(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を開口し、他端を閉塞した複数の筒状空間部及び前記複数の筒状空間部を互いに連続させる連続空間部を内側に有する振動ケースと、前記複数の筒状空間部の各他端底部に取着して、各アース電極を前記振動ケースに接続した複数の圧電振動素子と、前記複数の圧電振動素子のアース電極に対をなす各信号電極に一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する複数の第１のリード線と、前記振動ケースに一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する１本の第２のリード線と、前記複数の筒状空間部及び連続空間部に同時に充填された緩衝材とを備え、前記１本の第２のリード線は、前記振動ケースを共通電位とした前記複数の圧電振動素子のアース線であることを特徴とする超音波変換器。
【請求項２】
前記振動ケースの筒状空間部は、軸方向に垂直な横断面視形状が長手方向と短手方向とで互いに異なる寸法を有することを特徴とする請求項１記載の超音波変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してセンシングを行う検出器に用いる超音波変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電型の超音波変換器は、有底筒状体の内側に空間部を有する振動ケースと、前記空間部の底部に取着した圧電振動素子と、前記振動ケースの内側の空間部に充填された緩衝材と、圧電振動素子に接続したリード線とで構成される。この超音波変換器を用いた超音波検知器は、超音波を利用してセンシングを行うものであり、超音波変換器から超音波パルス波を間欠的に送信し、超音波変換器で周辺に存在する障害物からの反射波を受信することで物体を検知する車両用として主に使われる。
【０００３】
上記のような圧電型の超音波変換器を利用した超音波検知器は、間欠的に作成した超音波パルス信号を超音波変換器の圧電振動素子に印加し、振動ケースを振動させて超音波パルス波を送信する。そして障害物からの反射波を振動ケース、圧電振動素子を介して受信し、増幅する。そしてその反射波（受信パルス）が所定の距離範囲内に対応する時間内に受信されれば、検知表示を行なうものである。そして超音波変換器が車両の後方部やコーナー部に配置され、車両周辺の障害物を監視し、運転者に注意を促すものであり、従来、圧電振動素子を１個用いた超音波変換器が各々の部位に配置されていた。図４，及び図５に、車両５０の後方の位置６０ａ，６０ｂに超音波変換器を各々配置した時の、障害物の水平検知エリア７０ａ，７０ｂ、及び垂直検知エリア７０ｃを示しておく。
【０００４】
図６は第１の従来例の超音波検知器の側面断面図，図７は上面図，図８は図６のＡから見た矢視図（但し、電子回路３、リード線４ａ，４ｂ、回路ケース１０’は外した状態）を各々示しており、超音波変換器１０１は、振動ケース１’と、圧電振動素子２と、緩衝材５と、リード線４ａ，４ｂとから構成されている。外形が円筒形の有底筒状である振動ケース１’は、内側の筒型の空間部１１を、開口側は大径の円筒状にして、その奥は、軸方向に垂直な横断面視形状が略矩形である有底円筒状に形成し、底部内側に圧電振動素子２が接着されている。さらに、空間部１１には緩衝材５が充填されている。
【０００５】
そして超音波変換器１０１は、空間部１１の開口端を閉塞するように装着した有底円筒体の保持ゴム９’を介して、有底円筒体のハウジング８’の内部に装着され、ハウジング８’の底部外側には、両端を閉塞した円筒状の回路ケース１０’が装着されて、回路ケース１０’内には電子回路３を収納している。
【０００６】
圧電振動素子２は例えばＰＺＴ系の圧電セラミックスで構成され、両面に電極を有して、信号電極（正電極）をリード線４ａの一端に接続し、アース電極（負電極）を振動ケース１’に接着して、振動ケース１’をリード線４ｂの一端に接続している。このリード線４ａ，４ｂの各他端は、保持ゴム９’，ハウジング８’，回路ケース１０’の各底面に形成した挿通口を通って電子回路３に接続されており、電子回路３からの超音波パルス信号は、リード線４ａを介して圧電振動素子２の正電極に、リード線４ｂ，振動ケース１’を介して負電極に印加される。また、圧電振動素子２で受信した信号もリード線４ａ，及び振動ケース１’，リード線４ｂを介して電子回路３に伝達され、電子回路３で増幅される。
【０００７】
次に本従来例の超音波検知器の動作について図９（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形図を用いて説明する。まず、圧電振動素子２は電子回路３によって間欠的に超音波パルス信号が印加されて（図９（ａ））、振動ケース１’の底部を振動させて超音波パルス波を送信する。そして、振動ケース１’の内側の空間部１１には緩衝材５が充填されていて、緩衝材５は、超音波パルス信号の印加後に発生する残響振動を収束させるための役割を果たしているが、検知動作原理上、印加された超音波パルス信号によって印加が終了しても残響振動が残ってしまう（図９（ｂ））。
【０００８】
そのため、超音波パルス信号を印加してから残響振動が完了するまでの時間ｔ１の間は、物体からの反射波と残響振動とを識別することができない。即ち、超音波変換器から離れた距離に存在する物体からの反射波８０は、残響振動波形と識別でき物体の存在を判断できるが、超音波変換器から近い距離に存在する物体からの反射波８１は、残響振動波形と識別できず物体の存在を判断できないという問題があった（図９（ｃ））。
【０００９】
そこで、上記問題点を克服する手段として、圧電振動素子を２個用いた、即ち超音波変換器を２個用いた超音波検知器が提案された。図１０はこの第２の従来例の超音波検知器の側面断面図，図１１は上面図を各々示しており、２個の超音波変換器１０１ａ，１０１ｂ（第１の従来例で説明した超音波変換器１０１と同様の構成を有する）を備えている。超音波変換器１０１ａ，１０１ｂは、空間部１１の開口端を閉塞するように有底円筒体の保持ゴム９’を装着し、横断面視形状が略長円の柱体であるハウジング８’ ’には軸方向に形成した円筒状の凹部が長辺方向に並設されて、超音波変換器１０１ａ，１０１ｂは保持ゴム９’を介して各凹部内に装着される。ハウジング８’ ’の底部外側には、横断面視形状が略長円で両端を閉塞した筒状の回路ケース１０’ ’が装着され、回路ケース１０’ ’内には電子回路３を収納している。そして、各圧電振動素子２と電子回路３とを接続する２本のリード線４ａ、及び各振動ケース１’と電子回路３とを接続する２本のリード線４ｂの計４本のリード線を備える。
【００１０】
この超音波検知器は、超音波変換器１０１ａの圧電振動素子２に間欠的に超音波パルス信号を印加して超音波パルス波を送信し、超音波変換器１０１ｂで物体からの反射波を受信するものであり、本従来例の超音波検知器の動作について図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形図を用いて説明する。まず、送信を行う超音波変換器１０１ａの圧電振動素子２に間欠的に超音波パルス信号を印加し、振動ケース１’の底部を振動させて超音波パルス波を送信しても（図１２（ａ））、受信を行う超音波変換器１０１ｂは、超音波パルス信号が印加されないため印加後の残響振動は時間ｔ２（ｔ２＜ｔ１）の間は発生するが、すぐに完了し（図１２（ｂ））、超音波変換器１０１ｂは、超音波変換器から離れた距離に存在する物体からの反射波８２のみならず、超音波変換器から近い距離に存在する物体からの反射波８３までも、残響振動波形と識別でき、物体の存在を判断することができる（図１２（ｃ））。
【００１１】
しかし、この第２の従来例では、１個の超音波検知器の中に複数個（２個）の圧電振動素子、即ち複数個の超音波変換器を必要とするため、コストが非常にアップしてしまうという根本的な問題があり、実用化には至っていない。
【００１２】
また第３の従来例として、近年、三角測距の原理を応用して、２個の圧電振動素子、即ち２個の超音波変換器を備えて、一方の超音波変換器に間欠的に超音波パルス信号を印加して超音波パルス波を送信し、両方の超音波変換器で物体からの反射波を受信することによって、物体の存在する距離と方向（角度）とを検出する超音波検知器が考案され、特願平１０−３６５４２０号、及び特願平１１−１４５７４４号で開示されている。
【００１３】
本従来例の超音波検知器の動作を図１３の検出原理図，図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形図を用いて説明する。超音波検知器は、２個の超音波変換器１０１ｃ，１０１ｄを備えており、距離Ｌ離れた場所に物体５１が存在している。まず、送信を行う超音波変換器１０１ｃに間欠的に超音波パルス信号を印加し、超音波パルス波８４を送信すると（図１４（ａ））、超音波変換器１０１ｃは、時間ｔ３秒後に反射波８５を受信し、（図１４（ｂ））、超音波変換器１０１ｄは、超音波変換器１０１ｃが反射波８５を受信してから時間ｔ４秒後に反射波８６を受信する（図１４（ｃ））。
【００１４】
そして、反射波８５が帰ってくるまでの時間ｔ３より、物体５１間との距離Ｌを検出し、超音波変換器１０１ｃ，１０１ｄで各々受信した反射波８５，８６の時間差ｔ４から物体５１が存在する方向（角度）θを検出することができる。即ち、図１５に示すように、車両５０の後方の位置６０ｃ，６０ｄに本従来例の超音波変換器を配置した時に、障害物の検知エリア７０ｄ，７０ｅ内に存在する物体５１の位置（距離、方向）を特定することができ、さらにはその物体５１に衝突する危険性があるのか、あるいは回避できるのかを予測することができ、以前の超音波変換器に比べてより有益な超音波変換器を実現することができるものである。
【００１５】
しかし、この第３の従来例でも、１個の超音波検知器の中に複数個（２個）の圧電振動素子、即ち複数個の超音波変換器を必要とするため、コストが非常にアップしてしまうという根本的な問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
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、近距離性能の向上を図ったり、三角測距方式の超音波検知器に採用できる安価な超音波変換器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、一端を開口し、他端を閉塞した複数の筒状空間部及び前記複数の筒状空間部を互いに連続させる連続空間部を内側に有する振動ケースと、前記複数の筒状空間部の各他端底部に取着して、各アース電極を前記振動ケースに接続した複数の圧電振動素子と、前記複数の圧電振動素子のアース電極に対をなす各信号電極に一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する複数の第１のリード線と、前記振動ケースに一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する１本の第２のリード線と、前記複数の筒状空間部及び連続空間部に同時に充填された緩衝材とを備え、前記１本の第２のリード線は、前記振動ケースを共通電位とした前記複数の圧電振動素子のアース線であることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記振動ケースの筒状空間部は、軸方向に垂直な横断面視形状が長手方向と短手方向とで互いに異なる寸法を有することを特徴とする。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は本実施形態の超音波変換器を用いた超音波検知器の側面断面図，図２は上面図，図３は図１のＡから見た矢視図（但し、電子回路３、リード線４ａ，４ｂ、回路ケース１０は外した状態）を各々示しており、超音波変換器１００は、振動ケース１と、２個の圧電振動素子２と、リード線４ａ，４ｂと、緩衝材５とから構成されている。
【００２１】
軸方向に垂直な横断面視形状が略長円の柱体の外見を有する振動ケース１は、一端を開口した空間部を備え、一端側は大径の略長円形の筒形内の空間からなり、その略長円形の筒形内の空間の底面に、一端側が開口し、他端側が閉塞して、横断面視形状が略矩形の筒状空間部６を長円の長径方向に２つ並設し、各筒状空間部６の底部内側に圧電振動素子２が接着されている。そして、この略長円形の筒形内の空間が、振動ケース１内の２つの筒状空間部６の各空間を互いにつなぐ連続空間部７となり、２つの筒状空間部６は連続空間部７を介して連続した空間となっている。さらに、筒状空間部６、及び連続空間部７には緩衝材５が充填されているが、２つの筒状空間部６と連続空間部７とは連続した空間であり、同時に緩衝材５が充填されるため、この充填のための作業は１回でよい。
【００２２】
そして超音波変換器１００は、連続空間部７の開口端を閉塞するように装着した横断面視形状が略長円の有底筒状である保持ゴム９を介して、横断面視形状が略長円の有底筒状であるハウジング８の内部に装着され、ハウジング８の底部外側には、両端を閉塞した略長円の筒状の回路ケース１０が装着され、回路ケース１０内には電子回路３を収納している。
【００２３】
圧電振動素子２は例えばＰＺＴ系の圧電セラミックスで構成され、両面に電極を有して、各信号電極（正電極）をリード線４ａの各一端に接続し、各アース電極（負電極）を振動ケース１に接着して、振動ケース１を１本のリード線４ｂの一端に接続している。即ち、２個の圧電振動素子２の各正電極からはリード線４ａが各々引き出されるが、共通の電位（アース）である振動ケース１からは１本のリード線４ｂが引き出されるだけでよい。そして、この２本のリード線４ａ，及び１本のリード線４ｂの各他端は、保持ゴム９，ハウジング８，回路ケース１０の各底面に形成した挿通口を通って電子回路３に接続されており、電子回路３からの超音波パルス信号は、リード線４ａを介して圧電振動素子２の各正電極に、リード線４ｂ，振動ケース１を介して各負電極に印加される。また、圧電振動素子２で受信した信号もリード線４ａ，及び振動ケース１，リード線４ｂを介して電子回路３に伝達され、電子回路３で増幅される。
【００２４】
超音波変換器１０１を２個用いる従来の超音波検知器（図１０，１１）では、振動ケース１’が２個分の材料費が必要であったが、本実施形態の超音波変換器１００の振動ケース１の材料費は、振動ケース１’が１．５個分程度の費用に低減することができる。また、本実施形態では従来の超音波変換器１０１（図１０，１１）に比べて、リード線４ａ，４ｂの本数は計４本から計３本に低減でき、緩衝材５の充填加工時間は２回分の時間から１回分の時間に低減することができる。さらに、超音波変換器１００，ハウジング８，保持ゴム９の接着加工に要する時間は、従来の超音波変換器１０１：２個を接着加工する時間から１．５個を接着加工する時間にまで低減することができ、さらに他の加工時間も従来の超音波変換器１０１：２個を加工する時間から１．５個を加工する時間にまで低減することができる。
【００２５】
したがって、距離性能の向上を図ったり、物体の存在する距離と方向（角度）とを検出する三角測距方式を採用するために圧電振動素子２を２個用いるためには、従来の超音波検知器では、超音波変換器１０１が２個分のコストが必要であったのに比べて、本実施形態の超音波変換器１００は、超音波変換器１０１が１．２〜１．５個分のコストに抑えることができる。
【００２６】
また、各筒状空間部６の軸方向に垂直な横断面視形状は略矩形であり、長手方向、短手方向に各々異なる寸法を有しているため、長手方向と短手方向とで超音波パルス波は異なる指向性を示すようにしており、短手方向（水平方向）には広く、長手方向（垂直方向）には狭い指向性が実現されている。さらに、この筒状空間部６の横断面視形状は、矩形状だけでなく、長円形状であっても上記同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、本実施形態の動作については、第２の従来例と同様に、一方の超音波変換器１００に間欠的に超音波パルス信号を印加して超音波パルス波を送信し、他方の超音波変換器１００で物体からの反射波を受信することによって近距離性能の向上を図ったり、あるいは第３の従来例と同様に、一方の超音波変換器１００に間欠的に超音波パルス信号を印加して超音波パルス波を送信し、両方の超音波変換器１００で物体からの反射波を受信することによって、物体の存在する距離と方向（角度）とを検出する三角測距方式を採用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、一端を開口し、他端を閉塞した複数の筒状空間部及び前記複数の筒状空間部を互いに連続させる連続空間部を内側に有する振動ケースと、前記複数の筒状空間部の各他端底部に取着して、各アース電極を前記振動ケースに接続した複数の圧電振動素子と、前記複数の圧電振動素子のアース電極に対をなす各信号電極に一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する複数の第１のリード線と、前記振動ケースに一端を接続し、他端を前記振動ケース外に導出する１本の第２のリード線と、前記複数の筒状空間部及び連続空間部に同時に充填された緩衝材とを備え、前記１本の第２のリード線は、前記振動ケースを共通電位とした前記複数の圧電振動素子のアース線であるので、緩衝材充填のための作業を１回とし、リード線の本数を計３本に低減して低コスト化を図り、複数個の圧電振動素子を用いて近距離性能の向上を図ったり、三角測距方式に採用可能で安価な超音波変換器を提供することができるという効果がある。
【００２９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記振動ケースの筒状空間部は、軸方向に垂直な横断面視形状が長手方向と短手方向とで互いに異なる寸法を有するので、長手方向と短手方向とで超音波パルス波は異なる指向性を示すことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を用いた超音波検知器を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施形態を用いた超音波検知器を示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態の図１のＡから見た一部省略した矢視図である。
【図４】第１の従来例の水平方向の検知エリアを示す図である。
【図５】第１の従来例の垂直方向の検知エリアを示す図である。
【図６】第１の従来例の超音波検知器を示す側面断面図である。
【図７】第１の従来例の超音波検知器を示す上面図である。
【図８】第１の従来例の図６のＡから見た一部省略した矢視図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）第１の従来例の超音波検知器の動作を説明する波形図である。
【図１０】第２の従来例の超音波検知器を示す側面断面図である。
【図１１】第２の従来例の超音波検知器を示す上面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ），（ｃ）第２の従来例の超音波検知器の動作を説明する波形図である。
【図１３】第３の従来例の超音波検知器の検出原理を説明する図である。
【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）第３の従来例超音波検知器の動作を説明する波形図である。
【図１５】第３の従来例超音波検知器の動作を説明する別の図である。
【符号の説明】
１  振動ケース
２  圧電振動素子
３  電子回路
４ａ，４ｂ  リード線
５  緩衝材
６  筒状空間部
７  連続空間部
【図１】
0004131100.tif 000002
【図２】
0004131100.tif 000003
【図３】
0004131100.tif 000004
【図４】
0004131100.tif 000005
【図５】
0004131100.tif 000006
【図６】
0004131100.tif 000007
【図７】
0004131100.tif 000008
【図８】
0004131100.tif 000009
【図９】
0004131100.tif 000010
【図１０】
0004131100.tif 000011
【図１１】
0004131100.tif 000012
【図１２】
0004131100.tif 000013
【図１３】
0004131100.tif 000014
【図１４】
0004131100.tif 000015
【図１５】
0004131100.tif 000016