JP2020102659A - Ultrasonic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサとして用いる超音波トランスデューサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic transducer used as a sensor.
特許文献1には、車両の駐車時及び旋回時等における路面の障害物との接触可能性を検出し、運転者に警告する装置に使用する車両用(車載用の)クリアランスソナーに用いる超音波センサ(本願の超音波トランスデューサの一例)が記載されている。この超音波センサは、圧電振動子と、横断面形状がほぼ円形であり、内底面を有するセンサ筐体とを有する。圧電振動子は、この内底面上の中心位置に接着剤等により固着されている。この超音波センサの振動面(本願のダイアフラム)は、圧電振動子を固着したセンサ筐体の底面の一部である。センサ筐体の内部は中空部が形成され、一面が開口されている。センサ筐体の外形は、開口部側がその左右で円弧状に一部が切り落されて外段部が形成されている。中空部は、センサ筐体の外形に沿う形で内部が小判状の形状(小判形状)に削られて形成されており、その軸方向のほぼ中間部には、内段部が形成されている。外段部及び内段部は、小判形状の側面に沿って設けられている。これにより、振動面からの超音波の指向性を狭くしている。なお、この小判形状としては、長軸が垂直方向に沿う小判形状が示されている。
特許文献2には、音響レンズの対物側端面に設けられた凹面レンズ上に直接、3個の互いに独立した円形及び同心円環状圧電トランスデューサ(本願の圧電素子の一例)を形成して成る円錐状集束型超音波探触子(本願の超音波トランスデューサの一例)が記載されている。超音波探触子は、電気的入力を超音波に変換し、被検体表面或は内部にビームを集束して照射し、被検体で一部散乱、吸収された後、反射されてきた超音波ビームを検出し、再び電気信号に変換して出力する機能を有する。これら機能は、超音波探触子の構成要素である音響レンズと圧電トランスデューサによって行われる。圧電トランスデューサは、電気/超音波変換と超音波信号検出を行う。音響レンズは超音波のビーム集束を行う。
In
車載用の超音波トランスデューサ、特に、路面の障害物を検出するセンサであるソナー用途の超音波トランスデューサには、飛び石対策が要請される。また、車載用の超音波トランスデューサには、たとえば、車両の上下方向の指向性を狭くし、左右方向の指向性を広くするなどの、指向性の制御が望まれる。 On-vehicle ultrasonic transducers, especially ultrasonic transducers for sonar applications, which are sensors for detecting obstacles on the road surface, require countermeasures against flying stones. In addition, for the ultrasonic transducer mounted on the vehicle, directivity control such as narrowing the vertical directivity of the vehicle and widening the horizontal directivity is desired.
上記の飛び石対策としては、例えば、ダイアフラムの厚板化が考えられる。特許文献1に記載された超音波トランスデューサは、ダイアフラムを厚板化した場合、この厚板化に対応して共振周波数の変化を補正するためには、ダイアフラムの面積を増大させる必要がある。超音波トランスデューサは通常、外形が円形(形状が円筒状)に形成されるため、特許文献1に記載された超音波トランスデューサのダイアフラムは、その面積の増大に伴って小判形状から円形に近づくように形成せざるを得ない。そうすると、特許文献1に記載された超音波トランスデューサでは、指向性の制御ができなくなってしまう。つまり、特許文献1に記載された超音波トランスデューサでは、任意の指向性を得られない。
As a countermeasure against the above flying stones, for example, a thick diaphragm plate can be considered. In the ultrasonic transducer described in
特許文献2に記載された超音波トランスデューサは、円錐状に超音波を集束するが、直交する二方向、たとえば、車両の上下方向(垂直方向)と左右方向(水平方向)とで異なる指向性を持たせることは考慮されていない。
The ultrasonic transducer described in
本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、任意の指向性をもたせた超音波トランスデューサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic transducer having an arbitrary directivity.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波トランスデューサの特徴構成は、少なくとも、外表面が曲面として形成されており、内表面に圧電素子が接合されたダイアフラムを備え、前記外表面は、前記ダイアフラムが前記圧電素子の振動により超音波を放射した場合のメインビームの軸心を含む仮想面と交差する交線部分が、外側もしくは内側に凸の曲線を含む点にある。 The characteristic configuration of the ultrasonic transducer according to the present invention for achieving the above object, at least, the outer surface is formed as a curved surface, a piezoelectric element is bonded to the inner surface of the diaphragm, the outer surface, An intersecting line portion that intersects an imaginary plane including the axis of the main beam when the diaphragm radiates ultrasonic waves due to the vibration of the piezoelectric element is at a point including a curved curve on the outer side or the inner side.
上記構成によれば、ダイアフラムの外表面が、超音波の送受信側の面になる。また、メインビームの軸心を含む仮想面と交差する交線部分は、ダイアフラムの仮想面における断面の外形に対応する。そして、この断面の外形に対応する交線部分が、凸形状(外側に凸)もしくは凹形状(内側に凸)になる。 According to the above configuration, the outer surface of the diaphragm serves as a surface on the ultrasonic wave transmitting/receiving side. Further, the intersecting line portion that intersects the virtual plane including the axis of the main beam corresponds to the outer shape of the cross section of the diaphragm on the virtual plane. The intersecting line portion corresponding to the outer shape of this cross section has a convex shape (convex outward) or a concave shape (convex inward).
このように、交線部分が凹形状とされることで、交線部分が直線状とされる場合に比べて、ダイアフラムから発信される超音波のビーム(本願では、いわゆるメインビームの意味)の指向性が挟角化される。凹形状の調整により、このビームの指向性を鋭く挟角化することも可能である。 In this way, by making the intersecting line portion concave, compared to the case where the intersecting line portion is linear, the ultrasonic beam emitted from the diaphragm (in the present application, so-called main beam) The directivity is narrowed. By adjusting the concave shape, the directivity of this beam can be sharply included.
このように、交線部分が凸形状とされることで、交線部分が直線状とされる場合に比べて、ダイアフラムから発信される超音波のビームの指向性が広角化される。凸形状の調整により、このビームの指向性を極めて広角化することも可能である。 By thus forming the intersecting line portion in a convex shape, the directivity of the beam of ultrasonic waves transmitted from the diaphragm is made wider than in the case where the intersecting line portion is formed in a straight line shape. By adjusting the convex shape, it is possible to make the beam directivity extremely wide.
このように、外表面が曲面で形成されたダイアフラムにおいて、上記の交線部分を凹形状としたり、凸形状としたりすることで、任意の指向性をもたせた超音波トランスデューサを提供することができる。 As described above, in the diaphragm whose outer surface is formed by the curved surface, by forming the intersecting line portion into a concave shape or a convex shape, it is possible to provide an ultrasonic transducer having an arbitrary directivity. ..
本発明に係る超音波トランスデューサの更なる特徴構成は、前記曲線が円弧線を含む点にある。 A further characteristic configuration of the ultrasonic transducer according to the present invention is that the curved line includes an arc line.
上記構成によれば、交線部分の曲線の少なくとも一部を円弧に沿う形状とできる。これにより、ダイアフラムの外表面の形状の設計や製作が容易になる。たとえば、ダイアフラムの外表面の加工が容易になる。 According to the above configuration, at least a part of the curve of the intersecting line portion can have a shape along the arc. This facilitates the design and manufacture of the shape of the outer surface of the diaphragm. For example, the outer surface of the diaphragm can be easily processed.
本発明に係る超音波トランスデューサの更なる特徴構成は、前記仮想面である第一仮想面に対応する前記曲線である第一曲線と、前記仮想面であり、前記第一仮想面と直交する第二仮想面に対応する第二曲線との凹凸関係が互いに逆である点にある。 A further characteristic configuration of the ultrasonic transducer according to the present invention is a first curve that is the curve corresponding to the first virtual surface that is the virtual surface, and the virtual surface that is orthogonal to the first virtual surface. This is that the concavo-convex relationship with the second curve corresponding to the two virtual surfaces is opposite to each other.
上記構成によれば、ダイアフラムの外表面がいわゆる鞍型の形状になる。これにより、ダイアフラムの表面が平面の場合に比べて、直交する二方向に対して、一方の方向の指向性を挟角化し、他方の方向の指向性を広角化することができる。 According to the above configuration, the outer surface of the diaphragm has a so-called saddle shape. As a result, the directivity in one direction can be narrowed and the directivity in the other direction can be widened with respect to the two orthogonal directions, compared to the case where the surface of the diaphragm is flat.
たとえば第一仮想面が水平面であって、さらに第一曲線が外側に凸であり、かつ、第二仮想面が垂直面であって、さらに第二曲線が内側に凸である場合、上記外表面が平面の場合に比べ、垂直方向の指向性を狭角化しつつ、水平方向の指向性を広角化することができる。 For example, when the first virtual plane is a horizontal plane, the first curve is convex outward, and the second virtual plane is a vertical plane, and the second curve is convex further inward, the outer surface is It is possible to widen the horizontal directivity while narrowing the vertical directivity as compared with the case where the plane is flat.
すなわち、一方の方向(たとえば、垂直方向)の指向性を狭角化しつつ、直交する他方の方向(垂直方向に直交する水平方向)の指向性を広角化するような指向性を得たい場合、ダイアフラムの表面が平面である場合に比べて、ダイアフラムの一方の方向(垂直方向)における寸法を短くし、ダイアフラムの他方の方向(水平方向)における寸法を長くすることができる。 That is, when it is desired to obtain directivity that narrows the directivity in one direction (for example, the vertical direction) and widens the directivity in the other orthogonal direction (the horizontal direction orthogonal to the vertical direction), The dimension of the diaphragm in one direction (vertical direction) can be shortened, and the dimension of the diaphragm in the other direction (horizontal direction) can be lengthened as compared with the case where the surface of the diaphragm is flat.
特許文献1に記載された超音波トランスデューサとの対比により説明すると、特許文献1に記載された超音波トランスデューサのダイアフラムは、長軸が垂直方向に沿う小判形状であったのに対し、本発明に係る超音波トランスデューサのダイアフラムは、より円形に近い形状にすることができる。すなわち、ダイアフラムの形状を、より小さい円内に収まる小判形状や円形状として、超音波トランスデューサの外径を小さくすることができる。超音波トランスデューサの外径を小さくすることで、これを用いたセンサを小型化でき、車両への搭載性及び車両の意匠性も向上させることができる。
Explaining in comparison with the ultrasonic transducer described in
本発明に係る超音波トランスデューサの更なる特徴構成は、前記曲線は、前記軸心と交差する中央曲線部と、当該中央曲線部の両端の端部曲線部とを有し、前記曲線が外側に凸の場合、前記端部曲線部は前記中央曲線部よりも曲率が小さく、前記曲線が内側に凸の場合、前記端部曲線部は前記中央曲線部よりも曲率が大きい点にある。 A further characteristic configuration of the ultrasonic transducer according to the present invention is that the curved line has a central curved line portion that intersects the axis and end curved portions at both ends of the central curved line portion, and the curved line is outside. In the case of being convex, the end curved portion has a smaller curvature than the central curved portion, and in the case of the curve being convex inward, the end curved portion has a larger curvature than the central curved portion.
上記構成によれば、ダイアフラムの端部で放射される超音波がダイアフラムの径方向外側に広がりすぎないように調整できる。換言すると、超音波のビームが必要以上に広角になることを抑制できる。これにより、超音波トランスデューサをソナーなどのセンサとして用いた場合の検知範囲の制御性が向上する。検知範囲の制御性の向上の一例として、検知範囲の設定を容易もしくは簡易にする。他の例としては、検知範囲として設定した範囲における検知精度が均質化する。 According to the above configuration, it is possible to adjust the ultrasonic waves radiated at the end portion of the diaphragm so as not to spread too far to the outside in the radial direction of the diaphragm. In other words, it is possible to prevent the ultrasonic beam from becoming wider than necessary. This improves controllability of the detection range when the ultrasonic transducer is used as a sensor such as sonar. As an example of improving controllability of the detection range, setting of the detection range is facilitated or simplified. As another example, the detection accuracy becomes uniform in the range set as the detection range.
任意の指向性をもたせた超音波トランスデューサを提供することができる。 An ultrasonic transducer having an arbitrary directivity can be provided.
図面に基づいて、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサについて説明する。 An ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔ソナー全体の構成〕
図1には、障害物などの検出対象Bを検出するソナー200を図示している。ソナー200は、超音波Wを発信して検出対象Bを検出する超音波センサとしての超音波トランスデューサ100、超音波トランスデューサ100に交流電流を供給して超音波Wを発信させる電源回路9、及び超音波トランスデューサ100が反射波Rを受信して変換した交流電流の電流変化に基づいて検出対象Bの位置や大きさを特定する検出装置90を有する。なお、反射波Rは、超音波Wが検出対象Bにより反射した超音波である。電源回路9は、所望の交流電流もしくは交流電圧を発生させる交流電流源や交流電圧源などである。
[Overall configuration of sonar]
FIG. 1 illustrates a
〔トランスデューサ全体の構成〕
超音波トランスデューサ100は、圧電素子1が接着により貼付(接合の一例)されたダイアフラム2と、ダイアフラム2を底とした有底筒状の本体3とを有する。超音波トランスデューサ100は、一対の信号線91を介して電源回路9及び検出装置90と電気的に接続されている。なお、検出装置90は、一対の信号線91からそれぞれ分岐した一対の信号線92を介して超音波トランスデューサ100と接続されている。
[Configuration of the entire transducer]
The
〔圧電素子〕
圧電素子1は、電圧の印加により歪を生ずる部材である。圧電素子1は、交流電流の供給(交流電圧の印加)による伸縮を繰り返す振動を生ずる。圧電素子1の材料として、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛、lead zirconate titanate)や、BaTiO3(チタン酸バリウム、barium titanium(IV) oxide)などがある。圧電素子1の一方の電極は、ダイアフラム2の内表面21に貼付され、ダイアフラム2と電気的に接続されている。圧電素子1は、信号線91の一方と電気的に接続されている。
〔Piezoelectric element〕
The
〔本体〕
本体3は、円筒状の筒部30と、筒部30の一端を閉じる底になるダイアフラム2とを有する有底筒状に形成されている。本体3はこの有底筒の内部に圧電素子1を収容している。
[Body]
The
筒部30及びダイアフラム2は、たとえばアルミニウムなどの金属を主体とした導電性材料で形成され、筒部30とダイアフラム2は電気的に接続されている。筒部30は直胴の筒状に形成されている。筒部30は、信号線91の他方と電気的に接続されている。なお、筒部30と電気的に接続された信号線91は、グランドGに接続されて接地されている。つまり圧電素子1の他方の電極は、ダイアフラム2、筒部30、及び信号線91の他方を介してグランドGに電気的に接続されている。
The
ダイアフラム2は、圧電素子1の逆圧電効果により、振動し、外表面20から外部へ超音波Wを発信する部材である。また、ダイアフラム2は、外部から超音波(反射波R)を受信して圧電素子1に歪を生じさせる部材である。ダイアフラム2からは、超音波Wのビームとして、メインビームMと、場合により、メインビームMの径方向外側に向くサイドローブ(図示せず)とが放射される。本実施形態では、ダイアフラム2は、図2に示すように、外表面20側の正面視において外形が円形状である。
The
図1の軸Pは、メインビームMの軸心である。軸Pは、メインビームMの径方向における半値角の中心である。本実施形態では、軸Pの延在方向は、ダイアフラム2における外表面20側の、正面視における外形の中心と一致する。また、本体3の筒部30の、筒の延在方向における軸心と一致する。
The axis P in FIG. 1 is the axis of the main beam M. The axis P is the center of the half-value angle in the radial direction of the main beam M. In the present embodiment, the extending direction of the axis P coincides with the center of the outer shape of the
軸Pを延在させた場合のダイアフラム2の外表面との交点を、以下では交点Qと記載する。本実施形態では、以下、メインビームMを単に超音波Wとして説明する。
An intersection with the outer surface of the
本実施形態のダイアフラム2は筒部30と一体に形成されダイアフラム2が底部となる有底筒状を成しており、筒部30と電気的に接続されている。本実施形態では、ダイアフラム2の外表面20における外周部分は筒部30の端部よりなる。これにより、ダイアフラム2や筒部30などの本体3の加工が容易となり低コスト化が可能となる。
The
ダイアフラム2の内表面21には圧電素子1が貼付されている。
The
〔ダイアフラムの形状〕
ダイアフラム2は、図1に示すように、少なくとも外表面20が曲面として形成されている。なお、本実施形態では、ダイアフラム2の内表面21も曲面である。
[Shape of diaphragm]
As shown in FIG. 1, at least the
本実施形態では、ダイアフラム2は、図2に示すように、外表面20側の正面視において外形が円形状である。図2には、軸P(図1参照)を含む(軸Pと平行であって)それぞれ異なる仮想面S1,S2と外表面20とが交差する仮想線としての交線(交線部分の一例)を、それぞれ交線L1,L2(それぞれ第一曲線及び第二曲線の一例)として図示している。交線L1は、軸Pを含む仮想面である第一仮想面S1と外表面20との交線である。交線L2は、軸Pを含み、第一仮想面S1と直交する仮想面である第二仮想面S2と外表面20との交線である。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
ダイアフラム2は、軸Pを含む仮想面S1,S2と交差する交線部分としての交線L1,L2が、外側もしくは内側に凸の曲線を含む。本実施形態では、ダイアフラム2の外表面20において、軸Pを含む仮想面と交差する交線L1,L2が、外側もしくは内側に凸の円弧(曲線の一例、円弧線の一例)である。なお、内側に凸とは、外表面20側からみて凹部の意味である。交線L1,L2は、それぞれ交点Qを通過する。交線L1,L2は、交点Qにおいて直交する。
In the
図3には、交線L1が外側に凸の一つの円弧である場合の、交線L1を含む超音波トランスデューサ100の断面を図示している。この図3に示す超音波トランスデューサ100の断面は、第一仮想面S1(図2参照)の断面に対応する。
FIG. 3 illustrates a cross section of the
詳述すると、交線L1が外側に凸の一つの円弧である場合、ダイアフラム2の交線L1に平行な平面による断面は、超音波Wの放射方向(軸Pに沿う方向)に対して凸形状になる。
More specifically, when the intersecting line L1 is one arc that is convex outward, the cross section of the
図4には、交線L2が内側に凸の一つの円弧である場合の、交線L2を含む超音波トランスデューサ100の断面を図示している。この図4に示す超音波トランスデューサ100の断面は、第二仮想面S2(図2参照)の断面に対応する。なお、交線L1と交線L2との関係は互いに逆でもよい。
FIG. 4 illustrates a cross section of the
詳述すると、交線L2が内側に凸の一つの円弧である場合、ダイアフラム2の交線L2に平行な平面による断面は、超音波Wの放射方向(軸Pに沿う方向)に対して凹形状になる。
More specifically, when the intersecting line L2 is one arc that is convex inward, the cross section of the
図5には、超音波トランスデューサ100を、外表面20側からみた斜視図を示している。外表面20は、いわゆる鞍型形状である。交線L1は、外表面20における谷の底に沿う。交線L2は、外表面20における尾根もしくは稜線に沿う。
FIG. 5 shows a perspective view of the
外表面20上の仮想線であって、交線L1と直交する交線L2以外の線(図示せず)は、交線L2と同様に、交線L1との交点を頂上とする下に凸の曲線である。
Virtual lines on the
外表面20上の仮想線であって、交線L2と直交する交線L1以外の線(図示せず)は、交線L1と同様に、交線L1との交点を頂上とする上に凸の曲線である。
Virtual lines on the
〔ソナーの使用例〕
図6、図7には、超音波トランスデューサ100を用いたソナー200を搭載した車両CのフロントFを含む前側部分を図示している。図6は、車両Cの側面視の模式図である。図7は、車両Cの上面視の模式図である。車両CのフロントFにおける地面側に変位した位置には、車両の走行方向における前方側にダイアフラム2を向けて、超音波トランスデューサ100が取り付けられている。
[Example of using sonar]
6 and 7 show a front portion including a front F of a vehicle C equipped with a
換言すると、軸P(超音波Wの放射方向)が車両の走行方向に沿い、水平からやや上に向くように超音波トランスデューサ100が取り付けられている。図6及び図7では、交線L2が地面に対する垂直面に沿うように超音波トランスデューサ100が車両Cに固定されている。ダイアフラム2の交線L1(図3参照)に平行な平面による断面は、超音波Wの放射方向(軸Pに沿う方向)に対して凸形状になる。ダイアフラム2の交線L2(図4参照)に平行な平面による断面は、超音波Wの放射方向(軸Pに沿う方向)に対して凹形状になる。
In other words, the
図6に示す角度Q1は、軸Pに平行で地面に垂直な面(図2に示す第二仮想面S2に対応)上における超音波Wの半値角である。 The angle Q1 shown in FIG. 6 is a half-value angle of the ultrasonic wave W on a plane parallel to the axis P and perpendicular to the ground (corresponding to the second virtual plane S2 shown in FIG. 2).
図7に示す角度Q2は、軸Pに平行で地面に垂直な面と直交する面上(図2に示す第一仮想面S1に対応)における超音波Wの半値角である。角度Q1,Q2は、超音波Wの半値角である。それぞれ図3、図4に示すように、交線L1が外側に凸であり、交線L2が内側に凸であるため、本実施形態では、角度Q1(図6参照)は、角度Q2(図7参照)に比べて角度が小さい。 The angle Q2 shown in FIG. 7 is a half-value angle of the ultrasonic wave W on a plane parallel to the axis P and orthogonal to the plane perpendicular to the ground (corresponding to the first virtual plane S1 shown in FIG. 2). The angles Q1 and Q2 are half-value angles of the ultrasonic wave W. As shown in FIGS. 3 and 4, the intersecting line L1 is convex outward and the intersecting line L2 is convex inward. Therefore, in the present embodiment, the angle Q1 (see FIG. 6) is equal to the angle Q2 (see FIG. 6). The angle is smaller than that of (see 7).
超音波トランスデューサ100における外表面20のうち外側に凸の箇所は、交線L1が直線となるような従来の構造に比べて、超音波Wの放射角度や反射波R(それぞれ図1参照)の受信角度を角度Q2まで広くすることができるため、指向性を広くできる。また、超音波トランスデューサ100における外表面20のうち内側に凸の箇所は、交線L2が直線となるような従来の構造と比べて、超音波Wの放射角度や反射波R(それぞれ図1参照)の受信角度を角度Q1まで狭くできるため、指向性を狭くできる。
A portion of the
これにより、超音波トランスデューサ100は、その指向性を、車両Cの走行方向に向けた状態で、地面に垂直な方向おいて狭くして、路面からの不要な反射波の影響を抑制し、地面近傍の障害物のみを精度よく検出可能である。また、超音波トランスデューサ100は、その指向性を、車両Cの走行方向に向けた状態で、車両Cの走行方向における左右方向おいて広くして、車両Cの前方の障害物を広範囲に検出できる。
As a result, the
以上のようにして、任意の指向性をもたせた超音波トランスデューサを提供することができる。 As described above, it is possible to provide an ultrasonic transducer having an arbitrary directivity.
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、交線L1が外側に凸の一つの円弧である場合を例示して説明した。しかしながら、交線L1が外側に凸の一つの円弧を含むものであってもよい。例えば、交線L1の両端が直線状であってもよい。この場合、交線L1の中央(軸Pとの交点)を含む部分を円弧とすればよい。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the case has been described as an example where the line of intersection L1 is one arc that is convex outward. However, the intersecting line L1 may include one arc that is convex outward. For example, both ends of the intersection line L1 may be linear. In this case, the portion including the center of the line of intersection L1 (the point of intersection with the axis P) may be an arc.
(2)上記実施形態では、交線L2が内側に凸の一つの円弧である場合を例示して説明した。しかしながら、交線L2が内側に凸の一つの円弧を含むものであってもよい。例えば、交線L2の両端が直線状であってもよい。この場合、交線L2の中央(軸Pとの交点Q)を含む部分を円弧とすればよい。 (2) In the above embodiment, the case has been described as an example where the line of intersection L2 is one arc that is convex inward. However, the intersecting line L2 may include one arc that is convex inward. For example, both ends of the intersection line L2 may be linear. In this case, the portion including the center of the line of intersection L2 (the point of intersection Q with the axis P) may be an arc.
(3)上記実施形態では、交線L1が外側に凸の一つの円弧である場合を例示して説明した。しかしながら、交線L1が外側に凸の複数の円弧を含むものであってもよい。例えば、図8に示すように、交線L1の中央(軸Pとの交点Q)を含む部分を外側に凸の第一の曲線部(以下、中央曲線部F1と称する)とし、中央曲線部F1の両端に、中央曲線部F1よりも曲率が小さい、外側に凸の第二の曲線部(以下、端部曲線部F2と称する)を設けてもよい。中央曲線部F1と端部曲線部F2との境界は、滑らかに連続させることが好ましい。これにより、ダイアフラム2の外周部における超音波の放射もしくは受信の指向性の不要なひろがりを抑制できる。また、指向性の制御性の向上が図れる。
(3) In the above embodiment, the case has been described as an example where the line of intersection L1 is one arc that is convex outward. However, the line of intersection L1 may include a plurality of arcs that are convex outward. For example, as shown in FIG. 8, a portion including the center of the intersection line L1 (intersection point Q with the axis P) is defined as a first curved portion that is convex outward (hereinafter referred to as a central curved portion F1), and the central curved portion is formed. At both ends of F1, a second curved portion having a curvature smaller than that of the central curved portion F1 and protruding outward (hereinafter, referred to as end curved portion F2) may be provided. It is preferable that the boundary between the central curved portion F1 and the end curved portion F2 be smoothly continuous. As a result, it is possible to suppress the unnecessary spread of the directivity of the radiation or reception of ultrasonic waves in the outer peripheral portion of the
(4)上記実施形態では、交線L2が内側に凸の一つの円弧である場合を例示して説明した。しかしながら、交線L2が内側に凸の複数の円弧を含むものであってもよい。例えば、図9に示すように、交線L2の中央(軸Pとの交点Q)を含む部分を内側に凸の第三の曲線部(以下、中央曲線部F3と称する)とし、中央曲線部F3の両端に、中央曲線部F3よりも曲率が大きい、内側に凸の第四の曲線部(以下、端部曲線部F4と称する)を設けてもよい。中央曲線部F3と端部曲線部F4との境界は、滑らかに連続させることが好ましい。これにより、ダイアフラム2の外周部における超音波の放射もしくは受信の指向性の不要なひろがりを抑制できる。また、指向性の制御性の向上が図れる。
(4) In the above embodiment, the case where the intersection line L2 is one arc that is convex inward has been described as an example. However, the line of intersection L2 may include a plurality of arcs that are convex inward. For example, as shown in FIG. 9, a portion including the center of the intersection line L2 (intersection point Q with the axis P) is defined as a third inwardly convex curved portion (hereinafter referred to as central curved portion F3), and the central curved portion is formed. A fourth inwardly convex curved portion (hereinafter, referred to as end curved portion F4) having a larger curvature than the central curved portion F3 may be provided at both ends of F3. It is preferable that the boundary between the central curved portion F3 and the end curved portion F4 be smoothly continuous. As a result, it is possible to suppress the unnecessary spread of the directivity of the radiation or reception of ultrasonic waves in the outer peripheral portion of the
(5)上記実施形態では、交線L1が外側に凸の一つの円弧であり、交線L2が内側に凸の一つの円弧であり、交線L1,L2は、交点Qにおいて直交し、図5に示すように、外表面20がいわゆる鞍型形状である場合を例示した。そして、外表面20上の仮想線であって、交線L1と直交する線(図示せず)は、交線L2と同様に、交線L1との交点を頂上とする下に凸の曲線である場合を説明した。また、外表面20上の仮想線であって、交線L2と直交する線(図示せず)は、交線L1と同様に、交線L1との交点を頂上とする上に凸の曲線である場合を説明した。しかしながら、交線L1,L2のいずれか一方を直線状とする形状、すなわち、外表面が内側に凸のみを有する形状(交線L1が直線状)又は外側に凸のみを有する形状(交線L2が直線状)にしてもよい。
(5) In the above embodiment, the intersecting line L1 is one arc that is convex outward, the intersecting line L2 is one arc that is convex inward, and the intersecting lines L1 and L2 are orthogonal to each other at the intersecting point Q. As shown in FIG. 5, the case where the
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 Note that the configurations disclosed in the above-described embodiments (including other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in other embodiments, as long as no contradiction occurs. The embodiments disclosed in the present specification are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified within a range not departing from the object of the present invention.
本発明は、センサとして用いる超音波トランスデューサに適用できる。 The present invention can be applied to an ultrasonic transducer used as a sensor.
1 :圧電素子
2 :ダイアフラム
3 :本体
9 :電源回路
20 :外表面
21 :内表面
30 :筒部
90 :検出装置
100 :超音波トランスデューサ
200 :ソナー
B :検出対象
F1 :中央曲線部
F2 :端部曲線部
F3 :中央曲線部
F4 :端部曲線部
L1 :交線(交線部分、第一曲線)
L2 :交線(交線部分、第二曲線)
M :メインビーム
P :軸(軸心)
Q :交点
R :反射波
S1 :第一仮想面(仮想面)
S2 :第二仮想面(仮想面)
W :超音波
1 :Piezoelectric element 2 :Diaphragm 3 :Main body 9 :Power supply circuit 20 :Outer surface 21 :Inner surface 30 :Cylinder part 90 :Detecting device 100 :Ultrasonic transducer 200 :Sonar B :Detection target F1: Central curve part F2 :End Part curve part F3: central curve part F4: end curve part L1: intersection line (intersection line part, first curve)
L2: Line of intersection (line of intersection, second curve)
M: Main beam P: Shaft (axis center)
Q: intersection R: reflected wave S1: first virtual surface (virtual surface)
S2: Second virtual surface (virtual surface)
W: Ultrasound
Claims (4)
前記外表面は、前記ダイアフラムが前記圧電素子の振動により超音波を放射した場合のメインビームの軸心を含む仮想面と交差する交線部分が、外側もしくは内側に凸の曲線を含む超音波トランスデューサ。 At least, the outer surface is formed as a curved surface, the inner surface is provided with a diaphragm to which a piezoelectric element is bonded,
The outer surface is an ultrasonic transducer in which an intersecting line portion intersecting an imaginary plane including an axis of a main beam when the diaphragm radiates an ultrasonic wave by the vibration of the piezoelectric element includes a curve which is convex outward or inward. ..
前記曲線が外側に凸の場合、前記端部曲線部は前記中央曲線部よりも曲率が小さく、
前記曲線が内側に凸の場合、前記端部曲線部は前記中央曲線部よりも曲率が大きい請求項1から3のいずれか一項に記載の超音波トランスデューサ。 The curved line has a central curved line portion that intersects with the axis, and end curved line portions at both ends of the central curved line portion,
When the curve is convex outward, the end curve portion has a smaller curvature than the central curve portion,
The ultrasonic transducer according to any one of claims 1 to 3, wherein when the curve is convex inward, the end curve portion has a larger curvature than the central curve portion.
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