CN1913726B - 超声波装置及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发射及/或接收超声波的超声波装置，其目的在于提供以简单的结构进行组装的超声波装置。本发明的发射超声波的超声波装置，其特征在于，具备：压电元件(112)；以使压电元件(112)的一方的电极(133)与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有结合部(122)的外壳(111)；连接于压电元件(112)的另一方的电极(132)上的第1导电线材(113、115)；用作接地电位的第2导电线材(116)；以及在连接第2导电线材(116)的同时，结合到结合部(122)上而连接第2导电线材(116)和外壳(111)的连接部件(114、211、311)。

Description

超声波装置及其组装方法

技术领域

本发明涉及超声波装置及其组装方法，尤其涉及发射及/或接收超声波的超声波装置及其组装方法。

以往的超声波感应器发生超声波并接收发生的超声波。超声波感应器用于例如测定与对象物之间的距离的测距系统中。测距系统通过检测超声波感应器的信号，测量从发射超声波到接收超声波时的时间并通过所测量的时间测定与对象物体之间的距离。

图11是现有的超声波感应器的一个例子的结构图。

超声波感应器1主要是由外壳11、配置在外壳11上的压电元件12、用于将压电元件12引出到外壳11外部的端子板13、连接端子板13和压电元件12的导线14及填充于外壳11内的缓冲材料15构成(参考专利文献1：特开平11-266498号公报、专利文献2：特开平10-257595号公报)。

然而，由于现有的超声波感应器是通过导线14连接压电元件12和端子板13的，因此，零件件数较多而且需要软钎焊等工序，生产效率低。还有，由于通过机械共振使之振动，因此，外壳11等通常使用铝材等，这样就出现软钎焊起来比较困难，而且组装性不良等问题。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供结构简单、可进行组装的超声波装置。

发明内容

本发明的发射超声波的超声波装置，其特征在于，具备：

压电元件112；以压电元件112的一方的电极133与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有结合部122、421的外壳111、411；连接于压电元件112的另一方的电极132上的第1导电线材113、115；用作接地电位的第2导电线材116；在连接第2导电线材116的同时，结合到结合部122、421上而连接第2导电线材116和外壳111、411的连接部件114、211、311、412。

还有，其特征在于，结合部122由凸起构成。

还有，其特征在于，连接部件114由具有连接第2导电线材116的连接部151和结合到凸起上的结合部152的导电性的板材构成。

再有，其特征在于，连接部件211由具有压接第2导电线材的压接部221和结合到凸起上的结合部222的导电性的板材构成。

再有，其特征在于，连接部件311其内周一侧构成结合到凸起上的大致圆筒形状；外周一侧做成软钎焊第2导电线材的结构。

还有，其特征在于，第1导电线材113、115具备：一端软钎焊在压电元件112的另一端的绞合线113；以及一端软钎焊在绞合线113的另一端的引线115。

还有，其特征在于，连接部件114结合到结合部122上后软钎焊在外壳111上。

还有，其特征在于，外壳111由铝材构成并实施有镀镍处理。

还有，本发明的发射及/或接收超声波的超声波装置，其特征在于，具备：压电元件112；以压电元件112的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件的外壳111；以及连接于压电元件112的另一方的电极132上的第1导电线材113、115；以及用作接地电位并软钎焊于外壳的第2导电线材114、116，并且，在外壳111上实施有非电解镀镍处理。

再有，其特征在于，非电解镀镍处理实施于将压电元件112组装到外壳111上之前。

还有，本发明的超声波装置的组装方法，是组装具有以下各部的超声波装置的方法，该超声波装置具有：压电元件112；以压电元件112的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有结合部122的外壳111；连接于压电元件112的另一方的电极132上的第1导电线材113、115；用作接地电位的第2导电线材116；以及连接第2导电线材116的同时，结合到结合部122上而连接第2导电线材116和外壳111的连接部件114，该超声波装置的组装方法具有：将第2导电线材116连接到连接部件114的工序；以及将连接部件114结合到外壳111的结合部122上的工序。

还有，本发明，其特征在于，结合部421由形成于外壳411上的孔部构成。

其特征在于，连按部件412具备：压接、固定第2导电材料116的压接部433；以及插入结合部421的连接部431。

其特征在于，连接部件412使用连接器414的端子部件462。

其特征在于，连接器414为连接于第1导电材料115和第2导电材料116的另一端，并将第1导电材料115及第2导电材料116连接到外部电路上的连接器。

还有，本发明在具有压电元件112、以压电元件112的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有孔状的结合部421的外壳411、连接于压电元件112的另一方的电极上的第1导电线材115、用作接地电位的第2导电线材116、连接第2导电线材116的同时，结合到孔状的结合部421上而连接第2导电线材116和外壳411的销状的连接部件412及敷设在压电元件112上的弹性薄片413的超声波装置的组装方法中，其特征在于，具有：将第2导电线材116连接到连接部件412上的第一道工序；将连接部件412结合到外壳411的结合部421上的第二道工序；以及将弹性薄片413敷设在压电元件112上的第三道工序。

再有，上述参照符号毕竟是参考，并非由此限定技术范围。

本发明具有以下效果。

根据本发明，通过使压电元件的一方的电极与外壳底面电连接地收放该压电元件，将第1导电线材连接到压电元件的另一方的电极上，并使连接有第2导电线材的连接部件结合到形成于外壳的结合部上而连接第2导电线材和外壳，可以简单结构将收放于外壳内的压电元件与第1导电线材及第2导电线材连接，并可提高超声波装置的组装性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的分解立体图。

图2是本发明的一个实施例的剖视图。

图3是外壳111的结构图。

图4是压电元件112的结构图。

图5是连接部件114的立体图。

图6是连接部件114的变型例的立体图。

图7是表示与硅酮树脂的密度相对应的超声波装置的混响及灵敏度的特性的图。

图8是本发明的其他实施例的分解立体图。

图9是本发明的其他实施例的剖视图。

图10是连接部件412的立体图。

图11是以往的超声波感应器的一个例子的结构图。

图中：

100、200、400-超声波装置，111、411-外壳，112-压电元件，113-绞合线，114、412-连接部件，115、116-引线，117、413-硅酮薄片，118-填充材料，119-环氧树脂系粘接剂，121-阶梯部，122-凸台状结合部，123-槽部，124-开口部，125-孔部，126-底面，127-槽，131-陶瓷基板，132、133-电极，141-切口部，151-贯通孔，152-结合部，414-连接器，421-孔状结合部，431-连接部，432-凸缘，433-压接部，441-切口部，451-环氧树脂，461-盖，462-端子部件，471-切口部。

具体实施方式

图1表示本发明的一个实施例的分解立体图，图2表示本发明的一个实施例的剖视图。

本实施例的超声波发生装置100是在发生超声波并向外部输出的同时，接收来自外部的反射波的接收发送型超声波传感器，是由外壳111、压电元件112、绞合线113、连接部件114、引线115、116、硅酮薄片117、填充材料118及环氧树脂系粘接剂119构成。

图3是外壳111的结构图。图3(A)表示俯视图；图3(B)表示正视图；图3(C)表示沿A-A线剖切的剖视图；图3(D)表示侧视图；图3(E)表示沿B-B线剖切的剖视图。外壳111是通过切削加工铝材而做成有底的大致圆筒形状的。阶梯部121形成于外壳111的内周部上。在阶梯部121的上面一侧、箭头Z1方向一侧的面上形成有凸台状结合部122。在本实施例中，凸台状结合部122做成凸台状。

还有，槽部123及开口部124形成于外壳111的侧面上。再有，孔部125沿箭头Z2的方向形成于由开口部124而形成的截面上。槽部123、开口部124用于向安装对象安装时的定位等。

再有，槽127形成于外壳111的底面126上。通过形成槽127，可提高与压电元件112之间的粘接性。

再有，外壳111在通过切削加工使各个部分均形成之后，对其整体实施有非电解镀镍处理。

再有，外壳111在配置有压电元件112的底面126方向一侧、箭头Z2方向一侧加厚侧面的厚度。可使超声波装置具备指向性。

图4表示压电元件112的结构图。图4(A)表示俯视图；图4(B)表示正视图；图4(C)表示测向正视图。

压电元件112做成使电极132、133形成于圆形形状的陶瓷基板131上的结构。电极132形成于陶瓷基板131的箭头Z1方向一侧的面上，电极133形成于陶瓷基板131的箭头Z2方向一侧的面上。压电元件112使其箭头Z2方向一侧的面与外壳111的底面互相面对地收放于外壳111内。此时，压电元件112的箭头Z2方向一侧的面由环氧树脂系粘接剂119固定于外壳111的底面126上。此时，通过形成于外壳111的底面126上的槽127，可提高外壳111与压电元件112之间的粘接性。通过上述过程，电极132由环氧树脂系粘接剂119电连接到外壳111上。

绞合线113的一端通过软钎焊或导电胶等连接在压电元件112的电极133上。绞合线113的另一端通过硅酮薄片117的切口部141沿Z1方向伸出并通过软钎焊或导电胶连接在引线115上。再有，引线116通过连接部件114连接在外壳111上。

图5是连接部件114的立体图。

引线116缠绕在连接部件114的贯通孔151上软钎焊。连接部件114经冲剪加工而制造，且邻接贯通孔151形成有结合部152。结合部152做成形成有十字形切口的结构。结合部152用于压入形成于外壳111上的凸台状结合部122。当凸起状的凸台状结合部122压入到结合部152内时，构成结合部152的各个翼部152a的内周沿箭头Z1方向位移，由此，翼部152a的内周一侧的边缘部卡住结合部122。由此，可防止连接部件114从凸台状结合部122沿箭头Z1方向脱落，而且可使连接部件114可靠地保持在外壳111上。

此时，如有必要，也可以将连接部件114软钎焊在外壳111上，由于在外壳111上实施有非电解镀镍处理，因此，使用通常的共晶焊料也能在软钎焊性良好的状态下进行软钎焊。因此，可在较低温度装下进行软钎焊。由此，可提高组装性。

再有，连接部件114也可做成端子状、圆筒形状。

图6是连接部件114的变形例的立体图。图6(A)是表示第1变形例的立体图；图6(B)是表示第2变形例的立体图。

图6(A)所示的第1变形例的连接部件211由压接部221及结合部222构成。

在引线116安装于凸缘部231之间的状态下，通过将凸缘部231沿箭头A1、A2方向弯折，压接部221在引线116被压接在连接部件211上且引线116被固定在连接部件211上的同时被连接。

结合部222由与凸台状结合部122的外径大致相同的贯通孔232构成，通过将凸台状结合部122压入到贯通孔232内，贯通孔232的内周一侧的凸缘卡住凸台状结合部122，使连接部件211可靠地保持在凸台状结合部122上。

图6(B)所示的第1变形例的连接部件311由圆筒结合部321及软钎焊部322构成。

圆筒结合部321是将导电材料成型为有底的圆筒形状的部件，在其内周一侧压入设置在外壳111上的凸起状结合部122。软钎焊部322设置于外面，用于软钎焊引线116。

再有，此时，如有必要，也可将连接部件211、311软钎焊在外壳111上。

硅酮薄片117由密度大约为0.5的泡沫性硅酮树脂构成，在箭头Z2方向一侧的面上粘贴有双面胶带，通过双面胶带粘接在压电元件112的箭头Z1方向一侧的面上。此时，软钎焊在压电元件112的电极132上的绞合线113穿过切口部141而引出到硅酮薄片117的箭头Z1方向一侧的面上。

填充材料118由密度大约为1.0-1.5的紫外线固化型的硅酮树脂构成，并填充在硅酮薄片117的箭头Z1方向一侧。填充外壳111后，填充材料118由从外壳111的开口面照射紫外线的紫外线固化。

再有，上述硅酮树脂并非局限于紫外线固化型，也可以是热固化型、双组分型或单组分型的缩合型。

在本实施例中，通过将由不同密度的硅酮树脂构成的硅酮薄片117及填充材料118叠层在压电元件112上，可提高超声波装置100的特性。

图7是表示与硅酮的密度相对应的超声波装置的混响及灵敏度的特性的图。

超声波装置100的混响，如图7所示那样，具有随填充在外壳111上的硅酮树脂的密度升高而减小的倾向；其灵敏度如图7所示的虚线所示那样，具有随填充在外壳111上的硅酮树脂的密度增大而增大的倾向。

在本实施例中，通过组合低密度硅酮薄片117和高密度填充材料118填充到外壳111内，能够实现混响小且灵敏度高的超声波装置100。

下面对本实施例的超声波装置100的组装工序进行说明。

首先，通过软钎焊或导电胶将绞合线113的一端连接在压电元件112的电极132上。

其次，将环氧树脂系粘接剂119涂敷在压电元件112的电极131及/或外壳111的底面126上，使压电元件112粘接到外壳111的底面126上。

其次，在硅酮薄片117的箭头Z2方向一侧的面上粘贴双面胶带，并将绞合线113的另一端穿过硅酮薄片117的切口部141伸出到硅酮薄片117的Z1方向一侧的面上，通过双面胶带使硅酮薄片117连接到压电元件112上。

由此，硅酮薄片117牢靠地粘接在压电元件112上，因此，可防止硅酮薄片117的剥离，可得压电元件112的稳定的特性。

其次，将绞合线113的另一端软钎焊在引线115上。还有，将引线116缠绕在连接部件114的贯通孔151上后软钎焊在连接部件114上。接着，使连接部件114的结合部152结合到外壳111的凸台状结合部122上。再有，如有必要，也可以软钎焊连接部件114和外壳111，由此，使引线116连接到外壳111上。

其次，通过将填充材料118填充到外壳111，并从外壳111的开口面照射紫外线而固化填充材料118。

由此，填充材料118兼备防止连接部件114、引线115、116脱落的功能。

通过上述过程，完成如图2所示的超声波装置100。

根据本发明，通过借助于连接部件114将引线116连接到外壳111上，可不需要或容易地进行与外壳111的软钎焊。还有，通过对外壳111实施非电解镀镍处理，可提高连接部件114和外壳111之间的软钎焊性，并可容易地进行软钎焊。

因此，可提高超声波装置100的组装性。

再有，通过将由不同密度的硅酮树脂构成的硅酮薄片117及填充材料118叠层在压电元件112上，能够使超声波装置100具有混响小而且灵敏度高的特性。

再有，在本实施例中，作为密合到压电元件112的部分的硅酮树脂使用硅酮薄片117，但也可以通过固化泡沫性的硅酮树脂，使之形成为低密度硅酮树脂层。

还有，通过根据外壳111的形状调节硅酮薄片117的厚度或密度，可容易地使混响及灵敏度的特性最优化。

图8是本发明的其他实施例的分解立体图，图9是本发明的其他实施例的剖视图。该图中，与图1、图2相同结构的部分加注同一符号并略去说明。

本实施例的超声波装置400，其外壳411、连接部件412、硅酮薄片413的结构与超声波装置100不同。还有，引线115、116的另一端连接于连接器414上。

外壳411代替凸台状结合部122而具有孔状结合部421。孔状结合部421形成于从外壳411的阶梯部121的中央偏向X2方向的一侧上。连接部件412插入孔状结合部421。

图10是连接部件412的立体图。

连接部件412通过冲压加工金属板而形成，并与连接部431、凸缘432、压接部433构成一体，形成大致销状。

连接部431在其中央部沿箭头Z1、Z2方向设有切口，切口部441向外被拉开而形成大致菱形形状。连接部431插入孔状结合部421。此时，如图10(B)所示那样，连接部431由于孔状结合部421的内周壁，其外周侧部被孔状结合部421的内侧壁挤压而一边闭合切口部441一边插入孔状结合部421内。

由此，连接部431以被孔状结合部421的内侧壁压接的状态插入孔状结合部421。因此，能够可靠地进行连接部件412和外壳411之间的连接。再有，在将连接部件412插入孔状结合部421之前，用环氧树脂451填充孔状结合部421。通过环氧树脂451，连接部件412粘合在孔状结合部421上，可防止连接部件412从孔状结合部421脱落。

凸缘432设置在连接部431的上端部、箭头Z1方向的端部上，将连接部431插入到孔状结合部321内时，触碰阶梯部121的表面。

还有，由于凸缘432，与环氧树脂451之间的粘接部分增加，且可使连接部件412可靠地粘合在外壳411上。由此，能够可靠地进行引线116对外壳411的连接，从而能够提高产品的信赖性。

压接部433设置于凸缘部432的上方、沿Z1方向上，通过夹具等，引线116的一端压接在压接部433上。如图10(A)所示那样，夹具在将引线116安置在其中央的状态下，通过将压接部433沿A1、A2的方向弯折，使连接部件412压接在引线116上。

再有，压接部433与引线116之间的压接部分由环氧树脂粘合。由此，可防止连接部件412从引线116脱落。

再有，连接部件412，并非限定于上述结构，例如，也可以是单纯的金属棒。还有，与引线116之间的连接也并非限定于压接，也可以通过软钎焊或导电性粘接剂等连接。还有，也可以组合压接、软钎焊、导电性粘接剂。

硅酮薄片413形成为椭圆状，在其长轴方向上，形成有与外周连通的切口部471。绞合线113插入切口部471。

在实施用于固化固定压电元件112和外壳411以及连接部件412和外壳411用环氧树脂等的热处理之后，将硅酮薄片413敷设在压电元件112上。

下面说明硅酮薄片413的敷设方法。

首先，使切口部471与箭头X1方向对齐地使硅酮薄片413定位，并将X2方向的端部抵接到外壳箭头411的X1方向的内侧壁上。此时，由于连接部件412为销状，因此，即使在插入到孔状结合部421的情况下，也不会从外壳411的阶梯部421沿箭头Y2方向突出。因此，当硅酮薄片413敷设到压电元件112上时，不受阻碍，因此，可容易地使硅酮薄片413敷设到压电元件112上。

其次，将绞合线113插入到硅酮薄片413的切口部471内，使硅酮薄片413的箭头X1方向的端部沿箭头Z2方向滑动，而敷设到压电元件112上。

连接器414由接插件构成，是由盖461及端子部件462构成，用于将超声波装置400连接到外部电路上。

壳体461是将树脂等的绝缘材料成型为有底状的筒状的部件，从形成于其底面的结合部压入端子部件462，而其前端部伸出到内周一侧而固定。

端子部件462与连接部件412是相同的部件，引线115、116的另一端压接到压接部433上而固定。连接器414，安装于与之对应的形状的插塞式连接器上，将超声波装置400连接到外部电路上。

如上所述，根据本发明，由于连接部件412不会从外壳411的阶梯部121表面沿箭头Y2方向突出，因此，可容易地将硅酮薄片413安装到外壳411上。还有，由于连接部件412使用与连接器414的端子部件462通用的部件，因此，可降低成本。

还有，在本实施例中，将引线115、116扭成螺旋状，由此，使引线115、116的操作简单，使安装性容易。

再有，本发明并非限定于上述实施例，毋庸置言，在不超出本发明的范围内可考虑各种各样的实施例。

Claims (19)

1.一种超声波装置，发射及/或接收超声波，其特征在于，具备：

压电元件；

以上述压电元件的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件，并形成有结合部的外壳；

连接于上述压电元件的另一方的电极上的第1导电线材；

用作接地电位的第2导电线材；以及

在连接上述第2导电线材的同时，结合到上述结合部上而连接上述第2导电线材和上述外壳的连接部件。

2.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于：

上述结合部由凸起构成。

3.根据权利要求2所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接部件由具有缠绕上述第2导电线材的缠绕部和结合到上述凸起上的结合部的导电性板材构成。

4.根据权利要求2所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接部件由具有压接上述第2导电线材的压接部和结合到上述凸起上的结合部的导电性的板材构成。

5.根据权利要求2所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接部件做成其内周侧呈与上述凸起结合的大致圆筒形状，并将

上述第2导电线材软钎焊在其外周侧的结构。

6.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于，上述第1导电线材，具备：

一端软钎焊在上述压电元件的另一端的绞合线；以及

一端软钎焊在上述绞合线的另一端的引线。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接部件结合到上述结合部上后软钎焊在上述外壳上。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的超声波装置，其特征在于：

上述外壳实施有镀镍处理。

9.根据权利要求8所述的超声波装置，其特征在于：

上述外壳由铝材构成。

10.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于：

上述结合部由形成于外壳上的孔部构成。

11.根据权利要求10所述的超声波装置，其特征在于，上述连接部件具备：

压接、固定上述第2导电线材的压接部；以及

插入上述孔部的连接部。

12.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接部件使用连接器的端子部件。

13.根据权利要求12所述的超声波装置，其特征在于：

上述连接器为，连接于上述第1导电线材和上述第2导电线材的另一端，并将上述第1导电线材及上述第2导电线材连接到外部电路上的连接器。

14.一种超声波装置，发射及/或接收超声波，其特征在于，具备：

压电元件；

以上述压电元件的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件的外壳；

连接于上述压电元件的另一方的电极上的第1导电线材；以及

用作接地电位并软钎焊于上述外壳的第2导电线材，

并且，在上述外壳上实施有非电解镀镍处理。

15.根据权利要求14所述的超声波装置，其特征在于：

上述非电解镀镍处理实施于将上述压电元件组装到上述外壳上之前。

16.一种超声波装置的组装方法，用于组装具备压电元件、以上述压电元件的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有结合部的外壳、连接于上述压电元件的另一方的电极上的第1导电线材、用作接地电位的第2导电线材、以及连接上述第2导电线材的同时结合到上述结合部上而连接上述第2导电线材和上述外壳的连接部件的超声波装置，其特征在于，包括：

将上述第2导电线材连接到上述连接部件上的工序；以及

将上述连接部件结合到上述外壳的上述结合部上的工序。

17.根据权利要求16所述的超声波装置的组装方法，其特征在于，还具有软钎焊上述连接部件和上述外壳的工序。

18.一种超声波装置的组装方法，用于组装具备压电元件、以上述压电元件的一方的电极与底面电连接的方式收放该压电元件并形成有孔状的结合部的外壳、连接于上述压电元件的另一方的电极上的第1导电线材、用作接地电位的第2导电线材、连接上述第2导电线材的同时结合到上述结合部上而连接上述第2导电线材和上述外壳的销状的连接部件、以及敷设在上述压电元件上的弹性薄片的超声波装置，其特征在于，包括：

将上述第2导电线材连接到上述连接部件上的第一道工序；

将上述连接部件结合到上述外壳的上述结合部上的第二道工序；以及

将弹性薄片敷设在上述压电元件上的第三道工序。

19.根据权利要求18所述的超声波装置的组装方法，其特征在于，上述第二道工序，具有：

使上述连接部件结合到上述外壳的上述结合部之后，涂敷热固化树脂的工序；以及

使上述热固化树脂固化的工序。

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