JP2023053437A - 振動伝搬部材、およびこれを用いた振動送受波器、流量計、流速計、濃度計、及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、振動手段に接合して動作する振動伝搬部材およびこれを用いた振動送受波器、これを用いた計測器を提供する。【解決手段】振動手段１の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材２であって、振動伝搬部材２は、天板３と、側壁４と、天板３に対し概垂直に配置した垂直隔壁５とで形成し、天板３と垂直隔壁５とで形成される複数の膜構造を備えることで、垂直隔壁５の厚み、垂直隔壁５間の距離、天板３の厚みになどで形成される複数の膜構造で誘発される振動を個別に制御できる構成とした。【選択図】図２

Description

本開示は、振動手段に接合して動作する振動伝搬部材およびこれを用いた振動送受波器、流量計、流速計、濃度計などの計測器に関する。

従来、この種の振動伝搬部材は、エポキシ樹脂と微小ガラス球体との混合体からなる円板体として用いていた。この円板体を圧電体の一面に接合し、振動送受波器、超音波領域の振動を用いた超音波計測器として用いていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４－１２５８０４号公報

しかしながら、前記従来の振動伝搬部材を用いた振動送受波器では、被計測流体が腐食性流体、高温高湿環境、超高温環境である場合には、安定した動作が困難である。

さらに、振動伝搬部材の設計は、自由度が低く、厚み、外形寸法などでしか実施することができない。また、周波数設計の自由度も低い。このような課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被計測流体が腐食性流体あるいは高温高湿の環境下において安定した動作が可能であり、かつ設計自由度の高い振動伝搬部材の提供を目的とする。

従来、振動手段と、前記振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材は、振動を伝搬する媒質に応じて、振動伝搬部材の密度、音速等を考慮に入れ材料選定し、振動伝搬部材の厚み、外径などの形状寸法による設計を行っていた。また、振動伝搬部材は一般的に単一材料であるため、振動伝搬部材の部分的な特性を制御することは困難であった。

本発明の振動伝搬部材は、天板と、側壁と、前記天板に対し概垂直に配置した垂直隔壁とで形成され、前記天板と前記垂直隔壁とで形成される複数の膜構造で発生する振動を用いた振動伝搬部材とし、振動伝搬部材の構成要素である垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みになどで形成される複数の膜構造で誘発される振動が個別に制御できる構成とした。その結果、圧電体に張り付けた振動送受波器とした場合に、複数の膜構造を構成する、垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みを個別に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材とすることができる。

また、天板と、底板と、垂直隔壁とで形成される空間を密閉空間とすることで、腐食環境、あるいは高温高湿環境に暴露された場合でも、安定した動作が可能となる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

実施の形態１における振動手段の一面に設けられた振動伝搬部材の断面図 （ａ）実施の形態１における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態１における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 本実施の形態１における振動伝搬部材の厚み方向に直交する方向に切断した振動伝搬部材の断面図 実施の形態１における振動伝搬部材の製造手順を示す斜視図 実施の形態１における振動送受波器の断面図 実施の形態１における振動送受波器の製造手順を示す断面図 本発明の実施の形態１における振動伝搬部材の垂直隔壁間の距離と振動伝搬部材の膜構造共振周波数との相関図 （ａ）振動伝搬波形計測方法の断面模式図、（ｂ）本実施の形態１における振動送受波器の受信波形を示す図 本実施の形態１における振動送受波器感度と垂直隔壁間の距離との相関グラフ 本実施の形態１における一方の膜振動ｆ_１と他方の膜振動ｆ_２と受信波形との関係を示す図 実施の形態１における流量計、流速計の模式図 実施の形態１における濃度計の模式図 実施の形態２における振動手段の一面に設けられた振動伝搬部材の断面図 （ａ）実施の形態２における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態２における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 実施の形態２における振動伝搬部材内部空間圧力Ｐ１と振動伝搬媒質圧力Ｐ２の定義を説明する断面図 実施の形態２における振動伝搬部材の断面一部拡大図 実施の形態２における振動伝搬部材の断面一部拡大図 実施の形態２における振動伝搬部材の断面一部拡大図 実施の形態２における振動伝搬部材の断面一部拡大図 実施の形態２における振動伝搬部材の側壁と垂直隔壁を含む断面一部拡大図 実施の形態２における振動伝搬部材の製造手順を示す斜視図 実施の形態３における振動手段の一面に設けられた振動伝搬部材の断面図 （ａ）実施の形態３における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態３における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 実施の形態３における振動伝搬部材の製造手順を示す斜視図 （ａ）実施の形態４における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態４における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 （ａ）実施の形態５における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態５における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 実施の形態５における振動伝搬部材の製造手順を示す斜視図 （ａ）実施の形態６における振動伝搬部材の断面図、（ｂ）実施の形態６における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図、（ｃ）実施の形態６における振動伝搬部材の線分Ｘ断面図 実施の形態６における振動伝搬部材の製造手順を示す斜視図 実施の形態７における振動送受波器の断面図 実施の形態７における振動伝搬部材の製造手順を示す断面図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、被計測流体として、可燃性ガス、空気等の乾燥空気の流速、流量、濃度を計測するため、被計測流体に効率よく超音波などの振動を伝搬させる必要があることから、被計測流体と振動手段のひとつとして用いられる圧電体との間に介在させる振動伝搬部材の物性をコントロールする必要がある。
上記の振動伝搬部材に関する物理的解釈を以下に示す。

まず、音響インピーダンスの定義である密度と音速の積は、その物質の微小単位要素を構成する物質の運動量を示す。すなわち、微小単位要素を構成する物質の運動量をΔＰ、質量をΔＭ、速度をＶとすると、運動量の定義より、
ΔＰ（運動量）＝ΔＭ×Ｖ（音響インピーダンス） ・・・（１）
となり、音響インピーダンスは微小単位要素を構成する物質の運動量であることが判る。

従って、ある物質（ 超音波発生源） から隣接する物質への効率的なエネルギー伝播は、音響インピーダンスが近いことが望ましいことが判る。

これらを踏まえて、上記音響整合層にて起こる現象を記述する。

一般に物質の音速は、
Ｖ＝（κ／ρ）^１／２ ・・・（２）
と表される。ここでκは体積弾性率、ρは密度である。即ち、物質の音速は体積弾性率と密度により一意的に決まることから、音速を意図的に制御することは困難であることが判る。

従って、音響インピーダンスを低減するためには密度を低減することが有効である。
このような振動伝搬部材は、密度を低減し、その伝搬方向の音速に基づいて、厚み、あるいは、外径等の形状寸法による設計を行っていた。また、用いる構成材料のほとんどは、単一材料、あるいは、ほぼ均一な複合材料を用いるため、振動伝搬部材の特性を部分的に制御することは困難であった。

また、従来構成では、振動伝搬媒質として、高温高湿の気体を想定する場合、振動伝搬部材の穴、あるいは貫通部に水分が混入し、振動伝搬部材の密度が、見かけ上大きくなるため、音響整合体の音響インピーダンスが大きくなってしまい、振動伝搬媒質への振動の伝搬効率が低下し、結果として、これを用いた流量計、濃度計等の計測器の性能が低下する、或いは、最悪の場合計測不能となってしまう課題がある。

本願発明者らは、従来技術におけるそのような問題を見出し、その問題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

本開示は、設計自由度が高く、振動伝搬媒質が高温高湿流体であっても長期間、安定して、高精度に振動を伝搬することができる振動伝搬部材を提供する。加えて、この振動伝搬部材を、振動手段の一面に接合して形成した振動送受波器、これを用いた流量計、流速計、濃度計などの計測器を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下で説明する実施の形態は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、いずれも本開示の一例を示すものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

なお、以下の実施の形態では、便宜的に、本開示の構成要素の形状を示す図面にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を示し、必要に応じて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いて説明を行う。また、以下の実施の形態では、便宜的に、超音波送受波器を図１に示す向きに配置したときに、図１の紙面において左から右に向かう方向をＸ軸正方向とし、図１の紙面において下から
上に向かう方向をＺ軸正方向とし、図１の紙面において表から裏に向かう方向をＹ軸正方向とする。また、構成要素におけるＺ軸に平行な大きさを「厚み」と呼び、Ｚ軸正方向を上または上方、Ｚ軸負方向を下または下方と呼ぶことがある。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、上、下を用いた説明は本開示の理解を容易にするために便宜的に行うものに過ぎず、上下については本開示の超音波送受波器の設置の向きによって変化する相対的なものである。したがって、以下の実施の形態におけるこれらを用いた説明により本開示が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、図１～１２を用いて、実施の形態１の振動伝搬部材、この振動伝搬部材を用いた振動送受波器、この振動送受波器を用いた、流量計、濃度計を説明する。

［１－１．振動伝搬部材］
［１－１－１．振動伝搬部材の構成］
図１は、実施の形態１における振動手段１の一面に設けられた振動伝搬部材２構成の一例を模式的に示す断面図である。図１では、振動伝搬部材２を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示す。図１に示すように、振動伝搬部材２は、振動手段１の一面に面接合され、振動手段１の振動に応じて振動する。振動伝搬部材２は、天板３と、側壁４と、天板３に対して概ね垂直に形成した垂直隔壁５で構成される。天板３と、垂直隔壁５と、振動手段１とで構成される空間は、密閉空間６とすることも可能で、目的に応じて密閉空間とし、場合によっては貫通穴を設け、振動伝搬媒質と貫通孔を介して連続した空間とすることもできる。

次に、図２を用いて振動伝搬部材２の内部構造を説明する。図２は、実施の形態１における振動伝搬部材２の構成の一例を示す断面図である。

なお、図２の（ａ）には、振動伝搬部材２を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図２の（ｂ）には、図２の（ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図、すなわち振動伝搬部材２を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）、を示している。図中のＴは、矢印で示す振動伝達部材２（Ｚ軸に平行）の厚さを示す。なお、振動伝搬部材２を厚み方向に直交する方向の断面は、図２（ｂ）に示されているように、例えば、格子状に形成されている。天板３と垂直隔壁５で構成される膜構造７は、天板３の厚み、対向する垂直隔壁５の間の距離によって、固有振動を持ち、一方の膜構造８と、他方の膜構造９とは、対向する垂直隔壁５の間の距離が異なる。

対向する垂直隔壁５の間の距離が異なる振動伝搬部材２はその他にも想定され、図３に、この一例として、３つの断面形状を示した。

図３（ａ）～（ｃ）は、本実施の形態１における振動伝搬部材２の厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した対向する垂直隔壁５の間の距離が異なる振動伝搬部材の断面図を示している。図３（ａ）～（ｃ）のいずれの断面図においても、複数の異なる垂直隔壁間の距離で形成された膜構造を備える構造を示している。

［１－１－２．振動伝搬部材の製造手順］
次に、図４を用いて、振動伝搬部材２の製造手順を説明する。

図４は、実施の形態１における振動伝搬部材２の製造手順を示す斜視図である。振動伝搬部材２の製造工程は、図４に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。

図４（ａ）に示すように、まず複数のパターン構造を取り出せる大きさの金属板１０、個別のパターン構造を取り出せる金属板１０を複数準備する。図４（ａ）には一枚の金属板１０を示す。次に、図４（ｂ）に示すように、金属板１０を天板３とするために円形状にパターニングした金属板１１、振動伝搬部材２の側壁４と垂直隔壁５とをパターニングした金属板１２を示しており、個別、あるいは同時に作製する。金属板１０のパターニングには、例えば、金属板１０のプレスによる打ち抜き加工、フォトリソグラフィによるエッチング加工、レーザー加工、或いは、放電ワイヤーを利用した加工等を用いることができる。

なお、本開示では、天板３とするため円形状にパターニングした金属板１１、パターン形成した金属板１２が、上面視において（Ｚ軸に平行に見たときに）外形が円形（円盤状）になるように形成されている例を示す。しかし、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す天板３、パターン形成した金属板１２の外形の形状は何ら円形（円盤状）に限定されるものではなく、楕円形や多角形であってもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、複数のパターン形成した金属板１２と天板３とを、位置決めを実施しつつ順に積層する。具体的には、まず所定枚数のパターン形成した金属板１２を積層する。次に、複数のパターン形成した金属板１２の最上面（Ｚ軸正方向における最も端に配置されたパターン形成した金属板１２のＺ軸正方向側の面）に天板３を積層する。次に、パターニングした金属板同士を、直接接合の一つとして例示する拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧、真空環境で接合する。加熱温度については、例えばステンレスの場合、融点約１５００℃に対し、拡散接合時の温度はおよそ１０００℃程度であるので、相互に積層した複数の金属板１２、天板３がステンレス製であれば、それらを、真空中、この温度に加熱して加圧することで、母材を溶融させることなく接合界面の原子を拡散させ接合することが可能となる。

拡散接合には、平面性が要求されるので、図４（ｃ）に示す加工方法によっては、図３（ｂ）に示す工程の後に、円形状にパターン形成した金属板１１、パターン形成した金属板１２のバリや変形を解消する後加工が必要となる場合がある。加えて、直接接合方法として、母材を一部溶融させる、溶融溶接も想定される。その場合、ステンレスであれば１５００℃近傍まで加熱することで、複数の金属板同士を接合することも可能である。また、金属板通しの接合を行う方法として。金属板との間に接合材として想定される、エポキシ樹脂、シアノアクリレート系の接着剤を用いることも可能である。加えて、接合材として、無機材料を選定する場合、ろう付けを用いることも可能である。

以上の製造手順によって、図４の（ｄ）に示すように、各金属パターニングを本実施の形態で例示した接合方法によって接合した、本実施の形態１における振動伝搬部材２を作ることができる。なお、本実施の形態では、振動伝搬部材が、円柱状の外形になるように形成されている例を示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す振動伝搬部材の形状は何ら円柱状に限定されるものではなく、楕円柱や多角柱であってもよい。

［１－２．振動送受波器］
［１－２－１．振動送受波器構成］
図５は、実施の形態１における振動送受波器１４の構成の一例を模式的に示す断面図である。
図５では、振動送受波器１４を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示す。

図５に示すように、振動送受波器１４は、一方の電極１５と、他方の電極１６とを備え
る振動手段１と、振動手段１の一面に接合された振動伝搬部材２と、振動手段１の電極１５、１６に電気的に接続されたリード線１８，１９とで構成されている。

［１－２－２．振動送受波器製造手順］
次に、図６を用いて、振動送受波器１４の製造手順を説明する。

図６は、実施の形態１における振動送受波器１４の製造手順を示す断面図である。振動送受波器１４の製造工程は、図６に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。

図６（ａ）は、本実施の形態１で説明した振動伝搬部材２の断面図を示しており、図６（ｂ）は、一方の電極１５と、他方の電極１６とを備える振動手段１の一方の電極１５の面に接合体１７を塗布した断面を示している。この接合体１７は、例えば、エポキシ接着剤、フェノール接着剤、シアノアクリレート接着剤等の一般的な接着剤で接合することができる。接合材２０は、例えば、熱硬化性接着剤は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂など熱硬化性樹脂であれば特に限定されない。場合によっては、熱可塑性樹脂であっても、ガラス点移転が高温使用温である７０℃以下であれば使用可能である。

図６（ｃ）は、これら接合体１７を化学反応させることで、振動手段１と、振動伝搬部材２とが接合された状態を示している。図６（ｄ）は、振動手段１に備えられた一方の電極１５、他方の電極１６とリード線１８，１９とを、はんだ付けによって、電気的に接合し、本実施の形態１における振動送受波器１４が完成した状態を示している。

［１－２－３．振動送受波器動作、作用効果］
振動送受波器１４の動作作用について説明する。なお、振動手段１は一例として、圧電振動子を用いる例を示す。

振動送受波器１４は、振動手段１として用いる圧電振動子の、一方のリード線１８、他方のリード線１９を介して、所定の周波数の正弦波、あるいは矩形波の電気パルスが加えられ、この電気パルスによって、振動手段１である圧電振動子が振動し、この振動が、振動伝搬部材２の垂直隔壁５を介して天板３に伝達される。この時、振動伝搬部材２に伝わった振動は、振動伝搬部材２の形状、振動伝搬部材２の天板３と、側壁４の内部空間に形成する垂直隔壁５の形状、垂直隔壁５の厚み、垂直隔壁間の距離、側壁４の厚み、 振動伝搬部材２の厚みＴとを変更することで、振動伝搬部材２が大きく共振し、振動を伝えたい気体や、液体などの振動伝搬媒質に対して効率よく振動を伝えることが可能となる。結果として、振動送受波器１４の特性を、多くの設計パラメーター（振動伝搬部材２の形状、垂直隔壁５の形状、垂直隔壁５の厚み、垂直隔壁５間の距離、側壁４の厚み、振動伝搬部材２の厚みＴなど）で制御することが可能となり、振動伝搬部材２として、設計自由度が高いことがわかる。

［１－２－４．振動伝搬部材構造と振動送受波器特性との相関］
図７から９を用いて、振動伝搬部材２の膜構造と、振動送受波器１４としての特性との相関に関して説明する。

図７は、本発明の実施の形態１の振動送受波器１４としたときの、振動伝搬部材２の垂直隔壁間の距離と、振動伝搬部材２の共振周波数との相関を示している。図７に示す様に、垂直隔壁間の距離を変更することで、膜構造の共振周波数を制御することが可能となる。

図８（ａ）は、振動伝搬波形の計測方法の断面図を示している。送信波発生器より送信パルス波を振動送受波器１４ａに送信すると、振動送受波器１４ａの振動手段１ａが送信パルスに応じた周波数で振動し、この振動に振動伝搬部材２ａが共振して、振動が増幅し振動伝搬媒質に振動が伝搬する。伝搬した振動が一定の距離を置いて配置した振動送受波器１４ｂに到達したとき、振動送受波器１４ｂの振動伝搬部材２ｂが共振し、この振動が振動手段１ｂを振動させ、この振動手段１ｂによって電気信号に変換され、受信波計測器で計測することができる。図８（ｂ）は、図８（ａ）を用いて計測された受信波形を示しており、この図に記載した波形の最大値から最小値までの値を感度と呼ぶこととする。

図９は、本実施の形態１における振動送受波器１４の感度と、垂直隔壁間の距離との相関を示している。

感度は、垂直隔壁間の距離に応じて、振動伝搬効率が極大値を示している。これは、振動手段として用いた、例えば圧電体の振動周波数に対して、垂直隔壁間の距離、天板３の厚みによって形成される膜構造７で誘発される固有振動が、垂直隔壁の距離を変化させることで、振動手段１の振動に対して、膜構造７が大きく共振し、感度が極大を示したと推察される。この共振振動は、垂直隔壁間の距離、天板の厚み、垂直隔壁の厚み等、垂直隔壁５と天板３で形成される膜構造７を制御することで共振周波数を制御することが可能である。

本実施の形態における振動伝搬部材は、天板３と垂直隔壁５とで形成される複数の膜構造で発生する振動を備える構造であり、たとえば図９に記載の通り、一方の膜構造、他方の膜構造となるように、垂直隔壁間の距離を制御することで、高感度な振動送受波器１４とすることが可能となる。

図１０（ａ）は、図８（ａ）の振動波形計測方法を用いた時の受信波形を示している。これは、本発明の振動伝搬部材２の一方の膜構造８で誘発する振動の共振周波数（以降、一方の膜振動共振周波数ｆ_１と称す）を４８５ｋＨｚ、他方の膜構造９で誘発する振動の共振周波数（以降、他方の膜振動共振周波数ｆ_２と称す）を５１５ｋＨｚとしたときのとの共振周波数の差（ｆ_２－ｆ_１）が３０ｋＨｚとし、図１０（ｂ）は、一方の膜構造８で誘発する振動の共振周波数を４７５ｋＨｚ、他方の膜構造９で誘発する振動の共振周波数を５２５ｋＨｚとしたときの共振周波数の差が５０ｋＨｚとしたときのそれぞれの受信波形を示している。

様々な計測システムの中で、波形の大きさ（感度）が要求される場合は、図１０（ａ）に示す受信波となる設計とし、波形の波数が少ない方が要求される場合は、図１０（ｂ）に示す受信波となる設計とすればよく、要求されるシステムに応じた、受信波形を想定し、振動伝搬部材２の構造を変えることで、様々な計測システムに対応することが可能となる。一方の膜振動共振周波数ｆ_１，他方の膜振動共振周波数ｆ_２は、本実施の形態の振動伝搬部材とすることで、独立して制御可能であるため、本実施の形態の振動伝搬部材２を用いることにより、振動伝搬波形の設計も、比較的に自由に行うことが可能となる。

［１－２－５．効果、作用］
以上のように、本実施の形態において、本実施の形態の振動送受波器１４は、振動手段１と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、振動伝搬部材２は、天板３と、側壁４と天板３に対し概垂直に配置した垂直隔壁５とで形成した振動伝搬部材２とすることにより、垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みになどで形成される膜構造７で誘発される振動を制御でき、この膜構造を複数備える構成とし、振動手段に張り付けた振動送受波器１４とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材２とすることができる。

また、天板３と、垂直隔壁５と、振動手段１で形成される空間を密閉空間６とすることで、腐食環境、あるいは高温高湿環境に暴露された場合でも、安定した動作が可能となる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

［１－３．流速計、または流量計］
［１－３－１．流速計、または流量計の構成］
次に、本実施の形態の流量計に関して、図１１を用いて説明する。なお、以下では流量計２３について説明するが、この流量計２３を流速計２４に置き換えることができる。その場合、以下の説明における流量は流速に読み替えればよい。あるいは、図１１に示す計測器は流量と流速の双方を測定できる計測器であってもよい。

図１１は、実施の形態１における流量計２３の構成の一例を模式的に示すブロック図である。

本実施の形態１の流量計２３では、送受信する振動周波数領域として、超音波領域を例示し、振動送受波器を、超音波を送受信する超音波送受波器とし、流量計を超音波流量計と呼ぶこととする。

図１１に示す様に、本実施の形態の流量計２３は、流体の流れる流路２５の上流と下流に、実施の形態１に示した振動送受波器１４の構成を用いた一対の超音波送受波器２６、２７が、対向配置された構成となっている。流路２５では流体の流れる向きを矢印で示す。図１１の紙面において左側が流路２５の上流であり右側が流路２５の下流である。図４において破線矢印で示すＬ１は、上流側に配置された超音波送受波器２６から超音波送受波器２７へ伝搬する振動の伝搬経路を示している。図４において破線矢印で示すＬ２は下流側に配置された超音波送受波器２７から超音波送受波器２６へ伝搬する振動の伝搬経路を示している。また、本実施の形態の流量計２３は、超音波送受波器２６、２７が接続され超音波送受波器２６、２７間の一方から他方への振動の到達時間を計時する計時装置２８と、計時装置２８が接続され計時装置２８により求められた超音波の到達時間より、流路２５を流れる流体の流量を演算する演算手段２９とを備えている。

なお、図１１に示す計測器を流速計２４とする場合、流速計２４は流量計２３と同様の構成であるが、演算手段２９は、計時装置２８により求められた超音波の到達時間から、流路２５を流れる流体の流速を演算する。なお、演算手段２９は、流路２５を流れる流体の流速および流量の双方を演算するように構成されていてもよい。

［１－５．流速計、または流量計の計測動作］
流路２５を流れる流体の流速をＶ、流体中の超音波の速度をＣ（図示せず）、流体の流れる方向と振動の伝搬方向の角度をθとする。超音波送受波器２６を超音波送波器として用い、超音波送受波器２７を振動受波器として用いたときに、超音波送受波器２６から放出された振動が超音波送受波器２７に到達するまでの伝搬時間ｔ１は、以下の式（３）で示される
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） ・・・（３）
次に、超音波送受波器２７から放出された振動パルスが超音波送受波器２６に到達するまでの伝搬時間ｔ２は、以下の式（４）で示される。

ｔ２＝Ｌ／（Ｃ－Ｖｃｏｓθ） ・・・（４）
そして、式（３）と式（４）の両方の式から流体の音速Ｃを消去すると、以下の式（５）が得られる。

Ｖ＝Ｌ／２ｃｏｓθ（１／ｔ１－１／ｔ２） ・・・（５）
Ｌとθが既知であれば、計時装置２８にてｔ１とｔ２を測定すれば流速Ｖを求めることができる。加えて、演算手段２９によって、この流速Ｖに断面積Ｓと補正係数Ｋとを乗じれば、流量Ｑを求めることができる。流量計２３における演算手段２９は、上記Ｑ＝ＫＳＶを演算するものである。

［１－３－２．流速計、または流量計の効果］
以上のように、本実施の形態において、本実施の形態の振動送受波器１４は、振動手段１と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、振動伝搬部材２は、天板３と、側壁４と天板３に対し概垂直に配置した垂直隔壁５とで形成した振動伝搬部材２とすることにより、垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みになどで形成される膜構造７で誘発される振動が個別に制御でき、この膜構造を複数備える構成とし、振動手段張り付けた振動送受波器１４とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材２とすることができるため、流速計、流量計として適した振動送受波器とすることが容易に可能となるため、結果として、高精度、安定した流速、流量計測が可能となる。

また、天板３と、垂直隔壁５と、振動手段１で形成される空間を密閉空間６とすることで、計測対象として、腐食性流体、あるいは高温高湿流体に対しても、流速、流量を直接計測することが可能となる。加えて、振動伝搬部材２は、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材２自体を薄くすることが可能となり、振動送受波器１４も小型化が可能となるため、流速計、流量計を小型化することが可能となる。

［１－４．濃度計］
［１－４－１．濃度計の構成、計測原理］
図１２を用いて、超音波を用いた気体の濃度計の動作について説明する。

図１２には、本発明の実施形態における濃度計の断面模式図を示している。
本実施の形態１の濃度計３０では、送受信する振動周波数領域として、超音波領域を例示し、振動送受波器１４を、超音波を送受信する超音波送受波器３３，３４とし、濃度計を超音波濃度計と呼ぶこととする。

本発明の濃度計は、気体濃度を測定するための空間を有する筐体３１を備えており、筐体３１には、被計測流体を通気するための通気孔３２が設けられている。筐体３１における濃度測定空間の形状は、例えば、直方体形状、円筒形状等とする。濃度測定空間は、必ずしも筐体３１の壁によって全方向が囲まれていなくてもよく、少なくとも超音波を送受信できる空間であればよい。例えば、筐体３１の一部を欠損させ、その欠損部において濃度測定空間が外部に開放されていてもよい。

濃度計は、筐体３１内に、一対の超音波送受波器３３、３４を対向するように配置し、さらに、温度センサ３５を収容し、計時装置３６および演算手段３７に接続されている。超音波送受波器３３を超音波送波器として用いる場合、計時装置３６の動作に基づいて超音波を送信する。超音波送受波器３４は、超音波受波器として機能し、超音波送受波器３３から送信された超音波は、筐体３１内部に満たされた被計測流体中を伝搬し、超音波受波器として用いた超音波送受波器３４は、超音波を受信する。計時装置３６は、超音波が送信されてから受信されるまでの伝搬時間と、予め定められた超音波の伝搬距離Ｌに基づいて、超音波の伝搬速度Ｖを求める。

この被計測流体である混合ガス中を伝搬する超音波の伝搬速度Ｖは、式（６）で表され
るように、混合ガスの平均分子量Ｍ、比熱比γ、気体定数Ｒ及び絶対温度Ｔ（Ｋ）によって決まる。音速及び温度を測定すれば平均分子量が求まる。

Ｖ＝γ・Ｒ・Ｔ／Ｍ ・・・（６）
混合ガス中のガス成分が既知のときは、ガス温度Ｔ及び伝搬速度Ｖを測定して平均分子量Ｍを求め、平均分子量Ｍから求めるガス濃度を演算できる。濃度演算式はａ，ｂからなる２種混合理想気体の場合、式（７）のごとくなる。

ａガスの濃度（％）＝ Ｍ－ｍｂ／ｍａ－ｍｂ×１００ ・・・・（７）
ｍａ及びｍｂはそれぞれａガス及びｂガスの分子量を表す。

［１－４－２．濃度計の効果］
以上のように、本実施の形態の振動送受波器１４は、振動手段１と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、振動伝搬部材２は、天板３と、側壁４と天板３に対し概垂直に配置した垂直隔壁５とで形成した振動伝搬部材２とすることにより、振動伝搬部材の構成要素である、垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みになどで形成される膜構造７で誘発される振動を制御でき、この膜構造を複数備える構成とし、振動手段を張り付けた振動送受波器１４とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材２とすることができるため、濃度計して適した振動送受波器とすることが容易に可能となるため、結果として、高精度、安定した流速、流量計測が可能となる。

また、天板３と、垂直隔壁５と、振動手段１で形成される空間を密閉空間６とすることで、計測対象として、腐食性流体、あるいは高温高湿流体に対しても、濃度を直接計測することが可能となる。加えて、振動伝搬部材２は、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材２自体を薄くすることが可能となり、振動送受波器１４も小型化が可能となるため、流速計、流量計を小型化することが可能となる。 （実施の形態２）
以下、図１３から２１を用いて、実施の形態２の振動伝搬部材、及び、この振動伝搬部材を用いた振動送受波器を説明する。

［２－１．振動伝搬部材］
［２－１－１．振動伝搬部材の構成］
図１３は、実施の形態２における振動伝搬部材４２を振動手段４１の一面に設けた構成の一例を模式的に示す断面図である。図１３では、振動伝搬部材４２厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示す。図１３に示すように、振動伝搬部材４２は、振動手段４１の一面に面接合され、振動手段４１の振動に応じて共振する。振動伝搬部材４２は、天板４３と、底板４７と、側壁４４と、天板４３および底板４７に対して概ね垂直に形成した垂直隔壁４５で構成される。天板４３と、垂直隔壁４５と、底板４７とで構成される空間は、密閉空間４６とすることも可能で、目的に応じて密閉空間４６とし、場合によっては貫通穴を設け、振動伝搬媒質と貫通孔を介して連続した空間とすることもできる。天板３と垂直隔壁５で構成される膜構造４８，４９は、天板３の厚み、対向する垂直隔壁５の間の距離によって、固有振動を持ち、一方の膜構造４８と、他方の膜構造４９とは、対向する垂直隔壁４５の間の距離が異なる。

次に、図１４を用いて振動伝搬部材４２の内部構造を説明する。図１４は、実施の形態２における振動伝搬部材４２の構成の一例を示す断面図である。

なお、図１４（ａ）には、振動伝搬部材４２を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図１４（ｂ）には、図１４（ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図、すなわち振動伝搬部材４２を厚み方向に直交する方向（
Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）、を示している。図中の厚みＴは、矢印で示す振動伝達部材２（Ｚ軸に平行）の厚さを示す。なお、振動伝搬部材４２を厚み方向に直交する方向の断面は、図１４（ｂ）に示されているように、例えば、格子状に形成されている。

以下、本実施の形態２における振動伝搬部材４２の天板４３と底板４７と側壁４４と天板４３に対して概ね垂直に形成した垂直隔壁４５で構成される密閉空間４６に関して図１５を用いて説明する。

図１５は、本実施の形態２における、振動伝搬部材４２の断面図、図１５（ａ）は、振動伝搬部材４２の密閉空間４６の内部圧力Ｐ_１と、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２とが概ね同一であるときの振動伝搬部材２の一部拡断面大図、図１５（ｂ）は、密閉空間４６内部圧力Ｐ_１が、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２よりも高い時の振動伝搬部材２の一部断面拡大図、図１５（ｃ）は、密閉空間４６内部圧力Ｐ_１が、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２よりも低い時の振動伝搬部材２の一部断面拡大図を示している。

図１５（ａ）で示したＰ_１＝Ｐ_２とした場合、膜構造４８の振動は、圧力によって規制されず、高感度とすることができる。例えば、振動伝達媒質の圧力、高圧配管内部などのあらかじめ伝搬媒質の対象が明らかな場合、振動伝搬部材４２の密閉空間４６の内部圧力を、伝搬媒質と同一にすることで、振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上でき、安定した振動伝搬性能が確保される。

図１５（ｂ）で示したＰ_１＞Ｐ_２とした場合、 天板が凸形状となるため、高温高湿流体を計測する場合、湿度による結露でも、 天板の振動面に液滴がたまりにくく、高湿環境でも安定して、振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上でき、安定した振動伝搬性能が確保される。

図１５（ｃ）で示したＰ_１＜Ｐ_２とした場合、天板が凹形状となるため、集音効果で振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上する。 なお、振動伝搬部材４２内部を真空とすることも可能で、天板の撓みを抑制することができる。天板４３が圧力によって規制されるため、振動伝搬部材４２の振動が残存する、残響課題を低減することが可能となる。

この密閉空間４６内部に、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２），ヘリウムガス（Ｈｅ）などの不活性ガスを充填することも可能で、振動伝搬部材４２の内部からの腐食を抑制することが可能となる。

また、密閉空間４６内部の一部に、高粘性の液体を挿入することで、液体の粘度を変更することで、所定の周波数の振動を抑制するダンピング効果が期待でき、目的の振動周波数のみの振動伝搬効率だけを向上することも可能となる。

以下、本実施の形態２における振動伝搬部材４２の垂直隔壁４５の断面形状の違いと効果についていくつか例示して説明する。

図１６は、本実施の形態２における事例１として振動伝搬部材４２ａのＡ部の断面拡大図を示している。図１６において、振動伝搬部材４２ａの天板４３に対して、垂直隔壁４５は、パターン形成した金属板５２を積層した構造となっており、この積層するパターン形成した金属板５２の壁厚を例えば、ｔ１からｔ２まで変化させることもできる。これにより、振動伝搬部材４２ａの内部構造の中で、部分的に強度の強い部分と弱い部分を形成することが可能である。

図１６に示すように、振動伝搬部材４２ａの垂直隔壁４５の壁厚を、底板４７近傍は厚く、天板４３近傍は、薄くすることで、振動伝搬部材４２ａの底板４７付近は、振動手段４１の振動を効率よく伝え、振動手段４１の振動を効率よく伝搬させることが可能となる。加えて、垂直隔壁４５の壁厚を天板４３近傍は薄く（壁厚ｔ_１）、底面に向かって厚く（壁厚ｔ_２）することで、天板４３の膜構造４８の振動が効率よく行われ、伝搬媒質への振動伝搬効率が向上する。加えて、天板４３と、垂直隔壁４５とで形成される膜構造４８，４９の、振動する天板４３の振動面積をより広く確保することができる。

図１７は、本実施の形態２における事例２の振動伝搬部材４２ｂのＢ部の断面拡大図を示している。この図に示すように、垂直隔壁４５の壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化し、壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化し、壁厚の厚みの大小を繰り返すことも可能である。

振動伝搬部材４２の垂直隔壁４５を伝わる振動で、抑制したい振動の腹となる部分の壁厚を厚くすることで、目的とする周波数振動のみを抑制することができる。加えて、垂直隔壁４５は、振動伝搬部材４２ｂの振動を伝える非常に重要な柱となり、振動伝搬部材４２ｂの壁厚において、一部弱い部分（壁厚ｔ_３）を作ることによって、振動伝搬部材４２ｂの振動の減衰率が高くなり、結果として、残響が素早く収まるという効果が期待できる。加えて振動が素早く立ち上がる効果も期待できる。

図１８は、実施の形態２における事例３の振動伝搬部材４２ｃのＣ部の断面拡大図を示している。この図に示すように、
垂直隔壁４５を形成するパターン形成した金属板５２をすこしずつずらしてパターン形成し、積層することも可能で、結果として、垂直隔壁４５が斜めに形成することができるため、振動の伝達経路が長くなり、振動到達時間を遅らせることが可能となり、音速をコントロールすることが可能となる。

図１９は、実施の形態２における事例４の振動伝搬部材４２ｄのＤ部の断面拡大図を示している。この図に示すように、
また、垂直隔壁４５を形成するパターン形成した金属板５２をすこしずつずらしてパターン形成し、屈曲部５５を設けることで、振動伝搬部材４２ｄに柔軟性が付与され、振動伝搬部材４２の振動の減衰率が高くなり、結果として、残響が素早く収まるという効果が期待できる。

図２０は、実施の形態２における事例５の振動伝搬部材の側壁と垂直隔壁を含む断面一部拡大図を示している。

図２０（ａ）に示す振動伝搬部材４２ｅは、側壁４４とつながる垂直隔壁５７で構成されているのに対し、図２０（ｂ）に示す振動伝搬部材４２ｆは、側壁４４とつながる垂直隔壁５７と、側壁４４とつながらない垂直隔壁５８とが混在する。このような構造とすることで、振動伝搬方向と垂直方向の、不要振動を発生する要因となる、垂直隔壁５７と側壁４４との振動伝搬経路を減らすことで、不要振動が低減する。

［２－１－２．振動伝搬部材の製造手順］
次に、図２１を用いて、振動伝搬部材４２の製造手順を説明する。上記説明では、垂直隔壁の形状の違いから振動伝搬部材の符号を４２ａ～４２ｆとして区別して説明したが、以下では、区別の必要が無いた為、振動伝搬部材４２として説明する。

図２１は、実施の形態２における振動伝搬部材４２の製造手順を示す斜視図である。振動伝搬部材４２の製造工程は、図２１に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行
する。

図２１（ａ）に示すように、まず複数のパターン構造を取り出せる大きさの金属板５０、個別のパターン構造を取り出せる金属板５０を複数準備する。図２１（ａ）には一枚の金属板５０を示す。次に、図２１（ｂ）に示すように、金属板５０を天板４３とするために円形状にパターニングした金属板５１、振動伝搬部材４２の側壁４４と垂直隔壁４５とをパターニングした金属板５０を示しており、個別、あるいは同時に作製する。金属板５０のパターニングには、例えば、金属板５０のプレスによる打ち抜き加工、フォトリソグラフィによるエッチング加工、レーザー加工、或いは、放電ワイヤーを利用した加工等を用いることができる。なお、本開示では、天板４３とするため円形状にパターニングした金属板５１、パターン形成した金属板５２が、上面視において（Ｚ軸に平行に見たときに）外形が円形（円盤状）になるように形成されている例を示す。しかし、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す天板４３、パターン形成した金属板５２の外形の形状は何ら円形（円盤状）に限定されるものではなく、楕円形や多角形であってもよい。

次に、図２１（ｃ）に示すように、複数のパターン形成した金属板５２と天板４３とを、位置決めを実施しつつ順に積層する。具体的には、まず所定枚数のパターン形成した金属板５２を積層する。次に、複数のパターン形成した金属板１２の最上面（Ｚ軸正方向における最も端に配置されたパターン形成した金属板５２のＺ軸正方向側の面）に天板４３を積層する。次に、パターニングした金属板同士を、直接接合の一つとして例示する拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧、真空環境で接合する。加熱温度については、例えばステンレスの場合、融点約１５００℃に対し、拡散接合時の温度はおよそ１０００℃程度であるので、相互に積層した複数の金属板５２、天板４３がステンレス製であれば、それらを、真空中、この温度に加熱して加圧することで、母材を溶融させることなく接合界面の原子を拡散させ接合することが可能となる。拡散接合には、平面性が要求されるので、図２１（ｃ）に示す加工方法によっては、図２１（ｂ）に示す工程の後に、円形状にパターン形成した金属板５１、パターン形成した金属板５２のバリや変形を解消する後加工が必要となる場合がある。加えて、直接接合方法として、母材を一部溶融させる、溶融溶接も想定される。その場合、ステンレスであれば１５００℃近傍まで加熱することで、複数の金属板同士を接合することも可能である。また、金属板通しの接合を行う方法として。金属板との間に接合材として想定される、エポキシ樹脂、シアノアクリレート系の接着剤を用いることも可能である。加えて、接合材として、無機材料を選定する場合、ろう付けを用いることも可能である。

以上の製造手順によって、図２１（ｄ）に示すように、各金属パターニングを本実施の形態で例示した接合方法によって接合した、本実施の形態１における振動伝搬部材２を作ることができる。なお、本実施の形態では、振動伝搬部材が、円柱状の外形になるように形成されている例を示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す振動伝搬部材の形状は何ら円柱状に限定されるものではなく、楕円柱や多角柱であってもよい。

［２－１－３．振動伝搬部材の効果］
以上のように、本実施の形態の振動伝搬部材４２は、振動手段４１と、振動手段４１の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材４２であって、振動伝搬部材は、天板４３と、底板４７と、側壁４４と天板４３および底板４７に対し概垂直に配置した垂直隔壁４５とで形成した振動伝搬部材４２とし、天板４３と前記垂直隔壁４５とで形成される一方の膜構造４８と他方の膜構造４９の複数の膜構造で発生する振動を備える構成としたものである。

これにより、振動伝搬部材４２の構成要素である、振動伝搬部材４２の垂直隔壁の厚み
、垂直隔壁間の距離、天板４３の厚みになどで形成される膜構造４８、４９で誘発される振動が制御でき、振動手段４１に張り付けた振動送受波器とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材４２とすることができる。

また、天板４３と、垂直隔壁４５と、底板４７とで形成される空間を密閉空間４６とすることで、天板４３と、垂直隔壁４５と、底板４７とで構成される空間の一部、あるいはすべてを密閉空間４６とすることで、天板４３と側壁４４と、底板８０とで囲まれる振動伝搬部材４２の内部の空間が、垂直隔壁４５によってより多くの密閉空間４６に分割されており、振動手段の一面に貼り付けた振動伝搬部材４２としたときに、形成する壁面が腐食等で、貫通孔が形成し、一つの空間が浸水したとしても、振動伝搬部材４２としてみると、一部の空間のみが浸水したに過ぎず、振動伝搬部材４２の性能変化がゆっくり進行することになり、信頼性の高い振動伝搬部材４２とすることができる。

また、底板４７と、振動手段４１との接合部材による接合性が向上し、振動送受波器としたときに、ばらつきが少なく、安定した特性とすることが可能となる。

また、振動伝搬部材４２の密閉空間４６内部圧力Ｐ_１と、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２とが概ね同一であるとき、振動伝搬部材４２の密閉空間４６の内部圧力を、伝搬媒質と同一にすることで、振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上でき、安定した振動伝搬性能が確保される。

また、振動伝搬部材４２の密閉空間４６内部圧力Ｐ_１が、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２よりも高い時、天板が凸形状となるため、高温高湿流体を計測する場合、湿度による結露でも、天板の振動面に液滴がたまりにくく、高湿環境でも安定して、振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上でき、安定した振動伝搬性能が確保される。

また、振動伝搬部材４２の密閉空間４６内部圧力Ｐ_１が、振動伝搬媒質の圧力Ｐ_２よりも低い時、天板が凹形状となるため、集音効果で振動伝搬媒質への振動伝搬効率が向上する。 なお、振動伝搬部材内部を真空とすることも可能で、天板の撓みを抑制することができる。天板が圧力によって規制されるため、振動伝搬部材４２の振動が残存する、残響課題を低減することが可能となる。

また、この密閉空間４６内部に、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ_２），ヘリウムガス（Ｈｅ）などの不活性ガスを充填することも可能で、振動伝搬部材４２の内部からの腐食を抑制することが可能となる。

また、密閉空間４６内部の一部に、高粘性の液体を挿入することで、液体の粘度を変更することで、所定の周波数の振動を抑制するダンピング効果が期待でき、目的の振動周波数のみの振動伝搬効率だけを向上することも可能となる。

また、振動伝搬部材４２ａとして例示したように、垂直隔壁４５の壁厚を、底板４７近傍は厚く、天板４３近傍は、薄くすることで、振動伝搬部材４２ａの底板４７付近は、振動手段４１の振動を効率よく伝え、振動手段４１の振動を効率よく伝搬させることが可能となる。加えて、垂直隔壁４５の壁厚を天板４３近傍は薄く（壁厚ｔ_１）、底面に向かって厚く（壁厚ｔ_２）することで、天板４３の膜構造４８の振動が効率よく行われ、伝搬媒質への振動伝搬効率が向上する。

また、振動伝搬部材４２ｂとして例示したように、垂直隔壁４５の壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化し、壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化し、壁
厚の厚みの大小を繰り返すことも可能であり、振動伝搬部材４２ｂの垂直隔壁４５を伝わる振動で、抑制したい振動の腹となる部分の壁厚を厚くすることで、目的とする周波数振動のみを抑制することができる。加えて、垂直隔壁４５は、振動伝搬部材４２ｂの振動を伝える非常に重要な柱となり、振動伝搬部材４２の壁厚において、一部弱い部分（壁厚ｔ_３）を作ることによって、振動伝搬部材４２の振動の減衰率が高くなり、結果として、残響が素早く収まるという効果が期待できる。加えて振動が素早く立ち上がる効果も期待できる。

また、振動伝搬部材４２ｃとして例示したように、垂直隔壁４５を形成するパターン形成した金属板５２をすこしずつずらしてパターン形成し、積層することも可能で、垂直隔壁４５が斜めに形成することができるため、振動の伝達経路が長くなり、振動到達時間を遅らせることが可能となり、音速をコントロールすることが可能となる。

また、振動伝搬部材４２ｄして例示したように、垂直隔壁４５を形成するパターン形成した金属板５２をすこしずつずらしてパターン形成し、屈曲部５５を設けることで、振動伝搬部材４２に柔軟性が付与され、振動伝搬部材４２ｄの振動の減衰率が高くなり、結果として、残響が素早く収まるという効果が期待できる。

また、振動伝搬部材４２ｆとして例示したように、側壁とつながらない垂直隔壁５８を一部備える構造とすることで、不要振動を発生する要因となる、垂直隔壁５７と側壁４４との振動伝搬経路を減らすことで、不要振動が低減する。
また、振動伝搬部材４２ｃとして例示したように、振動伝搬部材４２の厚み振動を使わないため、振動伝搬部材４２自体を薄くすることが可能となる。

（実施の形態３）
以下、図２２から２４を用いて、実施の形態３の振動伝搬部材、及び、この振動伝搬部材を用いた振動送受波器を説明する。

［３－１．振動伝搬部材］
［３－１－１．振動伝搬部材の構成］
図２２は、実施の形態３における振動伝搬部材６０を振動手段５９の一面に設けた構成の一例を模式的に示す断面図である。図２２では、振動伝搬部材６０厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示す。図２２に示すように、振動伝搬部材６０は、振動手段５９の一面に面接合され、振動手段５９の振動に応じて振動する。振動伝搬部材６０は、天板６１と、底板６５と、側壁６２と、天板６１および底板６５に対して概ね垂直に形成した垂直隔壁６３と、天板６１と、底板６５に対して概ね平行に形成した水平隔壁６６で構成される。天板６１と、垂直隔壁６３と、水平隔壁６６とで構成される空間、対向する水平隔壁６６と、対向する垂直隔壁６３とで構成される空間、水平隔壁６６と、垂直隔壁６３と底板６５とで構成される空間の一部、あるいはすべてを密閉空間６７とすることも可能で、目的に応じて密閉空間６７とし、場合によっては貫通穴を設け、振動伝搬媒質と貫通孔を介して連続した空間とすることもできる。天板６１と垂直隔壁６３で構成される膜構造６８、６９は、天板６１の厚み、対向する垂直隔壁６３の間の距離によって、固有振動を持ち、一方の膜構造６８と、他方の膜構造６９とは、対向する垂直隔壁６３の間の距離が異なる。

次に、図２３を用いて振動伝搬部材６０の内部構造を説明する。図２３は、実施の形態３における振動伝搬部材６０の構成の一例を示す断面図である。

なお、図２３（ａ）には、振動伝搬部材６０を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図２３（ｂ）には、図２３（ａ）
におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図、すなわち振動伝搬部材６０を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）、を示している。図中のＴは、矢印で示す振動伝達部材６０（Ｚ軸に平行）の厚さを示す。なお、振動伝搬部材６０を厚み方向に直交する方向の断面は、図２３（ｂ）に示されているように例えば、格子状に形成されている。天板６１と垂直隔壁６３で構成される膜構造６８、６９は、天板６１の厚み、対向する垂直隔壁６３の間の距離に応じた、固有振動を持ち、一方の膜構造６８と、他方の膜構造６９とは、対向する垂直隔壁６３の間の距離が異なる。

図２３（ａ）に示した振動伝搬部材６０の密閉空間内の圧力をＰ１、振動伝搬媒質の圧力をＰ２としたとき、Ｐ１，Ｐ２の圧力に応じた効果は、実施の形態２と同様のため省略する。

［３－１－２．振動伝搬部材の製造手順］
次に、図２４を用いて、振動伝搬部材６０の製造手順を説明する。

図２４は、実施の形態３における振動伝搬部材６０の製造手順の斜視図である。振動伝搬部材６０の製造工程は、図２４に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。

図２４（ａ）に示すように、まず複数のパターン構造を取り出せる大きさの金属板７０、個別のパターン構造を取り出せる金属板７０を複数準備する。図２４（ａ）には一枚の金属板７０を示す。次に、図２４（ｂ）に示すように、金属板７０を天板６１および底板６５および水平隔壁６６とするために円形状にパターニングした金属板７１、振動伝搬部材６０の側壁６２と垂直隔壁６３とをパターニングした金属板７２を示しており、個別、あるいは同時に作製する。金属板７０のパターニングには、例えば、金属板７０のプレスによる打ち抜き加工、フォトリソグラフィによるエッチング加工、レーザー加工、或いは、放電ワイヤーを利用した加工等を用いることができる。なお、本開示では、円形状にパターニングした金属板７１、パターン形成した金属板７２が、上面視において（Ｚ軸に平行に見たときに）外形が円形（円盤状）になるように形成されている例を示す。しかし、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す円形状にパターンニングした金属板７１、パターン形成した金属板７２の外形の形状は何ら円形（円盤状）に限定されるものではなく、楕円形や多角形であってもよい。

次に、図２４（ｃ）に示すように、天板６１および底板６５および水平隔壁６６とするために円形状にパターニングした金属板７１、垂直隔壁６３と側壁６２とをパターン形成した金属板７２とを、位置決めを実施しつつ、交互に積層する。具体的には、水平隔壁６６として円形状にパターンニングした金属板７１を、垂直隔壁６３および側壁６２としてパターン形成した金属板７２を積層する。そして、交互に積層した複数の円形状にパターニングした金属板７１、パターン形成した金属板７２の最上面（Ｚ軸正方向における最も端に配置されたパターン形成した金属板７２のＺ軸正方向側の面）に、天板６１として円形状にパターニングした金属板７１を積層する。次に、交互に積層した複数の金属板７１，７２の最底面（Ｚ軸負方向における最も端に配置されたパターン形成した金属板７２のＺ軸負方向側の面）に底板６５として円形状にパターンニングした金属板７１を積層する。

次に、パターニングした金属板同士を、直接接合の一つとして例示する拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧、真空環境で接合する。加熱温度については、例えばステンレスの場合、融点約１５００℃に対し、拡散接合時の温度はおよそ１０００℃程度であるので、相互に積層した複数の円形状にパターニングした金属板７１、パターン形成した金属板７２、天板６１、底板６５がステンレス製であれば、それらを、真空中、
この温度に加熱して加圧することで、母材を溶融させることなく接合界面の原子を拡散させ接合することが可能となる。拡散接合には、平面性が要求されるので、図２４（ｃ）に示す加工方法によっては、図２４（ｂ）に示す工程の後に、円形状にパターニングした金属板７１、パターン形成した金属板７２のバリや変形を解消する後加工が必要となる場合がある。加えて、直接接合方法として、母材を一部溶融させる、溶融溶接も想定される。その場合、ステンレスであれば１５００℃近傍まで加熱することで、複数の金属板同士を接合することも可能である。また、金属板通しの接合を行う方法として。金属板との間に接合材として想定される、エポキシ樹脂、シアノアクリレート系の接着剤を用いることも可能である。加えて、接合材として、無機材料を選定する場合、ろう付けを用いることも可能である。

以上の製造手順によって、図２４（ｄ）に示すように、各金属パターニングを本実施の形態で例示した接合方法によって接合した、本実施の形態３における振動伝搬部材６０を作ることができる。なお、本実施の形態では、振動伝搬部材６０が、円柱状の外形になるように形成されている例を示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す振動伝搬部材の形状は何ら円柱状に限定されるものではなく、楕円柱や多角柱であってもよい。

［３－１－３．振動伝搬部材の効果］
以上のように、本実施の形態の振動伝搬部材６０は、振動手段５９と、振動手段５９の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材６０であって、振動伝搬部材６０は、天板６１と、底板６５と、振動伝搬部材６０の側壁６２と天板６１および底板６５に対し概垂直に配置した垂直隔壁６３と、天板６１および底板６５に対し概水平に配置した水平隔壁６６とで形成した振動伝搬部材とし、天板６１と垂直隔壁６３とで形成される一方の膜構造６８と他方の膜構造６９の複数の膜構造で発生する振動を備える構成としたものである。

これにより、水平隔壁６６によって、垂直隔壁６３の振動伝搬ロスも軽減され、伝搬媒質への振動伝搬効率も向上する。

また、天板６１と、垂直隔壁６３と、水平隔壁６６とで構成される空間、対向する水平隔壁６６と、垂直隔壁６３とで構成される空間、水平隔壁６６と、垂直隔壁６３と底板とで構成される空間の一部、あるいはすべてを密閉空間６７とすることで、高温高湿流体中でも安定に動作する振動伝搬部材６０となる。加えて、天板６１と側壁６２と、底板６５とで囲まれる振動伝搬部材６０の内部の空間が、垂直隔壁６３、水平隔壁６６によってより多くの密閉空間に分割されており、振動手段５９の一面に貼り付けた振動伝搬部材６０としたときに、腐食等で一つの空間が浸水したとしても、振動伝搬部材６０としてみると、一部の空間のみが浸水したに過ぎず、振動伝搬部材６０の性能変化がゆっくり進行することになり、信頼性の高い振動伝搬部材６０とすることができる。

また、垂直隔壁６３、水平隔壁６６の一部、あるいはすべてに貫通穴があってよく、振動伝搬媒質と貫通孔を介して連続した空間とすることもでき、振動伝搬媒質が超高圧流体でも、天板６１と、垂直隔壁６３と、水平隔壁６６とで構成される空間、対向する水平隔壁６６と、垂直隔壁６３とで構成される空間、水平隔壁６６と、垂直隔壁６３と底板とで構成される空間と、振動伝搬媒質とが貫通孔でつながる構造とすることで、振動伝搬部材６０自体が、圧力によって変形することがないため、安定して機能する振動伝搬部材６０とすることができる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

（実施の形態４）
以下、図２５を用いて、実施の形態４の振動伝搬部材に、複数の垂直隔壁形状を備える
事例を説明する。

［４－１．振動伝搬部材］
［４－１－１．振動伝搬部材の構成］
図２５を用いて振動伝搬部材７５の内部構造を説明する。図２５は、実施の形態４における振動伝搬部材７５の構成の一例を示す断面図である。

なお、図２５（ａ）には、振動伝搬部材７５を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図２５（ｂ）には、図２５（ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図、すなわち振動伝搬部材７５を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）、を示している。図中の厚みＴは、矢印で示す振動伝達部材７５（Ｚ軸に平行）の厚さを示す。なお、振動伝搬部材７５を厚み方向に直交する方向の断面は、図２５（ｂ）に示されているように、例えば、四角形と八角形で形成されている。天板７６と垂直隔壁７８で構成される膜構造８３、８４は、天板７６の厚み、対向する垂直隔壁７８の間の距離に応じた、固有振動を持ち、一方の膜構造８３と、他方の膜構造８４とは、対向する垂直隔壁７８の間の距離と、振動伝搬部材７５を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面形状が異なる。本実施の形態においては、四角形と、八角形の異なる垂直隔壁の形状を例示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す垂直隔壁７８で形作られる複数の形状の組み合わせは、何ら四角形と、八角形に限定されるものではなく、六角形と三角形、十二角形と三角形、三角形と四角形と六角形であってもよい。

［４－１－２．振動伝搬部材の効果］
以上のように、本実施の形態の振動伝搬部材７５は、振動手段と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材７５であって、振動伝搬部材７５は、天板７６と、底板８０と、振動伝搬部材７５の側壁７７と天板７６および底板８０に対し概垂直に配置した垂直隔壁７８と、天板７６および底板８０に対し概水平に配置した水平隔壁８１とで形成した振動伝搬部材７５とし、天板７６と垂直隔壁７８とで形成される一方の膜構造８３と他方の膜構造８４の複数の膜構造で発生する振動を備え、振動伝搬方向に対し垂直断面方向の複数の垂直隔壁形状を備える構造としたものである。

これにより、振動伝搬部材７５の構成要素である、垂直隔壁７８の厚み、垂直隔壁間の距離、天板７６の厚みに加え、振動伝搬方向に対し垂直断面方向の垂直隔壁形状と、制御する構造が非常に多く、形成される膜構造８３、８４で誘発される振動が制御でき、振動手段４１に張り付けた振動送受波器とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材７５とすることができる。

また、天板７６と、垂直隔壁７８と、水平隔壁８１とで構成される空間、対向する水平隔壁８１と、垂直隔壁７８とで構成される空間、水平隔壁８１と、垂直隔壁７８と底板８０とで構成される空間の一部、あるいはすべてを密閉空間８２とすることで、天板７６と側壁７７と、底板８０とで囲まれる振動伝搬部材７５の内部の空間が、垂直隔壁７８、水平隔壁８１によってより多くの密閉空間に分割されており、振動手段の一面に貼り付けた振動伝搬部材７５としたときに、形成する壁面が腐食等で、貫通孔が形成し、一つの空間が浸水したとしても、振動伝搬部材６０としてみると、一部の空間のみが浸水したに過ぎず、振動伝搬部材６０の性能変化がゆっくり進行することになり、信頼性の高い振動伝搬部材６０とすることができる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

（実施の形態５）
以下、図２６、２７を用いて、実施の形態５の天板の厚みが異なる振動伝搬部材の事例
を説明する。

［５－１．振動伝搬部材］
［５－１－１．振動伝搬部材の構成と動作］
図２６を用いて振動伝搬部材８５の内部構造、特に、異なる厚みの天板８６を備える振動伝搬部材に関して説明する。

図２６は、実施の形態５における振動伝搬部材８５の構成の一例を示す断面図である。

なお、図２６（ａ）には、振動伝搬部材８５を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図２６（ｂ）には、図２６（ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図、すなわち振動伝搬部材７５を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）、を示している。図中の厚みＴは、矢印で示す振動伝達部材８５（Ｚ軸に平行）の厚さを示す。なお、振動伝搬部材８５を厚み方向に直交する方向の断面は、図２６（ｂ）に示されているように、例えば、ハニカム形状で形成されている。天板８６と垂直隔壁８８で構成される膜構造９３、９４は、異なる厚みの天板８６、対向する垂直隔壁７８の間の距離は同一として形成している。一方の膜構造８３と、他方の膜構造８４とは、天板８６の厚みが異なるため、振動手段の一面に、本実施の形態の振動伝搬部材８５を張り付けた場合、天板８６と垂直隔壁８８とで形成される膜構造９３、９４は、天板８６の厚みが異なるため、異なる固有振動を持ち、一方の膜構造９３と、他方の膜構造９４とは、異なる共振周波数を持つ。

［５－１－２．振動伝搬部材の製造手順］
次に、図２７を用いて、振動伝搬部材８５の製造手順を説明する。

図２７は、実施の形態５における振動伝搬部材８５の製造手順の斜視図である。振動伝搬部材６０の製造工程は、図２７に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。

図２７（ａ）に示すように、まず複数のパターン構造を取り出せる大きさの金属板９６、個別のパターン構造を取り出せる金属板９６を複数準備する。図２７（ａ）には一枚の金属板９６を示す。次に、図２７（ｂ）に示すように、金属板９６を天板６１および底板６５とするために円形状にパターニングした金属板９７、天板８６の厚みが厚い他方の膜構造９４の天板とするパターン形成した金属板９８、振動伝搬部材８５の側壁８７と垂直隔壁８８とをパターニングした金属板９９を示しており、個別、あるいは同時に作製する。金属板９６のパターニングには、例えば、金属板９６のプレスによる打ち抜き加工、フォトリソグラフィによるエッチング加工、レーザー加工、或いは、放電ワイヤーを利用した加工等を用いることができる。

なお、本開示では、円形状にパターニングした金属板９７、他方の膜構造とするパターン形成した金属板９８、側壁８７と垂直隔壁８８とをパターニングした金属板９９が、上面視において（Ｚ軸に平行に見たときに）外形が円形（円盤状）になるように形成されている例を示す。しかし、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す円形状にパターンニングした金属板９６、パターン形成した金属板９９の外形の形状は何ら円形（円盤状）に限定されるものではなく、楕円形や多角形であってもよい。

次に、図２７（ｃ）に示すように、円形状にパターニングした金属板９７、他方の膜構造とするパターン形成した金属板９８、側壁８７と垂直隔壁８８とをパターニングした金属板９９とを、位置決めを実施しつつ、交互に積層する。具体的には、まず側壁８７と垂直隔壁８８とをパターニングした金属板９９を積層し、その上に、他方の膜構造とするパ
ターン形成した金属板９８を積層する。次に、先ほど積層した金属板の最上下面にそれぞれ天板８６、底板９０を積層する。次に、パターニングした金属板同士を、直接接合の一つとして例示する拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧、真空環境で接合する。加熱温度については、例えばステンレスの場合、融点約１５００℃に対し、拡散接合時の温度はおよそ１０００℃程度であるので、相互に積層した複数の円形状にパターニングし積層した金属板がステンレス製であれば、それらを、真空中、この温度に加熱して加圧することで、母材を溶融させることなく接合界面の原子を拡散させ接合することが可能となる。

拡散接合には、平面性が要求されるので、図２７（ｃ）に示す加工方法によっては、図２７（ｂ）に示す工程の後に、円形状にパターニングした金属板９７、他方の膜構造とするパターン形成した金属板９８、側壁８７と垂直隔壁８８とをパターニングした金属板９９のバリや変形を解消する後加工が必要となる場合がある。加えて、直接接合方法として、母材を一部溶融させる、溶融溶接も想定される。その場合、ステンレスであれば１５００℃近傍まで加熱することで、複数の金属板同士を接合することも可能である。また、金属板通しの接合を行う方法として。金属板との間に接合材として想定される、エポキシ樹脂、シアノアクリレート系の接着剤を用いることも可能である。加えて、接合材として、無機材料を選定する場合、ろう付けを用いることも可能である。

以上の製造手順によって、図２７（ｄ）に示すように、各金属パターニングを本実施の形態で例示した接合方法によって接合した、本実施の形態３における振動伝搬部材８５を作ることができる。なお、本実施の形態では、振動伝搬部材８５が、円柱状の外形になるように形成されている例を示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す振動伝搬部材の形状は何ら円柱状に限定されるものではなく、楕円柱や多角柱であってもよい。

［５－１－３．振動伝搬部材の効果］
以上のように、本実施の形態の振動伝搬部材８５は、振動手段と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材８５であって、振動伝搬部材８５は、天板８６と、底板９０と、前記振動伝搬部材８５の側壁８７と天板８６および底板９０に対し概垂直に配置した垂直隔壁８８とで構成され、天板８６と垂直隔壁８８とで形成される一方の膜構造９３と他方の膜構造９４の複数の膜構造は、少なくとも天板厚みが異なる構造とし、異なる膜構造は、天板８６の厚みが異なる構造としたものである。

これにより、振動伝搬部材８５の構成要素である、天板８６の厚み調整によって、容易に一方の膜構造９３と、
他方の膜構造９４を形成することが可能となる。また、天板８６の膜構造を、天板８６の厚み、本実施例では積層する金属板の枚数によって容易に変更し、共振周波数を容易に制御することができるため、実施の形態１に示したように、本実施の形態における、振動伝搬部材８５は、振動伝搬波形の設計も、比較的に自由に行うことが可能となる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

（実施の形態６）
以下、図２８、２９を用いて、実施の形態６の膜構造ごとに、異なる振動伝搬部材の厚みで構成した振動伝搬部材の事例を説明する。

［６－１．振動伝搬部材］
［６－１－１．振動伝搬部材の構成と動作］
図２８は、実施の形態６における振動伝搬部材１０２の構成の一例を示す断面図である。

なお、図２８（ａ）には、振動伝搬部材１０２を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。また、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）におけるＩ－Ｉ線分断面図、図２８（ｃ）は、図２（ａ）におけるＩＩ－ＩＩ線分断面図を示しており、すなわち振動伝搬部材１０２を厚み方向に直交する方向（Ｘ－Ｙ平面に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｙ平面における断面図）を示している。図中の矢印は、振動伝達部材１０２（Ｚ軸に平行）の振動伝搬方向を示す。

図２８（ａ）において、振動伝搬部材１０２は、側壁１０４と、垂直隔壁１０５と、底板１０７と、天板１１０、１１１とで構成され、振動伝搬部材１０２の内部の複数の膜構造として、一方の膜構造１０８、他方の膜構造１０９とを備える。一方の膜構造１０８は、垂直隔壁１０５と、一方の天板１１０とで構成され、他方の膜構造１０９は、垂直隔壁１０５と、他方の天板１１１とで構成され、一方の膜構造１０８と他方の膜構造１０９とは、垂直隔壁間の距離、底板１０７から天板までの距離が異なる。まず、一方の膜構造１０８と他方の膜構造１０９とは垂直隔壁１０５の間の距離が異なるため、実施の形態１の図７に示したように、一方の膜構造１０８と他方の膜構造１０９とは、固有振動を持ち、一方の膜構造８と、他方の膜構造９とは、対向する垂直隔壁５の間の距離が異なる膜構造の共振周波数を持つ。加えて、一方の膜構造１０８と他方の膜構造１０９とは底板１０７から天板までの距離が異なるため、振動手段の一面に本発明の振動送受波器を貼り付けた振動送受波器としたときに、振動手段の振動によって誘発された一方の膜構造１０８による共振振動強度、他方の膜構造１０９による共振振動強度の違いが生じる。

つまり、本実施の形態においては、一方の膜構造１０８が、振動手段と張り付けた場合に、振動手段の振動の減衰がより小さく、一方の膜構造１０８による共振振動強度は、他方の膜構造１０９による共振振動強度よりも強くすることができる。このように、各膜構造の底板１０７から天板１０８（１０９）までの距離、垂直隔壁１０５の厚み等を制御することによって、膜構造の共振強度を個別に制御することが可能となる。そのため、膜構造の共振強度を個別に制御することで、伝搬媒質への振動波形を制御することができ、振動伝搬波形の設計も、自由に行うことが可能となる。

また、一方の膜構造１０８は、垂直隔壁１０５と、一方の天板１１０と、底板１０７とで形成される空間を一方の膜構造密閉空間１１３、他方の膜構造１０９は、垂直隔壁１０５と、他方の天板１１１と、底板１０７とで形成される空間を他方の膜構造密閉空間１１４とし、一方の膜構造密閉空間１１３の内部圧力（Ｐ３）と、他方の膜構造密閉空間１１４の内部圧力（Ｐ４）とは異なる圧力とすることができる。これらの密閉空間の圧力を異なる圧力とすることで、各膜構造の共振周波数を変更することが可能となる。

［６－１－２．振動伝搬部材の製造手順］
次に、図２９を用いて、振動伝搬部材１０２の製造手順を説明する。

図２９は、実施の形態６における振動伝搬部材１０２の製造手順を示す斜視図である。振動伝搬部材１０２の製造工程は、図２９に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。

図２９（ａ）に示すように、まず複数のパターン構造を取り出せる大きさの金属板１１５、個別のパターン構造を取り出せる金属板１１５を複数準備する。図２９（ａ）には一枚の金属板１１５を示す。次に、図２９（ｂ）に示すように、金属板１１５を底板１０７とするために円形状にパターニングした金属板１１６、側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１７、他方の膜構造の天板１１１と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１８、一方の膜構造の天板１１０と側壁１０４と垂直隔
壁１０５とをパターニングした金属板１１９を示しており、個別、あるいは同時に作製する。金属板１１５のパターニングには、例えば、金属板１１５のプレスによる打ち抜き加工、フォトリソグラフィによるエッチング加工、レーザー加工、或いは、放電ワイヤーを利用した加工等を用いることができる。なお、本開示では、金属板１１５を底板１０７とするために円形状にパターニングした金属板１１６、側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１７、他方の膜構造の天板１１１と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１８、一方の膜構造の天板１１０と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１９が、上面視において（Ｚ軸に平行に見たときに）外形が円形（円盤状）になるように形成されている例を示す。しかし、これは単なる一例を示したものに過ぎず、金属板１１５を底板１０７とするために円形状にパターニングした金属板１１６、側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１７、他方の膜構造の天板１１１と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１８、一方の膜構造の天板１１０と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１９の外形の形状は何ら円形（円盤状）に限定されるものではなく、楕円形や多角形であってもよい。

次に、図２９（ｃ）に示すように、振動伝搬部材１０２の底面より、底板１０７となる円形状にパターニングした金属板１１６、その上に、順に複数の側壁と垂直隔壁とをパターニングした金属板１１７、他方の膜構造の天板と側壁と垂直隔壁とをパターニングした金属板１１８，複数の側壁と垂直隔壁とをパターニングした金属板１１７、一方の膜構造の天板と側壁と垂直隔壁とをパターニングした金属板１１９とを、位置決めを実施しつつ積層する。次に、パターニングした金属板同士を、直接接合の一つとして例示する拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧、真空環境で接合する。加熱温度については、例えばステンレスの場合、融点約１５００℃に対し、拡散接合時の温度はおよそ１０００℃程度であるので、相互に積層した複数の円形状にパターニングし積層した金属板がステンレス製であれば、それらを、真空中、この温度に加熱して加圧することで、母材を溶融させることなく接合界面の原子を拡散させ接合することが可能となる。

拡散接合には、平面性が要求されるので、図２９（ｃ）に示す加工方法によっては、図２９（ｂ）に示す工程の後に、円形状にパターニングした金属板１１６、側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１７、他方の膜構造の天板１１１と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１８、一方の膜構造の天板１１０と側壁１０４と垂直隔壁１０５とをパターニングした金属板１１９のバリや変形を解消する後加工が必要となる場合がある。加えて、直接接合方法として、母材を一部溶融させる、溶融溶接も想定される。その場合、ステンレスであれば１５００℃近傍まで加熱することで、複数の金属板同士を接合することも可能である。また、金属板通しの接合を行う方法として。金属板との間に接合材として想定される、エポキシ樹脂、シアノアクリレート系の接着剤を用いることも可能である。加えて、接合材として、無機材料を選定する場合、ろう付けを用いることも可能である。

以上の製造手順によって、図２９（ｄ）に示すように、各金属パターニングを本実施の形態で例示した接合方法によって接合した、本実施の形態６における振動伝搬部材１０２を作ることができる。なお、本実施の形態では、振動伝搬部材１０２が、円柱状の外形になるように形成されている例を示したが、これは単なる一例を示したものに過ぎず、本開示に示す振動伝搬部材の形状は何ら円柱状に限定されるものではなく、楕円柱や多角柱であってもよい。

［６－１－３．振動伝搬部材の効果］
以上のように、本実施の形態の振動伝搬部材１０２は、振動手段と、振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材１０２であって、振動伝搬部材１０２は、側壁１０４
と、垂直隔壁１０５と、底板１０７と、天板１１０、１１１とで構成され、振動伝搬部材１０２の内部の複数の膜構造として、一方の膜構造１０８、他方の膜構造１０９とを備える。一方の膜構造１０８は、垂直隔壁１０５と、一方の天板１１０とで構成され、他方の膜構造１０９は、垂直隔壁１０５と、他方の天板１１１とで構成され、一方の膜構造１０８と他方の膜構造１０９とは、垂直隔壁間の距離、底板１０７から天板までの距離が異なる構造としたものである。

これにより、振動伝搬部材１０２の構成要素である、垂直隔壁１０５の厚み、垂直隔壁１０５間の距離、一方の膜構造１０８の厚み、他方の天板１１１の厚み、各膜構造の底板１０７から天板１０８（１０９）までの距離を制御することで、一方の膜構造１０８、他方の膜構造１０９で誘発される振動を制御でき、振動手段張り付けた振動送受波器とした場合に、送受信する振動の共振周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材１０２とすることができる。

また、一方の膜構造１０８が、振動手段と張り付けた場合に、振動手段の振動の減衰がより小さく、一方の膜構造１０８による共振振動強度は、他方の膜構造１０９による共振振動強度よりも強くすることができる。このように、各膜構造の底板１０７から天板１０８（１０９）までの距離、垂直隔壁１０５の厚み等を制御することによって、膜構造の共振強度を個別に制御することが可能となる。そのため、膜構造の共振強度を個別に制御することで、伝搬媒質への振動波形を制御することができ、振動伝搬波形の設計も、自由に行うことが可能となる。

また、一方の膜構造１０８は、垂直隔壁１０５と、一方の天板１１０と、底板１０７とで形成される空間を一方の膜構造密閉空間１１３、他方の膜構造１０９は、垂直隔壁１０５と、他方の天板１１１と、底板１０７とで形成される空間を他方の膜構造密閉空間１１４とし、一方の膜構造密閉空間１１３の内部圧力（Ｐ３）と、他方の膜構造密閉空間１１４の内部圧力（Ｐ４）とは異なる圧力とすることができる。これらの密閉空間の圧力を異なる圧力とすることで、各膜構造の共振周波数を変更することが可能となる。加えて、厚み方向の振動を使わないため、振動伝搬部材自体を薄くすることが可能となる。

（実施の形態７）
以下、図３０，３１を用いて、実施の形態６の振動送受波器を説明する。

［７－１．振動送受波器］
［７－１－１．振動送受波器の構成］
図３０は、実施の形態７における振動送受波器１２１の構成の一例を示す断面図である。図３０には、振動送受波器１２１を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図（Ｘ－Ｚ平面における断面図）を示している。

図３０に示すように、振動送受波器１２１は、有天筒状金属ケース１２９と、有天筒状金属ケース１２９の天部内壁面１３０に配置された振動手段１３１と、有天筒状金属ケース１２９の天部外壁面１３２に配置された、実施の形態１で説明した振動伝搬部材２、または実施の形態２で説明した振動伝搬部材４２、または、実施の形態３で説明した振動伝搬部材６０、または実施の形態４で説明した振動伝搬部材７５、または実施の形態５で示した振動伝搬部材８５、または、実施の形態６で示した振動伝搬部材１０２のいずれかを配置する。

天部内壁面１３０は、有天筒状金属ケース１２９内側の天面（Ｚ軸負方向側の表面）であり、天部外壁面１３２は有天筒状金属ケース１２９外側の天面（Ｚ軸正方向側の表面）である。

振動手段１３１は、振動手段１３１の振動伝搬方向に対し平行に溝１３３を備え、振動伝搬部材１２２の垂直隔壁１２５と、振動手段１３１の溝１３３とが概平行であるように配置する。

端子１３７は金属材料で形成され、端子板１３５、有天筒状金属ケース１２９を介して、振動手段１３１の一方の電極１３６に電気的に接続されている。端子１３４は、端子１３７とは、絶縁シール材１３８を介して絶縁され、振動手段１３１の他方の電極１４０と、導電ゴム導電部１３９を介して電気的に接続されている。導電ゴム導電部１３９は概ね円筒状であり、外周には導電ゴム絶縁部１４１を備え、導電ゴム導電部１３９と端子板１３５および端子１３４とは電気的に絶縁されている。導電ゴム導電部１３９および、導電ゴム絶縁部１４１は端子板１３５によって上方向（Ｚ軸正方向）に押圧されている。なお、以降の説明では、有天筒状金属ケース１２９の天部外壁面１３２に振動伝搬部材１２２が接合されているものとして説明する。

［７－２．振動送受波器の製造手順］
次に、図３１を用いて、振動送受波器１２１の製造手順を説明する。

図３１は、実施の形態４における振動送受波器１２１の製造手順を示す断面図である。

図３１（ａ）に示すように、まず、実施の形態２で説明した振動伝搬部材４２を用意する。並行して、図３１（ｂ）に示すように、振動手段１３１の上面（Ｚ軸正方向側の面）に接合体１４３として用いる熱硬化性接着剤を塗布形成し、有天筒状金属ケース１２９の天部外壁面１３２にも同様の接合体１４４を塗布形成する。次に、図３１（ｃ）に示すように、振動手段１３１の上に有天筒状金属ケース１２９を重ねて振動手段１３１の上面（Ｚ軸正方向側の面）と有天筒状金属ケース１２９の天部内壁面１３０とを接合体１４３を間に挟んで貼り合わせる。また、有天筒状金属ケース１２９の上に振動伝搬部材１２２を重ねて有天筒状金属ケース１２９の天部外壁面１３２と振動伝搬部材１２２の底板４７（Ｚ軸負方向側の面）とを接合体１４４を間に挟んで貼り合わせる。このとき、振動手段１３１、有天筒状金属ケース１２９、および振動伝搬部材１２２に、約１ｋｇ／ｃｍ＾２から１０ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力を加えた状態で加熱を行い、熱硬化性接着剤を硬化させる。これにより、有天筒状金属ケース１２９に振動伝搬部材１２２と振動手段１３１とが固着される。

次に、図３１（ｄ）に示すように、以上の工程によって加熱硬化され相互に接合された振動伝搬部材１２２と有天筒状金属ケース１２９と振動手段１３１との接合物の開口端に、導電ゴム１４５を挿入した端子板１３５を下から重ね合わせ、有天筒状金属ケース１２９のフランジと端子板１３５の周縁部とを溶接する。この溶接時に、端子板１３５と有天筒状金属ケース１２９とで囲まれた密閉空間にアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを封入する。これにより、振動手段１３１の電極の劣化、振動手段１３１と有天筒状金属ケース１２９との接合部分の劣化を軽減することができる。

有天筒状金属ケース１２９を形成する材料は、鉄、真鍮、銅、アルミ、ステンレス、あるいは、これらの合金、あるいはこれらの金属の表面にめっきを施した金属などの導電性を有する材料であれば良い。

接合体１４３、１４１として用いた熱硬化性接着剤は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂など熱硬化性樹脂であればよく、特に限定されない。場合によっては、熱可塑性樹脂であっても、ガラス転移点が振動送受波器１２１の使用温度の上限として定められた温度である高温使用温以上（例えば、７０℃以上）であれば、
接着剤として使用できる。

このようにして、図３１（ｅ）に示すように、振動送受波器１２１は完成状態となる。

［７－１－３．振動送受波器の効果］
以上のように、本実施の形態において、振動送受波器１２１は、有天筒状金属ケース１２９と、有天筒状金属ケース１２９の天部内壁面１３０に配置された振動手段１３１と、有天筒状金属ケース１２９の天部外壁面１３２に配置された、実施の形態１から３で説明した振動伝搬部材のいずれか一つを備える構成とする。これにより、本開示の振動送受波器１２１を、振動伝搬部材の構成要素である、垂直隔壁の厚み、垂直隔壁間の距離、天板の厚みになどで形成される膜構造で誘発される共振周波数制御でき、振動手段張り付けた振動送受波器１２１とした場合に、送受信する振動の周波数を自在に制御することが可能で、設計自由度の高い振動伝搬部材とすることができる。

また、振動送受波器の内部構造によって形成される空間を密閉空間とすることで、計測対象として、腐食性流体、あるいは高温高湿流体に対しても、濃度を直接計測することが可能となる。

本開示は、気体の流量、流速及び濃度を計測する超音波流量計、流速計、濃度計に適用可能である。具体的には、家庭用流量計、医療用麻酔ガス濃度計、燃料電池用水素濃度計などに本開示は適用可能である。

１、１ａ、１ｂ 振動手段
２、２ａ、２ｂ 振動伝搬部材
３ 天板
４ 側壁
５ 垂直隔壁
６ 密閉空間
７ 膜構造
８ 膜構造
９ 膜構造
１０ 金属板
１１ 金属板
１２ 金属板
１４、１４ａ、１４ｂ 振動送受波器
１５ 電極
１６ 電極
１７ 接合体
１８ リード線
１９ リード線
２３ 流量計
２４ 流速計
２５ 流路
２６ 超音波送受波器
２７ 超音波送受波器
２８ 計時装置
２９ 演算手段
３０ 濃度計
３１ 筐体
３２ 通気孔
３３ 超音波送受波器
３４ 超音波送受波器
３５ 温度センサ
３６ 計時装置
３７ 演算手段
４１ 振動手段
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ 振動伝搬部材
４３ 天板
４４ 側壁
４５ 垂直隔壁
４６ 密閉空間
４７ 底板
４８ 膜構造
４９ 膜構造
５０ 金属板
５１ 金属板
５２ 金属板
５５ 屈曲部
５７ 垂直隔壁
５８垂直隔壁
５９ 振動手段
６０ 振動伝搬部材
６１ 天板
６２ 側壁
６３ 垂直隔壁
６５ 底板
６６ 水平隔壁
６７ 密閉空間
６８ 膜構造
６９ 膜構造
７０ 金属板
７１ 金属板
７２ 金属板
７５ 振動伝搬部材
７６ 天板
７７ 側壁
７８ 垂直隔壁
８０ 底板
８１ 水平隔壁
８２ 密閉空間
８３ 膜構造
８４ 膜構造
８５ 振動伝搬部材
８６ 天板
８７ 側壁
８８ 垂直隔壁
９０ 底板
９２ 密閉空間
９３ 膜構造
９４ 膜構造
９６ 金属板
９７ 金属板
９８ 金属板
９９ 金属板
１０１ 振動手段
１０２ 振動伝搬部材
１０４ 側壁
１０５ 垂直隔壁
１０６ 密閉空間
１０７ 底板
１０８ 膜構造
１０９ 膜構造
１１０ 天板
１１１ 天板
１１３ 膜構造密閉空間
１１４ 膜構造密閉空間
１１５ 金属板
１１６ 金属板
１１７ 金属板
１１８ 金属板
１１９ 金属板
１２１ 振動送受波器
１２２ 振動伝搬部材
１２３ 天板
１２４ 側壁
１２５ 垂直隔壁
１２６ 密閉空間
１２７ 底板
１２９ 有天筒状金属ケース
１３０ 天部内壁面
１３１ 振動手段
１３２ 天部外壁面
１３３ 溝
１３４ 端子
１３５ 端子板
１３６ 電極
１３７ 端子
１３８ 絶縁シール材
１３９ 導電ゴム導電部
１４０ 電極
１４１ 導電ゴム絶縁部
１４３ 接合体
１４４ 接合体
１４５ 導電ゴム

Claims (25)

1. 振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、
   前記振動伝搬部材は、天板と、側壁と、前記天板に対し概垂直に配置した垂直隔壁とで形成され、
   前記天板と前記垂直隔壁とで形成される複数の膜構造で発生する振動を用いた振動伝搬部材。
2. 前記振動伝搬部材は、
   前記天板と、前記垂直隔壁と、前記振動手段とで少なくとも一部を密閉空間とした請求項１記載の振動伝搬部材。
3. 振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、
   前記振動伝搬部材は、天板と、底板と、側壁と、前記天板および底板に対し概垂直に配置した垂直隔壁とで形成され、
   前記天板と前記垂直隔壁とで形成される複数の膜構造で発生する振動を用いた振動伝搬部材。
4. 前記振動伝搬部材は、前記天板と、前記底板と、垂直隔壁とで形成される空間の少なくとも一部を密閉空間とした請求項３に記載の振動伝搬部材。
5. 振動手段の一つの面に接合して動作する振動伝搬部材であって、
   前記振動伝搬部材は、天板と、底板と、前記振動伝搬部材の側壁と、前記天板および底板に対し概垂直に配置した垂直隔壁と、前記天板および底板に対し概水平に配置した水平隔壁と、で形成され、
   前記天板と前記垂直隔壁とで形成される複数の膜構造で発生する振動を用いた振動伝搬部材。
6. 前記振動伝搬部材は、前記天板と垂直隔壁と水平隔壁のいずれかの面で形成される空間の少なくとも一部を、密閉空間とした請求項５に記載の振動伝搬部材。
7. 前記複数の膜構造は、異なる垂直隔壁間の距離で形成した請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
8. 前記複数の膜構造は、振動伝搬方向に対し垂直断面方向の複数の垂直隔壁形状を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
9. 前記複数の膜構造は、異なる厚みの天板を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
10. 前記複数の膜構造は、異なる密閉空間内部圧力とした請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
11. 前記複数の膜構造は、密閉空間内部に異なる充填物質を充填した請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
12. 前記複数の膜構造は振動伝搬部材の異なる振動伝搬方向厚みを備える請求項１から６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
13. 前記垂直隔壁は、前記側壁とつながらない部分を有する構造とした、請求項１から１２の
    いずれか１項に記載の振動伝搬部材。
14. 前記垂直隔壁は、壁厚が振動伝搬方向で異なることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
15. 前記垂直隔壁は、壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化することを特徴とする請求項１４に記載の振動伝搬部材。
16. 前記垂直隔壁は、壁厚が振動伝搬方向で異なり、壁厚が徐々に変化し、壁厚の厚みの大小を繰り返すことを特徴とする請求項１４記載の振動伝搬部材。
17. 前記垂直隔壁は、壁厚が厚み方向で積層する位置をずらすことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
18. 前記振動伝搬部材は、同一材料の複数のパターン形成した板材を積層し、層間を直接接合したことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
19. 前記振動伝搬部材は、
    複数のパターン形成した板材を積層し、層間を接合材で接合したことを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の振動伝搬部材。
20. 振動手段と、前記振動手段の一つの面に接合した請求項１から１９のいずれか１項に記載の振動伝搬部材とを備える振動送受波器。
21. 有天筒状金属ケースと、前記有天筒状金属ケースの天部外壁面に接合した請求項１から１９のいずれか１項に記載の振動伝搬部材と、前記有天筒状金属ケースの天部内壁面に、振動手段を備える振動送受波器。
22. 前記振動手段は圧電体とし、前記圧電体の振動伝搬方向に対し平行に溝を形成し、前記圧電体の溝とは概平行であることを特徴とする請求項２０または２１に記載の振動送受波器。
23. 前記振動伝搬部材の製造方法であって、
    前記振動伝搬部材は、金属板にパターンを形成する工程と、パターン形成した金属板を積層する工程と、
    前記積層した金属板を高温で荷重を加え複数の金属板を直接接合する工程とが順に施されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の振動伝搬部材の製造方法。
24. 被計測流体を通じる流路と、前記流路に対向するように取り付けられた請求項２０から２２のいずれか１項に記載の一対の振動送受波器と、前記振動送受波器により送信された信号の到達時間を計時する計時装置と、前記計時装置により求めた到達時間より、流速、流量を演算する演算手段とを備える流量計、流速計。
25. 被計測流体である混合ガスを通じる通気口を備える筐体と、前記筐体内部に所定の距離を離し対向して配置した請求項２０から２２のいずれか１項に記載の一対の振動送受波器と、前記筐体内部に配置した温度センサと、前記振動送受波器により送信された信号の到達時間を計時する計時装置と、前記計時装置により求めた到達時間より、伝搬速度、混合ガスの平均分子量、ガス濃度を演算する演算手段とを備える濃度計。

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