JP2006345271A - 超音波送受波器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の実施の形態に関わる超音波送受波器においては、一般的に空中伝搬が良い２０〜７０kHz帯の防滴型超音波センサにおいて、小型で狭指向特性を有する防滴型超音波センサを製作するには難があった。
【解決手段】一方向で比較的長くB、別な方向で比較的短くAなる様な掘り込みを設けた有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を構成し、この振動体のケース外側面にて超音波の送信、受信を行う超音波送受波器において、有底筒状ケースの比較的短い側の側面にAの幅を超えない様な開口部を設けたことにより、指向性を従来よりも狭くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波周波数帯の送信、受信を行う超音波送受波器に関するものである。

従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、これを車のバンパー等に埋め込み設置し、周辺の障害物を検出する場合、超音波送受波器にパルスバースト電気信号を入力することで超音波送受波器からその入力パルスバースト電気信号に応じた超音波信号が発振され、発振された超音波信号は障害物に到達した後、その障害物で反射し、超音波信号の一部は同じ超音波送受波器に戻ってくる。超音波送受波器はその反射信号を受信することで障害物を検出している。
従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、図３−bにその概略縦断面図を表す。図３−aは従来の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。図３−bにおいて、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を接着しユニモルフ振動子を構成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂは電気的に接続されている。入出力リード５ａおよび５ｂはＰＶＣ被覆ワイヤ付きコネクタ６のワイヤにそれぞれ半田付けされている。圧電素子１の上面にシリコーン発泡体等から成る吸音材３を設置し、更にその上からシリコーン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填して構成されている。
従来の実施の形態に関わる超音波送受波器においては、一般的に周波数が同一の場合、振動体を構成する底面の面積が大きくなると、狭指向特性を示し、振動体を構成する底面の面積が同一の場合、振動体の周波数が高くなると狭指向性を示す。よって空中伝搬が良い２０〜７０kHz帯の防滴型超音波センサにおいて、小型で狭指向特性を有する防滴型超音波センサを製作するには難があった。
谷腰欣司著 「超音波とその使い方−超音波送受波器・超音波モータ」 日刊工業新聞 １９９４年

解決しようとしている課題は小型超音波送受波器において、指向性を改善する事である。

有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を構成し、この振動体のケース外側面にて超音波の送信、受信を行う超音波送受波器において、有底筒状ケースの側壁に開口部を設けることにより、指向性を従来よりも狭くする。

本発明は、小型超音波送受波器においても送信、受信する指向特性を従来より狭くする事で、従来より長距離を検知する場合の地面等による誤検知を防ぐことが出来るという利点を持つ。また、これにより正面感度も増加し、より長距離を検知出来るようになる。

車載用コーナーセンサ等に用いる際、バンパー等に埋め込み設置し、長距離から近距離まで安定した障害物検知を誤作動無く高い信頼性で実現出来る。

図１−bは本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図１−aは本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図および縦断面図、図２−a及び図２−bは本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。図１−aにおいて、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の側壁に開口部を設ける。尚、図２−aの様に開口部はアルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面から離れていても良く、また開口部は図２−bの様にケース上面まで完全に達していても良い。開口部圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面と圧電素子１から入出力リード５a、又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等によって取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。圧電素子１の上面に発泡シリコーン等から成る吸音材３を載置して、その上からシリコーン材、ウレタン材等から成る封止剤４を有底筒状ケース２内部に充填し構成す る。
例えば、送受信周波数６０ｋHzにおいて、従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の振動の節は図４−aのようになり、振動の節は有底筒状ケース２の外径より大きくする事は出来ない。有底筒状ケース側面に開口部を設けることにより、振動の節は図４−bに示すように有底筒状ケースの外径より大きくなる様な仮想の楕円形の振動の節が出来る。その結果、図５−aに示すように鉛直方向に半減全角で３６度だった物が、有底筒状ケース側面に開口部を設けることにより、図５−bに示すように半減全角で19度と１5度以上改善する事が可能となる。楕円形の振動の節の短軸方向は従来の実施の形態と同等のため、指向特性の異方性をより強くする事が出来る。また、正面感度も図６のように増加する。
尚、今回の発明においては開口部はすべてシリコーン材、ウレタン材等柔軟性充填材を充填しておく必要がある。さもないと水等の浸入により劣化する危険がある。ただし、シリコーン等を充填しても今回の超音波送受波器の特性に変化は無い。

本発明は、車のバックセンサのみならず、防滴型超音波送受波器が利用されている様々な分野に適用できる。

ａ本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図 ｂ本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図及び縦断面図 ａ本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図及び縦断面図 ｂ本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図及び縦断面図 ａ従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図 ｂ従来の実施の形態に関わる超音波送受波器における有底筒状ケースの概略上面図及び縦断面図 ａ従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の振動の節 ｂ本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の振動の節 ａ従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の指向特性 ｂ本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の指向特性 従来の実施の形態に関わる超音波送受波器と本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器の反射感度

符号の説明

１ 圧電素子
２ 有底筒状ケース
３ 吸音材
４ 封止剤
５ ａ入出力リード
５ ｂ入出力リード
６ ＰＶＣ被覆ワイヤ付きコネクタ

Claims (1)

1. 一方向で比較的長くB、別な方向で比較的短くAなる様な掘り込みを設けた有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を構成し、この振動体のケース外側面にて超音波の送信、受信を行う超音波送受波器において、有底筒状ケースの比較的短い側の側面にAの幅を超えない様な開口部を設けたことを特徴とする超音波送受波器。

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