(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板をなす底面部、及び、前記底面部の周縁から一方側へ向けて突設される筒状の支持筒部を有する筒状ケース、
前記振動板の前記一方側の主面に固定されて前記振動板をその厚さ方向へ振動させる薄板状の超音波振動子、
前記筒状ケースの前記支持筒部に対して所定間隔を隔てて設けられる外側フレーム、及び、
前記外側フレームと前記超音波センサの支持筒部の外周面との間に介設されるとともに前記フレームに支承されつつ前記支持筒部を支承し、かつ、前記支持筒部の振動エネルギーを減衰させる介設部材を備え、
前記介設部材は、前記振動板の周縁に近接して前記支持筒部に密着しない溝部を有し、
前記振動板の主表面及び前記外側フレームの外側面は、略垂直方向に延在する平坦面をなすことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
請求項１記載の超音波センサにおいて、
前記介設部材は、前記溝部を前記振動板の全周にわたって有することを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
振動板をなす底面部、及び、前記底面部の周縁から一方側へ向けて突設される筒状の支持筒部を有する筒状ケース、
前記振動板の前記一方側の主面に固定されて前記振動板をその厚さ方向へ振動させる薄板状の超音波振動子、
前記筒状ケースの前記支持筒部に対して所定間隔を隔てて設けられる外側フレーム、及び、
前記外側フレームと前記超音波センサの支持筒部の外周面との間に介設されるとともに前記フレームに支承されつつ前記支持筒部を支承し、かつ、前記支持筒部の振動エネルギーを減衰させる介設部材を備え、
前記介設部材は、前記振動板の周縁に隣接する前記支持筒部の周方向の所定の一部に密着しない溝部を有し、前記溝部と周方向反対側にて前記溝部を持たないことを特徴とする超音波センサ。
【請求項４】
請求項３記載の超音波センサにおいて、
車両の側面に固定されて前記車両から水平方向に対して上下所定の広がり角度を有して超音波を放射することにより障害物による反射波を検出する車両用障害物センサに用いられ、
前記介設部材の前記溝部は、前記振動板の下縁部に隣接する前記支持筒部の下部に隣接して配置されることを特徴とする超音波センサ。
【請求項５】
振動板をなす底面部、及び、前記底面部の周縁から一方側へ向けて突設される筒状の支持筒部を有する筒状ケース、
前記振動板の前記一方側の主面に固定されて前記振動板をその厚さ方向へ振動させる薄板状の超音波振動子、
前記筒状ケースの前記支持筒部に対して所定間隔を隔てて設けられる外側フレーム、及び、
前記外側フレームと前記超音波センサの支持筒部の外周面との間に介設されるとともに前記フレームに支承されつつ前記支持筒部を支承し、かつ、前記支持筒部の振動エネルギーを減衰させる介設部材を備え、
前記介設部材は、前記振動板の周縁に近接して前記支持筒部に密着する部分は、他の部分よりも前記支持筒部を弱く拘束することを特徴とする超音波センサ。
【請求項６】
請求項５記載の超音波センサにおいて、
前記介設部材は、前記振動板の周縁の所定の一部に近接して前記支持筒部を弱く拘束する低拘束領域と、前記振動板の周縁の残部に近接して前記支持筒部を強く拘束する高拘束領域とを有することを特徴とする超音波センサ。
【請求項７】
請求項６記載の超音波センサにおいて、
車両の側面に固定されて前記車両から水平方向に対して上下所定の広がり角度を有して超音波を放射することにより障害物による反射波を検出する車両用障害物センサに用いられ、
前記介設部材の前記低拘束領域は、前記振動板の下縁部に隣接する前記支持筒部の下部に隣接して配置されることを特徴とする超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波センサに関し、好適には車両用障害物検出センサに適用可能な超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用障害物検出装置では、車両のバンパーに設けた超音波センサにより車両後方あるいはコーナーから超音波を送信し、障害物にて反射した超音波を受信してその障害物を検出するようにしている。
【０００３】
図  に、従来の車両用障害物検出装置として用いる超音波センサの一例を示す。
【０００４】
１はＰＺＴなどを素材とする磁器圧電板の両主面にそれぞれ電極を設けてなる超音波振動子、２は超音波振動子１が固定される筒状ケース、３は鍔付き円筒形状の外側フレーム、４０は外側フレーム３と筒状ケース２との間に設けられた介設部材であり、外側フレーム３は図示しないバンパーの穴に嵌合している。
【０００５】
筒状ケース２は有底円筒形状の金属缶からなり、この筒状ケース２の底面部２１が振動板として超音波を放射し、反射波を検出する。筒状ケース２の底面部すなわち振動板２１の裏側中央には超音波振動子１が固定され、超音波振動子１の両電極間に交流電圧を印加して振動板２１を振動させる。
【０００６】
筒状ケース２の筒部（支持筒部ともいう）２２は、両端開口円筒形状の制振用ゴム体からなる介設部材４０を介して外側フレーム３により支承されている。すなわち、この振動板２１は、その筒部（支持筒部）２２に隣接する振動板２１の周縁を節とし、振動板２１の径方向中心を腹として振動し、介設部材４０は、振動板２１の振動が外側フレーム３を通じて外部のバンパーに伝達されるのを抑止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記超音波センサでは、上下方向の指向特性すなわち放射広がり角度が広いと路面凹凸による反射波により障害物からの反射波と誤検出する不具合があるため、上下方向特に下側への指向特性すなわち放射広がり角度を狭くする必要があった。指向特性すなわち放射広がり角度は周波数を高めることにより狭くすることができるが、周波数選択には他の条件とのからみで自由ではなく、指向特性すなわち放射広がり角度の狭化を周波数を変えずに実現したいという要望があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構成で指向特性すなわち放射広がり角度を狭化可能な超音波センサを提供することをその目的としている。
【０００９】
また、上述した従来の車両用障害物検出装置として用いる超音波センサでは、軸方向（振動方向）に対して左右上下の指向特性すなわち放射広がり角度の設定が重要であり、特に路面凹凸による反射波を低減するために、下方への指向特性すなわち放射広がり角度を小さくすることが望まれていた。
【００１０】
この問題を解決するには、軸方向（振動方向）を水平方向より必要な角度だけ上向きに回動させてもよいが、このようにすると、超音波センサの超音波放射面をなす振動板２１がバンパー１の外表面から外側に突出又は奥側に窪んで美観を損なうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構成で、振動板の主面と直交する軸方向（振動方向）に対する指向特性すなわち放射広がり角度が振動板の周方向所定部位においてのみ選択的に狭くすることができる超音波センサを提供することを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１記載の超音波センサは、振動板の主表面及び外側フレームの外側面が略垂直方向に延在する平坦面をなす超音波センサである。底面部が振動板をなして超音波振動子が固定される筒状ケースの筒部（支持筒部）の外周面は、支持用の外側フレームの内周面に振動エネルギー吸収機能を有する介設部材を通じて支持される。本構成では特に、介設部材が、振動板の周縁に近接して筒状ケースの支持筒部に密着しない溝部を有する。この介設部材の溝部は、振動板の全周にわたって設けてもよく、周方向の所定角度範囲だけ設けてもよい。
【００１３】
実験によれば、介設部材の溝部を振動板の全周にわたって設ける場合にはセンサから放射される超音波エネルギーの指向特性すなわち放射広がり角度を狭くすることができることがわかった。
【００１４】
請求項２記載の構成は、請求項１記載の超音波センサにおいて更に、前記介設部材は、前記溝部を前記振動板の全周にわたって有している。
上記目的を達成する請求項３記載の超音波センサでは、溝部は振動板の周縁の所定角度範囲の部分に近接する部位においてのみ設けられる。実験によれば、このようにすることにより溝部を有する側への指向特性すなわち放射広がり角度を狭くできることがわかった。
【００１５】
請求項４記載の構成によれば請求項３記載の超音波センサにおいて更に、この超音波センサは車両用の障害物センサとして用いられ、介設部材の溝部は、振動板の下縁部に隣接する支持筒部の下部に隣接して配置される。
【００１６】
上記目的を達成する請求項５記載の超音波センサによれば、底面部が振動板をなして超音波振動子が固定される筒状ケースの筒部（支持筒部）と、外部フレームとの間に介設した介設部材のうち、振動板の周縁に近接して支持筒部に密着する部分は、他の部位よりも前記支持筒部を弱く拘束する低拘束領域であることを特徴としている。この低拘束領域は振動板の全周にわたって設けてもよく、所定の角度にわたって設けてもよい。
【００１７】
実験によれば、介設部材の低拘束領域を振動板の全周にわたって設ける場合にはセンサから放射される超音波エネルギーの指向特性すなわち放射広がり角度を狭くすることができ、また、介設部材の低拘束領域を振動板の周方向の所定角度範囲だけ設ける場合にはセンサから放射される超音波エネルギーの指向特性すなわち放射広がり角度を低拘束領域を設けたサイドにおいて狭くすることができることがわかった。
【００１８】
請求項６記載の構成によれば請求項５記載の超音波センサにおいて更に、この超音波センサは車両用の障害物センサとして用いられ、介設部材の低拘束領域は、振動板の下縁部に隣接する支持筒部の下部に隣接して配置される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
【００２０】
車両用障害物検出装置のセンサ部として用いた本発明の超音波センサの一実施形態を図１に示す模式縦断面図を参照して以下に説明する。
【００２１】
１はＰＺＴなどを素材とする磁器圧電板の両主面にそれぞれ電極を設けてなる超音波振動子、２は超音波振動子１が固定される筒状ケース、３は鍔付き円筒形状の外側フレーム、４は外側フレーム３と筒状ケース２との間に設けられた介設部材であり、外側フレーム３の筒部３０は図示しないバンパーの穴に嵌合している。
【００２２】
筒状ケース２は有底円筒形状の金属缶からなり、この筒状ケース２の底面部２１が振動板として超音波を放射し、反射波を検出する。筒状ケース２の底面部すなわち振動板２１の裏側中央には超音波振動子１が固定され、超音波振動子１の両電極間に交流電圧を印加して振動板２１を振動させる。
【００２３】
筒状ケース２の筒部（支持筒部ともいう）２２は、両端開口円筒形状の制振用ゴム体からなる介設部材４を介して外側フレーム３により支承されている。すなわち、この振動板２１は、その筒部（支持筒部）２２に隣接する振動板２１の周縁を節とし、振動板２１の径方向中心を腹として振動し、振動板２１の振動は筒状ケース２の支持筒部２２の振動を派生させ、この支持筒部２２の振動は介設部材４及び外側フレーム３の筒部３０を通じて外部の図示しないバンパーに伝達される。
【００２４】
この実施例の特徴点をなす介設部材４は、筒状ケース２の支持筒部２２と外側フレーム３の筒部３０の内周面との間の円筒状のギャップに合わせて厚さ一定の円筒形状に形成され、介設部材４の内周面は支持筒部２２の外周面に密着し、介設部材４の外周面は外側フレーム３の内周面に密着している。これにより、超音波振動子１の屈曲振動により筒状ケース２の振動板２１が振動し、それにより筒状ケース２の支持筒部２２が付随して振動しても、支持筒部２２の振動エネルギーは介設部材４により減衰され、外側フレーム３の筒部の振動が抑止される。超音波振動子１を長方形に形成することにより振動板２１の振動方向に対する指向特性を左右方向において広く、上下方向において狭く設定しているのは従来通りである。筒状ケース２の底面部すなわち振動板２１の外側の主面２１１、介設部材４の外側の端面４１の上半分、及び、外側フレーム３の外側面３１は略垂直方向に延在する平坦面をなしてバンパーの美観を高めている。
【００２５】
この実施例では特に、介設部材４の外側の端面４１の下側約半分（正確には１４０度の角度範囲）は、振動板２１の外側の主面２１１、及び、外側フレーム３の外側面３１より所定深さだけ凹設されており、これにより溝部４２が形成されている。
【００２６】
（変形態様１）
変形態様を図２に示す。
【００２７】
この変形態様では、溝部４２を全周にわたって設けた。このようにすれば、振動板２１の全周にわたって溝部４２がない場合よりも全周にわたって指向特性すなわち放射広がり角度が狭くなった。
【００２８】
（変形態様１）
変形態様を図２に示す。
【００２９】
この変形態様では、溝部４２を上側に９０度の角度範囲、下側に９０度の角度範囲で２つ設けた。このようにすれば、上側及び下側の指向特性すなわち放射広がり角度が溝部がないばあいよりも狭くなった。
【００３０】
（変形態様３）
変形態様を図３に示す。
【００３１】
この変形態様では、実施例１において溝部４２ａは薄い端壁部（本発明で言う低拘束領域）４３及び薄い薄肉筒部（本発明で言う低拘束領域）４４に隣接しており、これにより外部からこの溝部４２ａが不可視となっている。
【００３２】
このようにすれば、指向特性すなわち放射広がり角度の狭化効果は低下したが、溝部４２ａが不可視となるので、美観が向上した。
【００３３】
（変形態様４）
変形態様を図４に示す。
【００３４】
この変形態様では、変形態様３において、支持筒部２２の外周面に密接する薄い薄肉筒部（本発明で言う低拘束領域）４４の代わりに外側フレーム３の内周面に密接する薄い薄肉筒部（本発明で言う低拘束領域）４５を設けたものである。
【００３５】
なお、図１において、支持筒部２２の拘束力が弱ければ、溝部４２に軟質のパテのようなものを充填してもよい。
【００３６】
（変形態様５）
変形態様を図５に示す。
【００３７】
この変形態様では、実施例１において、振動板２１の周縁の下側の部分から溝部４２を隠すように遮蔽鍔部（本発明で言う低拘束領域）２１ａを伸ばしたものである。ただし、振動によりこの遮蔽鍔部２１ａの下端が外側フレーム３の内周面に接触しないだけのギャップｇを確保するものとする。
【００３８】
このようにすれば、簡単な構成で溝部４２を不可視化することができ、美観が向上する。
【００３９】
（実験結果）
以下、実験結果を説明する。実験条件は次の通りである。
【００４０】
図６、図７に示す試料モデルＡは、図２に示す形状のものであり、溝部４２を振動板２１の全周に設けた構造を有する。図８、図９に示す試料モデルＢは試料モデルＡにおいて溝部４２を上下にだけ設けたものである。図１０、図１１に示す試料モデルＣは、試料モデルＢにおいて溝部４２を下側にだけ設けたものである。図１２、図１３に示す試料モデルＤは、試料モデルＢにおいて溝部４２の径方向幅を約半分とし、溝部４２を振動板２１側に隣接して設けたものである。図１４、図１５に示す試料モデルＥは、振動板２１の外側の主面２１１を外側フレーム３の外側面３１よりも軸方向に距離Ｊだけ凹ませたものである。
【００４１】
有底筒形状の筒状ケース２はアルミニウムを素材として形成され、内部に略直方体形状の凹部を有しており、その外周面の半径は８ｍｍ、この凹部に面する筒状ケース２の底部すなわち振動板２１の厚さは約０．７ｍｍ、支持筒部２２の長さは９ｍｍである。
【００４２】
超音波振動子１は、筒状ケース２の底部すなわち振動板２１の中央裏側に固定されており、その発振周波数は４０ｋＨｚである。外側フレーム３の筒部３０の内径は１９ｍｍ、したがって介設部材４の厚さは１．５ｍｍである。介設部材４としてはシリコンゴムを用いた。これら各試料モデルで種々寸法を変えた場合の指向特性を図１６〜図２９に示す。なお、図１６〜図２９において広、狭二つの指向特性のうち、広い指向特性の方は左右方向の指向特性を示し、狭い方は上下方向の指向特性を示す。これらの指向特性の差は、上述した振動板２１が垂直方向に長い長方形状により生じる。指向特性は、振動板２１から３０ｃｍ離れた位置に垂直方向にポールを立て、振動板２１すなわちセンサをまず左右に回動させて水平方向の指向特性を調べ、次に上下に回動させて垂直方向の指向特性を調べた。もちろん、振動子１の発振時間はポールからの反射波が振動子１に入射するまでに終了するようにした。
【００４３】
図１６は、図７（試料モデルＡ）に示す溝部４２の深さＡを０ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００４４】
図１７は、図７に示す溝部４２の深さを１ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００４５】
図１８は、図７に示す溝部４２の深さを２ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００４６】
図１６と図１７との比較から、試料モデルＡにおいては、溝部４２を設けることにより指向特性が向上することがわかる。また、図１７と図１８との比較から、わずかであるが、溝部４２が深すぎるとかえって指向特性が悪化することがわかる。
【００４７】
図１９は、図９（試料モデルＢ）に示す溝部４２の左右幅Ｂを８ｍｍ、深さＣを１．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００４８】
図２０は、図９に示す溝部４２の左右幅Ｂを１０ｍｍ、深さＣを１ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００４９】
図２１は、図９に示す溝部４２の左右幅Ｂを１０ｍｍ、深さＣを１．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５０】
図２２は、図９に示す溝部４２の左右幅Ｂを１０ｍｍ、深さＣを２．０ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５１】
これら図１７〜図２２によれば、すべて、図１６に示す溝なし型に比較して指向特性が鋭くなっていることがわかる。
【００５２】
図２３は、図１１（試料モデルＣ）に示す溝部４２の左右幅Ｄを１０ｍｍ、深さＥを１ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５３】
図２４は、図１１に示す溝部４２の左右幅Ｄを１０ｍｍ、深さＥを３ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５４】
図２３によれば、上下に溝部４２を設ける図２０に比較して、上側の指向特性だけが広がっていることがわかる。図２３と図２４との比較から、溝部４２の深さが深い場合のほうが下側の指向特性がわずかに広がり、上側の指向特性が狭くなっていることがわかる。
【００５５】
図２５は、図１３（試料モデルＤ）に示す溝部４２の左右幅Ｆを１０ｍｍ、深さＧを１．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。図２５から、溝部４２の径方向幅を狭化することにより上下方向の指向特性が特に狭くなっていることがわかる。
【００５６】
図２６は、図１５（試料モデルＥ）に示す溝部４２の左右幅Ｈを１０ｍｍ、振動板２１の窪み距離Ｉを１．５ｍｍ、溝部４２の軸方向深さＪを０．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５７】
図２７は、図１５に示す溝部４２の左右幅Ｈを１０ｍｍ、振動板２１の窪み距離Ｉを２ｍｍ、溝部４２の軸方向深さＪを０．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５８】
図２８は、図１５に示す溝部４２の左右幅Ｈを１０ｍｍ、振動板２１の窪み距離Ｉを２．５ｍｍ、溝部４２の軸方向深さＪを０．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００５９】
図２９は、図１５に示す溝部４２の左右幅Ｈを１０ｍｍ、振動板２１の窪み距離Ｉを３．０ｍｍ、溝部４２の軸方向深さＪを０．５ｍｍとした場合の指向特性を示す。
【００６０】
図２６と図２１との比較から、窪み距離Ｉを設けることにより振動板２１を窪ませない場合より指向特性をシャープにできることがわかる。また、図２６と図２７〜図２９とを比較することにより、窪み距離Ｉを大きくし過ぎるとかえって指向特性は広くなってしまうことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波センサの実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の超音波センサの変形態様を示す縦断面図である。
【図３】本発明の超音波センサの変形態様を示す縦断面図である。
【図４】本発明の超音波センサの変形態様を示す縦断面図である。
【図５】本発明の超音波センサの変形態様を示す縦断面図である。
【図６】試料モデルＡの模式正面図である。
【図７】試料モデルＡの模式軸方向断面図である。
【図８】試料モデルＢの模式正面図である。
【図９】試料モデルＢの模式軸方向断面図である。
【図１０】試料モデルＣの模式正面図である。
【図１１】試料モデルＣの模式軸方向断面図である。
【図１２】試料モデルＤの模式正面図である。
【図１３】試料モデルＤの模式軸方向断面図である。
【図１４】試料モデルＥの模式正面図である。
【図１５】試料モデルＥの模式軸方向断面図である。
【図１６】試料モデルＡの指向特性を示す図である。
【図１７】試料モデルＡの指向特性を示す図である。
【図１８】試料モデルＡの指向特性を示す図である。
【図１９】試料モデルＢの指向特性を示す図である。
【図２０】試料モデルＢの指向特性を示す図である。
【図２１】試料モデルＢの指向特性を示す図である。
【図２２】試料モデルＢの指向特性を示す図である。
【図２３】試料モデルＣの指向特性を示す図である。
【図２４】試料モデルＣの指向特性を示す図である。
【図２５】試料モデルＤの指向特性を示す図である。
【図２６】試料モデルＥの指向特性を示す図である。
【図２７】試料モデルＥの指向特性を示す図である。
【図２８】試料モデルＥの指向特性を示す図である。
【図２９】試料モデルＥの指向特性を示す図である。
【符号の説明】
１…超音波振動子
２…筒状ケース
３は外側フレーム
４は介設部材
２１は振動板
４２は溝部
４４…薄肉筒部（本発明で言う低拘束領域）
４５…薄肉筒部（本発明で言う低拘束領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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