JP2002125296A - 音響整合部材とその製造方法 - Google Patents
音響整合部材とその製造方法Info
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- JP2002125296A JP2002125296A JP2000317451A JP2000317451A JP2002125296A JP 2002125296 A JP2002125296 A JP 2002125296A JP 2000317451 A JP2000317451 A JP 2000317451A JP 2000317451 A JP2000317451 A JP 2000317451A JP 2002125296 A JP2002125296 A JP 2002125296A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 音響整合部材において、比重を小さくした
り、音速を低くしたりしつつ音響整合部材の弾性を強く
する。 【解決手段】 複数の微小片１と液体２を混合させ、前
記液体２を蒸発させて前記微小片１の集合体を成形し、
前記微小片が軟化する温度で加熱して、前記集合体を固
形化して音響整合部材を製造する。
り、音速を低くしたりしつつ音響整合部材の弾性を強く
する。 【解決手段】 複数の微小片１と液体２を混合させ、前
記液体２を蒸発させて前記微小片１の集合体を成形し、
前記微小片が軟化する温度で加熱して、前記集合体を固
形化して音響整合部材を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用して気
体や液体など流体の流量を測定する流量計測装置や、物
体との距離を測定する距離計測装置などに用いる超音波
送受波器に関するもので、特に超音波を送受信する手段
と流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部
材とその製造方法に関するものである。
体や液体など流体の流量を測定する流量計測装置や、物
体との距離を測定する距離計測装置などに用いる超音波
送受波器に関するもので、特に超音波を送受信する手段
と流体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部
材とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】物体の音響インピーダンスは密度×音速
で求められる。空気中の音響インピーダンスＺAIRは約
４２８kg/m2s、超音波を発生する手段である圧電振動子
の音響インピーダンスＺPZTは約３０×１０6kg/m2sであ
る。圧電振動子から空気中へ超音波を放射する場合、両
者の音響インピーダンスの差異による音の反射が発生
し、音の放射効率が低下する。これを改善するために用
いるものが音響整合部材である。音響整合部材の音響イ
ンピーダンスＺMは理論計算から、
で求められる。空気中の音響インピーダンスＺAIRは約
４２８kg/m2s、超音波を発生する手段である圧電振動子
の音響インピーダンスＺPZTは約３０×１０6kg/m2sであ
る。圧電振動子から空気中へ超音波を放射する場合、両
者の音響インピーダンスの差異による音の反射が発生
し、音の放射効率が低下する。これを改善するために用
いるものが音響整合部材である。音響整合部材の音響イ
ンピーダンスＺMは理論計算から、
【０００３】
【数１】
【０００４】を満たす値が、音の反射がない状態になる
理想値で、上記したＺPZT及びＺAIRの値を用いると、こ
の値は約０．１１×１０6kg/m2sとなる。
理想値で、上記したＺPZT及びＺAIRの値を用いると、こ
の値は約０．１１×１０6kg/m2sとなる。
【０００５】図１１は、音響整合部材の音響インピーダ
ンスと圧電振動子から空気中に放射される音のエネルギ
ーの割合の関係を示した特性図である。音響インピーダ
ンス約０．１１×１０6kg/m2sで、透過の割合が１とな
り反射のないことを示している。
ンスと圧電振動子から空気中に放射される音のエネルギ
ーの割合の関係を示した特性図である。音響インピーダ
ンス約０．１１×１０6kg/m2sで、透過の割合が１とな
り反射のないことを示している。
【０００６】このような理想な音響インピーダンスを持
つ音響整合部材を得るため音響整合部材を構成する材料
は、密度が軽く、かつ、音速が遅いことが必要である。
つ音響整合部材を得るため音響整合部材を構成する材料
は、密度が軽く、かつ、音速が遅いことが必要である。
【０００７】このため、従来の音響整合部材には図１２
に示すように、樹脂材料４０にガラスバルーン４１を混
ぜて固めた構成のものがある。ガラスバルーンは中空で
あるので、非常に軽いという特徴がある。これを樹脂に
まぜて固めて得られた構造体は、樹脂だけで固めて得ら
れた構造体に比べ密度が軽くなる。また、用いるガラス
バルーンの大きさは、音響整合部材を伝播する振動
（音）の波長よりも、十分小さいもの（およそ振動の波
長の１／１０以下）が、振動伝播に影響を与えにくいこ
とから選択されている。音速はおよそ２３００m/sで、
密度は１．２g/cm3の樹脂材料に、真比重０．１３g/cm3
のガラスバルーン（商標名「３Ｍガラス発泡体」で入手
できる）を混ぜて固めると、密度０．５６g/cm3、音速
２１００m/sの構造体が得られる。これの音響インピー
ダンスＺCOMは１．１８×１０6kg/m2sとなる。
に示すように、樹脂材料４０にガラスバルーン４１を混
ぜて固めた構成のものがある。ガラスバルーンは中空で
あるので、非常に軽いという特徴がある。これを樹脂に
まぜて固めて得られた構造体は、樹脂だけで固めて得ら
れた構造体に比べ密度が軽くなる。また、用いるガラス
バルーンの大きさは、音響整合部材を伝播する振動
（音）の波長よりも、十分小さいもの（およそ振動の波
長の１／１０以下）が、振動伝播に影響を与えにくいこ
とから選択されている。音速はおよそ２３００m/sで、
密度は１．２g/cm3の樹脂材料に、真比重０．１３g/cm3
のガラスバルーン（商標名「３Ｍガラス発泡体」で入手
できる）を混ぜて固めると、密度０．５６g/cm3、音速
２１００m/sの構造体が得られる。これの音響インピー
ダンスＺCOMは１．１８×１０6kg/m2sとなる。
【０００８】また別の音響整合層としてガラス層にガラ
ス製マイクロバルーンを内有した構成のものがある。こ
れの特徴は、音響整合層をガラスだけで構成するので、
高温時にも物性の変化がないこということである。ただ
し、ガラスの音速は５０００〜６０００m/sec、密度は
２．２g/cm3なので、このような構成で得られた構造体
は、音速が早く、密度が大きくなり、音響インピーダン
スは大きな値になるものと推定される。
ス製マイクロバルーンを内有した構成のものがある。こ
れの特徴は、音響整合層をガラスだけで構成するので、
高温時にも物性の変化がないこということである。ただ
し、ガラスの音速は５０００〜６０００m/sec、密度は
２．２g/cm3なので、このような構成で得られた構造体
は、音速が早く、密度が大きくなり、音響インピーダン
スは大きな値になるものと推定される。
【０００９】さらに他の音響整合部材としてガラスの中
空球体だけで構成するものがあり、その製造方法はガラ
スの中空球体が軟化する温度に加熱して、圧縮すること
で中空球体のそれぞれの接触点で結合させる方法が述べ
られている。ガラスの中空球体は商標名「３Ｍガラス発
泡体」（前述したものと同等なもの）を用い、得られた
音響整合部材は音速９００m/sec、音響インピーダンス
ＺBGは約０．４５×１０6kg/m2sの特性を持つことが明
記されている。音響インピーダンスは音速×密度で表さ
れるので、この音響整合部材は密度が０．５g/cm3とな
る。ガラスの音速は５０００〜６０００m/secである
が、中空球体とすることにより音速が９００m/sまで下
がる。
空球体だけで構成するものがあり、その製造方法はガラ
スの中空球体が軟化する温度に加熱して、圧縮すること
で中空球体のそれぞれの接触点で結合させる方法が述べ
られている。ガラスの中空球体は商標名「３Ｍガラス発
泡体」（前述したものと同等なもの）を用い、得られた
音響整合部材は音速９００m/sec、音響インピーダンス
ＺBGは約０．４５×１０6kg/m2sの特性を持つことが明
記されている。音響インピーダンスは音速×密度で表さ
れるので、この音響整合部材は密度が０．５g/cm3とな
る。ガラスの音速は５０００〜６０００m/secである
が、中空球体とすることにより音速が９００m/sまで下
がる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
に記載されている音響整合部材には次に示すような課題
がある。
に記載されている音響整合部材には次に示すような課題
がある。
【００１１】前述した音響整合部材の音響インピーダン
スＺBGとＺCOMとを、図９の特性図上にプロットする
と、ＺBGは記号△に位置し、ＺCOMは記号□に位置し、
透過の割合はＺBGの場合が０．２１、ＺCOMの場合が
０．０５となり、ＺCOMの場合に比べ、ＺBGの場合は音
の透過率が４倍となる。しかしながら、実際には４倍の
出力を得られることはなく、両者ともほぼ同等なレベル
である。これはＺBGを得る構造体は、ＺCOMを得る構造
体と比較して、その音響整合部材を伝播している最中に
音が減衰しやすいことにあると考えられる。反対にＺ
MCOMを得る構造体はその音響整合部材を伝播している最
中の音の減衰は小さいが、ＺBGを得る構造体と比較し
て、音速が速いため音響インピーダンスが大きくなり、
音が空気中へ放射されるときの反射が大きくなる。結
局、実際には両音響整合部材より出力される音の大きさ
には大差がない。このため、ＺBGやＺCOMを得る構造体
で構成される音響整合部材より、音の出力が大となる音
響整合部材が求められている。
スＺBGとＺCOMとを、図９の特性図上にプロットする
と、ＺBGは記号△に位置し、ＺCOMは記号□に位置し、
透過の割合はＺBGの場合が０．２１、ＺCOMの場合が
０．０５となり、ＺCOMの場合に比べ、ＺBGの場合は音
の透過率が４倍となる。しかしながら、実際には４倍の
出力を得られることはなく、両者ともほぼ同等なレベル
である。これはＺBGを得る構造体は、ＺCOMを得る構造
体と比較して、その音響整合部材を伝播している最中に
音が減衰しやすいことにあると考えられる。反対にＺ
MCOMを得る構造体はその音響整合部材を伝播している最
中の音の減衰は小さいが、ＺBGを得る構造体と比較し
て、音速が速いため音響インピーダンスが大きくなり、
音が空気中へ放射されるときの反射が大きくなる。結
局、実際には両音響整合部材より出力される音の大きさ
には大差がない。このため、ＺBGやＺCOMを得る構造体
で構成される音響整合部材より、音の出力が大となる音
響整合部材が求められている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、立体的な微笑片の集合体で音響整合部材を
構成してあり、この音響整合部材は、微小片と液体を混
合させ、前記液体を蒸発させて前記微小片の集合体を成
形し、前記微小片が軟化する温度で加熱して、前記集合
体を固形化することにより、製造する。
するために、立体的な微笑片の集合体で音響整合部材を
構成してあり、この音響整合部材は、微小片と液体を混
合させ、前記液体を蒸発させて前記微小片の集合体を成
形し、前記微小片が軟化する温度で加熱して、前記集合
体を固形化することにより、製造する。
【００１３】上記発明によれば、前記微小片同士の接触
部分が多いので微小片同士の結合が強くなり、密度の増
加を抑えながら、音の減衰を抑えることができる。
部分が多いので微小片同士の結合が強くなり、密度の増
加を抑えながら、音の減衰を抑えることができる。
【００１４】また、液体と微小片を混ぜることで、集合
体における微小片を均一に分布させることができる。
体における微小片を均一に分布させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる音響整
合部材は、立体的な微小片を集合して構成してあり、微
笑片が立体的な構造なので、容易に空隙をつくることが
でき、複数の微小片からなる集合体のかさ密度を小さく
できる。また、表面積を大きくとれるので、微小片同士
の接触面積を大きくでき、結合を強くできる。
合部材は、立体的な微小片を集合して構成してあり、微
笑片が立体的な構造なので、容易に空隙をつくることが
でき、複数の微小片からなる集合体のかさ密度を小さく
できる。また、表面積を大きくとれるので、微小片同士
の接触面積を大きくでき、結合を強くできる。
【００１６】また請求項２にかかる音響整合部材は、請
求項１記載の発明に加えて、微小片は中空球体を粉砕し
た構造としたことを特徴とするものであるり、中空球体
を粉砕するので、容易に立体的な構造の微小片を作るこ
とができる。
求項１記載の発明に加えて、微小片は中空球体を粉砕し
た構造としたことを特徴とするものであるり、中空球体
を粉砕するので、容易に立体的な構造の微小片を作るこ
とができる。
【００１７】本発明の請求項３にかかる音響整合部材の
製造方法は、複数の微小片と液体を混合させ、前記液体
を蒸発させて前記微小片の集合体を成形し、前記微小片
が軟化する温度で加熱して、前記集合体を固形化するこ
とを特徴とする方法としたものである。
製造方法は、複数の微小片と液体を混合させ、前記液体
を蒸発させて前記微小片の集合体を成形し、前記微小片
が軟化する温度で加熱して、前記集合体を固形化するこ
とを特徴とする方法としたものである。
【００１８】微小片同士の接触部分が増えるので、微小
片同士の結合を強くできる。そして、液体と微小片を混
合することで、微小片一つ一つが一旦分離するので、液
体として、液体と微小片の混合体を取り扱うことがで
き、撹拌したり、かき混ぜることで、液体と微小片から
なる混合体での微小片の分布を均一にできる。
片同士の結合を強くできる。そして、液体と微小片を混
合することで、微小片一つ一つが一旦分離するので、液
体として、液体と微小片の混合体を取り扱うことがで
き、撹拌したり、かき混ぜることで、液体と微小片から
なる混合体での微小片の分布を均一にできる。
【００１９】また請求項４にかかる音響整合部材の製造
方法は、請求項３記載の発明に加えて、液体は微小片よ
り比重が小さいことを特徴とする方法としてあり、液体
の比重が微小片の比重よりも小さいので、微小片を混合
しても微小片が浮遊することがない。従って、微小片の
分布の偏りを抑えることができる。
方法は、請求項３記載の発明に加えて、液体は微小片よ
り比重が小さいことを特徴とする方法としてあり、液体
の比重が微小片の比重よりも小さいので、微小片を混合
しても微小片が浮遊することがない。従って、微小片の
分布の偏りを抑えることができる。
【００２０】また請求項５にかかる音響整合部材の製造
方法は、請求項４記載の発明に加えて、液体の蒸発は、
微小片の沈殿後行うことを特徴とする方法としてあり、
液体の比重が微小片より小さいので、長期間液体を放置
すると、微小片は沈殿する。この沈殿の際に微小片は均
一に分布できるので、微小片の結合を均一にできる。ま
た、重さの異なる微小片で構成すると、微小片は重いも
のから沈殿するので、沈殿方向に密度分布ができ、音響
インピーダンスに分布を設けることができ、複数の音響
インピーダンスを設けるのと同じ状態になるので、複数
の波長に対応できる広帯域の音響整合部材を構成でき
る。
方法は、請求項４記載の発明に加えて、液体の蒸発は、
微小片の沈殿後行うことを特徴とする方法としてあり、
液体の比重が微小片より小さいので、長期間液体を放置
すると、微小片は沈殿する。この沈殿の際に微小片は均
一に分布できるので、微小片の結合を均一にできる。ま
た、重さの異なる微小片で構成すると、微小片は重いも
のから沈殿するので、沈殿方向に密度分布ができ、音響
インピーダンスに分布を設けることができ、複数の音響
インピーダンスを設けるのと同じ状態になるので、複数
の波長に対応できる広帯域の音響整合部材を構成でき
る。
【００２１】また請求項６にかかる音響整合部材の製造
方法は、請求項５記載の発明に加えて、音響整合部材の
密度は中空球体の粉砕度合で調整することを特徴とする
方法としてあり、微小片の大きさを変えると、微小片同
士の接触面積や空隙が変わり、複数の微小片の集合体で
ある音響整合部材の密度を変えることができる。中空球
体を粉砕して微小片を構成する場合は、中空球体にかか
る荷重、時間で粉砕度合を管理できるので、所望の密度
を有する音響整合部材を簡単に作ることができる。
方法は、請求項５記載の発明に加えて、音響整合部材の
密度は中空球体の粉砕度合で調整することを特徴とする
方法としてあり、微小片の大きさを変えると、微小片同
士の接触面積や空隙が変わり、複数の微小片の集合体で
ある音響整合部材の密度を変えることができる。中空球
体を粉砕して微小片を構成する場合は、中空球体にかか
る荷重、時間で粉砕度合を管理できるので、所望の密度
を有する音響整合部材を簡単に作ることができる。
【００２２】本発明の請求項７にかかる音響整合部材
は、請求項６記載の発明に加えて、中空球体の粉砕度合
は粉砕後の体積と粉砕前の体積の比で調整する製造方法
で作られる。
は、請求項６記載の発明に加えて、中空球体の粉砕度合
は粉砕後の体積と粉砕前の体積の比で調整する製造方法
で作られる。
【００２３】粉砕前の体積と粉砕後の体積を管理するこ
とで微小片の大きさを調整できるので、荷重、時間など
のバラツキ要因が少なく、密度バラツキの少ない音響整
合部材を作ることができる。また、荷重管理が必要ない
ので、精度の高いプレスを用いる必要がなく製造コスト
を低減できる。また、時間管理が必要ないので、製造時
間を短縮できる。
とで微小片の大きさを調整できるので、荷重、時間など
のバラツキ要因が少なく、密度バラツキの少ない音響整
合部材を作ることができる。また、荷重管理が必要ない
ので、精度の高いプレスを用いる必要がなく製造コスト
を低減できる。また、時間管理が必要ないので、製造時
間を短縮できる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
説明する。
【００２５】（実施例１）図１は本発明の第一の実施例
における音響整合部材の製造装置の一例を示している。
における音響整合部材の製造装置の一例を示している。
【００２６】微小片１は立体構造のガラスで構成され
る。立体構造については、特に限定するものではない
が、かさ密度が材質の密度より小さいことが必要であ
る。材質の密度に比べて微小片のかさ密度が小さいほ
ど、微小片１の集合体に多くの空隙を設けることができ
るので、微小片１の集合体で構成される音響整合部材の
密度を小さくできる。本実施例では、微小片１の大きさ
は、１００μm以下で、厚さは数μmである。ガラスの密
度は２．２g/cm3で、音速は約５０００m/sである。しか
し、微小片１を立体構造にしているので、微小片１の集
合体のかさ密度は、石英ガラスの密度より小さくなる。
なお、微小片１の材質は限定するものではなく、アル
ミ、銅、鉄などの金属、カーボン、セラミックなどを用
いてもよい。
る。立体構造については、特に限定するものではない
が、かさ密度が材質の密度より小さいことが必要であ
る。材質の密度に比べて微小片のかさ密度が小さいほ
ど、微小片１の集合体に多くの空隙を設けることができ
るので、微小片１の集合体で構成される音響整合部材の
密度を小さくできる。本実施例では、微小片１の大きさ
は、１００μm以下で、厚さは数μmである。ガラスの密
度は２．２g/cm3で、音速は約５０００m/sである。しか
し、微小片１を立体構造にしているので、微小片１の集
合体のかさ密度は、石英ガラスの密度より小さくなる。
なお、微小片１の材質は限定するものではなく、アル
ミ、銅、鉄などの金属、カーボン、セラミックなどを用
いてもよい。
【００２７】液体２は蒸留水である。水の比重は１g/cm
3である。液体２は蒸留水でなくても構わない。例え
ば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と水の混合液にし
て粘性を持たせてもよい。粘性を有する液体を用いる場
合は、微小片１と液体２との混合体を成型ケースで成型
した後も、その形を容易に維持できる。
3である。液体２は蒸留水でなくても構わない。例え
ば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）と水の混合液にし
て粘性を持たせてもよい。粘性を有する液体を用いる場
合は、微小片１と液体２との混合体を成型ケースで成型
した後も、その形を容易に維持できる。
【００２８】成型ケース３の材質はテフロン（登録商
標）である。テフロンは滑りやすく、成型後の微小片１
と液体２の混合体を余計な力をかけずに取り出すことが
できる。従って、取り出すときに成型品を潰すことを防
止できる。底蓋４は、成型ケース３の一方の口を閉じ
て、微小片１と液体２からなる混合体を漏れないようす
るもので、テフロンの板やセロハンテープなどで構成し
ている。
標）である。テフロンは滑りやすく、成型後の微小片１
と液体２の混合体を余計な力をかけずに取り出すことが
できる。従って、取り出すときに成型品を潰すことを防
止できる。底蓋４は、成型ケース３の一方の口を閉じ
て、微小片１と液体２からなる混合体を漏れないようす
るもので、テフロンの板やセロハンテープなどで構成し
ている。
【００２９】押し棒５は微小片１と液体２の混合体を押
して、液体２を取り除くとともに、微小片１の集合体を
所定の密度に設定するものであり、本実施例では、材質
をステンレスにしているが、特に限定するものではな
い。
して、液体２を取り除くとともに、微小片１の集合体を
所定の密度に設定するものであり、本実施例では、材質
をステンレスにしているが、特に限定するものではな
い。
【００３０】本実施例の音響整合部材の製造方法につい
て図２のフローチャートを用いて説明する。
て図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３１】ステップ１１の混合処理では、石英ガラス
で構成される複数の微小片１と蒸留水からなる液体２を
ビーカ内で十分にかき混ぜる。十分にかき混ぜることに
より混合体内での微小片１の分布は殆ど均一にできる。
液体２の量は任意に設定できるが、本実施例では、複数
の微小片１と液体２の混合体を十分に混ぜたときに、こ
の混合体が成型ケース３に流し込める状態になるように
している。
で構成される複数の微小片１と蒸留水からなる液体２を
ビーカ内で十分にかき混ぜる。十分にかき混ぜることに
より混合体内での微小片１の分布は殆ど均一にできる。
液体２の量は任意に設定できるが、本実施例では、複数
の微小片１と液体２の混合体を十分に混ぜたときに、こ
の混合体が成型ケース３に流し込める状態になるように
している。
【００３２】ステップ１２の成型処理では、微小片１と
液体２の混合体を成型ケース３に入れ、押し棒５で、こ
の混合体を押し、余分な液体２を成型ケース３と押し棒
５との間の隙間から押し出すとともに、微小片１の集合
体の密度を調整する。
液体２の混合体を成型ケース３に入れ、押し棒５で、こ
の混合体を押し、余分な液体２を成型ケース３と押し棒
５との間の隙間から押し出すとともに、微小片１の集合
体の密度を調整する。
【００３３】ステップ１３の乾燥処理では、液体２が沸
騰しない温度で成型ケース３ごと加熱し、液体２を蒸発
させる。
騰しない温度で成型ケース３ごと加熱し、液体２を蒸発
させる。
【００３４】ステップ１４の成型品取り出し処理では、
底蓋４を開け、押し棒５で微小片１の集合体を押して、
成型ケース３より取り出す。
底蓋４を開け、押し棒５で微小片１の集合体を押して、
成型ケース３より取り出す。
【００３５】ステップ１５の加熱処理では、微小片１の
軟化温度で加熱し、微小片１の集合体を固形化する。
軟化温度で加熱し、微小片１の集合体を固形化する。
【００３６】図３は、微小片１の集合体を固形化して構
成された音響整合部材の内部構成図である。矢印で示し
た経路は音の伝搬経路を示している。図３に示すよう
に、音は微小片１を通じて伝搬していくので、その伝搬
経路は、音響整合部材の厚さよりも長くなり、音響整合
部材の音速を遅くすることができる。微小片１は立体的
な構造になっているため、空隙を作りながらも、複数の
接触点を持つことができる。従って、接触面積が大きく
なるので、微小片１同士の結合を強くすることができ、
音の減衰を抑えることができる。また、微小片１と液体
２を十分にかき混ぜた混合体を用いて成型したので、微
小片１の分布が均一になり、音速むらを抑えることがで
きる。
成された音響整合部材の内部構成図である。矢印で示し
た経路は音の伝搬経路を示している。図３に示すよう
に、音は微小片１を通じて伝搬していくので、その伝搬
経路は、音響整合部材の厚さよりも長くなり、音響整合
部材の音速を遅くすることができる。微小片１は立体的
な構造になっているため、空隙を作りながらも、複数の
接触点を持つことができる。従って、接触面積が大きく
なるので、微小片１同士の結合を強くすることができ、
音の減衰を抑えることができる。また、微小片１と液体
２を十分にかき混ぜた混合体を用いて成型したので、微
小片１の分布が均一になり、音速むらを抑えることがで
きる。
【００３７】以上のように、微小片１と液体２を混合さ
せることで、微小片１の分布を均一にし、構造体の密度
むら、音速むらを抑えることができる。また、微小片１
を立体構造にするので、空隙を設けることができ、音響
整合部材の密度を小さくしながらも、微小片１同士の接
合を強くするので、音の減衰を抑えることができる。
せることで、微小片１の分布を均一にし、構造体の密度
むら、音速むらを抑えることができる。また、微小片１
を立体構造にするので、空隙を設けることができ、音響
整合部材の密度を小さくしながらも、微小片１同士の接
合を強くするので、音の減衰を抑えることができる。
【００３８】（実施例２）図４は図２に示した音響整合
部材の製造方法に用いる製造装置の一例を示している。
部材の製造方法に用いる製造装置の一例を示している。
【００３９】なお、図１と同一符号のものは同一構造を
有し、説明は省略する。液体２は蒸留水であり、その量
は微小片１が沈殿しやすいように、微小片１の総体積よ
りも十分に多くしている。蒸留水の比重は１g/cm3であ
り、微小片１の材質であるガラスの密度２．２g/cm3よ
り小さいので、微小片１は沈殿することができる。微小
片１の集合体を沈殿させるので、微小片１に余計な加重
を与えることがなく、加重により生じる密度むらを小さ
くできる。
有し、説明は省略する。液体２は蒸留水であり、その量
は微小片１が沈殿しやすいように、微小片１の総体積よ
りも十分に多くしている。蒸留水の比重は１g/cm3であ
り、微小片１の材質であるガラスの密度２．２g/cm3よ
り小さいので、微小片１は沈殿することができる。微小
片１の集合体を沈殿させるので、微小片１に余計な加重
を与えることがなく、加重により生じる密度むらを小さ
くできる。
【００４０】また、重さ、大きさの異なる微小片１の集
合体を沈殿により成型する場合、重力により重い微小片
から沈殿し成型される。従って、複数の密度を有する層
からなる音響整合部材を作ることができる。
合体を沈殿により成型する場合、重力により重い微小片
から沈殿し成型される。従って、複数の密度を有する層
からなる音響整合部材を作ることができる。
【００４１】以上のように、微小片１を沈殿させて、音
響整合部材を成型する方法は、微小片１の分布を均一に
する以外にも、大きさの異なる微小片を有する場合に
は、層状に音響インピーダンスの異なる音響整合部材を
構成することができる。
響整合部材を成型する方法は、微小片１の分布を均一に
する以外にも、大きさの異なる微小片を有する場合に
は、層状に音響インピーダンスの異なる音響整合部材を
構成することができる。
【００４２】（実施例３）図５、図６は本発明の一実施
例である音響整合部材を構成する微小中空球体を粉砕す
る前の状態を示している。
例である音響整合部材を構成する微小中空球体を粉砕す
る前の状態を示している。
【００４３】図５において、微小中空球体３１はガラス
バルーン（商標名「３Ｍガラス発泡体」）で構成されて
いる。このガラスバルーンのかさ密度は０．１３g/cm3
で、直径は１００μm前後で、厚さは数μm程度である。
バルーン（商標名「３Ｍガラス発泡体」）で構成されて
いる。このガラスバルーンのかさ密度は０．１３g/cm3
で、直径は１００μm前後で、厚さは数μm程度である。
【００４４】金属ケース３２、押し棒３３はステンレス
で構成されているが、材質はこれに限定するものではな
い。ｈ１は押し棒３３で押していないときの、微小中空
球体３１の集合体の高さである。
で構成されているが、材質はこれに限定するものではな
い。ｈ１は押し棒３３で押していないときの、微小中空
球体３１の集合体の高さである。
【００４５】図６は、図５の状態から押し棒を油圧プレ
スで所定高さｈ２まで押した状態を示している。微小中
空球体３１を圧縮することで、微小中空球体３１は粉砕
される。この粉砕された微小中空球体３１のかけらは球
体の一部であるので、立体構造を有する微小片３４を得
ることができる。
スで所定高さｈ２まで押した状態を示している。微小中
空球体３１を圧縮することで、微小中空球体３１は粉砕
される。この粉砕された微小中空球体３１のかけらは球
体の一部であるので、立体構造を有する微小片３４を得
ることができる。
【００４６】なお、粉砕されなかった微小中空球体３１
については、微小片３４と選別すれば、粉砕の際に再利
用することができる。
については、微小片３４と選別すれば、粉砕の際に再利
用することができる。
【００４７】図７に選別した後の状態を示す。液体３５
は蒸留水であり、その密度（１ｋg/cm3）は、微小中空
球体３１の密度と微小片３４の密度の間である。つま
り、液体３５より密度の小さい微小中空球体３１は浮
き、液体３５より密度の大きい微小片３４は沈むので、
選別することができる。
は蒸留水であり、その密度（１ｋg/cm3）は、微小中空
球体３１の密度と微小片３４の密度の間である。つま
り、液体３５より密度の小さい微小中空球体３１は浮
き、液体３５より密度の大きい微小片３４は沈むので、
選別することができる。
【００４８】図６に示した微小片３４の大きさは、微小
中空球体３１を圧縮して粉砕する前の体積と、粉砕後の
体積の比、すなわちｈ１とｈ２の比で調整することがで
きる。
中空球体３１を圧縮して粉砕する前の体積と、粉砕後の
体積の比、すなわちｈ１とｈ２の比で調整することがで
きる。
【００４９】図８に、ｈ２／ｈ１を変えたときに得られ
る微小片３４の顕微鏡写真を示す。（ａ）はｈ２／ｈ１
＝０．２の時の微小片３４である。（ｂ）はｈ２／ｈ１
＝０．３３の時の微小片３４である。（ｃ）はｈ２／ｈ
１＝０．５の時の微小片３４である。
る微小片３４の顕微鏡写真を示す。（ａ）はｈ２／ｈ１
＝０．２の時の微小片３４である。（ｂ）はｈ２／ｈ１
＝０．３３の時の微小片３４である。（ｃ）はｈ２／ｈ
１＝０．５の時の微小片３４である。
【００５０】図８に示すように、微小片３４の大きさは
微小中空球体３１を圧縮して粉砕する前の体積と、粉砕
後の体積の比で制御することができる。
微小中空球体３１を圧縮して粉砕する前の体積と、粉砕
後の体積の比で制御することができる。
【００５１】図９は、図６〜図８に示した微小片の製造
方法を用いて音響整合部材を構成した場合の、ｈ２／ｈ
１と密度、およびｈ２／ｈ１と音の減衰率の関係を示し
ている。なお、音の減衰率が大きいほど音の出力が小さ
くなるものとする。
方法を用いて音響整合部材を構成した場合の、ｈ２／ｈ
１と密度、およびｈ２／ｈ１と音の減衰率の関係を示し
ている。なお、音の減衰率が大きいほど音の出力が小さ
くなるものとする。
【００５２】図９に示すように、ｈ２／ｈ１を小さくす
るほど、音響整合部材の密度は大きくなり、音の減衰率
は小さくなる。つまり、ｈ２／ｈ１を小さくすると、微
小片の大きさは小さくなり、わずかな空隙でも微小片が
入りやすくなる。従って、音響整合部材の空隙が少なく
なり、密度が大きくなる。しかし、微小片が隙間なく入
ることにより、微小片同士の接触部分が多くなり、結合
は強くなるので、音の減衰は抑えることができる。な
お、図９に示した音響整合部材の特性は一例であり、こ
れに限定するものではない。
るほど、音響整合部材の密度は大きくなり、音の減衰率
は小さくなる。つまり、ｈ２／ｈ１を小さくすると、微
小片の大きさは小さくなり、わずかな空隙でも微小片が
入りやすくなる。従って、音響整合部材の空隙が少なく
なり、密度が大きくなる。しかし、微小片が隙間なく入
ることにより、微小片同士の接触部分が多くなり、結合
は強くなるので、音の減衰は抑えることができる。な
お、図９に示した音響整合部材の特性は一例であり、こ
れに限定するものではない。
【００５３】図１０は、本実施例において、ｈ２／ｈ１
＝０．３３で生成した微小片の集合体で構成された音響
整合部材の断面構造を示す顕微鏡写真である。
＝０．３３で生成した微小片の集合体で構成された音響
整合部材の断面構造を示す顕微鏡写真である。
【００５４】この音響整合部材の製造方法は、図２と同
様である。この音響整合部材は、比重０．５５g/cm3、
音速１４００m/s、音響インピーダンス０．７７×１０6
kg/m2sとなり、従来例に示した特願平１−２５５１２４
のガラスバルーンのみで構成してなる音響整合部材より
も音響インピーダンスが大きいものの、音の減衰が小さ
いため、出力する音の大きさを大きくすることが可能で
ある。
様である。この音響整合部材は、比重０．５５g/cm3、
音速１４００m/s、音響インピーダンス０．７７×１０6
kg/m2sとなり、従来例に示した特願平１−２５５１２４
のガラスバルーンのみで構成してなる音響整合部材より
も音響インピーダンスが大きいものの、音の減衰が小さ
いため、出力する音の大きさを大きくすることが可能で
ある。
【００５５】実施例３は本発明の請求項５〜７の一実施
例に相当する。
例に相当する。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の音響整合部
材は、微小片を立体構造にしたものであり、微小片同士
の間に空隙を設けることができるので、音響整合部材の
密度を小さくする効果がある。また、本発明の音響整合
部材の製造方法は、微小片を液体と混合することで、音
響整合部材における微小片の分布を均一にし、空隙を有
していて密度の小さい音響整合部材が得られる。
材は、微小片を立体構造にしたものであり、微小片同士
の間に空隙を設けることができるので、音響整合部材の
密度を小さくする効果がある。また、本発明の音響整合
部材の製造方法は、微小片を液体と混合することで、音
響整合部材における微小片の分布を均一にし、空隙を有
していて密度の小さい音響整合部材が得られる。
【図１】本発明の実施例１における音響整合部材の製造
装置の構成図
装置の構成図
【図２】同音響整合部材の製造方法のフローチャート
【図３】本発明の実施例１における音響整合部材の内部
構成図
構成図
【図４】本発明の実施例２における音響整合部材の製造
装置の構成図
装置の構成図
【図５】本発明の実施例３における微小中空球体を粉砕
する前の状態を示す説明図
する前の状態を示す説明図
【図６】本発明の実施例３における微小中空球体を粉砕
した後の状態を示す説明図
した後の状態を示す説明図
【図７】本発明の実施例３における選別方法で分離した
微小中空球体と微小片を示す構造図
微小中空球体と微小片を示す構造図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例３において、
圧縮比率を変えて粉砕した微小片の構造を示す顕微鏡写
真
圧縮比率を変えて粉砕した微小片の構造を示す顕微鏡写
真
【図９】本発明の実施例３における整合音響部材の密
度、減衰率と微小中空球体の圧縮比率の関係を示す特性
図
度、減衰率と微小中空球体の圧縮比率の関係を示す特性
図
【図１０】本発明の実施例３における音響整合部材の構
造を示す顕微鏡写真
造を示す顕微鏡写真
【図１１】従来の音響整合部材の音響インピーダンスと
音の透過の割合の関係を示す特性図
音の透過の割合の関係を示す特性図
【図１２】従来の音響整合部材の内部構成図
１ 微小片 ２ 液体 ３ 成型ケース ４ 底蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 彪 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D019 AA22 FF01 GG01 HH01
Claims (7)
- 【請求項１】 立体的な微小片の集合体からなる音響整
合部材。 - 【請求項２】 微小片は中空球体を粉砕した構造である
請求項１に記載の音響整合部材。 - 【請求項３】 複数の微小片と液体を混合させ、前記液
体を蒸発させて前記微小片の集合体を成形し、前記微小
片が軟化する温度で加熱して、前記集合体を固形化する
ことを特徴とする音響整合部材の製造方法。 - 【請求項４】 液体は微小片より比重が小さいことを特
徴とする請求項１に記載の音響整合部材の製造方法。 - 【請求項５】 液体の蒸発は、微小片の沈殿後行うこと
を特徴とする請求項１に記載の音響整合部材の製造方
法。 - 【請求項６】 中空球体の粉砕度合で密度を調整するこ
とを特徴とする請求項１に記載の音響整合部材の製造方
法。 - 【請求項７】 中空球体の粉砕度合は粉砕前の体積と粉
砕後の体積の比で制御することを特徴とする請求項６記
載の音響整合部材の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317451A JP4439710B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | 音響整合部材とその製造方法 |
| CNB008043922A CN1145407C (zh) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | 声匹配部件及其制造方法,和利用该声匹配部件的超声波发射和接收设备 |
| EP00974950A EP1170978B1 (en) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Acoustic matching material, method of manufacture thereof, and ultrasonic transmitter using acoustic matching material |
| KR10-2001-7008850A KR100423381B1 (ko) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | 음향 매칭 부재, 이를 제조하는 방법, 및 음향 매칭 부재를 사용하는 초음파 송수신기 |
| AU13086/01A AU1308601A (en) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Acoustic matching material, method of manufacture thereof, and ultrasonic transmitter using acoustic matching material |
| PCT/JP2000/007981 WO2001037609A1 (fr) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Materiau d'adaptation acoustique, son procede de fabrication, et emetteur utilisant ce materiau |
| AT00974950T ATE548860T1 (de) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Akustischer anpassungs werkstoff,verfahren zur herstellung desselben und ultraschallübertrager mit diesem wekstoff |
| US09/889,077 US6545947B1 (en) | 1999-11-12 | 2000-11-10 | Acoustic matching material, method of manufacture thereof, and ultrasonic transmitter using acoustic matching material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317451A JP4439710B2 (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | 音響整合部材とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002125296A true JP2002125296A (ja) | 2002-04-26 |
| JP4439710B2 JP4439710B2 (ja) | 2010-03-24 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000317451A Expired - Fee Related JP4439710B2 (ja) | 1999-11-12 | 2000-10-18 | 音響整合部材とその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4439710B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006174992A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| WO2013008470A1 (ja) * | 2011-07-13 | 2013-01-17 | パナソニック株式会社 | 音響整合体の製造方法、音響整合体、該音響整合体を用いた超音波送受波器、及び超音波流量計 |
-
2000
- 2000-10-18 JP JP2000317451A patent/JP4439710B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006174992A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波探触子 |
| JP4530836B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2010-08-25 | パナソニック株式会社 | 超音波探触子 |
| WO2013008470A1 (ja) * | 2011-07-13 | 2013-01-17 | パナソニック株式会社 | 音響整合体の製造方法、音響整合体、該音響整合体を用いた超音波送受波器、及び超音波流量計 |
| JPWO2013008470A1 (ja) * | 2011-07-13 | 2015-02-23 | パナソニック株式会社 | 音響整合体の製造方法、音響整合体、該音響整合体を用いた超音波送受波器、及び超音波流量計 |
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| Publication number | Publication date |
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| JP4439710B2 (ja) | 2010-03-24 |
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