特許 7196798 超音波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】超音波センサ

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20221220BHJP

   G01S 7/52 20060101ALI20221220BHJP

   G01S 15/931 20200101ALI20221220BHJP

   H04R 1/44 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

G01S7/521 A

G01S7/52 U

G01S15/931

H04R1/44 330D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019147839

(22)【出願日】2019-08-09

(65)【公開番号】P2021028606

(43)【公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-01-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 研介

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 正義

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８７８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０５９０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１５１８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０１５５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２８９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２００７０３５９０５（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／６４

１３／００ － １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波センサであって、
電気信号の振動への変換および振動の電気信号への変換を行う圧電振動素子にて構成されたマイク（２）と、
前記マイクが取り付けられる振動部を構成する一面を有する底部（３ａ）と、側壁部（３ｂ）と、を有する有底筒状とされ、前記マイクが収容されるマイク筐体（３）と、
前記一面への異物の付着を検知する付着センサ（８）と、を有し、
前記付着センサは、
前記一面側に備えられたセンサ電極（８ａａ）を含み、前記一面側への異物の付着によって容量値が変化する可変容量（８ａ）と、
前記センサ電極に接続される第１電極（８ｂａ）と、前記マイク筐体とは異なる部材（４、６、１１）に備えられ、前記第１電極に対向配置された第２電極（８ｂｂ）とを有する固定容量（８ｂ）と、
前記固定容量を介して前記センサ電極に接続され、前記固定容量および前記可変容量に対して交流信号を流すことで前記一面への異物の付着を検知する付着検知部（８ｃ）と、を有している超音波センサ。

【請求項2】

前記付着検知部が備えられる回路基板（５）と、
前記マイクが取り付けられた前記マイク筐体を収容する筒状部（６ａ）と前記回路基板が収容される中空部を有する収容部（６ｂ）とを有し、前記筒状部の内部と前記収容部の中空部とが連通されたセンサケース（６）と、
弾性材料で構成され、前記マイク筐体と前記筒状部との間に配置されて前記振動の伝達を抑制する緩衝部材となるクッション（４）と、を有し、
前記第１電極は、前記マイク筐体と前記クッションの間に配置され、
前記第２電極は、前記クッションを介して前記第１電極に対向配置されている、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項3】

前記付着検知部が備えられる回路基板（５）と、
前記マイクが取り付けられた前記マイク筐体を収容する筒状部（６ａ）と前記回路基板が収容される中空部を有する収容部（６ｂ）とを有し、前記筒状部の内部と前記収容部の中空部とが連通されたセンサケース（６）と、
弾性材料で構成され、前記マイク筐体と前記筒状部との間に配置されて前記振動の伝達を抑制する緩衝部材となるクッション（４）と、を有し、
前記第１電極は、前記底部における前記一面上に配置され、
前記第２電極は、前記クッションのうち前記マイク筐体における前記底部側の先端面上に配置されている、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項4】

前記付着検知部が備えられる回路基板（５）と、
前記マイクが取り付けられた前記マイク筐体を収容する筒状部（６ａ）と前記回路基板が収容される中空部を有する収容部（６ｂ）とを有し、前記筒状部の内部と前記収容部の中空部とが連通されたセンサケース（６）と、
弾性材料で構成され、前記マイク筐体と前記筒状部との間に配置されて前記振動の伝達を抑制する緩衝部材となるクッション（４）と、を有し、
前記第１電極と前記第２電極とは、共に、前記マイク筐体と前記クッションの間に離されて配置されている、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項5】

前記固定容量は、前記第１電極と前記第２電極とによる第１固定容量（８ｂ１）に加えて、第３電極（８ｂｃ）と該第３電極に対して対向配置された第４電極（８ｂｄ）とによる第２固定容量（８ｂ２）とを有している、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項6】

前記付着検知部が備えられる回路基板（５）と、
前記マイクが取り付けられた前記マイク筐体を収容する筒状部（６ａ）と前記回路基板が収容される中空部を有する収容部（６ｂ）とを有し、前記筒状部の内部と前記収容部の中空部とが連通されたセンサケース（６）と、
弾性材料で構成され、前記マイク筐体と前記筒状部との間に配置されて前記振動の伝達を抑制する緩衝部材となるクッション（４）と、を有し、
前記固定容量は、前記第１電極と前記第２電極とによる第１固定容量（８ｂ１）に加えて、第３電極（８ｂｃ）と該第３電極に対して対向配置された第４電極（８ｂｄ）とによる第２固定容量（８ｂ２）とを有し、
前記第３電極は、前記第２電極に接続されていると共に前記クッションと前記筒状部との間に配置され、
前記第４電極は、前記センサケースに配置されている、請求項１に記載の超音波センサ。

【請求項7】

前記マイク筐体における前記側壁部は、薄肉部（３ｂａ）と該薄肉部よりも厚い厚肉部（３ｂｂ）とを有し、
前記第１電極が前記マイク筐体のうちの前記厚肉部と対応した位置に配置されている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の超音波センサ。

【請求項8】

前記第２電極は、前記マイクおよび前記マイク筐体を装着対象に装着するための補助部品（６、１１）に備えられている、請求項１に記載の超音波センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波振動を行うマイク筐体を有する超音波センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

超音波センサは、例えば車両のバンパーなどのボデー部品に取り付けられ、有底円筒状部材で構成されたマイク筐体の底部（以下、振動部という）にマイクが貼り付けられた構成とされる。そして、超音波センサは、マイクへの通電に基づいて振動部を超音波振動させることで超音波を発生させると共に、この超音波の反射波を受け取ることで車両の近傍に存在する障害物を検知する。このような超音波センサでは、マイク筐体の振動面に付着物が存在すると、それに起因して振動特性が変化し、的確な障害物検知が行えなくなる。

【0003】

このため、特許文献１において、マイク筐体の振動面に２つの環状電極を同心円状に配置し、２つの環状電極の間の静電容量が付着物によって変化することに基づき、付着物を検出する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第８６７５４４９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のようにマイク筐体の振動面に２つの環状電極を配置する場合、各環状電極と超音波センサの回路基板との間を配線で接続し、その配線を通じて２つの環状電極と回路基板の電気的接続が図られることになる。例えば、超音波センサでは、有底円筒状で構成されるマイク筐体の周囲をクッションで囲み、クッションと共にマイク筐体を回路基板が備えられたセンサケース内に嵌め込まれる構造が取られる。このような構造においては、例えばマイク筐体とクッションとの間を通じて、２つの環状電極と回路基板との間が直接接続される構成とされる。

【0006】

しかしながら、２つの環状電極と回路基板との間を配線にて直接接続する構造にすると、振動面の振動特性を変動させてしまい、的確な障害物検知の妨げになり得る。具体的には、振動面の振動が配線を通じて伝搬される場合、配線が接続される部位の質量が大きくなるほど振動の伝搬に基づくマイクの振動特性の変動への影響が大きくなる。このため、２つの環状電極と回路基板との間を配線にて直接接続する構造とする場合、質量が大きな回路基板に直接接続されることになり、マイクの振動特性の変動を招いて障害物検知に影響を及ぼすことになる。

【0007】

また、マイク筐体の振動が配線を通じて直接回路基板に伝搬されるため、回路基板と配線との接続部、例えばはんだ付け部のクラックを誘発するなど、耐久性の低下を招くという問題も生じさせる。

【0008】

本発明は上記点に鑑みて、マイク筐体の振動面の振動特性が変動することを抑制でき、配線と回路基板との接続部の耐久性を向上させられる超音波センサ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】

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は、電気信号の振動への変換および振動の電気信号への変換を行う圧電振動素子にて構成されたマイク（２）と、マイクが取り付けられる振動部を構成する一面を有する底部（３ａ）と側壁部（３ｂ）とを有する有底筒状とされ、マイクが収容されるマイク筐体（３）と、前記一面への異物の付着を検知する付着センサ（８）と、を有している。そして、付着センサは、底部の一面側に備えられたセンサ電極（８ａａ）を含み、前記一面側への異物の付着によって容量値が変化する可変容量（８ａ）と、センサ電極に接続される第１電極（８ｂａ）と、マイク筐体とは異なる部材（４、６、１１）に備えられ、第１電極に対向配置された第２電極（８ｂｂ）とを有する固定容量（８ｂ）と、固定容量を介してセンサ電極に接続され、固定容量および可変容量に対して交流信号を流すことで一面への異物の付着を検知する付着検知部（８ｃ）と、を有している。

【0010】

このように、付着センサの回路構成において、第１電極と第２電極との間を電気的に分離している。このため、付着検知部に接続される配線部（８ｄ）が第１電極から切り離される。したがって、振動部が超音波振動させられても、その振動が配線部にはマイク筐体と異なる部材を介してしか伝わらない。これにより、第１電極から直接振動が配線部に伝搬され、それが付着検知部に伝搬されるという現象が起こらないようにでき、マイクの振動特性の変動を抑制することが可能となる。よって、マイクの振動特性の変動によって障害物検知が的確に行えなくなることを抑制できる。

【0011】

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態にかかる超音波センサの断面図である。

【図2】マイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。

【図3】付着センサの回路図である。

【図4】付着センサに備えられる各種電極構造や配線構造を示す斜視図である。

【図5】比較構造の断面図である。

【図6】第１実施形態と比較構造それぞれについて、付着物の有無および付着物の種類に応じた静電容量の変化を調べた結果を示す図である。

【図7】第２実施形態にかかる超音波センサの断面図である。

【図8】第２実施形態の変形例にかかる超音波センサの断面図である。

【図9】第３実施形態にかかる超音波センサの断面図である。

【図10】第４実施形態にかかる超音波センサの断面図である。

【図11】第５実施形態にかかる超音波センサにおける付着センサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0014】

（第１実施形態）
図１～図４を参照して、第１実施形態にかかる超音波センサ１の構造について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る超音波センサ１は、例えば、板状の車体部品であるバンパーＢを装着対象として装着されることで車両に取り付けられる。バンパーＢは、車両の外表面を構成するバンパー外面Ｂ１と、その裏面であるバンパー内面Ｂ２とを有している。また、バンパーＢには、超音波センサ１を装着するための貫通孔である取付孔Ｂ３が形成されている。

【0015】

超音波センサ１は、マイク２、マイク筐体３、クッション４、回路基板５、センサケース６、センサコネクタ７および付着センサ８などを有し、装着部品１１を介してバンパーＢに装着されている。

【0016】

マイク２は、電気信号を振動に変換したり、振動を電気信号に変換することによって超音波センサ１における集音部および放音部としての超音波トランスデューサを構成するものであり、圧電振動素子によって構成されている。マイク２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）等の圧電膜２ａと、圧電膜２ａの一面側に接続された正極端子２ｂおよび圧電膜２ａの他面側に接続された負極端子２ｃとを有した構成とされ、負極端子２ｃ側がマイク筐体３に貼り付けられる。

【0017】

具体的には、マイク２のうちの正極端子２ｂが配置された一面側がマイク筐体３への貼り付け面と反対側を向けられている。また、負極端子２ｃは、圧電膜２ａの他面側に形成されつつ、圧電膜２ａの側面から一面側に至るような折り返し構造とされている。このため、負極端子２ｃは、正極端子２ｂから離されて絶縁されつつも、正極端子２ｂと同じ一面側にも形成された構造となっている。したがって、マイク２の他面側において、負極端子２ｃがマイク筐体３に貼り付けられてもマイク２の一面側において電気的な接続が可能となっている。そして、正極端子２ｂが正極配線９ａを通じて回路基板５に備えられる図示しない正極パターンに電気的に接続され、負極端子２ｃが負極配線９ｂを通じて回路基板５に備えられる図示しない負極パターンに電気的に接続されている。

【0018】

このような構成では、マイク２に対して駆動信号となる電圧を印加すること、つまり正極端子２ｂに対して矩形波状の電圧を印加し、正極端子２ｂと負極端子２ｃとの間に繰り返し電位差を発生させることにより、マイク２を振動させることができる。また、マイク２が外部振動に基づいて変位させられると、マイク２より、それに応じた起電力を出力として発生させることもできる。そして、マイク２への駆動信号の印加およびマイク２からの起電力の出力は、マイク２と回路基板５との間を繋ぐ正極配線９ａおよび負極配線９ｂを通じて行われるようになっている。

【0019】

さらに、本実施形態の場合、マイク２は、導電性の接着剤などを介して、導体で構成されたマイク筐体３に対して貼り付けられている。このため、マイク２の負極端子２ｃとマイク筐体３とが電気的に接続され、マイク筐体３が負極端子２ｃと共に回路基板５の接地電位点に接続されている。なお、ここではマイク筐体３が負極端子２ｃおよび負極配線９ｂを介して接地電位点に接続される構造としたが、マイク筐体３と負極端子２ｃとを電気的に接続せず、マイク筐体３に接地配線を直接接続し、接地配線を通じて接地電位点に接続する構成でも良い。

【0020】

マイク筐体３は、マイク２が発した振動を超音波として外部に出力したり、外部からの振動をマイク２に伝えたりする役割を果たすものであり、本実施形態のようにマイク筐体３を導体で構成する場合、ノイズに対するシールドとしての役割も果たす。マイク筐体３は、底部３ａおよび側壁部３ｂを有した有底円筒状部材で構成されており、マイク筐体３の内側を収容空間として、底部３ａの中央部にマイク２が貼り付けられることでマイク２を収容している。そして、マイク筐体３は、底部３ａ側がバンパー外面Ｂ１側に向けられ、側壁部３ｂ側、換言すれば開口部側がバンパー内面Ｂ２に向けられて配置されている。

【0021】

図２中に破線で示したように、マイク筐体３の収容空間は、底部３ａの一面に対する法線方向から見て、四隅が丸められた長方形状とされている。このため、マイク筐体３の側壁部３ｂは、収容空間が構成する長方形状のうちの短辺と対応する部位が薄肉部３ｂａ、長辺と対応する部位が厚肉部３ｂｂとなっている。

【0022】

このように構成されるマイク筐体３は、底部３ａが振動部となることで超音波の送信を行う。具体的には、マイク２への駆動信号となる電圧の印加に基づいてマイク２が振動させられると、それに伴って底部３ａも振動させられる。そして、このような動作に基づいてマイク筐体３の底部３ａが超音波振動させられ、底部３ａのうちの露出された一面の法線方向を指向軸として超音波が送信されるようになっている。

【0023】

また、マイク筐体３は、送信した超音波の反射波が戻ってくると、それに伴って底部３ａが振動させられ、底部３ａに取り付けられたマイク２にその振動を伝える。これにより、マイク２の出力として、伝えられた振動に応じた起電力が発生させられることから、超音波センサ１は、この起電力に基づいて反射波の受信を検知することができる。

【0024】

上記したように、本実施形態の場合、マイク筐体３を導体で構成しているが、導体材料としては、例えばアルミニウムや導電性ポリマーもしくは金属フィラーを樹脂で固めたもの等を用いることができる。そして、マイク筐体３は、負極端子２ｃおよび負極配線９ｂを通じて、回路基板５において接地電位点となる図示しないＧＮＤ（グランド）パターンに電気的に接続されている。

【0025】

なお、ここでは図示していないが、マイク筐体３内は、シリコーンゴム等の防振材が充填される。

【0026】

クッション４は、マイク筐体３が嵌め込まれる中空部が構成される円筒部を有し、本実施形態では、有底円筒状で構成されている。このクッション４の中空部内にマイク筐体３がマイク２等と共に収容されている。クッション４は、弾性材料で構成された緩衝部材となるものであり、マイク筐体３とバンパーＢもしくはセンサケース６との間における振動の伝達を抑制する。クッション４は、絶縁弾性材料によって構成され、例えばシリコーンゴム等によって構成されている。クッション４の底部には貫通孔４ａが形成されており、この貫通孔４ａを通じてマイク筐体３の内部が回路基板５側に向けて開口させられている。

【0027】

回路基板５は、超音波センサ１におけるセンサ回路を構成する各部が備えられたものである。この回路基板５に対して、マイク２やマイク筐体３が各配線９ａ、９ｂを介して電気的に接続されると共に、図１中には示していない各種電子部品が実装されることでセンサ回路が構成されている。

【0028】

具体的には、センサ回路は、マイク２に加えて、送信部、受信部、制御部、図３に示す付着検知部８ｃなどを備えた構成とされている。そして、送信部、受信部、制御部および付着検知部８ｃを構成する各種電子部品が回路基板５に実装されている。このセンサ回路により、障害物検知やマイク筐体３の振動部への異物の付着検知を行っている。

【0029】

送信部は、制御部からの制御信号に基づいて、マイク２への電気信号の入力として、超音波駆動用の電圧を印加する。これにより、マイク２およびマイク筐体３の底部３ａが振動させられ、超音波が送信される。受信部は、差動増幅を行うアンプ等によって構成されており、受信時にマイク筐体３を通じてマイク２に伝えられた振動を電気信号に変換する。制御部は、送信部からの超音波の送信に関する制御、受信部による反射波の受信に関する制御を行う。付着検知部８ｃは、異物の付着検知を行うためのものであり、センサ回路の一部として備えられる付着センサ８の一部を構成するものである。付着検知部８ｃの詳細および異物の付着検知については後で詳述する。ここでは付着検知部８ｃを制御部と別構成として示しているが、制御部内に付着検知部８ｃが備えられるようにしても良い。

【0030】

このように構成されたセンサ回路は、例えば車両走行時などに障害物検知が要求される自動運転などのアプリケーションが起動された際に、当該アプリケーションから指令が届き、障害物検知を行う。すなわち、アプリケーションから指令が届くと、制御部が送信部を制御してマイク２に所定の電圧を印加させ、超音波を送信させる。また、この超音波が障害物で反射してその反射波が戻ってくると、その反射波に基づく振動がマイク２にて電気信号に変換されるため、それが受信部で受信される。このため、制御部は、送信部からの超音波の送信タイミングと受信部での反射波の受信タイミングとの時間間隔に基づいて、車両から障害物までの距離を求めるなどの障害物検知を行い、その検知結果をアプリケーションに伝えるようになっている。

【0031】

なお、ここでは制御部を回路基板５に備えた構成として説明するが、制御部については超音波センサの外部に備えられた構成とされていても良い。例えば、超音波センサの外部に備えられた障害物検知が要求されるアプリケーションを実行するための電子制御装置（以下、ＥＣＵという）、もしくは、そのアプリケーションからの指令に基づいて超音波センサを制御するＥＣＵが制御部であっても良い。例えば、超音波センサを制御するＥＣＵとしては、ソナーＥＣＵが挙げられる。制御部が超音波センサの外部に備えられる場合、回路基板５に制御部との通信を行うためのインターフェイス（以下、Ｉ／Ｆという）を備えた構成とされる。そして、Ｉ／Ｆを通じて、制御部からの駆動信号が回路基板５に入力されることで、送信部と受信部および付着検知部８ｃが駆動され、受信部での受信結果や付着検知部８ｃでの検知結果が制御部に伝えられる。

【0032】

センサケース６は、超音波センサ１のケーシングを構成する中空状の部材であって、ポリブチレンテレフタレート等の硬質な絶縁性合成樹脂によって一体に形成されている。

【0033】

具体的には、センサケース６は、筒状部に相当する円筒部６ａと略長方体状とされた収容部６ｂおよびコネクタケース６ｃとを有した構成とされている。円筒部６ａの内部と収容部６ｂの中空部は連通されており、円筒部６ａ内にマイク２を貼り付けたマイク筐体３およびクッション４が固定されると共に、クッション４の貫通孔４ａを通じて各種配線９ａ、９ｂが収容部６ｂ側に引き出されている。収容部６ｂの中空部内には回路基板５が配置されており、センサコネクタ７の一端も引き出されている。回路基板５は、収容部６ｂの内部において各種配線９ａ、９ｂと電気的に接続されており、センサコネクタ７の一端とも電気的に接続されている。また、収容部６ｂのうち円筒部６ａと反対側の一面は開口させられており、この開口させられた部分から収容部６ｂの中空部内を充填するように防湿性部材１０が備えられている。

【0034】

コネクタケース６ｃは、センサケース６の一端に備えられており、コネクタケース６ｃからセンサコネクタ７の他端が露出させられている。

【0035】

センサコネクタ７は、超音波センサ１と外部との電気的接続を行うためのものである。図中には１本しか示していないが、例えば電圧印加用、ＧＮＤ接続用、出力用などの複数本が備えられている。センサコネクタ７は、一端がセンサケース６における収容部６ｂ内に引き出され、回路基板５に接続されていると共に、他端がコネクタケース６ｃから露出させられている。そして、コネクタケース６ｃに対して図示しない外部コネクタが接続されることで、コネクタケース６ｃから露出されたセンサコネクタ７の他端が外部コネクタに備えられた端子に接続され、超音波センサ１と外部との電気的接続が行われるようになっている。

【0036】

付着センサ８は、振動部への異物の付着、例えば雪の付着などを検知するためのものである。付着センサ８は、図３に示す回路構成とされ、可変容量８ａ、固定容量８ｂ、付着検知部８ｃおよび配線部８ｄなどを有した構成とされている。

【0037】

可変容量８ａは、本実施形態のようにマイク筐体３を導体で構成する場合には、図１、図２および図４に示されるセンサ電極８ａａと図１に示されるマイク筐体３の表面を覆うように形成された非導体膜８ａｂとマイク筐体３によって構成される。センサ電極８ａａは、マイク筐体３の底部３ａの一面側において、非導体膜８ａｂの表面に形成されている。センサ電極８ａａの形状については任意であるが、本実施形態の場合はセンサ電極８ａａを円形状とし、底部３ａの内周部において底部３ａの中心と同軸的に配置している。非導体膜８ａｂは、例えば絶縁膜や誘電体膜で構成されている。非導体膜８ａｂは、少なくともセンサ電極８ａａとマイク筐体３との間を電気的に分離してこれらの間に容量が構成されるようにしてあり、本実施形態ではマイク筐体３の底部や側壁部３ｂのうちの外側面を全面覆うように形成されている。この可変容量８ａは、センサ電極８ａａやその周囲に雪などの異物が付着すると、付着していない場合と比較して静電容量の容量値が変化するようになっている。

【0038】

なお、ここでは可変容量８ａをセンサ電極８ａａとマイク筐体３とによって構成したが、センサ電極８ａａをもう一つ非導体膜８ａｂの表面に形成し、２つのセンサ電極８ａａによって構成することもできる。

【0039】

固定容量８ｂは、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂを有した構成とされている。第１電極８ｂａは、センサ電極８ａａに接続されており、固定容量８ｂのうちの一方の電極を構成していて第２電極８ｂｂに対向配置されている。本実施形態の場合、第１電極８ｂａは、マイク筐体３の側壁部３ｂ上に、上記した非導体膜８ａｂを介して配置されており、側壁部３ｂの周方向に沿って円弧状に配置されている。

【0040】

図４に示すように、ここではセンサ電極８ａａを中心とした両側に第１電極８ｂａが２つ対称配置されるようにしている。これはマイク筐体３の組み付け性を考慮したものであり、いずれか一方が第２電極８ｂｂに対向配置されれば良い。より詳しくは、各第１電極８ｂａは、側壁部３ｂのうちの厚肉部３ｂｂと対応する部位に配置されており、薄肉部３ｂａと対応する部位には配置されていない。マイク筐体３のうち特に振動部の振動に影響を与えるのは薄肉部３ｂａの部分であり、その部分を避けて第１電極８ｂａを配置することで、第１電極８ｂａを備えることによる振動特性の変動を抑制できるようにしている。

【0041】

第２電極８ｂｂは、第１電極８ｂａから所定距離離れた位置に対向配置され、第１電極８ｂａと容量結合されて固定容量８ｂを構成することで付着センサ８の回路接続が行われるようにするものである。第２電極８ｂｂは、ここではクッション４とセンサケース６における円筒部６ａとの間に配置されており、クッション４の外周面において周方向に沿って円弧状に配置されている。なお、第２電極８ｂｂは、第１電極８ｂａと全域対向するように配置されるのが好ましいが、部分的に対向した状態もしくはセンサ電極８ａａの両側に配置された第１電極８ｂａの両方に部分的に対向した状態とされていても良い。

【0042】

付着検知部８ｃは、回路基板５にセンサ回路の一部として備えられたものである。付着検知部８ｃは、付着検知を行う際に、図３に示すように固定容量８ｂおよび可変容量８ａを通じる電流経路にセンシング電流となる交流信号を流し、固定容量８ｂおよび可変容量８ａの容量値を算出することで異物の付着の有無を検知する。第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとの間に構成された固定容量８ｂは、静電容量による容量結合であるため、交流信号・電力を伝達することが可能となっている。

【0043】

具体的には、図３に示すように、固定容量８ｂの容量値をＣａ、可変容量８ａの容量値をＣｓｅｎとすると、容量値Ｃａは一定値、容量値Ｃｓｅｎは異物の付着の状況に応じて可変値を取ることになる。そして、容量値Ｃａや異物が付着していない状況での容量値Ｃｓｅｎについては、超音波センサの製造後に予め測定器にて測定しておくことで値を特定しておける。このため、付着検知部８ｃにおいて、センシング電流を流したときの回路の合計容量値Ｃａｌｌを測定すれば、次式に基づいて、合計容量値Ｃａｌｌと固定容量８ｂの容量値Ｃａとから可変容量８ａの容量値Ｃｓｅｎを算出できる。

【0044】

（数１）
１／Ｃａｌｌ＝（１／Ｃａ）＋（１／Ｃｓｅｎ）
このようにして容量値Ｃｓｅｎを算出できれば、容量値Ｃｓｅｎが振動部への異物の付着の状況に応じた値になることから、付着検知部８ｃにおいて、容量値Ｃｓｅｎに基づき異物の付着を検知することが可能となる。また、容量値Ｃｓｅｎを算出しなくても、合計容量値Ｃａｌｌは容量値Ｃｓｅｎの変化に伴って変化する値であることから、合計容量値Ｃａｌｌに基づいて異物の付着を検知しても良い。

【0045】

配線部８ｄは、第２電極８ｂｂと回路基板５とを電気的に接続するものである。本実施形態の場合、配線部８ｄは、クッション４と円筒部６ａとの間を通じて回路基板５に接続されている。配線部８ｄは、第２電極８ｂｂとは電気的に接続されているが、第１電極８ｂａとは切り離されている。つまり、第１電極８ｂａに繋がる配線が質量の大きな回路基板５に直接接続されないようにしている。このため、振動部が超音波振動させられても、その振動が配線部８ｄにはクッション４を介してしか伝わらない。これにより、第１電極８ｂａから直接振動が配線部８ｄに伝搬され、それが回路基板５に伝搬されるという現象が起こらないようにでき、マイク２の振動特性の変動を抑制することが可能となる。よって、マイク２の振動特性の変動によって障害物検知が的確に行えなくなることを抑制できる。

【0046】

また、回路基板５に直接振動が伝搬されないため、回路基板５と配線部８ｄとの接続部、例えばはんだ付け部のクラックが生じにくくなるようにでき、耐久性向上を図ることも可能となる。

【0047】

配線部８ｄがクッション４とマイク筐体３との間に挟まれた構造とされる場合、配線部８ｄが厚かったり、挟まれる範囲が広かったりすると、配線部８ｄを挟み込むことによりマイク筐体３とクッション４との間に拘束力が発生する。そして、その拘束力の影響で、振動部の振動特性が変動し得る。しかしながら、本実施形態の場合、配線部８ｄがクッション４の外側に配置され、クッション４とマイク筐体３との間には厚みの薄い第２電極８ｂｂが配置されただけとなっている。このため、さらに振動部の振動特性の変動を抑制することが可能となる。

【0048】

装着部品１１は、バンパーＢに対して超音波センサ１を強固に固定するリテーナおよびバンパー外面Ｂ１に露出させられる意匠としてのベゼルを構成する部品であり、樹脂などによって構成されている。本実施形態の場合、装着部品１１は、円筒部１１ａとフランジ部１１ｂおよびストッパー部１１ｃを有した構成とされている。

【0049】

円筒部１１ａは、センサケース６の円筒部６ａやマイク筐体３等が嵌め込まれる部分である。この円筒部１１ａの中空部内に円筒部６ａやマイク筐体３等が嵌め込まれることで、超音波センサ１が装着部品１１に保持される。フランジ部１１ｂは、円筒部１１ａの一端に配置され、円筒部１１ａから径方向外側に延設された部分である。このフランジ部１１ｂの外側の一面がバンパー外面Ｂ１から露出させられる意匠としてのベゼルを構成している。ストッパー部１１ｃは、フランジ部１１ｂから所定距離離れた位置において円筒部１１ａの側面に形成されている。このストッパー部１１ｃとフランジ部１１ｂの内側の一面との間にバンパーＢにおける樹脂部が挟み込まれることで、装着部品１１がバンパーＢに強固に固定され、超音波センサ１がバンパーＢに装着される。

【0050】

以上のようにして、本実施形態にかかる超音波センサ１が構成されており、装着部品１１を介してバンパーＢに装着されている。このように構成される超音波センサ１は、上記したように、例えば、障害物検知が要求されるアプリケーションからの指令が回路基板５に入力されると、制御部が送信部を制御して超音波を送信させると共に、受信部でその反射波を受信することで障害物検知を行う。また、超音波センサ１による障害物検知が行われていないタイミング、つまりマイク２による超音波振動が行われていないとき、例えば車両のイグニッションスイッチなどの起動スイッチがオンされたときに、付着センサ８にて異物の付着検知を行う。

【0051】

このとき、本実施形態の超音波センサでは、付着センサ８の回路構成において、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとの間を電気的に分離し、第２電極８ｂｂと回路基板５に備えられた付着検知部８ｃとの間を接続する配線部８ｄが第１電極８ｂａから切り離されている。このため、振動部が超音波振動させられても、その振動が配線部８ｄにはクッション４を介してしか伝わらない。これにより、第１電極８ｂａから直接振動が配線部８ｄに伝搬され、それが回路基板５に伝搬されるという現象が起こらないようにでき、マイク２の振動特性の変動を抑制することが可能となる。よって、マイク２の振動特性の変動によって障害物検知が的確に行えなくなることを抑制できる。

【0052】

効果確認の一例として、本実施形態の構造と図５に示すように配線部８ｄをクッション４とマイク筐体３との間に挟み込んだ比較構造とについて、異物の付着が無い場合、異物として雪が付着した場合、水が付着した場合、それぞれでの容量値の変化を調べた。そして、図６に示す結果が得られた。なお、ここでの容量値は、付着検知部８ｃで測定される合計容量値Ｃａｌｌに相当するものであり、図５に示す比較構造においては、本実施形態でいう可変容量８ａのみの容量値となる。

【0053】

この図に示されるように、本実施形態の構造と図５に示す比較構造のいずれの場合も、センサ電極８ａａの周辺に異物の付着があった場合、その付着物の種別、面積に応じて静電容量が変化する。具体的には、異物の付着があると、付着が無い場合よりも容量値が増加する。そして、雪が付着した場合には、付着面積が小さいため容量変化が小さな値となり、水が付着した場合には、付着面積が大きいため容量変化が大きな値として現れる。このため、合計容量値Ｃａｌｌに基づいて、もしくは合計容量値Ｃａｌｌから算出可能な容量値Ｃｓｅｎに基づいて、異物の付着を検知することができ、その絶対値もしくは変化量に基づいて付着物の種類を特定することも可能となる。

【0054】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して固定容量８ｂの構成等を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0055】

図７に示すように、本実施形態では、固定容量８ｂを第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つで構成し、センサ電極８ａａと回路基板５との間に第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つが介在するようにしている。

【0056】

具体的には、第１固定容量８ｂ１は、第１実施形態と同様に第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとによって構成されている。また、第２固定容量８ｂ２は、第３電極８ｂｃと第４電極８ｂｄとによって構成されている。第３電極８ｂｃは、クッション４の底部とセンサケース６における円筒部６ａの底部との間に配置され、第２電極８ｂｂと第３電極８ｂｃとが配線部８ｅを通じて接続されている。第４電極８ｂｄは、センサケース６のうち回路基板５が配置される収容部６ｂの内壁面において第３電極８ｂｃと対向するように配置されている。そして、第４電極８ｂｄと回路基板５との間が配線部８ｄを介して接続されている。

【0057】

このような構成においては、固定容量８ｂが第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つで構成されているが、これらの合成容量によって固定容量８ｂが構成されているのと同様であるため、本実施形態の付着センサ８の回路構成も図３と同様になる。したがって、本実施形態のような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0058】

さらに、本実施形態のように、固定容量８ｂを２つで構成することで、第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の形状や取り付け構造をそれぞれで設計できる。このため、特に、クッション４やセンサケース６などが複雑な形状である場合などに、固定容量８ｂの組み付け工程や形状の簡素化を図ることが可能となり、低コスト化を図ることもできる。

【0059】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態のように固定容量８ｂを第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つで構成する場合において、第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の配置場所についても適宜変更可能である。

【0060】

例えば、図８に示すように、第４電極８ｂｄをセンサケース６における円筒部６ａの外側に配置して第３電極８ｂｃと対向させる。そして、配線部８ｄを円筒部６ａに沿って引き回し、センサケース６のうちの収容部６ｂの壁面を貫通させて回路基板５に接続する。このような構成としても、固定容量８ｂを第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つで構成することができる。

【0061】

また、第２実施形態では、固定容量８ｂを第１固定容量８ｂ１と第２固定容量８ｂ２の２つで構成するようにしたが、複数で構成すれば良く、２つよりもさらに多くしても良い。

【0062】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して固定容量８ｂの構成等を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0063】

図９に示すように、本実施形態では、第１電極８ｂａをマイク筐体３の底部３ａにおけるセンサ電極８ａａが配置された一面に配置している。また、クッション４の先端面、つまりクッション４のうちのマイク筐体３の底部３ａ側の先端の一面が底部３ａにおけるセンサ電極８ａａが配置された一面とほぼ同一平面となるようにし、第２電極８ｂｂをクッション４の先端面に配置させている。なお、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂの形状については任意であるが、第１電極８ｂａについてはマイク筐体３の底部３ａの一面の外縁部に円弧状で構成し、第２電極８ｂｂについてはクッション４の先端面に円弧状で構成すると良い。

【0064】

このようにしても、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとをほぼ同一平面内で対向配置させて固定容量８ｂを構成することができる。このような構成とする場合、クッション４とマイク筐体３との間に第１電極８ｂａが挟み込まれないため、マイク筐体３とクッション４との間の拘束力が発生しない。したがって、更に振動部の振動特性への影響を低減することが可能となり、より的確な障害物検知が可能となる。また、本実施形態でも、第１電極８ｂａを厚肉部３ｂｂと対応した位置に形成することで、振動特性の変動を抑制できる。

【0065】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して固定容量８ｂの構成等を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0066】

図１０に示すように、本実施形態では、固定容量８ｂの第２電極８ｂｂをクッション４とマイク筐体３との間に配置し、配線部８ｄがクッション４の先端面から側面に至り、クッション４と円筒部６ａとの間を通って回路基板５に接続されるようにしている。

【0067】

第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとが離れて配置され、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとの間に隙間が形成されることで空気層が構成されるようにしてある。例えば、クッション４が柔らかい材質のものであることから、第２電極８ｂｂと配線部８ｄとによってクッション４を変形させたり、クッション４に凹部を設けたりして、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとの間に隙間が設けられるようにできる。または、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂのいずれかの表面に絶縁膜や誘電体膜で構成される非導体膜が成膜されることで、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとが離れて配置され、これらの間に非導体膜が介在する構成とされている。

【0068】

このようにすれば、第２電極８ｂｂをクッション４とマイク筐体３との間に配置した構造にできる。この場合、第１電極８ｂａと第２電極８ｂｂとの間の距離ｄを０に近付けることができ、固定容量８ｂの容量値Ｃａを大きくできて、例えば可変容量８ａの容量値Ｃｓｅｎよりも大きくなるようにできる。直列のコンデンサでは容量値Ｃａ＞＞容量値Ｃｓｅｎとすることで、容量値Ｃａの容量を無視することができる。このため、容量値Ｃａ＞＞容量値Ｃｓｅｎとなるような電極配置にすることで、製造時の組付け誤差による容量値Ｃａのキャリブレーションが不要となり、製造コストを削減することができる。

【0069】

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して固定容量８ｂの構成等を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0070】

上記第１実施形態では、可変容量８ａと付着検知部８ｃとの間に固定容量８ｂを配置する構成としたが、それに加えて可変容量８ａと接地電位点との間に固定容量８ｂを配置するようにしても良い。その場合、図１１に示すような回路構成となる。例えば、第１実施形態などのように、センサ電極８ａａとマイク筐体３との間に可変容量８ａを構成するのではなく、底部３ａの一面側に２つのセンサ電極８ａａを対向配置して可変容量８ａを構成する場合に、図１１の回路構成を取りやすい。

【0071】

可変容量８ａと接地電位点との間に固定容量８ｂを備える場合、例えば第１～第４実施形態で説明した固定容量８ｂと同じ構造のものを備えるようにする。また、その固定容量に接続される配線部についても配線部８ｄと同じ構造のものを備えつつ、それを回路基板５などにおける接地電位点に接続する。このような構成としても、第１～第４実施形態と同様の効果が得られる。

【0072】

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0073】

例えば、超音波センサを構成するマイク２、マイク筐体３およびセンサケース６等の各部品の構造については、一例を挙げたに過ぎず、適宜変更可能である。一例を挙げると、マイク筐体３を有底円筒状としているが、有底筒状であれば良い。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。例えば、第２実施形態のように固定容量８ｂを複数にする場合において、固定容量８ｂの１つを第３、第４実施形態の構造とすることも可能である。

【0074】

また、上記実施形態では、第２電極８ｂｂをクッション４に備える場合を例に挙げて説明したが、第２電極８ｂｂについてはマイク筐体３と異なる部材に備えられることで振動部からの振動が直接伝わらない構造とされていれば良い。換言すれば、クッション４を介して第２電極８ｂｂが第１電極８ｂａに対向配置された構造であっても良い。例えば、第２電極８ｂｂをセンサケース６、具体的には円筒部６ａの内周面もしくは外周面のうち第１電極８ｂａと対向する部位に備えるようにしても良い。さらに、装着部品１１のうち第１電極８ｂａと対向する部位に第２電極８ｂｂを備えるようにしても良い。このように、センサケース６や装着部品１１のようにマイク２やマイク筐体３などをバンパーＢ等の装着対象に取り付けるために用いる補助部品に備えることもできる。このような補助部品に第２電極８ｂｂを備えることで、個別の部品として第２電極８ｂｂを備えなくても良くなり、組み付け工数が低減でき、低コスト化を図ることができる。ただし、第２電極８ｂｂが第１電極８ｂａから近いほど、固定容量８ｂの容量値Ｃａを大きな値にできるため、クッション４に備えるのが好ましい。

【0075】

また、超音波センサ１が装着される装着対象となるボデー部品の一例として、バンパーＢを例に挙げて説明したが、バンパーＢ以外のボデー部品、例えばフェンダーパネル等に超音波センサ１を装着することもできる。

【符号の説明】

【0076】

１…超音波センサ、２…マイク、３…マイク筐体、３ａ…底部、３ｂ…側壁部、４…クッション、５…回路基板、８…付着センサ、８ａ…可変容量、８ａａ…センサ電極、８ｂ…固定容量、８ｂａ…第１電極、８ｂｂ…第２電極、８ｃ…付着検知部、８ｄ…配線部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】