JP7439689B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、蓋部を有するケーシング内に収容された超音波素子を有する超音波センサに関するものである。

従来より、超音波を送受信する超音波素子が蓋部を有するケーシング内に収容された超音波センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、蓋部は、複数の空隙が形成されている多孔質部材で構成されている。

このような超音波センサは、車両に搭載され、車両の周囲に位置する物体を検出する物体検出装置を構成するのに用いられる。そして、このような超音波センサは、蓋部に形成されている空隙を通じて超音波としての探査波を外部へ送信し、当該探査波が反射した反射波を受信波として受信する。

特開２０１２－２１７０２０号公報

ところで、上記のような超音波センサでは、車両に搭載されるため、異物に対する耐衝撃性の向上を図ることが望まれている。

本発明は上記点に鑑み、耐衝撃性の向上を図ることのできる超音波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、ケーシング（４０）内に圧電素子（２８）が形成されたセンサ部（１０）が収容された超音波センサであって、収容凹部（５１）が形成されたケース（５０）と、ケースの収容凹部に収容されたセンサ部と、収容凹部を閉塞するようにケースに配置されてケーシングを構成する蓋部（８０）と、を備え、蓋部は、空隙が形成された多孔質フィルムで構成される上側フィルム蓋部（２００）と、多孔質フィルムの空隙より対向する側面の間隔が広い孔部（１０１）が複数形成されると共に、多孔質フィルムより剛性が高くされたプレート部材で構成される下側プレート蓋部（１００）と、を有し、下側プレート蓋部および上側フィルム蓋部は、センサ部側から下側プレート蓋部、上側フィルム蓋部の順に配置されていると共に、下側プレート蓋部と上側フィルム蓋部とが接触している。

これによれば、蓋部は、センサ部側から下側プレート蓋部および上側フィルム蓋部が順に配置されていると共に、下側プレート蓋部と上側フィルム蓋部とが接合されている。このため、蓋部が多孔質部材のみで構成されている場合と比較して、超音波センサが車両に搭載された際には、特に、車両を洗浄する際等の高水圧に対して上側フィルム蓋部が破損することを抑制でき、高水圧に対する耐衝撃性の向上を図ることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における超音波センサの断面図である。 図１に示すセンサ部近傍の拡大図である。 下側プレート蓋部における加工限界を説明するための図である。 フィルム蓋部の空隙径と音圧ロスとの関係を示す図である。 第２実施形態における超音波センサの断面図である。 第３実施形態における超音波センサの断面図である。 第４実施形態における超音波センサの断面図である。 第４実施形態における上側孔部に異物が挟まった際の最大到達長さを説明するための図である。 上側フィルム蓋部の厚さと、上側プレート蓋部と上側フィルム蓋部の間隔との和と、上側フィルム蓋部の上側孔部径との関係を示す図である。 第５実施形態における超音波センサの断面図である。 第５実施形態の変形例における超音波センサの断面図である。 第６実施形態における超音波センサの断面図である。 第７実施形態における超音波センサの断面図である。 第８実施形態における超音波センサの断面図である。 第８実施形態における超音波センサにおいて、下側プレート蓋部に水等の異物が侵入した状態を示す断面図である。 第９実施形態における超音波センサの断面図である。 第１０実施形態における超音波センサの断面図である。 第１１実施形態における超音波センサの断面図である。 緩和部材の構成を示す模式図である。 空隙率と音圧ロスとの関係を示す図である。 第１２実施形態における超音波センサの断面図である。 ワックスをふき取る実験の結果を示す図である。 第１２実施形態の変形例における超音波センサの断面図である。 第１２実施形態の変形例における超音波センサの断面図である。 第１２実施形態の変形例における超音波センサの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の超音波センサは、例えば、車両のバンパー周辺に搭載され、車両の周囲に位置する物体を検出する物体検出装置を構成するのに適用されると好適である。

本実施形態の超音波センサは、図１に示されるように、センサ部１０がケーシング４０内に収容された構成とされている。まず、センサ部１０の構成について説明する。

センサ部１０は、超音波である探査波を指向軸に沿って送信するように構成されている。なお、探査波は、センサ部１０から所定の広がり（すなわち、指向角）で送信される。また、指向軸とは、センサ部１０から送信される探査波に沿って伸びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。言い換えると、指向軸は、探査波の中心を通る軸である。また、センサ部１０は、探査波が周囲に存在する障害物で反射された反射波を含む受信波を受信し、受信結果に基づく検出信号を出力するように構成されている。本実施形態では、センサ部１０は、図２Ａに示されるように、トランデューサユニット２０および支持部材３０等を備えている。

トランデューサユニット２０は、本実施形態では、支持基板２１、埋込絶縁膜２２、半導体層２３が順に積層されたＳＯＩ基板で構成されるセンサ基板２４を用いて構成されたＭＥＭＳ型とされ、複数の超音波素子２５を有する構成とされている。なお、ＳＯＩは、Silicon on Insulatorの略であり、ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。以下では、半導体層２３のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の一面２４ａとし、支持基板２１のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の他面２４ｂとして説明する。

センサ基板２４には、他面２４ｂ側から凹部２６が形成されることにより、複数のダイヤフラム部２７が形成されている。本実施形態では、センサ基板２４には、ダイヤフラム部２７が二次元的に配列されるように、凹部２６が形成されている。なお、本実施形態では、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を貫通して半導体層２３に達するように形成されており、ダイヤフラム部２７は、半導体層２３で構成されている。但し、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を残存させるように形成され、ダイヤフラム部２７は、埋込絶縁膜２２および半導体層２３で形成されるようにしてもよい。

そして、各ダイヤフラム部２７上には、裏面電極２８ａ、圧電膜２８ｂ、表面電極２８ｃが順に積層されて構成される圧電素子２８が形成されている。本実施形態では、このようにしてセンサ基板２４に複数の超音波素子２５が形成されている。つまり、本実施形態の超音波素子２５は、ＰＭＵＴとして構成されている。ＰＭＵＴはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。

なお、本実施形態では、各圧電素子２８の裏面電極２８ａは、一体化されて共通のグランド電位が印加されるようになっている。また、圧電膜２８ｂは、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛を有しない圧電セラミックス、またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の鉛を含むが汎用性の高い圧電セラミックスで構成されている。そして、圧電膜２８ｂは、ダイヤフラム部２７上に、ダイヤフラム部２７と同等の平面形状となるように形成されている。

各超音波素子２５は、上記のように、ダイヤフラム部２７が二次元的に形成されているため、二次元的に配置された状態となる。そして、各超音波素子２５は、後述するボンディングワイヤ３５や接続端子３６等を介し、それぞれが図示しない制御部等と接続される。

この場合、超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の中心の間隔を間隔ｄとすると、ある位相差に対して方位が２値化しないように、それぞれの間隔ｄが超音波素子２５から送信される探査波の波長の半分未満とされていることが好ましい。なお、隣合う超音波素子２５の中心の間隔ｄとは、言い換えると、隣合うダイヤフラム部２７の中心の間隔のことである。

また、センサ基板２４の一面２４ａには、裏面電極２８ａや表面電極２８ｃと電気的に接続されるパッド部２９が形成されている。

このような超音波素子２５は、圧電素子２８に交流電圧である駆動電圧が印加されると、ダイヤフラム部２７が超音波振動して探査波を送信する。例えば、本実施形態では、探査波の指向軸がセンサ基板２４の一面２４ａに対する法線方向（以下では、単にセンサ基板２４の法線方向ともいう）と一致するように、各圧電素子２８に位相が等しい駆動電圧が印加される。また、超音波素子２５は、受信波を受信するとダイヤフラム部２７が振動し、当該振動に基づいて圧電素子２８に電荷が発生する。このため、超音波素子２５は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。

支持部材３０は、トランデューサユニット２０を固定して支持する部材である。本実施形態では、支持部材３０は、多層基板やプリント基板等で構成されている。そして、特に図示しないが、支持部材３０には、信号処理のための各種回路部品が実装されていてもよい。

また、本実施形態の支持部材３０は、凹部３１と、当該凹部３１を囲むように形成された凸部３２とを有する形状とされている。そして、凹部３１には、センサ基板２４の他面２４ｂが凹部３１の底面と対向するように、上記センサ基板２４が接合部材３３を介して搭載されている。なお、接合部材３３は、シリコーン系等の接着剤等が用いられる。

支持部材３０の凸部３２には、パッド部３４が形成されている。そして、このパッド部３４は、センサ基板２４に形成されたパッド部２９とボンディングワイヤ３５を介して電気的に接続されている。

さらに、支持部材３０には、凸部３２およびパッド部３４を貫通するように、金属製の接続端子３６が配置されている。そして、接続端子３６は、はんだ等の接合部材３７が形成されることにより、支持部材３０に機械的に接続されると共に、パッド部３４と電気的に接続される。これにより、各超音波素子２５がパッド部２９、３４を介して接続端子３６と接続される。また、パッド部３４上には、ボンディングワイヤ３５と接続される部分と接合部材３７と接続される部分の間に、ソルダーレジスト３８が配置されている。

以上が本実施形態におけるセンサ部１０の構成である。

ケーシング４０は、図１に示されるように、収容凹部５１が形成されたケース５０と、収容凹部５１を閉塞するように配置される蓋部８０とを有している。

ケース５０は、本実施形態では、金属等で構成される搭載部材６０および側壁部材７０を有している。搭載部材６０は、図２Ａに示されるように、支持部材３０に備えられる接続端子３６の数に対応する複数の貫通孔６１が形成されている。そして、支持部材３０は、接続端子３６が貫通孔６１を貫通するように、搭載部材６０上に接合部材６２を介して配置されている。なお、貫通孔６１には、接続端子３６と搭載部材６０とを絶縁するための図示しない絶縁部材等が充填されている。また、接合部材６２は、シリコーン系接着剤等が用いられ、絶縁部材は、エポキシ樹脂や封止ガラス等が用いられる。

側壁部材７０は、図１に示されるように、一端部および他端部を有する筒状部材とされ、他端部側の内周面に段差部７１が形成されている。そして、側壁部材７０は、センサ部１０を内部に収容するように、一端部側が搭載部材６０に固定されている。つまり、ケース５０の収容凹部５１は、筒状の側壁部材７０の一端部が搭載部材６０に固定されることで構成されている。なお、特に限定されるものではないが、側壁部材７０は、例えば、搭載部材６０に、かしめ固定や接着剤等によって固定される。

蓋部８０は、本実施形態では、下側プレート蓋部１００と、上側フィルム蓋部２００とを有する構成とされている。

上側フィルム蓋部２００は、水等の異物を通さずに超音波を通過させる材料を用いて構成されており、本実施形態では、複数の空隙が形成された多孔質フィルムである延伸ポリテトラフルオロエチレン（以下では、延伸ＰＴＦＥともいう）フィルムを用いて構成されている。なお、延伸ＰＴＦＥは、１軸延伸のフィルムであってもよいし、２軸延伸のフィルムであってもよい。また、上側フィルム蓋部２００は、後述するように、下側プレート蓋部１００よりもケース５０の開口端側に配置されてユーザに目視され得るため、汚れの目立ちにくい黒色のものが用いられることが好ましい。

上側フィルム蓋部２００の厚さは、厚すぎると音波の透過率が下がり易くなり、薄すぎると膜の強度が小さくなりすぎて信頼性が低下する。このため、上側フィルム蓋部２００の厚さは、１～１００μｍとされることが好ましく、５～２０μｍとされることがさらに好ましい。また、上側フィルム蓋部２００は、空隙率が８０～９９％とされることが好ましく、８５～９５％とされることがさらに好ましい。

さらに、上側フィルム蓋部２００は、空隙径が０．０５～１０μｍとされることが好ましく、０．０５～０．８μｍとされることがさらに好ましい。ここで、上側フィルム蓋部２００は、後述するように、上側フィルム蓋部２００が下側プレート蓋部１００よりもケース５０の開口端側に配置される。このため、超音波センサが車両に取り付けられ、ユーザが車両のワックスがけを行った際、上側フィルム蓋部２００の空隙には、ワックスが入り込む可能性がある。また、走行中等において、泥等が上側フィルム蓋部２００の空隙に入り込む可能性がある。

本発明者らの検討によれば、図３に示されるように、上側フィルム蓋部２００の空隙径が大きくなるほどワックスや泥が入り込み易くなり、音圧ロスが大きくなることが確認される。但し、現状では、音圧ロスが想定値に対して１０ｄＢ程度であれば許容範囲内とされている。したがって、本実施形態では、上側フィルム蓋部２００の空隙径は、０．０５～０．８μｍとされている。なお、空隙径の下限である０．０５μｍは、一般的な多孔質フィルムに構成される空隙径の限界値である。

下側プレート蓋部１００は、上側フィルム蓋部２００よりも剛性の高いプレート部材に、上側フィルム蓋部２００に形成される空隙径よりも対向する側面の間隔が広い孔部１０１が複数形成されることで構成されている。本実施形態では、下側プレート蓋部１００を構成するプレート部材は、金属または樹脂を用いて構成され、下側プレート蓋部１００に形成される孔部１０１は、開口部が真円状である円筒状とされている。つまり、下側プレート蓋部１００に形成される孔部１０１は、下側プレート蓋部１００の厚さ方向に沿って対向する側面の間隔が一定とされている。

下側プレート蓋部１００の厚さは、厚すぎると音波の透過率が下がり易くなり、薄すぎるとプレート部材の強度が小さくなりすぎて信頼性が低下する。このため、下側プレート蓋部１００の厚さは、０．１～２ｍｍとされることが好ましく、０．４～１．２ｍｍとされることがさらに好ましい。また、下側プレート蓋部１００は、空隙率が２０～９０％されることが好ましく、４０～６０％とされることがさらに好ましい。

さらに、下側プレート蓋部１００の孔部径は、大きすぎると膜応力が異物による影響を受けやすくなって信頼性が損なわれる可能性があり、小さすぎると音波が透過しにくくなってセンサとしての性能が下がる可能性がある。また、下側プレート蓋部１００の孔部１０１は、例えば、ウェットエッチング等で構成されるが、現状では、加工限界が０．５ｍｍ程度となる。このため、下側プレート蓋部１００の孔部径は、０．５～２ｍｍとされることが好ましく、０．５～１．６ｍｍとされることがさらに好ましい。

なお、下側プレート蓋部１００における加工限界は、音圧ロスを低くするため、空隙率を高くすることも考慮して設定される。すなわち、図２Ｂに示されるように、下側プレート蓋部１００において、隣合う孔部１０１の中心の間隔（すなわち、ピッチ間隔）をＰとし、隣合う孔部１０１の最小間隔をＸとし、孔部１０１の径をａ１１とし、加工閾値をＡとすると、下記数式１が成立する。

（数１）Ｘ＝Ｐ－ａ１１＞Ａ
また、空隙率は、孔の形状に依存する係数をＢとすると、下記数式２で示される。

（数２）空隙率＝（Ｂ×ａ１１^２）／Ｐ^２
この場合、数式２より、空隙率を大きくするためには、孔部１０１の径ａ１１を大きくする、または、ピッチ間隔Ｐを小さくすればよい。しかしながら、これらの方法によって空隙率を大きくする場合には、最小間隔Ｘが小さくなる。このため、加工限界は、空隙率も考慮して設定される。

なお、下側プレート蓋部１００の孔部１０１の孔部径は、センサ部１０の超音波素子２５から送信される探査波の波長をλとすると、波長の（１／２）倍の値に近づくほど音波が散乱し易くなる。このため、本実施形態では、下側プレート蓋部１００の孔部径をａ１１とすると、孔部１０１は、λ／２＞ａ１１を満たすように形成されている。但し、下側プレート蓋部１００の孔部径は、波長の１／２倍の値に近づくほど音波が散乱し易くなるため、λ／２から離れた値となることが好ましい。つまり、本実施形態の下側プレート蓋部１００の孔部径は、上記範囲に加え、センサ部１０から送信される超音波の波長に基づいて設定されることが好ましい。なお、本実施形態では、孔部１０１は、円筒状とされているため、孔部径は下側プレート蓋部１００の厚さ方向に沿って一定となっている。このため、本実施形態では、孔部径ａ１１が、孔部１０１のうちの最も短くなる部分の間隔に相当する。そして、センサ部１０から送信される超音波の波長λは、３０～１００ｋＨｚとされることが好ましく、４０～７０ｋＨｚとされることが好ましい。これにより、高精度な超音波センサを構成することができる。

また、下側プレート蓋部１００は、隣合う孔部１０１の中心間隔であるピッチ間隔が１．０６ｍｍ程度とされることが好ましい。

なお、下側プレート蓋部１００に形成される複数の孔部１０１は、例えば、４回対称や６回対称等の回転対称とされていることが好ましい。但し、下側プレート蓋部１００に形成される複数の孔部１０１は、一部の孔部径等が部分的に異なるものであってもよい。

そして、本実施形態では、上側フィルム蓋部２００および下側プレート蓋部１００は、センサ部１０側から、下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００の順に配置されている。具体的には、下側プレート蓋部１００は、側壁部材７０に形成された段差部７１に、図示しない接着剤等の接合部材を介して外縁端部が接合されている。そして、上側フィルム蓋部２００は、下側プレート蓋部１００上に、図示しない接着剤を介して配置されている。つまり、上側フィルム蓋部２００は、下側プレート蓋部１００よりもケース５０の開口端側に配置されている。なお、本明細書では、上側フィルム蓋部２００が下側プレート蓋部１００上に接合部材を介して配置される構成も、上側フィルム蓋部２００と下側プレート蓋部１００とが接触する構成に含まれる。つまり、上側フィルム蓋部２００が他の部材を介して下側プレート蓋部１００に間接的に接触する構成も、上側フィルム蓋部２００と下側プレート蓋部１００が接触する構成に含まれる。

以上説明した本実施形態では、蓋部８０は、下側プレート蓋部１００および上側フィルム蓋部２００が順に配置されて構成されている。このため、超音波センサが車両に搭載された際、蓋部８０が多孔質部材のみで構成されている場合と比較して、特に、車両を洗浄する際等の高水圧に対して上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制でき、高水圧に対する耐衝撃性の向上を図ることができる。

また、下側プレート蓋部１００の孔部１０１は、λ／２＞ａ１１を満たすように形成されている。このため、下側プレート蓋部１００で超音波が散乱することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。

さらに、上側フィルム蓋部２００の空隙径は、０．０５μｍ以上であって、０．８μｍ以下とされている。このため、上側フィルム蓋部２００の空隙にワックスや泥等が入り込むことを抑制できる。また、上側フィルム蓋部２００の空隙にワックスや泥等が入り込んだとしても、音圧ロスを１０ｄＢ以下とすることができ、現状の要求に十分に満足することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、上側プレート蓋部を追加したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図４に示されるように、蓋部８０は、下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００に加え、孔部１１１が形成された上側プレート蓋部１１０を有する構成とされている。本実施形態では、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、材質や互いの孔部１０１、１１１の形状が同様の構成とされている。但し、上側プレート蓋部１１０は、下側プレート蓋部１００よりも厚さが薄くされている。なお、上側プレート蓋部１１０と下側プレート蓋部１００とは、材質等が異なっていてもよい。例えば、上側プレート蓋部１１０が樹脂等で構成され、下側プレート蓋部１００が金属等で構成されるようにしてもよい。

以下では、下側プレート蓋部１００に形成されている孔部を下側孔部１０１ともいい、上側プレート蓋部１１０に形成されている孔部を上側孔部１１１ともいう。本実施形態では、上側孔部１１１と下側孔部１０１の形状が同様とされているため、上側孔部１１１は、孔部径をａ２１とすると、ａ２１＜λ／２とされている。なお、本実施形態では、上側孔部１１は、円筒状とされているため、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿って対向する側面の間隔が一定とされている。このため、本実施形態では、上側孔部の孔部径ａ２１が、上側孔部１１１のうちの最も短くなる部分の間隔に相当する。

そして、蓋部８０は、センサ部１０側から下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００、上側プレート蓋部１１０の順に配置されている。つまり、上側フィルム蓋部２００は、下側プレート蓋部１００と上側プレート蓋部１１０との間に配置されている。

また、本実施形態では、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、それぞれ上側フィルム蓋部２００と接触するように配置されている。本実施形態では、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００とは、それぞれ図示しない接着剤等によって上側フィルム蓋部２００と接合されている。

以上説明した本実施形態では、蓋部８０は、センサ部１０側から、下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００、上側プレート蓋部１１０の順に配置されている。このため、小石等の異物が超音波センサに達した際に当該障害物が上側プレート蓋部１１０によって上側フィルム蓋部２００に達することを抑制でき、上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制できる。つまり、本実施形態の超音波センサによれば、小石等の異物に対する耐衝撃性の向上も図ることができる。

また、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００と接合されている。このため、例えば、上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００から離れている場合と比較して、蓋部８０の全体の厚さが厚くなることを抑制できる。ここで、超音波は、蓋部８０を通過する際に減衰し易く、蓋部８０の全体の厚さが厚いほど減衰し易い。このため、本実施形態のように、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０を上側フィルム蓋部２００と接合された状態とすることにより、蓋部８０の全体の厚さが厚くなることを抑制でき、超音波が減衰することを抑制できる。したがって、本実施形態の超音波センサでは、検出感度および検出精度が低下することも抑制できる。

また、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００と接合されていることにより、蓋部８０の全体の強度を高くできる。さらに、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００と接合されていることにより、上側フィルム蓋部２００のうちの上側プレート蓋部１１０から露出する部分の汚れ等を直接拭き取り易くできる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対し、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１の形状を変更したものである。その他に関しては、第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図５に示されるように、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１は、上側フィルム蓋部２００側に向かって対向する側面の間隔が狭くなるテーパ形状とされている。つまり、本実施形態では、上側孔部１１１は、円筒状とされているため、上側フィルム蓋部２００側に向かって径が小さくなるテーパ形状とされている。例えば、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１は、側面の角度であるテーパ角度が１０～８０°とされることが好ましく、３０～６０°されることがさらに好ましい。このため、本実施形態では、上側孔部１１１は、テーパ角度が略４５°となるように形成されている。

以上説明した本実施形態では、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１がテーパ形状とされているため、超音波センサを車両に搭載し、ワックスがけを行った後に当該ワックスをふき取った際、ワックスが残存し易い上側孔部１１１と上側フィルム蓋部２００との境界部も拭き取り易くなる。このため、上側孔部１１１にワックスが残存することを抑制できる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対し、上側プレート蓋部１１０を上側フィルム蓋部２００から離して配置したものである。その他に関しては、第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図６に示されるように、側壁部材７０には、段差部７１として、搭載部材６０側から順に、第１段差部７１ａと第２段差部７１ｂとが形成されている。そして、下側プレート蓋部１００は、第１段差部７１ａに図示しない接着剤等を介して配置されている。上側プレート蓋部１１０は、下側プレート蓋部１００上に配置されている上側フィルム蓋部２００から離れるように、第２段差部７１ｂに図示しない接着剤を介して配置されている。

ここで、下側プレート蓋部１００、上側プレート蓋部１１０、上側フィルム蓋部２００、センサ部１０および側壁部材７０の配置、構成について、以下に具体的に説明する。まず、センサ部１０と下側プレート蓋部１００との間隔を間隔ｄ１とし、上側フィルム蓋部２００と上側プレート蓋部１１０との間隔を間隔ｄ２とする。なお、センサ部１０と下側プレート蓋部１００との間隔ｄ１とは、詳しくは、センサ部１０うちの表面電極２８ｃと下側プレート蓋部１００との間隔のことである。

また、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１の径を下側孔部径ａ１１とする。上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１の径を上側孔部径ａ２１とし、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１のうちの下側プレート蓋部１００と反対側の開口部における径の長さを上側孔部径ａ２２とする。本実施形態では、下側孔部１０１は円筒状とされている。このため、下側孔部径ａ１１は、下側プレート蓋部１００の厚さ方向に沿って一定となる。同様に、上側孔部１１１は円筒状とされている。このため、上側孔部径ａ２１は、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿って一定となる。そして、上側孔部径ａ２１と上側孔部径ａ２２とは、等しくなる。さらに、下側プレート蓋部１００の厚さを下側プレート厚さｔ１とし、上側プレート蓋部１１０の厚さを上側プレート厚さｔ２とする。

さらに、センサ部１０のうちの最も外縁側に配置されている超音波素子２５の中心と側壁部材７０との間隔を間隔ｓとする。つまり、各超音波素子２５の中心と側壁部材７０との間隔のうちの最も長さが短い部分の間隔を間隔ｓとする。また、側壁部材７０において、超音波素子２５の表面電極２８ｃと他端部との間隔を間隔ｈとする。つまり、超音波素子２５とケース５０の開口端との間隔を間隔ｈとする。なお、超音波素子２５の中心とは、本実施形態では、圧電素子２８の中心とされている。

さらに、センサ部１０におけるセンサ基板２４の法線方向（すなわち、指向軸）と、センサ部１０から送信される探査波の広がり範囲との成す角度を指向角θとする。

まず、本実施形態では、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側プレート厚さｔ２がｄ２≧ｔ２を満たすように、構成、配置されている。また、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側孔部径ａ２２がｄ２≧ａ２２を満たすように、構成配置されている。これによれば、上側孔部１１１を通過して上側フィルム蓋部２００と上側プレート蓋部１１０との間に入り込む異物は、間隔ｄ２より小さいものとなるため、上側フィルム蓋部２００と上側プレート蓋部１１０との間に異物が挟み込まれた状態となることを抑制できる。

また、図７に示されるように、立方体である異物が上側孔部１１１に挟まると仮定した場合、上側プレート蓋部１１０のうちの上側フィルム蓋部２００と反対側の表面を基準とすると、異物Ｆ１の最大到達長さＬは、ａ２２／（２×２^１／２）で示される。このため、本実施形態では、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側プレート蓋部１１０の厚さｔ２がｄ２＋ｔ２≧ａ２２／（２×２^１／２）を満たすように、構成、配置されている。例えば、上側孔部径ａ２２と、厚さｔ２と間隔ｄ２との関係は、図８のように示される。そして、例えば、上側孔部径ａ２２を大きくする場合には、上側孔部径ａ２２に応じて厚さｔ２と間隔ｄ２との関係を大きくすることにより、異物Ｆ１が上側フィルム蓋部２００に接触することを抑制できる。これによれば、上側孔部１１１に異物が挟まったとしても、当該異物が上側フィルム蓋部２００と接触し難くなるため、上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制できる。

さらに、本実施形態では、センサ部１０および側壁部材７０は、ｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓを満たすように、構成、配置されている。これによれば、センサ部１０から送信される探査波の広がりが側壁部材７０によって阻害され難くなる。このため、検出精度が低下することも抑制できる。

以上が本実施形態における下側プレート蓋部１００、上側プレート蓋部１１０、上側フィルム蓋部２００、センサ部１０および側壁部材７０の配置、構成である。そして、このような構成を満たす条件において、間隔ｄ１は、例えば、長すぎると超音波の位相が乱れ易くなり、短すぎると衝撃で下側プレート蓋部１００がセンサ部１０に接触する可能性がある。このため、間隔ｄ１は、０．２～２ｍｍとされることが好ましく、０．５～１．２ｍｍとされることが好ましい。

また、間隔ｄ２は、長すぎると超音波の位相が乱れ易くなり、短すぎると上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００と接触して上側フィルム蓋部２００が破損したり、異物が上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に詰まる可能性がある。このため、間隔ｄ２は、０．０１～２ｍｍとされることが好ましく、０．４～１．０ｍｍとされることがさらに好ましい。

また、上記第１、第２実施形態でも記載したが、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、厚さｔ１、ｔ２が０．１～２ｍｍとされることが好ましく、０．４～１．２ｍｍとされることがさらに好ましい。また、下側孔部径ａ１１および上側孔部径ａ２１は、０．５～２ｍｍとされることが好ましく、０．５～１．６ｍｍとされることがさらに好ましい。但し、下側孔部径ａ１１および上側孔部径ａ２１は、センサ部１０から送信される超音波の波長λに基づき、ａ１１、ａ２１＜λ／２とされることが好ましい。

さらに、間隔ｓは、長すぎると製品が大きくなって意匠性が低下したり、コストの増加となり、短すぎるとセンサ部１０から影になる部分が増え、指向性が狭くなってセンサとしての性能が低下する可能性がある。このため、間隔Ｓは、２～５ｍｍとされることが好ましく、３～４ｍｍとされることがさらに好ましい。

また、間隔ｈは、長すぎるとセンサ部１０から影になる部分が増え、指向性が狭くなってセンサとしての性能が低下したり、コストの増加となり、短すぎるとセンサ部１０と下側プレート蓋部１００との間隔が狭くなって製造が困難になる可能性がある。このため、間隔ｈは、２～５ｍｍとされることが好ましく、３～４ｍｍとされることがさらに好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、離れて配置されている。このため、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０が互いに摩耗することを抑制できる。

また、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側プレート厚さｔ２がｄ２≧ｔ２を満たすように、構成、配置されている。上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側孔部径ａ２２がｄ２≧ａ２２を満たすように、構成配置されている。このため、上側フィルム蓋部２００と上側プレート蓋部１１０との間に異物が挟み込まれた状態となることを抑制できる。

さらに、上側フィルム蓋部２００および上側プレート蓋部１１０は、間隔ｄ２と上側プレート蓋部１１０の厚さｔ２がｄ２＋ｔ２≧ａ２２／（２×２^１／２）を満たすように、構成、配置されている。このため、上側孔部１１１に異物が挟まったとしても、当該異物が上側フィルム蓋部２００と接触し難くなるため、上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制できる。

また、センサ部１０および側壁部材７０は、ｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓを満たすように、構成、配置されている。このため、センサ部１０から送信される探査波の広がりが側壁部材７０によって阻害され難くなり、検出精度が低下することを抑制できる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１の形状と上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１の形状とが異なるようにしたものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図９に示されるように、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１と、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１とは、径および孔の間隔が異なっている。なお、本実施形態では、下側プレート蓋部１００に形成されている孔部の対向する側面の間隔のうちの最も短くなる部分の間隔（すなわち、孔部径）をａ１３とし、上側プレート蓋部１１０に形成されている孔部の対向する側面のうちの最も短くなる部分の間隔（すなわち、孔部径）をａ２３とする。なお、本実施形態では、下側孔部１０１および上側孔部１１１は円筒状とされているため、下側孔部１０１の孔部径はａ１３で一定となり、上側孔部１１１の孔部径はａ２３で一定となる。

ここで、上記のように、上側プレート蓋部１１０は、小石等の異物が衝突したり、ユーザが目視し得る部分となるため、機械強度、音響性能、意匠性、異物の付着し易さ、付着した異物の取り易さが要求される。下側プレート蓋部１００は、小石等の異物が衝突し難いと共にユーザが目視し難い部分であるため、音響性能や、上側フィルム蓋部２００を含めた耐水圧性等が要求される。

したがって、本実施形態では、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、下側孔部径ａ１３および上側孔部径ａ２３がａ２３≧ａ１３を満たすように、構成されている。

以上説明した本実施形態によれば、下側プレート蓋部１００の下側孔部径ａ１３と上側プレート蓋部１１０の上側孔部径ａ２３とが異なる形状とされている。このため、設計の自由度の向上を図ることができる。そして、下側プレート蓋部１００に形成される下側孔部１０１は、下側プレート蓋部１００への要求に応じた形状とし、上側プレート蓋部１１０に形成される上側孔部１１１は、上側プレート蓋部１１０への要求に応じた形状とできる。

また、本実施形態では、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、下側孔部径ａ１３および上側孔部径ａ２３がａ２３≧ａ１３を満たすように構成されている。このため、例えば、下側孔部径ａ１３と上側孔部径ａ２３とが等しくされている場合と比較して、上側孔部１１１で目詰まりが発生し難くなると共に、上側孔部１１１に付着した異物を除去し易くできる。

（第５実施形態の変形例）
第５実施形態の変形例について説明する。上記第５実施形態において、図１０に示されるように、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、下側孔部径ａ１３および上側孔部径ａ２３がａ１３≧ａ２３を満たすように、構成されていてもよい。つまり、下側孔部１０１および上側孔部１１１は、寸法が異なるように形成されていてもよい。また、下側プレート蓋部１００および上側プレート蓋部１１０は、下側孔部１０１および上側孔部１１１の形状が異なっていてもよい。例えば、下側孔部１０１および上側孔部１１１は、一方が円筒状とされ、他方が多角筒状とされていてもよい。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、ケース５０に排出孔を形成したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１１に示されるように、ケース５０のうちの側壁部材７０には、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に位置する部分に排出孔７２が形成されている。なお、排出孔７２は、使用用途に応じた側壁部材７０の強度を満たす大きさとされることが必要であるが、水等の異物を排出するための孔であるため、可能な限り大きくされるほうが好ましい。例えば、排出孔７２は、最大部分の幅が５～１５ｍｍ程度とされる。

以上説明した本実施形態では、側壁部材７０には、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に位置する部分に排出孔７２が形成されている。このため、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に入り込んだ水を含む異物は、側壁部材７０に形成された排出孔７２が天地方向の地側となるように配置されることにより、重力によって排出孔７２から排出される。このため、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に異物が滞留することを抑制できる。

なお、上記のような超音波センサでは、外部から排出孔７２を通じて上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に小石等の異物が導入される可能性がある。このため、側壁部材７０には、排出孔７２から上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００との間に入り込んだ水を含む異物を排出しつつ、外部から排出孔７２を介して小石等の異物が導入されることを抑制するための金属メッシュ等が配置されるようにしてもよい。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、下側フィルム蓋部を備えるにしたものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１２に示されるように、側壁部材７０には、段差部７１として、搭載部材６０側から順に、第３段差部７１ｃ、第１段差部７１ａ、第２段差部７１ｂが形成されている。

また、蓋部８０は、下側プレート蓋部１００、上側プレート蓋部１１０、および上側フィルム蓋部２００に加え、下側フィルム蓋部２１０を有する構成とされている。本実施形態では、上側フィルム蓋部２００および下側フィルム蓋部２１０は、同様の構成とされている。

そして、蓋部８０は、センサ部１０側から下側フィルム蓋部２１０、下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００、上側プレート蓋部１１０の順に配置されている。つまり、下側プレート蓋部１００は、上側フィルム蓋部２００および下側フィルム蓋部２１０とで挟まれるように配置されている。

具体的には、下側フィルム蓋部２１０は、第３段差部７１ｃに図示しない接着剤を介して配置されている。なお、下側プレート蓋部１００は、上記と同様に、第１段差部７１ａに図示しない接着剤を介して配置されており、本実施形態では、下側フィルム蓋部２１０と離れて配置されている。また、上側フィルム蓋部２００は、下側プレート蓋部１００上に図示しない接着剤を介して配置されている。

以上説明した本実施形態では、下側フィルム蓋部２１０および上側フィルム蓋部２００を有し、下側フィルム蓋部２１０が下側プレート蓋部１００よりもセンサ部１０側に配置されている。このため、上側フィルム蓋部２００が破損して水等の異物が下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１に侵入したとしても、下側フィルム蓋部２１０によって当該異物がセンサ部１０に達することを抑制できる。したがって、センサ部１０が故障等することを抑制できる。

なお、本実施形態では、下側フィルム蓋部２１０と上側フィルム蓋部２００との構成が同じであるものを説明したが、下側フィルム蓋部２１０と上側フィルム蓋部２００とは、空隙径や厚さ等が異なる構成とされていてもよい。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第７実施形態に対し、下側フィルム蓋部２１０および上側フィルム蓋部２００と下側プレート蓋部１００とを接合したものである。その他に関しては、第７実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１３に示されるように、側壁部材７０には、第３段差部７１ｃが形成されておらず、段差部７１としての第１段差部７１ａおよび第２段差部７１ｂのみが形成されている。そして、第１段差部７１ａには、図示しない接着剤等を介して下側フィルム蓋部２１０が配置されている。下側フィルム蓋部２１０上には、図示しない接着剤を介して下側プレート蓋部１００および上側フィルム蓋部２００が順に配置されている。

つまり、本実施形態では、下側プレート蓋部１００は、下側フィルム蓋部２１０および上側フィルム蓋部２００に挟まれつつ、下側フィルム蓋部２１０および上側フィルム蓋部２００と接合された状態となっている。このため、下側プレート蓋部１００における複数の下側孔部１０１は、互いに独立した状態となっており、互いに連通していない状態となっている。

以上説明した本実施形態によれば、下側プレート蓋部１００における複数の下側孔部１０１が互いに独立した状態となっている。このため、図１４に示されるように、上側フィルム蓋部２００が破損して下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１に水等の異物Ｆ２が侵入したとしても、当該異物Ｆ２が他の下側孔部１０１にまで広がることを抑制できる。このため、下側プレート蓋部１００では、異物が侵入した下側孔部１０１と異なる下側孔部１０１を通じた超音波の送受信が可能となる。したがって、超音波センサの寿命の向上も図ることができる。

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間に緩和部材を配置したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１５に示されるように、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間には、緩和部材３００が配置されている。緩和部材３００は、上側フィルム蓋部２００よりも剛性が高く、下側プレート蓋部１００よりも剛性が低い材料を用いて構成されており、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等で構成されている。また、緩和部材３００は、薄すぎると後述する緩和効果が低減されるため、例えば、厚さが１～２００μｍとされることが好ましく、１０～１００μｍとされることがさらに好ましい。

以上説明した本実施形態では、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間に緩和部材３００が配置されている。このため、特に、上側フィルム蓋部２００のうちの緩和部材３００上に位置する部分に小石等の異物が衝突することで衝撃が印加された場合、緩和部材３００にて衝撃を緩和することができる。このため、上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制できる。

なお、図１５では、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間のそれぞれに緩和部材３００が配置された図を示しているが、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間の一部のみに緩和部材３００を配置するようにしてもよい。

（第１０実施形態）
第１０実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１の開口端に面取り部を形成したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１６に示されるように、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１は、上側フィルム蓋部２００側の開口端に面取りされた面取り部１０２が形成されている。つまり、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１は、上側フィルム蓋部２００側の開口端が曲率を有する湾曲形状とされている。

特に限定されるものではないが、曲率は、半径が０．０１～０．５ｍｍ程度の円周の曲率であることが好ましく、加工容易性やコストの観点等より、０．０５～０．２ｍｍ程度の円周の曲率とされることが好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１は、開口端に面取り部１０２が形成されている。このため、上側フィルム蓋部２００のうちの下側プレート蓋部１００の接触領域における端部に応力が集中することを抑制でき、上側フィルム蓋部２００が破損することを抑制できる。

なお、図１６では、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１におけるそれぞれの開口端に面取り部１０２が形成されている図を示しているが、下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１における開口端の一部にのみ面取り部１０２が形成されていてもよい。

（第１１実施形態）
第１１実施形態について説明する。本実施形態は、第９実施形態に対し、緩和部材３００の配置構成を変更したものである。その他に関しては、第９実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１７に示されるように、緩和部材３００は、上側フィルム蓋部２００のうちの下側プレート蓋部１００の間から露出する部分にも配置されている。具体的には、緩和部材３００は、上側フィルム蓋部２００のうちの下側プレート蓋部１００側の全面に配置されている。

本実施形態の緩和部材３００は、金属や樹脂で構成された不織布で構成されている。そして、本実施形態では、緩和部材３００は、例えば、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間に挟まれる部分において、接着剤や両面テープ等で上側フィルム蓋部２００と接合されている。なお、緩和部材３００は、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００との間に挟まれる部分のうちの外縁部のみが接着剤等で上側フィルム蓋部２００と接合されるようにしてもよい。また、不織布は、例えば、直径が１～５０μｍ程度とされた細線で構成される。なお、本実施形態では、緩和部材３００が不織布で構成されるため、厚さは、０．５～１ｍｍとされることが好ましく、０．１５～０．３ｍｍとされることがさらに好ましい。

ここで、緩和部材３００は、上側フィルム蓋部２００のうちの下側プレート蓋部１００の間から露出する部分にも配置されている。つまり、緩和部材３００は、超音波が通過する経路にも配置されている。このため、緩和部材３００は、音圧ロスが低くなる構成とされることが好ましい。

したがって、本発明者らは、緩和部材３００の音圧ロスについて鋭意検討を行った。まず、緩和部材３００を不織布で構成する場合、図１８に示されるように、緩和部材３００は、構造体３００ａと、空隙３００ｂとを有する構成であるといえる。そして、空隙の幅ａを隣合う構造体３００ａの間隔とし、空隙の幅ａの平均値を平均幅Ａ［ｍｍ］とすると、不織布を金属で構成する場合には、平均幅Ａが０．００５～０．１５ｍｍである緩和部材３００が構成される。また、不織布を樹脂で構成する場合には、平均幅Ａが０．００００５～０．０００４ｍｍである緩和部材３００が構成される。なお、これらの平均幅Ａは、製造上の加工限界や加工困難性等に基づいて導出される値である。但し、製造誤差等の若干のばらつき等により、例えば、±５％程度のずれが許容される。

そして、本発明者らは、構造体３００ａに対する空隙３００ｂの比率を空隙率とし、音圧ロスと空隙率との関係について鋭意検討を行って図１９に示される結果を得た。この場合、現状の音圧ロスは、１０ｄＢ以下であれば許容範囲内とされており、１０ｄＢ以下とすることが望まれている。

図１９に示されるように、音圧ロスは、空隙率に依存することが確認される。具体的には、音圧ロスは、空隙率が大きくなるほど小さくなることが確認される。そして、音圧ロスは、緩和部材３００が金属で構成される場合には、空隙率が７０％以上となると１０ｄｂ以下となることが確認される。また、音圧ロスは、緩和部材３００が樹脂で構成される場合には、空隙率が８０％以上となると１０ｄｂ以下となることが確認される。したがって、緩和部材３００は、金属の不織布で構成される場合には、空隙率が７０％以上とされている。また、緩和部材３００は、樹脂の不織布で構成される場合には、空隙率が８０％以上とされている。

なお、上記各実施形態において備えられる上側フィルム蓋部２００は、延伸ＰＴＦＥ等の樹脂で構成されており、構造体に空隙が形成された構成といえる。このため、上側フィルム蓋部２００においても、空隙率が８０％以上となるように構成されることが好ましい。これにより、上側フィルム蓋部２００に依存する音圧ロスを１０ｄｂ以下とすることができる。なお、上側フィルム蓋部２００を金属で構成される不織布等で構成する場合には、上記のように、空隙率が７０％以上となるように構成されることが好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、緩和部材３００は、上側フィルム蓋部２００のうちの下側プレート蓋部１００の間から露出する部分の全体にも配置されている。このため、緩和部材３００に上側フィルム蓋部２００を露出させる孔部等を形成する必要がなく、製造工程の簡略化を図ることができる。

また、緩和部材３００は、金属の不織布で構成される場合には、空隙率が７０％以上となる構成とされ、樹脂の不織布で構成される場合には、空隙率が８０％以上となる構成とされる。このため、音圧ロスを１０ｄｂ以下にすることができる。

（第１１実施形態の変形例）
第１１実施形態の変形例について説明する。上記第１１実施形態において、上側フィルム蓋部２００と緩和部材３００とは、熱圧着等により、化学的に一体化されていてもよい。これによれば、上側フィルム蓋部２００と緩和部材３００との界面が無くなるため、膜の強度の向上を図ることができると共に、上側フィルム蓋部２００と緩和部材３００との間に異物が侵入することを抑制できる。

（第１２実施形態）
第１２実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対し、上側プレート蓋部１１０に形成された上側孔部１１１の形状を変更したものである。その他に関しては、第４実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図２０に示されるように、上側孔部１１１は、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向において、対向する側面の間隔が変化する形状とされている。言い換えると、上側孔部１１１は、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向において、当該厚さ方向と直交する部分の断面積が変化する形状とされている。

具体的には、上側孔部１１１は、下側プレート蓋部１００側の部分が下側プレート蓋部１００と反対側の部分よりも、対向する側面の間隔が長くなるように形成されている。本実施形態では、上側孔部１１１は、段差部１１１ａが形成されることにより、下側プレート蓋部１００側の部分が下側プレート蓋部１００と反対側の部分よりも、対向する側面の間隔が長くなるように形成された２段構造とされている。つまり、上側孔部１１１は、下側プレート蓋部１００側における第１開口部１１１ｂの対向する側面の間隔（すなわち、第１開口部１１１ｂの孔部径）をａ２４とし、下側プレート蓋部１００と反対側における第２開口部１１１ｃの対向する側面の間隔（すなわち、第２開口部１１１ｃの孔部径）をａ２５とすると、ａ２４＞ａ２５とされている。

また、本実施形態の上側孔部１１１は、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿って、第２開口部１１１ｃから当該第２開口部における対向する側面の間隔で一定とされた一定部１１１ｄを有する形状とされている。そして、一定部１１１ｄは、上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿った長さＬ１が第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５よりも短くされている。つまり、一定部１１１ｄは、ａ２５＞Ｌ１を満たすように形成されている。

以上説明した本実施形態によれば、上側プレート蓋部１１０に形成される上側孔部１１１は、第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５が第１開口部１１１ｂの孔部径ａ２４よりも短くされている。このため、上側孔部１１１が第１開口部１１１ｂの孔部径ａ２４で一定とされている場合と比較して、異物が内部に侵入することを抑制できる。

また、本実施形態の超音波センサは、ユーザが車両のワックスがけを行った際、上側プレート蓋部１１０の上側孔部１１１にワックスが入り込む可能性がある。この場合、上側孔部１１１に入り込んだワックスをふき取ることになるが、上側孔部１１１の形状によっては、当該ワックスをふき取り難くなる可能性がある。

このため、本実施形態では、一定部１１１ｄの長さＬ１が第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５よりも短くされている。これにより、一定部１１１ｄの長さＬ１が第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５と等しくされている場合と比較して、一定部１１１ｄに入り込んだワックスをふき取る際、ワックスと一定部１１１ｄとの接触面積が小さくなる。したがって、ワックスをふき取る際、ワックスと一定部１１１ｄとの接触抵抗が小さくなり、図２１に示されるように、ワックスをふき取り易くできる。

図２１は、本発明者らが実際に行った結果を示す図である。図２１に示されるように、一定部１１１ｄの長さＬ１が第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５よりも短くされている場合には、ワックスをふき取ることができることが確認される。なお、図２１中のＬ２は、第１開口部１１１ｂから段差部１１１ａまでの上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿った長さのことである。また、図２１の参考構造は、第２実施形態等の上側孔部１１１を円筒状として孔部径ａ２１を一定とした場合の構造である。そして、参考構造では、長さＬ１が上側孔部１１１の上側プレート蓋部１１０の厚さ方向に沿った全体の長さとなり、長さＬ２が０となる。このような構造においても、長さＬ１を第２開口部１１１ｃの孔部径ａ２５よりも短くすることにより、ワックスをふき取り易くできる。

（第１２実施形態の変形例）
第１２実施形態の変形例について説明する。上記第１２実施形態において、上側孔部１１１の形状は、適宜変更されていてもよい。例えば、図２２Ａに示されるように、上側孔部１１１は、一定部１１１ｄを有し、一定部１１１ｄから第１開口部１１１ｂ側に向かって孔部径が次第に大きくなるテーパ形状とされていてもよい。また、図２２Ｂに示されるように、上側孔部１１１は、一定部１１１ｄを備えず、第２開口部１１１ｃから第１開口部１１１ｂ側に向かって孔部径が次第に大きくなるテーパ形状とされていてもよい。さらに、図２２Ｃに示されるように、上側孔部１１１は、第２開口部１１１ｃから第１開口部１１１ｂ側に向かって孔部径が次第に大きくなるテーパ形状とされた部分と、第１開口部１１１ｂ側から第２開口部１１１ｃ側に向かって孔部径が一定とされた部分とが連結された構成とされていてもよい。

（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、センサ部１０は、バルク状の圧電素子２８が配置され、バルク状の圧電素子が振動することで超音波の送受信を行うようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、下側プレート蓋部１００に形成される孔部１０１は、ａ１≧λ／２とされていてもよい。同様に、上記第２～第１０実施形態において、上側プレート蓋部１１０に形成される孔部１１１は、ａ２≧λ／２とされていてもよい。

さらに、上記各実施形態において、超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の間隔ｄが探査波の波長の半分以上とされていてもよい。

また、上記各実施形態において、下側プレート蓋部１００に形成される孔部１０１は、開口部が真円状の円筒状ではなく、開口部が楕円形状や多角形状等とされた筒状とされていてもよい。同様に、上記第２～第１０実施形態において、上側プレート蓋部１１０に形成される孔部１１１は、開口部が真円状の円筒状ではなく、開口部が楕円形状や多角形状等とされた筒状とされていてもよい。

さらに、上記第１～第７、第９、第１０実施形態において、下側プレート蓋部１００と上側フィルム蓋部２００とは、接合部材を介して接合されていなくてもよい。例えば、上側フィルム蓋部２００は、下側プレート蓋部１００と直接的に接触するように配置され、外縁端部が側壁部材７０に図示しない接着剤等の接合部材を介して固定されるようにしてもよい。同様に、上記第２実施形態では、上側プレート蓋部１１０は、上側フィルム蓋部２００と接合されていなくてもよく、上側フィルム蓋部２００と直接的に接触するように配置され、外縁端部が側壁部材７０に図示しない接着剤等の接合部材を介して固定されるようにしてもよい。

そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第４～１２実施形態では、蓋部８０は、下側プレート蓋部１００、上側フィルム蓋部２００、上側プレート蓋部１１０を有し、上側プレート蓋部１１０が上側フィルム蓋部２００から離れている超音波センサの例について説明した。しかしながら、これらの超音波センサは、蓋部８０が下側プレート蓋部１００および上側フィルム蓋部２００で構成される上記第１実施形態の超音波センサや、上側プレート蓋部１１０と上側フィルム蓋部２００とが接合されている上記第２、第３実施形態の超音波センサにも適宜適用可能である。例えば、上記第４実施形態における間隔Ｓと高さｈの関係は、上記第１～第３実施形態に適用可能である。上記第５実施形態における下側孔部１０１と上側孔部１１１の形状とを異ならせる構成は、上記第２、第３実施形態に適用可能である。上記第７、第８実施形態における下側フィルム蓋部２１０を備える構成は、上記第１～第３実施形態に適用可能である。上記第９実施形態における緩和部材３００を備える構成や、上記第１０実施形態における下側プレート蓋部１００の下側孔部１０１の開口端に面取り部１０２を形成する構成は、上記第１～第３実施形態に適用可能である。上記第１１実施形態における緩和部材３００の構成は、上記第９実施形態の緩和部材３００を適用した実施形態に対してさらに適用可能である。上記第１２実施形態における上側孔部１１１の形状は、上記第１～第３実施形態に適用可能である。

また、上記第４～第１２実施形態において、これらをさらに組み合わせることもできる。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせることもできる。

１０ センサ部
２８ 超音波素子
５０ ケース
５１ 収容凹部
８０ 蓋部
１００ 下側プレート蓋部
２００ 上側フィルム蓋部

Claims (26)

1. ケーシング（４０）内に圧電素子（２８）が形成されたセンサ部（１０）が収容された超音波センサであって、
   収容凹部（５１）が形成されたケース（５０）と、
   前記ケースの収容凹部に収容された前記センサ部と、
   前記収容凹部を閉塞するように前記ケースに配置されて前記ケーシングを構成する蓋部（８０）と、を備え、
   前記蓋部は、空隙が形成された多孔質フィルムで構成される上側フィルム蓋部（２００）と、前記多孔質フィルムの空隙より対向する側面の間隔が広い孔部（１０１）が複数形成されると共に、前記多孔質フィルムより剛性が高くされたプレート部材で構成される下側プレート蓋部（１００）と、を有し、
   前記下側プレート蓋部および前記上側フィルム蓋部は、前記センサ部側から前記下側プレート蓋部、前記上側フィルム蓋部の順に配置されていると共に、前記下側プレート蓋部と前記上側フィルム蓋部とが接触している超音波センサ。
2. 前記蓋部は、前記上側フィルム蓋部および前記下側プレート蓋部に加え、前記多孔質フィルムの空隙より対向する側面の間隔が広い孔部（１１１）が複数形成されると共に、前記多孔質フィルムより剛性が高くされたプレート部材で構成される上側プレート蓋部（１１０）を有し、
   前記下側プレート蓋部、上側フィルム蓋部および前記上側プレート蓋部は、前記センサ部側から前記下側プレート蓋部、前記上側フィルム蓋部、前記上側プレート蓋部の順に配置されている請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記上側フィルム蓋部と前記上側プレート蓋部とは、接触している請求項２に記載の超音波センサ。
4. 前記上側プレート蓋部に形成されている孔部は、対向する側面の間隔が前記上側フィルム蓋部側に向かって狭くなるテーパ形状とされている請求項３に記載の超音波センサ。
5. 前記上側フィルム蓋部と前記上側プレート蓋部とは、離れて配置されている請求項２に記載の超音波センサ。
6. 前記上側プレート蓋部と前記上側フィルム蓋部との間隔をｄ２とし、前記上側プレート蓋部に形成されている孔部のうちの前記下側プレート蓋部と反対側の開口部における対向する側面の間隔をａ２２とすると、ｄ２≧ａ２２とされている請求項５に記載の超音波センサ。
7. 前記上側プレート蓋部と前記上側フィルム蓋部との間隔をｄ２とし、前記上側プレート蓋部の厚さをｔ２とし、前記上側プレート蓋部に形成されている孔部のうちの前記下側プレート蓋部と反対側の開口部における対向する側面の間隔をａ２２とすると、ｄ２＋ｔ２≧ａ２２／（２×２^１／２）とされている請求項５または６に記載の超音波センサ。
8. 前記ケースのうちの前記上側プレート蓋部と前記上側フィルム蓋部との間に位置する部分には、前記上側プレート蓋部と前記上側フィルム蓋部との間で構成される空間と、外部とを連通する排出孔（７２）が形成されている請求項５ないし７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
9. 前記下側プレート蓋部に形成されている孔部および前記上側プレート蓋部に形成されている孔部は、互いに形状および寸法の少なくとも一方が異なるものを含んで構成されている請求項２ないし８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
10. 前記下側プレート蓋部に形成されている孔部の対向する側面の間隔のうちの最も短くなる部分の間隔をａ１３とし、前記上側プレート蓋部に形成されている孔部のうちの最も短くなる部分の間隔の対向する側面の間隔をａ２３とすると、ａ２３≧ａ１３とされている請求項２ないし９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
11. 前記上側プレート蓋部に形成されている孔部の対向する側面の間隔のうちの最も短くなる部分の間隔をａ２１とし、前記センサ部から送信される超音波の波長をλとすると、λ／２＞ａ２１とされている請求項２ないし１０のいずれか１つに記載の超音波センサ。
12. 前記上側プレート蓋部に形成されている孔部は、前記下側プレート蓋部側の第１開口部（１１１ｂ）における対向する側面の間隔をａ２４とし、前記下側プレート蓋部と反対側の第２開口部（１１１ｃ）における対向する側面の間隔をａ２５とすると、ａ２４＞ａ２５とされている請求項２ないし１１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
13. 前記上側プレート蓋部に形成されている孔部は、前記上側プレート蓋部の厚さ方向に沿って、前記第２開口部から当該第２開口部における対向する側面の間隔で一定とされた一定部（１１１ｄ）を有し、
    前記一定部は、前記上側プレート蓋部の厚さ方向に沿った長さをＬ１とすると、ａ２５＞Ｌ１とされている請求項１２に記載の超音波センサ。
14. 前記センサ部は、前記圧電素子を有する超音波素子（２５）が形成されており、
    前記下側プレート蓋部に形成されている孔部の対向する側面の間隔のうちの最も短くなる部分の間隔をａ１１とし、前記超音波素子から送信される超音波の波長をλとすると、λ／２＞ａ１１とされている請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
15. 前記センサ部は、前記圧電素子を有する超音波素子（２５）が複数形成され、
    前記ケースのうちの前記超音波素子と前記収容凹部の開口端との間隔をｈ［ｍｍ］とし、前記ケースと前記超音波素子との間隔のうちの最も短くなる間隔をｓ［ｍｍ］とし、前記センサ部から送信される超音波の指向角をθとすると、ｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓとされている請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
16. 前記蓋部は、前記上側フィルム蓋部および前記下側プレート蓋部に加え、空隙が形成された多孔質フィルムで構成される下側フィルム蓋部（２１０）を有し、
    前記下側フィルム蓋部は、前記下側プレート蓋部を挟んで前記上側フィルム蓋部と反対側に配置されている請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
17. 前記上側フィルム蓋部と前記下側フィルム蓋部は、前記下側プレート蓋部と接合されており、
    前記下側プレート蓋部に形成されている複数の孔部は、互いに独立した状態となっている請求項１６に記載の超音波センサ。
18. 前記上側フィルム蓋部は、延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムで構成されている請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
19. 前記上側フィルム蓋部は、構造体に空隙が形成された樹脂で構成され、前記構造体に対する前記空隙の比率を空隙率とすると、前記空隙率が８０％以上とされている請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
20. 前記上側フィルム蓋部は、構造体に空隙が形成された金属で構成され、前記構造体に対する前記空隙の比率を空隙率とすると、前記空隙率が７０％以上とされている請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
    
    
21. 前記上側フィルム蓋部に形成されている空隙は、０．０５μｍ以上であって、０．８μｍ以下とされている請求項１ないし２０のいずれか１つに記載の超音波センサ。
22. 前記上側フィルム蓋部と前記下側プレート蓋部との間には、緩和部材（３００）が配置されている請求項１ないし２１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
23. 前記緩和部材は、前記上側フィルム蓋部のうちの前記下側プレート蓋部側の全面に配置されている請求項２２に記載の超音波センサ。
24. 前記緩和部材は、構造体（３００ａ）に空隙（３００ｂ）が形成された樹脂で構成され、前記構造体に対する前記空隙の比率を空隙率とすると、前記空隙率が８０％以上とされている請求項２３に記載の超音波センサ。
25. 前記緩和部材は、構造体（３００ａ）に空隙（３００ｂ）が形成された金属で構成され、前記構造体に対する前記空隙の比率を空隙率とすると、前記空隙率が７０％以上とされている請求項２３に記載の超音波センサ。
26. 前記下側プレート蓋部に形成されている孔部は、前記上側フィルム蓋部側の開口端に面取りされた面取り部（１０２）が形成されている請求項１ないし２５のいずれか１つに記載の超音波センサ。

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