(57)【要約】【課題】残響特性と振動漏れの双方を改善して高感度で近距離検知が可能な超音波センサを構成する。【解決手段】超音波センサ１０１は、底部５１ｂと側壁部５１ａとを有する有底筒状のケース５１と、このケース５１内に設けられた複数の部材とで構成されている。ケース５１は側壁部５１ａと底部５１ｂとで構成されている。ケース５１の厚肉部５１ｈ上であって側壁部５１ａの薄肉部５１ｔの内周面に接しない位置にリング状の補強材（錘）５７が嵌合されている。ケース５１の内底面には圧電素子５２が貼り付けられている。補強材５７のリング状開口領域を覆うように、補強材５７の上部に弾性部材５３が嵌め込まれている。そして、弾性部材５３の周囲とケース５１の内周面との間隙には第１の充填材５５が充填されている。端子保持部材６１は弾性部材５３の上部に載置されていて、この端子保持部材６１の周囲に第２の充填材５６が充填されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と側壁部とを有する有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面に貼り付けられた圧電素子と、
前記ケースの外部へ引き出される端子と、
前記端子と前記圧電素子の電極との間を接続する導通部材と、
前記ケース内に充填された充填材と、を有し、
前記充填材は、前記ケースの側壁部に接する第１の充填材と、前記端子の周囲に接する第２の充填材とで構成され、
第１の充填材の弾性率は第２の充填材の弾性率より高いことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記第２の充填材と前記圧電素子との間で、前記側壁部に接しない位置に弾性部材が配置され、
前記第１の充填材は少なくとも前記側壁部と前記弾性部材との間に充填された、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記圧電素子と前記弾性部材との間に空間が形成され、前記弾性部材の前記圧電素子側の面に吸音材が設けられている、請求項１又は２に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波センサに関し、特に、圧電素子およびそれに電気的に接続される入出力端子を有し、たとえば、自動車のコーナーソナーやバックソナーなどに用いられる超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、超音波を利用してセンシングを行うものであり、超音波パルス信号を間欠的に送信し、周辺に存在する障害物からの反射波を受信することにより物体を検知するものである。自動車のバックソナー、コーナーソナー、さらには、縦列駐車における側壁等の障害物とのスペースの有無を検知するパーキングスポットセンサ等には超音波センサが用いられる。
【０００３】
この種の超音波センサは特許文献１に示されている。図１は特許文献１の超音波センサ３０の断面図である。この超音波センサ３０は、底部３２と側壁部３４を有するケース３１、圧電素子３５、吸音材３６、絶縁性材３７、及びケーブル４０等を備えている。ケース３１の底部３２の内面に圧電素子３５が固着されて、圧電素子３５の一方の電極がケース３１に電気的に接続されている。ケース３１の内部には吸音材３６と、弾性を有する絶縁性材３７とが充填されている。絶縁性材３７内には、温度補償用の単板コンデンサ３８が埋め込まれていて、単板コンデンサ３８の一方の外部電極がケース３１に接続され、単板コンデンサ３８の他方の外部電極がリード線３９によって圧電素子３５の他方の電極に接続されている。ケーブル４０を構成する信号入出力用の２本の信号線４１は、単板コンデンサ３８の各外部電極に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示されるような従来の超音波センサにおいては、弾性を有する絶縁性材３７を充填することで良好な残響特性が得られる。しかし、ケースからピン端子を突出させたピン端子構造の超音波センサにおいては次の二つの問題が生じる。
【０００６】
（１）ケースの側壁部の振動を抑制し、良好な残響特性を得るためには、ケース側壁部の振動を効果的に抑える弾性率の高い絶縁性材（以下、「充填材」という。）を充填する必要がある。しかし、弾性率の高い充填材を充填すると、ケース側壁部から充填材に伝わる振動が充填材で吸収しきれず、ピン端子に振動が伝わる。この振動がピン端子を経由し実装先の基板へ漏れてしまう。端子を経由する振動の漏れを、以下、単に「振動漏れ」という。このような振動漏れがあると不要な信号成分（擬似雑音）が検出されるため、物体を検知する超音波センサとしては大きな問題となる。
【０００７】
（２）上記の現象とは反対に、ピン端子に振動を伝えずに振動漏れが起こらない構成にするためには、弾性率の低い充填材を充填する必要がある。しかし、弾性率の低い充填材を充填すると、ケース側壁部の振動を充分に抑制することができず、残響時間が長くなってしてしまう。残響時間が長くなると近距離の障害物が検知できなくなる。
【０００８】
ここで、充填材の弾性率に対する残響特性と振動漏れ特性の概念図を図２に示す。図２において、曲線Ｒは残響特性、曲線Ｖは振動漏れ特性である。横軸は弾性率、縦軸は時間である。振動漏れ特性は、超音波センサ単体状態と基板への実装状態とでの残響時間の変化分である。このように、残響時間は充填材の弾性率が高くなるほど短くなり、振動漏れは弾性率が高くなるほど増大する。
【０００９】
弾性率がそれぞれ異なる３つの超音波センサの振動特性を図３に示す。図３の（ａ）は弾性率が相対的に低い弾性樹脂を充填した超音波センサの特性、（ｃ）は弾性率が相対的に高い弾性樹脂を充填した超音波センサの特性、（ｂ）は（ａ）と（ｃ）の場合の中間的な弾性率の弾性樹脂を充填した超音波センサの特性である。（ａ）の例では単純な減衰パターンであるので振動漏れは発生していないが残響時間が長いことがわかる。（ｃ）の例では複数の振動が干渉して複雑な減衰パターンとなっているので、振動漏れが生じていることが分かる。（ｂ）の例は減衰パターンが（ａ）と（ｃ）の中間的であるので、振動漏れが発生していて残響時間も長いことがわかる。
このように、単に適当な弾性率を選定しても残響特性と振動漏れの双方を充分に改善できない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、残響特性と振動漏れの双方を改善して高感度で近距離検知が可能な超音波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の超音波センサは、底部と側壁部とを有する有底筒状のケースと、前記ケースの内底面に貼り付けられた圧電素子と、前記ケースの外部へ引き出される端子と、前記端子と前記圧電素子の電極との間を接続する導通部材と、前記ケース内に充填された充填材と、を有し、
前記充填材は、前記ケースの側壁部に接する第１の充填材と、前記端子の周囲に接する第２の充填材とで構成され、第１の充填材の弾性率は第２の充填材の弾性率より高いことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、第２の充填材はケース側壁部から受ける振動を吸収し、ピン端子等のケース内の端子に対する振動の伝搬が抑制され振動漏れが抑えられる。また、第１の充填材はケース側壁部の振動を抑え、良好な残響特性が得られる。
【００１３】
前記第２の充填材と前記圧電素子との間で、前記側壁部に接しない位置に弾性部材が配置され、前記第１の充填材は少なくとも前記側壁部と前記弾性部材との間に充填されていてもよい。
この構造により、ケースから伝わる振動が弾性部材の中で減衰し、端子に殆ど伝搬しなくなるので、振動漏れの抑制効果が高まる。
【００１４】
前記圧電素子と前記弾性部材との間に空間が形成され、前記弾性部材の前記圧電素子側の面に吸音材が設けられていてもよい。
この構造により、不要な音波が吸音材で吸収されて、圧電素子からケース内部へ伝達する不要な音波をより効率よく減衰させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、残響時間が短く、振動漏れも少ない超音波センサが得られ、高感度で近距離検知が可能な超音波センサが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は特許文献１に係る超音波センサ３０の断面図である。
【図２】図２は充填材の弾性率に対する振動特性と振動漏れ特性の概念図である。
【図３】図３は弾性率がそれぞれ異なる３つの超音波センサの振動特性を示す図である。
【図４】図４は第１の実施形態に係る超音波センサ１０１の断面図である。
【図５】図５は第１の実施形態に係る超音波センサ１０１の振動特性を示す図である。
【図６】図６は第２の実施形態に係る超音波センサ１０２の断面図である。
【図７】図７は第３の実施形態に係る超音波センサ１０３の断面図である。
【図８】図８は第４の実施形態に係る超音波センサ１０４の断面図である。
【図９】図９は第５の実施形態に係る超音波センサ１０５の断面図である。
【図１０】図１０は第６の実施形態に係る超音波センサ１０６の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
《第１の実施形態》
図４は第１の実施形態に係る超音波センサ１０１の断面図である。超音波センサ１０１は、底部５１ｂと側壁部５１ａとを有する有底筒状のケース５１と、このケース５１内に設けられた複数の部材とで構成されている。ケース５１は例えばアルミニウム材の成形体である。ケース５１は側壁部５１ａと底部５１ｂとで構成されている。側壁部５１ａは、開口部側に薄肉部５１ｔ、底部側に厚肉部５１ｈをそれぞれ備えている。底部５１ｂは長軸と短軸を有する長円形状にくり抜かれた形状であり、くり抜き部分の短軸方向の両端が厚肉部５１ｈである。
【００１８】
ケース５１の厚肉部５１ｈ上であって側壁部５１ａの薄肉部５１ｔの内周面に接しない位置にリング状の補強材（錘）５７が嵌合されている。この補強材（錘）５７は、ケース５１より音響インピーダンスが高い部材であればよい。例えばケース５１と同じ材料（アルミニウム）であって、厚み・形状を調整してケース５１よりも音響インピーダンスが高くなるように成形された成形体であってもよい。また、例えばSUS、亜鉛等、ケース５１よりも密度が高い材料を用いて、音響インピーダンスが高くなるようにしてもよい。
【００１９】
ケース５１の内底面には圧電素子５２が貼り付けられている。
補強材５７のリング状開口領域を覆うように、補強材５７の上部に弾性部材５３が嵌め込まれている。弾性部材５３の周囲とケース５１の内周面との間隙には第１の充填材５５が充填されている。
【００２０】
端子保持部材６１は２本のピンを保持している。この端子保持部材６１が保持している２つのピンの一端が外部端子６３、他端が内部端子６２である。内部端子６２と圧電素子５２の電極との間は配線材（導通部材）５４で接続されている。端子保持部材６１は弾性部材５３の上部に載置されていて、この端子保持部材６１の周囲に第２の充填材５６が充填されている。このように端子保持部材６１の一部が第２の充填材５６に埋設されることによって、端子保持部材６１は第２の充填材５６でケース５１内に固定される。
【００２１】
弾性部材５３の圧電素子側の面には吸音材５８が設けられている。吸音材３８は例えばポリエステルフェルトであり、接着剤で弾性部材３３に接着されている。
【００２２】
第１の充填材５５は、ケース５１の側壁部５１ａに接するように構成されており、前記第２の充填材５６は、端子保持部材６１の周囲に接するに構成されている。ここで、第１の充填材５５は、端子保持部材６１の周囲に接しないように構成するのが効果的である。その場合、ケース５１の側壁部５１ａから伝わってきた振動が、端子保持部材６１に伝わることをより確実に抑制でき、振動漏れを抑制することができる。なお、振動漏れの効果がさほど厳しく求められない場合には、端子保持部材６１の周囲の大部分が第２の充填材５６で覆われていれば、第１の充填材５５が端子保持部材６１に多少接触していてもよい。第１の充填材５５の弾性率は第２の充填材５６の弾性率より高い弾性材である。例えば第１の充填材５５はウレタン樹脂、第２の充填材５６はシリコーン樹脂である。また、弾性率を異ならせれば、両者がウレタン樹脂であってもよい。第１の充填材５５はケースの側壁部５１ａに対して制振性の高い弾性材であり、第２の充填材５６は側壁部の振動を端子保持部材６１に伝搬し難い弾性材であればよい。
【００２３】
図５は第１の実施形態に係る超音波センサ１０１の振動特性を示す図である。図５も図３も横軸と縦軸のスケールは同じである。測定条件も図３の結果を得た条件と同じであり、バースト波を送信した後の圧電素子に現れる電圧波形を観測したものである。実際には送信終了直後から振幅の減衰は始まっているが、しばらくは増幅回路のダイナミックレンジを超えているので、その間は波形が飽和している。
【００２４】
図５と図３とを比較すると、減衰パターンは図３の（ａ）と同様に単純であるので振動漏れは発生していないことがわかる。また、残響時間は図３の（ａ）に比べて短いので残響特性も優れていることがわかる。
【００２５】
《第２の実施形態》
図６は第２の実施形態に係る超音波センサ１０２の断面図である。この超音波センサ１０２では、弾性部材５３の上面に凹部が形成されていて、その凹部内に端子保持部材６１が配置されている。端子保持部材６１の底部がケース５１内の深い位置に達するので、この超音波センサ１０２が備える端子保持部材６１は図４に示した端子保持部材６１より長い。その他の構成は第１の実施形態で示した超音波センサ１０１と同様である。
【００２６】
図６に示した構造によれば、端子保持部材６１が長い距離に亘って第２の充填材５６と接しているが、その接している充填材５６はケース５１の側壁部からの振動を端子保持部材６１及びその内部のピンに殆ど伝搬させない。そのため振動漏れが生じることなく端子保持部材６１の抜けや剥離に対する耐久性を高めることができる。
【００２７】
《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係る超音波センサ１０３の断面図である。この超音波センサ１０３では、第１の充填材５５がケース側壁部の薄肉部５１ｔの全面に亘って充填されている。そして、この第１の充填材５５と端子保持部材６１との間に第２の充填材５６が充填されている。その他の構成は第１の実施形態で示した超音波センサ１０１と同様である。
【００２８】
図７に示した構造によれば、第１の充填材がケースの側壁部５１ａの広い範囲に接するので、残響特性がより優れた超音波センサを構成できる。
【００２９】
《第４の実施形態》
図８は第４の実施形態に係る超音波センサ１０４の断面図である。この超音波センサ１０４では、第１の充填材５５がケース側壁部の薄肉部５１ｔの全面に亘って充填されている。また、弾性部材５３の上面に凹部が形成されていて、その凹部内に端子保持部材６１が配置されている。端子保持部材６１の底部がケース５１内の深い位置に達するので、この超音波センサ１０４が備える端子保持部材６１は図４に示した端子保持部材６１より長い。第１の充填材５５で充填されていない残余部分であって、端子保持部材６１の周囲には第２の充填材５６が充填されている。その他の構成は第１の実施形態で示した超音波センサ１０１と同様である。
【００３０】
図８に示した構造によれば、第１の充填材がケースの側壁部５１ａの広い範囲に接するので残響特性に優れた超音波センサを構成できる。また、端子保持部材６１が長い距離に亘って充填材と接しているので、振動漏れが生じることなく端子保持部材６１の抜けや剥離に対する耐久性を高めることができる。
【００３１】
《第５の実施形態》
図９は第５の実施形態に係る超音波センサ１０５の断面図である。この超音波センサ１０５は、底部５１ｂと側壁部５１ａとを有する有底筒状のケース５１と、このケース５１内に設けられた複数の部材とで構成されている。
【００３２】
ケース５１の内底面には圧電素子５２が貼り付けられている。ケース５１の内底面には所定厚さの吸音材５８が設けられている。この吸音材５８の上部には所定厚さの第１の充填材５５が充填されている。第１の充填材５５の上部には第２の充填材５６が充填されている。端子保持部材６１は２本のピンを保持している。この２つのピンの一端が外部端子６３、他端が内部端子６２である。端子保持部材６１は第１の充填材５５に接することなく、一部が第２の充填材５６中に埋設されている。
【００３３】
このように、第２の充填材５６と圧電素子５２との間に弾性部材が配置されていないタイプについても適用できる。すなわち、端子保持部材６１に接しないでケース５１の側壁部５１ａに接するように第１の充填材５５を充填し、端子保持部材６１の周囲に接するように第２の充填材５６を充填すればよい。
【００３４】
《第６の実施形態》
図１０は第６の実施形態に係る超音波センサ１０６の断面図である。この超音波センサ１０６は、底部５１ｂと側壁部５１ａとを有する有底筒状のケース５１と、このケース５１内に設けられた複数の部材とで構成されている。
【００３５】
ケース５１の内底面には圧電素子５２が貼り付けられている。ケース５１の内底面には所定厚さの吸音材５８が設けられている。この吸音材５８の上部には、ケースの側壁部５１ａに接して第１の充填材５５が充填されている。但し、ケース５１の開口面側には第１の充填材５５が充填されない凹部が形成されている。この凹部内に第２の充填材５６が充填されている。端子保持部材６１は、一端が外部端子６３、他端が内部端子６２である２本のピンを保持している。この端子保持部材６１は第１の充填材５５に接することなく、一部が第２の充填材５６中に埋設されている。
【００３６】
このように、第１の充填材５５がケースの側壁部５１ａの広い範囲に接するので、残響特性がより優れた超音波センサを構成できる。
【００３７】
なお、以上に示した例では、端子保持部材６１がピン端子を保持するように構成したが、ピン端子の周囲に第２の充填材５６が直接接していてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
５１…ケース
５１ａ…側壁部
５１ｂ…底部
５１ｈ…厚肉部
５１ｔ…薄肉部
５２…圧電素子
５３…弾性部材
５４…配線材（導通部材）
５５…第１の充填材
５６…第２の充填材
５７…補強材
５８…吸音材
６１…端子保持部材
６２…内部端子
６３…外部端子
１０１〜１０６…超音波センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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