CN102450036A - 声波发生器及其制造方法和使用声波发生器的声波发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声波发生器，其基于现有技术不能预想的基层和隔热层的组合，具有比现有技术更加优秀的输出特性。该声波发生器包括：基层；配置在上述基层上的隔热层；向上述隔热层施加热脉冲的热脉冲源，其中，上述基层由石墨或蓝宝石构成，上述隔热层由含有硅或锗的结晶性微粒子构成。热脉冲源是热脉冲发生层，该热脉冲发生层配置在上述隔热层的与上述基层侧的面相反的一侧的面上且向上述隔热层施加热脉冲。

Description

声波发生器及其制造方法和使用声波发生器的声波发生方法

技术领域

本发明涉及热激发型的声波发生器及其制造方法，和使用该声波发生器的声波发生方法。

背景技术

在现有技术中，已知有各种的声波发生器。除去一部分特殊的声波发生器以外，其大部分的种类通过将振动部的机械振动转换为媒质(例如空气)的振动来发生声波。但是，在利用机械振动的声波发生器中，由于振动部具有固有的共振频率，所以发生的声波的频带窄。而且，由于共振频率因振动部的大小而变化，所以难以保持频率特性地实现微小化和阵列化。

另一方面，提案有不利用机械振动的基于新原理的声波发生器。该声波发生器称作热诱发型声波发生器，公开在以下的各文献中。非专利文献1公开有如下声波发生器：组合有具有相对高的热传导性的基层(p型结晶型Si层)和具有相对低的热传导性的隔热层(微多孔Si层)，进一步配置有与基层一起夹持隔热层的Al(铝)薄膜。非专利文献2公开有如下声波发生器：组合有具有相对高的热传导性的基层(单结晶Si层)和具有相对低的热传导性的隔热层(多孔的纳米结晶Si层)，进一步配置有与基层一起夹持隔热层的W(钨)薄膜。在非专利文献1、2中记载有：向Al薄膜或W薄膜供给包含交流成分的电力时，由于焦耳热该薄膜的温度周期性变化；由于隔热层的热传导性小，该周期地温度变化不会逃到基层侧而是传到与该薄膜接触的空气中；传到空气中的周期性的温度变化诱发空气密度的周期性变化而发生声波。

热诱发型声波发生器能够无需机械振动地发生声波。因此，发生的声波的频带广。而且，比较容易实现微细化和阵列化。

专利文献1公开有：在热激发型声波发生器中，就发生的声波的能量增大而言，优选因脉冲电流而引起的热的施加。专利文献1还公开有在表面具有突起的隔热层。

专利文献2公开有向热激发型声波发生器施加在交流电流中重叠有直流电流的电流的技术。在专利文献2中记载有基层是单结晶Si基板，隔热层是多孔质Si层的声波发生器。

专利文献3公开有具有通过阳极氧化处理和超临界干燥得到的隔热层(纳米结晶Si层)的声波发生器。在专利文献3中还公开有：隔热层的热物性值αC(α：热传导性，C：热容量)相对基层的αC的比值越小输出的音压越大；隔热层的多孔度越高该层的αC越小；和隔热层优选具有75％以上的多孔度的纳米结晶Si层。

专利文献4公开有如下声波发生器：隔热层的αC相对基层的αC的比值α_IC_I/α_SC_S(I：隔热层，S：基层)满足式1/100≥α_IC_I/α_SC_S，并且基层的αC满足式α_SC_S≥100×10⁶。专利文献4的技术基于如下的技术思想：以使式α_IC_I/α_SC_S所示的基层与隔热层的热对比超过1∶100的方式组合基层和隔热层的技术思想；和选择具有高的αC的基层的技术思想。在专利文献4中，作为构成基层的材料记载有硅、铜和SiO₂，作为构成隔热层的材料记载有多孔硅、聚酰亚胺、SiO₂、Al₂O₃和聚苯乙烯泡沫体。在专利文献4的基层和隔热层的最优选组合是由硅构成的基层和由多孔硅构成的隔热层的组合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利3798302号公报

专利文献2：日本特开2005-150797号公报

专利文献3：日本专利3845077号公报

专利文献4：日本专利3808493号公报

非专利文献

非专利文献1：Nature，vol.400，26 August 1999，pp.853-855

非专利文献2：日本化学工学会，第37回秋季大会专题讨论会＜Nano Processing(纳米加工)＞预备稿D-307(2005)

发明内容

发明要解决的课题

根据专利文献3、4，在声波发生器中，输出的音压由基层与隔热层的热对比α_IC_I/α_SC_S和基层的αC决定。但是，在现实中不一定是这样。本发明者发现：只通过这些基层和隔热层的热特性，不能单纯地决定声波发生器的输出特性。其中一个原因可以推测为：在像声波发生器那样的微小的结构体中，热传递和散逸经由非常复杂的过程进行。

本发明基于现有技术不能预想到的基层和隔热层的组合，提供相比现有技术输出特性更优秀的声波发生器。

用于解决课题的方法

本发明的声波发生器包括：基层；配置在上述基层上的隔热层；和向上述隔热层施加热脉冲的热脉冲源。上述基层由石墨或蓝宝石构成。上述隔热层由含有硅或锗的结晶性微粒子构成。

本发明的声波发生器的制造方法是上述本发明的声波发生器的制造方法，包含以下的第一工序和第二工序。第一工序是如下工序：在由石墨或蓝宝石构成的基层上形成分散了含有硅或锗的结晶性微粒子的溶液的涂敷膜，对上述形成的涂敷膜进行热处理，在上述基层上形成由上述微粒子构成的隔热层。第二工序是如下工序：设置向上述隔热层施加热脉冲的热脉冲源。

本发明的声波发生方法是使用声波发生器的声波发生方法。上述声波发生器包括：基层；配置在上述基层上的隔热层；和向上述隔热层施加热脉冲的热脉冲源。上述基层由石墨或蓝宝石构成。上述隔热层由含有硅或锗的结晶性微粒子构成。该方法包含通过上述热脉冲源向上述隔热层施加热脉冲来发生声波的工序。

本发明的效果

本发明实现相比现有技术输出特性更优秀的声波发生器。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的声波发生器的一例的截面图。

图2是示意性地表示本发明的声波发生器的隔热层所含的含有硅或锗的结晶性微粒子(二次粒子)的结构的一例的立体图。

图3是示意性地表示在本发明的声波发生器的隔热层所含的含有硅或锗的结晶性微粒子(二次粒子)的结构的另外一例的立体图。

图4是示意性地表示本发明的声波发生器的其它的一例的截面图。

图5是示意性地表示本发明的声波发生器的其它的另外一例的截面图。

图6是示意性地表示本发明的声波发生器的更加另外的一例的截面图。

图7是表示使用本发明的声波发生器的物体检测传感器的结构的一例的示意图。

图8A是表示应用本发明的声波发生器的壁面非破坏检查方法的一例的示意图。

图8B是表示应用本发明的声波发生器的壁面非破坏检查方法的另外一例的示意图。

图9是表示本发明的声波发生器的制造方法的一例的流程图。

图10是表示本发明的声波发生器的制造方法的另外一例的流程图。

图11是表示在实施例1中使用的硅微粒子的粒度分布的评价结果的图。

图12A是表示在实施例1中制作的隔热层的截面的扫描型电子显微镜(SEM)像的图。

图12B是示意性地表示图12A所示的截面的图。

图13A是表示在实施例1中制作的隔热层的微粒子彼此的结合部分的SEM像的图。

图13B是将图13A的框内放大的图。

图13C是示意性地表示在实施例1中制作的隔热层的微粒子彼此的接合状态的图。

图14是用于说明对在实施例中制作的声波发生器进行评价的测量系统的示意图。

图15是表示在实施例1中制作的本发明的声波发生器(实施例1-1)的输出特性的图。

图16是表示在实施例1中制作的本发明的声波发生器(实施例1-1)中，使施加的脉冲电压的最大值变化时的，从该声波发生器发送的声波的最大音压的变化的图。

图17是表示在实施例3中使用的硅微粒子的粒度分布的评价结果的图。

图18A是表示在实施例3中制作的隔热层的截面的SEM像的图。

图18B是表示在实施例3中制作的隔热层的截面的SEM像的图。

图18C是表示在实施例3中制作的隔热层的截面的SEM像的图。

图18D是示意性地表示图18A～图18C所示的截面的图。

图19是示意性地表示在实施例4中制作的本发明的声波发生器的立体图。

具体实施方式

[声波发生器]

图1表示本发明的声波发生器的一例。图1所示的声波发生器1(1A)具有基层11、隔热层12和热脉冲源13。基板11以与隔热层12连接的方式配置在隔热层12上。基层11由石墨或蓝宝石构成。隔热层12由含有硅的结晶性微粒子或含有锗的结晶性微粒子构成。热脉冲源13配置成能够向隔热层12的与基层11侧相反的一侧的面施加热脉冲14。

在声波发生器1A中，当从热脉冲源13向隔热层12施加热脉冲14时，通过热脉冲14的交流成分给予隔热层12的热能的大部分，传到与隔热层12接触的媒质(例如空气)中。此时，传到媒质的热能与交流成分的波形相应地随时间变化。因此，隔热层12附近的媒质密度随时间变化而发生声波15。除去具有正弦波波形的热脉冲14，热脉冲14一般包含交流成分和直流成分。通过热脉冲14的直流成分给予隔热层12的热能，由于不随时间变化，所以对声波15的发生不作贡献。该热能从隔热层12移动到基层11，被从隔热层12除去。由热脉冲14的施加而引起的隔热层12附近的媒质的密度变化，可以是周期性的也可以不是周期性的。

为了实现输出特性优秀的声波发生器，需要实现如下热流状态：将热脉冲的交流成分产生的热能高效地变化为声波，并且将直流成分产生的热能高效地散发到基层。在现有技术中，只着眼于由构成基层和隔热层的材料的热传导率α和热容量C的积αC表示的，两层的热物性值的对比(热对比)。相对于此，在本发明的声波发生器中，由特定的材料构成的基层11和隔热层12的组合是现有技术中没有的组合，由此达成与这样的热诱发型的声波发生相适应的热流状态。而且，本发明的声波发生器的输出特性比现有技术中的声波发生器高。

基层11是由石墨或蓝宝石构成的层。只要能得到本发明的效果，基层11可以包含石墨或蓝宝石以外的材料。基层11典型的是与其隔热层12接触的面由石墨或蓝宝石形成的层。

基层11的形状不作限定。可以根据本发明的声波发生器1的用途，任意选择基层11的形状。基层11典型的为片(sheet)状，但也可以是立体形状。立体形状的具体示例，如实施例4所示是与隔热层12接触的面为抛物面的形状。

隔热层12由含有硅的结晶性微粒子或含有锗的结晶性微粒子构成。该微粒子典型地是硅晶体的微粒子或锗晶体的微粒子。只要能得到本发明的效果，隔热层12可以包含该微粒子以外的材料。该材料是例如：由其它材料构成的粒子；由硅或锗的结晶构成但粒径更大的粒子；含有硅或锗的非晶质的粒子；含有硅或锗的氧化物的粒子；和存在于这些粒子间的任意材料。

本说明书的“微粒子”典型地具有10nm～0.5μm的平均直径。此处，微粒子的平均粒径是隔热层12的微粒子的粒度分布的中位数(median，中值)。微粒子的粒度分布能够通过扫描型电子显微镜(SEM)或透过型电子显微镜(TEM)进行的隔热层12的图像分析来评价。在粒度分布的评价时测量的“微粒子的粒径”定义为：选择微粒子的最大截面形状且外接于该截面形状的，面积最小的四边形的长边。在微粒子为球状的情况下，该微粒子的粒径与球的直径相等。

隔热层12的微粒子，优选从粒度分布的D10(分布累积度10％的粒径值)到D90(分布累积度90％的粒径值)在10nm～0.5μm的范围内。

所谓“结晶性微粒子”，是指能通过广角X射线衍射(WAXD)测量或拉曼分光测量，来测量在硅晶体或锗晶体中特有的衍射峰值或光谱峰值的微粒子。

构成隔热层12的含有硅或锗的结晶性微粒子(以下简单称作“微粒子”)的形状不作限定。微粒子例如为鳞片状或球状。微粒子的形状能够通过SEM或TEM的隔热层12的图像分析确认。

在隔热层12中，通常微粒子的一次粒子和该一次粒子凝聚成的二次粒子混在一起。二次粒子虽然粒径不同，但具有与一次粒子同样的形状的情况较多。用图2、3表示微粒子的二次粒子的例子。在图2所示例中，一次粒子51为鳞片状，一次粒子51凝聚成的二次粒子52也反映一次粒子51的形状为鳞片状。在图3所示例中，一次粒子53为球状，一次粒子53凝聚成的二次粒子54也反映一次粒子53的形状为球状。在隔热层12的一次粒子和二次粒子混在一起的状态下，隔热层12的一次粒子和二次粒子的各粒子的比例，以及二次粒子的形状，能够通过SEM或TEM的隔热层12的图像分析确认。

在隔热层12的微粒子的一次粒子和二次粒子混在一起的情况下，一次粒子和二次粒子的双方粒子的平均粒径典型的为10nm～0.5μm。另外，在这种情况下，一次粒子和二次粒子双方的粒子的粒度分布的从D10到D90优选在10nm～0.5μm的范围内。

隔热层12的结构，只要由含有硅和锗的结晶性微粒子构成，且配置在由石墨或蓝宝石构成的基层上，就不作限定。图12A表示在实施例1中制作的由鳞片状的微粒子构成的隔热层12的截面的SEM像，图12B示意性地表示该截面。图18A～18C表示在实施例3中制作的由球状的微粒子构成的隔热层12的截面的SEM像，图18D示意性地表示该截面。如这些图所示，隔热层12的微粒子优选具有以在该微粒子之间包含有无数孔隙的方式堆积且重叠的结构。换言之，隔热层12优选具有微粒子不是最密的填充而是随机地重叠的多孔结构。在这种情况下，隔热层12的热流状态和隔热层12与基层11之间的热流状态适合于声波15的发生，使声波发生器1的输出特性进一步提高。

在图12A、12B、18A～D所示隔热层12中，包含的孔隙的比例因隔热层12的部分而不同。具体来说，隔热层12的下层部分(隔热层12的基层11侧的部分)，与上层部分(隔热层12的与基层11相反的一侧的部分)相比，含有孔隙的比例更高。即，该隔热层12在其厚度方向上具有从基层11侧逐渐变小的微粒子密度的坡度(勾配)。隔热层12优选具有这样的结构。在这种情况下，隔热层12的热流状态和隔热层12与基层11之间的热流状态适合于声波15的发生，声波发生器1的输出特性进一步变高。

除此以外，图12A、12B、18A～D所示的隔热层12具有在其下层部分具有比较大的粒径的微粒子，在其上层部分具有比较小的粒径的微粒子的结构。即，该隔热层12在其厚度方向具有从基层11侧逐渐变小的微粒子的粒径的坡度。在这种情况下，隔热层12的热流状态和隔热层12与基层11之间的热流状态适合于声波15的发生，声波发生器1的输出特性进一步变高。

隔热层12更优选在其厚度方向具有从基层11侧逐渐变小的微粒子的密度和粒径的坡度。具有这样的隔热层12的本发明的声波发生器1能够通过例如本发明的制造方法制造。

在图12A、12B、18A～D所示的隔热层12中，微粒子彼此在其微小的部分互相接合。此时优选在该微粒子彼此接合的部分中形成氧化膜且隔着该氧化膜微粒子彼此接合。在这种情况下，隔热层12的热流状态和隔热层12与基层11之间的热流状态进一步适合于声波15的发生，声波发生器1的输出特性进一步变高。该氧化膜在含有硅的结晶性微粒子的情况下，例如由SiO₂构成。该氧化膜在含有锗的结晶性微粒子的情况下，例如由GeO₂构成。在微粒子中形成有氧化膜的部分，例如为2～10nm程度的长度。氧化膜可以由自然氧化形成，也可以由等离子体氧化或自由基氧化等的积极的氧化方法形成。

隔热层12的厚度至少需要有不会因基层11与热脉冲源13的热短路而使声波15的发生停止的程度。另一方面，为了防止因热滞留，特别是因由不对声波15发生做贡献的热脉冲14的直流成分而向隔热层12施加的热滞留，而使声波15的发生效率低下，不能使用过度厚的隔热层12。从这些观点上看，隔热层12的厚度优选为10nm～50μm，且进一步优选为50nm～10μm。

对于热脉冲源13的结构和本发明的声波发生器的热脉冲源13的配置，只要能向隔热层12施加热脉冲就不作限定。

在图1所示的声波发生器1A中，基层11和隔热层12的层叠体与热脉冲源13单独地配置。在这样的声波发生器中，热脉冲源13通常配置成能够从隔热层12的与基层11侧相反的一侧的面向隔热层12施加热脉冲14。在基层11由蓝宝石构成的情况下，由于蓝宝石对于波长为0.2～5μm程度的光是透明的，所以能够将热脉冲源13配置成：根据热脉冲源13的种类(例如受激准分子激光器(excimer laser)、YAG激光器)，能够从隔热层12的基层11侧的面向隔热层12施加热脉冲14。

热脉冲源13例如具有激光照射装置或红外线照射装置。激光器例如是脉冲激光器。此时，在不具有后述的热脉冲发生层16的声波发生器(图1所示的声波发生器1A)中，隔热层12由因该激光或红外线而发热的材料构成。

热脉冲源13例如具有：在隔热层12的与基层11侧相反的一侧的面上配置的，向隔热层12施加热脉冲的热脉冲发生层(发热层)。图4表示具有这样结构的本发明的声波发生器1(1B)。图4所示的声波发生器1B具有这样的热脉冲发生层16。热脉冲发生层16与基层11和隔热层12形成一体。具有热脉冲发生层16的声波发生器1B，与图1所示的声波发生器1A相比，通过热脉冲源13向隔热层12施加的热的效率高。

热脉冲发生层16是例如因从热脉冲源13所具有的激光照射装置或红外线照射装置照射的激光或红外线的能量而发生热脉冲的层。这样的热脉冲发生层16，由通过激光或红外线发热的材料构成。

热脉冲发生层16是例如通过向该层供给的脉冲电流或脉冲电压(以下，双方都称作“电力脉冲(电脉冲)”)而发生热脉冲的电热层。此时，如图5所示的声波发生器1(1C)，热脉冲源13可以进一步具有向热脉冲发生层(电热层)16供给电力脉冲的电力供给线17A、17B。具有这样的热脉冲源13的声波发生器1C，由于能够通过控制向热脉冲发生层16供给的电力脉冲来控制声波15的发生，所以控制特性优秀。而且，向隔热层12施加热的效率高且声波的输出特性进一步变高。

因电力脉冲而发生热脉冲的热脉冲发生层16，优选由通过电力的施加能得到期望的发热的电阻材料构成。该材料例如是碳材料。具体来说，是例如对有机材料进行热处理而得到的碳材料。该材料的电阻率优选为10Ω/square～10KΩ/square。

热脉冲发生层16的厚度没做特别限定。

电力供给线17A、17B通常由具有导电性的材料构成。

热脉冲源13中的，具体的热脉冲发生层16的形状、电力供给线17A、17B的形状、热脉冲发生层16与电力供给线17A、17B的电连接的状态没有特别地限定。

隔热层12具有因电力脉冲的供给而能够作为电热层起作用的电阻率的情况下，可以作为具有隔热层和热脉冲发生层两个功能的隔热层12。图6表示具有这样的隔热层12的本发明的声波发生器。在图6所示的声波发生器1(1D)中，在隔热层12电连接有电极供给线17A、17B，隔热层12作为热脉冲发生层16起作用。这样的隔热层12由例如经过特定温度范围的热处理的含有锗的结晶性微粒子构成。

本发明的声波发生器具有如下结构：热脉冲源具有配置在隔热层的与基层侧相反的一侧的面上的热脉冲发生层(发热层)，并且该热脉冲发生层是通过向该层供给的电力脉冲而发生热脉冲的电热层，本发明的声波发生器通过该结构显示0.1Pa/W以上，乃至0.2Pa/W以上、0.5Pa/W以上的输出因子(单位施加电力的输出音压)。这种高输出的因子实现：本发明的声波发生器的作为物体检测用的超声波音源特别是小型和省电力(例如1W以下的驱动电力)的超声波音源的使用。根据该超声波音源，实现例如对偏离数十cm到数m程度的对象物照射超声波，用高感度麦克检测其反射声波，来检测该对象物的距离和位置的物体检测传感器。

图7表示这样的物体检测传感器的结构的一例。图7所示的物体检测传感器101具有：本发明的声波发生器1、向声波发生器1供给电力脉冲的驱动电路102、采音麦克103、连接到采音麦克103的输出信号放大器104、A/D转换器105和运算装置106。在物体检测传感器101中，通过驱动电路102向声波发生器1施加电力脉冲，从声波发生器1发生声波15。为了检测对象物107的距离和位置，声波15优选为超声波。从声波发生器1发送的声波15在对象物107反射，反射波108返回物体检测传感器101。通过采音麦克103将反射波108转换为电信号。该电信号经过输出信号放大器104和A/D转换器105后，由运算装置106进行处理，来测量对象物107相对物体检测传感器101的距离和位置。本发明的声波发生器1的输出特性高，因此物体检测传感器101为高感度。

本发明的声波发生器的用途不限定于物体检测传感器，能够应用于具有声波发生器的现有技术中的任意设备。

在本发明的声波发生器中对基层的形状没有要求。因此，本发明的声波发生器例如能够应用于壁面的非破坏检查。图8A表示应用了本发明的声波发生器的壁面非破坏检查的方法的一例。在图8A所示例中，基层(未图示)和隔热层12配置成与壁面111的检查的对象面连接。隔热层12露出，基层由壁面111和隔热层12夹持。这样的基层例如能够通过在壁面111的检查对象面层叠石墨薄板而形成。该基层上的隔热层12能够通过例如将单独形成的隔热层12粘贴到基层而形成。而且，从具有热脉冲源和声波检测部的单元112向隔热层12施加热脉冲。热脉冲通过例如激光、红外线、微波施加到隔热层12。伴随着热脉冲的施加，隔热层12发送声波15，发送的声波15通过单元112的声波检测部来测量。在声波15中包含壁面111的表面和内部的信息。该信息是例如壁面111的经历(履历)、构成壁面111的材料的结构、壁面111中存在的损伤。

壁面111的形状没有限定，例如可以是图8B所示的形状。图8B所示的结构，除壁面111的形状不同以外，与图8A所示的结构相同。

以下的表1表示各种材料的热物性值。

【表1】

根据在专利文献3(专利第3845077号公报)和文献4(专利第3808493号公报)中公开的技术，表1记载的材料之中，αC最高的材料作为基层是最适合的。即，根据该技术，金刚石作为基层是最适合的，αC比金刚石低的石墨比金刚石差，αC非常低的蓝宝石作为基层是不适合的。但是，根据本发明者的探讨，在与由含有硅或锗的结晶性微粒子构成的隔热层的组合中，由蓝宝石或石墨构成的基层实现具有比金刚石的基层高很多的输出特性的声波发生器。而且，根据不同情况，使用αC相对低的蓝宝石的基层比使用αC相对高的石墨基层输出特性高。这样的本发明的声波发生器，不会从以专利文献3、4中公开的技术为代表的现有技术中导出。

本发明者们推测：在本发明的声波发生器中，构成基层的石墨或蓝宝石与构成隔热层的含有硅或锗的结晶性微粒子的接合界面，处于适合热激发型的声波发生的状态。如本发明的声波发生器，在由纳米尺寸的微粒子构成的隔热层中，该层的热流状态非常复杂。这样复杂的热流状态在现实中是否适合热激发型的声波发生，不能仅由该层的热物性值αC和该层与基层的热对比来决定。热流状态是否适合热激发型的声波发生，可以认为依赖于构成隔热层的微粒子间的接合状态和该微粒子与基层的接合状态。而且，在本发明的声波发生器中，隔着氧化膜(SiO₂或GeO₂的膜)构成隔热层的微粒子彼此之间或该微粒子与基层之间进行的接合，具有实现进一步适合热激发型的声波发生的热流状态的可能性。

例如，在由蓝宝石构成基层的情况下，对于构成隔热层的微粒子与基层的接合如下。材料的表面能量ΔE与构成该材料的各元素的电负性差(Δχ)成比例。硅氧化膜的Si-O间的Δχ为1.54。锗氧化膜的Ge-O间的Δχ为1.43。另一方面，蓝宝石的Al-O间的Δχ为1.83，比Si-O间和Ge-O间的Δχ大。由此可以认为：在基层与隔热层之间实现适合于热激发型的声波发生的热流状态。

另一方面，在由石墨构成基层的情况下，对于构成隔热层的微粒子与基层的接合如下。在石墨的表面，除了C-C键以外还存在C-H键和C-OH键(C-H键和C-OH键主要多见于石墨的晶界)。因此，在与硅氧化膜和锗氧化膜之间，形成有如C-O-Si或C-O-Ge那样的碳、氧和硅或锗之间的键，在构成隔热层的微粒子与基层之间形成强固的接合。另外，由于该强固的接合，该微粒子与基层的距离变近，由此使得作用在微粒子与基层之间的范德华力变强。该变强的范德华力自身也促进在该微粒子与基层之间形成强固的接合。由此可以认为：在基层与隔热层之间实现适合于热激发型的声波发生的热粒的状态。

根据表1，蓝宝石的热物性值αC比硅和锗的热物性值αC小，但本发明的声波发生器的基层和隔热层的热传导性的关系，与现有技术的声波发生器相同，优选为基层的热传导性相对高且隔热层的热传导性相对低的关系。该关系基于隔热层由微粒子构成。

[本发明的声波发生器的制造方法]

图9表示本发明的制造方法的一例。在图9所示的制造方法中，首先准备基层和第一涂料(ink)。基层由石墨或蓝宝石构成。第一涂料是分散了含有硅或锗的结晶性微粒子的溶液，用于在基层上形成隔热层。

结晶性微粒子的平均粒径，如上所述，典型的为10nm～0.5μm。而且，该微粒子的粒度分布的D10到D90优选在10nm～0.5μm的范围内。该微粒子通过将例如硅晶体或锗晶体，优选单晶粉碎来得到。第一涂料的溶媒没有限定，典型的是有机溶液。该溶媒优选从丙酮、乙醇、甲醇、苯、己烷、戊烷和异丙醇(IPA)中选出的至少1种，特别优选IPA。这些溶媒表面张力小且对于由石墨或蓝宝石构成的基层的表面的润湿性高。通过使用润湿性高的溶媒，基层与由第一涂料形成的隔热层之间的热流状态变得适合热诱发型的声波发生。并且，在由石墨构成的基层的表面存在的C-H键和C-OH键对该基层与第一涂料的润湿性的提高做贡献。

接着，将第一涂料涂敷在基层的表面，在基层表面形成第一涂料的涂敷膜。涂敷膜的形成方法没有特别地限定，例如能够应用旋涂法(spin coating)、印模涂敷法(die coating)。

接着，将整体在100～1000℃下进行热处理，从第一涂料的涂敷膜形成隔热层。由此，得到基层和配置在该基层上的隔热层的层叠体(到此处为止是第一工序)。热处理温度根据第一涂料所含的微粒子的种类进行调整。在微粒子为含有硅的结晶性微粒子的情况下，热处理温度优选为550～900℃。在微粒子为含有锗的结晶性微粒子的情况下，热处理温度优选为250～600℃。热处理方法没有特别限定，例如可以将基层和涂敷膜整体收容于保持热处理温度的炉内。热处理可以包含热处理温度和/或热处理气氛互相不同的2个以上的热处理步骤。

接着，将热脉冲源设置成能够向隔热层施加热脉冲(第二工序)。由此制造本发明的声波发生器。热脉冲源可以设置成例如能够从隔热层的与基层侧相反的一侧的面向该隔热层施加热脉冲。

本发明的声波发生器的热脉冲源具有：配置在隔热层的与基层侧相反的一侧的面上的，向隔热层施加热脉冲的热脉冲发生层(发热层)，在该热脉冲发生层由碳材料构成的情况下，第二工序可以是以下的工序A。在工序A中，在第一工序中形成的隔热层的与基层侧相反的一侧的面上，形成通过热处理成为碳材料的前体溶液(第二涂料)的涂敷膜，对形成的涂敷膜进行热处理，形成热脉冲发生层。

图10表示包含这样的第二工序的本发明的制造方法的一例。在图10所示的方法中，至得到基层与隔热层的层叠体为止与图9所示的方法相同。在图10所示的方法中，继续在所形成的隔热层的表面涂敷第二涂料，在隔热层表面形成第二涂料的涂敷膜。涂敷膜的形成方法没有特别限定，例如能够应用旋涂法、印模涂敷法。

第二涂料只要能够通过热处理形成由碳材料构成的热脉冲发生层就不作限定，典型的包含松节油、乙酸丁酯等的有机成分。

接着，对整体在100～1000℃下进行热处理，从第二涂料的涂敷膜形成热脉冲发生层。由此，制造具有基层、隔热层和热脉冲发生层的本发明的声波发生器。

热处理温度根据第二涂料所含的成分的种类进行调整。热处理可以含有热处理温度和/或热处理气氛互相不同的2个以上的热处理步骤。热处理方法没有特别限定，例如可以将基层、涂敷膜和第二涂料的涂敷膜整体收容于保持热处理温度的炉内。

通过第二涂料的涂敷和热处理形成的热脉冲发生层，由包含碳黑等碳材料的焦油状材料构成。该材料由于具有优秀的耐热性，所以在本发明的声波发生器运作时发挥稳定的热脉冲发生层的功能。而且，随着作为发热层的使用时间的经过，刚形成之后包含的氮和氧的量逐渐减少，作为热脉冲发生层越来越稳定。该氮和氧的量的减少能通过能量分散型X射线分光分析(EDX)确认。该热脉冲发生层，优选通过对该层施加电力脉冲以使其作为热脉冲发生层起作用，即作为电热层。

[本发明的声波发生方法]

本发明的声波发生方法是使用上述的本发明的声波发生器来发生声波的方法。具体来说，在本发明的声波发生器中，通过热脉冲源向隔热层施加热脉冲来使其发生声波。

声波发生器的结构如上所述。

在声波发生器中，热脉冲源优选具有配置在隔热层的与基层侧相反的一侧的面上的，向隔热层施加热脉冲的热脉冲发生层。在这种情况下，通过热脉冲发生层向隔热层施加热脉冲来发生声波。

而且，在这种情况下，热脉冲发生层是通过向该层供给的脉冲电流或脉冲电压来发生热脉冲的电热层，热脉冲源优选进一步具有向电热层供给脉冲电流或脉冲电压的电力供给线。此时，通过经由电力供给线向电热层供给脉冲电流或脉冲电压，能够在该层发生热脉冲。然后，向隔热层施加所发生的热脉冲来发生声波。

本发明的声波发生方法能广泛应用于利用声波的现有技术中的装置和方法。

【实施例】

以下根据实施例对本发明进行更详细的说明。本发明不限定于以下的实施例。

(实施例1)

在实施例1中，制作具有由结晶性的硅微粒子构成的隔热层的声波发生器。然后，改变构成基层的材料，对隔热层与基层的组合进行验证。并且，制作具有由结晶性的TiO₂(氧化钛)微粒子构成的隔热层的声波发生器，实施同样的验证。

在验证中使用的声波发生器，根据图10所示的制造方法，如以下方式制作。首先，准备由石墨、蓝宝石、金刚石或硅形成的4种基层。石墨使用松下公司制造的EYGS091203。令石墨基层的厚度为200μm，余下的3种基层的厚度为500μm。接着，在该基层表面通过旋涂法涂敷结晶性的硅微粒子的分散液或结晶性的TiO₂微粒子的分散液，形成分散液的涂敷膜。旋涂在保持大气气氛和室温(25℃)的密闭容器中实施，令其条件为：旋转速度500rpm下5秒，接着8000rpm下60秒。接着，在氮气流动且100℃的气氛下对表面形成有涂敷膜的基层进行加热，使涂敷膜干燥后，在氢气流且800℃(硅微粒子的情况)下或氩气流且500℃(TiO₂微粒子的情况)下进行进一步热处理，得到基层和由上述硅微粒子或TiO₂微粒子构成的隔热层形成一体的层叠体。通过氮气流且100℃下的加热，除去分散液中所含的溶媒的大部分。通过在氢气流且800℃(或氩气流动且500℃)下的热处理，除去残留有机物并且使因热而产生的微粒子间和基层间的接合变强。

作为硅微粒子的分散液，使用鳞片状的结晶性硅微粒子的IPA分散液(硅微粒子含有率为8.5重量％，Primet Precision Materials公司制造)。在本实施例中，将该硅微粒子称作“Si(Lot#1)”。

作为TiO₂微粒子的分散液，使用球状的结晶性TiO₂微粒子的IPA分散液(TiO₂微粒子含有率为15.4重量％，C.I.Kasei公司制造)。在本实施例中，将该TiO₂微粒子称作“TiO₂(Lot#1)”。

为了决定评价微粒子粒径的适当的方法，首先，通过粒度分布计评价分散液中的硅微粒子的粒度分布。在使用超声波方式的粒度分布计的情况下，硅微粒子的粒度分布在8nm(D10)～156nm(D90)的范围内具有最大值，作为一例的粒度分布的中位数是57nm。另一方面，在使用激光衍射散射方式的粒度分布计的情况下，硅微粒子的粒度分布在100nm(D10)～300nm(D90)的范围内具有最大值，作为一例的粒度分布的中位数是167nm。利用一般的粒度分布计进行的粒度分析，通过球状的粒子模型实施，且不依赖于是超声波方式还是激光衍射散射方式。但是，在激光衍射散射方式中，通过激光的散射截面积来估算粒度分布。因此可以想到：对于具有像鳞片状粒子那样的扁平状的粒子，通过激光衍射散射方式测量的测量值比通过超声波方式测量的测量值大。于是，在本实施例中，通过对所形成的隔热层的截面(与层的主面垂直的方向的截面)的扫描型电子显微镜(SEM)像进行图像分析，评价以硅微粒子为主的构成隔热层的微粒子的粒度分布，并且还一起评价隔热层的结构。

通过SEM像的图像分析，对上述制作的隔热层的硅微粒子(Si(Lot#1))和TiO₂微粒子(TiO₂(Lot#1))的形状和粒度分布进行评价，硅微粒子是鳞片状，粒度分布的D10是50nm，D90是254nm，中位数约是115nm。图11表示对硅微粒子(Si(Lot#1))的粒度分布的评价结果。另一方面，TiO₂微粒子是球状，粒度分布的D10是20nm，D90是100nm，中位数约是40nm。另外，用超声波方式的粒度分布计对分散液中的TiO₂微粒子的粒度分布进行评价，中位数是36nm。

通过高分辨率SEM或透过型电子显微镜(TEM)的观察，可以另外确认：所制作的隔热层中的各微粒子处于一次粒子与一次粒子凝聚的二次粒子混在一起的状态。通过SEM像的图像分析得到的上述粒度分布，由于构成隔热层的全部的微粒子不能分类为一次粒子和二次粒子，所以是包含一次粒子和二次粒子两种粒子的粒度分布。

而且，通过该图像分析，可以确认：由硅微粒子构成的隔热层具有如图12A和图12B所示的特异的结构。该结构具有以下的具体特征：在隔热层12的下层部分(基层11侧的部分)较多地分布有比较大的微粒子，在上层部分(基层11侧的相反侧的部分)较多地分布有比较小的微粒子；下层部分的微粒子主要是一次粒子51凝聚的二次粒子52，上层部分的微粒子主要是一次粒子51和比较小的二次粒子52；邻接的各微粒子，通过具有极微小的面积的接合部分互相接合。使用TEM对微粒子彼此的该接合部分另外进行确认，可知：如图13A～图13C所示，在成为接合部分的微粒子(二次粒子52)间的界面55，存在厚度2～10nm程度的氧化膜(SiO₂膜)，通过该氧化膜，微粒子彼此互相接合。另外，图13B是图13A中用框表示的一部分的放大图。

除此之外，通过对所制作的隔热层一边自其上层部分蚀刻该层一边进行RBS(卢瑟福背散射，Rutherford Backscattering Spectrometry)分析，来评价该层的孔隙率。在RBS分析中，推测隔热层的散射截面积，由此能够算出该层的孔隙率。隔热层的孔隙率，其最上层部分大约为50％，最下层部分大约为90％，具有沿着最上层部分到最下层部分逐渐增加的倾向。

除此之外，对所制作的隔热层评价其广角X射线衍射(WAXD)图(profile)和拉曼分光图(profile)。结果是：在由硅微粒子构成的隔热层的WAXD图(profile)中，在衍射角2θ为28.5°、47.3°、56.1°、69.1°和76.4°的位置确认出衍射峰值，在拉曼分光图(profile)中，在拉曼位移为522cm^-1的位置确认出峰值。这些衍射峰值和拉曼位移是在硅晶体中特有的峰值和位移。另一方面，在由TiO₂微粒子构成的隔热层的WAXD图(profile)中，衍射角2θ为25.3°、37.8°、48.1°、55.1°和75.0°的位置确认出衍射峰值。这些衍射峰值是在TiO₂结晶中特有的峰值。即，可以确认：所制作的隔热层由结晶性硅微粒子或结晶性TiO₂微粒子构成。

接着，在所制作的层叠体中的隔热层的露出面，通过旋涂涂敷以6∶3∶1的重量比混合松节油、乙酸丁酯和乙酸乙酯的前体溶液，形成前体溶液的涂敷膜。令旋涂的条件与在基层的表面旋涂硅微粒子或TiO₂微粒子的分散液的条件相同。接着，对形成有涂敷膜的层叠体，在氮气流且120℃下进行加热，使涂敷膜干燥后，在氩气流且800℃(由硅微粒子构成的隔热层的情况)下或500℃(由TiO₂微粒子构成的隔热层的情况)下进行进一步热处理，使前体溶液的有机成分变为碳材料。由此，基层、由硅微粒子构成的隔热层和由碳材料构成的发热层(热脉冲发生层)形成一体，得到具有隔热层由基层和发热层夹持的结构的层叠体。另外可以确认：在该热处理温度下，隔热层的微粒子的结构得以维持。令发热层的厚度为50nm。另外可以确认：当发热层的厚度在20nm～1μm的范围内时，能实现10Ω/square～100kΩ/square程度的片(sheet)电阻。

接着，在所制作的该层叠体的发热层上，通过溅射法设置用于向该发热层(电热层)施加电力脉冲的一对Pt(白金)电极，得到声波发生器。令1个该电极为厚0.3μm、宽1mm、长10mm的长条状。一对电极间的距离，在1～20mm之间调整，典型的为5mm。向发热层施加电力脉冲的电极，不仅限于Pt，能够由任意的导电性材料构成。但是，在电力脉冲的频率高的情况下，由于存在被确认出接触电阻增加的材料(例如铝)，该接触电阻增加的原因推测为电极氧化，所以优选由该增加难以发生的Pt、Ir(铱)或ITO(铟锡氧化物)构成的电极。

在以下的表2中表示所制作的声波发生器的结构。表2各栏中的括弧内的数值是各层的厚度。

【表2】

接着，对所制作的声波发生器的输出特性，使用如图14所示的测量系统进行评价。图14所示的系统包括：具有声波发生器200的发音部221；对从声波发生器200发出的声波213进行采音和分析的采音部222。发音部221进一步具有信号发生器210、输入信号放大器211和波形测量器212。信号发生器210和输入信号放大器211连接到声波发生器200，对声波发生器200的发热层施加用于输出声波的电力脉冲。所施加的电力脉冲的波形通过波形测量器212进行测量。采音部222具有采音麦克214、输出信号放大器215、滤波器(杂音滤波器)216和波形测量器217。由声波发生器200发送的声波213通过采音麦克214被转换为电信号。该信号通过输出信号放大器215和滤波器216后，由波形测量器217进行测量。声波发生器的输出特性的评价，根据非专利文献2的记载，设置声波发生器200与采音麦克214的距离为5mm进行实施。采音麦克214使用B&K公司制造的4939。

图15表示对实施例1-1的评价结果。图15的上段表示施加到实施例1-1的发热层的电力脉冲的波形。在下段将从声波发生器发送的声波的波形作为音压的波形表示。横轴都表示电力脉冲的施加开始后经过的时间。如图15所示，可以确认：通过施加具有方波波形的电力脉冲，发送具有与其调制的频率对应的脉冲状的声波。该频率大约是100KHz(脉冲的半峰宽大约是10μ秒)。声波发生在施加像矩形脉冲上升沿和下降沿那样的大的调制偏压(bias)时。另一方面，在施加恒定的偏压时，不发生声波。这表示：实施例1-1的声波发生机制基于通过所施加的热脉冲的交流成分来发生声波的热诱发型的声波发生。

接着，对使向实施例1-1的发热层施加的电力脉冲的最大值变化时的从实施例1-1发送的声波的最大音压的变化进行测量。测量结果用图16表示。图16的横轴是向实施例1-1施加的电力。如图16所示，从实施例1-1发送的声波的最大音压与施加电力成比例。可知：在基于机械振动的声波发生的机制中，发送的声波的最大音压与施加“电压”成比例。另一方面，可知：在基于热诱发的声波发生的机制中，发送的声波的最大音压与施加“电力”，即施加电压的平方成比例。如图16所示，在实施例1-1中，发送的声波的最大音压与施加电力成比例，这表示：实施例1-1的声波发生的机制基于热诱发型的声波发生。

在1KHz～100KHz的范围内变更施加的电力脉冲的频率，进行同样的评价。与电力脉冲的频率无关地，能确认具有与该频率对应的频率的脉冲(impulse)状的声波发信。在本实施例中，由于测量系统的采音麦克的频带上限是100KHz，所以测量至频率100KHz为止的声波的发送，但也能够期待发生具有进一步高的频率的声波。

变更施加的电力脉冲的波形，进行同样的评价。与电力脉冲的波形无关地，只要施加电流包含交流成分就能确认声波的发送。

关于实施例1-2，虽然输出音压的最大值不同，能够得到同样的波形。

以下的表3表示表2所示的各实施例和比较例所发送的声波的音压(单位施加电力的输出音压)。

【表3】

如表3所示，在由硅微粒子构成的隔热层的情况下，在基层使用与金刚石(比较例1-A)和硅(比较例1-B)相比热物性值αC小很多的蓝宝石时(实施例1-2)，实现高的输出特性。在基层使用石墨时(实施例1-1)，也实现有高的输出特性。通过发现：在本实施例中，由蓝宝石或石墨构成的基层与由结晶性的硅微粒子构成的隔热层的组合是最适当的，初次达成该高的输出特性。基于公开的尽可能增大基层与隔热层的热对比的技术的现有的声波发生器及其技术思想，本领域技术人员绝对不可能预想且实现本实施例的结果。这是因为，基于非专利文献1的式(3)和表1，从实施例1-2中测量的音压估算实施例1-2的基层与隔热层之间的热对比时，很明显专利文献4的α_IC_I/α_SC_S完全达不成1/100(比1/100大很多)。

另一方面，在由TiO₂微粒子构成的隔热层的情况下，根据现有的声波发生器及其技术思想，由于TiO₂的热物性值αC非常小，基层与隔热层的热对比变得非常大，所以可以期待：与由硅微粒子构成的隔热层相比能够得到高的输出特性。但是，如表3所示，在由TiO₂微粒子构成的隔热层的情况下(比较例1-C～1-F)，不论与哪一个基层组合，都几乎不会发送声波。这也表示：本实施例的结果不能基于现有技术的声波发生器及其技术思想来达成。

在实施例1-1和1-2中，使隔热层的厚度变化，对发送的声波的输出特性进行评价。可以确认：隔热层的厚度优选10nm以上不到50μm，更优选50nm以上10μm以下。

另一方面，在比较例1-B～1-F中，使隔热层的厚度变化，对发送的声波的输出特性进行评价。可知：即使隔热层的厚度变化，不发送声波的状态也几乎不会改变。

在各实施例和比较例中，令图14所示的测量系统中的声波发生器200与采音麦克214的距离为10mm，进行同样的评价，得到具有与该距离为5mm的情况相同的倾向的结果。

(实施例2)

在实施例2中，制作具有由结晶性的锗微粒子构成的隔热层的声波发生器。然后，改变构成基层的材料，对隔热层与基层的组合进行验证。

验证所用的声波发生器，除了替代结晶性硅微粒子的分散液而使用结晶性的锗微粒子的分散液；和将热处理温度从硅微粒子时的800℃变更为400℃以外，与实施例1的各实施例和比较例同样地制作。

作为锗微粒子的分散液，使用鳞片状的结晶性锗微粒子的IPA分散液(锗微粒子含有率为8.6重量％，Primet Precision Materials公司制造)。在本实施例中，该锗微粒子称作“Ge(Lot#1)”。

与实施例1相同，通过SEM像的图像分析，对所制作的隔热层的锗微粒子(Ge(Lot#1))的形状和粒度分布进行评价。锗微粒子为鳞片状，且粒度分布的D10是42nm，D90是200nm，中位数是95nm。另外，分散液中的该锗微粒子的粒度分布使用超声波方式的粒度分布计进行评价，D10是4nm，D90是125nm，中位数是40nm。

而且，通过该图像分析，可以确认：由锗微粒子构成的隔热层具有与实施例1的由硅微粒子构成的隔热层相同的特异的结构(参照图12B)。该结构具有以下的具体特征：在隔热层的下层部分(基层侧的部分)较多地分布有比较大的微粒子，在上层部分(基层侧的相反侧的部分)较多地分布有比较小的微粒子；下层部分的微粒子主要是一次粒子凝聚的二次粒子，上层部分的微粒子主要是一次粒子和比较小的二次粒子；邻接的各微粒子，通过具有极微小的面积的接合部分互相接合。使用TEM对微粒子彼此的该接合部分另外进行确认，可知：与实施例1的由硅微粒子构成的隔热层相同地，在成为接合部分的微粒子间的界面，存在厚度2～10nm程度的氧化膜(GeO_x(1≤x≤2)膜)，通过该氧化膜，微粒子彼此互相接合。

除此之外，通过对所制作的隔热层一边自其上层部分蚀刻该层一边进行RBS分析，评价该层的孔隙率。隔热层的孔隙率，其最上层部分大约为50％，最下层部分大约为90％，具有沿着最上层部分到最下层部分逐渐增加的倾向。

除此之外，对所制作的隔热层评价其WAXD图和拉曼分光图。结果是：在由锗微粒子构成的隔热层的WAXD图中，在衍射角2θ为27.3°、45.3°、53.7°、66.0°、72.8°和83.7°的位置确认出衍射峰值，在拉曼分光图中，在拉曼位移为297cm^-1的位置确认出峰值。这些衍射峰值和拉曼位移是在锗晶体中特有的峰值和位移。即，可以确认：所制作的隔热层由结晶性锗微粒子构成。

以下的表4表示所制作的声波发生器的结构。表4各栏中的括弧内的数值是各层的厚度。

【表4】

如表4所示，在实施例2-3中，不形成由碳材料构成的发热层，由锗微粒子构成的隔热层作为发热层起作用。这是基于：由于通过400℃～600℃的热处理锗微粒子发现有导电性，所以隔热层显示适合发热层的片电阻。导电性发现的原因推测为：锗微粒子间的GeO₂因其潮解性而容易变为GeO_x(1≤x≤2)，在微粒子间形成传导通路。

接着，对所制作的声波发生器的输出特性，与实施例1相同地使用如图14所示的测量系统进行评价。声波发生器与采音麦克的距离为5mm。

在实施例2-1～2-3的任一个中，虽然输出音压的最大值不同，但是都能得到与实施例1-1相同的结果。例如，与实施例1-1相同地确认：通过施加具有方波波形的电力脉冲，能发送具有与其调制相应的频率的脉冲状的声波。另外，例如在实施例2-1～2-3中，发送的声波的最大音压与施加电力成比例。这表示：实施例2-1～2-3的声波发生的机制基于热诱发型的声波发生。

以下的表5，表示表4所示的各实施例和比较例所发送的声波的音压(单位施加电力的输出音压)。

【表5】

如表5所示，在基层使用与金刚石(比较例2-A)相比热物性值αC小很多的蓝宝石的情况下(实施例2-2、2-3)，实现高的输出特性。在实施例2-2和2-3中，实施例2-2的输出特性更高。在基层使用石墨的情况下(实施例2-1)，也实现同样的高的输出特性。在本实施例中，通过发现由蓝宝石或石墨构成的基层与由结晶性锗微粒子构成的隔热层的组合是最适当的，初次达成该高的输出特性。基于公开的尽可能增大基层与隔热层的热对比的技术的现有的声波发生器及其技术思想，本领域技术人员绝对不可能预想且实现本实施例的结果。

而且，可以确认：由经过在特定的温度区域的热处理的锗微粒子构成的隔热层，通过电力脉冲的施加，作为热脉冲源(热脉冲发生层)起作用。

在实施例2-1～2-3中，使隔热层的厚度变化，对发送的声波的输出特性进行评价。可以确认：隔热层的厚度优选为10nm以上不到50μm，更加优选50nm以上10μm以下。

(实施例3)

在实施例3中，制作具有与实施例1不同形状的，具有由结晶性的硅微粒子构成的隔热层的声波发生器。然后，改变构成基层的材料，对隔热层与基层的组合进行验证。

验证所用的声波发生器，除硅微粒子的分散液不同外，与实施例1的各实施例和比较例同样地制作。

作为硅微粒子的分散液，使用球状的结晶性硅微粒子的IPA分散液(硅微粒子含有率为5重量％，瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)公司制造)。在本实施例中，该硅微粒子称作“Si(Lot#2)”。

与实施例1相同，通过SEM像的图像分析，对所制作的隔热层的硅微粒子(Si(Lot#2))的形状和粒度分布进行评价。硅微粒子是球状，粒度分布的D10是19nm，D90是68nm，中位数是32nm。图17表示对硅微粒子(Si(Lot#2))的粒度分布的评价结果。另外，使用超声波方式的粒度分布计对分散液中的该硅微粒子的粒度分布进行评价，D10是10nm，D90是100nm，中位数是20nm。

而且，通过该图像分析，可以确认：由硅微粒子构成的隔热层具有图18A～18D所示的特异的结构。该结构具有以下的具体特征：在隔热层12的下层部分(基层11侧的部分)较多地分布有比较大的微粒子，在上层部分(基层11侧的相反侧的部分)较多地分布有比较小的微粒子；下层部分的微粒子主要是一次粒子53凝聚的二次粒子54，上层部分的微粒子主要是一次粒子53和比较小的二次粒子54；邻接的各微粒子，通过具有极微小的面积的接合部分互相接合。使用TEM对微粒子彼此的该接合部分另外进行确认，可知：与实施例1的由硅微粒子构成的隔热层同样地，在作为接合部分的微粒子间的界面，存在厚度2～10nm程度的氧化膜(SiO₂膜)，通过该氧化膜，微粒子彼此互相接合。

除此之外，通过对所制作的隔热层一边自其上层部分蚀刻该层一边进行RBS分析，评价该层的孔隙率。隔热层的孔隙率，其最上层部分大约为50％，最下层部分大约为90％，具有沿着最上层部分到最下层部分逐渐增加的倾向。

除此之外，对制作的隔热层评价其WAXD图和拉曼分光图。结果是：在由硅微粒子构成的隔热层的WAXD图中，在衍射角2θ为28.5°、47.3°和56.1°等位置确认出衍射峰值，在拉曼分光图中，在拉曼位移为522cm^-1的位置确认出峰值。这些衍射峰值和拉曼位移是在硅晶体中特有的峰值和位移。即，可以确认：所制作的隔热层由结晶性硅微粒子构成。

以下的表6表示所制作的声波发生器的结构。表6各栏中的括弧内的数值是各层的厚度。

【表6】

接着，对所制作的声波发生器的输出特性，与实施例1相同地使用如图14所示的测量系统进行评价。声波发生器与采音麦克的距离为5mm。

在实施例3-1、3-2的任一个中，虽然输出音压的最大值不同，但是都能得到与实施例1-1相同的结果。例如，与实施例1-1相同地可以确认：通过施加具有方波波形的电力脉冲，能发送具有与其调制的频率对应的脉冲状的声波。另外，例如在实施例3-1、3-2中，发送的声波的最大音压与施加电力成比例。这表示：实施例3-1、3-2的声波发生的机制基于热诱发型的声波发生。

以下的表7表示表6所示的各实施例和比较例所发送的声波的音压(单位施加电力的输出音压)。

【表7】

如表7所示，在基层使用与金刚石(比较例3-A)和硅(比较例3-B)相比热物性值αC小很多的蓝宝石的情况下(实施例3-2)，实现高的输出特性。在基层使用石墨的情况下(实施例3-1)，也实现同样高的输出特性。在基层使用蓝宝石的实施例3-2，与在基层使用石墨的实施例3-1相比输出特性高很多。在本实施例中，通过发现：由蓝宝石或石墨构成的基层和由结晶性硅微粒子构成的隔热层的组合是最适当的，初次达成该高的输出特性。基于公开的尽可能增大基层与隔热层的热对比的技术的现有的声波发生器及其技术思想，本领域技术人员绝对不可能预想且实现本实施例的结果。

(实施例4)

在实施例4中，制作具有与实施例1-1相同的基层和隔热层的组合，且发送声波的面的形状是抛物面的声波发生器，对其输出特性进行验证。

验证所用的声波发生器，除将石墨的基层的配置有隔热层的面的形状从平面变更为抛物面外，与实施例1-1相同地制作。该石墨的基层，通过将具有柔软形的2块以上的石墨片(厚度为50μm～1mm，典型的为100μm)，重叠粘贴在形成有抛物面的模型的该抛物面上后，分离石墨片的层叠物和该模型而形成。石墨基层的直径为20mm。

另外，用于向发热层施加电力脉冲的Pt电极，其一个在发热层的周缘部配置成环状(宽1mm)，另一个在发热层的中央部配置成直径3mm的圆形。图19表示所制作的声波发生器300。图19的符号11为基层，符号16为发热层，符号301为电极。隔热层由基层11和发热层16夹持。

接着，对所制作的声波发生器的输出特性，与实施例1相同地使用如图14所示的测量系统进行评价。采音麦克在声波发生器的声波的发送面的中心轴上以逐渐从该发信面离开的方式移动。当该发送面与采音麦克的距离为7mm时，得到最大的输出音压。这表示：通过使该发送面为抛物面，能够实现采音型的声波发生器。

而且，与实施例1-1相同地可以确认：通过施加具有方波波形的电力脉冲，能发送具有与其调制的频率对应的脉冲状的声波。可以确认：根据实施例4，能充分地实现具有各种声波的发送面的形状的声波发生器。

本发明，只要不脱离其意图和本质的特征，能够应用其它的实施形态。本说明书公开的实施方式在任何点上是用于说明的，并不限定于此。本发明的范围不是表示在上述说明中而是表示在权利要求书中，在与权利要求书均等的意思和范围中的全部变更包含在其中。

产业上的可利用性

本发明的声波发生器，由于通过涂敷膜的干燥和热处理能够形状自由度高地形成，所以能应用于各种电子设备。本发明的声波发生器，能够应用于例如在立体物中直接设置的音源(超声波音源)、扩音器(speaker)、致动器(actuator)等的各种用途。

Claims (10)

1.一种声波发生器，其特征在于，包括：

基层；配置在所述基层上的隔热层；和向所述隔热层施加热脉冲的热脉冲源，其中

所述基层由石墨或蓝宝石构成，

所述隔热层由含有硅或锗的结晶性微粒子构成。

2.如权利要求1所述的声波发生器，其特征在于：

所述热脉冲源具有热脉冲发生层，

该热脉冲发生层配置在所述隔热层的与所述基层侧的面相反的一侧的面上且向所述隔热层施加热脉冲。

3.如权利要求2所述的声波发生器，其特征在于：

所述热脉冲发生层是通过向该层供给的脉冲电流或脉冲电压来发生热脉冲的电热层，

所述热脉冲源还具有向所述电热层供给所述脉冲电流或脉冲电压的电力供给线。

4.如权利要求2所述的声波发生器，其特征在于：

所述热脉冲发生层由碳材料构成。

5.如权利要求1所述的声波发生器，其特征在于：

所述隔热层的所述微粒子的粒度分布的中位数是10nm～0.5μm。

6.一种声波发生器的制造方法，其是权利要求1所述的声波发生器的制造方法，该声波发生器的制造方法的特征在于，包括：

第一工序，其在由石墨或蓝宝石构成的基层上形成分散了含有硅或锗的结晶性微粒子的溶液的涂敷膜，对所述形成的涂敷膜进行热处理，在所述基层上形成由所述微粒子构成的隔热层；和

第二工序，其设置向所述隔热层施加热脉冲的热脉冲源。

7.如权利要求6所述的声波发生器的制造方法，其特征在于：

所述热脉冲源包括热脉冲发生层，该热脉冲发生层配置在所述隔热层的与所述基层侧的面相反的一侧的面上且向所述隔热层施加热脉冲，

所述热脉冲发生层由碳材料构成，

所述第二工序是如下工序：在第一工序中形成的所述隔热层的与所述基层侧相反的一侧的面上，形成通过热处理而成为碳材料的前体溶液的涂敷膜，对所述形成的涂敷膜进行热处理，形成所述热脉冲层。

8.一种使用声波发生器的声波发生方法，其特征在于：

所述声波发生器包括：基层；配置在所述基层上的隔热层；和向所述隔热层施加热脉冲的热脉冲源，其中

所述基层由石墨或蓝宝石构成，

所述隔热层由含有硅或锗的结晶性微粒子构成，

该声波发生方法包含通过所述热脉冲源向所述隔热层施加热脉冲来发生声波的工序。

9.如权利要求8所述的声波发生方法，其特征在于：

所述热脉冲源具有热脉冲发生层，该热脉冲发生层配置在所述隔热层的与所述基层侧的面相反的一侧的面上且向所述隔热层施加热脉冲，

所述工序是通过所述热脉冲发生层向所述隔热层施加热脉冲来发生声波的工序。

10.如权利要求9所述的声波发生方法，其特征在于：

所述热脉冲发生层是通过向该层供给的脉冲电流或脉冲电压来发生热脉冲的电热层，

所述热脉冲源还具有向所述电热层供给所述脉冲电流或脉冲电压的电力供给线，

所述工序是如下工序：通过经由所述电力供给线向所述电热层供给所述脉冲电流或脉冲电压而在该层发生热脉冲，向所述隔热层施加所发生的热脉冲来发生声波。

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