JP2001145194A - Ultrasonic wave generator and method of manufacturing the same - Google Patents

Ultrasonic wave generator and method of manufacturing the same

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JP2001145194A
JP2001145194A JP32633999A JP32633999A JP2001145194A JP 2001145194 A JP2001145194 A JP 2001145194A JP 32633999 A JP32633999 A JP 32633999A JP 32633999 A JP32633999 A JP 32633999A JP 2001145194 A JP2001145194 A JP 2001145194A
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joining
joining means
matching
ceramic
glass
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JP32633999A
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Betsusou
大介 別荘
Makoto Shibuya
誠 渋谷
Takeshi Nagai
彪 長井
Kenzo Ochi
謙三 黄地
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To bond a matching means to a case housing a vibrating means, without using adhesives in an ultrasonic wave generator. SOLUTION: A matching means 20 is formed with porous ceramics, and in order to bond the means 20 to a metallic case 21, a plurality of bonding means is provided. The first bonding means 33 is silver solder, the second bonding means 34 is titanium, and the third bonding means is silver solder. Accordingly, the difference between the coefficients of expansion of the metallic case 21 and the ceramics constituting the matching means 20 can be relieved by the titanium, having intermediate coefficient of expansion between the coefficients of expansion of the case 21 and ceramics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用して気
体の流量を測定する流量計測装置や、物体との距離を測
定する距離計測装置などに用いる超音波発器及びその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic wave generator used for a flow rate measuring device for measuring a gas flow rate using an ultrasonic wave, a distance measuring device for measuring a distance to an object, and a method for manufacturing the same. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は従来の超音波発生器の構成を示す
断面図である。1は振動手段、2はケース、3は整合手
段、4はケース内に充填した樹脂、5、6は電極、7は
空間である。振動手段1とケース2とはエポキシ系の接
着剤を用いて接着されている。ケース2と整合手段3と
は、同様にエポキシ系の接着剤を用いて接続されてい
る。樹脂4はケース2と振動手段1および電極5,6と
を固定する目的と、振動手段1の振動が整合手段3と反
対の面に伝搬しないようにする音の緩衝材の目的があ
る。振動手段1は約500kHzで振動し、その振動はエ
ポキシ系の接着剤を介してケース2に伝わり、さらにエ
ポキシ系の接着剤を介して整合手段3に伝わる。整合手
段3の振動は空間7に存在する気体に音波として伝搬す
る。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a conventional ultrasonic generator. 1 is a vibration means, 2 is a case, 3 is a matching means, 4 is a resin filled in the case, 5 and 6 are electrodes, and 7 is a space. The vibration means 1 and the case 2 are adhered using an epoxy adhesive. The case 2 and the matching means 3 are similarly connected using an epoxy adhesive. The resin 4 has a purpose of fixing the case 2 and the vibration means 1 and the electrodes 5 and 6, and a purpose of a sound damping material for preventing the vibration of the vibration means 1 from propagating to the surface opposite to the matching means 3. The vibration means 1 vibrates at about 500 kHz, and the vibration is transmitted to the case 2 via an epoxy-based adhesive, and further transmitted to the matching means 3 via an epoxy-based adhesive. The vibration of the matching means 3 propagates as a sound wave to the gas existing in the space 7.

【0003】整合手段3の役割は振動手段1の振動を効
率良く気体に伝搬させることにある。物質の音速Cと密
度ρとで(数1)のように定義される音響インピーダン
スZが
The role of the matching means 3 is to efficiently propagate the vibration of the vibration means 1 to the gas. The acoustic impedance Z defined by the sound velocity C and the density ρ of a substance as (Equation 1) is

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】振動手段1と気体とで大きく異なる。振動
手段1の音響インピーダンスZ1は30×106(kg/m
2s)で気体、例えば空気の音響インピーダンスZ2
4.28×102(kg/m2s)である。振動手段1と金属
の音響インピーダンスはほぼ等しい。このように音響イ
ンピーダンスの異なる境界面上では音(振動)の伝搬に
反射が生じるようになり、その結果、透過する音の強さ
が弱くなる。ところが、2つの異なる音響インピーダン
スの物質の間に別の音響インピーダンスを持つ物質を挿
入することによって、音の反射を軽減することができ
る。
There is a great difference between the vibration means 1 and gas. Acoustic impedance Z 1 is 30 × 10 6 of the vibration means 1 (kg / m
In 2 s), the acoustic impedance Z 2 of a gas, for example, air is 4.28 × 10 2 (kg / m 2 s). The acoustic impedance of the vibration means 1 is substantially equal to that of the metal. As described above, reflection occurs in the propagation of sound (vibration) on the boundary surfaces having different acoustic impedances, and as a result, the intensity of transmitted sound decreases. However, sound reflection can be reduced by inserting a substance having another acoustic impedance between two substances having different acoustic impedances.

【0006】振動手段1と空間7との間に数2の関係を
満たす音響インピーダンスZ3を持つ物質を挿入するこ
とにより音の反射をなくせることが一般に知られてい
る。
It is generally known that sound reflection can be eliminated by inserting a substance having an acoustic impedance Z 3 that satisfies the relationship of Equation 2 between the vibration means 1 and the space 7.

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】このZ3の値は0.11×106(kg/m2s)
となる。この音響インピーダンスを満たす物質は、固体
で密度が小さく音速の遅いものであることが要求され
る。
The value of Z 3 is 0.11 × 10 6 (kg / m 2 s)
Becomes A substance that satisfies this acoustic impedance is required to be a solid substance having a low density and a low sound velocity.

【0009】そこで、整合手段3は図8に示されるよう
に、微小な中空のガラス8をエポキシ系樹脂の接着剤9
で固めたものを用いて密度を小さくしている。中空のガ
ラス8は整合手段3を伝わる音の波長よりも十分小さく
する必要があるので、100μm以下の大きさのものを
用いている。これにより得られる整合手段3の音響イン
ピーダンスは約1.2×106(kg/m2s)となる。
Therefore, as shown in FIG. 8, the aligning means 3 applies a small hollow glass 8 to an epoxy resin adhesive 9.
The density is reduced by using a material that has been hardened in step (1). Since the hollow glass 8 needs to be sufficiently smaller than the wavelength of the sound transmitted through the matching means 3, a glass having a size of 100 μm or less is used. The acoustic impedance of the matching means 3 thus obtained is about 1.2 × 10 6 (kg / m 2 s).

【0010】さらに整合手段3を透過して気体に伝達す
る音の強さは整合手段3の長さにも関係する。図9は、
簡単にするためにエポキシ系接着剤とケース2とを除
き、振動手段1と整合手段3と気体(空気)からなる3
つの物質中での音の伝播を示したもので、振動手段1か
らの音の波8は透過する波9と、整合手段3と気体との
境界面で反射する波10とに分かれる。反射した波10
は整合手段3と振動手段1の境界面で反射し、この場合
位相が反転した波11となる。この波の一部が整合手段
3と気体との境界面で透過する波12となる。波12と
波9とが合成されるので、気体に放射される音の強さの
透過率Tは(数3)で表される。
Further, the intensity of the sound transmitted through the matching means 3 to the gas also depends on the length of the matching means 3. FIG.
Except for the epoxy adhesive and the case 2 for simplicity, the vibration means 1, the matching means 3 and the gas (air) 3
The sound wave 8 from the vibration means 1 is divided into a transmitted wave 9 and a wave 10 reflected at the interface between the matching means 3 and the gas. Reflected wave 10
Is reflected at the boundary surface between the matching means 3 and the vibration means 1, and in this case, the wave 11 is inverted in phase. A part of this wave becomes the wave 12 transmitted at the interface between the matching means 3 and the gas. Since the wave 12 and the wave 9 are synthesized, the transmittance T of the sound intensity radiated to the gas is represented by (Equation 3).

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】但、Z1は振動手段の音響インピーダン
ス、Z2は整合手段の音響インピーダンス、Z3は気体の
音響インピーダンス、Lは整合層の距離、k2は(数
4)で与えられる。
Where Z 1 is the acoustic impedance of the vibrating means, Z 2 is the acoustic impedance of the matching means, Z 3 is the acoustic impedance of the gas, L is the distance of the matching layer, and k 2 is given by (Equation 4).

【0013】[0013]

【数4】 (Equation 4)

【0014】但、fは振動の周波数、C2は整合手段3
の音速である。
Here, f is the frequency of vibration, and C 2 is the matching means 3
Is the speed of sound.

【0015】(数3)の透過率Tが最大となる距離Lを
求めると、L=λ/4となる。
When the distance L at which the transmittance T of Equation 3 is maximized is obtained, L = λ / 4.

【0016】中空のガラスを整合手段3として用いた場
合、その音速は2000m/sなので、音の周波数が50
0kHzの場合は波長λが4mmとなる。従って整合手段の
長さは1mmが最適値となる。
When a hollow glass is used as the matching means 3, its sound speed is 2000 m / s, and the sound frequency is 50 m / s.
In the case of 0 kHz, the wavelength λ is 4 mm. Therefore, the optimum length of the alignment means is 1 mm.

【0017】図10は上記した超音波発生手段13を気
体の流路である管14に配置した様子を示している。超
音波発生器13が割れると気体が管14の外部に漏れる
ので、超音波発生器13のケース材料にはセラミックや
樹脂などの割れやすい材質を選択することが困難であ
る。従って、ケースにはステンレス、鉄、などの金属が
用いられる。
FIG. 10 shows a state in which the above-mentioned ultrasonic wave generating means 13 is arranged in a pipe 14 which is a gas flow path. If the ultrasonic generator 13 breaks, gas leaks to the outside of the tube 14, so it is difficult to select a material that is easily broken such as ceramic or resin for the case material of the ultrasonic generator 13. Therefore, a metal such as stainless steel or iron is used for the case.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波発生器13では、整合手段3とケース2との接着
にエポキシ系の樹脂を用いている。また、整合手段3を
構成する中空のガラス8を固めるために、エポキシ系樹
脂の接着剤9を用いている。流量を測定したい気体中に
は水分が含まれていることがあり、このような場合に水
分がエポキシ系樹脂に膨潤することがある。このように
なると、整合手段3の音響インピーダンスが変化し、整
合手段3の本来の目的である効率的な音の放射が阻害さ
れ、正確な計測に支障を来すことがある。また、流量を
測定したい気体中にイオウが含まれていることがある。
このような場合、超音波発生器13を構成する整合手段
3と、整合手段3とケース2との接着に用いているエポ
キシ系の樹脂がイオウによって腐食される懸念がある。
整合手段3が腐食され、接着強度が変わると整合手段3
の本来の目的である効率的な音の放射が阻害され、正確
な計測に支障を来すことになる。
However, in the conventional ultrasonic generator 13, an epoxy resin is used for bonding the alignment means 3 and the case 2. Further, an adhesive 9 made of an epoxy resin is used to solidify the hollow glass 8 constituting the alignment means 3. The gas whose flow rate is to be measured may contain moisture, and in such a case, the moisture may swell in the epoxy resin. In this case, the acoustic impedance of the matching unit 3 changes, and the original purpose of the matching unit 3, such as efficient sound emission, is hindered, which may hinder accurate measurement. Further, the gas whose flow rate is to be measured may contain sulfur.
In such a case, there is a concern that the matching means 3 constituting the ultrasonic generator 13 and the epoxy resin used for bonding the matching means 3 and the case 2 are corroded by sulfur.
When the alignment means 3 is corroded and the adhesive strength changes, the alignment means 3
Therefore, efficient sound emission, which is the original purpose of the device, is hindered, which hinders accurate measurement.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の超音波発生器
は、前述した課題を解決するためになされたもので、ま
ず、整合手段を微小な中空のセラミックで構成する。前
記整合手段を金属ケースにろう付けにより接合する。ろ
う付けの材料は金属合金を用いるので従来のようにエポ
キシ系の接着剤を用いることなく前記整合手段を金属ケ
ースとを接合することができる。ろう付けの際に問題と
なるセラミックと金属ケースとの膨張係数の違いを緩和
するために、ろう付け部分に複数の接合手段を設ける。
SUMMARY OF THE INVENTION An ultrasonic generator according to the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. First, the matching means is made of a fine hollow ceramic. The alignment means is joined to the metal case by brazing. Since a brazing material is a metal alloy, the matching means can be joined to the metal case without using an epoxy-based adhesive as in the related art. In order to reduce the difference in expansion coefficient between the ceramic and the metal case, which is a problem during brazing, a plurality of joining means are provided at the brazed portion.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明は振動手段と、前記振動手
段の振動を気体に効率よく伝えるための整合手段とを備
え、前記整合手段は中空構造を持つセラミックとするも
のである。そして、前記セラミックは中空構造であるの
で密度が軽く、その音響インピーダンスを前記振動手段
の音響インピーダンスと気体の音響インピーダンスのほ
ぼ中間値にすることができ、これにより前記振動手段の
振動を前記気体に効率よく伝播させることができる。さ
らに、前記金属ケースの一部と前記整合手段とはろう付
けによって接合する。ろう付けは前記整合手段と前記金
属ケースの膨張度合いの違いを緩和するために複数の接
合手段を有する構成とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention comprises a vibrating means and a matching means for efficiently transmitting the vibration of the vibrating means to a gas, wherein the matching means is a ceramic having a hollow structure. And since the ceramic has a hollow structure, its density is light, and its acoustic impedance can be set to almost the middle value between the acoustic impedance of the vibrating means and the acoustic impedance of gas, whereby the vibration of the vibrating means is applied to the gas. It can be propagated efficiently. Further, a part of the metal case and the alignment means are joined by brazing. The brazing is configured to have a plurality of joining means to reduce a difference in the degree of expansion between the alignment means and the metal case.

【0021】また、複数の接合手段は、第1接合手段と
して銀ろう、第2接合手段として温度による膨張度合い
が金属ケースよりも小さく、整合手段より大きいチタ
ン、第3接合手段として銀ろうを用いることにより、前
記整合手段と前記金属ケースとの膨張度合いの違いを緩
和することができる。
The plurality of bonding means use silver brazing as the first bonding means, titanium whose expansion degree due to temperature is smaller than that of the metal case and is larger than the matching means as the second bonding means, and silver brazing as the third bonding means. Thereby, the difference in the degree of expansion between the alignment means and the metal case can be reduced.

【0022】また、複数の接合手段は、第1接合手段と
して銀ろう、第2接合手段としてチタン、第3接合手段
として銀ろう、第4接合手段としてセラミック、第5接
合手段としてガラスを用いる構成とすることにより、整
合手段と第4接合手段との膨張度合いは同じになるの
で、複数の微小な中空のセラミックを用いた機械強度が
弱い前記整合手段に割れを起こさずに確実に接合するこ
とができる。
Further, the plurality of bonding means are constituted by using silver brazing as the first bonding means, titanium as the second bonding means, silver brazing as the third bonding means, ceramic as the fourth bonding means, and glass as the fifth bonding means. By doing so, since the degree of expansion of the matching means and the fourth joining means is the same, it is possible to securely join the matching means using a plurality of minute hollow ceramics without causing cracks to the matching means having low mechanical strength. Can be.

【0023】また、複数の接合手段は、銀ろうとチタン
を粉末にして混ぜ合わせた粉末接合手段と、セラミック
からなる第4接合手段と、ガラスからなる第5接合手段
とを用いる構成としたので、複数の接合手段を設けやす
く作業性が向上するとともに、金属ケースと整合手段と
の接合強度が適度に弱められるので、前記金属ケースの
歪をなくすことができる。
Further, the plurality of joining means are constituted by using powder joining means in which silver solder and titanium are powdered and mixed, fourth joining means made of ceramic, and fifth joining means made of glass. A plurality of joining means can be easily provided, the workability is improved, and the joining strength between the metal case and the alignment means is appropriately weakened, so that the distortion of the metal case can be eliminated.

【0024】また、複数の接合手段は、銀ろうとチタン
とセラミックとを粉末にして混ぜ合わせ焼結したベース
層と、ガラスからなる第5接合手段とを用いる構成と
し、第5接合手段との境界であるベース層表面にセラミ
ックを露出させ、整合手段を接合する構成とすることに
より、ベース層表面に露出させたセラミックの部分と第
5接合手段であるガラスとが接合して、さらに前記ガラ
スと前記整合手段とが接合するようにできる。
Further, the plurality of joining means are configured to use a base layer obtained by mixing and sintering silver braze, titanium, and ceramic into powder, and a fifth joining means made of glass, and a boundary between the fifth joining means and the fifth joining means. By exposing the ceramic to the surface of the base layer and joining the matching means, the portion of the ceramic exposed to the surface of the base layer and the glass as the fifth joining means are joined, and The alignment means can be joined.

【0025】また、微小な複数の中空のセラミックとガ
ラスを混ぜ合わせた整合手段を、振動手段を収める金属
ケースに、複数の接合手段を介して重合させ、この状態
で温度を上げることにより、前記複数の接合手段と前記
整合手段との接合と、前記整合手段を固める工程とを同
時に行うことができる。
Further, by aligning a plurality of minute hollow ceramics and glass into a metal case containing the vibrating means via a plurality of joining means, and raising the temperature in this state, The joining of the plurality of joining means and the matching means and the step of solidifying the matching means can be performed simultaneously.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の実施例1における超音波発
生器の外観図である。20は整合手段、21は金属ケー
スを構成する本体、22は金属ケースを構成する蓋、3
2は複数の接合手段、23は振動手段、24は導電性ゴ
ム、25と26は電極、27は気体である。電極25と
蓋22との間には、ガラス29が封入されて、電極25
と蓋22との電気的絶縁を行っている。振動手段23は
金属ケース内に収められ、本体21と振動手段23とは
エポキシ系の接着剤28で接着されている。この接着剤
28の層は数ミクロンの厚さで非常に薄いものである。
この層は本体21と振動手段23との間でコンデンサを
形成するが、その容量は層の厚さが薄いため振動手段2
3のもつコンデンサ容量に比較して大きなものとなって
いる。
FIG. 1 is an external view of an ultrasonic generator according to Embodiment 1 of the present invention. 20 is a matching means, 21 is a main body constituting a metal case, 22 is a lid constituting a metal case, 3
2 is a plurality of joining means, 23 is a vibration means, 24 is a conductive rubber, 25 and 26 are electrodes, and 27 is a gas. A glass 29 is sealed between the electrode 25 and the lid 22 so that the electrode 25
And the lid 22 are electrically insulated. The vibrating means 23 is housed in a metal case, and the main body 21 and the vibrating means 23 are adhered with an epoxy-based adhesive 28. This layer of adhesive 28 is very thin, a few microns thick.
This layer forms a capacitor between the main body 21 and the vibrating means 23, but its capacity is small because the layer is thin.
3 is larger than the capacitance of the capacitor.

【0028】電極25と電極26との間には約5Vの交
流電圧が加えられる。電極26は蓋22に接続され、さ
らに蓋22は本体21に溶接されている。これにより電
極26に加えられた電圧は蓋22、本体21を介して接
着剤28に加えられる。もう一方の電極25は導電性ゴ
ム24を介して振動手段23に電気的に接続されてい
る。従って、電極25と26との間に加えられた電圧
は、振動手段23と接着剤28とに加わることになる。
電気的に振動手段23と接着剤28とはコンデンサと見
なすことができ、両者は直列に接続している構成で、容
量は振動手段23のほうが小さいので、両者を直列接続
したときの合成容量は、ほぼ振動手段23の容量に近く
なる。
An AC voltage of about 5 V is applied between the electrodes 25 and 26. The electrode 26 is connected to the lid 22, and the lid 22 is welded to the main body 21. Thereby, the voltage applied to the electrode 26 is applied to the adhesive 28 via the lid 22 and the main body 21. The other electrode 25 is electrically connected to the vibration means 23 via the conductive rubber 24. Therefore, the voltage applied between the electrodes 25 and 26 is applied to the vibration means 23 and the adhesive 28.
The vibration means 23 and the adhesive 28 can be regarded as a capacitor electrically, and both are connected in series. Since the capacity of the vibration means 23 is smaller, the combined capacity when both are connected in series is , Almost the capacity of the vibration means 23.

【0029】振動手段23の共振周波数はおよそ500
kHzに設計されているので、電極25,26に500kHz
の交流電圧を加えることにより、振動手段23が500
kHzで振動するようになる。この振動は本体21に伝播
し、これを振動させ、さらに本体21の振動は整合手段
20に伝播し、これを振動させる。整合手段20の役割
については従来の技術で述べたように、振動手段23の
振動を効率よく気体27に伝播させることにある。導電
性ゴム24は振動手段23の振動が蓋22に伝わらない
ようにして、振動のエネルギーが効率良く整合手段20
に伝わるようにするための、振動の緩衝材としての役割
もしている。
The resonance frequency of the vibration means 23 is approximately 500
kHz, so that 500kHz
By applying an alternating voltage of
Vibrates at kHz. This vibration propagates to the main body 21 and causes it to vibrate, and the vibration of the main body 21 propagates to the matching means 20 to vibrate it. The role of the matching means 20 is to efficiently propagate the vibration of the vibration means 23 to the gas 27 as described in the related art. The conductive rubber 24 prevents the vibration of the vibrating means 23 from being transmitted to the lid 22 so that the energy of the vibration can be efficiently transmitted to the matching means 20.
It also plays a role as a vibration damping material so that it is transmitted to the vehicle.

【0030】振動手段23と導電性ゴム24とは金属ケ
ース内に収められているので、金属ケース内に気体が入
り込むことがない。従って、振動手段23と本体21と
はエポキシ系の接着剤を用いても、これが気体に含まれ
る水分で膨潤したり、イオウで腐食されるようなことは
起こらない。金属ケースを用いることにより、また、電
極25と蓋22との間にガラスを封入することにより、
金属ケース内への気体の浸入を確実に阻止することがで
きるようになる。
Since the vibration means 23 and the conductive rubber 24 are housed in a metal case, no gas enters the metal case. Therefore, even if an epoxy-based adhesive is used for the vibration means 23 and the main body 21, it does not swell with moisture contained in the gas or corrode with sulfur. By using a metal case and sealing glass between the electrode 25 and the lid 22,
It is possible to reliably prevent gas from entering the metal case.

【0031】整合手段20の構造を図2に示す。30は
中空のセラミック30、31はガラスである。中空のセ
ラミック30は融点が高いので、融点が1000℃程度
のガラス31と混ぜ合わせて、1000℃程度に温度を
上げてガラス31を溶かしてから冷却することにより、
中空のセラミック30をガラス31で固めるようにして
いる。このような方法で作った整合手段20の音速は約
2km/secで、500kHzの振動を伝播させるとすると、
その振動の波長は4mmとなる。中空のセラミック30の
大きさは、この波長に対して十分小さくすることによ
り、中空部分が振動の伝播に与える影響を無視すること
ができるようになる。そこで中空のセラミック30の大
きさは波長の1/10以下のものを選択している。中空
セラミックであるので、その密度は軽く(数1)で表さ
れる音響インピーダンスは1.5から2(単位は106k
g/(scc・m2))となる。これにより、振動手段23の
振動を効率良く気体27に伝播させることができる。
FIG. 2 shows the structure of the matching means 20. 30 is a hollow ceramic 30 and 31 is glass. Since the hollow ceramic 30 has a high melting point, it is mixed with glass 31 having a melting point of about 1000 ° C., and the temperature is raised to about 1000 ° C. to melt the glass 31 and then cooled.
The hollow ceramic 30 is solidified with glass 31. Assuming that the sound speed of the matching means 20 made by such a method is about 2 km / sec and a vibration of 500 kHz is propagated,
The wavelength of the vibration is 4 mm. By making the size of the hollow ceramic 30 sufficiently small with respect to this wavelength, the effect of the hollow portion on the propagation of vibration can be neglected. Therefore, the size of the hollow ceramic 30 is selected to be less than 1/10 of the wavelength. Since it is a hollow ceramic, its density is light (Expression 1) and its acoustic impedance is 1.5 to 2 (unit is 10 6 k)
g / (scc · m 2 )). Thereby, the vibration of the vibration means 23 can be efficiently transmitted to the gas 27.

【0032】図1の整合手段20と本体21との接合に
はろう付けを用いる。本体21にはステンレスが用いら
れ、整合手段20を構成する複数の中空のセラミック3
0とは膨張の度合いが大きく異なる。従って整合手段2
0と本体21とを直接ろう付けしても膨張度合いの違い
から、接合部に応力がかかり、整合手段20が剥離する
ようになる。そこで本発明は複数の接合手段32を用い
て、膨張の度合いを緩和するようにしている。具体的に
複数の接合手段32は図3に示すように、第1の接合手
段33として銀ろう箔、第2の接合手段34としてチタ
ン箔、第3の接合手段35として銀ろう箔を用いる。2
0℃における線膨張率はステンレスが14.7K-1、チ
タンが8.6K-1、セラミックが2〜6K-1である。ス
テンレスとセラミックとは線膨張率が大きく異なるので
直接接合しようとしても応力が大きくなり剥離する。膨
張率が両者の中間値を持つチタンをセラミックとステン
レスとの間に介在させることにより、応力を低減するこ
とが可能となる。ステンレスとチタン箔は銀ろう箔を介
して結合し、チタン箔はセラミックに含まれる酸素と結
合することにより、本体21と整合手段20とが接合さ
れる。
Brazing is used for joining the aligning means 20 and the main body 21 shown in FIG. Stainless steel is used for the main body 21, and a plurality of hollow ceramics 3 constituting the matching means 20 are formed.
The degree of expansion is significantly different from 0. Therefore, matching means 2
Even if the 0 and the main body 21 are directly brazed, a stress is applied to the joint due to the difference in the degree of expansion, and the alignment means 20 comes off. Therefore, the present invention uses a plurality of joining means 32 to reduce the degree of expansion. Specifically, as shown in FIG. 3, the plurality of joining means 32 use a silver brazing foil as the first joining means 33, a titanium foil as the second joining means 34, and a silver brazing foil as the third joining means 35. 2
0 linear expansion coefficient at ℃ stainless is 14.7K -1, titanium 8.6K -1, ceramics are 2~6K -1. Since the linear expansion coefficient of stainless steel is significantly different from that of ceramic, even if direct joining is attempted, the stress is increased and the stainless steel is separated. The stress can be reduced by interposing titanium having an expansion coefficient between the ceramic and the stainless steel, which has an intermediate value between the two. The main body 21 and the matching means 20 are joined by combining the stainless steel and the titanium foil via the silver brazing foil and combining the titanium foil with oxygen contained in the ceramic.

【0033】前述したように整合手段20は微小な中空
のセラミック30を用いるため、機械強度が強くない。
このため前述した手段よりもさらに、膨張率の違いによ
る応力が整合手段20にかからないようにするために図
4に示す方法がある。図4の36は第4接合手段として
のセラミックの板、37は第5接合手段としてのガラス
である。
As described above, since the matching means 20 uses the fine hollow ceramic 30, the mechanical strength is not strong.
For this reason, there is a method shown in FIG. In FIG. 4, reference numeral 36 denotes a ceramic plate as a fourth joining means, and 37 denotes glass as a fifth joining means.

【0034】第4接合手段36をセラミックの板で構成
するので、微小な中空のセラミック30を用いた整合手
段20よりも機械強度が強くなる。セラミックの板36
と整合手段20とは膨張の度合いがほぼ等しいので、整
合手段20には応力がほとんどかからない。セラミック
の板36と整合手段20との接合はガラスによって行わ
れる。
Since the fourth joining means 36 is formed of a ceramic plate, the mechanical strength is higher than that of the matching means 20 using the minute hollow ceramic 30. Ceramic plate 36
And the matching means 20 have almost the same degree of expansion, so that little stress is applied to the matching means 20. The joining between the ceramic plate 36 and the alignment means 20 is performed by glass.

【0035】前記第1接合手段と、第2接合手段と、第
3接合手段とを粉末にして混ぜ合わせてペースト状に加
工し、これを金属ケース上に塗布して、セラミックの板
36を載置する方法がある。図5の超音波発生器は第1
接合手段と、第2接合手段と、第3接合手段とを粉末に
して混ぜ合わせてペースト状にした粉末接合手段38を
金属ケース上に塗布して、その上にセラミックの板36
を載置して昇温して接合した状態を示した構成図であ
る。このように粉末にされたチタンや銀ろうの量を調整
することにより、接合強度を幾分調整することができる
ようになる。例えばチタンと銀ろうの重量比率を1:3
0にすると、前記のチタン箔を用いた構成よりも、接合
強度を下げることができ、これによって膨張率の違いに
より発生する応力を低減することができるので、本体2
1を構成するステンレスの歪をなくすことができる。
The first joining means, the second joining means, and the third joining means are powdered, mixed and processed into a paste, applied to a metal case, and the ceramic plate 36 is mounted thereon. There is a way to put. The ultrasonic generator of FIG.
The joining means, the second joining means, and the third joining means are powdered and mixed to form a paste-like powder joining means 38, which is applied on a metal case, and a ceramic plate 36 is placed thereon.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a state where the components are mounted, heated, and joined. By adjusting the amount of titanium or silver braze powdered in this way, the joining strength can be somewhat adjusted. For example, if the weight ratio between titanium and silver solder is 1: 3
When it is set to 0, the bonding strength can be reduced as compared with the configuration using the titanium foil, and the stress generated due to the difference in the expansion coefficient can be reduced.
The distortion of the stainless steel constituting 1 can be eliminated.

【0036】図6は本発明の他の実施例で、39は第1
接合手段である銀ろうと、第2接合手段であるチタン
と、第3接合手段である銀ろうと、第4接合手段である
セラミックとを粉末にして混ぜ合わせて焼結したベース
層である。ベース層表面は研磨等によりセラミックが露
出している。ベース層39と前記整合手段20とは第5
接合手段であるガラスをもちいて接合する構成を示して
いる。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention.
This is a base layer obtained by mixing and sintering a silver solder as a joining means, a titanium as a second joining means, a silver solder as a third joining means, and a ceramic as a fourth joining means. The ceramic is exposed on the base layer surface by polishing or the like. The base layer 39 and the matching means 20 are the fifth
The structure which joins using glass which is a joining means is shown.

【0037】セラミックを粉末とするので、銀ろうと混
ぜて焼結するとセラミック粉末が銀ろうで覆われてしま
う。これを研磨することにより表面にセラミック部分を
出すことができる。このセラミック部分と第5接合手段
であるガラスとが結合し、さらにガラスと整合手段20
とが結合することにより、本体21と整合手段20との
接合がなされる。
Since ceramic is used as powder, when mixed with silver solder and sintered, the ceramic powder is covered with silver solder. By polishing this, a ceramic portion can be exposed on the surface. The ceramic portion and the glass which is the fifth bonding means are bonded, and the glass and the aligning means 20 are further bonded.
Are joined, the main body 21 and the alignment means 20 are joined.

【0038】前述したように整合手段20は微小な複数
の中空のセラミック30とガラス31とを混ぜ合わせて
成形し、温度を上げてガラス31を溶かして固める方法
をとる。そこでガラス31を溶かして固める前に、金属
ケースに形成され焼結される前の複数の接合手段32に
載せることにより、複数の接合手段32と整合手段20
との接合の工程と、整合手段20を固める工程とを同時
に行うことができ、工程の短縮が実現できる。
As described above, the aligning means 20 employs a method in which a plurality of minute hollow ceramics 30 and glass 31 are mixed and formed, and the temperature is raised to melt and solidify the glass 31. Therefore, before the glass 31 is melted and hardened, the glass 31 is placed on the plurality of joining means 32 before being formed in the metal case and sintered, whereby the plurality of joining means 32 and the alignment
And the step of solidifying the alignment means 20 can be performed at the same time, and the steps can be shortened.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、気体と振
動手段との間に設ける整合手段を中空のセラミックで構
成することにより、これらを固めるのにガラスを用いる
ことができる。従って従来のように整合手段を中空のガ
ラスで構成し、これらを固めるのにエポキシ系の接着剤
を用いていた場合に生じた、エポキシ系の接着剤への水
分の膨潤という問題が解消できるので、安定した超音波
を気体中の放射することにより、気体の流量を正確に測
定する超音波流量計を実現することができるという効果
が得られる。
As described above, according to the present invention, the matching means provided between the gas and the vibrating means is made of hollow ceramic, so that glass can be used to solidify them. Therefore, the problem of swelling of water into the epoxy adhesive which occurred when the matching means was formed of hollow glass as in the prior art and an epoxy adhesive was used to solidify them can be solved. By radiating stable ultrasonic waves in the gas, the effect of realizing an ultrasonic flowmeter that accurately measures the flow rate of the gas can be obtained.

【0040】また、中空のセラミックの整合手段と、振
動手段を収めた金属ケースとを接合するために、複数の
接合手段を用いることにより、金属ケースと整合手段と
の膨張の度合いの違いによる接合の課題を解決できるの
で、従来のように整合手段と金属ケースとの接合にエポ
キシ系の接着剤を用いていた場合に生じた、エポキシ系
の接着剤への水分の膨潤という問題が解消し、前述した
効果と同じ効果が実現できる。
Further, by using a plurality of joining means for joining the hollow ceramic matching means and the metal case containing the vibrating means, it is possible to join the metal case and the matching means depending on the degree of expansion. The problem of swelling of water into the epoxy-based adhesive, which occurred when an epoxy-based adhesive was used to join the alignment means and the metal case as in the past, was solved. The same effects as those described above can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の超音波発生器の構造を示す断
面図
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an ultrasonic generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】同超音波発生器の整合手段の構造を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a matching unit of the ultrasonic generator.

【図3】同超音波発生器の、整合手段と金属ケースとの
接合部の構造を示す断面拡大図
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a structure of a joining portion between a matching unit and a metal case of the ultrasonic generator.

【図4】同超音波発生器の、整合手段と金属ケースとの
接合部の構造を示す断面拡大図
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a structure of a joining portion between a matching unit and a metal case of the ultrasonic generator.

【図5】同超音波発生器の、整合手段と金属ケースとの
接合部の構造を示す断面拡大図
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a structure of a joining portion between a matching means and a metal case of the ultrasonic generator.

【図6】同超音波発生器の、整合手段と金属ケースとの
接合部の構造を示す断面拡大図
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a structure of a joining portion between a matching unit and a metal case of the ultrasonic generator.

【図7】従来の超音波発生器の構造を示す断面図FIG. 7 is a sectional view showing the structure of a conventional ultrasonic generator.

【図8】従来の整合手段の構造を示す断面図FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional matching means.

【図9】異なる媒質中を伝播する音の説明をするための
概念図
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining sounds propagating in different media.

【図10】気体が流れる管路に設けられた超音波センサ
を示す構成図
FIG. 10 is a configuration diagram showing an ultrasonic sensor provided in a pipe through which gas flows.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 整合手段 21 本体(金属ケース) 22 蓋(金属ケース) 23 振動手段 27 気体 30 中空のセラミック 32 複数の接合手段 33 銀ろう箔(第1接合手段) 34 チタン箔(第2接合手段) 35 銀ろう箔(第3接合手段) 36 セラミックの板(第4接合手段) 37 ガラス(第5接合手段) 38 粉末接合手段 39 ベース層 REFERENCE SIGNS LIST 20 matching means 21 main body (metal case) 22 lid (metal case) 23 vibrating means 27 gas 30 hollow ceramic 32 plural bonding means 33 silver brazing foil (first bonding means) 34 titanium foil (second bonding means) 35 silver Brazing foil (third joining means) 36 ceramic plate (fourth joining means) 37 glass (fifth joining means) 38 powder joining means 39 base layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 彪 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2F035 DA05 5D019 AA14 AA18 AA22 BB12 EE04 FF01 GG01 GG12 5J083 AA02 AC40 AD04 CA17 CA20 CA50 CB08  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Biao Nagai 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 2F035 DA05 5D019 AA14 AA18 AA22 BB12 EE04 FF01 GG01 GG12 5J083 AA02 AC40 AD04 CA17 CA20 CA50 CB08

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】振動手段と、前記振動手段の振動を気体に
効率よく伝えるための整合手段と、前記振動手段を収め
る金属ケースと、前記整合手段と前記金属ケースの一部
とをろう付けにより接合するための複数の接合手段とを
備え、前記整合手段は微小な複数の中空のセラミックを
用い、さらに前記複数の接合手段は前記整合手段と前記
金属ケースの膨張度合いの違いを緩和させる構成とした
超音波発生器。
1. A vibrating means, a matching means for efficiently transmitting vibration of said vibrating means to a gas, a metal case accommodating said vibrating means, and brazing said matching means and a part of said metal case. A plurality of joining means for joining, wherein the matching means uses a plurality of minute hollow ceramics, and the plurality of joining means alleviates a difference in expansion degree between the matching means and the metal case. Ultrasonic generator.
【請求項2】複数の接合手段は、第1接合手段として銀
ろう、第2接合手段としてチタン、第3接合手段として
銀ろうを用いる構成とした請求項1記載の超音波発生
器。
2. The ultrasonic generator according to claim 1, wherein the plurality of joining means are constituted by using silver brazing as first joining means, titanium as second joining means, and silver brazing as third joining means.
【請求項3】複数の接合手段は、第1接合手段として銀
ろう、第2接合手段としてチタン、第3接合手段として
銀ろう、第4接合手段としてセラミック、第5接合手段
としてガラスを用いる構成とした請求項1記載の超音波
発生器。
3. A plurality of joining means using silver brazing as the first joining means, titanium as the second joining means, silver brazing as the third joining means, ceramic as the fourth joining means, and glass as the fifth joining means. The ultrasonic generator according to claim 1, wherein
【請求項4】複数の接合手段は、銀ろうとチタンを粉末
にして混ぜ合わせた粉末接合手段と、セラミックからな
る第4接合手段と、ガラスからなる第5接合手段とを用
いる構成とした請求項1記載の超音波発生器。
4. A method according to claim 1, wherein said plurality of joining means comprises powder joining means in which silver solder and titanium are powdered and mixed, fourth joining means made of ceramic, and fifth joining means made of glass. The ultrasonic generator according to claim 1.
【請求項5】複数の接合手段は、銀ろうとチタンとセラ
ミックとを粉末にして混ぜ合わせ焼結したベース層と、
ガラスからなる第5接合手段とを用いる構成とし、第5
接合手段との境界であるベース層表面にセラミックを露
出させ、整合手段を接合する請求項1記載の超音波発生
器。
5. A plurality of joining means, comprising: a base layer obtained by mixing and sintering powdery silver solder, titanium and ceramic;
And a fifth joining means made of glass.
2. The ultrasonic generator according to claim 1, wherein the ceramic is exposed on the surface of the base layer which is a boundary with the joining means, and the matching means is joined.
【請求項6】微小な複数の中空のセラミックとガラスを
混ぜ合わせた整合手段を、振動手段を収める金属ケース
に、複数の接合手段を介して重合させ、この状態で温度
を上げることにより、前記複数の接合手段と前記整合手
段との接合と、前記整合手段を固める工程とを同時に行
う超音波発生器の製造方法。
6. A method in which a plurality of minute hollow ceramics and glass are mixed with each other through a plurality of joining means, and a temperature is increased in this state. A method of manufacturing an ultrasonic generator, comprising simultaneously joining a plurality of joining means and the matching means and hardening the matching means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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