JP7371564B2 - 超音波センサ - Google Patents
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Description
第1実施形態に係る超音波センサ1について説明する。超音波センサ1は、例えば、自動車等の車両に搭載される物体検知装置に用いられると好適であるが、これに限定されず、他の用途に適用されることもできる。本実施形態では、車載用の物体検知装置に適用された例を代表例として説明する。
超音波センサ1の車両への搭載例について、図1を参照して簡単に説明する。超音波センサ1は、例えば図1に示すように、箱状の車体V1を備える車両Vに搭載される。具体的には、超音波センサ1は、車体V1のうち前端部に装着されたフロントバンパーV2や、後端部に装着されたリアバンパーV3に取り付けられる。
次に、超音波センサ1の構成について、図2~図4を参照して説明する。
次に、本実施形態の超音波センサ1による効果について、図5を参照して説明する。
超音波センサ1において、素子収容ケース6は、図6に示すように、側板部61が薄肉部611のみで構成されてもよい。このような構造であっても、超音波振動の伝搬経路である底板部62に突起部621が形成され、振動のインピーダンスの変化点が生じることで、複数の共振周波数を持つ構造になるとの効果が得られる。
超音波センサ1において、突起部621は、棒状とされる場合における形状が円柱状に限定されず、円柱状とは異なる形状とされてもよい。例えば、突起部621は、図7に示すように正四角柱状とされてもよい。また、突起部621は、棒状だけでなく、例えば図8に示すように、長方形四角柱状といった板状とされてもよい。さらに、突起部621は、多角柱や楕円柱などの形状とされてもよく、その形状が適宜変更され得る。本変形例においても、底板部62に振動のインピーダンスの変化点が生じ、複数の共振周波数を持つ一個の超音波センサ1となる。
超音波センサ1は、例えば図9に示すように、底板部62が突起部621を1つのみ有する構造とされてもよい。図9の超音波マイクロフォン4の振動状態を計算機シミュレーションした結果、図10に示す音響インピーダンス特性が得られた。具体的には、この超音波マイクロフォン4では、40~70kHzの範囲内において、約47kHzおよび約65kHzの二個の顕著な構造共振周波数が発生している。本変形例においても、底板部62における振動のインピーダンスが突起部621により部分的に変化するため、2つの共振周波数を持つ一個の超音波センサ1となる。
第2実施形態の超音波センサについて、図11~図14を参照して説明する。
第3実施形態の超音波センサについて、図16を参照して説明する。なお、図16は、図12に相当する断面図である。
次に、第3実施形態の超音波センサの変形例について、図18~図20Cを参照して説明する。図19では、構成部材の配置を分かり易くするため、保護材65により覆われて上面視では見えない超音波素子5および突起部621の外形を破線で示している。
本変形例によっても、上記第3実施形態と同様の効果が得られる超音波センサとなる。
第4実施形態の超音波センサについて、図21を参照して説明する。
発泡部材66は、例えば図22に示すように、凹部を有さない板状部材とされ、側板部61のうち底板部62から突起部621の先端よりも高い位置に形成された凸部613上に配置されてもよい。発泡部材66は、側板部61の内径と同じ外径とされ、凸部613に当接して配置されると共に、突起部621を含む所定の領域を閉塞することで、閉塞空間631を形成する。
第5実施形態の超音波センサについて、図24を参照して説明する。
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
4 超音波マイクロフォン
5 超音波素子
6 素子収容ケース
61 側板部
611 薄肉部
612 厚肉部
62 底板部
621 突起部
DA 指向中心軸
Claims (21)
- 超音波センサ(1)であって、
電気信号と超音波振動とを変換する超音波素子(5)と、
有底筒形状を有し、内側に前記超音波素子が収容される素子収容ケース(6)と、を備え、
前記素子収容ケースは、指向中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(61)と、前記指向中心軸と平行な軸方向における前記側板部の一端側を閉塞する底板部(62)とを有し、
前記超音波素子は、前記底板部に貼り付けられており、
前記底板部は、前記側板部と前記超音波素子との間において、少なくとも1つの突起部(621)を有し、
前記突起部は、前記底板部が超音波振動する場合には、前記底板部と共に振動し、前記底板部が超音波振動により定在波が生じた状態となる場合における当該定在波の腹または節となる位置に配置されている、超音波センサ。 - 超音波センサ(1)であって、
電気信号と超音波振動とを変換する超音波素子(5)と、
有底筒形状を有し、内側に前記超音波素子が収容される素子収容ケース(6)と、を備え、
前記素子収容ケースは、指向中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(61)と、前記指向中心軸と平行な軸方向における前記側板部の一端側を閉塞する底板部(62)とを有し、
前記超音波素子は、前記底板部に貼り付けられており、
前記底板部は、前記側板部と前記超音波素子との間において、少なくとも1つの突起部(621)を有し、
前記突起部は、前記底板部が超音波振動する場合には、前記底板部と共に振動し、外部に超音波を送信した後に前記突起部に生じる意図しない振動を残響振動として、前記残響振動を減衰させる振動減衰部(64)が取り付けられている、超音波センサ。 - 前記振動減衰部は、ピエゾ素子である、請求項2に記載の超音波センサ。
- 前記振動減衰部は、前記振動減衰部の振動状態を制御する制御部(7)に接続されている、請求項3に記載の超音波センサ。
- 前記制御部は、
外部に超音波を送信する場合には、前記振動減衰部を前記突起部に生じる振動と同じ方向に振動させる制御を行い、
外部に超音波を送信した後、外部に送信した超音波の反射波を受信するまでの所定の間には、前記振動減衰部を前記振動減衰部に生じた前記残響振動を打ち消す方向に振動させる制御を行う、請求項4に記載の超音波センサ。 - 前記振動減衰部は、前記残響振動を電気エネルギーに変換する素子であり、変換した前記電気エネルギーを消費する外部素子(8)に接続されており、
前記振動減衰部と前記外部素子との間にこれらの接続を切り替えるスイッチ部(81)が配置されている、請求項2に記載の超音波センサ。 - 前記振動減衰部は、前記突起部のうち少なくとも前記残響振動による変位が最も大きい部位を含む所定の領域の上に取り付けられている、請求項2ないし6のいずれか1つに記載の超音波センサ。
- 前記素子収容ケースは、前記側板部のうち前記底板部とは反対の他端側を閉塞し、前記突起部を保護する保護材(65)を備え、
前記保護材は、前記突起部と距離を隔てて配置されている、請求項2ないし7のいずれか1つに記載の超音波センサ。 - 前記保護材は、貫通孔(651a)を備える基部(651)と、前記貫通孔のうち一端側を閉塞する閉塞部材(652)とによりなり、
前記基部は、前記貫通孔が前記突起部の外形よりも大きく、かつ、前記突起部が前記貫通孔の内部に配置されるように、前記素子収容ケースに取り付けられており、
前記閉塞部材は、前記突起部から距離を隔てて配置されている、請求項8に記載の超音波センサ。 - 前記保護材と前記底板部との間において、前記突起部と距離を隔てて配置される発泡部材(66)をさらに備え、
前記発泡部材は、前記突起部の外形よりも大きい内径とされる凹部(661)を有してなり、前記凹部の内部に前記突起部が収容されるように配置される、請求項8に記載の超音波センサ。 - 前記側板部は、前記底板部からの高さが前記突起部よりも高い位置に設けられる凸部(613)を有しており、
前記凸部の上において前記突起部から距離を隔てて配置され、前記突起部と前記保護材とを隔てる発泡部材(66)をさらに備え、
前記保護材は、前記発泡部材に当接している、請求項8に記載の超音波センサ。 - 前記側板部のうち外周側の一部に取り付けられる筐体(9)をさらに備え、
前記素子収容ケースのうち前記超音波素子が配置される内部空間(63)は、前記筐体の内部空間と共に、前記筐体により閉塞されている、請求項2ないし7のいずれか1つに記載の超音波センサ。 - 超音波センサ(1)であって、
電気信号と超音波振動とを変換する超音波素子(5)と、
有底筒形状を有し、内側に前記超音波素子が収容される素子収容ケース(6)と、を備え、
前記素子収容ケースは、指向中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(61)と、前記指向中心軸と平行な軸方向における前記側板部の一端側を閉塞する底板部(62)とを有し、
前記超音波素子は、前記底板部に貼り付けられており、
前記底板部は、前記側板部と前記超音波素子との間において、少なくとも1つの突起部(621)を有し、
前記突起部は、前記底板部が超音波振動する場合には、前記底板部と共に振動し、
前記素子収容ケースは、前記側板部のうち前記底板部とは反対の他端側を閉塞し、前記突起部を保護する保護材(65)を備え、
前記保護材は、前記突起部と距離を隔てて配置され、貫通孔(651a)を備える基部(651)と、前記貫通孔のうち一端側を閉塞する閉塞部材(652)とによりなり、
前記基部は、前記貫通孔が前記突起部の外形よりも大きく、かつ、前記突起部が前記貫通孔の内部に配置されるように、前記素子収容ケースに取り付けられており、
前記閉塞部材は、前記突起部から距離を隔てて配置されている、超音波センサ。 - 超音波センサ(1)であって、
電気信号と超音波振動とを変換する超音波素子(5)と、
有底筒形状を有し、内側に前記超音波素子が収容される素子収容ケース(6)と、を備え、
前記素子収容ケースは、指向中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(61)と、前記指向中心軸と平行な軸方向における前記側板部の一端側を閉塞する底板部(62)とを有し、
前記超音波素子は、前記底板部に貼り付けられており、
前記底板部は、前記側板部と前記超音波素子との間において、少なくとも1つの突起部(621)を有し、
前記突起部は、前記底板部が超音波振動する場合には、前記底板部と共に振動し、
前記素子収容ケースは、前記側板部のうち前記底板部とは反対の他端側を閉塞し、前記突起部を保護する保護材(65)を備え、
前記保護材は、前記突起部と距離を隔てて配置されており、
前記保護材と前記底板部との間において、前記突起部と距離を隔てて配置される発泡部材(66)をさらに備え、
前記発泡部材は、前記突起部の外形よりも大きい内径とされる凹部(661)を有してなり、前記凹部の内部に前記突起部が収容されるように配置される、超音波センサ。 - 超音波センサ(1)であって、
電気信号と超音波振動とを変換する超音波素子(5)と、
有底筒形状を有し、内側に前記超音波素子が収容される素子収容ケース(6)と、を備え、
前記素子収容ケースは、指向中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(61)と、前記指向中心軸と平行な軸方向における前記側板部の一端側を閉塞する底板部(62)とを有し、
前記超音波素子は、前記底板部に貼り付けられており、
前記底板部は、前記側板部と前記超音波素子との間において、少なくとも1つの突起部(621)を有し、
前記突起部は、前記底板部が超音波振動する場合には、前記底板部と共に振動し、
前記素子収容ケースは、前記側板部のうち前記底板部とは反対の他端側を閉塞し、前記突起部を保護する保護材(65)を備え、
前記側板部は、前記底板部からの高さが前記突起部よりも高い位置に設けられる凸部(613)を有しており、
前記凸部の上において前記突起部から距離を隔てて配置され、前記突起部と前記保護材とを隔てる発泡部材(66)をさらに備え、
前記保護材は、前記突起部と距離を隔てて配置され、前記発泡部材に当接している、超音波センサ。 - 前記突起部は、前記底板部が超音波振動により定在波が生じた状態となる場合における当該定在波の腹または節となる位置に配置されている、請求項2ないし15のいずれか1つに記載の超音波センサ。
- 前記側板部は、前記指向中心軸と直交する径方向について所定厚さを有する円筒状または部分円筒状の薄肉部(611)と、前記指向中心軸を囲む周方向における前記薄肉部の一部に設けられていて前記所定厚さよりも大きな径方向寸法を有する厚肉部(612)とを有する、請求項1ないし16のいずれか1つに記載の超音波センサ。
- 前記底板部は、2つの前記突起部を備える、請求項1ないし17のいずれか1つに記載の超音波センサ。
- 前記突起部は、前記底板部において、前記超音波素子を中心とする対称配置とされている、請求項18に記載の超音波センサ。
- 前記突起部は、前記底板部を構成する材料とは異なる材料により構成されている、請求項1ないし19のいずれか1つに記載の超音波センサ。
- 前記突起部は、棒状、板状および錘状のいずれかの1つの形状である、請求項1ないし20のいずれか1つに記載の超音波センサ。
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