JP4816109B2 - 超音波発生素子 - Google Patents

Description

この発明は、超音波を発生送信する超音波発生素子に関する。

近年、この種の超音波発生素子として、例えば、自動車（車両）に搭載される超音波センサに使用されるものが知られている。この超音波センサは、超音波を送信可能な超音波発生素子から超音波を送信して、被検出体に当たって反射された超音波を、超音波を受信可能な受信素子によって受信することにより、自動車の周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。このように超音波センサを利用し、自動車の周囲を監視して安全走行に役立てる技術の開発が進められている。
例えば、自動車の後部に超音波センサを搭載し、自動車の後方に存在する人間や障害物などに当たって反射された超音波を当該超音波センサで受信して、人間や障害物などを検知するバックソナーとして、人間や障害物などとの衝突を回避してバックでの駐車を支援する自動駐車支援システムなどが実用化されている。超音波センサに使用する超音波発生素子としては、特許文献１に、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を利用して、基板表面に形成された熱絶縁層上に電気的に駆動される発熱体薄膜を被着した超音波発生素子が開示されている。
この超音波発生素子によれば、電気的に駆動される発熱体を用いて発熱体表面の空気層に超音波周期の温度変化を与え、熱的に超音波を発生させることができる。
特開平１１−３００２７４号公報

しかし、超音波発生素子を外部に露出させた状態で車両に搭載した場合、素子の表面に水滴やごみが付着すると、超音波の発生効率が低下する、もしくは超音波を発生することができなくなるため、被検出体までの距離を正確に測定できなくなったり、小石の衝突などの外力の負荷により破壊されたりするおそれがあるという問題があった。
また、破損を防止するために超音波発生素子の前方に空間を介して保護材を設けた場合、空気と保護材の音響インピーダンスの差が大きいため、超音波の減衰が大きくなり、外部まで超音波を伝達することができないので、超音波発生素子の実装形態に制約が大きいという問題があった。

そこで、この発明は、超音波を効率よく送信することができるとともに、素子の実装形態の自由度の高い超音波発生素子を実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、超音波を送信する超音波発生素子（１０）において、基板（１１）と、この基板（１１）の基板面（１１ａ）に設けられた熱絶縁層（１２）と、この熱絶縁層（１２）上に設けられ、電気的に駆動可能な薄膜状の発熱体（１３）と、この発熱体（１３）上に設けられ、当該発熱体（１３）から付加される熱により表面が変位して振動する薄膜状の振動体（１４）と、を備え、前記発熱体（１３）を所定の周期で駆動し、前記振動体（１４）に前記所定の周期の温度変化を与えることにより、前記振動体（１４）から超音波を発生させ、前記振動体（１４）は、前記発熱体（１３）上の一部にのみ形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、電気的に駆動可能な薄膜状の発熱体により、発熱体上に設けられた薄膜状の振動体に、所定の周期の温度変化が与えられるため、振動体が温度変化に応じた膨張・収縮を繰り返して振動するので、固体の振動により超音波を発生させて送信することができる。
これにより、振動体の表面（振動面）の振動により超音波を発生させるため、従来の発熱体表面の空気層の振動により超音波を発生させる場合と異なり、振動体の表面に水滴やごみが付着しても、超音波の発生効率が低下することがない。 従って、超音波発生素子を外部に露出させた状態で使用する車両搭載用などの用途に用いることもできる。
つまり、超音波を効率よく送信することができるとともに、素子の実装形態の自由度の高い超音波発生素子を実現することができる。
そして、請求項１に記載の発明によれば、振動体は、発熱体上の一部にのみ形成されているため、振動体が形成されていない部分からは、放熱しやすくなるので、発熱体による熱の付加に対する応答性が良好となり、安定して超音波を発生させることができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波発生素子において、前記発熱体上にて前記振動体が形成されていない部分には空隙が形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波発生素子において、前記振動体（１４）を保護するとともに振幅を増幅させる錘（１５）が、前記振動体（１４）上に設けられている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明によれば、振動体上に設けられた錘により慣性が増大するため、振動体の振幅を増大させることができ、超音波の発生効率を増大させることができる。
また、超音波発生素子を外部に露出させた状態で使用する場合でも、振動体に水滴やごみが付着するおそれが少なく、小石の衝突などの外力の負荷により振動体が破壊されたりするおそれも少なくすることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の超音波発生素子において、弾性を有しており、前記振動体（１４）の振動を増幅する振動増幅部材（１６）が、前記振動体（１４）と前記錘（１５）との間に設けられている、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明によれば、弾性を有する振動増幅部材が錘の慣性によって変形することにより、更に振動体の振動が増幅されるため、超音波の発生効率を更に高めることができる。
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波発生素子において、前記振動体は、前記発熱体上に所定の間隔で配置された複数の帯状の薄膜から成る、という技術的手段を用いる。
請求項６に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の超音波発生素子において、前記振動体は、前記発熱体の中央部にのみ形成され、前記錘は、前記振動体の振動面全体を覆い、かつ、前記発熱体の表面より小さい、という技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波発生素子において、車両に設けられた所定の取付位置（５２）に前記振動体（１４）の振動面を接触させて、超音波発生素子（１０）が外部に露出しないように取り付ける、という技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明によれば、超音波発生素子を車両に搭載することができる。この構成によれば、超音波発生素子を車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに使用することができる。
また、超音波発生素子が外部に露出しないように取り付けるため、車両の進行中に、例えば、小石などが飛来した場合であっても、それらが振動体と接触し、破損するおそれがない。更に、車両が雨やちりなどの異物により汚れた場合であっても、振動体には水滴や異物が付着しないため、超音波発生素子を正常な状態で作動させることができる。更に、超音波発生素子が車両の外部から見えないため、美観を保つことができる。

請求項８に記載の発明では、請求項３ないし請求項６のいずれか１つに記載の超音波発生素子において、車両に設けられた所定の取付位置（５２）から前記錘（１５）を車両の外部に露出させて取り付ける、という技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明によれば、超音波発生素子を車両に搭載することができる。この構成によれば、超音波発生素子を車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに使用することができる。また、振動体に水滴やごみが付着するおそれが少なく、小石の衝突などの外力の負荷により振動体が破壊されたりするおそれも少ないので、超音波発生素子を外部に露出させた状態で使用することができ、超音波発生素子の実装形態の自由度を高くすることができる。

請求項９に記載の発明では、請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子において、前記所定の取付位置は、バンパである、という技術的手段を用いる。

請求項９に記載の発明によれば、超音波発生素子はバンパに取り付けられるため、車両の進行の妨げになる障害物を検出する超音波センサに適用することができる。

請求項１０に記載の発明では、請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子において、前記所定の取付位置は、フロントガラス、または、リアガラスである、という技術的手段を用いる。

請求項１０に記載の発明によれば、超音波発生素子はフロントガラス、または、リアガラスに取り付けられるため、車両の進行の妨げになる障害物を検出する超音波センサに適用することができる。

請求項１１に記載の発明では、請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子において、前記所定の取付位置は、車両の外部に取り付けられた発光部材のカバーである、という技術的手段を用いる。

請求項１１に記載の発明によれば、超音波発生素子の用途に合わせて、ヘッドランプ、リアランプ、ウインカ、バックランプなど、車両の外部に取り付けられた発光部材のカバーに取り付けることができる。また、既存の部材を利用するため、新たな取付部材を設ける必要がない。

請求項１２に記載の発明では、請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の超音波発生素子において、前記振動体（１４）は、前記発熱体（１３）と一体的に形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１２に記載の発明によれば、振動体は、発熱体と一体的に形成されているため、発熱体において生じた熱が振動体に効率よく伝達されるので、熱の伝達効率と応答性を向上させることができる。また、発熱体と振動体とを一度に形成する工程を採用すれば、振動体を形成する工程を減らすことができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項１２に記載の超音波発生素子において、前記振動体（１４）と前記発熱体（１３）との間には両者を電気的に絶縁する絶縁層が介在しているという技術的手段を用いる。

請求項１３に記載の発明によれば、発熱体に与えられた電流が振動体に流れると発熱体の発熱量が低下する場合に、発熱体と振動とを電気的に絶縁することができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波発生素子において、前記振動体（１４）は、主成分がアルミニウムである金属薄膜である、という技術的手段を用いる。

請求項１４に記載の発明によれば、振動体は、主成分がアルミニウムである金属薄膜であるため、熱伝導がよく、発熱体による熱の付加に対する応答性が良好であるので、安定して超音波を発生させることができる。
また、耐候性が良好であるので、水滴やごみが付着しても腐食などによる劣化が生じないため、耐候性が要求される用途、例えば、車載用として使用することができる。

〈第１実施形態〉
この発明に係る超音波発生素子の第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、超音波発生素子を車両に搭載し、障害物センサに使用する場合を例に説明する。図１は、第１実施形態に係る超音波発生素子の説明図である。図１（Ａ）は、超音波発生素子を振動体側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２は、車両に搭載された超音波発生素子の断面説明図である。図３は、超音波発生素子の車両への取付位置を示す説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大して示している。

（超音波発生素子の構造）
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波発生素子１０は、シリコンからなる四角形状の基板１１を用いて形成されている。基板１１の基板面１１ａには、四角形状のポーラスシリコンからなる熱絶縁層１２が形成されている。この熱絶縁層１２は、基板１１の基板面１１ａを電気化学エッチングすることによって形成されている。
熱絶縁層１２の表面には、タングステンの薄膜を被着して形成された発熱体１３が設けられている。発熱体１３は、めっきやスパッタなどの薄膜プロセスにより、熱絶縁層１２の表面の四角形状の領域内にジグザグに形成されている。
発熱体１３は、端部から外方に張り出して設けられている電極パッド１３ａ、１３ａにおいて、発熱体１３を駆動するための駆動電源２１と電気的に接続されている。発熱体１３の表面には、電極パッド１３ａ、１３ａ以外の部分を覆って、振動体１４が形成されている。振動体１４は、めっきやスパッタなどの薄膜プロセスにより形成される。また、アルミニウム箔などの箔状部材を発熱体１３の表面に貼り付けて形成される。

図２において、図中上方が車両の外部を示す。図２に示すように、超音波発生素子１０は、車両のバンパ５２に、振動体１４を接触させて、超音波発生素子１０が外部に露出しないようにバンパ５２の内面５２ｂに取り付けられている。

（超音波の発生原理）
駆動電源２１により発熱体１３に超音波周期で変化する電流を流して、発熱体１３を駆動すると、発熱体１３による発熱量が電流の周波数に追従して周期的に変化する。
発熱体１３で発生した周期的な熱は、振動体１４に伝達され、振動体１４の温度が周期的に変化する。これにより、振動体１４がその温度に応じて厚さ方向に周期的に熱膨張及び収縮を繰り返し、発熱体１３に印加した電流の周波数に応じた周波数にて振動する。
つまり、振動体１４の振動面が印加された電流の周波数に応じて振動し、その振動により、振動体１４の振動面から超音波が発生する。
本実施形態では、振動体１４の振動面がバンパ５２の内面５２ｂに接触しているため、振動体１４の振動面で発生した超音波は、バンパ５２の内部を内面５２ｂ側から外面５２ａ側に向かって伝達し、バンパ５２の外面５２ａから外部に送信される。
超音波発生素子１０から送信され、車両の周囲にある障害物にて反射された超音波は、障害物センサの受信素子（図示せず）で受信される。障害物センサは、受信素子から出力される受信信号に基づいて、車両に備えられたＥＣＵにより所定の演算処理を行い、例えば、超音波発生素子１０から送信した超音波及び受信素子で受信した超音波の時間差、位相差を求め、その各差に基づいて、障害物との距離及び位置を測定する。
このように、超音波発生素子１０を障害物センサの超音波送信源として適用することができる。

ここで、図１（Ｂ）に示すように、発熱体１３と基板１１との間には熱伝導が低い熱絶縁層１２が設けられているので、発熱体１３から基板１１への熱伝達を少なくすることができる。つまり、発熱体１３による発熱が振動体１４に伝達しやすくなるので、電流の周波数に対する振動体１４の温度変化の応答性が向上する。また、発熱体１３から基板１１への熱の散逸を小さくすることができるので、振動体１４に生じる温度変化を大きくすることができる。したがって、振動体１４の振幅を大きくすることができるので、超音波の音圧を増大させることができる。

また、振動体１４において、大きな振幅を得るためには、振動体１４の熱膨張係数が大きく（例えば、１０ｐｐｍ／Ｋ以上）、熱容量が小さいことが望ましい。更に、振動体１４は高温になるため、使用時に融点、または、ガラス転移点以下であることが必要である。
このような材料として、振動体１４には、アルミニウム、ガラス、ポリイミド、シリコンゴム、ポリカーボネートなどを用いることができる。

特に、振動体１４に、主成分がアルミニウムである金属薄膜を用いた場合には、熱伝導がよく、発熱体１３による熱の付加に対する応答性が良好であるので、安定して超音波を発生させることができる。
また、耐候性が良好であるので、水滴やごみが付着しても腐食などによる劣化が生じないため、耐候性が要求される用途、例えば、車載用として外部に露出して使用することができる。

例えば、超音波発生素子１０を以下に示す形状で構成した場合、発熱体１３への投入エネルギーを８００Ｗとすると、振動体１４の振動面において、約４μｍの振幅が得られる。
基板１１：シリコン基板（厚さ４００μｍ）
熱絶縁層１２：ポーラスシリコン（３０μｍ）
発熱体１３：タングステン薄膜（３０ｎｍ）
振動体１４：アルミニウム（５ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍ）

（第１実施形態の変更例）
基板１１は、例えば、アルミニウムなどのシリコン以外の金属やセラミックス、ガラス基板を用いてもよい。
熱絶縁層１２は、他の熱伝導度の低い材料を用いることもできる。例えば、ポーラスアルミニウムなどの多孔体金属や高分子材料などを用いることができる。ここで、金属系の材料を使用する場合には、発熱体１３と電気的に絶縁するために、表面を酸化する、または、表面に絶縁層を設けるとよい。発熱体１３は、アルミニウムなどのジュール熱を発生する電気抵抗体でもよいし、ペルチェ素子で構成してもよい。

図３に示すように、超音波発生素子１０は、車両６０のフロントガラス６１、または、リアガラス６２に取り付けることもできる。この構成を用いると、車両の前後方向の障害物などを検出する障害物センサなどに超音波発生素子１０を適用する場合に有効である。
更に、超音波センサの用途に合わせて、超音波発生素子１０を車両６０の外部に取り付けられた発光部材のカバーに取り付けることもできる。例えば、超音波発生素子１０を車両６０側方の障害物センサに用いる場合には、ウインカ６３のカバーに超音波発生素子１０を取り付けることもできる。その他、ヘッドランプ６４、リアランプ６５、バックランプ６６などのカバーに超音波発生素子１０を取り付けることもできる。

［第１実施形態の効果］
（１）発熱体１３により、発熱体１３上に設けられた振動体１４に、所定の周期の温度変化が与えられるため、振動体１４が温度変化に応じた膨張・収縮を繰り返して振動するので、固体の振動により超音波を発生させて送信することができる。
これにより、振動体１４の振動面の振動により超音波を発生させるため、従来の発熱体表面の空気層の振動により超音波を発生させる場合と異なり、振動体１４の振動面に水滴やごみが付着しても、超音波の発生効率が低下することがない。
従って、超音波発生素子１０を外部に露出させた状態で使用する車両搭載用などの用途に用いることもできる。
つまり、超音波を効率よく送信することができるとともに、超音波発生素子１０の実装形態の自由度の高い超音波発生素子１０を実現することができる。

（２）超音波発生素子１０をバンパ５２などに取り付けて車両に搭載することができる。この構成によれば、超音波発生素子１０を車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに使用することができる。
また、超音波発生素子１０が外部に露出しないように取り付けるため、車両の進行中に、例えば、小石などが飛来した場合であっても、それらが、振動体１４と接触し、破損するおそれがない。更に、車両が雨やちりなどの異物により汚れた場合であっても、振動体１４には水滴や異物が付着しないため、超音波発生素子１０を正常な状態で作動させることができる。更に、超音波発生素子１０が車両の外部から見えないため、美観を保つことができる。

〈第２実施形態〉
この発明に係る超音波発生素子の第２実施形態について、図を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る超音波発生素子の断面説明図である。図５は、第２実施形態に係る超音波発生素子の車両への取付方法を示す断面説明図である。図６及び図７は、第２実施形態に係る超音波発生素子の変更例の説明図である。図６（Ａ）及び図７（Ａ）は、超音波発生素子を振動体側から見た平面説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の超音波発生素子３０は、振動体１４を保護するとともに振幅を増幅させる錘１５が、振動体１４上に設けられている点において、第１実施形態の超音波発生素子１０と異なっている。
錘１５は、振動体１４の振動面を覆う板状のステンレスにより形成されている。駆動電源２１により発熱体１３に超音波周期で変化する電流を流して、発熱体１３を駆動すると、振動体１４が振動し、周波数に応じて錘１５が変位する。これにより、錘１５の表面が振動し、超音波が発生する。このとき、錘１５により振動の慣性が増大し、振動体１４が錘１５により引っ張られて変形するため、錘１５を設けない場合に比べて、振動体１４の振幅が増大する。
これにより、錘１５の表面の変位を大きくすることができるので、錘１５を設けない場合に比べて、超音波の発生効率を増大させることができる。

ここで、錘１５により、振動体１４の振幅を増幅させるためには、十分な慣性を生じさせる必要があるため、所定の重量が必要であるので、密度が高い材料で形成されていることが好ましい。
更に、後述のように、錘１５を車両の外部に露出させる場合には、外気に晒されることに加え、外力の負荷から振動体１４を保護しなければならないため、耐候性の高い堅牢な材料を用いて形成する必要がある。
以上より、錘１５を構成する材料としては、密度が高く、硬く、耐候性を有することが好ましい。このような材料として、ステンレスやアルミニウム合金などの各種金属材料、セラミックス、ゴムなどを用いることができる。

本実施形態の超音波発生素子３０を車両に取り付ける場合には、例えば、第１実施形態に示した取付方法と同様に、錘１５をバンパ５２の内面５２ｂに接触させて取り付ければよい。また、図５に示すように、バンパ５２に開口部５２ｃを形成し、錘１５を車両の外部に露出させた状態で取り付けてもよい。車両の外部に露出している部分の最表面が錘１５であるため、振動体１４に水滴やごみが付着するおそれが少なく、小石の衝突などの外力の負荷により振動体１４が破壊されたりするおそれも少ない。
これにより、超音波発生素子３０の表面を車両の外部に露出させた状態で使用することもできるので、超音波発生素子３０の実装形態の自由度を高くすることができる。

（第２実施形態の変更例）
本実施形態では、振動体１４が、発熱体１３上の一部にのみ形成されている構成を用いることもできる。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、複数の帯状の振動体１４を所定の間隔で発熱体１３上に配置して超音波発生素子３１を構成してもよい。
この構成を用いると、発熱体１３上の振動体１４が形成されていない部分からは、放熱しやすくなるので、発熱体１３による熱の付加に対する応答性が良好となり、安定して超音波を発生させることができる。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、超音波発生素子３２は、振動体１４を発熱体１３の中央部に発熱体１３の表面より小さい寸法の例えば四角形状に形成し、錘１５を振動体１４の振動面全体を覆い、かつ、発熱体１３の表面より小さい寸法の例えば四角形状に形成して構成してもよい。
この構成を用いると、発熱体１３上の振動体１４が形成されていない部分からは、放熱しやすくなるので、発熱体１３による熱の付加に対する応答性が良好となり、安定して超音波を発生させることができる。更に、錘１５の表面の面積が振動体１４の振動面の面積より大きく形成されているため、超音波を発生させるための振動面積を大きくすることができ、超音波の音圧を大きくすることができる。

［第２実施形態の効果］
振動体１４上に設けられた錘１５により振動の慣性が増大するため、振動体１４の振幅を増大させることができ、錘１５を設けていない場合に比べて超音波の発生効率を増大させることができる。
また、超音波発生素子３０を車両の外部に露出させた状態で使用する場合でも、振動体１４に水滴やごみが付着するおそれが少なく、小石の衝突などの外力の負荷により振動体１４が破壊されたりするおそれも少なくすることができる。

〈第３実施形態〉
この発明に係る超音波発生素子の第３実施形態について、図を参照して説明する。図８は、第３実施形態に係る超音波発生素子の断面説明図である。
なお、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

（超音波センサの構造）
図８に示すように、本実施形態の超音波発生素子４０は、弾性を有しており、振動体１４の振動を増幅する振動増幅部材１６が、振動体１４と錘１５との間に設けられている点において、第２実施形態の超音波発生素子３０と異なっている。
振動増幅部材１６は、振動体１４と錘１５との間に介在し、弾性を有する柔らかい材料、例えば、ゴムや樹脂などの材料からなる。
駆動電源２１により発熱体１３に超音波周期で変化する電流を流して、発熱体１３を駆動すると、周波数に応じて、振動体１４が振動し、錘１５が厚さ方向に変位する。このとき、錘１５により振動の慣性が増大し、振動増幅部材１６が、錘１５の慣性により変形するため、振動増幅部材１６を形成しない場合に比べて、錘１５の表面の変位を大きくすることができる。これにより、錘１５の表面の変位を更に大きくすることができるので、超音波の発生効率を高めることができる。

ここで、振動増幅部材１６により、錘１５の表面の変位を大きくするためには、振動増幅部材１６が弾性を有し、変形しやすい材料で形成されている必要がある。このような材料として、ゴムや各種高分子材料などを用いることができる。

本実施形態の超音波発生素子４０を車両に取り付ける場合には、第２実施形態に示した取付方法と同様に、錘１５をバンパ５２の内面５２ｂに接触させて取り付ける、もしくは、バンパ５２に開口部５２ｃを形成し、錘１５を車両の外部に露出させた状態で取り付ければよい。

［第３実施形態の効果］
錘１５が振動する時の慣性により、振動増幅部材１６が変形するため、振動体１４の振動が増幅されるので、超音波の発生効率を更に増大させることができる。

〈その他の実施形態〉
（１）振動体１４は、発熱体１３と、例えば、同じ材質で一体的に形成してもよい。この構成を用いると、発熱体１３において生じた熱が、直接、振動体１４に伝達されるため、熱の伝達効率と応答性を向上させることができる。また、発熱体１３と振動体１４とを一度に形成する工程を採用すれば、振動体１４を形成する工程を減らすことができる。
ここで、振動体１４に発熱体１３の電流がリークすると発熱体１３の発熱量が低下する恐れがある場合には、例えば、発熱体１３の表面に酸化膜を形成する、などの手段により、振動体１４と発熱体１３との間に両者を電気的に絶縁する絶縁層を介在させて、発熱体１３と振動体１４とを電気的に絶縁することが望ましい。

（２）超音波発生素子を車両に取り付ける取付位置に用いられている部材を、振動体１４として用いてもよい。具体的には、例えば、図９に示すように、バンパ５２の内面５２ｂに発熱体１３を接触させて、車両の外部に露出しないように取り付けて、バンパ５２を振動体１４として用いてもよい。
この構成を用いると、バンパ５２を振動体１４として用いるため、振動体１４の振動面に超音波を減衰させる部材が存在しないので、超音波の発生効率を向上させることができる。更に、車両の外部から見えないため、美観を保つことができる。
また、用途に合わせて、フロントガラス、リアガラスなどのガラス部材を振動体１４として利用したり、ヘッドランプ、リアランプ、ウインカ、バックランプなどのカバーなどのガバー部材を振動体１４として利用することもできる。

（３）半導体集積回路技術を用いて、超音波発生素子１０と同一基板上に超音波受信素子を形成し、超音波センサを構成してもよい。この構成を用いると、超音波センサをコンパクト、かつ、安価に製造することができる。

第１実施形態に係る超音波発生素子の説明図である。図１（Ａ）は、超音波発生素子を振動体側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 車両に搭載された超音波発生素子の断面説明図である。 超音波発生素子の車両への取付位置を示す説明図である。 第２実施形態に係る超音波発生素子の断面説明図である。 第２実施形態に係る超音波発生素子の車両への取付方法を示す断面説明図である。 第２実施形態に係る超音波発生素子の変更例の説明図である。図６（Ａ）は、超音波発生素子を振動体側から見た平面説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 第２実施形態に係る超音波発生素子の変更例の説明図である。図７（Ａ）は、超音波発生素子を振動体側から見た平面説明図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、である。 第３実施形態に係る超音波発生素子の断面説明図である。 その他の実施形態に係る超音波発生素子の断面説明図である。

符号の説明

１０ 超音波発生素子
１１ 基板
１１ａ 基板面
１２ 熱絶縁層
１３ 発熱体
１４ 振動体
１５ 錘
１６ 振動増幅部材
３０、３１、３２、４０ 超音波発生素子
５２ バンパ
６０ 車両
６１ フロントガラス
６２ リアガラス

Claims (14)

1. 基板と、
   この基板の基板面に設けられた熱絶縁層と、
   この熱絶縁層上に設けられ、電気的に駆動可能な薄膜状の発熱体と、
   この発熱体上に設けられ、当該発熱体から付加される熱により表面が変位して振動する薄膜状の振動体と、を備え、
   前記発熱体を所定の周期で駆動し、前記振動体に前記所定の周期の温度変化を与えることにより、前記振動体から超音波を発生させ、
   前記振動体は、前記発熱体上の一部にのみ形成されていることを特徴とする超音波発生素子。
2. 前記発熱体上にて前記振動体が形成されていない部分には空隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波発生素子。
3. 前記振動体を保護するとともに振幅を増幅させる錘が、前記振動体上に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波発生素子。
4. 弾性を有しており、前記振動体の振動を増幅する振動増幅部材が、前記振動体と前記錘との間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の超音波発生素子。
5. 前記振動体は、前記発熱体上に所定の間隔で配置された複数の帯状の薄膜から成ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波発生素子。
6. 前記振動体は、前記発熱体の中央部にのみ形成され、
   前記錘は、前記振動体の振動面全体を覆い、かつ、前記発熱体の表面より小さいことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超音波発生素子。
7. 車両に設けられた所定の取付位置に前記振動体の振動面を接触させて、超音波発生素子が外部に露出しないように取り付けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波発生素子。
8. 車両に設けられた所定の取付位置から前記錘を車両の外部に露出させて取り付けることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１つに記載の超音波発生素子。
9. 前記所定の取付位置は、バンパであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子。
10. 前記所定の取付位置は、フロントガラス、または、リアガラスであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子。
11. 前記所定の取付位置は、車両の外部に取り付けられた発光部材のカバーであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の超音波発生素子。
12. 前記振動体は、前記発熱体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の超音波発生素子。
13. 前記振動体と前記発熱体との間には両者を電気的に絶縁する絶縁層が介在していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波発生素子。
14. 前記振動体は、主成分がアルミニウムである金属薄膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波発生素子。

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