JP3659153B2

JP3659153B2 - 超音波振動子

Info

Publication number: JP3659153B2
Application number: JP2000293057A
Authority: JP
Inventors: 真武宇野; 究柴田; 智史梶山; 裕介橋本; 隆児大谷; 将彦足立
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002112395A

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。
【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、超音波センサより超音波パルスを空気中に発振し、検知対象物等の障害物に反射して、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】
超音波センサの取付状態を図１０に示す。この超音波センサ２０は自動車１８のバンパー１９に取付けられている。ここで、バンパー１９周辺に存在する自動車１８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１８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、垂直方向に狭い検知エリアを有する超音波センサ２０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、垂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２０としては、従来から、図１１に示すようなものがあった。この超音波センサ２０には、超音波を発振すると共に反射波を受信する超音波振動子Ａ′が内装されており、この超音波振動子Ａ′の前方に超音波の指向特性を制御するホーン２１が設けられている。このホーン２１は超音波振動子Ａ′と外部とを連通する開口部として形成されており、この開口部の縦径ａ、横径ｂ及び深さｃを適宜の寸法形状に設計することにより、超音波の指向特性を制御するものである。ここで図中の２２は超音波振動子Ａ′を固定する保持ゴム、２３はセンサのハウジングを示す。このように構成される超音波センサ２０は、自動車１８のバンパー１９に、ホーン２１がバンパー１９から外部に開口するように配設される。
【０００５】
しかし、この図１１に示すようなホーン２１を備えた超音波センサ２０を用いると、自動車１８の走行中にホーン２１内に雨水が入り込んだり、雪や埃が溜ったりしやすいものであった。このようにホーン２１内に異物が入り込むと、超音波振動子Ａ′から発振される超音波の異方向性の指向特性が変化して、障害物を検知できる検知エリアが変化したり、あるいはホーン２１内部の異物を超音波センサ２０で検知してしまい、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問題があった。また、超音波センサ２０の取付状態においてホーン２１がバンパー１９の表面から突出しており、しかもホーン２１の開口が外部に露出するため、外観が悪いという問題もあった。
【０００６】
そこで、超音波を発生させる超音波振動子Ａ′自体に異方向性の指向性を具備させることにより、ホーン２１を不要なものとする試みがなされている。すなわち、超音波振動子Ａ′に、その取付状態において、路面に対して水平方向に超音波を放射する振動モードと、垂直方向に放射する振動モードとが異なるモードとなり、超音波振動子Ａ′から発振される超音波に、異方向性の指向性を具備させるものである
このような異方向性の指向性を有する超音波振動子Ａ′としては、従来、図１２に示すようなものが提案されている。この超音波振動子Ａ′は、金属にて円柱状に形成されており、上底面から下底面に向けて凹部２６が形成されている。この凹部２６の底面が振動部４′として形成されており、振動部４′には、厚みの厚い厚肉部２４が形成されると共に、厚肉部２４の両側方に厚肉部２４よりも厚みの薄い薄肉部２５が形成されている。この超音波振動子Ａ′の凹部２６内において、振動部４′の厚肉部２４上に圧電素子８が、電気的に接続された状態で配設されている。また圧電素子８の、振動部４′に接触していない側の面及び超音波振動子Ａ′には、それぞれリード線７が接続されている。そして、リード線７間に電圧を印加することにより、圧電素子８を振動させ、それに伴って振動部４′を振動させることにより、振動部４′から超音波を発生させるものである。
【０００７】
このような超音波振動子Ａ′を自動車１８に取付けるにあたっては、バンパー１９等に設けた開口に、超音波振動子Ａ′の振動部４′がバンパー１９から露出するように配設するものであり、このとき振動部４′の薄肉部２５が水平方向に並ぶように配置するものである。
【０００８】
この超音波振動子Ａ′の振動部４′における水平方向の振動モードは単純な撓み振動である。一方、垂直方向の振動モードは、厚肉部２４の外側が薄肉部２５のために撓みやすくなっているので、厚肉部２４の振動に引かれるように薄肉部２５が撓むこととなり、そのため水平方向の振動モードに比べて平面振動が大きくなる。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、水平方向に比べて垂直方向への広がりが鋭くなり、超音波発振に異方向性を持つ指向性が付与される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような形状を有する超音波振動子Ａ′を金属で作製する場合は、鍛造により作製することとなるが、超音波発振の指向性を制御するには薄肉部２５の厚み精度が重要となり、そのためいくつもの鍛造工程が必要となる。また薄肉部２５の寸法精度も需要であるため、鍛造工程とは別に切削工程も必要となり、安価な加工手段で製造できないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明者はこのような問題を解決するための超音波振動子として、特願平１１−２４６６７４号として出願した明細書等に記載の超音波振動子を提案している。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であるケース体の閉塞面の内面側に圧電素子を配設し、この閉塞面にて発生される超音波が異方向性の指向特性を有する超音波振動子において、ケース体を金属製の板材から形成される金属ケースと、合成樹脂材からなる樹脂ケースとで構成したものである。
【００１１】
しかし、上記のようにケース体を金属ケースと樹脂ケースとで構成する場合は、超音波振動子を屋外で使用する場合などには、金属ケースと樹脂ケースとの間の防水性を確保する必要がある。このため本発明者らは上記の出願において、ケース体の閉塞面にシート材を貼着することにより防水性を向上する構成も提案しているが、この場合は長期間の使用によりシート材が剥離するなどして密閉性を維持することが困難となるものであった。
【００１２】
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発振子を安価に容易に製造することができ、かつ、長期間使用しても良好な密閉性を維持することができ、しかもデザイン性に優れ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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る超音波振動子は、一端面が開口すると共に他端面が閉塞面１ａであるケース体１の閉塞面１ａの内面側に圧電素子８を配設し、この閉塞面１ａにて発生される超音波が異方向性の指向特性を有する超音波振動子Ａにおいて、ケース体１を金属製の板材１３から形成される金属ケース２と、合成樹脂材からなる樹脂ケース３とで構成し、ケース体１の閉塞面１ａの外面側に塗膜１７を形成すると共に閉塞面１ａに現れる金属ケース２と樹脂ケース３との接合部を塗膜１７にて被覆して成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、ケース体１の閉塞面１ａの外面側からケース体１の外側面にかけて塗膜１７を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の請求項３の発明は、請求項１又は２の構成に加えて、金属製の板材１３に曲げ加工を施して金属ケース２を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１又は２の構成に加えて、金属製の板材１３に絞り加工を施して金属ケース２を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明の請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、一面が超音波送受信面４ｃとして形成されると共に他面が圧電素子８が配設される配設面４ｄとして形成される振動部４と、振動抑止部５とで構成され、振動部４の外縁に、振動部４と振動抑止部５とが直接接続する少なくとも一対の接続部４ａと、振動部４と振動抑止部５とが直接には接続されていない少なくとも一対の非接続部４ｂとを形成した金属ケース２を、振動抑止部５において樹脂ケース３に固定して成ることを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明の請求項６の発明は、請求項５の構成に加えて、金属ケース２の振動部４の外縁に、接続部４ａと非接続部４ｂとを交互に形成して一対の接続部４ａと一対の非接続部４ｂとを形成すると共に、接続部４ａ同士の並び方向と非接続部４ｂ同士の並び方向とが略直交するように形成して成ることを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明の請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの構成に加えて、一面が超音波送受信面４ｃとして形成されると共に他面が圧電素子８が配設される配設面４ｄとして形成される振動部４と、振動部４の外縁から配設面４ｄ側に向けて延出された振動抑止部５とで金属ケース２を構成し、この金属ケース２を、前面と背面において開口する配置部６を有する樹脂ケース３に、配置部６の内面に金属ケース２の振動抑止部５の外面を配置すると共に配置部６の前面側の開口を金属ケース２の振動部４にて閉塞して樹脂ケース３の前面と振動部４の超音波送受信面４ｃにて閉塞面１ａを構成するように保持させて成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また本発明の請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれかの構成に加えて、インサート成形によって金属ケース２に樹脂ケース３を一体成形してケース体１を形成して成ることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
まず図１に示す超音波振動子Ａについて説明する。
【００２３】
ケース体１は、金属ケース２と樹脂ケース３とから構成される。
【００２４】
金属ケース２は、振動部４と振動抑止部５とから構成されている。振動部４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４ｃとして形成されており、また他面は圧電素子８が配設される配設面４ｄとして形成されている。振動抑止部５は振動部４の外縁を構成する４辺のうち、対向し合う一対の各辺から配設面４ｄ側に向けてそれぞれ延出されている。すなわち、振動部４の外縁を構成する４個の辺のうち、対向し合う一対の辺が、振動抑止部５と直接接続された接続部４ａとして形成され、対向し合う他の一対の辺が、振動抑止部５とは直接に接続されていない非接続部４ｂとして形成されているものであり、また振動部４の外縁に沿って交互に形成された接続部４ａと非接続部４ｂとが接続部４ａ同士の並び方向と非接続部４ｂ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。
【００２５】
この金属ケース２には、薄肉部分や厚肉部分を形成するような厚み設計を行う必要がなく、その形状も単純であるため、複雑な鍛造工程や切削工程を施すことなく、一枚の金属製の板材１３に単純な曲げ加工や絞り加工を施すことにより安価且つ容易に作製することができる。例えば図３に示すように、アルミニウム板等の金属製の板材１３の上面に直方体状の折曲げ治具１４を配置した状態で、この板材１３の両側部を折曲げ治具１４に沿って上方に折曲げ成形することにより、作製されるものであり、折曲げ治具１４の下方に配置されている部分が振動部４、折曲げ治具１４に沿って上方に折曲げられた部分が振動抑止部５として形成される。
【００２６】
樹脂ケース３は、剛性が高く制振性に優れた合成樹脂材にて形成される。この樹脂ケース３は前面が円形状、背面が前面よりも径が大きい円形状に形成されており、前面と背面とを接続する外周面には、前面側よりも背面側の方が径が大きくなるように段差５ａが形成されている。この樹脂ケース３には前面及び背面にて開口する前後方向の貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部が、金属ケース２が配置される配置部６として構成されている。この配置部６の内周形状は、金属ケース２の振動部４の外縁形状と略同一の寸法及び形状を有する矩形状に形成されている。
【００２７】
金属ケース２は、樹脂ケース３の配置部６内に保持されているものであり、このとき金属ケース２の振動部４は樹脂ケース３の配置部６の、前面側の開口を塞ぐと共に振動部４の超音波送受信面４ｃが樹脂ケース３の前面と略面一になるように配置されることにより、樹脂ケース３の前面と振動部４の超音波送受信面４ｃにて、閉塞面１ａが構成されている。また一対の振動抑止部５は配置部６の内面に密接して配置され、配置部６の内面において樹脂ケース３に固定されている。そのため、配置部６の外縁を構成する４辺のうち、一対の接続部４ａは樹脂ケース３に固定され、一対の非接続部４ｂは固定されずに撓みやすくなっている。
【００２８】
圧電素子８は、振動部４の配設面４ｄに電気的に接続されて配設されている。また金属ケース２の振動抑止部５と、圧電素子８の、配設面４ｄに接続されていない側の面には、それぞれリード線７が接続されている。
【００２９】
更に、ケース体１の閉塞面１ａの外面側には全面に亘って塗膜１７が形成されている。この塗膜１７を形成するための塗料としては、特に限定されるものでなはなく、耐水性を有する塗膜１７を形成することができる適宜の塗料を用いることができるが。具体例を挙げれば、例えば関西ペイント株式会社製の商品名「ソフレックス」を用いることができる。
【００３０】
このように超音波振動子Ａに塗膜１７を形成すると、超音波振動子Ａを自動車のバンパー等の取付対象物に配設する場合などに、対象物の外観と近似する色を有する塗膜１７を超音波振動子Ａに形成して、超音波振動子Ａを対象物に外観良く配設することができるものである。また樹脂ケース３と金属ケース２との接合部分を塗膜１７にて覆うことにより、超音波振動子Ａの密閉性が向上し、防水性に優れたものとすることができる。また、閉塞面１ａにシート材を貼着する場合は一部が剥離したら連鎖的に全体が剥離してしまい、防水性を長期間に亘って維持することが困難なものであるが、上記のように塗膜１７を形成すると仮に塗膜１７の一部が剥離したとしても連鎖的に全体が剥離するようなことがなく、長期に亘って確実に超音波振動子Ａの防水性を維持することができるものである。
【００３１】
また、超音波振動子Ａに塗膜１７を形成するにあたっては、図２に示すように、閉塞面１ａの外面側だけでなく、ケース体１の一端面と他端面との間の外側面にも塗膜１７を形成することもできる。このように塗膜１７をケース体１の閉塞面１ａから外側面に亘って形成すると、剥離の生じやすい塗膜１７の端縁が閉塞面１ａの外縁に配置されることがなく、閉塞面１ａにおける塗膜１７の剥離を効果的に防止して、防水性を更に確実に維持することができるものである。しかも、シート材を閉塞面１ａから外側面に亘って貼着使用とする場合は一枚のシート材をケース体１の閉塞面１ａから外側面に回り込ませると外側面において折れ目や継ぎ目が形成されてしまい、外観が悪化するものであるが、塗膜１７を形成する場合はこのような折り目や継ぎ目が形成されず、良好な外観を維持することができるものである。
【００３２】
次に図４，５に示す超音波振動子Ａについて説明する。
【００３３】
ケース体１は、金属ケース２と樹脂ケース３とから構成される。
【００３４】
金属ケース２は、略有底円筒状に形成されている。この金属ケース２の底部は振動部４として形成されている。この振動部４は厚みがほぼ均一に形成されており、一面が超音波送受信面４ｃとして形成され、他面は圧電素子８が配設される配設面４ｄとして形成されている。また側面部分は、振動部４の外縁から配設面４ｄ側に向けて延出された振動抑止部５として形成されている。また振動部４と振動抑止部５とが接続する部分において、金属ケース２の内側と外側とを連通する開口部９が形成されている。この開口部９は、振動部４と振動抑止部５とが接続する部分が一部切り欠かれた形状に形成される。この開口部９は二つ形成されているものであり、金属ケース２を両断する振動部４に対して垂直な平面に対して略対称に形成され、かつ開口部９の振動部４側の外縁部分が振動部４の中心に対して略点対称に形成されている。すなわち、振動部４の外縁のうち、開口部９と隣接する部分は、振動抑止部５とは直接は接続されていない一対の直線状の非接続部４ｂとして形成され、この非接続部４ｂ以外の部分が、振動抑止部５と直接接続された一対の弧状の接続部４ａとして形成されているものであり、また振動部４の外縁に沿って交互に形成された接続部４ａと非接続部４ｂとが接続部４ａ同士の並び方向と非接続部４ｂ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。この接続部４ａは円弧状に形成され、非接続部４ｂは直線状に形成されているものであり、そのため振動部４は小判状に形成されている。また振動抑止部５の、振動部４とは反対側の端部の外周には、全周に亘って外方に突出するリブ１０が形成されている。
【００３５】
この金属ケース２には、薄肉部分や厚肉部分を形成するような厚み設計を行う必要がなく、その形状も単純であるため、複雑な鍛造工程や切削工程を施すことなく、一枚の金属製の板材１３に単純な曲げ加工や絞り加工を施すことにより安価且つ容易に作製することができる。例えば図６に示すように、アルミニウム板等の金属製の板材１３の絞り加工にて形成されている。すなわち、まず図６（ａ）に示すような円盤状の金属製の板材１３に絞り加工を施して、フランジ１５を有する有底円筒状に成形する。この絞り加工は図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、浅絞り、中絞り、深絞りの三段階の絞り加工工程を経て行われる。そして、図６（ｅ）に示すように、底部と周面部との接続部分に、パンチ１６等を用いて２箇所穴開け加工を施して、一対の開口部９を形成すると共に、フランジ１５部分を、リブ１０となる部分を残して切断することにより、金属ケース２が形成されるものである。
【００３６】
樹脂ケース３は、剛性が高く制振性に優れた合成樹脂材にて形成される。この樹脂ケース３は前面が円形状、背面が前面よりも径が大きい円形状に形成されており、前面と背面とを接続する外周面には、前面側よりも背面側の方が径が大きくなるように段差５ａが形成されている。この樹脂ケース３には前面及び背面にて開口する前後方向の貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部が、金属ケース２が配置される配置部６として構成されている。この配置部６の内周形状は、金属ケース２の振動抑止部５の外周面形状と略同一の形状及び寸法を有する断面略円形状に形成されている。
【００３７】
金属ケース２は、樹脂ケース３の配置部６内に保持されているものであり、このとき金属ケース２の振動部４は樹脂ケース３の配置部６の、前面側の開口を塞ぐと共に振動部４の超音波送受信面４ｃが樹脂ケース３の前面と略面一になるように配置される。また一対の振動抑止部５は配置部６の内面に密接して配置され、配置部６の内面において樹脂ケース３に固定されている。そのため、配置部６の外縁のうち、一対の接続部４ａは樹脂ケース３に固定され、一対の非接続部４ｂは固定されずに撓みやすくなっている。またここで配置部６の、振動部４にて閉塞される側の開口には、金属ケース２の開口部９から金属ケース２の内側に向けて突出する突出部１２が突設されており、そのため配置部６の振動部４にて閉塞される側の開口形状は、振動部４と略同一の形状及び寸法を有する小判状に形成される。また配置部６の、振動部４にて閉塞される側とは反対側の開口の内周には、金属ケース２のリブ１０と対応する形状のリブ受け部１１が、全周に亘って凹設されている。
【００３８】
圧電素子８は、振動部４の配設面４ｄに電気的に接続されて配設されている。また金属ケース２の振動抑止部５と、圧電素子８の、配設面４ｄに接続されていない側の面には、それぞれリード線７が接続されている。
【００３９】
また、図４に示すものでは、図１に示す場合と同様に、ケース体１の閉塞面１ａの全面に亘って塗膜１７を形成しているものであり、また図５に示すものは図２に示す場合と同様に閉塞面１ａの外面側からケース体１の外側面に亘る全面に塗膜１７を形成している。
【００４０】
次に図７，８に示す超音波振動子Ａについて説明する。
【００４１】
ケース体１は、金属ケース２と樹脂ケース３とから構成されている。
【００４２】
金属ケース２は、振動部４と振動抑止部５とから構成されている。振動部４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４ｃとして形成されており、また他面は圧電素子８が配設される配設面４ｄとして形成されている。振動抑止部５は振動部４の外縁から配設面４ｄ側に向けて延設されて筒状に形成されている。ここで振動部４の外縁を構成する４個の辺のうちの、対向し合う一対の辺と、振動抑止部５との間にはそれぞれ金属ケース２の内側と外側とを連通する開口部９が形成されており、そのためこの一対の辺が、振動抑止部５の直接には接続されていない非接続部４ｂ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抑止部５と直接接続された接続部４ａとしてそれぞれ形成されている。すなわち、振動部４の外縁に沿って交互に形成された接続部４ａと非接続部４ｂとが、接続部４ａ同士の並び方向と非接続部４ｂ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。
【００４３】
この金属ケース２には、薄肉部分や厚肉部分を形成するような厚み設計を行う必要がなく、その形状も単純であるため、複雑な鍛造工程や切削工程を施すことなく、一枚の金属製の板材１３に単純な曲げ加工や絞り加工を施すことにより安価且つ容易に作製することができ、例えば図９に示されるように、一枚の金属製の板材１３を折曲げ成形することによって形成されている。すなわち、板材１３として、矩形状の主板１３ａの長尺方向の両端部から、それぞれ両側方に向けて合計４個の副板１３ｂを延出させて形成されたものを用いる。この主板１３ａをコ字状に折曲げ形成し、両端部の折曲げた部分を振動抑止部５として形成すると共に振動抑止部５にて挟まれた部分を振動部４として形成する。この折曲げ加工は、副板１３ｂが形成されている部分よりも内側において行う。このとき２対の副板１３ｂが対向し合うように配置される。そして更に副板１３ｂを、それぞれ対向する副板１３ｂに向けて折曲げると共に、対向し合う副板１３ｂの先端同士を突合わせるものである。このとき振動部４の外縁には、主板１３ａの折目部分に接続部４ａとして形成され、他の部分が非接続部４ｂとして形成される。また非接続部４ｂと振動抑止部５のうち副板１３ｂから形成される部分の外縁とで囲まれた部分に、金属ケース２の内方と外方とを連通する開口部９が形成される。
【００４４】
樹脂ケース３は、剛性が高く制振性に優れた合成樹脂材にて形成される。この樹脂ケース３は前面が円形状、背面が前面よりも径が大きい円形状に形成されており、前面と背面とを接続する外周面には、前面側よりも背面側の方が径が大きくなるように段差５ａが形成されている。この樹脂ケース３には前面及び背面にて開口する前後方向の貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部が、金属ケース２が配置される配置部６として構成されている。この配置部６の内周形状は、金属ケース２の振動抑止部５の外周面形状と略同一の形状及び寸法を有する断面略矩形状に形成されている。
【００４５】
金属ケース２は、樹脂ケース３の配置部６内に保持されているものであり、このとき金属ケース２の振動部４は樹脂ケース３の配置部６の、前面側の開口を塞ぐと共に振動部４の超音波送受信面４ｃが樹脂ケース３の前面と略面一になるように配置される。また振動抑止部５は配置部６の内面に密接して配置され、配置部６の内面において樹脂ケース３に固定されている。そのため、配置部６の外縁のうち、一対の接続部４ａは樹脂ケース３に固定され、一対の非接続部４ｂは固定されずに撓みやすくなっている。またここで配置部６の、振動部４にて閉塞される側の開口には、金属ケース２の開口部９から金属ケース２の内側に向けて突出する突出部１２が突設されている。
【００４６】
圧電素子８は、振動部４の配設面４ｄに電気的に接続されて配設されている。また金属ケース２の振動抑止部５と、圧電素子８の、配設面４ｄに接続されていない側の面には、それぞれリード線７が接続されている。
【００４７】
また、図７に示すものでは、図１に示す場合と同様に、ケース体１の閉塞面１ａの全面に亘って塗膜１７を形成しているものであり、また図８に示すものは図２に示す場合と同様に閉塞面１ａの外面側からケース体１の外側面に亘る全面に塗膜１７を形成している。
【００４８】
上記の図１，２，４，５，７，８に示すようにして構成される超音波振動子Ａは、リード線７間にパルス電圧を印加し、またリード線７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７間にパルス電圧を印加すると圧電素子８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あたって反射し、この反射波が振動部４の超音波送受信面４ｃにあたると、振動部４が振動し、それに応じて圧電素子８が振動する。このとき圧電素子８内に起電力が発生するものであり、リード線７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。
【００４９】
このような超音波振動子Ａを自動車のバンパー等の、取付対象物に取付ける場合は、取付対象物に形成した開口に超音波振動子Ａを、開口部９においてケース体１の閉塞面１ａ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Ａ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１ａを水平面に対して略垂直に配置すると共に、振動部４における一対の接続部４ａが水平方向に並ぶように配置され、一対の非接続部４ｂが鉛直方向に並ぶように配置される。
【００５０】
超音波振動子Ａ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４ａから他方の接続部４ａ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４ｂから他方の非接続部４ｂへと向う方向）の振動モードは、非接続部４ｂが樹脂ケース３に固定されていない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に複数種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Ａ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Ａを特に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。
【００５１】
また超音波振動子Ａ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、超音波発振子Ａ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Ａの前方に窪み等を形成せずに超音波振動子Ａ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Ａ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Ａから発振される超音波の異方向性の指向特性の変化や誤作動を防止することができるものであり、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事態を防ぐことができるものである。
【００５２】
また、超音波振動子Ａ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１ａ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。
【００５３】
またこれら図１，２，４，５，７，８に示すような超音波振動子Ａにおいて、樹脂ケース３を設けるにあたっては、成形金型のキャビティ内に金属ケース２を配置した状態でキャビティ内に樹脂ケース３を成形するインサート成形により、金属ケース２に樹脂ケース３を一体に成形してケース体１を作製することができる。このようにすると、樹脂ケース３を成形すると同時にケース体１を作製することができ、超音波振動子Ａの作製工程を削減することができるものであり、しかも金属ケース２の振動抑止部５と樹脂ケース３の配置部６の内面との密着性を向上して、金属ケース２の振動部４の接続部４ａを樹脂ケース３に安定して固定することができ、超音波振動子Ａの作動安定性を向上することができるものである。
【００５４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る超音波振動子は、一端面が開口すると共に他端面が閉塞面であるケース体の閉塞面の内面側に圧電素子を配設し、この閉塞面にて発生される超音波が異方向性の指向特性を有する超音波振動子において、ケース体を金属製の板材から形成される金属ケースと、合成樹脂材からなる樹脂ケースとで構成し、ケース体の閉塞面の外面側に塗膜を形成すると共に閉塞面に現れる金属ケースと樹脂ケースとの接合部を塗膜にて被覆するものであり、異方向性の指向特性を有する超音波を発する防水型の超音波発振子のケース体を金属製の板材と合成樹脂材を成形することにより形成することができ、超音波の指向特性を制御するためのホーン等を設ける必要がない超音波振動子を、安価且つ容易に形成することができるものであり、しかも、超音波振動子を自動車のバンパー等の取付対象物に配設する場合などに、対象物の外観と近似する色を有する塗膜を超音波振動子に形成して、超音波振動子を対象物に外観良く配設することができるものである。また樹脂ケースと金属ケースとの接合部分を塗膜にて覆うことにより、超音波振動子の密閉性が向上し、防水性に優れたものとすることができるものであり、このとき、仮に塗膜の一部が剥離したとしても連鎖的に全体が剥離するようなことがなく、長期に亘って確実に超音波振動子Ａの防水性を維持することができるものである。
【００５５】
また本発明の請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、ケース体の閉塞面の外面側からケース体の外側面にかけて塗膜を形成するものであり、剥離の生じやすい塗膜の端縁が閉塞面の外縁に配置されることがなく、閉塞面における塗膜の剥離を効果的に防止して、防水性を更に確実に維持することができるものであり、しかも、シート材を閉塞面から外側面に亘って貼着使用とする場合は一枚のシート材をケース体の閉塞面から外側面に回り込ませると外側面において折れ目や継ぎ目が形成されてしまい、外観が悪化するものであるが、塗膜を形成する場合はこのような折り目や継ぎ目が形成されず、良好な外観を維持することができるものである。
【００５６】
また本発明の請求項３の発明は、請求項１又は２の構成に加えて、金属製の板材に曲げ加工を施して金属ケースを形成するものであり、鍛造工程や切削工程を伴わずに金属ケースを形成することができ、金属ケースを安価且つ容易に形成することができるものである。
【００５７】
また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１又は２の構成に加えて、金属製の板材に絞り加工を施して金属ケースを形成するものであり、鍛造工程や切削工程を伴わずに金属ケースを形成することができ、金属ケースを安価且つ容易に形成することができるものである。
【００５８】
また本発明の請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、一面が超音波送受信面として形成されると共に他面が圧電素子が配設される配設面として形成される振動部と、振動抑止部とで構成され、振動部の外縁に、振動部と振動抑止部とが直接接続する少なくとも一対の接続部と、振動部と振動抑止部とが直接には接続されていない少なくとも一対の非接続部とを形成した金属ケースを、振動抑止部において樹脂ケースに固定するものであり、非接続部を樹脂ケースに固定して振動部における非接続部付近の振動を抑制し、振動部を厚みが略均一な平板状に形成したとしても振動部に複数の振動モードを発生させることにより、振動部から発せられる超音波に異方性を持つ指向性を具備させることができるものである。
【００５９】
また本発明の請求項６の発明は、請求項５の構成に加えて、金属ケースの振動部の外縁に、接続部と非接続部とを交互に形成して一対の接続部と一対の非接続部とを形成すると共に、接続部同士の並び方向と非接続部同士の並び方向とが略直交するように形成するものであり、振動部は、接続部付近においては接続部が固定されているため振幅が小さくなり、その代りに接続部間に挟まれた内方部分における振幅が大きくなるものであって、振動部の振動により発生する超音波の発振方向は、水平方向に比べて垂直方向に広がらずに鋭くなり、振動部から発せられる超音波に全体として水平方向には広がるが垂直方向への広がりが狭くなる異方向性を持つ指向性を付与することができるものであり、しかも送波出力を向上することができるものである。従って、特に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。
【００６０】
また本発明の請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの構成に加えて、一面が超音波送受信面として形成されると共に他面が圧電素子が配設される配設面として形成される振動部と、振動部の外縁から配設面側に向けて延出された振動抑止部とで金属ケースを構成し、この金属ケースを、前面と背面において開口する配置部を有する樹脂ケースに、配置部の内面に金属ケースの振動抑止部の外面を配置すると共に配置部の前面側の開口を金属ケースの振動部にて閉塞して樹脂ケースの前面と振動部の超音波送受信面にて閉塞面を構成するように保持させるものであり、超音波送受信面を閉塞面に露出させて、閉塞面から超音波を効率よく発振することができるものであり、また金属ケースを樹脂ケースの内側に配置することにより、超音波送受信面を除いて金属ケース及びこの金属ケースと電気的に接続された圧電素子を周囲から保護することができて、超音波振動子の動作安定性を向上することができるものであり、また樹脂ケースに金属ケースの振動抑止部を確実に固定して樹脂ケースに金属ケースを強固に保持させることができるものである。
【００６１】
また本発明の請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれかの構成に加えて、インサート成形によって金属ケースに樹脂ケースを一体成形してケース体を形成するものであり、樹脂ケースを成形すると同時にケース体を作製することができ、超音波振動子の作製工程を削減することができるものであり、しかも金属ケースの振動抑止部と樹脂ケースの配置部の内面との密着性を向上して、金属ケースの振動部の接続部を樹脂ケースに安定して固定することができ、超音波振動子の作動安定性を向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、同上の実施の形態における金属ケースの作製工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の更に他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図５】本発明の実施の形態の更に他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図６】（ａ）乃至（ｅ）は、同上の実施の形態における金属ケースの作製工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）乃至（ｅ）は断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の更に他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図８】本発明の実施の形態の更に他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は底面の断面図、（ｄ）は背面図である。
【図９】同上の実施の形態における金属ケースを示す斜視図である。
【図１０】自動車に対する超音波センサの取付状態を示す斜視図である。
【図１１】従来技術の一例を示すものであり、（ａ）は側面の断面図、（ｂ）は正面図である。
【図１２】従来技術の他例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面の断面図である。
【符号の説明】
Ａ超音波振動子
１ケース体
２金属ケース
３樹脂ケース
４振動部
４ａ接続部
４ｂ非接続部
４ｃ超音波送受信面
４ｄ配設面
５振動抑止部
６配設部
８圧電素子
１３板材
１７塗膜

Claims

一端面が開口すると共に他端面が閉塞面であるケース体の閉塞面の内面側に圧電素子を配設し、この閉塞面にて発生される超音波が異方向性の指向特性を有する超音波振動子において、ケース体を金属製の板材から形成される金属ケースと、合成樹脂材からなる樹脂ケースとで構成し、ケース体の閉塞面の外面側に塗膜を形成すると共に閉塞面に現れる金属ケースと樹脂ケースとの接合部を塗膜にて被覆して成ることを特徴とする超音波振動子。
ケース体の閉塞面の外面側からケース体の外側面にかけて塗膜を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動子。
金属製の板材に曲げ加工を施して金属ケースを形成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動子。
金属製の板材に絞り加工を施して金属ケースを形成して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動子。
一面が超音波送受信面として形成されると共に他面が圧電素子が配設される配設面として形成される振動部と、振動抑止部とで構成され、振動部の外縁に、振動部と振動抑止部とが直接接続する少なくとも一対の接続部と、振動部と振動抑止部とが直接には接続されていない少なくとも一対の非接続部とを形成した金属ケースを、振動抑止部において樹脂ケースに固定して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波振動子。
金属ケースの振動部の外縁に、接続部と非接続部とを交互に形成して一対の接続部と一対の非接続部とを形成すると共に、接続部同士の並び方向と非接続部同士の並び方向とが略直交するように形成して成ることを特徴とする請求項５に記載の超音波振動子。
一面が超音波送受信面として形成されると共に他面が圧電素子が配設される配設面として形成される振動部と、振動部の外縁から配設面側に向けて延出された振動抑止部とで金属ケースを構成し、この金属ケースを、前面と背面において開口する配置部を有する樹脂ケースに、配置部の内面に金属ケースの振動抑止部の外面を配置すると共に配置部の前面側の開口を金属ケースの振動部にて閉塞して樹脂ケースの前面と振動部の超音波送受信面にて閉塞面を構成するように保持させて成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波振動子。
インサート成形によって金属ケースに樹脂ケースを一体成形してケース体を形成して成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の超音波振動子。