WO2007069609A1

WO2007069609A1 - 超音波トランスデューサ

Info

Publication number: WO2007069609A1
Application number: PCT/JP2006/324771
Authority: WO
Inventors: Takaaki Asada; Takayuki Shimamoto; Koji Murata; Mio Furuya
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2008-06-14
Also published as: CN101297591A; EP1962552A4; KR20080054421A; KR100975517B1; EP1962552B1; US20080218030A1; JP4086091B2; US7548014B2; EP1962552A1; JPWO2007069609A1; CN101297591B

Abstract

　音圧の高い超音波を放射することができ、かつ残響特性の良好な超音波トランスデューサを得る。　超音波トランスデューサ１０は、有底筒状のキャップ体１２を含む。キャップ体１２内部の底面部１２ａに、導電性接着剤などで圧電素子１４を接着する。キャップ体１２の内側に、キャップ体より音響インピーダンスが大きい材料で形成された内部枠体１６を嵌め込む。内部枠体１６は、キャップ体１２の端部を含む側面部１２ｂに密着するように嵌め込む。内部枠体１６の側面に、貫通孔２２を形成する。圧電素子１４および内部枠体１６に、リード線２４ａ，２４ｂを接続する。内部枠体１６の内側に、吸音材２６および制振材２８を充填する。内部枠体１６の貫通孔２２を通して、制振材２８をキャップ体１２の側面部１２ａに直接接触させる。

Description

明細書

超音波トランスデューサ

技術分野

[0001] この発明は、超音波トランスデューサに関し、特にたとえば、自動車のバックソナーなどとして用いられる超音波トランスデューサに関する。

背景技術

[0002] 図 15は、この発明の背景となる従来の超音波トランスデューサの一例を示す図解図である。超音波トランスデューサ 1は、有底筒状の外側ケース 2を含む。外側ケース 2の内側底面には、圧電素子 3が取り付けられる。さらに、外側ケース 2内には、筒状の指向特性制御体 4が形成される。指向特性制御体 4には、図 16に示すように、たとえば六角形の貫通孔が形成されることにより、厚肉部と薄肉部とが形成される。この指向特性制御体 4力外側ケース 2の側面および底面に密着するように、外側ケース 2内に嵌め込まれる。外側ケース 2の開口部側には、ノックプレート 5が嵌め込まれ、外側ケース 2の端部がかしめられて、バックプレート 5が固定される。バックプレート 5 には、 2つの端子 6a, 6bが形成され、これらの端子 6a, 6bにリード線 7が接続される。一方の端子 6aは、ノックプレート 5に形成された金属層および外側ケース 2を介して、圧電素子 3の一方側に接続される。また、他方の端子 6bは、リード線 8によって、圧電素子 3の他方側に接続される。

[0003] この超音波トランスデューサ 1は、たとえば自動車のバンパーなどに取り付けられ、ノックソナ一などとして用いることができる。リード線 7に駆動信号が入力されると、圧電素子 3が励振され、それにともなって、外側ケース 2の底面が振動する。それにより、外側ケース 2の底面に直交する向きに、超音波が放射される。このとき、指向特性制御体 4の貫通孔の形状により、放射される超音波の指向性が決定される。放射された超音波が障害物で反射すると、反射波が超音波トランスデューサ 1で受信され、圧電素子 3で電気信号に変換される。この電気信号がリード線 7を介して受信回路に伝達され、超音波の送信と受信との時間差から、障害物までの距離が算出される。

[0004] この超音波トランスデューサ 1では、外側ケース 2と指向特性制御体 4を別部材とすることにより、それぞれの部材の加工を容易に行うことができる。また、外側ケース 2と指向特性制御体 4を別部材とすることにより、それぞれの部材を別の材料で形成することができる。そのため、所望の特性に応じて、外側ケース 2および指向特性制御体 4 の材料を選択することができる。

[0005] また、図 17に示すように、シリコン榭脂 9などが充填された超音波トランスデューサ 1 もある。この超音波トランスデューサ 1では、外側ケース 2の底面 2aと側面 2bとが別部材で構成されている。また、ノックプレート 5の中央部に貫通孔が形成され、この貫通孔を通して、圧電素子 3に接続されたリード線 8が直接外部に引き出される。そして、外側ケース 2および指向特性制御体 4の内側に、発泡性のシリコン榭脂 9などが充填される。このシリコン榭脂 9によって、外側ケース 2から伝わる不要な振動が吸収される。このように、必要に応じて、目的とする機能ごとに各部品を別体とすることにより、超音波トランスデューサ 1を精度よぐ安価に製造することができる (特許文献 1参照）特許文献 1 :特開 2001— 128292号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 超音波トランスデューサにおいては、圧電素子の振動により外側ケースの底面が振動し、超音波が放射されるが、このとき、外側ケースの側面に振動エネルギーが漏洩する。外側ケースの側面に振動エネルギーが漏洩すると、底面の振動エネルギーが小さくなり、外側に向力つて放射される超音波の音圧が低くなつてしまう。

[0007] さらに、外側ケースの側面に振動エネルギーが漏洩することにより外側ケースに高次スプリアス振動が発生すると、圧電素子への駆動信号がなくなっても、外側ケースの振動が持続することが知られている。このような振動は残響と呼ばれ、残響が長く続くと、圧電素子が残響による振動で電気信号を発生し続けるため、障害物で反射した超音波による圧電素子の振動に基づく電気信号が残響による振動の電気信号によって力き消されて、障害物で反射した超音波を検出することができなくなってしまう。このような外側ケースの振動は、内部に充填されたシリコン榭脂などである程度吸収することができるが、十分に不要振動を吸収することができない。特に、図 17に示すように、外側ケースの端部側がシリコン榭脂に直接接触している場合、高次スプリァスによる振動エネルギーを吸収することはできるが、外側ケースの端部が指向特性制御体と接触してヽな、ため、圧電素子によって得られる振動エネルギーの漏洩を防止することができない。そのため、放射される超音波の音圧が低くなつてしまう。

[0008] そこで、本願出願人は先に出願した特願 2005— 262742号において、内部ケースを外部ケースよりも密度の高い金属材料で構成する発明を出願している。つまり、密度が高い材料とは音響インピーダンスが大きい材料であり、そのような材料は振動しにく、材料であることから、音響インピーダンスの大き!/、材料で内部ケースを形成することにより、外部ケースの側面への振動エネルギーの漏洩を低減させることができ、放射される超音波の音圧を高くすることができる。しかし、この場合でも、外部ケースの端部が内部ケースと接触していないと、外部ケースの端部で残響が生じてしまっていた。

[0009] それゆえに、この発明の主たる目的は、音圧の高い超音波を放射することができ、かつ残響特性の良好な超音波トランスデューサを提供することである。課題を解決するための手段

[0010] この発明は、有底筒状のキャップ体と、キャップ体内部の底面に形成される圧電素子と、キャップ体の材料より音響インピーダンスが大きい材料で形成され、キャップ体内にお、てキャップ体の端部を含む側面に密着するように形成される内部枠体と、キヤップ体の側面の少なくとも一部に直接接触するようにして内部枠体内に充填される制振材を含む、超音波トランスデューサである。

有底筒状のキャップ体内部の底面に圧電素子を形成し、この圧電素子を励振することにより、キャップ体の底面が振動し、超音波が外部に放射される。このとき、キヤップ体内においてキャップ体の端部を含む側面に密着するように、内部枠体が形成されることにより、キャップ体側面の振動が抑えられ、振動エネルギーの漏洩が防止される。特に、キャップ体の材料より音響インピーダンスが大きい材料で内部枠体を形成することにより、振動エネルギーの漏洩防止効果が大きくなる。さらに、キャップ体側面の少なくとも一部に直接接触するようにして、制振材が充填されることにより、キヤップ体側面に伝達される高次スプリアスによる振動エネルギーが吸収され、残響を抑帘 Uすることができる。

[0011] このような超音波トランスデューサにおいて、内部枠体に貫通孔を形成することにより、貫通孔を通して制振材がキャップ体内の側面の一部に直接接触させることができる。

また、キャップ体の端部において、キャップ体と内部枠体との間の一部に隙間を形成し、内部枠体内に制振材を充填するとともに、キャップ体と内部枠体との間の隙間に制振材を充填してもよい。

キャップ体の内部において、その側面に制振材を直接接触させることにより、高次スプリアスによる振動エネルギーを吸収することができる。

[0012] また、この発明は、有底筒状のキャップ体と、キャップ体内部の底面に形成される圧電素子と、キャップ体の材料より音響インピーダンスが大きい材料で形成され、キヤップ体内においてキャップ体の端部を含む側面に密着するように形成される内部枠体と、キャップ体の端部において、キャップ体と内部枠体との間の一部に隙間が形成され、キャップ体の内側面に接触するように隙間に充填される制振材とを含む、超音波トランスデューサである。

キャップ体と内部枠体との間の一部に隙間が形成されている場合には、必ずしも内部枠体内に制振材が充填される必要はなぐ少なくともキャップ体と内部枠体との間に形成された隙間に制振材が充填され、制振材をキャップ体に直接接触させることにより、高次スプリアスによる振動エネルギーを吸収することができる。

[0013] 内部枠体に貫通孔が形成された超音波トランスデューサまたはキャップ体と内部枠体との間の一部に隙間が形成された超音波トランスデューサにおいて、キャップ体の底面には、その中央部を含み、かつ一方向に長軸を有するようにして内部枠体の一端側と接触しな!、部分が形成され、内部枠体の側面であってキャップ体の底面における内部枠体の一端側と接触しない部分の長軸方向およびその長軸方向と直交する方向に貫通孔または隙間が形成されることが好ましい。

キャップ体の底面において、内部枠体の一端側に接触する部分は振動しにくぐ内部枠体の一端側に接触しない部分は振動しやすい。したがって、キャップ体の振動しゃすい部分が主に振動することにより、超音波が放出される。このキャップ体の底面の振動しやすい部分が長軸を有する形状である場合、超音波に異方性が生じる力この長軸方向とそれに直交する方向で楕円形状が交互に生じるように、キャップ体が変形するモードが生じる。このように、キャップ体が大きく変形する部分の近傍において、キャップ体の側面に貫通孔または隙間を形成し、制振材を接触させる構成とすることにより、高次スプリアスによる振動エネルギーをより効果的に抑制することができる。

[0014] さらに、キャップ体の底面力も側面にかけて曲面部が形成されるとともに、曲面部を覆うようにしてキャップ体の外側面を覆う外装材が形成されてもよい。

キャップ体を平板力絞り加工により形成した場合、キャップ体の底面力側面にかけて曲面部が形成される。このようなキャップ体を用いた超音波トランスデューサを自動車のバンパーなどに取り付けると、バンパーとキャップ体との間に隙間が形成され、ごみや汚れがたまりやすくなる。このような隙間にごみや汚れがたまると、キャップ体の振動特性が悪化し、外観上もよくない印象を与える。そこで、キャップ体の曲面部を覆うようにしてキャップ体の外側面を覆う外装材を形成することにより、自動車などに超音波トランスデューサを取り付けたときの隙間をなくすことができ、特性の悪ィ匕ゃ外観上の印象の低下を防止することができる。

[0015] また、制振材は内部枠体の内部から外部にわたって配置され、キャップ体の外側面に制振材が直接接触するようにしてもょヽ。

このとき、キャップ体の底面力側面にかけて曲面部が形成されるとともに、キャップ体の外側面における制振材が曲面部を覆うように形成されてもよい。

制振材は、必ずしもキャップ体の内側に直接接触する必要はなぐキャップ体の外側面に直接接触していてもよい。このように、制振材がキャップ体の側面に直接接触して、れば、高次スプリアスによる振動エネルギーを吸収することができる。

ここで、キャップ体が絞り加工などで形成されている場合、その曲面部を覆うように制振材を形成することにより、超音波トランスデューサ取り付け部とキャップ体との間の隙間をなくすことができる。

[0016] 上述のような超音波トランスデューサにおいて、キャップ体の端部において内部枠体の外側面にキャップ体の厚みに相当する段差部を形成し、キャップ体内における内部枠体の外径よりキャップ体外における内部枠体の外径を大きくすることにより、キヤップ体と内部枠体との間の段差をなくすことができる。

キャップ体は絞り加工で形成されるもので、深、絞り加工はカ卩ェ技術が難、ため

、浅い絞り加工でキャップ体が形成される。そして、浅く絞り加工されたキャップ体の側面にキャップ体底面での圧電素子による振動が漏洩しょうとするが、キャップ体の側面は制振材と接触しているとともにキャップ体の端部を含む側面が内部枠体と接触し、特に、内部枠体に段差を設けてキャップ体の端部に引つ力かるように密着することにより、キャップ体端部を内部枠体が押さえる構造となるため、浅い絞り加工のキヤップ体にぉ、てもキャップ体の側面への振動の漏洩が抑制され、残響が発生しにくくなる。

また、内部枠体にキャップ体の厚み相当の段差を設けてキャップ体の外側面と内部枠体の外側面との間に段差をなくすこと、つまり、キャップ体の外側面と内部枠体の外側面を同一平面上にすることにより、超音波トランスデューサを自動車などに取り付けやすくなり、さらに、外観上の印象の低下も防止することができる。

発明の効果

[0017] この発明によれば、キャップ体の端部を含む側面に、キャップ体より音響インピーダンスが大き!/ヽ材料で形成された内部枠体を密着させることにより、キャップ体側面の振動が抑えられ、圧電素子によって振動するキャップ体底面力側面への振動エネルギ一の漏洩を防止することができる。そのため、キャップ体底面力も外部に放射される超音波の音圧を高く保つことができる。さらに、キャップ体の側面の少なくとも一部に直接接触するように、制振材が形成されることにより、キャップ体に生じる高次スプリアスによる振動エネルギーが吸収され、残響特性が良好となる。

[0018] 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

[0019] [図 1]この発明の超音波トランスデューサの第 1の例を示す図解図である。

[図 2]図 1に示す超音波トランスデューサのキャップ体と内部枠体とを示す斜視図である。圆 3]この発明の超音波トランスデューサの第 2の例におけるキャップ体と内部枠体とを示す斜視図である。

[図 4]この発明の超音波トランスデューサのさらに第 3の例におけるキャップ体と内部枠体とを示す斜視図である。

[図 5] (a) (b)は、この発明の超音波トランスデューサにおけるキャップ体の変形モードを示す図解図である。

圆 6]この発明の超音波トランスデューサの第 4の例を示す図解図である。

圆 7]図 6に示す超音波トランスデューサの内部枠体を示す斜視図である。

圆 8]この発明の超音波トランスデューサの第 5の例を示す図解図である。

圆 9]この発明の超音波トランスデューサの第 6の例を示す斜視図である。

圆 10]この発明の超音波トランスデューサの第 7の例を示す斜視図である。

[図 11]図 10に示す超音波トランスデューサの図解図である。

圆 12]図 3に示すキャップと内部枠体を用いた超音波トランスデューサの残響特性を示す図である。

[図 13]図 4に示すキャップと内部枠体を用いた超音波トランスデューサの残響特性を示す図である。

圆 14]貫通孔のない内部枠体を用いた超音波トランスデューサの残響特性を示す図である。

圆 15]この発明の背景となる従来の超音波トランスデューサの一例を示す図解図である。

圆 16]図 15に示す超音波トランスデューサの外側ケースと指向特性制御体とを示す斜視図である。

圆 17]この発明の背景となる従来の超音波トランスデューサの他の例を示す図解図である。

符号の説明

10 超音波トランスデューサ

12 キャップ体

12a キャップ体の底面部 12b キャップ体の側面部

12c キャップ体の曲面部

14 圧電素子

16 内部枠体

16a 内部枠体の段差部

16b 内部枠体の平面部

22 貫通孔

26 吸音材

28 制振材

30 隙間

32 溝部

34 外装材

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1は、この発明の超音波トランスデューサの一例を示す図解図である。超音波トランスデューサ 10は、有底筒状のキャップ体 12を含む。キャップ体 12は、振動しやすいように、たとえばアルミニウムなどのような、軽くて剛性の高い材料で形成される。キヤップ体 12は、アルミニウムなどの平板を用いて、絞り加工により有底の円筒状に形成される。このような絞り加工は、浅く絞る加工方法を採用することにより、キャップ体 12の製造がより容易となり、キャップ体 12は浅い絞り加工により、底面部 12aと側面部 12bとそれらの間の曲面部 12cから構成される円筒状に形成される。なお、キヤップ体 12は、切肖 ij、鍛造、铸造などの方法により形成されてもよい。

[0022] キャップ体 12の内面において、底面部 12aに圧電素子 14が形成される。圧電素子 14は、たとえば円板状の圧電体基板の両面に電極が形成されたものである。この圧電素子 14の一方面側が、キャップ体 12の底面 12aに導電接着剤などで貼着される。

[0023] さらに、キャップ体 12の内側には、内部枠体 16が形成される。内部枠体 16は、図 2 に示すように、円筒状に形成され、キャップ体 12の内側面に密着するように嵌め込まれる。内部枠体 16の一端側において、内側に向力つて張り出すように、リング状の張出し部 18が形成される。張出し部 18が形成された内部枠体 16の端部には、互いに対向する位置に凹部 20が形成される。そして、張出し部 18が形成された一端側をキヤップ体 12の底面部 12a側として、内部枠体 16がキャップ体 12内に嵌め込まれる。したがって、キャップ体 12内において、内部枠体 16の一端側がキャップ体 12の底面部 12aに密着する力凹部 20が形成された部分においては、内部枠体 16はキヤップ体 12の底面部 12aには接触しな!、。

[0024] キャップ体 12の開放端部側においては、内部枠体 16は、キャップ体 12から外側に向かって突き出すように形成される。キャップ体 12の端部に対応する位置において、内部枠体 16に段差部 16aが形成される。そして、キャップ体 12内部に嵌め込まれた部分の内部枠体 16の直径が小さぐキャップ体 12から外に突き出した部分の内部枠体 16の直径が大きくなるように形成される。この段差部 16aは、キャップ体 12の厚みに対応するように形成される。したがって、キャップ体 12の端部は、内部枠体 16に密着し、キャップ体 12と内部枠体 16の表面に段差が生じない。つまり、キャップ体 12の外側面と内部枠体 16の外側面とが、同一平面上にある構造となる。このような構造とすることにより、内部枠体 16の段差部 16aがキャップ体 12の端部に引つ力かるように密着して、キャップ体 12端部を内部枠体 16が押さえる構造となる。

[0025] また、内部枠体 16のキャップ体 12から外側に突き出した部分の側面において、内部枠体 16の一端側に形成された対向する凹部 20を挟む位置に、平面部 16bが形成される。この平面部 16bにより、超音波トランスデューサ 10の外側から凹部 20の位置を知ることができる。

[0026] さらに、キャップ体 12の内側面に向かって、内部枠体 16に複数の貫通孔 22が形成される。貫通孔 22は、たとえば内部枠体 16の側面の円周に沿って等間隔で形成される。貫通孔 22の形状は、たとえば長孔となるように形成される力それ以外に丸孔ゃ角孔であってもよい。内部枠体 16は、キャップ体 12より音響インピーダンスが大きい材料で形成される。キャップ体 12がアルミニウムで形成される場合、内部枠体 16 は、アルミニウムより重くて剛性のある材料、たとえば亜鉛などで形成される。

[0027] 圧電素子 14の他方面側には、リード線 24aが接続される。また、内部枠体 16には、別のリード線 24bが接続される。リード線 24bは、亜鉛で形成された内部枠体 16およびアルミニウムで形成されたキャップ体 12を介して、圧電素子 14の一方面側に電気的に接続される。

[0028] 内部枠体 16内において、張出し部 18の内側の段差部には、吸音材 26が挿入される。吸音材 26としては、たとえばフェルトなどが用いられる。張出し部 18の内側に吸音材 26が形成される。張出し部 18の内側に吸音材 26を配置することにより、圧電素子 14と吸音材 26との間に隙間が形成され、圧電素子 14の振動領域が確保される。さらに、吸音材 26部分から内部枠体 16の開口部側には、制振材 28が充填される。制振材 28としては、たとえば発泡性のシリコン榭脂などが用いられる。ここで、内部枠体 16〖こは、貫通孔 22が形成されているため、貫通孔 22を通して、制振材 28が直接キャップ体 12内の側面に接触している。これらの吸音材 26および制振材 28によって、キャップ体 12および内部枠体 16の内側に放射された音波や振動が吸収される。

[0029] この超音波トランスデューサ 10は、たとえば自動車のバンパーなどに取り付けられ、ノックソナ一として使用される。リード線 24a, 24bに駆動信号を入力することにより、圧電素子 14が励振され、それにともなって、キャップ体 12の底面部 12aが振動する。キャップ体 12の底面部 12aが振動することによって、底面部 12aに直交する向きに、超音波が放射される。放射された超音波は、障害物で反射して、再度超音波トランスデューサ 10で受信される。受信した超音波によって、キャップ体 12の底面部 12aが振動し、それにともなって圧電素子 14も振動する。そして、圧電素子 14の振動が電気信号に変換され、リード線 24a, 24bを介して、電気信号が受信回路に伝達される。したがって、超音波の送信力受信までの時間を測定することにより、超音波トランスデューサ 10から障害物までの距離を算出することができる。

[0030] この超音波トランスデューサ 10では、キャップ体 12の底面部 12aにおいて、内部枠体 16の一端側が接触している部分は振動しにくい。それに対して、凹部 20が形成された部分においては、キャップ体 12の底面部 12aに内部枠体 16が接触していないため、底面部 12aは振動しやすい。したがって、キャップ体 12の底面部 12aの向きによって、振動しやすい部分の幅が異なる。キャップ体 12の底面部 12aの振動しやすい部分が狭いと、放射される超音波の広がり方が大きぐ底面部 12aの振動しやすい部分が広いと、放射される超音波の広がり方が小さい。したがって、凹部 20を挟む向き、つまり内部枠体 16に形成された平面部 16bが形成された向きを自動車の幅方向に配置すれば、自動車の幅方向に超音波が広がるが、上下方向には超音波が広がらないようにすることができる。このように、内部枠体 16に凹部 20を形成することにより、超音波トランスデューサ 10の指向特性を調整することができる。このように、超音波トランスデューサ 10の指向特性を調整することにより、自動車の幅方向においては障害物を検出することができ、路面のタイヤ止めなどのような上下方向の障害物を検出しないようにすることができる。ここで、内部枠体 16の側面に形成された平面部 16 bによって、超音波トランスデューサ 10の指向特性を考慮した取り付けが可能となる。

[0031] また、この超音波トランスデューサ 10では、音響インピーダンスが大き、材料、すなわち振動しにくい材料で形成された内部枠体 16がキャップ体 12の内側面に密着するように嵌め込まれているため、キャップ体 12の側面部 12bの振動が抑制される。そのため、キャップ体 12の底面部 12aの振動エネルギーが側面部 12bに漏洩しにくくなり、底面部 12aから放射される超音波の音圧を高く保つことができる。特に、キヤップ体 12の端部にも内部枠体 16が密着し、内部枠体 16の段差部 16aがキャップ体 1 2の端部を押さえる構造であるため、振動しやすいキャップ体 12の端部の振動が抑えられ、効果的に振動エネルギーの漏洩を低減することができる。

[0032] さらに、圧電素子 14によってキャップ体 12の底面部 12aが振動すると、高次スプリァス振動が発生し、圧電素子 14を駆動するための駆動信号がなくなった後も、キヤップ体 12の振動が持続する。このような残響が長く続くと、圧電素子 14が残響による振動で電気信号を発生し続けるため、障害物で反射した超音波による圧電素子の振動に基づく電気信号が残響による振動の電気信号によってかき消されて、障害物で反射した超音波を検出することができない。し力しながら、この超音波トランスデューサ 1 0では、内部枠体 16に形成された貫通孔 22を通して、キャップ体 12の側面部 12bに制振材 28が直接接触しているため、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギ一が制振材 28によって吸収される。したがって、この超音波トランスデューサ 10 では、残響特性を良好にすることができる。

[0033] このように、キャップ体 12の内側面に音響インピーダンスが大きい材料で形成された内部枠体 16を密着させることにより、音圧の高い超音波を放射させることができ、キャップ体 12の内側面の一部に制振材 28を直接接触させることにより、残響特性を良好にすることができる。

[0034] なお、図 3に示すように、内部枠体 16の側面の円周に沿って、丸孔状の貫通孔 22 が等間隔に形成されてもよい。このように、貫通孔 22の形状にかかわらず、貫通孔 2 2を通して、制振材 28が直接キャップ体 12内の側面に接触することにより、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギーが制振材 28によって吸収される。

[0035] ここで、貫通孔 22は、内部枠体 16の側面において、必ずしも等間隔に形成される必要はない。特に、図 4に示すように、内部枠体 16の一端側の対向部に形成された凹部 20に対応した側面と、凹部 20を結ぶ方向に直交する方向の側面に、貫通孔 22 が集中して形成されることが好ましい。このような配置とすることにより、貫通孔 22は、内部枠体 16の側面であって、キャップ体 12の底面の内部枠体 16に接触しない部分における長軸方向と、この長軸方向に直交する方向に集中して配置される。

[0036] キャップ体 12の底面において、上述のように、内部枠体 16に接触しない部分は、振動しやすい部分である。このキャップ体 12の底面の振動しやすい部分は、キャップ体 12の底面の中央部を含み、かつ長軸を有する形状となる。このような形状となることにより、キャップ体 12の底面の振動領域に異方性が生じる。つまり、キャップ体 12 の底面の振動しやす!/、部分の長軸方向への振動領域が広がり、長軸方向に直交する方向への振動領域が狭まることにより、キャップ体 12の振動面に異方性が生じ、放出される超音波が扁平ィ匕する。このように、キャップ体 12の振動面に異方性が生じることにより、キャップ体 12の底面および側面に伝わる振動は同心円状に同等に伝播するのではなぐ振動しやすい部分の長軸方向とそれに直交する方向に特に大きく伝播し、これらの方向でキャップ体 12が交互に変形するモードが生じる。図 5 (a) (b) は、このキャップ体 12の変形モードをわ力りやすくするために、変形した形状を誇張して示したものである。図 5 (a)および図 5 (b)に示すように、キャップ体 12の振動しやすい部分の長軸方向とそれに直交する方向のそれぞれにおいて楕円形状が交互に生じるように、キャップ体 12が変形するモードが生じる。

[0037] そこで、キャップ体 12の側面が特に大きく変形する部分、つまりキャップ体 12の底面が振動しやすい部分の長軸方向とそれに直交する方向に対向する内部枠体 16の側面に、貫通孔 22が形成される。そのため、キャップ体 12の特に大きくベンディングする部分に対応する位置で、キャップ体 12の側面に制振材 28が直接接触する。それにより、高次スプリアスの振動エネルギーをより効果的に抑制することができ、残響を抑制することができる。このように、キャップ体 12の底面の振動しやすい部分における長軸方向と、この長軸方向に直交する方向に集中して内部枠体 16の側面に貫通孔 22を形成することにより、より効果的に残響特性を向上させることができる。

[0038] また、図 6に示すように、キャップ体 12の端部力も底面部 12aに向力つて延びるように、側面部 12bと内部枠体 16との間に隙間 30を形成し、この隙間 30に制振材 28を充填してもよい。このような隙間 30を形成するために、図 7に示すように、内部枠体 1 6の外側面の端部から軸方向に延びるように、溝部 32が形成される。溝部 32は、内部枠体 16の周囲において、たとえば等間隔で 4箇所に形成される。この内部枠体 16 をキャップ体 12内に嵌め込むことにより、キャップ体 12の開放端部において、キヤップ体 12の側面部 12bと内部枠体 16との間に隙間 30が形成される。

[0039] このような超音波トランスデューサ 10においても、溝部 32以外の部分において、キヤップ体 12の端部まで内部枠体 16が密着して、るため、キャップ体 12の側面部 12b への振動エネルギーの漏洩を小さくすることができる。そのため、超音波トランスデューサ 10から放射される超音波の音圧を高く保つことができる。また、内部枠体 16の溝部 32が形成された部分においては、キャップ体 12の側面部 12bと内部枠体 16との間に隙間 30が形成され、この隙間 30に充填された制振材 28によって、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギーが吸収される。そのため、超音波トランスデューサ 10の残響特性を良好にすることができ、障害物で反射した超音波を効果的に検出することができる。なお、必要に応じて、内部枠体 16内部に充填される制振材 28と隙間 30に充填される制振材 28の材料を変えてもよい。さらに、このような隙間 3 0に制振材 28が充填されている場合、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギ一は、隙間 30内の制振材 28によって吸収されるため、内部枠体 16内には制振材が充填されなくてもよい。

[0040] なお、このような超音波トランスデューサ 10においても、溝部 32は、内部枠体 16の側面のうち、キャップ体 12の底面の内部枠体 16に接触しない部分の長軸方向およびそれに直交する方向に形成されることが好ましい。このような位置に溝部 32が形成されることにより、キャップ体 12の振動部の大きくベンディングする位置に対応した部分において、キャップ体 12と内部枠体 16との間に隙間 30が形成される。それにより、この隙間 30に充填された制振材 28によって、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギーが効果的に吸収される。

[0041] また、図 8に示すように、内部枠体 16内部に充填された制振材 28が、内部枠体 16 の端部を超えて、キャップ体 12および内部枠体 16の外側面に回り込むようにしてもよい。この超音波トランスデューサ 10では、キャップ体 12の側面部 12bの外側に制振材 28が接触している。このように、キャップ体 12の側面部 12bの外側において制振材 28が直接接触していても、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギーを吸収することができ、残響特性を良好にすることができる。もちろん、キャップ体 12の内部においては、内部枠体 16がキャップ体 12の端部まで密着しており、キャップ体 1 2の端部における振動を抑えることができ、効果的に振動エネルギーの漏洩を防止することができる。

[0042] なお、キャップ体 12の側面部 12bの外側の制振材 28は、キャップ体 12の側面部 1 2b全体を覆うように形成されてもょヽ。超音波トランスデューサ 10を自動車などに取り付ける場合、通常、超音波トランスデューサ 10の側面を覆うように、ゴムなどで形成された外装材が設けられる。そこで、制振材 28で超音波トランスデューサ 10の外側面を覆っておけば、キャップ体 12の不要振動の吸収とともに、外装材の役割ももたせることがでさる。

[0043] また、これらの超音波トランスデューサ 10において、図 2〜図 4および図 7に示すように、内部枠体 16の側面に段差部 16aを形成しておくことにより、図 9に示すように、キャップ体 12内に内部枠体 16を嵌め込んだときに、キャップ体 12の端部が内部枠体 16の段差部 16aで押さえられるとともに、キャップ体 12と内部枠体 16との間に段差をなくすことができる。そのため、キャップ体 12端部の振動を抑えて振動エネルギ一の漏洩を防止するとともに、超音波トランスデューサ 10の外観上の印象を良好にすることができる。さらに、内部枠体 16に段差部 16aを形成して、キャップ体 12の側面部 12bの高さを低くすれば、側面部 12bの剛性が高くなり、側面部 12bが振動しにくくなる。また、キャップ体 12の側面部 12bの高さが低くなれば、振動しにくい内部枠体 16の体積比率が大きくなり、振動を抑制する効果をより大きくすることができる。

[0044] 上述のように、超音波トランスデューサ 10を自動車などに取り付ける際には、キヤップ体 12および内部枠体 16の側面を覆うように、ゴムなどで形成された外装材が設けられる。このとき、図 10および図 11に示すように、外装材 34を超音波トランスデューサ 10の側面の全面を覆うように形成し、キャップ体 12の曲面部 12cに外装材 34が密着するようにすれば、キャップ体 12と外装材 34との間に隙間が発生しない。そのため、超音波トランスデューサ 10を自動車のバンパーなどに取り付けたとき、キャップ体 1 2とバンパーとの間に隙間が生じない。キャップ体 12とバンパーとの間に隙間が発生すると、この隙間にごみや汚れがたまりやすくなり、超音波トランスデューサ 10の特性に悪影響を与える恐れがあるし、外観上も好ましくない。そこで、キャップ体 12の曲面部 12cを覆うように、外装材 34を設けることにより、このような隙間をなくすことができ、特性や外観の悪ィ匕を防止することができる。また、図 8に示すような制振材 28で覆われた超音波トランスデューサ 10においても、その側面全面に制振材 28を設ける場合には、キャップ体 12の曲面部 12cを覆うように制振材 28を形成することが好ましい。

[0045] このように、この発明の超音波トランスデューサ 10では、キャップ体 12より音響インピーダンスが大きヽ材料で形成された内部枠体 16が、キャップ体 12に嵌め込まれている。そして、キャップ体 12の側面部 12bの端部まで内部枠体 16を密着させることにより、振動エネルギーの漏洩を抑制して、放射される超音波の音圧レベルを高く保つことができる。さらに、キャップ体 12の側面部 12bの少なくとも一部に、制振材 28を直接接触させることにより、キャップ体 12の高次スプリアスによる振動エネルギーを吸収することができ、残響特性を良好にすることができる。

実施例 1

[0046] 実施例 1および実施例 2として、それぞれ図 3および図 4に示すようなキャップ体および内部枠体を有する超音波トランスデューサを作製した。また、比較例として、図 3 および図 4に示す内部枠体と同じ形状で貫通孔のない内部枠体を有する超音波トランスデューサを作製した。これらの超音波トランスデューサについて、駆動時間 0. 60 msで 60Vの電圧を圧電素子に印加し、残響特性を測定した。そして、実施例 1、実施例 2および比較例について、それぞれ、図 12、図 13、図 14に示した。図 12〜図 1 4において、横軸の 1目盛は、 0. 2msである。

駆動電圧を印加して力残響がおさまるまでの時間は、実施例 1では 0. 78ms,実施例 2では 0. 69ms,比較例では 1. 23msであった。この結果から、貫通孔を形成した内部枠体を用いた超音波センサでは、残響特性が向上していることがわかる。特に、キャップ体の底面の内部枠体に接触していない部分の長軸方向とそれに直交する方向に集中して内部枠体の側面に貫通孔を形成することにより、より優れた残響特性が得られることがわかる。

Claims

請求の範囲

[1] 有底筒状のキャップ体、

前記キャップ体内部の底面に形成される圧電素子、

前記キャップ体の材料より音響インピーダンスが大き、材料で形成され、前記キヤップ体内において前記キャップ体の端部を含む側面に密着するように形成される内部枠体、および

前記キャップ体の側面の少なくとも一部に直接接触するようにして前記内部枠体内に充填される制振材を含む、超音波トランスデューサ。

[2] 前記内部枠体に貫通孔を形成することにより、前記貫通孔を通して前記制振材が前記キャップ体内の側面の一部に直接接触するようにした、請求項 1に記載の超音波トランスデューサ。

[3] 前記キャップ体の端部において、前記キャップ体と前記内部枠体との間の一部に隙間が形成され、前記内部枠体内に前記制振材が充填されるとともに前記隙間に前記制振材が充填された、請求項 1に記載の超音波トランスデューサ。

[4] 有底筒状のキャップ体、

前記キャップ体内部の底面に形成される圧電素子、

前記キャップ体の端部にぉ、て、前記キャップ体と前記内部枠体との間の一部に隙間が形成され、前記キャップ体の内側面に接触するように前記隙間に充填される制振材を含む、超音波トランスデューサ。

[5] 前記キャップ体の底面には、その中央部を含み、かつ一方向に長軸を有するようにして前記内部枠体の一端側と接触しない部分が形成され、

前記内部枠体の側面であって前記キャップ体の底面における前記内部枠体の一端側と接触しない部分の長軸方向および前記長軸方向と直交する方向に前記貫通孔または前記隙間が形成される、請求項 2な、し請求項 4の、ずれかに記載の超音波トランスデューサ。

[6] 前記キャップ体の底面力も側面にかけて曲面部が形成されるとともに、前記曲面部を覆うようにして前記キャップ体の外側面を覆う外装材が形成された、請求項 1ないし請求項 5のいずれかに記載の超音波トランスデューサ。

[7] 前記制振材は前記内部枠体の内部力外部にわたって配置され、前記キャップ体の外側面に前記制振材が直接接触するようにした、請求項 1に記載の超音波トランステューサ₀

[8] 前記キャップ体の底面力も側面にかけて曲面部が形成されるとともに、前記キヤップ体の外側面における前記制振材が前記曲面部を覆うように形成された、請求項 7 に記載の超音波トランスデューサ。

[9] 前記キャップ体の端部にぉ、て前記内部枠体の外側面に前記キャップ体の厚みに相当する段差部を形成し、前記キャップ体内における前記内部枠体の外径より前記キャップ体外における前記内部枠体の外径を大きくすることにより、前記キャップ体と前記内部枠体との間に段差をなくした、請求項 1ないし請求項 8のいずれかに記載の超音波トランスデューサ。