音速は、500m/sよりも大きい方が高い感度が得られることが分かる。
3. Consideration of a result As shown in Table 1, it turns out that the polymethacrylimide foam is excellent in brittleness and workability compared with a silica porous body. Further, from the relationship between the average bubble diameter and sensitivity of Examples B to F, it can be seen that the sensitivity is better when the average bubble diameter is 100 μm or less and the average thickness of the partition walls is 1 μm or less. According to the results of detailed experiments by the inventors of the present application, the sensitivity of the ultrasonic transducer is improved when the average bubble diameter is 1 μm or more and 100 μm or less and the average thickness of the partition walls is 50 nm or more and 1 μm or less. It can also be seen that higher sensitivity is obtained when the sound velocity of the first acoustic matching layer is greater than 500 m / s.

実施例G〜Lと実施例B〜Fとの比較から、積層体が第2音響整合層27をさらに備えることによって、第1音響整合層26のみを備える場合に比べて感度がより向上することが分かる。   From the comparison between Examples G to L and Examples B to F, when the stacked body further includes the second acoustic matching layer 27, the sensitivity is further improved as compared with the case where only the first acoustic matching layer 26 is provided. I understand.

本開示の積層体および超音波送受波器は、種々の流体の測定用流量計に好適に用いられる。また、目標対象物を探知する探知装置、目標対象物までの距離を測定する測距装置等、ソナー性能を有する種々の装置に好適に用いられる。   The laminate and the ultrasonic transducer of the present disclosure are preferably used for flow meters for measuring various fluids. Further, the present invention is suitably used for various devices having sonar performance, such as a detection device that detects a target object and a distance measuring device that measures a distance to the target object.

11、12 超音波送受波器
22 本体
22u 天板
22a 内面
22b 外面
23 蓋板
24a、24b 駆動端子
25 絶縁材
26 第1音響整合層
27 第2音響整合層
28、28’ 積層体
29 ケース
31 時間計測部
32 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 Ultrasonic transducer 22 Main body 22u Top plate 22a Inner surface 22b Outer surface 23 Cover plate 24a, 24b Drive terminal 25 Insulation material 26 1st acoustic matching layer 27 2nd acoustic matching layer 28, 28 'Laminated body 29 Case 31 hours Measurement unit 32 Calculation unit

本開示の積層体、超音波送受波器および超音波流量計の概要は以下の通りである。
[項目1]
圧電体と、
前記圧電体と、直接または他の層を介して、接して配置されている第1音響整合層であって、
10kg/m 3 以上100kg/m 3 以下の密度を有する第1音響整合層と
を備える、積層体。
[項目2]
前記第1音響整合層は、ポリメタクリルイミド発泡体を含む、項目1に記載の積層体。
[項目3]
前記第1音響整合層の音速が500m/s以上である、項目1または2に記載の積層体。
[項目4]
前記ポリメタクリルイミド発泡体は、複数のクローズドポアを含む、項目1から3のいずれかに記載の積層体。
[項目5]
前記クローズドポアの平均ポア径が、1μm以上100μm以下である、項目4に記載の積層体。
[項目6]
前記クローズドポアの隣接間距離が50nm以上1μm以下の範囲内で均一に分布する項目4または5に記載の積層体。
[項目7]
前記第1音響整合層の音響インピーダンスが5×103kg/s・m2以上350×103kg/s・m2の範囲内にある、項目1から6のいずれかに記載の積層体。
[項目8]
前記第1音響整合層の厚さが前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4ある、項目1から7のいずれかに記載の積層体。
[項目9]
前記圧電体と前記第1音響整合層との間に位置する第2音響整合層を更に備え、
前記第2音響整合層は、50kg/m3以上1500kg/m3以下であり、かつ、前記第1音響整合層よりも大きい密度を有する、項目1から8のいずれかに記載の積層体。
[項目10]
前記第1音響整合層の音響インピーダンスZaと、前記第2音響整合層の音響インピーダンスZbとの関係が、Za<Zbである、項目9に記載の積層体。
[項目11]
前記第2音響整合層の厚さが、前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4である項目9または10に記載の積層体。
[項目12]
前記第1音響整合層は、前記圧電体と直接接合されている、項目1から8のいずれかに記載の積層体。
[項目13]
前記第2音響整合層は、前記第1音響整合層、および、前記圧電体と直接接して配置されている、項目9に記載の積層体。
[項目14]
前記第1音響整合層と前記第2音響整合層との間に、1000kg/m3以上の密度を有する構造支持層をさらに備える、項目9に記載の積層体。
[項目15]
前記構造支持層の厚さが、前記構造支持層中を伝播する音波の波長λの1/8未満である、項目14に記載の積層体。
[項目16]
項目1から15のいずれかに記載の積層体を備えた超音波送受波器。
[項目17]
項目1から8のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記天板の外面に張り付けられている、超音波送受波器。
[項目18]
項目9から11のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第2音響整合層は前記、天板の外面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記第2音響整合層に接している、超音波送受波器。
[項目19]
前記ケースは金属材料によって構成されている項目17または18に記載の超音波送受波器。
[項目20]
被測定流体が流れる流路と、
前記流路に配置された、超音波信号を送受信する一対の超音波送受波器であって、項目16から18のいずれか1項に記載の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する時間計測部と、
前記計測回路からの信号に基づいて前記流路の流量を算出する演算部と、
を備えた超音波流量計。
The outline | summary of the laminated body of this indication, an ultrasonic transducer, and an ultrasonic flowmeter is as follows.
[Item 1]
A piezoelectric body;
A first acoustic matching layer disposed in contact with the piezoelectric body directly or via another layer,
A laminated body comprising: a first acoustic matching layer having a density of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less.
[Item 2]
The laminate according to item 1, wherein the first acoustic matching layer includes a polymethacrylimide foam.
[Item 3]
Item 3. The laminate according to Item 1 or 2, wherein the sound velocity of the first acoustic matching layer is 500 m / s or more.
[Item 4]
The laminate according to any one of items 1 to 3, wherein the polymethacrylimide foam includes a plurality of closed pores.
[Item 5]
Item 5. The laminate according to Item 4, wherein the closed pore has an average pore diameter of 1 µm or more and 100 µm or less.
[Item 6]
Item 6. The laminate according to Item 4 or 5, wherein the distance between adjacent pores of the closed pores is uniformly distributed within a range of 50 nm to 1 µm.
[Item 7]
The laminate according to any one of Items 1 to 6, wherein the acoustic impedance of the first acoustic matching layer is in a range of 5 × 10 3 kg / s · m 2 to 350 × 10 3 kg / s · m 2 .
[Item 8]
The laminate according to any one of items 1 to 7, wherein the thickness of the first acoustic matching layer is approximately ¼ of a wavelength λ of a sound wave propagating through the first acoustic matching layer.
[Item 9]
A second acoustic matching layer positioned between the piezoelectric body and the first acoustic matching layer;
The second acoustic matching layer, 50 kg / m 3 or more 1500 kg / m 3 or less, and has a density greater than the first acoustic matching layer, the laminated body according to any one of Items 1 8.
[Item 10]
Item 10. The laminate according to Item 9, wherein the relationship between the acoustic impedance Za of the first acoustic matching layer and the acoustic impedance Zb of the second acoustic matching layer is Za <Zb.
[Item 11]
Item 11. The laminate according to Item 9 or 10, wherein the thickness of the second acoustic matching layer is approximately ¼ of the wavelength λ of the sound wave propagating through the first acoustic matching layer.
[Item 12]
The laminated body according to any one of items 1 to 8, wherein the first acoustic matching layer is directly bonded to the piezoelectric body.
[Item 13]
The laminate according to item 9, wherein the second acoustic matching layer is disposed in direct contact with the first acoustic matching layer and the piezoelectric body.
[Item 14]
Item 10. The laminate according to item 9, further comprising a structural support layer having a density of 1000 kg / m 3 or more between the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer.
[Item 15]
Item 15. The laminate according to Item 14, wherein the thickness of the structural support layer is less than 1/8 of a wavelength λ of a sound wave propagating through the structural support layer.
[Item 16]
An ultrasonic transducer comprising the laminate according to any one of items 1 to 15.
[Item 17]
The laminate according to any one of items 1 to 8,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The first acoustic matching layer is an ultrasonic transducer that is attached to an outer surface of the top plate.
[Item 18]
The laminate according to any one of items 9 to 11,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The second acoustic matching layer is attached to the outer surface of the top plate,
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer is in contact with the second acoustic matching layer.
[Item 19]
The ultrasonic transducer according to item 17 or 18, wherein the case is made of a metal material.
[Item 20]
A flow path through which the fluid to be measured flows;
A pair of ultrasonic transducers arranged in the flow path for transmitting and receiving ultrasonic signals, the ultrasonic transducer according to any one of items 16 to 18,
A time measuring unit for measuring an ultrasonic propagation time between the pair of ultrasonic transducers;
A calculation unit that calculates a flow rate of the flow path based on a signal from the measurement circuit;
Ultrasonic flow meter equipped with.

積層体28は、圧電体21と第1音響整合層26とを備える。第1音響整合層26は直接、または、他の層を介して圧電体21と接している。圧電体21は、圧電セラミックスまたは単結晶によって構成され、厚さ方向に分極されている。また、圧電体21は厚さ方向の上下面に電極を有しており、電極に電圧を印加することによって、超音波振動を発生する。 The stacked body 28 includes the piezoelectric body 21 and the first acoustic matching layer 26. The first acoustic matching layer 26 is in contact with the piezoelectric body 21 directly or through another layer. The piezoelectric body 21 is made of piezoelectric ceramics or a single crystal and is polarized in the thickness direction. The piezoelectric body 21 has electrodes on the upper and lower surfaces in the thickness direction, and generates ultrasonic vibrations by applying a voltage to the electrodes.

第2音響整合層27はクローズドポアを有する材料である。例えば、第2音響整合層27は、ポリメタクリルイミドなどの発泡樹脂または複合材料によって構成されている。複合材料は、例えば、ガラスバルーン(中空の微小なガラス球)またはプラスチックバルーンを樹脂材料で固めた材料であってよい。また、これらの発泡樹脂および複合材料は、その表面がガスバリア膜で覆われた構造を有していても良い。第2音響整合層27の厚さも第1の実施形態と同様の理由により、第音響整合層26を伝搬する音波の1/4の厚さを有していることが望ましい。 The second acoustic matching layer 27 is a material having a closed pore. For example, the second acoustic matching layer 27 is made of a foamed resin such as polymethacrylimide or a composite material. The composite material may be, for example, a material obtained by solidifying a glass balloon (hollow minute glass sphere) or a plastic balloon with a resin material. Moreover, these foamed resins and composite materials may have a structure in which the surface is covered with a gas barrier film. The thickness of the second acoustic matching layer 27 is desirably ¼ of the sound wave propagating through the second acoustic matching layer 26 for the same reason as in the first embodiment.

Claims (20)

圧電体と、
前記圧電体と、直接または他の層を介して、接して配置されている第1音響整合層であって、
10kg/m3以上100kg/m3以下の密度を有する第1音響整合層と
を備える、
積層体。
A piezoelectric body;
A first acoustic matching layer disposed in contact with the piezoelectric body directly or via another layer,
A first acoustic matching layer having a density of 10 kg / m 3 or more and 100 kg / m 3 or less,
Laminated body.
前記第1音響整合層は、ポリメタクリルイミド発泡体を含む、請求項1に記載の積層体。   The laminate according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer includes a polymethacrylimide foam. 前記第1音響整合層の音速が500m/s以上である、請求項1または2に記載の積層体。   The laminated body of Claim 1 or 2 whose sound speed of a said 1st acoustic matching layer is 500 m / s or more. 前記ポリメタクリルイミド発泡体は、複数のクローズドポアを含む、請求項1から3のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymethacrylimide foam includes a plurality of closed pores. 前記クローズドポアの平均ポア径が、1μm以上100μm以下である、請求項4に記載の積層体。   The laminated body of Claim 4 whose average pore diameter of the said closed pore is 1 micrometer or more and 100 micrometers or less. 前記クローズドポアの隣接間距離が50nm以上1μm以下の範囲内で均一に分布する請求項4または5に記載の積層体。   The laminate according to claim 4 or 5, wherein a distance between adjacent pores of the closed pores is uniformly distributed within a range of 50 nm to 1 µm. 前記第1音響整合層の音響インピーダンスが5×103kg/s・m2以上350×103kg/s・m2の範囲内にある、請求項1から6のいずれかに記載の積層体。 The laminated body according to any one of claims 1 to 6, wherein an acoustic impedance of the first acoustic matching layer is in a range of 5 x 10 3 kg / s · m 2 to 350 x 10 3 kg / s · m 2. . 前記第1音響整合層の厚さが前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4である、請求項1から7のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 7, wherein a thickness of the first acoustic matching layer is approximately ¼ of a wavelength λ of a sound wave propagating through the first acoustic matching layer. 前記圧電体と前記第1音響整合層との間に位置する第2音響整合層を更に備え、
前記第2音響整合層は、50kg/m3以上1500kg/m3以下であり、かつ、前記第1音響整合層よりも大きい密度を有する、請求項1から8のいずれかに記載の積層体。
A second acoustic matching layer positioned between the piezoelectric body and the first acoustic matching layer;
The second acoustic matching layer, 50 kg / m 3 or more 1500 kg / m 3 or less, and has a density greater than the first acoustic matching layer, the laminated body according to any one of claims 1 to 8.
前記第1音響整合層の音響インピーダンスZaと、前記第2音響整合層の音響インピーダンスZbとの関係が、Za<Zbである、請求項9に記載の積層体。   The laminate according to claim 9, wherein the relationship between the acoustic impedance Za of the first acoustic matching layer and the acoustic impedance Zb of the second acoustic matching layer is Za <Zb. 前記第2音響整合層の厚さが、前記第1音響整合層中を伝播する音波の波長λの略1/4である請求項9または10に記載の積層体。   The laminate according to claim 9 or 10, wherein the thickness of the second acoustic matching layer is approximately ¼ of a wavelength λ of a sound wave propagating through the first acoustic matching layer. 前記第1音響整合層は、前記圧電体と直接接合されている、請求項1から8のいずれかに記載の積層体。   The laminate according to any one of claims 1 to 8, wherein the first acoustic matching layer is directly bonded to the piezoelectric body. 前記第2音響整合層は、前記第1音響整合層、および、前記圧電体と直接接して配置されている、請求項9に記載の積層体。   The laminate according to claim 9, wherein the second acoustic matching layer is disposed in direct contact with the first acoustic matching layer and the piezoelectric body. 前記第1音響整合層と前記第2音響整合層との間に、1000kg/m3以上の密度を有する構造支持層をさらに備える、請求項9に記載の積層体。 The laminate according to claim 9, further comprising a structural support layer having a density of 1000 kg / m 3 or more between the first acoustic matching layer and the second acoustic matching layer. 前記構造支持層の厚さが、前記構造支持層中を伝播する音波の波長λの1/8未満である、請求項14に記載の積層体。   The laminate according to claim 14, wherein the thickness of the structural support layer is less than 1/8 of a wavelength λ of a sound wave propagating in the structural support layer. 請求項1から15のいずれかに記載の積層体を備えた超音波送受波器。   An ultrasonic transducer comprising the laminate according to any one of claims 1 to 15. 請求項1から8のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記天板の外面に張り付けられている、超音波送受波器。
The laminate according to any one of claims 1 to 8,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The first acoustic matching layer is an ultrasonic transducer that is attached to an outer surface of the top plate.
請求項9から11のいずれかに記載の積層体と、
天板を有する凸形状を備えた本体、および、前記凸形状の開口を覆う蓋板を有するケースをさらに備え、
前記圧電体は、前記凸形状内に位置し、前記天板の内面に張り付けられ、
前記第2音響整合層は前記天板の外面に張り付けられ、
前記第1音響整合層は前記第2音響整合層に接している、超音波送受波器。
The laminate according to any one of claims 9 to 11,
A main body having a convex shape having a top plate, and a case having a cover plate covering the convex opening,
The piezoelectric body is located in the convex shape and is attached to the inner surface of the top plate,
The second acoustic matching layer is attached to the outer surface of the top plate,
The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the first acoustic matching layer is in contact with the second acoustic matching layer.
前記ケースは金属材料によって構成されている請求項17または18に記載の超音波送受波器。   The ultrasonic transducer according to claim 17 or 18, wherein the case is made of a metal material. 被測定流体が流れる流路と、
前記流路に配置された、超音波信号を送受信する一対の超音波送受波器であって、請求項16から18のいずれか1項に記載の超音波送受波器と、
前記一対の超音波送受波器間の超音波伝搬時間を計測する時間計測部と、
前記計測回路からの信号に基づいて前記流路の流量を算出する演算部と、
を備えた超音波流量計。
A flow path through which the fluid to be measured flows;
A pair of ultrasonic transducers arranged in the flow path for transmitting and receiving ultrasonic signals, the ultrasonic transducer according to any one of claims 16 to 18,
A time measuring unit for measuring an ultrasonic propagation time between the pair of ultrasonic transducers;
A calculation unit that calculates a flow rate of the flow path based on a signal from the measurement circuit;
Ultrasonic flow meter equipped with.
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