JPS5912880Y2 - 超音波発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、超音波振動子に付加共振子を設けた超音波
セラミックスピーカ等の超音波発生装置において、付加
共振子の形状を改良して低調波歪の発生を防止し、はぼ
フラットな周波数特性を得るとともに、放射音圧の出力
レベルの向上を図るようにした超音波発生装置に関する
。

一般に知られている超音波発生装置の１種である超音波
セラミックスピーカは、第１図に示すように、圧電磁器
材料または電歪材料からなる超音波振動子１に、円板状
の振動板２を接着し、さらに、振動板２の中心部に円錐
状の付加共振子３の頂部を接着した構成になっている。

なお、４は超音波振動子１に接続されたリード線である
。

そして、この超音波セラミックスピーカは、第２図に示
すような周波数特性を有し、同図の破線で示す曲線は付
加共振子３を除去した場合の周波数特性を示し、一方、
実線で示す曲線は付加共振子３を設けた場合の周波数特
性を示している。

同図から明らかなように、超音波セラミックスピーカの
周波数帯域の広さは、付加共振子３に依存する。

すなわち、振動板２が駆動源となり、かつ付加共振子３
の共振により超音波が放射されている。

そして、この周波数特性は、付加共振子３の共振周波数
および材料のＱ値により決定される。

ところで、付加共振子３の共振周波数は、共振子３の質
量、口径、頂角および材料のヤング率により決定され、
共振周波数を高くするには、共振子３の質量、口径およ
び頂角をそれぞれ小さくし、かつ材料のヤング率を大き
くすればよい。

そして、共振子３の材料は、軽くてヤング率が高いと云
う利点から一般にアルミニュームが用いられており、ま
た、頂角は、成形上の関係から９０°以上にする場合が
多く、さらに、口径は、小さくする程共振周波数を高く
することができるが、超音波出力レベルの関係から限度
がある。

したがって、共振子３の共振周波数は質量すなわち厚み
により決定され、付加共振子３の共振周波数を４０ＫＨ
２以上に設定した場合は、共振子３の厚みがかなり薄く
なる。

例えば、通常の低周波（３０〜６０ ＫＨ２）用の超音
波発生装置の付加共振子３の厚みは数１０μ程度である
。

しかし、厚みを薄くすると、付加共振子３の曲げ剛性が
小さくなり、ある出力音圧レベル以上で加えた基本周波
数のに、）３・・・の低調波歪が生じやすくなる。

この低調波歪は付加共振子３の振幅の比較的大きい中域
（装置の出力周波数の中域）の特定の周波数で発生する
ことが多く、例えば、出力音圧レベルを１０ ｄＢ上げ
た時の周波数特性は、第４図の破線で示した曲線のよう
に、中心周波数付近で音圧レベルの落ち込みがあり、周
波数分析すると、この周波数特性における中域の鋭角な
谷状の曲線となる付近の周波数では、低調波歪が発生し
ていることが確認された。

すなわち、周波数特性における中域の鋭角な谷状の曲線
は付加共振子３の曲げ剛性の不足による低調波歪の発生
によるものであり、放射音圧のある出力レベル以上では
フラットな周波数特性が得られないと云う問題点がある
。

この考案は、前記従来の問題点に留意し、放射音圧の大
出力レベルにおいてもほは゛フラットな周波数特性を得
られるようにしたものであり、つぎにこの考案を、その
１実施例を示した第３図および第４図とともに詳細に説
明する。

前述のように、低調波歪を防止するためには、付加共振
子の曲げ剛性を大きくする必要があり、さらに、曲げ剛
性を大きくするには、材料面から見ると、ヤング率を大
きくするか厚みを大きくするしかないが、材料としては
アルミニュームが最もよいため材料のヤング率が決定さ
れ、また、厚みを大きくすることは質量を大きくするこ
とになり、これは付加共振子の共振周波数が下がるため
好ましくない。

そこで、この考案は、付加共振子の形状を改良すること
により付加共振子の曲げ剛性を大きくすることに着目し
てなされたものである。

そして、第３図は超音波セラミックスピーカを示し、第
１図と同一記号は同一のものを示し、５は周端部を外側
に折り曲げた円錐状の形状に形成され頂角部が振動板２
に固着された付加共振子である。

したがって、付加共振子５の最も振幅の大きい周端部を
外側に折り曲げているから、周端の曲げ剛性が大きくな
り、垂直方向の振動に対する曲げ剛性が大きくなる。

そのため、この実施例の超音波セラミックスピーカの周
波数特性は、第４図の実線で示した曲線のように、はぼ
フラットな曲線となり、放射音圧の出力レベルを、従来
のものに比し約１０ ｄＢ上げることができる。

なお、付加共振子５の形状は前記実施例に限らず、周端
部を外側に折り曲げるとともに内側にかわん曲したパラ
カーブ状の形状にしてもよく、この場合は、付加共振子
の周端部の曲げ剛性を大きくするだけでなく、付加共振
子の周面を周方向の振動に対して補強したことになり、
さらに、曲げ剛性が大きくなる。

また、前記実施例は、超音波セラミックスピーカについ
て述べたが、超音波振動子と付加共振子を備えた他の超
音波発生装置にも適用できるのは勿論である。

以上のように、この考案の超音波発生装置によると、超
音波振動子に付加共振子を設けた超音波発生装置におい
て、付加共振子の形状を、周端部を折り曲げた円錐状あ
るいは内側にわん曲したパラカーブ状にすることにより
、付加共振子の厚みを大きくすることなく曲げ剛性を大
きくすることができ、低調波歪の発生を防止することが
できる。

したがって、はぼフラットな周波数特性を有する超音波
発生装置を得ることができ、放射音圧の出力レベルを、
従来の装置に比し約１０ ｄＢ上げることができる。

また、付加共振子の形状を、周端部を折り曲げるととも
に内側にわん曲したパラカーブ状の形状にすることによ
り、付加共振子を垂直方向および周方向の振動に対して
補強することができ、さらに、曲げ剛性が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は従来の超音波発生装置を示し、同ａ図は斜視
図、同す図は断面図、第２図は第１図の周波数特性を示
す曲線図、第３図はこの考案の超音波発生装置の１実施
例の要部を示し、同ａ図は斜視図、同す図は断面図、第
４図は第２図に対し出力レベルを１０ ｄＢ上げた場合
の第１図および第３図の周波数特性を示す曲線図である
。 １・・・超音波振動子、５・・・付加共振子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 超音波振動子に付加共振子を設けた超音波発生装置にお
   いて、前記付加共振子の形状を、周端部を折り曲げた円
   錐状あるいは内側にわん曲したパラカーブ状にした超音
   波発生装置。