JP4019799B2

JP4019799B2 - 超音波センサ

Info

Publication number: JP4019799B2
Application number: JP2002162476A
Authority: JP
Inventors: 信二天池; 順司太田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP2004015150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波センサにかかり、特には、その指向性を明示するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のバンパーなどに取り付けられて車両の後方部やコーナー部の障害物を検知する障害物検知装置のうちには、送信した超音波信号が障害物で反射されてくるのを受信する超音波センサを利用したものがあり、その一例としては、特開平１０−３３２８１７号公報で開示されたものがある。すなわち、この超音波センサ２１は、図８（ａ）で正面図、図８（ｂ）で側面図、図８（ｃ）で背面図をそれぞれ示すように、圧電素子２２と、この圧電素子２２を収納するアルミニウム合金製などの筒状ケース２３とを備えている。
【０００３】
そして、圧電素子２２は、電圧の印加に伴う圧電効果でもって振動することにより超音波信号を送信し、かつ、超音波信号の受信に伴う逆圧電効果によって電圧を発生するものであり、この圧電素子２２は、平面形状が円形状とされた筒状ケース２３に形成された収納用凹部２４内、つまり、その底面である振動面２４ａの内面上に固着されている。また、車両外部の障害物を検知する場合にあっては、地面を検知しないようにしながら水平方向の検知範囲を広くする必要があるため、収納用凹部２４の平面形状を長円形状、つまり、垂直方向（図では、Ｘで示す）の長さが水平方向（図では、Ｙで示す）の長さよりも長い長円形状とし、超音波センサ２１の指向性を垂直方向では狭くして水平方向では広く設定することが行われている。
【０００４】
さらに、この際における筒状ケース２３の両側面には、圧電素子２２を収納する収納用凹部２４の平面形状に対応したうえで超音波センサ２１の指向性を示すことになる識別部としての平面部２５が切削加工でもって形成されており、これらの平面部２５によっては、垂直方向Ｘでは狭くなり、かつ、水平方向Ｙでは広くなった超音波センサ２１の指向性が示されている。なお、図示省略するが、収納用凹部２４内に防湿用樹脂などが充填された超音波センサ２１は、防振用の弾性部材を介したうえで自動車のバンパーなどに取り付けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の形態にかかる超音波センサ２１においては、指向性を示す識別部となる平面部２５が筒状ケース２３の両側面に対して直接的に設けられているため、これらの平面部２５が設けられた筒状ケース２３の側面部分にあっては厚みｔが薄くなる。従って、筒状ケース２３における振動面２３ａの振動が厚みｔの薄い筒状ケース２３の側面部分へと伝わりやすくなり、従来の形態にかかる構造を採用している限りは、超音波センサ２１の有する残響特性が悪化することが起こってしまうという不都合が生じる。
【０００６】
これに対し、残響特性の悪化を回避するため、筒状ケース２３の両側面に平面部２５を設けないのでは、超音波センサ２１の有する指向性が外部に対して明示されないことになってしまう。そして、超音波センサ２１の指向性が外部に明示されていないと、指向性を誤らないようにしながら超音波センサ２１を自動車のバンパーなどに取り付ける作業が著しく困難となる結果、取り付け完了後における超音波センサ２１の指向性が誤っていることもなりかねないのが実状である。
【０００７】
本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであり、外部に対して指向性を明示することが可能であるとともに、残響特性を大幅に改善することができる超音波センサの提供を目的としている。
【０００８】
請求項１の発明にかかる超音波センサは、圧電素子と、この圧電素子を収納する収納用凹部が形成され、かつ、指向性を示す識別部が設けられていない筒状ケースと、前記収納用凹部の開口面を閉塞するように前記筒状ケースに外嵌された弾性部材とを備えており、この弾性部材には、指向性を示す識別部が設けられていることを特徴とする。そして、ここでの識別部は、前記収納用凹部の平面形状に対応したうえで位置決めされる。また、弾性部材は筒状ケースに外嵌されて、指向性を示す識別部が外部から見やすくされている。
【０００９】
請求項１に記載の超音波センサでは、指向性を示す識別部が設けられていない筒状ケースに対し、指向性を示す識別部が設けられた弾性部材を嵌合しており、この筒状ケースと弾性部材とが互いに一体化されている。そこで、超音波センサの外部に対しては、弾性部材の識別部でもって指向性が明示されることになる。また、この構造であれば、筒状ケースそのものに識別部を設けておく必要がなくなり、その結果として筒状ケースの側面部分の厚みが薄くなることも起こらないので、超音波センサの残響特性が大幅に改善されるという利点も確保される。
【００１０】
請求項２の発明にかかる超音波センサは請求項１に記載したものであり、前記弾性部材は、ゴム材であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明にかかる超音波センサは請求項１または請求項２に記載したものであり、前記弾性部材には前記収納用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明にかかる超音波センサは請求項１または請求項２に記載したものであり、前記筒状ケースには連結用凹部が形成される一方、前記弾性部材には前記連結用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明にかかる超音波センサは請求項１または請求項２に記載したものであり、前記筒状ケースには連結用凸部が形成される一方、前記弾性部材には前記連結用凸部が内挿されて嵌合しあう連結用凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３〜請求項５に記載の構造である場合には、識別部が設けられた弾性部材を位置決めしたうえで筒状ケースへと外嵌することが可能となり、弾性部材と筒状ケースとを一体化することが極めて容易になる。その結果、請求項１に記載した構造による利点を確保しやすいこととなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１にかかる超音波センサの正面構造及び側面構造、背面構造をそれぞれ示しており、図１（ａ）は超音波センサの正面図、図１（ｂ）は超音波センサの側面図、図１（ｃ）は超音波センサの背面図である。そして、図２は超音波センサが備えている筒状ケースの背面構造及び弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図２（ａ）は筒状ケースの背面図、図２（ｂ）は弾性部材の正面図である。
【００１７】
また、図３は超音波センサの残響特性を示す説明図である一方、図４は変形例にかかる弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図４（ａ）は第１の変形例にかかる弾性部材の正面図、図４（ｂ）は第２の変形例にかかる弾性部材の正面図、図４（ｃ）は第３の変形例にかかる弾性部材の正面図である。なお、図１中の符号１は、超音波センサを示している。
【００１８】
本実施の形態にかかる超音波センサ１は、自動車のバンパーなどに取り付けられて車両の後方部やコーナー部の障害物を検知する障害物検知装置を構成するものである。そして、図１（ａ）で正面図、図１（ｂ）で側面図、図１（ｃ）で背面図をそれぞれ示すように、超音波センサ１は、圧電素子２と、この圧電素子２を収納するアルミニウム合金製などの筒状ケース３と、この筒状ケース３に外嵌されるゴム製など、例えば、シリコンゴム製の弾性部材４とを備えている。
【００１９】
また、ここでの筒状ケース３は、平面形状が円形状とされ、かつ、圧電素子２を収納する収納用凹部５が形成されたものとなっており、圧電素子２は収納用凹部５内、つまり、その底面である振動面３ａの内面上に接着することによって固定されている。さらに、この超音波センサ１では、従来の形態と同様、車両外部の障害物を検知するに際し、地面を検知しないようにしながら水平方向の検知範囲を広くする必要があるため、図２（ａ）でも示すように、収納用凹部５の平面形状を長円形状、つまり、垂直方向Ｘの長さが水平方向Ｙの長さよりも長い長円形状とし、超音波センサ１の指向性を垂直方向Ｘでは狭くしながら水平方向Ｙでは広く設定することが行われている。
【００２０】
一方、この際における弾性部材４は筒状ケース３に外嵌されたうえで収納用凹部５の開口面を閉塞するものであり、この弾性部材４の両側面に対しては、圧電素子２を収納する収納用凹部５の平面形状に対応したうえで超音波センサ１の指向性、つまり、垂直方向Ｘ及び水平方向Ｙを示す識別部となる平面部６がそれぞれ設けられている。すなわち、これらの平面部６は、垂直方向Ｘで狭く、かつ、水平方向Ｙで広くなった超音波センサ１の指向性を示すものである。なお、ここでは、弾性部材４を筒状ケース３に外嵌するとしているが、例えば、弾性部材４を筒状ケース３に内嵌する構成であってもよいことは勿論である。
【００２１】
さらに、収納用凹部５の開口面を閉塞する弾性部材４の閉塞面４ａ上には、図２（ｂ）でも示すように、筒状ケース３の収納用凹部５に内挿されて嵌合しあう一対の連結用凸部７が形成されており、これら連結用凸部７のそれぞれは収納用凹部５の円形辺部分と嵌合しあうことになっている。そして、連結用凸部７が収納用凹部５と嵌合しあうのに伴っては、筒状ケース３と弾性部材４とが位置ずれせずに連結されることになり、平面部６が設けられた弾性部材４は位置決めしたうえで筒状ケース３と一体化される。
【００２２】
従って、本実施の形態に係る超音波センサ１では、指向性を示す識別部としての平面部６が設けられた弾性部材４を筒状ケース３に外嵌して一体化することが行われていることになり、超音波センサ１の外部に対しては、弾性部材４に設けられた平面部材６によって指向性が明示される。また、このような構造を採用している場合には、筒状ケース３そのものに識別部となる平面部を設けておく必要がないため、筒状ケース３の側面部分の厚みｔが薄くなることも起こらない。さらに、図示省略しているが、収納用凹部５内には防湿用樹脂などが充填されることになり、このようにして構成された超音波センサ１は自動車のバンパーなどへと取り付けられる。
【００２３】
さらに、本発明の発明者らが比較試験を実行したところによれば、図３で示す試験結果からも明らかなように、筒状ケース２３そのものに指向性識別用の平面部２５が設けられた超音波センサ２１（図３では、従来例という）と比較し、筒状ケース３そのものには指向性識別用の平面部６が設けられていない超音波センサ１（図３では、実施例という）である場合には、残響特性が大幅に改善されていることが確認される。なお、図３における縦軸は電圧、横軸は残響時間をそれぞれ示している。
【００２４】
すなわち、この比較試験では、超音波センサ１，２１の備える筒状ケース３，２３の外径を１４ｍｍ、収納用凹部５，２４の短辺寸法を７ｍｍとし、従来例の筒状ケース２３には側面厚みが１．５ｍｍとなる平面部２５を形成する一方、実施例の筒状ケース３には平面部を形成していない。そして、図３によれば、従来例では残響が１．２０ｍｓｅｃとなるのに対し、実施例の残響は０．８９ｍｓｅｃであるに過ぎず、残響特性が大幅に改善されており、従来例に比較すると、実施例における残響特性の方が約２６％も改善されていることが分かる。
【００２５】
ところで、本実施の形態にあっては、収納用凹部５の円形辺部分と嵌合しあう一対の連結用凸部７を弾性部材４の閉塞面４ａ上に形成するとしているが、このような構造に限定されることはないのであり、以下のような変形例を採用することも可能である。まず、この際における弾性部材４の閉塞面４ａ上に形成された連結用凸部７が図４（ａ）で示すような形状とされたもの、つまり、収納用凹部５の全周にわたって嵌合しあう形状とされたものであってもよい。
【００２６】
また、図４（ｂ）で示すように、収納用凹部５の一方の円形辺部分のみと嵌合しあう連結用凸部７であってもよく、さらには、図４（ｃ）で示すように、収納用凹部５の一方の円形辺部分における角部のみと嵌合しあう連結用凸部７であってもよいことは勿論である。すなわち、この際における連結用凸部７は、これらが収納用凹部５と嵌合しあうことによって筒状ケース３と弾性部材４とが位置ずれせずに連結され、かつ、平面部６を有する弾性部材４が位置決めしたうえで筒状ケース３と一体化されるものでありさえすればよいことになっている。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は実施の形態２にかかる超音波センサを分解した状態の側面構造を示しており、筒状ケース及び弾性部材の側面図である。そして、図６は実施の形態２にかかる超音波センサが備えている筒状ケースの背面構造及び弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図６（ａ）は筒状ケースの背面図、図６（ｂ）は弾性部材の正面図である。
【００２８】
また、図７は変形例にかかる超音波センサを分解した状態の側面構造を示しており、筒状ケース及び弾性部材の側面図である。なお、実施の形態２にかかる超音波センサの全体構造は実施の形態１と基本的に異ならないので、図５〜図７において図１〜図４と同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい説明は省略する。
【００２９】
本実施の形態にかかる超音波センサ１は、実施の形態１と同じく、圧電素子２と、この圧電素子２を収納する筒状ケース３と、この筒状ケース３に外嵌されるゴム製などの弾性部材４とを備えている。そして、筒状ケース３には、垂直方向Ｘの長さが水平方向Ｙの長さよりも長い長円形状の平面形状とされた収納用凹部５が形成されており、この収納用凹部５の底面である振動面３ａの内面上には、圧電素子２が接着によって固定されている。
【００３０】
また、ここでの弾性部材４は筒状ケース３に外嵌されたうえで収納用凹部５の開口面を閉塞するものであり、この弾性部材４の両側面には、圧電素子２を収納する収納用凹部５の平面形状に対応して超音波センサ１の指向性を示す平面部６がそれぞれ設けられている。すなわち、これらの平面部６は、超音波センサ１の指向性、つまり、垂直方向Ｘ及び水平方向Ｙを示す識別部として設けられたものである。
【００３１】
さらに、この際、筒状ケース３の開口面上には、例えば、平面視円形状などとされた連結用凹部１１が形成されている一方、弾性部材４の閉塞面４ａ上には、連結用凹部１１に内挿されて嵌合しあう連結用凸部１２が形成されている。そこで、弾性部材４に形成された連結用凸部１２が筒状ケース３に形成された連結用凹部１１と嵌合しあうのに伴っては、筒状ケース３と弾性部材４とが位置ずれを起こさずに連結されることとなり、平面部６が設けられた弾性部材４は位置決めしたうえで筒状ケース３と一体化される。
【００３２】
ところで、実施の形態２にかかる超音波センサ１では、筒状ケース３に連結用凹部１１を形成し、弾性部材４に連結用凸部１２を形成している。しかし、このような構造に限定されることはないのであり、例えば、図７の変形例で示すように、超音波センサ１が備えている筒状ケース３の開口面上に連結用凸部１３を形成する一方、この筒状ケース３へと外嵌される弾性部材４の閉塞面４ａ上に連結用凹部１４、つまり、連結用凸部１３が内挿されて嵌合しあう連結用凹部１４を形成してもよい。このような構造であっても、筒状ケース３と弾性部材４とは位置ずれを起こさないで連結され、平面部６が設けられた弾性部材４は筒状ケース３と一体化されることになる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明にかかる超音波センサでは、指向性を示す識別部が設けられた弾性部材を筒状ケースに嵌合しており、この筒状ケースと弾性部材とを互いに一体化することが行われている。従って、この超音波センサにおいては、筒状ケースに外嵌して一体化された弾性部材の識別部でもって外部に対し、超音波センサの指向性が明示されることとなる。また、このような構造であれば、筒状ケースそのものに識別部を設けておく必要がなくなり、筒状ケースの側面部分の厚みが薄くなることも起こらないので、超音波センサの残響特性が大幅に改善されるという効果も得られる。なお、請求項２のように、弾性部材は筒状ケースに外嵌されていることが好ましい。
【００３４】
請求項３の発明にかかる超音波センサにあっては、収納用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部を弾性部材に形成しているので、識別部が設けられた弾性部材を位置決めしたうえで筒状ケースへと外嵌することが可能となる。そのため、弾性部材と筒状ケースとを一体化することが極めて容易となり、弾性部材の識別部でもってセンサの指向性が明示され、かつ、残響特性が改善された超音波センサを構成しやすくなるという効果が得られる。
【００３５】
請求項４の発明にかかる超音波センサでは、筒状ケースに連結用凹部が形成されるとともに、この連結用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部が弾性部材に形成されている。また、請求項５の発明にかかる超音波センサにあっては、連結用凸部が筒状ケースに形成される一方、この連結用凸部が内挿されて嵌合しあう連結用凹部が弾性部材に形成されている。従って、請求項３の発明と同様、弾性部材と筒状ケースとを一体化することが極めて容易となる結果、弾性部材の識別部でもってセンサの指向性が明示され、しかも、残響特性が改善された超音波センサを構成しやすくなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる超音波センサの正面構造及び側面構造、背面構造をそれぞれ示しており、図１（ａ）は超音波センサの正面図、図１（ｂ）は超音波センサの側面図、図１（ｃ）は超音波センサの背面図である。
【図２】実施の形態１にかかる超音波センサが備えている筒状ケースの背面構造及び弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図２（ａ）は筒状ケースの背面図、図２（ｂ）は弾性部材の正面図である。
【図３】超音波センサの残響特性を示す説明図である。
【図４】変形例にかかる弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図４（ａ）は第１の変形例にかかる弾性部材の正面図、図４（ｂ）は第２の変形例にかかる弾性部材の正面図、図４（ｃ）は第３の変形例にかかる弾性部材の正面図である。
【図５】実施の形態２にかかる超音波センサを分解した状態の側面構造を示しており、筒状ケース及び弾性部材の側面図である。
【図６】実施の形態２にかかる超音波センサが備えている筒状ケースの背面構造及び弾性部材の正面構造をそれぞれ示しており、図６（ａ）は筒状ケースの背面図、図６（ｂ）は弾性部材の正面図である。
【図７】変形例にかかる超音波センサを分解した状態の側面構造を示しており、筒状ケース及び弾性部材の側面図である。
【図８】従来の形態にかかる超音波センサの正面構造及び側面構造、背面構造をそれぞれ示しており、図８（ａ）は超音波センサの正面図、図８（ｂ）は超音波センサの側面図、図８（ｃ）は超音波センサの背面図である。
【符号の説明】
１超音波センサ
２圧電素子
３筒状ケース
４弾性部材
５収納用凹部
６平面部（識別部）
７連結用凸部

Claims

圧電素子と、この圧電素子を収納する収納用凹部が形成され、かつ、指向性を示す識別部が設けられていない筒状ケースと、前記収納用凹部の開口面を閉塞するように前記筒状ケースに外嵌された弾性部材とを備えており、この弾性部材には、指向性を示す識別部が設けられていることを特徴とする超音波センサ。
前記弾性部材は、ゴム材であることを特徴とする請求項１に記載した超音波センサ。
前記弾性部材には、前記収納用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した超音波センサ。
前記筒状ケースには連結用凹部が形成される一方、前記弾性部材には前記連結用凹部に内挿されて嵌合しあう連結用凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した超音波センサ。
前記筒状ケースには連結用凸部が形成される一方、前記弾性部材には前記連結用凸部に内挿されて嵌合しあう連結用凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した超音波センサ。