(57)【要約】【課題】特に物体の存在を検知し、又は物体との距離を測量すると共に、幅広な、超音波伝搬に最適な構造を有する測長伝搬超音波トランスデューサーを提供する。【解決手段】超音波トランスデューサーであって、側壁を具備するカップ形ケーシングを有すると共に、中心軸に垂直する前記側壁の内部断面がほぼダンベル形を呈することを特徴とする。【選択図】図２Ａ
2010147668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサーであって、
側壁を具備するカップ形ケーシングを有すると共に、中心軸に垂直する前記側壁の内部断面がほぼダンベル形を呈することを特徴とする超音波トランスデューサー。
【請求項２】
前記ダンベル形の輪郭は、ダンベル形の輪郭の長手方向軸と平行に対向するように形成される１対の直線部と、
前記ダンベル形の輪郭の長手方向軸の両端に夫々対向するように位置する１対の円弧線部と、を有し、
前記ダンベル形の輪郭の各円弧線部の両端は、２つの曲線部を介して夫々前記２つの直線部に連結され、該各曲線部はそれぞれ、1つの円弧線部の１端及び１つの直線部と連結されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項３】
前記カップ形ケーシングは、さらに底部を有し、該底部におけるカップ形ケーシングの開口に面する底部の内面は、ダンベル形を呈することを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサー。
【請求項４】
前記底部の内面におけるダンベル形の平面は、２つの拡大区域を有し、その内、少なくとも１つの拡大区域は、該拡大区域に定義された１つの陥凹部を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサーに関するものであり、特に、物体の存在を検知し、又は物体との距離を測量する、超音波伝搬範囲が最適化された超音波トランスデューサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波トランスデューサーは、物体を検知する必要のある様々な応用分野に用いられるものであり、典型的な用途としては、対象物体の検知及び測長が挙げられ、例えば、自動車後方の障害物の検知が挙げられる。それらの用途において超音波トランスデューサーは、圧電素子を用い、前記検知するための超音波を発生させるが、その殆どは、通常、超音波送受信器として用いられる。すなわち、前記超音波トランスデューサーは、走査及び／又は測長するための超音波の放射と、反射された超音波の受信の２つの機能を有するものである。
【０００３】
放射又は受信のいずれのモードにおいても、超音波トランスデューサーの送波及び受波形状は、その機能を大きく影響し、例えば、自動車の後方の障害物探知に使用する時には、送波及び受波のカバー範囲を共に好適な形状に形成させなくてはならない。一般的に、送波及び受波カバー範囲は、いずれも水平方向において幅広、垂直方向において幅狭にする必要があり、送波のカバー範囲を水平方向において幅広にすることにより、障害物の探知可能角度範囲を有効に拡大させることができると共に、受波のカバー範囲を垂直方向において幅狭にすることにより、反射波による干渉を効果的に低減させることができる。
【０００４】
自動車の後方の障害物探知システムに用いられる超音波トランスデューサーの受信モードにおけるカバー範囲の形状と、放射モードにおけるカバー範囲の形状とは同一又はほぼ同一にすべきであり、又、例えばカメラによる測長などの用途においても、前記条件が必要とされている。
【０００５】
前記条件を満たすためには、従来は超音波トランスデューサーの作動周波数を高くすることにより、垂直方向におけるカバー範囲を狭くしていたが、この方法では、同時に水平方向におけるカバー範囲も狭くなり、水平方向における検知不能領域が拡大してしまう恐れがあるので、十分にニーズに応えることはできなかった。
【０００６】
前記条件を満たすための他の手段としては、所望のカバー範囲を得るよう、前記超音波トランスデューサーにおけるカップ形ケーシングの設計を変更又は調整し、例えば断面が長方形、楕円形、梯形、涙滴形などを呈する内部開口を形成させるなどの方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２８４８９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の超音波トランスデューサーは、水平方向において所要のカバー範囲を維持すると同時に、垂直方向におけるカバー範囲を狭くすることはできなかった。
【０００９】
例えば、図１Ａに示すように、特開平９−２８４８９６により開示される超音波トランスデューサー（１）は、カップ形ケーシング（１２）と、該カップ形ケーシング（１２）に形成された内部開口（１０）とを有し、該内部開口（１０）は、交差する２つの楕円形の形状を呈すると共に、該カップ形ケーシング（１２）の底部には、圧電素子（１４）が設けられている。又、図１Ｂに示すように、その超音波のカバー範囲が−３ｄＢの場合に、水平方向に５４度、垂直方向に５０度の範囲を占めている。このような超音波トランスデューサーを用いれば、水平方向における超音波のカバー範囲を広くし、垂直方向における超音波のカバー範囲をある程度狭くすることはできるが、その垂直方向における超音波のカバー範囲の形状は、所望の程度にはなっていない。
【００１０】
そこで、出願されたのが本発明であって、前記欠点を改善し、前記課題を解決するためのダンベル形の超音波トランスデューサーを提供することを目的としている。
【００１１】
本発明は、障害物を検知し、又は物体との距離を計測できると共に、幅広な、超音波の伝搬に最適な構造を有する超音波トランスデューサーを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１の発明は、超音波トランスデューサーであって、
側壁を具備するカップ形ケーシングを有すると共に、中心軸に垂直する前記側壁の内部断面がほぼダンベル形を呈することを特徴とする超音波トランスデューサー、を提供する。
【００１３】
本願の請求項２の発明は、前記ダンベル形の輪郭は、ダンベル形の輪郭の長手方向軸と平行に対向するように形成される１対の直線部と、
前記ダンベル形の輪郭の長手方向軸の両端に夫々対向するように位置する１対の円弧線部と、を有し、
前記ダンベル形の輪郭の各円弧線部の両端は、２つの曲線部を介して夫々前記２つの直線部に連結され、該各曲線部はそれぞれ、1つの円弧線部の１端及び１つの直線部と連結されることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサー、を提供する。
【００１４】
本願の請求項３の発明は、前記カップ形ケーシングは、さらに底部を有し、該底部におけるカップ形ケーシングの開口に面する底部の内面は、ダンベル形を呈することを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサー、を提供する。
【００１５】
本願の請求項４の発明は、前記底部の内面におけるダンベル形の平面は、２つの拡大区域を有し、その内、少なくとも１つの拡大区域は、該拡大区域に定義された１つの陥凹部を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサー、を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するものであり、物体の存在を検知し、又は物体との距離を測量できると共に、幅広な、超音波の伝搬を好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】従来の超音波トランスデューサーの平面断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す超音波トランスデューサーの水平方向及び垂直方向における超音波カバー範囲図である。
【図２Ａ】本発明に係る超音波トランスデューサーの第１実施例を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す超音波トランスデューサーの平面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに示す超音波トランスデューサーの２Ｃ−２Ｃ線断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａ乃至図２Ｃに示す超音波トランスデューサーの、水平方向及び垂直方向における超音波のカバー範囲を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施例に係る超音波トランスデューサーの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す超音波トランスデューサーの平面断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに示す超音波トランスデューサーの３Ｃ−３Ｃ線側面断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａ乃至図３Ｃに示す超音波トランスデューサーの、水平方向及び垂直方向における超音波カバー範囲図である。
【図４Ａ】本発明の第３実施例に係る超音波トランスデューサーの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す超音波トランスデューサーの平面断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに示す超音波トランスデューサーの４Ｃ−４Ｃ線側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図２Ａは本発明に係る超音波トランスデューサーの第１実施例を示す斜視図であり、図２Ｂは図２Ａに示す超音波トランスデューサーの平面断面図であり、図２Ｃは図２Ｂに示す超音波トランスデューサーの２Ｃ−２Ｃ線断面図である。
【００２０】
図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、本発明の超音波トランスデューサー（２）は、カップ形ケーシング（２０）と、圧電素子（２２）とを有し、該超音波トランスデューサー（２）の主要構造である該カップ形ケーシング（２０）は、、ほぼ円筒体を呈するカップ形の構成を有するものである。
【００２１】
また、前記カップ形ケーシング（２０）は、開口と、底部（２０２）とを有するカップ状のものであり、その側壁（２００）が一定の径を有する円筒体であるが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、該カップ形ケーシング（２０）の側壁（２００）が、必ずしも円筒体でなくとも、例えば、該底部（２０２）から開口へ、又は該開口から底部（２０２）へ行くにつれて次第に細くなるようなテーパー形に形成されても構わないことを想到することができる。
【００２２】
前記カップ形ケーシング（２０）における円筒形構成の中心軸は、送波される超音波及び／又は受波される超音波の軸とほぼ一致するものであると共に、前記開口は、超音波トランスデューサー（２）の送波方向と反対する方向に向かうものである。又、該カップ形ケーシング（２０）の底部（２０２）は、該カップ形ケーシング（２０）の中心軸にほぼ垂直する平面であり、該カップ形ケーシング（２０）の側壁（２００）は、該中心軸を取り囲むものであり、該底部（２０２）と側壁（２００）とは、互いに結合して該カップ形ケーシング（２０）のカップ形構造を構成するものである。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、カップ形ケーシング（２０）における空間を取り囲む側壁（２００）は、開口の近傍を除いて、ほぼ円筒形を呈する外表面を有すると共に、前記空間を取り囲む内部を有し、中心軸に沿って観察すれば、該内部は、ダンベル形の輪郭を有するものであり、該空間は開口と連通するものである。
【００２４】
即ち、前記中心軸に垂直する方向における前記側壁（２００）の断面によると、その内部は、密閉したダンベル形を呈するものである。
【００２５】
図２Ｂに示すように、超音波トランスデューサー（２）の中心軸を対称軸とした場合、側壁（２００）の内部のダンベル形は、その長手方向と平行に対向するように、配列された１対の直線部を有し、該１対の直線部から前記中心軸に沿って、２つの平面（２０００）が形成されている。
【００２６】
また、前記側壁（２００）の内部におけるダンベル形は、それぞれ反対する側に配列された１対の円弧線部を有し、該１対の円弧線部は夫々、前記ダンベル形の長手方向の両端に位置すると共に、夫々該ダンベル形の輪郭において２つの拡大部を形成するものであり、該１対の円弧線部が前記中心軸に沿って延びることにより該側壁（２００）の内部において対向する２つの陥凹面（２００２）が形成される。
【００２７】
さらに、前記ダンベル形における各円弧線部の両端は、２つの曲線部を介して、夫々直線部に連結されると共に、該各曲線部はそれぞれ、円弧線部の１端と、１つの直線部に連結され、２つの溝（２００２ａ）を形成するように、前記中心軸に沿って延設されるものであり、全体では４つの溝（２００２ａ）が４つの曲線部により形成される。
【００２８】
前記カップ形ケーシング（２０）の底部（２０２）における外部底面はほぼ円盤状を呈し、図２Ｂに示すように、該底部（２０２）におけるカップ形ケーシング（２０）の開口と対応する内部底面は、実質的にダンベル形の平面を呈し、また、圧電素子（２２）は通常、該内部底面中央に取り付けられる。
【００２９】
図２Ｄは、図２Ａ乃至図２Ｃに示す超音波トランスデューサーの、水平方向及び垂直方向における超音波のカバー範囲を示す図であり、該超音波カバー範囲によれば、−３ｄＢの場合、水平方向に８８度（＋４４度から−４４度まで）の範囲を占めると共に、垂直方向に４０度の範囲を占め、例えば、特開平９−２８４８９６などにより開示された従来の超音波トランスデューサーと比較すると、本発明に係る超音波トランスデューサーは、より幅広な水平方向のカバー範囲及びより幅狭な垂直方向のカバー範囲を有するものであるので、本発明は従来のものを改善できたものであることが分かる。
【００３０】
図３Ａは、本発明の第２実施例に係る超音波トランスデューサー（３）の斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す超音波トランスデューサー（３）の平面断面図であり、図３Ｃは、図３Ｂに示す超音波トランスデューサー（３）の３Ｃ−３Ｃ線側面断面図である。
【００３１】
図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、前記超音波トランスデューサー（３）は、カップ形ケーシング（３０）と、圧電素子（３２）とを有し、該カップ形ケーシング（３０）は、ほぼ円筒形を有するカップ形を呈するものである。
【００３２】
前記カップ形ケーシング（３０）の底部（３０２）は、実質的に該カップ形ケーシング（３０）の中心軸に垂直する平面であり、該カップ形ケーシング（３０）の側壁（３００）は、該中心軸を取り囲むものである。
【００３３】
前記カップ形ケーシング（３０）における空間を取り囲む側壁（３００）は、前記開口の近傍を除いて、実質的に円筒形の外表面を有するものであり、該側壁（３００）の内面は、前記中心軸に沿ってダンベル形の輪郭を有するものである。
【００３４】
前記側壁（３００）の内部は、密閉したダンベル形の輪郭を有するものであり、該ダンベル形の輪郭は、ダンベル形の輪郭の長手方向軸と平行に対向するように形成される１対の直線部を有し、該１対の直線部は、該側壁（３００）の内部において対向して２つの平面（３０００）が形成されるように、前記中心軸に沿って延設される。
【００３５】
前記側壁（３００）の内面のダンベル形の輪郭は、対向するように設けられた１対の円弧線部を有し、該１対の円弧線部は夫々、該ダンベル形の輪郭の長手方向軸の両端に位置すると共に、夫々前記ダンベル形の輪郭における２つの拡大部を形成するものであり、該１対の円弧線部は、該側壁（３００）の内部における夫々反対する側に位置する２つの陥凹面（３００２）を形成するように、前記中心軸に沿って延設されるものである。
【００３６】
さらに、前記ダンベル形の輪郭の各円弧線部の両端はそれぞれ、曲線部を介して直線部に連結され、該各曲線部はそれぞれ、該円弧線部の１端と、１つの直線部とに連結されると共に、２つの溝（３００２ａ）を形成するように、前記中心軸に沿って延設され、全体では、４つの溝（３００２ａ）が４つの曲線部により形成される。
【００３７】
前記カップ形ケーシング（３０）の底部（３０２）における外部底面は、実質的に円盤状を呈し、図３Ｂに示すように、該底部（３０２）におけるカップ形ケーシング（３０）の開口と対応する内部底面は、実質的にダンベル形の平面を呈し、また、圧電素子（３２）は通常、該内部底面の中央に取り付けられる。
【００３８】
図３Ａ乃至図３Ｃに示す、前記第２実施例に係る超音波トランスデューサーと、図２Ａ乃至図２Ｃに示す前記第１実施例とは、底部（３０２）の内部底面が異なる。
【００３９】
側面断面図である図３Ｃに示すように、底部（３０２）のダンベル形の平面はさらに、夫々該ダンベル形の平面の２つの拡大区域に定義された２つの陥凹部（３０２０）を有し、該陥凹部（３０２０）は、底部（３０２）の内部底面の中央を挟むように凹入され、実質的に局部的にカップ形ケーシング（３０）の空間を深くするものである。
【００４０】
図３Ｄは、図３Ａ乃至図３Ｃに示す超音波トランスデューサーの、水平方向及び垂直方向における超音波カバー範囲図であり、該超音波カバー範囲図によれば、−３ｄＢの場合、水平方向に９０度の範囲を占めると共に、垂直方向に３２度の範囲を占め、前記第１実施例に係る超音波トランスデューサー又は従来の超音波トランスデューサーと比較すると、本発明に係る前記超音波トランスデューサーは、より幅広な水平方向超音波カバー範囲及びより幅狭な垂直方向超音波カバー範囲を有するものであるので、本発明に係る超音波トランスデューサー（３）は従来のものを改善できるものである。
【００４１】
図４Ａ乃至図４Ｃは、図３Ａ乃至図３Ｃに示す第２実施例を変形してなる第３実施例に係る超音波トランスデューサー（４）を示すものである。
図４Ａは、本発明の第３実施例に係る超音波トランスデューサーの斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す超音波トランスデューサーの平面断面図であり、図４Ｃは、図４Ｂに示す超音波トランスデューサーの４Ｃ−４Ｃ線側面断面図である。
【００４２】
図４Ａ乃至図４Ｃに示す第３実施例に係る超音波トランスデューサー（４）は、実質的に前記第１実施例及び第２実施例と類似するものであり、側壁（４００）と圧電素子（４２）とを具備する似通ったカップ形ケーシング（４０）を有するものであり、該カップ形ケーシング（４０）は、平面（４０００）と、陥凹面（４００２）と、溝（４００２ａ）とを有し、第３実施例と他の実施例とは、底部（４０２）において相違している。また、前記底部（４０２）は、ダンベル形の平面の１つの拡大区域に定義された１つの陥凹部（４０２０）を有し、該陥凹部（４０２０）は、局部的に前記カップ形ケーシング（４０）の空間を深くするものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、物体の存在を検知し、又は物体との距離を測量できると共に、幅広な、超音波伝搬を好適に行うことができるので、産業状の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００４４】
１          超音波トランスデューサー
１０        内部開口
１２        カップ形ケーシング
１４        圧電素子
２          超音波トランスデューサー
２０        カップ形ケーシング
２００      側壁
２０００    平面
２００２    陥凹面
２００２ａ  溝
２０２      底部
２２        圧電素子
３          超音波トランスデューサー
３０        カップ形ケーシング
３００      側壁
３０００    平面
３００２    陥凹面
３００２ａ  溝
３０２      底部
３０２０    陥凹部
３２        圧電素子
４          超音波トランスデューサー
４０        カップ形ケーシング
４００      側壁
４０００    平面
４００２    陥凹面
４００２ａ  溝
４０２      底部
４０２０    陥凹部
４２        圧電素子
【図１Ａ】
2010147668.tif 000003
【図１Ｂ】
2010147668.tif 000004
【図２Ａ】
2010147668.tif 000005
【図２Ｂ】
2010147668.tif 000006
【図２Ｃ】
2010147668.tif 000007
【図２Ｄ】
2010147668.tif 000008
【図３Ａ】
2010147668.tif 000009
【図３Ｂ】
2010147668.tif 000010
【図３Ｃ】
2010147668.tif 000011
【図３Ｄ】
2010147668.tif 000012
【図４Ａ】
2010147668.tif 000013
【図４Ｂ】
2010147668.tif 000014
【図４Ｃ】
2010147668.tif 000015
【外国語明細書】
2010147668000001.pdf