声匹配层制造技术

作为基材，使用由金属、陶瓷等形成的板状构件，设置沿着声波的传播方向设置的致密部分(2)和朝向声波的传播方向即接合面(5)地设置于板状的基材的振动面(6)的局部的凹部(3)。利用该结构，降低声阻抗，高效地进行声波向气体的传递。并且，供声波传播的致密部分(2)为高密度，因此声透过损耗较小，能够得到作为声匹配层的优异的特性。

Sound matching layer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声匹配层
本专利技术主要涉及一种超声波的收发的灵敏度、机械强度以及耐热性较高的声匹配层。
技术介绍
通常，超声波产生源和气体的声阻抗(各自的物质的密度与声速的乘积)越接近，从超声波产生源向空气等气体的(超声波的)能量传递效率越高。但是，超声波产生源通常由陶瓷(密度和声速较高)形成，作为要传递超声波的对象的空气等气体的密度和声速比陶瓷的密度和声速小得多。因而，从超声波产生源向空气的能量传递效率非常低。为了解决该问题，进行如下对策：在超声波产生源与气体之间夹装声阻抗比超声波产生源的声阻抗小且比空气的声阻抗大的声匹配层，提高能量传递效率。为了降低声匹配层的声阻抗，使构成声匹配层的物质多孔质化而降低密度(和声速)。但是，物质的机械强度由于多孔质化而降低，因此存在作为工业产品处理变难这一问题。因此，作为声匹配层，尝试将密度足够小(声阻抗足够小)但机械强度不充分的构件和密度的降低程度较小但机械强度较高的构件组合，由此同时满足声阻抗的降低和机械强度的维持、提高(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-219248号公报
技术实现思路
然而，在以往的专利文献1所记载的密度测定方法中，至少需要将密度较高的构件和密度较小的构件组合，因此在作为工业产品的处理中存在工时增加等问题。并且，为了使从密度较高的构件发出的声波的相位与从密度较低的构件发出的声波的相位一致，需要以高精度调整它们的厚度，在作为工业产品的处理中存在工时增加等问题。本专利技术的声匹配层包括：基材，其呈板状，与超声波产生源接合的接合面和放出声波的振动面形成于具有预定厚度的该基材的两面；以及凹部或贯通部，其至少朝向接合面地设置于振动面的局部。以下示出关于上述的声匹配层的物理解释。首先，作为声阻抗的定义的密度与声速的乘积表示构成该物质的微小单位元素的物质的动量。即，若将构成微小单位元素的物质的动量设为ΔP，将质量设为ΔM，将速度设为V，则根据动量的定义，ΔP(动量)＝ΔM×V(声阻抗)，可以看出声阻抗是构成微小单位元素的物质的动量。因而，可以看出，对于从某一物质(超声波产生源)向相邻的物质的高效的能量传播而言，优选的是，声阻抗接近。据此，记述在上述声匹配层中发生的现象。通常，物质的声速表示为，V＝(κ/ρ)1/2。在此，κ是体积弹性模量，ρ是密度。即，可以看出，物质的声速由体积弹性模量和密度唯一地决定，因此难以有意地控制声速。因而，为了降低声阻抗，降低密度是有效的。在本专利技术的声匹配层中，采用通过局部地设置凹部或贯通部来降低表观密度的方法。另一方面，若通过向物质导入空隙来降低密度，则有可能因妨碍声波的传播而造成能量损失。为了避免该情况，着眼于声波是纵波，使致密部分(未设置凹部或贯通部的部分)沿着声波的传播方向负责声波的传递。在具有凹部或贯通部的面与气体接触的情况下，在致密部分中传播的声波向气体传播时的现象如下所述。当要在致密部分与气体之间的分界面进行动量的交换时，若以各自的微小体积元素进行比较，则前者的声阻抗显著较大，因此仅利用上述的部分无法进行高效的动量的交换。但是，当要利用致密部分向气体的微小体积元素赋予动量时，主要利用气体的粘性，也向微小体积元素周边的气体赋予动量。即，也向气体的存在于与声匹配层的凹部或贯通部之间的分界面的一部分(致密部分的附近)赋予动量。因而，近似地得到与气体的密度上升(声匹配层的密度降低，声阻抗降低)同等的现象。因而，为了向凹部或贯通部的气体更高效地赋予动量，致密部分与凹部或贯通部的重复周期越短则越有利。只要重复周期的尺寸与超声波的波长相比足够小，大致为波长的1/10左右，就能够得到如同与密度为致密部分的密度与存在比例的乘积的物质同等的效果。根据本专利技术，即使是密度较高的树脂、金属、陶瓷等因从主体上看声阻抗较大而作为声匹配层不利的物质也能够用作声匹配层。因而，即使在高温、高压环境等难以应用以往使用的树脂的情况下也能够应用。附图说明图1A是表示将第1实施方式的声匹配层与超声波产生源接合的状态的示意俯视图。图1B是图1A的1B-1B剖视图。图2是表示第1实施方式的声匹配层的动量交换的示意图。图3A是表示第1实施方式的声匹配层的另一实施例的剖视图。图3B是表示第1实施方式的声匹配层的另一实施例的剖视图。图4A是表示将第1实施方式的声匹配层的另一实施例与超声波产生源接合的状态的示意俯视图。图4B是图4A的4B-4B剖视图。图5A是表示将第1实施方式的声匹配层的另一实施例与超声波产生源接合的状态的示意俯视图。图5B是图5A的5B-5B剖视图。图6A是表示将第2实施方式的声匹配层与超声波产生源接合的状态的示意剖视图。图6B是表示将第2实施方式的声匹配层与超声波产生源接合的状态的示意剖视图。图7是表示第2实施方式的声匹配层的动量交换的示意图。图8是表示将第3实施方式的声匹配层与超声波产生源接合的状态的示意剖视图。图9是表示第3实施方式的声匹配层的动量交换的示意图。具体实施方式以下，参照附图，说明本专利技术的实施方式。另外，本专利技术不限定于该实施方式。(第1实施方式)图1A是表示将本专利技术的第1实施方式的声匹配层与超声波产生源接合的状态的示意俯视图。图1B是图1A的1B-1B剖视图，图2是表示本专利技术的第1实施方式的动量交换的示意图。在图1A、图1B中，声匹配层1使用由聚醚醚酮(PEEK)树脂形成的板状材料作为基材，包括致密部分2、圆筒形的凹部3。多个凹部3存在于板状材料的与气体接触的一面侧的整面，超声波产生源4接合于不存在凹部的面(以下，称为接合面5)侧而使用。在此，凹部3的直径D是从超声波产生源4产生的超声波的波长的1/20左右。以下，使用图1A、图1B以及图2，说明声匹配层1的动作。超声波产生源4与接合面5利用环氧系的粘接剂接合，振动面6(与气体接触的面)与面方向垂直地(沿着图的左右方向)振动。此时，在振动面6和接合面5进行如下的动量的交换。首先，接合面5与超声波产生源4接合，因此接合面5由超声波产生源4的振动赋予动量。接着，传播至接合面5的动量利用构成致密部分2的物质(原子、分子)的相互作用，从接合面5向振动面6的匹配层分子传播动量。并且，说明同与构成致密部分2的物质不直接接触的气体之间的动量交换的原理。首先，与致密部分2的振动面6接触的气体进行动量的交换，对与振动面6接触的气体分子赋予较大的动量(用图2的箭头A表示)。但是，致密部分2的声阻抗显著大于气体的声阻抗，因此仅利用该部分无法进行高效的动量的交换。即，在没有气体分子间的相互作用的情况下，在致密部分的动量中存在较大的剩余部分。在此，在包含致密部分2与气体接触的部分的面内，利用气体的粘性向存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声匹配层，其中，/n该声匹配层包括：/n基材，其呈板状，与超声波产生源接合的接合面和放出声波的振动面形成于具有预定厚度的该基材的两面；以及/n凹部或贯通部，其朝向所述接合面地设置于所述振动面的局部。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 JP 2017-1283571.一种声匹配层，其中，
该声匹配层包括：
基材，其呈板状，与超声波产生源接合的接合面和放出声波的振动面形成于具有预定厚度的该基材的两面；以及
凹部或贯通部，其朝向所述接合面地设置于所述振动面的局部。


2.根据权利要求1所述的声匹配层，其特征在于，
所述基材通过排列多个片状材料而构成，
所述贯通部形成为所述片状材料间的空间。


3.根据权利要求1所述的声匹配层，其特征在于，
所述基材通过排列多个棒状材料而构成，
所述贯通部形成为所述棒状材料间的空间。


4.根据权利要求1～3中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥田昌道，桝田知树，菅谷英生，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP