JPWO2016189812A1 - Ultrasonic device and ultrasonic sensor using the same - Google Patents
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Abstract
本開示の超音波デバイスは、有底筒状のケースと、圧電素子と、リード線と、充填材と、を備えている。圧電素子は、ケースの内底面に設置されている。リード線は、圧電素子に接続されている。充填材は、ケースを封止している。ケースは、第1の薄壁部と、第1の厚壁部と、を有する。第1の薄壁部は、ケースの内壁面に沿って形成されている。第1の厚壁部は、ケースの内壁面からケースの内部空間に向かって突出した第1の突出部を有している。The ultrasonic device of the present disclosure includes a bottomed cylindrical case, a piezoelectric element, a lead wire, and a filler. The piezoelectric element is installed on the inner bottom surface of the case. The lead wire is connected to the piezoelectric element. The filler seals the case. The case has a first thin wall portion and a first thick wall portion. The first thin wall portion is formed along the inner wall surface of the case. The first thick wall portion has a first protruding portion that protrudes from the inner wall surface of the case toward the internal space of the case.
Description
本開示は、超音波の送波または受波、あるいはその両方を行なう超音波デバイスとこれを用いた超音波センサに関する。 The present disclosure relates to an ultrasonic device that transmits and / or receives ultrasonic waves, and an ultrasonic sensor using the ultrasonic device.
図15Aは、従来の超音波デバイス1の斜視図である。図15Bは、従来の超音波デバイス1の断面図である。図15Cは、従来の超音波デバイス1のケース2の上面図である。従来の超音波デバイス1は、有底筒状のケース2と、圧電素子3と、一対のリード線5と、充填材4とを有する。圧電素子3は、ケース2の内底面に設置されている。充填材4は、ケース2を封止する。一対のリード線5は、圧電素子3に電力を供給する。超音波デバイス1は、例えば、車両の後端に取り付けられて、車両後方の障害物(対象物)を検出する超音波センサとして用いられる。なお、この出願の先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
FIG. 15A is a perspective view of a conventional ultrasonic device 1. FIG. 15B is a cross-sectional view of the conventional ultrasonic device 1. FIG. 15C is a top view of the
本開示の超音波デバイスは、有底筒状のケースと、圧電素子と、リード線と、充填材と、を備えている。圧電素子は、ケースの内底面に設置されている。リード線は、圧電素子に接続されている。充填材は、ケースを封止している。ケースは、第1の薄壁部と、第1の厚壁部と、を有する。第1の薄壁部は、ケースの内壁面に沿って形成されている。第1の厚壁部は、ケースの内壁面からケースの内部空間に向かって突出した第1の突出部を有している。 The ultrasonic device of the present disclosure includes a bottomed cylindrical case, a piezoelectric element, a lead wire, and a filler. The piezoelectric element is installed on the inner bottom surface of the case. The lead wire is connected to the piezoelectric element. The filler seals the case. The case has a first thin wall portion and a first thick wall portion. The first thin wall portion is formed along the inner wall surface of the case. The first thick wall portion has a first protruding portion that protrudes from the inner wall surface of the case toward the internal space of the case.
また、本開示の超音波センサは、上記の超音波デバイスと、送波回路と、ハウジングケースと、を備えている。送波回路は、超音波デバイスを駆動し、超音波を発生させる。ハウジングケースは、超音波デバイスを保持する。 Moreover, the ultrasonic sensor of this indication is provided with said ultrasonic device, a wave transmission circuit, and a housing case. The transmission circuit drives an ultrasonic device and generates ultrasonic waves. The housing case holds the ultrasonic device.
従来の超音波デバイス1は、例えば車両の後端に取り付けた際に、後上方の物体や地面からの不要なノイズを抑制しつつ水平方向に広い範囲にわたって障害物を検出する。そのために、従来の超音波デバイス1は、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向に広指向性を実現できるように設計されている。しかし、駐車場の空きスペースを検出するなどの特定用途に使用するためには、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向の指向性も狭める必要がある。 For example, when the conventional ultrasonic device 1 is attached to the rear end of a vehicle, it detects an obstacle over a wide range in the horizontal direction while suppressing unnecessary noise from an object behind the vehicle and the ground. Therefore, the conventional ultrasonic device 1 is designed so as to ensure a narrow directivity in the vertical direction and to realize a wide directivity in the horizontal direction. However, in order to use it for specific purposes such as detecting an empty space in a parking lot, it is necessary to secure a narrow directivity in the vertical direction and to narrow the directivity in the horizontal direction.
また、指向角特性は、ケースの大きさに依存する。詳しく言えば、指向角特性は、ケースの横断面の外径に依存する。例えば、従来の超音波デバイス1において、指向角特性はケース2の横断面の外径Mに依存する(図15C)。外径Mが14.0mmの場合、最大出力に対する半値(−6dB)における垂直方向の指向角の最小は、約46度である。すなわち、垂直方向の指向角を46度よりも小さくするのは困難である。そして、垂直方向の指向角を46度にすると、最大出力に対する半値(−6dB)における水平方向の指向角の最小は約70度となる。すなわち、水平方向の指向角を70度よりも小さくするのは困難である。要するに、従来の超音波デバイス1において、ケース2の外径Mが14.0mmの場合、垂直方向の指向角が46度で、かつ、水平方向の指向角が70度が限界であり、それ以下にするのは困難である。
The directivity angle characteristic depends on the size of the case. Specifically, the directivity angle characteristic depends on the outer diameter of the cross section of the case. For example, in the conventional ultrasonic device 1, the directivity angle characteristic depends on the outer diameter M of the cross section of the case 2 (FIG. 15C). When the outer diameter M is 14.0 mm, the minimum directivity angle in the vertical direction at half value (−6 dB) with respect to the maximum output is about 46 degrees. That is, it is difficult to make the vertical directivity angle smaller than 46 degrees. When the vertical directivity angle is 46 degrees, the minimum horizontal directivity angle at half value (-6 dB) with respect to the maximum output is about 70 degrees. That is, it is difficult to make the horizontal directivity angle smaller than 70 degrees. In short, in the conventional ultrasonic device 1, when the outer diameter M of the
また、外径Mが16.0mmの場合、最大出力に対する半値(−6dB)における垂直方向の指向角の最小は、約37度である。すなわち、垂直方向の指向角を37度よりも小さくするのは困難である。そして、垂直方向の指向角を37度にすると、最大出力に対する半値(−6dB)における水平方向の指向角の最小は約67度となる。すなわち、水平方向の指向角を67度よりも小さくするのは困難である。要するに、従来の超音波デバイス1において、ケース2の外径Mが16.0mmの場合、垂直方向の指向角が37度で、かつ、垂直方向の指向角が67度が限界であり、それ以下にするのは困難である。
When the outer diameter M is 16.0 mm, the minimum vertical directivity angle at a half value (−6 dB) with respect to the maximum output is about 37 degrees. That is, it is difficult to make the vertical directivity angle smaller than 37 degrees. When the vertical directivity angle is 37 degrees, the minimum horizontal directivity angle at half maximum (-6 dB) with respect to the maximum output is about 67 degrees. That is, it is difficult to make the horizontal directivity angle smaller than 67 degrees. In short, in the conventional ultrasonic device 1, when the outer diameter M of the
本開示は、垂直方向の狭指向性を確保し、かつ、水平方向の指向性を狭くできる超音波デバイスおよび超音波センサを提供する。 The present disclosure provides an ultrasonic device and an ultrasonic sensor that can secure narrow directivity in the vertical direction and narrow the directivity in the horizontal direction.
図1Aは、実施の形態における超音波デバイス11の斜視図である。図1Bは、実施の形態における超音波デバイス11の断面図である。図1Aにおいて、破線は隠れて見えない部分を部分的に示す隠れ線である。
FIG. 1A is a perspective view of an
本開示の超音波デバイス11は、有底筒状のケース12と、圧電素子13と、リード線14と、充填材15と、を備えている。圧電素子13は、ケース12の内底面に設置されている。リード線14は、圧電素子13に接続されている。充填材15は、ケース12を封止している。ケース12は、第1の薄壁部21Aと、第1の厚壁部22Aと、を有する。第1の薄壁部21Aは、ケース12の内壁面に沿って形成されている。第1の厚壁部22Aは、ケース12の内壁面からケース12の内部空間に向かって突出した第1の突出部24Aを有している。
The
ケース12は、有底筒状の形状を有し、底部16と筒部17とを有する。ケース12は、例えばアルミニウムなどの金属などで形成されている。底部16は超音波を発信する振動面であり、内底面19と外底面20とを有する。筒部17は、対向した一対の薄壁部21と、対向した一対の厚壁部22とを有する。すなわち、図1Aにおいて、筒部17は、第1の薄壁部21Aと、第2の薄壁部21Bとを有する。第1の薄壁部21Aと、第2の薄壁部21Bは、ケース12の内壁面に沿って形成されている。さらに、筒部17は、第1の厚壁部22Aと、第2の厚壁部22Bとを有する。第1の厚壁部22Aは、ケース12の内壁面からケース12の内部空間に向かって突出した第1の突出部24Aを有する。第2の厚壁部22Bは、ケース12の内壁面からケース12の内部空間に向かって突出した第2の突出部24Bを有する。第1の薄壁部21Aと、第2の薄壁部21Bとを総称して薄壁部21とする。第1の厚壁部22Aと、第2の厚壁部22Bとを総称して厚壁部22とする。第1の突出部24Aと、第2の突出部24Bとを総称して突出部24とする。
The
薄壁部21は、壁厚が相対的に薄い部分であり、略円弧状で略一定の壁厚を有している。ここで、薄壁部21の厚さは、薄壁部21の平均の厚さに対して、±10%以下の範囲である。
The
厚壁部22は、薄壁部21よりも厚く、ケース12の内側空間に向かって突出した突出部24を有し、突出部24の先端25からケース12の外周に向かって広がる扇形状を有する。
The
言いかえれば、ケース12の内底面に平行な断面において、第1の薄壁部21Aが形成されたケース12の内壁面(第1の薄壁部21Aの外壁面)を第1の円弧51とし、第1の厚壁部22Aが形成されたケース12の内壁面(第1の厚壁部22Aの外壁面)を第2の円弧52とした場合、第1の厚壁部22Aは、第1の突出部24Aの先端25Aと第2の円弧52の両端を結ぶ線分と、第2の円弧52と、で形成される扇形状である。ここで、第1の突出部24Aの先端25Aと、第2の突出部24Bの先端25Bとを総称して先端25とする。
In other words, in the cross section parallel to the inner bottom surface of the
圧電素子13は、ケース12の内底面19に固定された超音波振動の発信源であり、圧電体(図示せず)と、その両面に設けられた電極(図示せず)とを有する。
The
一対のリード線14は、導体で形成されている。圧電素子13の両面には電極(図示せず)が形成されている。リード線14の少なくとも一方は、圧電素子13の一方の電極に接続されている。一対のリード線14により、圧電素子13に電力が供給される。
The pair of
充填材15は、例えば発泡シリコン樹脂などの樹脂材料などからなり、ケース12の内部において圧電素子13を封止する。
The
次にケース12の構造を図2A〜図2D、図3を用いて説明する。図2Aは、実施の形態における超音波デバイス11のケース12の上面図である。図2Bは、実施の形態における超音波デバイス11のケース12の側面図である。図2Cは、実施の形態における超音波デバイス11のケース12の正面図である。図2Dは、実施の形態における超音波デバイス11のケース12の斜視図である。図3は、実施の形態における超音波デバイス11のケース12の横断面図である。図3は、ケース12を内底面19に平行な面で切断したときのケース12の筒部17の断面図にほぼ一致する。図2A、図3に示すように、ケース12は中心点23を有する。また、図1A、図2A〜図2D、図3に示すように、超音波デバイス11において、X方向とY方向とZ方向とが規定される。
Next, the structure of the
図2Aにおいて、ケース12の内底面19に対する圧電素子13が配置される箇所を矩形の破線で示す。ケース12の内底面19の中央と圧電素子13の中央がほぼ一致するように、圧電素子13が配置される。圧電素子13のX方向の長さは約6mmであり、Y方向の長さは約8mmである。
In FIG. 2A, the location where the
図3に示すように、ケース12の寸法を、筒部17の外径A、薄壁部21の開口長B、厚壁部22の最小開口長C、薄壁部21の壁厚D、厚壁部22の最大壁厚E、厚壁部22の最大開口長F、厚壁部22の幅G、中心点23に対する薄壁部21の中心角α、中心点23に対する厚壁部22の中心角β、厚壁部22の突出部24の先端半角θで示す。厚壁部22の突出部24は、先端25からケース12の外周に向かって広がる扇形状を有している。厚壁部22の突出部24の先端半角θは、厚壁部22の突出部24の先端25における先端角の1/2である。
As shown in FIG. 3, the dimensions of the
ここで、薄壁部21の開口長Bとは、薄壁部21が向かい合う方向(Y方向)の開口長である。厚壁部22の最小開口長Cとは、厚壁部22が向かい合う方向(X方向)の最小開口長である。厚壁部22の最大開口長Fとは、厚壁部22が向かい合う方向(X方向)の最大開口長である。厚壁部22の最大壁厚Eとは、中心点23に向かう半径方向の厚壁部22の最大壁厚である。厚壁部22の幅Gとは、半径方向と垂直な方向の厚壁部22の幅である。
Here, the opening length B of the
図4Aは、本実施の形態の超音波センサ26のブロック図である。図4Bは、本実施の形態の他の超音波センサ26のブロック図である。超音波センサ26は、超音波デバイス11と、送波回路71と、ハウジングケース73とを備えている。超音波デバイス11は、超音波変換器として用いられる。送波回路71は、超音波デバイス11を駆動し、超音波を発生させる。ハウジングケース73は、超音波デバイス11と送波回路71とを保持する。ここで、図4Bに示すように、ハウジングケース73は、超音波デバイス11だけを保持していてもよい。すなわち、ハウジングケース73は、少なくとも超音波デバイス11を保持する構成であればよい。
FIG. 4A is a block diagram of the
図4Cは、本実施の形態の超音波センサ26を取り付けた車両27の模式図である。超音波センサ26は、超音波を発信し、反射された超音波を受信することにより、車両27の周囲の障害物等の存在を検知したり、障害物までの距離を検出したりする。図1Aでは、超音波デバイス11のX方向とY方向を水平に、Z方向を垂直にして表示している。しかし、車両27に装備する際には、超音波デバイス11のX方向とZ方向が地面に対して略水平になり、Y方向が略垂直になるように設置される。ここで、超音波を発信または受信する方向がZ方向である。このように超音波デバイス11の方向を設定し、超音波デバイス11の形状を規定することにより、垂直方向の狭指向性を確保しつつ、水平方向の指向性をある程度狭められる。なお、Z方向は車両27の水平方向に対して若干の角度を設ける場合がある。また、Y方向も垂直方向に対して若干の角度を設ける場合がある。さらに、超音波を発信または受信する方向を水平からわずかに上方または下方に傾ける場合もある。ここで、超音波デバイス11の指向性とは、超音波デバイス11が超音波の受信に用いられるときには超音波の受信感度の指向性であり、超音波デバイス11が超音波の発信に用いられるときには超音波の放射強度の指向性である。
FIG. 4C is a schematic diagram of a
(表1)に本実施の形態において検討した実施例1〜61について、ケース12の寸法と、指向性の特性値とその評価結果を示す。
Table 1 shows the dimensions of the
(表1)に示す実施例1〜61において、筒部17の外径Aは14mmまたは16mmである。薄壁部21の開口長Bは13mmまたは15mmである。薄壁部21の壁厚Dは0.5mmである。厚壁部22の最小開口長Cは、6.5mm以上、11mm以下の範囲内であり、厚壁部22の最大壁厚Eは2.0mm以上、4.5mm以下の範囲内である。厚壁部22の突出部24の先端半角θは、30度以上、80度以下の範囲内である。中心点23に対する薄壁部21の中心角αは、74.8度以上、170.6度以下の範囲内であり、中心点23に対する厚壁部22の中心角βは、9.4度以上、105.2度以下の範囲内である。
In Examples 1 to 61 shown in Table 1, the outer diameter A of the
(表1)には、ケース12の寸法と、超音波放射を行なった際の、最大出力に対する半値(−6dB)における、垂直方向の指向角と水平方向の指向角とを示している。そして、指向特性が良好な実施例を「G(Good)」とし、指向特性が良好でない実施例を「NG(No Good)」としている。
(Table 1) shows the dimensions of the
ここで、外径Aが14.0mmの場合、垂直方向の指向角が46度以下で、かつ、水平方向の指向角が70度以下の場合を良好としている。指向角は、最大出力に対する半値である−6dBの場合の値である。すなわち、(表1)に示すように、外径Aが14.0mmの場合、指向角特性が良好なのは実施例7、8、15、16、17、22、23、24、25、29、30、31である。 Here, when the outer diameter A is 14.0 mm, the vertical direction angle is 46 degrees or less and the horizontal direction angle is 70 degrees or less. The directivity angle is a value in the case of −6 dB which is a half value with respect to the maximum output. That is, as shown in (Table 1), when the outer diameter A is 14.0 mm, the directivity angle characteristics are good in Examples 7, 8, 15, 16, 17, 22, 23, 24, 25, 29, 30. , 31.
また、外径Aが16.0mmの場合、垂直方向の指向角が37度以下で、かつ、水平方向の指向角が67度以下の場合を良好としている。指向角は、最大出力に対する半値である−6dBの場合の値である。すなわち、(表1)に示すように、外径Aが16.0mmの場合、指向角特性が良好なのは実施例34、35、41、42、48、54、55である。 Further, when the outer diameter A is 16.0 mm, the vertical direction angle is 37 degrees or less and the horizontal direction angle is 67 degrees or less. The directivity angle is a value in the case of −6 dB which is a half value with respect to the maximum output. That is, as shown in (Table 1), when the outer diameter A is 16.0 mm, Examples 34, 35, 41, 42, 48, 54, and 55 have good directivity characteristics.
図5〜図14は、実施の形態における超音波デバイス11の指向角特性を示す図である。図5〜図14において、横軸は突出部24の先端半角θであり、縦軸は最大出力に対する半値である−6dBの場合の指向角を示している。なお、図5から図14の各特性図において、突出部24の先端半角θが90度の場合も示している。これは、突出部24が存在しない従来の超音波デバイス1の特性を、比較例として示したものである。図5から図14の特性図において、指向角特性の良好な範囲を矢印で示している。
5-14 is a figure which shows the directivity angle characteristic of the
図5は、外径Aが14mm、最小開口長Cが6.5mmの場合を示している。図6は、外径Aが14mm、最小開口長Cが7.0mmの場合を示している。図7は、外径Aが14mm、最小開口長Cが8.0mmの場合を示している。図8は、外径Aが14mm、最小開口長Cが9.0mmの場合を示している。図9は、外径Aが14mm、最小開口長Cが10.0mmの場合を示している。 FIG. 5 shows a case where the outer diameter A is 14 mm and the minimum opening length C is 6.5 mm. FIG. 6 shows a case where the outer diameter A is 14 mm and the minimum opening length C is 7.0 mm. FIG. 7 shows a case where the outer diameter A is 14 mm and the minimum opening length C is 8.0 mm. FIG. 8 shows a case where the outer diameter A is 14 mm and the minimum opening length C is 9.0 mm. FIG. 9 shows a case where the outer diameter A is 14 mm and the minimum opening length C is 10.0 mm.
図10は、外径Aが16mm、最小開口長Cが7.0mmの場合を示している。図11は、外径Aが16mm、最小開口長Cが8.0mmの場合を示している。図12は、外径Aが16mm、最小開口長Cが9.0mmの場合を示している。図13は、外径Aが16mm、最小開口長Cが10.0mmの場合を示している。図14は、外径Aが16mm、最小開口長Cが11.0mmの場合を示している。 FIG. 10 shows a case where the outer diameter A is 16 mm and the minimum opening length C is 7.0 mm. FIG. 11 shows a case where the outer diameter A is 16 mm and the minimum opening length C is 8.0 mm. FIG. 12 shows a case where the outer diameter A is 16 mm and the minimum opening length C is 9.0 mm. FIG. 13 shows a case where the outer diameter A is 16 mm and the minimum opening length C is 10.0 mm. FIG. 14 shows a case where the outer diameter A is 16 mm and the minimum opening length C is 11.0 mm.
図5において、指向角特性の良好な範囲は存在しない。図6において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、25度から38度の範囲である。図7において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、35度から65度の範囲である。図8において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、45度から85度の範囲である。図9において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、55度から85度の範囲である。図10において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、45度から65度の範囲である。図11において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、55度から75度の範囲である。図12において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、65度から75度の範囲である。図13において、指向角特性の良好な範囲は、突出部24の先端半角θが、65度から85度の範囲である。図14において、指向角特性の良好な範囲は存在しない。
In FIG. 5, there is no good range of directivity angle characteristics. In FIG. 6, a good range of the directivity angle characteristic is a range where the tip half angle θ of the
本実施の形態の超音波デバイス11は、有底筒状のケース12の内底面19に圧電素子13を有している。そして、ケース12の筒部17は、ケース12の内底面19に平行な断面において、内底面19がケース12の中心点23を中心とする略円弧状の薄壁部21と、薄壁部21よりも壁厚が厚く内壁面がケース12の内部空間に向かって突出した突出部24を設けた厚壁部22とを有している。この構成により、超音波デバイス11は、従来の指向性のレベルを超えた指向性の設計が可能になり、Y方向の狭指向性を十分に確保しつつ、X方向の指向性を狭めることが可能になる。超音波デバイス11を、超音波変換器として備えた超音波センサ26を車両27に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも指向性の絞れた検出が可能になる。すなわち、駐車場等において、車両27の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
The
また、本実施の形態の超音波デバイス11は、有底筒状のケース12の内底面19に圧電素子13を有している。そして、ケース12の筒部17はケース12の内底面19に平行な断面において、壁厚が略一定の薄壁部21と、薄壁部21よりも壁厚が厚く内側面がケース12の内側空間に向かって突出した突出部24を設けた厚壁部22とを有している。この構成により、指向性のレベルが向上し、Y方向の狭指向性を十分に確保しつつ、X方向の指向性を狭めることが可能になる。超音波デバイス11を、超音波変換器として備えた超音波センサ26を車両27に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも指向性の絞れた検出が可能になる。すなわち、駐車場等において、車両27の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
Further, the
さらに、ケース12の内底面19に平行な断面において、ケース12は、対向する一対の薄壁部21と、対向する一対の厚壁部22とを有することが好ましい。すなわち、ケース12の内底面に平行な断面において、第1の薄壁部21Aと第2の薄壁部21Bとは互いに対向しており、第1の厚壁部22Aと第2の厚壁部22Bとは互いに対向している。また、第1の厚壁部22Aは、ケース12の内底面の中心点23に対して、第2の厚壁部22Bと対称に形成されている。
Furthermore, in a cross section parallel to the
この構成により、超音波デバイス11は、X方向の指向性とY方向の指向性をより十分に制御でき、Y方向の狭指向性を十分に確保しつつ、X方向の指向性を狭めることが可能になる。
With this configuration, the
さらに、ケース12の中心点23に対する薄壁部21の中心角α(第1の中心角)はケース12の中心点23に対する厚壁部22の中心角β(第2の中心角)よりも大きいことが好ましい。すなわち、ケース12の内底面に平行な断面において、第1の薄壁部21Aが形成されたケース12の内壁面(第1の薄壁部21Aの外壁面)を第1の円弧51とし、第1の厚壁部22Aが形成されたケース12の内壁面(第1の厚壁部22Aの外壁面)を第2の円弧52とした場合、第1の円弧51のケース12の中心点23に対する第1の中心角αは、第2の円弧52のケース12の中心点23に対する第2の中心角βよりも大きいことが好ましい。言い換えれば、第1の円弧51は、第2の円弧52よりも長いことが好ましい。
Furthermore, the central angle α (first central angle) of the
この構成により、超音波デバイス11は、Y方向の狭指向性を十分に確保しつつ、X方向の指向性を効果的に狭めることができる。超音波デバイス11を、超音波変換器として備えた超音波センサ26を車両27に装備して障害物の検出用に使用することにより、路面からの反射や、車庫などの天井からの反射による影響を低減するとともに、水平方向にも優れた狭指向性を実現できる。すなわち、駐車場等において、高い精度で車両27の駐車幅程度の空きスペースを検出できる。
With this configuration, the
さらに、ケース12の内底面19に平行な断面において、厚壁部22は、突出部24の先端25からケース12の外周に向かって広がる扇形状を有することが好ましい。すなわち、第1の厚壁部22Aは、第1の突出部24Aの先端25Aと第2の円弧52の両端を結ぶ2本の線分と、第2の円弧52と、で形成される扇形状であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス11は、X方向とY方向の指向性の制御を良好に行なえる。
Further, in the cross section parallel to the
さらに、ケース12の内底面19に平行な断面において、ケース12の中心点23に対する薄壁部21の中心角αを、100度以上、155度以下とすることが好ましい。すなわち、第1の円弧51のケース12の中心点23に対する第1の中心角αは、100度以上、155度以下であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス11は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭められる。
Furthermore, in the cross section parallel to the
さらに、対向する厚壁部22の突出部24の先端25同士を結ぶ開口長(すなわち、厚壁部22の最小開口長C)は、ケース12の外径A(筒部17の外径A)の0.35倍以上、0.8倍以下であるのが好ましい。さらに、薄壁部21の厚みDはケース12の外径Aの0.02倍以上、0.06倍以下であることが好ましい。すなわち、ケース12の内底面に平行な断面において、第1の厚壁部22Aの第1の突出部24Aの先端25A(第1の先端)と、第2の厚壁部22Bの第2の突出部24Bの先端25B(第2の先端)との間の距離は、ケース12の外径Aの0.35倍以上、0.8倍以下であるのが好ましい。さらに、第1の薄壁部21Aの厚みはケース12の外径Aの0.02倍以上、0.06倍以下であるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス11は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭めることができる。
Furthermore, the opening length connecting the
さらに、超音波デバイス11は、薄壁部21を上下方向に配置し、厚壁部22を左右に配置することが好ましい。言い換えれば、ケース12の底部が対象物に向かうように設置され、第1の厚壁部22Aの第1の突出部24Aの先端25Aと、第2の厚壁部22Bの第2の突出部24Bの先端25Bとを結んだ線分が、水平方向に対応するように配置されるのが好ましい。この構成により、超音波デバイス11は、垂直方向の狭指向性を十分に確保しつつ、水平方向の指向性を効果的に狭めることができる。なお、ここでいう上下方向は、垂直方向に対して±5度の範囲を有し、ここでいう左右方向は水平方向に対して±5度の範囲を有し得る。
Furthermore, it is preferable that the
なお、本実施の形態では、薄壁部21の厚みを略一定としたが、略一定でなくても可能である。例えば、薄壁部21の厚みに傾斜を持たせてもよい。
In the present embodiment, the thickness of the
上記構成により、本開示の超音波デバイスおよび超音波センサは、垂直方向の狭指向性を確保しつつ、水平方向にも指向性を狭めることができる。 With the above configuration, the ultrasonic device and the ultrasonic sensor of the present disclosure can narrow the directivity in the horizontal direction while ensuring the narrow directivity in the vertical direction.
本開示に係る超音波デバイスおよび超音波センサは、例えば車両などの近くに存在する物体を検出するための検出器として有用である。 The ultrasonic device and the ultrasonic sensor according to the present disclosure are useful as a detector for detecting an object existing near a vehicle, for example.
1 超音波デバイス
2 ケース
3 圧電素子
4 充填材
5 リード線
11 超音波デバイス
12 ケース
13 圧電素子
14 リード線
15 充填材
16 底部
17 筒部
19 内底面
20 外底面
21 薄壁部
21A 第1の薄壁部
21B 第2の薄壁部
22 厚壁部
22A 第1の厚壁部
22B 第2の厚壁部
23 中心点
24 突出部
24A 第1の突出部
24B 第2の突出部
25,25A,25B 先端
26 超音波センサ
27 車両
51 第1の円弧
52 第2の円弧
71 送波回路
73 ハウジングケース
A,M 外径
B 開口長
C 最小開口長
D 壁厚
E 最大壁厚
F 最大開口長
G 幅DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
前記ケースの内底面に設置された圧電素子と、
前記圧電素子に接続されたリード線と、
前記ケースを封止する充填材と、
を備え、
前記ケースは、
前記ケースの内壁面に沿って形成された第1の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第1の突出部を有する第1の厚壁部と、
を有する
超音波デバイス。A bottomed cylindrical case,
A piezoelectric element installed on the inner bottom surface of the case;
A lead wire connected to the piezoelectric element;
A filler for sealing the case;
With
The case is
A first thin wall formed along the inner wall surface of the case;
A first thick wall portion having a first protrusion protruding from the inner wall surface of the case toward the inner space of the case;
Ultrasonic device having
請求項1に記載の超音波デバイス。The ultrasonic device according to claim 1, wherein a thickness of the first thin wall portion is substantially constant.
請求項2に記載の超音波デバイス。The ultrasonic device according to claim 2, wherein a thickness of the first thin wall portion is ± 10% or less with respect to an average thickness of the first thin wall portion.
前記ケースの内壁面に沿って形成された第2の薄壁部と、
前記ケースの内壁面から前記ケースの内部空間に向かって突出した第2の突出部を有する第2の厚壁部と、
を更に有し、
前記ケースの前記内底面に平行な断面において、
前記第1の薄壁部と前記第2の薄壁部とは互いに対向しており、
前記第1の厚壁部と前記第2の厚壁部とは互いに対向している、
請求項1に記載の超音波デバイス。The case is
A second thin wall portion formed along the inner wall surface of the case;
A second thick wall portion having a second protrusion protruding from the inner wall surface of the case toward the internal space of the case;
Further comprising
In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The first thin wall portion and the second thin wall portion are opposed to each other,
The first thick wall portion and the second thick wall portion are opposed to each other.
The ultrasonic device according to claim 1.
前記第1の薄壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第2の薄壁部と対称に形成されており、
前記第1の厚壁部は、前記ケースの前記内底面の中心点に対して、前記第2の厚壁部と対称に形成されている
請求項4に記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The first thin wall portion is formed symmetrically with the second thin wall portion with respect to a center point of the inner bottom surface of the case,
The ultrasonic device according to claim 4, wherein the first thick wall portion is formed symmetrically with the second thick wall portion with respect to a center point of the inner bottom surface of the case.
前記第1の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第1の円弧とし、
前記第1の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第2の円弧とした場合、
前記第1の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第1の中心角は、
前記第2の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第2の中心角よりも大きい
請求項5に記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The inner wall surface of the case in which the first thin wall portion is formed is a first arc,
When the inner wall surface of the case in which the first thick wall portion is formed is a second arc,
The first central angle of the first arc with respect to the central point of the case is:
The ultrasonic device according to claim 5, wherein the second arc is larger than a second center angle with respect to the center point of the case.
前記第1の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第1の円弧とし、
前記第1の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第2の円弧とした場合、
前記第1の円弧は、前記第2の円弧よりも長い
請求項5に記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The inner wall surface of the case in which the first thin wall portion is formed is a first arc,
When the inner wall surface of the case in which the first thick wall portion is formed is a second arc,
The ultrasonic device according to claim 5, wherein the first arc is longer than the second arc.
前記第1の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第1の円弧とし、
前記第1の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第2の円弧とした場合、
前記第1の厚壁部は、前記第1の突出部の第1の先端と前記第2の円弧の両端を結ぶ線分と、前記第2の円弧と、で形成される扇形状である
請求項5に記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The inner wall surface of the case in which the first thin wall portion is formed is a first arc,
When the inner wall surface of the case in which the first thick wall portion is formed is a second arc,
The first thick wall portion has a fan shape formed by a line segment connecting a first tip of the first protrusion and both ends of the second arc, and the second arc. Item 6. The ultrasonic device according to Item 5.
前記第1の薄壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第1の円弧とし、
前記第1の厚壁部が形成された前記ケースの前記内壁面を第2の円弧とした場合、
前記第1の円弧の前記ケースの前記中心点に対する第1の中心角は、100度以上、155度以下である
請求項5に記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The inner wall surface of the case in which the first thin wall portion is formed is a first arc,
When the inner wall surface of the case in which the first thick wall portion is formed is a second arc,
The ultrasonic device according to claim 5, wherein a first central angle of the first arc with respect to the central point of the case is 100 degrees or more and 155 degrees or less.
前記第1の厚壁部の前記第1の突出部の第1の先端と、前記第2の厚壁部の前記第2の突出部の第2の先端との間の距離は、
前記ケースの外径Aの0.35倍以上、0.8倍以下であり、
前記第1の薄壁部の厚みは前記ケースの外径Aの0.02倍以上、0.06倍以下である
請求項5記載の超音波デバイス。In a cross section parallel to the inner bottom surface of the case,
The distance between the first tip of the first protrusion of the first thick wall portion and the second tip of the second protrusion of the second thick wall portion is:
0.35 times or more and 0.8 times or less of the outer diameter A of the case,
The ultrasonic device according to claim 5, wherein a thickness of the first thin wall portion is 0.02 times or more and 0.06 times or less of an outer diameter A of the case.
前記第1の厚壁部の前記第1の突出部の第1の先端と、前記第2の厚壁部の前記第2の突出部の第2の先端とを結んだ線分が、水平方向に対応するように配置される
請求項5記載の超音波デバイス。Installed so that the bottom of the case faces the object,
A line segment connecting the first tip of the first protruding portion of the first thick wall portion and the second tip of the second protruding portion of the second thick wall portion is a horizontal direction. The ultrasonic device according to claim 5, which is arranged so as to correspond to the above.
前記超音波デバイスを駆動し、超音波を発生させる送波回路と、
前記超音波デバイスを保持するハウジングケースと、
を備えた
超音波センサ。An ultrasonic device according to claim 1;
A transmission circuit for driving the ultrasonic device and generating ultrasonic waves;
A housing case for holding the ultrasonic device;
Ultrasonic sensor equipped with.
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