JP2011035465A - 超音波送受波器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の超音波送受波器のにおいては、共振特性が安定した音圧感度も高い高性能なセンサを市場に提供するには有底筒状ケースをアルミニウム等の金属製で精度良く加工する必要があり製造コストが高くセンサ製品自体の価格を下げることが出来なかったためバックセンサシステムの価格を上げ、グレードが高い自動車以外にはなかなか普及がすすなまい問題がある。
【解決手段】超音波送受波器において、有底筒状ケースをエポキシ系等の硬度の高い材料でケースを成形する事により従来の音圧感度などの性能を維持したままでセンサのコストを下げた超音波送受波器を市場に提供できる。エポキシ樹脂に石英粉またはカーボンファイバーを多量に含有した複合材料を使用することで、高い音響特性を確保できる
【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。

図１は、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表す。図１において、アルミニウム材等からなる有底筒状ケース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構成する。圧電素子１の有底筒状ケース６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６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６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６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、ウレタン材等から成る封止剤４を有底筒状ケース６内に充填し構成する。

共振特性が安定して高く、音圧感度を得ることができるアルミニウム等の金属が有底筒状ケースの材料としてい広く使用されている。

樹脂材料を有底筒状ケースの材料とした超音波送受信器が開発されている。特許文献１の超音波送受信器では、有底筒状ケースの材料としてエポキシ樹脂が使用されている。エポキシ樹脂は、樹脂材料の中では耐水性、耐薬品性、耐熱性のいずれにも優れている。
特許公開２００６−１０６９８０ 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

エポキシ樹脂は耐久性に優れた材料であるが、従来から使用されてきたアルミ材料を比べると、反射感度が低いという問題があった。

請求項１の発明では、エポキシ樹脂をベースとした材料を成形してな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なる、超音波送受信器において、有底筒状ケースが二酸化珪素の結晶体、またはカーボンファイバー、または珪酸アルミニウムの粉体の少なくともいずれか１つを少なくとも１０％以上含む複合材料を使用したことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１に記載の有底筒状ケースの二酸化珪素の結晶体の含有率が７０％以上であることを特徴とする。二酸化珪素の結晶体の含有率を高めることで、アルミ材料に近い音圧または反射感度を実現する。

請求項３の発明では、請求項１に記載の有底筒状ケースのカーボンファイバーの含有率が３０％以上であることを特徴とする。カーボンファイバーの含有率を高めることで、アルミ材料に近い音圧または反射感度を実現する。

二酸化珪素またはカーボンファイバーまたは珪酸アルミニウムの粉体の含有率の高い複合材料を使用することで、従来のエポキシ樹脂よりも音響特性にすぐれた音響特性を持つ超音波送受信器が実現可能となる。バックセンサ市場に高性能で安価なセンサを提供できるためバックセンサシステム等の障害物検知システム自体の価格を下げることが出来、今まで搭載出来なかったグレートの車両でも採用されることが期待できる。

図２に本発明の実施の形態の関わる超音波送受波器の概略縦断面を表す。有底筒状ケース２の底面内部に折返し電極を有する圧電素子７を貼り合わせ、ユニモルフ振動子を構成する。有底筒状ケース２は、例えば二酸化珪素の結晶（石英粉）の含有率が約７０％、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の含有率が約１０％のエポキシ樹脂ベースの複合材料を成形したものである。またはカーボンファイバーの含有率が約５０％、珪酸アルミニウムが約２０％、エポキシ樹脂が約１５％の複合材料である。または、二酸化珪素の結晶とカーボンファイバーの両方を高い含有率で含む複合材料である。従来は、例えばアルミ合金が広く使用されている。ケース２は共振周波数が４６ｋＨｚになるように設計されている。折返し電極を有する圧電素子７に設けられた＋側電極７ａと−側電極７ｂにはリード線５が半田付けによって接続されている。リード線５の一端は、ワイヤーハーネス６に半田付けされている。圧電素子１の上面に発泡シリコン等から成る吸音材３を載置して、その上からシリコン材、ウレタン材等から成る封止剤４が有底筒状ケース２内部に充填されている。

図３に反射感度波形を示す。図３ａはアルミ合金の場合、図３ｂは本発明を実施した二酸化珪素の結晶を約７０％含むエポキシ樹脂の場合である。アルミ合金と同等以上の反射感度が得られている。

図４にエポキシ樹脂と硬化剤と二酸化珪素の結晶体とカーボンファイバーとからなる複合材料の組成図を示す。図中の○の成分比率の場合は、良好な音響特性が得られると考えられる。

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。

従来の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図 本発明の形態に関わる超音波送受波器の概略縦断面図 反射感度の比較（本発明の場合、アルミの場合）

１ 圧電素子
２ 有底筒状ケース
３ 吸音材
４ 封止材
５ リード線
５ａ 入出力リード
５ｂ 入出力リード
６ ワイヤーハーネス
７ 折返し電極を有する圧電素子

Claims (3)

1. エポキシ樹脂をベースとした材料を成形してな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なる、超音波送受信器において、有底筒状ケースが二酸化珪素の結晶体、またはカーボンファイバー、または珪酸アルミニウムの粉体の少なくともいずれか１つを少なくとも１０％以上含む複合材料であることを特徴とする超音波送受信器
2. 前記有底筒状ケースの二酸化珪素の結晶体の含有率が７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信器
3. 前記有底筒状ケースのカーボンファイバーの含有率が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信器

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