JP2012070244A - Ultrasonic transceiver - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車の外装部に取り付けられる空中用の超音波送受信器ユニットに関するものである。 The present invention relates to an aerial ultrasonic transceiver unit attached to an exterior part of a vehicle.
超音波を利用した物体検知システムが広い分野で利用されている。近年、特に車用のバックソナーとして超音波送受信器を利用した物体検知システムが盛んに開発されている Object detection systems using ultrasonic waves are used in a wide range of fields. In recent years, object detection systems using ultrasonic transceivers have been actively developed as back sonar for vehicles.
車用として使用される超音波送受信器は、つぎの構造のものが一般的である。アルミ合金からなる有底筒状ケースの底面に、電極の取り付けられた圧電素子が接着されている。圧電素子の電極と、外部の電極端子がリード線によって繋がれている。有底筒状ケースの内部は発泡体が挿入され、さらにシリコーンを充填することで密閉されている。現在生産されている超音波送受信器に使用される有底筒状ケースは外径がφ12からφ18のものが一般的である。これ以上外径が大きいとバンパーに取り付けた際の意匠性が悪くなり、小さいと十分な超音波特性を得ることができない。φ8までの超音波送受信器が開発されている。アルミ合金以外にエポキシ樹脂などの樹脂材料を有底筒状ケースの材料として使用した超音波送受信器が開発されている。圧電素子の電極に特定の周波数のパルス電圧を加えることで、超音波送受信器を構成する有底筒状ケースの天面が振動し、空気中に超音波を発生される。また、同面で超音波を受信することができる。空気中に発生させた超音波が物体に反射して返ってくるまでの時間を測定することで、物体の有無と物体までの距離を知ることができる。 The ultrasonic transmitter / receiver used for vehicles generally has the following structure. A piezoelectric element to which an electrode is attached is bonded to the bottom surface of a bottomed cylindrical case made of an aluminum alloy. The electrode of the piezoelectric element and the external electrode terminal are connected by a lead wire. The inside of the bottomed cylindrical case is sealed by inserting a foam and further filling with silicone. A bottomed cylindrical case used for an ultrasonic transmitter / receiver currently produced generally has an outer diameter of φ12 to φ18. If the outer diameter is larger than this, the designability when attached to the bumper is deteriorated, and if it is small, sufficient ultrasonic characteristics cannot be obtained. Ultrasonic transceivers up to φ8 have been developed. In addition to aluminum alloys, ultrasonic transceivers using a resin material such as an epoxy resin as a material for a bottomed cylindrical case have been developed. By applying a pulse voltage of a specific frequency to the electrodes of the piezoelectric element, the top surface of the bottomed cylindrical case constituting the ultrasonic transceiver vibrates, and ultrasonic waves are generated in the air. In addition, ultrasonic waves can be received on the same surface. By measuring the time until the ultrasonic wave generated in the air is reflected back to the object and returned, the presence of the object and the distance to the object can be known.
ここで使用される超音波送受信器は、超音波送受信器を構成する有底筒状ケースの振動によって超音波を発生または受信するために、超音波を取り付ける対象に、ケースの振動を妨げる事無く、またケースに外部からの余計な振動を伝達しない為の工夫が必要である。
一般的に、車用の超音波送受信器はショアA硬度が30〜60程度のシリコーンからなるクッションで覆われている。超音波送受信器はクッションを介してハウジングに取り付けられる。弾性率が低くまた振動減衰の大きな高分子系のエラストマーをクッションの材料に使用することで、超音波送受信器を構成するケースの振動を妨げることなく、超音波送受信器を保持することができる。クッションの材料には温度特性がフラットで、耐久性の高いシリコーンが広く使用されている。
The ultrasonic transmitter / receiver used here generates or receives ultrasonic waves by the vibration of the bottomed cylindrical case constituting the ultrasonic transmitter / receiver, without interfering with the vibration of the case on the object to which the ultrasonic waves are attached. In addition, it is necessary to devise measures not to transmit extraneous vibration from the outside to the case.
In general, an ultrasonic transmitter / receiver for a vehicle is covered with a cushion made of silicone having a Shore A hardness of about 30 to 60. The ultrasonic transceiver is attached to the housing via a cushion. By using a polymer elastomer having a low elastic modulus and large vibration damping as a cushion material, the ultrasonic transceiver can be held without hindering the vibration of the case constituting the ultrasonic transceiver. As the material of the cushion, silicone having a flat temperature characteristic and high durability is widely used.
図1に、超音波送受信器を車のバンパーに取り付けたユニットの例を示す。超音波送受信器を構成する有底筒状ケース1の一端に、外部電極と接続するための金属ピン端子8が設けられた樹脂ベース12がシリコーンからなるスペーサー11を介して取り付けられている。超音波送受信器の有底筒状ケース1と樹脂ベース12のまわりはシリコーンからなる円筒形のクッション3で覆われている。クッション3の取り付けられた超音波送受信器が、ハウジング10に設けられた円筒形の開口部に挿入されている。樹脂ベース12の金属ピン端子8とハウジング10に設けられた金属端子が半田付けによって結合されている。バンパー5に開けられた穴にバンパーカバー4が取り付けられている。バンパーカバー4は金属バネ9によってバンパー5に保持されている。バンパーカバー4にハウジング10を取り付けることで超音波送受信器がバンパー5に固定される。
FIG. 1 shows an example of a unit in which an ultrasonic transceiver is attached to a car bumper. A resin base 12 provided with a
超音波送受信器が、シリコーンなどの弾性率の低い材料からなるクッションによって保持されているために、超音波送受信器にバンパーから引き抜く方向の力が加わった場合に、超音波送受信器が脱落してしまう可能性がある。超音波送受信器に発生する引き抜き方向の力として、人間による引き抜き力や高圧洗車時の水圧などが挙げられる。例えば、高圧洗車の水圧が強い場合は、水圧の力によってクッションが押し広げられ、さらに超音波送受信器を押し出す方向の力が加わるため、超音波送受信器が脱落しやすい。 Since the ultrasonic transmitter / receiver is held by a cushion made of a low elastic modulus material such as silicone, the ultrasonic transmitter / receiver falls off when force is applied to the ultrasonic transmitter / receiver in the direction of pulling it out of the bumper. There is a possibility. The pulling direction force generated in the ultrasonic transmitter / receiver includes pulling force by a human and water pressure during high-pressure car washing. For example, when the water pressure of the high-pressure car wash is strong, the cushion is pushed and expanded by the force of the water pressure, and a force in the direction of pushing out the ultrasonic transmitter / receiver is further applied, so that the ultrasonic transmitter / receiver is likely to fall off.
請求項1に記載の発明では、超音波送受信器を構成するケースの側面に凹みを設け、そこにハウジングの内側に設けた凸部をクッションを介してひっかけることで、超音波送受信器が脱落しにくい超音波送受信器ユニットを実現する。 In the first aspect of the present invention, the ultrasonic transmitter / receiver falls off by providing a dent on the side surface of the case constituting the ultrasonic transmitter / receiver and hooking the convex portion provided inside the housing through the cushion. Realize difficult ultrasonic transceiver unit.
超音波送受信器を構成する有底筒状ケースの側面に、クッションとハウジングの爪をひっかける為の凹みを設る。有底筒状ケースは、外径φ8からφ18の意匠面からなる円筒部を少なくとも有する。金属または樹脂からなる一端面の閉じた有底筒状ケースである。意匠面部の天面振動によって超音波を発生される。有底筒状ケースに取り付けるクッションは、内側にケースの凹みと合致する凸部が設けられている。クッションの外側には内側の凸部と重なる位置に凹みが設けられている。超音波送受信器を挿入するための円筒状の開口部が設けられたハウジングには、円筒部の内側に凸部が設けられている。ハウジング開口部の凸部は、超音波送受信器とクッションをハウジングにとりつけたときに、ハウジングの凸部が超音波送受信器を構成するケースの凹みの位置に来るように設計されている。クッションに設けられた内側の凸部と外側の凹みが、ケースの凹み部とハウジングの凸部によって挟み込まれる事で、超音波送受信器にバンパーから引き抜く方向の力が加わった場合でも抜けにくい超音波送受信器ユニットを実現する On the side of the bottomed cylindrical case that constitutes the ultrasonic transmitter / receiver, a recess for hooking the cushion and the claw of the housing is provided. The bottomed cylindrical case has at least a cylindrical portion made of a design surface having an outer diameter of φ8 to φ18. It is a bottomed cylindrical case with a closed end made of metal or resin. Ultrasound is generated by the top surface vibration of the design surface. The cushion attached to the bottomed cylindrical case is provided with a convex portion on the inner side that matches the dent of the case. A recess is provided on the outer side of the cushion at a position overlapping the inner convex portion. The housing provided with the cylindrical opening for inserting the ultrasonic transceiver has a convex portion inside the cylindrical portion. The convex portion of the housing opening is designed so that the convex portion of the housing comes to the position of the recess of the case constituting the ultrasonic transceiver when the ultrasonic transceiver and the cushion are attached to the housing. Ultrasonic waves that are hard to come off even when force is applied to the ultrasonic transmitter / receiver in the direction of pulling it out of the bumper, because the inner convex part and the outer concave part provided on the cushion are sandwiched between the concave part of the case and the convex part of the housing. Realize transceiver unit
請求項2に記載の発明では、ハウジングに設けられた凸部のまわりにコの字形の貫通穴を設けることで、凸部とその周辺が小さな力で容易に変形し、超音波送受信器とクッションをハウジングに取り付ける際の作業性が改善される。
According to the second aspect of the present invention, by providing a U-shaped through hole around the convex portion provided in the housing, the convex portion and its periphery are easily deformed with a small force, and the ultrasonic transceiver and the cushion The workability when attaching to the housing is improved.
請求項3に記載の発明では、前記ハウジングの開口部の側面に、向かい合わせのコの字状の貫通穴を設けることで、コの字の先端と先端の間に出来た連結部を支点としたシーソー形の稼働部を作成し、シーソーの板にあたる部分の先端にハウジングの凸部を設けることで、より超音波送受信器とクッションをハウジングに取り付け易くなる。稼働部を設けることで、クッションの取り付けられた超音波送受信器を、ハウジングの円筒状の開口部から挿入することができる。 In the invention according to claim 3, by providing a U-shaped through-hole facing each other on the side surface of the opening of the housing, the connecting portion formed between the ends of the U-shape is used as a fulcrum. By creating the seesaw-shaped operating portion and providing the convex portion of the housing at the tip of the portion corresponding to the seesaw plate, it becomes easier to attach the ultrasonic transceiver and the cushion to the housing. By providing the operating portion, the ultrasonic transceiver with the cushion attached can be inserted from the cylindrical opening of the housing.
本発明の実施例をつぎに示す。
図2に本発明の実施した有底筒状ケース13の例を示す。アルミ合金からなる外径φ14、高さ9mmの有底筒状ケース13の側面に凹み13aが設けられている。有底筒状ケース13の内部は、車に取り付けた際に水平方向は広いエリアを検知し、垂直方向は狭いエリアのみの物体を検知するように、底面13bが小判型になるようにくり抜かれている。例えば図の例では、小判型の底面13bの幅は、広い方が13mm、狭い方が7mmである。有底筒状ケース13の内側は完全な小判型で無くともよい。例えば、側面に段差を設けたものや、底面13bがダンベル型の有底筒状ケース13でも良い。有底筒状ケース13に設けられた凹み13aは、有底筒状ケース13の開いた方の一端から少し(図の例では1mm程度を)残して、天面に水平な溝状の凹み13(図の例では幅3mm、外周から深さ1mmの溝)が設けられている。有底筒状ケース13の内部が小判型であるため、有底筒状ケース13の側面は厚い部分と薄い部分がある。図の例では、凹み13aは側壁の厚い部分の2カ所に設けられている。
Examples of the present invention are shown below.
FIG. 2 shows an example of a bottomed
有底筒状ケースの底面13bに、電極の施された圧電素子(例えば両面に銀電極の施されたφ5、厚さ0.2mmの圧電素子)を接着剤で接着し、圧電素子の電極に超音波送受信器の制御ユニットに繋がる電極(リード線など)を取付る。有底筒状ケース13の内部に吸音材を挿入し、封止剤を充填することで密閉型の空中超音波送受信器ができる。
A piezoelectric element with an electrode (for example, a φ5 having a silver electrode on both sides and a thickness of 0.2 mm) is bonded to the
図3に本発明を実施したクッション14の例を示す。
超音波送受信器に取り付ける円筒形のクッション14は、内径がφ14で外径はクッション14の厚さが内径より数mm(図の例では1.0mm)厚くなるように設計されている。クッション14の内側は、側面に凹み13aのあるφ14の有底筒状ケース13が調度治まる寸法に設計されている。クッション14の内側には有底筒状ケース13の凹み13aに合致する凸部14aが設けられている。クッション14の外側には、内側の凸部14aと重ねる部分に凹み14bが設けられている。図の例では、幅1.0mmで深さ1.0mmの溝状の凹み14bが設けられている。クッション14の外側に設けられた(図の例では幅1.0mmで深さ1.0mmの)凹み14bに、凹み14bに入るように設計されたハウジング15の凸部15cを入れることで、ハウジング15の凸部15aがクッション14を挟んで有底筒状ケース13の側面の凹み13aにひっかかる。
FIG. 3 shows an example of the
The
図4に本発明を実施したハウジングの例を示す。図5にハウジングの側面図(a)と断面図(b)を示す。クッション14を取り付けた超音波送受信器を取り付ける為のハウジング15は、超音波送受信器を挿入する為の円筒部15aと、超音波送受信器の信号を増幅するための回路の一部を治める為の長方形のボックス部15bが繋がったL字形をしている。ハウジング15の円筒部15aの内径はクッション14の外径と同じ寸法で、外側は内径より数mm(図の例では1.5mm)厚くなるように設計されている。円筒部15aの内側の2カ所に(図の例では、幅1.0mm、高さ1.0mmの)凸部15cが設けられている。
図6にハウジング15に設けられた凸部15cの拡大図とその断面図を示す。凸部15aのまわりに向かい合わせのコの字形の貫通穴15dが2カ所開けられている。向かい合わせのコの字形の貫通穴15dによって、残った部分にシーソー形の稼働部15fができあがる。コの字の先端と先端の間が支点15eとなり、シーソーの板にあたる部分の一端15gに押し込み方向の力を加えると、支点15eを軸としてもう一方の一端15hが浮き上がる。ハウジング円筒部15aの内側の凸部15cは、シーソーの板にあたる部分の一端15hに設けられている。貫通穴部15dのまわりは、シーソー部が稼働し易いように肉厚が調整さえている。凸部15cの無い一端15gを外側から押し込むと、凸部15hがハウジング15の外側に浮き上がることで、クッション14の取り付けられた超音波送受信器をハウジング15の円筒部15a側から挿入する事ができる。
FIG. 4 shows an example of a housing in which the present invention is implemented. FIG. 5 shows a side view (a) and a sectional view (b) of the housing. A
FIG. 6 shows an enlarged view of the
図7に本発明を実施した有底筒状ケース13とクッション14を取り付けたハウジング15をバンパーカバー16に取り付けた例を示す。
超音波送受信器の取り付けられたハウジング15を、バンパーに取り付けられたバンパーカバー16に挿入する。バンパーカバー16の内側は、ハウジング15の円筒部15aと合致するように設計されている。バンパーカバー16を取り付けると、ハウジング15に設けられたシーソー形の稼働部15fが、バンパーカバー16によって固定される。
FIG. 7 shows an example in which a
The
超音波送受信器に引き抜き方向の力が加わった場合でも、ハウジング15の凸部15cが有底筒状ケース13の凹み部13aにクッション14を介してひっかかる為にクッション14の材料破壊が無ければ超音波送受信器が脱落することは無い。
Even when a force in the pulling direction is applied to the ultrasonic transmitter / receiver, the
高圧洗車の水圧が加わった場合でも抜けにくい。水圧がクッション14を押し広げても、クッション14が破壊されなければ有底筒状ケース13とクッション14のひっかかりが無くなる事はなく、超音波送受信器が脱落しにくくなる。
Even when the water pressure of a high-pressure car wash is applied, it is difficult to come off. Even if the water pressure pushes the
また、バンパーカバー16の側面にも貫通穴を設けることで、クッション14とバンパーカバー16の間から浸入した水がハウジングの貫通穴15dからバンパーカバー16の貫通穴へと抜けていくことで、水圧が低下し、
完全に密閉されている従来の超音波送受信器ユニットに比べて、水圧に対して強固になる。
Further, by providing a through-hole in the side surface of the
It is more robust against water pressure than a conventional ultrasonic transceiver unit that is completely sealed.
また別の形状として、ハウジング15の側面にコの字状の貫通穴を設け、貫通穴によって形成された稼働部の先端に凸部を設けたハウジングが考えられる。この場合は、前述の向かい合わせのコの字状の貫通穴15dを有するハウジング15に比べて、凸部の稼働量が小さくなるためにクッション14の取り付けられた超音波送受信器をハウジングに挿入することがやや難しくなる。また、クッション14の取り付けられた超音波送受信器をハウジングに挿入してしまうと、ハウジングと凸部がクッションの凹み14bにひっかかり容易に抜けなくなってしまう為に、作業のやり直しが困難になる。
As another shape, a housing in which a U-shaped through hole is provided on the side surface of the
1 有底筒状ケース
2 圧電素子
3 クッション
4 バンパーカバー
5 バンパー
6 リード線
7 吸音材
8 金属ピン
9 金属バネ
10 ハウジング
11 シリコーンスペーサー
12 樹脂ベース
13 凹みのある有底筒状ケース
13a 有底筒状ケースの凹み
14 クッション
14a クッションの凸部
14b クッションの凹み
15 ハウジング
15a ハウジングの円筒部
15b ハウジングのボックス部
15c ハウジングの凸部
15d ハウジングに設けられたコの字形の貫通穴
15e 支点
15f 稼働部
15g 稼働宇の一端(凹部が無い)
15h 稼働部の一端(凸部がある)
16 バンパーカバー
DESCRIPTION OF
15h One end of the working part (there is a convex part)
16 Bumper cover
Claims (3)
クッションの取り付けられた超音波送受信器をハウジングの円筒開口部側から容易に挿入出来るようにしたことを特徴とする請求項1に記載の超音波送受信器ユニット A seesaw-type working part with a connecting part formed between the tip of the U-shaped as a fulcrum by providing a through-hole based on the opposite U-shaped on the side of the opening of the housing. By forming the convex part of the housing at the tip of the part that corresponds to the plate of the seesaw,
2. The ultrasonic transmitter / receiver unit according to claim 1, wherein the ultrasonic transmitter / receiver to which the cushion is attached can be easily inserted from the cylindrical opening side of the housing.
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