JP2009038729A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】送波又は受波方向から見た大きさを小さくでき、且つ筐体強度も強くできるようにする。
【解決手段】超音波センサ１は、センサ本体２と、圧電振動子３とを備えている。センサ本体２は、筐体４と、軸部５と、面部６とを一体に有する。筐体４は円筒有底形態をなし、底部４ａの内面に前記圧電振動子３を面接触状態で接着により取り付けている。前記軸部５は、前記底部４ａより幅小（径小）な円柱状をなしており、面部６外面から前記圧電振動子３と反対方向に延出する形態に形成されている。前記面部６は、前記軸部５の先端部に形成されている。この面部６は超音波を送波又は受波するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の障害物検出などに使用される超音波センサに関する。

従来、この種の超音波センサとしては特許文献１に示される構成のものがある。この構成を図７に示している。この超音波センサ２１は、図９に示すように、円筒有底形態の筐体２２の底部２２ａ内面に圧電振動子２３を接着している。さらにこの筐体２２の内部には、スポンジ２４やシリコンゴム２５が設けられている。この超音波センサ２１においては、圧電振動子２３に電圧信号を入力して例えば７０〜４０ｋＨｚで変形させ（振動させ）、筐体２２の共振を利用して超音波を前記底部２２ａ外面から送波し、筐体２２で超音波を受波して圧電振動子２３を変形させ、該圧電振動子２３から電圧信号を出力させる。
特開平１０−２０６５２９号公報

上記従来構成の超音波センサ１は、図１０に示すように、車両の後バンパ２６などに取り付けられるものであり、バンパ２６に形成された配置孔２６ａから前記筐体２２の底部２２ａ外面（いわゆるセンサ面）が露出する形態でステー２６ｂにゴム２７を介して取り付けられる。そして、車両の後退時に後方障害物の存在の有無を確認するのに用いられる。

しかし、この従来構成の超音波センサ２１では、幅寸法（径寸法）Ｈが大きく、車外から大きく見えて意匠的外観が悪く、また小石などの異物が当たる確率が高い。
この対策として、筐体２２の幅寸法Ｈを単純に小さくすることも考えられるが、単に小さくしてしまうと、筐体２２の共振周波数が高くなって、超音波の減衰が大きくなって性能が悪くなってしまう。

これに対して、筐体２２の底部２２ａの厚みを極めて薄く（例えば０．１ｍｍ程度）にするという対策をとれば、周波数を低減できるが、筐体２２の強度が低下してしまう。さらには、底部２２ａの撓みも発生するおそれがあって、圧電振動子２３との面接触での接着が図りにくいという新たな問題もあった。つまり、圧電振動子２３が取り付けられる底部２２ａの厚みはあまり薄くできないというのが実情である。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体強度も強くでき、圧電振動子の取付けも確実に面接着でき、さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる超音波センサを提供することにある。

請求項１の発明によれば、有底形態の筐体の底部内面に取り付けられた圧電振動子が電気信号印加により振動すると、当該筐体が共振し、該筐体の底部と軸部並びに面部とが同期振動する。この場合、面部が超音波送波面部として作用する。また、外部から超音波が送波（反射）されてくると前記面部で受波し軸部を介して筐体の圧電振動子が振動して電気信号が発生する。この場合、前記面部が超音波受波面部として作用する。これら面部及び軸部が前記筐体の前記底部外面に前記圧電振動子と反対方向に延出する形態に設けられていることにより、圧電振動子を含めた筐体部分がばねで、面部及び軸部が質量となり、該筐体を小さくしても、底部の厚みを薄くすることなく共振周波数を低くできる。また、前記面部の大きさも送波又は受波できる大きさであれば良いから、大きくする必要がなく、総じて、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体強度も強くでき、圧電振動子の取付けも確実に面接着でき、さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる。
この場合、前記面部は前記底部より小さい構成として良く（請求項２の発明）、このようにすると、面部をさらに小さくできて、車両に取り付けた場合の意匠的外観がさらに良くなる。

この場合、超音波を送波又は受波する面部は、当該面部の直交する２軸方向において長さが異なる形状としても良い（請求項３の発明）。このようにすると、次の効果を奏する。すなわち、超音波センサを車両のバンパに取り付け、障害物を検出する場合、水平方向は１つのセンサで検出角度を広くすることが望ましく、垂直方向は路面からの反射波による誤検出を防ぐため、適切な検出角度にすることが望ましい。この点この請求項３の発明によれば、直交する２軸方向において、指向性を異なるものとする（偏指向性を持たせる）ことができ、垂直方向に比べて水平方向の検出角度を広くすることができる。

以下、本発明の第１の実施例につき図１ないし図３を参照して説明する。図１には本発明に係る超音波センサ１の縦断面形状を示し、図２は正面から見た形状を示している。これら図１及び図2において、超音波センサ１は、センサ本体２と、圧電振動子（ＰＺＴ）３とを備えている。センサ本体２は、例えばアルミニウムの一体成形体から構成されており、筐体４と、軸部５と、面部６とを一体に有する。
筐体４は円筒有底形態をなし、一端側に底部４ａを有し他端側に開口４ｂを有する。この筐体４の底部４ａは圧電振動子取付部たるものであり、該底部４ａの内面に前記圧電振動子３を面接触状態で接着により取り付けている。

前記軸部５は、前記底部４ａより幅小（径小）な円柱状をなしており、底部４ａ外面から前記圧電振動子３と反対方向（前記開口４ｂと反対方向）に延出する形態に形成されている。前記面部６は、円形状をなしており、前記軸部５の先端部に形成されている。この面部６は超音波を送波又は受波するものである。この場合面部６ａの大きさ（径寸法）は前記筐体４の底部４ａの大きさ（径寸法）とほぼ同等の大きさである。

前記筐体４の内部には、スポンジなどの吸音材７、シリコンゴムなどの振動吸収体８が充填されている。また、圧電振動子３用のリード線９、９が該筐体４内部から外部に導出されている。
上記構成の超音波センサ１は、図３に示すように例えば車両のバンパ１０に形成された配置孔１０ａから前記面部６外面（いわゆるセンサ面）が露出する形態でステー１０ｂにゴム１１を介して取り付けられる。そして、この超音波センサ１は、車両の後退時に後方障害物の存在の有無を確認するのに用いられる。

このような本実施例においては、筐体４の底部４ａ内面に取り付けられた圧電振動子３が電気信号印加により振動すると、当該筐体４が共振し、筐体４の底部４ａと軸部５並びに面部６とが同期振動する。この場合、面部６が超音波送波面部として作用する。また、外部から超音波が送波（反射）されてくると前記面部６で受波し軸部５を介して筐体４の圧電振動子３が振動して電気信号が発生する。この場合、前記面部６が超音波受波面部として作用する。これら面部６及び軸部５が前記筐体４の前記底部４ａ外面に前記圧電振動子３と反対方向に延出する形態に設けられていることにより、圧電振動子３を含めた筐体４部分がばねで、面部６及び軸部５が質量となり、該筐体４を小さくしても、底部４ａの厚みを薄くすることなく共振周波数を低くできる。また、前記面部６の大きさも送波又は受波できる大きさであれば良いから、大きくする必要がなく、総じて、送波又は受波方向から見た大きさを小さくできて、いわゆるセンサ面を小さくでき、且つ筐体４強度も強くできる。そして、筐体４の底部４ａをさほど薄くしなくてもいいから、底部４ａ内面（圧電振動子３の取付面）が撓むことがなくて、該内面を平坦面に加工することが容易で、圧電振動子３の取付けも確実に面接着できる。さらに車両に取り付けた場合の意匠的外観も良くなる。

図４ないし図６は本発明の第２の実施例を示しており、この第２の実施例では、次の点が第１の実施例と異なる。
前記軸部５の先端側の部分５ａをやや太くし、この部分５ａの先端面を超音波送波及び受波のための面部１２としている。この面部１２は前記筐体４の底部４ａより小さい（径小）な構成となっている。なお、図６には、この実施例の超音波センサ１の振動の様子を、ＦＥＭ（有限要素法、Finite Element Method）による固有値解析結果により示している。この図６の実線は元状態、細線は変形状態を示す。

この第２の実施例によれば、面部１２をさらに小さくできて、車両に取り付けた場合の意匠的外観がさらに良くなる。特にこの第２の実施例では、面部１２をかなり小さくできるから、例えば２つの超音波センサ１を横に並べてアレイ化した場合、面部１２間距離を短く（例えばλ／２の離間距離、４０ｋＨｚの場合、λ（波長）は８．５ｍｍであるので、λ／２は４．２５ｍｍ）でき、位相差による測角が可能となり、方位検出精度の向上を図ることができる。ちなみに、従来構成であると、面部は筐体にあって、且つ筐体の大きさが大きいため、超音波センサを並べてアレイ化しても超音波センサ間の距離「λ／２」とすることはできず、超音波センサ間の距離は「λ」、あるいは「２λ」ぐらいであり、位相差による測角ができない。

図７ないし図８は本発明の第３の実施例を示しており、この第３の実施例では、次の点が第１の実施例と異なる。
前記面部６の直交する２軸方向（x方向、y方向）においてx方向の長さL1とy方向の長さL2が異なる形状としている（L1＜L2）。

この第３の実施例によれば、x方向、y方向において、指向性を異なるものとする（偏指向性を持たせる）ことができる。例えば車両のバンパに取り付け場合、x方向（短手方向）を水平方向、y方向（長手方向）を垂直方向となるように取り付けることで水平方向は検出角度を広く、垂直方向（路面方向）は検出角度を狭くすることができる。

なお、第３の実施例における面部形状は2軸方向の長さが異なれば良いので特に形状は限定されず、長方形でも、楕円形でも、その他形状でも良い。
本発明は、上記各実施例に限定されず、次のように変更して実施しても良い。
筐体と、軸部とは溶接などにより一体化しても良い。センサ本体（筐体、軸部、面部）はアルミニウム以外にも、真鍮などでも良い。面部６は超音波送波専用でも、又は受波専用でも良い。

本発明の第１の実施例を示す超音波センサの縦断側面図 超音波センサの正面図 超音波センサを車両バンパに取り付けた状態での縦断側面図 本発明の第２の実施例を示す図１相当図 図３相当図 超音波センサの振動の様子を示す図 本発明の第3の実施例を示す図１相当図 図２相当図 従来例を示す図１相当図 図３相当図

符号の説明

図面中、１は超音波センサ、２はセンサ本体、３は圧電振動子、４は筐体、５は軸部、６は面部、１０はバンパ、１２は面部を示す。

Claims (3)

1. 有底形態の筐体と、
   この筐体の底部内面に取り付けられた圧電振動子と、
   前記筐体の前記底部外面に前記圧電振動子と反対方向に延出する形態に設けられ前記底部より幅小な軸部と、
   この軸部の先端部に設けられ超音波を送波又は受波する面部と
   を備えてなる超音波センサ。
2. 前記面部は前記底部より小さいことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記超音波を送波又は受波する面部は、当該面部の直交する２軸方向において長さが異なる形状とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサ。

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