JP2001197594A - 超音波振動装置 - Google Patents
超音波振動装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
- G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
- G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数を高めることなく、小型で且つ狭指向
性特性を示す超音波振動装置を構成する。 【解決手段】 超音波振動装置のケース２の外側面周囲
に溝３を設けることにより、同心円に沿った支持部４で
支持される円板状振動板２′を構成し、支持部４を振動
の節として、内領域と外領域をそれぞれ同位相で振動さ
せる。これにより内領域の振動による音波と外領域の振
動による音波とを干渉させて、中心軸に沿った前方の音
圧を高め、狭指向特性を得る。また、溝３を柔軟性充填
材で充填することにより残響特性の劣化を抑制する。
性特性を示す超音波振動装置を構成する。 【解決手段】 超音波振動装置のケース２の外側面周囲
に溝３を設けることにより、同心円に沿った支持部４で
支持される円板状振動板２′を構成し、支持部４を振動
の節として、内領域と外領域をそれぞれ同位相で振動さ
せる。これにより内領域の振動による音波と外領域の振
動による音波とを干渉させて、中心軸に沿った前方の音
圧を高め、狭指向特性を得る。また、溝３を柔軟性充填
材で充填することにより残響特性の劣化を抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を送受波
して物体を探知するために用いられる超音波センサなど
の超音波振動装置に関するものである。
して物体を探知するために用いられる超音波センサなど
の超音波振動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波センサなどの超音波振動装
置は、たとえば特開平８−１５４１６号、特開平８
−２３７７９５号、特開平９−２８４８９６号、およ
び特開平１０−２５７５９５号に開示されているよう
に、圧電体板に電極を形成した圧電素子をケース内に取
り付けた構造が採られている。
置は、たとえば特開平８−１５４１６号、特開平８
−２３７７９５号、特開平９−２８４８９６号、およ
び特開平１０−２５７５９５号に開示されているよう
に、圧電体板に電極を形成した圧電素子をケース内に取
り付けた構造が採られている。
【０００３】ここで、このような従来の超音波センサな
どに用いられる超音波振動装置の基本的な構造および振
動の様子を図９に示す。図９の（Ａ）はケース２の内部
に圧電素子１が取り付けられた状態を示す断面図であ
る。ケース２は一端面を円板状振動板２′とする円筒形
状を成し、その端面の内面に圧電素子１を貼り付けてい
る。圧電素子１に対して駆動電圧が印加されると、圧電
素子１は所定の共振周波数にてベンディング振動して、
円板状振動板２′が同様にベンディング振動する。
どに用いられる超音波振動装置の基本的な構造および振
動の様子を図９に示す。図９の（Ａ）はケース２の内部
に圧電素子１が取り付けられた状態を示す断面図であ
る。ケース２は一端面を円板状振動板２′とする円筒形
状を成し、その端面の内面に圧電素子１を貼り付けてい
る。圧電素子１に対して駆動電圧が印加されると、圧電
素子１は所定の共振周波数にてベンディング振動して、
円板状振動板２′が同様にベンディング振動する。
【０００４】このように、振動板に圧電素子１を貼り付
けた状態での共振周波数は、ケース２の材料、振動板
２′の厚みａおよび直径ｂにより定められている。
けた状態での共振周波数は、ケース２の材料、振動板
２′の厚みａおよび直径ｂにより定められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の超音
波振動装置においては、上記振動板２′の寸法が共振周
波数だけでなく、超音波の送波時および受波時の指向性
にも影響を与える。一般に、振動面の口径を大きくし、
また超音波の波長を短くすれば指向性が狭くなるので、
狭指向性が要求される超音波センサにおいては、ケース
の外径ｂを大きくとり、且つ共振周波数を高くするため
に厚みａを大きくすることになる。
波振動装置においては、上記振動板２′の寸法が共振周
波数だけでなく、超音波の送波時および受波時の指向性
にも影響を与える。一般に、振動面の口径を大きくし、
また超音波の波長を短くすれば指向性が狭くなるので、
狭指向性が要求される超音波センサにおいては、ケース
の外径ｂを大きくとり、且つ共振周波数を高くするため
に厚みａを大きくすることになる。
【０００６】しかし、超音波センサとして用いる場合に
は、その外径寸法の制約、および用いる超音波の波長に
も制約があるため、大型化することなく、また使用周波
数を高めることなく狭指向性を得ることはできなかっ
た。
は、その外径寸法の制約、および用いる超音波の波長に
も制約があるため、大型化することなく、また使用周波
数を高めることなく狭指向性を得ることはできなかっ
た。
【０００７】しかも、上記の振動面の面積と波長とによ
って指向性が決定される、という関係は、厳密には振動
面がピストン的に平行振動して、超音波が平面波として
放射される場合に当てはまることである。単に一端面を
閉じた円筒形状のケース内に圧電素子を取り付けた従来
の超音波振動装置においては、図１１の（Ｂ）に示すよ
うに振動板２′がベンディング振動するため、超音波は
球面波として空気中を伝播する。そのため、振動面積を
拡大し、また超音波の波長を短くしても、指向性を狭く
する効果が少ないという問題があった。
って指向性が決定される、という関係は、厳密には振動
面がピストン的に平行振動して、超音波が平面波として
放射される場合に当てはまることである。単に一端面を
閉じた円筒形状のケース内に圧電素子を取り付けた従来
の超音波振動装置においては、図１１の（Ｂ）に示すよ
うに振動板２′がベンディング振動するため、超音波は
球面波として空気中を伝播する。そのため、振動面積を
拡大し、また超音波の波長を短くしても、指向性を狭く
する効果が少ないという問題があった。
【０００８】図９は、図１１に示した従来の超音波振動
装置の振動による振動板（ケース）の変形の様子を有限
要素法（ＦＥＭ）にて計算した結果を示している。ま
た、図１０はこの変形により放射される超音波の指向特
性を計算により求めた結果を示している。この例では、
音圧が−６．０〔ｄＢ〕まで低下する、すなわち音圧が
半減するに要する角度（指向角）は４４度と広い。
装置の振動による振動板（ケース）の変形の様子を有限
要素法（ＦＥＭ）にて計算した結果を示している。ま
た、図１０はこの変形により放射される超音波の指向特
性を計算により求めた結果を示している。この例では、
音圧が−６．０〔ｄＢ〕まで低下する、すなわち音圧が
半減するに要する角度（指向角）は４４度と広い。
【０００９】この発明の目的は、周波数を高めることな
く、小型で且つ狭指向性特性を示す超音波振動装置を提
供することにある。
く、小型で且つ狭指向性特性を示す超音波振動装置を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の超音波振動装
置は、振動面を有するケース内に圧電素子を取り付けて
成る超音波振動装置において、内領域と外領域の２つの
領域を区分する同心円に沿った位置で支持される円板状
振動板を、前記振動面となるケースの一部に構成し、該
円板状振動板の中心部に圧電素子を取り付けて、前記内
領域と外領域を略同位相で振動させるようにする。これ
により、円板状振動板の内領域の振動による音波と外領
域の振動による音波とが、振動板の振動面前方の空間に
おいて干渉し、同位相となる方向で音波のエネルギーが
高められ、逆位相となる方向で相殺されることになる。
振動板の内領域と外領域の位置は振動板の面方向にずれ
ていて、且つ同位相で振動するため、振動面の前方に、
振動板に垂直な中心軸に沿った方向に同位相の領域が生
じ、そこから斜め方向にずれた方向に２つの音波が相殺
される領域が生じ、結果的に上記中心軸方向に強く指向
する狭指向性特性が得られる。
置は、振動面を有するケース内に圧電素子を取り付けて
成る超音波振動装置において、内領域と外領域の２つの
領域を区分する同心円に沿った位置で支持される円板状
振動板を、前記振動面となるケースの一部に構成し、該
円板状振動板の中心部に圧電素子を取り付けて、前記内
領域と外領域を略同位相で振動させるようにする。これ
により、円板状振動板の内領域の振動による音波と外領
域の振動による音波とが、振動板の振動面前方の空間に
おいて干渉し、同位相となる方向で音波のエネルギーが
高められ、逆位相となる方向で相殺されることになる。
振動板の内領域と外領域の位置は振動板の面方向にずれ
ていて、且つ同位相で振動するため、振動面の前方に、
振動板に垂直な中心軸に沿った方向に同位相の領域が生
じ、そこから斜め方向にずれた方向に２つの音波が相殺
される領域が生じ、結果的に上記中心軸方向に強く指向
する狭指向性特性が得られる。
【００１１】また、この発明の超音波振動装置は、前記
ケースを、少なくとも一端面を閉じた円筒形状とし、該
ケースの閉じた一端面付近の外周面に溝を設けることに
より、前記円板状振動板を構成する。これによりケース
の一部を円板状振動板とするとともに、所定の同心円に
沿った位置で支持する構造を容易に構成することができ
る。
ケースを、少なくとも一端面を閉じた円筒形状とし、該
ケースの閉じた一端面付近の外周面に溝を設けることに
より、前記円板状振動板を構成する。これによりケース
の一部を円板状振動板とするとともに、所定の同心円に
沿った位置で支持する構造を容易に構成することができ
る。
【００１２】また、この発明の超音波振動装置は、前記
溝に前記ケースより硬度の低い柔軟性充填材を充填す
る。これにより、特に振動板の外領域における振動によ
る残響特性が改善できる。
溝に前記ケースより硬度の低い柔軟性充填材を充填す
る。これにより、特に振動板の外領域における振動によ
る残響特性が改善できる。
【００１３】また、この発明は、前記超音波振動装置を
超音波センサとする。
超音波センサとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態に係る
超音波センサとしての超音波振動装置の構成を図１〜図
４を参照して説明する。図１は超音波振動装置の構造を
示す断面図および上面図である。（Ａ）に示すように、
ケース２は、その一端面を閉じた円筒形状をなし、アル
ミニウムのダイキャストまたは削り出しによって成形し
ている。このケース２の閉じた端面は、その付近のケー
ス外周面に溝３を設けることにより、閉じた端面付近の
ケース外周面の放射方向の厚みを薄くして、この閉じた
端面全体を円板状振動板２′として形成している。同時
に、上記厚みを薄くした部分は、円板状振動板２′を支
持する支持部４として作用させる。
超音波センサとしての超音波振動装置の構成を図１〜図
４を参照して説明する。図１は超音波振動装置の構造を
示す断面図および上面図である。（Ａ）に示すように、
ケース２は、その一端面を閉じた円筒形状をなし、アル
ミニウムのダイキャストまたは削り出しによって成形し
ている。このケース２の閉じた端面は、その付近のケー
ス外周面に溝３を設けることにより、閉じた端面付近の
ケース外周面の放射方向の厚みを薄くして、この閉じた
端面全体を円板状振動板２′として形成している。同時
に、上記厚みを薄くした部分は、円板状振動板２′を支
持する支持部４として作用させる。
【００１５】また、上記支持部４は、図１の（Ｃ）に示
すように、円板状振動板２′を支持部より内側の内領域
と、外側の外領域とに区分している。この円板状振動板
２′の中心部には円板形状の圧電素子１を貼り付けてい
る。この圧電素子１は円板形状の圧電体板の両主面に電
極を設けたものであり、両電極間に交番電圧が印加され
ることによりベンディング振動する。
すように、円板状振動板２′を支持部より内側の内領域
と、外側の外領域とに区分している。この円板状振動板
２′の中心部には円板形状の圧電素子１を貼り付けてい
る。この圧電素子１は円板形状の圧電体板の両主面に電
極を設けたものであり、両電極間に交番電圧が印加され
ることによりベンディング振動する。
【００１６】図１の（Ｂ）は、圧電素子１の圧電振動に
よる円板状振動板２′の振動時の変形例を示している。
圧電素子１がベンディング振動することに伴い、円板状
振動板２′もベンディング振動するが、このとき支持部
４が振動の節となり、内領域の中心部および外領域の外
周部分が振動の腹となる。
よる円板状振動板２′の振動時の変形例を示している。
圧電素子１がベンディング振動することに伴い、円板状
振動板２′もベンディング振動するが、このとき支持部
４が振動の節となり、内領域の中心部および外領域の外
周部分が振動の腹となる。
【００１７】ここでケース２の寸法は次のとおりであ
る。 ｄ＝９．４ｍｍ、ｒ＝１６．０ｍｍ、ａ＝１．０ｍｍ また、圧電素子１の直径は７．０ｍｍ、厚みは０．１５
ｍｍである。この例では８０ｋＨｚで共振し、円板状振
動板２′の内領域と外領域は同位相で共振する。
る。 ｄ＝９．４ｍｍ、ｒ＝１６．０ｍｍ、ａ＝１．０ｍｍ また、圧電素子１の直径は７．０ｍｍ、厚みは０．１５
ｍｍである。この例では８０ｋＨｚで共振し、円板状振
動板２′の内領域と外領域は同位相で共振する。
【００１８】図２は、上記振動板の内領域と外領域の振
動により生じる音波の干渉の様子を、振動板に垂直な中
心軸を通る面で示している。ここでＷａは振動板の内領
域の振動による音波の、Ｗｂは振動板の外領域の振動に
よる音波の、それぞれ瞬間における疎密の分布を示して
いる。このように、振動板の内領域の振動による音波Ｗ
ａと、その左右両側の振動板の外領域の振動による音波
Ｗｂとが干渉し、“疎”同士および“密”同士が重なる
方向の音圧が最大となり、“疎”と“密”が重なる方向
の音圧が最低となる。この干渉の状況は、振動板の内領
域の振動の腹となる中心部と、振動板の外領域の振動の
腹となる外周部分との間隔、発生する超音波の波長、お
よび振動板の内領域と外領域のそれぞれの部分で発生す
る音波の音圧により定まる。したがって、この図２に示
すように、振動板に垂直な前方方向に強い音圧を得ると
ともに、前方から所定の方位角以上ずれた方向の音圧を
弱めるように、振動板の内領域の音波と外領域の音波と
を最適に干渉させるための条件を定める。このことによ
り所望の狭指向特性を得る。
動により生じる音波の干渉の様子を、振動板に垂直な中
心軸を通る面で示している。ここでＷａは振動板の内領
域の振動による音波の、Ｗｂは振動板の外領域の振動に
よる音波の、それぞれ瞬間における疎密の分布を示して
いる。このように、振動板の内領域の振動による音波Ｗ
ａと、その左右両側の振動板の外領域の振動による音波
Ｗｂとが干渉し、“疎”同士および“密”同士が重なる
方向の音圧が最大となり、“疎”と“密”が重なる方向
の音圧が最低となる。この干渉の状況は、振動板の内領
域の振動の腹となる中心部と、振動板の外領域の振動の
腹となる外周部分との間隔、発生する超音波の波長、お
よび振動板の内領域と外領域のそれぞれの部分で発生す
る音波の音圧により定まる。したがって、この図２に示
すように、振動板に垂直な前方方向に強い音圧を得ると
ともに、前方から所定の方位角以上ずれた方向の音圧を
弱めるように、振動板の内領域の音波と外領域の音波と
を最適に干渉させるための条件を定める。このことによ
り所望の狭指向特性を得る。
【００１９】図３は、図１に示した超音波振動装置の振
動による振動板の変形の様子を有限要素法（ＦＥＭ）に
て計算した結果を示している。また、図４はこの変形に
より放射される超音波の指向特性を計算により求めた結
果を示している。この例では、音圧が−６．０〔ｄＢ〕
まで低下、すなわち音圧が半減するに要する角度（指向
角）は２４度となり、従来例として図１１に示した４４
度のほぼ半分となった。
動による振動板の変形の様子を有限要素法（ＦＥＭ）に
て計算した結果を示している。また、図４はこの変形に
より放射される超音波の指向特性を計算により求めた結
果を示している。この例では、音圧が−６．０〔ｄＢ〕
まで低下、すなわち音圧が半減するに要する角度（指向
角）は２４度となり、従来例として図１１に示した４４
度のほぼ半分となった。
【００２０】なお、振動板の内領域と外領域の２つの
（断面で表わせば３つの）振動源からの音波の干渉によ
り、前方から左右に大きく離れた方向に音圧を強め合う
領域が生じ、これが比較的大きなサイドローブとなって
表れるが、干渉の程度が弱いため、音圧は−１５．０ｄ
Ｂ程度であり、前方のメインローブに比べて充分に小さ
いので、ほとんど問題とはならない。
（断面で表わせば３つの）振動源からの音波の干渉によ
り、前方から左右に大きく離れた方向に音圧を強め合う
領域が生じ、これが比較的大きなサイドローブとなって
表れるが、干渉の程度が弱いため、音圧は−１５．０ｄ
Ｂ程度であり、前方のメインローブに比べて充分に小さ
いので、ほとんど問題とはならない。
【００２１】ところで、図１に示した構造の超音波振動
装置では、円板状振動板２′の内領域は主体的に振動
し、外領域は２次的に振動するため、この超音波振動装
置を駆動するバースト信号が終わった後も、外領域は振
動し続けようとする。そのため、外領域を設けない構造
に比べて残響特性が劣化するおそれがある。これを解消
するためには、支持部４の幅を厚くすればよいが、超音
波振動装置のＱおよび結合係数が低下するため、残響特
性以外の音圧、感度、指向性といった基本特性が劣化す
るおそれがある。
装置では、円板状振動板２′の内領域は主体的に振動
し、外領域は２次的に振動するため、この超音波振動装
置を駆動するバースト信号が終わった後も、外領域は振
動し続けようとする。そのため、外領域を設けない構造
に比べて残響特性が劣化するおそれがある。これを解消
するためには、支持部４の幅を厚くすればよいが、超音
波振動装置のＱおよび結合係数が低下するため、残響特
性以外の音圧、感度、指向性といった基本特性が劣化す
るおそれがある。
【００２２】そこで、上記問題を解消した第２の実施形
態に係る超音波振動装置の構成を図５〜図８を参照して
説明する。図５は超音波振動装置の構造を示す断面図お
よび上面図である。図１に示した超音波振動装置と異な
るのは、溝３に充填材５を充填している点である。この
充填材５としては、ケース２より硬度が低い柔軟性充填
材を用いている。
態に係る超音波振動装置の構成を図５〜図８を参照して
説明する。図５は超音波振動装置の構造を示す断面図お
よび上面図である。図１に示した超音波振動装置と異な
るのは、溝３に充填材５を充填している点である。この
充填材５としては、ケース２より硬度が低い柔軟性充填
材を用いている。
【００２３】図５の（Ｂ）は、圧電素子１の圧電振動に
よる円板状振動板２′の振動時の変形例を示している。
圧電素子１がベンディング振動することに伴い、円板状
振動板２′の支持部４を節、内領域の中心部および外領
域の外周部分を振動の腹として円板状振動板２′がベン
ディング振動する。このとき、充填材５は外領域の振動
をダンピングする。そのため、この超音波振動装置を駆
動するバースト信号が終わった後は、外領域の振動は速
やかに減衰する。その結果、残響特性が効果的に改善さ
れる。
よる円板状振動板２′の振動時の変形例を示している。
圧電素子１がベンディング振動することに伴い、円板状
振動板２′の支持部４を節、内領域の中心部および外領
域の外周部分を振動の腹として円板状振動板２′がベン
ディング振動する。このとき、充填材５は外領域の振動
をダンピングする。そのため、この超音波振動装置を駆
動するバースト信号が終わった後は、外領域の振動は速
やかに減衰する。その結果、残響特性が効果的に改善さ
れる。
【００２４】具体的に、共振周波数を６０ｋＨｚ、ｒ＝
１６ｍｍ、ｄ＝９．４ｍｍ、ａ＝０．７ｍｍ、支持部４
の幅を０．５ｍｍ、圧電素子１の厚みを０．１５ｍｍと
したときの残響特性を図６および図７に示す。図６の
（Ａ）は、ゴム系樹脂のＪＩＳ規格ＪＩＳＡによる硬度
５０、伸び１３０％の接着用シリコーンゴムを溝３に充
填した場合の特性、（Ｂ）はそのような充填材を充填し
ない場合の特性である。ここで、駆動信号である持続時
間１３０μｓのバースト信号の起動タイミングから、受
信信号が１〔Ｖ〕より低下するまでの時間を残響時間ｔ
とすると、図６の（Ｂ）の例では、ｔ＝８．０ｍｓとな
るのに対し、（Ａ）の例では、ｔ＝７００μｓと、大幅
に短縮化される。
１６ｍｍ、ｄ＝９．４ｍｍ、ａ＝０．７ｍｍ、支持部４
の幅を０．５ｍｍ、圧電素子１の厚みを０．１５ｍｍと
したときの残響特性を図６および図７に示す。図６の
（Ａ）は、ゴム系樹脂のＪＩＳ規格ＪＩＳＡによる硬度
５０、伸び１３０％の接着用シリコーンゴムを溝３に充
填した場合の特性、（Ｂ）はそのような充填材を充填し
ない場合の特性である。ここで、駆動信号である持続時
間１３０μｓのバースト信号の起動タイミングから、受
信信号が１〔Ｖ〕より低下するまでの時間を残響時間ｔ
とすると、図６の（Ｂ）の例では、ｔ＝８．０ｍｓとな
るのに対し、（Ａ）の例では、ｔ＝７００μｓと、大幅
に短縮化される。
【００２５】図８は、上記２つの超音波振動装置の指向
特性を示す図である。このように、指向角度が０°から
ずれるに従って変化する音圧の低下傾向は、上記充填材
の充填により緩くなる。したがって、音圧が半減するに
要する角度（指向角）は広くなる。しかし、この例で
は、その広がる角度は僅かである。
特性を示す図である。このように、指向角度が０°から
ずれるに従って変化する音圧の低下傾向は、上記充填材
の充填により緩くなる。したがって、音圧が半減するに
要する角度（指向角）は広くなる。しかし、この例で
は、その広がる角度は僅かである。
【００２６】図７は、硬度２０、伸び３００の柔軟性材
料を溝３に充填した場合の残響特性を示す図である。こ
のように充填材を図６の（Ａ）に示した場合より軟らか
くすることにより、この例では残響時間ｔは１３４０μ
ｓと長くなる。そのかわり、上記外領域の振動による狭
指向化の効果が高まり、指向角は図８に示した場合より
改善される。
料を溝３に充填した場合の残響特性を示す図である。こ
のように充填材を図６の（Ａ）に示した場合より軟らか
くすることにより、この例では残響時間ｔは１３４０μ
ｓと長くなる。そのかわり、上記外領域の振動による狭
指向化の効果が高まり、指向角は図８に示した場合より
改善される。
【００２７】このように、充填材の硬度および伸びを適
宜選定することによって、残響特性と指向特性の双方を
所定の規定範囲内の最適値に定めることができる。
宜選定することによって、残響特性と指向特性の双方を
所定の規定範囲内の最適値に定めることができる。
【００２８】
【発明の効果】請求項１，４に記載の発明によれば、振
動板の面積を大きくすることなく、また用いる超音波の
周波数を高めることなく、狭指向特性を得ることができ
る。
動板の面積を大きくすることなく、また用いる超音波の
周波数を高めることなく、狭指向特性を得ることができ
る。
【００２９】また、円板状振動板を支持する支持部が振
動板の振動面を分割することになるので、振動板全体が
振動するものに比べて同一共振周波数を得るための振動
板の厚みは薄くなる。その結果、圧電素子の圧電振動エ
ネルギーの振動板による減衰が少なくなって、音圧の高
い超音波を高効率で放射することができる。また、同様
の理由で、物体からの反射波などを受波する際の感度が
高まる。
動板の振動面を分割することになるので、振動板全体が
振動するものに比べて同一共振周波数を得るための振動
板の厚みは薄くなる。その結果、圧電素子の圧電振動エ
ネルギーの振動板による減衰が少なくなって、音圧の高
い超音波を高効率で放射することができる。また、同様
の理由で、物体からの反射波などを受波する際の感度が
高まる。
【００３０】請求項２に記載の発明によれば、ケースの
一部を円板状振動板とするとともに、所定の同心円に沿
った位置で支持する構造を容易に構成することができ
る。
一部を円板状振動板とするとともに、所定の同心円に沿
った位置で支持する構造を容易に構成することができ
る。
【００３１】請求項３に記載の発明によれば、特に振動
板の外領域における振動に起因する残響特性を、指向性
を犠牲にすることなく改善でき、指向特性と残響特性の
双方を高めることができる。
板の外領域における振動に起因する残響特性を、指向性
を犠牲にすることなく改善でき、指向特性と残響特性の
双方を高めることができる。
【図１】第１の実施形態に係る超音波振動装置の構成を
示す図
示す図
【図２】同超音波振動装置における振動面から発せられ
る音波の干渉の様子を示す図
る音波の干渉の様子を示す図
【図３】同超音波振動装置の振動時における振動板の変
形の様子を示す図
形の様子を示す図
【図４】同超音波振動装置の指向特性を示す図
【図５】第２の実施形態に係る超音波振動装置の構成を
示す図
示す図
【図６】同超音波振動装置の残響特性の例を示す図
【図７】同超音波振動装置の他の残響特性の例を示す図
【図８】同超音波振動装置の指向特性を示す図
【図９】従来の超音波振動装置の構成を示す図
【図１０】同超音波振動装置の振動時における振動板の
変形の様子を示す図
変形の様子を示す図
【図１１】同超音波振動装置の指向特性を示す図
１−圧電素子 ２−ケース ２′−円板状振動板 ３−溝 ４−支持部 ５−充填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｎ Ｆターム(参考） 5D019 AA02 BB09 BB12 EE01 5D107 AA01 AA16 CC02 CC10 DD12 FF06 FF10 5J083 AA02 CA01 CA17 CB01 CB07 CB10
Claims (4)
- 【請求項１】 振動面を有するケース内に圧電素子を取
り付けて成る超音波振動装置において、 内領域と外領域の２つの領域を区分する同心円に沿った
位置で支持される円板状振動板を前記振動面となるケー
スの一部に構成し、該円板状振動板の中心部に圧電素子
を取り付けて、前記内領域と外領域を略同位相で振動さ
せるようにした超音波振動装置。 - 【請求項２】 前記ケースを、少なくとも一端面を閉じ
た円筒形状とし、該ケースの閉じた一端面付近の外周面
に溝を設けることにより、前記円板状振動板を構成した
請求項１に記載の超音波振動装置。 - 【請求項３】 前記溝に前記ケースより硬度の低い柔軟
性充填材を充填した請求項１または２に記載の超音波振
動装置。 - 【請求項４】 前記超音波振動装置が超音波センサであ
る請求項１、２または３に記載の超音波振動装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000061955A JP3324593B2 (ja) | 1999-10-28 | 2000-03-07 | 超音波振動装置 |
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| DE60041382T DE60041382D1 (de) | 1999-10-28 | 2000-10-27 | Ultraschallschwingungsgerät |
| US09/699,670 US7009326B1 (en) | 1999-10-28 | 2000-10-30 | Ultrasonic vibration apparatus use as a sensor having a piezoelectric element mounted in a cylindrical casing and grooves filled with flexible filler |
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| JP11-307558 | 1999-10-28 | ||
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009025103A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 反射法探査システム |
| WO2013042316A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | パナソニック株式会社 | 指向性スピーカ |
| KR101422819B1 (ko) * | 2009-12-25 | 2014-07-23 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 초음파 진동장치 |
| WO2022190570A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2022190571A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2022190865A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2023162861A1 (ja) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 学校法人日本大学 | 超音波投射装置 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4306561B2 (ja) * | 2004-08-11 | 2009-08-05 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
| CN100403647C (zh) * | 2005-01-10 | 2008-07-16 | 南京航空航天大学 | 小型直线超声电机 |
| JP5064384B2 (ja) * | 2005-05-31 | 2012-10-31 | エモ・ラブズ・インコーポレーテッド | 環境状態に感応するダイアフラム膜及び支持構造 |
| GB0606506D0 (en) * | 2006-03-31 | 2006-05-10 | Univ Strathclyde | Ultrasonic transducer/receiver |
| JP5161698B2 (ja) * | 2008-08-08 | 2013-03-13 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振子及びこれを用いたフィルタあるいは分波器 |
| US8189851B2 (en) | 2009-03-06 | 2012-05-29 | Emo Labs, Inc. | Optically clear diaphragm for an acoustic transducer and method for making same |
| WO2011020100A1 (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-17 | Emo Labs, Inc | System to generate electrical signals for a loudspeaker |
| DE102012211011A1 (de) * | 2012-06-27 | 2014-01-02 | Robert Bosch Gmbh | Akustischer Sensor mit einer Membran aus einem Faserverbundwerkstoff |
| WO2014143927A2 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Emo Labs, Inc. | Acoustic transducers |
| USD733678S1 (en) | 2013-12-27 | 2015-07-07 | Emo Labs, Inc. | Audio speaker |
| USD741835S1 (en) | 2013-12-27 | 2015-10-27 | Emo Labs, Inc. | Speaker |
| USD748072S1 (en) | 2014-03-14 | 2016-01-26 | Emo Labs, Inc. | Sound bar audio speaker |
| WO2017086968A1 (en) | 2015-11-19 | 2017-05-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole piezoelectric acoustic transducer |
| US20190328360A1 (en) * | 2018-04-30 | 2019-10-31 | Vermon S.A. | Ultrasound transducer |
| WO2024056273A1 (de) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | Tdk Electronics Ag | Wandlerbauteil |
Family Cites Families (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3697789A (en) * | 1970-06-23 | 1972-10-10 | Citizen Watch Co Ltd | Mechanical oscillator |
| US3761956A (en) * | 1970-10-01 | 1973-09-25 | Nittan Co Ltd | Sound generating device |
| US3970879A (en) * | 1971-12-29 | 1976-07-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Piezoelectric acoustic device |
| JPS4963860U (ja) * | 1972-06-26 | 1974-06-04 | ||
| US3872470A (en) * | 1973-04-18 | 1975-03-18 | Airco Inc | Audible signal generating apparatus having selectively controlled audible output |
| US4188612A (en) * | 1978-05-01 | 1980-02-12 | Teledyne Industries Inc. (Geotech Division) | Piezoelectric seismometer |
| DE3437862A1 (de) * | 1983-10-17 | 1985-05-23 | Hitachi Medical Corp., Tokio/Tokyo | Ultraschallwandler und verfahren zu seiner herstellung |
| US4823041A (en) * | 1986-07-02 | 1989-04-18 | Nec Corporation | Non-directional ultrasonic transducer |
| JPH0715637B2 (ja) * | 1988-03-14 | 1995-02-22 | 株式会社村田製作所 | 圧電サウンダ |
| JP2614635B2 (ja) * | 1988-04-12 | 1997-05-28 | 日立マクセル株式会社 | 電歪公転子及び単相超音波モータ |
| US4918672A (en) * | 1988-08-11 | 1990-04-17 | Niles Parts Co., Ltd. | Ultrasonic distance sensor |
| JPH0251289A (ja) * | 1988-08-15 | 1990-02-21 | Sekisui Plastics Co Ltd | レーザー光線による複合圧電素子材料の製作方法 |
| US4860442A (en) * | 1988-11-28 | 1989-08-29 | Kulite Semiconductor | Methods for mounting components on convoluted three-dimensional structures |
| EP0381796B1 (de) * | 1989-02-10 | 1995-08-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschall-Sensor |
| US5032753A (en) * | 1989-02-28 | 1991-07-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric transducer and an ultrasonic motor using the piezoelectric transducer |
| WO1990016087A2 (en) * | 1989-06-07 | 1990-12-27 | Interspec, Inc. | Piezoelectric device with air-filled kerf |
| US5051647A (en) * | 1989-07-06 | 1991-09-24 | Nec Corporation | Ultrasonic motor |
| DE68926166T2 (de) * | 1989-11-14 | 1996-12-12 | Battelle Memorial Institute | Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Stapelantriebsvorrichtung |
| DE4120681A1 (de) * | 1990-08-04 | 1992-02-06 | Bosch Gmbh Robert | Ultraschallwandler |
| EP0655156B1 (de) * | 1992-08-13 | 1996-06-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultraschallwandler |
| US5297553A (en) * | 1992-09-23 | 1994-03-29 | Acuson Corporation | Ultrasound transducer with improved rigid backing |
| US5495137A (en) * | 1993-09-14 | 1996-02-27 | The Whitaker Corporation | Proximity sensor utilizing polymer piezoelectric film with protective metal layer |
| US5983471A (en) * | 1993-10-14 | 1999-11-16 | Citizen Watch Co., Ltd. | Method of manufacturing an ink-jet head |
| DE4413894C2 (de) * | 1994-04-21 | 2002-12-12 | Teves Gmbh Alfred | Biegewandler in Topfform |
| JPH0815416A (ja) * | 1994-07-05 | 1996-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波センサ |
| JPH08195998A (ja) * | 1995-01-18 | 1996-07-30 | Fuji Kogyo Kk | 可搬型超音波水中センサ |
| JP3036388B2 (ja) * | 1995-02-23 | 2000-04-24 | 株式会社村田製作所 | 超音波送受波器 |
| DE19527018C1 (de) * | 1995-07-24 | 1997-02-20 | Siemens Ag | Ultraschallwandler |
| US5648942A (en) * | 1995-10-13 | 1997-07-15 | Advanced Technology Laboratories, Inc. | Acoustic backing with integral conductors for an ultrasonic transducer |
| JPH09284896A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-31 | Murata Mfg Co Ltd | 超音波送受波器 |
| EP0810676B1 (en) * | 1996-05-27 | 2002-08-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric film-type element |
| JP3123435B2 (ja) * | 1996-07-29 | 2001-01-09 | 株式会社村田製作所 | 圧電型電気音響変換器 |
| US6236143B1 (en) * | 1997-02-28 | 2001-05-22 | The Penn State Research Foundation | Transfer having a coupling coefficient higher than its active material |
| JP3233059B2 (ja) * | 1997-03-07 | 2001-11-26 | 株式会社村田製作所 | 超音波センサ |
| DE19727877A1 (de) * | 1997-06-30 | 1999-01-07 | Bosch Gmbh Robert | Ultraschallwandler |
| US6025209A (en) * | 1997-08-12 | 2000-02-15 | Industrial Technology Research Institute | Deep groove structure for semiconductors |
| US6140740A (en) * | 1997-12-30 | 2000-10-31 | Remon Medical Technologies, Ltd. | Piezoelectric transducer |
| US6215227B1 (en) * | 1999-11-16 | 2001-04-10 | Face International Corp. | Thickness mode piezoelectric transformer with end-masses |
-
2000
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009025103A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 反射法探査システム |
| KR101422819B1 (ko) * | 2009-12-25 | 2014-07-23 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 초음파 진동장치 |
| WO2013042316A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | パナソニック株式会社 | 指向性スピーカ |
| US9253578B2 (en) | 2011-09-22 | 2016-02-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Directional loudspeaker |
| WO2022190570A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2022190571A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2022190865A1 (ja) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| JP7468777B2 (ja) | 2021-03-09 | 2024-04-16 | 株式会社村田製作所 | 気泡発生装置、および気泡発生システム |
| WO2023162861A1 (ja) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 学校法人日本大学 | 超音波投射装置 |
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