JP2002262383A - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
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- JP2002262383A JP2002262383A JP2001258522A JP2001258522A JP2002262383A JP 2002262383 A JP2002262383 A JP 2002262383A JP 2001258522 A JP2001258522 A JP 2001258522A JP 2001258522 A JP2001258522 A JP 2001258522A JP 2002262383 A JP2002262383 A JP 2002262383A
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- ultrasonic vibrator
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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