專利名稱：音響匹配體及其制造方法以及超聲波傳感器及超聲波收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使特別是利用振動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波在氣體中有效地傳播的或者用于有效地接收在氣體中傳播的超聲波的、包括陶瓷多孔體的音響匹配體，和使用了該音響匹配體的超聲波傳感器及使用該超聲波傳感器進(jìn)行超聲波的收發(fā)處理的超聲波收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
已知用多孔體來構(gòu)成超聲波傳感器中所使用的音響匹配層(例如特開平6-327098號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1))。
如圖16所示，超聲波傳感器101由被一對(duì)對(duì)置電極106夾持的壓電體(也稱作振子)102、與這些對(duì)置電極106連接的超聲波信號(hào)發(fā)生裝置105構(gòu)成。
由壓電體102產(chǎn)生的超聲波穿過音響匹配層103而被向空中發(fā)射。該音響匹配層103例如是在環(huán)氧樹脂中均勻地分散了微小中空球體的結(jié)構(gòu)，其音速為1800m/s，密度為0.7×103kg/m3。
音響匹配層中所使用的多孔體有各種各樣的形態(tài)。作為其代表性的一個(gè)形態(tài)，有如下制造的例子，即，將混合了陶瓷粉末和丙烯酸的微小球體的物質(zhì)薄薄地涂布于薄片上，將在干燥后從薄片上剝下而得的薄膜層疊多張，將疊層體用電爐升溫?zé)Y(jié)，直至陶瓷粉末結(jié)合。因丙烯酸的微小球體被燒掉而形成空隙，形成多孔體。如此制造的多孔體的特征是，空隙微小，空隙被以相同的分布構(gòu)成(參照特開2002-51398號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2))。
作為其他的音響匹配構(gòu)件，有將多個(gè)微小片集合起來而將各個(gè)微小片的接觸面相互地結(jié)合的構(gòu)件(例如特開2001-346295號(hào)公報(bào)(參照專利文獻(xiàn)3))。另外，還公布有使用了在樹脂中混入了中空球體的音響匹配層材料的音響匹配層的制造方法(特開2002-58099號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4))。
另外，已知利用將中空球狀體加熱，將軟化了的材料在模具中壓縮的方法來制造音響匹配構(gòu)件的方法(參照特開平2-177799號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5))。根據(jù)該方法，雖然中空球狀體形成矩陣(matrix)，在相鄰的中空球狀體的矩陣的接點(diǎn)上相互地結(jié)合，然而可以獲得在中空球狀體間存在有空隙的構(gòu)造體。在特開平2-177799號(hào)公報(bào)中記載有，該構(gòu)造體的音速約為900m/s，聲阻抗約為4.5×105kg/m2s。由于聲阻抗被定義為密度(ρ)和音速(C)的乘積(ρ·C)，因此可以算出該中空球狀體的矩陣的密度約為0.5g/cm3。
另外，已知有由無機(jī)氧化物的干燥凝膠構(gòu)成的音響匹配層(例如參照特開2002-262394號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)6))。它也是多孔體構(gòu)造，帶有具有納米量級(jí)的尺寸的孔。此種無機(jī)氧化物的干燥凝膠被作為密度為0.5g/cm3以下、音速為500m/s以下的材料獲得。
將此種無機(jī)氧化物的干燥凝膠作為復(fù)合構(gòu)造的音響匹配層而形成的技術(shù)已經(jīng)由本申請(qǐng)人(美國的受讓人)提出(2003年5月14日申請(qǐng)，日本國特愿2003-136327號(hào))。該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配層具體來說，具有第1層和第2層，第1層的聲阻抗Z1和第2層的聲阻抗Z2滿足Z1＞Z2的關(guān)系，第2層由無機(jī)氧化物的干燥凝膠構(gòu)成。該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配層的第1層具體來說是如下制作的，即，在對(duì)混合了丙烯酸制微小球體和SiO2粉末和玻璃料的粉體加壓后，利用400℃的熱處理除去丙烯酸制微小球體，形成空隙，進(jìn)而利用900℃的熱處理進(jìn)行燒結(jié)，在得到了多孔體后，將該多孔體研磨為合適的大小，例如直徑達(dá)到12mm，厚度達(dá)到0.85mm。
所述申請(qǐng)中記載有如下的情況，即，在將音響匹配層利用聲阻抗不同的多個(gè)構(gòu)件，特別是不同的構(gòu)件構(gòu)成方面是具有實(shí)用性的。另外，在所述申請(qǐng)中記載有如下的情況，即，為了將其實(shí)現(xiàn)，在所述第1層的音響匹配層(多孔體)中，填充凝膠化及干燥前的具有流動(dòng)性的無機(jī)氧化物材料后固形化，形成所述第2層的音響匹配層。在所述申請(qǐng)中，還記載有如下的情況，即，根據(jù)該制造方法，由于第1層和第2層在局部連續(xù)而一體化，因此產(chǎn)生物理的形狀效應(yīng)(錨定效應(yīng))而在層間難以產(chǎn)生剝離。
像這樣，提出了各種各樣的音響匹配構(gòu)件。另外，雖然并未提及作為音響匹配層使用的情況，但是在特開2001-261463號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)7)中公布有如下的方法，即，對(duì)將具有難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿凝膠化而得的凝膠狀多孔成形體進(jìn)行干燥、脫脂、燒制，形成陶瓷多孔體。
專利文獻(xiàn)1特開平6-327098號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-51398號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2001-346295號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2002-58099號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5特開平2-177799號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6特開2002-262394號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7特開2001-261463號(hào)公報(bào)以往的音響匹配構(gòu)件從其特性及制造的容易性的至少一方的觀點(diǎn)考慮，并不能夠一定滿足。例如，當(dāng)將音響匹配構(gòu)件用樹脂形成時(shí)，使用了它的超聲波傳感器會(huì)受到樹脂的溫度特性的影響，隨溫度不同而有時(shí)使超聲波的收發(fā)波形的振幅及周期發(fā)生變化。此種由溫度造成的變化并不適于用使用了超聲波傳感器的超聲波接收裝置進(jìn)行氣體流量測定。
如特開2002-51398號(hào)公報(bào)中所提出的那樣，將含有陶瓷粉末和丙烯酸球的多張薄片層疊的方法雖然可以提供在空隙的大小的均勻性及空隙分布的均勻性方面優(yōu)良的音響匹配構(gòu)件，但是制造工序煩雜。另外，由于在利用該方法得到的音響匹配構(gòu)件中，不殘留丙烯酸球，因此形成浪費(fèi)。所以，該方法在制造成本的方面也是不利的。
利用將多個(gè)微小片集合起來而制造多孔體的方法以及按照使中空球狀體形成矩陣的方式制造將中空球狀體相互地結(jié)合的多孔體的方法得到的音響匹配構(gòu)件，在接點(diǎn)處的結(jié)合很弱，有超聲波的傳播損耗增大的傾向。
無機(jī)氧化物的干燥凝膠具有適于音響匹配構(gòu)件的優(yōu)良的特性。將其設(shè)為第2層而將其他的多孔體設(shè)為第1層的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配構(gòu)件也同樣地具有優(yōu)良的特性。但是，根據(jù)作為第1層使用的多孔體，無機(jī)氧化物的干燥凝膠和第1層的多孔體之間的結(jié)合的強(qiáng)度有時(shí)并不充分。另外，特愿2003-140687號(hào)中具體記載的第1層的制造方法并不一定可以很容易地實(shí)施。例如，利用在對(duì)混合了丙烯酸制微小球體和SiO2粉末和玻璃料的粉體加壓后，實(shí)施丙烯酸制微小球體的除去和燒結(jié)的制造方法，來得到的構(gòu)件需要在燒結(jié)后研磨為適當(dāng)?shù)拇笮?。此種研磨因燒結(jié)后所得的構(gòu)件的尺寸收縮為燒結(jié)前的加壓后的粉體的尺寸的大約三分之一、并且燒結(jié)后的構(gòu)件中產(chǎn)生翹曲而必需進(jìn)行。但是，為了使某個(gè)構(gòu)件，特別是主表面達(dá)到給定面積，另外，為了使主表面的翹曲及凹凸的程度處于給定范圍內(nèi)而進(jìn)行研磨的作業(yè)一般來說煩雜，需要花費(fèi)很多時(shí)間。
另外，無機(jī)氧化物的干燥凝膠強(qiáng)度小，容易破裂，在這一點(diǎn)上并不實(shí)用。這是因?yàn)椋缭谑棺鳛闊o機(jī)氧化物的干燥凝膠的第2層與作為其他的多孔體的第1層復(fù)合的音響匹配構(gòu)件中，第2層的最佳厚度小。例如，當(dāng)處理頻率f為500kHz的超聲波時(shí)，如果干燥凝膠的音速C為500m/s，則在干燥凝膠中傳播的超聲波的波長λ由C/f求得，達(dá)到1mm。
一般來說，由于音響匹配構(gòu)件的最佳厚度為在其中穿過的超聲波的波長的四分之一，因此由干燥凝膠構(gòu)成的音響匹配構(gòu)件的最佳的厚度將非常小，達(dá)到0.25mm。另外，由于音響匹配構(gòu)件的最佳厚度隨音速不同而各異，因此為了獲得最佳的音響匹配構(gòu)件，在組裝完超聲波接收裝置后，需要在測定輸出的同時(shí)，按照可以獲得任意的輸出的方式研磨第2層而調(diào)節(jié)厚度。但是，在第2層為干燥凝膠的情況下，在進(jìn)行研磨之時(shí)，第2層的端部容易破損，一般來說難以實(shí)現(xiàn)此種厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以往的音響匹配構(gòu)件所具有的問題而完成的，其目的在于，提供具有更為優(yōu)良的特性的音響匹配體，提供有效地利用無機(jī)氧化物的干燥凝膠而具有優(yōu)良的特性的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體，以及提供能夠簡便地制造此種音響匹配體的制造方法。
為了達(dá)成所述目的而進(jìn)行了研究，結(jié)果判明，音響匹配體的特性受到多孔體的孔徑和孔徑分布的影響，為了實(shí)現(xiàn)良好的特性，有效的方法是，使多孔體的孔徑小，并且使孔徑分布均勻化。另外，作為孔徑小并且孔徑分布均勻、具有高強(qiáng)度的多孔體的一個(gè)例子，著眼于特開2001-261463號(hào)公報(bào)中所公布的陶瓷多孔體，當(dāng)將其作為音響匹配體使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以獲得優(yōu)良的特性，從而完成了本發(fā)明。
另外，對(duì)能夠在所述無機(jī)氧化物的干燥凝膠中不產(chǎn)生破裂等地制造及使用的可能性進(jìn)行了研究。具體來說，研究了以下的做法，即，在將無機(jī)氧化物的干燥凝膠與其他的多孔體復(fù)合時(shí)，對(duì)該其他的多孔體的形狀進(jìn)行加工，形成保護(hù)第2層的端部的構(gòu)成。所以，作為保護(hù)第2層的端部的構(gòu)造，研究了如下的構(gòu)造，即，在該其他的多孔體上形成凹部，在該凹部內(nèi)配置無機(jī)氧化物的干燥凝膠，以保護(hù)端部。在實(shí)現(xiàn)此種構(gòu)造時(shí)，為了形成凹部需要對(duì)該其他的多孔體進(jìn)行切削加工等，然而一般的多孔體難以實(shí)施切削加工，由此在該作業(yè)中需要很多時(shí)間和費(fèi)用。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，如果使用所述特定的陶瓷多孔體，則能夠不進(jìn)行切削加工，而利用成形來形成凹部，可以容易地獲得無機(jī)氧化物的干燥凝膠的端部被該陶瓷多孔體保護(hù)的構(gòu)成。
即，本發(fā)明在第1主旨中，提供如下的音響匹配體，是含有陶瓷多孔體的音響匹配體，該陶瓷多孔體含有構(gòu)成陶瓷矩陣的陶瓷粒子，該陶瓷矩陣規(guī)定多個(gè)孔部，在該陶瓷矩陣中形成有陶瓷粒子間空隙。構(gòu)成該音響匹配體的陶瓷多孔體具有均勻的孔徑分布。另外，該陶瓷多孔體除了陶瓷矩陣所規(guī)定的孔部以外，還具有在陶瓷矩陣中形成的陶瓷粒子間空隙。即，該陶瓷多孔體在作為整體具有高強(qiáng)度的狀態(tài)下，形成具有很多的空隙的構(gòu)造，其密度低。另外，因存在有孔部和陶瓷粒子間空隙，陶瓷矩陣的骨架就不會(huì)直線地延伸，而對(duì)超聲波提供彎曲的路徑。該結(jié)果會(huì)降低超聲波的傳送速度。所以，該音響匹配體成為具有低密度及低音速的特性的材料，將其作為音響匹配層使用的超聲波傳感器成為能夠有意地提高了超聲波的傳播特性的裝置。
這里，所謂「孔部」是指，在宏觀地(例如用倍率20倍左右的顯微鏡)觀察由多個(gè)陶瓷粒子構(gòu)成的陶瓷矩陣時(shí)，被作為空孔識(shí)認(rèn)的部分。所謂「陶瓷粒子間空隙」是指，在構(gòu)成陶瓷矩陣的粒子和粒子之間形成的微小的空間，具體來說，是直徑為10μm以下的小孔。或者，所謂「孔部」也可以指，通過依照后述的方法使陶瓷料漿發(fā)泡而形成的空孔，所謂「陶瓷粒子間空隙」也可以指，無論有無發(fā)泡，形成于陶瓷中的空孔。另外，「音響匹配體」這樣的用語是為了指作為音響匹配層裝入超聲波傳感器等中前的獨(dú)立的構(gòu)件而使用的，當(dāng)其被裝入超聲波傳感器等中時(shí)，就被稱作「超聲波匹配層」。即，「音響匹配體」和「音響匹配層」在其功能等方面沒有改變的地方，只是具有是否被裝入超聲波傳感器等中的區(qū)別。
該音響匹配體的孔徑分布的中心值優(yōu)選處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)。當(dāng)孔徑超過500μm時(shí)，則有時(shí)會(huì)給超聲波的傳播帶來障礙。另一方面，當(dāng)孔徑小于100μm時(shí)，則雖然不會(huì)給超聲波的傳播帶來障礙，但是會(huì)像后述所示，在制造由該音響匹配體和其他的音響匹配體構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的情況下有時(shí)帶來障礙。特別是，在將該其他的音響匹配體如后述所示，通過將液體的原材料浸漬于該音響匹配體中而形成的情況下，當(dāng)孔徑小時(shí)，則由于表面的張力，浸漬無法進(jìn)行，或者難以進(jìn)行溶液置換。
構(gòu)成該音響匹配體的陶瓷多孔體具有表層、與該表層連續(xù)的內(nèi)層，該表層的密度最好大于該內(nèi)層的密度。這里，「密度」這樣的用語是指由某個(gè)構(gòu)件或要素的質(zhì)量和表觀的體積求得的密度(即視密度)，在本說明書中，「密度」只要沒有特別指出，都是指視密度。根據(jù)該構(gòu)成，由于在表層中可以消除或使空隙更小，因此在將表層與氣體面對(duì)地配置的情況下，可以將超聲波更為有效地向氣體傳播，在將表層作為安裝面的情況下，可以防止粘接劑的浸透，從而可以減少由粘接劑的浸透造成的超聲波傳感器間的超聲波輸出的不均。
該陶瓷矩陣最好含有難燒結(jié)性陶瓷。難燒結(jié)性陶瓷優(yōu)選占陶瓷矩陣的80vol％，更優(yōu)選占90vol％，進(jìn)一步優(yōu)選占100％。
另外，本發(fā)明在第2主旨中，提供如下的音響匹配體，是含有第1多孔體及第2多孔體的音響匹配體，該第1多孔體是含有構(gòu)成陶瓷矩陣的陶瓷粒子，該陶瓷矩陣規(guī)定多個(gè)孔部，在該陶瓷矩陣中，形成有陶瓷粒子間空隙的陶瓷多孔體，第2多孔體是與該第1多孔體相比密度更小、音速更慢的多孔體。該音響匹配體因第2多孔體的存在，與氣體的聲阻抗的匹配變得更為良好。
該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體最好在第1多孔體中，孔部具有其孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)的尺寸。當(dāng)?shù)?多孔體具有此種尺寸的孔部時(shí)，則如后述所示，在用浸漬第2多孔體的起始原料溶液的方法，將第2多孔體與第1多孔體復(fù)合一體化時(shí)，第2多孔體的原料溶液就容易被浸漬。另外，此種尺寸的孔部對(duì)例如頻率為500kHz的超聲波傳播不會(huì)帶來障礙。
在該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體中，第2多孔體優(yōu)選由無機(jī)氧化物的干燥凝膠形成。通過使用無機(jī)氧化物的干燥凝膠，就可以使第2多孔體與第1多孔體相比密度更小，并且可以增強(qiáng)第1多孔體和第2多孔體的接合。
在該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體中，第2多孔體最好由第1多孔體將其外周部包圍。即，第2多孔體的表面方向的輪廓(即，決定第2多孔體的表面積的輪廓)最好與第1多孔體接觸。這樣，就可以防止第2多孔體的外緣破損，例如可以通過研磨第2多孔體所處的表面來控制該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的厚度。
在該復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體中，第2多孔體最好將第1多孔體的孔部及陶瓷粒子間空隙的一部分或全部填充。這樣，第2多孔體就會(huì)因錨定效應(yīng)而利用第1多孔體牢固地結(jié)合。
本發(fā)明在第3主旨中提供如下的音響匹配體的制造方法，包括將至少具有一種難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿在成形模具內(nèi)凝膠化而獲得凝膠狀多孔成形體的工序、將凝膠狀多孔成形體干燥及脫脂的工序、以及燒成凝膠狀多孔成形體的工序。該方法在如下方面具有特征，即，利用難燒結(jié)性的陶瓷粉末及將含氣泡陶瓷料漿凝膠化。根據(jù)該制造方法，可以簡便地制造所述第1主旨中所提供的陶瓷多孔體。另外，根據(jù)該制造方法，還能夠?qū)崿F(xiàn)孔部的尺寸及空孔率的控制，由此可以實(shí)現(xiàn)所需的密度及音速。另外，根據(jù)該方法，由于通過燒成而最終得到的陶瓷多孔體的體積僅從燒成前的凝膠狀多孔成形體的體積變化了數(shù)個(gè)百分點(diǎn)左右，因此可以減小燒成后產(chǎn)生的翹曲。
本發(fā)明的第4主旨中提供如下的音響匹配體的制造方法，包括利用如下的方法形成第1多孔體的工序，該方法包括如下步驟將具有難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿在第1成形模具內(nèi)凝膠化而獲得具有1個(gè)或多個(gè)凹部的凝膠狀多孔成形體、將凝膠狀多孔成形體干燥及脫脂、以及燒成凝膠狀多孔成形體，以及利用如下的方法在該凹部中形成第2多孔體的工序，該方法包括如下步驟將第1多孔體配置于第2成形模具內(nèi)，向該第2成形模具內(nèi)加入第2多孔體的起始原料溶液，使該起始原料溶液浸漬第1多孔體，以及將該起始原料溶液固體化。
該方法在如下方面具有特征，即，在燒成前的凝膠狀多孔成形體中形成用于配置第2多孔體的1個(gè)或多個(gè)凹部。如前所述，由于第1多孔體可以通過使燒成前后的體積變化小來制造，因此即使預(yù)先形成了凹部時(shí)，在最終獲得的第1多孔體中也可以高精度地得到所需的尺寸的凹部。另外，由于第1多孔體難以產(chǎn)生由燒成造成的翹曲，因此特別是凹部的深度在燒成前后難以變化。該結(jié)果使得以所需的并且均勻的厚度在凹部內(nèi)形成要求尺寸精度的第2多孔體成為可能。所以，該制造方法能夠獲得將給定尺寸的第2多孔體與第1多孔體一體化了的構(gòu)成。另外，該制造方法由于不需要為了形成凹部而對(duì)第1多孔體進(jìn)行切削加工，因此根據(jù)該制造方法，可以容易地獲得第2多孔體的外周部被第1多孔體包圍了的構(gòu)成。
另外，在該制造方法中，第1多孔體不僅具有由陶瓷矩陣規(guī)定的孔部，而且具有陶瓷粒子間空隙，在該孔部和空隙中浸透第2多孔體的起始原料溶液，形成第2多孔體。由此，最終得到的第2多孔體就會(huì)發(fā)揮更高的錨定效應(yīng)，更為牢固地與第1多孔體結(jié)合。
在該制造方法中，最好將第1多孔體按照使第2成形模具的底面與該凹部相面對(duì)的方式配置于第2成形模具內(nèi)。即，最好第1成形體的凹部與第2成形模具的底面一起形成密閉的空間。通過像這樣將第1多孔體配置于第2成形模具中，使第2多孔體的起始原料溶液浸漬第1多孔體，就可以防止在多余的部分形成第2多孔體。
在該制造方法的第1多孔體的形成中，最好在該凝膠狀多孔成形體的側(cè)面、上面及下面當(dāng)中的至少一個(gè)面將第1成形模具敞開，來實(shí)施由第1成形模具形成的凝膠狀多孔成形體的干燥。這樣，就可以更為有效地實(shí)施凝膠狀多孔成形體的干燥。該干燥手法不僅可以很好地適用于獲得復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的情況，而且可以很好地適用于制造單層構(gòu)造的音響匹配體(即第1主旨中所提供的音響匹配體)的情況。
另外，最好通過使第1成形模具的模具壁滑動(dòng)來實(shí)施將第1成形模具敞開的操作。如果利用使成形模具的模具壁滑動(dòng)的手法，則在干燥工序中，可以有效地抑制凝膠狀多孔成形體變形的情況，另外可以不損傷凝膠狀多孔成形體的表面的情況下使之露出。
在復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的制造方法中，形成于第1多孔體中的凹部最好是在使含氣泡陶瓷料漿流入第1成形模具中后形成。即，最好在使含氣泡陶瓷料漿流入不具有用于形成凹部的凸部的第1成形模具內(nèi)后，實(shí)施為了形成凹部而必需的壓模等。當(dāng)像這樣在使含氣泡陶瓷料漿流入盡可能平坦的狀態(tài)的第1成形體后形成凹部時(shí)，在凹部中就難以產(chǎn)生氣體的殘留。
在復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的制造方法中，作為第1多孔體的形成中所使用的第1成形模具，優(yōu)選使用與凝膠狀多孔成形體的至少一個(gè)表面接觸的部分由樹脂構(gòu)成的成形模具。通過適當(dāng)?shù)剡x擇與凝膠狀多孔成形體接觸的面的樹脂的材料，就可以改變凝膠狀多孔成形體的表面狀態(tài)。使用與凝膠狀多孔成形體接觸的面由樹脂構(gòu)成的成形模具的做法不僅可以很好地適用于獲得復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的情況，而且還可以很好地適用于制造單層構(gòu)造的音響匹配體(即第1主旨中所提供的音響匹配體)的情況。
在復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的制造方法中，作為第1多孔體的形成中所使用的第1成形模具，優(yōu)選使用與凝膠狀多孔成形體的至少一個(gè)表面接觸的部分由金屬構(gòu)成的成形模具。通過將與凝膠狀多孔成形體接觸的面設(shè)為金屬，在凝膠狀多孔成形體的表面就難以存在孔部(含氣泡陶瓷料漿的氣泡)，從而可以形成致密的表面層。使用與凝膠狀多孔成形體接觸的面由金屬構(gòu)成的成形模具的做法不僅可以很好地適用于獲得復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的情況，而且還可以很好地適用于制造單層構(gòu)造的音響匹配體(即第1主旨中所提供的音響匹配體)的情況。
本發(fā)明在第5主旨中提供如下的超聲波傳感器，即，包括壓電體及音響匹配層，所述單層構(gòu)造的音響匹配體(即第1主旨中所提供的音響匹配體)或所述多層構(gòu)造的音響匹配體(即第2主旨中所提供的音響匹配體)為音響匹配層。該超聲波傳感器因含有本發(fā)明的音響匹配體，而可以良好地并且可靠地收發(fā)超聲波。
本發(fā)明在第6主旨中提供如下的超聲波收發(fā)裝置，即，包括壓電體及音響匹配層，音響匹配層為所述單層構(gòu)造的音響匹配體(即第1主旨中所提供的音響匹配體)或所述多層構(gòu)造的音響匹配體(即第2主旨中所提供的音響匹配體)。該超聲波收發(fā)裝置因含有本發(fā)明的音響匹配體，而可以良好地并且可靠地收發(fā)超聲波。
本發(fā)明的音響匹配體的特征在于，具有由陶瓷矩陣規(guī)定的孔部和形成于陶瓷矩陣中的粒子間空隙。由于該音響匹配體以無機(jī)材料為主原料，因此由溫度造成的特性變化與樹脂相比更小，當(dāng)將其作為音響匹配層而裝入超聲波傳感器時(shí)，超聲波傳感器即顯示出良好的溫度特性(即，由溫度造成的性能變化小)。另外，該陶瓷多孔體由于可以容易地調(diào)整其密度及空隙率，因此本發(fā)明的音響匹配體就可以通過調(diào)整它們，而具有最適于裝入給定的超聲波傳感器的特性。另外，本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體通過將陶瓷多孔體和無機(jī)氧化物的多孔體組合，可以進(jìn)一步改善與氣體的音響匹配。所以，通過將此種復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體作為超聲波傳感器的超聲波匹配層裝入，就可以提高超聲波的收發(fā)效率。另外，如果將使用了該超聲波傳感器的超聲波收發(fā)裝置例如作為氣體流量測定裝置使用，則可以降低主信號(hào)和噪音信號(hào)的比率，可以提高該裝置的計(jì)測精度，并且能夠降低接收信號(hào)的放大率，因此可以將電路簡單化。


圖1(a)是表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面的顯微鏡照片，(b)是表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面的示意圖。
圖2(a)是將構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面放大表示的顯微鏡照片，(b)是將構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面放大表示的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的制造方法的工序圖。
圖4是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體的剖面圖。
圖5(a)及(b)分別是示意性地表示將本發(fā)明的實(shí)施方式1的音響匹配體作為音響匹配層的超聲波傳感器的一個(gè)例子的剖面圖。
圖6(a)是示意性地表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的音響匹配體的剖面圖，(b)是示意性地表示將本發(fā)明的實(shí)施方式2的音響匹配體作為音響匹配層的超聲波傳感器的一個(gè)例子的剖面圖。
圖7是表示構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施方式2的音響匹配體的第2多孔體的制造方法的一個(gè)例子的工序圖。
圖8作為本發(fā)明的實(shí)施方式3，是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的音響匹配體的制造方法的示意圖。
圖9是示意性地表示依照本發(fā)明的實(shí)施方式3制造的音響匹配體的一部分的剖面圖。
圖10是表示在作為本發(fā)明的實(shí)施方式4的制造構(gòu)成本發(fā)明的音響匹配體的第1多孔體的方法中所實(shí)施的一個(gè)工序的示意圖。
圖11是表示在實(shí)施了圖10所示的工序后所實(shí)施的工序的示意圖。
圖12是表示在實(shí)施了圖11所示的工序后所實(shí)施的工序的示意圖。
圖13是表示在實(shí)施了圖12所示的工序后所實(shí)施的工序的示意圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)的構(gòu)造的方框圖。
圖15是利用本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波流量計(jì)得到的波形圖。
圖16是示意性地表示以往的超聲波傳感器的剖面圖。
其中，1...陶瓷多孔體，2...陶瓷矩陣，3...孔部，4...表層，5...內(nèi)層，6...陶瓷粒子，7...陶瓷粒子間空隙，17...振子，18...振子安裝機(jī)構(gòu)，19...粘接機(jī)構(gòu)，21...蓋，22...端子，23...導(dǎo)電性橡膠，24...端子，20...氣體，25...表層，26...內(nèi)層，40...孔部，41...陶瓷矩陣，42...第1多孔體，43...第2多孔體，44...音響匹配體，61...第2成形模具，62...容器，63...凹部，64...起始原料溶液，65...陶瓷矩陣，66...孔部，70...成形模具，71...上面部，72...導(dǎo)引部，73...側(cè)面部，74...固定底面部，75...移動(dòng)底面部，76...隔塊，77...含氣泡陶瓷料漿，81...流路，82...超聲波傳感器A，83...超聲波傳感器B，84...發(fā)送機(jī)構(gòu)，85...接收機(jī)構(gòu)，86...計(jì)時(shí)機(jī)構(gòu)，87...切換機(jī)構(gòu)，88...超聲波收發(fā)裝置(流量測定裝置)，89...運(yùn)算機(jī)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明，然而應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)作為本發(fā)明的實(shí)施方式1，對(duì)由特定的陶瓷多孔體構(gòu)成的音響匹配體進(jìn)行說明。圖1中，(a)是表示構(gòu)成本發(fā)明的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面的顯微鏡照片，(b)是表示構(gòu)成本發(fā)明的音響匹配體的陶瓷多孔體的剖面的示意圖。圖1中，1表示陶瓷多孔體(音響匹配體)，2表示陶瓷矩陣，3表示由陶瓷矩陣2規(guī)定的孔部，4表示表層，5表示內(nèi)層。圖2是將陶瓷矩陣2的局部放大了的圖，(a)是將陶瓷矩陣的剖面放大了的顯微鏡照片，(b)是表示陶瓷矩陣的放大剖面的示意圖。圖2中，6表示陶瓷粒子，7表示陶瓷粒子間空隙。
陶瓷矩陣2由公知的氧化物類或非氧化物類的陶瓷或粘土礦物等構(gòu)成。陶瓷矩陣是將這些陶瓷成分單獨(dú)使用或組合2種以上而構(gòu)成的。作為氧化物類陶瓷，可以舉出氧化鋁類、莫來石類及氧化鋯類，作為非氧化物類陶瓷，可以舉出碳化硅類、氮化硅類、氮化鋁類、氮化硼類及石墨類。
陶瓷矩陣2是規(guī)定多個(gè)孔部3的骨架，該骨架的一部分或全部由陶瓷粒子構(gòu)成。陶瓷矩陣2例如具有陶瓷粒子(例如碳化硅粒子)相互結(jié)合在一起的構(gòu)造，此種構(gòu)造被認(rèn)為是通過將陶瓷粒子借助氧結(jié)合而獲得的。這里，所謂「陶瓷粒子結(jié)合在一起」是指按照能夠?qū)⒙暡ㄔ谔沾闪Ｗ娱g傳播的方式相互接觸的意思。陶瓷粒子一般來說是在燒成工序中被結(jié)合的。構(gòu)成陶瓷矩陣的粒子的平均粒徑優(yōu)選10μm以下，更優(yōu)選5μm以下，進(jìn)一步優(yōu)選1μm以下，最優(yōu)選0.6μm以下。當(dāng)構(gòu)成陶瓷矩陣的陶瓷粒子的平均粒徑超過10μm時(shí)，則在依照后述的方法制造音響匹配體時(shí)，就會(huì)有料漿中的粒子的分散性降低的情況。
由陶瓷矩陣2規(guī)定的孔部3相當(dāng)于在依照后述的方法制造音響匹配體時(shí)，在陶瓷料漿中由發(fā)泡劑生成的氣泡。如前所述，該孔部是在將音響匹配體的剖面放大20倍左右觀察時(shí)，被作為空孔識(shí)認(rèn)的部分。為了使該陶瓷多孔體作為超聲波傳感器等的音響匹配層發(fā)揮作用，需要適當(dāng)?shù)剡x擇孔部3的大小。具體來說，孔部3的大小與在該音響匹配體中傳播的超聲波的波長相比，需要充分小。
當(dāng)將超聲波的頻率f設(shè)為500kHz，將音響匹配體的音速C設(shè)為2000m/s時(shí)，在音響匹配體中傳播的超聲波的波長λ為λ＝c/f＝4mm＝4000μm。此時(shí)，當(dāng)音響匹配體的孔部的大小在300μm以上時(shí)，則孔部3對(duì)于超聲波傳播的影響變大，從音響匹配體輸出的超聲波的能量減少。所以，在使此種超聲波傳播的情況下，本發(fā)明的音響匹配體最好被制成使孔部3的孔徑分布的中心值達(dá)到300μm以下的尺寸。另外，如果考慮一般的超聲波的頻率(150kHz～1500kHz)，則孔部3最好被制成具有使其孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)的尺寸?？撞?的孔徑是根據(jù)陶瓷多孔體的剖面照片，將連結(jié)孔部的輪廓的任意的2點(diǎn)的線段當(dāng)中的最長的線段作為孔徑來決定的。在多個(gè)孔部連結(jié)在一起的情況下，按照使相連結(jié)的各孔部成為獨(dú)立的圓形剖面或橢圓形剖面的孔部的方式引出輔助線，求得引出輔助線后的孔部的孔徑。孔部的孔徑分布最好通過對(duì)任意的100～10000個(gè)孔部測定孔徑來求得。
在該音響匹配體中，在陶瓷粒子6之間存在有微小的陶瓷粒子間空隙7。該空隙是微觀的空隙，其孔徑小于10μm。陶瓷粒子6間既可以被局部地夾隔玻璃而結(jié)合，或者陶瓷粒子6間也可以被不夾隔玻璃地結(jié)合。
由于此種具有孔部3和陶瓷粒子間空隙7的陶瓷多孔體1，具有約為0.4～0.8g/cm3的密度，音速C達(dá)到2000m/s～約3000m/s左右，因此可以作為音響匹配體發(fā)揮作用。該陶瓷多孔體1的綜合了孔部3和陶瓷粒子間空隙7的空孔率優(yōu)選60vol％以上，更優(yōu)選90vol％以上。
圖示的陶瓷多孔體1具有表層4及與之連續(xù)的內(nèi)層5。表層4未形成孔部3，或孔部3的比例與內(nèi)層5相比更小，是致密的層，提供平滑的表面。表層4最好具有內(nèi)層的密度的2.5倍以上、8.5倍以下的密度。表層4最好具有10～30μm左右的厚度。當(dāng)表層4的厚度超過30μm時(shí)，則表層4對(duì)超聲波傳播造成的影響變大。另外，一般來說不容易使表層4的厚度小于10μm。具有表層4和內(nèi)層5的音響匹配體如后述所示，在超聲波傳感器等中，表層4配置于氣體側(cè)即可。表層4雖然密度高，但是由于薄，因此不會(huì)對(duì)聲阻抗造成大的影響，然而當(dāng)配置于氣體側(cè)時(shí)，由于將氣體用平滑的表面推壓，因此可以有效地將超聲波向氣體20傳播?；蛘?，也可以將表層4按照與振子安裝構(gòu)件(即容器)面對(duì)的方式配置。該情況下，沒有孔部或較少的表層4將有效地防止粘接劑向音響匹配體1內(nèi)部浸透。
另外，為了使之作為音響匹配體發(fā)揮作用，陶瓷多孔體1的陶瓷粒子間的結(jié)合需要充分地牢固。在陶瓷粒子間的結(jié)合弱的陶瓷多孔體1中，超聲波難以傳遞，另外，多孔體變脆。
形成有具有如上所述的尺寸的孔部3及陶瓷粒子間空隙7，并且陶瓷粒子間的結(jié)合十分牢固的陶瓷多孔體例如可以如下制造，即，對(duì)將具有難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿凝膠化而得的凝膠狀多孔成形體，實(shí)施干燥、脫脂及燒成工序。參照?qǐng)D3對(duì)其制造方法進(jìn)行說明。
如圖3所示，本發(fā)明的音響匹配體的制造方法大致分為混合料漿的燒成(步驟11)、含氣泡料漿的調(diào)制(步驟12)、成形工序(步驟13)、干燥工序(步驟14)、脫脂·燒成工序(步驟15)及切割工序(步驟16)。將各工序中被具體實(shí)施的工序在圖中右側(cè)作為流程圖表示。另外，在圖中的正中的列中記載有各工序中所使用的材料。
步驟11包括將作為投入材料的陶瓷粉末(例如碳化硅和玻璃)及水(根據(jù)需要還混合有機(jī)溶劑)例如用球磨混合及粉碎而制作混合料漿的混合·粉碎工序、將所得的混合料漿脫泡的脫泡工序。陶瓷粉末至少具有一種難燒結(jié)性的陶瓷粉末。難燒結(jié)性的陶瓷粉末例如為碳化硅。難燒結(jié)性陶瓷優(yōu)選占陶瓷粉末整體的80vol％，更優(yōu)選占90vol％，進(jìn)一步優(yōu)選占100vol％。難燒結(jié)性陶瓷的比例越大，則在后面的燒成工序中，就可以越加減小體積變化，另外也越加難以產(chǎn)生翹曲。粉碎是被按照使粒子的大小統(tǒng)一的方式實(shí)施的。脫泡是在填充了氮的手套等中進(jìn)行的。由此，在脫泡工序之前，實(shí)施脫氣·氮置換工序。
步驟12是在氮?dú)鈿夥罩邢蚧旌狭蠞{中添加表面活性劑(起泡劑)及凝膠化劑后用攪拌機(jī)將其混合的起泡工序。該工序中，表面活性劑的種類、陶瓷粉末的種類、攪拌機(jī)速度、攪拌時(shí)間及溫度成為決定含氣泡(即在陶瓷多孔體中由陶瓷矩陣規(guī)定的孔部)的大小及分布的參數(shù)。所以，為了獲得所需的孔部，需要適當(dāng)?shù)剡x擇這些參數(shù)。該工序是決定多孔構(gòu)造的重要的工序。
步驟13是將所得的含氣泡陶瓷料漿轉(zhuǎn)移至任意形狀的成形模具，使之凝膠化，形成凝膠狀多孔成形體的工序。凝膠化是通過將料漿在被密閉了的成形模具中放置數(shù)十分鐘而進(jìn)行的。成形模具例如也可以是直徑10～20mm左右的圓筒形，特別是10.8mm的圓筒形。
步驟14是為了將凝膠狀多孔成形體從模具中取出，將水分及一部分的有機(jī)成分除去而實(shí)施的工序。凝膠狀多孔成形體由于結(jié)實(shí)(被固化)得能夠用手來持握，因此處理十分容易?；蛘咴诓襟E14中，也可以通過使成形模具的模具壁的一部分滑動(dòng)，使凝膠狀多孔成形體的上面、下面及側(cè)面當(dāng)中的至少一個(gè)面露出來實(shí)施。這樣，由于不需要從成形模具中將凝膠狀多孔成形體取出，因此能夠減小凝膠狀多孔成形體損傷的可能性。
實(shí)施干燥時(shí)最好使得凝膠狀多孔成形體中所含的氣泡不分解、移動(dòng)及集聚等。例如，最好在20℃以上30℃以下的溫度下，花費(fèi)48小時(shí)以上的時(shí)間，慢慢地使凝膠狀多孔成形體干燥。
步驟15包括為了將干燥后的多孔成形體中所含的多余的有機(jī)成分除去而加熱至必需的溫度的脫脂工序、為了使陶瓷粉末結(jié)合形成矩陣而在高溫下實(shí)施燒成的燒成工序。具體來說，脫脂的溫度及時(shí)間根據(jù)所使用的有機(jī)成分的種類及量來決定，例如為了燒掉凝膠化劑，在400～700℃下實(shí)施24～48小時(shí)處理即可。燒成溫度要根據(jù)所使用的陶瓷粉末(即玻璃或難燒結(jié)性陶瓷粉末)來決定。例如，作為陶瓷粉末，在使用碳化硅及比其熔點(diǎn)更低的玻璃的情況下，燒成例如是在800℃左右下進(jìn)行的。燒成時(shí)間例如設(shè)為12～48小時(shí)即可。當(dāng)使用含有碳化硅和玻璃的陶瓷粉末時(shí)，在該燒成工序中，一部分的碳化硅粒子將借助玻璃被相互結(jié)合，大部分的碳化硅粒子將借助氧而被相互結(jié)合。另外，作為陶瓷粉末，也可以僅使用碳化硅，該情況下，將燒成溫度設(shè)為900℃～1350℃，將燒成時(shí)間設(shè)為例如12～48小時(shí)即可。
步驟16是將所得的燒成體(陶瓷多孔體)切削為其作為音響匹配體發(fā)揮作用所必需的尺寸的工序。音響匹配體的最佳的厚度t是將陶瓷多孔體的音速設(shè)為C，將超聲波的頻率設(shè)為f，根據(jù)t＝C/(4f)的式子求得的。所以，例如在所得的陶瓷多孔體的音速C約為2000m/s，所使用的超聲波的頻率f為500kHz的情況下，最好按照使t＝1mm的方式進(jìn)行切削加工。
在如圖1所示的一個(gè)陶瓷多孔體中，具有表層4及內(nèi)層5的構(gòu)造可以在圖3所示的步驟12的含氣泡陶瓷料漿的調(diào)制工序中所含的氣泡工序及步驟13的成形工序中，利用使氣泡傾斜取向的方法來形成。具體來說，使氣泡傾斜取向的操作，在步驟11中，是通過調(diào)整混合料漿的固形成分率或粘度來實(shí)施的。
或者，更為簡便的方法是，在步驟13的成形工序中，當(dāng)使用與含氣泡料漿接觸的部分(即，與固化后的凝膠狀多孔成形體的至少一個(gè)表面接觸的面)由特定的樹脂或金屬構(gòu)成的成形模具時(shí)，則在與成形模具的界面上，氣泡就無法存在于陶瓷料漿中。該氣泡無法存在的部分被作為表層4形成。作為樹脂，例如當(dāng)選擇PET樹脂時(shí)，則可以形成致密的表層4。作為金屬，例如可以選擇不銹鋼。因含氣泡料漿與金屬面接觸而形成的表層有比因與樹脂面接觸而形成的表層更厚的傾向。另外，在成形模具的表面例如由特富龍(注冊(cè)商標(biāo))構(gòu)成的情況下，與之接觸的凝膠狀多孔體的表面就無法形成致密的表層，容易形成具有孔部的面。
如此制造的陶瓷多孔體成為具有其孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)的孔部3、空孔率約為60vol％以上、視密度約為0.4g/cm3～0.8g/cm3的構(gòu)造體。另外，在陶瓷多孔體中，多個(gè)孔部3連結(jié)在一起，形成連通孔。由于該構(gòu)造體的音速如前所述，達(dá)到約為2000m/s～約3000m/s左右，因此該構(gòu)造體能夠作為音響匹配層使用。
圖4中示意性地用剖面圖表示本發(fā)明的音響匹配體。圖4表示直徑10.8mm的圓柱形狀的音響匹配體，是厚度被加工為達(dá)到約1mm～約1.5mm的音響匹配體。圖4中，雖然表示有不具有表層的形態(tài)，但是也可以在一方的主表面(與厚度方向垂直的表面)上形成如圖1所示的表層。表層雖然也可以被形成于兩方的主表面上，但是該情況下，實(shí)施了圖13的步驟15之后所得的成形體的厚度需要具有所需的厚度。這是因?yàn)?，?dāng)要利用切削來研磨主表面而得到所需的厚度時(shí)，一方的表層將被削掉。如圖4所示，在獲得表層不位于任意的表面上的構(gòu)造體的情況下，通過適當(dāng)?shù)剡x擇構(gòu)成成形模具的露出表面的材料，不形成表層即可。或者在設(shè)為燒成后的陶瓷多孔體上所形成的給定的厚度時(shí)將表層削掉即可。
圖5(a)及(b)中，表示使用了如此制造的陶瓷多孔體的音響匹配體的超聲波傳感器的剖面圖。圖5(a)及(b)中，1表示陶瓷多孔體(音響匹配層)，17表示振子，18表示振子安裝構(gòu)件，19表示粘接機(jī)構(gòu)，20表示氣體。圖示的陶瓷多孔體1是具有表層25及內(nèi)層26的構(gòu)造。圖5(a)表示表層25被配置于氣體側(cè)的超聲波傳感器，圖5(b)表示表層25被與粘接機(jī)構(gòu)19接觸地配置的超聲波傳感器。
粘接機(jī)構(gòu)例如為環(huán)氧樹脂粘接劑。振子安裝構(gòu)件18由金屬制成，通過安裝蓋21，振子17就被配置于密閉空間中。
蓋21由金屬制成，通過在其上安裝端子22，設(shè)于振子17的上下的振子電極的上側(cè)的電極和該端子22就成為被電連接的狀態(tài)。另外，振子17的下側(cè)的電極被借助導(dǎo)電性橡膠23與另一方的端子24電連接。端子24被與蓋21絕緣。
通過向端子22、24施加來自超聲波信號(hào)發(fā)生裝置的電信號(hào)，振子17即產(chǎn)生縱向振動(dòng)，該振動(dòng)向陶瓷多孔體(音響匹配層)1傳遞。陶瓷多孔體(音響匹配層)1以大于振子17的振幅振動(dòng)，該振動(dòng)可以被有效地向氣體20傳遞。
陶瓷多孔體(音響匹配層)1具有可以區(qū)分出表層25和內(nèi)層26的構(gòu)成。如參照?qǐng)D1所說明的那樣，表層25是與內(nèi)層26相比更為致密的構(gòu)造，是孔部極少或者不存在孔部的層。表層25的厚度為10～30μm左右。具有表層25和內(nèi)層26的陶瓷多孔體的制造方法由于如前面參照?qǐng)D3所說明的那樣，因此在這里將其說明省略。
在陶瓷多孔體(音響匹配層)1和振子安裝構(gòu)造18的接合中，使用粘接機(jī)構(gòu)19，例如環(huán)氧樹脂粘接劑。當(dāng)在陶瓷多孔體(音響匹配層)1的粘接面上存在有孔部時(shí)，有時(shí)環(huán)氧樹脂的粘接劑浸透而產(chǎn)生粘接不均。當(dāng)產(chǎn)生粘接不均時(shí)，在相同的規(guī)格的超聲波傳感器中，就會(huì)有在超聲波輸出中產(chǎn)生偏差的問題。為了避免此種問題，如圖5(b)所示，將表層25的表面設(shè)為與振子安裝構(gòu)件18的接合面即可。
(實(shí)施方式2)圖6(a)中，作為本發(fā)明的實(shí)施方式2，表示了復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體，圖6(b)中，表示了將該音響匹配體作為音響匹配層的超聲波傳感器。圖6(a)所示的音響匹配體44是直徑10.8mm、厚度1.8mm的圓盤型，具有如下的復(fù)合構(gòu)造，即，作為第1多孔體42具有前面所說明的陶瓷多孔體，在形成于第1多孔體42中的凹部中填充有第2多孔體43。
圖6(a)中，雖然第1多孔體42被作為具有成為骨架的陶瓷矩陣41，由陶瓷矩陣41來規(guī)定孔部40的構(gòu)造體而圖示，但是在陶瓷矩陣41中形成有陶瓷粒子間空隙的情況如參照?qǐng)D1所說明的那樣。另外，陶瓷多孔體42與實(shí)施方式1的多孔體相同，是對(duì)將具有難燒結(jié)性的陶瓷粉末(例如碳化硅粉末)的含氣泡陶瓷料漿凝膠化而得的凝膠狀多孔成形體，進(jìn)行干燥、脫脂、燒成而制作的。該第1多孔體42中，與實(shí)施方式1的音響匹配體相同，多個(gè)孔部40連結(jié)在一起而形成連通孔。
第2多孔體43是與第1多孔體42相比密度更小、音速更小的多孔體。通過使第2多孔體的密度及音速較小，實(shí)施方式2的音響匹配體與實(shí)施方式1的音響匹配體相比就可以增大超聲波輸出。具體來說，第2多孔體43優(yōu)選二氧化硅之類的無機(jī)氧化物的干燥凝膠。以下，將參照?qǐng)D7對(duì)制造二氧化硅的干燥凝膠的方法進(jìn)行說明。
如圖7所示，二氧化硅的干燥凝膠被大致分為原料準(zhǔn)備工序(步驟51)、凝膠化工序(步驟52)、密度調(diào)整工序(步驟53)、疏水化處理工序(步驟54)及干燥工序(步驟55)。圖7中，將在各工序中被具體實(shí)施的工序在圖中的正中的列中作為流程圖表示。另外，將各工序中所投入的材料表示于圖中右側(cè)的列中。
步驟51是在作為主原料的四乙氧基硅烷中添加用于將其水解的水、乙醇、鹽酸而調(diào)制混合溶液的工序。
步驟52是向所準(zhǔn)備的混合溶液中添加氨而制作凝膠的工序。該工序中，二氧化硅作為單體被聚合，形成多孔的凝膠。
步驟53是增強(qiáng)所得的凝膠的骨架而形成任意的密度的工序。該工序中，通過添加四乙氧基硅烷、水、乙醇及氨，再次進(jìn)行水解反應(yīng)，來增強(qiáng)凝膠的骨架。該工序中通過控制反應(yīng)時(shí)間及溫度來使凝膠達(dá)到所需的密度。通過將溶液置換為異丙基醇，用于凝膠的骨架增強(qiáng)的反應(yīng)即被停止。
步驟54是用于使最終得到的干燥凝膠不吸濕的處理。該工序中，在將凝膠投入硅烷耦合處理液中而進(jìn)行了硅烷耦合反應(yīng)后，將溶液置換為異丙基醇，使硅烷耦合反應(yīng)停止。
步驟55是使異丙基醇蒸發(fā)而得到干燥凝膠的最終工序。
由于經(jīng)過此種制造工序而制作的干燥凝膠具有納米量級(jí)的氣孔，密度被調(diào)整為從0.2g/cm3到0.5g/cm3，其音速達(dá)到300m/s到500m/s，因此該干燥凝膠的聲阻抗與作為第1多孔體的陶瓷多孔體的聲阻抗相比可以更小。
第2多孔體43被配置于形成于第1多孔體42中的凹部內(nèi)。像這樣，通過將第2多孔體43按照使其外緣與第1多孔體42接觸的方式配置，第2多孔體43的邊緣就被第1多孔體42保護(hù)。所以，由于通過采用該復(fù)合構(gòu)造，可以有效地防止第2多孔體的邊緣破損的情況，因此例如就可以研磨第2多孔體43的表面，將其厚度D容易地設(shè)為所需的厚度。在第2多孔體43例如由二氧化硅的干燥凝膠構(gòu)成的情況下，被按照具有直徑達(dá)到大約8mm、厚度達(dá)到0.15～0.4mm的形狀的方式，形成于直徑約為10.8mm的第1多孔體42中。此種尺寸的第2多孔體43是利用如下的方法獲得的，即，在第1多孔體42上，形成具有所述直徑的淺的凹部，在該凹部中利用后述的方法配置了第2多孔體43后，將第1多孔體42和第2多孔體的表面一起研磨。在該實(shí)施方式的變形例中，在第1多孔體上形成多個(gè)凹部(例如直徑不同的多個(gè)環(huán)狀的凹部)，將第2多孔體32在多個(gè)部位(例如成直徑不同的環(huán)狀地)配置即可。
圖6(b)表示使用了復(fù)合型的音響匹配層44的超聲波傳感器的構(gòu)造。圖6(b)所示的超聲波傳感器具有與圖5(a)所示的超聲波傳感器相同的構(gòu)造，與圖5(a)中所使用的符號(hào)相同的符號(hào)表示相同的要素或構(gòu)件。圖6(b)所示的超聲波傳感器由于音響匹配層為復(fù)合構(gòu)造，第2多孔體43具有比第1多孔體41更小的密度，因此與使用了實(shí)施方式1的音響匹配體的超聲波傳感器相比，可以增大超聲波輸出。
(實(shí)施方式3)圖8中，作為本發(fā)明的實(shí)施方式3，示意性地表示了制造復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的方法。圖8表示將形成了用于將第2多孔體配置于其內(nèi)部的凹部63的第1多孔體42，使凹部63朝下地放置在成形模具61中，收納于容器62中的狀態(tài)。為了區(qū)別在這里所使用的成形模具61和為了形成第1多孔體42而使用的成形模具，在本說明書中，為了方便起見，有時(shí)將形成第2成形體的成形模具稱作第2成形模具，將形成第1成形體的成形模具稱作第1成形模具。這樣，成形模具61為第2成形模具。在容器62中，充滿了與實(shí)施方式2關(guān)聯(lián)地說明了的圖7所示的步驟51中所準(zhǔn)備的起始原料溶液64。當(dāng)在該溶液64中浸漬成形模具61時(shí)，溶液64即浸透作為陶瓷多孔體的第1多孔體42的連通孔，其結(jié)果是，凹部63被溶液64充滿。然后，就在該狀態(tài)下，進(jìn)行圖7所示的步驟52。這里，第1多孔體42的連通孔是因由陶瓷矩陣規(guī)定的孔部之間的連結(jié)、孔部和粒子間空隙的連結(jié)、粒子間空隙之間的連結(jié)而產(chǎn)生的連續(xù)氣泡。
圖9是將放置于圖8所示的成形模具61上的第1多孔體42的一部分放大了的圖。形成于第1多孔體42中的凹部63由于被浸透了第1多孔體42的連通孔的溶液充滿，因此在第1多孔體的連通孔內(nèi)也形成凝膠(該凝膠將最終形成第2多孔體43)。另外，形成于凹部63中的凝膠與成形模具61接觸。圖9中，僅表示了由陶瓷矩陣65規(guī)定的孔部66，表示了它們所形成的連通孔，然而應(yīng)當(dāng)注意，在孔部66和陶瓷粒子間空隙、陶瓷粒子間空隙之間也形成有連通孔。
由于就在該配置之下作為步驟53實(shí)施密度調(diào)整，因此新添加的四乙氧基硅烷、水、氨及乙醇的混合溶液也穿過形成于第1多孔體42的孔部66中的凝膠而到達(dá)在凹部63中生成的凝膠，增強(qiáng)凹部63及孔部66內(nèi)的凝膠的骨架。其后，直至步驟54，一直在該配置下實(shí)施。
在各工序中所使用的溶液及溶劑穿過形成于第1多孔體42的孔部66的凝膠而到達(dá)凹部63。即，穿過了形成于孔部66中的凝膠的溶液等使形成于凹部63內(nèi)的凝膠的骨架增強(qiáng)，或者使在凝膠中進(jìn)行著的反應(yīng)停止。所以，當(dāng)?shù)?多孔體42的孔部66過小時(shí)，溶液的浸透將變得不充分，從而產(chǎn)生難以到達(dá)形成于凹部63內(nèi)的凝膠43的問題。另外，當(dāng)?shù)?多孔體42的孔部66過大時(shí)，就會(huì)給超聲波的傳播帶來障礙。由此，第1多孔體42最好按照使由陶瓷矩陣規(guī)定的孔部66的孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm之間的方式來形成。該第1多孔體42的孔部66的尺寸的調(diào)整如實(shí)施方式1中所述，是在作為圖3的步驟12的含氣泡料漿的調(diào)制工序中實(shí)施的。
像這樣，根據(jù)如下所述地形成第2多孔體的方法，即，按照穿過由作為第1多孔體的陶瓷多孔體的矩陣規(guī)定的孔部等所形成的連通孔的方式浸漬必需的材料，則可以在形成于第1多孔體中的凹部和成形模具的表面形成了密閉的空間的狀態(tài)下，一直實(shí)施到用于獲得第2多孔體的干燥工序。其結(jié)果是，在第2多孔體的形成中，在凝膠中難以產(chǎn)生龜裂。即，雖然在依照?qǐng)D7的制造方法作為凝膠單體來制造無機(jī)氧化物的凝膠的情況下，由于凝膠的表面處于露出的狀態(tài)，因此容易產(chǎn)生在凝膠中易出現(xiàn)龜裂的問題，但是根據(jù)該制造方法，由于成為第2多孔體的部分被第1多孔體保護(hù)，難以受到應(yīng)力，因此就可以不出現(xiàn)龜裂。另外，由于第2多孔體如圖9所示，被以與成形模具接觸的狀態(tài)形成，因此其表面在成形模具的表面平滑的情況下就變得極為光滑。
利用該制造方法得到的音響匹配體具有如下的構(gòu)造，即，由第1多孔體的矩陣規(guī)定的孔部及矩陣中的陶瓷粒子間空隙的至少一部分被第2多孔體填充。所以，第1多孔體就會(huì)具有比實(shí)施方式1中所說明了的音響匹配體更高的密度。在復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體中，第1多孔體由于其聲阻抗最好處于第2多孔體的聲阻抗和振子的聲阻抗之間，因此第1多孔體有時(shí)需要具有比以單體作為音響匹配體使用的情況更大的密度。此種情況下，利用第2多孔體的填充來使第1多孔體的視密度上升的做法從構(gòu)成適于超聲波傳播的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的觀點(diǎn)考慮是理想的。另外，由于作為第1多孔體的陶瓷多孔體的密度可以通過調(diào)節(jié)其空孔率而容易地調(diào)整，因此按照與第2多孔體的種類對(duì)應(yīng)地具有所需的聲阻抗的方式來制造第1多孔體將十分容易。
(實(shí)施方式4)圖10到圖13中，作為本發(fā)明的實(shí)施方式4，示意性地表示有制造復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體的第1多孔體的方法。這些圖表示了將具有難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡料漿凝膠化而制造凝膠狀多孔成形體的工序及為了實(shí)施該工序而使用的成形模具(即，第1成形模具)。圖10所示的成形模具70由成為模具壁的上面部71、側(cè)面部73、移動(dòng)底面部75及固定底面部74以及導(dǎo)引部72及隔塊76構(gòu)成。
首先，向由側(cè)面部73、固定底面部74及移動(dòng)底面部75包圍的部分注入含氣泡陶瓷料漿77。此時(shí)，移動(dòng)底面部75被隔塊76提升，底面部24和25成為同一平面。所以，當(dāng)從中心部慢慢地注入含氣泡陶瓷料漿77時(shí)，料漿就會(huì)到達(dá)成形模具內(nèi)的各個(gè)角落，不殘留氣體地將由側(cè)面部73、固定底面部74及移動(dòng)底面部75包圍的部分充滿。當(dāng)從該狀態(tài)開始，如圖11所示地去除隔塊76時(shí)，則側(cè)面部73和移動(dòng)底面部75向下方滑動(dòng)，這樣，固定底面部74就被向陶瓷料漿壓入，這樣就形成用于形成第2多孔體的圓形的凹部。更理想的做法是，在移動(dòng)底面部75和固定底面部74之間涂布油脂，使氣體難以從外部侵入。
含氣泡陶瓷料漿因側(cè)面部73及移動(dòng)底面部75發(fā)生了滑動(dòng)，而成為隆起的狀態(tài)。該隆起了的料漿77如圖12所示，因上面部21向下方移動(dòng)以將剩余量從模具內(nèi)擠出，從而被去除而平坦化。在該狀態(tài)下，將含氣泡陶瓷料漿77凝膠化。凝膠化結(jié)束后，如圖11所示，使側(cè)面部73向上方滑動(dòng)，將凝膠狀多孔成形體的側(cè)面設(shè)為開放狀態(tài)。這樣，凝膠狀多孔成形體中所含的水分就容易蒸發(fā)，干燥時(shí)間被縮短。另外，通過使側(cè)面部73向上方滑動(dòng)而使凝膠狀多孔成形體的表面露出，就可以不損傷凝膠的表面地將凝膠干燥。
在凝膠狀多孔成形體完全地干燥后，使上面部71向上方移動(dòng)，將干燥了的凝膠狀多孔成形體77取出。其后，燒成凝膠狀多孔成形體而得到陶瓷多孔體。該陶瓷多孔體例如被制成直徑10.8mm、厚度1.8mm的圓盤形。陶瓷多孔體的含氣泡陶瓷料漿中的氣泡部分在燒成后形成連通孔的情況如前面說明所示。如此獲得的陶瓷多孔體在圖6(a)所示的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配體中，將形成第1多孔體42。
圖13中，與上面部71接觸的第1多孔體的面成為被用粘接劑接合在圖6(b)中所示的超聲波傳感器的振子安裝構(gòu)件18上的面。所以，當(dāng)在該面上存在有孔部時(shí)，則會(huì)在組裝超聲波傳感器時(shí)產(chǎn)生粘接劑浸透的問題。為了避免此種問題，如前所述，通過將上面部71的與第1多孔體接觸的面設(shè)為例如由PET樹脂或金屬制成的面，在成形模具和含氣泡料漿的界面上就難以存在氣泡，這樣就可以形成不存在孔部或孔部很少的致密且較薄的表層。該表層如前所述，提供致密的表面，防止粘接劑的浸透，形成可靠的粘接。
如前所述，在成形模具的表面由特富龍(注冊(cè)商標(biāo))構(gòu)成的情況下，則無法形成致密的表層，容易形成具有孔部的面。所以，當(dāng)將固定底面部74、移動(dòng)底面部75及側(cè)面部73用特富龍(注冊(cè)商標(biāo))形成時(shí)，則在含氣泡陶瓷料漿的凝膠化的過程中，在與它們接觸的面上就會(huì)存在孔部。當(dāng)將在表面具有孔部的陶瓷多孔體作為第1多孔體使用時(shí)，則可以用所述的圖8所示的制造方法形成第2多孔體。即，當(dāng)使用上面部77由PET樹脂或金屬制成、其他的部分由特富龍(注冊(cè)商標(biāo))制成的成形模具時(shí)，則第1多孔體42的不存在第2多孔體的面就成為孔部少的致密的面，側(cè)面和底面成為存在有孔部的面。所以，當(dāng)利用圖8所示的制造方法形成第2多孔體時(shí)，溶液64穿過第1多孔體42的側(cè)面的孔部而在凹部及孔部內(nèi)被凝膠化，在圖8中，不與第2成形模具接觸的第1多孔體的表面在組裝超聲波傳感器時(shí)可以作為接合面使用。
(實(shí)施方式5)作為本發(fā)明的實(shí)施方式5，參照?qǐng)D14對(duì)包括具有本發(fā)明的音響匹配體的超聲波傳感器的超聲波收發(fā)裝置進(jìn)行說明。圖14是表示將本發(fā)明的超聲波收發(fā)裝置裝入測定氣體的流量的流量測定裝置88中的狀態(tài)的電路方框圖。在氣體所流過的流路81中配置有超聲波傳感器A82、超聲波傳感器B83。超聲波傳感器A、B被按照使超聲波的傳播路徑與氣體的流路形成角度Φ的方式配置。從發(fā)送機(jī)構(gòu)84向超聲波傳感器A81及超聲波傳感器B83傳送發(fā)送信號(hào)。另外，超聲波傳感器的接收信號(hào)向接收機(jī)構(gòu)85傳送。發(fā)送和接收被利用切換機(jī)構(gòu)87進(jìn)行選擇。當(dāng)利用切換機(jī)構(gòu)87選擇將超聲波傳感器A82與發(fā)送機(jī)構(gòu)84連接時(shí)，則超聲波傳感器B83就與接收機(jī)構(gòu)85連接。
如圖14所示，當(dāng)氣體在圖中從左向右流動(dòng)時(shí)，超聲波傳感器A82所發(fā)送的超聲波在傳播時(shí)間T1后到達(dá)超聲波傳感器B83。相反，超聲波傳感器B83所發(fā)送的超聲波在傳播時(shí)間T2后到達(dá)超聲波傳感器A82。此時(shí)，由于氣體的流動(dòng)的方向?yàn)閺淖笙蛴?，因此T1＜T2。這些時(shí)間T1、T2被利用計(jì)時(shí)機(jī)構(gòu)86計(jì)測。該時(shí)間與氣體的流速有關(guān)。另外，由于氣體的流量可以根據(jù)流速和流路截面積算出，因此根據(jù)時(shí)間T1、T2，可知流速，從而可以求出流量。運(yùn)算機(jī)構(gòu)89基于來自計(jì)時(shí)機(jī)構(gòu)86的數(shù)據(jù)求出流量。
圖15是表示了超聲波傳感器的發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)的波形的波形圖。圖15中，超聲波傳感器A82發(fā)送超聲波、超聲波傳感器B83接收超聲波時(shí)的向超聲波傳感器A的發(fā)送信號(hào)被用a-1表示，超聲波傳感器B83的接收信號(hào)被用a-2表示。另外，在圖15中，超聲波傳感器B83發(fā)送超聲波、超聲波傳感器A82接收超聲波時(shí)的向超聲波傳感器B的發(fā)送信號(hào)被用b-1表示，超聲波傳感器A82的接收信號(hào)被用b-2表示。
接收機(jī)構(gòu)85將接收信號(hào)放大。由此，當(dāng)使用如實(shí)施方式2那樣的復(fù)合構(gòu)造的音響匹配層組裝超聲波傳感器時(shí)，由于可以獲得很大的接收信號(hào)，因此可以將放大電路機(jī)構(gòu)設(shè)為小規(guī)模的電路機(jī)構(gòu)。當(dāng)將超聲波傳感器的接收信號(hào)稱作主信號(hào)，與之相對(duì)地將利用放大電路機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的無用信號(hào)及從外部侵入的無用信號(hào)稱作噪音時(shí)，則所獲得的主信號(hào)越大，就可以越加降低放大度，并且還可以越加降低放大電路機(jī)構(gòu)的噪音。另外，由于主信號(hào)相對(duì)于來自外部的噪音的比率變大，因此看起來就難以受到噪音的影響。這些將帶來計(jì)測精度的提高。
由于接收信號(hào)的最初的波很小，因此難以檢測。由此，接收機(jī)構(gòu)85例如將第3波的P1及P2的點(diǎn)用利用比較器的電路機(jī)構(gòu)來檢測。由此，當(dāng)因溫度使波形變化時(shí)，計(jì)測誤差就增大。所以，當(dāng)將超聲波傳感器A及B的音響匹配層用無機(jī)物構(gòu)成時(shí)，則由于無機(jī)物難以因溫度變化使其音響特性改變，因此對(duì)波形造成的影響變小，從而可以提高計(jì)測精度。本發(fā)明的音響匹配體由于含有作為無機(jī)物的陶瓷多孔體，因此可以抑制由溫度造成的波形變形，有助于計(jì)測精度的提高。
另外，作為實(shí)施方式2所說明的復(fù)合形態(tài)的音響匹配體，被利用作為第2多孔體使用無機(jī)氧化物的干燥凝膠，將成為其原料的混合溶液浸漬于作為第1多孔體的陶瓷多孔體中而制造干燥凝膠的方法，作為在由第1多孔體的陶瓷矩陣規(guī)定的孔部、形成于陶瓷矩陣中的陶瓷粒子間空隙中填充了第2多孔體的構(gòu)造體而獲得。此種構(gòu)造體中，填充于孔部及陶瓷粒子間空隙雙方之中的第2多孔體發(fā)揮錨定效應(yīng)，在第2多孔體和第1多孔體之間可以獲得很高的結(jié)合強(qiáng)度。由此，即使將很大的發(fā)送信號(hào)從發(fā)送機(jī)構(gòu)84提供給超聲波傳感器，使音響匹配體以很大的振幅振動(dòng)，在第1多孔體和第2多孔體之間也不會(huì)產(chǎn)生剝離。所以，本發(fā)明的超聲波收發(fā)裝置特別是在與復(fù)合形態(tài)的音響匹配層使用的情況下，可以增大發(fā)送信號(hào)而增大接收信號(hào)，這樣就能提高計(jì)測精度。另外，在復(fù)合形態(tài)的音響匹配層中，第2多孔體帶來良好的音響匹配，并且決定第1多孔體所接收的信號(hào)的波形，形成有利于特定的點(diǎn)(圖15的P1、P2)的計(jì)測的較大的振幅的信號(hào)。所以，本發(fā)明的復(fù)合形態(tài)的音響匹配層作為整體在音響匹配及波形成形兩方面都很優(yōu)良。
工業(yè)上的利用可能性如上所述，本發(fā)明的音響匹配體能夠形成氣體和振子的聲阻抗的匹配，提高來自超聲波發(fā)生裝置的超聲波輸出，另外能夠提高接收在氣體中傳播的超聲波的超聲波接收裝置的接收信號(hào)輸出。所以，本發(fā)明的音響配體適用于測定天然氣及液化石油氣的流量的專業(yè)用及家庭用的超聲波式氣體流量測定裝置(例如氣體流量計(jì))以及測定像氫那樣音速很大、難以取得與振子的聲阻抗的匹配的氣體的流量的超聲波式的流量測定裝置。
權(quán)利要求
1.一種音響匹配體，是含有陶瓷多孔體的音響匹配體，其中，該陶瓷多孔體含有構(gòu)成陶瓷矩陣的陶瓷粒子，該陶瓷矩陣規(guī)定多個(gè)孔部，在該陶瓷矩陣中，形成有陶瓷粒子間空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音響匹配體，其中，所述孔部的孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音響匹配體，其中，所述陶瓷多孔體具有表層、與該表層連續(xù)的內(nèi)層，該表層的密度大于該內(nèi)層的密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音響匹配體，其中，所述陶瓷矩陣含有難燒結(jié)性陶瓷。
5.一種音響匹配體，是含有第1多孔體及第2多孔體的音響匹配體，其中，該第1多孔體是含有構(gòu)成陶瓷矩陣的陶瓷粒子、該陶瓷矩陣規(guī)定多個(gè)孔部、在該陶瓷矩陣中形成有陶瓷粒子間空隙的陶瓷多孔體，第2多孔體是與該第1多孔體相比密度更小、音速更慢的多孔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響匹配體，其中，在所述第1多孔體中，所述孔部具有其孔徑分布的中心值處于從100μm到500μm的范圍內(nèi)的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響匹配體，其中，所述第2多孔體為無機(jī)氧化物的干燥凝膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響匹配體，其中，所述第2多孔體由所述第1多孔體將其外周部包圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響匹配體，其中，第2多孔體將所述第1多孔體的孔部及陶瓷粒子間空隙的一部分或全部填充。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響匹配體，其中，所述陶瓷矩陣含有難燒結(jié)性陶瓷。
11.一種音響匹配體的制造方法，包括將具有至少一種難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿在成形模具內(nèi)凝膠化而獲得凝膠狀多孔成形體的工序、將凝膠狀多孔成形體干燥及脫脂的工序以及燒成凝膠狀多孔成形體的工序。
12.一種音響匹配體的制造方法，包括利用如下的方法形成第1多孔體的工序，該方法包括如下步驟將具有至少一種難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿在第1成形模具內(nèi)凝膠化而獲得具有1個(gè)或多個(gè)凹部的凝膠狀多孔成形體、將凝膠狀多孔成形體干燥及脫脂、以及燒成凝膠狀多孔成形體；以及利用如下的方法在該凹部中形成第2多孔體的工序，該方法包括如下步驟將第1多孔體配置于第2成形模具內(nèi)、向該第2成形模具內(nèi)加入第2多孔體的起始原料溶液而使該起始原料溶液浸漬第1多孔體、以及將該起始原料溶液固體化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的音響匹配體的制造方法，其中，將第1多孔體按照使第2成形模具的底面與所述凹部相面對(duì)的方式配置于第2成形模具內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的音響匹配體的制造方法，其中，在第1多孔體的形成中，在該凝膠狀多孔成形體的側(cè)面、上面及下面當(dāng)中的至少一個(gè)面將第1成形模具敞開，來實(shí)施由第1成形模具形成的凝膠狀多孔成形體的干燥。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的音響匹配體的制造方法，其中，通過使第1成形模具的模具壁滑動(dòng)來實(shí)施將第1成形模具敞開的操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的音響匹配體的制造方法，其中，在所述第1多孔體的形成中，在使含氣泡陶瓷料漿流入所述第1成形模具中后形成所述凹部。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的音響匹配體的制造方法，其中，在第1多孔體的形成中，作為第1成形模具，使用與凝膠狀多孔成形體的至少一個(gè)表面接觸的部分由樹脂制成的成形模具。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的音響匹配體的制造方法，其中，在第1多孔體的形成中，作為第1成形模具，使用與凝膠狀多孔成形體的至少一個(gè)表面接觸的部分由金屬制成的成形模具。
19.一種超聲波傳感器，其中，包括壓電體及音響匹配層，音響匹配層由權(quán)利要求1所述的音響匹配體構(gòu)成。
20.一種超聲波傳感器，其中，包括壓電體及音響匹配層，音響匹配層由權(quán)利要求5所述的音響匹配體構(gòu)成。
21.一種超聲波收發(fā)裝置，其中，包括權(quán)利要求19所述的超聲波傳感器。
22.一種超聲波收發(fā)裝置，其中，包括權(quán)利要求20所述的超聲波傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供音響匹配體及其制造方法。通過將具有至少一種難燒結(jié)性的陶瓷粉末的含氣泡陶瓷料漿在成形模具內(nèi)凝膠化而獲得凝膠狀多孔成形體，將凝膠狀多孔成形體干燥及脫脂，以及燒成凝膠狀多孔成形體，來制造陶瓷多孔體，將該陶瓷多孔體直接作為超聲波傳感器的音響匹配層使用，或者將該陶瓷多孔體按照在其表面具有淺的凹部的方式成形，將在該凹部配置了密度小、音速小的其他的多孔體的復(fù)合體作為超聲波傳感器的音響匹配層使用。
文檔編號(hào)H04R17/00GK1839660SQ20048002418
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者別莊大介, 黃地謙三 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社