JP2003172644A

JP2003172644A - 整合部材およびその製造方法

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Publication number: JP2003172644A
Application number: JP2001372263A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ito; 雅彦伊藤; Yukinori Ozaki; 行則尾崎; Akihisa Adachi; 明久足立; Yasusuke Irie; 庸介入江; Masato Sato; 真人佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: JP4120214B2

Abstract

(57)【要約】【課題】側壁を研磨した整合部材から作成される整合
層を、超音波振動子のケース天部接着固定時に接着剤が
整合層側壁壁面に付着することを防止する。【解決手段】整合部材作成治具内の貫通孔に中空球体
を充填した後、真空吸引により結合材料を含浸させて整
合部材を作成後、その整合部材１６の側壁を研磨後側壁
を高分子材料２８の塗膜を形成した整合部材の製造方法
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
気体や液体の流量測定、流速測定する超音波流量計の整
合部材及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波流量計に用いる超音波振動子は、
例えば、特開平１１−１１８５５０号公報に開示されて
おり、図６に超音波振動子の外観図を示し、１は超音波
振動子、２はケース、３はケース２の天部、４は天部３
に固定された整合層である。

【０００３】図７に超音波振動子の断面図を示す。５は
天部３の内壁面に配置された圧電体、６はケース２を固
定するための支持部である。７は導電体、８は支持部６
に固定された端子板、９ａ、９ｂは端子板８に固定され
た端子、１０は端子９ａと端子９ｂを絶縁するための絶
縁部である。１１は圧電体５に設けられた溝である。

【０００４】端子９ａ、９ｂから導電体７を介して、圧
電体５に電圧が加わると、圧電体５は圧電現象により振
動する。

【０００５】図８に、特にケース２の天部３と天部３に
固定された整合層４の拡大図を示す。１２はケース２の
天部３と整合層４を接着固定するためのエポキシ系接着
剤である。図７の圧電体５は約５００ＫＨｚで振動し、
その振動はケース２に伝わり、さらに図８に示すエポキ
シ系接着剤１２を介して整合層４に伝わる。整合層４の
振動は気体に音波として伝搬する。

【０００６】図９に整合層４の切削概略行程を示す。１
３は必要大きさに側壁を切削研磨した整合部材である。
図９に示すように、この整合層４は、一般に必要寸法よ
りも大きい体積を有する整合部材１３をあらかじめ作成
し、必要な寸法を考慮して整合部材１３の側壁を研磨し
た後、必要な厚みに切削して整合層４を得る。

【０００７】また、この整合層４は、中空状を有する微
小中空球体とその微小中空球体を包囲する材料の混合物
から構成される。整合層は、例えば特公平２５５９１４
４号公報に、整合層内部に微少ガラス中空球体と複数の
空隙（気孔）を有するようにガラス発泡体材料を用いる
構造が公開されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の整合層４では、整合部材１３の側壁を研磨装置等に
より切削、研磨した後、必要な厚みに切削して整合層を
得るために、側壁表面にガラス中空球体の割れの一部が
露出する。これにより、整合層４の壁面は、微小な凹凸
状を形成した多孔性を有する。このようにして作成した
整合層は、ケースの天部の外壁接着面にエポキシ系接着
剤１２を介して固定される。そしてエポキシ系接着剤１
２を固化させるために加熱させると、エポキシ系接着剤
１２が整合層４の側壁壁面に染みだして伝わり、ついに
は整合層４の天部にまで達する状態になる。これは、整
合層４の壁面微小な多孔性を有するために、毛細管現象
によりエポキシ系接着剤が壁面を伝って上昇するからで
ある。

【０００９】また、整合層４は一般に中空球体が微小な
中空ガラスとエポキシ系樹脂の混合体からなる。このと
き、整合層４は微小中空ガラス間に気泡が残存すると、
整合層の間を通過する振動のばらつきが大きくなり、整
合層の振動による音波の伝搬強さのばらつきが大きくな
り、気体流量測定時のノイズ原因になる。

【００１０】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、ケースと整合層の接着剤による加熱硬化の際の整合
層壁面への接着剤の染みだしを防止する整合部材および
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の従来の課題を解決
するために本発明は、整合部材の側壁もしくは側壁に臨
む中空球体の表面を高分子材料で被覆してあり、整合部
材から取りだされた整合層壁面の微小穴の露出を防止で
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、中空球
体と前記中空球体を包囲する結合材料からなる整合部材
の側壁が高分子材料で被覆されることにより、接着剤を
加熱硬化させてケ−スの天部に整合層を固定させる際
に、接着剤が加温により流動して整合層の側壁に染み出
すことを防止するので、整合層とケースを接着固定する
治具に接着剤が付着し固化することを防止する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
記載の高分子材料が、整合部材壁面を結合材料の組成変
形温度より低い温度で被覆加工できるものであるので、
高分子材料で整合部材を被覆加工する際、整合部材を構
成する結合材料の材質変化を起こして、整合部材の特性
劣化を防止することができる。

【００１４】請求項３記載の発明は、中空球体と結合材
料を例えば、撥水撥油処理された整合部材作成治具に充
填し、その後前記中空球体と前記結合材料を硬化させて
整合部材を作成した後、前記整合部材の側壁表面を高分
子材料で被覆加工するものであるので、あらかじめ所定
の大きさの決まった整合部材作成治具を準備する必要が
なく、必要な所定の大きさの整合部材を切削、研磨加工
した後でも、接着剤を加熱硬化させてケース天部に整合
層を接着させる組み立て工程で整合層壁面表面に接着剤
が付着、固化することを防止する整合部材を提供するこ
とができる。また、整合部材作成治具を撥水撥油処理し
ておけば、整合部材が結合材料で整合部材作成治具に固
着することなく簡単に取り出せる。

【００１５】請求項４記載の発明は、整合部材作成治具
に中空球体を充填した後、結合材料は真空吸引しながら
前記中空球体間に充填する整合部材の製造方法であるの
で、整合部材中に気泡などの空気層がなくなり、中空球
体間が結合材料を介してより密着することができる。

【００１６】請求項５記載の発明は、結合材料が低粘度
度高分子材料からなるので、真空吸引しながら結合材料
を充填する際に中空球体間の結合材料の流動性が向上す
る。そのため、より少ない結合材料の量で中空球体間が
密接に密着することができる。

【００１７】請求項６記載の発明は、特に請求項４記載
の整合部材作成治具が、結合材料を吸引するための吸引
用ブロックと、中空球体と前記結合材料を充填した硬化
用ブロックからなるので、吸引用ブロックを取り外し
て、中空球体と結合材料が充填された硬化ブロックをそ
のまま加熱して結合材料を硬化できるので、整合部材が
簡単に製造できて、さらに取り出し易くなる。

【００１８】請求項７記載の発明は、特に請求項８記載
の硬化ブロックが、貫通孔を少なくとも２つ以上備えて
いるので、一度に硬化ブロックから少なくとも２つ以上
の整合部材を作成することができるので、整合部材の生
産効率が上がる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。

【００２０】（実施例１）図１はと図２は、本発明の第
１実施例における整合部材と整合部材から作成される整
合層の製造工程の概略図である。

【００２１】図１において、１４は整合部材作成治具、
１５は整合部材作成治具１４に設けられた貫通孔であ
る。整合部材作成治具１４の貫通孔１５内に、中空球体
と結合材料の混合体を作成して、本発明整合部材１６を
製造する。１７は中空球体である中空構造を有する中空
ガラスである。中空ガラス１７はそれぞれ１０から１０
０ｕｍの粒径を有し、平均粒径は約６０ｕｍである。

【００２２】次に製造工程順に説明していく。まず整合
部材作成治具１４の貫通孔１５の下部にフィルター１９
を設置して中空ガラス１７を貫通孔１５内に投入し、貫
通孔１５内を中空ガラスで満たす。この際、貫通孔１５
内に中空ガラス１７を均一に充填させるため、整合部材
作成治具１４を加振装置上に設置して整合部材作成治具
１４を振動させながら中空ガラス１７を貫通孔１５に充
填する。もちろん、貫通孔１５内に均一に中空ガラスが
充填されるならこの方法に限るものではない。

【００２３】次に貫通孔１５上にもフィルター１９を設
置した後、整合部材作成治具１４上に貫通孔１５内に結
合材料であるエポキシ樹脂１８を含浸させるためにエポ
キシ樹脂１８を吸引するための吸引口２０を設けた吸引
ブロック２１を設置する。貫通孔１５に中空ガラス１７
を満たした整合部材作成治具１４をエポキシ樹脂１８で
満たした容器２３内に設置する。フィルター１９は、貫
通孔１５の下側に設置するフィルター１９は貫通孔１５
内の中空ガラス１７が漏れないようにするためである。
貫通孔１５の上側に設けるフィルター１９は、エポキシ
樹脂１８を吸引したとき、貫通孔１５内の中空ガラス１
７をエポキシ樹脂１８と一緒に吸引しないようにするた
めである。ここでは、フィルター１９にろ紙を用いた。
なお、先に述べたフィルター１９の目的を達成せいてい
れば材質にはこだわらない。

【００２４】そして、吸引ブロック２１の吸引口２０か
ら真空ポンプ２２により容器２３内のエポキシ樹脂１８
を吸引する。整合部材作成治具１４内の中空ガラス１７
で満たされた貫通孔１５にエポキシ樹脂１８を含浸させ
る。これにより貫通孔１５内の中空ガラス１７同志の密
着性が向上し、中空ガラス１７周囲にエポキシ樹脂が塗
布され、空隙層などの気泡がなくなる。なお、エポキシ
樹脂１８を吸引するときには、エポキシ樹脂１８が硬化
しない温度で、且つエポキシ樹脂１８の粘度が低くなる
温度で吸引する方が、樹脂の流動性が高くなるので貫通
孔１５内にエポキシ樹脂を含浸しやすくなる。使用した
エポキシ樹脂１８の硬化条件は８０℃×２ｈ後、１２０
℃×２ｈであるので、エポキシ樹脂１８を約６０℃中で
吸引した。

【００２５】このように中空ガラス１７が充填された貫
通孔１５内にエポキシ樹脂１８を含浸させた後、吸引用
ブロック２１を整合部材作成治具１４から取り外す。そ
して整合部材作成治具１４から、貫通孔１５内に存在す
る中空ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体である混
合体２４を棒状治具等を用いて押し出す。取り出した混
合体２４を加熱硬化させ、室温に冷却して作成する。こ
れを所定の断面積を有する整合部材として取り出すため
に、外周を切削・研磨加工する。このため、整合部材の
壁面は、結合材料であるエポキシ樹脂１８が削り取られ
ている状態となる。

【００２６】この状態での整合部材の壁面全体を、図２
に示すように高分子材料であるエポキシ樹脂２８をスプ
レーガン装置２９を用いて均一に塗布加工する。そして
表面をこのエポキシ樹脂２８で塗布加工した状態で、８
０℃中で３時間放置して加熱硬化させ、整合部材壁面に
エポキシ樹脂２８の塗膜を形成して本発明整合部材１６
を得る。この本発明整合部材１６を厚み方向に切削して
整合層２５を得る。またこの場合、エポキシ樹脂２８は
スプレーガン２９によりに整合部材の壁面表面に塗布加
工したが、エポキシ樹脂２８等の高分子材料が、表面均
一に塗布形成できるのであれば、はけなどによると塗布
加工でも、ディップなどによる塗布加工でも加工方法に
こだわるものではない。また、高分子材料もこの場合エ
ポキシ樹脂２８を用いたが、整合部材壁面に均一に塗布
できる高分子材料であればエポキシ樹脂に限らない。し
かし、結合材料の組成変形温度より高い温度で固化する
高分子材料を用いると、整合部材の材料劣化を生じるこ
とが考えられ、整合部材の機械強度を損なうおそれがあ
るので、結合材料の組成変形温度以下の高分子材料で表
面塗布加工をする必要がある。

【００２７】前記整合部材作成治具１４は、貫通孔１５
内壁を含めて撥水撥油処理として治具表面がテフロン
（登録商標）加工されている。整合部材作成治具１４か
ら中空ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体を取り出
すときに、貫通孔１５の内壁がテフロン加工されている
ために、加圧したときに簡単に取り出しやすい。貫通孔
１５内壁が撥水撥油加工処理されていないと、貫通孔１
５内壁にエポキシ樹脂１８が接着して混合体２４が崩れ
てしまい、整合部材に割れなどが発生する。また、整合
部材作成治具１４が撥水撥油加工処理されているため、
付着したエポキシ樹脂１８の掃除、手入れが容易であ
る。そのため整合部材１６の作成のために同じ整合部材
作成治具１４を繰り返し使用できる。もちろん、吸引ブ
ロックもテフロン加工されている。この実施例１では、
整合部材作成治具１４はテフロン加工しているが、中空
ガラス１７とエポキシ樹脂１８の混合体が取り出しやす
い表面加工であるならば、テフロン加工に限るものでは
ない。

【００２８】なお、作成された本発明整合部材１６の断
面形状且つ面積は、ケース２の天部３に接着される整合
層２５のそれと同一である。図１の整合部材１６は断面
形状が円形をしているが、形状にはこだわるものではな
い。

【００２９】エポキシ樹脂１８は、低粘度のエポキシ樹
脂を使用する。具体的な粘度は３００〜１０００（ｍＰ
ａ・ｓ）（ａｔ２５℃）である。通常エポキシ樹脂粘度
は数万から数十万（ｍＰａ・ｓ）（ａｔ２５℃）であ
る。このように低粘度のエポキシ樹脂を使用するのは、
エポキシ樹脂を真空吸引するために流動性が高く、中空
ガラス１７の周囲にできるだけ薄く塗布できるので、中
空ガラス１７同志の密着性向上に寄与する。また、真空
吸引時の作業性が向上する。粘度が約１０，０００（ｍ
Ｐａ・Ｓ）（ａｔ２５℃）のエポキシ樹脂と粘度が約７
００（ｍＰａ・Ｓ）（ａｔ２５℃）のエポキシ樹脂をそ
れぞれ使用して、貫通孔１５の体積およびその中に充填
する中空ガラス１７の量を同一にして、それぞれのエポ
キシ樹脂の真空ポンプ２２による吸引時間は、前記粘度
のエポキシ樹脂で比較して、低粘度エポキシ樹脂の方が
約１／３に短縮できる。

【００３０】前記実施例１で作成した整合層２５をエポ
キシ接着剤１２でケース２の天部３に固定して加熱硬化
させた場合と、比較例として、図９に示すように従来の
整合部材から側壁を切削研磨加工して取り出した整合部
材１３から一定の厚みで切削することにより得た比較例
整合層４を同様の条件下で加熱硬化させた場合におい
て、ケース２と本発明整合層２５およびケース２と比較
例整合層４の接着状態を比較した。

【００３１】通常、ケース２に整合層を接着固定する場
合は、図３に示すようにケース２の内壁に圧電体３とケ
ース２の天部３に整合層を共にエポキシ接着剤１２で接
着固定する固定治具２６を用いる。このとき、圧電体５
と整合層間を一定加圧下で挟持して、エポキシ接着剤１
２を加熱硬化させて固定する。図３のような接着工程を
行う場合、比較例整合層４を用いてケース２の天部３に
接着する際、加熱硬化中にエポキシ接着剤１２が比較例
整合層４の側壁をせり上がり、整合層とケース２を接着
する側の固定治具２６に付着してそのまま固化してしま
う。その状態を図４（ａ）に示す。そのため、固定治具
２６を離すとき比較例の場合は整合層４を破壊してしま
うことがあった。

【００３２】それに対して、本発明整合層２５を同様に
接着した場合を図４（ｂ）に示す。本発明整合層２５の
場合は側壁にエポキシ接着剤１２がせり上がることはな
い。そのため、固定治具２６と本発明整合層２５が接着
してしまうことがない。これは、比較例整合層４は整合
部材１３の側壁が研磨加工されているために、比較例整
合層４の壁面表面のエポキシ樹脂１８が削られてなくな
っているので、比較例整合層４の壁面表面には中空ガラ
ス１７の割れや気泡があり、小さな孔が露出している。
そのため、天部３表面に比較例整合層４をエポキシ接着
剤１２で加熱硬化させて接着固定させる際、加温されて
流動性が高くなったエポキシ接着剤１２の一部が毛細管
現象により比較例整合層４の壁面に沿って付着していく
ためである。本発明の整合部材１６から取り出す整合層
２５は、同様にエポキシ接着剤１２を用いてケース２の
天部３に接着してもエポキシ接着剤１２が整合層２５の
壁面に付着していない。これは、本発明の整合部材１６
は側壁をエポキシ樹脂２８で塗布加工されているので、
整合層２５の側壁表面は微小な孔がふさがれているため
に、エポキシ接着剤１２が整合層壁面をせり上がる現象
はおきないのであり、固定治具２６と整合層２５が固着
することはないのである。

【００３３】（実施例２）図５は、本発明の第２実施例
における整合部材の製造工程の概略図である。２１はエ
ポキシ樹脂１８を吸引するための吸引用ブロックであ
り、２７は混合体２４をその貫通孔１５に備えた硬化用
ブロックである。整合部材作成治具１４は吸引用ブロッ
ク２１と硬化用ブロック２７から構成される。

【００３４】次に製造工程順に説明していくと、まず硬
化用ブロック２７に混合体２４を設ける方法は実施例１
で述べたのでここでは詳述しない。次に硬化用ブロック
２７から吸引用ブロック２１を取り外す。そして、硬化
用ブロック２７の貫通孔１５に混合体２４を備えたまま
加熱硬化する。硬化条件は実施例１と同様である。その
後、混合体２４を棒状治具で押し出して、本発明の整合
部材１６を得る。実施例１と同様に吸引用ブロック２１
と硬化用ブロック２７はともに表面をテフロン加工して
いる。そのため、実施例２で製造した整合部材１６は、
硬化ブロックから取り出される際、その側壁表面がエポ
キシ樹脂１８で被覆されているので、整合部材を取り出
しやすい。取り出した整合部材は実施例１と同じよう
に、所定の形状、大きさになるようにその壁面が研磨さ
れる。そして壁面表面を高分子材料で塗布加工されて塗
幕を形成して整合部材１６を得る。整合部材１６からこ
れも実施例１と同じく整合層２５を得る。この整合層２
５がケース２の天部３にエポキシ系接着剤１２を介して
接着固定されるとき、整合層２５の側壁にエポキシ接着
剤１２が接着面からせり上がることはない。

【００３５】図５のように硬化用ブロック２７の貫通孔
１５は、２箇所以上多数設けることができる。これによ
り、本発明整合部材１６が一度に多数個得ることができ
る。

【００３６】また、吸引用ブロック２１と硬化用ブロッ
ク２７が分かれているために、硬化用ブロック２７を加
熱硬化させている間に、同じ吸引用ブロック２１を用い
て、別の硬化用ブロック２７で混合体２４を作成するこ
とができ、本発明の整合部材１６の生産性が向上する。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、接着剤
を用いて超音波振動子を構成するケースと整合層を固定
するときに、接着剤は側壁表面をせり上がって付着せず
に、整合層とケース間の接着面積内に留まる。すなわ
ち、前記整合層接着工程で、整合層固定治具に接着剤が
付着することがないので、整合層の接着が容易に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における整合部材の製造工程
を示す概略図

【図２】本発明の実施例１における整合部材側壁への塗
布加工を示す概略図

【図３】整合層と圧電体のケースへの接着工程を示す概
略図

【図４】（ａ）比較例整合層とケースの接着状態を示す
概略図（ｂ）本発明の実施例整合層とケースの接着状態を示す
概略図

【図５】本発明の実施例２における吸引用ブロックと硬
化用ブロックを示す構造図

【図６】従来の超音波振動子の概略図

【図７】同超音波振動子の断面図

【図８】同整合層とケースの接着状態を示す断面図

【図９】従来方法による整合部材の製造工程を示す概略
図

【符号の説明】

２ケース１３整合部材１４整合部材作成治具１５貫通孔１７中空ガラス（中空球体）１８エポキシ樹脂（結合材料）２１吸引ブロック２５整合層２６固定治具２７効果用ブロック２８エポキシ樹脂２９スプレーガン装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立明久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)発明者入江庸介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)発明者佐藤真人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 AA22 GG01 GG12 HH00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空球体と前記中空球体を包囲する結合
材料からなる整合部材の側壁が高分子材料で被覆されて
いる、もしくは前記側壁に臨む前記中空球体表面が前記
高分子材料で被覆されている整合部材。
【請求項２】高分子材料が、整合部材壁面を結合材料
の組成変形温度よりも低温度で被覆加工することが可能
である請求項１記載の整合部材。
【請求項３】中空球体と結合材料を整合部材作成治具
に充填し、その後前記中空球体と前記結合材料を硬化し
て整合部材を作成した後、前記整合部材の側壁を高分子
材料で被覆加工する、もしくは前記側壁に臨む前記中空
球体表面を前記高分子材料で被覆加工する整合部材の製
造方法。
【請求項４】整合部材作成治具に中空球体を充填した
後、結合材料は真空吸引しながら前記中空球体間に充填
する請求項３記載の整合部材の製造方法。
【請求項５】結合材料が低粘度度高分子材料からなる
請求項３または４記載の整合部材の製造方法。
【請求項６】整合部材作成治具が、結合材料を吸引す
るための吸引用ブロックと、中空球体と前記結合材料を
充填した後そのまま硬化させる硬化用ブロックからなる
請求項３記載の整合部材の製造方法。
【請求項７】硬化用ブロックは、中空球体と結合材料
を充填する貫通孔を少なくとも２つ以上備えた請求項３
記載の整合部材の製造方法。