JP7495082B2 - 音波偏向デバイスおよび音波偏向システム - Google Patents

Description

本発明は、音波偏向デバイスおよび音波偏向システムに関する。

音波を任意の位置に集中させたり、特定の方向に指向性を持たせたりするような装置が検討されている。

例えば、特許文献１には、変調された超音波により、狭指向性を有する可聴域の音を発生させるパラメトリックスピーカが開示されている。

特開２０１７－２０４６６１号公報

特許文献１に記載のパラメトリックスピーカは、構成の簡素化という点で未だ改善の余地がある。

本発明は、構成を簡素化させた音波偏向デバイスおよび音波偏向システムを提供する。

本発明の一態様にかかる音波偏向デバイスは、
外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
を備え、
前記弾性率変化部は、前記弾性率を変化させることにより音波を偏向する。

本発明の一態様にかかる音波偏向システムは、
同一平面上に並んで配置される複数の音波偏向デバイスを備え、
前記複数の音波偏向デバイスのそれぞれは、
外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
を備え、
それぞれの前記弾性率変化部は、前記弾性率を独立して変化させることにより音波を偏向する。

本発明の別の態様にかかる音波偏向システムは、
振動部を有する複数の同一位相の音波発生装置を備え、
前記複数の音波発生装置の前記振動部は、それぞれ弾性率が異なり、
前記複数の音波発生装置から出力される音波が合成波として偏向される。

本発明によると、構成を簡素化させた音波偏向デバイスおよび音波偏向システムを提供することができる。

実施の形態１にかかる音波偏向デバイスを示す模式図 図１の音波偏向デバイスの平面図 図２の音波偏向デバイスのＡ－Ａ断面図 実施の形態１の変形例１にかかる音波偏向デバイスを示す断面図 実施の形態１の変形例２にかかる音波偏向デバイスを示す断面図 実施の形態２にかかる音波偏向システムを示す模式図 実施の形態３にかかる音波偏向デバイスを示す模式図 それぞれの振動部の弾性率をそれぞれ異なる大きさにした場合に音波偏向デバイスから出力される音波の偏向角を示す表 弾性率変化部に印加する磁場の大きさと、弾性率変化部の弾性率との関係を示す表 弾性率変化部が誘電エラストマで構成されている場合の、弾性率変化部に印加される電場の大きさと弾性率と、弾性率変化部の弾性率との関係を示す表 実施の形態４にかかる音波偏向デバイスを示す模式図 図１１の音波偏向デバイスの平面図 図１２の音波偏向デバイスのＢ－Ｂ断面図 振動部の弾性率を徐々に異なる大きさにした場合に音波偏向デバイスから出力される音波の偏向角を示す表 実施の形態５にかかる音波偏向デバイスを示す平面図 図１５の音波偏向デバイスのＣ－Ｃ断面図 実施の形態６にかかる音波偏向システムを示す概略図 図１７の音波偏向システムの平面図 音波の偏向角の計測方法を示す概略図 図１９の計測方法で計測された実施例１の音波の偏向角を示すグラフ 図１９の計測方法で計測された比較例１の音波の偏向角を示すグラフ

（本発明に至った経緯）
近年、音波を偏向させて、指向性を持たせたスピーカあるいは超音波センサ等に対するニーズが高まっている。

例えば、指向性を有する音響システムとして、パラメトリックスピーカが知られている。パラメトリックスピーカは、音に指向性を持たせることにより、所定の範囲に選択的に音波を届けることができ、例えば、同じ空間内にいる特定の人にのみ音を聞かせることができる。

特許文献１には、変調した超音波を用いて指向性を実現するパラメトリックスピーカが開示されている。特許文献１に記載のパラメトリックスピーカは、超音波素子を有する独立したスピーカを複数並べて、それぞれのスピーカから変調された超音波を放出することにより指向性を有する可聴音を発生する。音の指向性を制御するために、それぞれの超音波スピーカに対して変調の制御をすることになり、大型で複雑な制御システムが必要である。このため、非常に限定的な市場でしか活用されていない。

そこで、本発明者らは、簡素な構成で音波を偏向することができる音波偏向デバイスおよび音波偏向システムについて検討し、以下の発明に至った。

本発明の一態様にかかる音波偏向デバイスは、
外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
を備え、
前記弾性率変化部は、前記弾性率を変化させることにより音波を偏向する。

このような構成により、構成を簡素化した音波偏向デバイスを提供することができる。

前記弾性率変化部は、磁気粘弾性エラストマで構成されており、
前記印加部は、前記弾性率変化部に磁場を印加してもよい。

このような構成により、磁場を印加することで弾性率変化部の弾性率を自在に変えることができる。このため、音波の位相操作をすることなく、簡素な構成で音波偏向システムを提供することができる。

振動部を備え、
前記振動部の少なくとも一部は、前記弾性率変化部で構成されていてもよい。

このような構成により、振動部の弾性率を変更することで、音波を偏向することができる。

複数の前記印加部は、平面視において前記振動部の外周に沿って対向して配置されていてもよい。

このような構成により、単一の振動部において、弾性率を部分的に変えることができる。このため、単一の音波偏向デバイスで、音波を偏向させることができる。

前記印加部は、第１コイルと、前記第１コイルに対向して配置される第２コイルと、を有し、前記第１コイルの巻回方向と前記第２コイルの巻回方向とが異なってもよい。

このような構成により、単一の振動部において、弾性率をグラデーション状に変えることができる。

振動部を備え、
前記弾性率変化部は、前記振動部を支持する支持部であってもよい。

このような構成により、振動部を支持する支持部の弾性率を変化させて、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記振動部は、第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第１主面から突出する突起部と、を有し、
前記支持部は、前記突起部を支持し、
前記振動部の前記第１主面と前記支持部との間に隙間が形成されていてもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記支持部は、平面視において前記振動部の中央部より外側に配置されていてもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記支持部は、環状に形成され、
前記印加部は、平面視において前記支持部と重なる位置に配置されたコイルを有してもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記振動部は、樹脂または金属で形成されていてもよい。

このような構成により、簡素な構成で音波を偏向することができる。

さらに、
前記音波を発生させる音波発生部、
を備えてもよい。

このような構成により、音波を偏向させることのできるスピーカまたは超音波センサ等を提供することができる。

このような構成により、簡素な構成で音波を偏向することができる。

本発明の一態様にかかる音波偏向システムは、
同一平面上に並んで配置される複数の音波偏向デバイスを備え、
前記複数の音波偏向デバイスのそれぞれは、
外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
を備え、
それぞれの前記弾性率変化部は、前記弾性率を独立して変化させることにより音波を偏向する。

このような構成により、構成を簡素化した音波偏向システムを提供することができる。

前記弾性率変化部は、磁気粘弾性エラストマで構成されており、
前記印加部は、前記弾性率変化部に磁場を印加してもよい。

このような構成により、磁場を印加することで弾性率変化部の弾性率を自在に変えることができる。このため、音波の位相操作をすることなく、簡素な構成で音波偏向システムを提供することができる。

振動部を備え、
前記振動部の少なくとも一部は、前記弾性率変化部で構成されていてもよい。

このような構成により、振動部の弾性率を変更することで、音波を偏向することができる。

第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第１主面から突出する突起部と、を有する振動部を備え、
前記弾性率変化部は、前記突起部を支持する支持部であってもよい。

このような構成により、振動部を支持する支持部の弾性率を変化させて、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記振動部の前記第１主面と前記支持部との間に隙間が形成されていてもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記支持部は、平面視において前記振動部の中央部より外側に配置されていてもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記支持部は、環状に形成され、
前記印加部は、平面視において前記支持部と重なる位置に配置されたコイルを有してもよい。

このような構成により、振動部の張りの強さを変えて音波を偏向することができる。

前記振動部は、樹脂または金属で形成されていてもよい。

このような構成により、簡素な構成で音波を偏向することができる。

前記複数の音波偏向デバイスのそれぞれは、さらに、
前記音波を発生させる音波発生部、
を備えてもよい。

このような構成により、簡素な構成のパラメトリックスピーカを提供することができる。

本発明の別の態様にかかる音波偏向システムは、
振動部を有する複数の同一位相の音波発生装置を備え、
前記複数の音波発生装置の前記振動部は、それぞれ弾性率が異なり、
前記複数の音波発生装置から出力される音波が合成波として偏向される。

このような構成により、構成を簡素化した音波偏向システムを提供することができる。

（実施の形態１）
［概念］
実施の形態１にかかる音波偏向デバイスの概念について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１にかかる音波偏向デバイス１００を示す概念図である。図１に示すように、音波偏向デバイス１００では、弾性率変化部を備え、トランスミッタ１３から出力される音波を弾性率変化部によって偏向する。すなわち、音波偏向デバイス１００は、弾性率変化部の弾性率を変化させることによって音波を偏向する。音波偏向デバイス１００は、例えば、音波を偏向可能なスピーカ、または超音波素子である。

［全体構成］
次に、音波偏向デバイス１００の構成について図２および図３を用いて説明する。図２は、図１の音波偏向デバイス１００の平面図である。図３は、図２の音波偏向デバイス１００のＡ－Ａ断面図である。

音波偏向デバイス１００は、図２および図３に示すように、弾性率変化部で構成される振動部１１と、印加部１２と、トランスミッタ１３（音波発生部１３）と、鉄心１４と、を備える。なお、音波偏向デバイス１００では、トランスミッタ１３と、鉄心１４とは、必須の構成ではない。

音波偏向デバイス１００は、音波を偏向させるデバイスである。振動部１１を構成する弾性率変化部は、弾性率を変化させることにより音波を偏向する。

図２および図３に示すように、音波偏向デバイス１００は円柱状の形状を有する。音波偏向デバイス１００の形状は円柱状に限定されず、角柱等であってもよい。

本実施の形態では、音波偏向デバイス１００は、振動部１１（弾性率変化部）、印加部１２、トランスミッタ１３、および鉄心１４がハウジング１５に収容されて構成されている。図２および図３に示すように、音波偏向デバイス１００は、円筒状のハウジング１５に収容されている。

音波偏向デバイス１００の構成要素について、説明する。

＜振動部＞
振動部１１は、トランスミッタ１３から出力された音波により振動し、空中に音波を放射する。トランスミッタ１３が本発明の「音波発生部」に相当する。本実施の形態では、図２および図３に示すように、音波偏向デバイス１００には、１つの振動部１１が配置されている。振動部１１は、平面視において円形の膜状に形成されており、平面視において振動部１１の周りを印加部１２に囲まれている。

振動部１１は弾性率変化部で構成されている。弾性率変化部は、外力により弾性率が変化する。本実施の形態では、弾性率変化部は、磁気粘弾性エラストマで構成されている。磁気粘弾性エラストマは、磁場を印加することにより、弾性率が変化する材料である。磁気粘弾性エラストマの詳細については後述する。

＜印加部＞
印加部１２は、弾性率変化部に外力を印加する。本実施の形態では、印加部１２は、弾性率変化部に磁場を印加するコイルである。図示省略の制御部により、印加部１２に電流を流すことにより、印加部１２が弾性率変化部に磁場を印加する。また、制御部により、弾性率変化部に印加する磁場の大きさを制御する。

印加部１２は、例えば、径が０．２ｍｍのワイヤを４５０ターン巻回させて形成される。本実施の形態では、印加部１２を囲むように鉄心１４が配置されている。鉄心１４は、磁場を通すため、印加部１２で発生した磁場を効率よく振動部１１（弾性率変化部）に印加することができる。

＜磁気粘弾性エラストマ＞
磁気粘弾性エラストマは、エラストマを基質として、その内部に磁性粒子を分散固定した材料である。基質となるエラストマとしては、例えば、天然ゴム、合成ゴム、ブチルゴム、またはポリウレタン等の、粘弾性を有する材料が挙げられる。磁性粒子としては、例えば、磁場の作用によって磁気分極する性質を有する材料であればよく、純鉄、カルボニル鉄、またはフェライト等の強磁性体材料、または高透磁率材料の粉末が挙げられる。

磁気粘弾性エラストマは、磁場が印加されていないときには、エラストマの性質を有し、磁場が印加されると磁性粒子の性質を有する材料である。具体的には、磁場が印加されていない場合、磁気粘弾性エラストマは、基質となるゴムまたはポリウレタン等のように柔らかい状態である。一方、磁場が印加されると、磁気粘弾性エラストマは、弾性率が大きくなるため硬くなる。磁気粘弾性エラストマの硬さは、印加する磁場の大きさの二乗に比例する。

＜音波の偏向＞
固体を伝播する音波の速度は、音速をｃ（ｍ／ｓ）、密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、体積弾性率をк（Ｐａ）としたときに、（１）式で示される。すなわち、弾性率の高い固体ほど音波の速度が速くなり、弾性率の低い固体ほど音波の速度が遅くなる。

すなわち、トランスミッタ１３から出力された音波が振動部１１を伝わると、振動部１１の弾性率により音波の速度が変わる。その結果、振動部１１を通過して空気中に放射された音波の方向を変えることができる。

振動部１１の弾性率を部分的に変えることにより、例えば、振動部１１から空気中に放射された音波を図１の矢印Ａ１に示す方向に偏向することができる。

［効果］
実施の形態１にかかる音波偏向デバイス１００によれば、以下の効果を奏することができる。

音波偏向デバイス１００は、振動部１１と、弾性率変化部と、印加部１２とを備え、弾性率変化部は、弾性率を変化させることにより振動部１１の振動により出力される音波を偏向する。弾性率変化部は、外力により弾性率が変化する。印加部１２は、弾性率変化部に外力を印加する。

このような構成により、構成を簡素化させた音波偏向デバイス１００を提供することができる。弾性率変化部の弾性率を印加部１２の外力により変化させることにより音波を偏向させることができる。このため、デバイスに複雑な音響システムを組み込むことなく、簡素な構成で音波を偏向させることができ、音波偏向デバイス１００の小型化、および低コスト化が可能である。

弾性率変化部は、磁気粘弾性エラストマで構成されており、印加部１２は、弾性率変化部に磁場を印加する。

このような構成により、磁気を印加することにより、弾性率変化部の弾性率を変えることができる。このため、複雑な制御回路を使用することなく、簡素な構成の音波偏向デバイス１００および音波偏向システム２００を提供することができる。

なお、上述した実施の形態では、音波偏向システム２００が５つの音波偏向デバイス１００を備える例について説明したが、これに限定されない。音波偏向システム２００には、２つ以上の複数の音波偏向デバイス１００が配置されていればよい。

［変形例］
図４は、実施の形態１の変形例１にかかる音波偏向デバイス１０１を示す断面図である。図４に示すように、振動部２１（弾性率変化部）が膜状ではなくブロック状に形成されていてもよい。この場合、印加部２２は、ブロック状の振動部２１を囲むように配置されていてもよい。

図５は、実施の形態１の変形例２にかかる音波偏向デバイス１０２を示す断面図である。図５に示すように、印加部３２を囲む鉄心３４の形状が異なっていてもよい。変形例２の音波偏向デバイス１０２では、印加部３２の形状に合わせて、鉄心３４が環状に形成されている。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかかる音波偏向システム２００について説明する。なお、実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

実施の形態２では、音波偏向システム２００が複数の音波偏向デバイス１００を備える点で実施の形態１と異なる。

実施の形態２にかかる音波偏向システムについて図６を用いて説明する。図６は、実施の形態２にかかる音波偏向システム２００を示す概念図である。図６に示すように、音波偏向システム２００は、複数の音波偏向デバイス１００ａ～１００ｅを備える。図６に示す例では、音波偏向システム２００は、５個の音波偏向デバイス１００ａ～１００ｅを備える。音波偏向システム２００は、同一平面上に並んで配置されている。音波偏向システム２００は、例えば、パラメトリックスピーカとして機能する。

音波偏向システム２００は、同一平面上に並んで配置される複数の音波偏向デバイス１００を備える。同一平面上に並んで配置されるとは、それぞれの音波偏向デバイス１００ａ～１００ｅの弾性率変化部が同一平面上に並ぶよう配置されることである。図２に示すように、本実施の形態では、５つの音波偏向デバイス１００（１００ａ～１００ｅ）を有する音波偏向システム２００を例に説明する。

音波偏向システム２００では、複数の音波偏向デバイス１００ａ～１００ｅそれぞれの弾性率を変化させて音波を偏向している。すなわち、音波偏向システム２００では、それぞれの弾性率変化部（振動部）１１ａ～１１ｅは、弾性率を独立して変化させることにより音波を偏向する。例えば、音波偏向デバイス１００ａの振動部１１ａに印加する磁場を大きくし、音波偏向デバイス１００ｂ～１００ｅに印加する磁場を段階的に小さくすることで、振動部１１ａ～１１ｅの弾性率も段階的に小さくすることができる。

それぞれの音波偏向デバイス１００ａ～１００ｅのトランスミッタ１３（音波発生部１３）からは同じ電気信号が出力され、それぞれの振動部１１ａ～１１ｅには同じ音波が入力される。それぞれの振動部１１ａ～１１ｅの弾性率が異なるため、音波はそれぞれの振動部１１ａ～１１ｅを異なる速度で伝播する。音速の異なる音波が振動部１１ａ～１１ｅを通過すると、振動部１１ａ～１１ｅの表面（図６において振動部１１ａ～１１ｅの上面）において、それぞれの音波で位相の差が生じる。これらの音波が偏向波として合成され、音波偏向システム２００から出力される音波は、示す矢印Ａ２の方向（図６の右側）に傾く。

逆に、振動部１１ａに印加される磁場が小さく、振動部１１ｂ～１１ｅでは段階的に印加される磁場が大きくなる場合、振動部１１ａ～１１ｅの弾性率は段階的に大きくなる。この場合、合成された偏向波は、図６の左側に傾いて出力される。

このように、振動部１１（１１ａ～１１ｅ）の弾性率の違いにより、振動部１１（１１ａ～１１ｅ）を伝播する音波の速度が異なるため、音波偏向システム２００から出力される音波が所定の方向に偏向される。それぞれの振動部１１ａ～１１ｅに印加される磁場の大きさを調整することにより、音波を所望の方向に偏向することができる。

［効果］
実施の形態２にかかる音波偏向システム２００によれば、以下の効果を奏することができる。

音波偏向システム２００は、同一平面上に並んで配置される複数の音波偏向デバイス１００を備える。

このような構成により、パラメトリックスピーカと同様の構成を、簡素なシステムで実現することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる音波偏向デバイス１０３について説明する。なお、実施の形態３では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態３においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態３では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

図７は、実施の形態２にかかる音波偏向デバイス１０３を示す模式図である。実施の形態２では、音波偏向デバイス１０３が複数の振動部４１を備える点で、実施の形態１と異なる。図７に示すように、音波偏向デバイス１０３は、５つの振動部４１ａ～４１ｅが並んで配置されている。実施の形態１と同様に、それぞれの振動部４１は弾性率変化部で構成されている。また、弾性率変化部は磁気粘弾性エラストマで構成されている。

図８は、それぞれの振動部４１ａ～４１ｅの弾性率をそれぞれ異なる大きさにした場合に音波偏向デバイス１０３から出力される音波の偏向角を示す表である。図９は、弾性率変化部に印加する磁場の大きさと、弾性率変化部の弾性率との関係を示す表である。

図７に示すように振動部４１ａから振動部４１ｅに向かって段階的に弾性率が大きくなるよう磁場を調整し、音波偏向デバイス１０３から出力される音波の偏向角を観測した。本実施の形態では、それぞれの振動部４１ａ～４１ｅにそれぞれ異なる磁場を印加する５つの印加部（図示省略）が配置されている。制御部により、それぞれの印加部が印加する磁場を調整し、それぞれの４１ａ～４１ｅの弾性率を図８の表のように調整する。音波の偏向角とは、音波偏向デバイス１０３の音波が出力される面４６に直交する方向（図７の破線Ｓ１）と、音波の進行方向（図７の矢印Ａ３）と、のなす角度θ１を示す。

図８の表に示すように、それぞれの振動部４１ａ～４１ｅの弾性率を変えて音波の偏向角を観測したところ、６度～６０度の範囲で音波が偏向された。また、振動部４１ａと振動部４１ｅとの弾性率の差が大きいほど、音波の偏向角が大きくなることがわかる。このように、１つの音波偏向デバイス１０３の中で、振動部４１（４１ａ～４１ｅ）の弾性率をそれぞれ変えることにより、１つの音波偏向デバイス１０３によって音波を偏向することができる。

図９の表に示すように、弾性率変化部に印加される磁場の大きさに比例して、弾性率変化部の弾性率が大きくなる。このため、弾性率変化部に印加される磁場の大きさを変えることで、弾性率変化部の弾性率を変化させることができる。

［効果］
実施の形態３にかかる音波偏向デバイス１０３によれば、以下の効果を奏することができる。

より精度よく、簡素な構成で音波を偏向することができる。

なお、上述した実施の形態では、５つの振動部４１のすべてが弾性率変化部で構成されている例について説明したが、振動部４１の少なくとも一部が、弾性率変化部で構成されていてもよい。

また、上述した実施の形態では、弾性率変化部が磁気粘弾性エラストマで構成されている例について説明したが、これに限定されない。弾性率変化部は、例えば、誘電エラストマ等の外力で弾性率が変化する材料で構成されていてもよい。

図１０は、弾性率変化部が誘電エラストマで構成されている場合の、弾性率変化部に印加される電場の大きさと弾性率と、弾性率変化部の弾性率との関係を示す表である。

図１０の表に示すように、弾性率変化部が誘電エラストマで構成されている場合にも、弾性率変化部に印加する電場の大きさを変えることで、弾性率変化部の弾性率を変化させることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４にかかる音波偏向デバイス１０４について説明する。なお、実施の形態４では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態４においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態４では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

図１１は、実施の形態３にかかる音波偏向デバイス１０４を示す模式図である。図１２は、図１１の音波偏向デバイス１０４の平面図である。図１３は、図１２の音波偏向デバイス１０４のＢ－Ｂ断面図である。

実施の形態３では、２つの印加部５２が、振動部５１の外周に沿って対向して配置されている点で、実施の形態２と異なる。

本実施の形態では、図１１～図１３に示すように、振動部５１が平面視において矩形状に形成されている。振動部５１は、弾性率変化部で構成されており、弾性率変化部は磁気粘弾性エラストマで構成されている。振動部５１は、平面視でトランスミッタ５３に設けられた開口部５３ａに重なるよう配置されている。

振動部の外周に沿って対向する位置に、２つの印加部５２が配置されている。２つの印加部５２は、第１コイル５２ａと、第１コイル５２ａに対向して配置される第２コイル５２ｂと、を有する。第１コイル５２ａの巻回方向と第２コイル５２ｂの巻回方向とが異なるよう、それぞれのコイル５２ａ、５２ｂが配置される。このように２つのコイル５２ａ、５２ｂを配置することで、一方から他方に吸引するよう磁場を印加することができる。すなわち、振動部５１には図１２の矢印Ｍの方向の磁場が印加される。その結果、振動部５１に印加される磁場の大きさを調整することができる。

例えば、図１１に示す振動部５１において、第１コイル５２ａ側に印加される磁場が大きく、第２コイル５２ｂに向かうにつれて印加される磁場の大きさを線形的に小さくして、第２コイル５２ｂ側に印加される磁場が小さくなるような磁場の調整が可能になる。この場合、図１１の矢印Ａ３に示すように、音波が図１１の矢印Ａ４の方向に偏向される。したがって、第１コイル５２ａと第２コイル５２ｂとに印加される磁場の大きさを適宜変更することで、音波を所望の方向に偏向することができる。

図１４は、振動部５１の弾性率を徐々に異なる大きさにした場合に音波偏向デバイス１０４から出力される音波の偏向角を示す表である。図１４の表に示すように、図１１において振動部５１の第１コイル５２ａ側と第２コイル５２ｂ側とで弾性率の差が大きくなるよう磁場を印加すると、偏向角が大きくなる。

本実施の形態のような第１コイル５２ａおよび第２コイル５２ｂの配置の場合、図１１の振動部５１の端部の弾性率を大きくして中央部の弾性率を小さくする、あるいはその逆のような磁場の印加も可能である。このように、振動部５１の弾性率を自在に変化させることができる。

［効果］
実施の形態３にかかる音波偏向デバイス１０４によれば、以下の効果を奏することができる。

振動部５１に対して、より細かい弾性率の制御が可能になり、より精度よく偏向角を制御することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５にかかる音波偏向デバイス１０５について説明する。なお、実施の形態５では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態５においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態５では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

図１５は、実施の形態５にかかる音波偏向デバイス１０５を示す平面図である。図１６は、図１５の音波偏向デバイス１０５のＣ－Ｃ断面図である。

実施の形態４では、音波偏向デバイス１０５が振動部６１を備え、弾性率変化部が振動部６１を支持する支持部６６である点で、実施の形態１と異なる。

図１５および図１６に示すように、音波偏向デバイス１０５は振動部６１を備える。弾性率変化部は、振動部６１を支持する支持部６６である。本実施の形態では、振動部６１は、第１主面６１ａと、第１主面６１ａと反対側の第２主面６１ｂを有する膜状に形成されている。また、振動部６１の第２主面６１ｂから、突起部６１ｃが突出している。振動部６１は円形の膜状であり、突起部６１ｃは環状に形成されている。突起部６１ｃの一部が支持部６６に埋め込まれることにより、振動部６１が支持されている。また、振動部６１と支持部６６との間には、隙間Ｇ１が形成されている。本実施の形態では、振動部６１は、樹脂または金属により形成されている。

支持部６６もまた環状に形成されている。支持部６６は、図１５に示すように、平面視において振動部の中央部より外側に配置されている。本実施の形態では、弾性率変化部は、突起部６１ｃを支持する支持部６６である。支持部６６は、磁気粘弾性エラストマで構成されている。

印加部は、平面視において支持部６６と重なる位置に配置されたコイル６２を有する。また、支持部６６およびコイル６２は、鉄心６４で囲まれている。

印加部により支持部６６（弾性率変化部）に磁場が印加されると、支持部６６の弾性率が大きくなる。支持部６６は振動部６１を支える「ばね」のようなものである。支持部６６の弾性率が変わることにより、振動部６１を支える「ばね」の硬さが変わり、振動部６１の全体としての固有振動数も従属的に変化する。この場合、支持部６６の弾性率が変わることにより、振動部６１の押し引きの抵抗力が変化する。このため、支持部６６の弾性率を変えることにより振動部６１の押し引きの抵抗力が変化し、音波を偏向することができる。

［効果］
実施の形態５にかかる音波偏向デバイス１０５によれば、以下の効果を奏することができる。

支持部６６の弾性率を変えることで、振動部６１の張りの強さを変えることができる。このため、簡素な構成で、音波を偏向させることができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６にかかる音波偏向システム２０１について説明する。なお、実施の形態６では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態６においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態６では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

図１７は、実施の形態５にかかる音波偏向システム２０１を示す概略図である。図１８は、図１７の音波偏向システム２０１の平面図である。

実施の形態５では、音波偏向システム２０１が振動部７１ａ～７１ｅを有する複数の音波発生装置７２ａ～７２ｅを備える点で、実施の形態１と異なる。

図１７および図１８に示すように、音波偏向システム２０１は、複数の同一位相の音波発生装置７２ａ～７２ｅを備え、複数の音波発生装置７２ａ～７２ｅから出力される音波を合成波として偏向するシステムである。音波発生装置７２ａ～７２ｅは、それぞれ振動部７１ａ～７１ｅを有する。振動部７１ａ～７１ｅは、それぞれ弾性率が異なる。またそれぞれの音波発生装置７２ａ～７２ｅは、平面視で円形であり、中心間の距離Ｄ１が３５ｍｍとなるよう配置されている。また、音波偏向システム２０１には、音波発生装置７２ａ～７２ｅと振動部７１ａ～７１ｅとを保持するカバー７４が配置されている。

音波発生装置７２ａ～７２ｅは、例えば圧電ブザーであり、基板７３に配置されている。音波発生装置７２ａ～７２ｅにはそれぞれ、振動部７１ａ～７１ｅが載置される。振動部７１ａ～７１ｅは、例えば、ウレタン樹脂などの合成樹脂等で形成された板である。それぞれの振動部７１ａ～７１ｅは、それぞれ弾性率が異なる。本実施の形態では、振動部７１ａの弾性率が最も大きくなり、振動部７１ｅに向かって段階的に弾性率が小さくなるよう、振動部７１ａ～７１ｅを形成している。

［効果］
実施の形態６にかかる音波偏向システム２０１によれば、以下の効果を奏することができる。

それぞれ異なる弾性率を有する振動部７１ａ～７１ｅを備えているため、構成を簡素化した音波偏向システムを提供することができる。

なお、上述した実施の形態では、音波発生装置７２ａ～７２ｅがそれぞれ振動部７１ａ～７１ｅを有する例について説明したが、１つの音波発生装置に対して、弾性率の異なる複数の振動部が配置されていてもよい。

＜実施例＞
実施例１として、音波偏向システム２０１を使用し、比較例１として、振動部７１ａ～７１ｅを含まない音波偏向システムを使用した。振動部７１ａ～７１ｅを含まない点以外は、実施例１と比較例１とは同様の構成である。

図１９は、音波の偏向角の計測方法を示す概略図である。図２０は、図１９の計測方法で計測された実施例１の音波の偏向角を示すグラフである。図２１は、図１９の計測方法で計測された比較例１の音波の偏向角を示すグラフである。

図１９に示すように、実施例１および比較例１の音波偏向システムを中心にして、半径Ｒ１が３０ｃｍの半円上を計測領域とする。半円上には、間隔θ２が１５度となるよう、１３の計測点Ｍ１～Ｍ１３を設定する。計測点Ｍ１～Ｍ１３には、それぞれ騒音計を配置する。

それぞれの音波発生装置からは４ｋＨｚの音源を出力する。実施例１および比較例１でそれぞれ３回ずつ計測して平均値を算出した。

図２０および図２１のグラフでは、Ｍ１を０度、Ｍ２を１５度、Ｍ１３を１８０度として、それぞれの計測点で測定された音の大きさをプロットしている。

図２０に示すように、実施例１の場合、６０度～７５度で最も大きい音が観測されている。一方、図２１に示すように、比較例１の場合、７５度～１００度で最も大きい音が観測されている。

したがって、比較例１では、音波偏向システムから９０度の方向に音波が出力され、実施例１では、比較例１と比較して、１５度～３０度程度、音波が偏向されていることがわかる。

本発明は、スピーカまたは超音波センサ等の、音波を偏向させる用途に有用である。

１００、１００ａ～１００ｅ、１０１～１０５ 音波偏向デバイス
２００ 音波偏向システム
１１、１１ａ～１１ｅ、２１、４１、４１ａ～４１ｅ、５１、６１ 振動部
１２、２２、３２、５２ 印加部
１３ トランスミッタ（音波発生部）
５２ａ 第１コイル
５２ｂ 第２コイル
６１ａ 第１主面
６１ｂ 第２主面
６１ｃ 突起部
６２ コイル
６６ 支持部
２０１ 音波偏向システム
７１ａ～７１ｅ 振動部
７２ａ～７２ｅ 音波発生装置

Claims (18)

1. 磁気粘弾性エラストマで構成され外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
   前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
   を備え、
   前記弾性率変化部は、前記弾性率を変化させることにより音波を偏向し、
   前記印加部は、前記弾性率変化部に磁場を印加する、
   音波偏向デバイス。
2. 振動部を備え、
   前記振動部の少なくとも一部は、前記弾性率変化部で構成されている、
   請求項１に記載の音波偏向デバイス。
3. 複数の前記印加部は、平面視において前記振動部の外周に沿って対向して配置されている、
   請求項２に記載の音波偏向デバイス。
4. 前記印加部は、第１コイルと、前記第１コイルに対向して配置される第２コイルと、を有し、前記第１コイルの巻回方向と前記第２コイルの巻回方向とが異なる、
   請求項３に記載の音波偏向デバイス。
5. 振動部を備え、
   前記弾性率変化部は、前記振動部を支持する支持部である、
   請求項１に記載の音波偏向デバイス。
6. 前記振動部は、第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第１主面から突出する突起部と、を有し、
   前記支持部は、前記突起部を支持し、
   前記振動部の前記第１主面と前記支持部との間に隙間が形成されている、
   請求項５に記載の音波偏向デバイス。
7. 前記支持部は、平面視において前記振動部の中央部より外側に配置されている、
   請求項５または６に記載の音波偏向デバイス。
8. 前記支持部は、環状に形成され、
   前記印加部は、平面視において前記支持部と重なる位置に配置されたコイルを有する、
   請求項７に記載の音波偏向デバイス。
9. 前記振動部は、樹脂または金属で形成されている、
   請求項５から８のいずれか１項に記載の音波偏向デバイス。
10. さらに、
    前記音波を発生させる音波発生部、
    を備える、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の音波偏向デバイス。
11. 同一平面上に並んで配置される複数の音波偏向デバイスを備え、
    前記複数の音波偏向デバイスのそれぞれは、
    磁気粘弾性エラストマで構成され外力により弾性率が変化する弾性率変化部と、
    前記弾性率変化部に外力を印加する印加部と、
    を備え、
    それぞれの前記弾性率変化部は、前記弾性率を独立して変化させることにより音波を偏向し、
    前記印加部は、前記弾性率変化部に磁場を印加する、
    音波偏向システム。
12. 振動部を備え、
    前記振動部の少なくとも一部は、前記弾性率変化部で構成されている、
    請求項１１に記載の音波偏向システム。
13. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第１主面から突出する突起部と、を有する振動部を備え、
    前記弾性率変化部は、前記突起部を支持する支持部である、
    請求項１１に記載の音波偏向システム。
14. 前記振動部の前記第１主面と前記支持部との間に隙間が形成されている、
    請求項１３に記載の音波偏向システム。
15. 前記支持部は、平面視において前記振動部の中央部より外側に配置されている、
    請求項１３または１４に記載の音波偏向システム。
16. 前記支持部は、環状に形成され、
    前記印加部は、平面視において前記支持部と重なる位置に配置されたコイルを有する、
    請求項１５に記載の音波偏向システム。
17. 前記振動部は、樹脂または金属で形成されている、
    請求項１３から１６のいずれか１項に記載の音波偏向システム。
18. 前記複数の音波偏向デバイスのそれぞれは、さらに、
    前記音波を発生させる音波発生部、
    を備える、
    請求項１１から１７のいずれか１項に記載の音波偏向システム。

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