声匹配层
阅读：393发布：2020-05-11
专利汇可以提供声匹配层专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且作为基材，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。，下面是声匹配层专利的具体信息内容。
1.一种声匹配层，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中任一项所述的声匹配层，其特征在于，
至少一个所述凹部或贯通部的尺寸比传播的声波的波长小。
5.根据权利要求4所述的声匹配层，其特征在于，
所述凹部或贯通部的尺寸是声波的波长的1/10以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的声匹配层，其特征在于，
所述基材的至少局部为树脂。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的声匹配层，其特征在于，
所述基材的至少局部为陶瓷或玻璃。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的声匹配层，其特征在于，
所述基材的至少局部为金属。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的声匹配层，其特征在于，
在所述振动面设置有膜状材料。
声匹配层
技术领域
背景技术
[0003] 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。
[0004] 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)。
[0005] 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)。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1：日本特开2004-219248号公报
发明内容
[0009] 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。
[0011] 本发明的声匹配层包括：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。
[0012] 以下示出关于上述的声匹配层的物理解释。
[0013] 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，
[0014] ΔP(动量)＝ΔM×V(声阻抗)，
[0015] 可以看出声阻抗是构成微小单位元素的物质的动量。
[0016] 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。
[0017] 据此，记述在上述声匹配层中发生的现象。
[0018] 通常，物质的声速表示为，
[0019] V＝(κ/ρ)1/2。
[0020] 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。
[0021] 因而，为了降低声阻抗，降低密度是有效的。在本发明的声匹配层中，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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 根据本发明，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
[0027] 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。
[0028] 图1B是图1A的1B-1B剖视图。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 图4B是图4A的4B-4B剖视图。
[0034] 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。
[0035] 图5B是图5A的5B-5B剖视图。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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
[0041] 以下，参照附图，说明本发明的实施方式。另外，本发明不限定于该实施方式。
[0042] (第1实施方式)
[0043] 图1A是表示将本发明的第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是表示本发明的第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。
[0044] 以下，使用图1A、图1B以及图2，说明声匹配层1的动作。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 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在于与凹部3对应的部分的气体赋予动量(箭头B)。即，通过与致密部分2接触而被赋予动量的气体利用其粘性向存在于包含致密部分2与气体接触的部分的面内附近的气体传播动量。根据这样的现象，致密部分2能够也向气体的存在于凹部3的一部分(同一面内的附近)赋予动量，这相当于气体的密度相对提高，声阻抗的差相对减小。然而，这样的现象有效的情况限于包含致密部分2与气体接触的部分的面内的致密部分2的附近。
[0051] 另一方面，凹部的尺寸越小，致密部分2的动量越有效地传递。通常，在波动现象中，即使存在波长的1/10以下程度的足够小的干扰因素，也不会对波动的传播造成较大的影响。因而，凹部3的直径(对于致密部分2的超声波的传播而言的干扰因素)是波长的1/20左右，从而能够不妨碍超声波的传播地得到优异的特性。
[0052] 在本实施方式中，仅在板状材料的一面设置有底的圆筒形的凹部3，另一面成为不存在凹部3的面，但也可以在任一面均具有凹部。即，图1A的1B-1B截面形状也可以是具有图3A所示的圆筒形的凹部贯通板状材料而成的贯通孔3a(贯通部)的形状，或者具有图3B所示的在板状材料的两面具有底面的圆筒形的凹部3b、3c的形状。
[0053] 在此，板状材料是具有如下特征的材料：三维方向中的一维方向上的尺寸显著小于另外的二维方向上的尺寸。
[0054] 并且，在本实施方式中，通过在板状材料设置凹部而形成声匹配层，但不限于这样的方法。也可以是，如图4A、图4B所示，以使宽度W、厚度T的片状材料21的面方向与声波的传播方向大致平行的方式在超声波产生源4上设置间隔X地配置许多个片状材料21。由此，构成贯通部3d，以片状材料21的端面对齐而成为振动面6的方式进行配置而形成声匹配层1。在该情况下，片状材料21作为致密部分2发挥功能。
[0055] 另外，也可以是，如图5A、图5B所示，使用截面为四边形且长度W的棒状材料22。也可以是，以使长度方向与声波的传播方向大致平行的方式在超声波产生源4上彼此设置间隔Y地配置许多个棒状材料22，由此构成贯通部3e，以棒状材料22的一端成为振动面6的方式进行配置而形成声匹配层1。在该情况下，棒状材料22作为致密部分2发挥功能。另外，棒状材料22的截面形状不限定于图示的四边形，也可以设为四边形以外的多边形或圆形。
[0056] 在此，尺寸是作为对致密部分、凹部或贯通部赋予的特征的大小，在凹部或贯通部的沿着振动面的形状是圆形的情况下，尺寸是其直径。即使凹部或贯通部的沿着振动面的形状是正方形、长方形或不规则形状，在该形状是独立形状的情况下，尺寸也是与该形状面积相同的圆的直径即所谓的等效直径。并且，在凹部或贯通部的沿着振动部的形状是一边显著较长的形状的情况下，尺寸是该形状的较短的方向上的距离。或者，在如图4A、图4B、图5A、图5B所示那样凹部或贯通部的形状未被包围的情况下，间隔X、间隔Y相当于尺寸。
[0057] 另外，片状材料是三维方向中的一维方向上的尺寸显著小于另外的二维方向上的尺寸的材料，即使与板状材料相比，片状材料的尺寸之比也较为显著。
[0058] 另外，构成致密部分2的基材不限定于PEEK，也可以是尼龙、丙烯酸、聚碳酸酯等其他树脂，在基材是其他树脂的情况下，若基材是更硬质的树脂，则声传递效率较高，因此能够得到具有优异的特性的声匹配层。并且，不限定于树脂，也可以是陶瓷、金属等，优选为降低声阻抗且声传播效率优异的材料。
[0059] 另外，在本实施方式中，使用聚醚醚酮(PEEK)树脂作为声匹配层1的材料，但也可以是，使用不锈钢，利用由不锈钢形成的致密部分2、圆筒形的凹部3、3b、3c或贯通部3a、3d、3e构成声匹配层1。
[0060] 通常，PEEK树脂的声速为2500m/s左右，不锈钢的声速为6000m/s左右，它们的比值为约2.4。并且，超声波的波长与声速成正比，因此作为能够得到最优异的特性的条件的成为1/4波长的厚度成为2.4倍左右。并且，超声波的波长变长，因此凹部或贯通部的尺寸也能够相应地变大，匹配层的成型变得容易。并且，由于是不锈钢，因此在更高的温度下也能够使用。
[0061] 另外，也可以是，使用玻璃或陶瓷作为声匹配层1的材料，利用由玻璃或陶瓷形成的致密部分2、圆筒形的凹部3、3b、3c或贯通部3a、3d、3e构成声匹配层1。
[0062] 玻璃的声速是5000m/s，比PEEK的声速大，因此与不锈钢的情况相同，匹配层能够得到最优异的特性的厚度、凹部或贯通部的尺寸不同。
[0063] 并且，声匹配层1由玻璃或陶瓷形成，因此能够得到即使在氧化气氛中影响也较少且耐久性优异的声匹配层。
[0064] (第2实施方式)
[0065] 图6A、图6B是本发明的第2实施方式的声匹配层的示意剖视图，图7是本发明的第2实施方式的动量交换的示意图。
[0066] 在图6A、图6B中，声匹配层1包括由聚醚醚酮(PEEK)树脂形成的致密部分2、凹部3f。在此，致密部分2是以超声波产生源4附近的部分最粗、气体附近的部分最细的方式连续地配置的圆柱形状的结构，在本实施方式中，由较粗的圆柱部2a和较细的圆柱部2b这两段构成。并且，为了易于处理，超声波产生源4侧的面与片状的PEEK树脂接合。在图6A中表示的片状的PEEK树脂8是均匀的，在图6B中表示的片状的PEEK树脂9沿着超声波的传播方向开设有截面积比形成于致密部分2之间的凹部3f的底部3g的截面积小的贯通孔9a。
[0067] 振动面6也存在于粗细不同的圆柱的台阶部，其面积是未被较细的圆柱部2a占据的部分和最细的圆柱的气体侧的面的合计面积，与最粗的圆柱部2b的截面积相等。
[0068] 以下，使用图7，说明关于本实施方式的声匹配层1的动作。
[0069] 在图6A中，声匹配层1与超声波产生源4在接合面8a利用环氧系的粘接剂接合，振动面6与气体接触且垂直地(沿着图的左右方向)振动。
[0070] 在图6B中，声匹配层1与超声波产生源4在最粗的部分即接合面9b利用环氧系的粘接剂接合，振动面6与气体接触且垂直地(沿着图的左右方向)振动。
[0071] 在图6A的超声波产生源4和接合面8a、图6B的超声波产生源4和致密部分2的最粗的部分即接合面9b，进行如下的动量的交换。
[0072] 在此，振动面6的面积与最粗的圆柱2a的截面积相等，因此其动量交换与仅利用最粗的圆柱形成振动面6的情况同等。
[0073] 并且，在致密部分2仅由最粗的圆柱2a形成的情况下，利用气体的粘性实现的在包含致密部分2与气体接触的部分的面内向存在于与凹部3f对应的部分的气体的动量的交换仅在致密部分2的圆周部附近发生。相对于此，像本实施方式这样，致密部分2是以超声波产生源4附近的部分最粗、气体附近的部分最细的方式连续地配置的圆柱形状的结构，因此动量的交换在各个粗细的圆柱的振动面6、6a的圆周部附近发生，因此进行高效的动量的交换。
[0074] 在此，为了在包含最细的圆柱2b的面在内的面中使从各个振动面产生的声波互相加强，优选的是，各个圆柱2a、2b的长度是在气体中传播的声波的波长的1/4的整数倍。
[0075] 另外，在本实施方式的图6A所示的声匹配层1中，超声波产生源4侧的接合面8a利用片状的PEEK树脂接合，因此匹配层的处理性提高。
[0076] 另外，在超声波产生源4是金属、陶瓷等声阻抗非常大的材料的情况下，与设置有凹部3f的声匹配层1之间的声阻抗的差异显著，存在无法高效地进行动量的交换的可能性。但是，将与超声波产生源4相比声阻抗(密度)较小且与由最粗的圆柱形成的部分相比声阻抗(密度)较大的构件(缓冲件)插入超声波产生源4与声匹配层1之间。于是，首先，在超声波产生源4与缓冲件之间高效地进行动量的交换，接着，在缓冲件与由最粗的圆柱形成的部分之间高效地进行动量的交换。其结果，即使在超声波产生源4与由最粗的圆柱形成的部分之间的声阻抗(密度)的差显著的情况下，也能够高效地交换动量。
[0077] 并且，在图6B所示的声匹配层1中，在片状的PEEK树脂9形成有贯通孔9a，因此密度比PEEK树脂的密度小。并且，在因贯通孔9a而缺失的面积比致密部分2的最粗的部分之间的凹部3g的面积小的情况下，密度比最粗的部分的密度大。因而，能够满足比超声波产生源4的密度小且比最粗的部分的密度大这一条件，发挥作为缓冲件的效果，得到更高效的声匹配层。
[0078] 因而，在图6B所示的声匹配层1中，在片状的PEEK树脂形成有贯通孔9a，因此与图6A所示的声匹配层1相比，动量的交换变得更高效。
[0079] 另外，在本实施方式中，利用直径不同的两个圆柱2a、2b构成致密部分2，但通过使第1实施方式的凹部形成为直径不同的两个圆筒状，也能够得到同样的效果。
[0080] (第3实施方式)
[0081] 图8是将本发明的第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是本发明的第3实施方式的动量交换的示意图。
[0082] 在图8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。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3的面(以下，称为接合面5)侧而使用。在此，凹部3的直径是从超声波产生源4产生的超声波的波长的1/20左右。并且，在凹部3粘贴有由聚醚醚酮(PEEK)树脂形成的膜状材料7。
[0083] 以下，使用图9，说明关于本实施方式的声匹配层1的动作。
[0084] 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与面方向垂直地(沿着图的左右方向)振动。此时，在振动面6(与膜状材料7相同的面)与气体之间进行如下的动量的交换。
[0085] 首先，与致密部分2接触的气体进行动量的交换，但致密部分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。
[0087] 实施例
[0088] 以下，根据实施例，更详细地说明本发明。在实施例中，作为声匹配层的特性的评价指标，分开100mm地设置一对与用作超声波产生源的压电元件接合的声匹配层，从一超声波产生源产生的超声波从另一声匹配层向压电元件传播而产生电动势。并且，利用示波器测量该电动势。电动势是声匹配层的传播特性的增函数，因此利用电动势，能够明确声匹配层的传播特性。
[0089] (第1实施例)
[0090] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0091] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0092] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆盘以300μm的间隔配置直径为300μm的圆筒形状的凹部而成。
[0093] 在上述的情况下，电动势是40mV。
[0094] (第2实施例)
[0095] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0096] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0097] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆盘以200μm的间隔配置直径为300μm的圆筒形状的凹部而成。
[0098] 在上述的情况下，电动势是50mV。
[0099] 与第1实施例相比，第2实施例的电动势变大。考虑其原因在于，凹部的间隔较小，因此声匹配层的表观密度变小，由此声阻抗变小，与空气之间的动量交换变得更容易。
[0100] (第3实施例)
[0101] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0102] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0103] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆盘以100μm的间隔配置直径为300μm的圆筒形状的凹部而成。
[0104] 在上述的情况下，电动势是60mV。
[0105] 与第2实施例相比，电动势变大。考虑其原因在于，凹部的间隔更小，因此声匹配层的表观密度变小，由此声阻抗变小，与空气之间的动量交换变得更容易。
[0106] 根据以上，认为在凹部的尺寸相同的情况下，通过存在更多的凹部，表观密度变小，声阻抗变小，因此能够高效地进行动量的交换。
[0107] 因凹部的存在而表观密度变小的现象在气体的粘度较大时体现得更显著。即，利用声匹配层的致密部分的振动得到动量的气体利用其粘性从完全致密部分传播动量。随着气体的粘度变大，能够也向更远离致密部分的气体赋予动量。因而，致密部分对更多的气体赋予动量，从而得到与完全致密部分与气体之间的密度之差相对变小的效果同等的效果。
[0108] (第4实施例)
[0109] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0110] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0111] (2)声匹配层通过使将直径为1mm、长度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0112] 在上述的情况下，电动势是45mV。
[0113] (第5实施例)
[0114] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0115] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0116] (2)声匹配层通过使将直径为1mm、长度为2.5mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为2.5mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0117] 在上述的情况下，电动势是43mV。
[0118] (第6实施例)
[0119] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0120] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0121] (2)声匹配层通过使将直径为1mm、长度为0.62mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为0.62mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0122] 在上述的情况下，电动势是25mV。
[0123] (第7实施例)
[0124] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0125] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0126] (2)声匹配层通过使将直径为1mm、长度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0127] 在此，在由PEEK树脂形成的圆形的片材的不与由PEEK树脂形成的圆柱接合的部分以0.1mm的间隔设置直径为0.1mm的贯通孔。
[0128] 在上述的情况下，电动势是47mV。
[0129] (第8实施例)
[0130] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0131] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0132] (2)声匹配层通过使将直径为1mm、长度为2.5mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为2.5mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0133] 在此，在由PEEK树脂形成的圆形的片材的不与由PEEK树脂形成的圆柱接合的部分以0.1mm的间隔设置直径为0.1mm的贯通孔。
[0134] 在上述的情况下，电动势是45mV。
[0135] (第9实施例)
[0136] 在第2实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0137] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0138] (2)声匹配层是通过使将直径为1mm、长度为0.62mm的由PEEK树脂形成的圆柱和直径为0.5mm、长度为0.62mm的由PEEK树脂形成的圆柱以使中心轴线一致的方式接合而成的形状的构件以直径为1mm的部分最为密集的方式排列并接合于直径为10mm、厚度为0.2mm的由PEEK树脂形成的圆形的片材而成。
[0139] 在此，在由PEEK树脂形成的圆形的片材的不与由PEEK树脂形成的圆柱接合的部分以0.1mm的间隔设置直径为0.1mm的贯通孔。
[0140] 在上述的情况下，电动势是27mV。
[0141] 与第4实施例的声匹配层相比，在第5实施例的声匹配层中，向超声波产生源气体传递超声波的距离变长为2倍，相对于此，电动势的减小是微小的。相对于此，与第4实施例的声匹配层相比，在第6实施例的声匹配层中，向超声波产生源气体传递超声波的距离变短为1/2左右，相对于此，电动势減小。
[0142] 根据以上，在第4实施例和第5实施例中，直径为1mm的圆柱状的部分和直径为0.5mm的圆柱状的部分各自的长度分别为在PEEK树脂中传播的超声波的波长的1/4，因此传播的超声波的相位集中而互相加强，因此可以看出向气体高效地传播超声波。这与通常PEEK树脂的声速为2500m/s的情形一致。并且，即使声匹配层的厚度变为2倍，超声波到达距离的现象也是微小的，因此可以看出PEEK树脂是能够以高效率传播超声波的材料。
[0143] 相对于此，在第6实施方式中，尽管声匹配层变薄，但电动势变小，考虑其原因在于，直径为1mm的圆柱状的部分和直径为0.5mm的圆柱状的部分各自的长度不足在PEEK树脂中传播的超声波的波长的1/4，因此相位不集中。
[0144] 当比较第4实施例和第7实施例、第5实施例和第8实施例、第6实施例6和第9实施例时，可以看出电动势均变大。其原因在于，在片状的PEEK树脂形成有贯通孔，因此满足其密度比超声波产生源和超声波产生源的密度小且比最粗的部分的密度大这一条件，得到优异的特性。
[0145] (第10实施例)
[0146] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0147] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0148] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为2.9mm的由SUS304形成的圆盘以500μm的间隔配置直径为500μm的圆筒形状的凹部而成。
[0149] 在上述的情况下，电动势是40mV。
[0150] (第11实施例)
[0151] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0152] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0153] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为2.0mm的由SUS304形成的圆盘以500μm的间隔配置直径为500μm的圆筒形状的凹部而成。
[0154] 在上述的情况下，电动势是20mV。
[0155] 在第11实施例中，尽管与第10实施例相比声匹配层变薄，但超声波到达距离显著变短，考虑其原因在于，声匹配层变薄，因此不足传播的超声波的波长的1/4，因此相位不集中。
[0156] (第12实施例)
[0157] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0158] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0159] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为2.8mm的由钠玻璃形成的圆盘以500μm的间隔配置直径为500μm的圆筒形状的凹部而成。
[0160] 在上述的情况下，电动势是40mV。
[0161] (第13实施例)
[0162] 在第1实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0163] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0164] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为2.0mm的由钠玻璃形成的圆盘以500μm的间隔配置直径为500μm的圆筒形状的凹部而成。
[0165] 在上述的情况下，电动势是17mV。
[0166] 在第13实施例中，尽管与第12实施例相比声匹配层变薄，但超声波到达距离显著变短，考虑其原因在于，声匹配层变薄，因此不足传播的超声波的波长的1/4，因此相位不集中。
[0167] (第14实施例)
[0168] 在第3实施方式中，如下地进行电动势的评价。
[0169] (1)超声波产生源是直径为10mm的圆形的超声波产生源。
[0170] (2)声匹配层通过在直径为10mm、厚度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆盘以300μm的间隔配置直径为300μm的圆筒形状的凹部而成。
[0171] 在振动面粘贴有由PEEK树脂形成的厚度为10μm的膜作为膜状材料。
[0172] 在上述的情况下，电动势是100mV。
[0173] 与第1实施例相比，电动势变大，考虑其原因在于，利用膜状材料，即使在凹部中的远离振动面的位置也能够高效地进行动量的交换。
[0174] (比较例)
[0175] 在第1实施例中，将不存在凹部的厚度为1.25mm的由PEEK树脂形成的圆盘作为声匹配层来评价电动势。
[0176] 在上述的情况下，电动势是5mV。
[0177] 与第1实施例相比，电动势显著变小。其原因在于，在声匹配层不存在凹部，因此声阻抗成为PEEK树脂的声阻抗，因此与传递超声波的对象的气体的声阻抗相差较大。
[0178] 如以上所述，第1公开的声匹配层包括：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，其朝向接合面地设置于振动面的局部。
[0179] 例如，由陶瓷形成的压电元件的声阻抗与空气等气体的声阻抗显著不同。因而，难以使从这样的超声波产生源产生的声波以高效率向气体传播。
[0180] 因此，能够利用具有比压电元件的声阻抗小且比气体的声阻抗大的声阻抗的声匹配层使从超声波产生源产生的声波以高效率向气体传播。
[0181] 首先，使用板状材料作为基材，使该板状材料的一面与超声波产生源接合，使板状材料的相对面作为与气体接触的面，局部地设置凹部或贯通部。在此，在板状材料的局部具有凹部或贯通部，因此从超声波产生源产生的声波在板状材料的致密部分中集中地传播。因而，能够承担声波的面内的传播的物质的密度是将构成板状材料的物质固有的密度乘以致密部分的存在比例而得到的值。并且，致密部分的声速是物质固有的声速，值与凹部或贯通部的有无无关。因而，具有凹部或贯通部的板状材料的声阻抗是将构成板状材料的物质固有的声阻抗乘以致密部分的存在比例而得到的值。
[0182] 并且，板状材料的致密部分与气体的微观部分的声阻抗显著不同，因此难以高效地传播声波。但是，气体具有粘性，因此从致密部分也向与致密部分接触的气体之外的凹部或贯通部附近的气体传播声波。因而，得到同板状材料的与气体接触的面的声阻抗与气体的声阻抗的比相对变小同等的效果。
[0183] 如以上所述，通过具有凹部或贯通部而降低表观声阻抗，即使是因声阻抗较大而难以表现作为声匹配层的显著的特性的物质，也能够得到作为声匹配层的优异的特性。
[0184] 因而，能够将金属、陶瓷等具有耐热性等优异的特性但因声阻抗较大而至今为止不能用作声匹配层的物质用作声匹配层。
[0185] 第2公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开的基础上，基材通过排列多个片状材料而构成，贯通部形成为片状材料间的空间。
[0186] 第3公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开的基础上，基材通过排列多个棒状材料而构成，贯通部形成为棒状材料间的空间。
[0187] 第4公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开至第3公开中任一公开的基础上，至少一个凹部或贯通部的尺寸比传播的声波的波长小。
[0188] 在凹部或贯通部的尺寸比传播的声波的波长大的情况下，在声匹配层内的声波散射且传播扰乱，传播效率降低，但通过使凹部或贯通部的尺寸比传播的声波的波长小，能够防止传播效率的显著的降低。
[0189] 第5公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第4公开的基础上，凹部或贯通部的尺寸是声波的波长的1/10以下。
[0190] 通常认为，当在波动的传播路径上存在障碍物的情况下，若其尺寸为与波长同等程度以上，则传播的扰乱显著，相对于此，在其尺寸与波长相比足够小的情况下，不会对波动的传播造成较大的影响。另外，凹部或贯通部的尺寸为声波的波长的1/10以下，因此能够减小对声波的传播造成的影响。
[0191] 因而，通过减小尺寸为声波的波长的1/10以下的凹部或贯通部彼此的距离，能够相对于材料固有的物质大幅地减小声阻抗，确保声波的高效的传播。
[0192] 第6公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开至第5公开中任一公开的基础上，基材的至少局部为树脂。
[0193] 材料的至少局部为树脂，由此利用机械加工的成型变得容易。即，为了在材料的局部设置凹部或贯通部，通常利用钻头等形成孔。因而，即使是在超声波的波长为数mm程度的情况下认为需要设为0.1mm左右的凹部或贯通部，也能够进行机械加工。
[0194] 第7公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开至第5公开中任一公开的基础上，基材的至少局部为陶瓷或玻璃。
[0195] 作为陶瓷、玻璃的特征，能够举出优异的耐热性。因而，能够用于汽车的排气测量等高温用途。
[0196] 第8公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开至第5公开中任一公开的基础上，基材的至少局部为金属。
[0197] 作为金属的特征，能够举出优异的耐热性、耐冲击性。因此，能够用于汽车的排气测量等高温用途。
[0198] 第9公开的声匹配层也可以设为如下结构，在第1公开至第8公开中任一公开的基础上，在振动面设置膜状材料。
[0199] 将设置膜状材料的面作为与气体接触的面，由此能够得到更优异的作为声匹配层的特性。
[0200] 在不设置膜状材料的情况下，当在板状材料的致密部分中传播的声波向气体部分传播时，利用气体的粘性也向凹部或贯通部附近的气体传递声波。但是，在气体的粘性较小的情况、凹部或贯通部的面积较大的情况下，声波向存在于凹部或贯通部中的远离致密部分的位置的气体的传播是不充分的。
[0201] 另一方面，在设置膜状材料的情况下，膜状材料沿着与声波的传播方向平行的方向振动，由此在凹部或贯通部的面积较大的情况下，即，能够也向存在于远离致密部分的位置的气体传播声波，能够得到作为声匹配层的优异的特性。
[0202] 产业上的可利用性
[0204] 附图标记说明
[0205] 1、声匹配层；2、致密部分；3、3c、3b、3f、凹部；3a、9a、贯通孔(贯通部)；3d、3e、贯通部；4、超声波产生源；5、8a、9b、接合面；6、6a、振动面；7、膜状材料。
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