(57)【要約】【課題】弾性部材が外部に露出することを防ぎかつ超音波センサの放射特性の変化を抑えることができる超音波送受信装置を提供する。【解決手段】超音波を送受信する送受面１ａを有した超音波センサ１と、開口部２ａから送受面１ａを露出させて超音波センサ１を収容するケース２と、ケース２の内面と超音波センサ１との間に配置される弾性部材４と、開口部２ａの縁部から内側に張り出して形成され、開口部２ａに面した弾性部材４に当接して覆う鍔部３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する送受面を有した超音波センサと、
開口部から前記送受面を露出させて前記超音波センサを収容するケースと、
前記ケースの内面と前記超音波センサとの間に配置される弾性部材と、
前記開口部の縁部から内側に張り出して形成され、前記開口部に面した前記弾性部材に当接して覆う鍔部とを備える超音波送受信装置。
【請求項２】
前記超音波センサは、前記開口部の側に前記弾性部材よりも突出していることを特徴とする請求項１記載の超音波送受信装置。
【請求項３】
前記鍔部は、前記送受面の側に下る傾斜面を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波送受信装置。
【請求項４】
前記鍔部および前記開口部を有する前記ケースの端面は、前記ケースの端面から前記鍔部へ連続して前記送受面の側に下る傾斜面を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波送受信装置。
【請求項５】
前記傾斜面は、一次関数で表される直線状に傾いていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超音波送受信装置。
【請求項６】
前記傾斜面は、二次関数で表される曲線状に傾いていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超音波送受信装置。
【請求項７】
前記傾斜面は、指数関数で表される曲線状に傾いていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超音波送受信装置。
【請求項８】
前記傾斜面は、双曲線関数で表される曲線状に傾いていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の超音波送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両のバンパなどに取り付けられて、超音波を送信し、その反射波を受信することにより車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置として利用される超音波送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電効果によって超音波を発振して空気中に送信し、送信した超音波の伝搬を遮る物体で反射された超音波を受信すると逆圧電効果によって電圧を発生する振動素子を備えた超音波センサが知られている。超音波センサは、例えば車両のバンパなどに取り付けられて、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に利用される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、振動素子が設けた超音波センサと、この超音波センサを収容するケースと、このケースと超音波センサとの間に配置される弾性部材とを備える超音波送受信装置が記載されている。この超音波送受信装置は、超音波センサで超音波を送受信する送受面が、車両のバンパに形成された貫通孔から外部に露出するように、上記ケースを介してバンパに取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８９９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される超音波送受信装置では、車両のバンパなどに取り付けたとき、超音波センサの送受面と共に、弾性部材も外部に露出する。弾性部材は、超音波センサの振動を制限するものであり、例えばシリコンゴムなどのゴム材料で形成されている。
しかしながら、シリコンゴムなどのゴム材料は、一般に、塗料の付着性が悪く、超音波センサの送受面およびバンパと同色で塗装することが困難である。このため、弾性部材が露出されたままになると、外部から弾性部材が目立ってしまい、デザイン性が低下する。
【０００６】
また、超音波センサと弾性部材との相対的な位置、すなわち超音波センサで弾性部材に覆われる範囲がずれると、弾性部材によって超音波センサの側面の振動が制限される範囲も変化する。超音波センサの送受面に近い側面の振動状態は送受面のたわみ振動にも影響を与えるため、弾性部材によって超音波センサの側面で振動が制限される範囲が変化すると、超音波センサの放射特性も変化する。
【０００７】
超音波センサが底面を送受面とした有底筒状であり、弾性部材が超音波センサの筒部分の外周を覆う筒状である場合、特許文献１のように超音波センサの送受面と弾性部材とが外部に露出した状態で超音波送受信装置を車両のバンパに取り付けると、車両の走行中の振動などによって弾性部材が超音波センサに沿った方向に動くことで位置ずれしやすい。
すなわち、超音波センサと弾性部材の相対的な位置が変化しやすいので、超音波センサの放射特性にばらつきが生じてしまう。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされ、弾性部材が外部に露出することを防ぎかつ超音波センサと弾性部材の相対的な位置を安定させた超音波送受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る超音波送受信装置は、超音波を送受信する送受面を有した超音波センサと、開口部から送受面を露出させて超音波センサを収容するケースと、ケースの内面と超音波センサとの間に配置される弾性部材と、開口部の縁部から内側に張り出して形成され、開口部に面した弾性部材に当接して覆う鍔部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、弾性部材が外部に露出することを防ぎかつ超音波センサと弾性部材の相対的な位置が安定す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に係る超音波送受信装置を示す正面図である。
【図２】図１の超音波送受信装置をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。
【図３】超音波センサのセンサ突出長さと放射音圧との関係を示すグラフである。
【図４】実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例１をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。
【図５】実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例２をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。
【図６】実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例３をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る超音波送受信装置を示す正面図であり、超音波送受信装置を超音波センサ１の送受面１ａ側から見た様子を示している。実施の形態１に係る超音波送受信装置は、例えば車両の前後にあるバンパなどに取り付けられて、車両の前方または後方に超音波を送信し障害物にて反射された超音波を受信して障害物の有無を検出するために用いられる。
【００１３】
図１において、送受面１ａは超音波センサ１で超音波を送受信する端面である。また、ケース２は、端面２ｂに開口部２ａが形成されており、開口部２ａから送受面１ａを露出させて超音波センサ１を収容する。また開口部２ａには、その縁部から内側に張り出した鍔部３が形成されている。超音波送受信装置は、ケース２を介してバンパなどに取り付けられる。
【００１４】
図２を用いて後述する弾性部材は、図１に示すように、鍔部３によって覆われて外部に露出していない。このため、実施の形態１に係る超音波送受信装置を車両のバンパなどに取り付ける場合、弾性部材に塗装する必要がなく、送受面１ａおよび鍔部３をバンパと同色で塗装することが可能となる。従って、バンパ、送受面１ａおよび鍔部３が共に同色となってデザイン性が向上する。
【００１５】
図２は、図１の超音波送受信装置をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。図２に示すように、実施の形態１に係る超音波送受信装置は、超音波センサ１、ケース２、鍔部３、および弾性部材４を備えて構成される。また、超音波センサ１は、金属ケース１ｂ、振動素子１ｃおよび入出力端子１ｄを備える。
【００１６】
金属ケース１ｂは、有底筒状のケースであり、底部の内面に振動素子１ｃが接着されている。振動素子１ｃは、円板状の圧電素子を用いて形成され、電圧を印加すると圧電効果により面方向（直径方向）に伸縮して超音波を発振し、超音波を受信すると逆圧電効果により電圧を発生して電気信号を出力する。これにより、金属ケース１ｂの底面は、超音波を送受信する送受面１ａとして機能する。
なお、金属ケース１ｂの内部に充填材を充填して、金属ケース１ｂの開口側を封止してもよい。
【００１７】
入出力端子１ｄは、振動素子１ｃへの駆動電圧の供給と振動素子１ｃからの信号の送出を行うプラス側およびマイナス側のリード線である。なお、図示を省略したが、入出力端子１ｄには、超音波センサ１を駆動させる駆動回路、振動素子１ｃからの信号を増幅してノイズ除去などの信号処理を行う信号処理回路が電気的に接続される。
【００１８】
ケース２は、開口部２ａを端面２ｂに有し、この開口部２ａの縁部から内側に張り出す鍔部３が形成されたケースであり、開口部２ａから送受面１ａを露出させた状態で超音波センサ１を収容する。また、ケース２は、超音波送受信装置を取り付ける取り付け部と同じ材料で形成することが望ましい。例えば、ポリプロプレンのような車両のバンパ材料と同じ樹脂材料でケース２を形成する。
なお、製造性の面で、ケース２の開口部２ａとは反対側の少なくとも一部に貫通箇所を設けることが望ましい。
【００１９】
弾性部材４は、超音波センサ１の金属ケース１ｂの側面を覆う筒状の弾性部材であり、シリコンゴムなどのゴム材料で形成される。超音波センサ１がケース２に収容されることにより、弾性部材４は、ケース２の内面と超音波センサ１との間に配置される。
振動素子１ｃの振動によって金属ケース１ｂの送受面１ａ（底面）にたわみ振動が発生すると、これに連動して金属ケース１ｂの側面も振動する。金属ケース１ｂの側面の振動状態は、送受面１ａのたわみ振動にも影響を与える。
弾性部材４は、このような金属ケース１ｂの側面の振動を制限して、超音波センサ１が送受面１ａで適切な振動を行えるようにする。また弾性部材４は、ケース２の内面と超音波センサ１との間に配置されることで、ケース２への振動の伝達も防止する。
【００２０】
また、鍔部３は、開口部２ａの縁部から内側に張り出して形成され、図２に示すように開口部２ａに面した弾性部材４に当接して覆っている。従って、弾性部材４は、図１で示したように、鍔部３によって遮蔽されて開口部２ａから外部に露出しない。
さらに、鍔部３によって弾性部材４の超音波センサ１に沿った方向の動きが規制され、弾性部材４は当初の位置に固定される。これにより、超音波センサ１と弾性部材４の相対的な位置が安定し、超音波センサ１の放射特性のばらつきを低減することができる。
なお、超音波センサ１は、図２に示すように、開口部２ａの側に予め定められた長さＬだけ弾性部材４よりも突出するよう配置される。
【００２１】
次に動作について説明する。
超音波センサ１において、入出力端子１ｄを介して振動素子１ｃに電圧を印加すると、振動素子１ｃは直径方向に伸縮する。このとき、金属ケース１ｂの底面（送受面１ａ）は直径方向に伸縮せず変化しないため、金属ケース１ｂの送受面１ａには、振動素子１ｃの伸縮によってたわみ振動が生じる。このたわみ振動により超音波が送受面１ａから空気中に放射される。
【００２２】
一方、金属ケース１ｂの送受面１ａのたわみ振動の発生に連動して、金属ケース１ｂの側面にも振動が生じる。この金属ケース１ｂの側面の振動状態は、底面（送受面１ａ）のたわみ振動にも影響を与える。なお、金属ケース１ｂの側面の振動は、金属ケース１ｂの側面を弾性部材４で覆うことで制限することができる。
【００２３】
金属ケース１ｂの側面を適切に振動させて、送受面１ａから適切な放射音圧で超音波を放射するためには、超音波センサ１を、予め定められた長さＬ（以下、センサ突出長さと記載する）だけ開口部２ａの側に弾性部材４よりも突出させる必要がある。
なお、センサ突出長さＬは、金属ケース１ｂの厚さＤ以上かつケース２から突出しない範囲の長さとする。
【００２４】
弾性部材４が金属ケース１ｂの側面をほぼ全て（Ｌ≒０）覆っていると、送受面１ａの外周部分がリジットになってたわみ振動が抑制される。これに対し、センサ突出長さＬを上記範囲とした場合、金属ケース１ｂの送受面１ａに近い側面部分の振動が制限されず、送受面１ａの外周部分がリジットにならない。これにより、送受面１ａのたわみ振動への影響が小さくなり、放射音圧が良好になる。
なお、このときの超音波センサ１と弾性部材４の相対的な位置は、鍔部３によって弾性部材４の動きが規制されて固定される。
【００２５】
図３は、シミュレーションにより求めた超音波センサ１のセンサ突出長さと放射音圧との関係を示すグラフである。図３において、横軸は超音波センサ１と弾性部材４との相対的な位置関係を示すセンサ突出長さＬを表し、縦軸は超音波の放射音圧を表している。
図３から明らかなように、センサ突出長さＬを変えると、これに応じて放射音圧も変化することがわかる。すなわち、センサ突出長さＬが変化した場合、超音波センサ１の放射特性がばらつくことになる。
【００２６】
これに対して、本発明に係る超音波送受信装置では、鍔部３によって弾性部材４の動きが規制され、超音波センサ１と弾性部材４の相対的な位置が固定されている。すなわち、超音波センサ１のセンサ突出長さＬは変化せず、予め定められた長さが維持されるので、放射音圧が安定して超音波センサ１の放射特性のばらつきを低減することができる。
【００２７】
さらに、超音波センサ１は、センサ突出長さＬだけ開口部２ａの側に弾性部材４よりも突出しているので、金属ケース１ｂの底面部（送受面１ａ）の側面の振動は制限されなくなる。このため、送受面１ａの外周部分がリジットにならず、送受面１ａのたわみ振動への影響が小さくなるので、結果として良好な放射音圧を示すことになる。
【００２８】
また図２に示すように、鍔部３の全周または一部に送受面１ａの側に下る傾斜面を形成する。このようにすることで、送受面１ａが露出するケース２の開口面が実質的に広がるため、鍔部３がホーンとして機能することができる。これにより、超音波センサ１の指向特性が先鋭化すると共に、放射音圧が増大する効果が得られる。
【００２９】
なお、傾斜面の傾きはホーン形状に対応する。
従って、図２に示すように、一次関数で表される直線状の傾きを傾斜面に持たせることで、ホーン形状をコニカルホーンとすることができる。
【００３０】
また、図２では、鍔部３のみに傾斜面を設けた場合を示したが、ケース２の端面２ｂを含めた部分まで傾斜面を設けてもよい。
すなわち、鍔部３およびケース２の端面２ｂの全周または一部に対し、ケース２の端面２ｂから鍔部３へ連続して送受面１ａの側に下る傾斜面を形成する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口面を実質的にさらに広げることができる。これにより、さらなる指向特性の先鋭化と放射音圧の増大を図ることができる。
【００３１】
図４は、実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例１をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。図４に示す超音波送受信装置は、図２と基本的に同じ構成であるが、鍔部３ａを備える点が異なる。鍔部３ａは、二次関数で表される曲線状に傾いた傾斜面を有する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口部分をパラボリックホーンとして機能させることができる。これによっても開口面が実質的に広がり、超音波センサ１の指向特性が先鋭化すると共に、放射音圧が増大する。
【００３２】
なお、図４では、鍔部３ａのみに傾斜面を設けた場合を示したが、ケース２の端面２ｂを含めた部分まで傾斜面を設けてもよい。
すなわち、鍔部３ａおよびケース２の端面２ｂの全周または一部に対し、ケース２の端面２ｂから鍔部３ａへ連続して送受面１ａの側に下る傾斜面を形成する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口面を実質的にさらに広げることができる。これにより、さらなる指向特性の先鋭化と放射音圧の増大を図ることができる。
【００３３】
図５は、実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例２をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。図５に示す超音波送受信装置は、図２と基本的に同じ構成であるが、鍔部３ｂを備える点が異なる。鍔部３ｂは、指数関数で表される曲線状に傾いた傾斜面を有する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口部分をエクスポネンシャルホーンとして機能させることができる。これによっても、開口面が実質的に広がるので、超音波センサ１の指向特性が先鋭化すると共に、放射音圧が増大する。
【００３４】
なお、図５では、鍔部３ｂのみに傾斜面を設けた場合を示したが、ケース２の端面２ｂを含めた部分まで傾斜面を設けてもよい。
すなわち、鍔部３ｂおよびケース２の端面２ｂの全周または一部に対し、ケース２の端面２ｂから鍔部３ｂへ連続して送受面１ａの側に下る傾斜面を形成する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口面を実質的にさらに広げることができる。これにより、さらなる指向特性の先鋭化と放射音圧の増大を図ることができる。
【００３５】
図６は、実施の形態１に係る超音波送受信装置の変形例３をＡ−Ａ線で切った断面矢示図である。図６に示す超音波送受信装置は、図２と基本的に同じ構成であるが、鍔部３ｃを備える点が異なる。鍔部３ｃは双曲線関数で表される曲線状に傾いた傾斜面を有する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口部分をハイパーボリックホーンとして機能させることができる。
これによっても開口面が実質的に広がるので、超音波センサ１の指向特性が先鋭化すると共に、放射音圧が増大する。
【００３６】
なお、図６では、鍔部３ｃのみに傾斜面を設けた場合を示したが、ケース２の端面２ｂを含めた部分まで傾斜面を設けてもよい。
すなわち、鍔部３ｃおよびケース２の端面２ｂの全周または一部に対し、ケース２の端面２ｂから鍔部３ｃへ連続して送受面１ａの側に下る傾斜面を形成する。
このように構成することで、送受面１ａが露出するケース２の開口面を実質的にさらに広げることができる。これにより、さらなる指向特性の先鋭化と放射音圧の増大を図ることができる。
【００３７】
以上のように、この実施の形態１によれば、超音波送受信装置が、超音波を送受信する送受面１ａを有した超音波センサ１と、開口部２ａから送受面１ａを露出させて超音波センサ１を収容するケース２と、ケース２の内面と超音波センサ１との間に配置される弾性部材４と、開口部２ａの縁部から内側に張り出して形成され、開口部２ａに面した弾性部材４に当接して覆う鍔部３，３ａ〜３ｃとを備える。
このように構成することで、開口部２ａに面した弾性部材４が、鍔部３，３ａ〜３ｃによって被覆されて、弾性部材４が外部に露出することがない。
ケース２は、バンパなどの取り付け部と同じ材料（例えば、樹脂材料）で作成することができ、鍔部３，３ａ〜３ｃは、ケース２と同じ材料で一体に形成される。
従って、鍔部３，３ａ〜３ｃは、超音波センサ１の送受面１ａおよびバンパと同色で塗装することができ、デザイン性を向上させることができる。
さらに、弾性部材４は、鍔部３，３ａ〜３ｃに当接されて開口部２ａの側に動くことが規制されて、超音波センサ１と弾性部材４の相対的な位置を安定させることができる。
従って、超音波センサ１の放射特性のばらつきを低減できる。
【００３８】
また、この実施の形態１によれば、超音波センサ１は、開口部２ａの側に弾性部材４よりも突出している。このように構成することで、超音波センサ１の送受面１ａの外周部分が弾性部材４によってリジットにならず送受面１ａのたわみ振動への影響が小さくなる。これにより、良好な放射音圧を得ることができる。
【００３９】
さらに、この実施の形態１によれば、鍔部３，３ａ〜３ｃが、送受面１ａの側に下る傾斜面を有する。これによって、送受面１ａが露出するケース２の開口面が実質的に広がるため、鍔部３をホーンとして機能する。従って、超音波センサ１の指向特性が先鋭化すると共に、放射音圧が増大する効果を得ることができる。
【００４０】
さらに、この実施の形態１によれば、鍔部３，３ａ〜３ｃおよび開口部２ａを有するケース２の端面２ｂが、ケース２の端面２ｂから鍔部３，３ａ〜３ｃへ連続して送受面１ａの側に下る傾斜面を有する。これにより、送受面１ａが露出するケース２の開口面を実質的にさらに広げることができるので、さらなる指向特性の先鋭化および放射音圧の増大を図ることができる。
【００４１】
さらに、この実施の形態１によれば、上述した傾斜面は、一次関数で表される直線状に傾いている。このように構成することにより、鍔部３またはケース２の端面２ｂおよび鍔部３をコニカルホーンとして機能させることができる。
【００４２】
さらに、この実施の形態１によれば、上述した傾斜面は、二次関数で表される曲線状に傾いている。このように構成することにより、鍔部３ａまたはケース２の端面２ｂおよび鍔部３ａをパラボリックホーンとして機能させることができる。
【００４３】
さらに、この実施の形態１によれば、上述した傾斜面は、指数関数で表される曲線状に傾いている。このように構成することにより、鍔部３ｂまたはケース２の端面２ｂおよび鍔部３ｂをエクスポネンシャルホーンとして機能させることができる。
【００４４】
さらに、この実施の形態１によれば、上述した傾斜面は、双曲線関数で表される曲線状に傾いている。このように構成することにより、鍔部３ｃまたはケース２の端面２ｂおよび鍔部３ｃをハイパーボリックホーンとして機能させることができる。
【００４５】
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  超音波センサ、１ａ  送受面、１ｂ  金属ケース、１ｃ  振動素子、１ｄ  入出力端子、２  ケース、２ａ  開口部、２ｂ  端面、３，３ａ〜３ｃ  鍔部、４  弾性部材。
【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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