(57)【要約】【課題】見栄えを良くしながらも残響時間が長くなることを防ぐことができる超音波送受波器を提供する。【解決手段】超音波が出射及び入射する入出射面２２を有し入出射面２２の反対面にはそれぞれ入出射面２２に沿った底面を有する２個の収納凹部２１が並設された振動ケース２を備える。各収納凹部２１の底面には、それぞれ１個の圧電素子１が接触している。２個の圧電素子１は共に超音波を受波するための受波用圧電素子であり、うち１個は超音波を送波するための送波用圧電素子でもある。振動ケース２の入出射面２２の反対面において、２個の収納凹部２１の間には仕切り凹部２３が設けられている。１個の振動ケース２に複数の圧電素子１を収納して見栄えを良くしながらも、送波用圧電素子の振動の受波用圧電素子への振動ケース２を介した伝播が抑制されるから、残響時間が長くなることを防ぐことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波が出射及び入射する入出射面を有し入出射面の反対面にはそれぞれ入出射面に沿った底面を有する複数個の収納凹部が並設された振動ケースと、それぞれ収納凹部に収納され収納凹部の底面に接触した複数個の圧電素子とを備え、圧電素子のうち少なくとも１個は超音波を送波するために用いられる送波用圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２個は超音波を受波するために用いられる受波用圧電素子である超音波送受波器において、振動ケースの入出射面の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部と受波用圧電素子が収納された収納凹部との間に仕切り凹部が設けられていることを特徴とする超音波送受波器。
【請求項２】
各収納凹部は、入出射面に沿った一方向における幅寸法と、入出射面に沿って前記一方向に直交する方向における幅寸法とを互いに異ならせてあることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項３】
入出射面を露出させる形で振動ケースを収納するハウジングと、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケースの材料よりも高い弾性材料からなりハウジングの内面と振動ケースとの間に挟まれて振動ケースをハウジングに保持する保持体とを備え、保持体には仕切り凹部に収納される吸音部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用の超音波検知器などに用いられる超音波送受波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、超音波の送波又は受波のための圧電素子を備えた超音波送受波器が、超音波検知器などに用いられている（例えば、特許文献１参照）。ここで、超音波検知器は、超音波を検知範囲に送波するとともに障害物で反射された反射波を受波することによって障害物の存在を検知するものである。
【０００３】
この種の超音波検知器として、反射波を受波するための受波用圧電素子を複数備えた超音波送受波器を用い、各受波用圧電素子の出力を比較することによって障害物の方向をも検知することができるものがある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。例えば、図７に示すように２個の圧電素子１を備えた超音波送受波器を用いた超音波検知器の場合、１個の圧電素子１が送波用圧電素子として検知範囲に向かって超音波パルスを間欠的に送波し、検知範囲に存在する障害物Ｔに反射された反射波を２個の圧電素子１が受波用圧電素子としてそれぞれ受波する。
【０００４】
この超音波検知器の動作を図８を用いて詳しく説明する。図８の（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形を示し、図８の（ｂ）は一方の圧電素子１の出力信号波形を示し、図８の（ｃ）は他方の圧電素子１の出力信号波形を示す。図８の（ｂ），（ｃ）において、Ｌ１及びＬ２は残響の成分であり、Ｅ１及びＥ２は障害物Ｔで反射された反射波の成分である。超音波を送波してから反射波を受波するまでの時間ｔ１によって障害物Ｔまでの距離Ｌを検知することができ、一方の圧電素子１が超音波を受波するまでの時間と他方の圧電素子１が超音波を受波するまでの時間との差ｔ２から、圧電素子１が並ぶ方向に沿った直線を法線とする平面に対して超音波検知器と障害物Ｔとを結ぶ直線がなす角θを検知することができる。このような超音波検知器は、例えば、図９に示すように車両Ｃの後部の左右両端部にそれぞれ取り付けられ、車両Ｃの後方の検知範囲Ｚ内の障害物Ｔを検知するために用いられる。障害物Ｔの方向を検知することができるから、単に障害物Ｔとの距離を検知する超音波検知器に比べ、障害物Ｔが自車の進路上に存在するかどうかをより正確に検知することができる。
【０００５】
圧電素子１を複数備えた超音波送受波器として、例えば図１０に示すものがある。この超音波送受波器は、それぞれ収納凹部２１が設けられた有底円筒形状であって収納凹部２１の底面に圧電素子１が固着された２個の振動ケース２を備える。振動ケース２は振動を伝えやすい材料から形成されていて、振動ケース２の圧電素子が固着された面の反対面は主に超音波が入射及び出射する入出射面２２となる。また、それぞれ振動ケース２が入出射面２２を露出させる形で収納される２個の凹部４１が並べて設けられたハウジング４を備える。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３３１３６号公報（第２頁、第８図）
【特許文献２】
特開２０００−１８７０７５号公報（第３頁、第４図）
【特許文献３】
特開２０００−３３９５９５号公報（第３−４頁、第３図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の超音波送受波器では、図１１に示すように入出射面２２側からの見栄えが悪くなるうえに、圧電素子１の個数分だけ振動ケース２を用意しなければならないから、部品点数が多くなってコストが高くなる。
【０００８】
そこで、複数の振動ケース２を用いる代わりに、図１２に示すように１個の振動ケース２に複数の収納凹部２１を設けたものが提案されている。この構成を採用すれば、部品点数は減少し、図１３に示すように入出射面側からの見栄えは良くなる。しかし、上述したように振動ケース２は振動を伝えやすい材料で形成されるため、残響時間が長くなってしまう。
【０００９】
ここで、上述した超音波検知器は、図１４に示すように残響時間ｔ３以内で反射波が到達する程度に障害物Ｔが近い位置にある場合、反射波の成分Ｅ１，Ｅ２が残響の成分Ｌ１，Ｌ２に埋まってしまうから、障害物Ｔの存在を検知できない。つまり、残響時間ｔ３が長くなると、超音波検知器として用いたときに近くの障害物Ｔが検知できなくなる。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、見栄えを良くしながらも残響時間が長くなることを防ぐことができる超音波送受波器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、超音波が出射及び入射する入出射面を有し入出射面の反対面にはそれぞれ入出射面に沿った底面を有する複数個の収納凹部が並設された振動ケースと、それぞれ収納凹部に収納され収納凹部の底面に接触した複数個の圧電素子とを備え、圧電素子のうち少なくとも１個は超音波を送波するために用いられる送波用圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２個は超音波を受波するために用いられる受波用圧電素子である超音波送受波器において、振動ケースの入出射面の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部と受波用圧電素子が収納された収納凹部との間に仕切り凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各収納凹部について、入出射面に沿った一方向における幅寸法と、入出射面に沿って前記一方向に直交する方向における幅寸法とを互いに異ならせてあることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、入出射面を露出させる形で振動ケースを収納するハウジングと、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケースの材料よりも高い弾性材料からなりハウジングの内面と振動ケースとの間に挟まれて振動ケースをハウジングに保持する保持体とを備え、保持体には仕切り凹部に収納される吸音部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では圧電素子を２個有する例について説明するが、圧電素子の数は３個以上でもよい。
【００１５】
本実施形態は、図１に示すように、２個の収納凹部２１が並設された振動ケース２と、各収納凹部２１にそれぞれ収納された圧電素子１とを備える。
【００１６】
詳しく説明すると、振動ケース２は例えばアルミニウムのような金属からなり、長円形平板形状の平板部２６と、平板部２６の裏面に長手方向に並べて間に隙間を空けて突設された２個の筒状部２４とを備える。圧電素子１は、平板部２６の裏面であって筒状部２４に囲まれた部位にそれぞれ固着されている。つまり、筒状部２４に囲まれた部位が収納凹部２１であり、２個の筒状部２４に挟まれた部位が仕切り凹部２３である。また、平板部２６の表面が、超音波が出射及び入射する入出射面２２となっている。
【００１７】
圧電素子１は円盤状に形成されており、両面に電極を有する。圧電素子１の一方の電極は振動ケース２の収納凹部２１の底面に接触して振動ケース２とリード線６とを介して引き出され、他方の電極はリード線６を介して引き出され、それぞれ圧電素子１の出力を解析するための外部の回路に接続され、超音波の受波に用いられる。ここで、一方の圧電素子１は、超音波を発生させるための駆動回路にも接続され、超音波の送波に用いられる。つまり、各圧電素子１はそれぞれ受波用圧電素子であって、さらに、駆動回路に接続された圧電素子１は送波用圧電素子も兼ねている。また、仕切り凹部２３は、入出射面２２の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部２１と受波用圧電素子が収納された収納凹部２１との間に設けられていることになる。さらに、各収納凹部２１には、残響を抑制するための緩衝充填材３がそれぞれ充填されている。
【００１８】
また、本実施形態は、断面長円形の有底筒状に形成されたハウジング４を備える。振動ケース２は、ハウジング４の開口から入出射面２２を露出させる形でハウジング４に収納されている。
【００１９】
また、ハウジング４と振動ケース２との間には、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケース２の材料よりも高い例えば合成ゴムのような弾性材料からなる保持体５が設けられている。保持体５には、保持凹部５１が２個並べて設けられている。保持体５の外周の寸法はハウジング４の内周と同程度に形成され、保持凹部５１の内周の寸法は振動ケース２の筒状部２４の外周の寸法と同程度に形成されている。振動ケース２の各筒状部２４がそれぞれ保持凹部５１に圧入され、保持体５がハウジング４に圧入されることにより、振動ケース２はハウジング４に保持されている。また、保持体５において２個の保持凹部５１を仕切る部位には、仕切り凹部２３に収納される吸音部５２が設けられている。
【００２０】
ここで、図２に示すように、各収納凹部２１について、入出射面２２の短手方向における幅寸法は、入出射面２２の長手方向における幅寸法よりも大きくしてある。従って、超音波検知器として用いた場合の検知範囲は入出射面２２の長手方向よりも短手方向に広くなっている。例えば入出射面２２の短手方向と車両Ｃの上下方向とを合わせれば、図３に示すように車両Ｃの左右方向については検知範囲Ｚ内の障害物の方向を検知可能としながら、図４に示すように上下方向に広い検知範囲Ｚが得られることにより、路面Ｇの上の背の低い障害物Ｔ１と、路面Ｇから離れた位置の障害物Ｔ２との両方を検知可能とすることができる。
【００２１】
上記構成によれば、１個の振動ケース２に複数の圧電素子１を収納していることにより、図１２に示す従来例と同様に、入出射面２２を平坦にすることができる。従って、図１１に示すようにそれぞれ１個の収納凹部２１が設けられた複数の振動ケース２を用いる場合に比べて図５に示すように見栄えが良くなる上に、部品点数が減少するからコストを低減することができる。かつ、送波用圧電素子が収納された収納凹部２１と隣接する収納凹部２１との間には仕切り凹部２３が設けられているので、入出射面２２に交差する方向における振動ケース２の厚み寸法が仕切り凹部２３が設けられた部位で薄くなることにより、送波用圧電素子の振動の他の圧電素子１への振動ケース２を介した伝播が抑制されるから、仕切り凹部２３を設けない場合に比べて残響時間を短縮することができる。従って、本実施形態を超音波検知器に用いた場合、より近距離の障害物を検知可能となる。また、保持体５には仕切り凹部２３に収納される吸音部５２が設けられているから、残響が吸音部５２で吸収されることにより、吸音部５２を設けない場合に比べてより速く残響を減衰させることができるから、残響時間を更に短縮することができる。
【００２２】
従って、本実施形態を超音波検知器に用いた場合、仕切り凹部２３を設けない従来構成では図１４に示すように検知できなかった近距離の障害物に対しても、図６に示すように残響時間ｔ３が短縮されたことにより、反射波に対応する成分Ｅ１，Ｅ２に基づいた検知が可能となる。
【００２３】
なお、圧電素子１を３個以上用いる場合は、収納凹部２１を圧電素子１と同数設けるとともに、送波用圧電素子が収納された収納凹部２１と受波用圧電素子が収納された収納凹部２１との間にそれぞれ仕切り凹部２３を設ければよい。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、超音波が出射及び入射する入出射面を有し入出射面の反対面にはそれぞれ入出射面に沿った底面を有する複数個の収納凹部が並設された振動ケースと、それぞれ収納凹部に収納され収納凹部の底面に接触した複数個の圧電素子とを備え、圧電素子のうち少なくとも１個は超音波を送波するために用いられる送波用圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２個は超音波を受波するために用いられる受波用圧電素子である超音波送受波器において、振動ケースの入出射面の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部と受波用圧電素子が収納された収納凹部との間に仕切り凹部が設けられているので、それぞれ１個の収納凹部が設けられた複数の振動ケースを用いる場合に比べて見栄えが良くなる上に、部品点数が減少するからコストを低減することができる。かつ、仕切り凹部を設けない場合に比べ、入出射面に交差する方向における振動ケースの厚み寸法が仕切り凹部が設けられた部位で薄くなることにより、送波用圧電素子の振動の受波用圧電素子への振動ケースを介した伝播を抑制することができるから、残響時間を短縮することができる。従って、超音波検知器に用いた場合、より近距離の障害物を検知可能となる。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各収納凹部は、入出射面に沿った一方向における幅寸法と、入出射面に沿って前記一方向に直交する方向における幅寸法とを互いに異ならせてあるから、超音波の放射方向及び検知方向に指向性を持たせることができる。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、入出射面を露出させる形で振動ケースを収納するハウジングと、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケースの材料よりも高い弾性材料からなりハウジングの内面と振動ケースとの間に挟まれて振動ケースをハウジングに保持する保持体とを備え、保持体には仕切り凹部に収納される吸音部が設けられているから、残響が吸音部で吸収されることにより、吸音部を設けない場合に比べて残響をより速く減衰させることができ、従って残響時間を更に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】同上を示す別の断面における断面図である。
【図３】同上の使用法の一例を示す説明図である。
【図４】同上の使用法の一例を別の視点から示す説明図である。
【図５】同上を示す平面図である。
【図６】同上の効果を示す説明図であり、（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形、（ｂ）は一方の圧電素子の出力信号波形、（ｃ）は他方の圧電素子の出力信号波形を示す。
【図７】超音波検知器の動作の一例を示す説明図である。
【図８】超音波検知器の動作の一例を示す説明図であり、（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形、（ｂ）は一方の圧電素子の出力信号波形、（ｃ）は他方の圧電素子の出力信号波形を示す。
【図９】超音波検知器の使用法の一例を示す説明図である。
【図１０】従来例を示す断面図である。
【図１１】同上を示す平面図である。
【図１２】別の従来例を示す断面図である。
【図１３】同上を示す平面図である。
【図１４】同上の問題点を示す説明図であり、（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形、（ｂ）は一方の圧電素子の出力信号波形、（ｃ）は他方の圧電素子の出力信号波形を示す。
【符号の説明】
１  圧電素子
２  振動ケース
２１  収納凹部
２２  入出射面
２３  仕切り凹部
４  ハウジング
５  保持体
５２  吸音部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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