KR20060107849A

KR20060107849A - 초음파 센서

Info

Publication number: KR20060107849A
Application number: KR1020067014595A
Authority: KR
Inventors: 타쿠 마츠모토; 준시 오타
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-10-16
Also published as: US7461555B2; CN1906969B; EP1742505A1; US20080229830A1; JP4222416B2; JPWO2005104615A1; KR100776518B1; CN1906969A; EP1742505B1; WO2005104615A1; EP1742505A4

Abstract

한쪽 단이 개구하고, 다른쪽 단이 바닥부에 의해 폐색(閉塞)하고 있는 복수의 바닥이 있는 통(筒)형상체 및 그들을 연결하는 연결부로 이루어지는 일체의 케이스와, 복수의 바닥이 있는 통형상체의 각각의 내측 바닥면(inner bottom surface)에 배치되는 압전소자를 갖는 초음파 센서에 있어서, 한쪽의 압전소자의 진동으로부터 발생하는 잔향(殘響)이 연결부를 통하여 다른쪽의 압전소자에 영향을 주어 버릴 가능성이 있다. 바닥이 있는 통형상체(11, 12)를, 압전소자(51a, 51b)의 진동에 의한 변위가 가장 작은 바닥부(11c, 12c) 근방의 측면부(11b, 12b)의 일부에서, 연결부(13)를 통하여 접속한다.

초음파 센서, 케이스, 바닥이 있는 통형상체, 바닥부, 연결부

Description

초음파 센서{ULTRASONIC SENSOR}

본 발명은, 예를 들면, 자동차의 백 소나(back sonar) 등에 사용되는 초음파 센서에 관한 것이다.

초음파 센서는 초음파를 이용해서 센싱(sensing)을 행하는 센서이다. 초음파 센서에서는, 압전 진동자로부터 초음파(송파(送波))가 간헐적으로 송신되고, 피검출물로부터의 반사파(수파(受波))가 압전 진동자에서 수신된다. 이 송수파 신호에 의해 피검출물과의 거리가 측정된다. 압전 진동자는 바닥이 있는 통(筒)형상체 케이스의 바닥부의 내측 바닥면(inner bottom surface)에 배치되어 있다. 진동면이 되는 바닥부의 외측 바닥면(outer bottom surface)과 피검출물이 거의 마주보도록 바닥이 있는 통형상체는 지지체에 설치되어 있다.

종래의 초음파 센서에서는, 1개의 압전소자로 수신 송신의 2가지 역할이 달성되고 있었다. 초음파 센서와 피검출물과의 거리가 짧아지면 짧아질수록, 한쪽의 신호에 의해 발생하는 잔향(殘響)에 의해 다른쪽의 신호가 영향을 받아, 피검출물을 검출할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 그래서, 2개의 압전소자를 수신용과 송신용으로 역할을 나눠서, 2개의 별체(別體)의 바닥이 있는 통형상체 케이스에 각각의 압전소자를 배치한 구조가 제안되어 있다. 그러나, 잔향 진동에 의한 영향은 경 감되지만, 부품수가 많아지고, 또한 조립 비용이 비싸다고 하는 문제가 발생하게 되었다.

그래서, 2개의 통형상체를 연결한 일체의 케이스의 각 통형상체 내에 각각의 압전소자를 배치하고, 각각의 신호에 의해 발생하는 잔향이 서로 영향을 주지 않도록 구성되어 있는 초음파 송수파기가 제안되어 있다(특허문헌 1).

도 10은 이 특허문헌 1의 초음파 센서부분을 빼내서 나타내는 단면도이다. 이 초음파 센서(90)는 한쪽 단을 진동면이 되는 바닥부(92a1, 92b1)로 폐색(閉塞)하고, 다른쪽 단의 개구부를 회로기판(92f, 92g)으로 덮은 2개의 바닥이 있는 통형상체(92a, 92b)와, 그 2개의 바닥이 있는 통형상체(92a, 92b)를 측면의 개구 근방부분에 있어서 연결하는 연결부(92c)를 일체 형성한 도전성을 갖는 케이스(92)를 갖는다. 케이스(92)의 바닥부(92a1, 92b1)의 내측 바닥면에 압전소자(92d, 92e)가 배치되어 있다. 또한, 회로기판(92f, 92g)에는 실드선(W1, W2)이 접속되고, 회로기판(92f, 92g)으로부터는 활선측의 리드선(92h1, 92i1)과 어스측의 리드선(92h2, 92i2)이 인출되며, 리드선(92h1, 92i1)은 압전소자(92d, 92c)에 각각 접속하고, 리드선(92h2, 92i2)은 압전소자(92d, 92e)의 근방의 바닥부(92a1, 92b1)에 각각 접속되어 있다.

특허문헌 1의 초음파 센서의 케이스 구조에서는, 진동이 적은 개구부 근방의 측면부분에 있어서 연결부(92c)에 의한 바닥이 있는 통형상체끼리의 연결이 이루어지고 있다. 이 때문에, 한쪽의 압전소자로부터 발생하는 잔향이 다른쪽의 압전소자에 영향을 미치기 어렵다. 개구부 근방이 진동이 적다고 하는 이유는, 그 개구부를 회로기판(92f, 92g)으로 덮고 있으므로, 개구부가 회로기판(92f, 92g)에 의한 구속력을 받기 때문이라고 추찰된다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개 평10-206529호 공보

무릇 일반적인 초음파 센서는, 압전 진동자에서 발생하는 진동을 가능한 한 저해하지 않는 케이스 구조인 것이 바람직하다. 특허문헌 1과 같이 바닥이 있는 통(筒)형상체의 개구부를 회로기판 등의 부재로 덮는 것은 진동의 저해 요인이 된다. 개구부를 덮지 않는 구조의 초음파 센서의 경우, 압전 진동자의 진동에 따라 가장 크게 진동하는 측면부분은 개구부 부근이다. 따라서, 개구부 부근의 측면부분에서 바닥이 있는 통형상체끼리를 연결하면, 한쪽의 압전소자의 진동으로부터 발생하는 울림이 다른쪽 압전소자에 영향을 줄 가능성이 높아지게 된다.

그래서, 본 발명의 목적은, 상술한 과제를 해결할 수 있는 케이스 구조를 갖는 초음파 센서를 제공하는 데 있다.

본 발명의 초음파 센서는, 한쪽 단이 개구하고, 다른쪽 단이 바닥부에 의해 폐색하고 있으며, 한쪽 단과 다른쪽 단을 연결하는 측면을 갖는 복수의 바닥이 있는 통형상체와, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체를 연결하는 연결부를 갖는 일체의 케이스와, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 각각의 바닥부의 내측 바닥면에 배치되는 압전소자를 구비하는 초음파 센서에 있어서, 상기 케이스는 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 바닥부의 외측 바닥면이 1개의 면 위에 위치하는 상태에서 각각의 측면의 바닥부 근방의 측면부분끼리가 상기 연결부를 통해서 연결되어 있으며, 상기 케이스를 지지하고 있는 탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 초음파 센서의 어느 특정의 국면에서는, 상기 연결부의 공진 주파수가 상기 압전소자의 구동 주파수와 다르다.

또한, 본 발명의 초음파 센서의 다른 특정의 국면에서는, 상기 바닥이 있는 통형상체에 있어서의 상기 연결부를 통해서 연결되어 있는 다른 바닥이 있는 통형상체의 방향에 위치하는 측면부의 두께가, 그것과 수직인 방향에 위치하는 측면부의 두께보다도 크게 되어 있다.

또한, 본 발명의 초음파 센서는, 상기 바닥이 있는 통형상체의 외측 바닥면의 외곽형상이 각형(角形)이다.

또한, 본 발명의 초음파 센서의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 외측 바닥면이 상기 연결부와 함께 평탄한 하나의 면을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 초음파 센서를 사용하면, 바닥이 있는 통형상체의 측면부 중에서도 압전 진동자의 진동에 의한 변위가 가장 작은 바닥부 근방의 측면부에서 복수의 바닥이 있는 통형상체를 연결하기 때문에, 한쪽의 압전 진동자의 진동으로부터 발생하는 잔향이 연결부를 통해서 다른쪽의 압전 진동자에 영향을 주기 어려워진다. 그 결과, 근거리에 있는 피검출물도 정확하게 검출될 수 있다.

또한, 연결부의 공진 주파수를 압전소자의 구동 주파수와 다르게 함으로써, 압전 진동자의 진동으로부터 발생하는 잔향을 더욱 저감할 수 있다.

또한, 바닥이 있는 통형상체와 서로 이웃하는 다른 바닥이 있는 통형상체의 방향에 위치하는 측면부의 두께를, 그것과 수직인 방향에 위치하는 측면부의 두께보다도 크게 함으로써, 압전 진동자의 진동으로부터 발생하는 잔향을 더욱 저감할 수 있다. 특히, 바닥이 있는 통형상체의 외측 바닥면의 외곽형상을 각형, 예를 들면 사각형으로 하면, 연결부와 측면부가 접하는 선은 직선형상이 되고, 서로 이웃하는 바닥이 있는 통형상체의 방향에 위치하는 측면부의 위치에 관계없이 균등하게 두께를 갖게 할 수 있으며, 잔향을 저감할 수 있으므로, 특히 바람직하다.

또한, 복수의 바닥이 있는 통형상체의 바닥부의 외측 바닥면을, 그 외측 바닥면과 인접하는 연결부와 함께 평탄한 하나의 면을 이루도록 함으로써, 예를 들면 차량의 범퍼부분에 그 초음파 센서를 부착하면, 단차 없는 하나의 면이 노출하게 되어, 외관상 바람직하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서(1)의 외관 사시도이다.

도 2는 초음파 센서(1)를 다른 방향에서 본 외관 사시도이다.

도 3은 초음파 센서(1)의 단면도이다.

도 4는 초음파 센서(2)가 진동하는 상태를 나타내는 모식적 단면도와 그 변위량을 나타내는 그래프이다.

도 5는 차량(52)의 후부 범퍼(53)에 초음파 센서(1)를 설치한 상태의 부분 사시도이다.

도 6은 차량(52)의 부분 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제2의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서(3)의 외관 사시도이다.

도 8은 본 발명의 제3의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서(4)의 외관 사시도이다.

도 9는 초음파 센서(3)의 정면도이다.

도 10은 종래의 초음파 센서(90)의 외관 사시도이다.

<부호의 설명>

1∼4 : 초음파 센서 10, 20, 30 : 케이스

11, 12, 41, 42 : 바닥이 있는 통형상체

11a, 12a : 개구부 11b, 12b : 측면부

11c, 12c : 바닥부 11d, 12d, 41d, 42d : 외측 바닥면

11e, 12e, 41e, 42e : 내측 바닥면 13, 33 : 연결부

14 : 접선 51a, 51b : 압전소자

52 : 차량 53 : 범퍼

54 : 탄성부재

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 제1의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서의 외관 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 초음파 센서(1)를 상하 반전시킨 상태에서의 외관 사시도이다. 도 3은 도 2의 상태에서의 초음파 센서(1)의 도 2 중의 A-A선을 따라 절단했다고 가정한 단면도이다. 본 실시예의 초음파 센서(1)에서는, 알루미늄제의 케이스(10)의 내부에, 진동을 발생하는 압전소자(51a, 51b)가 배치되어 있다. 케이스(10)에서는, 한쪽 단이 개구하고, 다른쪽 단이 바닥부(11c, 12c)에 의해 폐색하고 있는 2개의 바닥이 있는 통형상체(11, 12)가, 각각의 측면(11b, 12b) 중에서도 바닥부(11c, 12c)측의 측면 말단부분에서 연결부(13)를 통하여 연결되어 있다. 즉, 케이스(10)는 통형상체(11, 12)가 일체화된 일체의 부재이다. 연결부(13)는 두께가 균일한 판모양의 형상을 이루며, 측면(11b, 12b)의 두께도 균일하다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 바닥이 있는 통형상체(11, 12)의 외측 바닥면(11d, 12d)은 그것과 인접하는 연결부(13)의 외측면과 함께 평탄한 하나의 면을 이루고 있다. 이 바닥이 있는 통형상체(11, 12)의 내측 바닥면(11e, 12e)에는 압전소자(51a, 51b)가 각각 배치되어 있다. 또한, 압전소자(51a, 51b)에는 리드선(도시하지 않음)이 장착되며, 개구부(11a, 12a)로부터 센서 외부로 인출된다.

본 발명은 바닥이 있는 통형상체의 측면부의 바닥부 근방의 일부에서 연결부를 통하여 연결되어 있는 케이스 구조에 특징을 갖는 것인데, 이하에 그와 같은 구조를 채용한 이유를 설명한다.

도 4a는 1개의 바닥이 있는 통형상체(11)를 케이스 구조로 하는 초음파 센서(2)에 전압을 가하여, 압전소자(51a)의 구동에 연동해서 측면부(11b)가 진동하는 상태를 나타내는 모식적 단면도이다. 도면상, 전원이나 리드선 등의 전압을 가하기 위한 부재는 생략하고, 바닥이 있는 통형상체(11)의 케이스와 압전소자(51a)만을 모식적으로 도시하고 있다.

도 4b는 전압을 가해서 진동한 측면부(11b)의 변위량(좌우 흔들림 폭)을 그래프화한 것이다. 가로축이 측면 중의 위치를 나타내며, 바닥부(11c)를 제로로 해서 개구부(11a)까지를 나타내고 있다. 세로축은 변위량을 나타내고 있다. 도 4a, 도 4b로부터, 측면(11b)에 있어서는 개구부(11a)에 가까워질수록 변위량이 커짐을 알 수 있다. 이것은 측면(11b) 중에서도 바닥부(11c) 근방의 부분일수록, 바닥부(11c)로부터의 구속을 받아 진동이 억제되며, 개구부(11a)에 가까운 부분일수록 그 구속으로부터 개방되기 때문이다. 이 이유에 의해, 본 발명에서는 복수의 바닥이 있는 통형상체와 연결부를 연결하기 위한 측면의 접속위치를 변위량이 적은 바닥부 근방 측면부분으로 하는 것으로 하고 있다. 실시예 1에서는, 변위량이 가장 작은 외측 바닥면(11d, 12d)이 연결부(13)의 외측면과 함께 하나의 평탄한 면이 되는 위치에 연결부(13)를 형성하고 있다.

초음파 센서(1)는, 예를 들면 차량의 범퍼부분에 탑재되며, 백 소나로서 기능하도록 사용된다.

도 5는 차량(52)의 후부 범퍼(53)에 초음파 센서(1)를 설치한 상태의 부분 사시도이다. 초음파 센서(1)는 외측 바닥면(11d, 12d)측이 노출하고, 측면부(11b, 12b)나 개구부(11a, 12a)가 매설된 상태로 설치되어 있다.

도 6은 차량(52)을 도 5에 나타내는 B-B선을 따라 절단하고, 상방에서 초음파 센서(1)를 봤다고 가정한 경우의 부분 단면도이다. 측면(11b, 12b)은 고무 등의 탄성부재(54)로 덮인 상태로 범퍼(32)에 매설되어 있다. 이와 같이 케이스(10)를 탄성부재(23)로 지지하면, 압전소자(51a, 51b)가 구동되더라도 바닥이 있는 통형상 체(11, 12)의 진동을 실질적으로 저해하지 않고 자유롭게 진동하여, 본 발명의 작용효과가 발휘되게 된다.

또한, 이상과 같은 기능면에서의 효과에 더하여, 초음파 센서(1)의 노출면이 평탄한 하나의 면을 이루고 있기 때문에, 외관상 아름다워진다고 하는 효과도 겸비한다.

(실시예 2)

도 7은 본 발명의 제2의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서의 외관 사시도이다. 실시예 1에서는 연결부(13)는 두께가 균일한 판모양의 형상이었으나, 본 실시예의 연결부(33)는 오목부(33a)를 가지며, 두께가 부분적으로 얇아지고 있다. 오목부(33a)는 통형상체(11, 12)의 외측 바닥면(11d, 12d)과 동일 평면의 외측면이 아니라, 외측면과는 반대의 내측면에 형성되어 있다. 이 이외의 부재의 형상은 실시예 1과 동일하다.

본 발명의 목적은, 일체의 케이스가 갖는 복수의 바닥이 있는 통형상체에 각각 배치되는 압전소자의 진동으로부터 발생하는 잔향의 영향을 서로 받지 않도록 하는 것이며, 이를 위해서, 진동에 의한 변위량이 가장 작은 위치에서 2개의 바닥이 있는 통형상체를 연결한 케이스 구조를 제안하는 것이다. 이에 더하여, 압전소자(51a, 51b)의 구동 주파수와 연결부(33)의 공진 주파수를 다르게 하면, 진동을 더욱 전달하기 어려워져서 바람직하다. 이 주파수를 다르게 하기 위해서는, 도 7과 같이 연결부(33)의 형상을 오목형상으로 하거나, 또는 반대로 볼록형상으로 하는 등, 연결부의 형상을 고안함으로써 가능해진다. 또한 연결부의 두께나 길이를 조정 하는 것에 의해서도 가능하다.

(실시예 3)

도 8은 본 발명의 제3의 실시예를 설명하기 위한, 초음파 센서를 개구부측에서 본 외관 사시도이다. 도 9는 초음파 센서(4)의 정면도이다. 실시예 1의 초음파 센서(1)와 본 실시예의 초음파 센서(4)는 바닥이 있는 통형상체의 측면부의 두께의 점에서 다르다. 그 외의 부재의 형상은 실시예 1과 동일하다.

본 실시예의 초음파 센서(4)에서는, 네모난 통형상의 바닥이 있는 통형상체(41, 42)가 사용되고 있으며, 또한 통형상체(41, 42)의 측면의 두께는 균일하지 않다. 바닥이 있는 통형상체(41, 42)에 있어서 연결부에 접속되어 있는 측면부분의 두께(C)가, 그것과 수직인 방향에 위치하는 측면부분의 두께(D)보다도 크게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 외측 바닥면(41d, 42d)의 외곽형상을 사각형으로 하고, 연결부(13)와 측면과의 접점(14)의 위치에 관계없이 내측 바닥면(41e, 42e)의 외곽까지의 거리, 즉 연결부(13) 근방의 측면부분의 두께를 균등하게 크게 하고 있다(두께 C1＝C＝C2＞D). 압전소자(51a, 51b)의 구동으로부터 발생하는 케이스의 진동은 두께가 얇은 부분에서 커지고, 두꺼운 부분에서 작아지기 때문에, 연결부(13)와 접하는 위치의 측면부의 두께를 접하지 않는 측의 위치의 측면부보다도 두껍게 해 두면, 진동의 영향이 더욱 저감되어 바람직하다.

이상의 실시예에서는, 바닥이 있는 통형상체의 케이스의 개구부의 형상은 도면상 직사각형으로 해서 기재하고 있으나, 본 발명은 그 형상에 한정하는 것은 아니며, 예를 들면 원형이어도 상관없다. 마찬가지로, 압전소자의 형상도 원형으로 해서 기재하고 있으나 직사각형이어도 상관없으며, 그 형상에 한정되는 것은 아니다.

또한, 연결부는 측면 중에서도 가장 바닥부 근방의 측면부분에서 연결하는 것이 바람직하지만, 그 위치가 개구부 방향으로 다소 어긋나 단차가 있어도 상관없다.

또한, 바닥이 있는 통형상체의 수는 2개에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 3개의 바닥이 있는 통형상체가 2개의 연결부를 통해서 연결되는 케이스 구조에 대해서도 적용된다.

또한, 바닥이 있는 통형상체의 내부에도 탄성부재를 충전하더라도, 케이스의 진동을 실질적으로 저해하는 요인이 되지 않으므로, 본 발명의 효과를 손상시키는 일은 없다.

Claims

한쪽 단이 개구하고, 다른쪽 단이 바닥부에 의해 폐색(閉塞)하고 있으며, 한쪽 단과 다른쪽 단을 연결하는 측면을 갖는 복수의 바닥이 있는 통(筒)형상체와, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체를 연결하는 연결부를 갖는 일체의 케이스와, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 각각의 바닥부의 내측 바닥면(inner bottom surface)에 배치되는 압전소자를 구비하는 초음파 센서에 있어서,

상기 케이스는 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 바닥부의 외측 바닥면(outer bottom surface)이 1개의 면 위에 위치하는 상태에서 각각의 측면의 바닥부 근방의 측면부분끼리가 상기 연결부를 통해서 연결되어 있으며,

상기 케이스를 지지하고 있는 탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
제1항에 있어서, 상기 연결부의 공진 주파수는 상기 압전소자의 구동 주파수와 다른 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바닥이 있는 통형상체에 있어서의 상기 연결부를 통하여 연결되어 있는 다른 바닥이 있는 통형상체의 방향에 위치하는 측면부분의 두께는, 그것과 수직인 방향에 위치하는 측면부분의 두께보다도 큰 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
제3항에 있어서, 상기 바닥이 있는 통형상체의 외측 바닥면의 외곽형상이 각형(角形)인 것을 특징으로 하는 초음파 센서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 바닥이 있는 통형상체의 외측 바닥면은, 상기 연결부의 외측면과 함께 평탄한 하나의 면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 초음파 센서.