TW202402408A - 超音波投射裝置 - Google Patents

Abstract

[課題]在超音波投射裝置中，將超音波的音壓更加提高。 [解決手段]一種投射超音波之超音波投射裝置1，係具備：第1塊體2；第2塊體3；及壓電單元4，其被第1塊體2與第2塊體3挾持；在第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4的軸方向上之第1塊體2側的一端設有振動板6b，從軸方向之一端至第2塊體3側的另一端為止的尺寸係形成為與在壓電單元4產生的振動之半波長大致上一致，於振動板6b與支撐振動板6b的基部6a之間，設置有連接部6c，該連接部6c係形成有具有連接振動板6b與基部6a之圓滑的內壁面6e1的槽部6e。

Description

超音波投射裝置

本發明有關超音波投射裝置。

近年來，在車輛用超音波感測器、在令音波帶有指向性而投射之參數揚聲器方面，使用小型超音波投射裝置。例如於專利文獻1中，揭示有一種將在振動部產生的振動傳遞到振動板並投射超音波之超音波投射裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2019-97052號公報

[發明欲解決之課題]

超音波投射裝置係因為被搭載於車輛等所以期望小型且輕量。再者，期望超音波投射裝置既可小型且輕量又可投射音壓強的超音波。

本發明係有鑑於上述問題點而完成者，目的在於在超音波投射裝置中，將超音波的音壓進一步提高。 [用以解決課題之手段]

就用以解決上述課題的手段而言，本發明將採用以下構成。

本發明的第1態樣係投射超音波之超音波投射裝置，採用如下的構成：該超音波投射裝置具備：第1塊體；第2塊體；及振動產生部，其被上述第1塊體與上述第2塊體挾持；在上述第1塊體、上述第2塊體及上述振動產生部的排列方向中之上述第1塊體側的一端設有振動板，從上述排列方向中之上述一端至上述第2塊體側的另一端為止的尺寸，係形成為與在上述振動產生部產生的振動之半波長大致上一致，於上述振動板與支撐上述振動板的基部之間，設置有連接部，該連接部係形成有具有連接上述振動板與上述基部之圓滑的內壁面的槽部。

本發明的第2態樣係在上述第1態樣中，採用如下的構成：具備與上述第1塊體分開形成的前端構件，該前端構件具有上述振動板、上述連接部及上述基部，上述前端構件被固定在上述第1塊體。

本發明的第3態樣係在上述第1態樣中，採用如下的構成：上述第1塊體係具有上述振動板、上述連接部及上述基部。

本發明的第4態樣係投射超音波之超音波投射裝置，採用如下的構成：該超音波投射裝置具備：第1塊體；第2塊體；及振動產生部，其被上述第1塊體與上述第1塊體挾持；上述第1塊體具有：振動板，其被設置於在上述第1塊體、上述第2塊體及上述振動產生部的排列方向中之與上述振動產生部對向之側；基部，其和上述振動產生部抵接；及連接部，其被設置於上述振動板與上述基部之間，且形成有具有連接上述振動板與上述基部之圓滑的內壁面的槽部。

本發明的第5態樣係在上述第1～第4之任一項的態樣中，採用如下的構成：上述槽部係形成為以沿上述排列方向的中心軸為中心之環狀，且基於含有上述中心軸之平面所形成的剖面形狀是從以上述中心軸為中心之徑向的外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。

本發明的第6態樣係在上述第5發明中，採用如下的構成：上述半橢圓形狀係短軸與上述中心軸平行，且長軸與上述徑向平行。

本發明的第7態樣係在上述第1～第6之任一項的態樣中，採用如下的構成：具備：螺栓，該螺栓於一端部供上述第1塊體螺合，且於另一端部供上述第2塊體螺合，在上述排列方向，上述螺栓的重心位在比上述第1塊體還要接近於上述第2塊體的位置。

本發明的第8態樣係在上述第1～第7之任一項的態樣中，採用如下的構成：上述第1塊體係藉由比重比上述第2塊體還小的材料所形成。

本發明的第9態樣係在上述第1～第8之任一項的態樣中，採用如下的構成：在上述排列方向，上述第1塊體與上述振動產生部的交界位於由上述振動產生部所產生之振動的節的位置。 [發明之效果]

根據本發明，在將振動板和支撐該振動板的基部連接之連接部設有槽部。因此，振動板的緣部係不被連接部所束縛而可大幅位移，可增大從振動板投射之超音波的音壓。再者，由於槽部的內壁面呈圓滑，所以可抑制在內壁面產生局部的應力集中。因此，可進一步增大振動板的振幅，並可增大從振動板投射之超音波的音壓。從而，根據本發明，在超音波投射裝置中，可進一步提升超音波的音壓。

[用以實施發明的形態]

以下，參照圖示，針對本發明之超音波投射裝置的一實施形態進行說明。

(第1實施形態) 圖1係本實施形態之超音波投射裝置1的示意構成圖。圖2係顯示本實施形態之超音波投射裝置1的示意構成的剖面圖。如這些圖所示，本實施形態的超音波投射裝置1係形成為以中心軸L為軸芯之大致圓柱形狀。在以下的說明中，為方便說明，將沿著中心軸L的方向稱為軸向。又，將以中心軸L為中心而與中心軸L正交的方向稱為徑向。然後，將從軸向上之後述的第2塊體3所觀看之第1塊體2側稱為前側。並且，從第1塊體2側所觀看之第2塊體3側稱為後側。不過，本實施形態之超音波投射裝置1的設置姿態並無特別限定。

如圖1所示，本實施形態的超音波投射裝置1具備：第1塊體2、第2塊體3、壓電單元4(振動產生部)、螺栓5及前端構件6。第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4係沿著軸向，從後側起按第2塊體3、壓電單元4、第1塊體2的順序排列。也就是說，第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4的排列方向為軸向。

第1塊體2係形成為以中心軸L為軸芯之圓柱形狀的金屬製塊體。第1塊體2係以例如鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、不鏽鋼、鐵等形成。如圖2所示，於第1塊體2設有貫通軸向的貫通孔21。從軸向觀看時，貫通孔21係形成在第1塊體2的中央部。於該貫通孔21的內壁面形成有用以供螺栓5及前端構件6螺合的陰螺紋。

第2塊體3係形成為以中心軸L為軸芯之圓柱形狀的金屬製塊體。本實施形態中，第2塊體3的直徑係與第1塊體2的直徑相同。不過，第2塊體3的直徑亦可與第1塊體2的直徑不同。第2塊體3係例如藉由鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、不鏽鋼、鐵等形成。第2塊體3亦可藉由與第1塊體2相同的材料形成，也可藉由與第1塊體2不同的材料形成。

圖2所示，於第2塊體3，設有延伸於軸向之孔部31。從軸向觀看時，孔部31係形成在第2塊體3的中央部。孔部31係以從第2塊體3的前側表面朝向後側凹陷的方式形成。於該孔部31的內壁面，形成有用以螺合螺栓5的陰螺紋。例如，孔部31的直徑係與第1塊體2的貫通孔21的直徑相同。不過，孔部31的直徑亦可與貫通孔21的直徑不同。

壓電單元4係透過被從未圖示的驅動部供電而振動。也就是說，壓電單元4係產生振動的振動產生部。壓電單元4具備例如被積層的複數個圓板狀的壓電陶瓷元件。壓電單元4係形成為以中心軸L為中心之圓環狀。本實施形態中，壓電單元4的外徑比第1塊體2及第2塊體3的直徑稍小。然而，壓電單元4的外徑也可與第1塊體2及第2塊體3的直徑相同或較其等還大。

如圖1及圖2所示，在本實施形態中，2個壓電單元4在軸向上鄰接地配置。不過，壓電單元4的數量可變更。也就是說，超音波投射裝置1亦可具備單一的壓電單元4。又，超音波投射裝置1亦可具備3個以上的壓電單元4。

該等壓電單元4係在軸向上被配置於第1塊體2與第2塊體3之間。第1塊體2位在壓電單元4的前側。然後，第2塊體3位在壓電單元4的後側。該等壓電單元4係被第1塊體2和第2塊體3所夾持。

螺栓5係沿著中心軸L延伸，以與中心軸L重疊的方式配置。螺栓5係於外周面形成有陽螺紋。螺栓5係如圖2所示，將圓環狀的壓電單元4貫通，並於前端部固定有第1塊體2，於後端部固定有第2塊體3。螺栓5的前端部(一端部)係被插入到第1塊體2的貫通孔21，與形成於貫通孔21的內壁面之陰螺紋螺合。螺栓5的後端部(另一端部)係與形成於第2塊體3的孔部31的內壁面之陰螺紋螺合。

藉由第1塊體2和第2塊體3被螺栓5螺合，且在第1塊體2和第2塊體3間夾持有壓電單元4，使得第1塊體2、第2塊體3、壓電單元4呈一體化。

前端構件6係從前側安裝於第1塊體2的構件。前端構件6係例如藉由鋁、鋁合金、鈦、鈦合金、不鏽鋼、鐵等所形成。前端構件6係亦可藉由與第1塊體2及第2塊體3相同的材料形成，也可藉由與第1塊體2及第2塊體3不同的材料形成。該前端構件6係例如圖2所示，具有基部6a、振動板6b、連接部6c及軸部6d。

基部6a係直接或間接地支撐振動板6b、連接部6c及軸部6d。從軸向觀看時，基部6a係形成為大致圓形之圓板狀的部位。基部6a係在前側連接有連接部6c。又，基部6a係在後側設有軸部6d。本實施形態中之基部6a的直徑係比第1塊體2的直徑稍大。然而，基部6a的直徑也可與第1塊體2的直徑相同或較其還小。

振動板6b比基部6a更位於前側，透過連接部6c與基部6a連接。從軸向觀看時，振動板6b係形成為圓形狀之圓板狀的部位。振動板6b係藉由在壓電單元4所產生的振動被傳遞而振動。藉由振動板6b振動而放射超音波。本實施形態中之振動板6b的直徑係與第1塊體2的直徑相同。然而，振動板6b的直徑也可與第1塊體2的直徑不同。也就是說，振動板6b的直徑可比第1塊體2的直徑還大也可比第1塊體2的直徑還小。

連接部6c係被設於基部6a與振動板6b之間，並支撐振動板6b。該連接部6c具有以中心軸L為中心而設置成圓環狀的槽部6e。槽部6e的內壁面6e1係連接振動板6b與基部6a且為圓滑的面。此處所稱的圓滑係意指整體以曲面或平面形成，並無設置彎曲的部位。

如上述般，槽部6e係形成為以沿軸向的中心軸L為中心之環狀。如圖2所示，基於含有中心軸L的平面所形成的剖面形狀係從徑向的外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。該半橢圓形狀的短軸係與中心軸L平行。又，該半橢圓形狀的長軸係與徑向平行。

不過，槽部6e的剖面形狀亦可為短軸與徑向平行，且長軸與中心軸L平行之半橢圓形狀。再者，槽部6e的剖面形狀亦可為半圓形狀或馬蹄形狀。又，槽部6e的剖面形狀只要是整體為曲面或整體為組合有曲面與平面之無彎曲的部位的面即可。

從軸向觀看時，軸部6d係與基部6a的中央連接，且從基部6a朝向後方突出。軸部6d係形成為圓柱狀，且於外周面形成有與第1塊體2的貫通孔21的陰螺紋螺合之陽螺紋。透過將軸部6d旋進貫通孔21直到基部6a的後側的面抵接於第1塊體2的前側的面為止，使得前端構件6被固定在第1塊體2。

在如此之本實施形態之超音波投射裝置1中，當從外部的驅動部對壓電單元4供給電力時，壓電單元4會振動。透過將壓電單元4的驅動頻率設為超音波投射裝置1的共振頻率，超音波投射裝置1與壓電單元4的振動共振。其結果，振動板6b係強烈振動，而產生高音壓的超音波。所產生的超音波係於空間放射。這樣的本實施形態之超音波投射裝置1係將在振動板6b產生之超音波投射到空間中。

在本實施形態中超音波投射裝置1的全長係設定成超音波投射裝置1如上述般共振時縱振動的半波長。也就是說，超音波投射裝置1的全長係設定成在壓電單元4產生的振動之半波長。在超音波投射裝置1的軸向之一端係第2塊體3的後側的端面。又，在超音波投射裝置1的軸向之另一端係振動板6b的前側的面。因此，從第2塊體3的後側的端面到振動板6b的前側的面為止的距離尺寸係設定為在壓電單元4產生的振動之半波長。於如此的本實施形態之超音波投射裝置1中，振動板6b係被配置在超音波投射裝置1共振時之縱振動的波腹的位置。其結果，可增大振動板6b的振幅，可輸出更高音壓的超音波。

再者，所謂的超音波投射裝置1的全長與在壓電單元4產生的振動之半波長一致，並非侷限於超音波投射裝置1的全長與在壓電單元4產生的振動之半波長完全一致。可容許由於超音波投射裝置1所具有的誤差等，而超音波投射裝置1的全長相對於在壓電單元4產生的振動之半波長有些微的位移。只要超音波投射裝置1的全長與在壓電單元4產生的振動之半波長大致上一致，即可輸出更高音壓的超音波。

例如，超音波投射裝置1的全長亦可相對於在壓電單元4產生的振動之半波長還要長10％。又，超音波投射裝置1的全長也可相對於在壓電單元4產生的振動之半波長還要短10％。再者，再佳為，超音波投射裝置1的全長可相對於在壓電單元4產生的振動之半波長，設成為99％至101％。該理由是由於通常的螺栓鎖固藍杰文型振動子(BLT；Bolt-clamp Langevin Transducer)的尖銳度Q為100以上，為了得到實用的振幅(意即，峰值的半值)，而需要±1％以內的偏差。

如以上所述之本實施形態的超音波投射裝置1係具備：第1塊體2、第2塊體3、及壓電單元4。壓電單元4被第1塊體2和第2塊體3所夾持。又，本實施形態之超音波投射裝置1係設有振動板6b。振動板6b設置在第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4的軸向中之第1塊體2側的一端。又，關於本實施形態之超音波投射裝置1，在軸向中從第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端的尺寸是在壓電單元4產生的振動之半波長。或者，在軸向中從第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端的尺寸是與在壓電單元4產生的振動之半波長大致上一致。再者，本實施形態之超音波投射裝置1設有連接部6c。連接部6c被設置在振動板6b與支撐振動板6b的基部6a間。又，連接部6c係形成有槽部6e，該槽部6e具有將振動板6b和基部6a連接之圓滑的內壁面6e1。

根據像這樣的本實施形態之超音波投射裝置1，在將振動板6b和基部6a連接之連接部6c設有槽部6e。因此，振動板6b的緣部係不被連接部6c所束縛而可大幅位移，可增大從振動板6b投射之超音波的音壓。再者，由於槽部6e的內壁面6e1呈圓滑，所以可抑制在內壁面6e1產生局部的應力集中。因此，可更加增大振動板6b的振幅，可增大從振動板6b投射之超音波的音壓。從而，根據本實施形態之超音波投射裝置1，可進一步提升超音波的音壓。

再者，根據本實施形態之超音波投射裝置1，從第2塊體3的後側的端面到振動板6b的前側的面為止的距離尺寸係設定為在壓電單元4產生的振動之半波長。於如此的本實施形態之超音波投射裝置1中，振動板6b係被配置在超音波投射裝置1共振時之縱振動的波腹的位置。其結果，可增大振動板6b的振幅，可輸出更高音壓的超音波。

又，本實施形態之超音波投射裝置1係具備與第1塊體2分開形成之前端構件6。前端構件6具有振動板6b、連接部6c及基部6a。又，前端構件6被固定於第1塊體2。在像這樣的本實施形態之超音波投射裝置1中，可相對於第1塊體2裝卸前端構件6。因此，透過更換前端構件6，例如可輕易地變更振動板6b的形狀。

又，在本實施形態之超音波投射裝置1中，槽部6e形成為以沿軸向的中心軸L為中心之環狀。又，槽部6e，其基於含有中心軸L的平面所形成的剖面形狀係從徑向的外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。透過設置如此的剖面形狀為半橢圓形狀之槽部6e，如在後述實施例所說明，可輸出指向性及音壓高的超音波。

再者，在本實施形態之超音波投射裝置1中，槽部6e的剖面形狀亦即半橢圓形狀係短軸與中心軸L平行且長軸與徑向平行。因此，相較於長軸與中心軸L平行的情況，可將超音波投射裝置1的全長縮短，且將超音波投射裝置1小型化。

[實施例] 接著，將使用了上述第1實施形態之超音波投射裝置1之實驗的結果，以實施例來進行說明。本實施例中，作為第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4，使用了圖2所示之長度尺寸D1為41.5mm之60kHz用螺栓鎖固藍杰文型振動子(BLT)。然後，槽部6e的剖面形狀亦即半橢圓形狀的短軸半徑a設為2.2mm。又，長軸半徑b設為4.9mm。而且，為了易於連接第1塊體2及振動板6b，基部6a的直徑尺寸係設為17mm。再者，基部6a係設為以可夾持中心軸L方式將緣部的2處每次削去1mm的形狀。又，基部6a的厚度尺寸D2設為1.5mm。且，振動板6b的直徑尺寸設為15mm。再者，振動板6b的厚度尺寸D3設為0.5mm。然後，第2塊體3的直徑尺寸D4設為15mm。

本實施例中，測量了超音波投射裝置1的導納(admittance)特性。本測量中，使用了阻抗分析儀(impedance analyzer)。測量條件係將驅動電壓設為1V且為固定。圖3係經測量了導納特性的結果。圖3之橫軸顯示電導(conductance)。圖3之縱軸顯示電納(susceptance)。如圖3所示，共振頻率為48.0kHz，電導的值為1.51mS，尖銳度Q為267。

接下來，針對超音波投射裝置1的振動振幅位移進行了探討研究。本探討研究中，測量了振動面(振動板6b的前側的面)上的振動位移。本測量使用雷射都卜勒振動計(Laser Doppler Vibration Meter)來進行。又，本測量中，將從振動板6b的中心沿徑向7.5mm的範圍作為測量範圍，於徑向以0.5mm間隔進行了測量。而且，壓電單元4的驅動頻率係設為超音波投射裝置1的共振頻率亦即48.0kHz。又，對壓電單元4的輸入電流設為50mA且為固定。此時的電壓為34.5V、電力為1.7W。

圖4係經測量振動面上的振動位移的結果。圖4之橫軸係與振動板中心的距離。圖4之縱軸為振動位移振幅。如圖4所示，可知振動板6b的位移係隨著愈接近板端而比中心的位移急遽地變大。又，關於最大振幅，在振動板端中得到17μm，板端與中心的位移振幅比為22倍。

接著，針對指向特性進行了探討研究。本探討研究中，將由超音波投射裝置1所投射之音波的音壓改變角度並進行了測量。本測量中，使用了1/8吋電容式麥克風(Condenser Microphone)(ACO, TYPE7118)進行測量。本測量中，將振動板6b的振動面與測量點的距離設為300mm且為固定，將振動面的垂直中心軸上設為0°，將兩側90°的範圍以1°間隔進行測量。超音波投射裝置1的驅動條件係和探討研究振動位移振幅時相同。

圖5係有關指向特性的測量結果。圖5之橫軸為與中心的角度。圖5之縱軸為音壓。如圖5所示，可知由振動板6b所放射之音波係在0°方向(與振動面垂直的方向)得到高的音壓。又，在0°方向中可得到最大音壓200Pa，半峰全寬(Full width at half maximum)約為15°。

接下來，針對距離特性進行了探討研究。本探討研究中，改變與超音波投射裝置1的距離來測量從超音波投射裝置1所投射的音波。本測量中，使用了和探討研究指向特性時相同的電容式麥克風來進行測量。本測量中，於振動面的中心軸垂直方向(0°方向)設置麥克風，使距離從1mm至300mm為止以每次1mm變化的方式進行。超音波投射裝置1的驅動條件係和探討研究指向特性時相同。

圖6係關於距離特性的測量結果。圖6中的橫軸為與振動板6b的距離。圖6中的縱軸為音壓。如圖6所示，可知隨著與振動板6b分離，音壓會降低。又，在距離300mm處的音壓係190Pa。

接著，針對輸入功率和音壓的關係進行了探討研究。針對在改變對壓電單元4的輸入功率的情況，使用了與進行指向特性的探討研究時相同的電容式麥克風來測量從超音波投射裝置1放射之音波的音壓。本測量中，在振動面之中心軸垂直方向(0°方向)的距離300mm的位置設置麥克風，將輸入功率由0W逐漸增加到10W來進行。超音波投射裝置1的驅動條件係與在探討研究指向特性時相同。

圖7係有關輸入功率與音壓關係的測量結果。圖7之橫軸為輸入功率。圖7之縱軸為音壓。如圖7所示，可知音壓係伴隨著輸入功率的增加而上升，在輸入功率5W時獲得最大音壓362Pa(音壓等級145dB)之大的值。

像這樣，在本實施例中，針對超音波投射裝置1，就導納特性、振動位移分布、指向特性、距離特性、及輸入和音壓之關係作了探討研究。從該等探討研究結果，可知能對較遠的遠方放射尖銳的指向性音波，在與振動面垂直的方向上距離300mm處可獲得最大音壓362Pa這樣高的音壓。

(第2實施形態) 接著，針對本發明的第2實施形態進行說明。又，本實施形態的說明中，與上述第1實施形態相同的部分，會有省略或簡化該說明的情況。

圖8係本第2實施形態之超音波投射裝置1A的示意構成圖。再者，圖9係本第2實施形態之超音波投射裝置1A的剖面圖。如該等圖所示，本實施形態之超音波投射裝置1A並不具備在上述第1實施形態中的前端構件6。另一方面，本實施形態的第1塊體2係具備基部2a、振動板2b、連接部2c。也就是說，在本實施形態中，振動板2b是第1塊體2的一部分。

基部2a係形成為以中心軸L為軸芯之圓柱形狀的部位。於基部2a設有在軸向延伸的孔部2d。從軸向觀看時，孔部2d係形成在基部2a的中央部。孔部2d係以從基部2a後側的表面朝向前側凹陷的方式形成。於該孔部2d的內壁面形成有用以螺合螺栓5的陰螺紋。例如，孔部2d的直徑係與第2塊體3的孔部31的直徑相同。不過，孔部2d的直徑亦可與孔部31的直徑不同。基部2a係直接或間接地支撐振動板2b及連接部2c。基部2a在前側連接有連接部2c。

振動板2b係位於比基部2a還靠前側，隔著連接部2c而與基部2a連接。從軸向觀看時，振動板2b係形成為圓形狀之圓板狀的部位。振動板2b係因在壓電單元4所產生之振動被傳遞而振動。透過振動板2b振動使超音波被放射。本實施形態中之振動板2b的直徑係與基部2a的直徑相同。然而，振動板2b的直徑亦可與基部2a的直徑不同。也就是說，振動板2b的直徑可比基部2a的直徑大，亦可比基部2a的直徑小。

連接部2c被設於基部2a和振動板2b之間，支撐振動板2b。該連接部2c具有以中心軸L為中心而設成圓環狀的槽部2e。槽部2e的內壁面2e1係連接振動板2b與基部2a且圓滑的面。此處所說的圓滑係意味著整體為以曲面或平面所形成而無設置彎曲的部位。

槽部2e係如上所述，形成為以沿著軸向之中心軸L為中心的環狀。如圖9所示，基於含有中心軸L的平面所形成的剖面形狀係由徑向外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。該半橢圓形狀的短軸與中心軸L平行。又，該半橢圓形狀的長軸與徑向平行。

然而，槽部2e的剖面形狀亦可為短軸與徑向平行且長軸與中心軸L平行之半橢圓形狀。又，槽部2e的剖面形狀也可為半圓形狀或馬蹄形狀。又，槽部2e的剖面形狀只要是整體為曲面或整體為組合有曲面和平面之無彎曲的部位的面即可。

在如此的本實施形態之超音波投射裝置1A中，當從外部的驅動部對壓電單元4供給電力時，壓電單元4會振動。透過將壓電單元4的驅動頻率設成超音波投射裝置1A的共振頻率，超音波投射裝置1A與壓電單元4的振動共振。其結果為，振動板2b強烈振動，產生高音壓的超音波。所產生的超音波係被放射到空間。如此的本實施形態之超音波投射裝置1A係使在振動板2b產生的超音波投射到空間中。

本實施形態中的超音波投射裝置1A的全長係設定成超音波投射裝置1A在如上述進行共振時之縱振動的半波長。也就是說，超音波投射裝置1A的全長係設定成在壓電單元4產生的振動之半波長。在超音波投射裝置1A的軸向之一端係第2塊體3後側的端面。又，在超音波投射裝置1A的軸向之另一端係振動板2b前側的面。因此，從第2塊體3後側的端面至振動板2b前側的面為止的距離尺寸係設定成在壓電單元4產生的振動之半波長。在如此的本實施形態之超音波投射裝置1A中，振動板2b被配置在超音波投射裝置1A共振時之縱振動的波腹的位置。其結果，可增大振動板2b的振幅，可輸出更高音壓的超音波。

以上那樣的本實施形態之超音波投射裝置1A係具備第1塊體2、第2塊體3及壓電單元4。壓電單元4被第1塊體2與第2塊體3夾持。又，第1塊體2具備振動板2b、基部2a和連接部2c。振動板2b被設置在軸向上之與第1塊體2的壓電單元4對向之側的一端。基部2a與壓電單元4抵接。連接部2c被設置在振動板2b和將振動板2b支撐的基部2a之間。再者，連接部2c係形成有槽部2e，該槽部2e具有連接振動板2b和基部2a之圓滑的內壁面2e1。

根據如此的本實施形態之超音波投射裝置1A，在將振動板2b和基部2a連接之連接部2c設有槽部2e。因此，振動板2b的緣部係不被連接部2c所束縛而可大幅位移，可增大從振動板2b投射之超音波的音壓。再者，由於槽部2e的內壁面2e1呈圓滑，所以可抑制在內壁面2e1產生局部的應力集中。因此，可更加增大振動板2b的振幅，可增大從振動板2b投射之超音波的音壓。從而，根據本實施形態之超音波投射裝置1A，可更加提升超音波的音壓。

再者，關於本實施形態之超音波投射裝置1A，從軸向之第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端為止的尺寸乃係在壓電單元4產生的振動之半波長。也就是說，根據本實施形態之超音波投射裝置1A，從第2塊體3後側的端面至振動板2b前側的面為止的距離尺寸係被設定成在壓電單元4產生的振動之半波長。在如此的本實施形態之超音波投射裝置1A中，振動板2b被配置在超音波投射裝置1A共振時之縱振動的波腹的位置。其結果，可增大振動板2b的振幅，可輸出更高音壓的超音波。

又，在本實施形態之超音波投射裝置1A中，振動板2b是第1塊體2的一部分。因此，沒必要將如上述第1實施形態這樣的前端構件6和第1塊體2分開形成並設置。因此，可將超音波投射裝置1A的全長設成比上述第1實施形態還要短。又，將超音波投射裝置1A的零件件數設為比上述第1實施形態還要少，可使構造簡化。

不過，關於本實施形態之超音波投射裝置1A，從軸向之第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端為止的尺寸，未必一定要在壓電單元4產生的振動之半波長。也可為例如，將從軸向之第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端為止的尺寸設成上述振動的1個波長或1.5個波長。像這樣，即便從軸向之第1塊體2側的一端至第2塊體3側的另一端為止的尺寸不是上述振動的半波長的情況，由於振動板2b為第1塊體2的一部分，故可將超音波投射裝置1A的零件件數設為比上述第1實施形態還要少。

又，在本實施形態之超音波投射裝置1A中，槽部2e係形成為以沿著軸向之中心軸L為中心的環狀。又，槽部2e係基於含有中心軸L之平面所形成的剖面形狀是從徑向的外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。透過設置像這樣剖面形狀為半橢圓形狀的槽部2e，可輸出指向性及音壓高的超音波。

又，在本實施形態之超音波投射裝置1A中，槽部2e的剖面形狀亦即半橢圓形狀係短軸與中心軸L平行，且長軸與徑向平行。因此，相較於長軸與中心軸L呈平行的情況，可將超音波投射裝置1A的全長縮短，將超音波投射裝置1A小型化。

[實施例] 接下來，將使用了上述第2實施形態之超音波投射裝置1A的模擬結果，作為實施例來作說明。本實施例中，圖9顯示的長度尺寸Da(從第2塊體3後端至孔部2d前端為止的距離尺寸)設為35.5mm。更詳言之，第2塊體3後端至前端為止的距離尺寸為14.8mm，壓電單元4後端至前端為止的距離尺寸為10.7mm，第1塊體2後端至孔部2d前端為止的距離尺寸為10mm。

又，從孔部2d前端至基部2a前端為止的距離尺寸Db係以0.5mm間隔在1mm～5mm的範圍變化。再者，距離尺寸Db為1mm的情況之超音波投射裝置1A的全長(從第2塊體3後端至振動板2b前側的面為止的距離尺寸)係41.0mm。然後，振動板2b的厚度尺寸Dc設為0.5mm。又，槽部2e的剖面形狀亦即半橢圓形狀的短軸半徑a係以0.1mm間隔在2mm～2.5mm的範圍變化。又，槽部2e的剖面形狀亦即半橢圓形狀的長軸半徑b係以0.1mm間隔在4mm～4.5mm的範圍變化。又，於第2塊體3後端，增加了1.5μm的限定位移。

本實施例中，在上述條件下進行從振動板2b中心起算300mm前方處之音壓的評價。圖10係顯示使短軸半徑a和長軸半徑b變化而獲得之音壓分布的模擬結果。又，在圖10所示的結果的繪圖中，使用在相同短軸半徑a和長軸半徑b使距離尺寸Db變化而獲得之複數個音壓中之最高的音壓。

由圖10可知，無關乎短軸半徑a和長軸半徑b的變化，可獲得100Pa以上的高音壓。又，由圖10可知，透過將短軸半徑a縮短，使音壓有變高的傾向。且，由圖10可知，透過將長軸半徑b增長，使音壓有變高的傾向。

又，本實施例中，頻率的變化為54.4kHz～60.7kHz的範圍。頻率的變化量相對於短軸半徑a的變化量不大，且越加大長軸半徑b，頻率越下降。

(第3實施形態) 接著，針對本發明的第3實施形態進行說明。又，本實施形態的說明中，針對與上述第2實施形態相同的部分，會有省略或簡化該說明的情況。

圖11係顯示本第3實施形態之超音波投射裝置1B的示意構成的剖面圖。如該圖所示，本實施形態之超音波投射裝置1B係第2塊體3的孔部31在軸向貫通第2塊體3而設置。又，本實施形態中，螺栓5被配置在比第一實施形態還往後移的位置。本實施形態中，如圖11所示，螺栓5的重心G位在比第1塊體2還要接近於第2塊體3的位置。

根據如此的本實施形態之超音波投射裝置1B，因為螺栓5配置在後方，所以可將從設於基部2a之孔部2d前端至基部2a前端為止的距離確保為較長的長度。因而，比起上述第1實施形態，可將從孔部2d前端至前方的基部2a厚度設成較厚。因此，根據本實施形態之超音波投射裝置1B，耐久性更加提升。

再者，本實施形態中，第1塊體2亦可是藉由比第2塊體3的比重還小的材料形成。於如此的情況時，例如，第1塊體2亦可以鋁形成，第2塊體3以不鏽鋼形成。藉由將第1塊體2以比重比第2塊體3還小的材料形成，能使第1塊體2輕量化，增大振動板2b的振幅。其結果，可進一步將音壓提高。

又，上述第1實施形態中，亦可將第1塊體2及前端構件6以比第2塊體3的比重還小的材料形成。然後，上述第2實施形態中，也可將第1塊體2以比第2塊體3的比重還小的材料形成。不論哪種情況，皆可增大振動板6b或振動板2b的振幅，可更加提高音壓。

(第4實施形態) 接著，針對本發明的第4實施形態進行說明。又，本實施形態的說明中，針對與上述第2實施形態相同的部分，會有省略或簡化該說明的情況。

圖12係本第4實施形態之超音波投射裝置1C的示意構成圖。該圖12所示的兩點鏈線係示意性顯示在超音波投射裝置1C共振的情況中之縱振動波。如圖12所示，在本實施形態之超音波投射裝置1C中，第1塊體2與壓電單元4的交界位於節點(node)N的位置。也就是說，本實施形態之超音波投射裝置1C中，第1塊體2與壓電單元4的交界位於在軸向上藉由壓電單元4所產生之振動的節的位置。

像這樣在第1塊體2與壓電單元4的交界位於節點N的位置的情況，比起節點N的位置位於壓電單元4內部的情況，更能抑制發熱。又，第1塊體2的壓電單元4側的端面不會因振動而位移。因此，可透過第1塊體2的壓電單元4側的端面，使超音波投射裝置1C容易對外部的構件固定。

以上，參照附圖對本發明之合適的實施方式進行了說明，但本發明不限於上述實施方式乃不言而喻。上述實施方式中所示的各構成構件的各種形狀、組合等乃係一例，在不悖離本發明主旨的範圍內可根據設計要求等進行種種變更。

1:超音波投射裝置 1A:超音波投射裝置 1B:超音波投射裝置 1C:超音波投射裝置 2:第1塊體 2a:基部 2b:振動板 2c:連接部 2d:孔部 2e:槽部 2e1:內壁面 3:第2塊體 4:壓電單元(振動產生部) 5:螺栓 6:前端構件 6a:基部 6b:振動板 6c:連接部 6d:軸部 6e:槽部 6e1:內壁面 21:貫通孔 31:孔部 a:短軸半徑 b:長軸半徑 G:重心 L:中心軸 N:節點

圖1係本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的示意構成圖。 圖2係顯示本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的示意構成的剖面圖。 圖3係經測量本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的導納特性之結果。 圖4係經測量本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的振動面上的振動位移之結果。 圖5係有關本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的指向特性的測量結果。 圖6係有關本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的距離特性的測量結果。 圖7係有關本發明的第1實施形態之超音波投射裝置的輸入功率和音壓的關係之測量結果。 圖8係本發明的第2實施形態之超音波投射裝置的示意構成圖。 圖9係顯示本發明的第2實施形態之超音波投射裝置的示意構成的剖面圖。 圖10係顯示本發明的第2實施形態之超音波投射裝置中使槽部的短軸半徑與長軸半徑變化而獲得之音壓分布的模擬結果。 圖11係顯示本發明的第3實施形態之超音波投射裝置的示意構成的剖面圖。 圖12係本發明的第4實施形態之超音波投射裝置的示意構成圖。

1:超音波投射裝置

2:第1塊體

3:第2塊體

4:壓電單元(振動產生部)

6:前端構件

6a:基部

6b:振動板

6c:連接部

6e:槽部

6e1:內壁面

L:中心軸

Claims (9)

1. 一種超音波投射裝置，係投射超音波，該超音波投射裝置具備： 第1塊體； 第2塊體；及 振動產生部，其被前述第1塊體與前述第2塊體挾持； 在前述第1塊體、前述第2塊體及前述振動產生部的排列方向上之前述第1塊體側的一端設有振動板， 從前述排列方向上之前述一端至前述第2塊體側的另一端為止的尺寸，係形成為與在前述振動產生部產生的振動之半波長大致上一致， 於前述振動板與支撐前述振動板的基部之間，設置有連接部，該連接部係形成有具有連接前述振動板與前述基部之圓滑的內壁面的槽部。
2. 如請求項1之超音波投射裝置，其中 具備與前述第1塊體分開形成的前端構件，該前端構件具有前述振動板、前述連接部及前述基部， 前述前端構件被固定在前述第1塊體。
3. 如請求項1之超音波投射裝置，其中 前述第1塊體係具有前述振動板、前述連接部及前述基部。
4. 一種超音波投射裝置，係投射超音波，該超音波投射裝置具備： 第1塊體； 第2塊體；及 振動產生部，其被前述第1塊體與前述第1塊體挾持； 前述第1塊體具有： 振動板，其被設置於在前述第1塊體、前述第2塊體及前述振動產生部的排列方向上之與前述振動產生部對向之側； 基部，其抵接於前述振動產生部；及 連接部，其被設置於前述振動板與前述基部之間，且形成有具有連接前述振動板與前述基部之圓滑的內壁面的槽部。
5. 如請求項1至4中任一項之超音波投射裝置，其中 前述槽部係形成為以沿前述排列方向的中心軸為中心之環狀，且基於含有前述中心軸之平面所形成的剖面形狀是從以前述中心軸為中心之徑向的外側朝向內側凹陷的半橢圓形狀。
6. 如請求項5之超音波投射裝置，其中 前述半橢圓形狀係短軸與前述中心軸平行，且長軸與前述徑向平行。
7. 如請求項1至6中任一項之超音波投射裝置，其具備：螺栓，該螺栓於一端部供前述第1塊體螺，且於另一端部供前述第2塊體螺合， 在前述排列方向，前述螺栓的重心位在比前述第1塊體還要接近於前述第2塊體的位置。
8. 如請求項1至7中任一項之超音波投射裝置，其中 前述第1塊體係藉由比重比前述第2塊體還小的材料所形成。
9. 如請求項1至8中任一項之超音波投射裝置，其中 在前述排列方向，前述第1塊體與前述振動產生部的交界位於由前述振動產生部所產生之振動的節的位置。