(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格を形成する主材料とこの主材料と異なる大きさでかつ前記主材料を固める補助材料とから成る構造体材料に空孔形成材とを混合し、加圧した後に前記構造体材料を結合させ、前記空孔形成材を除去し形成する音響整合部材の製造方法。
【請求項２】
音響整合部材の密度は、空孔形成材と主材料と補助材料の大きさの比率で調整する請求項１記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項３】
音響整合部材の密度は、焼成後の収縮率で調整する請求項１記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項４】
音響整合部材の収縮率は、最高加熱温度により調整する請求項３記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項５】
音響整合部材の収縮率は、加熱時間により調整する請求項４記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項６】
音響整合部材の収縮率は、主材料と補助材料に融点が異なるものを用い、前記主材料と補助材料との相対量で調整する請求項３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、（化１）
【０００３】
【化１】
0004366887.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】
この理想的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。
【０００７】
このため、従来の音響整合部材には、樹脂材料にガラスバルーン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。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「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。そしてこれの音響インピーダンスＺCOMは１．１８×１０6kg/m2sとなる。
【０００８】
また、特開平２−１７７７９９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「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/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６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。
【００１０】
このように音響インピーダンスが異なると音の伝搬特性が大きく変化するので、音の伝搬特性を安定させるため、音響整合部材の音響インピーダンスを所望の値とすると同時に、ばらつきを小さくする必要がある。
【００１１】
【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、材料の充填状態や混合状態が安定せず、音響整合部材の密度と音響特性にばらつきが発生していた。そのため構成材料の充填・混合状態のばらつきの低減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、骨格を構成する主材料と、前記主材料と異なる大きさで前記主材料を固める補助材料と、空孔形成材とを混合し、加圧した後前記構造体材料を結合し、空孔形成材を除去することによって音響整合部材を形成するものである。
【００１３】
上記発明によれば骨格を構成する主材料と、前記主材料と異なる大きさで前記主材料を固める補助材料と空孔形成材と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をかけることが可能となる。そして高圧で加圧することによって、大きさの大きな粒子の隙間に大きさの小さな粒子が入り込む。このことによって異なる材料の分布が均一となる。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と音響特性のばらつきを小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に係る音響整合部材の製造方法は、骨格を形成する主材料と、主材料と異なる大きさで主材料を固める補助材料と、空孔形成材とを混合し、加圧した後構造体材料を結合し、空孔形成材を除去し形成する。そして、骨格を構成する主材料と異なる大きさで主材料を固める補助材料と空孔形成材と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をかけることが可能となる。また高圧で加圧することによって、大きさの大きな粒子の隙間に大きさの小さな粒子が入り込む。このことによって異なる材料の分布が均一となる。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と音響特性のばらつきを小さくすることができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る音響整合部材の製造方法は、空孔形成材と主材料と補助材料との大きさの比率によって音響整合層の密度を調整する。そして主材料の大きさを一定とした場合、空孔形成材の大きさを大きくすると空孔が大きくなるため密度は小さくなるが、音の伝搬強度が低くなる。また補助材料の大きさを大きくすると主材料の間に補助材料が入り込むので、密度は大きくなり強度高くすることができる。このように密度と音の伝搬強度とを自由に調整することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る音響整合部材の製造方法は、焼成前後の収縮率によって密度を調整するものである。そして焼成過程で材料が溶解し体積が変化することによって密度が変化する。そこでこの収縮率を調整することによって所望する密度の音響整合部材を製造することができる。この方法では同じ材料で所望する密度の音響整合部材を製造することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る音響整合部材の製造方法は、収縮率を最高加熱温度により調整するものである。そして、混合材料が融解する割合を最高加熱温度で調整し、所望する密度の音響整合部材を製造する。この方法は温度調節によって密度を調整するので、容易に音響整合部材の密度を調整することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に係る音響整合部材の製造方法は、収縮率を加熱時間により調整する。そして混合材料が融解する割合を加熱時間で調整し、所望する密度の音響整合部材を製造する。この方法は温度調節によって密度を調整するので、容易に音響整合部材の密度を調整することができる。
【００１９】
本発明の請求項６に係る音響整合部材の収縮率は、主材料と補助材料に融点が異なるものを用い、前記主材料と補助材料との相対量で調整するものである。
【００２０】
そして主材料と副材料の融点が異なるので、一点の温度で急に全材料の収縮進むことがなく収縮率を容易に調整できる。また融点の異なる主材料と副材料との相対量で収縮率を容易に調整できる。
【００２１】
【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。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の完成品の音響整合部材の断面図、図２は同音響整合部材の製造方法の工程図、図３は同音響整合部材の主材料と補助材料の大きさを変えた形態の断面図である。
【００２３】
図１において１は音響整合部材を示す。２は骨格を形成する主材料でありここではアルミナを用いる。３は主材料２より小さく主材料２を固める補助材料３でありここではガラスを用いる。４は空孔でありここでは空孔形成材にアクリル球を用い焼成後にあいた空孔を示す。この図は主材料２が骨格を形成し、複数の主材２どうしを補助材料３が接合していることを示す。
【００２４】
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の工程図を用いて説明する。
【００２５】
まずステップＳ１の第１の混合処理では、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Ｓ２の混合処理２で第１の混合処理でできた混合材に空孔形成材４であるアクリル球を混合する。次にステップＳ３の加圧形成処理では第２の混合処理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２ｔで加圧形成する。このときの混合材を薄く切った図を図３に示す。次にステップＳ４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どうしに融着させることによって主材料２を結合する。
【００２６】
この製造方法によれば、ステップＳ２の混合処理によってほぼ均一に主材料２と補助材料３が混合され、さらにステップＳ３の加圧形成処理によって大きさの大きい主材料２の隙間に大きさの小さい補助材料３が滑り込むことによってさらに均一な混合状態とすることができる。これにより音響整合部材１の仕上がり密度のばらつきが小さくなり、同一性能の音響整合部材１を製造できる。
【００２７】
また、図３に主材料２の大きさを大きくした場合の音響整合部材の断面図を示す。このように主材料２の大きさを大きくすると、補助材料３がより多く主材料間の隙間に入り込むため、密度を大きくできる。このように主材料の大きさを変えることによって密度を自由に設定することができる。大きさは相対的なものなので、補助材料３、空孔形成材４の大きさを変えても同様の密度調整をすることができる。
【００２８】
（実施例２）
次に図４と図５を用いて焼成処理の時の設定と密度変化の関係を説明する。
【００２９】
図４は焼成温度を変えた場合の焼成温度の時間変化を示している。主材料は融点が１２００℃のアルミナ、補助材料は融点が７００℃のガラス、空孔形成材は融点が４５０℃のアクリル球を使用する。炉の温度は設定温度まで１０℃／１時間で上昇し、設定温度に達すると２時間設定温度を保ち、その後２０℃／１時間で下降する。音響整合部材１の密度を低く調整する場合は図４の記号Ａに示すように設定温度を融点付近に設定する。ここでは７５０℃としている。音響整合部材１の密度を高くする場合は図４の記号Ｂに示すように設定温度を融点に対し十分高く設定する。ここでは８００℃としている。こうすることにより、補助材料３の融解する度合いが変化し、音響整合部材の収縮率が変化する。このため焼成温度が高い場合は収縮率が大きく密度は高くなる。反対に焼成温度が低い場合は収縮率が小さく密度は低い。
【００３０】
この製造方法によれば、焼結する段階で補助材料３の融解割合を温度制御によって調整するので、材料を変更することなく容易に音響整合部材１の密度を調節することができる。
【００３１】
図５は焼成時間を変えた場合の焼成温度の時間変化を示す特性図である。炉の温度は設定温度まで１０℃／１時間の割合で上昇し、７５０℃に達すると設定された時間設定温度を保ち、その後２０℃／１時間の割合で下降する。音響整合部材１の密度を弱くする場合は、図５の記号Ａに示すように設定時間を短く設定する。ここでは２時間としている。音響整合部材１の密度を高くする場合は、図５の記号Ｂに示すように設定時間を十分長く設定する。ここでは５時間としている。こうすることにより、補助材料３の融解する割合いが変化し、音響整合部材１の収縮率を変えることができる。この製造方法によると音響整合部材１の収縮率、つまり密度を時間設定によって任意に設定することができるという効果がある。また主材料２と補助材料３に融点が異なるものを用いているので、一点の温度で急に全材料の収縮が進むことがなく収縮率を容易に調整できる。また融点の異なる主材料と副材料との相対量で収縮率を容易に調整できる。例えば主材料対副材料の比を５：５の場合と比べ６：４とすることにより収縮率を小さくすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の音響整合部材の製造方法によれば、骨格を構成する主材料とこの主材料と、異なる大きさでかつ前記主材料を固める補助材料とから成る構造体材料に空孔形成材とを混合し、加圧した後に構造体材料を結合させ、空孔形成材を除去するという製造方法により、大きさの大きな粒子の隙間に大きさの小さな粒子が入り込むようにすることができる。このことによって異なる材料の分布が均一となる。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と音響特性のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の音響整合部材の製造方法における音響整合部材の薄切り断面図
【図２】同音響整合部材の製造工程図
【図３】同音響整合部材の主材料と補助材料の大きさを変えた形態の断面図
【図４】同音響整合部材の焼成温度を変えた場合の焼成温度の時間変化特性図
【図５】同音響整合部材の焼成時間を変えた場合の他の焼成温度の時間変化特性図
【図６】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  空孔形成材
【図１】
0004366887.tif 000003
【図２】
0004366887.tif 000004
【図３】
0004366887.tif 000005
【図４】
0004366887.tif 000006
【図５】
0004366887.tif 000007
【図６】
0004366887.tif 000008