(57)【要約】【課題】製造工程を簡略化し、かつ小型化を図りうる超音波センサを提供することを目的とする。【解決手段】中空形状の本体部１１と、本体部１１の一端に設けられており、超音波の送受波を行う振動部１２と、超音波の指向性を調整するための指向性調整部１４と、本体部１１の内部において振動部１２に配設された圧電素子１３とを有し、指向性調整部１４が振動部１２において１３圧電素子の配設側とは反対側に設けられた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状の本体部と、
該本体部の一端に設けられており、超音波の送受波を行う振動部と、
前記超音波の指向性を調整するための指向性調整部と、
前記本体部の内部において前記振動部に配設された圧電素子とを有する超音波センサであって、
前記指向性調整部が前記振動部において前記圧電素子の配設側とは反対側に設けられている超音波センサ。
【請求項２】
前記指向性調整部は、前記振動部に厚みを設けて形成した請求項１項に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記指向性調整部は、前記圧電素子と対向する領域の外側に設けられている請求項１又は２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記本体部は、円筒形状である請求項１ないし３の何れか一項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、超音波センサに係り、特に指向性を持たせた超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、超音波を利用してセンシングを行うものである。超音波センサは、圧電素子から超音波パルス信号を間欠的に送信し、周辺に存在する障害物からの反射波を圧電素子で受信することにより物体を検知する。
【０００３】
この種の超音波センサのうち、車載用として用いられる超音波センサは、車両の周辺監視を行うために車両のバンパーなどに取り付けられる。このため、車両周辺に存在する障害物を確実に検出するために、路面と水平方向においては超音波センサの指向性を広くし、路面と垂直方向においては路面を検出しないように超音波センサの指向性を狭くする必要がある。
【０００４】
特許文献１には、車載用に指向性を持たせた超音波センサについて記載されている。図７を参照して特許文献１に記載された超音波センサを説明する。
【０００５】
中空部６４を有するケース体６１の底部６２には、肉厚部６２ａと、肉薄部６２ｂとが設けられている。肉薄部６２ｂは、略三日月形状であり、肉厚部６２ａの両側に設けられている。肉厚部６２ａの内面に圧電素子６３が固着されている。ケース体６１は、底部６２に肉厚部６２ａと肉薄部６２ｂとを形成することにより、肉厚部６２ａが設けられた方向におけるケース体６１の内径Ｘよりも、肉薄部６２ｂが設けられた方向におけるケース体６１の内径Ｙの方が長い形状とされている。超音波センサ６０では、このケース体６１の形状により、超音波の指向性を調整することができる。
【特許文献１】特開２０００−３２５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１記載の超音波センサでは、指向性を調整するために、ケース体６１の形状を、内径Ｙを内径Ｘよりも長い形状とする必要がある。このためケース体６１を形成する加工が複雑になる。また仮に内径Ｘが圧電素子の直径と略同一となるまでケース体６１を小型化した場合でも、ケース体６１は、中空部６４に内径Ｙを含む大きさに形成される必要がある。このため超音波センサの小型化に限界がある。またケース体６１を小型化した場合、中空部６４の適正な位置に圧電素子６３を配置するための組み立て作業が困難である。
【０００７】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、製造工程を簡略化し、かつ小型化を図りう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】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明では、以下の各部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明に係る超音波センサは、
中空形状の本体部（１１）と、
該本体部（１１）の一端に設けられており、超音波の送受波を行う振動部（１２）と、
前記超音波の指向性を調整するための指向性調整部（１４）と、
前記本体部（１１）の内部において前記振動部（１２）に配設された圧電素子（１３）とを有する超音波センサであって、
前記指向性調整部（１４）が前記振動部（１２）において前記圧電素子（１３）の配設側とは反対側に設けられているものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の超音波センサにおいて、
前記指向性調整部（１４）を、前記振動部（１２）に厚みを設けて形成するものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、
請求項１又は２に記載の超音波センサにおいて、
前記指向性調整部（１４）を、前記圧電素子（１２）と対向する領域の外側に設けたものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、
請求項１ないし３の何れか一項に記載の超音波センサにおいて、
前記本体部（１１）は、円筒形状とするものである。
【００１３】
なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製造工程を簡略化し、かつ小型化を図りうる超音波センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明の基本構成を説明するための図であり、図１は、本発明に係る超音波センサの上部から見た斜視図であり、図２は本発明に係る超音波センサの下部から見た斜視図である。
【００１７】
超音波センサ１０は、本体部１１、振動部１２、圧電素子１３、指向性調整部１４等から構成されている。
【００１８】
本体部１１は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成された有底円筒の形状であり、一端が開口した中空部１５を備えている。振動部１２は、本体部１１の底部を形成する振動板であり、開口側とは逆側の一端に設けられて超音波の送受波を行う。圧電素子１３は、中空部１５に内部において振動部１２上に導電性接着剤等により固着されている。指向性調整部１４は、振動部１２において圧電素子１３の配設側と反対側に配設されており、超音波センサ１０から送波される超音波の指向性を調整する。
【００１９】
本発明の超音波センサ１０では、圧電素子１３により発生された振動部１２の振動の伝搬を、指向性調整部１４により抑制することで、送波される超音波に指向性を持たせる。
【００２０】
以下に指向性調整部１４について詳細に説明する。
【００２１】
本発明の超音波センサ１０は、波長に対して振動面の面積が大きいほど指向性が鋭くなるという超音波の特性を利用したものである。超音波センサ１０では、振動部１２に設けられた指向性調整部１４により、振動部１２の振動の伝搬を抑制する領域を形成して振動面積を調整し、超音波センサ１０から送波される超音波の指向性を調整する。
【００２２】
指向性調整部１４は、図２及び図３（Ｃ）に示すように振動部１２に厚みを設けて形成されている。指向性調整部１４は、例えば振動部１２と一体形成されていても良い。また指向性調整部１４は、振動部１２とは別に形成されており、振動部１２に貼り付けられていても良い。また本体部１１、振動部１２が一体形成されており、本体部１１と一体形成された振動部１２に指向性調整部１４が貼り付けられても良い。
【００２３】
超音波センサ１０では、振動部１２に厚みを設けて形成された指向性調整部１４により、圧電素子１３から振動部１２に伝搬された振動を減衰させる。そして超音波センサ１０は、振動部１２の指向性調整部１４が設けられていない領域において、圧電素子１３から伝搬された振動を超音波として送波する。
【００２４】
このように本発明の超音波センサ１０は、指向性調整部１４を設けることにより、圧電素子１３から振動部１２に伝搬された振動を減衰させる振動減衰領域と、圧電素子１３から振動部１２に伝搬された振動をそのまま伝搬する振動伝搬領域を形成する。すなわち本発明の超音波センサ１０では、本体部１１の外側から指向性調整部１４を付加することで、振動減衰領域と振動伝搬領域とを形成し、振動部１２における振動面積を調整して超音波に指向性を持たせている。
【００２５】
このため本発明の超音波センサ１０によれば、超音波に指向性を持たせる目的で本体部１１及び振動部１２の形状の加工を行う必要がなく、単に振動部１２において圧電素子１３の配設側と反対側に指向性調整部１４を設ければ良い。また超音波センサ１０では本体部１１及び振動部１２の形状の加工を行う必要がないため、例えば本体部１１の内径が圧電素子１３の直径と略同一となる程度まで小型化することも可能である。
【００２６】
このように本発明によれば、製造工程を簡略化し、かつ小型化を図りうる超音波センサを提供することができる。
（第一の実施例）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施例について説明する。図３は、第一の実施例の超音波センサを説明する図であり、図３（Ａ）は超音波センサの振動部を底面としたとき、超音波センサを底面視した図である。図３（Ｂ）は超音波センサの振動伝搬領域を説明する図である。図３（Ｃ）は、超音波センサの内部構造を模式的に説明するＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
本実施例の超音波センサ１０では、一対の指向性調整部１４が圧電素子１３の外周に沿って配置されている。超音波センサ１０では、振動部１２に指向性調整部１４を形成することにより、振動減衰領域１６と、振動伝搬領域１７とが形成される。尚厳密には振動減衰領域１６からも圧電素子１３により発生された振動は伝搬されるが、振動伝搬領域１６から伝搬される振動に比べて十分に小さい振動であるから、本実施例の説明においてはこの振動を考慮しない。
【００２８】
ここで図３（Ａ）において紙面上Ｘ軸方向を路面と水平方向とし、紙面上Ｙ方向を路面と垂直方向とすると、振動伝搬領域１７はＹ方向に長く、Ｘ方向に短い形状となる。このため超音波センサ１０において振動伝搬領域１７から送波される超音波は、Ｙ方向に比べてＸ方向に広い指向性を有するものとなる。
【００２９】
よって超音波センサ１０が車載用として用いられた場合には、Ｘ方向が路面と水平になるように配置すれば、路面と水平方向における指向性が広くし、路面と垂直方向における指向性を狭くすることができる。よって超音波センサ１０は、路面を検出せずに正確に車体周囲の障害物を検出することができる。
【００３０】
指向性調整部１４は、例えば段差を形成することにより振動部１２に厚みを形成しても良いし、傾斜面により振動部１２に厚みを設けて形成しても良い。また指向性調整部１４は、例えば本体部１１と同様の金属材料等で形成されても良い。また指向性調整部１４は、樹脂などにより形成されても良い。
【００３１】
尚本実施例の指向性調整部１４は、圧電素子１３から振動部１２に伝搬された振動を減衰させ、振動部１２から伝搬される振動を抑制することが出来れば良く、その形状や材質はこれに限定されるものではない。また本実施例の指向性調整部１４は、振動伝搬領域１７から送波される超音波の指向性を、Ｙ方向に比べてＸ方向に広い指向性を有するように調整できれば良い。よって振動部１２における指向性調整部１４の配設位置は本実施例に限定されるものではない。
【００３２】
次に図３（Ｂ）を参照して振動伝搬領域１７について説明する。
【００３３】
振動伝搬領域１７は、略円形の領域１７ｂと、領域１７ｂからＹ方向に延存した略矩形状の一対の領域１７ａにより形成されている。振動伝搬領域１７は、領域１７ｂと一対の領域１７ａを有することにより、振動伝搬領域１７の長さＹ１が長さＸ１よりも長くなるように形成される。したがって振動伝搬領域１７から送波される超音波は、Ｙ方向に狭い指向性を有する超音波となる。
【００３４】
ここで図４に本実施例の超音波センサ１０の指向特性を示す。図４に示す指向特性では、本実施例の超音波センサ１０は、Ｙ方向に比べてＸ方向に広い指向性を有していることが分かる。
【００３５】
次に図３に戻って、図３（Ｃ）を参照して本実施例の超音波センサ１０の内部構造の概略を説明する。
【００３６】
超音波センサ１０において、圧電素子１３には端子Ｔ１が接続されており、本体部１１には端子Ｔ２が接続されている。圧電素子１３は導電性接着剤１８により本体部１１に固着されている。超音波センサ１０では、端子Ｔ１と端子Ｔ２の両端に交流電圧を印加することにより圧電素子１３を振動させて振動部１２から超音波パルス信号を間欠的に送信する。本実施例では、指向性調整部１４が本体部１１の外側に設けられているため、端子Ｔ１及び端子Ｔ２を設ける際の配線の自由度を高めることができる。
【００３７】
以上に説明したように、本実施例によれば、振動部１２において圧電素子１３の配設側と反対側に指向性調整部１４を設ける構成としたため、本体部１１及び振動部１２の形状の加工を行う必要がない。また本実施例によれば、中空部１５への圧電素子１３の配設作業において、圧電素子１３の配設位置の複雑な調整をする必要がない。よって本実施例によれば、超音波センサ製造工程を簡略化することができる。また本実施例によれば、本体部１１の内部に加工をする必要がないため、本体部１１の内径が圧電素子１３の直径と略同一となる程度まで小型化することができる。
【００３８】
また本実施例によれば、指向性調整部１４は本体部１１の外側に設けられるため、指向性調整部１４を取り付ける際の加工において本体部１１が邪魔になることがない。このため本体部１１の直径を小さくしても、指向性調整部１４を取り付ける加工を容易に行うことができる。よって本実施例によれば、超音波センサ１０から送波される超音波に対し、容易に所望の指向性を持たせることができる。
（第二の実施例）
以下に、本発明の第二の実施例として、本体部の内径を圧電素子１３の直径と略同一となるまで小型化した例を示す。
【００３９】
図５は、第二の実施例の超音波センサを説明する図であり、図５（Ａ）は超音波センサの振動部を底面としたとき、超音波センサを底面視した図である。図５（Ｂ）は、超音波センサのＢ−Ｂ断面図である。
【００４０】
図５（Ａ）に示すように、本実施例の超音波センサ１０Ａでは、図５（Ｂ）に示すように、本体部１１Ａの内径Ｒ１を圧電素子１３Ａの直径Ｒ２に可能な限り近づけて構成した。本実施例では、指向性調整部１４Ａは、振動発生源である圧電素子１３Ａと対向した位置にある。よって本実施例の指向性調整部１４Ａを形成する厚みは、指向性調整部１４が圧電素子１３と対向しない位置に配置されている第一の実施例と比較して、厚い方が好ましい。
【００４１】
指向性調整部１４Ａを形成する厚みを厚くすれば、指向性調整部１４Ａが圧電素子１３Ａと対向していても、圧電素子１３Ａから振動部１２Ａに伝搬された振動をより大きく減衰させることができる。このため振動減衰領域１６Ａにおいて振動の伝搬を抑制することができ、振動伝搬領域１７Ａから伝搬される超音波にＹ方向に狭い指向性を持たせることができる。本実施例によれば、図５（Ｂ）に示す本体部１１Ａの外径Ｒ３を例えば８ｍｍ程度まで小さくすることができる。
【００４２】
尚本実施例の指向性調整部１４Ａは、振動部１２Ａの中央部に、Ｘ方向に比べてＹ方向に長い振動伝搬領域１６Ａを構成できるように配置されていれば良い。よって指向性調整部１４Ａの配設位置は本実施例に限定されるものではない。
【００４３】
また図６に、本発明のその他の実施例について示す。図６（Ａ）は、矩形状の指向性調整部１４Ｂが振動部１２Ｂに配置された場合を示す図であり、図６（Ｂ）は、三日月形状の指向性調整部１４Ｃが振動部１２Ｃに配置された場合を示す図である。
【００４４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、何れの場合においても、振動減衰領域１６Ｂ、１６Ｃと、Ｘ方向に比べてＹ方向に長い振動伝搬領域１７Ｂ、１７Ｃとが形成される。よって図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す何れの形状であっても超音波の指向性を、Ｙ方向に比べてＸ方向に広い指向性を有するように調整することができ、上で説明した第一の実施例及び第二の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
以上、各実施例に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施例に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る超音波センサの上部から見た斜視図である。
【図２】本発明に係る超音波センサの下部から見た斜視図である。
【図３】第一の実施例の超音波センサを説明する図である。
【図４】第一の実施例の超音波センサの指向特性を示す図である。
【図５】第二の実施例の超音波センサを説明する図である。
【図６】本発明のその他の実施例を示す図である。
【図７】特許文献１に記載された超音波センサを説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  超音波センサ
１１  本体部
１２  振動部
１３  圧電素子
１４  指向性調整部
１５  中空部
１６  振動減衰領域
１７  振動伝搬領域
【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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