超音波センサ
【課題】 高い音圧の超音波を発振するとともに、振動ノイズを低くすることができる超音波センサを実現することを目的とする。
【解決手段】 超音波センサ１０において、送信素子１１に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子１６を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、送信素子１１と隣接する受信素子１２ｐ、１２ｒとの間に設けられ、筺体３１の底面３１ａから立設されており、一端が振動減衰部材１８により固定されて、筐体３１の内部を送信素子１１を囲んで区画している振動分離部材９０を備えているため、送信素子１１から各受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【解決手段】 超音波センサ１０において、送信素子１１に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子１６を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、送信素子１１と隣接する受信素子１２ｐ、１２ｒとの間に設けられ、筺体３１の底面３１ａから立設されており、一端が振動減衰部材１８により固定されて、筐体３１の内部を送信素子１１を囲んで区画している振動分離部材９０を備えているため、送信素子１１から各受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響整合部材と圧電素子とを備えた送信素子及び受信素子がアレイ状に配置された超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
受信素子と送信素子とがアレイ状に配置された超音波センサとして、超音波センサ前方の障害物の位置測定や形状の検出などを行う超音波センサや医療分野で用いられる超音波画像を得るための超音波トランスジューサなどが知られている。
例えば、特許文献１には、硬質樹脂などの固定材により振動素子が接続されたアレイ型超音波トランスジューサが開示されている。なお、音響整合層を用いた超音波センサは一般に良く知られた構造であり、特に車載用では減衰率の大きな空気中での検知が必要となる。
【特許文献１】特開２０００−２５３４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような超音波センサでは、超音波の検出感度を向上させるために、送信する超音波の音圧を高くすることが必要となるが、送信素子の振幅を大きくすることが必要となるため隣接する振動素子に振動が伝達し、振動ノイズが生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明では、高い音圧の超音波を発振するとともに、振動ノイズを低くすることができる超音波センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、超音波センサにおいて、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子と、前記積層圧電素子により発振された超音波を伝達する第１の音響整合部材とを備え、被検出体に対して超音波の送信を行う送信素子と、前記被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記圧電素子に前記被検出体にて反射された超音波を伝達する第２の音響整合部材とを備え、前記被検出体にて反射された超音波の受信を行う受信素子と、をそれぞれ少なくとも１個備え、前記送信素子と前記受信素子とがアレイ状に配置されており、前記送信素子と前記受信素子とを収容し、所定の物体に配置するための一端が開口した箱状に形成された筐体と、前記各音響整合部材と前記筐体の開口部との間に介在して設けられ、前記音響整合部材を前記筐体に固定するとともに、前記各音響整合部材の間で伝達する振動を減衰させる振動減衰部材と、前記送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、前記筐体の内部を前記送信素子を囲んで区画し、前記送信素子から前記受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、送信素子に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、筐体の内部を送信素子を囲んで区画し、送信素子から受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材を備えているため、送信素子から受信素子に超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。つまり、高い音圧の超音波を発振するとともに、振動ノイズを低くすることができる超音波センサを実現することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記圧電素子及び前記積層圧電素子と前記筐体の底面及び内側面との間に介在して設けられ、前記送信素子及び前記受信素子を外力の負荷から保護する第１の緩衝材を備え、前記振動分離部材は、前記第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、第１の緩衝材により外力の負荷から送信素子及び受信素子を保護することができる。また、振動分離部材は、第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されているため、積層圧電素子から第１の緩衝材を介して伝達される超音波を、振動分離部材と第１の緩衝材との界面において反射することができる。これにより、送信素子から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子から受信素子に超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、前記筐体と少なくとも一部が一体的に形成される、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、振動分離部材は、少なくとも一部を筐体と一体的に形成することもできる。これによれば、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材の位置精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、前記音響整合部材側が前記圧電素子側よりも薄くなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、振動分離部材を音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができる。これによれば、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材の強度を高めることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有する、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有するように形成することができる。これによれば、振動分離部材により反射されずに伝達された超音波振動を芯材により減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有する、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有するように形成することができる。これによれば、一側部材および芯材間と芯材および他側部材間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成される、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成することができる。これによれば、一側部材および被封止部材間と被封止部材および他側部材間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材として採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の超音波センサにおいて、前記封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けることができる。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材の強度をも高めることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成される、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成することができる。これによれば、気泡とそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材の製造過程においてその内部に気泡を含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材の製造コストを低減することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記第１の緩衝材よりも弾性率が低い材料により、前記第１の緩衝材に重ねて設けられ、前記圧電素子及び前記積層圧電素子とを覆うように形成された第２の緩衝材を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、各音響整合部材に印加された衝撃は弾性率の高い第１の緩衝材により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材側には弾性率が低い第２緩衝材を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子及び積層圧電素子を水分などの環境因子から保護することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の超音波センサにおいて、前記積層圧電素子側に設けられている前記第１の緩衝材に代えて、前記第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いる、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、積層圧電素子側に設けられている第１緩衝材に代えて、第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いることができる。積層形成された積層圧電素子は駆動力が大きいため、緩衝材による振動減衰の影響を受けにくい。このため、受信素子に用いられる第１の緩衝材よりも弾性率の高い第３の緩衝材を用いることで、積層圧電素子から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の超音波センサにおいて、前記第３の緩衝材は、前記第１の緩衝材よりも高く形成されており、前記第１の緩衝材が前記圧電素子を覆う高さより、前記第３の緩衝材が前記積層圧電素子を覆う高さの方が大きくなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明によれば、第３の緩衝材の高さが高く形成されているため、積層圧電素子の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材は、前記第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、前記第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、振動減衰部材は、第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されているため、送信素子及び受信素子を劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、超音波センサの信頼性を向上させることができる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えた、という技術的手段を用いる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明によれば、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えているため、周囲の状況などに応じて指向性を使い分けることにより、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成される、という技術的手段を用いる。
【００３４】
請求項１５に記載の発明によれば、振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成することができる。これによれば、振動分離部材の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する一部により振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００３５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の超音波センサにおいて、筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明によれば、筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材を設けることができる。これによれば、振動抑制部材により、上述のように突出する一部に伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明では、請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段を備える、という技術的手段を用いる。
【００３８】
請求項１７に記載の発明によれば、振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段が設けられる。これによれば、振動減衰手段によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００３９】
請求項１８に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成される、という技術的手段を用いる。
【００４０】
請求項１８に記載の発明によれば、振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成されている。これによれば、その凹凸形状に応じて振動分離部材の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材の共振を抑制することができる。
【００４１】
請求項１９に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成される、という技術的手段を用いる。
【００４２】
請求項１９に記載の発明によれば、振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成することができる。これによれば、送信素子からの振動が振動分離部材に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部のみが振動し、この周縁部を除く中央部は送信素子および受信素子の側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、受信素子への振動による影響を抑制することができる。
【００４３】
請求項２０に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００４４】
請求項２０に記載の発明によれば、振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられている。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材の強度をも高めることができる。
【００４５】
請求項２１に記載の発明では、請求項２０に記載の超音波センサにおいて、前記補強部材は、前記振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成される、という技術的手段を用いる。
【００４６】
請求項２１に記載の発明によれば、補強部材は、振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成されている。これによれば、補強部材による振動分離部材の強度をさらに高めることができる。
【００４７】
請求項２２に記載の発明では、請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材には、前記第１の音響整合部材と前記第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部が形成される、という技術的手段を用いる。
【００４８】
請求項２２に記載の発明によれば、振動減衰部材には、第１の音響整合部材と第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部を形成することができる。これによれば、第１の音響整合部材からの振動が振動減衰部材を介して第２の音響整合部材に伝達されるまでに切欠部にて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。
【００４９】
請求項２３に記載の発明では、請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、前記各受信素子は、前記送信素子および前記振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置される、という技術的手段を用いる。
【００５０】
請求項２３に記載の発明によれば、送信素子を１つと受信素子を複数備え、各受信素子は、送信素子および振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されている。これによれば、各受信素子には同一のタイミングで送信素子による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。
【００５１】
請求項２４に記載の発明では、請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、前記振動分離部材は、ハニカム状に形成されて前記筐体内を複数の区画に区分けし、前記送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、前記各受信素子は、前記中央の区画に隣接する他の区画内にて前記送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置される、という技術的手段を用いる。
【００５２】
請求項２４に記載の発明によれば、送信素子を１つと受信素子を複数備え、振動分離部材は、ハニカム状に形成されて筐体内を複数の区画に区分けし、送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、各受信素子は、中央の区画に隣接する他の区画内にて送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されている。これによれば、各受信素子には同一のタイミングで送信素子による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。さらに、振動分離部材がハニカム状に形成されているので、振動分離部材の強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
［第１実施形態］
この発明に係る超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、車両に搭載して障害物センサとして使用する超音波センサを例に説明する。
図１は、第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２は、振動分離部材が筐体と一体的に形成された構成を示す縦断面説明図である。図３及び図４は、振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
ここで、図１において、図１（Ａ）の手前方向及び、図１（Ｂ）の上方向が車両の外部を示す。また、図１（Ａ）の下方向に地面が存在する。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００５４】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波センサ１０は、超音波を送信する送信素子１１と、送信素子１１から車両前方に送信され、車両前方に存在する被検出体（障害物）で反射された超音波を検出する受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒと、素子間における超音波の伝達を防止する振動減衰部材１８と、送信素子１１及び受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを外力の負荷や衝撃から保護する第１緩衝材１９と、送信素子１１を受信素子１２ｐ〜１２ｒから区画し、超音波の伝達を遮蔽する振動分離部材９０と、受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ、送信素子１１、第１緩衝材１９及び振動分離部材９０を収容する一端が開口した箱状の筐体３１と、を備えている。
【００５５】
各受信素子１２ｐ〜１２ｒの構造は同じであるので、ここでは、受信素子１２ｐについて説明する。
受信素子１２ｐは、送信素子１１から発振され、障害物で反射された超音波を受信し、圧電素子１４ｐに振動を伝達する音響整合部材１３ｐと、超音波を検出する圧電素子１４ｐと、とが接合されて形成されている。
【００５６】
圧電素子１４ｐは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、横断面の外形が音響整合部材１３ｐの横断面の外形と等しい四角柱状に形成された圧電体を、対向する面において、ＰｔやＣｕやＡｇのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより形成された１組の電極１５ｐにより挟んで形成されている。なお、圧電素子１４ｐは、後述する積層圧電素子１６と同様に、積層形成されて構成されてもよい。
【００５７】
音響整合部材１３ｐは、空気より音響インピーダンスが大きく、圧電素子１４ｐより音響インピーダンスが小さいポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料を用いて形成されている。
【００５８】
音響整合部材１３ｐは、厚さが超音波の音響整合部材１３ｐ中における波長の約１／４となるように形成されている。音響整合部材１３ｐの厚さを超音波の波長の約１／４となるように形成することにより、音響整合部材１３ｐ内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材１３ｐ内に入射した超音波と、音響整合部材１３ｐと圧電素子１４ｐとの界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、圧電素子１４ｐに効率よく超音波を伝達することができる。また、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下とすることが望ましい。
【００５９】
送信素子１１は、受信素子１２ｐと同様の構成の音響整合部材１３と、超音波を発振する積層圧電素子１６、とが接合されて形成されている。
【００６０】
積層圧電素子１６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、横断面の外形が音響整合部材１３ｐの横断面の外形と等しい四角柱状に形成された圧電体に、１組の電極１７が互い違いに櫛歯状に積層形成されて構成されている。これにより、積層圧電素子１６は、複数層の圧電素子が積層形成された形状と等価となり、本実施形態では、５層の圧電素子が積層形成された形状となっている。ここで、圧電素子の積層数は、要求する音圧に合わせて可変である。
【００６１】
圧電素子１４ｐの電極１４及び積層圧電素子１６の電極１７は、ワイヤ１４ａ、１７ａを介して、それぞれ回路素子（図示せず）に電気的に接続されている。回路素子は、車両に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：図示せず）に電気的に接続されている。
【００６２】
各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒは、超音波の伝達を防止する振動減衰部材１８を介在して、互いに隣り合った各音響整合部材の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長にほぼ等しくなるようにアレイ状に配置されている。
ただし、中心部の間隔は検知エリアの角度に依存するのものであり、間隔ｄが半波長より大きい場合でも、角度を検知することはできる。
【００６３】
振動減衰部材１８は、各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒの受信面１３ｊと、音響整合部材１３の送信面１３ｓとを覆って、筐体３１の開口部に固定されている。この構成を用いると、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒと振動減衰部材１８との界面が外部に露出しないため、接合面を介して水などが侵入することを防止することができるので、超音波センサの信頼性を向上させることができる。筐体３１は、車両の所定の位置、例えば、バンパ１００に各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒが外方に面するように取り付けられている。
【００６４】
振動減衰部材１８は、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒより音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。更に、振動減衰部材１８には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂、スポンジなどを用いることができる。このような材料により形成された振動減衰部材１８が、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの間に介在することにより、超音波が各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの間で伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。
ここで、振動減衰部材１８のうち受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを覆う部分は、超音波の伝達を大きく阻害しないように、例えば、厚さ１ｍｍ以下の厚さに形成されている。
【００６５】
第１緩衝材１９は、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６より弾性率の低い材料、例えば、ウレタンなどの軟質樹脂、ゴム、シリコーンなどのポッティング材、などの高分子材料により、送信素子１１の積層圧電素子１６、受信素子１２ｐの圧電素子１４ｐ及び受信素子１２ｑ、１２ｒの圧電素子（図示せず）を囲んで、筐体３１との間に介在して設けられている。
【００６６】
このような第１緩衝材１９を設けることにより、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに小石などの飛来物の衝突などにより衝撃が加えられたような場合でも、第１緩衝材１９が送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒに伝達された衝撃を吸収するとともに、送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒが筐体３１の底面３１ａ側に向かって変位するのを拘束するため、送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒを保護し、破壊を防ぐことができる。
また、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、信頼性を向上させることができる。
【００６７】
振動分離部材９０は、第１緩衝材１９より弾性率及び音響インピーダンスが高い材料により板状に形成されている。
振動分離部材９０は、送信素子１１と隣接する受信素子１２ｐ、１２ｒとの間に設けられ、筺体３１の底面３１ａから立設されており、一端が振動減衰部材１８により固定されて、筐体３１の内部を送信素子１１を囲んで区画している。ここで、振動分離部材９０の厚さは、積層圧電素子１６から各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒへの超音波の振動の伝達を低減するとともに、振動減衰部材１８において、各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒの振動の阻害を小さくできる厚さに設定されている。
【００６８】
次に、超音波センサ１０による障害物の検出について説明する。
まず、ＥＣＵから出力された超音波の音圧、位相を制御する制御信号に基づいて、回路素子が積層圧電素子１６に対して電圧信号を出力する。この電圧信号に基づいて積層圧電素子１６が振動し、所定の音圧、位相の超音波を発振する。
【００６９】
ここで、送信素子１１の積層圧電素子１６は５層に積層形成されているので、例えば、１層だけの圧電素子に比べて、同じ電圧を印加した場合に、５倍の変位、即ち５倍の音圧を得ることができる。つまり、積層圧電素子１６は、高い音圧の超音波を発振することができる。
【００７０】
また、送信素子１１を区画する振動分離部材９０は第１緩衝材１９より弾性率及び音響インピーダンスが高い材料により形成されているので、積層圧電素子１６から第１緩衝材１９を介して伝達される超音波を、振動分離部材９０と第１緩衝材１９との界面において反射することができる。これにより、送信素子１１から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子１１から受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【００７１】
積層圧電素子１６により発振された超音波は、音響整合部材１３に伝達され、送信面１３ｓから車両外部へ送信される。送信面１３ｓから送信された超音波は、障害物により反射され、反射された超音波は、受信素子１２ｐ〜１２ｒの音響整合部材の受信面１３ｊにおいて受信される。例えば、受信素子１２ｐの音響整合部材１３ｐの受信面１３ｊにおいて受信された超音波は、音響整合部材１３ｐを介して、圧電素子１４ｐに伝達される。圧電素子１４ｐに伝達された超音波は、圧電素子１４ｐにより検出され、電圧信号に変換される。圧電素子１４ｐから出力された電圧信号は、回路素子を経て、ＥＣＵに伝達される。回路素子は、圧電素子１４ｐから出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。
【００７２】
各受信素子１２ｐ〜１２ｒはアレイ状に配置されているため、送受信間の時間差および受信した超音波の各受信素子１２ｐ〜１２ｒ間での時間差、または位相差を求めることによって、その各差に基づいて、障害物の位置などの測定を行うことができる。
ここで、各受信素子１２ｐ〜１２ｒ間には、振動減衰部材１８が介在しているため、受信素子１３ｐ〜１３ｓごとに超音波を分離して伝達し、検出することができるので、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
（変更例）
本実施形態では、振動減衰部材１８により受信面１３ｊ及び送信面１３ｓが覆われているが、これに限定されるものではない。
例えば、振動減衰部材１８は、受信面１３ｊ及び送信面１３ｓ近傍の側面において、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒを固定し、受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを外部に露出させる構成を採用することもできる。また、この構成において露出した受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを塗料などの別部材により被覆してもよい。
【００７４】
振動分離部材９０は、筐体３１と一体的に形成することもできる。これによれば、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材９０の位置精度を向上させることができる。
更に、図２に示すように、接合層１８ａを介して、振動減衰部材１８と、筐体３１及び振動分離部材９０とを接合することもできる。これにより、送信素子１１及び各受信素子１２ｐ〜１２ｒと、筐体３１及び振動分離部材９０との位置決め精度を確保することができる。接合層１８ａは、２色成形、熱圧着、レーザ溶着、加硫接着、接着剤などにより形成することができる。
【００７５】
振動分離部材９０は、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができる。例えば、図３に示すように、縦断面が台形形状となるように形成することができる。これにより、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材９０の強度を高めることができる。この構成では、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができれば、縦断面が台形形状に限定されるものではなく、例えば、厚さが異なる板を組み合わせた段差形状とすることもできる。
【００７６】
振動分離部材９０は、硬質材料で軟質材料を挟んだ積層構造とすることもできる。例えば、図４に示すように、樹脂材料で形成された芯材９０ａを金属材料で形成された板材９０ｂで挟み込んだ構成を用いることができる。これにより、板材９０ｂで反射されずに伝達された超音波振動を芯材９０ａにより減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００７７】
第１緩衝材１９の形状は、衝撃の緩衝効果を保持していれば任意である。例えば、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６と筐体３１の底面３１ａとの間にのみ形成することもできるし、筐体３１内部の空間をすべて充填することもできる。
【００７８】
各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの形状は、横断面が略正方形の四角柱状に限らず、例えば、円柱でもよい。これによれば、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの不要振動を抑制することができる。
【００７９】
送信素子及び受信素子の数及び配置は、用途に応じて任意である。例えば、距離検知を行うなら、送信素子と受信素子を１個ずつ配置すればよい。また、角度検知を行うなら、送信素子１個と受信素子２個を配置すればよい。これにより、受信素子を配置した方向の角度検知を行うことができる。
【００８０】
［第１実施形態の効果］
（１）第１実施形態の超音波センサ１０は、送信素子１１に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子１６を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、振動分離部材９０を備えているため、送信素子１１から各受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。つまり、高い音圧と低い振動ノイズを両立することができる超音波センサ１０を実現することができる。
【００８１】
（２）第１緩衝材１９により外力の負荷から送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒを保護することができる。また、振動分離部材９０は、第１緩衝材１９よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されているため、積層圧電素子１６から第１緩衝材１９を介して伝達される超音波を、振動分離部材９０と第１緩衝材１９との界面において反射することができる。これにより、送信素子１１から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子１１から受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【００８２】
（３）振動分離部材９０を筐体３１と一体的に形成する構成では、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材９０の位置精度を向上させることができる。また、少なくとも一部が一体で形成させている構成では、位置精度を向上させることができる。
【００８３】
（４）振動分離部材９０は、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成する構成では、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材９０の強度を高めることができる。
【００８４】
（５）振動分離部材９０を硬質材料で軟質材料を挟んだ積層構造とする構成では、伝達された超音波振動を芯材９０ａにより減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００８５】
（６）振動減衰部材１８は、送信面１３ｓと受信面１３ｊとを覆って形成されているため、送信素子１１及び各受信素子１２ｐ〜１２ｒを劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、超音波センサ１０の信頼性を向上させることができる。
【００８６】
［第２実施形態］
第２実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図５は、第２実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。図６及び図７は、第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００８７】
図５に示すように、第２実施形態の超音波センサ２０では、第１緩衝材１９に重ねて第１緩衝材１９よりも低弾性率で音響インピーダンスが小さい材料、例えば、ゲルにより形成された第２緩衝材２１が設けられている。第１緩衝材１９は、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６と筐体３１の底面３１ａとの間を充填して設けられており、第２緩衝材２１は、第１緩衝材１９に重ねて圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を覆うように設けられている。
【００８８】
この構成によれば、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに印加された衝撃は弾性率の高い第１緩衝材１９により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒ側には低弾性率の第２緩衝材２１を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を水分などの環境因子から保護することができる。
【００８９】
また、送信素子１１と受信素子１２ｐ〜１２ｒとで、圧電素子側で異なる材質の緩衝材を用いることもできる。図６に示すように、積層圧電素子１６側に配置される緩衝材として、第１緩衝材１９に代えて、第１緩衝材１９よりも弾性率が高い材料により形成された第３緩衝材２２を用いることができる。積層形成された積層圧電素子１６は駆動力が大きいため、緩衝材による振動減衰の影響を受けにくい。このため、各受信素子１２ｐ〜１２ｒに用いられる第１緩衝材１９よりも弾性率の高い第３緩衝材２２を用いることで、積層圧電素子１６から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００９０】
更に、図７に示すように、第３緩衝材２２の高さを第１緩衝材１９に比べて高く形成することもできる。これにより、積層圧電素子１６の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００９１】
［第２実施形態の効果］
（１）第２実施形態の超音波センサ２０では、第１緩衝材１９に重ねて第１緩衝材１９よりも低弾性率で音響インピーダンスが小さい材料により形成された第２緩衝材２１が設けられているため、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに印加された衝撃は弾性率の高い第１緩衝材１９により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒ側には低弾性率の第２緩衝材２１を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を水分などの環境因子から保護することができる。
【００９２】
（２）第１緩衝材１９に代えて、第１緩衝材１９よりも弾性率が高い材料により形成された第３緩衝材２２を用いる構成では、積層圧電素子１６から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００９３】
（３）第３緩衝材２２の高さを第１緩衝材１９に比べて高く形成する構成では、積層圧電素子１６の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００９４】
［第３実施形態］
第３実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図８は、第３実施形態の超音波センサの平面説明図である。図８において、図中の下方向に地面が存在する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００９５】
第３実施形態の超音波センサ３０では、送信素子と受信素子とを水平方向にそれぞれ２個ずつ並んで備えており、送信素子または受信素子のいずれかが異なる指向性を有した構成である。図８（Ａ）に示すように、地面に対して水平方向に受信素子１２ｑ、１２ｒが並んで配置され、その下方に振動分離部材９０により区画されて送信素子１１ａ、１１ｂが水平方向に並んで配置されている。これにより、送信素子１１ａ、１１ｂによる振動ノイズを低減することができる。
【００９６】
送信素子１１ａの音響整合部材１３ａは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されている。送信素子の指向性は、送信面の辺の長さが短くなるほど広くなるため、送信素子１１ａは上下方向に広い指向性を有する。
【００９７】
送信素子１１ａの音響整合部材１３ａは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されている。送信素子の指向性は、送信面の辺の長さが短くなるほど広くなるため、送信素子１１ａは上下方向に広い指向性を有する。
【００９８】
送信素子１１ｂの音響整合部材１３ｂは、横断面が上下方向に長い長方形となるように形成されている。このため、送信素子１１ｂは水平方向に広い指向性を有する。
【００９９】
このように、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとは異なる指向性を有するため、道路の状況などに応じて使い分けることができる。通常は、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとにより、交互に超音波を送信する。送信素子１１ａにより超音波を送信した場合には、地表近くの障害物まで検知することができる。送信素子１１ｂにより超音波を送信した場合には、水平方向に広い範囲で障害物を検知することができる。
【０１００】
悪路などで地面から大きな反射波があり、送信素子１１ａにより超音波を送信した場合に障害物の検出が不可能な場合でも、送信素子１１ｂにより超音波を送信することにより障害物を検知することができる。また、水平方向でも同様に、横方向から大きな反射波があり、送信素子１１ｂにより超音波を送信した場合に障害物の検出が不可能な場合でも、送信素子１１ａにより超音波を送信することにより障害物を検知することができる。このように、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとが補完しあって、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【０１０１】
また、図８（Ｂ）に示すように、受信素子の指向性を変えることもできる。受信素子１２ｑの音響整合部材１３ｑは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されているため、受信素子１２ｑは上下方向に広い指向性を有する。受信素子１２ｒの音響整合部材１３ｒは、横断面が上下方向に長い長方形となるように形成されているため、受信素子１２ｑは水平方向に広い指向性を有する。このように、受信素子１１ａと送信素子１１ｂとは異なる指向性を有するため、図８（Ａ）に示した構成と同様に、道路の状況などに応じて使い分けることができる。
【０１０２】
本実施形態では、送信素子と受信素子とを水平方向にそれぞれ２個ずつ並んで設けられた場合について例示したが、送信素子または受信素子を複数個備えていれば、異なる指向性を有するように構成することができる。
【０１０３】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態の超音波センサ３０は、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えているため、道路の状況などに応じて指向性を使い分けることにより、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【０１０４】
［第４実施形態］
第４実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図９は、第４実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。図１０及び図１１は、第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１０５】
図９に示すように、第４実施形態の超音波センサ４０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９１が設けられている。この振動分離部材９１は、芯材９１ｃをこの芯材９１ｃよりも音響インピーダンスが高い一側部材９１ａおよび他側部材９１ｂで挟むように積層されて形成されている。
【０１０６】
この構成によれば、一側部材９１ａおよび芯材９１ｃ間と芯材９１ｃおよび他側部材９１ｂ間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【０１０７】
また、振動分離部材９１に代えて、図１０に示す振動分離部材９２を採用してもよい。この振動分離部材９２は、一側部材９２ａと他側部材９２ｂとを貼り合わせて構成される封止空間９２ｃに当該一側部材９２ａおよび他側部材９２ｂよりも音響インピーダンスが低い被封止部材９２ｄを封止して形成される。なお、封止空間９２ｃは、例えば、一側部材９２ａの側面に形成された格子状のリブを平板状の他側部材９２ｂの側面に組み合わせることにより形成される。
【０１０８】
このようにしても、一側部材９２ａおよび被封止部材９２ｄ間と被封止部材９２ｄおよび他側部材間９２ｂとにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材９２ｄとして採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【０１０９】
更に、封止空間９２ｃ内に、当該封止空間９２ｃ内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けてもよい。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材９２の強度をも高めることができる。
【０１１０】
また、振動分離部材９１に代えて、図１１に示す振動分離部材９３を採用してもよい。この振動分離部材９３は、その内部に気泡９３ａを封止して形成される。これによれば、気泡９３ａとそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材９３の製造過程においてその内部に気泡９３ａを含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材９３の製造コストを低減することができる。
【０１１１】
［第４実施形態の効果］
（１）第４実施形態の超音波センサ４０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９１が設けられおり、この振動分離部材９１には、芯材９１ｃをこの芯材９１ｃよりも音響インピーダンスが高い一側部材９１ａおよび他側部材９１ｂで挟むように積層されて形成されているため、一側部材９１ａおよび芯材９１ｃ間と芯材９１ｃおよび他側部材９１ｂ間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【０１１２】
（２）振動分離部材９１に代えて、一側部材９２ａと他側部材９２ｂとを貼り合わせて構成される封止空間９２ｃに当該一側部材９２ａおよび他側部材９２ｂよりも音響インピーダンスが低い被封止部材９２ｄを封止して形成される振動分離部材９２を用いる構成では、一側部材９２ａおよび被封止部材９２ｄ間と被封止部材９２ｄおよび他側部材間９２ｂとにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材９２ｄとして採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【０１１３】
（３）更に、封止空間９２ｃ内に、当該封止空間９２ｃ内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けることにより、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材９２の強度をも高めることができる。
【０１１４】
（４）振動分離部材９１に代えて、その内部に気泡９３ａを封止して形成される振動分離部材９３を用いる構成では、気泡９３ａとそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材９３の製造過程においてその内部に気泡９３ａを含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材９３の製造コストを低減することができる。
【０１１５】
［第５実施形態］
第５実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１２は、第５実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１１６】
図１２に示すように、第５実施形態の超音波センサ５０では、筐体３１および振動分離部材９０に代えて筐体３１ｂおよび振動分離部材９４が設けられている。筐体３１ｂの底面には振動分離部材９４の一部が挿通可能なスリット３１ｃが形成されており、振動分離部材９４は、その一部（以下、突出部９４ａともいう）が筐体３１ｂのスリット３１ｃを挿通して外方に突出するように形成されている。この突出部９４ａには、当該突出部９４ａの振動を減衰して抑制するための振動抑制部材として機能するゴム状の弾性部材５１が取り付けられている。なお、ゴム状の弾性部材５１に代えて、例えば、ゲル状の部材を突出部９４ａに取り付けてもよい。
【０１１７】
この構成によれば、振動分離部材９４の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する突出部９４ａにより振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。また、弾性部材５１により、突出部９４ａに伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【０１１８】
［第５実施形態の効果］
（１）第５実施形態の超音波センサ５０では、筐体３１および振動分離部材９０に代えて筐体３１ｂおよび振動分離部材９４が設けられており、振動分離部材９４は、その突出部９４ａが筐体３１ｂのスリット３１ｃを挿通して外方に突出するように形成されているため、振動分離部材９４の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する突出部９４ａにより振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１１９】
（２）更に、突出部９４ａには、当該突出部９４ａの振動を減衰して抑制するための弾性部材５１が取り付けられているため、弾性部材５１により、突出部９４ａに伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【０１２０】
［第６実施形態］
第６実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１３は、第６実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２１】
図１３に示すように、第６実施形態の超音波センサ６０では、振動分離部材９０の振動を減衰させる振動減衰手段として機能するノイズキャンセル用アクチュエータ６１が振動分離部材９０と筐体３１の底面３１ａとの間に配置されている。このアクチュエータ６１は、ワイヤ６１ａを介して対応する回路素子（図示せず）に電気的に接続されており、検出される振動分離部材９０の振動に対する逆位相の振動を振動分離部材９０に与えることにより当該振動分離部材９０の振動を減衰させる。
【０１２２】
この構成によれば、アクチュエータ６１によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材９０の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。また、このような振動減衰手段を各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの裏面に配置してその振動に対する逆位相の振動を当該各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒに与えることにより、当該各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの振動を減衰させることもできる。また、アクチュエータ６１は、送信素子１１が送信する超音波に応じて振動分離部材９０に与える振動を調整してもよい。
【０１２３】
［第６実施形態の効果］
第６実施形態の超音波センサ６０では、振動分離部材９０の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材９０に与えることにより当該振動分離部材９０の振動を減衰させるアクチュエータ６１を設けているため、アクチュエータ６１によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材９０の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１２４】
［第７実施形態］
第７実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１４は、第７実施形態の超音波センサの説明図である。図１４（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２５】
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第７実施形態の超音波センサ７０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９５が設けられている。この振動分離部材９５は、その側面が凹凸状に形成されている。
【０１２６】
この構成によれば、その凹凸形状に応じて振動分離部材９５の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材９５の共振を抑制することができる。
【０１２７】
［第７実施形態の効果］
第７実施形態の超音波センサ７０では、振動分離部材９５の側面が凹凸状に形成されているため、その凹凸形状に応じて振動分離部材９５の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材９５の共振を抑制することができる。
【０１２８】
［第８実施形態］
第８実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１５は、第８実施形態の超音波センサの説明図である。図１５（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２９】
図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第８実施形態の超音波センサ８０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９６が設けられている。この振動分離部材９６は、その周縁部９６ａにて筐体３１に支持されており、この周縁部９６ａの厚さが中央部９６ｂの厚さに対して薄くなるように形成されている。
【０１３０】
この構成によれば、送信素子１１からの振動が振動分離部材９６に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部９６ａのみが振動し、この周縁部９６ａを除く中央部９６ｂは送信素子１１および各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒの側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒへの振動による影響を抑制することができる。
【０１３１】
［第８実施形態の効果］
第８実施形態の超音波センサ８０では、振動分離部材９６は、筐体３１に支持される周縁部９６ａの厚さが中央部９６ｂの厚さに対して薄くなるように形成されているため、送信素子１１からの振動が振動分離部材９６に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部９６ａのみが振動し、この周縁部９６ａを除く中央部９６ｂは送信素子１１および各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒの側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒへの振動による影響を抑制することができる。
【０１３２】
［第９実施形態］
第９実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１６は、第９実施形態の超音波センサの説明図である。図１６（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１３３】
図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、第９実施形態の超音波センサ８０ａでは、振動分離部材９０の受信素子側の側面に複数の補強部材９７が等間隔に設けられている。この構成によれば、各補強部材９７により振動分離部材９０が補強されて当該振動分離部材９０の強度を高めることができる。なお、補強部材９７は、例えば、振動分離部材９０の送信素子側の側面に設けられてもよいし、他の部位に設けられてもよい。
【０１３４】
また、補強部材９７は、振動分離部材９０の側面に対してハニカム状に形成されてもよい。これによれば、補強部材９７による振動分離部材９０の強度をさらに高めることができる。
【０１３５】
［第９実施形態の効果］
（１）第９実施形態の超音波センサ８０ａでは、振動分離部材９０の受信素子側の側面に複数の補強部材９７が設けられているため、振動分離部材９０による振動ノイズの低減とともに、当該振動分離部材９０の強度をも高めることができる。
【０１３６】
（２）更に、補強部材９７を振動分離部材９０の側面に対してハニカム状に形成することにより、補強部材９７による振動分離部材９０の強度をさらに高めることができる。
【０１３７】
［第１０実施形態］
第１０実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１７は、第１０実施形態の超音波センサの説明図である。図１７（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１３８】
図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１０実施形態の超音波センサ８０ｂでは、振動減衰部材１８には、送信素子１１の音響整合部材１３と各受信素子１２ｐ，１２ｑ，１２ｒの音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒとの間であって振動分離部材９０の両側にて当該振動分離部材９０に沿うように切欠部１８ｂが形成されている。
【０１３９】
この構成によれば、音響整合部材１３からの振動が振動減衰部材１８を介して音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒに伝達されるまでに切欠部１８ｂにて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。なお、切欠部１８ｂは、振動分離部材９０のどちらか一方の側のみに形成されてもよいし、複数形成されてもよい。また、切欠部１８ｂは、振動分離部材９０に沿うように形成されることに限らず、複数箇所断続的に形成されてもよい。
【０１４０】
［第１０実施形態の効果］
第１０実施形態の超音波センサ８０ｂでは、振動減衰部材１８には、音響整合部材１３と音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒとの間に切欠部１８ｂが形成されているため、音響整合部材１３からの振動が振動減衰部材１８を介して音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒに伝達されるまでに切欠部１８ｂにて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１４１】
［第１１実施形態］
第１１実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１８は、第１１実施形態の超音波センサの平面説明図である。図１９および図２０は、第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。図１８〜図２０において、図中の下方向に地面が存在する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１４２】
図１８に示すように、第１１実施形態の超音波センサ８０ｃでは、送信素子１１を１つと受信素子１２ｐ，１２ｑを２つ備え、各受信素子１２ｐ，１２ｑは、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されている。
【０１４３】
この構成によれば、各受信素子１２ｐ，１２ｑには同一のタイミングで送信素子１１による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。また、図１９に示すように、受信素子を複数（１２ｐ，１２ｑ、１２ｒ、１２ｓ）設け、各受信素子は、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されてもよい。
【０１４４】
また、図２０に示すように、送信素子１１を１つと受信素子１２を複数備え、振動分離部材９０に代えてハニカム状に形成される振動分離部材９８を採用し、この振動分離部材９８により筐体３１内を複数の区画に区分けし、送信素子１１は中央の区画９８ａ内に配置されるとともに、各受信素子１２は、中央の区画９８ａに隣接する他の区画９８ｂ〜９８ｇ内にて送信素子１１に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されてもよい。これによれば、振動ノイズを低減することに加えて、振動分離部材９８がハニカム状に形成されているので、振動分離部材９８の強度を高めることができる。
【０１４５】
［第１１実施形態の効果］
（１）第１１実施形態の超音波センサ８０ｃでは、送信素子１１を１つと受信素子を複数備え、各受信素子は、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されているため、各受信素子には同一のタイミングで送信素子１１による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。
【０１４６】
（２）更に、ハニカム状に形成される振動分離部材９８により筐体３１内を複数の区画に区分けし、送信素子１１は中央の区画９８ａ内に配置されるとともに、各受信素子は、中央の区画９８ａに隣接する他の区画９８ｂ〜９８ｇ内にて送信素子１１に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されるため、振動ノイズを低減することに加えて、振動分離部材９８がハニカム状に形成されているので、振動分離部材９８の強度を高めることができる。
【０１４７】
［その他の実施形態］
本発明の超音波センサは、自動車の障害物センサ以外にも、ロボットなどの衝撃が印加される可能性が高い部分に搭載し、周辺の障害物を検知する超音波センサとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】振動分離部材が筐体と一体的に形成された構成を示す縦断面説明図である。
【図３】振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
【図４】振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
【図５】第２実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図６】第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図７】第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図８】第３実施形態の超音波センサの平面説明図である。
【図９】第４実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１０】第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図１１】第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図１２】第５実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１３】第６実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１４】第７実施形態の超音波センサの説明図である。図１４（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１５】第８実施形態の超音波センサの説明図である。図１５（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】第９実施形態の超音波センサの説明図である。図１６（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１７】第１０実施形態の超音波センサの説明図である。図１７（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１８】第１１実施形態の超音波センサの平面説明図である。
【図１９】第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。
【図２０】第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８０ａ〜８０ｃ 超音波センサ
１１、１１ａ、１１ｂ 積層圧電素子
１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ 音響整合部材
１３ 音響整合部材（第１の音響整合部材）
１３ｐ 音響整合部材（第２の音響整合部材）
１３ｊ 受信面
１３ｓ 送信面
１４ｐ 圧電素子
１６ 積層圧電素子
１８ 振動減衰部材
１８ｂ 切欠部
１９ 第１緩衝材
２１ 第２緩衝材
２２ 第３緩衝材
３１ 筐体
３１ａ 底面
９０〜９８ 振動分離部材
９０ａ 芯材
９０ｂ 板材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響整合部材と圧電素子とを備えた送信素子及び受信素子がアレイ状に配置された超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
受信素子と送信素子とがアレイ状に配置された超音波センサとして、超音波センサ前方の障害物の位置測定や形状の検出などを行う超音波センサや医療分野で用いられる超音波画像を得るための超音波トランスジューサなどが知られている。
例えば、特許文献１には、硬質樹脂などの固定材により振動素子が接続されたアレイ型超音波トランスジューサが開示されている。なお、音響整合層を用いた超音波センサは一般に良く知られた構造であり、特に車載用では減衰率の大きな空気中での検知が必要となる。
【特許文献１】特開２０００−２５３４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような超音波センサでは、超音波の検出感度を向上させるために、送信する超音波の音圧を高くすることが必要となるが、送信素子の振幅を大きくすることが必要となるため隣接する振動素子に振動が伝達し、振動ノイズが生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明では、高い音圧の超音波を発振するとともに、振動ノイズを低くすることができる超音波センサを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、超音波センサにおいて、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子と、前記積層圧電素子により発振された超音波を伝達する第１の音響整合部材とを備え、被検出体に対して超音波の送信を行う送信素子と、前記被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記圧電素子に前記被検出体にて反射された超音波を伝達する第２の音響整合部材とを備え、前記被検出体にて反射された超音波の受信を行う受信素子と、をそれぞれ少なくとも１個備え、前記送信素子と前記受信素子とがアレイ状に配置されており、前記送信素子と前記受信素子とを収容し、所定の物体に配置するための一端が開口した箱状に形成された筐体と、前記各音響整合部材と前記筐体の開口部との間に介在して設けられ、前記音響整合部材を前記筐体に固定するとともに、前記各音響整合部材の間で伝達する振動を減衰させる振動減衰部材と、前記送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、前記筐体の内部を前記送信素子を囲んで区画し、前記送信素子から前記受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、送信素子に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、筐体の内部を送信素子を囲んで区画し、送信素子から受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材を備えているため、送信素子から受信素子に超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。つまり、高い音圧の超音波を発振するとともに、振動ノイズを低くすることができる超音波センサを実現することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記圧電素子及び前記積層圧電素子と前記筐体の底面及び内側面との間に介在して設けられ、前記送信素子及び前記受信素子を外力の負荷から保護する第１の緩衝材を備え、前記振動分離部材は、前記第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、第１の緩衝材により外力の負荷から送信素子及び受信素子を保護することができる。また、振動分離部材は、第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されているため、積層圧電素子から第１の緩衝材を介して伝達される超音波を、振動分離部材と第１の緩衝材との界面において反射することができる。これにより、送信素子から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子から受信素子に超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、前記筐体と少なくとも一部が一体的に形成される、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、振動分離部材は、少なくとも一部を筐体と一体的に形成することもできる。これによれば、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材の位置精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、前記音響整合部材側が前記圧電素子側よりも薄くなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、振動分離部材を音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができる。これによれば、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材の強度を高めることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有する、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有するように形成することができる。これによれば、振動分離部材により反射されずに伝達された超音波振動を芯材により減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有する、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有するように形成することができる。これによれば、一側部材および芯材間と芯材および他側部材間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成される、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成することができる。これによれば、一側部材および被封止部材間と被封止部材および他側部材間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材として採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の超音波センサにおいて、前記封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けることができる。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材の強度をも高めることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成される、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成することができる。これによれば、気泡とそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材の製造過程においてその内部に気泡を含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材の製造コストを低減することができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記第１の緩衝材よりも弾性率が低い材料により、前記第１の緩衝材に重ねて設けられ、前記圧電素子及び前記積層圧電素子とを覆うように形成された第２の緩衝材を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、各音響整合部材に印加された衝撃は弾性率の高い第１の緩衝材により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材側には弾性率が低い第２緩衝材を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子及び積層圧電素子を水分などの環境因子から保護することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の超音波センサにおいて、前記積層圧電素子側に設けられている前記第１の緩衝材に代えて、前記第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いる、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、積層圧電素子側に設けられている第１緩衝材に代えて、第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いることができる。積層形成された積層圧電素子は駆動力が大きいため、緩衝材による振動減衰の影響を受けにくい。このため、受信素子に用いられる第１の緩衝材よりも弾性率の高い第３の緩衝材を用いることで、積層圧電素子から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の超音波センサにおいて、前記第３の緩衝材は、前記第１の緩衝材よりも高く形成されており、前記第１の緩衝材が前記圧電素子を覆う高さより、前記第３の緩衝材が前記積層圧電素子を覆う高さの方が大きくなるように形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明によれば、第３の緩衝材の高さが高く形成されているため、積層圧電素子の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材は、前記第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、前記第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されている、という技術的手段を用いる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、振動減衰部材は、第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されているため、送信素子及び受信素子を劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、超音波センサの信頼性を向上させることができる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えた、という技術的手段を用いる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明によれば、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えているため、周囲の状況などに応じて指向性を使い分けることにより、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明では、請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成される、という技術的手段を用いる。
【００３４】
請求項１５に記載の発明によれば、振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成することができる。これによれば、振動分離部材の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する一部により振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００３５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の超音波センサにおいて、筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明によれば、筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材を設けることができる。これによれば、振動抑制部材により、上述のように突出する一部に伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明では、請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段を備える、という技術的手段を用いる。
【００３８】
請求項１７に記載の発明によれば、振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段が設けられる。これによれば、振動減衰手段によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００３９】
請求項１８に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成される、という技術的手段を用いる。
【００４０】
請求項１８に記載の発明によれば、振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成されている。これによれば、その凹凸形状に応じて振動分離部材の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材の共振を抑制することができる。
【００４１】
請求項１９に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成される、という技術的手段を用いる。
【００４２】
請求項１９に記載の発明によれば、振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成することができる。これによれば、送信素子からの振動が振動分離部材に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部のみが振動し、この周縁部を除く中央部は送信素子および受信素子の側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、受信素子への振動による影響を抑制することができる。
【００４３】
請求項２０に記載の発明では、請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられる、という技術的手段を用いる。
【００４４】
請求項２０に記載の発明によれば、振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられている。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材の強度をも高めることができる。
【００４５】
請求項２１に記載の発明では、請求項２０に記載の超音波センサにおいて、前記補強部材は、前記振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成される、という技術的手段を用いる。
【００４６】
請求項２１に記載の発明によれば、補強部材は、振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成されている。これによれば、補強部材による振動分離部材の強度をさらに高めることができる。
【００４７】
請求項２２に記載の発明では、請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記振動減衰部材には、前記第１の音響整合部材と前記第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部が形成される、という技術的手段を用いる。
【００４８】
請求項２２に記載の発明によれば、振動減衰部材には、第１の音響整合部材と第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部を形成することができる。これによれば、第１の音響整合部材からの振動が振動減衰部材を介して第２の音響整合部材に伝達されるまでに切欠部にて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。
【００４９】
請求項２３に記載の発明では、請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、前記各受信素子は、前記送信素子および前記振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置される、という技術的手段を用いる。
【００５０】
請求項２３に記載の発明によれば、送信素子を１つと受信素子を複数備え、各受信素子は、送信素子および振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されている。これによれば、各受信素子には同一のタイミングで送信素子による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。
【００５１】
請求項２４に記載の発明では、請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、前記振動分離部材は、ハニカム状に形成されて前記筐体内を複数の区画に区分けし、前記送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、前記各受信素子は、前記中央の区画に隣接する他の区画内にて前記送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置される、という技術的手段を用いる。
【００５２】
請求項２４に記載の発明によれば、送信素子を１つと受信素子を複数備え、振動分離部材は、ハニカム状に形成されて筐体内を複数の区画に区分けし、送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、各受信素子は、中央の区画に隣接する他の区画内にて送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されている。これによれば、各受信素子には同一のタイミングで送信素子による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。さらに、振動分離部材がハニカム状に形成されているので、振動分離部材の強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
［第１実施形態］
この発明に係る超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、車両に搭載して障害物センサとして使用する超音波センサを例に説明する。
図１は、第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２は、振動分離部材が筐体と一体的に形成された構成を示す縦断面説明図である。図３及び図４は、振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
ここで、図１において、図１（Ａ）の手前方向及び、図１（Ｂ）の上方向が車両の外部を示す。また、図１（Ａ）の下方向に地面が存在する。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００５４】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波センサ１０は、超音波を送信する送信素子１１と、送信素子１１から車両前方に送信され、車両前方に存在する被検出体（障害物）で反射された超音波を検出する受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒと、素子間における超音波の伝達を防止する振動減衰部材１８と、送信素子１１及び受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを外力の負荷や衝撃から保護する第１緩衝材１９と、送信素子１１を受信素子１２ｐ〜１２ｒから区画し、超音波の伝達を遮蔽する振動分離部材９０と、受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ、送信素子１１、第１緩衝材１９及び振動分離部材９０を収容する一端が開口した箱状の筐体３１と、を備えている。
【００５５】
各受信素子１２ｐ〜１２ｒの構造は同じであるので、ここでは、受信素子１２ｐについて説明する。
受信素子１２ｐは、送信素子１１から発振され、障害物で反射された超音波を受信し、圧電素子１４ｐに振動を伝達する音響整合部材１３ｐと、超音波を検出する圧電素子１４ｐと、とが接合されて形成されている。
【００５６】
圧電素子１４ｐは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、横断面の外形が音響整合部材１３ｐの横断面の外形と等しい四角柱状に形成された圧電体を、対向する面において、ＰｔやＣｕやＡｇのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより形成された１組の電極１５ｐにより挟んで形成されている。なお、圧電素子１４ｐは、後述する積層圧電素子１６と同様に、積層形成されて構成されてもよい。
【００５７】
音響整合部材１３ｐは、空気より音響インピーダンスが大きく、圧電素子１４ｐより音響インピーダンスが小さいポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料を用いて形成されている。
【００５８】
音響整合部材１３ｐは、厚さが超音波の音響整合部材１３ｐ中における波長の約１／４となるように形成されている。音響整合部材１３ｐの厚さを超音波の波長の約１／４となるように形成することにより、音響整合部材１３ｐ内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材１３ｐ内に入射した超音波と、音響整合部材１３ｐと圧電素子１４ｐとの界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、圧電素子１４ｐに効率よく超音波を伝達することができる。また、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下とすることが望ましい。
【００５９】
送信素子１１は、受信素子１２ｐと同様の構成の音響整合部材１３と、超音波を発振する積層圧電素子１６、とが接合されて形成されている。
【００６０】
積層圧電素子１６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、横断面の外形が音響整合部材１３ｐの横断面の外形と等しい四角柱状に形成された圧電体に、１組の電極１７が互い違いに櫛歯状に積層形成されて構成されている。これにより、積層圧電素子１６は、複数層の圧電素子が積層形成された形状と等価となり、本実施形態では、５層の圧電素子が積層形成された形状となっている。ここで、圧電素子の積層数は、要求する音圧に合わせて可変である。
【００６１】
圧電素子１４ｐの電極１４及び積層圧電素子１６の電極１７は、ワイヤ１４ａ、１７ａを介して、それぞれ回路素子（図示せず）に電気的に接続されている。回路素子は、車両に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：図示せず）に電気的に接続されている。
【００６２】
各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒは、超音波の伝達を防止する振動減衰部材１８を介在して、互いに隣り合った各音響整合部材の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長にほぼ等しくなるようにアレイ状に配置されている。
ただし、中心部の間隔は検知エリアの角度に依存するのものであり、間隔ｄが半波長より大きい場合でも、角度を検知することはできる。
【００６３】
振動減衰部材１８は、各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒの受信面１３ｊと、音響整合部材１３の送信面１３ｓとを覆って、筐体３１の開口部に固定されている。この構成を用いると、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒと振動減衰部材１８との界面が外部に露出しないため、接合面を介して水などが侵入することを防止することができるので、超音波センサの信頼性を向上させることができる。筐体３１は、車両の所定の位置、例えば、バンパ１００に各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒが外方に面するように取り付けられている。
【００６４】
振動減衰部材１８は、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒより音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。更に、振動減衰部材１８には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂、スポンジなどを用いることができる。このような材料により形成された振動減衰部材１８が、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの間に介在することにより、超音波が各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの間で伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。
ここで、振動減衰部材１８のうち受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを覆う部分は、超音波の伝達を大きく阻害しないように、例えば、厚さ１ｍｍ以下の厚さに形成されている。
【００６５】
第１緩衝材１９は、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６より弾性率の低い材料、例えば、ウレタンなどの軟質樹脂、ゴム、シリコーンなどのポッティング材、などの高分子材料により、送信素子１１の積層圧電素子１６、受信素子１２ｐの圧電素子１４ｐ及び受信素子１２ｑ、１２ｒの圧電素子（図示せず）を囲んで、筐体３１との間に介在して設けられている。
【００６６】
このような第１緩衝材１９を設けることにより、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに小石などの飛来物の衝突などにより衝撃が加えられたような場合でも、第１緩衝材１９が送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒに伝達された衝撃を吸収するとともに、送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒが筐体３１の底面３１ａ側に向かって変位するのを拘束するため、送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒを保護し、破壊を防ぐことができる。
また、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、信頼性を向上させることができる。
【００６７】
振動分離部材９０は、第１緩衝材１９より弾性率及び音響インピーダンスが高い材料により板状に形成されている。
振動分離部材９０は、送信素子１１と隣接する受信素子１２ｐ、１２ｒとの間に設けられ、筺体３１の底面３１ａから立設されており、一端が振動減衰部材１８により固定されて、筐体３１の内部を送信素子１１を囲んで区画している。ここで、振動分離部材９０の厚さは、積層圧電素子１６から各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒへの超音波の振動の伝達を低減するとともに、振動減衰部材１８において、各音響整合部材１３ｐ〜１３ｒの振動の阻害を小さくできる厚さに設定されている。
【００６８】
次に、超音波センサ１０による障害物の検出について説明する。
まず、ＥＣＵから出力された超音波の音圧、位相を制御する制御信号に基づいて、回路素子が積層圧電素子１６に対して電圧信号を出力する。この電圧信号に基づいて積層圧電素子１６が振動し、所定の音圧、位相の超音波を発振する。
【００６９】
ここで、送信素子１１の積層圧電素子１６は５層に積層形成されているので、例えば、１層だけの圧電素子に比べて、同じ電圧を印加した場合に、５倍の変位、即ち５倍の音圧を得ることができる。つまり、積層圧電素子１６は、高い音圧の超音波を発振することができる。
【００７０】
また、送信素子１１を区画する振動分離部材９０は第１緩衝材１９より弾性率及び音響インピーダンスが高い材料により形成されているので、積層圧電素子１６から第１緩衝材１９を介して伝達される超音波を、振動分離部材９０と第１緩衝材１９との界面において反射することができる。これにより、送信素子１１から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子１１から受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【００７１】
積層圧電素子１６により発振された超音波は、音響整合部材１３に伝達され、送信面１３ｓから車両外部へ送信される。送信面１３ｓから送信された超音波は、障害物により反射され、反射された超音波は、受信素子１２ｐ〜１２ｒの音響整合部材の受信面１３ｊにおいて受信される。例えば、受信素子１２ｐの音響整合部材１３ｐの受信面１３ｊにおいて受信された超音波は、音響整合部材１３ｐを介して、圧電素子１４ｐに伝達される。圧電素子１４ｐに伝達された超音波は、圧電素子１４ｐにより検出され、電圧信号に変換される。圧電素子１４ｐから出力された電圧信号は、回路素子を経て、ＥＣＵに伝達される。回路素子は、圧電素子１４ｐから出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。
【００７２】
各受信素子１２ｐ〜１２ｒはアレイ状に配置されているため、送受信間の時間差および受信した超音波の各受信素子１２ｐ〜１２ｒ間での時間差、または位相差を求めることによって、その各差に基づいて、障害物の位置などの測定を行うことができる。
ここで、各受信素子１２ｐ〜１２ｒ間には、振動減衰部材１８が介在しているため、受信素子１３ｐ〜１３ｓごとに超音波を分離して伝達し、検出することができるので、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
（変更例）
本実施形態では、振動減衰部材１８により受信面１３ｊ及び送信面１３ｓが覆われているが、これに限定されるものではない。
例えば、振動減衰部材１８は、受信面１３ｊ及び送信面１３ｓ近傍の側面において、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒを固定し、受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを外部に露出させる構成を採用することもできる。また、この構成において露出した受信面１３ｊ及び送信面１３ｓを塗料などの別部材により被覆してもよい。
【００７４】
振動分離部材９０は、筐体３１と一体的に形成することもできる。これによれば、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材９０の位置精度を向上させることができる。
更に、図２に示すように、接合層１８ａを介して、振動減衰部材１８と、筐体３１及び振動分離部材９０とを接合することもできる。これにより、送信素子１１及び各受信素子１２ｐ〜１２ｒと、筐体３１及び振動分離部材９０との位置決め精度を確保することができる。接合層１８ａは、２色成形、熱圧着、レーザ溶着、加硫接着、接着剤などにより形成することができる。
【００７５】
振動分離部材９０は、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができる。例えば、図３に示すように、縦断面が台形形状となるように形成することができる。これにより、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材９０の強度を高めることができる。この構成では、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成することができれば、縦断面が台形形状に限定されるものではなく、例えば、厚さが異なる板を組み合わせた段差形状とすることもできる。
【００７６】
振動分離部材９０は、硬質材料で軟質材料を挟んだ積層構造とすることもできる。例えば、図４に示すように、樹脂材料で形成された芯材９０ａを金属材料で形成された板材９０ｂで挟み込んだ構成を用いることができる。これにより、板材９０ｂで反射されずに伝達された超音波振動を芯材９０ａにより減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００７７】
第１緩衝材１９の形状は、衝撃の緩衝効果を保持していれば任意である。例えば、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６と筐体３１の底面３１ａとの間にのみ形成することもできるし、筐体３１内部の空間をすべて充填することもできる。
【００７８】
各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの形状は、横断面が略正方形の四角柱状に限らず、例えば、円柱でもよい。これによれば、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒの不要振動を抑制することができる。
【００７９】
送信素子及び受信素子の数及び配置は、用途に応じて任意である。例えば、距離検知を行うなら、送信素子と受信素子を１個ずつ配置すればよい。また、角度検知を行うなら、送信素子１個と受信素子２個を配置すればよい。これにより、受信素子を配置した方向の角度検知を行うことができる。
【００８０】
［第１実施形態の効果］
（１）第１実施形態の超音波センサ１０は、送信素子１１に、圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子１６を用いているため、高い音圧の超音波を発振することができる。また、振動分離部材９０を備えているため、送信素子１１から各受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。つまり、高い音圧と低い振動ノイズを両立することができる超音波センサ１０を実現することができる。
【００８１】
（２）第１緩衝材１９により外力の負荷から送信素子１１及び受信素子１２ｐ〜１２ｒを保護することができる。また、振動分離部材９０は、第１緩衝材１９よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されているため、積層圧電素子１６から第１緩衝材１９を介して伝達される超音波を、振動分離部材９０と第１緩衝材１９との界面において反射することができる。これにより、送信素子１１から高い音圧の超音波を発振しても、送信素子１１から受信素子１２ｐ〜１２ｒに超音波が伝達して発生する振動ノイズを低減することができる。
【００８２】
（３）振動分離部材９０を筐体３１と一体的に形成する構成では、部品点数を低減することができるとともに、振動分離部材９０の位置精度を向上させることができる。また、少なくとも一部が一体で形成させている構成では、位置精度を向上させることができる。
【００８３】
（４）振動分離部材９０は、音響整合部材側が圧電素子側よりも薄くなるように形成する構成では、音響整合部材の振動を阻害しないようにすることができるとともに、振動分離部材９０の強度を高めることができる。
【００８４】
（５）振動分離部材９０を硬質材料で軟質材料を挟んだ積層構造とする構成では、伝達された超音波振動を芯材９０ａにより減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【００８５】
（６）振動減衰部材１８は、送信面１３ｓと受信面１３ｊとを覆って形成されているため、送信素子１１及び各受信素子１２ｐ〜１２ｒを劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、超音波センサ１０の信頼性を向上させることができる。
【００８６】
［第２実施形態］
第２実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図５は、第２実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。図６及び図７は、第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００８７】
図５に示すように、第２実施形態の超音波センサ２０では、第１緩衝材１９に重ねて第１緩衝材１９よりも低弾性率で音響インピーダンスが小さい材料、例えば、ゲルにより形成された第２緩衝材２１が設けられている。第１緩衝材１９は、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６と筐体３１の底面３１ａとの間を充填して設けられており、第２緩衝材２１は、第１緩衝材１９に重ねて圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を覆うように設けられている。
【００８８】
この構成によれば、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに印加された衝撃は弾性率の高い第１緩衝材１９により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒ側には低弾性率の第２緩衝材２１を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を水分などの環境因子から保護することができる。
【００８９】
また、送信素子１１と受信素子１２ｐ〜１２ｒとで、圧電素子側で異なる材質の緩衝材を用いることもできる。図６に示すように、積層圧電素子１６側に配置される緩衝材として、第１緩衝材１９に代えて、第１緩衝材１９よりも弾性率が高い材料により形成された第３緩衝材２２を用いることができる。積層形成された積層圧電素子１６は駆動力が大きいため、緩衝材による振動減衰の影響を受けにくい。このため、各受信素子１２ｐ〜１２ｒに用いられる第１緩衝材１９よりも弾性率の高い第３緩衝材２２を用いることで、積層圧電素子１６から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００９０】
更に、図７に示すように、第３緩衝材２２の高さを第１緩衝材１９に比べて高く形成することもできる。これにより、積層圧電素子１６の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００９１】
［第２実施形態の効果］
（１）第２実施形態の超音波センサ２０では、第１緩衝材１９に重ねて第１緩衝材１９よりも低弾性率で音響インピーダンスが小さい材料により形成された第２緩衝材２１が設けられているため、各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒに印加された衝撃は弾性率の高い第１緩衝材１９により吸収することができる。また、超音波の振動が大きい各音響整合部材１３、１３ｐ〜１３ｒ側には低弾性率の第２緩衝材２１を配置することにより、振動減衰を小さくするとともに、圧電素子１４ｐ及び積層圧電素子１６を水分などの環境因子から保護することができる。
【００９２】
（２）第１緩衝材１９に代えて、第１緩衝材１９よりも弾性率が高い材料により形成された第３緩衝材２２を用いる構成では、積層圧電素子１６から発振した超音波を外部に有効に伝えることができる。
【００９３】
（３）第３緩衝材２２の高さを第１緩衝材１９に比べて高く形成する構成では、積層圧電素子１６の横方向への揺れを拘束して防ぐことができる。
【００９４】
［第３実施形態］
第３実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図８は、第３実施形態の超音波センサの平面説明図である。図８において、図中の下方向に地面が存在する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００９５】
第３実施形態の超音波センサ３０では、送信素子と受信素子とを水平方向にそれぞれ２個ずつ並んで備えており、送信素子または受信素子のいずれかが異なる指向性を有した構成である。図８（Ａ）に示すように、地面に対して水平方向に受信素子１２ｑ、１２ｒが並んで配置され、その下方に振動分離部材９０により区画されて送信素子１１ａ、１１ｂが水平方向に並んで配置されている。これにより、送信素子１１ａ、１１ｂによる振動ノイズを低減することができる。
【００９６】
送信素子１１ａの音響整合部材１３ａは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されている。送信素子の指向性は、送信面の辺の長さが短くなるほど広くなるため、送信素子１１ａは上下方向に広い指向性を有する。
【００９７】
送信素子１１ａの音響整合部材１３ａは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されている。送信素子の指向性は、送信面の辺の長さが短くなるほど広くなるため、送信素子１１ａは上下方向に広い指向性を有する。
【００９８】
送信素子１１ｂの音響整合部材１３ｂは、横断面が上下方向に長い長方形となるように形成されている。このため、送信素子１１ｂは水平方向に広い指向性を有する。
【００９９】
このように、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとは異なる指向性を有するため、道路の状況などに応じて使い分けることができる。通常は、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとにより、交互に超音波を送信する。送信素子１１ａにより超音波を送信した場合には、地表近くの障害物まで検知することができる。送信素子１１ｂにより超音波を送信した場合には、水平方向に広い範囲で障害物を検知することができる。
【０１００】
悪路などで地面から大きな反射波があり、送信素子１１ａにより超音波を送信した場合に障害物の検出が不可能な場合でも、送信素子１１ｂにより超音波を送信することにより障害物を検知することができる。また、水平方向でも同様に、横方向から大きな反射波があり、送信素子１１ｂにより超音波を送信した場合に障害物の検出が不可能な場合でも、送信素子１１ａにより超音波を送信することにより障害物を検知することができる。このように、送信素子１１ａと送信素子１１ｂとが補完しあって、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【０１０１】
また、図８（Ｂ）に示すように、受信素子の指向性を変えることもできる。受信素子１２ｑの音響整合部材１３ｑは、横断面が水平方向に長い長方形となるように形成されているため、受信素子１２ｑは上下方向に広い指向性を有する。受信素子１２ｒの音響整合部材１３ｒは、横断面が上下方向に長い長方形となるように形成されているため、受信素子１２ｑは水平方向に広い指向性を有する。このように、受信素子１１ａと送信素子１１ｂとは異なる指向性を有するため、図８（Ａ）に示した構成と同様に、道路の状況などに応じて使い分けることができる。
【０１０２】
本実施形態では、送信素子と受信素子とを水平方向にそれぞれ２個ずつ並んで設けられた場合について例示したが、送信素子または受信素子を複数個備えていれば、異なる指向性を有するように構成することができる。
【０１０３】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態の超音波センサ３０は、異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えているため、道路の状況などに応じて指向性を使い分けることにより、広い検出エリアで障害物を感度よく検出することができる。
【０１０４】
［第４実施形態］
第４実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図９は、第４実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。図１０及び図１１は、第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１０５】
図９に示すように、第４実施形態の超音波センサ４０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９１が設けられている。この振動分離部材９１は、芯材９１ｃをこの芯材９１ｃよりも音響インピーダンスが高い一側部材９１ａおよび他側部材９１ｂで挟むように積層されて形成されている。
【０１０６】
この構成によれば、一側部材９１ａおよび芯材９１ｃ間と芯材９１ｃおよび他側部材９１ｂ間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【０１０７】
また、振動分離部材９１に代えて、図１０に示す振動分離部材９２を採用してもよい。この振動分離部材９２は、一側部材９２ａと他側部材９２ｂとを貼り合わせて構成される封止空間９２ｃに当該一側部材９２ａおよび他側部材９２ｂよりも音響インピーダンスが低い被封止部材９２ｄを封止して形成される。なお、封止空間９２ｃは、例えば、一側部材９２ａの側面に形成された格子状のリブを平板状の他側部材９２ｂの側面に組み合わせることにより形成される。
【０１０８】
このようにしても、一側部材９２ａおよび被封止部材９２ｄ間と被封止部材９２ｄおよび他側部材間９２ｂとにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材９２ｄとして採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【０１０９】
更に、封止空間９２ｃ内に、当該封止空間９２ｃ内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けてもよい。これによれば、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材９２の強度をも高めることができる。
【０１１０】
また、振動分離部材９１に代えて、図１１に示す振動分離部材９３を採用してもよい。この振動分離部材９３は、その内部に気泡９３ａを封止して形成される。これによれば、気泡９３ａとそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材９３の製造過程においてその内部に気泡９３ａを含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材９３の製造コストを低減することができる。
【０１１１】
［第４実施形態の効果］
（１）第４実施形態の超音波センサ４０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９１が設けられおり、この振動分離部材９１には、芯材９１ｃをこの芯材９１ｃよりも音響インピーダンスが高い一側部材９１ａおよび他側部材９１ｂで挟むように積層されて形成されているため、一側部材９１ａおよび芯材９１ｃ間と芯材９１ｃおよび他側部材９１ｂ間とにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。
【０１１２】
（２）振動分離部材９１に代えて、一側部材９２ａと他側部材９２ｂとを貼り合わせて構成される封止空間９２ｃに当該一側部材９２ａおよび他側部材９２ｂよりも音響インピーダンスが低い被封止部材９２ｄを封止して形成される振動分離部材９２を用いる構成では、一側部材９２ａおよび被封止部材９２ｄ間と被封止部材９２ｄおよび他側部材間９２ｂとにおける音響インピーダンスの差がそれぞれ大きくなるので、各界面において送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、封止構造であるため、音響インピーダンスが低い空気等の気体やゲル状の物質でも被封止部材９２ｄとして採用することができ、気体は圧縮率が高く、ゲル状物質は減衰定数が大きいことから、伝達される振動を吸収することができる。
【０１１３】
（３）更に、封止空間９２ｃ内に、当該封止空間９２ｃ内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材を設けることにより、振動ノイズを低減するとともに、振動分離部材９２の強度をも高めることができる。
【０１１４】
（４）振動分離部材９１に代えて、その内部に気泡９３ａを封止して形成される振動分離部材９３を用いる構成では、気泡９３ａとそれ以外の部分とで音響インピーダンスの差を大きくすることができるので、送信素子１１からの超音波を反射しやすくなり、振動ノイズを低減することができる。特に、振動分離部材９３の製造過程においてその内部に気泡９３ａを含むように形成することにより、大きな音響インピーダンスの差を有する振動分離部材９３の製造コストを低減することができる。
【０１１５】
［第５実施形態］
第５実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１２は、第５実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１１６】
図１２に示すように、第５実施形態の超音波センサ５０では、筐体３１および振動分離部材９０に代えて筐体３１ｂおよび振動分離部材９４が設けられている。筐体３１ｂの底面には振動分離部材９４の一部が挿通可能なスリット３１ｃが形成されており、振動分離部材９４は、その一部（以下、突出部９４ａともいう）が筐体３１ｂのスリット３１ｃを挿通して外方に突出するように形成されている。この突出部９４ａには、当該突出部９４ａの振動を減衰して抑制するための振動抑制部材として機能するゴム状の弾性部材５１が取り付けられている。なお、ゴム状の弾性部材５１に代えて、例えば、ゲル状の部材を突出部９４ａに取り付けてもよい。
【０１１７】
この構成によれば、振動分離部材９４の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する突出部９４ａにより振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。また、弾性部材５１により、突出部９４ａに伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【０１１８】
［第５実施形態の効果］
（１）第５実施形態の超音波センサ５０では、筐体３１および振動分離部材９０に代えて筐体３１ｂおよび振動分離部材９４が設けられており、振動分離部材９４は、その突出部９４ａが筐体３１ｂのスリット３１ｃを挿通して外方に突出するように形成されているため、振動分離部材９４の共振周波数を低下させるとともに、このように突出する突出部９４ａにより振動を外部に引き出して減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１１９】
（２）更に、突出部９４ａには、当該突出部９４ａの振動を減衰して抑制するための弾性部材５１が取り付けられているため、弾性部材５１により、突出部９４ａに伝達される振動を効果的に減衰することができるので、振動ノイズをより低減することができる。
【０１２０】
［第６実施形態］
第６実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１３は、第６実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２１】
図１３に示すように、第６実施形態の超音波センサ６０では、振動分離部材９０の振動を減衰させる振動減衰手段として機能するノイズキャンセル用アクチュエータ６１が振動分離部材９０と筐体３１の底面３１ａとの間に配置されている。このアクチュエータ６１は、ワイヤ６１ａを介して対応する回路素子（図示せず）に電気的に接続されており、検出される振動分離部材９０の振動に対する逆位相の振動を振動分離部材９０に与えることにより当該振動分離部材９０の振動を減衰させる。
【０１２２】
この構成によれば、アクチュエータ６１によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材９０の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。また、このような振動減衰手段を各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの裏面に配置してその振動に対する逆位相の振動を当該各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒに与えることにより、当該各受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒの振動を減衰させることもできる。また、アクチュエータ６１は、送信素子１１が送信する超音波に応じて振動分離部材９０に与える振動を調整してもよい。
【０１２３】
［第６実施形態の効果］
第６実施形態の超音波センサ６０では、振動分離部材９０の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材９０に与えることにより当該振動分離部材９０の振動を減衰させるアクチュエータ６１を設けているため、アクチュエータ６１によって逆位相の振動を与えることにより振動分離部材９０の振動を減衰させることができるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１２４】
［第７実施形態］
第７実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１４は、第７実施形態の超音波センサの説明図である。図１４（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２５】
図１４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第７実施形態の超音波センサ７０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９５が設けられている。この振動分離部材９５は、その側面が凹凸状に形成されている。
【０１２６】
この構成によれば、その凹凸形状に応じて振動分離部材９５の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材９５の共振を抑制することができる。
【０１２７】
［第７実施形態の効果］
第７実施形態の超音波センサ７０では、振動分離部材９５の側面が凹凸状に形成されているため、その凹凸形状に応じて振動分離部材９５の共振周波数を変更することができるので、振動分離部材９５の共振を抑制することができる。
【０１２８】
［第８実施形態］
第８実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１５は、第８実施形態の超音波センサの説明図である。図１５（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１２９】
図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第８実施形態の超音波センサ８０では、振動分離部材９０に代えて振動分離部材９６が設けられている。この振動分離部材９６は、その周縁部９６ａにて筐体３１に支持されており、この周縁部９６ａの厚さが中央部９６ｂの厚さに対して薄くなるように形成されている。
【０１３０】
この構成によれば、送信素子１１からの振動が振動分離部材９６に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部９６ａのみが振動し、この周縁部９６ａを除く中央部９６ｂは送信素子１１および各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒの側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒへの振動による影響を抑制することができる。
【０１３１】
［第８実施形態の効果］
第８実施形態の超音波センサ８０では、振動分離部材９６は、筐体３１に支持される周縁部９６ａの厚さが中央部９６ｂの厚さに対して薄くなるように形成されているため、送信素子１１からの振動が振動分離部材９６に伝達されるとき、比較的厚さの薄い周縁部９６ａのみが振動し、この周縁部９６ａを除く中央部９６ｂは送信素子１１および各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒの側面に対して平面として平行に往復動するだけなので、各受信素子１２ｐ，１２ｑ、１２ｒへの振動による影響を抑制することができる。
【０１３２】
［第９実施形態］
第９実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１６は、第９実施形態の超音波センサの説明図である。図１６（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態に対して、受信素子１２ｐを１つ採用する構成について示しているが、第１実施形態と同様に３つの受信素子１２ｐ、１２ｑ、１２ｒを採用する構成に適用することもできる。また、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１３３】
図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、第９実施形態の超音波センサ８０ａでは、振動分離部材９０の受信素子側の側面に複数の補強部材９７が等間隔に設けられている。この構成によれば、各補強部材９７により振動分離部材９０が補強されて当該振動分離部材９０の強度を高めることができる。なお、補強部材９７は、例えば、振動分離部材９０の送信素子側の側面に設けられてもよいし、他の部位に設けられてもよい。
【０１３４】
また、補強部材９７は、振動分離部材９０の側面に対してハニカム状に形成されてもよい。これによれば、補強部材９７による振動分離部材９０の強度をさらに高めることができる。
【０１３５】
［第９実施形態の効果］
（１）第９実施形態の超音波センサ８０ａでは、振動分離部材９０の受信素子側の側面に複数の補強部材９７が設けられているため、振動分離部材９０による振動ノイズの低減とともに、当該振動分離部材９０の強度をも高めることができる。
【０１３６】
（２）更に、補強部材９７を振動分離部材９０の側面に対してハニカム状に形成することにより、補強部材９７による振動分離部材９０の強度をさらに高めることができる。
【０１３７】
［第１０実施形態］
第１０実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１７は、第１０実施形態の超音波センサの説明図である。図１７（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１３８】
図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１０実施形態の超音波センサ８０ｂでは、振動減衰部材１８には、送信素子１１の音響整合部材１３と各受信素子１２ｐ，１２ｑ，１２ｒの音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒとの間であって振動分離部材９０の両側にて当該振動分離部材９０に沿うように切欠部１８ｂが形成されている。
【０１３９】
この構成によれば、音響整合部材１３からの振動が振動減衰部材１８を介して音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒに伝達されるまでに切欠部１８ｂにて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。なお、切欠部１８ｂは、振動分離部材９０のどちらか一方の側のみに形成されてもよいし、複数形成されてもよい。また、切欠部１８ｂは、振動分離部材９０に沿うように形成されることに限らず、複数箇所断続的に形成されてもよい。
【０１４０】
［第１０実施形態の効果］
第１０実施形態の超音波センサ８０ｂでは、振動減衰部材１８には、音響整合部材１３と音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒとの間に切欠部１８ｂが形成されているため、音響整合部材１３からの振動が振動減衰部材１８を介して音響整合部材１３ｐ，１３ｑ，１３ｒに伝達されるまでに切欠部１８ｂにて分散されるので、振動ノイズを低減することができる。
【０１４１】
［第１１実施形態］
第１１実施形態の超音波センサについて、図を参照して説明する。図１８は、第１１実施形態の超音波センサの平面説明図である。図１９および図２０は、第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。図１８〜図２０において、図中の下方向に地面が存在する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【０１４２】
図１８に示すように、第１１実施形態の超音波センサ８０ｃでは、送信素子１１を１つと受信素子１２ｐ，１２ｑを２つ備え、各受信素子１２ｐ，１２ｑは、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されている。
【０１４３】
この構成によれば、各受信素子１２ｐ，１２ｑには同一のタイミングで送信素子１１による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。また、図１９に示すように、受信素子を複数（１２ｐ，１２ｑ、１２ｒ、１２ｓ）設け、各受信素子は、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されてもよい。
【０１４４】
また、図２０に示すように、送信素子１１を１つと受信素子１２を複数備え、振動分離部材９０に代えてハニカム状に形成される振動分離部材９８を採用し、この振動分離部材９８により筐体３１内を複数の区画に区分けし、送信素子１１は中央の区画９８ａ内に配置されるとともに、各受信素子１２は、中央の区画９８ａに隣接する他の区画９８ｂ〜９８ｇ内にて送信素子１１に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されてもよい。これによれば、振動ノイズを低減することに加えて、振動分離部材９８がハニカム状に形成されているので、振動分離部材９８の強度を高めることができる。
【０１４５】
［第１１実施形態の効果］
（１）第１１実施形態の超音波センサ８０ｃでは、送信素子１１を１つと受信素子を複数備え、各受信素子は、送信素子１１および振動分離部材９０に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されているため、各受信素子には同一のタイミングで送信素子１１による振動の影響がでることとなるので、信号処理をすることで容易に振動ノイズを低減することができる。
【０１４６】
（２）更に、ハニカム状に形成される振動分離部材９８により筐体３１内を複数の区画に区分けし、送信素子１１は中央の区画９８ａ内に配置されるとともに、各受信素子は、中央の区画９８ａに隣接する他の区画９８ｂ〜９８ｇ内にて送信素子１１に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されるため、振動ノイズを低減することに加えて、振動分離部材９８がハニカム状に形成されているので、振動分離部材９８の強度を高めることができる。
【０１４７】
［その他の実施形態］
本発明の超音波センサは、自動車の障害物センサ以外にも、ロボットなどの衝撃が印加される可能性が高い部分に搭載し、周辺の障害物を検知する超音波センサとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】振動分離部材が筐体と一体的に形成された構成を示す縦断面説明図である。
【図３】振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
【図４】振動分離部材の変更例を示す縦断面説明図である。
【図５】第２実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図６】第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図７】第２実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図８】第３実施形態の超音波センサの平面説明図である。
【図９】第４実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１０】第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図１１】第４実施形態の超音波センサの変更例の縦断面説明図である。
【図１２】第５実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１３】第６実施形態の超音波センサの縦断面説明図である。
【図１４】第７実施形態の超音波センサの説明図である。図１４（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１５】第８実施形態の超音波センサの説明図である。図１５（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１６】第９実施形態の超音波センサの説明図である。図１６（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１７】第１０実施形態の超音波センサの説明図である。図１７（Ａ）は、超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１８】第１１実施形態の超音波センサの平面説明図である。
【図１９】第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。
【図２０】第１１実施形態の超音波センサの変更例の平面説明図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８０ａ〜８０ｃ 超音波センサ
１１、１１ａ、１１ｂ 積層圧電素子
１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ 音響整合部材
１３ 音響整合部材（第１の音響整合部材）
１３ｐ 音響整合部材（第２の音響整合部材）
１３ｊ 受信面
１３ｓ 送信面
１４ｐ 圧電素子
１６ 積層圧電素子
１８ 振動減衰部材
１８ｂ 切欠部
１９ 第１緩衝材
２１ 第２緩衝材
２２ 第３緩衝材
３１ 筐体
３１ａ 底面
９０〜９８ 振動分離部材
９０ａ 芯材
９０ｂ 板材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子と、前記積層圧電素子により発振された超音波を伝達する第１の音響整合部材とを備え、被検出体に対して超音波の送信を行う送信素子と、
前記被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記圧電素子に前記被検出体にて反射された超音波を伝達する第２の音響整合部材とを備え、前記被検出体にて反射された超音波の受信を行う受信素子と、をそれぞれ少なくとも１個備え、前記送信素子と前記受信素子とがアレイ状に配置されており、
前記送信素子と前記受信素子とを収容し、少なくとも所定の物体に配置するための一端が開口した箱状に形成された筐体と、
前記各音響整合部材と前記筐体の開口部との間に介在して設けられ、前記音響整合部材を前記筐体に固定するとともに、前記各音響整合部材の間で伝達する振動を減衰させる振動減衰部材と、
前記送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、前記筐体の内部を前記送信素子を囲んで区画し、前記送信素子から前記受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材と、
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電素子及び前記積層圧電素子と前記筐体の底面及び内側面との間に介在して設けられ、前記送信素子及び前記受信素子を外力の負荷から保護する第１の緩衝材を備え、
前記振動分離部材は、前記第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記振動分離部材は、前記筐体と少なくとも一部が一体的に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記振動分離部材は、前記音響整合部材側が前記圧電素子側よりも薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材が設けられることを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記第１の緩衝材よりも弾性率が低い材料により、前記第１の緩衝材に重ねて設けられ、前記圧電素子及び前記積層圧電素子とを覆うように形成された第２の緩衝材を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記積層圧電素子側に設けられている前記第１緩衝材に代えて、前記第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いることを特徴とする請求項１０に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記第３の緩衝材は、前記第１の緩衝材よりも高く形成されており、前記第１の緩衝材が前記圧電素子を覆う高さより、前記第３の緩衝材が前記積層圧電素子を覆う高さの方が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
前記振動減衰部材は、前記第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、前記第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１４】
異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１５】
前記振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１６】
前記筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材が設けられることを特徴とする請求項１５に記載の超音波センサ。
【請求項１７】
前記振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１８】
前記振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１９】
前記振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２０】
前記振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２１】
前記補強部材は、前記振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の超音波センサ。
【請求項２２】
前記振動減衰部材には、前記第１の音響整合部材と前記第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２３】
前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、
前記各受信素子は、前記送信素子および前記振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２４】
前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、
前記振動分離部材は、ハニカム状に形成されて前記筐体内を複数の区画に区分けし、
前記送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、前記各受信素子は、前記中央の区画に隣接する他の区画内にて前記送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１】
圧電素子が複数層に積層形成され、超音波を発振する積層圧電素子と、前記積層圧電素子により発振された超音波を伝達する第１の音響整合部材とを備え、被検出体に対して超音波の送信を行う送信素子と、
前記被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記圧電素子に前記被検出体にて反射された超音波を伝達する第２の音響整合部材とを備え、前記被検出体にて反射された超音波の受信を行う受信素子と、をそれぞれ少なくとも１個備え、前記送信素子と前記受信素子とがアレイ状に配置されており、
前記送信素子と前記受信素子とを収容し、少なくとも所定の物体に配置するための一端が開口した箱状に形成された筐体と、
前記各音響整合部材と前記筐体の開口部との間に介在して設けられ、前記音響整合部材を前記筐体に固定するとともに、前記各音響整合部材の間で伝達する振動を減衰させる振動減衰部材と、
前記送信素子と隣接する受信素子との間に設けられ、前記筐体の内部を前記送信素子を囲んで区画し、前記送信素子から前記受信素子への超音波振動の伝達を低減する振動分離部材と、
を備えたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電素子及び前記積層圧電素子と前記筐体の底面及び内側面との間に介在して設けられ、前記送信素子及び前記受信素子を外力の負荷から保護する第１の緩衝材を備え、
前記振動分離部材は、前記第１の緩衝材よりも音響インピーダンスが高い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記振動分離部材は、前記筐体と少なくとも一部が一体的に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記振動分離部材は、前記音響整合部材側が前記圧電素子側よりも薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも弾性率の高い材料で挟んで形成された積層構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記振動分離部材は、芯材をこの芯材よりも音響インピーダンスが高い一側部材および他側部材で挟んで形成された積層構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記振動分離部材は、一側部材と他側部材とを貼り合わせて構成される封止空間に当該一側部材および他側部材よりも音響インピーダンスが低い被封止部材を封止して形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記封止空間内には、当該封止空間内を複数の区画に区分けするハニカム状の区画部材が設けられることを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記振動分離部材は、その内部に気泡を封止して形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記第１の緩衝材よりも弾性率が低い材料により、前記第１の緩衝材に重ねて設けられ、前記圧電素子及び前記積層圧電素子とを覆うように形成された第２の緩衝材を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記積層圧電素子側に設けられている前記第１緩衝材に代えて、前記第１緩衝材よりも弾性率が高い材料により形成された第３の緩衝材を用いることを特徴とする請求項１０に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記第３の緩衝材は、前記第１の緩衝材よりも高く形成されており、前記第１の緩衝材が前記圧電素子を覆う高さより、前記第３の緩衝材が前記積層圧電素子を覆う高さの方が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
前記振動減衰部材は、前記第１の音響整合部材の超音波を送信する送信面と、前記第２の音響整合部材の超音波を受信する受信面とを覆って形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１４】
異なる指向性を有する送信素子の組、または、受信素子の組を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１５】
前記振動分離部材は、その一部が前記筐体の他端から外方に突出するように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１６】
前記筐体の他端から外方に突出する前記振動分離部材の一部には、この部位の振動を減衰して抑制するための振動抑制部材が設けられることを特徴とする請求項１５に記載の超音波センサ。
【請求項１７】
前記振動分離部材の振動に対する逆位相の振動をこの振動分離部材に与えることにより当該振動分離部材の振動を減衰させる振動減衰手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１８】
前記振動分離部材は、その側面が凹凸状に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１９】
前記振動分離部材は、その周縁部にて前記筐体に支持されており、この周縁部の厚さが中央部の厚さに対して薄くなるように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２０】
前記振動分離部材には、その側面に補強部材が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２１】
前記補強部材は、前記振動分離部材の側面に対してハニカム状に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の超音波センサ。
【請求項２２】
前記振動減衰部材には、前記第１の音響整合部材と前記第２の音響整合部材との間に１または複数の切欠部が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２３】
前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、
前記各受信素子は、前記送信素子および前記振動分離部材に対する離間距離が互いに等しくなるように配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項２４】
前記送信素子を１つと前記受信素子を複数備え、
前記振動分離部材は、ハニカム状に形成されて前記筐体内を複数の区画に区分けし、
前記送信素子は中央の区画内に配置されるとともに、前記各受信素子は、前記中央の区画に隣接する他の区画内にて前記送信素子に対する離間距離が互いに等しくなるようにそれぞれ個別に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項２２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２２５４１９（Ｐ２００９−２２５４１９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６９９８（Ｐ２００８−２７６９９８）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【Ｆターム（参考）】
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