(57)【要約】【課題】安価な超音波トランスデューサアレイ１を提供することを目的とする。【解決手段】超音波トランスデューサアレイ１は、複数の圧電素子２と、それぞれの圧電素子２の振動方向にほぼ垂直に配される複数の振動板３と、振動板３を支持する支持部材４とを備える。また、複数の圧電素子２のそれぞれの一方の電極７は、共通して振動板３に接続され、複数の振動板３と支持部材４とは一体成型されている。これによれば、非常に容易な構成、かつ、少ない部品点数により、低コストの超音波トランスデューサアレイ１を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子と、
前記それぞれの圧電素子の振動方向にほぼ垂直に配される金属製の複数の振動板と、
前記振動板を支持する支持部材とを備え、
前記それぞれの圧電素子の一方の電極は、前記それぞれの振動板に接続され、
前記複数の振動板と前記支持部材とは一体成型されていることを特徴とする超音波トランスデューサアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波領域の周波数で振動する音波を発生するための超音波トランスデューサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車の走行時やハイブリッドカーのモータ駆動走行時に、車両が近づいていることを車両外の人に認識させるために、車両の外部にオーディオスピーカを設置して、そのオーディオスピーカから車両の存在を知らせる報知音（擬似エンジン音や擬似走行音等）を発生させる車両存在報知装置がある（特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかし、オーディオスピーカから発せられる音は周囲に拡散するため、危険位置にいない歩行者（例えば、前進走行中の後方にいる歩行者等）や車室内にいる人にまで報知音が聞こえてしまい、危険位置にいる歩行者以外にとっては不快感を与える。
【０００４】
そこで、出願人は、特願２００９−５８４５６において、可聴音に応じて変調された超音波信号に基づき超音波を空中に放射することで報知音を発生させる車両存在報知装置を提案した。この車両存在報知装置で発せられる報知音は指向性がよいため、危険を知らせる必要のある歩行者等のみに車両の存在を知らせることができ、危険位置にいない歩行者等や車室内にいる人に対して報知音による不快感を与えないようにすることができる。
【０００５】
ところで、出願人が提案した上記車両存在報知装置に用いる超音波領域の周波数で振動する音波を発生するためのスピーカ装置として、市販の超音波トランスデューサを同一平面状に複数個並べた超音波トランスデューサアレイを用いることが考えられるが、この場合、スピーカ装置のコストが高くなる上に、スピーカ装置の寸法などの設計の自由度が低いという問題が生じる。
【０００６】
なお、超音波トランスデューサアレイとして、前面プレートと裏面プレートとの間に複数の圧電素子を設けてアレイ状にしたものがある（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１９９１１０号公報
【特許文献２】特開平１０−２０１００１号公報
【特許文献３】特開２００９−１０９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安価な超音波トランスデューサアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の超音波トランスデューサアレイは、複数の圧電素子と、それぞれの圧電素子の振動方向にほぼ垂直に配される金属製の複数の振動板と、振動板を支持する支持部材とを備える。
また、それぞれの圧電素子の一方の電極は、それぞれの振動板に接続され、複数の振動板と支持部材とは一体成型されている。
【００１０】
これにより、非常に容易な構成、かつ、少ない部品点数により、超音波トランスデューサアレイを提供することができ、コストを削減することができる。また、この超音波トランスデューサアレイによれば、圧電素子の数と配列に合わせた設計の自由度が高い。
また、超音波トランスデューサアレイであれば、車両存在報知装置のスピーカ装置として車両に搭載する場合に、スピーカ装置のコストを低減することができるとともに、スピーカ装置の設計の自由度が高くなる。
【００１１】
ところで、超音波トランスデューサアレイからの報知音の指向性は、アレイ内での各圧電素子による振動位置同士の間隔によって左右されるが、市販の超音波トランスデューサを並べてアレイを構成する場合には、個々の超音波トランスデューサの寸法誤差の積み重ねや、アレイ内での超音波トランスデューサの配置位置のばらつき等により、所望の指向性を得るのが困難である。
これに対して、本発明の超音波トランスデューサアレイは、複数の振動板を一体成型するため、誤差が少なく、所望の指向性を得やすい。
【００１２】
また、市販の超音波トランスデューサを用いる場合、１つの圧電素子から各２本のリード線が引き出されているため配線が複雑化してしまうが、本発明では、複数の圧電素子の一方の電極側は、一体成型された振動板及び支持部材を共通のリードとしているので、配線が単純化する。これにより、駆動電圧を供給するための回路基板との接続も単純化し、コスト削減に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、超音波トランスデューサアレイの上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、超音波トランスデューサアレイの下面図である（実施例）。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は超音波トランスデューサアレイによる可聴音放射原理を示す図である（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態の超音波トランスデューサアレイは、複数の圧電素子と、それぞれの圧電素子の振動方向にほぼ垂直に配される金属製の複数の振動板と、振動板を支持する支持部材とを備える。
また、それぞれの圧電素子の一方の電極は、それぞれの振動板に接続され、複数の振動板と支持部材とは一体成型されている。
【実施例】
【００１５】
〔実施例の構成〕
実施例の超音波トランスデューサアレイ１の構成を、図１を用いて説明する。
超音波トランスデューサアレイ１は、例えば、電気自動車の走行時やハイブリッドカーのモータ駆動走行時に、車両が近づいていることを車両外の人に認識させるために、車両の存在を知らせる報知音（擬似エンジン音や擬似走行音等）を発生させる車両存在報知装置のスピーカ装置として用いられる。
【００１６】
超音波トランスデューサアレイ１は、複数（本実施例では１６個）の圧電素子２と、各圧電素子２の前方（振動方向の一方）に圧電素子２の振動方向にほぼ垂直に配される複数の振動板３と、振動板３を支持する支持部材４とを備える。
【００１７】
圧電素子２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスの両端に電極７、８を形成して構成されており、電極７、８に、電圧が印加されると伸縮するものである。
【００１８】
振動板３と支持部材４とは、アルミ合金等の金属により一体成型されている。すなわち、振動板３と支持部材４とは、例えば、金属板に圧電素子２の個数に対応した数の円柱状の凹所１０を設けるようにプレス加工されて形成されている。そして、凹所１０の底壁１１の中央部分は壁厚が薄くなっており振動板３をなし、底壁１１の振動板３の外周部分及び凹所１０の周壁１２が支持部材４をなす。
振動板３は、支持部材４をなす部分よりも剛性が低くなっており、振動しやすくなっている。
【００１９】
凹所１０は、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、図示上下に３列に並ぶように形成されており、第１列目に左右等間隔に５個の凹所１０、第２列目に左右等間隔に６個の凹所１０、第３列目に左右等間隔に５個の凹所１０が形成されている。そして、奇数列（第１、３列）の凹所１０は、偶数列（第２列）の凹所１０に対して、半径分左右にずれたハニカム状配列になっている。なお、複数の凹所１０が格子状に並ぶように形成してもよい。
【００２０】
そして、各凹所１０には、各圧電素子２の振動方向が振動板３の面方向にほぼ垂直になるように、圧電素子２が１つずつ収容される。そして、圧電素子２の一方の電極７は、共通して振動板３に接続され、振動板３は支持部材４及び接地リード１５を介して接地電位に保たれる。
また、圧電素子２の他方の電極８は、共通のリード線１６に接続され、リード線１６を介して駆動電圧が供給される。すなわち、各圧電素子２に同一の駆動電圧が供給される。
【００２１】
〔実施例の作動〕
圧電素子２に駆動電圧が供給されると、圧電素子２が伸縮し、振動板３が振動する。この振動により、超音波領域の周波数で振動する音波が発生される。
【００２２】
なお、本実施例では、再生したい可聴音（再生したい疑似走行音等）に応じて変調された超音波信号を圧電素子２に入力している。
すなわち、再生したい可聴音の可聴音波信号（図２（ａ）参照）に応じて超音波信号（図２（ｂ）参照）を変調し、変調された超音波信号（図２（ｃ）参照）を増幅した信号を圧電素子２に入力している。
【００２３】
これにより、超音波トランスデューサアレイ１は、変調された超音波（被変調波）信号に基づいて振動板３が振動することで、被変調波を空気中に放射する。すると、空気中に放射された被変調波は、空気中を進行するにつれて、空気の非線形特性により波形がひずみ（図２（ｄ）参照）、元の可聴音波信号に基づく可聴音（図２（ｅ）参照）が自己復調され、報知音として歩行者等に認識される。
【００２４】
〔実施例の効果〕
本実施例の超音波トランスデューサアレイ１は、複数の圧電素子２と、それぞれの圧電素子２の振動方向にほぼ垂直に配される複数の振動板３と、振動板３を支持する支持部材４とを備える。
また、複数の圧電素子２のそれぞれの一方の電極７は、共通して振動板３に接続され、複数の振動板３と支持部材４とは一体成型されている。
【００２５】
これによれば、非常に容易な構成、かつ、少ない部品点数により、低コストの超音波トランスデューサアレイ１を提供することができる。本実施例では、振動板３と支持部材４とをなす金属板と、圧電素子２のみで、超音波トランスデューサアレイ１を構成することができる。
【００２６】
また、この超音波トランスデューサアレイ１によれば、部品点数も少なく、構造が単純であるので、圧電素子２の数と配列に合わせて、設計変更することが容易にでき、設計の自由度も高い。
また、本実施例の超音波トランスデューサアレイ１であれば、車両存在報知装置のスピーカ装置として車両に搭載する場合に、スピーカ装置のコストを低減することができるとともに、スピーカ装置の設計の自由度が高くなる。
【００２７】
また、複数の振動板３を一体成型するため、複数の部品で構成する場合のような誤差の積み重ねが少なく、誤差を最小限にとどめることができる。このため、アレイ内での振動位置同士の間隔によって左右される指向性を所望の指向性に合わせやすい。
【００２８】
また、複数の圧電素子２のそれぞれの一方の電極７は、一体成型された振動板３及び支持部材４を共通のリードとする。このため、市販の超音波トランスデューサを用いる場合のように圧電素子から各２本のリード線が引き出されて配線が複雑化することはない。これにより、配線が単純化するので、駆動電圧を供給するための回路基板との接続も単純化し、コスト削減に貢献する。
【００２９】
〔変形例〕
超音波トランスデューサアレイ１の態様は、実施例に限定されず、様々な変形例を考えることができる。例えば、実施例では、金属板に圧電素子２の個数に対応した数の円柱状の凹所１０を設けるようにプレス加工することにより、振動板３と支持部材４とを一体成型したが、切削加工により凹所１０を形成してもよい。また、支持部材４は、圧電素子２の個数に対応した振動板３を圧電素子２の前方に支持できればよく、この態様に限られない。
【００３０】
また、実施例では、各圧電素子２に同一の駆動電圧が供給される構成になっていたが、それぞれの圧電素子２の他方の電極８を、それぞれ別のリード線を接続して、それぞれ異なる駆動電圧を供給し、それぞれの圧電素子２の駆動態様（例えば周波数や振動パターン等）を異ならせてもよい。
この場合、隣接する振動板３同士が異なる振動パターンで振動することになるが、振動板３同士の間には剛性の高い周壁１２が存在しているため、振動板３の振動が隣接する振動板３の振動に影響を与えることはない。
【００３１】
また、実施例では、各圧電素子２の他方の電極８から引出されたリード線が共通のリード線１６に接続されていたが、共通のリード線１６が基板上に形成され、電極８と基板上のリード線１６とを直接接合することで接続してもよい。
【００３２】
また、実施例では、超音波トランスデューサアレイ１は、車両存在報知装置のスピーカ装置として用いたが、超音波トランスデューサアレイ１の用途はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１      超音波トランスデューサアレイ
２      圧電素子
３      振動板
４      支持部材
７      一方の電極
【図１】
2011151472.tif 000003
【図２】
2011151472.tif 000004