JP2004159351A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 円形状の振動面を有し、水平方向と垂直方向とで指向性が異なる超音波振動子において、その組付け方向を間違えないようにする。
【解決手段】 超音波振動子は、ハウジング１１を有し、その内部に圧電素子１２が取り付けられている。このハウジング１１には、内部空間１３が形成されており、この内部空間１３を縦と横で径が異なった形状にすることにより、水平方向と垂直方向とで指向性を異ならせることができる。ここで、振動面１１ａは円形状で、ハウジング１１の両側面には平面部１７が形成されている。この平面部１７によって、超音波振動子の水平方向と垂直方向を識別することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波振動子を有する超音波センサに関し、この超音波センサとしては、例えば車両のバンパーに取り付けて車両後方あるいはコーナー部の障害物を検出する車両用障害物検出装置に用いることができる。

従来、車両用障害物検出装置において、車両のバンパーに超音波センサを取り付け、車両後方あるいはコーナー部に超音波を送信し、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。ここで、超音波センサは、ケース内に超音波振動子を組み付けて構成されている。この超音波振動子は、円形状の振動面を有し、電圧を印加すると圧電効果により振動して超音波信号を送信するとともに、この送信した超音波信号の反射を受信すると逆圧電効果により電圧を発生する圧電素子を備えたもので、水平方向と垂直方向とで指向性が等しくなっている。

また、車両外部の障害物を検出する場合、地面を障害物として検出せず、かつ水平方向の検知エリアを大きくするため、超音波振動子を収納するケースに、垂直方向に長い長円の開口部を形成し、その開口部の奥に超音波振動子を設けて、超音波センサの指向性を、垂直方向で狭く水平方向で広くしている。

このように従来の超音波センサでは、水平方向と垂直方向とで指向性が等しい超音波振動子を用い、ケースの開口部の形状を工夫することによって、超音波センサとしての所望の指向特性を得るようにしている。

これに対し、近年、水平方向と垂直方向とで指向性が異なる超音波振動子が提案されている。この超音波振動子は、その振動面を長円形状にすることで、水平方向と垂直方向の指向性を異ならせている。

しかしながら、この種の超音波振動子においては、その振動面を円形状にするのが好ましく、そのように振動面を円形状にした場合、超音波振動子自身が水平方向と垂直方向とで異なる指向性を有しているため、超音波振動子をケース内に組み付ける際に、水平方向と垂直方向とを間違えて取り付けてしまう可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みたもので、円形状の振動面を有し、水平方向と垂直方向とで指向性が異なる超音波振動子とした場合に、その組付け方向を間違えないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の超音波センサにおいては、外側表面が円形状の振動面（１１ｂ）となっている振動部（１１ａ）を有する中空状のハウジング（１１）と、このハウジングにおける前記振動部の内側表面に貼り付けられた圧電素子（１２）とからなる超音波振動子と、円形状の開口面（２２ａ）を有し、前記超音波振動子がその開口面から挿入されて内部に組み付けられるケース（２２）とを備え、前記ケースは、超音波センサの上下方向と左右方向とが識別できる形状（２６）となっており、前記超音波振動子のハウジングの内部空間（１３）は、縦と横で径が異なって、超音波振動子の指向性を水平方向と垂直方向とで異ならせる形状となっており、前記ハウジングに前記水平方向と前記垂直方向とを識別するための識別手段（１７、１８）が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、超音波振動子の水平方向と垂直方向との識別を行うことができるため、超音波振動子をケースの内部に組付ける際に、組付け方向を間違えないようにすることができる。

請求項２に記載の発明は、前記識別手段が、前記ハウジングの側面に形成された平面部であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記平面部が、前記ハウジングの両側面に形成されていることを特徴としている。この場合、請求項４に記載の発明のように、前記ハウジングの両側面に形成された平面部の上下方向が前記垂直方向の指向性を示すようにすることができる。

請求項５に記載の発明は、前記ケースの識別できる形状が、ケースの両側面に形成された平面部であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明のように、前記ケースが車両のバンパーに形成された取り付け穴（３１）に挿入され取り付けられると共に、前記バンパーの取り付け穴が前記ケースの平面部と適合するように長円形に形成されることを特徴としている。この場合、超音波センサを車両のバンパーに取り付ける際に取付け方向を間違えないようにすることができる。

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る超音波振動子の構成を示す。（ａ）は超音波振動子の正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は裏面図である。この超音波振動子は、中空状のハウジング１１の中に充填物１６が充填されて構成されており、この充填物１６を取り除いた状態の側面断面図、裏面図を、図１（ｄ）、（ｅ）に示す。なお、図１（ｄ）は、図１（ｅ）のＡ−Ａ断面図である。

超音波振動子は、導電性のハウジング１１の中に圧電素子１２を有して構成されている。ハウジング１１の内部には、図１（ｄ）に示すように、内部空間１３が形成されており、圧電素子１２がハウジング１１における振動部１１ａの内側表面に貼り付けられている。この振動部１１ａの外側表面、すなわち振動面１１ｂは、円形状になっている。

圧電素子１２には、リード１５の一端がはんだ付けされている。また、ハウジング１１には、内部側面に切り欠き部１４が形成されており、この切り欠き部１４に、リード１５の他端がはんだ付けされている。このことによって、ハウジング１１を介して圧電素子１２の両端に交流信号を印加することができる。内部空間１３は、図１（ｅ）に示すように、裏面から見た場合、縦と横で径が異なる形状（長方形に角が丸くなった形状）になっている。内部空間１３をこのような形状にすることにより、水平方向と垂直方向とで指向性を異ならせることができる。図２に、この超音波振動子の指向特性を示す。垂直方向に比べて水平方向に広い指向性を有している。なお、図１においては、上下方向が指向性の狭い垂直方向、左右方向が指向性の広い水平方向となっている。

この内部空間１３には、リード１５のはんだ付けを行った後、圧電素子１２側から順に、フェルト、シリコンの充填物１６が充填される。また、超音波振動子には、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、表面が平らな平面部１７がハウジング１１の両側面に形成されている。この平面部１７によって、図１（ａ）の上下方向が垂直方向の指向性、左右方向が水平方向の指向性を有していることを識別することができる。

図３に、図１に示す超音波振動子（図３において符号１０で示す）を有する超音波センサを車両のバンパーに取り付けた状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。超音波センサは、超音波振動子１０と、超音波を発生させる駆動電圧を超音波振動子１０に印加するとともに超音波振動子１０から逆起電圧効果により発生した電圧を処理する処理回路２１とが、樹脂で構成されたケース２２内に組み付けられて構成されている。

ケース２２内には、超音波振動子１０からケース２２への振動伝達を防止する防振部材（シリコンゴム）２３が超音波振動子１０の周囲に設けられている。また、防湿用シリコン樹脂２４が処理回路２１の後部に充填されている。処理回路２１は、ハーネス２５を介して図示しないコントローラに接続され、このコントローラにて車両後方あるいはコーナー部の障害物検出が行われる。

ケース２２は、円形状の開口面２２ａを有しており、超音波振動子１０および防振部材２３は、その開口面２２ａ側から図の右方向に挿入されて組み付けられる。ケース２２には、突起部２２ｂが形成されており、これによって超音波振動子１０および防振部材２３の挿入位置が規制される。この組付けによって、ケース２２の開口面２２ａと超音波振動子１０の振動面１１ｂとが略同一の面に位置し、またそれぞれの外形形状が同心円の関係になる。

また、超音波振動子１０のリード１５は、処理回路２１にはんだ付けされて処理回路２１に電気的に接続される。そして、処理回路２１がケース２２の裏側から図の左方向に挿入され、この後、防湿用シリコン樹脂２４がケース２２の後部に充填される。このようにして、図３に示す超音波センサ２０が組み付けられる。

ここで、上述したように超音波振動子１０は水平方向と垂直方向で指向性が異なっているので、超音波振動子１０をケース２２内に組み付ける場合、超音波振動子１０を上下逆に組み付けてもよいが、上下と左右を逆に組み付けると所望の指向特性を得ることができなくなる。このため、超音波振動子１０には、図１に示すように、ハウジング１１の両側面に平面部１７が形成されており、この平面部１７が図３において上下に位置するように、超音波振動子１０をケース２２内に組み付けることによって、超音波振動子１０の組付け方向を間違えないようにすることができる。従って、超音波振動子１０に形成された平面部１７は、水平方向、垂直方向を識別するための識別手段、あるいは超音波振動子１０を組付ける際の位置合わせ手段として機能する。

また、超音波センサ２０を車両のバンパーに取り付ける際にも、超音波センサ２０の上下と左右を間違えないようにする必要がある。このため、図４に示すように、車両のバンパー３０には長円形の取り付け穴３１が設けられており、この取り付け穴に適合するように、超音波センサ２０のケース２２には、図５（ａ）の斜視図、図５（ｂ）の裏面図に示すように、表面が平らな平面部２６が両側面に形成されている。

従って、車両のバンパー３０に形成された取り付け穴３１に超音波センサ２０のケース２２を挿入することにより、超音波センサ２０の上下と左右を間違えることなく車両のバンパーに取り付けることができる。このことによって、車両後方あるいはコーナー部の
障害物検出を行う際に、超音波センサ２０の指向性を水平方向で広く、垂直方向で狭くすることができ、所望の指向特性を得ることができる。

また、上述した実施形態においては、超音波振動子１０の振動面１１ｂを、超音波センサ２０におけるケース２２の開口面２２ａと略同一の面で、かつ外形形状が同心円の関係になるように、位置させている。従来の超音波センサにおいては、超音波振動子が開口部の奥に設けられているため、超音波センサを車両のバンパーに取り付けた場合に、バンパーに穴が開いているように見えて見栄えが悪くなり、また開口部から異物が混入すると障害物検出ができなくなるという問題があるが、上述した実施形態によれば、超音波振動子１０が超音波センサ２０の開口部を塞ぐように構成されるため、超音波センサ２０の外観上の見栄えがよくなり、またケース２２内に異物が混入するのを防止することができる。

なお、上述した実施形態においては、超音波振動子１０の水平方向と垂直方向を識別するための外形形状として、超音波振動子１０の両側面に平面部１７を形成するものを示したが、図６に示すように側面に１つの平面部１７を設ける形状、あるいは図７に示すように側面に１つの突起部１８を形成するものなど、他の種々の形状とすることができる。なお、図６、図７において、それぞれ（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

また、超音波センサのケース２１においても、超音波センサの水平方向と垂直方向とが識別できる外形形状であれば、上記した平面部２６以外の形状を有するように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る超音波振動子の構成を示す図である。 図１に示す超音波振動子の指向特性を示す図である。 図１に示す超音波振動子を有する超音波センサを車両のバンパーに取り付けた状態を示す図である。 車両のバンパーに超音波センサを取り付けるための取り付け穴が形成されている状態を示す図である。 超音波センサの外観構成を示す図である。 超音波振動子の他の実施形態を示す図である。 超音波振動子のさらに他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０…超音波振動子、１１…ハウジング、１１ｂ…振動面、１２…圧電素子、１３…内部空間、１７…ハウジング１１に形成した平面部、２０…超音波センサ、２１…処理回路、２２…ケース、２２ａ…開口面、２６…ケース２２に形成した平面部。

Claims (6)

1. 外側表面が円形状の振動面（１１ｂ）となっている振動部（１１ａ）を有する中空状のハウジング（１１）と、このハウジングにおける前記振動部の内側表面に貼り付けられた圧電素子（１２）とからなる超音波振動子と、
   円形状の開口面（２２ａ）を有し、前記超音波振動子がその開口面から挿入されて内部に組み付けられるケース（２２）とを備えた超音波センサであって、
   前記ケースは、超音波センサの上下方向と左右方向とが識別できる形状（２６）となっており、
   前記超音波振動子のハウジングの内部空間（１３）は、縦と横で径が異なって、超音波振動子の指向性を水平方向と垂直方向とで異ならせる形状となっており、
   前記ハウジングに前記水平方向と前記垂直方向とを識別するための識別手段（１７、１８）が形成されていることを特徴とする超音波センサ。
2. 前記識別手段は、前記ハウジングの側面に形成された平面部であることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記平面部は、前記ハウジングの両側面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
4. 前記ハウジングの両側面に形成された平面部の上下方向が前記垂直方向の指向性を示すようになっていることを特徴とする請求項３に記載の超音波センサ。
5. 前記ケースの識別できる形状は、ケースの両側面に形成された平面部であることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
6. 前記ケースは、車両のバンパーに形成された取り付け穴（３１）に挿入されて取り付けられると共に、前記バンパーの取り付け穴は、前記ケースの平面部と適合するように長円形に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ。

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