JP4346370B2

JP4346370B2 - Elastic wave propagator

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Publication number: JP4346370B2
Application number: JP2003208494A
Authority: JP
Inventors: 拓志木太; 柴田　　典義; 酒井　　武信; 知明安部; 順長谷川
Original assignee: Japan Fine Ceramics Center; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Japan Fine Ceramics Center; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2005072652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性波伝搬体に関し、更に詳しくは、特定の周波数を有する弾性波に対する反射率が高い弾性波反射部と、導波路とを備え、この導波路を通じて、所望の周波数を有する弾性波を効率よく伝搬する弾性波伝搬体、更には、入射角に依存せず広い周波数帯の弾性波に対する反射率が高い弾性波反射部を備え、導波路を通じて、所望の周波数体の弾性波を効率よく伝搬する弾性波伝搬体に関する。本発明の弾性波伝搬体は、弾性表面波導波路、光サーキット、弾性波回路、弾性波ミラー、弾性波レンズ等に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
弾性波を反射させるために、骨格、その骨格を構成する材料等を特定した各種構造体が開示されている。例えば、特許文献１には、振動を遮断する防振構造体として、機械的音響インピーダンスが互いに異なる材料を層状に重ねた多層構造体が開示されている。
特許文献２及び３には、所定形状の電極パターンを有し、弾性波を全反射させる弾性表面波導波路構造が開示されている。また、特許文献４には、光ファイバーと同様に、弾性波を全反射させる構造とすることによって、導波路を形成した指向性音響スティック放射装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−１７６５５０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９８２８６号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４１０７３号公報
【特許文献４】
特表２００１−５０６７６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示した文献のうち、例えば、特許文献１の技術では、減衰定数の規定がないために、各層状体を構成する材料の組み合わせによっては、弾性波の反射率が低下することがある。また、構造体が１次元骨格の層状体の積層体であるため、弾性波の入射角によっては、弾性波が透過してしまうという問題点もある。
更に、特許文献２〜４の技術では、弾性波が、全反射の臨界角を超える角度で構造体に入射すると、弾性波が屈折により漏洩するため、高い曲率の導波路を形成することが難しい。
本発明は、上記問題点を解決するものであり、特定の周波数を有する弾性波に対する反射率が高い弾性波反射部と、導波路とを備え、この導波路を通じて、所望の周波数を有する弾性波を効率よく伝搬する弾性波伝搬体、更には、入射角に依存せず広い周波数帯の弾性波に対する反射率が高い弾性波反射部を備え、導波路を通じて、所望の周波数体の弾性波を効率よく伝搬する弾性波伝搬体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下に示される。
（１）規則的な２次元骨格又は３次元骨格を有する構造部及びこの構造部以外の他部を含む弾性波反射部と、この弾性波反射部に囲まれた導波路と、を備え、この導波路を通して弾性波を伝搬する構造体であって、上記構造部を構成する材料は、上記他部を構成する材料と異なる音響インピーダンスを有することを特徴とする弾性波伝搬体。
（２）上記構造部を構成する材料の音響インピーダンスと、上記他部を構成する材料の音響インピーダンスとの比は、１．１以上である上記（１）に記載の弾性波伝搬体。
（３）上記構造部及び上記他部を構成する材料は、それぞれ、金属、合金、セラミックス、ガラス及び樹脂から選ばれる少なくとも１種の材料である上記（１）又は（２）に記載の弾性波伝搬体。
（４）上記３次元骨格を有する構造部は、網目構造、ダイヤモンド構造、ヤブロノバイト構造、オパール構造及び逆オパール構造から選ばれる構造を有する上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の弾性波伝搬体。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を詳しく説明する。
本発明の弾性波伝搬体は、弾性波反射部と、この弾性波反射部に囲まれた導波路と、を備え、例えば、図１の断面図に示すような構成を有する。図１の弾性波伝搬体１は、弾性波反射部１１（図中では１１ａ及び１１ｂと示した）と、この弾性波反射部に囲まれた導波路１２と、からなる。
【０００７】
上記弾性波反射部は、規則的な２次元骨格又は３次元骨格を有する構造部と、この構造部以外の他部を含む。即ち、上記構造部及び上記他部からなる弾性波反射部単位を含む。尚、本発明において、「規則的な２次元骨格又は３次元骨格を有する」とは、例えば、棒状部材を単独であるいは組み合わせてなる所定構造の骨格を最小単位としたもの、あるいはこの最小単位が所定方向（縦、横、又は斜め）に連続的に配列し、２次元又は３次元的に周期的に配列している状態をいい、例えば、上記構造部を構成する骨格の少なくとも１種の形状又は大きさがいずれも一定で、対称性を有する、あるいは、少なくとも１方向からこの弾性波反射部の断面を見た場合に、２次元骨格又は３次元骨格を構成する構造部材が、等間隔に、あるいは線対称又は面対称の関係で配置していることを意味する。また、「構造部以外の他部」とは、構造部を除いた空間であってよいし、その空間が材料で満たされる場合には、充填部をいう。また、上記他部は、上記構造部以外の空間を充填するのみでなく、更に上記構造部自体を包んでもよい。
【０００８】
上記構造部が２次元骨格を有する場合、この２次元骨格の形状は特に限定されない。この２次元骨格を構成する構造部材の好ましい形状は、柱状等である。柱状部材の断面形状としては、例えば、円形、楕円形、多角形（三角形、四角形、六角形等）、正多角形（正三角形、正四角形、正六角形等）等が挙げられる。これらのうち、円形が特に好ましく、上記構造部材としては、円柱部材が特に好ましい。
上記構造部材の配置は特に限定されないが、同じ構造部材が等間隔で配置されることが好ましい。この配置を、上記弾性波反射部を構成する板状の弾性波反射部単位１１１の断面図として例示すると、他部１１１ｂの中に、構造部材１１１ａとして、断面形状が円形である円柱部材が、隣り合うすべての円柱部材と等間隔に配置（正三角形を構成）されている場合（図２及び図４参照）、他部１１１ｂの中に、構造部材１１１ａとして、断面形状が正方形である四角柱部材が左右等間隔に配置されている場合（図３参照）等が挙げられる。弾性波反射部単位１１１の表面に一番近くに位置する構造部材１１１ａと、この弾性波反射部単位１１１表面との最大距離は、適用する弾性波の弾性波反射部単位１１１中における波長をλで表した場合、好ましくは０．０１λ〜０．３６λ、より好ましくは０．０２λ〜０．１８λである。尚、図４のように、構造部材１１１ａの一部が弾性波反射部単位１１１の表面に露出していてもよい。
【０００９】
上記構造部材の大きさは、すべて同じであることが好ましい。例えば、上記構造部材が円柱部材である場合、その直径は、適用する弾性波の弾性波反射部単位中における波長をλで表した場合、好ましくは０．０２λ〜０．８４λ、より好ましくは０．０４λ〜０．４２λである。また、上記構造部材が四角柱部材である場合、その断面の縦及び横の長さは、各々好ましくは０．０２λ〜０．８４λ、より好ましくは０．０４λ〜０．４２λである。円柱部材あるいは角柱部材の長さは、目的、用途等により選択すればよい。
【００１０】
また、上記２次元骨格を有する構造部において、隣り合う構造部材どうしの間隔の最大長さは、適用する弾性波の弾性波反射部単位中における波長をλで表した場合、好ましくは０．０５λ〜１．０λ、より好ましくは０．１λ〜０．９λである。上記最大長さが０．０５λ未満の場合及び１．０λを超える場合、ブラッグ反射が起こらないため、弾性波に対する反射特性が不十分となる傾向にある。
【００１１】
上記構造部が３次元骨格を有する場合、この３次元骨格の形状は特に限定されないが、例えば、網目構造、ダイヤモンド構造、ヤブロノバイト構造、オパール構造、逆オパール構造等が挙げられる。この３次元骨格を構成する構造部材としては、上記２次元骨格において説明した性質（形状等）のものをそのまま用いることができる。
上記構造部が網目構造である場合、直径が一定である円柱部材、断面の縦及び横の長さが各々一定である角柱部材等により、網目の開口部の形状が、例えば、円形、楕円形、多角形（正三角形、正方形、菱形、正六角形等）等となった構造等が挙げられる。また、上記網目構造は、板状素材に上記のような所定形状の開口部を有する構造であってもよいし、円柱部材又は角柱部材の複数本を等間隔に平行配置し、その上に同じ柱状部材を等間隔に且つ向きを変えて平行配置して積み上げ、これを繰り返してなる周期構造であってもよい（例えば、図５に示すウッドパイル構造等）。図５は、開口部の形状が四角形であるが、これは角柱部材の配置を１段ごとに９０度ずつ変えたものである。３段目及び４段目は、それぞれ垂直方向に１段目及び２段目と重なるような同じ位置であってもよいが、開口部が四角形であれば、各角柱部材の間隔を維持したまま横方向にずらしてもよい。図５は後者に相当する。また、開口部の形状は三角形等であってもよい。尚、このように積み上げてなる構造部は、規則性（対称性）を持たせるために、例えば、開口部の形状が四角形である場合には、積み上げ段数を４段とすることが好ましく、開口部の形状が三角形である場合には、角柱部材等の配置を１段ごとに６０度ずつ変え、積み上げ段数を３段とすることが好ましい。このような形態によって、構造の規則性（対称性）が維持される。
また、上記網目構造は、隣り合う開口部の最大長さ、及びその面積が全て同じであることが好ましい。この開口部の最大長さは、適用する弾性波の弾性波反射部単位中における波長をλで表した場合、好ましくは０．０２λ〜０．８４λ、より好ましくは０．０４λ〜０．４２λである。上記開口部の最大長さが０．０２λ未満の場合及び０．８４λを超える場合、反射効果を示さない入射角が存在する場合がある。
【００１２】
上記構造部がダイヤモンド構造である場合についても、各構造部材の形状は円柱又は角柱であることが好ましく、これらの大きさは、上記と同様とすることができる。また、ヤブロノバイト構造は、四角柱部材をくり抜いた構造であり、この場合、くり抜かれた箇所の大きさは、上記四角柱部材のそれと同様とすることができる。
更に、オパール構造は球を積み重ねた構造であり、球の直径は、上記円柱部材の直径と同様とすることができる。また、逆オパール構造は上記オパール構造における物質部分と空隙部分とを逆にした構造であり、空隙部分の球の直径は、上記円柱部材の直径と同様とすることができる。
【００１３】
上記構造部、即ち、２次元骨格又は３次元骨格を構成する構造部材の構成材料は特に限定されず、対象とする弾性波の波長λに対する減衰定数が好ましくは１ｄＢ／λ以下、より好ましくは１０^−１ｄＢ／λ以下、更に好ましくは１０^−２ｄＢ／λ以下であるものを用いることができる。その例としては、金属、合金、セラミックス、ガラス、樹脂等が挙げられる。これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。尚、上記減衰定数が大きすぎると、弾性波が吸収されるため、反射性能が低下する傾向にある。
【００１４】
上記金属としては、アルミニウム、銅、鉄、マグネシウム、ニッケル、白金、銀、ステンレス、チタン、亜鉛、タングステン、タングステンカーバイド等が挙げられる。
上記合金としては、真鍮、ジュラルミン、コンスタンタン等が挙げられる。
上記セラミックスとしては、酸化物、複酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられ、特に限定されない。例えば、アルミナ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸鉛、酸化亜鉛等が挙げられる。
上記ガラスとしては、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。
上記樹脂としては、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。
上記各物質は、それぞれ１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
尚、上記構造部を構成する材料としては、水、アルコール等の液体、空気、窒素等の気体、真空等であってもよい。これらを用いた場合、他部を構成する材料は少なくとも固体である。
【００１５】
上記他部を構成する材料は、上記構造部を構成する材料と異なる音響インピーダンスを有するものであれば特に限定されず、上記構造部を構成する材料として例示した材料を用いることができる。また、上記構造部を構成する材料の音響インピーダンスｘと、上記構造部以外の他部を構成する材料の音響インピーダンスｙとの比（ｘ／ｙ）又は（ｙ／ｘ）は、好ましくは１．１以上、より好ましくは１．３以上、更に好ましくは１．５以上、特に好ましくは２以上である。尚、上記比（ｘ／ｙ）又は（ｙ／ｘ）が１．１未満では、弾性波に対する反射性能が低下する傾向にある。
【００１６】
上記構造部を構成する材料（ア）、及び、上記他部を構成する材料（イ）の好ましい組み合わせを以下に例示する。括弧内の数字は、縦波に対する音響インピーダンスの値（単位は１０^６Ｎ・ｓ・ｍ^−３）である。
［１］（ア）銅（約４５）及び（イ）アルミニウム（約１７）
［２］（ア）鉄（約４６）及び（イ）アルミニウム（約１７）
［３］（ア）ニッケル（約５４）及び（イ）アルミニウム（約１７）
［４］（ア）銅（約４５）及び（イ）ジュラルミン（約１７）
［５］（ア）真鍮（約４１）及び（イ）アルミニウム（約１７）
［６］（ア）銅（約４５）及び（イ）ＬｉＮｂＯ_３（約３４）
［７］（ア）銅（約４５）及び（イ）酸化亜鉛（約３６）
［８］（ア）銅（約４５）及び（イ）ジルコン酸チタン酸鉛（約３５）
［９］（ア）銅（約４５）及び（イ）ポリフッ化モリブデン（約４）。
尚、液体及び気体を用いた場合には、弾性波の縦波のみ反射する。また、弾性表面波の場合には石英ガラス、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０等を用いることができるが、減衰定数が方位依存するため、切り出し方位、伝搬方向に注意が必要である。
【００１７】
上記のような構造部及び他部からなる弾性波反射部単位としては、例えば、構造部が図５に示したウッドパイル構造である場合、図６に示すような弾性波反射部単位１１１となる。この図６で示した弾性波反射部単位１１１は、構造部材１１１ａにより構成されるウッドパイル構造の構造部と、他部１１１ｂとからなり、形状が直方体である。
【００１８】
上記弾性波反射部単位の厚さは、通常、上記構造部の骨格、即ち、各構造部材の大きさに依存する。上記厚さは、適用する弾性波反射部単位中における波長をλとした場合、好ましくは０．０５λ〜１．０λ、より好ましくは０．１λ〜０．９λｍｍである。上記厚さとすることによって、特定の周波数帯の弾性波を高い反射率でブラッグ反射することができる。
【００１９】
上記弾性波反射部単位の製造方法は特に限定されないが、構造部を構成する材料からなる基体を用い、所望の骨格となるように、エッチングする方法、ボンディングを利用する方法、液中に分散させた微小球を自己配列させる方法、１層ごとの微細加工を利用した方法、光造形法を利用する方法等によって構造部を形成し、その後、他部を構成する材料を用い、構造部以外の空間等を埋める等の方法が挙げられる。
尚、上記弾性波反射部単位の表面は、通常、平面であるが、曲面であってもよい。
【００２０】
本発明に関わる弾性波反射部は、上記弾性波反射部単位からなるものであってもよいし、同一構成又は異なる構成の弾性波反射部単位を複数積層してなる積層型弾性波反射部単位からなるものであってもよい。
上記弾性波反射部単位はそれ自体、その表面で、特定の周波数を有する弾性波に対する反射率が高いが、この弾性波反射部単位の２以上を積層してなる積層型弾性波反射部単位とすることで、広い周波数帯の弾性波に対して、その入射角に依存せず、高い反射率を得ることができる。
上記弾性波反射部単位の積層に際しては、その構造、構造部材、構成材料、厚さ等がすべて同じものを用いてもよいし、異なる構成（種類）のものを用いてもよいが、同じ構成の弾性波反射部単位を積層することが好ましい。
同じ構成の弾性波反射部単位を積層し、積層型弾性波反射部単位とする場合には、その積層数が多くなるほど、特定の周波数帯においてより高い反射率を示す。また、異なる構成の弾性波反射部単位を積層し、積層型弾性波反射部単位とする場合には、反射に適した位相関係を発現しにくいことがあるが、同じ構成の弾性波反射部単位（Ａ）を複数積層してなる積層物と、弾性波反射部単位（Ａ）と異なる構成の弾性波反射部単位（Ｂ）を複数積層してなる積層物と、を更に積層して積層型弾性波反射部単位とすることが好ましい。尚、この場合の弾性波反射部単位（Ａ）及び（Ｂ）の積層数は同じであることが好ましい。これによって、更に広い範囲の周波数帯の弾性波に対して高い反射率を示す積層型弾性波反射部単位とすることができる。
尚、各弾性波反射部単位の積層数は、２以上であればよいが、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、更に好ましくは６以上である。
【００２１】
２次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位を積層する場合、積層数は、好ましくは２以上、より好ましくは４以上、更に好ましくは６以上である。２次元骨格を有する構造部を備える同一構成の弾性波反射部単位を積層する場合、図２〜図４に示した弾性波反射部単位をそれぞれそのまま積層してもよいし、図２に示した弾性波反射部単位を、図７に示すように積層してもよい。即ち、弾性波反射部単位１１１の上に、この弾性波反射部単位１１１と９０度向きを違えて弾性波反射部単位１１１を積層することによって積層型弾性波反射部単位１１２としてもよい。角度の変化は９０度に限らない。
例えば、図２に示した弾性波反射部単位をそのまま積層してなる積層型弾性波反射部単位は、弾性波をブラッグ反射可能なフォノニックバンドギャップを有する。即ち、弾性波が伝搬できない周波数帯を有することから、この周波数帯における弾性波は、円柱部材の径方向に平行に入射する場合に反射されることとなる。
尚、上記以外の他の構造の場合、例えば、図７に示したような積層型弾性波反射部単位１１２も同様であり、対称性の高い規則的な骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位を積層すれば、そのフォノニックバンド構造から、上記と同様にして弾性波が伝搬できない周波数帯を求めることができ、所定の弾性波に対して高い反射率を有する積層型弾性波反射部単位とすることができる。
また、２次元骨格を有する構造部を備え且つ異なる構成の弾性波反射部単位を積層する場合、同一構成の弾性波反射部単位どうしの積層物とした後、更に積層物どうしを積層して、積層型弾性波反射部単位とすることが好ましい。
【００２２】
また、３次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位を積層する場合、積層数は、好ましくは３以上、より好ましくは４以上、更に好ましくは６以上である。
３次元骨格を有する構造部を備える同一構成の弾性波反射部単位を積層する場合、上記説明した弾性波反射部単位をそれぞれそのまま積層してもよいし、１体ずつ角度を違えて積層してもよい。積層数が多いほど、弾性波の入射方向に依存しない高い反射性能を、広い周波数帯で得られる積層型弾性波反射部単位とすることができる。
【００２３】
また、３次元骨格を有する構造部を備え且つ異なる構成の弾性波反射部単位を積層する場合も、２次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位の場合と同様、ある同一構成の弾性波反射部単位（Ａ１）の積層物と、他の同一構成であり、且つ、弾性波反射部単位（Ａ１）と同じ積層数の弾性波反射部単位（Ｂ１）の積層物と、を積層することが好ましい。必要に応じて、更に他の弾性波反射部単位（Ｃ１）等の積層物を積層してもよい。これによって、得られる積層型弾性波反射部単位の内部において反射に適した位相関係が保たれ、より広い周波数帯の弾性波に対して高い反射率を示す積層型弾性波反射部単位とすることができる。
【００２４】
上記弾性波反射部単位あるいは上記積層型弾性波反射部単位は、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚの間の特定の周波数帯において、透過率を１０^−４〜１０^−１とすることができる。
【００２５】
次に、本発明に関わる導波路は、上記弾性波反射部に囲まれ、本発明の弾性波伝搬体の１開口端から他の開口端へ連通し、弾性波の通り道である。
上記導波路の幅及び高さは特に限定されないが、例えば、図２に示すような２次元骨格を含む弾性波反射部単位（厚さをＬとする）からなる弾性波反射部の内部に配された場合、各々好ましくは０．５Ｌ〜２．５Ｌ、より好ましくは０．５Ｌ〜１．５Ｌの範囲である。
一方、上記弾性波反射部が３次元骨格を含む場合も同様であり、例えば、ウッドパイル構造１単位の厚さをＬとした場合、上記幅及び高さは、各々好ましくは０．５Ｌ〜２．５Ｌ、より好ましくは０．５Ｌ〜１．５Ｌの範囲である。
上記範囲にあれば、縦波、横波、あるいは弾性表面波のいずれの弾性波に対しても好適である。
【００２６】
上記を構成する材料は特に限定されないが、上記弾性波反射部に含まれる他部を構成する材料と同じとすることが好ましい。
【００２７】
本発明の弾性波伝搬体の製造方法は特に限定されず、（１）導波路を構成する材料によって導波路を作製し、その周りを、弾性波反射部を構成する材料で囲む方法、（２）導波路以外の部分に弾性波反射部を設け、その後、導波路となる空間部に、導波路を構成する材料を充填する方法、（３）弾性波反射部に含まれる他部と、導波路とを構成する材料が同一の場合、この材料からなる構造体を作製し、その後、その構造体の中の所望の位置に、弾性波反射部に含まれる構造部を構成する材料を充填する方法、等が挙げられる。
【００２８】
本発明の弾性波伝搬体によると、特定の周波数を有する弾性波が、導波路の内壁（弾性波反射部の表面）においてブラッグ反射されるため、その弾性波を導波路の連通する方向へ効率的に送ることができる。また、全反射を利用した導波路とは異なり、外部に漏れないため、曲率を高くすることができ、複雑な経路の導波路を高密度に形成させることができる。
【００２９】
【実施例】
以下、例を挙げて本発明を具体的に説明する。
実施例１
（１）弾性波反射部材の製造
音響インピーダンスが１７．３×１０^６Ｎ・ｓ・ｍ^−３、周波数１０ＭＨｚに対する減衰定数が約１０^−４ｄＢ／λであるアルミニウムからなり、縦（ｔ）５ｍｍ、横（ｗ）５ｍｍ、長さ５０ｍｍの角棒を用いて図５のようなウッドパイル構造を形成して構造部とし、音響インピーダンスが４４．６×１０^６Ｎ・ｓ・ｍ^−３、周波数１０ＭＨｚに対する減衰定数がアルミニウムの６．５倍である銅からなる角棒を用いて、上記ウッドパイル構造の空間を充填（各角棒は接着剤により接合）し、これを他部として、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの直方体とした弾性波反射部単位としての弾性波反射部材（インピーダンス比；２．５８）を製造した（図６参照）。図６の弾性波反射部材１１１は、アルミニウムからなる構造部材１１１ａにより構成される構造部と、銅からなる他部１１１ｂと、から構成される。
次いで、この弾性波反射部材を１単位として４単位分積層して、厚さ８０ｍｍの積層型弾性波反射部材１１２を得た（図８参照）。尚、図８は図６に示した弾性波反射部材の積層物の側面（断面）図であるが、概略図である。
【００３０】
（２）弾性波反射部材の評価
上記で得た積層型弾性波反射部材を縦置きとし、その表面に対して、超音波発信機により縦波の平面波（周波数；５０〜２５０ｋＨｚ）を図８のように垂直入射させ、透過率を測定した。その結果を図９に示す。
図９より、９５〜１９０ｋＨｚの周波数帯において透過率が減少、即ち、反射率が高いことが分かる。特に、１１０〜１７０ｋＨｚの周波数帯において反射率が著しく高いことが分かる。
【００３１】
実施例２
アルミニウム棒の、縦及び横の長さをともに９ｍｍとし、４単位分の厚さを３６ｍｍとした積層型弾性波反射部材を用い、上記と同様にして透過率を測定した。
【００３２】
実施例３
アルミニウム棒の、縦及び横の長さを更に大きくしてともに１７．５ｍｍとし、４単位分の厚さを７０ｍｍとした積層型弾性波反射部材を用い、上記と同様にして透過率を測定した。
【００３３】
上記実施例１乃至実施例３により得られた測定データを用い、積層型弾性波反射部材の厚さが３２０ｍｍまでの場合について、透過率が０．１となる周波数帯を外挿し、図１０に反射域として示した。この図１０より、異なる厚さを有する積層型弾性波反射部材を複数用いることによって、所望の広い周波数帯に対して高い反射率を示す積層型弾性波反射部材の設計を行うことができる。
【００３４】
実施例４
（３）音響インピーダンスの比の違いからみた性能評価
上記実施例１におけるアルミニウム棒の、縦及び横の長さをともに９ｍｍとし、４単位分の厚さを３６ｍｍとした積層型弾性波反射部材を用い、上記と同様にして透過率を測定し、周波数８０ｋＨｚ付近に観測されたピークについて、その周波数、透過率及びピークの半価幅を求めた。その結果を図１１に示す。
次に、構造部を構成する材料を銅とし、一方、他部を構成する材料を白金とした、上記と同構造の積層型弾性波反射部材（インピーダンス比；１．５６）を用い、上記と同様の測定を行った。その結果を図１１に示す。
更に、構造部を構成する材料を銅とし、一方、他部を構成する材料をコンスタンタンとした、上記と同構造の積層型弾性波反射部材（インピーダンス比；１．０２）を用い、上記と同様の測定を行った。その結果を図１１に示す。
図１１より、音響インピーダンスの比が大きいほど広い周波数域で優れた透過抑制を実現できることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の弾性波伝搬体によれば、特定の周波数を有する弾性波に対する反射率が高い弾性波反射部を備えるため、所望の周波数を有する弾性波を、導波路を通じて、効率よく伝搬させることができる。また、特定構成の弾性波反射部を備える場合には、入射角に依存せず広い周波数帯の弾性波を、導波路を通じて、効率よく伝搬させることができる。従って、導波路を高密度に形成することができる。
上記構造部を構成する材料の音響インピーダンスと、上記他部を構成する材料の音響インピーダンスとの比が１．１以上である場合には、広い周波数帯の弾性波に対する高い反射率を得ることができる。
また、上記構造部及び上記他部を構成する材料が、それぞれ、金属、合金、セラミックス、ガラス及び樹脂から選ばれる少なくとも１種の材料である場合には、広い周波数帯の弾性波に対する高い反射率を得ることができる。
上記３次元骨格を有する構造部が、網目構造、ダイヤモンド構造、ヤブロノバイト構造、オパール構造及び逆オパール構造から選ばれる構造を有する場合には、弾性波の様々な入射角に対して高い反射性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性波伝搬体の１例を示す説明断面図である。
【図２】２次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位の１例を示す説明断面図である。
【図３】２次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位の他の１例を示す説明断面図である。
【図４】２次元骨格を有する構造部を備える弾性波反射部単位の他の１例を示す説明断面図である。
【図５】構造部を構成する３次元骨格（ウッドパイル構造）の１例を示す説明斜視図である。
【図６】３次元骨格（ウッドパイル構造）を有する構造部を備える弾性波反射部単位（弾性波反射部材）を示す説明斜視図である。
【図７】図２に示した弾性波反射部単位を積層してなる積層型弾性波反射部単位の１例を示す説明斜視図である。
【図８】実施例で用いた積層型弾性波反射部材を示す説明断面図である。
【図９】実施例１における弾性波反射部材の弾性波透過特性を示すグラフである。
【図１０】積層型弾性波反射部材の厚さと、周波数帯との関係を示すグラフである。
【図１１】弾性波反射部材を構成する材料のインピーダンス比と、ピーク周波数及び半価幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１；弾性波伝搬体、１１，１１ａ及び１１ｂ；弾性波反射部、１１１；弾性波反射部単位（弾性波反射部材）、１１１ａ；構造部材、１１１ｂ；他部、１１２；積層型弾性波反射部単位（積層型弾性波反射部材）、１２；導波路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic wave propagating body, and more specifically, includes an elastic wave reflecting portion having a high reflectance with respect to an elastic wave having a specific frequency, and a waveguide, and through this waveguide, an elastic wave having a desired frequency. In addition, an elastic wave propagator that efficiently propagates through the wave, and an elastic wave reflector that has high reflectivity for elastic waves in a wide frequency band without depending on the incident angle, can efficiently generate elastic waves of the desired frequency body through the waveguide. The present invention relates to an elastic wave propagating body that propagates well. The elastic wave propagating body of the present invention is useful for a surface acoustic wave waveguide, an optical circuit, an elastic wave circuit, an elastic wave mirror, an elastic wave lens, and the like.
[0002]
[Prior art]
In order to reflect an elastic wave, various structures specifying a skeleton and materials constituting the skeleton are disclosed. For example, Patent Document 1 discloses a multilayer structure in which materials having different mechanical acoustic impedances are stacked in layers as vibration-proof structures that block vibration.
Patent Documents 2 and 3 disclose surface acoustic wave waveguide structures that have electrode patterns of a predetermined shape and totally reflect elastic waves. Patent Document 4 discloses a directional acoustic stick radiating device in which a waveguide is formed by using a structure that totally reflects an elastic wave, similarly to an optical fiber.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-1-176550
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-298286
[Patent Document 3]
JP 2000-341073 A
[Patent Document 4]
Special table 2001-506768 gazette
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Among the documents shown above, for example, in the technique of Patent Document 1, since there is no regulation of the attenuation constant, the reflectance of the elastic wave may be lowered depending on the combination of materials constituting each layered body. Further, since the structure is a layered body of a one-dimensional skeleton, there is a problem that the elastic wave is transmitted depending on the incident angle of the elastic wave.
Furthermore, in the techniques of Patent Documents 2 to 4, when an elastic wave is incident on the structure at an angle exceeding the critical angle of total reflection, it is difficult to form a waveguide with a high curvature because the elastic wave leaks due to refraction. .
The present invention solves the above-described problems, and includes an elastic wave reflection portion having a high reflectance with respect to an elastic wave having a specific frequency, and a waveguide, and through this waveguide, an elastic wave having a desired frequency. In addition, an elastic wave propagator that efficiently propagates through the wave, and an elastic wave reflector that has high reflectivity for elastic waves in a wide frequency band without depending on the incident angle, can efficiently generate elastic waves of the desired frequency body through the waveguide. An object of the present invention is to provide an elastic wave propagating body that propagates well.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is shown below.
(1) A structural portion having a regular two-dimensional skeleton or a three-dimensional skeleton, an elastic wave reflecting portion including other portions other than the structural portion, and a waveguide surrounded by the elastic wave reflecting portion. An acoustic wave propagating body that propagates an elastic wave through a waveguide, wherein the material constituting the structural part has an acoustic impedance different from that of the material constituting the other part.
(2) The acoustic wave propagating body according to (1), wherein the ratio of the acoustic impedance of the material constituting the structural part to the acoustic impedance of the material constituting the other part is 1.1 or more.
(3) The elastic wave according to (1) or (2), wherein the material constituting the structural part and the other part is at least one material selected from metals, alloys, ceramics, glass, and resins, respectively. Propagator.
(4) The acoustic wave according to any one of (1) to (3), wherein the structure portion having the three-dimensional skeleton has a structure selected from a network structure, a diamond structure, a jabronovite structure, an opal structure, and an inverse opal structure. Propagator.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail.
The elastic wave propagating body of the present invention includes an elastic wave reflecting portion and a waveguide surrounded by the elastic wave reflecting portion, and has, for example, a configuration as shown in the cross-sectional view of FIG. The elastic wave propagating body 1 in FIG. 1 includes an elastic wave reflecting portion 11 (shown as 11a and 11b in the drawing) and a waveguide 12 surrounded by the elastic wave reflecting portion.
[0007]
The elastic wave reflection part includes a structural part having a regular two-dimensional skeleton or a three-dimensional skeleton and other parts other than the structural part. In other words, it includes an elastic wave reflection unit composed of the structure part and the other part. In the present invention, “having a regular two-dimensional skeleton or three-dimensional skeleton” means, for example, a structure having a minimum structure of a skeleton having a predetermined structure formed by combining rod-like members singly or in combination. A state in which they are continuously arranged in a predetermined direction (vertical, horizontal, or diagonal) and periodically arranged two-dimensionally or three-dimensionally. For example, at least one shape of the skeleton constituting the structural part Or, when the cross section of this elastic wave reflection part is viewed from at least one direction, the structural members constituting the two-dimensional skeleton or the three-dimensional skeleton are equally spaced. , Or arranged in a line-symmetric or plane-symmetric relationship. Further, the “other part other than the structure part” may be a space excluding the structure part, and when the space is filled with a material, it means a filling part. The other part may not only fill a space other than the structure part, but may further wrap the structure part itself.
[0008]
When the structure part has a two-dimensional skeleton, the shape of the two-dimensional skeleton is not particularly limited. A preferable shape of the structural member constituting the two-dimensional skeleton is a columnar shape or the like. Examples of the cross-sectional shape of the columnar member include a circle, an ellipse, a polygon (triangle, square, hexagon, etc.), and a regular polygon (regular triangle, regular square, regular hexagon, etc.). Of these, a circular shape is particularly preferable, and a cylindrical member is particularly preferable as the structural member.
Although arrangement | positioning of the said structural member is not specifically limited, It is preferable that the same structural member is arrange | positioned at equal intervals. If this arrangement is illustrated as a cross-sectional view of the plate-like elastic wave reflection unit 111 that constitutes the elastic wave reflection unit, a cylindrical member having a circular cross-sectional shape as the structural member 111a in the other part 111b, When arranged at equal intervals with all the adjacent cylindrical members (see FIG. 2 and FIG. 4) (see FIG. 2 and FIG. 4), a square column whose cross-sectional shape is a square as the structural member 111a in the other portion 111b. The case where a member is arrange | positioned at equal intervals on right and left (refer FIG. 3) etc. is mentioned. The maximum distance between the structural member 111a located closest to the surface of the elastic wave reflection unit 111 and the surface of the elastic wave reflection unit unit 111 is the wavelength of the applied elastic wave in the elastic wave reflection unit 111 as λ. Is preferably 0.01λ to 0.36λ, more preferably 0.02λ to 0.18λ. As shown in FIG. 4, a part of the structural member 111 a may be exposed on the surface of the elastic wave reflection unit 111.
[0009]
It is preferable that all the structural members have the same size. For example, when the structural member is a cylindrical member, the diameter thereof is preferably 0.02λ to 0.84λ, more preferably 0, when the wavelength of the elastic wave to be applied is represented by λ. .04λ to 0.42λ. When the structural member is a quadrangular prism member, the longitudinal and lateral lengths of the cross section are preferably 0.02λ to 0.84λ, and more preferably 0.04λ to 0.42λ. What is necessary is just to select the length of a cylindrical member or a prismatic member according to the objective, a use, etc.
[0010]
In the structure portion having the two-dimensional skeleton, the maximum length of the interval between adjacent structural members is preferably 0.05λ when the wavelength of the elastic wave to be applied in the unit of the elastic wave reflection portion is represented by λ. It is -1.0 (lambda), More preferably, it is 0.1 (lambda) -0.9 (lambda). When the maximum length is less than 0.05λ or more than 1.0λ, Bragg reflection does not occur, so that the reflection characteristics for elastic waves tend to be insufficient.
[0011]
When the structure part has a three-dimensional skeleton, the shape of the three-dimensional skeleton is not particularly limited, and examples thereof include a network structure, a diamond structure, a jabronovite structure, an opal structure, and an inverted opal structure. As the structural member constituting the three-dimensional skeleton, those having the properties (shape, etc.) described in the two-dimensional skeleton can be used as they are.
When the structure is a mesh structure, the shape of the mesh opening is, for example, circular or elliptical by a cylindrical member having a constant diameter, a prismatic member having a constant vertical and horizontal length, etc. , And the like which are polygons (regular triangles, squares, rhombuses, regular hexagons, etc.). Further, the mesh structure may be a structure having an opening of a predetermined shape as described above in a plate-shaped material, or a plurality of cylindrical members or prismatic members are arranged in parallel at equal intervals, and the same is formed thereon. It may be a periodic structure in which the columnar members are stacked in parallel at equal intervals and in different directions (for example, a woodpile structure shown in FIG. 5). In FIG. 5, the shape of the opening is a quadrangle, which is obtained by changing the arrangement of the prismatic members by 90 degrees for each stage. The third stage and the fourth stage may be at the same position so as to overlap the first stage and the second stage in the vertical direction, respectively, but if the opening is a square, the interval between the prismatic members is maintained. It may be shifted laterally. FIG. 5 corresponds to the latter. Further, the shape of the opening may be a triangle or the like. In addition, in order to provide regularity (symmetry), for example, when the shape of the opening is a quadrangle, it is preferable that the number of stacked stages is four. When the shape of the part is a triangle, it is preferable that the arrangement of prismatic members and the like is changed by 60 degrees for each stage and the number of stacked stages is three. Such a form maintains the regularity (symmetry) of the structure.
Moreover, it is preferable that the network structure has the same maximum length and area of adjacent openings. The maximum length of the opening is preferably 0.02λ to 0.84λ, more preferably 0.04λ to 0.42λ, when the wavelength of the applied elastic wave in the unit of the elastic wave reflection unit is represented by λ. is there. When the maximum length of the opening is less than 0.02λ or exceeds 0.84λ, there may be an incident angle that does not show a reflection effect.
[0012]
Also in the case where the structure portion has a diamond structure, the shape of each structural member is preferably a cylinder or a prism, and the size thereof can be the same as described above. In addition, the Yablonovite structure is a structure in which a quadrangular prism member is hollowed out. In this case, the size of the hollowed out portion can be the same as that of the square pillar member.
Furthermore, the opal structure is a structure in which spheres are stacked, and the diameter of the spheres can be the same as the diameter of the cylindrical member. The inverted opal structure is a structure in which the material portion and the void portion in the opal structure are reversed, and the diameter of the sphere in the void portion can be the same as the diameter of the cylindrical member.
[0013]
The constituent material of the structural part, that is, the structural member constituting the two-dimensional skeleton or the three-dimensional skeleton is not particularly limited, and the attenuation constant with respect to the wavelength λ of the target elastic wave is preferably 1 dB / λ or less, more preferably 10 ^-1 dB / λ or less, more preferably 10 ^-2 What is dB / λ or less can be used. Examples thereof include metals, alloys, ceramics, glass, and resins. These can be used alone or in combination of two or more. If the attenuation constant is too large, the elastic wave is absorbed and the reflection performance tends to be reduced.
[0014]
Examples of the metal include aluminum, copper, iron, magnesium, nickel, platinum, silver, stainless steel, titanium, zinc, tungsten, and tungsten carbide.
Examples of the alloy include brass, duralumin, and constantan.
Examples of the ceramic include oxides, double oxides, nitrides, carbides, and the like, and are not particularly limited. For example, alumina, LiNbO ₃ LiTaO ₃ , Li ₂ B ₄ O ₇ , Bi ₁₂ GeO ₂₀ , Lead zirconate titanate, lead titanate, zinc oxide and the like.
Examples of the glass include quartz glass, borosilicate glass, and soda glass.
Examples of the resin include acrylic resin, polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride.
Each of the above substances can be used alone or in combination of two or more.
In addition, as a material which comprises the said structure part, liquids, such as water and alcohol, gas, such as air and nitrogen, a vacuum, etc. may be sufficient. When these are used, the material constituting the other part is at least solid.
[0015]
The material constituting the other part is not particularly limited as long as it has an acoustic impedance different from that of the material constituting the structural part, and the materials exemplified as the material constituting the structural part can be used. Further, the ratio (x / y) or (y / x) between the acoustic impedance x of the material constituting the structural part and the acoustic impedance y of the material constituting the other part other than the structural part is preferably 1. It is 1 or more, more preferably 1.3 or more, still more preferably 1.5 or more, and particularly preferably 2 or more. In addition, when the ratio (x / y) or (y / x) is less than 1.1, the reflection performance with respect to elastic waves tends to be lowered.
[0016]
Examples of preferable combinations of the material (A) constituting the structural part and the material (A) constituting the other part are shown below. The numbers in parentheses are the acoustic impedance values for longitudinal waves (in units of 10 ⁶ N ・ s ・ m ^-3 ).
[1] (A) Copper (about 45) and (A) Aluminum (about 17)
[2] (A) Iron (about 46) and (A) Aluminum (about 17)
[3] (A) Nickel (about 54) and (A) Aluminum (about 17)
[4] (A) Copper (about 45) and (I) Duralumin (about 17)
[5] (A) Brass (about 41) and (A) Aluminum (about 17)
[6] (A) Copper (about 45) and (A) LiNbO ₃ (About 34)
[7] (A) Copper (about 45) and (I) Zinc oxide (about 36)
[8] (A) Copper (about 45) and (I) Lead zirconate titanate (about 35)
[9] (A) Copper (about 45) and (A) polymolybdenum fluoride (about 4).
When liquid and gas are used, only the longitudinal wave of the elastic wave is reflected. In the case of surface acoustic waves, quartz glass, LiNbO ₃ LiTaO ₃ , Li ₂ B ₄ O ₇ , Bi ₁₂ GeO ₂₀ However, since the attenuation constant depends on the direction, attention must be paid to the cut-out direction and the propagation direction.
[0017]
As the elastic wave reflection unit composed of the structure part and other parts as described above, for example, when the structure part is the woodpile structure shown in FIG. 5, the elastic wave reflection part unit 111 shown in FIG. 6 is used. . The elastic wave reflection unit 111 shown in FIG. 6 is composed of a structure part of a woodpile structure constituted by the structure member 111a and another part 111b, and has a rectangular parallelepiped shape.
[0018]
The thickness of the elastic wave reflection unit is usually dependent on the skeleton of the structure, that is, the size of each structural member. The thickness is preferably 0.05λ to 1.0λ, more preferably 0.1λ to 0.9λ mm, where λ is the wavelength in the applied elastic wave reflection unit. By setting the thickness, the elastic wave in a specific frequency band can be Bragg reflected with a high reflectance.
[0019]
The manufacturing method of the elastic wave reflection unit is not particularly limited, but a substrate made of a material constituting the structure part is used, and an etching method, a bonding method, and a dispersion method are used to form a desired skeleton. The structure part is formed by a method for self-aligning the microspheres, a method using microfabrication for each layer, a method using an optical modeling method, etc., and then using a material constituting the other part, The method of filling a space etc. is mentioned.
In addition, although the surface of the said elastic wave reflection part unit is a plane normally, a curved surface may be sufficient.
[0020]
The elastic wave reflection unit according to the present invention may be composed of the elastic wave reflection unit, or a stacked elastic wave reflection unit unit in which a plurality of elastic wave reflection units having the same configuration or different configurations are stacked. It may consist of.
The elastic wave reflecting unit itself has a high reflectivity with respect to an elastic wave having a specific frequency on its surface, and a laminated elastic wave reflecting unit unit in which two or more of the elastic wave reflecting unit units are laminated, By doing so, a high reflectance can be obtained for elastic waves in a wide frequency band without depending on the incident angle.
When laminating the elastic wave reflection unit, the same structure, structural member, constituent material, thickness, etc. may be used, or different structures (types) may be used. It is preferable to stack the elastic wave reflection unit.
When the elastic wave reflecting unit units having the same configuration are stacked to form a stacked elastic wave reflecting unit unit, the higher the number of the stacked layers, the higher the reflectance in a specific frequency band. In addition, when elastic wave reflection unit units having different configurations are stacked to form a laminated elastic wave reflection unit unit, it may be difficult to express a phase relationship suitable for reflection, but an elastic wave reflection unit unit having the same configuration may be used. A laminate obtained by further laminating a laminate obtained by laminating a plurality of (A) and a laminate obtained by laminating a plurality of elastic wave reflection unit (B) having a different configuration from the elastic wave reflection unit (A). The unit is preferably an elastic wave reflection unit. In this case, it is preferable that the number of layers of the elastic wave reflection unit (A) and (B) is the same. Thereby, it can be set as a laminated type elastic wave reflection unit unit that exhibits a high reflectance with respect to elastic waves in a wider frequency band.
The number of layers of each elastic wave reflection unit may be 2 or more, but is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and still more preferably 6 or more.
[0021]
When laminating elastic wave reflection unit units having a structure portion having a two-dimensional skeleton, the number of lamination is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, and still more preferably 6 or more. When laminating elastic wave reflection unit units having the same configuration including a structure portion having a two-dimensional skeleton, the elastic wave reflection unit units shown in FIGS. 2 to 4 may be laminated as they are, as shown in FIG. The elastic wave reflection unit may be stacked as shown in FIG. That is, the elastic wave reflection unit 111 may be laminated on the elastic wave reflection unit 111 by stacking the elastic wave reflection unit 111 in a direction different from the elastic wave reflection unit 111 by 90 degrees. The change in angle is not limited to 90 degrees.
For example, a laminated elastic wave reflection unit unit obtained by directly laminating the elastic wave reflection unit units shown in FIG. 2 has a phononic band gap capable of Bragg reflection of an elastic wave. That is, since it has a frequency band in which the elastic wave cannot propagate, the elastic wave in this frequency band is reflected when incident in parallel to the radial direction of the cylindrical member.
In the case of a structure other than the above, for example, the same applies to the laminated elastic wave reflection unit 112 as shown in FIG. 7, and the elastic wave reflection provided with a structure portion having a highly symmetrical regular skeleton. By laminating the unit, the frequency band in which the elastic wave cannot propagate can be obtained from the phononic band structure in the same manner as described above, and the laminated elastic wave reflecting unit having a high reflectance with respect to a predetermined elastic wave It can be a unit.
In addition, when laminating elastic wave reflection unit units having different structures and having a structure part having a two-dimensional skeleton, after laminating the elastic wave reflection unit units of the same configuration, further laminating the laminates, It is preferable to use a laminated elastic wave reflection unit.
[0022]
Moreover, when laminating | stacking an elastic wave reflection part unit provided with the structure part which has a three-dimensional frame | skeleton, Preferably the number of lamination | stacking is 3 or more, More preferably, it is 4 or more, More preferably, it is 6 or more.
When laminating elastic wave reflecting unit units having the same structure with a structure part having a three-dimensional skeleton, the above described elastic wave reflecting unit units may be laminated as they are, or they may be laminated one by one at different angles. Also good. The greater the number of layers, the higher the reflection performance that does not depend on the incident direction of the elastic wave, and the unit of the laminated elastic wave reflection unit obtained in a wide frequency band.
[0023]
In addition, when an elastic wave reflecting unit unit having a structure part having a three-dimensional skeleton and having a different structure is stacked, the elasticity of a certain structure is the same as in the case of an elastic wave reflecting unit unit having a structure part having a two-dimensional skeleton. The laminate of the wave reflection unit (A1) and another laminate of the elastic wave reflection unit (B1) having the same number of layers as the elastic wave reflection unit (A1) are stacked. It is preferable. If necessary, a laminate such as another elastic wave reflection unit (C1) may be laminated. As a result, a layered elastic wave reflector unit that maintains a phase relationship suitable for reflection inside the obtained laminated elastic wave reflector unit and exhibits high reflectivity for elastic waves in a wider frequency band. Can do.
[0024]
The elastic wave reflection unit or the laminated elastic wave reflection unit has a transmittance of 10 in a specific frequency band between 20 kHz and 10 GHz. ^-4 -10 ^-1 It can be.
[0025]
Next, a waveguide according to the present invention is surrounded by the elastic wave reflection part, communicates from one opening end of the elastic wave propagating body of the present invention to the other opening end, and is a path of the elastic wave.
The width and height of the waveguide are not particularly limited. For example, the waveguide is arranged inside an elastic wave reflection unit composed of an elastic wave reflection unit unit (thickness is L) including a two-dimensional skeleton as shown in FIG. Each is preferably in the range of 0.5 L to 2.5 L, more preferably 0.5 L to 1.5 L.
On the other hand, the same applies to the case where the elastic wave reflection part includes a three-dimensional skeleton. For example, when the thickness of one unit of the woodpile structure is L, the width and height are preferably 0.5 L to 2 respectively. .5L, more preferably in the range of 0.5L to 1.5L.
If it exists in the said range, it is suitable also with respect to any elastic wave of a longitudinal wave, a transverse wave, or a surface acoustic wave.
[0026]
Although the material which comprises the above is not specifically limited, It is preferable that it is the same as the material which comprises the other part contained in the said elastic wave reflection part.
[0027]
The method for producing an elastic wave propagating body of the present invention is not particularly limited. (1) A method in which a waveguide is made of a material constituting a waveguide, and the surroundings are surrounded by a material constituting an elastic wave reflecting portion, (2 ) A method of providing an elastic wave reflection portion in a portion other than the waveguide, and then filling the space that becomes the waveguide with a material constituting the waveguide, and (3) another portion included in the elastic wave reflection portion, When the material constituting the waveguide is the same, a structure made of this material is manufactured, and then the material constituting the structure part included in the elastic wave reflection part is filled in a desired position in the structure. Method, etc.
[0028]
According to the elastic wave propagating body of the present invention, since an elastic wave having a specific frequency is Bragg-reflected on the inner wall of the waveguide (surface of the elastic wave reflecting portion), the elastic wave is efficiently transmitted in the direction in which the waveguide communicates. Can be sent. Further, unlike a waveguide using total reflection, since it does not leak to the outside, the curvature can be increased, and a waveguide having a complicated path can be formed at a high density.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
Example 1
(1) Production of elastic wave reflecting member
Acoustic impedance is 17.3 × 10 ⁶ N ・ s ・ m ^-3 The attenuation constant for a frequency of 10 MHz is about 10 ^-4 A wood pile structure as shown in FIG. 5 is formed by using square bars having a length (t) of 5 mm, a width (w) of 5 mm, and a length of 50 mm. .6x10 ⁶ N ・ s ・ m ^-3 Using a square bar made of copper whose attenuation constant for a frequency of 10 MHz is 6.5 times that of aluminum, the space of the woodpile structure is filled (each square bar is joined by an adhesive), and this is used as the other part. An elastic wave reflecting member (impedance ratio; 2.58) as an elastic wave reflecting unit unit having a rectangular parallelepiped shape having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 20 mm was manufactured (see FIG. 6). The elastic wave reflecting member 111 in FIG. 6 is composed of a structural portion composed of a structural member 111a made of aluminum and another portion 111b made of copper.
Next, this elastic wave reflecting member was laminated as a unit by 4 units, thereby obtaining a laminated elastic wave reflecting member 112 having a thickness of 80 mm (see FIG. 8). FIG. 8 is a schematic side view (cross section) of the laminate of elastic wave reflecting members shown in FIG.
[0030]
(2) Evaluation of elastic wave reflecting member
The laminated elastic wave reflecting member obtained above is set vertically, and a longitudinal plane wave (frequency: 50 to 250 kHz) is vertically incident on the surface by an ultrasonic transmitter as shown in FIG. It was measured. The result is shown in FIG.
From FIG. 9, it can be seen that the transmittance decreases in the frequency band of 95 to 190 kHz, that is, the reflectance is high. In particular, it can be seen that the reflectance is remarkably high in the frequency band of 110 to 170 kHz.
[0031]
Example 2
The transmittance was measured in the same manner as described above using a laminated elastic wave reflecting member in which the length and width of the aluminum rod were both 9 mm and the thickness of 4 units was 36 mm.
[0032]
Example 3
The transmittance was measured in the same manner as described above using a laminated elastic wave reflecting member in which the length and width of the aluminum rod were further increased to 17.5 mm and the thickness of 4 units was 70 mm. .
[0033]
Using the measurement data obtained in Examples 1 to 3, the frequency band where the transmittance is 0.1 is extrapolated in the case where the thickness of the laminated elastic wave reflecting member is up to 320 mm, and FIG. Shown as the reflection area. From FIG. 10, by using a plurality of laminated elastic wave reflecting members having different thicknesses, it is possible to design a laminated elastic wave reflecting member exhibiting a high reflectance with respect to a desired wide frequency band.
[0034]
Example 4
(3) Performance evaluation based on the difference in acoustic impedance ratio
Using the laminated elastic wave reflecting member in which the vertical and horizontal lengths of the aluminum bar in Example 1 were both 9 mm and the thickness for 4 units was 36 mm, the transmittance was measured in the same manner as described above, For the peak observed near the frequency of 80 kHz, the frequency, transmittance, and half width of the peak were determined. The result is shown in FIG.
Next, using a laminated elastic wave reflecting member (impedance ratio: 1.56) having the same structure as described above, in which the material constituting the structural part is copper and the material constituting the other part is platinum, the above Similar measurements were made. The result is shown in FIG.
Furthermore, using a laminated elastic wave reflecting member (impedance ratio; 1.02) having the same structure as described above, in which the material constituting the structural part is copper and the material constituting the other part is constantan, the same as above Was measured. The result is shown in FIG.
From FIG. 11, it can be seen that the greater the acoustic impedance ratio, the better transmission suppression can be achieved in a wider frequency range.
[0035]
【The invention's effect】
According to the elastic wave propagating body of the present invention, since the elastic wave reflector having a high reflectivity with respect to an elastic wave having a specific frequency is provided, an elastic wave having a desired frequency can be efficiently propagated through the waveguide. it can. In addition, when an elastic wave reflecting portion having a specific configuration is provided, an elastic wave having a wide frequency band can be efficiently propagated through the waveguide without depending on the incident angle. Therefore, the waveguide can be formed with high density.
When the ratio of the acoustic impedance of the material constituting the structural part to the acoustic impedance of the material constituting the other part is 1.1 or more, a high reflectivity for an elastic wave in a wide frequency band can be obtained. it can.
Further, when the material constituting the structural part and the other part is at least one material selected from metal, alloy, ceramics, glass and resin, respectively, high reflectivity for elastic waves in a wide frequency band Can be obtained.
When the structure portion having the three-dimensional skeleton has a structure selected from a network structure, a diamond structure, a jabronovite structure, an opal structure, and an inverse opal structure, high reflection performance is obtained with respect to various incident angles of elastic waves. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory sectional view showing an example of an elastic wave propagating body of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view illustrating an example of an elastic wave reflection unit unit including a structure unit having a two-dimensional skeleton.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing another example of an elastic wave reflection unit having a structure having a two-dimensional skeleton.
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing another example of an elastic wave reflection unit having a structure portion having a two-dimensional skeleton.
FIG. 5 is an explanatory perspective view showing an example of a three-dimensional skeleton (wood pile structure) constituting the structure portion.
FIG. 6 is an explanatory perspective view showing an elastic wave reflection unit (elastic wave reflection member) including a structure portion having a three-dimensional skeleton (wood pile structure).
7 is an explanatory perspective view showing an example of a laminated elastic wave reflection unit unit in which the elastic wave reflection unit units shown in FIG. 2 are laminated. FIG.
FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view showing a laminated elastic wave reflecting member used in Examples.
9 is a graph showing elastic wave transmission characteristics of an elastic wave reflecting member in Example 1. FIG.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thickness of a laminated elastic wave reflecting member and a frequency band.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the impedance ratio of the material constituting the elastic wave reflecting member, the peak frequency, and the half width.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Elastic wave propagation body, 11, 11a and 11b; Elastic wave reflection part, 111; Elastic wave reflection part unit (elastic wave reflection member), 111a; Structural member, 111b; Other part, 112; Unit (laminated elastic wave reflecting member), 12; waveguide.

Claims

A structural part having a regular two-dimensional skeleton or a three-dimensional skeleton, an elastic wave reflection part including other parts other than the structure part, and a waveguide surrounded by the elastic wave reflection part, and through the waveguide An elastic wave propagating body that propagates an elastic wave, wherein the material constituting the structural part has an acoustic impedance different from that of the material constituting the other part.

2. The acoustic wave propagating body according to claim 1, wherein a ratio of an acoustic impedance of a material constituting the structural part to an acoustic impedance of a material constituting the other part is 1.1 or more.

The elastic wave propagating body according to claim 1 or 2, wherein the material constituting the structural part and the other part is at least one material selected from metals, alloys, ceramics, glass, and resins.

The elastic wave propagating body according to any one of claims 1 to 3, wherein the structure portion having the three-dimensional skeleton has a structure selected from a network structure, a diamond structure, a jabronovite structure, an opal structure, and an inverse opal structure.