JP2009055458A - 超音波送受波器 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の実施の形態に関わる超音波送受波器においてはバックセンサやコーナーセンサ等に用いる際１次振動モードの周波数を変更したり外径を変更する等した複数種のセンサを用いなければならなかった。
【解決手段】超音波送受波器において、有底筒状ケースの圧電素子接着面に１本の連続した溝を設け、またはその周りに複数の溝を２重以上になるように設け、あるいは薄肉部を設けてそれらの全体ないしは一部を覆うように圧電素子を貼り合わせる。さらには内部をくりぬいた圧電素子を有底筒状ケースに貼り合わせ、そのくりぬき部にもう一枚の圧電素子を貼り合わせる。これらにより１次振動モードに相当する共振モードを複数発生させることが可能になる。
【選択図】 図１
【解決手段】超音波送受波器において、有底筒状ケースの圧電素子接着面に１本の連続した溝を設け、またはその周りに複数の溝を２重以上になるように設け、あるいは薄肉部を設けてそれらの全体ないしは一部を覆うように圧電素子を貼り合わせる。さらには内部をくりぬいた圧電素子を有底筒状ケースに貼り合わせ、そのくりぬき部にもう一枚の圧電素子を貼り合わせる。これらにより１次振動モードに相当する共振モードを複数発生させることが可能になる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、超音波周波数帯の送信、受信を行う超音波送受波器に関するものである。
従来の実施の形態に関わる超音波送受波器において、超音波送受波器を車のバンパー等に埋め込み設置し、車周辺の障害物を検出しようとした場合、超音波送受波器にパルスバースト電気信号を入力することにより、超音波送受波器からその入力パルスバースト電気信号に応じた超音波信号が発振され、発振された超音波信号は障害物に到達し、障害物に当たった超音波信号はその障害物で反射され、その反射された超音波信号の一部が同じ超音波送受波器に戻ってくる。超音波送受波器はその反射信号を受信することによって障害物を検出している。この際、超音波送受波器の１次振動モードを使用して超音波の送受信を行っていた。このためコーナーセンサとして比較的近距離の検知を行う用途においては４０〜５０ｋＨｚ付近に１次振動モードを持つφ１４ｍｍなどの小型のものを使用するが、これをバックセンサなどの長距離検知の目的で使用する場合には指向性が広く路面検知による誤検知が発生する。そのためバックセンサ等の長距離検知用途の超音波送受波器としては１次振動モードの周波数を変更したり外径を大きくしたものを用いていた。逆にこれをコーナセンサなどの近距離図検知の用途に使用する際には指向性が狭すぎて検知範囲が十分にとれないという問題が発生するため従来の実施の形態に関わる超音波送受波器においては、１次振動モードの周波数を変更したり外径を変更する等した複数種のセンサを用いなければならなかった。
図４に従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を示す。図４において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。入出力リード５ａ及び５ｂはコネクタ付きワイヤーリード６にそれぞれはんだ付けする。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。
谷腰欣司著 「超音波とその使い方−超音波送受波器・超音波モータ」 日刊工業新聞 １９９４年
図４に従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を示す。図４において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。入出力リード５ａ及び５ｂはコネクタ付きワイヤーリード６にそれぞれはんだ付けする。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。
谷腰欣司著 「超音波とその使い方−超音波送受波器・超音波モータ」 日刊工業新聞 １９９４年
コーナーセンサ、バックセンサ等に２種類の超音波送受波器を用いることなく１種類のセンサでどちらにも使用可能な超音波送受波器を供給することである。
有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を形成し、この振動体のケース外側面にて超音波の送信、受信を行う超音波送受波器において、有底筒状ケースの圧電素子接着面に１本の連続した溝を設け、その溝部分を覆うように圧電素子を貼り合わせる。または有底筒状ケースの圧電素子接着面に複数の溝を２重以上になるように設け、その溝部分の全体ないしは一部を覆うように圧電素子を貼り合わせる。あるいは有底筒状ケースの圧電素子接着面に薄肉部を設け、その薄肉溝部を覆うように圧電素子を貼り合わせる。さらには内部をくりぬいた圧電素子を有底筒状ケースに貼り合わせ、そのくりぬき部に、くりぬき部よりも小さく且つくりぬき部に接触しないような形状の圧電素子を挿入し、有底筒状ケースに貼り合わせる。これらにより１次振動モードに相当する共振モードを複数発生させ、それぞれの共振周波数で超音波送受波器を駆動させることが可能になる。
本発明によって複数の１次振動モードに相当する共振モードをもつ超音波送受波器によりコーナーセンサ、バックセンサなどに２種類の超音波送受波器を用いることなく１種類のセンサでどちらにも使用可能な超音波送受波器が供給可能となる。
バックセンサやコーナーセンサ等に用いる際、１種類の超音波送受波器を車のバンパー等に埋め込み設置し、使用目的に応じた共振周波数で駆動させ障害物を検知する。
図１は本発明の請求項１の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。図１において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に１本の連続した溝７ａを設け、その溝部分を覆うように圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。
図２は本発明の請求項２の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図である。図２において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に設ける溝７を２重以上になるように複数設ける。ここでは溝７ａ、７ｂとする。その溝７ａを覆うように圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。
これらにおいて有低筒状ケース２に設ける溝７ａの外周部寸法は図１に示すように圧電素子外周寸法より小さくするのが望ましい。
図５ａ及び図５ｂは本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。有低筒状ケース２に設ける溝７ａおよび７ｂは図５ａに示すようにリング状としてもよいし、途中で分断されたものであっても同様の効果を有するものであり本件の発明に含まれる。また図５ｂに示すように有底筒状ケースに設ける溝を単一の部品や材質のみで形成せず、有底筒状ケースに薄肉部を設け、その上に別の板８を接着するなどして複数の部品で形成してもよい。
図３は本発明の請求項４の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。図３において中央をくりぬいた圧電素子９を有底筒状ケースに貼り合わせ、圧電素子のくりぬき部にもう一枚の圧電素子１０を有底筒状ケースに貼り合わせユニモルフ振動子を形成する。また有底筒状ケースに設けられた溝７ａがない場合でも同様の効果を有する。
図６ａは本発明の請求項１及び請求項２の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図６ａにおいて、有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。入出力リード５ａ及び５ｂはコネクタ付きワイヤーリード６にそれぞれはんだ付けする。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。図６ｂは本発明の請求項４の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図６ｂにおいて、有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子９及び圧電素子１０を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子９の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、圧電素子１０の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５ｃ又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子９および１０の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に圧電素子９と入出力リード５a、圧電素子１０と入出力リード５ｃ及び有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。入出力リード５ａと５ｂを用いて圧電素子９を、入出力リード５ｃと５ｂを用いて圧電素子１０をそれぞれ駆動させる。
図７は本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器および従来の実施の形態に関わる超音波送受波器のインピーダンス特性を表す。図７に示すように従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の場合、1次振動モードは単一であるが本発明の超音波送受波器の場合複数の1次振動モードに相当する共振周波数が観察され、その周波数で超音波送受波器を駆動させることが可能となる。
図２は本発明の請求項２の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図である。図２において、アルミニウム材等から成る有底筒状ケース２の底面内部に設ける溝７を２重以上になるように複数設ける。ここでは溝７ａ、７ｂとする。その溝７ａを覆うように圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。
これらにおいて有低筒状ケース２に設ける溝７ａの外周部寸法は図１に示すように圧電素子外周寸法より小さくするのが望ましい。
図５ａ及び図５ｂは本発明の別の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。有低筒状ケース２に設ける溝７ａおよび７ｂは図５ａに示すようにリング状としてもよいし、途中で分断されたものであっても同様の効果を有するものであり本件の発明に含まれる。また図５ｂに示すように有底筒状ケースに設ける溝を単一の部品や材質のみで形成せず、有底筒状ケースに薄肉部を設け、その上に別の板８を接着するなどして複数の部品で形成してもよい。
図３は本発明の請求項４の実施の形態に関わる超音波送受波器における有低筒状ケースの概略上面図および縦断面図を表す。図３において中央をくりぬいた圧電素子９を有底筒状ケースに貼り合わせ、圧電素子のくりぬき部にもう一枚の圧電素子１０を有底筒状ケースに貼り合わせユニモルフ振動子を形成する。また有底筒状ケースに設けられた溝７ａがない場合でも同様の効果を有する。
図６ａは本発明の請求項１及び請求項２の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図６ａにおいて、有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子１を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子１の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に、圧電素子１と入出力リード５a及び、有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。入出力リード５ａ及び５ｂはコネクタ付きワイヤーリード６にそれぞれはんだ付けする。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。図６ｂは本発明の請求項４の実施の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図を表す。図６ｂにおいて、有底筒状ケース２の底面内部に圧電素子９及び圧電素子１０を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を形成する。圧電素子９の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５a、圧電素子１０の有底筒状ケース２との接着面側の反対面から入出力リード５ｃ又、有底筒状ケース２から入出力リード５ｂを半田付け等して取り出す。圧電素子９および１０の有底筒状ケース２との接着面側と有底筒状ケース２とは電気的に接続されており、更に圧電素子９と入出力リード５a、圧電素子１０と入出力リード５ｃ及び有底筒状ケース２と入出力リード５ｂとは電気的に接続されている。圧電素子１の上面にシリコン発泡体等から成る吸音材３を載置して、更に、その上からシリコン材、ウレタン材等の弾性体から成る封止剤４を有底筒状ケース２内に充填し構成する。入出力リード５ａと５ｂを用いて圧電素子９を、入出力リード５ｃと５ｂを用いて圧電素子１０をそれぞれ駆動させる。
図７は本発明の実施の形態に関わる超音波送受波器および従来の実施の形態に関わる超音波送受波器のインピーダンス特性を表す。図７に示すように従来の実施の形態に関わる超音波送受波器の場合、1次振動モードは単一であるが本発明の超音波送受波器の場合複数の1次振動モードに相当する共振周波数が観察され、その周波数で超音波送受波器を駆動させることが可能となる。
本発明は、車のバックセンサのみならず、防滴型超音波送受波器が利用されている様々な分野に適用できる。
１ 圧電素子
２ 有底筒状ケース
３ 吸音材
４ 封止剤
５ａ 入出力リード
５ｂ 入出力リード
６ コネクタ付きワイヤーリード
７ａ 有低筒状ケースの底面内部に設けた溝
７ｂ 有低筒状ケースの底面内部に設けた溝
８ 有底筒状ケースの薄肉部に固定する板
９ 中央をくりぬいた圧電素子
１０ 圧電素子９のくりぬき部に接着されたもう一枚の圧電素子
２ 有底筒状ケース
３ 吸音材
４ 封止剤
５ａ 入出力リード
５ｂ 入出力リード
６ コネクタ付きワイヤーリード
７ａ 有低筒状ケースの底面内部に設けた溝
７ｂ 有低筒状ケースの底面内部に設けた溝
８ 有底筒状ケースの薄肉部に固定する板
９ 中央をくりぬいた圧電素子
１０ 圧電素子９のくりぬき部に接着されたもう一枚の圧電素子
Claims (4)
- 有底筒状ケースの底面内部に圧電素子を貼り合わせてユニモルフ振動子を形成し、この振動体のケース外側面にて超音波の送信、受信を行う超音波送受波器において、有底筒状ケースの圧電素子接着面に１本の連続した溝を設け、その溝部分を覆うように圧電素子を貼り合わせたことを特徴とする超音波送受波器。
- 有底筒状ケースの圧電素子接着面に複数の溝を２重以上になるように設け、その溝部分の全体ないしは一部を覆うように圧電素子を貼り合わせたことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
- 有底筒状ケースの圧電素子接着面に設ける凹部が、溝ではなく薄肉部であることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
- 内部をくりぬいた圧電素子を有底筒状ケースに貼り合わせ、そのくりぬき部に、くりぬき部よりも小さく且つくりぬき部に接触しないような形状の圧電素子を挿入し、有底筒状ケースに貼り合わせたことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
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| JP2007221522A JP5111977B2 (ja) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | 超音波送受波器 |
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-
2007
- 2007-08-28 JP JP2007221522A patent/JP5111977B2/ja active Active
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|---|---|
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