(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体を構成する構造体材料に空孔形成材を混合し、空孔形成材を構造体材料に混合した状態で加圧して前記構造体材料どうしを結合し、空孔形成材は除去することを特徴とする音響整合部材の製造方法。
【請求項２】
構造体材料は、骨格を形成する主材料と、前記主材料を固める補助材料とを混合した材料とした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３】
補助材料が融解することによって主材料を結合することを特徴とする請求項２に記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項４】
蒸発によって空孔形成材を除去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５】
蒸発によって空孔形成材を除去する音響整合部材の製造方法において、前記空孔形成材の蒸発温度と補助材料が融ける温度とを近似または同等温度とすることを特徴とする請求項３に記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項６】
溶解によって空孔形成材を除去することを特徴とする請求項３に記載の音響整合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動源と振動伝搬媒体との音響インピーダンスの整合をとる音響整合部材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−スダンス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】
0004366878.tif 000002
【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。
【０００５】
図５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。
【０００６】
このような理想の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。
【０００７】
このため、従来の音響整合部材には、樹脂材料に中空のガラスバルーンを混ぜて固めた構成のものが知られている。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り、これを樹脂に混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。音速はおよそ２３００m/sで、密度は１．２g/cm3の樹脂材料に、真密度０．１３g/cm3のガラスバルーン（住友スリーエム株式会社製「スコッチライトＴＭグラスバブルズフィラー」）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、特願平１−２５５１２４号公報はガラスの中空球体だけで音響整合部材を構成することを特徴としており、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住友スリーエム株式会社製「スコッチライトＴＭグラスバブルズフィラー」を用い、得られた音響整合部材は音速９００m/s、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密度×音速で表されるので、この音響整合部材は密度が０．５g/m3となる。ガラスの音速は５０００〜６０００m/s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。
【０００９】
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５の特性図上にプロットすると、ＺBGは記号黒三角記号に位置し、ＺCOMは記号黒四角記号に位置し、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、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る。反対にＺCOM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、実際の両音響整合部材の音の出力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。ＺBGを得る構造体の音の減衰が大きい原因は、音響整合部材の材料が球面それぞれの接触点で結合しているので接触点が少ないためと考える。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の音響整合部材の製造方法では、中空球体であるので高圧で加圧することができない、つまり音響整合部材の材料それぞれの接触点を増やすことによって減衰を小さくし音の出力を大きくすることができないという課題があった。
【００１１】
さらに製造途中の材料の状態によって、音響整合部材の出来上がり密度にばらつきが発生する。このばらつきを低減するため音響整合部材を形成するときに高圧で同一寸法に形成する必要があるが、中空球体であるので高圧で加圧することができないという課題があった。
【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、構造体を構成する構造体材料に空孔形成材を混合し、空孔形成材を構造体材料に混合した状態で加圧して前記構造体材料どうしを結合し、空孔形成材は除去することによって音響整合部材を形成することとしたものである。
【００１３】
上記発明によれば空孔形成材を含有する状態で加圧するので、空孔形成材が必要な圧力に耐えるものを選定すれば、高圧で加圧し音響整合部材の材料それぞれの接触点を増やすことによって減衰を小さくでき、音の出力を大きくすることができる。
【００１４】
また高圧で同一寸法に形成することができるので、音響整合部材の仕上がり密度のばらつきを小さくすることができる。
【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の製造方法は、構造体を構成する構造体材料に空孔形成材を混合し、空孔形成材を構造体材料に混合した状態で加圧して前記構造体材料どうしを結合し、空孔形成材は除去することによって形成する。
【００１６】
この請求項１記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法は、空孔形成材を含む状態で加圧するので、前記空孔形成材を必要な圧力に耐えるものを選定すれば高圧で加圧することができる。高圧加圧の結果、前記音響整合部材の材料それぞれの接触点は増え、減衰は小さくなる。そして前記空孔形成材は加圧後除去するので、前記音響整合部材の密度を上げることなく、音の出力を大きくすることができる。また高圧で同一寸法に形成するので、前記音響整合部材の仕上がり密度のばらつきは小さくなり、同一性能の前記音響整合部材を製造できる。
【００１７】
なお、請求項１における構造体材料や空孔形成材は特定の材料に限定されるものではない。
【００１８】
また、本発明の請求項２にかかる音響整合部材の製造方法は、構造体材料を骨格を形成する主材料と前記主材料を固める補助材料とを混合した材料から構成した。
【００１９】
この請求項２記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法は、主材料が骨格を形成し、補助材料が前記主材料を固めるため、前記補助材料が前記主材料を固める前に空孔形成材を除去した場合であっても、前記主材料によって空孔が維持されるため、前記音響整合部材の形状を維持でき、密度を大きくすることなく音響インピーダンスを小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明の請求項３にかかる音響整合部材の製造方法は、請求項２に記載の音響整合部材の製造方法において補助材料が融解することによって主材料を結合することを特徴としている。
【００２１】
この請求項３記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法は、補助材料が融解によって主材料を結合するので、前記補助材料が融解したときに前記主材料どうしの距離が近くなり結合強さを強くすることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項４にかかる音響整合部材の製造方法は、蒸発によって空孔形成材を除去することを特徴としている。
【００２３】
この請求項４記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法は、空孔形成材を加熱することによって蒸発させ除去するため、前記音響整合部材内の前記空孔形成材を同時で、かつ均一に除去することができる。
【００２４】
なお、空孔形性部材は加熱によって蒸発しやすい物質とすることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の請求項５にかかる音響整合部材の製造方法は、蒸発によって空孔形成材を除去する音響整合部材の製造方法において、前記空孔形成材の蒸発温度と補助材料が融ける温度とを近似または同等温度とする。
【００２６】
この請求項５記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法では、近似または同等温度で空孔形成材を蒸発させて除去すると同時に、前記補助材料を融解させ主材料を結合させるため、空孔の形状を維持しつつ前記主材料を結合させることができる。従って空孔の変形によって密度が大きくなることを防ぐことができる。
【００２７】
また、本発明の請求項６にかかる音響整合部材の製造方法は、補助材料の融解によって主材料を結合し、空孔形成材を溶解によって除去することを特徴としている。
【００２８】
この請求項６記載の構成を実施の形態とする音響整合部材の製造方法では、空孔形成材が溶解によって除去されるので、補助材料による前記主材料の結合に影響を与えることなく前記空孔形成材を除去することができるので、空孔の変形によって音響整合部材の形状の変化や密度が大きくなることを防ぐことができる。
【００２９】
【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。
【００３０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における完成品の音響整合部材を薄く切った場合の説明図、図２は同音響整合部材の製造方法のフローチャ−ト、図３は同音響整合部材の加圧形成時に薄く切った場合の説明図である。
【００３１】
図１において、１は構造体である音響整合部材を示す。２は音響整合部材１を構成する主材料であり、一実施例としてここではアルミナを用いることとする。３は同じく音響整合部材１を構成する補助材料であり、一実施例としてここではガラスを用いることとする。４は空孔であり空孔形成材５を除去した後の空孔を示す。空孔形成材５には一実施例としてアクリル球を用いることとする。この図は主材料２が骨格を形成し、複数の主材料２どうしを補助材料３が接合していることを示す。
【００３２】
次に実施例１における音響整合部材１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。
【００３３】
まずステップ１の混合処理１では、主材料２であるアルミナと補助材料３であるガラスを混合する。次にステップ２の混合処理２で混合処理１でできた混合材に空孔形成材５であるアクリル球を混合する。次にステップ３の加圧形成処理では混合処理２でできた混合材を音響整合部材１の形状をしたケースに入れ１トンで加圧形成する。このときの混合材を薄く切った場合を図３で説明する。次にステップ４の焼成処理では、空孔形成材５を高温で焼き飛ばし除去すると同時に、補助材料３のガラスを融解させ複数の主材料２に融着させることによって主材料２どうしを結合する。
【００３４】
この製造方法によれば、空孔形成材５を含む状態で加圧するので、前記空孔形成材を必要な圧力に耐えるものを選定すれば高圧で加圧することができる。また高圧加圧の結果、前記音響整合部材１の材料それぞれの接触点は増え、減衰は小さくなる。そして空孔形成材５は加圧後除去するので、音響整合部材１の密度を上げることなく、音の出力を大きくすることができる。また高圧で同一寸法に形成するので、音響整合部材１の仕上がり密度のばらつきは小さくなり、同一性能の音響整合部材１を製造できる。
【００３５】
また主材料２が骨格を形成し、前記補助材料３が前記主材料２を固めるため、補助材料３が主材料２を固める前に空孔形成材５を除去した場合であっても、主材料２によって空孔４が維持されるため、音響整合部材１の形状を維持でき、密度を大きくすることなく音響インピーダンスを小さくすることができる。また補助材料３が融解によって主材料２どうしを結合するので、補助材料３が融解したときに主材料２どうしの距離が近くなり結合強さを強くすることができる。
【００３６】
また空孔形成材５を加熱することによって蒸発させて除去するため、音響整合部材１内の空孔形成材５を同時に、かつ均一に除去することができる。従って音響整合部材１内の密度のばらつきを少なく抑制できる。
【００３７】
また空孔形成材５を蒸発させて除去すると同時に、その温度の近似かまたは同等温度で補助材料３を融解させて主材料２を結合させるため、空孔４の形状を維持しつつ主材料２を結合させることができる。従って空孔４の変形によって密度が大きくなることを防ぐことができる。
【００３８】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２における製造方法のフローチャートを示す。
【００３９】
本実施例２において、実施例１と異なる点は空孔形成材５に鉄球を用い、空孔形成材５を溶解によって除去する点である。
【００４０】
なお、実施例１と同一符号の各ステップについては、実施例１のステップと同じであるから、説明は省略して重複を避けることとする。
【００４１】
ステップ５の焼成処理では補助材料３のガラスを融解させ複数の主材料２に融着させることによって主材料２どうしを結合する。ステップ６の溶解処理では、ステップ５の焼成処理でできた音響整合部材を硫酸につけることによって空孔形成材５の鉄球を硫酸で溶解させる。
【００４２】
この実施例２によれば、空孔形成材５が溶解によって除去されるので、補助材料３の変形によって主材料２の結合に影響を与えることなく空孔形成材５を除去し、従って空孔４が変形せず、音響整合部材１の形状の変化や密度が大きくなることを防ぐことができる。
【００４３】
なお、前記各実施例において使用する材料は同様な機能を果たすものであればよく、この実施例に示された材料に特定されるものではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の音響整合部材の製造方法によれば、構造体を構成する構造体材料に空孔形成材を混合し、空孔形成材を構造体材料に混合した状態で加圧して前記構造体材料どうしを結合し、空孔形成材は除去することによって音響整合部材を形成している。そのため前記空孔形成材を含有する状態で加圧するので、高圧で加圧し音響整合部材の材料それぞれの接触点を増加することによって減衰を小さくでき、音の出力を大きくすることができる。また高圧で同一寸法に形成することができるので、音響整合部材の仕上がり密度のばらつきを少なくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図２】同音響整合部材の製造方法を示すフローチャート
【図３】同音響整合部材の加圧形成時の薄く切った場合の説明図
【図４】本発明の実施例２における音響整合部材の製造方法を示すフローチャート
【図５】従来の音響整合部材の音響インピーダンスと音のエネルギーの透過の割合を示す特性図
【符号の説明】
１  音響整合部材
２  主材料
３  補助材料
４  空孔
５  空孔形成材
【図１】
0004366878.tif 000003
【図２】
0004366878.tif 000004
【図３】
0004366878.tif 000005
【図４】
0004366878.tif 000006
【図５】
0004366878.tif 000007