特開 2017-185492 集束超音波発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-185492(P2017-185492A)

(43)【公開日】2017年10月12日

(54)【発明の名称】集束超音波発生装置

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/06 20060101AFI20170919BHJP

【ＦＩ】

   B06B1/06 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-118020(P2017-118020)

(22)【出願日】2017年6月15日

(62)【分割の表示】特願2013-183375(P2013-183375)の分割

【原出願日】2013年9月4日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）平成２５年３月５日に刊行された日本音響学会研究発表会講演論文集（ＣＤ−ＲＯＭ）巻：２０１３にて発表 （２）平成２５年３月１３日から平成２５年３月１５日にかけて開催された日本音響学会２０１３年春季研究発表会において、平成２５年３月１４日に口頭にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】899000057

【氏名又は名称】学校法人日本大学

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 洋一

【テーマコード（参考）】

5D107

【Ｆターム（参考）】

5D107AA02

5D107AA12

5D107BB11

5D107CC04

5D107CC07

5D107FF01

5D107FF03

(57)【要約】

【課題】構造が簡単でありながら、空中に強力な超音波を発生させることができる集束超音波発生装置を提供する。
【解決手段】振動板５は、縞状のモードの各節の間で逆位相のたわみ振動を発生させると共に、各節の間から放射される逆方向の超音波が互いに干渉し合うことで、全体として当該振動板５の主面と直交する方向に伝搬する音場を形成している。第１の反射板８は、振動板５の主面に対向して配置され、且つ、振動板５との間に形成される内側空間Ｋと対向する曲面反射面１１を有し、振動板５の主面から曲面反射面１１に向かう方向の超音波Ｐを、曲面反射面１１から線状に集束される超音波Ｐの集束位置Ｆに向けて反射する。曲面反射面１１は、振動板５に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、凸状反射面１１ａと凹状反射面１１ｂとが交互に並んで配置された構成を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動子と、振動板とを含み、前記振動子が前記振動板を幅方向に縞状のモードでたわみ振動させることにより発生した超音波を前記振動板から空間へと放射する超音波発生部と、
第１の反射板を含み、前記振動板から放射された超音波を前記第１の反射板により反射して線状に集束させる超音波反射部とを備え、
前記振動板は、前記縞状のモードの各節の間で逆位相のたわみ振動を発生させると共に、各節の間から放射される逆方向の超音波が互いに干渉し合うことで、全体として当該振動板の主面と直交する方向に伝搬する音場を形成しており、
前記第１の反射板は、前記振動板の主面に対向して配置され、且つ、前記振動板との間に形成される内側空間と対向する曲面反射面を有し、前記振動板の主面から前記曲面反射面に向かう方向の超音波を、前記曲面反射面から前記線状に集束される超音波の集束位置に向けて反射し、
前記曲面反射面は、前記振動板に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、凸状反射面と凹状反射面とが交互に並んで配置された構成を有し、
前記凸状反射面から前記集束位置に向けて反射される超音波の位相と、前記凹状反射面から前記集束位置に向けて反射される超音波の位相とが互いに同位相となるように、前記振動板の主面から前記凸状反射面までの距離と、前記振動板の主面から前記凹状反射面までの距離とが設定されていることを特徴とする集束超音波発生装置。

【請求項2】

前記超音波反射部は、前記振動板の主面と前記曲面反射面との間で前記内側空間を前記振動板の幅方向において仕切るように配置された第２の反射板を含み、
前記第２の反射板は、前記内側空間と対向する平面反射面を有し、前記振動板の主面から前記平面反射面に向かう方向の超音波を、前記平面反射面から前記内側空間に向けて反射することを特徴とする請求項１に記載の集束超音波発生装置。

【請求項3】

前記超音波反射部は、前記超音波を曲線状に集束させることを特徴とする請求項１又は２に記載の集束超音波発生装置。

【請求項4】

前記第１の反射板は、前記振動板を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の集束超音波発生装置。

【請求項5】

前記第２の反射板は、前記内側空間を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の集束超音波発生装置。

【請求項6】

前記超音波反射部は、前記内側空間の外側に配置された第３の反射板を含み、
前記第３の反射板は、前記曲面反射面で反射された超音波を前記集束位置とは異なる集束位置に向けて反射することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の集束超音波発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を線状に集束させる集束超音波発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、空中（空気中）に超音波を発生させる場合は、エネルギー効率が極めて低いため、強力な超音波を空中に発生させることは困難である。したがって、空中に強力な超音波を発生させるためには、空中に放射された超音波を何らかの方法で特定の範囲に集束させる技術が必要となる。

【0003】

このような技術として、縞状のモードで励振される矩形たわみ振動板を用いた線集束型の超音波発生装置が開発されている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。この集束超音波発生装置では、振動板から空間に放射される超音波を反射器で反射して線状に集束させるため、空中に強力な超音波を発生させることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−３２７６５６号公報

【特許文献2】特開平１１−９０３３０号公報

【特許文献3】特開２００９−６９０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の集束超音波発生装置では、構造が複雑なため、製造コストが高く、メンテナンスも困難であるなどの実用上の課題があった。

【0006】

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、構造が簡単でありながら、空中に強力な超音波を発生させることができる集束超音波発生装置を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） 本発明の一態様に係る集束超音波発生装置は、振動子と、振動板とを含み、前記振動子が前記振動板を幅方向に縞状のモードでたわみ振動させることにより発生した超音波を前記振動板から空間へと放射する超音波発生部と、第１の反射板を含み、前記振動板から放射された超音波を前記第１の反射板により反射して線状に集束させる超音波反射部とを備える。前記振動板は、前記縞状のモードの各節の間で逆位相のたわみ振動を発生させると共に、各節の間から放射される逆方向の超音波が互いに干渉し合うことで、全体として当該振動板の主面と直交する方向に伝搬する音場を形成する。前記第１の反射板は、前記振動板の主面に対向して配置され、且つ、前記振動板との間に形成される内側空間と対向する曲面反射面を有し、前記振動板の主面から前記曲面反射面に向かう方向の超音波を、前記曲面反射面から前記線状に集束される超音波の集束位置に向けて反射する。前記曲面反射面は、前記振動板に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、凸状反射面と凹状反射面とが交互に並んで配置された構成を有し、前記凸状反射面から前記集束位置に向けて反射される超音波の位相と、前記凹状反射面から前記集束位置に向けて反射される超音波の位相とが互いに同位相となるように、前記振動板の主面から前記凸状反射面までの距離と、前記振動板の主面から前記凹状反射面までの距離とが設定されている。

【0008】

（２） 前記（１）に記載の集束超音波発生装置において、前記超音波反射部は、前記振動板の主面と前記曲面反射面との間で前記内側空間を前記振動板の幅方向において仕切るように配置された第２の反射板を含み、前記第２の反射板は、前記内側空間と対向する平面反射面を有し、前記振動板の主面から前記平面反射面に向かう方向の超音波を、前記平面反射面から前記内側空間に向けて反射する構成であってもよい。

【0009】

（３） 前記（１）又は（２）に記載の集束超音波発生装置において、前記超音波反射部は、前記超音波を曲線状に集束させる構成であってもよい。

【0010】

（４） 前記（１）〜（３）の何れか一項に記載の集束超音波発生装置において、前記第１の反射板は、前記振動板を挟んだ両側に配置されている構成であってもよい。

【0011】

（５） 前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の集束超音波発生装置において、前記第２の反射板は、前記内側空間を挟んだ両側に配置されている構成であってもよい。

【0012】

（６） 前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の集束超音波発生装置において、前記超音波反射部は、前記内側空間の外側に配置された第３の反射板を含み、前記第３の反射板は、前記曲面反射面で反射された超音波を前記集束位置とは別の集束位置に向けて反射する構成であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

以上のように、本発明の一態様によれば、構造が簡単でありながら、空中に強力な超音波を発生させることができる集束超音波発生装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る集束超音波発生装置の一例を示す斜視図である。

【図2】集束超音波発生装置が備える超音波発生部の構成を示す斜視図である。

【図3】縞状のモードで励振される振動板を説明するための模式図である。

【図4】集束超音波発生装置が備える超音波反射部の構成を示す断面図である。

【図5】超音波の反射経路を説明するための模式図である。

【図6】集束超音波発生装置が放射する超音波の音圧分布を示すグラフである。

【図7】超音波の曲線状に集束された集束位置を説明するための模式図である。

【図8】集束超音波発生装置の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。また、以下の説明では、各構成要素を見易くするため、図面において構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

【0016】

［集束超音波発生装置］
先ず、本発明の一実施形態として例えば図１に示す集束超音波発生装置１について説明する。
なお、図１は、集束超音波発生装置１の外観を示す斜視図である。また、図１中に示すｘ軸は、集束超音波発生装置１の幅方向を示し、図１中に示すｙ軸は、集束超音波発生装置１の奥行き方向を示し、図１中に示すｚ軸は、集束超音波発生装置１の高さ方向を示すものとする。

【0017】

集束超音波発生装置１は、図１に示すように、超音波Ｐを発生させる超音波発生部２と、超音波Ｐを反射して線状の集束位置（集束ライン）Ｆへと集束させる超音波反射部３とを備えている。

【0018】

なお、超音波とは、一般的には人間には聞こえない高い周波数の音を指すが、人の可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）であっても聞くことを目的としない音波を指すこともある。

【0019】

（超音波発生部）
次に、超音波発生部２の構成について図１及び図２を参照して説明する。
なお、図２は、超音波発生部２の構成を示す斜視図である。

【0020】

超音波発生部２は、図１及び図２に示すように、振動子４と、振動板５とを含む。超音波発生部２では、振動子４が振動板５を振動させることにより発生した超音波Ｐを振動板５から空間へと放射する。

【0021】

具体的に、振動子４は、例えば圧電素子や磁歪素子、電歪素子などの電気機械変換素子から構成されている。その中でも、強力な超音波Ｐを発生させる振動子４として、ボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ：Bolt-clamped Langevin type Transducer）を好適に用いることができる。なお、振動子４は、図示を省略する電源回路（電源）から供給される電力によって駆動される。

【0022】

振動子４は、エクスポネンシャルホーン６と振動伝達棒７とを介して振動板５と接続されている。エクスポネンシャルホーン６は、振動子４に取り付けられて、この振動子４による振動を増幅させる（振幅を拡大させる）ものである。振動伝達棒７は、エクスポネンシャルホーン６と振動板５との間を連結し、エクスポネンシャルホーン６により増幅された振動を振動板５へと伝達するものである。また、振動子４から振動板５までの距離は、後述する縞状のモードで振動板５を励振させるため、１／２波長（λ／２）の整数倍となるように設定されている。

【0023】

振動板５は、矩形平板状（帯状）のたわみ振動板であり、面内の中心部に振動伝達棒７の先端を取り付けることによって、振動伝達棒７に対して垂直に取り付けられている。振動板５には、後述する縞状のモードで振動するものであれば、その材質について特に限定されるものではなく、例えばチタンやジュラルミンなどの金属板を用いることができる。

【0024】

（超音波の発生原理）
超音波発生部２では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、振動板５を縞状のモードで励振させる。

【0025】

なお、図３（ａ）〜（ｃ）は、縞状のモードで励振される振動板５を説明するための模式図であり、図３（ａ）は、振動板５を共振させたときの一方の位相（プラス(＋)の位相という。）での状態を示し、図３（ｂ）は、振動板５を共振させたときの図３（ａ）とは逆の位相（マイナス(−)の位相という。）での状態を示し、図３（ｃ）は、振動板５を共振させたときの（＋）及び（−）の位相での状態を同時に示す。

【0026】

超音波発生部２では、振動板５を縞状のモードで励振（共振）させると、振動伝達棒７を挟んだ振動板５の幅方向の両側に縞状のたわみ振動が発生する。すなわち、この縞状のモードとは、振動板５に発生するたわみ振動の節が振動板５の幅方向において縞状に並ぶモードのことである。この縞状のモードでは、各節の間隔ｄはたわみ振動の波長λｐの１／２の長さであり、各節の間で逆位相（＋），（−）のたわみ振動を発生させる。これにより、超音波発生部２では、振動板５から空間へと超音波Ｐを効率良く放射させることができる。

【0027】

ここで、振動板５を挟んだ上下両側の空間に放射された超音波Ｐは、振動板５の中心法線（ｚ軸）に対して左右対称に所定の角度θの方向へと伝搬する。なお、この角度θは、超音波Ｐのｚ軸に対して為す角度である。図３（ｃ）では、ｚ軸の上向き方向を＋ｚ方向、ｚ軸の下向き方向を−ｚ方向とし、角度θのｚ軸に対する右回り方向を＋θ方向、角度θのｚ軸に対する左回り方向を−θ方向として表している。

【0028】

振動板５を挟んだ上下両側の空間に放射された超音波Ｐは、各節の間から放射される＋θ方向の超音波Ｐと−θ方向の超音波Ｐとが互いに重なり合いながら干渉し合うことで、全体としてｚ軸方向に伝搬する音場を形成している。したがって、この超音波Ｐは、振動板５を挟んだ両側から上下方向（ｚ軸方向）に向けて放射されていると見なすことができる。但し、このようなｚ軸方向に伝搬する超音波Ｐの波長λｚは、音波伝搬速度及び周波数から定まる本来の超音波Ｐの波長λａとは異なり、λｚ＝λａ／ｃｏｓθとなっている。

【0029】

（超音波反射部）
次に、超音波反射部３の構成について図１及び図４を参照して説明する。
なお、図４は、超音波反射部３の構成を示す断面図である。

【0030】

超音波反射部３は、図１及び図４に示すように、第１の反射板８と、第２の反射板９とを含む。超音波反射部３では、振動板５から放射された超音波Ｐを第１の反射板８及び第２の反射板９により反射して集束位置Ｆに向けて線状に集束させる。

【0031】

具体的に、第１の反射板８は、振動板５を挟んだ上下（ｚ軸方向）の両側に、それぞれ振動板５の主面に対向して２つ配置されている。第２の反射板９は、振動板５及び上下の第１の反射板８を挟んだ左右（ｘ軸方向）の両側に、それぞれ振動板５と第１の反射板８との間に形成される内側空間Ｋを仕切るように４つ配置されている。

【0032】

第１の反射板８及び第２の反射板９には、超音波Ｐを反射するものであれば、その材質について特に限定されるものではなく、例えばアクリル樹脂などの樹脂板を用いることができる。

【0033】

超音波反射部３には、振動板５と第１の反射板８と第２の反射板９とで囲まれた内側空間Ｋのうち、奥行き方向（ｙ方向）の一面が開口した放射口３ａが設けられている。超音波Ｐは、この放射口３ａから内側空間Ｋの外側へと放射される。

【0034】

超音波反射部３は、振動板５から放射された超音波Ｐの放射方向を変換する放射方向変換器としての機能を有している。そして、この放射方向変換器（超音波反射部３）により放射方向が変換された超音波Ｐは、集束位置Ｆにおいて線状に集束された音場を形成する。

【0035】

ここで、超音波反射部３は、振動板５を挟んで第１の反射板８及び第２の反射板９が対称に配置された構成を有している。一方、振動板５の下方に配置された第１の反射板８には、振動伝達棒７を貫通させる貫通孔１０が設けられている。それ以外の第１の反射板８及び第２の反射板９の構成については、振動板５を挟んだ上下両側で同じ構成を有している。したがって、以下の説明では、振動板５の上方に配置された第１の反射板８及び第２の反射板９を例に挙げて説明するものとする。

【0036】

第１の反射板８は、振動板５とほぼ同じ幅を有して、その放射口３ａとは反対側（基端部側）の端縁部が振動板５と近接した状態（非接触状態）で配置され、なお且つ、その放射口３ａ（先端部）側の端縁部が振動板５から離間した状態で配置されている。

【0037】

第１の反射板８の内側空間Ｋと対向する面（内面）には、曲面反射面１１が設けられている。この曲面反射面１１は、凸状反射面１１ａと凹状反射面１１ｂとを含む。凸状反射面１１ａと凹状反射面１１ｂとは、振動板５に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、交互に並んで配置されている。また、凸状反射面１１ａ及び凹状反射面１１ｂは、ｙ軸方向に沿った断面において、それぞれの基端部から先端部に向かって放物線を描くように形成されている。

【0038】

曲面反射面１１では、凸状反射面１１ａから集束位置Ｆに向けて反射される超音波の位相と、凹状反射面１１ｂから集束位置Ｆに向けて反射される超音波の位相とが、互いに同位相となるように、振動板５の主面から凸状反射面１１ａまでの距離ｙ１と、振動板５の主面から凹状反射面１１ｂまでの距離ｙ２とが設定されている。

【0039】

すなわち、上述したように振動板５からは各節の間で逆位相（＋），（−）のたわみ振動が発生する。このため、振動板５から凸状反射面１１ａに向かう超音波Ｐ１（図４中に破線で示す。）の位相と、振動板５から凹状反射面１１ｂに向かう超音波Ｐ２（図４中に実線で示す。）の位相とは、互いに逆位相となっている。

【0040】

したがって、凸状反射面１１ａで反射される超音波Ｐ１と、凹状反射面１１ｂで反射される超音波Ｐ２とを互いに同位相で集束位置Ｆに入射させるためには、凸状反射面１１ａと凹状反射面１１ｂとの間に段差ｈ（＝ｙ２−ｙ１）を設けることが望ましい。

【0041】

（超音波の反射原理）
ここで、第１の反射板８によって反射される超音波Ｐ１，Ｐ２の反射経路について、図５を参照して説明する。
なお、図５は、超音波Ｐ１，Ｐ２の反射経路を説明するための模式図である。また、図５中において、超音波Ｐ１の反射経路を破線で示し、超音波Ｐ２の反射経路を実線で示すものとする。

【0042】

超音波反射部３では、図５に示すように、第１の反射板８によって、振動板５の主面から曲面反射面１１（凸状反射面１１ａ及び凹状反射面１１ｂ）に向かう方向の超音波Ｐ１，Ｐ２を、それぞれ曲面反射面１１から集束位置Ｆに向けて反射（集束）することできる。また、凸状反射面１１ａと凹状反射面１１ｂとの間にｚ軸上において波長λｚの１／４に相当する段差ｈを設ける。このとき、超音波Ｐ１と超音波Ｐ２との間には、振動板５から集束位置Ｆまでの伝搬経路長において、波長λｚの１／２に相当する差が生じる。これにより、凸状反射面１１ａで反射される超音波Ｐ１と、凹状反射面１１ｂで反射される超音波Ｐ２とを互いに同位相の関係で集束位置Ｆに入射させることができる。

【0043】

第２の反射板９は、図１及び図４に示すように、振動板５及び第１の反射板８の内側空間Ｋを挟んだ左右の両側をそれぞれ覆うように配置されている。また、第２の反射板９は、その振動板５に沿った端縁部が振動板５と近接した状態（非接触状態）で配置され、なお且つ、その第１の反射板８に沿った端縁部が第１の反射板８と接触した状態で配置されている。

【0044】

すなわち、超音波反射部３では、振動板５からのたわみ振動が第１の反射板８及び第２の反射板９に伝わらないように、第１の反射板８及び第２の反射板９が振動板５とは非接触な状態で配置されている。一方、超音波反射部３では、第１の反射板８と第２の反射板９とを一体に形成することができる。なお、超音波発生部２及び超音波反射部３は、図示を省略するフレーム等に固定されることによって、互いの位置関係が保持されている。

【0045】

第２の反射板９は、振動板５に発生するたわみ振動の腹の位置に合わせて配置されている。すなわち、この第２の反射板９は、振動板５に発生するたわみ振動の腹の中央位置から振動板５の主面に対して垂直な方向に延長して設けられている。

【0046】

また、第２の反射板９の内側空間Ｋと対向する面（内面）には、平面反射面１２が設けられている。この平面反射面１２は、振動板５の主面及び第２の反射板９の曲面反射面１１に対して垂直な面である。

【0047】

ところで、上述した振動板５の主面から放射される超音波Ｐは、図３（ｃ）に示すように、振動板５の中心法線（ｚ軸）に対して左右対称に所定の角度θの方向へと伝搬する。したがって、この超音波Ｐは、各節の間から放射される＋θ方向の超音波Ｐと−θ方向の超音波Ｐとが互いに重なり合いながら干渉し合うことで、振動板５の幅方向（ｘ軸方向）において不均一な音圧分布の音場を形成している。

【0048】

従来の集束超音波発生装置では、このような超音波の音圧分布を振動板の幅方向において均一化するため、振動板に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、複数の仕切板を各節の間に配置した構成となっている（上記特許文献１〜３を参照。）。この構成の場合、各節の間から放射される超音波を各仕切板の間で反射させることによって、超音波の音圧分布を振動板の幅方向において均一化している。しかしながら、この構成の場合、構造が複雑なため、製造コストが高く、メンテナンスも困難である。

【0049】

これに対して、本実施形態の集束超音波発生装置１では、図４に示すように、第２の反射板９によって、振動板５の主面から平面反射面１２に向かう斜め方向の超音波Ｐ３を、平面反射面１２から内側空間Ｋに向けて反射する。この構成の場合、平面反射面１２で反射された超音波Ｐ３と、平面反射面１２に向かう超音波Ｐ３とが互いに重なり合いながら干渉し合うことで、振動板５の主面から放射される超音波Ｐの音圧分布を振動板５の幅方向において均一化することが可能である。

【0050】

ここで、本実施形態の集束超音波発生装置１が放射する超音波Ｐのｘｚ面内における音圧分布を測定した結果を図６に示す。
なお、本測定では、振動子４の駆動周波数を５０．８ｋＨｚとし、振動板５として、寸法が８６．５×１６７．５×２（単位：ｍｍ）のジュラルミン製の矩形板を用いた。この場合、振動板５に発生するたわみ振動の節の数は１８本であり、各節の間隔ｄは９．５７ｍｍであった。

【0051】

図６に示すように、振動板５に発生するたわみ振動の節の位置に合わせて、振動板５からは逆位相の超音波Ｐ１，Ｐ２が放射されることになるが、本実施形態の集束超音波発生装置１では、振動板５に発生するたわみ振動の腹の位置に合わせて第２の反射板９を配置することで、隣り合う超音波Ｐ１，Ｐ２の音圧分布を均一化することが可能である。

【0052】

したがって、本実施形態の集束超音波発生装置１では、このような均一な音圧分布を有する超音波Ｐ１，Ｐ２を第１の反射板８により反射し、集束位置Ｆにおいて線状に集束されることによって、空中に強力な超音波Ｐを発生させることが可能である。

【0053】

また、本実施形態の集束超音波発生装置１では、従来のような縞状のモードの各節の間に配置される複数の仕切板を不要とすることで、構造を簡略化することができ、メンテナンスも容易となる。

【0054】

なお、上述した超音波Ｐのｘｚ面内における音圧分布の測定において、第２の反射板９をたわみ振動の腹の中央位置から幅方向にずらすに従って、内側空間Ｋの両端付近で音圧値が徐々に低下する現象が見られた。同時に、内側空間Ｋの他の位置で音圧値の上昇が見られた。したがって、第２の反射板９については、たわみ振動の腹の中央位置に合わせて配置することが、超音波Ｐの音圧分布を振動板５の幅方向において均一化する上で、最も好ましい。

【0055】

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0056】

例えば、本実施形態では、図７に示すように、超音波Ｐを集束位置Ｆ’に向けて曲線状に集束させることも可能である。なお、図７は、超音波Ｐの曲線状に集束された集束位置Ｆ’を示す模式図である。また、図７には、参考として直線状の集束位置Ｆを併せて示している。

【0057】

超音波Ｐを曲線状に集束させる場合は、第１の反射板８の幅方向において曲面反射面１１を構成する凸状反射面１１ａ及び凹状反射面１１ｂの形状に変更を加えながら、凸状反射面１１ａで反射される超音波Ｐ１が集束される集束位置Ｆ１と、凹状反射面１１ｂで反射される超音波Ｐ２が集束される集束位置Ｆ２とを漸次ずらしていく。これにより、全体として超音波Ｐを曲線状の集束位置Ｆ’に集束させることができる。

【0058】

また、本実施形態では、図８に示すように、上記集束超音波発生装置１の構成に変更を加えることができる。なお、図８は、図１に示す集束超音波発生装置１の変形例を示す斜視図である。

【0059】

図８に示す集束超音波発生装置１は、超音波反射部３が第１の反射板８及び第２の反射板９に加えて第３の反射板１３を含む構成である。この第３の反射板１３は、内側空間Ｋの外側に配置されて、放射口３ａから放射された超音波Ｐを上記集束位置Ｆとは異なる集束位置Ｆ''に向けて反射する。

【0060】

集束超音波発生装置１では、このような第３の反射板１３を配置することによって、超音波Ｐが集束される集束位置Ｆ''を変更することができる。なお、第３の反射板１３は、第１の反射板８と一体に形成されていてもよく、第１の反射板８とは別体に形成されていてもよい。

【0061】

また、本実施形態では、図示を省略するものの、１つの振動板５に対して複数の振動子４をエクスポネンシャルホーン６及び振動伝達棒７を介して接続した構成とすることも可能である。この場合も、振動板５に発生するたわみ振動の腹の位置に合わせて第２の反射板９を配置すればよい。

【0062】

また、本実施形態では、複数の超音波発生部２を並べて配置した構成とすることも可能である。この場合、複数の超音波発生部２毎に複数の超音波反射部３を並べて配置した構成や、複数の超音波発生部２に対して複数の超音波反射部３を一体化したものを配置した構成とすることが可能である。さらに、本実施形態では、複数の集束超音波発生装置１を並べて配置した構成とすることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0063】

以上のように、本実施形態の集束超音波発生装置１は、強力な線集束型の超音波音源として極めて有用である。また、本実施形態の集束超音波発生装置１は、非接触方式による付着物の除去や、消泡、乾燥など、特に製造ラインに組み込む場面に好適に用いることが可能である。

【符号の説明】

【0064】

１…集束超音波発生装置 ２…超音波発生部 ３…超音波反射部 ３ａ…放射口 ４…振動子 ５…振動板 ６…エクスポネンシャルホーン ７…振動伝達棒 ８…第１の反射板 ９…第２の反射板 １０…貫通孔 １１…曲面反射面 １１ａ…凸状反射面 １１ｂ…凹状反射面 １２…平面反射面 Ｋ…内側空間 Ｆ…集束位置 Ｐ…超音波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】