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超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波スピーカUltrasonic transducer and ultrasonic speaker using the same

本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する静電型の超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波スピーカに関する。   The present invention relates to an electrostatic ultrasonic transducer that generates a constant high sound pressure over a wide frequency band, and an ultrasonic speaker using the same.

従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。
ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図10に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図10に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換(超音波の送信と受信)の両方を行う。図10に示すバイモルフ型の超音波トランスデューサは、2枚の圧電セラミック61および62と、コーン63と、ケース64と、リード65および66と、スクリーン67とから構成されている。
Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics.
Here, FIG. 10 shows a configuration of a conventional ultrasonic transducer. Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics as vibration elements. The ultrasonic transducer shown in FIG. 10 performs both the conversion from an electric signal to an ultrasonic wave and the conversion from an ultrasonic wave to an electric signal (transmission and reception of an ultrasonic wave) using a piezoelectric ceramic as a vibration element. The bimorph ultrasonic transducer shown in FIG. 10 includes two piezoelectric ceramics 61 and 62, a cone 63, a case 64, leads 65 and 66, and a screen 67.

圧電セラミック61および62は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード65とリード66が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。
The piezoelectric ceramics 61 and 62 are bonded to each other, and a lead 65 and a lead 66 are connected to a surface opposite to the bonded surface, respectively.
Since the resonance type ultrasonic transducer uses the resonance phenomenon of the piezoelectric ceramic, the transmission and reception characteristics of the ultrasonic wave are good in a relatively narrow frequency band around the resonance frequency.

上述した図10に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからPull型と呼ばれている。
図11に広帯域発振型超音波トランスデューサ(Pull型)の具体的構成を示す。
Unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 10 described above, an electrostatic ultrasonic transducer is conventionally known as a broadband oscillation ultrasonic transducer capable of generating a high sound pressure over a high frequency band. This electrostatic ultrasonic transducer is called a pull type because it works only in the direction in which the vibrating membrane is attracted to the fixed electrode side.
FIG. 11 shows a specific configuration of a broadband oscillation type ultrasonic transducer (Pull type).

図11に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として3〜10μm程度の厚さのPET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)等の誘電体131(絶縁体)を用いている。誘電体131に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極132がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極133が誘電体131の下面部に接触するように設けられている。この下電極133は、リード152が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板135に固定されている。 The electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 11 uses a dielectric 131 (insulator) such as PET (polyethylene terephthalate resin) having a thickness of about 3 to 10 μm as a vibrating body. An upper electrode 132 formed as a metal foil such as aluminum is integrally formed on the upper surface of the dielectric 131 by a process such as vapor deposition, and a lower electrode 133 formed of brass is formed on the lower surface of the dielectric 131. It is provided so that it may contact a part. The lower electrode 133 is connected to a lead 152 and is fixed to a base plate 135 made of bakelite or the like.

また、上電極132は、リード153が接続されており、このリード153は直流バイアス電源150に接続されている。この直流バイアス電源150により上電極132には50〜150V程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極132が下電極133側に吸着されるようになっている。151は信号源である。   The upper electrode 132 is connected to a lead 153, and the lead 153 is connected to the DC bias power supply 150. The DC bias power supply 150 constantly applies a DC bias voltage for attracting the upper electrode of about 50 to 150 V to the upper electrode 132 so that the upper electrode 132 is attracted to the lower electrode 133 side. Reference numeral 151 denotes a signal source.

誘電体131および上電極132ならびにベース板135は、メタルリング136、137、および138、ならびにメッシュ139とともに、ケース130によってかしめられてる。
下電極133の誘電体131側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μm程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極133と誘電体131との間の空隙となるので、上電極132および下電極133間の静電容量の分布が微小に変化する。
The dielectric 131, the upper electrode 132, and the base plate 135 are caulked by the case 130 together with the metal rings 136, 137, and 138 and the mesh 139.
On the surface of the lower electrode 133 on the dielectric 131 side, a plurality of minute grooves of about several tens to several hundreds μm having a non-uniform shape are formed. Since this minute groove becomes a gap between the lower electrode 133 and the dielectric 131, the electrostatic capacity distribution between the upper electrode 132 and the lower electrode 133 changes minutely.

このランダムな微小な溝は、下電極133の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図7に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図8において曲線Q1に示すように広帯域となっている。 These random minute grooves are formed by manually roughing the surface of the lower electrode 133 with a file. In the electrostatic ultrasonic transducer, the frequency characteristics of the ultrasonic transducer shown in FIG. 7 are shown by a curve Q1 in FIG. 8 by forming innumerable capacitors having different gap sizes and depths. Broadband.

上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極132に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極12と下電極133との間に矩形波信号(50〜150Vp-p)が印加されるようになっている。因みに、図8に曲線Q1で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数(圧電セラミックの共振周波数)が例えば、40kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±5kHzの周波数において最大音圧に対して−30dBである。これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、40kHzから100kHz付近まで平坦で、100kHzで最大音圧に比して±6dB程度である(特許文献1、2参照)。
特開2000−50387号公報 特開2000−50392号公報
In the ultrasonic transducer having the above configuration, a rectangular wave signal (50 to 150 Vp-p) is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 133 in a state where a DC bias voltage is applied to the upper electrode 132. Yes. Incidentally, as shown by the curve Q1 in FIG. 8, the frequency characteristic of the resonance type ultrasonic transducer has a center frequency (resonance frequency of the piezoelectric ceramic) of, for example, 40 kHz, and ± 5 kHz with respect to the center frequency that is the maximum sound pressure. -30 dB with respect to the maximum sound pressure at a frequency of. On the other hand, the frequency characteristics of the broadband oscillation type ultrasonic transducer having the above configuration are flat from 40 kHz to near 100 kHz, and are about ± 6 dB compared to the maximum sound pressure at 100 kHz (see Patent Documents 1 and 2). .
JP 2000-50387 A JP 2000-50392 A

上述したように、図10に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図11に示す静電方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ(Pull型)として知られている。
しかしながら、音圧の最大値は図12に示すように、共振型の超音波トランスデューサが130dB以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは120dB以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。
As described above, unlike the resonance ultrasonic transducer shown in FIG. 10, the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 11 can generate a relatively high sound pressure over a wide frequency band. It is known as a broadband ultrasonic transducer (Pull type).
However, as shown in FIG. 12, the maximum value of the sound pressure is 120 dB or less for the electrostatic ultrasonic transducer as compared to 130 dB or more for the resonance ultrasonic transducer, and the sound pressure is low as an ultrasonic speaker. Sound pressure was slightly insufficient to use.

ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号(可聴周波数帯の信号)でAM変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、空気の非線形により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。 Here, the ultrasonic speaker will be described. By applying AM modulation to an ultrasonic frequency band signal called a carrier wave with an audio signal (audible frequency band signal) and driving the ultrasonic transducer with this modulation signal, the ultrasonic wave was modulated with the audio signal of the signal source. The sound wave of the state is radiated into the air, and the original audio signal is self-regenerated in the air due to the nonlinearity of air.

つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分が顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波)と可聴波(元オーディオ信号)に波形分離され、我々人間は20kHz以下の可聴音(元オーディオ信号)のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。 In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse parts of the air appear prominently in the process of the modulated ultrasonic waves propagating, and the dense parts have high sound speed and sparseness. Since the speed of sound is slow in this part, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic wave) and an audible wave (original audio signal), and we humans audible sound below 20 kHz (original audio signal) This is the principle that only listening can be heard, and it is generally called the parametric array effect.

上記のパラメトリック効果が十分現れるためには120dB以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱらPZTなどのセラミック圧電素子やPVDFなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
In order for the above parametric effect to appear sufficiently, an ultrasonic sound pressure of 120 dB or more is required. However, it is difficult to achieve this value with an electrostatic ultrasonic transducer, and ceramic piezoelectric elements such as PZT, PVDF, etc. The polymer piezoelectric element has been used as an ultrasonic transmitter.
However, since the piezoelectric element has a sharp resonance point regardless of the material, and is practically used as an ultrasonic speaker by being driven at the resonance frequency, the frequency region where a high sound pressure can be secured is extremely narrow. That is, it can be said that it is a narrow band.

一般に、人間の最大可聴周波数帯域は20Hz〜20kHzと云われており約20kHzの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で20kHzの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この20kHzという広帯域を忠実に再生(復調)することは困難であることは容易に理解できるであろう。 Generally, the maximum human audible frequency band is said to be 20 Hz to 20 kHz, and has a band of about 20 kHz. That is, in an ultrasonic speaker, it is impossible to faithfully demodulate the original audio signal unless a high sound pressure is ensured over a frequency band of 20 kHz in the ultrasonic region. It can be easily understood that it is difficult to faithfully reproduce (demodulate) this 20 kHz wide band with a conventional resonance type ultrasonic speaker using a piezoelectric element.

実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、(1)帯域が狭く再生音質が悪い、(2)AM変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも0.5程度までしか変調度を上げられない、(3)入力電圧を上げると(ボリュームを上げると)圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、(4)アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。 In fact, in an ultrasonic speaker using a conventional resonance type ultrasonic transducer, (1) the reproduction frequency is narrow with a narrow band, and (2) the demodulated sound is distorted if the AM modulation degree is increased too much, so the maximum is only about 0.5. The degree of modulation cannot be increased. (3) When the input voltage is increased (when the volume is increased), the vibration of the piezoelectric element becomes unstable and the sound is broken. When the voltage is further increased, the piezoelectric element itself is liable to be destroyed, and (4) it is difficult to make an array, enlargement, and miniaturization.

これに対し,図11に示した静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。
また、Pull型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜(図7における上電極132に相当する。)の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。
On the other hand, the ultrasonic speaker using the electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) shown in FIG. 11 can substantially solve the above-mentioned problems of the prior art, but it can cover a wide band, but the demodulated sound is not generated. There was a problem that the absolute sound pressure was insufficient for the volume to be sufficient.
In the Pull type ultrasonic transducer, the electrostatic force works only in the direction of attracting only to the fixed electrode side, and the symmetry of vibration of the vibration film (corresponding to the upper electrode 132 in FIG. 7) is not maintained. When used for an acoustic speaker, there has been a problem that the vibration of the diaphragm directly generates an audible sound.

さらに、安定した膜振動を実現するためには、上電極の振動薄膜と下電極(固定電極)のバルク材料を吸着するために数百Vの直流バイアス電圧を、また薄膜を振動させる為の100Vを超える交流電圧を必要としていた。これらの電圧は高電圧であり、危険性もさることながら装置の大型化/高パワー化/高コスト化を招いていた。
また、振動薄膜と、固定電極間に印加する電圧を抑えると、膜振動が不安定になり、場所ごとに振幅や位相が不揃いの振動を引き起こしてしまうため、膜振動エネルギーを有効に空中に超音波エネルギーとして放出することができなかった
Furthermore, in order to realize stable membrane vibration, a DC bias voltage of several hundred volts is used to adsorb the bulk material of the vibrating thin film of the upper electrode and the lower electrode (fixed electrode), and 100 V for vibrating the thin film. Needed an AC voltage exceeding. These voltages are high voltages, leading to an increase in size / power / cost of the apparatus as well as danger.
In addition, if the voltage applied between the vibrating thin film and the fixed electrode is suppressed, the membrane vibration becomes unstable and causes vibration with irregular amplitude and phase at each location. Could not be released as sonic energy

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができ、かつ振動膜の膜振動エネルギー(音響エネルギー)の有効活用を図った超音波トランスデューサ及びこれを用いた超音波スピーカを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can generate an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band, and the membrane vibration of the diaphragm An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer and an ultrasonic speaker using the ultrasonic transducer that effectively utilize energy (acoustic energy).

上記目的を達成するために本発明の超音波トランスデューサは、複数の穴を有する第1の固定電極と、前記第1の固定電極と対をなす複数の穴を有する第2の固定電極と、前記第1の固定電極と前記第2の固定電極とからなる一対の固定電極に挟まれて保持されるとともに、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、を有し、前記第2の固定電極の前記複数の穴は前記振動膜を介して前記第1の固定電極の前記複数の穴と対向する位置に全て,または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加され、前記一対の固定電極の第一の面に音響反射板を有することを特徴とする。 Ultrasonic transducer of the present invention in order to achieve the above object, a second fixed electrode having a first fixed electrode having a plurality of holes, a plurality of holes forming the first fixed electrode and the counter, wherein first clamping or are held by the fixed electrode and the pair of fixed electrodes and a second fixed electrode Rutotomoni has a conductive layer, and a vibrating membrane to which a DC bias voltage to the conductive layer is applied, the a, wherein the plurality of holes of the second fixed electrode are all at a position opposite to the plurality of holes of the first fixed electrode through the vibrating membrane, or the majority is formed, the fixation of the pair between the electrodes an AC signal is applied, and having an acoustic reflector on the first surface of the pair of fixed electrodes.

上記構成からなる本発明の超音波トランスデューサでは、第1の固定電極と、第2の固定電極の対向する位置に複数の穴を有し、振動膜の導電層に直流バイアス電圧が印加された状態で、第1、第2の固定電極からなる一対の固定電極に駆動信号である交流信号が印加されるために、一対の固定電極に挟持された振動膜は、交流信号の極性に応じた方向において、静電吸引力と静電斥力が同方向に同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリック効果を得るのに十分大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。
また、振動膜の振動により第1、第2の固定電極が有する複数の穴より超音波トランスデューサの前面側及び背面側に超音波周波数帯の音響信号(超音波)が出力される。超音波トランスデューサの背面(第一の面)側に出力される音響信号は上記音響反射板により位相が揃った状態で超音波トランスデューサの前方に放射されるので、超音波トランスデューサの前面側に放射される超音波のみならず、超音波トランスデューサの背面(第一の面)側に放射される超音波も利用でき、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention having the above-described configuration, the first fixed electrode and the second fixed electrode have a plurality of holes at opposing positions, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer of the vibrating membrane. Thus, since an AC signal as a drive signal is applied to the pair of fixed electrodes including the first and second fixed electrodes, the vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes has a direction corresponding to the polarity of the AC signal. Since the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force are simultaneously received in the same direction, the vibration of the vibrating membrane can be made large enough to obtain a parametric effect, and the symmetry of the vibration is ensured. Sound pressure can be generated over a wide frequency band.
Further, acoustic signals (ultrasonic waves) in the ultrasonic frequency band are output from the plurality of holes of the first and second fixed electrodes to the front side and the back side of the ultrasonic transducer due to the vibration of the vibrating membrane. The acoustic signal output to the back surface (first surface) side of the ultrasonic transducer is radiated to the front side of the ultrasonic transducer in a state where the phases are aligned by the acoustic reflector, so that it is radiated to the front side of the ultrasonic transducer. In addition to ultrasonic waves, ultrasonic waves radiated to the back surface (first surface) side of the ultrasonic transducer can be used, and the membrane vibration energy of the vibration membrane can be effectively utilized to the maximum.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面の前記複数の穴の開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で前記超音波トランスデューサの第二の面に放射される位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で前記超音波トランスデューサの第二の面に放射されるように配置されているため、超音波トランスデューサの第一の面側に出力される音響信号は上記音響反射板により位相が揃った状態で超音波トランスデューサの前方(第二の面側)に放射されるので、超音波トランスデューサの第二の(前面)側に放射される超音波のみならず、超音波トランスデューサの第一の面(背面側に放射される超音波も利用でき、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the acoustic reflector may be configured such that the ultrasonic waves radiated from the openings of the plurality of holes on the first surface of the ultrasonic transducer all pass through the same length path. It is arranged at a position radiated to the second surface of the transducer.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the acoustic reflector is configured such that the ultrasonic waves radiated from the openings of the first surface of the ultrasonic transducer all have the same length in the path of the ultrasonic transducer . Since it is arranged to be radiated to the second surface, the acoustic signal output to the first surface side of the ultrasonic transducer is in front of the ultrasonic transducer (first 2) , the ultrasonic wave radiated not only on the second surface (front surface) side of the ultrasonic transducer but also on the first surface ( back surface ) side of the ultrasonic transducer . Sound waves can also be used, and the diaphragm vibration energy of the diaphragm can be utilized to the maximum extent possible.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として前記超音波トランスデューサの第一の面の両側に対して45°の角度で配置され他端が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さを有する一対の第1の反射板と、前記一対の第1の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板とを有することを特徴とする。 The ultrasonic transducer of the present invention, the acoustic reflector, the located one end to the center position of the first surface of the ultrasonic transducer, the first surface of the ultrasonic transducer to said center position as a reference A pair of first reflectors disposed at an angle of 45 ° with respect to both sides and having the other end coincident with the end of the ultrasonic transducer; and the ends of the pair of first reflectors; A pair of second reflectors each having a right angle and connected in the outer direction of the first reflector and having a length equal to the length of the first reflector is provided.

このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、超音波トランスデューサの背面に放射された超音波は、超音波トランスデューサの第一の(背面)の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として前記超音波トランスデューサの第一の面の両側に対して45°の角度で配置され他端が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さを有する一対の第1の反射板により水平方向に反射され、前記一対の第1の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板で超音波トランスデューサの前面に向けて反射され、反射経路が同一の経路長となるように反射される。したがって、超音波トランスデューサの第一の面(背面側に出力される音響信号は上記音響反射板により位相が揃った状態で超音波トランスデューサの前方に放射されるので、超音波トランスデューサの前面側に放射される超音波のみならず、超音波トランスデューサの背面側に放射される超音波も利用でき、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができる。 In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, one end of the ultrasonic wave radiated to the back surface of the ultrasonic transducer is located at the center position of the first surface (back surface) of the ultrasonic transducer , and the center position is As a reference, a horizontal direction is provided by a pair of first reflectors arranged at an angle of 45 ° with respect to both sides of the first surface of the ultrasonic transducer and having the other end coincident with the end of the ultrasonic transducer. And is connected to the outside of the first reflecting plate at an angle perpendicular to the end portions of the pair of first reflecting plates and has a length equivalent to the length of the first reflecting plate. The light is reflected toward the front surface of the ultrasonic transducer by the pair of second reflecting plates, and reflected so that the reflection paths have the same path length. Therefore, since the acoustic signal output to the first surface ( back surface ) side of the ultrasonic transducer is radiated in front of the ultrasonic transducer in a state where the phases are aligned by the acoustic reflector, Not only the radiated ultrasonic waves but also the ultrasonic waves radiated to the back side of the ultrasonic transducer can be used, and the membrane vibration energy of the vibrating membrane can be effectively utilized to the maximum extent.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面のいずれか一方の端部に一端が位置し、該一方の端部から前記超音波トランスデューサの第一の面の他方の端部方向に45°の角度で配置され、その他端が前記超音波トランスデューサの他方の端部と一致する長さを有する第1の反射板と、前記第1の反射板の他端に直角の角度をなして前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する第2の反射板とを有することを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、超音波トランスデューサの第一の面(背面に放射された超音波は、超音波トランスデューサの第一の面(背面のいずれか一方の端部に一端が位置し、該一方の端部から前記超音波トランスデューサの第一の面(背面の他方の端部方向に45°の角度で配置され、その他端が前記超音波トランスデューサの他方の端部と一致する長さを有する第1の反射板により、水平方向に反射され、この反射波は、前記第1の反射板の他端に直角の角度をなして前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する第2の反射板により反射されて超音波トランスデューサの前面に位相の揃った状態で放射される。したがって、超音波トランスデューサの前面側に放射される超音波のみならず、超音波トランスデューサの背面側に放射される超音波も利用でき、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができる。
In the ultrasonic transducer of the present invention, one end of the acoustic reflector is located at one end of the first surface of the ultrasonic transducer , and the first end of the ultrasonic transducer from the one end . A first reflector that is disposed at an angle of 45 ° in the direction of the other end of the one surface, and has a length that the other end coincides with the other end of the ultrasonic transducer; and the first reflector And a second reflecting plate connected to the outside of the first reflecting plate at a right angle to the other end of the first reflecting plate and having a length equivalent to the length of the first reflecting plate.
In the ultrasonic transducer of the present invention having such a configuration, ultrasonic waves emitted to the first surface of the ultrasonic transducer (back) is one end of the first surface of the ultrasonic transducer (rear) One end of the ultrasonic transducer is disposed at an angle of 45 ° from the one end to the other end of the first surface ( back surface ) of the ultrasonic transducer, and the other end is the other end of the ultrasonic transducer. The reflected light is reflected in the horizontal direction by the first reflecting plate having a length that matches the portion, and the reflected wave forms an angle perpendicular to the other end of the first reflecting plate and is outside the first reflecting plate. It is reflected by a second reflector that is connected in the direction and has a length equal to the length of the first reflector, and is emitted in phase with the front surface of the ultrasonic transducer. Therefore, not only the ultrasonic wave radiated to the front surface side of the ultrasonic transducer but also the ultrasonic wave radiated to the back surface side of the ultrasonic transducer can be used, and the membrane vibration energy of the vibration membrane can be utilized to the maximum extent. .

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面の中心位置を基準として前記超音波トランスデューサの第一の面の両側に対して45°の角度で配置され、その端部が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さの母線を有する円錐形状の第1の反射板と、前記第1の反射板の母線と直角の角度をなして前記第1の反射板の外側へ接続される前記第1の反射板長と同等の長さの母線を有する円錐台形状の第2の反射板とを有することを特徴とする
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、超音波トランスデューサの第一の面(背面に放射された超音波は、超音波トランスデューサ背面の中心位置を基準として前記超音波トランスデューサ第一の面(背面の両側に対して45°の角度で配置され、その端部が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さの母線を有する円錐形状の第1の反射板により水平方向に反射され、この反射波は、前記第1の反射板の母線と直角の角度をなして前記第1の反射板の外側へ接続される前記第1の反射板長と同等の長さの母線を有する円錐台形状の第2の反射板により反射されて超音波トランスデューサの前面に位相の揃った状態で放射される。したがって、超音波トランスデューサの前面側に放射される超音波のみならず、超音波トランスデューサの背面側に放射される超音波も利用でき、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができる。
The ultrasonic transducer of the present invention, the acoustic reflector, the at 45 ° angle to both sides of the first surface of the ultrasonic transducer with respect to the center position of the first surface of the ultrasonic transducer A first reflector having a conical shape, the end of which has a generatrix whose length coincides with the end of the ultrasonic transducer, and an angle perpendicular to the generatrix of the first reflector. And a frustoconical second reflector having a generatrix having a length equivalent to the length of the first reflector connected to the outside of the first reflector. of the ultrasonic transducer, the first surface ultrasonic waves emitted (the back) of the ultrasonic transducer, both of the reference to the center position of the rear ultrasonic transducer ultrasonic transducer first face (back) Is reflected at a horizontal direction by a first reflecting plate having a conical shape having a generatrix whose length is coincident with the end of the ultrasonic transducer. A second truncated conical shape having a bus bar having a length equal to the length of the first reflector plate connected to the outside of the first reflector plate at an angle perpendicular to the bus bar of the first reflector plate. And is radiated to the front surface of the ultrasonic transducer in a phase-aligned state. Therefore, not only the ultrasonic wave radiated to the front surface side of the ultrasonic transducer but also the ultrasonic wave radiated to the back surface side of the ultrasonic transducer can be used, and the membrane vibration energy of the vibration membrane can be utilized to the maximum extent. .

また、本発明の超音波トランスデューサ請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の超音波トランスデューサにおいて、前記音響反射板における反射面の凹凸形状のサイズは、前記超音波トランスデューサから放射される超音波の波長以下であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、音響反射板における反射面の凹凸形状のサイズは、前記超音波トランスデューサから放射される超音波の波長以下であるため、超音波が吸収されずに、有効に反射させることができる。
The ultrasonic transducer according to a sixth aspect of the present invention is the ultrasonic transducer according to any one of the first to fifth aspects, wherein the size of the concavo-convex shape of the reflecting surface of the acoustic reflector is the ultrasonic wave. It is less than the wavelength of the ultrasonic wave radiated from the transducer.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the size of the uneven shape of the reflection surface of the acoustic reflector is equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer, so that the ultrasonic wave is not absorbed. , Can be reflected effectively.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有する穴は、円柱状貫通穴であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の固定電極が有する円柱状の貫通穴を介して放射される。この円柱状貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有するが、振動膜と対向する電極部分が固定電極側に存在しないために振動膜の導電層との間に作用する静電力が弱いという欠点を有している。
The ultrasonic transducer of the present invention, the hole where the pair of fixed electrodes has is characterized by a cylindrical through-hole.
In the ultrasonic transducer of the present invention having such a configuration, ultrasonic waves generated by the vibration of the vibrating film are radiated via the cylindrical through-hole having a pair of fixed electrodes. The cylindrical through-hole has the advantage that production is simplest, electrostatic force acting between the conductive layer of the vibrating film to the vibrating film facing the electrode portion is not present in the fixed electrode side It has the disadvantage of being weak.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有する穴は、直径および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの同心円柱状の穴が連なっ貫通穴であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電極直径および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの同心円柱状の穴が連なった貫通穴を有している。したがって、一対の固定電極が有する上記二種類以上のサイズの同心円柱状の各穴の縁部分に並行する固定電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されるため、平行コンデンサが形成される。したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the holes of the pair of fixed electrodes are through holes in which concentric cylindrical holes of at least two types having different diameters and depths are connected . .
The ultrasonic transducer of the present invention is configured as a pair of fixed electrodes has a through-hole continuous concentric cylindrical holes of at least two kinds of different size, each diameter and depth. Therefore, since the fixed electrode portion parallel to the edge portion of each of the two or more types of concentric cylindrical holes of the pair of fixed electrodes is configured to face the conductive layer of the vibrating membrane, a parallel capacitor is formed. The Accordingly, the vibration film can be vibrated greatly because the portion of the vibration film facing the edge of each hole is lifted and a pulling force is applied at the same time.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有する穴は断面がテーパー状であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電が、断面がテーパー状の貫通穴を有しているため、この固定電極のテーパー部分が、振動膜の導電層と対向するように構成され、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記固定電極のテーパー部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
The ultrasonic transducer of the present invention, the hole where the pair of fixed electrodes has is characterized in that cross-section is tapered.
In the ultrasonic transducer according to the present invention configured as described above, since the pair of fixed electricity has a through hole having a tapered cross section, the tapered portion of the fixed electrode is opposed to the conductive layer of the vibrating membrane. The parallel capacitor is formed.
Accordingly, the vibration film portion facing the taper portion of the fixed electrode is lifted and at the same time a pulling force acts, so that the vibration of the vibration film can be increased.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有する穴は、平面が矩形状の貫通穴であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜の振動により発生する超音波が一対の固定電極が有する平面が矩形状の貫通穴を介して放射される。この平面が矩形状貫通穴は、製造が最も簡単であるという長所を有するが、振動膜と対向する電極部分が固定電極側に存在しないために振動膜の導電層との間に作用する静電力が弱いという欠点を有している。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the holes of the pair of fixed electrodes are through holes having a rectangular plane.
In the ultrasonic transducer of the present invention having such a configuration, ultrasonic waves generated by the vibration of the vibrating membrane, a plane having a pair of fixed electrodes is emitted through the rectangular through-hole. Static This plane is rectangular through hole has the advantage that production is simplest, acting between the conductive layer of the vibrating film to the vibrating film facing the electrode portion is not present in the fixed electrode side It has the disadvantage that power is weak.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有するた穴は、同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状の穴が連なっ貫通穴であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電極同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上のサイズの矩形状の穴が連なった貫通穴を有する。したがって、一対の固定電極が有する上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する固定電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されるため、平行コンデンサが形成される。したがって、振動膜の前記各穴の縁部分に対向する部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the holes formed in the pair of fixed electrodes are rectangular holes having at least two types of sizes formed on the same center line and having the same length and different widths and depths. It is the through-hole which continued.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes are formed on the same center line, and are connected with rectangular holes of at least two types of sizes having the same length and different widths and depths. having a through-hole. Accordingly, since the fixed electrode portion parallel to the edge portion of each of the two or more types of rectangular holes of the pair of fixed electrodes is configured to face the conductive layer of the vibrating membrane, a parallel capacitor is formed. The Therefore, the vibration film can be vibrated greatly because the part of the vibration film facing the edge of each hole is lifted and the pulling force acts at the same time.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極が有する矩形状の貫通穴は断面がテーパー状であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電極が、平面が矩形状で、かつ断面がテーパー状の貫通穴を有するため、この固定電極のテーパー部分が、振動膜の導電層と対向するように構成されるので、平行コンデンサが形成される。
したがって、前記固定電極のテーパー部分に対向する振動膜の部分が、持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜の振動を大きくすることができる。
The ultrasonic transducer of the present invention, a rectangular through hole in which the pair of fixed electrodes has is characterized in that cross-section is tapered.
In the ultrasonic transducer according to the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes has a through hole having a rectangular plane and a tapered cross section. Therefore, the tapered portion of the fixed electrode is a conductive layer of the vibrating membrane. Therefore, a parallel capacitor is formed.
Accordingly, the vibration film portion facing the taper portion of the fixed electrode is lifted and at the same time a pulling force acts, so that the vibration of the vibration film can be increased.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記固定電極が有する穴は、振動膜の反対側に対して振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅いことを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、固定電極が有する穴は、振動膜の反対側に対して振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの同心円柱状の各穴の縁部分に並行する固定電極部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
The ultrasonic transducer of the present invention is characterized in that the hole of the fixed electrode has a larger hole diameter and a shallower depth on the vibration film side than the opposite side of the vibration film.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, since the hole of the fixed electrode has a larger hole diameter on the vibration film side and a shallower depth than the opposite side of the vibration film, the two or more types described above Since the parallel capacitor is formed by configuring the fixed electrode portion parallel to the edge portion of each concentric cylindrical hole of the size to face the conductive layer of the vibrating membrane, electrostatic force acting on the conductive layer of the vibrating membrane is formed. The suction force and electrostatic repulsion can be increased.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記固定電極が有する矩形穴は、振動膜の反対側に対して振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅いことを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、固定電極が有する矩形穴は、振動膜の反対側に対して振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅いので、上記二種類以上のサイズの矩形状の各穴の縁部分に並行する固定電極部分、または固定電極のテーパー部分が振動膜の導電層と対向するように構成されることにより平行コンデンサが形成されるので、振動膜の導電層に働く静電吸引力及び静電斥力を大きくすることができる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the rectangular hole of the fixed electrode has a larger width and a shallower depth on the vibration film side than the opposite side of the vibration film.
In the ultrasonic transducer of the present invention having such a configuration, a rectangular hole having the fixed electrode, the width in the direction of the vibrating film side of the opposite side of the diaphragm is large, so and the depth is shallow, the two or more Since the parallel capacitor is formed by configuring the fixed electrode portion parallel to the edge portion of each rectangular hole of the size or the taper portion of the fixed electrode to face the conductive layer of the vibration membrane, the vibration membrane The electrostatic attractive force and electrostatic repulsive force acting on the conductive layer can be increased.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記複数個の貫通穴は、各々同一サイズであることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電極各々、同一サイズの貫通穴を有する。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the plurality of through holes may have the same size.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, each of the pair of fixed electrodes has a through hole of the same size. Therefore, drilling is easy and the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有することを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、一対の固定電極において各々、対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズの貫通穴を有している。したがって、穴加工が容易であり、製造コストの低減が図れる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the plurality of through holes have the same size at positions facing each other and have a plurality of hole sizes.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes have the same size at the opposed positions and have through holes having a plurality of hole sizes. Therefore, drilling is easy and the manufacturing cost can be reduced.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極は、単一の導電性部材からなることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記一対の固定電極は、単一の導電性部材、例えば、SUS、真鍮、鉄、ニッケル等の導電材料で形成することができる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the pair of fixed electrodes are made of a single conductive member.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes can be formed of a single conductive member, for example, a conductive material such as SUS, brass, iron, or nickel.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極は、複数の導電性部材からなることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記一対の固定電極は、複数の導電性部材で形成することができる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the pair of fixed electrodes includes a plurality of conductive members.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes can be formed of a plurality of conductive members.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極は、導電性部材と絶縁部材からなることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記一対の固定電極は、導電性部材と絶縁部材から構成される。例えば、ガラスエポキシ基板や紙フェノール基板等の絶縁部材に所望の穴加工をした後、ニッケルや金、銀、銅等でメッキ処理をすることにより、固定電極を導電性部材と絶縁部材で形成することができる。これにより、超音波トランスデューサの軽量化が図れる。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the pair of fixed electrodes includes a conductive member and an insulating member.
In the ultrasonic transducer according to the present invention configured as described above, the pair of fixed electrodes includes a conductive member and an insulating member. For example, after forming a desired hole in an insulating member such as a glass epoxy substrate or a paper phenol substrate, the fixed electrode is formed of a conductive member and an insulating member by plating with nickel, gold, silver, copper, or the like. be able to. Thereby, the weight of the ultrasonic transducer can be reduced.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの両面に電極層を有する薄膜であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜は絶縁性高分子フィルムの両面に電極層を有している。そしてこの場合に後述するように振動膜に対向する固定電極側には絶縁層が設けられる。したがって、振動膜の作製が容易になる。
In the ultrasonic transducer of the present invention, the vibration film is a thin film having electrode layers on both surfaces of an insulating polymer film.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the vibrating membrane has electrode layers on both sides of the insulating polymer film. In this case, an insulating layer is provided on the fixed electrode side facing the vibration film, as will be described later. Therefore, the vibration film can be easily manufactured.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜は、電極層が2枚の絶縁性高分子フィルムで挟むように形成された薄膜であることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、電極層を絶縁層(絶縁高分子フィルム)で挟むように振動膜が形成される。したがって、固定電極側の絶縁処理が不要になり、超音波トランスデューサの製造が容易になる。また、振動膜に対する固定電極の配置の対称性の確保が容易になる。
In the ultrasonic transducer of the present invention, the vibration film is a thin film formed such that an electrode layer is sandwiched between two insulating polymer films.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the vibration film is formed so that the electrode layer is sandwiched between insulating layers (insulating polymer film). Accordingly, the insulation treatment on the fixed electrode side becomes unnecessary, and the manufacture of the ultrasonic transducer becomes easy. In addition, it becomes easy to ensure the symmetry of the arrangement of the fixed electrodes with respect to the vibration membrane.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜は、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層を有する薄膜を2枚使用し、各々電極層同士を密着させて構成されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、絶縁性高分子フィルムの片面に電極層を有する薄膜を2枚使用し、各々電極層同士を密着させることにより振動膜が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the vibrating membrane is formed by using two thin films having an electrode layer on one side of an insulating polymer film, and the electrode layers are in close contact with each other. To do.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the vibration film is formed by using two thin films having electrode layers on one side of the insulating polymer film and bringing the electrode layers into close contact with each other. Therefore, the vibration film can be easily manufactured.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜は、エレクトレットフィルムを用いていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記振動膜は、エレクトレットフィルムが用いられる。この場合に固定電極側には絶縁層が形成される。したがって、振動膜の作製が容易となる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the vibrating membrane uses an electret film.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, an electret film is used as the vibration film. In this case, an insulating layer is formed on the fixed electrode side. Therefore, the vibration film can be easily manufactured.

また、本発明の超音波トランスデューサは、絶縁性高分子フィルムの両面に電極層を有する振動膜、またはエレクトレットフィルムを使用した振動膜を用いる場合は、前記一対の固定電極の各々の振動膜側に電気的絶縁処理を施すことを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、振動膜として絶縁層(絶縁フィルム)の両面に導電層(電極層)を有する振動膜を使用する場合、あるいは振動膜としてエレクトレットフィルムを使用する場合には固定電極の振動膜側に電気的絶縁処理が施される。したがって、絶縁層(絶縁フィルム)の両面に導電層(電極層)を有する両面電極蒸着膜や、エレクトレットフィルムを振動膜として使用することが可能となる。
In addition, the ultrasonic transducer according to the present invention has a vibrating membrane having electrode layers on both sides of the insulating polymer film, or a vibrating membrane using an electret film, on each vibrating membrane side of the pair of fixed electrodes. An electrical insulation treatment is performed.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, when using a vibrating membrane having conductive layers (electrode layers) on both sides of an insulating layer (insulating film) as the vibrating membrane, or using an electret film as the vibrating membrane Is electrically insulated on the vibrating membrane side of the fixed electrode. Therefore, a double-sided electrode vapor-deposited film having an electrically conductive layer (electrode layer) on both sides of an insulating layer (insulating film) or an electret film can be used as a vibration film.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記振動膜には、単一極性の直流バイアス電圧が印加される。したがって、振動膜の電極層には常に同極性の電荷が蓄積されるので、前記一対の固定電極に印加される交流信号により変化する固定電極の電圧の極性に応じて、振動膜が静電吸引力及び静電斥力を受け、振動する。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, a DC bias voltage having a single polarity is applied to the vibrating membrane.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, a single-polarity DC bias voltage is applied to the vibrating membrane. Therefore, since the electric charge of the same polarity is always accumulated in the electrode layer of the vibrating membrane, the vibrating membrane is electrostatically attracted according to the polarity of the voltage of the fixed electrode that is changed by the AC signal applied to the pair of fixed electrodes. Vibrates under force and electrostatic repulsion.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記固定電極と振動膜を保持する部材は絶縁材料で構成することを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記固定電極と振動膜を保持する部材は絶縁材料で構成される。したがって、固定電極と振動膜との間の電気的絶縁が保持される。
In the ultrasonic transducer according to the present invention, the member that holds the fixed electrode and the vibration film is made of an insulating material.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the member that holds the fixed electrode and the vibration film is formed of an insulating material. Therefore, electrical insulation between the fixed electrode and the vibrating membrane is maintained.

また、本発明の超音波トランスデューサは、前記振動膜は膜平面上における直角四方向に張力をかけて固定されていることを特徴とする。
このように構成した本発明の超音波トランスデューサでは、前記振動膜は膜平面上における直角四方向に張力をかけて固定される。したがって、従来、振動膜を固定電極側に吸着させるために数百ボルトの直流バイアス電圧を振動膜に印加する必要があったが、振動膜の膜ユニット作製時に膜に張力をかけて固定することにより、従来、上記直流バイアス電圧が担っていた引張り張力と同様の作用をもたらすため、上記直流バイアス電圧を低減することができる。
The ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the vibrating membrane is fixed by applying tension in four perpendicular directions on the plane of the membrane.
In the ultrasonic transducer of the present invention configured as described above, the vibrating membrane is fixed by applying tension in four directions at right angles on the plane of the membrane. Therefore, conventionally, it was necessary to apply a DC bias voltage of several hundred volts to the vibrating membrane to attract the vibrating membrane to the fixed electrode side. Thus, the DC bias voltage can be reduced because the same effect as that of the tensile tension that the DC bias voltage has conventionally performed is brought about.

また、本発明の超音波スピーカは、上記いずれかに記載の超音波トランスデューサと、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号を出力する変調手段とを有し、前記超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調信号により駆動されることを特徴とする。 An ultrasonic speaker according to the present invention includes any of the ultrasonic transducers described above, a signal source that generates a signal wave in an audible frequency band, and a carrier wave supply that generates and outputs a carrier wave in the ultrasonic frequency band. And a modulation means for outputting a modulation signal obtained by modulating the carrier wave with a signal wave in an audible frequency band outputted from the signal source, the ultrasonic transducer comprising the pair of fixed electrodes and the vibrating membrane characterized in that it is driven by the pre-Symbol modulation signal applied between the electrode layers.

このように構成した本発明の超音波スピーカでは、信号源により可聴周波数帯の信号波が生成され、キャリア波供給手段により超音波周波数帯のキャリア波が生成され、出力される。さらに、変調手段によりキャリア波が前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調され、この変調手段から出力される変調信号が前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層との間に印加され、前記超音波トランスデューサが駆動される。また、超音波トランスデューサの背面に放射された超音波が超音波トランスデューサの背面に設置された音響反射板により反射され、位相が揃った状態で超音波トランスデューサ前面に放射される。
したがって、本発明の超音波スピーカでは、上記構成の超音波トランスデューサを用いて構成したので、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を発生することができるとともに、振動膜の膜振動エネルギーを最大限に有効活用することができるので、低パワー化が図れる。
In the ultrasonic speaker of the present invention configured as described above, an audible frequency band signal wave is generated by the signal source, and an ultrasonic frequency band carrier wave is generated and output by the carrier wave supply means. Further, the carrier wave is modulated by the audible frequency band signal wave output from the signal source by the modulation means, and the modulation signal output from the modulation means is between the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane. And the ultrasonic transducer is driven. Further, the ultrasonic wave radiated to the back surface of the ultrasonic transducer is reflected by an acoustic reflector installed on the back surface of the ultrasonic transducer, and is radiated to the front surface of the ultrasonic transducer in a state where the phases are aligned.
Therefore, since the ultrasonic speaker of the present invention is configured using the ultrasonic transducer having the above-described configuration, it can generate an acoustic signal having a sound pressure level high enough to obtain a parametric array effect over a wide frequency band, Since the membrane vibration energy of the vibration membrane can be effectively utilized to the maximum, the power can be reduced.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明が適用される超音波トランスデューサの構成を図1に示す。図1(A)は、超音波トランスデューサの構成を示し、同図(B)は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図1において、本発明が適用される超音波トランスデューサ1は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極10A、10Bと、一対の固定電極に挟持され、導電層121を有する振動膜12と、一対の固定電極10A、10Bと振動膜を保持する部材(図示せず)とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The configuration of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied is shown in FIG. FIG. 1A shows a configuration of an ultrasonic transducer, and FIG. 1B shows a plan view in which a part of the ultrasonic transducer is broken.
In FIG. 1, an ultrasonic transducer 1 to which the present invention is applied includes a pair of fixed electrodes 10A and 10B including a conductive member formed of a conductive material functioning as an electrode, and a pair of fixed electrodes. The diaphragm 12 includes a pair of fixed electrodes 10A and 10B and a member (not shown) for holding the diaphragm.

振動膜12は、絶縁体120で形成され、導電性材料で形成された電極層121を有しており、該電極層121には、直流バイアス電源16により単一極性(正極性でも負極性のいずれでもよい。)の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して信号源18から出力される交流信号が印加されるようになっている。 The vibrating membrane 12 is formed of an insulator 120 and has an electrode layer 121 formed of a conductive material. The electrode layer 121 has a single polarity (positive or negative polarity) by a DC bias power supply 16. Any of these may be applied), and an alternating current signal output from the signal source 18 is applied so as to be superimposed on the direct current bias voltage.

また、一対の固定電極10A、10Bは振動膜12を介して対向する位置に同数かつ複数の穴14を有しており、一対の固定電極10A、10Bの導電部材間には信号源18により交流信号が印加されるようになっている。
固定電極10Aと電極層121、固定電極10Bと電極層121は、それぞれコンデンサが形成されている。
Further, the pair of fixed electrodes 10A and 10B have the same number and a plurality of holes 14 at positions facing each other with the vibrating membrane 12 therebetween, and the signal source 18 exchanges AC between the conductive members of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. A signal is applied.
The fixed electrode 10A and the electrode layer 121, and the fixed electrode 10B and the electrode layer 121 are each formed with a capacitor.

上記構成において、超音波トランスデューサ1は、振動膜12の電極層に、直流バイアス電源16により単一極性の(本実施形態では正極性の)直流バイアス電圧に信号源18から出力される交流信号が重畳された状態で印加される。
一方、一対の固定電極10A、10Bには、信号源18より交流信号が印加される。
In the above configuration, the ultrasonic transducer 1 receives an AC signal output from the signal source 18 to the electrode layer of the vibrating membrane 12 to a DC bias voltage having a single polarity (positive polarity in this embodiment) by the DC bias power supply 16. Applied in a superimposed state.
On the other hand, an AC signal is applied from the signal source 18 to the pair of fixed electrodes 10A and 10B.

この結果、信号源18から出力される交流信号の正の半サイクルでは、固定電極10Aに正の電圧が印加されるために、振動膜12の固定電極で挟持されていない表面部分12Aには、静電反発力が作用し、表面部分12Aは、図1上、下方に引っ張られる。
また、このとき、対向する固定電極10Bには、負の電圧が印加されるために、振動膜12の前記表面部分12Aの裏面側である裏面部分12Bには、静電吸引力が作用し、裏面部分12Bは、図1上、さらに下方に引っ張られる。
As a result, in the positive half cycle of the AC signal output from the signal source 18, since a positive voltage is applied to the fixed electrode 10A, the surface portion 12A not sandwiched between the fixed electrodes of the vibrating membrane 12 An electrostatic repulsion force acts, and the surface portion 12A is pulled downward in FIG.
Further, at this time, since a negative voltage is applied to the opposed fixed electrode 10B, an electrostatic attraction force acts on the back surface portion 12B which is the back surface side of the surface portion 12A of the vibration film 12, The back surface part 12B is pulled further downward in FIG.

したがって、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源18から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜12の表面部分12Aには図1上、上方に静電吸引力が、また裏面部分12Bには、図1上、上方に静電反発力が作用し、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜12が同方向に静電反発力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。   Therefore, the membrane portion of the vibrating membrane 12 that is not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives an electrostatic repulsive force and an electrostatic repulsive force in the same direction. Similarly, in the negative half cycle of the AC signal output from the signal source 18, the electrostatic attracting force is applied to the upper surface portion 12 </ b> A of the vibrating membrane 12 in FIG. In FIG. 1, the electrostatic repulsive force acts upward, and the film portion not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B of the vibrating membrane 12 receives the electrostatic repulsive force and the electrostatic repulsive force in the same direction. In this way, the direction in which the electrostatic force changes alternately while the vibrating membrane 12 receives the electrostatic repulsive force and the electrostatic repulsive force in the same direction according to the change in polarity of the AC signal. An acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain a parametric array effect can be generated.

このように本発明が適用される超音波トランスデューサ1は、振動膜12が一対の固定電極10A、10Bから力を受けて振動することからプッシュプル(Push―Pull)型と呼ばれている。
本発明が適用される超音波トランスデューサ1は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。
Thus, the ultrasonic transducer 1 to which the present invention is applied is called a push-pull type because the vibrating membrane 12 vibrates by receiving a force from the pair of fixed electrodes 10A and 10B.
The ultrasonic transducer 1 to which the present invention is applied satisfies the broadband property and the high sound pressure simultaneously as compared with the conventional electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) in which only the electrostatic attraction force acts on the vibration membrane. Have the ability.

本発明が適用される超音波トランスデューサの周波数特性を図8に示す。同図において、曲線Q3が本発明が適用される超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、20kHz〜120kHzの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる120dB以上の音圧レベルが得られることが分かる。 FIG. 8 shows frequency characteristics of an ultrasonic transducer to which the present invention is applied. In the figure, a curve Q3 is a frequency characteristic of the ultrasonic transducer to which the present invention is applied. As can be seen from the figure, a higher sound pressure level can be obtained over a wider frequency band than the frequency characteristics of the conventional broadband electrostatic ultrasonic transducer. Specifically, it can be seen that a sound pressure level of 120 dB or more that can obtain a parametric effect in a frequency band of 20 kHz to 120 kHz can be obtained.

本発明が適用される超音波トランスデューサ1は一対の固定電極10A、10Bに挟持された薄膜の振動膜12が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。 In the ultrasonic transducer 1 to which the present invention is applied, since the thin vibration film 12 sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives both electrostatic attractive force and electrostatic repulsive force, not only large vibrations are generated. Since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide band.

次に、本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図2に示す。本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサ55の構成は、音響は反射を超音波トランスデューサの背面(本発明の第一の面に相当する)に設置したことを除き、図1に示した構成と同一である。すなわち、本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサ55は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極10A,10Bと、前記一対の固定電極10A,10Bに挟持され、導電層121を有し、該導電層121に直流バイアス電圧が印加される振動膜12と、一対の固定電極10A,10Bと振動膜12を保持する部材(図示せず)とを有し、一対の固定電極10A,10Bは振動膜12を介して対向する位置に同数かつ複数の穴を有し、一対の固定電極10A,10Bの導電部材間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、該超音波トランスデューサの背面(第一の面)に音響反射板20を設置したことを特徴としている。 Next, the configuration of the ultrasonic transducer according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. The configuration of the ultrasonic transducer 55 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 except that the reflection of the acoustic wave is provided on the back surface of the ultrasonic transducer (corresponding to the first surface of the present invention) . The configuration is the same. That is, the ultrasonic transducer 55 according to the first embodiment of the present invention includes a pair of fixed electrodes 10A and 10B including a conductive member formed of a conductive material functioning as an electrode, and the pair of fixed electrodes 10A and 10B. The vibration film 12 is sandwiched and has a conductive layer 121 to which a DC bias voltage is applied. The member (not shown) that holds the pair of fixed electrodes 10A and 10B and the vibration film 12 is provided. The pair of fixed electrodes 10A and 10B have the same number and a plurality of holes at positions facing each other with the vibrating membrane 12 therebetween, and an ultrasonic wave to which an AC signal is applied between the conductive members of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. It is a transducer, and the acoustic reflector 20 is installed on the back surface (first surface) of the ultrasonic transducer.

また、この音響反射板20は、超音波トランスデューサ55背面の各開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で超音波トランスデューサ55前面(本発明の第二の面に相当する)に放射されるように配置されている。
すなわち、音響反射板20は、超音波トランスデューサ55背面(第一の面)の中心位置Mに一端が位置し、該中心位置を基準として超音波トランスデューサ55背面の両側に対して45°の角度で配置され他端が超音波トランスデューサ55の端部X1、X2と一致する長さの一対の第1の反射板200、200と、一対の第1の反射板200、200の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板とを有している。
In addition, the acoustic reflector 20 is disposed on the front surface of the ultrasonic transducer 55 (corresponding to the second surface of the present invention) along the path of the same length of all the ultrasonic waves radiated from the respective openings on the back surface of the ultrasonic transducer 55. It is arranged to be emitted.
That is, one end of the acoustic reflector 20 is located at the center position M of the back surface (first surface) of the ultrasonic transducer 55, and the angle is 45 ° with respect to both sides of the back surface of the ultrasonic transducer 55 with reference to the center position. The pair of first reflecting plates 200 and 200 having a length that is disposed and the other end of which coincides with the end portions X1 and X2 of the ultrasonic transducer 55 and the end portions of the pair of first reflecting plates 200 and 200 are perpendicular to each other. A pair of second reflectors each having an angle and connected to the outer side of the first reflector and having a length equivalent to the length of the first reflector.

上記構成において、超音波トランスデューサ55背面の中心Mの両側に対して45°の角度で第1の反射板200、200を配置し、その端が超音波トランスデューサ55の端と一致する点までの長さが必要となる。この第1の反射板200、200により超音波トランスデューサ55背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。   In the above configuration, the first reflectors 200, 200 are arranged at an angle of 45 ° with respect to both sides of the center M on the back surface of the ultrasonic transducer 55, and the length to the point where the end coincides with the end of the ultrasonic transducer 55. Is needed. The ultrasonic waves emitted from the back surface of the ultrasonic transducer 55 by the first reflectors 200 and 200 are reflected in the horizontal direction.

次に第1の反射板200、200と直角の角度を持って接続された第2の反射板202、202を各々第1の反射板200、200の外側へ接続することで超音波は超音波トランスデューサ55横または上下から前面へ放出される。この第2の反射板長も第一の反射板長と同等であることが必要である。ここで重要なことは超音波トランスデューサ55背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持つことである。経路長が同じであることは背面から放出される超音波の位相が全てそろっていることを意味しているからである。 Next, by connecting the second reflectors 202 and 202 connected at a right angle to the first reflectors 200 and 200 to the outside of the first reflectors 200 and 200, respectively, the ultrasonic waves are converted into ultrasonic waves. The transducer 55 is emitted from the side or top and bottom to the front. This second reflector length is also required to be equal to the first reflector length. What is important here is that all the ultrasonic waves radiated from the back surface of the ultrasonic transducer 55 have the same length path. This is because the same path length means that the phases of the ultrasonic waves emitted from the back surface are all aligned.

また、2図のように音波を幾何学的に扱うことができるのは、放出する音波が超音波であるため、極めて強い指向性を持つからである。またもう一点言及しておく必要があるのは、超音波トランスデューサ55前面から放出された超音波と背面から反射されて前面へ放出された超音波の時間差である。 Further, the reason why the sound wave can be handled geometrically as shown in FIG. 2 is that the sound wave to be emitted is an ultrasonic wave and therefore has a very strong directivity. Another point that needs to be mentioned is the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front surface of the ultrasonic transducer 55 and the ultrasonic wave reflected from the back surface and emitted to the front surface.

トランスデューサの中心からaの距離だけ離れた地点から放出された超音波は、トランスデューサを円形と仮定しその半径をrとすると、トランスデューサ前面まで到達する距離はおおよそ2r、すなわちトランスデューサの直径に等しい。勿論、距離aは次式を満たしていなければならない。
0≦a≦r …… (1)
Ultrasonic waves emitted from a point a distance away from the center of the transducer, assuming that the transducer is circular and its radius is r, the distance to reach the transducer front is approximately 2r, ie the diameter of the transducer. Of course, the distance a must satisfy the following formula.
0 ≦ a ≦ r (1)

今、トランスデューサの直径を約10cmとし、音速を340m/secとすると、前面から放出される超音波と背面から放出された超音波が反射して前面に到達するまでの時間差は約0.29msecであり、人間が知覚できない時間差であるので問題はない。すなわち、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。 Now, if the transducer diameter is about 10cm and the sound velocity is 340m / sec, the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front and the ultrasonic wave emitted from the back and reaching the front is about 0.29msec. Because there is a time difference that humans cannot perceive, there is no problem. That is, ultrasonic waves emitted from the front and back surfaces of the transducer can be used effectively.

次に、本発明の第2実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図3に示す。第1実施形態と構成上、異なるのは、反射板の構成のみであり、他の構成は第1実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
図3において、本実施形態に係る超音波トランスデューサでは、音響反射板30は、超音波トランスデューサ55背面のいずれか一方の端部(X1、またはX2:本実施形態ではX1)に一端Aが位置し、該一方の端部X1から超音波トランスデューサ55背面の他方の端部X2方向に45°の角度で配置され、その他端Bが超音波トランスデューサ55の他方の端部X2と一致する長さを有する第1の反射板(AB)300と、第1の反射板300の他端Bに直角の角度をなして第1の反射板300の外側方向に接続され第1の反射板長と同等の長さを有する第2の反射板(BC)302とを有している。
Next, FIG. 3 shows a configuration of an ultrasonic transducer according to the second embodiment of the present invention. The only difference from the first embodiment in the configuration is the configuration of the reflector, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.
In FIG. 3, in the ultrasonic transducer according to this embodiment, the acoustic reflector 30 has one end A located at one end (X1 or X2: X1 in this embodiment) of the back surface of the ultrasonic transducer 55. The other end B is disposed at an angle of 45 ° from the one end X1 toward the other end X2 of the back surface of the ultrasonic transducer 55, and the other end B has a length that coincides with the other end X2 of the ultrasonic transducer 55. The first reflector (AB) 300 and the other end B of the first reflector 300 are connected at an angle perpendicular to the outer side of the first reflector 300 and have a length equivalent to the length of the first reflector. And a second reflector (BC) 302 having a thickness.

上記構成において、超音波トランスデューサ55背面から放射された超音波は、第1の反射板300で水平方向に反射され、さらに第の反射板302で反射されて超音波トランスデューサ55の前面に位相の揃った状態で放射されることとなる。
本実施形態においても第1の実施形態に係る超音波トランスデューサと同様の効果が得られる。
In the above configuration, the ultrasonic waves radiated from the back surface of the ultrasonic transducer 55 are reflected in the horizontal direction by the first reflecting plate 300, and further reflected by the first reflecting plate 302, so that the phases are aligned on the front surface of the ultrasonic transducer 55. Will be emitted.
Also in this embodiment, the same effect as the ultrasonic transducer according to the first embodiment can be obtained.

次に、本発明の第3実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図4に示す。本実施形態が第1、第2実施形態と構成上、異なるのは、反射板の構成が異なるのみであり、他の構成は第1、第2実施形態と同様であるので重複する説明は省略する。 Next, FIG. 4 shows a configuration of an ultrasonic transducer according to the third embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first and second embodiments in terms of configuration only in the configuration of the reflector, and the other configurations are the same as those in the first and second embodiments. To do.

図4において、第3実施形態に係る超音波トランスデューサ55においては、音響反射板40は、超音波トランスデューサ55背面の中心位置Mを基準として超音波トランスデューサ55背面の両側に対して45°の角度で配置され、その端部が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さの母線JK,JLを有する円錐形状の第1の反射板400と、第1の反射板400の母線と直角の角度をなして第1の反射板400の外側へ接続される第1の反射板長と同等の長さの母線を有する円錐台形状の第2の反射板402とを有している。
本実施形態においても第1,第2の実施形態に係る超音波トランスデューサと同様の効果が得られる。
In FIG. 4, in the ultrasonic transducer 55 according to the third embodiment, the acoustic reflector 40 is at an angle of 45 ° with respect to both sides of the back surface of the ultrasonic transducer 55 with reference to the center position M on the back surface of the ultrasonic transducer 55. A conical first reflector 400 having bus bars JK, JL whose length is coincident with the end of the ultrasonic transducer, and an angle perpendicular to the bus of the first reflector 400. In addition, the second reflecting plate 402 having a truncated cone shape having a generatrix having a length equivalent to the length of the first reflecting plate connected to the outside of the first reflecting plate 400 is provided.
Also in this embodiment, the same effect as the ultrasonic transducer according to the first and second embodiments can be obtained.

図5は、第1実施形態、第2実施形態に係る超音波トランスデューサにおける音響反射板の外観構成を示す斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view showing an external configuration of the acoustic reflector in the ultrasonic transducer according to the first embodiment and the second embodiment.

次に、本実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極について説明する。図6は円柱状固定電極(一対の固定電極のうち片方の電極のみ)のいくつかの構成例(断面図)を示している。
図6(a)は貫通穴タイプであり、具体的には、一対の固定電極10A,10Bが有する穴は、円柱状貫通穴である。この貫通穴を有する固定電極は、製造は最も簡単であるが振動膜12と対向する電極に相当する部分がないため、静電力が弱いという欠点を有している。
Next, the fixed electrode of the ultrasonic transducer according to this embodiment will be described. FIG. 6 shows some configuration examples (cross-sectional views) of a cylindrical fixed electrode (only one of a pair of fixed electrodes).
6 (a) is a through hole type, specifically, the holes in which the pair of fixed electrodes 10A, 10B has is a cylindrical through hole. The fixed electrode having the through hole is the simplest to manufacture, but has no portion corresponding to the electrode facing the vibrating membrane 12, and thus has a drawback that the electrostatic force is weak.

図6(b)は2段貫通穴構造の固定電極の構造を示している。すなわち、一対の固定電極10A,10Bが有する穴は、直径および深さが各々異なる少なくとも二種類以上(本実施形態では二種類)のサイズの同心円柱状の穴が連なっ貫通穴である。固定電極が有する穴は、振動膜側の方の穴径が大きく、且つ深さが浅くなっている
この場合各穴の淵部分に並行する場所が振動膜12と対向しており、この部分が平行板コンデンサを構成している。
FIG. 6B shows the structure of a fixed electrode having a two-stage through-hole structure. That is, the holes in which the pair of fixed electrodes 10A, 10B has is a through hole continuous size concentric cylindrical holes of (two in this embodiment) at least two kinds of different respective diameters and depths. Hole which the fixed electrode having the hole diameter towards the vibrating film side is large, and the depth is shallower.
In this case, a place parallel to the flange portion of each hole is opposed to the vibration film 12, and this portion constitutes a parallel plate capacitor.

したがって振動膜12の淵部分が持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため膜振動を大きくさせることができる。また図6(c)は断面がテーパー状の貫通穴を示している。この形状を固定電極として採用した場合の効果も図6(b)における構成により得られる効果と同様である。 Therefore, at the same time that the heel portion of the vibrating membrane 12 is lifted, a pulling force acts, so that the membrane vibration can be increased. FIG. 6C shows a through hole having a tapered cross section. The effect when this shape is adopted as the fixed electrode is the same as the effect obtained by the configuration in FIG.

図7は溝形状の貫通穴を有する固定電極のいくつかの構成例(一対の固定電極のうち片方の電極のみ)を示している。図7(a)は貫通溝穴タイプで、一対の固定電極10A,10Bが有する穴は、平面が矩形状の貫通穴である。この貫通穴を有する固定電極も製造は最も簡単であるが振動膜12と対向する電極に相当する部分がないため、静電力が弱いという欠点を有している。 FIG. 7 shows several configuration examples of the fixed electrode having a groove-shaped through hole (only one of the pair of fixed electrodes). FIG. 7A shows a through-slot hole type, and the holes of the pair of fixed electrodes 10A and 10B are through-holes having a rectangular plane. The fixed electrode having this through hole is the simplest to produce, but has no drawback in that the electrostatic force is weak because there is no portion corresponding to the electrode facing the vibrating membrane 12.

図7(b)は2段貫通溝穴構造の固定電極の構成を示している。すなわち、一対の固定電極10A,10Bが有する穴は、同一中心線上に形成され長さが同一で幅および深さが各々異なる少なくとも二種類以上(本実施形態では二種類)のサイズの平面が矩形状の穴が連なっ貫通穴である。
この場合、丸穴形状のときと同様に各溝穴の淵部分に並行する場所が振動膜12と対向しており、ここが平行板コンデンサを構成している。
したがって振動膜12の淵部分が持ち上げられると同時に、引き下げられる力が働くため振動膜12の膜振動を大きくさせることができる。
FIG. 7B shows a configuration of a fixed electrode having a two-stage through-slot structure. That is, the holes of the pair of fixed electrodes 10A and 10B are formed on the same center line, and the planes of at least two types (two types in this embodiment) having the same length and different widths and depths are rectangular. It is a through hole with a series of holes.
In this case, as in the case of the round hole shape, the place parallel to the flange portion of each slot faces the vibrating membrane 12, and this constitutes a parallel plate capacitor.
Accordingly, since the heel portion of the vibration film 12 is lifted and a force to be pulled down acts, the film vibration of the vibration film 12 can be increased.

また、図7(c)はテーパー状の貫通溝穴を示している。すなわち、一対の固定電極10A,10Bに形成された矩形状の貫通穴は断面がテーパー状に形成されている。この形状を固定電極として採用した場合の効果も図7(b)における構成の固定電極と同様の効果が得られる。
なお、図7(b)、(c)の構成例において、固定電極が有する矩形穴は、振動膜側の方の幅が大きく、且つ深さが浅くなるように構成されている。
FIG. 7C shows a tapered through-slot hole. That is, the rectangular through hole formed in the pair of fixed electrodes 10A and 10B has a tapered cross section. When this shape is adopted as the fixed electrode, the same effect as that of the fixed electrode having the configuration shown in FIG.
In the configuration example of FIG. 7 (b), (c) , a rectangular hole having the fixed electrode, the width in the direction of the vibrating film side is large, and is configured to and depth becomes shallower.

また、図6、図7に示した各構成例に示した、固定電極が有する複数個の貫通穴は、各々同一サイズとしてもよい。
また、前記複数個の貫通穴は、各々対向する位置では同一サイズであり、複数の穴サイズを有するようにしてもよい。
Also, FIG. 6, shown in the configuration shown in FIG. 7, the plurality of through holes provided in the fixed electrode may be each the same size.
Further, the plurality of through holes may have the same size at positions facing each other, and may have a plurality of hole sizes.

本実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する固定電極は、単一の導電性部材で構成してもよいし、複数の導電性部材で形成してもよい。
また、本実施形態に係る超音波トランスデューサを構成する固定電極は、導電性部材と絶縁部材から構成してもよい。
The fixed electrode constituting the ultrasonic transducer according to this embodiment may be constituted by a single conductive member or may be formed by a plurality of conductive members.
Further, the fixed electrode constituting the ultrasonic transducer according to the present embodiment may be composed of a conductive member and an insulating member.

具体的には、本実施形態に係る超音波トランスデューサの固定電極の材質は導電性であればよく例えばSUSや真鍮、鉄、ニッケルの単体構成も可能である。
また、軽量化を図る必要があるため、回路基板などで一般的に用いられるガラスエポシキ基板や紙フェノール基板に所望の穴加工を施した後、ニッケルや金、銀、銅などでメッキ処理をすることなども可能である。また、この場合成型後のソリを防止するために基板へのメッキ加工は両面に施すなどの工夫も有効である。
Specifically, the material of the fixed electrode of the ultrasonic transducer according to the present embodiment is only required to be conductive, and for example, a single structure of SUS, brass, iron, or nickel is possible.
In addition, since it is necessary to reduce the weight, a desired hole is drilled in a glass epoxy board or paper phenol board that is generally used for circuit boards, and then plated with nickel, gold, silver, copper, or the like. It is also possible. In this case, in order to prevent warping after molding, it is also effective to apply plating to the substrate on both sides.

ただし、振動膜12に、両面電極蒸着膜やエレクトレットフィルムを使う場合は、図1に示した超音波トランスデューサ1において、一対の固定電極10A,10Bの振動膜12側には何らかの絶縁処理が必要となる。例えば、アルミナ、珪素ポリマー系材料、アモルファス・カーボン膜、SiOなどで絶縁薄膜処理を施すなどの必要がある。 However, when a double-sided electrode vapor deposition film or an electret film is used for the vibration film 12, in the ultrasonic transducer 1 shown in FIG. 1, some insulation treatment is required on the vibration film 12 side of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. Become. For example, it is necessary to perform an insulating thin film treatment with alumina, silicon polymer material, amorphous carbon film, SiO 2 or the like.

次に、振動膜12について説明する。振動膜12の機能は常に同極性の電荷を蓄積しておき(+の極性でも−の極性でもかまわない)、交流電圧で変化する固定電極10A,10B間で静電力により振動することである。本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおける振動膜12の具体的構成例を、図8を参照して説明する。   Next, the vibration film 12 will be described. The function of the vibrating membrane 12 is to always accumulate charges of the same polarity (which may be + polarity or-polarity) and to vibrate by electrostatic force between the fixed electrodes 10A and 10B that change with an AC voltage. A specific configuration example of the vibrating membrane 12 in the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図8(a)は絶縁フィルム120の両面に電極蒸着処理を施し、電極層121を有する振動膜12の断面構造を示している。中心の絶縁フィルム120は高分子材料、例えばポリ・エチレン・テレフタレート(PET)、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート(PEN)、ポリ・フェニレン・サルファイド(PPS)などが伸縮性、電気耐圧的に好ましい。 FIG. 8A shows a cross-sectional structure of the vibrating membrane 12 having the electrode layer 121 by performing electrode vapor deposition on both surfaces of the insulating film 120. The central insulating film 120 is made of a polymer material such as polyethylene terephthalate (PET), polyester, polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), etc. preferable.

電極層121を形成する電極蒸着材料はAlが最も一般的で、その他、Ni、Cu、SUS、Tiなどが上記高分子材料との相性、コストなどの面から望ましい。振動膜12を形成する絶縁フィルム120としての絶縁性高分子フィルムの厚みは駆動周波数や固定電極に設けた穴サイズなどにより最適値が異なるため一意には決めかねるが、一般には1μm以上100μm以下の範囲でおおよそ十分であると思われる。   The electrode deposition material for forming the electrode layer 121 is most commonly Al, and Ni, Cu, SUS, Ti, etc. are desirable from the standpoints of compatibility with the polymer material and cost. The thickness of the insulating polymer film as the insulating film 120 forming the vibration film 12 cannot be uniquely determined because the optimum value varies depending on the driving frequency, the hole size provided in the fixed electrode, etc., but generally it is not less than 1 μm and not more than 100 μm. The range seems to be sufficient.

電極層121としての電極蒸着層の厚みも40nm〜200nmの範囲が望ましい。電極厚みは薄すぎると電荷がほとんど蓄積できず、また厚すぎると膜が硬くなって振幅が小さくなるという問題につながってしまう。また、電極材料としては透明導電膜ITO/In,Sn,Zn酸化物などでも良い。 The thickness of the electrode deposition layer as the electrode layer 121 is also preferably in the range of 40 nm to 200 nm. If the electrode thickness is too thin, almost no charge can be accumulated, and if it is too thick, the film becomes hard and the amplitude is reduced. The electrode material may be a transparent conductive film ITO / In, Sn, Zn oxide or the like.

図8(b)は電極層121を絶縁フィルム120としての絶縁性高分子フィルムで挟み込んだ構造を示している。このときの電極層121の厚みも図8(a)の場合と同様に40nm〜200nmの範囲が望ましい。また、電極層121それを挟む絶縁フィルム120の材質、厚さも図8(a)の両面電極蒸着膜と同様にポリ・エチレン・テレフタレート(PET)、ポリ・エステル、ポリ・エチレン・ナフタレート(PEN)、ポリ・フェニレン・サルファイド(PPS)、1μm以上100μm以下が望ましい。 FIG. 8B shows a structure in which the electrode layer 121 is sandwiched between insulating polymer films as the insulating film 120. The thickness of the electrode layer 121 at this time is preferably in the range of 40 nm to 200 nm as in the case of FIG. Further, the material and thickness of the insulating film 120 sandwiching the electrode layer 121 are also polyethylene terephthalate (PET), polyester, polyethylene naphthalate (PEN) in the same manner as the double-sided electrode deposition film of FIG. Polyphenylene sulfide (PPS) is preferably 1 μm or more and 100 μm or less.

図8(c)は片面電極蒸着膜を電極面が接触するように2枚張り合わせたものである。このときの絶縁膜および電極部の条件は上述した他の振動膜と同様の条件が望ましい。
また、振動膜12には数百ボルトの直流バイアス電圧が必要となるが、膜ユニット作製時に振動膜12の膜表面上における直角四方向に張力をかけて固定することにより、前記バイアス電圧は低減できる。
FIG. 8 (c) shows a case where two single-sided electrode vapor-deposited films are bonded together so that the electrode surfaces are in contact. The conditions of the insulating film and the electrode part at this time are preferably the same conditions as those of the other vibration films described above.
Further, the vibrating membrane 12 requires a DC bias voltage of several hundred volts, but the bias voltage is reduced by fixing the vibrating membrane 12 with tension in four directions at right angles on the membrane surface when the membrane unit is manufactured. it can.

これはあらかじめ膜に張力をかけておくことで、従来バイアス電圧が担っていた引っ張り張力と同様の作用をもたらすためであり、低電圧化のためには非常に有効な手段である。
この場合も膜電極材料としては、Alが最も一般的で、その他、Ni、Cu、SUS、Tiなどが上記高分子材料との相性、コストなどの面から望ましい。さらに透明導電膜ITO/In,Sn,Zn酸化物などでも良い。
This is because a tension is applied to the film in advance to bring about the same effect as the tensile tension that the bias voltage has conventionally been responsible for, which is a very effective means for lowering the voltage.
Also in this case, Al is the most common film electrode material, and Ni, Cu, SUS, Ti, etc. are desirable from the standpoint of compatibility with the polymer material and cost. Further, a transparent conductive film ITO / In, Sn, Zn oxide or the like may be used.

次に、上記固定電極あるいは振動膜の固定材料であるが、アクリル、ベークライト、ポリアセタール(ポリオキシメチレン)樹脂(POM)などのプラスチック系材料が、軽量、非導電性という観点から好ましい。 Next, as the fixing material for the fixed electrode or the diaphragm, plastic materials such as acrylic, bakelite, and polyacetal (polyoxymethylene) resin (POM) are preferable from the viewpoint of light weight and non-conductivity.

次に、本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を図9に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発明の各実施形態に係る、音響反射板を備えた超音波トランスデューサ(図2〜4)のいずれかを超音波トランスデューサ55として用いたものである。   Next, the configuration of the ultrasonic speaker according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. The ultrasonic speaker according to the present embodiment uses any of the ultrasonic transducers (FIGS. 2 to 4) including the acoustic reflector according to the above-described embodiments of the present invention as the ultrasonic transducer 55. .

図5において、本実施形態に係る超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源(信号源)51と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波発振源(キャリア波供給手段)52と、変調器(変調手段)53と、パワーアンプ54と、超音波トランスデューサ55とを有している。この超音波トランスデューサ55には、本発明の実施形態に係る音響反射板(図示せず)が設置されている。
変調器53は、キャリア波発振源52から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源51から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ54を介して超音波トランスデューサ55に供給する。
5, the ultrasonic speaker according to the present embodiment includes an audio frequency wave oscillation source (signal source) 51 that generates a signal wave in an audio frequency band, and a carrier that generates and outputs a carrier wave in the ultrasonic frequency band. A wave oscillation source (carrier wave supply means) 52, a modulator (modulation means) 53, a power amplifier 54, and an ultrasonic transducer 55 are included. The ultrasonic transducer 55 is provided with an acoustic reflector (not shown) according to an embodiment of the present invention.
The modulator 53 modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 52 with the signal wave of the audio frequency band output from the audio frequency wave oscillation source 51, and supplies the modulated wave to the ultrasonic transducer 55 via the power amplifier 54. To do.

上記構成において、可聴周波数波発振源51より出力される信号波によってキャリア波発振源52から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器53により変調し、パワーアンプ54で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ55を駆動する。この結果、上記変調信号が超音波トランスデューサ55により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中(空気中)に放射されて媒質(空気)の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。   In the above configuration, the carrier wave in the ultrasonic frequency band output from the carrier wave oscillation source 52 by the signal wave output from the audible frequency wave oscillation source 51 is modulated by the modulator 53 and the modulated signal amplified by the power amplifier 54 is used. The ultrasonic transducer 55 is driven. As a result, the modulated signal is converted into a sound wave of a finite amplitude level by the ultrasonic transducer 55, and this sound wave is radiated into the medium (in the air), and the signal sound in the original audible frequency band due to the nonlinear effect of the medium (air). Is self-regenerating.

すなわち、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波周波数帯)とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波(信号音)が再生される。 In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse portions of the air appear prominently in the process of propagation of the modulated ultrasonic waves, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the sound speed of such a portion is slow, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic frequency band), and a signal wave (signal sound) in an audible frequency band is reproduced.

そして、超音波トランスデューサ55より音波が放射される際に、超音波トランスデューサ55の前面から放射された音波(超音波周波数帯)は、そのまま超音波トランスデューサ前方に放射されるが、超音波トランスデューサ55の背面から放射された音波(超音波周波数帯)は、図示してない音響反射板により反射され、このすべての反射波の経路は等しくなるので、位相が揃った状態で超音波トランスデューサ55の前方に放射される。
したがって、超音波トランスデューサ55における振動膜の膜振動エネルギーを最大限有効活用できるので、信号源の電圧を低くすることができ、低パワー化を図った超音波スピーカを実現できる。
When sound waves are radiated from the ultrasonic transducer 55, the sound waves (ultrasonic frequency band) radiated from the front surface of the ultrasonic transducer 55 are radiated as they are in front of the ultrasonic transducer. The sound wave (ultrasonic frequency band) radiated from the back surface is reflected by an acoustic reflector (not shown), and the paths of all the reflected waves are equal. Radiated.
Therefore, since the membrane vibration energy of the vibration membrane in the ultrasonic transducer 55 can be utilized to the maximum extent, the voltage of the signal source can be lowered, and an ultrasonic speaker with reduced power can be realized.

また、以上のように高音圧の広帯域性が確保されると様々な用途にスピーカとして利用することが可能となる。超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数(超音波)が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届くスピーカを提供することができる。
逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がるスピーカが提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。
Further, as described above, when a high sound pressure broadband property is secured, it can be used as a speaker for various purposes. Ultrasound is strongly attenuated in the air and attenuates in proportion to the square of its frequency. Therefore, when the carrier frequency (ultrasonic wave) is low, it is possible to provide a loudspeaker that has a small attenuation and can reach far away in the form of a beam.
On the contrary, if the carrier frequency is high, the attenuation is severe, so that the parametric array effect does not occur sufficiently, and a speaker in which the sound spreads can be provided. These are very effective functions because the same ultrasonic speaker can be used according to the application.

また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は40kHzまで、猫は100kHzまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数を用いれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。   In addition, dogs who often live with humans as pets can listen to sounds up to 40kHz, and cats can listen to sounds up to 100kHz, so if you use a higher carrier frequency, there will be no effect on pets. Also have. In any case, the fact that it can be used at various frequencies brings many advantages.

本発明の実施形態に係る超音波スピーカによれば、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサを用いて構成したので、広周波数帯域にわたって忠実度の高い信号音(可聴周波数帯域)を再生することができる。   According to the ultrasonic speaker according to the embodiment of the present invention, the ultrasonic wave according to the embodiment of the present invention can generate an acoustic signal having a sound pressure level sufficiently high to obtain a parametric array effect over a wide frequency band. Since the transducer is used, a signal sound with high fidelity (audible frequency band) can be reproduced over a wide frequency band.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。   The ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention can be used for various sensors, for example, a distance measuring sensor, and as described above, a sound source for a directional speaker and an ideal impulse signal generation source. Etc. are available.

本発明が適用される超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic transducer to which this invention is applied. 本発明の第1実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic transducer according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic transducer based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic transducer based on 3rd Embodiment of this invention. 音響反射板の外観構成を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance structure of an acoustic reflector. 本発明の各実施形態に係る超音波トランスデューサにおける固定電極の形状の具体例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the specific example of the shape of the fixed electrode in the ultrasonic transducer | transducer which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る超音波トランスデューサにおける固定電極の貫通溝構造の具体例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the specific example of the penetration groove | channel structure of the fixed electrode in the ultrasonic transducer | transducer which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る超音波トランスデューサにおける振動膜の構造の具体例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the specific example of the structure of the diaphragm in the ultrasonic transducer | transducer which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の各実施形態に係る超音波スピーカの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the ultrasonic speaker which concerns on each embodiment of this invention. 従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional resonance type ultrasonic transducer. 従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。The figure which shows the specific structure of the conventional electrostatic broadband oscillation type ultrasonic transducer. 本発明の各実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。The figure which showed the frequency characteristic of the ultrasonic transducer which concerns on each embodiment of this invention with the frequency characteristic of the conventional ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波トランスデューサ、10A,10B…固定電極、12…振動膜、14…穴、16…直流バイアス電源、18…信号源、20、30,40…音響反射板51…可聴周波数波発振源、52…キャリア波発振源、53…変調器、54…パワーアンプ、55…超音波トランスデューサ、120…絶縁フィルム、121…電極層、   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic transducer, 10A, 10B ... Fixed electrode, 12 ... Vibration membrane, 14 ... Hole, 16 ... DC bias power supply, 18 ... Signal source, 20, 30, 40 ... Acoustic reflector 51 ... Audio frequency wave oscillation source, 52 ... Carrier wave oscillation source, 53 ... Modulator, 54 ... Power amplifier, 55 ... Ultrasonic transducer, 120 ... Insulating film, 121 ... Electrode layer,

Claims (7)

複数の穴を有する第1の固定電極と、
前記第1の固定電極と対をなす複数の穴を有する第2の固定電極と、
前記第1の固定電極と前記第2の固定電極とからなる一対の固定電極に挟まれて保持されるとともに、導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と
有し、
前記第2の固定電極の前記複数の穴は前記振動膜を介して前記第1の固定電極の前記複数の穴と対向する位置に全て,または大多数が形成され、前記一対の固定電極間には交流信号が印加され、
前記一対の固定電極の第一の面に音響反射板を有することを特徴とする超音波トランスデューサ。
A first fixed electrode having a plurality of holes;
A second fixed electrode having a plurality of holes paired with the first fixed electrode;
It said first clamping or are held by the fixed electrode and the pair of fixed electrodes and a second fixed electrode Rutotomoni has a conductive layer, and a vibrating membrane to which a DC bias voltage to the conductive layer is applied,
Have,
The plurality of holes of the second fixed electrode are all or most formed at positions facing the plurality of holes of the first fixed electrode through the vibration film, and the gap is between the pair of fixed electrodes. AC signal is applied ,
An ultrasonic transducer comprising an acoustic reflector on a first surface of the pair of fixed electrodes .
前記音響反射板は、前記超音波トランスデューサの第一の面の前記複数の穴の開口部から放射された超音波が全て同じ長さの経路で前記超音波トランスデューサの第二の面に放射される位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波トランスデューサ。 In the acoustic reflector, all the ultrasonic waves radiated from the openings of the plurality of holes in the first surface of the ultrasonic transducer are radiated to the second surface of the ultrasonic transducer through a path having the same length. The ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is disposed at a position . 前記音響反射板は、
前記超音波トランスデューサの第一の面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として前記超音波トランスデューサの第一の面の両側に対して45°の角度で配置され他端が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さを有する一対の第1の反射板と、
前記一対の第1の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する一対の第2の反射板とを有することを特徴とする請求項2に記載の超音波トランスデューサ。
The acoustic reflector is
One end is located at the center position of the first surface of the ultrasonic transducer , and the other end is disposed at an angle of 45 ° with respect to both sides of the first surface of the ultrasonic transducer with respect to the center position. A pair of first reflectors having a length that matches the end of the acoustic transducer;
A pair of second layers having a length equal to the length of the first reflector plate connected to the outside of the first reflector plate at an angle perpendicular to the end portions of the pair of first reflector plates. The ultrasonic transducer according to claim 2, further comprising: a reflector.
前記音響反射板は、
前記超音波トランスデューサの第一の面のいずれか一方の端部に一端が位置し、該一方の端部から前記超音波トランスデューサの第一の面の他方の端部方向に45°の角度で配置され、その他端が前記超音波トランスデューサの他方の端部と一致する長さを有する第1の反射板と、
前記第1の反射板の他端に直角の角度をなして前記第1の反射板の外側方向に接続され前記第1の反射板長と同等の長さを有する第2の反射板とを有することを特徴とする請求項2記載の超音波トランスデューサ。
The acoustic reflector is
Wherein located at one end or at one end of the first surface of the ultrasonic transducer, the arrangement at the other angle end direction at 45 ° to the first surface of the ultrasonic transducer from one end the A first reflector having a length at which the other end coincides with the other end of the ultrasonic transducer;
A second reflector having a right angle to the other end of the first reflector and connected to the outside of the first reflector and having a length equivalent to the length of the first reflector. The ultrasonic transducer according to claim 2.
前記音響反射板は、
前記超音波トランスデューサの第一の面の中心位置を基準として前記超音波トランスデューサの第一の面の両側に対して45°の角度で配置され、その端部が前記超音波トランスデューサの端部と一致する長さの母線を有する円錐形状の第1の反射板と、
前記第1の反射板の母線と直角の角度をなして前記第1の反射板の外側へ接続される前記第1の反射板長と同等の長さの母線を有する円錐台形状の第2の反射板と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の超音波トランスデューサ。
The acoustic reflector is
Wherein are arranged at an angle of 45 ° to either side of the first surface of the ultrasonic transducer with respect to the center position of the first surface of the ultrasonic transducer, consistent with the ends of its ends the ultrasonic transducer A first conical reflector having a length of generating line;
A frustoconical second having a generatrix with a length equal to the length of the first reflector connected to the outside of the first reflector at an angle perpendicular to the generatrix of the first reflector A reflector,
The ultrasonic transducer according to claim 2, comprising:
前記音響反射板における反射面の凹凸形状のサイズは、前記超音波トランスデューサから放射される超音波の波長以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の超音波トランスデューサ。   The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 5, wherein the size of the concave-convex shape of the reflection surface of the acoustic reflector is equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transducer. 請求項1乃至6のいずれかに記載の超音波トランスデューサと、The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 6,
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、  A signal source for generating a signal wave in an audible frequency band;
超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、  A carrier wave supply means for generating and outputting a carrier wave in an ultrasonic frequency band;
前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号を出力する変調手段とを有し、  Modulation means for outputting a modulated signal obtained by modulating the carrier wave with an audible frequency band signal wave output from the signal source;
前記超音波トランスデューサは、前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調信号により駆動されることを特徴とする超音波スピーカ。  The ultrasonic speaker is driven by the modulation signal applied between the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane.
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