(57)【要約】【課題】超音波センサの振動ケースの耐蝕性を向上させ、音圧特性を向上させる。【解決手段】超音波センサ１０は、有底筒状の振動ケース１と、この振動ケース１の振動板１ａを形成する底部の内面に接合された圧電素子２と、端子３とで構成されている。圧電素子２の両面には電極が設けられ、一対の端子３にそれぞれ電気的に接続されている。この振動ケース１はＡｌ含有率が９９．７ｗｔ％のアルミニウム材を鍛造加工することによって形成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状の振動ケースと、当該振動ケースの底部の内面に接合された圧電素子とで構成された超音波センサであって、
前記振動ケースがＡｌ含有率９９．０ｗｔ％以上のアルミニウム材で形成されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記振動ケースが鍛造加工によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を用いた超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車においては各種の電子制御化に伴い、様々なセンサが使用されている。特にバックソナーなどの超音波送受波器には超音波センサが用いられている。
【０００３】
この種の超音波センサは、通常有底筒状の振動ケースと、この振動ケースの振動板を形成する底部の内面に接合された圧電素子とで構成されている。この超音波センサにおいては、圧電素子に電圧を印加して圧電素子を振動させ、振動板を共振させることによって、音波が送信される。また、音波を受けて振動板が振動することによって圧電素子に電圧が発生し、受信がおこなわれる。この超音波センサは垂直方向に狭く水平方向に広い指向特性が要求される。振動ケースをこの指向特性に適した形状にするため、マシニングセンタなどで切削加工する必要があった。そのため、振動ケースにアルミニウム材を使用し、その中でも比較的に粘りが少なくて切削加工性の良い、Ａｌ含有率が９４．５ｗｔ％程度のアルミニウム材を使用していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、切削加工性の良いアルミニウム材は一般的にＣｕ含有率が高く耐蝕性が劣っている。特に自動車のバックソナー用の超音波センサでは、振動ケース表面が外部に露出している。このため、耐蝕性が劣るアルミニウム材を使用した振動ケースは腐蝕しやすい。この超音波センサにおいては、振動ケースの厚さで共振周波数が決まるものである。このため、例えば振動ケースの底部振動板の厚さが０．３ｍｍで共振周波数が４０ＫＨｚの振動ケースは、底部振動板が腐蝕されてその厚さが２０μｍ薄くなると共振周波数は３９ＫＨｚに下がる。一方、回路は４０ＫＨｚに設計されているため、共振周波数３９ＫＨｚの音圧ピーク値より低い音圧値で動作するようになる。このように、振動ケースの腐蝕によって超音波センサの音圧が低下するという問題があった。このため、振動ケースの表面に塗料を塗布するなどの腐蝕防止対策が必要となり、コストアップの原因となっていた。また、切削加工によってバリが発生するため不要振動が発生し、音圧特性の悪化の原因となっていた。
【０００５】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、超音波センサの振動ケースの耐蝕性を向上させ、音圧特性を向上させることを目的としている。また、超音波センサを安価に提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の超音波センサは、有底筒状の振動ケースと、当該振動ケースの底部の内面に接合された圧電素子とで構成された超音波センサであって、前記振動ケースがＡｌ含有率９９．０ｗｔ％以上のアルミニウム材で形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記振動ケースが鍛造加工によって形成されていることを特徴とする。これにより、超音波センサの振動ケースの耐蝕性を向上させ、音圧特性を向上させることができる。また、超音波センサを安価に提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１に基づいて説明する。
【０００９】
図１に示すように、超音波センサ１０は、有底筒状の振動ケース１と、圧電素子２と、一対の端子３とで構成されている。この振動ケース１の振動板１ａを形成する底部は略中央部が厚く形成され、圧電素子２はこの厚く形成された底部の内面に接合されている。圧電素子２の両面には電極が設けられ、一方はリードにより、他方は振動ケース１を介して端子３に電気的に接続されている。さらに、端子３は振動ケース１の蓋（図示せず）に固着されている。この振動ケース１は表１の材料Ａで示すＡｌ含有率が９９．７ｗｔ％のアルミニウム材を鍛造加工することによって形成されている。振動ケース１の筒状部分の寸法は例えば外径が１４．０ｍｍであり、底部振動板１ａの厚さは略中央部が０．８ｍｍ、周辺部が０．３ｍｍである。この超音波センサ１０は、例えば４０ＫＨｚで動作し、端子３に電圧を印加することによって送信がおこなわれ、受信によって端子３から電圧が出力される。なお、この振動ケース１を表１の材料Ｂで示すＡｌ含有率が９９．０ｗｔ％のアルミニウム材を鍛造加工することによって形成してもよい。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
表１の材料Ｃは下記比較例で用いた材料である。ここで化学成分はＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉについてｗｔ％で示す。材料Ａは、Ａｌ含有率が９９．７ｗｔ％であり、その他の化学成分は０．３ｗｔ％である。材料Ｂは、Ａｌ含有率が９９．０ｗｔ％であり、Ｍｇ含有率が０．５ｗｔ％、Ｓｉ含有率が０．４ｗｔ％、その他の化学成分は０．１ｗｔ％である。また、材料Ｃは、Ａｌ含有率が９４．５ｗｔ％であり、Ｃｕ含有率が５．０ｗｔ％、その他の化学成分は０．５ｗｔ％である。この材料Ａのアルミニウム材は粘りがあり、鍛造加工に適しており、耐蝕性がよい。一方、材料Ｃのアルミニウム材は粘りが少なく、切削加工に適しており、耐蝕性が悪い。材料Ｂのアルミニウム材はこれらの間で、材料Ａに近い特性である。
【００１２】
図２は、塩水噴霧試験による超音波センサの音圧変化を示す特性図である。この特性図は、振動ケースを有する超音波センサを３５℃雰囲気で５ｗｔ％の塩水噴霧中に放置したときの、放置時間（ｈｒ）対音圧変化（ｄＢ）を示す。この振動ケースは表１の各材料からなり、腐蝕防止用塗料を塗布しないものである。また、この超音波センサの動作周波数は４０ＫＨｚである。材料Ａからなる振動ケースを有する超音波センサＳａは、初期値からの音圧変化が放置時間１０００ｈｒで−０．５ｄＢ、２０００ｈｒで−１．０ｄＢである。材料Ｂからなる振動ケースを有する超音波センサＳｂは、音圧変化が放置時間１０００ｈｒで−１．０ｄＢ、２０００ｈｒで−１．５ｄＢである。比較例の材料Ｃからなる振動ケースを有する超音波センサＳｃは、音圧変化が放置時間１０００ｈｒで−２．０ｄＢ、２０００ｈｒで−４．０ｄＢである。このように、Ａｌ含有率が高い材料Ａまたは材料Ｂからなる振動ケースを有する超音波センサＳａ、Ｓｂは音圧変化が少ない。これは、材料Ａまたは材料Ｂからなる振動ケースは腐蝕しにくいため、共振周波数が大きく下がらないためである。従って、Ａｌ含有率が９９．０ｗｔ％以上の材料を選ぶことによって、音圧変化が少ない超音波センサを得ることができる。
【００１３】
次に、振動ケースの鍛造加工について説明する。一般に、アルミニウム材は鍛造加工をおこなうと、加工硬化という現象が生じ硬くなる。この硬さは、例えば素材のペレットの大きさなどの加工条件によって変わる。また、この硬さはＡｌ耐力（引っ張り強さ）Ｎ／ｍｍ２　で表わされ、硬いほどＡｌ耐力は大きな値となる。一方、切削加工によって形成した振動ケースのＡｌ耐力は素材のアルミニウム材のＡｌ耐力と同じであり、変化しない。
【００１４】
図３は、鍛造加工によって形成した振動ケースのＡｌ耐力と超音波センサの音圧差との関係を示す特性図である。振動ケースの鍛造加工においては、４種類の加工条件を設定して試料を作成している。これによって得られた４種類の試料を、それぞれＡｌ耐力の大きさで表わしている。横軸は、このＡｌ耐力（Ｎ／ｍｍ２　）を示している。縦軸は鍛造加工によって形成した振動ケースを有する超音波センサの音圧から、切削加工によって形成した振動ケースを有する超音波センサの音圧を引いた、音圧差（ｄＢ）を示している。両超音波センサとも、振動ケースは材料Ａで形成されている。また、この超音波センサの動作周波数は４０ＫＨｚである。
【００１５】
切削加工によって形成した振動ケースのＡｌ耐力は１００Ｎ／ｍｍ２　である。これに対して、図３の例で示すように、鍛造加工によって形成した振動ケースのＡｌ耐力は１２０〜１８０Ｎ／ｍｍ２　である。このように、Ａｌ耐力が大きくなっていることがわかる。Ａｌ耐力１２０Ｎ／ｍｍ２　では音圧差が１．０ｄＢ、Ａｌ耐力１４０Ｎ／ｍｍ２　では音圧差が２．０ｄＢ、Ａｌ耐力１６０Ｎ／ｍｍ２　では音圧差が２．５ｄＢ、Ａｌ耐力１８０Ｎ／ｍｍ２　では音圧差が３．０ｄＢである。このように、鍛造加工によって振動ケースを形成することにより、加工硬化が生じ振動効率が高くなるため、超音波センサの音圧を向上させることができる。また、鍛造加工の加工条件を変えることによって、音圧を変えることができる。
【００１６】
本発明における実施例の構成をとれば、超音波センサの振動ケースにＡｌ含有率が９９．０ｗｔ％以上のアルミニウム材を使用するため、振動ケースの耐蝕性を向上させることができ、超音波センサの経時的な音圧低下を防ぐことができる。この結果、腐蝕防止対策が不要となり超音波センサを安価に提供することができる。また、鍛造加工によって振動ケースを形成することにより、加工硬化が生じ振動効率が高くなるため、超音波センサの音圧を向上させることができる。さらに、鍛造加工によって複雑な形をした振動ケースを精度よく形成することができるため、バリなどによる不要な振動を抑えることができる。この結果、超音波センサの音圧特性を向上させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、超音波センサの振動ケースにＡｌ含有率が９９．０ｗｔ％以上のアルミニウム材を使用するため、超音波センサの経時的な音圧低下を防ぐことができる。さらに、鍛造加工を採用することによって超音波センサの音圧特性を向上させることができる。この結果、特性が良好な超音波センサを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である超音波センサの概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記実施例および比較例の、超音波センサを塩水噴霧試験したときの音圧変化を示す特性図である。
【図３】鍛造加工によって形成した振動ケースのＡｌ耐力と超音波センサの音圧差との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１　　　　　−−−−−　　振動ケース
２　　　　　−−−−−　　圧電素子
３　　　　　−−−−−　　端子
１０　　　　−−−−−　　超音波センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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