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公開番号2024045798
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2022150783
出願日2022-09-22
発明の名称超音波センサの製造方法、超音波センサ、及び、超音波流量計
出願人アズビル株式会社
代理人弁理士法人山王内外特許事務所
主分類G01F 1/667 20220101AFI20240327BHJP(測定;試験)
要約【課題】従来に対し、計測時に熱履歴が加えられる場合であっても、計測精度の低下を抑制可能とする。
【解決手段】圧電素子1021及び金属振動板1023並びに音響整合層1022及び当該金属振動板1023が接着剤により接着された超音波センサ102に対し、当該超音波センサ102の運用前に、当該接着部分での変形又は当該変形に伴う当該接着剤との部分的な剥離を発生させる応力緩和処理を有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
圧電素子及び金属振動板並びに音響整合層及び当該金属振動板が接着剤により接着された超音波センサに対し、当該超音波センサの運用前に、当該接着部分での変形又は当該変形に伴う当該接着剤との部分的な剥離を発生させる応力緩和処理
を有する超音波センサの製造方法。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記応力緩和処理において、前記超音波センサに対し、当該超音波センサの運用前に、熱履歴を加える
ことを特徴とする請求項1記載の超音波センサの製造方法。
【請求項3】
前記応力緩和処理において、前記超音波センサを、当該超音波センサの運用前に、高電圧で駆動させる
ことを特徴とする請求項1記載の超音波センサの製造方法。
【請求項4】
圧電素子と、
音響整合層と、
前記圧電素子及び前記音響整合層が接着剤により接着された金属振動板とを備え、
前記圧電素子、前記音響整合層及び前記金属振動板は、自機の運用前に、接着部分での変形又は当該変形に伴う前記接着剤との部分的な剥離を発生させられた
ことを特徴とする超音波センサ。
【請求項5】
互いに超音波の送受信を行う一対の超音波センサと、
前記超音波センサによる送受信結果に基づいて、計測対象である流体の流量計測を行う演算部とを備え、
前記超音波センサは、
圧電素子と、
音響整合層と、
前記圧電素子及び前記音響整合層が接着剤により接着された金属振動板とを備え、
前記圧電素子、前記音響整合層及び前記金属振動板は、自機の運用前に、接着部分での変形又は当該変形に伴う前記接着剤との部分的な剥離を発生させられた
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項6】
前記演算部は、
前記一対の超音波センサによる送受信結果に基づいて、超音波の伝搬時間差を計測する伝搬時間差計測部と、
前記一対の超音波センサが超音波の送受信を行った際の温度を計測する温度計測部と、
前記伝搬時間差計測部による計測結果及び前記温度計測部による計測結果に基づいて、流量が0の場合での超音波の伝搬時間差の温度特性を取得するオフセット取得部と、
前記伝搬時間差計測部による計測結果、前記温度計測部による計測結果、及び、前記オフセット取得部による取得結果に基づいて、超音波の伝搬時間差のオフセット補正を行うオフセット補正部と、
前記オフセット補正部によるオフセット補正後の超音波の伝搬時間差に基づいて、流体の流量を算出する流量算出部とを有する
ことを特徴とする請求項5記載の超音波流量計。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、超音波を用いて流体の流量計測を行う超音波流量計に用いられる超音波センサの製造方法、超音波センサ、及び、超音波流量計に関する。
続きを表示(約 1,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、超音波を用い、計測対象である流体の流量計測を行う超音波流量計が知られている(例えば特許文献1参照)。ここでは、超音波流量計のうち、特に、伝搬時間方式の超音波流量計を対象としている。
【0003】
この特許文献1に開示された伝搬時間方式の超音波流量計では、一対の超音波センサを用いて計測対象である流体が流れる流路に対して超音波を交互に送受信することによって、その2つの超音波の伝搬時間差であるΔtを求める。そして、この超音波流量計では、上記伝搬時間差に基づいて、流路内を流れる流体の流量を計測する。
【0004】
なお、一般的に、流量が0の場合での伝搬時間差は、一対の超音波センサの特性差によって、0から変化することは公知である。
【0005】
一方、超音波センサでは、圧電素子が金属振動板にロー付けされている。また、この圧電素子の熱膨張係数と、金属振動板の熱膨張係数とは異なる。
そのため、この超音波センサは、熱負荷が繰り返し加えられる試験(以下、熱衝撃試験と称す)が行われると、圧電素子と金属振動板との間の接着部が破損してしまう。
【0006】
そこで、これに対し、圧電素子とケースとを接着する接着剤を、熱膨張係数の観点から適切に選定した超音波センサが知られている(例えば特許文献2参照)。この特許文献2では、接着剤について、材質をエポキシ樹脂とし、硬化時の硬さを鉛筆硬度評価方法におけるHBから2Bとし、硬化時の内部応力をポリイミドを用いた所定のひずみ評価方法における10%以下とし、ガラス転移点を50℃から90℃以内とし、接着強度を10N/mm

以上としている。
【0007】
この構成では、熱衝撃試験による圧電素子とケースとの熱膨張係数の違いを接着剤が伸びることにより緩和する。よって、圧電素子とケースとの接続部が破損することを妨げることができる。
その結果、屋外で使用する環境下においても、長期間にわたり圧電素子とケースとの接続を破損することが防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特開2019-184488号公報
特開2003-270013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
この特許文献2に開示された構成では、圧電素子の熱膨張係数とケースの熱膨張係数との違いに対して、接着剤が伸びることで、圧電素子とケースとの接着部の破損を防ぐことができる。
しかしながら、この特許文献2に開示された構成であっても、熱履歴による超音波センサの特性の変化によって、計測精度が低下してしまう。
【0010】
すなわち、熱衝撃試験をかけると、接着部のひずみが変化し、破壊とまではいかないとしても、超音波センサの特性(機械的電気的な構造)が変化することがある。この場合、超音波の伝搬時間差の温度特性が変化し、計測に誤差が生じることがある。
(【0011】以降は省略されています)

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