JP4915597B2

JP4915597B2 - 超音波センサ

Info

Publication number: JP4915597B2
Application number: JP2008194054A
Authority: JP
Inventors: 浩司浦瀬; 康志永野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP2010032328A

Description

本発明は、車両用障害物検知装置などに用いられる超音波センサに関する。

近年、超音波センサを車両前方又は後方のバンパーに支持するとともに、この超音波センサから所定の超音波パルス信号を送信し、物体からの反射波を受波することにより、前方又は後方に存在する障害物を検知する車両用障害物検知装置が知られている。このような車両用障害物検知装置に用いられる超音波センサには、例えば、特許文献１のような構造のものがある。

特許文献１の超音波センサ４０は、図９に示すように、１つの金属製の振動ケース５０に、有底円筒状の２つの収容部５１ａ，５１ｂが離間して凹設されており、２つの収容部５１ａ，５１ｂは、連結部（平板部）５２によって連結されている。なお、特許文献１の超音波センサ４０において、連結部５２の厚みは、振動ケース５０の高さよりもはるかに短く形成されている（例えば、振動ケース５０の高さ：連結部５２の厚み＝１０：１）。そして、各収容部５１ａ，５１ｂには、超音波を送受波する圧電素子５３ａ，５３ｂがそれぞれ収容されており、圧電素子５３ａが超音波の送受波を行う一方で、圧電素子５３ｂが超音波の受波のみを行うようになっている。そして、圧電素子５３ａが超音波を受波するまでの時間と、圧電素子５３ｂが超音波を受波するまでの時間との差から、障害物が存在する方向や位置を検知することができるようになっている。
特開２００４−２５３９１１号公報

近年では、デザイン性や見た目上の問題などから、超音波センサを小型化することが考えられている。そこで、特許文献１の超音波センサ４０を、連結部５２の厚みや、振動ケース５０の高さなどにおける比率関係を利用し、同じ比率関係のままで超音波センサ４０自体を小型化することも考えられる。しかしながら、そのまま、特許文献１の超音波センサ４０の小型化を図ると、小型化する前と後では、超音波の指向性や残響波の長さが変わってしまう虞があった。

そして、超音波センサには、超音波の指向性の形状が、検知エリアにそのまま反映するという特性や、残響波が長くなってしまうと、反射波が残響波と重なってしまい、その結果として近くの障害物を検知し難くなるという特性がある。これらの現象は、圧電素子５３ａを収容する収容部５１ａの振動が、圧電素子５３ｂを収容する収容部５１ｂに伝播することによって起こるようになっている。しかしながら、超音波センサがどのような大きさ又は形状であっても、超音波の指向性を安定させるとともに、残響波が長くなってしまうことを抑制しなければならない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波の受波のみを行う圧電素子が収容された収容部の振動を抑制し、より超音波の指向性を安定させるとともに、残響特性を良化することのできる超音波センサを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波が出射及び入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する複数個の収容部が並設された振動ケースと、前記複数個の収容部を連結する連結部と、前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定したことを要旨とする。

この発明によれば、超音波の受波のみを行う圧電素子が収容された収容部の振動を抑制し、より超音波の指向性を安定させるとともに、残響特性を良化することができる。
請求項２に記載の発明は、超音波が出射又は入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する一の収容部が設けられた複数個の振動ケースと、前記複数個の収容部を連結する連結部と、前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定し、前記連結部は、樹脂形成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、超音波が出射又は入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する一の収容部が設けられた複数個の振動ケースと、前記複数個の収容部を連結する連結部と、前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定し、前記連結部は、樹脂形成されていることを要旨とする。
請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、２つの振動ケースを並べるだけで、樹脂やゴム材のような比較的コストのかからない部材によって２つの振動ケースを連結させることができるので、超音波センサの製造にかかるコストを削減することができる。

本発明によれば、超音波の受波のみを行う圧電素子が収容された収容部の振動を抑制し、より超音波の指向性を安定させるとともに、残響特性を良化することができる。

以下、本発明を車両用障害物検知装置に用いられる超音波センサに具体化した第１の実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の超音波センサ１０を構成するハウジング１１は、水平方向への断面視が略楕円状をなしている（図２参照）。ハウジング１１には、圧電素子２６ａ，２６ｂを収容するための複数個（本実施形態では２個）の収容部２１ａ，２１ｂを長手方向に並べて凹設した金属製の振動ケース２０が、ハウジング１１の開口部側から挿入されている。

振動ケース２０には、各収容部２１ａ，２１ｂと同一方向に開口する仕切り凹部２２が、収容部２１ａと収容部２１ｂの間を仕切るように形成されている。仕切り凹部２２の深さは、各収容部２１ａ，２１ｂの深さよりも浅く、本実施形態では振動ケース２０の高さの半分の長さに相当する深さで形成されている。そして、振動ケース２０において、仕切り凹部２２の底面に対応する部位は、収容部２１ａ，２１ｂを連結する連結部２３とされている。なお、本実施形態において、連結部２３の厚みは、仕切り凹部２２の深さと同一長さであって、振動ケース２０の高さの半分の長さに相当する厚みで形成されている。また、連結部２３は、収容部２１ａ，２１ｂの凹設によって収容部２１ａ，２１ｂよりも底側に形成された残部２３ａ，２３ｂと連結している。本実施形態における振動ケース２０は、１つの収容部が形成された振動ケースが、２つ連結されることで形成されているのではなく、１つの振動ケース２０に２つの収容部２１ａ，２１ｂが凹設されることで構成されている。なお、連結部２３の厚みは、振動ケース２０の高さの約半分となっており、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比は、２：１となっている。

なお、連結部２３、及び残部２３ａ，２３ｂの裏面には、振動ケース２０の長手方向に離間されて突設された２個の筒状部２４が形成されており、筒状部２４の内部が収容部２１ａ，２１ｂとなるとともに、筒状部２４に挟まれた部位が仕切り凹部２２となっている。

また、各収容部２１ａ，２１ｂの底面２５には、超音波を送受波する円盤状の圧電素子２６ａ，２６ｂがそれぞれ配設されている。詳しくは、収容部２１ａに圧電素子２６ａが配設されているとともに、収容部２１ｂに圧電素子２６ｂが配設されている。そして、圧電素子２６ａ，２６ｂの一方の電極は、各収容部２１ａ，２１ｂの底面２５に接触して振動ケース２０とリード線Ｒとを介して引き出され、他方の電極は、リード線Ｒを介して引き出され、それぞれ圧電素子２６ａ，２６ｂの出力を解析するための外部の回路に接続され、超音波の受波に用いられる。また、一方の圧電素子２６ａは、超音波を発生させるための駆動回路にも接続されており、超音波の送波に用いられる。つまり、各圧電素子２６ａ，２６ｂは、超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子であって、さらに、駆動回路に接続された圧電素子２６ａは、超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子も兼ねている。そして、圧電素子２６ａ，２６ｂが送受波する超音波は、残部２３ａ，２３ｂに形成された底面２５の反対側に位置する入出射面２７で入射及び出射される。さらに、各収容部２１ａ，２１ｂには、残響を抑制するための緩衝充填材２８がそれぞれ充填されている。

そして、振動ケース２０は、ハウジング１１の開口から入出射面２７を露出させる形でハウジング１１に収容されている。その一方で、振動ケース２０の開口部側は、ハウジング１１の底面と対向するようにハウジング１１に収容されている。

また、ハウジング１１と振動ケース２０との間には、圧電素子２６ａが送波する超音波に対する吸音率が、振動ケース２０の材料よりも高い弾性材料（例えば、合成ゴム）からなる保持体３０が設けられている。保持体３０には、保持凹部３１が長手方向に２つ並設されている。保持体３０の外周の寸法はハウジング１１の内周と同程度に形成され、保持凹部３１の内周の寸法は、振動ケース２０の筒状部２４の外周の寸法と同程度に形成されている。そして、振動ケース２０の各筒状部２４が、それぞれ保持凹部３１に圧入されるとともに、保持体３０がハウジング１１に圧入されることにより、振動ケース２０がハウジング１１に保持されることになる。したがって、本実施形態における超音波センサ１０では、図２に示すように、外側から順に、ハウジング１１、保持体３０、振動ケース２０、緩衝充填材２８、圧電素子２６ａ（圧電素子２６ｂ）の順に配置されている。

次に、超音波センサ１０による障害物の検知方法について図３に従って説明する。
本実施形態の超音波センサ１０は、超音波を検知範囲に送波するとともに、障害物で反射された反射波を受波することによって障害物の存在を検知する。そして、反射波を受波する２つの圧電素子２６ａ，２６ｂの出力を比較することによって障害物の方向を検知することができる。詳述すると、圧電素子２６ａが検知範囲に向かって超音波パルスを間欠的に送波し、検知範囲に存在する障害物Ｐに反射された反射波を、圧電素子２６ａ，２６ｂが、それぞれ受波し、超音波を送波してから反射波を受波するまでの時間によって障害物Ｐまでの相対距離Ｌを検知することができる。そして、圧電素子２６ａが超音波を受波するまでの時間と、圧電素子２６ｂが超音波を受波するまでの時間との差から、圧電素子２６ａ，２６ｂが並ぶ方向に沿った直線を法線Ｈとする平面に対して超音波センサ１０と障害物Ｐとを結ぶ直線Ｆがなす角度θを検知することができる。そして、角度θに基づいて、障害物Ｐの方向を検知することができる。

そして、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が、２：１となっている超音波センサ１０によれば、図４〜図７に示すような試験結果を得ることができた。
図４は、本実施形態における超音波センサ１０の受波の波形を示す。なお、図４では、圧電素子２６ａにおける出力信号波形を「送受波側」と示し、圧電素子２６ｂにおける出力信号波形を「受波側」と示す。

障害物Ｐが、圧電素子２６ｂに近い側に存在する場合（図３参照）、図４に示すように、圧電素子２６ａよりも圧電素子２６ｂが先に反射波を受波することになる。即ち、圧電素子２６ｂは、圧電素子２６ａから超音波が送波された送波開始時刻Ｔ０から受波時間ｔ１経過後に反射波Ｃ１を受波する。受波時間ｔ１は、圧電素子２６ａから超音波が送波されてから障害物Ｐに反射して圧電素子２６ｂに入射するまでの時間である。圧電素子２６ａは、圧電素子２６ｂが反射波Ｃ１を受波してから受波時間差ｔ２経過後に反射波Ｃ２を受波する。なお、反射波と同時に圧電素子２６ａ及び圧電素子２６ｂには、残響波Ｂ１，Ｂ２が受波される。そして、超音波を送波してから反射波を受波するまでの時間ｔ１，ｔ２によって障害物Ｐまでの相対距離Ｌや障害物Ｐの方向を検知することができる。

なお、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が、略１０：１のような超音波センサでは、送受波用の圧電素子を収容した収容部の振動が、受波用の圧電素子を収容した収容部に伝播し、その影響を受けて残響波が長くなってしまい、反射波が残響波に重なる虞がある。

一方、図４の結果からも明らかなように、本実施形態の超音波センサ１０では、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を２：１とすることで、収容部２１ａの振動が収容部２１ｂに伝播し難くなり、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサよりも、残響波を短縮することができた。

つまり、本実施形態の超音波センサ１０では、連結部２３自体もある程度の厚みを持っているので、図４の結果から、収容部２１ａの振動が、収容部２１ｂに伝播し難くなり、その結果、残響波Ｂ１，Ｂ２も短縮されたということが分かる。このことにより、本実施形態の超音波センサ１０では、残響波が短縮される（残響特性が良化される）ことによって、残響波と反射波が重なり難くなり、正確な検知範囲を与えることができる。

図５（ａ）は、本実施形態の超音波センサ１０で送波される超音波の指向性ビーム形状を示す一方で、図５（ｂ）は、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサで送波される超音波の指向性ビーム形状を示す。

図５（ｂ）の結果からも明らかなように、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１のような超音波センサでは、超音波の指向性ビーム形状が脈動してしまい、超音波センサ１０の検知エリアに歪みが生じてしまっていた。

一方、図５（ａ）の結果からも明らかなように、本実施形態の超音波センサ１０では、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を、２：１とすることで、収容部２１ａの振動が収容部２１ｂに伝播し難くなり、超音波の指向性ビーム形状の脈動が抑制された。

超音波センサには、超音波の指向性の形状が、検知エリアにそのまま反映するという特性があるので、図５（ａ），（ｂ）の結果より、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を２：１とすることで、超音波の指向性ビーム形状の脈動が抑制され、それによって超音波センサ１０の検知エリアを安定化することができるということが分かる。また、収容部２１ａの振動が収容部２１ｂに伝播しにくくなることで、超音波を送波するために必要な振動エネルギーが減少してしまうことを抑制することができるということが分かる。すなわち、連結部２３に厚みを持たせることで、今まで、収容部２１ｂに伝播していた分の振動エネルギーが、収容部２１ｂに伝播しにくくなるので、超音波を送波するために必要な振動エネルギーに加算されることになる。また、収容部２１ａの振動量の低減による超音波センサ１０の感度低下も抑制することができるということが分かる。

図６は、本願発明の超音波センサ１０における振動の分布と、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサにおける振動の分布を示している。なお、図６に示す横軸は、振動ケース２０の位置を示しており、縦軸は、振動量を示している。また、横軸において「０」と示す値は、振動ケース２０の中心を示しており、中心線を挟んでグラフの右側が、収容部２１ａ（送受波）における振動を示す一方で、グラフの左側が、収容部２１ｂ（受波）における振動を示している。

図６の結果から、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサでは、送受波用の収容部の振動が、受波用の収容部に伝播しやすくなっていることにより、受波用の収容部においても振動が発生したことが分かる。一方、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を２：１とした本実施形態の超音波センサ１０では、収容部２１ｂでの振動が抑えられるとともに、収容部２１ａの振動が、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサにおける振動よりも増大したことが分かる。

図６の結果から、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を２：１とすることで、収容部２１ｂでの振動が抑えられ、超音波を送波するために必要な振動エネルギーの減少を抑制することができるということが分かる。また、収容部２１ａの振動量の低減による超音波センサ１０の感度が低下することも抑制できるということが分かる。

図７は、振動ケース２０の高さ及び連結部２３の厚みとの比と、収容部２１ｂの振動量との相関を示している。なお、図７に示す横軸は、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比を示しており、縦軸は、振動量（μｍ）を示している。なお、本実施形態の超音波センサ１０では、圧電素子２６ａの周波数帯域は、６０〜８０ｋＨｚであって、詳しくは６７〜７７ｋＨｚが好ましく、より最適な値は７２ｋＨｚである。

図７の結果から明らかなように、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が３：１よりも大きい場合、つまり、振動ケース２０の高さが連結部２３の厚みよりもはるかに長い場合、連結部２３の振動量は０．０５（μｍ）よりも大きくなりがちである。しかし、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚み＝２：１〜３：１の範囲内では、連結部２３はほとんど振動しない。また、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚みとの比が２：１よりも小さい場合、つまり、振動ケース２０の高さが連結部２３の厚みと略同じ高さ、又は振動ケース２０の高さよりも連結部２３の厚みの方が長い場合であっても、連結部２３はほとんど振動しない。

一方、収容部２１ｂでは、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が３：１よりも大きい場合、つまり、振動ケース２０の高さが連結部２３の厚みよりもはるかに長い場合、収容部２１ｂの振動量は０．０５（μｍ）よりも大きくなる。そして、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚み＝２：１〜３：１の範囲内では、収容部２１ｂの振動量が０．０５（μｍ）以下となる。また、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚み＜２：１の場合、つまり、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みに差がなくなってくると、徐々に、収容部２１ｂの振動量が増加する。そして、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚み＜２：１であって、ある一定の比率に近づくと、徐々に、収容部２１ｂの振動量が減少するが、０．０５（μｍ）以下になることはない。

つまり、図７の結果から、圧電素子２６ａが送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものである本実施形態の超音波センサ１０では、振動ケース２０の高さ：連結部２３の厚み＝２：１〜３：１の範囲において、連結部２３及び収容部２１ｂの振幅量を０．０５（μｍ）以下に抑えることができたというと極めて良好な結果を示すことがわかった。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）圧電素子２６ａが送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が２：１となるように、振動ケース２０の高さ、及び連結部２３の厚みを設定するようにした。このことにより、収容部２１ｂの振動を抑制し、より超音波の指向性を安定させるとともに、残響特性を良化することができる。

（２）また、連結部２３自体がある程度の厚みを持つことで、連結部２３が振動しにくくなり、超音波の指向性ビーム形状が脈動し、超音波センサ１０の検知エリアに歪みが生じてしまうことを抑制することができる。

（３）また、収容部２１ａの振動を収容部２１ｂに伝播しにくくすることで、超音波の送波に必要な振動エネルギーが減少してしまうことを抑制し、収容部２１ａの振動量の低減による超音波センサ１０の感度が低下することも抑制することができる。

（４）収容部２１ａの振動が、収容部２１ｂに伝播しにくくなって残響波が短縮されることにより、残響波と反射波が重なり難くなることで、正確な検知範囲を与えることができる。

（５）振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が２：１となるように、振動ケース２０の高さ及び連結部２３の厚みを設定するだけで、収容部２１ｂの振動を抑制するための別部材（例えば、ゴム材）を、収容部２１ａと収容部２１ｂとの間に新たに設けたりすることなく、収容部２１ｂの振動を抑制することができる。

（６）振動ケース２０において、圧電素子２６ａが収容された収容部２１ａと圧電素子２６ｂが収容された収容部２１ｂとの間に仕切り凹部２２が設けられるようにした。このことにより、それぞれ１個の収容部が設けられた複数の振動ケースを用いる場合に比べて見栄えが良くなる上に、部品点数が減少するので、コストを低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を車両用障害物検知装置に用いられる超音波センサに具体化した第２の実施形態を図８にしたがって説明する。以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同様の構成については同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

本実施形態では、１つの振動ケースに２つの収容部が離間して凹設されているのではなく、収容部２１ａ又は収容部２１ｂが１つだけ形成された有底円筒状の振動ケース２０が、水平方向に２つ並設されている。そして、各振動ケース２０における収容部２１（２１ａ，２１ｂ）の底面には、超音波の送受波を行う圧電素子２６ａ、及び超音波の受波のみを行う圧電素子２６ｂが、それぞれ配設されている。そして、水平方向に並設された２つの振動ケースは、樹脂形成された連結部２３によって連結されている。

なお、本実施形態においても、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が２：１となっており、本実施形態の超音波センサ１０でも図４〜図７に示したような実験結果が得られる。

本実施形態によれば、第１の実施形態に記載の効果（１）〜（６）に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（７）連結部２３を樹脂形成したことにより、２つの振動ケース２０を水平方向に並設するだけで、樹脂のような比較的コストのかからない部材によって２つの振動ケース２０を連結させることができるので、超音波センサ１０の製造にかかるコストを削減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第２の実施形態において、連結部２３を、例えば、合成ゴム、天然ゴムのようなゴム材や、コイルバネなどのような弾性材料で構成しても良い。

○ 各実施形態において、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が３：１となるように、振動ケース２０の高さ及び連結部２３の厚みを設定しても良い。また、振動ケース２０の高さと連結部２３の厚みとの比が、２：１〜３：１の範囲内となるように、振動ケース２０の高さ及び連結部２３の厚みを設定しても良い。

○ 各実施形態において、収容部２１ａ，２１ｂを、振動ケース２０の凹設によって形成したが、収容部２１ａ，２１ｂを、振動ケース２０を貫通するように形成し、底面２５を別部材で形成して、底面２５によって蓋をするように設置しても良い。

○ 各実施形態において、振動ケース２０に３個以上の収容部を形成し、各収容部に圧電素子を収容しても良い。すなわち、超音波センサが備える圧電素子の個数を３個以上としても良い。

第１の実施形態における超音波センサを示す使用形態における水平方向への断面図。第１の実施形態における超音波センサを示すＡ−Ａ線断面図。超音波センサが障害物を検知する原理を示す模式図。第１の実施形態における超音波センサの受波波形を示す模式図。（ａ）は、第１の実施形態の超音波センサにおける超音波の指向性ビーム形状を示すグラフ、（ｂ）は、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサにおける超音波の指向性ビーム形状を示すグラフ。第１の実施形態における超音波センサにおける振動の分布と、振動ケースの高さと連結部の厚みとの比が略１０：１の超音波センサにおける振動の分布を示すグラフ。振動ケースの高さ及び連結部の厚みとの比と、受波用の収容部の振動量との相関を示すグラフ。変更例として連結部が樹脂形成された超音波センサを示す断面図。従来の超音波センサを示す断面図。

符号の説明

Ｂ１，Ｂ２…残響波、Ｃ１，Ｃ２…反射波、１０…超音波センサ、２０…振動ケース、２１ａ，２１ｂ…収容部、２３…連結部、２５…底面（収容部）、２６ａ，２６ｂ…圧電素子、２７…入出射面。

Claims

超音波が出射及び入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する複数個の収容部が並設された振動ケースと、
前記複数個の収容部を連結する連結部と、
前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、
前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、
前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、
前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定したことを特徴とする超音波センサ。
超音波が出射又は入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する一の収容部が設けられた複数個の振動ケースと、
前記複数個の収容部を連結する連結部と、
前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、
前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、
前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、
前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定し、
前記連結部は、樹脂形成されていることを特徴とする超音波センサ。
超音波が出射又は入射する入出射面を有し、該入出射面の反対側に底面を有する一の収容部が設けられた複数個の振動ケースと、
前記複数個の収容部を連結する連結部と、
前記収容部の底面に配設された複数個の圧電素子と、を備え、
前記圧電素子のうち少なくとも１つは超音波を送波するために用いられる送波用の圧電素子であって、圧電素子のうち少なくとも２つは超音波を受波するために用いられる受波用の圧電素子である超音波センサにおいて、
前記振動ケースの入出射面の反対面には、送波用の圧電素子が収容される収容部と受波用の圧電素子が収容される収容部との間を仕切る仕切り凹部が設けられており、前記連結部は、前記入出射面と前記仕切り凹部の底面との間に設けられ、
前記圧電素子は、送波する超音波の中心周波数が７２ｋＨｚタイプのものであって、その周波数が設定されている場合における前記振動ケースの高さと前記連結部の厚みとの比を、２：１〜３：１の範囲に設定し、
前記連結部は、ゴム材で形成されていることを特徴とする超音波センサ。