WO2014076908A1

WO2014076908A1 - 超音波センサ

Info

Publication number: WO2014076908A1
Application number: PCT/JP2013/006542
Authority: WO
Inventors: 崇志辻; 平川　修
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-05-22
Also published as: EP2921875A1; CN104781689A; JP6183739B2; US20160291139A1; CN104781689B; US9823341B2; JP2014098579A; EP2921875B1; EP2921875A4

Abstract

　超音波センサは、送受波部と、カバーとを備える。送受波部は、前面に送受波面を有し当該送受波面を介して超音波を送受波する。カバーは、送受波面を開放した形で送受波部を覆う。そして、カバーは複数の部位から成り、複数の部位がそれぞれ互いに異なる複数の材料で形成される。

Description

超音波センサ

　本発明は、超音波センサに関する。

　従来、超音波を送波するとともに障害物で反射された超音波を受波する超音波センサが提供されている。このような超音波センサとしては、自動車のバンパーに取り付けられて用いるものがあり、例えば文献１（日本国特許出願公開番号２０１２－１２２９３６）に開示されている。

　この文献１に記載の超音波センサは、それぞれバンパーの内面に接着固定される２個の取付台と、超音波を送受波する送受波手段を保持したセンサ本体とを備える。各取付台とセンサ本体とは、それぞれ互いに着脱自在に結合する結合部を有する。この超音波センサをバンパーに固定する際には、先ず２個の取付台をバンパーに貫設された露出穴を挟む形で固定する。そして、センサ本体の各結合部を各取付台に結合することで、超音波センサがバンパーに固定される。

　上記従来例では、超音波センサをバンパーに固定した状態では、超音波の送受波面とバンパーの表面とが面一になっている。一方、超音波センサによっては、露出穴（取付孔）の内側面を隠蔽する目的で、超音波センサの一部が露出穴から僅かに突出するものがある。ここで、一般的な超音波センサでは、不要な振動を減衰させるために、弾性を有する材料から成るカバーで送受波手段を覆っている。このカバーの一部は、上記の構成であれば取付孔から僅かに突出する。

　しかしながら、この構成では、例えば洗車時やワックス掛け時にバンパーをタオルで拭くと、取付孔から突出するカバーにタオルが接触して外力が加わり、カバーの一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）虞があった。

　本発明は、上記の点に鑑みて為されており、外力によりカバーの一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）のを抑制することのできる超音波センサを提供することを目的とする。

　本発明に係る第１の形態の超音波センサは、送受波部と、カバーとを備える。前記送受波部は、前面に送受波面を有し当該送受波面を介して超音波を送受波する。前記カバーは、前記送受波面を開放した形で前記送受波部を覆う。そして、前記カバーは複数の部位から成り、前記複数の部位がそれぞれ互いに異なる複数の材料で形成される。

　本発明に係る第２の形態の超音波センサは、第１の形態に加えて、前記送受波面を開放する形で前記送受波部及び前記カバーを収納するセンサ本体を備える。

　本発明に係る第３の形態の超音波センサは、第１の形態に加えて、前記カバーは、前記送受波部の側面を覆う側部と、前記送受波部の底面を覆う底部とがそれぞれ互いに異なる材料で形成される。そして、前記底部を形成する材料は、前記側部を形成する材料よりも弾性率が大きい。

　本発明に係る第４の形態の超音波センサは、第３の形態に加えて、前記カバーは、前記側部がシリコーンゴムで形成される。そして、前記底部が前記側部を形成するシリコーンゴムよりも弾性率が大きいシリコーンゴムで形成される。

　本発明に係る第５の形態の超音波センサは、第１の形態に加えて、前記カバーは、前記複数の部位を同時成形することにより一体に形成される。

　本発明に係る第６の形態の超音波センサは、第１の形態に加えて、前記カバーは、前記複数の部位を接着することにより一体に形成される。

図１Ａ，図１Ｂは、それぞれ本発明の実施形態に係る超音波センサのカバーの斜視図で、図１Ｃ，図１Ｄは、それぞれ本発明の実施形態に係る超音波センサのカバーに外力を与えた場合の様子を示す断面図である。図２Ａは、本発明の実施形態に係る超音波センサの概略を示す斜視図で、図２Ｂは、本発明の実施形態に係る超音波センサの使用形態を示す図である。図３Ａ～図３Ｃは、それぞれ本発明の実施形態に係る超音波センサをバンパーに取り付ける方法を示す図である。図４Ａは、従来の超音波センサのカバーを示す斜視図で、図４Ｂ，図４Ｃは、それぞれ従来の超音波センサのカバーに外力を与えた場合の様子を示す断面図である。図５Ａは、超音波センサのカバーの説明図で、図５Ｂは、従来の超音波センサの要部断面図で、図５Ｃは、図５Ｂにおいて不要な部位を除いた場合の要部断面図である。

　以下、本発明の実施形態に係る超音波センサ１００について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図１Ｃに示す矢印により前後方向を規定する。すなわち、本実施形態の超音波センサ１００は、図１Ａ～図２Ｂに示すように、車両Ａ１のバンパーＡ１０に取り付けられ、センサ本体１と、送受波部２と、カバー３とを主に備える。本実施形態の超音波センサ１００は、図２Ｂに示すように、センサ本体１を車両Ａ１のバンパーＡ１０に貫設された取付孔Ａ１１に取り付けることで用いられる。本実施形態の超音波センサ１００は、車両Ａ１の前方又は後方に超音波を送波することで、検知範囲（図２Ａの破線で囲まれた範囲）内での障害物等の存否を検知する。なお、図２Ａに示す検知範囲は一例であって、検知範囲を破線で囲まれた範囲に限定する趣旨ではない。

　センサ本体１は、前面を開口した有底円筒状に形成されている。換言すれば、センサ本体１は、円筒状に形成され、その後端に底部を有している。センサ本体１の内部には、送受波部２と、カバー３と、回路基板（図示せず）とを収納する。回路基板には、送受波部２を介して送受波される超音波信号を処理するための制御回路（図示せず）を実装している。センサ本体１の外面には、図２Ａに示すように、センサ本体１を挟む形で設けられる１対の固定部４と、外部電源（図示せず）と接続するためのコネクタ１０とを設けている。

　送受波部２は、超音波を送受波する圧電素子（図示せず）と、圧電素子を収納するケース２０とを備える。ケース２０は、例えばアルミニウムにより形成されている。また、ケース２０は、前面が開口した有底円筒状に形成されている。換言すれば、ケース２０は、円筒状に形成され、その後端に底部を有している。そして、ケース２０は、その内部に充填剤を充填することで圧電素子を封止している。ケース２０の前端は、送受波面２１となる。すなわち、送受波部２の前面の送受波面２１を介して超音波が送受波される。ケース２０の後端には、例えばシリコーンゴムから成る円板状のスペーサ２２と、樹脂材料から成る円板状のベース２３とを取り付けている。これらスペーサ２２及びベース２３により、圧電素子の振動が後方へと伝播するのを抑制している。

　ケース２０の後端からは、圧電素子に接続された１対の棒状の端子２４が後ろ向きに突出している。各端子２４は、スペーサ２２及びベース２３を貫通し、且つ後述するカバー３の孔３１Ａを通って後ろ向きに突出している。そして、各端子２４は、回路基板に実装された制御回路に接続されている。

　カバー３は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、前面を開口した有底円筒状に形成されている。換言すれば、カバー３は、円筒状に形成され、その後端に底部３１を有している。カバー３は、超音波の送受波面２１を開放した形で送受波部２を覆う。カバー３は、送受波部２の側面を覆う側部３０と、送受波部２の底面を覆う底部３１とを同時成形することにより一体に形成している。なお、カバー３は、側部３０と底部３１とを接着することにより一体に形成してもよい。カバー３の底部３１には、ケース２０から突出する各端子２４を通すための円形状の孔３１Ａを設けている。

　固定部４は、例えば樹脂材料により形成されている。固定部４は、図２Ａに示すように、第１主片４０と、第２主片４１とを一体に形成している。各主片４０，４１は何れも矩形板状に形成され、その厚み方向に沿って所定の間隔を空けている。また、各主片４０，４１それぞれの後端（図２Ａにおける上端）は、互いに連結されている。第１主片４０は、その厚み方向に沿って撓み自在に形成されている。また、第１主片４０には、矩形状の挿入孔４０Ａが貫設されている。この挿入孔４０Ａには、後述する取付台５の突起５０Ａを挿入可能となっている。

　取付台５は、例えば樹脂材料により形成されている。取付台５は、図２Ａに示すように、立片５０と、取付片５１とを一体に形成している。取付片５１は、角の丸い矩形板状に形成されている。取付片５１は、粘着シート５２を用いてバンパーＡ１０の後面（図２Ａにおける上面）に取り付けることができる。取付片５１の後面（図２Ａにおける上面）には、複数の溝５１Ａと、複数のスリット５１Ｂとを設けている。これら溝５１Ａにより薄くなった部位を曲げたり、各スリット５１Ｂの幅を変えたりすることで、バンパーＡ１０の形状に合わせて取付片５１を変形することができる。

　立片５０は、その後端側の角が丸い矩形板状に形成されている。立片５０は、取付片５１の長手方向における中央部から後ろ向きに突出している。立片５０は、固定部４の各主片４０，４１の間に差し込み可能な寸法で形成されている。また、立片５０の厚み方向における一方（図２Ａにおける手前）の面には、その一方に向かって突出する突起５０Ａを一体に形成している。この突起５０Ａは、立片５０を固定部４の各主片４０，４１の間に差し込んだときに、挿入孔４０Ａに挿入される。

　センサ本体１をバンパーＡ１０に取り付けるには、先ず図３Ａ，図３Ｂに示すように、粘着シート５２を用いてバンパーＡ１０に１対の取付台５を接着して固定する。このとき、各取付台５は、取付孔Ａ１１を挟む形でバンパーＡ１０に接着して固定する。なお、各取付台５をバンパーＡ１０に固定する方法は粘着シート５２を用いた接着に限定されず、他の方法で固定してもよい。

　次に、固定部４の各主片４０，４１の間に取付台５の立片５０を差し込み、突起５０Ａを挿入孔４０Ａに挿入することで、各固定部４と各取付台５とを結合する。このとき、カバー３の前端を取付孔Ａ１１に挿入する。このように、各取付台５に各固定部４を取り付けることで、センサ本体１をバンパーＡ１０に取り付けることができる（図３Ｃ参照）。

　以下、本実施形態の超音波センサ１００の動作について簡単に説明する。回路基板の制御回路は、コネクタ１０を介して外部電源から電力供給を受けて動作する。制御回路は、送受波部２へ駆動パルス信号を出力し、駆動パルス信号を受信した送受波部２が超音波を送波する。次に、送受波部２は、障害物からの反射波を受信して受波信号を制御回路へ出力する。制御回路は、駆動パルス信号を出力してから受波信号が入力されるまでの時間から障害物までの距離を演算する。したがって、本実施形態の超音波センサ１００は、検知範囲内における障害物の存否を検知し、障害物が存在する場合には、超音波センサ１００から障害物までの距離を求める。

　ここで、圧電素子の振動は、送受波部２の前面だけではなく側面にも伝播する。このため、送受波部２の側面から伝播する振動がセンサ本体１やバンパーＡ１０にも伝わることで、誤検知が生じる虞がある。そこで、従来の超音波センサでは、図４Ａに示すように、カバー３００により超音波の送受波面２１を開放する形で送受波部２を覆うことで、送受波部２の側面から伝播する不要な振動を抑制していた。

　このカバー３００は、シリコーンゴム等の１つの樹脂材料により有底円筒状に形成している。換言すれば、カバー３００は、円筒状に形成され、その後端に底部を有している。しかしながら、この従来の超音波センサでは、図４Ｂ，図４Ｃに示すように、バンパーＡ１０から突出するカバー３００の一部に外力が加わると、カバー３００全体の強度が低いために伸びてしまう虞がある。このため、外力によりカバー３００の一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）虞があった。

　ここで、図５Ａに示すように、圧電素子の振動は、ケース２０の側方には伝播するものの、ケース２０の後方には伝播し難いことが分かっている。これは、振動を吸収するためのスペーサ２２及びベース２３をケース２０の後端に取り付けているからである。したがって、図５Ｂに示すように、ケース２０の側面及び底面をカバー３００で全て覆う必要はなく、図５Ｃに示すように、ケース２０の側面をカバー３００で覆うだけで送受波部２から伝播する不要な振動を抑制することができる。つまり、カバー３００の底部３１は、振動を減衰する目的で弾性率の小さい材料で形成する必要がない。

　そこで、本実施形態の超音波センサ１００では、図１Ａ，図１Ｂに示すように、カバー３を互いに異なる複数の材料（ここでは２つの材料）で形成している。具体的には、カバー３のうち送受波部２の側面を覆う側部３０を、シリコーンゴムで形成している。また、カバー３のうち送受波部２の底面を覆う底部３１を、シリコーンゴムよりも弾性率の大きいシリコーンゴムで形成している。このため、本実施形態の超音波センサ１００では、カバー３が従来のカバー３００よりも強度が高い。

　したがって、本実施形態の超音波センサ１００では、図１Ｃ，図１Ｄに示すように、バンパーＡ１０から突出するカバー３の一部に外力が加わっても、カバー３全体の強度が高いために伸び難い。このため、本実施形態の超音波センサ１００では、外力によりカバー３の一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）のを抑制することができる。特に、本実施形態の超音波センサ１００では、カバー３の底部３１を弾性率の大きい材料で形成していることから、カバー３の一部に外力が加わっても底部３１が変形し難い。したがって、本実施形態の超音波センサ１００では、底部３１が変形し難いことから側部３０の伸びも抑制することができ、外力によりカバー３の一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）のを抑制することができる。

　なお、本実施形態の超音波センサ１００では、カバー３の側部３０と底部３１とを、それぞれ互いに異なる材料で形成しているが、カバー３を更に複数の部位に分けて、各部位をそれぞれ互いに異なる材料で形成してもよい。この構成でも、外力によりカバー３の一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）のを抑制するという効果を奏することができる。

　以上述べたように、本実施形態の超音波センサ１００は、以下の第１の特徴を有する。

　第１の特徴では、本実施形態の超音波センサ１００は、送受波部２と、カバー３と、センサ本体１とを備える。送受波部２は、超音波を送受波する。カバー３は、超音波の送受波面２１を開放した形で送受波部２を覆う。センサ本体１は、送受波部２及びカバー３を収納する。そして、カバー３は複数の部位から成り、複数の部位がそれぞれ互いに異なる複数の材料で形成される。

　換言すれば、本実施形態の超音波センサ１００は、送受波部２と、カバー３とを備える。送受波部２は、前面に送受波面２１を有し当該送受波面２１を介して超音波を送受波する。カバー３は、送受波面２１を開放した形で送受波部２を覆う。そして、カバー３は複数の部位から成り、複数の部位がそれぞれ互いに異なる複数の材料で形成される。

　また、本実施形態の超音波センサ１００は、第１の特徴に加えて、以下の第２の特徴を有していてもよい。

　第２の特徴では、本実施形態の超音波センサ１００は、送受波面２１を開放した形で送受波部２及びカバー３を収納するセンサ本体１を備える。

　また、本実施形態の超音波センサ１００は、第１又は第２の特徴に加えて、以下の第３の特徴を有していてもよい。

　第３の特徴では、カバー３は、送受波部２の側面を覆う側部３０と、送受波部２の底面を覆う底部３１とがそれぞれ互いに異なる材料で形成される。そして、底部３１を形成する材料は、側部３０を形成する材料よりも弾性率が大きい。

　また、本実施形態の超音波センサ１００は、第３の特徴に加えて、以下の第４の特徴を有していてもよい。

　第４の特徴では、カバー３は、側部３０がシリコーンゴムで形成される。そして、底部３１が側部３０を形成するシリコーンゴムよりも弾性率が大きいシリコーンゴムで形成される。

　また、本実施形態の超音波センサ１００は、第１～第４の特徴のうち何れか１つに加えて、以下の第５の特徴を有していてもよい。

　第５の特徴では、カバー３は、複数の材料を同時成形することにより一体に形成される。

　換言すれば、カバー３は、複数の部位を同時成形することにより一体に形成される。

　また、本実施形態の超音波センサ１００は、第１～第４の特徴のうち何れか１つに加えて、以下の第６の特徴を有していてもよい。

　第６の特徴では、カバー３は、複数の材料を接着することにより一体に形成される。

　換言すれば、カバー３は、複数の部位を接着することにより一体に形成される。

　以上述べた本実施形態により、本発明は、カバー３を互いに異なる複数の材料で形成することにより、カバー３の強度を向上させている。したがって、本発明では、外力によりカバー３の一部が捲れて浮きが発生する（浮き上がる）のを抑制することができる。

Claims

　前面に送受波面を有し当該送受波面を介して超音波を送受波する送受波部と、前記送受波面を開放した形で前記送受波部を覆うカバーとを備え、
　前記カバーは複数の部位から成り、前記複数の部位がそれぞれ互いに異なる複数の材料で形成されることを特徴とする超音波センサ。
　前記送受波面を開放した形で前記送受波部及び前記カバーを収納するセンサ本体を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
　前記カバーは、前記送受波部の側面を覆う側部と、前記送受波部の底面を覆う底部とがそれぞれ互いに異なる材料で形成され、
　前記底部を形成する材料は、前記側部を形成する材料よりも弾性率が大きいことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
　前記カバーは、前記側部がシリコーンゴムで形成され、前記底部が前記側部を形成するシリコーンゴムよりも弾性率が大きいシリコーンゴムで形成されることを特徴とする請求項３記載の超音波センサ。
　前記カバーは、前記複数の部位を同時成形することにより一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
　前記カバーは、前記複数の部位を接着することにより一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。