特許 7544255 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】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】超音波センサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20240827BHJP

   G01S 7/521 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330G

G01S7/521 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023506797

(86)(22)【出願日】2022-01-18

(86)【国際出願番号】 JP2022001606

(87)【国際公開番号】W WO2022196078

(87)【国際公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】P 2021045099

(32)【優先日】2021-03-18

(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】松下 智昭

【審査官】堀 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１３５４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１３２４９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１８９８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－４０６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３６９３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １７／００

Ｇ０１Ｓ ７／５２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の側壁と前記側壁の一方の端部に配置されている底板とを有するケースと、
前記ケースの内部で前記底板上に配置されている圧電素子とを備え、
前記側壁は、互いに対向する１対の厚壁部と、互いに対向する１対の薄壁部とを含み、
前記側壁の他方の端部の内周縁は、面取部を有し、
前記１対の薄壁部の一方の前記面取部に凹部が設けられている、超音波センサ。

【請求項2】

前記凹部は、前記１対の薄壁部の前記一方の中央部に設けられている、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項3】

前記ケースは、前記側壁の前記底板から遠い側の表面であって前記底板と平行に延在する第１面を有し、
前記凹部は前記面取部から前記第１面内に延在している、請求項１または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ものである。

【背景技術】

【0002】

底板と側壁とを有する有底筒状のケースと、このケースの内部の底面に配置された圧電素子とを備える超音波センサが知られている。このような超音波センサの一例が、特開２００４－４０６１４号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－４０６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

超音波センサを製造する際に、ケースの内部の底面に圧電素子が貼り付けられる。このとき、ケースの向きの判別が可能であれば、ケースの振動面の傾きなどを把握した上で圧電素子を好ましい向きで貼り付けることができるので、好ましい。しかし、ケースの形状が対称である場合には、ケースの向きの判別は困難である。

【0005】

また、超音波センサのケースは、鍛造加工などによって作製される。加工によって実際に得られたケースの成形精度の変化を把握して加工条件にフィードバックすることができれば、ケースの成形精度を向上させることができる。これにより、ケースの形状ばらつきを小さく抑えることができ、その結果、超音波センサとしての製品ばらつきの低減を図ることができる。製品ばらつきが小さくなれば、周波数精度を向上させることができる。しかし、ケースの形状が対称である場合には、ケースの向きの判別が困難であり、ケースの成形精度の変化を把握することも困難である。

【0006】

特許文献１に記載された超音波センサのように、ケースの開口部側に凹部が設けられている場合、ケースの形状が非対称となり、スプリアス周波数での振動の強度が大きくなる。スプリアス周波数での振動は、余剰振動である。スプリアス周波数での振動の強度が大きくなると、残響時間が長くなる。そうなると、超音波センサにおける近距離の検知性能は低くなる。

【0007】

そこで、本発明は、スプリアス周波数での振動の強度が大きくならず、ケースの向きの判別を可能とした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】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に基づく超音波センサは、筒状の側壁と上記側壁の一方の端部に配置されている底板とを有するケースと、上記ケースの内部で上記底板上に配置されている圧電素子とを備える。上記側壁は、互いに対向する１対の厚壁部と、互いに対向する１対の薄壁部とを含む。上記側壁の他方の端部の内周縁は、面取部を有する。上記１対の薄壁部の一方の上記面取部に凹部が設けられている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、スプリアス周波数での振動の強度が大きくならず、ケースの向きの判別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの斜視図である。

【図2】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの平面図である。

【図3】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの側面図である。

【図4】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサのケースの斜視図である。

【図5】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの第１の断面図である。

【図6】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの第２の断面図である。

【図7】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサのケースの平面図である。

【図8】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの部分拡大図である。

【図9】シミュレーション結果を示す図である。

【図10】本発明に基づく実施の形態１における超音波センサで、凹部が設けられる範囲についての説明図である。

【図11】シミュレーションに用いた第１のモデルの部分斜視図である。

【図12】シミュレーションに用いた第２のモデルの部分斜視図である。

【図13】シミュレーションに用いた第３のモデルの部分斜視図である。

【図14】シミュレーションによって得られたスプリアス周波数での振動の強度のグラフである。

【図15】本発明に基づく実施の形態２における超音波センサの部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するとは限らず、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味する場合がある。

【0012】

（実施の形態１）
図１～図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における超音波センサについて説明する。本実施の形態における超音波センサ１０１の斜視図を図１に示す。超音波センサ１０１の平面図を図２に示す。超音波センサ１０１の側面図を図３に示す。超音波センサ１０１が備えるケース１の斜視図を図４に示す。超音波センサ１０１の第１の断面図として、図２のＶ－Ｖ線における矢視断面図を図５に示す。超音波センサ１０１の第２の断面図として、図３のＶＩ－ＶＩ線における矢視断面図を図６に示す。超音波センサ１０１が備えるケース１の平面図を図７に示す。

【0013】

図５に示すように、超音波センサ１０１は、ケース１と、圧電素子５とを備える。ケース１は、底板２と、側壁３とを有する。側壁３は筒状で、側壁３の一方の端部に底板２が配置されている。側壁３の他方の端部は開口部４となっている。すなわち、ケース１は有底筒状であり、側壁３の他方の端部は側壁３の底板２から遠い側の端部である。圧電素子５は、ケース１の内部で底板２上に配置されている。図６に示すように、側壁３は、互いに対向する１対の厚壁部３１と、互いに対向する１対の薄壁部３２とを含む。図４および図５に示すように、側壁３の他方の端部の内周縁は、面取部１３を有する。１対の薄壁部３２の一方の面取部１３に凹部１４が設けられている。

【0014】

図１～図５に示すように、ケース１は、フランジ部９を備える。フランジ部９は、側壁３の底板２から遠い側の端部、すなわち、開口部４側の端部から外側に張り出している。ケース１は、たとえばアルミニウムなどの金属製である。また、ケース１は、たとえば一体的に形成されたものである。図４および図５に示すように、ケース１は、第１面１５と、内周面１６とを有する。第１面１５は、底板２から遠い側の表面、すなわち、開口部４側の表面である。第１面１５は、底板２と平行に延在する。図５に示すように、ケース１の内部空間には、制振材８が充填されている。制振材８は、絶縁材料である。

【0015】

図１～図３に示すように、超音波センサ１０１は、２本のピン端子６を備える。ピン端子６の各々は、一方の端部がケース１の内部に配置されており、他方の端部がケース１の外に配置されている。２本のピン端子６は、リード線、フレキシブル基板などによって圧電素子５と電気的に接続されている。図５および図６においては、ピン端子６と圧電素子５とを電気的に接続する部材は、省略されている。

【0016】

凹部１４およびその近傍を拡大したところを、図８に示す。凹部１４は、目視で存在を認識できる程度の大きさを有する。凹部１４は、丸み部１７を含む。丸み部１７は、凹部１４の第１面１５側の端部に設けられている。丸み部１７は、平面視してＵ字状であり、曲率半径０．２ｍｍとなっている。凹部１４の内周面１６側の端部には丸み部がない。凹部１４の長手方向の長さＬ１は、１．０ｍｍである。凹部１４の幅方向の長さＷは、０．６ｍｍである。凹部１４は面取部１３内に配置されている。凹部１４は、内周面１６には達していない。

【0017】

本実施の形態では、ケース１が面取部１３を有し、１対の薄壁部３２の一方の面取部１３に凹部１４が設けられているので、スプリアス周波数での振動の強度が大きくならず、凹部１４によりケース１の向きの判別が可能となる。すなわち、凹部１４は、ケース１の向きを判別するためのマーキングとして用いることができる。また、凹部１４は、超音波センサ１０１の向きを判別するためのマーキングとしても用いることができるので、超音波センサ１０１の向きの判別が可能となる。

【0018】

（シミュレーション）
ケース１を振動させたときの挙動について、シミュレーションした結果を図９に示す。図９では、ケース１の各部位における変位量の大きさが、ハッチングによって区別して表示されている。側壁３のうち厚壁部３１の開口部４側の端部の内縁部の中央において変位量が特に大きくなっている。一方、凹部１４が設けられている薄壁部３２の面取部１３を含む、側壁３のうち薄壁部３２の開口部４側の端部の内縁部の中央においては、変位量は特に小さくなっている。図９からは、凹部１４の有無によって、ケース１の振動時の挙動は、凹部１４の有無による影響をほとんど受けていないことがわかる。

【0019】

（凹部１４の位置と中心線との関係）
凹部１４は、１対の薄壁部３２の一方の中央部に設けられていることが好ましい。図１０を参照して、凹部１４が設けられる範囲について説明する。凹部１４が設けられることが好ましい範囲Ｒを、図１０に示す。凹部１４は、薄壁部３２の開口部４側の端部にある面取部１３のうち、中心線を挟む範囲Ｒ内に設けられることが好ましい。範囲Ｒは、中心線から±１．５ｍｍの範囲である。すなわち、中央部の幅３ｍｍの範囲内に設けられることが好ましい。

【0020】

（比較実験）
図１１～図１３に示す３通りのモデルを用意して、シミュレーションを行なった。スプリアス周波数での振動の強度を圧電共振解析により算出した。モデルＡは、厚壁部３１の開口部４側の端部の内縁部の中央に凹部が設けられたものである。モデルＢは、図１１に示すように、薄壁部３２の開口部４側の端部の内縁部の中央に凹部１４ｖが設けられたものである。凹部１４ｖは、第１面１５から内周面１６にわたって設けられている。モデルＣは、図１２に示すように、薄壁部３２の開口部４側の端部の内縁部の中央に凹部１４が設けられたものである。モデルＣの凹部１４は、本実施の形態で説明した凹部１４と同じ形状である。モデルＤは、図１３に示すように、第１面１５に凹部１４ｗが設けられたものである。

【0021】

モデルＡ～Ｄにおける算出結果を、図１４に示す。このグラフの縦軸にある「スプリアス強度」とは、スプリアス周波数での振動の強度を意味する。モデルＣ，Ｄにおいては、スプリアス周波数での振動の強度が小さく抑えられている。特に、モデルＣにおいて、スプリアス周波数での振動の強度を抑制する効果が顕著である。

【0022】

（実施の形態２）
図１５を参照して、本発明に基づく実施の形態２における超音波センサについて説明する。本実施の形態における超音波センサのケースの一部を拡大したところを図１５に示す。本実施の形態における超音波センサでは、ケースの面取部１３に凹部１４ｉが設けられている。その他の構成は、実施の形態１で説明したものと同様であるので、説明を繰り返さない。

【0023】

本実施の形態における超音波センサでは、凹部１４ｉは面取部１３から第１面１５内に延在している。

【0024】

本実施の形態においても、本発明に基づく実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0025】

なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の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。本発明の範囲は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を含むものである。

【符号の説明】

【0026】

１ ケース、２ 底板、３ 側壁、４ 開口部、５ 圧電素子、６ ピン端子、８ 制振材、９ フランジ部、１３ 面取部、１４，１４ｉ，１４ｖ，１４ｗ 凹部、１５ 第１面、１６ 内周面、１７ 丸み部、３１ 厚壁部、３２ 薄壁部、１０１ 超音波センサ。

【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】