JP2015230201A

JP2015230201A - 超音波センサ装置

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Publication number: JP2015230201A
Application number: JP2014115575A
Authority: JP
Inventors: 中村　正; Tadashi Nakamura; 正中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: JP6296417B2

Abstract

【課題】バンパー内での搭載位置の自由度が向上するよう小型化された超音波センサ装置を提供する。
【解決手段】先端面２Ａから超音波の送信及び受信のいずれか又は双方を行うセンサ部２と、センサ部２に接続する回路基板３と、回路基板３上に実装される電子部品をなすトランス４と、先端面２Ａを外部に露出する形でセンサ部２と回路基板３とトランス４とを収容する筐体５と、を備える超音波センサ装置１において、トランス４を、センサ部２の先端面２Ａと直交する方向２Ｘに隣接させず、該先端面２Ａの外側に並ぶように配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の障害物検出装置や自動ドア装置その他各種の装置に採用される超音波センサ装置、及びこの超音波センサ装置を備える車両用障害物検出装置に関する。

近年の車両には、車両のバンパーに取り付けた超音波センサ装置と、この超音波センサに接続したコントローラとにより構成された障害物検出装置を搭載するものがある（特許文献１参照）。超音波センサ装置は、超音波を送受信するセンサ部（超音波マイクロフォン）を、車両のバンパーに形成された貫通孔から外部に露出するようバンパー内に搭載される。ただし、バンパー内には補強材などの構造物が存在しているため、超音波センサ装置は、これらとの干渉を避けた位置で搭載される必要がある。一方で、超音波センサ装置は、障害物を検出する検知範囲が車両周辺の予め決められた領域をカバーするように、バンパーに搭載される必要もある。したがって、現状の超音波センサは、これら双方を満足するようにバンパーに搭載されなければならないため、バンパー内での搭載位置が限られてしまい、搭載位置の自由度がほとんど無い。

特開平１０−１２３２３５号公報

本発明の課題は、バンパー内での搭載位置の自由度が向上するよう小型化された超音波センサ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明の超音波センサ装置は、
先端面から超音波の送信及び受信のいずれか又は双方を行うセンサ部と、前記センサ部に接続する回路基板と、前記回路基板上に実装される電子部品をなすトランスと、前記先端面を外部に露出する形で前記センサ部と前記回路基板と前記トランスとを収容する筐体と、を備え、
前記トランスが、前記センサ部の前記先端面と直交する方向に隣接せず、該先端面の外側に隣接して配置されることを特徴とする。

上記本発明の構成によれば、バンパーに搭載される超音波センサは、従来よりもバンパー表面に対し直交する車両に向かう方向の厚みを減じて、バンパー表面の広がり方向に延出した薄い形状とすることができる。車両に向かう方向の厚みが減じられて薄い形状とされることで、バンパー内の構造物との干渉の可能性が大きく減じられ、バンパー内での配置自由度を増すことができる。

本発明の超音波センサ装置の一実施形態を示した斜視図。図１の超音波センサ装置の分解斜視図。図１の回路基板の斜視図。図１の超音波センサ装置の平面図。図１の超音波センサ装置の側面図。図４のＡ−Ａ断面図。図４のＢ−Ｂ断面図。図４のＣ−Ｃ断面図。トランスの中央断面図。図１の超音波センサ装置ないし障害物検出装置の電気的構成を示すブロック図の一例。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態の超音波センサ装置１は、ワイヤハーネス等の配線部材１１を介してコントローラ（制御部）１０と接続して障害物検出装置１００を構成する。

本実施形態の障害物検出装置１００は、静止部材をなす車両のバンパー９に取り付けられ、当該車両の予め定められた車外周辺領域に存在する障害物を検出する車両用障害物検出装置である。さらにいえば、本実施形態の障害物検出装置１００は、車両の前側又は後ろ側のバンパー９の車両角部をなす部分に超音波センサ装置１が取り付けられた車両用コーナーソナーである。

超音波センサ装置１は、図１〜図８に示すように、先端面２Ａ（図６参照）から超音波の送信及び受信のいずれか又は双方を行うセンサ部２と、センサ部２に接続する回路基板３と、回路基板３上に実装される電子部品をなすトランス４と、先端面２Ａを外部に露出する形でセンサ部２と回路基板３とトランス４とを収容する筐体５と、を備える。また、トランス４は、センサ部２の先端面２Ａと直交する方向２Ｘ（図６参照）において隣接せず、その先端面２Ａの外周に対する外側に隣接して配置されている。これにより、本実施形態の超音波センサ装置１は、従来のようにある程度の高さを有するセンサ部２とトランス４とがその高さ方向に積み重なったような配置ではなく、それらセンサ部２とトランス４とがバンパー９の表面の広がり方向に横並びに配置されるため、超音波センサ装置１全体が薄型化されている。

センサ部２は、超音波の送信部又は受信部のいずれか又は双方をなすものである。本実施形態のセンサ部２は、超音波の送受信双方を行う送受信部である。センサ部２は、図１０に示すように、アルミニウム等の金属製ケーシング（図示なし）内に圧電効果及び逆圧電効果を発揮する圧電素子２Ｐ（図６参照）を接着し、コンデンサ２３をシリコン樹脂でモールドして形成される。センサ部２の共振周波数は、圧電素子２Ｐをケーシング（図示なし）の内部をなす、例えば送受信面２Ａの裏側に接着することにより決定される。圧電素子２Ｐは、ワイヤハーネス２Ｗ（図６参照）及び接続端子部３２を介して回路基板３の処理回路３０と接続している。

また、センサ部２は、図６に示すように、筐体５の長手方向５Ｘの第一側に形成された筒状部５２に対し同軸をなして嵌め込まれる。これにより、センサ部２は、筒状部５２の前端開口部５２Ｈから先端面（本実施形態における超音波送受信面）２Ａが外部に露出する。筒状部５２は、バンパー９の貫通孔部９Ｈ内に嵌め込まれる。これにより、センサ部２の先端面（本実施形態における超音波送受信面）２Ａがバンパー９の外部（車外側）に露出する。

なお、筒状部５２とセンサ部２との間にはゴム等からなる制振材６Ａ，６Ｂが介在する。

回路基板３は、その主表面３Ａ及び主裏面３Ｂに処理回路３０（図１０参照）を形成している。即ち、回路基板３は、図８に示すように、トランス４及び他の図示しない各種電気素子を実装して、処理回路３０を形成している。回路基板３は、接続端子部５３と接続されており、接続端子部５３と外部の配線部材１１を介してコントローラ１０に接続される。

また、回路基板３は、図１及び図３に示すように、筐体５内においてバンパー９の表面の平行に配置される。回路基板３は、筐体５の上記長手方向５Ｘに延出した板状をなし、筐体５の内部に収容され、後端開口部５Ｈを蓋するように配置される。ただし、回路基板３と筐体５との間にはわずかな隙間を有する。回路基板３は、筐体５内においてセンサ部２に対しその先端面２Ａの逆側で対向して配置される一方、その回路基板３のセンサ部２と対向する側の主表面３Ａ上にトランス４が実装される。

トランス４は、信号昇圧用のトランスであり、回路基板３の主表面３Ａ上に実装される。トランス４は、図６に示すように、筐体５の長手方向５Ｘの第二側において、筒状部５２と同方向に膨出する形で形成された有底の収容部５４内に収容される。

トランス４は、図９に示すように、金属材料からなる筒状ケーシング４１を備える。ケーシング４１内には、フェライトコア４２ａと、フェライトコア４２ａの円柱部に巻装した両コイル４２ｂ、４２ｇと、を備える。コイル４２ｂはトランス４の１次コイルとしての役割を果たし、コイル４２ｇはトランス４の２次コイルとしての役割を果たす。コイル４２ｂは、その一端子４２ｃにて、ターミナル４２ｅに接続される。また、コイル４２ｇは、その一端子４２ｄにて、ターミナル４２ｆに接続される。なお、両コイル４２ｂ、４２ｇの各他端子は接地される。ターミナル４２ｅ，４２ｆは処理回路３０と接続する。

また、トランス４は、図９に示すように、フェライトからなる蓋部材４３を備える。蓋部材４３は、その円筒部４３ａにて、フェライトコア４２ａ及び両コイル４２ｂ、４２ｇを同軸的に覆うように、ケーシング４１内にねじ込まれる。蓋部材４３は、円筒部４３ａの外周面に形成した雄ねじ部４３ｂにて、ケーシング４１の周壁に形成した両雌ねじ部４１ｄと螺合して、ケーシング４１内にねじ込まれる。

蓋部材４３のケーシング４１内へのねじ込み量により、後述する並列共振回路のインダクタンスの値を調整できる。従来の超音波センサ装置では、センサ部の後方に並ぶようにしてトランスが位置し、蓋部材がそのトランスの最後端に位置していたため、蓋部材のケーシングへのねじ込み操作（即ち、上記並列共振回路のインダクタンスの値の調整操作）は、トランスが回路基板上に実装され、その回路基板が筐体内に配置された後でも可能であった。ところが、本実施形態の蓋部材４３は、筐体５の収容部５４内においてバンパー９側を向くように配置され、該収容部５４の底に対面する形で配置される。このため、トランス４が回路基板３上に実装され、その回路基板３が筐体５内に配置された後では、蓋部材４３のケーシング４１へのねじ込み操作は不可能となる。したがって、本実施形態においては、組み付けによるずれを考慮する形で後述する並列共振回路のインダクタンスの値が調整されたトランス４が用意され、その調整済みのトランス４を回路基板に実装し、筐体５の収容部５４内に配置するという組み付け手順（組み付け方法）を採用している。

センサ部２とコントローラ１０と処理回路３０との間の回路構成について、図１０を用いて説明する。

上記並列共振回路は、圧電素子２Ｐ、コンデンサ２３及びトランス４の２次コイル４２ｃにより構成される。処理回路３０は、駆動回路３４を備えており、駆動回路３４は、コントローラ１０により制御されて、トランス４の１次コイル４２ｂに駆動電圧を印加する。このため、トランス４が駆動電圧を昇圧し、２次コイル４２ｇに昇圧された駆動電圧が発生する。これに伴い、超音波振動子をなすセンサ部２には圧電素子２Ｐの圧電効果により機械的振動が生ずる。その結果、センサ部２は、先端面（送受信面）２Ａから、筐体５の筒状部５２の前端開口部５２Ｈを介して車外に超音波を送信する。

送信された超音波が車外に位置する障害物に反射すると、超音波振動子をなすセンサ部２は、その先端面（送受信面）２Ａにて反射した超音波を受信し、圧電素子２Ｐに伝達する。このとき圧電素子２Ｐは、逆圧電効果により圧電電圧を発生し、この圧電電圧を上記並列共振回路を介して増幅回路３３に出力する。これに伴い、当該圧電電圧が増幅回路３３を介し、受信信号としてコントローラ１０に出力される。コントローラ１０は、受信信号を増幅して閾値と比較し、増幅した受信信号のレベルが該閾値より高い場合を障害物ありと検出する。

筐体５の構造について説明する。

筐体５は、前端側において、上記長手方向５Ｘの第一側に上記筒状部５２を有し、上記長手方向５Ｘの第二側に上記収容部５４を有する。筒状部５２には、前端側で先端面２Ａを外部に露出させる形で、センサ部２が挿通して配置される。収容部５４は、前端側でトランス４を外部に露出されることの無いよう前端側に底部５４Ａを有した構造をなし、トランス４を収容する。一方、筐体５は、後端側に後方に開口する後端開口部５Ｈが形成される筒状の後端部５１を有する。後端部５１は、筒状部５２及び収容部５４と後端側で連通し、内部に回路基板３が配置される。筒状部５２と収容部５４とは、双方の間に壁部５Ｋ（図６参照）を有する形で空間が区画・分離されている。そして、図示は略しているが、筐体５の内部には、後端開口部５Ｈから充填された樹脂によってモールドされている。

また、筐体５は、接続部５３を介して回路基板３上の処理回路３０と接続するコネクタ部５５を備える。コネクタ部５５は、外部の配線部材１１の先端に形成された端子接続部（図示無し）と接続する所定形状をなし、当該接続によって該配線部材１１を介して外部のコントローラ１０と接続する。

筐体５は、上記長手方向５Ｘにおいて、筒状部５２を中心とする両側の一方に収容部５４を有し、他方にコネクタ部５５を有する。つまり、筐体５は、上記長手方向５Ｘにおいて、トランス４とセンサ部２とコネクタ部５５とがこの順で直線状に並ぶ形で形成されている。これにより、筐体５は、バンパー９の貫通孔部９Ｈ（図６参照）に嵌め込まれる筒状部５２を中心として、その筒状部５２を挟む両側の一方に収容部５４を有し、他方にコネクタ部５５を有した構造になるためバランスが良い。

リテーナ７は、バンパー９に固定する役割を果たすステンレス等の金属製部材であり、筐体５に係合固定される。つまり、このリテーナ７によって筐体５がバンパー９に固定される。本実施形態のリテーナ７は、図２に示すように、筐体５の筒状部５２を配置させる筐体配置部７０と、筐体配置部７０を挟む両側において筐体５の固定部５７，５７と係合固定される固定部７２，７２と、筐体配置部７０を挟む両側においてバンパー９に固定される足部７１，７１と、を有する。

リテーナ７の足部７１，７１は、筐体５と同様、センサ部２とトランス４の並び方向である長手方向５Ｘに長い長手状をなす。対向するリテーナ７の足部７１，７１も、互いの対向方向７Ｘよりも上記長手方向５Ｘに長く形成され、バンパー９に対し上記長手方向５Ｘに長く密着して固定される。本実施形態においては、足部７１，７１に貼付された接着材（両面テープ）７１Ａによって、バンパー９に対し密着して固定される。

本実施形態においては、筒状部５２を挟む両側に筐体５の固定部５７，５７が形成され、筐体配置部７０を挟む両側に固定部７２，７２及び後述の嵌合受け部７５，７５が形成され、嵌合受け部７５，７５の前端に足部７１，７１が形成されている。

本実施形態において、リテーナ７の固定部７２，７２は、筐体５の筒状部５２を挟む位置において、筐体５の固定部５７，５７に対し係合固定される。リテーナ７の固定部７２は、互いの対向方向７Ｘにおいて離間又は接近する向き（ここでは互いに離間する向き）に突出する係合爪部７２Ａを先端に有した係合片である。また、筐体５の固定部５７は、上記対向方向７Ｘにおいて係合爪部７２Ａを受け入れる係合凹部５７Ａを有した係合受け部５７である。係合凹部５７Ａは、内部に受け入れた係合爪部７２Ａに対し後方２Ｘ１（図２参照）に向かって対向する対向壁面として内壁面５７ａを有しており、内壁面５７ａと係合爪部７２Ａとの当接によって、リテーナ７に対する筐体５の後方２Ｘ１への抜けが阻止される。

筐体５にリテーナ７を組み付ける際には、筐体５の筒状部５２を前方２Ｘ２（図２参照）に移動させてリテーナ７の筐体配置部７０に配置させる。このとき、筐体５の係合受け部５７は、リテーナ７の係合片７２を上記対向方向７Ｘへと弾性変形させて押しのける形で移動していくとともに、係合爪部７２Ａが係合凹部５７Ａに達するに伴い係合片７２が弾性復帰して、係合爪部７２Ａが係合凹部５７Ａ内に進入する。これにより、係合爪部７２Ａが係合凹部５７Ａの内壁面５７ａと対面又は当接し、リテーナ７に対する筐体５の後方への抜けが阻止された抜け止め状態となる。

また、リテーナ７は、上記のように抜け止め状態とされた筐体５の上記長手方向５Ｘ及び上記対向方向７Ｘへの移動を規制する移動規制部７５を有する。本実施形態の移動規制部７５は、筐体５にリテーナ７を組み付ける際に、筐体５の上記対向方向７Ｘ両側に形成された嵌合部５７，５７を受け入れる嵌合受け部７５，７５である。本実施形態の嵌合部５７，５７は、既に述べた固定部５７，５７と同一である。また、本実施形態の嵌合受け部７５，７５は、既に述べた係合受け部７５，７５と同一であり、筐体５の後端部５１をなす外周壁部の上記対向方向７Ｘの両外側において、嵌合部５７，５７を、上記長手方向５Ｘの両外側から挟む壁部７５Ｃ，７５Ｃと、上記対向方向７Ｘの外側で対向する壁部７５Ｂとを有して形成される。ただし、嵌合受け部７５，７５は、筐体５を上記対向方向７Ｘの両側の嵌合部５７，５７の外側から挟む壁部７５Ｂに、係合凹部５７Ａ内に進入して係合状態となった係合爪部７２Ａに対し該係合状態を解除するための操作が可能となるよう、切欠き部７５Ａが形成されている。

また、本実施形態において、嵌合受け部７５，７５は、上記対向方向７Ｘの内側に係合片７２，７２を有し、その内側において、それら係合片７２，７２が筐体５の係合受け部５７，５７と係合状態となる。筐体５にリテーナ７を組み付ける際には、リテーナ７の嵌合受け部７５，７５に筐体５の嵌合部５７，５７を嵌合させていくことにより、それら嵌合受け部７５，７５の内部で、リテーナ７の係合片７２，７２が筐体５の係合受け部５７，５７と係合する。つまり、嵌合受け部７５，７５が、リテーナ７の係合片７２，７２を筐体５の係合受け部５７，５７に係合させる際のガイドとして機能している。

また、リテーナ７は、嵌合受け部７５，７５をなす壁部の前端側から延出して足部７１，７１と連結する連結部７６を有する。連結部７６は、嵌合受け部７５の上記長手方向５Ｘの両側に、上記対向方向７Ｘの外側かつ前方に向かう形でそれぞれ延出形成される。

本実施形態の筐体５は、筒状部５２を中心とする長手状をなし、バンパー９に対してその筒状部５２を貫通孔部９Ｈに嵌め込む形で取り付けられる一方、収容部５４とコネクタ部５５はバンパー９に対し空隙９Ａ（図８参照）を挟んで対面する。このため、筐体５は、外部から力が加わると、筒状部５２を中心にその長手方向５Ｘの両端側を揺動させるような力が加わるが、空隙９Ａがあることでバンパー９に対して接触して筐体５に衝撃が加わるようなことはない。また、リテーナ７の固定部７２，７２が、筐体５の中央（収容部５４とコネクタ部５５との間）に位置する筒状部５２を挟んで配置されるため、上記の力をバランスよく支持できる。また、リテーナ７の足部７１，７１がバンパー９に対し上記長手方向５Ｘに長く密着して固定されることにより、上記の力を効果的に支持することもできる。また、筐体５は、コネクタ部５５がバンパー９に対し比較的離間しているため、コネクタ部５５側においてバンパー９に対し離間及び接近する揺動が生じやすいが、過剰な揺動を阻止するために、揺動幅が所定以上になるときにバンパー９に当接する突出部５９（図５及び図６参照）が形成されている。

このように本実施形態によれば、バンパー９に搭載される超音波センサ装置１の厚み（バンパー９の表面に対し直交する方向２Ｘの長さ）が、従来よりも減じられ、薄い形状となる。薄い形状とされることで、バンパー内の構造物との干渉の可能性が大きく減じられ、バンパー９内（バンパー９に対する車両側）での配置自由度が増している。

なお、本発明の超音波センサ装置１及び障害物検出装置１００では、バンパー９に取り付けられた状態において、バンパー９の表面側（車外側）を前、バンパー９の裏面側（車体側）を後ろと定めて表現しているが、この場合の前が必ずしも車両の前（車両の前進方向）と一致する必要はない必要はない。つまり、超音波センサ装置１が取り付けられるバンパー９は、サイドやリアのバンパー等でもよく、これらの場合であっても、バンパー９の表面側（車外側）を前、バンパー９の裏面側（車体側）を後ろと定め、本発明を同様に適用することができる。また、本実施形態では、車両のバンパー９を静止部材とし、超音波センサ装置１を取り付けているが、静止部材は他のガーニッシュやパネル部材としてもよい。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、追加及び省略等の種々の変更が可能である。

１超音波センサ装置
１０コントローラ（制御部）
１００障害物検出装置
２センサ部
３回路基板
４トランス
５筐体
５Ｘ長手方向
５２筒状部
５４収容部
５４Ａ底部（収容部の底）
５５コネクタ部
７リテーナ
９バンパー

Claims

先端面から超音波の送信及び受信のいずれか又は双方を行うセンサ部と、前記センサ部に接続する回路基板と、前記回路基板上に実装される電子部品をなすトランスと、前記先端面を外部に露出する形で前記センサ部と前記回路基板と前記トランスとを収容する筐体と、を備え、
前記トランスが、前記センサ部の前記先端面と直交する方向に隣接せず、該先端面の外周に対する外側に隣接して配置されることを特徴とする超音波センサ装置。
前記回路基板は、前記センサ部に対し前記先端面の逆側で対向するとともに前記トランス側に延出した形で配置されており、前記トランスは、前記回路基板における前記センサ部と対向する主表面上に実装される請求項１に記載の超音波センサ装置。
配線部材の先端の所定形状をなす端子部と接続し、該配線部材と前記回路基板とを接続させるコネクタ部を、前記センサ部に対して前記トランスとは逆側に備える請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ装置。
前記筐体を静止部材に固定するリテーナを備え、
前記筐体は、前記センサ部と前記トランスの並び方向を長手方向とする長手状をなし、
前記リテーナは、前記筐体を挟む両側で前記長手方向に延出するよう対向形成され、対向する双方が互いの対向方向よりも前記長手方向に長く前記静止部材に対し密着して固定される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波センサ装置。
前記筐体は、前端側で前記先端面を外部に露出させる形で前記センサ部が挿通して配置される筒状部と、前端側で前記トランスを外部に露出されることなく収容する有底の収容部とが並んで形成される一方、前記筒状部及び前記収容部と後端側で連通し、前記回路基板を収容する後端部と、を有する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波センサ装置。