(57)【要約】  距離測定装置（１００）は、固定部材（１０）と、固定部（２１）および変形部（２２）を有し、固定部（２１）の一端部（２１ａ）が固定部材（１０）に接続され、固定部（２１）の他端部（２１ｂ）が変形部（２２）に接続された可動部材（２０）と、超音波送受信機（３０）と、反射部材（４０）とを備える。固定部材（１０）には、超音波送受信機（３０）および反射部材（４０）の一方が設けられる。変形部（２２）には、超音波送受信機（３０）および反射部材（４０）の他方が、上記一方に対向するように設けられる。超音波送受信機と反射部材との間の距離（Ｌ）は、変形部（２２）が、変形部（２２）のうちの固定部（２１）の他端部（２１ｂ）に接続された部分を起点として変形することによって変更される。距離測定装置（１００）によれば、小型化を図れる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と、
固定部および変形部を有し、前記固定部の一端部が前記固定部材に接続され、前記固定部の他端部が前記変形部に接続された可動部材と、
超音波送受信機と、
前記超音波送受信機から発信された超音波を反射する反射部材と、
前記超音波の送信から受信までの時間に基づいて、前記超音波送受信機と前記反射部材との間の距離に関する情報を出力する演算装置と、を備え、
前記固定部材には、前記超音波送受信機および前記反射部材の一方が設けられており、
前記変形部には、前記超音波送受信機および前記反射部材の他方が、前記一方に対向するように設けられており、
前記超音波送受信機と前記反射部材との間の距離は、前記変形部が、前記変形部のうちの前記固定部の前記他端部に接続された部分を起点として変形することによって変更される、
距離測定装置。
【請求項２】
前記固定部および前記変形部は、異なる材質からなる、
請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記固定部および前記変形部は、同一の材質からなり、一体的に形成されている、
請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記超音波送受信機と前記反射部材との間の距離は、前記変形部が曲げ変形することによって変更される、
請求項１から３のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記超音波送受信機と前記反射部材との間の距離は、前記変形部が伸縮変形することによって変更される、
請求項１から４のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記超音波送受信機は、基板を用いたＭＥＭＳ技術により形成されている、
請求項１から５のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記固定部は、筒状の形状を有している、
請求項１から６のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記固定部は、軸方向において内径がテーパー状に変化する形状を有している、
請求項７に記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記超音波送受信機と前記反射部材との間には、シャフト部材が設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項１０】
前記可動部材は、前記超音波送受信機および前記反射部材の前記一方を覆うような形状を有しており、
前記固定部材、前記可動部材および前記反射部材のうちの少なくともいずれかには、通気孔が設けられている、
請求項１から９のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項１１】
前記可動部材は、前記超音波送受信機および前記反射部材の前記一方を気密状または液密状に覆う形状を有している、
請求項１から９のいずれかに記載の距離測定装置。
【請求項１２】
前記固定部材には、前記超音波送受信機が設けられており、
前記変形部には、前記反射部材が設けられている、
請求項１から１１のいずれかに記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１〜４に開示されているように、超音波を用いて２つの部材間の距離を測定する距離測定装置が知られている。一般的な距離測定装置は、固定部材に設けられた超音波送受信機と、可動部材に設けられた反射部材とを備える。超音波送受信機と反射部材とは、相互に対向している。反射部材は、可動部材とともに、超音波送受信機に対して相対移動する。相対移動量に応じて、固定部材と可動部材との間の距離が変わる。【０００３】
一方で、固定部材に設けられた超音波送受信機は、反射部材に向かって超音波を送信する。送信された超音波は、反射部材によって反射され、超音波送受信機で受信される。送信のタイミングと受信のタイミングとの時間差に基づいて、固定部材と可動部材との間の距離を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−０２１７２１号公報
【特許文献２】特開昭６０−０８５３２０号公報
【特許文献３】特開平１０−０９６６１７号公報
【特許文献４】実開平０３−０２５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
距離測定装置においては、超音波送受信機と反射部材との間の相対的な移動量（変位量）に基づいて距離が測定される。従来の距離測定装置においては、超音波送受信機と反射部材との相対移動を実現するために、筒状部材と、筒状部材の内側に配置される棒状部材とが用いられている。筒状部材および棒状部材は、いわゆるシリンダーおよびロッドの関係に類似しており、これらの２部材は軸方向に相対移動する。【０００６】
筒状部材と棒状部材とを用いて超音波送受信機と反射部材との相対移動を実現する場合、筒状部材と棒状部材とは、必要な相対移動量（最大ストローク量）の分だけ軸方向に長く延びた形状を有している必要がある。すなわち、筒状部材と、筒状部材の内側に配置される棒状部材とを用いるという構成を採用する場合には、距離測定装置の小型化を図ることが困難となっていた。【０００７】
本発明は、小型化を図ることが可能な構成を備えた距離測定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】
【０００８】
本発明に基づく距離測定装置は、固定部材と、固定部および変形部を有し、上記固定部の一端部が上記固定部材に接続され、上記固定部の他端部が上記変形部に接続された可動部材と、超音波送受信機と、上記超音波送受信機から発信された超音波を反射する反射部材と、上記超音波の送信から受信までの時間に基づいて、上記超音波送受信機と上記反射部材との間の距離に関する情報を出力する演算装置と、を備え、上記固定部材には、上記超音波送受信機および上記反射部材の一方が設けられており、上記変形部には、上記超音波送受信機および上記反射部材の他方が、上記一方に対向するように設けられており、上記超音波送受信機と上記反射部材との間の距離は、上記変形部が、上記変形部のうちの上記固定部の上記他端部に接続された部分を起点として変形することによって変更される。【０００９】
好ましくは、上記固定部および上記変形部は、異なる材質からなる。
好ましくは、上記固定部および上記変形部は、同一の材質からなり、一体的に形成されている。【００１０】
好ましくは、上記超音波送受信機と上記反射部材との間の距離は、上記変形部が曲げ変形することによって変更される。【００１１】
好ましくは、上記超音波送受信機と上記反射部材との間の距離は、上記変形部が伸縮変形することによって変更される。【００１２】
好ましくは、上記超音波送受信機は、基板を用いたＭＥＭＳ技術により形成されている。【００１３】
好ましくは、上記固定部は、筒状の形状を有している。
好ましくは、上記固定部は、軸方向において内径がテーパー状に変化する形状を有している。【００１４】
好ましくは、上記超音波送受信機と上記反射部材との間には、シャフト部材が設けられている。【００１５】
好ましくは、上記可動部材は、上記超音波送受信機および上記反射部材の上記一方を覆うような形状を有しており、上記固定部材、上記可動部材および上記反射部材のうちの少なくともいずれかには、通気孔が設けられている。【００１６】
好ましくは、上記可動部材は、上記超音波送受信機および上記反射部材の上記一方を気密状または液密状に覆う形状を有している。【００１７】
好ましくは、上記固定部材には、上記超音波送受信機が設けられており、上記変形部には、上記反射部材が設けられている。
【発明の効果】
【００１８】
上記の距離測定装置によれば、超音波送受信機と反射部材との相対移動は、変形部のうちの固定部の他端部に接続された部分を起点として変形部が変形することによって実現される。筒状部材と棒状部材とを用いる場合には、必要な相対移動量（最大ストローク量）の分だけこれらの部材が軸方向に長く延びた形状を有している必要があるが、これに対して上記の距離測定装置によれば、変形部が上記の相対移動を実現できるため、筒状部材と棒状部材とを用いる場合に比べて小型化を図ることが可能であると言える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１における距離測定装置を示す斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図４】実施の形態１における距離測定装置の動作している様子を示す、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図５】比較例における距離測定装置を示す断面図である。
【図６】実施の形態２における距離測定装置を示す断面図である。
【図７】実施の形態３における距離測定装置を示す断面図である。
【図８】実施の形態４における距離測定装置を示す断面図である。
【図９】実施の形態４における距離測定装置の動作している様子を示す断面図である。
【図１０】実施の形態５における距離測定装置を示す断面図である。
【図１１】実施の形態６における距離測定装置を示す断面図である。
【図１２】実施の形態７における距離測定装置を示す断面図である。
【図１３】実施の形態８における距離測定装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００２１】
［実施の形態１］
図１〜図４を参照して、実施の形態１における距離測定装置１００について説明する。図１は、距離測定装置１００を示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図４は、距離測定装置１００の動作している様子を示す、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【００２２】
図１〜図３に示すように、距離測定装置１００は、固定部材１０、可動部材２０、超音波送受信機３０（図２，図３）、反射部材４０（図１，図２）および演算装置５０（図２）を備える。固定部材１０は、樹脂、金属、セラミックス、ゴム、エラストマーおよび木等からなり、円柱状（円盤状）の形状を有している。
【００２３】
可動部材２０は、固定部２１および変形部２２を含む。固定部２１は、円筒状の形状を有する。固定部２１の内周面は、平坦（平滑）な湾曲面の形状を有している。固定部２１の一端部２１ａ（図２）は、固定部材１０の表面に接続（固定）される。固定部２１の他端部２１ｂ（図２）は、変形部２２に接続される。固定部２１は、円筒状に限られず、たとえば角筒状などの、他の筒状の形状を有していてもよい。
【００２４】
変形部２２は、ロール形状を有する。ここで言うロール形状とは、中空の円形リングを、厚み方向（径方向に対して直交する方向）において２等分するように分割した際に得られる形状である。すなわち変形部２２の形状は、中空の円形リングを２等分割した際に得られる２つのうちの一方の部材の形状に等しい。変形部２２の径方向の外側部分は、たとえば接着剤などを用いて固定部２１の他端部２１ｂに固定される。可動部材２０は、固定部２１の他端部２１ｂと変形部２２の径方向の外側部分とが接続されているため、固定部２１の筒体開口部の径方向の寸法は、変形部２２の径寸法に応じて決められることができる。
【００２５】
固定部２１は、たとえば樹脂、金属、セラミックス、ゴム、エラストマーおよび木等からなる。変形部２２は、たとえばゴムおよびエラストマー等からなる。変形部２２は、弾性体（負荷を受けた後に、無負荷状態に戻ろうとする復元力が内部に発生する部材）からなることが好ましい。固定部２１および変形部２２は、異なる材質からなっていてもよいし、同一の材質からなっていてもよい。固定部２１および変形部２２の材質には、それぞれの大きさ、形状、機能、および製造方法などに応じて最適な材質を選択するとよい。
【００２６】
超音波送受信機３０は、送信部３１および受信部３２を含み、固定部材１０の表面に設けられている。超音波送受信機３０は、たとえば基板を用いたＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）技術により形成される。すなわち、送信部３１および受信部３２は、ＰＺＴなどの圧電セラミックスからなる圧電体を有する超音波素子から構成されていてもよいし、ＡｌＮなどの圧電薄膜からなる圧電体を有する超音波素子から構成されていてもよい。ＭＥＭＳ技術によれば、超音波送受信機３０をより小さく作成できる。
【００２７】
図２，図３では、送信部３１および受信部３２をそれぞれ分けて図示しているが、超音波送受信機３０としては、送信部の機能と受信部の機能とを一体的に備えた超音波トランスデューサを用いてもよい。
【００２８】
反射部材４０は、超音波送受信機３０から発信された超音波を反射する反射面を有している。反射部材４０は、この反射面が超音波送受信機３０に対向するように、変形部２２の径方向における内側部分に取り付けられている。本実施の形態では、反射部材４０は、可動部材２０の変形部２２の丁度中央の位置に設けられている。
【００２９】
演算装置５０は、超音波の送信から受信までの時間に基づいて、超音波送受信機３０と反射部材４０との間の距離Ｌ（図２）に関する情報を出力する。たとえば演算装置５０は、送信部３１の駆動電圧と受信部３２の出力とに対してそれぞれ閾値を設け、送信から受音までの時間の半分の時間に音速を掛けることで距離を算出することができる。
【００３０】
送信部３１から発信されて固定部２１や変形部２２で反射した超音波は、送信部３１から発信されて反射部材４０で直接反射した超音波よりも、時間的に遅れて受信部３２によって受信されるため、固定部２１や変形部２２の存在が出力値に影響することはほとんどない。本実施の形態では、超音波の送受波の際、固定部２１の内周面は平坦（平滑）な湾曲面の形状を有しているため、超音波が乱反射しにくく、正確に距離を測定することができる。
【００３１】
本実施の形態では、可動部材２０は、後述する反射部材４０とともに有底筒状の形状を呈しており、可動部材２０は、反射部材４０とともに超音波送受信機３０を覆うように固定部材１０の表面上に設けられている。好ましくは、可動部材２０は、反射部材４０とともに、超音波送受信機３０を気密状または液密状に覆う形状を有しているとよい。
【００３２】
図４を参照して、距離測定装置１００においては、超音波送受信機３０と反射部材４０との間の距離Ｌは、可動部材２０の変形部２２が、変形部２２のうちの固定部２１の他端部２１ｂに接続された部分を起点として変形することによって変更される。本実施の形態では、超音波送受信機３０と反射部材４０との間の距離Ｌは、変形部２２が曲げ変形することによって変更される。変形部２２が曲げ変形したとしても、変形部２２の長さ自体はほとんど若しくは全く変化せず、固定部２１の形状を筒状に維持できる。このような特徴を有する変形部２２は、１つの材質で作成することができ、たとえば金型などを用いて作製するとよい。
【００３３】
［比較例］
図５は、比較例における距離測定装置１００Ｚを示す断面図である。距離測定装置１００Ｚにおいては、超音波送受信機３０と反射部材４０との相対移動を実現するために、筒状部２４と、筒状部２４の内側に配置された弾性体２６と、弾性体２６の内側に配置される棒状部材２８とが用いられている。これらの構成は、いわゆるシリンダーおよびロッドの関係に類似しており、棒状部材２８は、筒状部２４および弾性体２６に対して軸方向に相対移動する。
【００３４】
［実施の形態１と比較例との対比］
距離測定装置１００Ｚにおいては、筒状部２４、弾性体２６および棒状部材２８は、反射部材４０の変位に必要な相対移動量（最大ストローク量）の分だけ軸方向に長く延びた形状を有している必要がある。すなわち、距離測定装置１００Ｚの場合には、小型化を図ることが難しいと言える。
【００３５】
図４を再び参照して、上述の実施の形態１における距離測定装置１００によれば、超音波送受信機３０と反射部材４０との相対移動は、変形部２２のうちの固定部２１の他端部２１ｂに接続された部分を起点として変形部２２が変形することによって実現される。変形部２２の変形により、超音波送受信機３０と反射部材４０との相対移動を実現できる。反射部材４０の変位に必要な相対移動量（最大ストローク量）を得るための構成は、実施の形態１の方が比較例の場合に比べて小さくて済む。したがって距離測定装置１００は、比較例の距離測定装置１００Ｚに比べて小型化を図ることが可能であると言える。
【００３６】
比較例の構成においては（図５参照）、弾性体２６と棒状部材２８とが摺接することによって弾性体２６が摩耗してしまうことが懸念され、弾性体２６の定期的な補修が必要となる。実施の形態１の構成によれば、変形部２２が摩耗してしまうようなことはない。固定部材１０、可動部材２０および反射部材４０によって、気密性ないし液密性の高い内部空間（距離測定に供される内部空間）を長期にわたって形成することができる（内側空間が汚れることもほとんどない）。
【００３７】
また、比較例の構成においては、弾性体２６と棒状部材２８とが摺接するという構成を採用しているため、棒状部材２８（反射部材４０）が移動を繰り返しているうちに、弾性体２６と棒状部材２８との間に異物が入り込んでしまう可能性がある。弾性体２６を用いない場合、すなわち筒状部２４と棒状部材２８とが直接接触するように構成する場合には、特に異物が入り込みやすい。異物は、装置の動作や測定結果に影響を及ぼす。実施の形態１の構成によれば、摺接という構成が採用されておらず、異物の入り込む余地もない。
【００３８】
［実施の形態２］
図６を参照して、実施の形態２における距離測定装置１０１について説明する。ここでは実施の形態２と、上述の実施の形態との相違点について説明する。上述の実施の形態１では、反射部材４０は、変形部２２の径方向における内側部分に取り付けられている。図６に示す距離測定装置１０１は、変形部２２が、保持部２２Ｔを有しており、保持部２２Ｔの表面に反射部材４０が設けられている。当該構成であっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。
【００３９】
［実施の形態３］
図７を参照して、実施の形態３における距離測定装置１０２について説明する。ここでは実施の形態３と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。上述の実施の形態１では、固定部２１および変形部２２は、異なる材質からなる。図７に示す距離測定装置１０２では、固定部２１および変形部２２は、同一の材質からなり、これらは一体的に形成される。当該構成によれば、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができるだけでなく、可動部材２０を金型などを用いて容易に作製できる。当該構成は、実施の形態１，２と組み合わせて実施することもできる。
【００４０】
［実施の形態４］
図８および図９を参照して、実施の形態４における距離測定装置１０３について説明する。ここでは実施の形態４と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。上述の実施の形態１では、変形部２２は、ロール形状を有する。図８に示す距離測定装置１０３では、変形部２２は、ディスク形状を有する。薄いディスク形状を有する変形部２２は、シート状の部材を打ち抜くことによって容易に作製できる。
【００４１】
図９に示すように、超音波送受信機３０と反射部材４０との間の距離は、変形部２２が伸縮変形することによって変更される。当該構成によれば、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができ、変形部２２が変形する際に固定部２１の形状を筒状に維持することもできる。当該構成は、実施の形態１〜３（変形部２２が曲げ変形する構成）と組み合わせて実施することもできる。
【００４２】
［実施の形態５］
図１０を参照して、実施の形態５における距離測定装置１０４について説明する。ここでは実施の形態５と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。上述の実施の形態１では、固定部２１は、円筒状の形状を有する。図１０に示す距離測定装置１０４では、固定部２１が、軸方向において内径がテーパー状に変化する形状を有している。本実施の形態では、一端部２１ａの側の内径の方が、他端部２１ｂの側の内径よりも大きい。一端部２１ａの側の内径の方が、他端部２１ｂの側の内径よりも小さくても構わない。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。固定部２１のテーパー具合等を最適化することによって、変形部２２や、距離測定装置そのものをより小型化するとよい。当該構成は、実施の形態１〜４と組み合わせて実施することもできる。
【００４３】
［実施の形態６］
図１１を参照して、実施の形態６における距離測定装置１０５について説明する。ここでは実施の形態６と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。距離測定装置１０５においては、超音波送受信機３０と反射部材４０との間に、シャフト部材４５が設けられている。反射部材４０とシャフト部材４５とは接続されている。シャフト部材４５が設けられていることによって、反射部材４０とシャフト部材４５とは接続されていることから、シャフト部材４５の直線的な動きに対応して反射部材４０も直線的に動く。この結果、反射部材４０の角度が変わらないため、反射部材４０が超音波送受信機３０から発信された超音波を一定の角度で反射することになり、測定精度を向上させることができる。固定部材１０、可動部材２０および超音波送受信機３０によって、気密性ないし液密性の高い内部空間が形成されている場合には、シャフト部材４５を外界から隔離し、長期に保護することが可能となる。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。当該構成は、実施の形態１〜５と組み合わせて実施することもできる。
【００４４】
［実施の形態７］
図１２を参照して、実施の形態７における距離測定装置１０６について説明する。ここでは実施の形態６と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。距離測定装置１０６においては、可動部材２０の固定部２１に、通気孔８０が設けられている。反射部材４０の可動範囲が大きいときであっても、内気圧の変化によって距離測定装置にかかる動作負荷を軽減すること若しくは無くすことが可能となる。通気孔８０は、固定部２１に限られず、固定部材１０に設けられていてもよいし、反射部材４０に設けられてもよいし、変形部２２に設けられていてもよい。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。当該構成は、実施の形態１〜６と組み合わせて実施することもできる。
【００４５】
［実施の形態８］
図１３を参照して、実施の形態８における距離測定装置１０７について説明する。ここでは実施の形態７と、上述の実施の形態１との相違点について説明する。上述の実施の形態１においては、固定部材１０に超音波送受信機３０が設けられており、変形部２２に反射部材４０が設けられている。図１３に示す距離測定装置１０７においては、変形部２２に超音波送受信機３０が設けられており、固定部材１０に反射部材４０が設けられている。
【００４６】
当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。すなわち、固定部材１０には、超音波送受信機３０および反射部材４０の一方が設けられていればよく、変形部２２には、超音波送受信機３０および反射部材４０の他方が、その一方に対向するように設けられていればよい。当該構成は、実施の形態１〜７と組み合わせて実施することもできる。
【００４７】
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１０  固定部材、２０  可動部材、２１  固定部、２１ａ  一端部、２１ｂ  他端部、２２  変形部、２２Ｔ  保持部、２４  筒状部、２６  弾性体、２８  棒状部材、３０  超音波送受信機、３１  送信部、３２  受信部、４０  反射部材、４５  シャフト部材、５０  演算装置、８０  通気孔、１００，１００Ｚ，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７  距離測定装置、Ｌ  距離。
【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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【国際調査報告】
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2016098762.tif 000017
2016098762.tif 000018
2016098762.tif 000019