JP2005308639A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動子の振動面が傷つき、腐食しにくい構成の超音波センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 外側表面に振動面（１１ａ）が形成された中空形状の金属材料からなるハウジング（１１）と、このハウジングにおける前記振動面の内側表面に貼り付けられ、前記振動面を振動させる駆動素子（１２）とを備えた超音波振動子（１０）が、少なくとも前記振動面を除いてケース（２２）内に組付けられ、前記振動面が外部に露出するように前記ケースを介して車両に取り付けられた超音波センサ（２０）であって、前記外部に露出した振動面の表面には、この振動面の表面全体を覆うように、裏面に粘着材が塗布された樹脂製のフィルム（１４）が貼り付けられていることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波センサに関するものであり、例えば、車両のバンパーに取り付けられて車両後方あるいはコーナー部の障害物を検出する車両用障害物検出装置に採用されるものである。

従来技術として、超音波センサを車両のバンパー付近に取り付け、車両周辺の障害物を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−３５６００号公報

ところで、この種のものは、一般的に、超音波振動子の振動面の表面が、車両の外部表面に露出する為、車両と同色に塗装されている。

しかし、超音波センサは車両のバンパーあるいはその周辺に設置される為、塗装されている振動面の表面は、飛び石などにより傷つくことが多い。そして、この飛び石などにより振動面の表面の塗装が傷つくと、その傷ついた部分から腐食が生じるという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、超音波振動子の振動面が傷つき、腐食しにくい超音波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外側表面に振動面（１１ａ）が形成された中空形状の金属材料からなるハウジング（１１）と、このハウジングにおける前記振動面の内側表面に貼り付けられ、前記振動面を振動させる駆動素子（１２）とを備えた超音波振動子（１０）が、少なくとも前記振動面を除いてケース（２２）内に組付けられ、前記振動面が外部に露出するように前記ケースを介して車両に取り付けられた超音波センサ（２０）であって、前記外部に露出した振動面の表面には、この振動面の表面全体を覆うように、裏面に粘着材が塗布された樹脂製のフィルム（１４）が貼り付けられていることを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、金属材料からなる振動面の表面全体を覆うように、樹脂製のフィルムが貼り付けられている。このため、飛び石などが振動面の表面にぶつかったとしても、樹脂製のフィルムが保護の役目を果たし、振動面の表面が傷つくのを防止することができる。よって、振動面の表面が傷つき腐食するのを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記超音波振動子（１０）の周囲に、この超音波振動子から前記ケース（２２）への振動伝達を防止する防振部材（２３）が設けられ、この防振部材を介して前記超音波振動子が前記ケース内に組み付けられているとともに、前記フィルム（１４）は、前記振動面（１１ａ）と同じもしくは前記振動面よりも大きい大きさに形成され、かつ、前記超音波振動子の外側に設けられた前記ケースに不着しない大きさに形成されていることを特徴としている。

この請求項２に記載の発明によれば、防振部材及びフィルムがケースに不着しない構造を採用している為、超音波振動子の振動が外側のケースに伝達されるのを防止することができる。これにより、ケースの振動による誤検出を防止することができ、より信頼度の高い検出が可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、前記振動面は所定の色に塗装されていると共に、前記フィルムは透明であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、前記フィルムは、その表もしくは裏が所定の色に着色されていることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明のように、前記所定の色を、車両に設けられたバンパー（３０）と同色にするとよい。

請求項６に記載の発明によれば、前記金属材料からなるハウジング（１１）がアルミニウムであることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、前記ケース（２２）内には、前記超音波振動子（１０）に加えて、この超音波振動子を駆動させる処理回路基板（２１）が設けられており、前記フィルム（１４）が前記振動面（１１ａ）に貼り付けられた状態で、前記処理回路基板を利用して、センサ感度が調整され、調整後に前記超音波振動子及び処理回路基板を含めて前記ケース内部に樹脂が充填されることを特徴としている。

ここで、超音波センサの振動面に、市販品のフィルムを後から貼り付けることが考えられるが、このようにフィルムを後から貼ると、センサ感度が低下し、検出エリアが狭くなる不具合がある。

この請求項７に記載の発明によれば、振動面にフィルムを貼りつけた状態で、センサ感度が所望の状態に調整されるため、上記のようなセンサ感度低下の問題を防止することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図１に、本発明の一実施形態に係る超音波センサの超音波振動子の構成を示す。（ａ）は超音波振動子の正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は裏面図である。この超音波振動子は、中空状のハウジングの中に充填物が充填されて構成されており、この充填物を取り除いた状態の側面断面図を図１（ｄ）に示す。

超音波振動子１０は、アルミニウムからなる導電性のハウジング１１の中に圧電素子１２を有して構成されている。ハウジング１１の内部には、図１（ｄ）に示すように、内部空間１３が形成されており、ハウジング１１における振動面１１ａの内側表面に圧電素子１２が貼り付けられている。そして、この振動面１１ａの外側表面には、この振動面１１ａの表面全体を覆うように、樹脂製のフィルム１４が貼り付けられている。

樹脂製のフィルム１４は、ポリウレタンからなる透明なフィルムであり、円形状に形成されているとともに、裏面に粘着材が塗布されている。また、ハウジング１１の表面全体は所定の色（車両のバンパーと同色）に塗装されている。そのため、振動面１１ａの表面は、透明のフィルム１４を介して、車両のバンパーと同色に見える。

圧電素子１２には、リード１５の一端がハンダ付けされている。また、ハウジング１１の内部側面には、リード１５の他端がハンダ付けされている。これにより、ハウジング１１を介して圧電素子１２の両端に交流信号を印加することができ、この交流信号の印加によって圧電素子１２を駆動させ振動面１１ａを振動させる。尚、ハウジング１１の内部空間１３には、リード１５のハンダ付けが行われた後、シリコン等の充填物１６が充填される。

図２に、図１に示す超音波振動子を有する超音波センサを車両のバンパー３０に取り付けた状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。

超音波センサ２０は、超音波振動子１０と、超音波を発生させる駆動電圧を超音波振動子１０に印加するとともに超音波振動子１０から逆起電圧効果により発生した電圧を処理する処理回路基板２１とが、樹脂で構成されたケース２２内に組み付けられて構成されている。

ケース２２内には、超音波振動子１０からケース２２への振動伝達を防止する防振部材（シリコンゴム）２３が超音波振動子１０の周囲に設けられている。また、防湿用シリコン樹脂２４が処理回路基板２１の後部に充填されている。処理回路基板２１は、コネクタ２５を介して図示しないコントローラに接続され、このコントローラにて車両後方あるいはコーナー部の障害物検出が行われる。

ケース２２は、円形状の開口面２２ａを有しており、超音波振動子１０及び防振部材２３が、その開口面２２ａ側から図の右方向に挿入されて組み付けられる。この組み付けによって、超音波振動子１０の振動面１１ａがケース２２の開口面２２ａを介して外部に露出することになる。そして、ケース２２の開口面２２ａと超音波振動子１０の振動面１１ａとが略同一の面に位置し、またそれぞれの外形形状が同心円の関係になる。

また、超音波振動子１０のリード１５は、処理回路基板２１にハンダ付けされて電気的に接続される。また、処理回路基板２１には、センサの感度調整を行うための、図示しない可変抵抗器が設けられている。この可変抵抗器は、所定のボリュームを回転させることで、人の手によって調整が可能である。
尚、センサの感度調整は、超音波センサ２０から所定距離離れた位置にテスト用のポール（障害物）を設置し、この設置されたポールによって発生する処理回路基板２１からの出力信号の大きさをモニタしながら、上記可変抵抗を調整することで行われる。

そして、この調整が行われた後、処理回路基板２１は、ケース２２の後部から図の上方向に挿入され、防湿用シリコン樹脂２４がケース２２の後部に充填され、超音波センサ２０の組み付けが完了する。

ここで、上述したように超音波振動子１０の振動面１１ａの外側表面には、この振動面１１ａの表面全体を覆うように、樹脂製のフィルム１４が貼り付けられている。このため、飛び石などが振動面１１ａの表面にぶつかったとしても、樹脂製のフィルムが保護の役目を果たし、振動面の表面が傷つくのを防止することができる。これにより、振動面の表面が傷つき腐食するのを防止することができる。

また、上述したように超音波センサ２０の感度調整が行われるが、そのとき、超音波振動子１０の振動面１１ａにフィルム１４が貼り付けられた状態で、感度調整が行われる。例えば、フィルムがない状態でセンサの感度調整が行われ、後から、市販品のフィルムを超音波振動子の振動面に貼り付けたものにおいては、センサ感度が低下し、検出エリアが狭くなる不具合がある。しかし、本実施形態のように、超音波振動子１０の振動面１１ａにフィルム１４が貼り付けられた状態で、センサの感度調整を行えば、このような不具合を防止することができる。

次に、図３に、大きさの異なるフィルムを振動面に貼り付けたときの、超音波センサの残響特性を示す。（ａ）はフィルム１４が振動面１１ａと同じもしくは振動面１１ａよりもやや大きい大きさに形成され、かつ、振動面１１ａの外側に設けられたケース２２に不着しない大きさに形成された状態のときを示す。（ｂ）はフィルム１４が振動面１１ａよりも大きい大きさに形成され、ケース２２に不着する大きさに形成された状態のときを示す。

ここで、残響とは、圧電素子１２の両端に交流信号を印加し、印加停止後においても、直ちに振動面１１ａが静止せず、振動し続ける現象のことをいう。この残響が大きく、その時間が長いと、これがセンサとしての誤検出の原因となる。

（ｂ）状態の場合は、交流信号の印加停止後も、（ａ）状態に比べて、大きくかつ長い時間の残響が見られる。一方、（ａ）状態の場合は、交流信号の印加停止後、若干の残響はあるもののほとんど見られない。これは、（ｂ）状態の場合、フィルム１４がケース２２に不着している為、振動面１１ａの振動がフィルム１４を介してケース２２に伝達される、あるいは、逆に、ケース２２の振動がフィルム１４を介して振動面１１ａに伝達される。そのため、交流信号が印加されたときに振動面１１ａと一緒にケース２２が振動する。その後、交流信号が停止され、振動面１１ａは静止しようとするが、交流信号が印加されていたときに振動していたケース２２の振動が振動面１１ａに伝達され、これによって、振動面１１ａがすぐに静止できずに振動が継続してしまう。これが残響として現われている。

これに対して、本実施形態の超音波センサ２０は、（ａ）の構成、即ち、フィルム１４が振動面１１ａと同じもしくは振動面１１ａよりもやや大きい大きさに形成され、かつ、振動面１１ａの外側に設けられたケース２２に不着しない大きさに形成された構成を採用している。従って、上述したような残響の問題はなく、誤検出を防止することができ、より信頼度の高い検出が可能となる。また、超音波振動子１０は、防振部材２３を介してケース２２に設けられている為、センサの内部においても、超音波振動子１０の振動がケース２２に伝達されにくい構造になっている。

尚、フィルム１４の大きさに関して、フィルム１４がケース２２に不着しないように、フィルム１４の大きさを振動面２２よりも小さくすることも考えられる。しかし、この場合、振動面１１ａの一部（周縁部）が外部に露出してしまう。その露出した部分に傷がつき、腐食が発生すると、たとえそれが周縁部の一部であっても、そこを起点にして腐食が進行し、やがて振動面１１ａ全体が腐食してしまう恐れもある。そこで、振動面１１ａの表面全体を覆うように、フィルムを貼りつけることが上記問題に対して有効である。

また、フィルム１４に関し、上述した実施形態では、ハウジング１１を所定の色に塗装し、その上に透明のフィルム１４を貼りつけることで、車両のバンパーと同色に見えるように構成したが、これに限らず、例えば、車両のバンパーと同色の塗料を、フィルムの表もしくは裏に着色した着色フィルムを採用してもよい。この場合、ハウジング１１に対して、バンパーと同色の塗装をしなくても済む。

本発明の一実施形態に係る超音波振動子の構成を示す図である。 図１に示す超音波振動子を有する超音波センサを車両のバンパーに取り付けた状態を示す図である。 大きさの異なるフィルムを振動面に貼り付けたときの、超音波センサの残響特性を示す図である。

符号の説明

１０…超音波振動子、１１…ハウジング、１１ａ…振動面、１２…圧電素子、１４…フィルム、２０…超音波センサ、２１…処理回路基板、２２…ケース、２３…防振部材

Claims (7)

1. 外側表面に振動面が形成された中空形状の金属材料からなるハウジングと、このハウジングにおける前記振動面の内側表面に貼り付けられ、前記振動面を振動させる駆動素子とを備えた超音波振動子が、少なくとも前記振動面を除いてケース内に組付けられ、前記振動面が外部に露出するように前記ケースを介して車両に取り付けられた超音波センサであって、
   前記外部に露出した振動面の表面には、この振動面の表面全体を覆うように、裏面に粘着材が塗布された樹脂製のフィルムが貼り付けられていることを特徴とする超音波センサ。
2. 請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記超音波振動子の周囲には、この超音波振動子から前記ケースへの振動伝達を防止する防振部材が設けられ、この防振部材を介して前記超音波振動子が前記ケース内に組み付けられているとともに、
   前記フィルムは、前記振動面と同じもしくは前記振動面よりも大きい大きさに形成され、かつ、前記超音波振動子の外側に設けられた前記ケースに不着しない大きさに形成されていることを特徴とする超音波センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記振動面は所定の色に塗装されていると共に、前記フィルムは透明であることを特徴とする超音波センサ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記フィルムは、その表もしくは裏が所定の色に着色されていることを特徴とする超音波センサ。
5. 請求項３又は請求項４に記載の超音波センサにおいて、前記所定の色は、前記車両に設けられたバンパーと同色であることを特徴とする超音波センサ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記金属材料からなるハウジングはアルミニウムであることを特徴とする超音波センサ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、
   前記ケース内には、前記超音波振動子に加えて、この超音波振動子を駆動させる処理回路基板が設けられており、
   前記フィルムが前記振動面に貼り付けられた状態で、前記処理回路基板を利用して、センサ感度が調整され、調整後に前記超音波振動子及び処理回路基板を含めて前記ケース内部に樹脂が充填されることを特徴とする超音波センサ。