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【発明の名称】 超音波振動子
【発明者】 【氏名】梶山 智史

【氏名】柴田 究

【氏名】高木 俊昌

【氏名】宇野 真武

【氏名】小野 健

【氏名】橋本 裕介

【氏名】大谷 隆児

【氏名】足立 将彦
【要約】 【課題】その目的はホーンを用いることなく、各方向のビームの太さを異なるようにできる超音波振動子を提供することにある。

【解決手段】略円筒状の筒状ケース１は、その一端面１ｂが開口しており、他端面の筒状ケース１内側の略中央部に圧電素子２を貼り付けて配置し、振動面１ａとし、この振動面１ａより超音波の送受波が行われる。振動面１ａの面上には、圧電素子２の設けられた位置の外側であり、振動面１ａの中心Ｐを通る中心線Ｐ１を中心に対称となる位置に、それぞれ１つずつ中心線Ｐ１と平行方向に長さＡ１を有し、長さＡ１方向と直交する方向に長さＢ１を有する円弧状の開口部３，３が設けられている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記筒状ケースは、その軸と直交する面の各中心を通る中心線を中心として対称となる位置に開口部を有することを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】 前記開口部は前記振動面に形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項３】 前記開口部は前記筒状ケースの側面に形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項４】 前記開口部は前記振動面から前記筒状ケースの側面にかけて形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項５】 前記開口部の前記中心線と平行方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項６】 前記開口部の前記中心線と直交する方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項７】 一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記振動面は、その中心を通る中心線を中心に対称となる位置に厚さの薄い薄肉部を有することを特徴とする超音波振動子。
【請求項８】 前記振動面の前記筒状ケース内側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であることを特徴とする請求項７記載の超音波振動子。
【請求項９】 前記薄肉部の前記中心線と平行方向の長さが、前記対称となる位置に設けられた各薄肉部間にある前記振動面の前記平行方向の長さ以上であることを特徴とする請求項８記載の超音波振動子。
【請求項１０】 前記薄肉部は、その深さ方向に向かって幅が狭くなる形状であることを特徴とする請求項７記載の超音波振動子。
【請求項１１】 前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側に設けられていることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項１２】 前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの外側に設けられていることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項１３】 前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側と内側の両方に設けられていることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項１４】 前記振動面の前記筒状ケース外側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であることを特徴とする請求項７記載の超音波振動子。
【請求項１５】 前記筒状ケースを鍛造製法により製造することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項１６】 前記筒状ケース側面の外壁の肉厚が前記開口した一端面側の方が前記振動面側より厚くなるように、前記筒状ケースの側面に段差部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項１７】 前記段差部はテーパ形状であることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれかに記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波信号を送信するとともに障害物からの反射波を受信して障害物の存在を検出する超音波センサの超音波振動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の障害物検知を行う超音波センサとしては、超音波センサより超音波パルスを空気中に発信し、検知対象物体などの障害物に反射して、その反射波を超音波センサで受信し、その受信信号の処理を行い、警報などを発するような構成になっている。上記超音波センサの超音波を発信および受信している超音波振動子は、図１４（ａ）の正面図、図１４（ｂ）の側面断面図に示すような構成である。一端面が開口した中空の筒状ケース５１他端側の面は、その筒状ケース５１内側に接着剤で貼り合わせた圧電素子５２が設けられて振動面５１ａとなっており、超音波信号の送受信を行う。圧電素子５２の上記振動面５１ａに貼り合わされていない側には、吸音材５３が配置されている。圧電素子５２と筒状ケース５１に接続されたリード線５４と、図示せぬ制御回路側から入出力される信号を伝達するシールド線５６とがターミナル基板５５で接続される。また、この筒状ケース５１の内部には充填材５７が充填されている。
【０００３】しかし、この超音波振動子では振動面５１ａは円形で厚みは一定のため、超音波振動子自体では、超音波振動子からみて全方向に略均一な指向性となる。車両用の障害物検知の超音波振動子は、車両のバンパーなどに取り付けられるが、車両へ取り付けたときの超音波振動子の横方向の検知エリアは、障害物の存在を検知するために広くし、縦方向の検知エリアは路面上の不用物体の検知を防止するため狭くする必要がある。よって、水平方向と垂直方向で超音波振動子の超音波のビームの太さの異なる指向性が必要となる。そのため、従来の超音波振動子では、保持ゴム５９を介してホーン５８を設けて超音波のビーム制御を行う必要があった。ホーン５８は、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、縦径５８ａ、横径５８ｂ、深さ５８ｃを有する開口部６０からビーム制御を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなホーン５８を有する超音波振動子では、車両走行中などに、ホーン５８の内部に雨水が入りこんだり、雪やほこりなどが溜まりやすく、それにより超音波のビームが変化して障害物などの対象物の検知エリアが変わってしまうことがある。また、ホーン５８内部に入ったものを検知してしまい、検知対象物体が検知エリアに無いにもかかわらず、それを誤検知してしまう問題があった。そしてまた、超音波振動子をバンパーなどに取り付けるため、ホーン５８がバンパー面より突出し、またホーン５８自体の穴が存在するため、外観上もよくないという問題があった。このように、超音波振動子のビームの太さを異なるようにするために、ホーンを用いると上記した問題が発生した。
【０００５】本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的はホーンを用いることなく、超音波のビームの指向特性を異なるようにできる超音波振動子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１の発明は、一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記筒状ケースは、その軸と直交する面の各中心を通る中心線を中心として対称となる位置に開口部を有することを特徴とする。よって、振動面の中心線と直交する方向の振動は、その両端部に開口部があるため剛性が弱くなって振動しやすくなり、中心線と平行方向の振動に比べて、振動面と直交する方向に平面振動する部分が大きくなるように振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記開口部は前記振動面に形成されることを特徴とする。よって、請求項１と同様の効果が得られる。
【０００８】また、請求項３の発明は、請求項１記載の発明のおいて、前記開口部は前記筒状ケースの側面に形成されることを特徴とする。よって、請求項１と同様の効果が得られるとともに、振動面に開口部を設けないため、圧電素子の大きさや位置を制限せずに配置でき、また外観も良くなる。
【０００９】また、請求項４の発明は、請求項１記載の発明において、前記開口部は前記振動面から前記筒状ケースの側面にかけて形成されることを特徴とする。よって、開口部を大きくとることができ、振動面の中心線に対して開口部を形成した形成方向の剛性を弱めることができるので、超音波の送波、受波を行うにあたり、ビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００１０】また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記開口部の前記中心線と平行方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整することを特徴とする。よって、超音波の指向特性を変更できる。
【００１１】また、請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記開口部の前記中心線と直交する方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整することを特徴とする。よって、超音波の指向特性を変更できる。
【００１２】また、請求項７の発明は、一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記振動面は、その中心を通る中心線を中心に対称となる位置に厚さの薄い薄肉部を有することを特徴とする。よって、振動面の中心線と直交する方向の振動は、その両端部に薄肉部があるため剛性が弱くなって振動しやすくなり、中心線と平行方向の振動に比べて、振動面と直交する方向に平面振動する部分が大きくなるように振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００１３】請求項８の発明は、請求項７記載の発明において、前記振動面の前記筒状ケース内側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であることを特徴とする。よって、中心線と水平方向の超音波のビームを太くすることができ、超音波のビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００１４】また、請求項９の発明は、請求項８記載の発明において、前記薄肉部の前記中心線と平行方向の長さが、前記対称となる位置に設けられた各薄肉部間にある前記振動面の前記平行方向の長さ以上であることを特徴とする。よって、中心線と垂直方向の超音波のビームを太くすることができ、超音波のビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００１５】また、請求項１０の発明は、請求項７記載の発明において、前記薄肉部は、その深さ方向に向かって幅が狭くなる形状であることを特徴とする。よって、筒状ケースの製造において、塑性加工にて容易に精度良く薄肉部を形成することができる。
【００１６】また、請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側に設けられていることを特徴とする。よって、筒状ケースの外観が良くなる。
【００１７】また、請求項１２の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの外側に設けられていることを特徴とする。よって、筒状ケースの内部に充填材にて充填した後においても、薄肉部の長さ、深さ、数により、振動面の振動状態を任意に調整できる。
【００１８】また、請求項１３の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側と内側の両方に設けられていることを特徴とする。よって、内側に設けられる薄肉部により振動面の目標となる振動状態を形成し、外側の薄肉部により超音波振動子の製造後の振動状態の微調整を行うことができ、外側の薄肉部は微調整のために形成されるため、その大きさを小さくすることができ、外観が良くなる。
【００１９】また、請求項１４の発明は、請求項７記載の発明において、前記振動面の前記筒状ケース外側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であることを特徴とする。よって、前記筒状ケースの中心線と平行方向の幅が狭くなり、超音波振動子を車両のバンパーに取り付ける際に、筒状ケースを保持する保持ゴムの厚みを大きくできるため、バンパー取り付け部から振動面への影響を軽減できる。また、筒状ケースの外観より薄肉部の形成方向を知ることができる。
【００２０】また、請求項１５の発明は、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記筒状ケースを鍛造製法により製造することを特徴とする。よって、筒状ケースの製造コストを削減することができる。
【００２１】また、請求項１６の発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の発明において、前記筒状ケース側面の外壁の肉厚が前記開口した一端面側の方が前記振動面側より厚くなるように、前記筒状ケースの側面に段差部が設けられていることを特徴とする。よって、超音波振動子を車両のバンパーに取り付けたときの外観を小さくできるとともに、開口した一端面側の肉厚が厚くなった外壁により筒状ケースの剛性を強め、振動面をより大きく振動させることができる。
【００２２】また、請求項１７の発明は、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の発明において、前記段差部はテーパ形状であることを特徴とする。よって、筒状ケースの鍛造加工による製造が可能となり、製造コストを削減できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の超音波振動子の実施形態１を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。略円筒状の筒状ケース１は、その一端面１ｃが開口しており、他端面は閉塞され筒状ケース１内側の略中央部に圧電素子２を貼り付けて配置し、振動面１ａとしている。筒状ケース１と圧電素子２のそれぞれには外部回路より信号が入出力されるリード線４が接続され、入力された信号をもとに圧電素子２を振動させて、振動面１ａより上記一端面１ｂと反対側に超音波を送波するとともに、送波した超音波が物体に反射した反射波を振動面１ａより受波し、圧電素子２を介して電気信号をリード線４より上記外部回路に出力する。すなわち、筒状ケース１、圧電素子２、リード線４により超音波振動子が構成される。
【００２４】筒状ケース１の軸と直交する面の一つである振動面１ａの面上には、圧電素子２の設けられた位置の外側であり、振動面１ａの中心Ｐを通る中心線Ｐ１を中心に対称となる位置に、それぞれ１つずつ中心線Ｐ１と平行方向に長さＡ１を有し、長さＡ１方向と直交する方向に長さＢ１を有する円弧状の開口部３，３が設けられている。この開口部３，３はゴムにて封止される。
【００２５】この超音波振動子の中心線Ｐ１と直交する方向（以後、垂直方向と呼ぶ）の振動は、その両端部に開口部３，３があるため剛性が弱くなって振動しやすくなり、中心線Ｐ１と平行方向（以後、水平方向とよぶ）の振動に比べて、振動面１ａと直交する方向に平面振動する部分が大きくなるように振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００２６】また、開口部３の中心線Ｐ１と平行方向の長さＡ１、あるいは中心線Ｐ１と直交する方向の長さＢ１を変更することにより、振動面１ａの垂直方向の剛性が変化するため、振動面１ａの垂直方向の振動状態が変わる。よって、上記長さＡ１、あるいは長さＢ１を変更することで、振動面１ａの垂直方向のビームの鋭さを自由に設定可能となり、超音波の指向特性を調整できる。
（実施形態２）図２は本発明の超音波振動子の実施形態２を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図２において図１と異なる点は、図１では振動面１ａ上に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ開口部３，３が設けられていたのに対して、図２では筒状ケース１の側面１ｃの振動面１ａと接する位置に、それぞれ１つずつ中心線Ｐ１と平行方向に長さＡ２を有し、長さＡ２と直交する方向に長さＢ２を有する略長方形状の開口部３ａ，３ａが設けられている点である。ここで、中心線Ｐ１は筒状ケース１の側面の開口部３ａ，３ａを有する面、すなわち筒状ケース１の軸と直交する面を通る中心線である。
【００２７】振動面１ａの垂直方向の振動は、開口部３ａが設けられているため剛性が弱くなって振動しやすくなり、水平方向の振動に比べて、振動面１ａと直交する方向に平面振動する部分が大きくなるよう振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００２８】また、図１と同様に開口部３ａの中心線Ｐ１と平行方向の長さＡ２、あるいは中心線Ｐ１と直交する方向の長さＢ２を変更することで、振動面１ａの垂直方向のビームの鋭さを自由に設定可能となり、超音波の指向特性を調整できる。
【００２９】そしてまた、振動面１ａに開口部がないので、圧電素子２の大きさや貼りつけ位置を制限せずに配置でき、また外観も良くなる。
（実施形態３）図３は本発明の超音波振動子の実施形態３を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図３において図１と異なる点は、図１では振動面１ａ上に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ開口部３，３が設けられていたのに対して、図３では振動面１ａの端部からそれに連接する側面１ｂにかけて開口した開口部３ｂが、中心線Ｐ１を中心に対称となる位置に、それぞれ１つずつ設けられている点である。そして、超音波振動子全体を保持ゴム９で覆い、車両のバンパーに嵌合している。この保持ゴム９により開口部３ｂも封止しており、部品点数の削減となる。
【００３０】このように、振動面１ａから側面１ｂにかけて開口部３ｂを設けたため、開口部をより大きくとることができ、振動面１ａの垂直方向の剛性を弱めることができ、水平方向に比べて垂直方向は振動面１ａと直交する方向に平面振動する部分が大きくなる振動をする。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００３１】また、開口部３ｂの中心線Ｐ１方向と平行方向の長さＡ３、あるいは中心線Ｐ１と直交する方向の長さＢ３を変更することにより、振動面１ａの垂直方向の剛性が変化するため、振動面１ａの垂直方向の振動状態が変わる。よって、振動面１ａの垂直方向のビームの鋭さを自由に設定可能となり、超音波の指向特性を調整できる。
（実施形態４）図４は本発明の超音波振動子の実施形態４を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図４において図１と異なる点は、図１では振動面１ａ上に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ開口部３，３が設けられていたのに対して、図４では振動面１ａの筒状ケース１の内側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ振動面１ａの肉厚より薄い薄肉部５，５が設けられている点である。この薄肉部５は、圧電素子２が配置されている位置の外側に設けられており、中心線Ｐ１と平行方向に一定の幅と深さを有する円弧形状である。
【００３２】そのため、振動面１ａの振動は、水平方向は単純なたわみ振動であるが、垂直方向は圧電素子２を貼り付けている部分でたわみ振動が生じ、その外側に設けられている薄肉部５のために振動しやすくなり、水平方向に比べて振動面１ａと直交する方向に平面振動する部分が大きくなる。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
（実施形態５）図５は本発明の超音波振動子の実施形態５を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図５において図４と異なる点は、図４では振動面１ａの筒状ケース１内側の形状が略円形状であり、その円形状の外周よりやや中心Ｐ側に薄肉部５が配置されているのに対し、図５では振動面１ａの筒状ケース１内側の形状が、中心線Ｐ１を挟んでそれぞれ水平方向に円弧状の曲線７ａ，７ｂが設けられ、その曲線７ａ，７ｂのそれぞれの端部が結ばれて、中心線Ｐ１と略直交し、互いに略平行の直線６ａ，６ｂとなる形状となっている点である。そして、中心線Ｐ１を中心に対称となる位置であり、上記それぞれの円弧状の曲線７ａ，７ｂと接する位置に、一定の幅を有し中心線Ｐ１方向に円弧状である薄肉部５ａ，５ａが設けられている。
【００３３】このため、振動面１ａの筒状ケース１内側の形状が略円形状である場合に比べて、中心線Ｐ１方向の幅が狭くなる。よって、振動面１ａの水平方向が垂直方向と比べて狭い範囲で振動し、水平方向のビームをより太くすることができ、物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００３４】このとき、図６（ａ）に示すように、薄肉部が一定の幅を有する円弧状でなく、中心側が中心線Ｐ１に平行な直線である形状の薄肉部１１ａ、図６（ｂ）に示すように、外側が中心線Ｐ１に平行な直線である形状の薄肉部１１ｂ、中心側、外側の両方が中心線Ｐ１に平行な直線である形状の薄肉部１１ｃであってもよい。
【００３５】また、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、薄肉部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの水平方向の長さＳ１が振動面１ａの筒状ケース１内側における水平方向の幅Ｓ２より大きくなるように形成すると、薄肉部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの剛性をより弱めることができ、水平方向に比べて垂直方向のビームをより鋭くすることができる。
（実施形態６）図８は本発明の超音波振動子の実施形態６を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図８において図４と異なる点は、図４では振動面１ａの筒状ケース１内側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ一定の幅と深さを有する薄肉部５，５が設けられていたのに対して、図８では振動面１ａの筒状ケース１の内側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ２つずつ、深くなるにつれて幅が小さくなる断面が略Ｖ字形状であり、背面からみた形状が円弧状である薄肉部５ｂが設けられている点である。また、薄肉部５ｂは、深くなるにつれて幅が小さくなる断面が略円弧形状であってもよい。
【００３６】このような断面が略Ｖ字形状、略円弧形状の薄肉部は塑性加工で容易に精度よく形成できる。また、この薄肉部５ｂの長さ、深さ、数を変更することで、振動面１ａの振動状態を調整できる。
（実施形態７）図９は本発明の超音波振動子の実施形態７を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図９において図４と異なる点は、図４では振動面１ａの筒状ケース１内側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ一定の幅と深さを有する薄肉部５，５が設けられていたのに対して、図９では振動面１ａの筒状ケース１の外側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ２つずつ、一定の幅と深さを有し、正面からみた形状が円弧状である薄肉部５ｃが設けられている点である。
【００３７】このように、薄肉部５ｃが振動面１ａの筒状ケース１の外側に設けられるため、筒状ケース１の内部を充填材にて充填した後でも、薄肉部５ｃの長さ、深さ、数を変更することによって、振動面１ａの振動状態を調整することができ、超音波振動子の製造後の微調整が可能となる。
（実施形態８）図１０は本発明の超音波振動子の実施形態８を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図１０において図４と異なる点は、図４では振動面１ａの筒状ケース１内側に、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ一定の幅と深さを有する薄肉部５，５が設けられていたのに対して、図１０ではさらに振動面１ａの筒状ケース１の外側にも、中心線Ｐ１を中心として対称となる位置にそれぞれ１つずつ、一定の幅と深さを有し、正面からみた形状が円弧状である薄肉部５ｄが設けられている点である。
【００３８】ここで、筒状ケース１の内側の薄肉部５の形成により、振動面１ａの目標とする振動状態を作り、筒状ケース１の外側の薄肉部５ｄを用いて超音波振動子を製造した後の振動モードの微調整を行うようにする。
【００３９】これにより、超音波振動子の製造後の振動状態の微調整が可能となるとともに、筒状ケース１の外側に設けた薄肉部は小さくすることができ、外観が良くなる。
【００４０】（実施形態９）図１１は本発明の超音波振動子の実施形態９を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は背面図である。図１１は図５に示した超音波振動子の振動面１ａの外面形状が、中心線Ｐ１を挟んでそれぞれ垂直方向に円弧状の曲線１５ａ，１５ｂが設けられている点は図５と同様であり、その曲線１５ａ，１５ｂのそれぞれの端部が結ばれて、中心線Ｐ１と略直交した方向、つまり中心線Ｐ１に対して薄肉部５ａが形成された方向に延びる互いに略平行の直線１４ａ，１４ｂが形成される形状となっている点が異なる。すなわち、図１１の超音波振動子では図５に比べてその外面形状は、水平方向の幅が狭くなっている。この超音波振動子は、周囲が保持ゴム９で覆われバンパーに嵌合される。
【００４１】上記各実施形態で説明した薄肉部を設ける構成では、筒状ケース１の側面振動は水平方向が大きくなる。そこで、図１１に示すように水平方向の幅が狭くなる外面形状とすることで、保持ゴム９の水平方向の厚みを厚くすることが可能となり、超音波振動子を保持ゴム９で保持してバンパーに取り付けたとき、振動面１ａへの影響を軽減することができる。また、振動面１ａの外面形状が略円形でなく、中心線Ｐ１に対する薄肉部５ａの形成方向に延びる略平行の２直線を有する構成であるため、外観よりバンパーなどへの取り付け方向が分かるようになる。
（実施形態１０）図１２は本発明の超音波振動子の実施形態１０を示す側面断面図である。図５に示した筒状ケース１の側面１ｃの外壁に、図１２では開口した一端面１ｂ側の方の外壁１６が、振動面１ａ側の方の外壁１９より幅が太くなるように、段差部１７が形成されている点が異なる。図１２では、このように構成された超音波振動子を保持ゴム９で保持して、段差部１７がバンパー１０の内側に係止するようにバンパー１０に取り付けている。
【００４２】この幅が太くなるように構成された外壁１６により、筒状ケース１の剛性を強めて振動面１ａをより大きく振動させることができる。このとき、バンパー１０に取り付けた外観を小さくできる。
【００４３】図１３は、図１２に示した段差部１７にテーパ１８を持たせた例を示している。これにより、段差部１７を鍛造加工にて製造することが可能となり、製造コストを削減できる。図８で示したように塑性加工にて薄肉部５ｂを形成して筒状ケース１を製造するものにおいても、段差部１７の加工と同様に鍛造加工にて製造して製造コストを削減できる。
【００４４】
【発明の効果】上記したように、請求項１の発明は、一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記筒状ケースは、その軸と直交する面の各中心を通る中心線を中心として対称となる位置に開口部を有するため、振動面の中心線と直交する方向の振動は、その両端部に開口部があるため剛性が弱くなって振動しやすくなり、中心線と平行方向の振動に比べて、振動面と直交する方向に平面振動する部分が大きくなるように振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００４５】また、請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記開口部は前記振動面に形成されるため、請求項１と同様の効果が得られる。
【００４６】また、請求項３の発明は、請求項１記載の発明のおいて、前記開口部は前記筒状ケースの側面に形成されるため、請求項１と同様の効果が得られるとともに、振動面に開口部を設けないため、圧電素子の大きさや位置を制限せずに配置でき、また外観も良くなる。
【００４７】また、請求項４の発明は、請求項１記載の発明において、前記開口部は前記振動面から前記筒状ケースの側面にかけて形成されるため、開口部を大きくとることができ、振動面の中心線に対して開口部を形成した形成方向の剛性を弱めることができるので、超音波の送波、受波を行うにあたり、ビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００４８】また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記開口部の前記中心線と平行方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整するため、超音波の指向特性を変更できる。
【００４９】また、請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記開口部の前記中心線と直交する方向の長さを変更して超音波の指向特性を調整するため、超音波の指向特性を変更できる。
【００５０】また、請求項７の発明は、一端面が開口し、他端面が閉塞された筒状ケースの他端面を、その筒状ケース内側略中央部に圧電素子を設けて振動面とし、超音波の送波及び受波を行う超音波振動子において、前記振動面は、その中心を通る中心線を中心に対称となる位置に厚さの薄い薄肉部を有するため、振動面の中心線と直交する方向の振動は、その両端部に薄肉部があるため剛性が弱くなって振動しやすくなり、中心線と平行方向の振動に比べて、振動面と直交する方向に平面振動する部分が大きくなるように振動する。その結果、水平方向に比べて垂直方向のビームを鋭くして物体の検知エリアを小さくすることが可能となり、超音波振動子は異方向性を持つ指向特性を形成できる。
【００５１】請求項８の発明は、請求項７記載の発明において、前記振動面の前記筒状ケース内側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であるため、中心線と水平方向の超音波のビームを太くすることができ、超音波のビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００５２】また、請求項９の発明は、請求項８記載の発明において、前記薄肉部の前記中心線と平行方向の長さが、前記対称となる位置に設けられた各薄肉部間にある前記振動面の前記平行方向の長さ以上であるため、中心線と垂直方向の超音波のビームを太くすることができ、超音波のビームの指向特性の異方向性を向上することができる。
【００５３】また、請求項１０の発明は、請求項７記載の発明において、前記薄肉部は、その深さ方向に向かって幅が狭くなる形状であるため、筒状ケースの製造において、塑性加工にて容易に精度良く薄肉部を形成することができる。
【００５４】また、請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側に設けられているため、筒状ケースの外観が良くなる。
【００５５】また、請求項１２の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの外側に設けられているため、筒状ケースの内部に充填材にて充填した後においても、薄肉部の長さ、深さ、数により、振動面の振動状態を任意に調整できる。
【００５６】また、請求項１３の発明は、請求項７から請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記薄肉部は、前記振動面の前記筒状ケースの内側と内側の両方に設けられているため、内側に設けられる薄肉部により振動面の目標となる振動状態を形成し、外側の薄肉部により超音波振動子の製造後の振動状態の微調整を行うことができ、外側の薄肉部は微調整のために形成されるため、その大きさを小さくすることができ、外観が良くなる。
【００５７】また、請求項１４の発明は、請求項７記載の発明において、前記振動面の前記筒状ケース外側の形状は、前記振動面の中心線に対して前記薄肉部が形成されている形成方向に延びる互いに略平行な２つの直線を有する形状であるため、前記筒状ケースの中心線と平行方向の幅が狭くなり、超音波振動子を車両のバンパーに取り付ける際に、筒状ケースを保持する保持ゴムの厚みを大きくできるため、バンパー取り付け部から振動面への影響を軽減できる。また、筒状ケースの外観より薄肉部の形成方向を知ることができる。
【００５８】また、請求項１５の発明は、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記筒状ケースを鍛造製法により製造するため、筒状ケースの製造コストを削減することができる。
【００５９】また、請求項１６の発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の発明において、前記筒状ケース側面の外壁の肉厚が前記開口した一端面側の方が前記振動面側より厚くなるように、前記筒状ケースの側面に段差部が設けられているため、超音波振動子を車両のバンパーに取り付けたときの外観を小さくできるとともに、開口した一端面側の肉厚が厚くなった外壁により筒状ケースの剛性を強め、振動面をより大きく振動させることができる。
【００６０】また、請求項１７の発明は、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の発明において、前記段差部はテーパ形状であるため、筒状ケースの鍛造加工による製造が可能となり、製造コストを削減できる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
【出願日】 平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０）
【代理人】 【識別番号】１０００８７７６７
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１３２３９（Ｐ２００１−１３２３９Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】 特願平１１−１８６９４１