JP2003302387A - Element housing unit, sensor and its manufacturing method - Google Patents

Element housing unit, sensor and its manufacturing method

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JP2003302387A
JP2003302387A JP2002107479A JP2002107479A JP2003302387A JP 2003302387 A JP2003302387 A JP 2003302387A JP 2002107479 A JP2002107479 A JP 2002107479A JP 2002107479 A JP2002107479 A JP 2002107479A JP 2003302387 A JP2003302387 A JP 2003302387A
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JP
Japan
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case
terminal
housing
terminals
circuit board
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Application number
JP2002107479A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Ishikawa
秀樹 石川
Yoshikuni Sato
美邦 佐藤
Keigo Tomono
圭吾 伴野
Noboru Ishida
昇 石田
Takafumi Oshima
崇文 大島
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element housing unit which can simplify steps of assembling and the like by housing an element such as an ultrasonic element or the like and which has high reliability. <P>SOLUTION: A detecting element body 40 houses a piezoelectric element 51 in a housing part 43 of a case 42. Lead wires 54a, 54b from its electrode are respectively soldered to terminals 55a, 55b insert molded in the part 43. Thereafter, the part 43 is filled with urethane resin. As a result, the wires 54a, 54b mounted at the element 51 are not disconnected by mistake at assembling time. Since the part 43 of the case 42 is formed thinly at a flange 41 side, even when the filled urethane is thermally expanded so that a stress is generated in the case 42, the part 43 of the case 42 is deformed to prevent an internal stress from being stored. As a result, a useless stress is not applied to the element 51, and hence its reverberation can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波と電気信号
とのやり取りを行なう素子をケース内に収納し、少なく
とも該素子の存在する部位を、充填材により充填してな
る素子収容体およびその製造方法に関し、更に、この素
子収容体を用いたセンサとその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element housing body in which an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case, and at least a portion where the element is present is filled with a filling material, and the same. The present invention also relates to a manufacturing method, and further to a sensor using the element housing and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、超音波と電気信号とのやり取
りを行なう素子をケース内に収納し、これをセンサや超
音波の発生器として用いることが行なわれている。超音
波は種々の媒質内を伝播するが、その伝播の状況は、媒
質の性状、例えば媒質の濃度や厚み、あるいは温度など
の影響を受けるから、超音波を利用したセンサとして利
用されている。例えば、流路に臨む位置に超音波の発生
器を設け、流路に存在する気体の濃度や温度、あるいは
湿度などを検出するガスセンサが知られている。こうし
たガスセンサでは、検出用素子からの信号を電気的に処
理して、気体の性質に対応した電気信号として出力す
る。ガスセンサの一例として、自動車など内燃機関を搭
載した輸送機器に設けられ、超音波の伝播速度の変化を
利用してガソリンや軽油などの濃度を検出するガス濃度
センサを取り上げる。こうしたガス濃度センサは、例え
ば自動車に搭載されたキャニスタから内燃機関の吸気管
に接続されたパージラインの途中に設けられ、センサに
形成された所定体積の流路を、ガソリンなどが含まれる
蒸発燃料ガスが通過するよう構成される。ガソリン蒸気
の濃度が変化すると、媒質中を通過する超音波の速度が
変化するので、この変化を超音波の受信器で検出し、信
号を処理して、ガソリン濃度に対応した信号として出力
するのである。通常は、送信器から出力された超音波が
所定距離を伝播して受信器に到達するまでの時間を検出
して、ガソリン濃度を求めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case and used as a sensor or an ultrasonic wave generator. Ultrasonic waves propagate in various media, and the state of their propagation is affected by the properties of the media, such as the concentration and thickness of the media, the temperature, and so on, so they are used as sensors using ultrasonic waves. For example, a gas sensor is known in which an ultrasonic wave generator is provided at a position facing the flow path, and the concentration, temperature, or humidity of the gas existing in the flow path is detected. In such a gas sensor, the signal from the detection element is electrically processed and output as an electric signal corresponding to the property of the gas. As an example of the gas sensor, a gas concentration sensor that is provided in a transportation device such as an automobile equipped with an internal combustion engine and that detects the concentration of gasoline, light oil, or the like by utilizing the change in the propagation speed of ultrasonic waves will be taken up. Such a gas concentration sensor is provided, for example, in the middle of a purge line connected from a canister mounted on an automobile to an intake pipe of an internal combustion engine, and a passage of a predetermined volume formed on the sensor is connected to an evaporated fuel containing gasoline or the like. It is configured to allow gas to pass. When the concentration of gasoline vapor changes, the speed of the ultrasonic wave passing through the medium changes, so this change is detected by the ultrasonic receiver, the signal is processed and output as a signal corresponding to the gasoline concentration. is there. Normally, the gasoline concentration is obtained by detecting the time required for the ultrasonic wave output from the transmitter to propagate through a predetermined distance and reach the receiver.

【0003】こうしたガス濃度センサを初めとし、気体
の性質の変化を大きな電気信号に直接変換できる素子は
少なく、検出用素子から出力される電気信号は微弱なこ
とが多い。このため、従来のガスセンサでは、検出用素
子からの電気信号を、リード線などを介して外部に取り
出し、これを専用の信号処理回路により増幅・処理する
ことが行なわれていた。
There are few elements such as such a gas concentration sensor that can directly convert a change in gas properties into a large electric signal, and the electric signal output from the detection element is often weak. Therefore, in the conventional gas sensor, an electric signal from the detection element is taken out to the outside through a lead wire or the like, and amplified and processed by a dedicated signal processing circuit.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
超音波と電気信号とのやり取りを行なう素子は、圧電セ
ラミックなどであり、その電極には細いワイヤが、溶接
やはんだ付けなどにより接合されているに過ぎず、取り
扱いが困難であるという問題があった。細いワイヤのリ
ード線は、組立中に切れたりしやすく、また信号処理回
路に接続する際の取り回しも困難であった。あるいは、
使用中に、振動などが加わって、リード線の接合部が離
脱したりすることも考えられた。
However, in general,
The element that exchanges ultrasonic waves and electric signals is a piezoelectric ceramic, etc., and its electrodes are only connected with thin wires by welding or soldering, which poses the problem of being difficult to handle. It was A thin wire lead wire is easily broken during assembly and is difficult to handle when connecting to a signal processing circuit. Alternatively,
It was also considered that the joint portion of the lead wire might come off due to vibration or the like during use.

【0005】本発明は、こうした問題を解決し、取り扱
いが容易で、組立などの製造が簡略な素子収容体を提供
することを、その目的の一つとする。
An object of the present invention is to solve the above problems, to provide an element housing which is easy to handle and is easy to manufacture such as assembling.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決する本発明の素子収容体
は、超音波と電気信号とのやり取りを行なう素子をケー
ス内に収納し、少なくとも該素子の存在する部位を、充
填材により充填してなる素子収容体であって、前記ケー
スは、前記電気信号を外部の回路とやり取りする端子を
備え、前記充填材の充填前に、前記素子と前記端子の一
端との電気的な接続を完了するリード線を有し、かつ該
リード線および該リード線と前記端子との前記接続の箇
所は、前記充填材により充填されており、前記端子の他
端は、前記ケースから外側に突出してなることを要旨と
している。
Means for Solving the Problem and Its Action / Effect The element housing of the present invention which solves at least a part of the above-mentioned problems, accommodates at least an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals in a case, and An element container in which a portion where the element is present is filled with a filling material, wherein the case has a terminal for exchanging the electric signal with an external circuit, and the element is provided before the filling material is filled. And a lead wire that completes electrical connection between one end of the terminal and the terminal, and the lead wire and the location of the connection between the lead wire and the terminal are filled with the filler, and the terminal The gist is that the other end of is projected outward from the case.

【0007】かかる素子収容体では、素子を収容するケ
ースに端子を有し、この端子にリード線で素子が接続さ
れている。端子とリード線との接続を完了した後、充填
材により、素子の存在する部位およびリード線、更には
リード線と端子との接続の箇所は封止された状態とな
る。従って、素子収容体としての取り扱いの時点で、リ
ード線を誤って切断したりすることがない。しかも、端
子の他端は、ケースから外部に突出しているから、素子
収容体と外部との接続は、この端子を用いて行なえば良
く、素子収容体としての取り回しや、組立も容易であ
る。
In such an element container, a case for accommodating the element has a terminal, and the element is connected to the terminal by a lead wire. After the connection between the terminal and the lead wire is completed, the part where the element is present and the lead wire, and the part where the lead wire and the terminal are connected are sealed by the filling material. Therefore, the lead wire is not accidentally cut at the time of handling as an element housing. Moreover, since the other end of the terminal protrudes from the case to the outside, connection between the element housing and the outside may be performed using this terminal, and the element housing can be easily handled and assembled.

【0008】こうした素子収容体のケースは、合成樹脂
により成形することができる。この場合、端子は、合成
樹脂製のケースにインサート成形することができる。も
とより端子は、合成樹脂のケースに圧入などの手法で取
り付けても良いが、インサート成形すれば、製造がより
容易となる。また、使用中に振動などにより、端子が脱
落するといったことも生じにくい。
The case of such an element housing can be molded of synthetic resin. In this case, the terminal can be insert-molded in a case made of synthetic resin. Of course, the terminal may be attached to the case of synthetic resin by a method such as press fitting, but if it is insert-molded, the manufacturing becomes easier. In addition, the terminals are unlikely to fall off due to vibration during use.

【0009】こうした素子収容体の形状としては、ケー
スを、筒形状の本体と、本体の一端に連設されたフラン
ジ部と、本体の他端を封止する封止部材とから構成する
ことができる。こうした構成を採用すると、素子の取付
や素子収容体全体の他の部材への取付が容易となる。ま
た、こうした形状では、端子の両端のうち、リード線に
接続される側をケースの本体の内周面から突出させ、他
端側をケースのフランジ部から突出させるようにすれ
ば、リード線の接続距離を短くすることができ、好適で
ある。また、端子他端をフランジ部で外側に突出できる
ので、素子収容体から外部の機器への接続も容易とな
る。
As for the shape of such an element housing, the case may be composed of a tubular main body, a flange portion connected to one end of the main body, and a sealing member for sealing the other end of the main body. it can. By adopting such a configuration, it becomes easy to attach the element or other elements of the entire element housing. Further, in such a shape, if both ends of the terminal, which are connected to the lead wire, are projected from the inner peripheral surface of the main body of the case and the other end side is projected from the flange portion of the case, the lead wire This is preferable because the connection distance can be shortened. Further, since the other end of the terminal can be projected outward by the flange portion, connection from the element housing to an external device becomes easy.

【0010】こうしたフランジ部を有する構成では、ケ
ースの本体を、フランジ部側から封止部材の存在する側
に向けて、肉厚が増大する形状に形成してもよい。この
場合、肉厚になった部分で端子をしっかりと保持できる
ので、素子を本体に埋め込むための厚みの確保という要
請を満たすことができる。その一方で、本体が、例えば
充填材の熱膨張などでストレスを受けたとき、肉薄とな
っているフランジ部との接合部位の近辺で本体は外側へ
変形しやすいから、ストレスを逃がして、本体内の応力
の発生を抑制することができる。
In the structure having such a flange portion, the main body of the case may be formed in such a shape that the wall thickness increases from the flange portion side toward the side where the sealing member is present. In this case, since the terminal can be firmly held by the thickened portion, it is possible to satisfy the demand for ensuring the thickness for embedding the element in the main body. On the other hand, when the main body receives stress due to thermal expansion of the filler, for example, the main body is likely to be deformed to the outside in the vicinity of the joint portion with the thin flange portion, so the stress is released and the main body is released. Generation of internal stress can be suppressed.

【0011】ケースが導電性であれば、ケース自体を電
気的な信号を外部とやり取りする信号線として用い、端
子を1本としても良いが、ケースが絶縁性の高い合成樹
脂製であれば、ケースを導電体として用いることはでき
ないので、電気的な信号のやり取りには、通常2本の信
号線が必要となる。このとき、端子は少なくとも2本設
けることになり、それぞれ、素子の異なる電極に接続す
ることになる。この場合、2本以上の端子は、前記ケー
スの本体の軸中心に対して、対称の位置にそれぞれ設け
てもよいし、ケースの本体に、隣接して設けてもよい。
前者の構成にあっては、端子間の距離を充分に取ること
ができるから、端子間の絶縁距離を大きくとることがで
きる。他方、後者の構成をとれば、素子の端子の形状が
非対称になることから、端子に極性がある場合に、誤っ
て反対向きに取り付けてしまうと言うことがない。ま
た、端子からの信号を差動増幅器などの入力に接続する
場合の信号線の取り回しが容易になるという利点が得ら
れる。
If the case is conductive, the case itself may be used as a signal line for exchanging electrical signals with the outside, and the number of terminals may be one. However, if the case is made of synthetic resin having high insulation properties, Since the case cannot be used as a conductor, two signal lines are usually required for exchanging electrical signals. At this time, at least two terminals are provided, and they are respectively connected to different electrodes of the element. In this case, the two or more terminals may be provided symmetrically with respect to the axial center of the case body, or may be provided adjacent to the case body.
In the former configuration, the distance between the terminals can be sufficiently set, and thus the insulating distance between the terminals can be set large. On the other hand, if the latter configuration is adopted, the shape of the terminal of the element becomes asymmetrical, and therefore, if the terminal has a polarity, it cannot be mistakenly installed in the opposite direction. Further, there is an advantage that the signal lines can be easily routed when the signal from the terminal is connected to the input of the differential amplifier or the like.

【0012】前記端子の前記ケースから突出した他端
は、素子からの電気信号を処理する信号処理回路基板に
直接接続されるものとすることができる。素子収容体の
フランジ部から端子が突出していれば、その上方に信号
処理回路基板を設けることは容易であり、両者の接続を
簡略化することができる。
The other end of the terminal projecting from the case may be directly connected to a signal processing circuit board for processing an electric signal from the element. If the terminal projects from the flange of the element housing, it is easy to provide the signal processing circuit board above the terminal, and the connection between the two can be simplified.

【0013】上述した素子収容体を用いてセンサを構成
することができる。即ち、本発明のセンサは、素子収容
体からの信号を処理する信号処理回路基板とを備えたセ
ンサであって、前記素子は、超音波を受信して、該受信
した超音波に対応した電気信号を出力する受信器として
機能する素子であり、前記素子収容体から突出した前記
端子の他端は、前記信号処理回路基板に直接接続されて
なることを要旨としている。
A sensor can be constructed using the above-mentioned element housing. That is, the sensor of the present invention is a sensor provided with a signal processing circuit board for processing a signal from an element housing, wherein the element receives an ultrasonic wave and generates an electric signal corresponding to the received ultrasonic wave. It is an element that functions as a receiver that outputs a signal, and the gist is that the other end of the terminal protruding from the element housing is directly connected to the signal processing circuit board.

【0014】かかるセンサは、素子収容体とこの素子収
容体からの信号を処理する信号処理回路基板とからな
り、両者の接続を、素子収容体の端子により直接行なっ
ているので、組立が容易であり、かつ信頼性が高いとい
う利点が得られる。
Such a sensor is composed of an element housing and a signal processing circuit board for processing a signal from the element housing, and both of them are directly connected by the terminals of the element housing, so that the assembly is easy. The advantage is that it is present and highly reliable.

【0015】他方、本発明の素子収容体を製造する方法
の発明は、超音波と電気信号とのやり取りを行なう素子
をケース内に収納した素子収容体を製造する方法であっ
て、前記ケースは、前記電気信号を外部の回路とやり取
りする端子を、その一端が前記ケースの内側に突出し、
該端子の他端が前記ケースの外側に突出する形状にイン
サート成形することにより形成し、前記ケース内に前記
素子を配置した後、該素子と前記端子の一端とをリード
線により電気的に接続し、更に、少なくとも該素子およ
び前記リード線の存在する部位を、充填材により充填す
ることを要旨とする。
On the other hand, the invention of the method of manufacturing the element housing of the present invention is a method of manufacturing an element housing in which an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case, wherein the case is , A terminal for exchanging the electric signal with an external circuit, one end of which protrudes inside the case,
The other end of the terminal is formed by insert molding into a shape protruding to the outside of the case, the element is arranged in the case, and then the element and one end of the terminal are electrically connected by a lead wire. Further, the gist of the present invention is that at least the portion where the element and the lead wire are present is filled with a filling material.

【0016】かかる素子収容体の製造方法によれば、素
子を収容するケースには、電気信号を外部の回路とやり
取りする端子を、その一端がケース内側に突出し、他端
がケースの外側に突出する形状にインサート成形してい
る。その上で、ケース内に素子を配置した後、素子と端
子の一端とをリード線により電気的に接続している。ケ
ースには、端子がインサート成形されていることから、
両者の接続は容易である。しかも、少なくとも素子およ
びリード線の存在する部位を、充填材により充填するの
で、かかる製造方法で製造した素子収容体では、リード
線の断線の虞を低減することができる。
According to the method of manufacturing the element housing, in the case for housing the element, the terminal for exchanging an electric signal with an external circuit has one end protruding inside the case and the other end protruding outside the case. It is insert-molded into the desired shape. Then, after arranging the element in the case, the element and one end of the terminal are electrically connected by a lead wire. Since the terminals are insert-molded in the case,
Both can be connected easily. Moreover, since at least the portion where the element and the lead wire are present is filled with the filling material, in the element container manufactured by such a manufacturing method, the risk of disconnection of the lead wire can be reduced.

【0017】更に、本発明のセンサの製造方法によれ
ば、超音波と電気信号とのやり取りを行なう素子をケー
ス内に収納した素子収容体と、該素子収容体からの電気
信号を処理する信号処理回路基板とを備えたセンサを製
造する方法であって、前記素子を収容するケースを、内
部に前記素子を収納可能な収容部を有する形状で、かつ
取り付け用のフランジ部が該収容部の一端に連設された
形状に、合成樹脂を用いて成形し、該ケースには、前記
電気信号を外部の回路とやり取りする端子を、その一端
が前記ケースの前記収容部の内側に突出し、該端子の他
端が前記ケースの外側に突出する形状にインサート成形
し、前記ケースの収容部内に前記素子を配置した後、該
素子と前記端子の一端とを電気的に接続し、前記収容部
内の少なくとも該素子の存在する部位を、充填材により
充填し、前記素子収容体から外側に突出した端子の他端
を、前記信号処理回路基板に直接接続することを要旨と
している。
Further, according to the method of manufacturing a sensor of the present invention, an element housing in which an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case, and a signal for processing the electric signal from the element housing. A method of manufacturing a sensor including a processing circuit board, comprising: a case for accommodating the element, a shape having an accommodating portion capable of accommodating the element, and a mounting flange portion of the accommodating portion. Molded from a synthetic resin in a shape continuous to one end, the case has a terminal for exchanging the electric signal with an external circuit, one end of which protrudes inside the accommodating portion of the case, After insert-molding the other end of the terminal into a shape projecting to the outside of the case, disposing the element in the housing portion of the case, electrically connecting the element and one end of the terminal, and At least the element The sites present in, and filled by the filling material, the other end of the pin projecting outwardly from said element housing, and summarized in that a direct connection to the signal processing circuit board.

【0018】かかるセンサの製造方法によれば、超音波
と電気信号とのやり取りを行なう素子を収容した素子収
容体と、この素子収容体からの電気信号を処理する信号
処理回路基板とからなるセンサの製造の手間を軽減し、
しかも製造されたセンサの信頼性を高めることができ
る。
According to the sensor manufacturing method, the sensor is composed of an element housing containing an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals, and a signal processing circuit board for processing the electric signals from the element housing. Reduces the labor of manufacturing
Moreover, the reliability of the manufactured sensor can be improved.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例とし
てのガスセンサの分解斜視図である。このガスセンサ1
0は、超音波の伝播速度がガス濃度により変化すること
を利用してガソリン蒸気の濃度を検出するセンサであ
る。このガスセンサは、例えば内燃機関を動力源とする
車両に搭載されたキャニスタから吸気通路にガソリンを
パージする通路に配置されて、パージされるガソリン濃
度を検出する目的などに用いられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below based on Examples. FIG. 1 is an exploded perspective view of a gas sensor as an embodiment of the present invention. This gas sensor 1
0 is a sensor that detects the concentration of gasoline vapor by utilizing the fact that the propagation velocity of ultrasonic waves changes depending on the gas concentration. This gas sensor is arranged, for example, in a passage for purging gasoline from an canister mounted on a vehicle powered by an internal combustion engine to an intake passage, and is used for the purpose of detecting the concentration of purged gasoline.

【0020】(A)ガスセンサ10の全体構成:図1に
示したように、このガスセンサ10は、大きくは、濃度
を検出しようとするガスが通過する流路を形成する流路
形成部材20と、この流路形成部材20に一体に作り込
まれた収納部22に収納される検出用素子本体40、流
路を通過するガスの温度を検出するサーミスタ60、検
出用素子本体40の上部に配置される電子回路基板7
0、収納部22にはめ込まれる金属製のケース80から
構成されている。検出用素子本体40は、収納部22に
設けられた取り付け用凹部24に超音波溶着により固定
されており、サーミスタ60は、取り付け用の挿入孔2
5に挿入・固定されている。後述するように、検出用素
子本体40やサーミスタ60は、電気的な信号をやり取
りするための端子を有し、この端子は、電子回路基板7
0の対応する取り付け穴に挿入され、はんだ付けにより
固定される。ガスセンサ10は、これら検出用素子本体
40やサーミスタ60を収納部22に固定した後、信号
処理を行なう基板である電子回路基板70を取り付け、
更にケース80を収納部22にはめ込み、その上で、全
体をウレタンなどの樹脂によりモールドして製造されて
いる。なお、ガスセンサ10の製造工程については、
(G)で詳述する。
(A) Overall Structure of Gas Sensor 10: As shown in FIG. 1, the gas sensor 10 is roughly composed of a flow path forming member 20 forming a flow path through which a gas whose concentration is to be detected passes. The detection element main body 40 housed in the housing 22 integrally formed in the flow path forming member 20, the thermistor 60 for detecting the temperature of the gas passing through the flow path, and the detection element main body 40 are arranged above the detection element main body 40. Electronic circuit board 7
0, it is composed of a metal case 80 which is fitted into the storage portion 22. The detection element body 40 is fixed to the mounting recess 24 provided in the housing 22 by ultrasonic welding, and the thermistor 60 has the mounting insertion hole 2 for mounting.
It is inserted and fixed in 5. As will be described later, the detection element body 40 and the thermistor 60 have terminals for exchanging electrical signals, and these terminals are used for the electronic circuit board 7.
It is inserted into the corresponding mounting hole of 0 and fixed by soldering. In the gas sensor 10, after fixing the detection element body 40 and the thermistor 60 to the housing portion 22, an electronic circuit board 70, which is a board that performs signal processing, is attached,
Further, the case 80 is fitted in the housing portion 22, and the whole is molded with a resin such as urethane, and is manufactured. Regarding the manufacturing process of the gas sensor 10,
This will be described in detail in (G).

【0021】(B)流路形成部材20の構成:ガスセン
サ10の流路形成部材20は、ガラスフィラ入りの合成
樹脂を成形したものであり、その引張り弾性率は、ガス
センサとして適切な値に調整されている。この流路形成
部材20は、図1に示したように、上部に検出用素子本
体40を収納する収納部22を備え、その下部に、検出
用のガスが流通する流路を有する。主な流路としては、
ガスセンサ10にガソリン蒸気が含まれるガスを導入す
る導入路27,このガスにおけるガソリン濃度を超音波
により検出するための測定室28,測定室28に対して
ガスをバイパスするバイパス流路29が形成されてい
る。測定室28は、検出用素子本体40のほぼ直下に、
バイパス流路29は、サーミスタ60のほぼ直下に、そ
れぞれ設けられている。
(B) Structure of the flow path forming member 20: The flow path forming member 20 of the gas sensor 10 is formed by molding a synthetic resin containing glass filler, and its tensile elastic modulus is adjusted to an appropriate value as a gas sensor. Has been done. As shown in FIG. 1, the flow path forming member 20 includes a storage portion 22 that stores the detection element body 40 in the upper portion, and has a flow passage through which the detection gas flows in the lower portion. As the main flow path,
An introduction path 27 for introducing a gas containing gasoline vapor to the gas sensor 10, a measurement chamber 28 for ultrasonically detecting the gasoline concentration in this gas, and a bypass flow path 29 for bypassing the gas to the measurement chamber 28 are formed. ing. The measurement chamber 28 is located immediately below the detection element body 40.
The bypass flow paths 29 are provided substantially directly below the thermistor 60.

【0022】こうした流路構造を詳しく説明するため
に、ガスセンサ10の垂直断面を図2に示す。図2は、
ガスセンサ10を、導入路27および検出用素子本体4
0の軸線を含む平面で切断した断面図である。なお、ガ
スセンサ10は最終的には樹脂(例えばウレタン)が充
填されてモールドされるが、図2では、図示の簡明さを
図って、全体をモールドする樹脂は描いていない。図2
に示したように、流路形成部材20の内部は、流路に着
目すれば、導入路27、測定室28、バイパス流路29
に分かれている。これらは、成形時の型を可動可能に設
けることにより容易に成形することができる。導入路2
7はバイパス流路29に直角に連通しており、更に導入
孔32を介して測定室28とも連通している。バイパス
流路29の下方は出口34が形成されており、導入路2
7から導入されたガソリン蒸気を含むガスは、出口34
から排出され、この実施例では、内燃機関の吸気通路に
図示しないホースにより接続されている。バイパス流路
29の出口34と反対側の端部は、サーミスタ60が取
り付けられる挿入孔25として形成される。従って、サ
ーミスタ60は、導入路27から流入したガスの温度に
所定の関係を持って、これを検出することになる。
In order to explain such a flow channel structure in detail, a vertical cross section of the gas sensor 10 is shown in FIG. Figure 2
The gas sensor 10 is connected to the introduction path 27 and the detection element body 4
It is sectional drawing cut | disconnected by the plane containing the 0 axis line. Although the gas sensor 10 is finally filled with resin (for example, urethane) and molded, in FIG. 2, the resin for molding the whole is not drawn for the sake of simplicity of illustration. Figure 2
As shown in FIG. 4, the inside of the flow path forming member 20 is focused on the flow path, the introduction path 27, the measurement chamber 28, and the bypass flow path 29.
It is divided into These can be easily molded by movably providing a mold for molding. Introductory route 2
7 communicates with the bypass flow path 29 at a right angle, and also communicates with the measurement chamber 28 via the introduction hole 32. An outlet 34 is formed below the bypass passage 29, and the introduction passage 2
Gas including gasoline vapor introduced from the
And is connected to the intake passage of the internal combustion engine by a hose (not shown). An end portion of the bypass flow passage 29 opposite to the outlet 34 is formed as an insertion hole 25 to which the thermistor 60 is attached. Therefore, the thermistor 60 has a predetermined relationship with the temperature of the gas flowing from the introduction passage 27 and detects it.

【0023】測定室28は、上部が検出用素子本体40
が取り付けられる凹部24に連通しており、その下方に
は、超音波を反射するための反射部33が形成されてい
る。この反射部33の働きについては、後述するが、測
定室28の底部からは、所定距離(本実施例では数ミ
リ)持ち上げられた構造となっており、この反射部33
の周囲の空隙は、そのまま測定室28の底部に連通する
排出流路35を介してバイパス流路29につながってい
る。このため、導入路27から導入孔32を通って流入
したガスは、測定室28の内部に充満し、所定の割合
で、排出流路35からバイパス流路29に出ていく。な
お、排出流路35は、測定室28の底部に設けられてい
ることから、測定室28内の水蒸気やガソリン蒸気など
が結露して液化した場合、これらの水滴・油滴を排出す
るドレインとしても働く。反射部33の周囲の溝に溜ま
った液体が排出されやすいように、反射部33の周辺外
形は、排出流路35に向けて傾斜されている。
The measurement chamber 28 has a detection element body 40 at the top.
Is communicated with a concave portion 24 to which is attached, and a reflecting portion 33 for reflecting an ultrasonic wave is formed below the concave portion 24. Although the function of the reflecting portion 33 will be described later, the reflecting portion 33 has a structure in which it is lifted by a predetermined distance (several millimeters in this embodiment) from the bottom of the measuring chamber 28.
The void around the area is directly connected to the bypass flow path 29 via the discharge flow path 35 that communicates with the bottom of the measurement chamber 28. Therefore, the gas flowing from the introduction passage 27 through the introduction hole 32 fills the inside of the measurement chamber 28 and exits from the discharge passage 35 to the bypass passage 29 at a predetermined ratio. Since the discharge flow path 35 is provided at the bottom of the measurement chamber 28, when water vapor or gasoline vapor in the measurement chamber 28 is condensed and liquefied, it serves as a drain for discharging these water and oil droplets. Also works. The peripheral outer shape of the reflecting portion 33 is inclined toward the discharge flow path 35 so that the liquid accumulated in the groove around the reflecting portion 33 can be easily discharged.

【0024】流路形成部材20の上部に形成された収納
部22には、上述したように、測定室28に連通する開
口を有する取り付け用凹部24や、サーミスタ取り付け
用の挿入孔25などが形成されているが、この収納部2
2に相当する場所には、金属板36がインサート成形さ
れている。この金属板36は、収納部22の底面形状に
ほぼ倣う形状をしている。金属板36には、電気的な接
続を取るための切り起こし部83が設けられている。切
り起こし部83は、インサート成形された後、図1に示
したように、収納部22の内側に立設された状態とな
り、電子回路基板70を取り付ける際、基板上の取付孔
72に挿入される。取付孔72には、接地ラインに接続
されたランドが用意されており、切り起こし部83は、
このランドにはんだ付けされる。
As described above, the accommodating portion 22 formed on the flow path forming member 20 is provided with the mounting recess 24 having the opening communicating with the measurement chamber 28, the thermistor mounting insertion hole 25, and the like. This storage part 2
A metal plate 36 is insert-molded at a position corresponding to 2. The metal plate 36 has a shape that substantially follows the shape of the bottom surface of the storage section 22. The metal plate 36 is provided with a cut-and-raised portion 83 for making an electrical connection. After the insert-molding, the cut-and-raised portion 83 is erected inside the housing portion 22 as shown in FIG. 1, and is inserted into the attachment hole 72 on the board when the electronic circuit board 70 is attached. It A land connected to the ground line is prepared in the mounting hole 72, and the cut and raised portion 83 is
Solder to this land.

【0025】収納部22の内側の4つの隅部のうち、切
り起こし部83に隣接する1カ所には、電子回路基板7
0を載置する支持台を兼ねて、端子用凸部が設けられて
いる。この外側には、電気信号をやりとりするためのコ
ネクタ31が形成されており、コネクタ31を形成する
端子は、収納部22の外壁をこの部分で貫通している。
コネクタ31には、入り口側で3本の端子が用意されて
おり、3本の端子の両側の2本が、外部からこのガスセ
ンサ10に電源を供給する電源ライン(グランドと直流
電圧)に接続された端子GNDおよび端子Vccであ
り、中心がガスセンサ10からの信号出力線に接続され
た端子SGNLとなっている(図5参照)。このコネク
タ31のこれらの端子は、収納部22側では、4本とな
っている。これは、グランド(接地)ライン用の端子G
NDが途中で二股に分かれた形状をしているからであ
る。二股に分かれた端子のひとつ(図5における端子G
ND1)は、電子回路基板70に接続・はんだ付けされ
ており、もう一つ(図5における符号G端子2)は、上
方に延出されており、ケース80を組み付けるとき、こ
のケース80の対応する位置に用意された挿入孔85
(図1参照)に挿入される。挿入後、端子は、ケース8
0にはんだ付けまたはロウ付けされる。この結果、ケー
ス80全体が接地ラインに電気的に結合されていること
になる。収納部22の隅部のうち、残りの2カ所には、
電子回路基板70を載置する目的で、図示しない支持台
が形成されている。
At one of the four corners inside the storage section 22 adjacent to the cut-and-raised portion 83, the electronic circuit board 7 is provided.
The terminal convex portion is provided also as a support table on which 0 is placed. A connector 31 for exchanging electrical signals is formed on the outer side, and a terminal forming the connector 31 penetrates the outer wall of the housing portion 22 at this portion.
The connector 31 is provided with three terminals on the entrance side, and two terminals on both sides of the three terminals are connected to a power supply line (ground and DC voltage) for supplying power to the gas sensor 10 from the outside. And the terminal GND and the terminal Vcc, and the center is the terminal SGNL connected to the signal output line from the gas sensor 10 (see FIG. 5). These connectors 31 have four terminals on the storage section 22 side. This is the terminal G for the ground line.
This is because the ND has a bifurcated shape on the way. One of the bifurcated terminals (terminal G in FIG. 5)
ND1) is connected and soldered to the electronic circuit board 70, and the other one (reference numeral G terminal 2 in FIG. 5) is extended upward, and when the case 80 is assembled, the correspondence of this case 80 Insertion hole 85 prepared at the position
(See FIG. 1). After insertion, the terminal is case 8
Soldered or brazed to zero. As a result, the entire case 80 is electrically coupled to the ground line. Of the corners of the storage part 22, the remaining two places are
A support base (not shown) is formed for the purpose of mounting the electronic circuit board 70.

【0026】(C)検出用素子本体40の構造:検出用
素子本体40の構造を、図3の断面図に示した。この検
出用素子本体40は、図1に示したように、組立後は円
盤形状となるが、これはフランジ部41を有する合成樹
脂製の素子ケース42の内部に、後述する圧電素子51
などを収納したのち、ウレタンを内部に充填しているか
らである。素子ケース42のフランジ部41は、収納部
22に設けられた取り付け用凹部24より大径に形成さ
れており、フランジ部41の下部の収容部43は、凹部
24より小径に形成されている。この素子ケース42単
体の状態では、収容部43の下面は開口されており、そ
の端面45の外側縁部には、段差部46が形成されてい
る。製造時には、この段差部46の内側に、耐ガソリン
性のある材料を用いた円形の保護フィルム48が接着さ
れる。
(C) Structure of the detecting element body 40: The structure of the detecting element body 40 is shown in the sectional view of FIG. As shown in FIG. 1, the detection element main body 40 has a disk shape after assembly, and this has a piezoelectric element 51, which will be described later, inside a synthetic resin element case 42 having a flange portion 41.
This is because the urethane is filled inside after storing such items. The flange portion 41 of the element case 42 is formed to have a larger diameter than the mounting recess 24 provided in the housing portion 22, and the housing portion 43 below the flange portion 41 is formed to have a smaller diameter than the recess portion 24. In the state of the element case 42 alone, the lower surface of the housing portion 43 is opened, and a step portion 46 is formed at the outer edge portion of the end surface 45 thereof. At the time of manufacturing, a circular protective film 48 made of a gasoline resistant material is adhered to the inside of the step portion 46.

【0027】保護フィルム48の中心には、円柱形状の
音響整合板50が接着・固定されており、この音響整合
板50の上面には超音波素子である圧電素子51が接着
・固定されている。音響整合板50は、圧電素子51の
振動を、保護フィルム48を介して効率よく、空気中に
(本実施例では測定室28へ)送出するために設けられ
ている。音波や超音波は、媒質の密度の差が存在する場
所で反射し易いので、圧電素子51を直接保護フィルム
48に接着するのではなく、音響整合板50を介して接
合することにより、圧電素子51の振動を効率よく超音
波として測定室28内に送出することができる。本実施
例では、音響整合板50として、多数の小さなガラス玉
をエポキシ系樹脂で固めたものを用いた。また、これら
の音響整合板50と圧電素子51とを取り囲むように、
筒体52が配置されている。この筒体52は、ポリエチ
レンテレフタレートフィルム52aに銅箔52cを接着
層52bを介して貼り合わされたものであり、銅箔52
c側を内側にして円筒形に巻き、端面を重ねて貼り合わ
せたものである。この筒体52の内径は、音響整合板5
0の外径と略一致しているので、筒体52は、音響整合
板50の外周に密着している。両者は接着されていな
い。
A cylindrical acoustic matching plate 50 is adhered and fixed to the center of the protective film 48, and a piezoelectric element 51 which is an ultrasonic element is adhered and fixed to the upper surface of the acoustic matching plate 50. . The acoustic matching plate 50 is provided to efficiently send the vibration of the piezoelectric element 51 into the air (to the measurement chamber 28 in this embodiment) via the protective film 48. Since sound waves and ultrasonic waves are likely to be reflected at a place where there is a difference in the density of the medium, the piezoelectric element 51 is not directly bonded to the protective film 48, but is bonded via the acoustic matching plate 50. The vibration of 51 can be efficiently transmitted as ultrasonic waves into the measurement chamber 28. In this embodiment, as the acoustic matching plate 50, a large number of small glass beads hardened with an epoxy resin is used. Also, to surround the acoustic matching plate 50 and the piezoelectric element 51,
A tubular body 52 is arranged. The tubular body 52 is obtained by laminating a copper foil 52c on a polyethylene terephthalate film 52a via an adhesive layer 52b.
The c side is the inner side, and it is wound in a cylindrical shape, and the end faces are overlapped and pasted together. The inner diameter of the cylindrical body 52 is equal to the acoustic matching plate 5
The cylindrical body 52 is in close contact with the outer periphery of the acoustic matching plate 50, because the cylindrical body 52 has an outer diameter substantially equal to 0. The two are not glued.

【0028】圧電素子51は、ピエゾなどの電歪素子を
円柱形に形成したものであり、軸方向上下面に形成され
た電極に電圧を印加した際、軸方向にのみ歪曲が生じる
ように、格子の方向を整えて切り出されている。圧電素
子51は、後述するように、超音波を測定室28内に送
出する送信器として働くが、同時に本実施例では超音波
振動を受信して電気信号を出力する受信器としても機能
する。もとより、送信用の素子と受信用の素子とを別々
に設けて、ガスセンサを作ることも可能である。圧電素
子51としては、圧電セラミックスや水晶などの結晶体
などを適宜用いることができる。電極は、特に図示しな
いが、圧電素子51の上下面に蒸着などの手法により形
成しても良いし、金属の薄板を貼り付けて構成しても良
い。
The piezoelectric element 51 is formed by forming an electrostrictive element such as a piezo into a cylindrical shape. When a voltage is applied to the electrodes formed on the upper and lower surfaces in the axial direction, distortion occurs only in the axial direction. It is cut out by adjusting the direction of the lattice. As will be described later, the piezoelectric element 51 functions as a transmitter that sends ultrasonic waves into the measurement chamber 28, but at the same time, it also functions as a receiver that receives ultrasonic vibrations and outputs electric signals. Of course, it is also possible to make a gas sensor by separately providing a transmitting element and a receiving element. As the piezoelectric element 51, piezoelectric ceramics, a crystal body such as quartz, or the like can be appropriately used. Although not particularly shown, the electrodes may be formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 51 by a method such as vapor deposition, or may be configured by attaching a thin metal plate.

【0029】この圧電素子51の外径は、音響整合板5
0の外径より小さくされている。従って、これを囲繞す
る筒体52の内面と、圧電素子51の側面との間には、
間隙が形成されることになる。筒体52と音響整合板5
0および圧電素子51との関係を図4に示した。図4
は、音響整合板50,圧電素子51,筒体52の関係を
示す分解斜視図である。図示するように、筒体52に
は、12個の開口53が設けられている。この開口53
は、圧電素子51の軸方向に沿って上方に偏位した位置
に設けられている。従って、組立後には、筒体52の開
口53は、音響整合板50の外周ではなく、圧電素子5
1の外周に対応した位置に存在することになる。なお、
図4では、理解の便を図って、筒体52を形成する各層
52a,52b,52cについては、一体に描いてあ
る。
The outer diameter of the piezoelectric element 51 is the same as that of the acoustic matching plate 5.
It is smaller than the outer diameter of 0. Therefore, between the inner surface of the cylindrical body 52 surrounding this and the side surface of the piezoelectric element 51,
A gap will be formed. Cylindrical body 52 and acoustic matching plate 5
The relationship between 0 and the piezoelectric element 51 is shown in FIG. Figure 4
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a relationship among the acoustic matching plate 50, the piezoelectric element 51, and the cylindrical body 52. As shown in the figure, the cylindrical body 52 is provided with twelve openings 53. This opening 53
Are provided at positions displaced upward along the axial direction of the piezoelectric element 51. Therefore, after the assembly, the opening 53 of the cylindrical body 52 is not on the outer periphery of the acoustic matching plate 50, but on the piezoelectric element 5.
It exists at a position corresponding to the outer circumference of 1. In addition,
In FIG. 4, for convenience of understanding, the layers 52a, 52b, 52c forming the tubular body 52 are integrally drawn.

【0030】素子ケース42は、図3に示したように、
断面が略逆「L」字形状をしており、その内周面は、鉛
直面に対して所定の角度(本実施例では約11度)の傾
きでテーパが付けられている。従って、収容部43の外
壁に相当する部分は、下部、即ち保護フィルム48に近
づくにつれて厚みを増す。この結果、素子ケース42の
収容部43は、フランジ部41との付け根の付近で外壁
の厚みが薄く、可撓性に富み、その下端では、保護フィ
ルム48を貼付する十分な面積を用意している。この素
子ケース42は、ほぼ円筒形に形成されているものの、
端子55a,55bが埋設されている箇所だけ、内側に
突出した形状を有する。この突出部56a,56bには
端子55a,55bがインサート成形されている。この
端子55a,55bは、「L」字形状に曲っており、そ
の下端は、収容部43の内面に突出している。この下端
に、リード線54a,54bがはんだ付けされる。こう
して圧電素子51のリード線54a,54bの取付を終
えてから、素子ケース42の内部にはウレタンが充填さ
れる。なお、端子55a,55bの上端は、素子ケース
42の上面から上方に突出している。この端子は、電子
回路基板70が、その上部に取り付けられる際、電子回
路基板70の対応する取り付け孔に挿入され、その場所
に用意されたランドにはんだ付けされる。
The element case 42, as shown in FIG.
The cross section has a substantially inverted "L" shape, and the inner peripheral surface thereof is tapered at a predetermined angle (about 11 degrees in this embodiment) with respect to the vertical plane. Therefore, the portion corresponding to the outer wall of the housing portion 43 increases in thickness as it approaches the lower portion, that is, the protective film 48. As a result, the accommodating portion 43 of the element case 42 has a thin outer wall near the base of the flange portion 41 and is highly flexible, and at its lower end, a sufficient area for attaching the protective film 48 is prepared. There is. Although the element case 42 is formed in a substantially cylindrical shape,
Only the portions where the terminals 55a and 55b are embedded have a shape protruding inward. Terminals 55a and 55b are insert-molded on the protrusions 56a and 56b. The terminals 55 a and 55 b are bent in an “L” shape, and the lower ends thereof project to the inner surface of the housing portion 43. Lead wires 54a and 54b are soldered to the lower end. After the lead wires 54a and 54b of the piezoelectric element 51 have been attached in this way, the inside of the element case 42 is filled with urethane. The upper ends of the terminals 55a and 55b project upward from the upper surface of the element case 42. These terminals are inserted into the corresponding mounting holes of the electronic circuit board 70 when the electronic circuit board 70 is mounted on the upper portion thereof, and are soldered to the lands prepared at that location.

【0031】素子ケース42は、フランジ部41の下面
略中央に、溶着用の突起59を円周状に備えている。こ
の突起59は、超音波溶着時に溶融して、フランジ部4
1を、収納部22にしっかりと固着する。
The element case 42 is provided with a protrusion 59 for welding in a circumferential shape substantially at the center of the lower surface of the flange portion 41. The protrusion 59 is melted during ultrasonic welding, and the flange portion 4
1 is firmly fixed to the storage section 22.

【0032】(D)電子回路基板70とその回路および
ガス濃度検出の手法:次に、電子回路基板70の構造
と、その取付について説明する。電子回路基板70は、
ガラスエポキシ基板に予めエッチング等により回路パタ
ーンを形成したものであり、部品の取付位置にランドや
スルーホールが設けられている。また、既に説明したよ
うに、検出用素子本体40やサーミスタ60、あるいは
コネクタ31の端子、切り起こし部83などが取付られ
る部位には、それぞれの端子形状に合わせた大きさの取
付孔が設けられ、その周囲をランドパターンが取り巻い
ている。従って、完成した電子回路基板70は、所定の
位置に、信号処理用の各種部品、例えば信号処理用の集
積回路(IC)や、抵抗器,コンデンサなどが取り付け
られており、これを、検出用素子本体40やサーミスタ
60の取付が完了した収納部22に装着し、はんだ付け
を行なうことで、電気的な回路構成は完了する。ガスセ
ンサ10の製造としては、最終的には樹脂モールドを行
なうが、この点は、後で製造方法の項で一括して説明す
る。
(D) Electronic circuit board 70 and its circuit and method for detecting gas concentration: Next, the structure of the electronic circuit board 70 and its mounting will be described. The electronic circuit board 70 is
A circuit pattern is formed in advance on a glass epoxy substrate by etching or the like, and lands and through holes are provided at component mounting positions. Further, as described above, the detection element body 40, the thermistor 60, or the terminals of the connector 31, the cut-and-raised parts 83, and the like are provided with mounting holes having sizes corresponding to the respective terminal shapes. , The land pattern surrounds it. Therefore, the completed electronic circuit board 70 has various parts for signal processing, such as an integrated circuit (IC) for signal processing, resistors, capacitors, etc., attached at predetermined positions, which are used for detection. The electrical circuit configuration is completed by mounting the element body 40 and the thermistor 60 in the housing 22 where the mounting is completed and performing soldering. The gas sensor 10 is finally manufactured by resin molding, which will be collectively described later in the section of the manufacturing method.

【0033】各種端子を電子回路基板70にはんだ付け
する際、コネクタ31の端子のうち、一番外側の端子
(図5参照)GND2は、対応するランドが、電子回路
基板70にはなく、端子GND2は、電子回路基板70
に設けられた貫通孔を通過するだけになっている。端子
GND2は、電子回路基板70に設けられた貫通孔を通
過し、ケース80の挿入孔85に挿入され、ここで、ケ
ース80にはんだ付け、またはロウ付けされる。
When various terminals are soldered to the electronic circuit board 70, the outermost terminal GND2 (see FIG. 5) among the terminals of the connector 31 does not have the corresponding land on the electronic circuit board 70 and the terminal GND2 is an electronic circuit board 70
It only passes through the through hole provided in the. The terminal GND2 passes through a through hole provided in the electronic circuit board 70 and is inserted into the insertion hole 85 of the case 80, where it is soldered or brazed to the case 80.

【0034】こうして完成したガスセンサ10の電気的
な構成を、図5のブロック図に示す。図示するように、
この電子回路基板70は、マイクロプロセッサ91を中
心に構成されており、マイクロプロセッサ91に接続さ
れた各回路素子、即ち、デジタル−アナログコンバータ
(D/Aコンバータ)92、ドライバ93、増幅器96
が接続されたコンパレータ97等を備える。サーミスタ
60は、直接マイクロプロセッサ91のアナログ入力ポ
ートPAPに接続されている。また、ドライバ93と増
幅器96は、検出用素子本体40に接続されている。
The electrical configuration of the gas sensor 10 thus completed is shown in the block diagram of FIG. As shown,
The electronic circuit board 70 is mainly composed of a microprocessor 91, and each circuit element connected to the microprocessor 91, that is, a digital-analog converter (D / A converter) 92, a driver 93, an amplifier 96.
Are connected to the comparator 97 and the like. The thermistor 60 is directly connected to the analog input port PAP of the microprocessor 91. Further, the driver 93 and the amplifier 96 are connected to the detection element body 40.

【0035】ドライバ93はマイクロプロセッサ91か
らの指令を受けて、所定時間、検出用素子本体40の圧
電素子51を駆動する回路である。このドライバ93
は、マイクロプロセッサ91からの指令を受けると、複
数個の矩形波を出力する。ドライバ93が出力するこの
矩形波の信号を受けると、圧電素子51は振動し、送信
器として機能して、超音波を測定室28内に送出する。
The driver 93 is a circuit which receives a command from the microprocessor 91 and drives the piezoelectric element 51 of the detection element body 40 for a predetermined time. This driver 93
Receives a command from the microprocessor 91 and outputs a plurality of rectangular waves. When the rectangular wave signal output from the driver 93 is received, the piezoelectric element 51 vibrates and functions as a transmitter to send an ultrasonic wave into the measurement chamber 28.

【0036】測定室28内に送出された超音波は、比較
的高い指向性を保ったまま直進し、測定室28底部の反
射部33に反射して戻ってくる。戻ってきた超音波が保
護フィルム48に到達すると、保護フィルム48および
音響整合板50を介して、圧電素子51にその振動は伝
わり、圧電素子51は今度は受信器として機能して、振
動に応じた電気信号を出力する。この様子を、図6に示
した。図において、区間P1は、ドライバ93が信号を
出力しており、圧電素子51が送信器として機能してい
る期間を、区間P2は、反射部33で反射した超音波に
より振動が圧電素子51に伝わり、圧電素子51が受信
器として機能している期間を、それぞれ示している。
The ultrasonic wave sent into the measuring chamber 28 goes straight while maintaining a relatively high directivity, and is reflected by the reflecting portion 33 at the bottom of the measuring chamber 28 and returns. When the returned ultrasonic waves reach the protective film 48, the vibration is transmitted to the piezoelectric element 51 through the protective film 48 and the acoustic matching plate 50, and the piezoelectric element 51 functions as a receiver this time and responds to the vibration. Output electrical signal. This state is shown in FIG. In the figure, a section P1 is a period during which the driver 93 is outputting a signal and the piezoelectric element 51 functions as a transmitter, and a section P2 is a vibration of the piezoelectric element 51 due to the ultrasonic waves reflected by the reflecting section 33. Each of the periods during which the piezoelectric element 51 is transmitted and functions as a receiver is shown.

【0037】受信器として機能した際の圧電素子51の
信号は、増幅器96に入力されて増幅される。この増幅
器96の出力は、コンパレータ97に入力されており、
ここで予め用意された閾値Vref と比較される。閾値V
ref は、ノイズなどの影響により増幅器96が出力する
誤信号を弁別できるレベルである。誤信号としては、ノ
イズなどによるものの他、検出用素子本体40自身が持
っている残響などの影響によるものがある。
The signal of the piezoelectric element 51 when functioning as a receiver is input to the amplifier 96 and amplified. The output of the amplifier 96 is input to the comparator 97,
Here, it is compared with a threshold value Vref prepared in advance. Threshold V
ref is a level capable of discriminating an erroneous signal output from the amplifier 96 due to the influence of noise or the like. The erroneous signal includes not only noise, but also reverberation of the detection element body 40 itself.

【0038】コンパレータ97は、増幅器96からの信
号を閾値Vref と比較することにより、圧電素子51が
受信した振動の大きさが所定以上になったときにその出
力を反転する。このコンパレータ97の出力をマイクロ
プロセッサ91により監視し、圧電素子51からの最初
の超音波の出力タイミング(図6タイミングt1)か
ら、コンパレータ97の出力が反転するまで(図6タイ
ミングt2)の時間Δtを計測することにより、超音波
が測定室28内の反射部33までの距離Lを往復するの
に要した時間を知ることができる。超音波が、ある媒質
中を伝播する速度Cは、次式(1)に従うことが知られ
ている。
The comparator 97 compares the signal from the amplifier 96 with the threshold value Vref to invert the output when the magnitude of the vibration received by the piezoelectric element 51 exceeds a predetermined level. The output of the comparator 97 is monitored by the microprocessor 91, and the time Δt from the output timing of the first ultrasonic wave from the piezoelectric element 51 (timing t1 in FIG. 6) until the output of the comparator 97 is inverted (timing t2 in FIG. 6). By measuring, it is possible to know the time required for the ultrasonic wave to travel back and forth the distance L to the reflecting portion 33 in the measurement chamber 28. It is known that the velocity C of ultrasonic waves propagating in a medium follows the following equation (1).

【0039】[0039]

【数1】 [Equation 1]

【0040】この式(1)は、複数の成分が混在してい
るガスについて成り立つ一般式であり、変数nは、第n
成分についてであることを示すサフィックスである。従
って、Cpnは測定室28内に存在するガスの第n成分
の定圧比熱、Cvnは測定室28のガスの第n成分の定
積比熱、Mnは第n成分の分子量、Xnは第n成分の濃
度比を表している。また、Rは気体定数、Tは測定室2
8内のガスの温度、である。ガスに関する比熱などは知
られているので、伝播速度Cは、測定室28内のガスの
温度Tと濃度比Xnにより定まることになる。超音波の
伝播速度Cは、圧電素子51から反射部33までの距離
Lを用いて、 C=2×L/Δt …(2) と表せるから、Δtを計測すれば、濃度比Xn、即ち、
ガソリン濃度を求めることができる。なお、本実施例で
は、ガソリン蒸気の濃度を検出したが、濃度が既知の場
合には、温度Tや伝播距離Lを求めるセンサとして用い
ることも可能である。
This equation (1) is a general equation that holds for a gas in which a plurality of components are mixed, and the variable n is the nth
It is a suffix indicating that it is for a component. Therefore, Cpn is the constant pressure specific heat of the nth component of the gas existing in the measurement chamber 28, Cvn is the constant volume specific heat of the nth component of the gas in the measurement chamber 28, Mn is the molecular weight of the nth component, and Xn is the nth component. It represents the concentration ratio. Further, R is a gas constant, T is a measurement chamber 2
The temperature of the gas in 8. Since the specific heat of the gas is known, the propagation velocity C is determined by the temperature T of the gas in the measurement chamber 28 and the concentration ratio Xn. The propagation velocity C of the ultrasonic wave can be expressed as C = 2 × L / Δt (2) using the distance L from the piezoelectric element 51 to the reflecting portion 33. Therefore, if Δt is measured, the concentration ratio Xn, that is,
The gasoline concentration can be calculated. In this embodiment, the concentration of gasoline vapor was detected, but if the concentration is known, it can be used as a sensor for obtaining the temperature T and the propagation distance L.

【0041】マイクロプロセッサ91は、上記の式に従
う演算を高速に行ない、求めたガソリン濃度に対応した
信号をD/Aコンバータ92を介して出力する。この信
号がコネクタ31の端子SGNLを介して外部に出力さ
れる。実施例では、この端子SGNLは、内燃機関の燃
料噴射量を制御しているコンピュータ(ECU)に接続
されており、ガソリン濃度に対応したその信号は、EC
Uによって読み込まれ、キャニスタからのガソリンのパ
ージ量を勘案して、燃料噴射量を補正するといった処理
に用いられる。なお、図5には、電源関係のラインは特
に図示しなかったが、マイクロプロセッサ91を初めと
する各素子には、いずれも直流電圧Vccを供給する電
源ラインとグランド(接地ライン)とが接続されてい
る。このうち接地ラインは、既に説明したように、流路
形成部材20の収納部22の位置にインサート成形され
た金属板36とケース80とに接続されている。図5で
は、これらの部材は模式的に描いたが、金属板36とケ
ース80(図1参照)とは、互いに組み合わさって検出
用素子本体40を覆う箱体を構成しており(図2参
照)、これを同電位に保っていることから、電気的には
電磁シールドを実現している。従って、内部に収納され
た検出用素子本体40や電子回路基板70は、その外部
からのノイズに対して効果的に保護される。
The microprocessor 91 performs the calculation according to the above equation at high speed and outputs a signal corresponding to the obtained gasoline concentration via the D / A converter 92. This signal is output to the outside via the terminal SGNL of the connector 31. In the embodiment, this terminal SGNL is connected to a computer (ECU) that controls the fuel injection amount of the internal combustion engine, and the signal corresponding to the gasoline concentration is EC
It is read by U and is used for processing such as correcting the fuel injection amount in consideration of the purge amount of gasoline from the canister. Although lines related to the power supply are not shown in FIG. 5, a power supply line for supplying a DC voltage Vcc and a ground (ground line) are connected to each element including the microprocessor 91. Has been done. Of these, the ground line is connected to the metal plate 36 insert-molded at the position of the housing portion 22 of the flow path forming member 20 and the case 80, as already described. Although these members are schematically illustrated in FIG. 5, the metal plate 36 and the case 80 (see FIG. 1) are combined with each other to form a box body that covers the detection element body 40 (see FIG. 2). (See), because this is kept at the same potential, it has realized an electromagnetic shield electrically. Therefore, the detection element body 40 and the electronic circuit board 70 housed inside are effectively protected against noise from the outside.

【0042】(E)実施例の作用・効果:以上説明した
本実施例のガスセンサによれば、流路形成部材20の測
定室28に導入されたガスにおけるガソリン蒸気の濃度
を、超音波を用いて精度良く検出することができる。検
出用素子本体40は、超音波と電気信号とのやり取りを
行なう素子として圧電素子51を用いており、そのリー
ド線54a,54bは極めて細いが、このリード線54
a,54bを引き回して電子回路基板70に接続するの
ではなく、これらを端子55a,55bの下端にはんだ
付けし、圧電素子51やリード線54a,54bをウレ
タン樹脂で充填している。この結果、検出用素子本体4
0を組み付ける際、誤ってリード線54a,54bを切
断すると言うことがない。しかも、検出用素子本体40
としては、その電気的な信号のやり取りには、端子55
a,55bを用いるので、取り扱いが簡便で、組立など
が容易となる。
(E) Operation / Effect of Embodiment: According to the gas sensor of this embodiment described above, the concentration of gasoline vapor in the gas introduced into the measurement chamber 28 of the flow path forming member 20 is determined by using ultrasonic waves. Can be detected accurately. The detection element body 40 uses a piezoelectric element 51 as an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals, and its lead wires 54a and 54b are extremely thin.
Rather than connecting a and 54b to the electronic circuit board 70 by routing them, these are soldered to the lower ends of the terminals 55a and 55b, and the piezoelectric element 51 and the lead wires 54a and 54b are filled with urethane resin. As a result, the detection element body 4
When assembling 0, the lead wires 54a and 54b are not accidentally cut. Moreover, the detection element body 40
As for the exchange of electrical signals, the terminal 55
Since a and 55b are used, they are easy to handle and easy to assemble.

【0043】また、本実施例では、検出用素子本体40
のケース42は、収容部43において、その肉厚をフラ
ンジ部41側で薄く、フィルム48側で厚くしている。
従って、例えば収容部43内に充填されたウレタン樹脂
が、その温度が上昇して熱膨張し、素子本体の内部に応
力が発生しても、フランジ部41との連設箇所の肉厚は
薄いので、ここで変形し、内部に応力が蓄積しにくいと
いう利点が得られる。実際、ケース42を金属製とし、
収容部43の外壁が変形しない構成とすると、ウレタン
樹脂が熱膨張した際にフィルム48は内部応力を受けて
測定室28側に突出するが、樹脂製のケース42の場
合、特に収容部43の肉厚をフランジ部41側で薄くし
た場合には、収容部43が変形するため、フィルム48
の測定室28側への突出は低減される。このように内部
応力の蓄積が軽減されると、圧電素子51に働く応力の
影響が小さくなるから、圧電素子51における残響の影
響も軽減されることが観測されている。しかも、この実
施例では、収容部43全体の肉厚が薄くされているので
はなく、フィルム48側では厚くなっているので、端子
55a,55bをインサート成形するのに必要に肉厚も
充分に確保することができる。
Further, in this embodiment, the detecting element body 40 is used.
The case 42 has a wall thickness that is thin on the flange portion 41 side and thick on the film 48 side in the housing portion 43.
Therefore, for example, even if the temperature of the urethane resin filled in the accommodating portion 43 rises and thermally expands, and stress is generated inside the element body, the wall thickness of the connecting portion with the flange portion 41 is thin. Therefore, there is an advantage that it is deformed here and stress is less likely to be accumulated inside. In fact, the case 42 is made of metal,
If the outer wall of the accommodating portion 43 is not deformed, the film 48 receives internal stress and projects toward the measurement chamber 28 when the urethane resin thermally expands. When the wall thickness is reduced on the flange portion 41 side, the accommodating portion 43 is deformed, so that the film 48
The amount of protrusion of the above to the measurement chamber 28 side is reduced. It has been observed that when the accumulation of the internal stress is reduced in this way, the influence of the stress acting on the piezoelectric element 51 is reduced, and the influence of the reverberation in the piezoelectric element 51 is also reduced. Moreover, in this embodiment, the wall thickness of the entire housing portion 43 is not thin, but is thick on the film 48 side. Therefore, the wall thickness is sufficient to insert-mold the terminals 55a and 55b. Can be secured.

【0044】(F)変形例:本発明のその他の変形例に
ついて説明する。図7(A),(B)は、検出用素子本
体の第1の変形例の形状を示す断面図である。この変形
例における素子本体40Aは、上記実施例とほぼ同一の
構成を有するが、収容部43Aの肉厚は、フランジ部4
1側とフィルム48側で同一である。また肉厚は、端子
55a,55bをインサート成形するのに必要な厚さと
されている。この変形例でも、端子55a,55bの下
端にはリード線54a,54bがはんだ付けされてお
り、素子本体としての組立の容易さ、リード線54a,
54bの断線の予防、といった効果は同様に得られる。
また、ウレタン樹脂の熱膨張に対しては、フランジ部4
1側が肉薄にしてある上記実施例ほどの軽減効果は得ら
れないものの、ケース42は合成樹脂からできており、
その変形により、幾分かは応力の軽減が図られている。
もとより、フェノール系の樹脂のように、柔らかい樹脂
を用いれば、図7に示した形状のケース42でも、ウレ
タン樹脂の熱膨張に応じて変形し、充分に内部応力の軽
減を図ることができる。
(F) Modification: Another modification of the present invention will be described. 7A and 7B are sectional views showing the shape of the first modification of the detection element body. The element main body 40A in this modified example has substantially the same configuration as that of the above-described embodiment, but the wall thickness of the housing portion 43A is the same as that of the flange portion
The one side and the film 48 side are the same. Further, the wall thickness is a thickness necessary for insert molding the terminals 55a and 55b. Also in this modified example, the lead wires 54a and 54b are soldered to the lower ends of the terminals 55a and 55b, which facilitates the assembly of the element body and leads 54a and 54b.
The effect of preventing the disconnection of 54b is similarly obtained.
In addition, the flange portion 4 is provided against the thermal expansion of the urethane resin.
The case 42 is made of synthetic resin, though the effect of reducing the thickness is not obtained as in the above-mentioned embodiment in which one side is thin.
Due to the deformation, the stress is somewhat reduced.
Of course, if a soft resin such as a phenolic resin is used, the case 42 having the shape shown in FIG. 7 can be deformed according to the thermal expansion of the urethane resin, and the internal stress can be sufficiently reduced.

【0045】もとより、図7(B)に示したように、収
容部43Bの一部に溝49を設け、ここで収容部43B
の変形が生じやすい構成とすることも可能である。収容
部43B内に溝49を全周に亘って設けた場合、溝の深
さなどによっては、インサート成形された端子55a,
55bの一部がこの部分で露出することもあり得るが、
素子本体40Bの内側であり、ウレタン樹脂が充填され
るので、特に問題は生じない。
Of course, as shown in FIG. 7 (B), a groove 49 is provided in a part of the accommodating portion 43B, and the accommodating portion 43B is here
It is also possible to adopt a configuration in which the deformation of (1) easily occurs. When the groove 49 is provided in the accommodation portion 43B over the entire circumference, the insert-molded terminal 55a, depending on the depth of the groove,
It is possible that part of 55b is exposed at this part,
Since it is inside the element body 40B and is filled with urethane resin, no particular problem occurs.

【0046】図8に、第2の変形例を示す。この変形例
でも、その構成は上記の実施例とほぼ同様であり、端子
の形状のみが異なる。この変形例における検出用素子本
体40Cでは、端子55c,55dは、その下端が、単
に収容部43Cの内部に突出しているだけでなく、更に
圧電素子51が存在する方向に延長されている。従っ
て、端子55c,55dの下端は、短いリード線54
c,54dにより、圧電素子51の電極に、はんだ付け
され、電気的に接続することができる。この場合にはリ
ード線54c,54dの長さを短くすることができ、長
いリード線を引き回していることで生じやすい断線事故
などの可能性を低減することができる。
FIG. 8 shows a second modification. The configuration of this modification is almost the same as that of the above-described embodiment, and only the shape of the terminal is different. In the detection element body 40C according to this modification, the lower ends of the terminals 55c and 55d not only simply project inside the housing portion 43C, but also extend in the direction in which the piezoelectric element 51 exists. Therefore, the lower ends of the terminals 55c and 55d have short lead wires 54
With c and 54d, the electrodes can be soldered and electrically connected to the electrodes of the piezoelectric element 51. In this case, the lengths of the lead wires 54c and 54d can be shortened, and the possibility of disconnection accidents that are likely to occur due to the long lead wires being routed can be reduced.

【0047】更に第3の変形例を図9に示す。この例の
検出用素子本体40Dでは、端子55a,55bは、隣
接した位置ではなく、ほぼ向かい合った位置に設けられ
ている。従って、素子本体40Dとしての対称性に優
れ、リード線54a,54bの長さも、同一にでき、素
子本体40Dの質量分布も、ほぼ左右対称とすることが
できる。このため、圧電素子51から送信される超音波
が、素子の径方向に漏れた場合でも、その振る舞いは対
照的なものになると考えられ、残響は低減される。ま
た、端子55a,55bの間隔を広く取ることができる
ので、並列の端子55a,55b間の静電容量を小さく
することができ、静電容量に起因するノイズが乗りにく
くなるという利点も得られる。
Further, a third modification is shown in FIG. In the detection element body 40D of this example, the terminals 55a and 55b are provided not at the positions adjacent to each other, but at positions that are substantially opposite to each other. Therefore, the element body 40D is excellent in symmetry, the lead wires 54a and 54b can have the same length, and the mass distribution of the element body 40D can be substantially symmetrical. Therefore, even if the ultrasonic wave transmitted from the piezoelectric element 51 leaks in the radial direction of the element, the behavior is considered to be in contrast, and the reverberation is reduced. In addition, since the distance between the terminals 55a and 55b can be widened, it is possible to reduce the electrostatic capacitance between the parallel terminals 55a and 55b, and it is also possible to obtain the advantage that noise due to the electrostatic capacitance is less likely to travel. .

【0048】(G)ガスセンサの製造方法:次に、本実
施例におけるガスセンサ10を製造する方法について、
説明する。図10は、ガスセンサの製造工程を示す工程
図である。図示するように、このガスセンサ10を製造
するに際しては、まず圧電素子を組み立てる作業を行な
う(工程S100)。この工程は、図11に示すよう
に、保護フィルム48を所定形状(実施例では円形)に
切り出し、その中心に音響整合板50を接着する。更
に、その上に、圧電素子51を中心を合わせて接着す
る。このとき、中心を合わせるように、治具を用いても
良い。接着時の様子を図11(A)に、接着後の様子を
(B)に示した。図示するように、接着後、圧電素子5
1の電極には、リード線54a,54bを、はんだ付け
や放電溶接などの手法により接続する。
(G) Method of manufacturing gas sensor: Next, with respect to a method of manufacturing the gas sensor 10 in this embodiment,
explain. FIG. 10 is a process drawing showing the manufacturing process of the gas sensor. As shown in the figure, when manufacturing the gas sensor 10, an operation of assembling the piezoelectric element is first performed (step S100). In this step, as shown in FIG. 11, the protective film 48 is cut into a predetermined shape (circular in the embodiment), and the acoustic matching plate 50 is bonded to the center thereof. Further, the piezoelectric element 51 is adhered on it with its center aligned. At this time, a jig may be used to align the centers. FIG. 11 (A) shows the state during adhesion, and FIG. 11 (B) shows the state after adhesion. As shown in the figure, after bonding, the piezoelectric element 5
Lead wires 54a and 54b are connected to the first electrode by a method such as soldering or discharge welding.

【0049】他方、こうして得られた圧電素子組立を封
入する素子ケース42を用意する(工程S110)。素
子ケース42は、図12(A)に示すように、ガラスフ
ィラー入りの合成樹脂を射出成形して製造する。もとよ
り、削り出しなどの手法によっても良い。素子ケース4
2の内側に設けられた突出部56a,56bには、端子
55a,55bが、インサート成形される。
On the other hand, an element case 42 for enclosing the piezoelectric element assembly thus obtained is prepared (step S110). As shown in FIG. 12A, the element case 42 is manufactured by injection molding a synthetic resin containing glass filler. Of course, a method such as shaving may be used. Element case 4
Terminals 55a and 55b are insert-molded on the protrusions 56a and 56b provided on the inside of 2.

【0050】次に、検出用素子本体を組み立てる作業を
行なう(工程S120)。この工程では、まず、工程S
110で製造した素子ケース42に、工程S100で組
み立てた圧電素子組立を組み付ける。この作業は、図1
2(B)に示したように、圧電素子組立を、その保護フ
ィルム48の外周を、素子ケース42の下方端面45に
接着剤で貼付し、固定することで行なう。端面45の外
周には、段差部46が設けられているので、端面45に
保護フィルム48を位置決めして接着するのは容易であ
る。この状態で、図13(A)に示したように、筒体5
2を、素子ケース42の開口側から挿入し、音響整合板
50の外周に嵌め込む作業を行なう(工程S130)。
作業に先立って、銅箔52cを接着層52bを介してポ
リエチレンテレフタレートフィルム52aに貼り合わせ
たものを、予め音響整合板50の外径に合わせた内径に
巻き、筒体52として製造しておく。筒体52は、特に
接着などはせず、音響整合板50に嵌め合わせただけで
ある。
Next, the work of assembling the detection element body is performed (step S120). In this step, first, step S
The piezoelectric element assembly assembled in step S100 is assembled to the element case 42 manufactured in 110. This work is shown in Figure 1.
As shown in FIG. 2B, the piezoelectric element is assembled by attaching the outer periphery of the protective film 48 to the lower end surface 45 of the element case 42 with an adhesive and fixing the same. Since the step portion 46 is provided on the outer circumference of the end surface 45, it is easy to position and adhere the protective film 48 to the end surface 45. In this state, as shown in FIG.
2 is inserted from the opening side of the element case 42 and fitted into the outer periphery of the acoustic matching plate 50 (step S130).
Prior to the work, the copper foil 52c bonded to the polyethylene terephthalate film 52a via the adhesive layer 52b is wound in advance on the inner diameter matched with the outer diameter of the acoustic matching plate 50 to manufacture the tubular body 52. The tubular body 52 is not attached to the acoustic matching plate 50, and is simply fitted to the acoustic matching plate 50.

【0051】この状態で、圧電素子51から延びる2本
のリード線54a,54bを、端子55a,55bには
んだ付けなどの手法で接続する作業を行なう(工程S1
40)。以上の処理により、図13(B)に示したよう
に、検出用素子本体40に必要に部品は全て組み付けら
れる。そこで、次に素子ケース42の開口側から、ウレ
タンを充填する処理を行なう(工程S150)。このと
き、充填材であるウレタンは、圧電素子51およびその
上端から引き出されたリード線54a,54bを覆い、
かつフランジ部41の上辺までは達しない程度に充填さ
れる。充填後の状態を図13(C)に示した。
In this state, the work of connecting the two lead wires 54a and 54b extending from the piezoelectric element 51 to the terminals 55a and 55b by soldering or the like is performed (step S1).
40). Through the above processing, as shown in FIG. 13B, all the necessary parts are assembled to the detection element body 40. Therefore, next, a process of filling urethane from the opening side of the element case 42 is performed (step S150). At this time, the urethane as the filler covers the piezoelectric element 51 and the lead wires 54a and 54b pulled out from the upper end thereof,
Moreover, the filling is performed to the extent that it does not reach the upper side of the flange portion 41. The state after filling is shown in FIG.

【0052】以上説明した検出用素子本体40の製造と
は別に、流路形成部材20の製作が行なわれる。この工
程を工程S200以下に示した。流路形成部材20の製
作に際しては、まず金属板をプレス加工して、インサー
ト成形用の金属板36を成形する処理を行なう(工程S
200)。本実施例で用いた金属板36では、略長方形
の金属板(実施例では錫メッキ鋼板)をプレス加工する
ことにより、その形状を一体形成している。
The flow path forming member 20 is manufactured separately from the manufacturing of the detecting element body 40 described above. This step is shown below step S200. When the flow path forming member 20 is manufactured, first, a metal plate is pressed to form a metal plate 36 for insert molding (step S).
200). The metal plate 36 used in the present embodiment is integrally formed by pressing a substantially rectangular metal plate (tin-plated steel plate in the embodiment).

【0053】次に、流路形成部材20を、その内部に金
属板36を備えるようにインサート成形する処理を行な
う(工程S210)。流路形成部材20は、ガラスフィ
ラー入りの合成樹脂を用いて成形する。金属板36は、
流路形成部材20の成形時に、治具などを用いて、形成
後の収納部22の底部に埋設される位置に保持される。
また、このとき同時に、コネクタ31に収納された端子
も、インサート成形される。
Then, the flow path forming member 20 is subjected to insert molding so that the metal plate 36 is provided therein (step S210). The flow path forming member 20 is molded using a synthetic resin containing glass filler. The metal plate 36 is
At the time of molding the flow path forming member 20, it is held at a position to be embedded in the bottom portion of the storage portion 22 after being formed by using a jig or the like.
At the same time, the terminals housed in the connector 31 are also insert-molded.

【0054】こうして流路形成部材20を製作した後、
この流路形成部材20の収納部22に、既に製造してお
いた検出用素子本体40を溶着する作業を行なう(工程
S230)。溶着は、超音波溶着により行なう。これは
検出用素子本体40を所定の治具に取り付けた上で、凹
部24の中心に検出用素子本体40の中心を一致させた
上で、この検出用素子本体40を超音波領域の振動数で
振動させ、そのフランジ部41の下面を収納部22の接
合面に強く打ちつける。フランジ部41の下面には、突
起59が形成されているから、超音波振動による力は全
てこの突起59に集中することになり、突起59は機械
的なエネルギが集中することにより加熱され、やがて溶
融する。この結果、検出用素子本体40は、フランジ部
41下面で、流路形成部材20の収納部22の接合面に
隙間なく溶着する。検出用素子本体40の取り付けの前
後の様子を、図14(A)(B)に示した。なお、溶着
は、熱板溶着など、他の手法に拠っても良い。
After the flow path forming member 20 is manufactured in this way,
The operation of welding the already-manufactured detection element body 40 to the housing portion 22 of the flow path forming member 20 is performed (step S230). The welding is performed by ultrasonic welding. This is performed by mounting the detection element body 40 on a predetermined jig, aligning the center of the detection element body 40 with the center of the recess 24, and then moving the detection element body 40 to a frequency in the ultrasonic region. Then, the lower surface of the flange portion 41 is strongly struck against the joint surface of the housing portion 22. Since the projection 59 is formed on the lower surface of the flange portion 41, all the force due to the ultrasonic vibration is concentrated on the projection 59, and the projection 59 is heated by the concentration of mechanical energy, and eventually the projection 59 is heated. To melt. As a result, the detection element body 40 is welded on the lower surface of the flange portion 41 to the joint surface of the housing portion 22 of the flow path forming member 20 without any gap. The states before and after the attachment of the detection element body 40 are shown in FIGS. The welding may be based on another method such as hot plate welding.

【0055】検出用素子本体40の取り付けと前後し
て、サーミスタ60を流路形成部材20の挿入孔25に
取り付ける作業も行なう(工程S240)。その後、検
出用素子本体40の上に緩衝材88を載置する(工程S
250)。緩衝材88は、検出用素子本体40と略同一
の外径に形成された発泡体であり、その厚さは数ミリで
ある。この緩衝材88には、検出用素子本体40から上
方に突き出た端子55a,55bが貫通する開口も設け
られている。緩衝材88は、この後の工程で取り付けら
れる電子回路基板70と検出用素子本体40との間に介
装され得る厚みを有し、後述する工程で充填されるウレ
タンが検出用素子本体40の周囲を埋め尽くさないよう
にする目的で用いられている。
Before and after the detection element body 40 is attached, the work of attaching the thermistor 60 to the insertion hole 25 of the flow path forming member 20 is also performed (step S240). Thereafter, the cushioning material 88 is placed on the detection element body 40 (step S
250). The cushioning material 88 is a foamed body formed to have substantially the same outer diameter as the detection element body 40, and its thickness is several millimeters. The buffer material 88 is also provided with an opening through which the terminals 55a and 55b protruding upward from the detection element body 40 pass. The cushioning material 88 has a thickness such that it can be interposed between the electronic circuit board 70 to be attached in the subsequent step and the detection element body 40, and urethane filled in the step described later is included in the detection element body 40. It is used for the purpose of not filling the surrounding area.

【0056】緩衝材88を配置した後、図15(A)に
示したように、電子回路基板70上に用意された取り付
け孔に、次の4つの部材を嵌め合わせつつ、基板70
を、上方から、収納部22に収納する(工程S26
0)。即ち、 ・金属板36から切り起こされて収納部22底部に立設
している切り起こし部83、 ・検出用素子本体40から突出した端子55a,55
b、 ・サーミスタ60の端子、 ・コネクタ31の4本の端子、 の4つの部材を、電子回路基板70の所定の取付孔に嵌
合する。このうちコネクタ31の端子31d以外を、電
子回路基板70上の取付孔周囲に設けられたランドには
んだ付けする。
After arranging the cushioning material 88, as shown in FIG. 15A, the following four members are fitted into the mounting holes prepared on the electronic circuit board 70 while the board 70 is being fitted.
Is stored in the storage unit 22 from above (step S26).
0). That is, a cut-and-raised portion 83 that is cut and raised from the metal plate 36 and stands upright on the bottom of the storage portion 22,
b, the terminals of the thermistor 60, the four terminals of the connector 31, and the four members are fitted into predetermined mounting holes of the electronic circuit board 70. Of these, the parts other than the terminals 31d of the connector 31 are soldered to lands provided around the mounting holes on the electronic circuit board 70.

【0057】次に、図15(B)に示したように、この
収納部22にケース80を取り付ける作業を行なう(工
程S270)。このとき、ケース80に設けられた挿入
孔85に、コネクタ31の端子31dを貫通させ、その
後、これをはんだ付けまたはロウ付けする。これでケー
ス80の取付作業は完了する。その後、収納部22内に
樹脂(本実施例ではウレタン)を充填する作業を行なう
(工程S280)。ウレタンで検出用素子本体40や電
子回路基板70をモールドするのである。なお、図15
では、樹脂モールドに用いた樹脂は描いていない。その
後、測定室28に濃度を他の検出装置で検出したガソリ
ン蒸気を含むガスを導入し、ガスセンサ10を動作させ
て、その出力を較正(キャリブレーション)する処理を
行なう(工程S290)。ガスセンサ10の較正は、こ
の実施例では、検出結果から、ガスセンサ10の出力と
他の測定装置で検出済みのガソリン濃度との関係を示す
較正曲線を求めて、これをマイクロプロセッサ91に内
蔵したEEPROMに書き込むことで行なったが、ウレ
タンの充填前に、電子回路基板70上に用意したトリマ
などを調整することで行なうようにしても良い。後者の
場合には、ケース80に調整用の工具を差し入れるため
の開口部を設けておき、ケース80を取り付けた状態
(樹脂モールド未実施の状態)で調整を行なうことが望
ましい。
Next, as shown in FIG. 15B, the work of attaching the case 80 to the storage section 22 is performed (step S270). At this time, the terminal 31d of the connector 31 is penetrated through the insertion hole 85 provided in the case 80, and then this is soldered or brazed. This completes the mounting work of the case 80. After that, the work of filling the resin into the storage portion 22 (urethane in this embodiment) is performed (step S280). The detection element body 40 and the electronic circuit board 70 are molded with urethane. Note that FIG.
Then, the resin used for the resin mold is not drawn. Then, a gas containing gasoline vapor whose concentration is detected by another detection device is introduced into the measurement chamber 28, the gas sensor 10 is operated, and the output is calibrated (step S290). In the calibration of the gas sensor 10, in this embodiment, a calibration curve showing the relationship between the output of the gas sensor 10 and the gasoline concentration detected by another measuring device is obtained from the detection result, and the calibration curve is stored in the EEPROM 91 incorporated in the microprocessor 91. However, it may be performed by adjusting a trimmer or the like prepared on the electronic circuit board 70 before filling the urethane. In the latter case, it is desirable to provide an opening for inserting an adjustment tool in the case 80 and perform the adjustment with the case 80 attached (state in which resin molding has not been performed).

【0058】以上説明したガスセンサの製造方法によれ
ば、検出用素子本体40は、端子55a,55bの上端
をフランジ部41側に立設した形態となっており、これ
を電子回路基板70に電気的に接続することは、容易で
ある。リード線などの取り扱いに注意が必要な部材が外
部に露出していないので、その組立が極めて簡略化され
るという利点が得られる。また、製造された検出用素子
本体40およびこれを用いたガスセンサ10は、断線故
障などの可能性が軽減されているので、その信頼は充分
に高い。
According to the method of manufacturing the gas sensor described above, the detection element body 40 has a configuration in which the upper ends of the terminals 55a and 55b are erected on the flange portion 41 side, and this is electrically connected to the electronic circuit board 70. Connection is easy. Since members such as lead wires that require careful handling are not exposed to the outside, there is an advantage that the assembly thereof is extremely simplified. In addition, since the manufactured detection element body 40 and the gas sensor 10 using the detection element body are less likely to have a disconnection failure, their reliability is sufficiently high.

【0059】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものでは
なく、本発明の要旨を変更しない範囲内において、例え
ば超音波を用いた温度センサや比熱センサ、あるいは超
音波以外の手法により、ガスの種々の性質を検出するセ
ンサなどに適用することができることは勿論である。ま
た、実施例では、素子ケース42として合成樹脂を用い
たが、金属製のケースや木製あるいは紙製などの他の素
材によるケースも適宜採用可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments of the present invention at all, and a temperature sensor using ultrasonic waves, a temperature sensor using ultrasonic waves, or the like can be used without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be applied to a sensor for detecting various properties of gas by a specific heat sensor or a method other than ultrasonic waves. Further, in the embodiment, the synthetic resin is used as the element case 42, but a metal case or a case made of another material such as wood or paper can be appropriately adopted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例のガスセンサ10の概略構成を示す分解
斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a gas sensor 10 of an embodiment.

【図2】ガスセンサ10の構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the gas sensor 10.

【図3】検出用素子本体40の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a detection element body 40.

【図4】音響整合板50,圧電素子51と筒体52の構
造を示す分解斜視図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structures of an acoustic matching plate 50, a piezoelectric element 51, and a cylindrical body 52.

【図5】電子回路基板70の内部の電気的な構成を示す
説明図である。
5 is an explanatory diagram showing an internal electrical configuration of the electronic circuit board 70. FIG.

【図6】超音波を用いたガス濃度の検出の原理を説明す
る説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the principle of gas concentration detection using ultrasonic waves.

【図7】実施例の第1の変形例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a first modification of the embodiment.

【図8】実施例の第2の変形例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a second modification of the embodiment.

【図9】実施例の第3の変形例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a third modification of the embodiment.

【図10】実施例におけるガスセンサ10の製造方法を
示す工程図である。
FIG. 10 is a process drawing showing the manufacturing method of the gas sensor 10 in the example.

【図11】圧電素子組立の様子を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a state of piezoelectric element assembly.

【図12】圧電素子組立を素子ケース42に組み付ける
手順を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a procedure of assembling the piezoelectric element assembly to the element case.

【図13】検出用素子本体40を製造する処理を順に示
す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram sequentially showing the process of manufacturing the detection element body 40.

【図14】検出用素子本体40を流路形成部材20の収
納部22に組み付ける様子を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state in which the detection element body 40 is assembled into the housing portion 22 of the flow path forming member 20.

【図15】電子回路基板70とケース80との取付の様
子を示す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing how the electronic circuit board 70 and the case 80 are attached.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ガスセンサ 20…流路形成部材 22…収納部 24…凹部 25…挿入孔 27…導入路 28…測定室 29…バイパス流路 31…コネクタ 32…導入孔 33…反射部 34…出口 35…排出流路 36…金属板 40,40A…検出用素子本体 41…フランジ部 42…素子ケース 43,43A…収容部 45…端面 46…段差部 48…フィルム 50…音響整合板 51…圧電素子 52…筒体 52a…ポリエチレンテレフタレートフィルム 52b…接着層 52c…銅箔 53…開口 54a〜54d…リード線 55a〜55d…端子 56a,56b…突出部 59…突起 60…サーミスタ 70…電子回路基板 72…取付孔 80…ケース 83…切り起こし部 85…挿入孔 88…緩衝材 10 ... Gas sensor 20 ... Flow path forming member 22 ... Storage section 24 ... Recess 25 ... Insertion hole 27 ... Introduction route 28 ... Measuring room 29 ... Bypass channel 31 ... Connector 32 ... Introduction hole 33 ... Reflector 34 ... Exit 35 ... Discharge channel 36 ... Metal plate 40, 40A ... Detection element body 41 ... Flange 42 ... Element case 43, 43A ... Housing section 45 ... End face 46 ... Step 48 ... film 50 ... Acoustic matching plate 51 ... Piezoelectric element 52 ... Cylindrical body 52a ... Polyethylene terephthalate film 52b ... Adhesive layer 52c ... Copper foil 53 ... Opening 54a to 54d ... Lead wire 55a to 55d ... Terminal 56a, 56b ... Projection 59 ... Protrusion 60 ... Thermistor 70 ... Electronic circuit board 72 ... Mounting hole 80 ... Case 83 ... Cut and raised part 85 ... insertion hole 88 ... cushioning material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴野 圭吾 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 石田 昇 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 大島 崇文 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Fターム(参考) 2G047 AA01 BA03 BC02 BC15 CA01 EA11 EA14 GA02 GA03 GB21 GB28 GB32 GB35 GB36 GF06 GG28 GG33 5D019 AA20 AA26 EE02 FF01 GG09 HH03    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Keigo Banno             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Japan special             Within Toyo Co., Ltd. (72) Inventor Noboru Ishida             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Japan special             Within Toyo Co., Ltd. (72) Inventor Takafumi Oshima             14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi Japan special             Within Toyo Co., Ltd. F term (reference) 2G047 AA01 BA03 BC02 BC15 CA01                       EA11 EA14 GA02 GA03 GB21                       GB28 GB32 GB35 GB36 GF06                       GG28 GG33                 5D019 AA20 AA26 EE02 FF01 GG09                       HH03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波と電気信号とのやり取りを行なう
素子をケース内に収納し、少なくとも該素子の存在する
部位を、充填材により充填してなる素子収容体であっ
て、 前記ケースは、前記電気信号を外部の回路とやり取りす
る端子を備え、 前記充填材の充填前に、前記素子と前記端子の一端との
電気的な接続を完了するリード線を有し、かつ該リード
線および該リード線と前記端子との前記接続の箇所は、
前記充填材により充填されており、 前記端子の他端は、前記ケースから外側に突出してなる
素子収容体。
1. An element container in which an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case, and at least a portion where the element is present is filled with a filling material, the case comprising: A terminal for exchanging the electric signal with an external circuit, and having a lead wire for completing electrical connection between the element and one end of the terminal before filling the filling material, and the lead wire and the The location of the connection between the lead wire and the terminal is
An element container filled with the filling material, the other end of the terminal projecting outward from the case.
【請求項2】 前記ケースは、合成樹脂を成形してな
り、前記端子は、該ケースにインサート成形された請求
項1記載の素子収容体。
2. The element housing according to claim 1, wherein the case is formed by molding a synthetic resin, and the terminals are insert-molded in the case.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の素子収容
体であって、 前記ケースは、筒形状の本体と、該本体の一端に連設さ
れたフランジ部と、該本体の他端を封止する封止部材と
からなり、 前記端子の前記リード線に接続される側は、前記本体の
内周面から突出しており、 前記端子の他端側は、前記フランジ部から突出してなる
素子収容体。
3. The element container according to claim 1, wherein the case has a tubular main body, a flange portion connected to one end of the main body, and the other end of the main body. An element formed of a sealing member for sealing, the side of the terminal connected to the lead wire protruding from the inner peripheral surface of the main body, and the other end of the terminal protruding from the flange portion. Containment body.
【請求項4】 前記本体は、前記フランジ部側から前記
封止部材の存在する側に向けて、肉厚が増大する形状に
形成された請求項3記載の素子収容体。
4. The element container according to claim 3, wherein the main body is formed in a shape in which the thickness increases from the side of the flange portion toward the side where the sealing member is present.
【請求項5】 前記端子は少なくとも2本設けられ、そ
れぞれ前記素子の異なる電極に接続された請求項1ない
し請求項4のいずれか記載の素子収容体。
5. The element housing according to claim 1, wherein at least two terminals are provided and are respectively connected to different electrodes of the element.
【請求項6】 前記2本以上の端子は、前記本体の軸中
心に対して、対称の位置にそれぞれ設けられた請求項5
記載の素子収容体。
6. The at least two terminals are respectively provided at symmetrical positions with respect to an axial center of the main body.
The described element container.
【請求項7】 前記2本以上の端子は、前記本体に、隣
接して設けられた請求項5記載の素子収容体。
7. The element container according to claim 5, wherein the two or more terminals are provided adjacent to the main body.
【請求項8】 前記端子の前記ケースから突出した他端
は、前記素子からの電気信号を処理する信号処理回路基
板に直接接続される請求項1ないし請求項7のいずれか
記載の素子収容体。
8. The element housing according to claim 1, wherein the other end of the terminal projecting from the case is directly connected to a signal processing circuit board that processes an electric signal from the element. .
【請求項9】 請求項1ないし請求項8のいずれか記載
の素子収容体と、該素子収容体からの信号を処理する信
号処理回路基板とを備えたセンサであって、前記素子
は、超音波を受信して該超音波に対応した電気信号を出
力する受信器として機能する素子であり、 前記素子収容体から突出した前記端子の他端は、前記信
号処理回路基板に直接接続されてなるセンサ。
9. A sensor comprising the element housing according to claim 1 and a signal processing circuit board for processing a signal from the element housing, wherein the element is An element that functions as a receiver that receives a sound wave and outputs an electric signal corresponding to the ultrasonic wave, and the other end of the terminal protruding from the element housing is directly connected to the signal processing circuit board. Sensor.
【請求項10】 超音波と電気信号とのやり取りを行な
う素子をケース内に収納した素子収容体を製造する方法
であって、 前記ケースは、前記電気信号を外部の回路とやり取りす
る端子を、その一端が前記ケースの内側に突出し、該端
子の他端が前記ケースの外側に突出する形状にインサー
ト成形することで形成し、 前記ケース内に前記素子を配置した後、該素子と前記端
子の一端とをリード線により電気的に接続し、 更に、少なくとも該素子および前記リード線の存在する
部位を、充填材により充填する素子収容体の製造方法。
10. A method of manufacturing an element housing in which an element for exchanging ultrasonic waves and an electric signal is housed in a case, wherein the case has terminals for exchanging the electric signal with an external circuit. One end of the terminal protrudes inside the case, and the other end of the terminal is formed by insert molding in a shape protruding outside of the case. After arranging the element in the case, the element and the terminal A method of manufacturing an element container, which is electrically connected to one end by a lead wire and further fills at least the portion where the element and the lead wire exist with a filler.
【請求項11】 超音波と電気信号とのやり取りを行な
う素子をケース内に収納した素子収容体と、該素子収容
体からの電気信号を処理する信号処理回路基板とを備え
たセンサを製造する方法であって、 前記ケースを、内部に前記素子が収納可能な収容部を有
する形状で、かつ取り付け用のフランジ部が該収容部の
一端に連設された形状に、合成樹脂を用いて成形し、 該ケースには、前記電気信号を外部の回路とやり取りす
る端子を、その一端が前記収容部の内側に突出し、該端
子の他端が前記ケースの外側に突出する形状にインサー
ト成形し、 前記ケースの収容部内に前記素子を配置した後、該素子
と前記端子の一端とを電気的に接続し、 前記収容部内の少なくとも該素子の存在する部位を、充
填材により充填し、 前記素子収容体から外側に突出した端子の他端を、前記
信号処理回路基板に直接接続するセンサの製造方法。
11. A sensor including an element housing in which an element for exchanging ultrasonic waves and electric signals is housed in a case, and a signal processing circuit board for processing an electric signal from the element housing. A method for molding the case into a shape having an accommodating portion capable of accommodating the element therein and a mounting flange portion continuously provided at one end of the accommodating portion, using a synthetic resin. Then, in the case, a terminal for exchanging the electric signal with an external circuit is insert-molded in such a shape that one end of the terminal projects inside the housing and the other end of the terminal projects outside the case, After arranging the element in the accommodating portion of the case, electrically connecting the element and one end of the terminal, filling at least a portion of the element in the accommodating portion with a filler, the element accommodating Out of the body Method for producing a sensor and the other end of the protruding terminal, directly connected to the signal processing circuit board.
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