(57)【要約】  本開示の超音波デバイスは、有底筒状のケースと、圧電素子と、リード線と、充填材と、を備えている。圧電素子は、ケースの内底面に設置されている。リード線は、圧電素子に接続されている。充填材は、ケースを封止している。ケースは、第１の薄壁部と、第１の厚壁部と、を有する。第１の薄壁部は、ケースの内壁面に沿って形成されている。第１の厚壁部は、ケースの内壁面からケースの内部空間に向かって突出した第１の突出部を有している。
2016189812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面に設置された圧電素子と、
前記圧電素子に接続されたリード線と、
前記ケースを封止する充填材と、
を備え、
前記ケースは、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第１の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第１の突出部を有する第１の厚壁部と、
を有する
超音波デバイス。
【請求項２】
前記第１の薄壁部の厚さは、略一定である
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項３】
前記第１の薄壁部の厚さは、前記第１の薄壁部の平均の厚さに対して、±１０％以下である
請求項２に記載の超音波デバイス。
【請求項４】
前記ケースは、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第２の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第２の突出部を有する第２の厚壁部と、
を更に有し、
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部と前記第２の薄壁部とは互いに対向しており、
前記第１の厚壁部と前記第２の厚壁部とは互いに対向している、
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項５】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の薄壁部と対称に形成されており、
前記第１の厚壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の厚壁部と対称に形成されている
請求項４に記載の超音波デバイス。
【請求項６】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第１の中心角は、
前記第２の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第２の中心角よりも大きい
請求項５に記載の超音波デバイス。
【請求項７】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の円弧は、前記第２の円弧よりも長い
請求項５に記載の超音波デバイス。
【請求項８】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の厚壁部は、前記第１の突出部の第１の先端と前記第２の円弧の両端を結ぶ線分と、前記第２の円弧と、で形成される扇形状である
請求項５に記載の超音波デバイス。
【請求項９】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第１の中心角は、１００度以上、１５５度以下である
請求項５に記載の超音波デバイス。
【請求項１０】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の厚壁部の前記第１の突出部の第１の先端と、前記第２の厚壁部の前記第２の突出部の第２の先端との間の距離は、
前記ケースの外径Ａの０．３５倍以上、０．８倍以下であり、
前記第１の薄壁部の厚みは前記ケースの外径Ａの０．０２倍以上、０．０６倍以下である
請求項５記載の超音波デバイス。
【請求項１１】
前記ケースの底部が対象物に向かうように設置され、
前記第１の厚壁部の前記第１の突出部の第１の先端と、前記第２の厚壁部の前記第２の突出部の第２の先端とを結んだ線分が、水平方向に対応するように配置される
請求項５記載の超音波デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを駆動し、超音波を発生させる送波回路と、
前記超音波デバイスを保持するハウジングケースと、
を備えた
超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波の送波または受波、あるいはその両方を行なう超音波デバイスとこれを用いた超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５Ａは、従来の超音波デバイス１の斜視図である。図１５Ｂは、従来の超音波デバイス１の断面図である。図１５Ｃは、従来の超音波デバイス１のケース２の上面図である。従来の超音波デバイス１は、有底筒状のケース２と、圧電素子３と、一対のリード線５と、充填材４とを有する。圧電素子３は、ケース２の内底面に設置されている。充填材４は、ケース２を封止する。一対のリード線５は、圧電素子３に電力を供給する。超音波デバイス１は、例えば、車両の後端に取り付けられて、車両後方の障害物（対象物）を検出する超音波センサとして用いられる。なお、この出願の先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３２３９号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の超音波デバイスは、有底筒状のケースと、圧電素子と、リード線と、充填材と、を備えている。圧電素子は、ケースの内底面に設置されている。リード線は、圧電素子に接続されている。充填材は、ケースを封止している。ケースは、第１の薄壁部と、第１の厚壁部と、を有する。第１の薄壁部は、ケースの内壁面に沿って形成されている。第１の厚壁部は、ケースの内壁面からケースの内部空間に向かって突出した第１の突出部を有している。
【０００５】
また、本開示の超音波センサは、上記の超音波デバイスと、送波回路と、ハウジングケースと、を備えている。送波回路は、超音波デバイスを駆動し、超音波を発生させる。ハウジングケースは、超音波デバイスを保持する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態における超音波デバイスの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態における超音波デバイスの断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態における超音波デバイスのケースの上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態における超音波デバイスのケースの側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態における超音波デバイスのケースの正面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態における超音波デバイスのケースの斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態における超音波デバイスのケースの横断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施の形態における超音波センサのブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施の形態の他の超音波センサのブロック図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、実施の形態における超音波センサを取り付けた車両の模式図である。
【図５】図５は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態における超音波デバイスの指向角特性を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、従来の超音波デバイスの斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、従来の超音波デバイスの断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、従来の超音波デバイスのケースの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
従来の超音波デバイス１は、例えば車両の後端に取り付けた際に、後上方の物体や地面からの不要なノイズを抑制しつつ水平方向に広い範囲にわたって障害物を検出する。そのために、従来の超音波デバイス１は、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向に広指向性を実現できるように設計されている。しかし、駐車場の空きスペースを検出するなどの特定用途に使用するためには、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向の指向性も狭める必要がある。
【０００８】
また、指向角特性は、ケースの大きさに依存する。詳しく言えば、指向角特性は、ケースの横断面の外径に依存する。例えば、従来の超音波デバイス１において、指向角特性はケース２の横断面の外径Ｍに依存する（図１５Ｃ）。外径Ｍが１４．０ｍｍの場合、最大出力に対する半値（−６ｄＢ）における垂直方向の指向角の最小は、約４６度である。すなわち、垂直方向の指向角を４６度よりも小さくするのは困難である。そして、垂直方向の指向角を４６度にすると、最大出力に対する半値（−６ｄＢ）における水平方向の指向角の最小は約７０度となる。すなわち、水平方向の指向角を７０度よりも小さくするのは困難である。要するに、従来の超音波デバイス１において、ケース２の外径Ｍが１４．０ｍｍの場合、垂直方向の指向角が４６度で、かつ、水平方向の指向角が７０度が限界であり、それ以下にするのは困難である。
【０００９】
また、外径Ｍが１６．０ｍｍの場合、最大出力に対する半値（−６ｄＢ）における垂直方向の指向角の最小は、約３７度である。すなわち、垂直方向の指向角を３７度よりも小さくするのは困難である。そして、垂直方向の指向角を３７度にすると、最大出力に対する半値（−６ｄＢ）における水平方向の指向角の最小は約６７度となる。すなわち、水平方向の指向角を６７度よりも小さくするのは困難である。要するに、従来の超音波デバイス１において、ケース２の外径Ｍが１６．０ｍｍの場合、垂直方向の指向角が３７度で、かつ、垂直方向の指向角が６７度が限界であり、それ以下にするのは困難である。
【００１０】
本開示は、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向の指向性を狭くできる超音波デバイスおよび超音波センサを提供する。
【００１１】
図１Ａは、実施の形態における超音波デバイス１１の斜視図である。図１Ｂは、実施の形態における超音波デバイス１１の断面図である。図１Ａにおいて、破線は隠れて見えない部分を部分的に示す隠れ線である。
【００１２】
本開示の超音波デバイス１１は、有底筒状のケース１２と、圧電素子１３と、リード線１４と、充填材１５と、を備えている。圧電素子１３は、ケース１２の内底面に設置されている。リード線１４は、圧電素子１３に接続されている。充填材１５は、ケース１２を封止している。ケース１２は、第１の薄壁部２１Ａと、第１の厚壁部２２Ａと、を有する。第１の薄壁部２１Ａは、ケース１２の内壁面に沿って形成されている。第１の厚壁部２２Ａは、ケース１２の内壁面からケース１２の内部空間に向かって突出した第１の突出部２４Ａを有している。
【００１３】
ケース１２は、有底筒状の形状を有し、底部１６と筒部１７とを有する。ケース１２は、例えばアルミニウムなどの金属などで形成されている。底部１６は超音波を発信する振動面であり、内底面１９と外底面２０とを有する。筒部１７は、対向した一対の薄壁部２１と、対向した一対の厚壁部２２とを有する。すなわち、図１Ａにおいて、筒部１７は、第１の薄壁部２１Ａと、第２の薄壁部２１Ｂとを有する。第１の薄壁部２１Ａと、第２の薄壁部２１Ｂは、ケース１２の内壁面に沿って形成されている。さらに、筒部１７は、第１の厚壁部２２Ａと、第２の厚壁部２２Ｂとを有する。第１の厚壁部２２Ａは、ケース１２の内壁面からケース１２の内部空間に向かって突出した第１の突出部２４Ａを有する。第２の厚壁部２２Ｂは、ケース１２の内壁面からケース１２の内部空間に向かって突出した第２の突出部２４Ｂを有する。第１の薄壁部２１Ａと、第２の薄壁部２１Ｂとを総称して薄壁部２１とする。第１の厚壁部２２Ａと、第２の厚壁部２２Ｂとを総称して厚壁部２２とする。第１の突出部２４Ａと、第２の突出部２４Ｂとを総称して突出部２４とする。
【００１４】
薄壁部２１は、壁厚が相対的に薄い部分であり、略円弧状で略一定の壁厚を有している。ここで、薄壁部２１の厚さは、薄壁部２１の平均の厚さに対して、±１０％以下の範囲である。
【００１５】
厚壁部２２は、薄壁部２１よりも厚く、ケース１２の内側空間に向かって突出した突出部２４を有し、突出部２４の先端２５からケース１２の外周に向かって広がる扇形状を有する。
【００１６】
言いかえれば、ケース１２の内底面に平行な断面において、第１の薄壁部２１Ａが形成されたケース１２の内壁面（第１の薄壁部２１Ａの外壁面）を第１の円弧５１とし、第１の厚壁部２２Ａが形成されたケース１２の内壁面（第１の厚壁部２２Ａの外壁面）を第２の円弧５２とした場合、第１の厚壁部２２Ａは、第１の突出部２４Ａの先端２５Ａと第２の円弧５２の両端を結ぶ線分と、第２の円弧５２と、で形成される扇形状である。ここで、第１の突出部２４Ａの先端２５Ａと、第２の突出部２４Ｂの先端２５Ｂとを総称して先端２５とする。
【００１７】
圧電素子１３は、ケース１２の内底面１９に固定された超音波振動の発信源であり、圧電体（図示せず）と、その両面に設けられた電極（図示せず）とを有する。
【００１８】
一対のリード線１４は、導体で形成されている。圧電素子１３の両面には電極（図示せず）が形成されている。リード線１４の少なくとも一方は、圧電素子１３の一方の電極に接続されている。一対のリード線１４により、圧電素子１３に電力が供給される。
【００１９】
充填材１５は、例えば発泡シリコン樹脂などの樹脂材料などからなり、ケース１２の内部において圧電素子１３を封止する。
【００２０】
次にケース１２の構造を図２Ａ〜図２Ｄ、図３を用いて説明する。図２Ａは、実施の形態における超音波デバイス１１のケース１２の上面図である。図２Ｂは、実施の形態における超音波デバイス１１のケース１２の側面図である。図２Ｃは、実施の形態における超音波デバイス１１のケース１２の正面図である。図２Ｄは、実施の形態における超音波デバイス１１のケース１２の斜視図である。図３は、実施の形態における超音波デバイス１１のケース１２の横断面図である。図３は、ケース１２を内底面１９に平行な面で切断したときのケース１２の筒部１７の断面図にほぼ一致する。図２Ａ、図３に示すように、ケース１２は中心点２３を有する。また、図１Ａ、図２Ａ〜図２Ｄ、図３に示すように、超音波デバイス１１において、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向とが規定される。
【００２１】
図２Ａにおいて、ケース１２の内底面１９に対する圧電素子１３が配置される箇所を矩形の破線で示す。ケース１２の内底面１９の中央と圧電素子１３の中央がほぼ一致するように、圧電素子１３が配置される。圧電素子１３のＸ方向の長さは約６ｍｍであり、Ｙ方向の長さは約８ｍｍである。
【００２２】
図３に示すように、ケース１２の寸法を、筒部１７の外径Ａ、薄壁部２１の開口長Ｂ、厚壁部２２の最小開口長Ｃ、薄壁部２１の壁厚Ｄ、厚壁部２２の最大壁厚Ｅ、厚壁部２２の最大開口長Ｆ、厚壁部２２の幅Ｇ、中心点２３に対する薄壁部２１の中心角α、中心点２３に対する厚壁部２２の中心角β、厚壁部２２の突出部２４の先端半角θで示す。厚壁部２２の突出部２４は、先端２５からケース１２の外周に向かって広がる扇形状を有している。厚壁部２２の突出部２４の先端半角θは、厚壁部２２の突出部２４の先端２５における先端角の１／２である。
【００２３】
ここで、薄壁部２１の開口長Ｂとは、薄壁部２１が向かい合う方向（Ｙ方向）の開口長である。厚壁部２２の最小開口長Ｃとは、厚壁部２２が向かい合う方向（Ｘ方向）の最小開口長である。厚壁部２２の最大開口長Ｆとは、厚壁部２２が向かい合う方向（Ｘ方向）の最大開口長である。厚壁部２２の最大壁厚Ｅとは、中心点２３に向かう半径方向の厚壁部２２の最大壁厚である。厚壁部２２の幅Ｇとは、半径方向と垂直な方向の厚壁部２２の幅である。
【００２４】
図４Ａは、本実施の形態の超音波センサ２６のブロック図である。図４Ｂは、本実施の形態の他の超音波センサ２６のブロック図である。超音波センサ２６は、超音波デバイス１１と、送波回路７１と、ハウジングケース７３とを備えている。超音波デバイス１１は、超音波変換器として用いられる。送波回路７１は、超音波デバイス１１を駆動し、超音波を発生させる。ハウジングケース７３は、超音波デバイス１１と送波回路７１とを保持する。ここで、図４Ｂに示すように、ハウジングケース７３は、超音波デバイス１１だけを保持していてもよい。すなわち、ハウジングケース７３は、少なくとも超音波デバイス１１を保持する構成であればよい。
【００２５】
図４Ｃは、本実施の形態の超音波センサ２６を取り付けた車両２７の模式図である。超音波センサ２６は、超音波を発信し、反射された超音波を受信することにより、車両２７の周囲の障害物等の存在を検知したり、障害物までの距離を検出したりする。図１Ａでは、超音波デバイス１１のＸ方向とＹ方向を水平に、Ｚ方向を垂直にして表示している。しかし、車両２７に装備する際には、超音波デバイス１１のＸ方向とＺ方向が地面に対して略水平になり、Ｙ方向が略垂直になるように設置される。ここで、超音波を発信または受信する方向がＺ方向である。このように超音波デバイス１１の方向を設定し、超音波デバイス１１の形状を規定することにより、垂直方向の狭指向性を確保しつつ、水平方向の指向性をある程度狭められる。なお、Ｚ方向は車両２７の水平方向に対して若干の角度を設ける場合がある。また、Ｙ方向も垂直方向に対して若干の角度を設ける場合がある。さらに、超音波を発信または受信する方向を水平からわずかに上方または下方に傾ける場合もある。ここで、超音波デバイス１１の指向性とは、超音波デバイス１１が超音波の受信に用いられるときには超音波の受信感度の指向性であり、超音波デバイス１１が超音波の発信に用いられるときには超音波の放射強度の指向性である。
【００２６】
（表１）に本実施の形態において検討した実施例１〜６１について、ケース１２の寸法と、指向性の特性値とその評価結果を示す。
【００２７】
【表１】
2016189812.tif 000003
2016189812.tif 000004
【００２８】
（表１）に示す実施例１〜６１において、筒部１７の外径Ａは１４ｍｍまたは１６ｍｍである。薄壁部２１の開口長Ｂは１３ｍｍまたは１５ｍｍである。薄壁部２１の壁厚Ｄは０．５ｍｍである。厚壁部２２の最小開口長Ｃは、６．５ｍｍ以上、１１ｍｍ以下の範囲内であり、厚壁部２２の最大壁厚Ｅは２．０ｍｍ以上、４．５ｍｍ以下の範囲内である。厚壁部２２の突出部２４の先端半角θは、３０度以上、８０度以下の範囲内である。中心点２３に対する薄壁部２１の中心角αは、７４．８度以上、１７０．６度以下の範囲内であり、中心点２３に対する厚壁部２２の中心角βは、９．４度以上、１０５．２度以下の範囲内である。
【００２９】
（表１）には、ケース１２の寸法と、超音波放射を行なった際の、最大出力に対する半値（−６ｄＢ）における、垂直方向の指向角と水平方向の指向角とを示している。そして、指向特性が良好な実施例を「Ｇ（Ｇｏｏｄ）」とし、指向特性が良好でない実施例を「ＮＧ（Ｎｏ  Ｇｏｏｄ）」としている。
【００３０】
ここで、外径Ａが１４．０ｍｍの場合、垂直方向の指向角が４６度以下で、かつ、水平方向の指向角が７０度以下の場合を良好としている。指向角は、最大出力に対する半値である−６ｄＢの場合の値である。すなわち、（表１）に示すように、外径Ａが１４．０ｍｍの場合、指向角特性が良好なのは実施例７、８、１５、１６、１７、２２、２３、２４、２５、２９、３０、３１である。
【００３１】
また、外径Ａが１６．０ｍｍの場合、垂直方向の指向角が３７度以下で、かつ、水平方向の指向角が６７度以下の場合を良好としている。指向角は、最大出力に対する半値である−６ｄＢの場合の値である。すなわち、（表１）に示すように、外径Ａが１６．０ｍｍの場合、指向角特性が良好なのは実施例３４、３５、４１、４２、４８、５４、５５である。
【００３２】
図５〜図１４は、実施の形態における超音波デバイス１１の指向角特性を示す図である。図５〜図１４において、横軸は突出部２４の先端半角θであり、縦軸は最大出力に対する半値である−６ｄＢの場合の指向角を示している。なお、図５から図１４の各特性図において、突出部２４の先端半角θが９０度の場合も示している。これは、突出部２４が存在しない従来の超音波デバイス１の特性を、比較例として示したものである。図５から図１４の特性図において、指向角特性の良好な範囲を矢印で示している。
【００３３】
図５は、外径Ａが１４ｍｍ、最小開口長Ｃが６．５ｍｍの場合を示している。図６は、外径Ａが１４ｍｍ、最小開口長Ｃが７．０ｍｍの場合を示している。図７は、外径Ａが１４ｍｍ、最小開口長Ｃが８．０ｍｍの場合を示している。図８は、外径Ａが１４ｍｍ、最小開口長Ｃが９．０ｍｍの場合を示している。図９は、外径Ａが１４ｍｍ、最小開口長Ｃが１０．０ｍｍの場合を示している。
【００３４】
図１０は、外径Ａが１６ｍｍ、最小開口長Ｃが７．０ｍｍの場合を示している。図１１は、外径Ａが１６ｍｍ、最小開口長Ｃが８．０ｍｍの場合を示している。図１２は、外径Ａが１６ｍｍ、最小開口長Ｃが９．０ｍｍの場合を示している。図１３は、外径Ａが１６ｍｍ、最小開口長Ｃが１０．０ｍｍの場合を示している。図１４は、外径Ａが１６ｍｍ、最小開口長Ｃが１１．０ｍｍの場合を示している。
【００３５】
図５において、指向角特性の良好な範囲は存在しない。図６において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、２５度から３８度の範囲である。図７において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、３５度から６５度の範囲である。図８において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、４５度から８５度の範囲である。図９において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、５５度から８５度の範囲である。図１０において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、４５度から６５度の範囲である。図１１において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、５５度から７５度の範囲である。図１２において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、６５度から７５度の範囲である。図１３において、指向角特性の良好な範囲は、突出部２４の先端半角θが、６５度から８５度の範囲である。図１４において、指向角特性の良好な範囲は存在しない。
【００３６】
本実施の形態の超音波デバイス１１は、有底筒状のケース１２の内底面１９に圧電素子１３を有している。そして、ケース１２の筒部１７は、ケース１２の内底面１９に平行な断面において、内底面１９がケース１２の中心点２３を中心とする略円弧状の薄壁部２１と、薄壁部２１よりも壁厚が厚く内壁面がケース１２の内部空間に向かって突出した突出部２４を設けた厚壁部２２とを有している。この構成により、超音波デバイス１１は、従来の指向性のレベルを超えた指向性の設計が可能になり、Ｙ方向の狭指向性を十分に確保しつつ、Ｘ方向の指向性を狭めることが可能になる。超音波デバイス１１を、超音波変換器として備えた超音波センサ２６を車両２７に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも指向性の絞れた検出が可能になる。すなわち、駐車場等において、車両２７の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
【００３７】
また、本実施の形態の超音波デバイス１１は、有底筒状のケース１２の内底面１９に圧電素子１３を有している。そして、ケース１２の筒部１７はケース１２の内底面１９に平行な断面において、壁厚が略一定の薄壁部２１と、薄壁部２１よりも壁厚が厚く内側面がケース１２の内側空間に向かって突出した突出部２４を設けた厚壁部２２とを有している。この構成により、指向性のレベルが向上し、Ｙ方向の狭指向性を十分に確保しつつ、Ｘ方向の指向性を狭めることが可能になる。超音波デバイス１１を、超音波変換器として備えた超音波センサ２６を車両２７に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも指向性の絞れた検出が可能になる。すなわち、駐車場等において、車両２７の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
【００３８】
さらに、ケース１２の内底面１９に平行な断面において、ケース１２は、対向する一対の薄壁部２１と、対向する一対の厚壁部２２とを有することが好ましい。すなわち、ケース１２の内底面に平行な断面において、第１の薄壁部２１Ａと第２の薄壁部２１Ｂとは互いに対向しており、第１の厚壁部２２Ａと第２の厚壁部２２Ｂとは互いに対向している。また、第１の厚壁部２２Ａは、ケース１２の内底面の中心点２３に対して、第２の厚壁部２２Ｂと対称に形成されている。
【００３９】
この構成により、超音波デバイス１１は、Ｘ方向の指向性とＹ方向の指向性をより十分に制御でき、Ｙ方向の狭指向性を十分に確保しつつ、Ｘ方向の指向性を狭めることが可能になる。
【００４０】
さらに、ケース１２の中心点２３に対する薄壁部２１の中心角α（第１の中心角）はケース１２の中心点２３に対する厚壁部２２の中心角β（第２の中心角）よりも大きいことが好ましい。すなわち、ケース１２の内底面に平行な断面において、第１の薄壁部２１Ａが形成されたケース１２の内壁面（第１の薄壁部２１Ａの外壁面）を第１の円弧５１とし、第１の厚壁部２２Ａが形成されたケース１２の内壁面（第１の厚壁部２２Ａの外壁面）を第２の円弧５２とした場合、第１の円弧５１のケース１２の中心点２３に対する第１の中心角αは、第２の円弧５２のケース１２の中心点２３に対する第２の中心角βよりも大きいことが好ましい。言い換えれば、第１の円弧５１は、第２の円弧５２よりも長いことが好ましい。
【００４１】
この構成により、超音波デバイス１１は、Ｙ方向の狭指向性を十分に確保しつつ、Ｘ方向の指向性を効果的に狭めることができる。超音波デバイス１１を、超音波変換器として備えた超音波センサ２６を車両２７に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも優れた狭指向性を実現できる。すなわち、駐車場等において、高い精度で車両２７の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
【００４２】
さらに、ケース１２の内底面１９に平行な断面において、厚壁部２２は、突出部２４の先端２５からケース１２の外周に向かって広がる扇形状を有することが好ましい。すなわち、第１の厚壁部２２Ａは、第１の突出部２４Ａの先端２５Ａと第２の円弧５２の両端を結ぶ２本の線分と、第２の円弧５２と、で形成される扇形状であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス１１は、Ｘ方向とＹ方向の指向性の制御を良好に行なえる。
【００４３】
さらに、ケース１２の内底面１９に平行な断面において、ケース１２の中心点２３に対する薄壁部２１の中心角αを、１００度以上、１５５度以下とすることが好ましい。すなわち、第１の円弧５１のケース１２の中心点２３に対する第１の中心角αは、１００度以上、１５５度以下であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス１１は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭められる。
【００４４】
さらに、対向する厚壁部２２の突出部２４の先端２５同士を結ぶ開口長（すなわち、厚壁部２２の最小開口長Ｃ）は、ケース１２の外径Ａ（筒部１７の外径Ａ）の０．３５倍以上、０．８倍以下であるのが好ましい。さらに、薄壁部２１の厚みＤはケース１２の外径Ａの０．０２倍以上、０．０６倍以下であることが好ましい。すなわち、ケース１２の内底面に平行な断面において、第１の厚壁部２２Ａの第１の突出部２４Ａの先端２５Ａ（第１の先端）と、第２の厚壁部２２Ｂの第２の突出部２４Ｂの先端２５Ｂ（第２の先端）との間の距離は、ケース１２の外径Ａの０．３５倍以上、０．８倍以下であるのが好ましい。さらに、第１の薄壁部２１Ａの厚みはケース１２の外径Ａの０．０２倍以上、０．０６倍以下であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス１１は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭めることができる。
【００４５】
さらに、超音波デバイス１１は、薄壁部２１を上下方向に配置し、厚壁部２２を左右に配置することが好ましい。言い換えれば、ケース１２の底部が対象物に向かうように設置され、第１の厚壁部２２Ａの第１の突出部２４Ａの先端２５Ａと、第２の厚壁部２２Ｂの第２の突出部２４Ｂの先端２５Ｂとを結んだ線分が、水平方向に対応するように配置されるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス１１は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭めることができる。なお、ここでいう上下方向は、垂直方向に対して±５度の範囲を有し、ここでいう左右方向は水平方向に対して±５度の範囲を有し得る。
【００４６】
なお、本実施の形態では、薄壁部２１の厚みを略一定としたが、略一定でなくても可能である。例えば、薄壁部２１の厚みに傾斜を持たせてもよい。
【００４７】
上記構成により、本開示の超音波デバイスおよび超音波センサは、垂直方向の狭指向性を確保しつつ、水平方向にも指向性を狭めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本開示に係る超音波デバイスおよび超音波センサは、例えば車両などの近くに存在する物体を検出するための検出器として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  超音波デバイス
２  ケース
３  圧電素子
４  充填材
５  リード線
１１  超音波デバイス
１２  ケース
１３  圧電素子
１４  リード線
１５  充填材
１６  底部
１７  筒部
１９  内底面
２０  外底面
２１  薄壁部
２１Ａ  第１の薄壁部
２１Ｂ  第２の薄壁部
２２  厚壁部
２２Ａ  第１の厚壁部
２２Ｂ  第２の厚壁部
２３  中心点
２４  突出部
２４Ａ  第１の突出部
２４Ｂ  第２の突出部
２５，２５Ａ，２５Ｂ  先端
２６  超音波センサ
２７  車両
５１  第１の円弧
５２  第２の円弧
７１  送波回路
７３  ハウジングケース
Ａ，Ｍ  外径
Ｂ  開口長
Ｃ  最小開口長
Ｄ  壁厚
Ｅ  最大壁厚
Ｆ  最大開口長
Ｇ  幅
【図１Ａ】
2016189812.tif 000005
【図１Ｂ】
2016189812.tif 000006
【図２Ａ】
2016189812.tif 000007
【図２Ｂ】
2016189812.tif 000008
【図２Ｃ】
2016189812.tif 000009
【図２Ｄ】
2016189812.tif 000010
【図３】
2016189812.tif 000011
【図４Ａ】
2016189812.tif 000012
【図４Ｂ】
2016189812.tif 000013
【図４Ｃ】
2016189812.tif 000014
【図５】
2016189812.tif 000015
【図６】
2016189812.tif 000016
【図７】
2016189812.tif 000017
【図８】
2016189812.tif 000018
【図９】
2016189812.tif 000019
【図１０】
2016189812.tif 000020
【図１１】
2016189812.tif 000021
【図１２】
2016189812.tif 000022
【図１３】
2016189812.tif 000023
【図１４】
2016189812.tif 000024
【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
2016189812.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月14日(2017.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面に設置された圧電素子と、
前記圧電素子に接続されたリード線と、
前記ケースを封止する充填材と、
を備え、
前記ケースは、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第１の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第１の突出部を有する第１の厚壁部と、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第２の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第２の突出部を有する第２の厚壁部と、
を有し、
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部と前記第２の薄壁部とは互いに対向しており、
前記第１の厚壁部と前記第２の厚壁部とは互いに対向しており、
前記第１の薄壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の薄壁部と対称に形成されており、
前記第１の厚壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の厚壁部と対称に形成されており、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第１の中心角は、前記第２の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第２の中心角よりも大きい、
超音波デバイス。
【請求項２】
前記第１の薄壁部の厚さは、略一定である、
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項３】
前記第１の薄壁部の厚さは、前記第１の薄壁部の平均の厚さに対して、±１０％以下である、
請求項２に記載の超音波デバイス。
【請求項４】
前記第１の厚壁部は、前記第１の突出部の第１の先端と前記第２の円弧の両端を結ぶ線分と、前記第２の円弧と、で形成される扇形状である、
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項５】
前記第１の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第１の中心角は、１００度以上、１５５度以下である、
請求項１に記載の超音波デバイス。
【請求項６】
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の厚壁部の前記第１の突出部の第１の先端と、前記第２の厚壁部の前記第２の突出部の第２の先端との間の距離は、
前記ケースの外径Ａの０．３５倍以上、０．８倍以下であり、
前記第１の薄壁部の厚みは前記ケースの外径Ａの０．０２倍以上、０．０６倍以下である、
請求項１記載の超音波デバイス。
【請求項７】
前記ケースの底部が対象物に向かうように設置され、
前記第１の厚壁部の前記第１の突出部の第１の先端と、前記第２の厚壁部の前記第２の突出部の第２の先端とを結んだ線分が、水平方向に対応するように配置される、
請求項１記載の超音波デバイス。
【請求項８】
有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面に設置された圧電素子と、
前記圧電素子に接続されたリード線と、
前記ケースを封止する充填材と、
を備え、
前記ケースは、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第１の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第１の突出部を有する第１の厚壁部と、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第２の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第２の突出部を有する第２の厚壁部と、
を有し、
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第１の薄壁部と前記第２の薄壁部とは互いに対向しており、
前記第１の厚壁部と前記第２の厚壁部とは互いに対向しており、
前記第１の薄壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の薄壁部と対称に形成されており、
前記第１の厚壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第２の厚壁部と対称に形成されており、
前記第１の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第１の円弧とし、
前記第１の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第２の円弧とした場合、
前記第１の円弧は、前記第２の円弧よりも長い、
超音波デバイス。
【請求項９】
請求項１または８に記載の超音波デバイスと、
前記超音波デバイスを駆動し、超音波を発生させる送波回路と、
前記超音波デバイスを保持するハウジングケースと、
を備えた、
超音波センサ。
【国際調査報告】
2016189812.tif 000028
2016189812.tif 000029
2016189812.tif 000030
2016189812.tif 000031