JP2012033989A - Ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば車両用バンパーや車両の樹脂部分に取り付けられる超音波センサに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic sensor attached to, for example, a vehicle bumper or a resin portion of a vehicle.
車両用バンパーや車両の樹脂部分に取り付けられる超音波センサに関して特許文献１が開示されている。図１は特許文献１に示されている超音波センサの断面図である。圧電素子１とバンパー１１との間に介在するハウジング２の底面部３の一部に、ハウジング２の材質とは異なる材質で、超音波伝達部４が形成されている。ハウジング２の内部には振動吸収体６、ストッパ７、スペーサ８、回路基板９、コネクタ１０等が設けられている。超音波センサ１００の取り付け時には、突起１１ａと突起１２ａとが嵌合するようにカバー１２が被せられる。 Patent Document 1 discloses an ultrasonic sensor attached to a vehicle bumper or a resin portion of a vehicle. FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1. An ultrasonic transmission portion 4 is formed of a material different from the material of the housing 2 on a part of the bottom surface portion 3 of the housing 2 interposed between the piezoelectric element 1 and the bumper 11. Inside the housing 2, a vibration absorber 6, a stopper 7, a spacer 8, a circuit board 9, a connector 10, and the like are provided. When the ultrasonic sensor 100 is attached, the cover 12 is covered so that the protrusion 11a and the protrusion 12a are fitted.
この超音波伝達部４の音響インピーダンスはハウジング２の音響インピーダンスよりも圧電素子１とバンパー１１の音響インピーダンスの中間値に近い。このことにより、圧電素子１による超音波の送受信時において、ハウジング２の底面部３における超音波の伝達が、主に超音波伝達部４を介して行われる。特許文献１では、上記作用により、バンパー１１における振動部位が制限されて指向性が過度に狭くなったり不規則となったりすることを防止できると記述されている。 The acoustic impedance of the ultrasonic transmission unit 4 is closer to the intermediate value of the acoustic impedances of the piezoelectric element 1 and the bumper 11 than the acoustic impedance of the housing 2. Thus, at the time of transmission / reception of ultrasonic waves by the piezoelectric element 1, transmission of ultrasonic waves on the bottom surface portion 3 of the housing 2 is mainly performed via the ultrasonic transmission portion 4. In Patent Document 1, it is described that the vibration part in the bumper 11 is restricted by the above action, and the directivity can be prevented from becoming excessively narrow or irregular.
特許文献１に示されている超音波センサにおいては、次のような解決すべき課題がある。
（１）超音波伝達部４の音響インピーダンスが圧電素子１とバンパー１１の音響インピーダンスの中間であるため、少なくともゴム状の弾性部材は使用できない。硬い材料を用いたとき、圧電素子１とバンパー１１の熱膨張係数の違いによって生じる熱衝撃で剥がれるおそれがある。
The ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1 has the following problems to be solved.
(1) Since the acoustic impedance of the ultrasonic transmission part 4 is intermediate between the acoustic impedances of the piezoelectric element 1 and the bumper 11, at least a rubber-like elastic member cannot be used. When a hard material is used, it may be peeled off by a thermal shock caused by a difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric element 1 and the bumper 11.
（２）超音波伝達部にクッション性がないため、異物がバンパーに当たったとき、衝撃が圧電素子に直接加わり、センサの機能を破損するおそれが高い。 (2) Since the ultrasonic transmission portion has no cushioning property, when a foreign object hits the bumper, an impact is directly applied to the piezoelectric element, and the function of the sensor is likely to be damaged.
（３）特許文献１に示されている超音波センサでは、厚み縦振動を利用することになるが、厚み縦振動では圧電素子であれば、６０ｋＨｚで厚みが２０ｍｍ程度の厚いものが必要になり、量産性が低い。 (3) In the ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1, thickness longitudinal vibration is used. However, in thickness longitudinal vibration, a piezoelectric element having a thickness of about 20 mm at 60 kHz is required if it is a piezoelectric element. The mass productivity is low.
そこで、本発明は、これらの課題を解決した超音波センサ、すなわち圧電素子が剥がれ難く、耐衝撃性が高く、量産が容易な超音波センサを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor that solves these problems, that is, an ultrasonic sensor in which a piezoelectric element is hardly peeled off, has high impact resistance, and is easily mass-produced.
本発明の超音波センサは、交番電圧の印加により振動する圧電素子と、その圧電素子が取り付けられた超音波送受波部材と、を備え、
前記圧電素子は前記交番電圧の印加により拡がり振動し、
前記圧電素子と前記超音波送受波部材との間に、前記圧電素子に発生する弾性波（縦波）を超音波送受波部材に伝達する、前記超音波送受波部材よりヤング率の小さな超音波伝達部材を配したことを特徴とする。
An ultrasonic sensor of the present invention includes a piezoelectric element that vibrates by application of an alternating voltage, and an ultrasonic wave transmitting / receiving member to which the piezoelectric element is attached,
The piezoelectric element spreads and vibrates by application of the alternating voltage,
An ultrasonic wave having a Young's modulus smaller than that of the ultrasonic wave transmitting / receiving member that transmits an elastic wave (longitudinal wave) generated in the piezoelectric element to the ultrasonic wave transmitting / receiving member between the piezoelectric element and the ultrasonic wave transmitting / receiving member. A transmission member is provided.
この構成により、超音波伝達部材は、圧電素子と超音波送受波部材（バンパーや車両の樹脂部分）との熱膨張係数の違いによる熱衝撃が小さく、剥離の問題が解消される。また、超音波伝達部がクッション材として作用することにより、超音波送受波部材に異物が当たったときの衝撃が緩和されて、圧電素子の破損が回避できる。さらに、圧電素子に必要な厚み寸法が相対的に薄くできるので、量産性が高い。 With this configuration, the ultrasonic transmission member has a small thermal shock due to a difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric element and the ultrasonic transmission / reception member (a bumper or a resin part of the vehicle), and the problem of peeling is solved. Further, since the ultrasonic transmission portion acts as a cushioning material, the impact when a foreign object hits the ultrasonic transmission / reception member is mitigated, and damage to the piezoelectric element can be avoided. Furthermore, since the thickness dimension required for the piezoelectric element can be made relatively thin, mass productivity is high.
また、例えば前記超音波送受波部材と前記圧電素子との間に、前記超音波伝達部材とともに、当該超音波伝達部材の周囲を囲む柔軟部材を配する。この構造によれば、圧電素子、バンパー、および柔軟部材による空間に超音波伝達部材を充填により設けることができる。 In addition, for example, a flexible member surrounding the ultrasonic transmission member is disposed between the ultrasonic transmission / reception member and the piezoelectric element together with the ultrasonic transmission member. According to this structure, the ultrasonic transmission member can be provided by filling the space formed by the piezoelectric element, the bumper, and the flexible member.
本発明によれば、熱衝撃による圧電素子の剥離の問題が解消される。また、超音波送受波部材に異物が当たったときの圧電素子の破損が回避できる。さらに、圧電素子の量産性が高い、という効果を奏する。 According to the present invention, the problem of peeling of the piezoelectric element due to thermal shock is solved. Moreover, damage to the piezoelectric element when a foreign object hits the ultrasonic wave transmitting / receiving member can be avoided. Furthermore, there is an effect that the mass productivity of the piezoelectric element is high.
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態である超音波センサの構成と特性等について各図を参照して説明する。
図２（Ａ）は第１の実施形態に係る超音波センサ２０１の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。この超音波センサ２０１は、圧電素子２１と、その圧電素子２１が取り付けられたバンパー２２と、を備え、圧電素子２１とバンパー２２との間に柔軟部材２３および超音波伝達部材２４が配されている。圧電素子２１は上下面に電極が形成されていて、交番電圧の印加によって径方向に拡がり振動する。超音波伝達部材２４はバンパー２２および圧電素子２１よりヤング率が小さく、圧電素子２１に発生する弾性波（縦波）をバンパー２２へ伝達する。このバンパーは本発明に係る「超音波送受波部材」に相当する。
<< First Embodiment >>
The configuration and characteristics of the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
2A is a plan view of the ultrasonic sensor 201 according to the first embodiment, and FIG. 2B is a cross-sectional view of a BB portion in FIG. 2A. The ultrasonic sensor 201 includes a piezoelectric element 21 and a bumper 22 to which the piezoelectric element 21 is attached. A flexible member 23 and an ultrasonic transmission member 24 are disposed between the piezoelectric element 21 and the bumper 22. Yes. The piezoelectric element 21 has electrodes formed on the upper and lower surfaces thereof, and vibrates by expanding in the radial direction when an alternating voltage is applied. The ultrasonic transmission member 24 has a Young's modulus smaller than that of the bumper 22 and the piezoelectric element 21, and transmits an elastic wave (longitudinal wave) generated in the piezoelectric element 21 to the bumper 22. This bumper corresponds to an “ultrasonic wave transmitting / receiving member” according to the present invention.
図２に示した超音波センサ２０１の各部の寸法は次のとおりである。
Ｄ１＝３０．０ｍｍ
Ｄ２＝７０．０ｍｍ
Ｄ３＝４０．０ｍｍ
ｄ３＝２５．０ｍｍ
ｔ１＝６．６ｍｍ
ｔ２＝２．５ｍｍ
ｔ３＝２．０ｍｍ
なお、ここでは定量評価のために、バンパー２２はパンバーとして用いられる樹脂材料であるポリプロピレンにゴムを添加した樹脂を円板状にしたものを用いている。この円板の寸法は、圧電素子の振動に起因して振動する範囲より充分に大きな寸法であると考えられる。
The dimensions of each part of the ultrasonic sensor 201 shown in FIG. 2 are as follows.
D1 = 30.0mm
D2 = 70.0mm
D3 = 40.0mm
d3 = 25.0mm
t1 = 6.6mm
t2 = 2.5mm
t3 = 2.0mm
Here, for the purpose of quantitative evaluation, the bumper 22 is a disk-shaped resin made by adding rubber to polypropylene, which is a resin material used as a pan bar. The size of the disk is considered to be sufficiently larger than the range of vibration due to the vibration of the piezoelectric element.
超音波伝達部材２４はシリコーンゴムなどの弾性体で円板状の層を構成している。この超音波伝達部材２４は、リング状の柔軟部材２３の内部に充填されたものである。ここでは、２成分室温硬化型の自己接着性液状シリコーンゴム（ポッティング用シリコーンゴム）であり、その硬度は４０である。柔軟部材２３はスポンジまたはゴムなどをリング状に成型した成型体である。 The ultrasonic transmission member 24 is a disc-like layer made of an elastic material such as silicone rubber. The ultrasonic transmission member 24 is filled in a ring-shaped flexible member 23. Here, it is a two-component room temperature curing type self-adhesive liquid silicone rubber (silicone rubber for potting), and its hardness is 40. The flexible member 23 is a molded body in which sponge or rubber is molded into a ring shape.
図２に示されている超音波センサ２０１は、この柔軟部材２３を粘着材として利用し、バンパー２２に圧電素子２１を貼着し、バンパー２２と圧電素子２１との間の空間に超音波伝達部材２４を充填することによって構成される。 The ultrasonic sensor 201 shown in FIG. 2 uses this flexible member 23 as an adhesive material, sticks the piezoelectric element 21 to the bumper 22, and transmits ultrasonic waves to the space between the bumper 22 and the piezoelectric element 21. It is configured by filling the member 24.
図３は超音波センサ２０１の、圧電素子２１の振動による各部の変位を模式的に表した図である。但し、図２に示した柔軟部材２３は動作には無関係であるので図示していない。圧電素子２１はその電極間への交番電圧の印加により、図３中に破線で示すように径方向に拡がり振動する。この拡がり振動に伴い、厚み方向にも振動する。超音波伝達部材２４は圧電素子２１よりもヤング率が小さいので、この超音波伝達部材２４は圧電素子２１の拡がり振動を阻害しない。しかし、厚み寸法は径寸法より相対的に非常に小さい（薄い）ので、圧電素子２１の厚み方向の変位をバンパー２２に効率よく伝達する。そのため、バンパー２２は図３中に破線で示すようにベンディング振動する。 FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the displacement of each part of the ultrasonic sensor 201 due to the vibration of the piezoelectric element 21. However, the flexible member 23 shown in FIG. 2 is not shown because it is irrelevant to the operation. The piezoelectric element 21 expands in the radial direction and vibrates as shown by a broken line in FIG. 3 when an alternating voltage is applied between the electrodes. Along with this spreading vibration, it also vibrates in the thickness direction. Since the ultrasonic transmission member 24 has a Young's modulus smaller than that of the piezoelectric element 21, the ultrasonic transmission member 24 does not hinder the spreading vibration of the piezoelectric element 21. However, since the thickness dimension is much smaller (thin) than the radial dimension, the displacement in the thickness direction of the piezoelectric element 21 is efficiently transmitted to the bumper 22. Therefore, the bumper 22 bends and vibrates as indicated by a broken line in FIG.
図４（Ａ）は第１の実施形態に係る超音波センサ２０１の反射波形、図４（Ｂ）は比較例であり、金属ケースに圧電素子を接合して、金属ケースの底面をベンディング振動させる従来構造の超音波センサの反射波形である。この比較例の超音波センサが備える圧電素子の寸法は、直径７ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、金属ケースの寸法は、外径１４ｍｍ、高さ９ｍｍである。測定に用いた反射ターゲットは直径６０ｍｍのポールであり、距離６０ｃｍの位置に置いた。 4A is a reflected waveform of the ultrasonic sensor 201 according to the first embodiment, and FIG. 4B is a comparative example. A piezoelectric element is bonded to the metal case, and the bottom surface of the metal case is bent and vibrated. It is the reflected waveform of the ultrasonic sensor of conventional structure. The piezoelectric element included in the ultrasonic sensor of this comparative example has a diameter of 7 mm and a thickness of 0.15 mm, and the metal case has an outer diameter of 14 mm and a height of 9 mm. The reflective target used for the measurement was a pole having a diameter of 60 mm, and was placed at a distance of 60 cm.
従来構造の超音波センサの総合感度は０．９７Ｖｐｐ、１Ｖクロス残響時間は０．９ｍｓであった。実施形態に係る超音波センサの総合感度は２．１９Ｖｐｐ、１Ｖクロス残響時間は１．３５ｍｓであった。このように、実施形態に係る超音波センサでは残響が或る態度長いものの、反射信号の強度が約２倍に大きい。 The total sensitivity of the ultrasonic sensor having a conventional structure was 0.97 Vpp, and the 1 V cross reverberation time was 0.9 ms. The total sensitivity of the ultrasonic sensor according to the embodiment was 2.19 Vpp, and the 1 V cross reverberation time was 1.35 ms. Thus, although the reverberation has a long attitude in the ultrasonic sensor according to the embodiment, the intensity of the reflected signal is about twice as large.
ちなみに、圧電素子の厚み寸法を３．０ｍｍにすると総合感度は１／１０となった。また圧電素子の厚み寸法を１５ｍｍにすると、残響時間が長くなって総合感度の測定が不能となった。したがって圧電素子の厚み寸法には最良点があるものと予想される。 Incidentally, when the thickness dimension of the piezoelectric element is 3.0 mm, the total sensitivity is 1/10. In addition, when the thickness dimension of the piezoelectric element was set to 15 mm, the reverberation time was increased and the total sensitivity could not be measured. Therefore, it is expected that the thickness dimension of the piezoelectric element has the best point.
また、超音波伝達部材の厚み寸法を１ｍｍにしたときと５ｍｍにしたときにそれぞれ総合感度は１／１０となった。超音波伝達部材の厚み寸法は２ｍｍまたはその近傍に最良点がある。 When the thickness of the ultrasonic transmission member was 1 mm and 5 mm, the total sensitivity was 1/10. The thickness dimension of the ultrasonic transmission member has a best point at or near 2 mm.
超音波伝達部材の硬度を２５にすると、総合感度は約１／４になり、超音波伝達部材の硬度を８０にすると、総合感度は約１／１０になった。したがって、超音波伝達部材の硬度はその中間の４０程度がよい。 When the hardness of the ultrasonic transmission member was 25, the total sensitivity was about 1/4, and when the hardness of the ultrasonic transmission member was 80, the total sensitivity was about 1/10. Therefore, the hardness of the ultrasonic transmission member is preferably about 40 in the middle.
柔軟部材２３の内径を１５ｍｍにすると、つまり超音波伝達部材２４の直径を１５ｍｍにすると、総合感度は１／１０となった。圧電素子２１の振動エネルギーをバンパー２２に伝達するには圧電素子２１の直径に見合った大きさが必要であり、この例では２５ｍｍまたはその近傍が最良である。 When the inner diameter of the flexible member 23 was 15 mm, that is, when the diameter of the ultrasonic transmission member 24 was 15 mm, the total sensitivity was 1/10. In order to transmit the vibration energy of the piezoelectric element 21 to the bumper 22, a size corresponding to the diameter of the piezoelectric element 21 is required, and in this example, 25 mm or the vicinity thereof is the best.
図５は超音波センサの振動面の変位をレーザドップラー計測装置で測定した結果である。図５（Ａ）は実施形態に係る超音波センサ２０１の振動面（バンパー）の変位を示している。図５（Ａ）の右側は測定範囲の円とその円内の変位量を濃度で表した図である。測定範囲は直径約２５ｍｍである。図５（Ａ）の左側は、右側に示した測定範囲の中央横断線部分での変位を示す図であり、横軸は位置、縦軸は変位量である。図５（Ｂ）は上記金属ケースを備えた従来構造の超音波センサの振動面の変位を比較例として示している。図５（Ｂ）の右側は測定範囲の円とその円内の変位量を濃度で表した図である。この測定範囲は直径約１３ｍｍである。図５（Ｂ）の左側は、右側に示した測定範囲の中央横断線部分での変位を示す図であり、横軸は位置、縦軸は変位量である。 FIG. 5 shows the result of measuring the displacement of the vibration surface of the ultrasonic sensor with a laser Doppler measuring device. FIG. 5A shows the displacement of the vibration surface (bumper) of the ultrasonic sensor 201 according to the embodiment. The right side of FIG. 5A is a diagram showing the circle of the measurement range and the amount of displacement within the circle in terms of concentration. The measurement range is about 25 mm in diameter. The left side of FIG. 5A is a diagram showing the displacement at the central transverse line portion of the measurement range shown on the right side, where the horizontal axis is the position and the vertical axis is the amount of displacement. FIG. 5B shows a displacement of the vibration surface of an ultrasonic sensor having a conventional structure provided with the metal case as a comparative example. The right side of FIG. 5 (B) is a diagram showing the circle of the measurement range and the amount of displacement within the circle in terms of concentration. This measuring range is about 13 mm in diameter. The left side of FIG. 5B is a diagram showing the displacement at the central transverse line portion of the measurement range shown on the right side, where the horizontal axis is the position and the vertical axis is the displacement amount.
いずれも実効電圧１０Ｖの連続正弦波を印加して測定した。従来構造の超音波センサによれば、振動面に変位は±１．６μｍであるのに対し、実施形態に係る超音波センサ２０１の振動面の変位は±０．１５μｍである。このように変位量が約１／１０程度であるにもかかわらず、図４に示したように総合感度では２倍以上が得られた。このことは、図３に示したように、本発明の超音波センサが従来の超音波センサとは異なったメカニズムで動作しているものと予想される。音波は振動面の振幅の大きさだけでなく振動エネルギーの流れとしてとらえることも重要なことを示唆している。 In both cases, measurement was performed by applying a continuous sine wave having an effective voltage of 10V. According to the ultrasonic sensor of the conventional structure, the displacement on the vibration surface is ± 1.6 μm, whereas the displacement of the vibration surface of the ultrasonic sensor 201 according to the embodiment is ± 0.15 μm. Thus, although the displacement amount is about 1/10, the total sensitivity is more than doubled as shown in FIG. As shown in FIG. 3, it is expected that the ultrasonic sensor of the present invention operates by a mechanism different from that of the conventional ultrasonic sensor. This suggests that sound waves are important not only as the amplitude of the vibration surface but also as a flow of vibration energy.
図６（Ａ）は実施形態に係る超音波センサが備える圧電素子単体のインピーダンスの周波数特性を示す図、図６（Ｂ）は超音波センサの状態での圧電素子のインピーダンスの周波数特性を示す図である。曲線Ｚはインピーダンスの絶対値、曲線Ｐは位相を表している。 FIG. 6A is a diagram showing the frequency characteristics of the impedance of the piezoelectric element provided in the ultrasonic sensor according to the embodiment, and FIG. 6B is a diagram showing the frequency characteristics of the impedance of the piezoelectric element in the state of the ultrasonic sensor. It is. A curve Z represents the absolute value of the impedance, and a curve P represents the phase.
圧電素子単体での径方向の拡がり振動の共振周波数は６６ｋＨｚであるが、超音波伝達部材であるシリコーンゴムを介して、超音波送受波部材であるバンパーに取り付けたことにより、５８ｋＨｚに僅かなピークが生じている。この周波数は超音波センサの共振周波数であり、この周波数５８ｋＨｚで駆動することにより、図３に示した振動が生じる。 The resonance frequency of the spreading vibration in the radial direction of the piezoelectric element alone is 66 kHz, but it is slightly peaked at 58 kHz by being attached to the bumper as the ultrasonic wave transmitting / receiving member via the silicone rubber as the ultrasonic transmitting member. Has occurred. This frequency is the resonance frequency of the ultrasonic sensor, and the vibration shown in FIG. 3 is generated by driving at this frequency of 58 kHz.
図７は超音波センサ２０１の指向特性を示す図である。横軸は振動面に垂直な方向（正面）を０°とする方位角、縦軸はピークを０ｄＢとして表した総合感度である。総合感度が−６ｄＢまで低下する方位角は±８°、すなわち半値角は１６°である。前記比較対照である従来構造の超音波センサの半値角が４０°であるから、良好な狭指向性が得られることが分かる。これは、超音波送受波部材であるバンパーの同位相で振動する振動面が従来構造の超音波センサより大きいことに起因しているものと推察される。
また、図７から明らかなように、指向性が鋭いだけでなく、サイドローブが小さいこともわかる。
FIG. 7 is a diagram showing the directivity characteristics of the ultrasonic sensor 201. The horizontal axis represents the azimuth angle with the direction perpendicular to the vibration plane (front) as 0 °, and the vertical axis represents the total sensitivity with the peak represented as 0 dB. The azimuth angle at which the total sensitivity decreases to −6 dB is ± 8 °, that is, the half-value angle is 16 °. Since the half-value angle of the ultrasonic sensor having the conventional structure as the comparative reference is 40 °, it can be seen that a good narrow directivity can be obtained. This is presumably due to the fact that the vibration surface that vibrates in the same phase of the bumper, which is an ultrasonic wave transmitting / receiving member, is larger than the ultrasonic sensor of the conventional structure.
Further, as is clear from FIG. 7, not only the directivity is sharp, but also the side lobe is small.
第１の実施形態で示した超音波センサによれば、超音波伝達部材は、圧電素子とバンパーとの熱膨張係数の違いによる熱衝撃が小さく、剥離の問題が解消される。また、超音波伝達部がクッション材として作用することにより、バンパーに異物が当たったときの衝撃が緩和されて圧電素子の破損が回避できる。さらに、圧電素子に必要な厚み寸法が相対的に薄くできるので、量産性が高い。 According to the ultrasonic sensor shown in the first embodiment, the ultrasonic transmission member has a small thermal shock due to the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric element and the bumper, and the problem of peeling is solved. In addition, since the ultrasonic transmission portion acts as a cushioning material, the impact when a foreign object hits the bumper is mitigated, and damage to the piezoelectric element can be avoided. Furthermore, since the thickness dimension required for the piezoelectric element can be made relatively thin, mass productivity is high.
《第２の実施形態》
図８は第２の実施形態に係る超音波センサ２０２の断面図である。この超音波センサ２０２は、圧電素子２１と、その圧電素子２１が取り付けられたバンパー２２と、を備え、圧電素子２１とバンパー２２との間に柔軟部材２３および超音波伝達部材２４が配されている。また、バンパー２２が湾曲していて、バンパー２２と柔軟部材２３との間に隙間が生じているが、この隙間はシリコーンゴム充填材２５で充填されている。この充填材は空気中の湿気（水分）と反応し、ゴム状弾性体に硬化する脱アルコールタイプの１成分形液状シリコーンゴムである。
<< Second Embodiment >>
FIG. 8 is a cross-sectional view of the ultrasonic sensor 202 according to the second embodiment. The ultrasonic sensor 202 includes a piezoelectric element 21 and a bumper 22 to which the piezoelectric element 21 is attached. A flexible member 23 and an ultrasonic transmission member 24 are disposed between the piezoelectric element 21 and the bumper 22. Yes. Further, the bumper 22 is curved and a gap is formed between the bumper 22 and the flexible member 23, and this gap is filled with a silicone rubber filler 25. This filler is a dealcohol-free one-component liquid silicone rubber that reacts with moisture (water) in the air and cures into a rubbery elastic body.
圧電素子２１は上下面に電極が形成されていて、交番電圧の印加によって径方向に拡がり振動する。超音波伝達部材２４はバンパー２２および圧電素子２１よりヤング率（音響インピーダンス）が小さく、圧電素子２１に発生する弾性波（縦波）をバンパー２２へ伝達する。このとき充填材２５はバンパー２２の振動を殆ど阻害しないので、第１の実施形態で示した超音波センサと同様に作用する。
このように、超音波送受波部材であるバンパーの曲面に圧電素子を取り付けて超音波センサを構成することもできる。
The piezoelectric element 21 has electrodes formed on the upper and lower surfaces thereof, and vibrates by expanding in the radial direction when an alternating voltage is applied. The ultrasonic transmission member 24 has a Young's modulus (acoustic impedance) smaller than that of the bumper 22 and the piezoelectric element 21, and transmits an elastic wave (longitudinal wave) generated in the piezoelectric element 21 to the bumper 22. At this time, since the filler 25 hardly inhibits the vibration of the bumper 22, it acts in the same manner as the ultrasonic sensor shown in the first embodiment.
Thus, an ultrasonic sensor can be configured by attaching a piezoelectric element to the curved surface of a bumper that is an ultrasonic wave transmitting / receiving member.
《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係る超音波センサ２０３の断面図である。この超音波センサ２０３は、圧電素子２１と、その圧電素子２１が取り付けられたバンパー２２と、を備え、圧電素子２１とバンパー２２との間に超音波伝達部材２４が配されている。また、圧電素子２１と超音波伝達部材２４は緩衝材２６を介してフック２２Ｆでバンパー２２に取り付けられている。すなわち、超音波伝達部材２４、圧電素子２１、および緩衝材２６の積層体がバンパー２２の内面とフック２２Ｆとの間に挟持されている。この例ではフック２２Ｆはバンパー２２の内面方向に突出していて、バンパー２２と一体成型されている。
<< Third Embodiment >>
FIG. 9 is a cross-sectional view of an ultrasonic sensor 203 according to the third embodiment. The ultrasonic sensor 203 includes a piezoelectric element 21 and a bumper 22 to which the piezoelectric element 21 is attached. An ultrasonic transmission member 24 is disposed between the piezoelectric element 21 and the bumper 22. Further, the piezoelectric element 21 and the ultrasonic transmission member 24 are attached to the bumper 22 with a hook 22F via a buffer material 26. That is, the laminated body of the ultrasonic transmission member 24, the piezoelectric element 21, and the buffer material 26 is sandwiched between the inner surface of the bumper 22 and the hook 22F. In this example, the hook 22 </ b> F protrudes toward the inner surface of the bumper 22 and is integrally formed with the bumper 22.
緩衝材２６は弾性を備え、圧電素子２１と超音波伝達部材２４とをバンパー２２の内面に対して必要な押圧力で押しつける。このように充填でなく、予め成型した超音波伝達部材２４を配置することによって超音波センサを構成することもできる。 The buffer material 26 has elasticity, and presses the piezoelectric element 21 and the ultrasonic transmission member 24 against the inner surface of the bumper 22 with a necessary pressing force. In this way, the ultrasonic sensor can be configured by arranging the ultrasonic transmission member 24 that is pre-molded instead of filling.
なお、バンパー２２と超音波伝達部材２４との間や、超音波伝達部材２４と圧電素子２１との間にオイルやグリスを介在させてもよい。 Note that oil or grease may be interposed between the bumper 22 and the ultrasonic transmission member 24 or between the ultrasonic transmission member 24 and the piezoelectric element 21.
《他の実施形態》
以上に示した実施形態では車両のバンパーに圧電素子および超音波伝達部材を設けて超音波センサを構成したが、車両やその他の機器に備えられる化粧ボードに圧電素子および超音波伝達部材を設けて超音波センサを構成することも同様にできる。
<< Other embodiments >>
In the embodiment described above, the piezoelectric sensor and the ultrasonic transmission member are provided on the bumper of the vehicle to configure the ultrasonic sensor. However, the piezoelectric element and the ultrasonic transmission member are provided on the decorative board provided in the vehicle and other devices. An ultrasonic sensor can be configured similarly.
また、超音波送受波部材に対して複数の圧電素子を超音波伝達部材を介して取り付けてアレイ状にしてもよい。そのことにより、合成開口面が広くなり、指向性ビームの幅を更に狭めることができる。 Alternatively, a plurality of piezoelectric elements may be attached to the ultrasonic transmission / reception member via the ultrasonic transmission member to form an array. As a result, the synthetic aperture surface is widened, and the width of the directional beam can be further reduced.
２１…圧電素子
２２…バンパー（超音波送受波部材）
２２Ｆ…フック
２３…柔軟部材
２４…超音波伝達部材
２５…充填材
２６…緩衝材
２０１〜２０３…超音波センサ
21 ... piezoelectric element 22 ... bumper (ultrasonic wave transmitting / receiving member)
22F ... Hook 23 ... Flexible member 24 ... Ultrasonic transmission member 25 ... Filler 26 ... Buffer material 201-203 ... Ultrasonic sensor
Claims (2)
前記圧電素子は前記交番電圧の印加により拡がり振動し、
前記圧電素子と前記超音波送受波部材との間に、前記圧電素子に発生する弾性波を超音波送受波部材に伝達する、前記超音波送受波部材および前記圧電素子よりヤング率の小さな超音波伝達部材が配されたことを特徴とする超音波センサ。 In an ultrasonic sensor comprising a piezoelectric element that vibrates by application of an alternating voltage, and an ultrasonic wave transmitting / receiving member to which the piezoelectric element is attached,
The piezoelectric element spreads and vibrates by application of the alternating voltage,
An ultrasonic wave having a Young's modulus smaller than that of the ultrasonic wave transmitting / receiving member and the piezoelectric element that transmits an elastic wave generated in the piezoelectric element to the ultrasonic wave transmitting / receiving member between the piezoelectric element and the ultrasonic wave transmitting / receiving member. An ultrasonic sensor comprising a transmission member.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016175327A1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 日清紡ホールディングス株式会社 | Ultrasonic sensor |
| WO2016204295A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | 日清紡ホールディングス株式会社 | Ultrasonic wave detecting device |
| JP2019220911A (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 株式会社トーキン | Ultrasonic sensor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5792182U (en) * | 1980-11-26 | 1982-06-07 | ||
| JPS6381273U (en) * | 1986-11-14 | 1988-05-28 | ||
| JPH01134279U (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-13 | ||
| JPH11146878A (en) * | 1997-11-17 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| JP2007114182A (en) * | 2005-09-22 | 2007-05-10 | Denso Corp | Mounting structure of ultrasonic sensor |
| JP2007142967A (en) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Denso Corp | Ultrasonic sensor |
| JP2008191007A (en) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Denso Corp | Structure for mounting sensor device |
-
2010
- 2010-07-28 JP JP2010169112A patent/JP2012033989A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5792182U (en) * | 1980-11-26 | 1982-06-07 | ||
| JPS6381273U (en) * | 1986-11-14 | 1988-05-28 | ||
| JPH01134279U (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-13 | ||
| JPH11146878A (en) * | 1997-11-17 | 1999-06-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ultrasonic wave probe |
| JP2007114182A (en) * | 2005-09-22 | 2007-05-10 | Denso Corp | Mounting structure of ultrasonic sensor |
| JP2007142967A (en) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Denso Corp | Ultrasonic sensor |
| JP2008191007A (en) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Denso Corp | Structure for mounting sensor device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016175327A1 (en) * | 2015-04-30 | 2016-11-03 | 日清紡ホールディングス株式会社 | Ultrasonic sensor |
| WO2016204295A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | 日清紡ホールディングス株式会社 | Ultrasonic wave detecting device |
| JP2019220911A (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 株式会社トーキン | Ultrasonic sensor |
| JP7105116B2 (en) | 2018-06-22 | 2022-07-22 | 株式会社トーキン | ultrasonic sensor |
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