(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、その混合物を焼結する段階で前記補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整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】
焼結温度を調整することによって補助材料の融解割合を調整することを特徴とする請求項１記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項３】
焼結時間を調整することによって補助材料の融解割合を調整することを特徴とする請求項１記載の音響整合部材の製造方法。
【請求項４】
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、前記補助材料の量によって前記主材料どうしの結合を調整して焼結することを特徴とする音響整合部材の製造方法。
【請求項５】
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、空孔形成材とを混合し、前記空孔形成材の量によって前記主材料どうしの結合を調整して、焼結することを特徴とする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、音響整合部材の振動伝搬損失を調整する製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音響整合部材は、超音波振動子などから発生した振動を空気などに効率よく伝搬させるため、超音波振動子と空気との音響インピ−スダンスの整合をとるように構成されていた。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】
0004374791.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】
また、超音波振動子が振動を停止した後であっても音響整合部材が振動を続ける残響という現象があり、超音波振動を使用した計測を短い周期で繰り返す場合、この残響を早く収束させる必要がある。図１０に示すように従来の音響整合部材１０では、音響整合部材に樹脂やゴムなどの振動を吸収する振動吸収部材１１を混入することによってこの残響を早く収束させていた。
【０００６】
【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、樹脂やゴムなどの振動吸収部材は温度特性によって振動吸収量が変化する。特に低温では振動をほとんど吸収しないため安定した性能を得ることができなかった。また樹脂やゴムは密度が高く音響インピーダンスの整合を悪くしていた。そこで、音響整合部材の密度を高くすることなく振動吸収量を任意に調整し安定化するということが課題であった。
【０００７】
【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、その混合物を焼結する段階で前記補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整することとした。
【０００８】
上記発明によれば、主材料と補助材料との混合物を焼結する段階で前記補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整するので、前記主材料どうしの結合を弱めることで振動を吸収し、前記主材料の温度特性には影響を受けない。また第３の物質を混入しないので密度も高くならない。よって振動吸収量が安定しており、安定した振動性能を得ると同時に音響インピーダンスの整合を崩さない音響整合部材を容易に実現できる。
【０００９】
【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、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、その混合物を焼結する段階で前記補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
そして、この請求項１に記載した構成を実施の形態とした音響整合部材の製造方法は、焼結する段階で前記補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整するので、前記主材料どうしの結合を弱めることで振動を吸収し、前記主材料の温度特性には影響を受けない。また第３の物質を混入しないので密度も高くならない。よって振動吸収量が安定しており、安定した振動性能を得ると同時に音響インピーダンスの整合を崩さない音響整合部材を容易に実現できるという作用効果がある。
【００１１】
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、請求項１に記載の音響整合部材の製造方法において焼結温度を調整することによって補助材料の融解割合を調整する。そして、主材料どうしの結合強さを弱くする場合は焼結温度をほぼ補助材料の融点付近に設定する。この場合補助材料は一部が融解し主材料どうしを接合するので結合は弱くなる。この方法によると結合強さを温度設定によって任意に設定することができる。
【００１２】
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１に記載の音響整合部材の製造方法において焼結時間を調整することによって補助材料の融解割合を調整する。そして、主材料どうしの結合強さを弱くする場合は焼結時間を短く設定する。この場合は補助材料は一部が融解し主材料どうしを結合するので結合は弱くなる。この方法によるとたくさんの種類の結合強さを持つ音響整合部材を製作する場合であっても、炉を一つ用意すれば同じ設定温度で引き出す時間を変えるだけで同時に製作することができる。また結合強さを時間設定によって任意に設定することができる。
【００１３】
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、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、前記補助材料の量によって前記主材料どうしの結合を調整して焼結する。そして主材料どうしの結合強さを弱くする場合は前記補助材料の量を減らし、前記主材料どうしで形成する隙間を前記補助材料が埋め結合する割合を少なくする。こうすることによって前記主材料どうしの結合は弱まり振動を吸収するようになる。この方法によると、前記補助材料の量を調整することによって任意の結合強さを得ることができる。
【００１４】
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、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、空孔形成材とを混合し、混合する前記空孔形成材の量によって前記主材料どうしの結合を調整して焼結する。そして、主材料どうしの結合強さを弱くする場合は、前記空孔形成材の量を増やす。この場合前記主材料どうしの結合量が少なくなり、結合は弱くなる。この方法によると、前記空孔形成材の量を調整することによって任意の結合強さを得ることができる。
【００１５】
【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。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例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は同音響整合部材の製造方法のフローチャ−ト、図３と図４は焼結処理時の温度変化の様子を示す図、図５は焼結前の音響整合部材を薄く切った場合の説明図である。
【００１７】
図１において、１は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融点が７００℃の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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。この状態を図５で示す。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。
【００２０】
次に図３と図４を用いてステップ４の焼成処理の時の温度と時間との設定と結合強さの関係を説明する。図３は設定温度を変えた場合である。炉の温度は設定温度まで５℃／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１０℃／１時間で下降する。音響整合部材１の結合を弱くする場合は図３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の結合を強くする場合は図３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、主材料２どうしを結合する強さを変えることができる。
【００２１】
この製造方法によれば、焼結する段階での前記補助材料の融解割合によって前記主材料どうしの結合を調整するので、前記主材料どうしの結合を弱めることで振動を吸収し、前記主材料の温度特性には影響を受けない。また第３の物質を混入しないので密度も高くならない。よって振動吸収量が安定しており、安定した振動性能を得ると同時に音響インピーダンスの整合を崩さない音響整合部材を容易に実現できる。また温度設定によって音響整合部材１の結合強さを任意に設定することができるという効果がある。
【００２２】
図４は設定温度での加熱時間を変えた場合である。炉の温度は設定温度まで５℃／１時間で上昇し、７５０℃に達すると設定時間の間、設定温度を保ち、その後１０℃／１時間で下降する。音響整合部材１の結合を弱くする場合は、図４の記号Ａに示すように設定時間を短時間に設定する。ここでは２時間としている。音響整合部材１の結合を強くする場合は、図４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の融解する度合いが変化し、主材料２を結合する強さ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の結合強さ、つまり振動減衰特性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。
【００２３】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２における補助材料の質量割合が３０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図、図７は同補助材料の質量割合が５０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図である。
【００２４】
本実施例２において、実施例１と異なる点は補助材料３の量を少なくした点である。なお、製造工程は実施例１の場合と同一であるが、炉の温度変化は図３の記号Ｂとする。
【００２５】
この実施例によれば、図６は図７に比べ補助材料３の量が少なく主材料２の一部どうししか結合していない。このため図６の音響整合部材１は結合が弱く、振動の減衰も早くなる。この方法によると、補助材料３の量を調整することによって任意の結合強さ、つまり振動減衰特性を得ることができる。
【００２６】
（実施例３）
図８は本発明の実施例３における空孔形成材５の体積割合が９０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図、図９は同空孔形成材５の体積割合が７０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図である。
【００２７】
本実施例３において、実施例１と異なる点は空孔形成材の量を多くした点である。なお、製造工程は実施例１における製造工程と同じであるが、炉の温度変化は図３の記号Ｂとする。
【００２８】
この実施例によれば、図８は図９に比べ空孔４の量が少なく主材料２が一部でしか結合していない。このため図７の音響整合部材１は結合が弱く、振動の減衰も早くなる。この方法によると、空孔形成材の量を調整することによって任意の結合強さ、つまり振動減衰特性を得ることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
【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、焼結する段階で主材料と混合する補助材料の融解割合を少なくすることによって前記主材料どうしの結合を調整するので、前記主材料どうしの結合を弱めることで振動を吸収し、前記主材料の温度特性には影響を受けない。また第３の物質を混入しないので密度も高くならない。よって振動吸収量が安定しており、安定した振動性能を得ると同時に音響インピーダンスの整合を崩さない音響整合部材を容易に実現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】同音響整合部材の設定温度を調整した場合の焼成処理時の温度変化の様子を示す図
【図４】同音響整合部材の時間温度を調整した場合の焼成処理時の温度変化の様子を示す図
【図５】同焼結前の音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図６】本発明の実施例２における補助材料の質量割合が３０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図７】同補助材料の質量割合が５０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図８】本発明の実施例３における空孔形成材の体積割合が９０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図９】同空孔形成材の体積割合が７０％の音響整合部材を薄く切った場合の説明図
【図１０】従来の音響整合部材の断面の説明図
【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】
0004374791.tif 000003
【図２】
0004374791.tif 000004
【図３】
0004374791.tif 000005
【図４】
0004374791.tif 000006
【図５】
0004374791.tif 000007
【図６】
0004374791.tif 000008
【図７】
0004374791.tif 000009
【図８】
0004374791.tif 000010
【図９】
0004374791.tif 000011
【図１０】
0004374791.tif 000012