JP5447535B2 - 超音波振動装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を送受波して物体を探知する超音波センサなどに用いられる超音波振動装置に関するものである。

超音波によって対象物までの距離を測定する超音波センサにおいては、鋭い指向性が要求される。超音波センサの指向性を改善するため、振動面の振動モードを工夫することが従来行われている。

特許文献１には、複数の筒部を有する有底筒状の金属ケースに圧電体を接着した構造が開示されている。この特許文献１の超音波センサの内側の筒は単純な筒状で、開口側は固定されていない。この構造により、内側の筒を振動の節（ノード）にして、内側と外側を逆位相で振動させるようにしている。

特許文献２には、円板状振動体の最外周より内側に筒部を有する金属ケースに圧電体を接着した構造が開示されている。また、金属ケースの外側に溝が形成されている。この構造により、筒部を振動の節にして、振動板の内側と外側を同位相で振動させるようにしている。

特許文献３には、円板状振動体の最外周より内側に筒部を有する金属ケースに圧電体を接着し、筒部の厚みを薄くした構造が開示されている。また、金属ケースの外側に溝が形成されている。

ここで、特許文献３の超音波センサの構造を、図１を基に説明する。
図１は、特許文献３に係る超音波振動装置の断面図である。ケースの円筒形状の側壁１と天板２とは一体に形成されている。天板２付近の側壁１の外領域には溝３が設けられていて、溝３には柔軟性充填材８が充填されている。溝３が形成されていることにより、天板２付近の側壁１の厚みが薄くなっていて、この部分が支持部４として天板２を支えている。また、天板２は支持部４によって内領域５と外領域６とに区分されている。

天板２の内側の中心部には、円盤状の圧電体板の両主面に電極を設けた圧電素子７が貼り付けられている。

特開２００５−７２７７１号公報 特許第３３２４５９３号公報 特開２００４−９７８５１号公報

超音波センサの用途は、単に正面方向の対象物までの測距だけでなく、超音波センサの正面方向に対して直交する方向の広がりの様子や超音波ビームの方向（方位）を振ったときの空間の様子を探知するといった場合に、これまで以上の鋭い指向性が必要となる。

例えば、自動車の自動駐車支援装置における駐車スペースの検知のために用いる超音波センサは、既に駐車されている二台の車両の先端位置と後端位置を正確に検知することが必要であるが、そのためには指向性が非常に鋭い超音波センサが要求される。

しかし、特許文献１の超音波センサでは、超音波放射面の大きさ（直径）と、周波数に制約があるため、鋭い指向性が得られない。
また、特許文献２，３の超音波振動装置では、使用目的によってはサイドローブが必ずしも充分には小さくはない。
ここで、特許文献２，３に示されている超音波振動装置の振動状態の例を図２に示す。天板２の内領域と外領域は、支持部４が振動の節となって、同位相で振動する。なお、特許文献３の超音波振動装置は、支持部４の厚み及び溝の幅寸法を調整して、振動の節がケース側壁に位置するようにしているが、振動部の全体（全面）が前後にピストン運動するわけではない。

そのため、サイドローブが未だ充分には抑制されず、不要なエリアにある物標を誤検知するおそれがある。さらに、ケースの外側に溝が形成されているため、溝内に水が溜まるおそれがあり、屋外での使用には適していない。

そこで、本発明の目的は、従来の超音波振動装置に比べてサイドローブをさらに抑制して、例えば不要エリアの物標の誤検知を抑制した超音波センサとして利用できる超音波振動装置を提供することにある。

本発明の超音波振動装置は、円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、を備えた超音波振動装置であって、
前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
前記支持部の根元部は固定され、
前記支持部は、先端部と根元部との間に屈折部を有する、ことを特徴としている。

本発明によれば、振動部を支持する支持部が屈折していることにより、屈折部の弾性が有効に作用して、支持部が弾性変形し、振動部の支持部（支持部の先端部で支持する振動部の位置）が振動部の中心と同位相で変位し、面全体が前後するピストン運動に近い振動となる。そのため、サイドローブが充分に抑圧された指向特性が得られる。

特許文献３に係る超音波振動装置の断面図である。 特許文献２，３に示されている超音波振動装置の振動状態の例を示す図である。 図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る超音波振動装置１０１に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。図３（Ｂ）は超音波振動装置１０１全体の断面図、図３（Ｃ）は超音波振動装置１０１の斜視図である。 図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る超音波振動装置１０２に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。図４（Ｂ）は超音波振動装置１０２全体の断面図である。 第３の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。 図５に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０３の断面図である。 第４の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。 図７に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０４Ａの断面図である。 図７に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０４Ｂの断面図である。 図１０（Ａ）は、第５の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部、支持部及びケースの断面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示した、部材を備える超音波振動装置１０５の断面図である。 第６の実施形態に係る超音波振動装置１０６Ａの断面図である。 第６の実施形態に係る超音波振動装置１０６Ｂの断面図である。 第７の実施形態に係る超音波振動装置１０７の断面図である。 第８の実施形態に係る超音波振動装置１０８Ａの断面図である。 第８の実施形態に係る超音波振動装置について、錘２１の有無による音圧の違いを示す図である。 第８の実施形態に係る別の超音波振動装置１０８Ｂの断面図である。 第８の実施形態に係るさらに別の超音波振動装置１０８Ｃの断面図である。 第９の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。 図１８に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０９の断面図である。 第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９の所定の振動モードでの振動部及び支持部の変位を示す図である。 第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９の指向特性を示す図である。 第１０の実施形態に係る超音波振動装置１１０の断面図である。 第１１の実施形態に係る超音波振動装置１１１の断面図である。 図２４（Ａ）は第１２の実施形態に係る超音波振動装置１１２の正面図、図２４（Ｂ）は図２４（Ａ）におけるＡ−Ａでの断面図である。

《第１の実施形態》
図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る超音波振動装置１０１に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。図３（Ｂ）は超音波振動装置１０１全体の断面図、図３（Ｃ）は超音波振動装置１０１の斜視図である。

超音波振動装置１０１は、円板状の振動部１２と、振動部１２の内面の同心位置に接着された円形の圧電素子１７と、振動部１２を支持する支持部１４と、支持部１４を固定するケース１１とを備えている。

支持部１４の先端部１４１は振動部１２の外縁よりも内側の位置で振動部１２の同心円に沿った位置を支持し、支持部１４の根元部１４２はケース１１に固定されている。第１の実施形態においては、ケース１１を「固定部」として備えているが、ケース１１の代わりに、組み込み先の筺体に支持部１４を直接固定してもよい。このことは第２以降の実施形態についても同様である。

支持部１４の先端部１４１と根元部１４２との間には屈折部１４３が形成されている。この例では、支持部１４は、先端部１４１から円筒状に延びる部分と、屈折部１４３から外周方向へ延びるリング状の部分とで構成されている。

振動部１２の周辺の内面（圧電素子１７の貼付面側）にはダンピング材１３が充填されている。
ケース１１の内部には充填材１５が充填されている。この充填材１５と圧電素子１７との間には空間が形成されていて、この空間内で圧電素子１７が対向する、充填材１５の面に吸音材１６が配置されている。圧電素子１７の一方面に形成されている電極は振動部１２に電気的に導通している。圧電素子１７の他方面に形成されている電極に配線材１８が接続されている。また、支持部１４に配線材１９が接続されている。これらの配線材１８，１９は充填材１５で充填されている箇所を通って外部へ引き出されている。

振動部１２は、支持部１４で支持される位置（すなわち同心円）で区分される、内領域ＩＣと外領域ＯＣの２つの領域を備えている。振動部１２は、内領域ＩＣと外領域ＯＣが同位相で振動する振動モードを有する。

支持部１４の屈折部１４３は、振動部１２の振動時に弾性変形する。充填材１５は弾性率が高いので、屈折部１４３と一緒に振動することになり、屈折部１４３の振動を阻害しない。なお、屈折部１４３は充填材１５に対して単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じるように構成した方が、支持部１４は、その変形時に屈折部１４３の弾性によってより弾性変形しやすくなる。

このように支持部１４が弾性変形するので、振動部１２の支持位置（支持部１４の先端部による支持位置）が明確な振動の節（ノード）とはならず、振動部１２、振動部を支持する支持部１４、支持部１４を固定するケース１１が互いに作用しあいながら、バランスをとって振動する。その結果、振動部１２の内領域ＩＣと外領域ＯＣが同位相で振動するとともに、支持部１４の先端部１４１による支持位置も変位し、振動部１２の振動面の全体またはほぼ全体がほぼ平行に変位するピストン運動に近い運動が生じる。

振動部１２の振動面の全体またはほぼ全体が平行に変位すると、内領域ＩＣの振動による波面と外領域ＯＣの振動による波面との不要な干渉が少なくなって、サイドローブの強度が抑制される。そのため、メインローブのみによる鋭い指向特性が得られる。

さらに、吸音材１６、及びダンピング材１３を配置することによって、残響が抑制され、残響時間が短くなる。

振動部１２及び支持部１４は、剛性の高い金属や樹脂（例えばアルミケース）で構成される。
ケース１１及び充填材１５は、振動部１２の内側を封止する封止材としても作用する。ケース１１は例えばシリコーンゴムやウレタンゴムのような成型ゴム、プラスチック樹脂、金属など、定まった形状を保つものであればよい。特に、成型ゴム、プラスチック樹脂などであれば、高い封止性及び塗装信頼性が得られる。

充填材１５、ダンピング材１３はシリコーンゴムやウレタンゴムなど、振動部１２より低硬度で柔軟性のある材料を用いる。

《第２の実施形態》
図４（Ａ）は、第２の実施形態に係る超音波振動装置１０２に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。図４（Ｂ）は超音波振動装置１０２全体の断面図である。
超音波振動装置１０２は、振動部１２、圧電素子１７、支持部１４、ケース１１、充填材１５、吸音材１６、及びダンピング材１３を備えている。

第１の実施形態で図３に示した超音波振動装置１０１と異なるのは、振動部１２の形状である。第２の実施形態では、振動部１２の外周に、内面方向に折り曲げられた筒部１２１が形成されている。

このように、振動部１２の外周に筒部１２１を形成したことにより、振動部１２の外周とケース１１との間の隙間が狭くなり、振動部１２の外周とケース１１との間に生じる空間の封止性が増す。

また、ダンピング材１３は、振動部１２の筒部１２１の内面に所定量だけ充填すればよいので、ダンピング材１３を容易に設けることができる。

《第３の実施形態》
図５は、第３の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。円板状の振動部１２を支持する支持部１４は、その先端部１４１が振動部１２の同心円に沿った位置を支持する。支持部１４の根元部１４２は、この例では平面状に連続している。支持部１４の先端部１４１と根元部１４２との間には屈折部１４３が形成されている。振動部１２の内面の同心位置に圧電素子１７が接着されている。

図６は、図５に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０３の断面図である。図６の例では、支持部は円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂとで構成されている。円筒状部分１４Ａは振動部１２に一体化されている。すなわち、支持部は円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂの別体で構成されていて、組立時に接合される。この支持部の円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂとの接合部分が、「支持部の屈折部」である。

振動部１２の周辺の内面（圧電素子１７の貼付面側）にはダンピング材１３が貼付されている。ケース１１の内部には充填材１５が充填されている。この充填材１５と圧電素子１７との間には空間が形成されていて、この空間内で圧電素子１７が対向する、支持部の円板状部分１４Ｂの面に吸音材１６が配置されている。

ケース１１は支持部の円筒状部分１４Ａに対して強固に接合されているわけではなく、ケース１１と支持部の円筒状部分１４Ａとの間にはシリコーンゴム等の柔軟性材による層が介在している。そのため、振動部１２の振動に伴う支持部の円筒状部分１４Ａの変位を阻害することはない。

また、支持部の円板状部分１４Ｂの周囲は振動部１２の振動時に弾性変形する。充填材１５は弾性率が高いので支持部と一緒に振動することになり、支持部の円板状部分１４Ｂの周縁部の振動を阻害しない。なお、支持部の円筒状部分１４Ａ及び円板状部分１４Ｂは充填材１５に対して単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じるように構成した方が、支持部の円筒状部分１４Ａ及び円板状部分１４Ｂの周囲は、その弾性によってより弾性変形しやすくなる。

なお、第１〜第３の実施形態では、ダンピング材１３が溝に配置される構成であるため、ダンピング材１３を「充填」によって設けることになるが、第３の実施形態では予め成型した成型ゴムを接着する方法で設けることも可能になる。

《第４の実施形態》
図７は、第４の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる振動部及び支持部の断面図である。円板状の振動部１２を支持する支持部１４は、その先端部１４１が振動部１２の同心円に沿った位置を支持する。支持部１４の根元部１４２は、この例では平面状に連続している。支持部１４の先端部１４１と根元部１４２との間に屈折部１４３が形成されている。振動部１２の内面の同心位置に圧電素子１７が接着されている。振動部１２の外周には、内面方向に折り曲げられた筒部１２１が形成されている。

図８は、図７に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０４Ａの断面図である。図８の例では、支持部は円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂとで構成されている。円筒状部分１４Ａは振動部１２に一体化されている。すなわち、支持部は円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂとで構成されていて、組立時に接合される。円筒状部分１４Ａには、円板状部分１４Ｂが嵌合する段差部が形成されていて、この段差部に円板状部分１４Ｂが嵌め込まれる。この支持部の円筒状部分１４Ａと円板状部分１４Ｂとの接合部分が、「支持部の屈折部」である。支持部の円板状部分１４Ｂには配線材１８，１９が通る貫通孔が形成されている。

振動部１２の周辺の内面（圧電素子１７の貼付面側）にはダンピング材１３が充填されている。ケース１１の内部には充填材１５が充填されている。この充填材１５と圧電素子１７との間には空間が形成されていて、この空間内で圧電素子１７が対向する、支持部の円板状部分１４Ｂの面に吸音材１６が配置されている。

ケース１１は支持部の円筒状部分１４Ａに対して強固に接合されているわけではなく、ケース１１と支持部の円筒状部分１４Ａとの間にはシリコーンゴムなどの弾性体の層が介在している。そのため、振動部１２の振動に伴う支持部の円筒状部分１４Ａの変位を阻害することはない。

また、支持部の円筒状部分１４Ａ及び円板状部分１４Ｂの周囲は振動部１２の振動時に弾性変形する。充填材１５は弾性率が高いので支持部と一緒に振動することになり、支持部の円板状部分１４Ｂの周縁部の振動を阻害しない。なお、支持部の円筒状部分１４Ａ及び円板状部分１４Ｂは充填材１５に対して単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じるように構成した方が、支持部の円筒状部分１４Ａ及び円板状部分１４Ｂの周囲は、その弾性によってより弾性変形しやすくなる。

また、振動部の筒部１２１の先端はケース１１に接合されているわけではなく、ケース１１と筒部１２１とは単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じている。そのため、振動部１２の振動を阻害することはない。

図９は、図７に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０４Ｂの断面図である。この例では、ケース１１と筒部１２１との間にシリコーンやウレタン等の成型ゴムからなる弾性体３１を緩衝材として設けている。緩衝材をこのような位置に形成した場合、振動部１２からの振動がケース１１に伝播するのを防止することができ、残響時間が低減する。

なお、第４の実施形態によれば、ダンピング材１３を「充填」と「接着」の何れの方法によっても設けることができる。

《第５の実施形態》
図１０（Ａ）は、第５の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部、支持部及びケースの断面図である。円板状の振動部１２を支持する支持部１４は、その先端部１４１が振動部１２の同心円に沿った位置を支持する。支持部１４の根元部１４２は、この例では円筒状のケース１１に連続している。支持部１４の先端部１４１と根元部１４２との間に屈折部１４３が形成されている。振動部１２の内面の同心位置には圧電素子１７が接着されている。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示した、部材を備える超音波振動装置１０５の断面図である。振動部１２の周辺の内面（圧電素子１７の貼付面側）にはダンピング材１３が貼付されている。ケース１１の内部には充填材１５が充填されている。この充填材１５と圧電素子１７との間には空間が形成されていて、この空間内で圧電素子１７が対向する、充填材１５の面に吸音材１６が配置されている。

支持部１４の屈折部１４３付近は充填材１５に対して強固に接合されているわけではなく、屈折部１４３付近と充填材１５とは単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じている。そのため、支持部１４の変位を阻害することはない。

ケース１１は厚肉の円筒形状に成形されているので、錘として作用する。すなわち振動部１２が振動し、支持部１４が変位しても、ケース１１は殆ど変位せず、固定されたまま安定状態を保つ。そのため、ケース１１が軽い場合に比べて、ケース１１に対する振動部１２及び支持部１４の変位の反作用で、振動部１２の振幅が大きくなる。すなわち音圧が高まる。

《第６の実施形態》
図１１は、第６の実施形態に係る超音波振動装置１０６Ａの断面図である。
第５の実施形態で図１０（Ｂ）に示した超音波振動装置１０５と異なるのは、ケース１１を支持部１４とは別体にした点である。すなわち、支持部１４の根元部１４２は、錘として作用するケース１１に接合されている。

図１２は、第６の実施形態に係る超音波振動装置１０６Ｂの断面図である。
この例では、ケース１１の内部で、且つ支持部１４の根元部１４２が接合される位置に錘２０が配置されている。

このように、錘として作用する部分を分離して、２ピース構造とすることで、錘を振動部及び支持部とは別の材料を使用しても良い。特に、図１２に示した構造であれば、錘の接着面が封止されるので、錘の接着部の長期信頼性が高くなる。

錘の材質は金属でも樹脂でもよいが、振動部１２よりも比重の高いものを使用すると効率が良い。または、錘は振動部１２と同じ材質であってもよいが、振動部１２よりも重量が大きくなるように設計されていればよい。

《第７の実施形態》
図１３は、第７の実施形態に係る超音波振動装置１０７の断面図である。
第５の実施形態で図１０（Ｂ）に示した超音波振動装置１０６と異なり、振動部１２の外周に、内面方向に折り曲げられた筒部１２１が形成されている。このように、振動部１２の外周に筒部１２１を形成したことにより、振動部１２の外周とケース１１との間の隙間が狭くなり、振動部１２の外周とケース１１との間に生じる空間の封止性が増す。

《第８の実施形態》
図１４は、第８の実施形態に係る超音波振動装置１０８Ａの断面図である。
支持部１４の先端部１４１は振動部１２の同心円に沿った位置を支持する。支持部１４の根元部１４２は円柱状の錘２１に一体化されている。支持部１４の先端部１４１と根元部１４２との間に屈折部１４３が形成されている。この第８の実施形態では、錘２１が支持部１４を固定する固定部に相当する。このように錘は、周囲ではなく中央に設けてもよい。

振動部１２の内面の同心位置に圧電素子１７が接着されている。振動部１２の周辺の内面（圧電素子１７の貼付面側）にはダンピング材１３が貼付されている。ケース１１の内部には充填材１５が充填されている。この充填材１５と圧電素子１７との間には空間が形成されていて、この空間内で圧電素子１７が対向する、支持部１４の円板状部分１４Ｂの面に吸音材１６が配置されている。

ケース１１は支持部１４の変位を阻害することのないように設けられている。また、支持部１４の屈折部１４３付近は充填材１５との間に間隙が生じている。そのため、錘２１が静止したまま振動部１２及び支持部１４は自由に変位する。

支持部１４の屈折部１４３は、振動部１２の振動時に弾性変形する。充填材１５は弾性率が高いので、屈折部１４３と一緒に振動することになり、屈折部１４３の振動を阻害しない。なお、屈折部１４３は充填材１５に対して単に接しているだけか、僅かながらも間隙が生じるように構成した方が、支持部１４は、その変形時に屈折部１４３の弾性によってより弾性変形しやすくなる。

図１５は、図１４に示した各部の寸法を次のとおりにしたときの、錘２１の有無による音圧の違いを示す図である。
A=15.5mm、B=6mm、C=0mm、D=0mm （錘無し）
A=15.5mm、B=6mm、C=8mm、D=7mm （錘有り）
このように、錘を設けることによって、約4dBも音圧が高くなる。

図１６は第８の実施形態に係る別の超音波振動装置１０８Ｂの断面図、図１７は第８の実施形態に係るさらに別の超音波振動装置１０８Ｃの断面図である。配線材１８は圧電素子１７の電極に接続されている。配線材１９は、振動部１２に電気的に導通する部位に接続されている。図１６の例では、配線材１８，１９を通す貫通孔を錘２１の中央に設けている。図１７の例では、配線材１８，１９を通す貫通孔を錘とは別の位置に設けている。

《第９の実施形態》
図１８は、第９の実施形態に係る超音波振動装置に備えられる、振動部及び支持部の断面図である。第８の実施形態で図１４に示した超音波振動装置１０８Ａと異なり、振動部１２の外周に、内面方向に折り曲げられた筒部１２１が形成されている。

図１９は、図１８に示したものと基本的に同様構造の振動部１２及び支持部を備える超音波振動装置１０９の断面図である。図１９の例では、振動部１２の一部と錘２１の一部とによって支持部１４が構成されている。

このように、振動部１２の外周に筒部１２１を形成したことにより、振動部１２の外周とケース１１との間の隙間が狭くなり、振動部１２の外周とケース１１との間に生じる空間の封止性が増す。

図２０は第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９の所定の振動モードでの振動部及び支持部の変位を示す図である。但し、明瞭化のため、通常の変位範囲より大きく表している。振動部１２は、支持部１４の先端部１４１で同心円に沿った位置で区分される内領域と外領域の２つの領域を備え、振動部の内領域と外領域が同位相で振動する振動モードになる周波数で駆動される。支持部１４の根元部１４２及び屈折部１４３は屈曲変形して、支持部１４の先端部１４１は振動部１２の面に対して垂直方向に変位する。そのため、振動部１２は全体に、よりピストン運動に近い運動で振動する。

図２１（Ａ），図２１（Ｂ）は、第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９の指向特性を示す図である。
図２１（Ａ）において、曲線ＭＬａは第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９のメインローブの特性、曲線ＭＬｄは特許文献１の超音波振動装置のメインローブの特性をそれぞれ示している。（特許文献１の超音波振動装置のサイドローブについては図示を略している。）このように、振動部１２の内領域と外領域が同位相で振動することにより、メインローブの幅は鋭くなる。

また、図２１（Ｂ）において、曲線ＭＬａは第９の実施形態に係る超音波振動装置１０９のメインローブの特性、曲線ＳＬｂはそのサイドローブの特性をそれぞれ示している。曲線ＭＬｂは特許文献３の超音波振動装置のメインローブの特性、曲線ＳＬｂは、そのサイドローブの特性をそれぞれ示している。曲線ＭＬｃは特許文献２の超音波振動装置のメインローブの特性、曲線ＳＬｃは、そのサイドローブの特性をそれぞれ示している。このように、振動部１２の全体が、よりピストン運動に近い運動で振動することによって、サイドローブの発生が抑えられる。

《第１０の実施形態》
図２２は第１０の実施形態に係る超音波振動装置１１０の断面図である。
超音波振動装置１１０は、振動部１２、圧電素子１７Ｃ，１７Ｒ、支持部１４、錘２１、ケース１１、充填材１５、吸音材１６を備えている。

圧電素子１７Ｃは円形であり、振動部１２の内領域ＩＣの内面の同心位置に接着されている。圧電素子１７Ｒはリング状であり、振動部１２の外領域ＯＣの内面に接着されている。

このように、振動部１２の内領域ＩＣと外領域ＯＣの両方に圧電素子を設けることにより、振動部１２の内領域ＩＣと外領域ＯＣが同相で振動する振動モードを起こしやすくなる。結果として他の不要な振動モードの振動成分が小さくなり、残響特性が改善され、しかも、同相の振動が大きくなり、音圧も高くなる。

《第１１の実施形態》
図２３は第１１の実施形態に係る超音波振動装置１１１の断面図である。
超音波振動装置１１１は、振動部１２、圧電素子１７、支持部１４、錘２１、ケース１１、及び充填材１５を備えている。支持部１４の屈折部１４３は鈍角に折り曲がった形状である。屈折部の屈折角は直角に限らず、図２３に示したように鈍角であってもよいし、鋭角であってもよい。

《第１２の実施形態》
図２４（Ａ）は第１２の実施形態に係る超音波振動装置１１２の正面図、図２４（Ｂ）は図２４（Ａ）におけるＡ−Ａでの断面図である。第１〜第１１の各実施形態で示した例では、支持部１４の先端部１４１は振動部１２の同心円の全周に沿った位置を支持するようにした。これに対し、第１２の実施形態に係る超音波振動装置１１２では、支持部１４の先端部１４１は振動部１２の同心円の一部に沿った位置を支持する。図２４（Ｂ）において支持部１４の断面形状に現れているように、この例では、圧電素子１７を挟んで対向する二箇所で、振動部１２の同心円の一部に沿った位置を支持する。

支持部１４によって支持される箇所の方向（中心Ｏを通る直線Ｈ−Ｈ）とそれに直交する方向（中心Ｏを通る直線Ｖ−Ｖ）とでは、支持部１４によって振動部１２が受ける作用が異なる。このように、支持部１４によって支持される箇所と支持されない箇所に方向性があると、それぞれの方向でのメインローブのビーム幅が異なる。支持部が有る方向Ｈ−Ｈでは振動部はピストン運動に近い運動で振動するので狭い指向性が得られ、支持部が無い方向Ｖ−Ｖでは、太鼓のような基本モードでの振動となって広い指向性が得られる。

この例では、Ｖ−Ｖ方向に比べてＨ−Ｈ方向のビーム幅が狭くなる。すなわち、Ｈ−Ｈ方向が狭い扁平な指向性が得られる。

《他の実施形態》
以上の各実施形態では、二つの面が交わる部分で、支持部の屈折部が構成されたが、本発明は、これに限られない。支持部の先端部と根元部との間に湾曲した屈折部が構成されていてもよい。

以上に示した各実施形態では、支持部の先端部は振動部の外縁よりも内側の位置で、振動板の同心円に沿った位置を支持する例を示したが、厳密の同心円に沿っている必要はなく、サイドローブ抑圧効果が生じる範囲で多少ずれた位置を支持してもよい。すなわちほぼ同心円に沿っていてもよい。

また、以上に示した各実施形態では、振動部１２は、支持部１４で支持される位置で区分される内領域ＩＣと外領域ＯＣの２つの領域を備え、振動部１２は、内領域ＩＣと外領域ＯＣが同位相で振動する振動モードを有することを説明した。しかし厳密に同位相でなくてもよい。すなわちほぼ同位相であってもよい。

ＩＣ…内領域
ＯＣ…外領域
１１…ケース
１２…振動部
１３…ダンピング材
１４…支持部
１４Ａ…円筒状部分
１４Ｂ…円板状部分
１５…充填材
１６…吸音材
１７…圧電素子
１７Ｃ，１７Ｒ…圧電素子
１８，１９…配線材
２０，２１…錘
３１…弾性体
１０１〜１１２…超音波振動装置
１２１…筒部
１４１…先端部
１４２…根元部
１４３…屈折部

Claims (10)

1. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、を備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に予め屈折した屈折部を有し、
   前記支持部は、前記先端部から前記根元部までのうち、前記根元部で固定されていることを特徴とする、超音波振動装置。
2. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、前記支持部を固定する固定部とを備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に予め屈折した屈折部を有し、
   前記支持部は、前記先端部から前記根元部までのうち、前記根元部で前記固定部に固定されていることを特徴とする、超音波振動装置。
3. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、を備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部の根元部は固定され、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に屈折部を有し、
   前記支持部の根元部が固定される部位に前記振動部より重い錘が設けられたことを特徴とする、超音波振動装置。
4. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、前記支持部を固定する固定部とを備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部の根元部は前記固定部に固定され、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に屈折部を有し、
   前記支持部の根元部が固定される部位に前記振動部より重い錘が設けられたことを特徴とする、超音波振動装置。
5. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、を備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部の根元部は固定され、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に屈折部を有し、
   前記支持部が支持する前記振動部の位置は、前記振動部の外縁よりも内側の位置で、非連続な複数箇所であることを特徴とする、超音波振動装置。
6. 円板状の振動部と、前記振動部の内面に取り付けられた圧電素子と、前記振動部を支持する筒状の支持部と、前記支持部を固定する固定部とを備えた超音波振動装置であって、
   前記支持部の先端部は前記振動部の外縁よりも内側の位置を支持し、
   前記支持部の根元部は前記固定部に固定され、
   前記支持部は、先端部と根元部との間に屈折部を有し、
   前記支持部が支持する前記振動部の位置は、前記振動部の外縁よりも内側の位置で、非連続な複数箇所であることを特徴とする、超音波振動装置。
7. 前記振動部は同心円に沿った位置で区分される内領域と外領域の２つの領域を備え、前記振動部の内領域と外領域が同位相で振動する振動モードを有する、請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波振動装置。
8. 前記錘は前記振動部より比重の高い物質で構成された、請求項３又は４に記載の超音波振動装置。
9. 前記錘は前記固定部又は固定部の一部で構成された、請求項４に記載の超音波振動装置。
10. 前記振動部の外周は、前記振動部の内面方向に折り曲げられて筒部が形成されている、請求項１乃至９の何れかに記載の超音波振動装置。

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