JP2001128293A - 圧電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残響特性、耐ノイズ性、および生産性を高め
た圧電装置を得る。 【解決手段】 圧電素子１をケース７に収納するととも
に、圧電素子１の電極３，４とケーブル５との間を、薄
板金属端子６を介して接続する。これにより端子６に弾
性波が伝搬することがなく、この薄板金属端子の接続位
置で圧電素子の振動が反射することがなく、パルス波形
立ち下がり時間の短い、優れた残響特性が得られる。ま
たケーブルを圧電素子の電極に直接接続する必要がない
ため、生産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波の送受波
により物体を探知するために用いられる超音波センサな
ど、圧電振動を利用する圧電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波センサ、圧電ブザー、圧電
ジャイロなどの圧電装置においては、圧電体板などに電
極を形成して成る圧電素子が用いられている。例えば超
音波センサとしては、特開平８−１５４１６号、特
開平８−２３７７９５号、特開平９−２８４８９６
号、および特開平１０−２５７５９５号が開示されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記，，におい
ては、圧電素子の一方の電極をケースに導通させるとと
もに、コネクタケーブルの一方の信号線を圧電素子の他
方の電極に接続し、他方の信号線をケース内面の所定位
置に接続している。また、の超音波センサにおいて
は、端子板に端子ピンを植設し、端子ピン先端部のバネ
性を利用して、圧電素子の電極に端子ピンを接触させて
導通をとるようにしている。

【０００４】ところが、，，で示されているよう
に、コネクタケーブルを用いて圧電素子の電極に直接接
続するようにしたものでは、形状の定まらない長いコネ
クタケーブルを個々に接続しなければならないため、製
造過程において半田付け作業に時間がかかり、作業効率
が悪くなるという課題があった。

【０００５】一方、のように端子ピンを用いて圧電素
子の電極と導通をとるようにしたものでは、残響特性が
問題となる場合があった。例えばＡｕメッキを施した直
径０．４ｍｍの端子ピンを用いた場合の残響特性を図７
に示す。図７において、横軸が時間、縦軸が圧電素子両
端の電圧である。この波形の左側の振幅一定の部分が送
信信号であるが、送信信号が立ち下がった直後から大き
な残響が現れている。このような残響特性は、端子ピン
が圧電素子の振動を受けて、その端子ピンに弾性波がは
しり、弾性波の反射波が再び圧電素子を振動させるこ
と、すなわち圧電素子の振動が端子ピンの当接位置で反
射することによるものである。このような端子ピンの当
接により、結果的にパルス波形の立ち下がり時間が長く
なる。また、超音波センサ全体が振動を受けると、端子
ピンが圧電素子にその振動を伝達することになってノイ
ズを増大させる要因となる。

【０００６】このような問題を回避するためには、上記
，，で示されているように、例えば２０本のより
線からなる直径０．３ｍｍのＣｕ製リード線をケーブル
の信号線として用い、これを手動で半田付けする必要が
あった。

【０００７】上述の問題は超音波センサに限らず、圧電
素子の電極に対して外部接続を行う構造を有する圧電装
置一般に当てはまる事柄である。

【０００８】この発明の目的は、残響特性、耐ノイズ
性、および生産性を高めた圧電装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の圧電装置は、
圧電素子をケース内に収納した構造をとり、圧電素子の
電極と、外部接続用端子または外部接続用ケーブルとの
間を薄板金属端子を介して接続する構造とする。これに
より、圧電素子に対してケーブルの信号線を直接接続す
る必要をなくし、しかも圧電素子に対する薄板金属端子
の接続位置で圧電振動が反射するなどの不都合を回避す
る。

【００１０】また、この発明は、前記圧電素子を、圧電
体板の第１面と第２面に電極を形成するとともに、第２
面の電極の一部を第１面に回り込ませた構造とし、第１
面に形成した２つの電極に前記薄板金属端子を導通させ
るようにしたものである。この構造により、圧電素子の
同一面に対して２つの薄板金属端子を同時に接続できる
ようにする。

【００１１】また、この発明は、前記圧電装置を超音波
センサ、圧電ブザー、圧電ジャイロのいずれかとする。

【００１２】

【発明の実施の形態】第１の実施形態に係る超音波セン
サの構成を図１〜図３を参照して説明する。図１は超音
波センサの主要部分における断面図である。図１におい
て１は全体に円板形状を成す圧電素子、７はこの圧電素
子１を収納するケースであり、底部は薄肉部とした有底
の円筒形状を成す。圧電素子１の一方の面（振動面）は
ケース７の内底面に密着した状態に固定している。ケー
ス７における圧電素子１の上方には、例えばフェルトな
どの吸音材８を配設していて、それより更に上方の空間
には例えばシリコーン系樹脂のような弾性樹脂９を充填
している。

【００１３】圧電素子１は、円板形状の圧電体板２の両
主面に、圧電体板の厚み方向に電界を印加するための電
極３，４を形成して成る。この圧電体板２の上面（第１
面）には、下面（第２面）の電極３から端面を介して回
り込ませた電極を形成している。

【００１４】図１において６は薄板金属端子、５はケー
ブルである。薄板金属端子６は圧電素子１の図における
上面の２つの電極と２本のケーブル５との間を導通させ
るようにそれぞれの端部を半田付けしている。

【００１５】図２は上記薄板金属端子の形状およびその
圧電素子に対する接続部の構造を示している。但し、こ
こでは電極４に対する接続部分について示している。
（Ｂ）は図１に示した向きから見た図、（Ａ）はその位
置から９０°側方から見た図である。薄板金属端子６
は、厚さｔ＝０．０６ｍｍ以下、幅ｗ＝０．４ｍｍ以下
の、燐青銅等の軟らかい弾性金属材料からなる金属薄板
を打ち抜くとともに、爪先形状に成形したものである。
すなわち、この薄板金属端子６は、圧電素子の電極面に
略平行な部分ａ、垂直な部分ｃ、および間を連結する斜
め方向に延びる部分ｂによって爪先形状にしている。

【００１６】この薄板金属端子６は、その先端部ａを圧
電体板２の上面に形成した電極４に対して略平行に当接
させた状態で半田付けしている。この薄板金属端子６の
上端部は、図１に示したケーブル５の端部に電気的に導
通するように半田付けする。

【００１７】このように、弾性材料による厚み寸法およ
び幅寸法の小さな薄板金属端子を用い、しかも圧電素子
の電極面に略平行な部分ａと垂直な部分ｃおよび両者を
連結する斜め方向に延びる部分ｂとによって薄板金属端
子を構成したことにより、圧電素子に対する薄板金属端
子の全体の柔軟性が極めて向上する。その結果、圧電素
子の振動は、薄板金属端子の接合位置で殆ど反射するこ
とがなく、パルス波形立ち下がり時間の短い、良好な残
響特性が得られる。

【００１８】図５は、超音波センサの圧電素子の残響特
性を測定する回路を示している。ここでファンクション
ジェネレータ２２は、周波数４０ｋＨｚのバースト波信
号を発生し、駆動回路２３はパルストランス２４を介し
て超音波センサの圧電素子を駆動する。オシロスコープ
２１は超音波センサの圧電素子に対する印加電圧および
起電圧を入力し、このオシロスコープ２１を用いて残響
特性を観測する。

【００１９】図６は上記超音波センサの残響特性を示
す。図６において、横軸は時間、縦軸は圧電素子両端の
電圧である。この波形の左側の振幅一定の部分が送信信
号であり、右側に現れている波が物体からの反射波の受
信信号である。但し、オシロスコープに対する入力部に
は、ダイオードによる電圧リミット回路を含む信号変換
回路を設けているので、図６に示したように波形が表れ
ている。実際には、６０〔Ｖ〕で０．２〔ｍｓ〕持続す
るトーンバースト波を圧電素子に印加している。

【００２０】ここでは、出力信号が立ち下がり開始か
ら、圧電素子の出力電圧が１〔Ｖ〕に低下するまでの時
間をパルス立ち下がり時間と定義している。この図６に
示した例では、パルス立ち下がり時間は約０．１５ｍｓ
である。このように、送信信号の立ち下がりは急峻とな
り、大きな残響は現れない。因みに、パルス立ち下がり
時間が１．３〔ｍｓ〕より短かければ、例えば３０〔ｃ
ｍ〕程度の近距離での探知も可能となる。

【００２１】図３は上記薄板金属端子をフープ材で構成
した例を示している。図３において６’は２本の薄板金
属端子６を連結状態で一体化する連結部であり、薄板金
属端子６を順次送るためのスプロケットホール１１を設
けている。このような一体化された薄板金属端子６を用
いて、図１に示したように圧電素子１の所定の電極部分
にそれぞれの先端部を半田付けした後、端子部分を連結
部６’から切り離すことによって、薄板金属端子付き圧
電素子を構成する。これを、図１に示したようにケース
７の内部に固定し、吸音材８を入れて、薄板金属端子６
の他方の端部にケーブル５をそれぞれ半田付けし、最後
に弾性樹脂９を充填することにより、超音波センサを効
率良く製造する。

【００２２】次に、第２の実施形態に係る超音波センサ
の構成を図４を参照して説明する。図４において、１は
圧電体板２の両主面に電極３，４を形成して成る圧電素
子、７はこの圧電素子１を収納するケース、８は圧電素
子１の後方に配置した吸音材、９は吸音材８より更に後
方の空間を充填する弾性樹脂である。図１に示した超音
波センサとは異なり、この例では、超音波センサの外部
接続用にケーブルを用いるのではなく、ケースから外部
へ突出する端子１０を用いている。また、圧電素子１の
一方の電極３をケース７の内底面に電気的に導通させて
いて、２つの端子１０のうち、一方の端部と圧電素子１
の電極４との間を薄板金属端子６を介して接続し、他方
の端子１０をケース７に半田付けなどにより直接接続し
ている。

【００２３】このような構造であっても、圧電素子に対
する薄板金属端子の全体の柔軟性が極めて向上する。そ
の結果、圧電素子の弾性波は、薄板金属端子の接合位置
で殆ど反射することがなく、パルス波形立ち下がり時間
の短い良好な残響特性が得られる。

【００２４】なお、以上に示した実施形態では、超音波
センサを例としたが、圧電ブザー、圧電ジャイロなど、
圧電体板に電極を形成して成る圧電素子をケース内に設
けた圧電装置に同様にして適用できる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、圧電素
子に対してケーブルの信号線を直接接続する必要がない
ため、生産性が向上する。しかも圧電素子に対する薄板
金属端子の接続位置で圧電振動が反射せず、パルス立ち
下がり時間の短い残響特性の優れた圧電装置が得られ
る。

【００２６】請求項２に記載の発明によれば、圧電素子
の同一面に対して２つの薄板金属端子を同時に接続でき
るため、生産性が更に高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る超音波センサの構成を示
す図

【図２】同超音波センサにおける薄板金属端子部分の構
造を示す図

【図３】同薄板金属端子の圧電素子に対する接続前の構
造を示す図

【図４】第２の実施形態に係る超音波センサの構成を示
す図

【図５】残響特性を測定する測定回路の構成を示す図

【図６】第１の実施形態に係る超音波センサの残響特性
を示す図

【図７】従来の超音波センサの残響特性の例を示す図

【符号の説明】

１−圧電素子 ２−圧電体板 ３，４−電極 ５−ケーブル ６−薄板金属端子 ７−ケース ８−吸音材 ９−弾性樹脂 １０−端子 １１−スプロケットホール ２３−駆動回路 ２４−パルストランス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、該圧電素子を収納するケー
   スとから成る圧電装置において、 圧電素子の電極と、外部接続用端子または外部接続用ケ
   ーブルとの間に介在して、双方を導通させる薄板金属端
   子をケース内に設けた圧電装置。
2. 【請求項２】 前記圧電素子を、圧電体板の第１面と第
   ２面に電極を形成するとともに、第２面の電極の一部を
   第１面に回り込ませた構造とし、第１面に形成した２つ
   の電極に前記薄板金属端子を導通させた請求項１に記載
   の圧電装置。
3. 【請求項３】 前記圧電装置が超音波センサ、圧電ブザ
   ー、圧電ジャイロのいずれかである請求項１または２に
   記載の圧電装置。