JPH099395A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水がかかる環境下で使用する場合であって
も、ケース体内部を伝わる直達波を確実かつ十分に減衰
させることが可能な構成とされた超音波センサの提供を
目的としている。 【構成】 本発明に係る超音波センサは、音響整合層３
及び振動子本体４からなる超音波振動子１と、音響整合
層３の表面のみが外部に露出した超音波振動子１を収納
して保持するケース体２と、このケース体２内部に収納
された超音波振動子１の外周囲を取り囲んで配設された
発泡部材１２とを具備しており、この発泡部材１２が独
立した気泡を含んだものであることを特徴としている。
なお、この際、超音波振動子１を構成する音響整合層３
のみを、ケース体２の外部に突出させておくことも可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波センサに係り、詳
しくは、超音波振動子の保持構造を改善してケース体内
部を伝わる直達波を減衰させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図示省略しているが、超音波センサのう
ちには、実開平５−７４０９９号公報で示されているよ
うに、音響整合層及び振動子本体からなる超音波振動子
の外周囲をゴムなどの保持部材でもって取り囲んだうえ
で樹脂製のケース体に取り付けた構造を有する超音波セ
ンサ（以下、第１従来例という）があり、この際におけ
る振動子本体は、樹脂からなる音響整合層の裏面に対し
て貼り付けられた圧電振動素子と、圧電振動素子を収納
したうえで音響整合層を支持するアルミニウム製などの
金属筒とを組み合わせたものとなっている。

【０００３】あるいはまた、実公平６−２２２３２号公
報で開示されているように、超音波振動子の外周囲と、
この超音波振動子を収納して保持するケース体との間に
発泡性シリコンスポンジ及びエポキシ系などの接着剤を
部分的に配設した構造を有する超音波センサ（以下、第
２従来例という）もある。そして、この超音波センサに
おいては、ケース体の表面に露出した発泡性シリコンス
ポンジの露出面から水分が侵入することを防止すべく、
発泡性シリコンスポンジの露出面に対して防水膜処理を
施すことが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの超
音波センサにおける超音波振動子は、圧電振動素子を音
響整合層に貼り付けた構造を有しているのが一般的であ
り、このような構造を採用した際には、超音波が超音波
振動子の全面から出るため、超音波振動子から出た超音
波は直達波となったうえでケース体内部を伝わることに
なる。しかしながら、送信側及び受信側一対の超音波セ
ンサを備えた超音波距離計などにおいて、送信側の超音
波センサから出た直達波がケース体内部を伝わったうえ
で受信側の超音波センサによって検出されたのでは誤動
作が生じ、測定不能というような不都合を招くことにも
なるので、超音波センサを構成するケース体内部におけ
る直達波を有効に減衰させ得る技術の開発が求められて
いる。

【０００５】すなわち、超音波はその伝達を担う物質の
音響インピーダンスが変化する箇所で反射され、かつ、
反射された分だけ透過する超音波が減衰することは周知
であるが、第１従来例における保持部材となるゴム材料
は音響整合層やケース体となる樹脂材料と大差ない音響
インピーダンスを有するに過ぎないものであるため、超
音波振動子の外周囲をゴムなどの保持部材でもって取り
囲んだとしても十分な直達波の減衰効果を得ることはで
きないのが現状である。なお、樹脂材料の有する音響イ
ンピーダンスが１．７×１０⁶Ｋｇ／ｍ²ｓ程度であるの
に対し、ゴム材料の音響インピーダンスは１．４×１０
⁶Ｋｇ／ｍ²ｓ程度である。

【０００６】また、第２従来例のように、部分的である
にせよ発泡性シリコンスポンジでもって超音波振動子の
外周囲を取り囲んだ際には、少なくとも発泡性シリコン
スポンジを配設した分だけは音響インピーダンスの相違
に基づく直達波の減衰効果が得られることになるが、発
泡性シリコンスポンジの気泡内に水分が侵入した場合に
は音響インピーダンスが樹脂材料と大差ないほど大きく
なる結果、安定した直達波の減衰効果を得ることはやは
り困難であった。そして、水分の侵入を防止するために
は、発泡性シリコンスポンジの露出面に対してわざわざ
防水膜処理を施さねばならず、煩わしい手間を要するこ
とになっていた。なお、発泡性シリコンスポンジ及びエ
ポキシ系接着剤、水の有する音響インピーダンスは、
０．２×１０⁶Ｋｇ／ｍ²ｓ以下、２．４×１０⁶Ｋｇ／
ｍ²ｓ、１．４×１０⁶Ｋｇ／ｍ²ｓ程度である。

【０００７】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、水がかかる環境下で使用する場合で
あっても、ケース体内部を伝わる直達波を確実かつ十分
に減衰させることが可能な構成とされた超音波センサの
提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の超音
波センサは、このような目的を達成するため、音響整合
層及び振動子本体からなる超音波振動子と、音響整合層
の表面のみが外部に露出した超音波振動子を収納して保
持するケース体と、このケース体内部に収納された超音
波振動子の外周囲を取り囲んで配設された発泡部材とを
具備しており、この発泡部材が独立した気泡を含んだも
のであることを特徴とする。

【０００９】そして、第２の超音波センサは、音響整合
層及び振動子本体からなる超音波振動子と、音響整合層
のみが外部に突出した超音波振動子の振動子本体を収納
して保持するケース体と、このケース体内部に収納され
た振動子本体の外周囲を取り囲んで配設された発泡部材
とを具備しており、この発泡部材が独立した気泡を含ん
だものであることを特徴としている。

【００１０】

【作用】第１の構成によれば、超音波振動子からケース
体内部へ向かって出ようとする超音波は発泡部材でもっ
て反射され、かつ、発泡部材を透過する際に減衰させら
れる結果、ケース体内部を伝わる直達波は減衰している
ことになる。そして、独立した気泡を含んでなる発泡部
材に水などが侵入することは起こり得ないから、水のか
かる環境下での使用においても不都合が発生することは
ない。

【００１１】また、第２の構成によれば、最も激しく振
動する超音波振動子の音響整合層がケース体の外部に突
出しており、振動子本体からケース体内部へ出る超音波
そのものが減少しているため、ケース体内部を伝わる直
達波はより一層減衰することになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】第１実施例 図１は本発明の第１実施例に係る超音波センサの構造を
簡略化して示す断面図であり、この実施例に係る超音波
センサは、超音波振動子１と、この超音波振動子１を収
納して保持する樹脂製のケース体２とを具備している。

【００１４】そして、ここでの超音波振動子１は、表面
が超音波送受波面となる樹脂製の音響整合層３と、振動
子本体４とを組み合わせて構成されたものであり、振動
子本体４は、音響整合層３の裏面に対して貼り付けられ
た圧電振動素子５と、圧電振動素子５を収納したうえで
音響整合層３の裏面側周縁を支持するアルミニウム製な
どの金属筒６とを備えている。なお、図中の符号７は金
属筒６内に配設されたベース基板、８は圧電振動素子１
の表面電極（図示せず）に対して接続された正（＋）側
のリード線、９は圧電振動素子１の裏面電極（図示せ
ず）に接続された負（−）側のリード線、１０は配線ケ
ーブル、１１はベース基板７の裏面側に充填されたシリ
コーンゴムであり、金属筒６を構成するアルミニウムの
有する音響インピーダンスは１４．０×１０⁶Ｋｇ／ｍ²
ｓ程度である。

【００１５】また、この際における超音波振動子１は音
響整合層３の表面のみが外部に露出する状態としたうえ
でケース体２内部に収納されており、超音波振動子１の
外周囲、つまり、超音波振動子１を構成する音響整合層
３の側面と、振動子本体４の側面及び底面とは、独立し
た気泡を含んでなる発泡部材、例えば、密度が０．０７
ｇ／ｃｍ³程度とされた発泡ポリエチレンなどのような
発泡部材１２でもって取り囲まれている。すなわち、ケ
ース体２でもって保持された超音波振動子１の音響整合
層３表面を除く全面に沿っては、０．２×１０⁶Ｋｇ／
ｍ²ｓ以下の音響インピーダンスを有する発泡部材１２
が配設されており、この発泡部材１２の一端面はケース
体２の表面にまで露出している。なお、ここでは、超音
波振動子１の全面を発泡部材１２でもって取り囲むとし
ているが、図１中の仮想線で示すように、ケース体２の
内面から突出した支持部によって振動子本体４を構成す
る金属筒６の側面を支持することも可能である。

【００１６】そこで、この第１実施例においては、超音
波振動子１を構成する音響整合層３の側面と振動子本体
４の側面及び底面とからケース体２内部へ向かって出よ
うとする超音波は発泡部材１２でもって反射されるとと
もに、この発泡部材１２を透過することによって減衰さ
せられたうえでケース体２内部へ出ることになり、超音
波センサを構成するケース体２内部を伝わる直達波は減
衰している。そして、ここでの発泡部材１２は独立した
気泡を含んだものであるから、この発泡部材１２の一端
面がケース体２の表面に露出していても、発泡部材１２
の気泡内に水分などが侵入することは起こり得ないこと
となる。

【００１７】第２実施例 図２は、本発明の第２実施例に係る超音波センサの構造
を示す断面図である。なお、この実施例に係る超音波セ
ンサの構造は第１実施例と基本的に異ならないので、図
２において図１と互いに同一となる部品、部分には同一
符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。

【００１８】本実施例に係る超音波センサは、音響整合
層３及び振動子本体４からなる超音波振動子１と、音響
整合層３のみが外部に突出した超音波振動子１の振動子
本体４を収納して保持するケース体２とを備えたもので
あり、このケース体２の内部に収納された振動子本体４
の外周囲、つまり、その側面及び底面は、独立した気泡
を含んでなる発泡部材１２によって取り囲まれている。
すなわち、この際におけるケース体２の内部には、樹脂
材料と音響インピーダンスの大きく異なる振動子本体４
を構成する金属筒６が収納されており、この振動子本体
４とケース体２との間には発泡部材１２が介装されてい
る。なお、ここでの金属筒６を構成するアルミニウムの
有する音響インピーダンスが１４．０×１０⁶Ｋｇ／ｍ²
ｓ程度であるのに対し、発泡部材の音響インピーダンス
は０．２×１０⁶Ｋｇ／ｍ²ｓ以下である。

【００１９】そして、この第２実施例では、最も激しく
振動する超音波振動子１の音響整合層３がケース体２の
外部に突出し、かつ、ケース体２内部には振動子本体４
のみしか収納されておらず、しかも、この振動子本体４
を音響インピーダンスの大きく異なる発泡部材１２でも
って取り囲んだ構造を採用している結果、振動子本体４
からケース体２内部へ向かって出ようとする超音波の大
部分は発泡部材１２でもって反射されることになり、こ
の発泡部材１２を透過した超音波は大きく減衰してい
る。そこで、このケース体２の内部を伝わる直達波は、
第１実施例の場合よりも減衰していることになる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る第１
の超音波センサにおいては、超音波振動子からケース体
内部へと向かって出る超音波が発泡部材でもって反射さ
れ、かつ、この発泡部材を透過して出た超音波が減衰さ
せられている結果、ケース体内部を伝わる直達波は確実
かつ十分に大きく減衰していることになる。そして、独
立した気泡を含んでなる発泡部材に対して水などが侵入
することは起こり得ないから、水のかかる環境下での使
用によっても何ら不都合は生じない。

【００２１】また、第２の超音波センサによれば、超音
波送受波面となる超音波振動子の音響整合層がケース体
の外部に突出しているのであるから、ケース体内部に向
かって出る超音波そのものが少なくなるとともに、超音
波振動子の振動子本体を発泡部材でもって取り囲んでい
るため、より一層ケース体内部を伝わる直達波が減衰す
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る超音波センサの構造を簡略化
して示す断面図である。

【図２】第２実施例に係る超音波センサの構造を簡略化
して示す断面図である。

【符号の説明】

１ 超音波振動子 ２ ケース体 ３ 音響整合層 ４ 振動子本体 １２ 発泡部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響整合層及び振動子本体からなる超音
   波振動子と、音響整合層の表面のみが外部に露出した超
   音波振動子を収納して保持するケース体と、このケース
   体内部に収納された超音波振動子の外周囲を取り囲んで
   配設された発泡部材とを具備しており、この発泡部材が
   独立した気泡を含んだものであることを特徴とする超音
   波センサ。
2. 【請求項２】 音響整合層及び振動子本体からなる超音
   波振動子と、音響整合層のみが外部に突出した超音波振
   動子の振動子本体を収納して保持するケース体と、この
   ケース体内部に収納された振動子本体の外周囲を取り囲
   んで配設された発泡部材とを具備しており、この発泡部
   材が独立した気泡を含んだものであることを特徴とする
   超音波センサ。