WO2022201999A1 - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

超音波センサ（１）は、振動変換部（６）と支持部（５）とを備える。振動変換部は、移動体の外板（Ｖ３）における内表面（Ｖ５）に固定された音響整合部（３）に当接することで外板との間での超音波振動の伝達が可能に構成されている。振動変換部は、第一素子（６１）と第二素子（６２）と接続部（６３）とを備える。接続部は、送信素子と受信素子とのうちの一方である第一素子と他方である第二素子とを組付けることで第一素子と第二素子との間に介在するように構成されている。第一素子は、超音波センサを移動体に搭載した搭載状態にて、音響整合部に当接する。第二素子は、接続部および第一素子を介しての、外板との間での超音波振動の伝達が可能に、支持部に固定される。

Description

超音波センサ 関連出願への相互参照

　本出願は、２０２１年３月２３日に出願された日本特許出願番号２０２１－４８７９７号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

　本開示は、移動体に搭載される超音波センサに関する。

　従来、車両のバンパーに貫通孔を形成し、この貫通孔を通して超音波センサの振動面が外部に露出するように、バンパーに超音波センサを取り付ける構成が知られている。しかしながら、かかる構成は、バンパーに貫通孔を形成するために、意匠面であまり好ましいものではなかった。また、かかる超音波センサを搭載しない状態で一旦工場出荷された車両である非搭載車に超音波センサを「後付け」するためには、バンパーに貫通孔を形成する必要がある。このため、かかる構成の超音波センサを非搭載車に「後付け」することは困難であった。
　これに対し、超音波振動子を備える超音波センサをバンパーの内面に固定することで、バンパーを超音波振動子の振動面として含む構成が、従来種々提案されている（例えば特許文献１等参照）。

特開２００７－１１４１８２号公報

　特許文献１等に記載された超音波センサによれば、取り付け用の貫通孔が不要となる。これにより、意匠性が向上するとともに、後付けが容易となる。

　ところで、超音波センサにおいて、送信音圧および受信感度を向上することが求められている。この点、特許文献１に記載の構成において、超音波振動子を積層型の圧電素子とした場合、積層数が多くなるほど送信音圧が向上する一方、受信感度は低下する。反対に、積層数が多くなるほど受信感度が向上する一方、送信音圧は低下する。

　本開示は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本開示は、例えば、取り付け用の貫通孔が不要な構成を有する超音波センサにおける、送信音圧および受信感度を向上するものである。

　本開示の１つの観点によれば、移動体に搭載される超音波センサは、
　超音波振動と電気信号との変換機能を有する電気－機械エネルギー変換素子を備え、前記移動体における板状のボディ部品であって前記移動体の外部空間に面する表面である外表面とその裏面である内表面とを有する外板における前記内表面または当該内表面に固定された音響整合部に当接することで前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に構成された、振動変換部と、
　前記振動変換部を、前記外板との間での超音波振動の伝達が可能な状態で固定的に支持するように構成された、支持部と、
　を備え、
　前記振動変換部は、
　前記電気信号である駆動信号が印加されることで前記外板を励振する超音波振動を発生する送信素子と前記外板の超音波振動に対応する前記電気信号である受信信号を生成する受信素子とのうちの一方として機能するように設けられた、前記電気－機械エネルギー変換素子としての第一素子と、
　前記送信素子と前記受信素子とのうちの前記一方とは異なる他方として機能するように設けられた、前記電気－機械エネルギー変換素子としての第二素子と、
　前記第一素子および前記第二素子を組付けることで前記第一素子と前記第二素子との間に介在するように構成された、接続部と、
　を備え、
　前記第一素子は、当該超音波センサを前記移動体に搭載した搭載状態にて、前記接続部から前記外板における前記内表面に向かって突設されることで前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に、前記外板における前記内表面または前記音響整合部に当接するように設けられ、
　前記第二素子は、前記接続部および前記第一素子を介しての、前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に、前記支持部に固定されている。

　なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合がある。この場合、参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の単なる一例を示すものである。よって、本開示は、参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

実施形態に係る超音波センサを搭載した車両の外観を示す斜視図である。 図１に示された超音波センサの第一実施形態に係る概略構成を示す断面図である。 図２に示されたセンサ本体を分解して示す断面図である。 図２に示された超音波センサの動作概要を示す断面図である。 図１に示された超音波センサの第二実施形態に係る概略構成を示す断面図である。 図１に示された超音波センサの第三実施形態に係る概略的な回路構成図である。 図１に示された超音波センサの第四実施形態に係る概略構成を示す断面図である。 図１に示された超音波センサの第五実施形態に係る振動変換部の構成および製造方法の概要を示す断面図である。 図８Ａに示された振動変換部の製造方法の概要を示す断面図である。 図８Ａに示された振動変換部の製造方法の概要を示す断面図である。 一変形例に係る超音波センサの概略構成を示す断面図である。 他の変形例における第二素子の概略構成を示す正面図である。 さらに他の変形例における第二素子の概略構成を示す正面図である。 さらに他の変形例における第二素子の概略構成を示す正面図である。 さらに他の変形例に係る超音波センサの概略構成を示す断面図である。 さらに他の変形例における振動変換部の概略構成を示す正面図である。 さらに他の変形例における振動変換部の概略構成を示す正面図である。

　（実施形態）
　以下、実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると、当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中には挿入せず、その後にまとめて説明する。

　（車載構成）
　図１を参照すると、本実施形態においては、超音波センサ１は、移動体としての車両Ｖを取付対象とする車載型のクリアランスソナーとしての構成を有している。すなわち、超音波センサ１は、車両Ｖに搭載されることで、当該車両Ｖの周囲に存在する物体を検知可能に構成されている。

　車両Ｖは、いわゆる四輪自動車であって、箱状の車体Ｖ１を備えている。車体Ｖ１は、外板を構成する板状のボディ部品である、車体パネルＶ２およびバンパーＶ３を備えている。バンパーＶ３は、車体Ｖ１の前端部および後端部のそれぞれに設けられている。本実施形態においては、超音波センサ１は、バンパーＶ３に取り付けられることで、車両Ｖの外部空間ＳＧに存在する物体を検知するように構成されている。超音波センサ１がバンパーＶ３に取り付けられることで車両Ｖに搭載された状態を、以下「搭載状態」と称する。

　具体的には、搭載状態にて、フロントバンパーすなわち車体Ｖ１における前面側のバンパーＶ３には、複数（例えば４つ）の超音波センサ１が取り付けられている。フロントバンパーに取り付けられた複数の超音波センサ１は、それぞれ、少なくとも車幅方向について異なる位置に配置されている。同様に、搭載状態にて、リアバンパーすなわち車体Ｖ１における後面側のバンパーＶ３には、複数（例えば４つ）の超音波センサ１が取り付けられている。

　バンパーＶ３には、超音波センサ１の取り付け用の貫通孔である取付孔は設けられていない。すなわち、超音波センサ１は、バンパーＶ３に取付孔を形成しなくてもバンパーＶ３に取り付け可能に構成されている。したがって、超音波センサ１は、これを搭載しない状態で一旦工場出荷された車両Ｖである非搭載車のバンパーＶ３に取付孔を形成しなくても「後付け」が可能な構成を有している。以下、かかる構成を有する超音波センサ１の詳細について説明する。

　（第一実施形態）
　図２は、バンパーＶ３に取り付けられた複数の超音波センサ１のうちの１つを、搭載状態にて示す。図３は、かかる超音波センサ１の分解図を示す。以下、図１～図３を参照しつつ、第一実施形態に係る超音波センサ１の概略構成について説明する。なお、図示の簡略化のため、図２等において、互いに接合状態にある隣接構成要素同士を固定的に結合するための、接合層（例えば接着剤層）あるいは固定具（例えばボルト等）は、特段の言及なき限り、図示が省略されているものとする。

　図２を参照すると、本実施形態においては、超音波センサ１は、超音波を送受信可能に構成されている。すなわち、超音波センサ１は、送受信一体型の構成を有している。具体的には、超音波センサ１は、超音波である送信波を指向軸ＤＡに沿って外部空間ＳＧに向けて送信するように構成されている。「指向軸」とは、超音波センサ１から送信波の送信方向に沿って延びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。「指向軸」は「指向中心軸」あるいは「検出軸」とも称され得る。また、超音波センサ１は、車両Ｖの周囲に存在する物体による送信波の反射波を含む受信波を外部空間ＳＧから受信して、受信波の受信結果に応じた検知信号を生成および出力するように構成されている。

　説明の便宜上、図２に示されている通り、Ｘ軸が水平方向と平行となり、且つ、Ｙ軸が指向軸ＤＡと平行となるように、ＸＹＺ直交座標系を設定する。ここで、送信波の送信方向に沿った方向、具体的には、指向軸ＤＡと平行な方向を、「軸方向」と称する。「軸方向における先端側」は、送信波の送信方向側であり、図２におけるＹ軸正方向側に対応する。これに対し、「軸方向における基端側」は、図２におけるＹ軸負方向側に対応する。また、軸方向と直交する任意の方向を「面内方向」と称する。「面内方向」は、図２における、ＸＺ平面と平行な方向である。また、或る構成要素の、ＸＺ平面に投影した形状を、「面内形状」と称する。なお、面内方向は、「径方向」と称される場合もある。「径方向」は、指向軸ＤＡと直交する仮想平面と指向軸ＤＡとの交点を起点として当該仮想平面内に半直線を描いた場合に、当該半直線が延びる方向である。換言すれば、「径方向」は、上記の仮想平面と指向軸ＤＡとの交点を中心として当該仮想平面内に円を描いた場合の、当該円の半径方向である。

　バンパーＶ３は、バンパー外表面Ｖ４とバンパー内表面Ｖ５とを有している。バンパー外表面Ｖ４は、車両Ｖの外側の空間である外部空間ＳＧに面するように設けられている。バンパー内表面Ｖ５は、バンパー外表面Ｖ４の裏面であって、車両ＶすなわちバンパーＶ３の内側の空間である内部空間ＳＮに面するように設けられている。

　超音波センサ１は、搭載状態にて、内部空間ＳＮに収容されつつバンパー内表面Ｖ５に固定されている。そして、超音波センサ１は、バンパーＶ３の一部を振動板Ｖ６として振動させることで送信波を送信するとともに、受信波により励振された振動板Ｖ６の振動を電気信号に変換して検知信号を生成するように構成されている。具体的には、超音波センサ１は、音響整合部３と、センサ本体４とを備えている。センサ本体４には、支持部５と振動変換部６とが設けられている。センサ本体４は、箱状の支持部５の内側に振動変換部６を収容した構成を有している。以下、本実施形態に係る超音波センサ１を構成する各部の具体的構成について説明する。

　音響整合部３は、振動変換部６とバンパーＶ３すなわち振動板Ｖ６との間に介在するように設けられている。本実施形態においては、音響整合部３は、バンパー内表面Ｖ５に固定されている。音響整合部３は、振動変換部６とバンパーＶ３との間の超音波の伝達効率を高めるための振動伝達部材であって、指向軸ＤＡを中心軸とする略円板状に形成されている。音響整合部３は、音響インピーダンスがバンパーＶ３よりも高くなり且つ振動変換部６を構成する圧電材料よりも低くなるように構成されている。具体的には、例えば、バンパーＶ３がポリプロピレン製であり、圧電材料がチタン酸ジルコン酸鉛（すなわちＰＺＴ）である場合、音響整合部３は、エポキシ樹脂等により形成され得る。

　支持部５は、振動変換部６を、バンパーＶ３との間での超音波振動の伝達が可能な状態で固定的に支持するように構成されている。具体的には、支持部５は、指向軸ＤＡと略平行な厚さ方向を有する底板である底壁部５１と、指向軸ＤＡを中心軸とする円筒状の側壁部５２とを有する、有底筒状に形成されている。底壁部５１と側壁部５２とにより囲まれたシリンダ状の空間である収容空間５３は、振動変換部６を収容可能に形成されている。

　支持部５は、接合面５４と固定面５５とを有している。バンパー内表面Ｖ５と接合される接合面５４は、側壁部５２の軸方向における先端面であって、接着剤または固定具によりバンパーＶ３に固定されている。接合面５４とバンパー内表面Ｖ５との接合により、振動板Ｖ６の面内形状が、指向軸ＤＡを中心とする略円形状に形成されている。固定面５５は、底壁部５１における収容空間５３に面する側の表面であって、第一素子６１と第二素子６２とを備えた振動変換部６における第二素子６２を固定的に支持するように設けられている。そして、支持部５は、接合面５４と固定面５５との間の軸方向における距離が固定されるように、剛体的に形成されている。具体的には、支持部５は、ステンレス鋼等の金属あるいはポリブチレンテレフタレート等の硬質の合成樹脂により継ぎ目なく一体に形成されている。

　振動変換部６は、バンパー内表面Ｖ５に固定された音響整合部３に当接することで、バンパーＶ３すなわち振動板Ｖ６との間での超音波振動の伝達が可能に構成されている。具体的には、振動変換部６は、超音波振動と電気信号との変換機能を有する電気－機械エネルギー変換素子としての、第一素子６１および第二素子６２に加えて、第一素子６１と第二素子６２とを接続する接続部６３を備えている。

　第一素子６１は、搭載状態にて、音響整合部３に当接することで振動板Ｖ６との間での超音波振動の伝達が可能に設けられている。具体的には、第一素子６１は、指向軸ＤＡを中心軸とし音響整合部３とほぼ同径の円柱状に形成され、指向軸ＤＡ上に配置されている。本実施形態においては、第一素子６１は、振動板Ｖ６の超音波振動に対応する電気信号である受信信号を生成する受信素子として機能するように設けられている。より詳細には、第一素子６１は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成された、圧電素子としての構成を有している。また、第一素子６１は、ＰＺＴ層が積層されていない、いわゆる単層型のＰＺＴ素子としての構成を有している。第一素子６１は、軸方向の伸縮振動と電気信号との変換機能を奏するように設けられている。

　第二素子６２は、搭載状態にて、音響整合部３には当接せず、接続部６３および第一素子６１を介しての振動板Ｖ６との間での超音波振動の伝達が可能に、支持部５に固定されている。具体的には、第二素子６２は、指向軸ＤＡを囲む円環状あるいは円筒状に形成されている。すなわち、第二素子６２は、第一素子６１を外側から囲むように配置されている。本実施形態においては、第二素子６２は、電気信号である駆動信号が印加されることで振動板Ｖ６を励振する超音波振動を発生する送信素子として機能するように設けられている。より詳細には、第二素子６２は、第一素子６１と同様に、圧電素子としての構成を有している。また、第二素子６２は、ＰＺＴ層が多数積層された、いわゆる積層型のＰＺＴ素子としての構成を有している。第二素子６２は、第一素子６１と同様に、軸方向の伸縮振動と電気信号との変換機能を奏するように設けられている。

　接続部６３は、第一素子６１および第二素子６２を組付けることで第一素子６１と第二素子６２との間に介在するように構成されている。具体的には、接続部６３は、筒状部６４と、底板部６５と、フランジ部６６とを有している。接続部６３は、剛性を有する硬質の材料、例えば、ステンレス鋼等の金属、ポリプロピレン等の硬質の合成樹脂、あるいは、ＰＺＴ等のセラミック、等により、剛体として一体に形成されている。筒状部６４は、第一素子６１を囲みつつ第二素子６２に囲まれるように、円筒状に形成されている。すなわち、第一素子６１は、筒状部６４の内側に収容されるように配置されている。また、第二素子６２は、筒状部６４を外側から囲むように配置されている。

　底板部６５は、筒状部６４の軸方向における基端部を閉塞する、軸方向に厚さ方向を有する平板状に形成されている。また、底板部６５は、第一素子６１の軸方向における基端部を固定的に支持するように設けられている。すなわち、第一素子６１は、接続部６３における底板部６５から振動板Ｖ６におけるバンパー内表面Ｖ５に向かって突設されている。

　フランジ部６６は、軸方向に厚さ方向を有する平板状且つリング状の部分であって、筒状部６４の軸方向における先端部から支持部５における側壁部５２に向かって径方向に延設されている。フランジ部６６は、第二素子６２の軸方向における先端面と当接するように設けられている。

　以下、図２に加えて図３を参照しつつ、振動変換部６の各部と、音響整合部３および支持部５との、当接あるいは接合の状態について説明する。

　図３に示されているように、第一素子６１は、搭載状態にて音響整合部３に当接する端面である第一先端面６１１と、その反対側の端面であって接続部６３に当接する第一基端面６１２とを有している。第二素子６２は、接続部６３に当接する第二先端面６２１と、その反対側の端面であって支持部５に固定的に支持される第二基端面６２２とを有している。接続部６３は、第一素子６１における第一基端面６１２が当接する第一当接面６３１と、第二素子６２における第二先端面６２１が当接する第二当接面６３２とを有している。そして、搭載状態にて、第一当接面６３１は、第二当接面６３２よりも、バンパー内表面Ｖ５から離隔するように設けられている。

　具体的には、本実施形態においては、第一素子６１における第一基端面６１２と、接続部６３における底板部６５の内表面である第一当接面６３１とは、超音波振動を良好に伝播可能な不図示の硬質接着剤層（例えばエポキシ系接着剤層）により接合されている。同様に、第二素子６２における第二基端面６２２と、支持部５における底壁部５１の内表面である固定面５５とは、上記の硬質接着剤層により接合されている。なお、第二素子６２における第二先端面６２１と、接続部６３におけるフランジ部６６に設けられた第二当接面６３２とは、上記の硬質接着剤層により接合されていてもよいし、かかる接着剤層を介さずに直接的に当接していてもよい。

　再び図２を参照すると、支持部５および接続部６３は、第一素子６１および第二素子６２の伸縮振動を妨げないように構成されている。すなわち、支持部５と振動変換部６とは、径方向について、互いに非接触となるように設けられている。また、振動変換部６において、第一素子６１および第二素子６２は、径方向について、接続部６３と非接触となるように設けられている。

　具体的には、第一素子６１における円柱面状の外壁面と、筒状部６４における第一素子６１に面する内壁面とは、ギャップを隔てて互いに離隔するように設けられている。また、第二素子６２における筒状部６４に面する内壁面と、筒状部６４における第二素子６２に面する外壁面とは、ギャップを隔てて互いに離隔するように設けられている。また、第二素子６２における側壁部５２に面する円柱面状の外壁面と、側壁部５２における収容空間５３に面する内壁面とは、ギャップを隔てて互いに離隔するように設けられている。さらに、側壁部５２における内壁面と、フランジ部６６の径方向における先端部とは、ギャップを隔てて互いに離隔するように設けられている。

　（効果）
　以下、上記構成を有する、本実施形態に係る超音波センサ１の動作概要を、同構成により奏される効果とともに、各図面を参照しつつ説明する。

　送信波を送信する送信時において、送信素子としての第二素子６２に、駆動信号が印加される。これにより、第二素子６２は、軸方向に伸縮するような態様で超音波振動する。一方、第一素子６１には、駆動信号は印加されない。

　ここで、第二素子６２の軸方向における基端部すなわち第二基端面６２２は、剛体である支持部５における底壁部５１の内表面である固定面５５により固定的に支持されている。また、支持部５における側壁部５２の軸方向における先端面である接合面５４は、バンパー内表面Ｖ５と固定的に接合されている。このため、固定面５５と接合面５４すなわちバンパー内表面Ｖ５との間の、軸方向における距離が固定される。換言すれば、第二素子６２の軸方向における基端部すなわち第二基端面６２２と、バンパー内表面Ｖ５との間の、軸方向における距離が固定される。

　したがって、第二素子６２の、軸方向に伸縮するような態様での超音波振動が、接続部６３および第一素子６１を介して音響整合部３に伝達され、音響整合部３を介してバンパーＶ３に伝達される。これにより、バンパーＶ３の、径方向における接合面５４よりも内側の部分により形成された振動板Ｖ６は、図４に示されているように、撓み変形する態様で超音波振動する。かかる超音波振動において、振動板Ｖ６の径方向における外縁部である、バンパーＶ３と接合面５４との接合箇所が、節となる。また、振動板Ｖ６の径方向における中心部、すなわち、指向軸ＤＡが交差する箇所が、腹となる。図４に示された、振動板Ｖ６の振動長であるダイアフラム振動長Ｄは、側壁部５２の内径に対応する。

　第二素子６２は、積層型のＰＺＴ素子である。また、振動変換部６は、振動板Ｖ６における振動の腹位置に設けられた音響整合部３と当接する。よって、本実施形態の構成によれば、送信時に振動板Ｖ６を効率よく励振することで、高い送信音圧を達成することが可能となる。

　受信波を受信する受信時において、受信波により励振された振動板Ｖ６の超音波振動が、音響整合部３を介して第一素子６１に伝達される。一方、第二素子６２には、駆動信号は印加されない。このため、第二素子６２における自発的な伸縮振動は発生しない。このため、第一素子６１は、接続部６３における底板部６５と音響整合部３との間で挟持された状態で、音響整合部３から超音波振動の伝達を受けることで、受信信号を生成する。

　ここで、第一素子６１は音響整合部３と当接する一方、第二素子６２は音響整合部３とは当接しない。このため、受信波の受信に伴う振動板Ｖ６の超音波振動は、音響整合部３を介して第一素子６１に伝達される。一方、音響整合部３から第二素子６２への振動伝達により第二素子６２にて振動エネルギーが消費されて振動板Ｖ６の超音波振動が減衰されることによる、受信感度低下は、良好に回避される。したがって、本実施形態によれば、高い受信感度が得られる。さらに、第一素子６１として単層型のＰＺＴ素子を用いることで、さらに受信感度を高めることが可能となる。

　このように、本実施形態は、第一素子６１と第二素子６２とを接続部６３を介して接続するとともに、第一素子６１と第二素子６２とのうちの第一素子６１のみを音響整合部３に当接させる構成を有している。これにより、取り付け用の貫通孔が不要な構成を有する超音波センサ１における、送信音圧および受信感度を向上することが可能となる。

　さらに、本実施形態の構成においては、支持部５により、振動変換部６を固定する固定面５５と接合面５４すなわちバンパー内表面Ｖ５との間の距離が固定される。すると、図４に示されているように、送信時において、送信素子である第二素子６２の駆動によりバンパーＶ３を押す力の反作用として、接合面５４にてバンパーＶ３を引く力が発生する。これにより、送信音圧を向上することが可能となる。また、受信時においても、同様の原理により、バンパーＶ３の振動が振動変換部６すなわち第一素子６１に効率的に伝達されることで、受信感度を向上することが可能となる。さらに、支持部５における側壁部５２の内径により、ダイアフラム振動長Ｄを調整することで、所望の指向性が得られる。

　本実施形態の構成においては、接続部６３は、搭載状態にて第一当接面６３１が第二当接面６３２よりもバンパー内表面Ｖ５から離隔する構成を有している。すなわち、接続部６３は、筒状部６４の軸方向における両端に設けられた、第一当接面６３１を有する底板部６５と第二当接面６３２を有するフランジ部６６とを備えた、段差形状に形成されている。そして、第一素子６１は、第一当接面６３１に当接した状態で、筒状部６４の内側に収容されている。また、筒状部６４は、第二素子６２の内側に収容されている。かかる構成によれば、軸方向における振動変換部６の寸法を可能な限り小さくすることが可能となる。

　本実施形態の構成においては、支持部５および接続部６３は、第一素子６１および第二素子６２における軸方向の伸縮振動を妨げないように構成されている。具体的には、支持部５と振動変換部６とは、軸方向と直交する径方向について、互いに非接触となるように設けられている。また、振動変換部６において、第一素子６１および第二素子６２は、径方向について、接続部６３と非接触となるように設けられている。これにより、送受信時の隣接構成要素間の摩擦による損失の発生を良好に回避することで、送信音圧および受信感度を向上することが可能となる。

　（第二実施形態）
　以下、第二実施形態について、図５を参照しつつ説明する。なお、以下の第二実施形態の説明においては、主として、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。また、第一実施形態と第二実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記第一実施形態における説明が適宜援用され得る。後述の第三実施形態以降の他の実施形態についても同様である。

　本実施形態においては、接続部６３は、平板状に形成されている。すなわち、第一当接面６３１は、搭載状態にてバンパー内表面Ｖ５に対向する平面状の板面として設けられている。同様に、第二当接面６３２は、支持部５における固定面５５に対向する平面状の板面として設けられている。

　接続部６３を、送受信周波数帯域にて共振するように構成することで、送信音圧および受信感度を向上することが可能である。「送受信周波数帯域」とは、送受信の中心周波数に対して所定の幅を設けたものであり、典型的には、感度が０～－３［ｄＢ］となる範囲である。

　そこで、図５に示されているように、接続部６３は、送受信波長の整数倍の長さである内部振動長Ｌを有する共振部６３３を備えている。内部振動長Ｌは、接続部６３の振動長である。これにより、高い送受信効率が得られ、以て、送信音圧および受信感度を向上することが可能となる。

　なお、図５は、説明および計算の簡略化のために、接続部６３を平板状としたものである。よって、図２に示されているような、接続部６３に段差を設けた構造においても、共振部６３３を設けることで高い送受信効率が得られる。

　（第三実施形態）
　以下、第三実施形態について、図６を参照しつつ説明する。本実施形態は、振動変換部６における電気接続構成に関する。本実施形態においては、接続部６３は、金属等の導電性材料により形成されている。

　図６に示されているように、第一素子６１は、第一信号電極６７１Ａと、第一グランド電極６７１Ｂとを有している。また、第二素子６２は、第二信号電極６７２Ａと、第二グランド電極６７２Ｂとを有している。

　第一信号電極６７１Ａは、第一素子６１の軸方向における先端部に設けられている。第一グランド電極６７１Ｂは、第一素子６１における基準電極を構成するものであって、第一素子６１の軸方向における基端部に設けられている。第一素子６１は、印加された超音波振動に応じた電圧を、第一グランド電極６７１Ｂと第二信号電極６７２Ａとの間で発生させるように構成されている。第一グランド電極６７１Ｂは、銀ペースト等の導電性接合層によって、接続部６３と接合されている。すなわち、接続部６３は、第一グランド電極６７１Ｂと電気的に短絡されている。

　第二信号電極６７２Ａは、第二素子６２の軸方向における基端部に設けられている。第二グランド電極６７２Ｂは、第二素子６２における基準電極を構成するものであって、第二素子６２の軸方向における先端部に設けられている。第二素子６２は、第二信号電極６７２Ａと第二グランド電極６７２Ｂとの間に高周波電圧からなる駆動信号を印加することで、超音波振動を発生するように構成されている。第二グランド電極６７２Ｂは、銀ペースト等の導電性接合層によって、接続部６３と接合されている。すなわち、接続部６３は、第二グランド電極６７２Ｂと電気的に短絡されている。なお、図６においては、図示の簡略化のため、積層型のＰＺＴ素子としての構成を有する第二素子６２における、第二信号電極６７２Ａに電気接続された内部電極、および、第二グランド電極６７２Ｂに電気接続された内部電極は、図示が省略されている。

　振動変換部６は、回路部７００と電気接続されている。回路部７００は、送信回路７０１と受信回路７０２とを備えている。送信回路７０１は、送信素子である第二素子６２に駆動信号を印加するように設けられている。受信回路７０２は、受信素子である第一素子６１にて生成した受信信号に対して各種の信号処理を施すように設けられている。

　回路部７００には、グランド線７０３、駆動信号線７０４、および受信信号線７０５が電気接続されている。回路部７００すなわち送信回路７０１および受信回路７０２は、グランド線７０３を介して接地されている。駆動信号線７０４は、送信回路７０１と第二信号電極６７２Ａとを電気接続するように設けられている。受信信号線７０５は、受信回路７０２と第一信号電極６７１Ａとを電気接続するように設けられている。

　また、振動変換部６とグランド線７０３との間には、グランド接続線７０６が配設されている。グランド接続線７０６は、接続部６３とグランド線７０３とを電気接続するように設けられている。すなわち、接続部６３は、グランド接続線７０６を介してグランド線７０３と電気的に短絡されることで接地されている。

　かかる構成によれば、第二素子６２とバンパーＶ３との間に導電性の接続部６３を介在させることで、電磁シールド効果が得られる。よって、貫通孔である取付孔を設けなくても合成樹脂製のバンパーＶ３に取り付けることが可能な構成を有する超音波センサ１において、優れたＥＭＣ特性を有するものを提供することが可能となる。ＥＭＣはＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙの略である。また、第一素子６１における基準電極である第一グランド電極６７１Ｂ、および、第二素子６２における基準電極である第二グランド電極６７２Ｂと、グランド線７０３との間の配線構造を簡略化して、配線本数を削減することが可能となる。

　（第四実施形態）
　以下、第四実施形態について、図７を参照しつつ説明する。本実施形態においても、支持部５および接続部６３は、第一素子６１および第二素子６２の伸縮振動を妨げないように構成されている。但し、本実施形態は、上記第一実施形態とは異なり、軸方向に沿って相対移動する隣接構成要素間の摩擦を軽減するための、固体潤滑膜を有している。固体潤滑膜を構成する材料としては、例えば、フッ素系合成樹脂等を用いることが可能である。

　具体的には、第一素子６１における円柱面状の外壁面と筒状部６４における第一素子６１に面する内壁面との間のギャップには、固体潤滑膜としての第一滑動膜８０１が設けられている。第一滑動膜８０１は、低い摩擦係数で第一素子６１における外壁面と摺動するように、筒状部６４における内壁面上に形成されている。

　また、第二素子６２における筒状部６４に面する内壁面と筒状部６４における第二素子６２に面する外壁面との間のギャップには、固体潤滑膜としての第二滑動膜８０２が設けられている。第二滑動膜８０２は、低い摩擦係数で第二素子６２における内壁面と摺動するように、筒状部６４における外壁面上に形成されている。

　さらに、側壁部５２における内壁面と、振動変換部６との間のギャップには、固体潤滑膜としての第三滑動膜８０３が設けられている。第三滑動膜８０３は、低い摩擦係数で第二素子６２における外壁面およびフランジ部６６の径方向における先端部と摺動するように、側壁部５２における内壁面上に形成されている。

　かかる構成によれば、送受信時の隣接構成要素間の摩擦による損失の発生を良好に回避することで、送信音圧および受信感度を向上することが可能となる。また、隣接構成要素間のギャップが固体潤滑膜によって埋められることで、軸方向に沿った相対移動が良好にガイドされ得る。

　（第五実施形態）
　以下、第五実施形態について、図８Ａ～図８Ｃを参照しつつ説明する。本実施形態においては、接続部６３は、圧電素子を構成する圧電材料により、第一素子６１および／または第二素子６２と一体に形成されている。

　具体的には、図８Ａに示されているように、第一素子６１は、圧電材料からなる第一圧電層９０１の両面に第一信号電極６７１Ａと第一グランド電極６７１Ｂとを形成した構成を有している。第二素子６２は、第二圧電層９０２と、内部グランド電極９０３と、内部信号電極９０４とを有している。圧電材料からなる第二圧電層９０２の両面には、第二信号電極６７２Ａと第二グランド電極６７２Ｂとが形成されている。また、第二信号電極６７２Ａと第二グランド電極６７２Ｂとの間には、内部グランド電極９０３と内部信号電極９０４とが交互に配置されている。

　本具体例においては、接続部６３と、第一圧電層９０１と、第二圧電層９０２とは、同一の圧電材料により一体に形成されている。また、第一グランド電極６７１Ｂと内部グランド電極９０３とを互いに電気的に短絡するように、グランド接続膜９０５が、第二素子６２と接続部６３とに跨って設けられている。さらに、第二素子６２には、第二信号電極６７２Ａと内部信号電極９０４とを電気的に短絡するように、信号接続膜９０６が設けられている。

　図８Ｂおよび図８Ｃは、図８Ａに示された振動変換部６の製造工程の概略を示す。図８Ａに示された構成を有する振動変換部６は、半導体デバイスの製造設備を用いて製造することが可能である。具体的には、まず、図８Ｂに示されているように、圧電材料層９１０にグランド電極膜９１１および信号電極膜９１２をパターン形成した層を積層することで、図８Ｃに示されている積層成形体９１３が形成される。そして、積層成形体９１３に対して、分極処理および切削加工等を施すことで、図８Ａに示された振動変換部６が得られる。

　本実施形態によれば、半導体デバイスの製造設備を用いて振動変換部６を一体的に形成することで、寸法精度向上あるいは製造コスト低減を図ることが可能となる。

　（変形例）
　本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

　本開示は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。すなわち、例えば、適用対象である車両Ｖは、四輪自動車に限定されない。具体的には、車両Ｖは、三輪自動車であってもよいし、貨物トラック等の六輪または八輪自動車でもよい。車両Ｖの種類は、内燃機関のみを備えた自動車であってもよいし、内燃機関を備えない電気自動車または燃料電池車であってもよいし、いわゆるハイブリッド自動車であってもよい。車体Ｖ１の形状および構造も、箱状すなわち平面視における略矩形状に限定されない。さらに、適用対象である移動体は、車両Ｖに限定されず、例えば、船舶あるいは飛行体であってもよい。

　超音波センサ１の取付対象は、バンパーＶ３に限定されない。具体的には、例えば、超音波センサ１は、車体パネルＶ２に取り付けられるものであってもよい。超音波センサ１の取付対象としての、車体パネルＶ２および／またはバンパーＶ３を構成する材料についても、特段の限定はない。すなわち、例えば、かかる材料は、ＦＲＰ、ＣＦＲＰ、鋼板、等であってもよい。ＦＲＰはＦｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓの略である。ＣＦＲＰはＣａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓの略である。

　超音波センサ１は、送受信一体型の構成に限定されない。すなわち、例えば、超音波センサ１は、超音波の送信のみが可能な構成を有していてもよい。あるいは、超音波センサ１は、他の超音波送信器から送信された超音波である送信波の、周囲に存在する物体による反射波を受信する機能のみを有するものであってもよい。

　超音波センサ１における各部の構成も、上記具体例に限定されない。具体的には、例えば、音響整合部３は、第一先端面６１１を構成するものとして、第一素子６１の軸方向における先端部に取り付けられていてもよい。

　音響整合部３は、接着剤層であってもよい。あるいは、音響整合部３は、バンパーＶ３と同一の合成樹脂材料（例えばポリプロピレン）にガラスフィラー等の添加物を添加することで音響インピーダンスを調整したものであってもよい。

　図９に示されているように、音響整合部３は、省略され得る。この場合、振動変換部６は、バンパー内表面Ｖ５に当接することで、バンパーＶ３との間での超音波振動の伝達が可能に構成されている。具体的には、第一素子６１は、搭載状態にてバンパー内表面Ｖ５に当接する端面である第一先端面６１１を有している。

　上記実施形態においては、第一素子６１は受信素子であり、第二素子６２は送信素子であった。しかしながら、本開示は、かかる態様に限定されない。すなわち、第一素子６１が送信素子であり、第二素子６２が受信素子である態様に対しても、本開示は良好に適用され得る。

　各部における面内形状は、円形に限定されず、楕円形、四角形、六角形、八角形、等であってもよい。具体的には、例えば、支持部５における側壁部５２は、楕円筒状、四角筒状、六角筒状、八角筒状、等であってもよい。同様に、第一素子６１は、楕円柱状、四角柱状、六角柱状、八角柱状、等であってもよい。

　図１０に示されているように、第二素子６２は、四角環状あるいは四角筒状に形成されていてもよい。あるいは、図１１に示されているように、頂面が長方形の角柱状に形成された、一対の第二素子６２が、橋桁様に設けられていてもよい。さらに、図１２および図１３に示されているように、第二素子６２は、頂面が長方形の一対の角柱の軸方向における基端部を互いに連結した、断面視にて略Ｕ字状に形成されていてもよい。

　図１４に示されているように、円柱状の第一素子６１の周囲に、円柱状の第二素子６２が複数配列されていてもよい。この場合、複数の第二素子６２は、第一素子６１から等距離となるように、同一円周上にて等間隔に配置され得る。なお、図１４においては、４つの第二素子６２が、それぞれ、３時、６時、９時、および１２時の位置に配置されている。しかしながら、本開示は、かかる態様に限定されない。すなわち、例えば、６つの第二素子６２が、それぞれ、２時、４時、６時、８時、１０時、および１２時の位置に配置されていてもよい。あるいは、例えば、３つの第二素子６２が、それぞれ、４時、８時、および１２時の位置に配置されていてもよい。

　図１５に示されているように、頂面が正方形の四角柱状の第一素子６１の周囲に、頂面が正方形の四角柱状の第二素子６２が複数配列されていてもよい。この場合、複数の第二素子６２は、第一素子６１から等距離となるように配置され得る。

　上記の説明において、互いに継ぎ目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継ぎ目無く一体に形成されてもよい。

　上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。

　上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数値に限定される場合等を除き、その特定の数値に本開示が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本開示が限定されることはない。

　変形例も、上記の例示に限定されない。例えば、複数の実施形態のうちの１つにおける全部または一部と、他の１つにおける全部または一部とが、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。組み合わせる数についても特段の限定はない。同様に、複数の変形例のうちの１つにおける全部または一部と、他の１つにおける全部または一部とが、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。さらに、複数の実施形態のうちの１つにおける全部または一部と、複数の変形例のうちの１つにおける全部または一部とが、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。

Claims (12)

1. 　移動体（Ｖ）に搭載される超音波センサ（１）であって、
   　超音波振動と電気信号との変換機能を有する電気－機械エネルギー変換素子を備え、前記移動体における板状のボディ部品であって前記移動体の外部空間（ＳＧ）に面する表面である外表面（Ｖ４）とその裏面である内表面（Ｖ５）とを有する外板（Ｖ３）における前記内表面または当該内表面に固定された音響整合部（３）に当接することで前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に構成された、振動変換部（６）と、
   　前記振動変換部を、前記外板との間での超音波振動の伝達が可能な状態で固定的に支持するように構成された、支持部（５）と、
   　を備え、
   　前記振動変換部は、
   　前記電気信号である駆動信号が印加されることで前記外板を励振する超音波振動を発生する送信素子と前記外板の超音波振動に対応する前記電気信号である受信信号を生成する受信素子とのうちの一方として機能するように設けられた、前記電気－機械エネルギー変換素子としての第一素子（６１）と、
   　前記送信素子と前記受信素子とのうちの前記一方とは異なる他方として機能するように設けられた、前記電気－機械エネルギー変換素子としての第二素子（６２）と、
   　前記第一素子および前記第二素子を組付けることで前記第一素子と前記第二素子との間に介在するように構成された、接続部（６３）と、
   　を備え、
   　前記第一素子は、当該超音波センサを前記移動体に搭載した搭載状態にて、前記接続部から前記外板における前記内表面に向かって突設されることで前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に、前記外板における前記内表面または前記音響整合部に当接するように設けられ、
   　前記第二素子は、前記接続部および前記第一素子を介しての、前記外板との間での超音波振動の伝達が可能に、前記支持部に固定された、
   　超音波センサ。
2. 　前記支持部は、
   　　前記外板における前記内表面と接合される接合面（５４）と、
   　　前記第二素子を固定的に支持する固定面（５５）と、
   　　を有し、
   　　前記接合面と前記固定面との間の距離が固定されるように剛体的に形成された、
   　請求項１に記載の超音波センサ。
3. 　前記第一素子は、前記搭載状態にて前記外板における前記内表面または前記音響整合部に当接する端面である第一先端面（６１１）と、その反対側の端面であって前記接続部に当接する第一基端面（６１２）とを有し、
   　前記第二素子は、前記支持部に固定的に支持される第二基端面（６２２）と、その反対側の端面であって前記接続部に当接する第二先端面（６２１）とを有し、
   　前記接続部は、前記第一基端面が当接する第一当接面（６３１）と、前記第二先端面が当接する第二当接面（６３２）とを有し、
   　前記搭載状態にて、前記第一当接面は、前記第二当接面よりも、前記外板における前記内表面から離隔する、
   　請求項１または２に記載の超音波センサ。
4. 　前記第一素子は、前記受信素子であり、
   　前記第二素子は、前記送信素子である、
   　請求項１～３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
5. 　前記第一素子および前記第二素子は、超音波である送信波の送信方向に沿った軸方向の伸縮振動と前記電気信号との変換機能を奏するように設けられ、
   　前記支持部および前記接続部は、前記第一素子および前記第二素子の前記伸縮振動を妨げないように構成された、
   　請求項１～４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
6. 　前記支持部と前記振動変換部とは、前記軸方向と直交する径方向について、互いに非接触となるように設けられ、
   　前記第一素子および前記第二素子は、前記径方向について、前記接続部と非接触となるように設けられた、
   　請求項５に記載の超音波センサ。
7. 　前記接続部は、筒状に形成された筒状部（６４）を有し、
   　前記第一素子は、前記筒状部の内側に収容されるように配置され、
   　前記第二素子は、前記筒状部を外側から囲むように配置された、
   　請求項１～６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
8. 　前記接続部は、送受信周波数帯域にて共振するように構成された、
   　請求項１～７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
9. 　前記接続部は、送受信波長の整数倍の長さを有する共振部（６３３）を備えた、
   　請求項８に記載の超音波センサ。
10. 　前記接続部は、導電性材料により形成されるとともに、前記送信素子に前記駆動信号を印加する送信回路（７０１）を備えた回路部（７００）に電気接続されたグランド線（７０３）と電気的に短絡された、
    　請求項１～９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
11. 　前記電気－機械エネルギー変換素子は、信号電極（６７１Ａ、６７２Ａ）とグランド電極（６７１Ｂ、６７２Ｂ）とを有し、
    　前記接続部は、前記グランド電極と電気的に短絡された、
    　請求項１０に記載の超音波センサ。
12. 　前記電気－機械エネルギー変換素子は、圧電素子であり、
    　前記接続部は、前記圧電素子を構成する圧電材料により、前記第一素子および／または前記第二素子と一体に形成された、
    　請求項１～９のいずれか１つに記載の超音波センサ。

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