WO2007102460A1

WO2007102460A1 - 超音波センサおよびその製造方法

Info

Publication number: WO2007102460A1
Application number: PCT/JP2007/054178
Authority: WO
Inventors: Junshi Ota
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2007-09-13
Also published as: US7732993B2; EP1993322A1; JPWO2007102460A1; US20080309201A1; EP1993322A4; JP4766112B2

Abstract

　安定した送受信特性が得られ、簡単かつ安価な方法で所望の指向性が得られる超音波センサおよびその製造方法を提供する。　超音波センサ１０は、合成樹脂からなるベース１２を含む。ベース１２は、円筒状の側面部１４を有し、側面部１４の一端の開口部から内側に屈曲するように、リング状の屈曲部１６が形成される。屈曲部１６の内面側の端部には、リング状の凹部１８が形成される。凹部１８には、圧電素子２０が配置される。ベース１２には、吸音材２８およびウエイト２４が挿入され固定される。ベース１２の外側から圧電素子２０の外面およびベース１２の外面には、合成樹脂からなる外装材３０が形成される。

Description

明細書

超音波センサおよびその製造方法

技術分野

[0001] この発明は、超音波センサおよびその製造方法に関し、特にたとえば、自動車のバックソナーまたはコーナソナ一などに用いられる防滴型の超音波センサおよびその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 図 21は、従来の超音波センサの一例を示す正面図解図であり、図 22は、その超音波センサの A— A断面での平面図解図である。超音波センサ 1は、アルミニウムなどの金属で形成された有底略 4角筒状のケース 2を含む。この超音波センサ 1では、所望の指向性を得るために、ケース 2は、その内側に凹部が設けられ、矩形状もしくは長円形状の開口部を有する。ケース 2内部の底面には、圧電素子 3の一方面が接着剤で接着される。また、ケーブル 4の一方の信号線 4aが、ケース 2の内側面に半田付けされ、ケース 2を介して圧電素子 3の一方面の電極に電気的に接続される。さら〖こ、ケーブル 4の他方の信号線 4bが、圧電素子 3の他方面の電極に半田付けされて電気的に接続される。また、圧電素子 3の他方面上には、たとえばフェルトからなる吸音材 5が配置される。さらに、ケース 2内部には、シリコンゴムやウレタンゴムなど力もなる絶縁性榭脂 6が充填される。この絶縁性榭脂 6によって、圧電素子 3および吸音材 5 が密閉状態に封止されるとともに、信号線 4a, 4bが絶縁される。

[0003] この超音波センサ 1を用いて被検出物までの距離を測定する場合、ケーブル 4の信号線 4a, 4bに駆動電圧を印加することにより、圧電素子 3が励振される。圧電素子 3 の振動により、ケース 2の底面も振動し、その底面に直交する向きに超音波が発せられる。超音波センサ 1から発せられた超音波が被検出物で反射し、超音波センサ 1〖こ到達すると、圧電素子 3が振動して電気信号に変換され、ケーブル 4の信号線 4a, 4 bから電気信号が出力される。したがって、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサ 1から被検出物までの距離を測定することができる (特許文献 1参照)。なお、この超音波センサ 1は共振周波数力 OkHzであり、超音波センサ 1において駆動電圧を印加したときの残響特性を図 23のグラフに示す。

[0004] 特許文献 1 :特開平 9 284896号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 図 21に示す超音波センサ 1では、次のような問題点がある。

まず、圧電素子 3をケース 2の底面に接着剤を用いて接着しているため、接着剤の量や接着位置がばらつき、超音波の送受信特性にばらつきが発生しやすい。

また、所望の指向性を得るために金属力なるケース 2を複雑な形状に形成する必要があり、ケース 2の作製ばらつきにより送受信特性がばらつ、てしま、やす!/、。さらに、ケース 2が金属力もなるので、圧電素子 3の接着部においてケース 2が酸ィ匕することがあり、超音波の送受信特性がばらつ、てしま、やす!/、。

[0006] それゆえに、この発明の主たる目的は、安定した送受信特性が得られ、簡単かつ安価な方法で所望の指向性が得られる超音波センサおよびその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] この発明にかかる超音波センサは、圧電素子と、圧電素子を収納するための筒状の側面部および側面部の一端の開口部から側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、屈曲部の内面側の端部に圧電素子を配置するための凹部が形成され、凹部に配置された圧電素子および屈曲部により開口部が塞がれたベースと、ベースの外側力圧電素子の外面およびベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えたことを特徴とする、超音波センサである。

この発明にかかる超音波センサでは、外装材が駆動時にベンディング振動することが好ましい。

この発明に力かる超音波センサは、たとえば、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された柱状のウェイトをさらに備えてもよい。また、この発明にかかる超音波センサは、たとえば、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された筒状のウェイトをさらに備えてもよい。これらの場合、ウェイトは、ベースの材料および外装材の材料より密度の大き、材料で形成されることが好まし、。

また、この発明にかかる超音波センサでは、圧電素子を複数有し、ベースを複数の圧電素子に対応して複数有し、外装材は、複数の圧電素子の外面および複数のベースの外面を覆うように形成されてもよ！、。

この発明にかかる超音波センサの製造方法は、圧電素子と、圧電素子を収納するための筒状の側面部および側面部の一端の開口部力側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、屈曲部の内面側の端部に圧電素子を配置するための凹部が形成され、凹部に配置された圧電素子および屈曲部によりその開口部が塞がれたベースと、ベースの外側から圧電素子の外面およびベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えた超音波センサを製造するための超音波センサの製造方法であって、圧電素子およびベースを用意する工程と、ベースの凹部に圧電素子を配置する工程と、凹部に配置された圧電素子の外面およびベースの外面を覆うための有底の充填型に、凹部に配置された圧電素子およびベースを挿入する工程と、圧電素子およびベースと充填型との間に外装材の材料を充填して、圧電素子の外面およびベースの外面と充填型の内面との間に外装材を形成する工程と、外装材から充填型を除去する工程とを備えたことを特徴とする、超音波センサの製造方法である。この発明にかかる超音波センサの製造方法では、超音波センサは、ベースの内面に接するようにベースに挿入され、圧電素子に対向する部分に圧電素子に接しな、ようにするためのくぼみ部が形成されたウェイトをさらに備えた超音波センサであり、ウェイトを用意する工程と、凹部に圧電素子が配置されたベースの内面に接するようにウェイトをベースに挿入して、ウェイトをベースの内面に接着する工程とをさらに備えてもよい。

この発明に力かる超音波センサでは、ベースの屈曲部に形成された凹部に圧電素子が配置されるので、圧電素子を精度よく配置することができ、送受信特性のばらつきを/ J、さくすることができる。

また、この発明にかかる超音波センサでは、ベースの屈曲部の内面側に形成された凹部に圧電素子が配置されているので、ベースの屈曲部の外面側（送受信側）に圧電素子を配置した場合に比べて、圧電素子の送受信側の面に形成される外装材の厚み（量）が多くなり、圧電素子の表裏面での振動の伝わるバランスが崩れて、たわみが発生しやすくなり、大きな振幅の振動となるベンディング振動が発生して、所望の送受信特性が得られる。なお、ベースの屈曲部の送受信側に圧電素子を配置した場合、圧電素子の送受信側の面に形成される外装材の厚み (量)が少なくなり、十分な特性が得られない。それに対して、この発明にかかる超音波センサのように、圧電素子の表裏面での外装材などの厚み（量)の差を大きくするほど、たわみやベンデイング振動が発生しやすくなり、超音波センサとしての音圧や感度の特性が向上し、所望の送受信特性が得られる。

この発明に力かる超音波センサにおいて、ベースに挿入されくぼみ部が形成されたウェイトを備える場合には、ウェイトのくぼみ部の形状を変えることによって指向性を変えることができ、簡単な構造で指向性を制御することができる。また、この場合、ゥエイトによってベースの側面部の不要な振動が抑制されるので、必要な振動面だけを効率よく振動することができる。さらに、この場合、ウェイトをベースの材料および外装材の材料より密度の大き、材料で形成することによって、ベースの側面部の不要な振動をさらに抑制することができる。

また、この発明にかかる超音波センサにおいて、くぼみ部が形成されたウェイトを備える場合には、ウェイトのくぼみ部に吸音材を設けることによって、残響特性を改善することができる。この場合、ウェイトが筒状のウェイトであれば、ウェイト内にも吸音材を設けることによって、残響特性をさらに改善することができる。

さらに、この発明にかかる超音波センサでは、外装材が複数の圧電素子の外面および複数のベースの外面を覆うように形成されている場合には、複数の圧電素子などを有する複雑なものを容易に製造することができるとともに、障害物などの被検出物までの距離を測定することができるだけでなく被検出物への角度も測定することがでさるよう〖こなる。

発明の効果

この発明によれば、安定した送受信特性が得られ、簡単かつ安価な方法で所望の指向性が得られる超音波センサが得られる。

[0010] この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明ら力となろう。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]この発明にかかる超音波センサの一例を示す平面図である。

[図 2]図 1の線 II IIにおける断面図である。

[図 3]図 1の線 in— mにおける断面図である。

[図 4]図 1に示す超音波センサに用いられるウェイトを示す斜視図である。

[図 5]図 1に示す超音波センサを製造する工程を示す正面図解図である。

[図 6]図 1に示す超音波センサを製造する工程を示す側面図解図である。

[図 7]図 1に示す超音波センサにおいて駆動電圧を印加したときの残響特性を示すグラフである。

[図 8]図 1に示す超音波センサにおいてウェイトに形成されたくぼみ部の長手方向が垂直方向に配置された場合の水平方向における指向性を示すグラフである。

[図 9]図 1に示す超音波センサにおいてウェイトに形成されたくぼみ部の長手方向が垂直方向に配置された場合の垂直方向における指向性を示すグラフである。

[図 10] (A)はこの発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトの他の例を示す平面図であり、（B)はその正面断面図である。

[図 11] (A)はこの発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、（B)はその正面図である。

[図 12] (A)はこの発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、（B)はその正面断面図である。

[図 13] (A)はこの発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、（B)はその正面断面図である。

[図 14]この発明に力かる超音波センサの他の例を示す平面図である。

[図 15]図 14の線 XV— XVにおける断面図である。

[図 16]この発明に力かる超音波センサのさらに他の例を示す平面図である。

[図 17]図 16の線 XVII— XVIIにおける断面図である。 [図 18]図 16の線 xvm— xvmにおける断面図である。

[図 19]図 16に示す超音波センサを製造する工程を示す平面図である。

[図 20]図 16に示す超音波センサを製造する工程を示す正面図解図である。

[図 21]従来の超音波センサの一例を示す正面図解図である。

[図 22]図 21に示す超音波センサの平面図解図である。

[図 23]図 21に示す超音波センサにおいて駆動電圧を印加したときの残響特性を示すグラフである。

符号の説明

[0012] 10 超音波センサ

12 ベース

14 側面部

16 屈曲部

18 凹部

20 圧電素子

22a, 22b リード線

24 ウェイト

26 へこみ部

28 吸音材

30 外装材

発明を実施するための最良の形態

[0013] 図 1は、この発明に力かる超音波センサの一例を示す平面図であり、図 2は、図 1の線 II— IIにおける断面図であり、図 3は、図 1の線 III— IIIにおける断面図である。この超音波センサ 10は、たとえば合成樹脂からなるベース 12を含む。ベース 12は、たとえば外径が 13mmで内径が 12mmである円筒状の側面部 14を有する。側面部 14 は、後述の圧電素子 20を収納するためのものである。側面部 14には、その一端の開口部から内側に屈曲するように、たとえばリング状の屈曲部 16が形成される。屈曲部 16の内面側の端部には、後述の圧電素子 20を配置するためのたとえばリング状の凹部 18が形成される。この凹部 18の高さは、後述の圧電素子 20の厚みと略同一である。

[0014] ベース 12の屈曲部 16に形成された凹部 18には、たとえば外径がほぼ 7mmである円板状の圧電素子 20が配置される。圧電素子 20は、たとえば円板状の圧電体基板の両主面に電極を形成したものである。ベース 12の側面部 14の一端の開口部は、屈曲部 16および圧電素子 20により塞がれる。

[0015] 圧電素子 20の両主面の電極には、リード線 22a, 22bの一端部がそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。これらのリード線 22a, 22bは、予め、中間部がベース 12の側面部 14や屈曲部 16にインサートモールドで埋め込まれ、他端部がベース 12 の側面部 14の他端力も露出されている。なお、リード線 22a, 22bの中間部は、ベース 12に埋め込まれる代わりに、ベース 12の内側や外側に配置されてもよい。

[0016] ベース 12には、たとえば外径が 12mmである円柱状のウェイト 24力ベース 12の内面に接するように挿入される。ウェイト 24は、ベース 12の側面部 14の不要な振動を抑制するとともに、超音波センサ 10の指向性を制御するためのものである。ウェイト 24は、ベース 12の材料より密度が大きいとともに後述の外装材 30の材料より密度が大きいたとえば合成樹脂で形成される。なお、ウェイト 24は、合成樹脂以外にセラミツクゃ金属などの他の材料で形成されてもよい。ウェイト 24は、ベース 12の内面に接着剤で接着される。また、ウェイト 24には、図 4に示すように、その一方主面の中央に、たとえば略長円形状のくぼみ部 26が形成されている。くぼみ部 26は、ウェイト 24にお!、て圧電素子 20に対向する部分が圧電素子 20に接しな、ようにするためのものである。くぼみ部 26は、たとえば幅が 8mmに長さがほぼ 11mmに形成されている。このくぼみ部 26には、たとえばスポンジなどの弹性材力もなる吸音材 28が挿入されている。

[0017] ベース 12の外側からベース 12の外面および圧電素子 20の外面を覆うように、たとえば合成樹脂からなる外装材 30が形成される。外装材 30において、圧電素子 20上の部分は、圧電素子 20に駆動電圧を印加したときに、たわみやベンディング振動を発生しやすくするための部分である。外装材 30は、ケース 12の側面部 14の部分で振動を小さくするために、圧電素子 20上の部分の厚みに比べて、側面部 14上の部分の厚みが厚く形成される。外装材 30は、たとえば外径が 14mmで高さが 8mmに形成されている。

[0018] 次に、この超音波センサ 10の製造方法の一例について説明する。

[0019] まず、ベース 12、圧電素子 20、ウェイト 24および吸音材 28などが用意される。なお、ベース 12は、側面部 14および屈曲部 16を有し、屈曲部 16に凹部 18が形成され、必要に応じて、側面部 14および屈曲部 16にリード線 22a, 22bの中間部力インサートモ一ルドで埋め込まれている。また、圧電素子 20の両主面には、電極がそれぞれ形成されている。さら〖こ、ウェイト 24には、くぼみ部 26が形成されている。

[0020] そして、ベース 12の屈曲部 16に形成された凹部 18には、圧電素子 20が配置される。凹部 18に配置された圧電素子 20の両主面の電極には、リード線 22a, 22bの一端部がそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。なお、リード線 22a, 22bは、それらの一端部が圧電素子 20の両主面の電極に接続されてから、それらの中間部がベース 12の側面部 14および屈曲部 16にインサートモールドで埋め込まれるようにしてもよい。また、リード線 22a, 22bの中間部がベース 12の内側や外側に配置される場合には、リード線 22a, 22bの一端部は、圧電素子 20が凹部 18に配置される前にまたは配置された後に、圧電素子 20の両主面の電極にそれぞれ半田付けされて電気的に接続される。

[0021] さらに、ベース 12内では、吸音材 28が圧電素子 20上に配置されるとともに、ウェイト 24がベース 12の内面に接するように挿入され接着剤でベース 12の内面に接着される。それによつて、ベース 12には、圧電素子 20、吸音材 28およびウェイト 24が固定される。なお、吸音材 28は、ウェイト 24のくぼみ部 26に挿入された状態でウェイト 24とともにベース 12に挿入されることによって圧電素子 20上に配置されてもよい。

[0022] 圧電素子 20やウェイト 24などが固定されたベース 12は、図 5および図 6に示すように、ベース 12の外面および圧電素子 20の外面を覆うための有底の充填型 100に揷入されて所定の位置にセットされる。

[0023] そして、ベース 12および圧電素子 20と充填型 100との間には、外装材 30の材料となる樹脂が充填され硬化されることによって、ベース 12の外面および圧電素子 20の外面と充填型 100の内面との間に外装材 30が形成される。

[0024] それから、外装材 30から充填型 100が除去される。このように外装材 30は、充填型 100によるモールドで形成される。

[0025] 以上にようにして超音波センサ 10が製造される。

[0026] この超音波センサ 10では、リード線 22a, 22bに駆動電圧を印加することにより、圧電素子 20が励振される。圧電素子 20の振動により、圧電素子 20はその上の外装材 30とともにベンディング振動し、圧電素子 20の主面に直交する向きに超音波が発せられる。超音波センサ 10から発せられた超音波が被検出物で反射し、超音波センサ 10に到達すると、圧電素子 20が振動して電気信号に変換されて、リード線 22a, 22 bから電気信号が出力される。したがって、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサ 10から被検出物までの距離を柳』定することができる。

この場合、この超音波センサ 10では、ベース 12の屈曲部 16に形成された凹部 18 に圧電素子 20が配置されるので、圧電素子 20を精度よく配置することができ、送受信特性のばらつきを小さくすることができる。

また、この場合、この超音波センサ 10では、ベース 12の屈曲部 16の内面側に形成された凹部 18に圧電素子 20が配置されているので、ベース 12の屈曲部 16の外面側 (送受信側）に圧電素子 20を配置した場合に比べて、圧電素子 20の送受信側の面に形成される外装材 30の厚み (量)が多くなり、圧電素子 20の表裏面での振動の伝わるバランスが崩れて、たわみやベンディング振動が発生しやすくなり、超音波センサとしての音圧や感度の特性が向上し、所望の送受信特性が得られる。

また、この超音波センサ 10のように、リング状の凹部 18の高さは、圧電素子 20の厚みと略同一であることが好ましい。このようにすれば、圧電素子 20が屈曲部 16の凹部 18と吸音材 28とでしつかり固定されることになり、より安定した送受信特性が得られる。

さらに、この超音波センサ 10において、圧電素子 20の振動周波数と、その上の外装材 30の固有振動数とがー致し、両者が共振するように、圧電素子 20および外装材 30の材質に合わせてリング状の凹部 18の高さ（厚み）を選択することが好ましい。これにより、より大きなベンディング振動が得られ、送受信特性が安定する。

[0027] この超音波センサ 10は共振周波数力 5kHzであり、超音波センサ 10において駆動電圧を印加したときの残響特性を図 7のグラフに示す。なお、図 7のグラフは、図 2 3のグラフを得る場合に用いられた駆動回路と同一の駆動回路を用いた場合の結果を示す。図 7のグラフおよび図 23のグラフから明らかなように、図 1に示す超音波センサ 10では、図 21に示す超音波センサ 1と比べて、感度は 1Z2程度になるが、残響時間は同等であり、圧電素子 20が伸縮 (振動）してもその上の外装材 30が伸び縮みしな、ためにベンディング振動が励振されると、う原理で超音波の送受信が可能である。

[0028] また、この超音波センサ 10では、ウェイト 24のくぼみ部 26が、その幅方向において短く形成され、その幅方向に直交する縦方向において長く形成されているので、くぼみ部 26の幅方向において広い指向性を有し、くぼみ部 26の縦方向（長手方向）において狭い指向性を有する。そのため、この超音波センサ 10は、たとえば自動車のノックソナ一やコーナソナ一などとして用いられる場合、くぼみ部 26の幅方向が水平方向となりかつくぼみ部 26の長手方向が垂直方向となるように配置される。このように超音波センサ 10においてウェイト 24に形成されたくぼみ部 26の長手方向が垂直方向に配置された場合の水平方向における指向性を図 8のグラフに示し、その場合の垂直方向における指向性を図 9のグラフに示す。図 8のグラフおよび図 9のグラフから明らかなように、この超音波センサ 10では、くぼみ部 26の幅方向において広い指向性を有し、くぼみ部 26の長手方向において狭い指向性を有する。したがって、この超音波センサ 10では、ウェイト 24のくぼみ部 26の形状を変えることによって指向性を変えることができ、簡単な構造で指向性を制御することができる。

[0029] さらに、この超音波センサ 10では、ウェイト 24によってベース 12の側面部 14の不要な振動が抑制されるので、必要な振動面だけが効率よく振動することができる。この場合、ウェイト 24がベース 12の材料および外装材 30の材料より密度の大きい材料で形成されているので、密度の小さい材料で形成されている場合に比べて、ベース 12の側面部 14の不要な振動をさらに抑制することができる。

[0030] また、この超音波センサ 10では、ウェイト 24のくぼみ部 26に吸音材 28が設けられているので、残響特性を改善することができる。

[0031] さらに、この超音波センサ 10では、図 21に示す超音波センサ 1と比べて、高コストである金属からなるケースが用いられておらず、圧電素子を接着するための高い接着技術や接着面の加工精度が不要であり、たとえば充填型によるモールドなどの技術が用いられているので、コストをたとえば 1Z2程度に低減することができ、さらに、高!、加工精度が必要な、ため製造管理が容易になる。

すなわち、この超音波センサ 10では、ケース 2に圧電素子 3を接着剤で接着するために接着剤量の管理や接着時の加圧力などの管理が必要である図 21に示す超音波センサ 1に比べて、圧電素子 20を接着剤で接着しないので、それらの管理が必要でなぐ圧電素子の接着に関する接着剤量、加圧力、接着対象物の表面粗さや平面度などの硬化条件の影響を受けず、し力も、接着による部材のそりも生じない。さらに、この超音波センサ 10では、圧電素子 20の外面に榭脂からなる外装材 30がモールドで形成されるので、圧電素子 20と外装材 30との接合部の平面度が粗くてもよい。

[0032] また、この超音波センサ 10では、アルミニウムなどの金属からなるケースが用いられて、な、ので、ケースの酸ィ匕による酸ィ匕膜によって圧電素子などの電気的接続を不安定にすることもない。

[0033] さらに、この超音波センサ 10では、アルミニウムからなるケースが用いられていないので、アルミ半田という特殊な半田でリード線を電気的に接続する必要もない。

[0034] また、この超音波センサ 10では、金属力もなるケース 2の継続的な振動を抑えるためにケース 2の内部にシリコンゴムやウレタンゴムが設けられている図 21に示す超音波センサ 1と比べて、物性ばらつきの大きいシリコンゴムやウレタンゴムを用いる必要がない。

[0035] 上述の超音波センサ 10では、用いられる円柱状のウェイト 24の一方主面の中央に略長円形状のくぼみ部 26が形成されている力この発明にかかる超音波センサには、たとえば図 10、図 11、図 12または図 13に示すウェイトが用いられてもよい。

[0036] 図 10 (A)は、この発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトの他の例を示す平面図であり、図 10 (B)は、その正面断面図である。図 10に示すウェイト 24は、全体が円柱状に形成され、その一方主面の中央に円柱状のくぼみ部 26が形成されている。 [0037] 図 11 (A)は、この発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、図 11 (B)は、その正面図である。図 11に示すウェイト 24では、全体が円柱状に形成され、その一方主面に縦長のくぼみ部 26が形成されている。

[0038] 図 12 (A)は、この発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、図 12 (B)は、その正面断面図である。図 12に示すウェイト 24 は、全体が円筒状に形成され、その一方主面に円柱状にくぼみ部 26が形成されている。

[0039] 図 13 (A)は、この発明に力かる超音波センサに用いられるウェイトのさらに他の例を示す平面図であり、図 13 (B)は、その正面断面図である。図 13に示すウェイト 24 は、全体が円筒状に形成され、その一方主面に縦長のくぼみ部 26が形成されている

[0040] 図 10に示すウェイト 24または図 12に示すウェイト 24が超音波センサに用いられた場合には、等方性の指向性となり、図 11に示すウェイト 24または図 13に示すウェイト 24が超音波センサに用いられた場合には、図 1に示す超音波センサ 10と同様に異方'性の旨向'性となる。

このように、超音波センサに用いられるウェイト 24の形状により、超音波センサの指向性を制御することができる。

[0041] また、図 12に示すウェイト 24または図 13に示すウェイト 24が超音波センサに用いられた場合には、ウェイト 24のくぼみ部 26だけでなくウェイト 24の中央の中空部にもたとえばスポンジなどの弾性材カもなる吸音材を設ければ、残響特性をさらに改善することがでさる。

[0042] 図 14は、この発明に力かる超音波センサの他の例を示す平面図であり、図 15は、図 14の線 XV— XVにおける断面図である。図 14に示す超音波センサ 10は、図 1に示す超音波センサ 10と比べて、ベース 12および外装材 30が同じ榭脂材料で一体的に形成されている。なお、ベース 12は、外装材 30と同じ榭脂材料で形成される代わりに、金属材料で形成されてもよい。

[0043] また、図 14に示す超音波センサ 10は、図 1に示す超音波センサ 10と比べて、ゥェイト 24は、その一部分がベース 12の他方の開口部力も外側に突き出るように、その高さが高く形成されている。なお、ウェイト 24は、吸音材 28と同じ材料で形成されてちょい。

[0044] 図 14に示す超音波センサ 10でも、図 1に示す超音波センサ 10とほぼ同様の効果を奏する。

[0045] さらに、図 14に示す超音波センサ 10では、図 1に示す超音波センサ 10と比べて、ベース 12および外装材 30が同じ榭脂材料で一体的に形成されているので、部品点数を削減することができ、部品点数の削減によりコストも削減することができる。

[0046] 図 16は、この発明に力かる超音波センサのさらに他の例を示す平面図であり、図 1 7は、図 16の線 XVII— XVIIにおける断面図であり、図 18は、図 16の線 XVIII— XV IIIにおける断面図である。図 16に示す超音波センサ 10は、図 1に示す超音波センサ 10を 2つ横に並べて一体的に接合したものと同等のものである。

すなわち、図 16に示す超音波センサ 10は、図 1に示す超音波センサ 10における外装材 30以外のベース 12、圧電素子 20、リード線 22a, 22b、ウェイト 24および吸音材 28を 2組有し、 2組のベース 12, 12および圧電素子 20, 20の外面に、平面形状が横長の長方形状である 1つの外装材 30が形成されている。

また、図 16に示す超音波センサ 10では、 2つの圧電素子 20, 20が同一平面内に存在するように配置されるとともに、 2つのくぼみ 26, 26の長手方向が外装材 30の長手方向に直交するように 2つのウェイト 24, 24が配置されて!、る。

[0047] 次に、図 16に示す超音波センサ 10の製造方法の一例について説明する。

[0048] まず、図 1に示す超音波センサ 10を製造する上述の製造方法と同様にして、外装材 30以外の圧電素子 20やウェイト 24などが固定されたベース 12が 2組形成される。

[0049] 2組の圧電素子 20, 20やウェイト 24, 24などが固定されたベース 12, 12は、図 19 および図 20に示すように、 2組のベース 12, 12および圧電素子 20, 20の外面を覆うための有底の充填型 100に挿入されて所定の位置にセットされる。

[0050] そして、 2組のベース 12, 12および圧電素子 20, 20と充填型 100との間には、外装材 30の材料となる樹脂が充填され硬化されることによって、 2組のベース 12, 12および圧電素子 20, 20の外面と充填型 100の内面との間に外装材 30が形成される。

[0051] それから、外装材 30から充填型 100が除去される。 [0052] このようにして、図 16に示す超音波センサ 10が製造される。

[0053] 図 16に示す超音波センサ 10でも、図 1に示す超音波センサ 10とほぼ同様の効果を奏する。

[0054] さらに、図 16に示す超音波センサ 10では、図 1に示す超音波センサ 10と比べて、 2つの圧電素子 20, 20を有するので、障害物などの被検出物までの距離を測定することができるだけでなく被検出物への角度も測定することができる。

[0055] また、金属からなるケースが用いられる超音波センサでは複数の圧電素子を有するものを製造する際に金属力もなるケースの加工が非常に困難であり高コストになるのに対して、図 16に示す超音波センサ 10では、金属力もなるケースが用いられておらず、し力も、複数の圧電素子 20, 20の外面などにモールドで外装材 30が形成されるので、複数の圧電素子 20, 20を有するにもかかわらず、複雑な金属加工が不要であり、容易に作製することができ、低コストィ匕を図ることができる。

[0056] なお、上述の各超音波センサ 10では、各部が特定の大きさ、形状、配置、材料および数で規定されているが、この発明では、それらは任意に変更されてもよぐこのように変更することによって、指向性や残響特性などの特性がさらに改善されてもよい。

[0057] また、上述の各超音波センサ 10では、外部との電気的な接続のためにリード線 22 a, 22bが用いられる力外部との電気的な接続のためにはピン端子や他の接続用部材が用いられてもよい。

産業上の利用可能性

[0058] この発明に力かる超音波センサは、たとえば、自動車のバックソナーやコーナソナ一などに利用される。

Claims

請求の範囲

[1] 圧電素子と、

前記圧電素子を収納するための筒状の側面部および前記側面部の一端の開口部力前記側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、前記屈曲部の内面側の端部に前記圧電素子を配置するための凹部が形成され、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記屈曲部により前記開口部が塞がれたベースと、前記ベースの外側力前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えたことを特徴とする、超音波センサ。

[2] 前記外装材は駆動時にベンディング振動する、請求項 1に記載の超音波センサ。

[3] 前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された柱状のゥエイトをさらに備えた、請求項 1または請求項 2に記載の超音波センサ。

[4] 前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成された筒状のゥエイトをさらに備えた、請求項 1または請求項 2に記載の超音波センサ。

[5] 前記ウェイトは、前記ベースの材料および前記外装材の材料より密度の大きい材料で形成された、請求項 3または請求項 4に記載の超音波センサ。

[6] 前記圧電素子を複数有し、

前記ベースを前記複数の圧電素子に対応して複数有し、

前記外装材は、前記複数の圧電素子の外面および前記複数のベースの外面を覆うように形成された、請求項 1ないし請求項 5のいずれかに記載の超音波センサ。

[7] 圧電素子と、前記圧電素子を収納するための筒状の側面部および前記側面部の一端の開口部力前記側面部の内側に屈曲するように形成された屈曲部を有し、前記屈曲部の内面側の端部に前記圧電素子を配置するための凹部が形成され、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記屈曲部により前記開口部が塞がれたベースと、前記ベースの外側から前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うように形成された外装材とを備えた超音波センサを製造するための超音波センサの製造方法であって、前記圧電素子および前記ベースを用意する工程と、

前記ベースの前記凹部に前記圧電素子を配置する工程と、

前記凹部に配置された前記圧電素子の外面および前記ベースの外面を覆うための有底の充填型に、前記凹部に配置された前記圧電素子および前記ベースを挿入する工程と、

前記圧電素子および前記ベースと前記充填型との間に前記外装材の材料を充填して、前記圧電素子の外面および前記ベースの外面と前記充填型の内面との間に外装材を形成する工程と、

前記外装材力前記充填型を除去する工程とを備えたことを特徴とする、超音波センサの製造方法。

前記超音波センサは、前記ベースの内面に接するように前記ベースに挿入され、前記圧電素子に対向する部分に前記圧電素子に接しないようにするためのくぼみ部が形成されたウェイトをさらに備えた超音波センサであり、

前記ウェイトを用意する工程と、

前記凹部に前記圧電素子が配置された前記ベースの内面に接するように前記ゥェイトを前記ベースに挿入して、前記ウェイトを前記ベースの内面に接着する工程とをさらに備えた、請求項 7に記載の超音波センサの製造方法。