CN103608648B - 超声波发送接收器及其制造方法以及超声波流量计 - Google Patents

Abstract

超声波发送接收器(50)具备：金属板(16)、声匹配体(15)、压电体(17)、第一引线(18a)、第二引线(18b)以及减振构件(11)，其中，该减振构件(11)覆盖金属板(16)的另一个主表面(16b)的除固定有压电体(17)的部分以外的部分、压电体(17)的表面、金属板(16)的端面(16c)、金属板(16)的一个主表面(16a)的外周部、第一引线(18a)以及第二引线(18b)，含有热塑性树脂作为主要成分。

Description

超声波发送接收器及其制造方法以及超声波流量计

技术领域

本发明涉及一种超声波发送接收器及其制造方法以及超声波流量计，特别是涉及一种超声波发送接收器的减振结构。

背景技术

作为用于以往的超声波流量计的超声波发送接收器，已知通过压电元件的伸缩来产生超声波的超声波振子、超声波传感器。在该超声波振子中，例如在外壳的外壁面固定有声匹配层，在外壳的内壁面固定有压电体。外壳的开口被密封体封住，外壳的侧壁部被减振体覆盖，外壳的端部(支承部)隔着振动传递抑制体进行安装(现有例1：例如参照专利文献1)。

另外，在超声波传感器中，例如在声匹配层固定有压电元件，以具有间隙地覆盖压电元件的方式将塑料制的外壳固定于声匹配层。为了填充该压电元件的周围，在外壳内填充有硅树脂等弹性树脂(现有例2：例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2001-159551号公报

专利文献2：日本特开平10-224895号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在现有例1中，需要在固定有声匹配层和压电体的外壳分别安装减振体和振动传递抑制体，由于费事而导致量产性存在问题。

并且，压电体没有直接接触减振构件，因此不能充分地减轻在产生超声波后压电体和外壳等仍继续振动的不需要的混响振动。该不需要的振动对所接收的超声波脉冲造成影响，不能高精度地获得信号。

另外，在现有例2中，在超声波传感器用于超声波流量计等装置的情况下，外壳被直接安装于流路。于是，压电体等的振动传递到流路，该振动与正在传播的超声波发生干扰，导致信号的精度下降。

本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够在所安装的测量装置中进行高精度的测量且与现有技术相比量产性优良的超声波发送接收器及其制造方法以及超声波流量计。

用于解决问题的方案

本发明的某个方式所涉及的超声波发送接收器具备：金属板；声匹配体，其被固定于上述金属板的一个主表面；压电体，其被固定于上述金属板的固定有上述声匹配体的部分的、上述金属板的另一个主表面；第一引线，其与上述压电体的距上述金属板远的一侧的端部相连接，用于提供对该压电体施加的电压；第二引线，其与上述金属板相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及减振构件，其一体地覆盖上述金属板的另一个主表面的除固定有上述压电体的部分以外的部分、上述压电体的表面、上述金属板的端面、上述金属板的一个主表面的外周部、上述第一引线以及上述第二引线，含有热塑性树脂作为主要成分。

发明的效果

本发明能够发挥以下效果：能够提供一种能够在所安装的测量装置中进行高精度的测量且与现有技术相比量产性优良的超声波发送接收器及其制造方法以及超声波流量计。

通过参照附图对以下的优选实施方式进行的详细说明，能够明确本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点。

附图说明

图1A是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波发送接收器的正面的俯视图。

图1B是表示图1A的超声波发送接收器的截面图。

图1C是表示图1A的超声波发送接收器的背面的俯视图。

图2A是表示将图1B的超声波发送接收器中的声匹配体和压电体固定于金属板而得到的接合体的截面图。

图2B是表示在图2A的接合体上连接有引线的状态的截面图。

图2C是表示将图2B的接合体收纳于模具的状态的截面图。

图2D是表示图2C的接合体上附有减振构件的状态的截面图。

图3是示意性地表示安装有图1B的超声波发送接收器的超声波流量计的截面图。

图4是表示图1B的被安装于超声波流量计的超声波发送接收器的一部分的放大后的截面图。

图5A是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波发送接收器的正面的俯视图。

图5B是表示图5A的超声波发送接收器的截面图。

图5C是表示图5A的超声波发送接收器的背面的俯视图。

图6A是表示将图5B的超声波发送接收器中的声匹配体和压电体固定于金属板而得到的接合体的截面图。

图6B是表示图6A的接合体上连接有引线的状态的截面图。

图6C是表示将图6B的接合体收纳于模具的状态的截面图。

图6D是表示图6C的接合体上附有减振构件的状态的截面图。

图7是表示安装有图5B的超声波发送接收器的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

图8是表示安装有本发明的实施方式3所涉及的超声波发送接收器的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

图9是表示安装有本发明的实施方式4所涉及的超声波发送接收器的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

图10是表示安装有本发明的实施方式5所涉及的超声波发送接收器的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

图11是表示安装有本发明的实施方式6所涉及的超声波发送接收器的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

具体实施方式

本发明的第一发明所涉及的超声波发送接收器具备：金属板；声匹配体，其被固定于上述金属板的一个主表面；压电体，其被固定于上述金属板的固定有上述声匹配体的部分的、上述金属板的另一个主表面；第一引线，其与上述压电体的距上述金属板远的一侧的端部相连接，用于提供对该压电体施加的电压；第二引线，其与上述金属板相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及减振构件，其一体地覆盖上述金属板的另一个主表面的除固定有上述压电体的部分以外的部分、上述压电体的表面、上述金属板的端面、上述金属板的一个主表面的外周部、上述第一引线以及上述第二引线，含有热塑性树脂作为主要成分。

根据该结构，减振构件覆盖压电体，因此减振构件发挥抑制该压电体和金属板等的振动的减振功能。因此，能够抑制在产生超声波之后压电体和金属板等继续振动的不需要的混响振动。由此，测量的精度提高。

另外，在超声波发送接收器用于超声波流量计等测量装置的情况下，超声波发送接收器隔着减振构件中的覆盖金属板的外周部的部分被安装在流路中。因此，减振构件使从金属板向流路传递的振动衰减，发挥防振功能。通过该防振功能能够抑制对所接收的超声波脉冲的影响，能够在安装有超声波发送接收器的测量装置中进行高精度的测量。

并且，减振构件含有热塑性树脂来作为主要成分，因此能够通过树脂成型来一体地形成减振构件。由此，超声波发送接收器的量产性优良。

关于本发明的第二发明所涉及的超声波发送接收器，也可以是在第一发明所涉及的超声波发送接收器中，上述金属板形成为平板状。

关于本发明的第三发明所涉及的超声波发送接收器，也可以是在第一发明所涉及的超声波发送接收器中，上述金属板形成为包括筒状的周壁部、封闭该周壁部的一端的端壁部、形成于上述周壁部的另一端的凸缘部的带凸缘的金属容器状，上述声匹配体固定于上述端壁部的外表面，上述压电体以位于上述筒状的周壁部的内部空间的方式固定于上述端壁部的内表面，上述第二引线与上述金属板相连接，上述减振构件一体地形成为填充到上述筒状的周壁部的内部空间以覆盖上述压电体的表面、上述第一引线以及上述第二引线，并且覆盖上述凸缘部的内表面、外周面及外表面和上述周壁部的外表面。

根据该结构，与用树脂形成的情况相比，形成为带凸缘的金属容器状的金属板的尺寸精度高，因此能够实现高精度的流量测量。

另外，除了减振构件以外，金属板的周壁部介于流路与压电体之间以使压电体等的振动衰减。另外，通过从金属板的端壁部向周壁部弯曲的弯曲部来减轻产生超声波脉冲后的端壁部的不需要的振动。由此，抑制在产生超声波脉冲之后从超声波发送接收器向流路传递的振动，流量测量的精度提高。

关于本发明的第四发明所涉及的超声波发送接收器，也可以是在第一～第三发明所涉及的超声波发送接收器中，上述压电体具有在其厚度方向上延伸的槽，上述减振构件进一步被填充到上述槽中。

根据该结构，填充有减振构件的槽抑制相对于厚度方向垂直的方向上的振动。由此，能够抑制向流路传递的混响振动，测量的精度提高。

关于本发明的第五发明所涉及的超声波发送接收器，也可以是在第一～第四发明中的任一发明所涉及的超声波发送接收器中，上述减振构件具有突出部，该突出部向从上述声匹配体的基端朝向前端的方向突出。

根据该结构，即使在组装时等对声匹配体施加了应力、冲击，也通过减振构件保护声匹配体。因此，易于组装超声波发送接收器，超声波发送接收器的量产性优良。

关于本发明的第六发明所涉及的超声波发送接收器，也可以是在第一～第五发明中的任一发明所涉及的超声波发送接收器中，上述减振构件与上述声匹配体的外周面之间具有间隙。

根据该结构，通过间隙防止减振构件附着于声匹配体。因此，能够防止减振构件附着所引起的声匹配体的特性变化，能够实现高精度的流量测量。

本发明的第七发明所涉及的超声波发送接收器的制造方法包括以下步骤：组装步骤，制作组装体，该组装体具备：金属板；声匹配体，其被固定于上述金属板的一个主表面；压电体，其被固定于上述金属板的固定有上述声匹配体的部分的、上述金属板的另一个主表面；第一引线，其与上述压电体的距上述金属板远的一侧的端部相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及第二引线，其与上述金属板相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及树脂成型步骤，在将上述组装体收容到模具内之后，通过向上述模具内注入热塑性树脂来形成由上述热塑性树脂构成的减振构件，以一体地覆盖上述金属板的另一个主表面的除固定有上述压电体的部分以外的部分、上述压电体的表面、上述金属板的端面、上述金属板的一个主表面的外周部、上述第一引线以及上述第二引线。

根据该结构，与现有技术相比能够以优良的量产性制造上述第一发明中的具有减振功能和防振功能的超声波发送接收器。

关于本发明的第八发明所涉及的超声波发送接收器的制造方法，也可以是在第七发明所涉及的超声波发送接收器的制造方法中，在上述树脂成型步骤中，将上述组装体以上述金属板的一个主表面朝向下方且通过上述模具的环状的支承部来支承该一个主表面的上述声匹配体的周围的部分的方式收容到上述模具的内部空间，通过对上述模具的内部空间的上述环状的支承部的外侧区域注入上述热塑性树脂，以与上述声匹配体的外周面之间具有间隙的方式形成上述减振构件。

根据该结构，与现有技术相比，能够以优良的量产性制造能够防止减振构件附着于声匹配体的超声波发送接收器。

本发明的第九发明所涉及的超声波流量计具备：一对根据第一～第六发明中的任一发明所涉及的超声波发送接收器，其用于相互发送和接收超声波脉冲；流路，在该流路中一对上述超声波发送接收器相互分离地配置；传播时间测量部，其测量上述超声波脉冲在一对上述超声波发送接收器之间进行传播的时间；以及运算部，其基于由上述传播时间测量部测量出的时间来计算上述被测量流体的流量。

根据该结构，能够发挥与上述第一至第六各方面相同的作用和效果。

以下，一边参照附图一边具体地说明本发明的实施方式。

此外，以下，在所有附图中对相同或者相当的要素附加同一附图标记而省略其重复说明。

(实施方式1)

(超声波发送接收器的结构)

图1A是表示实施方式1所涉及的超声波发送接收器5、6的正面的俯视图。图1B是表示超声波发送接收器5、6的截面图。图1C是表示超声波发送接收器5、6的背面的俯视图。

超声波发送接收器5、6分别具备金属板16、声匹配体15、压电体17、第一引线18a、第二引线18b以及减振构件11。

金属板16是支承声匹配体15和压电体17的平板状的圆板。设定金属板16的厚度以具备期望的刚度。期望的刚度是支承声匹配体15和压电体17的刚度，是传播声匹配体15与压电体17之间的超声波脉冲却抑制该超声波脉冲的混响的刚度。

金属板16的一个主表面16a上固定声匹配体15，其另一个主表面16b上固定压电体17。金属板16的外周部从声匹配体15和压电体17突出。

金属板16由具有导电性的材料、例如铁、不锈钢、黄铜、铜、铝、镀镍钢板等金属形成。金属板16的另一个主表面16b例如使用粘接剂通过欧姆接触与压电体17的一个电极17a相连接。另外，金属板16的另一个主表面16b通过焊料等与第二引线18b相连接。因此，金属板16将压电体17的一个电极17a与第二引线18b之间电连接。

声匹配体15是为了将由压电体17产生的超声波脉冲传播到被测量流体而对压电体17的声阻抗与被测量流体的声阻抗进行匹配的元件。声匹配体15例如形成为圆柱形状。声匹配体15例如利用粘接剂粘接并固定于金属板16的一个主表面16a。

对于声匹配体15，使用以热固性树脂填充中空球体的间隙并固化而得到的玻璃，或者，声匹配体15使用在声波放射面形成有声学膜的陶瓷多孔体等。声匹配体15的厚度例如被设定为超声波脉冲的波长λ的1/4。

压电体17是通过被施加电压而进行伸缩由此将电振动变换为机械振动而产生超声波脉冲的元件。对于压电体17，如果是示出压电性的材料则能够使用任何材料，特别是优选使用钛酸钡、锆钛酸铅等。

压电体17形成为长方体状、圆柱状等柱状，在该实施方式中例如形成为短四棱柱状。压电体17具有一个电极17a、另一个电极17b以及在厚度方向上被它们夹持的压电部17c。因此，压电体17构成为在金属板16的固定有声匹配体15的部分的厚度方向上伸缩。压电体17的一个电极17a通过导电糊剂、焊料等与金属板16的另一个主表面16b接合，由此一个电极17a与金属板16电连接，并且压电体17被固定于金属板16。另外，压电体17的另一个电极17b通过焊料、导电糊剂等导电性材料与第一引线18a接合。

第一引线18a和第二引线18b是将压电体17的电极连接到传播时间测量部(图3)等的导线。对于各引线18a、18b，使用金属线、用涂层、镀膜等绝缘体覆盖金属线而得到的引线。第一引线18a与压电体17的另一个电极17b相连接，第二引线18b经由金属板16与压电体17的一个电极17a相连接。

减振构件11是具有防振功能的构件，防止将超声波脉冲向被测量流体传播时产生的振动传递到流路3。另外，减振构件11是具有减振功能的构件，使用于产生超声波脉冲的压电体17的振动和接收该振动而产生的金属板16的振动立即衰减。减振构件11一体地覆盖金属板16的另一个主表面16b的除固定有压电体17的部分以外的部分、压电体17的表面、金属板16的端面16c、金属板16的一个主表面16a的外周部、第一引线18a以及第二引线18b。在此所谓“一体地”，意味着减振构件11是由连续的材料构成的一个构件。

减振构件11在金属板16的一个主表面16a以空出距声匹配体15的外周面15c规定的宽度的未形成部19的方式覆盖金属板16的外周部。这样，在声匹配体15上没有形成减振构件11，因此能够防止由减振构件11引起的声匹配体15的特性变化。

减振构件11包括第一突起11a和第二突起11b。第一突起11a从金属板16的一个主表面16a侧突出。另外，第二突起11b从金属板16的端面16c侧突出。

减振构件11由玻璃化转变点低的热塑性树脂、例如热塑性弹性体材料、结晶性聚酯等形成。对于热塑性弹性体材料，例如列举出苯乙烯类弹性体、烯烃类弹性体、聚酯类弹性体等。作为结晶性聚酯，例如列举出日本特开2006-57043号的专利公开公报所记载的粘接剂组合物、东洋纺制的バイロショット(注册商标)GM-920、GM‐913等。热塑性树脂的玻璃化转变点例如优选为进行流量测量的最低温度的‐30℃以下。由此，在流量测量时，减振构件11具有橡胶弹性，能够发挥减振功能。另外，热塑性树脂的熔点优选为流量测量的最高温度的80℃以上。并且，热塑性树脂的贮存弹性率在从流量测量的最低温度至最高温度的范围内例如是4MPa～300MPa。由此，减振构件11能够在流量测量时充分地吸收金属板16、压电体17等的振动。

减振构件11所使用的热塑性树脂具有易于吸附于金属板16、压电体17的材料的官能团。因此，减振构件11通过与金属板16、压电体17紧密接合而发挥抑制金属板16的振动的减振功能。另外，减振构件11所使用的热塑性树脂通过加热而熔化，通过冷却而固化，由此如后所述，能够短时间形成减振构件11。并且，减振构件11所使用的热塑性树脂具有电绝缘性。因此，减振构件11防止从第一引线18a、第二引线18b以及金属板16等放电。另外，减振构件11使压电体17的一个电极17a与压电体17的另一个电极17b电绝缘。由此，即使在这些电极17a与电极17b之间存在导电体等异物，压电体17也能够稳定地动作。

(超声波发送接收器的制法)

图2A是表示将超声波发送接收器5、6中的声匹配体15和压电体17固定于金属板16而得到的接合体20的截面图。图2B是表示接合体20上连接有各引线18a、18b的状态的截面图。图2C是表示将接合体20收纳于模具22的状态的截面图。图2D是表示接合体20上附有减振构件11的状态的截面图。

如图2A所示，声匹配体15通过粘接剂粘接于金属板16的一个主表面16a，由此被固定于金属板16。另外，压电体17通过导电糊剂等而一个电极17a粘接于金属板16的另一个主表面16b，由此被固定于金属板16。由此，压电体17的一个电极17a与金属板16电连接。而且，形成声匹配体15和压电体17与金属板16接合而成的接合体20。

如图2B所示，在接合体20中，在压电体17的另一个电极17b上通过导电构件21接合有第一引线18a。另外，第二引线18b通过导电构件21与金属板16的另一个主表面16b接合。由此，第二引线18b经由金属板16与压电体17的一个电极17a电连接。而且，第一引线18a和第二引线18b与接合体20连接。由此，形成连接有各引线18a、18b的接合体20(组装体)。

如图2C所示，连接有各引线18a、18b的接合体20(组装体)被配置在模具22内。该模具22的内部具有与连接有各引线18a、18b的接合体20大致相似的形状。但是，模具22具有与减振构件11的未形成部19对应的支承部24。支承部24具有圆筒形状，朝向模具22的内部突出。支承部24的内表面的直径被设定为比声匹配体15的直径稍大。此外，支承部24是环状即可。另外，在模具22中设置有使减振构件11所使用的热塑性树脂流入的流入口23，流入口23贯穿模具22。并且，在模具22中设置有与第一突起11a对应的凹部和与第二突起11b对应的凹部。

通过将声接合体20收纳于圆筒形状的内部而将接合体20收容在模具22的内部。此时，金属板16的一个主表面16a朝向下方，且金属板16的一个主表面16a被支承部24支承。而且，将接合体20相对于模具22定位，以使模具22的内表面相对于接合体20和各引线18a、18b的表面隔开规定宽度的间隔地大致平行地设置。而且，金属板16的一个主表面16a的一部分与支承部24相抵接，金属板16的另一个主表面16b与模具的一部分的固定部(未图示)相抵接。由此，接合体20在模具内以放入的方式被固定。

在减振构件11的成型中，例如一边对热塑性树脂施加180℃的热和5MPa～16MPa的压力，一边使熔化的热塑性树脂从模具22的流入口23流入内部。此时，热塑性树脂填充到接合体20和各引线18a、18b与模具22内表面之间。此时，热塑性树脂的官能团吸附于金属板16的金属表面和压电体17的表面，热塑性树脂与这些表面紧密接合。另外，支承部24与金属板16的一个主表面16a接触，由此热塑性树脂不能侵入支承部24及其内部。因此，声匹配体15的表面15a和外周面15c上不会附着热塑性树脂。而且，例如当经过1分钟左右的时间时，热塑性树脂在模具内被冷却而固化，形成减振构件11。

如图2D所示，从模具22取出由形成构件形成的接合体20，从而完成超声波发送接收器5、6。在该超声波发送接收器5、6的减振构件11中，在支承部24所在的金属板16的一个主表面16a上形成未形成部19。由此，在位于支承部24的内表面的声匹配体15上没有形成减振构件11，声匹配体15露出到外部。另外，减振构件11覆盖除了未形成部19和声匹配体15以外的接合体20的表面和各引线18a、18b。

(超声波流量计的结构)

图3是示意性地表示安装有超声波发送接收器5、6的超声波流量计的截面图。图4是表示被安装于超声波流量计的超声波发送接收器5、6的一部分的放大后的截面图。

超声波流量计是对流经流路3的被测量流体的流量进行测量的装置。超声波流量计具备流路3、一对超声波发送接收器5、6、传播时间测量部7以及运算部8。

流路3由被测量流体在其内部流过的例如圆筒形状的管形成。流路3包括设置于一端的第一开口1和设置于另一端的第二开口2。另外，流路3包括第一开口部4a和与第一开口部4a对置的第二开口部4b。第一开口部4a和第二开口部4b分别由从流路3的内表面向流路3的直径的外侧突出的圆筒形状的凹部形成。第一开口部4a的中心轴与第二开口部4b的中心轴一致。该第一开口部4a和第二开口部4b的中心轴以相对于流路3的中心轴形成的角θ倾斜。

一对超声波发送接收器5、6在相互发送和接收超声波脉冲的位置处被抵接固定在流路3中。也就是说，一个超声波发送接收器(以下称为“第一超声波发送接收器”。)5被安装于第一开口部4a，另一个超声波发送接收器(以下称为“第二超声波发送接收器”。)6被安装于第二开口部4b。此时，各超声波发送接收器5、6的声匹配体15相对置。而且，各超声波发送接收器5、6以相对于各开口部4a、4b的中心轴平行且相对于流路3形成的角θ倾斜的方式产生超声波脉冲。另外，各超声波发送接收器5、6接收以相对于各开口部4a、4b的中心轴平行且相对于流路3形成的角θ倾斜地入射的超声波脉冲。

如图4所示，在各超声波发送接收器5、6中，减振构件11的外周部被嵌入流路3的凹部，第一突起11a和第二突起11b与流路3的抵接部10抵接。另外，减振构件11的与配置有第一突起11a的面相反的面接触固定构件。固定构件12以向流路3按压第一突起11a的方式紧贴减振构件11，从而将其固定于流路3。因此，减振构件11利用第一突起11a、第二突起11b以及第一突起11a的相反面被流路3和固定构件支承。由此，超声波发送接收器5、6被配置在各开口部4a、4b中的规定的位置处。

如图1所示，传播时间测量部7和运算部8由微计算机等的控制装置构成。微计算机具备CPU等处理部和ROM、RAM等存储部。此外，传播时间测量部7和运算部8既也可以由一个控制装置构成，也可以由不同的控制装置构成。

传播时间测量部7测量超声波脉冲在一对超声波发送接收器5、6之间进行传播的时间。运算部8基于由传播时间测量部7测量出的时间来计算被测量流体的流量。

(超声波流量计的动作)

如图3所示，传播时间测量部7经由各引线18a、18b将电(电压)信号提供给各超声波发送接收器5、6的压电体17。该电信号由频率接近压电体17的共振频率的矩形波形成。由此，压电体17将电信号变换为机械振动。通过该机械振动，如图4所示那样使压电体17和声匹配体15共振，从而产生更大的超声波脉冲。

如图3所示，由第一超声波发送接收器5产生的超声波脉冲在传播路径L1中传播，并由第二超声波发送接收器6接收。由第二超声波发送接收器6产生的超声波脉冲在传播路径L2中传播，并由第一超声波发送接收器5接收。在接收到超声波脉冲的各超声波发送接收器5、6中，压电体17将超声波脉冲的机械振动变换为电振动，并输出到传播时间测量部7。因此，传播时间测量部7基于向压电体17输出电信号的时刻与从压电体17输入电信号的时刻之差来求出超声波脉冲的传播时间t1和t2。

接着，运算部8基于由传播时间测量部7求出的超声波脉冲的传播时间t1和t2来计算被测量流体的流量。具体地说，在流路3中被测量流体以流速V从第一开口1流向第二开口2的情况下，以速度C传播了各传播路径L1和L2的距离L的超声波脉冲的传播时间t1和t2不同。此外，超声波脉冲的传播路径L1和L2的距离L是第一超声波发送接收器5与第二超声波发送接收器6之间的距离。另外，角度θ是被测量流体的流动方向与超声波脉冲的传播方向形成的角。

经由传播路径L1从第一超声波发送接收器5到达第二超声波发送接收器6的超声波脉冲的传播时间t1用t1=L/(C+Vcosθ)(1)表示

另外，经由传播路径L2从第二超声波发送接收器6到达第一超声波发送接收器5的超声波脉冲的传播时间t2用t2=L/(C-Vcosθ)(2)表示

根据这两个公式(1)和(2)，被测量流体的流速V用V=L/2cosθ(1/t1-1/t2)(3)表示。

超声波脉冲的传播路径L1和L2的距离L以及被测量流体的流动方向与超声波脉冲的传播方向形成的角度θ是已知的。另外，通过传播时间测量部7来测量超声波脉冲的传播时间t1和t2。由此，运算部8求出被测量流体的流速V。而且，运算部8将该流速V与流路3的断面积S和校正系数K相乘来求出流量Q。

(作用和效果)

根据如上所述的结构，减振构件11覆盖金属板16的另一个主表面16b的除固定有压电体17的部分以外的部分、压电体17的表面、金属板16的端面16c、金属板16的一个主表面16a的外周部、第一引线18a以及第二引线18b。由此，抑制在产生了超声波脉冲之后压电体17和金属板16等继续进行不需要的振动。因此，超声波发送接收器5、6能够在声匹配体15、压电体17衰减的状态下接收超声波脉冲，能够高精度地获得由所接收到的超声波脉冲产生的信号。并且，通过使压电体17等的振动衰减，能够缩短到接下来产生超声波脉冲为止的时间，能够提高流量测量的精度。

另外，与流路3和固定构件抵接的减振构件11通过其弹性而使向流路3传递的振动衰减。另外，与流路3接触的减振构件11的第一突起11a和第二突起11b通过发生变形而使向流路3传递的振动衰减。因此，能够抑制超声波发送接收器5、6的振动向流路3传递，从而能够防止由流路3的振动产生的噪声干扰进行传播的超声波脉冲，能够提高流量测量的精度。

并且，减振构件11具备抑制压电体17等的振动的减振功能和防止振动传播到流路3等的防振功能。由此，具有这两个功能的减振构件11一体地形成。

另外，通过在减振构件11中使用热塑性树脂，能够通过射出成型来短时间形成减振构件11。在此基础上，减振构件11一体地形成在金属板16的表面和压电体17的表面的各表面，不需要安装减振构件11的麻烦。由此，超声波发送接收器5、6的量产性优良。

并且，减振构件11所使用的热塑性树脂与金属板16和压电体17的紧密接合性高，由此减振构件11能够发挥优良的减振功能。另外，通过抑制金属板16等的振动，从金属板16等向流路3传递的振动的强度也降低。因此，能够防止流路3的混响振动，能够实现高精度的流量测量。

另外，与树脂板相比，金属板16的尺寸精度高，能够将超声波发送接收器5、6高精度地安装到流路3。因此，能够减少测量时的超声波脉冲的发送接收损失，因此能够实现高精度的流量测量。

并且，通过形成在声匹配体15周围的未形成部19来防止减振构件11附着于声匹配体15。因此，能够防止由减振构件11引起的声匹配体15的特性变化，能够实现高精度的流量测量。

(实施方式2)

在实施方式1中，在平板状的金属板16上安装有声匹配体15和压电体17。与此相对地，在实施方式2中，在形成为带凸缘的金属容器状的金属板31上安装声匹配体15和压电体17。

(超声波发送接收器的制法)

图5A是表示实施方式2所涉及的超声波发送接收器30的正面的俯视图。图5B是表示超声波发送接收器30的截面图。图5C是表示超声波发送接收器30的背面的俯视图。

金属板31形成为带凸缘的金属容器状，包括筒状的周壁部33、封闭周壁部33的一端的端壁部32以及形成于周壁部33的另一端的凸缘部34。端壁部32是圆板形状，具有内表面和外表面。周壁部33是圆筒形状，其一端与端壁部32相连接，另一端与凸缘部34相连接。凸缘部34从周壁部33向径向的外侧延伸。

在金属板31上，在端壁部32的外表面固定声匹配体15，在端壁部32的内表面固定压电体17。周壁部33的内径比压电体17的长度大，因此压电体17位于筒状的周壁部33的内部空间，在压电体17与周壁部33的内表面之间形成间隙。

金属板31是利用具有导电性的材料，例如铁、不锈钢、黄铜、铜、铝、镀镍钢板等金属通过深拉加工而形成的。金属板31的端壁部32的内表面使用导电性材料通过欧姆接触与压电体17的电极相连接。另外，金属板31的周壁部33的内表面通过焊料等导电性材料与第二引线18b相连接。因此，具有导电性的金属板31将压电体17的电极与第二引线18b之间电连接。

减振构件11被填装到筒状的周壁部33的内部空间使得覆盖压电体17的表面、第一引线18a以及第二引线18b，并且覆盖凸缘部34的内表面、外周面以及外表面。减振构件11空出规定的宽度的未形成部19地包围声匹配体15的外周面15c。

(超声波发送接收器的制法)

图6A是表示将声匹配体15和压电体17固定于金属板31而得到的接合体20的截面图。图6B是表示接合体20上连接有引线的状态的截面图。图6C是表示将接合体20收纳于模具22的状态的截面图。图6D是表示接合体20上附有减振构件11的状态的截面图。

图6A～图6D所示的实施方式2所涉及的超声波发送接收器30的制法与图2A～图2D所示的实施方式1所涉及的超声波发送接收器30的制法大致相同。但是，图6C所示的模具22的形状与图2C所示的模具22的形状不同。

如图6C所示，模具22的内部具有与图6B所示的连接有各引线18a、18b的接合体20大致相似的形状。但是，模具22具有与减振构件11的未形成部19对应的支承部24。支承部24具有圆筒形状，朝向模具22的内部突出。支承部24的内表面的直径被设定为比声匹配体15的直径稍大。

(超声波流量计的结构)

图7是表示安装有超声波发送接收器30的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

图7所示的实施方式2所涉及的超声波流量计的结构与图4所示的实施方式1所涉及的超声波流量计的结构大致相同。

(作用和效果)

根据如上所述的结构，减振构件11被填装到筒状的周壁部33的内部空间使得覆盖压电体17的表面、第一引线18a以及第二引线18b，并且覆盖凸缘部34的内表面、外周面以及外表面。由此，减振构件11发挥抑制压电体17等的振动的减振功能和防止振动传播到流路3等的防振功能。因此，与实施方式1同样地，提高流量测量的精度并且量产性优良。

另外，与用树脂形成的情况相比，形成为带凸缘的金属容器状的金属板31的尺寸精度高，能够实现高精度的流量测量。

并且，通过形成在声匹配体15的周围的未形成部19能够实现高精度的流量测量。

另外，通过除了减振构件11以外还将金属板31的周壁部33介于流路3与压电体17之间来使压电体17等的振动衰减。另外，通过从金属板31的端壁部32向周壁部33弯曲的弯曲部来减轻产生超声波脉冲后的端壁部32的不需要的振动。通过这些方式来抑制在产生超声波脉冲后从超声波发送接收器30向流路3传递的振动，流量测量的精度提高。

(实施方式3)

关于实施方式3所涉及的超声波发送接收器35，是在实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中的压电体17上形成有槽36。

图8是表示实施方式3所涉及的被安装于超声波流量计的超声波发送接收器35的一部分的放大后的截面图。

压电体17具有在压电部17c的厚度方向上延伸的槽36。减振构件11被填装到该槽36中。

根据如上所述的结构，将减振构件11填装到在压电部17c的厚度方向上延伸的槽36中。因此，能够抑制相对于压电部17c的厚度方向垂直的方向上的压电体17的振动。由此，能够抑制向朝向流路3的方向的振动，能够减轻流路3的混响振动。因而，流量测量的精度进一步提高。

此外，在实施方式3中，是在具有金属板31的实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中在压电体17上设置有槽36。与此相对地，在具有金属板16的实施方式1所涉及的超声波发送接收器5、6中，也可以在压电体17上设置有槽36。

(实施方式4)

关于实施方式4所涉及的超声波发送接收器40，是在实施方式1所涉及的超声波发送接收器5、6中的减振构件11上形成有突出部41。

图9是表示实施方式4所涉及的被安装于超声波流量计的超声波发送接收器40的一部分的放大后的截面图。

减振构件11具有向声匹配体15的厚度方向突出的突出部41。突出部41是圆筒形状，其内径比声匹配体15的直径大。因此，突出部41空出间隙地包围声匹配体15的外周面15c。该间隙形成减振构件11的未形成部19。

根据如上所述的结构，例如即使在组装时等对声匹配体15施加应力、冲击，也能够通过减振构件11保护声匹配体15。因此，易于组装超声波发送接收器40，超声波发送接收器的量产性优良。

此外，在实施方式4中，是在具有金属板16的实施方式1所涉及的超声波发送接收器5、6中在减振构件11上设置有突出部41。与此相对地，在具有金属板31的实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中，也可以在减振构件11上设置突出部41。

(实施方式5)

关于实施方式5所涉及的超声波发送接收器50，是在实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中在压电体17上形成有实施方式3的槽36且在减振构件11上形成有实施方式4的突出部41。

图10是表示安装有实施方式5所涉及的超声波发送接收器50的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

此外，在实施方式5中，是在具有金属板31的实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中在压电体17上设置有槽36且在减振构件11上设置有突出部41。与此相对地，在具有金属板16的实施方式1所涉及的超声波发送接收器5、6中，也可以在压电体17上设置槽36且在减振构件11上设置突出部41。

(实施方式6)

关于实施方式6所涉及的超声波发送接收器60，是在实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中的减振构件11上形成有贯通孔11c。

图11是表示安装有实施方式6所涉及的超声波发送接收器60的超声波流量计的一部分的放大后的截面图。

贯通孔11c在减振构件11中被设置在与金属板31的凸缘部34相对置的位置处。贯通孔11c贯穿减振构件11直到凸缘部34，凸缘部34经由贯通孔11c露出到外部。贯通孔11c被配置在与固定构件12的突出部12c对应的位置处。因此，在超声波发送接收器60被安装在流路3中时，突出部12a通过贯通孔11c而与凸缘部34相抵接。由此，金属板31被向流路3按压，从而将超声波发送接收器60安装于流路3的规定的位置处。因此，超声波发送接收器60能够高精度地发送和接收超声波脉冲，超声波流量计的测量精度提高。

此外，在实施方式6中，是在实施方式2所涉及的超声波发送接收器30中在减振构件11上设置有贯通孔11c。与此相对地，在实施方式1、3～5所涉及的超声波发送接收器中，也可以在减振构件11上设置贯通孔11c。

(实施方式7)

在上述所有实施方式中，第二引线18b经由金属板16、31与压电体17的一个电极17a相连接。与此相对地，第二引线18b也可以直接与压电体17的一个电极17a相连接。

(实施方式8)

在上述所有实施方式中，压电体17的一个电极17a与金属板16、31分开地设置。与此相对地，金属板16、31也可以兼用作压电体17的一个电极17a。

此外，只要不彼此排斥对方，也可以将上述所有实施方式相互组合。

对于本领域技术人员来说，根据上述说明，本发明的很多改良、其它实施方式是显而易见的。因而，应该理解为上述说明仅作为例示，以教给本领域技术人员执行本发明的优选方式为目的而被提供。在不脱离本发明的精神的范围内，能够对其结构和/或功能的详细内容进行实质性地变更。

产业上的可利用性

本发明的超声波发送接收器及其制造方法以及具备超声波发送接收器的超声波流量计作为与现有技术相比量产性优良、能够在所安装的测量装置中进行高精度的测量的超声波发送接收器及其制造方法以及具备超声波发送接收器的超声波流量计等是有用的。

附图标记说明

3：流路；5、6、30、35、40、50、60：超声波发送接收器；7：传播时间测量部；8：运算部；11：减振构件；15：声匹配体；16：金属板；17：压电体；18a：第一引线；18b：第二引线；31：金属板；32：端壁部；33：周壁部；34：凸缘部；36：槽；41：突出部。

Claims (9)

1.一种超声波发送接收器，具备：

金属板；

声匹配体，其被固定于上述金属板的一个主表面；

压电体，其被固定于上述金属板的固定有上述声匹配体的部分的、上述金属板的另一个主表面；

第一引线，其与上述压电体的距上述金属板远的一侧的端部相连接，用于提供对该压电体施加的电压；

第二引线，其与上述金属板相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及

减振构件，其一体地覆盖上述金属板的另一个主表面的除固定有上述压电体的部分以外的部分、上述压电体的表面、上述金属板的端面、上述金属板的一个主表面的外周部、上述第一引线以及上述第二引线，含有热塑性树脂作为主要成分，

其中，上述减振构件是由连续的材料构成的一个构件。

2.根据权利要求1所述的超声波发送接收器，其特征在于，

上述金属板形成为平板状。

3.根据权利要求1所述的超声波发送接收器，其特征在于，

上述金属板形成为包括筒状的周壁部、封闭该周壁部的一端的端壁部、形成于上述周壁部的另一端的凸缘部的带凸缘的金属容器状，

上述声匹配体固定于上述端壁部的外表面，

上述压电体以位于上述筒状的周壁部的内部空间的方式固定于上述端壁部的内表面，

上述第二引线与上述金属板相连接，

上述减振构件一体地形成为填充到上述筒状的周壁部的内部空间以覆盖上述压电体的表面、上述第一引线以及上述第二引线，并且覆盖上述凸缘部的内表面、外周面及外表面和上述周壁部的外表面。

4.根据权利要求1所述的超声波发送接收器，其特征在于，

上述压电体具有在上述金属板的厚度方向上延伸的槽，

上述减振构件进一步被填充到上述槽中。

5.根据权利要求1所述的超声波发送接收器，其特征在于，

上述减振构件在覆盖上述金属板的一个主表面的部分具有突出部，该突出部向从上述声匹配体的基端朝向前端的方向突出。

6.根据权利要求1所述的超声波发送接收器，其特征在于，

上述减振构件与上述声匹配体的外周面之间具有间隙。

7.一种超声波发送接收器的制造方法，包括以下步骤：

组装步骤，制作组装体，该组装体具备：金属板；声匹配体，其被固定于上述金属板的一个主表面；压电体，其被固定于上述金属板的固定有上述声匹配体的部分的、上述金属板的另一个主表面；第一引线，其与上述压电体的距上述金属板远的一侧的端部相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及第二引线，其与上述金属板相连接，用于提供对该压电体施加的电压；以及

树脂成型步骤，在将上述组装体收容到模具内之后，通过向上述模具内注入热塑性树脂来形成由上述热塑性树脂构成且是由连续的材料构成的一个构件的减振构件，以一体地覆盖上述金属板的另一个主表面的除固定有上述压电体的部分以外的部分、上述压电体的表面、上述金属板的端面、上述金属板的一个主表面的外周部、上述第一引线以及上述第二引线。

8.根据权利要求7所述的超声波发送接收器的制造方法，其特征在于，

在上述树脂成型步骤中，将上述组装体以上述金属板的一个主表面朝向下方且通过上述模具的环状的支承部来支承该一个主表面的上述声匹配体的周围的部分的方式收容到上述模具的内部空间，

通过对上述模具的内部空间的上述环状的支承部的外侧区域注入上述热塑性树脂，以与上述声匹配体的外周面之间具有间隙的方式形成上述减振构件。

9.一种超声波流量计，具备：

一对根据权利要求1至6中的任一项所述的超声波发送接收器，其用于相互发送和接收超声波脉冲；

流路，在该流路中一对上述超声波发送接收器相互分离地配置；

传播时间测量部，其测量上述超声波脉冲在一对上述超声波发送接收器之间进行传播的时间；以及

运算部，其基于由上述传播时间测量部测量出的时间来计算被测量流体的流量。