WO2019058842A1 - 超音波センサ - Google Patents

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    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details
    • G01S2015/938—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic sensor.
  • An ultrasonic sensor is mounted, for example, at the rear of a vehicle and used as a back sonar.
  • the ultrasonic sensor transmits ultrasonic waves toward the rear of the vehicle, and receives ultrasonic waves reflected back from an obstacle behind the vehicle.
  • the distance information can be determined based on data obtained by electrically processing the relationship between the transmitted ultrasound and the received ultrasound. This distance information can be used for driving control of the vehicle as data indicating the relative positional relationship of the obstacle with respect to the rear of the vehicle.
  • Patent Document 1 An example of an ultrasonic sensor that can be used for such an application is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-209294 (Patent Document 1).
  • the vertical directivity is not sufficient in the ultrasonic sensor, an undesired object may be erroneously detected.
  • the quality of the appearance when the ultrasonic sensor is attached to a vehicle or the like, that is, the design also becomes a problem.
  • an object of this invention is to improve vertical directivity, without impairing the designability at the time of attaching to a vehicle etc.
  • an ultrasonic sensor comprises a cylindrical case having a bottom plate, and a piezoelectric vibrating element mounted on the bottom plate inside the case, and the case is mounted on the bottom plate.
  • the case has an internal space which is a concave portion which is dug down, and when viewed from the direction perpendicular to the bottom plate, the internal space has a shape in which one direction parallel to the bottom plate is a longitudinal direction, and the case is A first portion having a cylindrical shape extending from the bottom plate in a direction perpendicular to the bottom plate, the diameter of the outer shape along the longitudinal direction being a first length, and the bottom plate of the first portion A second portion having a cylindrical shape concentric with the first portion, the second portion having a second length in which the diameter along the longitudinal direction of the outer shape is larger than the first length. And, inside the first portion of the internal space, That portion of the than the maximum value of the length along the longitudinal direction, is larger maximum value of the longitudinal direction along the length of the portion on
  • vertical directivity can be improved without impairing the design when it is attached to a vehicle or the like.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.
  • FIG. 18 is a sectional view taken along line XIX-XIX in FIG. It is a perspective view of the ultrasonic sensor in Embodiment 4 based on this invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view along the line XXII-XXII in FIG.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG. It is sectional drawing of the ultrasonic sensor in Embodiment 5 based on this invention.
  • the ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
  • the external appearance of the ultrasonic sensor 101 in the present embodiment is shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 101 includes a case 4 and two external terminals 8 projecting from the case 4.
  • Case 4 has surface 3a.
  • the surface 3a is, for example, circular.
  • FIG. 2 shows the ultrasonic sensor 101 turned over.
  • the case 4 has an opening 19.
  • the opening 19 is closed by a lid 11.
  • a cross-sectional view of the ultrasonic sensor 101 is shown in FIG.
  • the two external terminals 8 are arranged to protrude from the filling material 12. Each of the two external terminals 8 penetrates the lid 11.
  • Case 4 is formed of, for example, a metal.
  • Case 4 is formed integrally, for example.
  • the case 4 has a base 3 and the surface 3 a visible in FIG. 1 comprises the outer surface of the base 3.
  • the ultrasonic sensor 101 includes a cylindrical case 4 having a bottom plate 3 and a piezoelectric vibrating element 7 mounted on the bottom plate 3 inside the case 4.
  • the case 4 has an internal space 20 which is a recess dug down toward the bottom plate.
  • the inner space 20 is filled with a filler 12.
  • the internal space 20 is closed by a lid 11.
  • the lid 11 is formed of, for example, an insulator.
  • the inner space 20 is filled with a filler 12.
  • one of the two external terminals 8 and the case 4 are electrically connected by the lead wire 9a.
  • the other of the two external terminals 8 and the piezoelectric vibrating element 7 are electrically connected by the lead wire 9 b.
  • the piezoelectric vibrating element 7 has two electrodes. One of the two electrodes of the piezoelectric vibrating element 7 is electrically connected to the lead wire 9 b, and the other is electrically connected to the bottom plate 3 of the case 4.
  • FIG. 5 shows the case 4 as viewed from the side of the surface 3a.
  • the internal space 20 has a shape in which one direction parallel to the bottom plate 3 is a longitudinal direction 91.
  • the case 4 is viewed from the side of the opening 19 as shown in FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • the case 4 has a cylindrical shape extending from the bottom plate 3 in a direction 90 perpendicular to the bottom plate 3 and a first portion 41 having a first length D1 along the longitudinal direction 91 of the outer shape, A second length having a cylindrical shape which is disposed on the side far from the bottom plate 3 of the portion 41 and which is concentric with the first portion 41 and whose diameter along the longitudinal direction 91 of the outer shape is larger than the first length D1 And a second portion 42 that is D2. As shown in FIG. 6, it is inside the second portion 42 of the internal space 20 than the maximum value L1 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion of the internal space 20 inside the first portion 41. The maximum value L2 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion is larger.
  • the bottom plate 3 plays the role of a diaphragm.
  • the application of the electrical signal to the piezoelectric vibrating element 7 causes the piezoelectric vibrating element 7 to vibrate.
  • the vibration caused by the piezoelectric vibrating element 7 vibrates the bottom plate 3 and sends out an ultrasonic wave from the surface 3a to the outside.
  • the ultrasonic wave flying from the outside to the surface 3 a vibrates the bottom plate 3. This vibration can be detected as an electrical signal by the piezoelectric vibration element 7.
  • vertical directivity can be improved as compared with the conventional structure. That is, the angle range that can be sensed with high sensitivity can be narrowed. The reason will be described in detail below.
  • L1 corresponds to a dimension obtained by subtracting twice the thickness of the outer peripheral wall of the first portion 41 from D1, which is a diameter along the longitudinal direction 91 of the first portion 41, it is perpendicular according to the outer shape of the first portion 41
  • the directivity is fixed.
  • the outer shape of the first portion 41 can not be enlarged because it is restricted by the circumstances of the installation place of the ultrasonic sensor and the like. Therefore, the upper limit of D1 is determined.
  • the upper limit of L1 is determined by the upper limit of D1, and there is a limit to the improvement of the vertical directivity of the ultrasonic sensor.
  • L1 and L2 have different values, and L2 is larger than L1, so L2 can be increased without changing L1. Even when D1 is determined by the circumstances of the installation place of the ultrasonic sensor and the upper limit of L1 is determined thereby, L2 can be increased.
  • a portion 45 shown in FIG. 9 also plays a role of a vibrating surface.
  • the portion 45 is shown with fine hatching for the convenience of description.
  • the portion 45 is a combination of the outer peripheral wall of the first portion 41 and the portion of the step 13 parallel to the bottom plate 3.
  • An outer peripheral wall of the second portion 42 is surrounded, and a virtual surface parallel to the bottom plate 3 can be regarded as a pseudo vibration surface.
  • the maximum value of the length along the inner longitudinal direction 91 is L2, vertical directivity can be determined by L2 larger than L1, and vertical directivity can be improved over conventional structures. Can.
  • the ultrasonic sensor When the ultrasonic sensor is attached to a vehicle or the like, for example, a hole is generally provided in a bumper so that only the surface 3 a of the bottom plate 3 is exposed from the hole. Therefore, when discussing the design of the ultrasonic sensor in a state of being attached to a vehicle or the like, the diameter of the surface 3a becomes a problem. In the present embodiment, it is not necessary to change the diameter of the surface 3a from the conventional one because D1 does not need to be changed to increase L2. Therefore, in the present embodiment, vertical directivity can be improved without impairing the design when it is attached to a vehicle or the like.
  • FIG. 10 shows a graph in which vertical directivity is compared between the ultrasonic sensor of the conventional structure and the ultrasonic sensor 101 shown in the present embodiment.
  • Line 51 represents the vertical directivity obtained with an ultrasonic sensor of conventional construction.
  • a line 52 represents the vertical directivity obtained by the ultrasonic sensor 101 shown in the present embodiment.
  • An example of a situation in which the ultrasonic sensor 101 is attached to the rear of the vehicle 60 and used is shown in FIG.
  • the main lobe 61 and the side lobes 62 are shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 101 is expected to detect an obstacle when it is behind the vehicle 60, but the ground 65 should not.
  • the main lobes 61 and the side lobes 62 indicate regions where object detection by ultrasonic waves is possible.
  • FIG. 10 shows a graph in which vertical directivity is compared between the ultrasonic sensor of the conventional structure and the ultrasonic sensor 101 shown in the present embodiment.
  • Line 51 represents the vertical directivity obtained with an ultrasonic sensor
  • the central one of the three mountains corresponds to the main lobe 61, and the small peaks on both sides thereof correspond to the side lobes 62.
  • the mountain corresponding to the main lobe 61 is preferably as narrow as possible, but as shown in FIG. 10, the width of the mountain in the line 52 is smaller than that in the line 51. Therefore, it can be seen that the narrowing of the main lobe 61 is realized, and the vertical directivity is improved.
  • the mountain of the side lobe 62 be small.
  • the mountain corresponding to the side lobe 62 be as low as possible, but as shown in FIG. 10, the mountain corresponding to the side lobe 62 is lower in the line 52 than in the line 51. Therefore, it can be seen that by employing the ultrasonic sensor 101 shown in the present embodiment, the reduction of the side lobes 62 is realized, and the vertical directivity is improved.
  • the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form the step 13. Is preferred.
  • the shape of the inner surface can be rapidly changed at the transition from the first portion 41 to the second portion 42. Therefore, even if the difference between L1 and L2 is large, the first portion 41 and the second portion 42 can be connected.
  • the outer shape of the inner space 20 at both ends in the longitudinal direction 91 of the inner space 20 is curved along the outer shape of the case 4 Is preferred.
  • the vibration of the piezoelectric vibrating element 7 can be spread in the longitudinal direction 91, and as a result, the vertical directivity can be narrowed.
  • all of the internal space 20 is filled with one type of filler 12, but this is merely an example.
  • the interior space 20 may be filled by a combination of two or more materials.
  • the filler 12 does not necessarily completely fill all of the internal space 20, but may be partially filled.
  • the filler 12 be disposed so as to fill at least a part of the inner space 20.
  • the piezoelectric vibrating element 7 can be protected.
  • Filler 12 may be, for example, silicone.
  • the ultrasonic sensor may have a structure without the lid 11. It is not essential that the inner space 20 be filled with the filler 12. The same applies to the following embodiments.
  • FIG. 14 shows a cross-sectional view along the line XIV-XIV in FIG.
  • FIG. 15 shows a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG.
  • the case 4i is formed of, for example, a metal as in the case 4 described in the first embodiment.
  • the case 4i includes the first portion 41 and the second portion 42 as in the case 4 described in the first embodiment. As shown in FIG. 13, it is inside the second portion 42 of the internal space 20 than the maximum value L1 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion of the internal space 20 inside the first portion 41.
  • the maximum value L2 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion is larger.
  • the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form a step 13.
  • the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form the step 14 There is no.
  • the two sides having the step 14 are linear.
  • the two sides having the step 14 are parallel to the longitudinal direction 91. As shown in FIG. 13, the step 13 and the step 14 may be connected.
  • FIG. 16 shows a plan view of the case 4j and two external terminals 8 protruding from the case 4 j.
  • a plan view of the case 4j is shown in FIG.
  • FIG. 18 shows a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.
  • FIG. 19 shows a sectional view taken along line XIX-XIX in FIG.
  • the case 4 j includes the first portion 41 and the second portion 42 as in the case 4 described in the first embodiment. As shown in FIG. 17, it is inside the second portion 42 of the internal space 20 than the maximum value L1 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion of the internal space 20 inside the first portion 41. The maximum value L2 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion is larger. As shown in FIG. 17, when viewed in the direction perpendicular to the bottom plate 3, the internal space 20 has an elliptical shape. At both ends in the longitudinal direction 91 of the internal space 20, the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form a step 13.
  • Embodiment 4 An ultrasonic sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20-23.
  • the external appearance of the ultrasonic sensor 104 in the present embodiment is shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 104 includes a case 4k and two external terminals 8 projecting from the case 4k.
  • a plan view of the case 4k is shown in FIG.
  • FIG. 22 shows a sectional view taken along line XXII-XXII in FIG.
  • FIG. 23 is a sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG.
  • the case 4 k includes the first portion 41 and the second portion 42 as in the case 4 described in the first embodiment. As shown in FIG. 21, it is inside the second portion 42 of the internal space 20 than the maximum value L1 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion inside the first portion 41 of the internal space 20. The maximum value L2 of the length along the longitudinal direction 91 of the portion is larger. As shown in FIG. 21, when viewed in the direction perpendicular to the bottom plate 3, the internal space 20 has an elliptical shape. At both ends in the longitudinal direction 91 of the internal space 20, the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form a step 13. At both ends in the width direction 92 of the internal space 20, the portion inside the first portion 41 and the portion inside the second portion 42 form steps 14. As shown in FIG. 21, the step 13 and the step 14 may be connected.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. So far, four configurations have been described in the first to fourth embodiments, but the first embodiment is particularly preferable.
  • the internal space 20 has two sides parallel to the longitudinal direction 91 when viewed from the direction perpendicular to the bottom plate 3, and the two sides are the inside of the first portion 41. It is preferable that the width of the internal space 20 of the part which is the same as the width of the internal space of the part which is the inside of the second part. In the example shown in FIG. 6, these two widths are both equal to W.
  • the ultrasonic sensor according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a cross-sectional view of the ultrasonic sensor 105 in the present embodiment is shown in FIG.
  • the ultrasonic sensor 105 includes a case 4 and one lead wire 16 projecting from the case 4.
  • the piezoelectric vibrating element 7 is mounted on the bottom plate 3 of the case 4.
  • the inner space 20 of Case 4 is divided into three layers.
  • Filler 12 may be, for example, silicone.
  • a sound absorbing material 15 is disposed in the second layer closest to the bottom plate 3.
  • a substrate 10 is disposed on the surface of the sound absorbing material 15.
  • the layer farthest from the bottom plate 3 is filled with the filler 12.
  • the sound absorbing material 15 may be, for example, any of felt, silicone sponge and the like.
  • a part of the lead wire 16 is in the inner space 20 of the case 4 and the other part extends outside the case 4.
  • One end of the lead 16 is electrically connected to the substrate 10.
  • a portion of the lead wire 16 to be connected to the substrate 10 is covered with a filler 12.
  • a connector 17 is provided at the other end of the lead wire 16.
  • At least two wires are included in the lead wire 16.
  • the first wiring on the surface of the substrate 10 and the case 4 are connected by lead wires 9 a.
  • the second wiring on the surface of the substrate 10 and the piezoelectric vibrating element 7 are connected by the lead wire 9 b.
  • the lid 11 is not provided, and the upper surface of the filler 12 is exposed as it is, but such a configuration may be employed.
  • a lid may be disposed to cover the upper surface of the filler 12.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the sound absorbing material 15 in the internal space 20
  • the back radiation from the piezoelectric vibrating element 7 can be reduced, and an effect such as reduction of reverberation can be obtained.
  • Reference Signs List 3 base plate, 3a surface, 4,4i, 4j case, 7 piezoelectric vibrating element, 8 external terminal, 9a, 9b lead wire, 10 substrate, 11 lid, 12 filler, 13, 14 step, 15 sound absorbing material, 16 lead , 17 connectors, 19 openings, 20 internal spaces, 41 first parts, 42 second parts, 45 parts, 51, 52 lines, 60 vehicles, 61 main lobes, 62 side lobes, 65 ground, 90 (vertical to bottom plate Direction), 91 longitudinal direction, 92 width direction, 101, 102, 103, 104, 105 ultrasonic sensors.

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Abstract

超音波センサ（１０１）は、底板（３）を有するケース（４）と、底板（３）上に搭載された圧電振動素子（７）とを備える。ケース（４）は底板（３）に向かって掘り下げられた凹部である内部空間（２０）を有し、底板（３）に垂直な方向から見たとき、内部空間（２０）は、底板（３）に平行な１つの方向を長手方向（９１）とする形状を有し、ケース（４）は、筒形状を有して外形の長手方向（９１）に沿った径が第１の長さＤ１である第１部分（４１）と、筒形状を有して外形の長手方向（９１）に沿った径が第１の長さＤ１よりも大きい第２の長さＤ２である第２部分（４２）とを含む。内部空間（２０）のうち第１部分（４１）の内側にある部分の長手方向（９１）に沿った長さの最大値よりも、内部空間（２０）のうち第２部分（４２）の内側にある部分の長手方向（９１）に沿った長さの最大値の方が大きい。

Description

超音波センサ
　本発明は、超音波センサに関するものである。
　超音波センサは、たとえば車両の後部に搭載してバックソナーとして用いられる。この場合、超音波センサは、車両の後方に向けて超音波を送信する一方、車両後方の障害物から反射されて戻ってきた超音波を受信する。送信した超音波と受信した超音波との関係を電気的に処理して得られたデータに基づいて距離情報を求めることができる。この距離情報を車両後部に対する障害物の相対的な位置関係を示すデータとして車両の運転制御に利用することができる。そのような用途に用いられうる超音波センサの一例が、特開２００２－２０９２９４号公報（特許文献１）に記載されている。
特開２００２－２０９２９４号公報
　超音波センサにおいて垂直指向性が十分でないと、不所望の対象物を誤検知してしまう場合がある。超音波センサによる検知の精度を上げるために、垂直指向性をさらに改善することが求められている。また、超音波センサを車両などに取り付けた際の外観の良否すなわち意匠性も問題となる。
　そこで、本発明は、車両などに取り付けた際の意匠性を損なうことなく、垂直指向性を改善することを目的とする。
　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、底板を有する筒状のケースと、上記ケースの内側において上記底板上に搭載された圧電振動素子とを備え、上記ケースは上記底板に向かって掘り下げられた凹部である内部空間を有し、上記底板に垂直な方向から見たとき、上記内部空間は、上記底板に平行な１つの方向を長手方向とする形状を有し、上記ケースは、上記底板から上記底板に垂直な方向に延在する筒形状を有して外形の上記長手方向に沿った径が第１の長さである第１部分と、上記第１部分の上記底板から遠い側に配置され、上記第１部分と同心状である筒形状を有して外形の上記長手方向に沿った径が上記第１の長さよりも大きい第２の長さである第２部分とを含み、上記内部空間のうち上記第１部分の内側にある部分の上記長手方向に沿った長さの最大値よりも、上記内部空間のうち上記第２部分の内側にある部分の上記長手方向に沿った長さの最大値の方が大きい。
　本発明によれば、車両などに取り付けた際の意匠性を損なうことなく、垂直指向性を改善することができる。
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の斜視図である。 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の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサに含まれるケースの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサに含まれるケースの第１の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサに含まれるケースの第２の平面図である。 図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ線に関する矢視断面図である。 図６におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサで振動面の役割を果たす部分に関する説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサと従来の超音波センサとの垂直指向性を示すグラフである。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサを車両の後部に取り付けて使用する状況の説明図である。 本発明に基づく実施の形態２における超音波センサの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態２における超音波センサに含まれるケースの平面図である。 図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶ線に関する矢視断面図である。 図１３におけるＸＶ－ＸＶ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における超音波センサの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態３における超音波センサに含まれるケースの平面図である。 図１７におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 図１７におけるＸＩＸ－ＸＩＸ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態４における超音波センサの斜視図である。 本発明に基づく実施の形態４における超音波センサに含まれるケースの平面図である。 図２１におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に関する矢視断面図である。 図２１におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態５における超音波センサの断面図である。
　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。
　（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の外観を図１に示す。超音波センサ１０１は、ケース４と、ケース４から突出する２本の外部端子８とを備える。ケース４は、表面３ａを有する。表面３ａはたとえば円形である。超音波センサ１０１を裏返したところを図２に示す。ケース４は、開口部１９を有する。開口部１９は蓋１１によって塞がれている。超音波センサ１０１の断面図を図３に示す。２本の外部端子８は充填材１２の中から突出するように配置されている。２本の外部端子８の各々は、蓋１１を貫通している。ケース４はたとえば金属で形成されている。ケース４は、たとえば一体的に形成されたものである。ケース４は底板３を有し、図１で見えていた表面３ａは底板３の外側表面を含む。
　超音波センサ１０１は、底板３を有する筒状のケース４と、ケース４の内側において底板３上に搭載された圧電振動素子７とを備える。ケース４は底板に向かって掘り下げられた凹部である内部空間２０を有する。内部空間２０には充填材１２が充填されている。内部空間２０は蓋１１によって塞がれている。蓋１１はたとえば絶縁体で形成されている。内部空間２０には充填材１２が充填されている。図３に示すように、２本の外部端子８のうち一方とケース４とがリード線９ａによって電気的に接続されている。２本の外部端子８のうち他方と圧電振動素子７とがリード線９ｂによって電気的に接続されている。図３では、詳しく表示していないが、実際には圧電振動素子７は２つの電極を有している。圧電振動素子７の２つの電極のうち一方がリード線９ｂと電気的に接続しており、他方はケース４の底板３と電気的に接続している。
　ケース４を単独で取り出したところを図４に示す。ケース４を表面３ａの側から見たところを図５に示す。ケース４を底板３に垂直な方向９０から見たとき、内部空間２０は、底板３に平行な１つの方向を長手方向９１とする形状を有する。ケース４を開口部１９の側から見たところを図６に示す。図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ線に関する矢視断面図を図７に示す。図６におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図を図８に示す。
　ケース４は、底板３から底板３に垂直な方向９０に延在する筒形状を有して外形の長手方向９１に沿った径が第１の長さＤ１である第１部分４１と、第１部分４１の底板３から遠い側に配置され、第１部分４１と同心状である筒形状を有して外形の長手方向９１に沿った径が第１の長さＤ１よりも大きい第２の長さＤ２である第２部分４２とを含む。図６に示すように、内部空間２０のうち第１部分４１の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ１よりも、内部空間２０のうち第２部分４２の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ２の方が大きい。
　底板３は振動板の役割を果たす。電気信号が圧電振動素子７に付与されることによって圧電振動素子７が振動する。圧電振動素子７によって引き起こされた振動が底板３を振動させ、超音波を表面３ａから外部に送り出す。外部から表面３ａへと飛来した超音波は底板３を振動させる。この振動を圧電振動素子７によって電気信号として検出することができる。
　本実施の形態では、従来の構造に比べて垂直指向性を改善することができる。すなわち、高感度にセンシングすることができる角度範囲を狭くすることができる。この理由について、以下に詳しく説明する。
　垂直指向性を向上させるためには、Ｌ１をできるだけ大きくすることが好ましい。従来の構造、すなわち、内部空間２０のうちＬ１とＬ２とが等しい構造の場合には、Ｌ１によって垂直指向性が決まってしまう。Ｌ１は、第１部分４１の長手方向９１に沿った径であるＤ１から第１部分４１の外周壁の厚みの２倍を引いた寸法に相当するので、結局、第１部分４１の外形によって垂直指向性が定まってしまう。第１部分４１の外形は超音波センサの設置場所の事情などにより制約があるので大きくすることはできない。したがって、Ｄ１の上限は決まってしまう。Ｄ１の上限によりＬ１の上限が決まってしまい、超音波センサの垂直指向性の向上には限界があった。
　しかし、本実施の形態では、Ｌ１とＬ２とで異なる値としており、Ｌ２の方がＬ１より大きいので、Ｌ１を変えることなくＬ２を大きくすることができる。超音波センサの設置場所の事情などによりＤ１が決まってしまい、これによりＬ１の上限が決まってしまう場合であっても、Ｌ２を大きくすることができる。本実施の形態では、底板３に加えて、図９に示す部分４５も振動面の役割を果たす。図９では、説明の便宜のために部分４５に細かいハッチングを付して示している。部分４５は、第１部分４１の外周壁と、段差１３のうち底板３と平行な部分とを合わせたものである。第２部分４２の外周壁が取り囲み、底板３に平行な仮想的な面を、疑似的な振動面とみなすことができる。第２部分４２では、内側の長手方向９１に沿った長さの最大値はＬ２であるので、Ｌ１より大きなＬ２によって垂直指向性を定めることができ、従来の構造より垂直指向性を改善することができる。
　超音波センサを車両などに取り付ける際には、たとえばバンパーに孔が設けられて、この孔から底板３の表面３ａだけを露出させるように取り付けられることが一般的である。したがって、車両などに取り付けた状態での超音波センサの意匠性を議論する際には、表面３ａの直径が問題となる。本実施の形態では、Ｌ２を大きくするためにはＤ１は変える必要がないので、表面３ａの直径は従来のものから変更する必要がない。よって、本実施の形態では、車両などに取り付けた際の意匠性を損なうことなく、垂直指向性を改善することができる。
　実際、従来の構造の超音波センサと本実施の形態で示した超音波センサ１０１とで、垂直指向性を比較したグラフを図１０に示す。線５１が従来の構造の超音波センサで得られる垂直指向性を表す。線５２が本実施の形態で示した超音波センサ１０１で得られる垂直指向性を表す。超音波センサ１０１を車両６０の後部に取り付けて使用する状況の一例を図１１に示す。図１１には、メインローブ６１とサイドローブ６２とが示されている。超音波センサ１０１は車両６０の後方に障害物がある場合にこれを検出することが期待されているが、地面６５は検出すべきではない。メインローブ６１およびサイドローブ６２は超音波による対象物検出が可能な領域を示している。図１０には、線５１および線５２のいずれにおいても３つの山が表れている。図１０においては３つの山のうち中央の山がメインローブ６１に対応し、その両側の小さな山がサイドローブ６２に相当する。メインローブ６１に対応する山は幅が狭ければ狭いほどよいが、図１０に示すように線５１に比べて線５２では山の幅が狭くなっている。したがって、メインローブ６１の狭幅化が実現され、垂直指向性が向上していることがわかる。さらに、図１１において超音波センサ１０１が地面６５などで反射した超音波を誤って検出しないためには、サイドローブ６２の山は小さい方が好ましい。図１０においてはサイドローブ６２に対応する山は低ければ低いほど好ましいが、図１０に示すように、線５１に比べて線５２ではサイドローブ６２に対応する山は低くなっている。したがって、本実施の形態で示した超音波センサ１０１を採用することで、サイドローブ６２の低減が実現され、垂直指向性が向上していることがわかる。
　なお、本実施の形態で示したように、内部空間２０の長手方向９１の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１３をなしていることが好ましい。この構成を採用することにより、第１部分４１から第２部分４２へと遷移する部分において内面の形状を急激に変化させることができる。したがって、Ｌ１とＬ２との差がたとえ大きくても第１部分４１と第２部分４２とをつなぐことができる。
　本実施の形態で示したように、底板３に垂直な方向９０から見たとき、内部空間２０の長手方向９１の両端における内部空間２０の外形は、ケース４の外形に沿って湾曲していることが好ましい。この構成を採用することにより、圧電振動素子７の振動を長手方向９１に関して広げることができ、その結果、垂直指向性を狭くすることができる。
　本実施の形態では、内部空間２０の全てを１種類の充填材１２で満たしている例を示したが、これはあくまで一例である。内部空間２０は２種類以上の材料の組合せによって満たされていてもよい。充填材１２は内部空間２０の全てを完全に満たしているとは限らず、一部のみを満たしている構成であってもよい。
　本実施の形態で示したように、内部空間２０の少なくとも一部を満たすように充填材１２が配置されていることが好ましい。この構成を採用することにより、圧電振動素子７を保護することができる。充填材１２の配置の仕方によっては、圧電振動素子７付近への水、粉塵などの侵入を軽減または防止することができる。充填材１２はたとえばシリコーンであってよい。
　本実施の形態では、蓋１１によって開口部１９が塞がれている例を示したが、蓋１１の存在は必須ではない。超音波センサは、蓋１１がない構造であってもよい。内部空間２０に充填材１２が充填されていることも必須ではない。これらのことは、以下の実施の形態においても同様にあてはまる。
　（実施の形態２）
　図１２～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１０２の外観を図１２に示す。超音波センサ１０２は、ケース４ｉと、ケース４ｉから突出する２本の外部端子８とを備える。ケース４ｉの平面図を図１３に示す。図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶ線に関する矢視断面図を図１４に示す。図１３におけるＸＶ－ＸＶ線に関する矢視断面図を図１５に示す。
　ケース４ｉは、実施の形態１で説明したケース４と同様に、たとえば金属で形成されている。以下の実施の形態に登場するケースについても同様である。ケース４ｉは、実施の形態１で説明したケース４と同様に、第１部分４１と第２部分４２とを含む。図１３に示すように、内部空間２０のうち第１部分４１の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ１よりも、内部空間２０のうち第２部分４２の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ２の方が大きい。内部空間２０の長手方向９１の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１３をなしている。長手方向９１と垂直な方向を幅方向９２とすると、内部空間２０の幅方向９２の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１４をなしている。段差１４を有する２本の辺は直線状となっている。段差１４を有する２本の辺は長手方向９１に平行となっている。図１３に示すように、段差１３と段差１４とはつながっていてもよい。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　（実施の形態３）
　図１６～図１９を参照して、本発明に基づく実施の形態３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１０３の外観を図１６に示す。超音波センサ１０３は、ケース４ｊと、ケース４ｊから突出する２本の外部端子８とを備える。ケース４ｊの平面図を図１７に示す。図１７におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に関する矢視断面図を図１８に示す。図１７におけるＸＩＸ－ＸＩＸ線に関する矢視断面図を図１９に示す。
　ケース４ｊは、実施の形態１で説明したケース４と同様に、第１部分４１と第２部分４２とを含む。図１７に示すように、内部空間２０のうち第１部分４１の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ１よりも、内部空間２０のうち第２部分４２の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ２の方が大きい。図１７に示すように、底板３に垂直な方向から見たとき、内部空間２０は楕円形状となっている。内部空間２０の長手方向９１の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１３をなしている。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　（実施の形態４）
　図２０～図２３を参照して、本発明に基づく実施の形態４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１０４の外観を図２０に示す。超音波センサ１０４は、ケース４ｋと、ケース４ｋから突出する２本の外部端子８とを備える。ケース４ｋの平面図を図２１に示す。図２１におけるＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に関する矢視断面図を図２２に示す。図２１におけるＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に関する矢視断面図を図２３に示す。
　ケース４ｋは、実施の形態１で説明したケース４と同様に、第１部分４１と第２部分４２とを含む。図２１に示すように、内部空間２０のうち第１部分４１の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ１よりも、内部空間２０のうち第２部分４２の内側にある部分の長手方向９１に沿った長さの最大値Ｌ２の方が大きい。図２１に示すように、底板３に垂直な方向から見たとき、内部空間２０は楕円形状となっている。内部空間２０の長手方向９１の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１３をなしている。内部空間２０の幅方向９２の両端においては、第１部分４１の内側にある部分と第２部分４２の内側にある部分とが段差１４をなしている。図２１に示すように、段差１３と段差１４とはつながっていてもよい。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　ここまで実施の形態１～４で４通りの構成について説明したが、特に実施の形態１が好ましい。実施の形態１で示したように、内部空間２０は、底板３に垂直な方向から見たとき、長手方向９１に平行な２辺を有し、前記２辺においては、第１部分４１の内側である部分の内部空間２０の幅と、前記第２部分の内側である部分の前記内部空間の幅とが同じであることが好ましい。図６に示した例では、これら２つの幅はいずれも等しくＷである。
　（実施の形態５）
　図２４を参照して、本発明に基づく実施の形態５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１０５の断面図を図２４に示す。超音波センサ１０５は、ケース４と、ケース４から突出する１本のリード線１６とを備える。ケース４の底板３に圧電振動素子７が搭載されている。ケース４の内部空間２０は、３層に分かれている。底板３に最も近い層においては、充填材１２が充填されている。充填材１２はたとえばシリコーンであってよい。底板３から２番目に近い層においては吸音材１５が配置されている。吸音材１５の表面に基板１０が配置されている。底板３から最も遠い層には充填材１２が充填されている。吸音材１５は、たとえばフェルト、シリコーンスポンジなどのいずれかであってよい。リード線１６の一部はケース４の内部空間２０にあり、他の一部はケース４の外に延在している。リード線１６の一方の端は基板１０に電気的に接続されている。リード線１６の基板１０と接続する部分は充填材１２に覆われている。リード線１６の他方の端にはコネクタ１７が設けられている。リード線１６の内部には少なくとも２本の配線が含まれている。基板１０の表面の第１の配線とケース４とがリード線９ａによって接続されている。基板１０の表面の第２の配線と圧電振動素子７とがリード線９ｂによって接続されている。図２４に示した例では、蓋１１はなく、充填材１２の上面がそのまま外部に露出しているが、このような構成であってもよい。充填材１２の上面を覆うように蓋を配置してもよい。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。本実施の形態で示したように、内部空間２０に吸音材１５を配置することとすれば、圧電振動素子７からの背面放射を低減することができ、残響の低減などの効果が得られる。
　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。
　３　底板、３ａ　表面、４，４ｉ，４ｊ　ケース、７　圧電振動素子、８　外部端子、９ａ，９ｂ　リード線、１０　基板、１１　蓋、１２　充填材、１３，１４　段差、１５　吸音材、１６　リード線、１７　コネクタ、１９　開口部、２０　内部空間、４１　第１部分、４２　第２部分、４５　部分、５１，５２　線、６０　車両、６１　メインローブ、６２　サイドローブ、６５　地面、９０　（底板に垂直な）方向、９１　長手方向、９２　幅方向、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５　超音波センサ。

Claims (5)

  1. 　底板を有する筒状のケースと、
    　前記ケースの内側において前記底板上に搭載された圧電振動素子とを備え、
    　前記ケースは前記底板に向かって掘り下げられた凹部である内部空間を有し、
    　前記底板に垂直な方向から見たとき、前記内部空間は、前記底板に平行な１つの方向を長手方向とする形状を有し、
    　前記ケースは、
    　前記底板から前記底板に垂直な方向に延在する筒形状を有して外形の前記長手方向に沿った径が第１の長さである第１部分と、
    　前記第１部分の前記底板から遠い側に配置され、前記第１部分と同心状である筒形状を有して外形の前記長手方向に沿った径が前記第１の長さよりも大きい第２の長さである第２部分とを含み、
    　前記内部空間のうち前記第１部分の内側にある部分の前記長手方向に沿った長さの最大値よりも、前記内部空間のうち前記第２部分の内側にある部分の前記長手方向に沿った長さの最大値の方が大きい、超音波センサ。
  2. 　前記内部空間の前記長手方向の両端においては、前記第１部分の内側にある部分と前記第２部分の内側にある部分とが段差をなしている、請求項１に記載の超音波センサ。
  3. 　前記底板に垂直な方向から見たとき、前記内部空間の前記長手方向の両端における前記内部空間の外形は、前記ケースの外形に沿って湾曲している、請求項１または２に記載の超音波センサ。
  4. 　前記内部空間の少なくとも一部を満たすように充填材が配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の超音波センサ。
  5. 　前記内部空間は、前記底板に垂直な方向から見たとき、前記長手方向に平行な２辺を有し、前記２辺においては、前記第１部分の内側である部分の前記内部空間の幅と、前記第２部分の内側である部分の前記内部空間の幅とが同じである、請求項１から４のいずれかに記載の超音波センサ。
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