(57)【要約】【課題】超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止でき、かつ超音波発音体の振動を妨げないパラメトリックスピーカおよびその製造方法を提供する。【解決手段】複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカであって、配線パターン１１３、１１４が設けられた平板状の基板１１０と、ゴム材料で形成され、基板上に設けられた支持部材１２１と、基板１１０からの高さが均一になるように、支持部材１２１により振動の節で支持された圧電振動子１２４と、圧電振動子１２４上に設けられ、超音波を発振する共振子１２７と、を備える。これにより、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止できる。また、圧電振動子１２４の振動を妨げず、基板１１０に振動が伝わるのを防止することもできる。その結果、パラメトリックスピーカ１１０の性能を向上することができる。【選択図】図３
2013157740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカであって、
配線パターンが設けられた平板状の基板と、
ゴム材料で形成され、前記基板上に設けられた支持部材と、
前記基板からの高さが均一になるように、前記支持部材により振動の節で支持された圧電振動子と、
前記圧電振動子上に設けられ、超音波を発振する共振子と、を備えることを特徴とするパラメトリックスピーカ。
【請求項２】
前記支持部材の厚さは、前記圧電振動子の変位量の最大値より大きいことを特徴とする請求項１記載のパラメトリックスピーカ。
【請求項３】
前記支持部材は、シリコンゴムで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパラメトリックスピーカ。
【請求項４】
前記支持部材は、円環状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載のパラメトリックスピーカ。
【請求項５】
前記支持部材は、前記基板上の３点以上に設けられた柱状体で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載のパラメトリックスピーカ。
【請求項６】
複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカの製造方法であって、
ゴム材料で形成され、圧電振動子の振動の節を支持できる形状に形成された支持部材を用意する工程と、
配線パターンが設けられた平板状の基板上に、前記支持部材を挟んで前記圧電振動子を有する超音波発音体を接着する工程と、を含み、
前記接着工程では、前記基板上に接着された前記支持部材の上から前記圧電振動子を一旦押しつけた後に前記圧電振動子を前記支持部材に接着することを特徴とするパラメトリックスピーカの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波発音体は、金属板と圧電素子を貼り合わせた圧電振動子を備えている。超音波発音体は、圧電振動子に圧電振動子固有の共振周波数の交流電圧を印加することで振動し、共振周波数と同じ周波数を持つ音を発する。超音波発音体は、その共振周波数が超音波帯域（２０ｋＨｚを超えたもの）に含まれるように構成されるため、超音波発音体と呼ばれる。
【０００３】
また、超音波発音体は、圧電振動子にアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された円錐筒形状（パラボラ状、漏斗状含む）の共振子を取り付けることで、音圧を増すことができ、前方６０〜７０度の指向性を持たせることができる。超音波発音体の固定は、圧電振動子の屈曲振動において動かない節部をシリコン接着剤などで端子台に接着し、極力振動を妨げないようにしている。なお、超音波発音体は超音波センサと同じ構造をしており、超音波センサは超音波の送信、受信を行ない、超音波発音体は超音波の送信のみを行なう。
【０００４】
超音波センサについては、残響特性のばらつきや経時変化を防止する研究がなされている。たとえば、特許文献１記載の超音波センサは、圧電振動子が樹脂成型された弾性体を介して突き出た環状接合部に接合されていることで、残響特性のばらつきや経時変化を防止している。
【０００５】
特許文献１記載の超音波センサでは、端子台および環状接合部が合成樹脂で構成されている。圧電振動子が環状接合部と接触すると異音を発するおそれがあるため、圧電振動子が環状接合部と接触しないように厚みを持たせたシリコン接着剤で圧電振動子を環状接合部に接合している。圧電振動子をシリコン接着剤で浮かせて異音を防止しており、各圧電振動子で高さが異なる場合が生じうる。超音波センサは、単体で使用されるため、高さ、傾きがばらついても使用上に大きな問題はない。
【０００６】
一方、パラメトリックスピーカは、このような超音波発音体を複数個並べて構成される。パラメトリックスピーカは、各々の超音波発音体が発した超音波が空気中で重なり合ってある音圧以上に達すると超音波から可聴音へ復調され、聞こえる現象を利用している。超音波が放射されたとき、超音波が重なり合った中心部のみが可聴音となるため、パラメトリックスピーカは、鋭い指向性を持ったスピーカとなる。たとえば特許文献２記載のパラメトリックスピーカでは、超音波発音体が基板に接着されており、複数の発信源を有するスピーカを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２８８１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３４２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のようなパラメトリックスピーカでは、超音波発音体が基板に固定されるため、その振動が制限されたり、振動が基板を伝わって干渉したりして、機能が十分に発揮されない。パラメトリックスピーカにおいて、上記の超音波センサと同様の固定方法を採用することもできるが、その場合には基板に対する各超音波発音体の高さが異なり、各超音波発音体により発された超音波の位相がずれて超音波同士が打ち消しあうおそれがある。また、各超音波発音体が基板に対して傾き、超音波を発する向きがばらつきやすくなり、その場合にはパラメトリックスピーカの指向性もばらつく。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止でき、かつ超音波発音体の振動を妨げないパラメトリックスピーカおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するため、本発明のパラメトリックスピーカは、複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカであって、配線パターンが設けられた平板状の基板と、ゴム材料で形成され、前記基板上に設けられた支持部材と、前記基板からの高さが均一になるように、前記支持部材により振動の節で支持された圧電振動子と、前記圧電振動子上に設けられ、超音波を発振する共振子と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
このように、圧電振動子が基板からの高さが均一になるように支持されているため、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止できる。また、支持部材がゴム材料で形成され、圧電振動子の振動の節を支持しているため、圧電振動子の振動を妨げず、基板に振動が伝わるのを防止することもできる。その結果、パラメトリックスピーカの性能を向上できる。
【００１２】
（２）また、本発明のパラメトリックスピーカは、前記支持部材の厚さが、前記圧電振動子の変位量の最大値より大きいことを特徴としている。これにより、圧電振動子が基板に接触することがなくなり、異音が生じることがなくなる。
【００１３】
（３）また、本発明のパラメトリックスピーカは、前記支持部材が、シリコンゴムで形成されていることを特徴としている。これにより、基板からの高さが均一になるように圧電振動子を支持しつつ、振動を妨げるのを防止し、振動が基板に伝わるのを防止できる。
【００１４】
（４）また、本発明のパラメトリックスピーカは、前記支持部材が、円環状に形成されていることを特徴としている。これにより、支持部材を円環状に形成する製造工程および基板上への設置や接着の取り扱いが容易になる。
【００１５】
（５）また、本発明のパラメトリックスピーカは、前記支持部材が、前記基板上の３点以上に設けられた柱状体で構成されていることを特徴としている。これにより、振動を防止し、振動が基板に伝わるのを防止し、パラメトリックスピーカの機能を高めることができる。
【００１６】
（６）また、本発明のパラメトリックスピーカの製造方法は、複数の発振源から超音波を放射するパラメトリックスピーカの製造方法であって、ゴム材料で形成され、圧電振動子の振動の節を支持できる形状に形成された支持部材を用意する工程と、配線パターンが設けられた平板状の基板上に、前記支持部材を挟んで前記圧電振動子を有する超音波発音体を接着する工程と、を含み、前記接着工程では、前記基板上に接着された前記支持部材の上から前記圧電振動子を一旦押しつけた後に前記圧電振動子を前記支持部材に接着することを特徴としている。
【００１７】
このように、一旦基板に圧電振動子を押しつけることで、基板からの圧電振動子の高さを均一にするため、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止できる。また、支持部材がゴム材料で形成され、圧電振動子の振動の節を支持しているため、圧電振動子の振動を妨げず、基板に振動が伝わるのを防止することもできる。その結果、優れた性能のパラメトリックスピーカを製造できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧電振動子が基板からの高さが均一になるように支持されているため、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止できる。また、支持部材がゴム材料で形成され、圧電振動子の振動の節を支持しているため、圧電振動子の振動を妨げず、基板に振動が伝わるのを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のパラメトリックスピーカを示す概略図である。
【図２】超音波発音体および基板を示す平面図である。
【図３】超音波発音体および基板を示す断面図である。
【図４】（ａ−１）〜（ｄ−２）支持部材の例を示す平面図および断面図である。
【図５】（ａ−１）〜（ｄ−２）支持部材の例を示す平面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
（パラメトリックスピーカの構成）
図１は、パラメトリックスピーカ１００を示す概略図である。図１に示すように、パラメトリックスピーカ１００は、基板１１０上に複数の超音波発音体１２０が支持された構成を有している。電源１３０が、共振周波数に基づいて交流電流を圧電振動子１２４に印加し、超音波発音体１２０が駆動されると超音波が発振される。このようにして、パラメトリックスピーカ１００は、複数の発振源から可聴音信号で変調された超音波を媒質中に放射し、媒質の非線形性により可聴音信号を復調する。
【００２２】
図２、図３は、それぞれ超音波発音体１２０および基板１１０を示す平面図および断面図である。超音波発音体１２０は、支持部材１２１、圧電振動子１２４および共振子１２７で構成されている。
【００２３】
基板１１０は、樹脂により平板状に形成されており配線パターン１１３、１１４が設けられている。基板１１０には、複数の超音波発音体１２０が周期的に配置されている。配線パターン１１３、１１４は、リード線１１３ａ、１１４ａを介して超音波発音体１２０の圧電振動子１２４の電極に接続されている。
【００２４】
支持部材１２１は、ゴム材料で形成され、基板１１０上に設けられて超音波発音体１２０全体を支持している。支持部材１２１は、圧電振動子１２４を振動の節で支持している。支持部材１２１がゴム材料で形成され、圧電振動子１２４の振動の節を支持しているため、圧電振動子１２４の振動を妨げず、基板１１０に振動が伝わるのを防止することができる。ゴム材料には、たとえばシリコンゴムを用いることが好ましい。これにより、基板１１０からの高さが均一になるように十分な弾性で圧電振動子１２４を支持でき、変位可能な柔軟性を有していることから振動を妨げるのを防止し、振動が基板に伝わるのを防止できる。
【００２５】
支持部材１２１は、所定の厚みを有し、基板１１０から支持位置までの高さが均一になるように圧電振動子１２４を支持している。一つの支持部材１２１について基板１１０への投影位置によらず基板１１０から支持位置までの高さが均一であり、支持部材１２１同士についても基板１１０から支持位置までの高さが均一である。これにより、超音波の向きのばらつきや位相のずれを防止できる。
【００２６】
支持部材１２１の厚さは、圧電振動子１２４の変位量の最大値より大きいことが好ましい。これにより、圧電振動子１２４が変位時に基板１１０に接触することがなくなり、異音が生じることがなくなる。なお、支持部材１２１の各形状例の詳細については後述する。ただし、変位量以上でも厚すぎると圧電振動子１２４の屈曲振動に釣られて支持部材１２１も振動してしまいかねないため、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
圧電振動子１２４は、圧電素子１２５および金属板１２６により形成されている。圧電素子１２５は、圧電セラミックスと電極とで円板状に形成され、電圧の印加により伸縮する。金属板１２６は、圧電素子１２５より径の大きい円板状に形成され、圧電素子１２５の一方の主面に接着されており、圧電素子１２５の伸縮を拘束している。このような構成を有するため、圧電素子１２５に交流電流が印加されると圧電振動子１２５が屈曲振動する。共振子１２７は、圧電振動子１２４上に設けられ、超音波を発振する。
【００２８】
（支持部材の形状）
図４（ａ−１）〜（ｄ−２）は、支持部材１２１の例を示す平面図および断面図である。図４（ａ−１）〜（ｄ−２）に示す例のように、支持部材１２１は、円環状に形成されていることが好ましい。これにより、支持部材１２１を円環状に形成する製造工程および基板上への設置や接着の取り扱いが容易になる。支持部材１２１は、圧電振動子１２４を押し当てられることで高さ一定でかつ、傾かないようにできる。また、支持部材１２１の圧電振動子１２４を支持する位置の厚みは均一にする。例えば、円周上に接着する場合、図に示すように支持部材１２１には、断面が四角、三角、かまぼこ型、台形の円環状のものを用いることができる。
【００２９】
圧電振動子１２４と支持部材１２１の接着は、上記のような円周上か３点以上の位置で行なう。図５（ａ−１）〜（ｄ−２）は、支持部材１２１の例を示す平面図および側面図である。図５（ａ−１）〜（ｄ−２）の例では、支持部材１２１は、基板１１０上の３点以上に設けられた柱状体で構成されている。これにより、振動を防止するとともに、振動が基板１１０に伝わるのを防止し、パラメトリックスピーカの機能を高めることができる。
【００３０】
支持部材１２１の厚みが均一で、圧電振動子１２４と円周上で接するならば断面の形は上記以外でも良い。また、柱状体の支持部材１２１を接着する場合、図５（ａ−１）〜（ｄ−２）に示すように同じ柱状体を３つ以上用いることが好ましい。柱状体は、円柱状、先端がドーム形の円柱状、矩形柱上または円錐状に形成することができる。柱状体で接着する場合も厚みが均一であれば、このような形以外のものでも良い。
【００３１】
（パラメトリックスピーカの製造方法）
上記のように構成されるパラメトリックスピーカの製造方法を説明する。まず、ゴム材料で形成され、圧電振動子１２４の振動の節を支持できる形状に形成された支持部材１２１を用意する。配線パターンが設けられた平板状の基板１１０上に、支持部材１２１を挟んで圧電振動子１２４を有する超音波発音体１２０を接着する。接着工程では、基板１１０上に接着された支持部材１２１の上から圧電振動子１２４を一旦押しつける。その後、圧電振動子１２４を支持部材１２１に接着する。接着剤としてたとえばシリコン接着剤を用いるのが好適である。
【００３２】
圧電振動子１２４を一度押し当てることで、超音波発音体１２０の基板１１０からの高さは支持部材１２１の高さで揃い、かつ基板１１０表面と平行になる。なお、一度押し当てることで、圧電振動子１２４が、支持部材１２１の通常接触しない部分にまで接触するが、支持部材１２１がシリコンゴムなどのゴム材料になっているため、異音を防止できる。
【００３３】
また、基板１１０には配線パターン１１３、１１４が施されており、上記方法で接着後、すべての超音波発音体１２０を基板１１０の配線パターン１１３、１１４とリード線１１３ａ、１１４ａと接続することでパラメトリックスピーカ１００を作製できる。なお、リード線１１３ａ、１１４ａは、超音波発音体１２０側へは接着前から接続されているものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１００  パラメトリックスピーカ
１１０  基板
１１３、１１４  配線パターン
１１３ａ、１１４ａ  リード線
１２０  超音波発音体
１２１  支持部材
１２４  圧電振動子
１２５  圧電素子
１２６  金属板
１２７  共振子
１３０  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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