(57)【要約】【課題】  障害物検知装置の空中超音波センサにおける周辺の障害物の検知距離を拡大させる。【解決手段】  この発明に係る障害物検知装置は、貫通孔が設けられた取り付け部と、この取り付け部の貫通孔に固定された空中超音波センサとからなり、空中超音波センサは、前方に配設したホーンを介して、このホーンの開口を取り付け部の貫通孔の後方に固定され、ホーンの少なくとも開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料が充填されているものである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が設けられた取り付け部と、この取り付け部の貫通孔に固定された空中超音波センサとからなる障害物検知装置であって、
前記空中超音波センサは、前方に配設したホーンを介して、前記ホーンの開口を前記取り付け部の貫通孔の後方に固定され、前記ホーンの少なくとも前記開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料が充填されている障害物検知装置。
【請求項２】
空気の音響インピーダンスをＺａ、前記空中超音波センサの音響インピーダンスをＺｓ、前記樹脂材料の音響インピーダンスをＺｍとしたとき、これら３つの音響インピーダンスが、
2015059899.tif 000006
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
【請求項３】
空気の音響インピーダンスをＺａ、前記空中超音波センサの音響インピーダンスをＺｓ、前記樹脂材料の音響インピーダンスをＺｍとしたとき、これら３つの音響インピーダンスが、
2015059899.tif 000007
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の障害物検知装置。
【請求項４】
前記樹脂材料に中空マイクロカプセルが添加されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の障害物検知装置。
【請求項５】
前記ホーン及び前記樹脂材料の長さをＬ、前記樹脂材料を伝搬する超音波の波長をλとしたとき、ｎを０または正の整数として、
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なる関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車等の車両のバンパ等に取り付けられ、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた空中超音波センサは、空中超音波センサから超音波を空気中に送信し、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、再び空中超音波センサで受信することにより、障害物を検知する障害物検知装置に利用されている。空中超音波センサは、例えば特許文献１に開示されているように、金属のケースの底面部に圧電セラミック素子が固着され、圧電セラミック素子とケースとはそれぞれリード線を介してリード端子に接続された構成となっている。
【０００３】
このような空中超音波センサを利用した障害物検知装置としては、例えば特許文献２に開示されているように、貫通孔の形成された自動車等の車両のバンパなどの壁部材に対し、貫通孔を介して、外部から空中超音波センサの放射面が露出するように取り付けられ、車両周辺の障害物を検知するものがある。
【０００４】
また、障害物検知装置では、例えば特許文献３に開示されているように、空中超音波センサの検知距離を拡大させるために、空中超音波センサにホーンを取り付けて、指向特性を先鋭化し、送受信感度を向上させるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−１７７１９８号公報
【特許文献２】特開２００６−２９８０１０号公報
【特許文献３】特開昭５８−８５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、車両のバンパは樹脂材料で形成されており、空中超音波センサのケース部は金属材料で形成されている。このため、障害物検知装置を構成する空中超音波センサの放射面が外部に露出された状態で車両のバンパ部に取り付けられた場合、指向特性が広過ぎて空中超音波センサの検知距離を十分に伸ばせないという問題がある。
【０００７】
また、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大させるために、空中超音波センサにホーンを取り付けた場合には、車両のバンパ部に凹みができてしまうため、この凹みに雨滴、ごみ等が溜まると空中超音波センサの検知性能を低下させるという問題がある。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空中超音波センサの検知距離を拡大することができる障害物検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の障害物検知装置は、貫通孔が設けられた取り付け部と、この取り付け部の貫通孔に固定された空中超音波センサとからなる障害物検知装置であって、前記空中超音波センサは、前方に配設したホーンを介して、このホーンの開口を取り付け部の貫通孔の後方に固定され、前記ホーンの少なくとも開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料が充填されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の取り付け部のみを正面から示す概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の放射音圧分布の一例を示す計算結果である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明は、例えば車両のバンパ等に取り付けられ、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。以下、この発明の障害物検知装置の空中超音波センサを車両に取り付ける場合について説明する。
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置について説明する。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の取り付け部のみを正面から示す概略図である。
【００１５】
図において、障害物検知装置は、取り付け部１、空中超音波センサ２、ホーン３からなっている。取り付け部１は、例えば自動車等の車両のバンパ等であって、ポリプロピレン樹脂等の合成樹脂で形成されている。この取り付け部１には、例えば図２のように、表裏に開口する貫通孔１１が少なくとも１つ設けられている。空中超音波波センサ２は、概略、アルミ等の金属で形成されたケース２１、圧電セラミック２２、リード線２３からなっており、前方に配設したホーン３を介して、このホーン３の開口を取り付け部１の貫通孔１１の後方に固定されている。ホーン３は、少なくとも開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料４が充填されている。
【００１６】
この実施の形態１においては、取り付け部１に対して、ホーン３が取り付けられた空中超音波センサ２を、ホーン３の開口部が貫通孔１１を介して取り付け部１の外部に露出するように固定されている。ホーン３には樹脂材料４が充填されているため、ホーン３および樹脂材料４が取り付け部１の一部となっている。なお、ホーン３および樹脂材料４は、取り付け部１の外部表面と面一となるように構成されているので、空中超音波センサの放射面が外部に露出した状態にならず、車両のバンパ部に凹みができないため、車両のバンパ部が保守しやすくなって、凹みに雨滴、ごみ等が溜まって空中超音波センサの検知性能を低下させることが抑えられる。
【００１７】
空中超音波センサ２は、リード線２３を介して圧電セラミック２２に電圧を印加することにより、超音波が励振され、空気中へ超音波を発信し、障害物で反射された超音波を受信することで、障害物の検知を行う。なお、この実施の形態においては、空中超音波センサ２には、駆動電圧を圧電セラミックに印加するとともに、圧電セラミックから逆起電圧効果により発生した電圧を処理する信号処理部（図示せず）が備えられている。ここでは、車両周囲の障害物を検知できるように、例えば車両の前方、後方、または角部等の少なくとも１つの位置に空中超音波センサ２が取り付けられるものとする。もちろん、複数の空中超音波センサ２を同時に取り付けてもよく、また取り付け部１は車両のバンパに限るものではない。また、空中超音波センサ２は、水平方向の障害物を検知するだけでなく、所望の方向に向けて障害物の有無を検知するようにしてもよい。
【００１８】
空中超音波センサ２の前方に取り付けられたホーン３は、その長さに対して断面積が徐々に変化していくものであり、合成樹脂または金属で形成されるが、取り付け部１と同じ合成樹脂等で形成されるのが好ましい。ホーン３の内部には、ホーン３を構成する合成樹脂とは異なる素材の樹脂材料４が充填されている。このようにホーン３を配設して構成することで、空中超音波センサ２より放射された超音波は、指向特性が先鋭化するとともに、送受信感度が向上する。樹脂材料４は、ホーン３の内部のすべてに充填されなくてもよく、少なくともホーン３の開口を覆うように形成し、ホーン３の内部が中空となってもよい。
【００１９】
さらに、バンパの取り付け部１の貫通孔１１からホーン３および樹脂材料４が露出するように空中超音波センサ２が取り付けられているが、取り付け部１、ホーン３および樹脂材料４は、全て樹脂材料で形成されているため、塗装を施した場合でも、発色性に差異が生じにくく、外部からの視認性を低下させることができ、見栄え（デザイン性）を向上させることができる。
【００２０】
図３は、この発明の実施の形態１に係る障害物検知装置の放射音圧分布の一例を示す計算結果である。ここで、この放射音圧の計算では、ホーン３はアクリル、樹脂材料４はエポキシを想定している。また、図中、横軸は空中超音波センサの正面方向を０°とした場合の角度を示している。また、縦軸は音圧レベルを示しており、ホーン３および樹脂材料４がない、空中超音波センサ２のみの場合の正面方向の音圧レベルで正規化している。この放射音圧分布の計算結果から障害物検知装置の効果が検証できる。
【００２１】
図３に示すように、ホーン３および樹脂材料４がない、空中超音波センサ２のみの場合と比較し、正面方向の放射音圧は＋１５ｄＢとなっており、ホーン３および樹脂材料４を空中超音波センサ２の前方に取り付けることにより、送信感度が向上することが確認できる。
【００２２】
なお、ホーン３は、ホーンの長さに対して断面積が徐々に変化していくものであり、その断面積の変化の仕方により種々の形状が考えられる。この実施の形態では、断面視直線形状を有するコニカルホーンを示しているが、これに限るものではなく、長さに対して断面積の変化のない円筒ホーン、断面積が比例して増加するパラボリックホーン、断面積が指数関数で増加するエクスポネンシャルホーン等としても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部１の貫通孔からホーン３および樹脂材料４が露出するように空中超音波センサ２を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
【００２４】
また、この発明の実施の形態１によれば、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え（デザイン性）を向上させることができる。
【００２５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１では、ホーン３および樹脂材料４を空中超音波センサ２の前方に取り付けることにより、障害物検知装置の送信感度を向上させることを説明した。次に、この発明の実施の形態２では、樹脂材料４の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
【００２６】
実施の形態２の障害物検知装置では、空気の音響インピーダンスをＺａ、空中超音波センサの音響インピーダンスをＺｓ、ホーン３に充填する樹脂材料４の音響インピーダンスをＺｍとしたとき、式（１）の関係を満たすように、音響インピーダンスを有する樹脂材料を選定する。
【００２７】
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【００２８】
このような樹脂材料４の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが向上する。
【００２９】
さらに、式（１）の関係を満たしながら、式（２）の関係を満たすような音響インピーダンスを有する樹脂材料を選定してもよい。
【００３０】
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【００３１】
このような樹脂材料４の音響インピーダンスを設定することにより、より良好に空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れる。
【００３２】
これら音響インピーダンスのマッチングが向上することにより、空中超音波センサ２と樹脂材料４の境界および樹脂材料４と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率が高まるため、空中超音波センサ２の感度が向上して検知距離が拡大する。
【００３３】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、この発明の実施の形態１と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部１の貫通孔からホーン３および樹脂材料４が露出するように空中超音波センサ２を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
【００３４】
また、この発明の実施の形態２によれば、樹脂材料４の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを取ったので、空中超音波センサ２と樹脂材料４の境界および樹脂材料４と空気の境界での超音波の反射を抑えるとともに、超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ２の感度が向上し、検知距離を拡大することができる。
【００３５】
また、この発明の実施の形態２によれば、この発明の実施の形態１と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え（デザイン性）を向上させることができる。
【００３６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３では、ホーン３に充填される樹脂材料４に中空マイクロカプセル４１を添加することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
【００３７】
図４は、この発明の実施の形態３に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。実施の形態３に係る障害物検知装置の基本的な構成および動作に関しては、実施の形態１および実施の形態２に係る障害物検知装置と同様であるため、異なる部分のみ説明する。
【００３８】
実施の形態３に係る障害物検知装置を構成するホーン３には、樹脂材料４が充填されているが、樹脂材料４は、樹脂材料に所定の量のガラスや有機物等の中空マイクロカプセル４１が添加されている。マイクロカプセル４１の添加に応じて、樹脂材料４の密度が変化するため、密度と音速の積で定義される音響インピーダンスを変化させることができるため、マイクロカプセル４１の添加量により、式（１）または式（２）を満たす樹脂材料４１を得ることができる。
【００３９】
このようなマイクロカプセル４１を添加して樹脂材料４の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れる。
【００４０】
これら音響インピーダンスのマッチングが向上することにより、空中超音波センサ２と樹脂材料４の境界および樹脂材料４と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率が高まるため、空中超音波センサ２の感度が向上して検知距離が拡大する。
【００４１】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、この発明の実施の形態１と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部１の貫通孔からホーン３および樹脂材料４が露出するように空中超音波センサ２を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
【００４２】
また、この発明の実施の形態３によれば、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れ、空中超音波センサ２と樹脂材料４の境界および樹脂材料４と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ２の感度が向上し、検知距離を拡大することができるという効果がある。
【００４３】
また、この発明の実施の形態３によれば、樹脂材料４を取り付け部１と同材料で形成したので、塗装を施した場合に、より発色性に差異が生じにくく、外部からの視認性を低下させることができる。
【００４４】
また、この発明の実施の形態３によれば、この発明の実施の形態１および実施の形態２と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え（デザイン性）を向上させることができる。
【００４５】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４の障害物検知装置では、超音波の波長λに対してホーン３および樹脂材料４の長さＬを設定することにより、空中超音波センサ２の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
【００４６】
図５は、この発明の実施の形態４に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。実施の形態４に係る障害物検知装置の基本的な構成および動作に関しては、実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係る障害物検知装置と同様であるため、異なる部分のみ説明する。
【００４７】
実施の形態４に係る障害物検知装置では、空中超音波センサ２で励振され、樹脂材料４を伝搬する超音波の波長をλとしたときに、ホーン３および樹脂材料４の長さをＬとすると、Ｌが式（３）となるように構成されている。ここで、ｎは０，１，２，・・・で示される整数である。
【００４８】
2015059899.tif 000005
【００４９】
このように構成することにより、超音波の伝搬効率を高めることができ、空中超音波センサ２の感度が向上して検知距離が拡大する。
【００５０】
以上のように、この発明の実施の形態４によれば、この発明の実施の形態１と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部１の貫通孔からホーン３および樹脂材料４が露出するように空中超音波センサ２を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
【００５１】
また、この発明の実施の形態４によれば、ホーン３および樹脂材料４の長さＬを式（３）のように設定したので、超音波の反射を抑えて超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ２の感度が向上し、検知距離を拡大することができる。
【００５２】
また、この発明の実施の形態４によれば、この発明の実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え（デザイン性）を向上させることができる。
【００５３】
なお、この発明の実施の形態では、障害物検知装置を車両のバンパ等に取り付け、車両周辺の障害物を検知する例について説明したが、車両に限らず、各種の移動体からの障害物検知ができることは言うまでもない。また、この障害物検知装置を固定して設置し、障害物となる物体との距離の変動から物体の移動の検知や観測に使用することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１  取り付け部、２  空中超音波センサ、３  ホーン、４  樹脂材料、１１  貫通孔、２１  ケース、２２  圧電セラミック、２３  リード線、４１  中空マイクロカプセル。
【図１】
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【図２】
2015059899.tif 000010
【図３】
2015059899.tif 000011
【図４】
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【図５】
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