JP5592079B2 - Ultrasonic transceiver - Google Patents
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Description
この発明は、有底筒状ケースの振動面の振動によって超音波を発生させることが出来、かつ同面で外部からの超音波を受信することが出来る超音波送受信器に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic transmitter / receiver capable of generating ultrasonic waves by vibration of a vibrating surface of a bottomed cylindrical case and receiving ultrasonic waves from the outside on the same surface.
従来から、振動面の振動によって超音波を発生させることが出来、かつ同面で外部からの超音波を受信することが出来る超音波送受信器は広く使用されてきた。近年、特に圧電素子を金属からなる有底状のケースの底面に貼り付けた構造体からなる超音波送受信器が、自動車(車両)のバックソナー用として大量に生産されている。これらの超音波送受信器は、超音波送受信器の振動によって空気中に超音波を発生させる為、これらの超音波送受信器を取り付ける場合は、超音波送受信器の振動の妨げにならない軟らかい材料で超音波送受信器を保持する必要がある。また、超音波送受信器の振動が、超音波送受信器を取り付ける対象物に伝わることで生じるノイズを防ぐために、振動絶縁性の高い材料で超音波送受信器を保持する必要がある。超音波送受信器を保持するために、低硬度のシリコーン材料からなるクッションが多く使用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, ultrasonic transmitters / receivers that can generate ultrasonic waves by vibration of a vibration surface and can receive ultrasonic waves from the outside on the same surface have been widely used. 2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic transmitters / receivers made of a structure in which a piezoelectric element is attached to the bottom of a bottomed case made of metal have been produced in large quantities for back sonar of automobiles (vehicles). Since these ultrasonic transmitters / receivers generate ultrasonic waves in the air by vibration of the ultrasonic transmitters / receivers, when these ultrasonic transmitters / receivers are installed, they are made of a soft material that does not interfere with the vibrations of the ultrasonic transmitter / receiver. Need to hold sonic transceiver. Moreover, in order to prevent the noise which arises when the vibration of an ultrasonic transmitter / receiver is transmitted to the object which attaches an ultrasonic transmitter / receiver, it is necessary to hold | maintain an ultrasonic transmitter / receiver with a material with high vibration insulation. In order to hold the ultrasonic transceiver, a cushion made of a low hardness silicone material is often used.
クッションを必要としない超音波送受信器の開発も行われている。例えば、超音波送受信器を構成する有底状円筒状のケース側面に溝を付けることで、側面を2重構造にした超音波送受信器がある(特許文献1を参照)。しかし、ケースそのものを2重構造にした超音波送受信器では、超音波送受信器から取り付け対象への振動伝達が依然として大きく、顧客要求を満足するだけの性能が得られていない。
従来から超音波送受信器の保持に使用されてきたクッションは、塗装できない材料であることが多く、超音波送受信器の意匠面と超音波送受信器の取り付け対象物、例えば車両のバンパーが同じ色に塗装されていても、クッションの色を合わせることが出来ないために、意匠性に問題が生じる場合が多くある。クッションの材料を塗装可能な樹脂材料、例えばPP等の樹脂材に変更した場合は、クッションの弾性率の増加によって振動絶縁性が低下し、超音波送受信器の振動がハウジングやバンパーに伝わることで発生する過大なノイズが問題となる。また、硬い材質の材料を使用した場合、シリコーンのクッションに比べて、超音波送受信器に接着した場合の超音波送受信器の特性に与える影響が大きい。共振周波数の低下や振動抑制による感度低下といった問題が生じる。 Traditionally, cushions that have been used to hold ultrasonic transceivers are often materials that cannot be painted, and the design surface of the ultrasonic transceiver and the object to be attached to the ultrasonic transceiver, such as the bumper of the vehicle, are the same color. Even if it is painted, the color of the cushion cannot be matched, and thus there are many problems in design. If the cushion material is changed to a resin material that can be painted, such as PP, the vibration insulation will decrease due to an increase in the elastic modulus of the cushion, and the vibration of the ultrasonic transceiver will be transmitted to the housing and bumper. The excessive noise that occurs is a problem. Further, when a hard material is used, the influence on the characteristics of the ultrasonic transmitter / receiver when bonded to the ultrasonic transmitter / receiver is larger than that of the silicone cushion. Problems such as a decrease in resonance frequency and a decrease in sensitivity due to vibration suppression occur.
そこで、この発明では、振動絶縁性を高め、かつ接着した場合の振動抑制を防ぐことのできる構造的特長を有し、塗装可能な樹脂材料からなるカバーを超音波送受信器に取り付けることで、超音波送受信器の機能を損なう事無く、クッションを必要としない超音波送受信器を実現する事を目的とする。 Therefore, the present invention has a structural feature that can improve vibration insulation and prevent vibration suppression when bonded, and by attaching a cover made of a paintable resin material to the ultrasonic transceiver, The object is to realize an ultrasonic transmitter / receiver that does not require a cushion without impairing the function of the ultrasonic transmitter / receiver.
請求項1に記載は発明では、有底筒状のケースの天面振動によって超音波を発生させ、かつ同面で外部からの超音波を受信する超音波送受信器において、
内側の筒と外側の筒を有する少なくとも2つ以上の重ねられた筒
からなり、一番内側の筒と一番外側の筒との少なくとも一端の間が閉じられて、底面を有する振動吸収体を、取り付けた事で、超音波送受信器の機能低下を防ぎながら、超音波送受信器の取り付け部との間にクッションを必要としない超音波送受信器を実現する。
In the invention described in
A vibration absorber comprising a bottom surface comprising at least two or more stacked cylinders having an inner cylinder and an outer cylinder , wherein at least one end between the innermost cylinder and the outermost cylinder is closed. By mounting, an ultrasonic transmitter / receiver that does not require a cushion between the mounting portion of the ultrasonic transmitter / receiver while preventing the function of the ultrasonic transmitter / receiver from being deteriorated is realized.
請求項2に記載の発明は、前記振動吸収体の一番内側の筒の一端も閉じられて、底面を有する事を特徴とする。超音波送受信器の意匠面が、振動吸収体によって覆われることで、密閉性と塗装性が飛躍的に向上した超音波送受信器を実現する。
The invention according to
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の振動吸収体の底面に段差を設け、有底筒状ケースの天面を接着する部分の底面厚さを、他の部分よりも薄くしたことで、振動吸収体の強度を落とすことなく、感度の高い超音波送受信器を実現する。有底筒状ケースを接着する部分の肉厚は、厚ければ厚いほど超音波送受信器の感度を低下させる為に、極力薄くしなければならない。しかし、底面全体を薄くした場合、振動吸収体の強度が大きく低下してしまう。段差を設けることで、強度と性能を両立させることができる。
In the invention described in
図2−aに本発明の実施例を示す。例えば、φ12の円を意匠面1aとする高さ9mmのアルミケース1の底面1bに、両面2aに独立した銀電極が設けられたチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる円形の圧電素子2を接着した構造からなる超音波送受信器3に、外径φ16、内径φ12、高さ9mmの有底状の振動吸収体4を接着する。アルミケース内部の寸法とPZTの寸法は、共振周波数が68kHzになるように設計されている。振動吸収体4は同心円上の2つ円筒からなり、外側の円筒4aと内側の円筒4bの厚さは0.5mmである。外側の円筒4aと内側の円筒4bは厚さ0.5mmの底面によって完全につながっている。振動吸収体4は振動絶縁性を高めるためにABS相当の軟らかい弾性率をもつ樹脂材料で成形されている。振動吸収体4の外周には位置だしの為の鍔状のリブが設けてある。振動吸収体4の外側の円筒4aと内側の円筒4bの間は、硬度40程度のシリコーン5によって充填されている。シリコーン以外でもウレタン、低硬度のエラストマー、ゴムを埋めることで内部の反響を抑えることができる。超音波送受信器3と振動吸収体4は、超音波送受信器3の意匠面1aと振動吸収体4の意匠面4cの間に段差ができないように側面が接着剤によって接着されている。超音波送受信器3の意匠面1aと振動吸収体4の意匠面4aは同じ色に塗装されている。振動吸収体4を接着した超音波送受信器3を、外形φ18、内径φ16の取り付け部をもつハウジング6にはめ込む。さらにこれを、樹脂材料からなるバンパー7に金属バネ8を介して取り付けられた樹脂製のバンパーカバー9に取り付ける。
FIG. 2-a shows an embodiment of the present invention. For example, a circular
比較の為に、従来の方法であるクッション13を使用して超音波送受信器を組み付けた超音波送受信装置の様子を図2−bに示す。従来の方法では、クッション13の色が、超音波送受信器3、バンパーカバー9、バンパー7の色と異なるために、意匠性が悪いという問題がある。一方、本発明を実施した超音波送受信装置では、振動吸収体4の意匠面4aが超音波送受信器3、バンパーカバー9、バンパー7と同じ色に塗装されているために、従来の方法のようにクッションが目立つことは無く、意匠性が改善されている。
For comparison, FIG. 2B shows a state of an ultrasonic transmission / reception apparatus in which an ultrasonic transmission / reception apparatus is assembled using a
つぎに本発明の振動吸収体4を取り付けた状態での反射感度・残響特性を示す。本発明の振動吸収体4を接着した超音波送受信器3をバンパー7に取り付けた状態で、超音波送受信器3の感度・残響測定を行った。比較の為に、本発明の振動吸収体4を、外径φ16、内径φ12のパイプ状のカバー14に置き換えた場合の結果をあわせて示す。カバー14と超音波送受信器3は接着されている。振動吸収体4とカバー14は同じABS相当の樹脂で出来ている。図3に超音波送受信装置を68kHzで駆動させた場合の反射感度と残響の波形を示す。図3−aはカバー14を使用した場合、図3−bは本発明の振動吸収体4を使用した場合の波形を示す。カバー14を使用した装置に比べて、本発明の振動吸収体4を使用した装置は反射感度が高く、残響が短い、余計なノイズも観測されない。本発明の振動吸収体4とカバー14を使用した場合の反射波形を比較すると、振動吸収体4の反射波形に比べて、カバー14の反射波形は半分近くまで小さくなっている。カバー4の接着による超音波送受信機3への影響が大きい為に、反射波形が小さくなっている。一方、本発明の振動吸収体4を取り付けた場合は、接着による影響が少ない為に、超音波送受信器の前方60cmのところに設置されたポールからの反射波形がはっきり観測されている。
Next, reflection sensitivity and reverberation characteristics in a state where the vibration absorber 4 of the present invention is attached will be shown. The sensitivity / reverberation measurement of the ultrasonic transmitter /
図4に有限要素法で計算した振動吸収体4とカバー14の変形図を示す。図2で説明したハウジング6の一端6bの変位量を0に固定し、圧電素子2の電極面2aに68kHzの電位差を荷重として加えた場合の周波数応答解析の結果を示す。カバー14を使用した結果を図4−aに、本発明の振動吸収体4を使用した結果を図4−bに示す。カバー14では、超音波送受信器3の変形によって生じたカバー内側の変形がカバー外側まで伝わっている。一方、本発明の振動吸収体4では、超音波送受信器3の変形によって振動吸収体内側の円筒部4bと底面は大きく変形するが、振動吸収体外側の円筒部4aの変化は抑えられている。この様に本発明の振動吸収体4の形状的特徴によって、内側の円筒4bと底面が容易に変形することで超音波送受信器3の振動を妨げる事無く、振動吸収体4を接着したことによる感度低下を防ぐことができる。さらに、この形状的特性によって超音波送受信器3で発生した変形が外側のハウジング6に伝えにくくなっている。振動吸収体4を超音波送受信器3、バンパーカバー9、バンパー7を同じ色に塗装することで、意匠性を向上させることができる。
FIG. 4 shows a modified view of the vibration absorber 4 and the
つぎに請求項2の発明の実施例を図5に示す。先ほどの実施例中の、振動吸収体4を最内郭の円筒にも薄い底15aを設けた振動吸収体15に置き換える。最内郭の円筒に設けられた底面の厚さは0.3mmである。それ以外の寸法は、実施例1と同じである。振動吸収体15はABS相当の軟らかい弾性率をもつ樹脂材料で成形されている。超音波送受信器3の意匠面は、振動吸収体15に設けられた最内郭の円筒の底面に接着剤によって接着されている。振動吸収体15の内部は、硬度40程度のシリコーン5によって充填されている。振動吸収体15の意匠面15aはバンパーカバー9、バンパー7を同じ色に塗装されている。
Next, an embodiment of the invention of
本発明の振動吸収体15の形状的特徴によって、内側の円筒4bと底面が容易に変形することで超音波送受信器3の振動を妨げる事無く、振動吸収体15を接着したことによる感度低下を防ぐことができる。さらに、この形状的特性によって超音波送受信器3で発生した変形が外側のハウジング6に伝えにくくなっている。振動吸収体4を用いた先ほどの実施例に比べて、反射感度がやや低くなるが、意匠面が完全に覆われることで、密閉性と塗装性が向上されている。
The shape characteristic of the
1 アルミケース
1a アルミケース天面(意匠面)
1b アルミケース底面
2 PZT
2a PZT両面(銀電極部)
3 超音波送受信器
4 請求項1の本発明を実施した振動吸収体
4a 最外郭の円筒
4b 最内郭の円筒
5 シリコーン
6 ハウジング
7 バンパー
8 金属バネ
9 バンパーカバー
10 吸音材
11 封止剤
12 リード線(電極)
13 クッション
14 比較の為に設置したパイプ状のカバー
15 請求項3の本発明を実施した振動吸収体
16 請求項5の本発明を実施した振動吸収体
1
1b Aluminum case bottom 2 PZT
2a PZT both sides (silver electrode part)
DESCRIPTION OF
13
Claims (3)
有底筒状ケースの側面に、
樹脂材料からなる内側の筒と外側の筒を有する少なくとも2つ以上の重ねられた筒からなり、一番内側の筒と一番外側の筒との少なくとも一端の間が閉じられて、底面を有する振動吸収体を、取り付けた事を特徴とする超音波送受信器。 In an ultrasonic transmitter / receiver that generates ultrasonic waves by top surface vibration of a bottomed cylindrical case and receives ultrasonic waves from the outside on the same surface,
On the side of the bottomed cylindrical case,
It is composed of at least two or more stacked cylinders having an inner cylinder and an outer cylinder made of a resin material, and at least one end between the innermost cylinder and the outermost cylinder is closed and has a bottom surface. An ultrasonic transmitter / receiver characterized in that a vibration absorber is attached.
前記振動吸収体の底面に段差を設け、有底筒状ケースの天面を接着する部分の底面厚さを、
他の部分よりも薄くしたことを特徴とする請求項2に記載の超音波送受信器。 The bottom surface of the innermost tube of the vibration absorber and the bottom surface of the ultrasonic transceiver are bonded,
A step is provided on the bottom surface of the vibration absorber, and the bottom thickness of the portion where the top surface of the bottomed cylindrical case is bonded,
The ultrasonic transceiver according to claim 2, wherein the ultrasonic transceiver is thinner than other portions.
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