JP4766112B2 - 超音波センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波センサおよびその製造方法に関し、特にたとえば、自動車のバックソナーまたはコーナソナーなどに用いられる防滴型の超音波センサおよびその製造方法に関する。

図２１は、従来の超音波センサの一例を示す正面図解図であり、図２２は、その超音波センサのＡ−Ａ断面での平面図解図である。超音波センサ１は、アルミニウムなどの金属で形成された有底略４角筒状のケース２を含む。この超音波センサ１では、所望の指向性を得るために、ケース２は、その内側に凹部が設けられ、矩形状もしくは長円形状の開口部を有する。ケース２内部の底面には、圧電素子３の一方面が接着剤で接着される。また、ケーブル４の一方の信号線４ａが、ケース２の内側面に半田付けされ、ケース２を介して圧電素子３の一方面の電極に電気的に接続される。さらに、ケーブル４の他方の信号線４ｂが、圧電素子３の他方面の電極に半田付けされて電気的に接続される。また、圧電素子３の他方面上には、たとえばフェルトからなる吸音材５が配置される。さらに、ケース２内部には、シリコンゴムやウレタンゴムなどからなる絶縁性樹脂６が充填される。この絶縁性樹脂６によって、圧電素子３および吸音材５が密閉状態に封止されるとともに、信号線４ａ，４ｂが絶縁される。

この超音波センサ１を用いて被検出物までの距離を測定する場合、ケーブル４の信号線４ａ，４ｂに駆動電圧を印加することにより、圧電素子３が励振される。圧電素子３の振動により、ケース２の底面も振動し、その底面に直交する向きに超音波が発せられる。超音波センサ１から発せられた超音波が被検出物で反射し、超音波センサ１に到達すると、圧電素子３が振動して電気信号に変換され、ケーブル４の信号線４ａ，４ｂから電気信号が出力される。したがって、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサ１から被検出物までの距離を測定することができる（特許文献１参照）。
なお、この超音波センサ１は共振周波数が４０ｋＨｚであり、超音波センサ１において駆動電圧を印加したときの残響特性を図２３のグラフに示す。

特開平９−２８４８９６号公報

図２１に示す超音波センサ１では、次のような問題点がある。
まず、圧電素子３をケース２の底面に接着剤を用いて接着しているため、接着剤の量や接着位置がばらつき、超音波の送受信特性にばらつきが発生しやすい。
また、所望の指向性を得るために金属からなるケース２を複雑な形状に形成する必要があり、ケース２の作製ばらつきにより送受信特性がばらついてしまいやすい。
さらに、ケース２が金属からなるので、圧電素子３の接着部においてケース２が酸化することがあり、超音波の送受信特性がばらついてしまいやすい。

それゆえに、この発明の主たる目的は、安定した送受信特性が得られ、簡単かつ安価な方法で所望の指向性が得られる超音波センサおよびその製造方法を提供することである。

この発明にかかる超音波センサは、圧電素子と、圧電素子を収納するための筒状の側面部および側面部の一端の開口部から側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、屈曲部の内面側の端部に圧電素子を配置するための凹部が形成され、凹部に配置された圧電素子および屈曲部により開口部が塞がれたベースと、ベースの外側から圧電素子の外面およびベースの外面を覆うように形成された外装材とを備え、外装材は樹脂を充填して硬化されることにより圧電素子に固定されていることを特徴とする、超音波センサである。
この発明にかかる超音波センサでは、外装材が駆動時にベンディング振動することが好ましい。
この発明にかかる超音波センサは、たとえば、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された柱状のウエイトをさらに備えてもよい。また、この発明にかかる超音波センサは、たとえば、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された筒状のウエイトをさらに備えてもよい。これらの場合、ウエイトは、ベースの材料および外装材の材料より密度の大きい材料で形成されることが好ましい。
また、この発明にかかる超音波センサでは、圧電素子を複数有し、ベースを複数の圧電素子に対応して複数有し、外装材は、複数の圧電素子の外面および複数のベースの外面を覆うように形成されてもよい。
この発明にかかる超音波センサの製造方法は、圧電素子と、圧電素子を収納するための筒状の側面部および側面部の一端の開口部から側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、屈曲部の内面側の端部に圧電素子を配置するための凹部が形成され、凹部に配置された圧電素子および屈曲部によりその開口部が塞がれたベースと、ベースの外側から圧電素子の外面およびベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えた超音波センサを製造するための超音波センサの製造方法であって、圧電素子およびベースを用意する工程と、ベースの凹部に圧電素子を配置する工程と、凹部に配置された圧電素子の外面およびベースの外面を覆うための有底の充填型に、凹部に配置された圧電素子およびベースを挿入する工程と、圧電素子およびベースと充填型との間に外装材の材料を充填して、圧電素子の外面およびベースの外面と充填型の内面との間に外装材を形成する工程と、外装材から充填型を除去する工程とを備えたことを特徴とする、超音波センサの製造方法である。
この発明にかかる超音波センサの製造方法では、超音波センサは、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成されたウエイトをさらに備えた超音波センサであり、ウエイトを用意する工程と、凹部に圧電素子が配置されたベースの内面に接するようにウエイトをベースに挿入して、ウエイトをベースの内面に接着する工程とをさらに備えてもよい。

この発明にかかる超音波センサでは、ベースの屈曲部に形成された凹部に圧電素子が配置されるので、圧電素子を精度よく配置することができ、送受信特性のばらつきを小さくすることができる。
また、この発明にかかる超音波センサでは、ベースの屈曲部の内面側に形成された凹部に圧電素子が配置されているので、ベースの屈曲部の外面側（送受信側）に圧電素子を配置した場合に比べて、圧電素子の送受信側の面に形成される外装材の厚み（量）が多くなり、圧電素子の表裏面での振動の伝わるバランスが崩れて、たわみが発生しやすくなり、大きな振幅の振動となるベンディング振動が発生して、所望の送受信特性が得られる。なお、ベースの屈曲部の送受信側に圧電素子を配置した場合、圧電素子の送受信側の面に形成される外装材の厚み（量）が少なくなり、十分な特性が得られない。それに対して、この発明にかかる超音波センサのように、圧電素子の表裏面での外装材などの厚み（量）の差を大きくするほど、たわみやベンディング振動が発生しやすくなり、超音波センサとしての音圧や感度の特性が向上し、所望の送受信特性が得られる。
この発明にかかる超音波センサにおいて、ベースに挿入されくぼみ部が形成されたウエイトを備える場合には、ウエイトのくぼみ部の形状を変えることによって指向性を変えることができ、簡単な構造で指向性を制御することができる。また、この場合、ウエイトによってベースの側面部の不要な振動が抑制されるので、必要な振動面だけを効率よく振動することができる。さらに、この場合、ウエイトをベースの材料および外装材の材料より密度の大きい材料で形成することによって、ベースの側面部の不要な振動をさらに抑制することができる。
また、この発明にかかる超音波センサにおいて、くぼみ部が形成されたウエイトを備える場合には、ウエイトのくぼみ部に吸音材を設けることによって、残響特性を改善することができる。この場合、ウエイトが筒状のウエイトであれば、ウエイト内にも吸音材を設けることによって、残響特性をさらに改善することができる。
さらに、この発明にかかる超音波センサでは、外装材が複数の圧電素子の外面および複数のベースの外面を覆うように形成されている場合には、複数の圧電素子などを有する複雑なものを容易に製造することができるとともに、障害物などの被検出物までの距離を測定することができるだけでなく被検出物への角度も測定することができるようになる。

この発明によれば、安定した送受信特性が得られ、簡単かつ安価な方法で所望の指向性が得られる超音波センサが得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明にかかる超音波センサの一例を示す平面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 図１に示す超音波センサに用いられるウエイトを示す斜視図である。 図１に示す超音波センサを製造する工程を示す正面図解図である。 図１に示す超音波センサを製造する工程を示す側面図解図である。 図１に示す超音波センサにおいて駆動電圧を印加したときの残響特性を示すグラフである。 図１に示す超音波センサにおいてウエイトに形成されたくぼみ部の長手方向が垂直方向に配置された場合の水平方向における指向性を示すグラフである。 図１に示す超音波センサにおいてウエイトに形成されたくぼみ部の長手方向が垂直方向に配置された場合の垂直方向における指向性を示すグラフである。 （Ａ）はこの発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトの他の例を示す平面図であり、（Ｂ）はその正面断面図である。 （Ａ）はこの発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、（Ｂ）はその正面図である。 （Ａ）はこの発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、（Ｂ）はその正面断面図である。 （Ａ）はこの発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、（Ｂ）はその正面断面図である。 この発明にかかる超音波センサの他の例を示す平面図である。 図１４の線ＸＶ−ＸＶにおける断面図である。 この発明にかかる超音波センサのさらに他の例を示す平面図である。 図１６の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。 図１６の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。 図１６に示す超音波センサを製造する工程を示す平面図である。 図１６に示す超音波センサを製造する工程を示す正面図解図である。 従来の超音波センサの一例を示す正面図解図である。 図２１に示す超音波センサの平面図解図である。 図２１に示す超音波センサにおいて駆動電圧を印加したときの残響特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 超音波センサ
１２ ベース
１４ 側面部
１６ 屈曲部
１８ 凹部
２０ 圧電素子
２２ａ、２２ｂ リード線
２４ ウエイト
２６ へこみ部
２８ 吸音材
３０ 外装材

図１は、この発明にかかる超音波センサの一例を示す平面図であり、図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。この超音波センサ１０は、たとえば合成樹脂からなるベース１２を含む。ベース１２は、たとえば外径が１３ｍｍで内径が１２ｍｍである円筒状の側面部１４を有する。側面部１４は、後述の圧電素子２０を収納するためのものである。側面部１４には、その一端の開口部から内側に屈曲するように、たとえばリング状の屈曲部１６が形成される。屈曲部１６の内面側の端部には、後述の圧電素子２０を配置するためのたとえばリング状の凹部１８が形成される。この凹部１８の高さは、後述の圧電素子２０の厚みと略同一である。

ベース１２の屈曲部１６に形成された凹部１８には、たとえば外径がほぼ７ｍｍである円板状の圧電素子２０が配置される。圧電素子２０は、たとえば円板状の圧電体基板の両主面に電極を形成したものである。ベース１２の側面部１４の一端の開口部は、屈曲部１６および圧電素子２０により塞がれる。

圧電素子２０の両主面の電極には、リード線２２ａ，２２ｂの一端部がそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。これらのリード線２２ａ，２２ｂは、予め、中間部がベース１２の側面部１４や屈曲部１６にインサートモールドで埋め込まれ、他端部がベース１２の側面部１４の他端から露出されている。なお、リード線２２ａ，２２ｂの中間部は、ベース１２に埋め込まれる代わりに、ベース１２の内側や外側に配置されてもよい。

ベース１２には、たとえば外径が１２ｍｍである円柱状のウエイト２４が、ベース１２の内面に接するように挿入される。ウエイト２４は、ベース１２の側面部１４の不要な振動を抑制するとともに、超音波センサ１０の指向性を制御するためのものである。ウエイト２４は、ベース１２の材料より密度が大きいとともに後述の外装材３０の材料より密度が大きいたとえば合成樹脂で形成される。なお、ウエイト２４は、合成樹脂以外にセラミックや金属などの他の材料で形成されてもよい。ウエイト２４は、ベース１２の内面に接着剤で接着される。また、ウエイト２４には、図４に示すように、その一方主面の中央に、たとえば略長円形状のくぼみ部２６が形成されている。くぼみ部２６は、ウエイト２４において圧電素子２０に対向する部分が圧電素子２０に接しないようにするためのものである。くぼみ部２６は、たとえば幅が８ｍｍに長さがほぼ１１ｍｍに形成されている。このくぼみ部２６には、たとえばスポンジなどの弾性材からなる吸音材２８が挿入されている。

ベース１２の外側からベース１２の外面および圧電素子２０の外面を覆うように、たとえば合成樹脂からなる外装材３０が形成される。外装材３０において、圧電素子２０上の部分は、圧電素子２０に駆動電圧を印加したときに、たわみやベンディング振動を発生しやすくするための部分である。外装材３０は、ケース１２の側面部１４の部分で振動を小さくするために、圧電素子２０上の部分の厚みに比べて、側面部１４上の部分の厚みが厚く形成される。外装材３０は、たとえば外径が１４ｍｍで高さが８ｍｍに形成されている。

次に、この超音波センサ１０の製造方法の一例について説明する。

まず、ベース１２、圧電素子２０、ウエイト２４および吸音材２８などが用意される。なお、ベース１２は、側面部１４および屈曲部１６を有し、屈曲部１６に凹部１８が形成され、必要に応じて、側面部１４および屈曲部１６にリード線２２ａ，２２ｂの中間部がインサートモールドで埋め込まれている。また、圧電素子２０の両主面には、電極がそれぞれ形成されている。さらに、ウエイト２４には、くぼみ部２６が形成されている。

そして、ベース１２の屈曲部１６に形成された凹部１８には、圧電素子２０が配置される。凹部１８に配置された圧電素子２０の両主面の電極には、リード線２２ａ，２２ｂの一端部がそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。なお、リード線２２ａ，２２ｂは、それらの一端部が圧電素子２０の両主面の電極に接続されてから、それらの中間部がベース１２の側面部１４および屈曲部１６にインサートモールドで埋め込まれるようにしてもよい。また、リード線２２ａ，２２ｂの中間部がベース１２の内側や外側に配置される場合には、リード線２２ａ，２２ｂの一端部は、圧電素子２０が凹部１８に配置される前にまたは配置された後に、圧電素子２０の両主面の電極にそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。

さらに、ベース１２内では、吸音材２８が圧電素子２０上に配置されるとともに、ウエイト２４がベース１２の内面に接するように挿入され接着剤でベース１２の内面に接着される。それによって、ベース１２には、圧電素子２０、吸音材２８およびウエイト２４が固定される。なお、吸音材２８は、ウエイト２４のくぼみ部２６に挿入された状態でウエイト２４とともにベース１２に挿入されることによって圧電素子２０上に配置されてもよい。

圧電素子２０やウエイト２４などが固定されたベース１２は、図５および図６に示すように、ベース１２の外面および圧電素子２０の外面を覆うための有底の充填型１００に挿入されて所定の位置にセットされる。

そして、ベース１２および圧電素子２０と充填型１００との間には、外装材３０の材料となる樹脂が充填され硬化されることによって、ベース１２の外面および圧電素子２０の外面と充填型１００の内面との間に外装材３０が形成される。

それから、外装材３０から充填型１００が除去される。このように外装材３０は、充填型１００によるモールドで形成される。

以上にようにして超音波センサ１０が製造される。

この超音波センサ１０では、リード線２２ａ，２２ｂに駆動電圧を印加することにより、圧電素子２０が励振される。圧電素子２０の振動により、圧電素子２０はその上の外装材３０とともにベンディング振動し、圧電素子２０の主面に直交する向きに超音波が発せられる。超音波センサ１０から発せられた超音波が被検出物で反射し、超音波センサ１０に到達すると、圧電素子２０が振動して電気信号に変換されて、リード線２２ａ，２２ｂから電気信号が出力される。したがって、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサ１０から被検出物までの距離を測定することができる。
この場合、この超音波センサ１０では、ベース１２の屈曲部１６に形成された凹部１８に圧電素子２０が配置されるので、圧電素子２０を精度よく配置することができ、送受信特性のばらつきを小さくすることができる。
また、この場合、この超音波センサ１０では、ベース１２の屈曲部１６の内面側に形成された凹部１８に圧電素子２０が配置されているので、ベース１２の屈曲部１６の外面側（送受信側）に圧電素子２０を配置した場合に比べて、圧電素子２０の送受信側の面に形成される外装材３０の厚み（量）が多くなり、圧電素子２０の表裏面での振動の伝わるバランスが崩れて、たわみやベンディング振動が発生しやすくなり、超音波センサとしての音圧や感度の特性が向上し、所望の送受信特性が得られる。
また、この超音波センサ１０のように、リング状の凹部１８の高さは、圧電素子２０の厚みと略同一であることが好ましい。このようにすれば、圧電素子２０が屈曲部１６の凹部１８と吸音材２８とでしっかり固定されることになり、より安定した送受信特性が得られる。
さらに、この超音波センサ１０において、圧電素子２０の振動周波数と、その上の外装材３０の固有振動数とが一致し、両者が共振するように、圧電素子２０および外装材３０の材質に合わせてリング状の凹部１８の高さ（厚み）を選択することが好ましい。これにより、より大きなベンディング振動が得られ、送受信特性が安定する。

この超音波センサ１０は共振周波数が４５ｋＨｚであり、超音波センサ１０において駆動電圧を印加したときの残響特性を図７のグラフに示す。なお、図７のグラフは、図２３のグラフを得る場合に用いられた駆動回路と同一の駆動回路を用いた場合の結果を示す。図７のグラフおよび図２３のグラフから明らかなように、図１に示す超音波センサ１０では、図２１に示す超音波センサ１と比べて、感度は１／２程度になるが、残響時間は同等であり、圧電素子２０が伸縮（振動）してもその上の外装材３０が伸び縮みしないためにベンディング振動が励振されるという原理で超音波の送受信が可能である。

また、この超音波センサ１０では、ウエイト２４のくぼみ部２６が、その幅方向において短く形成され、その幅方向に直交する縦方向において長く形成されているので、くぼみ部２６の幅方向において広い指向性を有し、くぼみ部２６の縦方向（長手方向）において狭い指向性を有する。そのため、この超音波センサ１０は、たとえば自動車のバックソナーやコーナソナーなどとして用いられる場合、くぼみ部２６の幅方向が水平方向となりかつくぼみ部２６の長手方向が垂直方向となるように配置される。このように超音波センサ１０においてウエイト２４に形成されたくぼみ部２６の長手方向が垂直方向に配置された場合の水平方向における指向性を図８のグラフに示し、その場合の垂直方向における指向性を図９のグラフに示す。図８のグラフおよび図９のグラフから明らかなように、この超音波センサ１０では、くぼみ部２６の幅方向において広い指向性を有し、くぼみ部２６の長手方向において狭い指向性を有する。したがって、この超音波センサ１０では、ウエイト２４のくぼみ部２６の形状を変えることによって指向性を変えることができ、簡単な構造で指向性を制御することができる。

さらに、この超音波センサ１０では、ウエイト２４によってベース１２の側面部１４の不要な振動が抑制されるので、必要な振動面だけが効率よく振動することができる。この場合、ウエイト２４がベース１２の材料および外装材３０の材料より密度の大きい材料で形成されているので、密度の小さい材料で形成されている場合に比べて、ベース１２の側面部１４の不要な振動をさらに抑制することができる。

また、この超音波センサ１０では、ウエイト２４のくぼみ部２６に吸音材２８が設けられているので、残響特性を改善することができる。

さらに、この超音波センサ１０では、図２１に示す超音波センサ１と比べて、高コストである金属からなるケースが用いられておらず、圧電素子を接着するための高い接着技術や接着面の加工精度が不要であり、たとえば充填型によるモールドなどの技術が用いられているので、コストをたとえば１／２程度に低減することができ、さらに、高い加工精度が必要ないため製造管理が容易になる。
すなわち、この超音波センサ１０では、ケース２に圧電素子３を接着剤で接着するために接着剤量の管理や接着時の加圧力などの管理が必要である図２１に示す超音波センサ１に比べて、圧電素子２０を接着剤で接着しないので、それらの管理が必要でなく、圧電素子の接着に関する接着剤量、加圧力、接着対象物の表面粗さや平面度などの硬化条件の影響を受けず、しかも、接着による部材のそりも生じない。
さらに、この超音波センサ１０では、圧電素子２０の外面に樹脂からなる外装材３０がモールドで形成されるので、圧電素子２０と外装材３０との接合部の平面度が粗くてもよい。

また、この超音波センサ１０では、アルミニウムなどの金属からなるケースが用いられていないので、ケースの酸化による酸化膜によって圧電素子などの電気的接続を不安定にすることもない。

さらに、この超音波センサ１０では、アルミニウムからなるケースが用いられていないので、アルミ半田という特殊な半田でリード線を電気的に接続する必要もない。

また、この超音波センサ１０では、金属からなるケース２の継続的な振動を抑えるためにケース２の内部にシリコンゴムやウレタンゴムが設けられている図２１に示す超音波センサ１と比べて、物性ばらつきの大きいシリコンゴムやウレタンゴムを用いる必要がない。

上述の超音波センサ１０では、用いられる円柱状のウエイト２４の一方主面の中央に略長円形状のくぼみ部２６が形成されているが、この発明にかかる超音波センサには、たとえば図１０、図１１、図１２または図１３に示すウエイトが用いられてもよい。

図１０（Ａ）は、この発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトの他の例を示す平面図であり、図１０（Ｂ）は、その正面断面図である。図１０に示すウエイト２４は、全体が円柱状に形成され、その一方主面の中央に円柱状のくぼみ部２６が形成されている。

図１１（Ａ）は、この発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、図１１（Ｂ）は、その正面図である。図１１に示すウエイト２４では、全体が円柱状に形成され、その一方主面に縦長のくぼみ部２６が形成されている。

図１２（Ａ）は、この発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、図１２（Ｂ）は、その正面断面図である。図１２に示すウエイト２４は、全体が円筒状に形成され、その一方主面に円柱状にくぼみ部２６が形成されている。

図１３（Ａ）は、この発明にかかる超音波センサに用いられるウエイトのさらに他の例を示す平面図であり、図１３（Ｂ）は、その正面断面図である。図１３に示すウエイト２４は、全体が円筒状に形成され、その一方主面に縦長のくぼみ部２６が形成されている。

図１０に示すウエイト２４または図１２に示すウエイト２４が超音波センサに用いられた場合には、等方性の指向性となり、図１１に示すウエイト２４または図１３に示すウエイト２４が超音波センサに用いられた場合には、図１に示す超音波センサ１０と同様に異方性の指向性となる。
このように、超音波センサに用いられるウエイト２４の形状により、超音波センサの指向性を制御することができる。

また、図１２に示すウエイト２４または図１３に示すウエイト２４が超音波センサに用いられた場合には、ウエイト２４のくぼみ部２６だけでなくウエイト２４の中央の中空部にもたとえばスポンジなどの弾性材からなる吸音材を設ければ、残響特性をさらに改善することができる。

図１４は、この発明にかかる超音波センサの他の例を示す平面図であり、図１５は、図１４の線ＸＶ−ＸＶにおける断面図である。図１４に示す超音波センサ１０は、図１に示す超音波センサ１０と比べて、ベース１２および外装材３０が同じ樹脂材料で一体的に形成されている。なお、ベース１２は、外装材３０と同じ樹脂材料で形成される代わりに、金属材料で形成されてもよい。

また、図１４に示す超音波センサ１０は、図１に示す超音波センサ１０と比べて、ウエイト２４は、その一部分がベース１２の他方の開口部から外側に突き出るように、その高さが高く形成されている。なお、ウエイト２４は、吸音材２８と同じ材料で形成されてもよい。

図１４に示す超音波センサ１０でも、図１に示す超音波センサ１０とほぼ同様の効果を奏する。

さらに、図１４に示す超音波センサ１０では、図１に示す超音波センサ１０と比べて、ベース１２および外装材３０が同じ樹脂材料で一体的に形成されているので、部品点数を削減することができ、部品点数の削減によりコストも削減することができる。

図１６は、この発明にかかる超音波センサのさらに他の例を示す平面図であり、図１７は、図１６の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図であり、図１８は、図１６の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。図１６に示す超音波センサ１０は、図１に示す超音波センサ１０を２つ横に並べて一体的に接合したものと同等のものである。
すなわち、図１６に示す超音波センサ１０は、図１に示す超音波センサ１０における外装材３０以外のベース１２、圧電素子２０、リード線２２ａ，２２ｂ、ウエイト２４および吸音材２８を２組有し、２組のベース１２，１２および圧電素子２０，２０の外面に、平面形状が横長の長方形状である１つの外装材３０が形成されている。
また、図１６に示す超音波センサ１０では、２つの圧電素子２０，２０が同一平面内に存在するように配置されるとともに、２つのくぼみ２６，２６の長手方向が外装材３０の長手方向に直交するように２つのウエイト２４，２４が配置されている。

次に、図１６に示す超音波センサ１０の製造方法の一例について説明する。

まず、図１に示す超音波センサ１０を製造する上述の製造方法と同様にして、外装材３０以外の圧電素子２０やウエイト２４などが固定されたベース１２が２組形成される。

２組の圧電素子２０，２０やウエイト２４，２４などが固定されたベース１２，１２は、図１９および図２０に示すように、２組のベース１２，１２および圧電素子２０，２０の外面を覆うための有底の充填型１００に挿入されて所定の位置にセットされる。

そして、２組のベース１２，１２および圧電素子２０，２０と充填型１００との間には、外装材３０の材料となる樹脂が充填され硬化されることによって、２組のベース１２，１２および圧電素子２０，２０の外面と充填型１００の内面との間に外装材３０が形成される。

それから、外装材３０から充填型１００が除去される。

このようにして、図１６に示す超音波センサ１０が製造される。

図１６に示す超音波センサ１０でも、図１に示す超音波センサ１０とほぼ同様の効果を奏する。

さらに、図１６に示す超音波センサ１０では、図１に示す超音波センサ１０と比べて、２つの圧電素子２０，２０を有するので、障害物などの被検出物までの距離を測定することができるだけでなく被検出物への角度も測定することができる。

また、金属からなるケースが用いられる超音波センサでは複数の圧電素子を有するものを製造する際に金属からなるケースの加工が非常に困難であり高コストになるのに対して、図１６に示す超音波センサ１０では、金属からなるケースが用いられておらず、しかも、複数の圧電素子２０，２０の外面などにモールドで外装材３０が形成されるので、複数の圧電素子２０，２０を有するにもかかわらず、複雑な金属加工が不要であり、容易に作製することができ、低コスト化を図ることができる。

なお、上述の各超音波センサ１０では、各部が特定の大きさ、形状、配置、材料および数で規定されているが、この発明では、それらは任意に変更されてもよく、このように変更することによって、指向性や残響特性などの特性がさらに改善されてもよい。

また、上述の各超音波センサ１０では、外部との電気的な接続のためにリード線２２ａ，２２ｂが用いられるが、外部との電気的な接続のためにはピン端子や他の接続用部材が用いられてもよい。

この発明にかかる超音波センサは、たとえば、自動車のバックソナーやコーナソナーなどに利用される。

Claims (8)

1. 圧電素子と、
   前記圧電素子を収納するための筒状の側面部および前記側面部の一端の開口部から前記側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、前記屈曲部の内面側の端部に前記圧電素子を配置するための凹部が形成され、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記屈曲部により前記開口部が塞がれたベースと、
   前記ベースの外側から前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うように形成された外装材とを備え、
   前記外装材は樹脂を充填して硬化されることにより前記圧電素子に固定されていることを特徴とする、超音波センサ。
2. 前記外装材は駆動時にベンディング振動する、請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された柱状のウエイトをさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
4. 前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された筒状のウエイトをさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
5. 前記ウエイトは、前記ベースの材料および前記外装材の材料より密度の大きい材料で形成された、請求項３または請求項４に記載の超音波センサ。
6. 前記圧電素子を複数有し、
   前記ベースを前記複数の圧電素子に対応して複数有し、
   前記外装材は、前記複数の圧電素子の外面および前記複数のベースの外面を覆うように形成された、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超音波センサ。
7. 圧電素子と、前記圧電素子を収納するための筒状の側面部および前記側面部の一端の開口部から前記側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、前記屈曲部の内面側の端部に前記圧電素子を配置するための凹部が形成され、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記屈曲部により前記開口部が塞がれたベースと、前記ベースの外側から前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えた超音波センサを製造するための超音波センサの製造方法であって、
   前記圧電素子および前記ベースを用意する工程と、
   前記ベースの前記凹部に前記圧電素子を配置する工程と、
   前記凹部に配置された前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うための有底の充填型に、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記ベースを挿入する工程と、
   前記圧電素子および前記ベースと前記充填型との間に前記外装材の材料を充填して、前記圧電素子の外面および前記ベースの外面と前記充填型の内面との間に外装材を形成する工程と、
   前記外装材から前記充填型を除去する工程とを備えたことを特徴とする、超音波センサの製造方法。
8. 前記超音波センサは、前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成されたウエイトをさらに備えた超音波センサであり、
   前記ウエイトを用意する工程と、
   前記凹部に前記圧電素子が配置された前記ベースの内面に接するように前記ウエイトを前記ベースに挿入して、前記ウエイトを前記ベースの内面に接着する工程とをさらに備えた、請求項７に記載の超音波センサの製造方法。

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