超声波传感器制造技术

本发明专利技术的目的在于控制由陶瓷多孔体和有机玻璃形成的耦合层内的空孔直径。提供一种超声波传感器，包括压电体、收容所述压电体的外壳和设在所述外壳的顶部的耦合层，其中，耦合层由空孔内内包均匀玻璃球体的陶瓷多孔体构成，所述玻璃球体由有机玻璃的干燥凝胶形成。所述超声波传感器，在使用无机类材料的浆液（３）中添加内包液化气体的树脂粒子（４），通过第一加热工序使上述树脂粒子（４）发泡而制成中空球状粒子（５），在第二加热工序对陶瓷多孔体进行烧成，在所控制的空孔中形成有机玻璃（７），制作内部的密度稳定、音响阻抗一定的耦合层（９），由此提供输出稳定的超声波传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高超声波传感器的音响性能的耦合层。
技术介绍
以往，在超声波传感器等中使用的耦合层的制造方法有如下方法：例如，如图6(a)所示，在容器19内混入微球20和树脂21后，如图6(b)所示，连同该容器19设置于离心分离器22内而使其驱动。然后，如图6(c)所示，在玻璃微球20和树脂21的混合物中，利用比重差分离为主要成分为比重较小的玻璃微球的第一树脂层21a、和仅由比重较大的树脂层组成的第二树脂层21b，在容器19内的下部形成由仅由树脂层21组成的第二树脂层21b，在容器19内的上部形成主要成分为玻璃微球20的第一树脂层21a，然后，仅取出主要成分为玻璃微球20的第一树脂层21a而作为耦合部件，对其进行加工后作为耦合层(参照专利文献1)。并且，公知有如下的方法：代替树脂21而使用氧化物类陶瓷等无机材料，并代替玻璃微球而使用气泡，由此形成在陶瓷中具有多个气孔的陶瓷多孔体(参照专利文献2)。耦合层为了将超声波传播到空气中，需要降低耦合层的音响阻抗，为此，为了在树脂层中稳定地保持气泡，考虑配合由玻璃组成形成的中空球体，为了进而使音响阻抗降低而提高超声波的传播效率，考虑形成空气气泡而制成耦合层的构想。专利文献1：日本专利第2634161号公报专利文献2：日本专利2001-261463号公报-->但是，在现有的该制造方法中，由于形成在玻璃微球的周围附着树脂的第一树脂层和主要成分仅为比重较大的树脂的第二树脂层时，用于耦合部件的只是第一树脂层，剩下的第二树脂层被废弃，因而可从制造出的耦合部件采取的部分有限，因而耦合部件的生产效率较低的制造方法。并且，为了在无机类材料中形成具有稳定的气泡直径的气泡，使用混合器等在浆液中导入气泡，但在如耦合部件一样具有一定长度的棒形状中注入浆液的情况下，因注入作业使好不容易导入的气泡消失，耦合部件中的气泡直径分布变得不均，从而在从耦合部件取出一定厚度的耦合层中，不能得到具有均匀的气泡直径的耦合层，作为耦合层的空气的气泡直径不稳定，因而不能通过耦合层将超声波有效地传播到空气中，因而存在作为超声波传感器的输出因各个耦合层而不同的的问题。
技术实现思路
本专利技术用于解决上述现有的问题，提供一种作为耦合层而在无机类材料中稳定地控制空孔直径(气泡直径)的耦合部件。为了解决上述现有的问题，本专利技术的超声波传感器，在外壳内收容压电体，该压电体通过从端子经由导电体施加电压而输出规定的超声波，在上述外壳的顶部设置耦合层而可得到稳定的超声波的输出，其中，在将无机粉末材料调整为主要成分的浆液中混合内包液化气体的热膨胀性树脂，将由此得到的含中空球体树脂的浆液凝胶化后施行规定的热处理，使浆液中的中空球体树脂膨胀而构成耦合部件，该耦合部件形成了具有规定粒径的中空球状粒子，在该耦合部件的中空球状粒子内形成有机玻璃的干燥凝胶，从而由内包均匀的玻璃球体的陶瓷多孔体构成上述耦合层。-->根据上述专利技术，通过提供实施第一加热工序和第二加热工序的2阶段的加热工序，能够得到不破坏空孔而在耦合部件中含有空孔直径均匀的空孔的陶瓷多孔体，所述第一加热工序，在耦合部件内部配合因一定范围的加热膨胀而体积增加的热膨胀性中空球体，并且在制作耦合部件时，使热膨胀性中空球体膨胀；所述第二加热工序，使无机材料烧成硬化。本专利技术的超声波传感器，由于能够将耦合层内的空孔直径控制在一定范围内，因而能够简单且稳定地实施向无机材料导入空孔的方法，并且使耦合部件中的空孔直径在一定范围内，因而还可以提高由此取出的耦合层的生产率。搭载有在该耦合层中形成有机玻璃来使音响阻抗进一步降低的耦合层的超声波传感器，耦合层内的空孔直径均匀，因而在耦合层内传播的超声波音速一定，音响阻抗稳定，由此耦合层的不同引起的超声波输出的不同也较少，能够使超声波传感器输出的可靠性提高，在搭载该超声波传感器的流体计测装置中也能够显著提高其生产稳定性。第一专利技术的超声波传感器，在外壳内收容压电体，该压电体通过从端子经由导电体施加电压而输出规定的超声波，在上述外壳的顶部设置耦合层而可得到稳定的超声波的输出，其特征在于，在将无机粉末材料调整为主要成分的浆液中混合内包液化气体的热膨胀性树脂，将由此得到的含中空球体树脂的浆液凝胶化后施行规定的热处理，使浆液中的中空球体树脂膨胀而构成形成了具有规定的粒径的中空球状粒子的耦合部件，在该耦合部件的中空球状粒子内形成有机玻璃的干燥凝胶，从而由内包均匀的玻璃球体的陶瓷多孔体构成上述耦合层。通过提供实施第一加热工序和第二加热工序的2阶段的加热工序，能够得到不破坏空孔而在耦合部件中含有空孔直径均匀的空孔的陶瓷多孔体，所述第一加热工序，在耦合部件内部配合因一定范围的加热膨胀而体积增加的热膨胀性中空球体，并且在制作耦合部件时，-->使热膨胀性中空球体膨胀；所述第二加热工序，使无机材料烧成硬化。第二专利技术的超声波传感器，其特征在于，耦合部件，在使含中空球体树脂的浆液凝胶化后，经过施加形成中空球体树脂的聚合物壳不会破坏的程度的温度而使其热膨胀至规定的粒径的第一加热工序后，在施加比上述第一加热工序高的温度的第二加热工序中破坏上述聚合物壳，形成具有规定大小的空孔。然后，第一加热工序，由于使用气氛加热单元对混合物进行加热，使上述混合物内的热膨胀性树脂的至少一部分热膨胀而在上述混合物内形成中空球状粒子，因而可通过第一加热工序在无机材料的烧成硬化前充分地对中空球体实施膨胀反应，能够比由混合器等搅拌无机材料来导入空孔直径的工序稳定且可靠地在无机材料中内包空孔。并且，由于在达到无机材料的烧成温度之前形成空孔，因而空孔不会在烧成之前消失。并且，第二加热工序中，由于对包含加热膨胀的中空球体树脂的混合物使用比第一加热工序高的温度下的气氛加热单元进行加热，在上述混合物内形成多个空孔，上述混合物烧成硬化而形成成形物，从而形成含有上述空孔的陶瓷多孔体，因而能够在无机材料的加热烧成中不使空孔消失而得到具有所控制的空孔直径的陶瓷多孔体。第三专利技术的超声波传感器，其特征在于，耦合层或耦合部件，使用具有规定容积的收容室而形成规定的形状后，切断为规定的厚度以确保所需的尺寸。由于内包于无机材料基体中的空孔直径在一定范围内，因而能够将密度控制在一定范围内，并且能够提高生产率。第四专利技术的超声波传感器，其特征在于，耦合层或耦合部件，使-->用预先设定了必要的尺寸、形状的收容室形成，在一侧端以外的面上不形成空孔。由于在一侧端以外的面上不形成空孔，因而不会扰乱从耦合层面传播的声波的波长，能够确保输出不降低的稳定的输出。第五专利技术的超声波传感器，其特征在于，用作流量计测单元。耦合层能够有效地将来自压电体的振动作为声波在气体中传播，  通过瞬时测定流体的速度，根据流速考虑流路的截面积等要素进行运算，还能够测定流量。附图说明图1是在本专利技术的第一实施方式中的收容室填充浆液的简图。图2是本专利技术的第一实施方式中的耦合部件的第一加热工序中产生中空粒子的简图。图3中，(a)是陶瓷多孔体的密度测定方法的简图，(b)是表示本专利技术的第一实施方式中的陶瓷多孔体层的密度分布的图，(c)、(d)是表示比较例中陶瓷多孔体层的密度分布的图。图4是耦合部件的简图。图5是使用本专利技术的第一实施方式中的耦合层的超声波传感器的剖视图。图6中，(a)、(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波传感器，包括压电体、收容所述压电体的外壳和设在所述外壳的顶部的耦合层，其中，　　　　所述耦合层由空孔内内包均匀玻璃球体的陶瓷多孔体构成，所述玻璃球体由有机玻璃的干燥凝胶形成。

【技术特征摘要】
JP 2006-12-6 2006-3289881.一种超声波传感器，包括压电体、收容所述压电体的外壳和设在所述外壳的顶部的耦合层，其中，所述耦合层由空孔内内包均匀玻璃球体的陶瓷多孔体构成，所述玻璃球体由有机玻璃的干燥凝胶形成。2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述陶瓷多孔体的空孔，使内包液化气体的树脂粒子膨胀形成的中空球状粒子在进行陶瓷烧成时烧散而形成。3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述陶瓷多孔体如下形成：在以粉体化的无机材料作为主要成分的浆液中混合内包液化气体的树脂粒子而制成含树脂的浆液，使所述含树脂的浆液凝胶化而形成固态物，并进行规定的热处理，所述规定的热处理为，对所述固态物进行加热，使所述固态物中的所述树脂粒子膨胀而变成中空球状粒子后，由所述中空球状粒子保持中空而形成空孔并进行烧成。4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其中，所述规定的热处理包括第一加热工序和第二加热工序来形成所述陶瓷多孔体，所述第一加热工序，将凝胶化的所述固态物加热至不会破坏所述固态物中的形成所述树脂粒子的聚合物壳程度的温度，从而使所述中空球状粒子热膨胀至规定的粒径，所述第二加热工序，加热至比所述第一加热工序高的温度，以破坏所述聚合物壳，形成具有规定大小的所述空孔。5.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述耦合层，利用具有规定容积的收容室形成规定的形状后，切断为规定的厚度而制成所需的尺寸。6.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述耦合层，利用预先设定了尺寸、形状的收容室形成，在一个端面以外的面上不形成空孔。7.一种流体计测装置，其中，使用权利要求1至6中任一项所述的超声波传感器。8.一种陶瓷多孔体的制造方法，其中，在以粉体化的无机材料作为主要成分的浆液中混合内包液化气体的树脂粒子而制成含树脂的浆液，使所述含树脂的浆液凝胶化而形成固态物，并进行规定的热处理，所述规定的热处理为，对所述固态物进行加热，使所述固态物中的所述树脂粒子膨胀而变成中空球状粒子后，由所述中空球状粒子保持中空而形成空孔并进行烧成。9.根据权利要求8所述的陶瓷多孔体的制造方法，其中，进而在所述空孔内形成有机玻璃的干燥凝胶而内包玻璃球体。10.根据权利要求8所述的陶瓷多孔体的制造方法，其中，所述规定的热处理包括第一加热工序和第二加热工序，所述第一加热工序，将凝胶化的所述固态物加热至不会破坏所述固态物中的形成所述树脂粒子的聚合物壳程...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤雅彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]