JP2686528B2 - 超音波距離センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、単一の超音波送受信体により超音波を送
受信し反射波の到達時間を計時することにより近接距離
を検出する超音波距離センサの改良に関する。 ［従来の技術］ 近時、車両に搭載し、車高距離や車両と周辺障害物と
の距離等を計測する各種超音波距離センサが開発されて
いる。 前記車高距離を計測する超音波距離センサ（以下単に
「路面センサ」という。）は、車両の床下に取付けられ
ると共に車両床部と路面との距離を計測するために開発
されたセンサであり、車両の走行中に於ける路面と車体
間の距離を時系列的に計測するセンサである。そして該
路面センサの出力信号はサスペンションの硬さ及び車高
を制御するサスペンション制御装置へ接続され、例えば
路面の凹凸により路面と車体間の距離が大きく変化する
場合はサスペンションを硬く若しくは車高を高く制御
し、一方平坦な路面により距離が比較的変化しない場合
はサスペンションを軟らかく若しくは車高を低く制御す
るために用いられる。 又車両の周辺物体又は歩行者等との距離を計測する超
音波距離センサ（以下単に「障害物センサ」という。）
は、車両のバンパ近傍や車両の側方に取付けられ車両の
車庫入れ時や左右折時等に於いて車両に相対的に接近す
る障害物及び歩行者等を検知し、車室内に設けられた表
示部に距離を表示する手段や接触防止の為に警報音又は
ボイスウォーニング音を発生する装置にいわゆる警報セ
ンサとして使用される。 これらの超音波距離センサは送信部（センダ）と受信
部（レシーバ）とが一対で構成されたものが一般的であ
るが、例えば、特開昭50−129252号公報に開示されるよ
うに単一の超音波送受信体で構成するほうが価格面及び
小型軽量化，部品点数の削減の面で有利であるといえ
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら単一の超音波送受信体を車両に搭載し超
音波距離センサとして採用する場合、次の様な問題点を
解決する必要があった。 ａ）例えば、路面センサは約20〜30［cm］程度の車高距
離を計測する必要がある。当該近接距離間で超音波を送
受信する場合、超音波送受信タイミングから路面での反
射波を受信するタイミングまでに要する時間は常温で約
1.2〜1.8［mSec］である。ところが、超音波送受信体は
超音波を送信した後しばらくの間、例えば第７図の時間
t7例えば約20［mSec］の間、残響音を発しており、受信
信号ｒが残響信号ｓ中に埋没してしまい、反射波の到達
時間を検知することが困難であった。この問題点は障害
物センサに於いても同様である。 ｂ）超音波送受信体は制御回路からのタイミング信号に
より出力トランジスタを介して駆動される。前記タイミ
ング信号は例えば、約0.3［mSec］の短い時間のパルス
幅の信号であり、所定時間毎例えば、約20［mSec］毎に
時系列的に発信される信号である。 そのため前記出力トランジスタの消費電力は小さく、
したがって小型の出力トランジスタを使用し得る。 しかし、制御回路の故障や誤配線等によって例えば、
第６図の時間t6で示すごとく出力トランジスタがオン作
動のままに成ると出力トランジスタの消費電力は一挙に
数十倍に上昇することに成り、出力トランジスタの焼損
等を生じることとなる。 ｃ）超音波送受信体は、雨や洗車の水が大量且つ頻繁に
掛かる場所に設置されるため、超音波送受信体の振動面
が位置するケース開口部から毛細管現象等によりケース
内部へ水及び湿気が浸入する問題点が有った。 ［問題点を解決するための手段］ この発明は前述した問題点に対処すべく発明したもの
であり、単一の超音波送受信体を弾性部材を介してケー
スに圧入固定した超音波距離センサに於いて、前記弾性
部材を、円筒状に成形するとともに前記超音波送受信体
の振動面の外周及び側面に装着した第１弾性部材と、円
盤状に成形するとともに前記超音波送受信体の裏面に装
着した第２弾性部材とで構成し、前記第１弾性部材の一
端に設けた第１ビードを前記超音波送受信体の振動面が
位置するケースの開口部に配置し、前記第１弾性部材の
他端に設けた第２ビードを前記超音波送受信体の側面と
ケースの収納部の内壁との間に配置したことを特徴とす
る超音波距離センサを提供する。 ［作用］ 前記単一の超音波送受信体は、制御回路からのタイミ
ング信号によって時系列的に超音波を発信し、又その反
射波を受信する。該超音波送受信体は、他の可聴音を発
生するスピーカーや楽器のように残響音を発生する性質
を有している。しかし当該超音波送受信体は前記のごと
くビードを有する弾性部材によってケースに圧入固定さ
れており、該ビードによって超音波送受信体はケースに
強固に固定されるため残響音は減衰される。 又、超音波送受信体は車両の外方向に向けて搭載され
ており、雨や洗車の水が大量且つ頻繁に掛かる場所に設
置されるが、前記ビードは防水パッキンの役割もしてい
る。 特に、第一弾性部材の一端に設けた第１ビードを超音
波送受信体の振動面が位置するケースの開口部に配置し
たことにより、該ケース開口部から毛細管現象等による
ケース内部への水及び湿気の浸入が防止される。又、ケ
ース開口部は超音波送受信体の振動面に最も近いため、
この位置にビードを設けることによって残響音の減衰効
果は更に向上される。 ［実施例］ 第１図〜第５図は、この発明の好適な実施例を示した
図面であり、第１図は超音波送受信体をケースに取付け
た断面図、第２図は第１図に示すものを分解した立体
図、第３図は第１図に示すものを分解した上面図、第４
図は第１図に示す超音波送受信体を含む回路例を示した
電気回路図、第５図は第４図の各部の電気特性図であ
る。 図面に於いて、１は超音波送受信体、２は第１弾性部
材、３は第２弾性部材、４はケース、５はカバー、６は
タッピンネジ、７はリード線である。 前記超音波送受信体１は、圧電素子（図示せず）を内
設した振動体であり、振動面11、側面12及び裏面13を有
する。そして他励振によって例えば、約30［KHz］の超
音波を発生する。 第１弾性部材２は、ゴム等を円筒状に成形したもので
あり、一端に第１ビード21を、他端に第２ビード22をそ
れぞれ設けている。そして第１ビード21は、前記超音波
送受信体１の振動面11が位置するケース４の開口部41に
配置し、第２ビード22は、前記超音波送受信体１の側面
12とケース４の収納部42の内壁との間に配置するように
している。 第２弾性部材３は、前記第１弾性部材２と同一の材料
を円盤状に成形したものであり、内周縁に第１ビード31
を外周縁に第２ビード32を有し、前記超音波送受信体１
の裏面13に装着して水密構造を形成している。 ケース４及びカバー５は、プラスチック若しくはダイ
キャスト等の成形品であり、ケース４は第１弾性部材２
の外径寸法d1に比べてやや小径の内径寸法d2の収納部42
を有している。 ここで前記各構成の組付順序を説明すると、先ず超音
波送受信体１に第１弾性部材２を装着し、次にこの組合
せ品をケース４に嵌装する。このとき第１弾性部材２の
外径寸法d1は第２ビード22の張出し寸法分だけケース４
の内径寸法d2より大きい外径寸法に形成されている。そ
のため、前記組合せ品はケース内に圧入して装着される
こととなる。 次に、第２弾性部材３を前記超音波送受信体１の上に
載置し、更にカバー５を被せ、タッピンネジ６でカバー
５をケース４に締付け固定する。このタッピンネジ６の
締付けによって第１弾性部材の第１ビード21がケース４
に圧接される。 しかして上述のように超音波送受信体１は第１弾性部
材２及び第２弾性部材３によってケース４に圧入固定さ
れるので、第５図Ｅに示す送信波形Ｓのように残響音が
減衰される。 次に、第４図に示す回路図について構成及び作動を説
明する。 第４図に於いて、10は制御回路、11は保護回路、12は
発振回路、13は出力回路、14はハイパスフィルタ、15は
増幅回路、16は検波回路、17は波形整形回路である。 制御回路10は、トランジスタ101、抵抗102,103及びイ
ンバータ104によって構成されており、前記トランジス
タ101のベースはマイクロコンピュータ（図示せず）等
の回路に接続されている。該制御回路10はマイクロコン
ピュータのプログラム等に従って、第５図Ａに示すごと
く時間幅t1［mSec］例えば、t1＝0.3［mSec］のタイミ
ングパルス信号をt2［mSec］例えばt2＝20［mSec］毎に
後段の保護回路11へ出力する回路である。 保護回路11は、タイマ回路111とAND回路112とで構成
されたゲート回路であり、AND回路112の一方の入力部11
2aは制御回路10に接続され、他方の入力部112bはタイマ
回路111を介して制御回路10に接続されている。 前記タイマ回路111は、例えばワンショットマルチバ
イブレータで構成された回路であり、第５図Ｂの特性に
示すごとく前段の制御回路10からタイミングパルス信号
が入力される毎に時間幅t3［mSec］例えばt3＝１［mSe
c］のワンショットパルス信号を後段のAND回路112へ出
力する回路である。 AND回路112は２つの入力が共に“1"レベル信号である
とき“1"レベル信号を出力する。すなわち、AND回路112
は第５図Ａ及びＢに示すような信号が入力されるとき、
時間幅の短い方の信号を選択し第５図Ｃに示すような信
号として出力することと成る。 したがって、制御回路10の内部配線の故障等によって
第５図Ａに示す信号が“1"レベルの状態を保持しても第
５図Ｃに示す信号はタイマ回路111が出力するワンショ
ットパルス信号に規制され時間幅t3［mSec］のパルス信
号と成り、出力回路13がオン作動の状態を継続すること
が防止され、出力トランジスタ133等の焼損が防止され
る。 発振回路12は、発振部121とAND回路122とで構成され
たゲート回路であり、AND回路122の一方の入力部122aは
前記保護回路11に接続され、他方の入力部122aは発振部
121に接続されている。そしてAND回路122は、第５図Ｄ
に示すごとく前段の保護回路11を介してタイミングパル
ス信号が入力される間に例えば、30［KHz］の発振信号
を後段の出力回路13に導出する。 出力回路13は、抵抗131,132、出力トランジスタ133及
び出力トランジスタ134で構成され、詳しくは出力トラ
ンジスタ133はダーリントン接続されたトランジスタで
構成され、出力トランス134は１次側すなわち出力トラ
ンジスタ133に接続された側の印加電圧を昇圧し、２次
側に出力するよう１次側と２次側の巻数比が設定されて
いる。 又、ハイパスフィルタ14、増幅回路15、検波回路16及
び波形整形回路17は既知の回路で構成されたものであ
る。 ちなみに、増幅回路15の出力部には第５図Ｅに示すご
とく、超音波送受信体１によって出力される超音波の送
信波形Ｓ及び受信波形Ｒが出力される。そして、第５図
Ｅに示す受信波形Ｒが得られるまでの時間t5［mSec］を
計時することにより超音波送受信体１から反射物までの
距離を知ることができる。 尚、当該発明は車両に搭載し車高距離や車両と周辺障
害物との距離のように近接距離を計測する場合に適した
技術であるが、その応用範囲は広く例えば、自動ドアや
工場に於ける自動化ライン及びロボット等にも使用する
ことができる。 又、液面計等にも使用することが可能である。 ［発明の効果］ この発明は、単一の超音波送受信体を弾性部材を介し
てケースに圧入固定した超音波距離センサに於いて、前
記弾性部材を、円筒状に成形するとともに前記超音波送
受信体の振動面の外周及び側面に装着した第１弾性部材
と、円盤状に成形するとともに前記超音波送受信体の裏
面に装着した第２弾性部材とで構成し、前記第１弾性部
材の一端に設けた第１ビードを前記超音波送受信体の振
動面が位置するケースの開口部に配置し、前記第１弾性
部材の他端に設けた第２ビードを前記超音波送受信体の
側面とケースの収納部の内壁との間に配置したことを特
徴とするものであり、その為、超音波距離センサに於け
る残響音を速やかに減衰させることができ、車両の車高
距離のごとく近接距離を計測することができるのみなら
ず、ケース開口部から毛細管現象等によるケース内部へ
の水及び湿気の浸入が防止されるといった複数の効果を
兼備する。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第５図は、この発明の好適な実施例を示した図
面であり、第１図は超音波送受信体をケースに取付けた
断面図である。 第２図は、第１図に示すものを分解した立体図である。 第３図は、第１図に示すものを分解した上面図である。 第４図は、第１図に示す超音波送受信体を含む電気回路
図である。 第５図は、第４図の各部の電気的特性図である。 第６図及び第７図は、従来の技術における電気特性図で
ある。 １……超音波送受信体、２……第１弾性部材、３……第
２弾性部材、４……ケース、５……カバー、21……第１
弾性部材の第１ビード、22……第１弾性部材の第２ビー
ド、31……第２弾性部材の第１ビード、32……第２弾性
部材の第２ビード、10……制御回路、11……保護回路、
12……発振回路、13……出力回路、111……タイマ回
路、112……AND回路。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．単一の超音波送受信体（１）を弾性部材（2,3）を
   介してケース（４）に圧入固定した超音波距離センサに
   於いて、 前記弾性部材（2,3）を、 円筒状に成形するとともに前記超音波送受信体（１）の
   振動面（11）の外周及び側面（12）に装着した第１弾性
   部材（２）と、 円盤状に成形するとともに前記超音波送受信体（１）の
   裏面（13）に装着した第２弾性部材（３）とで構成し、 前記第１弾性部材（２）の一端に設けた第１ビード（2
   1）を前記超音波送受信体（１）の振動面（11）が位置
   するケース（４）の開口部（41）に配置し、前記第１弾
   性部材（２）の他端に設けた第２ビード（22）を前記超
   音波送受信体（１）の側面（12）とケース（４）の収納
   部（42）の内壁との間に配置したことを特徴とする超音
   波距離センサ。