JP3986987B2

JP3986987B2 - 超音波センサ及びその被取付部品

Info

Publication number: JP3986987B2
Application number: JP2003083825A
Authority: JP
Inventors: 清成小田; 久永松岡; 善久佐藤; 博之可児
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004297219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受波して物体を探知するために用いられる超音波センサ及びその被取付部品に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、例えば、自動車の駐停車時に運転者に対し車両付近の障害物の有無や車両と障害物との距離を知らせる装置として、超音波を利用した障害物検知システムが実用化されている。このようなシステムに用いられる超音波センサには、そのセンサとしての機能から残響の小さいものが望まれるが、特に車両用の障害物検知システムのように、パルス駆動によって連続的に障害物までの距離を測定することが要求される場合には、残響特性に対する改善要求が大きい。
【０００３】
図６（Ａ）に、これまで一般的に用いられてきた超音波センサ１の構成を表す断面図を示す。超音波センサ１の金属製の筐体３における筐体振動面内側３ｂに圧電振動子２が装着されている。また、筐体３及び圧電振動子２には、リード線５が接続されている。ここで、圧電振動子２に接続されているリード線５に電圧信号を入力することにより、図６（Ｂ）に示すように圧電振動子２を駆動した場合、筐体振動面３ａと筐体側壁部３ｃが連動して振動するため、筐体振動面外周部３ｄにおける筐体の振動が大きく、残響特性の悪化の原因となっていた。
【０００４】
従来、上記のような残響特性悪化に対する改善方法としては、例えば、筐体の側壁部に溝部を設け、この溝部に柔軟性充填材を充填することによって、送波時における筐体振動面外周部の振動を当該溝部及び柔軟性充填材で吸収し、残響を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１９７５９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の構成によって超音波センサ単体における残響を抑制したとしても、実際に超音波センサが自動車等に搭載された場合には、通常は直接接しないように構成されている超音波センサの筐体振動面外周部と、超音波センサを自動車のバンパー等へ取付けるために超音波センサを保持する取付用部品（以下、単に取付部品という）とが、氷やその他の異物を介して繋がることがある。この場合には、筐体振動面の振動が側壁部に設けられた溝部や柔軟性充填材によって吸収されずに、当該異物を介して取付部品や、さらにその取付部品が取付けられる自動車のバンパー等の部品（以下、単に被取付部品という）に伝達してしまう。このようにして振動が伝達してしまった取付部品及び被取付部品は、超音波センサにおける圧電振動子の駆動が終わった後も振動を続けようとするため、残響特性の悪化を引き起こす。さらにこの場合、当該異物の存在が超音波センサの出力信号におけるドリフトの増大を引き起こしてしまう。
【０００７】
上記のような超音波センサの特性悪化を防止するためには、超音波センサの筐体と取付部品との間にゴム等の振動吸収体を挿入しておくことが必要となるが、この場合には自動車の外観上に振動吸収体が現れ、美観を損ねるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、超音波センサの筐体振動面外周部の振動を低減することにより、筐体と取付部品との間に振動吸収体を挿入しなくても、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の本発明の超音波センサは、筐体面に装着された第一の圧電振動子と、当該筐体面に対向する筐体内の面に装着された第二の圧電振動子とを有する。そして、超音波送波時に第一の圧電振動子によって発生する筐体振動面外周部における振動を、第二の圧電振動子を駆動して逆位相の振動を発生させることにより打ち消すようにする。これにより、筐体振動面外周部の振動を低減することができるため、振動吸収体を挿入しなくても、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図１乃至図５を用いて説明する。尚、本発明の実施形態は、下記の実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００１７】
図１（Ａ）は、本発明の第一の実施例である超音波センサ７の構成を表す断面図である。超音波センサ７の金属製の筐体１０における筐体振動面内側１０ａに、超音波を発生させるための圧電振動子８が装着されている。さらに、圧電振動子８が装着された筐体振動面に対向する面となる筐体内対向面１０ｂにも、圧電振動子８と同一の圧電振動子９が装着されている。ここで圧電振動子８及び圧電振動子９は、筐体との接触面が同じ極性となるように装着されている。また、筐体振動面内側１０ａと筐体内対向面１０ｂは、それらの中心にある軸Ａに対して対称な形状となっている。そして、筐体１０と、圧電振動子８及び圧電振動子９の筐体接触面と反対側の面とには、夫々リード線１２が接続されており、このリード線１２に電圧信号を入力することによって、圧電振動子８及び圧電振動子９を駆動（屈曲振動）するように構成されている。尚、筐体内の空いた空間は、柔軟性充填材１１で満たされている。
【００１８】
ここで、筐体１０に接続されたリード線１２を接地し、圧電振動子８と圧電振動子９に接続されたリード線１２に対して同時に同一の電圧信号を入力した場合、圧電振動子８及び圧電振動子９は、図１（Ｂ）に示すように、軸Ａに対して対称に振動する。従って、筐体振動面外周部１０ｄにおいては、圧電振動子８による振動と圧電振動子９による振動が逆位相となって打ち消し合うこととなり、筐体振動面外周部１０ｄの振動が抑制される。これにより、超音波センサ７は、筐体１０と超音波センサ７の取付部品（図示省略）との間に振動吸収体を挿入しなくとも、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサとなる。
【００１９】
また、図２は、本発明の第二の実施例であって、上述の超音波センサ７の一変形形態である。本実施例においては、超音波センサ７における圧電振動子９を筐体内対向面１０ｂの裏面に装着している。尚、圧電振動子８及び圧電振動子９は、筐体との接触面が異なる極性となるように装着されている。ここで上述の場合と同様に、金属製の筐体１０に接続されたリード線１２を接地し、圧電振動子８と圧電振動子９に接続されたリード線１２に対して同時に同一の電圧信号を入力した場合には、上記の場合と同様な効果が得られ、筐体振動面外周部１０ｄの振動が抑制される。
【００２０】
尚、図１及び図２における実施例では、圧電振動子８と圧電振動子９を同一の圧電振動子とし、夫々の圧電振動子に対し同時に同一の電圧信号を入力したが、筐体振動面内側１０ａと筐体内対向面１０ｂが軸Ａに対して対称な形状となっていない場合や、その他の要因によって同一の圧電振動子による軸Ａに対称な振動では筐体振動面外周部１０ｄにおける振動が抑制できない場合には、異なる圧電振動子を選択するか、若しくは異なる電圧信号を入力するか、或いはその両方を実施してもよい。
【００２１】
図３（Ａ）は、本発明の第三の実施例である超音波センサ１３の構成を表す断面図である。超音波センサ１３の金属製の筐体１５における筐体振動面内側１５ａに、圧電振動子１４が装着されている。また、筐体１５及び圧電振動子１４には、夫々リード線１７が接続されている。そして、筐体１５は、三つの（三重の）筐体側壁部（筐体第一側壁部１５ｂ、筐体第二側壁部１５ｃ及び筐体第三側壁部１５ｄ）を有している。これらの側壁部により、筐体の振動面は、図３（Ｂ）に示すように筐体振動面Ａ部、筐体振動面Ｂ部及び筐体振動面Ｃ部に分けられる。尚、筐体内の空いた空間は、側壁部と側壁部の間を含めて、柔軟性充填材１６で満たされている。
【００２２】
ここで、筐体１５に接続されたリード線１７を接地し、圧電振動子１４に接続されたリード線１７に対して電圧信号を入力して、図３（Ｂ）に示すように圧電振動子１４を駆動する。このとき、筐体振動面Ａ部の振動は、各側壁部とその間の柔軟性充填材１６によって吸収され、筐体振動面Ｂ部と筐体振動面Ｃ部に伝わるに従って減衰するため、筐体振動面外周部１５ｈの振動が抑制される。これにより、超音波センサ１３は、上述の第一の実施例の場合と同様に、筐体１５と超音波センサ１３の取付部品（図示省略）との間に振動吸収体を挿入しなくとも、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサとなる。
【００２３】
また、第三の実施例に記載した超音波センサの構成をとった場合のさらなる効果として、次のことが挙げられる。すなわち、超音波センサ１３においては、圧電振動子１４を駆動した際に筐体振動面Ａ部と筐体振動面Ｃ部の振動が同位相となるため、筐体振動面Ａ部と筐体振動面Ｃ部の発する音波の干渉によって超音波の指向性が狭くなる。一方、筐体の側壁部が二重構造の場合、従って筐体第三側壁部１５ｄ及び筐体振動面Ｃ部が無い場合には、筐体振動面Ａ部と筐体振動面Ｂ部の振動が逆位相となるため、筐体振動面Ａ部と筐体振動面Ｂ部の発する音波の干渉によって超音波の指向性が広くなる。従って、第三の実施例に記載した超音波センサにおいては、筐体側壁部の数と形状等によって、超音波の送信時及び受信時における指向性を制御できる。
【００２４】
図４（Ａ）は、本発明の第四の実施例である超音波センサ１８の構成を表す断面図である。超音波センサ１８の金属製の筐体２０における筐体振動面内側２０ａに、圧電振動子１９が装着されている。また、筐体２０及び圧電振動子１９には、夫々リード線２２が接続されている。そして、筐体２０は、二つの（二重の）側壁部（筐体第一側壁部２０ｂ及び筐体第二側壁部２０ｃ）を有している。これらの側壁部により、筐体の振動面は、図４（Ｂ）に示すように筐体振動面Ｄ部及び筐体振動面Ｅ部に分けられる。さらに、筐体振動面Ｅ部には、当該筐体面が凹状となった筐体凹状部２０ｅが設けられている。この筐体凹状部２０ｅは、筐体振動面の他の部分よりも剛性が小さくなるため、振動を吸収することとなる。尚、筐体内の空いた空間は、側壁部と側壁部の間を含めて、柔軟性充填材２１で満たされている。
【００２５】
ここで、筐体２０に接続されたリード線２２を接地し、圧電振動子１９に接続されたリード線２２に対して電圧信号を入力して、図４（Ｂ）に示すように圧電振動子１９を駆動する。このとき、筐体振動面Ｄ部の振動は、筐体第一側壁部２０ｂ及び筐体凹状部２０ｅによって吸収され、筐体振動面外周部２０ｄにおいては減衰している。従って、筐体振動面外周部２０ｄの振動が抑制される。これにより、超音波センサ１８は、上述の第一の実施例の場合と同様に、筐体２０と超音波センサ１８の取付部品（図示省略）との間に振動吸収体を挿入しなくとも、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサとなる。
【００２６】
尚、上述の超音波センサ１８において、筐体振動面Ｅ部における筐体凹状部２０ｅは凹状となっているが、凸状又は凹凸が混在する形状としてもよい。
【００２７】
また、上述の超音波センサ１８において、筐体第一側壁部２０ｂを設けずに、筐体２０の側壁部を一重構造としてもよい。この場合であっても、筐体振動面の振動は筐体凹状部２０ｅによって吸収されるため、筐体振動面外周部２０ｄの振動は抑制される。さらに、この場合において、筐体凹状部２０ｅを凸状又は凹凸が混在する形状としてもよい。
【００２８】
図５は、本発明の第五の実施例である超音波センサ２４及びその被取付部品である固定板３１の構成を表す断面図である。超音波センサ２４の金属製の筐体２６における筐体振動面内側２６ａに、圧電振動子２５が装着されている。また、筐体２６及び圧電振動子２５には、夫々リード線２８が接続されている。尚、超音波センサ２４の筐体内の空いた空間は、柔軟性充填材２７によって満たされている。また、超音波センサ２４はクッション２９を介してケース３０により保持され、さらに当該ケース３０は、固定板３１に固定されている。この固定板３１は、本発明が自動車用の障害物検知システムとして利用される場合には、自動車のバンパーに相当する。そして、外観上に現われない固定板３１の裏面側であって筐体２６の付近（例えば、筐体２６の外周から１０ｃｍ以内）には、溝部３１ａが設けられている。この溝部３１ａは、固定板３１の他の部分よりも剛性が小さくなるため、振動を吸収することとなる。また、溝部３１ａには、柔軟性充填材３２が充填されている。
【００２９】
ここで、筐体２６に接続されたリード線２８を接地し、圧電振動子２５に接続されたリード線２８に対して電圧信号を入力して、圧電振動子２５を駆動する。このとき、筐体２６から固定板３１に伝達した振動は、溝部３１ａ及び柔軟性充填材３２によって吸収されるため、固定板３１において超音波センサ２４を中心として溝部３１ａより外側の部分（以下、単に固定板外周部という）においては減衰している。従って、固定板外周部の振動が抑制される。また、溝部３１ａ及び柔軟性充填材３２は、一旦固定板外周部に伝達してしまった振動が、再び筐体２６に戻ってくるのを抑制する効果もある。これにより、超音波センサ２４は、筐体２６と固定板３１との間に振動吸収体を挿入しなくとも、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波センサとなる。
【００３０】
尚、上述の固定板３１において、溝部３１ａの代わりに固定板３１に切欠部を設け、そこに柔軟性充填材３２を充填してもよい。また、同様に、溝部３１ａの代わりに固定板３１に凹状若しくは凸状又は凹凸が混在する形状を設け、そこに柔軟性充填材３２を充填してもよい。
【００３１】
また、上記の第一乃至第五の第実施例においては、筐体に接続されたリード線を接地し、圧電振動子に接続されたリード線に電圧信号を入力して、圧電振動子を駆動したが、圧電振動子に接続されたリード線を接地し、筐体に接続されたリード線に電圧信号を入力して、圧電振動子を駆動してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る超音波センサの構成を表す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例に係る超音波センサの構成を表す断面図である。
【図３】本発明の第三の実施例に係る超音波センサの構成を表す断面図である。
【図４】本発明の第四の実施例に係る超音波センサの構成を表す断面図である。
【図５】本発明の第五の実施例に係る超音波センサ及び超音波センサの被取付部品の構成を表す断面図である。
【図６】従来の一般的な超音波センサの構成を表す断面図である。
【符号の説明】
７、１３、１８、２４超音波センサ
８、９、１４、１９、２５圧電振動子
１０、１５、２０、２６筐体
１０ｂ筐体内対向面
１５ｂ、２０ｂ筐体第一側壁部
１５ｃ、２０ｃ筐体第二側壁部
１５ｄ筐体第三側壁部
２０ｅ筐体凹状部
１６、２１、３２柔軟性充填材
３１固定板
３１ａ溝部

Claims

第一の圧電振動子を筐体の一面に装着し、当該筐体面を振動させることにより超音波を送波するように構成された超音波センサにおいて、
第一の圧電振動子が装着された筐体振動面と対向する筐体内の面に、第二の圧電振動子を備えており、
筐体振動面の外周部における第一の圧電振動子による振動と第二の圧電振動子による振動とが、逆位相となるように構成されていること、
を特徴とする超音波センサ。