(57)【要約】  簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を容易に設定変更することができる空中超音波センサを得る。軸方向の一端に開口部を有し、かつ他端に底面を有する有底筒状ケース（１）と、有底筒状ケースの内側の底面に固着された圧電振動子（２）とを備えた空中超音波センサ（１０）であって、軸方向の両端に開口部を有する無底筒状ケース（５）と、無底筒状ケースの開口部の一端に固着された薄膜（４）とをさらに備え、無底筒状ケース（５）は、有底筒状ケース（１）と嵌合しており、かつ、有底筒状ケースの側壁（１ａ）に沿って移動可能な構成を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一端に開口部を有し、かつ他端に底面を有する有底筒状ケースと、
前記有底筒状ケースの内側の底面に固着された圧電振動子と
を備えた空中超音波センサであって、
軸方向の両端に開口部を有する無底筒状ケースと、
前記無底筒状ケースの前記開口部の一端に固着された薄膜と
をさらに備え、
前記無底筒状ケースは、前記有底筒状ケースと嵌合しており、かつ、前記有底筒状ケースの側壁に沿って移動可能な構成を有する
ことを特徴とする空中超音波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の空中超音波センサにおいて、
前記有底筒状ケースの外側面および前記無底筒状ケースの内側面には、らせん状の溝が設けられており、前記嵌合および前記移動可能な構成を兼ねている
ことを特徴とする空中超音波センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空中超音波センサにおいて、
前記有底筒状ケースの側壁には、前記有底筒状ケースの底面と前記薄膜との距離が目視で識別できる目盛が設けられている
ことを特徴とする空中超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中に超音波を送信する、または、空気中を伝搬してきた超音波を受信する空中超音波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた空中超音波センサは、障害物を検知する障害物検知システム等に利用されている。このような障害物検知システムでは、空中超音波センサから超音波を空気中に送信し、送信された超音波が障害物等により反射され、空気中を伝搬して、再び空中超音波センサで受信することにより、障害物を検知する。【０００３】
空中超音波センサによる超音波の伝搬距離を長距離化するためには、超音波の出力音圧を高めればよい。そして、出力音圧を高める方法としては、空中超音波センサの音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを取るために、音響整合層を利用する方法がある。一例として、空中超音波センサのケース部に低密度領域を設け、この低密度領域を音響整合層とした空中超音波センサがある（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
この特許文献１には、ケース部内に圧電振動子を収納するとともに、振動子の超音波放射面に音響整合層を設けた空中超音波センサが開示されている。そして、この空中超音波センサは、ケース部の成型時に、圧電振動子の取り付け部に低密度領域を形成し、この低密度領域を音響整合層としている。【０００５】
特許文献１に示された空中超音波センサにおいては、圧電振動子がケース部に取り付けられており、その取り付け部は、ケース部成型時に形成された低密度領域である。そして、ケース部の低密度領域は、他の領域より音響インピーダンスが低くなるため、音響整合層として動作することになり、空中超音波センサの出力音圧を高めることができる。出力音圧は、超音波の伝搬距離に対応するため、出力音圧を高くすることで、超音波の伝搬距離を長距離化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１９００９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に示したような空中超音波センサは、上述したように、ケース部成型時に音響整合層を形成している。このため、一度、空中超音波センサを形成してしまうと、出力音圧、すなわち超音波の伝搬距離が一意に決まってしまう。【０００８】
従って、空中超音波センサの使用用途や設置場所等に合わせて、出力音圧（超音波の伝搬距離）を変更したい場合には、所望の出力音圧（超音波の伝搬距離）が得られる音響整合層をその都度、形成し直す必要がある。この結果、製造コストの面で問題が生じることとなる。【０００９】
また、上述したように、一度、空中超音波センサを形成してしまうと、出力音圧（超音波の伝搬距離）が一意に決まってしまうため、出力音圧（超音波の伝搬距離）の微調整ができないという問題も生じる。【００１０】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を容易に設定変更することができる空中超音波センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る空中超音波センサは、軸方向の一端に開口部を有し、かつ他端に底面を有する有底筒状ケースと、有底筒状ケースの内側の底面に固着された圧電振動子とを備えた空中超音波センサであって、軸方向の両端に開口部を有する無底筒状ケースと、無底筒状ケースの開口部の一端に固着された薄膜とをさらに備え、無底筒状ケースは、有底筒状ケースと嵌合しており、かつ、有底筒状ケースの側壁に沿って移動可能な構成を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る空中超音波センサによれば、薄膜の固着された無底筒状ケースが、圧電振動子が固着された有底筒状ケースと嵌合されるとともに、無底筒状ケースを有底筒状ケースの側壁に沿って移動可能な構成とすることにより、簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を容易に設定変更することができる空中超音波センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における空中超音波センサを示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における空中超音波センサにおいて、有底筒状ケースの外側の底面と薄膜との距離と出力音圧との関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態２における空中超音波センサを示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３における空中超音波センサを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の空中超音波センサの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の図面において、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空中超音波センサを示す概略図である。図１（ａ）は、側面図であり、図１（ｂ）は、上面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）で示したＡ−Ａ’における断面図である。図１に示した空中超音波センサ１０は、有底筒状ケース１、圧電振動子２、入出力端子３ａ、３ｂ、薄膜４、および無底筒状ケース５を備えて構成されている。
【００１６】
有底筒状ケース１は、軸方向の一端に開口部を有し、かつ他端に底面を有するケースである。また、圧電振動子２は、有底筒状ケース１の内側の底面に固着されている。また、空中超音波センサ１０は、入出力端子３ａ、３ｂを有している。
【００１７】
さらに、無底筒状ケース５は、両端が開口されており、一端の開口部には薄膜４が固着されており、他端の開口部は、有底筒状ケース１と嵌合されている。ここで、本発明に係る空中超音波センサ１０は、無底筒状ケース５が、有底筒状ケース１の側壁１ａに沿って移動可能な構成となっている点を技術的特徴としている。
【００１８】
入出力端子３ａは、有底筒状ケース１に接続されている。一方、入出力端子３ｂは、圧電振動子２の、有底筒状ケース１との接着面とは反対の面に接続されている。有底筒状ケース１および無底筒状ケース５は、例えば、ガラスクロスによって強化された比較的剛性の高い樹脂、あるいはアルミニウム等の金属からなる。
【００１９】
また、圧電振動子２は、例えば、ＰＺＴやチタン酸バリウム等の圧電セラミックからなり、円盤状に形成されているものである。また、薄膜４は、例えば、塩化ビニル等の合成樹脂材料からなる。
【００２０】
本実施の形態１に係る空中超音波センサ１０においては、信号源（図示せず）から所定周波数の信号が、入出力端子３ａ、３ｂに供給される。そして、圧電振動子２は、このような信号の印加によって、主に径方向に伸縮して振動する。このようにして圧電振動子２が振動することによって、有底筒状ケース１が振動し、さらに、無底筒状ケース５に固着された薄膜４を振動させ、薄膜４の放射面４ａから超音波が空中に放射される。
【００２１】
上述したように、本発明では、薄膜４が固着された無底筒状ケース５は、圧電振動子２が固着された有底筒状ケース１と嵌合しており、かつ、有底筒状ケース１の側壁１ａに沿って移動可能な構成となっている。このため、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離を変化させることができる。すなわち、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との間に存在する空気層６の厚さを変化させることができる。
【００２２】
ここで、薄膜４は、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との間の空気層６とともに、音響整合層として動作する。そして、空気層６の厚さにより、音響インピーダンスを変化させることができる。図２は、本発明の実施の形態１における空中超音波センサ１０において、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離と出力音圧との関係を示した図である。なお、図２においては、薄膜４として塩化ビニルを想定した場合の関係を示している。
【００２３】
図２のように、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離が大きくなるにしたがい、出力音圧は大きくなる。そして、出力音圧は、厚さがｔ（図２では、０．２７ｍｍ）でピークとなり、厚さがｔよりもさらに厚くなることで、再び小さくなる。すなわち、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離を変化させることにより、出力音圧を変化させることができる。
【００２４】
空中超音波センサ１０から放射される超音波の伝搬距離に対応し、出力音圧が高くなると、超音波の伝搬距離は、長くなる。よって、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離を変化させることにより、超音波の伝搬距離を変化させることができる。
【００２５】
以上のように、実施の形態１に係る空中超音波センサによれば、薄膜の固着された無底筒状ケースが空中超音波センサと嵌合されるとともに、無底筒状ケースを有底筒状ケースの側壁に沿って移動可能な構成を有している。この結果、有底筒状ケースの外側の底面と薄膜との間の距離が任意に設定できるため、簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を任意に設定することができる空中超音波センサを得ることができる。
【００２６】
実施の形態２．
本実施の形態２では、無底筒状ケース５を、有底筒状ケース１の側壁１ａに沿って移動可能な構成とするための具体的な手段について説明する。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態２における空中超音波センサを示す概略図である。図３（ａ）は、側面図であり、図３（ｂ）は、上面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）で示したＡ−Ａ’における断面図である。
【００２８】
図３に示した空中超音波センサ１０は、有底筒状ケース１、圧電振動子２、入出力端子３ａ、３ｂ、薄膜４、および無底筒状ケース５を備えて構成されている。なお、有底筒状ケース１および無底筒状ケース５以外の構成は、先の実施の形態１における図１の構成と同様であり、説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態２に係る空中超音波センサ１０においては、有底筒状ケース１の外側面および無底筒状ケース５の内側面に、らせん状の溝７が設けられており、有底筒状ケース１と無底筒状ケース５との関係は、おねじとめねじの関係にある。したがって、有底筒状ケース１または無底筒状ケース５を回転させることにより、無底筒状ケース５を有底筒状ケース１の側壁１ａに沿って移動させることができる。
【００３０】
以上のように、実施の形態２に係る空中超音波センサによれば、有底筒状ケースの外側面および無底筒状ケースの内側面に、らせん状の溝を備えた簡易な構成を有することで、有底筒状ケースの側壁に沿って無底筒状ケースを移動させ、有底筒状ケースの外側の底面と薄膜との距離を変化させることが可能となる。この結果、簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を任意に設定することができる空中超音波センサを実現できる。
【００３１】
実施の形態３．
本実施の形態３では、使用用途や設置場所等に合わせて、所望の出力音圧（所望の超音波の伝搬距離）を再現性よく得るために、無底筒状ケース５と有底筒状ケース１との位置関係を可視化した構成について説明する。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態３における空中超音波センサを示す概略図である。図４（ａ）は、側面図であり、図４（ｂ）は、上面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）で示したＡ−Ａ’における断面図である。
【００３３】
図４に示した空中超音波センサ１０は、有底筒状ケース１、圧電振動子２、入出力端子３ａ、３ｂ、薄膜４、および無底筒状ケース５を備えて構成されている。なお、有底筒状ケース１以外の構成は、先の実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態３に係る空中超音波センサ１０においては、有底筒状ケース１の外側面に、有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離が目視により識別できる目盛８が設けられている。この目盛８は、事前に求めた有底筒状ケース１の外側の底面１ｂと薄膜４との距離と出力音圧（または超音波の伝搬距離）との関係から、決定されている。
【００３５】
以上のように、実施の形態３に係る空中超音波センサによれば、有底筒状ケースの外側面に目盛を設けた構成を有することで、無底筒状ケース５に対する有底筒状ケース１の相対位置を、使用用途や設置場所等に合わせて所望の出力音圧（所望の超音波の伝搬距離）を得るための位置に容易に調整できる。この結果、簡易な構成で、使用用途や設置場所等に合わせて出力音圧（超音波の伝搬距離）を任意に設定することができる空中超音波センサを実現できるとともに、出力音圧または超音波の伝搬距離の再現性を向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態３における図４では、先の実施の形態１における図１の構成に目盛８を付加した場合を説明した。しかしながら、本実施の形態３は、このような構成に限定されるものではない。先の実施の形態２における図３の構成に目盛８を付加することも可能であり、位置調整の容易化と、出力音圧（超音波の伝搬距離）の再現性との両立を図ることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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