(57)【要約】【課題】  音響整合層を備え、超音波の検出感度の高い超音波センサを実現する。【解決手段】  超音波センサ１０を、バンパ２０のように音響整合部材１２と音響的性質が近似した部材に取り付けた場合でも、超音波センサ１０が、取付部２０ａと音響整合部材１２との間に介在され、バンパ２０から音響整合部材１２への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材１３を備えているので、超音波がバンパ２０から音響整合部材１２に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができ、超音波の検出感度の高い超音波センサ１０を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する送信素子から送信され、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が、前記所定の物体において前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を、前記受信面と対向する面に取り付けられた前記超音波検出素子に伝達する音響整合部材であって、音響インピーダンスが、空気より大きく、かつ、前記超音波検出素子より小さい材料により形成された音響整合部材とを備え、所定の物体に配置される超音波センサにおいて、
前記超音波センサを前記所定の物体に取り付ける取付部と前記音響整合部材との間に介在され、前記所定の物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材と、
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記振動減衰部材が、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により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。
【請求項３】
前記振動減衰部材の弾性率が３ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記振動減衰部材の弾性率が１ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記振動減衰部材が前記音響整合部材と接する長さが、前記受信面から前記超音波検出素子に向かう方向で２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記振動減衰部材が、前記音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記振動減衰部材が、シリコンゴムにより形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記振動減衰部材が、前記音響整合部材に生じる定在波の節部近傍にのみ形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記振動減衰部材が、前記音響整合部材の受信面を覆って形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記音響整合部材と前記振動減衰部材とが接着材により固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記振動減衰部材は、２色成形により前記音響整合部材と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記２色成形が、エラストマーにより形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
前記音響整合部材の、前記音響整合部材と前記振動減衰部材との接触面の一部に、前記振動減衰部材側に突出する突出部または凸部が形成されており、前記振動減衰部材に、前記音響整合部材の突出部または凸部に係合する形状の凹部または突出部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１４】
前記音響整合部材が、前記受信面で受信した超音波により内部で定在波が発生するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１５】
前記音響整合部材は、ポリカーボネート系樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１６】
前記音響整合部材は、少なくとも前記受信面が金属蒸着によりコーティングされていることを特徴とする請求項１５に記載の超音波センサ。
【請求項１７】
前記音響整合部材は、前記受信面から前記対向した面に向かって、音響インピーダンスが大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１８】
前記音響整合部材は、樹脂材料にフィラーを添加して形成されており、前記フィラーの添加量を前記受信面から前記対向する面に向かって増大させることを特徴とする請求項１７に記載の超音波センサ。
【請求項１９】
前記音響整合部材は、音響インピーダンスの異なる複数の樹脂系材料が、前記受信面から前記対向する面に向かって、音響インピーダンスが小さな順に積層されて形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の超音波センサ。
【請求項２０】
前記音響整合部材は、前記受信面の相対向する側縁間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２以下に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２１】
前記音響整合部材が、ゴム系材料により前記振動減衰部材と一体的に形成され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２２】
前記受信面の面積は、前記対向する面において前記超音波検出素子が接触する面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２３】
前記超音波検出素子が前記対向する面に取り付けられる面の一部が、前記対向する面の外縁部の外部にあることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２４】
前記超音波検出素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２５】
前記受信面の少なくとも一部と、前記振動減衰部材が前記被検出体の存在する空間側に露出した面とを覆うコーティング層を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２６】
前記コーティング層は、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項２５に記載の超音波センサ。
【請求項２７】
前記コーティング層は、弾性率が前記音響整合部材の弾性率の１／１０以下であり、かつ、厚さが０．１ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする請求項２５に記載の超音波センサ。
【請求項２８】
前記コーティング層は、前記音響整合部材と共振周波数が略一致するように形成されていることを特徴とする請求項２５に記載の超音波センサ。
【請求項２９】
前記コーティング層は、弾性率が前記振動減衰部材の弾性率以下で、かつ、前記音響整合部材の全面を被覆するように形成されていることを特徴とする請求項２５ないし請求項２８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項３０】
複数の前記音響整合部材と前記超音波検出素子との組がアレイ状に配置され、
前記振動減衰部材は、前記各音響整合部材の間及び前記各音響整合部材と前記取付部との間に介在して設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項２９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項３１】
前記各音響整合部材は、前記各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の超音波センサ。
【請求項３２】
前記所定の物体は、車両であることを特徴とする請求項１ないし請求項３１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項３３】
前記取付部は、前記車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられていることを特徴とする請求項３２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、音響整合部材に超音波検出素子を装着した超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属、樹脂材料等の基板に超音波検出素子を装着した超音波センサが知られている。この超音波センサは、超音波の送信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当たって反射された超音波を、超音波の受信が可能な素子によって受信することにより、周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。
このような超音波センサには、音響インピーダンスを調整して、送受信する超音波の伝達効率を向上させる音響整合層を設けられているものがあり、例えば、圧電素子からなる超音波検出素子の片面に、合成樹脂にガラスバルーンを分散させた材料により超音波の波長の１／４の厚さに形成された音響整合層が固定された超音波センサが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２２４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、この種の超音波センサを自動車などの車両に搭載して使用する場合、音響整合層を金属などの材料で固定されている。このため、当該部材から音響整合層を介して超音波検出素子に超音波が伝達されてしまい、ノイズの原因となるという問題があった。また、当該部材が超音波による音響整合層の振動を拘束するため、振動が減衰してしまい、超音波の検出感度が低下するという問題もあった。
【０００４】
そこで、この発明では、音響整合層を備え、超音波の検出感度の高い超音波センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、超音波を送信する送信素子から送信され、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が、前記所定の物体において前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を、前記受信面と対向する面に取り付けられた前記超音波検出素子に伝達する音響整合部材であって、音響インピーダンスが、空気より大きく、かつ、前記超音波検出素子より小さい材料により形成された音響整合部材とを備え、所定の物体に配置される超音波センサにおいて、前記超音波センサを前記所定の物体に取り付ける取付部と前記音響整合部材との間に介在され、前記所定の物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、受信した超音波を超音波検出素子に伝達する音響整合部材とを備えた超音波センサが、超音波センサを所定の物体に取り付ける取付部と音響整合部材との間に介在され、所定の物体から音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備えているので、超音波が所定の物体から音響整合部材に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができ、超音波の検出感度の高い超音波センサを実現することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、振動減衰部材が、音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されているため、超音波による音響整合部材の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。これにより、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材の弾性率が３ＭＰａ以下である、という技術的手段を用いる。
【００１０】
振動減衰部材の弾性率を小さくすることにより音響整合部材の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
特に、請求項３に記載の発明のように、振動減衰部材の弾性率を３ＭＰａ以下にすることにより、検出感度の低下を３０％以下にすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材の弾性率が１ＭＰａ以下である、という技術的手段を用いる。
【００１２】
振動減衰部材の弾性率を小さくすることにより音響整合部材の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
特に、請求項４に記載の発明のように、振動減衰部材の弾性率を１ＭＰａ以下にすることにより、検出感度の低下を１０％以下にすることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が前記音響整合部材と接する長さが、前記受信面から前記超音波検出素子に向かう方向で２ｍｍ以下である、という技術的手段を用いる。
【００１４】
振動減衰部材が音響整合部材と接する長さを短くすることにより音響整合部材の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
請求項５に記載の発明のように、請求項３に記載の発明において、更に、振動減衰部材が音響整合部材と接する長さを２ｍｍ以下にすることにより、検出感度の低下を２０％以下にすることができる。
また、請求項４に記載の発明において、更に、振動減衰部材が音響整合部材と接する長さを２ｍｍ以下にすることにより、検出感度の低下を５％以下にすることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が、前記音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、振動減衰部材が、音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されているため、超音波が所定の物体を介して音響整合部材に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１、請求項２または請求項６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が、シリコンゴムにより形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、シリコンゴムは、弾性率及び音響インピーダンスが低い材料なので、振動減衰部材として好適に用いることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が、前記音響整合部材に生じる定在波の節部近傍にのみ形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、振動減衰部材が、音響整合部材に生じる定在波の節部近傍にのみ形成されているため、振動減衰部材の拘束による音響整合部材の振動の減衰を小さくすることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材が、前記音響整合部材の受信面を覆って形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、振動減衰部材が、音響整合部材の受信面を覆って形成されているため、音響整合部材と振動減衰部材との界面が外部に露出しないので、水分などの侵入を防止することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材と前記振動減衰部材とが接着材により固定されている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、音響整合部材と振動減衰部材とが接着材により固定されているため、異物の衝突などにより、音響整合部材と振動減衰部材との固定部が破壊されないように強固に固定することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材は、２色成形により前記音響整合部材と一体的に形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、振動減衰部材は、２色成形により音響整合部材と一体的に形成されているため、音響整合部材と振動減衰部材とを強固に接合することができる。また、音響整合部材と振動減衰部材との接着工程を省略することもできる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の超音波センサにおいて、前記２色成形が、エラストマーにより形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明のように、２色成形による成形では、音響整合部材との接着性が高く、弾性率の小さい樹脂材料であるエラストマーが好適に用いられる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材の、前記音響整合部材と前記振動減衰部材との接触面の一部に、前記振動減衰部材側に突出する突出部または凸部が形成されており、前記振動減衰部材に、前記音響整合部材の突出部または凸部に係合する形状の凹部または突出部がそれぞれ形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、音響整合部材に形成された突出部または凸部と、振動減衰部材に形成された凹部または突出部とを係合させた状態で、音響整合部材と振動減衰部材とを固定することができる。これにより、音響整合部材と振動減衰部材とを固定する面積を増大させることができるため、音響整合部材と振動減衰部材とを強固に固定することができる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材が、前記受信面で受信した超音波により内部で定在波が発生するように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明によれば、音響整合部材が、受信面で受信した超音波により内部で定在波が発生するように形成されているため、音響整合部材内に入射した超音波と、音響整合部材と超音波検出素子との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、超音波検出素子に効率よく超音波を伝達することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、ポリカーボネート系樹脂により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３４】
請求項１５に記載の発明によれば、音響整合部材は、弾性率の温度変化が小さいポリカーボネート系樹脂により形成されているため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、定在波を安定して発生させることができる。
【００３５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、少なくとも前記受信面が金属蒸着によりコーティングされている、という技術的手段を用いる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明によれば、音響整合部材がポリカーボネート系樹脂により形成されている場合に、少なくとも受信面が金属蒸着によりコーティングされているため、音響整合部材の耐候性、耐水性を向上させることができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明では、請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、前記受信面から前記対向する面に向かって、音響インピーダンスが大きくなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３８】
請求項１８に記載の発明では、請求項１７に記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、樹脂材料にフィラーを添加して形成されており、前記フィラーの添加量を前記受信面から前記対向する面に向かって増大させる、という技術的手段を用いる。
【００３９】
請求項１９に記載の発明では、請求項１７に記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、音響インピーダンスの異なる複数の樹脂系材料が、前記受信面から前記対向する面に向かって、音響インピーダンスが小さな順に積層されて形成されている、という技術的手段を用いる。
【００４０】
請求項１７に記載の発明によれば、前記音響整合部材は、前記受信面から前記対向する面に向かって、音響インピーダンスが大きくなるように形成されているため、空気と音響整合部材との界面及び音響整合部材と超音波検出素子との界面における音響インピーダンスの差をそれぞれ低減することができるので、各界面における超音波の反射や散逸を低減することができ、超音波の減衰を低減することができる。
このような音響整合部材は、請求項１８に記載の発明のように、樹脂材料にフィラーを添加し、当該フィラーの添加量を受信面から前記対向する面に向かって増大させることにより形成することができ、また、請求項１９に記載の発明のように、音響インピーダンスの異なる複数の樹脂系材料を、受信面から対向する面に向かって、音響インピーダンスが小さな順に積層されて形成することができる。
【００４１】
請求項２０に記載の発明では、請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、前記受信面の相対向する側縁間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２以下に形成されている、という技術的手段を用いる。
【００４２】
請求項２０に記載の発明によれば、音響整合部材は、受信面の相対向する側縁間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２以下に形成されているため、複数の超音波センサをアレイ状に配置して用いる場合に、音響整合部材の中央部の間隔が空気中を伝達する超音波の波長の１／２である検出精度が高い配置を行うことができる。これにより、超音波検出素子間の超音波の位相差が１８０°以下となるため、誤検出が発生しない。
【００４３】
請求項２１に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材が、ゴム系材料により前記振動減衰部材と一体的に形成される、という技術的手段を用いる。
【００４４】
請求項２１に記載の発明によれば、音響整合部材をゴム系材料で形成する場合には、振動減衰部材と一体的に形成することができる。ゴム系材料は、所定の物体、例えば、車両の構成材料との音響インピーダンスの差が大きいため、音響整合部材を振動減衰部材と一体的に形成しても、所定の物体からの振動の伝達の影響を少なくすることができる。また、音響整合部材と振動減衰部材とを別々に形成する必要がない。
【００４５】
請求項２２に記載の発明では、請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記受信面の面積は、前記対向する面において前記超音波検出素子が接触する面積よりも大きく形成されている、という技術的手段を用いる。
【００４６】
請求項２２に記載の発明によれば、受信面の面積は、対向する面において超音波検出素子が接触する面積よりも大きく形成されているため、受信面で受けた超音波のエネルギーを、受信面の面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、超音波の伝達効率を向上させることができる。
【００４７】
請求項２３に記載の発明では、請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記超音波検出素子が前記対向する面に取り付けられる面の一部が、前記対向する面の外縁部の外部にある、という技術的手段を用いる。
【００４８】
請求項２３に記載の発明によれば、超音波検出素子が対向する面に取り付けられる面の一部が、対向する面の外縁部の外部にあるため、外縁部の外部の部分に超音波検出素子から信号を取り出すための配線を形成することができる。これにより、配線の形成が容易となる。
【００４９】
請求項２４に記載の発明では、請求項１ないし請求項２３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記超音波検出素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００５０】
請求項２４に記載の発明によれば、超音波検出素子を、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を用いて形成することにより、音圧が小さな超音波の受信をすることができ、超音波センサの感度を向上させることができる。
【００５１】
請求項２５に記載の発明では、請求項１ないし請求項２４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記受信面の少なくとも一部と、前記振動減衰部材が前記被検出体の存在する空間側に露出した面とを覆うコーティング層を備えた
、という技術的手段を用いる。
【００５２】
請求項２５に記載の発明によれば、コーティング層を設けることにより、振動減衰部材、振動減衰部材と音響整合部材との界面及び音響整合部材が被覆されるため、水分などが超音波センサの内部に侵入することを防ぐことができる。また、コーティング層の色調を所定の物体の色調と合わせることにより、受信面の色調に関わらず、外部から超音波センサの存在を視認しにくくすることができ、意匠性を向上させることができる。
【００５３】
請求項２６に記載の発明では、請求項２５に記載の超音波センサにおいて、前記コーティング層は、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００５４】
請求項２６に記載の発明によれば、コーティング層は、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されているため、超音波による音響整合部材の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。これにより、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００５５】
請求項２７に記載の発明では、請求項２５に記載の超音波センサにおいて、前記コーティング層は、弾性率が前記音響整合部材の弾性率の１／１０以下であり、かつ、厚さが０．１ｍｍ以下に形成されている、という技術的手段を用いる。
【００５６】
コーティング層の弾性率を小さくし、厚さを薄くすることにより音響整合部材の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
特に、請求項２７に記載の発明のように、コーティング層の弾性率を音響整合部材の弾性率の１／１０以下にし、かつ、厚さを０．１ｍｍ以下に形成することにより、検出感度の低下を２０％以下にすることができる。
【００５７】
請求項２８に記載の発明では、請求項２５に記載の超音波センサにおいて、前記コーティング層は、前記音響整合部材と共振周波数が略一致するように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００５８】
請求項２８に記載の発明によれば、コーティング層は音響整合部材と共振周波数が略一致するように形成されているため、振動を増幅することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００５９】
請求項２９に記載の発明では、請求項２５ないし請求項２８のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記コーティング層は、弾性率が前記振動減衰部材の弾性率以下で、かつ、前記音響整合部材の全面を被覆するように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００６０】
コーティング層の弾性率が振動減衰部材の弾性率以下である場合には、コーティング層が音響整合部材を被覆する面積の減少に伴い出力が低下する領域が存在するが、請求項２９に記載の発明のように、コーティング層が音響整合部材の全面を被覆するように形成することにより、検出感度の低下を防ぐことができる。
【００６１】
請求項３０に記載の発明では、請求項１ないし請求項２９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、複数の前記音響整合部材と前記超音波検出素子との組がアレイ状に配置され、前記振動減衰部材は、前記各音響整合部材の間及び前記各音響整合部材と前記取付部との間に介在して設けられている、という技術的手段を用いる。
【００６２】
請求項３０に記載の発明によれば、複数の音響整合部材と超音波検出素子との組がアレイ状に配置され、振動減衰部材は、各音響整合部材の間及び各音響整合部材と取付部との間に介在して設けられているため、各音響整合部材で受信された超音波は、対応する超音波検出素子にだけ伝達され、他の超音波検出素子には伝達されない。従って、超音波の伝達を各音響整合部材で分離して行うことが可能になり、各超音波検出素子のクロストーク特性を向上させることができる。
当該超音波センサは、複数の音響整合部材と超音波検出素子との組を有するため、各超音波検出素子で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。ここで、各超音波検出素子で受信された超音波は、対応する超音波検出素子にだけ伝達されるため、各超音波検出素子で受信した超音波の時間差、位相差を正確に求めることができるので、被検出体の位置測定の精度を向上させることができる。
【００６３】
請求項３１に記載の発明では、請求項３０に記載の超音波センサにおいて、前記各音響整合部材は、前記各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されている、という技術的手段を用いる。
【００６４】
請求項３１に記載の発明によれば、各音響整合部材は、各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されているため、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
【００６５】
請求項３２に記載の発明では、請求項１ないし請求項３１のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記所定の物体は、車両である、という技術的手段を用いる。
【００６６】
請求項３２に記載の発明によれば、所定の物体は、車両であり、当該超音波センサは車両に搭載することができる。車両を構成する樹脂材料のように音響整合部材と音響的性質が近似した部材に超音波センサを取り付けた場合でも、超音波の検出感度の高い超音波センサを実現することができるので、超音波センサを車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに適用することができる。
【００６７】
請求項３３に記載の発明では、請求項３２に記載の超音波センサにおいて、前記取付部は、前記車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられている、という技術的手段を用いる。
【００６８】
請求項３３に記載の発明によれば、超音波センサの取付部は、用途に合わせて、各種部材に設けることができる。超音波センサを車両前方の障害物センサなどに適用する場合には、ヘッドランプカバー、または、バンパに設けることができる。超音波センサを車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー、または、ドアミラーに設けることができる。超音波センサを車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー、または、バックランプのカバーに設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
［第１実施形態］
この発明に係る超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、超音波センサを車両に搭載して障害物センサとして使用する場合を例に説明する。
図１は、本実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、本実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２は、振動減衰部材の弾性率及び厚さが超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。図３は、音響整合部材の変更例の説明図である。図４は、振動減衰部材の変更例の説明図である。図５は、振動減衰部材及び音響整合部材の受信面を被覆するコーティング層を備えた超音波センサの説明図である。図６は、コーティング層の弾性率及び厚さが超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。図７は、コーティング層が音響整合部材の受信面を覆う被覆率が超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。図８は、本実施形態の超音波センサの車両への搭載位置の説明図である。図９は、振動減衰部材の変更例の説明図である。
ここで、図１（Ａ）の手前側及び図１（Ｂ）の上方向が車両の外部を示す。なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００７０】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波センサ１０は、超音波発生素子から車両前方に送信され、車両前方に存在する被検出体（障害物）で反射された超音波を検出する超音波検出素子１１と、超音波を受信し、振動を伝達する音響整合部材１２とを備えている。
超音波センサ１０は、図示しない超音波送信素子により送信され、被検出体により反射された超音波を、音響整合部材１２の受信面１２ａにおいて受信する。受信面１２ａにおいて受信された超音波は、音響整合部材１２を介して、超音波検出素子１１に伝達される。超音波検出素子１１に伝達された超音波は、超音波検出素子１１により検出され、電圧信号に変換される。
超音波検出素子１１と電気的に接続された回路素子（図示せず）は、ＥＣＵに電気的に接続されており、超音波検出素子１１から出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。例えば、送信した超音波と受信した超音波との時間差や位相差を求めることにより、障害物との距離測定などを行うことができる。
【００７１】
超音波検出素子１１は、音響整合部材１２の超音波を受信する受信面１２ａに対向する取付面１２ｂの中央に、接着剤などにより取り付けられている。音響整合部材１２は、車両６０の所定の位置、本実施形態ではバンパ２０（図３）に取り付けられている。
バンパ２０には、音響整合部材１２を挿通可能な大きさに貫通形成された取付部２０ａが設けられている。音響整合部材１２は、受信面１２ａ近傍の側面部１２ｃにおいて、取付部２０ａとの間に超音波の伝達を防止する振動減衰部材１３を介在して、受信面１２ａをバンパ２０の外部に露出させた状態で取付部２０ａに取り付けられる。
ここで、音響整合部材１２の受信面１２ａは、振動減衰部材１３及びバンパ２０の外表面２０ｂとの間に段差がなく、滑らかな平坦面を形成している。
【００７２】
超音波検出素子１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を上下面から電極で挟んで、厚さ３ｍｍ、２ｍｍ角の四角柱状に形成されている。ＰＺＴは、圧電定数が大きいため、音圧の小さな超音波の受信をすることができ、超音波の検出感度が高く、超音波検出素子に好適に用いることができる。ここで、超音波検出素子１１は、厚く形成した方が超音波振動を受信したときの歪が大きくなるため、検出感度を高くすることができる。
【００７３】
音響整合部材１２は、空気より音響インピーダンスが大きく、超音波検出素子１１より音響インピーダンスが小さい材料を用いて、横断面が略正方形の四角柱状に形成されている。
これにより、音響整合部材１２を設けていない場合に比べて、空気との界面における音響インピーダンスの差を小さくすることができるので、空気との界面における超音波の反射を抑制し、入射する超音波を増大させることができる。
また、バンパ２０の外部から視認できない位置に超音波検出素子１１が取り付けられているため、音響整合部材１２は、異物や水分などから超音波検出素子１１を保護する保護部材としても作用する。
本実施形態では、音響整合部材１２は、ポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料により形成されている。ポリカーボネート系樹脂は弾性率の温度変化が小さいため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、後述する定在波を安定して発生させることができる。
【００７４】
音響整合部材１２は、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下、厚さＴが超音波の音響整合部材１２中における波長の１／４となるように形成されている。例えば、超音波の周波数が６５ｋＨｚの場合、幅Ｗが２．６ｍｍ、厚さＴが５ｍｍ程度となる。
音響整合部材１２の受信面１２ａは、超音波検出素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成されている。このように音響整合部材１２を形成すると、受信面１２ａで受けた超音波のエネルギーを、受信面１２ａの面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、エネルギーの伝達効率を向上させることができる。
ここで、取付面１２ｂの面積は、超音波検出素子１１の取付面１１ａの面積の１．２倍程度あると好ましい。
【００７５】
音響整合部材１２の厚さＴを超音波の波長の１／４となるように形成することにより、音響整合部材１２内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材１２内に入射した超音波と、音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、超音波検出素子１１に効率よく超音波を伝達することができる。
なお、音響整合部材１２として樹脂材料を例示しているが、音響インピーダンスの関係及び波長と寸法との関係とを満足すれば、例えば、アルミニウムのような金属材料や、セラミックス、ガラスなどを用いることができる。これらの材料は、樹脂材料同様に、耐候性などの耐環境性を備えており、好適に用いることができる。
【００７６】
音響整合部材１２の形状は、横断面が略正方形の四角柱状に限らず、例えば、円柱でもよい。また、音響整合部材１２の幅Ｗを超音波の波長の半分以下となるように形成することにより、後述する第２実施形態に示すように複数の超音波センサ１０をアレイ状に配置して用いる場合に、音響整合部材１２の中央部の間隔が空気中を伝達する超音波の波長の１／２である検出精度が高い配置を行うことができる。超音波センサ１０をアレイ化しない場合には、音響整合部材１２の幅Ｗは超音波の空気中における波長の半分以下でなくてもよい。この場合においても、音響整合部材として作用する。
【００７７】
音響整合部材１２の側面部１２ｃとバンパ２０の取付部２０ａとの間には、音響整合部材１２を側面部１２ｃにおいて取付部２０ａに固定するとともに、バンパ２０の取付部２０ａとの間の振動の伝達を防止する振動減衰部材１３が介在している。
振動減衰部材１３は、音響整合部材１２の受信面１２ａとバンパ２０の外表面との間に段差ができないように、音響整合部材１２を取付部２０ａに固定する。振動減衰部材１３は、接着剤などで音響整合部材１２の側面部１２ｃ及び取付部２０ａに接着固定されている。これにより、異物の衝突などにより、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との固定部が破壊されないように強固に固定することができる。
ここで、振動減衰部材１３を接着する接着剤は、耐水性、耐油性、耐薬品性、耐候性などの耐環境性、を有し、振動減衰部材１３の弾性率に近い材料によることが望ましい。更に、接着強度を高めるために、振動減衰部材１３の接着面または音響整合部材１２の接着面に対して、プライマー処理、紫外線（ＵＶ）による表面処理、コーティングを行うこともできる。
バンパ２０の外部から見ると、側面部１２ｃと取付部２０ａとの間隙には、すべて振動減衰部材１３が介在しているため、側面部１２ｃと取付部２０ａとの間隙からバンパ２０の内部に異物や水分などが侵入することを防止することができる。
【００７８】
振動減衰部材１３は、音響整合部材１２より音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。更に、音響整合部材１２には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂、スポンジなどを用いることができる。
このような材料により形成された振動減衰部材１３が、バンパ２０と音響整合部材１２との間に介在することにより、超音波がバンパ２０から取付部２０ａを介して音響整合部材１２の側面部１２ｃに伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。
【００７９】
振動減衰部材１３は、音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さくなるように構成することが好ましい。
図２は、振動減衰部材１３の弾性率及び厚さが、音響整合部材１２の振動伝達に及ぼす影響をシミュレーションした結果である。
計算条件として、音響整合部材１２の幅Ｗを２ｍｍ、厚さＴを６ｍｍ、振動減衰部材１３の幅を２ｍｍとした。ここで、振動減衰部材１３の幅とは、音響整合部材１２の側面部１２ｃとバンパ２０の取付部２０ａとの間隔であり、厚さとは、受信面１２ａから超音波検出素子１１に向かう方向で、振動減衰部材１３が音響整合部材１２の側面部１２ｃと接する長さを示す。
振動減衰部材１３の弾性率は、０．１、１、２、３、５、１０ＭＰａの６水準、厚さは、１、２、３、４、５ｍｍの５水準について計算を行った。
縦軸の出力は、振動減衰部材１３による拘束がない場合に超音波センサ１０が出力する信号強度で規格化した信号強度であり、値が１に近いほど振動減衰部材１３による拘束が小さく、超音波の検出感度の低下が少ないことを表している。
【００８０】
図２に示すように、振動減衰部材１３の弾性率が大きくなる程、出力が低下する傾向が認められた。また、振動減衰部材１３の厚さが厚くなる程、出力が低下する傾向が認められた。これは、振動減衰部材１３の弾性率が大きく、厚さが厚くなる程、振動減衰部材１３による拘束が大きくなるからである。
つまり、振動減衰部材１３の弾性率を小さくし、厚さを薄くすることにより、音響整合部材１２の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
【００８１】
例えば、振動減衰部材１３の弾性率を音響整合部材１２の弾性率の３／１０００である３ＭＰａ以下にすることにより、出力の低下を３０％以下にすることができる。つまり、検出感度の低下を３０％以下にすることができる。更に、振動減衰部材１３の厚さを、音響整合部材１２の厚さＴの１／３である２ｍｍ以下にすることにより、出力の低下を２０％以下にすることができる。
更に、振動減衰部材１３の弾性率を音響整合部材１２の弾性率の１／１０００である１ＭＰａ以下にすることにより、出力の低下を１０％以下にすることができる。つまり、検出感度の低下を１０％以下にすることができる。更に、振動減衰部材１３の厚さを、音響整合部材１２の厚さＴの１／３である２ｍｍ以下にすることにより、出力の低下を５％以下にすることができる。つまり、検出感度の低下を５％以下にすることができる。
なお、音響整合部材１２の寸法などは検出感度に大きな影響は及ぼさない。
【００８２】
音響整合部材１２及び振動減衰部材１３の材料の選択や塗装によりバンパ２０と色調を揃えることにより、超音波センサ１０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ１０を作製することができ、バンパ２０の美観を保つことができる。
【００８３】
（変更例）
音響整合部材１２は、受信面１２ａから取付面１２ｂに向かって、音響インピーダンスが大きくなるように構成してもよい。
図３（Ａ）に示すように、ポリカーボネート系材料をベースにガラスフィラーを添加して音響インピーダンスを変化させることができる。ポリカーボネート系材料に対するガラスフィラー３１の添加量を増やす程、音響インピーダンスを増大させることができる。
例えば、受信面１２ａ側の領域１２ｄがモノリシックなポリカーボネート系材料、取付面１２ｂ側の領域１２ｅが、ガラスフィラー３１を３０％添加した材料となるように構成すると、弾性率は受信部側の領域１２ｄで２ＧＰａ、取付面側の領域１２ｅで５ＧＰａ程度となる。
これにより、空気と音響整合部材１２との界面及び音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面における音響インピーダンスの差をそれぞれ低減することができるので、界面における超音波の反射や散逸を低減することができ、超音波の減衰を低減することができる。
添加するフィラーとして、アルミナ、シリカなどを用いることもできる。また、フィラーの添加量は、受信面１２ａから取付面１２ｂに向かって、音響インピーダンスが大きくなるように構成すれば任意である。
【００８４】
音響整合部材１２は、音響インピーダンスが異なる材料を、受信面１２ａ側から音響インピーダンスが小さい順に積層して形成してもよい。
例えば、図３（Ｂ）に示すように、受信部側から、ポリプロピレン１２ｆ、ガラスフィラーを４０％添加したポリカーボネート１２ｇ、ガラスフィラーを４０％添加したフェノール樹脂１２ｈをこの順に積層した音響整合部材１２が挙げられる。
これにより、空気と音響整合部材１２との界面及び音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面における音響インピーダンスの差をそれぞれ低減することができるので、各界面における超音波の反射や散逸を低減することができ、超音波の減衰を低減することができる。また、ガラスフィラーを４０％添加したポリカーボネート１２ｇ及びガラスフィラーを４０％添加したフェノール樹脂１２ｈは、ヤング率の温度変化が小さいため、波長の温度変化を小さくすることができる。
【００８５】
図４に示すように、振動減衰部材１３が、音響整合部材１２の受信面１２ａを薄く（例えば、厚さ１ｍｍ以下）で覆う構成を用いることができる。
この構成を用いると、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との界面が外部に露出しないため、水分などの侵入を防止することができる。
【００８６】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、音響整合部材１２の受信面１２ａの少なくとも一部と、振動減衰部材１３を覆うコーティング層１５を設けることができる。図５（Ａ）は、コーティング層１５により受信面１２ａの全面を被覆する構成であり、図５（Ｂ）は、受信面１２ａの一部を被覆する構成である。受信面１２ａの一部を被覆する構成では、コーティング層１５により受信面１２ａが被覆された面積の受信面１２ａの面積に対する割合を「被覆率」と定義する。例えば、コーティング層１５により受信面１２ａの全面を被覆する構成では、被覆率は１となる。
【００８７】
コーティング層１５を設けることにより、振動減衰部材１３、振動減衰部材１３と音響整合部材１２との界面及び音響整合部材１２が被覆されるため、水分などが超音波センサ１０の内部に侵入することを防ぐことができる。また、コーティング層１５の色調をバンパ２０の色調と合わせることにより、受信面１２ａの色調に関わらず、外部から超音波センサ１０の存在を視認しにくくすることができ、意匠性を向上させることができる。
【００８８】
コーティング層１５は、音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さくなるように構成することが好ましい。
図６は、コーティング層１５を受信面１２ａ全面に設けた場合に、コーティング層１５の弾性率及び厚さが、音響整合部材１２の振動伝達に及ぼす影響をシミュレーションした結果である。計算条件として、音響整合部材１２の幅Ｗを２ｍｍ、厚さＴを６ｍｍ、振動減衰部材１３の幅を２ｍｍ、厚さを１ｍｍとした。
【００８９】
図６中のＥは音響整合部材１２の弾性率（１ＧＰａ）を表している。コーティング層１５の弾性率は、Ｅ／１００００、Ｅ／１０００、Ｅ／１００、Ｅ／１０、Ｅ、１０Ｅ（０．１ＭＰａ〜１０ＧＰａ）の５水準、厚さは、０．０２、０．０５、０．１、０．２、０．５、１ｍｍの６水準について計算を行った。
【００９０】
図６に示すように、コーティング層１５の弾性率が大きくなる程、出力が低下する傾向が認められた。また、コーティング層１５の弾性率がＥ／１００００（０．１ＭＰａ）で厚さ０．５ｍｍの場合を除き、コーティング層１５の厚さが厚くなる程、出力が低下する傾向が認められた。これは、コーティング層１５の弾性率が大きく、厚さが厚くなる程、コーティング層１５による拘束が大きくなるからである。
つまり、コーティング層１５の弾性率を小さくし、厚さを薄くすることにより音響整合部材１２の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
【００９１】
コーティング層１５は、音響整合部材１２との音響インピーダンスの整合性より音響整合部材１２よりも弾性率が低い材料により形成することが好ましい。
例えば、Ｅ／１０（１００ＭＰａ）以下、厚さを０．１ｍｍ以下にすることにより、出力の低下を２０％以下にすることができる。つまり、検出感度の低下を２０％以下にすることができる。
【００９２】
コーティング層１５の弾性率がＥ／１００００（０．１ＭＰａ）で厚さ０．５ｍｍの場合は、音響整合部材１２の共振周波数とコーティング層１５の共振周波数とが略一致するため、振動が増幅されて出力が増大している。つまり、コーティング層１５の共振周波数を音響整合部材１２の共振周波数と一致させることにより、検出感度を向上させることができる。
【００９３】
図７は、コーティング層１５の被覆率が、音響整合部材１２の振動伝達に及ぼす影響をシミュレーションした結果である。計算条件は、図６の場合と同様であり、コーティング層１５の厚さは０．５ｍｍである。
【００９４】
図７中のＥは振動減衰部材１３の弾性率（１ＭＰａ）を表している。コーティング層１５の弾性率は、０．１Ｅ、Ｅ、１０Ｅ、１００Ｅ、１０００Ｅ（０．１ＭＰａ〜１ＧＰａ）の５水準、被覆率は、０．１、０．７５、１ｍｍの３水準について計算を行った。
【００９５】
図７に示すように、コーティング層１５の弾性率が、振動減衰部材１３の弾性率よりも大きい場合（１０Ｅ、１００Ｅ、１０００Ｅ：１０ＭＰａ〜１ＧＰａ）では、被覆率に関わらず出力はほぼ一定である。一方、コーティング層１５の弾性率が、振動減衰部材１３の弾性率以下である場合（０．１Ｅ、Ｅ：０．１、１ＭＰａ）では、被覆率が１から減少するのに伴い出力が低下する領域が存在する。
【００９６】
従って、コーティング層１５の弾性率が、振動減衰部材１３の弾性率よりも大きい場合には、被覆率は任意に構成することができるが、コーティング層１５の弾性率が、振動減衰部材１３の弾性率以下である場合には、被覆率が１、つまり、コーティング層１５が受信面１２ａ全面を被覆する構成にすることが好ましい。
【００９７】
コーティング層１５の材質は、上述した条件を満たせば任意に選択することができる。例えば、シリコーン、ポリウレタン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリエステル系熱可塑性エラストマーなど樹脂系材料を用いることができ、金属薄膜を用いることもできる。また、色調をバンパ２０と合わせた着色フィルムを用いることもできる。
【００９８】
超音波検出素子１１としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用して、基板の薄肉部として形成された薄膜部上に圧電体薄膜からなる振動部が形成された素子を用いることもできる。このような素子としては、圧電式ＭＥＭＳ素子、容量式ＭＥＭＳ素子を用いることができ、更に、圧電式ＭＥＭＳ素子としては、メンブレン型や片持ち梁型の素子を用いることができる。
また、超音波検出素子１１として、受信だけでなく、送受信可能な超音波検出素子を用いることもできる。
【００９９】
振動減衰部材１３は、内周の寸法が音響整合部材１２の側面部１２ｃよりわずかに小さく、外周の寸法が取付部２０ａよりもわずかに大きい断面「ロ」の字状に形成してもよい。これにより、内周に音響整合部材１２の側面部１２ｃを嵌め込み、外周を取付部２０ａに嵌め込むことにより、振動減衰部材１３を介して音響整合部材１２を取付部２０ａに取り付けることができる。この構成によれば、接着する工程が不要である。
また、液状の樹脂材料を音響整合部材１２の側面部１２ｃに塗布、または、側面部１２ｃと取付部２０ａとの間隙に流し込んだ後に、固化して振動減衰部材１３を形成してもよい。この構成によれば、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との密着性を向上させることができる。
【０１００】
超音波センサ１０は、バンパ２０以外の車両の部材に取り付けて使用することができる。例えば、図８に示すように、ヘッドランプカバー２１に取り付けることができる。この構成を用いると、障害物などで反射した超音波が車両の一部に遮られることがないので、確実に超音波センサ１０で検出することができ、障害物センサなどに超音波センサ１０を適用する場合に有効である。
更に、超音波センサ１０の用途に合わせて、他の部材に取り付けることもできる。例えば、超音波センサ１０を車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー２２、ドアミラー２３などに取り付けることもできる。車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー２４、バックランプのカバー２５などに取り付けることもできる。
ここで、ヘッドランプカバー２１などに適用する場合には、少なくとも受信面１２ａが金属蒸着によりコーティングされている音響整合部材１２を用いることができる。これにより、音響整合部材１２の耐候性、耐水性を向上させることができる。
【０１０１】
超音波センサ１０を室内で使用するロボットの構成部材４０に取り付けて使用する場合など、異物や水分などが侵入する可能性が低い場合には、図９に示すように、振動減衰部材１３が側面部１２ｃの一部にのみ設ける構成を採用することができる。
例えば、図９（Ａ）に示すように、振動減衰部材１３により、音響整合部材１２の４隅を保持してもよいし、図９（Ｂ）に示すように、側面部１２ｃの各辺の中央部で保持してもよい。
この構成を用いると、振動が伝達する面積を低減することができるので、構成部材４０から伝達されるノイズの影響を小さくすることができる。
【０１０２】
［第１実施形態の効果］
（１）超音波センサ１０が、取付部２０ａと音響整合部材１２との間に介在され、車両６０（バンパ２０）から音響整合部材１２への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材１３を備えているので、超音波が車両６０（バンパ２０）から音響整合部材１２に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができ、超音波の検出感度の高い超音波センサ１０を実現することができる。
車両６０を構成する樹脂材料のように音響整合部材１２と音響的性質が近似した部材に超音波センサ１０を取り付けた場合でも、超音波の検出感度の高い超音波センサ１０を実現することができるので、超音波センサ１０を車両６０の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに適用することができる。
超音波センサ１０の取付部２０ａは、用途に合わせて、各種部材に設けることができる。超音波センサ１０を車両６０前方の障害物センサなどに適用する場合には、バンパ２０、または、ヘッドランプカバー２１に設けることができる。超音波センサ１０を車両６０側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー２２、または、ドアミラー２３に設けることができる。超音波センサ１０を車両６０後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー２４、または、バックランプのカバー２５に設けることができる。
【０１０３】
（２）振動減衰部材１３が、音響整合部材１２より弾性率が低い材料により形成されているため、超音波による音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。これにより、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、振動減衰部材１３が、音響整合部材１２より音響インピーダンスが低い材料により形成されているため、超音波が所定の物体を介して音響整合部材１２に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
シリコンゴムは、弾性率及び音響インピーダンスが低い材料なので、振動減衰部材１３として好適に用いることができる。
【０１０４】
（３）振動減衰部材１３の弾性率を小さくし、厚さを薄くすることにより、音響整合部材１２の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。
振動減衰部材１３の弾性率を音響整合部材１２の弾性率の３／１０００である３ＭＰａ以下にすることにより、検出感度の低下を３０％以下にすることができる。更に、振動減衰部材１３の厚さを、音響整合部材１２の厚さＴの１／３である２ｍｍ以下にすることにより、検出感度の低下を２０％以下にすることができる。
更に、振動減衰部材１３の弾性率を音響整合部材１２の弾性率の１／１０００である１ＭＰａ以下にすることにより、検出感度の低下を１０％以下にすることができる。更に、振動減衰部材１３の厚さを、音響整合部材１２の厚さＴの１／３である２ｍｍ以下にすることにより、検出感度の低下を５％以下にすることができる。
【０１０５】
（４）音響整合部材１２が、受信面１２ａで受信した超音波により内部で定在波が発生するように形成されているため、音響整合部材１２内に入射した超音波と、音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、超音波検出素子１１に効率よく超音波を伝達することができる。
【０１０６】
（５）音響整合部材１２の受信面１２ａの面積は、超音波検出素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成されているため、受信面１２ａで受けた超音波のエネルギーを、受信面１２ａの面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、超音波の伝達効率を向上させることができる。
【０１０７】
（６）音響整合部材１２は、弾性率の温度変化が小さいポリカーボネート系樹脂により形成されているため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、定在波を安定して発生させることができる。
また、超音波検出素子１１を、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を用いて形成することにより、音圧が小さな超音波の受信をすることができ、超音波センサの感度を向上させることができる。
【０１０８】
（７）音響整合部材１２の幅Ｗを、空気中を伝達する超音波の波長の半分以下に形成する構成では、複数の超音波センサ１０をアレイ状に配置して用いる場合に、音響整合部材１２の中央部の間隔が空気中を伝達する超音波の波長の１／２である検出精度が高い配置を行うことができる。
【０１０９】
（８）振動減衰部材１３が、音響整合部材１２の受信面１２ａで覆って形成されている構成では、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との界面が外部に露出しないため、水分などの侵入を防止することができる。
【０１１０】
（９）音響整合部材１２が、受信面１２ａから取付面１２ｂに向かって、音響インピーダンスが大きくなるように形成された構成では、空気と音響整合部材１２との界面及び音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面における音響インピーダンスの差をそれぞれ低減することができるので、界面における超音波の反射や散逸を低減することができ、超音波の減衰を低減することができる。
【０１１１】
（１０）音響整合部材１２の受信面１２ａの少なくとも一部と、振動減衰部材１３を覆うコーティング層１５を設けることができる。コーティング層１５を設けることにより、振動減衰部材１３、振動減衰部材１３と音響整合部材１２との界面及び音響整合部材１２が被覆されるため、水分などが超音波センサ１０の内部に侵入することを防ぐことができる。また、コーティング層１５の色調をバンパ２０の色調と合わせることにより、受信面１２ａの色調に関わらず、外部から超音波センサ１０の存在を視認しにくくすることができ、意匠性を向上させることができる。
【０１１２】
（１１）コーティング層１５の弾性率を小さくし、厚さを薄くすることにより音響整合部材１２の振動を拘束する力を小さくすることができるため、超音波振動の減衰を小さくし、検出感度を向上させることができる。コーティング層１５は、音響整合部材１２との音響インピーダンスの整合性より、音響整合部材１２よりも弾性率が低い材料により形成することが好ましく、Ｅ／１０（１００ＭＰａ）以下、厚さを０．１ｍｍ以下にすることにより、検出感度の低下を２０％以下にすることができる。
【０１１３】
（１２）コーティング層１５を、共振周波数が音響整合部材１２の共振周波数と一致するように形成することにより、振動を増幅し、出力を増大することができるので、検出感度を向上させることができる。
【０１１４】
（１３）コーティング層１５の弾性率が、振動減衰部材１３の弾性率以下である場合には、コーティング層１５が音響整合部材１２の受信面１２ａ全面を被覆するように形成することにより、検出感度の低下を防ぐことができる。
【０１１５】
［第２実施形態］
この発明に係る超音波センサの第２実施形態について、図を参照して説明する。図１０は、第２実施形態に係る超音波センサの説明図である。図１０（Ａ）は、第２実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。第２実施形態に係る超音波センサの説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１１６】
本実施形態の超音波センサ５０では、複数組の音響整合部材１２及び超音波検出素子１１がアレイ状に並んで配置されている。図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態では、縦横方向に２個ずつ計４個の音響整合部材１２（１２ｐ〜１２ｓ）及び超音波検出素子１１（１１ｐ、１１ｑ：音響整合部材１２ｒ、１２ｓに取り付けられた超音波検出素子１１は図示せず）が配置され、被検出体の位置の３次元検知が可能な超音波センサ５０が構成されている。各音響整合部材１２は、各音響整合部材１２間及び各音響整合部材１２と取付部２０ａとの間隙に振動減衰部材１３を介在させて、バンパ２０に取り付けられている。
これにより、各超音波検出素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。
また、各音響整合部材１２は、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下となるように形成され、互いに隣り合った各音響整合部材１２の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長に等しくなるように配置されている。
このように各音響整合部材１２を構成すると、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
なお、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下でない場合においても、被検出体の位置の３次元検知に用いることができる。
【０１１７】
超音波を音響整合部材１２ｐにて受信した場合、音響整合部材１２ｐと音響整合部材１２ｑとの間には振動減衰部材１３が介在しているので、音響整合部材１２ｐから音響整合部材１２ｑに伝搬する超音波を低減することができる。従って、音響整合部材１２ｐにて受信した超音波は、超音波検出素子１１ｐにのみ伝達され、他の超音波検出素子１１ｑには伝達されない。
このように、各超音波検出素子１１のクロストーク特性を向上させることができ、受信した超音波の時間差、位相差を正確に求めることができるので、被検出体の位置測定の精度を向上させることができる。
【０１１８】
第１実施形態の超音波センサ１０の変更例は、第２実施形態の超音波センサ５０にも適用することができる。
音響整合部材１２及び超音波検出素子１１の数及び配置は、用途に応じて任意である。例えば、２次元検知を行うなら、音響整合部材１２及び超音波検出素子１１の組を２組用意すればよい。
【０１１９】
［第２実施形態の効果］
（１）複数の音響整合部材１２と超音波検出素子１１との組がアレイ状に配置され、振動減衰部材１３は、各音響整合部材１２の間及び各音響整合部材１２と取付部２０ａとの間に介在して設けられているため、各音響整合部材１２で受信された超音波は、対応する超音波検出素子１１にだけ伝達され、他の超音波検出素子１１には伝達されない。従って、超音波の伝達を各音響整合部材１２で分離して行うことが可能になり、各超音波検出素子１１のクロストーク特性を向上させることができる。
当該超音波センサ５０は、複数の音響整合部材１２と超音波検出素子１１との組を有するため、各超音波検出素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。ここで、各超音波検出素子１１で受信された超音波は、対応する超音波検出素子１１にだけ伝達されるため、各超音波検出素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を正確に求めることができるので、被検出体の位置測定の精度を向上させることができる。
【０１２０】
（２）各音響整合部材１２が、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下となるように形成され、互いに隣り合った各音響整合部材１２の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長に等しくなるように配置されている構成では、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
【０１２１】
［その他の実施形態］
（１）図１１に示すように、音響整合部材１２の取付面１２ｂ近傍に生じる定在波の振動の節Ｎの近傍において、振動減衰部材１３を配置することができる。ここで、節Ｎの位置は、シミュレーションや振幅の実測などにより、音響整合部材１２の素子間への方向への振幅と超音波の伝達方向への振幅とが最小となる位置とする。
この構成を用いると、受信面１２ａ近傍で固定する場合（図１）に比べて、振動減衰部材１３の拘束による音響整合部材１２の振動の減衰を小さくすることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
更に、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との間隙部１４に、音響整合部材１２及び振動減衰部材１３より音響インピーダンスが低い充填材、例えば、ウレタンフォームやゲルなどを充填した構成を用いることができる。この構成を用いると、間隙部１４に異物が侵入して超音波が減衰することにより超音波センサ１０の感度が低下することを防止することができる。また、充填材は音響整合部材１２及び振動減衰部材１３より音響インピーダンスが低いので、側面部１２ｃからの振動の伝達による検出感度への影響が少ない。
また、膜材料で間隙部１４の開口部に蓋をすることによっても、同様の効果を奏することができる。
【０１２２】
（２）音響整合部材１２をゴム系材料で形成する場合には、図１２に示すように、振動減衰部材１３と一体的に形成することができる。ゴム系材料は、車両６０の構成材料との音響インピーダンスの差が大きいため、音響整合部材１２を振動減衰部材１３と一体的に形成しても、側面部１２ｃからの振動の伝達の影響が少ない。この構成を使用すると、音響整合部材１２と振動減衰部材１３とを別々に形成する必要がない。
【０１２３】
（３）超音波検出素子１１の取付面１１ａの一部が、音響整合部材１２の取付面１２ｂの外縁部の外部にある構成を用いてもよい。例えば、超音波検出素子１１の取付面１１ａが、音響整合部材１２の取付面１２ｂよりも大きくなるように構成してもよい。これによれば、超音波検出素子１１の取付面１１ａのうち、音響整合部材１２の取付面１２ｂからはみ出した部分に超音波検出素子１１から信号を取り出すための配線を形成することができ、配線の形成が容易となる。
【０１２４】
（４）超音波センサ１０を少なくとも一端が開口した箱状のケース７０に、受信面１２ａを露出した状態で収納し、このケース７０を取付部２０ａに取り付ける構成を採用することができる。例えば、図１３に示すように、開口部７０ａに振動減衰部材１３を介して音響整合部材１２を固定することにより、超音波センサ１０をケース７０に収容し、水平方向に張り出した固定部７０ｂにおいて、バンパ２０の内側面２０ｃに接着固定する。
この構成を使用すると、あらかじめケース７０に収容した超音波センサ１０を、ケース７０ごと取付部２０ａに固定するだけで装着できるので、超音波センサ１０の取付作業の作業性を向上させることができる。
ここで、ケース７０の固定位置は側面部１２ｃなどでも他の箇所でもよい。また、スナップフィット方式などにより機械的に結合することもできる。
【０１２５】
（５）異物の衝突などにより、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着固定部が破壊されないように強固に固定する構成として、音響整合部材１２の側面部１２ｃに突出部または凹部を形成し、振動減衰部材１３に音響整合部材１２の突出部または凸部に係合する形状の凹部または突出部をそれぞれ形成する構成を採用することもできる。
例えば、図１４（Ａ）に示すように、音響整合部材１２の側面部１２ｃに、板状に突出して形成された突出部１２ｔが全周にわたり設けられており、この突出部１２ｔを、振動減衰部材１３の内表面１３ａに設けられた凹部１３ｂにおいて係合する構成を用いることができる。
この構成を用いると、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着面積が増大するため、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着を強固にすることができる。更に、接着面が迂回されて形成されることになるので、接着不良が生じた場合においても、水などの侵入を防止することができる。
また、受信面１２ａの大きさが変わらないため、超音波の検出感度が低下することもない。
【０１２６】
図１４（Ｂ）に示すように、音響整合部材１２の受信面１２ａから面方向に延設され、板状に形成された突出部１２ｕを更に備えた構成を用いることができる。突出部１２ｕは、振動減衰部材１３の外表面１３ｃに設けられた凹部１３ｄにおいて係合される。
この構成を用いると、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着面積が更に増大するため、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着を強固にすることができる。
また、音響整合部材１２の突出部１２ｔと突出部１２ｕとにより振動減衰部材１３を挟み込むため、音響整合部材１２の位置決めの精度を向上させることができるとともに、接着剤が劣化した場合においても、音響整合部材１２が振動減衰部材１３から外れるおそれがない。
【０１２７】
図１５（Ｃ）に示すように、音響整合部材１２の側面部１２ｃに突出部１２ｗ、１２ｙを形成し、振動減衰部材１３の内側面１３ｈに、この突出部１２ｗ、１２ｙが係合する凹部１３ｆを形成した構成を用いることができる。
ここで、突出部１２ｗ、１２ｙは、全面で振動減衰部材１３に拘束されているため、振動の伝達を減衰させるので、突出部１２ｔ、突出部１２ｕに比べて、突出する高さが小さくなるように形成することが好ましい。また、突出部の数は任意であるが、振動の伝達を小さくするために２つ以下とすることが好ましい。
この構成を用いると、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着面積が増大するため、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着を強固にすることができる。
また、受信面１２ａの大きさが変わらないため、超音波の検出感度が低下することもない。
【０１２８】
上述の各構成において、突出部の形状として板状以外の各種形状、例えば、半球状、柱状などを用いることができる。
また、各突出部は、十分な接着強度が確保できれば、側面部１２ｃの全周にわたって形成しなくてもよい。
【０１２９】
また、図１５（Ｄ）に示すように、音響整合部材１２の側面部１２ｃに凹部１２ｚを形成し、振動減衰部材１３の内側面１３ｈに、この凹部１２ｚに係合する突出部１３ｇを形成した構成を用いることもできる。
この構成を用いた場合も、図１５（Ｃ）に記載の構成と同様の効果を奏することができる。
また、音響整合部材１２の側面部１２ｃに突出部と凹部を組み合わせて設けることもできる。
【０１３０】
音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接合体を形成するためには、音響整合部材１２と振動減衰部材１３とを接着剤にて接着固定する構成以外に、振動減衰部材１３を２色成形により一体成形する構成を用いることができる。
ここで、２色成形による成形は、所定の形状に形成された音響整合部材１２を所定の型の内部に設置し、樹脂材料の射出成形により一体的に形成することにより行われる。
これにより、音響整合部材１２と振動減衰部材１３とを強固に接合することができる。また、音響整合部材１２と振動減衰部材１３との接着工程を省略することもできる。
樹脂材料としては、音響整合部材１２との接着性が高く、弾性率の小さい樹脂材料が好適に用いられる。このような樹脂材料として、例えば、ポリエステル系熱可塑性エラストマーを用いることができる。
【０１３１】
ここで、上述の構成（図１４及び図１５）は、第２実施形態に係る超音波センサ５０についても同様に適用することができる。
【０１３２】
［各請求項と実施形態との対応関係］
取付面１２ｂが請求項１に記載の対向する面に、幅Ｗが請求項１２に記載の受信面の相対向する側縁間の距離にそれぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】振動減衰部材の弾性率及び厚さが超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。
【図３】音響整合部材の変更例の説明図である。
【図４】振動減衰部材の変更例の説明図である。
【図５】振動減衰部材及び音響整合部材の受信面を被覆するコーティング層を備えた超音波センサの説明図である。
【図６】コーティング層の弾性率及び厚さが超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。
【図７】コーティング層が音響整合部材の受信面を覆う被覆率が超音波センサの検出感度に及ぼす影響の説明図である。
【図８】超音波センサの車両への搭載位置の説明図である。
【図９】振動減衰部材の変更例の説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る超音波センサの説明図である。図１０（Ａ）は、第２実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１１】振動減衰部材による音響整合部材の保持方法の変更例の説明図である。
【図１２】振動減衰部材と一体形成した音響整合部材の説明図である。
【図１３】超音波センサの車両への取付構造の変更例の説明図である。
【図１４】音響整合部材と振動減衰部材との接着構造の変更例の説明図である。
【図１５】音響整合部材と振動減衰部材との接着構造の変更例の説明図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１０、５０  超音波センサ  
１１    超音波検出素子
１２    音響整合部材
１２ａ  受信面
１２ｂ  取付面（対向する面）
１３    振動減衰部材
１５    コーティング層
２０    バンパ
２０ａ  取付部
２１    ヘッドランプカバー
２２    ウインカのカバー
２３    ドアミラー
２４    リアランプのカバー
２５    バックランプのカバー
３１    ガラスフィラー（フィラー）
６０    車両
Ｎ    定在波の節部
Ｗ    幅（受信面の相対向する側縁間の距離）
ｄ    各音響整合部材の中央部間の距離
【図１】
2009020086.tif 000003
【図２】
2009020086.tif 000004
【図３】
2009020086.tif 000005
【図４】
2009020086.tif 000006
【図５】
2009020086.tif 000007
【図６】
2009020086.tif 000008
【図７】
2009020086.tif 000009
【図８】
2009020086.tif 000010
【図９】
2009020086.tif 000011
【図１０】
2009020086.tif 000012
【図１１】
2009020086.tif 000013
【図１２】
2009020086.tif 000014
【図１３】
2009020086.tif 000015
【図１４】
2009020086.tif 000016
【図１５】
2009020086.tif 000017