專利名稱：聲波發(fā)生器及其制造方法和使用聲波發(fā)生器的聲波發(fā)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱激發(fā)型的聲波發(fā)生器及其制造方法，和使用該聲波發(fā)生器的聲波發(fā)生方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知有各種的聲波發(fā)生器。除去一部分特殊的聲波發(fā)生器以外，其大部分的種類通過(guò)將振動(dòng)部的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為媒質(zhì)(例如空氣)的振動(dòng)來(lái)發(fā)生聲波。但是，在利用機(jī)械振動(dòng)的聲波發(fā)生器中，由于振動(dòng)部具有固有的共振頻率，所以發(fā)生的聲波的頻帶窄。而且，由于共振頻率因振動(dòng)部的大小而變化，所以難以保持頻率特性地實(shí)現(xiàn)微小化和陣列化。另一方面，提案有不利用機(jī)械振動(dòng)的基于新原理的聲波發(fā)生器。該聲波發(fā)生器稱作熱誘發(fā)型聲波發(fā)生器，公開在以下的各文獻(xiàn)中。非專利文獻(xiàn)1公開有如下聲波發(fā)生器組合有具有相對(duì)高的熱傳導(dǎo)性的基層(P型結(jié)晶型Si層)和具有相對(duì)低的熱傳導(dǎo)性的隔熱層 (微多孔Si層)，進(jìn)一步配置有與基層一起夾持隔熱層的Al(鋁)薄膜。非專利文獻(xiàn)2公開有如下聲波發(fā)生器組合有具有相對(duì)高的熱傳導(dǎo)性的基層(單結(jié)晶Si層)和具有相對(duì)低的熱傳導(dǎo)性的隔熱層(多孔的納米結(jié)晶Si層)，進(jìn)一步配置有與基層一起夾持隔熱層的 W(鎢)薄膜。在非專利文獻(xiàn)1、2中記載有向Al薄膜或W薄膜供給包含交流成分的電力時(shí)，由于焦耳熱該薄膜的溫度周期性變化；由于隔熱層的熱傳導(dǎo)性小，該周期地溫度變化不會(huì)逃到基層側(cè)而是傳到與該薄膜接觸的空氣中；傳到空氣中的周期性的溫度變化誘發(fā)空氣密度的周期性變化而發(fā)生聲波。熱誘發(fā)型聲波發(fā)生器能夠無(wú)需機(jī)械振動(dòng)地發(fā)生聲波。因此，發(fā)生的聲波的頻帶廣。 而且，比較容易實(shí)現(xiàn)微細(xì)化和陣列化。專利文獻(xiàn)1公開有在熱激發(fā)型聲波發(fā)生器中，就發(fā)生的聲波的能量增大而言，優(yōu)選因脈沖電流而引起的熱的施加。專利文獻(xiàn)1還公開有在表面具有突起的隔熱層。專利文獻(xiàn)2公開有向熱激發(fā)型聲波發(fā)生器施加在交流電流中重疊有直流電流的電流的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中記載有基層是單結(jié)晶Si基板，隔熱層是多孔質(zhì)Si層的聲波發(fā)生器。專利文獻(xiàn)3公開有具有通過(guò)陽(yáng)極氧化處理和超臨界干燥得到的隔熱層(納米結(jié)晶 Si層)的聲波發(fā)生器。在專利文獻(xiàn)3中還公開有隔熱層的熱物性值α C( α 熱傳導(dǎo)性，C: 熱容量)相對(duì)基層的α C的比值越小輸出的音壓越大；隔熱層的多孔度越高該層的α C越小；和隔熱層優(yōu)選具有75%以上的多孔度的納米結(jié)晶Si層。專利文獻(xiàn)4公開有如下聲波發(fā)生器隔熱層的α C相對(duì)基層的CiC的比值 /仏(1 :隔熱層，S 基層)滿足式1/100彡Q1C1ZasCs,并且基層的a C滿足式 asCs ^ IOOXIO60專利文獻(xiàn)4的技術(shù)基于如下的技術(shù)思想以使式a K1/CisCs所示的基層與隔熱層的熱對(duì)比超過(guò)1 100的方式組合基層和隔熱層的技術(shù)思想；和選擇具有高的α C的基層的技術(shù)思想。在專利文獻(xiàn)4中，作為構(gòu)成基層的材料記載有硅、銅和SiO2，作為構(gòu)成隔熱層的材料記載有多孔硅、聚酰亞胺、SiO2, Al2O3和聚苯乙烯泡沫體。在專利文獻(xiàn)4 的基層和隔熱層的最優(yōu)選組合是由硅構(gòu)成的基層和由多孔硅構(gòu)成的隔熱層的組合。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利3798302號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2005-150797號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利3845077號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本專利3808493號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 =Nature, vol. 400，26 August 1999，pp. 853-855非專利文獻(xiàn)2 日本化學(xué)工學(xué)會(huì)，第37回秋季大會(huì)專題討論會(huì)< Nano Processing (納米加工) >預(yù)備稿 D-307 Q005)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題根據(jù)專利文獻(xiàn)3、4，在聲波發(fā)生器中，輸出的音壓由基層與隔熱層的熱對(duì)比Ci1C1/ asCs和基層的aC決定。但是，在現(xiàn)實(shí)中不一定是這樣。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)只通過(guò)這些基層和隔熱層的熱特性，不能單純地決定聲波發(fā)生器的輸出特性。其中一個(gè)原因可以推測(cè)為在像聲波發(fā)生器那樣的微小的結(jié)構(gòu)體中，熱傳遞和散逸經(jīng)由非常復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行。本發(fā)明基于現(xiàn)有技術(shù)不能預(yù)想到的基層和隔熱層的組合，提供相比現(xiàn)有技術(shù)輸出特性更優(yōu)秀的聲波發(fā)生器。用于解決課題的方法本發(fā)明的聲波發(fā)生器包括基層；配置在上述基層上的隔熱層；和向上述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源。上述基層由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成。上述隔熱層由含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。本發(fā)明的聲波發(fā)生器的制造方法是上述本發(fā)明的聲波發(fā)生器的制造方法，包含以下的第一工序和第二工序。第一工序是如下工序在由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成的基層上形成分散了含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子的溶液的涂敷膜，對(duì)上述形成的涂敷膜進(jìn)行熱處理，在上述基層上形成由上述微粒子構(gòu)成的隔熱層。第二工序是如下工序設(shè)置向上述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源。本發(fā)明的聲波發(fā)生方法是使用聲波發(fā)生器的聲波發(fā)生方法。上述聲波發(fā)生器包括基層；配置在上述基層上的隔熱層；和向上述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源。上述基層由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成。上述隔熱層由含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。該方法包含通過(guò)上述熱脈沖源向上述隔熱層施加熱脈沖來(lái)發(fā)生聲波的工序。本發(fā)明的效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)相比現(xiàn)有技術(shù)輸出特性更優(yōu)秀的聲波發(fā)生器。


圖1是示意性地表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的一例的截面圖。圖2是示意性地表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的隔熱層所含的含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子(二次粒子)的結(jié)構(gòu)的一例的立體圖。圖3是示意性地表示在本發(fā)明的聲波發(fā)生器的隔熱層所含的含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子(二次粒子)的結(jié)構(gòu)的另外一例的立體圖。圖4是示意性地表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的其它的一例的截面圖。圖5是示意性地表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的其它的另外一例的截面圖。圖6是示意性地表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的更加另外的一例的截面圖。圖7是表示使用本發(fā)明的聲波發(fā)生器的物體檢測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。圖8A是表示應(yīng)用本發(fā)明的聲波發(fā)生器的壁面非破壞檢查方法的一例的示意圖。圖8B是表示應(yīng)用本發(fā)明的聲波發(fā)生器的壁面非破壞檢查方法的另外一例的示意圖。圖9是表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的制造方法的一例的流程圖。圖10是表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的制造方法的另外一例的流程圖。圖11是表示在實(shí)施例1中使用的硅微粒子的粒度分布的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。圖12A是表示在實(shí)施例1中制作的隔熱層的截面的掃描型電子顯微鏡(SEM)像的圖。圖12B是示意性地表示圖12A所示的截面的圖。圖13A是表示在實(shí)施例1中制作的隔熱層的微粒子彼此的結(jié)合部分的SEM像的圖。圖1 是將圖13A的框內(nèi)放大的圖。圖13C是示意性地表示在實(shí)施例1中制作的隔熱層的微粒子彼此的接合狀態(tài)的圖。圖14是用于說(shuō)明對(duì)在實(shí)施例中制作的聲波發(fā)生器進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。圖15是表示在實(shí)施例1中制作的本發(fā)明的聲波發(fā)生器(實(shí)施例1-1)的輸出特性的圖。圖16是表示在實(shí)施例1中制作的本發(fā)明的聲波發(fā)生器(實(shí)施例1-1)中，使施加的脈沖電壓的最大值變化時(shí)的，從該聲波發(fā)生器發(fā)送的聲波的最大音壓的變化的圖。圖17是表示在實(shí)施例3中使用的硅微粒子的粒度分布的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。圖18A是表示在實(shí)施例3中制作的隔熱層的截面的SEM像的圖。圖18B是表示在實(shí)施例3中制作的隔熱層的截面的SEM像的圖。圖18C是表示在實(shí)施例3中制作的隔熱層的截面的SEM像的圖。圖18D是示意性地表示圖18A 圖18C所示的截面的圖。圖19是示意性地表示在實(shí)施例4中制作的本發(fā)明的聲波發(fā)生器的立體圖。
具體實(shí)施例方式[聲波發(fā)生器]圖1表示本發(fā)明的聲波發(fā)生器的一例。圖1所示的聲波發(fā)生器I(IA)具有基層11、隔熱層12和熱脈沖源13?；?1以與隔熱層12連接的方式配置在隔熱層12上?；鶎?1由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成。隔熱層12由含有硅的結(jié)晶性微粒子或含有鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。熱脈沖源13配置成能夠向隔熱層12的與基層11側(cè)相反的一側(cè)的面施加熱脈沖14。在聲波發(fā)生器IA中，當(dāng)從熱脈沖源13向隔熱層12施加熱脈沖14時(shí)，通過(guò)熱脈沖 14的交流成分給予隔熱層12的熱能的大部分，傳到與隔熱層12接觸的媒質(zhì)(例如空氣) 中。此時(shí)，傳到媒質(zhì)的熱能與交流成分的波形相應(yīng)地隨時(shí)間變化。因此，隔熱層12附近的媒質(zhì)密度隨時(shí)間變化而發(fā)生聲波15。除去具有正弦波波形的熱脈沖14，熱脈沖14 一般包含交流成分和直流成分。通過(guò)熱脈沖14的直流成分給予隔熱層12的熱能，由于不隨時(shí)間變化，所以對(duì)聲波15的發(fā)生不作貢獻(xiàn)。該熱能從隔熱層12移動(dòng)到基層11，被從隔熱層12 除去。由熱脈沖14的施加而引起的隔熱層12附近的媒質(zhì)的密度變化，可以是周期性的也可以不是周期性的。為了實(shí)現(xiàn)輸出特性優(yōu)秀的聲波發(fā)生器，需要實(shí)現(xiàn)如下熱流狀態(tài)將熱脈沖的交流成分產(chǎn)生的熱能高效地變化為聲波，并且將直流成分產(chǎn)生的熱能高效地散發(fā)到基層。在現(xiàn)有技術(shù)中，只著眼于由構(gòu)成基層和隔熱層的材料的熱傳導(dǎo)率α和熱容量C的積aC表示的，兩層的熱物性值的對(duì)比(熱對(duì)比)。相對(duì)于此，在本發(fā)明的聲波發(fā)生器中，由特定的材料構(gòu)成的基層11和隔熱層12的組合是現(xiàn)有技術(shù)中沒有的組合，由此達(dá)成與這樣的熱誘發(fā)型的聲波發(fā)生相適應(yīng)的熱流狀態(tài)。而且，本發(fā)明的聲波發(fā)生器的輸出特性比現(xiàn)有技術(shù)中的聲波發(fā)生器高?；鶎?1是由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成的層。只要能得到本發(fā)明的效果，基層11可以包含石墨或藍(lán)寶石以外的材料?；鶎?1典型的是與其隔熱層12接觸的面由石墨或藍(lán)寶石形成的層?；鶎?1的形狀不作限定?？梢愿鶕?jù)本發(fā)明的聲波發(fā)生器1的用途，任意選擇基層 11的形狀?；鶎?1典型的為片(Sheet)狀，但也可以是立體形狀。立體形狀的具體示例， 如實(shí)施例4所示是與隔熱層12接觸的面為拋物面的形狀。隔熱層12由含有硅的結(jié)晶性微粒子或含有鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。該微粒子典型地是硅晶體的微粒子或鍺晶體的微粒子。只要能得到本發(fā)明的效果，隔熱層12可以包含該微粒子以外的材料。該材料是例如由其它材料構(gòu)成的粒子；由硅或鍺的結(jié)晶構(gòu)成但粒徑更大的粒子；含有硅或鍺的非晶質(zhì)的粒子；含有硅或鍺的氧化物的粒子；和存在于這些粒子間的任意材料。本說(shuō)明書的“微粒子”典型地具有IOnm 0. 5 μ m的平均直徑。此處，微粒子的平均粒徑是隔熱層12的微粒子的粒度分布的中位數(shù)(median，中值)。微粒子的粒度分布能夠通過(guò)掃描型電子顯微鏡(SEM)或透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行的隔熱層12的圖像分析來(lái)評(píng)價(jià)。在粒度分布的評(píng)價(jià)時(shí)測(cè)量的“微粒子的粒徑”定義為選擇微粒子的最大截面形狀且外接于該截面形狀的，面積最小的四邊形的長(zhǎng)邊。在微粒子為球狀的情況下，該微粒子的粒徑與球的直徑相等。隔熱層12的微粒子，優(yōu)選從粒度分布的DlO (分布累積度10 %的粒徑值)到 D90 (分布累積度90%的粒徑值)在IOnm 0. 5 μ m的范圍內(nèi)。所謂“結(jié)晶性微粒子”，是指能通過(guò)廣角X射線衍射(WAXD)測(cè)量或拉曼分光測(cè)量， 來(lái)測(cè)量在硅晶體或鍺晶體中特有的衍射峰值或光譜峰值的微粒子。
構(gòu)成隔熱層12的含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子(以下簡(jiǎn)單稱作“微粒子”)的形狀不作限定。微粒子例如為鱗片狀或球狀。微粒子的形狀能夠通過(guò)SEM或TEM的隔熱層12 的圖像分析確認(rèn)。在隔熱層12中，通常微粒子的一次粒子和該一次粒子凝聚成的二次粒子混在一起。二次粒子雖然粒徑不同，但具有與一次粒子同樣的形狀的情況較多。用圖2、3表示微粒子的二次粒子的例子。在圖2所示例中，一次粒子51為鱗片狀，一次粒子51凝聚成的二次粒子52也反映一次粒子51的形狀為鱗片狀。在圖3所示例中，一次粒子53為球狀，一次粒子53凝聚成的二次粒子M也反映一次粒子53的形狀為球狀。在隔熱層12的一次粒子和二次粒子混在一起的狀態(tài)下，隔熱層12的一次粒子和二次粒子的各粒子的比例，以及二次粒子的形狀，能夠通過(guò)SEM或TEM的隔熱層12的圖像分析確認(rèn)。在隔熱層12的微粒子的一次粒子和二次粒子混在一起的情況下，一次粒子和二次粒子的雙方粒子的平均粒徑典型的為IOnm 0.5 μ m。另外，在這種情況下，一次粒子和二次粒子雙方的粒子的粒度分布的從DlO到D90優(yōu)選在IOnm 0. 5 μ m的范圍內(nèi)。隔熱層12的結(jié)構(gòu)，只要由含有硅和鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成，且配置在由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成的基層上，就不作限定。圖12A表示在實(shí)施例1中制作的由鱗片狀的微粒子構(gòu)成的隔熱層12的截面的SEM像，圖12B示意性地表示該截面。圖18A 18C表示在實(shí)施例3 中制作的由球狀的微粒子構(gòu)成的隔熱層12的截面的SEM像，圖18D示意性地表示該截面。 如這些圖所示，隔熱層12的微粒子優(yōu)選具有以在該微粒子之間包含有無(wú)數(shù)孔隙的方式堆積且重疊的結(jié)構(gòu)。換言之，隔熱層12優(yōu)選具有微粒子不是最密的填充而是隨機(jī)地重疊的多孔結(jié)構(gòu)。在這種情況下，隔熱層12的熱流狀態(tài)和隔熱層12與基層11之間的熱流狀態(tài)適合于聲波15的發(fā)生，使聲波發(fā)生器1的輸出特性進(jìn)一步提高。在圖12A、12B、18A D所示隔熱層12中，包含的孔隙的比例因隔熱層12的部分而不同。具體來(lái)說(shuō)，隔熱層12的下層部分(隔熱層12的基層11側(cè)的部分)，與上層部分 (隔熱層12的與基層11相反的一側(cè)的部分)相比，含有孔隙的比例更高。即，該隔熱層12 在其厚度方向上具有從基層11側(cè)逐漸變小的微粒子密度的坡度(勾配)。隔熱層12優(yōu)選具有這樣的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，隔熱層12的熱流狀態(tài)和隔熱層12與基層11之間的熱流狀態(tài)適合于聲波15的發(fā)生，聲波發(fā)生器1的輸出特性進(jìn)一步變高。除此以外，圖12A、12B、18A D所示的隔熱層12具有在其下層部分具有比較大的粒徑的微粒子，在其上層部分具有比較小的粒徑的微粒子的結(jié)構(gòu)。即，該隔熱層12在其厚度方向具有從基層11側(cè)逐漸變小的微粒子的粒徑的坡度。在這種情況下，隔熱層12的熱流狀態(tài)和隔熱層12與基層11之間的熱流狀態(tài)適合于聲波15的發(fā)生，聲波發(fā)生器1的輸出特性進(jìn)一步變高。隔熱層12更優(yōu)選在其厚度方向具有從基層11側(cè)逐漸變小的微粒子的密度和粒徑的坡度。具有這樣的隔熱層12的本發(fā)明的聲波發(fā)生器1能夠通過(guò)例如本發(fā)明的制造方法制造。在圖12A、12B、18A D所示的隔熱層12中，微粒子彼此在其微小的部分互相接合。此時(shí)優(yōu)選在該微粒子彼此接合的部分中形成氧化膜且隔著該氧化膜微粒子彼此接合。 在這種情況下，隔熱層12的熱流狀態(tài)和隔熱層12與基層11之間的熱流狀態(tài)進(jìn)一步適合于聲波15的發(fā)生，聲波發(fā)生器1的輸出特性進(jìn)一步變高。該氧化膜在含有硅的結(jié)晶性微粒子的情況下，例如由S^2構(gòu)成。該氧化膜在含有鍺的結(jié)晶性微粒子的情況下，例如由GeA構(gòu)成。在微粒子中形成有氧化膜的部分，例如為2 IOnm程度的長(zhǎng)度。氧化膜可以由自然氧化形成，也可以由等離子體氧化或自由基氧化等的積極的氧化方法形成。隔熱層12的厚度至少需要有不會(huì)因基層11與熱脈沖源13的熱短路而使聲波15 的發(fā)生停止的程度。另一方面，為了防止因熱滯留，特別是因由不對(duì)聲波15發(fā)生做貢獻(xiàn)的熱脈沖14的直流成分而向隔熱層12施加的熱滯留，而使聲波15的發(fā)生效率低下，不能使用過(guò)度厚的隔熱層12。從這些觀點(diǎn)上看，隔熱層12的厚度優(yōu)選為IOnm 50 μ m，且進(jìn)一步優(yōu)選為50nm 10 μ m。對(duì)于熱脈沖源13的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的聲波發(fā)生器的熱脈沖源13的配置，只要能向隔熱層12施加熱脈沖就不作限定。在圖1所示的聲波發(fā)生器IA中，基層11和隔熱層12的層疊體與熱脈沖源13單獨(dú)地配置。在這樣的聲波發(fā)生器中，熱脈沖源13通常配置成能夠從隔熱層12的與基層11 側(cè)相反的一側(cè)的面向隔熱層12施加熱脈沖14。在基層11由藍(lán)寶石構(gòu)成的情況下，由于藍(lán)寶石對(duì)于波長(zhǎng)為0. 2 5 μ m程度的光是透明的，所以能夠?qū)崦}沖源13配置成根據(jù)熱脈沖源13的種類(例如受激準(zhǔn)分子激光器(excimer laser)、YAG激光器)，能夠從隔熱層12 的基層11側(cè)的面向隔熱層12施加熱脈沖14。熱脈沖源13例如具有激光照射裝置或紅外線照射裝置。激光器例如是脈沖激光器。此時(shí)，在不具有后述的熱脈沖發(fā)生層16的聲波發(fā)生器(圖1所示的聲波發(fā)生器1A)中， 隔熱層12由因該激光或紅外線而發(fā)熱的材料構(gòu)成。熱脈沖源13例如具有在隔熱層12的與基層11側(cè)相反的一側(cè)的面上配置的，向隔熱層12施加熱脈沖的熱脈沖發(fā)生層(發(fā)熱層)。圖4表示具有這樣結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的聲波發(fā)生器I(IB)。圖4所示的聲波發(fā)生器IB具有這樣的熱脈沖發(fā)生層16。熱脈沖發(fā)生層 16與基層11和隔熱層12形成一體。具有熱脈沖發(fā)生層16的聲波發(fā)生器1B，與圖1所示的聲波發(fā)生器IA相比，通過(guò)熱脈沖源13向隔熱層12施加的熱的效率高。熱脈沖發(fā)生層16是例如因從熱脈沖源13所具有的激光照射裝置或紅外線照射裝置照射的激光或紅外線的能量而發(fā)生熱脈沖的層。這樣的熱脈沖發(fā)生層16，由通過(guò)激光或紅外線發(fā)熱的材料構(gòu)成。熱脈沖發(fā)生層16是例如通過(guò)向該層供給的脈沖電流或脈沖電壓(以下，雙方都稱作“電力脈沖(電脈沖)”)而發(fā)生熱脈沖的電熱層。此時(shí)，如圖5所示的聲波發(fā)生器1(1C)， 熱脈沖源13可以進(jìn)一步具有向熱脈沖發(fā)生層(電熱層)16供給電力脈沖的電力供給線 17A、17B。具有這樣的熱脈沖源13的聲波發(fā)生器1C，由于能夠通過(guò)控制向熱脈沖發(fā)生層16 供給的電力脈沖來(lái)控制聲波15的發(fā)生，所以控制特性優(yōu)秀。而且，向隔熱層12施加熱的效率高且聲波的輸出特性進(jìn)一步變高。因電力脈沖而發(fā)生熱脈沖的熱脈沖發(fā)生層16，優(yōu)選由通過(guò)電力的施加能得到期望的發(fā)熱的電阻材料構(gòu)成。該材料例如是碳材料。具體來(lái)說(shuō)，是例如對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行熱處理而得到的碳材料。該材料的電阻率優(yōu)選為10 Ω/square IOK Ω/square。熱脈沖發(fā)生層16的厚度沒做特別限定。電力供給線17A、17B通常由具有導(dǎo)電性的材料構(gòu)成。熱脈沖源13中的，具體的熱脈沖發(fā)生層16的形狀、電力供給線17A、17B的形狀、熱脈沖發(fā)生層16與電力供給線17A、17B的電連接的狀態(tài)沒有特別地限定。隔熱層12具有因電力脈沖的供給而能夠作為電熱層起作用的電阻率的情況下， 可以作為具有隔熱層和熱脈沖發(fā)生層兩個(gè)功能的隔熱層12。圖6表示具有這樣的隔熱層 12的本發(fā)明的聲波發(fā)生器。在圖6所示的聲波發(fā)生器I(ID)中，在隔熱層12電連接有電極供給線17A、17B，隔熱層12作為熱脈沖發(fā)生層16起作用。這樣的隔熱層12由例如經(jīng)過(guò)特定溫度范圍的熱處理的含有鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。本發(fā)明的聲波發(fā)生器具有如下結(jié)構(gòu)熱脈沖源具有配置在隔熱層的與基層側(cè)相反的一側(cè)的面上的熱脈沖發(fā)生層(發(fā)熱層)，并且該熱脈沖發(fā)生層是通過(guò)向該層供給的電力脈沖而發(fā)生熱脈沖的電熱層，本發(fā)明的聲波發(fā)生器通過(guò)該結(jié)構(gòu)顯示0. lPa/ff以上，乃至 0.21^/W以上、0.51^/W以上的輸出因子(單位施加電力的輸出音壓)。這種高輸出的因子實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的聲波發(fā)生器的作為物體檢測(cè)用的超聲波音源特別是小型和省電力(例如IW 以下的驅(qū)動(dòng)電力)的超聲波音源的使用。根據(jù)該超聲波音源，實(shí)現(xiàn)例如對(duì)偏離數(shù)十cm到數(shù) m程度的對(duì)象物照射超聲波，用高感度麥克檢測(cè)其反射聲波，來(lái)檢測(cè)該對(duì)象物的距離和位置的物體檢測(cè)傳感器。圖7表示這樣的物體檢測(cè)傳感器的結(jié)構(gòu)的一例。圖7所示的物體檢測(cè)傳感器101 具有本發(fā)明的聲波發(fā)生器1、向聲波發(fā)生器1供給電力脈沖的驅(qū)動(dòng)電路102、采音麥克 103、連接到采音麥克103的輸出信號(hào)放大器104、A/D轉(zhuǎn)換器105和運(yùn)算裝置106。在物體檢測(cè)傳感器101中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路102向聲波發(fā)生器1施加電力脈沖，從聲波發(fā)生器1發(fā)生聲波15。為了檢測(cè)對(duì)象物107的距離和位置，聲波15優(yōu)選為超聲波。從聲波發(fā)生器1發(fā)送的聲波15在對(duì)象物107反射，反射波108返回物體檢測(cè)傳感器101。通過(guò)采音麥克103將反射波108轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該電信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出信號(hào)放大器104和A/D轉(zhuǎn)換器105后，由運(yùn)算裝置106進(jìn)行處理，來(lái)測(cè)量對(duì)象物107相對(duì)物體檢測(cè)傳感器101的距離和位置。本發(fā)明的聲波發(fā)生器1的輸出特性高，因此物體檢測(cè)傳感器101為高感度。本發(fā)明的聲波發(fā)生器的用途不限定于物體檢測(cè)傳感器，能夠應(yīng)用于具有聲波發(fā)生器的現(xiàn)有技術(shù)中的任意設(shè)備。在本發(fā)明的聲波發(fā)生器中對(duì)基層的形狀沒有要求。因此，本發(fā)明的聲波發(fā)生器例如能夠應(yīng)用于壁面的非破壞檢查。圖8A表示應(yīng)用了本發(fā)明的聲波發(fā)生器的壁面非破壞檢查的方法的一例。在圖8A所示例中，基層(未圖示)和隔熱層12配置成與壁面111的檢查的對(duì)象面連接。隔熱層12露出，基層由壁面111和隔熱層12夾持。這樣的基層例如能夠通過(guò)在壁面111的檢查對(duì)象面層疊石墨薄板而形成。該基層上的隔熱層12能夠通過(guò)例如將單獨(dú)形成的隔熱層12粘貼到基層而形成。而且，從具有熱脈沖源和聲波檢測(cè)部的單元 112向隔熱層12施加熱脈沖。熱脈沖通過(guò)例如激光、紅外線、微波施加到隔熱層12。伴隨著熱脈沖的施加，隔熱層12發(fā)送聲波15，發(fā)送的聲波15通過(guò)單元112的聲波檢測(cè)部來(lái)測(cè)量。在聲波15中包含壁面111的表面和內(nèi)部的信息。該信息是例如壁面111的經(jīng)歷(履歷)、構(gòu)成壁面111的材料的結(jié)構(gòu)、壁面111中存在的損傷。壁面111的形狀沒有限定，例如可以是圖8B所示的形狀。圖8B所示的結(jié)構(gòu)，除壁面111的形狀不同以外，與圖8A所示的結(jié)構(gòu)相同。以下的表1表示各種材料的熱物性值。表1
權(quán)利要求
1.一種聲波發(fā)生器，其特征在于，包括基層；配置在所述基層上的隔熱層；和向所述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源，其中所述基層由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成，所述隔熱層由含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的聲波發(fā)生器，其特征在于 所述熱脈沖源具有熱脈沖發(fā)生層，該熱脈沖發(fā)生層配置在所述隔熱層的與所述基層側(cè)的面相反的一側(cè)的面上且向所述隔熱層施加熱脈沖。
3.如權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征在于所述熱脈沖發(fā)生層是通過(guò)向該層供給的脈沖電流或脈沖電壓來(lái)發(fā)生熱脈沖的電熱層， 所述熱脈沖源還具有向所述電熱層供給所述脈沖電流或脈沖電壓的電力供給線。
4.如權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征在于 所述熱脈沖發(fā)生層由碳材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的聲波發(fā)生器，其特征在于所述隔熱層的所述微粒子的粒度分布的中位數(shù)是IOnm 0. 5 μ m。
6.一種聲波發(fā)生器的制造方法，其是權(quán)利要求1所述的聲波發(fā)生器的制造方法，該聲波發(fā)生器的制造方法的特征在于，包括第一工序，其在由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成的基層上形成分散了含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子的溶液的涂敷膜，對(duì)所述形成的涂敷膜進(jìn)行熱處理，在所述基層上形成由所述微粒子構(gòu)成的隔熱層；和第二工序，其設(shè)置向所述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源。
7.如權(quán)利要求6所述的聲波發(fā)生器的制造方法，其特征在于所述熱脈沖源包括熱脈沖發(fā)生層，該熱脈沖發(fā)生層配置在所述隔熱層的與所述基層側(cè)的面相反的一側(cè)的面上且向所述隔熱層施加熱脈沖， 所述熱脈沖發(fā)生層由碳材料構(gòu)成，所述第二工序是如下工序在第一工序中形成的所述隔熱層的與所述基層側(cè)相反的一側(cè)的面上，形成通過(guò)熱處理而成為碳材料的前體溶液的涂敷膜，對(duì)所述形成的涂敷膜進(jìn)行熱處理，形成所述熱脈沖層。
8.一種使用聲波發(fā)生器的聲波發(fā)生方法，其特征在于所述聲波發(fā)生器包括基層；配置在所述基層上的隔熱層；和向所述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源，其中所述基層由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成，所述隔熱層由含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成，該聲波發(fā)生方法包含通過(guò)所述熱脈沖源向所述隔熱層施加熱脈沖來(lái)發(fā)生聲波的工序。
9.如權(quán)利要求8所述的聲波發(fā)生方法，其特征在于所述熱脈沖源具有熱脈沖發(fā)生層，該熱脈沖發(fā)生層配置在所述隔熱層的與所述基層側(cè)的面相反的一側(cè)的面上且向所述隔熱層施加熱脈沖，所述工序是通過(guò)所述熱脈沖發(fā)生層向所述隔熱層施加熱脈沖來(lái)發(fā)生聲波的工序。
10.如權(quán)利要求9所述的聲波發(fā)生方法，其特征在于所述熱脈沖發(fā)生層是通過(guò)向該層供給的脈沖電流或脈沖電壓來(lái)發(fā)生熱脈沖的電熱層， 所述熱脈沖源還具有向所述電熱層供給所述脈沖電流或脈沖電壓的電力供給線， 所述工序是如下工序通過(guò)經(jīng)由所述電力供給線向所述電熱層供給所述脈沖電流或脈沖電壓而在該層發(fā)生熱脈沖，向所述隔熱層施加所發(fā)生的熱脈沖來(lái)發(fā)生聲波。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聲波發(fā)生器，其基于現(xiàn)有技術(shù)不能預(yù)想的基層和隔熱層的組合，具有比現(xiàn)有技術(shù)更加優(yōu)秀的輸出特性。該聲波發(fā)生器包括基層；配置在上述基層上的隔熱層；向上述隔熱層施加熱脈沖的熱脈沖源，其中，上述基層由石墨或藍(lán)寶石構(gòu)成，上述隔熱層由含有硅或鍺的結(jié)晶性微粒子構(gòu)成。熱脈沖源是熱脈沖發(fā)生層，該熱脈沖發(fā)生層配置在上述隔熱層的與上述基層側(cè)的面相反的一側(cè)的面上且向上述隔熱層施加熱脈沖。
文檔編號(hào)H04R31/00GK102450036SQ20108002390
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者小田川明弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社