JP2019054426A - 超音波出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波に基づく音波を出力する超音波出力装置において、超音波出力部の振動がホーン部に伝わることを抑制しつつ、音波の減衰を抑制できるようにする。【解決手段】超音波出力装置１Ａは、少なくとも１つの超音波出力部１０と、ホーン部３０と、保持部２０Ａと、を備える。少なくとも１つの超音波出力部１０は、入力信号に応じた超音波を予め設定された進行方向に向けて音波出力面１０Ａから出力するように構成される。ホーン部３０は、少なくとも１つの超音波出力部１０における進行方向側の空間を取り囲み、進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成される。保持部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、超音波出力部１０とホーン部３０との間に配置され、超音波出力部１０を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、音波出力面１０Ａの外縁部１０Ｃが拘束されない状態で超音波出力部１０を保持するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、超音波に基づく音波を出力する技術に関する。

下記の特許文献１には、超音波を出力する超音波出力部とホーン部とを備え、ゴム製の保持部にて超音波出力部を覆うことで、超音波出力部の振動がホーン部に伝わることを抑制する技術が提案されている。

特開２００５−０６２１４１号公報

特許文献１の技術では、保持部が超音波出力部の全体を押さえる構造であるため、超音波を発生させるための振動が抑制され、音波が減衰する虞があった。
本開示では、超音波に基づく音波を出力する超音波出力装置において、超音波出力部の振動がホーン部に伝わることを抑制しつつ、音波の減衰を抑制できるようにする技術を提供する。

本開示の一側面の超音波出力装置は、少なくとも１つの超音波出力部（１０）と、ホーン部（３０）と、保持部（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）と、を備える。少なくとも１つの超音波出力部（１０）は、入力信号に応じた超音波を予め設定された進行方向に向けて音波出力面（１０Ａ）から出力するように構成される。

ホーン部は、少なくとも１つの超音波出力部における進行方向側の空間を取り囲み、進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成される。保持部は、超音波出力部とホーン部との間に配置され、超音波出力部を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、音波出力面の外縁部（１０Ｃ）が拘束されない状態で超音波出力部を保持するように構成される。

このような超音波出力装置によれば、保持部が音波出力面の外縁部が拘束されない状態で超音波出力部を保持するので、超音波出力部の振動がホーン部に伝わることを抑制しつつ、音波の減衰を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態における超音波出力装置のＩ−Ｉ断面図である。 第１実施形態における超音波出力装置の下面図である。 第１実施形態における超音波出力装置の拡大断面図である。 超音波出力面の突出量と音圧レベルとの関係を示すグラフである。 第２実施形態における超音波出力装置の中央断面図である。 第３実施形態における超音波出力装置の中央断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］

図１，図２，図３に示す第１実施形態の超音波出力装置１Ａは、超音波を出力する装置である。超音波出力装置１Ａは、例えば、屋内駐車場等の屋内施設の天井に配置され、ＧＰＳ（全地球測位システム）が利用できない環境で、超音波を用いて位置情報を提供するシステム等に利用される。

超音波出力装置１Ａは、超音波出力部１０と、保持部２０Ａと、ホーン部３０と、を備える。超音波出力装置１Ａは、例えば、台座４０に対して複数のネジ４５を用いて固定される。

超音波出力部１０は、超音波を変調して出力するパラメトリックスピーカとして構成される。超音波出力部１０には、図示しない超音波アンプから、コネクタ１５付のリード線１６を介して入力信号が入力され、この入力信号に応じて比較的鋭い指向性を有する音波を出力する。入力信号としては、所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ）を有する振幅一定の超音波の波形を振幅変調して所定の周波数の音波とするための信号が入力される。

ここで、超音波出力部１０は、図１，図２，図３に示すように例えば円柱状に構成され、一端面である音波出力面１０Ａから入力信号に応じた超音波を音波出力面１０Ａに対する鉛直方向である進行方向に向けて出力する。進行方向は、図１，図３では下向きであり、図２では紙面手前向きである。なお、図１，図２，図３では、超音波出力部１０が１つだけ備えられた例を示すが、超音波出力部１０は複数備えられてもよい。

ホーン部３０は、例えば、ステンレスやアルミニウム合金のような金属製であり、超音波出力部１０を取り囲むとともに、超音波出力部１０における進行方向側の空間を取り囲むように構成される。ホーン部３０は、進行方向に沿う外周部３１が円筒形に構成され、内周部３３が進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成される。つまり、内周部３３は、図２に示すように、進行方向と直交する任意の断面で切断したときの形状が円形であり、その断面は、進行方向側の端部である先端部３２に近づくにつれて円の径が大きくなるように構成される。

また、ホーン部３０は、ホーン部３０が取り囲む空間における進行方向とは反対側である超音波出力部１０側の端部に、進行方向と直交する面を有する底面部３４をさらに備える。底面部３４は、図３に示すように、超音波出力部１０に接することがないように、超音波出力部１０との間に空間を有する。

保持部２０Ａは、超音波出力部１０とホーン部３０との間であって、底面部３４よりも進行方向とは反対側に配置される。保持部２０Ａは、超音波出力部１０の外周部分を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、音波出力面１０Ａの外縁部１０Ｃが保持部２０Ａや他の部材に拘束されない状態で、超音波出力部１０を保持するように構成される。拘束されない状態とは、他の物体との間に空間または隙間を有する状態、或いは外縁部１０Ｃが空気以外の物体に触れない状態を示す。なお、超音波出力部１０は、ホーン部３０に直接的に触れることなく配置される。

保持部２０Ａは、進行方向側に向かうにつれて、超音波出力部１０とホーン部３０とに対して交互に接触し、超音波出力部１０とホーン部３０との間に空間を有する蛇腹状の部材として構成される。

この構成によって、超音波出力部１０による振動が保持部２０Ａに伝達したときに、保持部２０Ａが振動を吸収できるようにすることで、振動がホーン部３０には伝達しにくくし、音波の出力の損失を抑制する。

なお、保持部２０Ａが硬いか柔らかいかについては、超音波を発生させる際の振動を吸収しやすい物質をより柔らかいものとする。厳密に硬いか柔らかいかを測定するには、例えば、硬いか柔らかいかを比較する物質について、同一形状のサンプルを準備し、サンプルの一端を固定し他端に荷重を加えて該他端を解放することで振動させるとよい。この際の振動数が少ない物質をより柔らかいものとするとよい。保持部２０Ａとしては、例えば、ゴム等の樹脂製の材料やウレタンフォーム、或いは比較的柔らかいアルミニウム等の軽金属等を採用できる。

このような超音波出力装置１Ａにおいて、超音波出力部１０は、音波出力面１０Ａが、底面部３４よりも進行方向側に突出するように構成される。音波出力面１０Ａが、底面部３４から突出する突出量ｄは、音波出力面１０Ａの直径１７ｍｍ程度に対して、例えば１−５ｍｍの範囲内に設定される。

ここで、突出量ｄと音波の出力の大きさとの関係を図４に示す。図４では、突出量ｄが０であるときに対して、突出量ｄが１−５ｍｍであるときの出力が向上することが分かる。このような結果が得られるのは、外縁部１０Ｃが拘束されずに開放され、自由に外縁部１０Ｃが振動できるように構成することで、外縁部１０Ｃから良好に音波が放射されるためと考えられる。

また、突出量ｄが１−５ｍｍである構成では、外縁部１０Ｃから放出される音波の進行が底面部３４等で阻害されにくくなることも、音圧の向上に寄与するものと考えられる。特に、突出量ｄが２ｍｍ前後であるときに、出力が最大となる結果が得られた。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）本開示の一側面の超音波出力装置１Ａは、少なくとも１つの超音波出力部１０と、ホーン部３０と、保持部２０Ａと、を備える。少なくとも１つの超音波出力部１０は、入力信号に応じた超音波を予め設定された進行方向に向けて音波出力面１０Ａから出力するように構成される。

ホーン部３０は、少なくとも１つの超音波出力部１０における進行方向側の空間を取り囲み、進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成される。なお、ホーン部３０は、超音波出力部１０が出力する超音波の進行方向側の空間を取り囲んでいれば、進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成される必要なく、例えば、進行方向側に向かっても取り囲む空間の大きさが変化しないように構成されてもよいし、進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が小さくなるように構成されてもよい。また、
保持部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、超音波出力部１０とホーン部３０との間に配置され、超音波出力部１０を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、音波出力面１０Ａの外縁部１０Ｃが拘束されない状態で超音波出力部１０を保持するように構成される。

このような超音波出力装置１Ａによれば、保持部２０Ａが音波出力面１０Ａの外縁部１０Ｃが拘束されない状態で超音波出力部１０を保持するので、超音波出力部１０の振動がホーン部３０に伝わることを抑制しつつ、音波の減衰を抑制することができる。

（１ｂ）上記の超音波出力装置１Ａにおいて、超音波出力部１０は、保持部２０Ａにおける進行方向側の端部２５よりも進行方向側に突出するように構成される。より詳細には、ホーン部３０は、進行方向とは反対側に進行方向と直交する面を有する底面部３４、をさらに備え、超音波出力部１０は、音波出力面１０Ａが、底面部３４よりも進行方向側に突出するように構成される。

このような超音波出力装置１Ａによれば、音波出力面１０Ａが保持部２０Ａにおける進行方向側の端部２５や底面部３４よりも、進行方向側に突出するので、上述の実験結果に示すように、超音波出力装置１Ａから出力される音波の音圧を向上させることができる。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態の超音波出力装置１Ｂは、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、蛇腹状の部材である保持部２０Ａを備えて構成した。これに対し、第２実施形態では、保持部２０Ａに換えて図５に示す保持部２０Ｂを備える点で第１実施形態と相違する。

［２−２．構成および効果］
図５に示す保持部２０Ｂは、超音波出力部１０とホーン部３０との間に空間を有することなく連続的に接するように構成される。保持部２０Ｂの材質は、保持部２０Ａと同様であってもよいし、より振動を吸収しやすいジェル状の物質であってもよい。

以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（２ａ）上記の超音波出力装置１Ｂにおいて、保持部２０Ｂは、超音波出力部１０とホーン部３０との間に空間を有することなく連続的に接するように構成される。

このような超音波出力装置１Ｂによれば、保持部２０Ｂの形状を簡素な形状とするので、保持部２０Ｂの形成を容易にすることができる。
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態の超音波出力装置１Ｃは、保持部２０Ａに換えて図６に示す保持部２０Ｃを備える点で第１実施形態と相違する。

［３−２．構成および効果］
超音波出力装置１Ｃは、図６に示すように、音波出力面１０Ａが底面部３４から突出することはなく、音波出力面１０Ａと保持部２０Ｃの進行方向側の端部２５とが同一平面上に位置するように構成される。ただし、保持部２０Ｃの端部２５における内周面には、切欠部２４が形成されている。

切欠部２４は、保持部２０Ｃと超音波出力部１０の外縁部１０Ｃとの間に空間（隙間）ができるように保持部２０Ｃを切り欠いた形状に構成される。なお、切り欠いた形状とは、実際に切り欠くことで構成されている必要はなく、保持部２０Ｃの切欠部２４がない部位よりも、保持部２０Ｃの内径が大きくなるように構成されていればよい。

以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
（３ａ）上記の超音波出力装置１Ｃにおいて、保持部２０Ｃは、進行方向側の端部における内周部分を切り欠いた形状に構成された切欠部２４をさらに備える。

このような超音波出力装置１Ｃによれば、保持部２０Ｃに切欠部２４を設けることで、外縁部１０Ｃが保持部２０Ｃで拘束されないようにすることができるので、超音波出力部１０の振動がホーン部３０に伝わることを抑制しつつ、音波の減衰を抑制することができる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４ａ）上記実施形態では、超音波出力部１０が１つの例について説明したが、超音波出力部１０は複数であってもよい。この場合、複数の超音波出力部１０を１群の出力部として、この１群の出力部全体を、保持部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが取り囲むように構成すればよい。このようにしても、上記（１ａ）と同様の効果を享受できる。

（４ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４ｃ）上述した超音波出力装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃの他、当該超音波出力装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃを構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…超音波出力装置、１０…超音波出力部、１０Ａ…音波出力面、１０Ｃ…外縁部、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…保持部、２４…切欠部、２５…端部、３０…ホーン部、３１…外周部、３２…先端部、３３…内周部、３４…底面部。

Claims (5)

1. 入力信号に応じた超音波を予め設定された進行方向に向けて音波出力面（１０Ａ）から出力するように構成された少なくとも１つの超音波出力部（１０）と、
   前記少なくとも１つの超音波出力部における前記進行方向側の空間を取り囲み、前記進行方向側に向かうにつれて取り囲む空間が大きくなるように構成されたホーン部（３０）と、
   前記超音波出力部と前記ホーン部との間に配置され、前記超音波出力部を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、前記音波出力面の外縁部（１０Ｃ）が拘束されない状態で前記超音波出力部を保持するように構成された保持部（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）と、
   を備えた超音波出力装置（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）。
2. 請求項１に記載の超音波出力装置であって、
   前記超音波出力部は、前記保持部における前記進行方向側の端部（２５）よりも前記進行方向側に突出する
   ように構成された超音波出力装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の超音波出力装置であって、
   前記ホーン部は、前記進行方向側の空間の前記進行方向とは反対側に、前記進行方向と直交する面を有する底面部（３４）、をさらに備え、
   前記超音波出力部は、前記音波出力面が、前記底面部よりも前記進行方向側に突出する
   ように構成された超音波出力装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の超音波出力装置であって、
   前記保持部は、前記進行方向側の端部における内周部分を切り欠いた形状に構成された切欠部（２４）、
   をさらに備えた超音波出力装置。
5. 入力信号に応じた超音波を出力する音波出力面（１０Ａ）を有する超音波出力部（１０）と、
   前記超音波出力部が出力する超音波の進行方向側の空間を取り囲むホーン部（３０）と、
   前記超音波出力部と前記ホーン部との間に配置され、前記超音波出力部を構成する素材よりも柔らかい素材で構成され、前記音波出力面の外縁部（１０Ｃ）との間に隙間を形成しつつ、前記超音波出力部を保持する保持部（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）と、
   を備えた超音波出力装置（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）。

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