JP2003179996A

JP2003179996A - 超音波センサ

Info

Publication number: JP2003179996A
Application number: JP2001379118A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamada; 聡山田; Takanobu Yamauchi; 隆伸山内; Tatsuya Kobayashi; 達矢小林
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性が高く、かつ簡易な構成で、ノイズの
受信の低減を図った超音波センサを提供する。【解決手段】超音波振動子２の背面側及び側面側を含
む部分にバッキング層９を充填するようにして、横方向
を含む不要振動を吸収する。そして、超音波散乱体７
は、円錐形状として、その頂点が超音波振動子２に向か
って突出するようにして、円錐部分のみをバッキング層
９に進入（埋没）して配置させることで、バッキング層
９の素材を充填硬化する際に、気泡が残留してしまうこ
とを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の内部に対し
て超音波を送受信して、物体の内部構造の検査や測定を
行う超音波センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の超音波センサの場合に
は、送信したい方向以外の超音波の反射超音波が、戻ら
ないか、あるいは、戻るまでに長時間を要したり、十分
に減衰したりしていることを要する。また、送信時の残
響エコーのレベルが大きいと、受信エコーと重なり受信
エコーを検出できないため、超音波振動子の送信時に残
響エコーレベルを抑制する必要がある。更に、超音波を
送信したい方向へ効率良く送信するためには、超音波を
発生する超音波振動子の周囲のうち送信したい方向以外
の部分の振動（不要振動）を機械的に抑制する必要があ
る。

【０００３】例えば、特開平７−２４４０３１号公開公
報や特開平９−２１８１８６号公開公報には、超音波振
動子の背面側（送信したい方向とは反対側）にダンパ材
を設けて、残響エコーレベルを抑制すると共に、ダンパ
材の側面等に溝を形成することで、反射超音波を散乱さ
せることにより、反射超音波が戻るまでに長時間を要し
つつ、反射超音波を減衰させる技術が開示されている。

【０００４】しかし、これらの従来技術においては、超
音波振動子の背面側の面にのみダンパ材を密着させた構
造であるため、横振動（超音波振動子の横（側壁面）方
向への振動）には効果的ではない。

【０００５】また、上記特開平７−２４４０３１号公開
公報に開示された技術の場合には、バネとネジを用いて
超音波振動子に外力を加えて、超音波振動子の不要振動
（送信したい方向とは異なる方向の振動）を抑制する構
造であるが、構造が複雑化し、センサ部が大型化し、ひ
いてはコストアップの要因となり、一般家庭向けの製品
には適さない。

【０００６】また、特公昭６１−３３５１８号公報に
は、超音波振動子の背面側に、超音波を吸収したり不要
振動を吸収したりすることを目的とする背面負荷体を設
け、かつ、背面負荷体の超音波振動子とは逆の側に、両
面に凹凸状を有する音波散乱体を設けた技術が開示され
ている。

【０００７】しかし、この従来技術は、背面負荷体は、
その材料を型に流し込み、硬化する前に、音波散乱体を
押圧して設置するものである。この場合に、音波散乱体
の表面が凹凸状であるため、凹部の部分に気泡が残って
しまう。従って、背面負荷体の音波散乱体側の面が意図
した通りの形状にはなりにくく、超音波振動子表面と平
行な面が生じて、反射超音波が直接超音波振動子に戻っ
てしまうものが発生するという問題がある。

【０００８】ここで、音波散乱体で蓋をしておき、この
中に背面負荷体の材料を流し込んで充填させることも想
定できるが、この場合でも、やはり音波散乱体の表面が
凹凸状であるため気泡を完全に排除することは困難であ
り、また、背面負荷体が十分に硬化しないおそれも生ず
る。

【０００９】また、背面負荷体の材料にはエポキシやウ
レタン等のポッティング材が使用されるが、一般的に、
これらの樹脂材料は硬化後にヒケを生じやすい。そのた
め、特公昭６１−３３５１８号公報に開示されたよう
な、薄くかつ表面に複数の凹凸が形成された音波散乱体
の場合には、背面負荷体が硬化した際に、背面負荷体の
ヒケによって音波散乱体が湾曲してしまう。従って、意
図した形状を得るのが困難であるため、背面負荷体ある
いは音波散乱体に、超音波振動子表面と平行な面が生じ
て、反射超音波が直接超音波振動子に戻ってしまうもの
が発生するという問題もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、従来技術
の場合には、反射超音波の散乱方向を所望の方向に散乱
させるのが困難であったり、不要振動を十分に除去する
のが困難であったりした。従って、ノイズを拾いやす
く、センサの検出精度が低下する原因となっていた。

【００１１】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡易
な構成で、ノイズの受信の低減を図った超音波センサを
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、超音波振動子の背面側及び側面側
を含む部分にバッキング層を充填するようにするため、
横方向を含む不要振動を吸収することができる。ここ
で、バッキング層は、主として、振動を吸収する役割を
担うことから、ダンパ層ということもできる。

【００１３】そして、超音波散乱体は、超音波振動子に
向かって突出した凸状部分がバッキング層に進入（埋
没）して配置され、超音波散乱体の凸状部分に対向する
範囲内に、超音波振動子全体が収まる配置構成となって
いる。

【００１４】従って、少なくとも超音波振動子に対向す
る範囲内においては、超音波散乱体がバッキング層に進
入している部分には凹部は存在しないため、バッキング
層の素材を充填する際に、気泡が残留してしまうおそれ
がないため、バッキング層を、容易に所望の形状とする
ことが可能となる。また、バッキング層と超音波散乱体
とを確実に密着させることができる。以上より、反射超
音波を意図した通りの方向へ反射（散乱）させることが
可能となる。

【００１５】そして、超音波散乱体の凸状部分の幅ある
いは径を、超音波振動子の幅あるいは径よりも大きくす
るまたは等しくすることによって、容易に、上述するよ
うに超音波散乱体の凸状部分に対向する範囲内に、超音
波振動子全体が収まる配置構成とすることができる。

【００１６】ここで、「凸状部分の幅あるいは径」と表
現したのは、凸状部分が角錐形状（例えば４角錐）や屋
根形状（三角柱を横に寝かした形状）の場合には「幅」
により表現され、円錐形状の場合には「径」によって表
現されるからである。同様に、「超音波振動子の幅ある
いは径」と表現したのは、超音波振動子が方形状の場合
には「幅」により表現され、円板形状の場合には「径」
によって表現されるからである。

【００１７】ただし、超音波散乱体の凸状部分の形状及
び超音波振動子の形状に関しては、これらの形状に限ら
れるものではなく、要は、超音波散乱体の凸状部分に対
向する範囲内に、超音波振動子全体が収まる配置構成と
すれば良い。

【００１８】また、超音波散乱体における超音波振動子
に対向する領域部分は、略全ての部分が超音波振動子に
対して傾斜する傾斜面で構成され、かつ、バッキング層
に進入させるようにすれば、超音波振動子の背面側にお
いては、バッキング層及び超音波散乱体には超音波振動
子に平行な面がない。ここで、傾斜面の角度は、超音波
振動子から発せられる超音波は該傾斜面で反射した際
に、超音波振動子に直接戻ることがない角度に設定す
る。従って、超音波振動子から背面側に向けて発せられ
た超音波がバッキング層あるいは超音波散乱体の端面で
直接反射して戻ってしまうことを防止できる。

【００１９】超音波散乱体のうちバッキング層に進入す
る部分は、超音波を好適に散乱することのできる凸形状
のものであれば良いが、例えば、単一の錐体（円錐や角
錐）とすれば、金型等も簡易なものでよいため好適であ
る。このような錐体を用いれば頂点を除く全ての部分
（側面部分）を、超音波振動子に対して傾斜する傾斜面
で構成することができ、実質的に、全ての部分を超音波
振動子に対して傾斜する傾斜面で構成することができ
る。また、半球形状のものも適用可能であり、この場合
でも同様のことが言える。

【００２０】バッキング層は、超音波振動子に対して平
行な面であって、超音波センサ本体の外部と連通する部
分に開放された面を有するようにすれば、空気（外気）
に触れる面を設けることが可能となる。従って、バッキ
ング層を、一般的なポッティング材料を用いる場合に、
充填してから固化するまでの時間を早くすることができ
る。

【００２１】また、超音波散乱体の超音波振動子に対向
する面とは反対側の面に、超音波振動子に対して傾斜す
る傾斜面を有するようにすれば、超音波散乱体に透過し
た超音波が、該反対側の面で反射して、直接超音波振動
子に向かうことを防止できる。

【００２２】更に、超音波センサ本体の筐体の内壁面や
外壁面にも超音波を散乱させる傾斜面を設ければ、超音
波振動子に向かう反射超音波を低減できる。

【００２３】超音波センサ本体の筐体が、超音波振動子
の外周壁面形状に沿って、該外周壁面から略一定の微小
距離だけ離れて設けられた、超音波振動子取付面を有す
るようにすれば、超音波振動子の外周壁面側におけるバ
ッキング層の存在する部分を少なくすることができる。
従って、バッキング層を形成する際に、バッキング材料
（通常、ポッティング材料）が硬化する際に生ずるヒケ
による超音波振動子への影響を抑制することが可能とな
る。

【００２４】バッキング層は、バッキング材料を複数回
に分けて充填させて形成されるようにすれば、一回の硬
化によって生ずるヒケによるひずみ量を抑えることがで
きる。従って、バッキング層の周囲の部材に与える影響
を抑制できる。

【００２５】超音波散乱体の音響インピーダンスが、バ
ッキング層の音響インピーダンスと空気の音響インピー
ダンスの間となるようにすれば、バッキング層から空気
側に抜けていく超音波を増やすことができ、超音波振動
子に反射する超音波を低減できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００２７】（第１の実施の形態）図１〜図５を参照し
て、本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサにつ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る
超音波センサの断面斜視図である。図２は本発明の第１
の実施の形態に係る超音波センサの平面図である。な
お、図２中、ＡＡ断面が図１に相当する。図３は本発明
の第１の実施の形態に係る超音波センサの部品展開斜視
図である。

【００２８】図示のように、本実施の形態に係る超音波
センサ１は、超音波を発生する超音波振動子２と、超音
波振動子２に電流を流すための電極３と、検出面の表面
に対して整合させるための表面整合層４と、を備えてい
る。ここで、超音波振動子２としては、例えば、Ｐｂ
（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ₃系圧電セラミックスや高分子圧電体
ＰＶＤＦが使用される。また、超音波センサ１は、これ
ら超音波振動子２，電極３及び表面整合層４を支持する
と共に、超音波センサ１の外観を構成する筐体としての
センサケース５と、センサケース５に取り付けられるカ
バー６と、を備える。

【００２９】カバー６は、センサケース５への嵌合部分
と、嵌合部分に対して梁８を介して一体的に設けられる
超音波散乱体７と、を備えている。これら嵌合部分，梁
８及び超音波散乱体７は一体成形により得られる。

【００３０】また、超音波振動子２と超音波散乱体７と
の間には、バッキング層９が設けられる。このバッキン
グ層９は、ポッティング材（例えばエポキシ）などのバ
ッキング材料が充填されて、充填後に硬化（液体から固
体となることを意味し、ゴムのような弾性体の場合も含
む）されることによって形成される。そして、このバッ
キング層９は、超音波振動子２の超音波散乱体７側の面
及び超音波振動子２の側壁面を覆うように充填されてい
る。

【００３１】以上の構成により、表面整合層４の表面
を、検出面に当接させて、超音波振動子２から物体の内
部に対して超音波を送受信して、物体の内部構造を検査
することができる。より具体的な例を一つ挙げると、表
面整合層４の表面を人体の表面にあてて、超音波を発信
してから受信するまでの時間を測定することによって、
皮下脂肪の厚みを測定することができる。

【００３２】そして、本実施の形態に係る超音波センサ
１によれば、超音波振動子２における超音波を発信した
い方向以外の方向の面、すなわち、超音波振動子２の背
面側（超音波散乱体７側）の面と、超音波振動子２の側
壁面が、いずれもバッキング層９によって覆われてい
る。

【００３３】従って、超音波振動子２の横方向の振動を
含む不要振動（送信したい方向とは異なる方向の振動）
を十分に抑制することができる。これにより、超音波の
送信時の残響エコーを効果的に抑制することができる。

【００３４】また、バッキング層９を介して超音波振動
子２の反対側には、超音波散乱体７を設けているので、
バッキング層９には、金属粉末などの超音波散乱物を混
在させなくても、単一材料によっても、超音波を散乱さ
せることができ、超音波の多重反射による影響を抑制で
きる。

【００３５】そして、この超音波散乱体７は、単一の略
円錐形状であるので、簡易な金型で超音波散乱体７を製
作できる。

【００３６】また、この超音波散乱体７は、超音波振動
子２に向かって突出するように、つまり頂点側が超音波
振動子２に対向するように、凸状部分としての円錐部分
のみがバッキング層９に進入（埋没）するように配置さ
れている。

【００３７】このような配置構成とすることによって、
バッキング層９を形成する場合には、センサケース５に
超音波振動子２等を設けた状態で、カバー６を取り付
け、その後、センサケース５内にバッキング材料を充填
すれば、超音波散乱体７とバッキング層９とを確実に密
着させることができ、簡単にバッキング層９を所望の形
状とすることができる。

【００３８】つまり、上述の通り、超音波散乱体７は超
音波振動子２に向かって突出する凸部（円錐部）のみが
バッキング層９に進入するようにすれば良いので、バッ
キング層９内には凹部は存在しない。従って、バッキン
グ材料を充填する際に、気泡が残留してしまうおそれが
ない。これにより、バッキング層９は超音波散乱体７の
表面に確実に密着するため、バッキング層９は超音波散
乱体７の表面形状通りに形作られる。

【００３９】ただし、仮に超音波散乱体のバッキング層
への進入部分に凹部が存在する部分があったとしても、
超音波振動子の対向領域から離れた位置であれば、気泡
が残留したとしても、超音波の散乱に悪影響を与えない
ため問題にはならない。

【００４０】なお、バッキング材料を充填する場合に
は、表面整合層４が下側（設置面）となるようにして置
き、カバー６の開口部６１からバッキング材料を流し込
めばよい。

【００４１】そして、バッキング層９の厚さは、超音波
散乱体７における超音波振動子２に対向する領域部分
が、全てバッキング層９内に進入するようにすればよ
い。このようにすることによって、バッキング層９にお
いて、超音波振動子２の密着面とは反対側の端面であっ
て、超音波振動子２に対向する領域内には、超音波振動
子２に平行な面が存在しないようにすることができる。

【００４２】つまり、超音波振動子２に対向する領域内
の全ての領域で、超音波散乱体７とバッキング層９によ
って密着面を形成しており、この密着面は超音波振動子
２に対して傾斜した面となっている。また、この傾斜面
（超音波散乱体７とバッキング層９の密着した面）の角
度、つまり、超音波散乱体７の円錐部分の形状について
は、超音波振動子２から背面側（バッキング層９側）に
発せられた超音波が、該傾斜面で反射した場合に、直接
超音波振動子２に戻らないように設定すればよい。

【００４３】このような構成により、超音波振動子２か
ら背面側に発せられた超音波は、バッキング層９の超音
波振動子２とは反対側の端面においては、必ず、超音波
散乱体７における円錐部分のうち、その傾斜面７１に到
達することになる。従って、その傾斜面７１で反射した
超音波は、直接超音波振動子２に戻ることはない。

【００４４】ここで、超音波振動子２と超音波散乱体７
とバッキング層９の配置関係（寸法等）について、図５
を参照して、更に詳しく説明する。図５は本発明の第１
の実施の形態に係る超音波センサにおける主要構成の配
置関係を模式的に示した模式的断面図である。

【００４５】図示のように、超音波振動子２の幅Ｌ１
と、超音波散乱体７における凸状部分（円錐部分）の径
Ｌ２は、Ｌ１≦Ｌ２の関係にある。

【００４６】そして、超音波散乱体７における凸状部分
に対向する範囲内に、超音波振動子２の全体が収まるよ
うな配置構成となっている。

【００４７】また、バッキング層９は、超音波散乱体７
における凸状部分のうち、超音波振動子２の対向する領
域内（図中幅Ｌ１に相当する部分）の全てを覆うように
設けられる。

【００４８】以上のような配置構成とすることによっ
て、上述したように、超音波振動子２の背面側に発せら
れた超音波は、必ず、超音波散乱体７における傾斜面７
１で反射・散乱されることになる。

【００４９】このように、超音波振動子２から背面側、
すなわち、バッキング層９側に発せられた超音波のう
ち、バッキング層９の端面（超音波振動子２との反対側
の端面）で反射した反射超音波が直接超音波振動子２に
戻ることを防止できる。従って、ノイズの原因となる背
面側の超音波を効果的に減衰できる。

【００５０】なお、バッキング層９の厚さとバッキング
層９を形成するために用いるバッキング材料の量との関
係は、一方が定まれば他方も定まる関係にあるため、ど
ちらか一方を調整することで、バッキング層９の厚さを
所望の厚さとすることができる。従って、予め定めた一
定量のバッキング材料を注入すれば、所望の厚さにする
ことが可能となる。

【００５１】また、本発明の実施の形態においては、セ
ンサケース５の内壁面側（バッキング層９の充填される
側）にも、超音波を散乱させるための傾斜面５１を設け
る構成とした。

【００５２】従って、バッキング層９と超音波散乱体７
との密着面で反射した反射超音波がバッキング層９を通
って、センサケース５の内壁面すなわち傾斜面５１に到
達した際に、その反射成分は散乱されて、超音波振動子
２に直接向かうことを防止できる。これにより、ノイズ
の原因となる背面側の超音波における反射超音波の進行
距離を長くすることで、反射超音波をより一層効果的に
減衰できる。

【００５３】また、本発明の実施の形態に係る超音波セ
ンサ１においては、超音波散乱体７は、バッキング層９
の形成、すなわち、バッキング材料による充填硬化によ
って生じるヒケによっても、品質に影響が出る程撓むこ
とがないように、梁８によって支持されている。従っ
て、バッキング材料の充填硬化時に生じるヒケによっ
て、超音波散乱体７が変形して、品質に悪影響を与える
ことはない。

【００５４】また、梁８で超音波散乱体７を支持する構
成としたことで、カバー６には開口部６１が形成される
構成とした。従って、バッキング層９を形成する場合に
は、この開口部６１からバッキング材料を流し込めばよ
く、また、バッキング層９の表面の大部分が外気に曝さ
れることから、バッキング材料が硬化するまでの時間が
短くて済む。これにより、超音波振動子２に対して与え
る影響も抑制できる。

【００５５】ここで、図１に示す例では、バッキング層
９は、超音波散乱体７の傾斜面７１の途中まで充填され
る構成を示したが、図４に示すように、梁８の下面まで
充填するようにしても良い。つまり、傾斜面７１を越え
て円柱部分７２まで充填するようにしても良い。この場
合でも、カバー６には開口部６１が形成されているた
め、バッキング層９の表面の大部分が外気に曝されるこ
とから、バッキング材料が硬化するまでの時間が短くて
済む。

【００５６】また、本実施の形態においては、超音波散
乱体７の音響インピーダンスが、バッキング層９の音響
インピーダンスと空気の音響インピーダンスの間となる
ようにしている。

【００５７】従って、バッキング層９から空気側に抜け
ていく超音波を増やすことができ、超音波振動子２に反
射する超音波を低減でき、ノイズを低減することができ
る。

【００５８】（第２の実施の形態）図６には、本発明の
第２の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形
態では、超音波散乱体の超音波振動子とは反対側の端面
は、超音波振動子と平行な面で構成した場合を示した
が、本実施の形態では、この端面に超音波を散乱させる
傾斜面を設けた構成を示す。

【００５９】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、
その説明は省略する。

【００６０】図６は本発明の第２の実施の形態に係る超
音波センサの断面斜視図である。

【００６１】本実施の形態に係る超音波センサ１ａにお
いては、超音波散乱体７ａは、超音波振動子２に対向す
る面に、上記第１の実施の形態の場合と同様に、超音波
振動子２から背面側に発せられた超音波を直接超音波振
動子２に戻すことのないように傾斜面７１ａが設けられ
ている。

【００６２】そして、上記第１の実施の形態の場合に
は、超音波散乱体における超音波振動子２に対向する面
とは反対側の面は、超音波振動子２に平行な面であっ
た。この場合、剛性が高い点では優れるものの、超音波
散乱体を透過してきた超音波が、この反対側の面で反射
すると、直接超音波振動子２に向かってしまうことにな
る。

【００６３】そこで、本実施の形態では、超音波散乱体
７ａにおける超音波振動子２に対向する面とは反対側の
面を刳り貫き、内部を中空として傾斜面７１ａに平行な
傾斜面７２ａを設ける構成とした。

【００６４】これにより、超音波散乱体７ａを透過して
きた超音波のうち傾斜面７２ａによって反射する反射超
音波は散乱され、直接超音波振動子２に向かうことを防
止できる。

【００６５】従って、ノイズの原因となる背面側の超音
波における反射超音波の進行距離を長くすることで、反
射超音波をより一層効果的に減衰できる。

【００６６】（第３の実施の形態）図７には、本発明の
第３の実施の形態が示されている。上記第２の実施の形
態では、超音波散乱体の超音波振動子とは反対側を中空
とすることで、超音波を散乱させる傾斜面を設けた構成
を示したが、本実施の形態では、超音波散乱体の超音波
振動子とは反対側の端面に複数の穴を形成することで、
超音波を散乱させる傾斜面を設ける構成を示す。

【００６７】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、
その説明は省略する。

【００６８】図７は本発明の第３の実施の形態に係る超
音波センサの断面斜視図である。

【００６９】本実施の形態に係る超音波センサ１ｂにお
いては、超音波散乱体７ｂは、超音波振動子２に対向す
る面に、上記第１の実施の形態の場合と同様に、超音波
振動子２から背面側に発せられた超音波を直接超音波振
動子２に戻すことのないように傾斜面７１ｂが設けられ
ている。

【００７０】一方、本実施の形態では、超音波散乱体７
ｂにおける超音波振動子２に対向する面とは反対側の面
に、複数の穴７２ｂを設ける構成とした。従って、この
穴７２ｂの部分は超音波振動子２とは平行ではなく、傾
斜した面となっている。

【００７１】これにより、超音波散乱体７ｂを透過して
きた超音波のうち穴７２ｂによって反射する反射超音波
は散乱され、直接超音波振動子２に向かうことを防止で
きる。

【００７２】従って、ノイズの原因となる背面側の超音
波における反射超音波の進行距離を長くすることで、反
射超音波をより一層効果的に減衰できる。

【００７３】（第４の実施の形態）図８には、本発明の
第４の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形
態では、センサケースの内周面側については、超音波を
散乱させるべく傾斜面を設けた構成とした。これに対し
て、本実施の形態では、センサケースの外周面側につい
ても超音波を散乱させるべく傾斜面を設けた構成とし
た。

【００７４】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、
その説明は省略する。

【００７５】図８は本発明の第４の実施の形態に係る超
音波センサの断面図である。

【００７６】本実施の形態に係る超音波センサ１ｃにお
いては、センサケース５ｃの内壁面側には、上記第１の
実施の形態と同様に、超音波を散乱させるための傾斜面
５１ｃを設けている。また、センサケース５ｃの外壁面
側にも、超音波を散乱させるための傾斜面５２ｃを設け
ている。

【００７７】これにより、センサケース５ｃの内壁面を
透過して、センサケース５ｃの内部を進んできた超音波
が傾斜面５２ｃによって反射する場合に散乱させること
によって、超音波振動子２に向かう反射超音波を低減す
ることができる。

【００７８】従って、ノイズの原因となる背面側の超音
波における反射超音波の進行距離を長くすることで、反
射超音波をより一層効果的に減衰できる。

【００７９】（第５の実施の形態）図９には、本発明の
第５の実施の形態が示されている。上記第１の実施の形
態では、センサケースの内周面側に、超音波を散乱させ
るべく傾斜面を設けた構成とし、上記第４の実施の形態
では、センサケースの内周面側と外周面側のそれぞれに
ついて超音波を散乱させるべく傾斜面を設けた構成とし
た。これに対して、本実施の形態では、いずれにも傾斜
面を設けない場合の構成を示す。

【００８０】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、
その説明は省略する。

【００８１】図９は本発明の第５の実施の形態に係る超
音波センサの断面図である。

【００８２】本実施の形態に係る超音波センサ１ｄにお
いては、センサケース５ｄは略円筒形状であり、センサ
ケース５ｄ自体には、反射超音波を散乱させるための傾
斜面は設けていない。

【００８３】上記の通り、反射超音波をより効果的に減
衰させて、ノイズを低減するためには、センサケースに
も反射超音波を散乱させるための傾斜面を設けるのが効
果的である。

【００８４】しかし、センサの検出精度の要求範囲や、
超音波センサの寸法形状等の関係から、センサケース自
体にまで、反射超音波を散乱させるための傾斜面を設け
る必要がない場合もある。

【００８５】そこで、本実施の形態では、センサケース
５ｄは単純な略円筒形状とした。これにより、非常に簡
単にセンサケース５ｄを作成することができる。

【００８６】（第６の実施の形態）図１０には、本発明
の第６の実施の形態が示されている。

【００８７】本実施の形態では、センサケースに、超音
波振動子の外周壁面形状に沿って、該外周壁面から略一
定の微小距離だけ離れて設けられた、超音波振動子取付
面を設けた構成を示す。

【００８８】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については、
その説明は省略する。

【００８９】図１０は本発明の実施の形態に係る超音波
センサの平面図であり、（ａ）は本発明の第６の実施の
形態に係る超音波センサの平面図，（ｂ）は本発明の第
１の実施の形態に係る超音波センサの平面図である。

【００９０】上記第１の実施の形態では、特に詳細には
説明していないが、図１，２，１０（ｂ）に示すよう
に、センサケース５における超音波振動子２を取り付け
る部分は、外観形状に合わせて円形の内周壁面５１ｂと
した。

【００９１】一方、超音波振動子２の形状は、ここでは
四角形である。

【００９２】従って、この場合には、超音波振動子２の
側壁面側と、センサケース５の内周壁面５１ｂとの隙間
９ｂの部分の面積が比較的多くなる。そして、この隙間
９ｂの部分には、上述のように、バッキング層９が充填
されることになる。

【００９３】ところで、上述のように、バッキング層
は、通常、エポキシ等のポッティング材が用いられる。
ここで、ポッティング材を充填後硬化する際にはヒケが
生ずる。そして、充填硬化する部分の体積が大きければ
大きいほど、ヒケの大きさも大きくなることは言うまで
もない。

【００９４】そこで、本実施の形態では、図１０（ａ）
に示すように、センサケース５における超音波振動子２
を取り付ける部分についても、超音波振動子２の外周壁
面形状に沿うように四角形状とし、外周壁面から略一定
の微小距離だけオフセットさせた内周壁面（超音波振動
子取付面）５１ａを設けるようにした。

【００９５】これにより、超音波振動子２の外周壁面と
センサケース５の内周壁面５１ａとの間の隙間９ａは微
小間隔となる。従って、バッキング材料（ポッティング
材）が充填され硬化する際に生ずるヒケが、超音波振動
子２及びその周囲にある部材（電極３や表面整合層４）
に与える影響（ひずみ量）を極力抑えることが可能とな
る。

【００９６】（第７の実施の形態）図１１には、本発明
の第７の実施の形態が示されている。

【００９７】本実施の形態では、バッキング層を、充填
硬化工程を複数回に分けて形成する場合を説明する。

【００９８】全体の構成自体については第１の実施の形
態と同一なので、その説明は省略する。

【００９９】図１１は本発明の第７の実施の形態に係る
超音波センサの断面図である。

【０１００】上記の通り、バッキング層を形成する場合
には、通常、エポキシ等のポッティング材を用いること
になるが、充填後硬化する際にヒケが生ずる。そして、
充填硬化する部分の体積が大きければ大きいほど、ヒケ
の大きさも大きくなる。

【０１０１】従って、ヒケが大きいと、その周囲の部品
を変形させる要因となるため、なるべく、ヒケを少なく
することによって、周囲の部品の変形を抑制することが
可能となる。そして、変形が品質上、特に問題となるの
は、超音波振動子２である。

【０１０２】そこで、本実施の形態では、図１１（ａ）
に示すように、まず、超音波振動子２を薄く覆う程度に
バッキング材料（ポッティング材）を充填硬化させて、
第１バッキング層９１を作製した。その後、更に（ｂ）
に示すように所定量のバッキング材料を充填硬化させて
第２バッキング層９２を作製した。

【０１０３】このようにして、所望のバッキング層９を
作製した。

【０１０４】以上のようにすることで、最初の工程で第
１バッキング層９１が作製される場合においては、この
層の体積は小さいため、その硬化時に生ずるヒケが、超
音波振動子２及びその周囲にある部材（電極３や表面整
合層４）に与える影響は少ない。従って、これらの部材
の変形は極めて少なくて済む。

【０１０５】そして、これらの部材が、第１バッキング
層９１によってある程度位置決め固定された状態で、第
２バッキング層９２が形成されるため、この第２バッキ
ング層９２が硬化する際に生ずるヒケは、これらの部材
に対して、ほとんど影響を与えない。

【０１０６】以上のように、バッキング層９を形成する
際に生じるヒケによる、他の部材への悪影響を抑えるこ
とが可能となる。

【０１０７】なお、以上の説明においては、バッキング
層の形成において、充填硬化工程を２段階に分ける場合
を示したが、３段階以上に分けても良いことは言うまで
もない。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、簡易な
構成で、ノイズの受信の低減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサ
の断面斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサ
の平面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサ
の部品展開斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサ
の（図１とバッキング層の充填量が異なる場合の）断面
斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る超音波センサ
における主要構成の配置関係を模式的に示した模式的断
面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る超音波センサ
の断面斜視図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る超音波センサ
の断面斜視図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係る超音波センサ
の断面図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態に係る超音波センサ
の断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る超音波センサの平
面図であり、（ａ）は本発明の第６の実施の形態に係る
超音波センサの平面図，（ｂ）は本発明の第１の実施の
形態に係る超音波センサの平面図である。

【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る超音波セン
サの断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ超音波センサ２超音波振動子３電極４表面整合層５，５ｃ，５ｄセンサケース５１傾斜面５１ａ内周壁面５１ｂ内周壁面５２ｃ傾斜面６カバー６１開口部７，７ａ，７ｂ超音波散乱体７１ａ傾斜面７１ｂ傾斜面７２円柱部分７２ａ傾斜面７２ｂ穴８梁９，９１，９２バッキング層９ａ，９ｂ隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山内隆伸京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地株式会社オムロンライフサイエンス研究所内 (72)発明者小林達矢京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地株式会社オムロンライフサイエンス研究所内Ｆターム(参考） 2G047 CA01 EA10 GA01 GB23 5D019 AA01 GG06 5D107 AA04 AA12 AA16 BB09 CC02 FF07 FF09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を発生する超音波振動子と、該超音波振動子の背面側に設けられ、超音波を散乱させ
る超音波散乱体と、前記超音波振動子と前記超音波散乱体との間であって、
該超音波振動子の背面側及び側壁面を含む部分に充填さ
れた、不要振動を吸収するバッキング層と、を備えた超
音波センサであって、前記超音波散乱体は、前記超音波振動子に向かって突出
した凸状部分が前記バッキング層に進入して配置されて
いると共に、前記超音波散乱体の凸状部分に対向する範囲内に、前記
超音波振動子全体が収まる配置構成となっていることを
特徴とする超音波センサ。
【請求項２】前記超音波散乱体の凸状部分の幅あるいは
径は、前記超音波振動子の幅あるいは径よりも大きいま
たは等しい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】前記超音波散乱体における前記超音波振動
子に対向する領域部分は、略全ての部分が超音波振動子
に対して傾斜する傾斜面で構成され、かつ、前記バッキ
ング層に進入していることを特徴とする請求項１または
２に記載の超音波センサ。
【請求項４】前記超音波散乱体のうち前記バッキング層
に進入する部分は、単一の錐体であることを特徴とする
請求項１，２または３に記載の超音波センサ。
【請求項５】前記バッキング層は、前記超音波振動子に
対して平行な面であって、超音波センサ本体の外部と連
通する部分に開放された面を有することを特徴とする請
求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波センサ。
【請求項６】前記超音波散乱体の前記超音波振動子に対
向する面とは反対側の面に、超音波振動子に対して傾斜
する傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか一つに記載の超音波センサ。
【請求項７】超音波センサ本体の筐体の内壁面及び外壁
面のうちの少なくともいずれか一方には、超音波を散乱
させる傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項
１〜６のいずれか一つに記載の超音波センサ。
【請求項８】超音波センサ本体の筐体は、前記超音波振
動子の外周壁面形状に沿って、該外周壁面から略一定の
微小距離だけ離れて設けられた、超音波振動子取付面を
有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに
記載の超音波センサ。
【請求項９】前記バッキング層は、バッキング材料が複
数回に分けて充填されて形成されることを特徴とする請
求項１〜８のいずれか一つに記載の超音波センサ。
【請求項１０】前記超音波散乱体は、その音響インピー
ダンスが、前記バッキング層の音響インピーダンスと空
気の音響インピーダンスの間であるものが用いられるこ
とを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の超
音波センサ。