特許 7448007 超音波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】超音波センサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330G

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022531788

(86)(22)【出願日】2021-06-14

(86)【国際出願番号】 JP2021022455

(87)【国際公開番号】W WO2021256414

(87)【国際公開日】2021-12-23

【審査請求日】2022-11-08

(31)【優先権主張番号】P 2020104549

(32)【優先日】2020-06-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 貴大

【審査官】大石 剛

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０６９６０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－７２７７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

底部と、該底部に直交する前記底部の中心軸の軸方向に沿って前記底部から延びる周壁部とを有する、有底筒状のケースと、
前記ケースの内部において前記底部上に配置された圧電素子と、
前記ケースの外部において前記周壁部上に設けられ、前記軸方向から見て互いに重ならないように配置された２つの錘部とを備え、
第１の振動モードの周波数での振動時において、前記底部が前記軸方向の一方側に凸状に湾曲したときに、前記２つの錘部の各々は前記軸方向の他方側に向かって傾斜し、第２の振動モードの周波数での振動時において、前記底部が前記軸方向の前記一方側に凸状に湾曲したときに、前記２つの錘部の各々は前記軸方向の前記一方側に向かって傾斜する、超音波センサ。

【請求項2】

前記２つの錘部は、前記軸方向から見て、前記中心軸を通る同一の仮想直線上に位置している、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項3】

前記２つの錘部は、前記中心軸に関して互いに回転対称となる形状を有している、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波センサに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波センサの構成を開示した文献として、米国特許第９３８３４４３号明細書(特許文献１)がある。特許文献１に記載された超音波センサは、ハウジングと、トランスデューサ素子と、少なくとも１つの質量要素とを備える。ハウジングは、側壁部と、振動板として構成されているベース面とを有している。トランスデューサ素子は、超音波振動を発生および検出するために、ベース面に配置されている。少なくとも１つの質量要素は、ベース面に配置されている。少なくとも１つの質量要素は、振動板上の少なくとも１つの質量要素によって及ぼされる力およびトルクの少なくとも１つが、振動周波数の上昇に伴って増加するように配置されている。少なくとも１つの質量要素は、ベース面の中央に配置されている。少なくとも１つの質量要素は、振動板の３次振動モードが振動板の１次振動モードに近づくように、振動板の３次振動モードを変化させるインピーダンスを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第９３８３４４３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された超音波センサにおいては、少なくとも１つの質量要素によって、２つの振動モードに対応するように、周波数の異なる２つの超音波信号を送受信できる。

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された超音波センサにおいては、少なくとも１つの質量要素がハウジングのベース面に配置されているため、トランスデューサ素子をハウジングのベース面に取り付けることが難しくなる。

【0006】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、周波数の異なる２つの超音波信号を送受信可能であって、圧電素子を底部に取り付け容易な超音波センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に基づく超音波センサは、ケースと、圧電素子と、２つの錘部とを備えている。ケースは有底筒状であって、底部と、該底部に直交する底部の中心軸の軸方向に沿って底部から延びる周壁部とを有している。圧電素子は、ケースの内部において底部上に配置されている。２つの錘部は、ケースの外部において周壁部上に設けられ、上記軸方向から見て互いに重ならないように配置されている。当該超音波センサは、第１の振動モードの周波数での振動時において、底部が軸方向の一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部の各々は軸方向の他方側に向かって傾斜し、第２の振動モードの周波数での振動時において、底部が軸方向の一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部の各々は軸方向の一方側に向かって傾斜する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、周波数の異なる２つの超音波信号を送受信可能であって、圧電素子を取り付け容易な超音波センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た斜視図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た平面図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側から見た底面図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る超音波センサを示す側面図である。

【図5】本発明の実施形態１に係る超音波センサの回路構成を示すブロック図である。

【図6】実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。

【図7】実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。

【図8】実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。

【図9】実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。

【図10】本発明の実施形態２に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た斜視図である。

【図11】本発明の実施形態２に係る超音波センサを底部側から見た底面図である。

【図12】本発明の実施形態２に係る超音波センサを示す側面図である。

【図13】実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。

【図14】実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。

【図15】実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。

【図16】実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の各実施形態に係る超音波センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0011】

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た斜視図である。図２は、本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た平面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る超音波センサを底部側から見た底面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る超音波センサを示す側面図である。

【0012】

図１から図４に示すように、本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００は、ケース１１０と、圧電素子１２０と、２つの錘部１３０とを備えている。

【0013】

ケース１１０は有底筒状であって、底部１１１と、周壁部１１５とを有している。周壁部１１５は、底部１１１に直交する底部１１１の中心軸Ｃの軸方向Ｚに沿って底部１１１から延びている。

【0014】

図３に示すように、底部１１１は、軸方向Ｚから見て円形状の外形を有している。底部１１１は、超音波センサ１００を底部１１１側から見て、中央部１１２と、中央部１１２を取り囲む外周部１１３とを有している。

【0015】

軸方向Ｚから見て、中央部１１２の中心は、底部１１１の中心軸Ｃ上に位置している。軸方向Ｚから見て、中央部１１２の形状は特に限定されないが、本実施形態においては、中央部１１２は、角丸方形状の外形を有している。軸方向Ｚから見て、中央部１１２は、具体的には角丸長方形状の外形を有しており、より具体的には、当該角丸長方形状の一対の短辺の各々が半円状である。中央部１１２は、軸方向Ｚから見て、長手方向Ｘと、短手方向Ｙとを有している。中央部１１２の長手方向Ｘは、中央部１１２の長辺に沿う方向である。中央部１１２の短手方向Ｙは、長手方向Ｘと直交し、中央部１１２の短辺に沿う方向である。

【0016】

軸方向Ｚから見て、外周部１１３の内周縁は、中央部１１２の外周縁に沿うように位置している。軸方向Ｚから見て、外周部１１３の外周縁は、底部１１１の外周縁を構成する。

【0017】

図１から図４に示すように、中央部１１２において、ケース１１０の外側に向く面、および、ケース１１０の内側に向く面は、いずれも軸方向Ｚに直交するように位置している。外周部１１３においてケース１１０の外側に向く面は、軸方向Ｚに直交するように位置している。底部１１１において、ケース１１０の外側に向く面は、中央部１１２で凹んでいる。

【0018】

図１から図４に示すように、周壁部１１５は、底部１１１の外周部１１３から軸方向Ｚに沿って延びている。周壁部１１５は、底部１１１側とは反対側に位置する開口端面１１６を有している。開口端面１１６は、上記軸方向Ｚに直交するように位置している。本実施形態において、開口端面１１６は、軸方向Ｚから見て外周部１１３と同一の外形を有しているが、開口端面１１６の形状は特に限定されない。開口端面１１６は、軸方向Ｚから見て外周部１１３より面積が小さくなるように構成されていてもよい。

【0019】

ケース１１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの導電性材料で構成されている。なお、ケース１１０は、絶縁性材料で構成されていてもよい。

【0020】

図１および図２に示すように、圧電素子１２０は、ケース１１０の内部において底部１１１上に配置されている。具体的には、圧電素子１２０は、中央部１１２上に配置されている。圧電素子１２０は、たとえばエポキシ樹脂などの接着剤により中央部１１２に接合されている。図２に示すように、軸方向Ｚから見て、圧電素子１２０の中心は、上記中心軸Ｃ上に位置していることが好ましい。

【0021】

圧電素子１２０の構成は、特に限定されない。圧電素子１２０は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ)などの圧電セラミックスにより構成された圧電体と、この圧電体を軸方向Ｚの両側から挟み込むように配置された１対の電極とを備えていてもよい。

【0022】

図１から図４に示すように、２つの錘部１３０は、ケース１１０の外部において周壁部１１５上に設けられ、少なくとも、軸方向Ｚから見て互いに重ならないように配置されている。具体的には、２つの錘部１３０は、軸方向Ｚから見て、中心軸Ｃを通る同一の仮想直線上に位置している。また、２つの錘部１３０は、軸方向Ｚにおいて同じ位置に位置している。

【0023】

２つの錘部１３０の形状は特に限定されない。本実施形態において、２つの錘部１３０は、中心軸Ｃに関して互いに回転対称となる形状を有している。２つの錘部１３０の各々は、軸方向Ｚから見て、中心軸Ｃを中心として外周部１１３から径方向に延出するように設けられている。また、２つの錘部１３０の各々は、第１端面１３１と、第２端面１３２と、側端面１３３とを有している。

【0024】

第１端面１３１は、軸方向Ｚにおいて底部１１１側を向いている。第１端面１３１は、軸方向Ｚに直交して位置している。第１端面１３１は、底部１１１とは離間して位置している。第２端面１３２は、第１端面１３１とは反対側を向いている。すなわち、第２端面１３２は、軸方向Ｚにおいて底部１１１側とは反対側を向いている。第２端面１３２は、軸方向Ｚに直交して位置している。軸方向Ｚにおける第２端面１３２の位置は特に限定されないが、本実施形態において、第２端面１３２は、軸方向Ｚにおいて開口端面１１６と同じ位置に位置している。すなわち、２つの錘部１３０の各々においては、第２端面１３２は開口端面１１６と連続して設けられている。側端面１３３は、軸方向Ｚから見て、中心軸Ｃを中心とした径方向に直交するように位置している。

【0025】

２つの錘部１３０を構成する材料は特に限定されない。本実施形態において、２つの錘部１３０は、ケース１１０を構成する材料と同じ材料で構成されており、ケース１１０と一体となっている。

【0026】

図５は、本発明の実施形態１に係る超音波センサの回路構成を示すブロック図である。図５に示すように、本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００は、制御部１４０をさらに備えている。制御部１４０は、圧電素子１２０と電気的に接続されている。制御部１４０は、様々な周波数のパルス電圧を圧電素子１２０に印加可能に構成されている。換言すれば、制御部１４０は、様々な周波数のパルス信号を圧電素子１２０に送信可能に構成されている。制御部１４０は、底部１１１の振動により圧電素子１２０に生じた電圧を信号として受信可能に構成されている。

【0027】

制御部１４０は、たとえばケース１１０の外側に配置される。制御部１４０は、たとえば、樹脂シートと配線とを有するＦＰＣ(Flexible Printed Circuits、フレキシブルプリント回路基板)と、当該ＦＰＣに接続された２つの配線部とで構成された導電部材により、圧電素子１２０と電気的に接続される。上記導電部材は、たとえば、ケース１１０の外部から、開口端面１１６によって形成された開口に挿入されて、ケース１１０の内部に配置される。なお、制御部１４０は、リード線により、圧電素子１２０と電気的に接続されていてもよい。

【0028】

本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００は、充填部材と吸音材をさらに備えていてもよい。充填部材は、たとえばシリコーン発泡体で構成されて、ケース１１０内部に充填される。充填部材は、ケース１１０の底部１１１が共振周波数で共振したときに、これとは異なる周波数による不要な振動を減衰可能に配置される。吸音材は、圧電素子１２０の底部１１１側とは反対側に設けられる。吸音材は、底部１１１からケース１１０の外部に超音波を発信する際に、ケース１１０の内部に発信する超音波を吸収する。

【0029】

本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００を用いた、超音波の送信および受信の方法について説明する。まず、超音波センサ１００を用いて超音波を送信する際には、図５に示すように、制御部１４０から圧電素子１２０にパルス電圧を印加する。これにより、圧電素子１２０が振動する。そして、図１から図４に示すように、圧電素子１２０が振動することで、圧電素子１２０に接続された底部１１１の主に中央部１１２が振動する。これにより、底部１１１から、ケース１１０の外部に、超音波を発信することができる。

【0030】

超音波センサ１００を用いて超音波を受信する際には、ケース１１０の外部から底部１１１の主に中央部１１２に当たった超音波によって、底部１１１の主に中央部１１２が振動する。底部１１１の主に中央部１１２が振動することにより、圧電素子１２０に電圧が生じる。図５に示すように、制御部１４０が圧電素子１２０に生じた電圧を信号として受信する。このようにして、超音波センサ１００を用いて超音波を受信できる。

【0031】

本実施形態に係る超音波センサ１００は、たとえば、送信した超音波が外部に位置する物体によって反射して、その反射した超音波を受信することで、当該物体との距離測定装置として使用することができる。

【0032】

また、本実施形態に係る超音波センサ１００のケース１１０および錘部１３０は、少なくとも２つの振動モードで振動することができる。そして、本実施形態に係る超音波センサ１００は、２つの錘部１３０を備えることにより、当該２つの振動モードにおいては、それぞれ、互いに異なる共振周波数で、底部１１１を振動させることができる。当該２つの振動モードにおける超音波センサ１００のケース１１０および錘部１３０の変形の様子について検証した実験例１について、以下に説明する。

【0033】

実験例１においては、実施例１に係る超音波センサについて、上記２つの振動モードの各々の振動時におけるケースの変形の様子をシミュレーション解析した。シミュレーション解析は、有限要素法を用いた共振解析(モーダル解析)により行なった。実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部は、実施形態１に係る超音波センサ１００と同様の構成とした。また、実験例１においては、軸方向Ｚから見たときの底部１１１の直径を１５．５ｍｍ、軸方向Ｚにおける、底部１１１においてケース１１０の外側を向く面から錘部１３０の第１端面１３１までの寸法を４．７７ｍｍ、軸方向Ｚにおける錘部１３０の長さを４．２ｍｍ、錘部１３０の中心軸Ｃを中心とした径方向長さを３．５５ｍｍ、軸方向Ｚから見て中心軸Ｃを中心とした径方向に直交する方向における錘部１３０の長さを５．２ｍｍとした。

【0034】

図６は、実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。図７は、実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。図８は、実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。図９は、実施例１に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。図６から図９においては、ケースの各部位について初期状態からの変形量が大きくなるに従って白色に近くなるように色分けされたコンター図として、超音波センサのケースおよび錘部を示している。また、図６から図９においては、実施例１に係る超音波センサについて、実施形態１に係る超音波センサ１００と同様の符号を付している。

【0035】

図６および図７に示すように、実施例１に係る超音波センサは、ケース１１０が第１の振動モード（基本振動モード）で振動するように圧電素子１２０にパルス電圧を印加すると、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部１３０の各々は軸方向Ｚの他方側に向かって傾斜するように、ケース１１０が振動した。このときのパルス電圧の周波数は４５．０８２ｋＨｚであった。一方、図８および図９に示すように、実施例１に係る超音波センサにおいて、ケース１１０が第２の振動モードで振動するように、第１の振動モードで印加したパルス電圧と周波数のみ異なるパルス電圧を圧電素子１２０に印加すると、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部１３０の各々は軸方向Ｚの一方側に向かって傾斜するように、ケース１１０が振動した。このときのパルス電圧の周波数は５３．７１７ｋＨｚであった。

【0036】

すなわち、図６から図９に示すように、実験例１に係る超音波センサにおいては、第２の振動モードにおいて、底部１１１が第１の振動モードのときと略同様に変形して軸方向Ｚに振動した。このため、実施例１に係る超音波センサにおいては、底部１１１が、２つの異なる共振周波数において、略同様の振動強度で振動することができ、超音波センサが２つの周波数の異なる超音波を送受信できることがわかった。

【0037】

すなわち、上記実験例１で示すように、本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００においては、２つの錘部１３０は、ケース１１０の外部において周壁部１１５上に設けられ、軸方向Ｚから見て互いに重ならないように配置されている。そして、第１の振動モードの周波数での振動時において、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部１３０の各々は軸方向Ｚの他方側に向かって傾斜し、第２の振動モードの周波数での振動時において、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部１３０の各々は軸方向Ｚの一方側に向かって傾斜する。

【0038】

これにより、本実施形態に係る超音波センサ１００においては、第２の振動モードの周波数の超音波を、第１の振動モードの周波数で送受信される超音波と同様に取り扱うことができる。すなわち、超音波センサ１００は、周波数の異なる２つの超音波信号を送受信可能である。さらには、２つの錘部１３０が、ケース１１０の外部において周壁部１１５上に設けられているため、圧電素子１２０を、ケース１１０の内部において底部１１１上に容易に取り付けることができる。

【0039】

また、超音波センサ１００がケース１１０内部に配置される吸音材をさらに備えている場合には、吸音材と錘部１３０が互いに直接に接することがないため、錘部１３０の振動時に、吸音材によって、錘部１３０の変形が阻害されることを防止できる。

【0040】

なお、本実施形態に係る超音波センサ１００は、第１の振動モードでケース１１０が振動するときに送受信可能な超音波の指向性と、第２の振動モードでケース１１０が振動するときに送受信可能な超音波の指向性とが、互いに大きく異なるように構成されていることが好ましい。これらが互いに大きく異なっていることにより、たとえば、超音波センサ１００の外部に位置する物体に向かって２種類の周波数の超音波を送信し、当該物体で反射したこれらの超音波を受信することで、当該物体までの距離および当該物体の高さを検知することができる。

【0041】

また、本実施形態に係る超音波センサ１００は、第１の振動モードの周波数および第２の振動モードの周波数は、互いに近接するように構成されていることが好ましい。これらが互いに近接していることで、超音波センサ１００の駆動周波数の帯域幅を広くすることができる。

【0042】

さらに、本実施形態においては、２つの錘部１３０が、軸方向Ｚから見て、中心軸Ｃを通る同一の仮想直線上に位置している。これにより、第２の振動モードの周波数での振動時において変形した状態の底部１１１の形状が、第１の振動モードの周波数での振動時において変形した状態の底部１１１の形状に、より近くなる。ひいては、第２の振動モードで振動したときの振動強度を、より大きくすることができる。

【0043】

さらに、本実施形態においては、２つの錘部１３０が、中心軸Ｃに関して互いに回転対称となる形状を有している。これにより、第２の振動モードの周波数での振動時において変形した状態の底部１１１の形状が、第１の振動モードの周波数での振動時において変形した状態の底部１１１の形状に、さらに近くなる。ひいては、第２の振動モードで振動したときの振動強度を、さらに大きくすることができる。

【0044】

(実施形態２)
以下、本発明の実施形態２に係る超音波センサについて説明する。本発明の実施形態２に係る超音波センサにおいては、錘部の形状が、本発明の実施形態１に係る超音波センサ１００と異なる。このため、本発明の実施形態１に係る超音波センサと同様の構成については説明を繰り返さない。

【0045】

図１０は、本発明の実施形態２に係る超音波センサを底部側とは反対側から見た斜視図である。図１１は、本発明の実施形態２に係る超音波センサを底部側から見た底面図である。図１２は、本発明の実施形態２に係る超音波センサを示す側面図である。図１０から図１２に示すように、本発明の実施形態２に係る超音波センサ２００においては、２つの錘部２３０の各々の第２端面２３２が、軸方向Ｚにおいて開口端面１１６と離間して位置している。すなわち、２つの錘部２３０の各々は、第２端面２３２が開口端面１１６と離間するように位置している。

【0046】

本実施形態に係る超音波センサ２００も、２つの錘部２３０を備えることにより、当該２つの振動モードにおいて、それぞれ異なる共振周波数で、底部１１１を振動させることができる。当該２つの振動モードにおける超音波センサ２００のケース１１０の変形の様子について検証した実験例２について、以下に説明する。

【0047】

実験例２においては、実施例２に係る超音波センサについて、実験例１と同様のシミュレーション解析を行った。実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部は、実施形態２に係る超音波センサと同様の構成とした。また、実験例２においては、軸方向Ｚから見たときの底部１１１の直径を１５．５ｍｍ、軸方向Ｚにおける、底部１１１においてケース１１０の外側を向く面から錘部２３０の第１端面１３１までの寸法を１．５ｍｍ、軸方向Ｚにおける、開口端面１１６から錘部２３０の第２端面２３２までの寸法を０．７ｍｍ、軸方向Ｚにおける錘部２３０の長さを６．７９ｍｍ、錘部２３０の中心軸Ｃを中心とした径方向長さを５．２５ｍｍ、軸方向Ｚから見て中心軸Ｃを中心とした径方向に直交する方向における錘部２３０の長さを１ｍｍとした。

【0048】

図１３は、実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。図１４は、実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第１の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。図１５は、実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した底面図である。図１６は、実施例２に係る超音波センサのケースおよび錘部が、第２の振動モードの周波数で振動しているときの一状態を、シミュレーションにより示した側面図である。図１３から図１６においては、図６から図９と同様のコンター図として、超音波センサのケースおよび錘部を示している。また、図１３から図１６においては、実施例２に係る超音波センサについて、実施形態２に係る超音波センサ２００と同様の符号を付している。

【0049】

図１３および図１４に示すように、実施例２に係る超音波センサも、ケース１１０が第１の振動モード（基本振動モード）で振動するように圧電素子１２０にパルス電圧を印加すると、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部２３０の各々は軸方向Ｚの他方側に向かって傾斜するように、ケース１１０が振動した。このときのパルス電圧の周波数は４８．２８１ｋＨｚであった。一方、図１５および図１６に示すように、実施例２に係る超音波センサにおいて、ケース１１０が第２の振動モードで振動するように、第１の振動モードで印加したパルス電圧と周波数のみ異なるパルス電圧を圧電素子１２０に印加すると、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部２３０の各々は軸方向Ｚの一方側に向かって傾斜するように、ケース１１０が振動した。このときのパルス電圧の周波数は５５．６５５ｋＨｚであった。

【0050】

このように上記実験例２で示すように、本発明の実施形態２に係る超音波センサ２００においても、２つの錘部２３０は、ケース１１０の外部において周壁部１１５上に設けられ、軸方向Ｚから見て互いに重ならないように配置され、かつ、第１の振動モードの周波数での振動時において、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部２３０の各々は軸方向Ｚの他方側に向かって傾斜し、第２の振動モードの周波数での振動時において、底部１１１が軸方向Ｚの一方側に凸状に湾曲したときに、２つの錘部２３０の各々は軸方向Ｚの一方側に向かって傾斜する。これにより、実施形態２に係る超音波センサ２００においても、周波数の異なる２つの超音波信号を送受信可能となり、かつ、圧電素子１２０が取り付け容易となる。

【0051】

上述した実施形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

【0052】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0053】

１００，２００ 超音波センサ、１１０ ケース、１１１ 底部、１１２ 中央部、１１３ 外周部、１１５ 周壁部、１１６ 開口端面、１２０ 圧電素子、１３０，２３０ 錘部、１３１ 第１端面、１３２，２３２ 第２端面、１３３ 側端面、１４０ 制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】