WO2021200925A1 - 超音波送受波器並びに超音波流量計、超音波流速計、超音波濃度計、及び製造方法 - Google Patents

超音波送受波器並びに超音波流量計、超音波流速計、超音波濃度計、及び製造方法 Download PDF

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ultrasonic
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昌道 橋田
知樹 桝田
中林　裕治
永原　英知
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Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic wave transmitter / receiver and a measuring instrument that measures a flow rate, a flow velocity, or a concentration of a fluid using an ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • Patent Document 1 discloses an ultrasonic wave transmitter / receiver 51 having an acoustic matching body having high sensitivity, mechanical strength, and heat resistance for transmitting and receiving ultrasonic waves.
  • FIG. 15A is a plan view showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver 51.
  • FIG. 15B is a VA-VA line cross-sectional view of the ultrasonic wave transmitter / receiver 51 shown in FIG. 15A.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 51 has a predetermined thickness, a joint surface 55 to be joined to the ultrasonic source 54 is formed on one surface, and a sound wave is formed on the other surface.
  • It is provided with an acoustic matching layer including a plate-shaped base material on which a vibrating surface 56 is formed, and at least a dense portion 52 and a recess 53 partially provided on the vibrating surface 56 toward the joint surface 55. ..
  • FIG. 16 is a diagram showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • one main surface 61 of the acoustic matching layer 60 has an edge 62 fixed to the upper end surface of the tubular case 63, and the other main surface 64 of the acoustic matching layer 60 is formed.
  • the first waterproof material 65 Covered by the first waterproof material 65, the side surface 66 of the acoustic matching layer 60 is covered with the second waterproof material 67, and the second waterproof material 67 is near the edge of the other main surface 64 of the acoustic matching layer 60.
  • 68 discloses an ultrasonic wave transmitter / receiver characterized in that it is joined to the first waterproof material 65 without a gap and is joined to the case 63 without a gap on the side surface 69 of the case 63.
  • FIG. 17 is a diagram showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • Patent Document 3 describes a matching member having a dense layer 72 laminated on the surface of the porous body 70 and made of a thermosetting resin and flow-suppressing particles, and a sound wave radiation surface 73 and the porous body 70.
  • the side wall member 75 is in close contact with the outer peripheral wall surface of the body, and the porous body 74 is sealed by the dense layer 72 and the side wall member 75, and the side wall member 75 has a thickness in the radial direction in the sound wave radiation direction.
  • the present disclosure describes an ultrasonic wave transmitter / receiver capable of measuring a fluid stably and with high accuracy for a long period of time even if the fluid to be measured is a hot and humid fluid, and the ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • an ultrasonic flow meter an ultrasonic flow meter, and an ultrasonic densitometer used.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver in the present disclosure is an ultrasonic wave transmitter / receiver including a piezoelectric body and an acoustic matching body arranged on one surface of the piezoelectric body.
  • the acoustic matching body includes a top plate, a bottom plate, and a side wall that form a closed space, and a vertical partition wall that is in close contact with the top plate and the bottom plate and is formed substantially perpendicular to the bottom plate so as to divide the closed space. Be prepared.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver in the present disclosure includes a piezoelectric body and an acoustic matching body arranged on one surface of the piezoelectric body.
  • the acoustic matching body includes a top plate, a bottom plate, and a side wall forming a closed space, and is formed so that the closed space is divided. Therefore, corrosion deterioration occurs from the outer periphery of the acoustic matching body, and even if a high-humidity fluid invades the inside of the acoustic matching body through the gap generated by the corrosion deterioration, since there are a plurality of partition walls, the invading moisture can enter the acoustic matching body. Spreading throughout is suppressed.
  • the ultrasonic flowmeter using this ultrasonic wave transmitter / receiver can measure the flow rate of the high-temperature and high-humidity fluid stably for a long period of time with high accuracy.
  • an ultrasonic current meter using this ultrasonic wave transmitter / receiver can stably measure the flow velocity of a high-temperature and high-humidity fluid over a long period of time with high accuracy.
  • the ultrasonic densitometer using this ultrasonic wave transmitter / receiver can measure the concentration of high-temperature and high-humidity fluid stably and with high accuracy for a long period of time.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the manufacturing procedure of the acoustic matching body according to the first embodiment using a perspective view.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the ultrasonic densitometer according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the
  • FIG. 7 is a diagram showing the manufacturing procedure of the acoustic matching body according to the fourth embodiment using a perspective view.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the acoustic matching body according to the fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the sixth embodiment using a cross-sectional view.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view and a plan view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13C is a diagram showing a manufacturing procedure of another example ultrasonic wave transmitter / receiver according to the seventh embodiment by using a cross-sectional view.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the eighth embodiment.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the eighth embodiment.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the acoustic matching body according to the eighth embodiment.
  • FIG. 15A is a plan view showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • FIG. 15B is a VA-VA line cross-sectional view of the ultrasonic wave transmitter / receiver shown in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is a diagram showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • FIG. 17 is a diagram showing a conventional ultrasonic wave transmitter / receiver.
  • the fluid to be measured was efficiently superposed. It is necessary to propagate the sound wave. For that purpose, it is necessary to control the physical characteristics of the acoustic matching body interposed between the fluid to be measured and the piezoelectric body.
  • the product of density and speed of sound which is the definition of acoustic impedance in a substance, indicates the momentum of the substance that constitutes the minute unit element of that substance. That is, assuming that the momentum of the substance constituting the minute unit element is ⁇ P, the mass is ⁇ M, and the velocity is V, the following equation (1) is shown from the definition of momentum.
  • ⁇ P (momentum) ⁇ M ⁇ V (acoustic impedance) ⁇ ⁇ ⁇ (1) From this, it can be seen that the acoustic impedance is the momentum of the substance that constitutes the minute unit element.
  • V ( ⁇ / ⁇ ) 1/2 ... (2)
  • ⁇ is the bulk modulus and ⁇ is the density. That is, the speed of sound of a substance is uniquely determined by the bulk modulus and the density. From this, it can be seen that it is difficult to intentionally control the speed of sound.
  • a closed space is formed by a top plate, a bottom plate, and a side wall, and a vertical partition wall formed approximately perpendicular to the top plate and the bottom plate is provided inside the closed space.
  • the vertical partition wall is formed in close contact with the top plate and the bottom plate so as to divide the closed space.
  • the acoustic impedance of the acoustic matching body becomes large and the propagation efficiency of ultrasonic waves from the acoustic matching body to the fluid to be measured decreases, and as a result, the measuring instrument provided with the acoustic matching body Performance, such as the flow measurement performance of an ultrasonic flow meter, may deteriorate or become unmeasurable.
  • the present disclosure provides an ultrasonic flow meter, an ultrasonic flow meter, and an ultrasonic densitometer capable of measuring the fluid stably and with high accuracy for a long period of time even if the fluid to be measured is a high-temperature and high-humidity fluid. offer.
  • the size of the component parallel to the Z axis may be referred to as "thickness", the positive direction of the Z axis may be referred to as up or up, and the negative direction of the Z axis may be referred to as down or down.
  • the explanations using the X-axis, Y-axis, Z-axis, upper and lower parts are for convenience only to facilitate the understanding of the present disclosure, and the upper and lower parts of the ultrasonic wave transmitter / receiver of the present disclosure are given. It is a relative one that changes depending on the orientation of the installation. Therefore, the present disclosure is not limited by the description using these in the following embodiments.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis).
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 includes an acoustic matching body 2, a piezoelectric body 3, a lead wire 6 connected to an electrode 4 of the piezoelectric body, and a lead connected to an electrode 5 of the piezoelectric body.
  • the wire 7 is provided.
  • the electrode 4 of the piezoelectric body 3 and the acoustic matching body 2 are joined by a bonded body.
  • the electrode 4 and the acoustic matching body 2 are joined by a general adhesive such as an epoxy adhesive, a phenol adhesive, or a cyanoacrylate adhesive. Can be joined.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the acoustic matching body 2 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis).
  • FIG. 2B shows a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 2A, that is, a cross-sectional view obtained by cutting the acoustic matching body 2 in a direction orthogonal to the thickness direction (parallel to the XY plane). (Cross section in XY plane).
  • the acoustic matching body 2 has a top plate 8, a bottom plate 9, a side wall 10, and a vertical partition wall 12.
  • the vertical partition wall 12 is formed so that the top plate 8 and the bottom plate 9 are joined by the side wall 10 to form a closed space 11 and the closed space 11 is further divided into a plurality of closed spaces. It is formed.
  • the vertical partition wall 12 is provided substantially perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9 (extending substantially parallel to the Z axis), and is integrally joined to the top plate 8 and the bottom plate 9.
  • the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12.
  • the acoustic matching body 2 of the first embodiment has two vertical partition walls 12 provided concentrically when the acoustic matching body 2 is viewed from above (parallel to the Z axis). It is provided with eight vertical partition walls 12 provided by extending linearly in the radial direction.
  • the closed space 11 is divided into one circular closed space and 16 fan-shaped closed spaces.
  • the shape and number of the vertical partition walls 12 provided in the closed space 11 are not limited to the shapes and numbers shown in FIG. Other examples of the shape of the vertical bulkhead will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing the manufacturing procedure of the acoustic matching body 2 according to the first embodiment using a perspective view.
  • the manufacturing process of the acoustic matching body 2 proceeds in the order of (a), (b), (c), and (d) shown in FIG.
  • FIG. 3A first, one metal plate 13 or a plurality of metal plates 13 having a size capable of taking out the plurality of metal plates 14a and 14b are prepared.
  • FIG. 3A shows a single metal plate 13.
  • FIG. 3B a plurality of metal plates 14a are produced by patterning the metal plate 13 into a circular shape so as to form the top plate 8 and the bottom plate 9, and the side walls of the acoustic matching body 2 are formed.
  • a plurality of metal plates 14b in which 10 and the vertical partition wall 12 are patterned are produced from the metal plate 13.
  • the metal plates 14a and 14b are formed so that the outer shape is circular (disk-shaped) when viewed from above (when viewed in parallel with the Z axis).
  • the outer shape of the metal plates 14a and 14b shown in the present disclosure is not limited to a circular shape (disk shape), but is an elliptical shape or a polygonal shape. May be good.
  • the plurality of metal plates 14a and the plurality of metal plates 14b are laminated on each other while performing positioning. Specifically, first, a predetermined number of metal plates 14b are laminated on each other. Next, the metal plate 14a is laminated as the top plate 8 on the uppermost surface of the plurality of metal plates 14b laminated to each other (the surface of the metal plate 14b arranged at the most end in the Z-axis positive direction on the Z-axis positive direction side). ..
  • the metal plate 14a is laminated as the bottom plate 9 on the bottom surface of the plurality of metal plates 14b laminated to each other (the surface of the metal plate 14b arranged at the end in the negative direction of the Z axis on the negative direction of the Z axis).
  • the patterned metal plates are joined in a heating and pressurizing environment so that they become an integral material by diffusion joining.
  • the heating temperature for example, in the case of stainless steel, the melting point is about 1500 ° C., while the temperature at the time of diffusion bonding is about 1000 ° C., so if the plurality of metal plates 14a and 14b laminated to each other are made of stainless steel, they are Is heated to this temperature and pressurized to perform diffusion bonding. Since flatness is required for diffusion bonding, burrs and deformations of the metal plates 14a and 14b are eliminated after the step shown in FIG. 3B depending on the processing method shown in FIG. 3C. Post-processing is required.
  • the acoustic matching body 2 of the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 according to the first embodiment can be produced in which the metal patterning is joined by diffusion bonding.
  • the acoustic matching body is formed so as to have a columnar outer shape is shown.
  • the shape of the acoustic matching body shown in the present disclosure is not limited to a columnar shape, and may be an elliptical column or a polygonal column.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 is an ultrasonic wave transmitter / receiver 1 including the piezoelectric body 3 and the acoustic matching body 2 arranged on one surface of the piezoelectric body 3.
  • a closed space 11 is formed by a top plate 8, a bottom plate 9, and a side wall 10.
  • a vertical partition wall 12 formed substantially perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9 is provided inside the closed space 11. The vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so as to divide the closed space 11.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 of the present disclosure when used in a high temperature and high humidity fluid or a high temperature and high humidity environment, the acoustic matching body 2 is corroded and deteriorated from the outer periphery, and the acoustic matching body generated by the corrosion deterioration is deteriorated. Even if water enters the inside of the closed space 11 through the gap on the outer periphery of 2, the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12, so that the invading water can be applied to the entire acoustic matching body 2. Diffusion is suppressed.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 can operate stably for a long period of time.
  • the method for manufacturing the acoustic matching body 2 includes a step of forming a pattern on the metal plate 13, a step of laminating a plurality of patterned metal plates 14a and 14b to each other, and a plurality of laminated metal plates 14a and 14b. This is a manufacturing method in which the steps of joining the metal plates 14a and 14b to each other by applying a load at a high temperature are sequentially performed.
  • the acoustic matching body 2 can be patterned with high accuracy, and the metal plates can be firmly and tightly joined to each other, and the acoustic matching body 2 can be made stably and accurately. As a result, it is possible to manufacture the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 having less variation in characteristics at the time of mass production.
  • the ultrasonic flow meter 80 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the ultrasonic flowmeter 80 will be described below, the ultrasonic flowmeter 80 can be replaced with the ultrasonic flowmeter 81.
  • the flow rate in the following description may be read as the flow velocity.
  • the measuring instrument shown in FIG. 4 may be a measuring instrument capable of measuring both the flow rate and the flow velocity.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the ultrasonic flow meter 80 according to the second embodiment.
  • the ultrasonic flow meter 80 of the present embodiment is a pair using the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 shown in the first embodiment in the upstream and downstream of the flow path 15 through which the fluid flows.
  • the ultrasonic wave transmitters and receivers 16 and 17 of the above are arranged so as to face each other.
  • the direction in which the fluid flows is indicated by an arrow.
  • the left side is upstream of the flow path 15 and the right side is downstream of the flow path 15.
  • L1 indicated by a broken line arrow in FIG. 4 indicates a propagation path of ultrasonic waves propagating from the ultrasonic wave transmitter / receiver 16 arranged on the upstream side to the ultrasonic wave transmitter / receiver 17.
  • FIG. 4 indicates a propagation path of ultrasonic waves propagating from the ultrasonic wave transmitter / receiver 16 arranged on the upstream side to the ultrasonic wave transmitter / receiver 17.
  • L2 indicated by a broken line arrow indicates a propagation path of ultrasonic waves propagating from the ultrasonic wave transmitter / receiver 17 arranged on the downstream side to the ultrasonic wave transmitter / receiver 16.
  • the ultrasonic flow meter 80 of the present embodiment is a time measuring device to which ultrasonic wave transmitters and receivers 16 and 17 are connected to measure the arrival time of ultrasonic waves from one of the ultrasonic wave transmitters and receivers 16 and 17 to the other. 18 and a calculation unit 19 for calculating the flow rate of the fluid flowing through the flow path 15 from the arrival time of the ultrasonic wave obtained by the time measuring device 18 connected to the time measuring device 35.
  • the ultrasonic flowmeter 81 When the measuring instrument shown in FIG. 4 is an ultrasonic flowmeter 81, the ultrasonic flowmeter 81 has the same configuration as the ultrasonic flowmeter 80, but the arithmetic unit 19 has the ultrasonic flowmeter obtained by the time measuring device 18.
  • the flow velocity of the fluid flowing through the flow path 15 is calculated from the arrival time of the sound wave.
  • the calculation unit 19 may be configured to calculate both the flow velocity and the flow rate of the fluid flowing through the flow path 15.
  • the ultrasonic flow meter 80 has a flow path 15 through which the fluid to be measured flows and a pair of ultrasonic wave transmitters 16 and 17 arranged opposite to each other upstream and downstream of the flow path 15. And the time measuring device 18 for measuring the arrival time of the ultrasonic signal from one of the pair of ultrasonic wave transmitters and receivers 16 and 17 to the reception of the ultrasonic wave, and the arrival of the ultrasonic wave obtained by the time measuring device 18.
  • a calculation unit 19 for calculating the flow rate of the fluid to be measured flowing through the flow path 15 from time is provided.
  • the ultrasonic flowmeter 81 has the same configuration as the ultrasonic flowmeter 80, but the arithmetic unit 19 is obtained by the time measuring device 18.
  • the flow velocity of the fluid to be measured flowing through the flow path 15 is calculated from the arrival time of the sound wave.
  • the ultrasonic flow meter 80 or the ultrasonic flow meter 81 of the present disclosure is used in a high temperature and high humidity fluid or a high temperature and high humidity environment, corrosion deterioration occurs on the outer periphery of the acoustic matching body 2. Even if moisture infiltrates into the closed space 11 through the gap on the outer periphery of the acoustic matching body 2 caused by the corrosion deterioration, the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12 and therefore invades. It is suppressed that the resulting water is diffused throughout the acoustic matching body 2.
  • the ultrasonic flow meter 80 can measure the flow rate of the fluid to be measured stably and with high accuracy even if the high temperature and high humidity fluid is used for a long period of time. Further, the ultrasonic current meter 81 can measure the flow velocity of the fluid to be measured stably and with high accuracy even if the high temperature and high humidity fluid is used for a long period of time.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing an example of the configuration of the ultrasonic densitometer 90 according to the third embodiment.
  • the ultrasonic densitometer 90 of the present disclosure includes a housing 30 having a concentration measuring space 37 for measuring a fluid concentration, and the housing 30 is provided with a ventilation hole 31 for ventilating the fluid to be measured.
  • the shape of the concentration measurement space 37 in the housing 30 is, for example, a rectangular parallelepiped shape, a cylindrical shape, or the like.
  • the concentration measurement space 37 does not necessarily have to be surrounded in all directions by the wall of the housing 30, and may be at least a space in which ultrasonic waves can be transmitted and received between the pair of ultrasonic wave transmitters and receivers 32 and 33.
  • a part of the housing 30 may be defective, and the concentration measurement space 37 may be opened to the outside of the housing 30 at the defective portion.
  • a pair of ultrasonic wave transmitters / receivers 32 and 33 using the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 1 described in the first embodiment are arranged so as to face each other. Further, the temperature sensor 34 is housed in the concentration measurement space 37.
  • the ultrasonic wave transmitters and receivers 32 and 33 are connected to the time measuring device 35, and the time measuring device 35 and the temperature sensor 34 are connected to the calculation unit 36.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 32 When the ultrasonic wave transmitter / receiver 32 is used as an ultrasonic wave transmitter, the ultrasonic wave transmitter / receiver 32 transmits ultrasonic waves based on the operation of the time measuring device 35. In that case, the ultrasonic wave transmitter / receiver 33 functions as an ultrasonic wave receiver. The ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic wave transmitter / receiver 32 propagate in the fluid to be measured that fills the concentration measurement space 37, and the ultrasonic wave transmitter / receiver 33 used as the ultrasonic wave receiver receives the ultrasonic waves. ..
  • the time measuring device 35 measures the propagation time from when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitter / receiver 32 to when it is received by the ultrasonic wave transmitter / receiver 33, and is based on a predetermined ultrasonic wave propagation distance L. , Obtain the propagation velocity Vs of ultrasonic waves.
  • the propagation velocity Vs of ultrasonic waves propagating in the mixed gas is the average molecular weight M, the specific heat ratio ⁇ , the gas constant R, and the gas temperature of the mixed gas, as represented by the following equation (6). Determined by T (K).
  • the average molecular weight can be obtained by measuring the speed of sound and temperature.
  • the gas concentration obtained from the average molecular weight M can be calculated by measuring the gas temperature T and the propagation velocity Vs to obtain the average molecular weight M.
  • the concentration calculation formula is expressed as the following formula (7) in the case of a two-kind mixed ideal gas composed of a and b.
  • a Gas concentration (%) M-mb / ma-mb x 100 ... (7)
  • ma represents the molecular weight of a gas
  • mb represents the molecular weight of b gas.
  • the ultrasonic densitometer 90 is arranged to face the housing 30 provided with the vent for passing the fluid to be measured, and the housing 30 at a predetermined distance from each other.
  • the time measuring device 35 that measures the arrival time of the signal and the arrival time obtained by the time measuring device 35, the propagation speed of the ultrasonic wave propagating in the fluid to be measured, the average molecular weight of the mixed gas, and the gas concentration of the mixed gas are calculated. It includes a calculation unit 36.
  • the ultrasonic densitometer 90 equipped with the ultrasonic wave transmitters and receivers 32 and 33 of the present disclosure is used in a high temperature and high humidity fluid or a high temperature and high humidity environment, corrosion deterioration occurs on the outer periphery of the acoustic matching body 2. Even if water infiltrates into the closed space 11 through the gap at the outer periphery of the acoustic matching body 2 caused by the corrosion deterioration, the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12. Therefore, it is possible to prevent the invading moisture from diffusing into the entire acoustic matching body 2.
  • the ultrasonic densitometer 90 can measure the gas concentration of the fluid to be measured stably and with high accuracy even if the high-temperature and high-humidity fluid is used for a long period of time.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body 20 according to the fourth embodiment. Note that FIG. 6A shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the acoustic matching body 20 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis). Further, FIG. 6A shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the acoustic matching body 20 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis). Further, FIG.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 6A, that is, a cross-sectional view of the acoustic matching body 20 cut in a direction orthogonal to the thickness direction (parallel to the XY plane). (Cross section in XY plane).
  • the acoustic matching body 20 of the present disclosure has a top plate 8, a bottom plate 9, a side wall 10, a vertical partition wall 12, and a horizontal partition wall 39.
  • the closed space 11 is formed by the top plate 8, the bottom plate 9, and the side wall 10.
  • a vertical partition wall 12 is formed inside the closed space 11 approximately perpendicularly to the top plate 8 and the bottom plate 9 (extending substantially parallel to the Z axis), and the top plate 8 and the bottom plate are formed.
  • a horizontal partition 39 is formed approximately horizontally with respect to 9 (extended approximately parallel to the XY plane).
  • the vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so as to divide the closed space 11 into a plurality of closed spaces when the acoustic matching body 20 is viewed from above (parallel to the Z axis). Has been done.
  • the horizontal partition wall 39 divides the enclosed space 11 vertically (along the Z axis) when the acoustic matching body 20 is viewed from the side (parallel to the X-axis and the Y-axis), so that the side wall 10 and the vertical partition wall 12 are divided. It is formed in close contact with.
  • the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12 and the horizontal partition wall 39.
  • the acoustic matching body 20 of the fourth embodiment has two vertical partition walls 12 provided concentrically when the acoustic matching body 20 is viewed from above (parallel to the Z axis) and in the radial direction. Eight vertical partition walls 12 and two disk-shaped horizontal partition walls 39 are provided.
  • the closed space 11 is divided into three circular closed spaces and 48 fan-shaped closed spaces.
  • the shapes and numbers of the vertical partition walls 12 and the horizontal partition walls 39 provided in the closed space 11 are not limited to the shapes and numbers shown in FIG. Other examples of the shape of the vertical bulkhead will be described later.
  • FIG. 7 is a diagram showing the manufacturing procedure of the acoustic matching body 20 according to the fourth embodiment using a perspective view.
  • the manufacturing process of the acoustic matching body 20 proceeds in the order of (a), (b), (c), and (d) shown in FIG.
  • FIG. 7A first, one metal plate 13 or a plurality of metal plates 13 having a size capable of taking out the plurality of metal plates 14a and 14b are prepared.
  • FIG. 7A shows a single metal plate 13.
  • a plurality of metal plates 14a are produced by patterning the metal plate 13 in a circular shape so as to form the top plate 8, the bottom plate 9, and the horizontal partition wall 39, and acoustically.
  • a plurality of metal plates 14b in which the vertical partition wall 12 and the side wall 10 formed substantially perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9 of the matching body 20 are patterned are prepared from the metal plate 13.
  • the metal plate 13 for example, punching processing by pressing the metal plate 13, etching processing by photolithography, laser processing, processing using a discharge wire, or the like can be used.
  • the steps up to this point are the same as the steps described using FIGS. 3A and 3B in the first embodiment, and the shapes of the metal plates 14a and 14b are the same as those described in the first embodiment. be.
  • the plurality of metal plates 14a and the plurality of metal plates 14b are alternately laminated while performing positioning.
  • the metal plate 14a is laminated as the horizontal partition wall 39
  • the metal plate 14b is laminated as the vertical partition wall 12.
  • the metal plates 14a are laminated as the top plate 8 on the uppermost surfaces of the plurality of alternately laminated metal plates 14a and 14b (the surfaces of the metal plates 14b arranged at the most ends in the Z-axis positive direction on the Z-axis positive direction side). do.
  • the metal plate 14a is laminated as the bottom plate 9 on the bottom surface of the plurality of alternately laminated metal plates 14a and 14b (the surface of the metal plate 14b arranged at the end in the negative direction of the Z axis on the negative direction of the Z axis). do.
  • the patterned metal plates are joined in a heating and pressurizing environment so that they become an integral material by diffusion joining.
  • the heating temperature for example, in the case of stainless steel, the melting point is about 1500 ° C., and the temperature at the time of diffusion bonding is about 1000 ° C. Therefore, if the plurality of alternately laminated metal plates 14a and 14b are made of stainless steel, they are used. Is heated to this temperature and pressurized to perform diffusion bonding. Since flatness is required for diffusion bonding, burrs and deformations of the metal plates 14a and 14b are eliminated after the step shown in FIG. 7B depending on the processing method shown in FIG. 7C. Post-processing is required.
  • the acoustic matching body 20 according to the fourth embodiment can be produced by joining the metal patterning by diffusion bonding.
  • the closed space 11 is formed by the top plate 8, the bottom plate 9, and the side wall 10, and the top plate 8 and the top plate 8 and the inside of the closed space 11 are formed.
  • a vertical partition wall 12 formed approximately perpendicular to the bottom plate 9 and a horizontal partition wall 39 formed approximately horizontally with respect to the top plate 8 and the bottom plate 9 are provided inside the closed space 11.
  • the vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so as to divide the closed space 11, and the horizontal partition wall 39 divides the closed space 11 vertically (along the Z axis). , Is formed in close contact with the side wall 10 and the vertical partition wall 12.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver equipped with the acoustic matching body 20 of the present disclosure is used in a high temperature and high humidity fluid or a high temperature and high humidity environment, the acoustic matching body 20 is corroded and deteriorated from the outer periphery, and the corrosion deterioration thereof. Even if moisture infiltrates into the closed space 11 through the gap on the outer periphery of the acoustic matching body 20 generated by the above, the closed space 11 is divided into a plurality of closed spaces by the vertical partition wall 12 and the horizontal partition wall 39. , The invading moisture is suppressed from being diffused to the entire acoustic matching body 20.
  • the apparent density change of the acoustic matching body 20 due to the invading moisture is less likely to occur, so that it is possible to suppress the deterioration of the measurement performance of the measuring instrument using the ultrasonic wave transmitter / receiver provided with the acoustic matching body 20. can.
  • the acoustic matching body 20 used in the ultrasonic wave transmitter / receiver of the present disclosure since the closed space 11 is partitioned by the vertical partition wall 12 and the horizontal partition wall 39, it is a closed space more than the acoustic matching body 2 of the first embodiment. 11 is divided into more enclosed spaces. Therefore, the ultrasonic wave transmitter / receiver using the acoustic matching body 20 can operate stably for a longer period of time.
  • the method for manufacturing the acoustic matching body 20 includes a step of forming a pattern on the metal plate 13, a step of alternately laminating a plurality of patterned metal plates 14a and 14b, and a plurality of laminated metal plates 14a and 14b. This is a manufacturing method in which the steps of joining the metal plates 14a and 14b to each other by applying a load at a high temperature are sequentially performed.
  • the acoustic matching body can be patterned with high accuracy, and the metal plates can be firmly and tightly joined to each other, and the acoustic matching body can be made stably and accurately. As a result, it is possible to manufacture an ultrasonic wave transmitter / receiver with little variation in characteristics during mass production.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver is the ultrasonic flow meter 80 described in the second embodiment, the ultrasonic velocimeter 81, or the ultrasonic densitometer 90 described in the third embodiment. It can be used as a sound wave transmitter / receiver.
  • FIGS. 2, 3, 6 and 7 a pattern different from the shape shown in FIGS. 2, 3, 6 and 7 is illustrated with respect to the pattern of the vertical partition wall 12.
  • the present disclosure is not intended to limit the pattern of the vertical partition wall 12 to the pattern shown in the embodiment.
  • the acoustic matching body shown in the present embodiment is the same as the acoustic matching bodies 2 and 20 shown in the above-described first and fourth embodiments except for the pattern of the vertical partition wall 12, so the description other than the pattern of the vertical partition wall 12 will be described. Is omitted.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the acoustic matching body according to the fifth embodiment. 8 and 9 show a cross-sectional view (cross-sectional view in the XY plane) obtained by cutting the acoustic matching body in a direction orthogonal to the thickness direction (parallel to the XY plane).
  • FIGS. 8 and 9 shows a side wall 10 and a vertical partition wall 12 formed approximately perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9 of the acoustic matching body.
  • the pattern of the vertical partition wall 12 for example, the lattice shape shown in FIG. 8 or the honeycomb shape shown in FIG. 9 can be arbitrarily selected according to the environment in which it is used, the required strength, and the like.
  • a shape in which circular shapes are spread can be selected as the vertical partition wall 12.
  • the thickness of the vertical partition wall 12 formed inside the closed space 11 of the acoustic matching body is preferably formed to be thinner than that of the side wall 10.
  • the vertical partition wall 12 is preferably thinner than the top plate 8 and the bottom plate 9, and the number of partition walls is preferably smaller.
  • corrosion and deterioration proceed from the side wall 10, so that the corrosion resistance is improved by increasing the thickness of the side wall 10.
  • the vertical partition wall 12 formed inside the closed space 11 of the acoustic matching body is formed to be thinner than the side wall 10, so that the acoustic matching body is corroded while suppressing a decrease in the propagation efficiency of ultrasonic waves. It is possible to improve the resistance of the acoustic match to the easy high temperature and high humidity environment.
  • the vertical partition wall 12 In addition to the function of partitioning the closed space 11, the vertical partition wall 12 also functions as a skeleton that resonates with the ultrasonic vibration generated by the piezoelectric body 3.
  • the vertical partition wall 12 and the top plate 8 are firmly joined by diffusion joining. However, when the area of the region divided by the vertical partition wall 12 becomes large, the top plate 8 is bent, so that vibration different from the intended one is generated, and as a result, the propagation efficiency of ultrasonic waves to the fluid to be measured is lowered.
  • Table 1 shows the relationship between the area (mm ⁇ 2) of the region separated by the vertical partition wall 12 and the projected area ratio (%) of the vertical partition wall 12 in the acoustic matching body and the ultrasonic propagation efficiency.
  • the projected area ratio (%) of the vertical partition wall 12 is the total area of the vertical partition wall 12 with respect to the area of the acoustic matching body excluding the side wall 10 when the acoustic matching body is viewed from above (parallel to the Z axis). It shows the ratio of.
  • the ultrasonic wave propagation efficiency means that the larger the numerical value, the higher the propagation efficiency.
  • the area of the region separated by the vertical partition wall 12 is preferably 0.2 mm ⁇ 2 or more, and more preferably 0. More preferably, it is in the range of 30 mm ⁇ 2 to 1.0 mm ⁇ 2.
  • the projected area ratio of the vertical partition wall 12 is preferably 15% or less, more preferably 8 to 13% or less.
  • the thickness of the top plate 8 of the acoustic matching body is made thinner than the thickness of one metal plate (for example, the metal plate 13) forming the pattern, so that the ultrasonic wave propagation efficiency to the fluid to be measured is made higher. can do.
  • the vertical partition wall 12 formed inside the closed space of the acoustic matching body is formed so as to be thinner than the side wall 10.
  • the ultrasonic wave transmitting / receiving wave to a high temperature and high humidity environment where the acoustic matching element is easily corroded.
  • the resistance of the vessel can be improved.
  • the area of each region divided by the vertical partition wall 12 (the area of the region when the acoustic matching body is viewed from above (parallel to the Z axis)) is 1 mm ⁇ 2.
  • the projected area of the vertical partition wall 12 (the total area of the vertical partition wall 12 when the acoustic matching body is viewed from above (parallel to the Z axis)) is the projected area excluding the side wall 10 of the acoustic matching body (acoustic matching body). Is 10% or less of the area of the acoustic matching body excluding the side wall 10 when viewed from above (parallel to the Z axis).
  • the acoustic matching body is formed by superimposing a plurality of metal plates forming a pattern on each other.
  • the acoustic matching body is formed so that the thickness of the top plate 8 is thinner than the thickness of one metal plate (for example, the metal plate 13) forming the pattern.
  • the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver equipped with this acoustic matching body to the fluid to be measured can be further increased.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver is the ultrasonic flow meter 80 described in the second embodiment, the ultrasonic velocimeter 81, or the ultrasonic densitometer 90 described in the third embodiment. It can be used as a sound wave transmitter / receiver.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis).
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 includes a celestial tubular metal case 42, a piezoelectric body 3 arranged on the inner wall surface 42a of the top of the celestial tubular metal case 42, and a celestial tubular metal.
  • the acoustic matching body 2 described in the first embodiment or the acoustic matching body 20 described in the fourth embodiment is provided on the outer wall surface 42b of the top of the case 42.
  • the inner wall surface 42a of the top is the top surface (the surface on the negative side of the Z axis) inside the metal case 42, and the outer wall surface 42b of the top is the top surface (positive direction of the Z axis) outside the metal case 42. Side surface).
  • the terminal 44 corresponds to the lead wire 6 shown in FIG. 1, and is joined to the terminal plate 43 that energizes the terminal 44 and the ceiling-shaped metal case 42. It is electrically connected to the electrode 4 of the piezoelectric body 3 via the metal case 42.
  • the terminal 45 corresponds to the lead wire 7 shown in FIG. 1 and is electrically connected to the electrode 5 of the piezoelectric body 3 via a conductive conductive rubber 47.
  • the through hole 46 provided in the terminal plate 43 is a hole for penetrating the terminal 45, and the terminal 45 penetrates the through hole 46 from the bottom to the top (substantially parallel to the Z axis) to conduct the conductive rubber 47. It is in contact with the central part of the sex.
  • the diameter of the conductive rubber 47 is larger than the diameter of the through hole 46, the outer peripheral portion of the conductive rubber 47 is insulating, and the outer peripheral portion of the conductive rubber 47 is upward (Z-axis positive direction) by the peripheral edge of the through hole 46. It is being pressed.
  • the acoustic matching body 2 is joined to the top outer wall surface 42b of the ceiling-shaped metal case 42, but the acoustic matching body 2 may be replaced with the acoustic matching body 20. ..
  • the description in that case is the same as the following description and will be omitted.
  • an organic adhesive, low melting point glass, solder, brazing, or the like can be used for joining the ceiling-shaped metal case 42.
  • FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 according to the sixth embodiment using a cross-sectional view.
  • the acoustic matching body 2 described in the first embodiment is prepared.
  • a thermosetting adhesive used as the bonding body 40 is applied and formed on the upper surface (the surface on the positive direction side of the Z axis) of the piezoelectric body 3 to form a heavenly tubular metal.
  • a similar joint 41 is applied and formed on the top outer wall surface 42b of the case 42.
  • the ceiling-shaped metal case 42 is superposed on the piezoelectric body 3, and the upper surface (the surface on the Z-axis positive direction side) of the piezoelectric body 3 and the ceiling-shaped metal
  • the inner wall surface 42a of the top of the case 42 is attached with the joint 40 sandwiched between them.
  • the acoustic matching body 2 is superposed on the ceiling-shaped metal case 42, and the top outer wall surface 42b of the ceiling-shaped metal case 42 and the lower surface of the acoustic matching body 2 (the surface on the negative direction side of the Z axis) are formed.
  • the joint body 41 is sandwiched between them and bonded together.
  • the piezoelectric body 3, the cylindrical metal case 42, and the acoustic matching body 2 are heated with a pressure of about 2 kg / cm ⁇ 2 to 10 kg / cm ⁇ 2, and a thermosetting adhesive is applied. To cure. As a result, the acoustic matching body 2 and the piezoelectric body 3 are fixed to the ceiling-shaped metal case 42.
  • the terminal 44 is joined to the terminal plate 43, and the terminal 45 is brought into contact with the central portion of the conductive rubber 47.
  • the material forming the crowned tubular metal case 42 may be a conductive material such as iron, brass, copper, aluminum, stainless steel, an alloy thereof, or a metal having a plated surface of these metals. Just do it.
  • the thermosetting adhesive used as the joints 40 and 41 may be a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a polyester resin, or a melamine resin, and is not particularly limited. In some cases, even if it is a thermoplastic resin, if the glass transition point is higher than the high temperature operating temperature (for example, 70 ° C. or higher), which is the temperature defined as the upper limit of the operating temperature of the ultrasonic transmitter / receiver 21, it is adhered. Can be used as an agent.
  • the high temperature operating temperature for example, 70 ° C. or higher
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 is in a completed state.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view and a plan view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis).
  • FIG. 12B is a plan view of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 as viewed from above (parallel to the Z axis).
  • FIG. 12B shows the relationship between the joint projection surface of the piezoelectric body 3 and the joint projection surface of the side wall 10 in the sixth embodiment.
  • the joint projection surface of the piezoelectric body 3 is a joint surface between the piezoelectric body 3 and the inner wall surface 42a of the top when the ultrasonic wave transmitter 21 is viewed from above (parallel to the Z axis).
  • the joint projection surface of the side wall 10 is the joint surface between the side wall 10 and the outer wall surface 42b of the top when the ultrasonic wave transmitter 21 is viewed from above (parallel to the Z axis).
  • the joint projection surface of the piezoelectric body 3 is referred to as a piezoelectric joint projection surface 48
  • the joint projection surface of the side wall 10 of the acoustic matching body 2 is referred to as a side wall portion joint projection surface 49.
  • the piezoelectric body 3 vibrates to a predetermined frequency by an ultrasonic signal, and the acoustic matching body 2 resonates with this vibration to generate an ultrasonic signal having a large amplitude.
  • ultrasonic waves propagate from the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 to the fluid to be measured.
  • the fluid to be measured is a high temperature and high humidity fluid.
  • a closed space 11 is formed in the acoustic matching body 2 by the top plate 8, the bottom plate 9, and the side wall 10, and the inside of the closed space 11 is formed substantially perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9.
  • a vertical partition wall 12 is provided.
  • the vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so that the closed space 11 is divided by the vertical partition wall 12 and the side wall 10.
  • the side wall 10 preferably has a thickness of 0.3 mm or more in order to further improve the moisture resistance of the acoustic matching body 2.
  • acoustic matching body 2 heavier, and may reduce the propagation efficiency of ultrasonic waves to the fluid to be measured.
  • the joint projection surface of the piezoelectric body 3 onto the celestial tubular metal case 42 that is, the piezoelectric joint projection surface 48 is the side wall portion joint projection surface 49 of the acoustic matching body 2.
  • the piezoelectric body 3 and the acoustic matching body 2 are formed so as to be included in the body. By doing so, it was confirmed by experiments that the reduction of the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 to the fluid to be measured can be suppressed. Therefore, with such a configuration, the thickness of the side wall 10 can be increased to 0.3 mm or more while suppressing the reduction in ultrasonic propagation efficiency, and the moisture resistance of the acoustic matching body 2 can be further improved. It will be possible.
  • the operation of the ultrasonic flow meter 80, the operation of the ultrasonic velocimeter 81, and the operation of the ultrasonic densitometer 90 using the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 in the present embodiment are the operations of the second and third embodiments. Since it is the same as each operation described, the description will be omitted.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 includes the celestial tubular metal case 42 and the piezoelectric body 3 arranged on the inner wall surface 42a of the top of the celestial tubular metal case 42.
  • the configuration includes the acoustic matching body 2 described in the first embodiment, which is arranged on the outer wall surface 42b of the top of the top tubular metal case 42.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 may be configured to include the acoustic matching body 20 described in the fourth embodiment instead of the acoustic matching body 2.
  • the acoustic matching body 2 (or the acoustic matching body 20) is corroded and deteriorated from the outer periphery, and the corrosion deteriorates. Even if moisture infiltrates into the closed space 11 through the gap at the outer periphery of the acoustic matching body 2 (or the acoustic matching body 20) caused by deterioration, the closed space is provided by the vertical partition wall 12 (or the vertical partition wall 12 and the horizontal partition wall 39).
  • the ultrasonic transmitter / receiver 21 provided with the acoustic matching body 2 (or the acoustic matching body 20) It is possible to suppress the deterioration of the measurement performance of the measuring instrument using.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 can operate stably for a long period of time even when used in a high temperature and high humidity fluid or a high temperature and high humidity environment. Further, in the ultrasonic wave transmitter / receiver 21, since the piezoelectric body 3 is sealed by the ceiling-shaped metal case 42 and the terminal plate 43, the electrodes 4 and 5 of the piezoelectric body 3 are corroded and the bonded body 40 is deteriorated. Be hindered. Therefore, the long-term reliability of the measuring instrument using the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 is ensured.
  • the acoustic matching body 20) is formed. This makes it possible to further improve the moisture resistance of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 while suppressing a decrease in the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 to the fluid to be measured.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 is the ultrasonic flow meter 80 described in the second embodiment, the ultrasonic velocimeter 81, or the ultrasonic densitometer 90 described in the third embodiment. It can be used as an ultrasonic transmitter / receiver.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 according to the seventh embodiment.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 includes a piezoelectric body 3, a celestial tubular metal case 42 arranged on one surface of the piezoelectric body 3, and a top portion of the celestial tubular metal case 42. It includes an acoustic matching body 22 arranged on the outer wall surface 42b.
  • the acoustic matching body 22 does not have the bottom plate 9, and the ceiling of the topped tubular metal case 42.
  • the outer wall surface 42b is used as a substitute for the bottom plate 9.
  • the closed space 11 is formed by the top plate 8 and the side wall 10 and the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42.
  • a vertical partition wall 12 formed substantially perpendicular to the top plate 8 of the acoustic matching body 22 and the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42 is provided inside the closed space 11.
  • the joint body 41 described in the sixth embodiment is formed on the top plate 8 of the acoustic matching body 22 and the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42 so as to divide the closed space 11. It is in close contact with each other.
  • the acoustic matching body 22 in the present embodiment is lighter than the acoustic matching bodies 2 and 20 by excluding the bottom plate 9 from the acoustic matching bodies 2 and 20 shown in the first and fourth embodiments. Is possible. As a result, the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 provided with the acoustic matching body 22 to the fluid to be measured can be further improved.
  • the acoustic matching body 22 has substantially the same configuration as the acoustic matching bodies 2 and 20 except that the bottom plate 9 is not provided. That is, in the acoustic matching body 22, an internal space is formed by the top plate 8 and the side wall 10, and the end portion (the end portion on the negative direction side of the Z axis) of the side wall 10 facing the top plate 8 is a topped metal case. The closed space 11 is formed by being in close contact with the outer wall surface 42b of the top of the 42. Except for this point, the acoustic matching body 22 has substantially the same configuration as the acoustic matching bodies 2 and 20, and therefore detailed description thereof will be omitted.
  • the manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 in the present embodiment is as follows, except that the acoustic matching body 22 does not include the bottom plate 9, the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 shown in FIG. 11 of the sixth embodiment. Since it is the same as the manufacturing procedure of, it is omitted. Further, the operation of the ultrasonic flow meter 80, the operation of the ultrasonic doppler current meter 81, and the operation of the ultrasonic densitometer 90 equipped with the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 of the present embodiment will be described in the second and third embodiments. Since it is the same as each operation performed, it is omitted.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 includes the piezoelectric body 3, the celestial tubular metal case 42 arranged on one surface of the piezoelectric body 3, and the celestial tubular metal case. It includes an acoustic matching body 2 arranged on the top outer wall surface 42b of 42.
  • a closed space 11 is formed by the top plate 8 and the side wall 10 and the top outer wall surface 42b of the cylindrical metal case 42, and the top plate of the acoustic matching body 22 is inside the closed space 11.
  • 8 and a vertical partition wall 12 formed approximately perpendicular to the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42. The vertical partition wall 12 is in close contact with the top plate 8 of the acoustic matching body 22 and the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42 so as to divide the closed space 11.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 can be made lighter than the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 described in the sixth embodiment by the amount that the bottom plate 9 is eliminated. As a result, the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 to the fluid to be measured can be further improved.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13A an example in which the acoustic matching body 22 is joined to the top outer wall surface 42b of the topped tubular metal case 42 by the joining body 41 to form the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 is shown in FIG. 13A. It is shown in.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 25 similar to the ultrasonic wave transmitter / receiver 23 without using the junction 41. For example, as shown in FIG.
  • the same acoustic matching body 24 as the acoustic matching body 22 is used, and the top surface of the ceiling-shaped metal case 42 becomes the bottom plate 9 of the acoustic matching body 24.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 25 may be manufactured by integrally forming the metal case 42 and the acoustic matching body 24.
  • FIG. 13C is a diagram showing a manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver 25 according to the seventh embodiment using a cross-sectional view.
  • a metal plate 14a as the top plate 8 and a plurality of metal plates 14b in which the side wall 10 and the vertical partition wall 12 are patterned are laminated.
  • metal plates prepared in a size matching the shape of the topped tubular metal case 42 are laminated as the bottom plate 9. Then, those laminated metal plates are integrated by diffusion bonding.
  • C (a') of FIG. 13 the bottom plate 9 is formed into the shape of the topped tubular metal case 42 by press working.
  • the piezoelectric body 3 is prepared.
  • the ultrasonic wave transmitter / receiver 25 is created by the procedure shown in FIGS. 13C (c), (d), and (e). Note that (c), (d), and (e) in FIG. 13C are the same as those in FIGS. 11 (c), (d), and (e), and thus description thereof will be omitted.
  • the acoustic matching body 26 shown in the present embodiment only the internal structure of the acoustic matching body 26 is different from the acoustic matching body 2 shown in the first embodiment, and other than that, it is substantially different from the acoustic matching body 2. It has the same configuration. Further, the configuration as the ultrasonic wave transmitter / receiver is the same as that of the first, sixth, and seventh embodiments, and thus the description thereof will be omitted.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the acoustic matching body 26 in the eighth embodiment.
  • FIG. 14A (a) shows a cross-sectional view (cross-sectional view in the XX plane) of the acoustic matching body 26 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis).
  • FIG. 14A (b) shows a cross-sectional view taken along the line XA-XA in FIG. 14A (a), that is, a cross-sectional view of the acoustic matching body 26 cut in a direction orthogonal to the thickness direction (parallel to the XY plane). (Cross section in XY plane).
  • the acoustic matching body 26 of the present disclosure has a top plate 8, a bottom plate 9, a side wall 10, a vertical partition wall 12, and a horizontal partition wall 39.
  • the closed space 11 is formed by the top plate 8, the bottom plate 9, and the side wall 10.
  • a vertical partition wall 12 is formed inside the closed space 11 approximately perpendicularly to the top plate 8 and the bottom plate 9 (extending substantially parallel to the Z axis), and the top plate 8 and the bottom plate are formed.
  • a horizontal partition 39 is formed approximately horizontally with respect to 9 (extended approximately parallel to the XY plane).
  • the vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so as to divide the closed space 11 into a plurality of closed spaces when the acoustic matching body 26 is viewed from above (parallel to the Z axis). Has been done.
  • the horizontal partition wall 39 divides the enclosed space 11 vertically (along the Z axis) when the acoustic matching body 26 is viewed from the side (parallel to the X-axis and the Y-axis), so that the side wall 10 and the vertical partition wall 12 are divided. It is formed in close contact with.
  • the vertical partition wall 12 has a partition wall thickness (hereinafter, also simply referred to as “thickness”) when viewed from above (parallel to the Z axis) at the top surface portion 28 rather than the bottom surface portion 29 of the acoustic matching body 26. It is formed to be thin. That is, the thickness of the vertical partition wall 12 gradually decreases from the bottom (bottom plate 9 side) to the top (top plate 8 side), and each closed space divided by the vertical partition wall 12 is below (bottom plate 9 side). It gradually widens from the top (8 side of the top plate).
  • the manufacturing procedure of the acoustic matching body 26 in the present embodiment is omitted because it is the same as the manufacturing procedure of the acoustic matching body 20 described with reference to FIG. 7 in the fourth embodiment. Further, the manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver according to the present embodiment is omitted because it is the same as the manufacturing procedure of the ultrasonic wave transmitter / receiver 21 described with reference to FIG. 11 in the sixth embodiment. Further, the operation of the ultrasonic flow meter 80, the operation of the ultrasonic current meter 81, and the operation of the ultrasonic densitometer 90 in the present embodiment are the same as the operations described in the second and third embodiments, and thus are omitted. ..
  • the closed space 11 is formed by the top plate 8, the bottom plate 9, and the side wall 10, and the top plate 8 and the bottom plate 9 are formed inside the closed space 11.
  • a vertical partition wall 12 formed substantially vertically and a horizontal partition wall 39 formed approximately horizontally with respect to the top plate 8 and the bottom plate 9 are provided inside the closed space 11.
  • the vertical partition wall 12 is formed in close contact with the top plate 8 and the bottom plate 9 so as to divide the closed space 11, and the horizontal partition wall 39 divides the closed space 11 vertically (along the Z axis). , Is formed in close contact with the side wall 10 and the vertical partition wall 12.
  • the vertical partition wall 12 is formed so that the thickness of the partition wall on the top surface portion 28 is thinner than that on the bottom surface portion 29 of the acoustic matching body 2.
  • the acoustic impedance represented by the product of the density of the acoustic matching body and the speed of sound should be set in the sound wave propagation direction. It is most efficient to make it smaller continuously toward it.
  • the metal plates are formed substantially perpendicular to the top plate 8 and the bottom plate 9.
  • the thickness of the vertical partition wall 12 can be arbitrarily controlled according to the position in the vertical direction (position on the Z axis).
  • the apparent density of the acoustic matching body 26 can be continuously reduced in the sound wave propagation direction. Therefore, the design acoustic impedance of the acoustic matching body 26 can be made closer to the theoretical value. As a result, it is possible to improve the ultrasonic wave propagation efficiency from the ultrasonic wave transmitter / receiver using the acoustic matching body 26 to the fluid to be measured. As a result, the resistance of the ultrasonic wave transmitter / receiver to a high temperature and high humidity environment where the acoustic matching body is easily corroded is improved while suppressing a decrease in the propagation efficiency of ultrasonic waves from the ultrasonic wave transmitter / receiver to the fluid to be measured. Can be done.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the acoustic matching body according to the eighth embodiment.
  • FIG. 14B (a) shows a cross-sectional view of the acoustic matching body 27 cut in the thickness direction (parallel to the Z axis), and
  • FIG. 14B (b) shows the line XB-XB in FIG. 14B (a).
  • a cross-sectional view is shown.
  • the horizontal partition wall 39 may be deleted from the acoustic matching body 26 shown in FIG. 14A, and the closed space 11 may be divided only by the vertical partition wall 12 to form the acoustic matching body 27. This also makes it possible to obtain the same effect as that of the acoustic matching body 26 shown in FIG. 14A.
  • the present disclosure is applicable to ultrasonic flowmeters, current meters, and densitometers that measure gas flow rate, flow velocity, and concentration. Specifically, the present disclosure is applicable to a household flow meter, a medical anesthetic gas concentration meter, a hydrogen concentration meter for a fuel cell, and the like.

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Abstract

本開示は、高温高湿流体を長期間にわたって安定して計測できる超音波送受波器、及びこれを用いた超音波送流量計、超音波送流速計、超音波送濃度計を提供する。圧電体（３）と圧電体（３）の一つの面に配置した音響整合体（２）とを備えた超音波送受波器（１）において、音響整合体（２）は、天板と底板と側壁とによって形成された密閉空間と、密閉空間を分割するように、天板と底板とに密着して底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁とを備えている。

Description

超音波送受波器並びに超音波流量計、超音波流速計、超音波濃度計、及び製造方法
　本開示は、超音波送受波器、及び、超音波送受波器を用いて流体の流量、流速または濃度を計測する計測器に関する。
　特許文献１は、超音波の送受信の感度、機械的強度、および耐熱性が高い音響整合体を備える超音波送受波器５１を開示する。図１５Ａは、従来例の超音波送受波器５１を示す平面図である。図１５Ｂは、図１５Ａに示す超音波送受波器５１のＶＡ－ＶＡ線断面図である。図１５Ａ、１５Ｂに示すように、この超音波送受波器５１は、所定の厚みを有し、一方の面に超音波発生源５４に接合される接合面５５が形成され、他方の面に音波を放出する振動面５６が形成された板状の基材と、少なくとも振動面５６に接合面５５に向けて部分的に設けられた密な部分５２と凹部５３と、からなる音響整合層を備える。
　図１６は、従来例の超音波送受波器を示す図である。図１６に示すように、特許文献２は、音響整合層６０の一方主面６１は、縁部６２が筒状のケース６３の上端面に固着され、音響整合層６０の他方主面６４は、第一の防水材６５に覆われ、音響整合層６０の側面６６は、第二の防水材６７に覆われ、第二の防水材６７は、音響整合層６０の他方主面６４の縁部付近６８において、第一の防水材６５に隙間なく接合されるとともに、ケース６３の側面６９において、ケース６３に隙間なく接合されていることを特徴とする超音波送受波器を開示する。
　図１７は、従来例の超音波送受波器を示す図である。図１７に示すように、特許文献３は、多孔質体７０における表面に積層され、熱硬化性樹脂および流動抑制粒子からなる緻密層７２を有する整合部材と、音波放射面７３および多孔質体７０の外周壁面に密着された側壁部材７５と、を有し、緻密層７２および側壁部材７５により多孔質体７４が封止されるとともに、側壁部材７５は音波放射方向に向かって径方向の厚みをほぼ均一設定した超音波送受波器を開示する。
特開２０１９－１２９２１号公報 特開２００２－１３５８９４号公報 特開２０１０－２６８２６２号公報
　本開示は、被計測流体が高温高湿の流体であっても、長期間にわたり安定して高精度に、流体を計測することができる超音波送受波器、及び、この超音波送受波器を用いた超音波流量計、超音波流速計、超音波濃度計を提供する。
　本開示における超音波送受波器は、圧電体と、圧電体の一つの面に配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器である。音響整合体は、密閉空間を形成する天板と底板と側壁と、密閉空間を分割するように、天板と底板とに密着して底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁と、を備える。
　本開示における超音波送受波器は、圧電体と、圧電体の一つの面に配置された音響整合体と、を備える。音響整合体は密閉空間を形成する天板と底板と側壁とを備え、かつ密閉空間が分割されるように形成されている。そのため、音響整合体の外周より腐食劣化が発生し、その腐食劣化により生じた隙間から高湿度の流体が音響整合体内部に浸入したとしても、隔壁が複数あるため、侵入した水分が音響整合体全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、この超音波送受波器を用いた計測器の計測性能の低下を抑制することができる。そのため、この超音波送受波器を用いた超音波流量計は、高温高湿流体の流量を、長期間にわたり安定して高精度に計測することができる。また、この超音波送受波器を用いた超音波流速計は、高温高湿流体の流速を、長期間にわたり安定して高精度に計測することができる。また、この超音波送受波器を用いた超音波濃度計は、高温高湿流体の濃度を、長期間にわたり安定して高精度に計測することができる。
図１は、実施の形態１における超音波送受波器の構成の一例を示す断面図である。 図２は、実施の形態１における音響整合体の構成の一例を示す断面図である。 図３は、実施の形態１における音響整合体の製造手順を斜視図を用いて示す図である。 図４は、実施の形態２における超音波流量計の構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図５は、実施の形態３における超音波濃度計の構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図６は、実施の形態４における音響整合体の構成の一例を示す断面図である。 図７は、実施の形態４における音響整合体の製造手順を斜視図を用いて示す図である。 図８は、実施の形態５における音響整合体の構成の一例を示す断面図である。 図９は、実施の形態５における音響整合体の構成の他の一例を示す断面図である。 図１０は、実施の形態６における超音波送受波器の構成の一例を示す断面図である。 図１１は、実施の形態６における超音波送受波器の製造手順を断面図を用いて示す図である。 図１２は、実施の形態６における超音波送受波器の構成の一例を示す断面図および平面図である。 図１３Ａは、実施の形態７における超音波送受波器の構成の一例を示す断面図である。 図１３Ｂは、実施の形態７における超音波送受波器の構成の他の一例を示す断面図である。 図１３Ｃは、実施の形態７における他の一例の超音波送受波器の製造手順を断面図を用いて示す図である。 図１４Ａは、実施の形態８における音響整合体の構成の一例を示す断面図である。 図１４Ｂは、実施の形態８における音響整合体の構成の他の一例を示す断面図である。 図１５Ａは、従来例の超音波送受波器を示す平面図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに示す超音波送受波器のＶＡ－ＶＡ線断面図である。 図１６は、従来例の超音波送受波器を示す図である。 図１７は、従来例の超音波送受波器を示す図である。
　（本開示の基礎となった知見等）
　本願発明者らが本開示に想到するに至った当時、被計測流体としての可燃性ガスまたは空気等の乾燥気体の流速、流量、または濃度を計測するためには、被計測流体に効率よく超音波を伝搬させる必要がある。そのためには、被計測流体と圧電体との間に介在させる音響整合体の物性をコントロールする必要がある。
　上記の音響整合体に関する物理的解釈を以下に示す。
　ある物質における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、以下の式（１）が示される。
　　　ΔＰ（運動量）＝ΔＭ×Ｖ（音響インピーダンス）・・・（１）
これより、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、超音波発生源となるある物質から隣接する他の物質へ超音波のエネルギー伝播を効率的に行うためには、それら２つの物質の音響インピーダンスが互いに近い値であることが望ましい。
　これらを踏まえて、上記音響整合体にて起こる現象を記述する。
　一般的に物質の音速は、以下の式（２）によって示される。
　　　Ｖ＝（κ／ρ）１／２・・・（２）
ここでκは体積弾性率であり、ρは密度である。即ち、物質の音速は、体積弾性率と密度とにより一意的に決まる。このことから、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、ある物質の音響インピーダンスを低減するためには、その物質の密度を低減することが有効である。
　本開示の音響整合体では、天板、底板、および側壁によって密閉空間が形成され、密閉空間内部に、天板および底板に対して概垂直に形成された垂直隔壁を備える。垂直隔壁は、密閉空間を分割するように、天板と底板とに密着して形成される。こうして、本開示の音響整合体では、見かけ上の密度を低減する方法を採用している。
　また、従来技術では、被計測流体として高温高湿の気体を計測する場合、貫通部（例えば、図１５Ａ、１５Ｂの凹部５３）に水分が混入し、音響整合体の密度が見かけ上大きくなることがある。そのような場合には、音響整合体の音響インピーダンスが大きくなって音響整合体から被計測流体への超音波の伝搬効率が低下してしまい、その結果として、その音響整合体を備える計測器の性能、例えば超音波流量計の流量計測性能、が低下したり、或いは、計測不能となってしまったりする可能性がある。
　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、被計測流体が高温高湿流体であっても、長期間にわたり安定して高精度に、その流体を計測することができる超音波流量計、超音波流速計、超音波濃度計を提供する。
　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～図３を用いて、実施の形態１の超音波送受波器を説明する。
　［１－１．構成］
　図１は、実施の形態１における超音波送受波器１の構成の一例を模式的に示す断面図である。図１では、超音波送受波器１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、超音波送受波器１は、音響整合体２と、圧電体３と、圧電体の電極４に接続されたリード線６と、圧電体の電極５に接続されたリード線７とを備える。圧電体３の電極４と音響整合体２とは接合体で接合されており、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電極４と音響整合体２とを接合することができる。
　次に、図２を用いて音響整合体２の内部構造を説明する。図２は、実施の形態１における音響整合体２の構成の一例を示す断面図である。なお、図２の（ａ）には、音響整合体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線断面図、すなわち音響整合体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２に示すように、音響整合体２は、天板８と、底板９と、側壁１０と、垂直隔壁１２とを有する。音響整合体２では、天板８と底板９とが側壁１０で接合されて密閉空間１１が形成され、かつ、密閉空間１１をさらに複数の密閉された空間に分割するように、垂直隔壁１２が形成されている。垂直隔壁１２は、天板８および底板９に対して概垂直に（Ｚ軸に概平行に延伸して）設けられ、天板８および底板９と一体的に接合されている。
　したがって、密閉空間１１は、図２に示すように、垂直隔壁１２により複数の密閉された空間に区画されている。図2に示す例では、実施の形態１の音響整合体２は、音響整合体２を上から（Ｚ軸に平行に）見たときに、同心円状に設けられた２つの垂直隔壁１２と、径方向に直線状に延伸して設けられた８つの垂直隔壁１２とを備えている。これにより、密閉空間１１は、１つの円形の密閉空間と１６の扇形の密閉空間とに区画されている。なお、密閉空間１１内に設ける垂直隔壁１２の形状および数は何ら図２に示す形状および数に限定されない。垂直隔壁の形状の他の例については後述する。
　［１－２．音響整合体の製造手順］
　次に、図３を用いて、音響整合体２の製造手順を説明する。
　図３は、実施の形態１における音響整合体２の製造手順を斜視図を用いて示す図である。音響整合体２の製造工程は、図３に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。
　図３の（ａ）に示すように、まず複数の金属板１４ａ、１４ｂを取り出せる大きさの一枚の金属板１３または複数の金属板１３を準備する。図３の（ａ）には一枚の金属板１３を示す。次に、図３の（ｂ）に示すように、金属板１３を天板８および底板９とするために円形状にパターニングして複数の金属板１４ａを作製するとともに、音響整合体２の側壁１０と垂直隔壁１２とをパターニングした複数の金属板１４ｂを金属板１３から作製する。金属板１３のパターニングには、例えば、金属板１３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１４ａ、１４ｂ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、本開示に示す金属板１４ａ、１４ｂ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３の（ｃ）に示すように、複数の金属板１４ａと複数の金属板１４ｂとを、位置決めを実施しつつ相互に積層する。具体的には、まず所定枚数の金属板１４ｂを相互に積層する。次に、相互に積層した複数の金属板１４ｂの最上面（Ｚ軸正方向における最も端に配置された金属板１４ｂのＺ軸正方向側の面）に天板８として金属板１４ａを積層する。次に、相互に積層した複数の金属板１４ｂの最底面（Ｚ軸負方向における最も端に配置された金属板１４ｂのＺ軸負方向側の面）に底板９として金属板１４ａを積層する。パターニングした金属板同士を、拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧環境で接合する。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１４ａ、１４ｂがステンレス製であれば、それらをこの温度に加熱して加圧し、拡散接合を行う。拡散接合には、平面性が要求されるので、図３の（ｃ）に示す加工方法によっては、図３の（ｂ）に示す工程の後に、金属板１４ａ、１４ｂのバリや変形を解消する後加工が必要となる。
　以上の製造手順によって、図３の（ｄ）に示すように、各金属パターニングを拡散接合によって接合した、本実施の形態１における超音波送受波器１の音響整合体２を作ることができる。なお、本実施の形態を含む以下の実施の形態では、音響整合体が、円柱状の外形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、本開示に示す音響整合体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。
　［１－３．効果］
　以上のように、本実施の形態において、超音波送受波器１は、圧電体３と圧電体３の一つの面に配置した音響整合体２とを備える超音波送受波器１である。音響整合体２には、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成されている。密閉空間１１内部には、天板８および底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２を備える。垂直隔壁１２は、密閉空間１１を分割するように、天板８と底板９とに密着して形成されている。
　これにより、本開示の超音波送受波器１を、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合に、音響整合体２が外周より腐食劣化し、その腐食劣化により生じた音響整合体２の外周部の隙間から密閉空間１１内部に水分が浸入したとしても、垂直隔壁１２により密閉空間１１が複数の密閉された空間に区画されているため、侵入した水分が音響整合体２全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体２の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、超音波送受波器１を用いた計測器の計測性能の低下を抑制することができる。そのため、超音波送受波器１を、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合でも、超音波送受波器１は長期間にわたって安定して動作することができる。
　また、本実施の形態において、音響整合体２の製造方法は、金属板１３にパターンを形成する工程と、パターン形成した複数の金属板１４ａ、１４ｂを相互に積層する工程と、積層した複数の金属板１４ａ、１４ｂを高温で荷重を加えて相互に接合する工程とが順に実施される製造方法である。
　これにより、音響整合体２を精度よくパターニングでき、かつ、金属板同士を強固に、隙間なく接合することができ、音響整合体２を安定して精度よく作ることができる。その結果として、量産時に特性のばらつきが少ない超音波送受波器１を作製することができる。
　（実施の形態２）
　次に、本実施の形態の超音波流量計８０に関して、図４を用いて説明する。なお、以下では超音波流量計８０について説明するが、この超音波流量計８０を超音波流速計８１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４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。
　［２－１．構成］
　図４は、実施の形態２における超音波流量計８０の構成の一例を模式的に示すブロック図である。
　図４に示す様に、本実施の形態の超音波流量計８０は、流体の流れる流路１５の上流と下流に、実施の形態１に示した超音波送受波器１の構成を用いた一対の超音波送受波器１６、１７が、対向配置された構成となっている。流路１５では流体の流れる向きを矢印で示す。図４の紙面において左側が流路１５の上流であり右側が流路１５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１６から超音波送受波器１７へ伝搬する超音波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１７から超音波送受波器１６へ伝搬する超音波の伝搬経路を示している。また、本実施の形態の超音波流量計８０は、超音波送受波器１６、１７が接続され超音波送受波器１６、１７間の一方から他方への超音波の到達時間を計時する計時装置１８と、計時装置３５が接続され計時装置１８により求められた超音波の到達時間より、流路１５を流れる流体の流量を演算する演算部１９とを備えている。
　なお、図４に示す計測器を超音波流速計８１とする場合、超音波流速計８１は超音波流量計８０と同様の構成であるが、演算部１９は、計時装置１８により求められた超音波の到達時間から、流路１５を流れる流体の流速を演算する。なお、演算部１９は、流路１５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。
　［２－２．流速計、または流量計の計測動作］
　流路１５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超音波の伝搬方向の角度をθとする。超音波送受波器１６を超音波送波器として用い、超音波送受波器１７を超音波受波器として用いたときに、超音波送受波器１６から放出された超音波が超音波送受波器１７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１７から放出された超音波パルスが超音波送受波器１６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１８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、演算部１９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。超音波流量計８０における演算部１９は、上記Ｑ＝ＫＳＶを演算するものである。
　［２－３．効果］
　以上の様に、本実施の形態において、超音波流量計８０は、被計測流体が流れる流路１５と、流路１５の上流と下流に対向配置された一対の超音波送受波器１６、１７と、一対の超音波送受波器１６、１７間の一方から送信され他方に受信されるまでの超音波信号の到達時間を計時する計時装置１８と、計時装置１８により求められた超音波の到達時間より、流路１５を流れる被計測流体の流量を演算する演算部１９とを備える。なお、図４に示す計測器が超音波流速計８１である場合、超音波流速計８１は超音波流量計８０と同様の構成であるが、演算部１９は、計時装置１８により求められた超音波の到達時間より、流路１５を流れる被計測流体の流速を演算する。
　これにより、本開示の超音波流量計８０、または、超音波流速計８１は、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合に、音響整合体２の外周に腐食劣化が発生し、その腐食劣化により生じた音響整合体２の外周部の隙間から密閉空間１１内部に水分が浸入したとしても、垂直隔壁１２により密閉空間１１が複数の密閉された空間に分割されているため、侵入した水分が音響整合体２全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体２の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、超音波流量計８０または超音波流速計８１の計測性能の低下を抑制することができる。そのため、超音波流量計８０は、高温高湿流体を長期間使用したとしても、安定して、高精度に、被計測流体の流量を計測することができる。また、超音波流速計８１は、高温高湿流体を長期間使用したとしても、安定して、高精度に、被計測流体の流速を計測することができる。
　（実施の形態３）
　次に、本実施の形態の超音波を用いた流体の濃度計について図５を用いて説明する。
　［３－１．構成］
　図５は、実施の形態３における超音波濃度計９０の構成の一例を模式的に示すブロック図である。本開示の超音波濃度計９０は、流体濃度を測定するための濃度測定空間３７を有する筐体３０を備えており、筐体３０には、被計測流体を通気するための通気孔３１が設けられている。筐体３０における濃度測定空間３７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３７は、必ずしも筐体３０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、一対の超音波送受波器３２、３３間で超音波を送受信できる空間であればよい。例えば、筐体３０の一部を欠損させ、その欠損部において濃度測定空間３７が筐体３０の外部に開放されていてもよい。
　濃度測定空間３７内に、実施の形態１で説明した超音波送受波器１の構成を用いた一対の超音波送受波器３２、３３を対向するように配置する。さらに、濃度測定空間３７内に温度センサ３４を収容する。超音波送受波器３２、３３は計時装置３５に接続され、計時装置３５および温度センサ３４は演算部３６に接続されている。
　［３－２．濃度計測の動作］
　超音波送受波器３２を超音波送波器として用いる場合、超音波送受波器３２は計時装置３５の動作に基づいて超音波を送信する。その場合、超音波送受波器３３は、超音波受波器として機能する。超音波送受波器３２から送信された超音波は、濃度測定空間３７を満たす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３３は、その超音波を受信する。計時装置３５は、超音波が超音波送受波器３２から送信されてから超音波送受波器３３で受信されるまでの伝搬時間を計測し、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Ｖｓ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Ｖｓは、以下の式（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及びガス温度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。
　　　Ｖｓ＝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Ｖｓを測定して平均分子量Ｍを求めることで、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、以下の式（７）として示される。
　　　ａガスの濃度（％）＝Ｍ－ｍｂ ／ ｍａ－ｍｂ×１００・・・（７）
ここで、ｍａはａガスの分子量を、ｍｂはｂガスの分子量を、表す。
　［３－３．効果等］
　以上の様に、本実施の形態において、超音波濃度計９０は、被計測流体を通す通気口を備える筐体３０と、筐体３０内部に所定の距離を離隔し対向して配置された１対の超音波送受波器３２、３３と、筐体３０内部に配置された温度センサ３４と、一対の超音波送受波器３２、３３間の一方から送信され他方に受信されるまでの超音波信号の到達時間を計時する計時装置３５と、計時装置３５により求められた到達時間より、被計測流体を伝搬する超音波の伝搬速度、混合ガスの平均分子量、および混合ガスのガス濃度を演算する演算部３６とを備える。
　これにより、本開示の超音波送受波器３２、３３を搭載した超音波濃度計９０は、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合に、音響整合体２の外周に腐食劣化が発生し、その腐食劣化により生じた音響整合体２の外周部の隙間から密閉空間１１内部に水分が浸入したとしても、垂直隔壁１２により密閉空間１１が複数の密閉された空間に分割されているため、侵入した水分が音響整合体２全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体２の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、超音波濃度計９０の計測性能の低下を抑制することができる。そのため、超音波濃度計９０は、高温高湿流体を長期間使用したとしても、安定して、高精度に、被計測流体の気体濃度を計測することができる。
　（実施の形態４）
　以下、図６～９を用いて、実施の形態４の超音波送受波器を説明する。
　［４－１．構成］
　本実施の形態の超音波送受波器において、実施の形態１と異なるのは音響整合体の内部構造のみであり、超音波送受波器としての構成は、実施の形態１と同様のため説明を省略する。ここでは、図６を用いて音響整合体の内部構造を説明する。図６は、実施の形態４における音響整合体２０の構成の一例を示す断面図である。なお、図６の（ａ）には、音響整合体２０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６の（ｂ）には、図６の（ａ）におけるＶＩ－ＶＩ線断面図、すなわち音響整合体２０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６に示すように、本開示の音響整合体２０は、天板８と、底板９と、側壁１０と、垂直隔壁１２と、水平隔壁３９とを有する。音響整合体２０では、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成されている。さらに、音響整合体２０においては、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概垂直に（Ｚ軸に概平行に延伸して）垂直隔壁１２が形成され、天板８および底板９に対して概水平に（Ｘ－Ｙ平面に概平行に延伸して）水平隔壁３９が形成されている。垂直隔壁１２は、音響整合体２０を上から（Ｚ軸に平行に）見たときに密閉空間１１を複数の密閉された空間に分割するように、天板８および底板９に密着して形成されている。水平隔壁３９は、音響整合体２０を横から（Ｘ軸、Ｙ軸に平行に）見たときに密閉空間１１を上下に（Ｚ軸に沿って）分割するように、側壁１０および垂直隔壁１２に密着して形成されている。
　したがって、密閉空間１１は、図６に示すように、垂直隔壁１２および水平隔壁３９により複数の密閉された空間に区画されている。図６に示す例では、実施の形態４の音響整合体２０は、音響整合体２０を上から（Ｚ軸に平行に）見たときに同心円状に設けられた２つの垂直隔壁１２および径方向に直線状に延伸して設けられた８つの垂直隔壁１２と、２つの円盤状の水平隔壁３９とを備えている。これにより、密閉空間１１は、３つの円形の密閉空間と４８の扇形の密閉空間とに区画されている。なお、密閉空間１１内に設ける垂直隔壁１２および水平隔壁３９の形状および数は何ら図６に示す形状および数に限定されない。垂直隔壁の形状の他の例については後述する。
　［４－２．音響整合体の製造手順］
　次に、図７を用いて、音響整合体２０の製造手順を説明する。図７は、実施の形態４における音響整合体２０の製造手順を斜視図を用いて示す図である。音響整合体２０の製造工程は、図７に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に進行する。
　図７の（ａ）に示すように、まず複数の金属板１４ａ、１４ｂを取り出せる大きさの一枚の金属板１３または複数の金属板１３を準備する。図７の（ａ）には一枚の金属板１３を示す。次に、図７の（ｂ）に示すように、金属板１３を天板８、底板９、および水平隔壁３９とするために円形状にパターニングして複数の金属板１４ａを作製するとともに、音響整合体２０の天板８、底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２と側壁１０とをパターニングした複数の金属板１４ｂを金属板１３から作成する。金属板１３のパターニングには、例えば、金属板１３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。ここまでの工程は、実施の形態１で図３の（ａ）、（ｂ）を用いて説明した工程と同じであり、金属板１４ａ、１４ｂの形状についても実施の形態１における説明と同様である。
　次に、図７の（ｃ）に示すように、複数の金属板１４ａと複数の金属板１４ｂ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３９として金属板１４ａを、垂直隔壁１２として金属板１４ｂを積層する。そして、交互に積層した複数の金属板１４ａ、１４ｂの最上面（Ｚ軸正方向における最も端に配置された金属板１４ｂのＺ軸正方向側の面）に天板８として金属板１４ａを積層する。次に、交互に積層した複数の金属板１４ａ、１４ｂの最底面（Ｚ軸負方向における最も端に配置された金属板１４ｂのＺ軸負方向側の面）に底板９として金属板１４ａを積層する。パターニングした金属板同士を、拡散接合によって一体的な材料となるように、加熱加圧環境で接合する。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、交互に積層した複数の金属板１４ａ、１４ｂがステンレス製であれば、それらをこの温度に加熱して加圧し、拡散接合を行う。拡散接合には、平面性が要求されるので、図７の（ｃ）に示す加工方法によっては、図７の（ｂ）に示す工程の後に、金属板１４ａ、１４ｂのバリや変形を解消する後加工が必要となる。
　以上の製造手順によって、図７の（ｄ）に示すように、各金属パターニングを拡散接合によって接合した、本実施の形態４における音響整合体２０を作ることができる。
　［４－３．効果］
　以上のように、本実施の形態の超音波送受波器の音響整合体２０は、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成され、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２と、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概水平に形成された水平隔壁３９とを備える。垂直隔壁１２は、密閉空間１１を分割するように、天板８と底板９とに密着して形成され、水平隔壁３９は、密閉空間１１を上下に（Ｚ軸に沿って）分割するように、側壁１０および垂直隔壁１２に密着して形成されている。
　これにより、本開示の音響整合体２０を備えた超音波送受波器を、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合に、音響整合体２０が外周より腐食劣化し、その腐食劣化により生じた音響整合体２０の外周部の隙間から密閉空間１１内部に水分が浸入したとしても、垂直隔壁１２と水平隔壁３９とにより密閉空間１１が複数の密閉された空間に分割されているため、侵入した水分が音響整合体２０全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体２０の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、音響整合体２０を備えた超音波送受波器を用いた計測器の計測性能の低下を抑制することができる。また、本開示の超音波送受波器に用いる音響整合体２０は、密閉空間１１を垂直隔壁１２と水平隔壁３９とで区画している為、実施の形態１の音響整合体２よりも密閉空間１１がより多くの密閉された空間に分割されている。したがって、音響整合体２０を用いた超音波送受波器は、更に長期間にわたって安定して動作することができる。
　また、本実施の形態において、音響整合体２０の製造方法は、金属板１３にパターンを形成する工程と、パターン形成した複数の金属板１４ａ、１４ｂを交互に積層する工程と、積層した複数の金属板１４ａ、１４ｂを高温で荷重を加えて相互に接合する工程とが順に実施される製造方法である。
　これにより、音響整合体を精度よくパターニングでき、かつ、金属板同士を強固に、隙間なく接合することができ、音響整合体を安定して精度よく作ることができる。その結果として、量産時に特性のばらつきが少ない超音波送受波器を作製することができる。
　また、本実施の形態による超音波送受波器は、実施の形態２で説明した超音波流量計８０、または超音波流速計８１、或いは、実施の形態３で説明した超音波濃度計９０の超音波送受波器として用いることができる。
　（実施の形態５）
　次に、超音波送受波器に用いる音響整合体の垂直隔壁１２の他の形状について、実施の形態５として説明する。
　［５－１．垂直隔壁のパターン］
　実施の形態５では、垂直隔壁１２のパターンに関して、図２、３、６、７に示した形状とは異なるパターンを例示する。なお、本開示は、垂直隔壁１２のパターンを実施の形態に示したパターンに限定することを意図していない。なお、本実施の形態に示す音響整合体は、垂直隔壁１２のパターン以外は上述した実施の形態１、４に示す音響整合体２、２０と同様であるので、垂直隔壁１２のパターン以外の説明は省略する。
　図８は、実施の形態５における音響整合体の構成の一例を示す断面図である。図９は、実施の形態５における音響整合体の構成の他の一例を示す断面図である。図８、９には、音響整合体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８、９のそれぞれには、側壁１０と、音響整合体の天板８および底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２とを示している。この垂直隔壁１２のパターンとしては、例えば、図８に示した格子形状、または図９に示したハニカム形状などを、使用する環境または求められる強度等に応じて、任意に選択することができる。図７、８、９に示したパターン以外にも、円形を敷き詰めた形状等も垂直隔壁１２として選択可能である。
　［５－２．隔壁の厚み］
　音響整合体の密閉空間１１内部に形成した垂直隔壁１２の厚みは、側壁１０よりも薄くなるように形成することが好ましい。音響整合体は、より軽量とすることで、被計測流体へ超音波を効率よく伝達するとが可能となる。そのため、天板８および底板９に対して垂直隔壁１２はより薄い方が好ましく、また隔壁の数はより少ない方が好ましい。しかしながら、高温高湿環境で使用する場合、側壁１０から腐食や劣化が進行するため、側壁１０の厚みをより厚くすることで腐食耐性は向上する。
　以上を鑑み、音響整合体の密閉空間１１内部に形成した垂直隔壁１２は、側壁１０よりも薄くなるように形成することで、超音波の伝搬効率の低下を抑えながら、音響整合体が腐食しやすい高温高湿の環境に対する音響整合体の耐性を向上することができる。
　［５－３．隔壁による超音波伝搬効率］
　また、垂直隔壁１２は密閉空間１１を区切る機能に加え、圧電体３で発生した超音波振動に対して共振する骨格としても機能する。垂直隔壁１２と天板８とは拡散接合によって強固に接合されている。しかし、垂直隔壁１２で区切られた領域の面積が大きくなると、天板８にたわみが発生するため、目的と異なる振動が発生し、結果として被計測流体への超音波の伝搬効率が低下する。
　表１は、音響整合体における垂直隔壁１２で区切られた領域の面積（ｍｍ＾２）および垂直隔壁１２の投影面積比（％）と超音波伝搬効率との関係を示している。なお、垂直隔壁１２の投影面積比（％）とは、音響整合体を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの、側壁１０を除く音響整合体の面積に対する、垂直隔壁１２の総面積の割合を示したものである。垂直隔壁１２の投影面積比（％）が大きくなるほど、垂直隔壁１２の厚みが大きい、または垂直隔壁１２の数が多いことを表す。また、超音波伝搬効率は、数値が大きいほど伝搬効率が高いことを表す。
　表１より、被計測流体への超音波伝搬効率を高くするためには、以下のことが好ましいことが分かる。垂直隔壁１２で区切られた領域の面積（音響整合体を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの面積）は、０．２ｍｍ＾２以上とすることが好ましく、より好ましくは、０．３０ｍｍ＾２から１．０ｍｍ＾２の範囲とすることがより好ましい。また、垂直隔壁１２の投影面積比は、１５％以下とすることが好ましく、より好ましくは、８～１３％の範囲内とすることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、音響整合体の天板８の厚みは、パターンを形成した金属板（例えば、金属板１３）１枚あたりの厚みよりも薄くすることで、被計測流体への超音波伝搬効率をより高くすることができる。
　［５－４．効果等］
　本実施の形態において、音響整合体の密閉空間内部に形成した垂直隔壁１２は、側壁１０よりも厚みが薄くなるように形成されている。
　これにより、この音響整合体を備えた超音波送受波器から被計測流体への超音波の伝搬効率の低下を抑制しながら、音響整合体が腐食しやすい高温高湿の環境に対する超音波送受波器の耐性を向上することができる。
　また、本実施の形態の音響整合体は、垂直隔壁１２で区切られた各領域の面積（音響整合体を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの当該領域の面積）を１ｍｍ＾２以下とし、垂直隔壁１２の投影面積（音響整合体を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの垂直隔壁１２の面積の総和）を音響整合体の側壁１０を除く投影面積（音響整合体を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの側壁１０を除く音響整合体の面積）の１０％以下とする。
　これにより、この音響整合体を備えた超音波送受波器から被計測流体への超音波の伝搬効率をより向上することができる。
　また、本実施の形態において、音響整合体は、パターンを形成した複数の金属板を相互に重ね合わせて形成したものである。
　これにより、より複雑な形状の垂直隔壁１２であっても、高精細に作ることができる。これにより、音響整合体を量産したときの特性のバラツキを低減することができる。したがって、この音響整合体を備えた超音波送受波器を、流量計、流速計、または濃度計に用いたときに、高精度な計測が可能となる。
　また、本実施の形態において、音響整合体は、天板８の厚みが、パターンを形成した金属板（例えば、金属板１３）１枚あたりの厚みよりも薄くなるように形成されている。
　これにより、この音響整合体を備えた超音波送受波器から被計測流体への超音波伝搬効率をより高くすることができる。
　また、本実施の形態による超音波送受波器は、実施の形態２で説明した超音波流量計８０、または超音波流速計８１、或いは、実施の形態３で説明した超音波濃度計９０の超音波送受波器として用いることができる。
　（実施の形態６）
　以下、図１０～１２を用いて、実施の形態６を説明する。
　［６－１．構成］
　図１０は、実施の形態６における超音波送受波器２１の構成の一例を示す断面図である。図１０には、超音波送受波器２１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１０に示すように、超音波送受波器２１は、有天筒状金属ケース４２と、有天筒状金属ケース４２の天部内壁面４２ａに配置された圧電体３と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに配置された、実施の形態１で説明した音響整合体２、または、実施の形態４で説明した音響整合体２０とを備える。天部内壁面４２ａは有天筒状金属ケース４２内側の天面（Ｚ軸負方向側の表面）であり、天部外壁面４２ｂは有天筒状金属ケース４２外側の天面（Ｚ軸正方向側の表面）である。端子４４は、図１に示したリード線６に相当し、端子４４と有天筒状金属ケース４２とを通電する端子板４３に接合されており、端子板４３および導電性の有天筒状金属ケース４２を介して圧電体３の電極４に電気的に接続されている。端子４５は、図１に示したリード線７に相当し、導電性の導電ゴム４７を介して圧電体３の電極５に電気的に接続されている。端子板４３に設けられた貫通孔４６は端子４５を貫通させるための孔であり、端子４５は貫通孔４６を下から上に（Ｚ軸に略平行に）貫通して、導電ゴム４７の導電性を有する中央部に接触している。導電ゴム４７の径は貫通孔４６の径よりも大きく、導電ゴム４７の外周部は絶縁性であり、導電ゴム４７の外周部は貫通孔４６の周縁部によって上方向（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４２の天部外壁面４２ｂに音響整合体２が接合されているものとして説明するが、音響整合体２を音響整合体２０に置き換えてもよい。その場合の説明は以下の説明と同様であるので省略する。有天筒状金属ケース４２と音響整合体２と圧電体３との接合には、例えば、有機接着剤、低融点ガラス、半田、またはロウ付け等を用いることができる。
　［６－２．超音波送受波器の製造手順］
　次に、図１１を用いて、超音波送受波器２１の製造手順を説明する。
　図１１は、実施の形態６における超音波送受波器２１の製造手順を断面図を用いて示す図である。
　図１１の（ａ）に示すように、まず、実施の形態１で説明した音響整合体２を用意する。並行して、図１１の（ｂ）に示すように、圧電体３の上面（Ｚ軸正方向側の面）に接合体４０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４２の天部外壁面４２ｂにも同様の接合体４１を塗布形成する。次に、図６の（ｃ）に示すように、圧電体３の上に有天筒状金属ケース４２を重ねて圧電体３の上面（Ｚ軸正方向側の面）と有天筒状金属ケース４２の天部内壁面４２ａとを接合体４０を間に挟んで貼り合わせる。また、有天筒状金属ケース４２の上に音響整合体２を重ねて有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂと音響整合体２の下面（Ｚ軸負方向側の面）とを接合体４１を間に挟んで貼り合わせる。このとき、圧電体３、有天筒状金属ケース４２、および音響整合体２に、約２ｋｇ／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４２に音響整合体２と圧電体３とが固着される。
　次に、図６の（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音響整合体２と有天筒状金属ケース４２と圧電体３との接合物に対して、貫通孔４６の上部に設けた凹部に導電ゴム４７を挿入した端子板４３を下から重ね合わせ、有天筒状金属ケース４２のフランジと端子板４３の周縁部とを溶接する。この溶接時に、端子板４３と有天筒状金属ケース４２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、圧電体３の電極の劣化、圧電体３と有天筒状金属ケース４２との接合部分の劣化を軽減することができる。
　そして、端子４４を端子板４３に接合し、端子４５を導電ゴム４７の中央部に接触させる。
　有天筒状金属ケース４２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４０、４１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、ガラス転移点が超音波送受波器２１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６の（ｅ）に示すように、超音波送受波器２１は完成状態となる。
　［６－３．圧電体の接合投影面と側壁部接合投影面との関係］
　次に、図１２を用いて、音響整合体２と圧電体３との接合面積に関しての関係性を説明する。
　図１２は、実施の形態６における超音波送受波器２１の構成の一例を示す断面図および平面図である。なお、図１２の（ａ）は、超音波送受波器２１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）である。また、図１２の（ｂ）は、超音波送受波器２１を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの平面図である。図１２の（ｂ）には、実施の形態６における圧電体３の接合投影面と側壁１０の接合投影面との関係を示している。なお、圧電体３の接合投影面とは、超音波送受波器２１を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの圧電体３と天部内壁面４２ａとの接合面のことである。側壁１０の接合投影面とは超音波送受波器２１を上から（Ｚ軸に平行に）見たときの側壁１０と天部外壁面４２ｂとの接合面のことである。以下、圧電体３の接合投影面を圧電体接合投影面４８と呼び、音響整合体２の側壁１０の接合投影面を側壁部接合投影面４９と呼ぶ。
　圧電体３は超音波信号によって所定の周波数に振動し、この振動に音響整合体２が共振して大きな振幅の超音波信号が発生する。これにより超音波送受波器２１から被計測流体に超音波が伝搬する。本開示においては、被計測流体が高温高湿の流体であることを想定している。そして、音響整合体２には、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成され、密閉空間１１の内部には、天板８および底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２を備える。そして、この垂直隔壁１２と、側壁１０とで密閉空間１１を分割するように、垂直隔壁１２が天板８と底板９とに密着して形成されている。側壁１０は、音響整合体２の耐湿性をより向上するために、０．３ｍｍ以上の厚みとすることが好ましい。しかし、そのような仕様は、音響整合体２をより重くすることになり、被計測流体への超音波の伝搬効率が低下するおそれがある。
　そこで、図１２の（ｂ）に示すように、圧電体３の有天筒状金属ケース４２への接合投影面、すなわち圧電体接合投影面４８が、音響整合体２の側壁部接合投影面４９に内包されるように、圧電体３および音響整合体２を形成する。こうすることで、超音波送受波器２１から被計測流体への超音波伝搬効率の低減を抑制できることが実験により確認された。したがって、このような構成にすることで、超音波伝搬効率の低減を抑制しつつ、側壁１０の厚みを０．３ｍｍ以上にすることができ、音響整合体２の耐湿性をより向上することが可能となる。
　なお、本実施の形態における超音波送受波器２１を用いた、超音波流量計８０の動作、超音波流速計８１の動作、および超音波濃度計９０の動作は、実施の形態２、３で説明した各動作と同様のため説明を省略する。
　［６－４．効果等］
　以上のように、本実施の形態において、超音波送受波器２１は、有天筒状金属ケース４２と、有天筒状金属ケース４２の天部内壁面４２ａに配置された圧電体３と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに配置された、実施の形態１で説明した音響整合体２と、を備える構成とする。なお、超音波送受波器２１は、音響整合体２に代えて、実施の形態４で説明した音響整合体２０を備える構成としてもよい。
　これにより、本開示の超音波送受波器２１を、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合に、音響整合体２（または音響整合体２０）が外周より腐食劣化し、その腐食劣化により生じた音響整合体２（または音響整合体２０）の外周部の隙間から密閉空間１１内部に水分が浸入したとしても、垂直隔壁１２（または、垂直隔壁１２および水平隔壁３９）により密閉空間１１が複数の密閉された空間に区画されているため、侵入した水分が音響整合体２（または音響整合体２０）全体に拡散することが抑制される。これにより、侵入した水分による音響整合体２（または音響整合体２０）の見かけ上の密度変化が生じにくくなるので、音響整合体２（または音響整合体２０）を備えた超音波送受波器２１を用いた計測器の計測性能の低下を抑制することができる。そのため、超音波送受波器２１は、高温高湿流体、或いは高温高湿環境で使用した場合でも、長期間にわたって安定して動作することができる。さらに、超音波送受波器２１では、圧電体３が有天筒状金属ケース４２と端子板４３とで密閉されているため、圧電体３の電極４、５の腐食および接合体４０の劣化が阻害される。このため、超音波送受波器２１を用いた計測器の長期信頼性が確保される。
　また、本実施の形態では、圧電体接合投影面４８が音響整合体２（または音響整合体２０）の側壁部接合投影面４９に内包されるように、圧電体３および音響整合体２（または音響整合体２０）を形成する。これにより、超音波送受波器２１から被計測流体への超音波伝搬効率の低減を抑制しつつ、超音波送受波器２１の耐湿性をより向上することが可能となる。
　また、本実施の形態による超音波送受波器２１は、実施の形態２で説明した超音波流量計８０、または超音波流速計８１、或いは、実施の形態３で説明した超音波濃度計９０の超音波送受波器として用いることができる。
　（実施の形態７）
　以下、図１３Ａを用いて、実施の形態７を説明する。図１３Ａは、実施の形態７における超音波送受波器２３の構成の一例を示す断面図である。
　［７－１．構成］
　図１３Ａに示すように、超音波送受波器２３は、圧電体３と、圧電体３の一つの面に配置された有天筒状金属ケース４２と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに配置された音響整合体２２とを備える。なお、本実施の形態では、音響整合体２２は、実施の形態１、４で説明した音響整合体２、２０とは異なり、底板９を備えておらず、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂを底板９の代わりとして用いる。すなわち、音響整合体２２では、天板８および側壁１０と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂとによって密閉空間１１が形成されている。そして、密閉空間１１内部に、音響整合体２２の天板８および有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに対して概垂直に形成された垂直隔壁１２を備える。垂直隔壁１２は、密閉空間１１を分割するように、音響整合体２２の天板８と有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂとに、実施の形態６で説明した接合体４１を介して密着している。
　本実施の形態における音響整合体２２は、実施の形態１、４に示した音響整合体２、２０から底板９を排除する構成とすることで、音響整合体２、２０よりも軽量化することが可能となる。これにより、音響整合体２２を備えた超音波送受波器２３から被計測流体への超音波伝搬効率をより向上することができる。
　なお、音響整合体２２は、底板９を備えていない点を除き、音響整合体２、２０と実質的に同じ構成である。すなわち、音響整合体２２では、天板８と側壁１０とによって内部空間が形成され、側壁１０の天板８に対向する端部（Ｚ軸負方向側の端部）が有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに密着することによって密閉空間１１が形成される。この点を除き、音響整合体２２は音響整合体２、２０と実質的に同じ構成であるので、詳細な説明は省略する。また、本実施の形態における、超音波送受波器２３の製造手順は、音響整合体２２が底板９を備えていない点を除き、実施の形態６の図１１に示した超音波送受波器２１の製造手順と同様のため省略する。また、本実施の形態の超音波送受波器２３を搭載した超音波流量計８０の動作、超音波流速計８１の動作、および超音波濃度計９０の動作は、実施の形態２、３で説明した各動作と同様のため省略する。
　［７－２．効果等］
　以上のように、本実施の形態において、超音波送受波器２３は、圧電体３と、圧電体３の一つの面に配置された有天筒状金属ケース４２と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに配置された音響整合体２とを備える。音響整合体２には、天板８および側壁１０と、有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂとによって密閉空間１１が形成され、密閉空間１１内部に、音響整合体２２の天板８および有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに対して概垂直に形成された垂直隔壁１２を備える。垂直隔壁１２は、密閉空間１１を分割するように、音響整合体２２の天板８と有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂとに密着している。
　これにより、超音波送受波器２３を、実施の形態６で説明した超音波送受波器２１に比べて、底板９を排除した分だけ軽量化することが可能となる。これにより、超音波送受波器２３から被計測流体への超音波伝搬効率をより向上することができる。
　図１３Ｂは、実施の形態７における超音波送受波器の構成の他の一例を示す断面図である。本実施の形態では、上述したように、音響整合体２２を接合体４１で有天筒状金属ケース４２の天部外壁面４２ｂに接合して超音波送受波器２３を構成する例を図１３Ａに示している。しかし、接合体４１を用いずに、超音波送受波器２３と同様の超音波送受波器２５を構成することもできる。例えば、図１３Ｂに示す様に、音響整合体２２と同様の音響整合体２４を用い、有天筒状金属ケース４２の天面が音響整合体２４の底板９となるように、有天筒状金属ケース４２と音響整合体２４とを一体に構成して超音波送受波器２５を作製しても良い。
　図１３Ｃは、実施の形態７における超音波送受波器２５の製造手順を断面図を用いて示す図である。
　まず、図３を用いて説明した手順で、天板８としての金属板１４ａと、側壁１０と垂直隔壁１２とをパターニングした複数の金属板１４ｂとを積層する。さらに、図１３Ｃの（ａ）に示すように、有天筒状金属ケース４２の形状に合わせた大きさで作成した金属板を底板９として積層する。そして、積層したそれらの金属板を、拡散接合によって一体化する。次に、図１３のＣ（ａ’）に示すように、プレス加工により、底板９を有天筒状金属ケース４２の形状に成形する。並行して、図１３Ｃの（ｂ）に示すように、圧電体３を用意する。次に、図１３Ｃの（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す手順で、超音波送受波器２５を作成する。なお、図１３Ｃの（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、図１１の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）と同様であるので、説明を省略する。
　（実施の形態８）
　以下、図１４Ａ、図１４Ｂを用いて、実施の形態８を説明する。
　［８－１．構成］
　本実施の形態に示す音響整合体２６において、実施の形態１に示した音響整合体２と異なるのは、音響整合体２６の内部構造のみであり、それ以外は音響整合体２と実質的に同じ構成である。また、超音波送受波器としての構成も、実施の形態１、６、７と同様のため説明を省略する。
　次に、図１４Ａを用いて音響整合体２６の内部構造を説明する。
　図１４Ａは、実施の形態８における音響整合体２６の構成の一例を示す断面図である。なお、図１４Ａの（ａ）には、音響整合体２６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１４Ａの（ｂ）には、図１４Ａの（ａ）におけるＸＡ－ＸＡ線断面図、すなわち音響整合体２６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１４Ａに示すように、本開示の音響整合体２６は、天板８と、底板９と、側壁１０と、垂直隔壁１２と、水平隔壁３９とを有する。音響整合体２６では、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成されている。さらに、音響整合体２６においては、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概垂直に（Ｚ軸に概平行に延伸して）垂直隔壁１２が形成され、天板８および底板９に対して概水平に（Ｘ－Ｙ平面に概平行に延伸して）水平隔壁３９が形成されている。垂直隔壁１２は、音響整合体２６を上から（Ｚ軸に平行に）見たときに密閉空間１１を複数の密閉された空間に分割するように、天板８および底板９に密着して形成されている。水平隔壁３９は、音響整合体２６を横から（Ｘ軸、Ｙ軸に平行に）見たときに密閉空間１１を上下に（Ｚ軸に沿って）分割するように、側壁１０および垂直隔壁１２に密着して形成されている。加えて、垂直隔壁１２は、上から（Ｚ軸に平行に）見たときの隔壁の厚み（以下、単に「厚み」とも言う）が、音響整合体２６の底面部２９よりも天面部２８において薄くなるように形成されている。すなわち、垂直隔壁１２の厚みは下（底板９側）から上（天板８側）に向かって段階的に薄くなっており、垂直隔壁１２で分割された各密閉空間は下（底板９側）から上（天板８側）に向かって段階的に広くなっている。
　本実施の形態における音響整合体２６の製造手順は、実施の形態４で図７を用いて説明した音響整合体２０の製造手順と同様のため省略する。また、本実施の形態における超音波送受波器の製造手順は、実施の形態６で図１１を用いて説明した超音波送受波器２１の製造手順と同様のため省略する。また、本実施の形態における、超音波流量計８０の動作、超音波流速計８１の動作、および超音波濃度計９０の動作は実施の形態２、３で説明した各動作と同様のため省略する。
　［８－２．効果等］
　以上のように、本実施の形態において、音響整合体２６は、天板８、底板９、および側壁１０によって密閉空間１１が形成され、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概垂直に形成された垂直隔壁１２と、密閉空間１１内部に、天板８および底板９に対して概水平に形成された水平隔壁３９とを備える。垂直隔壁１２は、密閉空間１１を分割するように、天板８と底板９とに密着して形成され、水平隔壁３９は、密閉空間１１を上下に（Ｚ軸に沿って）分割するように、側壁１０および垂直隔壁１２に密着して形成されている。加えて、垂直隔壁１２は、音響整合体２の底面部２９よりも天面部２８の方が隔壁の厚みが薄くなるように形成されている。
　本開示の基礎となった知見等で述べたとおり、被計測流体に超音波を効率よく伝搬させるには、音響整合体の密度と音速との積で表される音響インピーダンスを、音波伝搬方向に向かって連続的に小さくするのが最も効率がよい。本実施の形態においては、実施の形態１、７で説明したように金属板を自由にパターニングして積層する製造方法を選択することで、天板８および底板９に対して略垂直に形成された垂直隔壁１２の厚みを、垂直方向の位置（Ｚ軸上の位置）に応じて任意にコントロールすることが可能となる。これにより、音響整合体２６の見かけ上の密度を音波伝搬方向に向かって連続的に小さくすることができる。したがって、音響整合体２６の設計上の音響インピーダンスを、理論値により近づけることが可能となる。その結果として、音響整合体２６を用いた超音波送受波器から被計測流体への超音波伝搬効率を向上することができる。これにより、超音波送受波器から被計測流体への超音波の伝搬効率の低下を抑制しつつ、音響整合体が腐食しやすい高温高湿の環境に対する超音波送受波器の耐性を向上することができる。
　図１４Ｂは、実施の形態８における音響整合体の構成の他の一例を示す断面図である。図１４Ｂの（ａ）には、音響整合体２７を厚み方向（Ｚ軸に平行）に切断した断面図を示し、図１４Ｂの（ｂ）には、図１４Ｂの（ａ）におけるＸＢ－ＸＢ線断面図を示している。例えば、図１４Ｂに示す様に、図１４Ａに示した音響整合体２６から水平隔壁３９を削除し、垂直隔壁１２のみで密閉空間１１を分割して音響整合体２７を構成してもよい。これによっても、図１４Ａに示した音響整合体２６と同様の効果を得ることができる。
　なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　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。
　１，１６，１７，２１，２３，２５，３２，３３，５１　　超音波送受波器
　２，２０，２２，２４，２６，２７　　音響整合体
　３　　圧電体
　８　　天板
　９　　底板
　１０　　側壁
　１１　　密閉空間
　１２　　垂直隔壁
　１３，１４ａ，１４ｂ　　金属板
　１５　　流路
　１８　　計時装置
　１９　　演算部
　３９　　水平隔壁
　３０　　筐体
　３１　　通気孔
　３４　　温度センサ
　３５　　計時装置
　３６　　演算部
　４０，４１　　接合体
　４２　　有天筒状金属ケース
　４２ａ　　天部内壁面
　４２ｂ　　天部外壁面
　４３　　端子板
　４４，４５　　端子
　４６　　貫通孔
　４７　　導電ゴム
　４８　　圧電体接合投影面
　４９　　側壁部接合投影面
　５２　　密な部分
　５３　　凹部
　５４　　超音波発生源
　５５　　接合面
　５６　　振動面
　６０　　音響整合層
　６１　　一方主面
　６２　　縁部
　６３　　ケース
　６４　　他方主面
　６５　　第一の防水材
　６６，６９　　側面
　６７　　第二の防水材
　６８　　縁部付近
　７０，７４　　多孔質体
　７２　　緻密層
　７３　　音波放射面
　７５　　側壁部材
　８０　　超音波流量計
　８１　　超音波流速計
　９０　　超音波濃度計

Claims (16)

  1. 　圧電体と、前記圧電体の一つの面に配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器であって、
    　前記音響整合体は、
    　密閉空間を形成する天板と底板と側壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記天板と前記底板とに密着して前記底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁と、
    　を備える超音波送受波器。
  2. 　圧電体と、前記圧電体の一つの面に配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器であって、
    　前記音響整合体は、
    　密閉空間を形成する天板と底板と側壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記天板と前記底板とに密着して前記底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記側壁に密着して前記底板に略水平に形成された水平隔壁と、
    　を備える超音波送受波器。
  3. 　有天筒状金属ケースと、前記有天筒状金属ケースの天部内壁面に配置された圧電体と、前記有天筒状金属ケースの天部外壁面に配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器であって、
    　前記音響整合体は、
    　密閉空間を形成する天板と底板と側壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記天板と前記底板とに密着して前記底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁と、
    　を備える超音波送受波器。
  4. 　有天筒状金属ケースと、前記有天筒状金属ケースの天部内壁面に配置された圧電体と、前記有天筒状金属ケースの天部外壁面に配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器であって、
    　前記音響整合体は、
    　密閉空間を形成する天板と底板と側壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記天板と前記底板とに密着して前記底板に対して略垂直に形成された垂直隔壁と、
    　前記密閉空間を分割するように、前記側壁に密着して前記底板に略水平に形成された水平隔壁と、
    　を備える超音波送受波器。
  5. 　圧電体と、前記圧電体の一つの面に配置された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配置された音響整合体と、を備える超音波送受波器であって、
    　前記音響整合体は、
    　内部空間を形成する天板と側壁と、
    　前記側壁の前記天板に対向する端部を前記有天筒状金属ケースの天部外壁面に密着することによって形成された密閉空間を分割するように、前記天板と前記有天筒状金属ケースの前記天部外壁面とに密着して形成された垂直隔壁と、
    　を備える超音波送受波器。
  6. 　前記圧電体の接合投影面は、前記音響整合体の前記側壁の接合投影面に内包される、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
  7. 　前記垂直隔壁は、前記音響整合体の前記側壁よりも厚みが薄くなるように形成された
    請求項１から６のいずれかに１項に記載の超音波送受波器。
  8. 　前記垂直隔壁で分割された各領域の面積は２ｍｍ＾２以下であり、前記垂直隔壁の投影面積は前記側壁を除く投影面積の１５％以下である、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
  9. 　前記垂直隔壁は、前記音響整合体の前記底板の側よりも前記天板の側の方が薄くなるように形成された、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
  10. 　前記音響整合体の前記側壁及び前記垂直隔壁は、パターンが形成された金属板が複数重ね合わされてなる、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
  11. 　前記音響整合体の前記天板の厚みは、前記パターンが形成された前記金属板の１層あたりの厚みよりも薄い、
    請求項１０に記載の超音波送受波器。
  12. 　請求項１０または１１に記載の超音波送受波器に用いる音響整合体の製造方法であって、
    　金属板にパターンを形成する工程と、
    　前記パターンが形成された複数の前記金属板を相互に積層し、積層された前記金属板にさらに天板と底板とを積層する工程と、
    　前記積層された前記金属板及び前記天板と前記底板とを高温で荷重を加え接合する工程と、を有する、
    音響整合体の製造方法。
  13. 　圧電体と、前記圧電体の一つの面に配置された有天筒状金属ケースと、前記有天筒状金属ケースの天面外壁面に配置された音響整合体とを備える超音波送受波器の製造方法であって、
    　金属板にパターンを形成する工程と、
    　前記パターンが形成された複数の前記金属板を相互に積層し、積層された前記金属板にさらに天板と底板とを積層する工程と、
    　前記積層された前記金属板及び前記天板と前記底板とを高温で荷重を加えて接合する工程と、
    　前記底板をプレス加工し有天筒状ケースとする工程と、
    　前記有天筒状ケースの天部内壁面に圧電体を配置する工程と、
    　を備えた、
    超音波送受波器の製造方法。
  14. 　被計測流体が流れる流路と、
    　超音波を送受信する、前記流路の上流と下流とに対になるように取り付けられた請求項１から１０のいずれか１項に記載の一対の超音波送受波器と、
    　前記一対の前記超音波送受波器の一方により送信され前記一対の前記超音波送受波器の他方により受信される信号の前記一方から前記他方へ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られた到達時間より、前記流路を流れる前記被計測流体の流量を演算する演算部と、
    　を備える超音波流量計。
  15. 　被計測流体が流れる流路と、
    　超音波を送受信する、前記流路の上流と下流とに対になるように取り付けられた請求項１から１０のいずれか１項に記載の一対の超音波送受波器と、
    　前記一対の前記超音波送受波器の一方により送信され前記一対の前記超音波送受波器の他方により受信される信号の前記一方から前記他方へ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られた到達時間より、前記流路を流れる前記被計測流体の流速を演算する演算部と、
    　を備える超音波流速計。
  16. 　被計測流体を通す通気口を備える筐体と、
    　前記筐体内部に所定の距離を離隔し対向して配置された請求項１から１０のいずれか１項に記載の一対の超音波送受波器と、
    　前記筐体内部に配置された温度センサと、
    　前記一対の前記超音波送受波器の一方により送信され前記一対の前記超音波送受波器の他方により受信される信号の前記一方から前記他方へ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られた到達時間より、前記被計測流体を伝搬する超音波の伝搬速度、前記被計測流体の平均分子量、および前記被計測流体のガス濃度を演算する演算部と、
    　を備える超音波濃度計。
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