WO2017061422A1 - 超音波送受波器 - Google Patents
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- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Definitions
- the present invention relates to an ultrasonic transducer that performs sensing using ultrasonic waves.
- an ultrasonic transducer detects an object (obstacle) like various sensors such as a back sonar and a corner sonar of an automobile. It is used as a means for The ultrasonic transducer is attached to, for example, a bumper of an automobile, and the ultrasonic transducer is positioned in the ultrasonic radiation direction so that the bottom of the case is substantially perpendicular to the road surface.
- the hollow portion provided in the case has a relatively long difference in one direction and a difference in another direction. Has a relatively short shape, and a thick part and a thin part are provided at the bottom of the case.
- Patent Document 1 according to such an ultrasonic transducer, it is possible to narrow the directivity characteristics of the ultrasonic transducer in a relatively long direction without using an ultrasonic horn, and in a relatively long direction. It states that the anisotropy between the directional characteristic and the directional characteristic in a relatively short direction can be made higher (made more prominent).
- the piezoelectric vibration element is fixed to the thick part instead of the thin part of the case. Even when an impact is applied from the outside, the piezoelectric vibration element is prevented from being broken (that is, chipping) due to the presence of the thick portion, and the impact resistance of the ultrasonic transducer is improved. And in patent document 1, since the intensity
- Patent Document 1 As described above, in the ultrasonic transducer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-032594 (Patent Document 1), the strength of the bottom surface of the case is maintained by the thick portion, so the thickness of the thin portion is reduced. Thus, the anisotropy of directivity can be made more remarkable. Certainly, by reducing the thickness of the thin part or reducing the thickness of the entire case bottom, the resonance frequency of the vibration system including the case bottom is lowered, and the anisotropy of directivity is made more remarkable. There are cases where it is possible. However, reducing the thickness of the thin wall portion or the entire case bottom may cause a reduction in impact resistance (chipping resistance) of the case bottom.
- An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer having a configuration capable of improving impact resistance and improving the anisotropy of directivity characteristics.
- An ultrasonic transducer is provided on a bottomed cylindrical case provided with a hollow portion, and on the inner surface of the bottom portion of the case which is housed in the hollow portion and located on the bottom surface of the hollow portion.
- the hollow portion has a shape that is relatively long in one direction and relatively short in another direction in a cross section parallel to the bottom portion of the case, and the bottom portion has a thick wall.
- the peripheral wall portion of the concave portion formed by providing the thin portion at the bottom portion has a flat portion having a flat planar shape at a relatively short end portion in the different direction.
- the flat portion extends in a direction parallel to the relatively long one direction.
- the flat portion provided on one thin portion side and the other thin portion side are provided.
- the plane portion is located on the same straight line.
- the bottom portion of the case when the case is viewed in plan along the axial direction, has a point-symmetric shape with respect to the center of the thick portion.
- the ratio of the length of the planar portion in the relatively long one direction to the inner diameter of the case is 0.03 or more and 0.27 or less.
- an ultrasonic transducer having a configuration capable of improving impact resistance and improving the anisotropy of directivity characteristics.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.
- FIG. 5 is a sectional perspective view taken along line VV in FIG. 3.
- It is a top view which expands and shows the area
- wire in FIG. 6 is a plan view showing a case and a piezoelectric vibration element provided in an ultrasonic transducer in Comparative Example 1.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.
- FIG. 5 is a sectional perspective view taken along line VV in FIG. 3.
- It is a top view which expands and shows the area
- wire in FIG. 6 is a plan view showing a case and a piezoelectric
- FIG. 10 is a plan view showing a case and a piezoelectric vibration element provided in an ultrasonic transducer in Comparative Example 2.
- FIG. It is a top view which shows the case for describing and contrasting embodiment and the comparative example 2.
- FIG. It is a top view which shows the case with which the ultrasonic transducer in the modification of embodiment is equipped, and a piezoelectric vibration element.
- 6 is a table showing conditions and results of experimental examples conducted in the embodiment (Examples 1 to 6) and Comparative Example 1.
- FIG. 6 is a plan view for explaining conditions of an experimental example conducted with respect to the embodiment (Examples 1 to 6) and Comparative Example 1.
- 6 is a graph showing results (relationship between L / D and resonance frequency) of experimental examples conducted with respect to the embodiments (Examples 1 to 6) and Comparative Example 1; 6 is a graph showing the results (relationship between L / D and horizontal directivity) of experimental examples conducted with respect to the embodiment (Examples 1 to 6) and Comparative Example 1;
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ultrasonic transducer 10 according to an embodiment.
- the ultrasonic transducer 10 includes a case 20, a piezoelectric vibration element 30, a lower layer silicone 31, a sound absorbing material 32, a filling silicone 33, an FPC 34, and a lead wire 35.
- FIG. 2 is a plan view showing the case 20 and the piezoelectric vibration element 30.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is a sectional perspective view taken along line VV in FIG.
- the case 20 is made of, for example, aluminum.
- the case 20 includes a cylindrical portion 21 having a cylindrical shape and a bottom portion 22 having a shape that closes an opening on one side of the cylindrical portion 21 and has a bottomed cylindrical shape as a whole.
- a hollow portion 20 ⁇ / b> S is provided inside the case 20.
- the hollow portion 20S has a comparatively long passing length in one direction and a comparing length in another direction in a cross section parallel to the bottom portion 22 of the case 20 (cross section perpendicular to the cylindrical axis of the case 20). It has a short shape.
- one direction is represented by an arrow X in the figure, and another direction is represented by an arrow Y.
- One direction (arrow X) and the other direction (arrow Y) have a perpendicular relationship with each other.
- the arrow Z is perpendicular to both the arrows X and Y, and is parallel to the cylinder axis of the case 20.
- the ultrasonic transducer 10 Based on the viewpoint of widening the transmission / reception range of ultrasonic waves in the horizontal direction and narrowing the transmission / reception range of ultrasonic waves in the vertical direction, the ultrasonic transducer 10 has a relatively long one direction in the vertical installation direction. In addition, it is arranged so that another direction which is relatively short coincides with the horizontal installation direction. That is, the arrow X direction (one relatively long direction) is the vertical installation direction, and the arrow Y direction (a relatively short alternate direction) is the horizontal installation direction. Ultrasonic wave transmission / reception with the bottom portion 22 of the case 20 facing the detection direction so that the long width direction of the hollow portion 20S is substantially perpendicular to the road surface and the short width direction of the hollow portion 20S is substantially parallel to the road surface.
- the vessel 10 is attached to a vehicle or the like.
- the disc-shaped piezoelectric vibration element 30 is accommodated in the hollow portion 20S.
- the piezoelectric vibration element 30 is disposed on the inner surface of the bottom portion 22 of the case 20 located on the bottom surface of the hollow portion 20S of the case 20, and is bonded to the inner surface.
- one end of the FPC 34 is connected to the piezoelectric vibration element 30, and the other end of the FPC 34 and the lead wire 35 are drawn out to the outside.
- the lower layer silicone 31, the sound absorbing material 32, and the filling silicone 33 are provided in this order in the case 20 so as to seal the piezoelectric vibration element 30 in the case 20.
- the bottom portion 22 of the case 20 has a thick portion 23 and a pair of outer portions located on both outer sides in one direction (arrow X direction) that is relatively long with respect to the thick portion 23. Thin portions 24 and 25 are provided.
- the piezoelectric vibration element 30 is disposed on the inner surface of the thick portion 23 at the center of the bottom portion 22.
- the thick portion 23 having a substantially circular shape is located in the center portion of the bottom portion 22 in the vertical installation direction, and substantially crescent-shaped on both sides in the same direction.
- the thin-walled portions 24 and 25 that have been subjected to are positioned.
- the thin portions 24 and 25 are respectively located on both sides of the thick portion 23 on which the piezoelectric vibration element 30 is mounted, and the horizontal portion passing through the center of the case 20.
- the entire bottom portion 22 is a thick portion 23 as shown in FIG.
- the thickness of the thick portion 23 is thicker than the minimum thickness of the cylindrical portion 21 of the case 20
- the thickness of the thin portions 24 and 25 is the minimum thickness of the cylindrical portion 21 of the case 20. It is thinner than.
- the recesses 26 and 27 are formed by providing the pair of thin portions 24 and 25 on the bottom portion 22 of the case 20.
- the recesses 26 and 27 are located on both outer sides in one direction (arrow X direction) that is relatively long with respect to the thick portion 23.
- the recess 26 has a bottom surface and a peripheral wall portion 28 (FIGS. 2, 3, and 5).
- the bottom surface of the recess 26 corresponds to the inner surface of the thin portion 24 in the case 20.
- the recess 27 has a bottom surface and a peripheral wall portion 29 (FIGS. 2, 3, and 5), and the bottom surface of the recess 27 corresponds to the inner surface of the thin portion 25 in the case 20.
- FIG. 6 is an enlarged plan view showing a region surrounded by the line VI in FIG.
- peripheral wall portion 28 of recess 26 includes an inner curved surface portion 28N, an outer curved surface portion 28G, and a pair of flat surface portions 28F1, 28F2.
- the inner curved surface portion 28N is a portion located on the inner side in the radial direction in the peripheral wall portion 28, and has a curved surface shape that is entirely curved.
- the outer curved surface portion 28G is a portion of the peripheral wall portion 28 that is located on the outer side in the radial direction, and has a curved surface shape that is entirely curved.
- the flat portion 28F1 is located at one end of the peripheral wall portion 28 in a relatively short different direction (arrow Y direction) and has a flat planar shape.
- the flat surface portion 28F1 of the present embodiment has an end portion located on one side of the inner curved surface portion 28N and an end portion located on one side of the outer curved surface portion 28G in another relatively short direction (arrow Y direction). It is provided in between and has a rectangular shape consisting of a plane parallel to the XZ plane.
- the peripheral wall portion 28 of the recess 26 in the present embodiment includes at least a flat portion 28F1 having such a shape.
- the flat surface portion 28 ⁇ / b> F ⁇ b> 2 is located at the other end of the peripheral wall portion 28 in another relatively short direction (arrow Y direction) and is flat. It has a flat shape.
- the flat surface portion 28F2 of the present embodiment has an end portion located on the other side of the inner curved surface portion 28N and an end portion located on the other side of the outer curved surface portion 28G in another relatively short direction (arrow Y direction). It is provided in between.
- the plane portion 28F2 also has a rectangular shape composed of a plane parallel to the XZ plane, as in the case of the plane portion 28F1.
- the peripheral wall portion 29 of the recess 27 includes an inner curved surface portion 29N, an outer curved surface portion 29G, and a pair of flat surface portions 29F1, 29F2.
- the inner curved surface portion 29N is a portion located on the inner side in the radial direction in the peripheral wall portion 29, and has a curved surface shape that is entirely curved.
- the outer curved surface portion 29G is a portion located on the outer side in the radial direction in the peripheral wall portion 29, and has a curved surface shape that is entirely curved.
- the flat portion 29F1 is located at one end of the peripheral wall portion 29 in another relatively short direction (arrow Y direction), and has a flat planar shape.
- the flat surface portion 29F1 of the present embodiment has an end portion located on one side of the inner curved surface portion 29N and an end portion located on one side of the outer curved surface portion 29G in another relatively short direction (arrow Y direction). It is provided in between and has a rectangular shape consisting of a plane parallel to the XZ plane.
- the flat portion 29F2 is located at the other end of the peripheral wall portion 29 in the relatively short different direction (arrow Y direction), and has a flat planar shape.
- the flat surface portion 29F2 of the present embodiment has an end portion located on the other side of the inner curved surface portion 29N and an end portion located on the other side of the outer curved surface portion 29G in another relatively short direction (arrow Y direction). It is provided in between and has a rectangular shape consisting of a plane parallel to the XZ plane.
- the flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 in the present embodiment all extend in a direction parallel to a relatively long one direction (arrow X direction).
- a flat portion 28F1 provided on one thin portion 24 side and a flat portion 29F1 provided on the other thin portion 25 side are located on the same straight line.
- the flat portion 28F2 provided on the one thin portion 24 side and the flat portion 29F2 provided on the other thin portion 25 side are located on the same straight line.
- the peripheral wall portion 28 of the recess 26 has a symmetrical shape with respect to a straight line located at the center of the peripheral wall portion 28 in another direction (arrow Y direction) that is relatively short.
- the peripheral wall portion 29 of the concave portion 27 also has a symmetrical shape with respect to a straight line located at the center of the peripheral wall portion 29 in a relatively short other direction (arrow Y direction).
- the configuration of the bottom portion 22 of the case 20 (thick portion 23, thin portions 24 and 25, concave portions 26 and 27, and peripheral wall portion 28). , 29) has a point-symmetric shape with respect to the center of the thick portion 23.
- one direction in which the width of the hollow portion 20S is relatively long is substantially perpendicular to the road surface, and the direction in which the width of the hollow portion 20S is relatively short is approximately the road surface.
- the case 20 is attached to a vehicle or the like with the bottom 22 of the case 20 facing the detection direction so as to be parallel. According to this configuration, the transmission / reception range in the vertical installation direction (the direction in which the width of the hollow portion 20S is long) can be narrowed. In particular, even when the ultrasonic transducer 10 is downsized, the transmission / reception range in the vertical installation direction is not easily widened, and a small transmission / reception range can be maintained in the vertical installation direction.
- the difference between the transmission / reception range in the horizontal installation direction and the transmission / reception range in the vertical installation direction can be increased, and the anisotropy of the directivity is increased even in the case of the small ultrasonic transducer 10. Can do.
- the ultrasonic transmission / reception range that is, the directivity
- the blind spot in the detection range of the ultrasonic transducer becomes smaller.
- a method of reducing the thickness of the thin portions 24 and 25 or reducing the entire thickness of the bottom portion 22 of the case 20 can be considered. According to these methods, since the resonance frequency of the vibration system including the bottom 22 of the case 20 is lowered, it is possible to widen the transmission / reception range of ultrasonic waves in the horizontal direction.
- reducing the thickness of the thin portions 24 and 25 or the entire bottom portion 22 of the case 20 may cause a reduction in impact resistance (chipping resistance) of the bottom portion 22 of the case 20.
- the piezoelectric vibration element 30 is likely to receive an impact from the outside, and the piezoelectric vibration element 30 may be easily cracked by the external impact.
- the thickness of the thin portions 24 and 25 or the entire bottom portion 22 of the case 20 is reduced, it is difficult to put into practical use a small ultrasonic transducer having large anisotropy.
- the shock resistance of the ultrasonic transducer 10 there is a limit to reducing the thickness of the thin portions 24 and 25 or the entire bottom portion 22 of the case 20, and sufficient anisotropy is obtained. I can't.
- the peripheral wall portions 28 and 29 of the concave portions 26 and 27 formed by providing the thin portions 24 and 25 on the bottom portion 22 are flat surfaces having a flat planar shape. Portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 are provided. These flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 are located at both ends of the peripheral wall portions 28 and 29 in a relatively short different direction (arrow Y direction).
- the thin portions 24, 25 of the bottom portion 22 are considered in product design. It becomes easier to increase the volume occupied.
- the volume occupied by the thin-walled portions 24 and 25 is increased, the proportion occupied by the thick-walled portion 23 is relatively reduced, and the resonance frequency of the vibration system including the bottom portion 22 of the case 20 is lowered.
- the wave range can be expanded. Therefore, the ultrasonic transducer 10 having high anisotropy in the horizontal installation direction and the vertical installation direction can be put into practical use.
- the volume occupied by the thin portions 24 and 25 in the bottom portion 22 can be increased (the rigidity of the bottom portion 22 as a whole can be reduced). ) More specifically.
- FIG. 7 is a plan view showing the case 20Y and the piezoelectric vibration element 30 provided in the ultrasonic transducer in the first comparative example.
- the peripheral wall portion 28 of the recess 26 is composed of only the inner curved surface portion 28N and the outer curved surface portion 28G.
- the peripheral wall portion 29 of the recess 27 is also composed of only the inner curved surface portion 29N and the outer curved surface portion 29G. That is, in the case 20Y, the technical idea of providing a flat portion at the end portion of the peripheral wall portions 28 and 29 in a relatively short different direction is not employed.
- FIG. 8 is a plan view showing a case 20 for comparison between the embodiment and the comparative example 1.
- FIG. 8 the peripheral wall portions 28 and 29 (those having a plane portion) of the recesses 26 and 27 provided in the case based on the embodiment are indicated by solid lines, and the recesses provided in the case based on the comparative example 1
- the peripheral wall portion (having no flat portion) is indicated by a broken line.
- the peripheral wall portions 28, 29 indicated by solid lines are indicated by broken lines. It is possible to lengthen the perimeter compared to the peripheral wall portion shown.
- the peripheral wall portions 28 and 29 indicated by the solid lines are provided so as to extend toward the position of the point S as compared to the peripheral wall portions indicated by the broken lines.
- the position of the point S indicates the position of the end portion on one side (inner side) of the plane portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2.
- the volume occupied by the thin portions 24 and 25 in the bottom portion 22 is further increased in product design. You can see that it is possible.
- the thickness of the thin portions 24, 25 can be reduced, or the bottom portion 22 of the case 20 can be reduced. Without reducing the overall thickness, the rigidity of the bottom portion 22 as a whole can be lowered, so that the directional characteristics in the horizontal direction can be further widened, and thus the anisotropy of the directional characteristics can be improved. Further, by not adopting the configuration in which the thickness of the thin portions 24 and 25 or the entire bottom portion 22 of the case 20 is reduced, there is no possibility that the impact resistance (chipping resistance) of the bottom portion 22 of the case 20 is reduced.
- FIG. 9 is a plan view showing the case 20Z and the piezoelectric vibration element 30 provided in the ultrasonic transducer in the second comparative example.
- the peripheral wall portion 28 of the recess 26 includes an inner curved surface portion 28N, an outer curved surface portion 28G, and a pair of flat surface portions 28F1 and 28F2.
- the peripheral wall portion 29 of the recess 27 also includes an inner curved surface portion 29N, an outer curved surface portion 29G, and a pair of flat surface portions 29F1 and 29F2.
- the case 20Z has substantially the same configuration as the case body disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-032594 (Patent Document 1) described at the beginning.
- the technical feature that the flat portions are provided at the end portions R1 to R4 of the peripheral wall portions 28 and 29 in the relatively short other direction. Thought is not adopted. Specifically, the end portions R1 and R2 in the relatively short other direction of the peripheral wall portion 28 are constituted by a part of the outer curved surface portion 28G and do not have a planar shape. Ends R1 and R2 in the relatively short other direction of the peripheral wall portion 28 have only a curved surface shape.
- end portions R3 and R4 in a relatively short other direction of the peripheral wall portion 29 are configured by a part of the outer curved surface portion 29G and do not have a planar shape. Ends R3 and R4 in a relatively short other direction of the peripheral wall portion 29 also have only a curved surface shape.
- FIG. 10 is a plan view showing a case 20 for explaining the embodiment and the comparative example 2 in comparison.
- the peripheral wall portions 28 and 29 (those having a plane portion) of the recesses 26 and 27 provided in the case based on the embodiment are indicated by solid lines, and the recesses provided in the case based on the comparative example 2
- the peripheral wall portion (having no flat portion) is indicated by a broken line.
- the peripheral wall portions 28, 29 indicated by solid lines are indicated by broken lines. It is possible to lengthen the perimeter compared to the peripheral wall portion shown.
- the peripheral wall portions 28 and 29 indicated by the solid lines are provided so as to extend toward the position of the point E as compared with the peripheral wall portions indicated by the broken lines.
- the position of the point E indicates the position of the end portion on the other side (outer side) of the plane portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2.
- the volume occupied by the thin portions 24 and 25 in the bottom portion 22 is further increased in product design. You can see that it is possible.
- the thickness of the thin portions 24, 25 can be reduced, or the bottom portion 22 of the case 20 can be reduced. Without reducing the overall thickness, the rigidity of the bottom portion 22 as a whole can be lowered, so that the directional characteristics in the horizontal direction can be further widened, and thus the anisotropy of the directional characteristics can be improved. Further, by not adopting the configuration in which the thickness of the thin portions 24 and 25 or the entire bottom portion 22 of the case 20 is reduced, there is no possibility that the impact resistance (chipping resistance) of the bottom portion 22 of the case 20 is reduced.
- FIG. 11 is a plan view showing a case 20 ⁇ / b> A and a piezoelectric vibration element 30 provided in an ultrasonic transducer according to a modification of the embodiment.
- the length L in the same direction of the plane portions 28F1 and 28F2 is longer than the minimum width W of the thin portion 24 (recessed portion 26) in the arrow X direction (one relatively long direction).
- the length L of the flat portions 29F1 and 29F2 in the same direction is longer than the minimum width W of the thin portion 25 (concave portion 27) in the arrow X direction (one relatively long direction).
- This configuration makes it easier to increase the volume occupied by the thin portions 24 and 25 in the bottom portion 22 in product design than in the case of the embodiment.
- the resonance frequency of the vibration system including the bottom portion 22 of the case 20 is lowered, so that the ultrasonic transmission / reception range in the horizontal direction can be further expanded. Therefore, an ultrasonic transducer having high anisotropy in the horizontal installation direction and the vertical installation direction can be put into practical use.
- the flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 all extend in a direction perpendicular to the bottom portion 22.
- the operations and effects described in the above embodiment can be expected even when the flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 extend with an inclination with respect to the bottom portion 22.
- the resonance frequency of the vibration system including the bottom portion 22 of the case 20 is lowered, so that it is possible to widen the ultrasonic wave transmission / reception range in the horizontal direction. Therefore, an ultrasonic transducer having high anisotropy in the horizontal installation direction and the vertical installation direction can be put into practical use.
- the lower end portions of the flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 are formed at right angles. Yes.
- the lower end portions of the flat portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 may be connected to the bottom surfaces of the concave portions 26 and 27 (inner surfaces of the thin portions 24 and 25) through curved portions.
- the experimental example includes Examples 1 to 6 based on the embodiment.
- Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 those having a case inner diameter D (see FIG. 2) of 12.8 mm were prepared.
- the interval between the plane portions 28F1 and 28F2 and the interval between the plane portions 29F1 and 29F2 were both 7.85 mm.
- the minimum width W (see FIG. 11) of the thin-walled portion 24 (recessed portion 26) was 2.4 mm.
- Examples 1 to 6 have different conditions from each other in that the lengths L (see FIG. 11) of the plane portions 28F1, 28F2, 29F1, and 29F2 are different.
- the flat portion 28F1 in the first embodiment is provided between the position indicated by the point S1 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 3.48 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the plane portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.27.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- the flat portion 28F1 in the second embodiment is provided between the position indicated by the point S2 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 2.78 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the plane portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.22.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- the flat portion 28F1 in the third embodiment is provided between the position indicated by the point S3 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 1.95 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the plane portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.15.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- the flat portion 28F1 in the fourth embodiment is provided between the position indicated by the point S4 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 1.34 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the planar portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.10.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- the flat portion 28F1 in the fifth embodiment is provided between the position indicated by the point S5 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 0.84 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the plane portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.07.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- the flat portion 28F1 in Example 6 is provided between the position indicated by the point S6 and the position indicated by the point E in FIG.
- the length L (see FIG. 11) of the plane portion 28F1 in one relatively long direction (arrow X direction) is 0.40 mm.
- the ratio (L / D) of the length L of the plane portion 28F1 in one relatively long direction to the case inner diameter D of the case 20 is 0.03.
- the configuration of the plane portion 28F1 is common to the configurations of the remaining three plane portions (not shown).
- FIG. 14 shows the relationship between the ratio (L / D) of the length L of the planar portion 28F1 to the case inner diameter D of the case 20 and the resonance frequency.
- FIG. 15 shows the relationship between the ratio (L / D) of the length L of the flat portion 28F1 to the case inner diameter D of the case 20 and the horizontal directivity.
- Ultrasonic transducer 20, 20A, 20Y, 20Z case, 20S hollow part, 21 cylindrical part, 22 bottom part, 23 thick part, 24, 25 thin part, 26, 27 concave part, 28, 29 peripheral wall part, 28F1, 28F2, 29F1, 29F2 Planar part, 28G, 29G outer curved surface part, 28N, 29N inner curved surface part, 30 piezoelectric vibration element, 31 lower layer silicone, 32 sound absorbing material, 33 filled silicone, 35 lead wire, D case inner diameter, E , S, S1, S2, S3, S4, S5, S6, L length (plane portion length), R1, R2, R3, R4 end, W minimum width, X, Y, Z arrows.
Landscapes
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Abstract
超音波送受波器(10)は、中空部(20S)が設けられた有底筒状のケース(20)と、中空部内に納められ、中空部の底面に位置するケースの底部(22)の内面上に配置された圧電振動素子(30)とを備える。中空部は、ケースの底部と平行な断面において、一方向で比較的長く、別方向で比較的短い形状を有する。底部(22)には、厚肉部(23)と、厚肉部(23)に対して比較的長い一方向の両外側にそれぞれ位置する一対の薄肉部(24,25)とが設けられる。圧電振動素子は、厚肉部(23)上に配置されている。ケース(20)のうち、底部(22)に薄肉部(24)を設けることで形成された凹部(26)の周壁部分(28)は、比較的短い別方向における端部に、平坦な平面形状からなる平面部(28F1,28F2)を有している。これにより、耐衝撃性を向上させるとともに、指向特性の異方性を向上させることをも企図可能となる。
Description
本発明は、超音波を利用してセンシングを行なう超音波送受波器に関する。
特開2000-032594号公報(特許文献1)に開示されているように、超音波送受波器は、自動車のバックソナーやコーナーソナー等の各種センサのように、物体(障害物)を検知するための手段として用いられる。超音波送受波器は、たとえば、自動車のバンパーに取り付けられ、ケースの底部が路面に対してほぼ垂直となるように、超音波送受波器は超音波放射方向に向けて位置決めされる。このような超音波送受波器においては、水平方向における超音波の送受波範囲が狭すぎると検知範囲に死角が生じ、垂直方向における超音波の送受波範囲が広すぎると地面からの反射波がノイズとなる。
特開2000-032594号公報(特許文献1)に開示された超音波送受波器においては、ケースに設けられた中空部が、一方向における差渡し距離が比較的長く、別方向における差渡し距離が比較的短い形状を有しており、ケースの底部に、厚肉部および薄肉部が設けられている。特許文献1は、このような超音波送受波器によれば、超音波ホーンを用いることなく、比較的長い方向における超音波送受波器の指向特性を狭くすることができ、比較的長い方向における指向特性と比較的短い方向における指向特性との間の異方性をより高くする(より顕著にする)ことができると述べている。
さらに、特許文献1に開示された超音波送受波器においては、圧電振動素子が、ケースの薄肉部ではなく、厚肉部に固着されている。外部から衝撃を受けたとしても、圧電振動素子が割れてしまうこと(すなわちチッピング)は厚肉部の存在によって抑制されており、超音波送受波器の耐衝撃性が向上している。そして特許文献1においては、厚肉部によってケース底面の強度を保持させることができるので、薄肉部の厚みをより薄くすることが可能となっており、薄肉部の厚みをより薄くすることで指向特性の異方性をより顕著にすることができるとされている。
上述のとおり、特開2000-032594号公報(特許文献1)に開示された超音波送受波器においては、厚肉部によってケース底面の強度を保持させているため、薄肉部の厚みを薄くすることで、指向特性の異方性をより顕著にすることができるとされている。確かに、薄肉部の厚みを薄くしたり、あるいはケース底部全体の厚みを薄くしたりすることによって、ケース底部を含む振動系の共振周波数が低くなり、指向特性の異方性をより顕著にすることができる場合がある。しかしながら、薄肉部、あるいはケース底部全体の厚みを薄くすることは、ケース底部の耐衝撃性(チッピング耐性)の低下を招くおそれがある。
本発明は、耐衝撃性を向上させるとともに、指向特性の異方性を向上させることをも企図可能な構成を備えた超音波送受波器を提供することを目的とする。
本発明に基づく超音波送受波器は、中空部が設けられた有底筒状のケースと、上記中空部内に納められ、上記中空部の底面に位置する上記ケースの底部の内面上に配置された圧電振動素子と、を備え、上記中空部は、上記ケースの上記底部と平行な断面において、一方向で比較的長く、別方向で比較的短い形状を有し、上記底部には、厚肉部と、上記厚肉部に対して比較的長い上記一方向の両外側にそれぞれ位置する一対の薄肉部とが設けられ、上記圧電振動素子は、上記厚肉部上に配置されており、上記ケースのうち、上記底部に上記薄肉部を設けることで形成された凹部の周壁部分は、比較的短い上記別方向における端部に、平坦な平面形状からなる平面部を有している。
上記超音波送受波器において好ましくは、上記平面部は、比較的長い上記一方向に対して平行な方向に延在している。
上記超音波送受波器において好ましくは、上記ケースを軸方向に沿って平面視した場合、一方の上記薄肉部の側に設けられた上記平面部と、他方の上記薄肉部の側に設けられた上記平面部とは、同一直線上に位置している。
上記超音波送受波器において好ましくは、上記ケースを軸方向に沿って平面視した場合、上記ケースの上記底部は、上記厚肉部の中心に対して点対称の形状を有している。
上記超音波送受波器において好ましくは、上記ケースの内径に対して、比較的長い上記一方向における上記平面部の長さの比は、0.03以上0.27以下である。
上記の構成によれば、耐衝撃性を向上させるとともに、指向特性の異方性を向上させることをも企図可能な構成を備えた超音波送受波器とすることができる。
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
(超音波送受波器10)
図1は、実施の形態における超音波送受波器10を示す断面図である。図1に示すように、超音波送受波器10は、ケース20、圧電振動素子30、下層シリコーン31、吸音材32、充填シリコーン33、FPC34およびリード線35を備える。図2は、ケース20および圧電振動素子30を示す平面図である。図3は、図2中のIII-III線に沿った断面図である。図4は、図2中のIV-IV線に沿った断面図である。図5は、図3中のV-V線に沿った断面斜視図である。
図1は、実施の形態における超音波送受波器10を示す断面図である。図1に示すように、超音波送受波器10は、ケース20、圧電振動素子30、下層シリコーン31、吸音材32、充填シリコーン33、FPC34およびリード線35を備える。図2は、ケース20および圧電振動素子30を示す平面図である。図3は、図2中のIII-III線に沿った断面図である。図4は、図2中のIV-IV線に沿った断面図である。図5は、図3中のV-V線に沿った断面斜視図である。
図2~図5に示すように、ケース20は、たとえばアルミニウムからなる。ケース20は、円筒状の形状を有する筒状部21と、筒状部21の一方側の開口を塞ぐような形状を有する底部22とを含み、全体として有底筒状の形状を呈している。ケース20の内部には、中空部20Sが設けられている。中空部20Sは、ケース20の底部22と平行な断面(ケース20の筒軸に対して垂直な断面)において、一方向で差渡し長さが比較的長く、別方向で差渡し長さが比較的短い形状を有している。
本実施の形態においては、一方向とは、図中の矢印Xで表され、別方向とは、矢印Yで表される。一方向(矢印X)および別方向(矢印Y)は、互いに垂直な関係を有している。なお、矢印Zは、矢印X,Yの双方に対して垂直であり、ケース20の筒軸に対して平行な方向である。
水平方向における超音波の送受波範囲を広くし、垂直方向における超音波の送受波範囲を狭くするという観点に基づけば、超音波送受波器10は、比較的長い一方向が垂直設置方向に一致し、比較的短い別方向が水平設置方向に一致するように配置される。すなわち、矢印X方向(比較的長い一方向)が垂直設置方向であり、矢印Y方向(比較的短い別方向)が水平設置方向である。中空部20Sの幅の長い方向が路面に対してほぼ垂直となり、中空部20Sの幅の短い方向が路面とほぼ平行となるように、ケース20の底部22を検知方向に向けて超音波送受波器10は車両等に取り付けられる。
中空部20S内に、円盤状の圧電振動素子30が納められる。圧電振動素子30は、ケース20の中空部20Sの底面に位置するケース20の底部22の内面上に配置され、この内面に接着される。図1に示すように、圧電振動素子30には、FPC34の一端部が接続されており、FPC34の他端部およびリード線35は、外部に向かって引き出されている。下層シリコーン31、吸音材32および充填シリコーン33は、圧電振動素子30をケース20内に封止するように、ケース20内にこの順で設けられている。
(ケース20の底部22の詳細構造)
図2~図5に示すように、ケース20の底部22には、厚肉部23と、厚肉部23に対して比較的長い一方向(矢印X方向)の両外側にそれぞれ位置する一対の薄肉部24,25とが設けられている。圧電振動素子30は、底部22の中央において、厚肉部23の内面上に配置されている。超音波送受波器10が車両等に搭載された状態では、底部22のうちの垂直設置方向における中央部にほぼ円形状を有する厚肉部23が位置し、同方向におけるその両側に略三日月状をした薄肉部24,25が位置することになる。
図2~図5に示すように、ケース20の底部22には、厚肉部23と、厚肉部23に対して比較的長い一方向(矢印X方向)の両外側にそれぞれ位置する一対の薄肉部24,25とが設けられている。圧電振動素子30は、底部22の中央において、厚肉部23の内面上に配置されている。超音波送受波器10が車両等に搭載された状態では、底部22のうちの垂直設置方向における中央部にほぼ円形状を有する厚肉部23が位置し、同方向におけるその両側に略三日月状をした薄肉部24,25が位置することになる。
したがって、垂直設置方向の断面においては、図3に示すように圧電振動素子30を実装された厚肉部23の両側に薄肉部24,25がそれぞれ位置しており、ケース20の中心を通る水平設置方向の断面においては、図4に示すように、底部22全体が厚肉部23となっている。本実施の形態では、厚肉部23の厚みは、ケース20の筒状部21の最小厚みよりも厚くなっており、薄肉部24,25の厚みは、ケース20の筒状部21の最小厚みよりも薄くなっている。
ここで、ケース20の底部22に一対の薄肉部24,25を設けたことによって、凹部26,27が形成されている。凹部26,27は、厚肉部23に対して比較的長い一方向(矢印X方向)の両外側にそれぞれ位置している。凹部26は、底面および周壁部分28(図2,図3,図5)を有しており、凹部26の底面は、ケース20における薄肉部24の内面に対応している。同様に、凹部27は、底面および周壁部分29(図2,図3,図5)を有しており、凹部27の底面は、ケース20における薄肉部25の内面に対応している。
(凹部26の周壁部分28)
図6は、図2中のVI線で囲まれた領域を拡大して示す平面図である。図2、図5および図6を参照して、凹部26の周壁部分28は、内側曲面部28N、外側曲面部28G、および一対の平面部28F1,28F2を含む。内側曲面部28Nは、周壁部分28のうち、径方向における内側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。外側曲面部28Gは、周壁部分28のうち、径方向における外側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。
図6は、図2中のVI線で囲まれた領域を拡大して示す平面図である。図2、図5および図6を参照して、凹部26の周壁部分28は、内側曲面部28N、外側曲面部28G、および一対の平面部28F1,28F2を含む。内側曲面部28Nは、周壁部分28のうち、径方向における内側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。外側曲面部28Gは、周壁部分28のうち、径方向における外側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。
平面部28F1は、周壁部分28のうち、比較的短い別方向(矢印Y方向)における一方側の端部に位置しており、平坦な平面形状を有している。本実施の形態の平面部28F1は、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、内側曲面部28Nの一方側に位置する端部と、外側曲面部28Gの一方側に位置する端部との間に設けられており、X-Z平面に対して平行な平面からなる長方形状を有している。
図6に示すようにケース20を軸方向(ケース20の底部22に対して垂直な方向)に沿って平面視した場合には、平面部28F1の一方側の端部は点Sにより表され、平面部28F1の他方側の端部は点Eにより表される。図6に示すようにケース20を軸方向に沿って平面視した場合、本実施の形態の超音波送受波器10においては、点Sと点Eとの間に設けられている平面部28F1が一直線状に表れる。本実施の形態における凹部26の周壁部分28は、少なくとも、このような形状を有する平面部28F1を含んでいる。
図2、図5および図6を再び参照して、一方で平面部28F2は、周壁部分28のうち、比較的短い別方向(矢印Y方向)における他方側の端部に位置しており、平坦な平面形状を有している。本実施の形態の平面部28F2は、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、内側曲面部28Nの他方側に位置する端部と、外側曲面部28Gの他方側に位置する端部との間に設けられている。平面部28F2も、平面部28F1の場合と同様に、X-Z平面に対して平行な平面からなる長方形状を有している。
(凹部27の周壁部分29)
凹部27の周壁部分29は、内側曲面部29N、外側曲面部29G、および一対の平面部29F1,29F2を含む。内側曲面部29Nは、周壁部分29のうち、径方向における内側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。外側曲面部29Gは、周壁部分29のうち、径方向における外側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。
凹部27の周壁部分29は、内側曲面部29N、外側曲面部29G、および一対の平面部29F1,29F2を含む。内側曲面部29Nは、周壁部分29のうち、径方向における内側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。外側曲面部29Gは、周壁部分29のうち、径方向における外側に位置する部分であり、その全体が曲面からなる曲面形状を有している。
平面部29F1は、周壁部分29のうち、比較的短い別方向(矢印Y方向)における一方側の端部に位置しており、平坦な平面形状を有している。本実施の形態の平面部29F1は、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、内側曲面部29Nの一方側に位置する端部と、外側曲面部29Gの一方側に位置する端部との間に設けられており、X-Z平面に対して平行な平面からなる長方形状を有している。
平面部29F2は、周壁部分29のうち、比較的短い別方向(矢印Y方向)における他方側の端部に位置しており、平坦な平面形状を有している。本実施の形態の平面部29F2は、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、内側曲面部29Nの他方側に位置する端部と、外側曲面部29Gの他方側に位置する端部との間に設けられており、X-Z平面に対して平行な平面からなる長方形状を有している。
図2に示すように、本実施の形態における平面部28F1,28F2,29F1,29F2は、いずれも、比較的長い一方向(矢印X方向)に対して平行な方向に延在している。
図2に示すように、ケース20を軸方向に沿って平面視した場合、一方の薄肉部24の側に設けられた平面部28F1と、他方の薄肉部25の側に設けられた平面部29F1とは、同一直線上に位置している。本実施の形態においては、一方の薄肉部24の側に設けられた平面部28F2と、他方の薄肉部25の側に設けられた平面部29F2とは、同一直線上に位置している。
凹部26の周壁部分28は、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、周壁部分28の中心に位置する直線に対して左右対称の形状を有している。凹部27の周壁部分29も、比較的短い別方向(矢印Y方向)において、周壁部分29の中心に位置する直線に対して左右対称の形状を有している。
さらに、本実施の形態においては、ケース20を軸方向に沿って平面視した場合、ケース20の底部22の構成(厚肉部23、薄肉部24,25、凹部26,27、および周壁部分28,29)は、厚肉部23の中心に対して点対称の形状を有している。
(作用および効果)
上記のような超音波送受波器10は、たとえば、中空部20Sの幅が比較的長い一方向が路面に対してほぼ垂直となり、中空部20Sの幅が比較的短い方向が路面に対してほぼ平行となるように、ケース20の底部22を検知方向に向けて車両等に取り付けられる。当該構成によれば、垂直設置方向(中空部20Sの幅の長い方向)における送受波範囲を狭くすることができる。特に、超音波送受波器10を小型化した場合にも、垂直設置方向の送受波範囲が広くなりにくく、垂直設置方向で小さな送受波範囲を維持することができる。この結果、水平設置方向の送受波範囲と垂直設置方向の送受波範囲との差を大きくすることができ、小型の超音波送受波器10の場合にも指向特性の異方性を大きくすることができる。
上記のような超音波送受波器10は、たとえば、中空部20Sの幅が比較的長い一方向が路面に対してほぼ垂直となり、中空部20Sの幅が比較的短い方向が路面に対してほぼ平行となるように、ケース20の底部22を検知方向に向けて車両等に取り付けられる。当該構成によれば、垂直設置方向(中空部20Sの幅の長い方向)における送受波範囲を狭くすることができる。特に、超音波送受波器10を小型化した場合にも、垂直設置方向の送受波範囲が広くなりにくく、垂直設置方向で小さな送受波範囲を維持することができる。この結果、水平設置方向の送受波範囲と垂直設置方向の送受波範囲との差を大きくすることができ、小型の超音波送受波器10の場合にも指向特性の異方性を大きくすることができる。
ここで、水平方向における超音波の送受波範囲(すなわち指向特性)をより広くすることで、超音波送受波器の検知範囲の死角がより小さくなる。水平方向における指向特性をより広くするためには、薄肉部24,25の厚みを薄くしたり、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くしたりするといった手法が考えられる。これらの手法によれば、ケース20の底部22を含む振動系の共振周波数が低くなることで、水平方向における超音波の送受波範囲を広げることが可能となる。
しかしながら、薄肉部24,25、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くすることは、ケース20の底部22の耐衝撃性(チッピング耐性)の低下を招くおそれがある。圧電振動素子30が外部からの衝撃を受け易くなり、外部からの衝撃によって圧電振動素子30が割れ易くなるおそれがある。このため、薄肉部24,25、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くした場合には、異方性の大きな小型超音波送受波器の実用化が困難になる。あるいは、超音波送受波器10の耐衝撃性を考慮すれば、薄肉部24,25、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くするにも限度があり、充分な異方性を得ることができない。
これに対し、実施の形態における超音波送受波器10では、底部22に薄肉部24,25を設けることで形成された凹部26,27の周壁部分28,29に、平坦な平面形状からなる平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けている。これらの平面部28F1,28F2,29F1,29F2は、周壁部分28,29のうち、比較的短い別方向(矢印Y方向)における両端部に位置している。
周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けるという技術的思想を採用した場合には、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくしやすくなる。薄肉部24,25の占める体積を大きくすると、相対的に厚肉部23の占める割合が小さくなり、ケース20の底部22を含む振動系の共振周波数が低くなるため、水平方向における超音波の送受波範囲を広げることが可能となる。よって、水平設置方向と垂直設置方向とでの異方性の高い超音波送受波器10を実用化することができる。
以下、実施の形態と比較例1,2とを比較しながら、実施の形態の場合には底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくできる(底部22の全体としての剛性を下げられる)ことについてより具体的に説明する。
(比較例1)
図7は、比較例1における超音波送受波器に備えられるケース20Yおよび圧電振動素子30を示す平面図である。ケース20Yにおいては、凹部26の周壁部分28が、内側曲面部28Nおよび外側曲面部28Gのみから構成されている。凹部27の周壁部分29も、内側曲面部29Nおよび外側曲面部29Gのみから構成されている。すなわち、ケース20Yにおいては、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想が採用されていない。
図7は、比較例1における超音波送受波器に備えられるケース20Yおよび圧電振動素子30を示す平面図である。ケース20Yにおいては、凹部26の周壁部分28が、内側曲面部28Nおよび外側曲面部28Gのみから構成されている。凹部27の周壁部分29も、内側曲面部29Nおよび外側曲面部29Gのみから構成されている。すなわち、ケース20Yにおいては、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想が採用されていない。
図8は、実施の形態と比較例1とを対比説明するためのケース20を示す平面図である。図8中、実施の形態に基づくケースに設けられた凹部26,27の周壁部分28,29(平面部を有するもの)は実線で示されており、比較例1に基づくケースに設けられた凹部の周壁部分(平面部を有していないもの)は破線で示されている。
同図に示されるように、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けることによって、実線で示される周壁部分28,29は、破線で示される周壁部分に比べて周長を長くすることが可能となっている。実線で示される周壁部分28,29は、破線で示される周壁部分に比べて、点Sの位置の側に向かって延びるように設けられている。上述のとおり、点Sの位置とは、平面部28F1,28F2,29F1,29F2の一方側(内側)の端部の位置を示している。すなわち、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想を採用することで、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくすることが可能となっていることがわかる。
周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想を採用することによれば、薄肉部24,25の厚みを薄くしたり、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くしたりするまでもなく、底部22の全体としての剛性を下げられるため、水平方向における指向特性をより広くし、ひいては指向特性の異方性を向上させることをも企図できる。また、薄肉部24,25、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くするといった構成を採用しないことによって、ケース20の底部22の耐衝撃性(チッピング耐性)の低下を招くおそれもない。
(比較例2)
図9は、比較例2における超音波送受波器に備えられるケース20Zおよび圧電振動素子30を示す平面図である。ケース20Zにおいては、凹部26の周壁部分28が、内側曲面部28Nと、外側曲面部28Gと、一対の平面部28F1,28F2とから構成されている。凹部27の周壁部分29も、内側曲面部29Nと、外側曲面部29Gと、一対の平面部29F1,29F2とから構成されている。なお、ケース20Zは、冒頭で述べた特開2000-032594号公報(特許文献1)に開示されているケース体と略同一の構成を有している。
図9は、比較例2における超音波送受波器に備えられるケース20Zおよび圧電振動素子30を示す平面図である。ケース20Zにおいては、凹部26の周壁部分28が、内側曲面部28Nと、外側曲面部28Gと、一対の平面部28F1,28F2とから構成されている。凹部27の周壁部分29も、内側曲面部29Nと、外側曲面部29Gと、一対の平面部29F1,29F2とから構成されている。なお、ケース20Zは、冒頭で述べた特開2000-032594号公報(特許文献1)に開示されているケース体と略同一の構成を有している。
ここで、ケース20Zにおいても、ケース20Y(図7に示す比較例1)の場合と同様に、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部R1~R4に平面部を設けるという技術的思想が採用されていない。具体的には、周壁部分28の比較的短い別方向における端部R1,R2は、外側曲面部28Gの一部分から構成されており、平面形状を有していない。周壁部分28の比較的短い別方向における端部R1,R2は、曲面形状のみを有している。同様に、周壁部分29の比較的短い別方向における端部R3,R4は、外側曲面部29Gの一部分から構成されており、平面形状を有していない。周壁部分29の比較的短い別方向における端部R3,R4も、曲面形状のみを有している。
図10は、実施の形態と比較例2とを対比説明するためのケース20を示す平面図である。図10中、実施の形態に基づくケースに設けられた凹部26,27の周壁部分28,29(平面部を有するもの)は実線で示されており、比較例2に基づくケースに設けられた凹部の周壁部分(平面部を有していないもの)は破線で示されている。
同図に示されるように、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けることによって、実線で示される周壁部分28,29は、破線で示される周壁部分に比べて周長を長くすることが可能となっている。実線で示される周壁部分28,29は、破線で示される周壁部分に比べて、点Eの位置の側に向かって延びるように設けられている。上述のとおり、点Eの位置とは、平面部28F1,28F2,29F1,29F2の他方側(外側)の端部の位置を示している。すなわち、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想を採用することで、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくすることが可能となっていることがわかる。
周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部を設けるという技術的思想を採用することによれば、薄肉部24,25の厚みを薄くしたり、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くしたりするまでもなく、底部22の全体としての剛性を下げられるため、水平方向における指向特性をより広くし、ひいては指向特性の異方性を向上させることをも企図できる。また、薄肉部24,25、あるいはケース20の底部22の全体の厚みを薄くするといった構成を採用しないことによって、ケース20の底部22の耐衝撃性(チッピング耐性)の低下を招くおそれもない。
(実施の形態の変形例)
図11は、実施の形態の変形例における超音波送受波器に備えられるケース20Aおよび圧電振動素子30を示す平面図である。本変形例においては、矢印X方向(比較的長い一方向)における薄肉部24(凹部26)の最小幅Wよりも、平面部28F1,28F2の同方向における長さLの方が長い。同様に、矢印X方向(比較的長い一方向)における薄肉部25(凹部27)の最小幅Wよりも、平面部29F1,29F2の同方向における長さLの方が長い。
図11は、実施の形態の変形例における超音波送受波器に備えられるケース20Aおよび圧電振動素子30を示す平面図である。本変形例においては、矢印X方向(比較的長い一方向)における薄肉部24(凹部26)の最小幅Wよりも、平面部28F1,28F2の同方向における長さLの方が長い。同様に、矢印X方向(比較的長い一方向)における薄肉部25(凹部27)の最小幅Wよりも、平面部29F1,29F2の同方向における長さLの方が長い。
当該構成によれば、実施の形態の場合に比べて、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくしやすくなる。薄肉部24,25の占める体積を大きくすると、ケース20の底部22を含む振動系の共振周波数が低くなるため、水平方向における超音波の送受波範囲をより一層広げることが可能となる。よって、水平設置方向と垂直設置方向とでの異方性の高い超音波送受波器を実用化することができる。
(実施の形態の他の変形例)
上述の実施の形態においては、平面部28F1,28F2,29F1,29F2が、いずれも底部22に対して垂直な方向に延びている。上述の実施の形態において説明した作用および効果は、平面部28F1,28F2,29F1,29F2が、底部22に対して傾斜して延びている場合にも期待できるものである。平面部が底部22に対して傾斜していたとしても、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けるという技術的思想を採用した場合には、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくしやすくなる。薄肉部24,25の占める体積を大きくすると、ケース20の底部22を含む振動系の共振周波数が低くなるため、水平方向における超音波の送受波範囲を広げることが可能となる。よって、水平設置方向と垂直設置方向とでの異方性の高い超音波送受波器を実用化することができる。
上述の実施の形態においては、平面部28F1,28F2,29F1,29F2が、いずれも底部22に対して垂直な方向に延びている。上述の実施の形態において説明した作用および効果は、平面部28F1,28F2,29F1,29F2が、底部22に対して傾斜して延びている場合にも期待できるものである。平面部が底部22に対して傾斜していたとしても、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けるという技術的思想を採用した場合には、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくしやすくなる。薄肉部24,25の占める体積を大きくすると、ケース20の底部22を含む振動系の共振周波数が低くなるため、水平方向における超音波の送受波範囲を広げることが可能となる。よって、水平設置方向と垂直設置方向とでの異方性の高い超音波送受波器を実用化することができる。
上述の実施の形態においては、平面部28F1,28F2,29F1,29F2の下端部(凹部26,27の底面(薄肉部24,25の内面)に接続している部分)が、直角に形成されている。平面部28F1,28F2,29F1,29F2の下端部は、曲面状の部分を介して凹部26,27の底面(薄肉部24,25の内面)に接続していてもよい。当該構成によっても、周壁部分28,29の比較的短い別方向における端部に平面部28F1,28F2,29F1,29F2を設けるという技術的思想を採用した場合には、製品設計上、底部22における薄肉部24,25の占める体積をより大きくしやすくなる。したがって、水平設置方向と垂直設置方向とでの異方性の高い超音波送受波器を実用化することができる。
[実験例]
以下、図12~図15を参照して、実施の形態および比較例1に関して行なった実験例の条件および結果について説明する。図12に示すように、当該実験例は、実施の形態に基づく実施例1~6を含む。実施例1~6および比較例1においては、ケース内径D(図2参照)が12.8mmであるものを準備した。矢印Y方向(比較的短い別方向)において、平面部28F1,28F2の間の間隔、および平面部29F1,29F2の間の間隔は、いずれも7.85mmとした。薄肉部24(凹部26)の最小幅W(図11参照)は、2.4mmとした。実施例1~6は、平面部28F1,28F2,29F1,29F2の長さL(図11参照)が異なるという点で条件が互いに相違している。比較例1は平面部を有していない(平面部長さL=0)。
以下、図12~図15を参照して、実施の形態および比較例1に関して行なった実験例の条件および結果について説明する。図12に示すように、当該実験例は、実施の形態に基づく実施例1~6を含む。実施例1~6および比較例1においては、ケース内径D(図2参照)が12.8mmであるものを準備した。矢印Y方向(比較的短い別方向)において、平面部28F1,28F2の間の間隔、および平面部29F1,29F2の間の間隔は、いずれも7.85mmとした。薄肉部24(凹部26)の最小幅W(図11参照)は、2.4mmとした。実施例1~6は、平面部28F1,28F2,29F1,29F2の長さL(図11参照)が異なるという点で条件が互いに相違している。比較例1は平面部を有していない(平面部長さL=0)。
実施例1における平面部28F1は、図13中の点S1に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例1においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、3.48mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.27である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
実施例2における平面部28F1は、図13中の点S2に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例2においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、2.78mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.22である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
実施例3における平面部28F1は、図13中の点S3に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例3においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、1.95mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.15である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
実施例4における平面部28F1は、図13中の点S4に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例4においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、1.34mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.10である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
実施例5における平面部28F1は、図13中の点S5に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例5においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、0.84mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.07である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
実施例6における平面部28F1は、図13中の点S6に示す位置と点Eに示す位置との間に設けられる。実施例6においては、比較的長い一方向(矢印X方向)における平面部28F1の長さL(図11参照)は、0.40mmである。ケース20のケース内径Dに対して、比較的長い一方向における平面部28F1の長さLの比(L/D)は、0.03である。この平面部28F1の構成は、図示しない残り3つの平面部の構成にも共通している。
以上のような実験条件の下、実施例1~6および比較例1について、水平指向性(水平方向における指向性)および共振周波数をシミュレーションにより算出した。図14は、ケース20のケース内径Dに対する平面部28F1の長さLの比(L/D)と、共振周波数との関係を示している。図15は、ケース20のケース内径Dに対する平面部28F1の長さLの比(L/D)と、水平指向性との関係を示している。
図14に示すように、共振周波数については、少なくとも、ケース20のケース内径Dに対する平面部28F1の長さLの比(L/D)が0.03以上0.27以下であれば、比較例の場合に比べて改善が見られることがわかる。また、水平指向性についても、少なくとも、ケース20のケース内径Dに対する平面部28F1の長さLの比(L/D)が0.03以上0.27以下であれば、比較例の場合に比べて改善が見られることがわかる。
以上、実施の形態および実施例について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 超音波送受波器、20,20A,20Y,20Z ケース、20S 中空部、21 筒状部、22 底部、23 厚肉部、24,25 薄肉部、26,27 凹部、28,29 周壁部分、28F1,28F2,29F1,29F2 平面部、28G,29G 外側曲面部、28N,29N 内側曲面部、30 圧電振動素子、31 下層シリコーン、32 吸音材、33 充填シリコーン、35 リード線、D ケース内径、E,S,S1,S2,S3,S4,S5,S6 点、L 長さ(平面部長さ)、R1,R2,R3,R4 端部、W 最小幅、X,Y,Z 矢印。
Claims (5)
- 中空部が設けられた有底筒状のケースと、
前記中空部内に納められ、前記中空部の底面に位置する前記ケースの底部の内面上に配置された圧電振動素子と、を備え、
前記中空部は、前記ケースの前記底部と平行な断面において、一方向で比較的長く、別方向で比較的短い形状を有し、
前記底部には、厚肉部と、前記厚肉部に対して比較的長い前記一方向の両外側にそれぞれ位置する一対の薄肉部とが設けられ、
前記圧電振動素子は、前記厚肉部上に配置されており、
前記ケースのうち、前記底部に前記薄肉部を設けることで形成された凹部の周壁部分は、比較的短い前記別方向における端部に、平坦な平面形状からなる平面部を有している、超音波送受波器。 - 前記平面部は、比較的長い前記一方向に対して平行な方向に延在している、
請求項1に記載の超音波送受波器。 - 前記ケースを軸方向に沿って平面視した場合、一方の前記薄肉部の側に設けられた前記平面部と、他方の前記薄肉部の側に設けられた前記平面部とは、同一直線上に位置している、
請求項1または2に記載の超音波送受波器。 - 前記ケースを軸方向に沿って平面視した場合、前記ケースの前記底部は、前記厚肉部の中心に対して点対称の形状を有している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波送受波器。 - 前記ケースの内径に対して、比較的長い前記一方向における前記平面部の長さの比は、0.03以上0.27以下である、
請求項2から4のいずれか1項に記載の超音波送受波器。
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