JPH0464596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、超音波センサーに用いられる超音波
振動子に関するものである。

（背景技術） 超音波を発信し、その反射波を受信して物体の
存在を検知したり、或いは、反射波が受信される
までの時間を測定して、物体までの距離を測定す
る超音波センサーは、広く用いられている。例え
ば、自動ドアや玄関チヤイムなどを作動させるた
めの人体検知センサーや、駐車場において車の有
無を確認したり、ロボツトの目として障害物の検
出するためのセンサーなど、幅広い応用がある。
また、近年、特に自動車関係への応用のニーズが
高まってきており、その一つが車周辺の障害物を
検知するセンサーである。また、路面の凹凸を超
音波センサーで検知し、車輪のサスペンシヨンを
調整して乗り心地を良くするといつた応用例も提
案されている。このような用途に用いられる超音
波センサーへの要求特性は小形でスペースを取ら
ないこと、近距離を測定できること、防滴タイプ
であることなどである。ここで、防滴タイプとい
う課題は、センサーを完全シールドすれば良いの
で、容易に達成することができる。しかしなが
ら、小型でスペースを取らないという課題と、近
距離を測定できるという課題は、超音波振動子を
低残響化しなければ解決されない。

第３図に超音波センサーの原理を示す。第３図
ａは送信印加電圧の波形を示し、第３図ｂは受信
信号の波形を示す。T₁は送信時間であり、送信
印加電圧により超音波振動子を励振している時間
である。また、T₂は残響時間であり、送信印加
電圧により超音波振動子を振動させて超音波の発
信を開始し、その後、送信印加電圧を遮断して超
音波振動子の振動が無くなるまでの時間である。
T₃は反射時間であり、超音波が対象物で反射し
て、帰って来るまでの時間である。対象物までの
距離ｌは、反射時間T₃で決まり、周囲温度をｔ
〔℃〕とすると、 ｌ＝（331＋0.6t）T₃／２ 〔ｍ〕 となる。つまり、残響時間T₂が長いと、反射時
間T₃の小さい近距離は測れないことになる。

また、従来、超音波センサーは送波用と受波用
の振動子をペアーにして使用し、送波用の振動子
の残響が受波用の振動子に影響を与えないように
して、残響の問題を解決していた。しかし、車載
用の超音波センサーでは、大きなスペースを取れ
ないので、１個の超音波振動子で送・受波できる
ことが要求され、そのためにも低残響化は重要で
あり、過去にも種々の試みがなされている。

第４図は、特開昭60−227598号公報に開示され
た超音波振動子の断面図である。一端が開放され
た円錐台形筒状の振動板２の内底面には、圧電素
子１が接合されている。上記振動板２の開放端に
は、端子４を貫通保持した端子台５が配されてい
る。端子台５と、振動板２のテーパ状側面部２ｂ
並びに開放端側側面部２ａとの間には、シリコン
ゴム等の弾性材６を介在させている。一方の端子
４はリード線３により、圧電素子２の一方の電極
面に接続され、他方の端子４はリード線３と振動
板２を介して圧電素子２の他方の電極面に接続さ
れる。第５図は他の従来例の断面図であり、外ケ
ースを兼ねた端子台５と振動板２のテーパ状側面
部２ｂの内外両面との間に弾性材６を介在させて
いる。

このような構造の超音波振動子を、送受兼用形
の超音波センサーに用いた場合には、弾性材６に
より、振動板２の側面部２ａ，２ｂの残響振動が
吸収されるので、残響時間T₂は従来品の1/2以下
になるとされている。しかしながら、この従来例
にあつては、弾性材６と振動板２の側面部２ａ，
２ｂとの接触状態が、弾性材６の成型精度などに
微妙に影響を受け、安定した性能が得られないと
いう欠点がある。

（発明の目的） 本発明は上述のような点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、低残響の性能
を安定して得ることができる超音波振動子を提供
するにある。

（発明の開示） 本発明に係る超音波振動子にあつては、上記の
目的を達成するために、第１図又は第２図に示す
ように、中空の円錐台における径が大きい側を開
放され、その開放端に径が広がらない延出部を備
え、且つ、この延出部の全部又は開放端側の一部
を前記中空の円錐台の内側に向けて曲成した曲成
部８を有して成る振動板２と、 前記振動板２の径が小さい側の円形の内底面に
接合される圧電素子１と、 前記曲成部８から持続的に加圧力を加えられ
て、前記振動板２における前記圧電素子１が接合
された内底面に対して傾斜しているテーパー状の
内面に接触し、且つ、前記圧電素子１には接触し
ないように配された弾性材６とを有することを特
徴とするものである。

本発明にあつては、このように、中空円錐台状
の振動板２の径の大きい側を開放端とし、この開
放端に設けた延出部を内側に曲成して、この曲成
部８により弾性材６に持続的に加圧力を加えて、
弾性材６を中空円錐台状の振動板２のテーパー状
の内面に接触させているので、弾性材６と振動板
２のテーパー状の内面との接触状態は、弾性材６
の成型精度などには余り影響されることなく、安
定した接触状態が持続的に得られるものであり、
したがつて、低残響の性能を安定して得ることが
できるものである。

第１図は本発明の一実施例の断面図である。本
実施例にあつては、保護ケースを兼ねる振動板２
は、一端が開放された円錐台形状となつており、
その内底面には、PZT系の圧電セラミツクス等
よりなる圧電素子１が、例えばエポキシ系の接着
剤を用いて貼り付けられている。圧電素子１の振
動により振動板２の前面が振動し、超音波が発生
する。

振動板２は、例えばアルミニウム製であり、圧
電素子１の一方の電極は、この振動板２とリード
線３を介して一方の端子４に接続されている。圧
電素子１の他方の電極は、リード線３を介して他
方の端子４に直接接続されている。各端子４は絶
縁物よりなる端子台５に貫通され保持されてい
る。端子台５と振動板２の内側面との間には、弾
性材６が収容されている。この弾性材６は、シリ
コンゴムのような防振ゴムよりなり、振動板２の
振動面以外の部分に接触して、振動板２の不要な
振動を抑制するものである。なお、弾性材６が圧
電素子１に接触すると出力音圧や受波感度が低下
するので、圧電素子１の周囲には、弾性材６が充
填されない空間部を設けてある。

振動板２の開放端側には、径が広がらない延出
部を設けてあり、この延出部の全体は、内側に曲
成されて、端子台５の周縁部を圧接する曲成部８
となつている。弾性材６は端子台５を介して曲成
部８からの圧接力を均一に受け、振動板２の内側
面に均一に圧接される。つまり、本実施例にあつ
ては、振動板２の裏面側より弾性材６を振動板２
の内側面に向けて押し上げて、振動板２に接触せ
しめ、さらに、弾性材６に対し持続的に圧力を加
えた状態で振動板２と接触させることにより防振
効果を持続させている。なお、曲成部８で囲まれ
る部分には、端子台５の表面を覆うように、弾性
体よりなる充填材７が充填されている。この充填
材７は端子４の振動を防止すると共に、超音波振
動子のシーリング材としても作用している。

第２図は本発明の他の実施例の断面図である。
本実施例にあつては、一端が開放された円錐台形
状の振動板２における開放端側に円筒状の延出部
を設けて、振動板２の軸方向の長さを長くしてあ
る。そして、この延出部の開放端側の一部は内側
に曲成されて、端子台５の周縁部を圧接する曲成
部８となつている。本実施例の構造にあつては、
振動板２の内部における弾性材６の充填量が多く
なるので、振動板２の側面の振動を有効に低減さ
せることができる。

（発明の効果） 本発明にあつては、上述のように、中空円錐台
状の振動板の径の小さい側の内底面に圧電素子を
接合し、径の大きい側を開放端とし、この開放端
に設けた延出部の全部又は開放端側の一部を内側
に曲成して、この曲成部により弾性材に持続的に
加圧力を加えて、弾性材を中空円錐台状の振動板
のテーパー状の内面に接触させているので、弾性
材は振動板における振動を抑制すべきテーパー状
の内面に対して持続的に安定して接触するもので
あり、安定した防振効果が持続的に得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は
本発明の他の実施例の断面図、第３図は超音波セ
ンサーの原理説明図、第４図は従来例の断面図、
第５図は他の従来例の断面図である。 １は圧電素子、２は振動板、６は弾性材、８は
曲成部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空の円錐台における径が大きい側を開放さ
   れ、その開放端に径が広がらない延出部を備え、
   且つ、この延出部の全部又は開放端側の一部を前
   記中空の円錐台の内側に向けて曲成した曲成部を
   有して成る振動板と、 前記振動板の径が小さい側の円形の内底面に接
   合される圧電素子と、 前記曲成部から持続的に加圧力を加えられて、
   前記振動板における前記圧電素子が接合された内
   底面に対して傾斜しているテーパー状の内面に接
   触し、且つ、前記圧電素子には接触しないように
   配された弾性材とを有することを特徴とする超音
   波振動子。