(57)【要約】【課題】超音波の音圧のばらつきを抑制する。【解決手段】音圧が極値を取るときの距離Ｌの値、つまり、距離Ｌ＝ｎ×λ0／４を満たす値を含む範囲Ｓ１においては、距離Ｌの変化に対する音圧の変化が相対的に小さくなる。故に、超音波マイクロホン１の送波面（固形物１８の端面）からホーン２の底壁前面までの距離Ｌが超音波マイクロホン１から送波される超音波の波長λ0の４分の１波長の整数倍に略等しくなる（Ｌ≒ｎ×λ0／４）ように設計すれば、固形物１８の端面からホーン２の底壁前面までの距離Ｌのばらつきに対する超音波の音圧の変化を相対的に小さくできる。その結果、超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧に応じて振動する振動子、底面が開口した錐筒状に形成されて頂点部分が振動子に固定される共振子、共振子の内側に注入される固形物を有する超音波マイクロホンと、一端が開口した有底筒形状に形成され、超音波の送波面となる固形物の端面に底壁を対向させるようにして超音波マイクロホンに外挿されるホーンとを備え、超音波マイクロホンから送波された超音波が通過する孔がホーンの底壁に貫設されてなる超音波送波器であって、
固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１の整数倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする超音波送波器。
【請求項２】
固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１の奇数倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする請求項１記載の超音波送波器。
【請求項３】
固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする請求項２記載の超音波送波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中に超音波を送波するための超音波送波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波マイクロホンとホーンを組み合わせた超音波送波器（但し、超音波受波器を兼用するタイプもある。）が種種提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されている超音波マイクロホンは、円盤状に形成された金属製の振動板に圧電体を貼り合わせてなる振動子と、底面が開口した円錐筒状（漏斗状）に形成されて振動板の前面中央に頂点部分が固定された共振子と、円筒形状に形成されて振動子並びに共振子が収納されるケースとを備えている。ここで、振動子に対する共振子の固定位置のばらつきや固定用の接着剤の多少によって超音波の周波数にばらつきが生じるため、共振子の内側にシリコーン樹脂等の固形物を注入して周波数を調整することが行われている。
【０００４】
ホーンは、一端が開口した有底円筒形状に形成されて底壁を超音波マイクロホンの送波面（共振子に注入されている固形物の端面）に対向させるようにして超音波マイクロホンに外挿される。ホーンの底壁には超音波マイクロホンの送波面よりも小径の孔が貫設されており、超音波マイクロホンの送波面から送波された超音波がホーンの孔を通過する際に生じる回折現象を利用して超音波マイクロホンの指向性を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２５３３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のような超音波送波器から送波される超音波の音圧は、超音波マイクロホンの送波面からホーンの底壁前面までの距離に依存している。一方、超音波マイクロホンの送波面からホーンの底壁前面までの距離は、共振子に注入される固形物の量に応じてばらついてしまう。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、超音波の音圧のばらつきを抑制することができる超音波送波器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、入力電圧に応じて振動する振動子、底面が開口した錐筒状に形成されて頂点部分が振動子に固定される共振子、共振子の内側に注入される固形物を有する超音波マイクロホンと、一端が開口した有底筒形状に形成され、超音波の送波面となる固形物の端面に底壁を対向させるようにして超音波マイクロホンに外挿されるホーンとを備え、超音波マイクロホンから送波された超音波が通過する孔がホーンの底壁に貫設されてなる超音波送波器であって、固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１の整数倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、超音波の音圧は固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離に対して超音波の波長の４分の１波長毎に極大値と極小値が交互に現れる特性を有しているため、固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１の整数倍した値と略等しい距離とすることにより、固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離のばらつきに対する超音波の音圧の変化を相対的に小さくでき、その結果、超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１の奇数倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、超音波マイクロホンの送波面とホーンの底壁前面との間で共鳴現象が生じるため、同じ入力電圧に対する超音波の音圧が増大できるとともに、同じ超音波の音圧に対しては入力電圧を低下させることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、固形物の端面からホーンの底壁前面までの距離を、超音波マイクロホンから送波される超音波の波長を４分の１倍した値と略等しい距離としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明によれば、温度による波長のばらつきを含めて超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】同上における距離と波長の関係を説明するための説明図である。
【図３】同上における距離と波長の関係の温度変化を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本実施形態の超音波送波器Ａは、図１に示すように超音波マイクロホン１とホーン２とで構成されている。
【００１８】
超音波マイクロホン１は、直径が異なる２枚の円盤を厚み方向に重ねて構成されるベース１０と、ベース１０の一面（図１における下面）より下向きに突出する棒状の一対の端子１１，１１と、薄い円盤状に形成されて接着剤１３によりベース１０の他面（図１における上面）側に離間して配設された振動板１２と、接着剤１３によって振動板１２の下面に当接する形で固定された圧電素子１４と、圧電素子１４の正極および負極と各端子１１，１１を電気的に接続するリード線１５，１５と、底面が開口した円錐筒状（漏斗状）に形成されて頂点部分が振動子（振動板１２）の上面中央に固定された共振子１６と、略円筒形に形成されて一方（下方）の開口部がベース１０によって閉塞される形で振動子（振動板１２と圧電素子１４を結合したもの。以下同じ。）や共振子１６などを内部に収納したケース１７と、超音波の周波数調整用に共振子１６の内側に注入された固形物（例えば、シリコーン樹脂等）１８とを備えている。この種の超音波マイクロホン１は、共振子１６と対向する側のケース１７の端部、すなわち、超音波が通過するケース１７の開口部１７ａが開放されているために一般に開放型と呼ばれている。
【００１９】
ホーン２は、一端が開口した有底円筒形状に形成され、超音波の送波面となる固形物１８の端面（図１における固形物１８の上面）に底壁を対向させるようにして超音波マイクロホン１に外挿される。ホーン２の底壁（図１における上側の壁）には超音波マイクロホン１の送波面（固形物１８の端面）よりも小径の孔２０が中央に貫設されており、超音波マイクロホン１の送波面から送波された超音波がこの孔２０を通過する際に生じる回折現象を利用して超音波マイクロホン１の指向性を調整する（拡げる）ことができる。
【００２０】
ここで、超音波マイクロホン１が送波する超音波の波長λを一定とし（λ＝λ0）、超音波マイクロホン１の送波面（固形物１８の端面）からホーン２の底壁前面（図１における底壁の上面。以下同じ。）までの距離Ｌを変化させたときに超音波送波器Ａから送波される超音波の音圧がどのように変化するかを調べたところ、図２に示すような結果が得られた。図２からは、距離Ｌが波長λ0の４分の１波長の整数倍となるとき（Ｌ＝ｎ×λ0／４  但し、ｎは正の整数）、超音波の音圧が極値（極大値又は極小値）を取ることが判る。ここで、音圧が極値を取るときの距離Ｌの値、つまり、距離Ｌ＝ｎ×λ0／４を満たす値を含む範囲Ｓ１においては、距離Ｌの変化に対する音圧の変化が相対的に小さくなり、音圧が極値を取らないときの距離Ｌの値を含む範囲Ｓ２においては、距離Ｌの変化に対する音圧の変化が相対的に大きくなる（図２参照）。
【００２１】
したがって、超音波マイクロホン１の送波面（固形物１８の端面）からホーン２の底壁前面までの距離Ｌが超音波マイクロホン１から送波される超音波の波長λ0の４分の１波長の整数倍に略等しくなる（Ｌ≒ｎ×λ0／４）ように設計すれば、固形物１８の端面からホーン２の底壁前面までの距離Ｌのばらつきに対する超音波の音圧の変化を相対的に小さくでき、その結果、超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。但し、超音波送波器Ａでは可能な限り大きな音圧で超音波を送波することが望ましいので、音圧が極大値を取る距離Ｌ、すなわち、超音波の波長λ0の４分の１波長の奇数倍に略等しくなる（Ｌ≒（２ｎ−１）×λ0／４）ように設計することが望ましい。
【００２２】
ところで、空中を伝搬する音波（超音波）の速度（音速）は媒体である空気の温度（単に温度という。）に依存しており、音速をＶｓ〔ｍ／ｓ〕，温度をｔ〔℃〕とすると下記の式で示す関係を有している。
【００２３】
Ｖｓ＝３３１．５＋０．６１×ｔ
一方、超音波の波長λは超音波の周波数ｆと音速Ｖｓとを用いてλ＝Ｖｓ／ｆと表せるので、超音波マイクロホン１の振動子を駆動する周波数（＝超音波の周波数ｆ）が一定であっても温度が変化すると超音波マイクロホン１から送波される超音波の波長λも変化することになる。つまり、図２で示した距離Ｌと音圧の関係も温度によって変化し、図３に示すように常温のときの関係（実線イ）に対して、温度が常温よりも低くなると波長λが短くなるために極値が左向きにシフトし（実線ロ）、反対に温度が常温よりも高くなると波長が長くなるために極値が右向きにシフトする（実線ハ）。そして、超音波の音圧が極値を取るときの距離Ｌの温度による変化量は、次数ｎが大きくなるほどに増大することになる（図３参照）。
【００２４】
したがって、超音波マイクロホン１の送波面（固形物１８の端面）からホーン２の底壁前面までの距離Ｌが超音波マイクロホン１から送波される超音波の波長λ0の４分の１波長に略等しくなる（Ｌ≒λ0／４）ように設計すれば、温度による波長のばらつきを含めて超音波の音圧のばらつきを抑制することができる。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ  超音波送波器
１  超音波マイクロホン
２  ホーン
１６  共振子
１８  固形物
２０  孔
【図１】
2011029705.tif 000003
【図２】
2011029705.tif 000004
【図３】
2011029705.tif 000005