JP6257552B2 - 超音波発生器 - Google Patents

Description

本発明は、球状の超音波放射体によってその放射体の外表面の全方位に超音波が放射されるようにしたことにより、例えば有害昆虫や有害鳥獣の撃退や防除に用いて効果的な超音波発生器に関する。

従来から、例えば農業分野において、作物に有害な作用をする昆虫や鳥獣等を撃退したり防除するため、有害昆虫や有害鳥獣が利用している周波数領域の音波や超音波を放射することが行われている。

例えば、モモ，ナシ，リンゴ等の果実の熟成期に発生する夥しい数の野蛾等の撃退や防除には、音波や超音波が有効であることが判明してからは、広く音波や超音波を使った防除策が採られるようになった。

従来、野蛾等の有害昆虫や有害鳥獣を撃退したり防除するために使用されている手段には次のようなものが知られている。まず、図５に例示した可聴領域（低周波）の音波発生器Ｓｈとしてコーン型（又はラッパ型）のスピーカーＳｐが使用されているが、音波の放射範囲を広げるためコーン（ラッパ）形状を広角にしたり、音波を遠くまで到達せるためコーン（ラッパ）形状を長くしなければならなかった。また、多数のスピーカーＳｐをコーン形状に配列した音波発生器Ｓｈも試みられている（図６参照）。

一方、超音波領域（高周波）の音波の発生には、圧電セラミックスやフェライト振動子などが用いられている。超音波発生では周波数が高いと指向性が強くなるため、広範な範囲（領域）に向けて超音波を放射するために、図７に例示するように振動子を複数乃至多数配設した超音波発生器Ｕｓがあるが、このような設置態様にすると費用が嵩むという問題がある。

また、周波数が高い超音波領域では、円板形の圧電セラミックスＰｃを直接駆動するタイプがある。しかし圧電セラミックスでは音圧を上げることが難しく、また指向性も強いため、図８に例示するようなアレー構造にした超音波発生器Ｕｓも試みられているが、近距離にしか超音波が到達しないという難点がある。

一方、高い音圧を得るために、ボルト締めランジュバン型の振動子（以下、単に振動子ＢＬＴという）を使用した超音波発生器Ｕｓが使用されるようになった。この型式の超音波発生器では超音波の放射角を広角にするため図９に例示するようなカップ状の器Ｃｕの底に振動子ＢＬＴを固定した超音波発生器Ｕｓがある。また音圧をさらに上げるために、図１０に例示するようにブースタ（増幅器）Ａｍを振動子ＢＬＴと超音波放射体（ホーン）の間に介在させた広角ホーンＷｈを使用した超音波発生器Ｕｓがあり、広角，高音圧の超音波を放射できるようになった。広角ホーンＷｈでは、図１１に示すようにホーンの前面をドーム状Ｄｏに膨出させて放射角の拡大が試行されている。

しかし、これらの超音波発生器Ｕｓであっても図１２に例示するように超音波の放射領域は略水平面内近傍の領域であって上下の領域にはほぼ放射が無い。従って上記の超音波発生器は、いずれも強い指向性のために、ホーンの全方向を隈なく超音波でカバーするためには、水平面内でのホーンの前後方向，左右方向のみならず少なくとも上下方向に向けても複数の超音波発生器を並べて設けないと全方位での超音波放射は得られない。図１２において、Ｐｔは超音波発生器を上端部に設けた鉄塔、Ｆｔは果樹である。

因みに、図１０に例示したランジュバン型振動子ＢＬＴを用いてブースタＡｍを介在させた広角ホーンＷｈによる超音波発生器Ｕｓは、図１３に示すように振動子ＢＬＴ、ブースタＡｍ、広角ホーンＷｈが、すべてλ／２乃至略λ／２（λは超音波振動の波長、以下、同じ）の長さに形成されてホーン先端に高音圧の超音波を得ている。

また、図１３の広角ホーンＷｈは、その前面が図１１に示したように略半球面乃至ドーム状面Ｄｏの広角ホーンＷｈｄに形成されていると、超音波は当該ホーンＷｈｄの前記球面（ドーム面Ｄｏ）の法線方向に放射されるから、前面がフラットの図１３の前面フラットのホーンＷｈに比べれば、広角ドームのホーンＷｈｄの方が超音波の放射領域が広くなるといえるが、当該ホーンＷｈｄの上下方向，左右方向，後方には超音波は全くと言ってよいほど放射されない。

そこで、前記広角ホーンＷｈ，Ｗｈｄの形態を、図１４に示すような略球状のホーンＢｈに形成し、図１３の超音波発生器Ｕｓの例と同じようにλ／２乃至略λ／２で振動子ＢＬＴ，ブースタＡｍ，球状ホーンＢｈの共振をとって駆動してみた。

図１４の超音波発生器Ｕｓでは、その振動子ＢＬＴが縦振動すると、この超音波発生器Ｕｓの中心軸に直交して球状ホーンＢｈの略中心を通る垂直面と、前記中心軸を含む水平面とにおいて、前記ホーンＢｈの外面に超音波が放射されることが確認できた。しかし、この振動形態では、前記球状ホーンＢｈの前記中心軸に直交するホーン直径上の全周と、前記中心軸を含む水平面上にあるホーンの全周上において超音波が放射されるものの、この球状ホーンＢｈでは前記２つの放射域の間に位置する中間域では超音波はほぼ全く放射されない。

特開２００２−３２８０５６号公報 特許第３９４８４２２号公報 特許第５２９８３１１号公報

本発明は、有害昆虫や有害鳥獣を撃退，防除するために利用されている超音波発生器の上記のような現状に鑑み、超音波を放射する放射体（ホーン）の形態を工夫することにより、あたかも超音波放射体の３６０度空間の全域から放射体に超音波が放射できるようにした超音波振動発生器（以下、超音波発生器ともいう）を提供することを、課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明超音波発生器の構成は、長さを当該超音波振動子の共振周波数の１／２波長乃至略１／２波長に整合した超音波振動子と、該超音波振動子と同じ長さで前記超音波振動子の振動をブーストして伝送する振動ブースタとを直列結合し、前記振動ブースタの先端部に、前記超音波振動子の長さの約２倍の大きさの直径を有する充実した球状の振動放射体を結合するか又は一体形成したことを特徴とするものである。

本発明では、長さを当該超音波振動子の共振周波数の１／２波長乃至略１／２波長に整合した超音波振動子と、該超音波振動子と同じ長さで前記超音波振動子の振動をブーストして伝送する振動ブースタとを直列結合し、前記振動ブースタの先端部に、前記超音波振動子の長さの約２倍の大きさの直径を有する充実した球状の振動放射体を結合するか又は一体形成して超音波発生器を構成したから、前記球状の振動放射体の外面の全方位に超音波を放射することができる。これによって、有害昆虫や有害鳥獣の撃退や防除において、少ない設置個数の超音波発生器で所期の撃退効果や防除効果が得られる。

本発明超音波発生器の一例を模式的に示した側面図。 図１の超音波発生器の振動分布図。 図１の超音波発生器の応力分布図。 図１の超音波発生器の振動方向図。 コーン形スピーカによる低周波の音波発生器の一例の斜視図。 スピーカを複数個並べて形成したコーン形の低周波の音波発生器の一例の斜視図。 複数の円板型圧電セラミックスをハチの巣状に配列した高周波の音波（超音波）発生器の一例の正面図。 圧電セラミックスをアレー構造に配置した高周波音波（超音波）発生器の他の例の斜視図。 超音波の放射を広角にするためランジュバン型振動子をカップ形状の器の底に取付けた超音波発生器の一例の斜視図。 広角ホーンとブースタを使用したランジュバン型振動子による超音波発生器の斜視図。 図１０の広角ホーンの前面をドーム状に形成したホーンの斜視図。 果樹園に超音波発生器を設置した状態を説明するための模式的側面図。 図１０の超音波発生器の振動状態を説明するための図。 球状ホーンとブースタとランジュバン型振動子により構成した超音波発生器の振動状態を説明するための図。

次に、図１〜図４により本発明超音波発生器Ｕｓの一例について説明する。

図１の本発明超音波発生器Ｕｓは、図１５の超音波発生器Ｕｓにおいて、波長λの超音波振動をするランジュバン型振動子ＢＬＴと、該振動子ＢＬＴに結合された前記振動子と同じ長さのブースタＡｍとを、λ／２乃至略λ／２の長さに整えたものである点で、共通している。

本発明では、図１４に例示した直径がλ／２乃至略λ／２の球状の超音波振動放射体Ｂｈの外表面の全方位に超音波放射が生じるように、前記球状放射体Ｂｈの大きさを種々変更して形成した球状放射体Ｂｈを組込んだ複数種類の超音波発生器を試作して超音波振動実験を重ねた結果、球状放射体Ｂｈの大きさを図１の振動子ＢＬＴの長さ（λ／２乃至略λ／２）の約２倍の直径（λに等しい乃至略等しい）を有する充実した球体（以下、「大形球状放射体」ＬＢｈともいう）にすると、その球状放射体ＬＢｈの外面の全方位域において超音波が放射されることを確認した。

すなわち、上記球状放射体ＬＢｈの外面全域に超音波放射が存在することは、当該球状放射体ＬＢｈにおける図２の振動分布図、同じく図３の応力分布図、同じく図４の振動分布図によって確認することができる。このように内部が充実した大径の球状放射体ＬＢｈでは、振動子ＢＬＴによる超音波振動ブースタＡｍを介してこの球体ＢＬＴに伝わり、当該球体ＢＬＴの中心から同心状に外面に向かって超音波振動が伝わっていることが判る（図２参照）。

このとき、この球状放射体ＬＢｈに生じる応力は、球体の外表面に近い深さでは、その球体の両極近傍（球体の上下）と緯度上の直径近傍（球体の左右）で他の部位よりわずかに大きく現れるものの、残りの部位では大きな違いなく現れていることが判る。

この結果、球状放射体ＬＢｈの全方位の外面に現れる超音波振動は、図４に表されているように、この球状放射体ＬＢｈの中心から全方位に向けて放射状に放射されていることが判る。因みに、図２〜図４の球状放射体ＬＢｈの直径は約１３８ｍｍ、ブースタＡｍの長さは約６７ｍｍである。

本発明は以上の通りであって、振動子ＢＬＴにブースタＡｍを介して結合された超音波振動の波長λと同じ乃至略同じ長さの直径を有する球状放射体ＬＢｈは、その外面の全方位に向けて超音波振動を放射するから、無視向性の超音波放射体、即ち球体面上の全方位で高音圧の超音波を放射させることができる。因みに、音圧は球状放射体ＬＢｈから１０ｍ離れた地点で１００ｄｂ〜１１０ｄｂを実現できることが、実験で確認できた。

この結果、従来の超音波発生器Ｕｓでは、音圧を上記レベルまで高められないから、隣の超音波発生器と４〜５ｍの距離間隔で設置する必要があったが、本発明超音波発生器ＨＵｓでは、２０〜３０ｍ離間して設置することが可能であり、それでも有害昆虫や鳥獣の撃退や防除機能に問題はない。

さらには、本発明超音波発生器ＨＵｓは、球体（球状放射体）の全方位に超音波を放射できるから、上，下方向での超音波を放射も必要とする場合であっても、従来の超音波発生器の設置数から見ると、従来の１／５〜１／１０程度の設置個数によって、必要な超音波放射領域をカバーすることができる。

また、本発明では、球状放射体ＬＢｈの直径φを、使用する超音波振動の波長λとの関係が、概ねφ=λの関係を保持して変更することにより、放射される超音波の周波数を変更した超音波発生器ＨＵｓを形成することができる。例えば、直径を約１３０ｍｍにすると４０ｋＨｚの超音波が、同じく約６５ｍｍにすると８０ｋＨｚの超音波が球状放射体の全方位から放射されることを実験により知得している。これにより、本発明では全方向放射型の超音波発生器Ｕｓを小型化し易くなるから、設置環境や有害昆虫の発生状況等に応じた性能を有する超音波発生器を容易に製造することができる。

本発明超音波発生器ＨＵｓは以上の通りであるから、果樹園等における有害昆虫や有害鳥獣の撃退や防除のために用いる超音波発生器としてきわめて有用である。

Ｕｓ 従来の超音波発生器
ＨＵｓ 本発明超音波発生器
ＢＬＴ ボルト締めランジュバン型振動子
Ａｍ 振動ブースタ
Ｓｐ コーン型スピーカ
Ｐｃ 圧電セラミックス
Ｗｈ 広角ホーン
Ｂｈ 球体放射体
ＬＢｈ 本発明超音波発生器に用いる大形球状放射体

Claims (2)

1. 長さを当該超音波振動子の共振周波数の１／２波長乃至略１／２波長に整合した超音波振動子と、該超音波振動子と同じ長さで前記超音波振動子の振動をブーストして伝送する振動ブースタとを直列結合し、前記振動ブースタの先端部に、前記超音波振動子の長さの約２倍の大きさの直径を有する充実した球状の振動放射体を結合するか又は一体形成したことを特徴とする超音波発生器。
2. 長さを当該超音波振動子の共振周波数の１／２波長乃至略１／２波長に整合した超音波振動子と、該超音波振動子と同じ長さで前記超音波振動子の振動をブーストして伝送する振動ブースタとを直列結合し、前記振動ブースタ先端部に、前記超音波振動子の長さの約２倍の大きさの直径を有する充実した球状の振動放射体を結合するか又は一体形成し、前記超音波振動子の超音波振動で前記球状の振動放射体の外面全方位に超音波を放射させ有害昆虫や有害鳥獣を撃退又は防除するように用いることを特徴とする超音波発生器。