JP2002262383A - 超音波振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型高出力で製造コストの低減を図った、異
方向性の指向特性を有する超音波振動子を提供する。 【解決手段】超音波振動子において、振動板２は、金属
よりなり、振動部４と振動支持部５とから構成されてい
る。振動部４は一面が超音波送受信面４ａとして形成さ
れ、振動支持部５は振動部４の外縁の対向する２辺から
配設面４ｂ側に向けて延設されている。更に、前記振動
支持部５がこれに周設する金属製支持部材６と連結した
構造を有するので、側面部１ｃ近傍の振動が抑えられる
ことで振動が圧電素子７の配設された振動部４に集中
し、その結果出力音圧を向上することができる。更に、
超音波の発振終了後に、側面部１ｃに残留する機械的振
動エネルギーが小さくなるため残響が短くなり、反射波
の受信精度が向上して応答性能を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を発振する
と共に障害物からの反射波を受信して障害物の存在を検
知する、車載用等として用いられる超音波センサに適用
できる超音波振動子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車載用の障害物検知を行う超音波
センサとしては、超音波センサから超音波を空気中に発
振し、検知対象物等の障害物に反射させて、その反射波
を超音波センサで受信し、その受信信号の処理を行い、
警報等を発するような構成になっているものがある。

【０００３】このような超音波センサの取付状態を図２
１に示す。この超音波センサ１３は自動車１４のバンパ
ー１５に取付けられている。ここで、バンパー１５周辺
に存在する自動車１４の移動の支障となる障害物を検知
すると共に、路面等の、自動車１４の移動の支障となら
ないものを検知しないようにするためには、路面に対し
て水平方向に広く、鉛直方向に狭い検知エリアを有する
超音波センサ１３を使用する必要がある。

【０００４】このような、路面に対して水平方向に広
く、鉛直方向に狭い異方向性の指向特性を有する超音波
センサ１３のための超音波振動子については、既に、本
願出願人の先願(特開２００１−７８２９６号)に開示さ
れている。この超音波振動子の構成の要部を２２(ａ)、
(ｂ)に示す。 (ａ)は断面図、(ｂ)は動作時の断面図で
ある。この超音波振動子は、一端面が開口すると共に他
端面が閉塞面１６ａであるケース体１６の閉塞面１６ａ
の内面側に圧電素子７を配設し、この閉塞面１６ａにて
発生される超音波の異方向性の指向特性を有し、ケース
体１６を、金属製の板材から形成された閉塞面１６ａの
縦横の長さの比を調整することが可能である金属ケース
１７と、合成樹脂材からなる樹脂ケース１８とで構成し
たものである。またこの超音波振動子の作製にあたって
は、金属ケース１７のための金属製の板材の加工には鍛
造工程や切削工程が不要であるため、金属ケース１７を
安価且つ容易に形成し得るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の超音波
振動子は金属ケース１７の部分が板材により構成される
ため、図２２（ｂ）に示すように、ケース体１６の内側
の内周面付近の、閉塞面１６ａと垂直な領域である側面
部１６ｂの強度が弱く、この側面部１６ｂが圧電素子７
を配設した閉塞面１６ａの振動に追従して振動するもの
であった。このため、機械的な振動エネルギーが閉塞面
１６ａから側面部１６ｂへと分散し、閉塞面１６ａの振
動エネルギーは閉塞面１６ａのみが振動する場合よりも
小さくなるものであった。

【０００６】また、図２２（ａ）に概念的に示すよう
に、圧電素子７が接続されている回路は負荷抵抗１９を
有するものであり、圧電素子７の振動による閉塞面１６
ａからの超音波の発振終了後にケース体１６に残留した
機械的残留エネルギーは大部分が閉塞面１６ａに配設さ
れた圧電素子７によって電気的エネルギーに変換され、
負荷抵抗１９によって熱として消費されるが、機械的振
動エネルギーが圧電素子７の配設された閉塞面１６ａ以
外の部分に分散している場合は、超音波の発振終了後に
機械的残留エネルギーが消費されにくくなり、残響が長
くなって反射波の受信精度が悪化し、超音波振動子の応
答性が悪くなるものであった。

【０００７】更に、超音波振動子を自動車１４のバンパ
ー１５に取付ける際に、取り付け治具によって超音波振
動子に及ぼされる応力により、側面部１６ｂが容易に変
位し、その結果、超音波振動子の振動特性が変化するお
それがあった。

【０００８】上記の点を改良するために例えば、本願出
願人の先願(特願２０００−３００８８４号)においては
図２３（ａ）乃至図２３（ｃ）に示すように高剛性の充
填材１１を振動子内部に挿入、接着する方法が提案され
ているが、部品点数、接着工程等の増加により、性能の
バラツキが増え、また超音波振動子の製造コストが高く
なる等の問題があった。

【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、異方向性の指向特性を有する超音波振動子の安定
した振動特性を確保しつつ、更に、小型高出力で、製造
コストの低減を図った超音波振動子を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明の超音波振動子にあっては、相
互に線対象の関係にある二つの端縁を有する略均一な厚
みの金属板よりなる振動部と、前記振動部の重心を含
み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁と直交する平面
に対して面対称の関係を有し、前記振動部の外縁の相互
に対向する二辺から同一方向に延設された振動支持部
と、前記振動部の前記振動支持部を有する側の面に配設
される圧電素子とを少なくとも備えた超音波振動子にお
いて、前記振動支持部がこれに周設する支持部材と連結
した構造を有することを特徴とするものである。

【００１１】請求項２に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、相互に線対象の関係にある二つの端縁を有する略
均一な厚みの金属板よりなる振動部と、前記振動部の重
心を含み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁と直交す
る平面に対して面対称の関係を有し、前記振動部の外縁
の相互に対向する二辺から同一方向に延設された支持部
材と、前記振動部の前記支持部材を有する側の面に配設
される圧電素子とを少なくとも備えた超音波振動子にお
いて、前記支持部材が、前記振動部の外縁の相互に対向
する二辺において、前記振動部で橋絡された環状構造を
有することを特徴とするものである。

【００１２】請求項３に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１記載の超音波振動子において、前記振動
支持部がこれを包囲する環状の前記支持部材と接合され
たことを特徴とするものである。

【００１３】請求項４に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１記載の超音波振動子において、前記振動
支持部が環状の前記支持部材と一体として形成されたこ
とを特徴とするものである。

【００１４】請求項５に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超音波
振動子において、前記支持部材を前記振動部を構成する
金属板よりも縦弾性率の大きい金属材料で構成すること
を特徴とするものである。

【００１５】請求項６に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項５記載の超音波振動子において、前記支持
部材を鉄を主成分とする金属材料で構成し、前記振動部
をアルミニウムを主成分とする金属材料で構成すること
を特徴とするものである(ここで、鉄を主成分とする金
属材料とは、鉄を５０重量％以上含有する金属材料をい
い、アルミニウムを主成分とする金属材料とは、アルミ
ニウムを５０重量％以上含有する金属材料をいう。)。

【００１６】請求項７に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超音波
振動子において、前記支持部材が前記対向する二辺と平
行且つ前記振動部と直交する外形平面を有することを特
徴とするものである。

【００１７】請求項８に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項７記載の超音波振動子において、前記支持
部材の前記外形平面を有する部位を前記支持部材の他の
部分よりも肉厚に構成することを特徴とするものであ
る。

【００１８】請求項９に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の超音波
振動子において、前記支持部材が上部開放端縁を備え、
該上部開放端縁を前記振動板と略同じ高さに構成するこ
とを特徴とするものである。

【００１９】請求項１０に係る発明の超音波振動子にあ
っては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の超音
波振動子において、前記支持部材が、少なくとも１種類
の液晶ポリマーを含んでなる樹脂成形材料で、完全に覆
われることを特徴とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づき説明する。なお、本発明の超音波振動子
は、下記の実施形態にのみ限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え
得ることは勿論である。

【００２１】本実施形態に係る超音波振動子の基本構成
を、図１乃至図３により説明する。図１は請求項１に係
る超音波振動子の要部を示すもので、(ａ)は振動支持部
を有しない方向に切断した断面図、(ｂ)は振動支持部を
有する方向に切断した断面図である。図２は本発明に係
る超音波振動子の製造プロセスの一部を示すもので、振
動板と支持部材の連結、成形を逐次的に示す図である。
図３は本発明に係る超音波振動子の製造プロセスの一部
を示すもので、(ａ)は振動板と支持部材との連結の一例
を示す図であり、(ｂ)は振動板と前記と異なる形状の支
持部材との連結の例を示す図である。ケース体１は、図
２に示す様に金属製振動板２と合成樹脂製樹脂ケース３
とを含んで構成されている。振動板２は、アルミニウム
を主成分とする金属材料よりなり、振動部４と振動支持
部５とを含んで構成されている。振動部４は相互に線対
象の関係にある二つの端縁４ｃを有する略均一な厚みの
金属板よりなるものであり、ここでは、厚みがほぼ均一
な矩形状の板状に形成され、一面が超音波送受信面４ａ
として形成されており、また他面は圧電素子７が配設さ
れる配設面４ｂとして形成されている。振動支持部５は
前記振動部４の重心を含み、且つ前記振動部４及び前記
二つの端縁４ｃと直交する平面に対して面対称の関係を
有し、前記振動部４の外縁の相互に対向する二辺から同
一方向に延設されたものであり、ここでは振動部４の外
縁の対向する二辺から配設面４ｂ側に向けて延設されて
いる。一方、残りの二辺は、振動支持部５と直接には接
続されていない非接続部４ｃ即ち、前記の二つの端縁と
してそれぞれ形成されている。また他の対向し合う一対
の辺は振動部４と振動支持部５とが接続された接続部４
ｄとしてそれぞれ形成されている。即ち、本実施形態に
おいては、振動部４の外縁に沿って交互に形成された非
接続部４ｃと接続部４ｄとが、非接続部４ｃ同士の並び
方向と接続部４ｄ同士の並び方向とが略直交するように
配置されているものである。

【００２２】図２に示す様に、環状形状の支持部材６は
振動板２の振動支持部５を両側から挟むように一体化し
てインサート部材２３を形成し、これを制振性に優れた
合成樹脂の円筒状の樹脂ケース３と同時成形される。ま
た、後で圧電素子７を配設する際に、不都合を生じない
ように樹脂ケース３の成形時に、振動部４の配設面４ｂ
に成形材料樹脂が回り込まないように配慮する必要があ
る。振動板２の振動部４は樹脂ケース３の前面側の開口
部を塞ぐと共に振動部４の超音波送受信面４ａが樹脂ケ
ース３の前面と略面一になるように形成され、ケース体
１の閉塞面１ｂを構成する。また、支持部材６は、金属
材料よりなり、環状形状にて構成されるが、図３(ａ)に
おいて参照符６に示すような略楕円形のものでも、図３
(ｂ)において参照符６ａに示すような多角形のものでも
よく、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら限定は
されない。

【００２３】超音波振動子の振動部４の一対の非接続部
４ｃは樹脂ケース３により固定されており、撓みやすく
なっている一方、一対の接続部４ｄは金属製の振動支持
部５及びこれと連結した支持部材６により固定されてい
る。圧電素子７は、振動部４の配設面４ｂに接着剤にて
固着、配設されている。また金属ケース２の振動支持部
５にはリード線８が、圧電素子７の配設面４ｂに接続さ
れていない側の面にはリード線９が接続されている。

【００２４】また、樹脂ケース３内部には、フェルト等
にて形成された吸音材１０が配設されており、この吸音
材１０は、圧電素子７の振動部４とは反対側に、圧電素
子７から僅かに離間させた状態で配置されている。

【００２５】また、図１に示すように、樹脂ケース３に
は、吸音材１０の表面から開口端１ａに亘って、樹脂か
らなる充填材１１が充填されており、これによりケース
体１の内部が樹脂にて封止されている。この樹脂からな
る充填材１１としては、時間の経過と共に硬化する樹脂
を用いることができ、例えばシリコン樹脂を用いること
ができる。

【００２６】このようにして構成される超音波振動子
は、リード線８、９間にパルス電圧を印加し、またリー
ド線８、９間に発生する電圧を測定する制御回路を接続
することにより、超音波センサとして構成することがで
きる。そしてリード線８、９間にパルス電圧を印加する
と圧電素子７が振動し、それに従って振動部４が振動し
て超音波を発振する。また、この振動部４から発振した
超音波が障害物等に当たって反射し、この反射波が振動
部４の超音波送受信面４ａに当たると、振動部４が振動
し、それに応じて圧電素子７が振動する。このとき圧電
素子７内に起電力が発生するものであり、リード線８、
９間の起電力を検知することにより、障害物の有無を検
知することができる。

【００２７】図４は本発明に係る超音波振動子の使用形
態の一例を示す図である。即ち、このような超音波振動
子を自動車のバンパー等の、取付対象物に取付ける場合
は、振動子を超音波センサハウジングに収め、取付対象
物に形成した開口部１２においてケース体１の閉塞面１
ｂが外部に露出するように配設する。このとき特に車載
用として超音波振動子を自動車のバンパー等に配設する
場合は、ケース体１の閉塞面１ｂを水平面に対して略垂
直に配置すると共に、振動部４における一対の非接続部
４ｃが水平方向に配置され、一対の接続部４ｄが鉛直方
向に配置される。

【００２８】超音波振動子から超音波を発振する場合、
振動部４における水平方向（一方の接続部４ｄから他方
の接続部４ｄへと向う方向）の振動モードは単純な撓み
振動であるが、鉛直方向（一方の非接続部４ｃから他方
の非接続部４ｃへと向う方向）の振動モードは、非接続
部４ｃが樹脂ケース３に固定され、樹脂により支持され
るために撓みやすくなっているので、水平方向の振動モ
ードに比べて平面振動が大きくなるものであり、振動部
４を厚みが略均一な平板状に形成したとしても、振動部
４に略鞍状の振動モードを発生させることができる。そ
の結果、振動部４の振動により発生する超音波の発振方
向は、水平方向に比べて鉛直方向に広がらずに鋭くな
り、振動部４から発振される超音波には、全体として水
平方向には広がるが、鉛直方向への広がりが狭くなる異
方向性を持つ指向性が付与される。それに従って、超音
波振動子の検知エリアは、水平方向に広く、垂直方向に
狭いものとなるものであり、しかも超音波の送波出力が
向上されるものである。そのため、このような超音波振
動子を例えば、車載用として用いると、路面等の自動車
の移動の支障とならないものを検知しないようにするこ
とができるものである。

【００２９】また超音波振動子から発振される超音波自
身が異方向性を持つ指向性を有するため、超音波振動子
からの超音波の発振方向である前方に超音波に指向性を
付与するためのホーン等を設ける必要がなく、超音波振
動子の前方に窪み等を形成せずに超音波振動子を直接外
部に露出させることができるものであり、超音波振動子
の前方に雨水、雪、埃等の異物が溜ることを防ぎ、この
ような異物によって超音波振動子の障害物を検知できる
検知エリアが変化したり、障害物が存在しないにもかか
わらず、障害物があるかのように報知してしまうという
ような誤動作を防ぐことができるものである。

【００３０】また、超音波振動子を取付対象物に取付け
た状態において、ケース体１の閉塞面１ｂを取付対象物
の表面と面一になるように配設することができ、ホーン
等が取付対象物の表面から突出したり、開口が外部に露
出するようなことがなく、取付状態における外観を向上
することができるものである。

【００３１】また、このように構成された超音波振動子
では、充填材１１によってケース体１の開口端１ａが閉
塞されることにより、超音波振動子の防水性を向上し、
防滴仕様の超音波センサを得ることができる。また圧電
素子７を振動させて超音波を発振させる際に、図１に示
される振動支持部５の支持部材６の内周面付近の領域
（以下、側面部１ｃという）が支持部材６によって高剛
性に固定されることで圧電素子７が配設された閉塞面１
ｂに振動エネルギーが集中し、出力音圧が大きくなるも
のである。また、圧電素子７の振動を停止させて超音波
振動子の駆動を終了した後に、超音波振動子に残留する
機械的振動エネルギーが圧電素子７によって電気エネル
ギーに変換されて、圧電素子７に接続された回路の負荷
抵抗１９(図示せず)によって熱として消費される際に、
圧電素子７が配設された閉塞面１ｂにケース体１の振動
が集中することにより、機械的振動エネルギーが圧電素
子７によって効率よく電気エネルギーに変化され、更に
負荷抵抗によって消費されることとなる。その結果、超
音波振動子の振動が速やかに減衰されることとなって残
響が短くなり、反射波の受信精度が向上して超音波振動
子の応答性が向上するものである。

【００３２】また、側面部１ｃの剛性は環状の支持部材
６により確保し、従来のように剛性部材をケース体１内
に詰めて接着する必要はなくなり、構造の簡略化が可能
となる。よって、製造コストの低減を図ることができ
る。また、支持部材６は高剛性の金属材料により構成す
ることが可能であるために、厚みが薄くても所定の剛性
を確保することができ、ケース体１の高さを低く構成で
きる。

【００３３】図５及び図６に振動板２と支持部材６及び
両者の連結のバリエーションを示す。即ち、既に、図２
及び図３において示した様にケース体１は環状形状の支
持部材６により振動板２の振動支持部５を両側から挟む
ように一体化してインサート部材２３を形成し、これを
合成樹脂の円筒状の樹脂ケース３と同時成形して形成可
能であるが、振動板２と支持部材６の連結の形態はこれ
に限定されるものではない。図５において (ａ)は、振
動板２を支持部材６の底面にて接合した場合の断面図、
(ｂ)は、振動板２を支持部材６の底面及び側面にて接合
接合した場合の断面図、(ｃ)は、振動板２ａを支持部材
６の上面にて接合した場合の断面図であり、図中、接合
箇所は破線で示した部分２０、２１、２２である。即
ち、接合箇所が上記２０、２１、２２のいずれでも側面
部１ｃ近傍の振動が抑えられることで振動が圧電素子７
の配設された振動部４に集中し、その結果出力音圧を向
上することができるのである。図６は本発明に係る超音
波振動子の上記図２及び図３において示したものとは異
なる製造プロセスの一部を示すものであり、前記図５
(ｃ)の振動板２ａと支持部材６の連結の形態に対応する
ものである。この場合も、図２に示す場合と同様にイン
サート部材２３を形成し、これを合成樹脂の円筒状の樹
脂ケース３と同時成形してケース体１を形成するという
ものである。上記のいずれの場合においても、材料構成
については、例えば、振動板２をアルミニウムを主成分
とする金属材料(アルミニウム系金属材料)で構成する場
合、支持部材６は振動板２と同一材料であるアルミニウ
ムを主成分とする金属材料でも、アルミニウムを主成分
とする金属材料よりも縦弾性率が高く、鉄を主成分とす
る高剛性の金属材料(鉄系金属材料)であるステンレス材
料、ＳＰＣＣ等の異なる材料ででも構成できる。接合方
法については、振動板２と支持部材６が、双方ともアル
ミニウムを主成分とする金属材料の場合は超音波溶着、
抵抗溶接等にて接合し、上記したような別材料の場合は
アルミ半田、レーザー溶接、カシメ、接着等の異種金属
でも接合可能な方法を用いて接合される。接合個所は図
５に示すように支持部材６の底面、側面、上面いずれも
可能であり、それぞれの接合個所に応じて最適の接合方
法により接合できる。

【００３４】振動板２をアルミニウムを主成分とする金
属材料で構成する場合、振動板２は板材をプレスにより
打ち抜き、曲げることにより好適に形成できる。この場
合、超音波振動子の重要な振動特性である共振周波数は
振動板２の振動部４の板厚に依存し、振動部４の板厚は
母材である板材の板厚を管理することにより共振周波数
の個体間誤差を低減することができる。また、振動板
２、支持部材６ともにアルミニウムを主成分とする金属
材料により形成した場合は、支持部材６と振動板２の接
合を超音波溶着、抵抗溶接等加工時間が短く、接合状態
の安定した方法によることが可能となり、低コストにて
安定して製造が可能となる。

【００３５】一方、支持部材６を振動板２とは別材料で
あるステンレス材料、ＳＰＣＣ材料等の鉄を主成分とす
る金属材料により形成した場合は、材料の縦弾性係数が
大きいために、支持部材６の厚みを薄くしても、その剛
性を充分に確保でき、樹脂ケース３の振動部４に垂直な
方向の高さを低く構成できる。このことにより、超音波
振動子の高さを低く押さえ、超音波センサを小型化し
て、奥行きを押さえることが可能となり、車載用の超音
波センサとして応用した場合、取り付けの際、バンパ−
奥行きに対して寸法的余裕を確保することができる。

【００３６】以下、請求項２に係る発明の実施の形態を
説明する。図７乃至図９、図１１、図１２及び図１４乃
至図１６は図６に示した超音波振動子と同様にして形成
できる超音波振動子を示すものである。即ち、図７及び
図８に示したものは、図６に示したものと比較するとイ
ンサート部材２３の振動支持部５が完全に支持部材６と
一体化した構造を有するが、かかる場合も、振動板２が
これに周設する支持部材６と連結した構造を有するの
で、振動が圧電素子７の配設された前記振動板２に集中
し、その結果出力音圧を向上することができ、また、超
音波の発振終了後に、残響が短くなり、反射波の受信精
度が向上して応答性能を向上できるという本願独自の効
果を得ることができる。これに加えて、図７に示したも
のは、支持部材６を既製円筒パイプで製造でき、又、図
８に示したものも、支持部材６を板材の曲げ加工で製造
できるため、量産が容易で合理化要請にも寄与し得ると
いうものである。

【００３７】更に、図９に示したものは、出力音圧及び
応答性能の向上が得られる点では、上記と同様である
が、環状支持部材６が、図１０に示すような直線外周部
２４ａを備えた横断面形状を有するものであり、インサ
ート部材２３の形成後、環状支持部材６が振動板２の対
向する二辺である接続部４ｄと平行且つ振動部４と直交
する外形平面２５ａを有することを特徴とするので、成
形後の対応するケース体１も同様の外形平面２６ａを有
する成形体とすることが可能となり、このケース体１の
外形平面２６ａを手掛かりに、超音波センサの方向を正
しく取付けることができ、ひいては、超音波センサの有
する指向特性を確実に発揮させ得るというものである。

【００３８】一方、図１１に示したものも、インサート
部材２３の形成後、環状支持部材６が同様な外形平面２
５ｂを有する点では、上記図９に示したものと共通する
が、独立した振動支持部５を有する点では、寧ろ上記図
６に示したものと共通するといえる。出力音圧及び応答
性能の向上に加えて、ケース体１の外形平面２６ｂを手
掛かりに、超音波センサの方向を正しく取付けることが
できる点は、図９に示したものと同様である。

【００３９】図１２に示したものは、インサート部材２
３の形成後の形態が、図９に示したものと類似するが、
環状支持部材６が図１３に示すように、直線外周部２４
ｃを備えた横断面形状を有することに加えて、直線外周
部２４ｃを有する部位、即ち、環状支持部材６の外形平
面２５ｃを有する部位が、環状支持部材６の他の部分よ
りも肉厚に構成されている。その結果、前記環状支持部
材６の剛性を一層高めることができ、図９に示したもの
よりも、出力音圧及び応答性能の向上という本願独自の
効果が、一段と増強されるというものである。

【００４０】図１４乃至図１６に示したものは、インサ
ート部材２３の形成後の環状支持部材６の上部開放端縁
２７を前記振動板２と略同じ高さに構成するものであ
る。

【００４１】図１７は、かかる構成を有するインサート
部材２３を樹脂ケース３と同時成形して形成したケース
体１の断面図であり、図１８は、環状支持部材６の上端
部を均一な高さで構成した場合の図１７に対応する断面
図である。環状支持部材６の上端部を均一な高さで構成
した場合は、図１８(ａ)の振動板２の端縁４ｃと相対す
る樹脂部２８が、図１７(ａ)の対応する樹脂部２８より
も大きくなる。その結果、図１８に示した超音波センサ
では、超音波センサの振動モード変化による指向特性の
温度依存性、共振周波数等の温度依存性が大きく、安定
したセンサ特性を確保し難いという問題点を有すること
となる。即ち、樹脂材料は金属材料と比較して弾性率の
温度依存性が大きく、樹脂部２８が大きい図１８に示し
た超音波センサでは、相対的に、指向特性及び共振周波
数等の温度依存性が大きいからである。逆に、インサー
ト部材２３の形成後の環状支持部材６の上部開放端縁２
７を振動板２と略同じ高さに構成することにより、樹脂
部２８を小さくした図１７に示す超音波センサでは、指
向特性及び共振周波数等の温度依存性低減でき、安定し
たセンサ特性を確保し得ることとなる。

【００４２】かかるセンサ特性の向上を図った本発明に
係る超音波振動子の内、図１４に示したものは、性能面
の向上に加えて、支持部材６を既製円筒パイプで製造で
きるため、量産が容易で合理化要請にも寄与し得るとい
うものである。

【００４３】更に、図１５に示したものは、支持部材６
が、均一の厚みをもって構成されており、均一な厚みを
有する板材の曲げ加工で製造できるため、量産が容易で
合理化要請にも寄与し得ることに加えて、環状支持部材
６が振動板２の対向する二辺である接続部４ｄと平行且
つ振動部４と直交する外形平面２５を有し、成形後の対
応するケース体１も同様の外形平面２６を有する成形体
とできるので、このケース体１の外形平面２６を手掛か
りに、超音波センサの方向を正しく取付けることがで
き、ひいては、超音波センサの有する指向特性を確実に
発揮させ得るというものである。

【００４４】図１６に示したものは、インサート部材２
３の形成後の形態が、図１５に示したものと類似する
が、環状支持部材６の外形平面２５を有する部位が、環
状支持部材６の他の部分よりも肉厚に構成されている。
その結果、前記環状支持部材６の剛性を一層高めること
ができ、図１５に示したものよりも、出力音圧及び応答
性能の向上という本願独自の効果が、一段と増強される
というものである。更に、この場合、環状支持部材６を
鍛造により製造することが可能であり、量産が容易で合
理化要請にも寄与し得るという利点を併せ持つこととな
る。

【００４５】図１９は振動板と支持部材の上記と更に異
なる製造プロセスの一部を示すものである。これは、例
えば、アルミニウムを主成分とする金属材料よりなる振
動板２ｂと支持部材６ｂが、鍛造、ダイキャスト、削り
だし等の製造方法により一体的に加工、形成されるとい
うものである。従って、この場合、支持部材と振動板を
接合する必要がなく、そのまま、この振動板２ｂと支持
部材６ｂとを一体化したものをインサート部材２３とし
て合成樹脂の円筒状の樹脂ケース３と同時成形してケー
ス体１を形成することができ、接合部の個体差による特
性の個体間誤差をなくすことができるという利点があ
る。

【００４６】図２０は、インサート部材２３を樹脂ケー
ス３と同時成形して形成したケース体１において、支持
部材６が、樹脂成形材料で、完全に覆われた実施形態を
示す断面図である。即ち、図１では、支持部材６が、樹
脂ケース３に、完全に覆われることなく、部分的に露出
しているのと対照的である。この場合、樹脂ケース３を
形成する樹脂成形材料として、少なくとも１種類の液晶
ポリマーを含んでなる樹脂成形材料を使用すると、液晶
ポリマーの制振特性により支持部材の残留振動を、更
に、速やかに、効率よく減衰させることができるという
ものである。使用可能な液晶ポリマーとしては、上記課
題解決に寄与する限りにおいて、特に限定は無いが、例
えば、芳香族ポリエステル型のもの等が好適に使用でき
る。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明の超音波振動子にあっては、相
互に線対象の関係にある二つの端縁を有する略均一な厚
みの金属板よりなる振動部と、前記振動部の重心を含
み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁と直交する平面
に対して面対称の関係を有し、前記振動部の外縁の相互
に対向する二辺から同一方向に延設された振動支持部
と、前記振動部の前記振動支持部を有する側の面に配設
される圧電素子とを少なくとも備えた超音波振動子にお
いて、前記振動支持部がこれに周設する支持部材と連結
した構造を有するので、ケース体１の内側の内面付近の
領域である側面部の振動が抑えられることで振動が圧電
素子の配設された前記振動板に集中し、その結果出力音
圧を向上することができるという優れた効果を奏する。
また、これに加えて、超音波の発振終了後に、側面部に
残留する機械的振動エネルギーが小さくなるため残響が
短くなり、反射波の受信精度が向上して応答性能を向上
できるという効果をも奏し得る。

【００４８】請求項２に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、相互に線対象の関係にある二つの端縁を有する略
均一な厚みの金属板よりなる振動部と、前記振動部の重
心を含み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁と直交す
る平面に対して面対称の関係を有し、前記振動部の外縁
の相互に対向する二辺から同一方向に延設された支持部
材と、前記振動部の前記支持部材を有する側の面に配設
される圧電素子とを少なくとも備えた超音波振動子にお
いて、前記支持部材が、前記振動部の外縁の相互に対向
する二辺において、前記振動部で橋絡された環状構造を
有するので、ケース体の内側の内面付近の領域である側
面部の振動が抑えられることで振動が圧電素子の配設さ
れた前記振動板に集中し、その結果出力音圧を向上する
ことができるという優れた効果を奏する。また、これに
加えて、超音波の発振終了後に、側面部に残留する機械
的振動エネルギーが小さくなるため残響が短くなり、反
射波の受信精度が向上して応答性能を向上できるという
効果をも奏し得る。

【００４９】請求項３に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１記載の超音波振動子において、前記振動
支持部がこれを包囲する環状の前記支持部材と接合され
たことを特徴とするので、請求項１記載の発明の効果に
加えて、支持部材を振動板と別部材にて構成することに
より、振動板を打ち抜きと曲げ加工により容易に形成で
き、振動板の厚み精度を向上でき、振動の共振周波数の
共振周波数の個体間誤差を低減することができるという
優れた効果を奏する。

【００５０】請求項４に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１記載の超音波振動子において、前記振動
支持部が環状の前記支持部材と一体として形成されたこ
とを特徴とするので、請求項１記載の発明の効果に加え
て、支持部材と振動板を接合する必要がなく、接合部の
個体差による特性の個体間誤差をなくし、より簡単な構
造とすることができるという優れた効果を奏する。

【００５１】請求項５及び請求項６に係る発明の超音波
振動子にあっては、請求項１乃至請求項３のいずれかに
記載の超音波振動子において、前記支持部材を前記振動
部を構成する金属板よりも縦弾性率の大きい金属材料で
構成するので、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の発明の効果に加えて、前記振動板と垂直方向の長さを
短くすることができ、支持部材の厚みを薄くすることに
より、一層の小型化を図ることができるという優れた効
果を奏する。

【００５２】請求項７に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超音波
振動子において、前記支持部材が前記対向する二辺と平
行且つ前記振動部と直交する外形平面を有することを特
徴とするので、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の発明の効果に加えて、成形後の対応するケース体も同
様の外形平面を有する成形体とすることが可能となり、
このケース体の外形平面を手掛かりに、超音波センサの
方向を正しく取付けることができ、超音波センサの有す
る指向特性を確実に発揮させ得るという優れた効果を奏
する。

【００５３】請求項８に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項７記載の超音波振動子において、前記支持
部材の前記外形平面を有する部位を前記支持部材の他の
部分よりも肉厚に構成することを特徴とするので、請求
項７記載の発明の効果に加えて、前記環状支持部材の剛
性を一層高めることができ、これにより、出力音圧及び
応答性能の向上が一段と増強され得るという優れた効果
を奏する。

【００５４】請求項９に係る発明の超音波振動子にあっ
ては、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の超音波
振動子において、前記支持部材が上部開放端縁を備え、
該上部開放端縁を前記振動板と略同じ高さに構成するこ
とを特徴とするので、請求項１乃至請求項８の何れかに
記載の発明の効果に加えて、超音波センサの振動モード
変化による指向特性の温度依存性、共振周波数等の温度
依存性を低減でき、安定したセンサ特性を確保し得ると
いう優れた効果を奏する。

【００５５】請求項１０に係る発明の超音波振動子にあ
っては、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の超音
波振動子において、前記支持部材が、少なくとも１種類
の液晶ポリマーを含んでなる樹脂成形材料で、完全に覆
われることを特徴とするので、請求項１乃至請求項９の
何れかに記載の発明の効果に加えて、液晶ポリマーの制
振特性により支持部材の残留振動をより速やかに、効率
よく減衰せしめ得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波振動子の要部を示すもの
で、(ａ)は振動支持部を有しない方向に切断した断面
図、(ｂ)は振動支持部を有する方向に切断した断面図で
ある。

【図２】本発明に係る超音波振動子の製造プロセスの一
部を示すもので、振動板と支持部材の連結、成形を逐次
的に示す図である。

【図３】本発明に係る超音波振動子の製造プロセスの一
部を示すもので、(ａ)は振動板と支持部材の連結の一例
を示す図であり、(ｂ)は振動板と前記と異なる形状の支
持部材との連結の例を示す図である。

【図４】本発明に係る超音波振動子の使用形態の一例を
示す図である。

【図５】本発明に係る超音波振動子の振動板と支持部材
の接合の形態を示すもので、(ａ)は、両者を底面にて接
合した場合の断面図、(ｂ)は、両者を底面及び側面にて
接合接合した場合の断面図、(ｃ)は、両者を上面にて接
合した場合の断面図である。

【図６】本発明に係る超音波振動子の製造プロセスの一
部を示すもので振動板と支持部材及び両者の連結、成形
を逐次的に示す図である。

【図７】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上記
と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の形
態を示す図である。

【図８】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上記
と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の形
態を示す図である。

【図９】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上記
と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の形
態を示す図である。

【図１０】図９に示す本発明に係る超音波振動子を構成
する環状支持部材の横断面図である。

【図１１】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上
記と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の
形態を示す図である。

【図１２】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上
記と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の
形態を示す図である。

【図１３】図１２に示す本発明に係る超音波振動子を構
成する環状支持部材の横断面図である。

【図１４】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上
記と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の
形態を示す図である。

【図１５】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上
記と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の
形態を示す図である。

【図１６】本発明に係る超音波振動子を示すもので、上
記と異なる振動板と支持部材の連結の形態及び成形後の
形態を示す図である。

【図１７】本発明に係る超音波振動子のインサート部材
を樹脂ケースと同時成形して形成したケース体を示し、
インサート部材形成後の環状支持部材の上部開放端縁を
振動板と略同じ高さに構成するもので、(ａ)は接続部４
ｄを有しない方向に切断した断面図、(ｂ)は接続部４ｄ
を有する方向に切断した断面図である。

【図１８】本発明に係る超音波振動子のインサート部材
を樹脂ケースと同時成形して形成したケース体を示し、
環状支持部材の上端部を均一な高さで構成するもので、
(ａ)は接続部４ｄを有しない方向に切断した断面図、
(ｂ)は接続部４ｄを有する方向に切断した断面図であ
る。

【図１９】本発明に係る超音波振動子の製造プロセスの
一部を示すもので振動板と支持部材の異なる連結の形態
とその後の成形を逐次的に示す図である。

【図２０】本発明に係る超音波振動子のケース体におい
て、支持部材が、樹脂成形材料で、完全に覆われた実施
形態を示すもので、 (ａ)は接続部４ｄを有しない方向
に切断した断面図、(ｂ)は接続部４ｄを有する方向に切
断した断面図である。

【図２１】従来例に係る超音波振動子を応用した超音波
センサの使用形態の一例を示す図である。

【図２２】従来例に係る超音波振動子を示すものであ
り、(ａ)は構成の要部を示す断面図、(ｂ)は構成の要部
を示す動作時の断面図である。

【図２３】異なる従来例に係る超音波振動子を示すもの
であり、(ａ)は構成の要部を示す斜視図、(ｂ)は(ａ)の
Ａ-Ａ’断面図、(ｃ)は動作時の断面図である。

【符号の説明】

１ ケース体 １ａ開口端 １ｂ閉塞面 １ｃ側面部 ２ 振動板 ３ 樹脂ケース ４ 振動部 ４ａ超音波送受信面 ４ｂ配設面 ４ｃ端縁(非接続部) ４ｄ接続部 ５ 振動支持部 ６ 支持部材 ７ 圧電素子 ８ リード線 ９ リード線 １０ 吸音材 １１ 充填材 １２ 開口部 １３ 超音波センサ １４ 自動車 １５ バンパー １６ ケース体 １６ａ閉塞面 １６ｂ側面部 １７ 金属ケース １８ 樹脂ケース １９ 負荷抵抗 ２０ 接合箇所 ２１ 接合箇所 ２２ 接合箇所 ２３ インサート部材 ２４ 直線外周部 ２５ 外形平面 ２６ 外形平面 ２７ 上部開放端縁 ２８ 樹脂部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 究 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 橋本 裕介 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5D019 AA01 EE03 FF01 GG09 5D107 AA03 AA16 BB09 CC02 CC10 FF01 FF07 5J083 AA02 AB13 AC16 AC31 AE10 AF09 CA17 CA32 CA35 CA38 CB01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に線対象の関係にある二つの端縁を
   有する略均一な厚みの金属板よりなる振動部と、前記振
   動部の重心を含み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁
   と直交する平面に対して面対称の関係を有し、前記振動
   部の外縁の相互に対向する二辺から同一方向に延設され
   た振動支持部と、前記振動部の前記振動支持部を有する
   側の面に配設される圧電素子とを少なくとも備えた超音
   波振動子において、前記振動支持部がこれに周設する支
   持部材と連結した構造を有することを特徴とする超音波
   振動子。
2. 【請求項２】 相互に線対象の関係にある二つの端縁を
   有する略均一な厚みの金属板よりなる振動部と、前記振
   動部の重心を含み、且つ前記振動部及び前記二つの端縁
   と直交する平面に対して面対称の関係を有し、前記振動
   部の外縁の相互に対向する二辺から同一方向に延設され
   た支持部材と、前記振動部の前記支持部材を有する側の
   面に配設される圧電素子とを少なくとも備えた超音波振
   動子において、前記支持部材が、前記振動部の外縁の相
   互に対向する二辺において、前記振動部で橋絡された環
   状構造を有することを特徴とする超音波振動子。
3. 【請求項３】 前記振動支持部がこれを包囲する環状の
   前記支持部材と接合されたことを特徴とする請求項１記
   載の超音波振動子。
4. 【請求項４】 前記振動支持部が環状の前記支持部材と
   一体として形成されたことを特徴とする請求項１記載の
   超音波振動子。
5. 【請求項５】 前記支持部材を前記振動部を構成する金
   属板よりも縦弾性率の大きい金属材料で構成することを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超
   音波振動子。
6. 【請求項６】 前記支持部材を鉄を主成分とする金属材
   料で構成し、前記振動部をアルミニウムを主成分とする
   金属材料で構成することを特徴とする請求項５記載の超
   音波振動子。
7. 【請求項７】 前記支持部材が前記対向する二辺と平行
   且つ前記振動部と直交する外形平面を有することを特徴
   とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超音波
   振動子。
8. 【請求項８】 前記支持部材の前記外形平面を有する部
   位を前記支持部材の他の部分よりも肉厚に構成すること
   を特徴とする請求項７記載の超音波振動子。
9. 【請求項９】 前記支持部材が上部開放端縁を備え、該
   上部開放端縁を前記振動板と略同じ高さに構成すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の超
   音波振動子。
10. 【請求項１０】 前記支持部材が、少なくとも１種類の
    液晶ポリマーを含んでなる樹脂成形材料で、完全に覆わ
    れることを特徴とする請求項１乃至請求項９記載の何れ
    かに記載の超音波振動子。