JPH02177799A - 整合部材及びその形成方法 - Google Patents
整合部材及びその形成方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はトランスジューサ、特に、トランスジューサ用
の音響整合部材に関する。
の音響整合部材に関する。
気体中の超音波信号を１００ＫＨ２〜ＩＭＨ２またはそ
れ以上の周波数範囲で送受信することにより部会長〈実
施される数多くの有用な測定用途が存在している。これ
らの高周波数においては、より低周波数（例えば、オー
ディオ周波数）で用いられる音響トランスジューサの通
常の構造は全体の寸法が極めて小さくなるので実際的で
ない。
れ以上の周波数範囲で送受信することにより部会長〈実
施される数多くの有用な測定用途が存在している。これ
らの高周波数においては、より低周波数（例えば、オー
ディオ周波数）で用いられる音響トランスジューサの通
常の構造は全体の寸法が極めて小さくなるので実際的で
ない。
高周波数超音波トランスジューサを作製する通常の方法
は、所定の周波数で共鳴する選択された圧電セラミック
片（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛即ちＰＺＴ）を用い
ることである。ＰＺＴは高音響インビーデンス（ＭＫＳ
単位で約３Ｘ１０’）の硬質濃密材料であるが、一方、
気体は極めて低い音響インピーダンス（同単位で４００
程度）を有する。ＰＺＴは、共鳴作用によって幾分改良
されたとしても、その大きい音響不整合故に、それ自体
、極めて貧弱な電気音響効果を与える。
は、所定の周波数で共鳴する選択された圧電セラミック
片（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛即ちＰＺＴ）を用い
ることである。ＰＺＴは高音響インビーデンス（ＭＫＳ
単位で約３Ｘ１０’）の硬質濃密材料であるが、一方、
気体は極めて低い音響インピーダンス（同単位で４００
程度）を有する。ＰＺＴは、共鳴作用によって幾分改良
されたとしても、その大きい音響不整合故に、それ自体
、極めて貧弱な電気音響効果を与える。
典型的には、圧電セラミック素子は円筒体であり、その
環状末端面はこれら面に適用された各電極の電気的刺激
に応答してピストン状に動く。気体に対しての上記の音
響的不整合を低減させる通常の方法はＰＺＴディスクの
使用操作面に音響整合層を施すことである。この層は比
較的低音響インピーダンスの材料であり、その厚さは選
定された操作周波数での該材料の音響波長のＡである。
環状末端面はこれら面に適用された各電極の電気的刺激
に応答してピストン状に動く。気体に対しての上記の音
響的不整合を低減させる通常の方法はＰＺＴディスクの
使用操作面に音響整合層を施すことである。この層は比
較的低音響インピーダンスの材料であり、その厚さは選
定された操作周波数での該材料の音響波長のＡである。
この寸法は共鳴作用をもたらし、それによって（送信に
おいて）ＰＺＴ円筒体の面で得られた小さい動きを著し
く増幅させ、受は入れ可能な（まだ依然として高いけれ
ども）効率が得られる。音響−電気変換（即ち、受信）
の特徴は、電気−音響変換（即ち、送信）におけるのと
同じであり、同じトランスジューサを両方において使用
できる。
おいて）ＰＺＴ円筒体の面で得られた小さい動きを著し
く増幅させ、受は入れ可能な（まだ依然として高いけれ
ども）効率が得られる。音響−電気変換（即ち、受信）
の特徴は、電気−音響変換（即ち、送信）におけるのと
同じであり、同じトランスジューサを両方において使用
できる。
この方法により得ることのできる効率は入手できる材料
の特性によって完全に制限される。理想的な材料は１０
’程の音響インピーダンスおよび極めて低い内部減損を
有すべきであり、また、安定で繰返し使用可能でありか
つ使用において実際的でなければならない。これらの基
準のすべてを満す公知の材料はこれまでのところ存在し
ていない、幾２かの上記の理想条件に近似する通常のも
のは次のとおりである： １、 シリコーンエラストマー。この類別の材料は普通
に用いられており、多くの用途において有用な性能を与
える。音響減損は低い。
の特性によって完全に制限される。理想的な材料は１０
’程の音響インピーダンスおよび極めて低い内部減損を
有すべきであり、また、安定で繰返し使用可能でありか
つ使用において実際的でなければならない。これらの基
準のすべてを満す公知の材料はこれまでのところ存在し
ていない、幾２かの上記の理想条件に近似する通常のも
のは次のとおりである： １、 シリコーンエラストマー。この類別の材料は普通
に用いられており、多くの用途において有用な性能を与
える。音響減損は低い。
約７Ｘ１０’まで低下する音響インピーダンスを得るこ
とができる。これらの材料における著しい欠点は温度に
よる音波長の大きい変化（典型的には０．３％／ｋ）で
ある。この因子は正確な共鳴整合を得る操作温度範囲を
制限する。
とができる。これらの材料における著しい欠点は温度に
よる音波長の大きい変化（典型的には０．３％／ｋ）で
ある。この因子は正確な共鳴整合を得る操作温度範囲を
制限する。
２、−船釣に、ポリマー類。多くのポリマーは有用な性
質を与える。音響インピーダンスはシリコーンにおける
よりも高い（１，５Ｘ１０６まで低下）が、かくして全
体的効率は低いが適度に安定な材料を見い出し得る。
質を与える。音響インピーダンスはシリコーンにおける
よりも高い（１，５Ｘ１０６まで低下）が、かくして全
体的効率は低いが適度に安定な材料を見い出し得る。
３、液体および気体類。文献における例は複数音響整合
層の実験的使用を見い出し得る。液体は極めて低い減損
と約１０ｂまで低下する音響インビーダンスとを一般に
有する。気体は圧縮した場合、その音響インピーダンス
は圧縮比によって直接上昇し、一定支配容量の液体また
高圧縮濃密ガスは音響整合層として使用できる。そのよ
うな方法は商業的用途には実際的でない。
層の実験的使用を見い出し得る。液体は極めて低い減損
と約１０ｂまで低下する音響インビーダンスとを一般に
有する。気体は圧縮した場合、その音響インピーダンス
は圧縮比によって直接上昇し、一定支配容量の液体また
高圧縮濃密ガスは音響整合層として使用できる。そのよ
うな方法は商業的用途には実際的でない。
本発明によれば、第１の局面において、内部に形成され
た複数の空隙（気孔）を有する材料を含み、この空隙材
料における音伝幡方向の音速が空隙化してない上記材料
の音速よりも実質的に小さいことを特徴とするトランス
ジューサ用の音響整合部材が提供される。
た複数の空隙（気孔）を有する材料を含み、この空隙材
料における音伝幡方向の音速が空隙化してない上記材料
の音速よりも実質的に小さいことを特徴とするトランス
ジューサ用の音響整合部材が提供される。
本発明によれば、第２の局面において、トランスジュー
サ用の音響整合部材を複数の空隙を導入した材料から形
成させる工程を含みそれによってこの空隙材料中の音速
が材料の音伝幡方向において空隙なしの材料の音速より
も実質的に小さいことを特徴とするトランスジューサ用
音響整合部材の形成方法が提供される。
サ用の音響整合部材を複数の空隙を導入した材料から形
成させる工程を含みそれによってこの空隙材料中の音速
が材料の音伝幡方向において空隙なしの材料の音速より
も実質的に小さいことを特徴とするトランスジューサ用
音響整合部材の形成方法が提供される。
そのような空隙は、好ましくは、中空マイクロスフイア
（微小球）を加熱下に圧縮して“通気型”材料構造体を
形成させるかあるいは気体を含有する溶融材料を発泡さ
せることによって形成する。
（微小球）を加熱下に圧縮して“通気型”材料構造体を
形成させるかあるいは気体を含有する溶融材料を発泡さ
せることによって形成する。
以下、本発明の１つの実施態様を、例示としての、整合
層（３）を固着させた電気的接続線（２）を有するＰＺ
Ｔ円筒体（１）を示す添付図面に関連して説明する。音
発出方向は矢印（４）で示す。
層（３）を固着させた電気的接続線（２）を有するＰＺ
Ｔ円筒体（１）を示す添付図面に関連して説明する。音
発出方向は矢印（４）で示す。
体積音響インピーダンスは密度と体積音速との積である
。また音速は体積弾性率の関数である。
。また音速は体積弾性率の関数である。
これらのパラメーターは不適切な材料に人工的に適合さ
せて実質的に改良された特性を有する材料を創り出すこ
とができる。好ましい出発材料はＣ−ガラス（ソーダー
石灰−ホウケイ酸ガラス）であり、これは安定であり低
減損性であるが極めて高い音響インピーダンスを有する
。この材料はまた加熱したとき容易に成形でき予想可能
な温度による軟化性を有する。このガラスを極めて高割
合の空隙を有するスポンジ構造体として形成するように
処理することにより、３ＸＩＱＳに低下した音響インピ
ーダンスが経験的に得られている。
せて実質的に改良された特性を有する材料を創り出すこ
とができる。好ましい出発材料はＣ−ガラス（ソーダー
石灰−ホウケイ酸ガラス）であり、これは安定であり低
減損性であるが極めて高い音響インピーダンスを有する
。この材料はまた加熱したとき容易に成形でき予想可能
な温度による軟化性を有する。このガラスを極めて高割
合の空隙を有するスポンジ構造体として形成するように
処理することにより、３ＸＩＱＳに低下した音響インピ
ーダンスが経験的に得られている。
ガラスはシンタクチックフオームおよび車体充填材のよ
うな別種の用途で用いられ、例えば、ミネソタ マイニ
ング アンド マニュファクチャリング社により商標名
ｒ３Ｍガラス発泡体」として製造されているガラス発泡
体（中空マイクロスフイア）の形で容易に入手できる。
うな別種の用途で用いられ、例えば、ミネソタ マイニ
ング アンド マニュファクチャリング社により商標名
ｒ３Ｍガラス発泡体」として製造されているガラス発泡
体（中空マイクロスフイア）の形で容易に入手できる。
超軽量ガラススポンジ構造体は、上記のガラス発泡体を
モールド中でガラスが転化する温度に加熱し、特定の容
積比で圧縮して、発泡体を一体化することにより容易に
得られる。
モールド中でガラスが転化する温度に加熱し、特定の容
積比で圧縮して、発泡体を一体化することにより容易に
得られる。
許容できる加工条件は、例えば、約６５０’Ｃの温度お
よび１．５〜２．５対１の容積比である。適切なモール
ドによって、ＰＺＴ円筒体（１）にさらに調整すること
なく適用できる最終片（２）を製造する。
よび１．５〜２．５対１の容積比である。適切なモール
ドによって、ＰＺＴ円筒体（１）にさらに調整すること
なく適用できる最終片（２）を製造する。
ガラス発泡体と圧縮比の一定の仕分けにおいて、再現可
能な結果が得られる。例えば、０．２５ｇ／−の出発密
度を有し２：１の容積比で圧縮したガラス発泡体は、空
隙化してないガラスの５〜６０００ｍ ／ ｓに比較し
て、約９００ｍ／ｓの伝幡速度縦体積波の伝帳速度）を
有する材料を与える。これは約１４Ｘ１０６の音響イン
ピーダンスを有する空隙化してないガラス（ρ＝ ２．
５ ）と比較して４．５Ｘ１０’の音響インピーダンス
を与える。
能な結果が得られる。例えば、０．２５ｇ／−の出発密
度を有し２：１の容積比で圧縮したガラス発泡体は、空
隙化してないガラスの５〜６０００ｍ ／ ｓに比較し
て、約９００ｍ／ｓの伝幡速度縦体積波の伝帳速度）を
有する材料を与える。これは約１４Ｘ１０６の音響イン
ピーダンスを有する空隙化してないガラス（ρ＝ ２．
５ ）と比較して４．５Ｘ１０’の音響インピーダンス
を与える。
得られた空隙材料はまた周囲温度範囲以上の温度による
音響波長または体積弾性率の変化を実際に示さない。
音響波長または体積弾性率の変化を実際に示さない。
上記材料構造体の多くは外表面と連結する気泡（即ち、
“独立気泡でない）間の空隙によって形成されるので、
材料表面を水分等の侵入に対して密封することが通常必
要である。これは音客性能を大きく損うことなしに種々
の方法で実施できる（例えば、シリコーンエラストマー
の薄層または低融点ガラスの薄層は満足できるものであ
る）。
“独立気泡でない）間の空隙によって形成されるので、
材料表面を水分等の侵入に対して密封することが通常必
要である。これは音客性能を大きく損うことなしに種々
の方法で実施できる（例えば、シリコーンエラストマー
の薄層または低融点ガラスの薄層は満足できるものであ
る）。
また、上記の好ましい実施態様においては、使用した材
料はＣ−ガラスであり、これは限定的なものではなく、
他のガラスまたは他の非結晶性材料も使用できる。
料はＣ−ガラスであり、これは限定的なものではなく、
他のガラスまたは他の非結晶性材料も使用できる。
さらにまた、合成プラスチック材料、例えば、プラスチ
ック樹脂または金属、例えば、アルミニウムまたはチタ
ンも使用できる。樹脂においては、冒頭で述べた材料に
対する同様な温度依存効果が生ずるであろうが、本発明
はその材料の皆伝幡速度を調整することを可能にするも
のである。さらにまた、例えば、材料を発泡させて必要
な空隙を与えることによるような他の音響整合部材の形
成方法も使用でき、これらの方法は上述のプラスチック
および金属において特に適用可能である。
ック樹脂または金属、例えば、アルミニウムまたはチタ
ンも使用できる。樹脂においては、冒頭で述べた材料に
対する同様な温度依存効果が生ずるであろうが、本発明
はその材料の皆伝幡速度を調整することを可能にするも
のである。さらにまた、例えば、材料を発泡させて必要
な空隙を与えることによるような他の音響整合部材の形
成方法も使用でき、これらの方法は上述のプラスチック
および金属において特に適用可能である。
図面は本発明の音響整合層を用いたＰＺＴ円筒体即ちト
ランスジューサの１例を示す。 （１）・・・・・・ＰＺＴ円筒体、 （２）・・・・・・電気的接続線、 （３）・・・・・・整合層。 手 続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 平成１年特許願第２５５１２４号 ２、発明の名称 整合部材及びその形成方法 ３、補正をする者 事件との関係
ランスジューサの１例を示す。 （１）・・・・・・ＰＺＴ円筒体、 （２）・・・・・・電気的接続線、 （３）・・・・・・整合層。 手 続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 平成１年特許願第２５５１２４号 ２、発明の名称 整合部材及びその形成方法 ３、補正をする者 事件との関係
Claims (15)
- １．内部に形成された複数の空隙を有する材料を含み、
該空隙材料の音伝幡方向の該空隙部材内の音速が空隙化
していない上記材料の音速よりも実質的に小さいことを
特徴とするトランスジューサ用音響整合部材。 - ２．前記空隙の少なくとも幾つかが相互連結されている
請求項１記載の部材。 - ３．前記材料がスポンジ状である請求項１記載の部材。
- ４．前記材料が非結晶質である前記請求項のいずれか１
項記載の部材。 - ５．前記材料がガラスである請求項４記載の部材。
- ６．前記材料の体積弾性率が周囲温度範囲に対して実質
的に一定のまゝである前記請求項のいずれか１項記載の
部材。 - ７．さらに前記材料を包囲する水分密封層を含む前記請
求項のいずれか１項記載の部材。 - ８．密封層がシリコーンエラストマーを含む請求項７記
載の部材。 - ９．密封層がガラス層を含む請求項７記載の部材。
- １０．添加図面に関連して実質的に述べた音響整合部材
。 - １１．前記請求項のいずれか１項に記載した音響整合部
材を含むトランスジューサ。 - １２．音響トランスジューサ用の音響整合部材を複数の
空隙を導入した材料から成形する工程を含み、それによ
って該空隙材料の音速が該材料の音伝幡方向における空
隙化してない該材料の音速よりも実質的に小さいことを
特徴とする音響トランスジューサ用の音響整合部材の形
成方法。 - １３．材料を溶融状態で発泡させ、発泡させた材料をモ
ールド中で注型する工程を含む請求項１２記載の音響整
合部材の発泡方法。 - １４．前記材料の複数の中空球状体を前記材料が軟化す
る温度に加熱し、軟化した材料をモールド中で圧縮する
工程を含む請求項１２記載の音響整合部材の形成方法。 - １５．前記材料を初期で１．５〜２．５対１の最終容積
比に圧縮する請求項１４記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8822903.4 | 1988-09-29 | ||
| GB8822903A GB2225426B (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | A transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02177799A true JPH02177799A (ja) | 1990-07-10 |
| JP2559144B2 JP2559144B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=10644471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1255124A Expired - Fee Related JP2559144B2 (ja) | 1988-09-29 | 1989-09-29 | 整合部材及びその形成方法 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5093810A (ja) |
| EP (1) | EP0361757B1 (ja) |
| JP (1) | JP2559144B2 (ja) |
| KR (1) | KR930010299B1 (ja) |
| AT (1) | ATE118917T1 (ja) |
| AU (1) | AU607085B2 (ja) |
| CA (1) | CA1335213C (ja) |
| DE (1) | DE68921276T2 (ja) |
| DK (1) | DK475189A (ja) |
| ES (1) | ES2068251T3 (ja) |
| GB (1) | GB2225426B (ja) |
| HK (1) | HK1007033A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005020631A1 (ja) * | 2003-08-22 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 音響整合体およびその製造方法、ならびに超音波センサおよび超音波送受信装置 |
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