JP2007155675A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】厚み振動子の振動をバンパ裏面に十分に伝達させることができる超音波センサを提供する。
【解決手段】厚み振動ＰＺＴ１１ａの側面部分にツバ部を形成し、固定用部材１７ａをツバ部の上面と接した状態で厚み振動ＰＺＴ１１ａをケース底面部１４の内側の面と挟み込むように配置しつつ、ケース側面部１５の内側に固定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両周辺の障害物等を検知するために用いられる超音波センサに関するものである。

従来、例えば、特許文献１に記載の車両用障害物検知装置によれば、車両のバンパ裏面の所定部分に超音波振動子の振動面を直接密着（接触）させて接着剤に貼り付け固定する。これにより、超音波振動子の振動面とバンパ裏面の接触面が一体となり、接触面を含むバンパの一部を振動板として利用して、車両周辺に超音波が放射される。
特開昭６２−２４０８９０号公報

上述した従来技術では、超音波振動子のバンパ裏面への固定及び保護を目的として、保護ケースの開口を超音波振動子に被せて、保護ケースをバンパ裏面に固定している。ここで、超音波振動子が径方向（言い換えれば、バンパ裏面に固定された場合、バンパ裏面に対し平行な方向）に伸縮するものである場合、保護ケースによって超音波振動子の周囲が固定されているため、超音波振動子の伸縮によって接触面に撓みが生じる。この撓みにより、超音波振動子の振動が接触面から離れたバンパの広い範囲に伝播し、この伝播によって、バンパ表面の広い範囲から超音波が放射されるようになる。その結果、放射される超音波の指向性が均一でなく、ピークやディップの生じた指向性となり、車両周辺の障害物を安定して検知することができなくなる。

この問題については、厚み方向（言い換えれば、バンパ裏面に固定された場合、バンパ裏面に対し垂直な方向）に伸縮する超音波振動子（以下、厚み振動子と記す）を採用することで、超音波振動子の振動がバンパの広い範囲に伝播することを抑えつつ、所望の指向性を得ることができる。この厚み振動子は、その厚さの程度によって超音波の周波数が決定されるものであり、厚さが厚いほど低周波となり、厚さが薄いほど高周波となる。

ここで、車両周辺の障害物を検知するために厚み振動子を用いる場合、その指向性は幅広いことが好ましく、そのためには、超音波の周波数を低周波にする（すなわち、厚さを厚くする）必要がある。しかしながら、厚み振動子の厚さを厚くすると、それ自体の重さが増し、従来技術のように、厚み振動子の振動面を接着剤で貼り付けるだけでは、厚み振動子とバンパ裏面とを十分に密着させることができない。その結果、厚み振動子の振動をバンパ裏面に十分に伝達させることができない。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、厚み振動子の振動をバンパ裏面に十分に伝達させることができる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になされた請求項１記載の超音波センサは、厚み方向に伸縮する超音波振動子と、この超音波振動子を収容するケースから構成され、ケースの底面部の外側の面が車両の外殻体の裏面に密着した状態で固定されるものであって、
超音波振動子は、厚み方向と平行する面に凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを形成し、この凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを用いて、当該超音波振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部の内側の面に密着して固定されることを特徴とする。

重さが重い厚み振動子（厚み方向に伸縮する超音波振動子）を用いる場合には、厚み振動子をケースに収容し、このケースの底面部を車両の外殻体の裏面に密着した状態で固定することで、厚み振動子の振動面を直接密着させる場合に比べて密着面積が大きくなり、ケースの底面部と外殻体裏面とを十分に密着させることが可能となる。

ここで、厚み振動子の振動を外殻体の裏面に十分に伝達させるには、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着させることが重要となる。しかしながら、例えば、厚み振動子の厚み方向と交差する他方の面からケースの底面部に押付けて密着させた場合、この面から発生する超音波によって、その反射波の影響を受けることになる。

そこで、本発明は、厚み振動子の厚み方向と平行する面（側面）部分で厚み振動子をケースの底面部に密着して固定する構成を採用した。すなわち、上述したように、厚み振動子の側面部分に凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを形成し、この凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを用いて、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着して固定する。

このように、厚み振動子の側面部分でケースの底面部に密着して固定することで、厚み振動子の厚み方向と交差する他方の面からケースの底面部に押付けて密着させた場合の反射波を防ぐとともに、厚み振動子の振動を外殻体の裏面に十分に伝達させることができるようになる。

請求項２に記載のように、凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つは、厚み方向と平行する面の全周、若しくは一部に形成されることが好ましい。これにより、厚み振動子の側面の全周、若しくは一部に形成された凹部、凸部や傾斜部を用いて、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着させることができる。

請求項３に記載の超音波センサによれば、凹部に嵌め合った状態でケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることを特徴とする。これにより、厚み振動子は、凹部に嵌められた固定部材によって、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着するようになる。

請求項４に記載の超音波センサによれば、ケースの側面部の内側に凹部を形成し、凸部は、ケースの側面部の内側に形成された凹部に嵌め合うこと特徴とする。これにより、厚み振動子は、ケースの側面部の内側に形成された凹部によって、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着するようになる。

請求項５に記載の超音波センサによれば、凸部と接した状態で超音波振動子をケースの底面部の内側の面と挟み込むように配置しつつ、ケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることを特徴とする。

これにより、厚み振動子は、凸部と接した状態で厚み振動子をケースの底面部の内側の面と挟み込むように配置した固定部材によって、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着するようになる。

請求項６に記載のように、凸部の厚さは、超音波振動子の厚さに比べて薄く形成されることが好ましい。これにより、凸部における厚み方向の伸縮を小さくすることができる。

請求項７に記載のように、傾斜部は、超音波振動子の厚み方向と交差する他方の面から、ケースの底面部の内側の面と密着する超音波振動子の厚み方向と交差する一方の面に向かって傾斜することが好ましい。これにより、傾斜部の傾斜を利用した固定が可能となる。

請求項８に記載のように、傾斜部と接した状態でケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることが好ましい。これにより、厚み振動子は、傾斜部と接した状態でケースの側面部の内側に固定される固定部材によって、厚み振動子の厚み方向と交差する一方の面をケースの底面部に密着するようになる。

請求項９に記載の超音波センサによれば、傾斜部と固定部材との間に吸音部材を備えることを特徴とする。これにより、傾斜部からの音波漏れを防ぐことができる。

請求項１０に記載のように、超音波振動子の厚み方向と交差する両面に電極を備え、この電極は、超音波振動子の厚み方向の中心軸付近に配置されることが好ましい。これにより、厚み振動子の側面に形成した凹部、凸部や傾斜部にかかる電界の強さを小さくすることができる。

請求項１１に記載の超音波センサによれば、ケースの底面部と側面部とは、弾性部材を介して結合されることを特徴とする。これにより、厚み振動子からの振動がケースの側面部で抑制されることを防ぐことができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の超音波センサは、車両のボディやバンパ等の外殻体の裏面に装着されるもので、例えば、図１及び図２に示すように、車両のバンパ４０の裏面に装着された超音波センサ１０、２０、３０によって、車両周辺の障害物を検知したり、その検知した障害物までの距離を検出したりする。

図１及び図２に示す超音波センサ１０、２０は車両のバック部付近の障害物を検知するために用いられ、超音波センサ３０は車両のコーナ部付近の障害物を検知するために用いられる。

図３（ａ）は、超音波センサ１０の縦断面を示している。超音波センサ１０、２０、３０は、その構造が同様であるため、以下、超音波センサ１０の構造についてのみ説明する。超音波センサ１０は、厚み振動ＰＺＴ１１ａ、吸音材１２、回路部１３、ケース底面部１４、ケース側面部１５、コネクタ部１６、固定用部材１７ａ、弾性体１８で構成される。

厚み振動ＰＺＴ１１ａは、円形板状のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系圧電セラミックス材料で形成され、また、図３（ｂ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ａの上下面には電極が設けられる。この電極には、回路部１３から高周波の電圧信号が印加され、それによって、厚み方向（図３（ａ）では上下方向）に伸縮することで振動する。この振動に伴って、ケース底面部１４が振動することで、超音波がケースの外側に放射される。

厚み振動ＰＺＴ１１ａは、その側面（厚み方向と平行する面）に凸状のツバ部がその側面の全周、若しくは一部分に形成される。このツバ部は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの下面をケース底面部１４の内側に密着して固定するために用いられ、その厚さは、厚み振動ＰＺＴ１１ａの厚さに比べて薄く形成される。このように、ツバ部の厚さを薄く形成することにより、ツバ部における厚み方向の伸縮を小さくすることができる。なお、厚み振動ＰＺＴ１１ａの上下面に設けられる電極は、厚み方向の中心軸付近に配置することで、ツバ部にかかる電界の強さを小さくすることができる。

吸音材１２は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの上面から発生する超音波を吸音するためのものであり、厚み振動ＰＺＴ１１ａの上面に重ねて配置される。回路部１３は、厚み振動ＰＺＴ１１ａを振動させるための高周波の電圧信号を発生する。コネクタ部１６は、電源線や信号線のコネクタを構成する。

ケースは、合成樹脂等で形成され、厚み振動ＰＺＴ１１ａ、吸音材１２、回路部１３等を収容する。このケース底面部１４の外側の面は、車両のバンパ４０の裏面に密着した状態で固定され、一方、その内側の面は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの下面と密着している。

弾性体１８は、ゴム材等で形成され、ケース底面部１４とケース側面部１５との間に配置される。このように、ケース底面部１４とケース側面部１５とを弾性体１８を介して結合することで、厚み振動ＰＺＴ１１ａからの振動がケース側面部１５で抑制されることを防ぐことができる。

固定用部材１７ａは、ツバ部を用いて厚み振動ＰＺＴ１１ａの下面をケース底面部１４の内側の面に密着して固定するためのもので、ツバ部の上面と接した状態で厚み振動ＰＺＴ１１ａをケース底面部１４の内側の面と挟み込むように配置しつつ、ケース側面部１５の内側に固定される。この固定用部材１７ａにより、厚み振動ＰＺＴ１１ａの下面がケース底面部１４の内側の面に密着するようになる。

このように、本実施形態の超音波センサ１０は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの側面部分で厚み振動ＰＺＴ１１ａをケース底面部１４に密着して固定する構成を採用した。すなわち、上述したように、厚み振動ＰＺＴ１１ａの側面部分にツバ部を形成し、このツバ部を用いて、厚み振動ＰＺＴ１１ａの下面をケース底面部１４に密着して固定する。これにより、厚み振動子の振動を外殻体の裏面に十分に伝達させることができるようになる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第１の実施形態の超音波センサ１０は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの側面に凸状のツバ部を形成し、固定用部材１７ａをツバ部の上面と接した状態で厚み振動ＰＺＴ１１ａをケース底面部１４の内側の面と挟み込むように配置しつつ、ケース側面部１５の内側に固定するようにしたものである。

これに対し、本実施形態の超音波センサ１０は、図４（ａ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ｂの側面の全周、若しくは一部分に凹部を形成し、図４（ｂ）に示すように、固定用部材１７ｂを凹部に嵌め合った状態でケース側面部１５の内側に固定する構成を採用した。これにより、厚み振動ＰＺＴ１１ｂは、凹部に嵌められた固定部材１７ｂによって、厚み振動ＰＺＴ１１ｂの下面をケース底面部１４に密着するようになる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。本実施形態の超音波センサ１０は、図５（ａ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ｃの側面の全周、若しくは一部分に凸部を形成するとともに、図５（ｂ）に示すように、ケース側面部１５の内側に凹部を形成し、厚み振動ＰＺＴ１１ｃの凸部をケース側面部１５の内側に形成した凹部に嵌め合わせる構成を採用した。これにより、厚み振動ＰＺＴ１１ｃは、ケース側面部１５の内側に形成された凹部によって、厚み振動ＰＺＴ１１ｃの下面をケース底面部１４に密着するようになる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。本実施形態の超音波センサ１０は、図６（ａ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの側面の全周、若しくは一部分に傾斜部を形成し、図６（ｂ）に示すように、固定用部材１７ｃを厚み振動ＰＺＴ１１ｄの傾斜部に接した状態でケース側面部１５の内側に固定する構成を採用した。これにより、固定用部材１７ｃによって、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの下面がケース底面部１４の内側の面に密着するようになる。

なお、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの側面に形成される傾斜部は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの上面から下面に向かって傾斜していることが好ましい。これにより、固定用部材１７ｃによって、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの上方向へのズレが抑制されるため、この傾斜を利用した固定が可能となる。

（変形例１）
図６（ｂ）に示したように、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの側面に形成された傾斜部と固定用部材１７ｃとは、直接に接するように構成されているが、図７（ａ）に示すように、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの傾斜部と固定用部材１７ｃとの間にゴムシート１９等の吸音部材を備えるようにしてもよい。これにより、傾斜部からの音波漏れをゴムシート１９によって防ぐことができる。

（変形例２）
厚み振動ＰＺＴ１１ｄの側面に形成される傾斜部は、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの上面から下面に向かって傾斜していれば、固定用部材１７ｃによって、厚み振動ＰＺＴ１１ｄの上方向へのズレを抑制することができるため、直線的な形状に限定されるものではない。従って、例えば、図７（ｂ）に示す厚み振動ＰＺＴ１１ｅのように、曲線的な形状であってもよい。

バンパ４０の表面からみた超音波センサ１０、２０、３０の配置を示す図である。 バンパ４０の裏面からみた超音波センサ１０、２０、３０の配置を示す図である。 （ａ）は、第１実施形態に係わる、超音波センサ１０の構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は、厚み振動ＰＺＴ１１ａの電極を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係わる、厚み振動ＰＺＴ１１ｂ、及び超音波センサ１０の構成を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係わる、厚み振動ＰＺＴ１１ｃ、及び超音波センサ１０の構成を示す縦断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係わる、厚み振動ＰＺＴ１１ｄ、及び超音波センサ１０の構成を示す縦断面図である。 （ａ）は、第４実施形態の変形例１に係わる、厚み振動ＰＺＴ１１ｄを示す図であり、（ｂ）は、第４実施形態の変形例２に係わる、厚み振動ＰＺＴ１１ｅを示すである。

符号の説明

１０、２０、３０・・・超音波センサ、１１ａ・・・厚み振動ＰＺＴ、１２・・・吸音材、１３・・・回路部、１４・・・ケース底面部、１５・・・ケース側面部、１６・・・コネクタ部、１７ａ・・・固定用部材、１８・・・弾性体、１９・・・ゴムシート、４０・・・バンパ

Claims (11)

1. 厚み方向に伸縮する超音波振動子と、この超音波振動子を収容するケースから構成され、前記ケースの底面部の外側の面が車両の外殻体の裏面に密着した状態で固定される超音波センサであって、
   前記超音波振動子は、前記厚み方向と平行する面に凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを形成し、当該凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つを用いて、当該超音波振動子の厚み方向と交差する一方の面を前記ケースの底面部の内側の面に密着して固定されることを特徴とする超音波センサ。
2. 前記凹部、凸部、及び傾斜部の少なくとも１つは、前記厚み方向と平行する面の全周、若しくは一部に形成されることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
3. 前記凹部に嵌め合った状態で前記ケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
4. 前記ケースの側面部の内側に凹部を形成し、
   前記凸部は、前記ケースの側面部の内側に形成された凹部に嵌め合うこと特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
5. 前記凸部と接した状態で前記超音波振動子を前記ケースの底面部の内側の面と挟み込むように配置しつつ、前記ケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
6. 前記凸部の厚さは、前記超音波振動子の厚さに比べて薄く形成されることを特徴とする請求項６記載の超音波センサ。
7. 前記傾斜部は、前記超音波振動子の厚み方向と交差する他方の面から、前記ケースの底面部の内側の面と密着する前記超音波振動子の厚み方向と交差する一方の面に向かって傾斜することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ。
8. 前記傾斜部と接した状態で前記ケースの側面部の内側に固定される固定部材を備えることを特徴とする請求項１、２又は７記載の超音波センサ。
9. 前記傾斜部と前記固定部材との間に吸音部材を備えることを特徴とする請求項７又は８記載の超音波センサ。
10. 前記超音波振動子の厚み方向と交差する両面に電極を備え、
    前記電極は、前記超音波振動子の厚み方向の中心軸付近に配置されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の超音波センサ。
11. 前記ケースの底面部と側面部とは、弾性部材を介して結合されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の超音波センサ。

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