超声波产生装置 |
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| 申请号 | CN201380010706.X | 申请日 | 2013-02-13 | 公开(公告)号 | CN104137569B | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 株式会社村田制作所; | 发明人 | 山本浩诚; 三谷彰宏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种能提高输出声压的 超 声波 产生装置。 超声波 产生装置(1)中，在由第一壳体部件(11)和第二壳体部件(12)形成的收纳空间内收纳有超声波产生元件(2)，在第一壳体部件(11)上经由多个第一支承构件(23)来固定超声波产生元件(2)，将多个第一支承构件(23)设置为使得在包含超声波产生元件(2)的下表面与第一壳体部件(11)的上表面之间的空间、到达声波发出孔(12a～12d)的第一声音路径中，具有声音路径的横截面与其它部分相比变小的部分。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超声波产生装置，该超声波产生装置包括： |
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| 说明书全文 | 超声波产生装置技术领域[0001] 本发明涉及具有使用压电振动器的超声波产生元件的超声波产生装置。更详细而言，本发明涉及将超声波产生元件收纳于壳体中，且构成从超声波产生元件到达设置于壳体的声波发出孔的声音路径的超声波产生装置。 背景技术[0002] 近年来，作为正确的距离测定方法运用利用超声波的距离测定方法。该方法中，从超声波产生装置发出超声波，并触击被测定物。利用超声波麦克风装置来检测由被测定物反射的超声波。该方法是根据发出超声波到检测超声波为止的所需时间，计算出到被测定物的距离的方法。 [0004] 图9中示出了专利文献1中公开的超声波产生装置500。超声波产生装置500具有壳体101。壳体101内设置有第一压电振动器102、以及以与第一压电振动器102相反相位振动的第二压电振动器103。此外，壳体101内的空间由柔软性填充材料105所充满。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本专利特开2004-297219号公报 发明内容[0008] 发明所要解决的技术问题 [0009] 在上述距离测定方法中，为了获得更正确的测定结果、增长可测定距离，需要提高超声波产生装置的输出声压。 [0010] 然而，在现有的超声波产生装置500中，提高输出声压具有极限。为了提高输出声压，不得不增大压电振动器的极化、或者增大对压电振动器所接通的电力。然而，压电振动器的极化具有极限。此外，若接通电力过大，则压电振动器会超过破坏极限。因此，在提高输出声压时具有极限。 [0011] 本发明的目的在于，提供一种能更进一步提高输出声压的超声波产生装置。 [0012] 解决技术问题的技术方案 [0013] 本发明所涉及的超声波产生装置包括：第一壳体部件；固定于第一壳体部件的第二壳体部件；以及收纳于由第一壳体部件及第二壳体部件形成的收纳空间内的超声波产生元件。本发明所涉及的超声波产生装置还包括第一支承构件，该第一支承构件设置于第一壳体部件上，对超声波产生元件进行支承，以使得在超声波产生元件的下表面与第一壳体部件的上表面之间形成空间。本发明中，在第一壳体部件以及第二壳体部件的一方上设有发出超声波的声波发出孔。由超声波产生元件产生的声波经过超声波产生元件的下表面与第一壳体部件的上表面之间的空间到达声波发出孔。本发明中，将第一支承构件设置为使得在包含超声波产生元件的下表面与第一壳体部件的上表面之间的空间、从超声波产生元件的声压产生中心点到达声波发出孔的第一声音路径中，具有该声音路径的横截面与其它部分相比变小的部分。 [0014] 本发明所涉及的超声波产生装置的某个特定的方面在于，超声波产生元件具有：在中央形成有凹部以及贯通孔的其中一方的间隔件；配置于间隔件的一个主面上，且呈平板状的第一压电振动器；以及配置于间隔件的另一个主面上，且呈平板状的第二压电振动器。第一压电振动器与第二压电振动器以彼此相反的相位进行振动。 [0015] 本发明所涉及的超声波产生装置的其它特定的方面在于，还包括第二支承构件，该第二支承构件设置于超声波产生元件与第二壳体部件之间，对超声波产生元件进行支承，以使得在超声波产生元件的上表面与第二壳体部件的下表面之间形成空间。将第二支承构件设置为使得在包含超声波产生元件的上表面与第二壳体部件的下表面之间的空间、从超声波产生元件的声压产生中心点到达声波发出孔的第二声音路径中，具有该声音路径的横截面与其它部分相比变小的部分。在该情况下，能有效地提高第一、第二声音路径双方的声压。 [0016] 本发明所涉及的超声波产生装置的又一其它特定的方面在于，第一以及第二支承构件中的至少一方设置有多个。相邻支承构件间构成第一或者第二声音路径的一部分。该相邻支承构件间，构成声音路径的横截面与其它部分相比变小的部分。 [0017] 本发明所涉及的超声波产生装置的又一其它特定的方面在于，相邻支承构件具有俯视时随着从超声波产生元件的声压产生中心点朝向支承构件相邻的部分、相邻支承构件间的间隔变狭窄的形状。 [0018] 本发明所涉及的超声波产生装置的又一其它特定的方面在于，相邻支承构件的相对的边在相对于通过相邻支承构件间的声音路径倾斜的方向上沿交叉的方向延伸。相邻的一个支承构件的边与相邻的另一个支承构件的边配置为相对于相邻支承构件间的声音路径线对称。 [0019] 本发明所涉及的超声波产生装置的又一其它特定的方面在于，支承构件在俯视时具有大致三角形的形状，相邻支承构件的相对的边由大致三角形的一条边来构成。 [0020] 发明效果 [0021] 本发明所涉及的超声波产生装置中，将第一支承构件设置为使得在包含超声波产生元件的下表面与第一壳体部件的上表面之间的空间、从超声波产生元件的声压产生中心点到达声波发出孔的第一声音路径中，具有该声音路径的横截面与其它部分相比变小的部分，因此能有效地提高输出声压。附图说明 [0022] 图1(a)是本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置的分解立体图，图1(b)是用于说明在第一壳体部件上设置多个第一支承构件的结构以及第一声音路径的示意性俯视图，图1(c)是示意性表示第一声音路径中的声音路径的横截面变得相对较小的部分的图。 [0023] 图2是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置的外观的立体图。 [0024] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置的主视剖视图。 [0025] 图4是本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置所使用的超声波产生元件的分解立体图。 [0026] 图5是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置中的第一支承构件的尺寸与输出声压特性之间的关系的图。 [0027] 图6是用于说明本发明的实施方式1的变形例1所涉及的超声波产生装置的示意性俯视图。 [0028] 图7是用于说明本发明的实施方式1的变形例2所涉及的超声波产生装置的示意性俯视图。 [0029] 图8是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波产生装置的主视剖视图。 [0030] 图9是表示现有的超声波产生装置的主视剖视图。 具体实施方式[0031] 下面，参照附图，通过说明本发明的具体实施方式来阐明本发明。 [0032] 图1(a)是本发明的实施方式1所涉及的超声波产生装置1的分解立体图，图2是表示其外观的立体图，图3是其主视剖视图。 [0033] 超声波产生装置1具有产生超声波的超声波产生元件2、以及壳体3。超声波产生元件2收纳于壳体3内。 [0034] 壳体3包括平板状的第一壳体部件11、以及帽状的第二壳体部件12。即，在平板状的第一壳体部件11上固定有第二壳体部件12，该第二壳体部件12在下方具有打开的开口。由此，构成内部具有收纳空间的壳体3。在该收纳空间内收纳超声波产生元件2。 [0035] 如图2的立体图所示那样，在第二壳体部件12的顶板部设有多个声波发出孔12a～12d。 [0036] 图4是超声波产生元件2的分解立体图。超声波产生装置2具有间隔件15。间隔件15由例如树脂、陶瓷等适当的刚性材料构成。在间隔件15的中央区域中形成有作为贯通孔的开口15a。另外，也可以在间隔件15的中央区域的表面和背面上均形成凹部，以替代作为贯通孔的开口15a。 [0037] 在间隔件15的上表面经由粘接剂16配置有第一双层压电型压电振动器17。粘接剂16具有开口16a。在除去间隔件15的开口15a以外的区域中，粘接剂16涂布在间隔件15的上表面。 [0038] 同样，在间隔件15的下表面经由粘接剂18配置有第二双层压电型压电振动器19。粘接剂18具有开口18a。在除去间隔件15的开口15a以外的区域中，粘接剂18涂布在间隔件 15的下表面。另外，图3中省略了粘接剂16、18的图示。 [0039] 第一双层压电型压电振动器17、第二双层压电型压电振动器19中，中央区域是因压电效果而振动的部分。因而，以不会妨碍该振动的方式将上述开口15a形成于间隔件15的中央区域。 [0040] 如图3所示，第一双层压电型压电振动器17具有由锆钛酸铅(PZT)等压电陶瓷构成的压电板17a。在压电板17a的上表面中央设有第一激励电极17b。压电板17a具有多个压电体层。内部激励电极17c被设置为与第一激励电极17b经由压电体层重合。并且，将第二激励电极17d设置于压电板17a的下表面中央，使得该第二激励电极17d与内部激励电极17c经由压电体层重合。如图4所示，第一激励电极17b与向相邻的2个角部延伸的引出电极17b1、17b2相连。 [0041] 第一激励电极17b与内部激励电极17c之间的压电体层以及内部激励电极17c与第二激励电极17d之间的压电体层在厚度方向上沿同一方向进行极化。另一方面，由于作为双层压电型压电振动器进行动作，因此第一激励电极17b以及第二激励电极17d与图3所示的第一端子电极21电连接。端子电极21设置于超声波产生元件2的一个端面上。超声波产生元件2的另一个端面上设有端子电极22。内部激励电极17c与第二端子电极22电连接。因而，通过在第一端子电极21、第二端子电极22之间施加交流电场，第一双层压电型压电振动器17进行振动。 [0042] 第二双层压电型压电振动器19也与第一双层压电型压电振动器17同样地构成。但是，相对于第一双层压电型压电振动器17，第二双层压电型压电振动器19构成为以相反相位进行振动。此外，第二双层压电型压电振动器19也与第一端子电极21、第二端子电极22电连接。因而，通过在第一端子电极21、第二端子电极22之间施加交流电场，第二双层压电型压电振动器19进行振动。 [0043] 因而，通过在第一端子电极21、第二端子电极22之间施加交流电场，超声波产生元件2作为屈曲音叉型振动器进行动作，产生超声波。在该情况下，超声波从超声波产生元件2的下表面经过超声波产生元件2的下表面与第一壳体部件11的上表面之间的空间、超声波产生元件2的侧面与第二壳体部件12的侧面之间的空间，到达上述音波发出孔12a～12d。同样，超声波从超声波产生元件2的上表面经过超声波产生元件2的上表面与第二壳体部件12的下表面之间的空间，到达音波发出孔12a～12d。由此，超声波从音波发出孔12a～12d发出。 [0044] 将包含上述超声波产生元件2的下表面与第一壳体部件11的上表面之间的空间的超声波的传输路径设为第一声音路径A。另一方面，将包含上述超声波产生元件2的上表面与第二壳体部件12的下表面之间的空间的超声波的传输路径设为第二声音路径B。在超声波产生装置1中，由上述超声波产生元件2产生的超声波以图3的虚线所示的第一声音路径A、第二声音路径B进行传输，到达声波发出孔12a～12d。然后，超声波从音波发出孔12a～12d发出。 [0045] 本实施方式中，超声波产生元件2经由多个第一支承构件23固定于第一壳体部件11上。第一支承构件23对超声波产生元件2进行支承，以形成超声波产生元件2的下表面与第一壳体部件11的上表面之间的空间。多个第一支承构件23由适当的刚性材料构成。作为这样的刚性材料，能够举出陶瓷、金属、或者树脂等。 [0046] 详细而言，多个第一支承构件23设置于第一壳体部件11上，超声波产生元件2经由未图示的粘接剂与多个第一支承构件23相接合。然后，利用上述第一支承构件23的厚度，形成构成上述第一声音路径A的空间。 [0047] 本实施方式的特征在于，将第一支承构件23设置为使得在上述第一声音路径A中、形成声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分。参照图1(b)、图1(c)对此进行具体说明。图1(b)是表示在第一壳体部件11上设有多个第一支承构件23的结构的示意性俯视图。图1(c)是示意性表示第一声音路径A中的声音路径的横截面变得相对较小的部分的图。另外，图1中，虚线C表示第二壳体部件12的被接合的部分。 [0048] 图1(c)中，以箭头标记D表示第一声音路径A的方向。即，位于第一壳体部件11上的超声波产生元件2的下表面侧的中心成为超声波产生中心点P。在上述第一声音路径A中，超声波从该超声波产生中心点P开始如箭头标记D所示那样行进。 [0049] 本实施方式中，第一支承构件23俯视时具有直角三角形的形状。然后，在第一声音路径A中，随着从超声波产生中心点P朝向第一支承构件23、23相邻的部分，相邻的第一支承构件23、23之间的间隔变窄。更详细而言，相邻的第一支承构件23、23的直角三角形形状的斜边彼此隔着以箭头标记D表示方向的第一声音路径A相对。并且，该斜边以随着第一声音路径A远离超声波产生中心点P而接近第一声音路径A一侧的方式延伸。因此，伴随从超声波产生中心点P开始向第一声音路径A的行进方向前方行进，相邻的第一支承构件23、23之间的间隔变窄。 [0050] 若超过相邻的第一支承构件23、23相对的部分，则第一声音路径A变宽。即，如图1(c)的示意性俯视图所示，在第一声音路径A中，设有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分X。由此，能有效地提高输出声压。 [0051] 如图1(b)所示，本实施方式中，第一支承构件23、23相邻的部分存在4个部位。因而，在4条第一声音路径A的部分中，输出声压变高。另外，相邻的第一支承构件23、23的个数并没有特别限定。 [0052] 在上述实施方式的超声波产生装置1中，使第一支承构件23的尺寸改变，并测定输出声压特性。将结果示于图5。图5是表示本实施方式所涉及的超声波产生装置1的第一支承构件23的尺寸与输出声压特性之间的关系的图。另外，在超声波产生装置1中，图1(c)的尺寸E设为3.3mm。即，将相邻的第一支承构件23、23的外侧端彼此之间的距离设为尺寸E，对该尺寸E进行维持。然后，在第一支承构件23中，直角三角形正交的2条边的尺寸以0.5mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm变化。因此，相邻第一支承构件23、23之间最窄部分的尺寸分别为 2.3mm、1.3mm、0.9mm以及0.3mm。 [0053] 图5中，实线表示第一支承构件23中，直角三角形正交的2条边的尺寸为0.5mm时的结果，点线是表示1.0mm时的结果，点划线是表示1.2mm时的结果、双点划线是1.5mm时的结果。此外，将第一支承构件23的厚度设为0.10mm。 [0054] 根据图5可知，随着相邻第一支承构件23、23之间的最狭窄部分的尺寸减小，输出声压变高。此外，图5中，以虚线F表示比较例的输出声压特性，该比较例使用第一声音路径中不具有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分的支承构件，以代替上述第一支承构件23。与以虚线F表示的比较例相比可知，上述实施方式中，在第一声音路径A中，俯视时具有直角三角形形状的第一支承构件23、23相对，设有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分X，因此能有效地提高输出声压。 [0055] 图6是用于说明上述实施方式1的变形例1所涉及的超声波产生装置的示意性俯视图。详细而言，图6与图1(c)相同，是示意性表示第一声音路径A中的声音路径的横截面变得相对较小的部分的图。本变形例中，第一支承构件23俯视时具有呈大致L字形的形状。在该情况下，若从超声波产生中心点P开始向第一声音路径A的行进方向前方行进，则相邻的第一支承构件23、23之间的间隔也变窄。由此，第一声音路径A中，设有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分。因此，与上述实施方式1相同，能有效地提高输出声压。 [0056] 图7是用于说明实施方式1的变形例2所涉及的超声波产生装置的示意性俯视图。详细而言，图7与图1(c)相同，是示意性表示第一声音路径A中的声音路径的横截面变得相对较小的部分的图。本变形例中，实施方式1的俯视时呈直角三角形形状的第一支承构件23的斜边两端部分被切除。在该情况下，若从超声波产生中心点P开始向第一声音路径A的行进方向前方行进，则相邻的第一支承构件23、23之间的间隔也变窄。由此，第一声音路径A中，设有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分。因此，与上述实施方式1相同，能有效地提高输出声压。 [0057] 图8是用于说明本发明的实施方式2所涉及的超声波产生装置1A的主视剖视图。实施方式1中，在超声波产生元件2的下表面侧设置多个第一支承构件23，由此提高输出声压。实施方式2中，除了实施方式1的结构以外，在超声波产生元件2的上表面设置有第二支承构件31。第二支承构件31对超声波产生元件2进行支承，以形成超声波产生元件2的上表面与第二壳体部件12的下表面之间的空间。图8中虽未图示，但第二支承构件31在俯视时与第一支承构件23同样地构成。因而，由于设置有多个第二支承构件31，因此第二声音路径B中，设有声音路径的横截面相比其它部分变得相对较小的部分。因此，在第二声音路径B中也能有效地提高输出声压。 [0058] 由此，在第一声音路径A及第二声音路径B双方中也可以设置有多个支承构件，来提高输出声压。 [0059] 另外，上述实施方式1、实施方式2中，使用由上述屈曲音叉型振动器构成的超声波产生元件2，但本发明的超声波产生装置中，在第一壳体部件11上被多个第一支承构件23所支承的超声波产生元件的结构并不限于此。即，只要是具有经过第一声音路径到达声波发出孔的结构的超声波产生装置，也可以使用其它结构的超声波产生元件。在该情况下，与上述实施方式相同，也能有效地提高输出声压。 [0060] 标号说明 [0061] 1、1A 超声波产生装置 [0062] 2 超声波产生元件 [0063] 3 壳体 [0064] 11、12 第一、第二壳体部件 [0065] 12a～12d 声波发出孔 [0066] 15 间隔件 [0067] 15a 开口 [0068] 16 粘接剂 [0069] 16a 开口 [0070] 17 第一双层压电型压电振动器 [0071] 17a 压电板 [0072] 17b 第一激励电极 [0073] 17b1、17b2 引出电极 [0074] 17c 内部激励电极 [0075] 17d 第二激励电极 [0076] 18 粘接剂 [0077] 18a 开口 [0078] 19 第二双层压电型压电振动器 [0079] 21、22 第一、第二端子电极 [0080] 23、31 第一、第二支承构件 |
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