JP2018063114A - 音響整合層および超音波送受波器および超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】特性および信頼性の優れた超音波送受波器および超音波流量計を提供する。【解決手段】圧電振動子２１と気体との音響インピーダンスを整合させるクローズドポアである発泡樹脂より構成される音響整合層２６の超音波照射面および反対側面を、表面粗度を中心平均粗さＲａ１００ｕｍ以下に制御することにより、音響整合層２６の超音波照射性を向上させ、ケース２９との接着面を整え、信頼性に優れた超音波送受波器１１および超音波流量計を得る。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波を利用して気体の流量を計測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に用いる超音波送受波器に関するもので、特に圧電振動子の音響インピーダンスと被測定流体の音響インピーダンスとの整合をとる音響整合層、さらにはこれを用いた超音波送受波器に関するものである。

近年、超音波が流量計測部を伝搬する時間を計測し、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。このような超音波流量計では精度が要求され、その精度を向上させるために、気体に超音波を送波、または気体を伝搬して来た超音波を受波する超音波送受波器において、構成している音響整合層の音響インピーダンスが重要となる。

音響インピーダンスＺは、物質中の音速Ｃと密度ρとで式（１）のように定義される。

Ｚ＝ρ×Ｃ ・・・（１）
音響インピーダンスは振動手段としての圧電振動子である固体と超音波の放射媒体である気体とでは大きく異なる。例えば、一般的な圧電振動子であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のピエゾセラミックの音響インピーダンス（Ｚ０）は３０×１０^６ｋｇ／ｍ^２・ｓ程度である。また、放射媒体である気体、例えば空気の音響インピーダンス（Ｚ３）は４００ｋｇ／ｍ^２・ｓ程度である。

このような音響インピーダンスの異なる境界面上では音波の伝搬において反射を生じて、放射媒体を透過する音波の強さが弱くなる。これを解決する方法として、振動手段である圧電振動子と超音波の放射媒体である気体とのそれぞれの音響インピーダンスＺ０とＺ３に対して、両者の間に式（２）の関係を有する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、音の反射を軽減して音波の透過する強度を高める方法が一般に知られている。この物質が音響整合層である。

Ｚ＝（Ｚ０×Ｚ３）（１／２） ・・・（２）
この条件を満たす音響インピーダンスが整合した時の最適な値は、１１×１０^４ｋｇ／ｍ^２・ｓ程度となる。この音響インピーダンスを満たす音響整合層は、固体で密度が小さいものであることが要求され、超音波送受波器としたときにおいても破壊しないことが必要である。

特許第４４４９２９１号公報

超音波送受波器の音響整合層に用いることのできる材料は、低密度が要求されるためガラスバルーンのような中空球体とエポキシ樹脂などによる結合材料の混合により作成される音響整合層が知られている。これを所定の厚みに切断した場合、音響整合層の切断表面に中空球体の切断による凹部が発生する。

そして、前記方法で作成した音響整合層の表面に接着剤を印刷により塗布して接着層を
形成し、前記音響整合層の表面が圧電振動子の表面、あるいは内部壁面に圧電振動子を接着したケース表面に接着される際、前記音響整合層の前記凹部内に接着剤が完全に埋まらず微少空隙を残したまま接着されるので圧電振動子から発振される振動が、音響整合層接着界面の気泡存在のために音響整合層材料表面と圧電振動子表面あるいはケース表面間の接着強度が十分に発揮されないという課題を有していた。

特許文献１ではこれを改善するために、音響整合部層を切断工程により切削した後、前期の音響整合層側壁表面を除く表面部分に高分子材料を被覆することで、中空球体の切断による凹部を埋めてしまうものである。

音響整合層の密度が比較的高い場合０．５ｇ／ｃｍ^３においては、音響整合層材料の切断端部に生じた凹部を樹脂で埋める考え方にて効果が確認できる。しかしながら、式（２）に示すように感度向上を目的とした場合、音響整合層の密度をさらに低下させる必要があり、ガラスバルーンの高充填では低密度体を得ることが困難である。

この際に低密度体を得る手段としては発泡技術が挙げられる。樹脂溶液に発泡剤などの成分を混合し、加熱等の刺激に応じて発泡剤をガス化させ、ガラスバルーンなどの中空球体を用いることなく樹脂材料のみで中空構造を形成する技術である。このような低密度化手法にて、０．１ｇ／ｃｍ^３を下回る低密度の音響整合層を実現することも可能である。

しかし、音響整合層として用いるために、所望の厚みに切断するため、この場合においても中空構造によってもたらされる凹部が生じる。低密度に調整した音響整合層の表面の凹部に、前記凹部を樹脂にて埋める方法の適用が特許文献１に記載されているが、発泡体の壁厚は極めて薄いため、低密度の発泡体よりも埋めることにより高密度の層が生じることと成る。

従って、これにより生じた高密度の層により音響インピーダンスが部分的に増加し、この結果、音響整合層による感度特性を低下させることになる。超音波照射面の反対側面に対しても同様である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、優れた特性を示し、信頼性にも優れた音響整合層と、その整合層を用いた超音波送受波器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の音響整合層は、発泡樹脂の表面粗度を中心平均粗さＲａにて所定に規定したものである。

これによって、発泡樹脂の密度を変化させることなく、すなわち音響インピーダンスを変動させることなく音響整合層を構成することができる。また、超音波照射面と反対側面の表面粗度を規定することで、接着剤の浸み込み厚みを一定にできる。こうして得られる音響整合層を用いた超音波送受波器は感度特性にも優れた特性を示す。

また、発泡樹脂のポア径Ｒと中心平均粗さＲａをＲ≧Ｒａとすることで、音響整合層の超音波照射面からの超音波振動を極大化することができ、超音波送受波器の特性向上を図ることができる。

本発明の音響整合層によれば、適切な音響インピーダンスおよび接着安定化が図れ、従来よりも高感度かつ高信頼性の超音波送受波器および超音波流量計が実現し得る。

本開示の超音波流量計を示すブロック図 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 （ａ）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、（ｂ）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

第１の発明は、圧電振動子と気体との音響インピーダンスを整合させるクローズドポアである発泡樹脂より構成される音響整合層であって、超音波照射面および反対側面の中心平均粗さが１００μｍ以下であることを特徴とする音響整合層とすることにより、音響インピーダンスを増加させることなく超音波送受波器において、特性発現させることができる。

第２の発明は、前記発泡樹脂のポア径が１００μｍ以下であることを特徴とする第１の発明に記載の音響整合層とすることにより、クローズドポア構造の発泡樹脂の超音波照射面を最大限振動させることができ、超音波送受波器において、特性向上させることができる。

第３の発明は、前記発泡樹脂のポア径Ｒと、前記中心平均粗さＲａが、Ｒ≧Ｒａを満たす第１の発明または第２のいずれか１つの発明に記載の音響整合層とすることにより、接着剤の浸透性を制御し、かつ超音波照射性面での減衰を最小限にすることで、信頼性と特性向上をはかった超音波送受波器を得ることができる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明に記載の音響整合層と振動手段とを備える超音波送受波器とすることにより、特性と信頼性に優れた超音波送受波器とすることができる。

第５の発明は、第４の発明の超音波送受波器を具備する超音波流量計であって、被測定流体が流れる流量計測部と、前記流量計測部に、前記被測定流体の流れの上流側と下流側とに配置した一対の前記超音波送受波器と、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、前記伝搬時間に基づき、前記被測定流体の流量を算出する演算部とを具備する超音波流量計とすることにより、高信頼性の流量計を実現するとすることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の音響整合層、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。なお、本発明の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
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。

［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。

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（３）が成立する。

ｆ１＝１／ｔ１＝（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・（３）
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（４）の関係が成立する。

ｆ２＝１／ｔ２＝（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）／Ｌ ・・・（４）
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（５）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 ・・・（５）
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。

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（５）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。

［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。

積層体２８は、圧電振動子２１と音響整合層２６とを備える。音響整合層２６は直接、または、他の層を介して圧電振動子２１と接している。圧電振動子２１は、圧電セラミックスによって構成され、厚さ方向に分極されている。また、圧電振動子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。

ケース２９は、天板２２ｕを有する凹形状を備えた本体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。圧電振動子２１は、本体２２の凹形状内に位置し、天板２２ｕの内面２２ａに貼り付けられている。本体２２の凹形状の開口は、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、内部の圧電振動子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を介して圧電振動子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内で圧電振動子２１の下面電極に電気的に接続されている。

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振動子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。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。

本発明における音響整合層２６に適した材料としては、硬質樹脂発泡体が挙げられる。

この硬質樹脂発泡体はクローズドポア構造の発泡樹脂で形成されており、複数の孔部とその隣接する壁部を備えた構成をしている。

硬質樹脂発泡体の例として、硬質アクリル発泡体、硬質塩ビ発泡体、硬質ポリプロピレン発泡体、硬質ポリメタクリルイミド発泡体、硬質ウレタン発泡体が挙げられる。硬質アクリル発泡体の例として積水化成品工業株式会社のフォーマック、硬質塩ビ発泡体の例としてＪＦＣ株式会社のナビセル、硬質ポリプロピレン発泡体の例として積水化学株式会社のゼットロン、硬質ポリメタクリルイミド発泡体の例としてダイセル・エボニック株式会社のロハセルなどが販売されている。

音響整合層が硬質樹脂発泡体で構成されていると、機械的強度や容易性に優れ、超音波
送受波器の生産性に優れる。

音響整合層２６は、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振動子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振動子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。

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／ｍ^３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。

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、圧電振動子２１及び音響整合層２６を用意する。音響整合層２６は、予め、ラッピングフィルムなどで研磨され、所望の表面粗度および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振動子２１を張り付ける。また、天板２２ｕの外面２２ｂに音響整合層２６を張り付ける。その後、図３（ｂ）に示すように、圧電振動子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。

（実施例）
以下、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。

１．試料の作製
［実施例（１）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体ポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０μｍ である。

この音響整合層の厚さを、ラッピングフィルムシート（粒度３０μｍ、３Ｍ）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。この測定結果より中心平均粗さＲａを求めた結果３０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［実施例（２）］
（ａ）第１音響整合層の加工
第１音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０μｍである。

この音響整合層の厚さを、ラッピングフィルムシート（粒度６０μｍ、３Ｍ）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ６０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子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。
（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。

［実施例（３）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０μｍである。

この音響整合層の厚さを、ミラーフィルムシート（粒度８０μｍ、三共理化学）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ９０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［実施例（４）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０μｍである。

この音響整合層の厚さを、ミラーフィルムシート（粒度１００μｍ、三共理化学）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ１００μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［実施例（５）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０μ
ｍである。

この音響整合層の厚さを、ミラーフィルムシート（粒度１００μｍ、三共理化学）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ１１０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［実施例（６）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度７０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径１００μｍである。

この音響整合層の厚さを、ラッピングフィルムシート（粒度３０μｍ、３Ｍ）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ３０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［実施例（７）］
（ａ）音響整合層の加工
音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度７０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。ここでは平均ポア径が実施例（Ｆ）より大きい１２０μｍの領域を選択的に使用した。この音響整合層の厚さを、ラッピングフィルムシート（粒度３０μｍ、３Ｍ）を用いて６００μｍに調製した。なお表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ３０μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

［比較例（１）］
（ａ）音響整合層の加工
第１音響整合層２６として、硬質プラスチック発泡体 としてポリメタクリルイミド ＲＯＨＡＣＥＬＬ（Ｒ）（密度３０ｋｇ／ｍ^３）を使用した。この材料は、平均ポア径６０
μｍである。

この音響整合層の厚さを、ラッピングフィルムシート（粒度３０μｍ、３Ｍ）を用いて６００μｍに調製した。さらに、特許文献１記載のようにエポキシ樹脂で、表面凹凸を埋めたものを調製した。表面粗度は試料領域を縦１０ｍｍ、横１５ｍｍに設定し、レーザマイクロスコープ（ＶＫ−Ｘ１００）にて計測した。このときの中心平均粗さＲａ０．２μｍであった。この試料を直径１０．８ｍｍの円形状に加工した。
（ｂ）音響整合層とケース、圧電振動子との接合
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、圧電振動子２１および音響整合層２６で天板２２ｕを挟み加圧しながら加熱して硬化接合した。
（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。

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。測定方法は、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。

また、信頼性については高温加熱後の接着強度の測定によって評価した。表１にこれらの値、および、音響整合層２６の特性をまとめて示す。

また、感度については比較例に対する相対値、信頼性については前記接着強度の特性が比較例と同程度の試料に「△」、低い試料に「×」を記した。比較例よりも優れる試料に「◎」および「○」を記した。

３．結果の考察
表１に示すように、中心平均粗さＲａを１００μｍ以下に設定することで、優れた感度の結果を得ることができる。また、発泡樹脂のポア径ＲとＲａとの関係がＲ≧Ｒａの場合、信頼性も向上させることができる。

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。

１１、１２ 超音波送受波器
１３ 管壁
２１ 圧電振動子（振動手段）
２２ 本体
２２ａ 天板２２ｕの内面
２２ｂ 天板２２ｕの外面
２２ｕ 天板
２３ 蓋板
２４ａ、２４ｂ 駆動端子
２５ 絶縁材
２６ 音響整合層
２８ 積層体
２９ ケース
３１ 時間計測部
３２ 演算部

Claims (5)

1. 圧電振動子と気体との音響インピーダンスを整合させるクローズドポアである発泡樹脂より構成される音響整合層であって、超音波照射面および反対側面の中心平均粗さが１００μｍ以下であることを特徴とする音響整合層。
2. 前記発泡樹脂のポア径が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の音響整合層。
3. 前記発泡樹脂のポア径Ｒと、前記中心平均粗さＲａが、Ｒ≧Ｒａを満たす請求項１または２のいずれか１項に記載の音響整合層。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の音響整合層と振動手段とを備える超音波送受波器。
5. 請求項４に記載の超音波送受波器を具備する超音波流量計であって、
   被測定流体が流れる流量計測部と、
   前記流量計測部に、前記被測定流体の流れの上流側と下流側とに配置した一対の前記超音波送受波器と、
   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、
   前記伝搬時間に基づき、前記被測定流体の流量を算出する演算部とを具備する超音波流量計。

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