(57)【要約】【課題】  放音するとき音圧レベルを効率よく高めることができると共に広い再生周波数帯域を有し、生産性の良い超音波放射器を得る。【解決手段】  異なる磁極を交互にストライプ状に着磁させた磁石板１３ａ，１３ｂと、信号電流が供給される導体パターン１１を有するフレキシブル基板１０と、磁石板１３ａ，１３ｂのストライプ状に着磁された部位間に導体パターン１１を配置させると共にフレキシブル基板１０の振動面を保持することにより当該振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させるパッキン１２ａ，１２ｂとを備えた。【選択図】        図３
2006005747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁極を交互にストライプ状に着磁させた磁石板と、
信号電流が供給される導体パターンを有する振動板と、
前記磁石板のストライプ状に着磁された部位間に前記導体パターンを配置させると共に前記振動板の振動面を保持することにより当該振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させる保持部材とを備えた超音波放射器。
【請求項２】
導体パターンは、複数の矩形を連ねたように形成され、
保持部材は、ストライプ状の着磁部位間を縫うように前記矩形状の導体パターンを配置させることを特徴とする請求項１記載の超音波放射器。
【請求項３】
磁石板は、同様に着磁された第一及び第二の磁石板からなり、
振動板は、前記第一の磁石板と第二の磁石板との間に配置されることを特徴とする請求項１記載の超音波放射器。
【請求項４】
第一の磁石板に、振動板が発生させた超音波を外部空間へ放射する放射孔を設けたことを特徴とする請求項３記載の超音波放射器。
【請求項５】
保持部材は、約４０ｍｍ×約３０ｍｍの超音波振動面を形成させる格子形状を有する吸振部材からなることを特徴とする請求項１記載の超音波放射器。
【請求項６】
振動板は、厚さ５０μｍのポリイミドシートからなることを特徴とする請求項１記載の超音波放射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波を搬送波として可聴音声を放音するパラメトリックスピーカ等に使用される超音波放射器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパラメトリックスピーカに用いられる超音波放射器は、圧電効果によって振動する超音波振動子を一枚のプリント基板上に複数個、例えば数十個展開して構成されている。超音波放射器を構成している各超音波振動子は、振動共振子と共振板と圧電セラミック板などによって構成される。圧電セラミック板の表裏には、＋電極と−電極が各々形成され、この＋電極と−電極に電気信号を供給して圧電セラミック板を屈曲振動させる。この機械的振動は圧電セラミック板に接合されている振動共振子に伝わり、さらに振動共振子に接合されている共振板を振動させる。このように圧電セラミック板の機械的振動が伝達された振動共振子と共振板は、それぞれが振動することにより特定の周波数で共振し、超音波を発生させる（例えば、特許文献１参照）。このような振動共振子や共振板には、鋭敏に共振が発生するようにアルミニウム部材が一般に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４７０８５号公報（第３頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超音波放射器は以上のように構成されているので、多数の共振型の超音波振動子を動作させたとき、各超音波振動子が発生する超音波の位相が不均一になり、多数の振動子を動作させても音圧レベルが期待通りに増大せず、また共振型のため広い再生周波数帯域を得ることが難しく、またさらに多数の超音波振動子を備えることから製作時の作業性が悪く生産コストも高くなるという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放音するとき音圧レベルを効率よく高めることができると共に広い再生周波数帯域を有し、生産性の良い超音波放射器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超音波放射器は、異なる磁極を交互にストライプ状に着磁させた磁石板と、信号電流が供給される導体パターンを有する振動板と、磁石板のストライプ状に着磁された部位間に導体パターンを配置させると共に振動板の振動面を保持することにより当該振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させる保持部材とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、磁石板のストライプ状に着磁された部位間に振動板の導体パターンを配置させ、振動板の振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させたので、効率よく超音波を発生させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超音波放射器を備えた超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。図示したものは、パラメトリックスピーカ４から超音波を放射し、超音波が空気中を伝搬するときに起こる自己復調現象を用いて可聴音声を狭い範囲の空間に放音する装置の構成例である。図示した超指向性音響装置は、音声信号を生成する音源１、音源１から出力された音声信号を変調して超音波信号を生成する音響放射制御器２、音響放射制御器２から出力された超音波信号を増幅する増幅器３、増幅器３から出力された超音波信号に基づいて超音波を発生させて空気中へ放射するパラメトリックスピーカ４から成るものである。音響放射制御器２は、搬送波として用いる超音波を示す信号を生成する搬送波生成部５と、音源１から入力した音声信号と搬送波生成部５により生成された超音波を示す信号とを加算して超音波信号を生成する加算部６を備える。
【０００９】
図２は、実施の形態１による超音波放射器の概観を示す正面図である。この図は、図１に示したパラメトリックスピーカ４を構成する超音波放射器７を正面視したものである。図１に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図２に例示した超音波放射器７の正面には、鉄板等から成るプレート８が備えられる。プレート８は、超音波放射器７の内部で発生させた超音波を当該超音波放射器７の外部空間へ放射する複数の放射孔９を設けたものである。
【００１０】
図３は、実施の形態１による超音波放射器の断面図である。この図は、図２に一点破線Ａ−Ａ’で示した部分の断面図で、超音波放射器７の内部構成を示したものである。図２に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。超音波放射器７は、電気信号を入力することにより振動し、超音波を発生させる振動部材として、例えばポリイミドのシート部材からなるフレキシブル基板（振動板）１０を備える。フレキシブル基板１０は、例えば厚さ５０μｍの薄膜のポリイミドシートに、銅またはアルミニウムからなる導体パターン１１を、例えば同一層に形成させたフレキシブルプリント基板である。フレキシブル基板１０は、例えば図示したように格子状に形成された樹脂等の非伝動性部材から成るパッキン（保持部材）１２ａ，１２ｂにより振動面の表裏両面を挟持され、当該超音波放射器７の内部において弛み等を生じさせないように保持される。パッキン１２ａとパッキン１２ｂは、格子形状の部分が同一形状・同一サイズのもので重ね合わせたとき一致するものである。このようなパッキン１２ａとパッキン１２ｂに挟まれたフレキシブル基板１０は、表裏同一部分を挟持され、一枚の振動面が複数に分割される。即ち、パッキン１２ａ，１２ｂにより仕切られた所定サイズの超音波振動板を複数備えることになる。
【００１１】
超音波放射器７の内部において、フレキシブル基板１０の表裏両側方には、ストライプ状にＳ極とＮ極とを交互に着磁させた磁石板１３ａ，１３ｂがそれぞれ配置される。磁石板１３ａ，１３ｂは、硬質部材の異方性プラスチック磁石板または軟質部材のゴムタイプ磁石板等から成り、超音波放射器７の構成に適する部材が用いられる。磁石板（第一の磁石板）１３ａは、図３においてフレキシブル基板１０の上方、即ちプレート８の裏面側に配置され、また前述のプレート８に設けられた放射孔９と連なり、当該放射孔９を成す貫通孔が設けられている。この放射孔９は、好ましくは発生させた超音波を外部へ放射し易いようにフレキシブル基板１０に形成された導体パターン１１の幅よりも大きな径を有するもので、図３において当該パターンの上方に位置するように設けられる。磁石板（第二の磁石板）１３ｂは、その表面をフレキシブル基板１０の裏面に対向させ、またパッキン１２ｂの底端部に接して配置される。磁石板１３ｂの裏面側には例えば鉄板等から成るプレート１４が配置される。図３に示したプレート８とプレート１４との間に配置された磁石板１３ａ、パッキン１２ａ、フレキシブル基板１０、パッキン１２ｂ、及び磁石板１３ｂは、図示されない貫通ネジ等を用いた締合により、例えばプレート８とプレート１４の外周縁部を締め付けて固定される。
【００１２】
図４−１は、実施の形態１による超音波放射器の断面図である。図示したものは、図３に示した一点破線Ｂ−Ｂ’で示した部分の断面図で、パッキン１２ａあるいはパッキン１２ｂの断面と、当該パッキン１２ａ及びパッキン１２ｂにより保持されているフレキシブル基板１０の表面とを示したものである。フレキシブル基板１０に形成された導体パターン１１は、図示したようにパッキン１２ａ，１２ｂによって分割された各振動面（超音波振動面）１５において、矩形を成すように曲折させ、さらに矩形が連なっているように形成して当該振動面１５をくまなく、さらにフレキシブル基板１０の全ての振動面１５を巡るように設けられている。図４−１に例示した各振動面１５は、厚さ５０μｍのポリイミド部材を、例えば約４０ｍｍ×約３０ｍｍのサイズとなるように、フレキシブル基板１０の表面をパッキン１２ａ，１２ｂにより分割させて構成したものである。なお、振動面１５の形状及びサイズ、さらにフレキシブル基板１０の材質や厚さは超音波周波数帯域で振動することが可能であればどのようなものでもよく、前述のものに限定されない。
【００１３】
図４−２は、実施の形態１の他の超音波放射器の断面図である。図４−１に示したフレキシブル基板１０は、パッキン１２ａ，１２ｂにより１６個の振動面１５に分割されたものである。振動面１５の数は、所望の音圧が得られるように備えられ、例えば導体パターン１１に流れる信号電流が大きい場合などは、例えば図４−２に示したように１３個の振動面１５が形成されるようにパッキン１２ａ，１２ｂの形状などを調整し、図４−１に示したものに比べて振動面１５の数を減少させて構成する。また、逆に大きな音圧を得るようにしたい場合は、振動面１５の数を増加させて構成する。
【００１４】
図５は、実施の形態１による超音波放射器の振動板の構成を示す説明図である。図２〜図４−２に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図は、図４−１に示した振動面１５と、その振動面１５の表面側に配置される磁石板１３ａ及び裏面側に配置される磁石板１３ｂの各着磁部１６を示したものである。磁石板１３ａ及び磁石板１３ｂの着磁部１６は、前述のようにＳ極とＮ極とを交互にストライプ状に着磁させたもので、図５に破線で示したように導体パターン１１に沿うように設けられ、例えば、超音波放射器７を正面視したとき、導体パターン１１の矩形状のパターンが、各着磁部１６の間を縫うように配置されている。また好ましくは、磁化された部分の形状が当該導体パターン１１の長手方向に延設されたパターンと平行となるように着磁させる。各着磁部１６は、磁力の強い部分が導体パターン１１と重ならないように設けられ、特に磁石板１３ａの着磁部１６は、当該磁石板１３ａに放射孔９が設けられていることから、導体パターン１１の長手方向に延設されたパターン部分と重ならないように設けられる。また、磁石板１３ａの着磁部１６と磁石板１３ｂの着磁部１６は、図３に示したように同一磁極を対向させて、超音波放射器７の内部に配置されている。各着磁部１６は、導体パターン１１に流れる超音波信号の電流値に関連して、振動面１５を超音波周波数帯域で振動させる磁力を有するように着磁される。具体的には、例えば図３の断面図においてＳ極またはＮ極に着磁されている部位の厚さを増減する、即ち磁石板１３ａ，１３ｂの厚さなどの構成を変更して、超音波発生に必要な磁場が得られるように調整する。
【００１５】
次に動作について説明する。
図６は、実施の形態１による超音波放射器の動作を示す説明図である。図２〜図５に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図６は、振動面１５の周辺に形成される磁気回路を示したもので、一点破線の矢印で表した磁束により当該磁気回路を示している。磁石板１３ａの各着磁部１６は、前述のように交互にそれぞれＮ極あるいはＳ極に着磁され、それぞれ隣接する着磁部１６の間には、磁束で図示したような磁場が生じる。前述のように、磁石板１３ａ，１３ｂとフレキシブル基板１０が配置されていることから、この磁場の中にはフレキシブル基板１０の導体パターン１１が存在する。空間上の磁束はＮ極からＳ極に向うことから、Ｓ極に着磁された着磁部１６と、これに隣接するＮ極に着磁された着磁部１６との間には、当該Ｓ極の着磁部１６とＮ極の着磁部１６の間に配置されている導体パターン１１を含む磁気回路が形成される。この磁気回路は、図中フレキシブル基板１０の上方、即ちフレキシブル基板１０の表面側の空間に形成される。磁石板１３ｂの各着磁部１６も、前述のように交互にそれぞれＮ極あるいはＳ極に着磁されており、磁石板１３ｂにおいて隣接している各着磁部１６間に、一点破線の矢印の磁束によって示したような磁場が生じ、前述の説明と同様な磁気回路がフレキシブル基板１０の裏面側の空間、即ちフレキシブル基板１０と磁石板１３ｂとの間に形成される。
【００１６】
このような磁気回路の中に位置する導体パターン１１に電流を流し、発生するローレンツ力により振動面１５を変位させる。各振動面１５の導体パターン１１には、同じ電流、即ち同一の超音波信号が供給されることから、フレキシブル基板１０に備えられた各振動面１５は、全てのものが同様に振動して位相等の揃っている超音波を発生する。各振動面１５は、前述のように非伝動性部材のパッキン１２ａ，１２ｂによって分離されているので、各々の振動が他の振動面１５に伝わることがなく、共振等は発生しない。このように同様な位相等を有する超音波を各振動面１５によって発生させているので、振動面１５の個数に比例した音圧レベルを得ることができ、効率よく超音波を発生させることができる。
【００１７】
以上のように実施の形態１によれば、振動部材として導体パターン１１を形成させたフレキシブル基板１０と、フレキシブル基板１０を保持する格子状のパッキン１２ａ，１２ｂと、導体パターン１１に沿うように着磁させた磁石板１３ａ，１３ｂとを備えたので、フレキシブル基板１０がパッキン１２ａ，１２ｂにより複数の振動面１５に分割され、超音波信号の電流を導体パターン１１に流された各振動面１５は同様に振動することができ、位相等が同様に揃った振動により超音波を発生させることにより、効率よく音圧を高めることができるという効果がある。
【００１８】
また、一枚のフレキシブル基板１０を格子状のパッキン１２ａ，１２ｂにより保持することにより、複数の振動面１５を設けるようにしたので、製造時の作業性を向上させることができ、生産コストを抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による超音波放射器を備えた超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による超音波放射器の概観を示す正面図である。
【図３】実施の形態１による超音波放射器の断面図である。
【図４−１】実施の形態１による超音波放射器の断面図である。
【図４−２】実施の形態１による他の超音波放射器の断面図である。
【図５】実施の形態１による超音波放射器の振動板の構成を示す説明図である。
【図６】実施の形態１による超音波放射器の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  音源、２  音響放射制御器、３  増幅器、４  パラメトリックスピーカ、５  搬送波生成部、６  加算部、７  超音波放射器、８，１４  プレート、９  放射孔、１０  フレキシブル基板（振動板）、１１  導体パターン、１２ａ，１２ｂ  パッキン（保持部材）、１３ａ，１３ｂ  磁石板、１５  振動面（超音波振動面）、１６  着磁部。
【図１】
2006005747.tif 000003
【図２】
2006005747.tif 000004
【図３】
2006005747.tif 000005
【図４−１】
2006005747.tif 000006
【図４−２】
2006005747.tif 000007
【図５】
2006005747.tif 000008
【図６】
2006005747.tif 000009