JP4148092B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両に搭載され、例えば、駐車時や旋回時に障害物に接触する恐れがあることを検出する超音波センサに関する。

従来、車両用障害物検出装置として、超音波センサが用いられている。図１８（ａ）に従来の超音波センサの一例を示す。

図１８（ａ）に示す超音波センサは、筒状側壁２ｂと、筒状側壁２ｂの一端に接続された円形の底面部２ａとを有する筐体２と、その底面部２ａにおける筐体２の内部側の面に固定された圧電振動素子１とを備えている。圧電振動素子１が振動することで、底面部２ａが超音波放射面となる。また、圧電振動素子１にリード線５が接続された状態で、筐体２の内部が吸音材３と、充填材４とにより充填されている。この超音波センサは、筐体２の筒状側壁２ｂが振動吸収体９で覆われた状態で、ケース１０を介して、車両後方部や車両コーナー部のバンパ６に取り付けられている。

この超音波センサは、車両後方部や車両コーナー部から超音波を発信し、障害物により反射した超音波を受信することで、その障害物を検出する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１６６９４号公報

ここで、図１８（ａ）に示す超音波センサの振動モードの模式図を図１８（ｂ）に示す。この超音波センサでは、筐体２の底面部２ａと筒状側壁２ｂとの接合部が節となって、底面部２ａが振動する。

このとき、底面部２ａの表面は球面状に変形し、底面部２ａの断面をみると、図１８（ｂ）に示すように、底面部２ａの中心を頂点とする放物線形状（円弧形状）に変形して振動する。このため、図１８（ａ）に示超音波センサでは、図１８（ｂ）中の矢印で示すように、底面部２ａから底面部２ａに対して垂直な方向だけでなく、広い角度で超音波が放出されていた。この結果、バンパよりも下側（地面方向）に放射された超音波により、路面または縁石を障害物として誤検出するおそれがあった。

したがって、路面または縁石を障害物として誤検出することを避けるために、超音波エネルギーの垂直方向における地面側の指向性を狭くしたい、すなわち、垂直方向への放射広がりのうち、地面側への放射広がりを抑制したいという要望がある。

また、近年、衝突回避の情報を運転者に速く知らせるため、障害物検出距離の長距離化が求められており、これを実現するためにも、垂直方向における地面側の指向性を狭くするということが特に求められている。

本発明は、上記点に鑑み、垂直方向における地面側の指向性を狭くすることができる超音波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧電振動素子は、底面部の環状の外周部（２ｄ）に配置されており、底面部のうち、外周部よりも中心側の領域（２ｃ、２ｅ）は、圧電振動素子が配置されている領域（２ｄ）よりも厚いことを特徴としている。

本発明では、圧電振動素子により、底面部を振動させたとき、底面部のうち、外周部よりも中心側の領域は、外周部よりも厚いため、外周部よりも剛性が大きく、曲げ変形が小さい。したがって、底面部は、外周部のみが曲げ変形し、外周部よりも中心側の領域は平面に近い状態のままとなる。すなわち、底面部は、中心側の領域が平面の状態で、前後に振動する。

これにより、本発明の超音波センサによれば、放射される超音波の広がりを抑えることができ、主に底面部に対して垂直な方向に超音波を放射することができる。この結果、上記したように、底面部が均一の厚さである従来の超音波センサと比較して、垂直方向における地面側の指向性を狭くすることができる。

例えば、請求項２に示すように、底面部のうち、外周部よりも中心側の領域の全て（２ｃ）を、外周部（２ｄ）よりも厚くすることができる。また、請求項３に示すように、底面部における中心側の領域の一部（２ｅ）を、外周部（２ｄ）より厚くすることもできる。

請求項３に記載の発明によれば、底面部における中心側の領域の剛性を、外周部よりも大きくしつつ、筐体の体積の増加を抑制することができる。筐体の体積が大きい程、筐体を構成する材料での内部振動の減衰は遅くなり、近距離の障害物の検出精度が低下する。したがって、本発明によれば、筐体の体積の増加を抑制しているので、筐体での内部振動の減衰が遅くなるのを抑制することができる。この結果、請求項２に記載の発明と比較して、近距離の障害物の検出精度を向上させることができる。

なお、圧電振動素子の数は１つもしくは複数でも良い。また、圧電振動素子の形状を長方形とすることもでき、それらを底面部の外周部に複数配置することもできる。また、請求項４に示すように、圧電振動子の形状を環状とすることもできる。

請求項５に記載の発明では、面上の一方向が天地方向と平行にして配置される板部（１１）と、板部に設けられ、板部における一方向の曲げ変形を抑制するための板部を補強する補強部（１２）と、板部もしくは補強部に固定された圧電振動素子（１）とを備え、圧電振動素子により板部を振動させた場合、板部は一方向に対して略垂直な方向にのみ曲がって振動することを特徴としている。

底面部を一方向と平行に切断した断面をみたとき、底面部は、同じ振幅、同じ位相で振動する。すなわち、この断面では、底面部は、従来のように頂点を有する放射線形状でなく、直線状で前後に振動する。したがって、その一方向を天地方向と平行にして、超音波センサを車両に取り付けることで、垂直方向における地面側の指向性を狭くすることができる。

具体的には、請求項６に示すように、補強部（１２）を細長い形状のものとし、補強部の長手方向が一方向と平行となるように、補強部を板部に配置することができる。

また、請求項７に示すように、補強部（１２）として一方向に平行な部位を有する筒状のものを用い、圧電振動素子（１）を補強部に固定することもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態では、自動車用のバックソナーまたはコーナーソナーを例として説明する。図１に本発明の第１実施形態の第１の例における超音波センサを示す。図１（ａ）は超音波センサの断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中の超音波センサのＡ矢視図であり、図１（ｃ）は振動モードの模式図である。なお、図１（ｂ）では、吸音材３および充填材４を省略している。また、図１（ａ）、（ｂ）では、図１８の超音波センサと同様の構成部には、それらと同様の符号を付している。

この超音波センサは、図１８に示す超音波センサに対して、圧電振動素子１と筐体２とを有する点は同じであるが、筐体２の内部形状、圧電振動素子１の形状、圧電振動素子１の位置が異なっている。なお、バンパへの取り付け方や、障害物を検出するしくみは図１８に示す超音波センサと同じである。

筐体２は、例えば、アルミニウム等により構成されている。また、図１（ａ）に示すように、底面部２ａの外周部２ｄでは、図中左右方向の厚さが薄く、外周部２ｄよりも中心側の領域（中央部）２ｃでは、図中左右方向の厚さが厚くなっている。言い換えると、底面部２ａの形状超音波を放射する側の面（筐体２の外部側の面）が平面のまま、底面部２ａの中央部２ｃが筐体２の内部側に柱状に突出した形状となっている。この突出した部分２ｃを以下では柱状部２ｃと呼ぶ。

このように筐体２は、底面部２ａの外周部２ｄが薄くなっているため、筒状側壁２ｂと柱状部２ｃとの間にスペースが生じている形状となっている。なお、外周部２ｄとは、底面部２ａのうち、筒状側壁２ｂとの接続部の近傍の領域を意味する。

具体的には、図１（ｂ）に示すように、柱状部２ｃは円柱状であり、外周部２ｄは円形の環状となっている。柱状部２ｃの直径は、底面部２ａの直径の１／２以上の大きさとなっている。外周部２ｄの厚さは、筐体２の材質、周波数、圧電振動素子１の密度および弾性率により決定される。使用する周波数を高く設定する場合、例えば、この厚さを１ｍｍとし、周波数を低く設定する場合では、例えば、０．１ｍｍとすることができる。

圧電振動素子１は例えば、ＰＺＴなどの圧電性セラミックスから構成されており、圧電振動素子１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、外周部２ｃと同様の形状で、外周部２ｃにおける筐体２の内部側の面に固定されている。圧電振動素子１は、図１（ｂ）中で斜線で示すように、円形の環状であり、外周部２ｃのほぼ全領域を覆うように配置されている。すなわち、この圧電振動素子１は、柱状部２ｃの周囲に配置されている。

そして、筐体２の内部のうち、底面部２ａの柱状部２ｃおよび外周部２ｄの上（図１（ａ）中右側）に、シリコーン、ウレタン等の吸音材３が配置されている。さらに、筐体２の内部は、シリコーン等の充填材４により封止されている。なお、吸音材３の材質としては、シリコーン、ウレタンに限らず、フェルト、ゴム等の吸音効果があり、柔らかいものであれば他の材質とすることもできる。

ここで、図２に超音波送信時における超音波センサの振動モードを模式的に示す。以上のように構成された超音波センサは、底面部２ａのうち、圧電振動素子１が配置されている外周部２ｄよりも中心側の柱状部２ｃは、外周部２ｄよりも厚くなっている。このため、底面部２ａは、外周部２ｄでは剛性が小さく、柱状部２ｃでは剛性が大きくなっている。

したがって、圧電振動素子１により超音波放射面２ａを振動させたとき、図２に示すように、柱状部２ｃでは曲げ変形が小さく、圧電振動素子１が固定されている外周部２ｄでは曲げ変形が大きくなり、柱状部２ｃ全体が図２中矢印で示すように前後（図中左右方向）に振動する。

このとき、底面部２ａの動きのみに着目すると、図１（ｃ）に示すように、底面部２ａの中央部２ｃは、底面部２ａに平行（地面に対して垂直）な直線の状態で、前後に振動する。すなわち、底面部２ａのうち、柱状部２ｃが位置する領域が平面の状態で前後に振動する。

従来の超音波センサの振動モードは、図１８（ｂ）に示すように、底面部２ａの中心に頂点を有する放射線形状であった。このことから、上記したように、超音波が広がって放射されるため、超音波の垂直方向の指向性が広くなっていた。

これに対して、本実施形態の超音波センサの振動モードは、底面部２ａにおける柱状部２ｃが位置する領域が、平面に近い状態のままで、前後に振動する形状となる。これにより、超音波放射面２ａに対して垂直な方向に超音波を放射することができ、放射された超音波の垂直方向における広がりを抑えることができる。すなわち、垂直方向の指向性を狭くすることができる。このことから、垂直方向における地面側の指向性も狭くなっている。

なお、図１に示す超音波センサでは、圧電振動素子１の形状は、環状であったが、他の形状とすることもできる。図３に第１実施形態の第２の例における超音波センサを示す。図３は、図１（ｂ）に対応する図であり、吸音材３および充填材４を省略している。図３に示すように、圧電振動素子１の形状を長方形とすることもでき、この長方形の圧電振動素子１を上下左右ひとつずつ、底面部２ａの外周部２ｄに配置することもできる。ここでは、圧電振動素子１を４つ配置する場合を説明したが、圧電振動素子１は、１つ以上であればいくつでも配置することができる。

また、図１に示す超音波センサでは、底面部２ａにおける外周部２ｄよりも中心側の領域２ｃのすべてが均一の厚さであったが、第３の例のように、底面部２ａにおける外周部２ｄよりも中心側の領域の一部が外周部２ｄよりも厚い形状とすることもできる。

図４に第１実施形態の第３の例における超音波センサを示す。図４（ａ）は超音波センサの断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中の超音波センサのＡ矢視図であり、図４（ｃ）は振動モードの模式図である。なお、図４（ｂ）では、吸音材３および充填材４を省略している。

第３の例における超音波センサは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、図１に示す超音波センサに対して、柱状部２ｃの中心がくり抜かれた形状となっている。すなわち、底面部２ａに、最外周に位置する筒状側壁２ｂよりも底面部２ａの中心側の位置に、円筒形状の側壁からなる筒状部２ｅが配置されている。底面部２ａのうち、この筒状部２ｅよりも外周側の領域が外周部２ｄであり、筒状部２ｅよりも中心側の領域での厚さは外周部２ｄと同じである。

この超音波センサでは、筒状部の底（底面部側）にも、吸音材３が配置されている。その他の構造部は、図１に示す超音波センサと同様である。

この超音波センサの振動モードは、図１に示す超音波センサのように、底面部２ａにおける外周部２ｄよりも中心側の領域全体が直線状となっていないが、図４（ｃ）に示すように、底面部２ａのうち、筒状部２ｅが位置する部位が直線状となり、筒状部２ｅよりも中心側の部位が放物線形状となっている。

これにより、底面部２ａのうち、筒状部２ｅが位置する部位が直線状となっていることから、図１８に示す超音波センサと比較して、放射された超音波の垂直方向における広がりを抑えることができる。すなわち、垂直方向の指向性を狭くすることができる。このことから、垂直方向における地面側の指向性も狭くなっている。

また、第３の例における超音波センサによれば、第１の例における超音波センサに対して、底面部２ａにおける中心側の領域の剛性を維持したまま、筐体２の体積を減少させることができる。送受信兼用の超音波センサでは、筐体２の体積が大きい程、筐体２を構成する材料内での内部振動の減衰は遅くなり、近距離の障害物の検出精度が低下する。

したがって、第３の例における超音波センサによれば、第１の例よりも、筐体２の体積の増加を抑制しているので、筐体２での内部振動の減衰が遅くなるのを抑制することができる。この結果、第１の例における超音波センサと比較して、近距離の障害物の検出精度を向上させることができる。

上記した各例における超音波センサでは、柱状部２ｃの形状を円柱としていたが、第４の例のように、他の形状とすることもできる。図５に第４の例における超音波センサを示す。この図は図１（ｂ）に対応する図である。

第４の例における超音波センサは、図１に示す超音波センサに対して、底面部２ａの柱状部２ｃの形状を円柱から四角柱に変更したものである。また、圧電振動素子１の形状を円形の環状から、四角形の環状に変更している。柱状部２ｃの四角柱の辺の長い方を垂直方向として、パンパに設置することで、垂直方向の指向性を狭くしたまま、水平方向の指向性を広くすることができる。なお、圧電振動素子１の形状を、楕円の環状とすることもできる。

また、第３の例では、筒状部２ｅの形状を円筒形としていたが、円以外の形状とすることもできる。例えば、楕円、多角形等の筒状とすることもできる。また、上記した各例における超音波センサは、底面部２ａが円形であったが、底面部２ａを他の形状、例えば、楕円、多角形とすることもできる。

（第２実施形態）
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に第２実施形態の第１の例における超音波センサを示す。図６（ａ）は超音波センサの正面図であり、図６（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、図６（ａ）中の超音波センサのＢ−Ｏ−Ｂ’断面図、Ａ−Ｏ−Ａ’断面図である。なお、図６（ａ）中の上下方向が地面に垂直な方向である。

この超音波センサは、第１の実施形態に対して、筐体２を有していない点が異なる。具体的には、図６に示すように、所定厚さの板からなる板部１１と、板部１１を補強する補強部１２と、補強部１２に固定された圧電振動素子１とを備えている。

板部１１は円形状であり、板部１１は表面１１ａと裏面１１ｂとを有している。表面１１ａはバンパから露出する面であり、障害物を検出する領域側の面である。一方、裏面１１ｂはバンパの内部側の面であり、障害物を検出する領域側と反対側の面である。なお、この板部１１が超音波放射面となる。

補強部１２は、略直方体形状（略四角柱形状）であり、２つの補強部１２が板部１１の裏面１１ｂに設けられている。補強部１２は、直方体の長辺１２ａと短辺１２ｂのうち、長辺１２ａが、図６（ａ）中の上下方向と平行となっている。また、補強部１２は、図６（ａ）に示すように、図中上下方向に延びているＡ−Ｏ−Ａ’軸を挟み、かつ、Ａ−Ｏ−Ａ’軸を基準に線対称となる位置に配置されている。

圧電振動素子１は、略長方形形状であって、補強部１２の側面のうち、図中左右方向に延びているＢ−Ｏ−Ｂ’上に固定されている。

ここで、図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）、（ｂ）に超音波送信時の振動モードの模式図を示す。図７は図６（ｂ）に対応し、図８は図６（ｃ）に対応する図である。

上記したように、この超音波センサの補強部１２は細長い形状であって、その長手方向（長辺１２ａ）が図中の上下方向と平行となっている。このため、この超音波センサは、補強部１２を有していない板部１１と比較して、板部１１における図６（ａ）中の上下方向での曲げ変形が、抑制されている。これに対して、板部１１における図６（ａ）中の左右方向（上下方向に対して垂直な方向）での曲げ変形は抑制されていない。なお、図６中の上下方向が一方向に相当する。

したがって、超音波を送信するために、圧電振動素子１により板部１１を振動させたとき、Ｂ−Ｏ−Ｂ’断面方向で板部１１をみると、図７（ａ）に示すように、図中の矢印方向に振動する。このとき、図７（ｂ）に示すように、板部１１の振動モードは放物線形状となり、図７（ａ）中の板部１１のうち、Ａ−Ｏ−Ａ’線の部位ｘ_０での振幅はＸ_０、補強部１２が位置する部位ｘ_１での振幅はＸ_１となる。

一方、図６（ａ）中のＡ−Ｏ−Ａ’断面方向で板部１１をみると、図８（ａ）に示すように、図中の矢印方向に振動する。このとき、図８（ｂ）に示すように、板部１１におけるＡ−Ｏ−Ａ’線の部位ｘ_０での振幅はすべてＸ_０であり、補強部１２が位置する部位、すなわち、Ｃ−Ｃ’線の部位ｘ_１での振幅はすべてＸ_１となる。

このように、本実施形態では、図６（ｃ）に示すように、板部１１のＡ−Ｏ−Ａ’線断面をみたとき、板部１１は、同じ振幅、同じ位相で前後に振動する。すなわち、この断面では、板部１１は、従来のように頂点を有する放射線形状でなく、直線状で前後に振動する。したがって、Ａ−Ｏ−Ａ’軸を天地方向（地面垂直方向）と平行にして、超音波センサを車両に取り付けることで、垂直方向における地面側の指向性を狭くすることができる。

なお、ここでは、補強部１２の形状を略直方体形状とした場合を例として説明したが、板部１１を補強することができる形状であれば他の形状とすることもできる。例えば、円柱、多角柱等の柱状とすることもできる。

図９、１０にそれぞれ本実施形態の第２、第３の例における超音波センサを示す。図６（ａ）に示す超音波センサでは、補強部１２を２つ配置していたが、それらの補強部１２をそれぞれ２つに分割し、図９に示すように、補強部１２の数を４つとすることができる。また、図１０に示すように、補強部１２の数を１つとし、この補強部１２をＡ−Ｏ−Ａ’線上に配置することもできる。このようにしても、図６に示す超音波センサと同様の効果を有する。

図１１、１２にそれぞれ本実施形態の第４、第５の例における超音波センサを示す。第１〜第３の例における超音波センサでは、板部１１が水平方向に曲げ変形し、地面に垂直な方向では曲げ変形が抑制されているため、水平方向の指向性は、垂直方向の指向性よりも広くなっている。しかし、水平方向の指向性が広すぎると、バンパを障害物として検出してしまう。そこで、補強部１２の形状を、第４、第５の例のような形状とすることで、水平方向の指向性を狭くすることもできる。

図１１に示す超音波センサは、図６（ａ）に示す超音波センサに対して、図中左右方向に延びている補強部１２ｃを配置し、補強部１２を長方形の環状、言い換えると筒状にしたものである。

これにより、第１の例と比較して、板部１１は、水平方向の剛性が大きくなり、板部１１の水平方向における曲げ変形を小さくすることができる。この結果、超音波を送信するとき、板部１１は、水平方向においても、放物線形上でなく直線形状で前後に振動するようになるため、第１〜第３の例における超音波センサと比較して、水平方向の指向性を狭くすることができる。なお、ここでは、補強部１２の形状は、四角形の環状であったが、四角形だけでなく、円形、楕円、多角形等の他の形状とすることもできる。

また、補強部１２の形状は必ずしも環状でなくてもよく、図１２に示すように、地面に対して垂直な方向（図中上下方向）に平行な部位１２ｄと、水平方向（図中左右方向）に平行な部位１２ｃとを別々に設けることもできる。

なお、上記した各例では、圧電振動素子１を補強部１２に設ける場合を説明したが、板部１１の裏面１１ｂに設けることもできる。例えば、板部１１の中心Ｏに圧電振動素子１を１つ配置することもできる。

（第３実施形態）
図１３に第３実施形態の第１の例における超音波センサの断面図を示す。図１３（ａ）は停止しているときの超音波センサを示しており、図１３（ｂ）は障害物を検出するときの超音波センサを示している。

本実施形態の超音波センサは、超音波センサ部２１と、超音波センサ部２１が内部に配置され、筒状の側壁を有する筒状部（ステイ）２２とを備えている。この超音波センサは車両のフロントバンパ６もしくはリアバンパ６に取り付けられるものである。

超音波センサ部２１は、第１実施形態の超音波センサもしくは図１８に示す超音波センサのように、底面部２ａと側壁部２ｂとを有する筐体２と、底面部２ａに固定された圧電振動素子１とを有しているものである。なお、第２実施形態のような板部１１と補強部１２とを有する超音波センサを用いることもできる。また、超音波センサ部２１は、モータ等を備えており、筒状部２２の内部を移動できるようになっている。

筒状部２２は、バンパ６と一体となっており、バンパ６の表面６ａよりバンパ内部（裏側）に位置している。すなわち、筒状部２２はバンパ６６から突出していない。ここでは、筒状部２２がバンパ６と一体となっている場合を例として説明したが、筒状部２２とバンパ６とを別部品とし、筒状部２２の一端をバンパ６に固定することもできる。なお、筒状部２２は、金属、樹脂、ゴム等により構成されている。

このような構成の超音波センサは、超音波センサ部２１が停止しているときでは、図１３（ａ）に示すように、超音波センサ部２１がバンパ６の表面６ａに対してフラットに近い面状態となっている。すなわち、超音波センサ部２１の底面部（超音波放射面）２ａと、バンパ６の表面６ａとの位置が地面に対して垂直方向で一致するように、超音波センサ部２１が筒状部２２における障害物の検出領域側の一端に位置している。したがって、底面部２ａよりも、障害物を検出する領域側（図中左側）には筒状部２２が存在していない状態となっている。つまり、底面部２ａは筒状部よりも障害物を検出する領域側に位置している。

一方、障害物の検出を必要とする超音波センサ部２１の作動時、例えば、前進時では２０ｋｍ／時以下の低速運転時や、後退時では、図１３（ｂ）に示すように、超音波センサ部２１が筒状部２２を案内としてバンパ６の内部（裏側）へ移動する。そして、底面部２ａの前方（底面部２ａよりも障害物を検出する領域側）に、筒状部２２が存在する状態で、底面部２ａから車両の周辺に向けて超音波を送信することで、障害物の有無を検出するようになっている。

本実施形態では、このように超音波センサ部２１の作動時では、超音波センサ部２１はバンパ６の内部（裏側）から超音波を送信している。このとき、超音波放射面２ａの前方には筒状部２２が存在するため、筒状部２２がホーンの役割を果たす、すなわち、筒状部２２が底面部２ａからバンパ６の上方、下方（地面方向）に向かって放射された超音波を遮断する遮蔽部として機能するので、超音波は筒状部２２に沿った方向にのみ送信される。

これにより、図１３（ｂ）に示すように、送信される超音波の地面方向への広がりを抑制することができ、垂直方向における地面側の指向性を鋭くすることができる。なお、筒状部２２が金属により構成されている場合、筒状部２２で超音波が反射し、反射する角度によっては、超音波が超音波放射面２ａに向かって反射するおそれもある。したがって、このような超音波の反射による弊害を防止するという観点から、筒状部２２は樹脂やゴム等の超音波を吸収できる材料により構成されていることが好ましい。

また、本実施形態では、停車（駐車）時には、超音波センサ部２１とバンパ６とがフラットに近い面を形成するため、外観を損ねることがない。

また、本実施形態では、超音波センサ部２１が筒状部２２内を前後に動くため、超音波センサ部２１とバンパ６との間が氷結した場合であっても、その氷を破壊および除去ができる。これにより、超音波センサ部２１とバンパ６との間が氷結することによって生じる超音波センサ部２１とバンパ６との間での振動の往来をなくすことができ、検出精度の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態の超音波センサは、超音波センサ部２１の作動時だけでなく停車（駐車時）においても超音波センサ部２１を移動させることができる。したがって、運転者は、超音波センサ部２１を移動させることで、例えば、超音波センサ部２１とバンパ６との間に位置するワックス等の異物を取り除くことができる。このため、本実施形態の超音波センサはメンテナンス性にも優れている。

図１４に本実施形態の第２の例における超音波センサの断面図を示す。図１４（ａ）は停止しているときの超音波センサを示しており、図１４（ｂ）は障害物を検出するときの超音波センサを示している。第１の例では、障害物を検出するとき、超音波センサ部２１を筒状部２２の内部で移動させる場合を説明したが、第２の例のように、筒状部２２を移動させることもできる。

第２の例における超音波センサは、筒状部２２がバンパ６の前後（図１４中左右方向）に移動可能となっている点が第１の例における超音波センサと異なっており、他の構成部は同様である。

この超音波センサは、超音波センサ部２１が停止しているときでは、図１４（ａ）に示すように、第１の例と同様、超音波センサ部２１がバンパ６に対してフラットに近い面状態となっている。

一方、障害物を検出するときでは、筒状部２２が前方（超音波放射面２ａに対して障害物を検出する領域側の方向）に移動する。そして、超音波放射面２ａの前方に筒状部２２が位置する状態で、超音波センサは、超音波放射面２ａから前方に向けて超音波を送信する。

これにより、第１の例と同様、筒状部２２が遮蔽部として機能するので、図１４（ｂ）に示すように、送信される超音波の地面方向への広がりを抑制することができ、垂直方向における地面側の指向性を鋭くすることができる。

上記したように、第１、第２の例では、障害物を検出するときに、それぞれ、超音波センサ部２１が移動する場合、筒状部２２が移動する場合を説明したが、要するに、超音波センサ部２１と筒状部２２とを相対的に移動させれば良い。

図１５に本実施形態の第３の例における超音波センサの断面図を示す。図１５（ａ）は停止しているときの超音波センサを示しており、図１５（ｂ）は障害物を検出するときの超音波センサを示している。第１、第２の例では、地面方向に放射される超音波を遮蔽するものとして筒状部２２を用いる場合を説明したが、筒状部に限らず、第３の例のように、板状のものを用いることもできる。

第３の例の超音波センサは、取り付け部２４を介してパンパ６に装着されているものであって、超音波センサ部２１と、板部２３とを備えている。超音波センサ部２１は第１、第２の例と同様であり、板部２３は超音波放射面２ａを覆うことができる大きさとなっている。

超音波センサ部２１が停止しているときでは、図１５（ａ）に示すように、板部２３は超音波放射面２ａに対して略平行であって、超音波放射面２ａを覆うように配置されている。また、板部２３の表面はバンパ６の表面６ａの位置と一致している。

一方、障害物を検出するときでは、板部２３が、モータ等によって超音波放射面２ａに対して前方（図中左側）に突出し、かつ、超音波放射面２ａよりも地面側であって、地面に対して略平行となるように移動する。そして、超音波放射面２ａの前方に板部２３が位置する状態で、超音波センサは、超音波放射面２ａから前方に向けて超音波を送信する。

これにより、第３の例における超音波センサにおいても、板部２３により、地面方向に向かって放射される超音波を遮断することができるので、垂直方向の地面側の指向性を鋭くすることができる。

また、この等音波センサにおいても、停車（駐車）時には、図１５（ａ）に示すように、板部２３がバンパ６に対してフラットな面を形成するため、外観を損ねない。また、板部２３により水やワックス等の侵入がなく、これらの影響による検出精度の低下を防ぐことができる。

なお、第３の例では、超音波センサ部２１が停止しているときでは、超音波センサ部２１の前に位置する板部２３が、障害物を検出するときに移動する場合を説明したが、板部２３は、必ずしも、超音波センサ部が停止しているときに、超音波センサ部２１の前に位置していなくても良い。

すなわち、図１４（ａ）、（ｂ）に示す超音波センサに対して、筒状部２２を、超音波センサ部２１の上側、下側に配置された二枚の板部に変更することもできる。この場合、断面形状は、図１４（ａ）、（ｂ）と同じである。

また、図１３（ａ）、（ｂ）に示す超音波センサに対して、筒状部２２を、超音波センサ部の上側、下側に配置された二枚の板部に変更することもできる。この場合、断面形状は、図１３（ａ）、（ｂ）と同じである。

（第４実施形態）
本実施形態の超音波センサは、上記した第１〜第３の実施形態の超音波センサに対して、超音波センサの温度制御ができるようにしたものである。

この超音波センサは、図示しないが、超音波センサ部と、超音波センサ部の温度を検出する温度センサと、超音波センサ部を加熱する加熱手段および超音波センサを冷却する冷却手段と、温度センサの検出結果を受けて加熱手段および冷却手段を制御する制御手段とを備えている。

超音波センサ部は、第３実施形態と同様であり、例えば、図１に示すように、筐体２と圧電振動素子１とにより構成されるものである。加熱手段は例えばヒータであり、冷却手段は例えば水冷式、空冷式のものである。また、加熱手段、冷却手段および温度センサは、例えば、図１（ａ）に示される充填材４の内部に配置されている。また、温度センサは、乗用車のイグニッションスイッチがオンのときに作動する用になっている。

ここで、図１６にこのような構成の超音波センサの作動を説明するための図を示す。この超音波センサでは、図１６に示すように、温度センサにより、超音波センサ部の筐体の温度をセンシングする。そして、超音波センサ部の温度が設定範囲以内であれば、加熱もしくは冷却を行わず、設定範囲以下であれば加熱手段により筐体を加熱し、設定範囲以上であれば冷却手段により筐体を冷却する。設定範囲は、例えば、１０〜５０℃である。

制御手段により、このような制御を繰り返すことで、筐体の温度を一定の範囲内に保持する。

ところで、従来では、超音波放射面が氷結すると、超音波放射面が振動しなくなるため、超音波を放射できないという問題が発生していた。

また、超音波センサ部自身に残る振動の減衰のしやすさは、超音波センサ（圧電振動素子）の静電容量の大きさにより異なる。振動の減衰が遅くなると、検出精度が低下するという問題が発生していた。

ここで、図１７に超音波センサの静電容量と温度との関係を示す。図１７中の細い実線で示すように、温度が高くなるにつれ、超音波センサの静電容量は高くなる。このため、通常では、図１７中の破線で示すように、温度が高くなるにつれ、静電容量が低くなる温度補償用のコンデンサを用いることで、図１７中の太線で示すように、静電容量の大きさを全体として一定に保つようにしている。

しかし、超音波センサが車両に用いられる場合の使用温度は、−３０℃〜８５℃である。−３０℃近辺の低温域では、図１７に示すように、温度補償用コンデンサの静電容量は小さいため、温度補償用コンデンサを用いても、静電容量を一定に保つことができなかった。

これに対して、本実施形態では、温度センサの検出結果に応じて、制御手段により、超音波センサ部を加熱または冷却することで、筐体の温度を一定の範囲内に保持していることから、超音波放射面が氷結するのを防ぐことができる。また、本実施形態によれば、筐体の温度を一定の範囲内に保持していることから、超音波センサの静電容量を一定の大きさに維持することができる。これにより、圧電振動素子の静電容量の変化による検出精度の低下も防ぐことができる。

なお、本実施形態では、筐体を直接加熱または冷却する場合を例として説明したが、バンパ等を加熱または冷却することで、筐体を間接的に加熱または冷却することもできる。また、本実施形態では温度補償用コンデンサを用いない場合を例として説明したが、温度補償用のコンデンサを併用することもできる。

本発明の第１実施形態の第１の例における超音波センサを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視図、（ｃ）はこの超音波センサの超音波送信時における振動モードの模式図である。 図１の超音波センサの超音波送信時における振動モードの模式図である。 第１実施形態の第２の例における超音波センサを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視図である。 第１実施形態の第３の例における超音波センサを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視図、（ｃ）はこの超音波センサの超音波送信時における振動モードの模式図である。 第１実施形態の第４の例における超音波センサを示す平面図である。 第２実施形態の第１の例における超音波センサを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の超音波センサのＢ−Ｏ−Ｂ’断面図、（ｃ）は（ａ）中の超音波センサのＡ−Ｏ−Ａ’断面図である。 図６に示す超音波センサのＢ−Ｏ−Ｂ’断面方向における超音波送信時の振動モードを示す模式図である。 図６に示す超音波センサのＡ−Ｏ−Ａ’断面方向における超音波送信時の振動モードを示す模式図である。 第２実施形態の第２の例における超音波センサの平面図である。 第２実施形態の第３の例における超音波センサの平面図である。 第２実施形態の第４の例における超音波センサの平面図である。 第２実施形態の第５の例における超音波センサの平面図である。 第３実施形態の第１の例における超音波センサの断面図である。 第３実施形態の第２の例における超音波センサの断面図である。 第３実施形態の第３の例における超音波センサの断面図である。 第４実施形態における超音波センサの構成を示す図である。 超音波センサの静電容量と温度との関係を示す図である。 （ａ）は従来における超音波センサの断面図であり、（ｂ）はこの超音波センサの超音波送信時における振動モードの模式図である。

符号の説明

１…圧電振動素子、２…筐体、２ａ…底面部、２ｂ…筒状側壁、２ｃ…柱状部、
２ｄ…外周部、２ｅ…筒状部、３…吸音材、４…充填材、５…リード線、
１１…板部、１２…補強部、
２１…超音波センサ部、２２…筒状部、２３…板部、２４…取り付け部。

Claims (7)

1. 筒状側壁（２ｂ）と、前記筒状側壁の一端に接続された底面部（２ａ）とを有する筐体（２）と、
   前記底面部における前記筐体の内部側の面に固定された圧電振動素子（１）とを備えてなる超音波センサにおいて、
   前記底面部は環状の外周部（２ｄ）を有し、
   前記圧電振動素子は、前記外周部（２ｄ）に配置されており、
   前記底面部のうち、前記外周部よりも中心側の領域（２ｃ、２ｅ）は、前記圧電振動素子が配置されている領域（２ｄ）よりも厚いことを特徴とする超音波センサ。
2. 前記底面部における前記外周部よりも中心側の領域の全て（２ｃ）が、前記圧電振動素子が配置されている領域（２ｄ）よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記底面部における前記外周部よりも中心側の領域の一部（２ｅ）が、前記圧電振動素子が配置されている領域（２ｄ）よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
4. 前記圧電振動素子は、環状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つの超音波センサ。
5. 面上の一方向が天地方向と平行にして配置される板部（１１）と、
   前記板部に設けられ、前記板部における前記一方向の曲げ変形を抑制するための前記板部を補強する補強部（１２）と、
   前記板部もしくは前記補強部に固定された圧電振動素子（１）とを備え、
   前記圧電振動素子により前記板部を振動させた場合、前記板部は前記一方向に対して略垂直な方向にのみ曲がって振動することを特徴とする超音波センサ。
6. 前記補強部（１２）は、細長い形状のものであり、前記補強部の長手方向が前記一方向と平行となっていることを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ。
7. 前記補強部（１２）は前記一方向に平行な部位を有する筒状であり、前記圧電振動素子（１）は前記補強部に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ。

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