JP2000023288A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケース内に圧電振動素子及び温度補償用のコ
ンデンサを封止し、信号線を引き出した超音波センサの
製造を容易にするとともにその特性と信頼性を向上させ
る。 【解決手段】 樹脂製の略円筒状をしたケース本体３の
先端開口に、圧電振動素子５を接合させた金属板４を取
り付ける。ケース本体３には一対の導電部材７，８がイ
ンサート成形されており、一方の導電部材７の端は圧電
振動素子５に半田付けされ、他方の導電部材８の端は金
属板４に導通している。各導電部材７，８の他端はケー
ス本体３の後端面で露出して対向しており、この対向し
た端部間にチップコンデンサ１１を実装する。また、導
電部材７，８の露出部分には、信号線１３，１３を接続
する。さらに、ケース本体３内には吸音材１４と絶縁性
樹脂１５を充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波センサに関す
る。特に、自動車のバックソナーやコーナーソナー等に
使用される超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサは、超音波を利用してセン
シングを行うものであり、圧電振動素子から超音波パル
ス信号を間欠的に送信し、周辺に存在する障害物からの
反射波を圧電振動素子で受信することにより物体を検知
するものである。しかし、このような超音波センサにあ
っては、その圧電振動素子の静電容量が温度変化に対し
て大きく変動し、共振特性が大きく変化するものである
ことから、何らかの温度補償をしなければ、超音波セン
サの温度ドリフトが大きくなってしまう。そのため、超
音波センサ内に温度補償用のコンデンサを内蔵させるこ
とによって温度ドリフトの低減を図ることが行われてい
る。

【０００３】温度補償用の単板コンデンサを内蔵した公
知の超音波センサの構造を図７の断面図に示す（特開平
８−２３７７９６号公報）。この超音波センサ５１にあ
っては、有底筒状をした金属ケース５２の前面に薄肉部
５２ａが位置しており、圧電振動素子５３は薄肉部５２
ａの内面に密着して固定され、圧電振動素子５３の振動
面上に形成された一方の電極は薄肉部５２ａと導通して
いる。また、２本の信号入出力用の信号線５４，５４の
先端は、温度補償用の単板コンデンサ５５の外部電極に
接続されており、単板コンデンサ５５の両外部電極と圧
電振動素子５３の他方の電極及び金属ケースもそれぞれ
信号線５６，５６によって接続されている。こうして信
号線５４，５６に接続された圧電振動素子５３と単板コ
ンデンサ５５を金属ケース５２内部に納めた状態で、金
属ケース５２の内部にフェルト等の吸音材５７と、シリ
コンゴムやウレタンゴム等の弾性を有する絶縁性樹脂５
８を充填して金属ケース５２の内部を封止している。従
って、圧電振動素子５３は金属ケース５２（薄肉部５２
ａ）と吸音材５７に囲まれた空間に配置され、単板コン
デンサ５５は絶縁性樹脂５８内に封止され、一体構造の
超音波センサ５１が組み立てられている。

【０００４】そして、温度補償用コンデンサを内蔵する
ことによって自ら温度ドリフトの低減を図ると共に、絶
縁性部材により封止されることによって防滴型の構造と
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構造の超音波センサにあっては、以下に説明する
ような問題があった。 (1) 圧電振動素子の振動を阻害せず、かつ感度出力を大
きくするためには、圧電振動素子及び単板コンデンサに
接続されて超音波センサの外部へ引き出される信号線
は、特に細くて柔かいものを採用することが感度特性の
上で望ましい。しかし、この細くて柔らかい信号線を金
属ケースの狭い空間内で圧電振動素子や単板コンデンサ
に半田付け等で電気的に接続することは非常に難しく、
超音波センサの製造効率が悪かった。この結果、信号線
と圧電振動素子や単板コンデンサとの結線チェックも必
要となり、工程が煩雑になる問題があった。

【０００６】(2) また、単板コンデンサは、絶縁性樹脂
を充填するまでは金属ケース内で宙に浮いた状態となっ
ているので、信号線と接続した後、金属ケース内に絶縁
性樹脂を注入する際、その注入圧によって単板コンデン
サが信号線から外れて導通を損なう恐れがあった。

【０００７】(3) 絶縁性樹脂の注入時に単板コンデンサ
が信号線から外れなかったとしても、製造工程上、次の
ような問題が発生する。超音波センサは、間欠的に超音
波パルス信号を作成し、増幅した後、超音波パルス信号
を送信し、障害物からの反射波を受信し、増幅する。そ
して、その受信パルスから障害物の存在を検知したり、
あるいは、超音波パルス信号を送信してから受信するま
での経過時間から障害物までの距離を演算するものであ
る。従って、近距離での検知も可能にするためには、超
音波パルス信号を送信した後、超音波センサ内に発生す
る残響波は受信波を受信するまでに速やかに収束させる
必要がある。しかし、圧電振動素子に接続された信号線
が交差していたり、絶縁性樹脂に封止された信号線が残
留張力を持っていたりすると、出力側への振動の漏れが
増大し、超音波センサの残響特性が劣化する。

【０００８】また、信号線に外部から張力が加わった
際、その張力が超音波センサの内部に伝達して信号線が
単板コンデンサや圧電振動素子から外れて超音波センサ
が破壊しないようにするためには、信号線に加わった張
力を絶縁性樹脂によって内部分散させなければならず、
それには信号線を絶縁性樹脂の中心部から外部へ引き出
さなければならない。

【０００９】そのためには、超音波センサの製造工程に
おいては、ケース本体に絶縁性樹脂を注入した後も、信
号線が交差したり信号線に張力が残留したりすることが
ないよう、単板コンデンサや信号線を一定位置に（特
に、信号線がケース本体の中心から引き出されるよう
に）安定に保持したままで絶縁性樹脂を硬化させる必要
がある。

【００１０】しかしながら、絶縁性樹脂が硬化する以前
には、単板コンデンサを支持する手段としては信号線し
かないから、単板コンデンサを信号線で吊り下げた状態
に保持して絶縁性樹脂が硬化するのを待つしかなく、信
号線に張力が生じるのを避けることができず、単板コン
デンサや信号線の位置も動き易くて不安定であった。こ
の結果、超音波センサの組み立てが困難になり、品質特
性及び信頼性の点でも問題があった。

【００１１】(4) また、この構造の超音波センサでは、
単板コンデンサは信号線と信号線の電気的導通を得るた
めの中継端子としての機能を有しているから、半田付け
等の作業に必要な面積の外部電極を有する単板コンデン
サを用いる必要があり、超音波センサ全体の小型化に十
分対応できず、単板コンデンサを金属ケース内に完全に
収納することが困難となり、単板コンデンサの外部電極
を絶縁性樹脂で完全に被覆することが困難であった。

【００１２】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、超音波セン
サの製造を容易にするとともにその特性及び信頼性を向
上させることにある。

【００１３】

【発明の開示】本発明にかかる超音波センサは、絶縁性
材料からなる略筒状をしたケース本体の前面開口に金属
板を設け、当該金属板の内面に圧電振動素子を接合さ
せ、ケース本体に一体形成した一対の導電部材の一部を
それぞれ圧電振動素子の各電極に導通させ、ケース本体
の後端部において各導電部材の露出部分にチップ型のコ
ンデンサの各電極を接続し、各導電部材からそれぞれ信
号線を取り出したことを特徴としている。

【００１４】本発明の超音波センサにあっては、ケース
本体の後端部において、ケース本体に一体形成された導
電部材の露出部分にコンデンサを実装しているので、簡
単に温度補償用のコンデンサを自動実装することができ
る。信号線も導電部材に接続することによって容易に接
続できる。従って、超音波センサの製造を容易にし、製
造効率を向上させることができる。

【００１５】また、コンデンサや信号線は、ケース本体
と一体形成された導電部材に接続されるので、確実に取
り付けることができ、ケース本体内に樹脂を注入してコ
ンデンサや信号線の一部を封止する場合でも、コンデン
サや信号線が導電部材から外れる恐れがほとんどない。
よって、超音波センサの不良品率を低下させ、信頼性を
向上させることができる。

【００１６】また、ケース本体に樹脂を注入する場合で
も、信号線に張力が加わることのない状態で、しかもコ
ンデンサ及び信号線を一定位置に保持したままで樹脂を
硬化させることができるので、信号線に生じる残留応力
を抑制し、残響特性を安定化させることができる。さら
に、信号線に外部から張力が加わった場合でも、効果的
に張力を分散させて超音波センサの破壊を防止すること
ができる。よって、残響特性のばらつきを低減し、接続
信頼性を向上させて超音波センサの特性と信頼性を向上
させることができる。

【００１７】さらには、信号線はコンデンサに接続する
のでなく、ケース本体に一体形成された導電部材に接続
しているので、小さなコンデンサを用いることができ、
超音波センサの小型化に寄与する。

【００１８】また、ケース本体の後端部に部分的もしく
は全周にわたる凹部を形成し、この凹部内にコンデンサ
を納めるようにすれば、この凹部内を絶縁性樹脂で封止
することによってコンデンサの半田接続部を簡単に被覆
でき、接続部の信頼性をより高くすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１（ａ）
（ｂ）は本発明の一実施形態による超音波センサ１の構
造を示す平面図及び断面図、図２は同上のセンサケース
２を分解して示す断面図である。この超音波センサ１の
構造を組み立て手順をまじえて説明する。圧電振動素子
５を収納するセンサケース２は有底筒状をしており、こ
のセンサケース２は、絶縁性樹脂、例えばポリフェニレ
ンサルファイド（ＰＰＳ）や液晶ポリマー等のエンジニ
アリングプラスチックからなる略円筒状のケース本体３
と、円板状をしたアルミニウム等の金属板（振動板）４
から構成されている。図２に示しているように、ケース
本体３の前端開口の内周には環状の窪み部６が凹設され
ており、窪み部６内には振動を発生し反射波を受信する
金属板４が嵌合して有底筒状のセンサケース２が構成さ
れている。ケース本体３内には、洋白、４２ニッケルな
どの金属材料からなる導電部材７，８が一部（つまり、
先端側半部７ａ，８ａ）をインサートされており、一方
の導電部材８の先端は窪み部６内に露出し、他方の導電
部材７の先端はケース本体３の内周面から端面開口へ向
けて突出している。導電部材７，８として洋白、４２ニ
ッケルなどの金属材料を用いることにより導電部材強度
が向上し、柔らかな信号線を用いる場合のような断線の
恐れが小さくなる。また、両導電部材７，８の中央部に
は信号線を接続するための電極パッド９，９が設けられ
ており、２つの電極パッド９，９はケース本体３の後端
面上の反対側で互いに対向するように配置されている。
さらに、ケース本体３の後端面で露出している２つの電
極パッド９，９からは、ケース本体３の後端面に沿って
導電部材７，８の基端側半部７ｂ，８ｂが円弧状に延出
しており、両基端側半部７ｂ，８ｂの先端どうしは小さ
な間隔をあけて対向している。

【００２０】圧電振動素子５は両主面に電極１０ａ，１
０ｂを形成されており、金属板４の内面中央部には、圧
電振動素子５の一方の電極１０ａが導電接着剤により接
合されている。このようにしてケース本体３を導電部材
７，８と一体成形すると共に金属板４に圧電振動素子５
を一体化した後、圧電振動素子５を接合された金属板４
の外周部をケース本体３の窪み部６に嵌めて接着剤で接
着し、それによってセンサケース２を組み立てると共に
センサケース２内に圧電振動素子５を納める。ついで、
一方の導電部材７の先端を圧電振動素子５の電極１０ｂ
に半田付けする。他方の導電部材８の先端は金属板４に
圧接して金属板４に導通している（この導電部材８の先
端と金属板４も導電接着剤などで接合させてもよい）の
で、２本の導電部材７，８は圧電振動素子５の両面に導
通することになる。

【００２１】導電部材７，８の基端間に跨がせてチップ
コンデンサ１１を乗せ、チップコンデンサ１１の電極１
２，１２を各導電部材７，８の基端部に半田付けしてチ
ップコンデンサ１１をケース本体３の後端面に実装す
る。ついで、電極パッド９，９に信号線１３，１３の端
部を半田付けする。こうして、圧電振動素子５は、信号
線１３，１３及び導電部材７，８を通じて、電圧を印加
されると共に受波信号を取り出される。また、温度補償
用のチップコンデンサ１１は圧電振動素子５と並列に接
続されることになる。

【００２２】こうして各部品の実装や接続が終わった
ら、ケース本体３内にフェルト等の吸音材１４を入れて
圧電振動素子５の近傍を吸音材１４で覆い、吸音材１４
のあとからケース本体３内にシリコンゴムやウレタンゴ
ム等の弾性を有する絶縁性樹脂１５を充填し硬化させ
る。この絶縁性樹脂１５としては、合成樹脂発泡体を用
いてもよい。なお、チップコンデンサ１１を絶縁性樹脂
１５で覆って封止してもよい。

【００２３】また、ケース本体３内に絶縁性樹脂１５を
充填する際、信号線１３，１３の一部を絶縁性樹脂１５
内に埋め込むようにすれば、信号線１３，１３に引張力
が加わっても信号線１３，１３が電極パッド９，９から
外れにくくできる。これにより、ユーザーが超音波セン
サ１を取付け作業する時に、信号線１３，１３に掛かる
引張力のために超音波センサ１が破壊しにくくなり、作
業性が向上する。さらに、導電部材７，８を伝ってくる
振動が絶縁性樹脂１５によって緩和されるので、残響特
性が向上する。

【００２４】しかして、この超音波センサ１にあって
は、導電部材７，８及び金属板４を介して圧電振動素子
５に交流電圧を印加して金属板４を振動させ、音波を発
生させる。逆に、受信した反射音波により金属板４が変
形することによって発生する歪を圧電振動素子５によっ
て電気信号に変換し、導電部材７等を介して信号を取り
出し、障害物等の検出を行なう。

【００２５】このような構造の超音波センサ１にあって
は、ケース本体３の端面に導電部材７，８を配設し、ケ
ース本体３の端面で導電部材７，８間にチップコンデン
サ１１を実装するようにしたので、チップコンデンサ１
１を安定的に搭載することができるようになる。また、
導電部材７，８はケース本体３に埋設もしくは植設して
位置決めされているから、配線経路が固定されることに
なり、チップコンデンサ１１の搭載精度も向上する。よ
って、既存のチップ部品搭載機によるチップコンデンサ
１１の自動搭載が可能となり製造が容易になる。さら
に、温度補償用コンデンサをチップコンデンサ１１とす
ることで、超音波センサ１の小型化が可能になる。

【００２６】また、導電部材７，８がケース本体３に埋
設もしくは植設されているから、信号伝達経路が固定さ
れることになり、信号伝達経路（導電部材７，８）が交
差したり残留張力を持ったりすることがなく、超音波セ
ンサの残響特性が安定する。

【００２７】（第２の実施形態）図３（ａ）（ｂ）は本
発明のさらに別な実施形態による超音波センサ２１を示
す平面図及び断面図、図４はケース本体３の一部破断し
た断面図（ケース本体３の外周面に沿った湾曲した断面
の断面図）である。この実施形態にあっては、ケース本
体３の基端部内周面を部分的に切り欠き、チップコンデ
ンサ１１を納めることができる大きさの凹部２２を設け
てある。また、導電部材７，８の電極パッド９，９より
も基端側（基端側半部７ｂ，８ｂ）もケース本体３内に
インサートされており、導電部材７，８の基端側半部７
ｂ，８ｂの先端は凹部２２内に露出し、先端どうしが隙
間を隔てて互いに対向している。

【００２８】しかして、圧電振動素子５を接合された金
属板４をケース本体３に取り付けてセンサケース２内に
圧電振動素子５を納めた後、チップコンデンサ１１を凹
部２２内に納めて導電部材７，８の先端間に配置し、チ
ップコンデンサ１１の電極１２，１２を各導電部材７，
８の先端に半田付けしている。さらに、電極パッド９，
９に信号線１３，１３の端を半田付けし、ケース本体３
内に吸音材１４を入れた後、絶縁性樹脂１５をケース本
体３の後端面まで充填すると、凹部２２内にも絶縁性樹
脂１５が充填されてチップコンデンサ１１の全体が絶縁
性樹脂１５内に封止され、チップコンデンサ１１の接続
部分の耐湿性が向上する。

【００２９】チップコンデンサ１１の半田付け接続部を
絶縁性樹脂１５で封止することは耐湿性を向上させるの
に効果的である。この実施形態では、ケース本体３に設
けた凹部２２にチップコンデンサ１１を実装しているの
で、凹部２２内に絶縁性樹脂１５を充填することによ
り、絶縁性樹脂１５をセンサケース２の外へ漏らすこと
なく、容易に絶縁性樹脂１５でチップコンデンサ１１を
封止することができる。よって、ケース本体３内への絶
縁性樹脂１５の充填と同時に、温度補償用のチップコン
デンサ１１の電極の被覆が可能となり、簡単に耐湿性能
等の信頼性を向上させることが可能となる。

【００３０】（第３の実施形態）図５（ａ）（ｂ）は本
発明のさらに別な実施形態による超音波センサ３１を示
す平面図及び断面図、図６はこの超音波センサ３１にお
ける吸音材１４及び絶縁性樹脂１５をケース本体３に入
れる前の状態を示す平面図である。この実施形態にあっ
ては、ケース本体３の基端部内周面を全周にわたって切
り欠いて環状の凹部２３を形成している。そして、先端
側半部７ａ，８ａをケース本体３内にインサートされた
導電部材７，８の電極パッド９，９を凹部２３の底面に
露出させ、導電パッドの基端側半部７ｂ，８ｂを凹部２
３の底面に沿って延出させ、凹部２３の底面で基端側半
部７ｂ，８ｂの先端どうしを互いに対向させている。こ
の実施形態でも、導電部材７，８間に実装されたチップ
コンデンサ１１は凹部２３内に納められて絶縁性樹脂１
５内に全体を封止されている。さらに、この導電性部材
も絶縁性樹脂１５内に封止されて露出しなくなる。

【００３１】このように凹部２３をケース本体３の全周
に設けても、第２の実施形態と同様、ケース本体３内へ
の絶縁性樹脂１５の充填と同時に、温度補償用のチップ
コンデンサ１１の電極の被覆が可能となり、簡単に耐湿
性能等の信頼性を向上させることが可能となる。また、
この実施形態では、導電部材７，８と信号線１３，１３
の接続部分も絶縁性樹脂１５内に埋まるので、信号線１
３，１３の接続信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態による超音
波センサの構造を示す平面図及び断面図である。

【図２】同上の超音波センサのケース本体と金属板を示
す断面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施形態による超
音波センサの構造を示す平面図及び断面図である。

【図４】同上の超音波センサのケース本体の一部破断し
た断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態に
よる超音波センサの構造を示す平面図及び断面図であ
る。

【図６】同上の超音波センサの吸音材及び絶縁性樹脂を
入れる前の状態を示す平面図である。

【図７】従来例の超音波センサの構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

３ ケース本体 ４ 金属板 ５ 圧電振動素子 ７，８ 導電部材 １１ チップコンデンサ １３ 信号線 ２２，２３ 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩谷 英俊 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5D019 AA19 AA22 AA23 AA25 AA26 BB09 BB28 FF01 HH03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性材料からなる略筒状をしたケース
   本体の前面開口部に金属板を設け、当該金属板の内面に
   圧電振動素子を接合させ、ケース本体に一体形成した一
   対の導電部材の一部をそれぞれ圧電振動素子の各電極に
   導通させ、ケース本体の後端部において各導電部材の露
   出部分にコンデンサを実装し、各導電部材からそれぞれ
   信号線を取り出したことを特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】 前記ケース本体の後端部に部分的もしく
   は全周にわたる凹部を形成し、当該凹部内に前記コンデ
   ンサを納めてコンデンサの各電極を前記導電部材に導通
   させ、絶縁性樹脂によって前記コンデンサを封止したこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の超音波センサ。