JP2006174003A

JP2006174003A - 超音波送受波器

Info

Publication number: JP2006174003A
Application number: JP2004362652A
Authority: JP
Inventors: Shinji Amaike; 信二天池; Masanaga Nishikawa; 雅永西川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】等方性の超音波送受波器で指向性を狭くし、さらに残響時間を短くする。
【解決手段】超音波送受波器１０は、有底筒状のケース１１と、ケース１１の底部の内面略中央部に設けられた圧電素子１２とを含む。ケース１１の中空断面は略真円であって、ケース１１の底部の厚みが、圧電素子１２の設けられている部分において厚く、徐々に、ケース１１の側壁面に近づくにしたがって薄くなるとともに、ケース１１の底部の厚みにおいて、最小厚みｔ１と最大厚みｔ２の比ｔ１／ｔ２が、０．４３以上０．５７以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波送受波器に関し、特に、自動車のバックソナーやコーナーソナー、さらに、自動車の側面に取り付け、縦列駐車における側壁等の障害物とのスペースの有無を検知するパーキングスロットセンサに用いられる超音波送受波器に関するものである。

超音波送受波器は、超音波を利用してセンシングを行うものであり、圧電振動素子から超音波パルス信号を間欠的に送信し、周辺に存在する障害物からの反射波を圧電振動素子で受信することにより物体を検知するものである。

この種の超音波のうち車載用としては、図６に示すような超音波送受波器１が知られている。（特許文献１参照）
この超音波送受波器１は、ケース２を備える。ケース２は横断面が真円状で中空部を有する有底の円筒状からなり、この中空部内に納めた平板状の圧電素子４をケース２の底部２ａ内面に固着させ、コネクタケーブル５の片方の信号線６を圧電素子４の一方電極に接続し、コネクタケーブル５の他方の信号線６を金属製のケース体２を介して圧電素子４の他方電極に電気的に導通させたものである。

なお、圧電素子４は吸音材７で覆われ、圧電素子４及び吸音材７は、シリコンゴムやウレタンゴムなどのような弾性を有する絶縁性樹脂８で密封されている。

そして、ケース２の底部は、圧電素子４が固着された部分の厚みを厚くし、圧電素子４が貼り付けられていない部分、つまり、圧電素子４の周囲部分の厚みを薄くした段差形状となっている。この段差は、外部からの応力により圧電素子４が破壊されるのを防止するために設けられたものである。

また、指向性に異方性を持たせつつ残響時間を小さくすることを目的とした超音波送受波器の発明が為されている。（特許文献２参照）
この従来技術は特に図示はしないが、特許文献１と同様に圧電素子が固着する部分に段差が設けられるとともに、指向性に異方性を持たせるためにケースの中空部が真円状ではなく、ケース内壁断面が一方で長く一方で短く形成されているものである。また、同文献の段落００３６には段差の構造が階段状でなく滑らかな傾斜構造となってもよい旨記載されている。
特開２０００−１５２３８８号公報特開２００１−３２６９８７号公報

しかしながら上記従来の超音波送受波器では、残響特性が不安定で残響時間が長く、超音波送受波器に近接した物体から反射された超音波と残響とが干渉し、近接した物体の存在を検知できなくなったり、近接した物体までの距離を正確に把握することができなくなる場合があった。

特に、超音波送受波器の更なる小型化やパーキングスロットセンサへの用途展開によって、異方性をもたせることなく、つまり、図６に図示したような等方性の超音波送受波器で指向性を狭くし、さらに残響時間を短くすることが求められるようになっている。

上記課題を解決するために、本発明の超音波送受波器は、有底筒状のケースと、
ケースの底部の内面における略中央部に設けられた圧電素子とを含む超音波送受波器であって、ケースの中空を形成する内部の断面は略真円であって、ケースの底部の厚みが、圧電素子の設けられている部分において厚く、徐々に、ケースの側壁面に近づくにしたがって薄くなるとともに、ケースの底部の厚みにおいて、最小厚みｔ１と最大厚みｔ２の比ｔ１／ｔ２が、０．４３以上０．５７以下であることを特徴とする超音波送受波器である。

このように構成された超音波送受波器は、従来の超音波送受波器と比較して残響時間が短くなり、よって、近接する物体までの距離をより正確に把握することが可能となる。より具体的には、本発明の超音波送受波器は、ケースの中空断面を略真円として等方性の超音波送受波器としてパーキングスロットセンサに用いる場合に好適であり、ケース底部における最小厚みと最大厚みの比を０．４３以上０．５７以下と規定することに、短い残響時間を得ると共に、超音波送受波器の指向性を狭くすることが可能となり、パーキングスロットセンサを始めとした超音波送受波器を用いた各種センサへの適用が可能となる。

以下に本発明の実施例を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

本発明の実施例となる超音波送受波器を、図１〜図３を用いて説明する。

図１に示す超音波送受波器１０はケース１１を備える。ケース１１はたとえばアルミニウムなどの金属材料で形成され、横断面が真円状で中空部を有する有底の円筒状からなる。ケース１１の中空部内には、平板状の圧電素子１２が、ケース１１の底部の内面に固着されて配置される。圧電素子１２の両主面には図面上では表れない電極が備えられており、一方主面に形成された電極を介してケース１１の底部と固着されている。

圧電素子１２はその他方主面において、コネクタケーブル１３の１つの信号線１４ａに接続される。また、圧電素子１２は、コネクタケーブル１３のもう１つの信号線１４ｂを金属製のケース１１の内壁側面に接続することにより、圧電素子１２の一方主面において、ケース１１を介してコネクタケーブル１３のもう１つの信号線１４ｂと接続される。

ケース１１の内部には、圧電素子１２を覆うようにフェルト等からなる吸音材１５が設けられる。また、ケース１１の内部には、圧電素子１２及び吸音材１５を密封するように、シリコンゴムやウレタンゴムなどのような弾性を有する絶縁性樹脂１６が設けられる。

そして、ケース１１の底部は、圧電素子１２が固着された部分の厚みを厚くし、圧電素子１２が貼り付けられていない部分、つまり、圧電素子１２の周囲部分からケース１１の側壁面に近づくにしたがって、徐々に厚みが薄くなる傾斜構造となっている。

ここで、外径が１４ｍｍ，内径が＊＊ｍｍで底部の最大厚みが７ｍｍの超音波送受波器において、図６に示したケース２の底部が段差構造となっている従来の超音波送受波器１と、図１に示した、ケース１１の底部が傾斜構造になっている超音波送受波器１０との、半減全角および残響時間を対比した。半減全角とは、ケースの底面に対向する方向（０°の方向）の送受感度よりも２０ｌｏｇ０．５ｄＢ（約６ｄＢ）減となる方向間の角度である。なお、従来の超音波送受波器１、および、本発明の超音波送受波器１０いずれにおいても、ケースの底部の最大厚みをｔ２，最小厚みをｔ１とし、最小厚みｔ１を変化させてそれぞれの特性を確かめた。この対比結果を図４，５に示す。

図４に示すケース底部の厚みの比と半減全角との関係を示すグラフから明らかなとおり、半減全角の特性は従来の超音波送受波器１および本発明の超音波送受波器１０いずれも差が見られない。なお、超音波送受波器をパーキングスロットセンサに用いる場合、半減全角は４０°以下であることが望ましいことから、本発明の超音波送受波器では、ケース底部の最小厚みと最大厚みの比ｔ１／ｔ２を０．５７以下とすることが望ましい。

一方、図５に示すケース底部の厚みの比と残響時間との関係を示すグラフから明らかなとおり、残響時間は、従来の段差構造の超音波送受波器と本発明の傾斜構造の超音波送受波器では大きな差が見られた。つまり、従来の超音波送受波器１に比べて本発明の超音波送受波器１０の残響時間が短くなっていることが明らかになった。特に、従来の超音波送受波器１では、残響時間が１．２ミリ秒（ｍｓｅｃ）以上となるのはケース底部の最小厚みと最大厚みの比ｔ１／ｔ２が０．５８以下の場合であるが、本発明の超音波送受波器１０では、ケース底部の最小厚みと最大厚みの比ｔ１／ｔ２が０．１５の場合でも残響時間は１．１５ミリ秒であった。なお、超音波送受波器をパーキングスロットセンサに用いる場合、残響時間が１ミリ秒以下であることが望ましいことから、本発明の超音波送受波器では、ケース底部の最小厚みと最大厚みの比ｔ１／ｔ２を０．４３以上とすることが望ましい。

以上から、半減全角４０°以下でかつ残響時間１ミリ秒以下を満たす等方性の超音波送受波器は、ケースの底面が圧電素子形成部を最大厚みとして徐々に厚みが薄くなる傾斜構造となっており、最小厚みｔ１と最大厚みｔ２との比ｔ１／ｔ２を０．４３以上０．５７以下とした超音波送受波器となる。

本発明の実施例にかかる超音波送受波器の構造を示す断面図である。本発明の超音波送受波器にかかるケース体を示す平面図である。図２におけるＡ−Ａ線説明図である。ケース底部の厚みの比と、半減全角との関係を示すグラフである。ケース底部の厚みの比と、残響時間との関係を示すグラフである。従来の超音波送受波器の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０超音波送受波器
１１ケース
１２圧電素子

Claims

有底筒状のケースと、
該ケースの底部の内面における略中央部に設けられた圧電素子と、
を含む超音波送受波器であって、
前記ケースの中空を形成する内部の断面は略真円であって、
前記ケースの底部の厚みが、前記圧電素子の設けられている部分において厚く、徐々に、前記ケースの側壁面に近づくにしたがって薄くなるとともに、
前記ケースの底部の厚みにおいて、最小厚みｔ１と最大厚みｔ２の比ｔ１／ｔ２が、０．４３以上０．５７以下であることを特徴とする、超音波送受波器。