(57)【要約】【課題】超音波センサにおいて、残響振動を抑制できると共に、ダンピング用の部材を用いることなく主振動以外の副共振点による影響を抑制できる。【解決手段】超音波センサ１は、振動体部５を有するケース４と、ケース４内にて振動体部５に当接され振動体部５を振動させる圧電振動素子２を備える。振動体部５は、振動面が細長の矩形状又は長円形状である。圧電振動素子２は、その外形が振動体部５の振動面と相似形状であり、また、振動体部５の振動面と略同じ大きさである。圧電振動素子２の外形を振動体部５の振動面と相似形状とすることにより、圧電振動素子２の形状を大きくでき、圧電振動素子２の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制できる。しかも、振動体部５の振動面及び圧電振動素子２の外形を細長形状とすることにより、振動体部５をダンピング用の部材を用いることなく、主振動以外の副共振点の影響を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて前記振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子とを備える超音波センサにおいて、
前記振動体部は、振動面が細長形状であり、
前記圧電振動素子は、その外形が前記振動体部の振動面と相似形状に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】
前記圧電振動素子は、その外形が矩形状又は長円形状と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。
【請求項３】
前記圧電振動素子は、その外形が前記振動体部の振動面と略同じ大きさと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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出する超音波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波センサにおいて、有底状のケースの内底面を振動体部とし、この振動体部を圧電振動素子にて振動させることにより超音波を発信するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような超音波センサは、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられる。
【０００３】
特許文献１に記載の超音波センサは、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す構成になっている。すなわち、超音波センサ８０は、有底状のケース８１の底面が平板状の振動体部（フラット型のマイク）８２とされ、圧電振動素子８３がケース８１内にて振動体部８２に貼付けられている。振動体部８２は、トラック形状（略長方形又は略長円形）に形成されており、圧電振動素子８３は、略円形に形成されている。
【０００４】
また、吸音材８４がケース８１内に配置され、さらに、絶縁性材料８５がケース８１内に充填されている。圧電振動素子８３は、半田８６を介してリード線８７に接続されていると共に、ケース８１内にインサート成形された導電部材（不図示）を介してリード線８８に接続されている。振動体部８２の内面の外周部には、主振動以外の副共振を抑制するダンピング用の絶縁性材料８９が封止されている。
【０００５】
このような構成の超音波センサ８０は、交流電圧がリード線８７、８８を介して圧電振動素子８３に印加されることにより、圧電振動素子８３が歪み、振動体部８２が振動して、矢印Ｐ方向に超音波を発信する。また、超音波センサ８０は、超音波を受けると、振動体部８２が振動し、圧電振動素子８３が歪んで電気信号を発生して、その電気信号をリード線８７、８８から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無、物体までの距離等の検出処理が行われる。
【０００６】
また、特許文献２に記載の超音波センサは、振動体部が略円形とされており、圧電振動素子も略円形とされている。この特許文献２に記載の超音波センサの他の構成は、上記特許文献１に記載の超音波センサの構成と同様である。
【０００７】
これらの超音波センサによれば、振動体部の振動面に直交する軸寸法を任意に変更することで、超音波の指向特性を任意に設定することが可能である。また、振動体部が平板状（フラット型マイク）であるため、外観を損ねず、ホーン型マイクと同等な特性を得ることが可能である。
【特許文献１】実用新案登録第３０３４６８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した従来の超音波センサにおいては、近年、意匠向上のためにマイク（振動体部）の小型化が要求され、このため、圧電振動素子の貼付けスペースが小さくなり、その結果、必然的に圧電振動素子の形状を小さくしなければならず、圧電振動素子の静電容量が低下してしまい、低残響を図ることができない状況となっている。また、垂直方向の指向特性を狭角化させるためには振動体部の寸法を大きくする必要があるが、振動体部の寸法を大きくすると、主振動以外の副共振点が生じてしまう。このため、副共振点を小さく若しくは無くすために、シリコン等の絶縁性材料をケースの底部（振動体部の外周部）にダンピング効果として封止させており、その封止作業のために生産性の向上を図ることが困難となっている。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、振動体部の小型化による圧電振動素子の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制できると共に、ダンピングを行うことなく主振動以外の副共振点による影響を抑制できる超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子とを備える超音波センサにおいて、振動体部は、振動面が細長形状であり、圧電振動素子は、その外形が振動体部の振動面と相似形状に形成されているものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波センサにおいて、圧電振動素子は、その外形が矩形状又は長円形状とされているものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１に記載の超音波センサにおいて、圧電振動素子は、その外形が振動体部の振動面と略同じ大きさとされているものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、圧電振動素子の外形を振動体部の振動面と相似形状とすることにより、圧電振動素子の形状を大きくすることが可能となり、圧電振動素子の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制することができる。これにより、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。しかも、振動体部の振動面及び圧電振動素子の外形を細長形状とすることにより、従来のようにダンピング用の部材を用いることなく主振動以外の副共振点の影響を抑制することができる。これにより、物体の検出を正確に行うことができ、また、ダンピング用の部材を用いる必要がないため生産性が向上する。
【００１４】
請求項２の発明によれば、圧電振動素子の外形を矩形状又は長円形状とすることにより、副共振点の影響をより一層抑制することができ、物体の検出をより一層正確に行うことができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、圧電振動素子の外形を振動体部の振動面と略同じ大きさとすることにより、圧電振動素子の大きさを最も大きくでき、これにより、残響振動をより一層抑制することができ、近距離での物体の検出をより一層正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）において、超音波センサ１は、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられるセンサであり、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出するセンサである。
【００１７】
超音波センサ１は、超音波を発生させるための圧電振動素子２と、超音波を吸音する吸音材３と、圧電振動素子２及び吸音材３を収納するケース４とを備えている。ケース４は、有底略円筒状であり、超音波を発信・受信するための振動体部５を有しており、ケース４の底面が振動体部５とされている。圧電振動素子２は、振動体部５の内面に貼付けられており、ケース４内にて振動体部５に当接している。吸音材３は、圧電振動素子２及び振動体部５との間に空間を介して配置されている。
【００１８】
また、超音波センサ１は、圧電振動素子２を駆動し、又は圧電振動素子２からの信号を送出するリード線６、８を備え、一方のリード線６は半田７を介して圧電振動素子２に接続されると共に、他方のリード線８は導電部材（不図示）を介して圧電振動素子２に接続されている。ケース４内には、絶縁性材料９が充填されている。
【００１９】
このような構成の超音波センサ１において、交流電圧がリード線６、８を介して圧電振動素子２に印加されることにより、圧電振動素子２が歪んで振動体部５を振動させ、振動体部５が振動することにより、矢印Ｑの方向に超音波を発信する。また、振動体部５にて超音波を受信すると、振動体部５が振動し、圧電振動素子２が振動体部５の振動により歪んで電気信号を発生して、その電気信号をリード線６、８から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無や物体までの距離等の検出処理が行われる。
【００２０】
上記振動体部５は、平板状であり、振動面が細長のトラック形状（略長方形又は略長円形）に形成されている。また、上記圧電振動素子２は、その外形が振動体部５の振動面と相似形状（すなわちトラック形状）に形成されており、また、振動体部５の振動面と略同じ大きさに形成されている。
【００２１】
このような構成の本発明の超音波センサ１と、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す従来の（すなわち、振動体部の振動面が細長のトラック形状であり、圧電振動素子の外形が円形状である）超音波センサ８０について、圧電振動素子の静電容量を測定する実験を行った。実験の結果、従来の超音波センサ８０では、静電容量が２１７１ｐＦであるのに対し、本発明の超音波センサ１では、静電容量が５１６８ｐＦであった。すなわち、この実験から、本発明の超音波センサ１は従来の超音波センサ８０よりも静電容量が大きいという結果が得られた。また、ｆ＝１／２π√（ＬＣ）の関係により、ｆ、すなわち周波数が一定の場合、静電容量が大きくなれば、圧電振動素子の等価回路定数のＬ（リアクタンス）値が小さくなるため、本発明の超音波センサ１は従来の超音波センサ８０よりもＬ値が小さいという結果が導かれる。
【００２２】
また、圧電振動素子の等価回路定数のＬ値が異なる場合について、残響時間を測定する実験を行った。実験の結果、Ｌ値が１００ｍＨの場合では、残響時間が１．０ｍｓｅｃであるのに対し、Ｌ値が８０ｍＨの場合では、残響時間が０．９ｍｓｅｃであった。すなわち、この実験から、Ｌ値が小さい方が残響時間が短いという結果が得られた。従って、この実験結果、及び上記の本発明の超音波センサ１は従来の超音波センサ８０よりも静電容量が大きくＬ値が小さいという実験結果から、本発明の超音波センサ１は従来の超音波センサ８０よりも残響時間が短いという結果が導かれる。
【００２３】
また、本発明の超音波センサ１と従来の超音波センサ８０について、圧電振動素子のインピーダンス特性を測定する実験を行った。従来の超音波センサ８０におけるインピーダンス特性を図２（ａ）に、本発明の超音波センサ１におけるインピーダンス特性を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）（ｂ）において、横軸は振動周波数であり、縦軸はインピーダンスである。なお、従来の超音波センサ８０は、副共振を抑制するダンピング用の絶縁性材料８９が封止されていない構成で実験を行った。
【００２４】
実験の結果、従来の超音波センサ８０では、図２（ａ）から明らかなように、図中Ｕ１で示す箇所に主振動が存在し、図中Ｕ２で示す箇所に副共振点が存在している。一方、本発明の超音波センサ１では、図２（ｂ）から明らかなように、図中Ｖ１で示す箇所に主振動が存在し、図中Ｖ２で示す箇所（図２（ａ）のＵ２に対応する箇所）には副共振点が存在しておらず、また、他の何れの箇所にも副共振点が存在していない。すなわち、この実験から、本発明の超音波センサ１は従来の超音波センサ８０では生じる副共振が生じないことが明らかとなった。
【００２５】
このように、本発明の超音波センサ１では、振動体部５の振動面を細長のトラック形状（略長方形又は略長円形）にし、圧電振動素子２の外形を振動体部５の振動面と相似形状にすると共に振動体部５の振動面と略同じ大きさにすることにより、圧電振動素子２の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制ができ、しかも、従来のようにダンピング用の部材を用いる（シリコン等の絶縁性材料を振動体部の外周部に封止させる）ことなく主振動以外の副共振点の発生を抑制できる。
【００２６】
従って、本発明の超音波センサ１によれば、残響振動を抑制できるため、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。しかも、主振動以外の副共振点の発生を抑制できるため、物体の検出をさらに正確に行うことができる。また、副共振点の発生を抑制するの従来のようにダンピング用の部材を用いる必要がないため、生産性が向上する。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、振動体部５の振動面は、必ずしもトラック形状（長方形又は長円形）に限られず、細長形状であれば、例えば楕円形状や多角形状であってもよい。この場合、圧電振動素子２の外形を振動体部５の振動面の形状に合った相似形状とすればよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、圧電振動素子２の外形は、必ずしも振動体部５の振動面と同じ大きさに限られず、振動体部５の振動面と相似形状であれば、振動体部５の振動面よりもある程度小さくてもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る超音波センサの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図２】（ａ）は同超音波センサの圧電振動素子のインピーダンス特性を示す図、（ｂ）は従来の超音波センサの圧電振動素子のインピーダンス特性を示す図。
【図３】（ａ）は従来の超音波センサの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１    超音波センサ
２    圧電振動素子
３    吸音材
４    ケース
５    振動体部
６、８    リード線
７    半田
９    絶縁性材料
【図１】
2005303486.tif 000003
【図２】
2005303486.tif 000004
【図３】
2005303486.tif 000005