WO2013122048A1 - 超音波発生装置 - Google Patents

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WO2013122048A1
WO2013122048A1 PCT/JP2013/053261 JP2013053261W WO2013122048A1 WO 2013122048 A1 WO2013122048 A1 WO 2013122048A1 JP 2013053261 W JP2013053261 W JP 2013053261W WO 2013122048 A1 WO2013122048 A1 WO 2013122048A1
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ultrasonic
ultrasonic generator
sound wave
case
acoustic resonance
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PCT/JP2013/053261
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Inventor
山本　浩誠
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0603—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a piezoelectric bender, e.g. bimorph
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22—Mountings; Casings

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic generator using acoustic resonance, and more particularly to an ultrasonic generator in which an ultrasonic generator using acoustic resonance is built in a case.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric electroacoustic transducer 1001 shown in a partially cutaway front sectional view in FIG.
  • a piezoelectric electroacoustic transducer 1002 is attached to the case 1003.
  • the piezoelectric ceramic element 1004 is fixed to the inner surface of the case material 1005.
  • a space surrounded by the case material 1005 constitutes the resonance chamber 1006.
  • a high sound pressure is obtained by acoustic resonance in the resonance chamber 1006.
  • an acoustic space 1003a is formed between the outer wall of the case 1003 and the piezoelectric electroacoustic transducer 1002, thereby further increasing the sound pressure.
  • the piezoelectric electroacoustic transducer 1001 described in Patent Document 1 since the piezoelectric electroacoustic transducer 1001 described in Patent Document 1 only uses acoustic resonance using the resonance chamber 1006, the case 1003 is provided even if the acoustic space 1003a is provided.
  • the sound pressure tends to be limited by the mounting state of the piezoelectric electroacoustic transducer 1002 with respect to the above. That is, a larger sound pressure may not be reliably extracted.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic generator capable of obtaining a high sound pressure over a wide frequency band and obtaining an even higher sound pressure.
  • the ultrasonic generator according to the present invention includes an ultrasonic generator and a case.
  • the ultrasonic generator has a first sound wave emission hole, and first acoustic resonance is generated inside to emit ultrasonic waves from the first sound wave discharge hole.
  • the ultrasonic generator is fixed to the inner surface.
  • the case is provided with a second sound wave emitting hole for emitting an ultrasonic wave to the outside.
  • the case is configured such that a cavity in which a second acoustic resonance different from the first acoustic resonance is generated between the first acoustic wave emission hole and the second acoustic wave emission hole.
  • the first sound wave emission hole is located on one side of the cavity, and the second sound wave emission hole is located on the opposite side to the one side of the cavity. ing.
  • the second acoustic resonance can be generated more effectively in the cavity, and a higher sound pressure can be obtained.
  • the case includes an outer wall material provided with a second sound wave emission hole, and an inner case material fixed to the inner surface of the outer wall material.
  • An ultrasonic generator is fixed to the inner surface of the inner case material in a space surrounded by the outer wall material and the inner case material.
  • the second acoustic resonance can be generated more reliably by devising the shape of the inner case material.
  • the inner case material has a mounting substrate on which an ultrasonic generator is mounted on one surface, and one end bonded to one surface of the mounting substrate, And a cylindrical case member having the other end joined to the inner surface of the outer wall member.
  • the outer wall material can be bonded to the mounting substrate via the cylindrical case material. Therefore, it is possible to more reliably form a cavity in which the second acoustic resonance occurs.
  • the ultrasonic generator is housed in an element case material in which a first sound wave emission hole is formed on the outer surface, and the element case material. And an ultrasonic generator.
  • the ultrasonic generating element is housed in the element case material so that the first acoustic resonance occurs in the space between the ultrasonic generating element and the element case material. In this case, the first acoustic resonance can be generated more effectively.
  • the ultrasonic generator is joined to a spacer having one of a recess and a through hole formed in the center and one main surface of the spacer. And a flat plate-like first piezoelectric vibrator, and a flat plate-like second piezoelectric vibrator that is bonded to the other main surface of the spacer.
  • the first piezoelectric vibrator and the second piezoelectric vibrator vibrate in opposite phases to generate ultrasonic waves. In this case, a higher sound pressure can be obtained.
  • the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator is compressed on at least one side of both main surfaces of the ultrasonic generator, and the ultrasonic generator is generated.
  • An acoustic path through which ultrasonic waves propagate in a direction along the main surface of the element is formed by a space between the ultrasonic wave generating element and the element case material.
  • a first acoustic resonance occurs in this acoustic path, and ultrasonic waves are emitted from the first acoustic wave emission hole. In this case, a higher sound pressure can be obtained.
  • the first and second piezoelectric vibrators are bimorph piezoelectric vibrators.
  • a bimorph type piezoelectric vibrator is used, a higher sound pressure can be taken out.
  • the case is provided with a plurality of second acoustic wave emission holes.
  • the plurality of second sound wave emission holes are provided at positions serving as nodes of vibration of the second acoustic resonance. In this case, a higher sound pressure can be extracted by the second acoustic resonance.
  • the second sound wave emission in the case where the plurality of second sound wave emission holes face the center of the antinode of the second acoustic resonance vibration has been placed.
  • the plurality of second sound wave emitting holes can be reliably arranged at positions that serve as vibration nodes of the second acoustic resonance.
  • the second sound wave emission in the case where the plurality of second sound wave emission holes face the center of the antinode of the second acoustic resonance vibration. They are distributed at equal intervals on a virtual circle centered on a point on the main surface where the holes are provided.
  • the plurality of second sound wave emitting holes can be reliably arranged at positions that serve as vibration nodes of the second acoustic resonance.
  • the ultrasonic generator according to the present invention uses the first acoustic resonance in the ultrasonic generator and the second acoustic resonance in the cavity between the case and the ultrasonic generator, Can be released with high sound pressure. Further, since the second acoustic resonance is different from the first acoustic resonance, it is possible to widen a frequency band in which a high sound pressure can be obtained.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of an ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view thereof
  • FIG. FIG. 3 is an enlarged front cross-sectional view of the ultrasonic generator used in the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention, taken along a line II in FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the ultrasonic generator used in the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of an ultrasonic wave generating element arranged in the ultrasonic wave generator used in the ultrasonic wave generating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the ultrasonic generator used in the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are partial cutaway front cross-sectional views for explaining the operation of the ultrasonic generator used in the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention. is there.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of sound pressure-frequency characteristics in the ultrasonic generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and FIG. 7B are a schematic plan view and a schematic front cross-sectional view of an ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic exploded perspective view of an ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (d) show first to fourth modified examples of the shape and position of the plurality of second sound wave emitting holes in the ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention. It is each schematic top view shown.
  • FIGS. 11 (a) to 11 (d) show fifth to eighth modifications of the shapes and positions of the plurality of second sound wave emitting holes in the ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention. It is each schematic top view shown.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (d) show first to fourth modified examples of the shape and position of the plurality of second sound wave emitting holes in the ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention. It is each schematic top view shown.
  • FIGS. 11 (a) to 11 (d) show fifth to eighth modifications of the shapes and positions of the plurality of second sound wave emitting holes in the ultrasonic generator according to the second embodiment of the present invention. It is each schematic top view shown.
  • FIG. 12A and 12B are ninth and tenth modification examples of the shapes and positions of the plurality of second sound wave emitting holes in the ultrasonic wave generating apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is each schematic top view shown.
  • FIG. 13 is a partially cutaway front sectional view for explaining a conventional piezoelectric electroacoustic transducer.
  • FIG. 1A is a schematic front cross-sectional view of the ultrasonic generator 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic plan view of the ultrasonic generator 1 according to this embodiment.
  • the ultrasonic generator 1 includes an ultrasonic generator 2 that generates ultrasonic waves and a case 3.
  • the ultrasonic generator 2 is accommodated in the case 3.
  • the case 3 has an inner case material 6 and an outer wall material 7.
  • the inner case material 6 includes a mounting substrate 4 and a cylindrical case material 5.
  • the ultrasonic generator 2 is mounted on the upper surface of the mounting substrate 4. That is, the ultrasonic generator 2 is fixed to the inner surface of the inner case material 6.
  • a cavity A is formed by the inner case material 6 and the outer wall material 7 above the ultrasonic generator 2.
  • the mounting substrate 4 is made of an appropriate material such as ceramic, metal, or synthetic resin.
  • the cylindrical case material 5 is made of a material having rubber elasticity, synthetic resin, metal, ceramics, or the like. In the present embodiment, the cylindrical case material 5 is constituted by a gasket made of a material having rubber elasticity.
  • the lower end of the cylindrical case material 5 is joined to the upper surface of the mounting substrate 4.
  • the upper end of the cylindrical case material 5 is joined to the lower surface of the outer wall material 7. That is, the inner case member 6 is fixed to the inner surface of the outer wall member 7.
  • the outer wall material 7 constitutes an outer wall of a device in which the ultrasonic generator 1 is configured.
  • the outer wall material 7 is made of an appropriate material such as metal, synthetic resin, or ceramics.
  • the ultrasonic generator 2 is disposed in a space surrounded by the outer wall member 7 and the inner case member 6.
  • the inner case material 6 includes the mounting substrate 4 and the cylindrical case material 5, but an inner case material formed by integrating these may be used.
  • the ultrasonic generator 2 can be easily mounted on the flat mounting board 4.
  • the ultrasonic generator 1 can be configured by easily fixing the mounting substrate 4 to the outer wall material 7 of the device using the cylindrical case material 5.
  • the cylindrical case material 5 made of a material having rubber elasticity, leakage of ultrasonic waves to the outside can be effectively prevented. Therefore, it is preferable to use the inner case material 6 composed of the cylindrical case material 5 and the mounting substrate 4 as in the present embodiment.
  • the outer wall material 7 is provided with a second sound wave emission hole 7a.
  • the second acoustic wave emission hole 7a has a circular shape in plan view, but the planar shape of the second acoustic wave emission hole is not particularly limited.
  • FIG. 1C shows the ultrasonic generator 2 used in the ultrasonic generator 1 according to the present embodiment, and is an enlarged front cross-sectional view taken along the line II in FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the ultrasonic generator 2 used in the ultrasonic generator 1 according to this embodiment.
  • the ultrasonic generator 2 has an element case material 13 composed of a substrate 11 and a cap 12. That is, a cap 12 having an opening opened downward is fixed on a flat substrate 11. Thereby, the element case material 13 is configured. An ultrasonic wave generating element 14 is accommodated in a space surrounded by the substrate 11 and the cap 12.
  • the top plate portion of the cap 12 is provided with a plurality of first sound wave emission holes 12a to 12d.
  • FIG. 1C only the first sound wave emission holes 12a and 12c are shown.
  • the first sound wave emission holes 12 a to 12 d shown in FIG. 2 are provided in the top plate portion of the ultrasonic generator 2. Accordingly, the first sound wave emission holes 12a to 12d are opposed to the second sound wave emission hole 7a shown in FIG. In other words, since the first sound wave emission holes 12a to 12d are located on one side of the cavity A and the second sound wave emission hole 7a is located on the opposite side, the first sound wave emission holes 12a to 12a.
  • a cavity A is formed between 12d and the second sound wave emission hole 7a.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the ultrasonic generating element 14 disposed in the ultrasonic generator 2 used in the ultrasonic generator 1 according to the present embodiment.
  • the ultrasonic wave generation element 14 has a spacer 15.
  • the spacer 15 is made of an appropriate rigid material such as ceramics or synthetic resin.
  • An opening 15 a is formed in the center of the spacer 15.
  • a first bimorph piezoelectric vibrator 17 is bonded to the upper surface of the spacer 15 via an adhesive 16.
  • the adhesive 16 has an opening 16a. The adhesive 16 is applied to the upper surface of the spacer 15 in a region excluding the opening 15a.
  • a second bimorph type piezoelectric vibrator 19 is joined to the lower surface of the spacer 15 via an adhesive 18.
  • the adhesive 18 has an opening 18a. That is, the adhesive 18 is applied also to the lower surface of the spacer 15 in the region excluding the opening 15a.
  • the spacer 15 has the opening 15a which consists of a through-hole, it may replace with the opening 15a and may form a recessed part in both surfaces in a center area
  • the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19 are portions where the central region vibrates due to the piezoelectric effect. Therefore, recesses may be formed on both surfaces of the spacer 15 so as not to prevent this vibration.
  • a missing portion from a part of the periphery of the opening 15a to the outer periphery of the spacer 15 may be formed.
  • the first bimorph type piezoelectric vibrator 17 has a piezoelectric plate 17a made of piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric plate 17a has a square shape in plan view.
  • the piezoelectric plate 17a includes two piezoelectric layers and an internal excitation electrode 17c disposed between the two piezoelectric layers.
  • a first excitation electrode 17b is formed at the center of the upper surface of the piezoelectric plate 17a.
  • the first excitation electrode 17b is provided so as to overlap with the internal excitation electrode 17c via the upper piezoelectric layer.
  • a second excitation electrode 17d is formed at the center of the lower surface of the piezoelectric plate 17a.
  • the second excitation electrode 17d is provided so as to overlap with the internal excitation electrode 17c via the lower piezoelectric layer.
  • the first and second excitation electrodes 17b and 17d are made of a metal such as Ag or Pd. As shown in FIG. 3, the first excitation electrode 17b is connected to extraction electrodes 17b1 and 17b2 extending toward two adjacent corners on the upper surface of the piezoelectric plate 17a. Similarly, the second excitation electrode 17d is connected to an extraction electrode (not shown) extending toward two adjacent corner portions on the lower surface of the piezoelectric plate 17a.
  • the piezoelectric layer between the first excitation electrode 17b and the internal excitation electrode 17c and the piezoelectric layer between the internal excitation electrode 17c and the second excitation electrode 17d are polarized in the same direction in the thickness direction.
  • the first excitation electrode 17b is electrically connected to the first terminal electrode 21 via the extraction electrodes 17b1 and 17b2, and the second excitation electrode 17d is It is electrically connected to the first terminal electrode 21 via a lead electrode (not shown).
  • the first terminal electrode 21 is formed on one end face of the ultrasonic wave generating element 14.
  • a second terminal electrode 22 is formed on the other end face of the ultrasonic wave generating element 14.
  • the internal excitation electrode 17c is electrically connected to the second terminal electrode 22 via a lead electrode (not shown) connected to the internal excitation electrode 17c. Therefore, by applying an AC electric field between the first terminal electrode 21 and the second terminal electrode 22, the first bimorph piezoelectric vibrator 17 vibrates and generates ultrasonic waves.
  • the second bimorph piezoelectric vibrator 19 is configured in the same manner as the first bimorph piezoelectric vibrator 17. However, the second bimorph type piezoelectric vibrator 19 is configured to be displaced in a phase opposite to that of the first bimorph type piezoelectric vibrator 17. For example, in the second bimorph type piezoelectric vibrator 19, the piezoelectric layer is polarized in the opposite direction to the piezoelectric layer of the first bimorph type piezoelectric vibrator 17 in the thickness direction. The piezoelectric vibrator 17 is configured to be displaced in a reverse phase. In the second bimorph piezoelectric vibrator 19, the first and second excitation electrodes and the internal excitation electrode are electrically connected to the first and second terminal electrodes 21 and 22.
  • the second bimorph piezoelectric vibrator 19 when an alternating electric field is applied between the first terminal electrode 21 and the second terminal electrode 22, the second bimorph piezoelectric vibrator 19 also vibrates and generates ultrasonic waves. Due to the vibration of the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19, ultrasonic waves are generated above and below the ultrasonic wave generation element 14.
  • the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generating element 14 propagates in the direction indicated by the broken arrow and passes through the first sound wave emission holes 12a to 12d. It is emitted above the ultrasonic generator 2.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the ultrasonic generator 2 used in the ultrasonic generator 1 according to this embodiment.
  • the ultrasonic generator 14 having a structure in which the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19 are bonded to the upper and lower sides of the spacer 15 via the adhesives 16 and 18, the substrate 11, the cap 12, and the like. Is housed in an element case member 13 made of As shown in FIG. 4, the ultrasonic wave generating element 14 is fixed on the substrate 11 via a plurality of support members 23.
  • the plurality of support members 23 are formed of appropriate ceramics or metal.
  • a gap is formed between the lower surface of the ultrasonic wave generation element 14, that is, the lower surface of the second bimorph piezoelectric vibrator 19 and the upper surface of the substrate 11. Therefore, the vibration of the second bimorph type piezoelectric vibrator 19 is difficult to be prevented.
  • a gap is formed between the upper surface of the ultrasonic wave generation element 14, that is, the upper surface of the first bimorph type piezoelectric vibrator 17 and the top plate portion inner surface of the cap 12. Therefore, the vibration of the first bimorph type piezoelectric vibrator 17 is not easily disturbed.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are partial cutaway front sectional views for explaining the operation of the ultrasonic generator 2 used in the ultrasonic generator 1 according to this embodiment.
  • the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19 are displaced as shown in FIG.
  • the displacement state shown in FIG. That is, the ultrasonic wave generating element 14 vibrates in the buckling tuning fork vibration mode and emits ultrasonic waves.
  • the excitation part becomes an antinode of vibration
  • the portion fixed to the spacer 15 is It becomes a vibration node.
  • the state in which the center of vibration of the first bimorph piezoelectric vibrator 17 is close to the inner surface of the top plate portion of the cap 12 and the separated state are alternately repeated. Therefore, the ultrasonic wave is compressed, and as indicated by an arrow B, the ultrasonic wave propagates outward from the center of the vibration antinode.
  • the ultrasonic waves propagating in the directions indicated by the arrows B and C in FIG. 1C are propagated to the first sound wave emission holes 12a to 12d in a state where the phases are aligned, and the first sound wave emission holes 12a to 12d. From above the ultrasonic generator 2.
  • the first acoustic path is formed by the gap between the upper surface of the ultrasonic generator 14 and the inner surface of the top plate portion of the cap 12. Yes.
  • a second acoustic path is constituted by a gap between the lower surface of the ultrasonic wave generation element 14 and the upper surface of the substrate 11.
  • Ultrasonic waves that propagate through the first acoustic path and the second acoustic path as indicated by arrows B and C, respectively, are synthesized and emitted from the first acoustic wave emission holes 12a and 12c.
  • the distance from the center of vibration of the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19 to the first sound wave emission holes 12a to 12d is ⁇ / 4 when the wavelength of the generated ultrasonic wave is ⁇ . Has been.
  • the ultrasonic wave propagating as indicated by the arrow C is upward from the second acoustic path on the lower surface side of the ultrasonic wave generation element 14 on the side of the ultrasonic wave generation element 14.
  • the distances from 12a to 12d are different.
  • the thickness of the ultrasonic wave generating element 14 can be made so small that it can be ignored with respect to the wavelength.
  • the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator 2 is 60 kHz
  • the wavelength is 5.7 mm.
  • the thickness of the ultrasonic wave generating element 14 is about 200 to 400 ⁇ m. Therefore, the difference in the distance is about 200 to 400 ⁇ m, that is, about 0.03 ⁇ to 0.07 ⁇ . Therefore, the difference in distance does not significantly affect the effect of increasing the sound pressure.
  • the ultrasonic wave When the ultrasonic wave is compressed and propagated in the ultrasonic wave generator 2, the ultrasonic wave can be emitted from the first sound wave emission holes 12a to 12d with high sound pressure. Further, in the buckling tuning fork vibration mode, the center of the vibration antinode is at the center of the excitation part of the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19.
  • first sound wave emission holes 12a to 12d are provided in the gap between the ultrasonic wave generating element 14 and the element case member 13 at a position that becomes an open end of tube resonance. Therefore, the first acoustic resonance is generated in the form of tube resonance in the ultrasonic generator 2, and the ultrasonic wave can be emitted upward from the first sound wave emission holes 12a to 12d with a very high sound pressure. .
  • a cavity A is formed above the ultrasonic generator 2 as shown in FIG.
  • the cavity A is configured such that the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic generator 2 generates a second acoustic resonance different from the first acoustic resonance in the cavity A. That is, the case 3 is configured as described above.
  • the distance H from the upper surface of the mounting substrate 4 to the lower surface of the outer wall material 7 is 3 / 4 ⁇ when the wavelength of the generated ultrasonic wave is ⁇ . In other words, the distance H is the height of the cavity A. Therefore, in this embodiment, the second acoustic resonance occurs in the cavity A.
  • the distance H is desirably ⁇ / 2 or more, where ⁇ is the wavelength of the generated ultrasonic wave.
  • the second acoustic resonance in the cavity A is different from the first acoustic resonance.
  • the inventors of the present application measured and confirmed the sound pressure distribution and the phase distribution when the ultrasonic generator 1 was driven by the finite element method.
  • the second acoustic resonance in the cavity A the sound pressure is highest in the cavity A.
  • the phase of the ultrasonic wave propagating in the ultrasonic generator 2 and the ultrasonic generator in the cavity A It was confirmed that the phase of the ultrasonic wave propagating in the region close to 2 has hardly changed.
  • the phase of the ultrasonic wave propagating through the wave was reversed by 180 °. That is, it is confirmed that the first acoustic resonance of ⁇ / 4 is generated in the ultrasonic generator 2 and the second acoustic resonance in which the H is 3 / 4 ⁇ is generated in the cavity A. It was.
  • the first acoustic resonance in the ultrasonic generator 2 and the second acoustic resonance in the cavity A different from the first acoustic resonance are used.
  • Ultrasonic waves can be emitted with high sound pressure.
  • the first acoustic resonance and the second acoustic resonance are different, that is, their frequency bands are different, a high sound pressure can be obtained over a wide frequency band.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of sound pressure-frequency characteristics in the ultrasonic generator 1 according to this embodiment.
  • a peak D in FIG. 6 indicates a sound pressure peak due to the second acoustic resonance in the cavity A.
  • a peak E indicates a sound pressure peak due to the first acoustic resonance in the ultrasonic generator 2.
  • the frequency position of the peak D can be shifted by adjusting the distance H, the volume of the cavity A, and the like. Further, the frequency position of the peak E can be shifted by adjusting the size of the acoustic path of the ultrasonic generator 2. By arranging the positions of the peak D and the peak E close to each other but not matching each other, a large sound pressure can be obtained over a wide frequency range.
  • the ultrasonic generator 1 of the present embodiment is used as an ultrasonic wave generation source of an ultrasonic sensor, it is possible to detect ultrasonic waves with high sensitivity over a wide frequency range. It is also possible to increase the degree of freedom in designing the ultrasonic reception side circuit.
  • FIG. 7A and 7B are a schematic plan view and a schematic front sectional view of an ultrasonic generator 31 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a schematic exploded perspective view thereof. is there.
  • FIG. 7B is an enlarged front cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the ultrasonic generator 31 of the second embodiment includes an ultrasonic generator 2 that generates ultrasonic waves and a case 3A.
  • the ultrasonic generator 2 is accommodated in the case 3A.
  • the case 3A has an inner case material 6A and an outer wall material 7.
  • the inner case material 6A includes a mounting substrate 4 and a cylindrical case material 5A.
  • the ultrasonic generator 2 is fixed on the upper surface of the mounting substrate 4.
  • the cylindrical case material 5A is specifically a cylindrical shape having a bottom portion, and through holes 5a to 5d are formed in the bottom portion.
  • a cavity A is formed above the ultrasonic generator 2 by the inner case material 6 ⁇ / b> A and the outer wall material 7.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that a plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D are provided in the outer wall member 7, as shown in FIG.
  • the through holes 5a to 5d of the cylindrical case material 5A have the second sound wave emission holes 7A when viewed in plan. It is formed to overlap with 7D. Further, a cavity dimension adjusting material 32 is disposed on the lower surface of the outer wall material 7 at a portion facing the cavity A. The cavity dimension adjusting material 32 is configured as a part of the cylindrical case material 5A.
  • the first acoustic resonance occurs in the ultrasonic generator 2 as in the first embodiment, and the ultrasonic waves are emitted with a very high sound pressure. That is, the distance from the center of vibration of the first and second bimorph piezoelectric vibrators to the first sound wave emission hole is ⁇ / 4, where ⁇ is the wavelength of the generated ultrasonic wave. Thereby, the first acoustic resonance is generated in the ultrasonic generator 2, and the ultrasonic wave is emitted from the first sound wave emission hole with a high sound pressure.
  • the cavity A is configured to generate a second acoustic resonance different from the first acoustic resonance in the cavity A.
  • the first acoustic resonance and the second acoustic resonance it is possible to emit ultrasonic waves from the second sound wave emission holes 7A to 7D to the outside with a very high sound pressure.
  • the height of the cavity A that is, the distance H in FIG.
  • the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D are arranged so as to be nodes of vibration of the second acoustic resonance in the cavity A. Therefore, the distance H1 from the upper surface of the mounting substrate 4 shown in FIG. 7B to the lower surface of the cavity dimension adjusting material 32 (outer wall material 7), that is, the height of the cavity A is made smaller than ⁇ / 2.
  • ultrasonic waves can be emitted with a higher sound pressure using the second acoustic resonance. This will be described more specifically.
  • the external dimensions of the ultrasonic generator 2 were 4.0 mm ⁇ 4.0 mm ⁇ height 0.92 mm.
  • the plurality of first sound wave emission holes 7A to 7D have a substantially rectangular planar shape with rounded corners having a length dimension of 2 mm and a width dimension of 1.0 mm.
  • the peak X1 and the peak Y1 appear.
  • This peak X1 is a sound pressure peak due to the first acoustic resonance in the ultrasonic generator 2.
  • the peak Y1 is a sound pressure peak due to the second acoustic resonance in the cavity A.
  • the portion having the highest sound pressure in the second acoustic resonance in the cavity A that is, the center of the vibration antinode in the second acoustic resonance is the center of the excitation part of the ultrasonic generator 2.
  • the portion having the highest sound pressure in the second acoustic resonance in the cavity A that is, the center of the antinode of vibration in the second acoustic resonance, is the top surface of the ultrasonic generator 2 and the cavity dimension adjusting material 32. Since the acoustic path can be elongated in the lateral direction, the ultrasonic generator 31 can cause resonance even if it is low in height.
  • the vibration nodes of the second acoustic resonance in the cavity A are the positions of the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D.
  • the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D are provided at positions that serve as vibration nodes of the second acoustic resonance. Thereby, the second acoustic resonance is surely caused, and the peak X1 appears.
  • the ultrasonic generator A high sound pressure can be taken out by utilizing the second acoustic resonance in the cavity A together with the first acoustic resonance in 2, and a high sound pressure can be taken out over a wide frequency band as in the first embodiment. be able to.
  • the ultrasonic generator 31 can reduce the height.
  • the height reduction can be promoted by providing a plurality of second sound wave emission holes at positions serving as nodes of vibration of the second acoustic resonance in the cavity. It depends. Therefore, the shape and position of the plurality of second sound wave emission holes are not limited to the shape and position shown in FIG. 10 (a) to (d), FIGS. 11 (a) to (d), FIGS. 12 (a) and 12 (b), a plurality of second sound wave emission holes in the ultrasonic wave generator 31 according to this embodiment are shown. The first to tenth modification examples of the shape and position are respectively shown in schematic plan views.
  • the center O is a point located on the center of the antinode of the second acoustic resonance, in other words, a point located just above the center of the excitation unit in the ultrasonic generator 2.
  • the center O is on the outer wall member 7, that is, on the main surface of the case 3A of the ultrasonic generator 31, and is at a position facing the center of the antinode of the second acoustic resonance.
  • the straight line P and the straight line Q are straight lines that pass through the center O and extend in parallel with the upper surface of the ultrasonic generator 2.
  • the straight line P and the straight line Q form an angle of 90 °.
  • the circle R is a circle with a radius r centered on the center O.
  • the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D are symmetrical with respect to a straight line P passing through the center O.
  • they are arranged symmetrically with respect to the straight line Q.
  • they are uniformly distributed on the circumference of a circle R having a radius r centered on the center O.
  • the center of the antinode of vibration in the second acoustic resonance is located below the center O. Accordingly, the second sound wave emission holes 7A and 7C are opposed to each other at a predetermined distance from the center of the vibration antinode in the second acoustic resonance, and the other second sound wave emission holes 7B and 7D are opposed to each other. ing. That is, taking the second sound wave emission holes 7A and 7C as an example, the second sound wave emission hole 7A is located at a position that becomes a node on one side with respect to the center of the antinode of the second acoustic resonance vibration. The second sound wave emission hole 7 ⁇ / b> C is located at a position to be a node on the other side.
  • the length direction of the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D is parallel to the straight line P or the straight line Q.
  • the length direction of the plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D may not be parallel to the straight line P or the straight line Q.
  • a plurality of second sound wave emission holes 7A to 7D are arranged symmetrically with respect to the straight line P or the straight line Q.
  • only a pair of second sound wave emission holes 7A and 7C may be provided.
  • a plurality of arcs having a larger radius than the circle R and the ends of the arc smaller in radius than the circle R are connected.
  • the second sound wave emission holes 7E to 7H may be used.
  • a plurality of second sound wave emission holes 7I to 7L having a circular planar shape may be provided.
  • three second acoustic wave emission holes 7I to 7K having a circular planar shape are arranged on the circumference of the circle R. May be uniformly distributed.
  • the second sound wave emission holes 7I to 7K are positioned symmetrically with respect to the straight line P. That is, the plurality of second sound wave emission holes may be arranged symmetrically with respect to an arbitrary straight line passing through the center O.
  • only the two second sound wave emission holes 7I and 7K may be arranged to face each other with the center O therebetween.
  • a larger number of second acoustic wave emission holes 7I to 7N having a circular planar shape may be arranged.
  • the arrangement pattern of the plurality of second sound wave emission holes is an arbitrary straight line passing through the center O as described above. Need only be arranged symmetrically with respect to the line.
  • the plurality of second sound wave emission holes may be arranged uniformly on the circumference of a circle R having a radius r centered on the center O.
  • the radius r may be determined so that the plurality of second sound wave emission holes facing each other via the center O become a vibration node of the second acoustic resonance.
  • the planar shapes of the plurality of second sound wave emission holes are the same, but FIGS. 12A and 12B.
  • a plurality of types of second sound wave emission holes may be provided.
  • the second acoustic wave emission hole 7A having a substantially rectangular shape with a rounded corner portion and a second planar shape having a circular shape.
  • the sound wave emission holes 7J and 7K are distributed on the circumference of the circle R.
  • the second sound wave emission holes 7A, 7J, and 7K are arranged symmetrically with respect to the straight line P.
  • a second sound wave emission hole 7P having a shape in which the sound wave emission holes 7H and 7G are connected is provided.
  • the plurality of second sound wave emission holes 7E, 7F and 7P are arranged symmetrically with respect to the straight line Q.
  • a plurality of second acoustic wave emission holes having the same shape are arranged around the center O in a point-symmetric manner as shown in FIGS. It is more preferable that the sound pressure improvement effect by the second acoustic resonance can be further enhanced.
  • the first and second bimorph piezoelectric vibrators 17 and 19 are used.
  • the first and second piezoelectric vibrators other piezoelectric vibrations such as a unimorph piezoelectric vibrator are used. You may use a child.
  • the piezoelectric vibrator not only the piezoelectric vibrator but also other electroacoustic transducers may be used.
  • the ultrasonic generator is not limited to the ultrasonic generator using the first and second vibrators, and has an appropriate form of ultrasonic wave that causes the first acoustic resonance to be emitted and emits the ultrasonic wave from the first sound wave emitting hole. A generator can be used.

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Abstract

　広い周波数帯域にわたり高い音圧を得ることができ、かつより一層高い音圧を得ることができる超音波発生装置を提供する。　第１の音波放出孔１２ａ，１２ｃを有し、内部で第１の音響共鳴が生じて第１の音波放出孔１２ａ，１２ｃから超音波を放出させる超音波発生器２が、ケース３の内面に固定されており、第１の音波放出孔１２ａ，１２ｃと、ケース３に設けられておりかつ外部に超音波を放出させる第２の音波放出孔７ａとの間に、第１の音響共鳴とは異なる第２の音響共鳴が生じるキャビティが形成されるようにケース３が構成されている、超音波発生装置１。

Description

超音波発生装置
　本発明は、音響共鳴を利用した超音波発生装置に関し、より詳細には、音響共鳴を利用した超音波発生器がケースに内蔵されている超音波発生装置に関する。
　従来、圧電振動子を用いた電気音響変換器が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、図１３に部分切欠正面断面図で示す圧電型電気音響変換装置１００１が開示されている。圧電型電気音響変換装置１００１では、ケース１００３に圧電型電気音響変換器１００２が取り付けられている。圧電型電気音響変換器１００２では、圧電セラミック素子１００４が、ケース材１００５の内面に固定されている。ケース材１００５で囲まれた空間が共鳴室１００６を構成している。圧電型電気音響変換器１００２では、共鳴室１００６内における音響共鳴により、高い音圧が得られるとされている。さらに、圧電型電気音響変換装置１００１では、ケース１００３の外壁と圧電型電気音響変換器１００２との間に音響空間１００３ａが形成されており、それによって音圧をより一層高めることができるとされている。
実開平６－２８９８号公報
　電気音響変換器を利用して音圧を取り出す装置を例えばセンサにおける超音波発生源等として利用する場合、周波数帯域が広いことが求められる。それによって、センサの設計の自由度を高め得るとともに、感度を高めることができる。しかしながら、特許文献１に記載の圧電型電気音響変換装置１００１では、１つの音響共鳴のみを利用するものであるため、音圧を高め得る周波数帯域が狭かった。
　加えて、特許文献１に記載の圧電型電気音響変換装置１００１では、共鳴室１００６を利用した音響共鳴を利用しているだけであるため、音響空間１００３ａが設けられているにしても、ケース１００３に対する圧電型電気音響変換器１００２の実装状態によって音圧が制限されがちであった。すなわち、より大きな音圧を確実に取り出すことができないことがあった。
　本発明の目的は、広い周波数帯域にわたり高い音圧を得ることができ、かつより一層高い音圧を得ることができる超音波発生装置を提供することにある。
　本発明に係る超音波発生装置は、超音波発生器と、ケースとを備える。超音波発生器は、第１の音波放出孔を有し、内部で第１の音響共鳴が生じて第１の音波放出孔から超音波を放出させる。ケースでは、超音波発生器が内面に固定されている。また、ケースには、外部に超音波を放出させる第２の音波放出孔が設けられている。そして、第１の音波放出孔と第２の音波放出孔との間に、第１の音響共鳴とは異なる第２の音響共鳴が生じるキャビティが形成されるようにケースが構成されている。
　本発明に係る超音波発生装置のある特定の局面では、キャビティの一方側に第１の音波放出孔が位置しており、キャビティの一方側とは反対側に第２の音波放出孔が位置している。この場合には、キャビティにおいて第２の音響共鳴をより効果的に発生させ、より高い音圧を得ることができる。
　本発明に係る超音波発生装置の他の特定の局面では、ケースが、第２の音波放出孔が設けられている外壁材と、外壁材の内面に固定されている内側ケース材とを有する。外壁材と内側ケース材とで囲まれた空間内において超音波発生器が内側ケース材の内面に固定されている。この場合には、内側ケース材の形状を工夫することにより、第２の音響共鳴をより一層確実に発生させることができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに別の特定の局面では、内側ケース材が、一方面に超音波発生器が実装されている実装基板と、一端が実装基板の一面に接合されており、他端が外壁材の内面に接合されている筒状ケース材とを有する。この場合には、筒状ケース材を介して外壁材を実装基板に接合することができる。よって、第２の音響共鳴が生じるキャビティをより確実に形成することができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、超音波発生器が、第１の音波放出孔が外表面に形成された素子ケース材と、素子ケース材内に収納されている超音波発生素子とを有する。超音波発生素子と素子ケース材との間の空間において第１の音響共鳴が生じるように素子ケース材内に超音波発生素子が収納されている。この場合には、第１の音響共鳴をより効果的に発生させることができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、超音波発生素子が、中央に凹部及び貫通孔のうちの一方が形成されているスペーサと、スペーサの一方主面に接合されており、かつ平板状の第１の圧電振動子と、スペーサの他方主面に接合されており、かつ平板状の第２の圧電振動子とを有する。第１の圧電振動子と第２の圧電振動子とが互いに逆位相で振動することにより超音波を発生させる。この場合には、より一層高い音圧を得ることができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに別の特定の局面では、超音波発生素子の両主面のうちの少なくとも一方側に、超音波発生素子で発生した超音波を圧縮し、該超音波発生素子の主面に沿う方向に超音波が伝搬する音響経路が超音波発生素子と素子ケース材との間の空間により形成されている。この音響経路において第１の音響共鳴が生じて、超音波が第１の音波放出孔から放出される。この場合には、より一層高い音圧を得ることができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに別の特定の局面では、第１，第２の圧電振動子が、バイモルフ型圧電振動子からなる。この場合には、バイモルフ型圧電振動子を用いているため、より一層高い音圧を取り出すことができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、ケースに第２の音波放出孔が複数設けられている。これらの複数の第２の音波放出孔が、第２の音響共鳴の振動の節となる位置に設けられている。この場合には、第２の音響共鳴により、より一層高い音圧を取り出すことが可能となる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、複数の第２の音波放出孔が、第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対向しているケースの第２の音波放出孔が設けられている主面上の点を通り、かつ超音波発生器の第１の音波放出孔が設けられている超音波発生器の主面と平行に延びる仮想直線に対して線対称に配置されている。この場合には、複数の第２の音波放出孔を、第２の音響共鳴の振動の節となる位置に確実に配置することができる。
　本発明に係る超音波発生装置のさらに他の特定の局面では、複数の第２の音波放出孔が、第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対向しているケースの第２の音波放出孔が設けられている主面上の点を中心とする仮想円上において等間隔に分散配置されている。この場合には、複数の第２の音波放出孔を、第２の音響共鳴の振動の節となる位置に確実に配置することができる。
　本発明に係る超音波発生装置によれば、超音波発生器内における第１の音響共鳴と、ケースと超音波発生器との間のキャビティ内における第２の音響共鳴とを利用し、超音波を高い音圧で放出させることができる。また、第２の音響共鳴は第１の音響共鳴と異なるため、高い音圧が得られる周波数帯域を広げることが可能となる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置の模式的正面断面図であり、図１（ｂ）はその模式的平面図であり、図１（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置で用いられている超音波発生器を示し、図２のＩ－Ｉ線に沿う部分における拡大正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置に用いられている超音波発生器の外観を示す斜視図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置に用いられている超音波発生器内に配置されている超音波発生素子の模式的分解斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置に用いられている超音波発生器の分解斜視図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置に用いられている超音波発生器の動作を説明するための各部分切欠正面断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置における音圧－周波数特性の一例を示す図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置の模式的平面図及び模式的正面断面図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置の模式的分解斜視図である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置において、キャビティの高さを変化させた場合の音圧－周波数特性の変化を説明するための図である。 図１０（ａ）～図１０（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置における複数の第２の音波放出孔の形状及び位置の第１～第４の変形例を示す各模式的平面図である。 図１１（ａ）～図１１（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置における複数の第２の音波放出孔の形状及び位置の第５～第８の変形例を示す各模式的平面図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置における複数の第２の音波放出孔の形状及び位置の第９及び第１０の変形例を示す各模式的平面図である。 図１３は、従来の圧電型電気音響変換装置を説明するための部分切欠正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発生装置１の模式的正面断面図である。図１（ｂ）は、本実施形態に係る超音波発生装置１の模式的平面図である。
　超音波発生装置１は、超音波を発生させる超音波発生器２と、ケース３とを有する。超音波発生器２は、ケース３内に収納されている。ケース３は、本実施形態では、内側ケース材６と、外壁材７とを有する。内側ケース材６は、実装基板４と、筒状ケース材５とを有する。実装基板４の上面に超音波発生器２が実装されている。すなわち、超音波発生器２が内側ケース材６の内面に固定されている。超音波発生器２の上方には、内側ケース材６と外壁材７とによりキャビティＡが構成されている。
　実装基板４は、セラミックス、金属または合成樹脂などの適宜の材料からなる。筒状ケース材５は、ゴム弾性を有する材料、合成樹脂、金属またはセラミックスなどからなる。本実施形態では、ゴム弾性を有する材料からなるガスケットにより筒状ケース材５が構成されている。
　実装基板４の上面に筒状ケース材５の下端が接合されている。筒状ケース材５の上端が、外壁材７の下面に接合されている。すなわち、内側ケース材６は、外壁材７の内面に固定されている。外壁材７は、超音波発生装置１が構成される機器の外壁を構成している。上記外壁材７は、金属、合成樹脂またはセラミックスなどの適宜の材料からなる。上記外壁材７と、内側ケース材６とで囲まれた空間内に、超音波発生器２が配置されている。
　なお、本実施形態では、内側ケース材６は、実装基板４及び筒状ケース材５を有するが、これらを一体化してなる内側ケース材を用いてもよい。
　もっとも、平板状の実装基板４上には超音波発生器２を容易に実装することができる。また、筒状ケース材５を用いて実装基板４を機器の外壁材７に容易に固定し、超音波発生装置１を構成することができる。
　また、ゴム弾性を有する材料からなる筒状ケース材５を用いることにより、外部への超音波の漏れを効果的に防止することができる。従って、本実施形態のように、上記筒状ケース材５及び実装基板４からなる内側ケース材６を用いることが好ましい。
　外壁材７には第２の音波放出孔７ａが設けられている。図１（ｂ）に示すように、第２の音波放出孔７ａは、平面視して円形の形状を有するが、この第２の音波放出孔の平面形状は特に限定されるものではない。
　超音波発生器２の詳細を、以下に示す。図１（ｃ）は、本実施形態に係る超音波発生装置１で用いられている超音波発生器２を示し、図２のＩ－Ｉ線に沿う部分における拡大正面断面図である。図２は、本実施形態に係る超音波発生装置１で用いられている超音波発生器２の外観を示す斜視図である。
　超音波発生器２は、基板１１と、キャップ１２とからなる素子ケース材１３を有する。すなわち、平板状の基板１１上に、下方に開いた開口を有するキャップ１２が固定されている。それによって、素子ケース材１３が構成されている。基板１１とキャップ１２とにより囲まれた空間内に超音波発生素子１４が収納されている。
　図２に示すように、上記キャップ１２の天板部には、複数の第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄが設けられている。図１（ｃ）では、第１の音波放出孔１２ａ，１２ｃのみが図示されている。
　図２に示した第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄは、超音波発生器２の天板部に設けられている。従って、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄは、図１（ａ）に示されている第２の音波放出孔７ａとキャビティＡを介して対向している。言い換えれば、キャビティＡの一方側に第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄが位置しており、反対側に第２の音波放出孔７ａが位置していることから、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄと第２の音波放出孔７ａとの間にキャビティＡが形成されている。
　図３は、本実施形態に係る超音波発生装置１に用いられている超音波発生器２内に配置されている超音波発生素子１４の模式的分解斜視図である。超音波発生素子１４は、スペーサ１５を有する。スペーサ１５は、例えばセラミックスや合成樹脂などの適宜の剛性材料からなる。スペーサ１５の中央には、開口１５ａが形成されている。スペーサ１５の上面には、接着剤１６を介して、第１のバイモルフ型圧電振動子１７が接合されている。接着剤１６は、開口１６ａを有する。接着剤１６は、上記開口１５ａを除く領域においてスペーサ１５の上面に塗布されている。
　同様に、スペーサ１５の下面には、接着剤１８を介して、第２のバイモルフ型圧電振動子１９が接合されている。接着剤１８は、開口１８ａを有する。すなわち、スペーサ１５の下面においても、開口１５ａを除く領域に、接着剤１８が塗布されている。
　なお、スペーサ１５は貫通孔からなる開口１５ａを有するが、開口１５ａに代えて、中央領域において両面に凹部を形成してもよい。第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９は、後述するように、中央領域が圧電効果により振動する部分である。従って、この振動を妨げないように、スペーサ１５の両面に凹部を形成してもよい。
　なお、開口１５ａの周縁の一部からスペーサ１５の外周縁に至る欠落部が形成されていてもよい。
　図１（ｃ）に示すように、第１のバイモルフ型圧電振動子１７は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスなどの圧電セラミックスからなる圧電板１７ａを有する。圧電板１７ａは、平面視して正方形状である。圧電板１７ａは、２つの圧電体層と、該２つの圧電体層の間に配置された内部励振電極１７ｃとを有する。圧電板１７ａの上面中央には、第１の励振電極１７ｂが形成されている。第１の励振電極１７ｂは、内部励振電極１７ｃと上側の圧電体層を介して重なり合うように設けられている。圧電板１７ａの下面中央には、第２の励振電極１７ｄが形成されている。第２の励振電極１７ｄは、内部励振電極１７ｃと下側の圧電体層を介して重なり合うように設けられている。第１，第２の励振電極１７ｂ，１７ｄは、ＡｇやＰｄなどの金属からなる。図３に示すように、第１の励振電極１７ｂは、圧電板１７ａの上面における隣り合う２つのコーナー部に向かって延びる、引き出し電極１７ｂ１，１７ｂ２に連ねられている。第２の励振電極１７ｄも同様に、圧電板１７ａの下面における隣り合う２つのコーナー部に向かって延びる、引き出し電極（図示せず）に連ねられている。
　第１の励振電極１７ｂと内部励振電極１７ｃとの間の圧電体層及び内部励振電極１７ｃと第２の励振電極１７ｄとの間の圧電体層は、厚み方向において同一方向に分極されている。他方、バイモルフ型圧電振動子として動作させるために、第１の励振電極１７ｂが引き出し電極１７ｂ１，１７ｂ２を介して第１の端子電極２１に電気的に接続されており、第２の励振電極１７ｄが引き出し電極（図示せず）を介して第１の端子電極２１に電気的に接続されている。第１の端子電極２１は、超音波発生素子１４の一方端面に形成されている。超音波発生素子１４の他方端面には、第２の端子電極２２が形成されている。内部励振電極１７ｃは、内部励振電極１７ｃに連なる引き出し電極（図示せず）を介して第２の端子電極２２に電気的に接続されている。従って、第１の端子電極２１と第２の端子電極２２との間に交流電界を印加することにより、第１のバイモルフ型圧電振動子１７が振動し、超音波を発生させる。
　第２のバイモルフ型圧電振動子１９も、第１のバイモルフ型圧電振動子１７と同様に構成されている。もっとも、第２のバイモルフ型圧電振動子１９は、第１のバイモルフ型圧電振動子１７に対して逆相で変位するように構成されている。例えば、第２のバイモルフ型圧電振動子１９は、圧電体層は厚み方向において第１のバイモルフ型圧電振動子１７の圧電体層とは逆方向に分極されていることにより、第１のバイモルフ型圧電振動子１７に対して逆相で変位するように構成されている。第２のバイモルフ型圧電振動子１９もまた、第１，第２の励振電極と内部励振電極とが第１，第２の端子電極２１，２２に電気的に接続されている。従って、第１の端子電極２１と第２の端子電極２２との間に交流電界を印加することにより、第２のバイモルフ型圧電振動子１９も振動し、超音波を発生させる。第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９の振動により、超音波発生素子１４の上方と下方で超音波が発生する。
　図１（ｃ）に示すように、超音波発生器２では、上記超音波発生素子１４により発生した超音波が、破線の矢印で示す方向に伝搬し、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄから超音波発生器２の上方に放出される。
　図４は、本実施形態に係る超音波発生装置１に用いられている超音波発生器２の分解斜視図である。上述したスペーサ１５の上下に接着剤１６，１８を介して第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９が接合されている構造を有する超音波発生素子１４が、基板１１とキャップ１２とからなる素子ケース材１３内に収納される。図４に示すように、超音波発生素子１４が、複数の支持部材２３を介して基板１１上に固定されている。複数の支持部材２３は、適宜のセラミックスもしくは金属等により形成される。超音波発生素子１４の下面すなわち第２のバイモルフ型圧電振動子１９の下面と、基板１１の上面との間には、ギャップが形成される。そのため、第２のバイモルフ型圧電振動子１９の振動が妨げられ難い。
　図１（ｃ）に示すように、超音波発生素子１４の上面すなわち第１のバイモルフ型圧電振動子１７の上面と、キャップ１２の天板部内面との間には、ギャップが形成される。そのため、第１のバイモルフ型圧電振動子１７の振動が妨げられ難い。
　次に、本実施形態の超音波発生装置１の動作について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る超音波発生装置１に用いられている超音波発生器２の動作を説明するための各部分切欠正面断面図である。超音波発生器２の第１，第２の端子電極２１，２２間に交流電界を印加すると、第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９は、図５（ａ）で示す変位状態と、図５（ｂ）で示す変位状態とを繰り返す。すなわち、超音波発生素子１４は、座屈音叉振動モードにより振動し、超音波を放出する。この場合、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９では、励振部が振動の腹となり、スペーサ１５に固定されている部分が振動の節となる。振幅が最も大きい部分、すなわち振動の腹の中心は、励振部の中心となる。
　第１のバイモルフ型圧電振動子１７の上面と、キャップ１２の天板部内面との間には、ギャップが存在する。第１のバイモルフ型圧電振動子１７の振動の腹の中心がキャップ１２の天板部内面に近接した状態と、離間した状態とを交互に繰り返すことになる。そのため、超音波が圧縮され、矢印Ｂで示すように、振動の腹の中心から外側に向かって超音波が伝搬することとなる。
　第２のバイモルフ型圧電振動子１９の下面と、基板１１の上面との間には、ギャップが存在する。第２のバイモルフ型圧電振動子１９の振動の腹の中心が基板１１の上面に近接した状態と、離間した状態とを交互に繰り返すことになる。そのため、超音波が圧縮され、矢印Ｃで示すように、振動の腹の中心すなわち励振部の中心から外側に向かって超音波が伝搬することとなる。
　図１（ｃ）に矢印Ｂ及び矢印Ｃで示す方向に伝搬する超音波は、位相が揃った状態で、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄに伝搬し、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄから超音波発生器２の上方に放出されることになる。
　言い換えれば、図１（ｃ）に示すように、超音波発生器２では、超音波発生素子１４の上面とキャップ１２の天板部内面との間のギャップにより第１の音響経路が構成されている。また、超音波発生素子１４の下面と基板１１の上面との間のギャップにより第２の音響経路が構成されている。この第１の音響経路及び第２の音響経路をそれぞれ矢印Ｂ及び矢印Ｃで示すように伝搬する超音波が、合成され、第１の音波放出孔１２ａ，１２ｃから放出される。第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９の振動の腹の中心から第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄまでの距離は、発生する超音波の波長をλとしたときに、λ／４とされている。
　なお、矢印Ｃで示すように伝搬する超音波は、図１（ｃ）に示すように、超音波発生素子１４の下面側の第２の音響経路から、超音波発生素子１４の側方において上方に伝搬する。従って、第１のバイモルフ型圧電振動子１７の振動の腹の中心から第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄまでの距離と、第２のバイモルフ型圧電振動子１９の振動の腹の中心から第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄまでの距離は異なる。しかしながら、超音波発生素子１４の厚みは、波長に対して無視できる程小さくすることができる。例えば、超音波発生器２で発生する超音波の周波数が６０ｋＨｚである場合、波長は５．７ｍｍである。これに対して、超音波発生素子１４の厚みは、２００～４００μｍ程度である。従って、上記距離の差は２００～４００μｍ程度すなわち０．０３λ～０．０７λ程度である。よって、上記距離の差は、音圧を高める効果にさほど影響しない。
　上記超音波発生器２内において、超音波を圧縮し伝搬させた場合、高い音圧で第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄから超音波を放出することができる。また、上記座屈音叉振動モードでは、振動の腹の中心が、第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９の励振部の中心にある。他方、上記超音波発生素子１４と素子ケース材１３との間の上記ギャップ内において管共鳴の開放端となる位置に、第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄが設けられている。従って、超音波発生器２内において管共鳴の形で第１の音響共鳴が生じ、非常に高い音圧で超音波を第１の音波放出孔１２ａ～１２ｄから上方に向かって放出させることができる。
　加えて、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、超音波発生器２の上方にキャビティＡが構成されている。このキャビティＡは、超音波発生器２から放出された超音波が、キャビティＡ内において、第１の音響共鳴と異なる第２の音響共鳴を生じるように構成されている。すなわち、上記のように、ケース３が構成されている。具体的には、キャビティＡにおいて、実装基板４の上面から外壁材７の下面までの距離Ｈが、発生する超音波の波長をλとしたときに、３／４λとされている。距離Ｈは、言い換えれば、キャビティＡの高さである。そのため、本実施形態では、キャビティＡ内における第２の音響共鳴が生じる。第１の音響共鳴と第２の音響共鳴とも利用して、非常に高い音圧で超音波を第２の音波放出孔７ａから外部に向かって放出させることができる。第２の音響共鳴を発生させるためには、距離Ｈは、発生する超音波の波長をλとしたときに、λ／２以上であることが望ましい。それによって、第２の音響共鳴を確実に発生させることができる。
　なお、このキャビティＡ内における第２の音響共鳴は、第１の音響共鳴とは異なる。本願発明者らは、有限要素法により、超音波発生装置１を駆動した際の音圧分布及び位相分布を測定し、これを確認した。
　すなわち、キャビティＡ内における第２の音響共鳴では、キャビティＡ内において音圧が最も高く、その場合、超音波発生器２内を伝搬している超音波の位相と、キャビティＡの超音波発生器２に近い領域を伝搬している超音波の位相とがほとんど変わっていないことが確認された。これに対して、超音波発生器２内における第１の音響共鳴の場合には、超音波発生器２内を伝搬している超音波の位相と、キャビティＡの超音波発生器２に近い領域を伝搬している超音波の位相とは１８０°反転していることが確認できた。すなわち、超音波発生器２内ではλ／４の第１の音響共鳴が生じており、キャビティＡ内では上記Ｈが３／４λとなっている第２の音響共鳴が生じていることが確認された。
　従って、本実施形態の超音波発生装置１によれば、超音波発生器２内における第１の音響共鳴と、第１の音響共鳴とは異なるキャビティＡ内における第２の音響共鳴とを利用し、超音波を高い音圧で放出させることができる。しかも、第１の音響共鳴と第２の音響共鳴が異なり、すなわちその周波数帯が異なるため、広い周波数帯域にわたり高い音圧を得ることができる。
　図６は、本実施形態に係る超音波発生装置１における音圧－周波数特性の一例を示す図である。図６におけるピークＤは、キャビティＡ内における第２の音響共鳴による音圧ピークを示す。ピークＥが、超音波発生器２内における第１の音響共鳴による音圧ピークを示す。
　上記ピークＤの周波数位置は、距離Ｈ、キャビティＡの容積等を調整することによりシフトさせることができる。また、ピークＥの周波数位置は、超音波発生器２の音響経路の寸法を調整することによりシフトさせることができる。ピークＤとピークＥの位置を近接させ、ただし両者が一致しないように配置することにより、広い周波数域にわたり、大きな音圧を得ることができる。
　よって、例えば超音波センサの超音波発生源として本実施形態の超音波発生装置１を用いれば、広い周波数域にわたり高い感度で超音波を検出することが可能となる。また、超音波受信側回路の設計の自由度を高めることも可能となる。
　図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る超音波発生装置３１の模式的平面図及び模式的正面断面図であり、図８はその模式的分解斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分における拡大正面断面図である。
　第２の実施形態の超音波発生装置３１では、超音波を発生させる超音波発生器２と、ケース３Ａとを有する。超音波発生器２は、ケース３Ａ内に収納されている。ケース３Ａは、本実施形態では、内側ケース材６Ａと、外壁材７とを有する。内側ケース材６Ａは、実装基板４と、筒状ケース材５Ａとを有する。実装基板４の上面に超音波発生器２が固定されている。筒状ケース材５Ａは、詳細には底部を有する筒状であり、底部に貫通孔５ａ～５ｄが形成されている。超音波発生器２の上方には、内側ケース材６Ａと外壁材７とによりキャビティＡが構成されている。これらの構造については、第１の実施形態と同一部分については同一の参照番号を付することにより、第１の実施形態の説明を援用することにより省略することとする。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図７（ａ）に示すように、外壁材７に複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄが設けられていることにある。
　なお、図７（ａ）に示すように、第２の実施形態の超音波発生装置３１では、筒状ケース材５Ａの貫通孔５ａ～５ｄは、平面視した際に第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄと重なり合うように形成されている。また、キャビティＡに臨む部分において、外壁材７の下面にキャビティ寸法調整材３２が配置されている。キャビティ寸法調整材３２は、筒状ケース材５Ａの一部として構成されている。
　本実施形態においても、超音波発生器２内においては、第１の実施形態と同様に、第１の音響共鳴が生じ、非常に高い音圧で超音波が放出される。すなわち、第１，第２のバイモルフ型圧電振動子の振動の腹の中心から第１の音波放出孔までの距離が、発生する超音波の波長をλとしたときに、λ／４とされている。それによって、超音波発生器２内において第１の音響共鳴が生じ、高い音圧で超音波が第１の音波放出孔から放出される。
　加えて、本実施形態においても、キャビティＡは、キャビティＡ内において、第１の音響共鳴と異なる第２の音響共鳴を生じるように構成されている。第１の音響共鳴と第２の音響共鳴とも利用して、非常に高い音圧で超音波を第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄから外部に向かって放出させることができる。もっとも、第１の実施形態では、キャビティにおける第２の音響共鳴を引き起こすには、キャビティＡの高さ、すなわち図１（ａ）の距離Ｈをλ／２以上としなければならない。
　これに対して、本実施形態では、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄが、キャビティＡ内における第２の音響共鳴の振動の節となるように配置されている。そのため、図７（ｂ）に示す実装基板４の上面からキャビティ寸法調整材３２（外壁材７）の下面までの距離Ｈ１、すなわちキャビティＡの高さをλ／２よりも小さくした場合であっても、第２の音響共鳴を利用して、より高い音圧で超音波を放出させることができる。これを、より具体的に説明する。
　上記超音波発生器２の外形寸法を４．０ｍｍ×４．０ｍｍ×高さ０．９２ｍｍとした。キャビティＡの寸法を５．０×５．０×高さ（＝距離Ｈ１）１ｍｍとし、キャビティ寸法調整材３２（外壁材７）の下面から外壁材７の上面までの距離Ｈ２を１．４ｍｍとした。そして、複数の第１の音波放出孔７Ａ～７Ｄについては、長さ方向寸法が２ｍｍ、幅方向寸法が１．０ｍｍのコーナー部が丸められた略矩形形状の平面形状とした。
　上記キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）を、１．０ｍｍ、１．６ｍｍまたは２．０ｍｍとした超音波発生装置３１を作製し、音圧－周波数特性を測定した。図９は、本実施形態に係る超音波発生装置３１において、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）を変化させた場合の音圧－周波数特性の変化を説明するための図である。図９から明らかなように、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）を１．６ｍｍとした場合には、ピークＸ１及びピークＹ１が現れていることがわかる。このピークＸ１は、超音波発生器２内における第１の音響共鳴による音圧ピークである。他方、ピークＹ１は、キャビティＡ内における第２の音響共鳴による音圧ピークである。他方、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）が２．０ｍｍの場合には、実線で示すように、ピークＸ１よりも高周波数側に単一のピークが現れている。この単一のピークは、超音波発生器２内における第１の音響共鳴による音圧ピークと、キャビティＡ内における第２の音響共鳴による音圧ピークとが重なったものであり、高い音圧となっている。そして、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）１．０ｍｍとした場合には、ピークＸ１よりも低周波数側に単一のピークが現れている。これは、以下の理由によると考えられる。
　有限要素法による分析によれば、キャビティＡ内における第２の音響共鳴において音圧がもっとも高い部分、すなわち第２の音響共鳴における振動の腹の中心は、超音波発生器２の励振部の中心の上方に位置している。具体的には、キャビティＡ内における第２の音響共鳴において音圧がもっとも高い部分、すなわち第２の音響共鳴における振動の腹の中心は、超音波発生器２の天面とキャビティ寸法調整材３２の間の中心点にあり、横方向に音響経路を長くすることができるので、超音波発生装置３１では低背であっても共鳴を起こすことができる。他方、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）が１．６ｍｍである場合、このキャビティＡ内における第２の音響共鳴の振動の節が、上記複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄの位置に存在する。すなわち、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄが、第２の音響共鳴の振動の節となる位置に設けられている。それによって、第２の音響共鳴が確実に引き起こされ、ピークＸ１が現れている。このように、本実施形態では、発生する超音波の波長をλとしたときに、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）をλ／２よりも小さくした場合であっても、超音波発生器２内における第１の音響共鳴とともにキャビティＡ内における第２の音響共鳴を利用して高い音圧を取り出すことができ、第１の実施形態と同様に、広い周波数帯域にわたり、高い音圧を取り出すことができる。
　なお、第１の実施形態においても、距離Ｈをλ／２以上とした場合には、キャビティＡ内における第２の音響共鳴を発生させることができ、図６に示したピークＤを発生させることができる。もっとも、第２の実施形態では、上記のように、キャビティＡの高さ（＝距離Ｈ１）をλ／２より小さくした場合であっても、上記のように、広い周波数帯域で高い音圧を取り出し得る。従って、超音波発生装置３１では、低背化を進めることが可能となる。
　上記のように、第２の実施形態において低背化を進め得るのは、複数の第２の音波放出孔が、キャビティ内における第２の音響共鳴の振動の節となる位置に設けられていることによる。従って、このような複数の第２の音波放出孔の形状及び位置については、図７（ａ）に示した形状及び位置に限定されるものではない。図１０（ａ）～（ｄ）、図１１（ａ）～（ｄ）、図１２（ａ），（ｂ）に、本実施形態に係る超音波発生装置３１における複数の第２の音波放出孔の形状及び位置の第１～第１０の変形例を模式的平面図でそれぞれ示す。
　なお、図１０（ａ）及び以下の各図において、中心Ｏを通る破線で示す直線Ｐ，Ｑを理解を容易とするために記載する。中心Ｏは、第２の音響共鳴の振動の腹の中心上に位置している点であり、言い換えれば超音波発生器２における励振部の中心の直上に位置する点である。また、中心Ｏは、外壁材７上、すなわち超音波発生装置３１のケース３Ａの主面上にあり、第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対向している位置にある。直線Ｐ及び直線Ｑは、中心Ｏを通りかつ超音波発生器２の上面と平行に延びる直線である。直線Ｐと直線Ｑは、９０°の角度をなしている。また、円Ｒは、中心Ｏを中心とする半径ｒの円である。
　図１０（ａ）に示すように、上記第２の実施形態の第１の変形例では、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄは、中心Ｏを通る直線Ｐに対して線対称に、あるいは直線Ｑに対して線対称に配置されている。言い換えれば、中心Ｏを中心とする半径ｒの円Ｒの円周上において均一に分散配置されている。
　前述したように、第２の音響共鳴における振動の腹の中心は、中心Ｏの下方に位置している。従って、第２の音響共鳴における振動の腹の中心から所定の距離を隔てて第２の音波放出孔７Ａ，７Ｃ同士が対向しており、他の組の第２の音波放出孔７Ｂ，７Ｄが対向している。すなわち、第２の音波放出孔７Ａ，７Ｃを例に取ると、第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対し、一方側の節となる位置に第２の音波放出孔７Ａが位置しており、他方側の節となる位置に第２の音波放出孔７Ｃが位置している。
　図１０（ａ）では、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄの長さ方向は、直線Ｐまたは直線Ｑに平行とされていた。図１０（ｂ）に示す第２の実施形態の第２の変形例のように、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄの長さ方向は、直線Ｐまたは直線Ｑに平行でなくともよい。この場合においても、直線Ｐまたは直線Ｑに対して線対称に、複数の第２の音波放出孔７Ａ～７Ｄが配置されている。
　また、図１０（ｃ）に示す第２の実施形態の第３の変形例のように、一対の複数の第２の音波放出孔７Ａ，７Ｃのみを設けてもよい。さらに、図１０（ｄ）に示す第２の実施形態の第４の変形例のように、円Ｒよりも半径の大きな円弧と、円Ｒよりも半径の小さな円弧の両端を結んだ形状の複数の第２の音波放出孔７Ｅ～７Ｈを用いてもよい。
　図１１（ａ）に示す第２の実施形態の第５の変形例のように、平面形状が円形の複数の第２の音波放出孔７Ｉ～７Ｌを設けてもよい。その場合、図１１（ｂ）に示す第２の実施形態の第６の変形例のように、３個の平面形状が円形の第２の音波放出孔７Ｉ～７Ｋを、円Ｒの円周上において均一に分散配置してもよい。この場合においても、直線Ｐに対して、第２の音波放出孔７Ｉ～７Ｋは線対称に位置していることとなる。すなわち、複数の第２の音波放出孔は、中心Ｏを通る任意の直線に対して線対称に配置されていればよい。
　図１１（ｃ）に示す第２の実施形態の第７の変形例のように、２個の第２の音波放出孔７Ｉ，７Ｋのみを中心Ｏを介して対向するように配置してもよい。さらに、図１１（ｄ）に示す第２の実施形態の第８の変形例のように、より多数の平面形状が円形の第２の音波放出孔７Ｉ～７Ｎを配置してもよい。
　図１０（ａ）～（ｄ）、図１１（ａ）～（ｄ）に示すように、複数の第２の音波放出孔の配置パターンについては、前述したように、中心Ｏを通る任意の直線に対して線対称に配置されていればよい。また、表現を替えれば、中心Ｏを中心とする半径ｒの円Ｒの円周上において均一に複数の第２の音波放出孔を配置すればよい。この場合、半径ｒは、中心Ｏを介して向かい合う複数の第２の音波放出孔が第２の音響共鳴の振動の節となるように定めればよい。
　また、図１０（ａ）～（ｄ）及び図１１（ａ）～（ｄ）では、複数の第２の音波放出孔の平面形状は等しくされていたが、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数種の形状の第２の音波放出孔を設けてもよい。図１２（ａ）に示す第２の実施形態の第９の変形例では、平面形状がコーナー部が丸められた略矩形形状の第２の音波放出孔７Ａと、平面形状が円形の第２の音波放出孔７Ｊ，７Ｋが円Ｒの円周上において分散配置されている。ここでも、直線Ｐを介して線対称に、第２の音波放出孔７Ａ，７Ｊ，７Ｋが配置されている。
　図１２（ｂ）に示す第２の実施形態の第１０の変形例では、図１０（ｄ）に示した第２の音波放出孔７Ｅ，７Ｆと、図１０（ｄ）に示した第２の音波放出孔７Ｈ，７Ｇを連ねた形状の第２の音波放出孔７Ｐとが設けられている。ここでも、複数の第２の音波放出孔７Ｅ，７Ｆ及び７Ｐは、直線Ｑを介して線対称に配置されている。もっとも、図１２（ａ）及び（ｂ）に示した構造に対し、図１０及び図１１に示したように、中心Ｏの周りに点対称に複数の同一形状の第２の音波放出孔が配置されていることがより好ましく、それによって第２の音響共鳴による音圧向上効果をより一層高めることができる。
　なお、上述してきた実施形態では、第１，第２のバイモルフ型圧電振動子１７，１９を用いたが、第１，第２の圧電振動子として、ユニモルフ型圧電振動子などの他の圧電振動子を用いてもよい。さらに、圧電振動子に限らず、他の電気音響変換素子を用いてもよい。加えて、第１，第２の振動子を用いた超音波発生器に限らず、内部で第１の音響共鳴を引き起こして第１の音波放出孔から超音波を放出させる適宜の形態の超音波発生器を用いることができる。
　１…超音波発生装置
　２…超音波発生器
　３，３Ａ…ケース
　４…実装基板
　５，５Ａ…筒状ケース材
　６，６Ａ…内側ケース材
　７…外壁材
　７ａ，７Ａ～７Ｎ，７Ｐ…第２の音波放出孔
　１１…基板
　１２…キャップ
　１２ａ～１２ｄ…第１の音波放出孔
　１３…素子ケース材
　１４…超音波発生素子
　１５…スペーサ
　１５ａ…開口
　１６，１８…接着剤
　１６ａ，１８ａ…開口
　１７，１９…第１，第２のバイモルフ型圧電振動子
　１７ａ…圧電板
　１７ｂ，１７ｄ…第１，第２の励振電極
　１７ｂ１，１７ｂ２…引き出し電極
　１７ｃ…内部励振電極
　２１，２２…第１，第２の端子電極
　２３…支持部材
　３１…超音波発生装置
　３２…キャビティ寸法調整材

Claims (11)

  1. 　第１の音波放出孔を有し、内部で第１の音響共鳴が生じて第１の音波放出孔から超音波を放出させる超音波発生器と、
    　前記超音波発生器が内面に固定されており、外部に超音波を放出させる第２の音波放出孔が設けられているケースとを備え、
    　前記第１の音波放出孔と前記第２の音波放出孔との間に、第１の音響共鳴とは異なる第２の音響共鳴が生じるキャビティが形成されるように前記ケースが構成されている、超音波発生装置。
  2. 　前記キャビティの一方側に前記第１の音波放出孔が位置しており、前記キャビティの前記一方側とは反対側に前記第２の音波放出孔が位置している、請求項１に記載の超音波発生装置。
  3. 　前記ケースが、前記第２の音波放出孔が設けられている外壁材と、前記外壁材の内面に固定されている内側ケース材とを有し、前記外壁材と前記内側ケース材とで囲まれた空間内において前記超音波発生器が前記内側ケース材の内面に固定されている、請求項２に記載の超音波発生装置。
  4. 　前記内側ケース材が、一方面に前記超音波発生器が実装されている実装基板と、一端が前記実装基板の一面に接合されており、他端が前記外壁材の内面に接合されている筒状ケース材とを有する、請求項３に記載の超音波発生装置。
  5. 　前記超音波発生器が、前記第１の音波放出孔が外表面に形成された素子ケース材と、前記素子ケース材内に収納されている超音波発生素子とを有し、前記超音波発生素子と前記素子ケース材との間の空間において前記第１の音響共鳴が生じるように前記素子ケース材内に前記超音波発生素子が収納されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波発生装置。
  6. 　前記超音波発生素子が、中央に凹部及び貫通孔のうちの一方が形成されているスペーサと、前記スペーサの一方主面に接合されており、かつ平板状の第１の圧電振動子と、前記スペーサの他方主面に接合されており、かつ平板状の第２の圧電振動子とを有し、前記第１の圧電振動子と前記第２の圧電振動子とが互いに逆位相で振動することにより超音波を発生させる、請求項５に記載の超音波発生装置。
  7. 　前記超音波発生素子の両主面のうちの少なくとも一方側に、前記超音波発生素子で発生した超音波を圧縮し、該超音波発生素子の主面に沿う方向に超音波が伝搬する音響経路が前記超音波発生素子と前記素子ケース材との間の空間により形成されており、該音響経路において前記第１の音響共鳴が生じて超音波が前記第１の音波放出孔から放出される、請求項６に記載の超音波発生装置。
  8. 　前記第１，第２の圧電振動子が、バイモルフ型圧電振動子からなる、請求項６または７に記載の超音波発生装置。
  9. 　前記ケースに前記第２の音波放出孔が複数設けられており、該複数の前記第２の音波放出孔が、前記第２の音響共鳴の振動の節となる位置に設けられている、請求項１～８のいずれか１項に記載の超音波発生装置。
  10. 　前記複数の第２の音波放出孔が、前記第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対向している前記ケースの前記第２の音波放出孔が設けられている主面上の点を通り、かつ前記超音波発生器の第１の音波放出孔が設けられている前記超音波発生器の主面と平行に延びる仮想直線に対して線対称に配置されている、請求項９に記載の超音波発生装置。
  11. 　前記複数の第２の音波放出孔が、前記第２の音響共鳴の振動の腹の中心に対向している前記ケースの前記第２の音波放出孔が設けられている主面上の点を中心とする仮想円上において等間隔に分散配置されている、請求項９に記載の超音波発生装置。
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