JP2015200579A - 車両用超音波センサ及びそれを備えた車両用距離検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子の振動がケース体や車体に伝達されにくく、安定した検知性能と組み付け寸法精度を維持できる車両用超音波センサ、及びそのような車両用超音波センサを備えた車両用距離検出器を提供する。
【解決手段】クッション部材２０の保持筒部２１の内周面２１１には、多数の凹部２１３が形成されている。これらの凹部２１３は６つの略正三角形状の下り傾斜面を有し、略正六角形状で内周面２１１に開口する窪みである。これら略正六角形状の凹部２１３は、軸線方向に対して直交する直交方向及び軸線方向に対して斜めに交差する斜め交差方向に沿って、それぞれ一定のピッチで断続的に配置されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、車体に装着される車両用超音波センサ、例えば障害物検出装置に使用される車両用距離検出器に関する。

近時の車両（例えば自動車）には、例えば駐車時における運転を支援するために「クリアランスソナー」と称する障害物検出装置が設けられている。この装置は、車両の前後のバンパに所定数（例えば、前側のバンパに２個、後側のバンパに４個）の超音波センサを取り付け、各超音波センサから送信した超音波が障害物に当たって戻ってくるまでの時間を検出することにより、車両と障害物までの距離を計測する。そして、その距離が設定値よりも小さくなれば、音声等で運転者に報知する。

具体的には、超音波振動子が車両の外部へ向けて超音波を発振し、外部の物体で反射した超音波を受信して振動することにより、車両から物体までの距離を検出する。つまり超音波振動子は送受信時に自ら振動しなければならないが、送信（発信）時の振動が超音波振動子の収容ケースや車体の装着部等に伝わり、超音波振動子を含むこれらの振動が受信時までに解消（消滅）していないと受信信号を誤検出してしまう。そこで、特許文献１，２のように、超音波振動子にクッション材（弾性体）を被せてからケースに収納し、超音波振動子の振動がケースや車体に伝達するのをクッション材の弾性により防止（吸収）している。しかし、超音波振動子の外周面とクッション材の内周面とは広い面積で接触しているのでこの接触部での振動伝達が発生しており、さらなる工夫が求められている。

特開２０１３−２４８４６号公報 特開２０１３−５３９８８号公報

本発明の課題は、超音波振動子の振動がケース体や車体に伝達されにくく、安定した検知性能と組み付け寸法精度を維持できる車両用超音波センサ、及びそのような車両用超音波センサを備えた車両用距離検出器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の車両用超音波センサは、
車体に装着される車両用超音波センサであって、
超音波を発振し又は受信して振動する超音波振動子と、その超音波振動子の外周面に接触する内周面を有して当該超音波振動子を保持する筒状の弾性体と、その弾性体を収容する筒状部を有するケース体とを備え、
前記弾性体の内周面には複数の凹部が形成され、その複数の凹部は、前記内周面の軸線を中心とする展開状態において、軸線方向と交差する交差方向に不連続状に並んで配置され、
前記弾性体は、前記凹部と前記超音波振動子の外周面との間に空気層を形成しつつ、内周面のうちの凹部非形成部が前記超音波振動子の外周面と接触して当該超音波振動子を弾性保持することを特徴とする。

このような車両用超音波センサによれば、弾性体の内周面に形成された複数の凹部と超音波振動子の外周面との間に空気層（非接触部）が形成され、凹部非形成部と外周面とが接触（接触部）して超音波振動子を弾性保持する。したがって、弾性体の内周面と超音波振動子の外周面との接触面積が小さくなり、しかも非接触部は音響インピーダンスの大きい空気層で満たされているので、超音波振動子の振動がケース体や車体に伝達されにくくなる。もちろん、ケース体や車体から超音波振動子への振動も伝達されにくくなる。

また、複数の凹部が軸線方向に対して交差方向に不連続状に並んで配置され、変形しにくい凹部構造とすることができる。したがって、特に車体の外部のように雨水・泥水等にさらされる場所に装着する場合であっても、凹部への浸水による音響インピーダンスの低下を防ぎ、安定した検知性能を発揮することができる。さらに、組み付け時の凹部の変形（接触面積の変動）を抑えることができ、寸法精度ひいては振動伝達の抑制や検知性能の安定を長期にわたって維持できる。

なお、弾性体には、例えばシリコーンゴム、ウレタンゴム等の非導電性弾性材料が用いられる。また、「交差方向」には、「直交方向」と「斜め交差方向」が含まれ、「斜め交差方向」には内周面におけるらせん状の配列状態を含んでもよい。

弾性体の内周面に形成される複数の凹部は次のような形態を取り得る。
（１）複数の凹部が周方向に沿って列状に並ぶとともに、その列が軸線方向に沿って複数列設けられ、弾性体の内周面において、複数の凹部は千鳥足状（すなわち、段違い状）又は碁盤目状（すなわち、格子状）の配列状態で配置されている。
（２）複数の凹部は、展開状態において、軸線方向と直交する直交方向及び軸線方向と斜めに交差する斜め交差方向に沿って、それぞれ所定ピッチで断続的に配置されている。
（３）複数の凹部は、それぞれ多角形状（例えば、正六角形、正方形、正三角形等の正多角形や直角三角形）で内周面に開口し、超音波振動子の外周面で塞がれて空気層が形成される。
（４）複数の凹部は、開口形状及び開口面積が等しい形態で内周面に開口する。
（５）複数の凹部は、開口形状及び／又は開口面積が軸線方向に変化する形態で内周面に開口する。

また、上記課題を解決するために、本発明の車両用距離検出器は、
このような車両用超音波センサの前記ケース体が取付部材を介して車体に装着され、
前記超音波振動子が車両の外部へ向けて超音波を発振し、外部の物体で反射した超音波を受信して振動することにより、車両から物体までの距離を検出することを特徴とする。

このような車両用距離検出器によれば、超音波振動子の振動がケース体や車体に伝達されにくく、安定した距離検出性能と組み付け寸法精度が維持できる。

本発明に係る車両用距離検出器としてのクリアランスソナーを備えた車両を例示する概略説明図。 クリアランスソナーのバンパへの取付構造を示す説明図。 クリアランスソナーの斜視図。 クリアランスソナーの分解斜視図。 本発明に係る車両用超音波センサの主要部の平面断面図。 超音波振動子としてのマイクロホンの平面断面図。 マイクロホンの背面図。 弾性体としてのクッション部材の一例を示す平面図。 図８のＡ−Ａ断面図。 図９の内周面を展開して示す説明図。 図１０の変形例を示す説明図。 クッション部材の他の例を示す平面図。 図１２のＢ−Ｂ断面図。 図１３の内周面を展開して示す説明図。 図１４の変形例を示す説明図。 図１０の他の変形例を示す説明図。 図１５の他の変形例を示す説明図。 図１０のさらに他の変形例を示す説明図。 図１０のさらなる他の変形例を示す説明図。

以下、本発明の実施の形態につき図面に示す実施例を参照して説明する。図１に示すように、車両の障害物検出装置１は、車両の前後のバンパ２（車体）に装着された複数のクリアランスソナー３（車両用距離検出器）と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４とを備えている。所定の条件の下で、各クリアランスソナー３に備えられた車両用超音波センサ（以下、単に超音波センサとも言う）１００から車両の外部に向かって超音波が送信（発振）される。そして、超音波センサ１００がこの超音波の送信方向にある障害物５（外部の物体）に当たって戻ってくる超音波（反射波）を受信することによって、クリアランスソナー３は車両から障害物５までの距離を検出し、ＥＣＵ４はその距離に応じて運転者に音声等で報知する。

図２〜図４を参照し、超音波センサ１００を備えたクリアランスソナー３について説明する。超音波センサ１００は、センサ本体をなす円柱形状のマイクロホン１０（超音波振動子）と、シリコーンゴム等の非導電性材料からなり、マイクロホン１０を覆って弾性保持する円筒状のクッション部材２０（弾性体）と、これらクッション部材２０及びマイクロホン１０を収容して支持する樹脂製のケース体３０とを備えている。マイクロホン１０は、車両の外部に向かって超音波を送信（発振）するとともに、障害物５（図１参照）に当たって戻ってきた反射波を受信して振動する。クリアランスソナー３は、ケース体３０を覆う受け座としてのベゼル２００と、ベゼル２００に装着される固定具としてのリテーナ３００とを備え、超音波センサ１００（ケース体３０）はベゼル２００、リテーナ３００を取付部材としてバンパ２に装着される。

さらに図４〜図７を参照し、超音波センサ１００の構造を具体的に説明する。マイクロホン１０は、ハウジング１１内に圧電素子１２を収容するとともに、２本のリード線１３、２本の接続ピン１４及びコネクタ１５を有している。ハウジング１１はアルミニウム等の導電性材料製であり、有底円筒状の底部１１１の内面には圧電セラミックス製の圧電素子１２が貼り付けられ、その外表面はバンパ２よりも外側に位置して振動面１１２を構成する（図２参照）。ハウジング１１の筒部１１３の外周面１１４には周方向の２ヶ所に溝１１５が形成されている。

２本のリード線１３の一端側がハウジング１１と圧電素子１２にそれぞれ接続され、それらの他端側はハウジング１１の外部へ引き出されて２本の接続ピン１４にそれぞれ接続され、各接続ピン１４は樹脂製のコネクタ１５に挿入されている。さらに、ハウジング１１の内部空間には、非導電性かつ弾性を有するシリコーンゴム等の封止部材１６が充填され、圧電素子１２の全体とリード線１３の一部とが封止されている。

ケース体３０は、クッション部材２０及びマイクロホン１０を収容して支持する筒状部３２と、接続ピン１４によりマイクロホン１０と電気的に接続される回路基板３１を収容する本体部３３と、回路基板３１から外部出力するためのコネクタ部３４とを有する。筒状部３２の先端部の内周面３２１に鍔３２２が形成されている。

クッション部材２０は、マイクロホン１０を弾性保持する円筒状の保持筒部２１と、ケース体３０と嵌合される円筒状の嵌合筒部２２とを有する。クッション部材２０の保持筒部２１の内周面２１１には周方向の２ヶ所に鍔２１２が形成され、鍔２１２はハウジング１１の筒部１１３の外周面１１４に形成された溝１１５と係合する。クッション部材２０の嵌合筒部２２の外周面２２１には周方向の溝２２２が形成され、溝２２２はケース体３０の筒状部３２の内周面３２１に形成された鍔３２２と係合する。

嵌合筒部２２の内部空間には、マイクロホン１０の後端部からケース体３０への振動伝達を抑制するために、非導電性かつ弾性を有する発泡シリコーン等の緩衝部材２３が配置されている。リード線１３、接続ピン１４、コネクタ１５は、緩衝部材２３に形成された貫通孔（図示せず）を通ってケース体３０の筒状部３２の内部空間へ引き出され、接続ピン１４の先端部が回路基板３１のスルーホール３１１に挿入されている。また、ケース体３０の筒状部３２及び本体部３３の内部空間には、非導電性かつ弾性を有するシリコーンゴム等の封止部材３５が充填され、リード線１３、接続ピン１４、コネクタ１５、回路基板３１等が封止されている。

（実施例１）
次に図８〜図１０を参照し、クッション部材２０の構造をさらに詳細に説明する。クッション部材２０の保持筒部２１の内周面２１１には、複数（多数）の凹部２１３が形成されている。断面図である図９に表わされているように、これらの凹部２１３は６つの略正三角形状の下り傾斜面を有し、略正六角形状で内周面２１１に開口する窪みである。展開図である図１０で見ると、これら略正六角形状の凹部２１３は、軸線方向ＡＸに対して直交する直交方向ＲＥ（図９の周方向に相当する）及び軸線方向ＡＸに対して斜めに交差する斜め交差方向ＯＢに沿って、それぞれ一定のピッチで断続的に配置されている。

具体的には、保持筒部２１の内周面２１１において略正六角形状に開口する凹部２１３が、周方向（図９では左右方向）に沿って所定間隔で一列状に並ぶとともに、その列が軸線方向ＡＸに沿って複数列（図９では車両の外側となる上側から内側となる下側へ向かってＬ１〜Ｌ５の５列）設けられている。また、保持筒部２１の内周面２１１において、これらの凹部２１３は隣合う２つの列が千鳥足状（すなわち、段違い状）に配列され、凹部非形成部２１４（すなわち、接触部）はいわゆるハニカム構造を呈している。

そして、凹部２１３はハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４で塞がれて空気層が形成される。このように、凹部２１３とハウジング１１の外周面１１４との間に空気層（非接触部）が形成されることにより、内周面２１１のうちの凹部非形成部２１４のみがハウジング１１の外周面１１４と接触し、マイクロホン１０を弾性保持することになる。

このように、略正六角形状の凹部２１３を千鳥足状に配列することにより、凹部非形成部２１４は強固なハニカム構造を呈するので、凹部２１３間の相互間隔を狭くし、保持筒部２１（クッション部材２０）の内周面２１１とハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４との接触面積（凹部非形成部２１４の合計面積）を小さくすることができる。しかも非接触部は音響インピーダンスの大きい空気層で満たされているので、マイクロホン１０の振動がケース体３０やバンパ２に伝達されにくくなる。

また、複数の凹部２１３が軸線方向ＡＸに対して直交方向ＲＥ及び斜め交差方向ＯＢに不連続状に並んで配置されるので、変形しにくい凹部構造となる。したがって、常時雨水・泥水等にさらされるバンパ２に装着する場合であっても、凹部２１３への浸水による音響インピーダンスの低下を防ぎ、安定した検知性能を発揮することができる。さらに、組み付け時の凹部２１３の変形（接触面積の変動）を抑えることができ、寸法精度ひいては振動伝達の抑制や検知性能の安定を長期にわたって維持できる。

（変形例１）
図１１は図１０の変形例を示す。図１１に示す凹部２１３は、Ｌ１〜Ｌ５の５列が碁盤目状（すなわち、格子状）に配列されている。

このように、略正六角形状の凹部２１３を碁盤目状に配列することにより、凹部２１３間の相互間隔を千鳥足状配列よりも広げ、保持筒部２１（クッション部材２０）の内周面２１１とハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４との接触面積（凹部非形成部２１４の合計面積）をやや広くすることができる。したがって、クッション部材２０が硬度の低い柔軟な材料であっても、凹部２１３の変形や浸水から回避することができる。

（実施例２）
次に図１２〜図１４を参照し、クッション部材２０の他の例を説明する。断面図である図１３に表わされているように、複数（多数）の凹部２１３は４つの略台形状の下り傾斜面と１つの略矩形状の底面とを有し、略矩形状で内周面２１１に開口する窪みである。展開図である図１４で見ると、これら略正方形状の凹部２１３は、軸線方向ＡＸに対して直交する直交方向ＲＥ（図１３の周方向に相当する）及び軸線方向ＡＸに対して斜めに交差する斜め交差方向ＯＢに沿って、それぞれ一定のピッチで断続的に配置されている。

具体的には、保持筒部２１の内周面２１１において略矩形状に開口する凹部２１３が、周方向（図１３では左右方向）に沿って所定間隔で一列状に並ぶとともに、その列が軸線方向ＡＸに沿って複数列（図１３では車両の外側となる上側から内側となる下側へ向かってＬ１〜Ｌ３の３列）設けられている。また、保持筒部２１の内周面２１１において、これらの凹部２１３は、Ｌ１〜Ｌ３の３列が碁盤目状（すなわち、格子状）に配列され、凹部非形成部２１４（すなわち、接触部）はいわゆる網目構造（あるいは格子構造）を呈している。

この例においても、凹部２１３はハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４で塞がれて空気層が形成され、内周面２１１のうちの凹部非形成部２１４のみがハウジング１１の外周面１１４と接触し、マイクロホン１０を弾性保持する。

このように、略矩形状の凹部２１３を碁盤目状に配列することにより、凹部非形成部２１４は単純な網目構造を呈するので、凹部２１３間の相互間隔を千鳥足状配列よりも広げ、保持筒部２１（クッション部材２０）の内周面２１１とハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４との接触面積（凹部非形成部２１４の合計面積）をやや広くすることができる。したがって、材料の硬度等に関わらずクッション部材２０の成形コストを抑制することができる。

（変形例２）
図１５は図１４の変形例を示す。図１５に示す凹部２１３は、Ｌ１〜Ｌ５の５列設けられ、隣合う２つの列が千鳥足状（すなわち、段違い状）に配列され、凹部非形成部２１４は段差構造を呈している。

このように、略矩形状の凹部２１３を千鳥足状に配列することにより、凹部非形成部２１４は段差構造を呈するので、凹部２１３間の相互間隔を狭くし、保持筒部２１（クッション部材２０）の内周面２１１とハウジング１１（マイクロホン１０）の外周面１１４との接触面積（凹部非形成部２１４の合計面積）を小さくすることができる。

（変形例３，４）
図１６は図１０の他の変形例を示し、６つの略正三角形状の凹部２１３を放射状に集合して略正六角形状の集合凹部２１３’を形成し、この集合凹部２１３’をＬ１〜Ｌ５の５列設け、これらの集合凹部２１３’は隣合う２つの列が千鳥足状（すなわち、段違い状）に配列されている。また、図１７は図１５の他の変形例を示し、４つの略直角三角形状の凹部２１３を放射状に集合して略矩形状の集合凹部２１３’を形成し、この集合凹部２１３’をＬ１〜Ｌ５の５列設け、これらの集合凹部２１３’は隣合う２つの列が千鳥足状（すなわち、段違い状）に配列されている。これらの集合凹部２１３’を千鳥足状（又は碁盤目状）に配列することにより、凹部非形成部２１４の幅（凹部２１３間の相互間隔）を一層狭くし、接触面積（凹部非形成部２１４の合計面積）をさらに小さくすることも可能になる。

（変形例５，６）
図１８は図１０のさらに他の変形例を示し、保持筒部２１の内周面２１１において略正六角形状に開口する凹部２１３の開口面積が、車両の外側となる最も上側の列Ｌ１から内側となる最も下側の列Ｌ５へ向かって徐々に小さくなる。また、図１９は図１０のさらなる他の変形例を示し、保持筒部２１の内周面２１１において略正六角形状に開口する凹部２１３の開口面積が、車両の外側となる最も上側の列Ｌ１から内側となる最も下側の列Ｌ５へ向かって徐々に大きくなる。凹部２１３の開口面積（及び／又は開口形状）を軸線方向ＡＸで変化させることにより、マイクロホン１０の特性に応じたクッション部材２０の設計が可能になる。

以上の説明ではクリアランスソナー３のみについて記載したが、車両用距離検出器はクリアランスソナー３以外の距離検出器（例えば車間距離検出器）であってもよい。また、クリアランスソナー３はバンパ２以外の車体に取り付けてもよい。

なお、実施例２（図１２〜図１４）や各種の変形例において、実施例１（図８〜図１０）と共通の機能を有する部位には同一符号を付して詳細な説明を省略している。また、以上で説明した実施例及び変形例は、技術的な矛盾を生じない範囲において適宜組み合わせて実施することができる。

２ バンパ（車体）
３ クリアランスソナー（車両用距離検出器）
５ 障害物（外部の物体）
１０ マイクロホン（超音波振動子）
１１４ 外周面
２０ クッション部材（弾性体）
２１１ 内周面
２１３ 凹部
２１４ 凹部非形成部
３０ ケース体
３２ 筒状部
１００ 車両用超音波センサ
２００ ベゼル（取付部材）
３００ リテーナ（取付部材）
ＡＬ 軸線
ＡＸ 軸線方向
ＯＢ 斜め交差方向（交差方向）
ＲＥ 直交方向（交差方向）
Ｌ１〜Ｌ５ 列

Claims (7)

1. 車体（２）に装着される車両用超音波センサ（１００）であって、
   超音波を発振し又は受信して振動する超音波振動子（１０）と、その超音波振動子（１０）の外周面（１１４）に接触する内周面（２１１）を有して当該超音波振動子（１０）を保持する筒状の弾性体（２０）と、その弾性体（２０）を収容する筒状部（３２）を有するケース体（３０）とを備え、
   前記弾性体（２０）の内周面（２１１）には複数の凹部（２１３）が形成され、その複数の凹部（２１３）は、前記内周面（２１１）の軸線（ＡＬ）を中心とする展開状態において、軸線方向（ＡＸ）と交差する交差方向（ＲＥ，ＯＢ）に不連続状に並んで配置され、
   前記弾性体（２０）は、前記凹部（２１３）と前記超音波振動子（１０）の外周面（１１４）との間に空気層を形成しつつ、内周面（２１１）のうちの凹部非形成部（２１４）が前記超音波振動子（１０）の外周面（１１４）と接触して当該超音波振動子（１０）を弾性保持することを特徴とする車両用超音波センサ（１００）。
2. 前記複数の凹部（２１３）が周方向に沿って列状に並ぶとともに、その列が軸線方向（ＡＸ）に沿って複数列（Ｌ１〜Ｌ５）設けられ、
   前記弾性体（２０）の内周面（２１１）において、前記複数の凹部（２１３）は千鳥足状又は碁盤目状の配列状態で配置されている請求項１に記載の車両用超音波センサ（１００）。
3. 前記複数の凹部（２１３）は、前記展開状態において、軸線方向（ＡＸ）と直交する直交方向（ＲＥ）及び軸線方向（ＡＸ）と斜めに交差する斜め交差方向（ＯＢ）に沿って、それぞれ所定ピッチで断続的に配置されている請求項１又は２に記載の車両用超音波センサ（１００）。
4. 前記複数の凹部（２１３）は、それぞれ多角形状で内周面（２１１）に開口し、前記超音波振動子（１０）の外周面（１１４）で塞がれて前記空気層が形成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車両用超音波センサ（１００）。
5. 前記複数の凹部（２１３）は、開口形状及び開口面積が等しい形態で内周面（２１１）に開口する請求項４に記載の車両用超音波センサ（１００）。
6. 前記複数の凹部（２１３）は、開口形状及び／又は開口面積が軸線方向（ＡＸ）に変化する形態で内周面（２１１）に開口する請求項４に記載の車両用超音波センサ（１００）。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載された車両用超音波センサ（１００）の前記ケース体（３０）が取付部材（２００，３００）を介して車体（２）に装着され、
   前記超音波振動子（１０）が車両の外部へ向けて超音波を発振し、外部の物体（５）で反射した超音波を受信して振動することにより、車両から物体（５）までの距離を検出することを特徴とする車両用距離検出器（３）。