JPWO2017141402A1 - 超音波送受信装置、壁部材、および、壁部材への超音波センサの取付方法 - Google Patents

Abstract

放射面（１ｂ）を有する超音波センサ１と、超音波センサ（１）の放射面（１ｂ）が取り付けられる取付部（２ｃ）を有する取付面（２ａ）と、当該取付面（２ａ）に設けられるとともに取付部（２ｃ）を起点として延びる２方向に挟まれた領域に設けられる剛性変化部（３）とを有する壁部材（２）とを備えた。

Description

この発明は、超音波の送受信を行う超音波送受信装置、超音波センサが取り付けられる壁部材、および、壁部材への超音波センサの取付方法に関するものである。

圧電素子等を用いた超音波センサは、例えば、障害物検知システムに利用される。障害物検知システムにおいて、超音波センサからは超音波が空気中に送信され、送信された超音波が障害物等により反射され、空気中を伝搬し、再び超音波センサで受信されることにより、障害物等が検知される。
一般に、超音波センサを車両周辺の障害物検知システムに利用する場合、車両のバンパ等の壁部材に、超音波センサを取り付けるための貫通孔が設けられる。そして、この貫通孔を使って、超音波センサの放射面がバンパ等の壁部材の外面と同一平面になるように、超音波センサが取り付けられる。そのため、例えば、バンパの外面から超音波センサの放射面が露出した状態となっており、デザイン性の面で好ましくない。また、バンパに貫通孔を設ける工程が必要となり、超音波センサを取り付けるときの作業が煩雑になる。

そこで、例えば、特許文献１には、バンパ等の壁部材の内面に超音波センサを取り付けることにより、バンパに貫通孔を設ける工程を不要とするとともに、外観を損なわずに超音波を送受信する構成が開示されている。

国際公開第２０１５−０９３５７１号公報

特許文献１には、さらに、バンパにおける超音波センサの取付け部の周辺に振動が伝達し、バンパの広範囲が振動することで、放射される超音波のパターンにサイドローブが生じる等、指向性が不規則となるという問題を解消するため、間隙を介して超音波センサを取り囲む筒状剛性壁材を固定配置することにより、放射される超音波のパターンのサイドローブを低減するとともに、メインローブの範囲を適度に広くする技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されているような超音波センサでは、遠方の障害物を検知する場合、あるいは、バンパの表面に固定される超音波センサが車両の低い位置に取り付けられた場合等には、メインローブが広いため、路面からの反射波を誤検知しやすいという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、超音波センサが取り付けられる壁部材の振動により発生する超音波が放射される方向を調整できる超音波送受信装置を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波送受信装置は、放射面を有する超音波センサと、超音波センサの放射面が取り付けられる取付部を有する取付面と、当該取付面に設けられるとともに取付部を起点として延びる２方向に挟まれた領域に設けられる剛性変化部とを有する壁部材とを備えたものである。

この発明の超音波送受信装置は、上記の剛性変化部により、壁部材の剛性を変化させることで、超音波が放射される方向を調整できる。

この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置の概略構成を説明する図であり、超音波センサの取り付け側から見た平面図である。 この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置の概略構成を説明する図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置の動作について説明するフローチャートである。 この実施の形態１に係る超音波送受信装置の効果を説明する図である。 この実施の形態１に係る超音波送受信装置を障害物検知システムに適用し、路面方向へ放射される超音波が低減されるように、壁部材、すなわち、車両のバンパに取り付けた一例を説明する図である。 実施の形態１において、超音波センサの壁部材への固定方法の一例を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部を形成する凸状の部材の形状の一例を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部を形成する凸状の部材の形状の一例を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部を形成する凸状の部材の形状の一例を説明する図であって、図９Ａは、剛性変化部を形成する凸状の部材の矩形の長辺が、超音波センサから離れる方向に向かって徐々に短くなる形状を説明する図であり、図９Ｂは、剛性変化部を形成する凸状の部材の矩形の長辺が、超音波センサから離れる方向に向かって徐々に長くなる形状を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部を形成する凸状の部材の形状の一例を説明する図であって、図１０Ａは、剛性変化部を形成する凸状の部材の円弧長が、超音波センサから離れる方向に向かって徐々に短くなる形状を説明する図であり、図１０Ｂは、剛性変化部を形成する凸状の部材の円弧長が、超音波センサから離れる方向に向かって徐々に長くなる形状を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部を形成する矩形の凸状の部材を、取付部を中心として、壁部材の取付面上の複数方向に沿って列をなすように配置した一例を説明する図である。 実施の形態１において、壁部材の取付面に溝を設け、当該溝による凹部が剛性変化部を形成する一例を説明する図である。 実施の形態１において、剛性変化部が、壁部材の取付面に設けた凹状の溝に、壁部材とは異なる材料を満たして形成される一例を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置の概略構成を説明する図であり、超音波センサの取り付け側から見た平面図である。 この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置の概略構成を説明する図であり、図１４のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１，図２は、この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置１００の概略構成を説明する図であり、図１は、超音波センサ１の取り付け側から見た平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００は、図１，図２に示すように、超音波センサ１と、壁部材２と、壁部材２の剛性を変化させる剛性変化部３と、送受信回路１０と、演算回路１１とを備える。
超音波センサ１は、放射面１ｂを有する。超音波センサ１は、壁部材２の一表面である取付面２ａに設定された取付部２ｃに、超音波センサ１の放射面１ｂが接触するように取り付けられる。超音波センサ１は、入出力端子１ａにより送受信回路１０に接続されている。
送受信回路１０は、送信回路（図示省略）と受信回路（図示省略）を備え、送信回路と受信回路とは電気的に接続されている。また、送受信回路１０には、演算回路１１が電気的に接続されている。
演算回路１１は、既存の、一般的に知られる技術を用いて、障害物等の対象物までの相対距離、あるいは、伝達音速等を算出する。相対距離について、具体的には、演算回路１１は、超音波の送信から、超音波が障害物で反射し、再び当該反射した超音波を受信するまでの時間と、所定の音速に基づき、相対距離を算出する。
なお、送受信回路１０および演算回路１１は、それぞれ電源（図示省略）に接続されている。

剛性変化部３は、壁部材２の剛性を変化させるための部位であり、壁部材２の取付面２ａに設けられるとともに、超音波センサ１が取り付けられる取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に設けられる。図１においては、超音波センサ１が取り付けられる取付部２ｃを起点として延びる２方向を、Ｘ，Ｘ’で示している。なお、ここでは、一例として、図１では、Ｘ方向の直線とＸ’方向の直線との間の角度が１８０°となるようにしているが、超音波センサ１が取り付けられる取付部２ｃを起点として延びる２方向の直線で形成される角度は１８０°に限らない。
また、ここでは、図１，２に示すように、一例として、剛性変化部３は、予め決められた形状を有した凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃで形成され、剛性変化部３の形状は、半円環状をしているものとする。また、この凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃは、任意の間隔で、少なくとも１つ以上設けられる。
ここでは、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃは、図１，２に示すように、３つ設けられるものとしているが、これに限らず、凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃは、１つ設けられるものであってもよいし、２つ設けられるようにしてもよいし、４つ以上に設けられるようにしてもよい。すなわち、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃは、少なくとも１つ以上設けられるものであればよい。
ここでは、３つ設けられた凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの幅および高さは全て同一であるものとする。

動作について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置１００の動作について説明するフローチャートである。
送受信回路１０の送信回路は、超音波センサ１に、電気信号を印加する（ステップＳＴ３０１）。
ステップＳＴ３０１で送受信回路１０から電気信号が印加されると、超音波センサ１は励振され、これにより、超音波センサ１は、壁部材２を介して、壁部材２の取付面２ａと反対側の空間に、超音波を送信する（ステップＳＴ３０２）。

ステップＳＴ３０２において超音波センサ１が送信した超音波は、壁部材２の取付面２ａと反対側の空間に存在する障害物等で反射され、再び壁部材２の取付面２ａと反対側の表面２ｂに達し、超音波センサ１は、壁部材２を介して、当該反射された超音波を受信する（ステップＳＴ３０３）。
また、このステップＳＴ３０３において、超音波センサ１は、超音波を受信すると、当該受信した超音波に基づく処理を行い、受信した超音波を電気信号に変換し、送受信回路１０の受信回路に送信する。
送受信回路１０の受信回路は、超音波センサ１から電気信号を受信し、受信した電気信号を、演算回路１１に送信する（ステップＳＴ３０４）。

演算回路１１は、ステップＳＴ３０４で送信された電気信号を受信し、当該受信した電気信号に基づき、障害物等までの相対距離、あるいは、伝達音速等を算出する（ステップＳＴ３０５）。なお、演算回路１１は、送受信回路１０での相対距離等、あるいは、伝達音速等の算出を、既存の、一般的に知られる技術を用いて行えばよいため、詳細な説明を省略する。

ここで、ステップＳＴ３０２の動作についてさらに詳細に説明する。
超音波センサ１に電気信号が印加されると、放射面１ｂが振動する。超音波センサ１は、壁部材２の取付面２ａに設定された取付部２ｃに、超音波センサ１の放射面１ｂが接触するように取り付けられている。このため、放射面１ｂの振動が壁部材２に伝搬し、壁部材２が振動する。この振動により、壁部材２の取付面２ａと反対側の表面２ｂより超音波が送信される。
この時、壁部材２では、放射面１ｂが接触する取付部２ｃの振動変位が大きくなり、当該放射面１ｂが接触する取付部２ｃの振動変位が支配的にはなるが、放射面１ｂが接触する取付部２ｃ以外の壁部材２も振動する。

しかしながら、この実施の形態１では、壁部材２の取付面２ａには、取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に、凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃで形成される剛性変化部３が設けられている。すなわち、壁部材２の取付面２ａは、超音波センサ１が取り付けられた取付部２ｃを中心として非対称な構造となっており、壁部材２における剛性変化部３を設けた領域では、超音波センサ１による振動のエネルギーが伝搬しにくくなっている。このため、剛性変化部３を設けた側の壁部材２が振動しにくくなる。
一方、壁部材２における剛性変化部３を設けていない領域では、超音波センサ１による振動のエネルギーが伝搬するため、壁部材２における剛性変化部３を設けた領域よりも振動する。よって、壁部材２における振動分布は非対称となる。

この実施の形態１では、上述したように、壁部材２における超音波センサ１の放射面１ｂが接触する取付部２ｃから支配的に超音波が送信されるが、壁部材２における剛性変化部３を設けていない領域も振動し、超音波が生じる。このため、生じた超音波が互いに干渉し、超音波は剛性変化部３を設けた領域の側に傾斜した方向に放射される。

ここで、図４は、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００の効果を説明する図である。
なお、図４は、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００に関し、有限要素法を用いて求めた指向特性の計算結果を示している。また、図４は、図１，２に示すように、超音波センサ１が取り付けられた取付部２ｃを起点として、壁部材２の取付面２ａにおける左側に、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃが複数配置された超音波送受信装置１００に関する指向特性の計算結果を示したものである。

図４において、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００の指向特性計算結果を、第１の指向特性計算結果（Ａ）として実線で示している。また、図１および図２を用いて説明したような剛性変化部３を設けず、超音波センサ１、送受信回路１０、および、演算回路１１からなる一般的な構成の超音波送受信装置の指向特性計算結果についても、第２の指向特性計算結果（Ｂ）として破線で示している。

図４では、横軸は、超音波送受信装置１００の正面方向、すなわち、壁部材２に対して取付部２ｃの略中心を通って垂直な方向を０°とし、図２における取付部２ｃの略中心を基準に左側への傾きを負の値、右側への傾きを正の値した角度で表わしており、縦軸は、放射音圧レベルを示している。
剛性変化部３を設けない一般的な超音波送受信装置の場合、第２の指向特性計算結果（Ｂ）として示すように、放射音圧レベルは０°方向近傍で最大値を示している。
一方、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００の場合、第１の指向特性計算結果（Ａ）として示すように、放射音圧レベルは−５°方向近傍で最大値を示しており、放射音圧レベルが最大値を示す角度はマイナス側にシフトしている。
よって、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００では、超音波が、正面方向から傾斜した方向に放射されることがわかる。
また、第２の指向特性計算結果（Ｂ）における±８０°方向の音圧レベルも、剛性変化部３を設ける超音波送受信装置１００による第１の指向特性計算結果（Ａ）では低減しており、剛性変化部３を設けることで、サイドローブを抑圧する効果が得られることがわかる。

なお、この実施の形態１では、一例として、超音波送受信装置１００は、車両周辺の障害物を検知する障害物検知システムに用いられるものとし、壁部材２は、例えば、自動車等のバンパを想定している。壁部材２がバンパの場合、壁部材２の一表面である取付面２ａは、バンパの内面となる。

この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００を障害物検知システムに利用する場合、超音波が傾斜した角度に放射される方向を路面とは逆の方向に設定して超音波送受信装置１００を車両に取り付けることで、路面方向へ放射される超音波が低減し、路面からの反射波が低減する。
また、サイドローブ成分も低減するため、指向性を高めることができ、また、路面からの反射波による誤検知を減らすことができる。

図５は、この実施の形態１に係る超音波送受信装置１００を障害物検知システムに適用し、路面方向へ放射される超音波が低減されるように、壁部材２、すなわち、車両のバンパに取り付けた一例を説明する図である。なお、図５は、超音波センサ１の取り付け側から見た平面図である。
図５に示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃが、壁部材２の取付面２ａにおいて、取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に配置されるように、超音波送受信装置１００を設定する。
このように設定することで、超音波センサ１から送信される超音波の放射方向が、路面とは逆の方向に傾斜され、路面方向へ放射される超音波が低減し、路面からの反射波が低減する。そして、これにより、路面からの反射波による誤検知を減らすことができる。

なお、この実施の形態１において、超音波送受信装置１００は、車両周辺に存在する障害物を検知する障害物検知装置とし、超音波センサ１は、車両の前後のバンパに取り付けられることを想定しており、壁部材２は、車両のバンパに相当するものとしているので、壁部材２は、ポリプロリレンやウレタン等の剛性樹脂成型品とするが、壁部材２は特に限定されるものではなく、超音波の伝搬に適した材質や形状であればよい。

また、超音波センサ１の壁部材２への固定方法としては、例えば、超音波センサ１の放射面１ｂと壁部材２とが接着固定された構造とすればよい。あるいは、超音波センサ１と壁部材２の間に、超音波センサ１の音響インピーダンスと壁部材２の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有する音響整合層を介した構造としてもよい。すなわち、超音波センサ１の放射面１ｂが、超音波センサ１の音響インピーダンスと壁部材２の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有する音響整合層を介して、取付部２ｃに取り付けられるようにしてもよい。超音波センサ１の放射面１ｂが、音響整合層を介して取付部２ｃに取り付けられるようにすることで、超音波センサ１と壁部材２との境界での反射が減少し、超音波センサ１から壁部材２へ伝搬する超音波が増大し、壁部材２から放射される超音波の音圧が向上する。
超音波センサ１が壁部材２に固定されていれば、その他の固定方法を用いてもよい。

また、図６に示すように、壁部材２の取付面２ａに掘り込み部２ｄを設け、掘り込み部２ｄの位置に超音波センサ１を取り付けた構成としてもよい。すなわち、取付部２ｃは、壁部材２の一面である取付面２ａに掘り込み部２ｄとして形成されたものとし、超音波センサ１の放射面１ｂが、当該掘り込み部２ｄとして形成された取付部２ｃに取り付けられるものとしてもよい。超音波センサ１の放射面１ｂが、当該掘り込み部２ｄとして形成された取付部２ｃに取り付けられるようにすることで、取付部２ｃの壁部材２の厚さが減少するため、壁部材２中における超音波の伝搬距離が短くなる。これにより、壁部材２中での伝搬に伴う超音波の減衰が小さくなり、結果として、壁部材２から放射される超音波の音圧が向上する。
また、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの材料は、特に限定するものではなく、壁部材２と同一の材料としてもよいし、壁部材２とは別の材料を用いて、アルミ等の金属としてもよい。なお、壁部材２の材料としては、樹脂が一般的ではあるが、樹脂と金属を比較した場合、金属の方が密度は大きいため、同サイズの凸状の部材では、金属とした方が剛性は高くなり、より壁部材２の振動を抑圧することができる。
剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの材料を壁部材２と同一の材料とする場合は、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃと壁部材２とを一体で成形してもよいし、壁部材２とは別に作成した剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃを、壁部材２に取り付けるようにしてもよい。

また、以上の説明では、図１に示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの形状を、半円環状として説明したが、これに限らず、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃが、壁部材２の剛性を変化させることのできる形状であればよい。
例えば、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの形状は、図７に示すように、円弧状としてもよい。あるいは、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの形状は、図８に示すように、矩形としてもよい。なお、超音波センサ１の特性により、壁部材２での振動分布が変化する。よって、剛性変化部３の形状、配置は、当該振動分布に合わせて決定するようにする。
また、図８では、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの形状を、矩形とし、当該矩形は全て同一形状としているが、これに限らず、図９Ａに示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの矩形の長辺が、超音波センサ１から離れる方向に向かって徐々に短くなる形状となるようにしてもよいし、図９Ｂに示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの矩形の長辺が、超音波センサ１から離れる方向に向かって徐々に長くなる形状となるようにしてもよい。

また、図１０に示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃを半円弧状とし、図１０Ａに示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの円弧長が、超音波センサ１から離れる方向に向かって徐々に短くなる形状としてもよいし、図１０Ｂに示すように、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃの円弧長が、超音波センサ１から離れる方向に向かって徐々に長くなる形状としてもよい。

また、剛性変化部３が、壁部材２の取付面２ａ上の、取付部２ｃを基点として延びる２方向に挟まれる領域に配置されるようになっていれば、剛性変化部３は、超音波センサ１から離れる複数方向に沿って列をなすように設けられるようにしてもよい。
例えば、図１１に示すように、剛性変化部３を形成する矩形の凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃを、取付部２ｃを中心として、壁部材２の取付面２ａ上の複数方向に沿って列をなすように配置してもよい。

また、以上の説明では、剛性変化部３が凸状の部材により形成されるものとして説明したが、これに限らず、図１２に示すように、壁部材２の取付面２ａに溝を設け、当該溝による凹部が剛性変化部３を形成するものとしてもよい。
この時、溝、すなわち、凹部の形状は、剛性変化部３が凸状の部材により形成されるものとした場合と同様、半円環状、矩形等、図７〜図１１を用いて説明したような形状、あるいは、配置としてもよい。
また、図１３に示すように、剛性変化部３は、壁部材２の取付面２ａに設けた凹状の溝に、壁部材２とは異なる材料を満たして形成されるようにしてもよい。この場合、溝の形状は、剛性変化部３を、凸状の部材により形成されるものとした場合同様、半円環状、矩形等、図７〜図１１を用いて説明したような形状、あるいは、配置としてもよい。

また、剛性変化部３は、上述したような材料、形状を組み合わせて形成されるようにしてもよい。例えば、剛性変化部３は、壁部材２と同一の材料で構成される凸状の部材、壁部材２と異なる材料で構成される凸状の部材、壁部材２に溝を設けて構成される凹部、壁部材２に設けられた凹部に、壁部材２とは異なる材料を埋めて構成されるもののうち、少なくとも２つ以上を組み合わせて形成されるようにすることもできる。
また、半円環状と円弧状等、異なる２つ以上の形状を有する複数の凸状の部材または凹部により剛性変化部３を形成することもできる。

また、以上の説明では、例えば、剛性変化部３を形成する複数の凸状の部材、あるいは、凹部の幅、高さを同一として説明したが、これに限らず、幅、高さを変化させた複数の凸状の部材、あるいは、凹部が、壁部材２の取付面２ａに配置されるようにしてもよい。
また、剛性変化部３は、壁部材２での振動変位分布において、振動変位分布の山、もしくは、谷となる位置に配置されるようにするとよい。

以上のように、実施の形態１によれば、剛性変化部３により、壁部材２の剛性を変化させることで、超音波が放射される方向を調整することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、超音波送受信装置１００に関し、超音波センサ１は、平面状の壁部材２の取付面２ａに設けられるものとしていた。
この実施の形態２では、超音波センサ１を、壁部材２に設けられた貫通孔に取り付けるようにする実施の形態について説明する。

図１４，図１５は、この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置１００の概略構成を説明する図であり、図１４は、超音波センサ１の取り付け側から見た平面図であり、図１５は、図１４のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
なお、この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置１００の構成は、実施の形態１において、図１，図２を用いて説明した構成と同様であるので、同様の構成には同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置１００は、実施の形態１に係る超音波送受信装置１００とは、超音波センサ１が壁部材２に取り付けられる構造が異なるのみであるので、当該実施の形態１とは異なる点のみ、図１４，図１５を用いて以下説明する。

図１４，図１５に示すように、実施の形態２に係る超音波送受信装置１００では、超音波センサ１が取り付けられる壁部材２の取付部２ｃには、貫通孔２ｅが形成されている。そして、超音波センサ１は、当該貫通孔２ｅに、超音波センサ１の放射面１ｂが壁部材２の取付面２ａとは反対側の表面２ｂと略同一の面として露出する状態となるように、壁部材２に取り付けられる。
なお、ここで、超音波センサ１の放射面１ｂと壁部材２の取付面２ａとは反対側の表面２ｂとが略同一の面であるとは、超音波センサ１の放射面１ｂと壁部材２の取付面２ａとは反対側の表面２ｂとが、断面から見たときに同じ高さで平らな平面を形成すること、および、断面から見たときの超音波センサ１の放射面１ｂと壁部材２の取付面２ａとは反対側の表面２ｂの高さの差が、外観を損なわない程度に小さいことを含む。

また、実施の形態１同様、壁部材２の取付面２ａには、超音波センサ１が取り付けられる取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に剛性変化部３が設けられる。ここでは、一例として、剛性変化部３を形成する半円環状の凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃが３つ設けられるものとしている。

動作について説明する。
この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置１００の基本的な動作は、実施の形態１において、図３のフローチャートを用いて説明した動作と同様であるため、重複した説明を省略する。
この発明の実施の形態２に係る超音波送受信装置１００と、実施の形態１に係る超音波送受信装置１００とでは、超音波の送信のされ方が異なるのみであるので、当該異なる点について以下説明する。

超音波センサ１に送受信回路１０の送信回路からの電気信号が印加されると、超音波センサ１の放射面１ｂが振動する。この時、この実施の形態２に係る超音波送受信装置１００では、超音波センサ１は、壁部材２に設けられた貫通孔２ｅに取り付けられており、放射面１ｂが、壁部材２の取付面２ａとは反対側に露出しているため、放射面１ｂの振動により生じた超音波が、放射面１ｂから直接送信される。
また、放射面１ｂの振動に伴い、超音波センサ１の側面も振動するため、その振動が壁部材２に伝搬し、壁部材２も振動する。

しかしながら、壁部材２の取付面２ａには、取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に、凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃで形成される剛性変化部３が設けられている。すなわち、壁部材２の取付面２ａは、超音波センサ１が取り付けられた取付部２ｃを中心として非対称な構造となっており、壁部材２における剛性変化部３を設けた領域では、超音波センサ１による振動のエネルギーが伝搬しにくくなっている。このため、剛性変化部３を設けた側の壁部材２が振動しにくくなる。
一方、壁部材２における剛性変化部３を設けていない領域では、超音波センサ１による振動のエネルギーが伝搬するため、壁部材２における剛性変化部３を設けた領域よりも振動する。よって、壁部材２における振動分布は非対称となる。

このように、この実施の形態２においては、超音波センサ１の放射面１ｂから直接、支配的に超音波が送信されるが、壁部材２における剛性変化部３を設けていない領域も振動し、超音波が生じる。このため、生じた超音波が互いに干渉し、超音波は剛性変化部３を設けた領域の側に傾斜した方向に放射される。

以上のことから、この実施の形態２に係る超音波送受信装置１００を障害物検知システムに利用する場合、超音波が傾斜した角度に放射される方向を路面とは逆の方向に設定して超音波送受信装置１００を車両に取り付けることで、路面方向へ放射される超音波が低減し、路面からの反射波が低減する。
また、サイドローブ成分も低減するため、指向性を高めることができ、また、路面からの反射波による誤検知を減らすことができる。

具体的には、例えば、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃが、壁部材２の取付面２ａにおいて、取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に配置されるように、超音波送受信装置１００を設定する（図５参照）。
このように設定することで、超音波センサ１から送信される超音波の放射方向が、路面とは逆の方向に傾斜され、路面方向へ放射される超音波が低減し、路面からの反射波が低減する。そして、これにより、路面からの反射波による誤検知を減らすことができる。

なお、この実施の形態２の剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃ、あるいは、凹部の形状は、実施の形態１同様、半円環状としても、円弧状としても、矩形としてもよく、実施の形態１で説明した様々な形状とすることが可能である。
また、この実施の形態２の剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃ、あるいは、凹部の配置についても、実施の形態１で説明したように、例えば、剛性変化部３を形成する凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃ、あるいは、凹部を、取付部２ｃを中心として、壁部材２の取付面２ａ上の複数方向に沿って列をなすように配置することが可能である。

以上のように、この実施の形態２によると、剛性変化部３により、壁部材２の剛性を変化させることで、超音波が放射される方向を調整できる。
なお、この実施の形態２の超音波送受信装置１００では、超音波センサ１の放射面１ｂが壁部材２の取付面２ａとは反対側の表面２ｂと略同一の面として露出する状態となるため、デザイン性は劣る。しかしながら、この実施の形態２の超音波送受信装置１００では、上述のとおり、超音波が放射される方向を調整できるため、これにより、超音波の放射方向を傾斜させることができ、サイドローブを抑圧することができる。その結果、誤検知を低減できる。

なお、上述した実施の形態１，２では、一例として、超音波送受信装置１００を、車両周辺の障害物等を検知する障害物検知システムに用いられるものとし、壁部材２は、例えば、自動車のバンパを想定しているものとして説明したが、この発明の超音波送受信装置１００の使用は、自動車のバンパのみに限られるものではない。例えば、超音波センサ１を、液体タンクの蓋の外側に固定して、超音波送受信装置１００を、液体タンク内の液体の液面検知装置として使用することもできるし、超音波送受信装置１００を、例えば、硫化水素、亜硫酸、亜硝酸、塩素等、特に腐食性ガスが発生する液体あるいはガソリンなどの液体燃料の液面検知装置として使用してもよい。また、超音波センサ１を建物の外壁や室内の壁の内側面に固定して、超音波送受信装置１００を侵入者の検知装置として使用することもできる。

実施の形態１，２では、それぞれ、図１，２，１４，１５のように、超音波センサ１の放射面１ｂが、壁部材２の取付面２ａに取り付けられている状態を示した。
壁部材２への超音波センサ１の取付方法は、以下のとおりである。
超音波センサ１の放射面１ｂが取り付けられる壁部材２の取付面２ａに超音波センサ１の取付部２ｃを設定し、取付面２ａにおける取付部２ｃを起点として延びる２方向に挟まれた領域に、凸状の部材３ａ，３ｂ，３ｃからなる剛性変化部３を形成する。そして、取付部２ｃに、超音波センサ１を取り付ける。
なお、取付部２ｃを設定する工程、剛性変化部３を形成する工程の順序は問わない。

また、この発明の実施の形態１，２において、超音波送受信装置１００は、図１，２，１４，１５で示すような構成としたが、超音波送受信装置１００は、超音波センサ１と、剛性変化部３とを備えることにより、上述したような効果が得られるものである。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る超音波送受信装置は、剛性変化部により、壁部材の剛性を変化させることで、超音波が放射される方向を調整できるように構成したため、例えば、超音波の送受信を行う超音波送受信装置等に適用することができる。

１ 超音波センサ、１ａ 入出力端子、１ｂ 放射面、２ 壁部材、２ａ 取付面、２ｂ 表面、２ｃ 取付部、２ｄ 掘り込み部、２ｅ 貫通孔、３ 剛性変化部、１０ 送受信回路、１１ 演算回路。

この発明に係る超音波送受信装置は、放射面を有する超音波センサと、超音波センサの放射面が取り付けられる取付部を有する取付面と、当該取付面に設けられるとともに取付部を起点として延びる２方向に挟まれた領域のいずれか一方の領域に設けられる剛性変化部とを有する壁部材とを備えたものである。

Claims (14)

1. 放射面を有する超音波センサと、
   前記超音波センサの前記放射面が取り付けられる取付部を有する取付面と、当該取付面に設けられるとともに前記取付部を起点として延びる２方向に挟まれた領域に設けられる剛性変化部とを有する壁部材と
   を備えた超音波送受信装置。
2. 前記剛性変化部は、前記壁部材と同一の材料で構成される凸部である
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
3. 前記剛性変化部は、前記壁部材と異なる材料で構成される凸部である
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
4. 前記剛性変化部は、前記壁部材に溝を設けて構成される凹部である
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
5. 前記剛性変化部は、前記壁部材に設けられた凹部に、前記壁部材とは異なる材料を埋めて構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
6. 前記剛性変化部は、前記壁部材と同一の材料で構成される凸部、前記壁部材と異なる材料で構成される凸部、前記壁部材に溝を設けて構成される凹部、前記壁部材に設けられた凹部に前記壁部材とは異なる材料を埋めて構成されるもののうち、少なくとも二つ以上を組み合わせて構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
7. 前記放射面は、前記壁部材の一面に設けられた掘り込み部として形成された前記取付部に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
8. 前記放射面は、当該超音波センサの音響インピーダンスと前記壁部材の音響インピーダンスの中間の音響インピーダンスを有する音響整合層を介して、前記取付部に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
9. 前記取付部には貫通孔が形成されており、
   前記放射面は、前記貫通孔を通して前記取付面と反対の面に露出する状態で取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
10. 前記壁部材は車両のバンパであり、前記取付面が前記バンパの内面である
    ことを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
11. 超音波センサの放射面が取り付けられる取付部を有する取付面と、
    前記取付面に設けられるとともに、前記取付部を起点として延びる２方向に挟まれた領域に設けられる剛性変化部と
    を備えた壁部材。
12. 車両のバンパであり、前記取付面は前記バンパの内面である
    ことを特徴とする請求項１１記載の壁部材。
13. 超音波センサの放射面が取り付けられる壁部材の取付面に前記超音波センサの取付部を設定するステップと、
    前記取付面における前記取付部を起点として延びる２方向に挟まれた領域に剛性変化部を形成するステップと
    を備えた壁部材への超音波センサの取付方法。
14. 前記壁部材は車両のバンパであり、前記取付面は前記バンパの内面である
    ことを特徴とする請求項１３記載の壁部材への超音波センサの取付方法。

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